光纖通信原理與技術(shù)課程教學(xué)大綱

1、光纖通信原理與技術(shù)課程教學(xué)大綱英文名稱：FiberCommunicationPrinciple and its Application學(xué)時(shí)：51 學(xué)分：3開課學(xué)期：第7學(xué)期一、課程性質(zhì)與任務(wù)通過講授光纖通信技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)生了解掌握光纖通信的基本特點(diǎn)，學(xué)習(xí)光纖通信系統(tǒng)的三個(gè)重要組成部分：光源（光發(fā)射機(jī)）、光纖（光纜）和光檢測(cè)器（光接收機(jī)）。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握光纖通信的基本原理、光纖通信系統(tǒng)的組成和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，了解光纖通信的未來與發(fā)展，為今后的工程應(yīng)用和研究生階段的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。二、課程教學(xué)的基本要求要求通過課堂認(rèn)真聽講和實(shí)驗(yàn)課，以及課下自學(xué)，基本掌握光纖通信的基礎(chǔ)理論知識(shí)

2、和應(yīng)用概況，熟悉光纖通信在電信、通信中的應(yīng)用，為今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。三、課程內(nèi)容第一章 光通信發(fā)展史及其優(yōu)點(diǎn)（1學(xué)時(shí)）第二章 光纖的傳輸特性（2學(xué)時(shí)）第三章 影響光纖傳輸特性的一些物理因素（5學(xué)時(shí)）第四章 光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中的光無源器件（9學(xué)時(shí)）第五章 光纖通信技術(shù)中的光有源器件（3學(xué)時(shí)）第六章 光纖通信技術(shù)中使用的光放大器（4學(xué)時(shí)）第七章 光纖傳輸系統(tǒng)（4學(xué)時(shí)）第八章 光纖網(wǎng)絡(luò)介紹（6學(xué)時(shí)）第九章 光纖通信原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)（17課時(shí)）四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)本課程的教學(xué)重點(diǎn)是光電信息技術(shù)物理基礎(chǔ)、電光信息轉(zhuǎn)換、光電信息轉(zhuǎn)換，光電信息技術(shù)應(yīng)用，光電新產(chǎn)品開發(fā)舉例。本課程的教學(xué)難點(diǎn)是光電信息

3、技術(shù)物理基礎(chǔ)。五、教學(xué)時(shí)數(shù)分配教學(xué)時(shí)數(shù)51學(xué)時(shí)，其中理論講授34學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)17學(xué)時(shí)。（教學(xué)時(shí)數(shù)具體見附表1和實(shí)踐教學(xué)具體安排見附表2）六、教學(xué)方式理論授課以多媒體和模型教學(xué)為主，必要時(shí)開展演示性實(shí)驗(yàn)。七、本課程與其它課程的關(guān)系1.本課程必要的先修課程光學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)等課程2.本課程的后續(xù)課程激光技術(shù)和光纖通信原理實(shí)驗(yàn)以及就業(yè)實(shí)習(xí)。八、考核方式考核方式：考查具體有三種。根據(jù)大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況和學(xué)生興趣而定其中一種。第一種是采用期末考試與平時(shí)成績(jī)相結(jié)合的方式進(jìn)行綜合評(píng)定。對(duì)于理論和常識(shí)部分采用閉卷考試，期末考試成績(jī)占總成績(jī)的55，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的30%，作業(yè)成績(jī)及平時(shí)考勤占總成績(jī)的1

4、5；第二種是采用課程設(shè)計(jì)（含市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告）和平時(shí)成績(jī)相結(jié)合的方式，課程設(shè)計(jì)占總成績(jī)的55%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的30%，作業(yè)成績(jī)及平時(shí)考勤占總成績(jī)的15%。第三種是采用課程論文（含市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告）和平時(shí)成績(jī)相結(jié)合的方式，課程論文占總成績(jī)的55%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的30%，作業(yè)成績(jī)及平時(shí)考勤占總成績(jī)的15%。九、教材及教學(xué)參考書1.主教材 光纖通信原理與技術(shù)，吳德明編著，科學(xué)出版社，第二版，2010年9月2.參考書（1）光纖通信原理與仿真，郭建強(qiáng)、高曉蓉、王澤勇編著，西南交通大學(xué)出版社，第一版，2013年5月（2）光通信原理與技術(shù)，朱勇、王江平、盧麟，科學(xué)出版社，第二版，2011年8月十、教學(xué)內(nèi)容第

