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目 录1

第1章光纤与光纤通信1

1.1术语表1

1.2引言3

1.3工作原理4

1.4光纤色散与衰减7

1.4.1衰减7

1.4.2模间色散8

1.4.3材料色散8

1.4.4波导色散和折射率分布色散8

1.4.5描述光纤的归一化变量9

1.4.6光纤色散的计算10

1.5光纤的偏振特性10

1.6光纤的光学性能和机械性能11

1.6.1衰减测量11

1.6.2色散与带宽测量13

1.6.3光纤色散的位移与平坦14

1.6.4可靠性的评价15

1.7光纤通信18

1.7.1点到点线路19

1.7.2先进的传输技术24

1.8.1受激散射过程31

1.8光纤的非线性光学性能31

1.8.2脉冲压缩与光孤子传输32

1.8.3四波混频34

1.8.4光纤中的光折射非线性34

1.9光纤材料：化学与制造35

1.9.1常用光纤的制造36

1.9.2掺杂剂化学37

1.9.3其它制造方法38

1.9.4红外光纤制造38

1.10参考文献39

1.11进一步阅读的资料43

第2章光纤通信技术及系统概述45

2.1 引言45

2.2基本技术45

2.2.1 光纤45

2.2.2发射光源48

2.2.3光探测器50

2.3接收机灵敏度50

2.4速率和距离限制53

2.4.1提高速率53

2.5光放大器54

2.4.2更长的中继距离54

2.5.2光放大器在通信中的应用55

2.6光纤网络55

2.5.1半导体放大器和光纤放大器的比较55

2.7光纤中的模拟传输56

2.7.1 载噪比（CNR）56

2.7.2光纤中的模拟视频传输57

2.7.3非线性畸变58

2.8技术和应用方向58

2.9参考文献59

3.1光纤非线性光学的关键问题62

第3章光纤的非线性效应62

3.2 自相位调制和交叉相位调制63

3.3受激拉曼散射65

3.4受激布里渊散射68

3.5四波混合69

3.6结论72

3.7参考文献72

第4章光纤通信系统用的光源、调制器和探测器76

4.1 引言76

4.2.1一个密度反转注入有源区78

4.2双异质结结构激光二极管78

4.2.2在有源层平面内的载流子的限制79

4.2.3在有源层附近的光的限制79

4.2.4限制载流子注入条形几何结构80

4.2.5光的横向限制80

4.2.6传导光沿着条形方向上的后向反射81

4.2.7安装使光从侧面发出82

4.2.8适合封装在一个密封盒82

4.2.9光纤尾纤连接82

4.3.1激光器阈值83

4.3激光二极管的工作特性83

4.2.10寿命83

4.3.2光输出与电流输入（L-I曲线）84

4.3.3温度与激光器性能的关系86

4.3.4发光的空间特性86

4.3.5激光器光的光谱特性88

4.3.6 偏振88

4.4激光二极管的瞬态响应89

4.4.1 开通延迟89

4.4.2弛豫振荡90

4.4.3调制响应和增益饱和92

4.4.4频率啁啾93

4.5激光二极管的噪声特性94

4.5.1相对强度噪声（RIN）94

4.5.2信噪比（SNR）95

4.5.3多模激光器的模分配噪声96

4.5.4相位噪声一线宽97

4.5.5外部光反馈和相干破坏97

4.6量子阱激光器和应变激光器101

4.6.1量子阱激光器101

4.6.2应变层量子阱激光器102

4.7分布反馈（DFB）和分布布拉格反射器（DBR）激光器104

4.7.1分布的布拉格反射器（DBR）激光器105

4.7.2分布反馈（DFB）激光器106

4.8 发光二极管（LED）108

4.8.1面发光LED110

4.8.2边发光LED112

4.8.3 LED的工作特性112

4.8.4瞬态响应113

4.8.5驱动电路和封装114

4.9垂直腔表面发光激光器（VCSEL）114

4.9.1量子阱的数量115

4.9.2镜面反射率115

4.9.3电注入116

4.9.4发射光的空间特性117

4.9.5光输出与电流输出118

4.9.6光谱特性118

4.9.7 偏振119

4.9.8其它波长的VCSEL119

4.10铌酸锂调制器120

4.10.1 电－光效应121

4.10.2相位调制123

