知識點光纖通信的概念及特點一、教學(xué)目標(biāo)：理解光纖通信的概念及優(yōu)點。二、教學(xué)重點、難點：光纖通信的優(yōu)點。三、教學(xué)過程設(shè)計：1.知識點說明光纖通信是以光纖為傳輸媒質(zhì)，以光信號為信息載體的通信方式。與其他傳輸手段相比，光纖通信有很多優(yōu)點，同時鑒于光纖本身的特點，又有著自己的缺點。2.知識點內(nèi)容光纖通信是以光纖為傳輸媒質(zhì)，以光信號為信息載體的通信方式。光纖通信使用的光波有三個工作窗口，分別是0.85μm、1.31μm和1.55μm。光纖通信的優(yōu)點。光纖通信的缺點。3.知識點講解給出圖片和電磁波譜圖說明光纖通信的概念及工作區(qū)域。光纖通信工作在近紅外區(qū)，有三個工作窗口，分別是0.85μm、1.31μm和1.55μm。利用舉例的方法說明光纖通信的優(yōu)點。傳輸頻帶寬，通信容量大；傳輸損耗小，中繼距離長；抗電磁干擾，傳輸質(zhì)量好；體積小、重量輕，便于施工；原材料豐富、節(jié)約有色金屬，有利于環(huán)保。結(jié)合案例和圖片說明光纖通信的缺點。四、課后作業(yè)或思考題：1、目前光纖通信使用的波長范圍是在區(qū)。2、以下工作波長屬于通信光纖窗口的是（）A、632.8nmB、1310nmC、2600nmD、10.6μm3、光纖通信目前使用的三個工作窗口是（）A、0.85μmB、1.31μmC、1.33μmD、1.55μmE、1.65μm4、簡述光纖通信的優(yōu)點。五、本節(jié)小結(jié)：光纖通信是以光纖為傳輸媒質(zhì)，以光信號為信息載體的通信方式。光纖通信具有通信容量大、傳輸損耗小、中繼距離長、傳輸質(zhì)量好、便于施工、原材料豐富、、有利于環(huán)保等優(yōu)點。知識點光纖通信的發(fā)展一、教學(xué)目標(biāo)：了解光纖通信的發(fā)展歷程和我國光纖通信系統(tǒng)的應(yīng)用情況。二、教學(xué)重點、難點：光纖通信發(fā)展過程中的關(guān)鍵事件。三、教學(xué)過程設(shè)計：1.知識點說明從光源的制作，到光纖的研制，再到各種光纖通信系統(tǒng)，光纖通信已經(jīng)得到了快速發(fā)展和應(yīng)用，我國光纖傳輸已經(jīng)作為主要傳輸手段，光纖通信正在向著更大容量，更大中繼距離總體方向發(fā)展。2.知識點內(nèi)容從1960年梅曼發(fā)明第一臺紅寶石激光器以來，為光源的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，后來研制出低損耗光纖，直至各種光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用。在光纖通信發(fā)展過程中，由于高錕提出的利用SiO2光纖作為傳輸介質(zhì)的通信的可行性，被譽(yù)為“世界光纖之父”。我國從1977年第一根光纖問世以來，1999年，建成“八縱八橫”干線網(wǎng)，到今天我國光纖通信已經(jīng)取得了快速發(fā)展。光纖通信以后的發(fā)展向著更大容量，更大中繼距離總體方向發(fā)展，“光孤子”通信、宇宙激光通信、超光速通信等都開始了研究。3.知識點講解通過典型人物和事件講解光纖通信的發(fā)展歷程，如1966年，高錕博士提出SiO2光纖的可行性，被譽(yù)為“世界光纖之父”。從我國研制出第一根光纖開始，列舉我國光纖通信發(fā)展的過程及各種系統(tǒng)的應(yīng)用，如“八縱八橫”干線網(wǎng)的建設(shè)，傳輸速率是3.2Tbit/s的系統(tǒng)應(yīng)用。結(jié)合現(xiàn)在光纖通信發(fā)展的熱點問題對光纖通信今后的發(fā)展進(jìn)行展望。四、課后作業(yè)或思考題：1、1960年，美國人梅曼發(fā)明第一臺激光器，標(biāo)志著光纖通信的起源。