光纤通信（第4版）"
本书在上一版基础上，根据光纤通信技术的最新进展，更新扩容，归纳整理，重新编写而成。全书共10章，内容包括光纤通信理论基础、光调制/复用发射及系统、陆地/海底光传输用光纤和光缆、光放大中继及均衡、光接收/相干检测及系统、100/400Gbit/s高速光纤通信系统、海底光缆通信系统、前向纠错、DSP、脉冲整形及色散补偿等关键技术，以及光纤通信系统设计。本书内容全、知识新、概念清楚、系统性强、理论体系严谨，以系统设计为目标，以读者深入理解为目的组织素材，文字叙述通俗易懂、图文并茂。书中配有名词术语索引，使得本书像一本光纤通信手册，可供相关专业学生使用，也可作为培训教材使用。研究光纤通信器件、系统，以及规划设计、管理维护的人员也可参考本书。
前言 《光纤通信》自2002年出版以来，在2006年和2010年分别进行了两次再版，虽然每次重印时，根据当时光纤通信技术的进展情况，作者都进行了部分修订，但都很有限。 2010年以来，随着光纤通信新技术，如偏振复用/相干检测技术、光调制技术、大芯径低损耗光纤传输技术、光纤分布式拉曼放大技术、数字信号处理技术、色散补偿技术、超强前向纠错（SFEC）技术、传输信号频谱整形技术，以及平面集成波导（PLC）等技术的不断进步，光纤通信系统信道传输速率也在不断提高，从10 Gbit/s、40 Gbit/s已提高到100 Gbit/s 及以上，系统容量和频谱效率也大幅度提高。这种基于WDM+EDFA/Raman+偏振复用/相干检测技术的光纤通信系统，称为第4代光纤通信系统。当前，电信运营商和设备厂商正在积极推动400Gbit/s光纤通信系统的试验和部署，相关标准化工作也取得了阶段性进展。400Gbit/s WDM传输技术必将成为下一代高速光传输系统的发展方向。 此次再版增加了高速光纤通信和海底光缆通信两章，并对第3版中的各章内容进行了增删、归纳、整理和扩充，具体如下： 第1章，光纤通信概述，修改为光纤通信基础，删除光纤通信优点、光传输网关键技术、古斯-汉森相移和分光镜、平板介质波导4节，更新、扩充光纤通信发展史，增加ITU-T光传输网（OTN）最新进展的内容，将光与介质的相互作用修改为光的传播特性，并对部分内容进行了更新和扩充，增加光探测器、激光器、EDFA的理论基础——能带理论及光吸收理论的内容。 第2章，光纤和光缆，删除光纤传输特性测量1节，增加超低损耗光纤和光子晶体光纤2节，将光纤传输原理归纳整理为光线理论分析传输条件——全反射和相干、光线理论分析光纤传输模式和导波理论分析光纤传输模式3节，增加改变光纤结构、设计不同光纤，海底光缆分类及性能，海底光缆选择注意事项3节。 第3章，光纤通信器件，删除棱镜复用/解复用器1节，增加方向耦合器1节，将阵列波导光栅（AWG）工作原理及复用、滤波器件归纳汇总成1节，增加声光效应及声光滤波器、声光调制器、声光开关3节，增加非互易相移型波导光隔离器和非互易相移微环磁光型波导光隔离器的内容，增加非线性光纤介质四波混频波长转换、氮化硅波导交叉相位调制（XPM）波长转换2节，扩充电光效应和电光调制器、起偏器和检偏器2节。 第4章，光源及其调制，增加阵列波导光栅光源和先进的光调制技术2节，增加光纤激光器1节。 第5章，光探测及接收，增加π/2光混频平衡WG-PIN相干PIC接收芯片的内容。 第6章，光放大器，增加光纤拉曼放大器等效开关增益和有效噪声指数1节，并对光纤拉曼放大器1节的内容进行了整理和重新编排；增加L波段EDFA及C+L波段EDFA、混合使用光纤拉曼放大器和EDFA 2节。 第7章，光纤通信系统，将71节和72节合并为调制编码和复用1节，删除前景不明的光时分复用、光码分复用和光孤子通信系统，增加已实用化的高速系统关键技术——偏振复用，在电复用光纤传输系统中，增加典型的FDM光纤通信系统——光纤/电缆混合（HFC）网络1节，增加正交频分复用（OFDM）光纤传输系统1节，包括基本原理、傅里叶变换OFDM/无傅里叶变换全光OFDM、IM/DD-OFDM和PM-OFDM光纤传输系统，增加了OFDM信号光纤传输用于4G/5G移动通信、高速铁路无线系统等内容。 第8章，高速光纤通信，这是新增加的一章，其中81节前向纠错，是在原有内容基础上，根据最新标准编写而成的；87节系统色散补偿和管理在原第9章的基础上，归纳、整理、删减并增加了实用化的光纤色散管理技术；其余内容，如数字信号处理（DSP）、增益均衡、奈奎斯特脉冲整形及其系统、100 Gbit/s超长距离DWDM系统、400 Gbit/s光纤传输系统及射频信号光纤传输（RoF）均为新增内容。 