光纤通信教学大纲正式

.PAGE.《光纤通信技术》课程教学大纲课程中文名称：光纤通信技术课程英文名称：FiberOpticalCommunicationTechnology课程编号：ZF17402课程性质：专业方向课学时：〔总学时54、理论课学时42、实验课学时12学分：3适用对象：电子科学与技术专业本科学生先修课程：工程光学、大学物理、电动力学等课程简介：光纤通信是以激光光波作为信号载体,以光纤作为传输媒介的通信方式。光纤通信技术则是当代通信技术的最新成就,已成为现代通信网的基石。与电缆通信和微波通信等电通信相比,光纤通信具有传输频带宽、传输衰减小、信号串扰弱和抗电磁干扰等优点。因此,在目前的国内国际通信网已构成了一个以光纤通信为主,微波和卫星通信为辅的格局。通过本课程的学习,要求学生掌握光纤的传输理论；光缆结构及特点；无源光器件的原理及性能；光源和光检测器的工作原理及特性；光纤放大器的工作原理及结构；光纤通信系统的组成、性能指标及系统的设计。一、教学目标及任务光纤通信技术是电子科学与技术本科专业学生专业课程模块中的一门核心课程,通过本课程的学习,学生将掌握光纤通信的基本原理和光纤数字通信系统的组成,了解光纤通信的未来与发展,为进一步学习现代光纤通信技术打下基础。本课程对培养学生综合应用以前所掌握的光学和通信系统基本知识、模拟和数字通信基本知识等有良好的促进作用。二、学时分配章节内容学时数理论实践、实验总学时第一章绪论606第二章光纤808第三章光源和光发射机639第四章光检测器和光接收机639章节内容学时数理论实践、实验总学时第五章光网络器件606第六章光纤通信系统的设计235第七章光缆线路的施工与测试206第八章波分复用技术639合计421254三、教学内容及教学要求说明本章节的主要内容、重难点及各节相应习题要点,并按"了解"、"理解"、"掌握"三个层次写明本章节的教学要求。具体格式如下：第一章绪论〔6学时教学要求：了解光纤通信系统中光的特性；理解光纤通信系统的基本组成—光发射机、光纤及光接收机；理解光纤的衰减、色散以及非线性效应；掌握比特率、带宽、中继距离的概念及其影响因素。教学重点与难点：光纤通信系统的基本组成—光发射机、光纤及光接收机；比特率、带宽、中继距离的概念、影响因素及其计算。教学内容：第一节光纤通信的概念1．什么是光纤通信；2．光纤通信中光的作用及特性；3．光纤通信的优势；第二节光纤通信系统的基本单元1．光发射机；2．光纤；3．光接收机；4．光放大器；第三节光纤通信的基本问题1．衰减；2．色散；3．非线性效应；第四节光纤通信的主要性能指标1．比特率和带宽；2．传输距离；3．通信容量；第五节光纤通信技术的回顾与展望1．光纤通信技术的回顾；2．光纤通信技术的展望；本章习题要点：光纤通信系统就其基本组成而言有三部分：光发射机、光纤和光接收机,学生应掌握它们的概念和作用。作为光传输煤质的光纤,其衰减特性决定了它的工作波长以及光系统的作用距离,这种局限可由光放大器大大缓解。光纤的色散则限制了传输数据的速率。输入到光纤中光强的大小对光纤特性也有影响,这就是非线性效应。通信容量作为光纤通信系统的主要性能指标也应掌握。第二章光纤〔8学时教学要求：1．了解光纤结构和类型；2．掌握数值孔径、传播时延、时延差的概念及影响因素；3．理解波动方程及其解,导波模模式；4．掌握光纤单模传输条件；5．掌握光纤的衰减、色散与带宽的关系；6．理解色散补偿方案；7．了解光纤传输中的非线性效应；8．光纤制作,光纤产品和特性。教学重点与难点：1．数值孔径、传播时延、时延差的概念及影响因素；；2．