为了突出上述技术的成就与现状，凯泽等编著的《光纤通信》第四版力求展现基本原理，以利于理解光纤技术并更广泛地将其应用于现代通信网。本书的系列论述将带领读者系统地领略光纤链路中器件及其相互间影响的基本原理，讲述复杂光链路和网络的架构与性能特征，了解网络安装与维护中需要的基本测量技术。通过理解、掌握这些基本问题，读者不仅可以从事器件、通信链路或者设备的设计，还能够预见未来网络技术的发展方向。

凯泽等编著的《光纤通信(第4版)》系统地介绍了光纤通信的各方面知识。全书共14章，内容涵盖光纤传输原理和传输特性，半导体光源和光检测器的工作原理与工作特性，数字光纤通信系统和模拟光纤通信系统，光放大器的工作原理和性能，WDM系统原理与器件，光网络与光交换，光纤通信系统的性能测量及管理。与前一版相比，新增了光纤的非线性效应、光子晶体光纤、高速通信中的前向纠错、光载射频（ROF）及光缆铺设等新内容。

《光纤通信(第4版)》适合作为通信工程及相关专业高年级本科生、研究生的光纤通信课程的教学教材，对于从事光纤通信设备设计制造、系统运营管理的工程技术人员也是一本很好的参考书。