第9章，海底光缆通信，这是新增加的一章。 第10章，光纤通信系统设计，在原第8章基础上，经增删、归纳、整理、扩充而成，增加设计概述、光纤通信系统Q参数和OSNR、Q参数和OSNR预算；在光纤通信系统光功率预算中，新增无中继放大系统光功率预算和相干检测海底光缆系统光功率预算；删除带宽设计和单信道光纤通信系统设计2节；新增有中继/无中继系统技术设计考虑、光中继间距设计；汇总、归纳整理光功率代价因素；增加G6941 DWDM信道中心频率和灵活频栅建议；扩充网络管理内容。 《光纤通信》第4版增加了许多新的内容，为不使成书过厚，在保持书稿内容系统性、体系严谨性不变的情况下，删除了部分内容，归纳整理了公式较多、叙述偏繁的内容，只给出了结论性结果。 本书系统性强、概念清楚、理论体系严谨，例如，第1章介绍了光波上给定时间被一定距离分开的两点间的相位差概念，并给出了相位差公式，即式（128），这一概念贯穿全书相关章节，如光干涉和衍射、马赫-曾德尔干涉滤波器、复用/解复用器和调制器、阵列波导光栅（AWG）器件，以及电光效应、热光效应光调制器和光开关等，它们的工作原理均用到这一相位差概念，并使用式（128）。 本书附录A给出名词术语索引，方便感兴趣的读者查找。 与以前的版本不同，第4版参考文献序号已与正文中列出的参考文献序号相对应，方便想进一步深入学习的读者查找。 本书在编写过程中，参考引用了OFC等国外的最新科技文献、英文著作、ITU-T标准文档、OIF技术标准规范，在此特向有关作者表示衷心的感谢！ 因作者水平所限，书中可能会有错误之处，敬请读者指出。 原荣 2020年11月20日
目录 第1章光纤通信基础 11光纤通信发展史 111光通信发展史 112高速光纤通信系统进展 113通信网络的分层结构 114ITU-T 光传输网（OTN）最新进展 12光的基础 121光的本质——波动性和光子性 122均匀介质中的光——光是电磁波 123相速度和折射率 124群速度和群折射率 13光的传播特性 131光的反射、折射和全反射——光纤波导传输光的基础 132抗反射膜、电介质镜和光子晶体 133光的谐振——激光器和滤波器基础 134光的干涉和衍射——激光器和滤波器基础 135光的偏振——偏振复用基础 136光在各向异性晶体中的传输——双折射器件及LiNbO3调制器基础 137非线性光学效应——FWM、SRS和SBS基础 138TE、TM和HE 14能带理论及光吸收理论 141能带理论——光探测器、激光器及EDFA基础 142半导体对光的吸收 第2章光纤和光缆 21光纤结构和类型 211多模光纤 212单模光纤 213超低损耗光纤 214光纤制造工艺 215光子晶体光纤 22光纤传输原理 221光线理论分析传输条件——全反射和相干 222光线理论分析光纤传输模式 223导波理论分析光纤传输模式 224单模光纤的基本特性 23光纤传输特性 231衰减 232色散 233比特率 234带宽 235光纤非线性光学效应 24单模光纤分类及应用 241改变光纤结构、设计不同光纤 242G652标准单模光纤 243G653色散位移光纤 244G654截止波长位移光纤 245G655非零色散位移光纤 246G656宽带非零色散位移光纤 247G657接入网用光纤 248正、负色散单模光纤和色散补偿光纤 25光纤的选择 251一般光纤的选择 252超低损耗光纤的选择 26光缆 261对光缆的基本要求 262光缆结构和类型 263海底光缆分类及性能 264海底光缆选择注意事项 第3章光纤通信器件 31光连接器 311连接损耗 312光连接器的结构和特性 313光接头 314连接方法的比较 32光纤耦合器 321方向耦合器 322熔拉双锥星形耦合器 33可调谐光滤波器 331法布里-珀罗（F-P）滤波器 332马赫-曾德尔（M-Z）干涉滤波器 333布拉格光栅及光栅滤波器 334声光效应及声光滤波器 335可调谐光滤波器性能比较 34波分复用/解复用器 341光栅型解复用器 342光干涉型波分复用/解复用器 343介质薄膜型解复用器 35光调制器 351电光效应和电光调制器 352电吸收调制器（EAM） 