通信光纤及其系统应用前沿研究

1 光纤概论 1

1.1 光纤通信简史 1

1.2 光纤特点 3

1.2.1 信道容量 3

1.2.2 光纤特点 4

1.3 光纤性能 5

1.3.1 线性效应 5

1.3.2 非线性效应 7

1.4 光纤类型演进 9

1.4.1 研究历程 9

1.4.2 类型演进 10

参考文献 19

2 光纤波导理论 21

2.1 引言 21

2.2 光纤结构与光纤类型 22

2.2.1 光纤结构 22

2.2.2 光纤类型 22

2.3 光纤理论 25

2.3.1 射线光学理论 25

2.3.2 波动光学理论 30

2.4 光纤模式 32

2.4.1 光纤模式的概念 32

2.4.2 传导模场分布 32

2.4.3 归一化参数 35

2.4.4 模式分布 35

2.4.5 传导模数量 37

2.5 单模光纤 38

2.5.1 单模传输条件 38

2.5.2 模场直径 39

参考文献 41

3 光纤设计 42

3.1 引言 42

3.2 设计原则 43

3.3 折射率分布 44

3.4 光纤设计实例 45

3.4.1 多模光纤 45

3.4.2 单模光纤 46

参考文献 52

4 光纤传输性能 53

4.1 引言 53

4.2 光纤衰减 54

4.2.1 衰减 54

4.2.2 衰减机理 56

4.2.3 光纤衰减谱 60

4.2.4 解决对策 62

4.3 光纤色散 63

4.3.1 色散 63

4.3.2 色散机理 65

4.3.3 表示方法 70

4.3.4 光纤的色散特点 73

4.3.5 带宽与距离的乘积 75

4.3.6 解决对策 76

4.4 光纤偏振模色散 77

4.4.1 偏振模色散 77

4.4.2 产生机理 78

4.4.3 表示方法 79

4.4.4 影响作用 80

4.4.5 解决对策 81

4.5 光纤非线性效应 82

4.5.1 非线性效应 82

4.5.2 非线性机理 86

4.5.3 非线性相位调制 91

4.5.4 影响作用 96

4.5.5 解决对策 97

参考文献 98

5 常用的通信光纤 99

5.1 引言 99

5.2 光纤研究历程 100

5.2.1 多模光纤 100

5.2.2 单模光纤 102

5.3 光纤标准 103

5.3.1 光纤标准概述 103

5.3.2 光纤性能参数 104

5.3.3 光纤属性 104

5.4 光纤类型 112

5.4.1 多模光纤 112

5.4.2 单模光纤 114

5.5 通信光纤性能特点 115

5.5.1 多模光纤 115

5.5.2 单模光纤 118

参考文献 138

6 吉比特级塑料光纤 139

6.1 引言 139

6.2 结构与类型 140

6.2.1 结构 140

6.2.2 类型 140

6.3 制造方法 140

6.3.1 阶跃折射率-塑料光纤 140

6.3.2 梯度折射率-塑料光纤 141

6.4 光纤衰减 144

6.4.1 吸收损耗 145

6.4.2 散射损耗 146

6.4.3 低损耗塑料光纤 147

6.5 光纤带宽 148

6.5.1 模色散 148

6.5.2 模间色散 149

6.5.3 模内色散 151

6.5.4 高带宽塑料光纤 151

6.6 研究方向 154

6.6.1 应用场所 154

6.6.2 研究方向 157

参考文献 158

7 新型多模光纤 159

7.1 引言 159

7.2 多模光纤传输理论 160

7.3 多模光纤带宽 161

7.3.1 宽带 161

7.3.2 光纤特性 163

7.4 10Gbit/s以太网系统模型 164

7.5 新型多模光纤最新发展 168

7.5.1 弯曲不敏感多模光纤 168

7.5.2 宽带OM4多模光纤 171

7.5.3 光互连多芯多模光纤 175

参考文献 178

8 少模光纤 180

8.1 引言 180

8.2 少模光纤波导条件 181

8.3 少模光纤模式结构设计 183

8.3.1 线性偏振模 183

8.3.2 分布模式耦合 185

8.3.3 差分群时延 186

8.3.4 差分群时延累积 187

8.3.5 非阶跃折射率分布 187

8.4 少模光纤结构优化 189

8.4.1 空分复用阶跃折射率少模光纤 189

8.4.2 阶跃折射率光纤结构变化 190

8.4.3 空分复用双模梯度少模光纤 192

8.4.4 向更多模数扩展 195

8.5 少模-多芯光纤 196

8.5.1 产生背景 196

8.5.2 设计原则 197

8.5.3 设计实例 198

8.6 少模光纤传输系统 201

8.6.1 少模光纤 201

