光纖通信教學(xué)大綱

《光纖通信技術(shù)》課程教學(xué)大綱課程中文名稱：光纖通信技術(shù)課程英文名稱：FiberOpticalCommunicationTechnologyZF17402課程性質(zhì)：專業(yè)方向課學(xué) 時(shí)〔總學(xué)時(shí)、理論課學(xué)時(shí)2、試驗(yàn)課學(xué)時(shí)學(xué) 分：3適用對(duì)象：電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科學(xué)生先修課程：工程光學(xué)、大學(xué)物理、電動(dòng)力學(xué)等課程簡介：光纖通信是以激光光波作為信號(hào)載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。光纖通信技術(shù)則是當(dāng)代通信技術(shù)的最成就，已成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的基石。與電纜通信和微波通信等電通信相比，光纖通信具有傳輸頻帶寬、傳輸衰減小、信號(hào)串?dāng)_弱和抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。因此，在目前的國內(nèi)國際通信網(wǎng)已構(gòu)成了一個(gè)以光纖通信為主，微波和衛(wèi)星通信為輔的格局。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生把握光纖的傳輸理論；光纜構(gòu)造及特點(diǎn)；無源光器件的原理及性能；光源和光檢測器的工作原理及特性；光纖放大器的工作原理及構(gòu)造；光纖通信系統(tǒng)的組成、性能指標(biāo)及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。一、教學(xué)目標(biāo)及任務(wù)光纖通信技術(shù)是電子科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)學(xué)生專業(yè)課程模塊中的一門核心課程， 通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將把握光纖通信的根本原理和 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的組成，了解光纖通信的將來與進(jìn)展，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代光纖通信技術(shù)打下根底。本課程對(duì)培育學(xué)生綜合應(yīng)用以前所把握的光學(xué)和通信系統(tǒng)根本學(xué)問、模擬和數(shù)字通信根本學(xué)問等有良好的促進(jìn)作用。章節(jié)內(nèi)容章節(jié)內(nèi)容理論學(xué)時(shí)數(shù)實(shí)踐、試驗(yàn)總學(xué)時(shí)第一章緒論606其次章光纖808第三章光源和光放射機(jī)639第四章光檢測器和光接收機(jī)639第五章光網(wǎng)絡(luò)器件606第六章光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)235第七章光纜線路的施工與測試206第八章波分復(fù)用技術(shù)639合計(jì)421254章節(jié)內(nèi)容章節(jié)內(nèi)容理論學(xué)時(shí)數(shù)實(shí)踐、試驗(yàn)總學(xué)時(shí)說明本章節(jié)的主要內(nèi)容、重難點(diǎn)及各節(jié)相應(yīng)習(xí)題要點(diǎn)，并按“了解”、“理解”、“把握”三個(gè)層次寫明本章節(jié)的教學(xué)要求。具體格式如下：〔6〕教學(xué)要求：了解光纖通信系統(tǒng)中光的特性；理解光纖通信系統(tǒng)的根本組成—光放射機(jī)、光纖及光接收機(jī)；理解光纖的衰減、色散以及非線性效應(yīng)；把握比特率、帶寬、中繼距離的概念及其影響因素。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：光纖通信系統(tǒng)的根本組成—光放射機(jī)、光纖及光接收機(jī)；比特率、帶寬、中繼距離的概念 、影響因素及其計(jì)算。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)光纖通信的概念1．什么是光纖通信；光纖通信中光的作用及特性；光纖通信的優(yōu)勢；其次節(jié)光纖通信系統(tǒng)的根本單元1．光放射機(jī)；光纖；光接收機(jī)；光放大器；第三節(jié)光纖通信的根本問題1．衰減；色散；非線性效應(yīng)；第四節(jié)光纖通信的主要性能指標(biāo)1．比特率和帶寬；傳輸距離；通信容量；第五節(jié)光纖通信技術(shù)的回憶與展望光纖通信技術(shù)的回憶；光纖通信技術(shù)的展望；本章習(xí)題要點(diǎn)：光纖通信系統(tǒng)就其根本組成而言有三局部：光放射機(jī)、光纖和光接收機(jī)，學(xué)生應(yīng)把握它們的概念和作用。作為光傳輸煤質(zhì)的光纖，其衰減特性打算了它的工作波長以及光系統(tǒng)的作用距離，這種局限可由光放大器大大緩解。光纖的色散則限制了傳輸數(shù)據(jù)的速率。輸入到光纖中光強(qiáng)的大小對(duì)光纖特性也有影響，這就是非線性效應(yīng)。通信容量作為光纖通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)也應(yīng)把握。〔8〕教學(xué)要求：1．了解光纖構(gòu)造和類型；把握數(shù)值孔徑、傳播時(shí)延、時(shí)延差的概念及影響因素 ；理解波動(dòng)方程及其解，導(dǎo)波模模式 ；把握光纖單模傳輸條件；把握光纖的衰減、色散與帶寬的關(guān)系；理解色散補(bǔ)償方案；了解光纖傳輸中的非線性效應(yīng)；光纖制作，光纖產(chǎn)品和特性。