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第1章 光纤通信系统1

1.1历史回顾1

1.2基本通信系统2

1.2.1信源2

1.2.2调制器3

1.2.3载波源4

1.2.4信道耦合器5

1.2.5信道5

1.2.6检测器6

1.2.7信号处理器7

1.2.8信宿7

1.2.9一些数据8

1.2.10以分贝表示的功率12

1.3光的属性14

1.3.1光的波动性14

1.3.2光的粒子性16

1.4光纤的优点17

1.5光纤通信的应用21

1.6总结和讨论25

习题28

参考资料30

第2章 光学概要31

2.1射线理论及其应用31

2.2透镜33

2.3成像36

2.4数值孔径39

2.5衍射40

2.6总结和讨论43

习题44

参考资料45

第3章 波动学基础46

3.1电磁波46

3.2色散、脉冲畸变和信息速率48

3.2.1材料色散和脉冲畸变49

3.2.2光孤子53

3.2.3信息速率54

3.3偏振58

3.4谐振腔58

3.5平面边界上的反射61

3.6全反射临界角64

3.7总结和讨论66

习题67

参考资料68

第4章 集成光波导69

4.1电介质平板波导69

4.2对称平板波导中的模式70

4.2.1模式条件71

4.2.2 TE偏振和TM偏振72

4.2.3 TE模式图72

4.2.4高阶模73

4.2.5 TM模式图75

4.2.6模式场分布图76

4.3非对称平板波导中的模式76

4.4波导的耦合77

4.4.1边耦合77

4.4.2棱镜耦合80

4.4.3光栅耦合81

4.5平板波导的色散和失真82

4.5.1波导色散82

4.5.2多模失真83

4.6集成光器件84

4.6.1无源器件84

4.6.2有源器件85

4.6.3光电子集成光学87

4.7总结和讨论87

习题88

参考资料89

第5章 光纤波导90

5.1阶跃折射率光纤90

5.2渐变折射率光纤92

5.3衰耗95

5.3.1玻璃96

5.3.2吸收96

5.3.3瑞利散射98

5.3.4不均匀性99

5.3.5几何效应99

5.3.6总损耗99

5.4阶跃折射率光纤中的模式和场103

5.4.1模式103

5.4.2光斑尺寸104

5.4.3单模传播105

5.4.4双折射和偏振105

5.4.5阶跃折射率光纤中的电场106

5.5渐变折射率光纤中的模式和场107

5.6光纤中的脉冲畸变和信息速率109

5.6.1阶跃折射率光纤中的畸变109

5.6.2单模光纤中的畸变111

5.6.3渐变折射率光纤中的畸变114

5.6.4脉冲展宽与传输光纤长度之间的关系114

5.7光纤的制造116

5.7.1双坩埚法116

5.7.2管中棒法116

5.7.3掺杂沉积石英法117

5.7.4外部沉积法117

5.7.5轴向沉积法117

5.7.6内部沉积法118

5.7.7光纤的拉制119

5.7.8塑料包层石英光纤120

5.8光缆120

5.9总结和讨论125

习题127

参考资料129

第6章 光源和光放大器131

6.1发光二极管131

6.2发光二极管的工作特性134

6.3激光器原理138

6.4半导体激光器141

6.5半导体激光器的工作特性142

6.6 窄谱宽和可调谐半导体激光器146

6.6.1分布反馈式半导体激光器146

6.6.2可调谐半导体激光器148

6.7光放大器149

6.7.1半导体光放大器149

6.7.2掺饵光纤放大器150

6.7.3掺饵波导光放大器151

6.7.4拉曼放大器152

6.7.5噪声系数154

6.7.6光放大器的应用155

6.8光纤激光器155

6.9垂直腔面发射激光器156

6.10总结和讨论157

习题158

参考资料160

第7章 光检测器161

7.1光检测原理161

7.2光电倍增器162

7.3半导体光电二极管164

7.4 PIN型光电二极管165

7.4.1截止波长166

7.4.2材料166

7.4.3电流-电压特性167

7.4.4响应速度169

7.4.5电流-电压转换器170

7.4.6封装171

7.5雪崩光电二极管171

7.6总结和讨论172

习题173

参考资料175

第8章 耦合器与连接器176

8.1连接器原理176

8.1.1横向错位177

8.1.2角度错位179

8.1.3光纤端面分离181

8.1.4平滑而且平行的光纤端面183

8.1.5不同光纤之间的连接183

8.1.6连接点的反射184

8.2光纤头预处理184

