光電技術的實驗教學模式在現(xiàn)今時代有不一樣的創(chuàng)新，提高教學質量，下面小編就為大家?guī)�來了談光電技術實驗教學模式，感興趣的朋友可以看一看哦！

摘要:為了提高光電技術實驗教學效果,使學生更好地掌握光電技術實驗技能,提出一種光電技術實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)以實驗室科研平臺為基礎,主要由信號源實驗、光源實驗、信號放大實驗和系統(tǒng)接收測試實驗4部分組成。在實驗中,學生按照分組形式依次對4部分進行實驗,分別測量各部分實驗系統(tǒng)的性能,并分析其對應的理論知識。該實驗教學系統(tǒng)的運行使學生對光電技術有了更深刻的理解,從而提高了教學質量,同時使學生通過體驗真實的科研過程,為其將來的科研工作打下了基礎。

引言

由于具有體積小、頻帶寬、損耗低和抗干擾能力強等優(yōu)點,光纖通信系統(tǒng)已成為現(xiàn)代通信中最主要的信息傳輸手段[1-7]。在本科生與研究生教育中,光電技術是物聯(lián)網(wǎng)工程、通信工程及電子信息工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課,涉及的專業(yè)知識廣泛、理論性較強。因此,光電技術及光纖通信課程必須設置實驗教學內容,以便通過實驗教學幫助學生理解光電子技術理論課程內容,提高學生實踐動手能力與分析、解決問題的能力。目前,光電技術及光纖通信課程實驗內容基本固定,且存在驗證性實驗過多等問題。為了提高光電技術及光纖通信原理實驗的教學質量,切實提高學生的實踐能力以及創(chuàng)新應用能力,需要改變傳統(tǒng)實驗教學方法,對光電子技術實驗進行改革[8]。2011年,耿濤等[9]在原有的試驗箱系統(tǒng)基礎上建立基于項目式的實驗教學系統(tǒng),獲得了較好效果;2012年,李力等[10]以實驗室科研平臺為基礎,設計并實現(xiàn)了相干檢測光纖實驗教學系統(tǒng),該教學系統(tǒng)使研究生對相干光傳輸技術有了更深刻的理解,提高了教學質量;同年,杜云剛等[11]在教學中將光纖通信理論與實驗教學、工程實踐、科研實踐三者有機結合起來,有效提高了學生的綜合能力;2015年,饒豐等[12-13]提出采用基于項目的分層次教學方法,通過分類實驗、軟件演示與播放實驗視頻等教學手段,提高了光纖通信實驗教學質量;2016年,唐志軍等[14-15]將OptiWave光學模擬方法引入光纖通信課程的理論與實踐教學中,并提出“數(shù)學推導+物理描述+光學模擬”的理論教學模式,以及“常規(guī)實驗與光學模擬相結合”的實踐教學模式。教學實踐證明,該方法可以有效節(jié)約教學資源,提高學生創(chuàng)新能力;同年,侯金等[16]在對傳統(tǒng)光纖通信實驗教學箱進行分析的基礎上,對實驗平臺進行改進,提高了學生的實際動手能力。以上教學研究成果,大大提高了光電子技術及光纖通信實驗教學質量。本文在現(xiàn)有光纖通信實驗教學研究的基礎上,結合本校的實際實驗儀器情況,為了在不影響科研工作的情況下讓學生盡快掌握光電及光纖通信技術實驗方法,本文設計并實現(xiàn)了一種光電技術實驗教學系統(tǒng),讓學生在實驗中不僅能有效掌握光電技術基礎知識,還可以體驗到真實的科研活動。

