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1光纤通信概论1

1.1光纤通信的发展史1

目录1

1.2光纤通信系统3

2光纤6

2.1概述6

2.2光线在光纤中的传输9

2.2.1阶跃光纤中的光线分析9

2.2.2梯度光纤中的光线分析10

2.2.3平面光波导13

2.3.1波动方程17

2.3 光纤的波动理论17

2.3.2归一化变量18

2.3.3贝塞尔方程的场解19

2.3.4特征方程21

2.3.5线偏振模及其特性22

2.3.6传播常数β与归一化频率V的关系24

2.3.7光纤中的功率流25

2.3.8单模光纤26

2.4光纤的损耗特性29

2.4.1材料的吸收损耗30

2.4.3辐射损耗31

2.4.2光纤的散射损耗31

2.5光纤的色散特性及带宽32

2.5.1群时延和时延差33

2.5.2材料色散和波导色散33

2.5.3高斯脉冲在单模光纤中的传播38

2.5.4偏振模色散40

2.5.5模间色散41

2.5.6光纤的传输带宽41

2.6单模光纤中的非线性效应43

2.6.1媒质中的非线性效应43

2.6.2光纤中的受激散射效应44

2.6.3非线性折射率调制效应46

2.6.4光脉冲在光纤中的传输方程47

2.7光纤光栅48

2.7.1基本工作原理48

2.7.2耦合模理论及布拉格光栅的滤波特性50

2.7.3啁啾光纤光栅53

2.7.4长周期光纤光栅54

2.7.5抽样光栅55

2.7.6光纤光栅在光纤通信中的应用55

2.8无源光器件57

2.8.2光纤分路器及耦合器58

2.8.1光纤的连接与光纤连接器58

2.8.3 GRIN透镜连接器60

2.8.4光隔离器与光环行器60

2.8.5光开关61

2.9聚合物光纤与光子晶体光纤简介64

2.9.1聚合物光纤64

2.9.2光子晶体光纤65

习题68

3光源与光发送机70

3.1.1光的吸收与发射71

3.1半导体中的光发射71

3.1.2半导体的光发射74

3.2发光二极管78

3.2.1发光二极管的结构78

3.2.2发光二极管的主要特性80

3.3半导体激光器的工作原理与结构83

3.3.1半导体激光器的工作原理83

3.3.2半导体激光器的结构87

3.4半导体激光器的工作特性93

3.4.1P-I特性93

3.4.2模式特性与线宽96

3.4.3调制特性97

3.4.4波长调谐特性102

3.4.5噪声特性103

3.4.6半导体激光器的安全使用105

3.5光发送机105

3.5.1光载波的调制106

3.5.2发光二极管驱动电路106

3.5.3激光二极管驱动电路108

3.6光源与光纤的耦合110

3.7光源的外调制技术112

习题114

4.1概述116

4光检测器与光接收机116

4.2光检测器117

4.2.1光检测器的工作原理117

4.2.2光检测器的主要工作特性122

4.3 光接收机的噪声125

4.3.1光接收机中的噪声源125

4.3.2接收机等效电路及放大器电路噪声127

4.3.3光检测器的噪声128

4.3.4背景噪声131

4.4.2光检测器噪声132

4.4模拟接收机的噪声及信噪比132

4.4.1均方信号电流132

4.4.3信噪比及接收灵敏度133

4.5数字接收机的噪声分析135

4.5.1概述135

4.5.2数字接收机的分析模型136

4.5.3信号分析137

4.5.4放大器电路噪声138

4.5.5光检测器噪声138

4.5.6输入输出脉冲形状及I1、I2、I3、∑1值140

4.6光接收机前置放大器145

4.6.1高阻抗前置放大器146

4.6.2互阻抗放大器152

4.6.3动态范围154

4.7数字接收机的误码率和接收灵敏度156

4.7.1数字接收机的误码率156

4.7.2数字接收机的接收灵敏度159

4.7.3数字接收机的灵敏度极限——量子极限163

4.8数字接收机中的定时提取与判决再生164

4.8.1定时提取164

4.8.2判决再生165

习题166

5光放大器168

5.1光放大器简介及其一般特性168

5.1.1半导体光放大器（SOA）168

5.1.2掺铒光纤放大器（EDFA）170

5.1.3光纤喇曼放大器（FRA）170

5.1.4光放大器一般工作特性170

5.1.5光放大器在光纤通信系统中的应用174

5.2半导体光放大器176

5.2.1增益和带宽176

5.2.2功率饱和及多信道放大特性177

5.2.3半导体光放大器的应用178

5.3掺铒光纤放大器178

5.3.1基本工作原理178

5.3.2增益特性181

5.3.3噪声特性183

5.3.4多信道放大特性及宽带EDFA185

5.3.5 EDFA的应用188

5.4光纤喇曼放大器190

习题193

6.1数字光纤通信系统195

6.1.1光纤传输系统最适合于传输数字信号195

6光纤通信系统与网络195

6.1.2数字光纤通信系统的体制196

6.1.3数字光纤通信系统的基本结构199

6.1.4线路码型201

6.1.5 SDH同步传输网204

6.1.6数字光纤通信系统的性能207

6.1.7数字光纤通信系统的主要性能指标测试213

6.2系统设计考虑215

6.2.1工作波长的选择216

6.2.2元件的选择216

6.2.3损耗限制系统的计算——功率预算法217

6.2.4色散限制系统的计算——上升时间预算218

6.3模拟光纤通信系统220

6.3.1模拟调制技术221

6.3.2基带直接强度调制（D-IM）222

6.3.3脉冲频率调制（PFM-IM）电视信号传输223

6.3.4副载波复用强度调制（SCM-IM）224

6.4相干光纤通信系统230

6.4.1基本原理230

6.4.2调制与解调技术232

6.4.3相干光纤通信的优点及关键技术233

6.5光纤孤子通信234

6.4.4相干光纤通信系统实例234

6.6波分复用光纤通信系统237

6.6.1WDM光纤通信系统结构238

6.6.2光滤波器240

6.6.3波分复用／解复用器241

6.6.4光源技术246

6.6.5光纤技术247

6.6.6色散补偿技术248

6.6.7 WDM系统现状252

6.6.8 WDM的发展254

6.7.1公用通信网简介256

6.7光纤通信网络256

6.7.2光纤局域网260

6.7.3光纤接入网266

6.8 全光通信网269

6.8.1 WDM全光网的结构及波长路由270

6.8.2波长转换器272

6.8.3光交叉连接与光分插复用节点设备274

6.8.4 IP over WDM网技术277

6.8.5全光通信网概况278

习题280

主要参考资料282