《光通信器件設(shè)計(jì)》課程教學(xué)大綱（本科）

1、光通信器件設(shè)計(jì)(Design of Optics Communication Devices)課程代碼：03410116學(xué)分：2學(xué)時(shí)：32 （其中：課堂教學(xué)學(xué)時(shí)：20 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：0 上機(jī)學(xué)時(shí)：8 課程實(shí)踐學(xué)時(shí):0 ）先修課程：信息光學(xué)、導(dǎo)波光學(xué)、電磁場(chǎng)與波、光纖通信技術(shù)適用專業(yè)：光電信息科學(xué)與技術(shù)教材：自編講義一、課程性質(zhì)與課程目標(biāo)（一）課程性質(zhì)（需說明課程對(duì)人才培養(yǎng)方面的貢獻(xiàn)）光通信器件設(shè)計(jì)是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)選修課，它是在光纖通信技術(shù)、光波導(dǎo) 理論等課程知識(shí)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)講述應(yīng)用光學(xué)軟件進(jìn)行光路分析和設(shè)計(jì)的一門課程。光通信器件設(shè) 計(jì)是在電子計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和電磁場(chǎng)數(shù)值分析方法

2、的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的光器件設(shè)計(jì)的新方法。 通過專業(yè)軟件對(duì)波導(dǎo)器件的設(shè)計(jì)與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)光通信器件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，為實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)提供理論 依據(jù)和指導(dǎo)。課程在講授光波導(dǎo)設(shè)計(jì)專業(yè)軟件原理和操作方法的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹一些具體設(shè)計(jì)案 例及其分析過程，使學(xué)生既能夠掌握光通信器件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本操作，又能夠了解設(shè)計(jì)過程 中需要注意的事項(xiàng)和設(shè)計(jì)思路，提高綜合學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識(shí)分析、解決實(shí)際問題的能力，并為學(xué)生 今后開展具體的設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。本課程的教學(xué)實(shí)施以課堂教學(xué)為主和上機(jī)相結(jié)合的形式進(jìn)行，在課堂上除講授軟件基本操作以 外，還結(jié)合案例進(jìn)行案例式教學(xué)，并要求學(xué)生通過上機(jī)，提高實(shí)際操作能力，增強(qiáng)解決問題和分析

3、 問題的能力。（二）課程目標(biāo)（根據(jù)課程特點(diǎn)和對(duì)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)。）. 了解電磁場(chǎng)數(shù)值分析方法的特點(diǎn)，掌握光束傳播法模擬的基本數(shù)值原理，了解其局限性；.能夠使用基于光束傳播法的專業(yè)軟件；.能夠應(yīng)用專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)光波導(dǎo)器件；.能夠?qū)ΤＲ姷墓獠▽?dǎo)的傳輸特性與基本性能進(jìn)行模擬并優(yōu)化器件性能；.能夠?qū)浖?jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，并判斷結(jié)果的正確性與合理性。二、課程內(nèi)容與教學(xué)要求（按章撰寫）第一章緒論 Chapter 1 Introduction(一)課程內(nèi)容(1)本課程的特點(diǎn)、研究對(duì)象與方法、目的、任務(wù)；(2)軟件工具箱分類及應(yīng)用領(lǐng)域；(3)本課程學(xué)習(xí)的方法、技巧。(-)

4、教學(xué)要求了解本課程的特點(diǎn)、研究對(duì)象與方法、任務(wù)；了解本課程學(xué)習(xí)軟件的應(yīng)用范圍；(3)理解學(xué)習(xí)本軟件的方法、技巧。(三)重點(diǎn)與難點(diǎn)(若不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明).重點(diǎn)本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容和具體要求，軟件學(xué)習(xí)方法與技巧。.難點(diǎn)無。第二章 基本布局操作Chapter 2 Basic CAD Usage(一)課程內(nèi)容(1)波導(dǎo)排布 主窗口功能菜單、工具欄、狀態(tài)條；(2)符號(hào)表 功能、使用、符號(hào)表操作；(3)光路創(chuàng)建波導(dǎo)相關(guān)參數(shù)設(shè)置、模擬相關(guān)參數(shù)設(shè)置；(4)波導(dǎo)元件的添加方法 繪制模式、繪制波導(dǎo)、自動(dòng)網(wǎng)格對(duì)準(zhǔn)技術(shù)；(6)用鼠標(biāo)編輯波導(dǎo)元件的方法 選擇波導(dǎo)、修改波導(dǎo)、縮放；(7)折射率計(jì)算 折射率分

