光纤通信网新型光无源器件 (2010 年度畅销榜NO.16862 )

本书是一部介绍基于密集波分复用全光网络使用的新型光子器件的专业技术书。它从全光网络的基本概念入手，全面系统地介绍了DWDM光网络必需的光子组件，它们是光纤光栅、阵列波导光栅、光滤波器、光波分复用器、光开关和光开关矩阵、光插/分复用器、光交叉接器以及全光波长变换器等，并介绍了这些光子组件的基本原理、器件结构、器件设计、器件制造和器件的特性参数。\r\n\r\n 本书以丰富的最新文献资料为背景，展示DWDM全光网络的美好前景以及实现全光全光网络所用的光子器件。该书对拓展光纤通信发展思路和具体从事全光网络和光子器件设计、制造和使用的专业工程技术人员有参考价值，也可作为光纤通信、光电子技术专业高等院校师生的参考用书。\r\n
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第1章 全光网络概念 \r\n\r\n 1. 1 全光网络概念的提出 \r\n\r\n 1. 2 全光网络概念 \r\n\r\n 1. 3 全光网络结构 \r\n\r\n 1. 4 全光网络的关键技术 \r\n\r\n 1. 5 全光网络的关键光器件 \r\n\r\n 1. 6 全光网络计划的进程 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n \r\n\r\n 第2章 光纤光栅 \r\n\r\n 2. 1 光纤光栅的光敏性及光学特性 \r\n\r\n 2. 2 光纤光栅的折射率分布和光谱特性 \r\n\r\n 2. 3 光纤光栅的写入方法 \r\n\r\n 2. 4 光纤光栅的波长调谐 \r\n\r\n 2. 5 光纤光栅的封装技术 \r\n\r\n 2. 6 光纤光栅在DWDM全光网络中的应用 \r\n\r\n 2. 7 光纤光栅的研究方向 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n \r\n\r\n 第3章 阵列波导光栅 \r\n\r\n 3. 1 AWG的结构和原理 \r\n\r\n 3. 2 AWG复用器的数学特性 \r\n\r\n 3. 3 AWG的性能参数 \r\n\r\n 3. 4 高性能AWG复用器的设计 \r\n\r\n 3. 5 各种材料系统AWG \r\n\r\n 3. 6 AWG组件 \r\n\r\n 3. 7 AWG的应用 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n \r\n\r\n 第4章 光滤波器 \r\n\r\n 4. 1 传统型光滤波器 \r\n\r\n 4. 2 法布理-珀罗谐振腔型滤光器 \r\n\r\n 4. 3 声光可调谐滤光器 \r\n\r\n 4. 4 光纤光栅滤光器 \r\n\r\n 4, 5 马赫-策恩德滤光器 \r\n\r\n 4. 6 全光纤声光可调谐滤光器 \r\n\r\n 4. 7 阵列波导光栅滤光器 \r\n\r\n 4. 8 其他类型滤光器 \r\n\r\n 4. 9 滤光器的应用选择 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n \r\n\r\n 第5章 光波分复用器 \r\n\r\n 5. 1 熔融拉锥全光纤型波分复用器 \r\n\r\n 5. 2 介质膜滤光型波分复用器 \r\n\r\n 5. 3 光纤光栅型波分复用器 \r\n\r\n 5. 4 组合型波分复用器 \r\n\r\n 5. 5 阵列波导光栅型波分复用器 \r\n\r\n 5. 6 光数字波分复用器 \r\n\r\n 5. 7 基于光子晶体波导耦合器的波分复用器 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n \r\n\r\n 第6章 光开关和光开关矩阵 \r\n\r\n 6. 1 光开关和光开关矩阵的应用范围 \r\n\r\n 6. 2 光开关分类及主要技术指标 \r\n\r\n 6. 3 电光效应光开关 \r\n\r\n 6. 4 热光效应光开关 \r\n\r\n 6. 5 全光开关 \r\n\r\n 6. 6 MEMS/MOEMS光开关和光开关矩阵 \r\n\r\n 6. 7 其他类型光开关 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n \r\n\r\n 第7章 光插／分复用器 \r\n\r\n 7. 1 光插/分复用器在全光网络中的作用和基本结构 \r\n\r\n 7. 2 光纤光栅型OADM \r\n\r\n 7. 3 利用角色散原理的OADM \r\n\r\n 7. 4 利用于涉滤波原理构成的OADM \r\n\r\n 7. 5 基于SiO2微球耳语声道模式系统的OADM \r\n\r\n 7. 6 基于磁调谐FBG的OADM \r\n\r\n 7. 7 基于声光可调谐滤波器的OADM \r\n\r\n 7. 8 集成光学AWG型OADM \r\n\r\n 7. 9 双向波长上吓话路OADM \r\n\r\n 7. 10 OADM的串扰特性比较 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n \r\n\r\n 第8章 光交叉连接器 \r\n\r\n 8. 1 光网络中的交叉连接 \r\n\r\n 8. 2 光交叉连接的数学模型 \r\n\r\n 8. 3 基于光开关矩阵和波长复用解复用器的自由空间光交换 \r\n\r\n 8. 4 基于级联可调谐光纤光栅的OXC器件 \r\n\r\n 8. 5 基于固态器件的OXC器件 \r\n\r\n 8. 6 基于集成的微光机电系统的OXC器件 \r\n\r\n 8. 7 双向OXC器件 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n \r\n\r\n 第9章 全光波长变换器 \r\n\r\n 9. 1 全光波长变换器在光网络中的作用和要求 \r\n\r\n 9. 2 利用光纤非线性效应的AOWC \r\n\r\n 9. 3 基于半导体激光器的AOWC \r\n\r\n 9. 4 基于半导体光放大器的AOWC \r\n\r\n 9. 5 基于差频效应的AOWC \r\n\r\n 9. 6 基于电吸收调制的AOWC \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n 附录 本书所用的英文缩写词 \r\n
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1945年5月22日出生, 汉族, 浙江义乌市人. 现任深圳飞通光电股份有限公司董事. 总裁, 北京邮电大学兼职教授(博士生导师), 中国电子学会信息光电子学学组委员. 1968年成都电讯工程学院(现电子科技大学)电子器件设计与制造专业毕业, 1981年北京邮电学院研究生班激光通信专业毕业, 获工学硕士学位. 长期从事光电子器件的研究开发, 先后主持0. 9微米. 1. 06微米硅光电二极管. 钛扩散LiNbO3波导及其开关／调制器. 1. 3微米和1. 55微米激光二极管等研究, 1987年获国家科技进步二等奖. 奖章(获奖项目“长波长光探测器及光发射器件”)

