光纖通信的發(fā)展，光纖的組成、導(dǎo)光原理，光纖光纜的損耗特性、色散特性，常用無源光器件的原理、結(jié)構(gòu)和特性，光源的種類、結(jié)構(gòu)、工作原理，光發(fā)送機(jī)的組成及特性，光電探測(cè)器及光接收電路的工作原理和特性指標(biāo)，光放大器的工作原理、特性指標(biāo)，光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)、光互聯(lián)網(wǎng)、光接入網(wǎng)、智能交換光網(wǎng)絡(luò)、全光網(wǎng)絡(luò)，常用光復(fù)用技術(shù)，模擬光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成、性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及相干光通信、光孤子通信等光通信新技術(shù)。

《光纖通信原理（第2版）》力求內(nèi)容新穎，難易適度，深入淺出；避免大篇幅深?yuàn)W理論推導(dǎo)，也不像科普讀物過分簡(jiǎn)單，注重理論性與實(shí)用性的結(jié)合。

《光纖通信原理（第2版）》可作為高等院校通信類專業(yè)的大專、本科學(xué)生的教材，也可作為從事光纖通信的科研、生產(chǎn)、管理人員的培訓(xùn)教材或參考用書。

　　《光纖通信原理》第1版出版后，由于在內(nèi)容的取舍、難易程度的掌控上較好地滿足了讀者的需求，因此深受廣大讀者的歡迎，5年里曾11次印刷。隨著光纖通信的發(fā)展和光纖傳送網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)的多樣化，光纖通信的主流技術(shù)也發(fā)生了不少變化，認(rèn)為是電子瓶頸的電時(shí)分復(fù)用40Gbit／s速率的設(shè)備由實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)了商用，智能交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)也日趨成熟，EPON、GPON光纖接人技術(shù)應(yīng)用范圍也越來越廣，光孤子通信也由夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)；5年里我們也收到了一些熱心讀者的建議：由于非光纖通信專業(yè)的學(xué)生，學(xué)校往往只開設(shè)一門光纖通信課程，希望教材中除光纖通信原理外，還應(yīng)介紹像光網(wǎng)絡(luò)一類時(shí)下應(yīng)用非常廣泛的光纖通信技術(shù)，改善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，更有利于學(xué)生了解光纖通信的應(yīng)用，方便今后的工作；加之在多年的應(yīng)用中我們也發(fā)現(xiàn)書中有一些不妥之處。因此，根據(jù)我們自己近幾年學(xué)習(xí)、研究的情況和讀者反饋的意見，擯棄原理與技術(shù)的嚴(yán)格界線，對(duì)本教材進(jìn)行了一些修訂。

　　這次修訂的原則是保留第1版內(nèi)容系統(tǒng)，條理清晰，難易適中的特點(diǎn)，力求修訂后教材在內(nèi)容上更新、更全面，與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系更為緊密。使之更適應(yīng)在校通信工程專業(yè)學(xué)生和從事通信的工程技術(shù)人員的學(xué)習(xí)需要。讀者通過本書的學(xué)習(xí)，能較系統(tǒng)地掌握光纖通信的基本原理，光纖通信的新技術(shù)、新器件，了解光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)。

　　修改后的教材增加了當(dāng)前大量商用的光纖光柵、光隔離器、光環(huán)形器等新器件；光同步數(shù)字傳輸體制（SDH）的幀結(jié)構(gòu)、映射復(fù)用過程、網(wǎng)元設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及恢復(fù)保護(hù)機(jī)制；多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）的組成和技術(shù)特點(diǎn)；光互聯(lián)網(wǎng)中的IP over SDH技術(shù)和IP over WDM技術(shù)的協(xié)議、幀格式及分層模型；光接入網(wǎng)中有望成為光纖到家主流技術(shù)的EPON和GPON的工作原理、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議進(jìn)展；能代表下一步光纖傳送網(wǎng)發(fā)展方向的智能交換光網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議進(jìn)展及關(guān)鍵技術(shù)；最后還對(duì)全光網(wǎng)的基本概念和核心技術(shù)作了簡(jiǎn)單介紹。