第1章 光纤通信概述  1

1.1 光通信的发展动力  2

 1.1.1 光网络的发展历程  2

 1.1.2 光纤的优点  3

1.2 光频谱带  4

 1.2.1 电磁能量  4

 1.2.2 工作窗口和光频带  5

1.3 分贝单位  6

1.4 网络信息速率  8

 1.4.1 电信信号复用  8

 1.4.2 SONET/ SDH 复用体系  10

1.5 波分复用概念  10

1.6 光纤通信系统的关键组件  10

1.7 光纤通信标准  13

1.8 仿真与建模工具  14

 1.8.1 仿真工具的特征  14

 1.8.2 图形编程语言  14

 1.8.3 学生使用的程序举例  15

第2章 光纤:结构、导波原理和制造  19

2.1 光的性质  19

 2.1.1 线偏振  20

 2.1.2 椭圆偏振和圆偏振  22

 2.1.3 光的量子特性  23

2.2 基本的光学定律和定义  24

 2.2.1 折射率  24

 2.2.2 反射和折射  24

 2.2.3 光的偏振分量  26

 2.2.4 偏振敏感材料  27

2.3 光纤模式和结构  28

 2.3.1 光纤分类  28

 2.3.2 光射线和模式  30

 2.3.3 阶跃折射率光纤结构  31

 2.3.4 射线光学描述  31

 2.3.5 介质平板波导中的波动描述  33

2.4 圆波导的模式理论  34

 2.4.1 模式概述  35

 2.4.2 关键的模式概念的归纳  36

 2.4.3 麦克斯韦方程组  38

 2.4.4 波导方程式  39

 2.4.5 阶跃折射率光纤中的波动方程  40

 2.4.6 模式方程  41

 2.4.7 阶跃折射率光纤中的模式  42

 2.4.8 线偏振模  45

 2.4.9 阶跃折射率光纤中的光功率流  48

2.5 单模光纤  49

 2.5.1 结构  49

 2.5.2 模场直径  49

 2.5.3 单模光纤中的传播模  50

2.6 梯度折射率光纤的结构  51

2.7 光纤材料  53

 2.7.1 玻璃光纤  53

 2.7.2 有源玻璃光纤  54

 2.7.3 塑料光纤  54

2.8 光子晶体光纤  54

 2.8.1 折射率导引PCF  55

 2.8.2 光子带隙PCF  56

2.9 光纤制造  56

 2.9.1 外部汽相氧化法  57

 2.9.2 汽相轴向沉积法  58

 2.9.3 改进的化学汽相沉积法  58

 2.9.4 等离子体激活化学汽相沉积法  59

 2.9.5 光子晶体光纤制造  59

2.10 光纤的机械性能  59

2.11 光缆  63

 2.11.1 光缆结构  63

 2.11.2 室内光缆  65

 2.11.3 室外光缆  65

2.12 光缆铺设方法  66

 2.12.1 直埋式铺设  66

 2.12.2 光缆牵入管道  68

 2.12.3 光缆气吹铺设  68

 2.12.4 架空铺设  69

 2.12.5 海底铺设  69

 2.12.6 行业铺设标准  70

第3章 衰减和色散  79

3.1 衰减  79

 3.1.1 衰减单位  79

 3.1.2 吸收损耗  80

 3.1.3 散射损耗  84

 3.1.4 弯曲损耗  85

 3.1.5 芯包损耗  87

3.2 光纤中的信号畸变  88

 3.2.1 色散概述  88

 3.2.2 模式时延  90

 3.2.3 色散起因  91

 3.2.4 群时延  92

 3.2.5 材料色散  93

 3.2.6 波导色散  95

 3.2.7 单模光纤中的色散  95

 3.2.8 偏振模色散  97

3.3 单模光纤性能  98

 3.3.1 折射率分布  98

 3.3.2 截止波长  100

 3.3.3 色散计算  101

 3.3.4 模场直径  103

 3.3.5 弯曲损耗  104

3.4 国际标准  105

 3.4.1 G.651.1建议  106

 3.4.2 G.652建议  106

 3.4.3 G.653建议  107

 3.4.4 G.654建议  108

 3.4.5 G.655建议  108

 3.4.6 G.656建议  108

 3.4.7 G.657建议  108

3.5 特种光纤  108

第4章 光源  116

4.1 半导体物理学基础  116

 4.1.1 能带  117

 4.1.2 本征材料和非本征材料  119

 4.1.3 pn结  120

 4.1.4 直接带隙和间接带隙  121

 4.1.5 半导体器件的制造  121

4.2 发光二极管(LED)  122

 4.2.1 LED的结构  122

 4.2.2 光源材料  124

 4.2.3 量子效率和LED的功率  127

 4.2.4 LED 的调制  130

4.3 半导体激光器  131

 4.3.1 半导体激光器的模式和阈值条件  132

 4.3.2 半导体激光器的速率方程  137

 4.3.3 外量子效率  138

 4.3.4 谐振频率  139

 4.3.5 半导体激光器结构和辐射场型分布  140

 4.3.6 单模激光器  144

 4.3.7 半导体激光器的调制  146

 4.3.8 激光器线宽  147

 4.3.9 外调制  148

 4.3.10 温度特性  149

4.4 线路编码  151

 4.4.1 NRZ和RZ码  151

 4.4.2 分组码  152

4.5 光源的线性特性  152

4.6 可靠性考虑  154

4.7 发射机封装  157

第5章 光功率发射和耦合  165

5.1 光源至光纤的功率发射  165

