【现货速发】光纤通信

“光纤通信”是信息与通信工程学科一门重要的专业课程。课程所包含的内容是通信工程、电子信息类等专业本科生应具备的知识结构的重要组成部分，其基本理论还是一些交叉学科的生长点和新兴边缘学科发展的基础。本书是依据 有关专业教学指导委员会制定的本科指导性专业规范和《电子信息类专业教学质量国家标准》，按照西安石油大学通信工程专业人才培养方案和教学大纲修订的需要编写的。本书的编写目的是使学生通过本书的学习理解光纤通信的基本原理和系统组成，了解光通信发展中的前沿问题和发展趋势，使其具备独立思考及运用所学知识解决实际问题的能力，从而为将来进行光纤通信及相关领域的理论和实验研究以及工程项目的开发打下坚实的基础。

本书共12章。第1章介绍了光纤通信的发展史及我国光纤通信的应用及发展趋势； 分析了光纤通信中的一些基本概念及其系统组成、优缺点等。第2章介绍了光纤的结构和类型，分析了光纤的导光原理(光纤的射线光学理论和波动理论)及光纤的相关特性。第3章介绍了半导体激光二极管和半导体发光二极管的工作原理、应用及光发射机的组成和参数，说明了外调制器的工作原理。第4章介绍了光检测器的原理、特性和产品及特性参数，然后介绍了数字光接收机的组成及技术指标，最后介绍了光收发模块。第5章介绍了光纤通信网络中常用有源器件和无源器件的基本工作原理，讨论了它们在网络中的作用及应用方法，并给出了技术参数。第6章介绍了光纤通信系统设计的原则，对数字和模拟光纤链路设计的技术指标、要求及方法进行了具体讨论，最后给出了光纤通信系统实例。第7章介绍了光缆的结构、类型和技术规范，光缆线路施工的步骤及方式，并介绍了施工中常用的器件和测试仪器、故障检修的方法和排除步骤。第8章介绍了波分复用的工作原理、基本组成，详细介绍了系统所用关键设备的工作原理与技术参数，并给出了波分复用设备实例。第9章介绍了光接入网、计算机高速互联光网络、智能光网络及全光网的基本概念和原理，并介绍了构建这些网络的支撑技术。第10章介绍了光纤通信的有关系统和网络的新技术，阐述了这些新技术的原理、特点及其关键技术。第11章介绍了光纤传感技术的发展历程，阐述了光纤传感器的基本构成、工作原理及其应用。第12章介绍了基于OptiSystem软件的光纤通信系统仿真举例。本书力求充分体现应用型人才培养的思路，内容编排由浅入深、循序渐进，从基本概念和基本原理到工程实践相关技术及方法均有涉猎，能够在帮助学生掌握光纤通信相关理论的基础上，提升学生分析问题和解决问题的能力。

本书建议授课学时为48~56。授课教师可针对不同基础及需求的学习对象选择适当的内容安排教学。

本书第1~5章、第9章、第12章、附录A和附录B由雒明世编写，第6~8章由段沛沛编写，第10章和第11章由王彩玲编写。本书第2章、第8章和第10章由屈檀负责审稿。全书由雒明世统编定稿。在编写过程中参考了参考文献中所列的相关书籍和资料，在此向这些书籍和资料的编写者表示衷心的感谢。计算机学院卢胜男、闫效莺、张延老师和张蒙蒙、何潘金、陈利军、姚翌、金浩、白艳红、胡进腾等同学对本书各章节内容进行了校对，本书的编写和出版也得到了清华大学出版社的大力支持，在此一并表示衷心的感谢。

由于编者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请广大读者批评指正。

编者
2023年6月

本书紧密结合光纤通信的发展，系统地介绍了光纤通信系统的组成与工作原理及关键技术。具体内容包括光纤传输理论及传输特性、光源和光检测器的工作原理及特性、有源和无源光器件的工作原理及应用、光纤通信系统的设计、光缆线路的施工和测试、波分复用、光纤通信网、光通信新技术以及光纤传感技术。本书内容深入浅出、概念清楚，理论结合实际，可作为高等学校电子信息类专业本科生的教学用书，也可作为研究生以及从事光纤通信工作的相关科技人员的参考用书。

雒明世，男，1966年5月出生，陕西咸阳人。副教授，硕士生导师。1988年7月于北京邮电大学获电信工程学士学位，2003年12月于西安电子科技大学获电子与信息工程硕士学位。曾先后就职于电信科学技术研究院第十研究所和大唐电信科技股份有限公司西安公司，主要从事通信交换系统、光传输设备、无线接入网络等的研究与开发工作。现为西安石油大学计算机学院教师，先后主讲过本科及研究生课程“锁相与频率合成”、“卫星通信”、“现代交换原理”、“光纤通信”、“通信工程专业英语”、“新生研讨课”、“无线传感器网络”等。主持和承担过国家和省部级项目等科研课题十余项，发表学术论文20余篇，出版教材2部。主要研究方向为光纤通信系统、无线传感器网络、新型通信协议与组网技术等。

