光纖通信

前言

　　光纖通信在社會(huì)信息化發(fā)展的進(jìn)程中扮演著重要的角色，是通信技術(shù)的一個(gè)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(duì)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(shí)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(shí)，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(jìn)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(duì)光放大器等內(nèi)容的介紹?？紤]到社會(huì)發(fā)展對(duì)知識(shí)和應(yīng)用復(fù)合型人才的需要，在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，增加了光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和光纜線路施工與測(cè)試兩章。從體現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)實(shí)用水平的角度而言，波分復(fù)用技術(shù)無疑是個(gè)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(shí)?！　∪珪卜?0章，第1章介紹了光纖通信的基本概念和特點(diǎn)、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(biāo)，并對(duì)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(jī)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(bǔ)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(dǎo)體發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光二極管光源的工作原理、應(yīng)用及光發(fā)射機(jī)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(cè)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(jī)的組成及技術(shù)指標(biāo)，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?cè)诰W(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(jì)的原則，對(duì)數(shù)字和模擬光纖鏈路設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)、要求及方法做了具體討論，最后給出了光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)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(cè)試儀器、故障診斷的方法和排除步驟。第8章介紹了波分復(fù)用的基本原理、基本組成，詳細(xì)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(fù)用設(shè)備實(shí)例。第9章介紹了光纖網(wǎng)絡(luò)的分類、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)成光纖網(wǎng)絡(luò)的基本要素，重點(diǎn)討論了SDH網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備實(shí)例。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)。