第1章 概述 1

1.1 光纖通信的發(fā)展與現(xiàn)狀 1

1.1.1 早期的光通信 1

1.1.2 光纖通信 2

1.2 光纖通信的主要特性 4

1.2.1 光纖通信的優(yōu)點(diǎn) 4

1.2.2 光纖通信的缺點(diǎn) 6

1.3 光纖通信系統(tǒng)的組成和分類 7

1.3.1 光纖通信系統(tǒng)的組成 7

1.3.2 光纖通信系統(tǒng)的分類 7

復(fù)習(xí)思考題 8

第2章 光纖和光纜 9

2.1 光纖的結(jié)構(gòu)與類型 9

2.1.1 光纖的結(jié)構(gòu) 9

2.1.2 光纖的類型 9

2.2 光纖的射線理論分析 12

2.2.1 基本光學(xué)定義和定律 12

2.2.2 光纖中光的傳播 13

2.2.3 光纖中的模式傳輸 16

2.2.4 多模光纖與單模光纖 18

2.3 均勻光纖的波動(dòng)理論分析 20

2.3.1 平面波在理想介質(zhì)中的傳播 20

2.3.2 階躍光纖的波動(dòng)理論 25

2.4 光纜 40

2.4.1 光纜的典型結(jié)構(gòu) 40

2.4.2 光纜的種類與型號(hào) 43

小結(jié) 46

復(fù)習(xí)思考題 46

第3章 光纖的傳輸特性 49

3.1 光纖的損耗特性 49

3.1.1 吸收損耗 49

3.1.2 散射損耗 51

3.1.3 彎曲損耗 52

3.1.4 光纖損耗系數(shù) 53

3.2 光纖的色散特性 54

3.2.1 色散的概念 54

3.2.2 模式色散 54

3.2.3 材料色散 57

3.2.4 波導(dǎo)色散 59

3.2.5 極化色散 60

3.2.6 總色散 61

3.2.7 光纖的色散和帶寬對(duì)通信容量的影響 61

3.3 成纜對(duì)光纖特性的影響 64

3.3.1 光纜特性 64

3.3.2 成纜對(duì)光纖特性的影響 65

3.4 典型光纖參數(shù) 66

小結(jié) 68

復(fù)習(xí)思考題 68

第4章 常用光無源器件 70

4.1 光纖連接器 70

4.1.1 光纖連接器的結(jié)構(gòu)與種類 70

4.1.2 光纖連接器特性 74

4.2 光纖耦合器 74

4.2.1 光纖耦合器的結(jié)構(gòu)與原理 75

4.2.2 光纖耦合器的特性 78

4.3 波分復(fù)用/解復(fù)用器 79

4.3.1 波分復(fù)用/解復(fù)用器的原理與分類 80

4.3.2 波分復(fù)用/解復(fù)用器的特性 82

4.4 光開關(guān) 83

4.4.1 光開關(guān)的種類 83

4.4.2 光開關(guān)的特性參數(shù) 86

4.5 光纖光柵 87

4.5.1 光纖光柵原理 87

4.5.2 光纖光柵的特性與應(yīng)用 88

4.6 光隔離器及光環(huán)行器 90

4.6.1 光隔離器 90

4.6.2 光環(huán)行器 92

小結(jié) 93

復(fù)習(xí)思考題 93

第5章 光源與光發(fā)送機(jī) 95

5.1 半導(dǎo)體光源的物理基礎(chǔ) 95

5.1.1 孤立原子的能級(jí)和半導(dǎo)體的能帶 95

5.1.2 光與物質(zhì)的相互作用 96

5.1.3 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài) 97

5.2 半導(dǎo)體光源的工作原理 97

5.2.1 發(fā)光二極管的工作原理 97

5.2.2 激光二極管的工作原理 99

5.3 光源的工作特性 102

5.3.1 LED的工作特性 102

5.3.2 LD的工作特性 103

5.3.3 光源的主要技術(shù)指標(biāo)及簡(jiǎn)易檢測(cè) 105

5.4 光發(fā)送機(jī) 105

5.4.1 光調(diào)制原理 106

5.4.2 光發(fā)送機(jī)的構(gòu)成及指標(biāo) 106

5.5 驅(qū)動(dòng)電路和輔助電路 107

5.5.1 驅(qū)動(dòng)電路 107

5.5.2 輔助電路 108

小結(jié) 110

