光纤通信电子教案
光纤通信(第2版)[王辉][电子教案]2
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3．光纤损耗对光孤子传输的影 响 （1）损耗对光孤子宽度的影响 • 即使光孤子发生展宽，但与不存在非线性影 响情况下的展宽相比要小的多，因此对光纤 通信系统来说，非线性影响是有益的。 • 如果使用高阶光孤子来分析的话，也可以得 到同样的结论。而且在8Gbit/s传输速率、 光孤子的峰值功率为3mW条件下，预计中 继距离可增加两倍。
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3．光纤损耗对光孤子传输的影 响 • 图2-21 一阶光孤子发射进光纤时，有损耗 光纤中的光孤子展宽
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3．色散平坦光纤
• 为了挖掘光纤的潜力，充分利用光纤的有效 带宽，最好使光纤在整个光纤通信的长波段 （1.3～1.6μm）都保持低损耗和低色散， 即研制了一种新型光纤——色散平坦光纤 （DFF）。 • 为了实现在一个比较宽的波段内得到平坦的 低色散特性，采用的方法是利用光纤的不同 折射率分布来达到目的。
2.4.4. G.652光纤（标准单模光纤） G.652是零色散波长在1310nm处的单模光纤，它的传输距离一般只受光纤衰减 的限制。在1310nm处，该光纤的衰减率达到0.3~0.4dB/km 。目前已经铺设的光缆线路绝 ps /(nm km) 大部分都采用这种光纤，该光纤也可用于1.55波段、2.5Gb/s的干线传输，虽然在1550nm 处的色散较大，为20 ，但如果采用高性能的电吸收调制器，传输距离 可达600公里。但如果传输的数据速率达10Gb/s，只能传输50公里。 G.652光纤的新产品还有G.652B、C和D，其中G.625B 光纤具有低PMD 0.2 ps / km 值，成缆光纤的最大PMD为 ，可支持数据速率 10GBb/s，达3000公里，如数 据速率为40Gb/s，则可传输80km。G.652C光纤为无水峰光纤，原水峰处13833nm处的衰 减可做到不大于1310nm处的值，所以系统可工作在E波段和S波段，见表2.5。同时，水峰 的消除使在1550nm处的损耗更低，从而可传输速率为10Gb/s的数据。G.652D光纤在波长 和带宽上与G.652C光纤类似，支持CWDM和O/E/S/C/L/U 波段应用，在数据速率上与 G.652B光纤类似。 表2.5 单模光纤波段划分
光纤通信技术电子教案
光纤通信技术电子教案一、教学目标1. 让学生了解光纤通信的基本概念、原理和特点。
2. 使学生掌握光纤通信系统的组成及其关键部件。
3. 培养学生了解光纤通信的应用领域和未来发展趋势。
二、教学内容1. 光纤通信概述光纤通信的定义光纤通信的发展历程光纤通信的优势与不足2. 光纤的工作原理光波的产生与传输光纤的导光原理光纤的衰减与色散3. 光纤通信系统组成光源光发送器光纤光接收器光放大器4. 光纤通信技术的关键技术光波的分波和解波光信号的调制与解调光信号的放大与传输5. 光纤通信的应用领域通信网络数据传输有线电视医疗、工业与科研领域三、教学方法1. 采用讲授法，讲解光纤通信的基本概念、原理和特点。
2. 利用多媒体演示，展示光纤通信系统的组成及其工作原理。
3. 案例分析，让学生了解光纤通信在实际应用中的具体实例。
4. 开展小组讨论，探讨光纤通信技术的未来发展。
四、教学评价1. 课堂问答，评估学生对光纤通信基本概念的理解。
2. 课后作业，检验学生对光纤通信系统组成的掌握。
3. 小组报告，评估学生对光纤通信应用领域的了解。
4. 课程论文，让学生深入研究光纤通信技术的某一方向。
五、教学资源1. 教案、课件和讲义。
2. 多媒体演示素材。
3. 光纤通信相关案例资料。
4. 光纤通信技术发展论文集。
六、教学活动1. 导入新课：通过展示光纤通信在现代社会中的重要作用，引发学生对光纤通信技术的好奇心和兴趣。
2. 理论讲解：详细讲解光纤通信的基本概念、原理和特点，引导学生理解光纤通信的基本知识。
3. 演示实验：进行光纤通信原理的演示实验，让学生直观地了解光波在光纤中的传输过程。
4. 案例分析：分析光纤通信在实际应用中的具体实例，让学生了解光纤通信技术的实际应用价值。
5. 小组讨论：组织学生进行小组讨论，探讨光纤通信技术的未来发展及其对社会的潜在影响。
七、教学安排1. 第1-2课时：讲解光纤通信的基本概念、原理和特点。
2. 第3-4课时：讲解光纤的工作原理及其光纤的导光原理。
光纤通信技术-第三章-光源与光发射系统-电子教案 (3)
10.什么是张弛振荡？简述张弛振荡产生的原因。
11.什么是码型效应？如何消除码型效应。
12.什么是自脉动现象？自脉动现象有哪些特点？
13.光源的间接调制方法有哪些？
14.光纤通信系统对光发射机的基本要求有哪些？
15.光发射机为什么要进行自动温度控制？
16.光纤通信系统对光源器件的基本要求有哪些？
17.简述激光器的结发热效应。
