光纤通信(第二版)作译者

作者: 任光亮

任光亮，博士，西安电子科技大学教授，IEEE会员，硕士研究生导师;2008年获得陕西省优秀博士论文，主持和参与了多项国家自然科学基金、陕西省自然科学基金项目和国防预研项目的研究，在国内外学术期刊上发表数十篇学术论文，主要研究方向是信息传输与通信信号处理。... << 查看详细

[同作者作品]

数据通信与网络

无线通信

现代通信原理

本书全面地介绍了光纤通信系统的基本组成;光纤和光缆的结构和类型，光纤的传输原理和特性，光纤特性的测量;光源、光检测器和光无源器件的类型、原理和性质;光端机的组成和特性;数字光纤通信系统(pdh和sdh);模拟光纤通信系统，包括副载波复用光纤通信系统;光纤通信的若干新技术，如光纤放大器、光波分复用技术、光交换技术、光孤子通信、相干光通信技术、光时分复用技术等;光纤通信网络，包括单波长的sdh传送网，多波长的wdm全光网和光接入网。本书在内容上力求理论上的系统性以及技术上的新颖性和实用性。.

本书系普通高等教育"十一五"国家级规划教材，可作为通信类专业的大学本科生或研究生教材，也可作为相关科技工作者的参考用书。...