5、一章 光通信發(fā)展史及其優(yōu)點(diǎn)（1學(xué)時(shí)）一、教學(xué)要求知道光通信發(fā)展史及其優(yōu)點(diǎn)。二、教學(xué)要點(diǎn)1. 光通信發(fā)展史11現(xiàn)代通信的發(fā)展12光通信的發(fā)展13光纖通信的優(yōu)點(diǎn)2. 國(guó)內(nèi)外光纖通信技術(shù)發(fā)展概況3. 光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成三、重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：光纖通信的優(yōu)點(diǎn)難點(diǎn)：光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成第二章 光纖的傳輸特性（2學(xué)時(shí)）一、教學(xué)要求掌握介質(zhì)平板波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)和射線理論，知道階躍折射率光纖的基本概念，尤其是標(biāo)量模和矢量模。二、教學(xué)要點(diǎn)1. 介質(zhì)平板波導(dǎo)中的波11折射定律12介質(zhì)平板波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)13介質(zhì)平板波導(dǎo)的射線理論2. 階躍折射率光纖21階躍折射率光纖中射線的概念22階躍折射率光纖的標(biāo)量解法23標(biāo)量模與矢量模

6、之間的關(guān)系24 V曲線三、重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：介質(zhì)平板波導(dǎo)中的波，階躍折射率光纖的標(biāo)量解法。難點(diǎn)：階躍折射率光纖的標(biāo)量解法，標(biāo)量模與矢量模之間的關(guān)系。第三章 影響光纖傳輸特性的一些物理因素（5學(xué)時(shí)）一、教學(xué)要求知道光纖損耗的來源和降低損耗的措施，了解光纖的非線性理論。二、教學(xué)要點(diǎn)1. 光纖的損耗1-1光纖損耗的定量描述1-2損耗的來源1-3光纖的瑞利反向散射研究2光纖的色散及降低色散的措施2-1光纖的色散2-2色散位移光纖(DSF)和非零色散位移光纖(NZ-DSF)3. 單模光纖中的偏振(極化)及保偏光纖和單偏振光纖3-1單模光纖中的偏振3-2 PMD3-3偏振穩(wěn)定性及其對(duì)系統(tǒng)性能的影響3-4保偏

7、光纖和單偏振光纖4. 光纖的非線性4-1非線性極化理論4-2光纖中的參量非線性：SPM、XPM.和FWM4-3光纖中的非參量非線性：SRS與SBS4-4保偏光纖和單偏振光纖5. 降低色散的措施和色散補(bǔ)償5-1降低色散影響的措施5-2色散補(bǔ)償和色散管理三、重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)：降低色散的措施和色散補(bǔ)償難點(diǎn)：光纖的非線性第四章 光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中的光無源器件（9學(xué)時(shí)）一、教學(xué)要求熟悉光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中的各種光無源器件的工作原理和技術(shù)。二、教學(xué)要點(diǎn)1.網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣表示法2. 三端口器件2-1三端口網(wǎng)絡(luò)的一般特性2-2 Y波導(dǎo)2-3環(huán)形器3. 定向耦合器3-1光纖耦合器的散射矩陣3-2光纖耦合器的耦

8、合模理論3-3光纖耦合器的應(yīng)用4. 光纖布拉格光柵4-1光纖布拉格光柵的光學(xué)特性4-2光纖光柵的耦合模理論4-3光纖光柵的應(yīng)用5. 法布里一珀羅(F-P)干涉儀5-1 F-P干涉儀的工作原理5-2 F-P干涉儀的主要性能參量5-3 F-P干涉儀的應(yīng)用6. 多層介質(zhì)膜濾波器6-1概述6-2多層介質(zhì)膜濾波器的工作原理6-3多層介質(zhì)薄膜濾波器的應(yīng)用7. 馬赫一曾德干涉儀(MZI)8. 陣列波導(dǎo)光柵8-1 AWG的結(jié)構(gòu)和原理8-2 AWG的傳輸特性8-3 AWG在光纖通信技術(shù)中的應(yīng)用9. 光開關(guān)9-1光開關(guān)的主要技術(shù)參量9-2幾種光開關(guān)介紹10. 光子晶體及其器件10-1光子晶體的基本概念10-2光子

9、晶體的能帶理論10-3光子晶體缺陷態(tài)10-4光子晶體光纖10-5光子晶體濾波器三、重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣表示法，定向耦合器，光纖布拉格光柵，法布里一珀羅(F-P)干涉儀，多層介質(zhì)膜濾波器，馬赫一曾德干涉儀(MZI)，陣列波導(dǎo)光柵，光開關(guān)。難點(diǎn)：光纖光柵的耦合模理論，多層介質(zhì)膜濾波器，多層介質(zhì)膜濾波器的工作原理，光子晶體的能帶理論。第五章 光纖通信技術(shù)中的光有源器件（3學(xué)時(shí)）一、教學(xué)要求知道光纖通信技術(shù)中的光有源器件，熟悉其工作原理和技術(shù)指標(biāo)。二、教學(xué)要點(diǎn)1. 光纖通信的光源1-1概述1-2半導(dǎo)體光源的物理基礎(chǔ)1-3發(fā)光二極管(LED)1-4半導(dǎo)體激光器1-5摻餌光纖激光器1-6激光器光

