光纤光学(第四版) (2008 年度畅销榜NO.11479 )

本书系统阐述了光纤光学的基本概念、基本技术及其应用，内容包括：光纤、光缆、激光光源和LED光源、光发射机、光探测器、光接收机、光放大器、电－光再生器以及多种光网络器件的知识，光学测量和光纤测量的基本技术，光纤光学在通信中的应用——全球通信、城域通信、本地通信和接入网、计算机通信和局域网、视频通信、光纤通信与远程控制，光纤传感器的原理与应用，光纤光学在成像和照明方面的应用。
本书强调基础，重点突出，内容新颖，覆盖面广，是一本优秀的教材，已被国外的许多高等院校选为电子、信息、通信等专业的高年级本科生或研究生相关课程的教材，同时对从事光通信产业的工程技术人员和从事光纤光学研究的科技人员来说，本书也是一本非常有用的参考书。

第1章 光纤光学简介 1
1.1 个人观点 1
1.2 本章简介 2
1.3 光纤光学基础 2
1.4 光纤和通信 5
1.5 光纤基本知识 6
1.6 新兴光网络 9
1.7 光纤术语和专业称谓 12
1.8 本章小结 13
1.9 下章内容 13
1.10 深入阅读 13
1.11 本章思考题 13
1.12 本章测验 14

第2章 光纤器件基础 16
2.1 本章简介 16
2.2 光学基础 16
2.3 光传导 22
2.4 光纤传输 24
2.5 其他光学器件 28
2.6 本章小结 29
2.7 下章内容 30
2.8 深入阅读 30
2.9 本章思考题 30
2.10 本章测验 31

第3章 通信基础 33
3.1 本章简介 33
3.2 通信概念 33
3.3 系统功能 37
3.4 信号格式 40
3.5 模拟通信和数字通信 41
3.6 通信业务 45
3.7 光纤通信设备 49
3.8 本章小结 50
3.9 下章内容 51
3.10 深入阅读 51
3.11 本章思考题 51
3.12 本章测验 52

第4章 光纤类型 54
4.1 本章简介 54
4.2 光的传导 54
4.3 阶跃折射率多模光纤 56
4.4 模式及其相关效应 60
4.5 渐变折射率多模光纤 63
4.6 单模光纤 65
4.7 色散位移单模光纤 68
4.8 单模光纤中的偏振 72
4.9 其他类型的光纤 74
4.10 本章小结 74
4.11 下章内容 75
4.12 深入阅读 75
4.13 本章思考题 75
4.14 本章测验 76

第5章 光纤特性 78
5.1 本章简介 78
5.2 光纤衰减 78
5.3 光的收集和传输 82
5.4 色散 86
5.5 非线性效应 96
5.6 机械特性 99
5.7 本章小结 100
5.8 下章内容 101
5.9 深入阅读 101
5.10 本章思考题 101
5.11 本章测验 102

第6章 光纤材料和光纤制造 105
6.1 本章简介 105
6.2 光纤制造的要求 105
6.3 玻璃光纤 106
6.4 熔石英光纤 107
6.5 塑料光纤 113
6.6 特种光纤和光导 115
6.7 本章小结 119
6.8 下章内容 119
6.9 深入阅读 119
6.10 本章思考题 120
6.11 本章测验 120

第7章 特殊用途光纤 123
7.1 本章简介 123
7.2 光纤光栅 123
7.3 用于放大器和激光器的掺杂光纤 129
7.4 侧面发光装饰性光纤 132
7.5 光子带隙或“多孔”光纤 133
7.6 渐变折射率光纤透镜 134
7.7 传感光纤 135
7.8 本章小结 135
7.9 下章内容 136
7.10 深入阅读 136
7.11 本章思考题 136
7.12 本章测验 137

第8章 光纤成缆 139
8.1 本章简介 139
8.2 成缆基础 139
8.3 成缆原因 140
8.4 光缆类型 143
8.5 构成光缆结构的元素 147
8.6 光缆敷设 153
8.7 光缆变化和光缆故障 153
8.8 本章小结 154
8.9 下章内容 155
8.10 深入阅读 155
8.11 本章思考题 155
8.12 本章测验 155

第9章 光源 158
9.1 本章简介 158
9.2 对光源的考虑 158
9.3 LED光源 161
9.4 激光原理 164
9.5 半导体激光光源 167
9.6 垂直腔半导体激光器 170
9.7 二极管激光器的波长和材料 172
9.8 半导体光放大器 177
9.9 光纤激光器和放大器 178
9.10 其他固态激光源 182
9.11 本章小结 182
9.12 下章内容 183
9.13 深入阅读 183
9.14 本章思考题 183
9.15 本章测验 184

