目 錄
第1章 光纖通信概述 1
1.1 光通信的發(fā)展原因 2
1.1.1 光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程 2
1.1.2 光纖的優(yōu)點(diǎn) 2
1.2 光頻譜帶 3
1.2.1 電磁能量譜 3
1.2.2 工作窗口和光頻帶 5
1.3 分貝單位 6
1.4 數(shù)字復(fù)用技術(shù) 9
1.4.1 基本的電信信號(hào)復(fù)用 9
1.4.2 SONET/SDH復(fù)用體系 11
1.4.3 光傳送網(wǎng)(OTN) 12
1.5 波長(zhǎng)信道復(fù)用 12
1.5.1 WDM概述 12
1.5.2 偏振復(fù)用 13
1.5.3 多芯光纖 13
1.6 光纖通信系統(tǒng)的基本組件 13
1.7 光通信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn) 15
1.8 光纖通信標(biāo)準(zhǔn) 16
1.9 小結(jié) 17
習(xí)題 17
習(xí)題解答(選) 19
原著參考文獻(xiàn) 19
第2章 光纖：結(jié)構(gòu)、導(dǎo)波原理和制造 22
2.1 光的性質(zhì) 22
2.1.1 偏振 23
2.1.2 線偏振 24
2.1.3 橢圓偏振和圓偏振 25
2.1.4 光的量子特性 26
2.2 基本的光學(xué)定律和定義 27
2.2.1 折射率的概念 27
2.2.2 反射和折射基礎(chǔ) 28
2.2.3 光的偏振特性 30
2.2.4 偏振敏感材料 30
2.3 光纖模式和結(jié)構(gòu) 32
2.3.1 傳統(tǒng)的光纖分類 32
2.3.2 光射線和模式 34
2.3.3 階躍折射率光纖結(jié)構(gòu) 34
2.3.4 射線光學(xué)描述 35
2.3.5 介質(zhì)平板波導(dǎo)中的光波 37
2.4 圓波導(dǎo)的模式理論 38
2.4.1 模式概述 38
2.4.2 截止波長(zhǎng)和參數(shù)V 39
2.4.3 階躍折射率光纖中的光功率 41
2.4.4 線偏振模 42
2.5 單模光纖 43
2.5.1 SMF結(jié)構(gòu) 43
2.5.2 模場(chǎng)直徑 44
2.5.3 雙折射的起源 45
2.5.4 有效折射率 46
2.6 梯度折射率(GI)光纖的結(jié)構(gòu) 46
2.6.1 GI光纖的纖芯結(jié)構(gòu) 46
2.6.2 梯度折射率光纖的數(shù)值孔徑 46
2.6.3 梯度折射率光纖的截止條件 47
2.7 光纖材料 48
2.7.1 玻璃光纖 48
2.7.2 標(biāo)準(zhǔn)光纖制造 49
2.7.3 有源玻璃光纖 49
2.7.4 塑料光纖 50
2.8 光子晶體光纖(PCF)概念 50
2.8.1 折射率導(dǎo)引PCF 50
2.8.2 光子帶隙光纖 51
2.9 光纜 51
2.9.1 光纜結(jié)構(gòu) 52
2.9.2 室內(nèi)光纜類型 53
2.9.3 室外光纜類型 54
2.10 小結(jié) 54
附錄：菲涅耳方程 55
習(xí)題 57
習(xí)題解答(選) 58
原著參考文獻(xiàn) 59
第3章 衰減和色散 62
3.1 衰減 62
3.1.1 衰減單位 62
3.1.2 光功率的吸收 64
3.1.3 光纖中的散射損耗 67
3.1.4 彎曲損耗 68
3.1.5 纖芯和包層的損耗 70
3.2 光纖中的信號(hào)畸變 71
3.2.1 色散概述 71
3.2.2 模式時(shí)延效應(yīng) 73
3.2.3 色散起因 74
3.2.4 群時(shí)延 75
3.2.5 材料色散 76
3.2.6 波導(dǎo)色散 78
3.2.7 單模光纖中的色散 78
3.2.8 偏振模色散 79
3.3 單模光纖的設(shè)計(jì)和性能 81
3.3.1 折射率剖面 81
3.3.2 截止波長(zhǎng)的概念 83
3.3.3 色散計(jì)算標(biāo)準(zhǔn) 84
3.3.4 模場(chǎng)直徑的定義 86
3.3.5 單模光纖中的彎曲損耗 86
3.4 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ITU-T的光纖標(biāo)準(zhǔn) 87
3.4.1 G.651.1建議 87
3.4.2 G.652建議 88
3.4.3 G.653建議 88
3.4.4 G.654建議 89
3.4.5 G.655建議 89
3.4.6 G.656建議 89
3.4.7 G.657建議 89
3.5 特種光纖的設(shè)計(jì)和使用 90
3.6 多芯光纖 92
3.7 小結(jié) 92
習(xí)題 93
習(xí)題解答(選) 94
原著參考文獻(xiàn) 95
第4章 光源 97
