光纖通信的基本概念

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光纖通信的基本概念范文第1篇

關鍵詞 光纖通信；教學改革；OptiSystem仿真

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2013）24-0104-02

1 引言

光纖通信課程是高等工科院校通信工程專業的一門主要專業必修課，其基本理論是某些交叉學科的生長點和新興邊緣學科發展的基礎，具有理論基礎深、知識更新快、理論與實際聯系緊密等特點。

隨著光纖通信技術的迅猛發展，目前在教學過程中暴露出一些問題：1）現有實驗設備不生動，僅是對基本原理的簡單驗證；2）光纖通信設備價格昂貴，引進或建設專業實驗室難度較大；3）專業課知識更新速度快，課本及現有設備難于反映最新的發展成果；4）學生難于驗證、實踐對知識的構想。

基于以上原因，本課程的教學改革立足于將OptiSystem仿真技術融入光纖通信的教學中。

2 理論教學探索

光纖通信課程以培養和提高本科生的應用能力、創新能力和科研能力為基本目標。培養要求是：使學生較全面地掌握光纖通信的基本概念、基本理論和關鍵技術，理解和掌握光纖通信系統的性能分析和系統設計方法，了解現代光纖通信新技術的發展及應用情況。

根據培養目標和培養要求，該課程設置的教學內容包括：1）光纖傳輸理論；2）半導體光器件、光無源器件及光放大器的工作原理及特性；3）光端機的基本組成及各部件功能；4）光纖通信系統的組成和系統設計方法；5）光傳輸網及光纖通信新技術的基本原理及應用。

光纖通信的整個理論教學體系中，很多定理都伴隨嚴格的數學證明和復雜的概念，并且很多概念比較抽象。比如：光在光纖中傳輸的波動光學理論，涉及電磁場與電磁波的知識，其公式推導繁瑣抽象，致使學生理解起來比較困難。針對這一類問題，教師在備課時不僅需要精心設計教學內容，將重點、難點和抽象不容易理解的內容提煉出來，而且要根據這些知識點的特征采用恰當的教學方法和教學手段，比如采用傳統黑板教學方式和技術相對成熟的多媒體教學方式相結合。實踐證明，這樣的教學方式已經取得比較滿意的教學效果，并且在該課程組教師的共同努力下，與課程配套的多媒體網絡課件在中北大學及全國多媒體課件大賽上獲獎。

為進一步提高學生學習效率，在課堂教學中融入OptiSystem仿真技術。OptiSystem作為一款功能強大的光通信系統模擬軟件，提供從元件到系統水平在傳輸層光通信系統的設計和預研，同時呈現可視化的分析結果。如光纖的非線性效應“四波混頻FWM”，采用圖1所示仿真原理圖給學生講解，兩路光信號（波長分別為1540 nm和1540.5 nm）經過75千米單模光纖（SMF-28）傳輸，傳輸前后信號的光譜分別如圖2和圖3所示。圖3顯示，在1539.5 nm和1541 nm波長處出現新的頻率成份，直觀地表達了四波混頻的概念：光纖中不同波長的光波相互作用，導致在其他波長上產生所謂混頻產物或邊帶的新光波的現象。

另外，光纖的自相位調制、互相位調制、拉曼散射等非線性效應，摻鉺光纖放大器（EDFA）的增益平坦特性，波分復用系統等相對抽象難理解的知識點，也采用了演示仿真原理圖并對比波形的授課形式，具體程序不一一舉出。

課程結束后，調查顯示：絕大多數（83.26%）學生對課堂教學中融入OptiSystem仿真做出了積極評價，一致反映利用仿真技術把抽象的問題具體化，能夠激發學習興趣，從而優化課堂教學效果。

3 實驗教學改革

實驗教學是課堂理論教學的重要補充，是培養學生科學實踐能力的重要環節。目前，中北大學開設的光纖通信實驗項目分為基礎型和綜合設計型兩類，實驗室現有設備僅能滿足固定功能的實驗，不容易升級改進，不能充分體現光纖通信的優勢。因此，實驗教學改革是在現有實驗項目的基礎上，利用OptiSystem仿真平臺，增加了創新型仿真實驗內容（包括光發射機設計、光接收機設計、光纖色散特性及補償設計、EDFA增益優化設計和40 G單模光纖的單信道傳輸系統設計），逐步構建“基礎型、綜合設計型、創新型”的分層次實踐教學體系。

創新型仿真實驗項目改革在具體實施的過程中，要求學生根據題目的難易程度獨立或合作完成，并完成詳細的實驗報告，包括設計思路、設計框圖、選用模塊和參數設置的原因，仿真結果及實驗現象分析并得出結論等內容。

