第一篇：幀中繼技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用
幀中繼技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用(上)
江蘇電信管理局 薛興華
隨著電信網(wǎng)數(shù)字化程度的迅速增大和計算機網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的不斷普及,專用通信網(wǎng)的傳輸速率明顯提高,數(shù)據(jù)通信量迅速增大,如電子數(shù)據(jù)交換(EDI)、文件傳送、傳真和計算機輔助設(shè)計/計算機輔助制造(CAD/CAM),以及個人計算機網(wǎng)絡(luò)的普及應(yīng)用,產(chǎn)生了以一種無法預(yù)見的傳輸方式傳送大量高速數(shù)據(jù)的市場需求。傳輸容量的易變性使得低成本、高效率傳輸成為一場挑戰(zhàn)。雖然公用電信網(wǎng)線路和交換電路在質(zhì)量上已有了重大進(jìn)步,數(shù)字通信鏈路得到廣泛使用。但目前使用的X.25分組交換網(wǎng)業(yè)務(wù)仍存在傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)時延、響應(yīng)時間和吞吐量等均不能適應(yīng)局域網(wǎng)(LAN)遠(yuǎn)程互聯(lián)需要的問題,這時幀中繼應(yīng)運而生。幀中繼是一個為突發(fā)數(shù)據(jù)應(yīng)用而設(shè)計的新興的網(wǎng)絡(luò)訪問協(xié)議。它主要有4個重要特征:高傳輸速率、低網(wǎng)絡(luò)延遲、高連通性、高效帶寬利用,幀中繼專門針對于采用面向包的技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。它經(jīng)過特別設(shè)計以解決可變長度的突發(fā)數(shù)據(jù)和不可預(yù)見信息的問題。
一、幀中繼技術(shù)的發(fā)展
近幾年,幀中繼在個人計算機應(yīng)用中取得驚人的發(fā)展,導(dǎo)致了一場脫離分級終端——主機計算的變革。實際上,主機變成數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,它不僅對笨拙的終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)存取,而且也針對PC機和工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)存取。局域網(wǎng)將這些臺式PC機互連起來。但是互聯(lián)處于不同地域的局域網(wǎng)通常要用到廣域服務(wù)。首先,用戶希望通過廣域服務(wù)互聯(lián)局域網(wǎng),同時仍能保留在純局域網(wǎng)環(huán)境下享有的同樣的性能和靈活性。其次,廣域網(wǎng)的帶寬要比局域網(wǎng)帶寬昂貴得多。廣域網(wǎng)的線路細(xì)而長,也就是說,它們信道中的信息比局域網(wǎng)要少,而且由于更長的延時,從而限制的吞吐量。
另一種趨勢是:數(shù)據(jù)傳輸流量動態(tài)的改變。各類新興數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用,從大型文檔的傳送到圖形圖像應(yīng)用都是造成這種變化的原因。單就圖像應(yīng)用而言,醫(yī)生們現(xiàn)在使用圖像來傳送X光和CAT掃描、保險代理商用它來發(fā)送保險申請、而銀行則用它減少各類單據(jù),每一項應(yīng)用都使得對患者、保險訂戶和銀行客戶準(zhǔn)確而及時地交換重要信息成為可能。這類應(yīng)用以不可預(yù)見方式傳送高速、高帶寬的突發(fā)信息,同時也不允許通過廣域網(wǎng)鏈路時有過多的延時。要能按需要提高容量帶寬,設(shè)計幀中繼就是專門滿足這類需求的網(wǎng)絡(luò)接口。
幀中繼是一種簡化的X.25協(xié)議。它舍去了協(xié)議的分組層,采用物理層和鏈路層兩級結(jié)構(gòu)。盡管在網(wǎng)絡(luò)中它們與數(shù)據(jù)通信的特點有許多共同之處,協(xié)議是一套控制各設(shè)備之間信息傳送的約定的格式和規(guī)程。它們是組建通信線路和確保數(shù)據(jù)接收與數(shù)據(jù)發(fā)送一致的規(guī)則。
