第一篇：Zigbee網絡原理與應用教案[精選]

計算機與信息技術學院

課程教案

專業物聯網工程

課程Zigbee網絡原理與應用 講授人姚建峰

2015 年 9月10日

(一)課程名稱： Zigbee網絡原理與應用(二)學時學分：周4學時，3學分

(三)預修課程：電子線路、數字邏輯、計算機組成原理、高級語言程序設計(四)使用教材

ZigBee技術與實訓教程――基于CC2530的無線傳感網技術，清華大學出版社，2014年5月第1版

(五)教學參考書(3本以上)

1、李文仲編著：《Zigbee2006無線網絡與無線定位實戰》，北京航空航天大學出版社，2008年1月第1版；

2、王小強編著：《Zigbee無線傳感器網絡設計與實現》，化學工業出版社，2012年6月第1版；

3、郭淵博編著：《Zigbee技術與應用》，國防工業出版社，2010年6月第1版。

（六）教學方法：課堂講授，課堂演示，師生互動，理論與實驗結合教學。(七)教學手段：多媒體教學。(八)考核方式：閉卷考試。

(九)學生創新精神與實踐能力的培養方法：結合實驗、具體應用、小組討論等方式使學生掌握Zigbee技術開發的基本方法，提高學生分析問題和解決問題的能力，培養學生的動手能力和創新能力。

(十)其它要求：嚴格考勤，學生課堂表現和實驗完成情況占學生成績的30%，期末成績占70%。

第一章無線傳感器網絡

教學時數：2學時

教學目的與要求：主要讓學生理解無線傳感網絡的主要概念，了解無線傳感網絡的發展歷程、研究現狀與研究前景、應用領域，掌握無線傳感網絡的特點、網絡體系結構、關鍵技術。

教學重點：無線傳感器網絡體系結構。教學難點：無線傳感器網絡的關鍵技術。

第一節無線傳感器網絡概述(了解)1.無線傳感器網絡的概念：

無線傳感器網絡就是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網絡的三個要素。

2.無線傳感器網絡的發展歷程：

第一階段:最早可以追溯至越戰時期使用的傳統的傳感器系統。當年美越雙方在密林覆蓋的“胡志明小道”進行了一場血腥較量，“胡志明小道”是胡志明部隊向南方游擊隊輸送物資的秘密通道，美軍對其進行了狂轟濫炸，但效果不大。后來，美軍投放了2萬多個“熱帶樹”傳感器?！盁釒洹睂嶋H上是由震動和聲響傳感器組成的系統，它由飛機投放，落地后插入泥土中，只露出偽裝成樹枝的無線電天線，因而被稱為“熱帶樹”。只要對方車隊經過，傳感器探測出目標產生的震動和聲響信息，自動發送到指揮中心，美機立即展開追殺，總共炸毀或炸壞4.6萬輛卡車。

第二階段:二十世紀80年代至90年代之間。主要是美軍研制的分布式傳感器網絡系統、海軍協同交戰能力系統、遠程戰場傳感器系統等。這種現代微型化的傳感器具備感知能力、計算能力和通信能力。因此在1999年，商業周刊將傳感器網絡列為21世紀最具影響的21項技術之一。

第三階段:21世紀開始至今，也就是9·11事件之后。這個階段的傳感器網絡技術特點在于網絡傳輸自組織、節點設計低功耗。除了應用于反恐活動以外，在其它領域更是獲得了很好的應用，所以2002年美國國家重點實驗室－－橡樹嶺實驗室提出了“網絡就是傳感器”的論斷。

3.無線傳感器網絡研究現狀：

（1）國外無線傳感器網絡的研究現狀

1998年，美國國防部提出了“智能塵?！钡母拍?，最先開始無線傳感器網絡技術的研究，目的是為監控敵方的活動情況而不被察覺。2001年，美國陸軍提出“靈巧傳感器網絡通信”計劃，將無人值守式彈藥、傳感器和未來戰斗系統

第二篇：激光原理與應用教案

激光原理與應用教案

一.緒論

本節課教學目標：

讓學生了解激光的歷史，激光形成及發展、理論體系的形成。

讓學生了解激光科學的分支及激光在軍事、信息技術、醫療等方面的應用；

本節課教學內容：

1．激光的概念：

激

光——利用受激輻射的光放大。

LASER——Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 2． 激光的發現：

最早在1917年——Einstein首次預言受激輻射激光，歷史上首先在微波波段實現量子放大（1953），1954年——C.H.Townes, I.P.Gorden, H.J.Zeiger 使用NH3分子射束實現Maser向更短波長進發——ammonia beam maser，1958年——A.L.Schawlow, C.H.Townes, A.M.PoxopoB提出將Maser原理推廣到光波段——laser，1960年——T.H.Maiman of Bell Lab 紅寶石 首次實現laser l=6943? 紅光（早期的名稱：萊塞、光量子振蕩器、光激射器 受激光，“激光”——錢學森在1963年提出。61年 中國（亞洲）第一臺激光器誕生在長春（長春光機所和光機學院），由王之江院士發明。

激光科學技術發展的基礎學科——光譜學，物理光學，固體物理，物質結構，無線電電子學。推動力——廣闊的應用領域：核聚變，加工，熱處理，通訊，測距，計量，醫療可調諧性和超短脈沖——高時間、空間分辨、能量分辨。

3．激光與普通光源的區別？

（1）良好的單色性。單色性指光源發射的光波長范圍很小，測距。（2）良好的方向性。激光的光束幾乎只沿著一個方向傳輸。測距，通信。（3）高亮度。激光功率集中在極小的空間范圍內。切割，手術，軍事。（4）極好的相干性。各列波在很長的時間內存在恒定的相位差。精確測距。4．激光的應用。

（1）信息科學領域。激光雷達，空間通信。

（2）醫學領域。激光穿心術，激光眼科手術，激光牙科手術。

（3）工業領域。激光切割，激光打孔，飛秒激光微加工，激光全息，激光電視。（4）能源方面。激光受控核聚變，神光裝置。

（5）軍事領域。低能和高能激光武器，太空武器等，激光測距。

5．激光器的組成

激光器由泵浦源，工作物質和諧振腔組成。

由外界激勵源的激發在工作物質的能級之間實現粒子數反轉分布是形成激光的內在依據。光學諧振腔是形成激光的外部條件。

本節課教學手段與方法：

采用多媒體形式。播放了世界上第一臺激光器的發明電影短片，并采用豐富的圖片總結性地講述激光與普通光源的區別和激光廣泛的應用。

第一章 輻射理論概要與激光產生的條件

§1.光的波粒二象性

本節課教學目標：

讓學生光的本質及光的經典理論。

本節課教學內容： 1．光波

電磁波理論雖然使光的波動說一度占領了光學領域，但19世紀末，實踐中遇到的光與物質相互作用的許多 現象卻無法解釋，如黑體輻射、光的吸收與發射、光電效應、光化學反應等。1905年，愛因斯坦發展了普朗克的量子假說，在一種全新的物理意義上提出了光子學說。愛因斯坦認為光子既是粒子、同時又是波。光在與物質相互作用時粒子性明顯，光在傳播中則波動性突出。光的這種粒子性和波動性相互對立又并存的性質，叫做光的“波粒二象性”。

光波是一種電磁波，是E和B的振動和傳播。習慣上把電矢量叫做光矢量。光速、頻率和波長三者的關系

υ?c??υ???(???0)?2．單色平面波

波面——相位相同的空間各點構成的面

平波面——波面是彼此平行的平面,且在無吸收介質中傳播時,波的振幅保持不變。

單色平波面——具有單一頻率的平面波。

實際上任何光波都不可能是全單色的，總有一定的頻率寬度。當△v＜＜v0時，就叫準單色波。

簡諧波——理想單色平面波

簡諧波方程： U?U0cos?(t??)?U0cos?(t?zc)

2?t2?zU?U0cos?(t?z)?U0cos(?)cT?3．光子

在真空中一個光子的能量為?，動量為P，則它們與光波頻率，波長之間的關系：

??hν?hν?h?h2??h?P?n0?n0??n0?kc?2??2?式中h是普朗克常數，h=6.63×10-34J?S 本節課教學手段與方法：

采用多媒體形式。用豐富的圖片來說明光的經典理論。

§2.原子的能級和輻射躍遷

本節課教學目標：

理解原子能級和簡并度、原子狀態的標記； 掌握玻爾茲曼分布、輻射躍遷和非輻射躍遷

本節課教學內容：

1.原子中電子的狀態由下列四個量子數來確定

（1）主量子數n，n＝1，2，3，?代表電子運動區域的大小和它的總能量的主要部分。

(n（2）輔量子數l, l ?

0 ,1 ,2 ?

? 1)代表軌道的形狀和軌道角動量，這也同電子的能量有關。

（3）磁量子數（即軌道方向量子數）m=0，±1，±2，±l? 代表軌道在空間的可能取向，即軌道角動量在某一特殊方向的分量

（4）自旋量子數（即自旋方向量子數）ms= ±1/2，代表電子自旋方向的取向，也代表電子自旋角動量在某一特殊方向的分量

2.電子具有的量子數不同，表示有不同的電子運動狀態

（1）電子的能級，依次用E0，E1，E2，? En表示（2）基態：原子處于最低的能級狀態

（3）激發態：能量高于基態的其它能級狀態

3.玻爾茲曼分布

現考慮由n0個相同原子(分子或離子)組成的系統，在熱平衡條件下，原子數按能級分布服從波爾茲曼定律

ni?gie?Ei kT

?nmgm?enngn(Em?En)kT分別處于Em和En能級上的原子數nm和nn必然滿足下一關系

4．輻射躍遷和非輻射躍遷

（1）輻射躍遷：發射或吸收光子從而使原子造成能級間躍遷的現象

（2）非輻射躍遷：原子在不同能級躍遷時并不伴隨光子的發射和吸收，而是把多余的能量傳給了別的原子或吸收別的原子傳給它的能量。

本節課教學手段與方法：

采用多媒體形式。

先復習原子的四個量子數，再對簡并、簡并度進行定義。闡明在熱平衡情況下，處于高能態的粒子數總是小于處于低能態的粒子數的這一規律。最后介紹原子的輻射躍遷和非輻射躍遷。

§3.光的受激輻射

本節課教學目標：

了解光與物質的相互作用，掌握這種相互作用中的受激輻射過程是激光器的物理基礎，根據光與物質的相互作用物理模型分析空腔黑體的熱平衡過程，從而導出愛因斯坦三系數之間的關系。

本節課教學內容：

一、經典的輻射理論引用偶極子的概念，反映了光的發射和吸收過程的規律；

二、黑體熱輻射的實驗現象；

三、光和物質的相互作用（重點、難點）

1.愛因斯坦粒子模型——粒子只有間距為hv=E2－E1(E2＞E1)的二個能級,且它們符合輻射躍遷選擇定則。

2.光頻電磁場與物質的三種相互作用過程——(1).自發發射、(2).受激輻射、(3).受激吸收以及各個過程的特點、系數、各系數的物理意義；

四、愛因斯坦三系數的相互關系的推導，五、自發輻射功率與受激輻射功率的計算（重點）

討論: 創造條件，增大受激輻射程度的方法。

本節課教學手段：

采用多媒體形式。

先介紹經典的輻射理論，反映了光的發射和吸收過程的規律、再介紹黑體熱輻射，重點介紹光和物質的相互作用過程、愛因斯坦粒子模型，講解清楚電磁場與物質的三種相互作用過程的特點、系數、各系數的物理意義。最后導出自發輻射功率與受激輻射功率的計算和比較，引導學生討論創造怎樣的條件，可增大受激輻射程度，達到激光的目的。

§4.光譜線增寬

本節課教學目標：

了解光譜線型對光與物質的作用的影響，分析引起譜線加寬的各種物理機制,并根據不同的物理過程求出g(ν,ν。)的具體函數形式。

本節課教學內容：

一、光譜線，線型和光譜線寬度

1．原子輻射的波不是單色的，而是分布在中心頻率(E2-E1)/h附近一個很小的頻率范圍內。

2.就每一條光譜線而言，在有限寬度的頻率范圍內，光強的相對強度也不一樣。

二、自然增寬（重點）

1.經典理論——描述原子內部電子的運動,其物理模型就是按簡諧振動或阻尼振動規律運動的電偶極子,稱為簡諧振子。

2．衰減振動不是簡諧振動，因此原子輻射的波不是單色的，譜線具有有限寬度。

3．自然增寬: 作為電偶極子看待的原子作衰減振動而造成的譜線增寬。

?νN2?fN(ν)?

