《光纤通信》课程教学大纲

《光纤通信》课程教学大纲一、课程基本信息课程中文名称光纤通信课程英文名称OpticalFiberCommunication课程编号33242206课程模块£思想政治理论课£通识教育课£专业基础课R专业课课程性质£必修£限选R专业任选£任选总学时48讲授学时40实验（专题辅导）学时8总学分3开课单位电子与信息工程学院开课系（室）通信工程系授课对象通信工程专业本科生适用专业通信工程专业二、课程简介和教学目标1．课程简介《光纤通信》课程是通信工程、电子信息工程、光电信息科学与工程、信息工程等专业的本科学生所需学习的专业课。《光纤通信》课程一共分为八章的内容，第一章为概述，介绍光纤通信的起源及其发展；第二章介绍光纤与光缆的结构和类型、光纤传输特性；第三章介绍发光源器件以及光接收器件的性能参数等内容；第四章讲述无源光器件的种类以及性能特点；第五章介绍光放大器原理和类型等内容；第六章讲述光接收机与光发送机的性能参数；第七章介绍模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统的总体设计特点；第八章讲述SDH和WDM光网络的性能指标。根据本课程的教学目标，通过《光纤通信》课程的学习，学生需要掌握光纤结构及传输机理、光源和光发送机、光检测器和光接收机、无源光器件、光纤通信系统设计原理等内容，解和掌握光纤通信系统中的原理和方法，在光纤通信领域具备一定的分析问题和解决问题的能力，为后续学习或开展相关领域的工程技术工作提供基础。2.教学目标教学目标1：认识光纤的基本结构，光纤的传输特性，掌握光纤传输物理机制。教学目标2：掌握光发射机、光接收机的基本结构及工作原理；理解光网络中的波长路由及波长分配中的相关技术。教学目标3：全面了解当前光纤通信技术状况以及未来通信技术的发展方向。教学目标4：熟悉光网络的节点设备及光通信系统设备，具备一定的光传输网络的设计能力。教学目标5（课程思政）：通过该门课程的学习提高对半导体、光纤、通信领域重要技术的掌握程度，了解光纤通信领域科学家的研究事迹，树立远大的理想目标，培养求真务实、永攀科学高峰的精神。3．教学目标与毕业要求指标点的支撑关系教学目标支撑毕业要求对应指标点教学目标11.1具有电路、电子技术、计算机技术、信号与系统等工程基础知识，用于通信工程领域电子通信及网络系统方案和模型的推理和验证。教学目标21.2具有数学、数理、自然科学、工程科学的基础知识，能将其应用于通信工程领域复杂工程问题的建模、计算和推演；教学目标31.3掌握工程基础和专业基础知识，能针对具体对象建立、求解数学模型，用于解决通信工程领域复杂工程问题的解释、辨别和论证。教学目标43.2能够在设计环节中体现创新意识，设计满足特定通信工程需求的系统、电路、算法、软件模块或工程方案；12.1能在社会发展的大背景下，认识到自主学习和终身学习的必要性。教学目标58.1树立正确的国家观、民族观、历史观、文化观，践行社会主义核心价值观，理解个人与社会的关系，了解中国国情，具有勤俭、奋斗、创新、奉献的劳动精神。10．沟通能够就通信工程领域复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。三、理论教学表1理论教学安排序号章节（学时）学习内容（含重点、难点）教学方法、手段支撑教学目标其他11绪论（6）1.了解光纤通信的发展历史2.了解光纤、光纤通信的基本概念以及系统组成（）2.理解长波长激光器、单模光纤、光放大器、WDM复用技术（）3.掌握光纤通信的特点以及优点方法：讲授、学生分组讨论和师生互动答疑手段：板书，多媒体课件，视频教学教学目标3教学目标4教学目标5无22光纤（6）1.光纤与光缆：光纤结构、光纤主要成份、光纤的制造工艺、光缆的技术要求、光缆的结构2.光纤的折射率分布：阶跃光纤、渐变光纤（）3.光在光纤中的几何传输：反射的折射、全反射定理（）4.光纤的数值孔径NA：几何光学、折射率、捕获能力（）5.光的波动性：TM波、TE波、偏振6.光纤介质的特性：极化、各向同性、各向异性7.光纤模式：模的概念、多模光纤中的模式数目、单模光纤的传播模、偏振模（）8.光纤的模式色散：模间时延差、模间色散的减少、多模光纤的最大比特率（）9.单模光纤的波长色散或色度色散：相速、群速、材料色散、波导色散、色散补偿10.光纤的损耗：损耗系数、光纤可用光谱11.单模光纤：模场直径、单模光纤的分类及剖面折射率方法：讲授、学生分组讨论和师生互动答疑手段：板书，多媒体课件，视频教学教学目标1教学目标433光源与光检测器（6）1.半导体LD的工作原理：光放大、F-P半导体激光器2．