4.10.3 Y形干涉型（马赫—曾德尔）调制器123

4.10.4高速工作124

4.10.7光反射率和光损伤125

4.10.8 δ-β反向调制器125

4.10.5插入损耗125

4.10.6偏振无关125

4.11光纤系统用电吸收调制器126

4.11.1电吸收强度调制128

4.11.2在半导体中施加一个电场128

4.11.3集成的调制器129

4.11.4工作特性130

4.11.5 QW中的电吸收的先进概念131

4.12.2半导体中的电折射132

4.12 电－光和电折射半导体调制器132

4.12.1半导体中的电－光效应132

4.12.3半导体干涉型调制器133

4.13 PIN二极管134

4.13.1典型的几何形状135

4.13.2灵敏度（响应度）136

4.13.3速度138

4.13.4暗电流139

4.13.5光电二极管的噪声140

4.14.1雪崩探测器142

4.14雪崩光电二极管、MSM探测器和肖特基二极管142

4.14.2 MSM探测器144

4.14.3 肖特基光电二极管144

4.15参考文献145

第5章光纤放大器148

5.1 引言148

5.2掺稀土元素放大器的结构和工作149

5.2.1泵浦配置和最佳的放大器长度149

5.2.2工作状态149

5.3.1 EDFA的能级150

5.3.2增益形成150

5.3 EDFA的物理结构和光的相互作用150

5.3.3 EDFA的泵浦波长的选择151

5.3.4噪声152

5.3.5增益平坦152

5.4其它稀土元素系统中的增益形成153

5.4.1掺镨光纤放大器（PDFA）153

5.4.2掺铒／镱光纤放大器（E/YDFA）153

5.5参考文献153

第6章光纤通信线路（电信、数据通信和模拟）156

6.1 引言156

6.2品质因数：SNR、BER、MER和SFDR157

6.3线路功率预算分析：安装损耗161

6.3.1传输损耗161

6.3.2衰减与波长的关系161

6.3.3连接器损耗和接头损耗161

6.4线路功率预算分析：光功率代价162

6.4.1色散163

6.4.2模分配噪声165

6.4.3消光比167

6.4.4多路串扰167

6.4.5相对强度噪声（RIN）167

6.4.6抖动168

6.4.7模噪声170

6.4.8辐射引起的损耗170

6.5参考文献171

第7章光纤通信系统中的光孤子174

7.1 引言174

7.2经典孤子的特性174

7.3光孤子的性能177

7.4经典的光孤子传输系统178

7.5频率导向滤波器179

7.6可调频率导向滤波器180

7.7波分复用181

7.8色散管理光孤子183

7.9波分复用色散管理光孤子传输186

7.10结论188

7.11参考文献188

第8章熔锥光纤耦合器、波分复用器和解复用器193

8.1 引言193

8.2波长无关194

8.3波分复用195

8.6马赫－曾德尔器件196

8.5开关和衰减器196

8.4 1×N光功率分配器196

8.7偏振器件197

8.8结论198

8.9参考文献198

第9章光纤布拉格光栅201

9.1术语表201

9.2引言201

9.3光敏性202

9.4布拉格光栅的性能203

9.5光纤光栅的制造204

9.6光纤光栅的应用207

9.7参考文献208

第10章组网的微光器件211

10.1 引言211

10.2通用的器件211

10.3网络功能211

10.3.1衰减器212

10.3.2光功率分配器和方向耦合器212

10.3.3隔离器212

10.3.4环形器212

10.4.1棱镜213

10.4子器件213

10.3.5 复用器／解复用器／双工器213

10.3.6机械开关213

10.4.2光栅214

10.4.3滤波器214

10.4.4光束分路器214

10.4.5法拉第旋转器215

10.4.6偏振器215

10.4.7自聚焦棒透镜215

10.5器件215

10.5.3隔离器和环路器216

10.5.2功率分配和方向耦合器216

10.5.1衰减器216

10.5.4复用器／解复用器／双工器217

10.5.5机械开关217

10.6参考文献218

第11章半导体光放大器和波长转换219

