《光通信原理与技术》课程教学大纲
课程中文名称：光通信原理与技术
课程英文名称：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：电磁场与电磁波、通信原理等
课程简介：随着网络化时代的到来，人们对信息的需求与日俱增。现代光通信原理在现代信息科学技术中更是占有举足轻重的作用。通过本课程的学习，使学生掌握和了解光纤通信的原理，系统组成，关键技术及新技术，实际应用的光纤通信系统，以及当前光纤通信领域的最新动态，为今后从事与之相关的工作打下基础。
一、教学目标及任务
光通信原理与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
第一章光纤通信概论（4学时）
教学要求：
1．了解光纤通信发展的历史；
2．理解光纤通信系统在当今通信领域的重要地位和作用及基本组成。
教学重点与难点：
1．光纤通信发展的历史；
2．光纤通信系统的基本组成。
教学内容：
第一节光纤通信发展史
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
1．光发射机；
2．光纤；
3．光接收机；
4．光放大器；
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．了解光纤的种类及其不同的用途；
2．理解阶跃和梯度光纤的光线理论，了解用光线法分析多模光纤的传输原理；
3．理解单模光纤的波动理论。掌握用波动理论讨论单模光纤中的模式特性，光纤中模式的概念，光纤的单模条件；
4．掌握光纤的损耗及色散概念及特性；
5．了解光纤的带宽概念。
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：
1．理解光检测器的类型和工作原理；
2．了解光检测器的特性参数；
3．理解光接收机的构成；
4．掌握光接收机的主要性能参数；
5．了解光收发模块；
教学重点与难点：
1．光检测器的类型和工作原理；
2．光接收机的构成；
教学内容：
第一节光检测器的工作原理
1．PIN光检测器；
2．APD光检测器；
第二节光检测器的特性参数
1．光检测器的性能参数；
2．光检测器的噪声；
3．光检测器产品介绍；
第三节光接收机
1．光接收机的组成；
2．光接收机的技术指标；
3．光收发合一模块；
本章习题要点：
光检测器工作基于半导体材料对光的吸收原理，它是将光信号转化成电流信号的器件，分为PIN 光电二极管和APD雪崩光电二极管两类，它们均工作在反向偏置条件下。评价光检测器的性能指标有：量子效率、响应度、响应光谱、响应时间、暗电流等。
第五章光通信无源器件（4学时）
教学要求：
1．理解光放大器的增益系数、增益饱和、噪声系数；
2．理解半导体光放大器的结构、增益谱；
3．掌握掺饵光纤放大器的工作原理及主要性能指标；
4．理解光纤拉曼放大器的增益谱；
5．了解光放大器的应用类型；
6．理解耦合器的工作原理、参数；
7．理解滤波器的类型、工作原理；
8．掌握隔离器的主要构成及工作原理；
9．理解环形器、衰减器的工作原理；
10．了解连接器的结构、型号、参数及作用；
11．了解光开关类型和工作原理。
教学重点与难点：
1．光放大器的增益系数、增益饱和、噪声系数；
2．掺饵光纤放大器的工作原理及主要性能指标；
3．隔离器的主要构成及工作原理；
教学内容：
第一节光放大器
1．光放大器概述；
2．半导体光放大器；
3．掺杂光纤放大器；
4．拉曼光纤放大器；
5．光放大器的应用。
第二节光无源器件
1．耦合器；
2．滤波器；
3．隔离器；
4．环形器；
5．衰减器；
6．连接器；
7．光开关。
本章习题要点：
光放大器和光无源器件的重要性随着光纤通信应用范围的不断扩大而日益显著，它们的性能也直接影响到信号传输的各种指标。对于光放大器，应掌握增益系数、增益饱和和噪声系数的意义，各类放大器的基本原理、参数和应用。
第六章光纤通信系统和通信网（4学时）
教学要求：
1．掌握光纤通信系统的基本结构，线路码型，主要性能指标；
2．理掌握光同步数字传输网的组成，帧结构，网络结构；
3．了解光纤通信系统的总统设计方法，功率预算和色散管理；
4．了解光纤局域网和光纤接入网的结构模型，光网络的拓扑结构；
5．了解相干光通信基本原理，结构；
6．掌握光放大器的原理，以及在光通信中的重要作用，掌握全光通信的概念及关键技术；
教学重点与难点：
1．光纤通信系统设计方法—功率预算法、带宽预算法；
2．光放大器对模拟传输系统设计的影响；
教学内容：
第一节设计原则
1．工程设计与系统设计；
2．系统设计的内容；
3．系统设计的方法；
第二节数字传输系统的设计
1．技术考虑；
2．光通道功率代价、损耗及色散预算；
第三节模拟传输系统的设计
1．系统的组成及其评价；
2．光放大器对系统性能的影响；
第四节光纤系统实例
1．设备互联方案；
2．数据/视频光端机在闭路监控系统中的应用；
3．多通道业务光端机的应用。
本章习题要点：
光纤通信的设计是一项复杂的工作。要求设计者熟知光源、光检测器和光纤的基本性能参数，并对其它光网络产品及应用有一定的了解，是对前面几章内容的综合和提升。
第七章光纤通信新技术（4学时）
教学要求：
1．掌握波分复用技术的基本原理；
2．理解波分复用、密集波分复用、粗波分复用系统；
3．掌握波分复用系统中的关键器件的工作原理；
4．了解波分复用系统规范；
教学重点与难点：
1．波分复用技术的基本原理；；
2．波分复用、密集波分复用、粗波分复用系统；
教学内容：
第一节 WDM工作原理
1．WDM工作原理；
2．WDM、DWDM与CWDM技术；
第二节 WDM系统的组成
第三节 WDM系统中的关键器件
1．WDM系统中的光源；
2．WDM系统中的接收机；
3．WDM系统中的光放大器；
4．WDM系统中的波分复用器/解复用器；
5．WDM系统中的光纤；
第四节波分复用系统规范
1．光波长的分配；
2．光接口的规范；
本章习题要点：
WDM技术是光纤通信领域非常重要的技术，目前得到了非常广泛的应用。
四、考核方式及要求
按照相关教学计划，本课程为考试课程，采用闭卷考核方式。平时作业、考勤、实验20%；期末考试80%。
五、教材及教学主要参考书
1．刘增基主编.光纤通信. 第二版.西安电子科技大学出版社.2008年6月；
2．陈才和主编.光纤通信. 第一版.电子工业出版社.2004年；
3．王江平刘杰闻传花主译.光纤通信. 第五版.电子工业出版社.2006年；
大纲制定人：官邦贵
大纲审定人：
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