4．自然增寬的譜線型函數：（難點）

(ν?ν0)2?(?νN2)2

5.量子解釋——測不準關系，對原子的能級來說，時間的不確定值就是原子的平均壽命，則能級有一定寬度。

三、碰撞增寬（重點）

1．自然增寬是假設原子彼此孤立并且靜止不動所造成的譜線增寬。而碰撞增寬是考慮了發光原子間的相互作用造成的，碰撞使原子發光中斷或光波位相發生突變，即使發光波列縮短。fc(ν)?2．碰撞增寬的譜線型函數：

四、多普勒增寬

多普勒增寬——光源與接收器相對運動引起的頻移導致的譜線增寬。

?νc2?(ν?ν0)2?(?νc2)2本節課教學手段：

采用多媒體形式。

先介紹原子在發輻射過程中，各種因素的影響,自發輻射并不是單色的,而是分布在中心頻率(E2-E1)/h附近一個很小的頻率范圍內。引入譜線加寬的概念。定義線型函數為

f(?)?I(?)?I0I(?)?I(?)d?再分析引起譜線加寬的各種物理機制,并根據不同的物理過程求出f（ν）的具體函數形式。

§5.激光形成的條件

本節課教學目標：

掌握產生激光的基本條件 ——激發射占優勢、產生激光必須具備的三個條件；

本節課教學內容：

一、介質中光的受激輻射放大（重點、難點）

1.要能形成激光，首先必須使介質中的受激輻射大于受激吸收。

2.光束在介質中的傳播規律

3.介質中產生受激光放大的條件、增益介質與增益系數。

二、光學諧振腔和閾值條件

1.滿足了以上兩個條件后，還要采取什么措施使受激輻射成為增益介質中的主要發光過程，而不是自發輻射？

2.要使受激輻射幾率遠大于自發輻射幾率，3.光學諧振腔的作用；

4．產生激光必須具備的條件（重點）

（1）激勵能源——把介質中的粒子不斷地由低能級抽運到高能級去

（2）增益介質——能在外界激勵能源的作用下形成粒子數密度反轉分布狀態

本節課教學手段：

采用多媒體形式。

介紹光放大的條件——集居數反轉。一定的條件下物質的光吸收可以轉化為自己的對立面——光放大；引進光放大物質的增益系數與增益曲線；再介紹自激振蕩概念，以及激光器應包括光放大器和光諧振腔兩部分，最后導出產生激光必須具備的條件。

第二章 激光器的工作原理

§1.光學諧振腔結構與穩定性

本節課教學目標：

了解光學諧振腔的作用，它是理解激光的相干性、方向性、單色性等一系列重要特性，進行激光器件的設計和裝調的基礎，也是研究和掌握激光本技術和應用的基礎。根據幾何偏折損耗的高低．開放式 光腔可以分為穩定腔和非穩腔。

本節課教學內容：

一、光學諧振腔結構與穩定性 1．光腔的作用 2．光腔的構成和分類

二、腔 —— 開放式共軸球面光學諧振腔的構成（重點）

三、腔按幾何損耗(幾何反射逸出)的分類:

四、共軸球面諧振腔的穩定性條件

五、軸球面諧振腔的穩定圖及其分類（重點）

六、穩定圖: 穩定條件的圖示

七、定圖的應用（重點、難點）

例(a)要制作一個腔長L＝60cm的對稱穩定腔，反射鏡的曲率半徑取值范圍如何？

(b)穩定腔的一塊反射鏡的曲率半徑R1＝4L，求另一面鏡的曲率半徑取值范圍。

本節課教學手段：

采用多媒體形式。

先回顧產生激光的必要條件，引進對光腔問題的研究在激光技術中具有重要的理論和實踐意義。再介紹開放式共軸球面光學諧振腔的構成，并根據光腔按幾何損耗進行分類以及光腔穩定條件、軸球面諧振腔的穩定圖。重點介紹對稱共焦腔是最重要和最具有代表性的一種穩定腔。最后用圖直觀地表示穩定條件——穩定圖及穩定圖的應用。

§2.速率方程組與粒子數反轉

本節課教學目標：

掌握速率方程方法以及速率方程的求解步驟，通過求解速率方程組，了解可實現粒子數反轉的幾種量子系統。從而知道在光頻區, 二能級系統不可能實現粒子數反轉；而三能級系統雖然可以實現粒子數反轉，但因為下能級為基態，極易積累粒子，對抽運的要求很高，所以不易實現粒子數反轉；而四能級系統的下能級不是基態，故閾值抽運強度比三能級系統小，有時甚至可以小3～4個數量級，所以四能級系統較容易實現粒子數反轉。

本節課教學內容： 一、二能級三能級系統和四能級系統（重點）

畫出各能級系統能級圖、列出各能級系統能的速率方程組，求解速率方程組，從

而得到數學解和物理解；分析各能級系統的數學解和物理解，得出結論——二能級系統

不可能產生激光，而四能級系統產生激光要比三能級系統容易得多。

二、考慮譜線增寬再討論以上情況。（重點）

三、穩態工作時的粒子數密度反轉分布

四、小信號工作時的粒子數密度反轉分布

1．小信號粒子數密度反轉分布

2．小信號粒子數反轉的物理條件

五、均勻增寬型介質的粒子數密度反轉分布（難點）

六、均勻增寬型介質粒子數密度反轉分布的飽和效應（難點）

本節課教學手段：

采用多媒體形式。

先回顧實現粒子數反轉的兩個必要條件，引入速率方程方法，求解速率方程組，分析粒子系統能否實現粒子數反轉的數學解，確定粒子數反轉的物理條件。進一步討論穩態工作時的粒子數密度反轉分布，導出小信號粒子數反轉的物理條件，再研究均勻增寬型介質的粒子數密度反轉分布△n，討論△n與各種因素的關系，引出△n飽和效應的概念、飽和原因。最后導出飽和光強(飽和參量)Is 的物理意義。

§3.均勻增寬介質的增益系數和增益飽和

本節課教學目標：

從速率方程出發導出激光工作物質的增益系數表示式,分析影響增益系數的各種因素,著重討論光強增加時增益的飽和行為，導出的增益系數表示式。從而得到結果——在均勻加寬譜線情況下,由于每個粒子對譜線不同頻率處的增益都有貢獻,所以當某一頻率(ν

1)的受激輻射消耗了激發態的粒子時.,也就減少了對其他頻率(ν)信號的增益起作用的粒子數。其結果是增益在整個譜線上均勻地下降。于是在均勻加寬激光器中,當一個模振蕩后,就會使其他模的增益降低,因而阻止了其他模的振蕩。

本節課教學內容

一、均勻增寬介質的增益系數

二、增寬飽和：在抽運速率一定的條件下，當入射光的光強很弱時，增益系數是一個常數；當入射光的光強增大到一定程度后，增益系數隨光強的增大而減小。

三、對增益飽和分幾種情況討論（重點）

例.He-Ne激光器中，Ne原子數密度n0＝n1+n2＝l012 cm-3，1/f(?)＝15×109 s-1，λ＝0.6328?m，＝10-7s，g2＝3，g1＝5，又知E2、E1能級數密度之比為4，求此介質的增益系數G值。

本節課教學手段：

采用多媒體形式。

從速率方程出發導出激光工作物質的增益系數表示式,分析影響增益系數的各種因素,著重討論光強增加時增益的飽和行為。讓學生明確：在均勻加寬譜線情況下,由于每個粒子對譜線不同頻率處的增益都有貢獻,所以當某一頻率(ν1)的受激輻射消耗了激發態的粒子時.,也就減少了對其他頻率(ν)信號的增益起作用的粒子數。其結果是增益在整個譜線上均勻地下降。于是在均勻加寬激光器中,當一個模振蕩后,就會使其他模的增益降低,因而阻止了其他模的振蕩。

§4.非均勻增寬介質的增益飽和

本節課教學目標：

因為具有均勻加寬譜線和具有非均勻加寬譜線的工作物質的增益飽和行為有很大差別,由它們所構成的激光器的工作特性也有很大不同,因此將分別予以討論。所以必須掌握非均勻增寬介質的特點，即不同發光粒子只對光源光譜線的相應部分有貢獻。從而導出的增益系數表示式以及反轉粒子數—— 燒孔效應。分析可以得到：光波I 使均勻增寬型介質對各種頻率的光波的增益系數都下降同樣的倍數；而對非均勻增寬型介質它只能引起某個范圍內的光波的增益系數下降，并且下降的倍數不同。

本節課教學內容：

一、非均勻增寬介質的增益飽和

1．由于介質內的粒子在作紊亂的熱運動，粒子運動的速度沿腔軸方向的分量滿足麥克斯韋速度分布律。

2．因為在非均勻增寬工作物質中，每一種特定類型的粒子，只能同某一定頻率v 的光相互作用。因此反轉粒子數密度△n0 按頻率v有一個分布.二、增益系數的計算（重點、難點）

方法:把一條非均勻增寬譜線看作大量線寬極窄的均勻增寬譜線的疊加。

三、非均勻增寬介質穩態粒子數密度反轉分布

四、反轉粒子數燒孔效應（重點）

五、非均勻增寬介質穩態情況下的增益飽和

本節課教學手段：

采用多媒體形式。

先回顧非均勻增寬特點——不同發光粒子只對光源光譜線的相應部分有貢獻。分析影響增益系數以及粒子數反轉分布的各種因素,讓學生明確：因為在非均勻增寬工作物質中，每一種特定類型的粒子，只能同某一定頻率v 的光相互作用。因此反轉粒子數密度n0 按頻率v有一個分布.著重講解非均勻增寬增益系數的計算，方法是:把一條非均勻增寬譜線看作大量線寬極窄的均勻增寬譜線的疊加。再介紹非均勻增寬介質穩態粒子數密度反轉分布、非均勻增寬介質穩態情況下的增益飽和。引進—— 燒孔效應的概念。讓學生了解到(燒孔面積)常用來估算輸出激光功率?！?.激光器的損耗與閾值條件

本節課教學目標：

如果諧振腔內工作物質的某對能級處于集居數反轉狀態,則頻率處在它的譜線寬度內的微弱光信號會因增益而不斷增強。另一方面,諧振腔中存在的各種損耗,又使光信號不斷衰減。能否產生振蕩,取決于增益與損耗的大小。本節由增益飽和效應出發估算穩態工作時的腔內平均光強,推導激光器自激振蕩的閾值條件。并在此基礎上給出粗略估算輸出功率的方法。