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：數(shù)值孔徑、傳播時(shí)延、時(shí)延差的概念及影響因素 ；；光纖單模傳輸條件；光纖的衰減、色散與帶寬的關(guān)系。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)光纖的構(gòu)造1．階躍折射率光纖；2．漸變折射率光纖；其次節(jié)光纖傳輸原理幾何光學(xué)分析法；波動(dòng)方程分析法；第三節(jié)單模光纖單模傳輸條件及模場分布；單模光纖的衰減；單模光纖的色散與帶寬；色散補(bǔ)償方案；單模光纖的非線形效應(yīng)；多模光纖的衰減；多模光纖的色散；多模光纖的帶寬；第五節(jié)光纖的使用特性和產(chǎn)品介紹1．光纖的制作工藝；光纖的使用特性；光纖的產(chǎn)品介紹光纖的型號(hào)本章習(xí)題要點(diǎn)：幾何光學(xué)分析法可以直觀地解釋光線在纖芯中的傳播，得到數(shù)值孔徑的概念，波動(dòng)方程分析法有助于對(duì)光波的偏振、導(dǎo)波模形式和傳輸條件的進(jìn)一步理解，表達(dá)了電磁場的應(yīng)用。無論單模光纖還是多模光纖，色散都是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，它對(duì)光纖帶寬起著限制作用，故色散補(bǔ)償技術(shù)格外重要。衰減是限制傳輸距離的關(guān)鍵因素。非線形效應(yīng)是光纖中傳輸光強(qiáng)較大時(shí)而引起的一種效應(yīng)，它的影響和應(yīng)用日益增加。第三章光源和光放射機(jī)〔6學(xué)時(shí)〕教學(xué)要求：1．了解光源器件的構(gòu)造；把握半導(dǎo)體激光器〔LD〕和半導(dǎo)體發(fā)光二極管〔LED〕的工作原理；理解LD、LED的特性和類型；了解光源與光纖的耦合；理解光放射機(jī)的構(gòu)造和參數(shù)；了解外調(diào)制器的工作原理；教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：半導(dǎo)體激光器〔LD〕和半導(dǎo)體發(fā)光二極管〔LED〕的工作原理；LD、LED的特性和類型；光放射機(jī)的構(gòu)造和參數(shù)。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)激光二極管1．工作原理；LDLDLD其次節(jié)發(fā)光二極管LEDLEDLEDLED第三節(jié)光光放射機(jī)模擬光放射機(jī)；數(shù)字光放射機(jī)；第四節(jié)外調(diào)制器外調(diào)制器的類型和特點(diǎn)；外調(diào)制器工作原理；外調(diào)制器技術(shù)指標(biāo)；本章習(xí)題要點(diǎn)：LDLEDLDLD的閾值條件，主要參數(shù)有譜寬和P-I特性。依據(jù)光譜的外形，LD有單縱模和多縱模之分，由于LD可以發(fā)出單色、定向性好和強(qiáng)度高的相干光，在長途光纖通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。第四章光檢測器和光接收機(jī)〔6學(xué)時(shí)〕教學(xué)要求：理解光檢測器的類型和工作原理 ；了解光檢測器的特性參數(shù)；理解光接收機(jī)的構(gòu)成；把握光接收機(jī)的主要性能參數(shù) ；了解光收發(fā)模塊；教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：光檢測器的類型和工作原理 ；光接收機(jī)的構(gòu)成；教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)光檢測器的工作原理1．PIN2．APD其次節(jié)光檢測器的特性參數(shù)1．光檢測器的性能參數(shù)；光檢測器的噪聲；光檢測器產(chǎn)品介紹；第三節(jié)光接收機(jī)光接收機(jī)的組成；光接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)；光收發(fā)合一模塊；本章習(xí)題要點(diǎn)：PIN光電二極管和APD雪崩光電二極管兩類，它們均工作在反向偏置條件下。評(píng)價(jià)光檢測器的性能指標(biāo)有：量子效率、響應(yīng)度、響應(yīng)光譜、響應(yīng)時(shí)間、暗電流等?！?〕教學(xué)要求：1．理解光放大器的增益系數(shù)、增益飽和、噪聲系數(shù) 理解半導(dǎo)體光放大器的構(gòu)造、增益譜；把握摻餌光纖放大器的工作原理及主要性能指標(biāo) ；理解光纖拉曼放大器的增益譜；了解光放大器的應(yīng)用類型；理解耦合器的工作原理、參數(shù)；理解濾波器的類型、工作原理；把握隔離器的主要構(gòu)成及工作原理；理解環(huán)形器、衰減器的工作原理；．了解連接器的構(gòu)造、型號(hào)、參數(shù)及作用；．了解光開關(guān)類型和工作原理。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：光放大器的增益系數(shù)、增益飽和、噪聲系數(shù) ；摻餌光纖放大器的工作原理及主要性能指標(biāo) ；隔離器的主要構(gòu)成及工作原理；教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)光放大器光放大器概述；半導(dǎo)體光放大器；摻雜光纖放大器；拉曼光纖放大器；光放大器的應(yīng)用。其次節(jié)光無源器件耦合器；濾波器；隔離器；環(huán)形器；衰減器；連接器；光開關(guān)。本章習(xí)題要點(diǎn)：光放大器和光無源器件的重要性隨著光纖通信應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大而日益顯著，它們的性能也直接影響到信號(hào)傳輸?shù)母鞣N指標(biāo)。