353DQPSK光调制器 354声光调制器 36光开关 361微机械光开关 362电光开关 363热电效应及热光开关（TOS） 364磁光效应和磁光开关 365声光开关 37光隔离器和光环形器 371磁光块状光隔离器 372磁光波导光隔离器 373光环行器 38阵列波导光栅（AWG）工作原理及器件 381AWG星形耦合器 382AWG工作原理 383AWG复用/解复用器 384AWG滤波器及路由器 39光分插复用器（OADM） 391一般概念 392AWG光分插复用器 393可重构光分插复用器（ROADM） 394波长选择交换（WSS）ROADM 310波长转换 3101光电再生型波长转换 3102半导体光放大器（SOA）非线性介质波长转换 3103非线性光纤介质四波混频波长转换 3104氮化硅波导交叉相位调制（XPM）波长转换 311双折射器件——偏振复用相干检测器件 3111相位延迟和补偿器件 3112起偏器和检偏器 第4章光源及其调制 41概述 42激光器机理 421发光机理 422受激发射条件 423光增益 424激光器起振的阈值条件 425激光器起振的相位条件 43半导体激光器 431异质结半导体激光器 432量子限制激光器 433单纵横（SLM）激光器 44波长可调激光器 441耦合腔型波长可调激光器 442阵列SOA集成光栅腔体型波长可调激光器 443调谐光栅腔（TGC）PIC型波长可调激光器 45阵列波导光栅光源 451AWG多频激光器 452AWG用于多波长光源 453AWG用于无色光网络单元WDM-PON系统 454AWG用于光正交频分复用（O-OFDM）信号产生 46其他激光器 461垂直腔表面发射激光器 462光纤激光器 47半导体激光器的特性 471基本特性 472模式特性 473调制响应 474相对强度噪声 48先进的光调制技术 481光调制技术原理 482光调制技术分类 483差分相移键控（DPSK） 484差分正交相移键控（DQPSK） 485数/模转换器（DAC）正交幅度调制（QAM） 486光数/模转换器（ODAC）正交幅度调制（QAM） 487香农限制和光调制技术比较 第5章光探测及接收 51光探测原理 52光探测器 521PIN光敏二极管 522雪崩光敏二极管 523响应带宽 524新型APD结构 525金属-半导体-金属光探测器（MSM-PD） 526单行载流子光探测器（UTC-PD） 527波导光探测器（WG-PD） 53数字光接收机 531光电转换和前置放大器 532线性放大器 533数据恢复电路 54光接收机信噪比（SNR） 541噪声机理 542PIN光接收机SNR 543APD光接收机SNR 544光信噪比（OSNR）和信噪比（SNR）的关系 55比特误码率、Q参数和SNR 551比特误码率和Q参数 552比特误码率和Q参数、SNR的关系 553光探测器的量子限制 56光功率代价 561光发送机消光比不为零引入的光功率代价 562激光器强度噪声引入的光功率代价 563定时抖动引起的光功率代价 57光接收机 571光接收机性能 572单行载流子（UTC）光接收机 573AWG多信道光接收机 574107Gbit/s 光接收机系统 575单片集成相干接收芯片 第6章光放大器 61光放大器基础 611增益频谱和带宽 612增益饱和 613光放大器噪声 614光放大器应用 62半导体光放大器 621半导体光放大器设计 622半导体光放大器特性 623半导体光放大器应用 63光纤拉曼放大器 631光纤拉曼放大器工作原理 632拉曼增益 633光纤拉曼放大器放大倍数和增益饱和 634光纤拉曼放大器多波长泵浦增益带宽 635光纤拉曼放大器等效开关增益和有效噪声指数 636短波长信号光功率向长波长信号光转移 637光纤拉曼放大器对系统性能的影响 638光纤拉曼放大器应用 64掺铒光纤放大器 641掺铒光纤和EDFA的构成 642EDFA工作原理及特性 643EDFA应用 644L波段EDFA及C+L波段EDFA 65光放大器在系统中的应用 651光放大器级联 652混合使用光纤拉曼放大器和EDFA 第7章光纤通信系统 71调制编码和复用 711光调制——改变载波幅度、频率或相位 712脉冲编码——将模拟信号变为数字信号 713信道复用——扩大信道容量，充分利用光纤带宽 72电复用光纤传输系统 