8.3接头186

8.3.1熔接186

8.3.2粘接187

8.3.3无胶粘快速接头189

8.3.4带状连接189

8.3.5连接头的损耗和选择190

8.4连接器190

8.4.1连接器要求190

8.4.2常规连接器191

8.4.3小尺寸连接器193

8.4.4交叠型连接器194

8.4.5透镜式连接器194

8.4.6多通道连接器195

8.4.7连接器损耗196

8.5光源耦合196

8.5.1反射损耗197

8.5.2面积失配损耗197

8.5.3封装比损耗197

8.5.4数值孔径损耗197

8.5.5单模光纤耦合201

8.6总结和讨论201

习题201

参考资料202

第9章 分布式网络与光纤器件204

9.1分布式网络204

9.1.1双工网络206

9.1.2 T形网络206

9.1.3星形网络207

9.1.4环形网络209

9.1.5混合分布式系统210

9.1.6多纤系统210

9.2定向耦合器211

9.3星形耦合器214

9.4开关215

9.5光纤隔离器217

9.6波分复用219

9.6.1波分复用基础220

9.6.2复用器的设计222

9.6.3四波混频224

9.7光纤布拉格光栅225

9.8阵列波导光栅226

9.8.1器件工作原理226

9.8.2路由器的物理实现227

9.8.3 AWG的制作228

9.8.4器件的性能228

9.8.5器件的应用229

9.9 MEMS开关229

9.9.1 MEM S229

9.9.2 MEM S反射镜229

9.9.3 MEM S开关230

9.9.4 MEM S开关性能231

9.9.5 MEMS的应用232

9.10其他元件：衰减器、环行器和偏振控制器233

9.10.1衰减器233

9.10.2环行器233

9.10.3偏振控制器234

9.11总结和讨论234

习题235

参考资料238

第10章 调制239

10.1发光二极管的调制及其电路239

10.1.1模拟调制239

10.1.2数字调制242

10.2半导体激光器的调制及其电路244

10.2.1模拟调制244

10.2.2数字调制245

10.3模拟调制格式245

10.3.1 AM/IM副载波调制245

10.3.2频分复用246

10.3.3 FM/IM副载波调制247

10.4数字调制格式248

10.4.1脉冲编码调制248

10.4.2其他数字格式251

10.4.3电域时分复用252

10.4.4光域时分复用253

10.5电吸收式调制器254

10.6光外差接收机256

10.6.1外差检测257

10.6.2半导体激光器的频率调制259

10.6.3光频分复用260

10.6.4外差检测的优点和问题261

10.7总结和讨论261

习题263

参考资料264

第11章 噪声与检测266

11.1热噪声与散弹噪声266

11.1.1热噪声266

11.1.2散弹噪声267

11.2信噪比268

11.2.1恒定功率269

11.2.2雪崩光电二极管的过剩噪声272

11.2.3等效噪声功率273

11.2.4模拟调制信噪比275

11.2.5外差信噪比276

11.3误码率276

11.3.1受限于热噪声的误码率277

11.3.2散弹噪声极限误码率279

11.4模式噪声、模分配噪声、放大器噪声、激光器噪声和抖动282

11.4.1模式噪声282

11.4.2模分配噪声283

11.4.3电放大器噪声283

11.4.4光放大器噪声286

11.4.5激光器噪声287

11.4.6抖动和眼图288

11.5其他噪声源289

11.5.1电流噪声289

11.5.2背景噪声289

11.6接收电路设计289

11.6.1双极晶体管和FET放大器289

11.6.2高阻抗放大器290

11.6.3跨阻抗放大器291

11.6.4集成的检测器前置放大器291

11.6.5混合接收机模块292

11.7总结和讨论292

习题293

参考资料296

第12章 系统设计297

12.1模拟系统的设计297

12.1.1系统性能指标297

12.1.2功率预算298

12.1.3带宽预算299

12.2数字系统的设计300

12.2.1系统性能指标300

12.2.2上升时间的预算301

12.2.3功率预算303

12.2.4量子噪声极限接收机灵敏度303

12.2.5受限于热噪声的接收机灵敏度305

12.2.6受限于广义热噪声的接收机灵敏度306

12.3总结和讨论309

习题309

参考资料310

部分习题答案311

参考文献321

索引328