5、布顯示；(-)教學(xué)要求(1)掌握光路創(chuàng)建的主要方法；(2)掌握修改光波導(dǎo)參數(shù)的典型方法；(3)掌握波導(dǎo)折射率分布顯示方法，學(xué)會(huì)用此方法了解所排布波導(dǎo)的結(jié)構(gòu); 掌握符號(hào)表的使用。(三)重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)(1)波導(dǎo)繪制與生成;（2）變量表設(shè)置；.難點(diǎn)（1）波導(dǎo)粘連技術(shù)及實(shí)現(xiàn)；（2）變量表操作。第三章 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)置 Chapter 3 Waveguide Property Settings（一）課程內(nèi)容（1）基本結(jié)構(gòu)設(shè)定 波導(dǎo)設(shè)定、錐形和輪廓函數(shù)；（2）二維波導(dǎo)類型；（3）三維波導(dǎo)類型 光纖、通道波導(dǎo)、擴(kuò)散波導(dǎo)、脊形波導(dǎo)、多層波導(dǎo)；（4）波導(dǎo)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框 頂點(diǎn)參數(shù)、常用參數(shù)設(shè)置、高級(jí)性能參數(shù)設(shè)置；（

6、5）波導(dǎo)重疊問題組合模式、優(yōu)先級(jí)和三維結(jié)構(gòu)組合。（二）教學(xué)要求了解波導(dǎo)設(shè)定和相關(guān)折射率控制函數(shù)，了解波導(dǎo)類型及參數(shù)、了解高級(jí)性能參數(shù)設(shè)置;理解頂點(diǎn)概念，掌握頂點(diǎn)參數(shù)設(shè)置方法；掌握常用參數(shù)設(shè)置方法、掌握波導(dǎo)重疊時(shí)的折射率確定規(guī)則。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)（1）不同類型波導(dǎo)如何通過參數(shù)來表征；（2）波導(dǎo)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框的理解和各部分參數(shù)設(shè)置方法；.難點(diǎn)（1）波導(dǎo)參數(shù)表征方式與具體含義；（2）波導(dǎo)粘連、波導(dǎo)偏移量概念；（3）波導(dǎo)重疊時(shí)的折射率分布；第四章 BPM 方法（光束傳播法）基礎(chǔ) Chapter 4 Beam Propagation method basics（一）課程內(nèi)容（1）電磁場(chǎng)數(shù)值方法簡(jiǎn)介

7、（2）光束傳播法原理及特點(diǎn)3） BPM操作 界面操作、格點(diǎn)、波源設(shè)置、顯示和輸出選項(xiàng)（4）結(jié)果觀察及分析通道定義、監(jiān)視器創(chuàng)建及參數(shù)設(shè)置（5）模式求解 迭代法、相關(guān)函數(shù)法原理、模式求解軟件具體操作步驟 （二）教學(xué)要求了解BPM的基本原理及應(yīng)用范圍；了解模式求解原理；了解迭代法和相關(guān)函數(shù)法的特點(diǎn)； (2)掌握BPM基本操作、掌握結(jié)果觀察及分析方法，掌握模式求解具體步驟與操作。(三)重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)(1) BPM基本操作步驟：初始對(duì)話框、監(jiān)視器、激勵(lì)源、路徑、計(jì)算對(duì)話框設(shè)置；(2)模式求解操作步驟：迭代法和相關(guān)函數(shù)法計(jì)算步驟；.難點(diǎn)(1) BPM公式推導(dǎo)與應(yīng)用范圍(局限性)和特點(diǎn)；(2)監(jiān)視器與光源

8、設(shè)置；(3)模式求解原理與參數(shù)設(shè)置要求。第五章 案例教學(xué) Chapter 5 Design Examples(-)課程內(nèi)容(1)脊形波導(dǎo)模斑轉(zhuǎn)換器模擬(2)多模干涉耦合器(MMI)分析(3)干涉場(chǎng)分析(4)多芯光纖模式插分復(fù)用器設(shè)計(jì)(5)大角度Y分支波導(dǎo)模擬(6)光子晶體光纖模擬與分析(二)教學(xué)要求了解BPM的綜合運(yùn)用方法與技巧，了解光子晶體光纖基本原理及應(yīng)用；理解各個(gè)設(shè)置參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性；掌握脊形波導(dǎo)、光子晶體光纖等基本波導(dǎo)參數(shù)設(shè)置，掌握波導(dǎo)傳輸過程分析、參數(shù)選 擇與優(yōu)化、頻譜分析計(jì)算方法等。(三)重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)(1)學(xué)習(xí)不同類型波導(dǎo)的參數(shù)設(shè)置與計(jì)算特點(diǎn)；(2)器件的設(shè)計(jì)方法與軟件實(shí)現(xiàn)過程

