光纤通信(第4版)
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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10Gbit/s、40Gbit/s已提高到100Gbit/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7.1节和7.2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8.1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;8.7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、100Gbit/s超长距离DWDM系统、400Gbit/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G.694.1DWDM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(1.2.8),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(1.2.8)。

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