本書為“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材。
本書系統(tǒng)介紹了光纖通信系統(tǒng)的概念、光纖的傳輸特性、光源和光檢測器的工作原理及工作特性、有源和無源光網(wǎng)絡(luò)器件的工作原理及應(yīng)用、光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計、光纜線路的施工和測試、波分復用、光纖網(wǎng)絡(luò)、光通信新技術(shù)，以及光纖傳感器。本書內(nèi)容全面，講解深入淺出，實踐性與理論性相結(jié)合，是高等學校電子信息類專業(yè)本科生、研究生的教材，也可供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。
王輝，南京工業(yè)大學信息學院教授，通信工程系系主任，主編的《光纖通信》，為“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材。
第1章 緒論 （1）
1.1 光纖通信的概念 （1）
1.1.1 什么是光纖通信 （1）
1.1.2 光纖通信中光的作用及特性 （2）
1.1.3 光纖通信的優(yōu)勢 （4）
1.2 光纖通信系統(tǒng)的基本單元 （6）
1.2.1 光發(fā)射機 （6）
1.2.2 光纖 （9）
1.2.3 光接收機 （11）
1.2.4 光放大器 （12）
1.3 光纖通信的基本問題 （13）
1.3.1 衰減 （13）
1.3.2 色散 （15）
1.3.3 非線性效應(yīng) （17）
1.4 光纖通信系統(tǒng)的主要性能指標 （18） 第1章 緒論 （1）
1.1 光纖通信的概念 （1）
1.1.1 什么是光纖通信 （1）
1.1.2 光纖通信中光的作用及特性 （2）
1.1.3 光纖通信的優(yōu)勢 （4）
1.2 光纖通信系統(tǒng)的基本單元 （6）
1.2.1 光發(fā)射機 （6）
1.2.2 光纖 （9）
1.2.3 光接收機 （11）
1.2.4 光放大器 （12）
1.3 光纖通信的基本問題 （13）
1.3.1 衰減 （13）
1.3.2 色散 （15）
1.3.3 非線性效應(yīng) （17）
1.4 光纖通信系統(tǒng)的主要性能指標 （18）
1.4.1 比特率和帶寬 （18）
1.4.2 傳輸距離 （20）
1.4.3 通信容量 （21）
1.5 光纖通信技術(shù)的回顧和展望 （21）
1.5.1 回顧 （21）
1.5.2 趨勢 （22）
本章小結(jié) （23）
習題 （24）
第2章 光纖 （25）
2.1 光纖結(jié)構(gòu) （25）
2.1.1 階躍折射率光纖 （25）
2.1.2 漸變折射率光纖 （26）
2.2 光纖傳輸原理 （27）
2.2.1 幾何光學分析法 （27）
2.2.2 波動方程分析法 （30）
2.3 單模光纖 （41）
2.3.1 單模傳輸條件及模場分布 （41）
2.3.2 單模光纖的衰減 （43）
2.3.3 單模光纖的色散與帶寬 （43）
2.3.4 色散補償方案 （46）
2.3.5 單模光纖的非線性效應(yīng) （47）
2.4 多模光纖 （51）
2.4.1 多模光纖的衰減 （51）
2.4.2 多模光纖的色散 （52）
2.4.3 多模光纖的帶寬 （52）
2.5 光纖使用特性和產(chǎn)品介紹 （53）
2.5.1 光纖制作工藝 （53）
2.5.2 光纖的使用特性 （55）
2.5.3 光纖產(chǎn)品介紹 （57）
2.5.4 光纖的型號 （59）
本章小結(jié) （60）
習題 （60）
第3章 光源和光發(fā)射機 （62）
3.1 激光二極管 （62）
3.1.1 工作原理 （62）
3.1.2 LD的性質(zhì) （66）
3.1.3 LD的類型 （69）
3.1.4 LD組件及其技術(shù)指標 （71）
3.2 發(fā)光二極管 （72）
3.2.1 LED結(jié)構(gòu) （72）
3.2.2 LED特性 （74）
3.2.3 LED與光纖的耦合 （76）
3.2.4 LED的技術(shù)參數(shù) （77）
3.3 光發(fā)射機 （78）
3.3.1 模擬光發(fā)射機 （78）
3.3.2 數(shù)字光發(fā)射機 （78）
3.4 外調(diào)制器 （80）
3.4.1 外調(diào)制器特點和類型 （80）
3.4.2 外調(diào)制器工作原理 （82）
3.4.3 外調(diào)制器技術(shù)指標 （82）