18.何谓激光器的偏置电流？应如何选择偏置电流？
120.构成激光器必须具备的条件有哪些？
21.在光纤通信系统中，光源为什么要加正向电压？
22.简述半导体激光器的特性。
23.简述F-P腔半导体激光器的结构。
24.光发射机主要有哪些部分组成？简述各部分的作用。
4、课后作业：6。
3.4新型半导体激光器
重点介绍分布式反馈激光器的结构特点，引出在此特点基础上的发光原理，并指明它所具有的独特优点；简要介绍耦合腔半导体激光器与量子阱激光器的结构与特点。
3.5光源的调制
重点介绍光源的直接数字调制以及可能产生的效应：电光延迟、张弛振荡、自脉动、码型效应等。简要介绍光源的三种间接调制方式，包括：声光调制、热光调制和磁光调制。
3.6光发射机
首先介绍通信系统对光发射机的基本要求；重点介绍光发射机的组成与功能，包括：输入电路、光源和控制电路。
1：计划学时：2学时
2：讲授要求：
注意区分新型激光器与F-P腔激光器在结构和性能上的不同，使学生能够对前后学习的知识有一个连贯性的认识；详细介绍光发射机的三个组成部分，使学生清楚各部分的主要功能。
课程
光纤通信技术
章节
第三章
学期
2013/2014学年第一学期
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历一、教学大纲1.1 课程简介《光纤通信技术》是一门介绍光纤通信的基本原理、技术及其应用的课程。
通过本课程的学习，使学生掌握光纤通信的基本概念、光纤的传输特性、光纤通信系统的组成及其关键技术，了解光纤通信的发展趋势和应用领域。
1.2 教学目标（1）了解光纤通信的基本概念及其发展历程。
（2）掌握光纤的传输特性，包括损耗、色散、非线性效应等。
（3）熟悉光纤通信系统的组成，包括发射、传输、接收等部分。
（4）掌握光纤通信的关键技术，如波分复用、光放大器、光纤传感器等。
（5）了解光纤通信的应用领域及发展趋势。
1.3 教学内容（1）光纤通信的基本概念及发展历程（2）光纤的传输特性（3）光纤通信系统的组成（4）光纤通信的关键技术（5）光纤通信的应用领域及发展趋势二、教案2.1 教案设计本课程采用讲授、实验、讨论等多种教学方法，结合教材、PPT、网络资源等教学资源，以提高学生的学习兴趣和参与度。
2.2 课时安排（1）光纤通信的基本概念及发展历程：2课时（2）光纤的传输特性：3课时（3）光纤通信系统的组成：2课时（4）光纤通信的关键技术：4课时（5）光纤通信的应用领域及发展趋势：2课时三、课程日历3.1 第1周：光纤通信的基本概念及发展历程（1）第1课时：介绍光纤通信的定义、分类及其发展历程（2）第2课时：介绍光纤通信的优点及缺点3.2 第2周：光纤的传输特性（1）第1课时：光纤的组成及结构（2）第2课时：光纤的传输原理（3）第3课时：光纤的损耗与色散3.3 第3周：光纤通信系统的组成（1）第1课时：发射器与接收器（2）第2课时：光纤与光缆（3）第3课时：波分复用技术3.4 第4周：光纤通信的关键技术（1）第1课时：光放大器（2）第2课时：光纤传感器（3）第3课时：光开关与光调制器（4）第4课时：光传输网络3.5 第5周：光纤通信的应用领域及发展趋势（1）第1课时：光纤通信在通信领域的应用（2）第2课时：光纤通信在数据通信中的应用（3）第3课时：光纤通信在有线电视中的应用（4）第4课时：光纤通信的发展趋势六、教学资源6.1 教材《光纤通信技术》教材，作者：X，出版社：X。
光纤通信技术电子教案
光纤通信技术电子教案一、教学目标1. 让学生了解光纤通信的基本概念、原理和特点。
2. 使学生掌握光纤通信系统的组成及其工作原理。
3. 培养学生对光纤通信技术的应用和发展趋势的认识。
二、教学内容1. 光纤通信的基本概念1.1 光与光纤1.2 光纤通信的优点与局限2. 光纤通信系统的基本组成2.1 光源2.2 光发送器2.3 光纤2.4 光接收器2.5 光放大器3. 光纤通信的工作原理3.1 模拟光纤通信系统3.2 数字光纤通信系统4. 光纤通信技术的应用4.1 通信网络4.2 数据传输与存储4.3 医疗、工业及其他领域的应用5. 光纤通信技术的发展趋势5.1 高速光纤通信5.2 光纤到户（FTTH）5.3 光载无线通信（OWC）三、教学方法1. 采用多媒体教学，结合图片、动画和视频，直观地展示光纤通信的原理和应用。
2. 利用实验设备和模型，让学生亲身体验光纤通信的过程，提高学生的实践能力。
3. 开展小组讨论，引导学生思考光纤通信技术在现实生活中的应用和发展前景。
四、教学评价1. 课堂问答：评估学生对光纤通信基本概念的理解。
2. 实验报告：评估学生在光纤通信实验中的操作能力和对原理的掌握。
3. 小组报告：评估学生在小组讨论中的参与程度和思考深度。
五、教学资源1. 多媒体课件：包括图片、动画、视频等教学素材。
2. 实验设备：光纤通信实验仪、光纤等。
3. 参考书籍：光纤通信技术、光电子学等。
4. 网络资源：相关论文、新闻报道、技术动态等。
六、教学安排1. 课时：共计32课时，分别为4个学时/周，共8周。
