第1章緒論

1．1光纖通信發展的歷史回顧 

1．1．1早期的光通信 

1．1．2光纖通信的發展史 

1．1．3我國光纖通信的發展歷程 

1．2光纖通信繫統的基本組成及特點

1．2．1發射和接收

1．2．2基本光纖傳輸繫統

1．3光纖通信中的一些基本概念

1．3．1模擬信號和數字信號

1．3．2調制格式

1．3．3數字信號的復用方式 

1．3．4同步數字體繫

1．3．5異步轉移模式

1．4光纖通信的應用和發展趨勢

1.4.1光纖通信的應用

1.4.2光纖通信發展趨勢

本章小結

習題

第2章光纖傳輸理論及傳輸特性

2．1光纖結構與類型

2．1．1光纖的結構

2．1．2光纖的類型

2．2光纖的射線光學理論分析

2．2．1從射線光學理論分析光纖的導光原理

2．2．2傳導模和數值孔徑

2．3光纖的波動理論分析

2．3．1波動方程和電磁場表達式

2．3．2特征方程和傳輸模式

2．4光纖的制造工藝簡介

2．4．1原材料的提取

2．4．2預制棒的熔煉

2．4．3預制棒的拉絲和塗覆

2．4．4光纖成品的測試

2．5光纖的傳輸特性

2．5．1損耗特性

2．5．2損耗特性的測量

2．5．3色散特性

2．5．4色散特性的測量

2．6常用光纜類型

2．6．1光纜的分類

2．6．2光纜的特性

本章小結

習題

第3章光源和光發射機

3．1激光二極管

3．1．1工作原理

3．1．2半導體激光器的主要特性

3．1．3LD的類型

3．1．4LD組件及其技術指標

3．2發光二極管

3．2．1LED結構

3．2．2LED特性

3．2．3光源LD、LED與光纖的耦合

3．2．4LED技術參數

3．3光發射機

3．3．1模擬光發射機

3．3．2數字光發射機

3．4外調制器

3．4．1外調制器的特點和類型

3．4．2外調制器工作原理

3．4．3外調制器技術指標

本章小結

習題

第4章光檢測器和光接收機

4．1光檢測器的工作原理

4．1．1PIN光檢測器

4．1．2APD光檢測器

4．2光檢測器的特性參數

4．2．1光檢測器的性能參數

4．2．2光檢測器的噪聲 

4．2．3光檢測器產品介紹 

4．3光接收機

4．3．1光接收機的組成 

4．3．2光接收機的噪聲特性 

4．3．3光接收機的技術指標 

4．4光收發合一模塊

本章小結

習題

第5章光網絡器件

5．1光放大器

5．1．1概述

5．1．2半導體光放大器

5．1．3摻雜光纖放大器

5．1．4拉曼光纖放大器

5．1．5光放大器的應用

5．2光無源器件

5．2．1耦合器

5．2．2濾波器

5．2．3隔離器

5．2．4環形器

5．2．5衰減器

5．2．6連接器

5．2．7光開關

本章小結

習題

第6章光纖通信繫統的設計

6．1設計原則

6．1．1工程設計

6．1．2繫統設計的內容

6．1．3繫統設計的方法

6．2數字傳輸繫統的設計

6．2．1繫統設計技術背景

6．2．2繫統部件選擇

6．2．3光通道功率代價和損耗、色散預算

6．3模擬傳輸繫統的設計

6．3．1繫統設計技術背景

6．3．2繫統組成

6．3．3繫統的主要性能指標

6．3．4光放大器對繫統性能的影響

6．4光纖通信繫統實例

6．4．1單信道光通信繫統

6．4．2光纖通信設備及技術在閉路監控繫統中的應用

本章小結

習題

第7章光纜線路的施工和測試

7．1光纜

7．1．1光纜結構設計要求

7．1．2光纜結構和類型

7．2光纜施工

7．2．1施工準備

7．2．2室內光纜敷設

7．2．3室外光纜敷設

7．2．4光纜接續及成端安裝

7．3常用儀器

7．3．1光時域反射儀

7．3．2光譜分析儀

7．3．3光源與光功率計

7．3．4光纖熔接機

7．4光纜線路測試和故障檢修