作者: 刘增基 周洋溢 胡辽林 任光亮 周绮丽

丛书名: 普通高等教育"十一五"国家级规划教材

出版社:西安电子科技大学出版社

ISBN:9787560610290

上架时间:2009-9-17

出版日期:2009 年8月

开本:16开

页码:248

版次:2-18

所属分类: 通信 > 光通信与传输

> 计算机教材 > 本科/研究生 > 公共课及公共选修课

第1章 概论. 1

1.1 光纤通信发展的历史和现状 1

1.1.1 探索时期的光通信 1

1.1.2 现代光纤通信 2

1.1.3 国内外光纤通信发展的现状 3

1.2 光纤通信的优点和应用 4

1.2.1 光通信与电通信 4

1.2.2 光纤通信的优点 5

1.2.3 光纤通信的应用 8

1.3 光纤通信系统的基本组成 8

1.3.1 发射和接收 9

1.3.2 基本光纤传输系统 9

1.3.3 数字通信系统和模拟通信系统 11

小结 13

习题与思考题 13

第2章 光纤和光缆 14

2.1 光纤结构和类型 14

2.1.1 光纤结构 14

2.1.2 光纤类型 14

2.2 光纤传输原理 16

.2.2.1 几何光学方法 16

2.2.2 光纤传输的波动理论 20

2.3 光纤传输特性 26

2.3.1 光纤色散 27

2.3.2 光纤损耗 32

2.3.3 光纤标准和应用 34

2.4 光缆 35

2.4.1 光缆基本要求 36

2.4.2 光缆结构和类型 37

2.4.3 光缆特性 39

2.5 光纤特性测量方法 39

2.5.1 损耗测量 40

2.5.2 带宽测量 42

2.5.3 色散测量 43

2.5.4 截止波长测量 44

小结 45

习题与思考题 45

第3章 通信用光器件 48

3.1 光源 48

3.1.1 半导体激光器工作原理和基本结构 48

3.1.2 半导体激光器的主要特性 53

3.1.3 分布反馈激光器 56

3.1.4 发光二极管 57

3.1.5 半导体光源一般性能和应用 59

3.2 光检测器 60

3.2.1 光电二极管工作原理 60

3.2.2 pin光电二极管 61

3.2.3 雪崩光电二极管(apd) 64

3.2.4 光电二极管一般性能和应用 66

3.3 光无源器件 67

3.3.1 连接器和接头 67

3.3.2 光耦合器 68

3.3.3 光隔离器和光环行器 72

3.3.4 光调制器 74

3.3.5 光开关 74

小结 75

习题与思考题 76

第4章 光端机 78

4.1 光发射机 78

4.1.1 光发射机基本组成 78

4.1.2 调制特性 79

4.1.3 调制电路和自动功率控制 81

4.1.4 温度特性和自动温度控制 83

4.2 光接收机 85

4.2.1 光接收机基本组成 85

4.2.2 噪声特性 86

4.2.3 误码率 88

4.2.4 灵敏度 89

4.2.5 自动增益控制和动态范围 93

4.3 线路编码 93

4.3.1 扰码 94

4.3.2 mbnb码 94

4.3.3 插入码 98

小结 100

习题与思考题 101

第5章 数字光纤通信系统.. 102

5.1 两种传输体制 102

5.1.1 准同步数字系列pdh 102

5.1.2 同步数字系列sdh 103

5.2 系统的性能指标 109

5.2.1 参考模型 109

5.2.2 系统的主要性能指标 110

5.2.3 可靠性 114

5.3 系统的设计 115

5.3.1 中继距离受损耗的限制 116

5.3.2 中继距离受色散(带宽)的限制 117

5.3.3 中继距离和传输速率 119

小结 121

习题与思考题 121

第6章 模拟光纤通信系统 123

6.1 调制方式 123

6.1.1 模拟基带直接光强调制 123

6.1.2 模拟间接光强调制 123

6.1.3 频分复用光强调制 124

6.2 模拟基带直接光强调制光纤传输系统 125

6.2.1 特性参数 125

6.2.2 光端机 129

6.2.3 系统性能 130

6.3 副载波复用光纤传输系统 132

6.3.1 特性参数 132

6.3.2 光端机 138

6.3.3 光链路性能 141

小结 142

习题与思考题 143

第7章 光纤通信新技术 145

7.1 光纤放大器 145

7.1.1 掺铒光纤放大器工作原理 145

7.1.2 掺铒光纤放大器的构成和特性 146

7.1.3 掺铒光纤放大器的优点和应用 148

7.2 光波分复用技术 149

7.2.1 光波分复用原理 149

7.2.2 wdm传输系统的基本结构 152

7.2.3 wdm技术的主要特点 153

7.2.4 光滤波器与光波分复用器 154

7.3 光交换技术 166

7.3.1 空分光交换 166

7.3.2 时分光交换 167

7.3.3 波分光交换 168

7.4 光孤子通信 168

7.4.1 光孤子的形成 169

7.4.2 光孤子通信系统的构成和性能 171

7.5 相干光通信技术 172

7.5.1 相干检测原理 172

7.5.2 调制与解调 174

7.5.3 误码率和接收灵敏度 176

7.5.4 相干光系统的优点和关键技术 179

7.6 光时分复用技术 179

7.7 波长变换技术 180

小结 181

习题与思考题 182

第8章 光纤通信网络 183

8.1 通信网的发展趋势 183

8.2 sdh传送网 184

8.2.1 sdh传送网的功能结构 184

8.2.2 sdh网的物理拓扑 187

8.2.3 自愈网 188

8.3 wdm光网络 191

