西安邮电大学：《光纤传输技术》课程授课教案（共六部分）

第一部分光纤技术 .主要内容 主要介绍光纤结构、光波在光纤中的传播理论（模式理论、传输损耗与色散、光纤的非线性效 应等)、光纤的类型和制作工艺及光缆技术。 2.教学目的 熟悉光纤的结构、掌握光纤中光传播的基本规律和分析方法：掌握光纤中光传播的模式及其特 征方程，掌握模式的传播或截止条件：理解光纤中色散和损耗的意义，并对其进行定量描述。 3.讲授方法 (1)列举光纤实际使用的情况，提出几个问题：光纤什么样？它为什么能传输光信号？它是如 何传输光信号的？它传输光信号的质量如何？ (2)围绕光纤是什么样这个问题问题展开研究。光纤的结构、种类根据实际所使用的情况可以 直接给出，让学生有感性了解。重点对光纤的结构特点、材料及其性质有深入认识，以利于讨论后 续几个问题。 (3)针对它为什么能传输光信号的为题展开探究。讨论问题首先要有共同的基础，所以，先要 共同回顾光信号传输分析的两种基本分析方法：几何光学（射线）和电磁分析方法，然后针对光纤 的结构分别进行分析。射线分析的重点在于探讨其传输光信号的可能性和基本条件，并以此加深光 纤的结构的认识。 (4)针对它如何传输光信号的问题通过电磁理论研究展开。电磁理论分析的重点掌握其分析方 法，理解模式和模式的特征方程，掌握模式的特点和传播条件。 (5)就传输信号质量问题引入色散、损耗的概念。对损耗产生的原因进行分析，探究损耗的低 损耗窗口等问题。通过对光纤中色散概念的理解，定量分析色散与模式、材料和波导结构的关系。 (6)这几个问题相互关联，需要层层推进，形成整体。在每一过程中，可以分成若干小的过 程，通过探讨相关问题，实现每一过程中问题的解决。 (7)使用板书和PPT演示相结合的方式，使授课的严谨而富有层次。 4.讲授课时分配 (1)围绕光纤是什么样这个问题展开研究。(1学时) (2)针对它为什么能传输光信号的为题展开探究。 几何光学（射线）和电磁分析方法(2学时 光纤的射线分析(1学时) (3)针对它如何传输光信号的问题通过电磁理论研究展开。 光纤的电磁理论分析(3学时) 模式和模式的特征方程、传播条件(2学时) (4)就传输信号质量问题引入色散、损耗的概念。 损耗产生的原因进行分析，探究损耗的低损耗窗口等问题。(1学时〉 光纤中色散概念，色散与模式、材料和波导结构的关系(2学时》 5.作业 完成练习册中的内容

第一部分 光纤技术 . 主要内容 主要介绍光纤结构、光波在光纤中的传播理论（模式理论、传输损耗与色散、光纤的非线性效 应等）、光纤的类型和制作工艺及光缆技术。 2．教学目的 熟悉光纤的结构、掌握光纤中光传播的基本规律和分析方法；掌握光纤中光传播的模式及其特 征方程，掌握模式的传播或截止条件；理解光纤中色散和损耗的意义，并对其进行定量描述。 3．讲授方法 （1）列举光纤实际使用的情况，提出几个问题：光纤什么样？它为什么能传输光信号？它是如 何传输光信号的？它传输光信号的质量如何？ （2）围绕光纤是什么样这个问题问题展开研究。光纤的结构、种类根据实际所使用的情况可以 直接给出，让学生有感性了解。重点 对光纤的结构特点、材料及其性质有深入认识，以利于讨论后 续几个问题。 （3）针对它为什么能传输光信号的为题展开探究。讨论问题首先要有共同的基础，所以，先要 共同回顾光信号传输分析的两种基本分析方法：几何光学（射线）和电磁分析方法，然后针对光纤 的结构分别进行分析。射线分析的重点在于探讨其传输光信号的可能性和基本条件，并以此加深光 纤的结构的认识。 （4）针对它如何传输光信号的问题通过电磁理论研究展开。电磁理论分析的重点掌握其分析方 法，理解模式和模式的特征方程，掌握模式的特点和传播条件。 （5）就传输信号质量问题引入色散、损耗的概念。对损耗产生的原因进行分析，探究损耗的低 损耗窗口等问题。通过对光纤中色散概念的理解，定量分析色散与模式、材料和波导结构的关系。 （6）这几个问题相互关联，需要层层推进，形成整体。在每一过程中，可以分成若干小的过 程，通过探讨相关问题，实现每一过程中问题的解决。 （7）使用板书和PPT演示相结合的方式，使授课的严谨而富有层次。 4. 讲授课时分配 （1）围绕光纤是什么样这个问题展开研究。（1学时） （2）针对它为什么能传输光信号的为题展开探究。 几何光学（射线）和电磁分析方法（2学时） 光纤的射线分析 （1学时） （3）针对它如何传输光信号的问题通过电磁理论研究展开。 光纤的电磁理论分析（3学时） 模式和模式的特征方程、传播条件（2学时） （4） 就传输信号质量问题引入色散、损耗的概念。 损耗产生的原因进行分析，探究损耗的低损耗窗口等问题。（1学时） 光纤中色散概念，色散与模式、材料和波导结构的关系（2学时） 5. 作业 完成练习册中的内容

第二部分光源和光探测器 .主要内容 主要介绍光纤信息传输用光源、光探测器的基本原理、结构、工作特性和光波调制与解调技 术。 2.教学目的 掌握光纤传输所用光源、光探测器的类型、结构、工作原理和特性，重点掌握其应用特点 和使用方法。掌握光波调制技术和解调技术，熟悉直接调制电路和相关辅助电路的设计原理和设计 方法 3.讲授方法 (1)根据光纤传输光信号的情况，提出几个问题：光纤中传输光是什么样的光？什么样的光源 能产生这样的光？在应用中对光源还应有什么要求？光源是怎样发光的？光源发出光的质量如何评 价？不同的光源有什么特点？光源应怎样使用？如何把要传输的信息加载到光载波上？如何从加载 信息的光载波上提取信息？ (2)根据光纤中传输光的要求和应用要求等问题展开分析研究。从第一部分对光纤的分析砑 究，引入对光源的波长和耦合要求，从实际应用引出其他的要求。对实际中的光源，让学生进行直 观感受，理解半导体光源作为光纤中光波产生源的优势，重点讨论结构、工作原理。 (3)对半导体光源产生光波的质量和特点进行讨论。分析不同半导体光源的发光特点和使用领 域，熟悉半导体光源的使用方法。 (4)针对信息加载到载波上的技术问题，探究调制技术。包括直接调制方法和间接调制方法的 调制原理，对直接调制的电路及其辅助电路的设计有深刻理解。 (5)对半导体光电探测器及其应用等进行讨论。探究半导体光电探测器进行光电探测的机理、 结构、原理等。并就其性能参数的意义进行深入了解，从而加深对其性能的理解，并能正确使用光 电探测器件。 (6)就如何从加载信息的光载波上提取信息等问题探究解调技术。了解信息经光电转换后的 特点，探讨应解决的问题和采取的措施。应注重提出问题和解决问题的过程，达到提高发现问题、 分析问题和解决问题的能力。 (7)整个部分围绕各个问题，步步为营，层层推进。在解决每一问题时，可采用问题分解，分 步解决。 (8)使用板书和PPT演示相结合的方式。 4.讲授课时分配 (1)根据光纤传输光信号的情况，提出几个问题，并根据光纤中传输光的要求和应用要求等问 题展开分析研究。(2学时) (2)对半导体光源产生光波的质量和特点进行讨论。 探讨光源的参数及其意义(1学时) (3)针对信息加载到载波上的技术问题，探究调制技术 直接调制方法和间接调制方法的调制原理(1学时》 直接调制的电路及其辅助电路的设计(1学时) (4)对半导体光电探测器及其应用等进行讨论