2、 被譽(yù)為世界光纖之父。3、請列舉光纖通信發(fā)展歷程中的主要事件。五、本節(jié)小結(jié)：從1960年梅曼發(fā)明第一臺紅寶石激光器、康寧公司研制出低損耗光纖，直至各種光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用，光纖通信得到快速發(fā)展。我國1999年，建成“八縱八橫”干線網(wǎng)，目前我國光纖通信已經(jīng)取得了快速發(fā)展。知識點光纖的結(jié)構(gòu)一、教學(xué)目標(biāo)：理解光纖的結(jié)構(gòu)組成。二、教學(xué)重點、難點：光纖的結(jié)構(gòu)、松套光纖、緊套光纖、尾纖。三、教學(xué)過程設(shè)計：1.知識點說明光纖由纖芯、包層、涂覆層和套層組成。2.知識點內(nèi)容光纖由纖芯、包層、涂覆層和套層組成。纖芯位于光纖中心，作用是傳輸光波。包層位于纖芯外層，作用是將光波限制在纖芯中。只有纖芯和包層的光纖稱為裸光纖。為了提高光纖抗拉度，一般需要在裸光纖外面經(jīng)過兩次涂覆，經(jīng)過涂敷后的裸光纖稱為光纖芯線。按套塑結(jié)構(gòu)的不同，將光纖分為緊套光纖和松套光纖。設(shè)備、儀表間相連使用的光纖一般稱為尾纖，尾纖通常為緊套結(jié)構(gòu)光纖。3.知識點講解通過實物和結(jié)構(gòu)示意圖講解光纖的結(jié)構(gòu)。結(jié)合全反射的條件，分析纖芯的折射率大于包層的折射率。分析光纖的涂覆層和套塑層的作用及應(yīng)用情況。結(jié)合實際說明什么是尾纖，尾纖采用什么結(jié)構(gòu)。四、課后作業(yè)或思考題：1、光纖的結(jié)構(gòu)包括纖芯、、和套層。2、按套塑結(jié)構(gòu)的不同，將光纖分為光纖和光纖。3、為了使光波在纖芯中傳送，包層材料折射率n2比纖芯材料折射率n1小這種說法是否正確。4、尾纖一般用于連接設(shè)備或儀表，通常為結(jié)構(gòu)光纖。五、本節(jié)小結(jié)：光纖由纖芯、包層、涂覆層和套層組成。纖芯位于光纖中心，作用是傳輸光波。包層位于纖芯外層，作用是將光波限制在纖芯中。只有纖芯和包層的光纖稱為裸光纖。按套塑結(jié)構(gòu)的不同，將光纖分為緊套光纖和松套光纖，尾纖一般為緊套結(jié)構(gòu)。知識點光纖的分類一、教學(xué)目標(biāo)：理解光纖按照不同標(biāo)準(zhǔn)的分類。二、教學(xué)重點、難點：階躍型光纖、漸變型光纖、單模光纖、長波長光纖。三、教學(xué)過程設(shè)計：1.知識點說明光纖按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)分成不同類別，在光纖通信系統(tǒng)中常用的光纖種類有單模光纖、階躍型光纖、石英玻璃光纖、長波長光纖等。2.知識點內(nèi)容按照光纖的制造材料的不同，光纖可分為玻璃（石英）光纖、塑料光纖和液體（如：氟化物）光纖。按照光纖剖面折射率分布的不同，光纖可分為階躍型光纖和漸變型光纖。階躍型光纖的纖芯和包層的折射率呈均勻分布，包層的折射率稍低一些，光纖纖芯到包層的折射率是突變的，有一個臺階，所以稱為階躍型光纖。漸變型光纖纖芯折射率呈非均勻分布，在纖芯軸心處最大，而在光纖橫截面內(nèi)沿半徑方向逐漸減小，在纖芯與包層的交界面上降至包層折射率n2根據(jù)光纖傳輸模式的數(shù)量，光纖可分為單模光纖和多模光纖。單模光纖的纖芯很細(xì)（一般為10μm），只傳一種模式的光，用于大容量長距離通信。多模光纖的纖芯較粗（例如50或62.5μm），可傳多種模式的光，傳輸?shù)木嚯x比較近。按光纖的工作波長可分為短波長光纖、長波長光纖和超長波長光纖。短波長光纖是指0.8～0.9μm的光纖、長波長光纖是指1.0～1.7μm的光纖、超長波長光纖則是指2μm以上的光纖。3.