8.3.1 光传送网的分层结构 192

8.3.2 光分插复用器 192

8.3.3 光交叉连接器 195

8.3.4 wdm光网络示例 198

8.4 光接入网 199

8.4.1 光接入网概述 199

8.4.2 无源光网络 201

8.4.3 有源光网络 204

8.4.4 光纤同轴电缆混合网 206

小结 208

附录a sdh系统光接口标准 209

附录b pdh系统光线路设备的实例 214

附录c vsb-am/scm系统光链路性能实例 215

习题与思考题答案(参考) 218

参考文献... 248

第1章 概述 1

1.1 光通信的基本概念 1

1.1.1 光波在电磁频谱中的位置 1

1.1.2 激光器产生理想光波 2

1.1.3 自由空间光通信(FSO) 3

1.1.4 光纤是理想的光波传输介质 4

1.2 光纤通信的优点 4

1.3 光纤通信的系统组成 6

1.4 光纤通信的回顾与展望 7

1.4.1 长波长激光器 8

1.4.2 单模光纤(SMF) 8

1.4.3 SDH传输体制 8

1.4.4 光放大器 10

1.4.5 WDM复用技术 10

1.4.6 全光网络 12

1.5 光波技术基础 13

1.5.1 光的波粒二象性 13

1.5.2 光与物质的相互作用 15

1.5.3 电介质的极化 16

1.5.4 光波的传播特性 17

习题一 19

第2章 光纤 20

2.1 光纤与光缆 20

2.1.1 光纤的结构 20

2.1.2 光纤的主要成分 21

2.1.3 光纤的制造工艺简介 21

2.1.4 光缆的技术要求 22

2.1.5 光缆的结构 23

2.1.6 常用光缆的典型结构 23

2.2 光纤端面的折射率分布 25

2.3 光在光纤中的几何传输 26

2.3.1 反射和折射 26

2.3.2 全反射定律 26

2.4 光纤的数值孔径NA 27

2.5 光的波动性 28

2.6 光纤介质的特性 29

2.7 光纤模式 30

2.7.1 模的概念 30

2.7.2 多模光纤中的模式数目 33

2.7.3 单模光纤的传播模 34

2.7.4 偏振模 34

2.8 光纤的模式色散 34

2.8.1 模间时延差 34

2.8.2 模间色散的减少 35

2.8.3 多模光纤的最大比特率 35

2.9 单模光纤的波长色散或色度色散 36

2.9.1 相速 36

2.9.2 群速 36

2.9.3 材料色散 37

2.9.4 波导色散 37

2.9.5 色散补偿 37

2.10 光纤损耗谱的波段划分 38

2.10.1 损耗系数 38

2.10.2 光纤可用频谱 38

2.11 单模光纤 39

2.11.1 模场直径 39

2.11.2 单模光纤的分类及折射率剖面 39

2.12 光纤的非线性效应 42

2.12.1 自相位调制SPM 42

2.12.2 四波混频FWM 43

2.12.3 受激布里渊散射SBS 43

2.12.4 受激拉曼散射SRS 43

2.13 光孤子的定性描述 44

习题二 44

第3章 光源与光检测器46

3.1 半导体LD的工作原理 47

3.1.1 光放大 47

3.1.2 F-P腔半导体激光器 50

3.2 光源的输出光功率 50

3.2.1 阈值特性 50

3.2.2 注入电流(I)与光功率(P)响应特性 51

3.3 LD的输出光谱 52

3.3.1 多纵模LD 52

3.3.2 单纵模LD 53

3.4 LD的调制响应 53

3.5 LD的温度特性与自动温度控制(ATC) 55

3.6 LD的输出光功率稳定性与自动功率控制(APC) 56

3.7 DFB和DBR激光器 57

3.8 调谐激光器 59

3.8.1 外腔调谐激光器 59

3.8.2 双电极半导体激光器 59

3.9 其他类型的激光器 60

3.9.1 垂直腔面发光激光器(VCSELs) 60

3.9.2 锁模激光器 60

3.9.3 量子阱(QW)激光器 62

3.9.4 多波长激光器阵列 62

3.10 激光器组件 62

3.11 半导体LED 63

3.11.1 LED的结构 63

3.11.2 LED的特性 65

3.12 光源与光纤的耦合 67

3.13 光检测器 69

3.13.1 波长响应 69

3.13.2 光电转换效率与响应度 70

3.13.3 响应速度 71

3.13.4 噪声 71

3.14 PIN 72

3.15 APD 73

3.15.1 APD的结构 73

3.15.2 雪崩增益 74

习题三 75

第4章 无源光器件 76

4.1 光纤连接器 76

4.1.1 光纤连接损耗 76

4.1.2 光纤连接方法 77

4.1.3 常用的几种连接器 79

4.2 光纤耦合器 80

4.3 光开关 82

4.3.1 光开关的性能参数 82

4.3.2 主要的几种光开关 83

4.4 光纤光栅 84

4.4.1 光纤光栅的结构 85

4.4.2 布拉格光纤光栅BFG 85

4.4.3 长周期光纤光栅LFG 85

4.5 光滤波器 86

4.5.1 F-P腔型滤波器 86

4.5.2 M-Z干涉滤波器 87

4.5.3 阵列波导光栅(AWG) 88

4.5.4 声光可调谐滤波器(AOTF) 90

4.5.5 光纤光栅滤波器 91

4.6 WDM合波/分波器 92

4.6.1 多层介质薄膜MDTFF 92

4.6.2 熔锥型 93

4.6.3 光纤光栅型 93

4.7 光隔离器与光环形器 94

4.8 光锁相环与光纤非线性环镜NLOM 95

习题四 96

第5章 光放大器 97

5.1 引言 97

