光纤技术及应用 讲课教案
鲁科版选修2《光纤技术的应用》教学设计
鲁科版选修2《光纤技术的应用》教学设计前言光纤技术作为信息产业的重要组成部分，已经逐渐成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
本门选修课程《光纤技术的应用》将以理论与实践相结合的方式来让学生全面了解光纤技术的应用领域及其发展趋势，培养学生的实践能力。
课程目标通过本门选修课程的学习，学生将具备以下能力和知识：•掌握光纤技术的相关知识，了解其应用及发展前景。
•能够了解光纤通信系统的系统设计和组成方案。
•掌握光纤互联网络的构造原理及互联方式。
•学会利用光纤技术进行网络故障判断和排除。
教学内容第一章光纤技术及其应用本章的主要内容是介绍光纤技术的基本概念，光纤技术在通信、医疗、工业等领域中的应用情况。
1.1 光纤技术的基本概念本节主要介绍光纤的定义、工作原理、优点等基本概念，帮助学生了解光纤技术的基本概念。
1.2 光纤技术在通信中的应用本节主要介绍光纤技术在通信中的应用，包括光纤通信的优势、光纤通信网络的组成和发展趋势等方面，让学生了解光纤技术在通信中的重要性。
1.3 光纤技术在医疗中的应用本节主要介绍光纤技术在医疗中的应用，包括光纤镜、光纤探头等医疗设备的应用，以及光纤技术在医学图像处理中的应用等方面，让学生了解光纤技术在医疗领域中所起的重要作用。
1.4 光纤技术在工业中的应用本节主要介绍光纤技术在工业中的应用，包括光纤传感器、光缆测温仪等设备的应用和光纤技术在制造业中的应用等方面，让学生了解光纤技术在工业领域中的应用。
第二章光纤通信系统的组成和设计本章的主要内容是介绍光纤通信系统的系统设计和组成方案，以及光纤通信系统中常用的光纤器件和设备。
2.1 光纤通信系统的系统设计方案本节主要介绍光纤通信系统的系统设计方案，包括光纤通信系统的组成、传输媒介、设备等方面，让学生了解光纤通信系统的结构和设计方案。
2.2 光纤通信系统中常用的光纤器件和设备本节主要介绍光纤通信系统中常用的光纤器件和设备，包括光源、调制器、检测器、放大器等方面，让学生了解光纤通信系统中光器件的基本用途和原理。
《光纤传输技术》课程教案
《光纤传输技术》课程教案一、课程简介1.1 课程背景随着现代通信技术的快速发展，光纤传输技术已经成为通信领域的重要组成部分。
光纤传输技术具有传输容量大、传输距离远、抗电磁干扰能力强、传输质量高等优点，广泛应用于电信、有线电视、数据通信等领域。
1.2 课程目标通过本门课程的学习，使学生了解光纤传输技术的基本原理、设备组成、系统架构以及应用场景，掌握光纤通信的关键技术，提高学生在通信领域的专业素养。
1.3 教学方法本课程采用理论教学与实践操作相结合的教学方法，通过讲解、演示、实验等方式，使学生深入了解光纤传输技术的各个方面。
二、教学内容2.1 光纤的基本概念介绍光纤的定义、分类、光纤的传输原理（全反射原理），以及光纤的优缺点。
2.2 光纤通信系统的基本组成介绍光纤通信系统的组成部分，包括光发送器、光纤、光接收器等，并分析各部分的作用。
2.3 光纤的传输特性讲解光纤的传输特性，包括损耗、色散、非线性效应等，并分析其对系统性能的影响。
2.4 光纤通信的关键技术介绍光纤通信的关键技术，包括光信号的产生、调制、解调、放大等，并分析各技术的作用和优缺点。
2.5 光纤通信系统的应用介绍光纤通信系统的应用领域，如电信、有线电视、数据中心等，并分析光纤通信在这些领域的优势。
三、教学安排3.1 课时安排本课程共计32课时，其中理论教学24课时，实验操作8课时。
3.2 教学进度安排第1-4周：学习光纤的基本概念、光纤通信系统的基本组成、光纤的传输特性；第5-8周：学习光纤通信的关键技术；第9-12周：学习光纤通信系统的应用，并进行实验操作。
四、教学评价4.1 考核方式课程考核分为期末考试（50%）、课堂表现（30%）和实验报告（20%）。
4.2 期末考试期末考试为闭卷考试，考试内容包括课程基本概念、基本原理、关键技术等。
4.3 课堂表现评价学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况。
4.4 实验报告五、教学资源5.1 教材《光纤传输技术》5.2 实验设备光纤通信实验装置、光发送器、光接收器、光纤等。
光纤通信技术与应用课程标准教学指南
《光纤通信技术与应用》教学指南适用专业：通信专业课程类别：专业核心课程修课方式：必修课教学时数：96学时总学分数： 5学分一、课程说明光纤通信技术与应用是中\高职通信专业针对光通信维护工作岗位的职业能力进行培养的一门重要的专业核心课程。
