光纖通信最新圖書

光纖即為光導(dǎo)纖維的簡稱。是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。 ?從原理上看，構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測器。光纖除了按制造工藝、材料組成以及光學(xué)特性進(jìn)行分類外，在應(yīng)用中，光纖常按用途進(jìn)行分類，可分為通信用光纖和傳感用光纖。傳輸介質(zhì)光纖又分為通用與專用兩種，而功能器件光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、倍頻、調(diào)制以及光振蕩等功能的光纖，并常以某種功能器件的形式出現(xiàn)。

（1)通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)；一根光纖的潛在帶寬可達(dá)20THz。采用這樣的帶寬，只需一秒鐘左右，即可將人類古今中外全部文字資料傳送完畢。目前400Gbit/s系統(tǒng)已經(jīng)投入商業(yè)使用。光纖的損耗極低，在光波長為1.55μm附近，石英光纖損耗可低于0.2dB/km，這比目前任何傳輸媒質(zhì)的損耗都低。因此，無中繼傳輸距離可達(dá)幾十、甚至上百公里。

(2)信號干擾小、保密性能好；

(3）抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量佳，電通信不能解決各種電磁干擾問題，唯有光纖通信不受各種電磁干擾。

(4）光纖尺寸小、重量輕，便于鋪設(shè)和運輸；

(5）材料來源豐富，環(huán)境保護(hù)好，有利于節(jié)約有色金屬銅。

(6）無輻射，難于竊聽，因為光纖傳輸?shù)墓獠ú荒芘艹龉饫w以外。

(7)光纜適應(yīng)性強(qiáng)，壽命長。

(8）質(zhì)地脆，機(jī)械強(qiáng)度差。

(9）光纖的切斷和接續(xù)需要一定的工具、設(shè)備和技術(shù)。

(10）分路、耦合不靈活。

(11）光纖光纜的彎曲半徑不能過小（>20cm）

(12）有供電困難問題。

利用光波在光導(dǎo)纖維中傳輸信息的通信方式．由于激光具有高方向性、高相干性、高單色性等顯著優(yōu)點，光纖通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光－光纖通信．

光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息（如話音）變成電信號，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號的幅度（頻率）變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息．

光纖通信是現(xiàn)代通信網(wǎng)的主要傳輸手段，它的發(fā)展歷史只有一二十年，已經(jīng)歷三代：短波長多模光纖、長波長多模光纖和長波長單模光纖．采用光纖通信是通信史上的重大變革，美、日、英、法等20多個國家已宣布不再建設(shè)電纜通信線路，而致力于發(fā)展光纖通信．中國光纖通信已進(jìn)入實用階段．

光纖通信的誕生和發(fā)展是電信史上的一次重要革命與衛(wèi)星通信、移動通信并列為20世紀(jì)90年代的技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)后，由于因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展和音頻、視頻、數(shù)據(jù)、多媒體應(yīng)用的增長，對大容量（超高速和超長距離）光波傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)有了更為迫切的需求。

光纖通信就是利用光波作為載波來傳送信息，而以光纖作為傳輸介質(zhì)實現(xiàn)信息傳輸，達(dá)到通信目的的一種最新通信技術(shù)。

通信的發(fā)展過程是以不斷提高載波頻率來擴(kuò)大通信容量的過程，光頻作為載頻已達(dá)通信載波的上限，因為光是一種頻率極高的電磁波 ，因此用光作為載波進(jìn)行通信容量極大，是過去通信方式的千百倍，具有極大的吸引力，光通信是人們早就追求的目標(biāo)，也是通信發(fā)展的必然方向。

光纖通信與以往的電氣通信相比，主要區(qū)別在于有很多優(yōu)點：它傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長；線徑細(xì)、重量輕，原料為石英，節(jié)省金屬材料，有利于資源合理使用；絕緣、抗電磁干擾性能強(qiáng)；還具有抗腐蝕能力強(qiáng)、抗輻射能力強(qiáng)、可繞性好、無電火花、泄露小、保密性強(qiáng)等優(yōu)點，可在特殊環(huán)境或軍事上使用。

