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§1．1 通信技术的发展趋势1

第一章 绪论1

§1．2 光通信的发展2

§1．3 光纤传输系统的应用4

§1．4 光纤传输系统的发展展望5

§1．5 光纤传输系统的基本问题7

第二章 光线在光纤中的传输9

§2．1 光纤传输的基本原理和参数9

2．1．1 光线在阶梯光纤中的传输9

2．1．2 光线在梯度光纤中的传输13

§2．2 光纤的材料色散18

2．2．1 材料色散的经典理论18

2．2．2 光纤材料折射率的实验数据21

2．2．3 光纤材料的时延色散23

2．2．4 零色散区的脉冲展宽25

2．3．1 材料色散和多径色散的合成影响26

§2．3 光纤的脉冲展宽和展宽脉冲的表示方法26

2．3．2 脉冲响应的均方根表示28

2．3．3 时域脉冲响应和频域基带响应30

§2．4 光纤的衰减和结构参数32

2．4．1 衰减机理32

2．4．2 光纤光缆的结构参数35

习题38

参考文献39

第三章 电磁波在光纤中的传输40

§3．1 电磁波在阶梯光纤中的传输40

3．1．1 电磁波在光纤中传输的基本方程40

3．1．2 波动方程的解法41

3．1．3 电磁波在阶梯光纤中传输的场解42

§3．2 阶梯光纤的本征值方程和模式分类44

3．2．1 本征值方程44

3．2．2 模式分类46

3．2．3 截止条件和模式场图51

3．2．4 色散特性、模式总数和功率流56

§3．3 阶梯光纤的时延色散59

3．3．1 多模光纤的时延色散60

3．3．2 单模光纤的时延色散62

§3．4 电磁波在梯度光纤中的传输65

3．4．1 梯度光纤的剖面结构65

3．4．2 梯度光纤的WKB解66

3．4．3 模场的相位积分69

3．4．4 传输模式数和各模式传播常数70

§3．5 单模光纤的近似分析方法73

3．5．1 渐变折射率光纤的高斯近似法73

3．5．2 渐变折射率光纤的等效阶梯分析76

习题79

参考文献80

4．1．1 双折射的基本概念81

第四章 光纤的双折射特性和偏振态传输81

§4．1 单模光纤中的双折射现象81

4．1．2 研究单模光纤双折射的意义82

§4．2 单模光纤中的各种双折射83

4．2．1 几何双折射B_Q83

4．2．2 应力双折射B_S89

4．2．3 其它因素导致的双折射92

§4．3 单模光纤中光波偏振态传输94

4．3．1 传输矩阵法95

4．3．2 耦合模理论法99

4．3．3 邦加球描述法100

§4．4 单模光纤的偏振色散101

§4．5 特种双折射光纤102

4．5．1 高双折射光纤102

4．5．2 低双折射光纤104

习题106

4．5．3 绝对单模单偏振光纤106

参考文献107

第五章 光纤的非线性传输108

§5．1 光场与介质的非线性互作用效应108

§5．2 光纤中的受激喇曼散射(SRS)110

5．2．1 喇曼散射的物理概念111

5．2．2 受激喇曼散射的理论分析112

5．2．3 光纤中的受激喇曼散射116

§5．3 光纤中的受激布里渊散射(SBS)122

§5．4 自相位调制(SPM)125

5．4．1 克尔效应(n_2效应)125

5．4．2 光纤中的自相位调制效应126

§5．5 光纤的非线性传输与孤立子通信128

5．5．1 光学孤立子的基本概念128

5．5．2 非线性薛定谔方程129

5．5．3 非线性方程的解及其性质132

5．5．4 光学孤立子的应用134

习题134

参考文献135

第六章 光纤传输器件136

§6．1 光纤连接器137

6．1．1 光纤连接器的结构与性能137

6．1．2 对接式单模光纤连接器的功率传输系数138

6．1．3 对接式多模光纤连接器的耦合损耗140

6．1．4 耦合损耗的综合数值计算144

6．1．5 扩束型光纤连接器145

§6．2 光纤耦合器147

6．2．1 光纤与光电器件耦合器147

6．2．2 光纤定向耦合器150

6．2．3 光纤星形耦合器155

§6．3 光波分复用器/解复用器156

6．3．1 光波分复用器的原理与结构156

6．3．2 光波分复用器的性能159

§6．4 其它光纤传输器件160

6．4．1 光衰减器160

6．4．2 光开关161

6．4．3 光隔离器162

6．4．4 光偏振控制器163

习题166

参考文献166

第七章 光纤系统中的信号传输原理167

§7．1 引言167

§7．2 模拟信号的传输171

7．2．1 调幅信号的传输171

7．2．2 调频信号的传输177

§7．3 脉冲调制信号的传输191

7．3．1 奈奎斯特(Nyquist)取样定理191

7．3．2 PAM信号的传输及时分(TDM)原理194

7．3．3 多级调制信号的传输197

7．3．4 脉冲编码调制(PCM)信号的传输198

§7．4 数字基带信号的传输199

7．4．1 数字信号的表示方法200

7．4．2 数字基带信号传输与码间串扰203

7．4．2 理想基带传输的误码率性能208

§7．5 数字信号的频带传输210

7．5．1 数字振幅调制系统210

7．5．2 数字频率调制系统217

7．5．3 数字相位调制系统221

7．5．4 数字调制-解调方案的选择230

§7．6 数字信号的功率密度谱232

7．6．1 基带数字信号的功率密度谱232

7．6．2 数字调制信号的功率密度谱235

习题236

参考文献238

第八章 光源及光发送机239