本课程构建于电工电路、数字通信系统原理、通信网络等课程的基础上，通过完成源于职业岗位典型工作任务的学习任务，培养学生光纤通信技术应用能力，获得工作过程基本知识，促进学生关键技能和职业素质的提高，从而发展学生的综合职业能力。
二、课程目标通过光纤通信技术与应用的学习，使学生具有光纤通信相关职业岗位所需要的基本专业技能和职业素质。
1．专业技能目标（1）能正确识别光纤光缆的型式规格。
（2）掌握主要光纤的特性和用途。
（3）能正确识别光缆的端别。
（4）能正确识别光缆线路标石编号的含义，掌握标石埋设的基本要求。
（5）能对路面、管道线路和架空光缆等线路进行维护。
（6）能进行护线宣传活动策划与组织。
（7）能够识别线路维护中的隐患，并采取正确方法处理线路维护中遇到的问题。
（8）能正确使用光时域反射仪（OTDR）对光纤性能测试和分析。
（9）能完成2M同轴电缆接头的制作。
（10）掌握对线的方法、步骤和基本技巧。
（11）能正确识别ODF标签的含义，会填写相关资料。
（12）能正确识别DDF标签的含义，会填写相关资料。
（13）能正确识别光纤连接器的型号，熟悉使用场景。
（14）会清洁光纤连接器。
（15）能安装小型光端机。
（16）能完成小型光端机的基本测试。
（17）会小型光端机的基本维护。
1（18）掌握PDH、SDH基本原理。
（19）熟悉华为光端机设备（METRO1000、METRO3000）（20）会设备运行情况检查和例行维护（21）会常见机房设备简单告警的处理2．职业素质培养目标（1）培养责任感和敬业精神。
（2）培养查找资料的能力，能对文献资料利用与筛查的能力。
（3）具有初步的解决问题能力。
（4）具有独立学习光纤通信新技术的初步能力。
光纤技术及应用课件
光纤技术的应用领域
科研领域：光纤激光 器、光纤显微镜等
6
能源领域：光纤能源 传输、光纤太阳能等
5
国防领域：光纤制导、 光纤雷达等
4
1
通信领域：光纤通信、 光纤网络、光纤传输等
2
医疗领域：光纤内窥镜、 光纤手术刀等
3
工业领域：光纤传感器、 光纤测量仪器等
光纤的结构
✓ 光纤芯：传输光信号的
光的全反射：当光线 从光纤的一端进入， 在纤芯和包层之间发 生全反射，使光信号 在光纤中传播
光纤的损耗：由于光 纤材料的吸收和散射， 光信号在光纤中传播 时会产生损耗
光纤的传输速率：光 纤的传输速率取决于 光纤的带宽和信号的 调制方式，目前光纤 的传输速率可以达到 100Gbps以上
光纤的传输特性
03
克服技术难题 机遇：光纤技术的发展可以带动相关
04
产业的发展，创造就业机会
光纤技术的应用前景
5G通信：光纤技术在5G通信
A
中发挥重要作用，提高通信速
度和质量
B
物联网：光纤技术在物联网中 广泛应用，实现万物互联
智能电网：光纤技术在智能电
C
网中用于电力传输和控制，提
高电网效率和安全性
自动驾驶：光纤技术在自动驾
光纤技术及应用课件
目录
01. 光纤技术的发展 02. 光纤技术的原理 03. 光纤技术的应用 04. 光纤技术的发展趋势
光纤技术的起源
01
02
03
04
1966年，高锟 提出光纤通信理
论
1970年，美国 康宁公司制造出
第一根光纤
1976年，美国 贝尔实验室实现
光纤通信实验
《光纤技术及应用》课程教学大纲
光纤技术及应用Optical Fiber Technology and Appliations一、课程基本情况课程类别：专业任选课程课程学分：2学分课程总学时：32学时，其中讲课：32学时，实验（含上机）：0学时，课外0学时课程性质：选修开课学期：第5学期先修课程：大学物理、高等数学、线性代数、电磁场与电磁波等适用专业：光电信息科学与工程及相关专业本科生教材：石顺祥、孙艳玲等编著《光纤技术及应用》（第一版），华中科技大学出版社，2009 年。
开课单位：物理与光电工程学院二、课程性质、教学目标和任务光纤技术及应用主要以光的电磁理论为基础，系统地讲解介质波导的基本知识，包括波导中的射线光学理、模式及模式耦合。
光纤的基本原理及传输特性、光纤系统中光源、光探测器、光隔离器和光定向耦合器等光纤元器件的基本原理和它们的特征参量，以及光纤的制作，并在此基础上介绍了光纤通信技术、光纤传感技术及系统的相关器件的基础知识。
本课程的授课对象为光电信息科学与工程专业本科生，为选修课，通过本课程的学习使学生了解波导的基本知识，掌握光波在光纤中的传输原理和传输特性，以及实用的光纤传输器件和光纤通信，光纤传感按技术的基础理论及应用，具备一定的实践动手能力，对学生以后其他课程的学习就业开展和国家通信事业建设都具有重要的意义。
