光纖通信系統(tǒng)中無(wú)源器件教學(xué)研究

孫春艷 白金

摘要：在光纖傳輸系統(tǒng)、光纖傳感系統(tǒng)及檢測(cè)系統(tǒng)中，其特性的好壞直接影響著各系統(tǒng)的性能指標(biāo)。而隨著光纖通信系統(tǒng)向著全光網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，光無(wú)源器件在光鏈路中的使用也成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。文章根據(jù)課程的特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)多種方法以及實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)無(wú)源器件的教學(xué)方法進(jìn)行了深刻的探討。

關(guān)鍵詞：光纖通信：光無(wú)源器件；教學(xué)方法

信息技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展使得人們?cè)谏钸^(guò)程中對(duì)世界各地最新變化及時(shí)了解和掌握，豐富人們的各類生活。在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，光纖通信技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展中一種必不可少的通信技術(shù)。在這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代，為了滿足人們的各種需求，網(wǎng)絡(luò)無(wú)疑已經(jīng)開始光纖化了，這樣傳輸?shù)乃俣炔拍芨?，容量才能更大，那么光纖通信中的無(wú)源器件比有源器件有著太多的優(yōu)勢(shì)，它已經(jīng)在光纖通信中變得越來(lái)越重要了。而且無(wú)源器件的種類很多，并不只是單一的一種，所以我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候有很多的選擇性，它也成為無(wú)源器件變得越來(lái)越重要的一個(gè)很大的因素。因此，該無(wú)源器件在課程學(xué)習(xí)中，它也占有非常重要的地位，那么在教學(xué)中我們將要怎么教學(xué)呢？

對(duì)于高校，“光纖通信原理”作為高等工科院校光電信息、電子等專業(yè)的重要主干課程。通過(guò)該無(wú)源器件課程的學(xué)習(xí)讓學(xué)生較全面地掌握無(wú)源器件的基本概念、理論和關(guān)鍵技術(shù)，理解和掌握其性能分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。理論教學(xué)常采用以下方法，如展示實(shí)物、多媒體及視頻等現(xiàn)代化教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)要處理好課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)以及實(shí)踐環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，提高學(xué)生分析與解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)。要上好這節(jié)課，一定要貫徹“教、學(xué)、做”一致性，特別在實(shí)踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展。具體措施將從以下幾個(gè)方面分析。

1 光無(wú)源器件的理論分析

光無(wú)源器件實(shí)際上就是我們平時(shí)經(jīng)常看到的光學(xué)器件，其實(shí)它是很普遍的，但是無(wú)源器件確實(shí)有很多的優(yōu)點(diǎn)，這使得我們?cè)趯?shí)際的使用過(guò)程中因?yàn)楦鞣N因素必須選擇使用它，它在光纖通信中的地位是不可取代的，由此可見它的地位之高。由于是光學(xué)器件，所以它的工作原理和普通的光學(xué)器件類似，筆者是光學(xué)專業(yè)的，平時(shí)接觸過(guò)很多光學(xué)器件，對(duì)于它的工作原理也比較了解。

接下來(lái)首先簡(jiǎn)介光無(wú)源器件，光無(wú)源器件的種類非常多，按照它的功能進(jìn)行以下分類。

1.1光纖連接器

在使用光纖的過(guò)程中，我們往往需要的不止是一根光纖，可能是多個(gè)，光纖連接器把多個(gè)光纖連接到一起，以滿足我們的實(shí)際需要。它將兩根光纖的中心對(duì)好，這樣可以保證能量被最大限度地耦合。所以，光纖連接器最重要的是使兩根光纖的軸心對(duì)準(zhǔn)，使發(fā)射光纖輸出的光能量最大限度地耦合進(jìn)接收光纖[1]。

1.2光纖耦合器

光纖耦合器是對(duì)一種光波根據(jù)我們的實(shí)際情況進(jìn)行合路或是分路，具體要看需要合路還是需要分路。根據(jù)光纖耦合器端口的不同形式，可以將它分為兩種，分別是樹形耦合器和星形耦合器。

