本书英文版原书是关于光通信网络技术方面的权威著作，详细地描述了网络中的单元以及传输技术，并且强调了网络评估、配备以及光学方案等一些实际的组网问题。中文版分成《光网络》（上卷：光纤通信技术与系统）和《光网络》（下卷：组网技术分析）。上卷主要讲述光网络元器件和传输技术，下卷主要介绍光网络的构造、控制和管理技术。本书不仅适合作为相关专业的教材，对专业人员也具有很高的参考价值。

无

自1998年2月本书第1版面世以来，我们已经注意到光网络令人瞩目的发展。对光网络的研究曾经一度只局限于研究人员和工程师这样一个很小的范围，现在光网络则引起了包括学生、光学元器件工程师和光学设备工程师、服务提供商、网络设计者、投资者、风险投资者以及产业与投资分析师在内的众多人员的兴趣。
　　在过去的三年里，随着光网络技术的迅速发展和广泛的应用，对本书第2版的需求也显现了出来。在第2版中，我们尽量将光网络最新进展及其底层技术编写在内，同时我们也努力使那些有兴趣学习光网络的广大读者感到此书通俗易懂。基于这样的想法，我们将此书中的几章进行了重新编写，加入了大量的新素材，删除了一些与实际的光网络不太相关的内容，同时对参考文献进行了更新，并加进了一些新的习题。
　　本书的主要变化如下：为了反映业界当前对光网络的理解和认识，对第1章进行了重新编写。在光网络概述中添加了“传输系统的基本概念”一节，在此节中介绍了与光网络系统工程和波分复用（WDM）相关的一些基本术语和概念，目的是使初学者容易入门。
　　在第2章中，我们添加了几小节，介绍了色散控制和光孤子方面的内容，还加入了一节来描述目前已有的光纤种类。在第3章中，我们将电吸收调制激光器、调谐激光器、喇曼放大器和L波段掺铒光纤放大器的内容包括了进来。也大大扩充了关于光开关的章节，包括了利用微电机系统（MEMS）和其他技术的新类型的开关。
　　在第4章中，包括了归零调制和其他一些广泛用于高比特率系统的新的调制技术，如双二元调制、前向纠错等。第5章扩充了色散补偿和极化效应方面的内容，这些都是影响高比特率长距离传输系统设计的重要因素。
　　对本书中涉及网络系统的章节进行了彻底的改写和补充，以便更清楚地反映本领域所取得的重大进展。这些章节的安排如下：第6章现在包括同步光网络/同步数字体系（SONET/SDH），异步传输模式（ATM）和网际协议（IP）；第7章专门介绍基于波分复用（WDM）网络单元的网络结构特征；第8章集中描述了一些与光网络的设计和路由相关的问题；第9章详细描述了网络的管理和控制；第10章介绍了网络的生存性，详细讨论了光学层的保护问题；第11章中涵盖了接入网的内容，重点介绍新兴的无源光网络（PON）；第12章介绍了光学包交换网络的最新进展；最后，在第13章中重点介绍了光网络的应用依据，并试图使读者能更广泛地理解电信网络的发展过程，在这一章中包括一些典型的长距离和城域网络规划实例研究。
　　当前在光网络领域中有很多的标准，我们在附录中列出了这些相关的标准。在附录中，我们还列出了本书中采用的一些英文缩写术语，并将关于脉冲传播的一些较深层的内容放在附录中介绍。
　　我们在添加新素材的同时，也删除了第1版中的一些章节，删除了广播和分配网，因为这些网络当前主要侧重在理论研究方面；同样，我们也删掉了描述光网络测试台的章节，因为现在已经没有讨论它们的必要了。有兴趣的读者可以在网站www.mkp.com/opticalnet2 上得到这些章节的内容。

