國外電子與通信教材系列：光纖通信

《國外電子與通信教材系列光纖通信》是2011年電子工業出版社出版的圖書，作者是格爾德．凱澤。本書系統地介紹了光纖通信的概念、原理、構造、使用和發展等內容。

基本介紹

• 書名：國外電子與通信教材系列：光纖通信
• 作者：格爾德．凱澤
• ISBN： 9787121140815
• 定價：75.00元
• 出版社： 電子工業出版社
• 出版時間： 2011年8月1日
• 開本：16開

內容簡介

本書系統地介紹了光纖通信的各方面知識。全書共14章，內容涵蓋光纖傳輸原理和傳輸特性，半導體光源和光檢測器的工作原理與工作特性，數字光纖通信系統和模擬光纖通信系統，光放大器的工作原理和性能，WDM系統原理與器件，光網路與光交換，光纖通信系統的性能測量及管理。與前一版相比，新增了光纖的非線性效應、光子晶體光纖、高速通信中的前向糾錯、光載無線通信（ROF）及光纜鋪設等新內容。

圖書目錄

簡 明 目 錄

第1章 光纖通信概述

第2章 光纖：結構、導波原理及製造

第3章 損耗和色散

第4章 光源

第5章 光功率發射和耦合

第6章 光檢測器

第7章 光接收機

第8章 數字鏈路

第9章 模擬鏈路

第10章 波分復用概念及器件

第11章 光放大器

第12章 非線性效應

第13章 光網路

第14章 性能測量與監控

附錄

索引

目 錄

第1章 光纖通信概述1

1.1 光通信的發展動因2

1.1.1 光網路的發展歷程2

1.1.2 光纖的優勢5

1.2 光譜帶5

1.2.1 電磁能量5

1.2.2 低損耗視窗和頻段8

1.3 分貝單位9

1.4 網路信息速率12

1.4.1 電信信號的復用12

1.4.2 SONET/SDH復用體系13

1.5波分復用概念15

1.6光纖通信系統的關鍵單元15

1.7光纖通信標準19

1.8建模與仿真工具20

1.8.1 仿真工具的特徵20

1.8.2 程式語言21

1.8.3 適於學生使用的程式舉例23

習題23

參考文獻24

第2章 光纖：結構、導波原理及製造27

2.1光的特性27

2.1.1 線偏振28

2.1.2 橢圓偏振和圓偏振31

2.1.3 光的量子特性33

2.2基本的光學定律和定義33

2.2.1 折射率33

2.2.2 反射和衍射34

2.2.3 光偏振器件36

2.2.4 偏振敏感材料38

2.3 光纖模式及結構39

2.3.1 光纖分類40

2.3.2 射線和模式化42

2.3.3 階躍折射率光纖結構43

2.3.4 射線光學表述43

2.3.5 介質平板波導中的波動表述45

2.4 圓波導的模式理論47

2.4.1 模式概述48

2.4.2 關鍵的模式概念匯總49

2.4.3 麥克斯韋方程組*51

2.4.4 波導方程*52

2.4.5 階躍折射率光纖中的波方程*54

2.4.6 模式方程*55

2.4.7 階躍折射率光纖中的模式*57

2.4.8 線偏振模*60

2.4.9 階躍折射率光纖中的功率流*63

2.5單模光纖65

2.5.1 結構65

2.5.2 模場直徑65

2.5.3 單模光纖中的傳播模67

2.6漸變折射率光纖結構68

2.7光纖材料70

2.7.1 玻璃光纖70

2.7.2 有源玻璃光纖71

2.7.3 塑膠光纖71

2.8光子晶體光纖72

2.8.1 折射率導引PCF72

2.8.2 光子帶隙光纖73

2.9光纖的製造74

2.9.1 外部氣相氧化法75

2.9.2 氣相軸向沉積法75

2.9.3 改進的化學氣相沉積法76

2.9.4 等離子催化化學氣相沉積法76

2.9.5 光子晶體光纖的製備77

2.10光纖的機械性能78

2.11光纜82

2.11.1 光纜結構83

2.11.2 室內光纜設計84

2.11.3 戶外光纜86

2.12光纜鋪設方法87

2.12.1 直埋鋪設87

2.12.2 管道中的光纜拖曳88

2.12.3 光纜噴射鋪設89

2.12.4 陸地鋪設90

2.12.5 水下鋪設91

2.12.6 行業鋪設標準92

習題93

參考文獻96

第3章 損耗和色散102

3.1損耗102