第10章 发射机 186
10.1 本章简介 186
10.2 发射机术语 186
10.3 功能上的考虑 187
10.4 复用 190
10.5 调制 191
10.6 单信道发射机设计 194
10.7 取样发射机 197
10.8 本章小结 199
10.9 下章内容 199
10.10 深入阅读 200
10.11 本章思考题 200
10.12 本章测验 200

第11章 接收机 203
11.1 本章简介 203
11.2 定义接收机 203
11.3 探测器基础 205
11.4 性能考虑 211
11.5 电子功能 216
11.6 接收机电路举例 218
11.7 本章小结 220
11.8 下章内容 220
11.9 深入阅读 220
11.10 本章思考题 221
11.11 本章测验 221

第12章 中继器、再生器和光放大器 224
12.1 本章简介 224
12.2 距离问题 224
12.3 放大类型 226
12.4 对放大的要求 227
12.5 电－光中继器和再生器 228
12.6 掺铒光纤放大器 229
12.7 其他掺杂光纤放大器 234
12.8 光纤中的喇曼放大 234
12.9 半导体光放大器 236
12.10 光放大器中的再生 240
12.11 本章小结 240
12.12 下章内容 241
12.13 深入阅读 241
12.14 本章思考题 241
12.15 本章测验 242

第13章 连接器与接头 244
13.1 本章简介 244
13.2 连接器与接头的应用 244
13.3 光纤到光纤的衰减 245
13.4 内反射 250
13.5 连接器中机械方面的考虑 251
13.6 连接器的结构 252
13.7 连接器的安装 254
13.8 连接单纤和多纤光缆 254
13.9 标准连接器的类型 255
13.10 接合及其应用 260
13.11 接合问题及性能 261
13.12 接合类型 262
13.13 本章小结 266
13.14 下章内容 266
13.15 深入阅读 267
13.16 本章思考题 267
13.17 本章测验 268

第14章 耦合器和其他无源器件 271
14.1 本章简介 271
14.2 耦合器的概念和应用 271
14.3 耦合器的特性 274
14.4 耦合器的类型和技术 277
14.5 衰减器 282
14.6 光隔离器 283
14.7 光环行器 284
14.8 本章小结 287
14.9 下章内容 287
14.10 深入阅读 287
14.11 本章思考题 288
14.12 本章测验 288

第15章 波分复用光学 291
15.1 本章简介 291
15.2 WDM的要求 291
15.3 光滤波器和WDM 295
15.4 WDM技术 299
15.5 构建复用器和解复用器 307
15.6 本章小结 308
15.7 下章内容 309
15.8 深入阅读 309
15.9 本章思考题 309
15.10 本章测验 310

第16章 光开关、调制器和其他有源器件 312
16.1 本章简介 312
16.2 定义有源器件 312
16.3 调制器和调制 313
16.4 光网络中的交换 316
16.5 光开关技术 321
16.6 波长变换 326
16.7 集成光学 327
16.8 光控调制和交换 328
16.9 本章小结 328
16.10 下章内容 329
16.11 深入阅读 329
16.12 本章思考题 329
16.13 本章测验 330

第17章 光纤光学测量 333
17.1 本章简介 333
17.2 光功率测量基础 333
17.3 波长和频率测量 339
17.4 相位和干涉测量 342
17.5 偏振测量 343
17.6 时间和带宽测量 343
17.7 信号质量测量 346
17.8 光纤精确测量 347
17.9 本章小结 351
17.10 下章内容 352
17.11 深入阅读 352
17.12 本章思考题 353
17.13 本章测验 353

第18章 故障诊断和测试设备 356
18.1 本章简介 356
18.2 光纤光学故障诊断 356
18.3 测试和测量设备 358
18.4 故障诊断步骤 368
18.5 本章小结 371
18.6 下章内容 371
18.7 深入阅读 371
18.8 本章思考题 372
18.9 本章测验 372

第19章 系统和光网络的概念 375
19.1 本章简介 375
19.2 演进的网络 375
19.3 电信网络结构 376
19.4 传输拓扑 378
19.5 传输格式 385
19.6 传输容量 389
19.7 本章小结 396
19.8 下章内容 396
19.9 深入阅读 396
19.10 本章思考题 397
19.11 本章测验 397

第20章 光纤系统标准 400
20.1 本章简介 400
20.2 为什么需要标准 400
20.3 标准家族 401
20.4 标准层 402
20.5 传输格式概念 405
20.6 交换标准 407
20.7 光纤传输标准 409
20.8 视频标准 412
20.9 光网络标准 413
20.10 本章小结 413
20.11 下章内容 414
20.12 深入阅读 414
20.13 本章思考题 415
20.14 本章测验 415

