光纤通信

定　　价：129 元

丛书名：经典译丛·光学与光电子学

• 作者：（美）Gerd Keiser（格尔德 · 凯泽）
• 出版时间：2025/4/1
• ISBN：9787121499838
• 出 版 社：电子工业出版社

适用读者:本书特别适合作为通信工程及相关专业高年级本科生、 研究生的光纤通信课程的教材， 对于从事光纤通信设备设计制造、 系统运营管理的工程技术人员也是一本很好的参考书。

• 中图法分类：TN929.11 
• 页码：448
• 版次：01
• 开本：16开
• 字数：716.799987792969(单位：千字)

内容简介

本书是光纤通信领域的经典著作，系统地介绍了光纤通信系统的组成、工作原理和关键技术。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、波分复用(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。本书还包含了高级光调制格式、400 Gbps甚至更高速率的光链路、光纤的非线性效应、光子晶体光纤、高速通信中的前向纠错机制、光载射频(ROF)及光缆铺设等内容。

作者介绍

Gerd Keiser 波士顿大学研究教授， PhotonicsComm Solutions公司的教授兼顾问，该公司专注于光通信和生物光子学行业的教育和咨询服务。Keiser曾在霍尼韦尔、GTE和通用动力等知名公司从事电信技术工作。他在GTE的技术贡献为他赢得了该领域的著名奖项——莱斯利·华纳奖（Leslie Warner Award）。此外，他还曾担任美国东北大学、美国波士顿大学和美国塔夫茨大学的电气工程副教授，美国温特沃斯理工学院的工业顾问，以及台湾科技大学电子工程系的讲座教授，他还是新加坡科技研究局（A*STAR）和澳大利亚墨尔本大学的访问学者。Keiser是IEEE终身会士，美国光学学会（OSA）和国际光学工程学会（SPIE）会士。他曾担任多种技术期刊的副主编和审稿人，并撰写了五本著作。他在美国威斯康星大学获得数学学士学位和物理学硕士学位，在美国东北大学获得物理学博士学位。他的学术经历和研究兴趣主要集中在光网络和生物光子学领域。
蒲涛 陆军工程大学通信工程学院电磁频管与光电教研室教授、博士生导师。陆军工程大学学位委员会委员、电子科学与技术学科带头人。长期从事军事光通信及微波光子学研究。作为负责人先后承担完成了4个国家自然科技基金项目，是国家自然科学基金委信息学部会评专家。承担完成装备预研项目4项，获军队科技进步二等奖2项、三等奖4项。出版了教材译著4部，以及国内最早的微波光子学领域专著《微波光子学原理与应用》。获得国家发明专利6项，发表论文100余篇， SCI收录80余篇。

