第三章光纤通信器件
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《光纤通信技术》课程大纲《光纤通信技术》课程大纲课程名称:光纤通信技术课程类别:核心课学分:4学分适用专业:通信工程专业、计算机应用专业先修课程:数字通信原理、数据通信原理一、课程的教学目的《光纤通信技术》是信息与通信工程学科一门重要的专业课程。
课程定位为需要学习通信工程、计算机通信技术等专业,从事信息通信、计算机、网络等相关行业的学员。
光纤通信系统具有低的传输损耗和宽的传输频带的特点,成为高速数据业务的理想传输通道。
课程以光纤的导光原理和激光器的发光原理为基础内容,同时涵盖了各种实用光网络技术。
课程以提高学生基本技能素质与新技术、新手段的应用能力为目标,培养能满足光纤网络工程的规划建设、系统调测、电信核心网络和接入网络的工程等需要的应用型人才。
为了更好地掌握本课程的知识,每章后面均附有大量的习题,并对主要知识点进行了总结。
鉴于本课程是实践性很强的专业课程,其教学内容既包括理论学习内容,又涵盖与之相关的实践实验活动内容,为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。
二、相关课程的衔接学习本课程需要先修《数字通信原理》、《数据通信原理》等专业基础课程以及《现代交换技术》、《宽带接入技术》等相关课程;后续课程包括《光网络》、《多媒体通信》等。
三、教学的基本要求要求掌握《光纤通信技术》的基本概念、工作原理,了解相关扩展知识。
熟练进行光纤通信技术的工程分析及工程计算。
熟悉实验原理及内容,能够利用所学基本知识完成简单电路的分析和设计。
四、课程教学方法下载教学内容导学、详解、实时辅导、教案、综合练习题等资料。
为了更好地掌握本课程的知识,每章后面均附有大量的习题,并对主要知识点进行了总结。
本课程含有实验,使本课程更多地与实践接轨,为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。
五、课程考核方式本学期将安排4次阶段作业。
每次作业计10分,共计40分。
作业类型为客观题,可重复提交,直至分数满意为止。
考试:本课程的考试采用开卷的形式,由于本课程的计算量较大,建议学生熟练使用计算器。
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历第一章:光纤通信概述1.1 光纤通信的定义与发展历程1.2 光纤通信的优点与局限性1.3 光纤通信的应用领域第二章:光纤与光波导2.1 光纤的构造与类型2.2 光纤的传输原理2.3 光波导的类型与特点第三章:光纤通信器件3.1 光源与光发射器3.2 光接收器与光检测器3.3 光纤耦合器与光波分路器3.4 光放大器与光调制器第四章:光纤通信系统4.1 光纤通信系统的组成与工作原理4.2 光纤通信系统的性能评价指标4.3 光纤通信系统的分类与特点第五章:光纤通信技术的发展趋势5.1 高速光纤通信技术5.2 光纤通信网络技术5.3 新型光纤材料与器件5.4 光纤通信在5G及未来通信网络中的应用教学方法:1. 讲授:通过讲解、案例分析等方式,使学生掌握光纤通信的基本原理、技术及其应用。
2. 互动:鼓励学生提问、发表观点,提高课堂氛围,促进学生思考。
3. 实践:组织实验室参观、实践操作等活动,让学生亲身体验光纤通信技术的应用。
4. 讨论:组织小组讨论,培养学生团队合作精神,提高解决问题的能力。
教学评估:1. 平时成绩:考察学生出勤、课堂表现、作业完成情况等。
2. 期中考试:测试学生对光纤通信基本概念、原理和技术掌握程度。
3. 课程设计:要求学生完成一项与光纤通信相关的课程设计,培养实际操作能力。
4. 期末考试:全面考察学生对课程内容的掌握程度。
课程日历:第1周:光纤通信概述第2周:光纤与光波导第3周:光纤通信器件第4周:光纤通信系统第5周:光纤通信技术的发展趋势第六章:光纤通信系统的性能优化6.1 信号衰减与色散管理6.2 光纤非线性效应及其补偿6.3 光信号调制与解调技术第七章:光纤通信网络7.1 光纤通信网络的拓扑结构7.2 波分复用技术(WDM)7.3 光交换技术与光路由器7.4 光纤通信网络的规划与设计第八章:光纤通信技术的应用8.1 光纤通信在数据通信中的应用8.2 光纤通信在电信网络中的应用8.3 光纤传感器与光纤测量技术8.4 光纤医疗成像与治疗技术第九章:光纤通信技术的标准化与协议9.1 光纤通信标准化的意义与过程9.2 主要的光纤通信协议与标准9.3 光纤通信协议的发展趋势第十章:光纤通信技术的未来发展10.1 新型光纤材料与器件的研究10.2 量子光纤通信技术10.3 光纤通信在物联网中的应用10.4 光纤通信在未来通信网络中的挑战与机遇教学方法:6. 结合案例分析,深入探讨光纤通信系统的性能优化技术及其在实际应用中的作用。