第21章 单信道系统设计 418
21.1 本章简介 418
21.2 变量 418
21.3 功率预算 420
21.4 损耗预算的例子 424
21.5 传输容量预算 429
21.6 成本/性能权衡 436
21.7 本章小结 438
21.8 下章内容 438
21.9 深入阅读 439
21.10 本章思考题 439
21.11 本章测验 439

第22章 光网络系统设计 443
22.1 本章简介 443
22.2 WDM与高速TDM 443
22.3 光信道的密度 444
22.4 光纤的性质和WDM 447
22.5 WDM系统中的非线性效应 450
22.6 光放大和WDM设计 451
22.7 交换和光网络 453
22.8 本章小结 457
22.9 下章内容 458
22.10 本章思考题 458
22.11 本章测验 458

第23章 全球电信应用 461
23.1 本章简介 461
23.2 电信的定义 461
23.3 全球电信网 464
23.4 组网 466
23.5 海底光缆 469
23.6 远程地面系统 477
23.7 远程业务的类型 480
23.8 本章小结 481
23.9 下章内容 482
23.10 深入阅读 482
23.11 本章思考题 482
23.12 本章测验 483

第24章 区域和城域通信 486
24.1 本章简介 486
24.2 区域网的结构 486
24.3 已建立的区域电信网 489
24.4 城域网 491
24.5 区域/城域系统设计 492
24.6 本章小结 495
24.7 下章内容 496
24.8 深入阅读 496
24.9 本章思考题 496
24.10 本章测验 497

第25章 本地电话网或接入网 500
25.1 本章简介 500
25.2 本地电话网的结构 500
25.3 用户和接入业务 505
25.4 出现的业务与竞争的技术 508
25.5 无源光网 512
25.6 吉比特以太网和IP协议 513
25.7 本章小结 515
25.8 下章内容 515
25.9 参考资料 516
25.10 本章思考题 516
25.11 本章测验 516

第26章 计算机网和局域网 520
26.1 本章简介 520
26.2 计算机网和电话网 520
26.3 因特网结构 522
26.4 大气光学链路 526
26.5 光纤链路与铜线链路 528
26.6 光纤数据链路设计 531
26.7 标准数据网中的光纤 532
26.8 本章小结 536
26.9 下章内容 537
26.10 深入阅读 537
26.11 本章思考题 538
26.12 本章测验 538

第27章 视频传输 541
27.1 本章简介 541
27.2 视频基础 541
27.3 传输媒介 546
27.4 有线电视网 547
27.5 数字电视和有线系统 551
27.6 其他视频应用 552
27.7 本章小结 552
27.8 下章内容 553
27.9 深入阅读 553
27.10 本章思考题 554
27.11 本章测验 554

第28章 移动光纤通信 557
28.1 本章简介 557
28.2 移动系统 557
28.3 遥控自动运载工具 558
28.4 飞机上的光纤 561
28.5 舰载光纤网络 562
28.6 汽车中的光纤光学 563
28.7 本章小结 563
28.8 下章内容 564
28.9 深入阅读 564
28.10 本章思考题 564
28.11 本章测验 565

第29章 光纤传感器 567
29.1 本章简介 567
29.2 光纤传感概念 567
29.3 光纤探测器 567
29.4 光纤传感机理 569
29.5 一些光纤传感器实例 572
29.6 光纤陀螺 573
29.7 智能肌肤和智能结构 575
29.8 本章小结 576
29.9 下章内容 576
29.10 深入阅读 577
29.11 本章思考题 577
29.12 本章测验 577

第30章 成像和照明光纤光学 580
30.1 本章简介 580
30.2 光纤束基础 580
30.3 成束光纤光学 584
30.4 成像应用 587
30.5 光导管和照明 589
30.6 本章小结 590
30.7 深入阅读 591
30.8 本章思考题 591
30.9 本章测验 591

附录A 重要常数、单位、转换因子及公式 594
附录B 分贝与等效值 597
附录C 标准时分复用速率 598
附录D 间隔100GHz、100信道的L带和C带的ITU频率及波长 599
附录E 激光与光纤安全 602
附录F 光纤光学资源 603
术语表 606

