《光通信器件设计》课程教学大纲（本科）.docx

光通信器件设计(Design of Optics Communication Devices)课程代码：03410116学分：2学时：32 （其中：课堂教学学时：20 实验学时：0 上机学时：8 课程实践学时:0 ）先修课程：信息光学、导波光学、电磁场与波、光纤通信技术适用专业：光电信息科学与技术教材：自编讲义一、课程性质与课程目标（一）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）光通信器件设计是光电信息科学与工程专业的专业选修课，它是在光纤通信技术、光波导 理论等课程知识的基础上，重点讲述应用光学软件进行光路分析和设计的一门课程。光通信器件设 计是在电子计算机技术发展的基础和电磁场数值分析方法的基础上发展起来的光器件设计的新方法。 通过专业软件对波导器件的设计与分析，实现对光通信器件的设计与优化，为实验和生产提供理论 依据和指导。课程在讲授光波导设计专业软件原理和操作方法的基础上，重点介绍一些具体设计案 例及其分析过程，使学生既能够掌握光通信器件设计的基础知识和基本操作，又能够了解设计过程 中需要注意的事项和设计思路，提高综合学生运用专业知识分析、解决实际问题的能力，并为学生 今后开展具体的设计工作打下良好的基础。本课程的教学实施以课堂教学为主和上机相结合的形式进行，在课堂上除讲授软件基本操作以 外，还结合案例进行案例式教学，并要求学生通过上机，提高实际操作能力，增强解决问题和分析 问题的能力。（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。应包括知识目标和能力目标。）1 . 了解电磁场数值分析方法的特点，掌握光束传播法模拟的基本数值原理，了解其局限性；2 .能够使用基于光束传播法的专业软件；3 .能够应用专业知识，设计光波导器件；4 .能够对常见的光波导的传输特性与基本性能进行模拟并优化器件性能；5 .能够对软件计算结果进行分析，并判断结果的正确性与合理性。二、课程内容与教学要求（按章撰写）第一章绪论 Chapter 1 Introduction(一)课程内容(1)本课程的特点、研究对象与方法、目的、任务；(2)软件工具箱分类及应用领域；(3)本课程学习的方法、技巧。(-)教学要求(1) 了解本课程的特点、研究对象与方法、任务；(2) 了解本课程学习软件的应用范围；(3)理解学习本软件的方法、技巧。(三)重点与难点(若不单独列出，需在教学要求中适当注明).重点本课程的学习内容和具体要求，软件学习方法与技巧。1 .难点无。第二章 基本布局操作Chapter 2 Basic CAD Usage(一)课程内容(1)波导排布 主窗口功能菜单、工具栏、状态条；(2)符号表 功能、使用、符号表操作；(3)光路创建波导相关参数设置、模拟相关参数设置；(4)波导元件的添加方法 绘制模式、绘制波导、自动网格对准技术；(6)用鼠标编辑波导元件的方法 选择波导、修改波导、缩放；(7)折射率计算 折射率分布显示；(-)教学要求(1)掌握光路创建的主要方法；(2)掌握修改光波导参数的典型方法；(3)掌握波导折射率分布显示方法，学会用此方法了解所排布波导的结构; 掌握符号表的使用。(三)重点与难点.重点(1)波导绘制与生成;（2）变量表设置；2 .难点（1）波导粘连技术及实现；（2）变量表操作。第三章 波导结构设置 Chapter 3 Waveguide Property Settings（一）课程内容（1）基本结构设定 波导设定、锥形和轮廓函数；（2）二维波导类型；（3）三维波导类型 光纤、通道波导、扩散波导、脊形波导、多层波导；（4）波导参数设置对话框 顶点参数、常用参数设置、高级性能参数设置；（5）波导重叠问题组合模式、优先级和三维结构组合。（二）教学要求了解波导设定和相关折射率控制函数，了解波导类型及参数、了解高级性能参数设置;（1） 理解顶点概念，掌握顶点参数设置方法；掌握常用参数设置方法、掌握波导重叠时的折射率确定规则。（三）重点与难点.重点（1）不同类型波导如何通过参数来表征；（2）波导参数设置对话框的理解和各部分参数设置方法；1 .难点（1）波导参数表征方式与具体含义；（2）波导粘连、波导偏移量概念；（3）波导重叠时的折射率分布；第四章 BPM 方法（光束传播法）基础 Chapter 4 Beam Propagation method basics（一）课程内容（1）电磁场数值方法简介（2）光束传播法原理及特点2 3） BPM操作 界面操作、格点、波源设置、显示和输出选项（4）结果观察及分析通道定义、监视器创建及参数设置（5）模式求解 迭代法、相关函数法原理、模式求解软件具体操作步骤 （二）教学要求(1) 了解BPM的基本原理及应用范围；了解模式求解原理；了解迭代法和相关函数法的特点； (2)掌握BPM基本操作、掌握结果观察及分析方法，掌握模式求解具体步骤与操作。