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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5

1.3.1　光纤6

1.3.2　光源和光发送机8

1.3.3　光检测器和光接收机9

1.3.4　空间光通信系统中的光学系统11

1.3.5　光电集成和光集成技术11

1.4　光通信技术发展展望12

小结13

思考题与习题13

第2章　光纤传输原理14

2.1　电磁场理论基础14

2.1.1　电磁场基本方程14

2.1.2　电磁场边界条件15

2.1.3　波动方程和亥姆霍兹方程17

2.1.4　均匀平面电磁波18

2.1.5　平面电磁波的偏振状态19

2.1.6　平面波的反射和折射19

2.2　电磁波理论的短波长极限——几何光学理论21

2.2.1　几何光学的基本方程——Eikonal方程21

2.2.2 光线传播的路径方程22

2.3　光纤中光信号传输的几何光学解释24

2.3.1　阶跃光纤中光线的传播24

2.3.2　梯度光纤中光线的传播28

2.4　阶跃光纤中的矢量模31

2.4.1　光纤波导中的电磁场方程32

2.4.2　阶跃光纤中的电磁场解33

2.4.3　传播模式分类37

2.4.4　模式的截止参数和单模传输条件38

2.4.5　传播模的色散曲线41

2.4.6　导波模的场形图42

2.5.1　线偏振模场解43

2.5　阶跃光纤中的LP模43

2.5.2　线偏振模的特征方程及截止参数44

2.5.3　LPmn模与矢量模之间的对应关系45

2.5.4　LPmn模的场分布及功率分布46

2.6　传播模式的一般特性48

2.6.1　传播模式数量48

2.6.2　理想波导中模式的正交性和完备性49

2.6.3　非理想波导中模式的耦合49

2.7　单模光纤50

2.7.1　单模条件和截止波长51

2.7.2　工作模特性51

2.7.3　单模光纤的双折射53

小结57

思考题与习题57

第3章　光纤的传输特性60

3.1　光纤的损耗60

3.1.1　石英玻璃光纤的损耗61

3.1.3　弯曲损耗63

3.1.2　其他类型光纤的损耗63

3.1.4　损耗测量64

3.2　光纤的色散65

3.2.1　色散机理65

3.2.2　材料色散68

3.2.3　波导色散71

3.2.4　模式色散73

3.3　单模光纤的色散及单模光纤的分类74

3.3.1　色散系数74

3.3.2　单模光纤分类75

3.3.3　偏振模色散78

3.4　色散对通信的影响及对策79

3.4.1　色散对通信容量的限制79

3.4.2　色散补偿81

3.5　单模光纤的非线性特性85

3.5.1　光纤的非线性折射率85

3.5.2　自相位调制86

3.5.3　四波混频88

3.5.4　受激拉曼散射90

3.5.5　受激布里渊散射93

小结94

思考题与习题94

第4章　光通信器件97

4.1　物质与光之间的互作用97

4.1.1　光的波粒二象性97

4.1.2　原子的能级和半导体的能带97

4.1.3　物质与光的互作用98

4.2　半导体发光二极管100

4.2.1　半导体PN结的能带结构100

4.2.2　发光二极管的结构102

4.2.3　发光二极管的工作特性104

4.3　半导体激光器107

4.3.1　半导体激光器的基本结构及阈值条件107

4.3.2　半导体激光器的选频单元——F-P型光学谐振腔108

4.3.3　半导体激光器的工作特性112

4.3.4　窄线宽激光器117

4.4.1　半导体激光放大器118

4.4　光放大器118

4.4.2　掺铒光纤放大器120

4.4.3　拉曼光纤放大器123

4.5　光检测器124

4.5.1　光检测器的工作原理及特性125

4.5.2　PIN型光检测器127

4.5.3　雪崩光电二极管128

4.6.1　光纤连接器130

4.6　光纤连接器及定向耦合器130

4.6.2　定向耦合器132

4.7　波分复用、解复用器135

4.7.1　光波分复用、解复用器的性能参数135

4.7.2　复用、解复用器的原理和结构136

4.8　光调制器139

4.8.1　电光调制器139

4.9.1　光滤波器140

4.8.2　电吸收调制器140

4.9　光滤波器、光开关和光隔离器140

4.9.2　光开关142

4.9.3　光隔离器143

小结143

思考题与习题144

第5章　光纤通信系统146

5.1　光发送机146

5.1.1　光发送机的基本组成及指标146

5.1.2　光源的调制147

5.1.3　模拟光发送机与数字光发送机的驱动电路149

5.2　光接收机154

5.2.1　光接收机的构成及其主要性能指标154

5.2.2　前置放大器155

5.2.3　光接收机的噪声157

5.2.4　光接收机的信噪比160

5.2.5　数字光接收机的灵敏度162

5.3　系统设计165

5.3.1　数字光纤通信系统构成166

5.3.2　数字系统的设计168

5.3.3　模拟系统的设计171

5.4　PDH光通信系统175

5.4.1　PDH的帧结构175

5.4.2　PDH的信号速率等级176

5.4.3　PDH的复用技术178

5.4.4　PDH的码速调整179

5.4.5　PDH光纤通信系统的组成180

5.4.6　PDH的缺点181

5.5　SDH光通信系统182

5.5.1　SONET和SDH的起源182

5.5.2　SDH的复用183

5.5.3　SONET/SDH帧结构185

5.5.4　我国采用的复用结构190

5.5.5　SDH设备190

5.6.1　波分复用系统的基本原理191

5.6　波分复用系统191

5.6.2　SDH与WDM的关系195