2. 教学计划：周次内容安排学时第1周光纤通信的基本概念 4第2周光纤通信系统的基本组成 4第3周光纤通信的工作原理 4第4周光纤通信技术的应用 4第5周光纤通信技术的发展趋势 4第6周实验一：光纤通信系统实验 4第7周小组讨论：光纤通信在现实生活中的应用 4第8周总结与复习 4七、教学注意事项1. 确保学生掌握光纤通信的基本概念，以便能够理解后续的教学内容。
光纤通信技术电子教案
光纤通信技术电子教案第一章：光纤通信概述1.1 光纤通信的定义与发展历程1.2 光纤通信的优势与局限1.3 光纤通信在我国的应用与发展前景第二章：光纤与光波导2.1 光纤的制备与种类2.2 光波导的原理与结构2.3 光纤的传输特性与损耗第三章：光纤通信器件3.1 光源与光发射器3.2 光接收器与光检测器3.3 光开关、光调制器与光放大器第四章：光纤通信系统4.1 光纤通信系统的组成与工作原理4.2 光纤通信的传输技术4.3 光纤通信的复用技术第五章：光纤通信网络5.1 光纤通信网络的类型与结构5.2 光纤传输网络的技术与发展5.3 光纤通信网络的应用领域第六章：光纤通信系统的性能评估6.1 系统性能指标6.2 信道容量与误码率6.3 系统性能优化第七章：光纤通信技术的应用7.1 电信领域7.2 数据通信与互联网7.3 光纤在有线电视中的应用第八章：光纤通信技术的挑战与发展8.1 光纤的非线性效应8.2 信号衰减与色散问题8.3 未来光纤通信技术的发展趋势第九章：光纤通信技术的标准化与协议9.1 光纤通信标准概述9.2 主要的通信协议9.3 我国在光纤通信标准制定中的贡献第十章：实验与实践10.1 光纤通信实验设备与实验方法10.2 光纤通信系统性能测试实验10.3 光纤通信技术应用案例分析重点和难点解析一、光纤通信的定义与发展历程重点：光纤通信的基本概念、光纤通信的发展历程及其重要里程碑。
难点：理解光纤通信与传统通信方式的差异以及光纤通信技术的发展趋势。
二、光纤与光波导重点：光纤的制备、种类及其传输特性。
难点：光波导的工作原理以及光纤的传输损耗。
三、光纤通信器件重点：光纤通信系统中使用的关键器件及其功能。
难点：理解不同类型的光源、光接收器、光开关、光调制器以及光放大器的工作原理。
四、光纤通信系统重点：光纤通信系统的组成、工作原理以及传输与复用技术。
难点：掌握光纤通信系统的传输特性、信道容量以及误码率等性能评估指标。
光纤通信技术电子教案
光纤通信技术电子教案一、教学目标1. 了解光纤通信的基本概念、原理和特点。
2. 掌握光纤通信系统的基本组成部分及其工作原理。
3. 熟悉光纤通信技术的应用领域和未来发展趋势。
二、教学内容1. 光纤通信的基本概念光纤通信的定义光纤通信的优点2. 光纤通信的原理光波的传播特性光纤的传输特性3. 光纤通信系统的基本组成部分光源光发送器光纤光接收器光放大器4. 光纤通信的工作原理光发送器的工作原理光纤的传输过程光接收器的工作原理5. 光纤通信技术的应用领域长途通信局域网光纤到户特殊应用三、教学方法1. 讲授法：讲解光纤通信的基本概念、原理和特点。
2. 案例分析法：分析光纤通信系统的实际应用案例。
3. 讨论法：引导学生探讨光纤通信技术的未来发展。
四、教学资源1. 教材：光纤通信技术。
2. 多媒体课件：演示光纤通信系统的原理和应用。
3. 网络资源：查找光纤通信技术的最新发展动态。
五、教学评价1. 课堂问答：检查学生对光纤通信基本概念的理解。
2. 课后作业：巩固学生对光纤通信原理和系统的掌握。
3. 小组讨论：评估学生对光纤通信技术应用领域的了解。
4. 课程报告：考察学生对光纤通信技术未来发展的思考。
六、教学重点与难点1. 教学重点：光纤通信的基本概念和原理。
光纤通信系统的基本组成部分及其工作原理。
2. 教学难点：光波的传播特性和光纤的传输特性。
光发送器、光接收器以及光放大器的工作原理。
光纤通信技术的未来发展。
七、教学安排1. 课时：共计4学时。
2. 教学方式：讲授法、案例分析法、讨论法。
3. 教学过程：第一阶段：讲解光纤通信的基本概念和原理（0.5学时）。
第二阶段：分析光纤通信系统的组成部分及其工作原理（1学时）。
第三阶段：介绍光纤通信技术的应用领域和未来发展趋势（0.5学时）。
第四阶段：案例分析与讨论（1学时）。
第五阶段：课堂问答与作业布置（0.5学时）。
八、教学案例1. 案例一：长途通信中的光纤通信系统。
2. 案例二：光纤到户的应用实例。
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通信系统组成送信道信道：信号传输媒介噪声：各种干扰信号接收机：完成发送机的反变换（滤波，放大，解调）信宿：完成原始电信号原始消息一：光纤通信发展史1.光纤通信概念：以光载波运送信息，以光纤为传媒的通信。
2.古老光通信：烽火台，交通灯，光电话/880，贝尔实验室。
3.三个主要技术：光源: 1960 红宝石激光器1962 LED1977Bell实验室成功研制100HLD光纤：1966 高锟严格论证从人类玻璃中祛除杂质可制成低衰减光纤。
1970公司制出20dB/km1973 Bell实验室制成1dB/km，现在02dB/km以下。
