《光纖通信》課程教學(xué)大綱（本科）

1、光纖通信(Optical Fiber Communications)課程代碼：06410134學(xué)分：2學(xué)時(shí)：32 （其中：課堂教學(xué)學(xué)時(shí)：26實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：6 ）先修課程：電磁場與電磁波、通信系統(tǒng)原理、信號與線性系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)適用專業(yè)：通信工程教材：（光纖通信（第五版）、（美）Gerd Keiser,電子工業(yè)出版社、2016年3月第3版）一、課程性質(zhì)與課程目標(biāo)（-）課程性質(zhì)（需說明課程對人才培養(yǎng)方面的貢獻(xiàn)）光纖通信課程是通信專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的專業(yè)課。它建立在數(shù)學(xué)、近代物理學(xué)、光學(xué)、電磁 場理論、通信原理等課程知識(shí)的基礎(chǔ)上。本課程講授光纖通信系統(tǒng)的基本理論、主要技術(shù)指標(biāo)與系統(tǒng)分析方法，說明典型實(shí)際系統(tǒng)

2、 與應(yīng)用。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握和理解光纖通信相關(guān)知識(shí)，具備光纖通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論 知識(shí)、系統(tǒng)分析能力與設(shè)計(jì)技能，養(yǎng)成一定的工程與系統(tǒng)分析素質(zhì)。本課程強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的有機(jī) 結(jié)合，旨在通過實(shí)驗(yàn)增進(jìn)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、觀察實(shí)際物理現(xiàn)象和和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算的差 異，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)分析問題與解決問題的能力，促進(jìn)創(chuàng)新素質(zhì)提升。（二）課程目標(biāo)（根據(jù)課程特點(diǎn)和對畢業(yè)要求的貢獻(xiàn)，確定課程目標(biāo)。應(yīng)包括知識(shí)目標(biāo)和能力 目標(biāo)。）知識(shí)目標(biāo)課程目標(biāo)1:理解光纖傳輸基本原理，掌握傳輸模式的基本概念、掌握單模光纖和多模光纖的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模式計(jì)算；課程目標(biāo)2：理解光纖傳輸光信號的損耗和色散基本原理，掌握和

3、分析信號在光纖傳輸過程中（按序填寫）講 課實(shí) 驗(yàn)上 機(jī)實(shí)踐小 計(jì)第一章光纖通信概述2講授1第二章 光纖波導(dǎo)原理和光 纖結(jié)構(gòu)6講授、討論1、 8、 9、 11第三章光纖中的信號衰減 和色散33講授、討論2、 8、 9、 10第四章光源63講授、討論3、 8、 10、 11第五章光功率的發(fā)射和耦 合2講授5、7第六章光檢測器2講授4、11第七章光接受機(jī)2講授4、11第八章數(shù)字傳輸系統(tǒng)5講授、討論6、 7、 8、 11合計(jì)266注：1.課程實(shí)踐學(xué)時(shí)按相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃列入表格；.主要教學(xué)方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學(xué)方法（基于問題、工程、案例 等教學(xué)方法）等。五、課程考核考核形式考核要求考

4、核權(quán)重備注平時(shí)作業(yè)按照作業(yè)題目進(jìn)行評分，總分?jǐn)?shù)平均計(jì)算（5次以上）15%實(shí)驗(yàn)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告,主要考查觀察 與分析能力15%期末考試閉卷70%注：1.分學(xué)期設(shè)置和考核的課程應(yīng)按學(xué)期分別填寫上表。.考核形式主要包括課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)、階段測試、期中考試、期末考試、大作業(yè)、小 論文、工程設(shè)計(jì)和作品等。.考核要求包括作業(yè)次數(shù)、考試方式（開卷、閉卷）、工程設(shè)計(jì)要求等。.考核權(quán)重指該考核方式或途徑在總成績中所占比重。六、參考書目及學(xué)習(xí)資料（書名，主編，出版社，出版時(shí)間及版次）1、光纖通信系統(tǒng)，顧?quán)竷x 李國瑞編著，北京郵電大學(xué)出版社，1999年11月第1版。七、大綱說明（內(nèi)容可包括課程基本要求、習(xí)題要求及其它