3.1.1 損耗單位103

3.1.2 吸收104

3.1.3 散射損耗108

3.1.4 彎曲損耗111

3.1.5 纖芯和包層損耗113

3.2 光纖中的信號畸變114

3.2.1 色散綜述114

3.2.2 模式延遲116

3.2.3 色散因素118

3.2.4 群延遲119

3.2.5 材料色散121

3.2.6 波導色散123

3.2.7 單模光纖的色散124

3.2.8 偏振模色散126

3.3單模光纖性能128

3.3.1 折射率剖面128

3.3.2 截止波長130

3.3.3 色散計算132

3.3.4 模場直徑135

3.3.5 彎曲損耗135

3.4國際標準138

3.4.1 G.651.1建議138

3.4.2 G.652建議138

3.4.3 G.653建議141

3.4.4 G.654建議141

3.4.5 G.655建議141

3.4.6 G.656建議141

3.4.7 G.657建議142

3.5特殊光纖142習題145

參考文獻147

第4章 光源151

4.1半導體物理專題152

4.1.1 能帶152

4.1.2 本徵材料和非本徵材料154

4.1.3 pn結156

4.1.4 直接帶隙和間接帶隙157

4.1.5 半導體器件製作158

4.2發光二極體（LED）158

4.2.1 LED的結構158

4.2.2 光源材料161

4.2.3 量子效率和LED發射功率165

4.2.4 LED的調製特性168

4.3半導體雷射器170

4.3.1 半導體雷射器的模式和閾值條件171

4.3.2 半導體雷射器的速率方程177

4.3.3 外量子效率178

4.3.4 諧振頻率179

4.3.5 半導體雷射器結構和輻射方向圖180

4.3.6 單模雷射器185

4.3.7 半導體雷射器的調製特性189

4.3.8 雷射器線寬190

4.3.9 外調製191

4.3.10 溫度影響193

4.4線路編碼195

4.4.1 非歸零和歸零信號格式195

4.4.2 分組碼196

4.5光源的線性特性196

4.6可靠性考慮198

4.7單片封裝光傳送機202

習題204

參考文獻208

第5章 光功率發射和耦合211

5.1光源至光纖的功率發射212

5.1.1 光源的輸出方向圖212

5.1.2 功率耦合計算213

5.1.3 發射功率與波長的關係216

5.1.4 穩態數值孔徑217

5.2 改善耦合的透鏡結構218

5.2.1 非成像微球219

5.2.2 半導體雷射器與光纖的耦合220

5.3光纖與光纖的連線221

5.3.1 機械對準誤差223

5.3.2 光纖相關損耗229

5.3.3 光纖端面製備230

5.4LED與單模光纖的耦合231

5.5光纖接頭232

5.5.1 連線方法233

5.5.2 單模光纖的連線234

5.6光纖連線器235

5.6.1 連線器的類型235

5.6.2 單模光纖連線器239

5.6.3 連線器回波衰減240

習題242

參考文獻244

第6章 光檢測器248

6.1光電二極體的物理原理249

6.1.1 pin光電二極體249

6.1.2 雪崩光電二極體253

6.2光檢測器噪聲257

6.2.1 噪聲源257

6.2.2 信噪比261

6.2.3 噪聲等效功率262

6.3檢測器回響時間263

6.3.1 耗盡層光電流263

6.3.2 回響時間264

6.3.3 雙異質結光電二極體267

6.4雪崩倍增噪聲267

6.5InGaAs APD結構270

6.6溫度對雪崩增益的影響270

6.7光檢測器比較272

習題273

參考文獻275

第7章 光接收機277

7.1 接收機工作的基本原理278

7.1.1 數位訊號傳輸278

7.1.2 誤碼源280

7.1.3 前端放大器282

7.2數字接收機性能283

7.2.1 差錯機率283

7.2.2 接收機靈敏度287

7.2.3 量子極限290

7.3眼圖291

7.3.1 眼圖的特徵291

7.3.2 BER和Q因子測量293

7.4突發模式接收機294

