光纤通信(第4版)电子书

内容简介

前言

第1章 光纤通信基础

1.1 光纤通信发展史

1.1.1 光通信发展史

1.1.2 高速光纤通信系统进展

1.1.3 通信网络的分层结构

1.1.4 ITU-T光传输网（OTN）最新进展

1.2 光的基础

1.2.1 光的本质——波动性和光子性

1.2.2 均匀介质中的光——光是电磁波

1.2.3 相速度和折射率

1.2.4 群速度和群折射率

1.3 光的传播特性

1.3.1 光的反射、折射和全反射——光纤波导传输光的基础

1.3.2 抗反射膜、电介质镜和光子晶体

1.3.3 光的谐振——激光器和滤波器基础

1.3.4 光的干涉和衍射——激光器和滤波器基础

1.3.5 光的偏振——偏振复用基础

1.3.6 光在各向异性晶体中的传输——双折射器件及LiNbO3调制器基础

1.3.7 非线性光学效应——FWM、SRS和SBS基础

1.3.8 TE、TM和HE

1.4 能带理论及光吸收理论

1.4.1 能带理论——光探测器、激光器及EDFA基础

1.4.2 半导体对光的吸收

第2章 光纤和光缆

2.1 光纤结构和类型

2.1.1 多模光纤

2.1.2 单模光纤

2.1.3 超低损耗光纤

2.1.4 光纤制造工艺

2.1.5 光子晶体光纤

2.2 光纤传输原理

2.2.1 光线理论分析传输条件——全反射和相干

2.2.2 光线理论分析光纤传输模式

2.2.3 导波理论分析光纤传输模式

2.2.4 单模光纤的基本特性

2.3 光纤传输特性

2.3.1 衰减

2.3.2 色散

2.3.3 比特率

2.3.4 带宽

2.3.5 光纤非线性光学效应

2.4 单模光纤分类及应用

2.4.1 改变光纤结构、设计不同光纤

2.4.2 G.652标准单模光纤

2.4.3 G.653色散位移光纤

2.4.4 G.654截止波长位移光纤

2.4.5 G.655非零色散位移光纤

2.4.6 G.656宽带非零色散位移光纤

2.4.7 G.657接入网用光纤

2.4.8 正、负色散单模光纤和色散补偿光纤

2.5 光纤的选择

2.5.1 一般光纤的选择

2.5.2 超低损耗光纤的选择

2.6 光缆

2.6.1 对光缆的基本要求

2.6.2 光缆结构和类型

2.6.3 海底光缆分类及性能

2.6.4 海底光缆选择注意事项

第3章 光纤通信器件

3.1 光连接器

3.1.1 连接损耗

3.1.2 光连接器的结构和特性

3.1.3 光接头

3.1.4 连接方法的比较

3.2 光纤耦合器

3.2.1 方向耦合器

3.2.2 熔拉双锥星形耦合器

3.3 可调谐光滤波器

3.3.1 法布里-珀罗（F-P）滤波器

3.3.2 马赫-曾德尔（M-Z）干涉滤波器

3.3.3 布拉格光栅及光栅滤波器

3.3.4 声光效应及声光滤波器

3.3.5 可调谐光滤波器性能比较

3.4 波分复用/解复用器

3.4.1 光栅型解复用器

3.4.2 光干涉型波分复用/解复用器

3.4.3 介质薄膜型解复用器

3.5 光调制器

3.5.1 电光效应和电光调制器

3.5.2 电吸收调制器（EAM）

3.5.3 DQPSK光调制器

3.5.4 声光调制器

3.6 光开关

3.6.1 微机械光开关

3.6.2 电光开关

3.6.3 热电效应及热光开关（TOS）

3.6.4 磁光效应和磁光开关

3.6.5 声光开关

3.7 光隔离器和光环形器

3.7.1 磁光块状光隔离器

3.7.2 磁光波导光隔离器

3.7.3 光环行器

3.8 阵列波导光栅（AWG）工作原理及器件

3.8.1 AWG星形耦合器

3.8.2 AWG工作原理

3.8.3 AWG复用/解复用器

3.8.4 AWG滤波器及路由器

3.9 光分插复用器（OADM）

3.9.1 一般概念

3.9.2 AWG光分插复用器

3.9.3 可重构光分插复用器（ROADM）

3.9.4 波长选择交换（WSS）ROADM

3.10 波长转换

3.10.1 光电再生型波长转换

3.10.2 半导体光放大器（SOA）非线性介质波长转换

3.10.3 非线性光纤介质四波混频波长转换

3.10.4 氮化硅波导交叉相位调制（XPM）波长转换

3.11 双折射器件——偏振复用相干检测器件

3.11.1 相位延迟和补偿器件

3.11.2 起偏器和检偏器

第4章 光源及其调制

4.1 概述

4.2 激光器机理

4.2.1 发光机理

4.2.2 受激发射条件

4.2.3 光增益

