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《光通信技术》课程教学大纲
课程名称：光通信技术 | 课程代码：TELE3211 |
英文名称：Optical Communications Technology | |
课程性质：专业选修课程 | 学分/学时：2.5/54 |
开课学期：第7学期 |
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适用专业：通信工程、信息工程、电子信息工程、电子科学与技术等专业 | |
先修课程：大学物理、电磁场与电磁波、通信原理、积分变换等 | |
后续课程：光纤传感、光网络技术等 | |
开课单位：18新利体育 电子信息学院 | 课程负责人：侯嘉 |
大纲执笔人：高明义 | 大纲审核人：侯嘉 |
一、 课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平）
课程性质：光通信技术是通信工程，电子信息工程，信息工程，电子科学与技术专业的一门专业选修课程。光纤通信可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务，是现代通信网的主要传输手段，是现代通信系统的主要支柱之一，在网络通信、广播电视、电力通信及军事等领域之中获得广泛的应用。本课程主要讲授现代光纤通信的基础知识，基本原理及其研究进展。通过本课程的学习，可以使学生系统地掌握光纤通信的基础知识及基本原理，了解光纤通信的各种技术及最新研究进展，为毕业后从事本专业和相关专业的工作奠定扎实的基础。
教学目标：光通信技术是讲授构成光纤通信系统的各关键组件的基础知识、基本原理及光纤通信系统的各种相关技术的课程。通过教师讲授，学生讨论、调研文献、撰写研究报告等方式,让学生掌握光纤通信的基础知识，能够设计简单的光纤通信系统，并对光纤通信系统所遇到的具体问题，进行分析，通过文献查阅，提供解决方案。
本课程的具体教学目标如下：
1、能够利用所学的光纤通信基本原理，针对不同的应用需求，提出相应光纤通信系统的设计方案，对工程系统的实际搭建起理论指导作用。【1.4】
2、能够利用所学的光纤通信的基本知识，针对具体的光纤通信系统问题，进行分析，并通过查阅相关文献，提出有效的解决方案。【2.2】
二、 课程目标与毕业要求的对应关系（明确本课程知识与能力重点符合标准哪几条毕业要求指标点）
毕业要求 | 指标点 | 课程目标 |
1、工程知识 | 1-4理解系统的概念及其在通信领域的体现，能将专业知识用于描述和分析通信复杂工程问题的解决方案； | 教学目标1 |
2、问题分析 | 2-2能通过文献研究表达复杂工程问题。 | 教学目标2 |
三、 课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容和要求，指明重点内容和难点内容）（重点内容：«；难点内容：D）
1、光纤通信概述（3学时）（支撑课程目标1）
1.1 光通信的发展动力
1.2 光频谱带
1.3 分贝单位
1.4 网络信息速率
1.5 波分复用概念
1.6 光纤通信系统的关键组件
1.7 光纤通信标准
1.8 仿真与建模工具
² 目标及要求：
1) 通过第一章的介绍，使得学生了解光纤通信发展历程，掌握光纤通信的基本知识，如工作波长、功率单位及系统构成组件«；
2) 了解光纤通信复用的概念，掌握时分复用及波分复用的基本概念；
² 作业内容：
巩固光纤通信的基础知识；
² 讨论内容：
讨论光纤通信的特点；
² 自学拓展：
光纤通信系统构成。
2.1. 光的性质
2.2. 基本的光学定律和定义
2.3. 光纤模式和结构
