光纤通信教学大纲(正式)

《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：Fiber Optical Communication Technology

课程编号：ZF17402

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

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；

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；

2．LD、LED的特性和类型；

3．光发射机的结构和参数。

教学内容：

第一节激光二极管

1．工作原理；

2．LD的性质；

3．LD的类型；

4．LD组件及其技术指标；

第二节发光二极管

1．LED的结构；

2．LED特性；

3．LED与光纤的耦合；

4．LED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：