光纖通信原理與技術(shù)

前言

　　被譽(yù)為“光纖通信之父”的高錕博士獲2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，使得光纖通信技術(shù)進(jìn)一步成為大眾關(guān)注的焦點(diǎn)。該獎(jiǎng)授予高錕博士是因?yàn)樗瓣P(guān)于光在光纖中傳輸?shù)牡旎猿删汀?，這一成就從基本原理方面證明了光纖通信的可行性。該獎(jiǎng)項(xiàng)也表明光纖通信技術(shù)對(duì)促進(jìn)人類社會(huì)的信息化發(fā)展和生活質(zhì)量的提高所起的巨大作用?！　∽詮谋緯谝话?004年出版以來，光纖通信技術(shù)又有了巨大的發(fā)展。為了及時(shí)反映光纖通信理論和技術(shù)方面的新成就，滿足廣大讀者的需求，我們?cè)趯?duì)第一版內(nèi)容進(jìn)行修訂和補(bǔ)充的基礎(chǔ)上編寫了第二版。　　第二版教材的主要變化歸納為以下幾點(diǎn)：　　1.對(duì)第一版做了刪繁就簡(jiǎn)工作，減少了一些繁瑣的公式推導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)了對(duì)公式和結(jié)果物理含義的描述，因此本書第二版適用面更寬，不僅適合研究生也更適合本科生以及從事光纖通信工作的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和參考?！　?.對(duì)第一版的錯(cuò)誤和不妥之處做了修訂，對(duì)一些較難理解的問題進(jìn)行了更細(xì)致的解釋，因而更有利于閱讀?！　?.增加了一些近幾年出現(xiàn)的新技術(shù)的介紹，使本書能夠反映當(dāng)前技術(shù)發(fā)展水平，如器件部分增加了光子晶體器件介紹；系統(tǒng)技術(shù)部分增加了許多新的調(diào)制格式和碼型、新的復(fù)用技術(shù)以及新的信號(hào)處理方法（電均衡技術(shù)等）的介紹?！　?.對(duì)一些章節(jié)做了調(diào)整，其中主要有：將光放大器件單獨(dú)列為一章（第6章），強(qiáng)調(diào)了其對(duì)長距離光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要作用；將有關(guān)系統(tǒng)技術(shù)的內(nèi)容集中放在第7章。