5.2 掺铒光纤放大器EDFA 98

5.2.1 EDFA的放大原理 98

5.2.2 EDFA的组成结构 99

5.2.3 EDFA的增益与带宽 100

5.2.4 EDFA的噪声类型 101

5.3 受激拉曼光纤放大器SRA 102

5.3.1 SRA的放大原理 102

5.3.2 SRA的性能与应用 103

5.4 受激布里渊光纤放大器SBA 104

5.4.1 SBA的放大原理 104

5.4.2 SBA的性能与应用 105

5.5 其他光纤放大器 105

5.6 半导体光放大器SOA 106

5.6.1 SOA的放大原理 106

5.6.2 SOA的性能与应用 107

5.7 光放大器的应用 108

5.8 光纤激光器 109

5.8.1 掺铒光纤激光器 109

5.8.2 光纤光栅激光器 110

5.8.3 光纤受激拉曼和受激布里渊激光器 110

5.9 光波长变换器 111

5.9.1 半导体光放大器(SOA)中的交叉增益调制(XGM)技术 111

5.9.2 半导体光放大器中的交叉相位调制(XPM)技术 112

5.9.3 半导体光放大器中的四波混频(FWM)技术 112

习题五 113

第6章 光发送机与光接收机 114

6.1 调制信号的格式 114

6.1.1 单极性与双极性 114

6.1.2 归零(RZ)与不归零(NRZ) 115

6.1.3 扰码 116

6.1.4 线路码(4B/5B、8B/10B) 116

6.2 直接调制IM光发送机 116

6.2.1 模拟调制与数字调制 116

6.2.2 光源的驱动电路 117

6.3 外调制器 120

6.3.1 电折射调制器 120

6.3.2 M-Z型调制器 120

6.3.3 声光布拉格调制器 121

6.3.4 电吸收MQW调制器 121

6.3.5 ASK/PSK/FSK方式 122

6.4 光接收机 123

6.4.1 理想的数字光接收机 123

6.4.2 实际的光接收机 123

6.4.3 前置放大器噪声 124

6.4.4 APD噪声 125

6.4.5 光放大器噪声 125

6.4.6 误码率 126

6.5 相干接收 130

习题六 133

第7章 光纤通信系统及设计 135

7.1 模拟光纤传输系统概述 135

7.1.1 系统构成 135

7.1.2 模拟调制技术 135

7.1.3 主要的噪声和信噪比 136

7.2 典型的模拟光纤通信系统 136

7.2.1 基带直接强度调制 136

7.2.2 多信道传输 137

7.2.3 VSB-AM/FM调制多路传输 139

7.2.4 微波副载波SCM多路传输 141

7.3 PCM数字光纤通信系统 141

7.3.1 系统构成 142

7.3.2 PDH光纤通信系统 144

7.3.3 误码特性和抖动特性 146

7.4 IM-DD数字光纤通信系统设计 149

7.4.1 总体设计考虑 149

7.4.2 设计方法 151

7.5 WDM+EDFA数字光纤链路设计 156

7.5.1 总体设计考虑 156

7.5.2 波长分配与通道间隔 159

7.5.3 WDM系统设计与性能 160

习题七 163

第8章 SDH与WDM光网络 166

8.1 SDH光同步传送网 166

8.1.1 SDH的标准光接口 166

8.1.2 SDH的速率体系 171

8.1.3 SDH的帧结构 172

8.1.4 SDH的复用结构与原理 174

8.1.5 SDH设备 177

8.1.6 SDH的传送网结构与自愈 186

8.1.7 SDH的网管功能 198

8.2 WDM光网络 203

8.2.1 光传送网的分层结构 203

8.2.2 WDM广播选择网 204

8.2.3 WDM波长选路网WRN 207

8.2.4 WRN的选路算法 209

8.2.5 WDM的网管 211

8.3 其他类型的光网络 213

8.3.1 光纤以太网 213

8.3.2 无源光网络PON 217

8.3.3 HFC混合光纤同轴网 220

8.3.4 光因特网(IP over WDM) 222

习题八 224

第9章 光纤通信常用仪表及测试 227

9.1 引言 227

9.2 光纤特性参数及测量 228

9.2.1 光纤特性参数 228

9.2.2 光纤损耗和色散测试 228

9.2.3 光时域反射仪OTDR 234

9.3 光端机性能指标的测试 235

9.3.1 光功率计 235

9.3.2 光端机的测试 236

9.4 光纤通信系统性能测试 243

9.4.1 误码性能及测试 243

9.4.2 抖动性能及测试 244

9.5 误码测试仪与SDH传输分析仪 248

9.6 波长计、光谱分析仪OSA及应用 249

9.6.1 波长计 249

9.6.2 光谱分析仪(OSA)及应用 250

9.7 光衰减器及应用 253

9.8 网络分析仪及应用 254

习题九 255

参考文献 258

本书内容涉及光纤通信领域的多个方面，具体包括传输光纤、半导体光源和光检测器、无源光器件、光放大器、光纤通信系统的组成部件及系统设计、SDH和WDM光网络的基本组成原理以及光纤通信常用测试仪表的基本原理及测试方法等。

本书最大的特点是内容的选取兼顾了已被广泛使用的最具代表性的光纤通信技术和现代光纤通信的最新进展，同时所选内容具有相对的稳定性，是进一步深入学习和掌握光纤通信新技术的基础。

本书是光纤通信的一本基础性教材，也是一本普及性读物。它可作为高等院校电子信息工程、通信工程、广播电视等相关专业的本科教材和有关光纤通信的自考、函授教材，也可作为光纤通信的教学训练和技术培训教材以及广大科技人员的自学用书。