三、教学内容和要求第1章.光传输的理论基础（2学时）绪论麦克斯韦方程和波动方程1.1平面光涉及其在介质界面上的反射和折射程函方程与光线方程⑴了解：了解光纤技术的起源和开展及应用，光的电磁理论。
⑵理解：麦克斯韦方程和其边界条件及光波的波动方程，全反射时的故事■哈恩斯位移，局部平面波的概念,理解处理光传输问题的两种理论方法:射线光学方法和几何光学方法。
⑶掌握:平面光涉及其在介质界面上的反射和折射定律，尤其是全反射，及全反射时的相移。
第2章.平板介质波导（3课时）理想平板波导的射线光学理论：均匀及非均匀平面光涉及在平板波导中的传输2.1理想平板波导的波动光学分析：平板波导中的、导模、辐射模、泄漏模、消失模模式的正交性和完备性2.2非理想波导中的模式耦合：周期性平板波导及波导问的模式耦合了解：。
光纤技术原理课程设计
光纤技术原理课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解光纤的基本结构、分类和原理；2. 掌握光纤通信系统中光信号的发射、传输和接收过程；3. 了解光纤技术在现代通信领域的应用及其优势。
技能目标：1. 能够运用光纤技术原理，分析光纤通信系统中的性能指标；2. 学会使用光纤通信设备，进行基本的光缆敷设、接续与测试操作；3. 能够针对实际问题，运用光纤技术提出解决方案，并进行初步的评估。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对光纤技术原理的兴趣和探究精神，激发其学习热情；2. 增强学生团队协作意识，培养共同解决问题的能力；3. 提高学生对我国光纤通信技术发展的认识，增强国家自豪感和责任感。
本课程针对高中年级学生，结合物理和信息技术学科知识，以光纤技术原理为核心内容，充分考虑学生的认知水平、兴趣和实际需求。
通过本课程的学习，旨在使学生掌握光纤技术的基本知识和技能，培养其创新意识和实践能力，为培养未来通信技术领域的人才奠定基础。
课程目标具体、可衡量，便于后续教学设计和评估的实施。
二、教学内容1. 光纤基本概念：光纤的结构、分类及其工作原理；教材章节：第二章“光纤与光缆”，第一节“光纤的基本概念”。
2. 光纤通信系统：光信号的发射、传输和接收过程，光纤通信系统的性能指标；教材章节：第二章“光纤与光缆”，第二节“光纤通信系统”。
3. 光纤技术及应用：光纤技术在现代通信领域的应用，如光纤接入网、光纤传感器等；教材章节：第二章“光纤与光缆”，第三节“光纤技术的应用”。
4. 光纤通信设备与操作：光纤通信设备的组成、功能及使用方法，光缆敷设、接续与测试操作；教材章节：第三章“光纤通信设备与工程”，第一节“光纤通信设备”，第二节“光缆敷设与接续”。
5. 光纤技术案例分析：分析实际案例，运用光纤技术原理解决具体问题；教材章节：第四章“光纤通信案例分析”。
教学内容按照课程目标进行选择和组织，确保科学性和系统性。
教学大纲明确规定了教学内容的安排和进度，使学生能够循序渐进地掌握光纤技术原理及相关应用。
初中科学光纤原理教案
初中科学光纤原理教案一、教学目标1. 让学生了解光纤通信的基本概念，知道光纤通信的优点。
2. 让学生掌握光纤通信的原理，了解光纤的结构和光信号的传输过程。
3. 培养学生的观察能力、思考能力和动手能力，提高学生对科学知识的兴趣。
二、教学内容1. 光纤通信的基本概念2. 光纤的结构和光信号的传输过程3. 光纤通信的优点4. 光纤通信的应用三、教学重点与难点1. 教学重点：光纤通信的原理，光纤的结构和光信号的传输过程。
2. 教学难点：光纤通信的原理，光纤的结构和光信号的传输过程。
四、教学方法1. 采用问题驱动的教学方法，引导学生思考光纤通信的原理和优点。
2. 使用多媒体教学，展示光纤的结构和光信号的传输过程。
3. 进行实验操作，让学生亲身体验光纤通信的原理。
五、教学步骤1. 引入新课：提问学生对光纤通信的了解，引导学生思考光纤通信的优点。
2. 讲解光纤通信的基本概念，介绍光纤的结构和光信号的传输过程。
3. 讲解光纤通信的优点，让学生了解光纤通信的优势。
4. 进行实验操作，让学生亲身体验光纤通信的原理。
5. 总结本节课的主要内容，布置课后作业。
六、课后作业1. 绘制光纤的结构图。
2. 列举光纤通信的优点。
3. 调查生活中使用光纤通信的实例。
七、教学反思本节课通过问题驱动的教学方法，引导学生思考光纤通信的原理和优点。