內(nèi)容概要

　　《光纖通信原理與技術(shù)（第2版）》是在第一版的基礎(chǔ)上經(jīng)過修訂和補(bǔ)充編寫而成。全書共8章，分別介紹了光纖通信的發(fā)展歷史和通信技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)、光纖傳輸?shù)幕纠碚?、光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中常用的光無源和有源器件的原理、光放大器原理和應(yīng)用、光纖通信系統(tǒng)原理和技術(shù)，其中包括基本的IM／DD光纖通信系統(tǒng)和各種新型的光纖通信系統(tǒng)技術(shù)，最后一章簡(jiǎn)要介紹了光纖網(wǎng)絡(luò)的基本知識(shí)?！　」饫w通信技術(shù)是一門發(fā)展迅速的學(xué)科，第二版增加了近幾年光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展的一些新技術(shù)，同時(shí)減少了一些繁瑣的公式推導(dǎo)，為加深理解書中所述內(nèi)容，每章末附有思考題與習(xí)題；為便于多媒體教學(xué)，本教材配有電子課件?！　　豆饫w通信原理與技術(shù)（第2版）》可用作高等院校通信與信息系統(tǒng)及相關(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生教材，也可作為有關(guān)工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第二版前言第一版前言第1章 緒論1.1 光通信發(fā)展史1.1.1 現(xiàn)代通信的發(fā)展1.1.2 光通信的發(fā)展1.1.3 光纖通信的優(yōu)點(diǎn)1.2 國內(nèi)外光纖通信技術(shù)發(fā)展概況1.3 光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第2章 光纖的傳輸特性2.1 介質(zhì)平板波導(dǎo)中的波2.1.1 折射定律2.1.2 介質(zhì)平板波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)2.1.3 介質(zhì)平板波導(dǎo)的射線理論2.2 階躍折射率光纖2.2.1 階躍折射率光纖中射線的概念2.2.2 階躍折射率光纖的標(biāo)量解法2.2.3 標(biāo)量模與矢量模之間的關(guān)系2.2.4 β—V曲線思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第3章 影響光纖傳輸特性的一些物理因素3.1 光纖的損耗3.1.1 光纖損耗的定量描述3.1.2 損耗的來源3.1.3 光纖的瑞利反向散射研究3.2 光纖的色散及降低色散的措施3.2.1 光纖的色散3.2.2 色散位移光纖（DSF）和非零色散位移光纖（NZ-DSF）3.3 單模光纖中的偏振（極化）及保偏光纖和單偏振光纖3.3.1 單模光纖中的偏振3.3.2 PMD3.3.3 偏振穩(wěn)定性及其對(duì)系統(tǒng)性能的影響3.3.4 保偏光纖和單偏振光纖3.4 光纖的非線性3.4.1 非線性極化理論3.4.2 光纖中的參量非線性：SPM、XPM.和FWM3.4.3 光纖中的非參量非線性：SRS與SBS3.5 降低色散的措施和色散補(bǔ)償3.5.1 降低色散影響的措施3.5.2 色散補(bǔ)償和色散管理思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第4章 光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中的光無源器件4.1 網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣表示法4.2 三端口器件4.2.1 三端口網(wǎng)絡(luò)的一般特性4.2.2 Y波導(dǎo)4.2.3 環(huán)形器4.3 定向耦合器4.3.1 光纖耦合器的散射矩陣4.3.2 光纖耦合器的耦合模理論4.3.3 光纖耦合器的應(yīng)用4.4 光纖布拉格光柵4.4.1 光纖布拉格光柵的光學(xué)特性4.4.2 光纖光柵的耦合模理論4.4.3 光纖光柵的應(yīng)用4.5 法布里一珀羅（F-P）干涉儀4.5.1 F-P干涉儀的工作原理4.5.2 F-P干涉儀的主要性能參量4.5.3 F-P干涉儀的應(yīng)用4.6 多層介質(zhì)膜濾波器4.6.1 概述4.6.2 多層介質(zhì)膜濾波器的工作原理4.6.3 多層介質(zhì)薄膜濾波器的應(yīng)用4.7 馬赫一曾德干涉儀（MZI）4.8 陣列波導(dǎo)光柵4.8.1 AWG的結(jié)構(gòu)和原理4.8.2 AWG的傳輸特性4.8.3 AWG在光纖通信技術(shù)中的應(yīng)用4.9 光開關(guān)4.9.1 光開關(guān)的主要技術(shù)參量4.9.2 幾種光開關(guān)介紹4.10 光子晶體及其器件4.10.1 光子晶體的基本概念4.10.2 光子晶體的能帶理論4.10.3 光子晶體缺陷態(tài)4.10.4 光子晶體光纖4.10.5 光子晶體濾波器思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第5章 光纖通信技術(shù)中的光有源器件5.1 光纖通信的光源5.1.1 概述5.1.2 半導(dǎo)體光源的物理基礎(chǔ)5.1.3 發(fā)光二極管（LED）5.1.4 半導(dǎo)體激光器5.1.5 摻餌光纖激光器5.1.6 激光器／光發(fā)射機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)5.1.7 