關于仿真實驗項目的改革已經實施兩屆，通過和學生的交流以及對實驗報告的統計分析，結果顯示：

1）增設的創新型仿真實驗項目吸引的學生數量逐年增加（09級學生比08級學生增加30%）；

2）學生在設計實驗的過程中，如何選用模塊并設置參數都與理論知識緊密結合，這樣促進了理論與實踐的有效結合；

3）與硬件實驗相比較，仿真過程更具體，仿真結果更生動，實驗效果得到明顯改善；

4）學生敢于驗證自己的構想，彌補了硬件設備的不足。

4 結束語

通過積極實行教學改革，在光纖通信課程理論和實驗教學方面都取得一定成效。課堂教學方面，由于一些抽象難理解的知識點融入了仿真演示，提高了學生的學習積極性，明顯改善了課堂教學效果；實驗教學方面，融入仿真技術后，不僅提高了學生綜合應用所學知識和獨立設計的能力，而且極大地促進了光纖通信的基礎理論研究，為學生走向工作崗位前進行工程素質的培養提供了理想手段，還能有效節省教學投資費用。

參考文獻

[1]駱文.《光纖通信》課程教學改革與實踐[J].長江大學學報：自然科學版，2010（6）：368-369.

[2]黃永清，顧畹儀，等.光纖通信課程的教學改革[J].電氣電子教學學報，2010（12）：12-13.

[3]楊祥林，等.光纖通信系統[M].北京：國防工業出版社，2009.

光纖通信的基本概念范文第2篇

關鍵詞：光纖通信；理論教學；實驗教學

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）08-0167-03

當代信息高速公路的骨干網絡是由光纖通信網絡構成的，若沒有光纖的發明及相關有源和無源光纖器件的發明和發展，當今的高速信息網絡是無法想象的。但是當今信息產業的高速發展得益于微電子學、光電子學、計算機技術及通信工程等多門學科的快速發展及它們之間的交叉融合。因此，要想成為一名信息技術領域的電子信息工程師、計算機工程師或通信工程師，除了需要掌握本專業的課程知識以外，也應該熟悉現代信息技g的其他相關主要知識，比如光纖通信網絡及其相關器件等。本文從光纖通信技術的研究內容、應用及發展等方面說明其在電子信息工程專業教育中的重要性，并研討電子信息工程專業中的光纖通信課程的理論和實驗教學方法。

一、光纖通信技術簡介

1960年，美國人梅曼（Maiman）發明了第一臺紅寶石激光器[1]，給光通信帶來了新的希望。和普通光相比，激光具有波譜寬度窄，方向性極好，亮度極高，以及頻率和相位較一致的良好特性。激光是一種高度相干光，它的特性和無線電波相似，是一種理想的光載波。繼紅寶石激光器之后，氦―氖（He-Ne）激光器、二氧化碳（CO2）激光器先后出現，并投入實際應用。激光器的發明和應用，使沉睡了80年的光通信進入一個嶄新的階段。

1966年，英籍華裔學者高錕（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）發表了關于傳輸介質新概念的論文，指出了利用光纖（Optical Fiber）進行信息傳輸的可能性和技術途徑，奠定了現代光通信――光纖通信的基礎[2]。在以后的10年中，波長為1.55μm的光纖損耗：1979年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986年是0.154 dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。1970年，作為光纖通信用的光源也取得了實質性的進展。1977年，貝爾實驗室研制的半導體激光器壽命達到10萬小時（約11.4年），外推壽命達到100萬小時，完全滿足實用化的要求。由于光纖和半導體激光器的技術進步，使1970年成為光纖通信發展的一個重要里程碑之年。在今后的幾十年中，光纖通信網絡的逐步商用化帶動了相關信息產業鏈的蓬勃發展[3]。

由于在光纖通信系統中，作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，而作為傳輸介質的光纖又比同軸電纜或波導管的損耗低得多[4]，因此相對于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多獨特的優點。綜上所述，可見光纖通信技術在現代信息產業技術中的重要地位，因此，光纖通信技術這門課程不僅是光學工程專業的基礎必修課程[5]，也應該作為電子信息工程專業的專業選修課程來開設。

二、光纖通信課程教學研究

（一）光纖通信課程的理論教學

電子信息工程專業的光纖通信課程的理論知識可以分為四個相互關聯的層次和內容，它們分別是：第一部分，光纖技術的基礎；第二部分，光纖通信器件技術基礎；第三部分，光纖通信系統和網絡；第四部分，光纖與光纖通信系統測量。這四個部分的關系層層遞進，逐漸深入。理論學時總共32學時。

