光纖通信技術(shù)

第1章   電信和光纖的介紹 1
1.1  電信 1
1.1.1   電信是什么 1
1.1.2   電信：點(diǎn)到點(diǎn)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò) 1
1.1.3   運(yùn)載信息能力 3
1.1.4   對(duì)光纖通信系統(tǒng)的需要 5
1.2   光纖通信系統(tǒng)：基本塊 6
1.2.1   基本框圖 6
1.2.2   光纖通信技術(shù)的作用 15
1.3  回顧與展望 15
1.3.1   歷史注釋 15
1.3.2   光纖工業(yè)的現(xiàn)狀與未來趨勢(shì) 18
1.3.3   關(guān)注發(fā)展 24
習(xí)題 24
參考文獻(xiàn) 25
第2章   光物理學(xué)：簡(jiǎn)要概述 26
2.1   電磁波 26
2.2   光束（光線） 28
2.3   光子流 32
2.3.1   能級(jí)圖 32
2.3.2   光子 33
2.3.3   輻射與吸收 34
小結(jié) 36
習(xí)題 37
參考文獻(xiàn) 38
第3章   光纖—基礎(chǔ)篇 39
3.1   光纖如何對(duì)光進(jìn)行傳導(dǎo) 39
3.1.1   階躍折射率光纖：基本結(jié)構(gòu) 39
3.1.2   發(fā)射光：理解數(shù)值孔徑 42
3.2   衰減 45
3.2.1   彎曲損耗 45
3.2.2   散射 48
3.2.3   吸收 48
3.2.4   對(duì)總衰減的計(jì)算 49
3.2.5   對(duì)衰減進(jìn)行測(cè)量 51
3.3   模間色散和色度色散 52
3.3.1   模式 52
3.3.2   模式（模間）色散 55
3.3.3   對(duì)模式色散問題的第一種解決
方案—漸變折射率光纖 57
3.3.4   對(duì)模式色散問題更好的解決
方案—單模光纖 59
3.3.5   色度色散 61
3.4   比特率和帶寬 63
3.4.1   比特率和帶寬定義 63
3.4.2   色散和比特率 64
3.5   查閱數(shù)據(jù)表單 65
3.5.1   從哪里開始 65
3.5.2   常規(guī)部分 65
3.5.3   光特性部分 66
3.5.4   幾何特性部分 69
3.5.5   環(huán)境說明部分 70
3.5.6   機(jī)械說明部分 70
3.5.7   其他特性 71
3.5.8   結(jié)論 72
小結(jié) 72
習(xí)題 74
參考文獻(xiàn) 76
第4章   光纖—深入篇 77
4.1   麥克斯韋方程 77
4.1.1   麥克斯韋方程組 77
4.1.2   對(duì)麥克斯韋方程的解釋 78
4.1.3   波方程 80
4.1.4   求解波方程 81
4.2   EM波的傳播 83
4.2.1   時(shí)間諧波EM場(chǎng)的波方程 83
4.2.2   EM波在一個(gè)有損介質(zhì)中傳播 84
4.2.3   EM波在波導(dǎo)中傳播 86
4.3   再論全內(nèi)反射 89
4.3.1   邊界條件 89
4.3.2   反射 90
4.4   再論模式 93
4.4.1   關(guān)于模式理論及其重要結(jié)果的
幾點(diǎn)說明 93
4.4.2   線性偏振模式 94
4.4.3   三類模式：導(dǎo)向模式. 輻射模
式和泄漏模式 98
4.4.4   相位和群速度 99
4.4.5   能量限制 100
4.4.6   截止波長(zhǎng)（頻率） 101
4.4.7   計(jì)算機(jī)仿真 105
4.5   多模光纖中的衰減 105
4.5.1   一般方法 105
4.5.2   內(nèi)部損耗 106
4.5.3   外部損耗—吸收 108
4.5.4   外部損耗—彎曲損耗 108
4.5.5   模式. 衰減和衰減常數(shù) 110
4.6   多模光纖中的色散 112
4.6.1   一般注釋 112
4.6.2   模間（模式）色散—更詳細(xì)
的討論 114
4.6.3   色度色散—材料色散 115
4.6.4   波導(dǎo)色散 121
4.6.5   多模光纖的帶寬 121
小結(jié) 124
習(xí)題 124
參考文獻(xiàn) 126
第5章   單模光纖—基礎(chǔ)篇 128
