第一篇：光導(dǎo)纖維與光通信
摘要：在今日，社會上充斥的各種信息，在世界范圍內(nèi)迅速傳播。人們可以在互聯(lián)網(wǎng)上方便快捷查閱任何想要的資料、可以足不出戶就了解世界各地的最新時事、可以欣賞高清晰電視轉(zhuǎn)播節(jié)目、可以與千里之外的友人通話。這些改變著人類生活的一切，要歸功于英籍華裔科學(xué)家高錕發(fā)明的“光導(dǎo)纖維”，即“光纖”。被譽(yù)為“光纖之父”的高錕，用他的發(fā)明為人類連通了信息時代。諾貝爾獎評委會這樣描述說：“光流動在細(xì)小如線的玻璃絲中，它攜帶著各種信息數(shù)據(jù)傳遞向每一個方向，文本、音樂、圖片和視頻因此能在瞬間傳遍全球?！?/p>
關(guān)鍵詞：光導(dǎo)纖維、光纖通信、原理
光導(dǎo)纖維和同軸電纜相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯——在多模光纖中，芯的直徑是15mm~50mm，大致與人的頭發(fā)的粗細(xì)相當(dāng)；在單模光纖中，芯的直徑為8mm~10mm。芯外面包圍著一層折射率比芯低的玻璃封套，以使光纖保持在芯內(nèi)。再外面的是一層薄的塑料外套，用來保護(hù)封套。光纖通常被扎成束，外面有外殼保護(hù)。纖芯通常是由石英玻璃制成的橫截面積很小的雙層同心圓柱體，它質(zhì)地脆,易斷裂,因此需要外加一保護(hù)層（如圖1所示）。當(dāng)然，發(fā)展至今日，光纖不再局限與石英玻璃，按照制造光纖所用的材料分類，有石英系光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層石英芯光纖、全塑料光纖和氟化物光纖等。
光纖自身不能發(fā)光，但光線可以傳光。先來看這樣一個實驗：用一只盛滿水的器皿，讓水從器皿的側(cè)孔中流出，這是投射在水中的光也隨著水流傳導(dǎo)出來。這是英國皇家學(xué)會的約翰?丁達(dá)爾向英國皇家學(xué)會演示的一個著名的實驗，首次科學(xué)的闡述了光在透明柱體中通過多次全反射向前傳播的現(xiàn)象。
要想仔細(xì)了解光纖傳光原理，就要先了解一些幾何光學(xué)的知識。幾何光學(xué)是研究光在均勻介質(zhì)中的傳播特性，通常采用直線來描述，它是研究光在介質(zhì)中傳播的基礎(chǔ)光學(xué)理論。幾何光學(xué)理論的四大基本定律為，分別為——光的直線傳播定律、光的獨立傳播定律、光的反射定律、光的折射定律。
全反射是一種特殊的折射現(xiàn)象，當(dāng)光線從一種介質(zhì)1射向另一種介質(zhì)2時，本來應(yīng)該有一部分光進(jìn)入介質(zhì)2，稱為折射光，另一部分光反射回介質(zhì)1，稱為反射光。但當(dāng)介質(zhì)1的折射率大于介質(zhì)2的折射率，既光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，折射角是大于入射角的，所以當(dāng)增大入射角，折射角也增大，但折射角先增大到90度，此時（入射角叫臨界角）折射光消失，只剩下反射光，稱為全反射現(xiàn)象（如圖2所示）。
公式為n=sin90`/sinc=1/sincsinc=1/n(c為臨界角）
光導(dǎo)纖維傳光利用的就是全反射的道理，光纖在結(jié)構(gòu)上有中心和外皮兩種不同介質(zhì)，光從中心傳播時遇到光纖彎曲處，會發(fā)生全反射現(xiàn)象，而保證光線不會泄漏到光纖外。光在均勻透明的，即使是彎曲的玻璃棒的光滑內(nèi)壁上,借助于接連不斷地全反射,可以從一端傳導(dǎo)到另一端（如圖3所示）。當(dāng)棒的截面直徑很小，甚至到數(shù)微米數(shù)量級，傳導(dǎo)的效果也不變，這種導(dǎo)光的細(xì)玻璃絲稱光學(xué)纖維。光在纖維中的傳導(dǎo)有專門的波導(dǎo)理論來論述，但是也不妨用光的全反射來作一般的解釋。
設(shè)想一根放大了的光學(xué)纖維的一段斷面（如圖4所示），它的內(nèi)芯的折射率為ng，外皮層的折射率為nb，并且nb
如果玻璃纖維彎曲得很厲害，以致于某些光線在彎曲處在芯與外皮層的分界面上的入射角小于臨界角，則相應(yīng)的光線會透過分界面，由外皮層漏掉。不過，只要彎曲的曲率半徑比纖維的截面半徑大10倍以上，則所述的漏光并不嚴(yán)重。所以，一般彎曲的光學(xué)纖維，只要它的玻璃芯的透明度高、均勻，并且芯與外皮層之間的分界面光滑，就是一根好的光導(dǎo)管。
光纖主要分以下兩大類——傳輸點模數(shù)類和折射率分布類。第一，傳輸點模數(shù)類，分單模光纖(Single Mode Fiber)和多模光纖(Multi Mode Fiber)。單模光纖的纖芯直徑很小,在給定的工作波長上只能以單一模式傳輸,傳輸頻帶寬,傳輸容量大。多模光纖是在給定的工作波長上,能以多個模式同時傳輸?shù)墓饫w。與單模光纖相比,多模光纖的傳輸性能較差。第二，折射率分布類，光纖可分為跳變式光纖和漸變式光纖。跳變式光纖纖芯的折射率和保護(hù)層的折射率都是一個常數(shù)。在纖芯和保護(hù)層的交界面,折射率呈階梯型變化。漸變式光纖纖芯的折射率隨著半徑的增加按一定規(guī)律減小,在纖芯與保護(hù)層交界處減小為保護(hù)層的折射率。纖芯的折射率的變化近似于拋物線（如圖5所示）。
