本书是一本关于模拟光纤链路基础理论模型与应用实践设计的专著。全书共七章，系统深入地介绍了模拟光纤链路组件与小信号模型、低频短距离模拟光纤链路模型，以及模拟光纤链路的频率响应、噪声源、非线性失真及综合权衡设计等几方面内容，并重点分析了模拟光纤链路的四个主要性能参数（功率增益、工作带宽、噪声系数和无互调失真动态范围），特别包括两部分关键内容：核心组件参数与整体链路性能之间的关系，主要核心组件参数与链路系统性能指标之间的权衡设计。本书可以作为高等院校电子信息类相关学科的高年级本科生和研究生教材或参考书，也可作为从事光纤通信和微波技术等相关行业的工程设计人员了解模拟光纤链路的学习指导和工具指南，对从事微波光子学相关领域的研究和开发都有很好的借鉴价值。

译者序 模拟光纤链路凭借光纤的宽带宽低损耗传输优势，能够辅助实现宽带或高频射频信号的产生、传输、处理与控制，模拟光纤链路是微波光子学领域的研究和应用基础，微波光子功能模块或系统实现首先依赖于基础模拟光纤链路的性能指标，其在国防、通信、有线电视、射电天文和科学研究等领域都有广泛应用需求，并且备受高校、企业及科研院所等学术界和工业界关注。模拟光纤链路已经从基础原理研究走向工程实际应用，最典型的应用场景包括宽带无线通信、有线电视信号分布、大动态射频信号传输、光纤时频稳相传递、光控相控阵列、光纤拖曳诱饵和低相位噪声光电振荡器等，这些都充分利用了模拟光纤链路的低传输损耗优势，着力解决模拟光纤链路的噪声、非线性等机制问题，通过低噪声系数、大动态范围的高性能模拟光纤链路实现高性能射频信号产生、传输和处理功能。 本书作者Cox博士是模拟光纤链路领域（目前通常称之为模拟或微波光子学领域）创始人之一，并且在该领域活跃了30年以上，由于他对模拟光纤链路的分析、设计和实现方面所做贡献，Cox博士于2001年当选为IEEE Fellow。Cox博士目前是美国Photonic Systems公司总裁，也是美国国防部部长办公室电子器件咨询小组成员，在成立Photonic Systems公司之前，Cox博士受雇于麻省理工学院和麻省理工学院林肯实验室。 Analog Optical Links: Theory and Practice是模拟光纤链路领域最早的经典著作，专注于模拟光纤链路的分析、设计和实现，我们有幸将此专著翻译成《模拟光纤链路：理论与实践》一书。本书的特色在于全面深入地体现了从模拟光纤链路的理论基础分析到关键核心器件设计，再到整个链路系统实现的实际认知过程，结合实际链路系统，注重概念理解，通过细致翔实的解释，加深读者对模拟光纤链路理论和实践知识的掌握。本书内容全面、实用性强，特别适合从事相关领域研究开发工作的科研人员、工程技术人员和高年级研究生阅读参考。 本书的翻译工作由北京邮电大学射频光子学实验室组织并完成，该实验室长期从事微波光子学领域相关科研工作，近年来主持和参与了多项国家级和省部级项目的基础研究和工程研制方面工作，具有坚实的理论基础和丰富的研究经验。全书共分为七章，由戴键、刘安妮、吴钟涵、高一然、许方星和徐坤主译，冀冲、韩微微、陈敬月、李晓琼和霍沙沙等人也参与了部分翻译工作。 本书的翻译出版得到了国家杰出青年科学基金项目（61625104）和面上项目（61971065）的支持，译者在此对国家自然科学基金委员会表示衷心的感谢，同时感谢电子工业出版社对翻译工作的大力支持。受译者水平和时间精力限制，书中若存在疏漏乃至错误之处，敬请广大读者及专家不吝赐教，提出修改意见，我们将不胜感激。 徐坤 前言 本书主要围绕模拟光纤链路的优化设计，重点介绍器件、链路与系统参数之间的权衡关系，并且在附录中简要介绍部分链路器件的内部原理。早期的模拟光纤链路设计主要将器件通过光纤简单连接起来，链路性能通常较差。