4.2.4 激光器起振的阈值条件

4.2.5 激光器起振的相位条件

4.3 半导体激光器

4.3.1 异质结半导体激光器

4.3.2 量子限制激光器

4.3.3 单纵模（SLM）激光器

4.4 波长可调激光器

4.4.1 耦合腔型波长可调激光器

4.4.2 阵列SOA集成光栅腔体型波长可调激光器

4.4.3 调谐光栅腔（TGC）PIC型波长可调激光器

4.5 阵列波导光栅光源

4.5.1 AWG多频激光器

4.5.2 AWG用于多波长光源

4.5.3 AWG用于无色光网络单元WDM-PON系统

4.5.4 AWG用于光正交频分复用（O-OFDM）信号产生

4.6 其他激光器

4.6.1 垂直腔表面发射激光器

4.6.2 光纤激光器

4.7 半导体激光器的特性

4.7.1 基本特性

4.7.2 模式特性

4.7.3 调制响应

4.7.4 相对强度噪声

4.8 先进的光调制技术

4.8.1 光调制技术原理

4.8.2 光调制技术分类

4.8.3 差分相移键控（DPSK）

4.8.4 差分正交相移键控（DQPSK）

4.8.5 数/模转换器（DAC）正交幅度调制（QAM）

4.8.6 光数/模转换器（ODAC）正交幅度调制（QAM）

4.8.7 香农限制和光调制技术比较

第5章 光探测及接收

5.1 光探测原理

5.2 光探测器

5.2.1 PIN光敏二极管

5.2.2 雪崩光敏二极管

5.2.3 响应带宽

5.2.4 新型APD结构

5.2.5 金属-半导体-金属光探测器（MSM-PD）

5.2.6 单行载流子光探测器（UTC-PD）

5.2.7 波导光探测器（WG-PD）

5.3 数字光接收机

5.3.1 光电转换和前置放大器

5.3.2 线性放大器

5.3.3 数据恢复电路

5.4 光接收机信噪比（SNR）

5.4.1 噪声机理

5.4.2 PIN光接收机SNR

5.4.3 APD光接收机SNR

5.4.4 光信噪比（OSNR）和信噪比（SNR）的关系

5.5 比特误码率、Q参数和SNR

5.5.1 比特误码率和Q参数

5.5.2 比特误码率和Q参数、SNR的关系

5.5.3 光探测器的量子限制

5.6 光功率代价

5.6.1 光发送机消光比不为零引入的光功率代价

5.6.2 激光器强度噪声引入的光功率代价

5.6.3 定时抖动引入的光功率代价

5.7 光接收机

5.7.1 光接收机性能

5.7.2 单行载流子（UTC）光接收机

5.7.3 AWG多信道光接收机

5.7.4 107Gbit/s光接收机系统

5.7.5 单片集成相干接收芯片

第6章 光放大器

6.1 光放大器基础

6.1.1 增益频谱和带宽

6.1.2 增益饱和

6.1.3 光放大器噪声

6.1.4 光放大器应用

6.2 半导体光放大器

6.2.1 半导体光放大器设计

6.2.2 半导体光放大器特性

6.2.3 半导体光放大器应用

6.3 光纤拉曼放大器

6.3.1 光纤拉曼放大器工作原理

6.3.2 拉曼增益

6.3.3 光纤拉曼放大器放大倍数和增益饱和

6.3.4 光纤拉曼放大器多波长泵浦增益带宽

6.3.5 光纤拉曼放大器等效开关增益和有效噪声指数

6.3.6 短波长信号光功率向长波长信号光转移

6.3.7 光纤拉曼放大器对系统性能的影响

6.3.8 光纤拉曼放大器应用

6.4 掺铒光纤放大器

6.4.1 掺铒光纤和EDFA的构成

6.4.2 EDFA工作原理及特性

6.4.3 EDFA应用

6.4.4 L波段EDFA及C+L波段EDFA

6.5 光放大器在系统中的应用

6.5.1 光放大器级联

6.5.2 混合使用光纤拉曼放大器和EDFA

第7章 光纤通信系统

7.1 调制编码和复用

7.1.1 光调制——改变载波幅度、频率或相位

7.1.2 脉冲编码——将模拟信号变为数字信号

7.1.3 信道复用——扩大信道容量，充分利用光纤带宽

7.2 电复用光纤传输系统

7.2.1 电频分复用光纤传输系统

7.2.2 微波副载波复用光纤传输系统

7.2.3 典型的FDM光纤通信系统——光纤/电缆混合（HFC）网络

7.2.4 电时分复用及其典型应用——SDH光纤传输系统

7.3 正交频分复用光纤传输系统

7.3.1 正交频分复用（OFDM）的基本原理

7.3.2 傅里叶变换实现OFDM调制和解调

7.3.3 光正交频分复用（O-OFDM）的基本原理

7.3.4 强度调制/直接检测OFDM光纤传输系统

7.3.5 偏振复用/相干检测OFDM光纤传输系统