 5.1.1 光源的输出分布  165

 5.1.2 功率耦合计算  166

 5.1.3 发射功率与波长的关系  169

 5.1.4 稳态数值孔径  170

5.2 改善耦合的透镜结构  170

 5.2.1 非成像微球  171

 5.2.2 半导体激光器与光纤的耦合  173

5.3 光纤与光纤的连接  173

 5.3.1 机械对准误差  175

 5.3.2 光纤相关损耗  179

 5.3.3 光纤端面制备  180

5.4 LED 与单模光纤的耦合  181

5.5 光纤接头  182

 5.5.1 连接方法  183

 5.5.2 单模光纤的连接  184

5.6 光纤连接器  184

 5.6.1 连接器的类型  185

 5.6.2 单模光纤连接器  188

 5.6.3 连接器回波衰减  188

第6章 光检测器  196

6.1 光电二极管的物理原理  196

 6.1.1 pin光电二极管  196

 6.1.2 雪崩光电二极管  200

6.2 光检测器噪声  202

 6.2.1 噪声源  203

 6.2.2 信噪比  205

 6.2.3 噪声等效功率  206

6.3 检测器响应时间  207

 6.3.1 耗尽层光电流  207

 6.3.2 响应时间  208

 6.3.3 双异质结光电二极管  210

6.4 雪崩倍增噪声  210

6.5 InGaAs APD结构  212

6.6 温度对雪崩增益的影响  213

6.7 光检测器比较  214

第7章 光接收机  219

7.1 接收机工作的基本原理  219

 7.1.1 数字信号传输  220

 7.1.2 误码源  221

 7.1.3 前置放大器  223

7.2 数字接收机性能  224

 7.2.1 误码率  224

 7.2.2 接收机灵敏度  228

 7.2.3 量子极限  229

7.3 眼图  230

 7.3.1 眼图的特征  230

 7.3.2 BER和Q因子测量  232

7.4 突发模式接收机  233

7.5 模拟接收机  235

第8章 数字链路  241

8.1 点到点链路  241

 8.1.1 系统考虑  242

 8.1.2 链路功率预算  243

 8.1.3 展宽时间预算  246

 8.1.4 短波长带  249

 8.1.5 单模光纤链路的衰减限制距离  250

8.2 功率代价  251

 8.2.1 色度色散代价  251

 8.2.2 偏振模色散代价  253

 8.2.3 消光比代价  253

 8.2.4 模式噪声  254

 8.2.5 模分配噪声  256

 8.2.6 啁啾  257

 8.2.7 反射噪声  258

8.3 差错控制  260

 8.3.1 误码检测概念  260

 8.3.2 线性检错码  261

 8.3.3 多项式码  261

 8.3.4 前向纠错  263

8.4 相干检测  264

 8.4.1 基本概念  264

 8.4.2 零差检测  266

 8.4.3 外差检测  266

 8.4.4 误码率比较  266

8.5 差分4 相移键控(DQPSK)  270

第9章 模拟链路  278

9.1 模拟链路概述  278

9.2 载噪比  279

 9.2.1 载波功率  280

 9.2.2 光检测器和前置放大器的噪声  280

 9.2.3 相对强度噪声(RIN)  281

 9.2.4 反射对RIN 的影响  282

 9.2.5 极限条件  283

9.3 多信道传输技术  284

 9.3.1 多信道幅度调制  284

 9.3.2 多信道频率调制  287

 9.3.3 副载波复用  289

9.4 光载射频(ROF)  289

 9.4.1 关键链路参数  290

 9.4.2 无杂散动态范围  291

9.5 光纤链路射频  292

 9.5.1 ROF 网络天线基站  293

 9.5.2 多模光纤链路射频  293

9.6 微波光子学  294

第10章 WDM 概念和光器件  300

10.1 WDM 概述  300

 10.1.1 WDM 的工作原理  301

 10.1.2 WDM 标准  302

10.2 无源光耦合器  303

 10.2.1 2 * 2 光纤耦合器  304

 10.2.2 散射矩阵表示法  307

 10.2.3 2 * 2 波导耦合器  309

 10.2.4 星形耦合器  311

 10.2.5 马赫曾德尔干涉复用器  313

10.3 隔离器和环形器  316

 10.3.1 光隔离器  316

 10.3.2 光环形器  317

10.4 光纤光栅滤波器  318

 10.4.1 光栅基础  318

 10.4.2 光纤布拉格光栅  318

 10.4.3 FBG 的应用  320

10.5 介质薄膜滤波器  321

 10.5.1 标准具理论  322

 10.5.2 TFF 的应用  323

10.6 基于相位阵列的WDM 器件  324

10.7 衍射光栅  327

10.8 有源光器件  328

 10.8.1 MEMS 技术  328

 10.8.2 可变光衰减器  329

 10.8.3 可调谐光滤波器  330

 10.8.4 动态增益均衡器  331

 10.8.5 光分插复用器  332

 10.8.6 偏振控制器  332

 10.8.7 色度色散补偿器  332

10.9 可调谐光源  333

第11章 光放大器  342

11.1 光放大器的基本应用和分类  342

 11.1.1 一般应用  342

 11.1.2 放大器的类型  343

11.2 半导体光放大器  345

 11.2.1 外部泵浦  345

