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内容简介

本书系统地介绍了光纤通信的各方面知识。全书共14章，内容涵盖光纤传输原理和传输特性，半导体光源和光检测器的工作原理与工作特性，数字光纤通信系统和模拟光纤通信系统，光放大器的工作原理和性能，WDM系统原理与器件，光网络与光交换，光纤通信系统的性能测量及管理。与前一版相比， 新增了高级光调制格式、100 Gbps和400 Gbps链路、光纤的非线性效应、光子晶体光纤、高速通信中的前向纠错、光载射频（ROF）及光缆铺设等新内容。

作者简介

Gerd Keiser 国立台湾科技大学电子工程系科学顾问委员会客座教授。他的教学科研兴趣包括光子器件研发、光传输系统、光纤到驻地网络、智能建筑和智能家庭网络以及生物医学光子学。此外，他还是光子通信联盟的发起人和首席顾问。他曾在Honeywell，GTE和通用动力等公司任职，从事光网络和数字交换技术的开发与应用。他在GTE的技术成就赢得了Leslie Award奖。他还担任过美国东北大学、塔夫茨大学和波士顿大学的兼职教授。Keiser博士是IEEE会士、OSA和SPIE会员、Optical Fiber Technology 杂志副主编、4本研究生教材的作者。

蒲涛，中国人民解放军理工大学通信工程学院光电技术教研中心教授，研究方向：光纤通信，光纤传感，光纤光栅，光码分多址通信，微波光子学。

目录

第1章 光纤通信概述
1．1 光通信的发展动力
1．1．1 光网络的发展历程
1．1．2 光纤的优点
1．2 光频谱带
1．2．1 电磁能量
1．2．2 工作窗口和光频带
1．3 分贝单位
1．4 网络信息速率
1．4．1 电信信号复用
1．4．2 SONET/SDH复用体系
1．5 光信道复用
1．5．1 WDM概述
1．5．2 偏振复用
1．5．3 模分复用
1．5．4 多芯光纤
1．6 光纤通信系统的关键组件
1．7 光通信网络的演进
1．8 光纤通信标准
1．9 仿真与建模工具
1．9．1 仿真工具的特征
1．9．2 图形编程语言
1．9．3 学生使用的程序举例
1．10 总结
习题
习题解答（选）
参考文献
第2章 光纤：结构、 导波原理和
制造
2．1 光的性质
2．1．1 线偏振
2．1．2 椭圆偏振和圆偏振
2．1．3 光的量子特性
2．2 基本的光学定律和定义
2．2．1 折射率
2．2．2 反射和折射
2．2．3 光的偏振分量
2．2．4 偏振敏感材料
2．3 光纤模式和结构
2．3．1 光纤分类
2．3．2 光纤结构的变化
2．3．3 光射线和模式
2．3．4 阶跃折射率光纤结构
2．3．5 射线光学描述
2．3．6 介质平板波导中的波动
描述
2．4 圆波导的模式理论
2．4．1 模式概述
2．4．2 关键的模式概念的归纳
2．4．3 麦克斯韦方程组*
2．4．4 波导方程式*
2．4．5 阶跃折射率光纤中的波动
方程*
2．4．6 模式方程*
2．4．7 阶跃折射率光纤中的
模式*
2．4．8 线偏振模*
2．4．9 阶跃折射率光纤中的
光功率流*
2．5 单模光纤
2．5．1 结构
2．5．2 模场直径
2．5．3 单模光纤中的传播模
2．5．4 有效折射率
2．6 梯度折射率光纤的结构
2．6．1 纤芯折射率结构
2．6．2 梯度折射率光纤的数值
孔径
2．6．3 梯度折射率光纤的截止
条件
2．7 光纤材料
2．7．1 玻璃光纤
2．7．2 有源玻璃光纤
2．7．3 塑料光纤
2．8 光子晶体光纤(PCF)
2．8．1 折射率导引PCF
2．8．2 光子带隙PCF
2．9 光纤制造
2．9．1 外部汽相氧化法
2．9．2 汽相轴向沉积法
2．9．3 改进的化学汽相沉积法
2．9．4 等离子体激活化学汽相
沉积法
2．9．5 光子晶体光纤制造
2．10 光缆
2．10．1 光缆结构