1973 日本解决接续问题。
1974活动连接器光检测器：70年代研制成功。
1．三个阶段：第一阶段：1970-1979：光源，光纤检测器研制成功。
由美国，亚特兰大，第一个光纤通信系统建成。
第二阶段：光纤技术突破：衰减降02dB以下。
79-89 年：多模单模光系统建设高潮第三阶段：89年至今：光系统PDH SDH过渡。
传输速率提高，光纤放大器问世，给光纤通信技术带来巨大变革。
光纤传输光放大光集成，光分播复用，光交叉相连，光交换的全光网时代。
将来:宇宙星际光通信，可能实现。
2.光在电磁波谱中位置：可见光：λ039—076μm近线外：λ 0.76—15μm中线外：λ 15 —25μm远线外：λ25—300μm光纤通信：λ0.8—1.8μm f:1.67—3.75*10短波长：0.8~0.9μm长波长：1.0~1.8μm超长波长：>2μm二：光纤通信类型及特点1．按信号类型分：光纤模拟通信系统：广播，电视光纤数字通信系统：PCM数字信号2．按光调制分：直接调制光纤系统：电信号对光源强变调制外差调制光纤系统：电信号对光源发出光载波调制。
3．按光纤特性分：多模光纤通信系统：140Mbit/s以下单模光纤通信系统4．工作波长分：短波长：0.85μm局域网，用户接入网，中继短，中继距离长长波长：1.3—1.5μm超长波长：>2μm2000пm衰减低至0.10—0.0001dB/km，1000km无中继站研制阶段。
《光纤通信》电子教案 光纤通信_05_光检测器与光接收机
1．APD工作原理
APD就是利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增的 高灵敏度的检测器 雪崩过程产生了光电流Ip的倍增，可以用倍增增益 G表示APD的放大能力
G IG Ip
实际上，雪崩过程是一种统计过程，并不是每一个 载流子都经过了同样的倍增，所以G只是一个统计 平均值
二、PIN光电二极管
光检测器中最普通且实用是PIN光电二极管 PIN光电二极管与基本的PN结型光电二极管的区 别是在P区和N区之间的区域有一层轻掺杂的N型 材料，称为I（Intrinsic，本征的）层，所以称 为PIN
二、PIN光电二极管
I层较厚，几乎占尽了整个耗尽区，在I层两侧是 掺杂浓度很高的P型和N型半导体，P层和N层很 薄 这种设计，使得绝大部分的入射光在I层（耗尽区） 内被吸收并产生大量的电子－空穴对（光生载流子） 耗尽区的高电场使反得向电偏压子－空穴对立即分开并在反 向偏置电压的作用下向两端流动，然后在边界处被 收集，从而在外电路中形成电流
二、PIN光电二极管
c
hC Eg
如果Eg使用电子伏特（eV），则λc可以使用微米 （μm）表示为
c
hC Eg
1.24 Eg (eV)
二、PIN光电二极管
对于Si材料，截止波长为1.06 μm，Ge材料是 1.6 μm 如果波长更长，光子能量就不足以激励一个价带的 电子跃迁到导带中 在短波长段，材料的吸收系数αs变得很大，光子 在接近光检测器的表面就被吸收，电子－空穴对的 寿命极短，结果载流子在由光检测器电路收集以前 就已经复合了
光纤通信电子教案
光纤通信电子教案课程名称光纤通信使用教材光纤通信技术主编孙学康出版社人民邮电出版社出版时间2008年5月专业班级0712401~02授课时数总64 课时;理论: 48课时;实践: 16课时;其他: 课时; 授课教师授课时间2009年至2010年学年度第二学期主要参考文献1.张宝富等编《光纤通信》西安电子科技大学出版社 2007年2.[美]Djafar K.Mynbaev编《光纤通信技术》机械工业出版社 2002年3.吴彦文等编《光网络的生存性技术》北京邮电大学出版社 2002年4.刘增基等编《光纤通信》西安电子科技大学出版社 2005年课题1、光纤通信概述目的要求 1.了解光纤通信发展的历史2.了解光纤通信的优点及应用3.掌握光纤通信系统的基本组成4.了解光纤通信的发展现状及展望教学重点 1.光纤通信系统的一般组成2.光端机、光纤链路的基本功能教学难点光纤通信系统的组成与功能教学课时 2教学方法讲授法、演示法、讨论法教学内容和步骤《光纤通信》课程内容介绍、专业学习方法、参考资料介绍第1章概论第2章光纤和光缆第3章通信用光器件第4章光端机第5章数字光纤通信系统第6章模拟光纤通信系统第7章光纤通信新技术第8章光纤通信网络1.1 光纤通信的发展历史和现状1.1.1 探索时期的光通信中国古代用“烽火台”报警欧洲旗语望远镜，目视光通信1880年，美国人贝尔发明了用“光电话”1960年，美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器1.1.2 现代光纤通信1966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆的论文指出利用光纤进行信息传输，奠定了现代光通信基础。
1970 年，美国康宁公司研制成功损耗20 dB/km的石英光纤。
1976 年，世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验成功。