目 录

目 录
第1章 光纤通信概述 1
1.1 光通信的发展原因 2
1.1.1 光网络的发展历程 2
1.1.2 光纤的优点 2
1.2 光频谱带 3
1.2.1 电磁能量谱 3
1.2.2 工作窗口和光频带 5
1.3 分贝单位 6
1.4 数字复用技术 9
1.4.1 基本的电信信号复用 9
1.4.2 SONET/SDH复用体系 11
1.4.3 光传送网(OTN) 12
1.5 波长信道复用 12
1.5.1 WDM概述 12
1.5.2 偏振复用 13
1.5.3 多芯光纤 13
1.6 光纤通信系统的基本组件 13
1.7 光通信网络的演进 15
1.8 光纤通信标准 16
1.9 小结 17
习题 17
习题解答(选) 19
原著参考文献 19
第2章 光纤：结构、导波原理和制造 22
2.1 光的性质 22
2.1.1 偏振 23
2.1.2 线偏振 24
2.1.3 椭圆偏振和圆偏振 25
2.1.4 光的量子特性 26
2.2 基本的光学定律和定义 27
2.2.1 折射率的概念 27
2.2.2 反射和折射基础 28
2.2.3 光的偏振特性 30
2.2.4 偏振敏感材料 30
2.3 光纤模式和结构 32
2.3.1 传统的光纤分类 32
2.3.2 光射线和模式 34
2.3.3 阶跃折射率光纤结构 34
2.3.4 射线光学描述 35
2.3.5 介质平板波导中的光波 37
2.4 圆波导的模式理论 38
2.4.1 模式概述 38
2.4.2 截止波长和参数V 39
2.4.3 阶跃折射率光纤中的光功率 41
2.4.4 线偏振模 42
2.5 单模光纤 43
2.5.1 SMF结构 43
2.5.2 模场直径 44
2.5.3 双折射的起源 45
2.5.4 有效折射率 46
2.6 梯度折射率(GI)光纤的结构 46
2.6.1 GI光纤的纤芯结构 46
2.6.2 梯度折射率光纤的数值孔径 46
2.6.3 梯度折射率光纤的截止条件 47
2.7 光纤材料 48
2.7.1 玻璃光纤 48
2.7.2 标准光纤制造 49
2.7.3 有源玻璃光纤 49
2.7.4 塑料光纤 50
2.8 光子晶体光纤(PCF)概念 50
2.8.1 折射率导引PCF 50
2.8.2 光子带隙光纤 51
2.9 光缆 51
2.9.1 光缆结构 52
2.9.2 室内光缆类型 53
2.9.3 室外光缆类型 54
2.10 小结 54
附录：菲涅耳方程 55
习题 57
习题解答(选) 58
原著参考文献 59
第3章 衰减和色散 62
3.1 衰减 62
3.1.1 衰减单位 62
3.1.2 光功率的吸收 64
3.1.3 光纤中的散射损耗 67
3.1.4 弯曲损耗 68
3.1.5 纤芯和包层的损耗 70
3.2 光纤中的信号畸变 71
3.2.1 色散概述 71
3.2.2 模式时延效应 73
3.2.3 色散起因 74
3.2.4 群时延 75
3.2.5 材料色散 76
3.2.6 波导色散 78
3.2.7 单模光纤中的色散 78
3.2.8 偏振模色散 79
3.3 单模光纤的设计和性能 81
3.3.1 折射率剖面 81
3.3.2 截止波长的概念 83
3.3.3 色散计算标准 84
3.3.4 模场直径的定义 86
3.3.5 单模光纤中的弯曲损耗 86
3.4 国际标准ITU-T的光纤标准 87
3.4.1 G.651.1建议 87
3.4.2 G.652建议 88
3.4.3 G.653建议 88
3.4.4 G.654建议 89
3.4.5 G.655建议 89
3.4.6 G.656建议 89
3.4.7 G.657建议 89
3.5 特种光纤的设计和使用 90
3.6 多芯光纤 92
3.7 小结 92
习题 93
习题解答(选) 94
原著参考文献 95
第4章 光源 97
4.1 半导体物理学基础 98
4.1.1 半导体能带 98
4.1.2 本征材料和非本征材料 100
4.1.3 pn结 101
4.1.4 直接带隙和间接带隙 102
4.1.5 半导体器件的制造 103
4.2 发光二极管(LED)的原理 103
4.2.1 LED的结构 104
4.2.2 光源的半导体材料 106
4.2.3 LED的量子效率和输出功率 109
4.2.4 LED的响应时间 111
4.3 半导体激光器 113
4.3.1 半导体激光器的模式和阈值条件 114
4.3.2 半导体激光器的速率方程 120
4.3.3 外微分量子效率 121
4.3.4 激光器的谐振频率 121
4.3.5 激光二极管的结构和辐射场型分布 123
4.3.6 单模激光器 123
4.3.7 半导体激光器的调制 126
4.3.8 激光器输出谱宽 127
4.3.9 外调制 128
4.3.10 激光器阈值的温度特性 129
4.4 光源的输出线性特性 131
4.5 小结 133
习题 133
习题解答(选) 137
原著参考文献 137
第5章 光功率耦合 139
5.1 光源至光纤的功率耦合 139
5.1.1 光源的辐射圈 140
