大学光纤通信实验综述

摘要：光纤通信以光波作为载体波，以光纤作为传输媒质，是一种“有线”光通信。因其具有带宽高、抗干扰性强、信号衰减少等特点，光纤通信被认为远优于电缆通信、微波通信，在世界范围内都是最为重要的一种通信方式。本文分析讨论了大学光纤通信实验目前的开展情况，包括教学目的、教学原理、实验过程和实验结果，以期为大学光纤通信实验的开展提供借鉴。

关键词：大学;光纤通信;实验;物理

光纤通信是光通信中的一种，也是现代通信的主流方式，在现代通信网络中占有重要地位。作为一门新兴技术，光纤通信在近几年取得了高速发展，被广泛应用在各个领域，传送着各种信息，成为世界新技术革命的重要代表[1]。光纤通信技术是现代互联网通信的基础，光纤通信相关课程的教学中呈现出理论内容较多的特点，显得整个教学过程枯燥无趣，学生不愿意学也不好理解。这就对大学物理教师提出了新的教学要求，通过理论联系实际让光纤通信实验能够更好地指导理论教学。本文综合分析了一些大学光纤通信实验课程的开展，以期总结出更好的实验教学方法以为大学光纤通信实验的开展提供借鉴。

1 光纤通信实验的材料

光导纤维的结构分为中心和外皮，二者的材质并不相同，这使得在光通信传播的过程中，光可以在均匀透明的玻璃中，或在塑料棒的光滑内壁上进行无损传播，这一传播过程中，即使传播介质是弯曲的，光也能够借助接连不断的全反射，实现从一端到另一端的传播，且不会被外皮所吸收，不会通过外皮泄漏到光导纤维外。光在传播过程中通过的截面直径很小，其量级以微米计，这种导光的细玻璃丝或塑料丝即是我们所说的“光导纤维”，简称“光纤”[2]。

“光纤”是“光导纤维”的简称。在光纤通信的原理上，其完成通信所需的基本物质要素主要包括了光纤、光源和光检测器。光纤的种类通常按照用途进行划分，主要有通信用和传感用两大类，又能够进一步划分为通用和专用两类，功能器件光纤常以某种功能器件的形式出现。

和电流在电线中的传导相比较，光在光纤中的传到有更少的损耗，光的全反射原理和光通信技术得到了进一步应用。研究光纤通信技术，就是研究如何通过光学纤维传输信息，整个传输过程从发射端发出的光信号开始，通过光纤传输系统将信号传输到远方的接收端，在接收到信号后再次经过光电二极管等设备的转换解调，恢复原信息的内容，实现信号的光电转换，具体的传输过程如图1所示，信息源、电发射机、光发射机、光接收机、电接收机、信号速的传输链条构成了单向传输的光纤通信系统[3]。

2 光纤通信实验的实验步骤设计

光纤通信是通信专业和电子类专业的重要必修课，课程内容涉及到通信原理、电磁场与电磁波、模拟数字电子技术等学科的理论知识。近年来随着光纤通信的高速发展，通信行业对了解光通信技术的人才需求量与日俱增，这也对高校的教学开展提出了更高的要求。大学光纤通信实验的设计需要综合考虑对学生的实践动手能力、创新能力的培养，和对学生自主探索兴趣、探索研究潜能的刺激[4]。

光纤通信实验的目的主要包括了两点：（1）掌握简单光纤通信系统组成，（2）认识光纤通信系统的工作原理。光纤通信是利用光纤来传输携带信息的光波，实现对信息的准确、高效传输。光纤通信系统的设计更强调使用，主要包括了光发射机、光纤光缆和光接收机三部分。目前常用设计好的光纤通信实验设备进行实验，如图2所示。

3 光纤通信实验的实验结果

光纤通信系统需要在发送端将电信号变为光信号，再在接收端把光信号变为电信号，这一过程中电光和光电的转换方式主要有直接强度调制和直接检波两种。发送端输入的电信号可以是模拟信号或是数字信号，信号通过调制器被转换成能够很好驱动光源器件的电流信号，通过驱动光源器件实现对光源器件的直接强度调制，进而完成电光变换，光源输出的光信号能够直接耦合到传输光纤中，经过光纤传输后到达接收端，再通过光电检测器对输入的光信号进行直接检波，将光信号转换成相应的电信号，并通过放大恢复等电处理的方式来弥补线路传输过程中造成的信号损伤，最终实现输出电信号和原始输入电信号的一致性[5]。

大学物理进行光纤通信实验，主要是为了让学生了解和验证数字序列光纤传输系统的原理：由主控信号源模块提供输入信号，信号经过光发射机完成电光转换，送入到光纤媒介中传输，最后通过光接收机完成光电转换以及门限判决，恢复出原始码元信号。由于实验设备配置模块情况不同，光收发模块的波长类型有所不同。无论采用何种实验方式，最终得到的实验结果都会是光通信过程中信号实现的无损传播。

结语

光纤通信是几何光学中重要的教学内容，光由光密介质照射到光疏介质的界面，并被全部反射回原介质内，这一现象被称为“光的全反射”。作为一门新兴技术，光纤通信技术在近几年取得了高速、全面的发展，在未来信息社會会承担着更为重要的信息传送责任。在大学物理教学中开展光纤通信实验具有重要意义，如何更好地开展实验也是我们广大教师的努力方向。

参考文献：

[1]刘慧，边健，丰远，谢瑜，曾贵平.光纤通讯演示实验仪的制备及应用[J].通化师范学院学报，2021，42（04）：58-62.

[2]赵颖，王云良，张波，陈森.以提升学生实践创新能力为目标的光纤通信原理实验仪器设计[J].中国冶金教育，2018（05）：91-92.

[3]耿涛，贾英辉，杨莹，戴基明，陈万志，徐光宪.光纤通信视频传输实验模块的设计及教学应用[J].实验室研究与探索，2018，37（09）： 248-251.

[4]何艳艳，徐贺，刘海，王英，周海，杨春华.光纤通信实验箱的改进[J].实验室科学，2017，20（04）：27-30.

[5]侯金，王文珍.改进光纤通信实验以提升学生创新实践能力[J].实验科学与技术，2016，14（03）：13-15.

基金项目：教育部产学合作协同育人项目“大恒新纪元科技股份有限公司-滁州学院光电师资培训建设”（202002091014）;滁州学院教研项目“基于工程教育认证的“新工科”背景下、应用型大学物理实验教学探索”（2020jyc017）

作者简介：付翔（1984.11—），女，汉族，山西长治人，实验师，硕士，研究方向：信息处理。