目 录

第1章 绪论 （1）

1.1 光纤通信的概念 （1）

1.1.1 什么是光纤通信 （1）

1.1.2 光纤通信中光的作用及特性 （2）

1.1.3 光纤通信的优势 （4）

1.2 光纤通信系统的基本单元 （6）

1.2.1 光发射机 （6）

1.2.2 光纤 （9）

1.2.3 光接收机 （10）

1.2.4 光放大器 （12）

1.3 光纤通信的基本问题 （13）

1.3.1 衰减 （13）

1.3.2 色散 （15）

1.3.3 非线性效应 （18）

1.4 光纤通信系统的主要性能指标 （18）

1.4.1 比特率和带宽 （18）

1.4.2 传输距离 （20）

1.4.3 通信容量 （21）

1.5 光纤通信技术的回顾和展望 （21）

1.5.1 回顾 （21）

1.5.2 趋势 （22）

本章小结 （24）

习题 （24）

第2章 光纤 （26）

2.1 光纤结构 （26）

2.1.1 阶跃折射率光纤 （26）

2.1.2 渐变折射率光纤 （27）

2.2 光纤传输原理 （28）

2.2.1 几何光学分析法 （28）

2.2.2 波动方程分析法 （31）

2.3 单模光纤 （42）

2.3.1 单模传输条件及模场分布 （42）

2.3.2 单模光纤的衰减 （44）

2.3.3 单模光纤的色散与带宽 （44）

2.3.4 色散补偿方案 （47）

2.3.5 单模光纤的非线性效应 （48）

2.4 多模光纤 （52）

2.4.1 多模光纤的衰减 （53）

2.4.2 多模光纤的色散 （53）

2.4.3 多模光纤的带宽 （54）

2.5 光纤使用特性和产品介绍 （54）

2.5.1 光纤制作工艺 （54）

2.5.2 光纤的使用特性 （56）

2.5.3 光纤产品介绍 （58）

2.5.4 光纤的型号 （60）

本章小结 （61）

习题 （61）

第3章 光源和光发射机 （63）

3.1 激光二极管 （63）

3.1.1 工作原理 （63）

3.1.2 LD的性质 （67）

3.1.3 LD的类型 （70）

3.1.4 LD组件及其技术指标 （72）

3.2 发光二极管 （73）

3.2.1 LED结构 （73）

3.2.2 LED特性 （75）

3.2.3 LED与光纤的耦合 （77）

3.2.4 LED的技术参数 （78）

3.3 光发射机 （79）

3.3.1 模拟光发射机 （79）

3.3.2 数字光发射机 （79）

3.4 外调制器 （81）

3.4.1 外调制器特点和类型 （81）

3.4.2 外调制器工作原理 （83）

3.4.3 外调制器技术指标 （83）

本章小结 （84）

习题 （85）

第4章 光检测器和光接收机 （86）

4.1 光检测器的工作原理 （86）

4.1.1 PIN光检测器 （86）

4.1.2 APD光检测器 （87）

4.2 光检测器的特性参数 （88）

4.2.1 光检测器性能参数 （88）

4.2.2 光检测器的噪声 （90）

4.2.3 光检测器产品介绍 （92）

4.3 光接收机 （93）

4.3.1 光接收机的组成 （93）

4.3.2 光接收机的技术指标 （95）

4.4 光收发合一模块 （99）

本章小结 （100）

习题 （100）

第5章 光网络器件 （102）

5.1 光放大器 （102）

5.1.1 概述 （102）

5.1.2 半导体光放大器 （105）

5.1.3 掺杂光纤放大器 （107）

5.1.4 拉曼光纤放大器 （113）

5.1.5 光放大器的应用 （115）

5.2 无源器件 （116）

5.2.1 耦合器 （117）

5.2.2 滤波器 （119）

5.2.3 隔离器 （122）

5.2.4 环形器 （123）

5.2.5 衰减器 （124）

5.2.6 连接器 （125）

5.2.7 光开关 （127）

本章小结 （129）

习题 （129）

第6章 光纤通信系统的设计 （130）

6.1 设计原则 （130）

6.1.1 工程设计与系统设计 （130）

6.1.2 系统设计的内容 （131）

6.1.3 系统设计的方法 （132）

6.2 数字传输系统的设计 （134）

6.2.1 技术考虑 （134）

6.2.2 光通道功率代价、损耗及色散预算 （135）

6.3 模拟传输系统的设计 （138）

6.3.1 系统组成及其评价 （138）

6.3.2 光放大器对系统性能的影响 （141）

6.4 光纤系统实例 （142）

6.4.1 设备互联方案 （142）

6.4.2 数据/视频光端机在闭路监控系统中的应用 （142）

6.4.3 多通道业务光端机的应用 （144）

本章小结 （145）

习题 （145）

第7章 光缆线路的施工和测试 （147）

7.1 光缆 （147）

7.1.1 光缆的结构与类型 （147）

7.1.2 光缆的技术规范 （149）

7.2 光缆施工 （151）

7.2.1 施工准备工作 （151）

7.2.2 室外光缆敷设 （152）

