光纤通信系统中无源器件教学研究

孙春艳 白金

摘要：在光纖传输系统、光纤传感系统及检测系统中，其特性的好坏直接影响着各系统的性能指标。而随着光纤通信系统向着全光网络迅速发展，光无源器件在光链路中的使用也成为大家关注的焦点。文章根据课程的特点，结合教学多种方法以及实验与实践经验，对无源器件的教学方法进行了深刻的探讨。

关键词：光纤通信：光无源器件；教学方法

信息技术的出现和发展使得人们在生活过程中对世界各地最新变化及时了解和掌握，丰富人们的各类生活。在科学技术的推动下，光纤通信技术已经成为当今社会发展中一种必不可少的通信技术。在这样一个网络化的时代，为了满足人们的各种需求，网络无疑已经开始光纤化了，这样传输的速度才能更快，容量才能更大，那么光纤通信中的无源器件比有源器件有着太多的优势，它已经在光纤通信中变得越来越重要了。而且无源器件的种类很多，并不只是单一的一种，所以我们在使用的时候有很多的选择性，它也成为无源器件变得越来越重要的一个很大的因素。因此，该无源器件在课程学习中，它也占有非常重要的地位，那么在教学中我们将要怎么教学呢？

对于高校，“光纤通信原理”作为高等工科院校光电信息、电子等专业的重要主干课程。通过该无源器件课程的学习让学生较全面地掌握无源器件的基本概念、理论和关键技术，理解和掌握其性能分析和系统设计方法。理论教学常采用以下方法，如展示实物、多媒体及视频等现代化教学手段，激发学生学习兴趣。同时要处理好课堂教学与实验以及实践环节之间的关系，提高学生分析与解决问题的能力，培养学生动手能力和综合素质。要上好这节课，一定要贯彻“教、学、做”一致性，特别在实践环节培养学生全面发展。具体措施将从以下几个方面分析。

1 光无源器件的理论分析

光无源器件实际上就是我们平时经常看到的光学器件，其实它是很普遍的，但是无源器件确实有很多的优点，这使得我们在实际的使用过程中因为各种因素必须选择使用它，它在光纤通信中的地位是不可取代的，由此可见它的地位之高。由于是光学器件，所以它的工作原理和普通的光学器件类似，笔者是光学专业的，平时接触过很多光学器件，对于它的工作原理也比较了解。

接下来首先简介光无源器件，光无源器件的种类非常多，按照它的功能进行以下分类。

1.1光纤连接器

在使用光纤的过程中，我们往往需要的不止是一根光纤，可能是多个，光纤连接器把多个光纤连接到一起，以满足我们的实际需要。它将两根光纤的中心对好，这样可以保证能量被最大限度地耦合。所以，光纤连接器最重要的是使两根光纤的轴心对准，使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合进接收光纤[1]。

1.2光纤耦合器

光纤耦合器是对一种光波根据我们的实际情况进行合路或是分路，具体要看需要合路还是需要分路。根据光纤耦合器端口的不同形式，可以将它分为两种，分别是树形耦合器和星形耦合器。

1.3波分复用器

1.3.1工作原理

在光纤通信系统中，波分复用器（Wavel-ength DivisionMultiplexing，WDM）是对不同光波波长的信号进行合成和分离的器件。当作为复用器时，即从n个端口送入不同波长的光信号，组合起来后由一个端口输出：当器件作为解复用器时，输入的是不同波长的组合光信号，输出的将是传送到不同端口的不同光波长信号。所以，器件的各端口既可以作为输入端口，也可以作为输出端口[2]。

1.3.2分类

波分复用器可以分为二波长复用器和多波长复用器，这是按照要复用波长的数量来进行分类的；我们也可以根据波长的间隔来分类，这样可以分为粗波分复用器（CoarseWavelength Division Multiplexing。CWDM）以及密集波分复用器（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）。因为在实际的使用过程中需要减少损耗，而且不会与其他端口混淆而只输送到指定的端口，波分复用器要满足这些实际的要求[3]。

1.4光开关

光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口，其作用是能够控制传输线路中光信号的通断或者进行光路中光信号转换功能的器件。

