密集波分復用技術導論

第一部分　光的基礎知識                   
                   
 引言　1                   
                   
 第1章　光的性質1                   
 1.1　引言　1                   
 1.2　提高光纖可傳送的帶寬　2                   
 1.3　什么是密集波分復用(DWDM)　2                   
 1.4　什么是光頻分復用(OFDM)　3                   
 1.5　不透明和透明的波分復用系統(tǒng)　4                   
 1.6　密集波分復用的器件　4                   
 1.7　光學基礎?4                   
 1.7.1　光的波動性　4                   
 1.7.2　光的粒子性　5                   
 1.8　測量光度的術語：光通量. 照度和亮度　6                   
 練習　7                   
                   
 第2章　光和物質的相互作用8                   
 2.1　引言　8                   
 2.2　透明和不透明的物質　8                   
 2.3　透光物質的性質　8                   
 2.3.1　反射和折射——折射率　9                   
 2.3.2　斯涅耳(Snell)定律　10                   
 2.3.3　臨界角　10                   
 2.3.4　光棱鏡　10                   
 2.3.5　衍射　12                   
 2.3.6　無限遠處的衍射　12                   
 2.3.7　衍射光柵　12                   
 2.3.8　惠更斯—菲涅耳(Huygens-Fresnel)原理　13                   
 2.3.9　光的干涉　13                   
 2.3.10　防反射涂層　14                   
 2.3.11　全息攝影　15                   
 2.3.12　偏振　16                   
 2.3.13　偏振的例子　17                   
 2.3.14　反射和折射產(chǎn)生的偏振　17                   
 2.3.15　消光比　18                   
 2.3.16　偏振模式偏移：法拉弟(Faraday)效應　18                   
 2.3.17　相移　19                   
 2.3.18　各向同性和各向異性　19                   
 2.3.19　雙折射　20                   
 2.3.20　材料色散　20                   
 2.3.21　非線性現(xiàn)象　21                   
 2.3.22　均勻性和不均勻性　21                   
 2.3.23　材料中雜質的影響　22                   
 2.3.24　微裂紋效應　22                   
 2.3.25　機械應力的影響　23                   
 2.3.26　溫度變化的影響　23                   
 練習　24                   
                   
 參考文獻　25                   
 標準　26                   
                   
 第二部分　光部件                   
                   
 第3章　光波導——光纖27                   
 3.1　引言　27                   
 3.2　光纜的構造　27                   
 3.2.1　怎樣制造光纖　28                   
 3.2.2　怎樣制造預制棒　29                   
 3.3　折射率分布　29                   
 3.4　光纖模式　29                   
 3.4.1　多模漸變折射率光纖　31                   
 3.4.2　單模光纖　31                   
 3.5　光的傳播　31                   
 3.6　臨界光錐或接受光錐　32                   
 3.7　出射光錐　32                   
 3.8　相速　33                   
 3.9　群速　33                   
 3.10　模式色散　33                   
 3.10.1　模間延遲差　34                   
 3.10.2　最大比特率　34                   
 3.10.3　模混合　35                   
 3.11　降低模式色散　35                   
 3.12　色度色散　35                   
 3.12.1　材料色散　36                   
 3.12.2　波長色散　36                   
 3.12.3　色度色散：渡越時間變化　36                   
 3.12.4　色度色散：脈沖展寬　37                   
 3.13　色散位移和色散平坦光纖　37                   
 3.14　色度色散的限度：ITU-T　38                   
 3.15　單模色度色散的計算　39                   
 3.16　色度色散補償　39                   
 3.17　偏振模色散　40                   
 3.18　光纖的衰減或損耗　40                   
 3.18.1　分貝　41                   
 3.19　光纖頻譜利用　42                   
 3.20　光纖雙折射和偏振　43                   
 3.21　非線性現(xiàn)象　43                   
 3.21.1　受激喇曼散射　44                   
 3.21.2　受激布里淵散射　45                   
 3.21.3　四波混頻　45                   
 3.21.4　時間FWM, 近端和遠端　46                   
 3.22　光譜展寬　47                   
 3.23　自相位調制　47                   
 3.24　自調制或調制不穩(wěn)性　48                   
 3.25　FWM對DWDM傳輸系統(tǒng)的影響　48                   
 3.26　減小FWM的對策　48                   
 3.27　光孤子　49                   
 3.27.1　光孤子的定性說明　49                   
 3.28　光纖連接　50                   
 3.29　結論　50                   
 練習　51                   
                   