光纖最大的應(yīng)用便是光纖通信。光纖通信是利用光波作載波，以光纖作為傳輸媒質(zhì)將信息從一處傳至另一處的通信方式，包括以下幾個主要部分:光纖光纜技術(shù)、傳輸技術(shù)、光有源器件、光無源器件以及光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。光纖通信系統(tǒng)是以光波為載體、光導(dǎo)纖維為傳輸媒體的通信方式，起主導(dǎo)作用的是光源、光纖、光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)。光源是光波產(chǎn)生的根源；光纖是傳輸光波的導(dǎo)體；光發(fā)送機(jī)的功能是產(chǎn)生光束,將電信號轉(zhuǎn)變成光信號,再把光信號導(dǎo)入光纖；光接收機(jī)的功能負(fù)責(zé)接收從光纖上傳輸?shù)墓庑盘?并將它轉(zhuǎn)變成電信號,經(jīng)解碼后再作相應(yīng)處理（如圖6所示）。
光纖通信系統(tǒng)的主要優(yōu)點有——第一，傳輸頻帶寬,通信容量大；第二，線路損耗低,傳輸距離遠(yuǎn)；第三，抗干擾能力強(qiáng),應(yīng)用范圍廣；第四，線徑細(xì),重量輕；第五，抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)；第六，光纖制造資源豐富。正是這些優(yōu)勢，使光纖通信技術(shù)從光通信中脫穎而出,成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一,在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用。光纖通信作為一門新興技術(shù),其近年來發(fā)展速度之快、應(yīng)用面之廣是通信史上罕見的,也是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志和未來信息社會中各種信息的主要傳送工具。
對于未來光纖及光纖通信的研究與發(fā)展，我想主要在于以下幾個方面——第一，是對于光纖通信更長距離傳輸以及更大容量傳輸?shù)难芯?；第二，是對于新型光?dǎo)纖維的研究與開發(fā)，以期在節(jié)約成本和提高性能或特色性能方面得到提高；第三，是對于光纖通信范圍進(jìn)一步擴(kuò)大化以及對其他一些通信的取代方面的研究。另外，目前塑料光纖的研究還不成熟，但塑料光纖又在某些方面有著很大優(yōu)勢，所以塑料光纖技術(shù)的成熟化應(yīng)該也是未來的一大研究方向。
在整個歷史長河中看光纖通信的發(fā)展，我覺得這實在是一個偉大的創(chuàng)舉。光纖通信曾是一大研究熱點，但到了19世紀(jì)60年代，許多科學(xué)家因為在諸多研究后，發(fā)現(xiàn)玻璃纖維的衰減損耗仍在每公里1000分貝以上，而放棄了光纖通信的研究；而高錕博士在英國標(biāo)準(zhǔn)電信實驗室作了大量研究，在此基礎(chǔ)上，提出大膽設(shè)想，只要能設(shè)法降低玻璃纖維的雜質(zhì)，解決好玻璃純度和成分等問題，就有可能是光線的損耗從每公里100分貝將得到20分貝。1966年，在高錕發(fā)表了一篇題為《光頻率介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》的論文后，有人稱之為匪夷所思，也有人對此大加褒揚，在爭論中，高錕的設(shè)想逐步變成現(xiàn)實。這給了我三點啟示：第一，所有的科學(xué)事實都是建立在實驗的基礎(chǔ)上，只有親自作了大量的實驗，才有足夠的數(shù)據(jù)，只有有了足夠的數(shù)據(jù)，才能做出歸納總結(jié)，由此，才可能有所發(fā)現(xiàn)；第二，在科學(xué)的探道路上，沒有平坦之途，我們必須敢于大膽地猜想假設(shè)并提出自己的想法，來接受大家的質(zhì)疑與真理的檢驗，并且在這個設(shè)想之上，不斷地探索與研究來為自己的設(shè)想提供科學(xué)的依據(jù)甚至將設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實；第三，不要被眼前的現(xiàn)象所迷惑，或是被公認(rèn)的理論所局限，要善于提出疑問，要善于自我思考，要善于換個角度思考問題，善于發(fā)現(xiàn)公眾所沒有注意到的細(xì)微之處，并據(jù)此實現(xiàn)突破。
參考資料：
1.百度文庫《光通信從了解到精通(光纖及光無源器件)》
網(wǎng)址：
2.論文《塑料光纖傳光原理》
作者：江源/劉玉慶時間：2007-11-24 12:46:00來源：論文天下論文網(wǎng)
網(wǎng)址：
3.《光纖通信原理技術(shù)》
4.百度百科《全反射》
網(wǎng)址：
5.《光纖光纜和通信電纜的技能發(fā)展與思考》光纖在線編輯部 2011-03-26 17:12:25網(wǎng)址：http://baike.baidu.com/view/45238.htm
第二篇：2004光通信A答案
A卷
一、填空 1、2ms
32時隙
2、局內(nèi)通信、短距離通信、長距離通信3、8000赫茲
4、STM-1 155.520Mbit/s
5、VC-
12、VC-
3、VC-4
6、誤碼率指標(biāo)
7、接地
8、短路狀態(tài)、通路狀態(tài)
9、時間上
10、公務(wù)通信
11、電路層、通道層、傳輸媒質(zhì)層
二、選擇題
1、C
