目錄
第二版前言
第一版序
第一版前言
第1章 緒論 1
1.1 光通信發(fā)展的技術背景 1
1.2 現(xiàn)代光通信技術的產(chǎn)生和發(fā)展 2
1.3 光通信系統(tǒng)的構成及其關鍵技術 4
1.3.1 光纖 5
1.3.2 光源和光發(fā)送機 7
1.3.3 光檢測器和光接收機 8
1.3.4 空間光通信系統(tǒng)中的光學系統(tǒng) 9
1.3.5 光電集成和光集成技術 9
1.4 光通信技術發(fā)展展望 10
小結 11
思考題與習題 11
第2章 光纖傳輸原理與傳輸特性 12
2.1 光纖概述 12
2.1.1 光纖的結構 12
2.1.2 光纖的分類 12
2.2 光纖傳輸?shù)膸缀喂鈱W分析方法 13
2.2.1 光線在不同媒質分界面上的反射和折射 14
2.2.2 階躍光纖中光線的傳播 14
2.2.3 梯度光纖中光線的傳播 17
2.3 階躍光纖的模式理論 19
2.3.1 光纖波導中的電磁場方程 19
2.3.2 階躍光纖中的電磁場解 20
2.3.3 傳播模武分類 22
2.3.4 模式的截止參數(shù)和單模傳輸條件 23
2.3.5 傳播模的色散曲線 26
2.3.6 導波模的場形圖 26
2.3.7 LP模 28
2.3.8 傳播模式的一般特性 30
2.4 單模光纖 32
2.4.1 單模條件和截止波長 32
2.4.2 工作模特性 33
2.4.3 單模光纖的雙折射 34
2.5 光纖的損耗 37
2.5.1 損耗的概念及義表述 37
2.5.2 石英光纖的損耗 37
2.5.3 其他類型光纖的損耗 39
2.5.4 彎曲損耗 40
2.5.5 損耗測量 40
2.6 光纖的色散 41
2.6.1 色散的概念 41
2.6.2 材料色散 43
2.6.3 波導色散 46
2.6.4 模式色散 47
2.6.5 單模光纖色散 48
2.6.6 色散對通信容量的影響 52
2.6.7 色散補償 54
2.7 光纖的非線性特性 57
2.7.1 光纖的非線性折射率 57
2.7.2 自相位調制 58
2.7.3 四波混頻 59
2.7.4 受激拉曼散射 61
2.7.5 受激布里淵散射 63
2.8 光纖的制造和光纜 64
2.8.1 預制棒的制備 64
2.8.2 光纖的拉制 65
2.8.3 光纜 67
小結 68
思考題與習題 68
第3章 無源光器件 71
3.1 光纖連接器及定向耦合器 71
3.1.1 光纖連接器 71
3.1.2 定向耦合器 74
3.2 波分復用及解復用器 76
3.2.1 光波分復用及解復用器的性能參數(shù) 76
3.2.2 復用及解復用器的原理和結構 77
3.3 光調制器與光開關 79
3.3.1 電光調制器 79
3.3.2 電吸收調制器 80
3.3.3 聲光調制器 80
3.3.4 光開關 81
3.4 光隔離器和光環(huán)行器 81
3.5 光纖布拉格光柵 82
3.5.1 光纖布拉格光柵的光學特性 83
3.5.2 光纖布拉格光柵濾波器 84
3.5.3 光纖布拉格光柵色散補償器 86
3.5.4 光碼分復用編解碼器 87
小結 88
思考題與習題 88
第4章 光源與光發(fā)送機 89
4.1 物質與光之間的互作用 89
4.1.1 光的波粒二象性 89
4.1.2 原子的能級和半導體的能帶 89
4.1.3 物質與光的互作用 90
4.2 半導體發(fā)光二極管 91
4.2.1 半導體PN結的能帶結構 92
4.2.2 發(fā)光二極管的結構 93
4.2.3 發(fā)光二極管的工作特性 94
4.3 半導體激光器 97
4.3.1 半導體激光器的基本結構及閾值條件 97
4.3.2 半導體激光器的選頻單元——F-P型光學諧振腔 98
4.3.3 半導體激光器的工作特性 101
4.3.4 窄線寬激光器 105
4.4 光放大器 106
4.4.1 半導體北放大器 106
4.4.2 摻鉺光纖放大器 107
4.4.3 拉曼光纖放大器 110
4.5 光發(fā)送機的基本組成及指標 111
4.5.1 光源的調制 112
4.5.2 模擬光發(fā)送機與數(shù)字光發(fā)送機的結構 113
小結 118
思考題與習題 118
第5章 光檢測器與光接收機 120
5.1 光檢測器 120
5.1.1 光檢測器的下作原理及特性 120
5.1.2 PIN型光檢測器 122
5.1.3 雪崩光電二極管 122
5.2 光接收機 124
5.2.1 光接收機的構成及其主要性能指標 124
5.2.2 前置放大器 126
5.2.3 光接收機的噪聲 127
