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(shù)背景 1
1.2 現(xiàn)代光通信技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展 2
1.3 光通信系統(tǒng)的構(gòu)成及其關(guān)鍵技術(shù) 4
1.3.1 光纖 5
1.3.2 光源和光發(fā)送機(jī) 7
1.3.3 光檢測(cè)器和光接收機(jī) 8
1.3.4 空間光通信系統(tǒng)中的光學(xué)系統(tǒng) 9
1.3.5 光電集成和光集成技術(shù) 9
1.4 光通信技術(shù)發(fā)展展望 10
小結(jié) 11
思考題與習(xí)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(jié)構(gòu) 12
2.1.2 光纖的分類 12
2.2 光纖傳輸?shù)膸缀喂鈱W(xué)分析方法 13
2.2.1 光線在不同媒質(zhì)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(dǎo)中的電磁場(chǎng)方程 19
2.3.2 階躍光纖中的電磁場(chǎng)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(dǎo)波模的場(chǎng)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(zhǎng) 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(cè)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(dǎo)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(duì)通信容量的影響 52
2.6.7 色散補(bǔ)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(diào)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(yù)制棒的制備 64
2.8.2 光纖的拉制 65
2.8.3 光纜 67
小結(jié) 68
思考題與習(xí)題 68
第3章 無(wú)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(fù)用及解復(fù)用器 76
3.2.1 光波分復(fù)用及解復(fù)用器的性能參數(shù) 76
3.2.2 復(fù)用及解復(fù)用器的原理和結(jié)構(gòu) 77
3.3 光調(diào)制器與光開(kāi)關(guān) 79
3.3.1 電光調(diào)制器 79
3.3.2 電吸收調(diào)制器 80
3.3.3 聲光調(diào)制器 80
3.3.4 光開(kāi)關(guān) 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(xué)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(bǔ)償器 86
3.5.4 光碼分復(fù)用編解碼器 87
小結(jié) 88
思考題與習(xí)題 88
第4章 光源與光發(fā)送機(jī) 89
4.1 物質(zhì)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(jí)和半導(dǎo)體的能帶 89
4.1.3 物質(zhì)與光的互作用 90
4.2 半導(dǎo)體發(fā)光二極管 91
4.2.1 半導(dǎo)體PN結(jié)的能帶結(jié)構(gòu) 92
4.2.2 發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu) 93
4.2.3 發(fā)光二極管的工作特性 94
4.3 半導(dǎo)體激光器 97
4.3.1 半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu)及閾值條件 97
4.3.2 半導(dǎo)體激光器的選頻單元——F-P型光學(xué)諧振腔 98
4.3.3 半導(dǎo)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(dǎo)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(jī)的基本組成及指標(biāo) 111
4.5.1 光源的調(diào)制 112
4.5.2 模擬光發(fā)送機(jī)與數(shù)字光發(fā)送機(jī)的結(jié)構(gòu) 113
小結(jié) 118
思考題與習(xí)題 118
第5章 光檢測(cè)器與光接收機(jī) 120
5.1 光檢測(cè)器 120
5.1.1 光檢測(cè)器的下作原理及特性 120
5.1.2 PIN型光檢測(cè)器 122
5.1.3 雪崩光電二極管 122
5.2 光接收機(jī) 124
5.2.1 光接收機(jī)的構(gòu)成及其主要性能指標(biāo) 124
5.2.2 前置放大器 126
5.2.3 光接收機(jī)的噪聲 127
5.2.4 光接收機(jī)的信噪比 129
5.2.5 數(shù)字光接收機(jī)的靈敏度 131
小結(jié) 133
思考題與習(xí)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(diào)制方式 135
6.1.2 模擬系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 137
6.1.3 模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gòu)成 141
6.2.2 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的性能指標(biāo) 142
6.2.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換-脈沖編碼凋制 142
6.2.4 數(shù)字傳輸體制 143
6.3 準(zhǔn)同步數(shù)字系列 143
6.3.1 PDH的幀結(jié)構(gòu) 144
6.3.2 PDH的速率等級(jí) 145
6.3.3 PDH的復(fù)用技術(shù) 146
6.3.4 PDH的碼速調(diào)整 147
6.3.5 PDH光纖傳輸系統(tǒng)的組成 148
6.3.6 PDH的缺點(diǎn) 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(fù)用 151
6.4.3 SONET/SDH幀結(jié)構(gòu) 152
6.4.4 我國(guó)采用的復(fù)用結(jié)構(gòu) 156
6.4.5 SDH設(shè)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(cuò)編碼 159
6.6 數(shù)字光鏈路設(shè)計(jì) 159
6.6.1 鏈路的功率預(yù)算 159
6.6.2 色散系統(tǒng)的上升時(shí)間預(yù)算 160
6.7 波分復(fù)用系統(tǒng) 162
6.7.1 波分復(fù)用系統(tǒng)的基本概念 162
6.7.2 SDH與WDM的關(guān)系 165
6.7.3 WDM的關(guān)鍵技術(shù)及其面對(duì)的主要問(wèn)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(diào)制 169
6.8.3 相干檢測(cè) 170