1.5光衰减器

光衰减器是一种在光纤通信线路中可以按照要求衰减光功率的器件，它是一种非常重要的光学无源器件。

1.6光隔离器

它是一种让光单向传输的器件，而不会让光来回传输。光隔离器的基本原理是法拉第旋转效应，它是由两个偏振器和一个法拉第旋转器组成。因为实际的需要，不会产生光来回传输的现象。

1.7光环形器

使光信号只能沿固定途径进行环行传输的器件称为光环行器，其工作原理和光隔离器基本相同，只是光环行器为多端口器件，而光隔离器一般分为两端口器件。在光纤通信时，我们需要的是质量高的通信，这样才不会影响到我们正常的使用，所以要求它的损耗要尽量小，失真也要小，而且多个端口之间的信号不会相互交叉，当给定一个传输信号时，它只是被传送到指定的端口，而不会传送到邻近的端口中去。

1.8光纤光栅

它也是一种无源器件，这几年一直被重视，发展也比较好，它的制备主要是采用了我们所说的光纤中的光敏性。光敏性就是能够识别出光纤中的掺杂，当光照射到掺杂的部分时，光纤的折射率就会不断地变化，这种光栅光纤的损耗低，制备也方便简单。因此，近年来它在光纤通信及应变传感领域中得到了广泛的应用。

2 教学手段要丰富多样

具体教学手段有很多种，我们应该在传统的教学手段上加上最新的、多样的教学方法。充分利用学校图书馆现有的资源及该专业学院积累下来的相关资源，配上多样的教学方法，将简洁古老的黑板板书、多媒体课件教学和Flash动画、演示实验等多样的教学方法完美地结合起来。

2.1展示实物

为了激发学生的兴趣，在教学过程中给学生提供光无源期间的实物，加大对器件的认识、主要了解掌握器件的类型、参数及用途等相关知识，最好给学生展示器件的实物，介绍每个实物具体的原理和利用空间。如果没有实物，也要下载实物图，让同学们在器件上有一定的直观认识。

2.2多媒体课件以及动画

教学中大量使用多媒体课件并配上直观的动画和图片，生动有趣，引起学生的注意力，加深学习。动画图片由静变动，使枯燥和生动有机结合。教师可以自己制作Flash动画，也可以从网上下载其他老师制作的优质的Flash动画。

由于我们所讲的课程是工科课程，因此讲完一个器件，都应要求学生下课后，完成一个作业就是到网上查找器件的型号、参数及价格，了解该器件的市场动向。实验室中没有的器件，应去查找很多实验过程视频放给学生们看，在看的过程中，教师应适时讲解，让学生有身临其境的感觉，这样更激发学生的学习兴趣。

2.3例题、案例適时应用

在教学过程中，适时提供例题、案例等方法突出重点内容，提高学生的理解能力、思维能力及解决问题能力，最后全面提升学生各方面能力。

2.4简洁知识结构图

每一个器件结束之后，每一个器件都要运用简洁的知识结构图进行梳理，使每一个器件知识点更加清晰，容易记忆，这样有助于知识系统的建立。

2.5演示实验

教学过程也要准备好与课程相关的演示实验，这个演示实验一定要设计相对简单，现象明显，容易被学生接受。如果时间条件允许，可以叫学生参加演示。最后总结演示结果。学生会得到一定的启发。

3 课堂讲授与实践相结合

为了本课程更好地教学，淮南师范学院对光电信息光学与工程专业的学生加大了实验和实践的学时，开设了有关光通信36学时的实验和一周实践课程，这些课程设计的周次与理论课程讲授时间相结合，理论与实践相结合，加深学生对知识的消化。

4 结语

全光通信已经成为光通信技术发展的必然趋势，而光无源器件又是构建全光通信网络的重要基础。随着光纤通信系统的快速发展，光无源器件技术也在其发展过程中得到迅速的发展，不断涌现出了指标更先进、功能更多的新型光无源器件。因此，对于光无源器件发展方向的研究不仅已经成为人们日常关心的话题，而且也是为了适应快速发展的社会在大容量通信方面的需求。

[参考文献]

[1]宋金声光纤无源器件技术的发展方向[J].现代通信，2002 （1）：14-17

[2]孙学康，张金菊.光纤通信原理[M].3版北京：人民邮电出版社，2011

[3]宋金声光无源器件在局部网络中的应用特性分析[J].光纤与电缆及其应用技术，1987 （2）：12-16