10、發(fā)射機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)1-7激光器的發(fā)展現(xiàn)狀2. 光檢測(cè)器件2-1 PIN光檢測(cè)器2-2 APD2-3光檢測(cè)器的輸出噪聲2-4光檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間3. 光放大器件三、重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：光纖通信的光源，光檢測(cè)器件，光放大器件。難點(diǎn)：半導(dǎo)體光源的物理基礎(chǔ)，APD。第六章 光纖通信技術(shù)中使用的光放大器（4學(xué)時(shí)）一、教學(xué)要求知道SOA，EDFA，F(xiàn)RA三種光放大器的性能和原理。二、教學(xué)要點(diǎn)1. 半導(dǎo)體光放大器1-1概述1-2 SOA的特性1-3 SOA在光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用2. 摻鉺光纖放大器2-1基本原理和結(jié)構(gòu)2-2 EDFA性能分析2-3 EDFA應(yīng)用3. 拉曼光纖放大器3-1概述3-2基本原理、

11、結(jié)構(gòu)及種類3-3性能分析3-4 FRA的應(yīng)用三、重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：SOA，EDFA，F(xiàn)RA。難點(diǎn)：拉曼光纖放大器的基本原理。第七章 光纖傳輸系統(tǒng)（4學(xué)時(shí)）一、教學(xué)要求知道IMDD光纖傳輸系統(tǒng)的工作原理和幾種新型的光纖通信系統(tǒng)技術(shù)。二、教學(xué)要點(diǎn)1. IMDD光纖傳輸系統(tǒng)1-1 IMDD光纖傳輸系統(tǒng)概述1-2光發(fā)射機(jī)1-3光接收機(jī)2. 幾種新型的光纖通信系統(tǒng)技術(shù)2-1各種光復(fù)用技術(shù)2-2相干光纖通信技術(shù)2-3光孤子通信技術(shù)3. 光纖通信系統(tǒng)技術(shù)的一些新進(jìn)展3-1前言3-2波分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)的發(fā)展綜述3-3高速率波分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)三、重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：IMDD光纖傳輸系統(tǒng)，幾種新型的光纖通信系

12、統(tǒng)技術(shù)。難點(diǎn)：各種光復(fù)用技術(shù)。第八章 光纖網(wǎng)絡(luò)介紹（6學(xué)時(shí)）一、教學(xué)要求知道IMDD光纖傳輸系統(tǒng)的工作原理和幾種新型的光纖通信系統(tǒng)技術(shù)。二、教學(xué)要點(diǎn)1. 光纖網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況2. 光纖網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)2-1光纖網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2-2 OXC節(jié)點(diǎn)2-3 OADM節(jié)點(diǎn)2-4光節(jié)點(diǎn)的串?dāng)_問題2-5光節(jié)點(diǎn)的信道均衡問題3. WDM光網(wǎng)絡(luò)中的路由和波長(zhǎng)分配問題4. 全光波長(zhǎng)變換4-1利用SOA的交叉增益調(diào)制(XGM)效應(yīng)的全光波長(zhǎng)變換4-2利用SOA的交叉相位調(diào)制(XPM)效應(yīng)的全光波長(zhǎng)變換4-3利用SOA的四波混頻(FWM)效應(yīng)的全光波長(zhǎng)變換4-4波長(zhǎng)變換問題小結(jié)5. 光纖網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)、控制和管理5-1光

13、纖網(wǎng)絡(luò)的管理功能5-2光纖網(wǎng)絡(luò)的生存性6. 新型光交換技術(shù)6-1快速光電路交換(DOCS)6-2光突發(fā)交換(OBS)6-3光分組交換(OBS)6-4其他交換技術(shù)三、重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：光纖網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)，WDM光網(wǎng)絡(luò)中的路由和波長(zhǎng)分配問題，全光波長(zhǎng)變換，光纖網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)、控制和管理。難點(diǎn)：全光波長(zhǎng)變換。注：該課程實(shí)驗(yàn)具體安排見附件通信原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱附件1：教學(xué)時(shí)數(shù)分配表序號(hào)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)分配理論講授實(shí)踐教學(xué)1光通信發(fā)展史及其優(yōu)點(diǎn)1102光纖的傳輸特性2203影響光纖傳輸特性的一些物理因素5504光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中的光無源器件9905光纖通信技術(shù)中的光有源器件（簡(jiǎn)要復(fù)習(xí)光纖通信的光源相關(guān)知