2、C
3、B
4、B
5、C
6、D、7、A
11、B
12、A、13、B、14、C
15、A
三、判斷題
1、F
2、T
3、T
4、F
5、F
6、T
7、F
四、名詞解釋
1、誤塊秒比
130頁中部
2、同步傳送模塊
74頁最后
3、光接收機(jī)靈敏度 156頁中部
4、不可用時間 178頁最后
5、映射
105頁最后
五、綜合題
1、解釋下列英文縮寫的中文含義。PCM 脈沖編碼調(diào)制
8、B
9、D
8、F
9、F
10、B
10、F MSTP 多業(yè)務(wù)傳送平臺 STM 同步傳送模塊 DCC 數(shù)據(jù)通信信道 OTDR 光時域反射儀
2、簡述重大障礙處理中各類業(yè)務(wù)恢復(fù)的順序。先重要專線，后一般； 先高層網(wǎng)業(yè)務(wù)，后普通； 先確保國際和際中業(yè)務(wù)，后國內(nèi)； 先搶通系統(tǒng)性全阻，后支路（通道）； 先高次群，后低次群； 先干線，后省內(nèi)（地方）
3、簡述光接收機(jī)靈敏度的測量方法，并畫出示意圖。（8分）系統(tǒng)測試318頁
4、計算STM-16信號中復(fù)用段DCC（D4-D12）通道的速率。（5分）答：9*64k=576k
5、簡述以下SDH幀結(jié)構(gòu)中的開銷字節(jié)的作用（5分）B1
再生段誤碼檢測 A1、A2 識別STM-N的起始位置 J0 V5 再生段蹤跡字節(jié)，發(fā)送接入點識別符
VC-12通道開銷字節(jié)，用于誤碼性能檢測，通道遠(yuǎn)端誤碼指示，通道遠(yuǎn)端失效指示，信號標(biāo)記，通道遠(yuǎn)端故障指示等功能 DCC 構(gòu)成SDH管理網(wǎng)的傳送信道，在網(wǎng)元之間傳送操作、管理和維護(hù)信息 B卷
一、填空 1、3 2、850 1310 1550
3、映射、復(fù)用、定位校準(zhǔn)4、32、256
5、NRZ、7
6、接地、防靜電手鐲
7、K2、S1
8、設(shè)備平均故障間隔、平均故障修復(fù)時間
9、VC-
12、VC-
3、VC-4
二、選擇
1、C
2、A
3、B
4、C
5、D
11、C
12、A
13、D
14、D
15、D
三、判斷題
1、T
2、F
3、F
4、F
5、T
四、名詞解釋
1、嚴(yán)重誤塊秒
130頁
2、接收機(jī)過載光功率 156頁
3、虛容器
77頁
4、不可用時間
178頁最后
5、指針 92頁
6、B
7、B
6、T
7、F
8、D
9、C
8、F
9、T
10、A
10、F
6、五、綜合題
1、簡述VC12映射進(jìn)STM-1幀中的步驟，并畫出基本映射結(jié)構(gòu)圖（6分）。86頁
2、簡要介紹SDH不同類型的標(biāo)準(zhǔn)光接口及其表示方法（6分）。148頁
3、簡述以下2500+設(shè)備中機(jī)盤的主要作用。(5分)PQ1 S16 XCS SD1
4、請說出通信網(wǎng)絡(luò)的五種物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并說明哪種在SDH網(wǎng)中最常用，為什么？（6分）117頁
5、簡述傳輸故障排查過程中的故障定位原則，并簡要說明（7分）
故障定位的一般原則可以總結(jié)為“先外部，后傳輸；先單站，后單板；先線路，后支路；先高級，后低級”。
1）先外部，后傳輸，就是說在定位故障時，應(yīng)先排除外部的可能因素，如光纖斷，交換故障或電源問題等。
2）先單站，后單板就是說在定位故障時，首先要盡可能準(zhǔn)確地定位出是那個站點出的問題。3）從告警信號流中可以看出，線路板的故障常常會引起支路板的異常告警，因此故障定位時，應(yīng)該“先線路，后支路”的順序，排除故障。
4）先高級，后低級的意思就是說，我們在分析告警時，應(yīng)首先分析高級別的告警，如危機(jī)SCC 告警、主要告警；然后再分析低級別的告警，如次要告警和一般告警。會議電視 A卷
一、填空
1、終端設(shè)備、傳輸信道、多點控制設(shè)備
2、按時開機(jī)、回聲訓(xùn)練
3、正電荷4、0、1、1、15、4
6、H.321
7、不同路由、不同傳輸手段、2
二、選擇
1、B
2、D
3、B
4、B
5、C
三、判斷題
1、T
2、T
3、F
4、T
5、F
四、計算題
1、=0.04*5*22*30=132
2、合格率=56/60 *100%=93.3%
大于90%，合格，達(dá)到要求
五、簡答題
1、消防安全管理條例“四懂、四會”中“四會”指的是什么？（10分）答：
2、某單位請一位著名的影、視、歌三棲明星到敞開一個電視會議，會議是某位工作人員特地錄下該明星的形象和發(fā)言，并復(fù)制了幾分給自己的好友。請分析其行為對不對？為什么？（15分）
答：不對，因為根據(jù)機(jī)房工作安全和保密制度要求，各會場虛經(jīng)用戶同意方可錄音照相，不得隨意復(fù)制。會議電視設(shè)備的資料以及會議的音像資料不得擅自攜帶出機(jī)房，防止失密。
B卷
一、填空
1、并聯(lián)2、2、全程全網(wǎng)、聯(lián)合作業(yè)3、3、質(zhì)量第一、用戶至上
4、壓縮、會議電視、數(shù)字傳輸5、5、18-
25、40-70%
6、一般性設(shè)備故障、責(zé)任事故
7、設(shè)備正常、回聲訓(xùn)練 8、45
二、選擇
1、A
2、B
3、C
4、C
5、C
三、判斷