第一部分，光纖技術的基礎。可以先講解光纖通信技術的一些概念性和歷史性的知識，比如：電信技術的發展，光通信的必要性及技術基礎，光纖通信技術的歷史、現狀與未來。此處，可詳細介紹人類對光通信探索的歷史及現代光纖通信技術從學術研究到商業應用的發展里程，并附帶介紹微波通信的發展里程，然后通過比較使用光波進行通信和使用微波進行通信的優缺點及使用光纖材料和使用同軸電纜進行通信的優缺點，讓學生了解光纖通信的巨大優勢。然后可以簡單介紹光纖傳輸的基礎理論――電磁場與電磁波理論中的一些基本概念和現象，重點介紹麥克斯韋方程。最后介紹光纖的模式理論、光纖的結構和類型、光纖的傳輸特性、光纖制造技術與光纜等知識。其中，光纖傳輸特性包括光纖的損耗特性和色散特性，這是該部分的重點知識。總之，筆者認為，第一部分內容的講解方法和手段是非常重要的，不宜講得深奧，而應該結合動畫或者視頻講解光纖的傳光原理，使學生易于接受，才能提高學生對這門課程的興趣，從而繼續學習往后部分的相對枯燥的知識。該部分學時安排為6H。

第二部分，光纖通信器件技術基礎。這部分講述光纖通信系統中的有源和無源光通信器件，這些器件是構成一個完成的光纖通信系統必不可少的部件，學好這部分內容有利于理解后面學習的光纖通信網絡的內容。這部分內容包括：基本光纖器件、光學濾波器、光纖放大器和半導體光電子器件。基本光纖器件包括分波/合波器、光纖活動連接器、光隔離器、環形器和衰減器等；光學濾波器的內容包括Fabry-Perot濾波器、介質膜濾波器、HiBi光纖Sagnac濾波器、Mach-Zender型濾波器、光纖光柵等；光纖放大器的內容包括：摻餌光纖放大器（EDFA）、光纖Raman放大器等。半導體光電子器件的內容包括：普通的半導體激光器（LD）和發光二極管（LED）、FP型雙異質結構激光器、動態單縱模激光器、半導體光放大器（OSA）、PN結光電二極管、PIN光電二極管、APD雪崩光電二極管等。對于每一個光纖器件，講解內容包括這些光纖器件的結構、工作原理、具體參數、應用場合等，應結合動畫或者視頻講解，甚至如果有條件的話，可以在課題上帶上一些體積很小的光纖器件實物給學生講解，比如光纖活動連接器、LD、LED、光纖光柵、PIN光電二極管價格便宜、體積小的光纖器件。該部分學時安排為10H。

第三部分，光纖通信系統和網絡。這部分是本門課程的核心和精華部分，包括光纖傳輸系統、光纖通信網、全光網技術及其發展三大部分。其中，光纖傳輸系統的內容包含：光纖傳輸系統的基本組成、光發送機組件、光接收機組件、光放大噪聲及其級聯、色散調節技術、光纖傳輸系統設計、光纖傳輸系統性能評估。光通信網絡的內容包含：通信網的拓撲結構和分類、準同步數字系統（PDH）、同步數字系統（SDH）、異步傳輸模式（ATM）、互聯網協議、光纖通信網的管理/保護/恢復。全光網技術及其發展的內容包含：通信網絡的發展過程、全光網絡中的傳輸技術（WDM、OTDM、OCDMA和分組交換技術）、無源光網絡（G-PON、E-PON、WDM-PON）、光傳送網（G.709OTN）、自動交換光網絡、全光網的網絡管理、全光網的安全問題。對于每一種光纖網絡技術，講解內容包括這些光纖網絡結構、功能、應用場合等，應盡量使用PPT的圖片、動畫進行講解，PPT上要盡量避免文字上描述。該部分學時安排為12H。

第四部分，光纖與光纖通信系統測量。該部分主要介紹光纖通信工程實施、檢測中一些常用的設備和儀器，在本門課程的實驗教學中都要使用到這些設備，是培養光纖通信工程師的基礎技能知識部分。該部分的內容包括：光功率計的使用、光纖幾何參數的測量、光纖衰減測量、光纖色散測量、光纖偏正特性測量、光纖的機械特性和強度測量、光時域反射計（OTDR）的使用；光接收機靈敏度和動態范圍的測量、光纖通信系統誤碼率和功率代價的測量、眼圖及其測量、光譜分析儀、光纖通信系統的在線監測技術。其中，重點講解光功率計、OTDR、眼圖示波器、光譜分析儀等儀器設備的功能和使用方法。該部分學時安排為4H。

（二）光纖通信課程的實驗教學

對于電子信息工程本科專業而言，畢竟培養的學生不屬于光學工程或光電子技術領域的人才，而且電子信息工程專業本身都有很多屬于自己專業的實驗課程及課程設計，因此，筆者認為光纖通信技術課程的實驗教學應根據該專業學生的理論基礎和將來他們最可能需要的工程能力而設置。因而，筆者建議光纖通信課程的總學時設置為48學時，理論教學學時為32學時，7個實驗的教學學時為16學r。