光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：第一阶段(1966~1976年)，是基础研究到商业应用的开发时期。
第二阶段(1976~1986年)，提高传输速率和增加传输距离的发展时期。
光纤通信技术电子教案.doc
通信系统组成噪声一信宿接收机信道信源发送机O/E光纤E/O电信号光发送二光接收电信号输出输入信源原始信号系统发送机对原始信号处理，变换（调制，放大，滤波）送信道信道信号传输媒介噪声各种干扰信号接收机完成发送机的反变换（滤波，放大，解调）信宿完成原始电信号原始消息一光纤通信发展史1.光纤通信概念以光载波运送信息，以光纤为传媒的通信。
曲线（P-I）相当陡2.测试时避免极性反接3．防静电击穿4．判断LD好坏时，正向电阻为1KΩ，反向电阻大于500KΩ 5．选LD时，Ith要小，对应Pth也小（线性好,Ith以上）6．满足要求前提下，尽量低功率输出。
1．2 LED一．结构原理1．结构没有光学谐振腔，其它与激光器相同。
无阀值器件，发光只限于自发辐射荧光。
1973日本解决接续问题。
1974活动连接器光检测器70年代研制成功。
1．三个阶段第一阶段1970-1979光源，光纤检测器研制成功。
由美国，亚特兰大，第一个光纤通信系统建成。
第二阶段光纤技术突破衰减降02dB以下。
79-89年多模单模光系统建设高潮第三阶段89年至今光系统PDH SDH过渡。
传输速率提高，光纤放大器问世，给光纤通信技术带来巨大变革。
光纤传输光放大光集成，光分播复用，光交叉相连，光交换的全光网时代。
将来宇宙星际光通信，可能实现。
2.光在电磁波谱中位置可见光λ 039076μm近线外λ 0.7615μm中线外λ 15 25μm远线外λ 25300μm光纤通信λ0.81.8μm f1.673.75*10短波长0.80.9μm长波长1.01.8μm超长波长2μm二光纤通信类型及特点1．按信号类型分光纤模拟通信系统广播，电视光纤数字通信系统PCM数字信号2．按光调制分直接调制光纤系统电信号对光源强变调制外差调制光纤系统方式发射出来。
光纤通信技术电子教案
光纤通信技术电子教案第一章：光纤通信概述1.1 光纤通信的定义与特点1.2 光纤通信的发展历程1.3 光纤通信的应用领域第二章：光纤与光波导2.1 光纤的基本原理与结构2.2 光纤的分类与性能2.3 光波导的类型与制备方法第三章：光纤通信系统的基本组成3.1 光源与光发射器3.2 光接收器与光检测器3.3 光纤传输系统与光纤通信设备第四章：光纤通信的关键技术4.1 光纤的耦合与连接技术4.2 光放大器与光滤波器4.3 光开关与光调制技术第五章：光纤通信系统的性能评估5.1 系统损耗与色散分析5.2 误码率与信道容量5.3 光纤通信系统的优化与升级第六章：光纤通信系统的应用6.1 数据通信与互联网6.2 电话通信与光纤电话6.3 广播与有线电视光纤传输第七章：光纤网络技术7.1 光纤传输网络的基本结构7.2 光纤接入网技术7.3 光纤传输网的构建与优化第八章：光电子器件8.1 光发射器件8.2 光接收器件8.3 光开关与光调制器件第九章：光纤通信技术的未来发展9.1 光纤通信技术的新发展9.2 光电子集成技术与光芯片9.3 量子通信与光纤通信的结合第十章：实验与实践10.1 光纤通信实验设备与方法10.2 光纤通信系统的搭建与调试10.3 光纤通信技术在实际应用中的案例分析第十一章：光纤通信系统的维护与管理11.1 光纤通信设备的日常维护11.2 光纤网络的故障诊断与处理11.3 光纤通信系统的安全管理与维护第十二章：光纤通信技术的标准与规范12.1 国际光纤通信技术标准简介12.2 国内光纤通信技术标准与规范12.3 光纤通信设备认证与质量检测第十三章：光纤通信技术在特定领域的应用13.1 光纤通信在军事通信中的应用13.2 光纤通信在电力系统中的应用13.3 光纤通信在医疗通信中的应用第十四章：光纤通信技术的产业化与市场分析14.1 光纤通信产业的发展现状与趋势14.2 光纤通信设备的市场分析14.3 光纤通信技术在国内外市场的竞争格局第十五章：复习与练习15.1 光纤通信技术的主要概念与技术指标15.2 光纤通信系统的基本组成与工作原理15.3 光纤通信技术在实际应用中应注意的问题重点和难点解析本文档是关于光纤通信技术电子教案的内容，涵盖了光纤通信的基本概念、关键技术、系统性能评估、应用领域、网络技术、光电子器件、未来发展、实验实践、维护管理、技术标准、产业化与市场分析以及复习练习等方面。
光纤通信(第2版)[王辉][电子教案]1