2．10．2 室内光缆
2．10．3 室外光缆
2．11 光缆铺设方法
2．11．1 直埋式铺设
2．11．2 光缆牵入管道
2．11．3 光缆气吹铺设
2．11．4 架空铺设
2．11．5 海底铺设
2．11．6 行业铺设标准
2．12 总结
习题
习题解答（选）
参考文献
第3章 衰减和色散
3．1 衰减
3．1．1 衰减单位
3．1．2 吸收损耗
3．1．3 散射损耗
3．1．4 弯曲损耗
3．1．5 纤芯和包层的损耗
3．2 光纤中的信号畸变
3．2．1 色散概述
3．2．2 模式时延
3．2．3 色散起因
3．2．4 群时延
3．2．5 材料色散
3．2．6 波导色散
3．2．7 单模光纤中的色散
3．2．8 偏振模色散
3．3 单模光纤性能
3．3．1 折射率分布
3．3．2 截止波长
3．3．3 色散计算
3．3．4 模场直径
3．3．5 弯曲损耗
3．4 国际标准
3．4．1 G．651．1建议
3．4．2 G．652建议
3．4．3 G．653建议
3．4．4 G．654建议
3．4．5 G．655建议
3．4．6 G．656建议
3．4．7 G．657建议
3．5 特种光纤
3．6 多芯光纤
3．7 总结
习题
习题解答（选）
参考文献
第4章 光源
4．1 半导体物理学基础
4．1．1 能带
4．1．2 本征材料和非本征材料
4．1．3 pn结
4．1．4 直接带隙和间接带隙
4．1．5 半导体器件的制造
4．2 发光二极管（LED）
4．2．1 LED的结构
4．2．2 光源材料
4．2．3 量子效率和LED的功率
4．2．4 LED的调制
4．3 半导体激光器
4．3．1 半导体激光器的模式和
阈值条件
4．3．2 半导体激光器的速率
方程
4．3．3 外量子效率
4．3．4 谐振频率
4．3．5 半导体激光器结构和辐射
场型分布
4．3．6 单模激光器
4．3．7 半导体激光器的调制
4．3．8 激光器线宽
4．3．9 外调制
4．3．10 温度特性
4．4 光源的线性特性
4．5 发射机封装
4．6 总结
习题
习题解答（选）
参考文献
第5章 光功率发射和耦合
5．1 光源至光纤的功率发射
5．1．1 光源的输出分布
5．1．2 功率耦合计算
5．1．3 发射功率与波长的关系
5．1．4 稳态数值孔径
5．2 改善耦合的透镜结构
5．2．1 非成像微球
5．2．2 半导体激光器与光纤的
耦合
5．3 光纤与光纤的连接
5．3．1 机械对准误差
5．3．2 光纤相关损耗
5．3．3 光纤端面制备
5．4 LED与单模光纤的耦合
5．5 光纤接头
5．5．1 连接方法
5．5．2 单模光纤的连接
5．6 光纤连接器
5．6．1 连接器的类型
5．6．2 单模光纤连接器
5．6．3 连接器回波衰减
5．7 总结
习题
习题解答（选）
参考文献
第6章 光检测器
6．1 光电二极管的物理原理
6．1．1 pin光电二极管
6．1．2 雪崩光电二极管
6．2 光检测器噪声
6．2．1 噪声源
6．2．2 信噪比
6．2．3 噪声等效功率
6．3 检测器响应时间
6．3．1 耗尽层光电流
6．3．2 响应时间
6．3．3 双异质结光电二极管
6．4 雪崩倍增噪声
6．5 InGaAs APD结构
6．6 温度对雪崩增益的影响
6．7 光检测器比较
6．8 总结
习题
习题解答（选）
参考文献
第7章 光接收机
7．1 接收机工作的基本原理
7．1．1 数字信号传输
7．1．2 误码源
7．1．3 前置放大器
7．2 数字接收机性能
7．2．1 误码率
7．2．2 接收机灵敏度
7．2．3 量子极限
7．3 眼图
7．3．1 眼图的特征
7．3．2 BER和Q因子测量
7．4 突发模式接收机
7．5 模拟接收机
7．6 总结
习题
习题解答（选）
参考文献
第8章 数字链路
8．1 点到点链路
8．1．1 传输信号格式
8．1．2 系统考虑
