《光纖通信技術》課程教學大綱

《光纖通信技術》課程教學大綱一、課程基本概況課程中文名稱光纖通信技術課程英文名稱FiberCommunicationtechnology課程編號19131313課程類別□公共必修課□公選課□院級限選課□學科基礎課■專業(yè)基礎課□專業(yè)限選課□專業(yè)任選（拓展）課□方向特色課（雙百班課程）總學時48講授學時48實驗學時0總學分3開課學院（部）理學院開課系（室）物理與光電科學系授課對象電子科學與技術專業(yè)先修課程高等數學、數學物理方法、工程光學、模擬電子技術、數字電子技術二、課程簡介本課程全面介紹了光纖通信系統(tǒng)的基本組成；光纖基礎知識，光纖傳輸理論和傳輸特性；常用的光通信器件；光發(fā)射機的組成、特性和光源驅動電路；光接收機的組成、性能和光纖通信用的光電探測器分析；光纖通信系統(tǒng)，比如數字光纖通信系統(tǒng)和模擬光纖通信系統(tǒng)，包括SCM光纖通信系統(tǒng)；光纖放大技術EDFA、WDM、光交換技術和色散補償技術等。三、課程教學總體目標通過本課程的學習，使學生熟悉光纖通信系統(tǒng)；掌握光纖通信的基本知識和傳輸理論、傳輸特性；掌握通信器件的性能及其主要參數；掌握光纖通信光源和光檢測器的原理，掌握光源的和光檢測器基本特性；掌握光發(fā)送機和光接收機的組成和性能；了解光纖通信系統(tǒng)的設計方法和誤碼性能；理解EDFA、WDM的原理和性能，理解色散補償技術；了解光交換技術，了解SDH等光通信網絡的基本知識；為從事光纖通信領域的工作以及進一步的深入學習和研究奠定必要的理論基礎。四、理論教學內容及要求第一章緒論【教學目標】（1）了解光纖技術的發(fā)展史（2）理解光纖通信的發(fā)展歷程及其新技術的發(fā)展（3）掌握光纖通信系統(tǒng)的基本組成【學時分配】2【授課方式】多媒體+板書【授課內容】§1—0光纖通信是光電子學的重要分支§1—1光纖技術的發(fā)展簡史§1—2光纖通信的發(fā)展歷程§1—3光纖通信系統(tǒng)的基本組成與應用§1—4光纖通信技術的新發(fā)展【教學重點和難點】（1）重點：光纖通信的基本組成（2）難點：略【授課方法與手段】（1）教學方法：講授（2）教學手段：多媒體+板書【課外學習指導的要求】1.課外閱讀資料：光纖通信的發(fā)展趨勢2.作業(yè)與思考題的要求：光纖技術的發(fā)展史；光纖通信的優(yōu)點；光纖通信系統(tǒng)的基本組成。第二章光纖傳輸理論【教學目標】（1）了解光纖的結構、分類，光纖的非線性效應（2）理解光信號在光纖傳輸的分析方法及其結果（3）掌握模式的概念、傳輸常數的物理意義，單模光纖的截止條件、模場分布，單模光纖的雙折射及其對光纖通信的影響，光纖的損耗、色散。【學時分配】6【授課方式】多媒體+板書【授課內容】§2—1概述-光纖結構與分類§2—2光纖傳輸的射線分析方法§2—3光纖傳輸的波動光學分析方法§2—4單模光纖§2—5光纖的傳輸特性§2—6光纖傳輸理論的小結【教學重點和難點】（1）重點：光纖模式的電磁場結構、單模光纖、光纖的損耗和色散（2）難點：光纖傳輸的波動光學分析方法、單模光纖的雙折射及其偏振、光纖的非線性效應【授課方法與手段】（1）教學方法：講授（2）教學手段：多媒體+板書【課外學習指導的要求】1.課外閱讀資料：光纖技術的發(fā)展、相關的中英文文獻資料2.作業(yè)與思考題的要求：光纖的基本結構及其類型；單模光纖的基本類型；幾何光學分析方法和波動光學分析方法的相關計算；單模光纖的相關計算；光纖損耗、色散、非線性效應對光纖通信的影響；損耗、色散的計算。第三章光纖器件【教學目標】（1）了解光纖的制造工藝要求以及光纖連接技術（2）理解器件的性能參數（3）掌握光纖連接器、光纖耦合器、光隔離器、波分復用器、光開關、光纖光柵、光環(huán)形器等光纖器件?！緦W時分配】8【授課方式】多媒體+板書【授課內容】§2—1光纖的制造工藝及流程§2—2光纖連接技術以及器件§2—3光纖耦合器§2—4光隔離器§2—5光環(huán)形器§2—6波分復用器§2—7光開關§2—8光纖光柵技術及其應用§2—9光衰減器§2—10光分叉復用器、光交叉連接器、波長變換器、光纖激光器【教學重點和難點】（1）重點：光纖耦合器、光隔離器、波分復用器、光開關、光纖光柵（2）難點：光隔離器、光環(huán)形器、基于偏振光開關【授課方法與手段】（1）教學方法：講授（2）教學手段：多媒體+板書【課外學習指導的要求】1.