1光電技術實驗教學系統(tǒng)總體結構

光電技術實驗教學系統(tǒng)如圖1所示,系統(tǒng)分為4個部分,分別為信號源實驗、光源實驗、信號放大實驗和系統(tǒng)接收測試實驗。其中,信號源實驗部分如圖1(1)所示,包括可調諧激光器(TLS)、偏振控制器(PC)、電光調制器(EOM)、碼型發(fā)生器(PulsePatternGenerator)和隔離器(ISO),可調諧激光器(TLS)發(fā)出的光經(jīng)過偏振控制器(PC)后進入到電光調制器(EOM),電光調制器由碼型發(fā)生器(PulsePatternGenerator)驅動產(chǎn)生所需的信號脈沖。為了防止高功率泵浦信號進入電光調制器中,在電光調制器與單模光纖之間增加了隔離器。光源實驗部分是一個基于半導體光放大器(SOA)的環(huán)形腔激光器,如圖1(2)所示,其包括偏振控制器(PC)、半導體光放大器(SOA)、可調諧光濾波器(OCTF)、兩個光隔離器(ISO)、可變光衰減器(VOA)和一個光耦合器(80:20)�？烧{諧光濾波器(OCTF)的波長可調諧范圍約為1510~1570nm,其3dB帶寬約為0.12nm,該可調諧光濾波器決定了環(huán)形腔激光器的輸出波長和激光譜形。在環(huán)形腔中,可變光衰減器(VOA)被用來改變環(huán)形腔的損耗,以便改變環(huán)形腔激光器的激光譜寬,將耦合器(coupler1)20%的輸出端輸出的激光作為光源輸出。信號放大實驗部分如圖1(3)所示。主要包括摻鉺光纖放大器(EDFA),從圖1(1)中光源部分輸出的激光首先進入摻鉺光纖放大器(EDFA)的輸入端進行放大后作為放大的光源,放大后的泵浦光經(jīng)環(huán)形器(OC1)進入到22km的普通單模光纖中產(chǎn)生布里淵散射。系統(tǒng)接收測試實驗部分如圖1(4)所示,主要包括經(jīng)環(huán)形器(OC1)、光譜分析儀(OSA)、可變光衰減器(VOA2)、光電探測器(PD)和頻譜分析儀(ESA),當從EDFA輸出的泵浦信號在單模光纖中產(chǎn)生的斯托克斯光信號波長等于信號源輸出波長時,信號源則會被放大,被放大的信號源經(jīng)環(huán)形器(OC1)第3個端口輸出到耦合器(Coupler2),其中一路信號進入光譜分析儀(OSA),另一路信號經(jīng)可變光衰減器(VOA2)后進入光電探測器轉換成電信號,電信號通過示波器進行采集分析。

2教學過程及分析

學生實驗過程順序為:①信號源實驗部分;②光源實驗部分;③信號放大實驗部分;④系統(tǒng)接收測試實驗部分。學生按照分組方法依次按照上述分塊順序進行實驗,可使其循序漸進地掌握光電系統(tǒng)主要知識。信號源實驗需要學生掌握的主要理論知識為調制技術,為了讓學生對電光強度調制機理有更深刻的理解,該實驗部分不再使用自動偏置控制器控制電光強度調制器的偏置電壓,而是利用直流穩(wěn)壓電源進行手動調節(jié),以獲得電光調制器的線性偏置點和最佳消光比。(1)其中,Ac為振幅,ωc為角頻率,φc為初相位。從公式(1)可以看出,激光信號的光波特性受到其振幅、角頻率、初相位和偏振態(tài)等參量影響,如果改變光波某一參量,使其按照調制信號進行變化,光波即受到信號調制,可達到加載信息的目的。實現(xiàn)激光調制的方法很多,根據(jù)激光器和調制器的位置關系,可分為內部調制和外部調制兩種方式。激光調制按照調制性質可以分為調幅、調頻、調相和強度調制等。從圖1中,學生可以清晰直觀地理解內部調制和外部調制的結構特性,結合調制特性掌握振幅、頻率、相位和強度調制基本知識。對于整個系統(tǒng)的連接測試,是為了使學生掌握光電通信系統(tǒng)基本構成、系統(tǒng)測試、通信質量分析方法等內容。因此,本文測量了通信系統(tǒng)的誤碼率和接收端信號的眼圖質量等數(shù)據(jù)。脈沖碼型發(fā)生器及誤碼分析儀采用安立MP1764D與高速數(shù)字存儲示波器,在做該部分實驗時,先由指導教師現(xiàn)場演示,再由學生進行實驗。利用該方法,可以使學生充分理解光電子技術中的基礎知識,對于每個模塊的實驗部分,都要求寫出實驗報告,作好詳細的實驗記錄。通過對實驗數(shù)據(jù)結果的評價、分析,著重對比分析實驗現(xiàn)象中的理論知識,并報告實驗中遇到的問題與解決方法。

3結語

為了提高光電技術實驗教學效果,使學生更好地掌握光電技術實驗技能,提出并驗證了一種結構簡單的光電通信實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由信號源實驗、光源實驗、信號放大實驗和系統(tǒng)接收測試實驗4部分組成。在實驗中,學生按照分組形式依次對各部分進行實驗。通過對實驗教學系統(tǒng)的調試與操作,使學生對光電技術有了更深刻的理解,增強了學生分析、解決問題的能力,提高了教學質量。同時學生通過體驗真實的科研活動,可為其未來的科研工作打下堅實的基礎。

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