 第4章　光譜濾波器和光柵52                   
 4.1　引言　52                   
 4.2　法布里—珀羅干涉器　52                   
 4.2.1　法布里—珀羅諧振器　52                   
 4.2.2　精細度　54                   
 4.2.3　譜寬. 線寬和線間隔　55                   
 4.2.4　法布里—珀羅濾波器　55                   
 4.3　布喇格光柵　56                   
 4.3.1　布喇格反射器　56                   
 4.3.2　布喇格條件　57                   
 4.4　光纖布喇格光柵　57                   
 4.5　可調布喇格光柵　58                   
 4.6　電介質薄膜　59                   
 4.7　偏振光分路器　59                   
 4.8　可調諧光濾波器　59                   
 4.9　聲—光可調諧濾波器　60                   
 4.10　馬赫—策恩德濾波器　61                   
 4.10.1　馬赫—策恩德濾波器的可調度　62                   
 4.11　吸收濾波器　63                   
 4.12　雙折射濾波器　64                   
 4.13　混合濾波器　64                   
 4.14　可調濾波器的比較　64                   
 4.15　衍射光柵　65                   
 練習　66                   
                   
 第5章　光分用器67                   
 5.1　引言　67                   
 5.2　棱鏡　67                   
 5.3　衍射光柵　67                   
 5.4　陣列波導光柵　68                   
 5.5　馬赫—策恩德干涉器　69                   
 5.6　光譜濾波器　69                   
 5.7　聲—光濾波器和偏振光束分離器的組合　69                   
 5.8　光復用器　70                   
 練習　70                   
                   
 第6章　光源72                   
 6.1　引言　72                   
 6.2　發(fā)光二極管　72                   
 6.2.1　開關速度和輸出功率　73                   
 6.2.2　輸出光譜　73                   
 6.2.3　輸入—輸出響應　73                   
 6.2.4　調制響應　73                   
 6.2.5　結論　74                   
 6.3　激光器　74                   
 6.3.1　紅寶石激光器　75                   
 6.3.2　半導體激光器　75                   
 6.4　單片法布里—珀羅激光器　76                   
 6.5　單片布喇格激光器　77                   
 6.6　分布反饋激光器　77                   
 6.7　半導體量子阱激光器　78                   
 6.8　垂直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)　78                   
 6.9　單片可調激光器　79                   
 6.9.1　單頻激光器　79                   
 6.9.2　多頻激光器　79                   
 6.10　梳狀光發(fā)生器　80                   
 6.11　啁啾—脈沖激光源　80                   
 6.12　多頻空腔激光器　80                   
 6.12.1　WGR的優(yōu)點　81                   
 6.12.2　WGR的缺點　81                   
 6.13　單片DFB陣列　81                   
 6.13.1　DFB的優(yōu)點　82                   
 6.13.2　DFB的缺點　82                   
 6.14　調制器　82                   
 6.15　激光器模塊　83                   
 練習　83                   
                   
 第7章　光檢測器85                   
 7.1　引言　85                   
 7.2　光電檢測器的特性　85                   
 7.3　PIN光電二極管　85                   
 7.4　APD光電二極管　86                   
 練習　86                   
                   
 第8章　光放大器87                   
 8.1　引言　87                   
 8.2　再生器　87                   
 8.3　光放大器　88                   
 8.4　半導體光放大器　89                   
 8.5　摻鉺光纖放大器　89                   
 8.5.1　EDFA的優(yōu)點　90                   
 8.5.2　EDFA的缺點　91                   
 8.6　摻鐠光纖放大器　92                   
 8.7　受激喇曼和受激布里淵散射放大器　92                   
 8.8　光纖放大器的分類　92                   
 8.8.1　功率放大器　92                   
 8.8.2　前置放大器　92                   
 8.8.3　線路放大器　92                   
 8.8.4　放大器的標準　93                   
 8.9　波長變換器　93                   
 8.9.1　交叉增益調制　93                   
 8.9.2　四波混頻　94                   
 8.9.3　光頻偏移器　94                   
 練習　95                   
                   
 第9章　其他光元件96                   
 9.1　引言　96                   
 9.2　光鎖相環(huán)　96                   
 9.3　光方向耦合器　96                   
 9.4　環(huán)形諧振器　98                   
 9.5　光均衡器　100                   
 9.6　光隔離器　101                   
 9.7　偏振器. 旋轉器和環(huán)行器　101                   
 練習　102                   
                   
