光纤通信原理和技术课程教学大纲.docx

?光纤通信原理与技术?课程教学大纲英文名称:FiberCommunicationPrincipleanditsApplication学时：51学分：3开课学期：第7学期一、课程性质与任务通过讲授光纤通信技术的根基知识，使学生了解掌握光纤通信的基本特点，学习光纤通信系统的三个重要组成局部：光源（光发射机）、光纤（光缆）和光检测器（光接收机）。通过本课程的学习，学生将掌握光纤通信的基本原理、光纤通信系统的组成和系统设计的基本方法，了解光纤通信的未来与开展，为今后的工程应用和研究生阶段的学习打下根基。二、课程教学的基本要求要求通过课堂认真听讲和实验课，以及课下自学，基本掌握光纤通信的根基理论知识和应用概况，熟悉光纤通信在电信、通信中的应用，为今后的工作打下坚实的理论根基。三、课程内容第一章光通信开展史及其优点（1学时）第二章光纤的传输特性（2学时）第三章影响光纤传输特性的一些物理因素（5学时）第四章光纤通信系统和网络中的光无源器件（9学时）第五章光纤通信技术中的光有源器件（3学时）第六章光纤通信技术中使用的光放大器（4学时）第七章光纤传输系统（4学时）第八章光纤网络介绍（6学时）第九章光纤通信原理与技术实验（17课时）四、教学重点、难点本课程的教学重点是光电信息技术物理根基、电光信息转换、光电信息转换，光电信息技术应用，光电新产品开发举例。本课程的教学难点是光电信息技术物理根基。五、教学时数分配教学时数51学时，其中理论讲授34学时，实践教学17学时。（教学时数具体见附表1和实践教学具体安排见附表2）六、教学方式理论授课以多媒体和模型教学为主，必要时开展演示性实验。七、本课程与其它课程的关系1 .本课程必要的先修课程?光学？、？电动力学？、？量子力学?等课程2 .本课程的后续课程?激光技术?和？光纤通信原理实验？以及就业实习。八、考核方式考核方式：考察具体有三种。根据大多数学生学习情况和学生兴趣而定其中一种。第一种是采用期末考试与平时成绩相结合的方式进展综合评定。对于理论和常识局部采用闭卷考试，期末考试成绩占总成绩的55%,实验成绩占总成绩的30%,作业成绩及平时考勤占总成绩的15%；第二种是采用课程设计（含市场调查报告）和平时成绩相结合的方式，课程设计占总成绩的55%,实验成绩占总成绩的30%,作业成绩及平时考勤占总成绩的15%。第三种是采用课程论文（含市场调查报告）和平时成绩相结合的方式，课程论文占总成绩的55%,实验成绩占总成绩的30%,作业成绩及平时考勤占总成绩的15%。九、教材及教学参考书1 .主教材?光纤通信原理与技术?，吴德明编著，科学出版社，第二版，2010年9月2 .参考书（1） ?光纤通信原理与仿真？，郭建强、高晓蓉、王泽勇编著，西南交通大学出版社，第一版，2013年5月（2） ?光通信原理与技术？，朱勇、王江平、卢麟，科学出版社，第二版，2011年8月十、教学内容第一章光通信开展史及其优点（1学时）一、教学要求知道光通信开展史及其优点。二、教学要点1.光通信开展史1-1现代通信的开展1一2光通信的开展13光纤通信的优点2 .国内外光纤通信技术开展概况3 .光纤通信系统的基本构成三、重点和难点重点：光纤通信的优点难点：光纤通信系统的基本构成4 二章光纤的传输特性（2学时）一、教学要求掌握介质平板波导的构造和射线理论，知道阶跃折射率光纤的基本概念，尤其是标量模和矢量模。二、教学要点1 .介质平板波导中的波1-1折射定律1-2介质平板波导的构造13介质平板波导的射线理论2.阶跃折射率光纤2-1阶跃折射率光纤中射线的概念2-2阶跃折射率光纤的标量解法23标量模与矢量模之间的关系2一4口一V曲线三、重点和难点重点：介质平板波导中的波，阶跃折射率光纤的标量解法。难点：阶跃折射率光纤的标量解法，标量模与矢量模之间的关系。第三章影响光纤传输特性的一些物理因素（5学时）一、教学要求知道光纤损耗的来源和降低损耗的措施，了解光纤的非线性理论。二、教学要点1 .光纤的损耗1-1光纤损耗的定量描述1-2损耗的来源13光纤的瑞利反向散射研究2 .光纤的色散及降低色散的措施2-1光纤的色散22色散位移光纤(DSF)和非零色散位移光纤(NZ-DSF)3 .单模光纤中的偏振(极化)及保偏光纤和单偏振光纤3-1单模光纤中的偏振3-2PMD3-3偏振稳定性及其对系统性能的影响3-4保偏光纤和单偏振光纤4 .