光纤传感技术论文范文
时间：2023-11-16 19:06:54
光纤传感技术论文篇1
【关键词】 光纤传感技术；物联网；原理与现状；应用；传感网络
1 引言
物联网是通过射频识别技术（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备按照约定的协议把一些有联系的实体通过互联网相互连接到一起进行信息的传输和传递，可以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络实现概念。这种概念是在互联网的概念基础上发展起来的，是将用户端延伸并扩展到任何物品与物品之间进行通信和信息交换的网络概念。近年来，随着光纤通信技术的不断发展，进而出现了光纤传感技术。
自光纤传感技术开始发展以来，光纤传感器因具有多种优点而得到了快速发展，例如体积偏小、灵敏度非常高、抗干扰能力强等，现如今，已经被广泛应用到很多领域，如：医药制造、船舶、土木工程等。特别是当前物联网快速发展的情况下，光纤传感技术的地位越来越重要。我们将在本文中对物联网中的光纤传感器的结构、分类以及一些其他在物联网中的应用实例进行详细的介绍，例如光纤陀螺、光纤水听器、光纤光栅传感器和光纤电流传感器。对于在物联网前沿应用中的应用十分广泛的布里渊效应的连续分布式光纤传感技术也会有介绍。
2 关于物联网的界定和构成
物联网指的是借助红外感应器、定位系统、激光扫描等传感设备，遵循特定的协议，将物品和互联网紧密联系在一起，从而完成信息交换与通讯，从而最终实现智能化识别、跟踪、定位和管理的网络。物联网指的是在任何时间、地点把任何人、物品等以任何方式连接在一起，从而满足人们的多种需求的网络。也就是说，物联网是实现物物相连的一种网络。
物联网主要由三部分组成，即感知层、网络层以及应用成。其中，感知层是实现智能感知的功能，涉及到信息的采集、获得与识别功能。而网络层是传送信息与进行通信的。但是，对于应用层来说，主要涉及到各类的应用，例如：电网应用、农业应用、工程建设安全等方面。
3 光纤传感器的原理与发展现状分析
3.1 光纤传感器原理和分类
光纤传感器由几部分组成，包含光源、传输纤维、探测器、信号处理设备等构成。它的工作原理是把光通过光纤输送到调制器，这样一来，测量参数和调制区内的光进行作用后，从而使光的性质发生巨大的改变，使光源发出的光变为被调制的信号光，然后，再借助光纤把光传送到光电探测器，进而把光信号转变为电信号，最终由信号处理设备将北侧物理量进行还原。
在实际生活中，光纤传感器种类是非常多的，但是，我们将这些传感器类型归结为两大类型，即传感型与传光型。和传统电传感器进行比较，光纤传感器具有很多的优点，例如抗干扰能力较强、绝缘性好、灵敏度偏高，所以，当前在各个领域都有光纤传感器的身影。
3.2 光纤传感器的现状分析
自出现光纤传感器后，它的优势与应用引起了各个国家人们的高度关注。并且对光纤传感技术进行了深入的研究。现如今，通过光纤传感器可以对位移、温度、速度、角度等物理量进行测量。现如今，很多西方发达国家将对光纤传感器研究的重点放在光纤控制系统、核辐射监控、民用计划等多个方面，同时已经取得了可喜的成绩。
我国对光纤传感器的研究起步较晚，有很多研究所、企业等对光纤传感器的深入研究促进了光纤传感技术的发展。在2010年，张旭平的关于“布里渊效应连续分布式光纤传感技术”通过了专家的鉴定。专家组都认为此技术有很强的创新性，技术已达到世界先进水平，因此，有广阔的发展前景。此技术的发展主要是应用了物联网技术，从而加速了我国物联网的发展。
4 光纤传感技术在物联网中占据的地位
传感器成为物联网极其重要的一组成部分。因此，传感器性能好坏决定了物联网的性能好坏。可以说，物联网获得信息的主要手段为传感器。这样一来，传感器所采集信息的可靠性与准确性都会对控制节点处理和传输信息产生一定影响。由此看来，传感器的可靠性、抗干扰性等都会对物联网应用性能发挥举足轻重的作用。
5 光纤传感技术在物联网中的应用
通过上述分析得知，物联网的发展必须要借助大量传感器获得各种环境参数，从而为物联网更可靠的数据信息，再经过系统的处理，得到人们需要的结果。以下是对光纤传感技术在物联网中的应用进行详细的探讨。
光纤传感技术论文篇2
关键词:光纤传感器土木工程建筑
随着科技的发展，在当今社会出现越来越多的大型、特大型工程，这些工程在人们的日常生活中带来了巨大的方便的同时也承担着巨大的安全风险。所以对这些工程的安全性、可靠性、稳定性要进行全方位的监测，把安全隐患降低到最小，做到防患于未然，保障人民的生命财产安全。光纤传感技术可以对结构的整体性和受力进行实时监测，而且可以进行设备的控制。光纤传感技术在我国应用在土木工程和建筑项目的工程案例还不是很多。一方面是由于我国相对于西方欧美发达国家在光感技术方面发展较晚，科技不成熟的原因;另一方面是由于光感核心技术被西方大的科技公司垄断，卖给中国的光纤技术设备的价格过高。
1光纤传感器的发展
在1989年美国布朗大学的Mendez等人首次将光纤传感器埋入混凝土结构中进行安全监测，接着欧美等发达国家的一些学者开始将这一高新技术用在了建筑工程的研究，并取得了很好的成果［1］。为了检测应力分布，Hendriek等［2］人把单模光纤埋入混凝土和土壤的飞行跑道上。美国多伦多大学Measure等人在1993年建于Calgurg市的世界首座预应力碳纤维高速公路桥上埋人Bragg光栅传感器，并对其内部的应力变化状况进行了监测。Wolff和Miesseler［3］在一座53米长的桥梁上将光纤传感器埋入桥面内，测量了延伸率和拉应力。光纤延伸率的测量揭示了桥梁内温度和蠕变的影响因素。美国Vermont大学的Hustin．Fuhr等人在该校的一栋6000m2大楼的建造过程中埋人光纤传感器，用来监测结构的安全状况。他们还在一些人行天桥、州际公路桥、铁路桥及大坝中埋人光纤传感器，监测其应力应变、结构振动、结构损伤程度、裂纹的发生与发展等内部状态，取得了较好的测试效果。在国内，这项新技术也被应用于许多重要工程。上海紫珊公司将光纤光栅传感器成功应用于上海卢浦大桥［4］。香港理工大学的研究人员设计和建立的光纤光栅传感网络用于香港青马大桥［4］。三峡工程中也使用了分布式光纤传感器监测裂缝和大体积混凝土的温度。另外，在古洞口面板堆石坝和重庆鱼跳电站混凝土面板堆石坝中均应用了分布式光纤传感器监测坝体裂缝［5］。
2光纤传感器在土建工程中的应用［6－7］
