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第1章 绪论 1

1.1光纤信息处理的内涵 1

1.1.1信息与信号 1

1.1.2光纤通信技术 2

1.1.3光纤信息处理 3

1.1.4学科归属 4

1.2光学理论体系 4

1.3信息论在光学中的应用 6

1.3.1信息熵 6

1.3.2信息量 7

1.3.3信道容量 7

1.3.4光学信息论 8

1.4本书内容安排 9

第2章 光纤通信器件 12

2.1半导体器件基础 12

2.1.1电子能级跃迁过程 12

2.1.2半导体的能带结构 13

2.1.3 PN结形成与电压偏置 13

2.2半导体激光器 14

2.2.1 F-P腔型半导体激光器 14

2.2.2改进结构的激光器 18

2.2.3半导体激光器的基本特性 21

2.3光滤波器 22

2.3.1 F-P腔型光滤波器 22

2.3.2马赫-曾德尔干涉型光滤波器 24

2.3.3声光可调滤波器 24

2.3.4磁光可调滤波器 25

2.3.5光栅滤波器 26

2.3.6介质膜滤波器 26

2.4半导体光放大器 27

2.4.1半导体光放大器类型 27

2.4.2增益饱和特性 28

2.4.3光脉冲放大特性 29

2.4.4交叉饱和效应 32

2.5发光二极管 33

2.5.1普通发光二极管 33

2.5.2超辐射发光二极管 34

2.6光电检测器 34

2.6.1光电二极管的工作原理 34

2.6.2 PIN光电二极管 35

2.6.3雪崩光电二极管 38

2.6.4 PIN光电二极管和APD的比较 40

2.7光通信磁光器件 41

2.7.1光隔离器 41

2.7.2光环行器 44

2.7.3法拉第旋转镜 45

第3章 光纤收发端机 48

3.1光纤通信系统概述 48

3.1.1光纤通信系统组成 48

3.1.2光发射机与光调制 48

3.1.3光纤线路与光中继器 49

3.1.4光接收机 50

3.2直接调制的光纤发射机 50

3.2.1数字光发射机组成 50

3.2.2光发送模块电路 51

3.2.3直接调制特性 55

3.3间接光调制技术 58

3.3.1电光调制 58

3.3.2电吸收调制 59

3.3.3声光调制 60

3.3.4磁光调制 61

3.4光接收机 63

3.4.1数字光接收机组成 63

3.4.2信噪比分析 66

3.4.3误码率与灵敏度计算 67

3.5以太网光纤收发器 69

3.5.1光纤以太网简介 69

3.5.2光纤收发器功能与分类 71

3.5.3光纤收发器的应用 72

3.5.4光纤收发器关键技术 73

第4章 光纤导光原理 77

4.1光纤类型 77

4.1.1光纤的结构与分类 77

4.1.2 ITU-T建议的光纤分类 79

4.2多模光纤的光线分析 79

4.2.1光纤传输分析方法 79

4.2.2阶跃型多模光纤 81

4.2.3渐变型多模光纤 82

4.3光纤导模的电磁场分析 85

4.3.1光纤中导波光模式 85

4.3.2导波光的模式表示 85

4.3.3归一化频率 86

4.4光纤的传输特性 87

4.4.1光纤损耗 87

4.4.2光纤色散 89

4.4.3光纤非线性 91

4.5新型光纤及其应用 94

4.5.1光子晶体光纤 94

4.5.2塑料光纤 97

4.5.3磁光光纤 99

第5章 光纤耦合理论 105

5.1光脉冲的包络波动方程 105

5.1.1频域波动方程 105

5.1.2本征方程与色散 108

5.1.3微扰波动方程 110

5.2光纤光栅的光场耦合特性 110

5.2.1光纤光栅的分类与制作 111

5.2.2光纤光栅的耦合模分析 115

5.2.3磁光光纤布拉格光栅 118

5.3光纤非线性光控光机理 125

5.3.1介质的非线性极化 125

5.3.2单个光波的非线性传输 126

5.3.3多波长光的非线性耦合 128

5.3.4多束同频光的非线性耦合 130

5.4光栅非线性的磁控作用 132

5.4.1磁光非线性耦合模方程 132

5.4.2圆偏振光的线性耦合 133

5.4.3圆偏振光的非线性耦合 135

5.4.4双稳态效应及非线性整形效应 139

第6章 光纤干涉结构 142

6.1法布里-珀罗干涉仪 142

6.1.1光纤F-P腔的结构类型 142

6.1.2光纤FPI的传感特性 143

6.1.3磁光光栅F-P结构 145

6.2马赫-曾德尔干涉仪 151

6.2.1光纤耦合器 152

6.2.2光纤型马赫-曾德尔干涉仪 154

6.2.3马赫-曾德尔调制器 155

6.3萨格纳克干涉仪 158

6.3.1萨格纳克效应与非线性光纤环形镜 158

6.3.2基于自相位调制的非线性光纤环形镜 159

6.3.3基于交叉相位调制的非线性光纤环形镜 161

6.3.4非线性光纤环形镜的应用 162

6.4迈克尔逊干涉仪 163

6.4.1迈克尔逊干涉结构 163

6.4.2基于磁光光纤布拉格光栅的迈克尔逊干涉仪特性 164

第7章 光纤放大技术 169

7.1光放大器分类 169

7.1.1按工作介质分类 169

7.1.2按工作原理分类 170

7.2掺铒光纤放大器 171

7.2.1掺铒光纤放大器的理论模型 171

7.2.2掺铒光纤放大器的光路结构 173