根據筆者10年來給電子信息工程專業本科學生講授這門課的經驗，認為具體的實驗課程設置如下。

1.插入法測光纖的平均損耗系數。采用插入法測量待測光纖在1310nm和1550nm處的平均損耗系數。掌握插入法測量光纖損耗系數的原理，熟悉光纖多用表的使用方法。學時設置為2個課時。

2.光時域反射計（OTDR）測光纖鏈路特性。用光時域反射計測量光纖鏈路的平均損耗、接頭損耗、光纖長度和故障點位置。了解光時域反射計工作原理及操作方法，學習用光時域反射計測量光纖平均損耗、接頭損耗、光纖長度和故障點位置。學時設置為2個課時。

3.光波分復用（WDM）系統實驗及其誤碼率測量構建1310nm/1550nm光纖波分復用系統并測試其誤碼率，了解光波分復用傳輸系統的工作原理和系統組成熟悉誤碼、誤碼率的概念及其測量方法。學時設置為2個課時。

4.數字光纖通信系統信號眼圖測試。構建數字光纖通信系統并且用數字示波器觀測系統的信號眼圖，并從眼圖中確定數字光纖通信系統的性能。了解眼圖產生的基礎，根據眼圖測量數字通信系統性能的原理；學習通過數字示波器調試、觀測眼圖；掌握判別眼圖質量的指標；熟練使用數字示波器和誤碼儀。學時設置為3個課時。

5.光纖切割與焊接技術演示實驗。利用全自動熔接機向學生演示光纖熔接的全過程，了解光纖的結構和光纖電弧放電焊接原理；了解全自動焊接光纖的過程和使用方法。學時設置為2個課時。

6.光纖光柵光譜特性測試系統的設計實驗。測量光環行器的插入損耗、隔離度、方向性、回波損耗參數；利用PC光譜儀、光環行器和光纖光柵設計光纖光柵光譜特性的測試系統；了解光環行器的工作原理和主要功能；了解光環行器性能參數的測試原理；了解光纖光柵的光譜特性；學習PC光譜儀的使用方法。學時設置為3個課時。

7.光帶通濾波器的設計。測量光耦合器的插入損耗、分光比和附加損耗等參數；利用光耦合器或者光環行器和光纖光柵設計光帶通濾波器。了解2X2光耦合器的工作原理，了解光耦合器各項參數的測試方法。學時設置為2個課時。

通過以上實驗課程，能夠使電子信息工程本科學生對光纖通信系統的基本器件、基本測量系統等有一個比較感觀的認識，而且能夠更加深刻地掌握它們工作的基本原理和基本特性，為將來在具體的工程設計及進一步深造中奠定基礎。

三、結束語

光纖通信技術在國家的信息產業、國防工業中具有舉足輕重的地位，電子信息技術與光學信息技術的結合也越來越緊密。對于當今的電子信息工程專業的學生而言，除了需要掌握本專業牢固的知識和技能以外，了解和掌握光纖通信技術的基礎知識和相關的技術發展趨勢也是必不可缺的。本文通過對電子信息工程專業特點和光纖通信課程內容的分析，討論了該門課程與該專業的內在聯系，分析其重要性，并根據筆者10年來在重慶理工大學電子信息工程專業講授該門課程的經驗，提出了本門課程在電子信息工程專業中的理論及實驗的教學內容、教學重點、教學方法及課程設置等方面的一些意見和建議。

參考文獻：

[1]高D.激光技術應用現狀與分析[J].物理通報，2007，（11）：50-52.

[2]龍泉.光通信發展的回顧與展望電信網技術[J].2008，（2）：30-32.

[3]曲鵬.光纖通信技術的應用及展望[J].硅谷，2014，7（24）：2-2.

光纖通信的基本概念范文第3篇

一、講授內容的實時更新，與最新的理論發展和應用前沿相結合

光纖通信技術承載的信息量巨大，傳輸的業務種類繁多。無論是其相關理論，還是使用設備，都發展迅速、更新很快。《光纖通信》課程也要在理論和與現場應用方面進行不斷跟進前沿。這個可以從三個方面進行提高跟進：第一，在理論方面，及時跟進當前的發展狀況，針對當前國內的光纖通信相關的專業學術會議，例如參加亞洲光纖通信與光電國際會議及博覽會以及中國電子學會通信學分會、中國通信學會光通信專業委員會和中國光學學會聯合主辦的全國第四次光纖通信學術會議，進行學術交流，對較為前沿的理論突破進行了解，并適當讓學生收集和了解這方面的信息。第二，在實踐方面，緊跟形勢，掌握當前進行的較為典型的工程動態，了解光纖通信國際/國家行業標準的修訂及更新。要求學生能了解光纖通信網絡現狀、光纜路由和邏輯拓撲結構，建立初步的感性認識。第三，尤為重要的是，讓學生定期查閱光纖通信有源器件、無源器件以及光網絡的相關文獻；培養學生能夠自己動手查閱相關書籍和自主學習科研方面的能力，以期學生在以后的生涯中能夠自我前行。