1、T
2、F
3、F
4、T
5、F
四、簡答
1、可用率=(600-20)/600=96.6% 大于90%，合格
2、包括系統(tǒng)可用率和設(shè)備完好率兩項指標(biāo)。
系統(tǒng)可用率=（每季系統(tǒng)無障礙總時長/每季實際開會時長）*100% 大于90%為合格
設(shè)備完好率=（各類設(shè)備中完好數(shù)總和/各類設(shè)備應(yīng)考核數(shù)總和）*100%
五、分析
1、答：辦理方式不對。外部人員因公進(jìn)入機(jī)房，應(yīng)經(jīng)上級批準(zhǔn)，由有關(guān)負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)方可入內(nèi)。外籍人員因工作需要進(jìn)入機(jī)房，須嚴(yán)格履行涉外手續(xù)，經(jīng)主管部門批準(zhǔn)后，制定中方陪同人員，詳細(xì)記錄進(jìn)出機(jī)房人員的姓名、時間、批準(zhǔn)人及工作情況
2、答：規(guī)程12頁 光纜線務(wù)員 A卷
一、填空題
1、正比、折射定律
2、光波
3、層絞式
4、防強(qiáng)電、防雷5、2.5m 4.0m6、0.2
0.1
7、光纖損耗、接頭損耗
二、選擇題
1、D
2、C
3、D
4、B
5、C
6、C
7、C
8、C
三、判斷題
1、F
2、F
3、F
4、T
5、T
四、計算題
1、Δ=(1.5-1.485)/1.5=0.01 NA=(1.52-1.4852)1/2=
2、R=R1+R2//R3=16+12//6=16+4=20 I=U/R=10/20=0.5A
五、簡答題
1、在人孔中進(jìn)行作業(yè)之前，需采取哪些安全措施？（10分）
答：在人孔內(nèi)工作時，必須設(shè)置圍欄、紅旗，夜間點紅燈，要有專人看守。打開人孔蓋后應(yīng)立即通風(fēng)，確知無有害氣體后方可作業(yè)。出入人孔必須使用折梯，嚴(yán)禁隨意蹬踩光纜、托架等，不準(zhǔn)在人孔內(nèi)點燃噴燈及吸煙。
2、必須設(shè)置標(biāo)石的部位有哪些？（要求答出4個以上）（10分）186頁 答：1）光纜接頭
2）光纜拐彎點
3）同溝敷設(shè)光纜的起止點 4）敷設(shè)防雷排流線的起止點 5）與其它重要管線的交閱點 6）按規(guī)劃預(yù)留光纜的地點
7）穿越障礙物尋找光纜有困難的地點 8）直線路由緞超越200米，郊區(qū)及野外超過250米尋找光纜困難的地點
a)護(hù)線宣傳工作包括哪五類？（10分）答： b)
B卷
一、填空
1、普通型進(jìn)局光纜、阻燃型進(jìn)局光纜
2、PIN光電二極管、APD雪崩二極管
3、管道光纜、直埋光纜4、30cm、0.4-0.6m
5、防雷、防強(qiáng)電6、7m、60cm
二、選擇題
1、B
2、B
3、A
4、D
5、C
6、D
7、C
8、D
三、判斷題
1、T
2、F
3、F
4、T
5、T
6、四、計算題
1、Δ=(1.5-1.485)/1.5=0.01 NA=(1.52-1.4852)1/2=
2、R=R1+R2//R3=16+12//6=16+4=20 I=U/R=10/20=0.5A
五、簡單題
1、光纜單盤檢驗的內(nèi)容是什么？（10分）
答：光纜單盤檢驗，包括對運到現(xiàn)場的光纜及連接器材的規(guī)格、程式、數(shù)量進(jìn)行核對、清點、外觀檢查和光電主要特性的測量。通過檢測以確認(rèn)光纜、器材的數(shù)量、質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計文件或合同規(guī)定的有關(guān)要求。
2、簡述光纜線路維護(hù)的原則（10分）答：1）、認(rèn)真做好技術(shù)資料的整理
2）、嚴(yán)格制定光纜線路的維護(hù)規(guī)則 3）、做好維護(hù)人員的組織與培訓(xùn) 4）、做好線路巡視紀(jì)錄 5）、定期進(jìn)行測量
6）、做好及時檢修與緊急修復(fù)工作
3、對于長途光纜線務(wù)來說，線務(wù)部門與機(jī)務(wù)部門是如何分界的？（10分）
答：光纜線路維護(hù)以光配線架為界，光配線架端子（不含端子）光纜側(cè)由線路維護(hù)中心維護(hù)（不包含無人中繼機(jī)房的光中繼器及其配套設(shè)備）
第三篇：《光通信原理與技術(shù)》課程設(shè)計心得體會
光通信原理與技術(shù)課程設(shè)計心得體會
《光通信原理與技術(shù)》是我們的一門主要專業(yè)課，因此學(xué)好這門課很有必要。這學(xué)期的這門課程安排了課程設(shè)計這一環(huán)節(jié)，使得我們真真正正地將理論與實踐結(jié)合起來。通過此次課程設(shè)計，使我們更加扎實的掌握了有關(guān)光通信原理與技術(shù)方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查，我們小組最終找出了原因所在，這也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。這與我們之前經(jīng)常做的驗證性的物理實驗不同，通過親自動手操作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。