光纤的非线性4-1非线性极化理论4-2光纤中的参量非线性：SPM、XPM.和FWM43光纤中的非参量非线性：SRS与SBS4-4保偏光纤和单偏振光纤5 .降低色散的措施和色散补偿5-1降低色散影响的措施5-2色散补偿和色散管理三、重点和难点：重点：降低色散的措施和色散补偿难点：光纤的非线性第四章光纤通信系统和网络中的光无源器件(9学时)一、教学要求熟悉光纤通信系统和网络中的各种光无源器件的工作原理和技术。二、教学要点6 .网络的散射矩阵表示法7 .三端口器件2-1三端口网络的一般特性22丫波导2-3环形器8 .定向耦合器3-1光纤耦合器的散射矩阵3-2光纤耦合器的耦合模理论3-3光纤耦合器的应用9 .光纤布拉格光栅9.1 光纤布拉格光栅的光学特性4-2光纤光栅的耦合模理论43光纤光栅的应用10 法布里珀罗(F-P)干预仪5-1F-P干预仪的工作原理5-2FP干预仪的主要性能参量5-3F-P干预仪的应用11 多层介质膜滤波器6-1概述6-2多层介质膜滤波器的工作原理6-3多层介质薄膜滤波器的应用12 马赫一曾德干预仪(MZl)13 阵列波导光栅8-1AWG的构造和原理8-2AWG的传输特性8-3AWG在光纤通信技术中的应用14 光开关9-1光开关的主要技术参量9-2几种光开关介绍15 .光子晶体及其器件10-1光子晶体的基本概念10-2光子晶体的能带理论10-3光子晶体缺陷态10-4光子晶体光纤10-5光子晶体滤波器三、重点和难点重点：网络的散射矩阵表示法，定向耦合器，光纤布拉格光栅，法布里珀罗(F-P)干预仪，多层介质膜滤波器，马赫一曾德干预仪(MZI),阵列波导光栅，光开关。难点：光纤光栅的耦合模理论，多层介质膜滤波器，多层介质膜滤波器的工作原理，光子晶体的能带理论。第五章光纤通信技术中的光有源器件(3学时)一、教学要求知道光纤通信技术中的光有源器件，熟悉其工作原理和技术指标。二、教学要点16 光纤通信的光源1-1概述1-2半导体光源的物理根基1-3发光二极管(LED)14半导体激光器1-5掺饵光纤激光器1-6激光器/光发射机的主要技术指标17激光器的开展现状17 光检测器件2-1PIN光检测器2-2APD23光检测器的输出噪声2-4光检测器的响应时间18 光放大器件三、重点和难点重点：光纤通信的光源，光检测器件，光放大器件。难点：半导体光源的物理根基，APDo第六章光纤通信技术中使用的光放大器（4学时）一、教学要求知道SoA,EDFA,FRA三种光放大器的性能和原理。二、教学要点19 半导体光放大器1-1概述1-2SOA的特性1-3SOA在光纤通信系统和网络中的应用20 掺饵光纤放大器2-1基本原理和构造2-2EDFA性能分析2-3EDFA应用21 拉曼光纤放大器3-1概述3-2基本原理、构造及种类3-3性能分析3-4FRA的应用三、重点和难点重点：S0A,EDFA,FRAo难点：拉曼光纤放大器的基本原理。第七章光纤传输系统（4学时）一、教学要求知道IM/DD光纤传输系统的工作原理和几种新型的光纤通信系统技术。二、教学要点1.IM/DD光纤传输系统1-1IM/DD光纤传输系统概述1-2光发射机1-3光接收机22 几种新型的光纤通信系统技术2-1各种光复用技术2-2相干光纤通信技术2-3光孤子通信技术23 光纤通信系统技术的一些新进展3-1前言3-2波分复用光传输系统的开展综述3-3高速率波分复用光传输系统的关键技术三、重点和难点重点：IM/DD光纤传输系统，几种新型的光纤通信系统技术。难点：各种光复用技术Q第八章光纤网络介绍(6学时)一、教学要求知道IM/DD光纤传输系统的工作原理和几种新型的光纤通信系统技术。二、教学要点24 光纤网络的开展概况25 光纤网络的基本构造2-1光纤网络的物理拓扑构造2-2OXC节点2-3OADM节点2.4光节点的串扰问题2-5光节点的信道均衡问题26 WDM光网络中的路由和波长分配问题27 全光波长变换4-1利用SOA的穿插增益调制(XGM)效应的全光波长变换4-2利用SOA的穿插相位调制(XPM)效应的全光波长变换4-3利用SoA的四波混频(FWM)效应的全光波长变换4-4波长变换问题小结28 光纤网络的监测、控制和管理5-1光纤网络的管理功能5-2光纤网络的存在性29 新型光交换技术6-1快速光电路交换(DOCS)6-2光突发交换(OBS)6-3光分组交换(OBS)64其他交换技术三、重点和难点重点：光纤网络的基本构造，WDM光网络中的路由和波长分配问题，全光波长变换，光纤网络的监测、控制和管理。