課外閱讀資料：通信器件的發(fā)展、相關的中英文文獻資料2.作業(yè)與思考題的要求：器件的基本工作原理以及相關性能參數的定義和計算第四章光源和光發(fā)射機【教學目標】（1）了解半導體的能帶結構（2）理解半導體光源的基本工作原理、量子阱等新型半導體光源（3）掌握FP腔半導體激光器、雙異質結激光器、分布反饋半導體激光器、分布布拉格反射半導體激光器，掌握數字信號調制及其驅動電路、模擬信號調制及其驅動電路，掌握功率控制電路、溫度控制電路，掌握慢啟動、告警等保護電路?！緦W時分配】8【授課方式】多媒體+板書【授課內容】§4—1概述§4—2半導體光源的工作原理§4—3光纖通信用半導體激光器§4—4光纖通信用發(fā)光二極管§4—5光源的調制及驅動電路§4—6LD光發(fā)射機的控制電路§4—7光發(fā)射機的小結【教學重點和難點】（1）重點：雙異質結激光器、分布反饋半導體激光器、分布布拉格反射半導體激光器，數字信號調制及其驅動電路，功率控制電路、溫度控制電路（2）難點：半導體激光器的工作原理，高速調制的驅動電路【授課方法與手段】（1）教學方法：講授（2）教學手段：多媒體+板書【課外學習指導的要求】1.課外閱讀資料：光源、光發(fā)射機模塊的發(fā)展、相關的中英文文獻資料2.作業(yè)與思考題的要求：通信用半導體激光器的相關計算；光源驅動電路的設計及其計算；控制電路各部分的要求及其計算。第五章光探測器和光接收機【教學目標】（1）了解半導體的能帶結構（2）理解PIN、APD光電探測器的工作原理、光接收機的各種噪聲、光接收機前端的設計問題（3）掌握數字光接收機的前端、線性通道、以及數據恢復的具體部件，光探測器的性能參數，數字光接收機輸入端的等效電路模型、信噪比，接收機的靈敏度和動態(tài)范圍，線性通道、動態(tài)范圍以及實現動態(tài)范圍的模塊電路，眼圖?！緦W時分配】8【授課方式】多媒體+板書【授課內容】§5—1概述§5—2數字光接收機的組成§5—3半導體光檢測器§5—4光接收機前端及噪聲§5—5光接收機的靈敏度§5—6光接收機的線性通道及數據恢復§5—7光接收機的小結【教學重點和難點】（1）重點：數字光接收機的組成、光探測器的性能參數，接收機前端，接收機的靈敏度和動態(tài)范圍，眼圖分析（2）難點：光接收機的噪聲靈敏度分析，線性通道的均衡濾波器【授課方法與手段】（1）教學方法：講授（2）教學手段：多媒體+板書【課外學習指導的要求】1.課外閱讀資料：光探測、光接收模塊的發(fā)展、相關的中英文文獻資料2.作業(yè)與思考題的要求：數字光接收機的組成；通信用PIN、APD探測器參數的分析計算；前端等效電路的分析以及接收機性能的相關計算；不同探測器的線性通道模塊；數據恢復的眼圖參數含義及其分析。第六章光放大技術【教學目標】（1）了解光放大技術的發(fā)展（2）理解光纖放大技術的基本工作原理，EDFA的實際應用方式（3）掌握EDF的結構、工作原理、能級分裂對EDFA實現光放大的意義，掌握EDFA的基本光路結構和泵浦方式，EDFA的各個器件，EDFA的增益、噪聲等特性參數、大功率化的技術途徑，EDFA級聯使用時出現的問題及解決方法，掌握PDFA、TDFA、光纖拉曼放大技術?！緦W時分配】6【授課方式】多媒體+板書【授課內容】§6—1概述§6—2EDF的結構與EDFA工作原理§6—3EDFA的特性§6—4EDFA在光纖通信系統(tǒng)中的應用以及大功率化§6—5PDFA、TDFA光放大技術§6—6其他光放大技術(光纖拉曼放大器、半導體光放大器)§6—6光放大技術的小結【教學重點和難點】（1）重點：EDF的結構、工作原理，EDFA的基本光路結構、特性參數（2）難點：EDFA級聯使用時出現的問題及解決方法，光纖拉曼放大技術【授課方法與手段】（1）教學方法：講授（2）教學手段：多媒體+板書【課外學習指導的要求】1.課外閱讀資料：光放大技術的發(fā)展、相關的中英文文獻資料2.