光纖通信的應(yīng)用領(lǐng)域是很廣泛的，主要用于市話中繼線，光纖通信的優(yōu)點在這里可以充分發(fā)揮，逐步取代電纜，得到廣泛應(yīng)用。還用于長途干線通信過去主要靠電纜、微波、衛(wèi)星通信，現(xiàn)以逐步使用光纖通信并形成了占全球優(yōu)勢的比特傳輸方法；用于全球通信網(wǎng)、各國的公共電信網(wǎng)（如中國的國家一級干線、各省二級干線和縣以下的支線）；它還用于高質(zhì)量彩色的電視傳輸、工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)視和調(diào)度、交通監(jiān)視控制指揮、城鎮(zhèn)有線電視網(wǎng)、共用天線（CATV）系統(tǒng)，用于光纖局域網(wǎng)和其他如在飛機(jī)內(nèi)、飛船內(nèi)、艦艇內(nèi)、礦井下、電力部門、軍事及有腐蝕和有輻射等中使用。

光纖傳輸系統(tǒng)主要由：光發(fā)送機(jī)、光接收機(jī)、光纜傳輸線路、光中繼器和各種無源光器件構(gòu)成。要實現(xiàn)通信，基帶信號還必須經(jīng)過電端機(jī)對信號進(jìn)行處理后送到光纖傳輸系統(tǒng)完成通信過程。

它適合于光纖模擬通信系統(tǒng)中，而且也適用于光纖數(shù)字通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。在光纖模擬通信系統(tǒng)中，電信號處理是指對基帶信號進(jìn)行放大、預(yù)調(diào)制等處理，而電信號反處理則是發(fā)端處理的逆過程，即解調(diào)、放大等處理。在光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，電信號處理是指對基帶信號進(jìn)行放大、取樣、量化，即脈沖編碼調(diào)制（PCM ）和線路碼型編碼處理等，而電信號反處理也是發(fā)端的逆過程。對數(shù)據(jù)光纖通信，電信號處理主要包括對信號進(jìn)行放大，和數(shù)字通信系統(tǒng)不同的是它不需要碼型變換。

光纖到家庭的發(fā)展

FTTH可向用戶提供極豐富的帶寬，所以一直被認(rèn)為是理想的接入方式，對于實現(xiàn)信息社會有重要作用，還需要大規(guī)模推廣和建設(shè)。FTTH所需要的光纖可能是現(xiàn)有已敷光纖的2～3倍。過去由于FTTH成本高，缺少寬帶視頻業(yè)務(wù)和寬帶內(nèi)容等原因，使FTTH還未能提到日程上來，只有少量的試驗。近來，由于光電子器件的進(jìn)步，光收發(fā)模塊和光纖的價格大大降低；加上寬帶內(nèi)容有所緩解，都加速了FTTH的實用化進(jìn)程。

發(fā)達(dá)國家對FTTH的看法不完全相同：美國AT&T認(rèn)為FTTH市場較小，在0F62003宣稱：FTTH在20-50年后才有市場。美國運行商Verizon和Sprint比較積極，要在10—12年內(nèi)采用FTTH改造網(wǎng)絡(luò)。日本NTT發(fā)展FTTH最早，現(xiàn)在已經(jīng)有近200萬用戶。目前中國FTTH處于試點階段。

FTTH遇到的挑戰(zhàn)

現(xiàn)在廣泛采用的ADSL技術(shù)提供寬帶業(yè)務(wù)尚有一定優(yōu)勢

與FTTH相比：①價格便宜②利用原有銅線網(wǎng)使工程建設(shè)簡單③對于目前1Mbps—500kbps影視節(jié)目的傳輸可滿足需求。FTTH目前大量推廣受制約。