本節課教學內容：

一、損耗

1．內部損耗——增益介質內部由于成分不均勻、粒子數密度不均勻或有缺陷而使光產生折射、散射等使部分光波偏離原來的傳播方向，造成光能量的損耗。2．鏡面損耗

二、激光器內形成穩定光強的過程（重點）

三、閾值條件

四、對介質能級選取的討論

例：實驗測得He-Ne激光器以波長 λ＝0.6328?工作時的小訊號增益系數為G0＝3?10－4/d(cm-1)，d為腔內毛細管內徑(cm)。以非均勻增寬計算腔內光強I＝50W／cm2的增益系數G(設飽和光強Is＝30W／cm2時，d＝1mm)，并問這時為保持振蕩穩定，兩反射鏡的反射率(設r1＝r2，腔長0.1m)最小為多少(除透射損耗外，腔內其它損耗的損耗率a內＝9?10－4cm-1)?又設光斑面積A＝0.11mm2，透射系數t＝0.008，鏡面一端輸出，求這時輸出功率為多少毫瓦。

本節課教學手段與方法：

采用多媒體形式。

先回顧 ——產生激光的三個必要條件：1.工作物質 2.激勵能源3.光學諧振腔再討論對光學諧振腔, 要獲得光自激振蕩, 須令光在腔內來回一次所獲增益,至少可補償傳播中的損耗.，研究諧振腔的損耗與閾值條件。通過研究激光器內形成穩定光強的過程，推導出形成激光所要求的增益系數的條件、激勵能源對介質粒子的抽運一定要滿足的條件，然后對介質能級選取進行討論，并通過例題加深學生對這些問題的認識。

第三章 激光器的輸出特性

§1.光學諧振腔的衍射理論

本節課教學目標：

本節將討論光腔模式問題。模式問題在激光技術中具有重要的理論和實踐意義。它是理解激光的相干性、方向性、單色性等一系列重要特性，自再現模的求解是諧振腔衍射理論的重要部分，自再現模積分的數學基礎是菲涅耳——基爾霍夫衍射積分公式，我們的目的是弄清楚激光模式的基本特征及其與腔的結構之間的具體依賴關系。

本節課教學內容：

一、惠更斯-基爾霍夫衍射公式

二、光學諧振腔的自再現模積分方程（重點）

1．自再現模概念

2．腔與模的一般聯系

3．橫模的形成

4．孔闌傳輸線、自再現模(橫模)的形成過程

三、菲涅耳-基爾霍夫衍射積分（重點、難點）

首先要解決的一個問題是,如果已知某一鏡面上的場分布u1(x?，y?),如何求出在衍射的作用下經腔內一次渡越而在另一個鏡面上生成的場u2(x,y)。' 這里,(x?,y?)、(x,y)分別衰示兩個鏡面上場點的坐標。知道了光波場在其所達到的任意空間曲面上的振幅和相位分布,就可以求出該光波場在空間其他任意位置處的振幅和相位分布。

四、積分方程解的物理意義（重點）

五、光學諧振腔諧振頻率和激光縱模

1．諧振條件、駐波和激光縱模 2．縱模頻率間隔

3．選縱模

本節課教學手段：

采用多媒體形式。

先回顧 ——產生激光的三個必要條件：1.工作物質 2.激勵能源3.光學諧振腔再從研究諧振腔的衍射理論開始,為了形象地理解開腔中自再現模的形成過程,我們用波在孔闌傳輸線中的行進,模擬它在平面開腔中的往復反射。這種孔闌傳輸線由一系列同軸的孔徑構成,這些孔徑開在平行放置著的無限大完全吸收屏上,相鄰兩個孔徑間的距離等于腔長,孔徑大小等于鏡的大小。當模擬對稱開腔時,所有孔徑的大小和形狀都應相同。

光學中著名的惠更斯-菲涅耳原理是從理論上分析衍射問題的基礎,因而' 也必然是開腔模式問題的理論基礎。該原理的嚴格數學表述是所謂菲涅耳.基爾霍夫衍'射積分,它可以從普遍的電磁場理論推導出來。該積分公式表明,如果知道了光波場在其所達到的任意空間曲面上的振幅和相位分布,就可以求出該光波場在空間其他任意位置處的振幅和相位分布

§2.對稱共焦腔內外的光場分布

本節課教學目標：

敘述開腔模的物理概念, 應用惠更斯-菲涅耳原理是從理論上定量討論衍射問題。介紹平面腔模的迭代解法，求解對稱共焦腔中的自再現模積分方程,了解輸出激光的具體場的分布。以方型鏡面的對稱共焦腔為例，求解方程：

?mnumn(x,y)???K(x,y,x',y')umm(x',y')ds'得出一系列本征函數,它們描述共焦腔鏡面上場的振幅和相位分布,同時得出一系列相應的本征值,它們決定模的相移和損耗。

本節課教學內容：

一、共焦腔鏡面上的場分布（重點、難點）

1．方形鏡面共焦腔自再現模積分方程的解析解

2．鏡面上自再現模場的特征： TEMmn模在鏡面上振幅分布的特點取決于厄米多項式與高斯函數的乘積。厄米多項式的零點決定場的節線，厄米多項式的正負交替的變化與高斯函數隨著x、y的增大而單調下降的特征決定著場分布的外形輪廓。

二、共焦腔中的行波場與腔內外的光場分布（重點）

腔內的光場可以通過基爾霍夫衍射公式計算,由鏡面M1上的場分布在腔內造成的行波求得。腔外的光場則就是腔內沿一個方向傳播的行波透過鏡面的部分。即行波函數乘以鏡面的透射率t。

上式是共焦腔模式理論的最基本的結果。

?22??22??umn?x,y,z??CmnHm??xH??1??2w?n?1??2wss????2x2?y2? exp???1??2?w2??exp??i??x,y,z??s???y????本節課教學手段：

采用多媒體形式。

前面已經敘述了開腔模的物理概念,先回顧自再現模積分方程解的物理意義、建立激光模式的概念。再求解對稱開腔中的自再現模積分方程,了解輸出激光的具體場的分布。讓學生了解到解積分方程問題就是要求出一些本征值與本征函數。它們決定著開腔自再現模的全部特征,包括場分布及傳輸特性，并以符號TEMmn表示共焦腔自再現模。共焦腔反射鏡面本身構成光場的一個等相位面。

§3.高斯光束的傳播特性，穩定球面腔的光束傳播特性

本節課教學目標：

1.在求解對稱開腔中的自再現模積分方程,了解輸出激光的具體場的分布的基礎 上，研究高斯光束的傳播特性。

2． 共焦腔模式理論不僅能定量說明共焦腔震蕩模本身的特性，更重要的是它能夠被推廣到一般穩定球面腔系統。本節將證明：任何一個共焦腔與無窮多個穩定球面腔等價，而任何一個球面腔唯一地等價于一個共焦腔。

本節課教學內容：

一、高斯光束的振幅和強度分布（重點）

1．基橫模TEM00的場振幅U00和強度I00分布分別為：

2．光斑半徑

3．模體積

二、高斯光束的相位分布（共焦場的等相位面的分布圖）

三、高斯光束的遠場發散角

四、高斯光束的高亮度

五、穩定球面腔的光束傳播特性（重點、難點）

1．穩定球面腔的等價共焦腔

2．穩定球面腔的光束傳播特性

本節課教學手段：

采用多媒體形式

1.先回顧求解對稱開腔中的自再現模積分方程,了解輸出激光的具體場的分布，再研究高斯光束的傳播特性。引導學生了解到高斯光束與普通光束有著很大的區別，因此研究高斯光束在空間的傳輸規律．以及光學系統對高斯光束的變換規律，就成為激光的理論和實際應用中的重要問題。

2.共焦腔模式理論不僅能定量地說明共焦腔振蕩模本身的特征,更重要的是,它能被推廣到整個穩定球面腔系統,這一推廣是諧振腔理論中的一個重大進展。任何一個共焦腔與無窮多個穩定球面腔等價。而任何一個穩定球面腔唯一地等價于→個共焦腔。這里所說的“等價”,就是指它們具有相同的行波場。這種等價性深刻地揭示出各種穩定腔(共焦腔也是其中的一種)之間的內在聯系,它使得我們可以利用共焦腔模式理論的研究結果來解析地表述一般穩定球面腔模的特征。

§4.激光器的輸出功率，激光器的線寬極限

本節課教學目標：

1由于激活介質中的光放大作用、諧振腔內損耗系數的不均勻分布以及駐波效應和光波場的橫向高斯分布,腔內光強是不均勻的。精確計算腔內各點光強是個復雜的問題。本節由增益飽和效應出發估算穩態工作時的腔內平均光強,并在此基礎上給出粗略估算輸出功率的方法。

2．激光線寬及頻率牽引也是激光器的要特性

線寬是由于自發輻射的存在而產生的,因而是無法排除的,所以稱它為線寬極限。

本節課教學內容：

一、均勻增寬型介質激光器的輸出功率

1．穩定出光時激光器內諸參數的表達式

2．激光器的輸出功率

二、非均勻增寬介質穩態情況下的增益飽和（重點、難點）

三、非均勻增寬型介質激光器的輸出功率

四、激光器的線寬極限

1．造成線寬的原因

2．激光線寬與激光器輸出功率成反比

輸出功率越大,線寬就越窄。這是因為輸出功率增大就意味著腔內相干光子數增多,受激輻射比自發輻射占更大優勢,因而線寬變窄。減小損耗和增加腔長也可使線寬變窄。例如半導體激光器由于腔長只有數百微米而具有較寬的激光線寬。若將它與一外反射鏡構成外腔半導體激光器則可使線寬顯著減小。P?AIout12LG0?t1IsA(?1)2a1?t1本節課教學手段：

采用多媒體形式

講解讓學生明白：1激光器在外界激發作用很弱時,激活介質的小信號增益系數小于閾值增益系數,激光器無輸出。如果外界激發作用增強到小信號增益系數超過閾值增益系數,腔內光強便會不斷增大.但是腔內光強不會無限制地增加下去,因為當光強越強,消耗的反轉粒子數便越多,由于激活介質的增益飽和作用而使增益系數下降.只要增益系數尚未降至閾值,上述過程就會繼續下去,即光強繼續增大,增益系數繼續下降.直到增益系數下降到閾值時,增益與損耗達到平衡,光強不在增大,這時,激光器建立起了穩定的工作狀態。2因此激光器的凈損耗以及單縱模的線寬似乎應等于零,但這只是對激光器內物理過程的一種理想化的近似描述。這種理想情況的物理圖像是:腔內的受激輻射能量補充了損耗的能量,且由于受激輻射產生的光波與原來的光波具有相同的相位,二者相干疊加使腔內光波的振幅始終保持恒定,因而輸出激光在理想情況下為一無限長的波列,其線寬應等于零。這一矛盾的原因是,我們在分析激光器振蕩過程時,忽略了自發輻射的存在,而實際上自發輻射是始終存在的。由于和受激輻射相比自發輻射的貢獻極其微弱,因而在討論閾值及輸出功率等問題時可以忽略不計;但在考慮線寬問題時卻必須考慮自發輻射的影響。

