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第1章 电信和光纤的介绍1

1.1 电信1

1.1.1 电信是什么1

1.1.2 电信：点到点系统和网络1

1.1.3 运载信息能力3

1.1.4 对光纤通信系统的需要5

1.2 光纤通信系统：基本块6

1.2.1 基本框图6

1.3.1 历史注释15

1.3 回顾与展望15

1.2.2 光纤通信技术的作用15

1.3.2 光纤工业的现状与未来趋势18

1.3.3 关注发展24

习题24

参考文献25

第2章 光物理学：简要概述26

2.1 电磁波26

2.2 光束（光线）28

2.3 光子流32

2.3.1 能级图32

2.3.2 光子33

2.3.3 辐射与吸收34

小结36

习题37

参考文献38

第3章 光纤—基础篇39

3.1 光纤如何对光进行传导39

3.1.1 阶跃折射率光纤：基本结构39

3.1.2 发射光：理解数值孔径42

3.2 衰减45

3.2.1 弯曲损耗45

3.2.3 吸收48

3.2.2 散射48

3.2.4 对总衰减的计算49

3.2.5 对衰减进行测量51

3.3 模间色散和色度色散52

3.3.1 模式52

3.3.2 模式（模间）色散55

3.3.3 对模式色散问题的第一种解决方案—渐变折射率光纤57

3.3.4 对模式色散问题更好的解决方案—单模光纤59

3.3.5 色度色散61

3.4.1 比特率和带宽定义63

3.4 比特率和带宽63

3.4.2 色散和比特率64

3.5 查阅数据表单65

3.5.1 从哪里开始65

3.5.2 常规部分65

3.5.3 光特性部分66

3.5.4 几何特性部分69

3.5.5 环境说明部分70

3.5.6 机械说明部分70

3.5.7 其他特性71

小结72

3.5.8 结论72

习题74

参考文献76

第4章 光纤—深入篇77

4.1 麦克斯韦方程77

4.1.1 麦克斯韦方程组77

4.1.2 对麦克斯韦方程的解释78

4.1.3 波方程80

4.1.4 求解波方程81

4.2.1 时间谐波EM场的波方程83

4.2 EM波的传播83

4.2.2 EM波在一个有损介质中传播84

4.2.3 EM波在波导中传播86

4.3 再论全内反射89

4.3.1 边界条件89

4.3.2 反射90

4.4 再论模式93

4.4.1 关于模式理论及其重要结果的几点说明93

4.4.2 线性偏振模式94

4.4.3 三类模式：导向模式、辐射模式和泄漏模式98

4.4.4 相位和群速度99

4.4.5 能量限制100

4.4.6 截止波长（频率）101

4.4.7 计算机仿真105

4.5 多模光纤中的衰减105

4.5.1 一般方法105

4.5.2 内部损耗106

4.5.3 外部损耗—吸收108

4.5.4 外部损耗—弯曲损耗108

4.5.5 模式、衰减和衰减常数110

4.6.1 一般注释112

4.6 多模光纤中的色散112

4.6.2 模间（模式）色散—更详细的讨论114

4.6.3 色度色散—材料色散115

4.6.4 波导色散121

4.6.5 多模光纤的带宽121

小结124

习题124

参考文献126

5.1 单模光纤如何工作128

5.1.1 工作原理128

第5章 单模光纤—基础篇128

5.1.2 高斯光束129

5.1.3 纤芯、包层和模场直径130

5.1.4 截止波长132

5.2 衰减132

5.2.1 弯曲损耗132

5.2.2 散射134

5.2.3 吸收134

5.3 色散和带宽135

5.3.1 色度色散135

5.3.2 传统光纤、色散偏移光纤和色散平滑光纤139

5.3.3 偏振模式色散142

5.3.4 单模光纤的带宽（比特率）144

5.4 查阅数据表单145

5.4.1 常规部分145

5.4.2 规格部分148

小结150

习题151

参考文献152

6.1.1 高斯模型和真实的模场分布153

6.1 模场153

第6章 单模光纤—深入篇153

6.1.2 截止波长和V值155

6.2 再论单模光纤中的衰减157