11.1术语表219

11.2为什么要进行光放大220

11.2.1光纤放大器221

11.2.2半导体放大器221

11.3.1 改变光波长的方案224

11.3为什么要进行光波长转换224

11.4参考文献225

11.3.2半导体光波转换器225

第12章光时分复用通信网络227

12.1 术语表227

12.1.1 定义227

12.1.2缩写227

12.1.3符号228

12.2.1基本概念229

12.2.2取样229

12.2引言229

12.2.3抽样定理230

12.2.4插入232

12.2.5解复用——发射机和接收机的同步234

12.2.6数字信号——脉冲编码调制234

12.2.7脉冲编码调制235

12.2.8模－数转换236

12.2.9二进制数字和线路编码的光表示方法236

12.2.10定时恢复238

12.3.1概述240

12.3.2时分多址240

12.3时分复用和时分多址240

12.3.3光域TDMA242

12.3.4时分复用243

12.3.5帧与体系244

12.3.6 SONET和频率调整245

12.4器件技术介绍247

12.4.1光时分复用——串行与并行247

12.4.2器件技术——发射机247

12.4.3法布里－珀罗激光器248

12.4.4分布反馈激光器249

12.4.5锁模激光器251

12.4.6直接调制或间接调制252

12.4.7外调制253

12.4.8电光调制器253

12.4.9电吸收调制器254

12.4.10光时钟恢复255

12.4.11解复用的全光交换258

12.4.12接收机系统259

12.4.13超高速光时分复用光线路——一个论文实例261

12.6进一步阅读的资料262

12.5总结与展望262

第13章波分复用（WDM）光纤通信网络264

13.1引言264

13.1.1光纤带宽264

13.1.2 WDM技术介绍265

13.2光纤损伤266

13.2.1色散266

13.2.2光纤非线性268

13.2.3色散补偿和色散管理270

13.3.1点到点线路273

13.3 WDM网络的基本结构273

13.3.2波长路由网络274

13.3.3 WDM星、环和网状结构274

13.3.4网络重构性275

13.3.5电路交换和数据包交换276

13.4 WDM网络中的掺铒光纤放大器278

13.4.1 EDFA级联的增益峰化278

13.4.2 EDFA增益平坦279

13.4.3快速动率瞬变280

13.4.4超宽带EDFA281

13.5动态信道功率均衡282

13.6.2相干串扰284

13.6.1非相干串扰284

13.6 WDM中的串扰284

13.7总结286

13.8致谢286

13.9参考文献287

第14章红外光纤294

14.1 引言294

14.2非氧化物和重金属氧化物玻璃IR光纤297

14.2.1 HMFG光纤297

14.2.2锗酸盐光纤299

14.2.3硫化物光纤299

14.3晶体光纤300

14.3.1 PC光纤301

14.3.2 SC光纤302

14.4空心波导303

14.4.1 空心金属和塑料波导304

14.4.2空心玻璃波导304

14.5总结和结论306

14.6参考文献306

第15章光纤传感器310

15.1 引言310

15.2非本征法布里－珀罗干涉传感器310

15.3本征法布里－珀罗干涉传感器312

15.4光纤布拉格光栅传感器313

15.4.1工作原理313

15.4.2布拉格光栅传感器制造314

15.4.3布拉格光栅传感器315

15.4.4布拉格光栅应变传感器的限制因素316

15.5长周期光栅传感器316

15.5.1 工作原理317

15.5.2 LPG制造过程317

15.5.3长周期光栅的温度敏感性319

15.8参考文献320

15.7结论320

15.6传感方案的比较320

15.9进一步阅读的资料322

第16章光纤通信标准323

16.1引言323

16.2 ESCON323

16.3 FDDI324

16.4光纤通道标准325

16.5 ATM/SONET327

16.6吉比特以太网328

16.7参考文献329