光纤通信原理与技术教学大纲

《光纤通信原理与技术》教学大纲

课程名称 课程编号 总学时 适用专业

执笔：胡昌奎 日期：2016.1 审阅：吴薇 日期：2016.1 审定：何朗 日期：2016.1

一、课程简介与特色

课程简介：本课程是以光纤通信原理及应用技术为核心内容，主要讲授光纤通信技术的发展、光纤通信系统有源及无源器件、光发射机和光接收机、光放大器、光纤传输系统、光纤通信系统设计和光纤通信网络等内容。

本课程是光电信息科学与工程专业开设的一门专业必修课程，是帮助学生深入认识和掌握光纤通信技术所必需的教学环节。通过本课程的学习，学生需熟悉光纤通信系统的基本构成，掌握光通信系统中常用器件的结构、原理、特性及应用以及光纤通信的基本原理和技术，具备一定的光纤通信系统分析能力，了解光纤通信系统中的一些前沿应用技术及其光纤通信技术的发展趋势，拓展专业视野，为面对未来工作中的挑战提供更多的技能。

Course introduction: Optical fiber communication principle and application technology are the core content of the course. The main teaching content include the development of optical fiber communication technology, optical fiber communication

光纤通信原理与技术/Fiber Communication Theory and Technology

4050087110

学分

56（含 16 学时实践）

光电信息科学与工程

先修课程

物理光学、光纤光学

3.5

system, active and passive device, optical transmitter and optical receiver, optical amplifier, optical transmission system, optical fiber communication system design and optical fiber communication network.

This course is a required course for Specialty in Photoelectric Information Science and Engineering. It is a necessary part of teaching to help students to understand and master the technology of optical fiber communication. Through the learning for the course, it will enable students to master the basic structure of the optical fiber communication system, be familiar with the structure, principle, characteristics and application of common devices in optical communication system, grasp the basic principle and technology of optical fiber communication, have certain analytical skills for optical fiber communication system, know the development trend and cutting-edge technology in optical fiber communication. These can expand professional perspective and provide more basic skills in the challenge of the future work for students.

课程特色：课程使用了多媒体教学，理论与实践相结合，引入现场教学、前沿讲座、案例教学及计算机仿真等多种教学方式。 二、课程教学目标及其对专业毕业要求的支撑

本课程的教学目标如下：

1. 熟悉光纤通信系统的基本构成；

2. 掌握光通信系统中常用器件的结构、原理、特性及应用；

3. 掌握光纤通信的基本原理及技术，具备一定的光纤通信系统分析能力； 4. 了解光纤通信系统中的一些前沿应用技术及其光纤通信技术的发展趋势。

表1 课程教学目标对专业毕业要求的支撑

毕业要求指标点 1 掌握电路原理、电子技术、光电技术、光纤技术、光学仪器原理与技术、激光原理与技术、微处理器与微控制器理论、计算机技术等与光电信息科学与工程相关的工程技术知识，侧重于应用工程技术知识解决实际工程问题。熟练掌握一门计算机语言的编程和一种光学系统设计软件，具有在工程实践中应用的能力。 熟悉光电信息工程领域的技术标准；了解光电信息科学与工程的发展现状和趋势动态，了解新技术、新产品、新方法；了解光信息科学与工程领域的技术标准、质量管理和质量保证体系以及法律法规。 能参与光电系统产品开发的工程解决方案的制定，能考虑成本、质量、环保性、安全性、可靠性、外形、适应性等因素，寻找、选择和评估完成光电系统产品开发任务所需的技术、工艺和方法，具备初步的制定光电系统产品设计的工程解决方案的能力。 具有较强的光电产品设计能力，具有较强的创新意识和进行光学系统和光电产品创新设计的初步能力。 能够跟踪光电信息工程领域最新技术发展趋势，了解和学习光电信息工程领域的最新技术知识和技术成果，不断提升自己的专业水平。 具备收集、分析、判断、归纳和选择国内外相关技术信息的能力，不断补充自己的专业知识。 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 课程教学目标 2 3 4 √ √ 三、教学内容 （1）理论教学内容

1．概论

光纤通信的发展历史，光纤通信的优点，光纤通信系统的基本模型。 重点：光纤通信系统的基本构成。 2．光纤通信器件

主要介绍光纤/光缆、连接器、耦合器、滤波器、波分复用/解复用器、调制器、光开光、光隔离器、环形器、光分插复用器、波长转换器等器件的构成、工

组原理及其特性。

重点：各种器件的工作原理及其特性。 难点：QPSK光调制器、波长转换器。 3．光源和光发射机

在介绍半导体光源的原理及其特性的基础上，介绍光发射机的构成及其设计。

重点：半导体光源的激射原理及其特性。 难点：分布反馈激光器和波长可调谐激光器。 4．光探测器及光接收机

数字光接收机的构成及其每部分的功能，接收机的信躁比、误码率和灵敏度； 重点：数字光接收机的构成及其功能分析，接收机的性能指标。 难点：误码率的分析。 5．光放大器