二、內容的表達方法的改進：用多媒體表達原理的動態過程

《光纖通信》課程的學習中首先要求學生對光纖通信鏈路有全面的認識，如圖1所示。光纖通信鏈路中各個組成部分信息量大，并與實際結合緊密，經常需要大量的細節圖片來顯示現場情況和課程內容的內在邏輯，甚至要提供通信運行中的動態過程。也因此，在傳統的教學中，也必須更多地利用多媒體手段。并且表現形式也不能僅僅將多媒體的工具簡單羅列，還必須針對課程的內容采取恰當的表達方式，究竟是圖片，還是音頻或者視頻，而是根據具體的內容，采用合適的方法表達內容的本質。比如光纖通信鏈路中，光波能夠作為高頻信號的載波這一特性的講解，首先要了解光波是一種高頻振蕩的電磁波，需要借助動畫來描述，然后再討論載波的調制，需要畫圖解釋，這些均是傳統板書教學難以完成或者說需要花費過多時間敘述、描寫的，借助多媒體動畫可以生動、形象、快速地完成講解，并且學生可以獲得直觀的感受；再如構成光纖通信鏈路的中繼器其中必不可少的摻鉺光纖放大器，其工作原理涉及激光原理、摻鉺光纖最佳長度的計算，這時如果仍然采用傳統的方式，或者簡單的多媒體羅列教學，對學生而言視覺沖擊效果太弱，因此在教學中可以采用板書教學，對公式講解、結合多媒體動畫，展現摻鉺光纖放大器工作的原理。板書時給學生一定的思考空間，多媒體給出具體直觀的動態工作過程，起到強化記憶、增強理解的作用。

三、結合記憶心理學，改進教法

一直以來，尤其是最近一段時間，我們都在思考一個問題，是什么導致學生對知識點完成了記憶、理解、掌握、能夠運用的呢？教師能幫助學生記憶什么嗎？答案是不能，很無奈但是很真實！我們能做的是講一堂課、若干知識點呈現在學生面前！針對這種呈現我們與一本書、一段視頻的作用類似，那么我們真的無能為力嗎（在幫助學生記憶方面）？當然不是，我們在呈現課程過程中與學生是有交流、有互動的，那么正是這種互動，可以加深學生的記憶，能夠將被動的聽或者看，轉換成積極的思考，這才是教與學中的關鍵！根據記憶的類型[6]，針對知識傳授記憶有形象記憶型、抽象記憶型、情緒記憶型，課堂教學以抽象記憶為主，但是形象記憶，情緒記憶是不容忽視的，而且是非常重要的輔助手段，因此生動的例子、新鮮的實事都是與學生互動，幫助抽象記憶的好方法。如何能夠將學生的思路不著痕跡地帶著進入思考，這里給出了一種教法的嘗試———重點提問，團隊討論。所有課堂內容，圍繞提問為重點，進行提現。具體做法是每節課提前5分鐘將上一節講授的需掌握的重點內容在黑板上列出，上課鈴聲響起，學生自由選擇問題回答，板書作答，其余同學共同批改每道題。學生在短時間內（上課之前的5分鐘）對上一節課講授內容有所回顧，板書作答加強抽象記憶，同時在批改其他同學的回答時糾正自己的理解錯誤（形象記憶）。全班同學對其進行批改（全班同學在共同糾錯的同時完成了團隊討論），作答的學生感受情緒記憶，知識內化過程加強，能夠將轉化過程中可能出現的理解錯誤加以糾正。每節課之前板書提問，直接解決學生理解過程中的偏差，及時發現，及時解決，發動學生參與批改問題，從多角度鼓勵學生思考，加深知識的理解。課前提問與平時成績掛鉤，學生參與非常積極，其強化記憶的效果在試卷考題中有明顯的體現！

四、實際動手應用與理論教學相結合

光纖通信的基本概念范文第4篇

關鍵詞: 《光通信》課程 少學時 教學內容

一、教學課程現狀分析

光通信是20世紀70年代以后發展起來的一種新興通信技術。光通信技術的誕生被認為是通信發展史上一次革命性的進步,它對人類由工業化社會向信息化社會的邁進,有著不可估量的推動作用。因此,《光通信》課程不僅是高等院校光通信專業的必修課,而且日益成為電子信息類其他專業的重要選修課。