對于不久的將來要發(fā)展的寬帶業(yè)務(wù)，如：網(wǎng)上教育，網(wǎng)上辦公，會議電視，網(wǎng)上游戲，遠(yuǎn)程診療等雙向業(yè)務(wù)和HDTV高清數(shù)字電視，上下行傳輸不對稱的業(yè)務(wù)，ADSL就難以滿足。尤其是HDTV，經(jīng)過壓縮，目前其傳輸速率尚需19.2Mbps。正在用H.264技術(shù)開發(fā)，可壓縮到5～6Mbps。通常認(rèn)為對QOS有所保證的ADSL的最高傳輸速串是2Mbps，仍難以傳輸HDTV?？梢哉J(rèn)為HDTV是FTTH的主要推動力。即HDTV業(yè)務(wù)到來時，非FTTH不可。

FTTH的解決方案

通常有P2P點對點和PON無源光網(wǎng)絡(luò)兩大類。

F2P方案一一優(yōu)點：各用戶獨立傳輸，互不影響，體制變動靈活；可以采用廉價的低速光電子模塊；傳輸距離長。缺點：為了減少用戶直接到局的光纖和管道，需要在用戶區(qū)安置1個匯總用戶的有源節(jié)點。

PON方案——優(yōu)點：無源網(wǎng)絡(luò)維護(hù)簡單；原則上可以節(jié)省光電子器件和光纖。缺點：需要采用昂貴的高速光電子模塊；需要采用區(qū)分用戶距離不同的電子模塊，以避免各用戶上行信號互相沖突；傳輸距離受PON分比而縮短；各用戶的下行帶寬互相占用，如果用戶帶寬得不到保證時，不單是要網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，還需要更換PON和更換用戶模塊來解決。（按照目前市場價格，PEP比PON經(jīng)濟(jì))

PON有多種，一般有如下幾種：（1)APON：即ATM-PON，適合ATM交換網(wǎng)絡(luò)。（2)BPON：即寬帶的PON。（3)OPON：采用通用幀處理的OFP-PON。（4)EPON：采用以太網(wǎng)技術(shù)的PON,0EPON是千兆畢以太網(wǎng)的PON。（5)WDM-PON：采用波分復(fù)用來區(qū)分用戶的PON，由于用戶與波長有關(guān)，使維護(hù)不便，在FTTH中很少采用。

發(fā)達(dá)國家發(fā)展FTTH的計劃和技術(shù)方案，根據(jù)各國具體情況有所不同。美國主要采用A-PON，因為ATM交換在美國應(yīng)用廣泛。日本NTT有一個B-FLETts計劃，采用P2P-MC、B-PON、G-EPON、SCM-PON等多種技術(shù)。SCM-PON：是采用副載波調(diào)制作為多信道復(fù)用的PON。

中國ATM使用遠(yuǎn)比STM的SDH少，一般不考慮APON。我們可以考慮的是P2P、GPON和EPON。P2P方案的優(yōu)缺點前面已經(jīng)說過，目前比較經(jīng)濟(jì)，使用靈活，傳輸距離遠(yuǎn)等；宜采用。而比較GPON和EPON，各有利弊。GPON：采用GFP技術(shù)網(wǎng)絡(luò)效率高；可以有電話，適合SDH網(wǎng)絡(luò)，與IP結(jié)合沒有EPON好，但目前GPON技術(shù)不很成熟。EPON：與IP結(jié)合好，可用戶電話，如用電話需要借助lAD技術(shù)。目前，中國的FTTH試點采用EPON比較多。FTTH技術(shù)方案的采用，還需要根據(jù)用戶的具體情況不同而不同。