2.4. 圆波导的模式理论
2.5. 单模光纤
2.6. 光纤材料
² 目标及要求：
1) 通过第二章的介绍，使得学生回顾基本光学定律、了解光纤的结构、掌握光纤导波基本原理«D；
2) 掌握单模光纤结构、特点及关键参数；
² 作业内容：
复习巩固光纤导波基本原理；
² 讨论内容：
讨论各类光纤的结构及性质的不同之处；
² 自学拓展：
自学波导理论方程，了解光纤光缆制造工艺及其铺设方法。
3、衰减和色散（3学时）（支撑课程目标1）
3.1. 衰减
3.2. 光纤中的信号畸变
3.3. 单模光纤性能
3.4. 国际标准
3.5. 特种光纤
² 目标及要求：
1) 通过第三章的介绍，使得学生掌握光纤的衰减和色散特性«D；
2) 掌握单模光纤的性能参数«；
3) 了解光纤的国际标准及几种特种光纤的特点;
² 作业内容：
练习巩固光纤衰减和色散的基本概念及特点；
² 讨论内容：
讨论光纤衰减和色散对光纤通信系统的影响；
² 自学拓展：
仿真设计一个简单光纤通信系统，研究衰减及色散对系统的影响。
4、光源（3学时）（支撑课程目标1）
4.1. 半导体物理学基础
4.2. 发光二极管
4.3. 半导体激光器
4.4. 光源的线性特性
² 目标及要求：
1) 通过第四章的介绍，使得学生掌握发光二极管和半导体激光器主要特点及工作原理«D；
2) 掌握两种类型光源的线性特性及其应用；
² 作业内容：
复习巩固两种光源的工作原理；
² 讨论内容：
讨论两种光源的不同之处；
² 自学拓展：
光源可靠性分析,光发射机的封装。
5、光检测器（3学时）（支撑课程目标1）
1.1. 光电二极管的物理原理
1.2. 光检测器噪声
1.3. 检测器响应时间
² 目标及要求：
1) 通过第五章的介绍，使得学生掌握光电二极管的物理原理及主要特点«；
2) 了解光检测器的噪声级响应时间特性；
² 作业内容：
通过对光检测器的相关计算深入理解光检测器的工作原理及各参数的物理意义；
² 讨论内容：
光检测器的噪声来源及对检测器性能的影响；
² 自学拓展：
雪崩倍增噪声,雪崩光电二极管结构,温度对雪崩增益的影响及两种光检测器的差别。
6、光接收机（3学时）（支撑课程目标1）
6.1. 接收机工作的基本原理
6.2. 数字接收机性能
6.3. 眼图
² 目标及要求：
1) 通过第六章的介绍，使得学生掌握接收机的工作原理及主要特点«；
2) 了解数字接收机的相关性能参数,掌握眼图的基本概念及测量方法；
² 作业内容：
查阅文献，调研数字接收机的相关性能参数及测量方法；
² 讨论内容：
眼图与Q因子的关系；
² 自学拓展：
了解突发模式接收机及模拟接收机组成及工作原理。
7、数字链路（6学时）（支撑课程目标2）
7.1. 点到点链路
7.2. 功率代价
7.3. 差错控制
7.4. 相干检测
7.5. 差分4相移键控
² 目标及要求：
1) 通过第七章的介绍，使得学生掌握点对点光纤通信链路的设计方法及各种信号损伤因素引起的系统功率代价«；
2) 了解差错控制的方法，相干光检测的工作原理及差分4相位键控调制的特点；
² 作业内容：
查阅文献了解数字光纤通信链路的组成及性能评价方法；
² 讨论内容：
直接检测和相干检测的差别；
² 自学拓展：
正交幅度键控调制的特点。
8、WDM概念和光器件（6学时）（支撑课程目标2）
8.1. WDM概述
8.2. 无源光耦合器
8.3. 隔离器和环行器
8.4. 光纤光栅滤波器
8.5. 介质薄膜滤波器
8.6. 基于相位阵列的WDM器件
8.7. 衍射光栅
8.8. 有源光器件
8.9. 可调谐光源
² 目标及要求：
1) 通过第八章的介绍，使得学生掌握WDM系统的概念及主要特点«；
2) 了解WDM系统中的各种无源有源光器件；
² 作业内容：