8．1．3 链路功率预算
8．1．4 展宽时间预算
8．1．5 短波长带
8．1．6 单模光纤链路的损耗限制
距离
8．2 功率代价
8．2．1 色度色散代价
8．2．2 偏振模色散代价
8．2．3 消光比代价
8．2．4 模式噪声
8．2．5 模分配噪声
8．2．6 啁啾
8．2．7 反射噪声
8．3 差错控制
8．3．1 误码检测概念
8．3．2 线性检错码
8．3．3 多项式码
8．3．4 前向纠错
8．4 相干检测
8．4．1 基本概念
8．4．2 零差检测
8．4．3 外差检测
8．4．4 误码率比较
8．5 高级光调制格式
8．5．1 频谱效率
8．5．2 相移键控和IQ调制
8．5．3 差分正交相移键控
（DQPSK）
8．5．4 正交幅度调制（QAM）
8．6 总结
习题
习题解答（选）
参考文献
第9章 模拟链路
9．1 模拟链路概述
9．2 载噪比
9．2．1 载波功率
9．2．2 光检测器和前置放大器的
噪声
9．2．3 相对强度噪声（RIN)
9．2．4 反射对RIN的影响
9．2．5 极限条件
9．3 多信道传输技术
9．3．1 多信道幅度调制
9．3．2 多信道频率调制
9．3．3 副载波复用
9．4 光载射频（ROF）
9．4．1 关键链路参数
9．4．2 无杂散动态范围
9．5 光载链路射频
9．5．1 ROF网络天线基站
9．5．2 多模光纤链路射频
9．6 微波光子学
9．7 总结
习题
习题解答（选）
参考文献
第10章 WDM概念和光器件
10．1 WDM概述
10．1．1 WDM的工作原理
10．1．2 WDM标准
10．2 无源光耦合器
10．2．1 2×2光纤耦合器
10．2．2 散射矩阵表示法
10．2．3 2×2波导耦合器
10．2．4 星形耦合器
10．2．5 马赫曾德尔干涉
复用器
10．3 隔离器和环形器
10．3．1 光隔离器
10．3．2 光环形器
10．4 光纤光栅滤波器
10．4．1 光栅基础
10．4．2 光纤布拉格光栅
10．4．3 FBG的应用
10．5 介质薄膜滤波器
10．5．1 标准具理论
10．5．2 TFF的应用
10．6 基于相位阵列的WDM
器件
10．7 衍射光栅
10．8 有源光器件
10．8．1 MEMS技术
10．8．2 可变光衰减器
10．8．3 可调谐光滤波器
10．8．4 动态增益均衡器
10．8．5 光分插复用器
10．8．6 偏振控制器
10．8．7 色度色散补偿器
10．9 可调谐光源
10．10 总结
习题
习题解答（选）
参考文献
第11章 光放大器
11．1 光放大器的基本应用和
分类
11．1．1 一般应用
11．1．2 放大器的类型
11．2 半导体光放大器
11．2．1 外部泵浦
11．2．2 放大器增益
11．2．3 SOA的带宽
11．3 掺铒光纤放大器
11．3．1 放大机理
11．3．2 EDFA的结构
11．3．3 EDFA的功率转换效率
及增益
11．4 放大器噪声
11．5 光信噪比
11．6 系统应用
11．6．1 功率放大器
11．6．2 在线放大器
11．6．3 前置放大器
11．6．4 多信道放大
11．6．5 在线放大器增益控制
11．7 拉曼放大器
11．7．1 拉曼增益
11．7．2 泵浦激光器
11．8 宽带光放大器
11．9 光纤激光器
11．10 总结
习题
习题解答（选）
参考文献
第12章 非线性效应
12．1 非线性效应概述
12．2 有效长度与有效面积
12．3 受激拉曼散射
12．4 受激布里渊散射
12．5 自相位调制
12．6 交叉相位调制
12．7 四波混频
12．8 减小四波混频
12．9 波长变换
12．9．1 光门波长转换器
12．9．2 波混频波长转换器
12．10 孤子
12．10．1 孤子脉冲
12．10．2 孤子参数
12．10．3 孤子宽度和间隔
12．11 总结