6.3 克服单模光纤中的色散162

6.3.1 色度色散162

6.3.2 克服色度色散163

6.3.3 用色散补偿光纤对色度色散进行补偿164

6.3.4 色散补偿光栅168

6.3.5 色散补偿：系统的观点170

6.3.6 克服偏振模式色散171

6.3.8 简短的总结176

6.3.7 偏振相关损耗176

6.4 单模光纤中的非线性效应177

6.4.1 非线性折射效应178

6.4.2 四波混合182

6.4.3 受激散射184

6.5 光纤设计的趋势186

小结187

习题189

参考文献190

7.1.1 两个主要阶段192

第7章 制纤、制缆和安装192

7.1 制纤192

7.1.2 气相沉积法194

7.1.3 涂敷层200

7.2 光纤光缆201

7.2.1 光缆201

7.2.2 查阅数据表单223

7.3 安装—放置光缆224

7.3.1 分类224

7.3.2 安装过程225

小结226

习题227

参考文献227

第8章 光缆连接与测试229

8.1 接合229

8.1.1 连接损耗229

8.1.2 接合过程233

8.1.3 结论237

8.2 连接器237

8.2.1 连接器的基本结构238

8.2.2 主要特性239

8.2.3 连接器类型的过去、现在和未来241

8.2.4 标准244

8.2.5 查阅数据表单244

8.2.6 端接过程245

8.2.7 插座、适配器和专用连接器245

8.2.8 测试和测量246

8.3 安装硬件248

8.3.1 为什么安装硬件248

8.3.2 硬件系统及部件250

8.3.3 结论260

8.4 局域网的安装设计260

8.4.1 链路考虑—功率预算和上升时间预算（带宽）261

8.4.2 局域网265

8.4.3 局域网的布线267

8.4.4 基本的建议269

8.4.5 塑料（聚合物）光纤271

8.5 测试、故障诊断及测量271

8.5.1 测试仪器272

8.5.2 我们需要测试什么279

8.5.3 网络衰减测试280

8.5.5 连接器和接合测试282

8.5.4 网络带宽测试282

8.5.6 故障诊断284

小结285

习题286

参考文献287

第9章 光源和发送器—基础篇289

9.1 发光二极管289

9.1.1 半导体的光辐射289

9.1.2 综合考虑293

9.1.3 查阅数据表单—LED的特性298

9.2.1 工作原理307

9.2 激光二极管307

9.2.2 超发光二极管320

9.3 查阅激光二极管特性数据表单320

9.3.1 宽域激光二极管320

9.3.2 查阅分布反馈激光二极管的数据表单327

小结332

习题334

参考文献338

10.1 再论半导体339

10.1.1 本征半导体：费米能级和载流子数339

第10章 光源和发送器—深入篇339

10.1.2 掺杂半导体341

10.1.3 p-n结342

10.1.4 偏移344

10.1.5 对带隙的进一步研究345

10.2 激光二极管的效率347

10.2.1 输入输出关系348

10.2.2 三种效率349

10.2.3 再论激光二极管工作效率353

10.3 激光二极管的特征357

10.3.1 阈值电流与工作电流357

10.3.2 辐射波长和光谱宽度359

10.3.3 辐射模式361

10.3.4 激光器调制363

10.3.5 啁啾现象369

10.3.6 噪声369

10.4 发送器组件371

10.4.1 发送器的功能框图和典型电路371

10.4.2 封装与可靠性380

10.4.3 查阅发送器的数据表单383

10.4.4 外部调制器388

小结396

习题397

参考文献401

第11章 接收器403

11.1 光电二极管403

11.1.1 p-n光电二极管是如何工作的403

11.1.2 功率关系405

11.1.3 带宽409

11.1.4 p-i-n光电二极管412

11.1.5 雪崩光电二极管414

11.1.6 MSM光电探测器417

11.2.1 p-i-n光电二极管的数据表单418