作業(yè)與思考題的要求：EDF的工作原理；EDFA的基本光路結構以及各種泵浦方式、特點；EDFA參數的分析計算；EDFA大功率化的技術途徑；EDFA的級聯問題以及常用的解決方法；其他放大技術的相關原理。第七章數字光纖通信系統(tǒng)【教學目標】（1）了解準同步數字體系，ITU規(guī)定的各常用字節(jié)的含義（2）理解數字電話的傳輸、PDH存在的不足以及SDH的優(yōu)點，理解SDH傳輸結構及其自愈能力、系統(tǒng)設計方法（3）掌握數字光纖通信系統(tǒng)的組成，同步的含義以及SDH各模塊的速率標準，SDH的復用解復用過程和復用方法，SDH的幀結構中復用段開銷、通道段開銷、管理單元指針、信息凈負荷，重點掌握SDH的復用映射方法及其過程、SDH的復用單元及其結構，SDH光接口的代碼及接口參數，掌握系統(tǒng)的誤碼性能、抖動性能，以及誤碼的各種表示方法，掌握中繼段的功率預算和色散預算【學時分配】6【授課方式】多媒體+板書【授課內容】§7—1概述§7—2準同步數字系列PDH§7—3光同步數字系列SDH§7—4系統(tǒng)的性能指標§7—5光纖通信系統(tǒng)的設計§7—6數字光纖通信系統(tǒng)小結【教學重點和難點】（1）重點：SDH各模塊的速率標準，SDH的復用方法和復用映射過程，SDH的幀結構及其各種段開銷字節(jié)，SDH的復用單元，SDH的接口參數，系統(tǒng)的性能參數以及中繼段的功率和色散預算（2）難點：SDH傳輸網的自愈恢復、SDH的復用映射過程、SDH復用單元的結構【授課方法與手段】（1）教學方法：講授（2）教學手段：多媒體+板書【課外學習指導的要求】1.課外閱讀資料：光纖通信系統(tǒng)相關的中英文文獻資料2.作業(yè)與思考題的要求：SDH、PDH的優(yōu)缺點；SDH的相關計算；SDH的復用映射過程分析；各種容器；SDH光接口的代碼以及參數的分析計算；系統(tǒng)的性能參數分析計算；系統(tǒng)的設計方法以及功率、色散預算。第八章模擬光纖通信系統(tǒng)【教學目標】（1）了解模擬信號的調制方式（2）理解基帶信號直接光強調制光纖傳輸系統(tǒng)的特性（3）掌握CNR、二次和三次非線性信號失真，掌握非線性失真的預失真控制方法【學時分配】2【授課方式】多媒體+板書【授課內容】§8—1概述§8—2調制方式和模擬基帶直接光強調制光纖傳輸系統(tǒng)§8—3副載波復用光纖傳輸系統(tǒng)§8—4模擬光纖通信系統(tǒng)小結【教學重點和難點】（1）重點：SCM、二次和三次非線性信號失真（2）難點：非線性失真的預失真控制方法【授課方法與手段】（1）教學方法：講授（2）教學手段：多媒體+板書【課外學習指導的要求】1.課外閱讀資料：模擬信號傳輸相關的中英文文獻資料2.作業(yè)與思考題的要求：副載波復用的信號失真分析及其控制方法。第九章光纖通信網絡及其他技術【教學目標】（1）了解光網絡的發(fā)展、光接入網的概念以及各種線路終端、光孤子通信技術（2）理解光接入網的FTTB、FTTC、FTTH等應用形式，理解PON和AON等接入網，理解色散補償原理（3）掌握WDM信道密度、隔離度、中心頻率，掌握常用的色散補償技術【學時分配】2【授課方式】多媒體+板書【授課內容】§9—1光網的發(fā)展趨勢§9—2光接入網§9—3WDM、DWDM、CWDM以及相關概念§9—4色散補償技術§9—5光孤子通信課程習題課【教學重點和難點】（1）重點：FTTB、FTTC、FTTH接入網，信道密度、中心頻率，常用色散補償技術（2）難點：略【授課方法與手段】（1）教學方法：講授（2）教學手段：多媒體+板書【課外學習指導的要求】1.課外閱讀資料：光網絡發(fā)展的相關技術、色散補償技術的文獻資料2.作業(yè)與思考題的要求：光接入網的含義，光接入網的具體應用形式；信道密度、隔離度的計算；色散補償原理。五、實驗教學及要求無。六、課程考核及成績評定要求請分別按以下要求撰寫理論教學和實驗教學考核內容，描述理論教學和實驗教學考核占總成績的比例。1．課程考核依據：主講教師根據教學大綱的內容進行命題。2．課程考核性質：考試。3．具體的考核方式：閉卷考試。3．成績評定：成績由平時成績和期末考試成績構成，平時成績占30%、期末考試成績占70%。七、教材與參考資料1、