近來，無線接入技術(shù)發(fā)展迅速。可用作WLAN的IEEE802.11g協(xié)議，傳輸帶寬可達(dá)54Mbps，覆蓋范圍達(dá)100米以上，目前已可商用。如果采用無線接入WLAN作用戶的數(shù)據(jù)傳輸，包括：上下行數(shù)據(jù)和點播電視VOD的上行數(shù)據(jù)，對于一般用戶其上行不大，IEEE802.11g是可以滿足的。而采用光纖的FTTH主要是解決HDTV寬帶視頻的下行傳輸，當(dāng)然在需要時也可包含一些下行數(shù)據(jù)。這就形成“光纖到家庭+無線接入”（FTTH+無線接入）的家庭網(wǎng)絡(luò)。這種家庭網(wǎng)絡(luò)，如果采用PON，就特別簡單，因為此PON無上行信號，就不需要測距的電子模塊，成本大大降低，維護(hù)簡單。如果，所屬PON的用戶群體，被無線城域網(wǎng)WiMAX(1EEE802.16）覆蓋而可利用，那么可不必建設(shè)專用的WLAN。接入網(wǎng)采用無線是趨勢，但無線接入網(wǎng)仍需要密布于用戶臨近的光纖網(wǎng)來支撐，與FTTH相差無幾。FTTH+無線接入是未來的發(fā)展趨勢。

光交換的發(fā)展

實際上可表示為：通信輸+交換。

光纖只是解決傳輸問題，還需要解決光的交換問題。過去，通信網(wǎng)都是由金屬線纜構(gòu)成的，傳輸?shù)氖请娮有盘?，交換是采用電子交換機(jī)?，F(xiàn)在，通信網(wǎng)除了用戶末端一小段外，都是光纖，傳輸?shù)氖枪庑盘?。合理的方法?yīng)該采用光交換。但目前，由于目前光開關(guān)器件不成熟，只能采用的是“光-電-光”方式來解決光網(wǎng)的交換，即把光信號變成電信號，用電子交換后，再變還光信號。顯然是不合理的辦法，是效串不高和不經(jīng)濟(jì)的。正在開發(fā)大容量的光開關(guān)，以實現(xiàn)光交換網(wǎng)絡(luò)，特別是所謂ASON-自動交換光網(wǎng)絡(luò)。 通常在光網(wǎng)里傳輸?shù)男畔?，一般速度都是xGbps的，電子開關(guān)不能勝任。一般要在低次群中實現(xiàn)電子交換。而光交換可實現(xiàn)高速XGbDs的交換。當(dāng)然，也不是說，一切都要用光交換，特別是低速，顆粒小的信號的交換，應(yīng)采用成熟的電子交換，沒有必要采用不成熟的

大容量的光交換。當(dāng)前，在數(shù)據(jù)網(wǎng)中,信號以“包”的形式出現(xiàn)，采用所謂“包交換”。包的顆粒比較小，可采用電子交換。然而，在大量同方向的包匯總后，數(shù)量很大時，就應(yīng)該采用容量大的光交換。

目前，少通道大容量的光交換已有實用。如用于保護(hù)、下路和小量通路調(diào)度等。一般采用機(jī)械光開關(guān)、熱光開關(guān)來實現(xiàn)。目前，由于這些光開關(guān)的體積、功耗和集成度的限制，通路數(shù)一般在8—16個。

電子交換一般有“空分”和“時分”方式。在光交換中有“空分”、“時分”和“波長交換”。光纖通信很少采用光時分交換。

光空分交換：一般采用光開關(guān)可以把光信號從某一光纖轉(zhuǎn)到另一光纖?？辗值墓忾_關(guān)有機(jī)械的、半導(dǎo)體的和熱光開關(guān)等。近來，采用集成技術(shù)，開發(fā)出MEM微電機(jī)光開關(guān)，其體積小到mm。已開發(fā)出1296x1296MEM光交換機(jī)(Lucent），屬于試驗性質(zhì)的。

光波長交換：是對各交換對象賦于1個特定的波長。于是，發(fā)送某1特定波長就可對某特定對象通信。實現(xiàn)光波長交換的關(guān)鍵是需要開發(fā)實用化的可變波長的光源，光濾波器和集成的低功耗的可靠的光開關(guān)陣列等。已開發(fā)出640x640半導(dǎo)體光開關(guān)+AWG的空分與波長的相結(jié)合的交叉連接試驗系統(tǒng)（corning）。采用光空分和光波分可構(gòu)成非常靈活的光交換網(wǎng)。日本NTT在Chitose市進(jìn)行了采用波長路由交換的現(xiàn)場試驗，半徑5公里，共有43個終端節(jié)，（試用5個節(jié)點），速率為2.5Gbps。