介绍光放大器的一般概念，半导体光放大器、光纤拉曼放大器和掺铒光纤放大器的构成、工作原理及其特性。

重点：掺铒光纤放大器的构成、原理及其特性。 难点：半导体光放大器和光纤拉曼放大器的特性。 6．光纤传输系统

电复用光纤传输系统的构成，光复用光纤传输系统，相干光波通信系统和光孤子通信系统。

重点：光复用光纤传输系统中的波分复用。 难点：相干光波通信系统。 7．系统设计

重点：光纤通信系统的限制及其功率预算和带宽设计。

难点：带宽设计。 8．光纤通信网络

重点：光网络的基本概念，SDH传送网、光传送网、智能光网络、光突发交换网络、光分组交换网络、光接入网的基本概念。 （2）实践教学内容及要求

在以下题目中任选一个题目：

1. 基于OptiSystem的8信道WDM系统的设计与分析

熟悉WDM系统的组成及基本工作原理，设计一个单通道速率为2.5Gb/s的8信道WDM系统，信道的中心频率分别为193.1THz-193.8THz，对复用和解服用后的光信号进行仿真得出光谱图，并对误码率、Q因子和眼图等进行分析，验证波分复用系统的正确性和设计方案的可行性。

2．基于OptiSystem的EDFA的设计与分析

熟悉EDFA的工作原理及特性参数，利用OptiSystem软件设计同向、反向和双向泵浦及适用于WDM系统的增益平坦的理论模型，分析EDF的长度、泵浦功率以及频率等因素对系统增益及噪声的影响。

3．基于OptiSystem的光纤拉曼放大器的模拟分析

熟悉拉曼放大器的工作原理及特性参数，利用OptiSystem软件设计用于光通信窗口的光纤拉曼放大器，研究影响宽带拉曼放大器增益平坦的因素，并对模拟结果进行分析。

4．40Gb/s单模光纤的单信道传输系统设计与分析

设计一个40Gb/s单模光纤单信道的传输系统，其中连续激光器的中心波长为1550nm。对比分析RZ码、NRZ、CS-RZ等码型对其传输性能的影响，并对系统性能进行优化。

5. 基于二向色片的光分插复用系统设计与调试

基于二向色片的分光特性，设计一个三信道的复用传输系统。基于该系统进行一个信道的插入与分出，实现分插复用功能。

6. 基于融拉光纤的无源器件制作与封装

基于耦合波理论模拟分析融拉光纤耦合器的光学特性。在理论模拟分析的基础上，采用光学拉锥机拉制单窗口光学耦合器/双窗口光学耦合器/波分复用器，并对器件进行封装。 四、学时分配

表2 课程学时分配表

学时 教学环节 讲授 习题课 实践 小计 课程内容 概论、光纤 光纤通信器件 光源和光发射机 光探测及光接收机 光放大器 光纤传输系统 系统设计 光网络 合计 2 14 4 2 4 5 2 4 37 2 1 3 8 8 16 2 24 4 2 4 5 11 4 56 表3 实践教学时间安排表

序号 1 2 3 阶段内容 布置任务，查阅资料和完成理论设计并进行预答辩 设计方案调试及结果分析 课程设计说明书撰写，答辩及成绩评定 合 计 所用时间 2天 2天 1天 1周（16学时） 五、达成课程目标的途径与措施

作业，实践环节，文献综述 六、考核方式

笔试：70%；实践环节：20%；平时成绩：10% 七、推荐教材及参考资料

教材：

《光纤通信技术》，主编：原荣，出版社：机械工业出版，出版或修订时间：2013

参考资料：

《光纤通信原理与技术》（第2版），主编：朱勇，王江平，卢麟，出版社：科学出版社，出版或修订时间：2011

《光纤通信》，主编：(美) Gerd Keiser；李玉权, 崔敏, 蒲涛等译，出版社：北京电子工业，出版或修订时间：2002

《光纤通信工程》，主编：王加强, 岳新全, 李勇，出版社：北京邮电大学出版社，出版或修订时间：2003

《Understanding fiber optics》，Beijing :Publishing House of Electronics Industry : Pearson Education, (Asia), Inc.,2003.

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