第四章 激光的基本技術

§1.激光器輸出的選模

本節課教學目標：

從一臺簡單激光器出射的激光束,其性能往往不能滿足應用的需要,為了改善激光器輸出光的時間相性或空間相干性,發展了模式選擇。本節介紹如何設計與改進激光器的諧振腔以獲得單模輸出的原理

本節課教學內容：

一、激光單縱模的選取

1．均勻增寬型譜線的縱模競爭

2．非均勻增寬型譜線的多縱模振蕩

3．單縱模的選取

二、激光單橫模的選取

1．衍射損耗和菲涅耳數

2．衍射損耗曲線

3．光闌法選取單橫模

4．聚焦光闌法和腔內望遠鏡法選橫模

本節課教學手段：

采用多媒體形式

講解讓學生明白：1.激光的優點在于它具有良好的方向性、單色性和相干性。理想激光器的輸出光束應只具有一個模式,然而若不采取選模措施,多數激光器的工作狀態往往是多模的。含有高階橫模的激光束光強分布不均勻,光束發散角較大。含有多縱模及多橫模的激光束單色性及相干性差。激光準直、激光加工、非線性光學研究、激光中遠程測距等應用均需基橫模激光束。而在精密干涉計量、光通信及大面積全息照相等應用中不僅要求激光是單橫模的,同時要求光束僅含有一個縱模。因此,如何設計與改進激光器的諧振腔以獲得單模輸出是一個重要課題。然后介紹實現橫模選擇的幾種具體方法、如何在特定躍遷譜線寬度范圍內獲得單縱模振蕩的方法。

§2.激光調Q技術，激光鎖模技術

本節課教學目標：

本節討論了用調Q技術壓縮激光脈沖寬度以獲得高功率脈沖的方法。為了得到更窄的脈沖,還可以利用鎖模技術對激光束進行特殊的調制,使光束中不同的振蕩縱模具有確定的相位關系,從而使各個模式相干疊加得到超短脈沖。鎖模激光脈沖寬度可達10-11~10-14s,相應的具有很高的峰值功率。本節還對鎖模激光器工作原理作簡單介紹。

本節課教學內容：

一、激光調 Q 技術

1激光諧振腔的品質因數Q

2調 Q原理（重點）

調Q 激光器的基本原理:就是通過某種方法使諧振腔的損耗值按規定的程序變化,從而壓縮光脈沖的寬度,大大提高輸出峰值功率。調Q 的基本過程:在泵浦開始時,使諧振腔的損耗增大, Q 值降低,此時器件振蕩閾值變高,振蕩不能形成,上能級反轉粒子數密度便有可能大量積累.當積累到最大值(飽和值)時,突然使諧振腔的損耗變小, Q 值突增,這時器件振蕩閾值突然變低,激光器振蕩迅速建立,腔內象雪崩一樣以極快的速度建立起極強的振蕩,在短時間內反轉粒子數大量被消耗,轉變為腔內的光能量,同時輸出一個極強的激光脈沖。

3電光調 Q

4聲光調 Q

5染料調Q

二、激光鎖模技術

鎖模是進一步對激光進行特殊的調制。技術上利用多縱模輸出的激光束，經過特殊的調制，使其各個縱模之間有了確定的位相關系。

1主動鎖模

2被動鎖模 本節課教學手段：

采用多媒體形式 通過討論讓學生明白：

為了得到高的峰值功率和窄的單個脈沖,采用了Q調制技術,它的基本原理是通過某種方法使諧振腔的損耗δ(或Q值)按照規定的程序變化,在泵浦激勵剛開始時,先使光腔具有高損耗δH,激光器由于閾值高而不能產生激光振蕩,于是亞穩態上的粒子數便可以積累到較高的水平。然后在適當的時刻,使腔的損耗突然降低到δ,閾值也隨之突然降低,此時反轉集居數大大超過閾值,受激輻射極為迅速地增強。于是在極短時間內,上能級儲存的大部分粒子的能量轉變為激光能量,在輸出端有一個強的激光巨脈沖輸出。普通的脈沖激光器,光脈沖的寬度約在ms級,峰值功率也只有幾十kW.調 Q 激光器,光脈沖的寬度可以壓到ns級,峰值功率也已達到MW.而鎖模是進一步對激光進行特殊的調制。

第五章 典型激光器介紹

§1.固體激光器

本節課教學目標：

一般固體激光器是指沒有調Q、倍頻、鎖模等特殊功能的固體激光器,它是固體激光器的最基本組成形式。本節重點討論固體激光器的共同部分,即討論固體工作物質、泵浦系統、冷卻與濾光以及連續和長脈沖固體激光器的闕值、激光輸出能量(功率)和效率。在泵浦系統中著重討論當前最常用的燈泵浦系統和時可國內外重點發展的激光二極管泵浦系統。

本節課教學內容：

一、固體激光器的基本結構與工作物質（重點）

固體激光器基本上都是由工作物質、泵浦系統、諧振腔和冷卻、濾光系統構成的。

紅寶石激光器屬于三能級系統，紅寶石激光器的優點和主要缺點。

二、固體激光器的泵浦系統

固體激光工作物質是絕緣晶體，一般都采用光泵浦激勵。常用的泵浦燈在空間的輻射都是全方位的，固體激光器的泵浦系統還要冷卻和濾光。

三、固體激光器的輸出特性

固體激光器的激光脈沖特性

四、新型固體激光器

1.半導體激光器泵浦的固體激光器

2.可調諧固體激光器

3.高功率固體激光器

本節課教學手段：

采用多媒體形式 通過討論讓學生明白：

紅寶石突出的缺點是閾值高(因是三能級)和性能易隨溫度變化。但具有很多優點,如:機械強度高,能承受很高的激光功率密度;容易生長成較大尺寸;亞穩態壽命長,儲能大,可得到大能量輸出;熒光譜線較寬,容易獲得大能量的單模輸出;低溫性能良好,可得到連續輸出;紅寶石激光器輸出的紅光(0.6943um),不僅能為人眼可見,而且很容易被探測接收(目前大多數光電元件和照相乳膠對紅光的感應靈敏度較高)。因此,紅寶石仍屬一種優良的工作物質而得到廣泛應用。用紅寶石制成的大尺寸單脈沖器件輸出能量已達上千焦耳。單級調Q器件很容易得到幾十兆瓦的峰值功率輸出(用這類器件已成功地對載有角反射器的人造衛星進行了測距試驗)。多級放大器件的輸出峰值功率已達數千兆瓦到一萬兆瓦。紅寶石在激光發展上是貢獻比較大的一種晶體。

§2.氣體激光器

本節課教學目標：

本節重點討論He-Ne激光器的結構和激發機理、輸出特性、CO2激光器的結構和激發過程 Ar＋激光器的結構、Ar＋激光器的工作持性。

本節課教學內容：

一、氦-氖(He-Ne)激光器

1.He-Ne激光器的結構和激發機理

2.He-Ne激光器的輸出特性二、二氧化碳激光器

1.CO2激光器的結構和激發過程

2．CO2激光器的輸出特性

三、Ar+離子激光器

1.Ar＋激光器的結構

2.Ar＋激光器的激發機理

本節課教學手段：

采用多媒體形式

通過討論讓學生明白：與其他種類的激光器相比較，氣體激光器的突出優點是輸出光束的質量好（單色性、相干性、光束方向性和穩定性等）。

§3.染料激光器，半導體激光器，其他激光器

本節課教學目標：

本節重點討論染料激光器、半導體激光器的結構和激發機理、輸出特性、工作持性等。

本節課教學內容：

一、染料激光器的激發機理

1.染料分子能級

2.染料分子的光輻射過程

3.染料分子的三重態“陷阱”

二、染料激光器的泵浦

1.閃光燈脈沖泵浦

2.激光脈沖泵浦

三、染料激光器的調諧

四、半導體的能帶和產生受激輻射的條件

五、PN結和粒子數反轉

六、半導體激光器的工作原理和閾值條件

七、同質結和異質結半導體激光器

八、準分子激光器 本節課教學手段：

采用多媒體形式

通過討論讓學生明白各種激光器的特點及優缺點。

激光在信息技術中的應用

本節課教學目標：

激光在信息領域的應用，包括以激光為信息載體，將聲音、圖象、數據等各種信息通過激光傳送出去，或者通過激光將信息存儲在光學存儲器里，以及通過激光將信息打印或顯示出來，等等。本節介紹激光通信、激光顯示、激光存儲等領域的技術和應用，讓學生了解到激光在上述各方面應用的新思想、新概念、新技術、新進展。

本節課教學內容：

一、光纖通信系統中的激光器和放大器

1．半導體激光器 2．光纖激光器 3．光放大器

二、激光全息三維顯示

1．全息術的歷史回顧

2．激光全息術的基本原理和分類

3．白光再現的全息三維顯示 4．計算全息圖

5．計算全息三維顯示的優點

三、激光存儲技術

1．激光存儲的基本原理、分類及特點

2．激光光盤存儲

3．激光體全息光存儲

4．激光存儲技術的新進展

四、激光掃描和激光打印機

1．激光掃描

2．激光打印機

本節課教學手段：

采用多媒體形式

通過學習讓學生了解到激光在上述各方面應用的新思想、新概念、新技術、新進展。

復習課

本節課教學目標：

系統復習本學期所學習的內容，幫助學生總結本課程的重點、難點及解決問題的辦法。讓學生了解到：在光信息科學與技術知識體系中，激光在信息產生、獲取和處理中均起到重要作用。

本節課教學內容：

重點：輻射半經典理論、光譜線形及加寬機制、增益飽和、閾值條件、連續激光器的穩態建立、諧振腔的穩定條件、諧振腔的衍射理論及高斯光束的解析特性、等價共焦腔、調Q及鎖模技術原理

難點：增益飽和、諧振腔的衍射理論及高斯光束的解析特性

解決辦法：針對教學內容中的重點和難點內容，采取重點復習，認真閱讀教科書，通過比較多樣化解題方式，并借助上課時發下去的多媒體課件的直觀化，真正理解和掌握重點、難點內容，握激光器運轉的基本物理原理及激光應用技術的理論基礎。為后續專業課程的進一步學習奠定基礎，為今后在光電子學及相關的電子信息科學等領域從事學術研究和教學工作奠定扎實的理論基礎。

本節課教學手段：

借助多媒體課件的直觀化，使學生真正理解和掌握重點、難點內容。

第三篇：數據庫原理與應用實驗教案

實驗報告格式 《數據庫原理》實驗報告

?（實驗名稱：）?

? 專業

? 班級級（）班 ? 學號 ? 學生姓名 ? 指導老師

? 攀枝花計算機學院 年月日

?

一、實驗目的

? 本次實驗所涉及并要求掌握的知識點。根據老師實驗前的講授自行撰寫。（小四號字，宋體）?

二、實驗內容：

? 本次實驗的內容及相關題目描述（小四號字，宋體）?

三、SQL語句及運行結果 ? 創建數據庫：

在數據庫節點右鍵新建數據庫，增加和修改數據文件名，設置增長方式以及數據庫邏輯名稱

文件組添加Slave文件組 ? 修改數據庫：

利用SQL語句修改，刪除，添加數據庫文件

? 刪除數據庫：

? ?

? 按照實驗內容編寫的SQL語句或程序代碼與結果顯示（小四號字，宋體）?