作為一個協(xié)議,幀中繼不僅能建立聯(lián)接(呼叫)方式,而且能通過這些聯(lián)接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。呼叫的建立存在于OSI模型的第三層(網(wǎng)絡(luò)層),但是一旦聯(lián)接建立,工作的主要部分——數(shù)據(jù)傳輸便開始了。這時,便展示了不同的協(xié)議的用途。從此在幀中繼中只使用部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層(第二層)和全部的物理層(第一層),數(shù)據(jù)的傳輸比使用更復(fù)雜的協(xié)議效率高得多。
幀中繼是依靠端到端的協(xié)議執(zhí)行重新發(fā)送和差錯恢復(fù)功能的,因此在網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)點處不需要進(jìn)行處理操作,因而整個網(wǎng)絡(luò)沒有延時,所有正確的幀在通過網(wǎng)絡(luò)接口時處理得非常迅速。壞幀則被直接丟棄,然后由端系統(tǒng)重新發(fā)送這些幀。這種能力使得在幀中繼網(wǎng)點的數(shù)據(jù)通過速度更快,允許提供更高的數(shù)據(jù)容量和更大的信道速率,而不必增加設(shè)備成本或規(guī)模。
象X.25一樣,幀中繼是面向包的網(wǎng)絡(luò)訪問協(xié)議,適用于突發(fā)數(shù)據(jù)的應(yīng)用。面向包的技術(shù)在今天的網(wǎng)絡(luò)中起著重要作用。一個時分多路復(fù)用器(TDM)將帶寬分為時隙,并將一個時隙分配給輸入復(fù)用器的每個信道。因此,如果一個信道需要64kB/s的帶寬,這段帶寬甚至在信道上沒有信息傳送時仍能被進(jìn)行地址分配并保持穩(wěn)定。其他信道不能使用未用的帶寬。這意味著帶寬的大部分經(jīng)常被閑置不用,也意味著如果數(shù)據(jù)信息需求發(fā)生變化時沒有辦法分配更多帶寬給單個信道并改變響應(yīng)時間。
相反,面向包的協(xié)議提供一種靈活的帶寬分配方法:根據(jù)需要對不同的信息而進(jìn)行帶寬分配,而不是通過固定的信道分配。這類協(xié)議將數(shù)據(jù)連同輔助信息一起組成若干獨立的數(shù)據(jù)包或幀,而不是永久地放棄帶寬。這使得從幾個不同信息源傳輸來的信息流邏輯上復(fù)用單一的入網(wǎng)接口。帶寬一旦可用,數(shù)據(jù)包就能通過接口進(jìn)行傳送。
幀中繼能夠適用任意一種網(wǎng)絡(luò),但它最適用于基于包的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品,這是因為幀中繼加快了涌入廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)的不規(guī)則突發(fā)的進(jìn)程。在一個電路交換T/E網(wǎng)絡(luò)中,帶寬被分給固定的信道配置;另一方面,在一個基于包的T/E網(wǎng)絡(luò)中、帶寬按需分配,使得它更適合突發(fā)傳輸?shù)膽?yīng)用。總之,幀中繼指的是通過數(shù)字網(wǎng)接口傳送“幀”或信息塊的技術(shù),該數(shù)據(jù)網(wǎng)接口采用為每一幀分配的連接編號來區(qū)分單個連接。在網(wǎng)絡(luò)的邊界,這個編號可區(qū)分信息源和終端目標(biāo)。路由選擇是由網(wǎng)絡(luò)在端的基礎(chǔ)上加以控制的,但是并不執(zhí)行鏈路到鏈路的糾錯和重發(fā)。相反,在網(wǎng)絡(luò)的每一端由更高層的協(xié)議保證數(shù)據(jù)的完整性。實際上,幀中繼允許數(shù)據(jù)信息沿網(wǎng)絡(luò)“高速公路”快速傳輸,以最少的處理通過交換網(wǎng)點,目前它以高達(dá)2MB/s的速度傳輸,以減少吞吐延時并支持?jǐn)?shù)據(jù)。(未完待續(xù))
幀中繼技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用(下)
江蘇電信管理局 薛興華
二、幀中繼技術(shù)應(yīng)用
1.幀中繼和信元中繼