《光通信》是一門系統闡述光通信基礎理論和基本技術的課程[1]。根據通信方式的特點,光通信可大致分為光纖通信和無線光通信兩部分。在光纖通信部分,主要教學內容包括光纖及其傳輸原理、光纖通信器件、光端機設計、光纖通信系統、光網絡等。在無線光通信部分,主要的教學內容包括大氣激光通信、星間激光通信、水下激光通信等。針對非光通信的電子信息類專業,該課程要求在32學時內講授完畢,但由于理論知識點繁多,數學推導復雜抽象,不易直觀理解,學生通常感覺枯燥,學習積極性不高。同時,由于教學時間的限制,教師對課程教學內容的講解也很難深入和具體,教學效果不理想。

針對上述問題,根據近幾年的教學實踐,我針對少學時《光通信》的教學內容和教學方法展開探討,并提出一些教學改進建議。

二、教學內容的選擇原則

在教學內容的選取上,我建議應遵循如下三個原則。

(一)根據“寬而淺”的原則,合理選擇內容。

由于課時有限,在教學中應貫徹“寬而淺”的原則[2],在滿足各專業對課程要求的前提下,力求重點突出、繁簡得當、語言通達。從注重理論基礎和基本概念,拓寬專業知識面的目的出發,結合電子信息類其他專業的知識特點及其在實際生活中的應用等方面對課程的內容進行全面的調整。少學時光通信課程中應著重介紹光通信的基本概念、基本理論和基本方法,強調光通信系統的定性分析,大幅減少定量分析,盡量在一個比較淺的層次上拓寬學生視野,為學生今后的學習和應用打好基礎。

(二)教學內容因“專業”而異。

光通信涉及通信界的各個專業領域,不同的專業對光通信課程的內容的側重點不同,應從適應專業整體的知識結構和能力需要出發,調整課程內容,建立新的課程內容體系。學生學習知識的目的,就是為了應用知識解決實際問題,學生對自己關心的問題更有強烈的求知愿望。例如,對于信息工程專業的學生,他們對于光通信工程的定性分析較為關注;電子電路專業的學生則更多的關注理論知識和光通信器件。在教學過程中,教師應根據各個專業學生的不同需要,選擇講授的內容,有簡有繁,詳略得當,從而使得光通信課程在較少的學時內,達到相對較好的教學效果。

(三)根據相關先修課程,及時更新教學內容。

光通信與通信理論、光學、半導體物理與器件、微波理論和技術、模擬電子線路等先修課程有著緊密的聯系,正確認識它們之間的聯系,充分運用學生已有的基礎知識,對光通信的教學有很大的幫助。同時,任課老師應與上過這些先修課的教師進行交流,了解學生對相關知識的掌握程度,便于更新教學方案。例如,在介紹物質與光之間的相互作用時,光的波粒二象性,原子的能級等這些在半導體物理課程中已經深入學習的東西,我們只需要一筆帶過;對于模擬電子線路中關于二極管的一些原理、結論性的知識,我們可以直接用到光電二極管中;而對于學生當初學習不太清楚的知識,可以在課上做簡明扼要的提示性介紹。總之,了解學生的知識結構,對癥下藥才能事半功倍,節省授課時間,并起到較好的教學效果。

三、教學方法的選取

在教學方法上,我建議采用如下幾種方法。

(一)激發興趣,培養專業好奇心。

在講授該課程的緒論時,教師應當注意激發學生的學習興趣,告訴學生學習該課程的目的以及在生活中的應用。只有把抽象的問題形象地展現出來,才能調動學生的積極性,使學生從“要我學”,變成“我要學”。

在授課前,要讓學生明白本課程要研究什么問題,用什么方法去研究,研究的重點在哪里,以及該章節與前后章節的聯系,讓學生對該課程有一個整體的認識,發揮學生的想象力[3]。在授課結束后,教師應當帶領學生系統地復習,使學生加深對本課程的理解和掌握。

(二)多媒體教學和傳統教授相結合。

傳統的粉筆教學,需要大量的時間來板書,對于少學時《光通信》課程的教學來說,顯然是不現實的,應該把多媒體教學與傳統的教學方式結合起來,取長補短。

多媒體教學的特點是每節課的知識量大[4],授課速度快,內容保留時間短,授課方式較為單調,學生長時間聽課,容易產生枯燥的情緒,從而感到疲勞,影響教學效果。這就要求教師精心制作課件,對課件內容精心組織設計,可采用動畫的方式把抽象的理論知識形象化、可視化、動態化地展示給學生,使難以理解的概念變得的生動具體。教師還應對重點內容用板書加以強調,也給學生留出思考和記筆記的時間。同時,通過生動富有感染力的教學語言去激發、引導學生,提高學生的上課效率,使他們在較少的時間獲取更多的知識。

