《光纤通信导论》求取 ⇩

第一章 绪论1

1.1 光纤通信发展简史1

1.2 光纤通信系统3

1.2.1 概述3

1.2.2 光纤通信系统的基本构成4

1.2.2.1 光纤4

1.2.2.2 光发射机4

1.2.2.3 光接收机5

1.3 几个基本概念5

1.3.1 模拟信号与数字信号5

1.3.2 信道复用7

1.3.3 调制方式8

1.3.4 信道容量9

2.1 光纤的几何光学分析10

第二章 光纤和光缆10

2.1.1 阶跃折射率光纤11

2.1.2 梯度折射率光纤12

2.2 阶跃折射率光纤的波动光学分析13

2.2.1 麦克斯韦方程组13

2.2.2 光纤中的模式15

2.2.3 单模光纤17

2.2.3.1 单模条件17

2.2.3.2 模折射率17

2.2.3.3 模场分布18

2.2.3.4 双折射18

2.2.3.5 光斑尺寸18

2.3 单模光纤中的色散19

2.3.1 群速度色散19

2.3.2 材料色散20

2.3.3 波导色散20

2.4 色散导致的脉冲展宽22

2.4.1 基本传播方程23

2.4.2 高斯输入脉冲24

2.4.2.1 高斯脉冲的脉宽与谱宽24

2.4.2.2 高斯输入脉冲的展宽24

2.4.3 光纤色散对码率的限制25

2.4.4 光纤带宽28

2.5 光纤的损耗29

2.5.1 衰减系数29

2.5.2 材料吸收30

2.5.3 瑞利散射30

2.5.4 波导缺陷31

2.6 光纤中的非线性光学效应31

2.6.1 受激光散射32

2.6.2 非线性折射33

2.7.1 设计问题34

2.7.2 制造方法简介34

2.6.3 四波混频34

2.7 光纤的制造34

2.8 光缆36

2.9 光纤和光缆的连接37

2.9.1 光纤的连接38

2.9.2 光缆的连接39

第三章 光源和光检测器40

3.1 光电器件的一般工作原理40

3.1.1 光发射与光吸收40

3.1.2 p-n结43

3.1.3 半导体材料46

3.2 发光二极管(LED)48

3.2.1 LED的结构48

3.2.2 LED的工作特性49

3.2.2.2 光谱特性50

3.2.2.1 p-l特性50

3.2.2.3 调制特性51

3.3 半导体激光器(LD)52

3.3.1 LD激光振荡52

3.3.3.1 光增益52

3.3.3.2 光反馈和激光器阈值53

3.3.2 半导体激光器的结构54

3.3.2.1 增益导引半导体激光器55

3.3.2.2 折射率导引半导体激光器56

3.3.3 LD的工作特性56

3.3.3.1 p-l特性57

3.3.3.2 调制响应59

3.3.3.3 激光噪声62

3.3.3.4 激光模式65

3.3.4.1 DFB和DBR半导体激光器68

3.3.4 单纵模半导体激光器68

3.3.4.2 耦合腔半导体激光器70

3.4 光电二极管71

3.4.1 结构原理72

3.4.1.1 PN光电二极管72

3.4.1.2 PIN光电二极管73

3.4.1.3 雪崩光电二极管(APD)74

3.4.2 工作特性和参数75

3.4.2.1 响应度和量子效率76

3.4.2.2 APD的倍增系数及噪声76

3.4.2.3 响应带宽78

3.4.3 新型APD结构79

第四章 光发射机与光接收机82

4.1 光发射机82

4.1.1 光源与光纤的耦合82

4.1.2 驱动电路83

4.1.3 自动功率控制(APC)电路84

4.1.4 自动温度控制(ATC)电路85

4.1.5 告警电路与保护电路86

4.1.6 码型变换86

4.1.7 光发射机可靠性评估90

4.2 光接收机的组成91

4.2.1 前端91

4.2.2 线性通道92

4.2.3 数据恢复94

4.2.4 集成光接收机95

4.3 光接收机的性能95

4.3.1 接收噪声与信噪比96

4.3.1.1 噪声机制96

4.3.1.2 PIN接收机的信噪比97

4.3.1.3 APD接收机的信噪比98

4.3.2.1 误码率99

4.3.2 接收灵敏度99

4.3.2.2 最小平均接收功率102

4.3.2.3 光探测的量子极限103

4.3.3 其它引起光接收机灵敏度下降的因素103

4.3.3.1 消光比104

4.3.3.2 强度噪声104

4.3.3.3 时间抖动106

4.3.4 光接收机性能评估107

第五章 光纤通信系统设计和性能111

5.1 系统结构111

5.1.1 点对点的传输111

5.1.2 光纤分配网112

5.1.3 局域网络(LAN)113

5.2 工作波长和系统限制115

5.2.1 损耗限制的系统115

5.2.2 色散限制的系统115

5.3 商用化光纤通信系统116

5.4.1 功率预算120

5.4 系统功率预算和带宽120

5.4.2 系统的带宽121

5.5 系统设计中要考虑的其它因素123

5.5.1 光纤模式噪声123

5.5.2 色散导致的脉冲展宽123

5.5.3 LD的模分配噪声125