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2. 中继距离长 所谓中继距离是指传输线路上不加放大器时信号所能传输的最大距离。 当信号在传输线上传输时，由于传输线的损耗会使信号不断衰减，信号 传输的距离越长，其衰减程度就越多，当信号衰减到一定程度后，对方 就收不到信号。为了延长通信的距离往往要在传输线路上设置一些放大 器，也称为中继器，将衰减了的信号放大后再继续传输，显然，中继器 越多，传输线的成本就越高，通信的可靠性也会降低，若某一中继器出 现故障，就会影响全线的通信。 在通信系统设计中，传输线路的损耗是要考虑的基本因素，表1.1列出了 电缆和光纤每千米传输损耗，可见，光纤的传输损耗较之电缆要小很多， 所以能实现很长的中继距离，在1550nm波长区，光纤的衰减系统可低至 0.2dB/km，它对降低通信成本，提高通信的可靠性及稳定性具有特别重 大的意义。目前，光纤组成的光纤通信系统最大中继距离可达200多公里， 而同轴电缆系统的最大中继距离仅为6公里。
EC1 高能带 EC2 EC3 hν hν EV1 低能带 E V2 EV3
EC1 高能带 EC2 EC3 输入光 EV1 低能带 E V2 EV3
hν Eg hν
（a） 光的自发辐射（发光二极管）
高能带 EC1 EC2 EC3 输入光 低能带 EV1 EV2 EV3 hν
（b）光的吸收（光检测器）
1.1.3 光纤通信的优势
光纤通信与其它通信手段的主要区别有两点，一是载波频率很高；二是 用光纤作为传输介质，其优势体现在以下几个方面： 1. 信道带宽极宽，传输容量大 随着社会信息化进程的发展，人们对通信的依赖程度越来越高，对通信 系统运载信息能力的要求也日趋增强，有线通信从明线发展到电缆，无 线通信从短波发展到微波和毫米波，都是试图通过提高载波频率来提高 信道容量，而光纤中传输的光波是迄今为止使用频率最高的载波，其传 输容量无疑是最高的。 限于器件等技术因素的制约，目前光纤通信应有通信能力并没有完全发 挥出来。例如，理论上一个光纤可以同时传输近100亿路电话和1000万 路电视节目，而实用水平为每对光纤传输48万多路电话信号。 在实际使用中，常使用组合光纤数不等的光缆，加之一些新技术 的应用，如密集波分复用技术，其传输容量可以满足任何条件下信息传 输的需要。
光纤通信电子教案
光纤通信电子教案一、教学目标1.了解光纤通信的基本原理和应用领域。
2.认识光纤通信的优势和劣势，并比较与其他通信方式的差异。
3.掌握光纤通信的组成部分、工作原理和传输方式。
4.了解光纤通信的发展历程和未来发展趋势。
二、教学重点1.光纤通信的基本原理和应用领域。
2.光纤通信的组成部分、工作原理和传输方式。
三、教学难点1.与传统通信方式的比较。
2.发展历程和未来发展趋势。
四、教学方法1.讲授法：通过讲解光纤通信的基本原理和应用领域，引导学生了解光纤通信的重要性。
2.实验法：通过构建简单的光纤通信实验装置，让学生亲自体验光纤通信的工作原理和传输方式。
3.讨论法：引导学生分组进行讨论，比较光纤通信与传统通信方式的差异，探讨光纤通信的未来发展趋势。
五、教学过程第一节：光纤通信的基本原理和应用领域（30分钟）1.引入：通过举例引入光纤通信的应用场景，如互联网、电视传输等。
2.讲解光纤通信的基本原理：光纤通信是一种利用光纤传输光信号进行通信的方式，利用光的折射和全反射原理实现信号的传输。
3.探究光纤通信的应用领域：分组讨论，比较光纤通信与传统的有线和无线通信方式的优劣，从而引出光纤通信在大容量传输、高速传输、抗干扰等方面的应用。
第二节：光纤通信的组成部分、工作原理和传输方式（40分钟）1.光纤通信的组成部分：讲解光纤通信的三个主要部分，光源、光纤和接收器。
2.光纤通信的工作原理：通过图示和实例，讲解光信号的发射、传输和接收的过程。
3.光纤通信的传输方式：讲解单模光纤和多模光纤的区别，以及它们在不同应用场景中的使用。
第三节：光纤通信的发展历程和未来发展趋势（30分钟）1.光纤通信的发展历程：通过时间轴和图表等形式，展示光纤通信的发展历史和里程碑事件。
2.光纤通信的未来发展趋势：引导学生进行讨论，探讨光纤通信在5G通信、物联网、智能家居等领域中的应用前景。
六、教学评价1.参与度评价：观察学生在实验和讨论环节的参与情况，评价学生对光纤通信的理解程度。
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教师备课基本要求1、备课是教学的基本环节，任课教师在备课过程中应根据教学大纲，结合教材特点，针对授课对象的具体情况，认真组织教学内容。
2、认真钻研教材，广泛参阅文献资料，抓住基本概念、基本理论、基本技能和每个章节的基本要求，确定教学重点和难点，科学、合理地安排教学内容。
3、不断更新和充实教学内容，注意结合社会实际，反映本学科发展的科学技术新成就，并能体现自己的相关研究成果和学术观点。
4、注重从学生实际出发，科学、合理设计各种教学方法、手段和板书，充分体现以学生为中心，启发学生思考，引导学生掌握学习方法。
5、教学安排及学时分配应与教学日历同步，合理、得当。
6、每次教案应包括教学目的、教学重点、教学难点、教学过程、教学方法和适量的作业布置等项目，并向学生推介的必要参考书目。
7、无论是手写教案还是电子教案均按规定格式编写。
8、教学文件齐全，整体教案应包括“备课基本要求、教学大纲、教学日历、授课表、学生平时考核表、教案”，且按此顺序进行装订。
