本书系统讲述了光通信的基本原理和关键技术，包括光纤通信和无线光通信两部分内容。第l章是对光通信系统的构成及所涉及的关键技术的概要介绍，第2～3章介绍光纤及无源光器件的原理和特性，第4～5章介绍光发送机和光接收机的重要器件和构成，第6～7章则讲述了光纤通信系统和光网络的相关知识，第8～10章讲述无线光通信，包括大气激光通信、星间光通信和水下激光通信中的关键技术及系统构成。每章后附有小结、思考题与习题。
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第二版前言
第一版序
第一版前言
第1章 绪论 1
1.1 光通信发展的技术背景 1
1.2 现代光通信技术的产生和发展 2
1.3 光通信系统的构成及其关键技术 4
1.3.1 光纤 5
1.3.2 光源和光发送机 7
1.3.3 光检测器和光接收机 8
1.3.4 空间光通信系统中的光学系统 9
1.3.5 光电集成和光集成技术 9
1.4 光通信技术发展展望 10
小结 11
思考题与习题 11
第2章 光纤传输原理与传输特性 12
2.1 光纤概述 12
2.1.1 光纤的结构 12
2.1.2 光纤的分类 12
2.2 光纤传输的几何光学分析方法 13
2.2.1 光线在不同媒质分界面上的反射和折射 14
2.2.2 阶跃光纤中光线的传播 14
2.2.3 梯度光纤中光线的传播 17
2.3 阶跃光纤的模式理论 19
2.3.1 光纤波导中的电磁场方程 19
2.3.2 阶跃光纤中的电磁场解 20
2.3.3 传播模武分类 22
2.3.4 模式的截止参数和单模传输条件 23
2.3.5 传播模的色散曲线 26
2.3.6 导波模的场形图 26
2.3.7 LP模 28
2.3.8 传播模式的一般特性 30
2.4 单模光纤 32
2.4.1 单模条件和截止波长 32
2.4.2 工作模特性 33
2.4.3 单模光纤的双折射 34
2.5 光纤的损耗 37
2.5.1 损耗的概念及义表述 37
2.5.2 石英光纤的损耗 37
2.5.3 其他类型光纤的损耗 39
2.5.4 弯曲损耗 40
2.5.5 损耗测量 40
2.6 光纤的色散 41
2.6.1 色散的概念 41
2.6.2 材料色散 43
2.6.3 波导色散 46
2.6.4 模式色散 47
2.6.5 单模光纤色散 48
2.6.6 色散对通信容量的影响 52
2.6.7 色散补偿 54
2.7 光纤的非线性特性 57
2.7.1 光纤的非线性折射率 57
2.7.2 自相位调制 58
2.7.3 四波混频 59
2.7.4 受激拉曼散射 61
2.7.5 受激布里渊散射 63
2.8 光纤的制造和光缆 64
2.8.1 预制棒的制备 64
2.8.2 光纤的拉制 65
2.8.3 光缆 67
小结 68
思考题与习题 68
第3章 无源光器件 71
3.1 光纤连接器及定向耦合器 71
3.1.1 光纤连接器 71
3.1.2 定向耦合器 74
3.2 波分复用及解复用器 76
3.2.1 光波分复用及解复用器的性能参数 76
3.2.2 复用及解复用器的原理和结构 77
3.3 光调制器与光开关 79
3.3.1 电光调制器 79
3.3.2 电吸收调制器 80
3.3.3 声光调制器 80
3.3.4 光开关 81
3.4 光隔离器和光环行器 81
3.5 光纤布拉格光栅 82
3.5.1 光纤布拉格光栅的光学特性 83
3.5.2 光纤布拉格光栅滤波器 84
3.5.3 光纤布拉格光栅色散补偿器 86
3.5.4 光码分复用编解码器 87
小结 88
思考题与习题 88
第4章 光源与光发送机 89
4.1 物质与光之间的互作用 89
4.1.1 光的波粒二象性 89
4.1.2 原子的能级和半导体的能带 89
4.1.3 物质与光的互作用 90
4.2 半导体发光二极管 91
4.2.1 半导体PN结的能带结构 92
4.2.2 发光二极管的结构 93
4.2.3 发光二极管的工作特性 94
4.3 半导体激光器 97
4.3.1 半导体激光器的基本结构及阈值条件 97
4.3.2 半导体激光器的选频单元——F-P型光学谐振腔 98
4.3.3 半导体激光器的工作特性 101
4.3.4 窄线宽激光器 105