(三)重点与难点.重点(1) BPM基本操作步骤：初始对话框、监视器、激励源、路径、计算对话框设置；(2)模式求解操作步骤：迭代法和相关函数法计算步骤；1 .难点(1) BPM公式推导与应用范围(局限性)和特点；(2)监视器与光源设置；(3)模式求解原理与参数设置要求。第五章 案例教学 Chapter 5 Design Examples(-)课程内容(1)脊形波导模斑转换器模拟(2)多模干涉耦合器(MMI)分析(3)干涉场分析(4)多芯光纤模式插分复用器设计(5)大角度Y分支波导模拟(6)光子晶体光纤模拟与分析(二)教学要求了解BPM的综合运用方法与技巧，了解光子晶体光纤基本原理及应用；(1) 理解各个设置参数之间的关联性；掌握脊形波导、光子晶体光纤等基本波导参数设置，掌握波导传输过程分析、参数选 择与优化、频谱分析计算方法等。(三)重点与难点.重点(1)学习不同类型波导的参数设置与计算特点；(2)器件的设计方法与软件实现过程；1 .难点(1)掌握器件的综合设计与分析方法，(2)分析和理解器件设计的主要内容和手段。第六章 光栅模拟 Chapter 6 Grating Simulations（一）课程内容（1）光栅模拟软件特点与功能简介（2）光栅创建方法、光栅结构、参数设置、模拟参数设置、结果显示及分析;（3）参数扫描法分析光栅特性；（二）教学要求（1） 掌握光栅模拟的基本步骤与参数设置；了解光栅模拟结果及数据意义；（三）重点与难点.重点（1）光栅参数设置与计算参数设置；（2）光栅结构优化与扫描；（3）长周期光纤光栅模拟；.难点（1）光栅结构设计与光束传播法模拟相结合的方法；（2）光栅模拟结果分析。三、本课程开设的实验项目（如课程不含实验，该项可不填） 四、学时分配及教学方法章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂 教学实验上机课程 实践小 计第一章绪论11讲授法目标1第二章基本 布局操作11讲授法、演示法目标2第三章波导 结构设置213讲授法、演示法目标2第四章BPM方法基础628讲授法、演示法目标2第五章案例 教学12416讲授法、演示法、基 于案例教学目标3、目标4、目标5第六章光栅 模拟213讲授法、演示法、基 于案例教学目标2、目标3、目标4合计24832注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格;2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例等教 学方法）等。五、课程考核考核形式考核要求考核权重支持的课程目标课堂考核以课堂测试的方式 考核学生课堂学习 情况，结合平时的 点名提问等，进行 综合考核。15%目标1、2阶段测试在限定时间内要求 学生完成相应的操 作，根据操作的熟 练程度和正确性给 予成绩。15%目标2、3期末考试采用上机开卷考试 的方式进行，允许 学生查阅有关资料 完成。其中，软件 基本操作题占 30%,基础设计题 占20%,综合设计 题占35%,结果分 析题占15%。70%目标 2、3、4、5注：1 .分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。2 .考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小 论文、项目设计和作品等。3 .考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、项目设计要求等。4 .考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。六、课程目标达成度评价课程目标对应考核形式实际评测结果（学生达到的平均水平）课程目标1课堂考核平均分（共5分）=3课程目标2课堂考核、阶段测试、期末考试课堂考核平均分（10分）=6.5,阶段测试 平均分（共10分）=65 期末考试（30 分）=195分课程目标3阶段测试、期末考试阶段测试平均分（共5分）=3,期末考 试（20分）=13分课程目标4期末考试期末考试（共35分）=23分课程目标5期末考试期末考试（15分）=10分六、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）1光子晶体光纤的结构设计及其传输特性研究，张晓娟，科学出版社，2016第1版。2集成光电子学，唐天同、王兆宏、陈时 编著，西安交通大学出版社，2005年9月第1版。13光纤技术，饶云江，科学出版社，2006第1版。七、大纲说明（内容可包括课程基本要求、习题要求及其它一些必要的说明）1 .采用多媒体教学手段，保证讲课进度的同时注意学生的掌握程度和课堂的气氛；2 .建议学生从第二章开始带电脑上课堂跟随授课教师演示进行操作和完成有关课堂作业。2017年9月25日