通过多媒体教学，展示了光纤的结构和光信号的传输过程。
实验操作让学生亲身体验了光纤通信的原理。
但在教学过程中，要注意引导学生主动参与，提高学生的动手能力。
《光纤传输技术》课程教案
《光纤传输技术》课程教案一、教学目标1. 让学生了解光纤传输技术的基本概念、原理和特点。
2. 使学生掌握光纤通信系统的构成、工作原理和应用领域。
3. 培养学生对光纤传输技术的兴趣和好奇心，提高其创新意识和实践能力。
二、教学内容1. 光纤传输技术概述1.1 光纤通信的发展历程1.2 光纤通信的优势与劣势1.3 光纤通信的应用领域2. 光纤的原理与特性2.1 光纤的导光原理2.2 光纤的传输特性2.3 光纤的类型与选用3. 光纤通信系统构成3.1 光源与光发射器3.2 光接收器与光检测器3.3 光纤与光纤通信设备4. 光纤通信技术应用4.1 光纤通信在传输系统中的应用4.2 光纤通信在接入网中的应用4.3 光纤通信在互联网中的应用5. 光纤传输技术的发展趋势5.1 高速光纤通信技术5.2 光纤通信在5G及未来通信技术中的应用5.3 光纤传输技术在物联网中的应用三、教学方法1. 采用讲授法，讲解光纤传输技术的基本概念、原理和特点。
2. 运用案例分析法，分析光纤通信系统的构成和应用领域。
3. 开展小组讨论，探讨光纤传输技术的发展趋势。
4. 利用实验演示，让学生亲身体验光纤通信技术的实际应用。
四、教学准备1. 教材：《光纤传输技术》2. 课件：涵盖教学内容的PPT3. 实验设备：光纤通信实验装置4. 辅助材料：相关论文、案例、新闻报道等五、教学评价1. 课堂参与度：评估学生在课堂上的发言、提问和讨论情况。
2. 作业完成情况：评估学生课后作业的完成质量。
3. 实验报告：评估学生在实验过程中的操作技能和分析能力。
4. 课程论文：评估学生对光纤传输技术发展趋势的认知和分析能力。
5. 期末考试：评估学生对课程知识的掌握程度。
六、教学安排1. 课时：共计32课时，每课时45分钟。
2. 授课方式：理论课与实验课相结合。
3. 授课进度：第1-8课时：光纤传输技术概述及光纤的原理与特性第9-16课时：光纤通信系统构成与光纤通信技术应用第17-24课时：光纤传输技术的发展趋势第25-32课时：实验操作与实践七、教学策略1. 注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
《光纤技术及应用》PPT课件
光纤传感器与传统的各类传感器相比有一系 列独特的优点，如灵敏度高，抗电磁干扰、 耐腐蚀、电绝缘性好、防爆、光路有可挠曲 性、便于与计算机联接、结构简单、体积小、 重量轻、耗电少等。
光纤传感器按传感原理可分为功能型和非功 能型。功能型光纤传感器是利用光纤本身的 特性把光纤作为敏感元件，所以也称传感型 光纤传感器，或全光纤传感器。非功能型光 纤传感器是利用其它敏感元件感受被测量的 变化，光纤仅作为传输介质，传输来自远外 或难以接近场所的光信号，所以也称为传光 型传感器，或混合型传感器。
光纤传感器按被调制的光波参数不同又可分为
强度调制光纤传感器、相位调制光纤传感器、 频率调制光纤传感器、偏振调制光纤传感器和 波长(颜色)调制光纤传感器。 在光来自中传输的光波可用如下形式的方程描述
E=E0cos(ωt+φ) 式中，E0为光波的振幅， ω为频率， φ为初相
角。上式包含五个参数，即强度E02、频率ω、 波长＝2πc/λ 、相位(ωt+φ)和偏振态，被测量在 敏感头内与光发生相互作用，如果作用的结果 是改变了光的强度，就叫强度调制光纤传感器， 其它依次类推。因此．就得到了五种调制类型 的光纤传感器。
强度调制的关键是实现对调制信号的强度检 测，强度检测方法包括直接检测、双光路检 测、双波长检测。
上图即为直接检测的原理图，光源发出的光 注入光纤，光在强度调制区内受到外界被测 信号的调制，探测器接收被调制后的光信号， 并将其转换成电信号。直接检测方法的优点 是系统结构简单，但是容易受到光源强度波 动、光纤损耗波动、光纤耦合波动、模式噪 声等影响使得输出信号的强度不仅随被测信 号变化，而且随上述影响因素而变化，这样 就会给被测信号的测量带来误差。
移动反射器式传感器中两根光纤间的光耦合图
光纤及其应用课件
03
光纤可以用于军事导航定位系统中，提供高精度、高稳定性的
导航定位信号，确保军事行动的准确性和可靠性。
感谢观看
THANKS
置和大小。
核能监控
光纤可以用于核能设施的监控系 统中，实时监测辐射剂量和温度 等参数，确保核设施的安全运行