4.4 光放大器 106
4.4.1 半导体北放大器 106
4.4.2 掺铒光纤放大器 107
4.4.3 拉曼光纤放大器 110
4.5 光发送机的基本组成及指标 111
4.5.1 光源的调制 112
4.5.2 模拟光发送机与数字光发送机的结构 113
小结 118
思考题与习题 118
第5章 光检测器与光接收机 120
5.1 光检测器 120
5.1.1 光检测器的下作原理及特性 120
5.1.2 PIN型光检测器 122
5.1.3 雪崩光电二极管 122
5.2 光接收机 124
5.2.1 光接收机的构成及其主要性能指标 124
5.2.2 前置放大器 126
5.2.3 光接收机的噪声 127
5.2.4 光接收机的信噪比 129
5.2.5 数字光接收机的灵敏度 131
小结 133
思考题与习题 134
第6章 光纤通信系统 135
6.1 模拟光纤通信系统 135
6.1.1 模拟调制方式 135
6.1.2 模拟系统的主要性能指标 137
6.1.3 模拟系统设计举例 137
6.2 数字光纤通信系统的基本概念 140
6.2.1 数字光纤通信系统的构成 141
6.2.2 数字光纤通信系统的性能指标 142
6.2.3 数模转换-脉冲编码凋制 142
6.2.4 数字传输体制 143
6.3 准同步数字系列 143
6.3.1 PDH的帧结构 144
6.3.2 PDH的速率等级 145
6.3.3 PDH的复用技术 146
6.3.4 PDH的码速调整 147
6.3.5 PDH光纤传输系统的组成 148
6.3.6 PDH的缺点 149
6.4 同步数字系列 150
6.4.1 SONET和 SDH的起源 150
6.4.2 SDH的复用 151
6.4.3 SONET/SDH帧结构 152
6.4.4 我国采用的复用结构 156
6.4.5 SDH设备 157
6.5 线路编码 157
6.5.1 分组码 158
6.5.2 扰码 158
6.5.3 前向纠错编码 159
6.6 数字光链路设计 159
6.6.1 链路的功率预算 159
6.6.2 色散系统的上升时间预算 160
6.7 波分复用系统 162
6.7.1 波分复用系统的基本概念 162
6.7.2 SDH与WDM的关系 165
6.7.3 WDM的关键技术及其面对的主要问题 166
6.8 相干光通信系统 167
6.8.1 相干光通信的基本原理 168
6.8.2 相干系统的光调制 169
6.8.3 相干检测 170
6.8.4 相干光系统的关键技术 172
6.9 光孤子通信系统 173
6.9.1 光纤孤子及其特性 173
6.9.2 光纤损耗与能量补偿 175
6.9.3 光孤子通信系统的基本组成 177
小结 178
思考题与习题 178
第7章 光网络 180
7.1 光网络的基本概念及构成 180
7.1.1 光网络的基本概念 180
7.1.2 光网络的基本构成 182
7.2 SDH传送网 183
7.2.1 SDH传送网分层模型 183
7.2.2 SDH传送网物理拓扑结构 185
7.2.3 SDH传送网的保护方法 186
7.2.4 SDH的网络结构 192
7.3 光传送网 193
7.3.1 光传送网的分层结构 194
7.3.2 光传送网的接口结构 196
7.3.3 光传送网设备 201
7.4 智能光网络 209
7.4.1 智能光网络的基本概念 209
7.4.2 ASON网络体系结构 210
7.4.3 ASON的传送平面技术 215
7.5 光突发交换网络 217
7.5.1 光突发交换的基本概念 218
7.5.2 光突发交换系统结构和网络模型 219
7.5.3 光突发交换网的节点结构和关键技术 221
7.6 光分组交换网络 225
7.6.1 光分组交换的概念、特点及应用 226
7.6.2 光分组交换网结构的协议参考模型 228
7.6.3 光分组的格式 229
7.6.4 光分组交换网节点的基本结构 230
7.7 光接入网 231
7.7.1 光接入网概述 231
7.7.2 基于以太网的无源光网络 234
7.7.3 GPON 237 小结 239
思考题与习题 239
第8章 大气激光通信 241
8.1 概述 241
