大學(xué)光纖通信實(shí)驗(yàn)綜述

摘要：光纖通信以光波作為載體波，以光纖作為傳輸媒質(zhì)，是一種“有線”光通信。因其具有帶寬高、抗干擾性強(qiáng)、信號(hào)衰減少等特點(diǎn)，光纖通信被認(rèn)為遠(yuǎn)優(yōu)于電纜通信、微波通信，在世界范圍內(nèi)都是最為重要的一種通信方式。本文分析討論了大學(xué)光纖通信實(shí)驗(yàn)?zāi)壳暗拈_展情況，包括教學(xué)目的、教學(xué)原理、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以期為大學(xué)光纖通信實(shí)驗(yàn)的開展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：大學(xué);光纖通信;實(shí)驗(yàn);物理

光纖通信是光通信中的一種，也是現(xiàn)代通信的主流方式，在現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中占有重要地位。作為一門新興技術(shù)，光纖通信在近幾年取得了高速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，傳送著各種信息，成為世界新技術(shù)革命的重要代表[1]。光纖通信技術(shù)是現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)通信的基礎(chǔ)，光纖通信相關(guān)課程的教學(xué)中呈現(xiàn)出理論內(nèi)容較多的特點(diǎn)，顯得整個(gè)教學(xué)過程枯燥無趣，學(xué)生不愿意學(xué)也不好理解。這就對(duì)大學(xué)物理教師提出了新的教學(xué)要求，通過理論聯(lián)系實(shí)際讓光纖通信實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋玫刂笇?dǎo)理論教學(xué)。本文綜合分析了一些大學(xué)光纖通信實(shí)驗(yàn)課程的開展，以期總結(jié)出更好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法以為大學(xué)光纖通信實(shí)驗(yàn)的開展提供借鑒。

1 光纖通信實(shí)驗(yàn)的材料

光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)分為中心和外皮，二者的材質(zhì)并不相同，這使得在光通信傳播的過程中，光可以在均勻透明的玻璃中，或在塑料棒的光滑內(nèi)壁上進(jìn)行無損傳播，這一傳播過程中，即使傳播介質(zhì)是彎曲的，光也能夠借助接連不斷的全反射，實(shí)現(xiàn)從一端到另一端的傳播，且不會(huì)被外皮所吸收，不會(huì)通過外皮泄漏到光導(dǎo)纖維外。光在傳播過程中通過的截面直徑很小，其量級(jí)以微米計(jì)，這種導(dǎo)光的細(xì)玻璃絲或塑料絲即是我們所說的“光導(dǎo)纖維”，簡稱“光纖”[2]。

“光纖”是“光導(dǎo)纖維”的簡稱。在光纖通信的原理上，其完成通信所需的基本物質(zhì)要素主要包括了光纖、光源和光檢測器。光纖的種類通常按照用途進(jìn)行劃分，主要有通信用和傳感用兩大類，又能夠進(jìn)一步劃分為通用和專用兩類，功能器件光纖常以某種功能器件的形式出現(xiàn)。

和電流在電線中的傳導(dǎo)相比較，光在光纖中的傳到有更少的損耗，光的全反射原理和光通信技術(shù)得到了進(jìn)一步應(yīng)用。研究光纖通信技術(shù)，就是研究如何通過光學(xué)纖維傳輸信息，整個(gè)傳輸過程從發(fā)射端發(fā)出的光信號(hào)開始，通過光纖傳輸系統(tǒng)將信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)方的接收端，在接收到信號(hào)后再次經(jīng)過光電二極管等設(shè)備的轉(zhuǎn)換解調(diào)，恢復(fù)原信息的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換，具體的傳輸過程如圖1所示，信息源、電發(fā)射機(jī)、光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、電接收機(jī)、信號(hào)速的傳輸鏈條構(gòu)成了單向傳輸?shù)墓饫w通信系統(tǒng)[3]。

2 光纖通信實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)