8．1．1 发光二极管的工作原理240

§8．1 发光二极管240

8．1．2 发光二极管的基本结构243

8．1．3 发光二极管的特性245

§8．2 激光二极管251

8．2．1 基本工作原理251

8．2．2 注入式半导体激光器的结构254

8．2．3 P-I特性255

8．2．4 输出谱特性和辐射图258

8．2．5 调制特性262

8．2．6 动态单纵模激光器267

§8．3 光源与光纤的耦合271

8．3．1 光源与光纤的耦合损耗271

8．3．2 光源与光纤的耦合方法272

§8．4 光源的驱动274

8．4．1 发光二极管的数字传输驱动电路274

8．4．2 半导体激光器的驱动275

8．4．3 模拟驱动电路277

§8．5 光源的外调制281

8．5．1 电光波导相位调制器281

8．5．2 电光波导强度调制器282

8．5．3 电光波导频率调制器283

8．5．4 声光调制器285

习题287

参考文献287

第九章 光检测器与光接收机289

§9．1 光检测器290

9．1．1 光检测原理290

9．1．2 光检测器的响应速度294

9．1．3 光检测器的噪声特性296

9．1．4 APD的温度特性298

9．1．5 线性和饱和298

9．1．6 长波长光检测器299

9．2．1 接收机的噪声源300

§9．2 接收机噪声源及极限灵敏度300

9．2．2 光接收机的灵敏度极限302

§9．3 接收机的噪声分析304

9．3．1 等效电路304

9．3．2 输出信号305

9．3．2 光检测器的噪声306

9．3．4 偏置电路和放大器的噪声307

9．3．5 归一化308

9．3．6 输入输出波形和I_1、I_2、I_3、∑_1的值310

§9．4 接收机前端311

9．4．1 场效应管前置放大器311

9．4．2 双极晶体管前置放大器313

9．4．3 前置放大器的设计314

§9．5 数字接收机灵敏度的计算317

9．5．1 高斯近似下的误码率计算317

9．5．2 PIN接收机的灵敏度319

9．5．3 APD接收机的灵敏度320

9．5．4 接收灵敏度的计算结果323

9．5．5 码间串对接收灵敏度的影响324

§9．6 模拟接收机326

9．6．1 模拟接收机的信号噪比326

9．6．2 PIN接收机326

9．6．3 APD按收机327

习题327

参考文献328

第十章 光纤通信系统330

§10．1 系统设计考虑330

10．1．1 元件的选择331

10．1．2 损耗限制系统的计算——功率预算法332

10．1．3 色散限制系统的计算——升时间预算334

§10．2 数字光纤通信系统336

10．2．1 光纤传输系统为什么最适合于传输数字信号337

10．2．2 第一代系统338

10．2．3 第二、三、四代系统339

10．2．4 计算举例341

§10．3 模拟光纤通信系统343

10．3．1 基带直接强度调制(D-IM)343

10．3．2 副载波强度调制345

10．3．3 脉冲模拟调制346

10．3．4 计算举例349

§10．4 光纤传输系统的复用350

10．4．1 波分复用(WDM)351

10．4．2 光频分复用(OFDM)353

10．4．3 时分复用(TDM)353

§10．5 多终端光纤通信网络系统354

10．5．1 光纤局域网(LAN)354

10．5．2 光纤宽带综合服务数字网(B-ISDN)359

§10．6 相干光纤通信系统361

10．6．1 相干检测的基本原理361

10．6．2 相干检测的优点363

10．6．3 调制技术364

10．6．4 外差接收机365

10．6．5 零差接收机366

10．6．6 偏振分集接收机369

10．6．7 相干检测对光源线宽的要求370

习题372

参考文献373

第十一章 光纤传输系统在传感技术中的应用374

§11．1 光纤传感技术概论374

11．1．1 光纤传感器基本工作原理374

11．1．2 光纤传感技术的主要特点374

11．1．3 光纤传感器分类376

11．2．1 光纤温度传感器377

§11．2 几种典型的光纤传感器377

11．2．2 光纤陀螺仪379

11．2．3 光纤水听器383

11．2．4 光纤电磁传感器386

11．2．5 光纤气体传感器388

§11．3 光纤传感器网络与遥测系统389

11．3．1 光纤传感器网络的几种基本形式390

11．3．2 光纤传感器网络的设计考虑391

11．3．4 光纤传感器网络和遥测系统的典型应用391

11．3．3 光纤遥测系统392

习题395

参考文献395

第十二章 光纤及传输系统特性测量397

§12．1 光纤传输系统对光纤特性的要求397

§12．2 光纤折射率分布测试——折射近场法398

§12．3 光纤损耗特性测试402

12．3．1 截断法403

12．3．2 插入损耗法404

12．3．3 后向散射法404

12．3．4 三种方法的比较406

§12．4 光纤色散特性测试407

12．4．1 脉冲展宽法——时域测量407

12．4．2 扫描频率法——频域测量409

12．4．3 相移法410

§12．5 单模光纤双折射特性测试411

12．5．2 线偏振本征矢——扭转法412

12．5．1 瑞利散射法413

§12．6 光纤传输系统特性测试415

12．6．1 模拟光纤传输系统主要性能测量416

12．6．2 数字光纤传输系统主要性能测量418

12．6．3 眼图测量419

习题422

参考文献423