习题
习题解答（选）
参考文献
第13章 光网络
13．1 网络概念
13．1．1 网络术语
13．1．2 网络分类
13．1．3 网络层次
13．1．4 光层
13．2 网络拓扑
13．2．1 无源线形总线的性能
13．2．2 星形结构的性能
13．3 SONET/SDH
13．3．1 传输格式和速率
13．3．2 光接口
13．3．3 SONET/SDH环
13．3．4 SONET/SDH网络
13．4 高速光链路
13．4．1 10 Gbps光链路
13．4．2 40 Gbps光链路
13．4．3 100 Gbps链路
13．4．4 400 Gbps以上速率
链路
13．5 光分插复用器
13．5．1 OADM的结构
13．5．2 可重构OADM
13．6 光交换
13．6．1 光交叉连接
13．6．2 波长变换
13．6．3 波长路由
13．6．4 光分组交换
13．6．5 光突发交换
13．7 WDM网络实例
13．7．1 宽带长途WDM网络
13．7．2 窄带城域WDM网络
13．8 无源光网络
13．8．1 基本的PON架构
13．8．2 有源PON模块
13．8．3 业务流量
13．8．4 GPON特性
13．8．5 WDM PON架构
13．9 DWDM 直接承载IP
13．10 光以太网
13．10．1 基本的光以太网方案
13．10．2 EPON/GE?PON架构
13．10．3 城域光以太网
13．11 降低传输损伤
13．11．1 色度色散补偿光纤
13．11．2 布拉格光栅色散
补偿器
13．11．3 偏振模色散补偿
13．11．4 光放大器增益瞬变
13．12 总结
习题
习题解答（选）
参考文献
第14章 性能测量与监控
14．1 测量标准
14．2 基本测试设备
14．2．1 测试用光源
14．2．2 光谱分析仪
14．2．3 多功能光测试仪
14．2．4 光衰减器
14．2．5 光传送网（OTN）
测试仪
14．2．6 可视故障指示仪
14．3 光功率测量
14．3．1 光功率的定义
14．3．2 光功率计
14．4 光纤特性参数
14．4．1 折射近场法
14．4．2 传输近场法
14．4．3 损耗测量
14．4．4 色散测量
14．5 眼图
14．5．1 模板测试
14．5．2 压力眼图
14．5．3 眼图轮廓
14．6 光时域反射仪（OTDR）
14．6．1 OTDR轨迹
14．6．2 损耗测量
14．6．3 OTDR盲区
14．6．4 光纤故障定位
14．6．5 光回波衰减
14．7 光性能监测
14．7．1 管理构架和功能
14．7．2 光层管理
14．7．3 OPM功能
14．7．4 网络维护
14．7．5 故障管理
14．7．6 OSNR监视
14．8 光纤系统性能测量
14．8．1 误码率测试
14．8．2 光信噪比评估
14．8．3 Q因子评估
14．8．4 光调制幅度（OMA）
测量
14．8．5 定时抖动测量
14．9 总结
习题
习题解答（选）
参考文献
附录A 国际单位制
附录B 常用数学关系式
附录C 贝塞尔函数
附录D 分贝
附录E 缩写
附录F 拉丁文符号
附录G 希腊文符号

前言/序言

译 者 序

由于Gerd Keiser 教授的Optical Fiber Communications一书的世界性影响， 2002年我们将本书的第三版翻译成中文， 受到了国内同仁及相关专业学生的欢迎。转瞬间， 十几个年头过去了， 光纤通信领域在这十多年间取得了许多新的进展， 而Gerd Keiser 教授也将本书的第五版奉献给了读者。为方便国内读者学习， 我们又提供了新版的中译本以飨读者。

在作者所写的前言中已详细列出了第四版和第五版新增加的内容。在诸多新内容中我们认为读者需要关注如下热点：

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