光纤通信教程范文

导语：如何才能写好一篇光纤通信教程，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

Matlab是一种广泛应用于工程计算和系统仿真的新型高级语言，将数值计算和可视化集成在一起，具有优秀的工程应用开发环境，其编程方式自由，简单易学，可以通过编写脚本或者函数文件实现用户自己的算法，有利于算法开发和建模仿真等．而Optisystem进行仿真主要偏重系统方面，可以按照具体的物理概念直接建立仿真模型，可以根据需要对每个模块设定具体参数，并且能够对所建立的数学模型进行直观地分析和仿真，并且仿真界面简明生动，非常适合作为光纤通信系统的综合实验平台．

仿真软件辅助光纤通信教学

1Matlab编程应用于光纤通信教学

在本门课程的学习过程中，由于涉及到的数学处理比较复杂，学生学习起来普遍感到困难，如果恰当地使用可视化的界面以展现数学公式的物理图像，使其变得直观、形象，使学生获得感性认识，缩小理论与实际的差距，缩短学生的认识过程，则提高课堂教学质量．而Matlab编程仿真可以有效的弥补这一缺陷．

例如在光纤的模式理论一节，涉及到光纤模式的大量数学推导，教材中一般是通过麦克斯韦方程，经过复杂的推导过程，最后给出光纤中传导模式的特性方程、场分布等结果，公式推导过程繁琐、结果抽象，理解起来复杂．为解决这一问题，我们在课程教学中引入Matlab软件，自写程序绘制典型的模场分布图，达到了抽象的问题形象化，如图1所示，给出了不同形式的线性偏振模(LP模)三维立体图像和横截面模场分布形式．将Matlab与光纤通信的公式推导相结合，通过编程和仿真，使学生更好地理解了公式的实际意义，也使得公式的推导不再变得枯燥无味．将Matlab数学建模引入光纤通信教学，可以让学生参与编程，让学生进一步搞清数学公式与物理概念的内在联系，把Matlab程序设计语言的学习，变成了对问题求解所采取的探究行动，使教材中枯燥繁琐的理论分析结果可视化．相对于繁琐的公式推导来说，可视化的图形更能调动学生的学习兴趣和积极性，更能吸引学生的注意力，增强学生的课堂学习主动性，从而使学生轻松地理解掌握教材中的理论知识，达到提高教学质量的目的．同时在Matlab编程过程中，学生需要查询资料、互相探讨，无形中也提高学生实际动手能力，培养其合作和创新的能力．

2Optisystem系统仿真应用于光纤通信教学

利用Matlab语言编程来进行实验，要求学生有较强的数学思维能力，能够对公式和复杂的理论知识进行建模．相比而言，Optisystem则适合于对整个光纤通信系统链路的仿真设计，系统模型的搭建操作简单，界面完整形象，有利于引导学生进行更复杂的系统探索和分析．例如色散是光纤的一种重要的光学特性，在高速光纤通信系统中，光纤色散是不可忽视的因素，色散使得输出光信号脉冲被展宽，这样就限制了通信容量和传输距离，解决色散问题的办法之一是利用色散补偿光纤进行色散补偿，则通过Optisystem软件可以构建这一通信链路，如图2所示．

学生在仿真的过程中，可以自由设定各个通信模块的参数，从而对整个通信系统有一个直观的印象．通过点击图中的示波器和频谱仪，了解到各个通信节点处的波形和频谱特点，如图3所示．从输出波形中可以看到输入的初始脉冲在通过10km的常规光纤后，脉冲展宽，中心功率降低，发生色散现象，然后通过1km的色散补偿光纤后，最终的输出脉冲回到原来的状态，色散被完全补偿．另外通过各个节点的频谱仪可以看出，色散仅仅影响脉冲时域波形，不会引入新的频率成分，频谱在传输过程中保持不变．又例如波分复用(WDM)系统，它是现行光纤通信系统的主要架构形式，由于硬件平台的限制，传统的实验箱教学不易对整个系统进行构建．而通过Optisystem仿真软件可以很方便地搭建密集波分复用系统(DWDM)的仿真模型，并通过运行模拟，对系统中各个通信节点处的传输性能实施实时监测，模拟中各通信模块所采用的参数可以为实际规划WDM系统提供可靠的参考依据．