4.1 半導(dǎo)體物理學(xué)基礎(chǔ) 98
4.1.1 半導(dǎo)體能帶 98
4.1.2 本征材料和非本征材料 100
4.1.3 pn結(jié) 101
4.1.4 直接帶隙和間接帶隙 102
4.1.5 半導(dǎo)體器件的制造 103
4.2 發(fā)光二極管(LED)的原理 103
4.2.1 LED的結(jié)構(gòu) 104
4.2.2 光源的半導(dǎo)體材料 106
4.2.3 LED的量子效率和輸出功率 109
4.2.4 LED的響應(yīng)時(shí)間 111
4.3 半導(dǎo)體激光器 113
4.3.1 半導(dǎo)體激光器的模式和閾值條件 114
4.3.2 半導(dǎo)體激光器的速率方程 120
4.3.3 外微分量子效率 121
4.3.4 激光器的諧振頻率 121
4.3.5 激光二極管的結(jié)構(gòu)和輻射場(chǎng)型分布 123
4.3.6 單模激光器 123
4.3.7 半導(dǎo)體激光器的調(diào)制 126
4.3.8 激光器輸出譜寬 127
4.3.9 外調(diào)制 128
4.3.10 激光器閾值的溫度特性 129
4.4 光源的輸出線性特性 131
4.5 小結(jié) 133
習(xí)題 133
習(xí)題解答(選) 137
原著參考文獻(xiàn) 137
第5章 光功率耦合 139
5.1 光源至光纖的功率耦合 139
5.1.1 光源的輻射圈 140
5.1.2 功率耦合計(jì)算 141
5.1.3 發(fā)射功率與波長(zhǎng)的關(guān)系 144
5.1.4 穩(wěn)態(tài)數(shù)值孔徑 145
5.2 改善耦合的透鏡結(jié)構(gòu) 146
5.3 光纖與光纖的連接 148
5.3.1 機(jī)械對(duì)準(zhǔn)誤差 149
5.3.2 光纖差異損耗 154
5.3.3 單模光纖損耗 155
5.3.4 光纖端面制備 156
5.4 小結(jié) 157
習(xí)題 158
習(xí)題解答(選) 159
原著參考文獻(xiàn) 159
第6章 光檢測(cè)器 161
6.1 光電二極管的物理原理 161
6.1.1 pin光電二極管 161
6.1.2 雪崩光電二極管 166
6.2 光檢測(cè)器噪聲 167
6.2.1 信噪比 167
6.2.2 噪聲源 167
6.2.3 信噪比受限 169
6.2.4 噪聲等效功率 170
6.3 光電二極管的響應(yīng)時(shí)間 171
6.3.1 耗盡層光電流 171
6.3.2 響應(yīng)時(shí)間特性 172
6.4 光檢測(cè)器比較 174
6.5 小結(jié) 175
習(xí)題 176
習(xí)題解答(選) 177
原著參考文獻(xiàn) 178
第7章 光接收機(jī) 179
7.1 接收機(jī)工作的基本原理 180
7.1.1 數(shù)字信號(hào)傳輸 180
7.1.2 誤碼源 181
7.1.3 接收機(jī)前置放大器 183
7.2 數(shù)字接收機(jī)性能 184
7.2.1 誤碼率的確定 185
7.2.2 接收機(jī)靈敏度 189
7.2.3 量子極限 191
7.3 眼圖原理 191
7.3.1 眼圖的特征 192
7.3.2 BER和Q因子測(cè)量 193
7.4 突發(fā)模式接收機(jī) 194
7.5 模擬接收機(jī)的性能 196
7.6 小結(jié) 199
習(xí)題 200
習(xí)題解答(選) 201
原著參考文獻(xiàn) 201
第8章 數(shù)字光纖鏈路 204
8.1 基本的光纖鏈路 204
8.1.1 傳輸信號(hào)格式 206
8.1.2 鏈路設(shè)計(jì)中的考慮 207
8.1.3 鏈路功率預(yù)算 208
8.1.4 展寬時(shí)間預(yù)算 211
8.1.5 短波長(zhǎng)上的傳輸 214
8.1.6 單模光纖鏈路的損耗限制 215
8.2 功率代價(jià) 216
8.2.1 色度色散的功率代價(jià) 217
8.2.2 偏振模色散(PMD)的功率代價(jià) 218
8.2.3 消光比功率代價(jià) 219
8.2.4 模式噪聲功率代價(jià) 219
8.2.5 模分配噪聲引起的功率代價(jià) 220
8.2.6 啁啾引起的功率代價(jià) 221
8.2.7 反射噪聲引起的鏈路不穩(wěn)定 222
8.3 差錯(cuò)檢測(cè)和控制 223
8.3.1 誤碼檢測(cè)概念 224
8.3.2 線性檢錯(cuò)碼 224
8.3.3 多項(xiàng)式碼的誤碼檢測(cè) 225
8.3.4 利用冗余位糾錯(cuò) 227
8.4 相干檢測(cè) 228
8.4.1 基本概念 228
8.4.2 零差檢測(cè) 230
8.4.3 外差檢測(cè) 230
8.4.4 相干檢測(cè)的SNR 230
8.4.5 相干檢測(cè)誤碼率比較 231