。
光纤在航空航天领域的应用
卫星通信
光纤可以用于卫星通信中，提供高速、大容量的数据传输服务， 广泛应用于全球通信和广播领域。
飞机导航
光纤可以用于飞机导航系统中，传输高精度、高稳定性的导航信号 ，提高飞行的安全性和准确性。
空间探测
光纤可以用于空间探测器中，传输探测数据和指令，为科学研究提 供重要的信息。
光纤在军事领域的应用
激光武器
01
光纤可以用于激光武器中，传输高能激光束，对敌方目标进行
精确打击和摧毁。
通信保密
02
光纤可以用于军事通信中，提供高速、大容量、高保密性的数
据传输服务，确保军事信息的保密性和安全性。
导航定位
光纤医疗设备
如光纤呼吸机、光纤血压 计等，利用光纤技术提高 设备的准确性和可靠性， 保障患者的治疗效果。
06
光纤在其他领域的应用
光纤在能源领域的应用
太阳能光伏发电
光纤可以用于太阳能光伏发电系 统中，将太阳光传输到光电转换
器上，提高光电转换效率。
石油和天然气勘探
光纤可以用于石油和天然气勘探 中，通过测量地震波、温度和压 力等参数，帮助确定油气藏的位
光纤传感器的应用拓展
拓展光纤传感器的应用领域，满足更多行业 的测量需求。
05
光纤在医疗领域的应用
光纤在医疗诊断中的应用
光纤光谱仪
光纤光缆技术课程设计
光纤光缆技术课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解光纤光缆的基本原理，掌握光纤的传输特性和光纤的种类。
2. 学生能够描述光纤通信系统的组成，了解光缆的铺设方式和应用场景。
3. 学生能够掌握光纤的接续与维护技术，了解光纤通信技术的发展趋势。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析光纤光缆在通信系统中的应用，并进行简单的系统设计。
2. 学生通过实验操作，掌握光纤的切割、打磨、接续等基本技能。
3. 学生能够利用光纤通信的原理，解决实际通信问题，提高解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对光纤通信技术的兴趣，激发学习热情，提高探索精神。
2. 通过团队合作实验，培养学生良好的沟通协作能力，增强团队意识。
3. 使学生认识到光纤通信技术在现代社会中的重要作用，增强学生的社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为高年级电子与通信工程类专业课程，具有较强的理论性和实践性。
学生特点：学生已具备一定的电子与通信知识基础，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：结合课程特点和学生实际，注重理论与实践相结合，强化技能训练，提高学生的实际操作能力。
在教学过程中，关注学生的情感态度价值观培养，全面提升学生的综合素质。
通过分解课程目标为具体学习成果，为教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 光纤光缆的基本原理- 光纤的结构与分类- 光纤的传输特性- 光缆的组成与应用场景2. 光纤通信系统- 光纤通信系统的组成- 光发射器与光接收器- 光纤的铺设方式与维护3. 光纤接续与维护技术- 光纤切割与打磨- 光纤接续方法与设备- 光纤通信系统故障排查与处理4. 光纤通信技术的发展趋势- 新型光纤光缆技术- 光纤通信技术在5G中的应用- 未来光纤通信技术的发展方向教学大纲安排：第一周：光纤光缆的基本原理第二周：光纤通信系统组成及光缆应用第三周：光纤接续与维护技术第四周：光纤通信技术的发展趋势教材章节：第一章：光纤光缆基本原理第二章：光纤通信系统第三章：光纤接续与维护第四章：光纤通信技术发展教学内容注重科学性和系统性，结合课程目标，将理论与实践相结合，确保学生能够全面掌握光纤光缆技术相关知识。
《光纤技术及应用》课件
光纤传感的主要 技术难点和解决 方案
探讨光纤传感技术 面临的挑战和解决 方案。
光纤传感的未来 发展方向
展望光纤传感技术 的未来发展方向。
第四部分：光纤仪表及其他应用领域
光纤仪表的基本原理和分类
详细介绍光纤仪表的基本原理和常见分类。
光纤仪表的应用领域
探讨光纤仪表在各个行业中的广泛应用。
光纤仪表的优势和不足
解释光纤的组成结构和 材料特性。
4 光纤的基本工作原理
详细讲解光纤传输光信号的工作原理。
5 光纤技术的优势和应用场景
探讨光纤技术相对于其他传输媒介的优势 和广泛应用领域。
第二部分：光纤通信
1