四、實驗總結

? 1 ．實驗中遇到的問題及解決過程 ? 2 ．實驗中產生的錯誤及原因分析 ? 3 ．實驗體會和收獲。

實驗一 創建數據庫(操作型)1.1 實驗目的

(1)理解并掌握數據庫的基本概念；

(2)理解并掌握數據文件、日志文件、文件組的基本概念；

(3)熟練掌握和使用SQL Server Management Studio管理器創建、刪除、更改（包括文件組、文件大小、文件增長方式等參數）數據庫；(4)熟練使用DDL語句來創建、刪除、更改（包括文件組、文件大小、文件增長方式等參數）數據庫。

1.2 實驗內容

件組，分別是主文件組和“Slave”文件組。數據庫包含兩個數據文件，分別是“mymaster.mdf”和“myslave.ndf”，其中數據文件“mymaster.mdf”屬于主文件組，存放在d:data目錄下，文件初始大小50M，文件屬性為自動增長，每次增長10%。數據文件“myslave.ndf”存放在e:data目錄下，屬于Slave文件組，文件大小固定為50M。該數據庫有一個日志文件，日志文件名稱“mylog.ldf”，文件位于c:log目錄中，日志文件初始大小為50M，文件屬性為自動增長，每次增長10M，最大文件大小為100M（實驗時一定要保證c:Log、d:data和e:data目錄存在，否則會發生錯誤，如果計算機d:盤或e:盤不存在，實驗時須將路徑調整到已存在的磁盤下）；(1)創建數據庫：待創建的數據庫邏輯名稱為“MyDB”。該數據庫有兩個文(2)修改數據庫：將剛才創建的數據庫“MyDB”的名稱修改為“TESTDB”，并刪除數據文件“myslave.ndf”，同時增加一個數據文件，該數據文件邏輯名稱為“test“，文件名稱為“test.ndf”，數據文件位于e:data（在e盤存在的情況下，如果e盤不存在，可指定道其他磁盤位置下），其他參數默認；

(3)刪除剛剛創建的“TESTDB”數據庫。

1.3 實驗步驟

對數據庫的管理（包括創建、修改、刪除）可以有兩種方式完成，使用SQL Server Management Studio管理器可以完成數據庫的日常管理，還可以通過查詢窗口輸入DDL語句完成數據庫的管理。

1.3.1 數據庫創建

(1)使用SQL Server Management Studio創建數據庫(2)使用SQL語句創建數據庫

1.3.2 修改數據庫

1.3.3 刪除數據庫“TESTDB”

(1)使用Management Studio刪除“TESTDB”(2)使用SQL語句刪除數據庫

1.4 思考與練習

答：(1)什么是數據庫？數據庫的組成有哪些？

(2)什么是文件組？如何創建文件組？主文件組可以刪除嗎？

答：

(3)數據文件，日志文件各有什么作用？

答：

(4)文件增長方式有哪些？如何設置？

答：1）在新建數據庫的界面中設置自動增長方式

2）利用SQL語句size設置大小，filegrowth設置增長類型，maxsize設置最大文件.(5)SQL Server Management Studio與數據庫的關系是什么

答：

第四篇：計算機網絡原理與應用

計算機網絡原理與應用

一：名解/填空/選擇/判斷（我也不知道是啥）

1.計算機網絡：將分布在不同地理位置的具有獨立功能的計算機、服務器、打印機等設備通過網絡通信設備和傳輸介質連接在一起，按照共同遵循的網絡規則，配有相應的網絡軟件的情況下實現信息交換、數據通信和資源共享的系統。2.數據：傳遞（攜帶）信息的實體 3.信息：數據的內容或解釋

4.信號：數據的物理量編碼（通常為電編碼），數據以信號的形式在介質中傳播。5.信道：傳送信息的線路（或通路）

6.比特：即一個二進制位。比特率為每秒傳輸的比特數（即數據傳送速率）7.碼元：時間軸上的一個信號編碼單元 8.波特（Baud）：碼元傳輸的速率單位。波特率為每秒傳送的碼元數（即信號傳送速率）。9.誤碼率：信道傳輸可靠性指標，是一個概率值

10.數字信號：計算機所產生的電信號是用兩種不同的電平表示0、1 比特序列的電壓脈沖信號，這種電信號稱為數字信號

11.模擬信號：電話線上傳送的按照聲音的強弱幅度連續變化的電信號稱為模擬信號，信號電平是連續變化的

12.信息編碼：將信息用二進制數表示的方法 13.數據編碼：將數據用物理量表示的方法。14.帶寬：信道傳輸能力的度量。

15.時延：信息從網絡的一端傳送到另一端所需的時間。

16.時延帶寬乘積：某一信道所能容納的比特數。時延帶寬乘積=帶寬×傳播時延 17.往返時延（RTT）：從發送端發送數據開始，到發送端收到接收端的確認所經歷的時間RTT≈2×傳播時延

18.通信的三個要素：信源、信宿和信道

19.噪聲：任何信道都不是完美無缺的，因此會對傳輸的信號產生干擾，稱為“噪聲” 20.數字信道：以數字脈沖形式（離散信號）傳輸數據的信道。（如ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域網）

21.模擬信道：以連續模擬信號形式傳輸數據的信道。（CATV、無線電廣播、電話撥號線路）22.數字通信：在數字信道上實現模擬信息或數字信息的傳輸 23.模擬通信：在模擬信道上實現模擬信息或數字信息的傳輸

24.串行通信：將待傳送的每個字符的二進制代碼按由低位到高位的順序依次發送的方式稱為串行通信

25.并行通信；利用多條并行的通信線路，將表示一個字符的8位二進制代碼同時通過8條對應的通信信道發送出去，每次發送一個字符代碼 26.單工：數據單向傳輸

27.半雙工：數據可以雙向交替傳輸，但不能在同一時刻雙向傳輸（例：對講機）28.全雙工：數據可以雙向同時傳輸（例：電話）

29.基帶傳輸：不需調制，編碼后的數字脈沖信號直接在信道上傳送以太網（局域網）30.頻帶傳輸：數字信號調制成音頻模擬信號后再傳送，接收方需要解調。通過電話網絡傳輸數據

31.寬帶傳輸：把信號調制成頻帶為幾十MHZ到幾百MHZ的模擬信號后再傳送，接收方需要解調。閉路電視的信號傳輸 32.多路復用：多個信息源共享一個公共信道

33.網絡協議：在兩個實體間控制數據交換規則的集合

34.網絡的體系結構：層和協議的集合被稱為網絡體系結構 35.電路交換：在通信雙方之間建立一條臨時專用線路的過程。36.網絡協議：兩個實體間控制數據交換規則的在集合 37.網絡體系結構：層和協議的集合被稱為網絡體系結構

38.域：是指某一類Internet主機的集合，它是管理一類Internet主機的一種組織形式。39.域名：是標識域的自然語言名稱，它與數字型的IP地址一一對應。

40.域名系統：是管理域的命名、管理主機域名、實現主機域名與IP地址解析的系統。41.文件傳輸：TCP／IP的文件傳輸協議FTP：負責將文件從一臺計算機傳輸到另一臺計算機上，并且保證其傳輸的可靠性

42.www基本概念：以超文本標注語言HTML與超文本傳輸協議HTTP為基礎，能夠提供面向Internet服務的、一致的用戶界面的信息瀏覽系統。

43.HTML：超文本標注語言HTML是一種用來定義信息表現方式的格式，它告訴WWW瀏覽器如何顯示信息，如何進行鏈接。一份文件如果想通過WWW主機來顯示的話，就必須要求它符合HTML的標準。

44.主頁：是指個人或機構的基本信息頁面，用戶通過主頁可以訪問有關的信息資源。主頁通常是用戶使用WWW瀏覽器Internet上任何WWW服務器（即Web主機）所看到的第一個頁面。

45.計算機網絡安全：通過采用各種安全技術和管理上的安全措施，確保網絡數據的可用性，完整性和保密性，其目的是確保經過網絡傳輸和交換的數據不會發生增加，修改，丟失和泄露等

46.數據加密：是通過某種函數進行變換，把正常數據報文（明文）轉換為密文。

47.密碼體制：是指一個系統所采用的基本工作方式以及它的兩個基本構成要素，即加密/解密算法和密鑰

48.對稱密碼體制：傳統密碼體制所用的加密密鑰和解密密鑰相同 49.非對稱密碼體制：加密密鑰和解密密鑰不相同

50.密鑰：密碼算法中的可變參數。改變了密鑰，也就改變了明文與密文之間等價的數學函數關系；

51.密碼算法：相對穩定。可以把密碼算法視為常量，而密鑰則是一個變量；在設計加密系統時，加密算法是可以公開的，真正需要保密的是密鑰

52.計算機網絡拓撲是通過網中結點與通信線路之間的幾何關系表示網絡結構，反映出網絡中各實體間的結構關系。

53.傳輸可靠性：數據能正確送達、數據能有序送達 54.通信的三個要素：信源、信宿和信道 二簡答/問答/計算

1.計算機網絡的基本特征：

1計算機網絡建立的主要目的是實現計算機資源的共享 ○②互聯的計算機是分布在不同地理位置的多臺獨立的“自治計算機”，沒有明確主從關系

③ 聯網計算機必須遵循全網統一的網絡協議。

2.計算機通信網絡與計算機網絡的區別：

計算機通信網絡：是以傳輸信息為主要目的、用通信線路將多個計算機連接起來的計算機系統的集合 計算機通信網絡是在物理結構上具有了計算機網絡的雛形，以相互間的數據傳輸為主要目的，資源共享能力弱，是計算機網絡的低級階段。3.計算機網絡的分類：

（1）按傳輸技術劃分：廣播式網絡、點—點式網絡

（2）按網絡規模與覆蓋范圍劃分：局域網、城域網、廣域網

（3）按網絡的數據傳輸與交換系統的所有權劃分:專用網、共用網

（4）按交換技術劃分:電路交換網絡、報文交換網絡、分組交換（包交換）網絡

（5）按網絡的拓撲結構劃分:星型網絡、環型網絡、樹型網絡、網狀型網絡、總線型網絡（6）按傳輸信道劃分:模擬信道網絡、數字信道網絡 4.常用的計算機網絡分類的主要依據：

①根據網絡所使用的傳輸技術②根據網絡的覆蓋范圍與規模 5.計算機網絡的結構與組成：

(1)：從數據處理與數據通信的角度，其結構可以分成兩個部分：①負責數據處理的計算機和終端②負責數據通信的通信控制處理機ccp與通信線路

(2): 從計算機網絡組成角度，典型的計算機網絡從邏輯功能上可以分為兩個子網：

資源子網、通信子網 6.資源子網的組成：

（1）主計算機系統（①為本地用戶訪問網絡其它主計算機設備、共享資源提供服務②為網中其它用戶或主機共享本地資源提供服務）（2）終端（輸入、輸出信息、存儲與處理信息）

（3）終端控制器（4）聯網外設（5）各種軟件資源、數據資源

功能：負責全網的數據處理業務，向網絡用戶提供各種網絡資源與網絡服務。7.通信子網：由網絡通信控制處理機、通信線路與其它通信設備組成。功能：完成全網數據傳輸、轉發等通信處理工作