光纖通信是通信專業(yè)和電子類專業(yè)的重要必修課，課程內(nèi)容涉及到通信原理、電磁場與電磁波、模擬數(shù)字電子技術(shù)等學(xué)科的理論知識(shí)。近年來隨著光纖通信的高速發(fā)展，通信行業(yè)對(duì)了解光通信技術(shù)的人才需求量與日俱增，這也對(duì)高校的教學(xué)開展提出了更高的要求。大學(xué)光纖通信實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)需要綜合考慮對(duì)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，和對(duì)學(xué)生自主探索興趣、探索研究潛能的刺激[4]。

光纖通信實(shí)驗(yàn)的目的主要包括了兩點(diǎn)：（1）掌握簡單光纖通信系統(tǒng)組成，（2）認(rèn)識(shí)光纖通信系統(tǒng)的工作原理。光纖通信是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的準(zhǔn)確、高效傳輸。光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更強(qiáng)調(diào)使用，主要包括了光發(fā)射機(jī)、光纖光纜和光接收機(jī)三部分。目前常用設(shè)計(jì)好的光纖通信實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。

3 光纖通信實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

光纖通信系統(tǒng)需要在發(fā)送端將電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào)，再在接收端把光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，這一過程中電光和光電的轉(zhuǎn)換方式主要有直接強(qiáng)度調(diào)制和直接檢波兩種。發(fā)送端輸入的電信號(hào)可以是模擬信號(hào)或是數(shù)字信號(hào)，信號(hào)通過調(diào)制器被轉(zhuǎn)換成能夠很好驅(qū)動(dòng)光源器件的電流信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)光源器件實(shí)現(xiàn)對(duì)光源器件的直接強(qiáng)度調(diào)制，進(jìn)而完成電光變換，光源輸出的光信號(hào)能夠直接耦合到傳輸光纖中，經(jīng)過光纖傳輸后到達(dá)接收端，再通過光電檢測器對(duì)輸入的光信號(hào)進(jìn)行直接檢波，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，并通過放大恢復(fù)等電處理的方式來彌補(bǔ)線路傳輸過程中造成的信號(hào)損傷，最終實(shí)現(xiàn)輸出電信號(hào)和原始輸入電信號(hào)的一致性[5]。

大學(xué)物理進(jìn)行光纖通信實(shí)驗(yàn)，主要是為了讓學(xué)生了解和驗(yàn)證數(shù)字序列光纖傳輸系統(tǒng)的原理：由主控信號(hào)源模塊提供輸入信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過光發(fā)射機(jī)完成電光轉(zhuǎn)換，送入到光纖媒介中傳輸，最后通過光接收機(jī)完成光電轉(zhuǎn)換以及門限判決，恢復(fù)出原始碼元信號(hào)。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置模塊情況不同，光收發(fā)模塊的波長類型有所不同。無論采用何種實(shí)驗(yàn)方式，最終得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都會(huì)是光通信過程中信號(hào)實(shí)現(xiàn)的無損傳播。

結(jié)語

光纖通信是幾何光學(xué)中重要的教學(xué)內(nèi)容，光由光密介質(zhì)照射到光疏介質(zhì)的界面，并被全部反射回原介質(zhì)內(nèi)，這一現(xiàn)象被稱為“光的全反射”。作為一門新興技術(shù)，光纖通信技術(shù)在近幾年取得了高速、全面的發(fā)展，在未來信息社會(huì)會(huì)承擔(dān)著更為重要的信息傳送責(zé)任。在大學(xué)物理教學(xué)中開展光纖通信實(shí)驗(yàn)具有重要意義，如何更好地開展實(shí)驗(yàn)也是我們廣大教師的努力方向。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“大恒新紀(jì)元科技股份有限公司-滁州學(xué)院光電師資培訓(xùn)建設(shè)”（202002091014）;滁州學(xué)院教研項(xiàng)目“基于工程教育認(rèn)證的“新工科”背景下、應(yīng)用型大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索”（2020jyc017）

作者簡介：付翔（1984.11—），女，漢族，山西長治人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：信息處理。