光纤通信原理与应用

本书共8章，主要内容包括：光纤的基本结构、传光原理、特性参数和连接方式；光发送设备和光接收设备的基本组成及实现方式；WDM光纤数字通信系统的实现、光纤数字通信系统的SDH制式；光纤接入网、光纤局域网、光纤城域网、光纤广域网、光传送网和全光网。每章结尾提供了丰富的习题，便于读者自学并掌握各章的要点。本书配有免费电子教学课件。

本书概念准确，内容新颖，图文并茂，深入浅出，突出实用性、系统性和先进性，可作为普通高等院校通信工程、电子信息、光电技术等专业学生的教材，也可供其他相关专业的大学生和工程技术人员学习与参考。

第1章　概述

1.1　光纤通信的基本概念

1.1.1　光纤通信的定义

1.1.2　光纤通信发展过程

1.1.3　光纤通信的优点

1.2　光纤通信系统的构成及分类

1.2.1　光纤通信系统的基本构成

1.2.2　光纤通信系统分类

1.3　数字话路基础知识

1.3.1　语音信号的PCM数字化

1.3.2　话路的时分复用（TDM）

1.3.3　数字复接系列

习题

第2章　光纤

2.1　光纤的基本概念

2.1.1　光纤基本结构

2.1.2　光纤分类

2.1.3　光纤制造简述

2.1.4　光缆结构及类型

2.1.5　光缆（光纤）型号命名方法

2.2　光纤传光原理

2.2.1　光的射线理论及光纤传光分析

2.2.2　光纤导波模式的粗糙解（射线分析方法）

2.2.3　光纤导波模式的精确解（电磁场分析方法）

2.3　光纤特性参数

2.3.1　数值孔径

2.3.2　衰减特性

2.3.3　截止波长

2.3.4　带宽与色散

2.3.5　模场直径

2.4　光纤连接方式

2.5　光纤在通信领域中的应用

2.5.1 目前通信中常用的光纤

2.5.2　光纤（光缆）应用概况

习题

第3章　光发送设备

3.1　光端机的基本概念

3.1.1　光端机的功能

3.1.2　光端机基本框图

3.2　光发送电路

3.2.1　基本组成和主要性能指标

3.2.2　激光二极管（LD）

3.2.3 发光二极管（LED）

3.2.4　驱动电路

3.2.5　自动功率控制（APC）电路

3.2.6 自动温度控制（ATC）电路

3.3　输入电路

3.3.1　基本概念

3.3.2　光纤通信的码型

3.3.3　HDB3码输入电路

3.3.4　CMI码输入电路

习题

第4章　光接收设备

4.1　光接收电路

4.1.1　基本构成和主要性能指标

4.1.2　光检测器件（PIN和APD）

4.1.3　前置放大器

4.1.4　主放大器

4.1.5　均衡器

4.1.6　基线恢复

4.1.7　幅度判决

4.1.8　非线性处理

4.1.9　时钟提取

4.1.10　限幅移相

4.1.11　定时判决

4.2　输出电路

4.2.1　基本概念

4.2.2　码型反变换电路

4.2.3　输出接口电路

习题

第5章　光纤数字通信系统

5.1　光纤通信系统新技术简述

……

第6章　光纤数字通信系统的传输规范

第7章　现代光纤网络

第8章　未来的全光网络

附录A　英汉对照名词索引

参考文献 2100433B

方志豪，男，武汉大学电子信息学院教授。主要研究方向包括现代通信理论与技术。网络互联。器件及电路的噪声等方面的研究。主持完成国家自然科学基金项目、企事业委托项目等10余项。在国内外重要刊物上发表论文70余篇，出版专著1本、教材3本。曾获得过国家教委科技进步二等奖、武汉大学优秀科技成果一等奖等奖励。