如图4所示，用Optisystem软件设计的一个4通道的DWDM长距离传输系统，复用器的左侧是各个通道的间接调制发射系统，采用了马赫曾德调制器．解复用器的右侧是通信的光接收系统，可以用眼图分析仪来分析通道的性能指标，而中间部分设置了在线放大器———掺铒光纤放大器(EDFA)，其目的是为了减少光纤传输损耗的影响．学生通过这个模型的搭建和仿真，理解和巩固了比如间接调制、眼图、EDFA等有关DWDM方面的知识，综合能力得到提高．波分复用技术，是以光波为载波，在同一根光纤内同时传输多个不同波长的光载波信号的技术，每个波长的光波可以单独携带语音、数据和图像信号．如图5所示，学生通过点击波复用器后的光谱分析仪，就可以了解到4路光信号传输时的波长复用情况．

结论

篇2

关键词：光纤通信；课程教学；教学改革

作者简介：翟凤潇（1979-），男，河南永城人，郑州轻工业学院物理电子工程学院，讲师；郝蕴琦（1985-），女，河南扶沟人，郑州轻工业学院物理与电子工程学院，讲师。（河南 郑州 450002）

基金项目：本文系郑州轻工业学院第十批教改项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0144-02

自从英（美）籍华人科学家高锟提出光纤用于通信领域之后，光纤通信技术以其独特的特点和优势得到了前所未有的快速发展。[1]我国光通信设备产业近年来—直保持较高增长速度，成为中国发展最快的产业之一。现在国家级的电信网骨干主要采用光纤通信系统，而光纤通信技术已深入到社会生活的各个层面，成为现代社会重要的关键基础设施。特别是2013年8月17日，国务院印发了“宽带中国”战略及实施方案的通知，必将对我国光纤通信技术发展起到了巨大的推动作用，也会对光纤通信人才培养产生影响。由于光纤通信技术在社会生活中占据的重要地位，因此“光纤通信”课程近年来一直作为国内外高校通信、电子学科的重点专业课程及相关专业的选修课程。这门课程系统主要介绍了光纤通信理论和技术。课程要求是通过这门课程的学习，可以使学生掌握光纤通信技术的基本原理、光纤通信系统的基本构成以及系统设计方法，了解光纤通信技术的实际应用和最新发展方向，为学生毕业后能够从事光纤数字通信设备的操作、维护、设计、施工或继续深造打下良好的基础。“光纤通信”作为一门应用性很强的课程，在实际课程教学中存在诸多问题。关于“光纤通信”课程理论与实践教学改革成为各高校研究的问题。[2-5]本文将从教学现状及存在的主要问题出发，对该课程的教学改革进行探讨。

一、“光纤通信”课程存在的问题

作为电子科学技术专业一门主要专业课，其特点是光纤通信科学技术发展迅速，新理论和新技术不断产生和发展。这需要及时更新教学实验内容、改革教学方法。由于种种原因，“光纤通信”这门课程在实际教学过程中存在诸多问题，主要表现在以下方面：

第一，从授课方面来看在传统的教学模式下，一般都是按照教材的自然顺序按部就班地进行讲解，由于本课程公式多、表格多、图形多，并且在课堂授课中，教师需在黑板上做大量的数学分析推导，课堂教学中过多的公式推导、证明导致课堂气氛沉闷，教学效果不佳。另外，课程成绩考核方式比较单一。目前“光纤通信”原理课程的考核多采取传统闭卷考试方式，考试内容以理论知识为主，导致学生的学习方法呆板，习惯死记硬背，表现出综合应用知识能力比较欠缺，不能充分反映出学生对课程知识进行融会贯通、创新思维解决实际问题的能力。以上原因都极大打击了学生学习的积极性。

第二，实践性教学环节欠缺。在工科院校“光纤通信”教学实践的过程中，实践教学环节向来是一个短板。随着光纤通信的新理论和新技术不断产生和发展，实验硬件更新升级落后、实验设备陈旧、实验项目单一、实验内容老化等原因，教学内容已经落后于光纤通信技术的发展。另外，采用封装性强、集成化程度实验箱型的实验方式在方便操作的同时却无法让学生深入了解光纤通信系统全貌。实践教学很难达到培养学生动手能力的目的，导致学生普遍对实验教学认识不足，严重影响了实验教学质量和效果。

第三，由于光纤通信技术涉及的物理基础知识较多如场论、光学原理、通信技术、激光技术等。故在学习本课程之前，学生应先修这些课程。但是由于这些课程本身都有比较深的难度，所以不少学生很难全面掌握。例如研究光纤中的模式分布通常是在圆柱坐标系下用分离变量法解给定边界条件下的亥姆霍兹方程来完成，要求学生有较好的数学功底和电磁波方面的知识，如果基础知识不够扎实这部分的学习就会出现困难。学生对知识的掌握仅仅限于简单地背结论、公式，做计算题。学生不了解理论的工程应用意义，不具体分析问题，导致学生对课程认识不足，出现不知道学了有什么用的现象，这些问题会使得学生逐步失去对这门课程的兴趣。

