光纖通信

通信書籍

《光纖通信(第四版)》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、光載射頻(rof)及光纜鋪設等新內容。

《光纖通信(第四版)》對於從事光纖通信設備設計製造、系統運營管理的工程技術人員也是一本很好的參考書。

作譯者回到頂部↑本書提供作譯者介紹

Getd Keiser台灣科技大學電子工程系科學顧問委員會客座教授。他的教學科研興趣包括光子器件研發、光傳輸系統、光纖到駐地網路、智能建築和智能家庭網路以及生物醫學光子學。此外，他還足光予通信聯盟的發起人和首席顧問。他曾在Honeywell，GTE和通用動力等公司任職，從事光網路和數字交換技術的開發與應用。他在GTE的技術成就贏得了Leslie Award獎。他還擔任過美國東北大學、塔夫茨欠學和波士頓大學的兼職教授。Kciser博士是IEEE會士、OSA和SPIE會員、Optical Fiber Technology雜誌副主編、4本研究.

《光纖通信(第四版)》

第1章 光纖通信概述1

1.1 光通信的發展動力2

1.1.1 光網路的發展歷程2

1.1.2 光纖的優點3

1.2 光頻譜帶4

1.2.1 電磁能量4

1.2.2 工作窗口和光頻帶5

1.3 分貝單位6

1.4 網路信息速率8

1.4.1 電信信號復用8

1.4.2 sonet/ sdh 復用體系10

1.5 波分復用概念10

1.6 光纖通信系統的關鍵組件10

1.7 光纖通信標準13

1.8 模擬與建模工具14

1.8.1 模擬工具的特徵14

1.8.2 圖形編程語言14

1.8.3 學生使用的程序舉例15

第2章 光纖：結構、導波原理和製造19

.2.1 光的性質19

2.1.1 線偏振20

2.1.2 橢圓偏振和圓偏振22

2.1.3 光的量子特性23

2.2 基本的光學定律和定義24

2.2.1 折射率24

2.2.2 反射和折射24

2.2.3 光的偏振分量26

2.2.4 偏振敏感材料27

2.3 光纖模式和結構28

2.3.1 光纖分類28

2.3.2 光射線和模式30

2.3.3 階躍折射率光纖結構31

2.3.4 射線光學描述31

2.3.5 介質平板波導中的波動描述33

2.4 圓波導的模式理論34

2.4.1 模式概述35

2.4.2 關鍵的模式概念的歸納36

2.4.3 麥克斯韋方程組38

2.4.4 波導方程式39

2.4.5 階躍折射率光纖中的波動方程40

2.4.6 模式方程41

2.4.7 階躍折射率光纖中的模式42

2.4.8 線偏振模45

2.4.9 階躍折射率光纖中的光功率流48

2.5 單模光纖49

2.5.1 結構49

2.5.2 模場直徑49

2.5.3 單模光纖中的傳播模50

2.6 梯度折射率光纖的結構51

2.7 光纖材料53

2.7.1 玻璃光纖53

2.7.2 有源玻璃光纖54

2.7.3 塑料光纖54

2.8 光子晶體光纖54

2.8.1 折射率導引pcf55

2.8.2 光子帶隙pcf56

2.9 光纖製造56

2.9.1 外部汽相氧化法57

2.9.2 汽相軸向沉積法58

2.9.3 改進的化學汽相沉積法58

2.9.4 等離子體激活化學汽相沉積法59

2.9.5 光子晶體光纖製造59

2.10 光纖的機械性能59

2.11 光纜63

2.11.1 光纜結構63

2.11.2 室內光纜65

2.11.3 室外光纜65

2.12 光纜鋪設方法66

2.12.1 直埋式鋪設66

2.12.2 光纜牽入管道68

2.12.3 光纜氣吹鋪設68

2.12.4 架空鋪設69

2.12.5 海底鋪設69

2.12.6 行業鋪設標準70

第3章 衰減和色散79

3.1 衰減79

3.1.1 衰減單位79

3.1.2 吸收損耗80

3.1.3 散射損耗84

3.1.4 彎曲損耗85

3.1.5 芯包損耗87

3.2 光纖中的信號畸變88

3.2.1 色散概述88

3.2.2 模式時延90

3.2.3 色散起因91

3.2.4 群時延92

3.2.5 材料色散93

3.2.6 波導色散95

3.2.7 單模光纖中的色散95

3.2.8 偏振模色散97

3.3 單模光纖性能98

3.3.1 折射率分佈98

3.3.2 截止波長100

3.3.3 色散計算101

3.3.4 模場直徑103

3.3.5 彎曲損耗104

3.4 國際標準105

3.4.1 g.651.1建議106

3.4.2 g.652建議106

3.4.3 g.653建議107

3.4.4 g.654建議108

3.4.5 g.655建議108

3.4.6 g.656建議108

3.4.7 g.657建議108

3.5 特種光纖108

第4章 光源116

4.1 半導體物理學基礎116

4.1.1 能帶117

4.1.2 本徵材料和非本徵材料119

4.1.3 pn結120

4.1.4 直接帶隙和間接帶隙121

4.1.5 半導體器件的製造121

4.2 發光二極體(led)122

4.2.1 led的結構122

4.2.2 光源材料124

4.2.3 量子效率和led的功率127

4.2.4 led 的調製130

4.3 半導體激光器131

4.3.1 半導體激光器的模式和閾值條件132

