Contents
1 Perspectives on Lightwave Communications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1
Reasons for Fiber Optic Communications . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.1.1
The Road to Optical Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.1.2
Benefits of Using Optical Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.2
Optical Wavelength Bands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.2.1
Electromagnetic Energy Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.2.2
Optical Windows and Spectral Bands . . . . . . . . . . . . . .
8
1.3
Decibel Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4
Digital Multiplexing Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.1
Basic Telecom Signal Multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.2
Multiplexing Hierarchy in SONET/SDH . . . . . . . . . . . 16
1.4.3
Optical Transport Network (OTN) . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.5
Multiplexing of Wavelength Channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.5.1
Basis of WDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.5.2
Polarization Division Multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.5.3
Optical Fibers with Multiple Cores . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.6
Basic Elements of Optical Fiber Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.7
Evolution of Fiber Optic Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.8
Standards for Fiber Optic Communications . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.9
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2 Optical Fiber Structures and Light Guiding Principles . . . . . . . . . . . 31
2.1
The Nature of Light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.1.1
Polarization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.2
Linear Polarization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.1.3
Elliptical Polarization and Circular Polarization . . . . . 36
2.1.4
Quantum Aspects of Light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
xiii
1 Perspectives on Lightwave Communications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1
Reasons for Fiber Optic Communications . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.1.1
The Road to Optical Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.1.2
Benefits of Using Optical Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.2
Optical Wavelength Bands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.2.1
Electromagnetic Energy Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.2.2
Optical Windows and Spectral Bands . . . . . . . . . . . . . .
8
1.3
Decibel Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4
Digital Multiplexing Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.1
Basic Telecom Signal Multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.2
Multiplexing Hierarchy in SONET/SDH . . . . . . . . . . . 16
1.4.3
Optical Transport Network (OTN) . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.5
Multiplexing of Wavelength Channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.5.1
Basis of WDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.5.2
Polarization Division Multiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.5.3
Optical Fibers with Multiple Cores . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.6
Basic Elements of Optical Fiber Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.7
Evolution of Fiber Optic Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.8
Standards for Fiber Optic Communications . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.9
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2 Optical Fiber Structures and Light Guiding Principles . . . . . . . . . . . 31
2.1
The Nature of Light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.1.1
Polarization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.2
Linear Polarization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.1.3
Elliptical Polarization and Circular Polarization . . . . . 36
2.1.4
Quantum Aspects of Light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
xiii