5.5.4 LD的频率啁啾128

5.5.5 反射噪声131

5.6 光纤通信计算机辅助设计简介133

6.1.1 光源的测量135

6.1.1.1 p-l特性的测量135

6.1.1.2 发射波长与发射光谱的测量135

第六章 光纤通信系统中的测量135

6.1 光源与光检测器的测量135

6.1.1.3 调制响应的测量136

6.1.2 光检测器参数的测量136

6.1.2.1 响应度和量子效率的测量137

6.1.2.2 暗电流的测量137

6.1.2.3 上升及下降时间测量137

6.1.2.4 APD反向击穿电压测量137

6.2 光纤特性的测量138

6.1.2.5 APD倍增因子的测量138

6.1.2.6 APD附加噪声指数的测量138

6.2.1 光纤传输特性的测量139

6.2.1.1 损耗的测量139

6.2.1.2 色散的测量141

6.2.2 光纤基本参数的测量143

6.2.2.1 光纤折射率分布的测量143

6.2.2.2 数值孔径的测量143

6.2.2.3 单模光纤截止波长和模场直径的测量146

6.3 光端机的测量147

6.3.1 光发射机指标测量147

6.3.1.1 输出功率的测量147

6.3.1.2 消光比的测量148

6.3.2 光接收机指标测量148

6.4 光纤数字传输系统传输特性的测量149

第七章 多信道复用系统151

7.1 信道复用的方式151

7.2 频分复用系统152

7.2.1 频分复用光纤通信系统的几种结构152

7.2.1.1 高容量点对点传输152

7.2.1.2 广播式分配网络153

7.2.1.3 多路多址局域网络154

7.2.2 频分复用系统基本器件154

7.2.2.1 波分复用/解复用器155

7.2.2.2 被动星型耦合器157

7.2.2.3 可调光滤波器158

7.2.2.4 可调谐半导体激光器159

7.2.3 系统性能159

7.2.3.1 线性串扰159

7.2.3.2 非线性串扰160

7.2.3.3 其它系统设计和性能问题162

7.3 副载波复用系统164

7.3.1 模拟SCM系统165

7.3.2 数字SCM系统及混合SCM系统169

7.3.3 波分复用SCM系统172

7.3.4 实用化SCM-CATV光纤传输系统172

7.3.4.1 AM-SCM-CATV光纤传输系统173

7.3.4.2 FM-SCM-CATV光纤传输系统177

8.1 引言180

8.1.1 光纤通信中的光电中继器180

第八章 光放大器180

8.1.2 光放大器181

8.1.3 光放大器的基本性能181

8.1.3.1 增益和带宽182

8.1.3.2 增益饱和182

8.1.3.3 放大器噪声183

8.1.4 光放大器在光纤通信中的应用形式184

8.1.5 放大器级联185

8.2 半导体激光放大器186

8.2.1 放大器的结构186

8.2.2 放大器的性能187

8.2.3 多信道放大190

8.2.4 脉冲放大191

8.2.5 系统应用194

8.3.1 EDFA中E？的能级结构和泵浦195

8.3 掺铒光纤放大器195

8.3.2 增益特性196

8.3.3 放大器的噪声系数198

8.3.4 EDFA实验199

8.3.5 EDFA设计200

8.3.6 多信道放大和脉冲放大201

8.3.7 系统应用201

第九章 相干光通信203

9.1 相干光通信的基本原理203

9.1.1 直接检测与相干检测203

9.1.2 零差检测与外差检测204

9.1.3 相干光通信的优点206

9.2 调制方式207

9.2.1 ASK、FSK、PSK和DPSK207

9.2.2 调制的数学表达式207

9.2.3 调制的实现208

9.3 信噪比210

9.4 各种相干光通信方式比较211

9.5 影响系统性能的因素及改进措施212

9.5.1 相位噪声212

9.5.2 强度噪声214

9.5.3 偏振噪声215

9.5.4 光纤色散216

9.5.5 其它因素216

9.6 实验系统216

9.6.1 包络解调外差系统216

9.6.2 同步解调外差系统217

9.6.3 零差系统217

9.6.4 现场实验217

第十章 孤子通信系统219

10.1 光纤中孤子的基本概念219

10.1.1 非线性薜定谔方程219

10.1.2 一阶孤子与高阶孤子220

10.1.3 暗孤子222

10.2 孤子传输损耗与孤子放大224

10.2.1 光纤损耗导致的孤子脉冲展宽224

10.2.2 孤子放大224

10.3 孤子通信系统设计227

10.3.1 孤子相互作用227

10.3.2 初始光脉冲的频率啁啾229

10.3.3 放大器的间距231

10.3.4 孤子时间抖动232

10.3.4.1 放大器自发辐射噪声引起的时间抖动232

10.3.4.2 自频率移动引起的时间抖动233

10.3.4.3 两种时间抖动的比较235

10.4 波分复用孤子通信系统236

10.5 实验进展237

主要参考书目240