自動交換的光網(wǎng)，稱為ASON，是進(jìn)一步發(fā)展的方向。

集成光電子器件的發(fā)展

如同電子器件那樣，光電子器件也要走向集成化。雖然不是所有的光電子器件都要集成，但會有相當(dāng)?shù)囊徊糠质切枰沂强梢约傻?。目前正在發(fā)展的PLC-平面光波導(dǎo)線路，如同一塊印刷電路板，可以把光電子器件組裝于其上，也可以直接集成為一個光電子器件。要實現(xiàn)FTTH也好，ASON也好，都需要有新的、體積小的和廉價的和集成的光電子器件。

日本NTT采用PLO技術(shù)研制出16x16熱光開關(guān)；1x128熱光開關(guān)陣列；用集成和混合集成工藝把32通路的AWG+可變光衰減器+光功率監(jiān)測集成在一起；8波長每波速串為80Gbps的WDM的復(fù)用和去復(fù)用分別集成在1塊芯片上，尺寸僅15x7mm，如圖1。NTT采用以上集成器件構(gòu)成32通路的OADM。其中有些已經(jīng)商用。近幾年，集成光電子器件有比較大的改進(jìn)。

中國的集成光電子器件也有一定進(jìn)展。集成的小通道光開關(guān)和屬于PLO技術(shù)的AWG有所突破。但與發(fā)達(dá)國家尚有較大差距。如果我們不迎頭趕上，就會重復(fù)如同微電子落后的被動局面。

光纖通信的市場

眾所周知，2000年IT行業(yè)泡沫，使光纖通信產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模爆炸性地發(fā)展，產(chǎn)品生產(chǎn)過剩。無論是光傳輸設(shè)備，光電子器件和光纖的價格都狂跌。特別是光纖，每公里泡沫時期價格為￥1200，現(xiàn)在價格Y100左右1公里，比銅線還便宜。光纖通信的市場何時能恢復(fù)?

根據(jù)RHK的對北美通信產(chǎn)業(yè)投入的統(tǒng)計和預(yù)測，如圖2.在2002年是最低谷，相當(dāng)于倒退4年?，F(xiàn)在有所回升，但還不能恢復(fù)。按此推測，在2007-2008年才能復(fù)元。光纖通信的市場也隨IT市場好轉(zhuǎn)。這些好轉(zhuǎn)，在相當(dāng)大的程度是由FTTH和寬帶數(shù)字電視所帶動的。

FTTH畢竟是信息社會的需求，光纖通信的市場一定有美好的情景。發(fā)達(dá)國家的FTTH已經(jīng)開始建設(shè)，已經(jīng)有相當(dāng)?shù)氖袌?。大體上看，器件和設(shè)備隨市場的需要，其利潤會逐步回升，2007-2008年可能良好。但光纖產(chǎn)業(yè)，盡管反傾銷成功，目前價格也仍低迷不起，利潤甚微。實際上，在世界范圍內(nèi)，光纖的生產(chǎn)規(guī)模過大，而FTTH的發(fā)展速度受社會環(huán)境、包括市民的經(jīng)濟(jì)條件和數(shù)字電視的發(fā)展的影響，上升緩慢。據(jù)了解，有大公司目前封存幾個光纖廠，根據(jù)市場情況，可隨時啟動生產(chǎn)，其結(jié)果是始終供大于求。供不應(yīng)求才能漲價，是通常的市場規(guī)律，所以光纖產(chǎn)業(yè)要想厚利，可能是2009年后的事情。中國經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)和小城鎮(zhèn),還需要建設(shè)光纖線路，但光纖用量仍然處于供大于求的范圍內(nèi)。