(三)優化教學模式,培養學生主動學習的能力。

由于光通信具有發展迅速、專業知識更新快的特點,這就要求教師時刻跟蹤最新技術的動向,發展“研究式教學”模式。同時,在授課時,不能只強調學生“接受式學習”,更要培養學生“研究式學習”的能力,讓學生在了解一些基礎性問題后,去主動探究未知的問題。例如,鼓勵學生作專題講座是培養學生“研究式學習”的一種有效方式,教師制定若干題目,讓每個學生從中選擇要講的題目和內容。學生在業余時間查閱大量資料,然后經過精心組織向同學們演示他們的學習成果,并在教師指導下開展一些問題的討論。這種方式可以充分鍛煉學生的創新能力,有效地調動學生學習的積極性。

(四)改革評價方法,促進教學目的全面實現。

傳統的教學評價方式只注重結果的“對與錯”,而忽視了學生學習過程的評價。學生的創造性往往是在學習的過程中體現出來的,這就需要教師在教學評價上作出調整,及時發現學生的閃光點,從而給學生鼓勵和正確引導,促使學生不斷增強自信心。

考慮到少學時《光通信》課程是電子信息類專業的選修課程,注重的是對該課程基本理論、基本技術及應用方法的教授,并著重培養學生科學探索和研究精神,因此,我們采用平時課堂講座和最終半開卷的考核方式。講座可以促進學生平時學習的積極性,使他們能夠主動探索問題;最終的考試采用半開卷是由于該課程內容較多,而且我們真正的教學目是讓學生學會應用,而不是讓他們花大量的時間去識記一些數學公式,這樣可以留給他們足夠的時間去探索問題。

四、結語

少學時《光通信》是電子信息類專業的重要選修課之一。我針對該課程教學中存在的若干問題,從教學內容和教學方法兩個方面進行探討,并提出了若干改進建議。我通過教學實踐發現,上述改進建議可有效激發學生的學習熱情,培養學生的創新能力,從而顯著地提高該課程的教學效果。

參考文獻:

[1]李玉權,朱勇,王江平.光通信原理與技術[M].北京:科學出版社,2006.

[2]王延遐,代祥俊.少學時工程力學教學探討[J].中國科技信息,2010,(1):259.

光纖通信的基本概念范文第5篇

【關鍵詞】諧振條件；強度調制；光纖放大；分路

當光照射到金屬或半導體上產生光電流的現象。光電流的強度與入射光成正比；當入射光的頻率低于紅限頻率時，不會產生光電效應。入射光的頻率太高，半導體材料對光的吸收系數將變大。光纖傳輸技術正是將此項物理現象應用到通訊中。

一、光纖傳輸特點與光構成

（一）光纖傳輸的特點。光纖對光信號的衰減極小。每km光纖對信號的衰減為0.2分貝，調幅光纖不加中繼可傳輸40 km左右，數字光纖可傳輸100 km以上。光纖不易受電磁干擾，傳輸質量很好。光纖的容量極大。每一根光纜中包含4根至幾千根光纖，每根光纖可復用幾十個波長，每個波可傳輸幾千套電視節目。

（二）激光。英文為Laser（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，即萊塞、鐳射），受激輻射引起的光放大。輻射過程有三種：自發輻射、受激輻射、受激吸收。產生激光的三個條件：實現粒子數反轉、滿足閾值條件（受激輻射放大的增益大于激光器內的各種損耗）和諧振條件（直射光與反射光位相相同）。工作物質（激活物質）、泵浦系統和諧振腔構成激光器的基本組成結構。

（三）與激光有關的基本概念。粒子數反轉（高能態的粒子數大于低能態的粒子數）；激活物質（具有能實現粒子數反轉能級結構的物質）； 泵浦過程（激勵過程，即通過外界不斷供給能量，促使低能態粒子盡快躍遷的過程）； 諧振腔（使受激輻射光在兩個反射鏡之間來回反射，不斷引起新的受激輻射，使其不斷被放大）。

二、光信號的調制和解調

（一）光信號的副載波強度調制。AM-IM的特點是傳輸節目更多，但對激光器的要求較高，光接收機的靈敏度較低，傳輸距離較近，1.31 μm激光，無中繼距離不超過35 km。FM-IM的特點是對激光器線性的要求不高，傳輸距離較大。圖像質量高交調互調產物表現為接收調頻波的背景噪聲，對圖像質量的影響較小。但所占頻道較寬（每個頻道35 MHz～40 MHz），一根光纖只能傳輸16～18套電視節目，光接收機輸出的信號需經過FM/AM轉換器才能送入用戶。可組成一個衛星電視傳輸系統。PCM-IM方式：失真小，無噪聲積累，多級傳輸后載噪比仍可達60 dB，C/CTB和C/CSO可達70 dB。無中繼放大可傳輸100 km以上，利用光纖放大器，可傳輸數千公里。但價格貴；無壓縮時，一根光纖只能傳輸16套節目。經過壓縮，可傳輸數百套節目，但成本較高。

