광통신 공학

저자 소개 o 02
저자 머리말 o 04
강의 계획 o 06
강의 보조 자료 및 참고 자료 o 07

PART 1 서론
Chapter 01 광통신 시스템 개론
1.1｜광통신이란? o 017
1.1.1 통신과 정보 · 017
1.1.2 통신 링크 · 017
1.1.3 광섬유 광통신 · 018
1.2｜광통신의 필요성 o 020
1.2.1 통신량의 급격한 증가 · 020
1.2.2 아날로그에서 디지털로 · 021
1.2.3 정보 전송 용량 · 023
1.3｜광통신의 스펙트럼 대역 o 024
1.3.1 반송파 주파수와 변조 · 024
1.3.2 광통신의 스펙트럼 · 025
1.3.3 파장과 주파수의 관계 · 027
1.3.4 대역폭 · 027
1.4｜광통신의 주요 구성요소 o 029
1.5｜광통신의 진화 o 032
1.5.1 광통신 이전 : 암흑시대 · 033
1.5.2 제1세대 광통신 · 034
1.5.3 제2세대 광통신 · 034
1.5.4 제3세대 광통신 · 035
1.5.5 제4세대 광통신 · 035
1.5.6 제4세대 광통신 이후 · 037
1.6｜광통신 네트워크와 응용 o 038
1.6.1 광통신 네트워크 · 039
1.7｜dB과 dBm o 042
1.7.1 dB의 정의와 활용 · 042
1.7.2 dBm의 정의와 활용 · 044
1.8｜컴퓨터 시뮬레이션과 MATLAB o 048
1.8.1 MATLAB을 이용한 가우시안 펄스의 표현 · 048
1.8.2 적분 · 051
1.8.3 표본화와 푸리에 변환 · 053
? 연습문제 o 057
? MATLAB을 이용한 연습문제 o 058

Chapter 02 빛의 성질과 전송 원리
2.1｜빛의 성질 o 065
2.1.1 전자기파로서의 빛 - 파동 · 065
2.1.2 입자로서의 빛 - 광자 · 069
2.1.3 광선으로서의 빛 - 빔 · 072
2.1.4 반사율과 투과율 · 075
2.2｜광섬유의 구조 및 전송 원리 o 080
2.2.1 임계 전파각 · 081
2.2.2 수광각 · 082
2.2.3 개구수 · 083
? 연습문제 o 085


PART 2 광통신의 3가지 구성 요소
Chapter 03 광섬유
3.1｜다중모드 광섬유 o 091
3.1.1 다중모드 광섬유란? · 091
3.1.2 모드 분산 · 093
3.1.3 모드 분산 문제를 해결하기 위한 방안 · 098
3.1.4 광섬유의 유형 · 101
3.2｜모드 해석 및 단일모드 광섬유 o 103
3.2.1 맥스웰 방정식과 헬름홀츠 방정식 ★ · 103
3.2.2 모드 해석 ★ · 106
3.2.3 단일모드 조건과 약도파 근사 · 113
3.2.4 단일모드 광섬유의 복굴절 · 119
3.2.5 단일모드 광섬유의 유효 코어 면적 · 120
3.3｜단일모드 광섬유의 전송 특성 o 122
3.3.1 손실 · 122
3.3.2 군속도 분산 · 128
3.3.3 편광모드 분산 · 143
3.3.4 광섬유의 비선형 특성 ★ · 144
3.4｜광섬유의 제조와 광케이블 o 151
3.4.1 광섬유의 제조 · 151
3.4.2 광케이블 · 152
? 연습문제 o 156
? MATLAB을 이용한 연습문제 o 158

Chapter 04 발광소자와 광송신기
4.1｜광통신용 발광소자의 일반적 특성 o 163
4.2｜반도체의 특성과 p-n 접합 다이오드 o 167
4.3｜발광다이오드 o 178
4.3.1 반도체의 에너지 밴드와 방출된 빛의 스펙트럼 · 178
4.3.2 LED의 동작 원리 · 181
4.3.3 LED의 구조와 방사 형태 · 184
4.3.4 LED의 특성 · 191
4.4｜레이저다이오드 o 193
4.4.1 레이저 동작의 기본 개념 · 194
4.4.2 광공진기와 문턱 조건 · 197
4.4.3 레이저다이오드의 변천과 종류 · 205
4.4.4 레이저다이오드의 특성 · 216
4.5｜외부 변조기와 광송신기 o 228
4.5.1 외부 변조기 · 228
4.5.2 광송신기 · 231
? 연습문제 o 239