（1）通信控制機：①存儲轉發處理機②集中器③網絡協議變換器④報文分組組裝／拆卸設備

（2）通信線路：是通信控制處理機與通信控制處理機、通信控制處理機與主計算機之間提供通信信道

8.計算機網絡拓撲構型的分類：

（1）點—點線路通信子網的拓撲（星型、樹型、環型、網狀型）（2）廣播信道通信子網的拓撲 9.星型特點：

①結點通過點-點通信線路與中心結點連接

②中心結點控制全網的通信，任何兩結點之間的通信都要通過中心結點 ③結構簡單，易于實現，便于管理

④網絡的中心結點是全網可靠性的瓶頸，中心結點的故障可能造成全網癱瘓 10.環型特點：

①結點通過點一點通信線路連接成閉合環路，環中數據將沿一個方向逐站傳送 ②結構簡單，傳輸延時確定

③環中每個結點與連接結點之間的通信線路都會成為網絡可靠性的瓶頸 ④環中任何一個結點出現線路故障，都可能造成網絡癱瘓 11.樹型拓撲構型可以看成是星型拓撲的擴展,特點：

結點按層次進行連接，信息交換主要在上、下結點之間進行，相鄰及同層結點之間一般不進行數據交換或數據交換量小。12.網狀型（無規則型）特點：

①結點之間的連接是任意的，沒有規律 ②系統可靠性高

③結構復雜，必須采用路由選擇算法與流量控制方法 13.中國的四大網絡體系：

（1）中國教育和科研計算機網（CERNET）（2）中國科技網（CSTNET）

（3）中國公用計算機互聯網（CHINANET）（4）中國金橋信息網（CHINAGBN）

14.從傳輸介質的角度來看，數據通信主要有兩種方式：有線通信方式和無線通信方式 15.有線通信方式的傳輸介質：雙絞線（最常用）、同軸電纜、光纖電纜

無線通信方式的傳輸介質：無線通信信道、衛星通信信道 16.雙絞線的主要特性：

（1）物理特性：屏蔽雙絞線（STP）非屏蔽雙絞線（UTP）屏蔽雙絞線由外部保護層、屏蔽層與多對雙絞線組成。非屏蔽雙絞線由外部保護層與多對雙絞線組成。

（2）傳輸特性：美國電器工業協會（EIA）規定了五種質量級別的雙絞線。

1類線的檔次最低，5類線的檔次最高 1類線：語音傳輸

2類線：語音傳輸以及進行最大速率為4Mbps的數字數據傳輸 3類線：目前在大多數電話系統中使用的標準電纜（10M）

4類線：用于10 BASE-T、100 BASE-T和基于令牌的局域網（16M）5類線：用于100 BASE-T和10 BASE-T網絡（100M）

選擇雙絞線電纜所需遵循的準則是：采用能夠安全有效完成任務所需的電纜（3）聯通性：雙絞線既可用于點到點連接，也可用于多點連接。（4）地理范圍：雙絞線用做遠程中繼線時，最大距離可達15公里；用于10Mbps局域網時，與集線器的距離最大為100米。

（5）抗干擾性：雙絞線的抗干擾性取決于一束線中相鄰線對的扭曲長度及適當的屏蔽（6）價格：雙絞線的價格低于其它傳輸介質，并且安裝、維護方便。17.同軸電纜的主要特性：

（1）物理特性：由內導體、絕緣層、外導體及外部保護層組成。內導體是單股實心線或絞合線（通常是銅制的）。外導體由絕緣層包裹，或是金屬包層或是金屬網。同軸電纜外導體的結構既是導體的一部分，還能（屏蔽）防止外部環境造成的干擾，阻止內層導體的輻射能量干擾其它導線

（2）傳輸特性：既可傳輸模擬信號又可傳輸數字信號

（3）連通性：既支持點到點連接，也支持多點連接。基帶同軸電纜可支持數百臺設備的連接，而寬帶同軸電纜可支持數千臺設備的連接

（4）覆蓋范圍：基帶同軸電纜使用的最大距離限制在幾公里范圍內，而寬帶同軸電纜最大距離可達幾十公里左右。（5）抗干擾能力：較強（6）價格：居中

基帶同軸電纜：數字信號的傳輸 50Ω用于局域網 75ΩCATV傳輸寬帶模擬/數字信號

18.與雙絞線相比同軸電纜抗干擾能力強，能夠應用于頻率更高、數據傳輸速率更快的情況 19.光纖電纜（光纖芯、包層、外部保護層）：（1）物理特性：一種傳輸光信號的傳輸媒介（2）傳輸特性：全反射

發送端兩種光源：發光二極管LED注入型激光二極管ILD 多模光纖：指光纖的光信號與光纖軸成多個可分辨角度的多光線傳輸 單模光纖：指光纖的光信號僅與光纖軸成單個可分辨角度的單光線傳輸

單模光纖的帶寬最寬，多模漸變光纖次之，多模突變光纖的帶寬窄，單模光纖適于大容量遠距離通信，多模突變光纖適于中等距離的通信，而多模突變光纖只適于小容量的短距離通信；在制造工藝方面，單模光纖的難度最大

（3）連通性：光纖最普遍的連接方法是點到點方式

（4）它可以在6—8公里的距離內，在不使用中繼器的情況下，實現高速率的數據傳輸（5）抗干擾力：長距離、高速率的傳輸中保持低誤碼率

-5—-6-7雙絞線典型的誤碼率在1010之間，基帶同軸電纜的誤碼率低于10，寬帶同軸電纜的誤-9-10碼率低于10，而光纖的誤碼率可以低于10，光纖傳輸的安全性與保密性極好 光纖具有低損耗、寬頻帶、高數據傳輸速率、低誤碼率與安全保密性好的特點 20.電磁波的傳播方式：

（1）一種是在自由空間中傳播，即通過無線方式傳播

（2）另一種是在有限制的空間區域內傳播，即通過有線方式傳播。（用同軸電纜、雙絞線、光纖等）在同軸電纜中，電磁波傳播的速度大約等于光速的2/3 21.電磁波按頻率由低到高可分為：按照頻率由低向高排列，不同頻率的電磁波可以分為無線、微波、紅外、可見光、紫外線、X射線與γ射線。用于通信的主要有無線、微波、紅外與可見光

22.移動物體之間的通信依靠無線通信手段：無線/微波通信系統、蜂窩/衛星移動通信系統 23.無線電波的特性與頻率有關。在較低頻率上，無線電波能輕易地通過障礙物，但是能量隨著與信號源距離的增大而急劇減小。在高頻上，無線電波趨于直線傳播并受障礙物的阻擋，還會被雨水吸收。

24.中繼站的功能是進行變頻、放大和功率補償，其數量的多少則與傳輸距離和地形地貌有關

25.傳統的蜂窩電話系統是模擬信號傳輸系統，它以模擬電路交換蜂窩技術為基礎 26.衛星傳輸的最佳頻段在1—10GHz之間，C頻段是目前使用較多的一種，它位于1—10GHz的最佳頻率范圍內 27.衛星通訊的優勢：

衛星通信覆蓋區域大，傳輸距離遠、可以實現多向多地址的通信、通信容量大、機動靈活、不易受到噪聲影響，轉發次數少，通信質量好，可靠性高 缺點：遠距離信息傳輸導致的時延過大，發射功率要求高 28.同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元從何時開始

同步脈沖也可位于碼元的中部、一個碼元也可有多個同步脈沖相對應 29.比特率、波特率和信號編碼級數的關系

Rbit = Rbaud log2M（M-信號的編碼級數，Rbit-比特率，Rbaud-波特率）在固定的信息傳輸速率下，比特率往往大于波特率（一個碼元中可以傳送多個比特）30.帶寬BW ≈ fmax－ fmin b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s單位：赫茲（Hz）31.時延=處理時延+排隊時延 +發送時延+傳播時延

處理時延=對數據進行處理和錯誤校驗所需的時間 排隊時延=數據在中間結點等待轉發的延遲時間 發送時延=數據位數/信道帶寬

傳播時延=d/s d:距離，s:介質中信號傳播速度

32.編碼：數據→適合傳輸的數字信號——便于同步、識別、糾錯 調制：數字信號→適合傳輸的形式——按頻率、幅度、相位 解調：接收波形→數字信號 解碼：數字信號→原始數據

33.信息通過數據通信系統的傳輸過程：

把攜帶信息的數據用物理信號形式通過信道傳送到目的地 34.數據通信系統構成： 數據傳輸系統：（1）傳輸線路（有線介質、無線介質）

（2）傳輸設備（調制解調器、中繼器、多路復用器、交換機等 調制解調器等網絡接入設備也稱為DCE）

數據處理系統：計算機、終端（DTE）又分為：

源系統（信源＋發送器）：發出數據的計算機 目的系統（信宿＋接收器）：接收數據的計算機

35.數據通信基本過程：

五個階段：建立物理連接、建立邏輯連接、數據傳輸、斷開邏輯連接、斷開物理連接 兩項內容：數據傳輸和通信控制 36.數字通信的優點

抗噪聲（干擾）能力強、可以控制差錯，提高了傳輸質量、便于用計算機進行處理、易于加密、保密性強、可以傳輸語音、數據、影像，通用、靈活

37.Nyquist公式：用于無噪聲理想低通信道(估算已知帶寬信道的最高數據傳輸速率)C = 2W log2 M C = 數據傳輸率（b/s）W = 帶寬（Hz）M = 信號編碼級數 38.shannon公式：用于有噪聲干擾信道 C = W log2（1+S/N）

C: 傳輸率(b/s)W: 帶寬(Hz)S/N: 信噪比 39.Nyquist公式和Shannon公式的比較

C = 2W log2M ◇用于理想信道（不存在）

◇數據傳輸率隨信號編碼級數增加而增加。

C = W log2（1+S/N）

◇用于有噪聲信道

◇無論信號編碼級數增加到多少，此公式給出了有噪聲信道可能達到的最大數據傳輸速率上限。

原因：噪聲的存在將使編碼級數不可能無限增加。

40.數據通信中需要在三個層次上實現同步：位—位同步、字符—字符同步、幀—幀同步 41.位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都與發送端保持同步，2種同步方法： 外同步——發送端發送數據之前發送同步脈沖信號，接收方用接收到的同步信號來鎖定自己 的時鐘脈沖頻率

外同步——發送端發送數據之前發送同步脈沖信號，接收方用接收到的同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率

42.字符同步：找到正確的字符邊界。常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個字符的傳輸需要： 1個起始位、5—8個數據位、1、1.5或2個停止位 采用這種同步方式的通信也稱“異步通信”。起止式的優缺點：

每個字符開始時都會重新獲得同步； 每兩個字符之間的間隔時間不固定； 增加了輔助位，所以傳輸效率低

43.幀同步：識別一個幀的起始和結束。幀（Frame）：數據鏈路中的傳輸單位——包含數據和控制信息的數據塊

面向字符的——以同步字符（SYN，16H）來標識一個幀的開始，適用于數據為字符類型的幀 面向比特的——以特殊位序列（7EH，即01111110）來標識一個幀的開始，適用于任意數據類型的幀

44.異步傳輸和同步傳輸的區別：

1、異步傳輸是面向字符的傳輸，而同步傳輸是面向比特的傳輸

2、異步傳輸的單位是字符而同步傳輸的單位是幀

3、異步傳輸通過字符起止的開始和停止碼抓住再同步的機會，而同步傳輸則是從數據中抽取同步信息。

4、異步傳輸對時序的要求較低，同步傳輸往往通過特定的時鐘線路協調時序

5、異步傳輸相對于同步傳輸效率較低 45．模擬傳輸和數字傳輸所使用的技術 模擬數據—移頻、調制—模擬信號 模擬數據—PCM編碼—數字信號 數字數據—調制—模擬信號 數字數據—數字編碼—數字信號 46.編碼與調制的區別