因为混凝土具有徐变特性，刚浇筑的混凝土收缩量大导致许多传感器都不能检测混凝土的收缩应变，但是光纤传感器可以。建筑工程实体在建筑过程中埋设光纤传感器可以对结构内部的应力、应变进行实时监测，并且可以方便的确定受损部位的位置及混凝土强度的非破坏性测量。并且可以通过在建筑实体的关键部位铺设光纤传感器来监测混凝土中裂缝、钢筋、空洞发展变化情况。目前光感技术也运用到了建筑结构的基坑中。由于光纤传感器在埋入时混凝土的固化、振捣等原因导致光感器失灵，所以在实际操作上有待进一步的研究。光纤传感器在土木工程中对结构的监测变得越来越活跃，实测得出的数据对道路桥梁等工程的维护、安全有重要的作用。铺设的光感器和裂缝方向有接触，在不需知道裂缝方向的前提下，可以通过计算对形成裂缝的原因进行详细分析。在大体积混凝土浇筑时释放大量的热，光纤温度传感器可以检测混凝土内部的温度，可以实时监测控制温度预防温度裂缝的产生。光纤感温传感器因其具有较高的灵敏度，不受电磁干扰，长久的耐用性以及较精准的定位性等优点被应用在隧道的消防安全保护工作中［7］。光纤气体传感器可以对对空气中气体进行检测。在沥青路面铺设光纤光栅得到的应力应变波形图通过模拟与实测对比可以进一步的对沥青路面的病害进行研究。
3结论
光感技术已发展20年有余，在很多的领域都发挥了重要的作用，但是在工程应用领域特别是国内，传感器还处于初步的研究和开发阶段，其自身的技术、材料、耐久性、准确性以及造价等一些问题有待解决。尽早的让光纤技术成熟化和商业化对现代社会的建筑、公路、桥梁等的研究有巨大的帮助。使用光纤传感技术可以对桥梁、公路、建筑等进行长期检测，进而可以有效地降低安全事故的发生，有效的保障人民的生命财产安全;也可以合理地分析各方面的病害对工程实体造成影响的原因。未来越来越多的智能技术会应用到土建工程中来，光纤传感技术在土建工程中拥有较为广阔的前景，它不仅可以给土建工程检测带来全新的发展方向，而且也具有重大的科学意义和社会效益。
参考文献
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光纤传感技术论文篇3
关键词：BOTDA，布里渊散射， 工程监测， 标定，光纤
1. 引言
分布式光纤传感技术适用于桥梁工程的检测以及施工过程监控。其原理基于在光纤中传播的激光会发生布里渊散射，而散射光的频率，会随所在的点的温度和应变发生变化，这两种效应都是线性的。一般使用通讯光纤布置于工程构件，进行测量，因此，必须对光纤进行标定。标定后的光纤，其频移与相应的温度或应变有一个明确的换算系数，单位是Hz/℃，以及Hz/?ε.
为了标定光纤，我们制作了专用标定台。由钢质简支梁组成，采用砝码做四点弯曲加载，因此中段是纯弯曲段。梁的弹性模量、尺寸已知，因此可以在理论上确定弯曲应变、应力。在纯弯曲段贴应变片，测试应变值作为校验。由于本次试验目的在于检验标定方法和标定方案的合理性，采用一段已经标定过的光纤做实验，其标定值为0.051MHz/?ε，本文不做应变片以及砝码载荷下理论应变的校验分析。
2. 试验材料和仪器
此次试验同时标定的光纤有：（1）裸光纤；（2）普通紧套光纤；（3）铠装紧套光纤。
三组光纤稍微预张拉后分别粘贴在钢梁的下侧即受拉一侧，三条光纤线路分别连接好（激光笔测试光路通畅），各自编号，各自线路上对应的待测纯弯段距离范围量测准确后，即开始测试。
测试仪器为日本 NBX6050分布式光纤监测仪。图1是实验装置。
图1 实验装置
3. 测试结果及数据分析
本文仅分析裸光纤的标定结果，另两组光纤的标定，数据处理较复杂，将另文发表。
实验过程包括加载砝码、运用光纤监测仪发出激光、读取散射光、分析频移得出数据。数字化的数据以电脑文件形式保存。图2是由数据画出的裸光纤的测量曲线。其中中段是纯弯曲段的响应，两侧有非纯弯曲段以及光纤引线的响应。
图2 裸光纤应变曲线
根据数字化的数据文件，数据导入excel绘制散点图并拟合线性直线
得出结果见表1. 拟合的直线见图3。根据直线方程，可以知道其标定系数。
表1 拟合直线的数据
图3 拟合的线性度及其斜率
拟合线性方程式表明裸光纤的标定值在0.0508-0.0514MHZ/?ε之间。与名义标定值符合较好，也符合一般光纤的平均特性。
4. 结论
通过使用标定台，对光纤进行试验性标定，确认名义应变系数为0.051的光纤，其标定系数在0.0508-0.0514MHZ/?ε之间。标定的最大相对误差为0.78%. 研究表明，这种标定台性能较好，标定方法合理。
本次试验还有很多其他数据待分析，将另外撰文发表。
参考文献
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光纤传感技术论文篇4
【关键词】光纤光栅；温度传感；重复性
1.引言
光纤光栅传感器的研究国外始于20世纪70年代，我国的研究起步于20世纪80年代初。光纤光栅传感器抗电磁干扰、耐高温、体积小灵活方便。以光纤布拉格光栅为主的光纤光栅传感器，传感信号为波长调制，复用性强，其好处在于抗干扰能力强，测量信号不受光纤弯曲损耗、连接损耗、光源起伏和探测器老化等因素的影响，易于与时分复用和波分复用技术相结合构成光纤光栅智能传感网络，实现分布式多点实时在线传感，广泛应用于温度，应力，应变等物理量的测量。温度传感是光纤光栅传感器最主要和最直接的应用之一，因此，研究温度与光纤光栅反射波长漂移量的关系对光纤光栅传感器具有重要意[1-3]。
良好的重复性，线性度和灵敏度是对传感器的基本要求，为了检验光纤光栅在被封装为传感器后波长温度特性的重复性，线性度和灵敏度，进行温度试验是必要的。
2.光纤光栅温度传感的理论分析
当光源发出的连续宽带光谱通过光纤射入FBG时，光场与FBG发生耦合作用的同时，对该宽带光选择性地反射回相对应FBG周期的一个窄带光谱，反射光沿原传输光纤返回，其它的则直接透射过去。返回的特定波长光，其反射布拉格波长可以表示为：
是FBG的温度灵敏度系数[4]。因为弹光效应和波导效应对FBG温度灵敏度系数的影响较热光系数和热膨胀系数小得多，所以可以完全忽略它们对的影响。这样式（5）就变为。当材料确定后，基本上为与材料系数相关的常数，所以FBG温度传感器具有很好的线性输出，即布拉格波长的变化与温度之间的变化有着良好的线性关系。
3.光纤光栅温度传感的实验研究
3.1 实验方法
掺铒光纤宽带光源作入射光波。从宽带光源发出的中心波长为1320nm（阈值为7.7dB）的红外光通过3dB耦合器入射的单模光纤，入射到加热箱内的FBG，反射的光通过耦合器，进入光谱分析仪（分辨率为0.05nm）测量反射波波长。
光纤光栅是用准分子激光器的紫外光在掺锗单模光纤上采用相位掩膜板技术紫外侧写入的。