光纤单模传输条件；3．光纤的衰减、色散与带宽的关系。教学内容：第一节光纤的结构1．阶跃折射率光纤；2．渐变折射率光纤；第二节光纤传输原理1．几何光学分析法；2．波动方程分析法；第三节单模光纤1．单模传输条件及模场分布；2．单模光纤的衰减；3．单模光纤的色散与带宽；4．色散补偿方案；5．单模光纤的非线形效应；第四节多模光纤1．多模光纤的衰减；2．多模光纤的色散；3．多模光纤的带宽；第五节光纤的使用特性和产品介绍1．光纤的制作工艺；2．光纤的使用特性；3．光纤的产品介绍4．光纤的型号本章习题要点：几何光学分析法可以直观地解释光线在纤芯中的传播,得到数值孔径的概念,波动方程分析法有助于对光波的偏振、导波模形式和传输条件的进一步理解,体现了电磁场的应用。无论单模光纤还是多模光纤,色散都是一个关键指标,它对光纤带宽起着限制作用,故色散补偿技术非常重要。衰减是限制传输距离的关键因素。非线形效应是光纤中传输光强较大时而引起的一种效应,它的影响和应用日益增加。第三章光源和光发射机〔6学时教学要求：1．了解光源器件的结构；2．掌握半导体激光器〔LD和半导体发光二极管〔LED的工作原理；3．理解LD、LED的特性和类型；4．了解光源与光纤的耦合；5．理解光发射机的结构和参数；6．了解外调制器的工作原理；教学重点与难点：1．半导体激光器〔LD和半导体发光二极管〔LED的工作原理；2．LD、LED的特性和类型；3．光发射机的结构和参数。教学内容：第一节激光二极管1．工作原理；2．LD的性质；3．LD的类型；4．LD组件及其技术指标；第二节发光二极管1．LED的结构；2．LED特性；3．LED与光纤的耦合；4．LED的技术参数；第三节光光发射机1．模拟光发射机；2．数字光发射机；第四节外调制器1．外调制器的类型和特点；2．外调制器工作原理；3．外调制器技术指标；本章习题要点：光源LD和LED是光纤通信系统的关键器件,LD基于光的受激辐射机理。LD发光必须满足一定的阈值条件,主要参数有谱宽和P-I特性。根据光谱的形状,LD有单纵模和多纵模之分,由于LD可以发出单色、定向性好和强度高的相干光,在长途光纤通信系统中得到了广泛的应用。第四章光检测器和光接收机〔6学时教学要求：1．理解光检测器的类型和工作原理；2．了解光检测器的特性参数；3．理解光接收机的构成；4．掌握光接收机的主要性能参数；5．了解光收发模块；教学重点与难点：1．光检测器的类型和工作原理；2．光接收机的构成；教学内容：第一节光检测器的工作原理1．PIN光检测器；2．APD光检测器；第二节光检测器的特性参数1．光检测器的性能参数；2．光检测器的噪声；3．光检测器产品介绍；第三节光接收机1．光接收机的组成；2．光接收机的技术指标；3．光收发合一模块；本章习题要点：光检测器工作基于半导体材料对光的吸收原理,它是将光信号转化成电流信号的器件,分为PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管两类,它们均工作在反向偏置条件下。评价光检测器的性能指标有：量子效率、响应度、响应光谱、响应时间、暗电流等。第五章光网络器件〔6学时教学要求：1．理解光放大器的增益系数、增益饱和、噪声系数；2．理解半导体光放大器的结构、增益谱；3．掌握掺饵光纤放大器的工作原理及主要性能指标；4．理解光纤拉曼放大器的增益谱；5．了解光放大器的应用类型；6．理解耦合器的工作原理、参数；7．理解滤波器的类型、工作原理；8．掌握隔离器的主要构成及工作原理；9．理解环形器、衰减器的工作原理；10．