編碼：用數字信號承載數字或模擬數據 調制：用模擬信號承載數字或模擬數據_ 47.多路復用技術：提高線路利用率

適用場合：當信道的傳輸能力大于每個信源的平均傳輸需求時 48.復用的基本思想：

把公共共享信道用某種方法劃分成多個子信道，每個子信道傳輸一路數據 頻分復用FDM：按頻率劃分不同的信道，如CATV系統 波分復用WDM：按波長劃分不同的信道，用于光纖傳輸 時分復用TDM ：按時間劃分不同的信道，目前應用最廣泛 碼分復用CDM：按地址碼劃分不同的信道，非常有發展前途

49.頻分復用FDM：原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每路信號占用一個頻率通道進行傳輸。頻率通道之間留有防護頻帶以防相互干擾。波分復用——光的頻分復用

原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進行傳輸 時分復用TDM 原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數據占用一個時隙進行傳輸。在通信網絡中應用極為廣泛 碼分復用CDM 原理：每個用戶把發送信號用接收方的地址碼序列編碼（任意兩個地址碼序列相互正交）50.一個時間片內傳輸的多路數據稱為幀。51.統計（異步）TDM——STDM TDM的缺點：某用戶無數據發送，其他用戶也不能占用該時隙，將會造成帶寬浪費。STDM：用戶不固定占用某個時隙，有空時隙就將數據放入。55.數據交換技術：按某種方式動態地分配傳輸線路資源

（目的：節省線路投資，提高線路利用率）

56.實現交換的方法主要有：電路交換、報文交換和分組交換

54.電路交換：在通信雙方之間建立一條臨時專用線路的過程（可以是真正的物理線路，也可以是一個復用信道）特點：數據傳輸前需要建立一條端到端的通路。——稱為“面向連接的”（典型例子：電話）過程：建立連接→通信→釋放連接 優缺點：

建立連接的時間長；

一旦建立連接就獨占線路，線路利用率低； 無糾錯機制；

建立連接后，傳輸延遲小。

不適用于計算機通信：因為計算機數據具有突發性的特點，真正傳輸數據的時間不到10% 57.報文交換：以報文為單位進行“存儲-轉發”交換的技術。

在交換過程中，交換設備將接收到的報文先存儲，待信道空閑時再轉發出去，一級一級中轉，直到目的地。這種數據傳輸技術稱為存儲-轉發。傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰結點傳輸報文時建立結點間的連接?！Q為“無連接的”（典型例子：電報）

整個報文（Message）作為一個整體一起發送。優缺點：

沒有建立和拆除連接所需的等待時間； 線路利用率高； 傳輸可靠性較高；

報文大小不一，造成存儲管理復雜；

大報文造成存儲轉發的延時過長，且對存儲容量要求較高；出錯后整個報文全部重發。55.分組交換（包交換）：將報文分割成若干個大小相等的分組（Packet）進行存儲轉發。數據傳輸前不需要建立一條端到端的通路——也是“無連接的”。有強大的糾錯機制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。優缺點：

對轉發結點的存儲要求較低，可以用內存來緩沖分組——速度快； 轉發延時小——適用于交互式通信；

某個分組出錯可以僅重發出錯的分組——效率高； 各分組可通過不同路徑傳輸，容錯性好。

需要分割報文和重組報文，增加了端站點的負擔。分組交換有兩種交換方式：數據報方式和虛電路方式 56.數據報方式（Datagram）各分組獨立地確定路由（傳輸路徑）

不能保證分組按序到達，所以目的站點需要按分組編號重新排序和組裝

57.虛電路方式（Virtual Circuit）:通信前預先建立一條邏輯連接——虛電路 三個過程：建立－數據傳輸－拆除

虛電路的路由在建立時確定，傳輸數據時則不再需要。提供的是“面向連接”的服務。58.差錯控制：在通信過程中，發現、檢測差錯并進行糾正 59.產生差錯的原因： 信號衰減和熱噪聲

信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位的畸變； 信號反射，串擾；

沖擊噪聲，閃電、大功率電機的啟停等 60.檢錯碼主要有兩種編碼方法：

奇偶校驗：只能用于面向字符的通信協議中

只能檢測出奇數個位錯，偶數個位錯則不能檢出

61.循環冗余校驗：

校驗和是16位或32位的位串。CRC校驗的關鍵是如何計算校驗和 CRC校驗碼的檢錯能力： 可檢出所有奇數個錯； 可檢出所有單位/雙位錯；

可檢出所有≤G(x)長度的突發錯。常用的生成多項式G(x)：

16152CRC16=x+x+x+1 ***7542CRC32=x+x+x+x+x+x+x+x+x+x+x+x+x+1 62.CRC校驗和的計算

以數據塊（幀, Frame）為單位進行校驗

將數據塊構成的位串看成是系數為0或1的多項式

54如110001，可表示成多項式 x + x + 1 若G(x)為r階，幀為m位，其多項式為M(x)，則在幀后面添加r個0，成為

rm+r位，相應多項式2M(x)

r按模2除法用2M(x)除以G(x)：商Q(x)，余R(x)r即： 2M(x)= G(x)Q(x)+R(x)

r按模2加法把2M(x)與余數R(x)相加，結果就是要傳送的帶校驗和的幀的多項式T(x)：

r即：T(x)= 2M(x)+ R(x)

r實際上，T(x)=2M(x)+R(x)=[G(x)Q(x)+R(x)]+R(x)=G(x)Q(x)(模2運算)所以，若接收的T(x)正確，則它肯定能被G(x)除盡。

542例：已知信息碼為1000100101。給定G（x）= x+x+x+1。求CRC 循環校驗碼 因為已知信息碼為：1000100101，952 所以 f（x）= x+x+x+1 k 141075 f（x）·x= x+x+x+x = ***

542 G（x）= x+x+x+1 = 110101

CRC循環冗余校驗碼為： 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 63.數據是信息的載體。數據涉及對事物的表示形式，信息涉及對數據所表示內容的解釋 64.按照在傳輸介質上傳輸的信號類型，可以相應地將通信系統分為：

模擬通信系統、數字通信系統 65.為什么要進行數字化？

（1）抗干擾、抗噪聲性能好（2）差錯可控（3）易加密。

66.調制解調：若通信信道不允許直接傳輸計算機所產生的數字信號，則需要： ①調制 —— 在發送端將數字信號變換成模擬信號 ②解調 —— 在接收端將模擬信號還原成數字信號 用來完成調制解調功能的設備叫做調制解調器（modem）

67.數據通信按照信號傳送方向與時間的關系，可以分為三種：單工、半雙工、全雙工 68.實現字符或數據塊之間在起止時間上同步的常用方法有同步傳輸和異步傳輸兩種。69.同步傳輸

（1）位同步：接收端根據發送端發送數據的起止時間和時鐘頻率來校正自己的時間基準與時鐘頻率。

分類：外同步法、內同步法

（2）字符同步：保證收發雙方正確傳輸字符的過程就叫做字符同步。

1起止式（異步式）分類：○：采用異步方式進行數據傳輸就叫做異步傳輸

特點：每個字符作為一個獨立的整體進行發送，字符之間的時間間隔可以是任意的 2同步式：○采用同步方式進行數據傳輸就叫做同步傳輸, 將字符組織成組，以組為單位連續傳送。

70.異步傳輸：字符是數據傳輸單位 71.異步傳輸和同步傳輸的區別：

（1）異步傳輸是面向字符的傳輸，而同步傳輸是面向比特的傳輸。（2）異步傳輸的單位是字符而同步傳輸的單位是幀。

（3）異步傳輸通過字符起止的開始和停止碼抓住再同步的機會，而同步傳輸則是從數據中抽取同步信息。

（4）異步傳輸對時序的要求較低，同步傳輸往往通過特定的時鐘線路協調時序。（5）異步傳輸相對于同步傳輸效率較低 72.數據編碼方法：

（1）模擬數據編碼：振幅鍵控ASK、移頻鍵控FSK、移相鍵控PSK（2）數字數據編碼：非歸零碼NRZ、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼 73.模擬數據的數字編碼：脈沖編碼調制PCM 74.人們把通過通信信道后接收數據與發送數據不一致的現象稱為傳輸差錯，常簡稱為差錯 75.通信信道的噪聲分為熱噪聲和沖擊噪聲

76.沖擊噪聲引起的傳輸差錯為突發差錯，引起突發差錯的位長稱為突發長度（總結到這里我已經神經錯亂了，大家湊合著看吧）

77.誤碼率是指二進制碼元在數據傳輸系統中被傳錯的概率，它在數值上近似為： Pe＝Ne／N（N為傳輸的二進制碼元總數，Ne為被傳錯的碼元數）

-9 78.計算機通信的平均誤碼率要求低于1079.協議的三要素：語法、語義、時序

80.OSI參考模型：物理層—數據鏈路層—網絡層—傳輸層—會話層—表示層—應用層 81.物理層：協議(標準)：規定了物理接口的各種特性

82：協議：面向字符的：數據以字符為單位傳輸，用控制字符控制通信

面向比特的：數據以位為單位傳輸，用幀中的控制字段控制通信

83.網絡層：CCITT：X.25 TCP/IP：IP 84.傳輸層的特點：

以上各層：面向應用，本層及以下各層：面向傳輸；

與網絡層的部分服務有重疊交叉，功能取舍取決于網絡層功能的強弱；只存在于端主機中；實現源主機到目的主機“端到端”的連接 85.網絡層：為主機之間提供邏輯傳輸

傳輸層：為應用進程之間提供邏輯傳輸

網絡層則提供網絡中主機間的“邏輯通信” 傳輸層提供主機中的進程間的“邏輯通信” 86.應用層：HTTP、FTP、TELNET、E-mail 87.88.TCP/IP是指傳輸控制協議和網際協議簇 89.TCP/IP協議特點：

1.開放的協議標準—免費使用，獨立于特定的計算機硬件與操作系統；

2.獨立于特定的網絡硬件—可以運行在局域網、廣域網，更適用于互連網中； 3.統一的網絡地址分配方案—整個TCP/IP設備在網中都具有唯一的地址； 4.標準化的高層協議—提供多種可靠的用戶服務 90.TCP/IP層次：網絡接口層—網際層—傳輸層—應用層 91.網絡接口層功能：通過網絡發送和接受IP數據報 92.網際層功能：

處理來自傳輸層的分組發送請求、處理接受的數據報、處理互聯的路徑、流控與擁塞問題 協議：IP 網際協議、ICMP 因特網控制報文協議

ARP 地址解析協議、RARP 逆地址解析協議 93．傳輸層：提供端－端的數據傳送服務

協議：傳輸控制協議 TCP —可靠的面向連接的協議

用戶數據報協議 UDP —不可靠的無連接協議

94.應用層：網絡終端(TELNET)協議：實現互聯網中遠程登錄功能 文件傳輸協議(FTP)：實現互聯網中交互式文件傳輸功能 簡單郵件傳輸協議(SMTP)：實現互聯網中電子郵件傳送 域名服務(DNS)：實現網絡設備名字到IP地址映射