新興的寬帶網(wǎng)絡(luò)是從時分交換傳輸發(fā)展而來的。它是針對種種被稱作快速包交換、信元中繼和ATM(異步傳輸模式)這類方法的。這些都是基于包的協(xié)議、意味著信息是以小型數(shù)據(jù)包形式傳輸?shù)摹嶋H上,幀中繼和信元中繼都屬于快速包技術(shù),它們互不排斥。信元中繼標(biāo)準(zhǔn)支持聲音、數(shù)據(jù)、圖像及視頻,它是新興的寬帶ISDN(綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))服務(wù)的核心。由于幀中繼和信元中繼都是基于包的協(xié)議,兩者都是按需合理分配帶寬,不同之處在于幀中繼是一種只針對數(shù)據(jù)流量的網(wǎng)絡(luò)訪問協(xié)議,而信元中繼是通過一個高速廣域主干網(wǎng)為傳輸數(shù)據(jù)、聲音和圖像信息流而設(shè)計的一種交換方式。它們使用現(xiàn)有設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口,信息流通過廣域網(wǎng)的傳送效率是最高的,特別是在幀中繼接口處開始的動態(tài)帶寬分配是通過信元中繼網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的。幀中繼數(shù)據(jù)也能夠利
用信元中繼主干網(wǎng)絡(luò)的邏輯連通性和路徑選擇特性。信元中繼能使中間節(jié)點的處理過程減至最少,因此它是低成本高效率的。
2.幀中繼和X.25
幀中繼和X.25在網(wǎng)絡(luò)上各自發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因為幀中繼和信元中繼兩者都是面向包的網(wǎng)絡(luò)訪問協(xié)議,而且都是基于虛擬電路的。虛擬電路是介于兩個端點之間的邏輯連接而不是物理連接,借助虛擬電路我們能通過任意的物理路徑建立起多個邏輯連接。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在,已能夠使X.25的用戶把幀中繼的優(yōu)點應(yīng)用到他們所使用的X.25上。目前,憑借當(dāng)今高質(zhì)量、高速度的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備,硬件自身便可以完成更多的處理過程。幀中繼為主干網(wǎng)絡(luò)提供快速高效的訪問,而目前的X.25產(chǎn)品能為異步協(xié)議提供端對端的差錯恢復(fù)功能,為各類非標(biāo)準(zhǔn)的專用協(xié)議提供協(xié)議轉(zhuǎn)換,同時也能提供大量有自動控制的管理業(yè)務(wù),例如帳單統(tǒng)計結(jié)果的收集。
目前,X.25設(shè)備的安裝配置甚為龐大,這些網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在就能夠從幀中繼受益。例如:假定有一個在偏遠(yuǎn)地區(qū)使用X.25設(shè)備的機構(gòu),它通過幀中繼接口把這些設(shè)備集中到一個專用主干網(wǎng)絡(luò)中使用。X.25設(shè)備充當(dāng)?shù)统杀尽⒏咝阅艿淖映绦蜻M(jìn)入點,并在低速模擬電路末端修正誤差;而后幀中繼為進(jìn)入主干的X.25饋線上的所有數(shù)據(jù)提供高速訪問。因此,通過減少對交換機和子網(wǎng)絡(luò)的依賴,幀中繼可以減緩當(dāng)前數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的折舊、并能在混和語音/數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上提供更大的數(shù)據(jù)吞吐量。因此,不必改變網(wǎng)絡(luò)的所有配置,就能獲得更好的網(wǎng)絡(luò)性能。