 第10章　光交叉連接103                   
 10.1　引言　103                   
 10.2　光交叉連接的模型　103                   
 10.3　自由空間光交換　104                   
 10.4　固態(tài)交叉連接　104                   
 10.5　微電機械交換：反射器型　106                   
 10.6　電機械交換：反射鏡陣列　107                   
 10.7　開關速度　108                   
 練習　109                   
                   
 第11章　光分/插復用器110                   
 11.1　引言　110                   
 11.2　OADM的功能　110                   
 11.3　光分/插復用器　110                   
 練習　111                   
                   
 參考文獻　112                   
 標準　121                   
 其他原始資料　121                   
                   
 第三部分　光信息的編碼                   
                   
 第12章　數(shù)字傳輸和編碼技術124                   
 12.1　引言　124                   
 12.2　歸零和不歸零　124                   
 12.3　單極性和雙極性信號　125                   
 12.4　4B/5B, 8B/10B編碼　125                   
 12.5　ASK方式　125                   
 12.6　PSK方式　126                   
 12.7　FSK方式　127                   
 練習　127                   
                   
 第13章　光信息的解碼129                   
 13.1　引言　129                   
 13.2　ASK解調器　129                   
 13.3　PSK和FSK解調　129                   
 練習　130                   
                   
 參考文獻　131                   
 標準　131                   
                   
 第四部分　密集波分復用                   
 第14章　DWDM系統(tǒng)　133                   
 14.1　引言　133                   
 14.2　DWDM網(wǎng)絡拓撲　135                   
 14.3　DWDM的應用　136                   
                   
 第15章　DWDM系統(tǒng)工程　140                   
 15.1　引言　140                   
 15.2　ITU-T的標稱中心波長　140                   
 15.3　通路容量. 寬度和間隔　141                   
 15.4　通路比特率和調制方式　141                   
 15.5　波長管理　141                   
 15.6　多路頻率穩(wěn)定　142                   
 15.7　通路性能　142                   
 15.8　通路色散　142                   
 15.9　饋入功率　143                   
 15.10　光放大　143                   
 15.11　作為傳輸媒介的光纖類型　143                   
 15.12　光功率預算　143                   
 15.13　所支持的服務類型　144                   
 15.14　集合帶寬管理　144                   
 15.15　傳送所支持服務使用的協(xié)議　144                   
 15.16　網(wǎng)絡管理的協(xié)議　145                   
 15.17　網(wǎng)絡可靠性　145                   
 15.18　網(wǎng)絡保護和監(jiān)測策略　145                   
 15.19　網(wǎng)絡的可擴展性和靈活性　145                   
 15.20　波長管理　145                   
 15.21　互通性　145                   
 15.22　單模功率損耗計算：一個例子　146                   
 15.23　網(wǎng)絡中通路計算：三個例子　147                   
                   
 第16章　DWDM拓撲　148                   
 16.1　引言　148                   
 16.2　點到點拓撲　148                   
 16.3　環(huán)形結構的網(wǎng)狀和星形網(wǎng)絡　149                   
 16.4　DWDM集線器　151                   
 16.4.1　發(fā)送方向　151                   
 16.4.2　接收方向　152                   
 16.5　故障　152                   
                   
 參考文獻　153                   
 標準　155                   
                   
 第五部分　DWDM當前的論點和研究情況                   
                   
 第17章　發(fā)展動態(tài)　160                   
 17.1　引言　160                   
 17.2　當前研究的重點　160                   
 17.2.1　激光器和接收器　160                   
 17.2.2　光交叉連接　160                   
 17.2.3　光分/插復用器　160                   
 17.2.4　光存儲器和可變延遲線　161                   
 17.2.5　非介入的光監(jiān)測　161                   
 17.2.6　DWDM系統(tǒng)動態(tài)地重新配置　161                   
 17.2.7　光的背板　161                   
 17.2.8　標準　161                   
 17.2.9　網(wǎng)絡方面的問題　161                   
 17.2.10　在更長的間距上傳輸超高速信號　162                   
 17.2.11　不透明系統(tǒng)　162                   
 17.3　超高速模式識別　163                   
 17.3.1　例子：SONET/SDH　163                   
 17.3.2　例子：ATM　164                   
 17.3.3　例子：互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議　164                   
 17.4　當前的研究：波長總線　165                   
                   
 參考文獻　166                   
 標準　168                   
                   
 縮寫詞　170                   
 練習題答案　181                   
 作者簡介　186