怎样使用本书
　　本书可以作为电子工程或计算机科学专业的研究生教材，本书中的大部分内容都包含在我们所教过的课程之中。第2章到第5章包括了光网络元器件和传输技术方面的知识，第6章到第13章则介绍关于网络方面的内容。为了理解网络方面的知识，要求学生具备通信方面大学本科水平的基本知识。我们尝试在本书中加入了一些与传输相关的章节，以使其更易于为网络工程方面专业人士所接受和利用。例如，首先从网络设计者的角度对元器件进行了简单定性的论述，然后再详细解释它们的运行原理。半导体和电磁学方面的先期知识将有助于理解某些章节的详细深入的论述部分。
　　期望更广泛地了解光网络主要内容的读者可以阅读第1、第6、第7和第13章；对底层元器件和传输技术感兴趣的读者可以跳过那些定量描述的章节，而只详细阅读第1至第5章内容。
　　这本书可以作为电子工程或计算机科学专业的研究生课程的基本教材。与网络有关的课程侧重网络的构造、控制和管理，因此在使用本书时可以略去技术部分的章节，只讲授本书的第6至第13章。对于电子工程等与光学传输有关的课程，在使用本书时可以只讲授第2至第5章而略去其他章节。每章后面附有一定数量的习题，习题的参考答案可向英文版原出版社（mkp@mkp.com）索取。

致谢
　　首先，我们要感谢的是评阅本书的那些出色的专家，他们仔细地阅读了本书的所有章节，对本书素材的选择和组织提出了很多建议，他们对本书的最终成稿所起到的作用是非常宝贵的。应该说我们对此感到非常荣幸，在此我们要特别感谢Paul Green, Goff Hill, David Huuter, Rao Lingampalli, Alan McGuire, Shawn O’Donnell, Walter Johnstone, Alan Repech, George Stewart, Suresh Subramainiam, Eric Verillow, Martin Zirngibl。此外，我们非常感谢Bijan Raahemi, Jim Refi, Krishna Thyagarajan, Mark R. Wilson，他们指出了本书第1版中的一些错误，也对本书第2版提出了一些建议。Mark R. Wilson还为我们提供了他在讲课中使用的一些面向应用的习题，这些习题已经被收录到本书的第2版中。我们还要感谢Amit Agarwal, Shyam Iyer, Ashutosh Kulshreshtha 和Sarath Kumar，我们使用了他们的网路分布设计工具，Ashutosh Kulshreshtha还提供了网路分布设计实例。感谢Tapan Kumar 提供了光学通道拓扑结构设计实例，　Parthasarathi Palai提供了掺铒光纤放大器（EDFA）增益曲线的模拟计算图，Rajeev Roy对我们的一些结果进行了验证。本书作者将对此书中任何错误和疏漏负责，感谢您的批评指正，并请将您的意见和建议用电子邮件发送至mkp@mkp.com。