自从“UnderstandingFiberOptics”第一版出版以来，光纤光学理论与技术已经走过了较长的一段路程。那时，光纤通信作为一种全新的技术，主要用于大容量、长距离传输电话信号。而当完成“UnderstandingFiberOptics”的第四版时，我透过办公室的窗户就可以看见传输电话、因特网数据和有线电视信号的光缆。 多年来，人们在开发实用化光纤设备方面取得了巨大进步，这些给我留下了深刻印象。这些技术不但有趣和精湛，而且很重要。我努力使自己赶上这一不断前进的领域，就像一位体育记者采访踏上争夺冠军道路的运动队一样。技术的进步让我们这些工程技术人员激动不已，就像胜利对于运动员一样。 尽管我写第一版的主要目的是为了自学，该书现在已用于课堂教学。我的目的是对光纤光学的基本原理而不是细节过程做出解释。当你读完这本书时，你确实应该了解了光纤光学，你应可以拿起诸如Lightwave或FiberopticProductNews之类的刊物，并能读懂它们，就像你能理解光纤工程师、网络计划者或光缆敷设者的职责一样。尽管你不能做他们所做的工作，但你会成为该领域的一位学者。你可以把此书视为光纤光学101，它是你了解不断变化的光纤技术的基础。 为了解释光纤光学的原理，我从在一些读者看起来非常基本的概念入手。当介绍相对新一些的领域时，我做出了更多解释，这样效果会更好一些。 为了使概念更容易理解，书中含有大量插图，所用数学知识仅限制在简单代数学领域，并有一些计算实例。另外，我还比较了光纤光学和其他通用技术，强调了它们的相似之处和区别，而且本书的编排使概念的相互对照和回顾非常方便。 本书首先向读者介绍光纤光学的基本概念，然后更深入地介绍光纤硬件及其应用。各章节安排如下。 前3章是概论。其中第1章是一般性的介绍，第2章介绍光学、光和光传导的概念，第3章介绍通信系统和光纤传输。尽管这3章假定读者没有这一领域的背景知识，但即使读者认为自己已有足够的背景知识，它们还是值得一读的。 第4章到第8章介绍了光纤、光纤特性以及它们是如何装配成光缆的。这部分内容分为5章，以使读者消化起来更加容易。第4章到第6章对于理解本书中其他部分出现的光纤概念是必需的，第7章中介绍了用于光纤放大器、光纤光栅和几种独特应用(如建筑照明)的特种光纤，第8章概述了光纤成缆的知识。 ’ 第9章到第12章介绍了激光光源和LED光源、光发射机、光探测器、光接收机、光放大器以及电一光再生器的知识，第12章比较和对照了光放大器和电一光再生器的工作情况。 第13章到第16章介绍了用于光纤系统中的其他器件。其中第13章介绍了连接光纤的连接器和接头；第14章介绍了用于简单光纤系统中的光耦合器和其他无源光器件；第15，章介绍了用于波分复用系统中的光器件，这些器件复合和分离同一光纤传输的不同波长；第16章介绍了光调制和光开关，这是光网络的关键器件。 第17章介绍了光学测量和光纤测量的基本知识，同时描述了光学测量是如何不同于其他测量的；随后的第18章介绍了光纤测试设备和故障诊断。 第19章到第22章介绍了光纤通信的原理。其中第19章描述了光纤系统和光网络的基本原理；第20章介绍了主要通信标准；第21章简述了点对点单波长系统的设计，并有简单的计算，因此读者可以理解这些系统是如何装配在一起的；第22章将设计概念延伸到波分复用和新兴网络。 第23章到第27章介绍了各种电信系统，解释了光纤光学器件是如何适用于全球和本地电话以及因特网传输、有线电视和数据网络的。这些章节着重于全球网络的不同层次和方面，使各种概念更易于处理。第28章介绍了一些特殊系统，如自动运载工具的远程控制，以及飞机和汽车内部的网络。 最后两章介绍了光纤光学的非通信应用，其中第29章介绍了光纤传感器的原理和工作，第30章介绍了光纤光学在成像和照明方面的应用。 本书大部分章节包括深入阅读的建议，同时本书后面列出了光纤光学参考资料的资源。读者还可以链接到我的Web站点http：llwww．o／Zberhome．com，我欢迎读者提出的任何建议或评论，请发送邮件到ieft@fierhome．com或fiber@ieffhecht．com。 书后面的术语表对一些特殊术语和缩写词做了解释。 本版本还包括将一些有用信息列表的附录，如重要物理常数、转换因子、标准数据率和波长，以及几个关键方程。 我已经努力使所有内容都是目前时兴的，但技术发展的是如此之快，有些细节一定是要被废弃的。当读者学习完本书后，应该准备跟踪光纤光学技术的进展，而且有可能为它们的发展做出贡献。