第二部分 光源和光探测器 . 主要内容 主要介绍光纤信息传输用光源、光探测器的基本原理、结构、工作特性和光波调制与解调技 术。     2．教学目的     掌握光纤传输所用光源、光探测器的类型、结构、工作原理和特性，重点掌握其应用特点 和使用方法。掌握光波调制技术和解调技术，熟悉直接调制电路和相关辅助电路的设计原理和设计 方法。 3．讲授方法 （1）根据光纤传输光信号的情况，提出几个问题：光纤中传输光是什么样的光？什么样的光源 能产生这样的光？在应用中对光源还应有什么要求？光源是怎样发光的？光源发出光的质量如何评 价？不同的光源有什么特点？光源应怎样使用？如何把要传输的信息加载到光载波上？如何从加载 信息的光载波上提取信息？ （2） 根据光纤中传输光的要求和应用要求等问题展开分析研究。从第一部分对光纤的分析研 究，引入对光源的波长和耦合要求，从实际应用引出其他的要求。对实际中的光源，让学生进行直 观感受，理解半导体光源作为光纤中光波产生源的优势，重点讨论结构、工作原理。 （3）对半导体光源产生光波的质量和特点进行讨论。分析不同半导体光源的发光特点和使用领 域，熟悉半导体光源的使用方法。 （4）针对信息加载到载波上的技术问题，探究调制技术。包括直接调制方法和间接调制方法的 调制原理，对直接调制的电路及其辅助电路的设计有深刻理解。 （5）对半导体光电探测器及其应用等进行讨论。探究半导体光电探测器进行光电探测的机理、 结构、原理等。并就其性能参数的意义进行深入了解，从而加深对其性能的理解，并能正确使用光 电探测器件。 （6） 就如何从加载信息的光载波上提取信息等问题探究解调技术。了解信息经光电转换后的 特点，探讨应解决的问题和采取的措施。应注重提出问题和解决问题的过程，达到提高发现问题、 分析问题和解决问题的能力。 （7）整个部分围绕各个问题，步步为营，层层推进。在解决每一问题时，可采用问题分解，分 步解决。 （8）使用板书和PPT演示相结合的方式。 4. 讲授课时分配 （1）根据光纤传输光信号的情况，提出几个问题，并根据光纤中传输光的要求和应用要求等问 题展开分析研究。（2学时） （2）对半导体光源产生光波的质量和特点进行讨论。 探讨光源的参数及其意义（1学时） （3）针对信息加载到载波上的技术问题，探究调制技术。 直接调制方法和间接调制方法的调制原理（1学时） 直接调制的电路及其辅助电路的设计（1学时） （4）对半导体光电探测器及其应用等进行讨论

半导体光电探测器进行光电探测的机理、结构、原理等(1学时) 性能参数的意义和使用光电探测器件(1学时) (5)就如何从加载信息的光载波上提取信息等问题探究解调技术。(1学时) 5.作业 完成练习册中的内容 第三部分无源器件技术 .主要内容 主要介绍光隔离器、光环行器、波分复用器、光纤光栅、光开关等光无源器件的功能原理、实 现方法、性能指标及具体应用。 2.教学目的 掌握光隔离器、光环行器、波分复用器、光纤光栅、光开关等光无源器件的功能原理、实现方 法。熟悉器件的性能指标，并能在实际中应该用其构造新的功能性器件。 3.讲授方法 (1)根据实际中光的反射问题，提出怎么抑制反射光？怎么引导反射光？解决这两个问题的器 件是光隔离器和光环行器。围绕这两个器件的功能展开分析，探讨实现的可能性和途径。通过分析 研究设计出器件的内部构造，并进一步提出启发性的问题，供学生思考，提高对问题进一步扩展认 识的深度。 (2)就光功率的合路和分配问题，提出怎样实现的问题，实现相应功能的耦合器，有哪些解决 途径。重在针对问题，进行分析，创造性的思维，发现解决问题的不同思路 (3)针对携带各自信息的光载波在同一光纤中的传输问题，引入波分复用器件。讨论其功能与 耦合器的区别和联系，找出针对波长的复用和解复用的解决思路。 (4)在光纤上制作新型器件开辟光电信息提取与传输相结合的应用领域，光纤光栅是典型器件 之一。讨论制作的依据和如何制作？器件的性能如何改进？会衍生出不同类型去光纤光栅，从结 构、功能和应用都发生变化。对传输矩阵法应了解其理论依据和应用条件。 (5)光开关和光衰减器等无源器件，也根据其自身的特点，从应用探究的角度进行分析、设 (6)整个无源器件围绕器件功能展开讨论，进行分析、开拓思路，找到方法，实现结构定位。 (7)使用板书和PPT演示相结合的方式。 4.讲授课时分配 (1)光隔离器和光环行器 光隔离器(1.5学时) 光环行器(1学时) (2)光耦合器(2学时) (3)波分复用器件(2学时) (4)光纤光栅(2.5学时) (5)光开关和光衰减器(1学时)

半导体光电探测器进行光电探测的机理、结构、原理等（1学时） 性能参数的意义和使用光电探测器件（1学时） （5） 就如何从加载信息的光载波上提取信息等问题探究解调技术。（1学时） 5. 作业     完成练习册中的内容 第三部分 无源器件技术 . 主要内容 主要介绍光隔离器、光环行器、波分复用器、光纤光栅、光开关等光无源器件的功能原理、实 现方法、性能指标及具体应用。 2．教学目的 掌握光隔离器、光环行器、波分复用器、光纤光栅、光开关等光无源器件的功能原理、实现方 法。熟悉器件的性能指标，并能在实际中应该用其构造新的功能性器件。 3．讲授方法 （1）根据实际中光的反射问题，提出怎么抑制反射光？怎么引导反射光？解决这两个问题的器 件是光隔离器和光环行器。围绕这两个器件的功能展开分析，探讨实现的可能性和途径。通过分析 研究设计出器件的内部构造，并进一步提出启发性的问题，供学生思考，提高对问题进一步扩展认 识的深度。 （2） 就光功率的合路和分配问题，提出怎样实现的问题，实现相应功能的耦合器，有哪些解决 途径。重在针对问题，进行分析，创造性的思维，发现解决问题的不同思路。 （3）针对携带各自信息的光载波在同一光纤中的传输问题，引入波分复用器件。讨论其功能与 耦合器的区别和联系，找出针对波长的复用和解复用的解决思路。 （4）在光纤上制作新型器件开辟光电信息提取与传输相结合的应用领域，光纤光栅是典型器件 之一。讨论制作的依据和如何制作？器件的性能如何改进？会衍生出不同类型去光纤光栅，从结 构、功能和应用都发生变化。对传输矩阵法应了解其理论依据和应用条件。 （5）光开关和光衰减器等无源器件，也根据其自身的特点，从应用探究的角度进行分析、设 计。 （6） 整个无源器件围绕器件功能展开讨论，进行分析、开拓思路，找到方法，实现结构定位。 （7）使用板书和PPT演示相结合的方式。 4. 讲授课时分配 （1）光隔离器和光环行器 光隔离器（1.5学时） 光环行器（1学时） （2）光耦合器（2学时） （3）波分复用器件（2学时） （4）光纤光栅（2.5学时） （5）光开关和光衰减器（1学时）