過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。在設(shè)計中我們遇到了很多問題，但在老師的悉心指導(dǎo)和小組的成員的團(tuán)結(jié)協(xié)作下，終于將問題逐一解決。但在這一過程中，也暴露出我們存在很多的不足之處，除了專業(yè)知識掌握不牢、經(jīng)驗欠缺之外，另一個主要問題在于小組成員之間缺乏交流與溝通，導(dǎo)致成員之間在團(tuán)隊合作一環(huán)節(jié)表現(xiàn)的不是很完美，實驗開始后，尤其是在驗證結(jié)束后進(jìn)行設(shè)計這一環(huán)節(jié)，小組成員有些我行我素，缺少溝通，過分相信自己的個人實力，缺乏團(tuán)隊意識，在起初有人已經(jīng)提出方案之時，仍存在自己一意孤行不予理睬，忘記了這是一次團(tuán)隊合作，可能是之前很少進(jìn)行過類似的活動。但從這次實驗中，從這一點上，我們也確實發(fā)現(xiàn)了團(tuán)隊協(xié)作的重要性，學(xué)習(xí)中也好，現(xiàn)實生活中也好，很多事情都是要有合作的，人多力量大，不僅僅體現(xiàn)在數(shù)量上，質(zhì)量上同樣適用。
在今后的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過程中，我們會不懈努力，不斷提高自己，無論何時遇到問題不能退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能獲得成功，才能在今后的道路上劈荊斬棘。
第四篇：納米光通信總結(jié)
第一章
1納米光通信背景
光通信無疑是推動通信網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大動力，光纖通信技術(shù)發(fā)展所涉及的范圍，無論從影響力度還是影響廣度來說都已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超其本身，對整個電信網(wǎng)和信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，它的演變和發(fā)展結(jié)果將在很大程度上決定電信網(wǎng)和信息產(chǎn)業(yè)的未來大格局，也將對21世紀(jì)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生巨大影響。
目前，光通信正在向高速、大容量、寬帶、長距、低成本方向迅速發(fā)展。光通信已進(jìn)入40Gb/s，密集波分復(fù)用（DWDM）速度已達(dá)到16Tb/s，信道間隔已小至25GHz。有這樣的成就，就是因為有納米技術(shù)的高速發(fā)展，使微電子和光電子緊密結(jié)合，在光電信息傳輸、存儲、處理、運算和顯示等方面，使光電器件的性能大大提高。將納米技術(shù)用于現(xiàn)有雷達(dá)信息處理上，可是使其能力提高十倍至幾百倍，甚至可以將超高分辨率納米孔徑雷達(dá)放到衛(wèi)星上進(jìn)行高精度的對地偵查。因此可以說納米技術(shù)的介入，使光通信有了革命性的發(fā)展。所以納米技術(shù)的發(fā)展將會決定光通信的命運。隨著納米半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)和納米電子器件的蓬勃發(fā)展，納米光電子學(xué)應(yīng)運而生。納米技術(shù)的問世具有劃時代的意義，光電子技術(shù)與納米技術(shù)相結(jié)合的納米光電子技術(shù)，為光電子技術(shù)的發(fā)展開辟了一個全新的領(lǐng)域。納米光電子技術(shù)是在納米半導(dǎo)體材料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的前沿、交叉性新型技術(shù)領(lǐng)域。納米光電子有4大關(guān)鍵技術(shù)：（1）納米半導(dǎo)體發(fā)光材料技術(shù)；（2）超高精度納米光電子加工技術(shù)；（4）納米微光電機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)。納米光電子材料及器件，納米信息獲取技術(shù)及器件納米級高密度信息儲存技術(shù)及器件等的研究成果和突破，豐富并促進(jìn)了納米材料學(xué)、納米電子學(xué)、納米光電子學(xué)、分子電子學(xué)、納米光學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的內(nèi)容和進(jìn)步。光電子技術(shù)和光纖通信研究的下一代是納米光電子技術(shù)和納米光通信，而納米光電子材料和納米光電子器件的研究是納米光電子學(xué)研究的核心，納米光通信的開發(fā)研究最關(guān)鍵的技術(shù)是納米光電子材料及器件的制備技術(shù)和納米光刻技術(shù)。微電子器件的極限限寬一般認(rèn)為是70nm，十幾年內(nèi)就可實現(xiàn)。一種新概念的器件必須盡快形成，單原子操作是重要的方式之一?？梢灶A(yù)計，以其制成計算機(jī)，其計算能力可提高千倍，而所需功率僅為目前的1/1000000，利用納米磁學(xué)，信息存儲量可成千倍提高。納米光電子學(xué)可使通信帶寬增加100倍。