第1章绪论

1．1光纤通信发展的历史回顾 

1．1．1早期的光通信 

1．1．2光纤通信的发展史 

1．1．3我国光纤通信的发展历程 

1．2光纤通信系统的基本组成及特点

1．2．1发射和接收

1．2．2基本光纤传输系统

1．3光纤通信中的一些基本概念

1．3．1模拟信号和数字信号

1．3．2调制格式

1．3．3数字信号的复用方式 

1．3．4同步数字体系

1．3．5异步转移模式

1．4光纤通信的应用和发展趋势

1.4.1光纤通信的应用

1.4.2光纤通信发展趋势

本章小结

习题

第2章光纤传输理论及传输特性

2．1光纤结构与类型

2．1．1光纤的结构

2．1．2光纤的类型

2．2光纤的射线光学理论分析

2．2．1从射线光学理论分析光纤的导光原理

2．2．2传导模和数值孔径

2．3光纤的波动理论分析

2．3．1波动方程和电磁场表达式

2．3．2特征方程和传输模式

2．4光纤的制造工艺简介

2．4．1原材料的提取

2．4．2预制棒的熔炼

2．4．3预制棒的拉丝和涂覆

2．4．4光纤成品的测试

2．5光纤的传输特性

2．5．1损耗特性

2．5．2损耗特性的测量

2．5．3色散特性

2．5．4色散特性的测量

2．6常用光缆类型

2．6．1光缆的分类

2．6．2光缆的特性

本章小结

习题

第3章光源和光发射机

3．1激光二极管

3．1．1工作原理

3．1．2半导体激光器的主要特性

3．1．3LD的类型

3．1．4LD组件及其技术指标

3．2发光二极管

3．2．1LED结构

3．2．2LED特性

3．2．3光源LD、LED与光纤的耦合

3．2．4LED技术参数

3．3光发射机

3．3．1模拟光发射机

3．3．2数字光发射机

3．4外调制器

3．4．1外调制器的特点和类型

3．4．2外调制器工作原理

3．4．3外调制器技术指标

本章小结

习题

第4章光检测器和光接收机

4．1光检测器的工作原理

4．1．1PIN光检测器

4．1．2APD光检测器

4．2光检测器的特性参数

4．2．1光检测器的性能参数

4．2．2光检测器的噪声 

4．2．3光检测器产品介绍 

4．3光接收机

4．3．1光接收机的组成 

4．3．2光接收机的噪声特性 

4．3．3光接收机的技术指标 

4．4光收发合一模块

本章小结

习题

第5章光网络器件

5．1光放大器

5．1．1概述

5．1．2半导体光放大器

5．1．3掺杂光纤放大器

5．1．4拉曼光纤放大器

5．1．5光放大器的应用

5．2光无源器件

5．2．1耦合器

5．2．2滤波器

5．2．3隔离器

5．2．4环形器

5．2．5衰减器

5．2．6连接器

5．2．7光开关

本章小结

习题

第6章光纤通信系统的设计

6．1设计原则

6．1．1工程设计

6．1．2系统设计的内容

6．1．3系统设计的方法

6．2数字传输系统的设计

6．2．1系统设计技术背景

6．2．2系统部件选择

6．2．3光通道功率代价和损耗、色散预算

6．3模拟传输系统的设计

6．3．1系统设计技术背景

6．3．2系统组成

6．3．3系统的主要性能指标

6．3．4光放大器对系统性能的影响

6．4光纤通信系统实例

6．4．1单信道光通信系统

6．4．2光纤通信设备及技术在闭路监控系统中的应用

本章小结

习题

第7章光缆线路的施工和测试

7．1光缆

7．1．1光缆结构设计要求

7．1．2光缆结构和类型

7．2光缆施工

7．2．1施工准备

7．2．2室内光缆敷设

7．2．3室外光缆敷设

7．2．4光缆接续及成端安装

7．3常用仪器

7．3．1光时域反射仪

7．3．2光谱分析仪

7．3．3光源与光功率计

7．3．4光纤熔接机

7．4光缆线路测试和故障检修

7．4．1光缆线路测试

7．4．2光缆线路工程竣工测试

7．4．3故障检测

7．5光缆工程实例

7．5．1工程概况

7．5．2设计规范

7．5．3技术要求

7．5．4设计方案

7．5．5施工图设计

7．5．6材料表

本章小结

习题

第8章波分复用技术

8．1概述

8．2波分复用技术原理

8．2．1波分复用工作原理

8．2．2几种波分复用技术

8．3WDM系统的基本组成及传输方式

8．3．1WDM系统的基本组成 

8．3．2WDM系统传输方式

8．4WDM系统中的主要设备 

8．4．1WDM系统中的光源

8．4．2WDM系统中的接收机

8．4．3WDM系统中的光放大器

8．4．4WDM系统中的波分复用器/解复用器

8．4．5WDM系统中的光纤

8．5波分复用系统规范 

8．5．1光波长分配相关规范

8．5．2光接口规范

8．6设备实例

本章小结

习题

第9章光纤通信网

