《光纤通信系统》

第1章　光纤的传输理论1

1.1　光纤的基本性质1

1.1.1光纤的结构、分类和光的传输1

1.1.2　光纤的传输性质7

1.2　介质平板波导11

1.2.1　基本波导方程式11

1.2.2　对称介质平板波导的传输模式13

1.2.3　介质板波导中的多模群时延22

1.3　阶跃折射率光纤的模式理论23

1.3.1圆柱坐标系中的波导方程式23

1.3.2 阶跃折射率光纤中波动方程的解25

1.3.3　近似解——LP模32

1.4　渐变折射率光纤的近似分析39

1.4.1渐变折射率光纤的近似解39

1.4.2　渐变折射率光纤特性的WKBJ法分析44

1.5　单模光纤50

1.5.1单模光纤的基本分析50

1.5.2　单模光纤的结构52

1.5.3　单模光纤的频率色散53

1.5.4　单模光纤的极化56

1.5.5　单模光纤的发展与演变59

小结60

习题61

第2章　光源和光调制64

2.1　激光原理的基础知识64

2.1.1　原子能级的跃迁64

2.1.2　半导体中载流子的统计分布68

2.1.3PN结的能带71

2.2　半导体激光器和发光二极管74

2.2.1半导体激光器74

2.2.2　FP腔半导体激光器的结构与分类76

2.2.3　量子阱半导体激光器80

2.2.4　分布反馈激光器81

2.2.5　发光二极管86

2.3　半导体激光器的模式性质88

2.3.1厄密-高斯模式的解89

2.3.2　激光器的纵模91

2.3.3　激光器的横模96

2.4　半导体激光器的瞬态性质98

2.4.1瞬态过程99

2.4.2　速率方程组及其解100

2.4.3　结发热效应107

2.5　半导体激光器的自脉动现象110

2.5.1自脉动现象110

2.5.2　双区共腔激光器中的自脉动113

2.5.3　光丝耦合114

2.6　半导体激光器的直接调制和光发射机116

2.6.1光源的调制方式117

2.6.2 光源的直接调制原理117

2.6.3　激光发射机119

2.7　光源的间接调制125

2.7.1电光调制125

2.7.2　声光调制135

2.7.3　磁光调制137

2.7.4 波导调制器和电吸收调制器138

小结139

习题140

第3章　光接收机144

3.1　光电检测器145

3.1.1光电二极管145

3.1.2 雪崩光电二极管149

3.2　放大器及其电路的噪声155

3.2.1噪声分析的一般方法156

3.2.2　放大器输入端的噪声源158

3.2.3 场效应管和双极晶体管的噪声源160

3.2.4　前置放大器的设计164

3.3　光电检测过程的统计性质及灵敏度的精确计算167

3.3.1灵敏度计算的一般方法167

3.3.2 雪崩光电检测过程的统计分布168

3.3.3　接收机灵敏度的精确计算方法169

3.4　灵敏度计算的高斯近似法173

3.4.1光电检测器散粒噪声的计算173

3.4.2 高斯近似计算公式及其推导过程175

3.4.3 接收机灵敏度与z,B,a,EXT等因素的关系182

3.4.4　高斯近似计算的误差估计187

3.4.5 激光器和光纤系统的噪声190

3.5　光接收机的均衡网络、自动增益控制电路和再生电路195

3.5.1　码间干扰问题与均衡滤波电路195

3.5.2接收机的动态范围和自动增益控制电路198

3.5.3　再生电路203

小结207

习题210

第4章　光纤通信系统和通信网212

4.1　数字光纤通信系统212

4.1.1数字光纤通信系统的组成212

4.1.2 系统性能及其测试222

4.2　光同步数字传输网229

4.2.1　SDH的帧结构231

4.2.2　SDH的复用映射结构232

4.2.3SDH传送网的网络结构236

4.3　光纤通信系统的总体设计242

4.3.1系统的总体考虑242

4.3.2 设计方法245

4.3.3 功率预算和色散预算245

4.4　掺铒光纤放大器及其在系统中的应用249

4.4.1EDFA的工作原理和基本性能250

4.4.3 EDFA在系统中的应用256

4.5　光纤接入网258

4.5.1混合光纤同轴型接入网259

4.5.2　无源光网络262

4.6　模拟光纤通信系统266

4.6.1SCM光波系统的基本组成和调制方式266

4.6.2 SCM光波系统的非线性失真267

4.6.3 SCM光纤通信系统中非线性失真的补偿278

小结280

习题280

第5章　光纤通信新技术282

5.1　波分复用技术282

5.1.1WDM光纤通信系统的构成和概况282

5.1.2　复用、解复用器件285

5.1.3　WDM系统的设计295

5.1.4　相干光通信297

5.2　非线性光学效应及其对光纤通信的影响301

5.2.1非线性光学效应301

5.2.2 受激散射及其对光纤通信的影响303

5.2.3 非线性折射率调制引起的非线性光学效应307

5.2.4　光孤子通信309

5.3　全光通信网311

5.3.1光交换方式311

5.3.2　WDM全光通信网315

5.3.3 WDM全光网中的同频干扰325

5.4　色散补偿技术328

5.4.1单模光纤中的色散328

5.4.2　半导体激光器的调制特性329

5.4.3 色散补偿方案329

5.5　光时分复用技术335

小结338

习题339

附录341

附录1　贝塞尔方程及其性质341

附录2　两平行介质波导中兼并模的耦合345

参考文献347