二、“光纤通信”课程的教学改革思路

鉴于教学现状和存在的问题，对“光纤通信”课程的教学内容和体系改革非常重要。下面将从教学内容、教学方法以及实验领域进行改革探索，在教学过程中培养学生的创新能力，为学生圆满完成学业打下坚实的基础。

1.创新教学方法

在授课的过程中应摒弃传统教学方法缺点，充分利用计算机多媒体技术在现代教育中的优势。从教学目标出发选择教学内容，把握理论上的度，对课程进行准确定位，突出技术实质。根据不同的教学内容精心制作教学课件，在讲课程前言和绪论部分宜采用声情并茂的图文、视频展示，突出基本理论基本分析方法和知识的应用，让学生在首次接触该课程时，接触到一个开阔的视野，有生动的发展历史和鲜活的应用基础，而不是让其产生理论堆积的错觉。在讲授光源时，采用flas来演示受激辐射机理。在讲授光纤无源（有源）器件时，可以现场演示一些器件。根据课程内容，把课程涉及的知识分成若干主题，如“低损耗光纤研究现状及进展”、“掺Er光纤放大器”、“光无源器件及市场调查”、“基于光纤传感器的研究进展”、“光纤通信的发展趋势”等。把班级学生分成若干小组，每组负责一个主题，查阅相关文献资料。当讲授先关内容时，小组负责人把写出的调查研究报告，以ppt的形式进行报告。这不仅可以拓宽学生的视野，提高学生获取资料的能力，也极大的调动了学习的积极性。让学生参与到教学中来，充分发挥以教师为主导，以学生为主体的作用。这些教学方法学生参与度高，为学生以后的毕业设计以及研究生学习奠定了良好的基础。这些教学手段改变了以往课堂教学气氛沉闷的现象，刺激了学生求知、探索的兴趣和激情。

2.优化教学内容

在教学内容上既要重视课程的理论性，也要强调课程的工程实用性。光纤课程的理论较多，在理论课讲授时，面面俱到，都讲深入也是不切实际的。这就要求对课程教学过程中抓住重点、突破难点，做到详略得当、主次分明。对于学生反映掌握比较困难的理论，可以适当地在课前进行一些知识的补充。比如在理论推导中用到的一些高等数学知识、电磁场理论中的麦克斯韦方程、导波光学等。这些可以让学生课前预习，在课堂上教师进行回顾复习来达到巩固知识的目的，这样学生在学习新的课程内容就显得容易接受了。在教学中，既注重理论分析的严谨性，又在一些理论分析难度较大的内容上，结合物理意义以简化分析，以突出“光纤通信”课程理论性和系统性强的特点。适当增加新技术、新理论的课时，使学生更多了解最新技术发展动态。比如在分析光纤中传输模式时候，可以不必要去细致分析每一步的公式推导，只需把结论及其物理含义进行解释。由于公式中用到了贝塞尔函数，函数的解比较复杂，对于方程的解可以利用计算机完成，尤其是相关计算机软件比如matlab具有可视化功能，[6]由学生自己动手编程解方程和绘图，既可以降低教师在教学中的劳动量还可以加深学生对知识的掌握和理解。

3.加强实验教学项目及硬件建设

“光纤通信”原理课程是一门理论性及实践性很强的课程，因此必须加强和改进“光纤通信”课程的实践环境教学内容，突出本课程重实践、强能力的培养特色。实验建设和实验教学的重视和完善，有利于培养和提高通信工程类大学本科生的应用能力、创新能力和科研能力。

光纤通信技术发展十分迅速，这使得教学内容更新周期越来越短，结合工程实际越来越密切。光纤通信的实验教学环节随着学科的发展显得越来越重要。由于实验硬件建设需要投入的资金较多，许多院校在实验教学环节严重落后于光纤通信技术的快速发展。因此在实验硬件建设方面，亟待改善实验教学条件，加大经费投入。逐步开设多层次实验教学项目如基础性实验、综合性实验、设计性实验等。基础性实验以验证内容为主，例如采用大恒光电GCS-FIB光纤技术基础综合实验平台进行“数值孔径测量”、“光纤准直”等实验。综合性实验对学生综合知识提出更高要求，例如“自组光纤马赫-曾德干涉仪”要求学生对马赫-曾德干涉仪有深入的理解，同时要有较强的动手能力。创新性实验主要结合教师的科研项目以及大学生创新项目，有兴趣的学生可以进行此类研究性实验。考虑到实验建设资金限制，对于一些实验可以用软件模拟的方式进行验证，例如“光纤中模式的传输”、“光的偏振状态”可以采用matlab可视化模拟的方法验证，这些实验可以由学生参与程序的编写，提高学生对所学内容的理解。学生参加实验建设活动，可以在其课程成绩中给予体现，以提高学生参加的热情和积极性。