內(nèi)容概要

　　《光纖通信（第2版）》介紹了：光纖通信系統(tǒng)的概念，內(nèi)容包括光纖的傳輸特性、光源和光檢測(cè)器的工作原理及工作特性、有源和無源光網(wǎng)絡(luò)器件的工作原理和應(yīng)用、光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、光纜線路的施工和測(cè)試、波分復(fù)用、光纖網(wǎng)絡(luò)、光通信新技術(shù)等?！豆饫w通信（第2版）》內(nèi)容全面，深入淺出，實(shí)踐性與理論性結(jié)合，是高等學(xué)校信息類本科生、研究生的教材，也可供相關(guān)技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 光纖通信的概念1.1.1 什么是光纖通信1.1.2 光纖通信中光的作用及特性1.1.3 光纖通信的優(yōu)勢(shì)1.2 光纖通信系統(tǒng)的基本單元1.2.1 光發(fā)射機(jī)1.2.2 光纖1.2.3 光接收機(jī)1.2.4 光放大器1.3 光纖通信的基本問題1.3.1 衰減1.3.2 色散1.3.3 非線性效應(yīng)1.4 光纖通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.4.1 比特率和帶寬1.4.2 傳輸距離1.4.3 通信容量1.5 光纖通信技術(shù)的回顧和展望1.5.1 回顧1.5.2 趨勢(shì)本章小結(jié)習(xí)題第2章 光纖2.1 光纖結(jié)構(gòu)2.1.1 階躍折射率光纖2.1.2 漸變折射率光纖2.2 光纖傳輸原理2.2.1 幾何光學(xué)分析法2.2.2 波動(dòng)方程分析法2.3 單模光纖2.3.1 單模傳輸條件及模場分布2.3.2 單模光纖的衰減2.3.3 單模光纖的色散與帶寬2.3.4 色散補(bǔ)償方案2.3.5 單模光纖的非線性效應(yīng)2.4 多模光纖2.4.1 多模光纖的衰減2.4.2 多模光纖的色散2.4.3 多模光纖的帶寬2.5 光纖使用特性和產(chǎn)品介紹2.5.1 光纖制作工藝2.5.2 光纖的使用特性2.5.3 光纖產(chǎn)品介紹2.5.4 光纖的型號(hào)本章小結(jié)習(xí)題第3章 光源和光發(fā)射機(jī)3.1 激光二極管3.1.1 工作原理3.1.2 LD的性質(zhì)3.1.3 LD的類型3.1.4 LD組件及其技術(shù)指標(biāo)3.2 發(fā)光二極管3.2.1 LED結(jié)構(gòu)3.2.2 LED特性3.2.3 LED與光纖的耦合3.2.4 LED的技術(shù)參數(shù)3.3 光發(fā)射機(jī)3.3.1 模擬光發(fā)射機(jī)3.3.2 數(shù)字光發(fā)射機(jī)3.4 外調(diào)制器3.4.1 外調(diào)制器特點(diǎn)和類型3.4.2 外調(diào)制器工作原理3.4.3 外調(diào)制器技術(shù)指標(biāo)本章小結(jié)習(xí)題第4章 光檢測(cè)器和光接收機(jī)4.1 光檢測(cè)器的工作原理4.1.1 PIN光檢測(cè)器4.1.2 APD光檢測(cè)器4.2 光檢測(cè)器的特性參數(shù)4.2.1 光檢測(cè)器性能參數(shù)4.2.2 光檢測(cè)器的噪聲4.2.3 光檢測(cè)器產(chǎn)品介紹4.3 光接收機(jī)4.3.1 光接收機(jī)的組成4.3.2 光接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)4.4 光收發(fā)合一模塊本章小結(jié)習(xí)題第5章 光網(wǎng)絡(luò)器件5.1 光放大器5.1.1 概述5.1.2 半導(dǎo)體光放大器5.1.3 摻雜光纖放大器5，1.4 拉曼光纖放大器5.1.5 光放大器的應(yīng)用5.2 無源器件5.2.1 耦合器5.2.2 濾波器5.2.3 隔離器5.2.4 環(huán)形器5.2.5 衰減器5.2.6 連接器5.2.7 光開關(guān)本章小結(jié)習(xí)題第6章 光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.1 設(shè)計(jì)原則6.1.1 工程設(shè)計(jì)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容6.1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法6.2 數(shù)字傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.2.1 技術(shù)考慮6.2.2 光通道功率代價(jià)、損耗及色散預(yù)算6.3 模擬傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.3.1 系統(tǒng)組成及其評(píng)價(jià)6.3.2 光放大器對(duì)系統(tǒng)性能的影響6.4 光纖系統(tǒng)實(shí)例6.4.1 設(shè)備互聯(lián)方案6.4.2 數(shù)據(jù)／視頻光端機(jī)在閉路監(jiān)控系統(tǒng)巾的應(yīng)用6.4.3 多通道業(yè)務(wù)光端機(jī)的應(yīng)用小章小結(jié)習(xí)題第7章 光纜線路的施工和測(cè)試7.1 光纜7.1.1 光纜的結(jié)構(gòu)與類型7.1.2 光纜的技術(shù)規(guī)范7.2 光纜施工7.2.1 施工準(zhǔn)備工作7.2.2 室外光纜敷設(shè)7.2.3 室內(nèi)光纜敷設(shè)7.2.4 光纜接續(xù)與成端7.3 常用儀器7.3.1 光時(shí)域反射儀7.3.2 光譜分析儀7.3.3 光纖熔接機(jī)7.3.4 光源與光功率計(jì)7.4 測(cè)試和故障檢修7.4.1 光特性測(cè)試7.4.2 電特性測(cè)試7.4.3 故障檢修本章小結(jié)習(xí)題第8章 波分復(fù)用技術(shù)8.1 WDM工作原理8.1.1 WDM工作原理8.1.2 WDM、DWDM與CWDM8.2 WDM系統(tǒng)的基本組成8.3 WDM系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件8.3.1 WDM系統(tǒng)巾的光源8.3.2 WDM系統(tǒng)中的接收機(jī)8.3.3 WDM系統(tǒng)巾的光放大器8.3.4 WDM系統(tǒng)巾的波分復(fù)用器／解復(fù)用器8.3.5 WDM系統(tǒng)中的光纖8.4 波分復(fù)用系統(tǒng)規(guī)范8.4.1 光波長的分配8.4.2 光接U規(guī)范8.5 設(shè)備實(shí)例小章小結(jié)習(xí)題第9章 光纖網(wǎng)絡(luò)9.1 網(wǎng)絡(luò)歷史回顧9.2 光纖網(wǎng)絡(luò)基本知識(shí)9.2.1 光纖網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)9.2.2 光纖網(wǎng)絡(luò)的物理構(gòu)件9.2.3 網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)——OSI參考模型9.3 基于光纖系統(tǒng)的三大網(wǎng)絡(luò)9.3.1 光纖計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)9.3.2 光纖電話網(wǎng)9.3.3 有線電視網(wǎng)9.4 光纖接入網(wǎng)9.4.1 光纖接入網(wǎng)的形式和業(yè)務(wù)類型9.4.2 無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)9.5 光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸體制9.5.1 概述9.5.2 SDH／SONET的基本概念9.5.3 SDH／SONET結(jié)構(gòu)9.5.4 SDH／SONET設(shè)備9.5.5 SDH設(shè)備實(shí)例9.6 多波長光纖網(wǎng)絡(luò)9.6.1 