5.1   單模光纖如何工作 128
5.1.1   工作原理 128
5.1.2   高斯光束 129
5.1.3   纖芯. 包層和模場(chǎng)直徑 130
5.1.4   截止波長(zhǎng) 132
5.2   衰減 132
5.2.1   彎曲損耗 132
5.2.2   散射 134
5.2.3   吸收 134
5.3   色散和帶寬 135
5.3.1   色度色散 135
5.3.2   傳統(tǒng)光纖. 色散偏移光纖和
色散平滑光纖 139
5.3.3   偏振模式色散 142
5.3.4   單模光纖的帶寬（比特率） 144
5.4   查閱數(shù)據(jù)表單 145
5.4.1   常規(guī)部分 145
5.4.2   規(guī)格部分 148
小結(jié) 150
習(xí)題 151
參考文獻(xiàn) 152
第6章   單模光纖—深入篇 153
6.1   模場(chǎng) 153
6.1.1   高斯模型和真實(shí)的模場(chǎng)分布 153
6.1.2   截止波長(zhǎng)和V值 155
6.2   再論單模光纖中的衰減 157
6.3   克服單模光纖中的色散 162
6.3.1   色度色散 162
6.3.2   克服色度色散 163
6.3.3   用色散補(bǔ)償光纖對(duì)色度色散
進(jìn)行補(bǔ)償 164
6.3.4   色散補(bǔ)償光柵 168
6.3.5   色散補(bǔ)償：系統(tǒng)的觀點(diǎn) 170
6.3.6   克服偏振模式色散 171
6.3.7   偏振相關(guān)損耗 176
6.3.8   簡(jiǎn)短的總結(jié) 176
6.4   單模光纖中的非線性效應(yīng) 177
6.4.1   非線性折射效應(yīng) 178
6.4.2   四波混合 182
6.4.3   受激散射 184
6.5   光纖設(shè)計(jì)的趨勢(shì) 186
小結(jié) 187
習(xí)題 189
參考文獻(xiàn) 190
第7章   制纖. 制纜和安裝 192
7.1   制纖 192
7.1.1   兩個(gè)主要階段 192
7.1.2   氣相沉積法 194
7.1.3   涂敷層 200
7.2   光纖光纜 201
7.2.1   光纜 201
7.2.2   查閱數(shù)據(jù)表單 223
7.3   安裝—放置光纜 224
7.3.1   分類 224
7.3.2   安裝過程 225
小結(jié) 226
習(xí)題 227
參考文獻(xiàn) 227
第8章   光纜連接與測(cè)試 229
8.1   接合 229
8.1.1   連接損耗 229
8.1.2   接合過程 233
8.1.3   結(jié)論 237
8.2   連接器 237
8.2.1   連接器的基本結(jié)構(gòu) 238
8.2.2   主要特性 239
8.2.3   連接器類型的過去. 現(xiàn)在和未來 241
8.2.4   標(biāo)準(zhǔn) 244
8.2.5   查閱數(shù)據(jù)表單 244
8.2.6   端接過程 245
8.2.7   插座. 適配器和專用連接器 245
8.2.8   測(cè)試和測(cè)量 246
8.3   安裝硬件 248
8.3.1   為什么安裝硬件 248
8.3.2   硬件系統(tǒng)及部件 250
8.3.3   結(jié)論 260
8.4   局域網(wǎng)的安裝設(shè)計(jì) 260
8.4.1   鏈路考慮—功率預(yù)算和上升
時(shí)間預(yù)算（帶寬） 261
8.4.2   局域網(wǎng) 265
8.4.3   局域網(wǎng)的布線 267
8.4.4   基本的建議 269
8.4.5   塑料（聚合物）光纖 271
8.5   測(cè)試. 故障診斷及測(cè)量 271
8.5.1   測(cè)試儀器 272
8.5.2   我們需要測(cè)試什么 279
8.5.3   網(wǎng)絡(luò)衰減測(cè)試 280
8.5.4   網(wǎng)絡(luò)帶寬測(cè)試 282
8.5.5   連接器和接合測(cè)試 282
8.5.6   故障診斷 284
小結(jié) 285
習(xí)題 286
參考文獻(xiàn) 287
第9章   光源和發(fā)送器—基礎(chǔ)篇 289
9.1   發(fā)光二極管 289