7.2.3 室内光缆敷设 （155）

7.2.4 光缆接续与成端 （155）

7.3 常用仪器 （157）

7.3.1 光时域反射仪 （157）

7.3.2 光谱分析仪 （159）

7.3.3 光纤熔接机 （162）

7.3.4 光源与光功率计 （162）

7.4 测试和故障检修 （163）

7.4.1 光特性测试 （164）

7.4.2 电特性测试 （164）

7.4.3 故障检修 （165）

7.5 光缆工程实例 （166）

7.5.1 工程概况 （166）

7.5.2 设计规范 （166）

7.5.3 技术要求 （166）

7.5.4 设计方案 （167）

7.5.5 施工图设计 （167）

7.5.6 材料表 （167）

7.6 测试资料 （168）

本章小结 （171）

习题 （171）

第8章 波分复用技术 （172）

8.1 WDM工作原理 （172）

8.1.1 WDM概念 （172）

8.1.2 WDM﹑DWDM与CWDM （173）

8.2 WDM系统的基本组成 （175）

8.3 WDM系统中的关键器件 （175）

8.3.1 WDM系统中的光源 （175）

8.3.2 WDM系统中的接收机 （179）

8.3.3 WDM系统中的光放大器 （180）

8.3.4 WDM系统中的波分复用器/解复用器 （183）

8.3.5 WDM系统中的光纤 （191）

8.4 波分复用系统规范 （194）

8.4.1 光波长的分配 （194）

8.4.2 光接口规范 （194）

8.5 设备实例 （195）

本章小结 （196）

习题 （196）

第9章 光纤网络 （198）

9.1 光纤网络概述 （198）

9.1.1 网络历史回顾 （198）

9.1.2 光纤网络基本知识 （200）

9.2 基于光纤系统的三大网络 （204）

9.2.1 光纤计算机网 （204）

9.2.2 光纤电话网 （210）

9.2.3 光纤有线电视网 （211）

9.3 光纤网络传输体制 （213）

9.3.1 SDH/SONET （213）

9.3.2 ATM （219）

9.4 光交换技术 （222）

9.4.1 光交换概述 （222）

9.4.2 光分组交换（OPS） （224）

9.4.3 自动交换光网络 （226）

9.5 光传送网 （230）

9.5.1 光传送网的分层结构 （231）

9.5.2 光传送网（OTN）的网络节点 （231）

9.5.3 可重构的OADM—ROADM （234）

9.6 光纤接入网 （234）

9.6.1 光纤接入网的形式和业务类型 （235）

9.6.2 无源光网络（PON） （236）

本章小结 （238）

习题 （238）

第10章 光通信新技术 （239）

10.1 相干光通信 （239）

10.1.1 相干检测原理 （239）

10.1.2 调制与解调 （240）

10.1.3 接收灵敏度 （241）

10.1.4 相干光通信的关键技术 （241）

10.1.5 相干光通信的优点及其应用 （242）

10.2 光孤子通信 （243）

10.2.1 光孤子通信的基本原理 （243）

10.2.2 光孤子通信系统 （244）

10.3 光时分复用 （246）

10.3.1 光时分复用原理 （246）

10.3.2 光时分复用的关键技术 （248）

10.3.3 光时分复用的特点 （248）

10.4 光码分多址 （249）

10.4.1 光码分多址的基本原理 （249）

10.4.2 光码分多址的关键技术 （250）

10.4.3 光码分多址的特点 （251）

10.5 自由空间光通信 （251）

10.5.1 概述 （251）

10.5.2 系统组成及工作原理 （252）

10.5.3 系统关键技术 （253）

10.5.4 设备实例 （254）

本章小结 （254）

习题 （254）

第11章 光纤传感技术 （255）

11.1 光纤传感技术概述 （255）

11.2 光纤传感器的基本构成 （255）

11.3 光纤传感器的分类方法 （256）

11.4 光纤传感器工作原理 （258）

11.4.1 点式传感器 （258）

11.4.2 准分布式光纤光栅传感器 （259）

11.4.3 全分布式光纤传感系统 （260）

本章小结 （268）

习题 （268）

参考文献 （269）2100433B

本书为教育部“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材；也是“十三五”江苏省高等学校重点教材（编号：2018-1-033）本书系统介绍了光纤通信系统的概念、光纤的传输特性、光源和光检测器的工作原理及工作特性、有源和无源光网络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、光纤网络、光通信新技术，以及光纤传感器。本书内容全面，讲解深入浅出，实践性与理论性相结合，可作为高等学校电子信息类专业本科生、研究生的教材，也可供相关专业技术人员参考。