7．4．1光纜線路測試

7．4．2光纜線路工程竣工測試

7．4．3故障檢測

7．5光纜工程實例

7．5．1工程概況

7．5．2設計規範

7．5．3技術要求

7．5．4設計方案

7．5．5施工圖設計

7．5．6材料表

本章小結

習題

第8章波分復用技術

8．1概述

8．2波分復用技術原理

8．2．1波分復用工作原理

8．2．2幾種波分復用技術

8．3WDM繫統的基本組成及傳輸方式

8．3．1WDM繫統的基本組成 

8．3．2WDM繫統傳輸方式

8．4WDM繫統中的主要設備 

8．4．1WDM繫統中的光源

8．4．2WDM繫統中的接收機

8．4．3WDM繫統中的光放大器

8．4．4WDM繫統中的波分復用器/解復用器

8．4．5WDM繫統中的光纖

8．5波分復用繫統規範 

8．5．1光波長分配相關規範

8．5．2光接口規範

8．6設備實例

本章小結

習題

第9章光纖通信網

9．1光接入網

9．1．1接入網概述及光接入網的基本概念

9．1．2光接入網的形式和業務類型

9．1．3光接入網的拓撲結構

9．1．4有源和無源光接入網

9．2計算機高速互聯光網絡

9．2．1光纖分布式數據接口

9．2．2光纖通道

9．2．3高速計算機光互連技術

9．3智能光網絡

9．3．1智能光網絡的概念

9．3．2ASON的體繫結構

9．3．3ASON的控制平面

9．4全光網

9．4．1全光網概述

9．4．2全光網結構

9．4．3全光網的關鍵技術

本章小結

習題

第10章光通信新技術

10．1相干光通信

10．1．1相干檢測原理

10．1．2調制和解調

10．1．3誤碼率和接收靈敏度

10．1．4相干光繫統的優點和關鍵技術

10．2光孤子通信

10．2．1光孤子的形成

10．2．2光孤子通信繫統的構成和性能

10．3自由空間光通信

10．3．1自由空間光通信技術概述

10．3．2FSO的基本原理和特點

10．3．3自由空間光通信中的常用調制方式

10．4量子光通信

10．4．1量子通信的特點

10．4．2量子通信的類型 

10．4．3量子通信的網絡架構 

本章小結

習題

第11章光纖傳感技術

11．1概述

11．2光纖傳感器的特點及基本構成

11．2．1光纖傳感器的特點

11．2．2光纖傳感器的基本構成

11．2．3光纖傳感器繫統

11．3光纖傳感器的分類

11．3．1按傳感器的傳感原理分類

11．3．2按被調制的光波參數分類

11．3．3按被測物理量分類

11．3．4按目標分布情況分類

11．4光纖傳感器的基本原理

11．4．1強度調制光纖傳感器

11．4．2頻率調制光纖傳感器

11．4．3波長調制光纖傳感器

11．4．4相位調制光纖傳感器

11．4．5偏振態調制光纖傳感器

11．5光纖光柵傳感器

11．5．1光纖光柵

11．5．2光纖光柵的分類 

11．6分布式光纖傳感器

11．6．1分布式光纖傳感器概述

11．6．2分布式光纖傳感器優點

11．6．3分布式光纖傳感器分類

11．7光纖傳感器的應用

11．7．1光纖傳感技術在電力繫統的應用

11．7．2光纖傳感技術在石油與化工行業的應用

11．7．3光纖傳感技術在生物、醫學、化學領域的應用

11．7．4光纖傳感技術在航空航天領域的應用

11．7．5光電傳感技術在國防領域的應用

11．8特殊類型光纖傳感技術

11．8．1納米光纖及其傳感應用

11．8．2光子晶體光纖及其傳感應用

11．8．3聚合物光纖及其傳感應用

本章小結

習題

第12章光纖通信繫統仿真

12．1OptiSystem仿真繫統

12．1．1OptiSystem簡介

12．1．2OptiSystem繫統資源庫

12．2光電子器件仿真

12．2．1半導體激光器特性仿真

12．2．2半導體激光器的調制響應特性仿真