了解连接器的结构、型号、参数及作用；11．了解光开关类型和工作原理。教学重点与难点：1．光放大器的增益系数、增益饱和、噪声系数；2．掺饵光纤放大器的工作原理及主要性能指标；3．隔离器的主要构成及工作原理；教学内容：第一节光放大器1．光放大器概述；2．半导体光放大器；3．掺杂光纤放大器；4．拉曼光纤放大器；5．光放大器的应用。第二节光无源器件1．耦合器；2．滤波器；3．隔离器；4．环形器；5．衰减器；6．连接器；7．光开关。本章习题要点：光放大器和光无源器件的重要性随着光纤通信应用范围的不断扩大而日益显著,它们的性能也直接影响到信号传输的各种指标。对于光放大器,应掌握增益系数、增益饱和和噪声系数的意义,各类放大器的基本原理、参数和应用。第六章光纤通信系统的设计〔2学时教学要求：1．掌握光纤通信系统设计方法—功率预算法、带宽预算法；2．理解数字光纤传输系统的技术考虑；3．理解数字传输系统中各种噪声的功率代价；4．了解模拟传输系统中载噪比与设计参数的关系；5．掌握光放大器对模拟传输系统设计的影响；6．了解光互连设备作用,光端机的类型和作用。教学重点与难点：1．光纤通信系统设计方法—功率预算法、带宽预算法；2．光放大器对模拟传输系统设计的影响；教学内容：第一节设计原则1．工程设计与系统设计；2．系统设计的内容；3．系统设计的方法；第二节数字传输系统的设计1．技术考虑；2．光通道功率代价、损耗及色散预算；第三节模拟传输系统的设计1．系统的组成及其评价；2．光放大器对系统性能的影响；第四节光纤系统实例1．设备互联方案；2．数据/视频光端机在闭路监控系统中的应用；3．多通道业务光端机的应用。本章习题要点：光纤通信的设计是一项复杂的工作。要求设计者熟知光源、光检测器和光纤的基本性能参数,并对其它光网络产品及应用有一定的了解,是对前面几章内容的综合和提升。第七章光缆线路的施工与测试〔2学时教学要求：1．了解光缆结构、类型和技术规范；2．了解室外光缆的敷设形式；3．了解室内光缆的敷设；4．理解光缆接续与成端；5．掌握光时域反射仪、光纤熔接机、光源与光功率计等常用仪表的使用；6．掌握光纤传输线路故障检测步骤与方法。教学重点与难点：1．光时域反射仪、光纤熔接机、光源与光功率计等常用仪表的使用；2．光纤传输线路故障检测步骤与方法。教学内容：第一节光缆1．光缆的结构与类型；2．光缆的技术规范；第二节光缆施工1．施工准备工作；2．室外光缆敷设；3．室内光缆敷设；4．光缆接续与成端；第三节常用仪器1．光时域反射仪；2．光谱分析仪；3．光纤熔接机；4．光源与光功率计；第四节测量与故障检测1．光特性测试；2．电特性测试；3．故障检修。本章习题要点：通过本章的学习,应了解光缆线路的施工过程,包括光缆的选型,光缆敷设形式,施工进行前所做的准备工作,施工过程中及竣工测试所需的仪器类别和基本使用方法。第八章波分复用技术〔6学时教学要求：1．掌握波分复用技术的基本原理；2．理解波分复用、密集波分复用、粗波分复用系统；3．掌握波分复用系统中的关键器件的工作原理；4．了解波分复用系统规范；教学重点与难点：1．波分复用技术的基本原理；；2．波分复用、密集波分复用、粗波分复用系统；教学内容：第一节WDM工作原理1．WDM工作原理；2．WDM、DWDM与CWDM技术；第二节WDM系统的组成第三节WDM系统中的关键器件1．WDM系统中的光源；2．WDM系统中的接收机；3．WDM系统中的光放大器；4．WDM系统中的波分复用器/解复用器；5．WDM系统中的光纤；第四节波分复用系统规范1．光波长的分配；2．