光纤通信系统 (2010 年度畅销榜NO.44733 )

本书是根据高等院校通信与信息专业教学需要而编写的，对光纤通信系统的基本组成、光纤的传输理论和传输特性、光路无源器件、光端机的组成和原理、同步数字体系(SDH)、光纤通信系统性能指标、光纤通信的新技术(光纤放大器、光波分复用、时分复用技术、光纤色散补偿技术、相干光通信、光孤子通信、光交换技术等以及光纤接入网、单波长SDH传送网、多波长WDM光网络等光纤通信网络)等内容作了全面的介绍。全书强调基本概念和基本分析方法，便于教学和自学。\r\n\r\n 本书可作为通信专业本科的教学用书，也可作为从事光纤通信工作的科技人员的参考用书。\r\n
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第1章 导论 \r\n\r\n 1. 1 光纤通信的发展与现状 \r\n\r\n 1. 2 通信系统的信号与调制 \r\n\r\n 1. 2. 1 模拟信号与数字信号 \r\n\r\n 1. 2. 2 调制格式 \r\n\r\n 1. 3 信号复用与数字传递方式 \r\n\r\n 1. 3. 1 数字信号的复用方法与PDH系统 \r\n\r\n 1. 3. 2 同步数字转移模式(SIM) \r\n\r\n 1. 3. 3 异步转移模式(ATM) \r\n\r\n 1. 4 光纤通信系统及其应用 \r\n\r\n 1. 5 光纤系统的基本组成 \r\n\r\n 1. 5. 1 光纤光缆 \r\n\r\n 1. 5. 2 光发送机 \r\n\r\n 1. 5. 3 光接收机 \r\n\r\n 练习题 \r\n\r\n 第2章 光纤的结构与导波特性 \r\n\r\n 2. 1 光纤的导光原理与结构特性的射线分析 \r\n\r\n 2. 1. 1 阶跃光纤 \r\n\r\n 2. 1. 2 渐变光纤 \r\n\r\n 2. 2 阶跃光纤的模式理论 \r\n\r\n 2. 2. 1 电磁波在光纤中传播的基本方程 \r\n\r\n 2. 2. 2 光在光纤中传播的导波方程 \r\n\r\n 2. 2. 3 阶跃光纤中的光场 \r\n\r\n 2. 2. 4 阶跃光纤的本征值方程与模式 \r\n\r\n 2. 2. 5 单模光纤 \r\n\r\n 2. 3 单模光纤的色散 \r\n\r\n 2. 3. 1 光纤色散引起的脉冲展宽及对通信容量的影响 \r\n\r\n 2. 3. 2 材料色散 \r\n\r\n 2. 3. 3 波导色散 \r\n\r\n 2. 3. 4 色散位移和非零色散光纤 \r\n\r\n 2. 3. 5 高阶色散 \r\n\r\n 2. 3. 6 偏振色散 \r\n\r\n 2. 4 光纤损耗 \r\n\r\n 2. 4. 1 衰减系数 \r\n\r\n 2. 4. 2 衰减机理 \r\n\r\n 2. 5 光纤的非线性效应 \r\n\r\n 2. 5. 1 非线性折射率与自相位调制 \r\n\r\n 2. 5. 2 受激非弹性散射 \r\n\r\n 2. 5. 3 参量过程与四波混频 \r\n\r\n 2. 6 光纤光缆设计与制造 \r\n\r\n 2. 6. 1 光纤的结构设计与制造 \r\n\r\n 2. 6. 2 光缆的结构设计与制造 \r\n\r\n 练习题 \r\n\r\n 第3章 光波系统中光信号的传输特性 \r\n\r\n 3. 1 色散影响下光信号的传输特性 \r\n\r\n 3. 1. 1 光脉冲传输的基本方程 \r\n\r\n 3. 1. 2 光脉冲参数与色散展宽 \r\n\r\n 3. 2 光纤带宽与色散对通信能力的限制 \r\n\r\n 3. 2. 1 宽谱光源脉冲传输时的展宽与极限比特率 \r\n\r\n 3. 2. 2 窄谱光源脉冲传输时的展宽与极限比特率 \r\n\r\n 3. 2. 3 光纤与光纤系统的带宽 \r\n\r\n 3. 3 光纤非线性影响下光信号的传输特性 \r\n\r\n 3. 3. 1 光脉冲在非线性色散光波系统中传输的基本方程 \r\n\r\n 3. 3. 2 光波系统中光脉冲信号的传输状态 \r\n\r\n 3. 4 非线性光波系统中的自相位调制和频率啁啾 \r\n\r\n 练习题 \r\n\r\n 第4章 光波系统互连技术与器件 \r\n\r\n 4. 