對中國市場,FTTH受ADSL的挑戰(zhàn)和數(shù)字電視HDTV發(fā)展的制約，會有所延后。目前，中國大量建設(shè)FTTH的社會環(huán)境和條件尚未具備，可能需要等待一段時間。不過，北京奧運會需要HDTV的推動和設(shè)備價格的下降，會促進(jìn)FTTH的發(fā)展。預(yù)計在2007-2008年在中國FTTH可開始推廣。不過也有些大城市的所謂中心商業(yè)區(qū)CBD，有比較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)力量，現(xiàn)在已經(jīng)采用光纖到住地PTTP來建設(shè)?？偟膩碚f，目前中國的FTTH處于試點階段。試點的作用，一方面是摸索技術(shù)和建設(shè)的經(jīng)驗，另一方面，還起競爭搶占用戶的作用。所以，現(xiàn)在電信運行商，地方業(yè)主都積極對FTTH試點，以便發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)。因此，廣播運行商受到巨大的挑戰(zhàn)，廣播商應(yīng)加快發(fā)展數(shù)字電視的進(jìn)程，并且要充實節(jié)目內(nèi)容和采取有競爭力的商業(yè)模式。如果廣播商要發(fā)展VOD點播電視，還需要對電纜電視網(wǎng)雙向改造，如果采用光纖網(wǎng)，可更充分地適應(yīng)未來的技術(shù)發(fā)展和市場需求。

專業(yè)名稱：光纖通信

專業(yè)代碼：590309

本專業(yè)培養(yǎng)能從事光纖網(wǎng)絡(luò)工程的規(guī)劃建設(shè)、SDH系統(tǒng)的調(diào)測維護(hù)、電信核心網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)的工程維護(hù)等工作的應(yīng)用型人才。具有較強(qiáng)的電纜、光纜設(shè)計與施工、線路規(guī)劃概預(yù)算的能力以及在光纖通信設(shè)備安裝、調(diào)試與維護(hù)及其相關(guān)領(lǐng)域從業(yè)的綜合職業(yè)能力。

工程制圖、電路與信號、電子技術(shù)、單片機(jī)與嵌入系統(tǒng)、光纖通信原理、光纖通信設(shè)備、綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)、線路工程與概預(yù)算、CATV系統(tǒng)、通信光纜線路、接入網(wǎng)技術(shù)、通信電源、計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、數(shù)字通信原理、通信終端設(shè)備等。

從事光纖通信線路工程和接入網(wǎng)的設(shè)計、施工、概預(yù)算編制和工程監(jiān)理；光纖通信設(shè)備的安裝、調(diào)試和操作維護(hù)；通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計、施工、監(jiān)理等工作。

《光纖通信(第四版)》

第1章 光纖通信概述1

1.1 光通信的發(fā)展動力2

1.1.1 光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程2

1.1.2 光纖的優(yōu)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(wǎng)絡(luò)信息速率8

1.4.1 電信信號復(fù)用8

1.4.2 sonet/ sdh 復(fù)用體系10

1.5 波分復(fù)用概念10

1.6 光纖通信系統(tǒng)的關(guān)鍵組件10

1.7 光纖通信標(biāo)準(zhǔn)13

1.8 仿真與建模工具14

1.8.1 仿真工具的特征14

1.8.2 圖形編程語言14

1.8.3 學(xué)生使用的程序舉例15

第2章 光纖:結(jié)構(gòu)、導(dǎo)波原理和制造19

.2.1 光的性質(zhì)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(xué)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)31

2.3.4 射線光學(xué)描述31

2.3.5 介質(zhì)平板波導(dǎo)中的波動描述33

2.4 圓波導(dǎo)的模式理論34

2.4.1 模式概述35

2.4.2 關(guān)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(dǎo)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(dǎo)引pcf55

2.8.2 光子帶隙pcf56

2.9 光纖制造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(jìn)的化學(xué)汽相沉積法58