12．2．3PIN和APD光接收機仿真

12．3色散補償仿真

12．3．1在不同傳輸速率情況下，光纖傳輸性能仿真

12．3．2DCF光纖色散補償仿真

12．3．3光纖光柵(FBG)色散補償仿真

12．4摻鉺光纖放大器的仿真設計

12．4．1摻鉺光纖長度對增益的影響

12．4．2增益與泵浦光功率的關繫

12．4．3增益與信號光波長的關繫

12．4．4增益與信號光功率的關繫

12．4．5增益與摻鉺光纖長度的關繫仿真優化

12．4．6增益與泵浦光功率的關繫仿真優化

本章小結

習題

附錄A光纖通信常用術語

附錄B光纖通信繫統文字符號對照表

參考文獻

“光纖通信”是信息與通信工程學科一門重要的專業課程。課程所包含的內容是通信工程、電子信息類等專業本科生應具備的知識結構的重要組成部分，其基本理論還是一些交叉學科的生長點和新興邊緣學科發展的基礎。本書是依據 有關專業教學指導委員會制定的本科指導性專業規範和《電子信息類專業教學質量國家標準》，按照西安石油大學通信工程專業人纔培養方案和教學大綱修訂的需要編寫的。本書的編寫目的是使學生通過本書的學習理解光纖通信的基本原理和繫統組成，了解光通信發展中的前沿問題和發展趨勢，使其具備獨立思考及運用所學知識解決實際問題的能力，從而為將來進行光纖通信及相關領域的理論和實驗研究以及工程項目的開發打下堅實的基礎。

本書共12章。第1章介紹了光纖通信的發展史及我國光纖通信的應用及發展趨勢； 分析了光纖通信中的一些基本概念及其繫統組成、優缺點等。第2章介紹了光纖的結構和類型，分析了光纖的導光原理(光纖的射線光學理論和波動理論)及光纖的相關特性。第3章介紹了半導體激光二極管和半導體發光二極管的工作原理、應用及光發射機的組成和參數，說明了外調制器的工作原理。第4章介紹了光檢測器的原理、特性和產品及特性參數，然後介紹了數字光接收機的組成及技術指標，最後介紹了光收發模塊。第5章介紹了光纖通信網絡中常用有源器件和無源器件的基本工作原理，討論了它們在網絡中的作用及應用方法，並給出了技術參數。第6章介紹了光纖通信繫統設計的原則，對數字和模擬光纖鏈路設計的技術指標、要求及方法進行了具體討論，最後給出了光纖通信繫統實例。第7章介紹了光纜的結構、類型和技術規範，光纜線路施工的步驟及方式，並介紹了施工中常用的器件和測試儀器、故障檢修的方法和排除步驟。第8章介紹了波分復用的工作原理、基本組成，詳細介紹了繫統所用關鍵設備的工作原理與技術參數，並給出了波分復用設備實例。第9章介紹了光接入網、計算機高速互聯光網絡、智能光網絡及全光網的基本概念和原理，並介紹了構建這些網絡的支撐技術。第10章介紹了光纖通信的有關繫統和網絡的新技術，闡述了這些新技術的原理、特點及其關鍵技術。第11章介紹了光纖傳感技術的發展歷程，闡述了光纖傳感器的基本構成、工作原理及其應用。第12章介紹了基於OptiSystem軟件的光纖通信繫統仿真舉例。本書力求充分體現應用型人纔培養的思路，內容編排由淺入深、循序漸進，從基本概念和基本原理到工程實踐相關技術及方法均有涉獵，能夠在幫助學生掌握光纖通信相關理論的基礎上，提升學生分析問題和解決問題的能力。

本書建議授課學時為48~56。授課教師可針對不同基礎及需求的學習對像選擇適當的內容安排教學。

本書第1~5章、第9章、第12章、附錄A和附錄B由雒明世編寫，第6~8章由段沛沛編寫，第10章和第11章由王彩玲編寫。本書第2章、第8章和第10章由屈檀負責審稿。全書由雒明世統編定稿。在編寫過程中參考了參考文獻中所列的相關書籍和資料，在此向這些書籍和資料的編寫者表示衷心的感謝。計算機學院盧勝男、闫效鶯、張延老師和張蒙蒙、何潘金、陳利軍、姚翌、金浩、白艷紅、胡進騰等同學對本書各章節內容進行了校對，本書的編寫和出版也得到了清華大學出版社的大力支持，在此一並表示衷心的感謝。

由於編者水平有限，書中難免存在不妥之處，懇請廣大讀者批評指正。

編者
2023年6月