4.建立全面的评价体系

重理论，轻实践，重结果，轻过程是传统评价方式的特点。因此建立能够反映学习本课程情况的全面评价体系十分必要。建议提高学生学习过程的成绩比重，提高学生实验部分的成绩比重。在理论课成绩部分可以采用期末考试、主题报告、课堂讨论几项成绩的综合方法，这充分体现了学生的学习过程和学习效果。实验成绩采用包括基础实验、综合性实验和设计性实验以及模拟实验建设部分组成。对于设计性实验要有更高的要求，实验结果按照科技论文的形式撰写，为学生后期的毕业论文和研究生学习打下基础。总而言之，建立全面的考核评价体系有助于全面考查学生对课程的学习情况，激发学生学习的积极性。

三、结束语

“光纤通信”是一门多学科交叉的理论性和实践性都很强的课程，在教学过程中，做到理论教学和实践教学并重。通过这门课的学习使学生成为知识面宽，实践能力强和具有创新能力的技术人才，这需要在“光纤通信”课程的教学方法、教学内容、实践环节等方面进行改革和探索。

参考文献：

[1]白显东.光纤通信技术特点及未来发展趋势[J].电脑知识与技术，2012，（34）.

[2]谭振建，王志明，洪梅.《光纤通信》课程体系的思考实践[J].南京工程学院学报（社会科学版），2006，（2）.

[3]龙青云，左敬龙，肖明.基于大工程观的光纤通信实验教学改革探索[J].实验室研究与探索，2012，（8）.

[4]耿涛，冉天纲.基于项目式的光纤通信实验教学改革[J].实验室科学，2011，（5）.

篇3

关键词: 《光纤通信》多媒体教学教学研究

一、引言

目前,随着信息技术和现代教育技术的进步,以多媒体技术和计算机网络技术为基础的信息化技术正极大地改变着我们的思维方式与教学方式,促使教育越来越走向网络化、国际化和个性化。与传统的教学相比,多媒体信息具有图、文、声并茂及动画效果的特点,将其引入教学过程,作为辅助教学手段,可使抽象的内容形象化,弥补传统教学方式在直观性、立体感及动态效果方面的不足,能有效地激发学生的学习兴趣;同时还能增大课堂教学容量,提高教学质量。其中,Flash在多媒体教学课件的制作中扮演着重要的角色。与其它软件相比,用Flash制作动画,效果多样,形象逼真,图像可任意放大或缩小,不易失真,图像和声音配合紧密[1]。

《光纤通信》是我校工程学院电子系电子信息工程、通信工程专业开设的一门专业选修课,总学时为32学时,26学时课堂理论教学,6学时实验教学。主要讲授光纤通信基本概念;几何光学方法和波动理论分析光纤的传输原理;光纤色散、光纤损耗及光纤非线性光学效应;通信用的光器件;光发射机、光接收机;数字光纤通信系统;光纤通信新技术(光纤放大器、光波分复用)。笔者结合《光纤通信》Flash多媒体课件,介绍在教学过程中的一些体会。

二、利用多媒体课件增大教学信息量

多媒体课件的载体,除文字外,还有声音、图像与图形、动画与视频等多种媒体。在课件的制作中充分运用这些媒体,可有效弥补传统教学方式中的信息量不足、内容陈旧、手段落后等缺陷。例如,本课程第一章在介绍光纤发展史的时候,我们充分利用美国康宁公司网站[2]等网上资源制作flash课件,使以往教学过程中枯燥无味的光纤发展史生动清晰地展示在学生面前,极大提高了学生的学习光纤通信技术的兴趣。图1展示了本课件中介绍光纤发展史的一页,该页来自美国康宁公司网站。又如,在第二章介绍光纤的结构之前,给学生展示光纤的照片,让学生对光纤有一个感性认识。图2就是课件中的光纤照片。

图1光纤的发展史

图2光纤的照片

三、发挥多媒体的视听优势提高教学效果

教育心理学研究表明:在人获取的外界信息中,83%来自视觉,11%来自听觉,35%来自嗅觉,1.5%来自触觉,1%来自味觉[3]。显然,视觉、听觉是获取信息最可取的方法。因此在课件的设计中,教师发挥多媒体的视觉优势,通过动静的配合、色彩的和谐调配、突出概念的特征等方法,可使枯燥的内容变得生动、活泼、吸引学生的注意力,从而提高教学效果。