4.3.2 半導體激光器的速率方程137

4.3.3 外量子效率138

4.3.4 諧振頻率139

4.3.5 半導體激光器結構和輻射場型分佈140

4.3.6 單模激光器144

4.3.7 半導體激光器的調製146

4.3.8 激光器線寬147

4.3.9 外調製148

4.3.10 溫度特性149

4.4 線路編碼151

4.4.1 nrz和rz碼151

4.4.2 分組碼152

4.5 光源的線性特性152

4.6 可靠性考慮154

4.7 發射機封裝157

第5章 光功率發射和耦合165

5.1 光源至光纖的功率發射165

5.1.1 光源的輸出分佈165

5.1.2 功率耦合計算166

5.1.3 發射功率與波長的關係169

5.1.4 穩態數值孔徑170

5.2 改善耦合的透鏡結構170

5.2.1 非成像微球171

5.2.2 半導體激光器與光纖的耦合173

5.3 光纖與光纖的連接173

5.3.1 機械對準誤差175

5.3.2 光纖相關損耗179

5.3.3 光纖端面製備180

5.4 led 與單模光纖的耦合181

5.5 光纖接頭182

5.5.1 連接方法183

5.5.2 單模光纖的連接184

5.6 光纖連接器184

5.6.1 連接器的類型185

5.6.2 單模光纖連接器188

5.6.3 連接器回波衰減188

第6章 光檢測器196

6.1 光電二極體的物理原理196

6.1.1 pin光電二極體196

6.1.2 雪崩光電二極體200

6.2 光檢測器雜訊202

6.2.1 雜訊源203

6.2.2 信噪比205

6.2.3 雜訊等效功率206

6.3 檢測器響應時間207

6.3.1 耗盡層光電流207

6.3.2 響應時間208

6.3.3 雙異質結光電二極體210

6.4 雪崩倍增雜訊210

6.5 ingaas apd結構212

6.6 溫度對雪崩增益的影響213

6.7 光檢測器比較214

第7章 光接收機219

7.1 接收機工作的基本原理219

7.1.1 數字信號傳輸220

7.1.2 誤碼源221

7.1.3 前置放大器223

7.2 數字接收機性能224

7.2.1 誤碼率224

7.2.2 接收機靈敏度228

7.2.3 量子極限229

7.3 眼圖230

7.3.1 眼圖的特徵230

7.3.2 ber和q因子測量232

7.4 突發模式接收機233

7.5 模擬接收機235

第8章 數字鏈路241

8.1 點到點鏈路241

8.1.1 系統考慮242

8.1.2 鏈路功率預算243

8.1.3 展寬時間預算246

8.1.4 短波長帶249

8.1.5 單模光纖鏈路的衰減限制距離250

8.2 功率代價251

8.2.1 色度色散代價251

8.2.2 偏振模色散代價253

8.2.3 消光比代價253

8.2.4 模式雜訊254

8.2.5 模分配雜訊256

8.2.6 啁啾257

8.2.7 反射雜訊258

8.3 差錯控制260

8.3.1 誤碼檢測概念260

8.3.2 線性檢錯碼261

8.3.3 多項式碼261

8.3.4 前向糾錯263

8.4 相干檢測264

8.4.1 基本概念264

8.4.2 零差檢測266

8.4.3 外差檢測266

8.4.4 誤碼率比較266

8.5 差分4 相移鍵控(dqpsk)270

第9章 模擬鏈路278

9.1 模擬鏈路概述278

9.2 載噪比279

9.2.1 載波功率280

9.2.2 光檢測器和前置放大器的雜訊280

9.2.3 相對強度雜訊(rin)281

9.2.4 反射對rin 的影響282

9.2.5 極限條件283

9.3 多通道傳輸技術284

9.3.1 多通道幅度調製284

9.3.2 多通道頻率調製287

9.3.3 副載波復用289

9.4 光載射頻(rof)289

9.4.1 關鍵鏈路參數290

9.4.2 無雜散動態範圍291

9.5 光纖鏈路射頻292

9.5.1 rof 網路天線基站293

9.5.2 多模光纖鏈路射頻293

9.6 微波光子學294

第10章 wdm 概念和光器件300

10.1 wdm 概述300

10.1.1 wdm 的工作原理301

10.1.2 wdm 標準302

10.2 無源光耦合器303

10.2.1 2 * 2 光纖耦合器304

10.2.2 散射矩陣表示法307

10.2.3 2 * 2 波導耦合器309

10.2.4 星形耦合器311

10.2.5 馬赫曾德爾干涉復用器313

10.3 隔離器和環形器316

10.3.1 光隔離器316

10.3.2 光環形器317

10.4 光纖光柵濾波器318

10.4.1 光柵基礎318

10.4.2 光纖布拉格光柵318

10.4.3 fbg 的應用320

10.5 介質薄膜濾波器321

10.5.1 標準具理論322

10.5.2 tff 的應用323

10.6 基於相位陣列的wdm 器件324

10.7 衍射光柵327

10.8 有源光器件328

10.8.1 mems 技術328

10.8.2 可變光衰減器329

10.8.3 可調諧光濾波器330

10.8.4 動態增益均衡器331

10.8.5 光分插復用器332

10.8.6 偏振控制器332