因此，链路中需要级联前置或后置放大器来提升相关性能，但是级联放大器将使整个链路系统的性能优化设计变得更加复杂。 本书将利用增量／小信号模型方法，研究无级联放大器的模拟光纤链路中器件参数与链路性能的权衡关系。例如，通过对模拟光纤链路进行小信号建模可知，在不改变链路器件的基础上，合理设计器件参数可以有效降低链路射频损耗。希望读者在读完本书后，能够掌握器件、链路与系统参数之间的权衡关系并建立设计评估链路系统的基础，利用相关知识设计出最低成本和最高性能的链路系统。 电子工程师、器件设计师和系统设计师均可以将本书作为参考书：电子工程师通常具备电子技术背景，但是对光子学知识并不了解；器件设计师通常具备物理知识背景，但是对电子工程知识并不了解；系统设计师需要全面深入了解各领域之间的关系。例如，本书第二章涵盖了电光／光电器件及其增量／小信号模型，电子工程师只需要略读本章增量模型部分，重点关注电光／光电器件相关内容；反之，器件设计师可以略读器件部分内容，重点关注增量／小信号建模的内容；系统设计师应重点关注器件参数对链路性能的影响。此外，对于刚接触模拟光纤链路领域的读者，在第一次通读本书时，可能更希望了解具有普遍适用性的基础知识，对这部分读者，建议按照下表指南进行选择性阅读。章基础入门拓 展 提升第一章全部内容第二章除右侧内容外全部内容2.2.1.2节、2.2.1.3节、2.2.2.2节及2.2.1.3节第三章全部内容第四章除右侧内容外全部内容4.4节第五章除右侧内容外全部内容5.5节第六章除右侧内容外全部内容6.3.3节、6.3.4节及6.4节第七章全部内容本书并未详细阐述全部基础知识，如果读者在阅读过程中需要了解更多基础内容，可以参阅相关参考文献。 在此，我要首先感谢微波光子学领域的所有研究人员，与他们的交流不断加深了我对模拟光纤链路的理解。当本书增量模型部分内容初次发表时，研究者们对模拟光纤链路射频功率增益的预测存在一定的争议，加州理工学院的Bill Bridges教授和伦敦大学的Alwyn Seeds教授针对该问题提供了重要解决思路。 在撰写、修订本书过程中，加州理工学院的Bill Bridges教授、麻省理工学院的Jim Roberge教授和加利福尼亚大学圣迭戈分校的Paul Yu教授提供了宝贵建议和帮助，Paul Yu教授还在教授光电子学课程时使用了本书早期手稿。以下所列同事们在阅读相应章节时提出了建设性意见：Photonic Systems公司的Edward Ackerman（第五章和第七章）、Modetek公司的Gary Betts（第六章）、麻省理工学院的Harry Lee（速率方程附录）和加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的Joachim Piprek（第二章）；此外，Photonic Systems公司的Joelle Prince和Harold Roussell设计了书中相关实验并获取了重要数据，Edward Ackerman通读了整个手稿并给出许多宝贵意见；麻省理工学院林肯实验室的John Vivilecchia绘制了书中相关图表。 对于上述同事们提供的宝贵建议和帮助深表感谢，最后还要感谢我的妻子Carol对我一如既往的耐心与支持。 很高兴能与剑桥大学出版社合作完成本书出版，感谢Philip Meyler、Simon Capelin、Carol Miller和Margaret Patterson等工作人员。 每次浏览手稿时，我都想修改书中部分内容。尽管很多专家学者在编写过程中提供了大量帮助，手稿内容依然不能够保证完全正确。如有错误之处，均是我个人责任，敬请读者批评指正。