1.3波分復(fù)用器

1.3.1工作原理

在光纖通信系統(tǒng)中，波分復(fù)用器（Wavel-ength DivisionMultiplexing，WDM）是對(duì)不同光波波長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)行合成和分離的器件。當(dāng)作為復(fù)用器時(shí)，即從n個(gè)端口送入不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，組合起來(lái)后由一個(gè)端口輸出：當(dāng)器件作為解復(fù)用器時(shí)，輸入的是不同波長(zhǎng)的組合光信號(hào)，輸出的將是傳送到不同端口的不同光波長(zhǎng)信號(hào)。所以，器件的各端口既可以作為輸入端口，也可以作為輸出端口[2]。

1.3.2分類

波分復(fù)用器可以分為二波長(zhǎng)復(fù)用器和多波長(zhǎng)復(fù)用器，這是按照要復(fù)用波長(zhǎng)的數(shù)量來(lái)進(jìn)行分類的；我們也可以根據(jù)波長(zhǎng)的間隔來(lái)分類，這樣可以分為粗波分復(fù)用器（CoarseWavelength Division Multiplexing。CWDM）以及密集波分復(fù)用器（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）。因?yàn)樵趯?shí)際的使用過(guò)程中需要減少損耗，而且不會(huì)與其他端口混淆而只輸送到指定的端口，波分復(fù)用器要滿足這些實(shí)際的要求[3]。

1.4光開關(guān)

光開關(guān)是一種具有一個(gè)或多個(gè)可選的傳輸端口，其作用是能夠控制傳輸線路中光信號(hào)的通斷或者進(jìn)行光路中光信號(hào)轉(zhuǎn)換功能的器件。

1.5光衰減器

光衰減器是一種在光纖通信線路中可以按照要求衰減光功率的器件，它是一種非常重要的光學(xué)無(wú)源器件。

1.6光隔離器

它是一種讓光單向傳輸?shù)钠骷?，而不?huì)讓光來(lái)回傳輸。光隔離器的基本原理是法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，它是由兩個(gè)偏振器和一個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器組成。因?yàn)閷?shí)際的需要，不會(huì)產(chǎn)生光來(lái)回傳輸?shù)默F(xiàn)象。

1.7光環(huán)形器

使光信號(hào)只能沿固定途徑進(jìn)行環(huán)行傳輸?shù)钠骷Q為光環(huán)行器，其工作原理和光隔離器基本相同，只是光環(huán)行器為多端口器件，而光隔離器一般分為兩端口器件。在光纖通信時(shí)，我們需要的是質(zhì)量高的通信，這樣才不會(huì)影響到我們正常的使用，所以要求它的損耗要盡量小，失真也要小，而且多個(gè)端口之間的信號(hào)不會(huì)相互交叉，當(dāng)給定一個(gè)傳輸信號(hào)時(shí)，它只是被傳送到指定的端口，而不會(huì)傳送到鄰近的端口中去。

1.8光纖光柵

它也是一種無(wú)源器件，這幾年一直被重視，發(fā)展也比較好，它的制備主要是采用了我們所說(shuō)的光纖中的光敏性。光敏性就是能夠識(shí)別出光纖中的摻雜，當(dāng)光照射到摻雜的部分時(shí)，光纖的折射率就會(huì)不斷地變化，這種光柵光纖的損耗低，制備也方便簡(jiǎn)單。因此，近年來(lái)它在光纖通信及應(yīng)變傳感領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

2 教學(xué)手段要豐富多樣

具體教學(xué)手段有很多種，我們應(yīng)該在傳統(tǒng)的教學(xué)手段上加上最新的、多樣的教學(xué)方法。充分利用學(xué)校圖書館現(xiàn)有的資源及該專業(yè)學(xué)院積累下來(lái)的相關(guān)資源，配上多樣的教學(xué)方法，將簡(jiǎn)潔古老的黑板板書、多媒體課件教學(xué)和Flash動(dòng)畫、演示實(shí)驗(yàn)等多樣的教學(xué)方法完美地結(jié)合起來(lái)。