课程名称光纤通信使用教材光纤通信技术主编孙学康出版社人民邮电出版社出版时间2008年5月专业班级0712401~02授课时数总64 课时;理论: 48课时;实践: 16课时;其他: 课时; 授课教师授课时间2009年至2010年学年度第二学期主要参考文献1.张宝富等编《光纤通信》西安电子科技大学出版社 2007年2.[美]Djafar K.Mynbaev编《光纤通信技术》机械工业出版社 2002年3.吴彦文等编《光网络的生存性技术》北京邮电大学出版社 2002年4.刘增基等编《光纤通信》西安电子科技大学出版社 2005年教师备课纸第 1 次课题1、光纤通信概述目的要求 1.了解光纤通信发展的历史2.了解光纤通信的优点及应用3.掌握光纤通信系统的基本组成4.了解光纤通信的发展现状及展望教学重点 1.光纤通信系统的一般组成2.光端机、光纤链路的基本功能教学难点光纤通信系统的组成与功能教学课时 2教学方法讲授法、演示法、讨论法教学内容和步骤《光纤通信》课程内容介绍、专业学习方法、参考资料介绍第1章概论第2章光纤和光缆第3章通信用光器件第4章光端机第5章数字光纤通信系统第6章模拟光纤通信系统第7章光纤通信新技术第8章光纤通信网络1.1 光纤通信的发展历史和现状1.1.1 探索时期的光通信中国古代用“烽火台”报警欧洲旗语望远镜，目视光通信1880年，美国人贝尔发明了用“光电话”1960年，美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器1.1.2 现代光纤通信1966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆的论文指出利用光纤进行信息传输，奠定了现代光通信基础。
1970 年，美国康宁公司研制成功损耗20 dB/km的石英光纤。
1976 年，世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验成功。
光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：第一阶段(1966~1976年)，是基础研究到商业应用的开发时期。
第二阶段(1976~1986年)，提高传输速率和增加传输距离的发展时期。
第三阶段(1986~1996年)，全面深入、开展新技术研究的时期1.1.3 国内外光纤通信发展的现状1.2 光纤通信的优点和应用1.2.1 光纤通信的优点1.容许频带很宽，传输容量很大；2.损耗很小，中继距离很长且误码率很小；3.重量轻、体积小；4.抗电磁干扰性能好；5.泄漏小，保密性能好；6.节约金属材料，有利于资源合理使用。
1.2.2 光纤通信的应用光纤通信的各种应用可概括如下：①通信网②构成因特网的计算机局域网和广域网③有线电视网；工业电视系统；自动控制系统④综合业务光纤接入网1.3 光纤通信系统的基本组成1.光发射机：把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路 (常简称为电/光或E/O 转换)。
2.光纤线路：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。
信息源电发射机光发射机光接收机电接收机信息宿基本光纤传输系统光纤线路接 收发 射电信号输入光信号输出光信号输入电信号输出3.光接收机：把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号(常简称为光/电或O/E转换)。
1.4 数字通信系统和模拟通信系统1.4.1 数字通信系统优点：1.抗干扰能力强，传输质量好。
2.可再生中继，传输距离长。
3.适用各种业务的传输，灵活性大。
4.数字通信系统易集成，易实现小型化、微型化。
缺点：占用频带较宽，系统的频带利用率不高。
例如，一路模拟电话只占用4KHz的带宽，而一路数字电话要占用20~64KHz的带宽1.4.2 模拟通信系统占用带宽较窄，电路简单、价格便宜。
作业光纤通信系统由哪几部分组成？各自有什么主要功能？教学总结光纤通信的入门课，采用多媒体辅助教学，多次举例引发学生思考，对比分析光通信的优势，授课浅显易懂，思路清晰，富有激情，旨在激发学生的学习兴趣，引导学生深入学习本课程。
教师备课纸 第 2 次课 题 2.1~2.3、光纤结构和类型、几何光学及波动光学分析 目的要求 1.理解并掌握光纤的基本结构及相对折射率概念2.掌握光纤的折射率分布特点及分类3.光纤的几何光学分析方法及数值孔径的概念4.突变型折射率光纤的波动光学分析方法 教学重点 1.光纤折射率分布特点及分类方法2.光学分析的手段与相对折射率、数值孔径的概念及含义 教学难点 1.突变型折射率光纤的波动光学分析方法2.麦克斯韦波动方程 教学课时 2 教学方法 演示法、练习法、讲授法、探究法 教学内容和步骤2.1 光纤（Optical Fiber ）的结构和类型2.1.1 光纤结构相对折射率差Δ=（n1-n2）/n1Δ越大，光束缚在纤芯的能力越强，但信息传输容量（速率）却越小。