8.6.2 关键技术 202

8.6.3 少模光纤MIMO传输系统 204

8.6.4 少模光纤单模工作传输系统 205

8.7 少模光纤研究方向 207

参考文献 208

9 多芯光纤 209

9.1 引言 209

9.2 多芯光纤类型 211

9.2.1 多芯光纤分类 211

9.2.2 多芯光纤性能 212

9.3 多芯光纤设计 213

9.3.1 仿真模型 213

9.3.2 高密度纤芯排列 213

9.3.3 扩大有效面积 214

9.3.4 扩大纤芯数 215

9.4 制造工艺 216

9.4.1 工艺决定性能 216

9.4.2 制造工艺 216

9.4.3 光纤试验样性能 217

9.5 纤芯之间串扰 218

9.5.1 多芯光纤的芯间的串扰 218

9.5.2 耦合模方程 219

9.5.3 弯曲和扭转作用 220

9.6 串扰抑制 221

9.6.1 模式耦合抑制 221

9.6.2 相位匹配抑制 222

9.6.3 串扰抑制的目标水平 223

9.7 截止波长变化 224

9.8 有效横截面面积的有效利用 225

9.8.1 外包层厚度和外纤芯附加损耗 225

9.8.2 包层直径和机械强度 226

9.8.3 纤芯排列 226

9.9 大容量传输 227

9.9.1 关键的结构参数 227

9.9.2 超低串扰和超低损耗光纤 229

9.9.3 空分复用频谱效率 229

9.10 多芯光纤研究方向 231

参考文献 231

10 光纤传输系统 233

10.1 引言 233

10.2 光纤传输系统 235

10.2.1 发展历程 235

10.2.2 电信技术发展趋势 237

10.2.3 传输系统 239

10.3 光纤传输系统设计 253

10.3.1 工作波长 253

10.3.2 路由选择 254

10.3.3 系统传输容量 254

10.3.4 光纤选型 254

10.3.5 设备选型 256

10.4 光缆链路传输性能计算 256

10.4.1 衰减性能计算 256

10.4.2 色散性能计算 257

10.4.3 偏振模色散性能 259

参考文献 261

11 光网络 262

11.1 引言 262

11.2 光传送网 263

11.2.1 网络分层结构 263

11.2.2 接口结构 264

11.2.3 比特速率与传输容量 265

11.2.4 OTN帧结构 265

11.2.5 复用与映射 266

11.2.6 技术特点 267

11.2.7 应用 268

11.3 分组传送网 269

11.3.1 技术体制 269

11.3.2 网络分层结构 269

11.3.3 关键技术 270

11.3.4 技术特点 271

11.3.5 应用 271

11.4 自动交换光网络 272

11.4.1 体系结构 272

11.4.2 关键技术 274

11.4.3 技术特点 275

11.4.4 应用 275

11.5 光纤接入网 276

11.5.1 宽带接入 276

11.5.2 接入网 277

11.5.3 光纤接入网 278

11.5.4 无源光网络 279

11.5.5 以太网无源光网络 281

11.5.6 下一代无源光网络 285

11.6 未来光网络 288

参考文献 289

12 光纤系统应用前沿研究 291

12.1 引言 291

12.2 多模光纤模分复用25.5 Gbit/s传输系统 293

12.2.1 系统组成 293

12.2.2 研究内容 295

12.2.3 特点分析 296

12.3 多模光纤40Gbit/s传输系统 297

12.3.1 系统组成 297

12.3.2 研究内容 300

12.3.3 特点分析 302

12.4 塑料光纤100Gbit/s以太网 302

12.4.1 系统组成 302

12.4.2 研究内容 304

12.4.3 特点分析 306

12.5 G.6 57光纤100Gbit/s传输系统 306

12.5.1 系统组成 306

12.5.2 研究内容 307

12.5.3 特点分析 308

12.6 超低损耗等光纤1.2 Tbit/s传输系统 309

12.6.1 系统组成 309

12.6.2 研究内容 311

12.6.3 特点分析 312

12.7 G.6 52光纤30.7 Tbit/s相干光传输系统 313

12.7.1 系统组成 313

12.7.2 研究内容 315

12.7.3 特点分析 316

12.8 19芯光纤空分复用305Tbit/s传输系统 316

12.8.1 系统组成 316

12.8.2 研究内容 318

12.8.3 特点分析 320

参考文献 320