9.1.1   半導(dǎo)體的光輻射 289
9.1.2   綜合考慮 293
9.1.3   查閱數(shù)據(jù)表單—LED的特性 298
9.2   激光二極管 307
9.2.1   工作原理 307
9.2.2   超發(fā)光二極管 320
9.3   查閱激光二極管特性數(shù)據(jù)表單 320
9.3.1   寬域激光二極管 320
9.3.2   查閱分布反饋激光二極管的
數(shù)據(jù)表單 327
小結(jié) 332
習(xí)題 334
參考文獻(xiàn) 338
第10章   光源和發(fā)送器—深入篇 339
10.1   再論半導(dǎo)體 339
10.1.1   本征半導(dǎo)體：費(fèi)米能級(jí)和
載流子數(shù) 339
10.1.2   摻雜半導(dǎo)體 341
10.1.3   p-n結(jié) 342
10.1.4   偏移 344
10.1.5   對(duì)帶隙的進(jìn)一步研究 345
10.2   激光二極管的效率 347
10.2.1   輸入輸出關(guān)系 348
10.2.2   三種效率 349
10.2.3   再論激光二極管工作效率 353
10.3   激光二極管的特征 357
10.3.1   閾值電流與工作電流 357
10.3.2   輻射波長(zhǎng)和光譜寬度 359
10.3.3   輻射模式 361
10.3.4   激光器調(diào)制 363
10.3.5   啁啾現(xiàn)象 369
10.3.6   噪聲 369
10.4   發(fā)送器組件 371
10.4.1   發(fā)送器的功能框圖和典型電路 371
10.4.2   封裝與可靠性 380
10.4.3   查閱發(fā)送器的數(shù)據(jù)表單 383
10.4.4   外部調(diào)制器 388
小結(jié) 396
習(xí)題 397
參考文獻(xiàn) 401
第11章   接收器 403
11.1   光電二極管 403
11.1.1   p-n光電二極管是如何工作的 403
11.1.2   功率關(guān)系 405
11.1.3   帶寬 409
11.1.4   p-i-n光電二極管 412
11.1.5   雪崩光電二極管 414
11.1.6   MSM光電探測(cè)器 417
11.2   查閱光電二極管的數(shù)據(jù)表單 418
11.2.1   p-i-n光電二極管的數(shù)據(jù)表單 418
11.2.2   雪崩光電二極管的數(shù)據(jù)表單 424
11.2.3   硅光電二極管 425
11.2.4   結(jié)論 426
11.3   再論光電探測(cè)器 426
11.3.1   光電二極管中的噪聲源 426
11.3.2   信噪比和噪聲等效功率 431
11.3.3   靈敏度和量子限 434
11.4   接收部件 440
11.4.1   接收器的功能框圖和典型電路 440
11.4.2   判別電路的設(shè)計(jì) 446
11.4.3   查閱接收器的數(shù)據(jù)表單 450
11.4.4   光電集成電路 454
小結(jié) 455
習(xí)題 457
參考文獻(xiàn) 462
第12章   光纖網(wǎng)絡(luò)元件 464
12.1   光纖網(wǎng)絡(luò)概述 464
12.1.1   點(diǎn)到點(diǎn)鏈路 464
12.1.2   網(wǎng)絡(luò) 466
12.2   光纖網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)器 475
12.2.1   發(fā)送器 475
12.2.2   接收器 483
12.3   半導(dǎo)體光放大器 486
12.3.1   光放大器概述 486
12.3.2   SOA的工作原理 488
12.3.3   SOA的增益 489
12.3.4   SOA的帶寬 494
12.3.5   串音 496
12.3.6   偏振相關(guān)增益 497
12.3.7   噪聲 498
12.3.8   查閱SOA數(shù)據(jù)表單 501
12.3.9   SOA應(yīng)用 502
12.3.10   SOA的優(yōu)缺點(diǎn)  502
12.4   摻鉺光纖放大器 502
12.4.1   如何產(chǎn)生放大 502
12.4.2   C-波段和L-波段 505