1 光纤连接器 \r\n\r\n 4. 1. 1 光纤连接损耗及影响因素 \r\n\r\n 4. 1. 2 光纤连接器的结构 \r\n\r\n 4. 2 光纤耦合器 \r\n\r\n 4. 2. 1 光纤耦合器的基本原理与结构 \r\n\r\n 4. 2. 2 光纤耦合器的特性 \r\n\r\n 4. 2. 3 其他类型耦合器 \r\n\r\n 4. 3 波分复用／解复用器与光滤波器 \r\n\r\n 4. 3. 1 WDM／DWDM的技术性能 \r\n\r\n 4. 3. 2 WDM／DWDM的结构原理 \r\n\r\n 4. 4 光波导调制与开关器件 \r\n\r\n 4. 4. 1 相位调制器 \r\n\r\n 4. 4. 2 强度调制器和光开关 \r\n\r\n 练习题 \r\n\r\n 第5章 光源与光发送机 \r\n\r\n 5. 1 半导体光源的物理基础 \r\n\r\n 5. 1. 1 发射与吸收速率 \r\n\r\n 5. 1. 2 PN结的形成及其能带结构 \r\n\r\n 5. 1. 3 载流子的复合发光效率与寿命 \r\n\r\n 5. 1. 4 制造异质结的化合物半导体 \r\n\r\n 5. 2 发光二极管 \r\n\r\n 5. 2. 1 输出功率与效率 \r\n\r\n 5. 2. 2 输出光谱特性 \r\n\r\n 5. 2. 3 响应速率与带宽 \r\n\r\n 5. 2. 4 LED的类型与结构 \r\n\r\n 5. 3 半导体激光二极管 \r\n\r\n 5. 3. 1 粒子数反转与光增益 \r\n\r\n 5. 3. 2 光学谐振腔与激光器的阈值条件 \r\n\r\n 5. 3. 3 激光器的结构 \r\n\r\n 5. 3. 4 有源层的导波特性与激光腔的振荡模, \r\n\r\n 5. 3. 5 单纵模半导体激光器 \r\n\r\n 5. 4 半导体激光器的输出特性 \r\n\r\n 5. 4. 1 L-I转换输出特性 \r\n\r\n 5. 4. 2 调制特性 \r\n\r\n 5. 4. 3 噪声特性 \r\n\r\n 5. 5 光发送机 \r\n\r\n 5. 5. 1 光源的调制 \r\n\r\n 5. 5. 2 光源的驱动电路 \r\n\r\n 5. 5. 3 光源与光纤的耦合 \r\n\r\n 练习题 \r\n\r\n 第6章 光检测器与光接收机 \r\n\r\n 6. 1 光电二极管 \r\n\r\n 6. 1. 1 光检测器的物理基础 \r\n\r\n 6. 1. 2 PN光电二极管 \r\n\r\n 6. 1. 3 PIN光电二极管 \r\n\r\n 6. 1. 4 雪崩光电二极管 \r\n\r\n 6. 2 光接收机的电路结构与特性 \r\n\r\n 6. 2. 1 光接收机的前端 \r\n\r\n 6. 2. 2 光接收机的线性通道 \r\n\r\n 6. 2. 3 数据重建电路 \r\n\r\n 6. 2. 4 集成光接收机 \r\n\r\n 6. 3 光接收机的噪声 \r\n\r\n 6. 3. 1 光接收机的噪声源 \r\n\r\n 6. 3. 2 PIN光接收机的信噪比 \r\n\r\n 6. 3. 3 APD光接收机的信噪比 \r\n\r\n 6. 4 数字光接收机的灵敏度 \r\n\r\n 6. 4. 1 光接收机的误码率 \r\n\r\n 6. 4. 2 数字光接收机的最小平均接收功率 \r\n\r\n 6. 4. 3 光接收机的极限灵敏度 \r\n\r\n 6. 4. 4 光接收机灵敏度的恶化 \r\n\r\n 6. 5 光中继器与分插复用器 \r\n\r\n 6. 5. 1 光中继器 \r\n\r\n 6. 5. 2 分插复用器 \r\n\r\n 练习题 \r\n\r\n 第7章 光放大器 \r\n\r\n 7. 1 光放大器的原理与一般特性 \r\n\r\n 7. 1. 1 光放大器的原理 \r\n\r\n 7. 1. 2 光增益谱宽与放大器带宽 \r\n\r\n 7. 1. 3 增益饱和与饱和输出功率 \r\n\r\n 7. 1. 4 放大器噪声 \r\n\r\n 7. 1. 5 光放大器在光波系统中的应用 \r\n\r\n 7. 