例如,光源发光机理中能级跃迁这一小节有自发辐射、受激辐射和光吸收这三个概念。处于低能级E1上的粒子,在一个能量为hv=E2-E1的外来光子作用下,粒子吸收外来光子的能量,从低能级E1跃迁到高能级E2,这个过程称为光吸收。处于激发态的粒子是不稳定的,在没有外界刺激的条件下,也会自发的从高能级E2跃迁到低能级E1,同时发射出一个能量为hv=E2-E1的光子,这个过程称为自发辐射。处于高能级E2上的粒子,在一个能量为hv=E2-E1的外来光子刺激下,粒子吸收外来光子的能量,从高能级E2跃迁到低能级E1,同时辐射出一个能量为hv=E2-E1的光子,这个过程是在外界条件刺激下产生的,因而称为受激辐射。这三个概念分别定义了光与物质相互作用的三个过程,是光源发光的物理基础。用传统的方法来讲授这些内容时,学生可能只得到抽象的概念,如果将这三个过程做成多媒体动画,在课堂上演示,则既能让学生易于理解,又能减轻教师讲授的难度,可谓一举两得。图3是其中“受激辐射”动画演示过程的截图。

APD雪崩光电二极管的雪崩现象是一个教学重点。雪崩现象可以这样给学生解释:当PN结上加较高的反向电压时,耗尽层电压很强,其中的载流子得到加速,获得很大的动能。它们与半导体晶格碰撞,将束缚在价带中的电子激发到导带,这样就产生了新的电子-空穴对,这种现象叫碰撞电离。碰撞电离的反复循环使得耗尽层中的载流子数急剧增加,电流也增大,这就是雪崩现象。如果这样平铺直述地讲给学生听,恐怕大多数学生无法理解雪崩现象。其主要原因有两个,其一,雪崩光电二极管的内部结构比较复杂,各个部分的功能和作用不易掌握;其二,碰撞电离这个物理概念不易理解。我们采用Flas的形式,将整个雪崩现象的过程在课堂上演示,使雪崩光电二极管的结构,结构内部电场强度分布状况,以及碰撞电离的过程等知识点易于被学生理解和掌握。

四、多媒体课件设计与应用中注意的问题

多媒体课件作为教学辅助手段引入课堂教学,使教学模式、内容和形式、课堂教学结构以至教育思想和观念都发生了重大的变化。但如若设计、使用不合理,就不能收到预期的效果,甚至有可能适得其反。因此,多媒体课件的设计和应用时应注意以下几个问题。

1.多媒体课件要紧扣教学大纲。课件制作的目的主要用于教学。因此,课件的设计应该紧扣教学大纲,选题恰当,做到突出重点、分散难点、深入浅出,使学生易于接受。我们的选题基本是按照目前运用的电子信息工程和通信工程专业光纤通信教学大纲进行的,主要包括光纤结构和特性,光源和光发射机,光检测器和光接收机,以及光纤通信系统及新技术等几个部分。因此,在制作课件前要找出每一部分的重点,进行解析,针对学生的实际情况,把难点进行分散,启发学生积极思维,使学生易于理解。

2.多媒体课件设计要科学规范。首先应该内容正确,术语标准,概念清楚。语言文字运用要简洁、规范。对问题的阐述,应该准确,逻辑严谨,具有科学性。

3.多媒体课件的版面设计要简洁大方[4]。表现形式在突出主要特征的前提下,要富有特色,力求避免使用过于新奇的背景或陪衬转移学生的注意力,导致喧宾夺主。

4.课件的界面持续与转换时间要适当。课件的设计与应用,基本上代替了板书,要使学生在课堂上边看、边听、边记,就要求课件的界面持续与转换时间要适当。倘若节奏太快,会导致学生的思路跟不上、不连续,久而久之,则会挫伤学生学习的积极性,影响教学效果。

五、结语

《光纤通信》多媒体课件已经应用于教学实践中,取得了较好的教学效果。我们认为,注重课件制作期脚本内容的选材,设计思想与学习心理相结合,界面与动画的构思创意与认知规律相结合,方可使课件的内容与形式达到完善的结合。应用课件需注意根据课堂环境,因地制宜地发挥其作用。

参考文献:

[1]毕靖,张琨,成晓静.Flash CS3中文版从入门到精通[M].北京:电子工业出版社,2008.

[2]省略/index.aspx.