3.幀中繼和電路交換構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的另一種形式——電路交換,作為數(shù)據(jù)訪問協(xié)議的作用,在使用高速電路訪問公用網(wǎng)絡(luò)的地方特別適用,這種高速電路采用時間分割多路復(fù)用(TDM)標(biāo)準(zhǔn)(例如T1/D4或E1/GT·704)。電路交換器允許每條話音和數(shù)據(jù)信道的一定數(shù)量的帶寬連接到網(wǎng)絡(luò)上,這表明幀中繼接口能夠有效地處理與其分得的帶寬數(shù)目一樣多的數(shù)據(jù)流突發(fā)。幀中繼應(yīng)用時,有一半帶寬分配給專用的話音和電路數(shù)據(jù)信道,而另一半帶寬轉(zhuǎn)而分配給幀中繼虛擬電路的一個獨立信道組。這樣就有幾點好處:首先,幀中繼可利用的突發(fā)帶寬比獨立數(shù)據(jù)信道所提供的帶寬多;其次,幀中繼電路的數(shù)據(jù)信息流可被交換且與純電路數(shù)據(jù)流無關(guān),這樣就使得數(shù)據(jù)在電路發(fā)生故障時可以改道傳輸。因此,依據(jù)現(xiàn)行電路的配置、數(shù)據(jù)將不得不花費更多排隊等候時間,所以利用這種方法會產(chǎn)生更多延時。此外,同時使用兩種不同交換技術(shù)會在中間接點處產(chǎn)生更多的延時,到達(dá)節(jié)點的數(shù)據(jù)流必然會利用電路交換技術(shù)進(jìn)行多路傳輸,通過幀中繼部件進(jìn)行交換,然后再重新進(jìn)行多路復(fù)用。
4.幀中繼和局域網(wǎng)互連
使用幀中繼連接局域網(wǎng)有很多好處。幀中繼接口標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展是減少局域網(wǎng)互聯(lián)費用的關(guān)鍵。80年代初,開始應(yīng)用包交換技術(shù)時,世界上各大公司的局域網(wǎng)數(shù)量很少,社會上對在廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間傳輸大量突發(fā)數(shù)據(jù)的技術(shù)需求不強烈。不久,人們便開始把分布式處理技術(shù)視為提高生產(chǎn)率的手段。于是世界各大公司內(nèi)各部門間的局域網(wǎng)
數(shù)目暴增,迫切需要將這許多的局域網(wǎng)有效地互聯(lián)起來。這樣就產(chǎn)生了幀中繼。幀中繼在廣域網(wǎng)上為局域網(wǎng)橋和路由器提供高性能的單線接口,而最終獲得更先進(jìn)的功能項目。
在典型的局域網(wǎng)互聯(lián)應(yīng)用中,局域網(wǎng)橋和路由器是通過在互聯(lián)的局域網(wǎng)設(shè)備之間連接一些租用線電路的方法工作的。盡管這樣在局域網(wǎng)之間實現(xiàn)了連接,但是增加了基本線路和硬件的費用,否則應(yīng)使用更低速的電路以降低這些費用。這樣網(wǎng)絡(luò)的幀中繼接口能為局域網(wǎng)提供更高速的互聯(lián),而且單線訪問減少了線路費用和硬件費用。
5.幀中繼和ISDN
綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)是一種全數(shù)字網(wǎng)絡(luò),它采用單獨的一套接口標(biāo)準(zhǔn),并允許用戶使用一系列當(dāng)前專用的通信服務(wù),其目的是提供全球范圍內(nèi)的端對端的數(shù)字連接。ISDN接口是為支持承載能力,和信令信息而設(shè)計的。目前,只有使用電路交換和低速包這類混和技術(shù)的窄帶服務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn),可提供高達(dá)2MB/s的速率。今后還可以利用基于快速包的高速寬帶ISDN服務(wù)。
幀中繼能通過ISDN服務(wù)來傳輸數(shù)據(jù),ISDN服務(wù)能以64kB/s、384kB/s和1536kB/s速率提供電路交換連接。事實上,幀中繼與ISDN可以兼容和互補。
三、幀中繼網(wǎng)絡(luò)的用戶接入
1.用戶—網(wǎng)絡(luò)接口及接入規(guī)程
幀中繼業(yè)務(wù)是通過用戶設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)之間的標(biāo)準(zhǔn)接口來提供的,該接口稱為用戶-網(wǎng)絡(luò)接口。
在用戶-網(wǎng)絡(luò)接口用戶一側(cè)是幀中繼接入設(shè)備,用于將本地用戶設(shè)備接入幀中繼網(wǎng)。幀中繼接入設(shè)備可以是LAN設(shè)備(例如網(wǎng)橋、路由器或網(wǎng)關(guān))、前端處理機、集中器及傳統(tǒng)的PAD等。