12.4.3   摻鉺光纖的增益和噪聲 505
12.4.4   EDFA模塊的元件 510
12.4.5   查閱EDFA的數(shù)據(jù)表單 529
12.4.6   其他類型的光纖放大器 536
小結(jié) 537
習(xí)題 540
參考文獻(xiàn) 543
第13章   光纖網(wǎng)絡(luò)的無源元件. 交換機(jī)
和功能模塊 546
13.1   耦合器/分離器 546
13.1.1   熔接雙錐漸細(xì)耦合器—工作原理 546
13.1.2   查閱數(shù)據(jù)表單 549
13.1.3   FBT耦合器：如何做WDM
耦合器 556
13.1.4   相位不匹配 560
13.2   波分多路復(fù)用器和多路分解器 561
13.2.1   WDM MUX/DEMUX和耦合器 562
13.2.2   WDM MUX和DEMUX：它們
如何工作 563
13.2.3   WDM MUX/DEMUX應(yīng)用—
增/刪和路由器 573
13.3   濾波器 574
13.3.1   光濾波器：它們是什么 574
13.3.2   固定濾波器 576
13.3.3   可調(diào)諧濾波器 578
13.4   隔離器. 環(huán)形器和衰減器 583
13.4.1   隔離器 583
13.4.2   環(huán)形器 588
13.4.3   衰減器 589
13.5   光交換機(jī)和功能模塊 591
13.5.1   光交換機(jī) 591
13.5.2   波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器 595
13.5.3   功能模塊 597
13.5.4   結(jié)論 600
小結(jié) 600
習(xí)題 601
參考文獻(xiàn) 602
第14章   光纖網(wǎng)絡(luò)介紹 605
14.1   傳輸什么數(shù)據(jù)和怎么傳輸數(shù)據(jù) 605
14.1.1   傳輸語音. 視頻和數(shù)據(jù) 605
14.1.2   電話網(wǎng) 606
14.1.3   計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 615
14.1.4   有線電視 620
14.2   光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基本要素 624
14.2.1   網(wǎng)絡(luò). 協(xié)議和服務(wù) 624
14.2.2   開放系統(tǒng)互連參考模型 624
14.2.3   SONET網(wǎng)絡(luò)和分層 629
14.2.4   ATM網(wǎng)絡(luò)和分層 632
14.2.5   光纖網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu) 634
14.2.6   光層 636
14.3   網(wǎng)絡(luò)管理和光纖網(wǎng)絡(luò)的未來 640
14.3.1   網(wǎng)絡(luò)管理的功能 640
14.3.2   如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理 641
14.3.3   光纖網(wǎng)絡(luò)生存性（網(wǎng)絡(luò)保護(hù)
和恢復(fù)） 642
14.3.4   結(jié)論：光纖網(wǎng)絡(luò)的未來 648
小結(jié) 650
習(xí)題 654
參考文獻(xiàn) 658
第15章   結(jié)論 662
15.1   帶寬：業(yè)界的“圣杯” 662
15.2   部署新光纖線路 662
15.3   光纖：難題很多, 要尋求解決方案 663
15.4   光纖器件 664
15.5   波分復(fù)用：滿足驚人的需求 666
15.6   網(wǎng)絡(luò) 666
15.7   無線通信和光纖網(wǎng)絡(luò) 667
小結(jié) 668
參考文獻(xiàn) 668
附錄A   常量表. 10的冪表. 國(guó)際單位制
表. 分貝單位和希臘字母表 671
附錄B   本書中使用的縮寫. 簡(jiǎn)寫. 符號(hào)
和單位 674
附錄C   參考文獻(xiàn)精選 683
附錄D   產(chǎn)品. 服務(wù)和標(biāo)準(zhǔn) 693