簡單網絡管理協議(SNMP)：管理程序和代理程序之間的通信服務 超文本傳輸協議(HTTP)：用于WWW服務

95.OSI參考模型與TCP／IP參考模型比較： 相同：基于獨立的協議棧的概念 采用了層次結構的概念，層的功能也大體相似 在傳輸層中二者定義了相似的功能

不同：OSI引入了服務、接口、協議的概念，TCP/IP則沒有，但他正是借鑒了OSI的這些概念建模的。

OSI先有模型，后有協議，TCP/IP則相反。OSI先有標準后實踐，TCP/IP則相反。OSI太復雜，TCP/IP簡單卻并不全面。

分層不同，OSI模型有7層，TCP/IP模型有4層

OSI在網絡層提供無連接和連接兩種服務，而在傳輸層只提供連接服務。TCP/IP的網絡層為無連接，而傳輸層提供無連接和連接兩種服務。

96.IP地址 見教材P.68 —P.70 嫌麻煩 不想打

97.子網掩碼：懶得弄了 自己做練習題吧 教材P.84—P.92 98.IP地址與域名比較：

（1）域 名--用字符表示的網絡主機名是主機標識符；

IP地址--數字型,難于記憶與理解

域名--字符型，直觀，便于記憶與理解（2）IP地址--用于網絡層

域名--用于應用層

IP地址與域名： 全網唯一，一一對應

99.Internet主機域名的一般格式是：主機名.單位名.類型名.國家代碼 100.電子郵件的特點

①傳遞迅速，范圍廣闊，比較可靠；

②不要求雙方都在場，不需要知道通信對象的位置； ③實現一對多的郵件傳送；

④可以將文字、圖像、語音等多種類型的信息集成在一個郵件中傳送 101.電子郵件系統的協議：簡單郵件傳輸協議 SMTP、郵件讀取協議POP3 102.Internet的遠程登錄服務（TELNET）的主要作用 ①允許用戶與在遠程計算機上運行的程序進行交互； ②當用戶登錄到遠程計算機時，可以執行遠程計算機上的任何應用程序，并且能屏蔽不同型號計算機之間的差異；

③用戶可以利用個人計算機去完成許多只有大型計算機才能完成的任務 103.TCP／IP的文件傳輸協議FTP：負責將文件從一臺計算機傳輸到另一臺計算機上，并且保證其傳輸的可靠性

104.WWW服務器采用超文本鏈路來鏈接信息頁

文本鏈路由統一資源定位器（URL）維持

WWW客戶端軟件（WWW瀏覽器）負責信息顯示向服務器發送請求 105.WWW服務的特點

(1)以超文本方式組織網絡多媒體信息

(2)用戶可在世界范圍內查找、檢索、瀏覽及添加信息(3)提供生動直觀、易于使用、統一的圖形用戶界面

(4)網點間可以互相鏈接，以提供信息查找和漫游的透明訪問(5)可訪問圖像、聲音、影像和文本信息 106.HTML語言的作用

HTML是WWW上用于創建超文本鏈接的基本語言，可以定義格式化的文本、色彩、圖像 與超文本鏈接等，主要被用于WWW主頁的創建與制作 107.HTML語言的特點

（1）通用性（2）簡易性（3）可擴展性（4）平臺無關性（5）支持用不同方式創建HTML文檔

108.URL描述了瀏覽器檢索資源所用的協議、資源所在計算機的主機名，以及資源的路徑與文件名。

109.URL使用的協議：gopher、ftp、file、telnet 110.DNS名稱的解析方法：用hosts文件進行解析、通過DNS服務器解析 111.DNS服務器的兩種查詢方法

（1）遞歸查詢：遞歸查詢是最常見的查詢方式（2）迭代查詢 112.網絡中的信息安全問題：信息存儲安全與信息傳輸安全

113.信息傳輸安全問題的四種基本類型：截獲、篡改、竊聽、偽造

第五篇：傳感器原理與應用

傳感器原理與應用（專業限選課）

Principle and Application of Sensor

【課程編號】XZ260111

【學分數】2

【學時數】24+6+9（實驗課時）【課程類別】專業限選 【編寫日期】2010.3.30 【先修課程】電路分析、模電、數電

【適用專業】電子信息工程類

一、教學目的、任務

《傳感器原理和應用》是電子及自動化專業的一門專業課。它有較強的實際應用價值。通過學習本課程使學生掌握各類傳感器的基本原理、主要性能及其結構特點；能合理地選擇和使用傳感器； 掌握常用傳感器的工程設計方法和實驗研究方法；了解傳感器的發展動向。

二、課程教學的基本要求

現代信息產業的三大支柱是傳感器技術﹑通信技術和計算機技術，它們分別構成了信息系統的“感官”、“神經”和“大腦”。在機械工程中,傳感器對于機械電子、測量、控制、計量等領域都是必不可少的獲取信息的關鍵部件。

鑒于上述認識并考慮學科特色,在本課程有限學時內,要求學生重點掌握下列幾方面的知識：⑴傳感器的基本概念﹑術語和特性；⑵常用傳感器的原理、結構和應用；⑶傳感器測量電路；⑷傳感器的典型應用。

三、教學內容和學時分配

第1章 傳感與檢測技術的理論基礎自學

主要內容：

1.1測量概論

1.2測量數據的估計和處理

教學要求：

了解測量的基本概念，測量系統的特性，測量誤差及數據處理的各種方法。

第2章 傳感器概述2學時

2.1傳感器的組成與分類

2.2傳感器的基本特性

教學要求：

熟悉傳感器的輸出--輸入特性與內部結構參數有關的外部特性，掌握其靜態特性，動態特性的分析方法。

第3章 應變式傳感器4學時

主要內容：

3.1 工作原理

3.2 應變片的種類、材料及粘貼

3.3 電阻應變片的特性

3.4 電阻應變片的測量電路

3.5 應變式傳感器的應用

教學要求：

熟悉應變片傳感器的工作原理及外部特性，了解其應用范圍，掌握測量電路的分析方法。其它教學環節：實驗一應變片性能測試實驗3學時

實驗性質：驗證性實驗

實驗內容：金屬箔式應變片性能——單臂電橋、半橋和全橋。

實驗目的與要求：掌握使用金屬箔式應變片組成單臂電橋、半橋和全橋的方法，了解在不同電路

形式時電路的輸出特性。

注意要點：確保接線正確，電源電壓不能用錯。

第4章 電感式傳感器3 學時

主要內容：

4.1自感式電感傳感器

4.2差動變壓器式傳感器

4.3電渦流式傳感器

教學要求：

了解電感式傳感器的應用范圍，工作特點，掌握其組成的各種測量電路的分析方法及組成特點。其它教學環節：實驗二電渦流式傳感器的靜態位移性能3學時

實驗性質：設計性實驗

實驗內容：電渦流式傳感器的工作原理和工作情況，動手自制一個渦流探頭，利用實驗室放大器

及振蕩器對不同被測材料（即混料）進行分選。

實驗目的與要求：研究電渦流傳感器特性，被測材料（物質）對傳感器的特性的影響以及電渦流

傳感器的應用。

注意要點：確保接線正確，激勵、響應線圈不能用錯。

第5章電容式傳感器3 學時

主要內容：

5.1電容式傳感器的工作原理和結構

5.2電容式傳感器的靈敏度及非線性

5.3電容式傳感器的等效電路

5.4電容式傳感器的測量電路

5.5電容式傳感器的應用

教學要求：

熟悉電容式傳感器的工作原理及結構，掌握其在非電量測量與自動檢測中的應用。

其它教學環節：實驗三 變面積式電容傳感器的性能1學時

實驗性質：驗證性實驗

實驗內容：變面積式電容傳感器的工作原理和工作情況。

實驗目的與要求：熟悉變面積式電容傳感器的工作原理和工作情況；研究差動式電容傳感器特性。注意要點：確保接線正確，電源電壓不能用錯。

第6章 壓電式傳感器3 學時

主要內容：

6.1壓電效應及壓電材料

6.2 壓電式傳感器測量電路

6.3 壓電式傳感器的應用

教學要求：

了解壓電式傳感器具有的特點及其應用范圍，掌握其組成的測量電路分析及應用。

第7章 磁電式傳感器4學時

主要內容：

7.1磁電感應式傳感器

7.2 霍爾式傳感器

教學要求：

掌握磁電式傳感器的各種不同類型及應用范圍。

其它教學環節：實驗四 霍爾傳感器特性研究及應用2學時

實驗性質：驗證性實驗

實驗內容：霍爾傳感器在交、直流信號激勵下的特性。

實驗目的與要求：了解霍爾傳感器的結構和工作原理；實驗研究霍爾傳感器在交、直流信號激勵

下的特性；掌握霍爾傳感器測量振幅和稱重應用的實驗方法。

注意要點：確保接線正確，電源電壓不能超出規定值。

第8章 光電式傳感器3 學時

主要內容：

8.1光電器件

8.2光纖傳感器

教學要求：

熟悉典型的光電器件的特性和應用，了解光纖傳感器及其技術發展方向，掌握紅外傳感器的應用。

第9章 半導體傳感器2學時

主要內容：

9.1半導體氣敏傳感器

9.2濕敏傳感器

9.3色敏傳感器

9.4半導體式傳感器的應用

教學要求：

了解以半導體材料組成的各種傳感器及其它們的工作原理，掌握氣敏、濕敏、色敏傳感器在測量電路中的應用及其電路分析。

第10章 超聲波傳感器2學時

主要內容：

10.1超聲波及其物理性質

10.2超聲波傳感器

10.3超聲波傳感器應用用

教學要求：

熟悉超聲波傳感器的工作原理及其物理性質，掌握超聲波傳感器的應用。

第11章 微波傳感器1學時

主要內容：

11.1微波概述

11.2微波傳感器的原理和組成11．3微波傳感器的應用

教學要求：

了解壓電式傳感器具有的特點及其應用范圍，掌握其組成的測量電路分析及應用。

第12章 輻射式傳感器1 學時

主要內容：

12.1紅外傳感器

12.2核輻射傳感器

教學要求：

了解輻射式傳感器的特性及應用。

第13章 數字式傳感器自學

主要內容：

13.1光柵傳感器

13.2編碼器

13.3感應同步器

教學要求：

了解數字式傳感器的特點及應用。

第14章 智能式傳感器自學

主要內容：

14.1概述

14.2傳感器的智能化

14.3集成智能傳感器

教學要求：

了解集成智能感器的特性及應用。

第15章 傳感器在工程檢測中的應用4學時

主要內容：

15.1溫度測量

15.2壓力測量

15.3流量測量

15.4物位測量

教學要求：

了解熱電偶的結構和原理、熱電效應的構成成份。掌握熱電偶的基本定律、冷端補償方法、測量計算方法。了解熱電阻的工作原理、結構，掌握應用方法。了解傳感器在工程檢測中的作用及其應用。

四、教學重點、難點及教學方法

重點：各種常見的、應用廣泛的傳感器的基本原理、基本特性、轉換電路以及工程應用，及分析、設計方法。以課堂講授為主，通過實驗加深對所學各類傳感器的性能及工作原理理解。

難點：各種傳感器的特性分析。

五、考核方式及成績評定方式：

考核方式：考查，六、教材及參考書目

推薦教材：

《傳感器原理及工程應用》（第三版），郁有文等編著，西安科技大學出版社，2008年參考書：

1．王化祥，《傳感器原理與應用》，天津大學出版社，第七版，2003

3．劉君華，《智能傳感器系統》，西安電子科技大學出版社，第一版，1999

4．單成祥，《傳感器的理論與設計基礎及其應用》，國防工業出版社，1999

4．趙負圖，《現代傳感器集成電路》，人民郵電出版社，2000

修（制）訂人：審核人：

2010年 3 月30日