9．1光接入网

9．1．1接入网概述及光接入网的基本概念

9．1．2光接入网的形式和业务类型

9．1．3光接入网的拓扑结构

9．1．4有源和无源光接入网

9．2计算机高速互联光网络

9．2．1光纤分布式数据接口

9．2．2光纤通道

9．2．3高速计算机光互连技术

9．3智能光网络

9．3．1智能光网络的概念

9．3．2ASON的体系结构

9．3．3ASON的控制平面

9．4全光网

9．4．1全光网概述

9．4．2全光网结构

9．4．3全光网的关键技术

本章小结

习题

第10章光通信新技术

10．1相干光通信

10．1．1相干检测原理

10．1．2调制和解调

10．1．3误码率和接收灵敏度

10．1．4相干光系统的优点和关键技术

10．2光孤子通信

10．2．1光孤子的形成

10．2．2光孤子通信系统的构成和性能

10．3自由空间光通信

10．3．1自由空间光通信技术概述

10．3．2FSO的基本原理和特点

10．3．3自由空间光通信中的常用调制方式

10．4量子光通信

10．4．1量子通信的特点

10．4．2量子通信的类型 

10．4．3量子通信的网络架构 

本章小结

习题

第11章光纤传感技术

11．1概述

11．2光纤传感器的特点及基本构成

11．2．1光纤传感器的特点

11．2．2光纤传感器的基本构成

11．2．3光纤传感器系统

11．3光纤传感器的分类

11．3．1按传感器的传感原理分类

11．3．2按被调制的光波参数分类

11．3．3按被测物理量分类

11．3．4按目标分布情况分类

11．4光纤传感器的基本原理

11．4．1强度调制光纤传感器

11．4．2频率调制光纤传感器

11．4．3波长调制光纤传感器

11．4．4相位调制光纤传感器

11．4．5偏振态调制光纤传感器

11．5光纤光栅传感器

11．5．1光纤光栅

11．5．2光纤光栅的分类 

11．6分布式光纤传感器

11．6．1分布式光纤传感器概述

11．6．2分布式光纤传感器优点

11．6．3分布式光纤传感器分类

11．7光纤传感器的应用

11．7．1光纤传感技术在电力系统的应用

11．7．2光纤传感技术在石油与化工行业的应用

11．7．3光纤传感技术在生物、医学、化学领域的应用

11．7．4光纤传感技术在航空航天领域的应用

11．7．5光电传感技术在国防领域的应用

11．8特殊类型光纤传感技术

11．8．1纳米光纤及其传感应用

11．8．2光子晶体光纤及其传感应用

11．8．3聚合物光纤及其传感应用

本章小结

习题

第12章光纤通信系统仿真

12．1OptiSystem仿真系统

12．1．1OptiSystem简介

12．1．2OptiSystem系统资源库

12．2光电子器件仿真

12．2．1半导体激光器特性仿真

12．2．2半导体激光器的调制响应特性仿真

12．2．3PIN和APD光接收机仿真

12．3色散补偿仿真

12．3．1在不同传输速率情况下，光纤传输性能仿真

12．3．2DCF光纤色散补偿仿真

12．3．3光纤光栅(FBG)色散补偿仿真

12．4掺铒光纤放大器的仿真设计

12．4．1掺铒光纤长度对增益的影响

12．4．2增益与泵浦光功率的关系

12．4．3增益与信号光波长的关系

12．4．4增益与信号光功率的关系

12．4．5增益与掺铒光纤长度的关系仿真优化

12．4．6增益与泵浦光功率的关系仿真优化

本章小结

习题

附录A光纤通信常用术语

附录B光纤通信系统文字符号对照表

参考文献

本书紧密结合光纤通信的发展，系统地介绍了光纤通信系统的组成与工作原理及关键技术。具体内容包括光纤传输理论及传输特性、光源和光检测器的工作原理及特性、有源和无源光器件的工作原理及应用、光纤通信系统的设计、光缆线路的施工和测试、波分复用、光纤通信网、光通信新技术以及光纤传感技术。本书内容深入浅出、概念清楚，理论结合实际，可作为高等学校电子信息类专业本科生的教学用书，也可作为研究生以及从事光纤通信工作的相关科技人员的参考用书。

雒明世，男，1966年5月出生，陕西咸阳人。副教授，硕士生导师。1988年7月于北京邮电大学获电信工程学士学位，2003年12月于西安电子科技大学获电子与信息工程硕士学位。曾先后就职于电信科学技术研究院第十研究所和大唐电信科技股份有限公司西安公司，主要从事通信交换系统、光传输设备、无线接入网络等的研究与开发工作。现为西安石油大学计算机学院教师，先后主讲过本科及研究生课程“锁相与频率合成”、“卫星通信”、“现代交换原理”、“光纤通信”、“通信工程专业英语”、“新生研讨课”、“无线传感器网络”等。主持和承担过国家和省部级项目等科研课题十余项，发表学术论文20余篇，出版教材2部。主要研究方向为光纤通信系统、无线传感器网络、新型通信协议与组网技术等。