第1章 概述 1

1.1 光纤通信的基本概念 1

1.1.1 光纤通信的定义 1

1.1.2 光纤通信发展过程 1

1.1.3 光纤通信的优点 3

1.2 光纤通信系统的构成及分类 4

1.2.1 光纤通信系统的基本构成 4

1.2.2 光纤通信系统分类 4

1.3 数字话路基础知识 6

1.3.1 语音信号的PCM数字化 6

1.3.2 话路的时分复用（TDM） 8

1.3.3 数字复接系列 10

习题1 12

第2章 光纤 14

2.1 光纤的基本概念 14

2.1.1 光纤基本结构 14

2.1.2 光纤分类 14

2.1.3 光纤制造简述 15

2.1.4 光缆结构及类型 16

2.1.5 光缆（光纤）型号命名方法 18

2.2 光纤传光原理 22

2.2.1 光的射线理论及光纤传光分析 22

2.2.2 光纤导波模式的粗糙解（射线分析方法） 26

2.2.3 光纤导波模式的精确解（电磁场分析方法） 30

2.3 光纤特性参数 38

2.3.1 数值孔径 38

2.3.2 衰减特性 40

2.3.3 截止波长 42

2.3.4 带宽与色散 44

2.3.5 模场直径 53

2.4 光纤连接方式 54

2.5 光纤在通信领域中的应用 56

2.5.1 通信中使用的光纤及光波段划分 56

2.5.2 光纤（光缆）应用概况 59

习题2 61

第3章 光发送设备 64

3.1 光端机的基本概念 64

3.1.1 光端机的功能 64

3.1.2 光端机基本框图 64

3.2 光发送电路 66

3.2.1 基本组成和主要性能指标 66

3.2.2 激光二极管（LD） 67

3.2.3 发光二极管（LED） 80

3.2.4 驱动电路 82

3.2.5 自动功率控制（APC）电路 85

3.2.6 自动温度控制（ATC）电路 87

3.2.7 光源（LD和LED）与光纤的耦合 88

3.3 输入电路 90

3.3.1 基本概念 90

3.3.2 光纤通信的码型 91

3.3.3 HDB3码输入电路 102

3.3.4 CMI码输入电路 110

习题3 112

第4章 光接收设备 114

4.1 光接收电路 114

4.1.1 基本构成和主要性能指标 114

4.1.2 光检测器件（PIN和APD） 115

4.1.3 前置放大器 118

4.1.4 主放大器 119

4.1.5 均衡器 122

4.1.6 基线恢复 126

4.1.7 幅度判决 128

4.1.8 非线性处理 131

4.1.9 时钟提取 133

4.1.10 限幅移相 134

4.1.11 定时判决 136

4.2 输出电路 137

4.2.1 基本概念 137

4.2.2 码型反变换电路 137

4.2.3 输出接口电路 140

4.3 光模块 143

4.3.1 基本概念 143

4.3.2 光模块型号命名方法 144

习题4 147

第5章 波分复用光纤通信系统 148

5.1 光纤通信系统新技术简述 148

5.2 波分复用（WDM）技术 150

5.2.1 基本概念 150

5.2.2 波分复用系统的组成 152

5.2.3 光纤耦合型波分复用器件 154

5.2.4 角度色散型波分复用器件 156

5.2.5 干涉型波分复用器件 157

5.2.6 波分复用系统对光纤的新要求 159

5.3 光中继器 162

5.3.1 光电转换型中继器 163

5.3.2 全光型中继器概述 164

5.3.3 掺铒光纤放大器（EDFA） 165

5.3.4 光纤拉曼放大器（FRA） 168

5.3.5 光纤布里渊放大器（FBA） 170

5.3.6 半导体光放大器（SOA） 171

习题5 172

第6章 光纤数字通信系统的传输规范 174

6.1 光纤数字通信系统的两种主要传输制式 174

6.1.1 准同步数字系列（PDH） 174

6.1.2 同步数字系列（SDH） 176

6.1.3 SDH承载PDH的方式 178

6.1.4 SDH承载PDH之应用 190

6.1.5 SDH复用及交换的主要设备 197

6.1.6 SDH传送网 199

6.2 光纤数字通信系统的基本质量指标 200

6.2.1 评价误码性能的方法 200

6.2.2 数字话路通道的误码特性 201

6.2.3 基群及其以上速率通道的误码特性 204

6.2.4 抖动特性 208

6.2.5 可靠性 209

6.3 光纤数字通信系统的基本设计 212

6.3.1 系统设计的一般步骤 212

6.3.2 中继距离估算 213

6.3.3 误码率估算 216

6.4 光纤数字通信系统的测量 217

6.4.1 电性能的主要指标测量 217

6.4.2 光性能的主要指标测量 220

习题6 222

第7章 现代光纤网络 224

7.1 光纤通信在现代信息网络中的重要地位 224

7.1.1 现代信息网络的基本特点 224

7.1.2 光纤通信在现代信息网络中的应用概况 225

7.2 光纤接入网 227

7.2.1 基本概念 227

7.2.2 FTTx接入网 229

7.2.3 FTTH的基本拓扑结构 231

7.2.4 FTTH 的实现技术：xPON接入技术 232

7.2.5 各类PON接入技术的比较 243

7.3 光纤局域网 244

7.3.1 局域网（LAN）的基本概念 244

7.3.2 光纤总线形/星形局域网 246

7.3.3 光纤令牌环局域网 248

7.3.4 光纤ATM局域网 250

7.4 光纤城域网和广域网 252

7.4.1 光纤城域网（MAN） 252

7.4.2 基于SDH的多业务传送平台（MSTP） 253

7.4.3 光纤广域网（WAN） 254

7.5 三网融合 257

7.5.1 基本概念 257

7.5.2 电信运营商的IPTV 258

7.5.3 互联网公司的OTT TV 259

7.5.4 广电行业的DTV 261

7.6 与光纤互联网相关的热门技术 263

7.6.1 移动通信技术 263

7.6.2 物联网（IoT）技术 269

7.6.3 云计算技术 274

习题7 277

第8章 未来的全光网络 279

8.1 全光网络（AON）的基本概念 279

8.1.1 通信网发展过程 279

8.1.2 全光通信网的基本特点 279

8.1.3 全光通信网关键技术概述 280

8.2 光交叉连接器（OXC） 283

8.2.1 光交叉连接器的基本概念 283

8.2.2 光交换技术 285

8.2.3 波长变换技术 289

8.3 光分插复用器（OADM） 291

8.3.1 光分插复用器基本概念 291

8.3.2 分波/合波器 光开关组合 292

8.3.3 多层介质膜滤波器 光开关 光环行器组合 293

8.3.4 光纤光栅 光环行器 分波/合波器组合 293

8.4 光传送网（OTN）的基本形式 294

8.4.1 光传送网的分层体系结构 295

8.4.2 光层的基本拓扑结构 296

8.4.3 光传送网的应用——IP光网 297

8.5 全光网络的进展 300

习题8 302

附录A 英汉对照名词索引 304

参考文献 313 2100433B

本书共8章，系统地阐述了光纤通信的原理、特性、组成及应用。主要内容包括：光纤的基本结构、传光原理、特性参数和连接方式；光发送设备和光接收设备的基本组成、实现方式及光模块；WDM光纤通信系统的实现、光纤数字通信系统的SDH制式；光纤接入网、光纤局域网、光纤城域网、光纤广域网、三网融合、与光纤互联网相关的热门技术；光传送网和全光网。每章结尾均提供了丰富的习题，便于读者自学并掌握各章的要点。本书还配有免费电子教学课件。