（二）光調制器原理。直接調制的技術簡單，損耗小，易于實現。但易出現附加頻率調制或啁秋效應（chirping）。出現組合二次互調失真（CSO）。內調制和外調制需要通過專門的調制器。外調制效率較低，但無啁秋效應。光接收機的任務是把光信號恢復成電信號。硅波長響應范圍為0.5μm～1.0μm，鍺和InGaAs為1.1μm～1.6μm。

三、光纜

光纜的基本組成部分有光纖、導電線芯、加強筋、護套。光纜的接續分固定連接（粘接和熔接）與活動連接（光連接器和機械連接子）兩類。

（一）模擬光纖干線的基本原理。光發射機將電視信號調制到光信號上，光分路器把光信號分成不同比例，分別送入各光節點，光纖放大器將光纖中的光信號放大，使之傳輸更遠的距離，光接收機從光信號中解調出電信號。光發射機有直接調制光發射機、YAG外調制光發射機、DFB外調制光發射機。光接收機（optical receiver）應用在通信的光纖傳輸與接入，負責接收光信號的設備。通常由光檢測器、光放大器和均衡器以及其他信號處理設備組成。光接收機的任務是以最小的附加噪聲及失真，恢復出光纖傳輸后由光載波所攜帶的信息，因此光接收機的輸出特性綜合反映了整個光纖通信系統的性能。光信號經由光發射機發射與傳輸后，脈沖的波形被展寬，幅度得到了衰減。此時光接收機檢測經過傳輸的衰減過的光信號，將其放大和整形，從而復生原信號。光纖放大器的工作原理有直接放大與間接放大，有后置放大器（光增強器）；前置放大器（預放器）以及光中繼器。

（二）摻鉺光纖放大器（EDFA）。雙摻雜EDFA同時摻入釔和鉺兩種元素，泵浦光功率達3 W，波長為1.047 μm，信號光輸出功率達2×500mW（27+3dBm）。包層泵浦EDFA的光纖有兩個包層。纖芯的直徑為5 μm，第一包層的直徑為90 μm，第二包層的直徑為125 μm。泵浦光（波長為910 nm～990 nm）從第一包層輸入。可放大1537 nm～1574 nm或1560 nm～1600 nm的光，輸出功率達3000 mW以上。三種泵浦方式進行比較：輸出光功率方面，雙向泵浦>后向泵浦>前向泵浦；噪聲方面前向泵浦

四、光纖通信技術的特征和發展方向

（一）光纖通信的特征。光纖通信的可靠性很高、抗外力干擾的能力也很優秀而且傳輸速率也很快、信號質量強度高穩定等等。這些優點正是在國家電力系統信息傳遞中所遇到的難題。電力信號的傳輸要適應全天候的天氣變化，光纖傳輸不受自然環境和物理環境影響，具有良好的抵御信號干擾的能力和自我修復力。比較目前的幾種通信技術光纖是最經濟實惠的，效果也是最好的。和其他網絡的融合拓展，減少電力系統的資金浪費。

（二）光纖通信的發展方向。從過去的幾十年的電子通訊技術發展的過程來看，傳輸信息量和傳輸效率一直是我們追求的目標。通常情況下，效率提升和成本的增加成文的正比，這個系數大約是10：1。二十年里，傳輸速度從10Mbps躍升到10Gbps，效率提升了數量級別。未來的發展仍舊是大容量和高速度。一根光纖的寬帶利用率不到1%，還有99%的空間有待利用和開發。其實我們已經開始使用波長分開重復使用的方法來開發光纖的寬帶資源，這種方法簡稱WDM。

寬帶和光纖都是信息的傳輸渠道，如果采用WDM技術可以實現傳輸效率的大幅度提升，但是這種傳輸仍然是點到點的線性傳輸，不利于信息的互動交流。如果將光纜連接開發出信息交流平臺，電力系統傳輸實現容量的再次提升，為電網節省開支提高效率。

五、結束語

光工作平臺的輸入輸出是一個綜合性指標，其性能綜合受制于輸入光功率與輸出電平，需要在較低的接受輸入功率與較高的輸出電平間掌握平衡。

參考文獻：

[1]李鑒增.光纖傳輸與網絡技術[M].北京：中國廣播電視出版社，2009.