7.5模擬接收機297

習題300

參考文獻302

第8章 數字鏈路304

8.1點到點鏈路305

8.1.1 系統考慮306

8.1.2 鏈路功率預算307

8.1.3 上升時間預算310

8.1.4 短波長帶313

8.1.5 單模光纖的損耗受限距離314

8.2功率代價316

8.2.1 色度色散代價316

8.2.2 偏振模色散代價318

8.2.3 消光比代價319

8.2.4 模式色散319

8.2.5 模分配噪聲322

8.2.6 啁啾323

8.2.7 反射噪聲325

8.3差錯控制327

8.3.1 誤碼檢測概念328

8.3.2 線型誤碼檢測碼328

8.3.3 多項式碼329

8.3.4 前向糾錯碼331

8.4 相干檢測332

8.4.1 基本概念333

8.4.2 零差檢測335

8.4.3 外差檢測335

8.4.4 BER比較336

8.5 差分四相移鍵控342

習題343

參考文獻345

第9章 模擬鏈路350

9.1模擬鏈路概述351

9.2載噪比352

9.2.1 載波功率352

9.2.2 光檢測器和前置放大器噪聲353

9.2.3 相對強度噪聲（RIN）354

9.2.4 反射對RIN的影響354

9.2.5 極限條件356

9.3多信道傳輸技術357

9.3.1 多信道幅度調製358

9.3.2 多信道頻率調製361

9.3.3 副載波復用362

9.4光載射頻（ROF）364

9.4.1 關鍵鏈路參數364

9.4.2 無雜散動態範圍366

9.5光載射頻鏈路368

9.5.1 ROF網路天線基站368

9.5.2 多模光纖光載射頻鏈路369

9.6微波光子學370

習題371

參考文獻373

第10章 波分復用概念及器件376

10.1WDM概述377

10.1.1 WDM的工作原理377

10.1.2 WDM標準379

10.2無源光耦合器381

10.2.1 2×2光纖耦合器381

10.2.2 散射矩陣表示法385

10.2.3 2×2波導耦合器387

10.2.4 星形耦合器391

10.2.5 馬赫-曾德爾干涉復用器39310.3 隔離器和環行器39610.3.1 光隔離器396

10.3.2 光環形器398

10.4光纖光柵濾波器399

10.4.1 光柵基礎399

10.4.2 光纖布拉格光柵399

10.4.3 FBG的套用402

10.5介質薄膜濾波器403

10.5.1 法布里-珀羅標準具理論 404

10.5.2 TFF的套用406

10.6基於相位陣列的WDM器件407

10.7衍射光柵412

10.8有源光器件413

10.8.1 MEMS技術413

10.8.2 可變光衰減器414

10.8.3 可調諧光濾波器415

10.8.4 動態增益均衡器416

10.8.5 光分插復用器417

10.8.6 偏振控制器418

10.8.7 色度色散補償418

10.9可調諧光源419

習題421

參考文獻425

第11章 光放大器429

11.1光放大器的基本套用和分類429

11.1.1 一般套用430

11.1.2 放大器的類型431

11.2半導體光放大器433

11.2.1 外部泵浦433

11.2.2 放大器增益435

11.2.3 SOA的頻寬436

11.3摻鉺光纖放大器437

11.3.1 放大機制437

11.3.2 EDFA的結構439

11.3.3 EDFA的功率轉換效率及增益441

11.4放大器噪聲445

11.5光信噪比449

11.6系統套用450

11.6.1 功率放大器451

11.6.2 線上放大器451

11.6.3 前置放大器453

11.6.4 多信道運用453

11.6.5 線上放大器增益控制455

11.7拉曼放大器456

11.8寬頻光放大器460

習題461

參考文獻464

第12章 非線性效應468

12.1非線性效應概述469

12.2有效傳輸距離與有效面積469

12.3受激拉曼散射471

12.4受激布里淵散射473

12.5自相位調製475

12.6交叉相位調製476