納米光電子器件是利用納米級加工和制備技術(shù)加工制備具有納米級尺度以及具有一定功能的光電子器件。納米光電子器件工作速度快、功耗低、信息存儲
量大、體積和重量顯著減小。利用納米光電子學(xué)采用納米光電子材料和納米光刻技術(shù)已研制出許多納米光電子器件，如納米激光器（量子線激光器、量子點陣列激光器、超晶格多量子阱激光器、垂直腔面發(fā)射激光器）砷化鎵多量子阱自光電效應(yīng)器件（MQW-SEED）、CMOS/SEED光電集成器件、納米光導(dǎo)集成電路、諧振腔隧穿二極管（RTD）光電集成電路、硅納米顆粒光電元件、納米CMOS自電光效應(yīng)器件、單電子納米開關(guān)、磷化銦量子點激光器、高功率量子點激光器、長波長砷化鎵量子點激光器、紫外納米激光器、納米激光器陣列、微型光傳感器、納米存儲器、納米聚合體電子器件、納米級導(dǎo)電纖維交叉式納米光纜線、納米孔徑激光器、納米孔徑垂直腔面發(fā)射激光器、納米級發(fā)光二極管、量子雪崩激光器微碟激光器、微環(huán)激光器等。另外正在研究得有：（1）采用特種材料（如硅基材料、GaN基材料）研制開發(fā)納米光電子器件，如新一代光互連、光開關(guān)、光邏輯、光參量放大器等器件；（2）可以用作三維光子晶體天線、光子晶體二極管、無損耗光波導(dǎo)、光開關(guān)、無閾值激光器、光放大器等的新一代納米光子器件；（3）量子保密通信用的關(guān)鍵器件-納米光電子發(fā)射和探測器。上述器件的研制為開發(fā)未來納米光通信創(chuàng)造了有利條件。
1.1國外納米光電子器件發(fā)展現(xiàn)狀
1.1.1納米激光
美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的研究人員已經(jīng)研制出世界上最細(xì)的激光束，即納米激光。這種激光的粗細(xì)僅相當(dāng)于人的頭發(fā)絲的千分之一。美國科學(xué)雜志已經(jīng)刊登了有關(guān)報道。據(jù)報道，這種極細(xì)的激光束發(fā)射出的紫外線光能從藍(lán)色調(diào)成深紫色。聚研究人員分析，納米激光最終可能被用來識別化學(xué)物質(zhì)，增加計算機(jī)碟片和光計算機(jī)的信息儲存量。
1.1.2納米發(fā)光二極管
Kopin公司首次采用納米技術(shù)研制出發(fā)光二極管，其藍(lán)色LED比砂粒還小，但卻是效率非常高的固態(tài)光源。新推出的CyberLite藍(lán)色LED所需電壓不足2.9V（電流僅為20mA），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于商用LED的3.3V，但亮度仍可達(dá)100mcd，但這種藍(lán)色CyberLite與黃磷共同使用時可用作白色LED。這些藍(lán)色和白色CyberLite特別適用于需要照明的緊湊型便攜產(chǎn)品，如無線電話、游戲機(jī)、攝像機(jī)。目前在實驗室中已設(shè)計出的納米發(fā)光器件有二氧化硅發(fā)光二極管，硅摻Ni的納米顆粒發(fā)光二激光，用不同的納米尺度的CdSe做成的紅、綠、藍(lán)光可調(diào)諧的二極管等。
1.1.3納米級量子光電元件
日本松下電器公司最近使用平均粒徑4nm的硅納米顆粒成功地開發(fā)了光電器件。硅雖然難以在堆積狀態(tài)下發(fā)光，但是若將其改變?yōu)榧{米結(jié)構(gòu)，提高暴露在表面的原子比例就可以表現(xiàn)出量子特性。利用這一性質(zhì)，與在堆積狀態(tài)下即使加
上數(shù)十伏電壓也難以發(fā)光的情況相比，僅加上約2V的低電壓的就可以成功地使其發(fā)光。目前，為了進(jìn)一步提高處理速度，松下正在開發(fā)在LSI之間的底板中運用光進(jìn)行信息傳輸?shù)募夹g(shù)，并將用此次開發(fā)出的硅納米顆粒研發(fā)新型光電元件。
1.1.4納米孔徑激光器
在近場光存儲領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展了多種近場光存儲技術(shù)，其中包括孔徑探針、國體浸沒透鏡SIL、超分辨率近場結(jié)構(gòu)、納米孔徑激光器、納米孔徑垂直腔面發(fā)射激光器、雙光子、波導(dǎo)光頭、孔徑探針存儲和超分辨率近場結(jié)構(gòu)存儲方案是近場光學(xué)高密度存儲技術(shù)兩個重要的研究方向。1999年，Partovi等人首次提出制作納米孔徑激光器的方案，將其作為近場光存儲的近場納米光源，通過光效率比普通光纖探針提高了10000倍。
納米孔徑激光器由激活區(qū)、納米小孔和金屬膜組成，它是在激光二極管的鍍金屬膜表面開一納米小孔，作為近場照明光源，直接照射到距離為納米范圍的光記錄介質(zhì)上，并形成記錄標(biāo)記，實現(xiàn)近場光存儲，同時可以兼作探測器，通過發(fā)射光的回饋效應(yīng)，讀出記錄點的信息。納米孔徑激光器作為近場光源的關(guān)鍵技術(shù)，難點在于：首先是金屬膜上納米小孔的制作，其尺寸為幾十至幾百納米，制作難度高，通常要采用聚焦離子束方法加工。目前，已能做到直徑為50nm的小孔，但要制作更小直徑的孔，難度更高；其次，當(dāng)小孔尺寸比輸入光波長小的多時，小孔的透光效率下降非?？欤鐖A孔的半徑r小于輸入光波長時，研究表明，光功率與信噪比也將隨著小孔直徑的減小迅速下降，這都是必須要解決的難題。