难点：全光波长变换。注:该课程实验具体安排见附件?通信原理与技术实验教学大纲?附件1：教学时数分配表序号教学内容学时学时分配理论讲授实践教学1光通信开展史及其优点1102光纤的传输特性2203影响光纤传输特性的一些物理因素5504光纤通信系统和网络中的光无源器件9905光纤通信技术中的光有源器件(简要复习光纤通信的光源相关知识(此节知识在?激光物理?课程已经讲述)3306光放大器件4407光纤传输系统4408光纤网络系统介绍6609光纤通信原理实验17017小计513417附件2：?光纤通信原理与技术?实验教学大纲一、适用范围应用物理学专业二、课程名称光纤通信原理与技术三、学时数总学时：51实验学时：17四、教学目的和基本要求（一）实验教学目的：通过实验，让学生知道光纤通信中各项关键技术原理，能做一些相关测量技术。（二）实验教学基本要求：学生通过预习和动手操作，熟悉光纤通信原理，知道各种光纤通信系统重要器件的物理特性及其应用和检测。并能在此根基上具备一定的硬件设计能力。五、实验工程与学时分配序号实验工程名称实验学时实验类型1用户接口实验2综合性2数字调制原理实验2综合性3半导体激光器P-I特性测试实验2综合性4自动光功率控制实验2综合性5光接收机原理实验2综合性6数字光纤通信系统线路码型CMl编译码实验3综合性7简易光功率计设计4设计性总计17六、教材、指导书及参考书（一）实验教材或指导书?光纤通信原理与技术实验讲义?应用物理学教研室编（二）参考书(1) ?通信原理实验?，王福昌、潘晓明，清华大学出版社，第一版,2007年5月(2) ?通信原理实验指导?,杨建华,国防工业出版社,第一版，2007年5月(3) ?通信原理学习与实验指导?,蒋青、于秀兰、王永、范馨月,人民邮电出版社,第一版，2012年7月(4) ?通信原理实验与课程设计?挪春明,北京大学出版社,第一版，2013年8月(5) ?通信原理实验教程?,杨鸿文、桑林、徐春秀等,北京邮电大学出版社,第一版，2009年9月七、实验成绩评定方法实验考核方式：考察。实验成绩评定：实验成绩二实验操作考核*50%+所有实验报告成绩平均值*40%+平时考勤*10%八、实验工程实验一用户接口实验一、实验目的1 .掌握用户接口电路的主要功能2 .T解实现用户接口电路功能芯片Am79R70的主要性能和特点二、实验内容1 .掌握用户线接口电路的主要功能2 .了解Am79R70的构造和工作原理3 .了解接续的原理及其各种语音控制信号的波形实验二数字调制原理实验一、实验目的1.掌握光发送机的组成原理4 .了解半导体激光器和发光二极管的P-I特性曲线及其调制信号的波形5 ,掌握几种常见的数字调制电路的原理1. 二、实验内容2. 1.D数字驱动电路的工作原理3. 1.ED数字驱动电路的工作原理实验三半导体激光器P-I特性测试实验一、实验目的1.学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理2 ,了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系3 .掌握半导体激光器P（平均发送光功率）-I（注入电流）曲线的测试方法二、实验内容1 .测量半导体激光器输出功率和注入电流，并画出PI关系曲线2 .根据PI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实验四自动光功率控制实验一、实验目的1.了解自动光功率电路在光发端机中的作用3 .学习自动光功率电路的组成及其工作原理二、实验内容1.测量光功率控制电路的相关特征测试点的参数4 .观测自动光功率控制电路的过程实验五光接收机原理实验一、实验目的1 .了解光接收机的组成原理及其各局部的功能2 .掌握光接收机的电路原理3 .了解判决电路在光接收机中的作用二、实验内容1 .测量光收端机接收信号的波形及相关测试点的参数2 .学习光接收机中判决电路的原理实验六数字光纤通信系统线路码型CMl编译码实验一、实验目的1 .了解线路码型在光纤传输系统中的作用2 .掌握线路码型CMI码的编译码过程以及电路实现原理二、实验内容1 .验证符合光纤传输系统的线路码型2 .观察线路码型的编译码过程实验七简易光功率计设计一、实验目的简易光功率计设计。二、实验内容1 .简易光功率计设计准备。2 .简易光功率计设计。