 11.2.2 放大器增益  346

 11.2.3 SOA 的带宽  348

11.3 掺铒光纤放大器  349

 11.3.1 放大机理  349

 11.3.2 EDFA 的结构  351

 11.3.3 EDFA 的功率转换效率及增益  352

11.4 放大器噪声  355

11.5 光信噪比  358

11.6 系统应用  359

 11.6.1 功率放大器  359

 11.6.2 在线放大器  360

 11.6.3 前置放大器  361

 11.6.4 多信道放大  362

 11.6.5 在线放大器增益控制  362

11.7 拉曼放大器  364

11.8 宽带光放大器  366

第12章 非线性效应  374

12.1 非线性效应概述  374

12.2 有效长度与有效面积  375

12.3 受激拉曼散射  376

12.4 受激布里渊散射  377

12.5 自相位调制  379

12.6 交叉相位调制  380

12.7 四波混频  380

12.8 减小四波混频  382

12.9 波长变换  383

 12.9.1 光门波长转换器  383

 12.9.2 波混频波长变换器  384

12.10 孤子  384

 12.10.1 孤子脉冲  385

 12.10.2 孤子参数  387

 12.10.3 孤子宽度和间隔  388

第13章 光网络  393

13.1 网络概念  393

 13.1.1 网络术语  394

 13.1.2 网络分类  394

 13.1.3 网络层次  396

 13.1.4 光层  397

13.2 网络拓扑  398

 13.2.1 无源线形总线的性能  399

 13.2.2 星形结构的性能  403

13.3 SONET/ SDH  404

 13.3.1 传输格式和速率  404

 13.3.2 光接口  405

 13.3.3 SONET/ SDH 环  407

 13.3.4 SONET/ SDH 网络  409

13.4 高速光链路  411

 13.4.1 10 Gbps 光链路  411

 13.4.2 40 Gbps 光链路  413

 13.4.3 40 吉比特和100 吉比特以太网标准  413

 13.4.4 160 Gbps OTDM 链路  413

13.5 光分插复用器  415

 13.5.1 OADM 的结构  415

 13.5.2 可重构OADM  416

13.6 光交换  420

 13.6.1 光交叉连接  420

 13.6.2 波长变换  421

 13.6.3 波长路由  424

 13.6.4 光分组交换  424

 13.6.5 光突发交换  425

13.7 WDM 网络实例  426

 13.7.1 宽带长途WDM 网络  426

 13.7.2 窄带城域WDM 网络  428

13.8 无源光网络  429

 13.8.1 基本的PON 架构  429

 13.8.2 有源PON 模块  430

 13.8.3 业务流量  432

 13.8.4 GPON 特性  433

 13.8.5 WDM PON 架构  435

13.9 DWDM 直接承载IP  435

13.10 光以太网  436

 13.10.1 基本的光以太网方案  437

 13.10.2 EPON/ GE鄄PON 架构  438

 13.10.3 城域光以太网  438

13.11 降低传输损伤  439

 13.11.1 色度色散补偿光纤  439

 13.11.2 布拉格光栅色散补偿器  440

 13.11.3 偏振模色散补偿  441

 13.11.4 光放大器增益瞬变  442

第14章 性能测量与监控  453

14.1 测量标准  454

14.2 基本测试设备  455

 14.2.1 测试用光源  456

 14.2.2 光谱分析仪  456

 14.2.3 多功能光测试仪  457

 14.2.4 光衰减器  457

 14.2.5 光传送网(OTN)测试仪  457

 14.2.6 可视故障指示仪  458

14.3 光功率测量  458

 14.3.1 光功率的定义  458

 14.3.2 光功率计  459

14.4 光纤特性参数  459

 14.4.1 折射近场法  459

 14.4.2 传输近场法  460

 14.4.3 损耗测量  460

 14.4.4 色散测量  462

14.5 眼图  467

 14.5.1 模板测试  468

 14.5.2 压缩眼图  468

 14.5.3 眼图轮廓  469

14.6 光时域反射仪(OTDR)  469

 14.6.1 OTDR 轨迹  470

 14.6.2 损耗测量  471

 14.6.3 OTDR 盲区  472

 14.6.4 光纤故障定位  472

 14.6.5 光回波衰减  473

14.7 光性能监测  473

 14.7.1 管理构架和功能  474

 14.7.2 光层管理  475

 14.7.3 OPM 功能  476

 14.7.4 网络维护  477

 14.7.5 故障管理  478

 14.7.6 OSNR 监视  478

14.8 光纤系统性能测量  479

 14.8.1 误码率测试  479

 14.8.2 光信噪比评估  481

 14.8.3 Q 因子评估  482

 14.8.4 光调制幅度(OMA)测量  483

 14.8.5 定时抖动测量  484

附录A 国际单位制  490

附录B 常用数学关系式  491

附录C 贝塞尔函数  494

附录D 分贝  497

附录E 缩写  498

附录F 拉丁文符号  501

附录G 希腊文符号  503