本章小結(jié) （83）
習題 （84）
第4章 光檢測器和光接收機 （85）
4.1 光檢測器的工作原理 （85）
4.1.1 PIN光檢測器 （85）
4.1.2 APD光檢測器 （86）
4.2 光檢測器的特性參數(shù) （87）
4.2.1 光檢測器性能參數(shù) （87）
4.2.2 光檢測器的噪聲 （89）
4.2.3 光檢測器產(chǎn)品介紹 （90）
4.3 光接收機 （92）
4.3.1 光接收機的組成 （92）
4.3.2 光接收機的技術(shù)指標 （94）
4.4 光收發(fā)合一模塊 （97）
本章小結(jié) （98）
習題 （98）
第5章 光網(wǎng)絡(luò)器件 （100）
5.1 光放大器 （100）
5.1.1 概述 （100）
5.1.2 半導體光放大器 （103）
5.1.3 摻雜光纖放大器 （105）
5.1.4 拉曼光纖放大器 （110）
5.1.5 光放大器的應(yīng)用 （112）
5.2 無源器件 （114）
5.2.1 耦合器 （114）
5.2.2 濾波器 （116）
5.2.3 隔離器 （120）
5.2.4 環(huán)形器 （121）
5.2.5 衰減器 （121）
5.2.6 連接器 （122）
5.2.7 光開關(guān) （124）
本章小結(jié) （125）
習題 （126）
第6章 光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計 （127）
6.1 設(shè)計原則 （127）
6.1.1 工程設(shè)計與系統(tǒng)設(shè)計 （127）
6.1.2 系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容 （128）
6.1.3 系統(tǒng)設(shè)計的方法 （129）
6.2 數(shù)字傳輸系統(tǒng)的設(shè)計 （131）
6.2.1 技術(shù)考慮 （131）
6.2.2 光通道功率代價、損耗及色散預算 （132）
6.3 模擬傳輸系統(tǒng)的設(shè)計 （134）
6.3.1 系統(tǒng)組成及其評價 （134）
6.3.2 光放大器對系統(tǒng)性能的影響 （137）
6.4 光纖系統(tǒng)實例 （137）
6.4.1 設(shè)備互聯(lián)方案 （138）
6.4.2 數(shù)據(jù)/視頻光端機在閉路監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 （138）
6.4.3 多通道業(yè)務(wù)光端機的應(yīng)用 （139）
本章小結(jié) （141）
習題 （141）
第7章 光纜線路的施工和測試 （142）
7.1 光纜 （142）
7.1.1 光纜的結(jié)構(gòu)與類型 （142）
7.1.2 光纜的技術(shù)規(guī)范 （144）
7.2 光纜施工 （145）
7.2.1 施工準備工作 （145）
7.2.2 室外光纜敷設(shè) （147）
7.2.3 室內(nèi)光纜敷設(shè) （150）
7.2.4 光纜接續(xù)與成端 （150）
7.3 常用儀器 （152）
7.3.1 光時域反射儀 （152）
7.3.2 光譜分析儀 （154）
7.3.3 光纖熔接機 （156）
7.3.4 光源與光功率計 （157）
7.4 測試和故障檢修 （158）
7.4.1 光特性測試 （159）
7.4.2 電特性測試 （159）
7.4.3 故障檢修 （160）
7.5 光纜工程實例 （161）
7.5.1 工程概況 （161）
7.5.2 設(shè)計規(guī)范 （161）
7.5.3 技術(shù)要求 （161）
7.5.4 設(shè)計方案 （162）
7.5.5 施工圖設(shè)計 （162）
7.5.6 材料表 （162）
本章小結(jié) （163）
習題 （163）
第8章 波分復用技術(shù) （164）
8.1 WDM工作原理 （164）
8.1.1 WDM工作原理 （164）
8.1.2 WDM﹑DWDM與CWDM （165）
8.2 WDM系統(tǒng)的基本組成 （167）
8.3 WDM系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件 （167）
8.3.1 WDM系統(tǒng)中的光源 （167）
8.3.2 WDM系統(tǒng)中的接收機 （171）
8.3.3 WDM系統(tǒng)中的光放大器 （172）