在-20℃-140℃范围内，我们对光纤光栅反射波波长与温度的关系进行了测量，对光纤光栅器件的重复性进行了温度循环实验。温度升降程序控制器的精度0.1℃，进行了多次-20℃-140℃再回到起始温度的循环实验。先做升温过程实验，以-20℃作为温度的起点，控制温度升降程序控制器的温度，使控制器内的温度逐渐升高，每升高20℃让控制器保持恒定温度10min左右，记录一次波长，升温到120℃后停止升温；然后降温，同样每20℃降一次，在每个温度点让控制器保持恒定温度10min左右，直到温度降到-20℃。
3.2 实验结果分析
图一是反射的Bragg中心波长与温度的关系曲线，从图中可以看出布拉格波长与温度之间有着良好的对应关系。这与理论分析的结论是一致的。
图二是对同一封装6个器件进行4次循环升温和降温测试重复性的的实验的一组结果，两种不同的颜色分别代表了升温和降温的过程曲线。表一列出了详细的升温与降温过程中温度灵敏度系数。
图二 器件重复性实验结果
对器件进行4次循环的升温降温后的K值表如表一。
4.结论
重复性是衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续工作多次变动时，所得特性曲线间一致程度的指标。各条特性曲线越靠近，重复性越好。
从两组实验结果可以看出，当温度改变时，波长也有相应的漂移量，这与理论分析的结论一致；通过对相同封装的6个器件做重复性的实验，发现器件在升温与降温的过程曲线能够很好的重合，说明一致性和重复性都比较好。
器件升温K值的差值在0.8pm以内，一致性正常，另外4次循环的重复性非常好，4次循环的K值几乎保持不变，但是循环过程中同一器件升温和降温的k值相差约0.5pm左右，初步怀疑与高低温箱的升温和降温时间有关。在后续的研究中还有待进一步的实验验证。
参考文献
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光纤传感技术论文篇5
论文摘要：介绍了一种在玻璃基板上切割V型槽并对V型槽纤芯距进行高精度测量的光纤偏振光干涉仪，该系统包括光源、偏振器、偏振控制器、波片、自聚焦透镜和探测器组成，并对这种光纤传感器原理进行分析。其理论上其测量精度可达到0.01nm，很好地解决了实际生产中高精度的非接触在线检测，并满足了光通信行业对V型槽纤芯距的实际要求。
引言
在光通信纤维阵列用玻璃基板上刻高精度V型槽（通用型槽间距即纤芯距为127±0.5um和250±0.5um）的关键技术被日韩等少数国家垄断，国内使用的光纤阵列用V型槽基板均需要依靠进口，价格昂贵，严重制约了我国光纤到户（FTTH）工程的进程。而光通信纤维阵列用V型槽基板是光纤到户工程中必不可少的光器件，主要用于对光纤精确定位生产各种衔接光纤干线与家用光纤之间的信号传输的光器件。
日本在光通信纤维阵列用V型槽基板的加工设备开发上起步较早，也具有较为成熟的技术方案。目前，日本等国家生产光通信纤维阵列用V型基板全部采用高精度的专用切割机，而此类设备日本等发达国家对我国实施禁运，国内部分企业与机构也曾尝试对此方面进行研究，皆因为技术难度较高，而最终以失败告终，因此在国内尚属于空白。
在先进的生产制造过程中，非接触的在线检测发挥着越来越重要的作用。在线检测的对象在被测过程中是不断变化着的，因此对检测传感器不仅要求其精度高、稳定可靠、有良好的动态性能、能对快速信号实时响应监控，而且一般要非接触式测量，并便于安装。
本文提出一种新型的光纤偏振光干涉仪，它将偏振光干涉技术和光纤传感技术相结合，能对玻璃基板V型槽的纤芯距进行高精度的在线检测的非接触测量。
1、实验原理设计
即
该线偏振光 的偏振方向与x轴夹角为 。
（1）
被测物位移变化一个波长则合成光的偏振方向转动了角。因此，通过检测出偏振方向角，即可得到位移。所以，可将干涉仪的位移测量精度，由一般检测干涉条纹的位相细分转变为检测偏振光的偏振方向角的角度细分；而检测角度细分要比检测位相细分精度高，从而可得到较高的测量精度。
由式(1) 可得位移的变化量。如，当角度检测精度时，则可测得位移精度；而当 时，则 ，因此光纤偏振光干涉仪可以具有很高的灵敏度和精度。
2、 测量实例及结果
转贴于
本项目结合光学精密测量技术实现通用切割机主轴的精确定位，通过设计稳定的工作平台，选用硬度合适的刀具，选择最佳的切削参数，完成V形槽的亚微米超精密机械加工，尽可能减少由于机械方面引起的切割误差。
实际切割原理如图2所示，在实际中，算机通过控制偏振角度 的值来控制刀移动的位置来实行对玻璃基板上对V槽纤芯距的切割。实际切割的产品如图3所示。该图是8通道纤芯距为250um的V型槽的放大图。
如图4是计算机显示屏显示的控制情况。从图可以看出，该系统可以很好地监控实际加工情况。
3、 结论
本项目开发出具有独立知识产权的基于迈克尔逊干涉仪实时测量监控系统。该系统已经用于玻璃基板V型槽加工的实时检测中，有效地保证的光通信用玻璃基板V型槽的精度要求，并在国内率先批量生产出高良率的光纤通信用玻璃基板V型槽，有利于推动我国光纤到户工程。
参考文献
[1]胡永明. 全保偏光纤迈克尔逊干涉仪[J]。中国激光，1997 ，24 (10) :892 - 894
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光纤传感技术论文篇6
关键词：光纤技术；创新思维；能力培养
[中图分类号] G642.2 [文献标识码] A [文章编号] xxxxx-xxxx-xxxx
一、引言
自从进入二十一世纪以来，国家对先进科学技术的重视程度不断增强。科技是第一生产力成为中国当前科技行业的重要指引。创新科技与创新教育成为了国内高校关注的重要方向。光电技术作为先进的近代科技发展行业技术，也相应受到了国内高校的特别关注，光电教育随之蓬勃发展起来，在光电教育中的创新能力培养也不断深入发展。光纤作为承载了当代信息传输交换的主要媒介，在光电教育领域则格外受到青睐。国内光电教育方向几乎都从不同角度开展了光纤教育。光纤本身的诞生、发展、成熟、提高的历史进程中，也充满了令人钦佩的诸多创新节点。比如光纤之父高琨对光纤的预言、多种多样特性的光纤的研制、光纤内的波分复用、光纤放大器等等无不蕴含着简单而又引人深思的创新实践。本文将以《光纤通信》《光纤传感技术》等光纤技术类本科课程教学为平台，努力探索分析光纤中的创新活动，实时的与课堂学生共同分享光纤发展史中的创新点；共同探讨前人创新的特点与产生源泉；尤其关注引导学生的换位思考方式，努力探索当代光纤发展中的创新实践；从而在教学过程中形成课堂教学与探讨共存，学习与创新思考并进的教学模式，为专业课程教学发展改革提供一定的借鉴作用。