2.9.4 等離子體激活化學(xué)汽相沉積法59

2.9.5 光子晶體光纖制造59

2.10 光纖的機(jī)械性能59

2.11 光纜63

2.11.1 光纜結(jié)構(gòu)63

2.11.2 室內(nèi)光纜65

2.11.3 室外光纜65

2.12 光纜鋪設(shè)方法66

2.12.1 直埋式鋪設(shè)66

2.12.2 光纜牽入管道68

2.12.3 光纜氣吹鋪設(shè)68

2.12.4 架空鋪設(shè)69

2.12.5 海底鋪設(shè)69

2.12.6 行業(yè)鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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 折射率分布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(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)體物理學(xué)基礎(chǔ)116

4.1.1 能帶117

4.1.2 本征材料和非本征材料119

4.1.3 pn結(jié)120

4.1.4 直接帶隙和間接帶隙121

4.1.5 半導(dǎo)體器件的制造121

4.2 發(fā)光二極管(led)122

4.2.1 led的結(jié)構(gòu)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(diào)制130

4.3 半導(dǎo)體激光器131

4.3.1 半導(dǎo)體激光器的模式和閾值條件132

4.3.2 半導(dǎo)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(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)和輻射場型分布140

4.3.6 單模激光器144

4.3.7 半導(dǎo)體激光器的調(diào)制146

4.3.8 激光器線寬147

4.3.9 外調(diào)制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(fā)射機(jī)封裝157

第5章 光功率發(fā)射和耦合165

5.1 光源至光纖的功率發(fā)射165

5.1.1 光源的輸出分布165

5.1.2 功率耦合計算166

5.1.3 發(fā)射功率與波長的關(guān)系169

5.1.4 穩(wěn)態(tài)數(shù)值孔徑170

5.2 改善耦合的透鏡結(jié)構(gòu)170

5.2.1 非成像微球171

5.2.2 半導(dǎo)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(jī)械對準(zhǔn)誤差175

5.3.2 光纖相關(guān)損耗179

5.3.3 光纖端面制備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 光電二極管的物理原理196

6.1.1 pin光電二極管196

6.1.2 雪崩光電二極管200

6.2 光檢測器噪聲202

6.2.1 噪聲源203

6.2.2 信噪比205

6.2.3 噪聲等效功率206

6.3 檢測器響應(yīng)時間207

6.3.1 耗盡層光電流207

6.3.2 響應(yīng)時間208

6.3.3 雙異質(zhì)結(jié)光電二極管210

6.4 雪崩倍增噪聲210

6.5 ingaas apd結(jié)構(gòu)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(jī)219

7.1 接收機(jī)工作的基本原理219

7.1.1 數(shù)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(shù)字接收機(jī)性能224