721电频分复用光纤传输系统 722微波副载波复用光纤传输系统 723典型的FDM光纤通信系统——光纤/电缆混合（HFC）网络 724电时分复用及其典型应用——SDH光纤传输系统 73正交频分复用光纤传输系统 731正交频分复用（OFDM）的基本原理 732傅里叶变换实现OFDM调制和解调 733光正交频分复用（O-OFDM）的基本原理 734强度调制/直接检测OFDM光纤传输系统 735偏振复用/相干检测OFDM光纤传输系统 736无傅里叶变换全光OFDM系统 737OFDM信号光纤传输用于4G/5G移动通信 738OFDM信号光纤传输用于高速铁路无线系统 739OFDM光纤传输系统优点及应用 74光复用光纤传输系统 741波分复用（WDM）光纤传输系统 742偏振复用（PM）光纤传输系统 75相干光波通信系统 751相干检测——零差检测、外差检测 752相干检测信噪比（SNR） 753相干解调方式——外差同步解调、外差异步（延迟）解调 754相干系统光调制 755相位噪声和相位分集接收 756强度噪声和平衡混频接收 757极化分集接收 第8章高速光纤通信 81前向纠错 811前向纠错技术概述 812ITU-T 前向纠错标准和实现方法 82数字信号处理（DSP） 821DSP在高比特率光纤通信系统中的作用 822数字信号处理（DSP）技术的实现 823100Gbit/s系统数字信号处理器 824400Gbit/s系统数字信号处理器 83增益均衡 831增益均衡概述 832无源均衡器 833有源斜率均衡器 84奈奎斯特脉冲整形及其系统 841奈奎斯特脉冲整形概念 842奈奎斯特光发送机/光接收机及其系统 85100Gbit/s超长距离DWDM系统 851100Gbit/s超长距离DWDM系统关键技术 852100Gbit/s超长距离DWDM系统传输实验 853100Gbit/s超长距离DWDM系统光收发模块 86400Gbit/s光纤传输系统 861400Gbit/s光纤传输系统技术概述 862单载波400Gbit/s光纤传输系统技术 863双载波400Gbit/s光纤传输系统技术 87系统色散补偿和管理 871负色散光纤补偿 872光滤波器补偿 873啁啾光纤色散补偿 874电子色散补偿——DSP基础 875光子晶体光纤（PCF）补偿 876光纤色散管理技术 88射频信号光纤传输（RoF） 881微波信号的光学产生 882光纤传输无线接入网络 第9章海底光缆通信 91海底光缆通信系统概述 911海底光缆通信系统在世界通信网络中的地位和作用 912海底光缆通信系统组成和分类 913海底光缆通信系统发展历程 914连接中国的海底光缆通信系统发展简况 92有中继海底光缆通信系统 921有中继海底光缆通信系统构成 922海底光中继器 923多信道有中继系统在线监视 924光时域反射仪（OTDR） 925相干光时域反射仪（C-OTDR） 93无中继海底光缆通信系统 931无中继海底光缆通信系统概述 932无中继海底光缆通信系统终端 933远端泵浦光放大器 93416×400Gbit/s WDM 偏振复用16QAM无中继海底光缆通信系统 94海底光缆通信系统供电及监控 941供电系统设计概述 942供电系统分类 943海底光缆通信系统监视/监控 第10章光纤通信系统设计 101设计概述 1011对光纤通信系统设计的考虑 1012系统结构 1013损耗限制系统 1014色散限制系统 102光纤通信系统Q参数和OSNR 1021Q参数与BER的关系 1022光信噪比（OSNR） 1023Q参数与OSNR的关系 1024测量Q参数 103Q参数和 OSNR 预算 1031系统运行期间Q参数结构图 1032数字线路段Q参数预算 1033有中继光纤通信系统OSNR预算 104光功率预算 1041低速小容量系统光功率预算 1042WDM系统光功率预算 1043无中继光放大器海底光缆通信系统光功率预算 1044相干检测WDM海底光缆通信系统光功率预算 1045光功率代价因素 105光纤通信系统技术设计 1051有中继系统技术设计考虑 1052光中继器间距设计 1053无中继系统技术设计考虑 106DWDM系统设计 1061中心频率、信道间距和带宽 1062光放大器系统设计 1063网络管理 1064网络保护、生存和互连 附录A名词术语索引 参考文献