光纤通信系统相关术语
2
介绍与光纤通信相关的术语和概念。
3
光纤通信的网络拓扑结构
4
解释光纤通信的网络拓扑结构及其特
《光纤技术及应用》PPT 课件
本课件将介绍光纤技术及其应用。涵盖光纤技术基础、光纤通信、光纤传感 技术、光纤仪表及其他应用领域等内容，帮助您了解光纤技术的发展和应用 场景。
第一部分：光纤技术基础
1 什么是光纤技术
介绍光纤技术的定义和 基本概念。
2 光纤技术的发展历程 3 光纤的主要构成
回顾光纤技术从诞生到 现在的发展历程。
点。
5
光纤通信系统概述
概述光纤通信系统的组成和基本原理。
光纤通信的传输方式和速度
探讨光纤通信的传输方式及其速度性 能。
光纤通信的故障排除和维护
介绍光纤通信故障排除和维护的基本 方法与注意事项。
第三部分：光纤传感技术
光纤传感原理及 分类
解析光纤传感的基 本工作原理和常见 分类。
光纤传感应用场 景
《光纤技术的应用》 讲义
《光纤技术的应用》讲义一、光纤技术的基本原理光纤，简单来说，就是一种能够传导光信号的细丝。
它的核心部分是由高纯度的玻璃或塑料制成，外面包裹着一层折射率较低的材料。
光在光纤中传播的原理是全反射。
当光线以一定的角度进入光纤时，如果角度合适，光线会在光纤的内壁上不断地全反射，从而沿着光纤一直传播下去。
这种特性使得光纤能够以极低的损耗传输大量的信息。
相比传统的电缆，光纤具有更高的带宽、更低的信号衰减和更强的抗干扰能力。
二、光纤技术在通信领域的应用（一）长途通信在长途通信中，光纤扮演着至关重要的角色。
它能够跨越数千公里，将信息从一个城市传输到另一个城市，甚至从一个国家传输到另一个国家。
光纤的大容量使得它可以同时传输大量的数据、语音和视频信号。
无论是我们日常的电话通话、网络浏览，还是高清电视的播放，都离不开光纤的支持。
（二）数据中心互联随着云计算和大数据的兴起，数据中心之间需要高速、稳定的互联。
光纤技术为数据中心之间提供了高速的连接通道，使得数据能够在不同的数据中心之间快速传输和共享。
（三）无线通信基站连接在无线通信领域，基站与核心网络之间的连接也广泛采用光纤。
它能够保证信号的稳定传输，提高无线通信的质量和覆盖范围。
三、光纤技术在医疗领域的应用（一）医疗成像光纤在医疗成像设备中有着广泛的应用，如内窥镜。
通过将光纤束集成在内窥镜中，可以将体内的图像清晰地传输出来，帮助医生进行诊断和治疗。
（二）激光治疗在激光治疗中，光纤可以将高能量的激光准确地传输到病变部位，实现精准治疗，同时减少对周围健康组织的损伤。
四、光纤技术在工业领域的应用（一）工业自动化在工厂的自动化生产线上，光纤传感器被广泛用于检测位置、速度、温度等参数。
它能够快速、准确地将检测到的信息传输给控制系统，实现生产过程的自动化控制。
（二）石油和天然气勘探在石油和天然气勘探中，光纤可以用于监测井下的压力、温度和流量等参数，为开采提供重要的数据支持。
五、光纤技术在军事领域的应用（一）通信和情报传输在军事通信中，光纤具有高度的保密性和抗干扰性，能够确保军事指令和情报的安全传输。
《光纤技术及应用》PPT课件
双光路检测的原理是光源发出的光信号被光 纤分路器分成两路，一路光信号通过强度调 制区到达探测器，称为测量光路；另一路光 信号不通过强度调制区而直接到达探测器， 称为参考光路。两路信号送入除法器进行除 法运算，由于系统中设计了参考光路，光源 强度波动、光纤损耗波动、光纤耦合波动、 模式噪声等都可以通过除法电路通过除法运 算来消除，从而大大减小测量误差，提高系 统的测量精度。
P0 r F ( )( )2 Pi r 2dT r
2dT a
1 1 1 cos (1 ) (1 ) sin[cos (1 )] r r r
F与d的关系曲线如图所示。图中采用的光纤 为芯径为200，数值孔径为0.5的阶跃光纤，光 纤间隔为100mm，从图中可以看出，线性度 好，而且A点的耦合效率随d的变化速率较大， 即灵敏度高，为了提高耦合效率，可以选择 数值孔径大、芯径大的光纤或光纤束。
6.2频率调制机理 采用频率调制技术可以对有限的几个物理量 进行测量。它主要是利用运动物体反射或散 射光的多普勒频移效应来检测其运动速度。 当然，频率调制还有一些其它方法，如某些 材料的吸收和荧光现象随外界参量也发生频 率变化，以及量子相互作用产生的布里渊和 拉曼散射也是一种频率调制现象。这里主要 讨论光纤多普勒传感器的频率调制机理。
6.1强度调制机理 强度调制光纤传感器的基本原理是待测物理 量引起光纤中的传输光光强变化，通过检测 光强的变化实现对待测量的测量，其原理如 下图所示。