8.3.4 WDM系統(tǒng)中的波分復用器/解復用器 （175）
8.3.5 WDM系統(tǒng)中的光纖 （183）
8.4 波分復用系統(tǒng)規(guī)范 （186）
8.4.1 光波長的分配 （186）
8.4.2 光接口規(guī)范 （186）
8.5 設(shè)備實例 （187）
本章小結(jié) （188）
習題 （188）
第9章 光纖網(wǎng)絡(luò) （190）
9.1 光纖網(wǎng)絡(luò)概述 （190）
9.1.1 網(wǎng)絡(luò)歷史回顧 （190）
9.1.2 光纖網(wǎng)絡(luò)基本知識 （192）
9.2 基于光纖系統(tǒng)的三大網(wǎng)絡(luò) （196）
9.2.1 光纖計算機網(wǎng) （196）
9.2.2 光纖電話網(wǎng) （202）
9.2.3 光纖有線電視網(wǎng) （203）
9.3 光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸體制 （205）
9.3.1 SDH/SONET （205）
9.3.2 ATM （211）
9.4 光交換技術(shù) （214）
9.4.1 光交換概述 （214）
9.4.2 光分組交換（OPS） （216）
9.4.3 自動交換光網(wǎng)絡(luò) （218）
9.5 光傳送網(wǎng) （222）
9.5.1 光傳送網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu) （223）
9.5.2 光傳送網(wǎng)（OTN）的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 （223）
9.5.3 可重構(gòu)的OADM——ROADM （225）
9.6 光纖接入網(wǎng) （226）
9.6.1 光纖接入網(wǎng)的形式和業(yè)務(wù)類型 （227）
9.6.2 無源光網(wǎng)絡(luò)（PON） （228）
本章小結(jié) （230）
習題 （230）
第10章 光通信新技術(shù) （231）
10.1 相干光通信 （231）
10.1.1 相干檢測原理 （231）
10.1.2 調(diào)制與解調(diào) （232）
10.1.3 接收靈敏度 （233）
10.1.4 相干光通信的關(guān)鍵技術(shù) （233）
10.1.5 相干光通信的優(yōu)點及其應(yīng)用 （234）
10.2 光孤子通信 （235）
10.2.1 光孤子通信的基本原理 （235）
10.2.2 光孤子通信系統(tǒng) （236）
10.3 光時分復用 （238）
10.3.1 光時分復用原理 （238）
10.3.2 光時分復用的關(guān)鍵技術(shù) （240）
10.3.3 光時分復用的特點 （240）
10.4 光碼分多址 （241）
10.4.1 光碼分多址的基本原理 （241）
10.4.2 光碼分多址的關(guān)鍵技術(shù) （242）
10.4.3 光碼分多址的特點 （243）
10.5 自由空間光通信 （243）
10.5.1 概述 （243）
10.5.2 系統(tǒng)組成及工作原理 （244）
10.5.3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) （245）
10.5.4 設(shè)備實例 （246）
本章小結(jié) （246）
習題 （246）
第11章 光纖傳感技術(shù) （247）
11.1 光纖傳感技術(shù)概述 （247）
11.2 光纖傳感器的基本構(gòu)成 （247）
11.3 光纖傳感器的分類方法 （248）
11.4 光纖傳感器工作原理 （250）
11.4.1 點式傳感器 （250）
11.4.2 準分布式光纖光柵傳感器 （251）
11.4.3 全分布式光纖傳感系統(tǒng) （252）
本章小結(jié) （259）
習題 （260）
參考文獻 （261）
第3版前言
光纖通信在社會信息化發(fā)展的進程中扮演著重要的角色，是通信技術(shù)的一個重要分支。隨著新型光電器件的不斷出現(xiàn)，光纖通信技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展，使其傳輸容量得到了極大提高。目前，光纖已經(jīng)在很多場合取代了銅線而成為主要的傳輸媒介。無論電信骨干網(wǎng)還是以太網(wǎng)或校園網(wǎng)乃至智能建筑內(nèi)的綜合布線系統(tǒng)，無論陸地還是海洋，都有光纖的存在，都涉及到光纖傳輸技術(shù)。對于從事信息技術(shù)的人員而言，了解光纖通信的基礎(chǔ)知識是至關(guān)重要的。