目录 第一章绪论（1） 1.1模拟光纤链路发展背景 （1） 1.2模拟光纤链路应用概述 （5） 1.2.1发射式模拟光纤链路 （6） 1.2.2分布式模拟光纤链路 （7） 1.2.3接收式模拟光纤链路（8） 1.3光纤（9） 参考文献（13） 第二章模拟光纤链路组件与小信号模型（15） 2.1引言（15） 2.1.1符号说明（15） 2.2电光调制器件（16） 2.2.1直接电光调制（16） 2.2.2外部电光调制（25） 2.3光电探测器件（36） 附录2.1半导体激光器稳态（直流）速率方程模型（39） 附录2.2电吸收调制器吸收系数方程（45） 参考文献（46） 第三章低频短距离模拟光纤链路模型（52） 3.1引言（52） 3.2小信号固有增益（53） 3.2.1直接调制模拟光纤链路（54） 3.2.2外部调制模拟光纤链路（56） 3.3固有增益拓展（57） 3.3.1平均光功率（57） 3.3.2激光器波长（60） 3.3.3调制斜率效率与探测响应度（61） 3.4大信号固有增益（62） 附录3.1外部调制光纤链路与Manley-Rowe方程（66） 参考文献（67） 第四章模拟光纤链路频率响应（69） 4.1引言（69） 4.2电光调制和光电探测器件频率响应（70） 4.2.1半导体激光器（70） 4.2.2外部电光调制器（73） 4.2.3光电探测器（78） 4.3电光调制和光电探测器件无源阻抗匹配（81） 4.3.1PIN光电二极管（82） 4.3.2半导体激光器（86） 4.3.3马赫-曾德尔调制器（94） 4.4 Bode-Fano极限（101） 4.4.1有耗阻抗匹配（101） 4.4.2无耗阻抗匹配（104） 附录4.1半导体激光器小信号调制速率方程模型（111） 参考文献（114） 第五章模拟光纤链路噪声源（117） 5.1引言（117） 5.2噪声模型与测量（117） 5.2.1噪声源（117） 5.2.2噪声系数（122） 5.3有噪模拟光纤链路模型（123） 5.3.1典型模拟光纤链路噪声模型（123） 5.3.2由RIN主导的模拟光纤链路（124） 5.3.3由散粒噪声主导的模拟光纤链路（127） 5.4噪声系数拓展（131） 5.4.1阻抗匹配（132） 5.4.2器件斜率效率（133） 5.4.3平均光功率（134） 5.5噪声系数极限（136） 5.5.1无源无耗匹配极限（136） 5.5.2无源衰减极限（137） 5.5.3无源有耗极限（139） 附录5.1有源与无源匹配网络最小噪声系数（144） 参考文献（146） 第六章模拟光纤链路非线性失真（148） 6.1引言（148） 6.2非线性失真模型与测量（149） 6.2.1幂级数失真模型（149） 6.2.2非线性失真测量（151） 6.3常见光电器件非线性失真（160） 6.3.1半导体激光器（160） 6.3.2马赫-曾德尔调制器（164） 6.3.3定向耦合调制器（166） 6.3.4电吸收调制器（167） 6.3.5光电二极管（168） 6.4非线性失真的抑制方法（171） 6.4.1电域线性化技术（172） 6.4.2光域线性化技术（178） 附录6.1半导体激光器非线性失真速率方程模型（185） 参考文献（193） 第七章模拟光纤链路综合权衡设计（197） 7.1引言（197） 7.2模拟光纤链路固有参数权衡设计（197） 7.2.1直接调制模拟光纤链路（197） 7.2.2外部调制模拟光纤链路（201） 7.2.3信噪比与噪声极限权衡（205） 7.3级联射频放大器的模拟光纤链路系统（208） 7.3.1射频放大器与链路功率增益（208） 7.3.2射频放大器与链路频率响应（209） 7.3.3射频放大器与链路噪声系数（209） 7.3.4射频放大器与链路无互调失真动态范围（210） 参考文献（213）