8.5 高階光調(diào)制方式 235
8.5.1 頻譜效率 235
8.5.2 相移鍵控和IQ調(diào)制 235
8.5.3 差分四相移鍵控(DQPSK) 236
8.5.4 正交幅度調(diào)制(QAM) 236
8.6 小結(jié) 237
習(xí)題 238
習(xí)題解答(選) 240
原著參考文獻(xiàn) 241
第9章 模擬鏈路 244
9.1 模擬鏈路的基本組成 244
9.2 載噪比的概念 245
9.2.1 載波功率 246
9.2.2 光檢測(cè)器和前置放大器的噪聲 246
9.2.3 相對(duì)強(qiáng)度噪聲(RIN) 247
9.2.4 C/N極限條件 248
9.3 多信道幅度調(diào)制 249
9.4 無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍 251
9.5 光載射頻鏈路 252
9.6 微波光子學(xué) 253
9.7 小結(jié) 253
習(xí)題 254
習(xí)題解答(選) 254
原著參考文獻(xiàn) 255
第10章 WDM概念和光器件 257
10.1 WDM概述 257
10.1.1 WDM的工作原理 257
10.1.2 WDM標(biāo)準(zhǔn) 260
10.2 無(wú)源光耦合器 261
10.2.1 2×2光纖耦合器 262
10.2.2 散射矩陣表示法 266
10.2.3 2×2波導(dǎo)耦合器 267
10.2.4 星形耦合器 270
10.2.5 馬赫-曾德?tīng)柛缮婕夹g(shù) 272
10.3 單向隔離器和環(huán)形器 274
10.3.1 光隔離器的功能 275
10.3.2 光環(huán)形器 276
10.4 光纖光柵濾波器 276
10.4.1 光柵基礎(chǔ) 276
10.4.2 光纖布拉格光柵 277
10.4.3 FBG的應(yīng)用 279
10.5 介質(zhì)薄膜濾波器 280
10.5.1 標(biāo)準(zhǔn)具理論 281
10.5.2 TFF的應(yīng)用 283
10.6 陣列波導(dǎo)器件 284
10.7 衍射光柵在WDM中的應(yīng)用 287
10.8 小結(jié) 288
習(xí)題 288
習(xí)題解答(選) 290
原著參考文獻(xiàn) 291
第11章 光放大器 293
11.1 光放大器的基本應(yīng)用和分類 293
11.1.1 光放大器的一般應(yīng)用 293
11.1.2 放大器的類型 294
11.2 半導(dǎo)體光放大器 296
11.2.1 有源介質(zhì)的外部泵浦 296
11.2.2 放大器增益 298
11.2.3 SOA的帶寬 300
11.3 摻鉺光纖放大器 300
11.3.1 光纖放大器泵浦原理 300
11.3.2 EDFA的結(jié)構(gòu) 302
11.3.3 EDFA的功率轉(zhuǎn)換效率及增益 303
11.4 放大器噪聲 305
11.5 光信噪比 307
11.6 光纖鏈路應(yīng)用 308
11.6.1 功率放大器 308
11.6.2 在線放大器 308
11.6.3 前置放大器 310
11.7 拉曼放大器 310
11.7.1 拉曼增益原理 310
11.7.2 泵浦激光器 312
11.8 寬帶光放大器 312
11.9 光纖激光器 313
11.10 小結(jié) 314
習(xí)題 315
習(xí)題解答(選) 317
原著參考文獻(xiàn) 318
第12章 光纖中的非線性效應(yīng) 320
12.1 非線性效應(yīng)分類 320
12.2 有效長(zhǎng)度與有效面積 321
12.3 受激拉曼散射 322
12.4 受激布里淵散射 324
12.5 自相位調(diào)制 325
12.6 交叉相位調(diào)制 326
12.7 WDM信道中的四波混頻 327
12.8 減小四波混頻的方案 328
12.9 主要的光波長(zhǎng)變換器 329
12.9.1 光門波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器 329
12.9.2 波混頻波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器 330
12.10 孤子的原理 330
12.10.1 孤子脈沖的結(jié)構(gòu) 331
12.10.2 孤子主要參數(shù) 333
12.10.3 孤子寬度和間隔 334
12.11 小結(jié) 336
習(xí)題 336
習(xí)題解答(選) 337
原著參考文獻(xiàn) 337
第13章 光網(wǎng)絡(luò) 339
13.1 網(wǎng)絡(luò)概念 339
13.1.1 網(wǎng)絡(luò)術(shù)語(yǔ) 339
13.1.2 網(wǎng)絡(luò)分類 340