5.1.2 功率耦合计算 141
5.1.3 发射功率与波长的关系 144
5.1.4 稳态数值孔径 145
5.2 改善耦合的透镜结构 146
5.3 光纤与光纤的连接 148
5.3.1 机械对准误差 149
5.3.2 光纤差异损耗 154
5.3.3 单模光纤损耗 155
5.3.4 光纤端面制备 156
5.4 小结 157
习题 158
习题解答(选) 159
原著参考文献 159
第6章 光检测器 161
6.1 光电二极管的物理原理 161
6.1.1 pin光电二极管 161
6.1.2 雪崩光电二极管 166
6.2 光检测器噪声 167
6.2.1 信噪比 167
6.2.2 噪声源 167
6.2.3 信噪比受限 169
6.2.4 噪声等效功率 170
6.3 光电二极管的响应时间 171
6.3.1 耗尽层光电流 171
6.3.2 响应时间特性 172
6.4 光检测器比较 174
6.5 小结 175
习题 176
习题解答(选) 177
原著参考文献 178
第7章 光接收机 179
7.1 接收机工作的基本原理 180
7.1.1 数字信号传输 180
7.1.2 误码源 181
7.1.3 接收机前置放大器 183
7.2 数字接收机性能 184
7.2.1 误码率的确定 185
7.2.2 接收机灵敏度 189
7.2.3 量子极限 191
7.3 眼图原理 191
7.3.1 眼图的特征 192
7.3.2 BER和Q因子测量 193
7.4 突发模式接收机 194
7.5 模拟接收机的性能 196
7.6 小结 199
习题 200
习题解答(选) 201
原著参考文献 201
第8章 数字光纤链路 204
8.1 基本的光纤链路 204
8.1.1 传输信号格式 206
8.1.2 链路设计中的考虑 207
8.1.3 链路功率预算 208
8.1.4 展宽时间预算 211
8.1.5 短波长上的传输 214
8.1.6 单模光纤链路的损耗限制 215
8.2 功率代价 216
8.2.1 色度色散的功率代价 217
8.2.2 偏振模色散(PMD)的功率代价 218
8.2.3 消光比功率代价 219
8.2.4 模式噪声功率代价 219
8.2.5 模分配噪声引起的功率代价 220
8.2.6 啁啾引起的功率代价 221
8.2.7 反射噪声引起的链路不稳定 222
8.3 差错检测和控制 223
8.3.1 误码检测概念 224
8.3.2 线性检错码 224
8.3.3 多项式码的误码检测 225
8.3.4 利用冗余位纠错 227
8.4 相干检测 228
8.4.1 基本概念 228
8.4.2 零差检测 230
8.4.3 外差检测 230
8.4.4 相干检测的SNR 230
8.4.5 相干检测误码率比较 231
8.5 高阶光调制方式 235
8.5.1 频谱效率 235
8.5.2 相移键控和IQ调制 235
8.5.3 差分四相移键控(DQPSK) 236
8.5.4 正交幅度调制(QAM) 236
8.6 小结 237
习题 238
习题解答(选) 240
原著参考文献 241
第9章 模拟链路 244
9.1 模拟链路的基本组成 244
9.2 载噪比的概念 245
9.2.1 载波功率 246
9.2.2 光检测器和前置放大器的噪声 246
9.2.3 相对强度噪声(RIN) 247
9.2.4 C/N极限条件 248
9.3 多信道幅度调制 249
9.4 无杂散动态范围 251
9.5 光载射频链路 252
9.6 微波光子学 253
9.7 小结 253
习题 254
习题解答(选) 254
原著参考文献 255
第10章 WDM概念和光器件 257
10.1 WDM概述 257
10.1.1 WDM的工作原理 257
10.1.2 WDM标准 260
10.2 无源光耦合器 261
10.2.1 2×2光纤耦合器 262
10.2.2 散射矩阵表示法 266
10.2.3 2×2波导耦合器 267
10.2.4 星形耦合器 270
10.2.5 马赫-曾德尔干涉技术 272
10.3 单向隔离器和环形器 274
10.3.1 光隔离器的功能 275
10.3.2 光环形器 276
10.4 光纤光栅滤波器 276
10.4.1 光栅基础 276
10.4.2 光纤布拉格光栅 277
10.4.3 FBG的应用 279
10.5 介质薄膜滤波器 280
10.5.1 标准具理论 281
10.5.2 TFF的应用 283
10.6 阵列波导器件 284
10.7 衍射光栅在WDM中的应用 287
10.8 小结 288
习题 288
习题解答(选) 290
原著参考文献 291
第11章 光放大器 293
11.1 光放大器的基本应用和分类 293
11.1.1 光放大器的一般应用 293
11.1.2 放大器的类型 294
11.2 半导体光放大器 296
11.2.1 有源介质的外部泵浦 296
11.2.2 放大器增益 298
11.2.3 SOA的带宽 300
11.3 掺铒光纤放大器 300