5.2.4 光接收機的信噪比 129
5.2.5 數(shù)字光接收機的靈敏度 131
小結 133
思考題與習題 134
第6章 光纖通信系統(tǒng) 135
6.1 模擬光纖通信系統(tǒng) 135
6.1.1 模擬調制方式 135
6.1.2 模擬系統(tǒng)的主要性能指標 137
6.1.3 模擬系統(tǒng)設計舉例 137
6.2 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的基本概念 140
6.2.1 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的構成 141
6.2.2 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的性能指標 142
6.2.3 數(shù)模轉換-脈沖編碼凋制 142
6.2.4 數(shù)字傳輸體制 143
6.3 準同步數(shù)字系列 143
6.3.1 PDH的幀結構 144
6.3.2 PDH的速率等級 145
6.3.3 PDH的復用技術 146
6.3.4 PDH的碼速調整 147
6.3.5 PDH光纖傳輸系統(tǒng)的組成 148
6.3.6 PDH的缺點 149
6.4 同步數(shù)字系列 150
6.4.1 SONET和 SDH的起源 150
6.4.2 SDH的復用 151
6.4.3 SONET/SDH幀結構 152
6.4.4 我國采用的復用結構 156
6.4.5 SDH設備 157
6.5 線路編碼 157
6.5.1 分組碼 158
6.5.2 擾碼 158
6.5.3 前向糾錯編碼 159
6.6 數(shù)字光鏈路設計 159
6.6.1 鏈路的功率預算 159
6.6.2 色散系統(tǒng)的上升時間預算 160
6.7 波分復用系統(tǒng) 162
6.7.1 波分復用系統(tǒng)的基本概念 162
6.7.2 SDH與WDM的關系 165
6.7.3 WDM的關鍵技術及其面對的主要問題 166
6.8 相干光通信系統(tǒng) 167
6.8.1 相干光通信的基本原理 168
6.8.2 相干系統(tǒng)的光調制 169
6.8.3 相干檢測 170
6.8.4 相干光系統(tǒng)的關鍵技術 172
6.9 光孤子通信系統(tǒng) 173
6.9.1 光纖孤子及其特性 173
6.9.2 光纖損耗與能量補償 175
6.9.3 光孤子通信系統(tǒng)的基本組成 177
小結 178
思考題與習題 178
第7章 光網(wǎng)絡 180
7.1 光網(wǎng)絡的基本概念及構成 180
7.1.1 光網(wǎng)絡的基本概念 180
7.1.2 光網(wǎng)絡的基本構成 182
7.2 SDH傳送網(wǎng) 183
7.2.1 SDH傳送網(wǎng)分層模型 183
7.2.2 SDH傳送網(wǎng)物理拓撲結構 185
7.2.3 SDH傳送網(wǎng)的保護方法 186
7.2.4 SDH的網(wǎng)絡結構 192
7.3 光傳送網(wǎng) 193
7.3.1 光傳送網(wǎng)的分層結構 194
7.3.2 光傳送網(wǎng)的接口結構 196
7.3.3 光傳送網(wǎng)設備 201
7.4 智能光網(wǎng)絡 209
7.4.1 智能光網(wǎng)絡的基本概念 209
7.4.2 ASON網(wǎng)絡體系結構 210
7.4.3 ASON的傳送平面技術 215
7.5 光突發(fā)交換網(wǎng)絡 217
7.5.1 光突發(fā)交換的基本概念 218
7.5.2 光突發(fā)交換系統(tǒng)結構和網(wǎng)絡模型 219
7.5.3 光突發(fā)交換網(wǎng)的節(jié)點結構和關鍵技術 221
7.6 光分組交換網(wǎng)絡 225
7.6.1 光分組交換的概念、特點及應用 226
7.6.2 光分組交換網(wǎng)結構的協(xié)議參考模型 228
7.6.3 光分組的格式 229
7.6.4 光分組交換網(wǎng)節(jié)點的基本結構 230
7.7 光接入網(wǎng) 231
7.7.1 光接入網(wǎng)概述 231
7.7.2 基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡 234
7.7.3 GPON 237
小結 239
思考題與習題 239
第8章 大氣激光通信 241
8.1 概述 241
