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第一部分 光的基础知识1

引言1

第1章 光的性质1

1.1 引言1

1.2 提高光纤可传送的带宽2

1.3 什么是密集波分复用(DWDM)2

1.4 什么是光频分复用(OFDM)3

1.5 不透明和透明的波分复用系统4

1.6 密集波分复用的器件4

1.7 光学基础4

1.7.1 光的波动性4

1.7.2 光的粒子性5

1.8 测量光度的术语：光通量、照度和亮度6

练习7

第2章 光和物质的相互作用8

2.1 引言8

2.2 透明和不透明的物质8

2.3 透光物质的性质8

2.3.1 反射和折射--折射率9

2.3.2 斯涅耳(Snell)定律10

2.3.3 临界角10

2.3.4 光棱镜10

2.3.5 衍射12

2.3.6 无限远处的衍射12

2.3.7 衍射光栅12

2.3.8 惠更斯--菲涅耳(Huygens-Fresnel)原理13

2.3.9 光的干涉13

2.3.10 防反射涂层14

2.3.11 全息摄影15

2.3.12 偏振16

2.3.13 偏振的例子17

2.3.14 反射和折射产生的偏振17

2.3.15 消光比18

2.3.16 偏振模式偏移:法拉弟(Faraday)效应18

2.3.17 相移19

2.3.18 各向同性和各向异性19

2.3.19 双折射20

2.3.20 材料色散20

2.3.21 非线性现象21

2.3.22 均匀性和不均匀性21

2.3.23 材料中杂质的影响22

2.3.24 微裂纹效应22

2.3.25 机械应力的影响23

2.3.26 温度变化的影响23

练习24

参考文献25

标准26

第二部分 光部件27

第3章 光波导--光纤27

3.1 引言27

3.2 光缆的构造27

3.2.1 怎样制造光纤28

3.2.2 怎样制造预制棒29

3.3 折射率分布29

3.4 光纤模式29

3.4.1 多模渐变折射率光纤31

3.4.2 单模光纤31

3.5 光的传播31

3.6 临界光锥或接受光锥32

3.7 出射光锥32

3.8 相速33

3.9 群速33

3.10 模式色散33

3.10.1 模间延迟差34

3.10.2 最大比特率34

3.10.3 模混合35

3.11 降低模式色散35

3.12 色度色散35

3.12.1 材料色散36

3.12.2 波长色散36

3.12.3 色度色散：渡越时间变化36

3.12.4 色度色散：脉冲展宽37

3.13 色散位移和色散平坦光纤37

3.14 色度色散的限度：ITU-T38

3.15 单模色度色散的计算39

3.16 色度色散补偿39

3.17 偏振模色散40

3.18 光纤的衰减或损耗40

3.18.1 分贝41

3.19 光纤频谱利用42

3.20 光纤双折射和偏振43

3.21 非线性现象43

3.21.1 受激喇曼散射44

3.21.2 受激布里渊散射45

3.21.3 四波混频45

3.21.4 时间FWM，近端和远端46

3.22 光谱展宽47

3.23 自相位调制47

3.24 自调制或调制不稳性48

3.25 FWM对DWDM传输系统的影响48

3.26 减小FWM的对策48

3.27 光孤子49

3.27.1 光孤子的定性说明49

3.28 光纤连接50

3.29 结论50

练习51

第4章 光谱滤波器和光栅52

4.1 引言52

4.2 法布里-珀罗干涉器52

4.2.1 法布里-珀罗谐振器52

4.2.2 精细度54

4.2.3 谱宽、线宽和线间隔55

4.2.4 法布里-珀罗滤波器55

4.3 布喇格光栅56

4.3.1 布喇格反射器56

4.3.2 布喇格条件57

4.4.光纤布喇格光栅57

4.5 可调布喇格光栅58

4.6 电介质薄膜59

4.7 偏振光分路器59

4.8 可调谐光滤波器59

4.9 声-光可调谐滤波器60

4.10 马赫-策恩德滤波器61

4.10.1 马赫-策恩德滤波器的可调度62

4.11 吸收滤波器63

4.12 双折射滤波器64

4.13 混合滤波器64

4.14 可调滤波器的比较64

4.15 衍射光栅65

练习66

第5章 光分用器67

5.1 引言67

5.2 棱镜67

5.3 衍射光栅67

5.4 阵列波导光栅68

5.5 马赫-策恩德干涉器69

5.6 光谱滤波器69

5.7 声-光滤波器和偏振光束分离器的组合69

5.8 光复用器70

练习70

第6章 光源72

6.1 引言72

6.2 发光二极管72

6.2.1 开关速度和输出功率73

6.2.2 输出光谱73

6.2.3 输入-输出响应73

6.2.4 调制响应73

6.2.5 结论74

6.3 激光器74

6.3.1 红宝石激光器75

6.3.2 半导体激光器75

6.4 单片法布里-珀罗激光器76

6.5 单片布喇格激光器77

6.6 分布反馈激光器77

6.7 半导体量子阱激光器78