7.2.1 誤碼率224

7.2.2 接收機(jī)靈敏度228

7.2.3 量子極限229

7.3 眼圖230

7.3.1 眼圖的特征230

7.3.2 ber和q因子測量232

7.4 突發(fā)模式接收機(jī)233

7.5 模擬接收機(jī)235

第8章 數(shù)字鏈路241

8.1 點到點鏈路241

8.1.1 系統(tǒng)考慮242

8.1.2 鏈路功率預(yù)算243

8.1.3 展寬時間預(yù)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 模式噪聲254

8.2.5 模分配噪聲256

8.2.6 啁啾257

8.2.7 反射噪聲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噪聲280

9.2.3 相對強(qiáng)度噪聲(rin)281

9.2.4 反射對rin 的影響282

9.2.5 極限條件283

9.3 多信道傳輸技術(shù)284

9.3.1 多信道幅度調(diào)制284

9.3.2 多信道頻率調(diào)制287

9.3.3 副載波復(fù)用289

9.4 光載射頻(rof)289

9.4.1 關(guān)鍵鏈路參數(shù)290

9.4.2 無雜散動態(tài)范圍291

9.5 光纖鏈路射頻292

9.5.1 rof 網(wǎng)絡(luò)天線基站293

9.5.2 多模光纖鏈路射頻293

9.6 微波光子學(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)耦合器309

10.2.4 星形耦合器311

10.2.5 馬赫曾德爾干涉復(fù)用器313

10.3 隔離器和環(huán)形器316

10.3.1 光隔離器316

10.3.2 光環(huán)形器317

10.4 光纖光柵濾波器318

10.4.1 光柵基礎(chǔ)318

10.4.2 光纖布拉格光柵318

10.4.3 fbg 的應(yīng)用320

10.5 介質(zhì)薄膜濾波器321

10.5.1 標(biāo)準(zhǔn)具理論322

10.5.2 tff 的應(yīng)用323

10.6 基于相位陣列的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(shù)328

10.8.2 可變光衰減器329

10.8.3 可調(diào)諧光濾波器330

10.8.4 動態(tài)增益均衡器331

10.8.5 光分插復(fù)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(diào)諧光源333

第11章 光放大器342

11.1 光放大器的基本應(yīng)用和分類342

11.1.1 一般應(yīng)用342

11.1.2 放大器的類型343

11.2 半導(dǎo)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(jī)理349

11.3.2 edfa 的結(jié)構(gòu)351

11.3.3 edfa 的功率轉(zhuǎn)換效率及增益352

11.4 放大器噪聲355

11.5 光信噪比358

11.6 系統(tǒng)應(yīng)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 多信道放大362

11.6.5 在線放大器增益控制362

11.7 拉曼放大器364

11.8 寬帶光放大器366

第12章 非線性效應(yīng)374

12.1 非線性效應(yīng)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(diào)制379

12.6 交叉相位調(diào)制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(zhuǎn)換器383

12.9.2 波混頻波長變換器384

12.10 孤子384

12.10.1 孤子脈沖385

12.10.2 孤子參數(shù)387

12.10.3 孤子寬度和間隔388

第13章 光網(wǎng)絡(luò)393

13.1 網(wǎng)絡(luò)概念393

13.1.1 網(wǎng)絡(luò)術(shù)語394

13.1.2 網(wǎng)絡(luò)分類394

13.1.3 網(wǎng)絡(luò)層次396

13.1.4 光層397

13.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?98

13.2.1 無源線形總線的性能399

13.2.2 星形結(jié)構(gòu)的性能403

13.3 sonet/ sdh404

13.3.1 傳輸格式和速率404

13.3.2 光接口405

13.3.3 sonet/ sdh 環(huán)407

13.3.4 sonet/ sdh 網(wǎng)絡(luò)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 吉比特以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)413

13.4.4 160 gbps otdm 鏈路413

13.5 光分插復(fù)用器415

13.5.1 oadm 的結(jié)構(gòu)415

13.5.2 可重構(gòu)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(fā)交換425

13.7 wdm 網(wǎng)絡(luò)實例426

13.7.1 寬帶長途wdm 網(wǎng)絡(luò)426

13.7.2 窄帶城域wdm 網(wǎng)絡(luò)428

13.8 無源光網(wǎng)絡(luò)429

13.8.1 基本的pon 架構(gòu)429

13.8.2 有源pon 模塊430

13.8.3 業(yè)務(wù)流量432

13.8.4 gpon 特性433

13.8.5 wdm pon 架構(gòu)435

13.9 dwdm 直接承載ip435

13.10 光以太網(wǎng)436

13.10.1 基本的光以太網(wǎng)方案437

13.10.2 epon/ ge鄄pon 架構(gòu)438

13.10.3 城域光以太網(wǎng)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(jiān)控453

14.1 測量標(biāo)準(zhǔn)454

14.2 基本測試設(shè)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(wǎng)(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(shù)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(qū)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(jiān)測473

14.7.1 管理構(gòu)架和功能474

14.7.2 光層管理475

14.7.3 opm 功能476

14.7.4 網(wǎng)絡(luò)維護(hù)477

14.7.5 故障管理478

14.7.6 osnr 監(jiān)視478

14.8 光纖系統(tǒng)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(diào)制幅度(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(shù)學(xué)關(guān)系式491

附錄c 貝塞爾函數(shù)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