光纤通信原理与技术课程教学大纲.docx
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光纤通信原理与技术课程教学大纲
《光纤通信原理与技术》课程教学大纲
英文名称:
Fiber Communication PrincipleanditsApplication
学时:
51学分:
3
开课学期:
第7学期
一、课程性质与任务
通过讲授光纤通信技术的基础知识,使学生了解掌握光纤通信的基本特点,学习光纤通信系统的三个重要组成部分:
光源(光发射机)、光纤(光缆)和光检测器(光接收机)。
通过本课程的学习,学生将掌握光纤通信的基本原理、光纤通信系统的组成和系统设计的基本方法,了解光纤通信的未来与发展,为今后的工程应用和研究生阶段的学习打下基础。
二、课程教学的基本要求
要求通过课堂认真听讲和实验课,以及课下自学,基本掌握光纤通信的基础理论知识和应用概况,熟悉光纤通信在电信、通信中的应用,为今后的工作打下坚实的理论基础。
三、课程内容
第一章光通信发展史及其优点(1学时)
第二章光纤的传输特性(2学时)
第三章影响光纤传输特性的一些物理因素(5学时)
第四章光纤通信系统和网络中的光无源器件(9学时)
第五章光纤通信技术中的光有源器件(3学时)
第六章光纤通信技术中使用的光放大器(4学时)
第七章光纤传输系统(4学时)
第八章光纤网络介绍(6学时)
第九章光纤通信原理与技术实验(17课时)
四、教学重点、难点
本课程的教学重点是光电信息技术物理基础、电光信息转换、光电信息转换,光电信息技术应用,光电新产品开发举例。
本课程的教学难点是光电信息技术物理基础。
五、教学时数分配
教学时数51学时,其中理论讲授34学时,实践教学17学时。
(教学时数具体见附表1和实践教学具体安排见附表2)
六、教学方式
理论授课以多媒体和模型教学为主,必要时开展演示性实验。
七、本课程与其它课程的关系
1.本课程必要的先修课程
《光学》、《电动力学》、《量子力学》等课程
2.本课程的后续课程
《激光技术》和《光纤通信原理实验》以及就业实习。
八、考核方式
考核方式:
考查
具体有三种。
根据大多数学生学习情况和学生兴趣而定其中一种。
第一种是采用期末考试与平时成绩相结合的方式进行综合评定。
对于理论和常识部分采用闭卷考试,期末考试成绩占总成绩的55%,实验成绩占总成绩的30%,作业成绩及平时考勤占总成绩的15%;第二种是采用课程设计(含市场调查报告)和平时成绩相结合的方式,课程设计占总成绩的55%,实验成绩占总成绩的30%,作业成绩及平时考勤占总成绩的15%。
第三种是采用课程论文(含市场调查报告)和平时成绩相结合的方式,课程论文占总成绩的55%,实验成绩占总成绩的30%,作业成绩及平时考勤占总成绩的15%。
九、教材及教学参考书
1.主教材
《光纤通信原理与技术》,吴德明编著,科学出版社,第二版 ,2010年9月
2.参考书
(1)《光纤通信原理与仿真》,郭建强、高晓蓉、王泽勇编著,西南交通大学出版社 ,第一版,2013年5月
(2)《光通信原理与技术》,朱勇、王江平、卢麟,科学出版社,第二版,2011年8月
十、教学内容
第一章光通信发展史及其优点(1学时)
一、教学要求
知道光通信发展史及其优点。
二、教学要点
1.光通信发展史
1-1现代通信的发展
1-2光通信的发展
1-3光纤通信的优点
2.国内外光纤通信技术发展概况
3.光纤通信系统的基本构成
三、重点和难点
重点:
光纤通信的优点
难点:
光纤通信系统的基本构成
第二章光纤的传输特性(2学时)