10.8.7 色度色散補償器332

10.9 可調諧光源333

第11章 光放大器342

11.1 光放大器的基本應用和分類342

11.1.1 一般應用342

11.1.2 放大器的類型343

11.2 半導體光放大器345

11.2.1 外部泵浦345

11.2.2 放大器增益346

11.2.3 soa 的帶寬348

11.3 摻鉺光纖放大器349

11.3.1 放大機理349

11.3.2 edfa 的結構351

11.3.3 edfa 的功率轉換效率及增益352

11.4 放大器雜訊355

11.5 光信噪比358

11.6 系統應用359

11.6.1 功率放大器359

11.6.2 在線放大器360

11.6.3 前置放大器361

11.6.4 多通道放大362

11.6.5 在線放大器增益控制362

11.7 拉曼放大器364

11.8 寬頻光放大器366

第12章 非線性效應374

12.1 非線性效應概述374

12.2 有效長度與有效面積375

12.3 受激拉曼散射376

12.4 受激布里淵散射377

12.5 自相位調製379

12.6 交叉相位調製380

12.7 四波混頻380

12.8 減小四波混頻382

12.9 波長變換383

12.9.1 光門波長轉換器383

12.9.2 波混頻波長變換器384

12.10 孤子384

12.10.1 孤子脈衝385

12.10.2 孤子參數387

12.10.3 孤子寬度和間隔388

第13章 光網路393

13.1 網路概念393

13.1.1 網路術語394

13.1.2 網路分類394

13.1.3 網路層次396

13.1.4 光層397

13.2 網路拓撲398

13.2.1 無源線形匯流排的性能399

13.2.2 星形結構的性能403

13.3 sonet/ sdh404

13.3.1 傳輸格式和速率404

13.3.2 光介面405

13.3.3 sonet/ sdh 環407

13.3.4 sonet/ sdh 網路409

13.4 高速光鏈路411

13.4.1 10 gbps 光鏈路411

13.4.2 40 gbps 光鏈路413

13.4.3 40 吉比特和100 吉比特乙太網標準413

13.4.4 160 gbps otdm 鏈路413

13.5 光分插復用器415

13.5.1 oadm 的結構415

13.5.2 可重構oadm416

13.6 光交換420

13.6.1 光交叉連接420

13.6.2 波長變換421

13.6.3 波長路由424

13.6.4 光分組交換424

13.6.5 光突發交換425

13.7 wdm 網路實例426

13.7.1 寬頻長途wdm 網路426

13.7.2 窄帶城域wdm 網路428

13.8 無源光網路429

13.8.1 基本的pon 架構429

13.8.2 有源pon 模塊430

13.8.3 業務流量432

13.8.4 gpon 特性433

13.8.5 wdm pon 架構435

13.9 dwdm 直接承載ip435

13.10 光乙太網436

13.10.1 基本的光乙太網方案437

13.10.2 epon/ ge鄄pon 架構438

13.10.3 城域光乙太網438

13.11 降低傳輸損傷439

13.11.1 色度色散補償光纖439

13.11.2 布拉格光柵色散補償器440

13.11.3 偏振模色散補償441

13.11.4 光放大器增益瞬變442

第14章 性能測量與監控453

14.1 測量標準454

14.2 基本測試設備455

14.2.1 測試用光源456

14.2.2 光譜分析儀456

14.2.3 多功能光測試儀457

14.2.4 光衰減器457

14.2.5 光傳送網(otn)測試儀457

14.2.6 可視故障指示儀458

14.3 光功率測量458

14.3.1 光功率的定義458

14.3.2 光功率計459

14.4 光纖特性參數459

14.4.1 折射近場法459

14.4.2 傳輸近場法460

14.4.3 損耗測量460

14.4.4 色散測量462

14.5 眼圖467

14.5.1 模板測試468

14.5.2 壓縮眼圖468

14.5.3 眼圖輪廓469

14.6 光時域反射儀(otdr)469

14.6.1 otdr 軌跡470

14.6.2 損耗測量471

14.6.3 otdr 盲區472

14.6.4 光纖故障定位472

14.6.5 光回波衰減473

14.7 光性能監測473

14.7.1 管理構架和功能474

14.7.2 光層管理475

14.7.3 opm 功能476

14.7.4 網路維護477

14.7.5 故障管理478

14.7.6 osnr 監視478

14.8 光纖系統性能測量479

14.8.1 誤碼率測試479

14.8.2 光信噪比評估481

14.8.3 q 因子評估482

14.8.4 光調製幅度(oma)測量483

14.8.5 定時抖動測量484

附錄a 國際單位制490

附錄b 常用數學關係式491

附錄c 貝塞爾函數494

附錄d 分貝497

附錄e 縮寫498

附錄f 拉丁文符號501

附錄g 希臘文符號503