二、认知创新能力培养
在光纤技术类知识体系中，创新发展是光纤技术快速稳定发展壮大的重要源泉。光纤通信以及光纤传感课程的教学过程中，光纤的发展史就是一部源泉开创、艰难发展、柳暗花明、创新加速的灿烂历程。早在十七世纪，人们就发现了水柱导光的现象。日常现象衍生出了导光的弯曲玻璃棒。光学射线理论指引下，导光的玻璃纤维----光纤随之问世。由此说明，创新源于生活、并青睐于有理论知识准备的人。
相应的，光纤发展过程中几乎难以克服的困难摆在了世人面前。当时获取的导光玻璃纤维的损耗非常之巨大，仅仅能近距离的导光传输。二十世纪六十年代，高琨先生发表创新性的论文，指出了光纤损耗的根源以及可行的解决思路，只要能够提纯光纤材料，理论表明一定能够获得长距离通信可用的光纤。此外，高琨还始终致力于游说世界各国的科技公司开展低损耗光纤的研发工作。直至1970年，康宁公司按照高琨的思想，成功研制出损耗低于20 dB/km的光纤产品。榜样的力量是无穷的，很快，世界各国多个公司开展了一系列的光纤研发，到1975年，损耗0.16dB/km的常规光纤正式问世。光纤技术的发展也正式进入了快速发展阶段。因此，创新留给有扎实理论分析能力的人，创新实践留给有恒心有毅力的长期推广应用研究并坚信科学理论的人。高琨先生因此获得了2009年诺贝尔物理学奖。
光纤的发展历史中，光纤雏形的诞生以及当代光纤的问世就是典型的创新结果。我们在光纤课程教学过程中，以历史发展为主要脉络，引导学生认识、了解当时的研究背景与历程，认识创新产生的细致过程，并培养学生理解、认识前人的创新成果，为学习创新奠定基础。
三、分析创新能力培养
光纤课程的课堂讲授中，在传授知识的同时，特别关注一些学习的知识点在当年诞生时的创新。也就是说，在课堂讲授中从众多知识点中仔细梳理出的前人的创新工作，并对这些创新工作的产生缘由进行引导性研讨，通过深入的发掘分析，探究前人的创新思想产生的思维方式与知识环境基础等，为培养学生的创新思维并养成创新思维做好充分的铺垫。
光纤课程中，讲授到了光纤通信系统中，早期常用的光探测器是PN半导体光电二极管。但是，对于PN型光电二极管，从结构分析上，介绍了它的耗尽层尺寸有限，导致接收光信号被结区以外的P或N区吸收。这时，产生的电子-空穴对因结区外的电场力很小而运动缓慢，这些电荷产生的微小电流将导致PN型光电二极管对入射光信号的响应度降低，同时还额外产生了一定的时延，导致PN型光电二极管的上升时间有点长，只能用于微秒量级一下的响应系统。面对这个问题，我们在课堂上提出了一些讨论问题：“前人是如何解决的呢？”，“如果是我们面对这个问题，有没有什么解决方案？”。然后，再陈述前人的解决方案，介绍PIN型光电二极管，通过增加一层本征半导体材料，扩大了耗尽区，使得入射光充分照射在耗尽区内，而且绝缘特性使得绝大部分二极管电压落在这一层，因而其内部场强非常强。最终，PIN管的检测效率与响应速度都得到的明显的改进。这个创新的改进在于接收光结构增大改进以及绝缘材料上的压降特性应用的成果。一方面是问题出现，牵引人们思考如何解决问题，另一方面，人们充分认识了解决问题的手段并掌握了相关技术基础理论且进行了灵活运用。
通过课堂上的创新过程介绍分析阐述，引导学生在学习知识的同时，不断的考虑换位思考解决问题的方法，仔细分析前人的创新思维流的前因后果，进而养成勤学多想的思维习惯，为自身的创新思维养成做好基本的准备。
三、发展探索创新能力培养
我们的课堂不仅仅是传授知识、分析问题的课堂，也是与青年大学生共同探索新知识、创新技术的平台。传授知识的目的就是要学生掌握知识并学会运用知识，更为重要的是，在传授知识的同时，我们要引导学生探索新世界、发展新世界，培养学生具有浓厚的探索兴趣与基本的创新能力。如何培养发展探索创新能力，问题本身就始终是人类不断探索发展的课题。我们对此在课堂教学中进行了一系列的尝试性探索，着力引导学生向创新型人才的方向不断的努力。
光纤技术类课程在近年来受到了全国众多高校的重视，相应的课程也纷纷建设起来并逐渐走向成熟。光纤通信领域的巨大成就一方面给光纤类课程教学提供了充分的题材，另一方面也仍然存在着很多未知的、诱人的难题等待人们的破解。这为我们的教学实践过程中努力培养学生的发展探索创新能力提供了充分的土壤。
高速光纤通信所面临的重要问题就是如何扩容再扩容。现有光纤的色散问题、非线性问题成为限制光纤通信高速大容量的重要瓶颈之一。就此，我们在课堂上大胆进行了无限制的讨论。结合非线性四波混频问题，同学们指出了色散可以影响四波混频的成立条件。对于高功率脉冲传输，同学们建议是否可以尝试不同波长复用的脉冲在时间上交叉复用。诸如此类的问题讨论，使得课堂气氛热烈。这里讨论的问题是否能够有效或充分达到应用需求无需探究，但是，讨论的学习效果明显大大超过了简单的单向型知识传授的效果。可见，研讨教学本身尤其结合着探索创新能力培养的深度目标，将大大有助于大学本科专业知识教育与学术领域引进的教育目标的高效快速达成。
四、创新能力培养教育不能是无本之木
教学与研讨组成的创新能力培养的教学平台是大学教育的追求与近年来各个高校的建设目标。本文提出了创新能力培养的认知创新、分析创新、探索创新的三步走教学实践路线图，对创新教学具有一定的借鉴意义。但是，我们必须清醒的认识，创新能力培养不能是口号，更不能是无本之木、无水之源。
创新能力培养本身是创新思维逻辑的养成，但创新能力培养更为重要的基石就是充分的基础知识。只有学好、掌握好并能够运用好人类浩瀚知识中的一粟，才能在创新思维火花闪亮的时刻，点燃积累的知识，照亮通向创新成就的大道。
光纤技术教学中，创新能力三步走培养的过程中，我们不断强调学生做好创新必需的准备，那就是学好光纤技术基础知识。创新成就、辉煌时刻永远是留给99%的做好了充分准备的人以及1%的上帝的宠儿。我们是上帝的宠儿吗？所以我们还是努力做好充分的准备吧。
五、结束语
本文综合介绍了光纤技术课程的作用与当前大环境下的重要地位，发掘其在教学过程中培养创新思维的作用，提出了认知创新、分析创新并探索发展创新的创新思维能力培养三步走的基本思路，并特别强调了创新必然源于强大的知识背景与灵活的创新思维逻辑。希望本文初步的创新思维能力培养研讨为中国大学本科专业课程教学中的创新能力培养提供一定借鉴。
参考文献
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[4] 白春艳， 谢彦红， 李金卿. 从大学数学教学改革谈学生创新能力培养[J].吉林省教育学院学报（上旬刊）， 2013（06）.