13.1.3 網(wǎng)絡(luò)體系的分層結(jié)構(gòu) 342
13.1.4 光層功能 343
13.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?344
13.2.1 無(wú)源線形總線的性能 345
13.2.2 星形拓?fù)涞男阅?345
13.3 SONET/SDH概念 347
13.3.1 SONET/SDH幀結(jié)構(gòu) 347
13.3.2 SONET/SDH的光接口 349
13.3.3 SONET/SDH環(huán) 351
13.3.4 SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)體系 353
13.4 高速光收發(fā)機(jī) 354
13.4.1 10 Gbps光鏈路 354
13.4.2 40 Gbps光鏈路 356
13.4.3 100 Gbps鏈路 357
13.4.4 400 Gbps以上速率鏈路 357
13.5 光分插復(fù)用器方案 358
13.5.1 OADM的結(jié)構(gòu) 358
13.5.2 可重構(gòu)OADM 359
13.6 光交換 363
13.6.1 光交叉連接 364
13.6.2 波長(zhǎng)變換 364
13.6.3 波長(zhǎng)路由分配 366
13.6.4 光分組交換 366
13.6.5 光突發(fā)交換 367
13.6.6 彈性光網(wǎng)絡(luò) 369
13.7 WDM網(wǎng)絡(luò)實(shí)例 369
13.7.1 長(zhǎng)途W(wǎng)DM網(wǎng)絡(luò) 369
13.7.2 城域WDM網(wǎng)絡(luò) 371
13.7.3 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò) 372
13.8 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò) 372
13.8.1 基本的PON架構(gòu) 373
13.8.2 有源PON模塊 374
13.8.3 PON業(yè)務(wù)流量的控制 375
13.8.4 PON結(jié)構(gòu)中的保護(hù)交換 377
13.8.5 WDM PON架構(gòu) 378
13.9 小結(jié) 379
習(xí)題 379
習(xí)題解答(選) 382
原著參考文獻(xiàn) 382
第14章 性能測(cè)量與監(jiān)控 387
14.1 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)概述 388
14.2 測(cè)試設(shè)備概述 389
14.2.1 測(cè)試用光源 390
14.2.2 光譜分析儀 390
14.2.3 多功能光測(cè)試儀 391
14.2.4 光功率衰減器 391
14.2.5 光傳送網(wǎng)(OTN)測(cè)試儀 391
14.2.6 可視故障指示儀 392
14.3 光功率測(cè)量 392
14.3.1 光功率的物理基礎(chǔ) 392
14.3.2 光功率計(jì) 393
14.4 光纖特性參數(shù) 393
14.4.1 折射近場(chǎng)法 394
14.4.2 傳輸近場(chǎng)法 394
14.4.3 損耗測(cè)量 394
14.5 眼圖 397
14.5.1 模板測(cè)試 398
14.5.2 壓力眼圖 399
14.5.3 BER等高線 399
14.6 光時(shí)域反射儀(OTDR) 399
14.6.1 OTDR測(cè)試曲線 400
14.6.2 損耗測(cè)量 401
14.6.3 OTDR盲區(qū) 402
14.6.4 光纖故障定位 403
14.6.5 光回波衰減 403
14.7 光性能監(jiān)測(cè) 404
14.7.1 管理系統(tǒng)和功能 404
14.7.2 光層管理 405
14.7.3 OPM基本功能 407
14.7.4 用于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的OPM架構(gòu) 407
14.7.5 網(wǎng)絡(luò)故障檢測(cè) 408
14.8 光纖系統(tǒng)性能測(cè)量 409
14.8.1 誤碼率測(cè)試 409
14.8.2 光信噪比評(píng)估 410
14.8.3 Q因子評(píng)估 411
14.8.4 OMA測(cè)量方法 412
14.8.5 定時(shí)抖動(dòng)測(cè)量 413
14.9 小結(jié) 414
習(xí)題 415
習(xí)題解答(選) 416
原著參考文獻(xiàn) 416
附錄A 國(guó)際單位制 418
附錄B 分貝 419
附錄C 縮略語(yǔ) 421
附錄D 拉丁文符號(hào) 427
附錄E 希臘文符號(hào) 429