一恒定光源发出的强度为Pi的光注入传感头， 在传感头内，光在被测信号的作用下其强度 发生变化，即受到了外场的调制，使得输出 光强P0的包络线与被测信号的形状一样，光 电探测器测出的输出电流I0也作同样的调制， 信号处理电路再检测出调制信号，就得到了 被测信号。强度调制的特点是简单、可靠、 经济。强度调制方式很多、大致可分为以下 几种：反射式强度调制、透射式强度调制、 光模式强度调制以及折射率和吸收系数强度 调制等等。一般透射式、反射式和折射率强 度调制称为外调制式，光模式称为内调制式。
光纤教学设计
光纤教学设计光纤教学设计是针对光纤通信原理、应用和技术的一种教学设计方案，旨在帮助学生深入理解光纤通信的相关知识，并培养学生的实践能力。
下面将从教学目标、教学内容、教学方法和教学评价四个方面展开详细说明。
一、教学目标：1.了解光纤通信的基本原理和应用；2.掌握光纤通信中的关键技术和设备；3.培养学生分析、设计和搭建光纤通信系统的能力；4.提高学生的科学研究和实践创新能力。
二、教学内容：1.光纤通信的基本原理：包括光的传播、折射、入射角、全内反射等基本概念；2.光纤通信的关键技术：包括光纤的传输特性、光纤衰减、色散、光波导等；3.光纤通信的设备和系统：包括光纤光缆、光纤连接器、光纤放大器、光纤交换机等；4.光纤通信应用领域：包括长途通信、局域网、光纤传感和光纤传视频等。
三、教学方法：1.理论讲授：通过教师讲解、PPT展示等形式，介绍光纤通信的基本原理和应用领域，并结合实例进行说明，加深学生的理解；2.实验演示：组织学生进行光纤通信实验，搭建光纤通信系统，例如通过光纤传输信号和音频；3.团队合作：学生分组进行小项目设计和实践，加深对光纤通信的理解和应用；4.案例分析：以光纤通信相关的实际应用案例为基础，引导学生进行案例分析和解决问题的思考。
四、教学评价：1.平时考核：包括学生的课堂表现、学习态度和参与度等；2.实验报告：学生需要撰写光纤通信实验过程与结果的报告，评价学生对实验内容的理解和实践能力；3.小项目评估：根据小组项目设计和实践成果进行评估，考察学生合作能力和创新思维；4.综合考试：学生需要参加对光纤通信知识的考核，包括理论知识和实践能力的评估。
综上所述，光纤教学设计的核心是通过理论讲授和实践操作相结合的方式，让学生全面了解和掌握光纤通信的基本原理、关键技术、设备和应用。
同时，通过实验演示、团队合作和案例分析等多种教学方法，培养学生的实践能力、科学研究能力和创新思维。
教学评价的目的是对学生的学习情况进行全面评估，并通过不同形式的考核，激发学生的学习动力和兴趣，提高教学效果。
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概论
二、光纤通信的特点 （二）光纤通信的优点：
(1) 通信容量大。由于光纤的可用带宽较大，一般在10 GHz以上，使 光纤通信系统具有较大的通信容量。
(2) 传输距离长。光缆的传输损耗比电缆低，因而可传输更长的距离。
(3) 抗电磁干扰。 光纤通信系统避免了电缆间由于相互靠近而引起的 电磁干扰。
第三章 光纤通信系统 （3学时） （系统结构 光发射机 光接收机、）
第四章 模拟光纤和数字光纤通信系统（7学时）
第五章 光纤传感技术（10学时） 总结课（2学时）
导论 ➢ 作业及考试方式
本门课程是考试课，成绩包括三个部分： 平时表现（预习、回答问题、出席情况）占总成 绩的10%； 作业（1、调研报告；2、设计一个无源器件；3、 设计一个传感型光纤传感器；占总成绩的30%；
非归零码(NRZ)：表示1的光脉冲时间等于比特时间。 光脉冲宽度随信号而变。脉冲展宽容易产生误码。
RZ
时间
NRZ
时间
01 0 1 1
概论
二、光纤通信的特点 （一）光纤通信与电通信
2、光信号 对光载波的调制有三个方式：
模拟信号调制：调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)
数字信号调制：移幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、 移相键控(PSK)
2 0
（一）光纤通信与电通信
8
6
1、电通信——
4 2
0
以电波作为信息载体，
以电缆作为传输媒介
模拟信号 数字信号
两者可以相互转换
A/D 或 D/A
5
7
6
1
00 1
5
101
7
111
TB
模拟信号
时间
取样量化
5
6
时间
6
110
5
101
6
110
编码