查阅文献调研各WDM各种无源有源光器件的应用；
² 讨论内容：
WDM系统的优缺点；
² 自学拓展：
时分复用系统与波分复用系统的区别。
9、光放大器（6学时）（支撑课程目标1）
10.1.光放大器的基本应用和分类
10.2.半导体光放大器
10.3.掺饵光纤放大器
10.4.放大器噪声
10.5.光信噪比
10.6.系统应用
10.7.拉曼放大器
10.8.宽带光放大器
² 目标及要求：
1) 通过第十章的介绍，使得学生掌握半导体及掺饵光纤放大器的工作原理及主要特性«D；
2) 了解其它几种光放大器及其应用；
² 作业内容：
文献查阅调研各种光放大器的性能指标；
² 讨论内容：
各种光放大器的差别及应用范围；
² 自学拓展：
各种光放大器的工作原理。
10、 光网络（3学时）（支撑课程目标2）
11.1.网络概念
11.2.网络拓扑
11.3.高速光链路
11.4.无源光网络
² 目标及要求：
1) 通过第十一章的介绍，使得学生了解光网络基本知识；
2) 了解高速光链路及无源光网络的配置结构；
² 作业内容：
计算总线型及星型光网络的功率预算；
² 讨论内容：
不同光网络拓扑结构的应用范围；
² 自学拓展：
光网络器件，如光分插复用器，光交换器；光时分复用，光波分复用，光以太网系统。
11、 性能测量与监控（3学时）（支撑课程目标2）
12.1.测量标准
12.2.基本测试设备
12.3.眼图
12.4.光纤系统性能测量
12.5.参观硬件实验室，了解高速光纤通信系统构成组件及各种测量仪器
² 目标及要求：
1) 通过第十二章的介绍，使得学生掌握光纤通信系统性能评价方法«；
2) 了解光纤通信系统的各种测量仪器；
² 作业内容：
文献查阅调研光纤通信系统的各种测量方式；
² 讨论内容：
眼图，误码率，Q因子之间的关系；
² 自学拓展：
光时域反射仪的工作原理及光性能检测系统。
12、 学生实验（9学时）（支撑课程目标1和2）
序号 | 实验项目名称 | 目的要求 | 学时分配 | 实验类型 | 每组人数 | 必开、选开 |
1 | 光发射端实验（半导体激光器的P-I特性测试） | 了解半导体激光器平均输出光功率P与注入电流I的关系；熟悉半导体激光器传输信号时的工作电流与阈值电流的关系；掌握半导体激光器P-I曲线的测试及绘制方法。 | 3 | 验证性 | 2 | 必开 |
2 | 光接收端实验（光纤通信信号眼图测试） | 了解眼图的概念及产生原理；熟悉数字光纤传输系统的性能指标参数；掌握用示波器观测光纤通信信号眼图的方法。 | 3 | 验证性 | 2 | 必开 |
3 | 光纤通信系统实验（数字时分/波分复用系统光纤通信实验） | 了解数字时分/波分复用及解复用的概念和原理；熟悉数字时分/波分复用光纤通信系统的结构；掌握数字时分/波分复用光纤通信系统的设计方法。 | 3 | 综合性 设计性 | 2 | 必开 |
四、 教学方法
1、 通过介绍光纤通信系统的发展历程、应用现状及最新国际研究进展，让学生对本课程有系统全面的了解，并激发学生学习兴趣。
2、 通过简要回顾通信原理的基础知识，阐述光纤通信的基本概念、特点、工作原理等，并与其它载波通信系统进行对比，利用对比教学法，启发引导学生发现差异之处，并加深对光纤通信知识的理解。
3、 对于一些重点知识，如光纤结构、导波原理及其衰减和色散特性，光发射及接收机工作原理等，增加讲授时间，详细介绍其工作原理及应用技巧，通过反复学习和复习，掌握及巩固所学重点难点。
4、 采用多媒体课件、电子备课和传统板书教学相结合进行教学，将内容大纲，物理概念，例题，系统设计仿真等利用多媒体课件展示，提高教学效率；并将抽象的内容用多媒体动态演示，增强课程的趣味性。