5.6.3　WDM的关键技术196

5.7　相干光通信系统198

5.7.1　相干通信技术的基本原理199

5.7.2　相干系统的光调制200

5.7.3　相干解调201

5.7.4　相干光系统的关键技术204

5.8　光孤子通信系统205

5.8.1　光纤孤子及其特性205

5.8.2　光纤损耗与能量补偿206

5.8.3　光孤子通信系统的基本组成209

小结210

思考题与习题211

第6章　光网络212

6.1　SDH传送网络213

6.1.1　SDH传送网分层模型213

6.1.2　SDH传送网物理拓扑结构215

6.1.3　SDH传送网的保护方法216

6.1.4　SDH的网络结构224

6.2　WDM光传送网225

6.2.1　光传送网络模型225

6.2.2　光传送网的分层结构（G.872）227

6.2.3　光传送网的层间适配229

6.2.4　WDM光传送网的波长路由机制231

6.2.5　WDM光传送网的节点功能和结构232

6.3　光分组交换网络238

6.3.1　光分组交换的概念、特点及应用238

6.3.2　光分组交换网络结构的协议参考模型241

6.3.3　光分组的格式243

6.3.4　光分组交换网节点的结构与分类244

6.4　智能光网络251

6.4.1　智能光网络的基本概念251

6.4.2　ASON网络体系结构253

6.4.3　ASON控制平面结构259

6.4.4　ASON控制平面协议和功能模块的实现262

6.4.5　ASON的管理平面技术267

6.4.6　ASON的传送平面技术268

6.4.7　ASON的发展展望273

6.5　光突发交换网络273

6.5.1　光突发交换的基本概念274

6.5.2　光突发交换系统结构和网络模型275

6.5.3　光突发交换网的节点结构和关键技术278

6.6　光接入网284

6.6.1　光接入网概述285

6.6.2　基于ATM的无源光网络APON289

6.6.3　基于以太网的无源光网络EPON295

6.6.4 基于GSR（gigabit servicc requirements）的无源光网络GPON300

小结306

思考题与习题307

7.1.1　大气激光通信的研究进展309

7.1　概述309

第7章 大气激光通信309

7.1.2　大气激光通信的应用优势311

7.1.3　大气激光通信面临的主要问题311

7.2　激光在大气信道中的传播特性312

7.2.1　大气的特点312

7.2.2　大气对激光束传播的影响312

7.2.3　大气信道模型315

7.3　用于大气激光通信的关键器件和技术319

7.3.1　半导体光源320

7.3.2　半导体光源的光学准直327

7.3.3　窄带光学滤波器329

7.3.4　光学天线331

7.3.5　自适应光学（AO）技术336

7.3.6　Turbo码技术340

7.4　调制方式343

7.4.1　单脉冲脉位调制343

7.4.2　差分脉位调制344

7.4.3　多脉冲PPM调制345

7.4.4　解调及比较346

7.5　大气激光通信系统346

7.5.1　系统框图347

7.5.2　系统各单元功能348

7.5.3　大气激光通信中其他问题的考虑351

7.5.4　大气激光通信端设备实例352

7.6　大气激光通信的应用356

7.6.1　应用场合356

7.6.2　组网应用357

小结358

思考题与习题358

第8章　星间激光通信360

8.1　概述360

8.1.1　卫星通信系统简介360

8.1.2　星间激光通信的提出及其优势361

8.1.3　星间激光通信的发展现状361

8.1.4　星间激光通信系统构成364

8.2　星间激光链路的种类365

8.2.1　GEO-LEO激光链路365

8.2.2　GEO-GEO激光链路366

8.2.3　LEO-LEO激光链路366

8.2.4　星地激光链路367

8.3　光学天线367

8.3.1　自由空间损耗367

8.3.3　星间激光通信中的光学天线368

8.3.2　光学天线增益368

8.3.4　卡塞格伦式光学天线分析370

8.4 PAT子系统373

8.4.1　光束发散角373

8.4.2　瞄准误差与天线增益的关系374

8.4.3　星间激光通信中的PAT子系统375

8.4.4　PAT中的误差检测器件377

8.4.5　PAT中的光束方向调整装置380

8.4.6　PAT子系统的工作原理381

8.4.7　PAT子系统的性能参数385

8.4.8　一种典型的PAT子系统结构387

8.5　通信子系统389

8.5.1　通信子系统构成389

8.5.2　IM/DD系统性能分析390

8.5.3　相干光通信系统性能分析392

8.5.4　卫星振动对系统性能的影响393

8.6 多普勒效应的影响396

8.6.1　光波的多普勒频移396

8.6.2　星间激光链路的多普勒频移分析397

8.6.3　对系统的影响及对策399

8.7　两种星间激光通信系统简介402

8.7.1　SILEX402

8.7.2　ETS-VI/LCE405

小结409

思考题与习题409

9.1.1　水下光通信的提出411

9.1　概述411

第9章 水下激光通信411

9.1.2　对潜激光通信的研究进展412

9.2　海水信道412

9.2.1　海水的透射光谱特性412

9.2.2　海水对激光束传播的影响413

9.2.3　海水信道特性414

9.3　光源技术417

9.3.1　对光源的基本要求417

9.3.2　固体蓝光激光器418

9.4　对潜蓝绿激光通信系统425

9.4.1　几种对潜激光通信方案425

9.4.2　陆基系统425

9.4.3　天基系统426

9.4.4　空基系统426

小结426

思考题与习题427

参考文献428