第1章 概述 1

1.1 光纤通信的基本概念 1

1.1.1 光纤通信的定义 1

1.1.2 光纤通信发展过程 1

1.1.3 光纤通信的优点 3

1.2 光纤通信系统的构成及分类 4

1.2.1 光纤通信系统的基本构成 4

1.2.2 光纤通信系统分类 4

1.3 数字话路基础知识 6

1.3.1 语音信号的PCM数字化 6

1.3.2 话路的时分复用（TDM） 8

1.3.3 数字复接系列 10

习题1 12

第2章 光纤 14

2.1 光纤的基本概念 14

2.1.1 光纤基本结构 14

2.1.2 光纤分类 14

2.1.3 光纤制造简述 15

2.1.4 光缆结构及类型 16

2.1.5 光缆（光纤）型号命名方法 18

2.2 光纤传光原理 22

2.2.1 光的射线理论及光纤传光分析 22

2.2.2 光纤导波模式的粗糙解（射线分析方法） 26

2.2.3 光纤导波模式的精确解（电磁场分析方法） 30

2.3 光纤特性参数 38

2.3.1 数值孔径 38

2.3.2 衰减特性 40

2.3.3 截止波长 42

2.3.4 带宽与色散 44

2.3.5 模场直径 53

2.4 光纤连接方式 54

2.5 光纤在通信领域中的应用 56

2.5.1 通信中使用的光纤及光波段划分 56

2.5.2 光纤（光缆）应用概况 59

习题2 61

第3章 光发送设备 64

3.1 光端机的基本概念 64

3.1.1 光端机的功能 64

3.1.2 光端机基本框图 64

3.2 光发送电路 66

3.2.1 基本组成和主要性能指标 66

3.2.2 激光二极管（LD） 67

3.2.3 发光二极管（LED） 80

3.2.4 驱动电路 82

3.2.5 自动功率控制（APC）电路 85

3.2.6 自动温度控制（ATC）电路 87

3.2.7 光源（LD和LED）与光纤的耦合 88

3.3 输入电路 90

3.3.1 基本概念 90

3.3.2 光纤通信的码型 91

3.3.3 HDB3码输入电路 102

3.3.4 CMI码输入电路 110

习题3 112

第4章 光接收设备 114

4.1 光接收电路 114

4.1.1 基本构成和主要性能指标 114

4.1.2 光检测器件（PIN和APD） 115

4.1.3 前置放大器 118

4.1.4 主放大器 119

4.1.5 均衡器 122

4.1.6 基线恢复 126

4.1.7 幅度判决 128

4.1.8 非线性处理 131

4.1.9 时钟提取 133

4.1.10 限幅移相 134

4.1.11 定时判决 136

4.2 输出电路 137

4.2.1 基本概念 137

4.2.2 码型反变换电路 137

4.2.3 输出接口电路 140

4.3 光模块 143

4.3.1 基本概念 143

4.3.2 光模块型号命名方法 144

习题4 147

第5章 波分复用光纤通信系统 148

5.1 光纤通信系统新技术简述 148

5.2 波分复用（WDM）技术 150

5.2.1 基本概念 150

5.2.2 波分复用系统的组成 152

5.2.3 光纤耦合型波分复用器件 154

5.2.4 角度色散型波分复用器件 156

5.2.5 干涉型波分复用器件 157

5.2.6 波分复用系统对光纤的新要求 159

5.3 光中继器 162

5.3.1 光电转换型中继器 163

5.3.2 全光型中继器概述 164

5.3.3 掺铒光纤放大器（EDFA） 165

5.3.4 光纤拉曼放大器（FRA） 168