11.2 查阅光电二极管的数据表单418

11.2.2 雪崩光电二极管的数据表单424

11.2.3 硅光电二极管425

11.2.4 结论426

11.3 再论光电探测器426

11.3.1 光电二极管中的噪声源426

11.3.2 信噪比和噪声等效功率431

11.3.3 灵敏度和量子限434

11.4 接收部件440

11.4.1 接收器的功能框图和典型电路440

11.4.2 判别电路的设计446

11.4.3 查阅接收器的数据表单450

11.4.4 光电集成电路454

小结455

习题457

参考文献462

第12章 光纤网络元件464

12.1 光纤网络概述464

12.1.1 点到点链路464

12.1.2 网络466

12.2.1 发送器475

12.2 光纤网络的收发器475

12.2.2 接收器483

12.3 半导体光放大器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的带宽494

12.3.5 串音496

12.3.6 偏振相关增益497

12.3.7 噪声498

12.3.8 查阅SOA数据表单501

12.3.9 SOA应用502

12.3.10 SOA的优缺点502

12.4 掺铒光纤放大器502

12.4.1 如何产生放大502

12.4.2 C-波段和L-波段505

12.4.3 掺铒光纤的增益和噪声505

12.4.4 EDFA模块的元件510

12.4.5 查阅EDFA的数据表单529

12.4.6 其他类型的光纤放大器536

小结537

习题540

参考文献543

第13章 光纤网络的无源元件、交换机和功能模块546

13.1 耦合器/分离器546

13.1.1 熔接双锥渐细耦合器—工作原理546

13.1.2 查阅数据表单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 波分多路复用器和多路分解器561

13.2.1 WDM MUX/DEMUX和耦合器562

13.2.2 WDM MUX和DEMUX：它们如何工作563

13.2.3 WDM MUX/DEMUX应用—增/删和路由器573

13.3 滤波器574

13.3.1 光滤波器：它们是什么574

13.3.2 固定滤波器576

13.3.3 可调谐滤波器578

13.4 隔离器、环形器和衰减器583

13.4.1 隔离器583

13.4.2 环形器588

13.4.3 衰减器589

13.5.1 光交换机591

13.5 光交换机和功能模块591

13.5.2 波长转换器595

13.5.3 功能模块597

13.5.4 结论600

小结600

习题601

参考文献602

第14章 光纤网络介绍605

14.1 传输什么数据和怎么传输数据605

14.1.1 传输语音、视频和数据605

14.1.2 电话网606

14.1.3 计算机网络615

14.1.4 有线电视620

14.2 光纤网络结构的基本要素624

14.2.1 网络、协议和服务624

14.2.2 开放系统互连参考模型624

14.2.3 SONET网络和分层629

14.2.4 ATM网络和分层632

14.2.5 光纤网络的分层结构634

14.2.6 光层636

14.3.1 网络管理的功能640

14.3 网络管理和光纤网络的未来640

14.3.2 如何实现网络管理641

14.3.3 光纤网络生存性（网络保护和恢复）642

14.3.4 结论：光纤网络的未来648

小结650

习题654

参考文献658

第15章 结论662

15.1 带宽：业界的“圣杯”662

15.2 部署新光纤线路662

15.3 光纤：难题很多，要寻求解决方案663

15.4 光纤器件664

15.5 波分复用：满足惊人的需求666

15.6 网络666

15.7 无线通信和光纤网络667

小结668

参考文献668

附录A 常量表、10的幂表、国际单位制表、分贝单位和希腊字母表671

附录B 本书中使用的缩写、简写、符号和单位674

附录C 参考文献精选683

附录D 产品、服务和标准693