仿真軟件在《光纖通信》實驗教學中的應用

文/張春光

作為國內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域的知識，因而呈現了內容復雜、基礎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專業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，同時應該注重實際應用，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研究的特點，大多院校采用了計算機仿真和實驗相結合的方法，利用仿真技術建立系統模型，而后在該模型上進行計算機實驗，不僅能降低成本費用，同時實現了良好的教學效果，為學生之后更好地從事該行業打下堅實的基礎。

1 實際應用

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生全反射來傳播光信號。同時在纖芯中形成導波，如果無法滿足全反射所需條件時，導波會出現中斷，即光纖中會產生輻射模，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用原理。

1.1 光纖傳輸特性

因為本章所涵蓋較多數學和電學知識，內容復雜抽象，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致的色散程度。除應用多媒體教學外，還可利用光學仿真軟件對光纖的非線性特點進一步說明，例如交叉相位調制以及自相位調制等，對于復雜的公式推導則可借助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生不同頻率混頻效應的光輸出信號，利用仿真軟件還能便于借助光譜儀來觀察發生混頻效應后的圖像，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

該章主要講解應用于光通信中的不同元器件的效用，與實際應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，例如可將特殊物質和抽象光之間的作用過程以動態的形式播放出來，幫助學生理解半導體激光器的實際工作機理，培養學生們的抽象思維能力。

1.3 互聯網技術和光纖通信

隨著工業信息化的不斷深入發展，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不斷成熟的學科，課本中目前所提及的技術主要有光交換、光放大、光分復用以及光接入網等技術，這些新出現的技術在短時間內已經發展到了相對成熟的地步，但尚有些新技術還待挖掘開發。在對此類技術進行講解時，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據資料展示給同學們，使其更能深刻地感知新型技術的發展之快以及其產生的巨大影響。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建模型十分必要。光波分復用技術作為光纖通信的重要核心，利用仿真軟件完成對超長系統的實體傳輸，可以模擬整個系統的性能，對光譜、誤碼分析儀以及示波器等設備進行模擬仿真，便于檢測傳輸光信號過程中的重要監測點，為設計光波分復用系統提供有效參數參考。利用Optisystem軟件根據不同的實驗需要設計合適的傳輸系統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的掌握。

2 優點好處

多媒體技術和仿真軟件的結合在教學當中的應用，使得光纖通信內容講解實現了聲文圖貌的結合，便于學生從多方面理解光纖通信的重要性和實際應用意義，從而搭建自己的知識認知結構。仿真軟件在實際教學當中的優點主要有：為學生提供更多的動手機會，體現了培養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，結合所學知識充分發揮自己的想象力，體現了創新激發式教學；能幫助學生更加細心觀察實驗現象，學生需要掌控好仿真調節的速度并仔細觀察速度變化過程中的實驗結果；減少了重復性操作實驗所容易造成的經費浪費，借助計算機進行仿真教學通常來說不需要很貴的設備儀器，便于經濟效益最大化，且能實現和實際實驗同等的教學效果；仿真軟件的教學應用可根據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，學生可根據實驗要求自主模擬不同情境變化，觀察不同環境下所產生的的不同實驗結果和現象，有利于培養學生多維思考能力。

3 結束語

總結來說，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，為學校節省了教學經費，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用達到了良好的教學效果。