比特时间：每个码持续的时间TB 。比特率：每秒钟的比特数B=1/TB 。
概论
二、光纤通信的特点 （一）光纤通信与电通信
待发 消息
发射机
信道
通信系统模型图
接收机
接收 消息
通信系统追求的最终技术目标 信息：1.传输容量 2.传输距离
传输容量——取决载波调制的频带宽度，频率越高，频带越宽。
传输距离——取决损耗和（色散），损耗越小，（色散越小）， 传输距离越长。
概论
8
6
4
二、光纤通信奎斯特准则 fs 2f
为模拟f信号带宽
概论
二、光纤通信的特点 （一）光纤通信与电通信
动态范围：模拟信号的最大幅值Amax与模拟信号的均方根噪声幅度
An之比。量化信号值M必须满足 MAm a/xAn
信噪比：
SN 2R l0 g A m (/aA n x)
m为二进制码的位数， 量化信号值为M
(4) 抗噪声干扰。光纤不导电的特性还避免了光缆受到闪电、 电机、 荧光灯及其他电器源的电磁干扰（EMI）， 外部的电噪声也不会影响光 波的传输能力。此外，光缆不辐射射频（RF）能量的特性也使它不会干 扰其他通信系统， 这在军事上的运用是非常理想的，而其他种类的通信 系统在核武器的影响下（电磁脉冲干扰）会遭到毁灭性的破坏。
(7) 保密。由于光纤不向外辐射能量，很难用金属感应器对光缆进行窃 听，对军事应用具有吸引力的又一个方面。
(8) 寿命长。因为光缆具有更强的适应环境变化和抗腐蚀的能力。
概论
二、光纤通信的特点 （三）光纤通信存在的不足:
(1) 接口昂贵。 在实际使用中，需要昂贵的接口器件将光纤接 到标准的电子设备上。
期末考试占60%。不进行期中考试。
导论
授课方式及要求
1、采用课堂教学与预习、查阅资料、课堂回答问题相 结合,充分调动同学们学习的自觉性和积极性。
2、通过设计型大作业培养学生创新思维和解决实际 问题的能力。
3、本课程是专业课，除学习掌握基本原理、基础知识 和单元技术外，还要注意学以致用，系统地将所学知识、 技术用于实践。
光纤技术及应用
导论
➢ 教学目的 ➢ 课程主要内容 ➢ 教材及参考书
➢ 作业及考试方式 ➢ 授课方式及要求
导论
➢ 教学目的
通过“光纤技术及应用”这门课程向大家介绍光 纤技术应用领域所涉及的基础知识和相关技术。
主要包括两大部分。 1、光纤通信技术及系统
2、光纤传感技术
导论
课程主要内容
绪论：光纤技术发展趋势、光纤通信的特点、光纤通信系统的基本组成 （1学时）
M2m或 mlo2M g
数字信号的比特率
（取样频率为fs）
B m s ( f2 f)lo 2M g ( f)S ( ) N /3R
概论
二、光纤通信的特点 （一）光纤通信与电通信
2、光信号——以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介
对数字信号有两种码型：归零码(RZ)和非归零码(NRZ) 归零码(RZ): 表示1的光脉冲时间小于比特时间， 光脉冲宽度不变。
(2) 强度差。 光缆本身与同轴电缆相比抗拉强度要低得多。 这 可以通过使用标准的光纤包层PVC得到改善。
(3) 不能传送电力。有时需要为远处的接口或再生的设备提供 电能，光缆显然不能胜任，在光缆系统中还必须额外使用金属电 缆。
概论
一、光纤通信发展历史及展望 二、光纤通信的特点 三、光纤通信系统的基本组成
概论
一、光纤通信发展历史及展望
教材第一章，课后查阅资料完成作业：调研报告
• 初期光通信的方式 • 简述现代光纤通信的起始时间及几个发展阶段
•光纤通信的新技术有哪些？ 选择其中一种你感兴趣或你认为有发展前景的新
技术进行比较详细地论述。
第一章 光纤传输原理和传输特性（9学时）
(光纤组成、导光原理，光纤的损耗特性、色散特性、非线性效应、光缆结构)
第二章 光纤通信器件（8学时）
(有源器件包括光源、光纤放大器和光检测器等，这些器件是光发射机、光接收 机和光中继器的关键器件，决定整个系统的水平。无源器件主要有连接器、耦 合器、波分复用器、调制器、光开关、隔离器、环形器和衰减器等。)
概论
二、光纤通信的特点 （二）光纤通信的优点：
(5) 适应环境。 光纤对恶劣环境有较强的抵抗能力。它比金属电缆更 能适应温度的变化，而且腐蚀性的液体或气体对其影响较小。
(6) 重量轻，安全，易敷设。光缆的安装和维护比较安全、简单，这是 因为：首先，玻璃或塑料都不导电，没有电流通过或电压的干扰；其次， 它可以在易挥发的液体和气体周围使用而不必担心会引起爆炸或起火； 第三，它比相应的金属电缆体积小,重量轻,更便于机载工作，而且它占 用的存储空间小，运输也方便。