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光纤通信原理3

预备知识3

第一节 两种基本的研究方法3

一、几何光学方法3

二、波动光学方法3

第二节 电磁场的基本方程式4

第三节 电磁波的波动现象7

第四节 简谐时变场的波动方程——亥姆霍兹方程7

第五节 均匀平面波的一般概念9

第六节 平面波在两介质交界面的反射和折射11

一、斯奈耳定律12

二、菲涅尔公式13

第七节 平面波的全反射15

第八节 导行波和辐射波16

一、介质Ⅰ中的波16

二、全反射情况下，介质Ⅱ中的波20

三、导行波22

四、辐射波23

小结23

复习思考题25

参考书26

第一章 概述27

第一节 光的性质27

第二节 光纤通信的特点29

一、光纤通信的主要优点29

二、光纤通信与电通信的比较29

第三节 光纤通信系统的基本组成29

一、强度调制—直接检波通信系统的组成30

二、调制方式31

三、损耗和传输带宽31

第四节 光纤通信的发展动向32

参考书33

第二章 介质薄膜波导34

第一节 薄膜波导的结构34

第二节 薄膜波导中波的分类35

一、导波35

二、衬底辐射模36

三、敷层辐射模36

第三节 用射线法分析薄膜波导中的导波38

一、薄膜波导中导波的形式38

二、薄膜波导中导波的特点40

三、薄膜波导中的单模传输条件45

四、薄膜波导中模数量的求法45

小结46

复习思考题48

习题48

参考书48

第三章 光导纤维和光缆50

第一节 光纤的结构和分类50

一、光纤的结构50

二、光纤的种类50

第二节 阶跃型光纤53

一、阶跃型光纤光射线的理论分析53

二、阶跃光纤的标量近似分析法57

第三节 渐变型光纤74

一、渐变型光纤光射线的理论分析74

二、渐变型光纤的标量近似解法82

第四节 单模光纤90

一、单模光纤的折射率分布91

二、单模传输的理论分析93

三、单模光纤的双折射96

第五节 光纤的传输特性99

一、光纤的损耗特性99

二、光纤的色散特性103

第六节 常用的光缆结构和种类117

一、光缆的基本结构117

二、光缆的种类119

小结121

复习思考题122

习题123

参考书124

附录一 标量解场方程的推导125

一、横向电场Ey的表示式125

二、横向磁场Hx的表示式128

三、轴向电场Ez和轴向磁场Hz的表示式128

附录二 双曲正割型折射指数分布光纤可以获得自聚焦的证明131

附录三 标量亥姆霍兹方程解的推导133

第四章 光源和光发射机136

第一节 与激光器有关的概念136

一、光子136

二、费米能级137

三、光与物质的三种作用形式139

第二节 激光器的一般工作原理141

一、粒子数反转分布与光放大之间的关系142

二、激光器的基本组成142

三、激光器的参量144

四、谐振频率146

第三节 半导体激光器（LD）147

一、半导体激光器的结构和工作原理148

二、半导体激光器的工作特性153

第四节 半导体发光二极管（LED）157

第五节 光源的调制159

一、光源的直接调制159

二、光源的间接调制161

第六节 光发射机162

一、对光发射机的要求162

二、光发射机的组成163

小结167

复习思考题168

习题169

参考书169

第五章 光电检测器和光接收机171

第一节 半导体的光电效应171

第二节 光纤通信中常用的半导体光电检测器173

一、PIN光电二极管173

二、APD光电二极管174

第三节 光电检测器的特性177

一、响应度R0和量子效率η177

二、响应时间178

三、暗电流ID178

四、雪崩倍增因子G178

五、倍增噪声和过剩噪声系数F（G）179

第四节 数字光纤通信接收机的基本组成181

一、数字光纤通信接收机的组成方框图181

二、各组成部分的功能181

三、一个实际的光接收机电路191

第五节 光接收机的灵敏度和动态范围193

一、光接收机灵敏度193

二、接收机的动态范围194

第六节 光接收机的噪声194

一、研究光接收机噪声的目的194

二、光接收机噪声的主要来源195

三、计算光接收机噪声的说明196

四、计算光接收机灵敏度的说明196