输出光功率及光源与光纤的耦合：阈值特性、注入电流与光功率、光源与光纤的耦合3．LD的输出光谱：多纵模、单纵模（）4．LD的调制响应特性5．LD的温度特性与自动温度控制（ATC）：帕尔贴效应6．LD的输出光功率稳定性与自动功率控制：温度控制原理7.DFB和DBR激光器：F-R谐振腔、布拉格条件、分布反射（）8.调谐激光器：外腔调谐激光器、双电极半导体激光器9.其他类型的激光器10.激光器组件：LD、PIN、光隔离器、温控电路11.半导体LED：LED结构、LED的特性（）12.光检测器：波长响应、光电转换效率与响应度、响应速度13.PIN：PIN的结构、PIN的原理、PIN的特点（）14.APD：APD的结构、雪崩效应方法：讲授、学生分组讨论和师生互动答疑手段：板书，多媒体课件，视频教学教学目标1教学目标3教学目标444无源光器件（4）1.光纤连接器：光纤连接损耗、光纤连接方法、常用的几种连接器2.光纤耦合器：光纤耦合器结构、原理3.光开关：性能参数、原理4.光纤光栅：光纤光栅的结构、布拉格光纤光栅、长周期光纤光栅（）5.光滤波器：F-P腔滤波器、M-Z干涉滤波器、阵列波导、声光可调滤波器、光纤光栅滤波器（）6.WDM合波/分波器：多介质层薄膜、熔锥型、光纤光栅7.光隔离器与光环形器：光隔离器结构、工作原理、技术参数（）8.光锁相环与非线性光环镜NLOM方法：讲授、学生分组讨论和师生互动答疑手段：板书，多媒体课件教学目标2教学目标3教学目标455光放大器（4）1.光电转换机制2.掺铒光纤放大器EDFA：EDFA的放大原理、EDFA的结构、增益与带宽、噪声3.受激拉曼光纤放大器SRA：SRA的放大原理、性能与应用（）4.受激布里渊光纤放大器SBA：SBA的放大原理、性能与应用5.其他光纤放大器：掺镨EDFA、掺铝EDFA、掺钇EDFA6.半导体光放大器SOA：SOA的放大原理、性能与应用7.光放大器的应用：在线放大器、后置放大器、前置放大器、功率补偿放大器8.光纤激光器：掺铒光纤激光器、光纤光栅激光器（）9.光波长变换器：结构、工作原理方法：讲授、学生分组讨论和师生互动答疑手段：板书，多媒体课件教学目标3教学目标466光发送机与光接收机（4）1.调制信号的格式：单极性与双极性、归零与非归零、扰码、线路码2.直接调制IM光发送机：模拟调制、数字调制3.外调制：电折射调制器、M-Z型调制器、声光布拉格调制器4.光接收机：理想的数字光接收机、实际的光接收机、前置放大器噪声、误码率（）5.相干接收：本振器、偏振器、检测器方法：讲授、学生分组讨论和师生互动答疑手段：板书，多媒体课件，视频教学教学目标2教学目标3教学目标477光纤通信系统及设计（4）1.模拟光纤传输系统概述：系统结构、模拟调制技术2.典型的模拟光纤通信系统：模拟信号、调制特性3.数字光纤通信系统：系统结构（）4.IM-DD数字光纤通信系统设计：总体设计考虑、设计方法（）5.WDM+EDFA数字光纤链路设计：总体设计考虑、波长分配与通道间隔方法：讲授、学生分组讨论和师生互动答疑手段：板书，多媒体课件教学目标3教学目标4教学目标588SDH与WDM光网络（6）1.SDH光同步传送网：SDH标准接口、速率体系、帧结构、复用结构与原理（）2.PDH和SDH的区别（）3.WDM光网络：光网的分层结构、WDM广播选择网、波长选路网、选路算法。4.其他类型的光网络方法：讲授、学生分组讨论手段：板书，多媒体课件教学目标3教学目标4四、实验教学表2实验教学安排序号实验项目名称（学时）实验内容实验类型支撑教学目标其他1半导体激光器P-I特性测试实验（2）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损耗规律综合性教学目标1教学目标4教学目标52发光二极管P-I特性测试曲线（2）1．测量发光二极管平均输出光功率和注入电流，并画出P-I关系曲线2．根据P－I特性曲线，计算发光二极管斜率效率综合性教学目标1教学目标4教学目标53单模光纤弯曲损耗测试实验（2）测量单模光纤不同弯曲半径的损耗验证性教学目标2教学目标4教学目标54波分复用器插入损耗和光串扰测试实验（2）1．测量波分复用器的插入损耗2．测量波分复用器的光串扰验证性教学目标3教学目标4教学目标5五、考核与成绩评定方法表3课程考核及评价细则成绩组成考核/评价环节分值考核/评价细则支撑教学目标平时成绩（40%）考勤10依据23次课堂考勤结果计算分值。1、2、3、4上课表现8依据课堂状态，回答问题（含主动）和分组讨论互动表现计算分值。平时作业/随堂测验10依据平时作业/随堂测验成绩