5、 利用光纤通信实验箱，让学生接触简单光纤通信系统，使用示波器检测接收信号性能。安排学生参观本学院光网络技术研究中心的硬件研发实验室，了解高速光纤通信系统构成组件及各种测量仪器。
五、 考核及成绩评定方式
1、考核与成绩评定方式
考核方式：闭卷笔试，平时成绩（课堂表现及作业），实验成绩，研究报告
成绩评定方式：期末笔试成绩50%，平时成绩10%，实验成绩20%，研究报告20%
课程目标达成情况及考试成绩评定占比（%）
课程教学目标 | 支撑毕业要求 | 考试和评价方式成绩占比（%） | 成绩比例（%） | |||
平时成绩 | 实验成绩 | 研究报告 | 期末考试 | |||
教学目标1 | 支撑毕业要求1-4 | 5 | 12 |
| 40 | 57 |
教学目标2 | 支撑毕业要求2-2 | 5 | 8 | 20 | 10 | 43 |
合计 |
| 10 | 20 | 20 | 50 | 100 |
3、 考核与评价标准
实验成绩评价标准：
| 基本要求 | 评价标准 | 成绩比例（%） | |||
优秀 | 良好 | 合格 | 不合格 | |||
实验1 | 能准确、熟练搭建实验系统；能够准确测试实验数据；能分析并画出实验曲线。（支撑毕业要求1-4）
| 能准确、熟练搭建实验系统；实验测试方法及结果正确；对获得的结果能进行有效分析；实验报告撰写规范，内容完整，条理清晰；自己努力完成，没有抄袭；有核心问题的心得体会、有创意，有自己的个人见解和想法。 | 能熟练搭建实验系统；实验测试方法及结果正确；对获得的结果能进行有效分析；实验报告撰写规范，内容比较完整；自己努力完成，没有抄袭。有核心问题的心得体会，但自己的个人见解和想法较少。 | 能熟练搭建实验系统；实验测试方法及结果正确；实验报告撰写尚规范，内容基本完整；自己努力完成，没有抄袭。核心问题的心得体会较少，无创意和个人想法。 | 不能熟练搭建实验系统；实验测试方法及结果不准确；没有交实验报告；或者基本上是抄袭；或者内容太空泛，太简单。
| 30 |
实验2 | 能准确、熟练搭建实验系统；能够准确测试实验数据，画出实验眼图。（支撑毕业要求1-4）
| 能准确、熟练搭建实验系统；实验测试方法及结果正确；对获得的结果能进行有效分析；实验报告撰写规范，内容完整，条理清晰；自己努力完成，没有抄袭；有核心问题的心得体会、有创意，有自己的个人见解和想法。 | 能熟练搭建实验系统；实验测试方法及结果正确；对获得的结果能进行有效分析；实验报告撰写规范，内容比较完整；自己努力完成，没有抄袭。有核心问题的心得体会，但自己的个人见解和想法较少。 | 能熟练搭建实验系统；实验测试方法及结果正确；实验报告撰写尚规范，内容基本完整；自己努力完成，没有抄袭。核心问题的心得体会较少，无创意和个人想法。 | 不能熟练搭建实验系统；实验测试方法及结果不准确；没有交实验报告；或者基本上是抄袭；或者内容太空泛，太简单。
| 30 |
实验3 | 能理解实验题目要求；能够通过资料调研设计数字时分/波分复用系统光纤通信系统；能熟练搭建所设计实验系统；能够准确测试分析实验结果。 （支撑毕业要求2-2） | 能够通过资料调研设计实验系统；能熟练搭建所设计的实验系统；实验测试方法及结果正确；对获得的结果能进行有效分析；实验报告撰写规范，内容完整，条理清晰；自己努力完成，没有抄袭；有核心问题的心得体会、有创意，有自己的个人见解和想法。 | 能够通过资料调研设计实验系统；能熟练搭建所设计的实验系统；实验测试方法及结果正确；对获得的结果能进行有效分析；实验报告撰写规范，内容比较完整；自己努力完成，没有抄袭。有核心问题的心得体会，但自己的个人见解和想法较少。 | 能够通过资料调研设计实验系统；能熟练搭建所设计的实验系统；实验测试方法及结果正确；实验报告撰写尚规范，内容基本完整；自己努力完成，没有抄袭。核心问题的心得体会较少，无创意和个人想法。 | 不理解实验题目要求；不能设计及搭建实验系统；实验测试方法及结果不准确；没有交实验报告；或者基本上是抄袭；或者内容太空泛，太简单。