復(fù)習(xí)思考題 110

第6章 光電檢測(cè)器與光接收機(jī) 112

6.1 光電檢測(cè)器 112

6.1.1 PIN光電二極管 112

6.1.2 雪崩光電二極管 113

6.2 光電檢測(cè)器的特性指標(biāo) 114

6.2.1 光電檢測(cè)器的工作特性 114

6.2.2 光電檢測(cè)器的典型指標(biāo)及簡(jiǎn)易檢測(cè) 116

6.3 光接收機(jī) 117

6.3.1 光解調(diào)原理 117

6.3.2 光接收機(jī)的構(gòu)成與指標(biāo) 118

6.4 光接收機(jī)的噪聲 119

6.4.1 光接收機(jī)的噪聲源 119

6.4.2 光接收機(jī)的信噪比 121

6.5 光接收機(jī)的靈敏度 121

6.5.1 數(shù)字光接收機(jī)的誤碼率 121

6.5.2 光接收機(jī)的靈敏度極限 122

6.5.3 實(shí)際光接收機(jī)的靈敏度 123

6.5.4 影響光接收機(jī)靈敏度的主要因素 123

小結(jié) 124

復(fù)習(xí)思考題 125

第7章 光放大器 126

7.1 光放大器概述 126

7.1.1 光放大器在現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用 126

7.1.2 光放大器的發(fā)展史 128

7.1.3 光放大器的分類 128

7.1.4 光纖放大器的重要指標(biāo) 128

7.2 摻鉺光纖放大器 130

7.2.1 摻鉺光纖放大器的工作原理 130

7.2.2 摻鉺光纖放大器的結(jié)構(gòu) 132

7.2.3 EDFA的重要指標(biāo) 133

7.2.4 摻鉺光纖放大器的系統(tǒng)應(yīng)用 135

7.2.5 摻鉺光纖放大器的優(yōu)缺點(diǎn) 136

7.3 光纖喇曼放大器 137

7.3.1 光纖喇曼放大器的工作原理 137

7.3.2 光纖喇曼放大器的結(jié)構(gòu) 138

7.3.3 光纖喇曼放大器的性能 139

7.3.4 光纖喇曼放大器的系統(tǒng)應(yīng)用 141

7.3.5 光纖喇曼放大器的優(yōu)缺點(diǎn) 142

7.4 其他光放大器 143

7.4.1 光纖布里淵放大器 143

7.4.2 半導(dǎo)體光放大器 143

7.4.3 摻鉺波導(dǎo)光放大器 144

小結(jié) 144

復(fù)習(xí)思考題 144

第8章 光復(fù)用技術(shù) 145

8.1 光復(fù)用技術(shù)的基本概念 145

8.2 光時(shí)分復(fù)用技術(shù) 148

8.2.1 比特交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用 149

8.2.2 分組交錯(cuò)光時(shí)分復(fù)用 150

8.3 密集波分復(fù)用技術(shù) 152

8.3.1 WDM系統(tǒng)基本類型 153

8.3.2 WDM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理 156

8.4 密集波分復(fù)用系統(tǒng)的非線性串?dāng)_ 157

8.4.1 受激喇曼散射串?dāng)_ 158

8.4.2 受激布里淵散射串?dāng)_ 159

8.4.3 自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制 160

8.4.4 四波混頻 161

小結(jié) 162

復(fù)習(xí)思考題 162

第9章 光網(wǎng)絡(luò) 163

9.1 光同步數(shù)字傳輸網(wǎng) 163

9.1.1 同步數(shù)字體制基本概念 163

9.1.2 SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu) 166

9.1.3 SDH網(wǎng)元設(shè)備 170

9.1.4 SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 173

