光纤通信原理与系统 高清带书签

1 光纤通信概论 1 1.1 光纤通信的发展史 1 1.2 光纤通信系统 3 2 光纤 6 2.1 概述 6 2.2 光线在光纤中的传输 9 2.2.1 阶跃光纤中的光线分析 9 2.2.2 梯度光纤中的光线分析 10 2.2.3 平面光波导 13 2.3 光纤的波动理论 17 2.3.1 波动方程 17 2.3.2 归一化变植 18 2.3.3 贝塞尔方程的场解 19 2.3.4 特征方程 21 2.3.5 线偏振校及其特性 22 2.3.6 传播常数卢与归一化频率V 的关系 24 2.3.7 光纤中的功率流 25 2.3.8 单模光纤 26 2.4 光纤的损耗特性 29 2.4.1 材料的吸收损耗 30 2.4.2 光纤的散射损耗 31 2.4.3 辐射损耗 31 2.5 光纤的色散特性及带宽 32 2.5.1 群时延和时延差 33 2.5.2 材料色散和波导色散 33 2.5.3 高斯脉冲在单橾光纤中的传播 38 2.5.4 偏振栈色散 40 2.5.5 模间色散 41 2.5.6 光纤的传输带宽 41 2.6 单模光纤中的非线性效应 43 2.6.1 媒质中的仆线性效应 43 2.6.2 光纤中的受激散射效应 44 2.6.3 非线性折射率调制效应 46 2.6.4 光脉冲在光纤中的传输方程 47 2.7 光纤光栅 48 2.7.1 基本工作原理 48 2.7.2 耦合模理论及布拉格光栅的滤波特性 50 2.7.3 嘱啾光纤光栅 53 2.7.4 长周期光纤光栅 54 2.7.5 抽样光栅 55 2.7.6 光纤光栅在光纤通信中的应用 55 2.8 无源光器件 57 2.8.1 光纤的连接与光纤连接器 58 2.8.2 光纤分路器及耦合器 58 2.8.3 GR1N 透镜连接器 60 2.8.4 光隔离器与光环行器 60 2.8.5 光开关 61 2.9 聚合物光纤与光子晶体光纤简介 64 2.9.1 聚合物光纤 64 2.9.2 光子晶体光纤 65 习题 68 3 光源与光发送机 70 3.1 半导体中的光发射 71 3.1.1 光的吸收与发射 71 3.1.2 半导体的光发射 74 3.2 发光二极管 78 3.2.1 发光二极管的结构 78 3.2.2 发光二极管的主要特性 80 3.3 半导体激光器的工作原理与结构 83 3.3.1 半导体激光器的工作原理 83 3.3.2 半导体激光器的结构 87 3.4 半导体激光器的工作特性 93 3.4.1 P-1 特性 93 3.4.2 模式特性与线宽 96 3.4.3 调制特性 97 3.4.4 波长调谐特性 102 3.4.5 噪声特性 103 3.4.6 半导体激光器的安全使用 105 3.5 光发送机 105 3.5.1 光载波的调制 106 3.5.2 发光二极管驱动电路 106 3.5.3 激光二极管驱动电路 108 3.5.6 光源与光纤的耦合 110 3.5.7 光源的外调制技术 112 习题 114 4 光检测器与光接收机 116 4.1 概述 116 4.2 光检测器 117 4.2.1 光检测器的工作原理 117 4.2.2 光检测器的主要工作持性 122 4.3 光接收机的噪声 125 4.3.1 光接收机中的噪声源 125 4.3.2 接收机等效电路及放大器电路噪声 127 4.3.3 光检测器的噪声 128 4.3.4 背景噪声 131 4.4 模拟接收机的噪声及信噪比 132 4.4.1 均方信号电流 132 4.4.2 光检测器噪声 132 4.4.3 信噪比及接收灵敏度 133 4.5 数字接收机的噪声分析 135 4.5.1 概述 135 4.5.2 数字接收机的分析模型 136 4.5.3 信号分析 137 4.5.4 放大器电路噪卢 138 4.5.5 光检测器噪声 138 4.5.6 输入输出脉冲形状及/1 /2 /3~1 值 140 4.6 光接收机前置放大器 145 4.6.l 高阻抗前置放大器 146 4.6.2 互阻抗放大器 152 4.6.3 动态范围 154 4.7 数字接收机的误码率和接收灵敏度 156 4.7.1 数字接收机的误码率 156 4.7.2 数字接收机的接收灵敏度 159 4.7.3 数字接收机的灵敏度极限一量子极限 163 4.8 数字接收机中的定时提取与判决再生 164 4.8.1 定时提取 164 4.8.2 判决再生 165 习题 166 5 光放大器 168 5.1 光放大器简介及其一般特性 168 5.1.1 半导体光放大器(SOA) 168 5.1.2 掺饵光纤放大器(EDFA) 170 5.1.3 光纤喇曼放大器(1BA) 170 5.1.4 光放大器一般工作特性 170 5.1.5