2.1展示實(shí)物

為了激發(fā)學(xué)生的興趣，在教學(xué)過(guò)程中給學(xué)生提供光無(wú)源期間的實(shí)物，加大對(duì)器件的認(rèn)識(shí)、主要了解掌握器件的類型、參數(shù)及用途等相關(guān)知識(shí)，最好給學(xué)生展示器件的實(shí)物，介紹每個(gè)實(shí)物具體的原理和利用空間。如果沒有實(shí)物，也要下載實(shí)物圖，讓同學(xué)們?cè)谄骷嫌幸欢ǖ闹庇^認(rèn)識(shí)。

2.2多媒體課件以及動(dòng)畫

教學(xué)中大量使用多媒體課件并配上直觀的動(dòng)畫和圖片，生動(dòng)有趣，引起學(xué)生的注意力，加深學(xué)習(xí)。動(dòng)畫圖片由靜變動(dòng)，使枯燥和生動(dòng)有機(jī)結(jié)合。教師可以自己制作Flash動(dòng)畫，也可以從網(wǎng)上下載其他老師制作的優(yōu)質(zhì)的Flash動(dòng)畫。

由于我們所講的課程是工科課程，因此講完一個(gè)器件，都應(yīng)要求學(xué)生下課后，完成一個(gè)作業(yè)就是到網(wǎng)上查找器件的型號(hào)、參數(shù)及價(jià)格，了解該器件的市場(chǎng)動(dòng)向。實(shí)驗(yàn)室中沒有的器件，應(yīng)去查找很多實(shí)驗(yàn)過(guò)程視頻放給學(xué)生們看，在看的過(guò)程中，教師應(yīng)適時(shí)講解，讓學(xué)生有身臨其境的感覺，這樣更激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.3例題、案例適時(shí)應(yīng)用

在教學(xué)過(guò)程中，適時(shí)提供例題、案例等方法突出重點(diǎn)內(nèi)容，提高學(xué)生的理解能力、思維能力及解決問題能力，最后全面提升學(xué)生各方面能力。

2.4簡(jiǎn)潔知識(shí)結(jié)構(gòu)圖

每一個(gè)器件結(jié)束之后，每一個(gè)器件都要運(yùn)用簡(jiǎn)潔的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行梳理，使每一個(gè)器件知識(shí)點(diǎn)更加清晰，容易記憶，這樣有助于知識(shí)系統(tǒng)的建立。

2.5演示實(shí)驗(yàn)

教學(xué)過(guò)程也要準(zhǔn)備好與課程相關(guān)的演示實(shí)驗(yàn)，這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)一定要設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，容易被學(xué)生接受。如果時(shí)間條件允許，可以叫學(xué)生參加演示。最后總結(jié)演示結(jié)果。學(xué)生會(huì)得到一定的啟發(fā)。

3 課堂講授與實(shí)踐相結(jié)合

為了本課程更好地教學(xué)，淮南師范學(xué)院對(duì)光電信息光學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生加大了實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐的學(xué)時(shí)，開設(shè)了有關(guān)光通信36學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)和一周實(shí)踐課程，這些課程設(shè)計(jì)的周次與理論課程講授時(shí)間相結(jié)合，理論與實(shí)踐相結(jié)合，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的消化。

4 結(jié)語(yǔ)

全光通信已經(jīng)成為光通信技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而光無(wú)源器件又是構(gòu)建全光通信網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)。隨著光纖通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，光無(wú)源器件技術(shù)也在其發(fā)展過(guò)程中得到迅速的發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出了指標(biāo)更先進(jìn)、功能更多的新型光無(wú)源器件。因此，對(duì)于光無(wú)源器件發(fā)展方向的研究不僅已經(jīng)成為人們?nèi)粘ｊP(guān)心的話題，而且也是為了適應(yīng)快速發(fā)展的社會(huì)在大容量通信方面的需求。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]孫學(xué)康，張金菊.光纖通信原理[M].3版北京：人民郵電出版社，2011

[3]宋金聲光無(wú)源器件在局部網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用特性分析[J].光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)，1987 （2）：12-16