大學光纖通信實驗綜述

摘要：光纖通信以光波作為載體波，以光纖作為傳輸媒質，是一種“有線”光通信。因其具有帶寬高、抗干擾性強、信號衰減少等特點，光纖通信被認為遠優于電纜通信、微波通信，在世界范圍內都是最為重要的一種通信方式。本文分析討論了大學光纖通信實驗目前的開展情況，包括教學目的、教學原理、實驗過程和實驗結果，以期為大學光纖通信實驗的開展提供借鑒。

關鍵詞：大學;光纖通信;實驗;物理

光纖通信是光通信中的一種，也是現代通信的主流方式，在現代通信網絡中占有重要地位。作為一門新興技術，光纖通信在近幾年取得了高速發展，被廣泛應用在各個領域，傳送著各種信息，成為世界新技術革命的重要代表[1]。光纖通信技術是現代互聯網通信的基礎，光纖通信相關課程的教學中呈現出理論內容較多的特點，顯得整個教學過程枯燥無趣，學生不愿意學也不好理解。這就對大學物理教師提出了新的教學要求，通過理論聯系實際讓光纖通信實驗能夠更好地指導理論教學。本文綜合分析了一些大學光纖通信實驗課程的開展，以期總結出更好的實驗教學方法以為大學光纖通信實驗的開展提供借鑒。

1 光纖通信實驗的材料

光導纖維的結構分為中心和外皮，二者的材質并不相同，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壁上進行無損傳播，這一傳播過程中，即使傳播介質是彎曲的，光也能夠借助接連不斷的全反射，實現從一端到另一端的傳播，且不會被外皮所吸收，不會通過外皮泄漏到光導纖維外。光在傳播過程中通過的截面直徑很小，其量級以微米計，這種導光的細玻璃絲或塑料絲即是我們所說的“光導纖維”，簡稱“光纖”[2]。

“光纖”是“光導纖維”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行劃分，主要有通信用和傳感用兩大類，又能夠進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。

和電流在電線中的傳導相比較，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得到了進一步應用。研究光纖通信技術，就是研究如何通過光學纖維傳輸信息，整個傳輸過程從發射端發出的光信號開始，通過光纖傳輸系統將信號傳輸到遠方的接收端，在接收到信號后再次經過光電二極管等設備的轉換解調，恢復原信息的內容，實現信號的光電轉換，具體的傳輸過程如圖1所示，信息源、電發射機、光發射機、光接收機、電接收機、信號速的傳輸鏈條構成了單向傳輸的光纖通信系統[3]。

2 光纖通信實驗的實驗步驟設計

光纖通信是通信專業和電子類專業的重要必修課，課程內容涉及到通信原理、電磁場與電磁波、模擬數字電子技術等學科的理論知識。近年來隨著光纖通信的高速發展，通信行業對了解光通信技術的人才需求量與日俱增，這也對高校的教學開展提出了更高的要求。大學光纖通信實驗的設計需要綜合考慮對學生的實踐動手能力、創新能力的培養，和對學生自主探索興趣、探索研究潛能的刺激[4]。

光纖通信實驗的目的主要包括了兩點：（1）掌握簡單光纖通信系統組成，（2）認識光纖通信系統的工作原理。光纖通信是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波，實現對信息的準確、高效傳輸。光纖通信系統的設計更強調使用，主要包括了光發射機、光纖光纜和光接收機三部分。目前常用設計好的光纖通信實驗設備進行實驗，如圖2所示。

3 光纖通信實驗的實驗結果

光纖通信系統需要在發送端將電信號變為光信號，再在接收端把光信號變為電信號，這一過程中電光和光電的轉換方式主要有直接強度調制和直接檢波兩種。發送端輸入的電信號可以是模擬信號或是數字信號，信號通過調制器被轉換成能夠很好驅動光源器件的電流信號，通過驅動光源器件實現對光源器件的直接強度調制，進而完成電光變換，光源輸出的光信號能夠直接耦合到傳輸光纖中，經過光纖傳輸后到達接收端，再通過光電檢測器對輸入的光信號進行直接檢波，將光信號轉換成相應的電信號，并通過放大恢復等電處理的方式來彌補線路傳輸過程中造成的信號損傷，最終實現輸出電信號和原始輸入電信號的一致性[5]。

大學物理進行光纖通信實驗，主要是為了讓學生了解和驗證數字序列光纖傳輸系統的原理：由主控信號源模塊提供輸入信號，信號經過光發射機完成電光轉換，送入到光纖媒介中傳輸，最后通過光接收機完成光電轉換以及門限判決，恢復出原始碼元信號。由于實驗設備配置模塊情況不同，光收發模塊的波長類型有所不同。無論采用何種實驗方式，最終得到的實驗結果都會是光通信過程中信號實現的無損傳播。

結語

光纖通信是幾何光學中重要的教學內容，光由光密介質照射到光疏介質的界面，并被全部反射回原介質內，這一現象被稱為“光的全反射”。作為一門新興技術，光纖通信技術在近幾年取得了高速、全面的發展，在未來信息社會會承擔著更為重要的信息傳送責任。在大學物理教學中開展光纖通信實驗具有重要意義，如何更好地開展實驗也是我們廣大教師的努力方向。

參考文獻：

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[3]耿濤，賈英輝，楊瑩，戴基明，陳萬志，徐光憲.光纖通信視頻傳輸實驗模塊的設計及教學應用[J].實驗室研究與探索，2018，37（09）： 248-251.

[4]何艷艷，徐賀，劉海，王英，周海，楊春華.光纖通信實驗箱的改進[J].實驗室科學，2017，20（04）：27-30.

[5]侯金，王文珍.改進光纖通信實驗以提升學生創新實踐能力[J].實驗科學與技術，2016，14（03）：13-15.

基金項目：教育部產學合作協同育人項目“大恒新紀元科技股份有限公司-滁州學院光電師資培訓建設”（202002091014）;滁州學院教研項目“基于工程教育認證的“新工科”背景下、應用型大學物理實驗教學探索”（2020jyc017）

作者簡介：付翔（1984.11—），女，漢族，山西長治人，實驗師，碩士，研究方向：信息處理。