作者简介
张学亮（1975-），男，山西怀仁人，国防科学技术大学光电科学与工程学院，副教授，博士。研究方向，光纤技术。
光纤传感技术论文篇7
【关键词】 盾构隧道 分布式光纤传感技术 结构健康监测
前言
近年来，大型盾构过江隧道已经在上海、南京、广州、深圳、武汉等地得到了广泛应用，其具有建设周期长、投资大、隐蔽工程、地质环境复杂等特点，运营安全关系着人们生命安全和社会经济活动的正常进行。因此，如何保障隧道结构的健康运营是地下交通安全运营研究中的关键问题之一。
在土木工程领域，国内外学者较早地针对桥梁结构提出了结构健康监测（Structural Health Monitoring）的概念[1-2]，近年来在理论和实践两方面均已取得了长足的发展。然而，隧道与桥梁的结构形式、外部环境等都存在显著差异，桥梁结构健康监测技术并不能简单地移植到盾构隧道。为此，隧道领域的学者虽已开展了大量相关研究。
如：苏洁等[3]结合在建的厦门翔安海底隧道工程，提出了隧道结构健康监测系统设计的原则；
刘胜春等[4]结合南京盾构隧道工程，提出了盾构隧道结构健康监测的监测内容、监测技术、结构评估等系统设计方
前言
近年来，大型盾构过江隧道已经在上海、南京、广州、深圳、武汉等地得到了广泛应用，其具有建设周期长、投资大、隐蔽工程、地质环境复杂等特点，运营安全关系着人们生命安全和社会经济活动的正常进行。因此，如何保障隧道结构的健康运营是地下交通安全运营研究中的关键问题之一。
在土木工程领域，国内外学者较早地针对桥梁结构提出了结构健康监测（Structural Health Monitoring）的概念[1-2]，近年来在理论和实践两方面均已取得了长足的发展。然而，隧道与桥梁的结构形式、外部环境等都存在显著差异，桥梁结构健康监测技术并不能简单地移植到盾构隧道。为此，隧道领域的学者虽已开展了大量相关研究。
如：苏洁等[3]结合在建的厦门翔安海底隧道工程，提出了隧道结构健康监测系统设计的原则；
刘胜春等结合南京盾构隧道工程，提出了盾构隧道结构健康监测的监测内容、监测技术、结构评估等系统设计方法；
汪波等[5]研究了山岭隧道（新奥法隧道）的结构健康监测系统设计；
张国柱等[6]将无线传感技术引入隧道结构健康监测，建立了新型的隧道结构健康监测设计方法。
但是，相比桥梁结构，隧道结构尤其是盾构隧道结构，其薄弱环节不显著，换言之，每个截面都有可能是薄弱环节。而上述的研究均是基于传统的点式传感，重点监测若干个断面的若干个位置的结构指标，如应变、压力等，难以解决隧道结构监测难的问题。
分布式光纤传感技术具有传感距离大（一般可达到几十公里）、分布式传感、光传感稳定性好等优势，是适用于隧道结构监测的优良技术。丁勇等[7]在国内较早地探讨了分布式光纤传感技术在构建隧道结构健康监测系统方面的可能性。但是，该研究成果还远未达到应用于构建实际隧道结构健康监测系统的要求。近些年来，随着分布式光纤传感技术及其应用研究的发展[8]，为利用该技术实现盾构隧道结构健康监测系统提供了充足的理论和技术支持。
一、分布式光纤传感技术
与传统的电、磁传感技术相比，光纤传感技术具有以下几方面的特点：光波传感，不受电磁和射频干扰，稳定性好；灵敏度高、频带宽、动态范围大；无电源驱动，不影响被测结构的性能；轻巧纤细，与结构匹配度高；主材石英材质稳定，耐腐蚀，零点飘移小。因此，近年来，光纤传感技术作为一种先进的传感技术，越来越受到学术界和工程界的重视。
按不同的传感原理，光纤传感有很多种类，目前在交通土木工程上常用的有两类。一类是基于波长变化的光纤布拉格光栅（FBG：Fiber Bragg Grating）技术，另一类是基于频率漂移的布里渊时域散射技术的光纤传感技术（BOTDR：Brillouin Optical Time Domain Reflectometer）。
FBG传感技术因其具有高精度、可串联形成监测网络、与结构体兼容性较好等特点，在交通土木工程结构的健康监测和灾变预警中已有较多应用。但传统意义上的光纤布拉格光栅（FBG）传感技术是一种点式传感技术，而非分布式传感，由于隧道薄弱环节不显著，损伤出现位置的不确定性较大，故其难以以可接受代价实现对可能出现损伤部位的覆盖式监测。
BOTDR技术具有传感距离大（一般可达到几十公里）、分布式传感、光传感稳定性好等优势，但对于普通BOTDR光纤传感技术，空间分辨率和测量精度是制约其广泛应用的因素。其空间分辨率为1m，应变的测量精度为±50με，因而应用该技术很难对结构的损伤进行精确的定位而且应变的测量精度也不够。如：丁勇等[7]在国内较早地探讨了分布式光纤传感技术在构建隧道结构健康监测系统方面的可能性，但该研究成果还远未达到应用于构建实际隧道结构健康监测系统的要求。
不过，近年来，无论是FBG技术还是BOTDR技g均取得了一系列突破性进展。如：东南大学吴智深教授及其课题组针对目前FBG传感技术所存在的缺陷，开发了FBG的长标距化和分布传感技术，从而使FBG技术具备了一定意义上的分布式特性。日本光纳株式会社（Neubrex Co. Ltd.）开发了PPP-BOTDA光纤测量和应用技术。该技术不仅可以进行长距离分布式监测，同时将空间分辨率和应变测量精度分别提高到10cm和±25με，从而大大提高了基于布里渊时域散射光纤技术的传感性能。这就使采用分布式光纤传感技术对大型过江盾构隧道进行健康监测成为了可能。
1.1 光纤传感原理
布里渊散射可以看作是入射光在移动的光栅上的散射，多普勒效应使得散射光频率不同于入射光。在不同条件下布里渊散射又分为自里渊散射和受激布里渊散射两种。在探测光功率不高的情况下，光纤材料分子的布朗运动将产生声学噪声，其在光纤中传播时会引起光纤折射率变化，从而对入射光产生自发散射作用，这种散射称为自里渊散射。目前基于自里渊散射的测量系统是BOTDR（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer）。电致伸缩效应会产生一个声波，声波的产生激发出更多布里渊散射光，散射光又进一步加强声波，如此反复作用就会产生很强的散射，当泵浦光和探测光的频率差恰好等于光纤的布里渊频率时，散射功率将达到最大值，这种散射称为受激布里渊散射，BOTDA（Brillouin Optical Time Domain Analysis）测试系统正是基于此原理。在BOTDA或BOTDR技术中，通过测量散射光到达探测器的时刻距离脉冲光开始向光纤传播时刻的时间差t，可以知道该时刻所探测到的散射光的散射空间位置。在这个时间差内，光波完成了从光源-散射点-探测器的一次往返，因此，散射点的空间位置等于t/2时间内光在光纤中所传播的距离。这样通过对散射光的定时，实现了对散射点的空间定位，从而实现了布里渊频率的空间分布测量。基于普通BOTDA技术，日本光纳株式会社（Neubrex Co.， Ltd.）开发了PPP-BOTDA（Pre-Pump Pulse Brillouin Optical Time Domain Analysis）技g，基本原理如图1.1所示。该技术通过改变泵浦光的形态，在测量的脉冲光发出前增加一段预泵浦脉冲波来激发声子，可以同时获得较高的空间分辨率和测试精度。