5、一些必要的說明）.采用多媒體教學(xué)手段，多種教學(xué)手段綜合運(yùn)用。.課后每章習(xí)題要完成2-5道習(xí)題，以加深學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握，建議利用課堂進(jìn) 行討論。3.本課程有6個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容任課教師亦可2017年8月20日所造成的信號功率衰減和波形畸變的現(xiàn)象和原因；課程目標(biāo)3：掌握光纖通信的光發(fā)射機(jī)工作原理：理解半導(dǎo)體激光器二極管的工作機(jī)理和發(fā)射 條件、LED發(fā)光的機(jī)理和條件。了解它們的模式、閾值條件、溫度特性和線性特性以及光源的調(diào)制 方法和要求。能從性價(jià)比分析和考慮選擇LD和LED的應(yīng)用；課程目標(biāo)4：掌握和了解光接收機(jī)工作的基本原理和接收機(jī)性能參數(shù)，了解光檢測器的工作原 理和性能參數(shù)。能從

6、性價(jià)比分析和考慮選擇pin光電二極管和雪崩二極管；課程目標(biāo)5： 了解光源至光纖、光纖與光纖、光纖與接收機(jī)的連接過程的基本原理及連接方法, 了解隔離器、分光器、衰減器等無源器件在光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)中的作用和性能參數(shù)；課程目標(biāo)6：掌握根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)點(diǎn)到點(diǎn)單工光纖傳輸系統(tǒng)的組成，能進(jìn)行鏈路損耗預(yù)算和 時(shí)間展寬預(yù)算，從性價(jià)比分析分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的。能力目標(biāo)課程目標(biāo)7：將光纖通信基本理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，對光纖通信領(lǐng)域?qū)嶋H問題進(jìn)行表達(dá)與建模 的能力。課程目標(biāo)8：具備光纖通信系統(tǒng)性能分析，掌握影響光纖通信系統(tǒng)的主要因素，具有改善光纖 通信系統(tǒng)性能的能力。課程目標(biāo)9：運(yùn)用模式理論、光信號傳輸損耗以及色散的理論知識(shí)，

7、掌握分析光纖通信系統(tǒng)設(shè) 計(jì)和部署的實(shí)際問題與解決問題的能力。課程目標(biāo)10：通過實(shí)驗(yàn)增進(jìn)學(xué)生領(lǐng)悟所學(xué)內(nèi)容，能夠采用科學(xué)方法，分析與解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，指 導(dǎo)解決實(shí)際光纖通信的實(shí)際問題的能力。課程目標(biāo)11:具有光纖通信系統(tǒng)的分析能力與設(shè)計(jì)部署技能，能夠?qū)嵤┫到y(tǒng)設(shè)計(jì)，具有一定的 經(jīng)濟(jì)考慮，對性價(jià)比進(jìn)行折中分析的設(shè)計(jì)方案。注：工程類專業(yè)通識(shí)課程的課程目標(biāo)應(yīng)覆蓋相應(yīng)的工程教育認(rèn)證畢業(yè)要求通用標(biāo)準(zhǔn)；（三）課程目標(biāo)與專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系（認(rèn)證專業(yè)專業(yè)必修課程填寫）本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)3-1. 11-3.畢業(yè)要求3-1:能針對信息通信領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行需求分析，設(shè)計(jì)解決方案和滿足特 定需