2 半导体光放大器 \r\n\r\n 7. 2. 1 工作原理 \r\n\r\n 7. 2. 2 放大器特性 \r\n\r\n 7. 2. 3 放大器应用 \r\n\r\n 7. 3 光纤喇曼放大器 \r\n\r\n 7. 3. 1 FRA的工作原理与增益带宽 \r\n\r\n 7. 3. 2 FRA的耦合工作方程和增益饱和 \r\n\r\n 7. 3. 3 FRA的性能及其应用 \r\n\r\n 7. 4 光纤布里渊放大器 \r\n\r\n 7. 4. 1 FBA的工作原理与增益带宽 \r\n\r\n 7. 4. 2 FBA的耦合工作方程和增益饱和 \r\n\r\n 7. 4. 3 FBA的性能及其应用 \r\n\r\n 7. 5 掺铒光纤放大器 \r\n\r\n 7. 5. 1 掺铒光纤放大器的工作原理与增益谱特性 \r\n\r\n 7. 5. 2 EDPA的小信号增益与饱和特性 \r\n\r\n 7. 5. 3 EDFA的高速与多信道放大特性 \r\n\r\n 7. 5. 4 EDFA的系统应用 \r\n\r\n 练习题 \r\n\r\n 第8章 直接检测光波系统的设计与性能 \r\n\r\n 8. 1 光波系统的结构 \r\n\r\n 8. 1. 1 点到点连接 \r\n\r\n 8. 1. 2 广播和分配网 \r\n\r\n 8. 1. 3 局域网 \r\n\r\n 8. 2 光纤损耗和色散对系统性能的限制 \r\n\r\n 8. 2. 1 损耗限制光波系统 \r\n\r\n 8. 2. 2 色散限制光波系统 \r\n\r\n 8. 2. 3 点到点电信商业光波系统 \r\n\r\n 8. 3 光波系统的设计 \r\n\r\n 8. 3. 1 光波系统的功率预算 \r\n\r\n 8. 3. 2 光波系统的上升时间预算 \r\n\r\n 8. 3. 3 光波系统的色散预算 \r\n\r\n 8. 4 光接收机灵敏度恶化和系统功率代价 \r\n\r\n 8. 4. 1 模噪声的影响 \r\n\r\n 8. 4. 2 色散展宽的影响 \r\n\r\n 8. 4. 3 模分配噪声的影响 \r\n\r\n 8. 4. 4 频率啁啾的影响 \r\n\r\n 8. 5 光放大系统的设计与性能 \r\n\r\n 8. 5. 1 光前置放大器ASE噪声对系统性能的影响 \r\n\r\n 8. 5. 2 级联在线光放大系统的性能 \r\n\r\n 练习题 \r\n\r\n 第9章 相干光波通信系统 \r\n\r\n 9. 1 相干检测原理与特性 \r\n\r\n 9. 1. 1 零差检测 \r\n\r\n 9. 1. 2 外差检测 \r\n\r\n 9. 1. 3 信噪比 \r\n\r\n 9. 2 调制格式 \r\n\r\n 9. 2. 1 ASK调制格式 \r\n\r\n 9. 2. 2 PSK调制格式 \r\n\r\n 9. 2. 3 FSK调制格式 \r\n\r\n 9. 3 解调方案 \r\n\r\n 9. 3. 1 外差同步解调 \r\n\r\n 9. 3. 2 外差异步解调 \r\n\r\n 9. 3. 3 零差同步解调 \r\n\r\n 9. 3. 4 零差异步解调 \r\n\r\n 9. 4 相干光接收机的误码率和灵敏度 \r\n\r\n 9. 4. 1 同步ASK接收机 \r\n\r\n 9. 4. 2 同步PSK接收机 \r\n\r\n 9. 4. 3 同步FSK接收机 \r\n\r\n 9. 4. 4 异步ASK接收机 \r\n\r\n 9. 4. 5 异步FSK接收机 \r\n\r\n 9. 4. 6 异步DPSK接收机 \r\n\r\n 9. 5 相干光接收机灵敏度恶化与系统设计考虑 \r\n\r\n 9. 5. 1 相位噪声 \r\n\r\n 9. 5. 2 强度噪声 \r\n\r\n 9. 5. 3 偏振失配 \r\n\r\n 9. 5. 4 光纤色散 \r\n\r\n 9. 6 相干光波系统的性能 \r\n\r\n 9. 6. 1 异步外差系统 \r\n\r\n 9. 6. 2 同步外差系统 \r\n\r\n 9. 6. 3 零差系统 \r\n\r\n 9. 6. 4 现场试验系统 \r\n\r\n 练习题 \r\n\r\n 第10章 多信道光波系统 \r\n\r\n 10. 