| 40 |
注：该表格中比例为各个实验占实验总成绩的比例。
研究报告考核评价标准
| 基本要求 | 达成情况评价标准 | 成绩比例（%） | |||
优秀³0.9 | 良好³0.7 | 合格³0.6 | 不合格<0.6 | |||
根据光纤通信技术进展，每年设置前沿性光纤通信相关课题（教学目标2：支撑毕业要求2-2） | 能够根据所学光纤通信基础知识理解题目要求；学习文献调研方法，能够调研课题相关中英文文献；能够总结归纳相关文献内容。 | 概念清晰，能准确地理解题目要求；文献调研全面；总结归纳具有逻辑性；报告撰写规范，内容完整，条理清晰；自己努力完成，没有抄袭；有心得体会、有创意，有自己的个人见解和想法。 | 概念清晰，能准确地理解题目要求；文献调研全面；总结归纳具有逻辑性；报告撰写规范，内容完整，条理清晰；自己努力完成，没有抄袭；有心得体会、但自己的个人见解和想法较少。 | 概念清晰，能准确地理解题目要求；文献调研比较全面；总结归纳具有一定的逻辑性；报告撰写尚规范，内容基本完整；自己努力完成，没有抄袭。核心问题的心得体会较少，无创意和个人想法。 | 概念不清楚，不理解题目要求；文献调研内容少；总结归纳毫无逻辑性；没有交研究报告；或者基本上是抄袭；或者内容太空泛，太简单。
| 100 |
注：该表格中比例为研究报告各教学目标所占成绩比例。
期末考试考核评价标准
| 基本要求 | 达成情况评价标准 | 成绩比例（%） | |||
优秀>0.9 | 良好>0.7 | 合格>0.6 | 不合格<0.6 | |||
教学目标1 | 掌握光纤通信基本知识，如光功率单位、光纤损耗、光纤色散、激光器及光电检测器原理、光放大器结构及工作原理。 | 概念清晰，能准确地描述光纤通信各模块工作原理，并进行分析，数学表达完整。 | 概念较清晰，能较好地描述光纤通信各模块工作原理，并进行分析，只能掌握部分数学表达。 | 基本掌握概念，了解有相关的数学表述形式。 | 概念不清楚，对相关的数学表达式完全不了解。 | 80 |
教学目标2 | 熟悉数字链路、波分复用系统、光网络及光纤通信系统性能测量及监控方法。能根据以上理论及用户要求，设计合理的光纤通信系统。 | 运用的原理和方法准确、清晰，能对特定的光纤通信系统进行数学计算、性能分析。能够根据用户需求，设计出有效地光纤链路系统。 | 能清楚掌握原理和方法，但在分析和运用上还不熟练，设计的系统不够完善。 | 了解基本原理和方法的应用方向及分析的手段，但对特定的光纤通信系统无法获得准确的分析结果。 | 不清楚原理和方法如何应用到分析与比较中。 | 20 |
注：该表格中比例为期末考试卷各教学目标所占成绩比例。
六、 教材及参考书目
教材
【美】Gerd Keiser 著，《光纤通信》，第五版，电子工业出版社，2016年3月
参考书目
1. 【美】Govind P.Agrawal 著，《光纤通信系统》，第四版，电子工业出版社,2016年2月
2. 【美】Joseph C.Palais 著，《光纤通信》，第五版，电子工业出版社,2015年6月
3. 【美】Djafar K. Mynbaev, Lowell L.Scheiner 著，《光纤通信技术》，科学出版社,2009年7月
4. 【美】Amnon Yariv 著，《现代通信光电子学》，第六版，电子工业出版社,2014年1月
5. 【美】John G.Proakis 著，《数字通信》，第五版，电子工业出版社,2018年12月