8、求的單元（部件）、系統(tǒng)。.畢業(yè)要求11-3：能夠?qū)⒐芾碓?、?jīng)濟(jì)方法應(yīng)用于信息通信領(lǐng)域產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計(jì)和優(yōu)化等過程。業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)畢業(yè)要求3-1畢業(yè)要求11-3課程目標(biāo)1V課程目標(biāo)2V課程目標(biāo)3V課程目標(biāo)4VV課程目標(biāo)5V課程目標(biāo)6VV課程目標(biāo)7V課程目標(biāo)8V課程目標(biāo)9V課程目標(biāo)10V課程目標(biāo)11V注：課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對接的單元格中可輸入“，也可標(biāo)注“H、M、L”。二、課程內(nèi)容與教學(xué)要求（按章撰寫）第一章光纖通信概述（-）課程內(nèi)容主要介紹本課程的性質(zhì)、研究對象與方法、任務(wù)；介紹光纖通信系統(tǒng)的飛速開展和應(yīng)用前景;了解光纖通信系統(tǒng)的主要構(gòu)成。（列出主要知識(shí)點(diǎn)、能力點(diǎn)）.光纖通信的基本

9、概念：光頻譜帶、工作窗口、電磁波譜.光纖通信的開展和演進(jìn).光纖通信系統(tǒng)組成與關(guān)鍵組件（二）教學(xué)要求（將相關(guān)內(nèi)容按照掌握、理解、了解等不同教學(xué)要求進(jìn)行分類）了解本課程的性質(zhì)、研究對象與方法、任務(wù)；了解光纖通信與其它通信系統(tǒng)的共同點(diǎn)和不同 點(diǎn)；能夠應(yīng)用香濃定理中的信息量計(jì)算理解為什么光通信帶寬寬、信息容量大；掌握評價(jià)通信系統(tǒng)信息容量的主要指標(biāo)。2.理解光纖通信系統(tǒng)的最基本的組成。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（假設(shè)不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點(diǎn)光纖通信系統(tǒng)的組成，光纖通信系統(tǒng)的寬帶，信息容量的計(jì)算，光纖通信系統(tǒng)的可開展 前景。.難點(diǎn)光傳播速度與信息傳輸速率的區(qū)別。第二章光纖波導(dǎo)原理和光纖結(jié)構(gòu)（一）課

10、程內(nèi)容本章支持課程目標(biāo)b支持指標(biāo)點(diǎn)3-1中的設(shè)計(jì)解決方案和滿足特定需求的單元（部件）、 系統(tǒng)。.從射線光學(xué)角度：基本光學(xué)定律、階躍折射率及梯度折射率光纖結(jié)構(gòu).從波動(dòng)光學(xué)角度：光的波動(dòng)方程及解、光的特性.傳輸模式平板波導(dǎo)中傳輸模式推導(dǎo)、圓波導(dǎo)的模式理論分析4,單模光纖和多模光纖 模場直徑、傳播模和截止模的計(jì)算.光纖材料及光纖的機(jī)械特性（自學(xué)）（二）教學(xué)要求（將相關(guān)內(nèi)容按照掌握、理解、了解等不同教學(xué)要求進(jìn)行分類）.理解光纖傳輸原理，光纖傳輸模式；.掌握多模光纖和單模光纖的概念及它們的結(jié)構(gòu)、特性；. 了解平板波導(dǎo)及圓波導(dǎo)中波導(dǎo)方程及特征解的推導(dǎo)過程及邊界條件，理解其推導(dǎo)過程中的物 理概念；.能根據(jù)模

11、式理論進(jìn)行光纖直徑的計(jì)算和光纖中的傳播模的選擇。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（假設(shè)不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點(diǎn)模式概念、波導(dǎo)理論、多模光纖和單模光纖的概念及它們的結(jié)構(gòu).難點(diǎn)波導(dǎo)、模式概念、波導(dǎo)方程及特征解的推導(dǎo)過程及邊界條件第三章光纖中的信號衰減和色散（-）課程內(nèi)容.損耗：吸收損耗、散色損耗、彎曲損耗、纖芯和包層損耗.光波導(dǎo)中的信號失真：信息容量確實(shí)定、群時(shí)延、材料色散、波導(dǎo)色散、偏振模色散等.光纖的優(yōu)化設(shè)計(jì)：截止波長、色散計(jì)算、模場直徑（二）教學(xué)要求了解光纖的損耗種類和特性，能在實(shí)際應(yīng)用中分析光纖傳輸過程中造成信號損耗的具體因 素；了解光波導(dǎo)中信號失真的因素，能在實(shí)際應(yīng)用中分析光纖傳輸過程