本教材在介紹光纖通信所涉及的基本理論時，力求條理清晰，簡明扼要，敘述通俗易懂。在器件的內(nèi)容選擇上，注重了先進性和應(yīng)用性相結(jié)合，突出工作特性及產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范，例如對光放大器等內(nèi)容的介紹。考慮到社會發(fā)展對知識和應(yīng)用復合型人才的需要，在教學內(nèi)容的選擇上，增加了光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計和光纜線路施工與測試兩章。從體現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)實用水平的角度而言，波分復用技術(shù)無疑是個代表。鑒于光纖系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，本書也專門介紹了相關(guān)的知識。
本教材第1、2版分別于2004年、2009年出版，并于2012年列選為“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材。
根據(jù)使用院校師生的寶貴建議以及光纖通信技術(shù)的發(fā)展，這次的第3版中，除了訂正了原書中的一些錯誤、不準確的提法外，在內(nèi)容上所做的主要修訂為：第7章增加了光纜線路的施工和測試中的光纜工程實例，對第9章光纖網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容做了較大幅度的調(diào)整，并增加了第11章光纖傳感技術(shù)，以期讀者對該領(lǐng)域技術(shù)的進步有較為全面地了解。
全書共分11章，第1章介紹了光纖通信的基本概念和特點、光纖通信系統(tǒng)的基本組成、基本技術(shù)問題和主要性能指標，并對該領(lǐng)域做了回顧與展望。第2章介紹了光在光纖中的傳輸機理及分布模式，分析了光纖的色散及衰減特性，討論了色散補償方案、光纖中的非線性效應(yīng)，并介紹了光纖制作工藝、光纖產(chǎn)品及其使用特性。第3章介紹了半導體發(fā)光二極管和半導體激光二極管光源的工作原理、應(yīng)用及光發(fā)射機的組成，并說明了高速系統(tǒng)中所使用外調(diào)制器的工作原理。第4章介紹了光電檢測器的原理、特性及產(chǎn)品和特性參數(shù)，然后介紹了數(shù)字光接收機的組成及技術(shù)指標，最后介紹了光收發(fā)模塊。第5章介紹了光纖通信網(wǎng)絡(luò)中常用的有源器件和無源器件的基本工作原理，討論了它們在網(wǎng)絡(luò)中的作用及它們的應(yīng)用方法，并給出了它們的技術(shù)參數(shù)。第6章介紹了光纖通信系統(tǒng)設(shè)計的原則，對數(shù)字和模擬光纖鏈路設(shè)計的技術(shù)指標、要求及方法做了具體討論，最后給出了光纖傳輸系統(tǒng)實例。第7章介紹了光纜的結(jié)構(gòu)、類型和技術(shù)規(guī)范、光纜線路施工的步驟及方式，并介紹了施工中常用的器件和測試儀器、故障診斷的方法和排除步驟。第8章介紹了波分復用的基本原理、基本組成，詳細介紹了系統(tǒng)所用關(guān)鍵器件的工作原理與技術(shù)參數(shù)，并給出了波分復用設(shè)備實例。第9章介紹了光纖網(wǎng)絡(luò)的分類、拓撲結(jié)構(gòu)，構(gòu)成光纖網(wǎng)絡(luò)的基本要素。第10章介紹了光通信有關(guān)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的最新技術(shù)。第11章介紹了光纖傳感的基本知識。
本書參考教學時數(shù)為62學時（必修部分為32學時，選修部分為30學時）。
本書的第3章和第4章由王平和王輝編寫，第8章和第9章由于虹和王琛編寫，第10章由王琛和王輝編寫，第11章由華吉編寫。其余各章由王輝編寫并由王輝統(tǒng)審全稿。
本書由東南大學張明德教授主審，張教授為本書提出了寶貴意見，在此對他表示衷心的感謝。
由于作者認識的局限，書中難免有不當之處，敬望讀者批評指正。
編 者
2013年11月于南京
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