6.8 垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)78

6.9 单片可调激光器79

6.9.1 单频激光器79

6.9.2 多频激光器79

6.10 梳状光发生器80

6.11 啁啾-脉冲激光源80

6.12 多频空腔激光器80

6.12.1 WGR的优点81

6.12.2 WGR的缺点81

6.13 单片DFB阵列81

6.13.1 DFB的优点82

6.13.2 DFB的缺点82

6.14 调制器82

6.15 激光器模块83

练习83

第7章 光检测器85

7.1 引言85

7.2 光电检测器的特性85

7.3 PIN光电二极管85

7.4 APD光电二极管86

练习86

第8章 光放大器87

8.1 引言87

8.2 再生器87

8.3 光放大器88

8.4 半导体光放大器89

8.5 掺铒光纤放大器89

8.5.1 EDFA的优点90

8.5.2 EDFA的缺点91

8.6 掺镨光纤放大器92

8.7 受激喇曼和受激布里渊散射放大器92

8.8 光纤放大器的分类92

8.8.1 功率放大器92

8.8.2 前置放大器92

8.8.3 线路放大器92

8.8.4 放大器的标准93

8.9 波长变换器93

8.9.1 交叉增益调制93

8.9.2 四波混频94

8.9.3 光频偏移器94

练习95

第9章 其他光元件96

9.1 引言96

9.2 光锁相环96

9.3 光方向耦合器96

9.4 环形谐振器98

9.5 光均衡器100

9.6 光隔离器101

9.7 偏振器、旋转器和环行器101

练习102

第10章 光交叉连接103

10.1 引言103

10.2 光交叉连接的模型103

10.3 自由空间光交换104

10.4 固态交叉连接104

10.5 微电机械交换：反射器型106

10.6 电机械交换：反射镜阵列107

10.7 开关速度108

练习109

第11章 光分/插复用器110

11.1 引言110

11.2 OADM的功能110

11.3 光分/插复用器110

练习111

参考文献112

标准121

其他原始资料121

第三部分 光信息的编码124

第12章 数字传输和编码技术124

12.1 引言124

12.2 归零和不归零124

12.3 单极性和双极性信号125

12.4 4B/5B,8B/10B编码125

12.5 ASK方式125

12.6 PSK方式126

12.7 FSK方式127

练习127

第13章 光信息的解码129

13.1 引言129

13.2 ASK解调器129

13.3 PSK和FSK解调129

练习130

参考文献131

标准131

第四部分 密集波分复用133

第14章 DWDM系统133

14.1 引言133

14.2 DWDM网络拓扑135

14.3 DWDM的应用136

第15章 DWDM系统工程140

15.1 引言140

15.2 ITU-T的标称中心波长140

15.3 通路容量、宽度和间隔141

15.4 通路比特率和调制方式141

15.5 波长管理141

15.6 多路频率稳定142

15.7 通路性能142

15.8 通路色散142

15.9馈入功率143

15.10 光放大143

15.11 作为传输媒介的光纤类型143

15.12 光功率预算143

15.13 所支持的服务类型144

15.14 集合带宽管理144

15.15 传送所支持服务使用的协议144

15.16 网络管理的协议145

15.17 网络可靠性145

15.18 网络保护和监测策略145

15.19 网络的可扩展性和灵活性145

15.20 波长管理145

15.21 互通性145

15.22 单模功率损耗计算：一个例子146

15.23 网络中通路计算：三个例子147

第16章 DWDM拓扑148

16.1 引言148

16.2 点到点拓扑148

16.3 环形结构的网状和星形网络149

16.4 DWDM集线器151

16.4.1 发送方向151

16.4.2 接收方向152

16.5 故障152

参考文献153

标准155

第五部分 DWDM当前的论点和研究情况160

第17章 发展动态160

17.1 引言160

17.2 当前研究的重点160

17.2.1 激光器和接收器160

17.2.2 光交叉连接160

17.2.3 光分/插复用器160

17.2.4 光存储器和可变延迟线161

17.2.5 非介入的光监测161

17.2.6 DWDM系统动态地重新配置161

17.2.7 光的背板161

17.2.8 标准161

17.2.9 网络方面的问题161

17.2.10 在更长的间距上传输超高速信号162

17.2.11 不透明系统162

17.3 超高速模式识别163

17.3.1 例子：SONET/SDH163

17.3.2 例子：ATM164

17.3.3 例子：互联网协议164

17.4 当前的研究：波长总线165

参考文献166

标准168

缩写词170

练习题答案181

作者简介186