1.2 光纤传感特征
光纤的布里渊频率由折射率、材料弹性模量、泊松比和密度决定，而这些参量会因光纤的温度和应变改变而产生变化，从而导致布里渊频率发生变化。理论研究表明，布里渊中心频率的变化（简称布里渊频移）与温度变化与应变变化分别成线性关系，可表达成 （1.1）式中ε、T分别为光纤受到外界作用后的应变和温度，、分别为光纤的初始应变和初始温度，Cε、分别为光纤应变系数和温度系数，为某一温度和应变条件下的布里渊中心频率，为初始状态下的布里渊中心频率。对于普通光纤，应变系数和温度系数的理论值一般是49.7MHz/0.1%和1.07MHz /°C，但是针对不同类型的光纤需要检测实际系数。
1.3 传感解调系统
目前，分布式光纤传感技术是指基于布里渊散射机理的光时域解析技术，其基本原理是：入射光在光纤中传播时会不断发生布里渊散射，而布里渊散射光的中心频率与光纤的应变和温度变化成线性关系，因此，通过捕捉每个位置反射回来的布里渊散射光并解析其频率变化，就能实现光纤每个位置的应变和温度的分布式测量。依据解调技术的不同，主要有BOTDR（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer）和BOTDA（Brillouin Optical Time Domain Analysis）两大类传感系统。由于各自采用的原理不完全相同，性能指标也有差异，其中基于BOTDR的AQ8603性能相对较差，而基于的PPPBOTDA的NBX-6050A的测试精度和速度均大幅提高，甚至可实现小范围的动态测试，逐渐显示出技术的优势。
二、工程背景
南京长江隧道位于南京长江大桥和长江三桥之间，北起浦口区的宁合高速公路入口，南至南京市主城区的滨江快速路与纬七路互通立交，是江苏省南京市城市总体规划确定的“五桥一隧”过江通道中的隧道工程。隧道为双向6车道城市快速路、设计速度80km/h，起止里程K3+599～K6+621，长度3022m，采用直径14.93m的泥水平衡盾构施工，衬砌管片外径14.5m，厚度0.6m。其结构与所处环境具有以下特点：
直径超大，外径达14.5m，是当今世界上直径最大的盾构机之一
水压最高，隧道最低点位于江底60多米深处，水土压力高达6.5kg/cm2
地质复杂，隧道在江底穿越淤泥、粉细砂、砂砾、卵石和风化岩等
透水性强，透水层占隧道总掘进长度的85%以上
覆土超薄，浅埋段覆土厚度仅为5.5m、江中局部段覆土厚度仅为11.5m。
三、基于分布式光纤传感技术的盾构隧道健康监测系统
南京长江隧道在建设初期建设方即委托国内某单位以FBG技术构建了健康监测系统。
3.1 健康监测系统设计框架
南京长江隧道构建隧道结构健康监测系统的基本理念是：以分布式光纤传感为核心传感技术，监测隧道横向和纵向应变分布，并反演缝宽、收敛和沉降，再结合检测数据和有限元模型，对结构多层次的安全评估。
针对BOTDA和长标距FBG技术的比较分析表明（如表1所示），BOTDA适合大规模应用，但是其测量精度、采样频率及解调系统成本方面的劣势明显；长标距FBG具有高精度的测试性能，且仪器成本低，但传感器成本、安装等方面具有劣势。从比较结果看，将BOTDA和FBG两类技术合理搭配使用，将会收到更好的效果。
基于上述分析，监测系统实施单位采用了以分布性更好的BOTDA技术监测环向收敛和纵向沉降，以精度更高的长标距FBG监测接缝应变和变形的总体思路。并在此基础上提出了盾构隧道健康监测系统的设计框架，如图1所示。健康监测系统主要由光纤传感硬件系统、数据采集、存储与预处理系统、结构评估系统和评估报告系统。
3.2 光纤传感器的设计与布设
选择江心段（LK5+199）作为监测断面，同时，左右合计约90m的范围进行纵向传感布设，即从LK5+177～ LK5+267如图2所示。
光纤传感器在隧道中的布设方案如图3所示。横向沿隧道内壁约过80%的周长布设光纤传感器，下部由于行车道板结构等设施无法布设；纵向光纤布设在距隧道底部约2.5m的位置，长度为90m。光纤在管片接缝处采用长标距布设的方式，标距长度为0.3m，管片表面全面粘贴，并且通过预留自由光纤设置温度监测区段，详细如图4所示。
传感器在现场布设采用以下主要工序：
（1） 混凝土表面处理，用钢刷和打磨机将表面灰尘、凸起砂浆块去处，并用酒精清洗、晾干；
（2） 光纤布线，按照设计位置将光纤布置到指定位置，并适当张拉，然后用快速固化胶水临时固定光纤；
（3） 浸胶成型，在传感器表面浸渍环氧树脂，在自然环境下固化成型；
（4） 连线成网，将各横向和纵向光纤连接成一条光路，并与采集仪器连接、调试。
3.4 结构评估系统
结构评估系统包括一级评估系统和二级评估系统。将评估系统分为两级，主要是考虑到评估的经济性问题。在一级评估系统内，结构一般处于完好或轻微损伤，不影响其正常运营和安全；一旦结构损伤严重，需要对其进行深入、细化分析，实施全面健康评估。
一级评估系统：
依据常用、规范规定的指标及其相应的阀值，判断结构的健康、安全状况；采用的评估方法是比较法，将收敛、沉降、缝宽与相应的阀值比较，判断出病害等级。
二级评估系统：如果一级系统评估后，发现某些指标接近或超过规定的健康等级（如超过二级，表明存在显著损伤），需要进一步深入实施结构健康评估，为此，需要借助常规检测手段，获得砼劣化、钢筋/螺栓锈蚀、渗水情况，并和监测的应变、缝宽、收敛、沉降一起输入隧道结构的有限元模型，计算结构的内力分布，判断结构健康状况。
以南京长江隧道为例，建立结构健康等级表，如表2所示。
其中，1级的上限是结构健康运营极限（渗漏、防渗等）；2级的上限是结构正常使用极限；3级的上限是80%的设计承载力；4级的上限是设计承载力。
四、测试结果分析
4.1接缝缝宽测试