知識點講解結(jié)合實際工程應(yīng)用講解光纖的分類。通過案例說明不同制造材料的光纖各有什么應(yīng)用。詳細(xì)分析階躍型光纖和漸變型光纖的折射率分布。通俗解釋什么是單模光纖和多模光纖。結(jié)合光纖通信工作窗口講解短波長光纖、長波長光纖和超長波長光纖的概念及應(yīng)用。四、課后作業(yè)或思考題：1、光纖按照折射率分布可分為光纖和光纖。2、短波長光纖通常用于干線傳輸這種說法是否正確？3、列舉你知道的光纖的類型，并加以簡單解釋。五、本節(jié)小結(jié)：目前光纖通信系統(tǒng)常用的光纖是石英玻璃材料的。單模光纖為階躍型光纖，適用于遠(yuǎn)距離通信；多模光纖為漸變型光纖，適用于近距離低速通信系統(tǒng)。使用1.31μm、1.55μm波長的光纖為長波長光纖。知識點光纖的傳輸原理一、教學(xué)目標(biāo)：理解階躍型光纖導(dǎo)光原理和數(shù)值孔徑的概念。二、教學(xué)重點、難點：階躍型光纖導(dǎo)光原理、數(shù)值孔徑。三、教學(xué)過程設(shè)計：1.知識點說明若光線以某一角度（φ）從空氣入射到光纖端面時，光線折射進(jìn)纖芯。當(dāng)光線到達(dá)纖芯與包層的交界面時，發(fā)生全反射，將光波限制在纖芯中以“之”字形向前傳播。。2.知識點內(nèi)容光入射到兩種介質(zhì)交界面時，會發(fā)生反射和折射，反射角等于入射角，發(fā)生折射時，n１sinθ１=n２sinθ２。當(dāng)光從光密物質(zhì)照射到光疏物質(zhì)時，且入射角θ１大于臨界角θc時，會發(fā)生全反射現(xiàn)象若光線以某一角度（f）從空氣入射到光纖端面時，光線折射進(jìn)纖芯。當(dāng)光線到達(dá)纖芯與包層的交界面時，發(fā)生全反射，將光波限制在纖芯中以“之”字形向前傳播。由空氣入射到光纖端面的角小于φmax的光線進(jìn)入纖芯內(nèi)才能在纖芯中傳輸，為表示光纖的捕捉光線能力的大小，定義了數(shù)值孔徑（NA）光纖的數(shù)值孔徑與光纖的幾何尺寸無關(guān)，只與纖芯和包層兩者的折射率差有關(guān)。3.知識點講解從光的反射和折射基礎(chǔ)知識開始，引出全反射的概念以及發(fā)生全反射的條件，從而幫助理解纖芯的折射率需要大于包層折射率。畫圖說明光信號從空氣進(jìn)入光纖以及在光纖中的傳輸情況，從空氣折射進(jìn)纖芯，在纖芯和包層的交界面上發(fā)生全反射，從而實現(xiàn)光信號沿纖芯傳輸。由于光信號在纖芯和包層交界面要滿足大于臨界角的要求，所以光信號折射進(jìn)纖芯的角度也有所要求，不能大于某個最大角，于是引出數(shù)值孔徑的概念。數(shù)值孔徑反射光纖捕捉光信號能力的大小，通過公式分析得出其影響因素。四、課后作業(yè)或思考題：1、階躍型光纖光信號在纖芯與包層交界面上反射現(xiàn)象，從而使光信號在纖芯中向前傳輸。2、光纖捕捉光線能力的大小與光纖粗細(xì)有關(guān)這種說法是否正確？3、請說明階躍型光纖的導(dǎo)光原理。五、本節(jié)小結(jié)：若光線以某一角度（f）從空氣入射到光纖端面時，光線折射進(jìn)纖芯。當(dāng)光線到達(dá)纖芯與包層的交界面時，發(fā)生全反射，將光波限制在纖芯中以“之”字形向前傳播。光纖捕捉光線能力的大小與光纖粗細(xì)無關(guān)，只與纖芯和包層的折射率有關(guān)。知識點光纖的傳輸特性一、教學(xué)目標(biāo)：理解光纖的損耗種類和色散種類及對光纖傳輸?shù)挠绊?。二、教學(xué)重點、難點：損耗的概念、損耗系數(shù)、損耗的種類、色散的概念、色散的種類。三、教學(xué)過程設(shè)計：1.知識點說明光纖的傳輸特性包括損耗特性和色散特性。2.知識點內(nèi)容光信號在光纖內(nèi)傳播，隨著距離的增大，能量會越來越弱，其中一部分能量在光纖內(nèi)部被吸收，一部分可能突破光纖纖芯的束縛，輻射到了光纖外部，這叫做光纖的傳輸損耗（或傳輸衰減）。