在用戶-網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)一側(cè)是幀中繼網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,用于幀中繼接口與骨干網(wǎng)之間的連接。幀中繼網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以是電路交換,也可以是幀交換或信元交換。
CCITT(ITU-T)、ANSI和幀中繼論壇各自制訂了其有關(guān)用戶—網(wǎng)絡(luò)接口的標(biāo)準(zhǔn),如下表所示。用戶接入幀中繼網(wǎng)時,應(yīng)符合其中一種標(biāo)準(zhǔn)。表 幀中繼UNI的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
ITU-T將其各個標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)幀中繼UNI接口的部分綜合,并加以適當(dāng)增補,形成建議X.36——“通過專用電路提供幀中繼數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的公用幀中繼網(wǎng)使用的數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備(DCE)之間的接口?！?/p>
2.用戶接入電路及速率
目前,大部分用戶采用直通用戶電路接入幀中繼網(wǎng),也有些用戶通過電話交換電路或ISDN交換電路接入。其方式有:
(1)二線(或四線)帶調(diào)制解調(diào)傳輸線方式,支持的用戶速率由線路長度、調(diào)制解調(diào)器型號決定。適用于速率較低(如9600B/s、14.4kB/s、19.2kB/s)、距幀中繼網(wǎng)絡(luò)設(shè)備較近的用戶。
(2)基帶傳輸方式,用戶速率通常為16kB/s、32kB或64kB/s。這種基帶傳輸設(shè)備中還
可具有TDM復(fù)用功能,為多個用戶入網(wǎng)提供連接,復(fù)用時需留出部分容量供網(wǎng)絡(luò)管理控制使用。
(3)為節(jié)約用戶接入線路,可采用基帶傳輸加TDM復(fù)用傳輸方式。這是在基帶傳輸?shù)幕A(chǔ)上(如64kB/s基帶)加上TDM復(fù)用為多個用戶入網(wǎng)的傳輸方式。
(4)2B+D速率線路終接(LT)單元傳輸方式,可為多個用戶提供入網(wǎng)。
(5)PCM數(shù)字線路傳輸方式。該方式可連到用戶的光纜與其他業(yè)務(wù)合用,占一路2048kB/s接入公用幀中繼網(wǎng)。
目前,國際上有些網(wǎng)絡(luò)運營公司也以撥號接入幀中繼網(wǎng)的方式提供通過電話網(wǎng)交換電路。這種方式需要在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中加入特殊的處理模塊,技術(shù)較為復(fù)雜,在當(dāng)前只提供PVC業(yè)務(wù)的情況下應(yīng)用減少。將來提供SVC業(yè)務(wù)后,使用這種電路接入方式的用戶將有所增加。國外幀中繼網(wǎng)絡(luò)公司允許用戶接入速率一般最低為1200B/s,最高為2MB/s,某些生產(chǎn)廠商已能提供E3(34368kB/s)的接口。由于幀中繼業(yè)務(wù)自身的特點,目前大部分用戶的接入速率都在56kB/s～2MB/s范圍內(nèi)。隨著業(yè)務(wù)發(fā)展幀中繼作為ATM的接入網(wǎng),用戶接入速率將大大提高。
3.用戶接入方式
用戶接入幀中繼網(wǎng)的主要形式有如下幾種:
(1)局域網(wǎng)(LAN)接入
LAN用戶一般通過路由器或網(wǎng)橋接入幀中繼網(wǎng),其路由器或網(wǎng)橋具有標(biāo)準(zhǔn)的UNI接口規(guī)程。當(dāng)LAN的服務(wù)器具有標(biāo)準(zhǔn)的UNI接口規(guī)程時,LAN用戶可以通過服務(wù)器接入幀中繼網(wǎng)。LAN用戶也可通過其他幀中繼接入設(shè)備(如集中器、PAD、規(guī)程轉(zhuǎn)換器等)接入。
(2)計算機接入