第1章　 光网络概述 1
1.1　 电信网络结构 2
1.2　 服务、线路交换和包交换 4
1.3　 光网络 7
1.3.1　 复用技术 8
1.3.2　 第二代光网络 10
1.4　 光学层 11
1.5　 网络透明性和全光网络 16
1.6　 光学包交换 18
1.7　 传输系统的基本概念 19
1.7.1　 波长、频率和信道间隔 19
1.7.2　 波长标准 20
1.7.3　 光功率和损耗 21
1.8　 网络进化 22
1.8.1　 光纤通信初期—多模光纤 22
1.8.2　 单模光纤 24
1.8.3　 光放大器和波分复用 25
1.8.4　 从传输链路到网络 27
小结 28
辅助阅读材料 28
参考文献 29
第2章　 信号在光纤中的传输 33
2.1　 光纤中的光传播 33
2.1.1　 几何光学理论 34
2.1.2　 电磁场理论 37
2.2　 损耗和带宽 43
2.3　 色散射 45
2.3.1　 啁啾高斯脉冲 46
2.3.2　 色散控制 49
2.4　 非线性效应 50
2.4.1　 有效长度和面积 51
2.4.2　 受激布里渊散射 52
2.4.3　 受激喇曼散射 53
2.4.4　 非线性介质中信号的传播 54
2.4.5　 自相位调制 55
2.4.6　 高斯脉冲的自相位调制感应啁啾 57
2.4.7　 交叉相位调制 59
2.4.8　 四波混频 60
2.4.9　 新型光纤 61
2.5　 光孤子 65
小结 67
辅助阅读材料 67
习题 68
参考文献 69
第3章　 光网络中的元器件 71
3.1　 耦合器 71
3.1.1　 耦合器的工作原理 73
3.1.2　 能量守恒 73
3.2　 隔离器和环形器 74
3.3　 复用器和滤波器 76
3.3.1　 光栅 79
3.3.2　 衍射图形 81
3.3.3　 Bragg光栅 82
3.3.4　 光纤光栅 84
3.3.5　 F-P滤波器 86
3.3.6　 多层介质薄膜滤波器 89
3.3.7　 马赫－曾德尔干涉仪 90
3.3.8　 阵列波导光栅（AWG） 93
3.3.9　 声光可调谐滤波器（AOTF） 95
3.3.10　 高信道数的复用器结构 99
3.4　 光放大器 101
3.4.1　 受激辐射 101
3.4.2　 自发辐射 102
3.4.3　 掺铒光纤放大器 103
3.4.4　 喇曼放大器 106
3.4.5　 半导体光放大器 107
3.4.6　 SOA中的串扰 110
3.5　 发射机 110
3.5.1　 激光器 111
3.5.2　 发光二极管 118
3.5.3　 调谐激光器 119
3.5.4　 直接调制和外部调制 125
3.5.5　 喇曼放大器的泵浦光源 128
3.6　 检测器 129
3.6.1　 光检测器 129
3.6.2　 前端放大器 133
3.7　 开关 134
3.7.1　 大型光开关 135
3.7.2　 光开关技术 139
3.7.3　 大型电子开关 145
3.8　 波长转换器 145
3.8.1　 光电子技术 146
3.8.2　 光学选通 146
3.8.3　 干涉仪技术 148
3.8.4　 波混合 149
小结 151
辅助阅读材料 151
习题 152
参考文献 157
第4章　 调制和解调 163
4.1　 调制 163
4.2　 副载波调制及复用 165
4.2.1　 限幅和互调制产物 165
4.2.2　 副载波复用的应用 166
4.3　 光谱效率 167
4.3.1　 光学双二元调制 167
4.3.2　 光学单边带调制 168
4.3.3　 多级调制 169
4.3.4　 光纤的容量限制 170
4.4　 解调 170
4.4.1　 理想的接收机 171
4.4.2　 实际的直接检测接收机 172
4.4.3　 前端放大器噪声 173
4.4.4　 雪崩光电二极管（APD）的噪声 173
4.4.5　 光学前置放大器 173
4.4.6　 误码率（BER） 175
4.4.7　 相干检测 178
4.4.8　 时钟恢复 180
4.4.9　 均衡 180
4.5　 检错和纠错 181
4.5.1　 Reed-Solomon 编码 183
4.5.2　 交错 184
小结 184
辅助阅读材料 185
习题 185
参考文献 189
第5章　 传输系统工程 193
5.1　 系统模型 193
5.2　 功率代价 194
5.3　 发射机 195
5.4　 接收器 196
5.5　 光学放大器 197
5.5.1　 EDFA中的增益饱和 198
5.5.2　 EDFA中的增益均衡 198
5.5.3　 放大器级联 200
5.5.4　 放大器间隔代价 201
5.5.5　 功率瞬变和自动增益控制 202
5.5.6　 激光环 203
5.6　 串扰 204
5.6.1　 信道内串扰 204
5.6.2　 信道间串扰 205
5.6.3　 网络中的串扰 207
5.6.4　 双向系统 207
5.6.5　 串扰抑制 208
5.6.6　 级联的滤波器 209
5.7　 色散 210
5.7.1　 色散射的限制：NRZ调制 211
5.7.2　 色散射的限制：RZ调制 212
5.7.3　 色散补偿 215
5.7.4　 偏振模色散（PMD） 218
5.8　 光纤的非线性 221
5.8.1　 在放大系统中的有效长度 221
5.8.2　 受激布里渊散射 222
5.8.3　 受激喇曼散射 223
5.8.4　 四波混频 225
5.8.5　 自相位/交叉相位调制 227
5.8.6　 色散射控制的作用 229
5.9　 波长稳定性 229
5.10　 光孤子系统设计 230
5.11　 色散控制光孤子系统的设计 231
5.12　 总体设计考虑 234
5.12.1　 光纤类型 234
5.12.2　 发射功率和放大器间隔 234
5.12.3　 色散射补偿 235
5.12.4　 调制 235
5.12.5　 非线性 235
5.12.6　 信道间的间隔和波长数目 235
5.12.7　 全光网络 236
5.12.8　 波长规划 237
5.12.9　 透明度 238
小结 238
辅助阅读材料 238
习题 239
参考文献 244