光纖損耗大致可以分為吸收損耗、散射損耗和其他損耗，光纖損耗在波長λ=1.55μm時損耗最低。光纖的色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?，隨傳輸距離增加，由于不同成分的光傳輸時延不同引起的脈沖展寬的物理效應(yīng)。主要包括模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散和偏振模色散。對于多模光纖，主要是模式色散。對于單模光纖，不存在模式色散，主要影響的是材料色散。對于單模光纖來說，在某一波長附近，材料色散和波導(dǎo)色散相互抵消零色散波長，大約是1.31μm。3.知識點講解從光纖的傳輸損耗的概念開始講解。分析光纖損耗的原因及對傳輸?shù)挠绊?。講解光纖色散的概念和種類。分析單模光纖和多模光纖的色散影響因素，單模光纖來說，在1.31μm材料色散和波導(dǎo)色散相互抵消。四、課后作業(yè)或思考題：1、多模光纖的色散主要是（）A.材料色散B.波導(dǎo)色散C.偏振模色散D.模式色散2、單模光纖零色散的工作波長是（）A.0.85μmB.1.31μmC.1.33μmD.1.55μm3、最低損耗的光纖通信工作波長是（）A.0.85μmB.1.31μmC.1.33μmD.1.55μm4、光纖的損耗包括（）A.附加損耗B.散射損耗 C.吸收損耗D.連接損耗 E.微彎損耗五、本節(jié)小結(jié)：光纖的傳輸特性包括損耗特性和色散特性，光纖損耗在波長λ=1.55μm時損耗最低，對單模光纖來說，在1.31μm材料色散和波導(dǎo)色散相互抵消，色散值近似為零。知識點光纖的標(biāo)準(zhǔn)一、教學(xué)目標(biāo)：理解ITU-T規(guī)定的光纖標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用。二、教學(xué)重點、難點：G.652、G.655、G.657光纖。三、教學(xué)過程設(shè)計：1.知識點說明ITU-T劃分的光纖標(biāo)準(zhǔn)有（1）G.651多模光纖、（2）G.652常規(guī)單模光纖、（3）G.653色散位移單模光纖、（4）G.654截止波長位移單模光纖、（5）G.655非零色散位移單模光纖、（6）G.656寬帶傳輸非零色散位移單模光纖、（7）G.657彎曲損耗不敏感單模光纖。2.知識點內(nèi)容G.651光纖為漸變多模光纖，工作波長為1.31μm和1.55μm，在1.31μm處光纖有最小色散，在1.55μm處光纖有最小損耗。G.652光纖為常規(guī)單模光纖，也稱為非色散位移光纖，是第一代常規(guī)單模光纖，零色散波長為1.31μm，在1.55μm處有最小損耗。G.653光纖為色散位移單模光纖，可以對色散進(jìn)行補(bǔ)償，使光纖的零色散點從1.31μm處移到1.55μm附近，是第二代單模光纖。G.654光纖為性能最佳的單模光纖，在1.55μm處具有極低損耗（大約0.18dB/km），1.31μm處色散為零，彎曲性能好。G.655光纖為非零色散位移單模光纖，是新一代的單模光纖，G.655光纖將光纖的零色散點由1.31μm移到1.55μm附近，在1.55μm波長區(qū)內(nèi)仍保持很低的色散。G.656光纖是寬帶光傳輸用非零色散光纖，即在寬闊的工作波長1460～1625nm內(nèi)色散非零，實質(zhì)上是一種寬帶非零色散平坦光纖。G.657光纖是對彎曲損耗不敏感單模光纖，又稱B6光纖，最主要的特性是具有優(yōu)異的耐彎曲特性。