8.1.1 大氣激光通信的研究進展 241
8.1.2 大氣激光通信的應用優(yōu)勢 243
8.1.3 大氣激光通信向臨的主要問題 243
8.2 激光在大氣信道中的傳播特性 244
8.2.1 大氣的特點 244
8.2.2 大氣對激光束傳播的影響 244
8.2.3 大氣信道模型 248
8.3 用于大氣激光通信的關鍵器件和技術 253
8.3.1 半導體光源 253
8.3.2 光檢測器 259
8.3.3 半導體光源的光學準直 260
8.3.4 窄帶光學濾波器 262
8.3.5 光學天線 263
8.3.6 自適應光學技術 268
8.3.7 Turbo碼技術 270
8.4 調制方式 273
8.4.1 單脈沖脈位調制 273
8.4.2 差分脈位調制 274
8.4.3 多脈沖PPM調制 275
8.4.4 解調及比較 275
8.5 大氣激光通信系統(tǒng) 276
8.5.1 系統(tǒng)框圖 277
8.5.2 系統(tǒng)各單元功能 277
8.5.3 大氣激光通信中其他問題的考慮 279
8.5.4 大氣激光通信端設備實例 281
8.6 大氣激光通信的應用 284
8.6.1 應用場合 284
8.6.2 組網(wǎng)應用 285
小結 286
思考題與習題 286
第9章 星間激光通信 288
9.1 概述 288
9.1.1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡介 288
9.1.2 星間激光通信的提出及其優(yōu)勢 289
9.1.3 星間激光通信的發(fā)展現(xiàn)狀 289
9.1.4 星間激光通信系統(tǒng)構成 291
9.2 星間激光鏈路的種類 292
9.2.1 GEO-LEO激光鏈路 292
9.2.2 GEO-GEO激光鏈路 293
9.2.3 LEO-LEO激光鏈路 293
9.2.4 星地激光鏈路 293
9.3 光學天線 294
9.3.1 自由空間損耗 294
9.3.2 光學天線增益 294
9.3.3 星間激光通信中的光學天線 295
9.3.4 卡塞格倫式光學天線分析 296
9.4 PAT子系統(tǒng) 299
9.4.1 光束發(fā)散角 299
9.4.2 瞄準誤差與天線增益的關系 300
9.4.3 星間激光通信中的PAT子系統(tǒng) 300
9.4.4 PAT中的誤差檢測器件 302
9.4.5 PAT中的光束方向調整裝置 305
9.4.6 PAT子系統(tǒng)的下作原理 306
9.4.7 PAT子系統(tǒng)的性能參數(shù) 309
9.4.8 跟蹤殘差與等效光功率損耗 310
9.4.9 跟蹤殘差與發(fā)送天線的優(yōu)化 313
9.4.10 一種典型的PAT子系統(tǒng)結構 314
9.5 通信子系統(tǒng) 315
9.5.1 通信子系統(tǒng)構成 315
9.5.2 IM/DD系統(tǒng)性能分析 316
9.5.3 相干光通信系統(tǒng)性能分析 319
9.6 衛(wèi)星光通信中的“短時可用性”性能評估方法 320
9.6.1 誤碼率評估方法存在的局限 320
9.6.2 基于“短時可用性”的系統(tǒng)性能評估方法 320
9.6.3 系統(tǒng)“短時可用性”的估汁 322
9.6.4 短時可用性評價結論和BER評價結論之間的對比 329
9.7 多普勒效應的影響 329
9.7.1 光波的多普勒頻移 329
9.7.2 星間激光鏈路的多普勒頻移分析 330
9.7.3 對系統(tǒng)的影響及對策 332
9.8 兩種星間激光通信系統(tǒng)簡介 334
9.8.1 SILEX 334
9.8.2 ETS-VI/LCE 337
小結 340
思考題與習題 340
第10章 水下激光通信 341
10.1 概述 341
10.1.1 水下光通信的提出 341
10.1.2 對潛激光通信的研究進展 341
10.2 海水信道 342
10.2.1 海水的透射光譜特性 342
10.2.2 海水對激光束傳播的影響 342
10.2.3 海水信道特性 344
10.3 光源技術 346
10.3.1 對光源的基本要求 346
10.3.2 同體藍光激光器 347
10.4 對潛藍綠激光通信系統(tǒng) 352
10.4.1 三種對潛激光通信方案 352
10.4.2 陸基系統(tǒng) 353
10.4.3 天基系統(tǒng) 353
10.4.4 空基系統(tǒng) 353
小結 354
思考題與習題 354
參考文獻 355