包层n 2纤芯n 12.1.2 光纤类型1.实用光纤的折射率分布及分类:(a)突变型（阶跃型）折射率多模光纤（Step-Index Fiber,SIF ） (b)渐变型折射率多模光纤（Graded-Index Fiber,GIF ） (c)单模光纤（Single-Mode Fiber,SMF ） 2.典型特种单模光纤的折射率分布及分类：2a 2a n 1n 2n 3(a)(b)(b)′横截面2a 2b r n 折射率分布纤芯包层A i t A o t(a)输入脉冲光线传播路径输出脉冲50 μm 125μm r n A i t A o t(b)～10 μm125μm r n A i t A o t(c)(a)双包层光纤，折射率分布像W 形，又称为W 型光纤 (b)三角芯光纤，折射率分布呈三角形 (c)椭圆芯光纤，折射率分布呈椭圆形 2.2 光纤传输原理2.2.1 几何光学分析方法1.数值孔径(Numerical Aperture,NA)：光线进入光纤进行全反射的临界角θc 的正弦值定义为数值孔径。
2.数值孔径NA 的物理含义：NA(或θc)越大，光纤接收光的能力越强，耦合效率越高；NA 越大，纤芯对光的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好；NA 越大，经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限制了信息传输容量。
3.时间延迟差(脉冲展宽)： 2.2.2 麦克斯韦方程与波动光学分析思路麦克斯韦方程组： 321y θ1l L x o θθc 23纤芯n 1包层n 2z ψc ψ1∆≈-=212212n n n NA 0)(22=+∇E c nw E 0)(22=+∇H c nw H ∆≈==∆c L n NA c n L c n L c 12121)(22θτ电场分量的波动方程：作 业 1.实用光纤分为哪几类？单模光纤分为哪些类型？2.相对折射率及数值孔径的概念及含义？两者有何联系？ 教学总结 本次授课初涉专业基础知识，用多媒体图片来演示光纤结构，分类法讲述光纤类型，推演法进行光学分析，授课层次清晰，重点突出、充分理论联系实际，积极设疑互动，强化学生学习效果。
0)(1122222222=+∂∂+∂∂+∂∂+∂∂Z Z Z Z Z E c nw ZE E r r E r r E φ教师备课纸第 3 次课题 2.4~2.5、光纤的模式、光纤的色散及损耗目的要求 1.了解光纤模式的概念及单模多模光纤的区别2.理解并掌握光纤色散的定义、分类、描述方法及影响3.光纤损耗的产生机理及分类4.光纤的单模传输条件教学重点 1.光纤色散的产生机理及分类2.光纤损耗的产生机理及分类教学难点 1.光纤模式数目2.色散的描述方法教学课时 2教学方法讲授法、发现法、讨论法、演示法教学内容和步骤2.4 光纤的模式2.4.1 光纤模式的基本概念在波动光学分析法中，对得到的两个贝塞尔函数的微分方程进行求解，并应用纤芯—包层边界条件，可求得特征方程满足边界条件的解βm。
此时可得到一个重要结论即电磁场不是以连续而是以离散的模式在光纤中传播的，而βm所对应的这种空间分布，在传播过程中只有相位变化，没有形状的变化，且始终满足边界条件，这种空间分布称为模式。
2.4.2 归一化频率V与单模传输条件归一化频率V ： 单模传输条件： 传输模式数目随V 值增加而增多。
当V 值减小时，不断发生模式截止，模式数目逐渐减少。
特别值得注意的是当V<2.405时，只有HE11(LP01)模式存在，其余模式全部截止。
HE11称为基模，由两个偏振态简并而成。
由此得到单模传输条件为： 上式必定存在一个临界波长λc ，当λ<λc 时，是多模传输，当λ>λc 时，是单模传输，这个临界波长λc 称为截止波长。
2.5 光纤传输特性损耗和色散是光纤最重要的传输特性。
损耗限制系统的传输距离，色散则限制系统的传输容量。
2.5.1 光纤色散1.色散定义色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。
405.222221≤-=n n a V λπ1.1色散平坦色散移位常规1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7－20－1001020波长 / μm 色散 / (p s ·(n m ·k m )－1)22212n n a v -=λπ2.色散类型 色散包括模式色散、材料色散和波导色散三种类型。
模式色散是由于不同模式的时间延迟不同而产生的。
材料色散是由于光纤材料折射率随波长改变而产生的。
波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生的。
3.色散的描述方法色散对光纤传输系统的影响，在时域和频域的表示方法不同。
色散通常用3dB 光带宽f3dB 或脉冲展宽Δτ表示。
4.单模光纤的色散理想单模光纤没有模式色散，只有材料色散和波导色散。
材料色散和波导色散总称为色度色散，常简称为色散。
5.偏振模色散在理想完善的单模光纤中，HE11模由两个具有相同传输常数相互垂直的偏振模简并组成。