5.3.5 光纤布里渊放大器（FBA） 170

5.3.6 半导体光放大器（SOA） 171

习题5 172

第6章 光纤数字通信系统的传输规范 174

6.1 光纤数字通信系统的两种主要传输制式 174

6.1.1 准同步数字系列（PDH） 174

6.1.2 同步数字系列（SDH） 176

6.1.3 SDH承载PDH的方式 178

6.1.4 SDH承载PDH之应用 190

6.1.5 SDH复用及交换的主要设备 197

6.1.6 SDH传送网 199

6.2 光纤数字通信系统的基本质量指标 200

6.2.1 评价误码性能的方法 200

6.2.2 数字话路通道的误码特性 201

6.2.3 基群及其以上速率通道的误码特性 204

6.2.4 抖动特性 208

6.2.5 可靠性 209

6.3 光纤数字通信系统的基本设计 212

6.3.1 系统设计的一般步骤 212

6.3.2 中继距离估算 213

6.3.3 误码率估算 216

6.4 光纤数字通信系统的测量 217

6.4.1 电性能的主要指标测量 217

6.4.2 光性能的主要指标测量 220

习题6 222

第7章 现代光纤网络 224

7.1 光纤通信在现代信息网络中的重要地位 224

7.1.1 现代信息网络的基本特点 224

7.1.2 光纤通信在现代信息网络中的应用概况 225

7.2 光纤接入网 227

7.2.1 基本概念 227

7.2.2 FTTx接入网 229

7.2.3 FTTH的基本拓扑结构 231

7.2.4 FTTH 的实现技术：xPON接入技术 232

7.2.5 各类PON接入技术的比较 243

7.3 光纤局域网 244

7.3.1 局域网（LAN）的基本概念 244

7.3.2 光纤总线形/星形局域网 246

7.3.3 光纤令牌环局域网 248

7.3.4 光纤ATM局域网 250

7.4 光纤城域网和广域网 252

7.4.1 光纤城域网（MAN） 252

7.4.2 基于SDH的多业务传送平台（MSTP） 253

7.4.3 光纤广域网（WAN） 254

7.5 三网融合 257

7.5.1 基本概念 257

7.5.2 电信运营商的IPTV 258

7.5.3 互联网公司的OTT TV 259

7.5.4 广电行业的DTV 261

7.6 与光纤互联网相关的热门技术 263

7.6.1 移动通信技术 263

7.6.2 物联网（IoT）技术 269

7.6.3 云计算技术 274

习题7 277

第8章 未来的全光网络 279

8.1 全光网络（AON）的基本概念 279

8.1.1 通信网发展过程 279

8.1.2 全光通信网的基本特点 279

8.1.3 全光通信网关键技术概述 280

8.2 光交叉连接器（OXC） 283

8.2.1 光交叉连接器的基本概念 283

8.2.2 光交换技术 285

8.2.3 波长变换技术 289

8.3 光分插复用器（OADM） 291

8.3.1 光分插复用器基本概念 291

8.3.2 分波/合波器 光开关组合 292

8.3.3 多层介质膜滤波器 光开关 光环行器组合 293

8.3.4 光纤光栅 光环行器 分波/合波器组合 293

8.4 光传送网（OTN）的基本形式 294

8.4.1 光传送网的分层体系结构 295

8.4.2 光层的基本拓扑结构 296

8.4.3 光传送网的应用——IP光网 297

8.5 全光网络的进展 300

习题8 302

附录A 英汉对照名词索引 304

参考文献 313 2100433B

学习情境一 光纤光缆认知 1