如果需要关于WDM光学电信技术快速变革的证据，那么请看看在每一年的学术期刊上所报道的关于光学领域变革的文章，以及在该领域中新建立的公司就可以了。确切地说该领域已经有15年的历史了，它已经不是一个新的领域，但是在感觉上它仍然很新，因为在技术上它还没有达到稳定的成熟状态。新的光学波段已经被开发使用，每一个波长在全光状态传输的距离范围内所能达到的比特速率之高是空前的，而这在不久之前是难以想像的。新型的光纤技术也不断出现，并且那些拥有点到点链路的运营商也使用新的光学交换和路由选择技术，将他们的链路组织成环状或者其他实际的网络结构。
　　所以我们特别高兴地看到作者对他们1998年的杰出著作进行了重组和修订，并且准确地描绘了此领域的发展进程。在本书的第1版中已经反映出了作者的知识背景，即一方面具有科学和行业研发方面的背景，而另一方面又拥有商业背景。这在这本新版书中也有所体现，它所提出的一种新的光通信的观点，在本领域的其他快速再版书籍中是没有的，因为那些书籍的作者不具有Ramaswami和Sivarajan的知识背景。
　　而在这个时候，光通信技术的迅猛发展（即向每一个用户提供更多的带宽的进程）出现了暂时的停滞，这倒不仅仅是因为经济上的原因。在我们每一个人所需要的GB的容量环境与通信和光缆低层结构的TB的容量环境之间，存在着一个瓶颈，而这个瓶颈是缺乏可用的、满足充足的带宽需求的“最后一公里”（最后努力）通信技术的结果。在本书的目前版本及其下一版本之间，我们期望基于本书的一些技术设想，能够使得“最后一公里”的瓶颈问题得以解决。
　　毋庸置疑，光纤通信将对我们的生活产生更广泛的影响，这里我再一次向读者极力推荐这本书。

Paul E. Green, Jr.
Tellabs公司，光网络技术部主任（已退休）

在1970年，低损耗光纤和激光光源方面的技术取得了突破性进展，所以许多人称那一年为光纤通信元年。若以此来计算，光纤通信的发展已经经历了三十多年的历史。这一领域的快速发展是有目共睹的，光纤技术已经深入到我们的日常生活中，并对我们的生活产生了深远的影响。光纤通信所提供的高容量、高速度、长距离的信息传送能力已经使得我们获取和传递信息的能力得到了飞速的改善。难以想像离开了光通信产业，我们的信息时代会是什么样的。在过去的几年里光通信产业的迅猛发展出现了暂时的停滞，这里有经济上的原因，也有技术上的原因。目前业界已经有许多人预测它将在近期复苏，并且已经可以从统计数据中看到这种复苏的迹象。在光通信的这一领域中还有很多的工作等待着我们去做。
　　在这样的情况下，像本书这样一部关于光通信网络技术方面的权威著作是非常有价值的。这本书由本领域的两位专家撰写，详细地描述了网络中的单元以及传输技术，并且强调了影响网络组织和构建的网络评估、配备以及光学方案等一些实际的组网问题。同时本书涉及了网络结构、控制和管理方面的一些难以获得的信息，并且包括了影响网络规划到决策、到实施、到维护的每一个步骤的通信方面的问题。它可以作为教材，技术应用类的学生可以学习本书的技术篇中的章节，包含在《光网络》（上卷：光纤通信技术与系统）中。网络工程设计类的学生则可以进一步学习网络篇中的内容，包含在《光网络》（下卷：组网技术分析）中。同时本书也可以作为业界专业人士的技术参考书，它既包含了大量的实例，也对应用背后的科学知识给出了透彻的阐述。
　　为了适应我国光通信网络技术方面发展的需要，译者在较短的时间内完成了本书的翻译工作。由于时间仓促，译书中难免有不当之处，敬请广大读者批评指正。

译　　者
2004年4月