Partovi在試驗中所用的納米孔徑激光器波長為980nm，小孔是邊長為250的方孔，當(dāng)工作電流為50mA時，輸出光功率為11.7mW，在記錄介質(zhì)與近場光源間距為75nm的情況下，采用可擦除相交記錄介質(zhì)記性記錄。光工作電流為58mA，寫入信息；當(dāng)工作電流為25mA時，通過二極管的電壓讀出信息。Partovi制作了孔徑尺寸從400~500mm的一些列圓孔和方孔的納米孔徑激光器，另外，Shinada等人提出了納米孔徑垂直腔面發(fā)射激光器。最近，Shi Xiaolei提出了異形納米孔徑激光器方案。納米孔徑激光器的研究是近場光儲存技術(shù)的新發(fā)展。該激光群器極大地提高了近場光儲存的功率，改善了信噪比，同時提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，因而極具發(fā)展?jié)摿Γ⑶揖哂袕V闊的應(yīng)用前景。
1.1.5超微型納米激光器陣列
納米級光其陣列式21世紀(jì)超微型激光器中要發(fā)展方向?；仡櫦す馄靼l(fā)展歷史，大致可分為3個階段:自20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)激光以來，1962年就研制成功第一臺半導(dǎo)體激光器，幾十年來，人們主要圍繞3個方面不斷改進(jìn)機(jī)關(guān)器：（1）進(jìn)一步增加激光強(qiáng)度；（2）降低產(chǎn)生激光的閾電流密度；（3）提高熱穩(wěn)定性。1974年美國貝爾實驗室首先指出了載流子的量子限域很可能在設(shè)計新型激光器上發(fā)
揮作用。1979年貝爾實驗室，首先根據(jù)這一原理制成了半導(dǎo)體激光器載流子限制在幾百納米的二維量子阱中運動，這種假廣汽的光強(qiáng)和熱穩(wěn)定性均有所改善，閾電流從500A、cm降至50A、cm以下，顯示出明顯的優(yōu)越性。進(jìn)入二十世紀(jì)八十年代，量子線激光器研制成功，載流子被限制在一維范圍運動，光強(qiáng)和熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高，域電流密度降低10A/cm以下，這是一個大的飛躍，進(jìn)一步使人們認(rèn)識到量子限制域效應(yīng)對提高激光器總體性能十分重要，人們開始研究量子點激光器。1986年日本東京工藝研究所首先設(shè)計成功量子點激光器。這種激光器所用的發(fā)光材料是大量的尺寸量子點秘排在激發(fā)區(qū)，載流子在三維范圍的運動均受限制。20世紀(jì)90年代以來，人們熱衷于用分子束外延的方法制造量子點陣列，德國馬普固體所和斯圖加特大學(xué)合作研制成功磷化銦量子點陣激光器，這種激光器是有直徑為15nm，高為3nm磷化銦量子點鑲嵌在一個帶寬隙的磷化銦層上，兩者較好的點陣匹配，與共振腔形成量子點激光器。這種激光器的優(yōu)點是在室溫下工作，用綠光激勵發(fā)光。1995年，柏林技術(shù)大學(xué)物理系Bimberg小組又成功地制造出砷化銦密堆量子點激光器，在紅外波段發(fā)射強(qiáng)激光，這種激光器的優(yōu)點是在室溫下工作閾電流降到20A/cm以下。美國斯坦福大學(xué)研發(fā)出的砷化銦量子點激光器，發(fā)光帶的線寬顯著減小。1997年Bimberg小組與日本電氣公司的Hideak Saito小組合作，制成了具有10層量子點堆垛的激光二極管，使得發(fā)光強(qiáng)度顯著提高。美國IBM公司和加利福尼亞大學(xué)伯克利實驗室合作制成了激光波段可調(diào)諧的量子點激光器，可以通過改變量子點的尺寸和間距實現(xiàn)對激光波長的人工調(diào)制。1997年，加拿大制成了發(fā)紅光的磷化銦量子點激光器。科學(xué)家普遍認(rèn)為，量子點陣列激光器進(jìn)入市場已為時不遠(yuǎn)。最有前途的制備方法是自組裝設(shè)計納米結(jié)構(gòu)，形成規(guī)則的量子點陣列激光器，它不需要光刻，也不需要通過腐蝕來獲得，可以代替價格昂貴的外延生長技術(shù)，使激光器制造成本大幅降低。據(jù)有關(guān)人士分析，它將發(fā)展成為制造下一代激光器的主導(dǎo)技術(shù)。
1.1.6用作探測器的磷化銦納米線
磷化銦納米線除了能做發(fā)光二極管外，也可用于光互連。美國哈佛大學(xué)的一個研究小組發(fā)現(xiàn)，納米線隨著方向的變化而具有不同的光學(xué)特性，因而適合用作光電探測器。納米線的長度遠(yuǎn)大于其直徑，為10~50nm。哈佛大學(xué)的研究人員用激光輔助催化生長法制了這種結(jié)構(gòu)。他們用美國光譜物理學(xué)實驗室的1064nm Nd：YAG激光器，將磷化銦靶汽化提供原材料。首先用Roper科學(xué)公司的液氮制冷CCD相機(jī)測量光致發(fā)光譜，將Melles Griof公司的氬離子激光器的輸出在石英襯底上聚焦，納米線在此襯底上發(fā)生色散。用經(jīng)濾波而除去激勵光的同樣的聚焦物鏡手機(jī)來自納米線的信號，并將信號和饋送到CCD相機(jī)上。
研究人員發(fā)現(xiàn)，根據(jù)從氬離子激光器發(fā)出而進(jìn)入的488nm或514nm光的偏振，納米線產(chǎn)生完全不同的響應(yīng)。通過監(jiān)控膽囊納米線的光導(dǎo)率變化，研究人員制成了單納米線光電探測器。該小組下一步的設(shè)想是將LED和納米光線光電探測器集成在同一芯片上，用作高密度光互連和納米電子器件的開關(guān)。