任务一 光纤通信基本知识认知 . 1

一、光纤通信的发展概况 2

二、光波波谱 . 3

三、光纤通信系统的基本构成 4

四、光纤通信的特点和系统分类 5

任务二 光纤性能和导光原理认知 . 7

一、光纤结构和分类 7

二、光纤传输原理 11

三、光纤的主要特性 14

四、光纤标准 16

任务三 光缆识别 20

一、光缆的种类与结构 20

二、光缆型号认知与识别 26

三、光缆的端别识别 29

巩固与提高 . 29

学习情境二 光缆线路维护与施工基础 31

任务一 常见光缆线路设施基本认知 . 31

一、光缆线路主要设施 32

二、标石的埋设要求与编号识别 35

任务二 光缆线路基础维护 . 37

一、光缆线路维护基本常识 38

二、线路维护的分类 39

三、几种常见的日常维护工作 40

四、护线宣传 50

五、光缆线路隐患防范 52

六、“三盯”工作 53

任务三 光时域反射仪的使用和后向散射信号曲线分析 . 54

一、光时域反射仪（OTDR） . 55

二、OTDR 的操作过程和参数设置 . 57

三、背向散射信号曲线的基本分析 60

四、OTDR 基本应用 62

任务四 光缆线路工程施工过程认知 . 64

一、施工准备 . 65

二、施工要求 66

三、竣工移交 . 67

四、光缆敷设施工技术基本要求 67

任务五 施工和维护安全须知 72

一、一般安全要求 . 72

二、登高作业 77

三、在电力线附近工作 . 79

四、在人孔内工作 . 80

五、工具和仪器的使用 . 81

六、有害气体和易燃气体的预防方法 . 82

巩固与提高 . 84

学习情境三 电路调度与光纤连接 . 87

一、同轴电缆 87

二、2M 同轴电缆接头的制作 89

三、对线 93

任务二 DDF、ODF 结构和用途认知 95

一、DDF 设备 . 95

二、DDF 标签命名规范 . 97

三、ODF 设备 . 103

四、ODF 标签命名规范 . 105

五、应用举例 108

任务三 光纤连接器认知和使用 . 109

一、光纤连接器认知 110

二、光纤连接器的使用 115

三、新一代光连接器的发展趋势 117

任务四 光纤熔接与接头盒固定 . 118

一、光纤的固定连接 118

二、光缆接续安装的一般要求 119

三、光缆的接续方式 121

四、光缆接续的基本方法和步骤 122

五、光纤接续损耗 131

六、接头盒的封装及固定 134

七、光缆的成端操作 136

巩固与提高 137

学习情境四 小型光端机安装、使用与基本维护 139

任务一 小型光端机安装 . 139

一、光端机相关知识 140

二、小型光端机安装 142

任务二 光端机性能测试 . 145

一、光端机测试准备 145

二、光端机测试 146

任务三 光端机基本维护 . 150

一、光端机的使用、保养方法 151

二、基本维护 151

三、常用仪器、仪表简介 153

巩固与提高 157

学习情境五 SDH 基本原理和设备日常维护

任务一 PDH 和SDH 基本原理认知

一、准同步数字体系

二、SDH 基本原理

任务二 传输机房SDH 设备日常维护

一、传输机房设备介绍（以华为设备为例）

二、日常维护事项

任务三 设备运行情况检查和例行维护

一、设备例行维护

二、任务操作

任务四 常见机房设备简单告警的处理

一、告警的概念和类型

二、常见告警分析与处理

任务五 光纤通信技术的发展

一、密集波分复用（DWDM）技术基础

二、基于MSTP 技术的传送网特点

三、传送网的发展趋势 巩固与提高

参考文献