這里計算機的概念既指一般的PC機,也包括大型主機。大部分計算機是通過幀中繼接入設(shè)備,將非標(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)程轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)程后,接入幀中繼網(wǎng)的。例如,若干臺PC機通過一個PAD接入,主機通過其前端處理機接入。如果計算機自身具有標(biāo)準(zhǔn)的UNI規(guī)程,也可作為幀中繼終端直接接入幀中繼網(wǎng)。
(3)用戶幀中繼交換機接入公用幀中繼網(wǎng)
用戶專用的幀中繼網(wǎng)接入公用幀中繼網(wǎng)時,將專用網(wǎng)中的一臺交換機作為公用幀中繼網(wǎng)的用戶,以標(biāo)準(zhǔn)的UNI規(guī)程接入。
用戶接入幀中繼網(wǎng),由于具體應(yīng)用及用戶設(shè)備、接入設(shè)備、傳輸線路等的不同,用戶采用的接入電路、速率,特別是接入方式是多種多樣的,和其他業(yè)務(wù)(如分組交換、語音)混合使用時更是如此。實際接入時,用戶可從自身業(yè)務(wù)需要、業(yè)務(wù)特點、價格、現(xiàn)有設(shè)備等多方面考慮,選擇經(jīng)濟合理的接入方式、速率、CTR等。
第二篇：無線光通信技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用
無線光通信技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用
一、無線光通信技術(shù)發(fā)展歷史
光在空氣中直接傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q之為無線光通信。也就是利用激光束作為信道在空間（近地或外太空）中直接進(jìn)行語音、數(shù)據(jù)、圖像等信息雙向傳送的一種技術(shù)。又稱為“自由空間光通信”（Freespace opticalunicanon）或虛擬光纖（VirtualFiler）。無線光通信的出現(xiàn)比無線電通信要早得多。在兩千七百年前的周幽王時代，就有了利用烽火臺通信的方法。這是人類最早利用無線光通信的典型方式。后來，雖然人類社會的文明程度和科學(xué)技術(shù)得到了很大的提高，但是簡單的利用光傳遞信息的方式仍然在廣泛使用，例如紅黃綠交通信號燈、旗語等。不論是烽火臺，還是交通紅綠燈、旗語，它們都是利用大氣來傳播可見光，由人眼來接收。這些都是非常原始的無線光通信方式。其后許多年，無線光通信幾乎沒有什么太大的發(fā)展。
盡管如此，人們?nèi)匀粵]有對無線光通信失去興致。以發(fā)明電話而著名的貝爾，在1876年發(fā)明了電話之后，就想到利用光來通電話。1880年，他利用太陽光作光源，大氣為傳輸媒質(zhì)，用硒晶體作為光接收器件，成功地進(jìn)行了光電話的實驗，通話距離最遠(yuǎn)達(dá)到了213m。1881年，貝爾宣讀了一篇題為《關(guān)于利用光線進(jìn)行聲音的產(chǎn)生與復(fù)制》的論文，報導(dǎo)了他的光電話裝置。在貝爾本人看來：在他的所有發(fā)明中，光電話是最偉大的發(fā)明。這被認(rèn)為是近代無線光通信的開始。1930年至1932年間，日本在東京的日本電報公司與每日新聞社之問實現(xiàn)了3 6kn，的無線光通信，但在大霧大雨天氣里效果很差。第二次世界大戰(zhàn)期間，無線光電話發(fā)展成為紅外線電話，因為紅外線肉眼看不見，更有利于信息保密。
利用光在大氣中傳送信息方便簡單，所以人們開始研究的光通信都是這種方式。但是光在大氣中的傳送要受到氣象條件的很大限制，比如在遇到下雨、下雪、陰天、下霧等情況，信號傳輸受到很大阻礙。此外，太陽光、燈光等普通的可見光源，都不適合作為通信的光源，因為從通信技術(shù)上看，這些光都是帶有“噪聲”的光。也就是說，這些光的頻率不穩(wěn)定、不單一，光的性質(zhì)也很復(fù)雜。因此，要用光來通信，必須找到高強度的、可靠的光源。在此后的幾十年中，由于這項關(guān)鍵技術(shù)沒有得到解決，無線光通信就一直裹足不前。也正因此，貝爾的光話始終沒有走上實用化的階段。