7.2.3掺铒光纤放大器的基本性能参数 174

7.2.4掺铒光纤放大器的应用特点 178

7.3光纤拉曼放大器 181

7.3.1光纤拉曼放大器的工作原理与特点 181

7.3.2光纤拉曼放大器的理论模型 182

7.3.3光纤拉曼放大器的性能参数 184

7.4光纤参量放大器 186

7.4.1四波混频参量过程 186

7.4.2四波混频的矢量耦合理论 187

7.4.3各向同性光纤参量放大器的增益特性 192

7.4.4随机双折射光纤参量放大器的增益特性 194

7.4.5参量放大的多信道应用特性 195

7.5几种光纤放大器的特点比较 196

第8章 光交换技术 199

8.1光交换概述 199

8.1.1光交换分类 199

8.1.2光开关 200

8.2波分复用技术 206

8.2.1波分复用的概念 206

8.2.2复用/解复用器件 207

8.2.3波分复用系统的基本结构 211

8.2.4群速色散补偿技术 212

8.3光交换节点技术 215

8.3.1光交叉连接器 215

8.3.2光分插复用器 216

8.3.3路由与波长分配 218

8.4光交换网络技术 219

8.4.1光传送网络 219

8.4.2光分组交换 225

8.4.3光突发交换 232

8.4.4三种光交换网络的比较 235

8.5自动交换光网络 236

8.5.1自动交换光网络概述 236

8.5.2自动交换光网络的体系结构 238

8.5.3自动交换光网络的控制平面 242

8.5.4自动交换光网络业务 244

第9章 全光再生技术 246

9.1光再生概述 246

9.1.1信号劣化与光再生 246

9.1.2全光3R再生器结构 247

9.1.3光再生实现机制 247

9.2光时钟恢复技术 248

9.2.1 F-P梳状滤波方案 248

9.2.2半导体激光器自脉动方案 250

9.2.3光纤参量振荡器方案 251

9.2.4光锁相环方案 256

9.3光判决门 258

9.3.1基于频谱展宽/滤波原理的光判决门 258

9.3.2基于非线性光纤环形镜的光判决门 261

9.3.3基于高阶四波混频的光判决门 262

9.4基于四波混频的全光3R再生技术 264

9.4.1光纤参量振荡器理论模型 264

9.4.2全光3R再生系统仿真 265

9.4.3磁光光纤四波混频再生实验 267

9.5多波长全光再生技术 270

9.5.1多波长再生的意义 270

9.5.2多波长再生技术方案 271

第10章 光纤缓存技术 276

10.1光缓存概述 276

10.1.1光缓存器的研究意义 276

10.1.2光缓存器性能指标 277

10.2光纤延迟线缓存技术 278

10.2.1光纤延迟线原理与分类 278

10.2.2光纤延迟线产品简介 278

10.2.3光纤延迟线在光分组交换中的应用 280

10.2.4光纤延迟线缓存器的实现方案 281

10.3慢光延迟 283

10.3.1慢光延迟原理 283

10.3.2光控光慢光技术 284

10.4光纤慢光技术 285

10.4.1基于受激布里渊散射的慢光技术 285

10.4.2基于受激拉曼散射的慢光技术 287

10.4.3基于掺铒光纤中相干布居数振荡的慢光技术 288

10.4.4基于光纤参量放大的慢光技术 288

第11章 光纤射频传输 290

11.1模拟基带直接光强调制 290

11.2副载波复用光波系统 292

11.2.1副载波复用光纤传输系统 292

11.2.2副载波复用光波系统性能参数 293

11.2.3 CATV光纤传输系统指标要求 296

11.3混合光纤同轴电缆网 298

11.3.1混合光纤同轴电缆网的结构 299

11.3.2双向HFC传输系统频谱分配 300

11.3.3双向HFC网络功能 301

11.3.4 HFC网络管理 304

11.4光正交频分复用技术 306

11.4.1正交频分复用技术 306

11.4.2相干检测光正交频分复用技术 310

11.4.3直接检测光正交频分复用技术 312

11.5光载无线技术 315

11.5.1移动通信系统简介 315

11.5.2光载无线技术原理 316

11.5.3光载无线系统的关键技术 317

11.5.4光载无线的主要应用 319

第12章 光纤传感技术 322

12.1光纤传感概述 322

12.1.1光纤传感系统 322

12.1.2传感信息与光调制 323

12.1.3光纤传感器发展趋势 326

12.2光纤光栅传感技术 326

12.2.1光纤光栅传感器特点 327

12.2.2光纤布拉格光栅传感原理 327

12.2.3长周期光纤光栅传感技术 329

12.3光纤光栅传感信号解调技术 330

12.3.1边缘滤波法 331

12.3.2调谐滤波法 333

12.3.3干涉扫描法 334

12.4掺铒光纤光栅的磁场响应实验 336

12.4.1掺铒光纤光栅 336

12.4.2实验装置与测量结果 336

12.4.3等效费尔德常数的计算 338

12.4.4光栅透射率的偏振依赖性 339

12.5光纤光栅传感应用 340

附录 缩略语表 343

参考文献 352

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