1.计算一个波长为1m λμ=的光子能量,分别对1MHz 和100MHz 的无线电做同样的计算。
解:波长为1m λμ=的光子能量为834206310// 6.6310 1.991010c m s E hf hc J s J mλ---⨯===⨯⋅⨯=⨯ 对1MHz 和100MHz 的无线电的光子能量分别为346286.6310110 6.6310c E hf J s Hz J --==⨯⋅⨯⨯=⨯346266.631010010 6.6310c E hf J s Hz J --==⨯⋅⨯⨯=⨯2.太阳向地球辐射光波,设其平均波长0.7m λμ=,射到地球外面大气层的光强大约为20.14/I W cm =。
如果恰好在大气层外放一个太阳能电池,试计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。
解:光子数为3484441660.14 6.6310310101010 3.98100.710c I Ihc n hf λ---⨯⨯⨯⨯=⨯=⨯=⨯=⨯⨯ 3.如果激光器在0.5m λμ=上工作,输出1W 的连续功率,试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数。
解:粒子数为3482161 6.6310310 3.98100.510c I Ihc n hf λ---⨯⨯⨯⨯====⨯⨯ 4.光与物质间的相互作用过程有哪些?答:受激吸收,受激辐射和自发辐射。
5.什么是粒子数反转?什么情况下能实现光放大?答:粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的粒子布居数。
处于粒子数反转分布的介质(叫激活介质)可实现光放大。
6.什么是激光器的阈值条件?答:阈值增益为1211ln 2th G L r r α=+其中α是介质的损耗系数,12,r r 分别是谐振腔反射镜的反射系数。
当激光器的增益th G G ≥时,才能有激光放出。
(详细推导请看补充题1、2)7.由表达式/E hc λ=说明为什么LED 的FWHM 功率谱宽度在长波长中会变得更宽些?证明:由/E hc λ=得到2hc E λλ∆=-∆,于是得到2E hc λλ∆=-∆,可见当E ∆一定时,λ∆与2λ成正比。
光纤通信的基本器件概述光纤通信系统中的基本器件包括光源、光接收器、光纤传输介质和光纤连接器。
光源是产生光信号的装置,常用的光源包括半导体激光器和 LED。
光接收器是将光信号转换成电信号的装置,常用的光接收器包括光电二极管和光电探测器。
光纤传输介质是用来传输光信号的介质,其主要优点是信号传输损耗小和传输距离远。
光纤连接器是用来连接光纤的装置,其主要作用是使光信号能够顺利地传输到目的地。
除了这些基本器件之外,光纤通信系统还包括光纤放大器、光谱分析仪、光纤调制器、光纤衰减器等辅助器件。
这些器件的作用是增强光信号的强度、分析光信号的特性以及对光信号进行调制和衰减。
总的来说,光纤通信的基本器件是光源、光接收器、光纤传输介质和光纤连接器。
这些器件共同构成了光纤通信系统,为现代通信系统的发展提供了重要支持。
光纤通信作为一种高效、高速、高容量的通信方式,在现代通信领域具有重要地位。
除了基本器件外,光纤通信系统还包括光纤交叉连接、光纤网络监测系统等辅助设备,以构建起完整的光纤通信网络。
以下将详细介绍光纤通信的基本器件及其相关辅助设备。
光源是光纤通信系统中的重要组成部分,用于产生光信号。
在光纤通信系统中,常用的光源有激光器和LED。
激光器由激光二极管构成,其光具有单一波长、高亮度、窄谱线、直射性以及相干性等良好特性。
这使得激光器在光纤通信中受到广泛应用。
相比之下,LED 的光谱相对较宽,其光源亮度较低,但具有制造成本低、使用寿命长等优点,常用于短距离通信和光纤传感。
在光纤通信系统中,光接收器也是至关重要的组件。
光接收器主要用于将光信号转化为电信号。
常用的光接收器包括光电二极管(PD)和光电探测器。
光电二极管用于接收低速光信号,具有快速响应速度、适应高温环境并可以工作在不同波长。
光电探测器则用于接收高速、远距离的光信号,并且其响应速度更快。
光电探测器在长距离、高速率的通信领域得到广泛应用。
光纤传输介质是光纤通信系统中的关键组成部分,用于传输光信号。