横向接缝缝宽监测结果如图5所示，纵向接缝的编号为从小里程号至大里程号，依次从小到大编号。将接缝处长标距光纤传感器的应变代入接缝缝宽计算模型，可获得各接缝缝宽的变化。
横向和纵向各接缝的计算结果分别如图6所示。
结果表明，纵向管片接缝的缝宽变化要大于横向管片的接缝，前者最大值达到了0.088mm，而后者最大值为0.028mm；同时，缝宽变化基本在正常变化范围内。
4.2 沉降测试
将纵向应变监测结果输入应变-沉降模型计算沉降分布，结果如图7所示。
其中，两端处的沉降为零，是参考点。实际中，可设置高精度坐标观测点，用以提高沉降计算精度。在图中，正值表示位移向下，负号表示位移向上。结果表明，最大正沉降为0.119mm，最大负沉降为0.04mm。
通^对隧道既有检测数据的调查，发现监测区间附近检测点LK5+158.54、LK5+187、LK5+342的沉降变形累计分别达到了12.4mm、11.4mm和3.7mm，以线性插值的方法，获得监测区间两端点（即LK5+177和LK5+267）的沉降累计值分别为11.7mm和7.4mm，则10m的相对沉降约为0.478mm。光纤监测的最大沉降发生在监测段80m左右，其值为0.119mm，该点处每10m的附加沉降是0.015mm，合计为0.493mm。
人工检测与光纤传感器结果相差为0.015mm，可以认为光纤传感器监测结果与人工检测结果基本一致。
4.3 隧道结构健康评估
参 考 文 献
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光纤传感技术论文篇8
关键词：光纤通信；理论教学；实验教学
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）08-0167-03
当代信息高速公路的骨干网络是由光纤通信网络构成的，若没有光纤的发明及相关有源和无源光纤器件的发明和发展，当今的高速信息网络是无法想象的。但是当今信息产业的高速发展得益于微电子学、光电子学、计算机技术及通信工程等多门学科的快速发展及它们之间的交叉融合。因此，要想成为一名信息技术领域的电子信息工程师、计算机工程师或通信工程师，除了需要掌握本专业的课程知识以外，也应该熟悉现代信息技g的其他相关主要知识，比如光纤通信网络及其相关器件等。本文从光纤通信技术的研究内容、应用及发展等方面说明其在电子信息工程专业教育中的重要性，并研讨电子信息工程专业中的光纤通信课程的理论和实验教学方法。
一、光纤通信技术简介
1960年，美国人梅曼（Maiman）发明了第一台红宝石激光器[1]，给光通信带来了新的希望。和普通光相比，激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高，以及频率和相位较一致的良好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线电波相似，是一种理想的光载波。继红宝石激光器之后，氦―氖（He-Ne）激光器、二氧化碳（CO2）激光器先后出现，并投入实际应用。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。
1966年，英籍华裔学者高锟（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤（Optical Fiber）进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信――光纤通信的基础[2]。在以后的10年中，波长为1.55μm的光纤损耗：1979年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986年是0.154 dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。1970年，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时（约11.4年），外推寿命达到100万小时，完全满足实用化的要求。由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑之年。在今后的几十年中，光纤通信网络的逐步商用化带动了相关信息产业链的蓬勃发展[3]。
由于在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多[4]，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。综上所述，可见光纤通信技术在现代信息产业技术中的重要地位，因此，光纤通信技术这门课程不仅是光学工程专业的基础必修课程[5]，也应该作为电子信息工程专业的专业选修课程来开设。
二、光纤通信课程教学研究
（一）光纤通信课程的理论教学
电子信息工程专业的光纤通信课程的理论知识可以分为四个相互关联的层次和内容，它们分别是：第一部分，光纤技术的基础；第二部分，光纤通信器件技术基础；第三部分，光纤通信系统和网络；第四部分，光纤与光纤通信系统测量。这四个部分的关系层层递进，逐渐深入。理论学时总共32学时。
第一部分，光纤技术的基础。可以先讲解光纤通信技术的一些概念性和历史性的知识，比如：电信技术的发展，光通信的必要性及技术基础，光纤通信技术的历史、现状与未来。此处，可详细介绍人类对光通信探索的历史及现代光纤通信技术从学术研究到商业应用的发展里程，并附带介绍微波通信的发展里程，然后通过比较使用光波进行通信和使用微波进行通信的优缺点及使用光纤材料和使用同轴电缆进行通信的优缺点，让学生了解光纤通信的巨大优势。然后可以简单介绍光纤传输的基础理论――电磁场与电磁波理论中的一些基本概念和现象，重点介绍麦克斯韦方程。最后介绍光纤的模式理论、光纤的结构和类型、光纤的传输特性、光纤制造技术与光缆等知识。其中，光纤传输特性包括光纤的损耗特性和色散特性，这是该部分的重点知识。总之，笔者认为，第一部分内容的讲解方法和手段是非常重要的，不宜讲得深奥，而应该结合动画或者视频讲解光纤的传光原理，使学生易于接受，才能提高学生对这门课程的兴趣，从而继续学习往后部分的相对枯燥的知识。该部分学时安排为6H。