Chapter 05 광다이오드와 광수신기

5.1｜광검출기와 광수신기의 역할 o 243
5.2｜광다이오드의 동작 원리와 특성 o 245
5.2.1 역전압이 인가된 p-n 접합 다이오드의 동작· 245
5.2.2 광다이오드의 입출력 특성과 반응도· 248
5.2.3 양자효율과 반응도의 파장 의존성· 249
5.2.4 역방향 전압의 장점· 252 5.2.5 상승시간과 대역폭· 255
5.3｜PIN 광다이오드 o 260
5.4｜애벌런치 광다이오드 o 264
5.5｜광수신기 o 267
5.5.1 설계 시 고려사항 · 267
5.5.2 디지털 광수신기의 구조와 기능 · 268
5.5.3 3R 수신기 · 272
5.6｜광수신기의 잡음 특성 o 275
5.6.1 광다이오드의 잡음원 · 276
5.6.2 광수신기의 신호 대 잡음비 · 282
5.7｜성능 평가 방법과 수신 감도 o 288
5.7.1 성능 평가 방법 · 288
5.7.2 수신 감도 · 297
5.8｜수신기의 성능 비교와 전력 페널티 o 300
5.8.1 수신기의 성능 비교 · 300
5.8.2 전력 페널티 · 303
5.8.3 성능 개선 방법 · 305
? 연습문제 o 307


PART 3 광통신 링크와 WDM 시스템
Chapter 06 광섬유의 연결과 광통신 링크 설계
6.1｜광섬유의 연결 o 313
6.1.1 연결 손실 · 313
6.1.2 접속 · 315
6.1.3 광커넥터 · 316
6.2｜광통신 링크 설계 o 320
6.2.1 광통신 링크 · 320
6.2.2 설계 지침(Design guideline) · 321
6.2.3 광통신 링크 설계 · 325
? 연습문제 o 329

Chapter 07 WDM 시스템 광소자
7.1｜파장분할다중화(WDM) 시스템 o 333
7.1.1 WDM 시스템 개요 · 333
7.1.2 WDM 시스템의 종류 · 337
7.1.3 WDM 시스템의 전송 용량 · 339
7.2｜WDM 시스템에서 사용하는 주요 수동소자 o 342
7.2.1 광결합기 · 343
7.2.2 광감쇠기, 광 단방향기 및 광순환기 · 346
7.3｜광필터 o 347
7.3.1 다층 박막을 이용한 필터 · 349
7.3.2 광섬유 격자 소자 · 350
7.3.3 마하젠더 간섭계 광필터 · 353
7.4｜파장 다중화기/역다중화기 o 355
7.4.1 박막필터를 이용한 Mux/DeMux · 358
7.4.2 광섬유 브래그 격자를 이용한 Mux/DeMux · 359
7.4.3 배열형 도파로 격자 · 360
7.5｜광증폭기 o 362
7.5.1 어븀첨가 광섬유 증폭기(EDFA) · 363
7.5.2 EDFA의 비이상적인 특성 · 365
7.6｜WDM 시스템에서의 분산 관리 o 370
7.6.1 DCF를 이용한 분산 보상 · 370
7.6.2 DCF를 이용한 분산 보상의 문제점 · 372
7.7｜WDM 시스템의 시뮬레이션 필요성 o 375
? 연습문제 o 377

PART 4 광통신 시스템의 MATLAB 모델링과 시뮬레이션
Chapter 08 신호 전송과 광소자의 모델링
8.1｜단일모드 광섬유 안에서의 신호 전송 o 383
8.1.1 비선형 슈뢰딩거 방정식 · 383
8.1.2 분할구간 푸리에 방법 ★ · 385
8.1.3 컴퓨터 시뮬레이션의 예 · 388
8.2｜단일 채널 광통신 링크의 모델링 o 394
8.2.1 광송신기의 모델링 · 394
8.2.2 광수신기의 모델링 · 398
8.3｜간단한 WDM 시스템의 모델링 o 404
8.3.1 WDM Mux/DeMux의 모델링 · 404
8.3.2 EDFA의 모델링 · 407
8.4｜성능 평가 o 413
8.4.1 광신호 대 잡음비 · 413
8.4.2 아이 다이어그램 · 415
8.4.3 비트오율 · 417
? MATLAB을 이용한 연습문제 o 422

Chapter 09 MATLAB을 이용한 광통신 시스템의 시뮬레이션과 설계
9.1｜시뮬레이션을 하기 전에 o 429
9.2｜실습과제 : 손실제한시스템 o 430
9.2.1 실습 목적 · 430
9.2.2 기본 구성도 · 430
9.2.3 주요 함수 · 431
9.2.4 시뮬레이션 및 설계 · 431
9.3｜실습과제 : 분산제한시스템 o 433
9.3.1 실습 목적 · 433
9.3.2 기본 구성도 · 433
9.3.3 주요 함수 · 434
9.3.4 시뮬레이션 및 설계 · 434
9.4｜실습과제 : 장거리 40Gb/s 시스템 o 436
9.4.1 실습 목적 · 436
9.4.2 기본 구성도 · 436
9.4.3 주요 함수 · 437
9.4.4 시뮬레이션 및 설계 · 437
9.5｜실습과제 : N×10Gb/s WDM 시스템 o 441
9.5.1 실습 목적 · 441
9.5.2 기본 구성도 · 441
9.5.3 주요 함수 · 442
9.5.4 시뮬레이션 및 설계 · 442

부록
Appendix A ｜ 주요 물리 상수, 접두어와 그리스 문자 o 447
Appendix B ｜ 매트랩 사용법과 주요 명령어 o 451
Appendix C ｜ ITU-T 주파수와 파장 그리드 o 465
Appendix D ｜ erf(x), erfc(x) o 469

참고 문헌 o 473
찾아보기 o 478