一、教学要求
掌握介质平板波导的结构和射线理论,知道阶跃折射率光纤的基本概念,尤其是标量模和矢量模。
二、教学要点
1.介质平板波导中的波
1-1折射定律
1-2介质平板波导的结构
1-3介质平板波导的射线理论
2.阶跃折射率光纤
2-1阶跃折射率光纤中射线的概念
2-2阶跃折射率光纤的标量解法
2-3标量模与矢量模之间的关系
2-4β—V曲线
三、重点和难点
重点:
介质平板波导中的波,阶跃折射率光纤的标量解法。
难点:
阶跃折射率光纤的标量解法,标量模与矢量模之间的关系。
第三章影响光纤传输特性的一些物理因素(5学时)
一、教学要求
知道光纤损耗的来源和降低损耗的措施,了解光纤的非线性理论。
二、教学要点
1.光纤的损耗
1-1光纤损耗的定量描述
1-2损耗的来源
1-3光纤的瑞利反向散射研究
2.光纤的色散及降低色散的措施
2-1光纤的色散
2-2色散位移光纤(DSF)和非零色散位移光纤(NZ-DSF)
3.单模光纤中的偏振(极化)及保偏光纤和单偏振光纤
3-1单模光纤中的偏振
3-2PMD
3-3偏振稳定性及其对系统性能的影响
3-4保偏光纤和单偏振光纤
4.光纤的非线性
4-1非线性极化理论
4-2光纤中的参量非线性:
SPM、XPM.和FWM
4-3光纤中的非参量非线性:
SRS与SBS
4-4保偏光纤和单偏振光纤
5.降低色散的措施和色散补偿
5-1降低色散影响的措施
5-2色散补偿和色散管理
三、重点和难点:
重点:
降低色散的措施和色散补偿
难点:
光纤的非线性
第四章光纤通信系统和网络中的光无源器件(9学时)
一、教学要求
熟悉光纤通信系统和网络中的各种光无源器件的工作原理和技术。
二、教学要点
1.网络的散射矩阵表示法
2.三端口器件
2-1三端口网络的一般特性
2-2Y波导
2-3环形器
3.定向耦合器
3-1光纤耦合器的散射矩阵
3-2光纤耦合器的耦合模理论
3-3光纤耦合器的应用
4.光纤布拉格光栅
4-1光纤布拉格光栅的光学特性
4-2光纤光栅的耦合模理论
4-3光纤光栅的应用
5.法布里一珀罗(F-P)干涉仪
5-1F-P干涉仪的工作原理
5-2F-P干涉仪的主要性能参量
5-3F-P干涉仪的应用
6.多层介质膜滤波器
6-1概述
6-2多层介质膜滤波器的工作原理
6-3多层介质薄膜滤波器的应用
7.马赫一曾德干涉仪(MZI)
8.阵列波导光栅
8-1AWG的结构和原理
8-2AWG的传输特性
8-3AWG在光纤通信技术中的应用
9.光开关
9-1光开关的主要技术参量
9-2几种光开关介绍
10.光子晶体及其器件
10-1光子晶体的基本概念
10-2光子晶体的能带理论
10-3光子晶体缺陷态
10-4光子晶体光纤
10-5光子晶体滤波器
三、重点和难点
重点:
网络的散射矩阵表示法,定向耦合器,光纤布拉格光栅,法布里一珀罗(F-P)干涉仪,多层介质膜滤波器,马赫一曾德干涉仪(MZI),阵列波导光栅,光开关。
难点:
光纤光栅的耦合模理论,多层介质膜滤波器,多层介质膜滤波器的工作原理,光子晶体的能带理论。
第五章光纤通信技术中的光有源器件(3学时)
一、教学要求
知道光纤通信技术中的光有源器件,熟悉其工作原理和技术指标。
二、教学要点
1.光纤通信的光源
1-1概述
1-2半导体光源的物理基础
1-3发光二极管(LED)
1-4半导体激光器
1-5掺饵光纤激光器
1-6激光器/光发射机的主要技术指标
1-7激光器的发展现状
2.光检测器件
2-1PIN光检测器
2-2APD
2-3光检测器的输出噪声
2-4光检测器的响应时间
3.光放大器件
三、重点和难点