8.1.1 大气激光通信的研究进展 241
8.1.2 大气激光通信的应用优势 243
8.1.3 大气激光通信向临的主要问题 243
8.2 激光在大气信道中的传播特性 244
8.2.1 大气的特点 244
8.2.2 大气对激光束传播的影响 244
8.2.3 大气信道模型 248
8.3 用于大气激光通信的关键器件和技术 253
8.3.1 半导体光源 253
8.3.2 光检测器 259
8.3.3 半导体光源的光学准直 260
8.3.4 窄带光学滤波器 262
8.3.5 光学天线 263
8.3.6 自适应光学技术* 268
8.3.7 Turbo码技术 270
8.4 调制方式 273
8.4.1 单脉冲脉位调制 273
8.4.2 差分脉位调制 274
8.4.3 多脉冲PPM调制 275
8.4.4 解调及比较 275
8.5 大气激光通信系统 276
8.5.1 系统框图 277
8.5.2 系统各单元功能 277
8.5.3 大气激光通信中其他问题的考虑 279
8.5.4 大气激光通信端设备实例 281
8.6 大气激光通信的应用 284
8.6.1 应用场合 284
8.6.2 组网应用 285
小结 286
思考题与习题 286
第9章 星间激光通信 288
9.1 概述 288
9.1.1 卫星通信系统简介 288
9.1.2 星间激光通信的提出及其优势 289
9.1.3 星间激光通信的发展现状 289
9.1.4 星间激光通信系统构成 291
9.2 星间激光链路的种类 292
9.2.1 GEO-LEO激光链路 292
9.2.2 GEO-GEO激光链路 293
9.2.3 LEO-LEO激光链路 293
9.2.4 星地激光链路 293
9.3 光学天线 294
9.3.1 自由空间损耗 294
9.3.2 光学天线增益 294
9.3.3 星间激光通信中的光学天线 295
9.3.4 卡塞格伦式光学天线分析 296
9.4 PAT子系统 299
9.4.1 光束发散角 299
9.4.2 瞄准误差与天线增益的关系 300
9.4.3 星间激光通信中的PAT子系统 300
9.4.4 PAT中的误差检测器件 302
9.4.5 PAT中的光束方向调整装置 305
9.4.6 PAT子系统的下作原理 306
9.4.7 PAT子系统的性能参数 309
9.4.8 跟踪残差与等效光功率损耗 310
9.4.9 跟踪残差与发送天线的优化 313
9.4.10 一种典型的PAT子系统结构 314
9.5 通信子系统 315
9.5.1 通信子系统构成 315
9.5.2 IM/DD系统性能分析 316
9.5.3 相干光通信系统性能分析 319
9.6 卫星光通信中的“短时可用性”性能评估方法 320
9.6.1 误码率评估方法存在的局限 320
9.6.2 基于“短时可用性”的系统性能评估方法 320
9.6.3 系统“短时可用性”的估汁 322
9.6.4 短时可用性评价结论和BER评价结论之间的对比 329
9.7 多普勒效应的影响 329
9.7.1 光波的多普勒频移 329
9.7.2 星间激光链路的多普勒频移分析 330
9.7.3 对系统的影响及对策 332
9.8 两种星间激光通信系统简介 334
9.8.1 SILEX 334
9.8.2 ETS-VI/LCE 337
小结 340
思考题与习题 340
第10章 水下激光通信 341
10.1 概述 341
10.1.1 水下光通信的提出 341
10.1.2 对潜激光通信的研究进展 341
10.2 海水信道 342
10.2.1 海水的透射光谱特性 342
10.2.2 海水对激光束传播的影响 342
10.2.3 海水信道特性 344
10.3 光源技术 346
10.3.1 对光源的基本要求 346
10.3.2 同体蓝光激光器 347
10.4 对潜蓝绿激光通信系统 352
10.4.1 三种对潜激光通信方案 352
10.4.2 陆基系统 353
10.4.3 天基系统 353
10.4.4 空基系统 353
小结 354
思考题与习题 354
参考文献 355
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