12、中造成信號失真的具體 因素；掌握光纖優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（假設(shè)不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點(diǎn)光纖中信號傳輸衰減的機(jī)理、光信號在光纖中傳播時(shí)的失真及影響情況.難點(diǎn)色散引起的信號失真第四章光源（-）課程內(nèi)容.激光原理：光的量子性，自發(fā)輻射、受激輻射、受激吸收、激光產(chǎn)生的機(jī)理和條件.半導(dǎo)體物理基本概念：能帶、本征材料和非本征材料、pn結(jié)、載流子濃度.發(fā)光二極管（LED）： LED的結(jié)構(gòu)、量子效率和功率.半導(dǎo)體激光器（LD）：模式和閾值條件、激光器的速率方程.兩種光源（LED、LD）的溫度特性和線性特性、調(diào)制原理（二）教學(xué)要求.理解半導(dǎo)體激光產(chǎn)生的機(jī)理和條件、LED發(fā)光的機(jī)理和條

13、件；. 了解兩種光源（LED、LD）的模式、閾值條件、溫度特性和工作特性；.掌握光源的調(diào)制方法和要求。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（假設(shè)不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點(diǎn)半導(dǎo)體激光產(chǎn)生的機(jī)理和條件、LED發(fā)光的機(jī)理；兩種光源（LED、LD）的溫度特性和工作特性以及調(diào)制方法；.難點(diǎn)激光產(chǎn)生的機(jī)理和條件、LD的模式、閾值條件、溫度特性和工作特性第五章光功率的發(fā)射和耦合（-）課程內(nèi)容.光源至光纖的功率發(fā)射 光源的輸出方向、功率耦合計(jì)算、發(fā)射功率與波長的關(guān)系、穩(wěn) 態(tài)數(shù)值孔徑.光源與光纖的連接光纖與光纖的連接連接損耗、連接方法.光纖連接器結(jié)構(gòu)、種類、性能參數(shù).其它無源光網(wǎng)絡(luò)器件：光定向耦合器、光衰減器、光隔

14、離器和環(huán)行器的功能和性能參數(shù)。 （二）教學(xué)要求了解兩種光源（LED、LD）的輻射模型和條件；了解光源至光纖、光纖與光纖連接過程的基本原理及連接方法，影響連接的損耗等其它因 素；了解其它無源光網(wǎng)絡(luò)器件在光纖通信系統(tǒng)中的作用、功能以及性能指標(biāo)。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（假設(shè)不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點(diǎn)兩種光源（LED、LD）的輻射模型和條件、光源至光纖、光纖與光纖連接過程的基本原理及連接方法，影響連接的損耗等其它因素，其它無源光網(wǎng)絡(luò)器件的功能.難點(diǎn)光纖連接器、光隔離器的工作原理和結(jié)構(gòu)第六章光檢測器（一）課程內(nèi)容.受激吸收、光電效應(yīng)基本概念.光檢測器的工作原理：pin光電二極管、雪崩二極管.光