以INTERNET为代表的国际互连网的发展已步入千家万户, “距离”的观念在时间尺度上正迅速地缩短.

随着高速数字互连网以及IP为代表的各种传输协议(如ATM. STM. DWDM等)的提出, 信息网络的服务范围已从单纯的邮电通信扩展为多媒体服务, 宽带综合业务数字网(B—ISDN)将成为实现信息化社会的基础. 要实现这些, 必须建立和发展光子网络体系和新型光无源器件. 这样的光子网络体系必须以日益增长的信息需求为宗旨, 同时对多媒体信息的传送应有充分的透明度. 为满足这些要求, 光子网络体系必须具备如下四个基本功能：

第一, 光子网络能够超高速. 大容量载入和传递信息比特. Ibit／s级信息比特量的传输将成为发展光于网

络的起点, 而现有的光子源器件, 如InGaAsP QW—DFB—LD的直接调制带宽受到驰豫振荡的限制, 只能达到5Gbit／s, 且凋嗽效应相当严重. 因此必须采用外调制方式并开发光源与调制器的单片集成的高速光子源, 原则上这种集成化的光子源能载入l00 Gbit／s信息比特量, 但难度相当大, 经济代价也高, 最经济的方案是提

供10—40 Gbit／s的单信道传输容量. 因此, Tbit／s级的超大容量的传输必须采用复用技术来解决. 由于波分复用技术远比其他复用技术成熟, 加之光纤放大器的工程实用化, 使之成为宽带通信网最有前途的传输技术. 密集波分复用(DWDM)技术是实现宽带通信网最经济的途径. 支撑DWDM的关键硬件除高速响应的单频光源和波

长可调谐光源外, 波长复用/解复用器是最重要硬件. 在各种波长复用／解复用器中, 最具吸引力的是光纤光栅基和AWG基波长复用/解复用器, 尤其是SiO2／Si基AWG最具前途.