WDM光網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成9.6.2 WDM光網(wǎng)絡(luò)的分層9.6.3 WDM全光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵器件小章小結(jié)習(xí)題第10章 光通信新技術(shù)10.1 相干光通信10.1.1 相干檢測(cè)原理lO.1.2 調(diào)制與解調(diào)10.1.3 接收靈敏度10.1.4 相干光通信的關(guān)鍵技術(shù)10.1.5 相干光通信的優(yōu)點(diǎn)及其應(yīng)用10.2 光孤子通信10.2.1 光孤子通信的基本原理10.2.2 光孤子通信系統(tǒng)10.3 光時(shí)分復(fù)用10.3.1 光時(shí)分復(fù)用原理10.3.2 光時(shí)分復(fù)用的關(guān)鍵技術(shù)10.3.3 光時(shí)分復(fù)用的特點(diǎn)10.4 光碼分多址10.4.1 光碼分多址的基本原理10.4.2 光碼分多址的關(guān)鍵技術(shù)10.4.3 光碼分多址的特點(diǎn)10.5 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)10.5.1 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)10.5.2 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方案10.5.3 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)10.5.4 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)10.5.5 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)存在問題及發(fā)展現(xiàn)狀10.6 自由空間光通信10.6.1 概述10.6.2 系統(tǒng)組成及工作原理10.6.3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)10.6.4 設(shè)備實(shí)例本章小結(jié)習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第6章 光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)　　在前面幾章中，已經(jīng)學(xué)習(xí)了光纖通信系統(tǒng)中基本元器件的功能，從光源、光檢測(cè)器、光放大器等有源器件到連接器、隔離器等無源器件。在這章里將討論如何將這些器件通過光纖組合形成具有完整通信功能的系統(tǒng)?！　」饫w通信系統(tǒng)就其拓?fù)涠允嵌喾N多樣的，有星形結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)和樹形結(jié)構(gòu)等，其中最簡單的是點(diǎn)到點(diǎn)傳輸結(jié)構(gòu)。從其應(yīng)用來看，分光同步傳輸網(wǎng)、光纖用戶網(wǎng)、復(fù)用技術(shù)、高速光纖通信系統(tǒng)、光孤子通信和光纖通信在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用等。從其地位來看，又有骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)等。不同的應(yīng)用環(huán)境和傳輸體系，對(duì)光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求是不一樣的，這里只研究簡單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即點(diǎn)到點(diǎn)傳輸?shù)墓饫w通信系統(tǒng)。內(nèi)容包括設(shè)計(jì)原則、數(shù)字和模擬通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最后給出了設(shè)計(jì)實(shí)例，以期讀者對(duì)光纖通信方面的知識(shí)有全面了解?！　?.1　設(shè)計(jì)原則　　6.1.1　工程設(shè)計(jì)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括兩方面的內(nèi)容：工程設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)?！　」こ淘O(shè)計(jì)的主要任務(wù)是工程建設(shè)中的詳細(xì)經(jīng)費(fèi)預(yù)算，設(shè)備、線路的具體工程安裝細(xì)節(jié)。主要內(nèi)容包括對(duì)近期及遠(yuǎn)期通信業(yè)務(wù)量的預(yù)測(cè)；光纜線路路由的選擇及確定；光纜線路敷設(shè)方式的選擇；光纜接續(xù)及接頭保護(hù)措施；光纜線路的防護(hù)要求；中繼站站址的選擇及建筑方式；光纜線路施工中的注意事項(xiàng)。設(shè)計(jì)過程大致可分為：項(xiàng)目的提出和可行性研究；設(shè)計(jì)任務(wù)書的下達(dá)；工程技術(shù)人員的現(xiàn)場勘察；初步設(shè)計(jì)；施工圖設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)文件的會(huì)審：對(duì)施工現(xiàn)場的技術(shù)指導(dǎo)及對(duì)客戶的回訪等?！　∠到y(tǒng)設(shè)計(jì)要遵循建議規(guī)范，采用較為先進(jìn)成熟的技術(shù)，綜合考慮系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)成本，合理選用器件和設(shè)備，明確系統(tǒng)的全部技術(shù)參數(shù)，完成實(shí)用系統(tǒng)的合成?！　?.1.2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容　　光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及到許多相互關(guān)聯(lián)的變量，如光纖、光源和光檢測(cè)器的工作特性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和傳輸體制等?！　±?，目前在骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)中普遍選擇同步數(shù)字序列（SDH，Synchronous Digital Hierarchy）作為系統(tǒng)制式，在設(shè)計(jì)SDH體制的光纖通信系統(tǒng)時(shí)，首先要掌握其標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，SDH的傳輸速率分為155.52Mb／s（STM-1）、622.08Mb／s（STM-4）、2.5Gb／s（STM-16）和10Gb／s（STM-64）等四個(gè)級(jí)別。ITU-T對(duì)每個(gè)級(jí)別（STM-64正在研究中）所使用的工作波長范圍、光纖通道特性、光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的特性都做了規(guī)定，并對(duì)其應(yīng)用給出了分類代碼，表6.1給出了STM-1標(biāo)準(zhǔn)光接口的主要指標(biāo)，其中應(yīng)用分類代碼中的符號(hào)I表示距離不超過2km的局內(nèi)應(yīng)用，S表示距離在15km的局問短距離應(yīng)用，L表示距離在40～80km的局間長距離應(yīng)用，符號(hào)后的數(shù)字表示STM的速率等級(jí)和工作波長（1310nm）?！　　?/pre>








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