15、檢測器噪聲：噪聲源、信噪比.光檢測器響應(yīng)度等性能參數(shù)（二）教學(xué)要求.掌握產(chǎn)生光電效應(yīng)的基本概念；. 了解兩種pin光電二極管和雪崩二極管的性能以及性價(jià)比；.掌握光檢測器信噪比、響應(yīng)時(shí)間、暗電流等性能參數(shù)對光纖通信接收碼元的影響。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（假設(shè)不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點(diǎn)光檢測器工作原理，pin光電二極管和雪崩二極管的性能以及性價(jià)比，光檢測器信噪比、 響應(yīng)時(shí)間、暗電流等性能參數(shù)。.難點(diǎn)光電效應(yīng)的物理機(jī)理。第七章光接受機(jī)（一）課程內(nèi)容.接收機(jī)工作的基本原理 數(shù)字信號傳輸、誤碼源、接收機(jī)結(jié)構(gòu)（講授）.數(shù)字接收機(jī)性能參數(shù)：誤碼概率、量子極限、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍（講授）（二）教學(xué)要求

16、了解光接收機(jī)工作的基本原理及影響因素；了解光接收機(jī)性能參數(shù)：誤碼率、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（假設(shè)不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點(diǎn)光接收機(jī)工作的基本原理，光接收機(jī)性能參數(shù)：誤碼率、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍。.難點(diǎn)靈敏度概念以及在實(shí)際應(yīng)用中影響因素。第八章數(shù)字傳輸系統(tǒng)（一）課程內(nèi)容.點(diǎn)到點(diǎn)鏈路：系統(tǒng)考慮、鏈路的功率預(yù)算、展寬時(shí)間預(yù)算.線路編碼：NRZ碼、RZ碼、光曼切斯特碼、分組碼.過失控制.噪聲對系統(tǒng)性能的影響（二）教學(xué)要求.掌握數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；.能根據(jù)系統(tǒng)需求，系統(tǒng)考慮選擇部件組成，設(shè)計(jì)性價(jià)比擬優(yōu)的光纖通信系統(tǒng)方案；.掌握系統(tǒng)鏈路的功率預(yù)算、展寬時(shí)間預(yù)算方法。（三）重

17、點(diǎn)與難點(diǎn)（假設(shè)不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點(diǎn)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路設(shè)計(jì)：系統(tǒng)考慮選擇部件、鏈路的功率預(yù)算、展寬時(shí)間預(yù)算；線路編碼。.難點(diǎn)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)。三、本課程開設(shè)的實(shí)驗(yàn)工程（如課程不含實(shí)驗(yàn)，該項(xiàng)可不填）編號實(shí)驗(yàn)工程名稱學(xué)時(shí)類型要求支撐的課程目標(biāo)1多模光纖損耗測試實(shí)驗(yàn)1.5設(shè)計(jì)必做1、22單模光纖彎曲損耗測試實(shí)驗(yàn)1.5設(shè)計(jì)必做1、23發(fā)光二極管P-I特性測試曲 線1.5驗(yàn)證必做34激光二極管P-I特性測試曲 線1.5驗(yàn)證必做3注：1. “類型”填驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性等;. “要求”填必做、選做。實(shí)驗(yàn)L （多模光纖損耗測試實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)1、了解光纖損耗的定義2、學(xué)會(huì)用插入法等方法測量多模光纖的損耗要求：1、測量多模光纖的衰減2、測量多模光纖的損耗3、觀察分析造成多模光纖損耗的各種因素實(shí)驗(yàn)2：（單模光纖彎曲損耗測試實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：1、學(xué)習(xí)單模光纖損耗的定義2、掌握單模光纖彎曲損耗測試方法要求：1、測量單模光纖不同彎曲半徑的損耗2、分析實(shí)際造成單模光纖宏觀彎曲和微觀彎曲的損耗實(shí)驗(yàn)3：（發(fā)光二極管P-I特性測試曲線）實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)1、學(xué)習(xí)發(fā)光二極管的發(fā)光原理2、了解發(fā)光二極管平均輸出光功率與注入電流的關(guān)系3、掌握發(fā)光二極管P （平均發(fā)送光功率）-I （注入電流）曲線的測試要求：1、測量發(fā)光二極管平均輸出光功率和注入電流，并畫出P-I關(guān)系曲線2、根據(jù)PI特性曲線，計(jì)算發(fā)