小结197

复习思考题198

习题198

参考书199

第六章 光纤通信系统200

第一节 强度调制—直接检测光纤通信系统的组成200

一、系统的组成方框图200

二、光中继器200

三、监视控制系统202

四、脉冲插入与脉冲分离209

五、光路中的无源器件209

第二节 光纤通信中的线路码型216

一、研究传输码型的必要性216

二、选择码型应满足的主要要求218

三、光纤通信中常用码型218

第三节 光纤通信系统的性能指标——误码率和抖动226

一、误码性能226

二、抖动性能227

第四节 光纤通信系统设计概述231

一、系统部件的选择232

二、设计光纤通信系统时有关指标的计算和验算233

第五节 光纤模拟通信系统241

一、光纤图像模拟传输系统242

二、光纤脉冲模拟传输系统244

小结245

复习思考题246

习题247

参考书247

第七章 同步数字体系（SDH）249

第一节 同步数字体系的产生249

一、准同步数字体系（PDH）的复接情况249

二、PDH的固有缺点249

三、SDH网的提出和基本特点251

第二节 SDH的速率与帧结构252

一、同步数字体系的速率253

二、同步数字体系的帧结构253

第三节 SDH的复用结构和映射方法257

一、我国采用的复用结构和映射方法257

二、图中各符号说明259

三、映射、定位、复用过程举例261

四、SDH传送网的分层模型263

第四节 SDH的开销功能265

一、关于通道、复用段、再生段的说明266

二、段开销（SOH）267

三、通道开销（POH）271

第五节 SDH的指针271

一、AU—4指针的作用272

二、AU—4指针的位置及偏移编号272

三、AU—4的指针值274

四、指针的频率调整作用275

五、新数据标帜（NDF）275

第六节 SDH中的关键设备——复用设备和交叉连接设备276

一、SDH设备的规范方法276

二、功能参考模型方法276

三、SDH复用设备（简单介绍）277

四、数字交叉连接器（SDXC）280

第七节 SDH的自愈网283

一、网络保护的概念283

二、自愈网的种类283

小结285

复习思考题287

习题287

参考书287

第八章 光放大器289

第一节 光放大器的分类289

第二节 掺铒光纤放大器的结构290

一、同向泵浦结构291

二、反向泵浦结构291

三、双向泵浦结构292

第三节 掺铒光纤放大器的工作原理292

第四节 掺铒光纤放大器的特性指标294

一、功率增益294

二、输出饱和功率295

三、噪声系数296

第五节 掺铒光纤放大器在光纤通信系统中的应用297

一、作前置放大器使用297

二、作发射机功率放大器使用297

三、作光中继器使用298

小结298

复习思考题299

参考书299

第九章 现代光纤通信技术介绍300

第一节 光纤通信中的复用系统300

一、波分复用系统300

二、光频分复用系统303

三、副载波强度调制系统305

第二节 光纤通信多终端网络系统306

一、光纤局部区域网（LAN）306

二、宽带综合业务数字网（B—ISDN）309

第三节 外差光纤通信系统310

一、光发射机311

二、光放大器312

三、光接收机313

四、外差光纤通信系统中的几个技术问题314

第四节 光纤的非线性效应及光孤子通信315

一、光纤的非线性效应315

二、光孤子通信317

小结322

复习思考题322

参考书323

第十章 光纤及光纤通信系统的测量324

第一节 光纤参数的测量324

一、单模光纤模场直径的测量324

二、光纤损耗的测量325

三、光纤色散与带宽的测量330

第二节 光纤通信系统的测量336

一、光发射机发送光功率的测量336

二、光源消光比的测量336

三、光接收机灵敏度的测量337

四、光接收机动态范围的测量338

五、光纤通信系统测量中的眼图338

小结339

复习思考题340

参考书340

附 光纤通信原理自学考试大纲《自学考试大纲》出版前言345

Ⅰ．课程性质与设置目的要求347

Ⅱ．课程内容与考核目标349

Ⅲ．有关说明与实施要求368

附录 题型举例372

《自学考试大纲》后记374