1 多信道光波系统的复用方案 \r\n\r\n 10. 2 WDM光波系统 \r\n\r\n 10. 2. 1 高速大容量点到点通信 \r\n\r\n 10. 2. 2 多信道广播与分配网 \r\n\r\n 10. 2. 3 多路接入局域网 \r\n\r\n 10. 3 WDN多信道光波系统的解复用与信道串音 \r\n\r\n 10. 3. 1 信道选择光滤波器的参数设计和选择能力 \r\n\r\n 10. 3. 2 直接光解复用光放大WDM系统中的串音 \r\n\r\n 10. 3. 3 相干解复用密集WDN系统中的串音 \r\n\r\n 10. 4 WDM多信道光波系统的非线性串音 \r\n\r\n 10. 4. 1 受激喇曼散射(SRS) \r\n\r\n 10. 4. 2 受激布里渊散射(SBS) \r\n\r\n 10. 4. 3 交叉相位调制(KPM) \r\n\r\n 10. 4. 4 四波混频(FWM) \r\n\r\n 10. 5 副载波复用(SCM)光波系统 \r\n\r\n 10. 5. 1 模拟SCM光波系统 \r\n\r\n 10. 5. 2 相干SCM光波系统 \r\n\r\n 10. 5. 3 多波长SCM光波系统 \r\n\r\n 10. 6 码分复用(CDM)光波系统 \r\n\r\n 练习题 \r\n\r\n 第11章 光纤孤子通信系统 \r\n\r\n 11. 1 光孤子及其特性 \r\n\r\n 11. 1. 1 非线性薛定谔方程 \r\n\r\n 11. 1. 2 NSE的解及其性质 \r\n\r\n 11. 1. 3 暗孤子 \r\n\r\n 11. 2 光纤损耗与光孤子能量补偿放大 \r\n\r\n 11. 2. 1 损耗导致的脉冲展宽与面积定理 \r\n\r\n 11. 2. 2 光纤损耗的补偿放大与全光中继 \r\n\r\n 11. 2. 3 延长放大器间距的预加重方法 \r\n\r\n 11. 3 光纤孤子系统的通信容量及其限制因素 \r\n\r\n 11. 3. 1 ASE噪声与光孤子系统的通信容量 \r\n\r\n 11. 3. 2 孤子相互作用与通信容量 \r\n\r\n 11. 3. 3 光孤子源频率啁啾的影响 \r\n\r\n 11. 3. 4 自感应受激喇曼散射与孤子自频移的影响 \r\n\r\n 11. 4 光纤孤子的传输控制 \r\n\r\n 11. 4. 1 ASE限制的频域滤波控制 \r\n\r\n 11. 4. 2 光孤子传输的时域控制 \r\n\r\n 11. 5 多信道光孤子系统 \r\n\r\n 11. 5. 1 多信道光孤子通信系统的特点 \r\n\r\n 11. 5. 2 多信道光孤子的碰撞长度 \r\n\r\n 11. 6 光纤孤子通信系统的组成与实验进展 \r\n\r\n 练习题 \r\n\r\n 第12章 光波通信网新技术 \r\n\r\n 12. 1 通信网结构的发展 \r\n\r\n 12. 2 节点间连接和光纤链路的全光化 \r\n\r\n 12. 3 光传送网结构分层与WDM网的物理通道 \r\n\r\n 12. 3. 1 物理网结构分层 \r\n\r\n 12. 3. 2 光通道层的波长路由 \r\n\r\n 12. 3. 3 波长通道与波长变换 \r\n\r\n 12. 4 光交叉连接设备 \r\n\r\n 12. 4. 1 OXC的功能和技术要求 \r\n\r\n 12. 4. 2 OXC的基本结构 \r\n\r\n 12. 4. 3 OXC与DXC结构的关系与性能比较 \r\n\r\n 12. 5 波长变换技术 \r\n\r\n 12. 5. 1 光电混合波长变换技术 \r\n\r\n 12. 5. 2 全光波长变换技术 \r\n\r\n 12. 5. 3 四波混频FWM波长变换器 \r\n\r\n 练习题 \r\n\r\n 参考文献 \r\n
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本教材系按《1996--2000年全国电子信息类专业教材编审出版规划》, 由物理电子技术专业教育指导委员会征稿. 推荐, 经全国高等学校工科电子类专业教育指导委员会领导小组批准, 作为国家重点教材出版.

