1、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：F iber Optical Communication Technology课程编号：Z F17402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
2、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
3、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、学时分配学时数章 节 内 容理论 实践、实验 总学时第一章 绪论 6 0 6第二章 光纤 8 0 8第三章 光源和光发射机 6 3 9第四章 光检测器和光接收机 6 3 9学时数章 节 内 容理论 实践、实验 总学时第五章 光网络器件 6 0 6第六章 光纤通信系统的设计
4、2 3 5第七章 光缆线路的施工与测试 2 0 6第八章 波分复用技术 6 3 9合 计 42 12 54三、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：1 了解光 纤 通 信 系 统 中 光 的 特 性 ；2 理 解 光 纤 通 信 系 统 的 基 本 组 成 光 发 射 机 、 光 纤 及 光 接 收 机 ；3 理 解 光 纤 的 衰 减 、 色 散 以 及 非 线 性 效 应 ；4 掌 握 比 特 率 、 带 宽 、 中 继 距 离 的 概 念 及 其 影
5、响 因 素 。教学重点与难点：1 光 纤 通 信 系 统 的 基 本 组 成 光 发 射 机 、 光 纤 及 光 接 收 机 ；2 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
6、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
7、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
8、；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
9、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 ； 2L D、 LED 的 特 性 和 类 型 ；3光 发 射 机 的 结 构 和 参 数
10、。教学内容：第一节 激光二极管1工作原理；2LD 的性质；3LD 的类型；4LD 组件及其技术指标；第二节 发光二极管1LED 的结构；2LED 特性；3LED 与光纤的耦合；4LED 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
11、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1PIN 光检测器；2APD 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
12、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
13、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
14、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
15、 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
16、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
17、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
18、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
19、 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1WDM 工作原理；2WDM、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1WDM 系统中的光源；2WDM 系统中的接收机；3WDM 系统中的光放大器；4WDM 系统中的波分复用器/解复用器；5WDM 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光接口的规范；本章习题要点：WDM 技术是光纤通信领域非常重要的技术，目前得到了非常广泛的应用。四、考核方式及要求按 照 相 关 教 学 计 划 ， 本 课 程 为 考 试 课 程 ， 采 用 闭 卷 考 核 方 式 。 平 时 作 业 、 考 勤 、 实 验20%； 期 末 考 试 80%。五、教材及教学主要参考书1刘 增 基 主编.光 纤 通 信 . 第二版.西 安 电 子 科 技 大 学 出 版 社 .2008 年 6 月 ；2陈才和主编.光 纤 通 信 . 第一版.电子工业出版社.2004 年；3王江平 刘杰 闻传花主译.光 纤 通 信 . 第五版.电子工业出版社.2006 年；大 纲 制 定 人 ： 官 邦 贵大 纲 审 定 人 ： 制 定 时 间 ：