第二, 光子网络能够提供用户信息上／下话路与灵活的插/分复用. 目前点对点光通信中, 信息的上／下载路是通过光电转换后, 再经过电子的上／下路插／分复用器(ADM)完成的. 光／电／光的转换过程受限于光电探测器的响应速度和电子回路的RC延迟, 满足不了超高速率. 超大容量光子网络的传输要求. 采用光纤光栅和AWG复用/解复用器与波导开关阵列组成的全光上／下话路插份复用器将成为光子网络体系的又一核心硬件. 此外, 在DWDM光子网络中, 还可利用波长作为信道(或用户)的标识, 利用光插分复用器(OADM)还可在复杂的网络体系中灵活地提取或载入信息.

第三, 光子网络能提供信息的快速交换与共享. 网间信息的快速交换是光子网络的第三大功能, 最简单的光网络骨干传输层为环形链状结构, 每个环形网相当于大城市中的广域网, 它具有Tbit／s级的DWDM信息流吞吐能力和高达Gbit／s以上的载入网的速率. 为了有效地利用和共享巨大的传榆信息量, 同时也为了满足城域网间用户的服务需求, 每个骨干网都通过若干节点交叉连接起来, 构成一个链状结构. 对如此巨大的信息吞吐量和很高的入线速率, 只有通过实时的光／光交叉互连才是可行的. 因此这个节点就称为光交叉互连节点, 缩写为OXC. 每个骨干层传输网可以直接与用户发生OADM的关系, 但更多的则是把骨干网中的信息下载到区域网中去对用户进行分配, 既便于发挥骨干层的传输潜力, 又能降低整个网络系统造价. 实现OxC的功能硬件结构有多种方案, 例如基于自由空间光交换的OXC. 基于光固态器件的OXC和基于集成化的微光机电系统(MEOMS)的OXC. 现有的OXC节点功能还仅限于波长路由交叉连接(WRXC), 随着波长变换器件的成熟, WRXC将向波长变换的交叉连接(WIXC)方向发展.

第四, 光子网络应具有高效经济的路由选择. 随着DWDM系统信道间隔的缩小(例如信道间隔缩小到0. 1nm), 再加上偏振复用, 则光子网络的信道数可增加到7000个, 因此在区域网中就能以波长为标识分配给各个管

理区中的用户, 网络中信息流的走向完全可以由波长选择直接解决, 这样的网络体系复杂度较小. 造价低. 可靠性也高. 然而这样网络体系要求有更高信源的上载发送和用户下载接收对波长的精确度. 为此, 波长变换器将成为重要的硬件. 所谓波长变换就是将信号从一个波长转换到另一波长上, 使网络的运行处于无阻塞的畅通状态, 最大限度利用波长资源, 目前所用的波长变换仍然是光／电／光波长变换, 但是这种波长变换不适合大容量光子网络, 必须寻求不经过光电处理的. 直接在光域上进行的波长变换, 这就是全光波长变换.

本书较详细介绍满足上述四个基本功能所需的关键器(部)件, 它们是波分复用/解复用器. 光插/分复用器. 光交叉连接器以及全光波长转换器.

本书得到不少业内专家帮助, 在此表示感谢. 由于作者水平有限, 书中难免有遗漏和措误之处, 故请批评指正.

本书在出版中, 得到北京邮电大学出版社大力支持, 廖先炳. 何兴仁在查阅. 整理资料方面, 蒋进联. 张远福. 余琴. 尹利等同志在文稿做图和录入方面都给予大力支持和帮助, 对上述单位和个人在此一并表示感谢：

二OO二年九月

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