9、；.難點(diǎn)(1)掌握器件的綜合設(shè)計(jì)與分析方法，(2)分析和理解器件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和手段。第六章 光柵模擬 Chapter 6 Grating Simulations（一）課程內(nèi)容（1）光柵模擬軟件特點(diǎn)與功能簡(jiǎn)介（2）光柵創(chuàng)建方法、光柵結(jié)構(gòu)、參數(shù)設(shè)置、模擬參數(shù)設(shè)置、結(jié)果顯示及分析;（3）參數(shù)掃描法分析光柵特性；（二）教學(xué)要求掌握光柵模擬的基本步驟與參數(shù)設(shè)置；了解光柵模擬結(jié)果及數(shù)據(jù)意義；（三）重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)（1）光柵參數(shù)設(shè)置與計(jì)算參數(shù)設(shè)置；（2）光柵結(jié)構(gòu)優(yōu)化與掃描；（3）長(zhǎng)周期光纖光柵模擬；.難點(diǎn)（1）光柵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與光束傳播法模擬相結(jié)合的方法；（2）光柵模擬結(jié)果分析。三、本課程開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（如課

10、程不含實(shí)驗(yàn)，該項(xiàng)可不填） 四、學(xué)時(shí)分配及教學(xué)方法章（按序填寫）教學(xué)形式及學(xué)時(shí)分配主要教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)課堂 教學(xué)實(shí)驗(yàn)上機(jī)課程 實(shí)踐小 計(jì)第一章緒論11講授法目標(biāo)1第二章基本 布局操作11講授法、演示法目標(biāo)2第三章波導(dǎo) 結(jié)構(gòu)設(shè)置213講授法、演示法目標(biāo)2第四章BPM方法基礎(chǔ)628講授法、演示法目標(biāo)2第五章案例 教學(xué)12416講授法、演示法、基 于案例教學(xué)目標(biāo)3、目標(biāo)4、目標(biāo)5第六章光柵 模擬213講授法、演示法、基 于案例教學(xué)目標(biāo)2、目標(biāo)3、目標(biāo)4合計(jì)24832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;2.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、項(xiàng)目、案例等教

11、 學(xué)方法）等。五、課程考核考核形式考核要求考核權(quán)重支持的課程目標(biāo)課堂考核以課堂測(cè)試的方式 考核學(xué)生課堂學(xué)習(xí) 情況，結(jié)合平時(shí)的 點(diǎn)名提問等，進(jìn)行 綜合考核。15%目標(biāo)1、2階段測(cè)試在限定時(shí)間內(nèi)要求 學(xué)生完成相應(yīng)的操 作，根據(jù)操作的熟 練程度和正確性給 予成績(jī)。15%目標(biāo)2、3期末考試采用上機(jī)開卷考試 的方式進(jìn)行，允許 學(xué)生查閱有關(guān)資料 完成。其中，軟件 基本操作題占 30%,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)題 占20%,綜合設(shè)計(jì) 題占35%,結(jié)果分 析題占15%。70%目標(biāo) 2、3、4、5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(cè)試、期中考試、期末考試、大作業(yè)、小

12、 論文、項(xiàng)目設(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）、項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求等。.考核權(quán)重指該考核方式或途徑在總成績(jī)中所占比重。六、課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)考核形式實(shí)際評(píng)測(cè)結(jié)果（學(xué)生達(dá)到的平均水平）課程目標(biāo)1課堂考核平均分（共5分）=3課程目標(biāo)2課堂考核、階段測(cè)試、期末考試課堂考核平均分（10分）=6.5,階段測(cè)試 平均分（共10分）=65 期末考試（30 分）=195分課程目標(biāo)3階段測(cè)試、期末考試階段測(cè)試平均分（共5分）=3,期末考 試（20分）=13分課程目標(biāo)4期末考試期末考試（共35分）=23分課程目標(biāo)5期末考試期末考試（15分）=10分六、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光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其傳輸特性研究，張曉娟，科學(xué)出版社，2016