5.作业 完成练习册中的内容 第四部分有源器件技术 主要内容 主要介绍EDFA、RFA等光学放大器的功能原理、实现方法、性能指标及应用。 2.教学目的 了解光放大器的分类，掌握EDFA的放大原理和组成结构原理，掌握RFA的放大原理，包括光纤 中的非线性效应。了解其他光放大器的原理。 3.讲授方法 (1)根据实际中光衰减问题，提出怎么放大信号光？探讨实现光放大的可能性。首先考虑激光 器中的工作物质对光信号的增益问题，探讨用半导体激光器工作物质通过泵浦实现光放大的可能 性，进一步研究激光放大所要解决的问题，并分析解决。 (2)根据稀土元素的能级结构特点，通过掺杂方式使光纤在适当的泵浦光作用下成为放大介 质。围绕摻铒光纤探讨构成EDFA的结构，不同的结构有各自的特点。 (3)利用光纤中的非线性效应制作的光纤放大器，具有其特点。主要围绕光放大器的功能展开 分析讨论，采用启发式对所要解决的各个问题进行分析研究，寻求解决途径和方法。 (4)介绍其他类型的光放大器的进展，以及各类光放大器的应用和应用中的问题解决。 4.讲授课时分配 (1)光放大器功能、分类和放大原理(2学时) (2)EDFA的放大原理、结构、特点和应用(2学时) (3)拉曼光纤放大器(1.5学时) (4)其他光放大器及其进展(0.5学时) 第五部分光纤传输线路技术 1.主要内容 主要介绍色散补偿、多路复用等线路技术的原理及实现方法。 2.教学目的 理解色散补偿的含义，掌握各种色散补偿技术，掌握各种复用技术的原理和实现方法。 3.讲授方法 (1)根据光纤色散对信号传输质量的影响，提出能不能对这种影响进行消除的问题，进而引入 色散补偿的概念。 (2)根据光纤中的色散类型探究制造色散补偿光纤的可能性和技术。熟悉色散补偿光纤的结构 和色散的关系。 (3)从光信号在光纤中传输引起的相位变化思考，引入利用相位共轭方法实现色散补偿的思 想。探究实现相位共轭的方法。 (4)根据啁啾光栅的特点，探讨利用其实现色散补偿的原理。 (5)了解各种光复用技术，除了波分复用技术外，在光域实现时分复用、码分多址等复用技术 的基本思想和实现方法

5. 作业 完成练习册中的内容 第四部分 有源器件技术 . 主要内容 主要介绍EDFA、RFA等光学放大器的功能原理、实现方法、性能指标及应用。 2．教学目的 了解光放大器的分类，掌握EDFA的放大原理和组成结构原理，掌握RFA的放大原理，包括光纤 中的非线性效应。了解其他光放大器的原理。 3．讲授方法 （1）根据实际中光衰减问题，提出怎么放大信号光？探讨实现光放大的可能性。首先考虑激光 器中的工作物质对光信号的增益问题，探讨用半导体激光器工作物质通过泵浦实现光放大的可能 性，进一步研究激光放大所要解决的问题，并分析解决。 （2） 根据稀土元素的能级结构特点，通过掺杂方式使光纤在适当的泵浦光作用下成为放大介 质。围绕摻铒光纤探讨构成EDFA的结构，不同的结构有各自的特点。 （3）利用光纤中的非线性效应制作的光纤放大器，具有其特点。主要围绕光放大器的功能展开 分析讨论，采用启发式对所要解决的各个问题进行分析研究，寻求解决途径和方法。 （4）介绍其他类型的光放大器的进展，以及各类光放大器的应用和应用中的问题解决。 4. 讲授课时分配 （1）光放大器功能、分类和放大原理 （2学时） （2） EDFA的放大原理、结构、特点和应用（2学时） （3）拉曼光纤放大器 (1.5学时) （4）其他光放大器及其进展 （0.5学时） 第五部分 光纤传输线路技术 1. 主要内容 主要介绍色散补偿、多路复用等线路技术的原理及实现方法。 2．教学目的 理解色散补偿的含义，掌握各种色散补偿技术，掌握各种复用技术的原理和实现方法。 3．讲授方法 （1）根据光纤色散对信号传输质量的影响，提出能不能对这种影响进行消除的问题，进而引入 色散补偿的概念。 （2） 根据光纤中的色散类型探究制造色散补偿光纤的可能性和技术。熟悉色散补偿光纤的结构 和色散的关系。 （3）从光信号在光纤中传输引起的相位变化思考，引入利用相位共轭方法实现色散补偿的思 想。探究实现相位共轭的方法。 （4）根据啁啾光栅的特点，探讨利用其实现色散补偿的原理。 （5）了解各种光复用技术，除了波分复用技术外，在光域实现时分复用、码分多址等复用技术 的基本思想和实现方法