12.7四波混頻477

12.8 四波混頻的改善479

12.9波長轉換器480

12.9.1 光門波長轉換器480

12.9.2 波混頻波長轉換器481

12.10孤子482

12.10.1 孤子脈衝483

12.10.2 孤子參數485

12.10.3 孤子寬度和間隔487

習題489

參考文獻490

第13章 光網路493

13.1網路概念494

13.1.1 網路術語494

13.1.2 網路分類495

13.1.3 網路層497

13.1.4 光層499

13.2網路拓撲499

13.2.1 無源線形匯流排的性能501

13.2.2 星形結構的性能506

13.3SONET/SDH507

13.3.1 傳輸格式和速率507

13.3.2 光接口509

13.3.3 SONET/SDH環511

13.3.4 SONET/SDH網路515

13.4高速光鏈路516

13.4.1 10 Gb/s光鏈路517

13.4.2 40 Gb/s光鏈路519

13.4.3 40 Gb/s和100 Gb/s乙太網標準519

13.4.4 160 Gb/sOTDM鏈路520

13.5光分插復用器521

13.5.1 OADM的結構522

13.5.2 可重構OADM 523

13.6光交換528

13.6.1 光交叉連線529

13.6.2 波長變換530

13.6.3 波長路由533

13.6.4 光分組交換534

13.6.5 光突發交換535

13.7WDM網路實例537

13.7.1 寬頻長途WDM網路537

13.7.2 窄帶城域WDM網路539

13.8無源光網路540

13.8.1 基本的PON架構540

13.8.2 有源PON模組542

13.8.3 業務流量544

13.8.4 GPON特性544

13.8.5 WDM PON架構548

13.9DWDM 直接承載IP548

13.10光乙太網550

13.10.1 基本的光乙太網方案55013.10.2 EPON/GE-PON架構552

13.10.3 城域光乙太網553

13.11 降低傳輸損傷553

13.11.1 色度色散補償光纖554

13.11.2 布拉格光柵色散補償器555

13.11.3 偏振模色散補償556

13.11.4 光放大器增益瞬變557

習題558

參考文獻563

第14章 性能測量與監控570

14.1測量標準571

14.2基本測試設備573

14.2.1 測試用光源574

14.2.2 光譜分析儀575

14.2.3 多功能光測試系統576

14.2.4 光衰減器576

14.2.5 光傳送網測試儀576

14.2.6 可視故障指示儀577

14.3光功率測量577

14.3.1 光功率的定義577

14.3.2 光功率計578

14.4光纖特性參數578

14.4.1 折射近場法579

14.4.2 傳輸近場法579

14.4.3 損耗測量579

14.4.4 色散測量582

14.5眼圖588

14.5.1 模板測試589

14.5.2 壓縮眼圖590

14.5.3 眼圖輪廓590

14.6光時域反射儀（OTDR）591

14.6.1 OTDR 軌跡592

14.6.2 損耗測量593

14.6.3 OTDR 盲區594

14.6.4 光纖故障定位595

14.6.5 光回波損耗595

14.7光性能監測596

14.7.1 管理構架和功能597

14.7.2 光層管理598

14.7.3 OPM 功能600

14.7.4 網路維護601

14.7.5 故障管理602

14.7.6 OSNR監視603

14.8光纖系統性能測量603

14.8.1 誤碼率測試604

14.8.2 光信噪比評估605

14.8.3 Q值評估 607

14.8.4 光調製幅度（OMA）測量609

14.8.5 定時抖動測量610

習題611

參考文獻613

附錄A國際單位制617

附錄B常用數學關係618

附錄C貝塞爾函式622

附錄D分貝625

附錄E縮寫627

附錄F拉丁文符號633

附錄G希臘文符號636

索引639