對(duì)于光放大器，應(yīng)把握增益系數(shù)、增益飽和和噪聲系數(shù)的意義，各類放大器的根本原理、參數(shù)和應(yīng)用。第六章光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)〔2學(xué)時(shí)〕教學(xué)要求：1．把握光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法—功率預(yù)算法、帶寬預(yù)算法 理解數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的技術(shù)考慮；理解數(shù)字傳輸系統(tǒng)中各種噪聲的功率代價(jià) ；了解模擬傳輸系統(tǒng)中載噪比與設(shè)計(jì)參數(shù)的關(guān)系 ；把握光放大器對(duì)模擬傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響 ；了解光互連設(shè)備作用，光端機(jī)的類型和作用 。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法—功率預(yù)算法、帶寬預(yù)算法 ；光放大器對(duì)模擬傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響；教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)設(shè)計(jì)原則1．工程設(shè)計(jì)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容；系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法；其次節(jié)數(shù)字傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)考慮；光通道功率代價(jià)、損耗及色散預(yù)算；第三節(jié)模擬傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成及其評(píng)價(jià)；光放大器對(duì)系統(tǒng)性能的影響；設(shè)備互聯(lián)方案；數(shù)據(jù)/視頻光端機(jī)在閉路監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用；多通道業(yè)務(wù)光端機(jī)的應(yīng)用。本章習(xí)題要點(diǎn)：光纖通信的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)簡單的工作。要求設(shè)計(jì)者熟知光源、光檢測器和光纖的根本性能參數(shù)，并對(duì)其它光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品及應(yīng)用有肯定的了解，是對(duì)前面幾章內(nèi)容的綜合和提升。第七章光纜線路的施工與測試〔2學(xué)時(shí)〕教學(xué)要求：1．了解光纜構(gòu)造、類型和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 了解室外光纜的敷設(shè)形式；了解室內(nèi)光纜的敷設(shè)；理解光纜接續(xù)與成端；把握光時(shí)域反射儀、光纖熔接機(jī)、光源與光功率計(jì)等常用儀表的使用 ；把握光纖傳輸線路故障檢測步驟與方法 。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：光時(shí)域反射儀、光纖熔接機(jī)、光源與光功率計(jì)等常用儀表的使用 ；光纖傳輸線路故障檢測步驟與方法。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)光纜光纜的構(gòu)造與類型；光纜的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；其次節(jié)光纜施工施工預(yù)備工作；室外光纜敷設(shè)；室內(nèi)光纜敷設(shè)；光纜接續(xù)與成端；第三節(jié)常用儀器光時(shí)域反射儀；光譜；光纖熔接機(jī)；光源與光功率計(jì)；第四節(jié)測量與故障檢測光特性測試；電特性測試；故障檢修。本章習(xí)題要點(diǎn)：通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)了解光纜線路的施工過程，包括光纜的選型，光纜敷設(shè)形式，施工進(jìn)展前所做的預(yù)備工作，施工過程中及竣工測試所需的儀器類別和根本使用方法。第八章波分復(fù)用技術(shù)〔6學(xué)時(shí)〕教學(xué)要求：1．把握波分復(fù)用技術(shù)的根本原理；理解波分復(fù)用、密集波分復(fù)用、粗波分復(fù)用系統(tǒng) ；把握波分復(fù)用系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件的工作原理 ；了解波分復(fù)用系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：1．波分復(fù)用技術(shù)的根本原理；；2．波分復(fù)用、密集波分復(fù)用、粗波分復(fù)用系統(tǒng) ；教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)WDM1．WDM2．WDM、DWDMCWDM其次節(jié)WDM第三節(jié)WDM1．WDMWDMWDMWDM/解復(fù)用器；WDM第四節(jié)波分復(fù)用系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)光波長