4.讲授课时分配 (1)根据光纤色散对信号传输质量的影响，色散补偿的概念。(0.5学时) (2)色散补偿光纤(1.5学时) (3)相位共轭方法(2学时) (4)根据明啾光栅的特点，探讨利用其实现色散补偿的原理。(0.5学时) (5)各种光复用技术(1.5学时) 5.作业 完成练习册中的内容 第六部分光纤信息传输系统 1.主要内容 主要介绍光纤传输系统的构成、设计及性能测试方法 2.教学目的 掌握光传输系统的基本组成、设计方法和性能测试方法。 3.讲授方法 (1)根据信息传输的需要，除了可以用来传输光信息的传输介质外，还需要把通过光调制技 术把信息加载在光载波上，以及通过解调技术把信息还原等相应器件设备，更需要了解它们组合成 完整而有效的信息传输系统。引入系统组成及其功能要求。 (2)信息传输系统设计的首要目标是能实现信息传输并满足基本要求，所以要从各个组成部 分的基本性能参数和其达到性能参数的要求出发，考虑整个系统组合既能满足各个部分的要求，也 能达到整个系统的要求。强调部分和整体的关系。 (3)对系统设计的关键问题：光纤色散和损耗对系统传输距离的影响进行综合考虑。并充分 考虑各种线路技术的应用。 (4)光纤信息传输的各个组成部分的性能测试方法。 4.讲授课时分配 (1)光纤信息传输系统的基本组成(0.5学时) (2)光纤信息传输系统的功能要求和各部分性能指标(1学时) (3)光纤信息传输设计(2学时) (4)光纤信息传输的各个组成部分的性能测试方法。(0.5学时) 5.作业 完成练习册中的内容

4. 讲授课时分配 （1）根据光纤色散对信号传输质量的影响，色散补偿的概念。（0.5学时） （2）色散补偿光纤（1.5学时） （3）相位共轭方法（2学时） （4）根据啁啾光栅的特点，探讨利用其实现色散补偿的原理。（0.5学时） （5）各种光复用技术（1.5学时） 5. 作业 完成练习册中的内容 第六部分 光纤信息传输系统 1. 主要内容 主要介绍光纤传输系统的构成、设计及性能测试方法 2．教学目的 掌握光传输系统的基本组成、设计方法和性能测试方法。 3．讲授方法 （1）根据信息传输的需要，除了可以用来传输光信息的传输介质外，还需要把通过光调制技 术把信息加载在光载波上，以及通过解调技术把信息还原等相应器件设备，更需要了解它们组合成 完整而有效的信息传输系统。引入系统组成及其功能要求。 （2） 信息传输系统设计的首要目标是能实现信息传输并满足基本要求，所以要从各个组成部 分的基本性能参数和其达到性能参数的要求出发，考虑整个系统组合既能满足各个部分的要求，也 能达到整个系统的要求。强调部分和整体的关系。 （3）对系统设计的关键问题：光纤色散和损耗对系统传输距离的影响进行综合考虑。并充分 考虑各种线路技术的应用。 （4）光纤信息传输的各个组成部分的性能测试方法。 4. 讲授课时分配 （1）光纤信息传输系统的基本组成（0.5学时） （2）光纤 信息传输系统的功能要求和各部分性能指标（1学时） （3）光纤信息传输设计（2学时） （4）光纤信息传输的各个组成部分的性能测试方法。（0.5学时） 5. 作业 完成练习册中的内容