本教材由南京邮电学院杨祥林教授任主编, 清华大学范崇澄教授任主审, 责任编委为浙江大学陈抗生教授.

本教材第一版(1991年版)曾于1996年获优秀教材奖. 与1991年时相比, 现在光纤通信技术已取得许多新的重大的发展, 因此现在的修订版教材在结构和内容方面都有很大变化, 已是一本全新的光纤通信教材.

本课程的参考时数为60-80学时.

全书共分12章. 第1章主要介绍光波通信的基本概念和发展, 提供背景和预备知识. 第2章-第7章介绍光波通信系统的结构单元, 包括光纤光缆. 光信号传输特性. 光互连无源器件. 光源与光发送机. 光检测器与光接收机及光放大器, 第8章-第11章介绍几类重要的光波通信系统, 最后第12章介绍光波通信网新技术. 考虑到光波通信技术的进步和教学改革的深化, 对原教材中有关光纤传输理论章节进行了改编, 对光纤结构和导波特性内容进行了精简, 增加了光纤非线性特性的内容, 新编了第3章光波系统中光信号的传输特性. 删除了前版第3章和第4章, 增编了光波系统互连技术与器件一章, 对一些新型光互连器件进行了介绍. 删除了原教材第6. 7章, 新编了光放大器作为第7章, 为后续各章介绍光波系统的全光化提供了基础. 鉴于光放大器和光波通信网的发展, 对原教材第10章光纤通信系统进行了大幅度的改编, 增加了光放大系统和光波通信网的性能和设计内容, 并更名为直接检测光波系统的设计与性能. 鉴于多信道通信系统与通信网的飞速发展, 新编了第9章相干光波通信系统和第10章多信道光波系统. 鉴于近年来高速长距离光孤子通信技术已取得突破, 已发展成为第五代光波通信系统, 所以新编了第11章光纤孤子通信系统. 最后, 第12章扼要地介绍了近年来发展的全光通信网的概念. 结构和关键技术, 这是宽带综合业务数字网(B-ISDN)的基础. 此外, 对第5章. 第6章也进行了大幅度的改编.

在教材编写过程中遇到的首要问题是如何选取教材内容. 现在国内已出版过很多光电子与光纤通信教材, 但由于出版时间较早, 今天看来, 大多内容已偏旧, 而光波通信技术本身的发展又异常迅速, 并开始进入全光传输与全光通信时代. 在有限的篇幅中, 如何反映当代信息科学技术的现状和水平, 应将哪些最基本最重要的科学技术知识教给学生需要认真考虑. 本书将面对21世纪光波通信发展的实际, 力图在教材中多反映一些光纤通信的新技术和新发展, 而重点仍在系统地介绍光纤通信系统的基本原理. 基本概念. 基本技术和基本的分析设计方法, 尽力在教材中反映出全光通信技术的概貌.

本教材可供本科高年级学生和研究生选读, 可以学习全书各章, 但学得浅一些, 也可以少学一些章节, 但学得深一些. 也可以作为二学期二门课程的教材使用, 即将第2. 3. 4. 5. 6. 7章作为光纤通信技术基础课教材, 第1. 8. 9. 10. 11. 12章作为光纤通信系统课教材. 请任课老师认真加以挑选和指导.

沈建华老师参加了第2章?第8章的编写, 孟宇老师参加了第3章. 第9章的编写. 研究生陈德华. 邱亮和刘寅为本书稿的录入. 打印和校对做了许多工作. 专业教学指导委员会的专家们为本书提出了许多宝贵意见. 在此一并表示感谢.

由于编者水平有限, 书中难免还存在一些缺点和错误, 殷切希望广大读者批评指正.

杨祥林

一九九九年八月