第二部分，光纤通信器件技术基础。这部分讲述光纤通信系统中的有源和无源光通信器件，这些器件是构成一个完成的光纤通信系统必不可少的部件，学好这部分内容有利于理解后面学习的光纤通信网络的内容。这部分内容包括：基本光纤器件、光学滤波器、光纤放大器和半导体光电子器件。基本光纤器件包括分波/合波器、光纤活动连接器、光隔离器、环形器和衰减器等；光学滤波器的内容包括Fabry-Perot滤波器、介质膜滤波器、HiBi光纤Sagnac滤波器、Mach-Zender型滤波器、光纤光栅等；光纤放大器的内容包括：掺饵光纤放大器（EDFA）、光纤Raman放大器等。半导体光电子器件的内容包括：普通的半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）、FP型双异质结构激光器、动态单纵模激光器、半导体光放大器（OSA）、PN结光电二极管、PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管等。对于每一个光纤器件，讲解内容包括这些光纤器件的结构、工作原理、具体参数、应用场合等，应结合动画或者视频讲解，甚至如果有条件的话，可以在课题上带上一些体积很小的光纤器件实物给学生讲解，比如光纤活动连接器、LD、LED、光纤光栅、PIN光电二极管价格便宜、体积小的光纤器件。该部分学时安排为10H。
第三部分，光纤通信系统和网络。这部分是本门课程的核心和精华部分，包括光纤传输系统、光纤通信网、全光网技术及其发展三大部分。其中，光纤传输系统的内容包含：光纤传输系统的基本组成、光发送机组件、光接收机组件、光放大噪声及其级联、色散调节技术、光纤传输系统设计、光纤传输系统性能评估。光通信网络的内容包含：通信网的拓扑结构和分类、准同步数字系统（PDH）、同步数字系统（SDH）、异步传输模式（ATM）、互联网协议、光纤通信网的管理/保护/恢复。全光网技术及其发展的内容包含：通信网络的发展过程、全光网络中的传输技术（WDM、OTDM、OCDMA和分组交换技术）、无源光网络（G-PON、E-PON、WDM-PON）、光传送网（G.709OTN）、自动交换光网络、全光网的网络管理、全光网的安全问题。对于每一种光纤网络技术，讲解内容包括这些光纤网络结构、功能、应用场合等，应尽量使用PPT的图片、动画进行讲解，PPT上要尽量避免文字上描述。该部分学时安排为12H。
第四部分，光纤与光纤通信系统测量。该部分主要介绍光纤通信工程实施、检测中一些常用的设备和仪器，在本门课程的实验教学中都要使用到这些设备，是培养光纤通信工程师的基础技能知识部分。该部分的内容包括：光功率计的使用、光纤几何参数的测量、光纤衰减测量、光纤色散测量、光纤偏正特性测量、光纤的机械特性和强度测量、光时域反射计（OTDR）的使用；光接收机灵敏度和动态范围的测量、光纤通信系统误码率和功率代价的测量、眼图及其测量、光谱分析仪、光纤通信系统的在线监测技术。其中，重点讲解光功率计、OTDR、眼图示波器、光谱分析仪等仪器设备的功能和使用方法。该部分学时安排为4H。
（二）光纤通信课程的实验教学
对于电子信息工程本科专业而言，毕竟培养的学生不属于光学工程或光电子技术领域的人才，而且电子信息工程专业本身都有很多属于自己专业的实验课程及课程设计，因此，笔者认为光纤通信技术课程的实验教学应根据该专业学生的理论基础和将来他们最可能需要的工程能力而设置。因而，笔者建议光纤通信课程的总学时设置为48学时，理论教学学时为32学时，7个实验的教学学时为16学r。
根据笔者10年来给电子信息工程专业本科学生讲授这门课的经验，认为具体的实验课程设置如下。
1.插入法测光纤的平均损耗系数。采用插入法测量待测光纤在1310nm和1550nm处的平均损耗系数。掌握插入法测量光纤损耗系数的原理，熟悉光纤多用表的使用方法。学时设置为2个课时。
2.光时域反射计（OTDR）测光纤链路特性。用光时域反射计测量光纤链路的平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。了解光时域反射计工作原理及操作方法，学习用光时域反射计测量光纤平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。学时设置为2个课时。
3.光波分复用（WDM）系统实验及其误码率测量构建1310nm/1550nm光纤波分复用系统并测试其误码率，了解光波分复用传输系统的工作原理和系统组成熟悉误码、误码率的概念及其测量方法。学时设置为2个课时。
4.数字光纤通信系统信号眼图测试。构建数字光纤通信系统并且用数字示波器观测系统的信号眼图，并从眼图中确定数字光纤通信系统的性能。了解眼图产生的基础，根据眼图测量数字通信系统性能的原理；学习通过数字示波器调试、观测眼图；掌握判别眼图质量的指标；熟练使用数字示波器和误码仪。学时设置为3个课时。
5.光纤切割与焊接技术演示实验。利用全自动熔接机向学生演示光纤熔接的全过程，了解光纤的结构和光纤电弧放电焊接原理；了解全自动焊接光纤的过程和使用方法。学时设置为2个课时。
6.光纤光栅光谱特性测试系统的设计实验。测量光环行器的插入损耗、隔离度、方向性、回波损耗参数；利用PC光谱仪、光环行器和光纤光栅设计光纤光栅光谱特性的测试系统；了解光环行器的工作原理和主要功能；了解光环行器性能参数的测试原理；了解光纤光栅的光谱特性；学习PC光谱仪的使用方法。学时设置为3个课时。
7.光带通滤波器的设计。测量光耦合器的插入损耗、分光比和附加损耗等参数；利用光耦合器或者光环行器和光纤光栅设计光带通滤波器。了解2X2光耦合器的工作原理，了解光耦合器各项参数的测试方法。学时设置为2个课时。
通过以上实验课程，能够使电子信息工程本科学生对光纤通信系统的基本器件、基本测量系统等有一个比较感观的认识，而且能够更加深刻地掌握它们工作的基本原理和基本特性，为将来在具体的工程设计及进一步深造中奠定基础。
三、结束语
光纤通信技术在国家的信息产业、国防工业中具有举足轻重的地位，电子信息技术与光学信息技术的结合也越来越紧密。对于当今的电子信息工程专业的学生而言，除了需要掌握本专业牢固的知识和技能以外，了解和掌握光纤通信技术的基础知识和相关的技术发展趋势也是必不可缺的。本文通过对电子信息工程专业特点和光纤通信课程内容的分析，讨论了该门课程与该专业的内在联系，分析其重要性，并根据笔者10年来在重庆理工大学电子信息工程专业讲授该门课程的经验，提出了本门课程在电子信息工程专业中的理论及实验的教学内容、教学重点、教学方法及课程设置等方面的一些意见和建议。
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