14、識(shí)（此節(jié)知識(shí)在激光物理課程已經(jīng)講述）3306光放大器件4407光纖傳輸系統(tǒng)4408光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)介紹6609光纖通信原理實(shí)驗(yàn)17017小 計(jì)513417附件2：光纖通信原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱 一、適用范圍應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)二、課程名稱光纖通信原理與技術(shù)三、學(xué)時(shí)數(shù)總學(xué)時(shí)：51 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：17四、教學(xué)目的和基本要求（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的：通過實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生知道光纖通信中各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)原理，能做一些相關(guān)測(cè)量技術(shù)。（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本要求：學(xué)生通過預(yù)習(xí)和動(dòng)手操作，熟悉光纖通信原理，知道各種光纖通信系統(tǒng)重要器件的物理特性及其應(yīng)用和檢測(cè)。并能在此基礎(chǔ)上具備一定的硬件設(shè)計(jì)能力。五、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與學(xué)時(shí)分配序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)

15、實(shí)驗(yàn)類型1用戶電話接口實(shí)驗(yàn)2綜合性2數(shù)字調(diào)制原理實(shí)驗(yàn)2綜合性3半導(dǎo)體激光器P-I特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)2綜合性4自動(dòng)光功率控制實(shí)驗(yàn)2綜合性5光接收機(jī)原理實(shí)驗(yàn)2綜合性6數(shù)字光纖通信系統(tǒng)線路碼型CMI 編譯碼實(shí)驗(yàn)3綜合性7簡(jiǎn)易光功率計(jì)設(shè)計(jì)4設(shè)計(jì)性總計(jì)17六、教材、指導(dǎo)書及參考書（一） 實(shí)驗(yàn)教材或指導(dǎo)書光纖通信原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)講義應(yīng)用物理學(xué)教研室編（二） 參考書（1）通信原理實(shí)驗(yàn)，王福昌、 潘曉明，清華大學(xué)出版社，第一版，2007年5月（2）通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),楊建華,國(guó)防工業(yè)出版社,第一版，2007年5月（3）通信原理學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),蔣青、于秀蘭、王永、范馨月,人民郵電出版社,第一版，2012年7月（4）通信原

16、理實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì),鄔春明,北京大學(xué)出版社,第一版，2013年8月（5）通信原理實(shí)驗(yàn)教程,楊鴻文、桑林、徐春秀等,北京郵電大學(xué)出版社,第一版，2009年9月七、實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定辦法實(shí)驗(yàn)考核方式：考查。實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定：實(shí)驗(yàn)成績(jī)=實(shí)驗(yàn)操作考核*50%+所有實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)平均值*40%+平時(shí)考勤*10%八、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)一 用戶電話接口實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握用戶電話接口電路的主要功能2.了解實(shí)現(xiàn)用戶接口電路功能芯片Am79R70的主要性能和特點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1掌握用戶線接口電路的主要功能2了解Am79R70的結(jié)構(gòu)和工作原理3了解電話接續(xù)的原理及其各種語音控制信號(hào)的波形實(shí)驗(yàn)二 數(shù)字調(diào)制原理實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握

17、光發(fā)送機(jī)的組成原理2.了解半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管的P-I特性曲線及其調(diào)制信號(hào)的波形3.掌握幾種常見的數(shù)字調(diào)制電路的原理二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1LD數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路的工作原理2LED數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路的工作原理實(shí)驗(yàn)三 半導(dǎo)體激光器P-I特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)半導(dǎo)體激光器發(fā)光原理和光纖通信中激光光源工作原理2.了解半導(dǎo)體激光器平均輸出光功率與注入驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系3.掌握半導(dǎo)體激光器P（平均發(fā)送光功率）-I（注入電流）曲線的測(cè)試方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.測(cè)量半導(dǎo)體激光器輸出功率和注入電流，并畫出P-I關(guān)系曲線2.根據(jù)PI特性曲線，找出半導(dǎo)體激光器閾值電流，計(jì)算半導(dǎo)體激光器斜率效率實(shí)驗(yàn)四 自動(dòng)光功率控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解自動(dòng)光功率電路在光發(fā)端機(jī)中的作用2.學(xué)習(xí)自動(dòng)光功率電路的組成及其工作原理二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.測(cè)量光功率控制電路的相關(guān)特征測(cè)試點(diǎn)的參數(shù)2.觀測(cè)自動(dòng)光功率控制電路的過程實(shí)驗(yàn)五 光接收機(jī)原理實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)