激光器的發(fā)展現(xiàn)狀5.2 光檢測(cè)器件5.2.1 PIN光檢測(cè)器5.2.2 APD5.2.3 光檢測(cè)器的輸出噪聲5.2.4 光檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間5.3 光放大器件思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第6章 光纖通信技術(shù)中使用的光放大器6.1 半導(dǎo)體光放大器6.1.1 概述6.1.2 SOA的特性6.1.3 SOA在光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用6.2 摻鉺光纖放大器6.2.1 基本原理和結(jié)構(gòu)6.2.2 EDFA性能分析6.2.3 EDFA應(yīng)用6.3 拉曼光纖放大器6.3.1 概述6.3.2 基本原理、結(jié)構(gòu)及種類6.3.3 性能分析6.3.4 FRA的應(yīng)用思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第7章 光纖傳輸系統(tǒng)7.1 IM／DD光纖傳輸系統(tǒng)7.1.1 IM／DD光纖傳輸系統(tǒng)概述7.1.2 光發(fā)射機(jī)7.1.3 光接收機(jī)7.2 幾種新型的光纖通信系統(tǒng)技術(shù)7.2.1 各種光復(fù)用技術(shù)7.2.2 相干光纖通信技術(shù)7.2.3 光孤子通信技術(shù)7.3 光纖通信系統(tǒng)技術(shù)的一些新進(jìn)展7.3.1 前言7.3.2 波分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)的發(fā)展綜述7.3.3 高速率波分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第8章 光纖網(wǎng)絡(luò)介紹8.1 光纖網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況8.2 光纖網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)8.2.1 光纖網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)8.2.2 OXC節(jié)點(diǎn)8.2.3 OADM節(jié)點(diǎn)8.2.4 光節(jié)點(diǎn)的串?dāng)_問題8.2.5 光節(jié)點(diǎn)的信道均衡問題8.3 WDM光網(wǎng)絡(luò)中的路由和波長分配問題8.4 全光波長變換8.4.1 利用SOA的交叉增益調(diào)制（XGM）效應(yīng)的全光波長變換8.4.2 利用SOA的交叉相位調(diào)制（XPM）效應(yīng)的全光波長變換8.4.3 利用SOA的四波混頻（FWM）效應(yīng)的全光波長變換8.4.4 波長變換問題小結(jié)8.5 光纖網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)、控制和管理8.5.1 光纖網(wǎng)絡(luò)的管理功能8.5.2 光纖網(wǎng)絡(luò)的生存性8.6 新型光交換技術(shù)8.6.1 快速光電路交換（DOCS）8.6.2 光突發(fā)交換（OBS）8.6.3 光分組交換（OBS）8.6.4 其他交換技術(shù)思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　20世紀(jì)60年代到70年代初，人們還沒有制造出可以實(shí)用的光纖，當(dāng)時(shí)主要研究大氣光通信。光源主要使用CO2氣體激光器（其功率比半導(dǎo)體激光器大）。但由于空氣不是理想的光傳輸媒質(zhì)，空氣中的水汽（霧）、雨雪和沙塵的影響，使光信號(hào)被散射、吸收，以致傳輸距離很短，在惡劣氣候的條件下，光信號(hào)僅能傳播百米量級(jí)，甚至更短?！　」饫w通信的實(shí)現(xiàn)可以說使光通信柳暗花明。下面所述的兩個(gè)技術(shù)上的突破使光纖通信成為現(xiàn)實(shí)，并在以后的歲月中飛速發(fā)展?！　?.光纖傳輸衰減的降低　　20世紀(jì)60年代最好的光纖傳輸衰減為1000dB／km，即傳輸1km，光功率降到原來的1／10100≈0，因而這種光纖不可能用作通信媒質(zhì)。當(dāng)時(shí)沒有人相信光纖可以用于通信，也沒有人從事光纖用于通信的研究。英籍華人學(xué)者高錕博士的貢獻(xiàn)在于理論上證明這樣大的傳輸衰減是由于光纖中雜質(zhì)吸收和散射引起的。如將光纖提純，則傳輸衰減可以降到可在通信中實(shí)用的程度（最初提出的指標(biāo)是20dB／km）這一貢獻(xiàn)具有深遠(yuǎn)意義，完全改變了通信容量不適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的情況，推動(dòng)了信息社會(huì)更快地到來。由于這一貢獻(xiàn)，高錕博士獲得了2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?！　?970年美國康寧公司首次制成了傳輸衰減為20dB／km的光纖，每傳輸1km，光功率降到原來的1／100，可以用作光通信的傳輸媒質(zhì)。此后，光纖傳輸衰減逐年下降，到1979年已降到0.2dB／km，后來又降到0.16dB／km，幾乎達(dá)到純石英光纖損耗的理論極限。與此對(duì)照，同軸電纜傳輸線的傳輸衰減大約在30～100dB／km。

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