G.651光纖主要用于計算機(jī)局域網(wǎng)或接入網(wǎng)，G.652光纖適用于大容量傳輸，是目前應(yīng)用最廣的光纖，G.653光纖受四波混頻影響沒什么應(yīng)用，G.654光纖主要用于海底光纖通信系統(tǒng)，G.655光纖適用于波分復(fù)用系統(tǒng)，G.656光纖適用于波分復(fù)用系統(tǒng)的新型光纖，G.657光纖主要用于制造皮線光纜，用于光纖到戶工程。3.知識點講解從ITU-T規(guī)定的光纖標(biāo)準(zhǔn)開始說明各種光纖。主要從是單模還是多模光纖方面、最低損耗和零色散點方面說明光纖標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。從實際工程的角度，總結(jié)各類光纖的應(yīng)用場合。四、課后作業(yè)或思考題：1、下列適合于波分復(fù)用系統(tǒng)使用的光纖的是（）A.G.651B.G.653 C.G.655D.G.6572、下列適合于FTTH接入網(wǎng)工程的光纖的是（）A.G.651B.G.653 C.G.655D.G.6573、G.655光纖為位移單模光纖，在波長區(qū)有最低損耗和較小的色散。4、短距離小容量光纖通信系統(tǒng)可以使用G.651光纖這種說法對嗎？5、請總結(jié)各種光纖的應(yīng)用場合。五、本節(jié)小結(jié)：G.652是常規(guī)單模光纖，適用于大容量傳輸，是目前應(yīng)用最廣的光纖，G.655是非零色散位移光纖，適用于波分復(fù)用系統(tǒng)，G.657光纖是對彎曲損耗不敏感單模光纖，又稱B6光纖，主要用于制造皮線光纜，用于光纖到戶工程。知識點數(shù)字光纖通信系統(tǒng)一、教學(xué)目標(biāo)：理解數(shù)字光纖通信系統(tǒng)組成及各部分功能。二、教學(xué)重點、難點：數(shù)字光纖通信系統(tǒng)組成、光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)的功能。三、教學(xué)過程設(shè)計：1.知識點說明光纖通信系統(tǒng)由光端機(jī)、光纜、中繼器和電端機(jī)組成，光端機(jī)包括光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)兩部分。光發(fā)送機(jī)實現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換，光接收機(jī)實現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換；電端機(jī)的作用是將低速支路電信號復(fù)用成高速信號，然后送往光端機(jī)；中繼器用來對信號放大，增加光信號傳輸距離。2.知識點內(nèi)容光纖通信系統(tǒng)由光端機(jī)、光纜、中繼器和電端機(jī)組成，光端機(jī)包括光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)兩部分。光發(fā)送機(jī)的主要作用是將電端機(jī)送來的數(shù)字基帶電信號變換為光信號，其中關(guān)鍵部件是光源。光接收機(jī)的主要作用是將光纖傳輸后的幅度被衰減、波形產(chǎn)生畸變的、微弱的光信號變換為電信號，并對電信號進(jìn)行放大、整形、再生成與發(fā)送端相同的電信號。傳輸一定距離后的光信號，幅度受到衰減，波形出現(xiàn)失真，加一個中繼器，放大衰減信號，恢復(fù)失真的波形，使光脈沖得到再生，中繼器分為光-電-光中繼器和光中繼器兩種。3.知識點講解從光纖通信過程說明光纖通信系統(tǒng)的組成及各部分功能。從簡單電路組成圖說明光發(fā)送機(jī)的作用。從簡單電路組成圖說明光接收機(jī)的作用。從通信工程的角度說明中繼器的作用和種類。四、課后作業(yè)或思考題：1、光發(fā)送機(jī)機(jī)將信號轉(zhuǎn)換為信號。2、光發(fā)送機(jī)中的是整個系統(tǒng)的核心器件。