9.1.5 多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái) 176

9.2 光互聯(lián)網(wǎng) 178

9.2.1 IP over SDH 178

9.2.2 IP over WDM 180

9.3 光接入網(wǎng) 183

9.3.1 EPON 183

9.3.2 GPON 185

9.4 智能交換光網(wǎng)絡(luò) 187

9.4.1 智能交換光網(wǎng)絡(luò)的概念 187

9.4.2 ASON的體系結(jié)構(gòu) 189

9.4.3 ASON的控制平面及其核心技術(shù) 193

9.5 全光通信網(wǎng) 196

9.5.1 全光網(wǎng)概述 196

9.5.2 全光網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 197

小結(jié) 203

復(fù)習(xí)思考題 203

第10章 光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 205

10.1 概述 205

10.2 模擬光纖通信系統(tǒng) 206

10.2.1 系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 206

10.2.2 傳輸距離設(shè)計(jì) 209

10.3 數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 211

10.3.1 主要性能指標(biāo) 211

10.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 218

小結(jié) 228

復(fù)習(xí)思考題 228

第11章 光纖通信新技術(shù) 230

11.1 相干光通信 230

11.1.1 相干光通信技術(shù)基本原理及發(fā)展 230

11.1.2 相干光通信關(guān)鍵技術(shù) 232

11.2 光孤子通信技術(shù) 234

11.2.1 光孤子通信技術(shù)的基本原理 234

11.2.2 光孤子通信技術(shù)的新進(jìn)展 239

小結(jié) 243

復(fù)習(xí)思考題 243

附錄英文縮寫 244

參考文獻(xiàn) 250

第1章概述

3000多年前人們就開始利用光進(jìn)行通信，但光通信的真正飛躍是在光纖出現(xiàn)之后，由于光纖無可比擬的優(yōu)越性，在短短的幾十年中迅速地取代了電通信的地位，通信速率由幾Mbit／s，發(fā)展到單信道10Gbit／s，40Gbit／S。

本章主要介紹光纖通信的一些發(fā)展背景、基本概念和預(yù)備知識(shí)。

1.1 光纖通信的發(fā)展與現(xiàn)狀

1.1.1 早期的光通信

幾千年前，中國(guó)就有火光通信，它的設(shè)施叫烽火臺(tái)。其中著名的有周朝的驪山烽火臺(tái)，秦漢的長(zhǎng)城烽火臺(tái)。當(dāng)時(shí)漢武帝大修萬里長(zhǎng)城，城上每隔五里設(shè)一個(gè)報(bào)警烽火臺(tái)，一旦發(fā)現(xiàn)敵人入侵，白天燃煙，夜間舉火，利用火光來傳送軍事情報(bào)。這種烽火臺(tái)報(bào)警，就是古代的光通信方式。它也可以說是世界上最早利用光波通信的形式了。

烽火臺(tái)報(bào)警雖然簡(jiǎn)陋，但它卻包含著近代光通信的一些基本要素。首先，要有一個(gè)光源，烽火臺(tái)報(bào)警用的光源就是烽火；其次，必須有接收器（在光纖通信中又稱為光信號(hào)接收機(jī)），也就是要有能感受火光的裝置，烽火臺(tái)報(bào)警用的接收機(jī)就是人的眼睛；第三，必須設(shè)法把要傳送的信息加在光波上，就是對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制，在烽火臺(tái)通信中，被調(diào)制的火光信號(hào)只有兩種狀態(tài)：有火光或無火光；第四，必須有良好的光通道，烽火臺(tái)報(bào)警，就是利用地球表面的大氣作為天然的光通道。