重点:
光纤通信的光源,光检测器件,光放大器件。
难点:
半导体光源的物理基础,APD。
第六章光纤通信技术中使用的光放大器(4学时)
一、教学要求
知道SOA,EDFA,FRA三种光放大器的性能和原理。
二、教学要点
1.半导体光放大器
1-1概述
1-2SOA的特性
1-3SOA在光纤通信系统和网络中的应用
2.掺铒光纤放大器
2-1基本原理和结构
2-2EDFA性能分析
2-3EDFA应用
3.拉曼光纤放大器
3-1概述
3-2基本原理、结构及种类
3-3性能分析
3-4FRA的应用
三、重点和难点
重点:
SOA,EDFA,FRA。
难点:
拉曼光纤放大器的基本原理。
第七章光纤传输系统(4学时)
一、教学要求
知道IM/DD光纤传输系统的工作原理和几种新型的光纤通信系统技术。
二、教学要点
1.IM/DD光纤传输系统
1-1IM/DD光纤传输系统概述
1-2光发射机
1-3光接收机
2.几种新型的光纤通信系统技术
2-1各种光复用技术
2-2相干光纤通信技术
2-3光孤子通信技术
3.光纤通信系统技术的一些新进展
3-1前言
3-2波分复用光传输系统的发展综述
3-3高速率波分复用光传输系统的关键技术
三、重点和难点
重点:
IM/DD光纤传输系统,几种新型的光纤通信系统技术。
难点:
各种光复用技术。
第八章光纤网络介绍(6学时)
一、教学要求
知道IM/DD光纤传输系统的工作原理和几种新型的光纤通信系统技术。
二、教学要点
1.光纤网络的发展概况
2.光纤网络的基本结构
2-1光纤网络的物理拓扑结构
2-2OXC节点
2-3OADM节点
2-4光节点的串扰问题
2-5光节点的信道均衡问题
3.WDM光网络中的路由和波长分配问题
4.全光波长变换
4-1利用SOA的交叉增益调制(XGM)效应的全光波长变换
4-2利用SOA的交叉相位调制(XPM)效应的全光波长变换
4-3利用SOA的四波混频(FWM)效应的全光波长变换
4-4波长变换问题小结
5.光纤网络的监测、控制和管理
5-1光纤网络的管理功能
5-2光纤网络的生存性
6.新型光交换技术
6-1快速光电路交换(DOCS)
6-2光突发交换(OBS)
6-3光分组交换(OBS)
6-4其他交换技术
三、重点和难点
重点:
光纤网络的基本结构,WDM光网络中的路由和波长分配问题,全光波长变换,光纤网络的监测、控制和管理。
难点:
全光波长变换。
注:
该课程实验具体安排见附件《通信原理与技术实验教学大纲》
附件1:
教学时数分配表
序号
教学内容
学时
学时分配
理论讲授
实践教学
1
光通信发展史及其优点
1
1
0
2
光纤的传输特性
2
2
0
3
影响光纤传输特性的一些物理因素
5
5
0
4
光纤通信系统和网络中的光无源器件
9
9
0
5
光纤通信技术中的光有源器件(简要复习光纤通信的光源相关知识(此节知识在《激光物理》课程已经讲述)
3
3
0
6
光放大器件
4
4
0
7
光纤传输系统
4
4
0
8
光纤网络系统介绍
6
6
0
9
光纤通信原理实验
17
0
17
小计
51
34
17
附件2:
《光纤通信原理与技术》实验教学大纲
一、适用范围
应用物理学专业
二、课程名称
光纤通信原理与技术
三、学时数
总学时:
51实验学时:
17
四、教学目的和基本要求
(一)实验教学目的:
通过实验,让学生知道光纤通信中各项关键技术原理,能做一些相关测量技术。
(二)实验教学基本要求:
学生通过预习和动手操作,熟悉光纤通信原理,知道各种光纤通信系统重要器件的物理特性及其应用和检测。
并能在此基础上具备一定的硬件设计能力。