第二章
2.1納米光通信
在長達(dá)二十年的時間里，人們一直認(rèn)為納米技術(shù)將給通信業(yè)帶來重大影響，因而成為業(yè)界競相研究的對象。如今作為運用納米技術(shù)制造的第一個產(chǎn)品，具有小于波長的微細(xì)結(jié)構(gòu)的光通信元件業(yè)已問世。推出這一產(chǎn)品的是新興企業(yè)-美國Nano Opto公司。該公司在20年間已經(jīng)投入了數(shù)百萬美元的資金，這足以看出納米技術(shù)對光通信領(lǐng)域的重要性。
目前，日本研究人員已經(jīng)研究出納米級導(dǎo)電纖維，可以應(yīng)用在超小型的電子元器件和微型機(jī)械上。日本NTT公司研究所于2001年開發(fā)成功納米光導(dǎo)集成電路。簡單的說，這樣可以大大的減小電子設(shè)備的體積和成本，甚至將來可以把電腦，電視、打印機(jī)放在包里，這就是將來納米技術(shù)發(fā)展成熟的革命性結(jié)果。我國在這些方面起步較晚，和國際該領(lǐng)域有很大的差距。
在信息通信領(lǐng)域，光通信技術(shù)已經(jīng)改變了人們的生產(chǎn)生活方式，為人們接受信息和發(fā)射信息創(chuàng)造了有利條件，我認(rèn)為，未來想要在光通信領(lǐng)域有革命性的進(jìn)展，就必須重視納米技術(shù)的發(fā)展，特別是納米元器件的制造，當(dāng)然這是很多國家、公司在研究的項目，但重要的，還要注意元器件的工作效率、元器件穩(wěn)定性、元器件壽命、和抗干擾能力等。雖然現(xiàn)在很多公司已經(jīng)制造出很多成品，但因為納米技術(shù)的發(fā)展還屬于初級階段，沒有廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)生活中，所以還沒有足夠的證據(jù)證明，納米技術(shù)在生產(chǎn)生活中使用情況，和方面的性能?，F(xiàn)在制作納米光電子器件有兩條技術(shù)途徑：（1）自上而下路線的將尺寸逐漸變小的方法；（2）自下而上路線的利用有機(jī)或無機(jī)分子組裝功能器件的方法。在納米器件實際使用中，還要注意注意納米材料的加工問題，和連接問題。這將影響實際物品的性能和穩(wěn)定性，在通信過程中，會遇到各種各樣的環(huán)境，這將考驗納米元器件抗環(huán)境干擾的能力和信息傳輸過程中的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
人類從原始社會到如今的現(xiàn)代化社會創(chuàng)造了很多的不可能，納米技術(shù)的發(fā)展無疑是人類社會的又一個奇跡，我想‘納米社會’即將到來。
參考文獻(xiàn)
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第五篇：什么是光通信技術(shù)
什么是光通信技術(shù) 光通信是一種以光波為傳輸媒質(zhì)的通信方式。光波和無線電波同屬電磁波，但光波的頻率比無線電波的頻率高，波長比無線電波的波長短。因此，它具有傳輸頻帶寬、通信容量大和抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點。
光波按其波長長短，依次可分為紅外線光、可見光和紫外線光。紅外線光和紫外線光屬不可見光，它們同可見光一樣都可用來傳輸信息。光通信按光源特性可分為激光通信和非激光通信；按傳輸媒介的不同，可分為有線光通信和無線光通信（也叫大氣光通信）。常用的光通信有：
大氣激光通信。信息以激光束為載波，沿大氣傳播。它不需要敷設(shè)線路，設(shè)備較輕，便于機(jī)動，保密性好，傳輸信息量大，可傳輸聲音、數(shù)據(jù)、圖像等信息。大氣激光通信易受氣候和外界環(huán)境的影響，一般用作河湖山谷、沙漠地區(qū)及海島間的視距通信。
光纖通信。是一種有線通信，光波沿光導(dǎo)纖維傳輸。光源可以是激光器（又稱半導(dǎo)體激光二極管），也可以是發(fā)光二極管。光纖通信傳輸衰減小、容量大、不受外界干擾、保密性好，可用于大容量國防干線通信和野戰(zhàn)通信等。
藍(lán)綠光通信。是一種使用波長介于藍(lán)光與綠光之間的激光，在海水中傳輸信息的通信方式，是目前較好的一種水下通信手段。
紅外線通信。是利用紅外線（波長 300 ～ 0.76 微米）傳輸信息的通信方式。可傳輸語言、文字、數(shù)據(jù)、圖像等信息，適用于沿海島嶼間、近距離遙控、飛行器內(nèi)部通信等。其通信容量大、保密性強(qiáng)、抗電磁干擾性能好，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕、價格低。但在大氣信道中傳輸時易受氣候影響。
紫外線通信。是利用紫外線（波長 0.39 ～ 60 × 10 微米）傳輸信息的通信方式。其基本原理與紅外線通信相似，與紅外線通信同屬非激光通信。
因為激光是一種方向性極強(qiáng)的相干光，沿光纖傳輸是目前最理想的恒參信道。從發(fā)展的觀點看，激光通信特別是光纖通信將被廣泛采用。mvt_lotte 發(fā)表于 2009-4-29 09:55:00
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