6.8.4 相干光系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 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(bǔ)償 175
6.9.3 光孤子通信系統(tǒng)的基本組成 177
小結(jié) 178
思考題與習(xí)題 178
第7章 光網(wǎng)絡(luò) 180
7.1 光網(wǎng)絡(luò)的基本概念及構(gòu)成 180
7.1.1 光網(wǎng)絡(luò)的基本概念 180
7.1.2 光網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)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?fù)浣Y(jié)構(gòu) 185
7.2.3 SDH傳送網(wǎng)的保護(hù)方法 186
7.2.4 SDH的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 192
7.3 光傳送網(wǎng) 193
7.3.1 光傳送網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu) 194
7.3.2 光傳送網(wǎng)的接口結(jié)構(gòu) 196
7.3.3 光傳送網(wǎng)設(shè)備 201
7.4 智能光網(wǎng)絡(luò) 209
7.4.1 智能光網(wǎng)絡(luò)的基本概念 209
7.4.2 ASON網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 210
7.4.3 ASON的傳送平面技術(shù) 215
7.5 光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò) 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(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)模型 219
7.5.3 光突發(fā)交換網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù) 221
7.6 光分組交換網(wǎng)絡(luò) 225
7.6.1 光分組交換的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用 226
7.6.2 光分組交換網(wǎng)結(jié)構(gòu)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(diǎn)的基本結(jié)構(gòu) 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(wú)源光網(wǎng)絡(luò) 234
7.7.3 GPON 237
小結(jié) 239
思考題與習(xí)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(jìn)展 241
8.1.2 大氣激光通信的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 243
8.1.3 大氣激光通信向臨的主要問(wèn)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(diǎn) 244
8.2.2 大氣對(duì)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(guān)鍵器件和技術(shù) 253
8.3.1 半導(dǎo)體光源 253
8.3.2 光檢測(cè)器 259
8.3.3 半導(dǎo)體光源的光學(xué)準(zhǔn)直 260
8.3.4 窄帶光學(xué)濾波器 262
8.3.5 光學(xué)天線 263
8.3.6 自適應(yīng)光學(xué)技術(shù) 268
8.3.7 Turbo碼技術(shù) 270
8.4 調(diào)制方式 273
8.4.1 單脈沖脈位調(diào)制 273
8.4.2 差分脈位調(diào)制 274
8.4.3 多脈沖PPM調(diào)制 275
8.4.4 解調(diào)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(wèn)題的考慮 279
8.5.4 大氣激光通信端設(shè)備實(shí)例 281
8.6 大氣激光通信的應(yīng)用 284
8.6.1 應(yīng)用場(chǎng)合 284
8.6.2 組網(wǎng)應(yīng)用 285
小結(jié) 286
思考題與習(xí)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(jiǎn)介 288
9.1.2 星間激光通信的提出及其優(yōu)勢(shì) 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(gòu)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(xué)天線 294
9.3.1 自由空間損耗 294
9.3.2 光學(xué)天線增益 294
9.3.3 星間激光通信中的光學(xué)天線 295
9.3.4 卡塞格倫式光學(xué)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(zhǔn)誤差與天線增益的關(guān)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(cè)器件 302
9.4.5 PAT中的光束方向調(diào)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(jié)構(gòu) 314
9.5 通信子系統(tǒng) 315
9.5.1 通信子系統(tǒng)構(gòu)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(shí)可用性”性能評(píng)估方法 320
9.6.1 誤碼率評(píng)估方法存在的局限 320
9.6.2 基于“短時(shí)可用性”的系統(tǒng)性能評(píng)估方法 320
9.6.3 系統(tǒng)“短時(shí)可用性”的估汁 322
9.6.4 短時(shí)可用性評(píng)價(jià)結(jié)論和BER評(píng)價(jià)結(jié)論之間的對(duì)比 329
9.7 多普勒效應(yīng)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(duì)系統(tǒng)的影響及對(duì)策 332
9.8 兩種星間激光通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介 334
9.8.1 SILEX 334
9.8.2 ETS-VI/LCE 337
小結(jié) 340
思考題與習(xí)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(duì)潛激光通信的研究進(jìn)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(duì)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(shù) 346
10.3.1 對(duì)光源的基本要求 346
10.3.2 同體藍(lán)光激光器 347
10.4 對(duì)潛藍(lán)綠激光通信系統(tǒng) 352
10.4.1 三種對(duì)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(jié) 354
思考題與習(xí)題 354
參考文獻(xiàn) 355