五、实验项目与学时分配
序号
实验项目名称
实验学时
实验类型
1
用户电话接口实验
2
综合性
2
数字调制原理实验
2
综合性
3
半导体激光器P-I特性测试实验
2
综合性
4
自动光功率控制实验
2
综合性
5
光接收机原理实验
2
综合性
6
数字光纤通信系统线路码型CMI编译码实验
3
综合性
7
简易光功率计设计
4
设计性
总计
17
六、教材、指导书及参考书
(一)实验教材或指导书
《光纤通信原理与技术实验讲义》应用物理学教研室编
(二)参考书
(1)《通信原理实验》,王福昌、潘晓明,清华大学出版社,第一版,2007年5月
(2)《通信原理实验指导》, 杨建华,国防工业出版社,第一版,2007年5月
(3)《通信原理学习与实验指导》,蒋青、于秀兰、王永、范馨月,人民邮电出版社,第一版,2012年7月
(4)《通信原理实验与课程设计》,邬春明,北京大学出版社,第一版,2013年8月
(5)《通信原理实验教程》,杨鸿文、桑林、徐春秀等,北京邮电大学出版社,第一版,2009年9月
七、实验成绩评定办法
实验考核方式:
考查。
实验成绩评定:
实验成绩=实验操作考核*50%+所有实验报告成绩平均值*40%+平时考勤*10%
八、实验项目
实验一用户电话接口实验
一、实验目的
1.掌握用户电话接口电路的主要功能
2.了解实现用户接口电路功能芯片Am79R70的主要性能和特点
二、实验内容
1.掌握用户线接口电路的主要功能
2.了解Am79R70的结构和工作原理
3.了解电话接续的原理及其各种语音控制信号的波形
实验二数字调制原理实验
一、实验目的
1.掌握光发送机的组成原理
2.了解半导体激光器和发光二极管的P-I特性曲线及其调制信号的波形
3.掌握几种常见的数字调制电路的原理
二、实验内容
1.LD数字驱动电路的工作原理
2.LED数字驱动电路的工作原理
实验三半导体激光器P-I特性测试实验
一、实验目的
1.学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理
2.了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系
3.掌握半导体激光器P(平均发送光功率)-I(注入电流)曲线的测试方法
二、实验内容
1.测量半导体激光器输出功率和注入电流,并画出P-I关系曲线
2.根据P-I特性曲线,找出半导体激光器阈值电流,计算半导体激光器斜率效率
实验四自动光功率控制实验
一、实验目的
1.了解自动光功率电路在光发端机中的作用
2.学习自动光功率电路的组成及其工作原理
二、实验内容
1.测量光功率控制电路的相关特征测试点的参数
2.观测自动光功率控制电路的过程
实验五光接收机原理实验
一、实验目的
1.了解光接收机的组成原理及其各部分的功能
2.掌握光接收机的电路原理
3.了解判决电路在光接收机中的作用
二、实验内容
1.测量光收端机接收信号的波形及相关测试点的参数
2.学习光接收机中判决电路的原理
实验六数字光纤通信系统线路码型CMI编译码实验
一、实验目的
1.了解线路码型在光纤传输系统中的作用
2.掌握线路码型CMI码的编译码过程以及电路实现原理
二、实验内容
1.验证符合光纤传输系统的线路码型
2.观察线路码型的编译码过程
实验七简易光功率计设计
一、实验目的
简易光功率计设计。
二、实验内容
1.简易光功率计设计准备。
2.简易光功率计设计。
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