仿真軟件在《光纖通信》實驗教學中的應(yīng)用

文/張春光

作為國內(nèi)近幾年各大學將多種學科滲透交叉成一門獨立學科的光纖通信，其涵蓋了電子和通信兩個領(lǐng)域的知識，因而呈現(xiàn)了內(nèi)容復(fù)雜、基礎(chǔ)理論要求較深以及更新較快的特點，是大多高等院校通信類相關(guān)專業(yè)所必須要求學生學習的課程。對于本門課程的教學來說，教師既要注重理論知識的講解，同時應(yīng)該注重實際應(yīng)用，鍛煉學生的動手操作能力。但因為考慮到進行光纖通信實驗所需器材成本較高且實驗需要進行反復(fù)研究的特點，大多院校采用了計算機仿真和實驗相結(jié)合的方法，利用仿真技術(shù)建立系統(tǒng)模型，而后在該模型上進行計算機實驗，不僅能降低成本費用，同時實現(xiàn)了良好的教學效果，為學生之后更好地從事該行業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。

1 實際應(yīng)用

在講解本課程之前，書本對光纖通信做出了明確定義，即以光纖作為媒介的通信方式。用射線原理對光纖通信進行分析，就是將光信號封閉進纖芯中，使其沿著直線的方向傳播，使得包層和光纖的接觸面產(chǎn)生全反射來傳播光信號。同時在纖芯中形成導(dǎo)波，如果無法滿足全反射所需條件時，導(dǎo)波會出現(xiàn)中斷，即光纖中會產(chǎn)生輻射模，造成光信號的衰減。為加強學生對光纖通信的認知，可以借助于光聲信號實驗進行電信號傳播，通過觀察電信號的變化，了解光纖通信的實際應(yīng)用原理。

1.1 光纖傳輸特性

因為本章所涵蓋較多數(shù)學和電學知識，內(nèi)容復(fù)雜抽象，故而在講解時可引用動畫演示不同類型光纖的傳輸特點和消耗過程中所導(dǎo)致的色散程度。除應(yīng)用多媒體教學外，還可利用光學仿真軟件對光纖的非線性特點進一步說明，例如交叉相位調(diào)制以及自相位調(diào)制等，對于復(fù)雜的公式推導(dǎo)則可借助Optisystem程序進行分析，可以通過使用該程序建立光鏈路，輸入不同頻率的光信號在不同的非線性媒介中產(chǎn)生不同頻率混頻效應(yīng)的光輸出信號，利用仿真軟件還能便于借助光譜儀來觀察發(fā)生混頻效應(yīng)后的圖像，操作簡單且便于理解，以此來營造良好的學習氛圍。

1.2 光通信所需元件

該章主要講解應(yīng)用于光通信中的不同元器件的效用，與實際應(yīng)用在很大程度上相符。在講解本課時，可以組織學生進入實驗室，利用實驗室的環(huán)境和器材進行實驗，在學生進行實驗操作時教師可播放動畫講解說明，便于同學們深入了解所用器件的工作原理，例如可將特殊物質(zhì)和抽象光之間的作用過程以動態(tài)的形式播放出來，幫助學生理解半導(dǎo)體激光器的實際工作機理，培養(yǎng)學生們的抽象思維能力。

1.3 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和光纖通信

隨著工業(yè)信息化的不斷深入發(fā)展，近幾年來，光纖通信儼然已成為一門知識更新速度快和技術(shù)不斷成熟的學科，課本中目前所提及的技術(shù)主要有光交換、光放大、光分復(fù)用以及光接入網(wǎng)等技術(shù)，這些新出現(xiàn)的技術(shù)在短時間內(nèi)已經(jīng)發(fā)展到了相對成熟的地步，但尚有些新技術(shù)還待挖掘開發(fā)。在對此類技術(shù)進行講解時，教師可以舉例近幾年的科研成果或討論熱點和同學們一起探討，將課前搜集好大量的數(shù)據(jù)資料展示給同學們，使其更能深刻地感知新型技術(shù)的發(fā)展之快以及其產(chǎn)生的巨大影響。由于光纖通信實驗所需器材一般來說成本不低，故而，在允許學生實際操作之前進行仿真分析及構(gòu)建模型十分必要。光波分復(fù)用技術(shù)作為光纖通信的重要核心，利用仿真軟件完成對超長系統(tǒng)的實體傳輸，可以模擬整個系統(tǒng)的性能，對光譜、誤碼分析儀以及示波器等設(shè)備進行模擬仿真，便于檢測傳輸光信號過程中的重要監(jiān)測點，為設(shè)計光波分復(fù)用系統(tǒng)提供有效參數(shù)參考。利用Optisystem軟件根據(jù)不同的實驗需要設(shè)計合適的傳輸系統(tǒng)以減少光纖傳輸過程中的色散和損耗并用眼圖分析儀對通道的信號傳輸效能進行分析，測量誤碼率及指數(shù)因子。學生在搭建仿真平臺和模型的過程中，可以有效增強自身對光纖通信技術(shù)的掌握。

2 優(yōu)點好處

多媒體技術(shù)和仿真軟件的結(jié)合在教學當中的應(yīng)用，使得光纖通信內(nèi)容講解實現(xiàn)了聲文圖貌的結(jié)合，便于學生從多方面理解光纖通信的重要性和實際應(yīng)用意義，從而搭建自己的知識認知結(jié)構(gòu)。仿真軟件在實際教學當中的優(yōu)點主要有：為學生提供更多的動手機會，體現(xiàn)了培養(yǎng)技能人才的教學目標，學生在進行仿真練習時可以不受器材的限制，結(jié)合所學知識充分發(fā)揮自己的想象力，體現(xiàn)了創(chuàng)新激發(fā)式教學；能幫助學生更加細心觀察實驗現(xiàn)象，學生需要掌控好仿真調(diào)節(jié)的速度并仔細觀察速度變化過程中的實驗結(jié)果；減少了重復(fù)性操作實驗所容易造成的經(jīng)費浪費，借助計算機進行仿真教學通常來說不需要很貴的設(shè)備儀器，便于經(jīng)濟效益最大化，且能實現(xiàn)和實際實驗同等的教學效果；仿真軟件的教學應(yīng)用可根據(jù)實驗需要作出靈活的變動，解決了實際實驗當中各種器件缺失所帶來的弊端，學生可根據(jù)實驗要求自主模擬不同情境變化，觀察不同環(huán)境下所產(chǎn)生的的不同實驗結(jié)果和現(xiàn)象，有利于培養(yǎng)學生多維思考能力。

3 結(jié)束語

總結(jié)來說，在光纖通信課程教學中加入仿真軟件能有效做到知識和實踐的連接，使得學生對這門課程產(chǎn)生更加深入的感性認知，同時增強了學生利用仿真軟件處理實際問題的能力，為學校節(jié)省了教學經(jīng)費，便于用到更需要的科研或其他教學工作中去，仿真軟件在光纖通信實驗教學中的應(yīng)用達到了良好的教學效果。