7.3.6 无傅里叶变换全光OFDM系统

7.3.7 OFDM信号光纤传输用于4G/5G移动通信

7.3.8 OFDM信号光纤传输用于高速铁路无线系统

7.3.9 OFDM光纤传输系统优点及应用

7.4 光复用光纤传输系统

7.4.1 波分复用（WDM）光纤传输系统

7.4.2 偏振复用（PM）光纤传输系统

7.5 相干光波通信系统

7.5.1 相干检测——零差检测、外差检测

7.5.2 相干检测信噪比（SNR）

7.5.3 相干解调方式——外差同步解调、外差异步（延迟）解调

7.5.4 相干系统光调制

7.5.5 相位噪声和相位分集接收

7.5.6 强度噪声和平衡混频接收

7.5.7 极化分集接收

第8章 高速光纤通信

8.1 前向纠错

8.1.1 前向纠错技术概述

8.1.2 ITU-T前向纠错标准和实现方法

8.2 数字信号处理（DSP）

8.2.1 DSP在高比特率光纤通信系统中的作用

8.2.2 数字信号处理（DSP）技术的实现

8.2.3 100Gbit/s系统数字信号处理器

8.2.4 400Gbit/s系统数字信号处理器

8.3 增益均衡

8.3.1 增益均衡概述

8.3.2 无源均衡器

8.3.3 有源斜率均衡器

8.4 奈奎斯特脉冲整形及其系统

8.4.1 奈奎斯特脉冲整形概念

8.4.2 奈奎斯特光发送机/光接收机及其系统

8.5 100Gbit/s超长距离DWDM系统

8.5.1 100Gbit/s超长距离DWDM系统关键技术

8.5.2 100Gbit/s超长距离DWDM系统传输实验

8.5.3 100Gbit/s超长距离DWDM系统光收发模块

8.6 400Gbit/s光纤传输系统

8.6.1 400Gbit/s光纤传输系统技术概述

8.6.2 单载波400Gbit/s光纤传输系统技术

8.6.3 双载波400Gbit/s光纤传输系统技术

8.7 系统色散补偿和管理

8.7.1 负色散光纤补偿

8.7.2 光滤波器补偿

8.7.3 啁啾光纤色散补偿

8.7.4 电子色散补偿——DSP基础

8.7.5 光子晶体光纤（PCF）补偿

8.7.6 光纤色散管理技术

8.8 射频信号光纤传输（RoF）

8.8.1 微波信号的光学产生

8.8.2 光纤传输无线接入网络

第9章 海底光缆通信

9.1 海底光缆通信系统概述

9.1.1 海底光缆通信系统在世界通信网络中的地位和作用

9.1.2 海底光缆通信系统组成和分类

9.1.3 海底光缆通信系统发展历程

9.1.4 连接中国的海底光缆通信系统发展简况

9.2 有中继海底光缆通信系统

9.2.1 有中继海底光缆通信系统构成

9.2.2 海底光中继器

9.2.3 多信道有中继系统在线监视

9.2.4 光时域反射仪（OTDR）

9.2.5 相干光时域反射仪（C-OTDR）

9.3 无中继海底光缆通信系统

9.3.1 无中继海底光缆通信系统概述

9.3.2 无中继海底光缆通信系统终端

9.3.3 远端泵浦光放大器

9.3.4 16×400Gbit/s WDM偏振复用16QAM无中继海底光缆通信系统

9.4 海底光缆通信系统供电及监控

9.4.1 供电系统设计概述

9.4.2 供电系统分类

9.4.3 海底光缆通信系统监视/监控

第10章 光纤通信系统设计

10.1 设计概述

10.1.1 对光纤通信系统设计的考虑

10.1.2 系统结构

10.1.3 损耗限制系统

10.1.4 色散限制系统

10.2 光纤通信系统Q参数和OSNR

10.2.1 Q参数与BER的关系

10.2.2 光信噪比（OSNR）

10.2.3 Q参数与OSNR的关系

10.2.4 测量Q参数

10.3 Q参数和OSNR预算

10.3.1 系统运行期间Q参数结构图

10.3.2 数字线路段Q参数预算

10.3.3 有中继光纤通信系统OSNR预算

10.4 光功率预算

10.4.1 低速小容量系统光功率预算

10.4.2 WDM系统光功率预算

10.4.3 无中继光放大器海底光缆通信系统光功率预算

10.4.4 相干检测WDM海底光缆通信系统光功率预算

10.4.5 光功率代价因素

10.5 光纤通信系统技术设计

10.5.1 有中继系统技术设计考虑

10.5.2 光中继器间距设计

10.5.3 无中继系统技术设计考虑

10.6 DWDM系统设计

10.6.1 中心频率、信道间距和带宽

10.6.2 光放大器系统设计

10.6.3 网络管理

10.6.4 网络保护、生存和互连

附录A 名词术语索引

参考文献