11.3.1 光纤放大器泵浦原理 300
11.3.2 EDFA的结构 302
11.3.3 EDFA的功率转换效率及增益 303
11.4 放大器噪声 305
11.5 光信噪比 307
11.6 光纤链路应用 308
11.6.1 功率放大器 308
11.6.2 在线放大器 308
11.6.3 前置放大器 310
11.7 拉曼放大器 310
11.7.1 拉曼增益原理 310
11.7.2 泵浦激光器 312
11.8 宽带光放大器 312
11.9 光纤激光器 313
11.10 小结 314
习题 315
习题解答(选) 317
原著参考文献 318
第12章 光纤中的非线性效应 320
12.1 非线性效应分类 320
12.2 有效长度与有效面积 321
12.3 受激拉曼散射 322
12.4 受激布里渊散射 324
12.5 自相位调制 325
12.6 交叉相位调制 326
12.7 WDM信道中的四波混频 327
12.8 减小四波混频的方案 328
12.9 主要的光波长变换器 329
12.9.1 光门波长转换器 329
12.9.2 波混频波长转换器 330
12.10 孤子的原理 330
12.10.1 孤子脉冲的结构 331
12.10.2 孤子主要参数 333
12.10.3 孤子宽度和间隔 334
12.11 小结 336
习题 336
习题解答(选) 337
原著参考文献 337
第13章 光网络 339
13.1 网络概念 339
13.1.1 网络术语 339
13.1.2 网络分类 340
13.1.3 网络体系的分层结构 342
13.1.4 光层功能 343
13.2 网络拓扑 344
13.2.1 无源线形总线的性能 345
13.2.2 星形拓扑的性能 345
13.3 SONET/SDH概念 347
13.3.1 SONET/SDH帧结构 347
13.3.2 SONET/SDH的光接口 349
13.3.3 SONET/SDH环 351
13.3.4 SONET/SDH网络体系 353
13.4 高速光收发机 354
13.4.1 10 Gbps光链路 354
13.4.2 40 Gbps光链路 356
13.4.3 100 Gbps链路 357
13.4.4 400 Gbps以上速率链路 357
13.5 光分插复用器方案 358
13.5.1 OADM的结构 358
13.5.2 可重构OADM 359
13.6 光交换 363
13.6.1 光交叉连接 364
13.6.2 波长变换 364
13.6.3 波长路由分配 366
13.6.4 光分组交换 366
13.6.5 光突发交换 367
13.6.6 弹性光网络 369
13.7 WDM网络实例 369
13.7.1 长途WDM网络 369
13.7.2 城域WDM网络 371
13.7.3 数据中心网络 372
13.8 无源光网络 372
13.8.1 基本的PON架构 373
13.8.2 有源PON模块 374
13.8.3 PON业务流量的控制 375
13.8.4 PON结构中的保护交换 377
13.8.5 WDM PON架构 378
13.9 小结 379
习题 379
习题解答(选) 382
原著参考文献 382
第14章 性能测量与监控 387
14.1 测量标准概述 388
14.2 测试设备概述 389
14.2.1 测试用光源 390
14.2.2 光谱分析仪 390
14.2.3 多功能光测试仪 391
14.2.4 光功率衰减器 391
14.2.5 光传送网(OTN)测试仪 391
14.2.6 可视故障指示仪 392
14.3 光功率测量 392
14.3.1 光功率的物理基础 392
14.3.2 光功率计 393
14.4 光纤特性参数 393
14.4.1 折射近场法 394
14.4.2 传输近场法 394
14.4.3 损耗测量 394
14.5 眼图 397
14.5.1 模板测试 398
14.5.2 压力眼图 399
14.5.3 BER等高线 399
14.6 光时域反射仪(OTDR) 399
14.6.1 OTDR测试曲线 400
14.6.2 损耗测量 401
14.6.3 OTDR盲区 402
14.6.4 光纤故障定位 403
14.6.5 光回波衰减 403
14.7 光性能监测 404
14.7.1 管理系统和功能 404
14.7.2 光层管理 405
14.7.3 OPM基本功能 407
14.7.4 用于网络维护的OPM架构 407
14.7.5 网络故障检测 408
14.8 光纤系统性能测量 409
14.8.1 误码率测试 409
14.8.2 光信噪比评估 410
14.8.3 Q因子评估 411
14.8.4 OMA测量方法 412
14.8.5 定时抖动测量 413
14.9 小结 414
习题 415
习题解答(选) 416
原著参考文献 416
附录A 国际单位制 418
附录B 分贝 419
附录C 缩略语 421
附录D 拉丁文符号 427
附录E 希腊文符号 429