3、光纖通信系統(tǒng)組成包括（）A.光發(fā)送機(jī)B.中繼器C.光接收機(jī)D.交換機(jī) E.光纜4、說明光纖通信系統(tǒng)的組成。五、本節(jié)小結(jié)：光纖通信系統(tǒng)由光端機(jī)、光纜、中繼器和電端機(jī)組成，光端機(jī)包括光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)兩部分。光發(fā)送機(jī)實現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換，光接收機(jī)實現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換，中繼器用來對信號放大，增加光信號傳輸距離。知識點光纖通信傳輸技術(shù)一、教學(xué)目標(biāo)：了解各種光纖傳輸技術(shù)。二、教學(xué)重點、難點：SDH的速率、SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、WDM的概念。三、教學(xué)過程設(shè)計：1.知識點說明光纖傳輸技術(shù)以SDH為基礎(chǔ)，先后發(fā)展了WDM、OTN、PTN等技術(shù)。2.知識點內(nèi)容SDH的中文含義是同步數(shù)字系列，SDH中的幀結(jié)構(gòu)是9×270×N的同步傳送模塊（STM），N取正整數(shù)1、4、16、64、256，STM-1的速率是155.52Mbit/s，其余各級的速率分別是STM-1的N倍。SDH網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有環(huán)形網(wǎng)、線形網(wǎng)、網(wǎng)孔形網(wǎng)等，分別由不同的網(wǎng)元組成。波分復(fù)用（WDM）就是讓不同波長的光信號同在一根光纖上傳輸而互不干擾。波長間隔更緊密的WDM為密集波分復(fù)用（DWDM），通常為幾個nm。WDM系統(tǒng)主要由光發(fā)射機(jī)、光中繼放大、光接收機(jī)、光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)組成。光傳送網(wǎng)（OTN）是基于波分復(fù)用技術(shù)，由一組通過光纖鏈路連接在一起的光網(wǎng)元組成的網(wǎng)絡(luò)，能夠提供基于光通道的用戶信號的傳送、復(fù)用、路由、管理、監(jiān)控以及保護(hù)。分組傳送網(wǎng)（PTN）是以分組傳送為基礎(chǔ)、以分組交換為核心，支持多業(yè)務(wù)承載，并具備完善的保護(hù)和OAM管理功能的面向連接端到端的傳送技術(shù)。PTN網(wǎng)絡(luò)定位為城域網(wǎng)傳輸，如用于承載電信運營商的無線回傳網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)專線以及IPTV等多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。3.知識點講解每一部分內(nèi)容的講解均要從基本概念入手，簡化原理，重視應(yīng)用。SDH從其傳輸速率到網(wǎng)絡(luò)單元類型以及我國SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成幾個方面進(jìn)行講解。WDM說明其概念和優(yōu)點，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成。OTN、PTN注重基本概念和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面。四、課后作業(yè)或思考題：1、SDH的中文含義是