1960年7月8日，美國科學(xué)家梅曼發(fā)明了紅寶石激光器，從此人們便可獲得性質(zhì)與電磁波相似而頻率穩(wěn)定的光源。激光器的發(fā)明對無線光通信的研究工作產(chǎn)生了重大的影響。研究現(xiàn)代化無線光通信的時代也從此開始。20世紀(jì)60年代后，隨著人們對通信的要求變得越來越強烈，無線光通信獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。許多實驗室用氫-氖氣體激光器做了傳送電視信號和20路電話的實驗。也有的公司制成了語言信道試驗性通信系統(tǒng)，最大傳輸距離為600米。到70年代初無線激光通信己進(jìn)入應(yīng)用發(fā)展階段。然而1970年半導(dǎo)體激光器和低損耗光纖這兩項關(guān)鍵技術(shù)的重大突破，使光纖通信開始從理想變成可能，這立即引起了各國電信科技人員的重視，他們競相進(jìn)行研究和實驗。1977年，世界上第一條光纖通信系統(tǒng)在美國芝加哥市投入商用，速率為45Mb/s。這也同時標(biāo)志著無線光通信的研發(fā)開始轉(zhuǎn)向外太空光通信，近地的無線光通信工作幾乎停滯。20世紀(jì)90年代后期，隨著全光接入網(wǎng)的發(fā)展，對固定無線應(yīng)用的關(guān)注和對高速率的要求，無線光通信技術(shù)因其具有獨到的優(yōu)勢，在固定無線寬帶接人技術(shù)中，能為寬帶接人的快速部署提供一種靈活的解決方案，又得到了極大的關(guān)注。其應(yīng)用范圍己從軍用和航天逐漸邁人民用領(lǐng)域，技術(shù)也在得以逐步完善。
二、基本工作原理
1880年，貝爾的光電話用弧光燈或者太陽光作為光源，光束通過透鏡聚焦在話筒的震動片上。當(dāng)人對著話筒講話時，震動片隨著話音震動而使反射光的強弱隨著話音的強弱作相應(yīng)的變化，從而使話音信息調(diào)制在光波上。在接收端，裝有一個拋物面接收鏡，它把經(jīng)過大氣傳送過來的載有話音信息的光波反射到硅光電池上，硅光電池將光能轉(zhuǎn)換成電流。電流送到聽筒，就可以聽到從發(fā)送端送過來的聲音了。這是無線光通信的基本工作原理?，F(xiàn)代無線光通信設(shè)備的每一端分別包括專用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、激光收發(fā)器、線路接口、電源、機械支架等部分組成。一些廠商的設(shè)備還包括伺服機構(gòu)、監(jiān)控裝置、微波備份及遠(yuǎn)程管理軟件等部分。
激光收發(fā)器的光源主要采用LD和LED，其中的LD多采用鋁砷化鉀二極管、DFB，接收器主要采用PIN或APD。
三、技術(shù)優(yōu)勢與劣勢
1、技術(shù)優(yōu)勢 相對于常用的數(shù)字微波、銅纜數(shù)字用戶線、光纖等其他幾種接入方式，無線光通信主要優(yōu)勢有：①良好的安全保密性，由于激光的高指向性使它的發(fā)射光束極窄，方向性很好。通常激光光束的發(fā)散角都在毫弧度，甚至微弧度數(shù)量級，因此具有數(shù)據(jù)傳遞極高的保密性。②無微波頻段的許可證，因為無線光通信的工作頻段在350THz，設(shè)備間無射頻信號干擾前無需申請頻率使用許可證。③運營成本相對低廉，由于無須進(jìn)行昂貴的管道工程鋪設(shè)和維護，使得其造價約為光纖通信工程的五分之一。④架設(shè)迅速無線光通信架設(shè)、組網(wǎng)速度快，只須在通信節(jié)點上進(jìn)行設(shè)備安裝，工程建設(shè)以小時或天為計量單位，尤其適合作為光纖通信的應(yīng)急故障后備及臨時構(gòu)造大容量的通信鏈路。重新撤換部署也很方便。⑤透明的傳輸協(xié)議對于任何傳輸協(xié)議均可容易的迭加，電路和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都可透明傳輸。⑥設(shè)備尺寸小，由于光波的波長短，在同樣功能情況下，光收發(fā)天線的尺寸比微波、毫米波通信天線尺寸要小許多，同時功耗小，體積小，重最輕。⑦信息容量大，光波作為信息載體可輕易傳輸高達(dá)10Gb/s的數(shù)據(jù)。目前已經(jīng)商用無線激光設(shè)備，最高速率已達(dá)2 5Gb/s。實驗室里最高傳輸速率已達(dá)160Gb/s。
2、技術(shù)劣勢
當(dāng)然，無線光通信也有其固有的劣勢：①天氣影響通信質(zhì)量天氣因素尤其是大霧、沙塵暴等所引起的光的色散、漫反射將極大影響光通信的質(zhì)量。②通信距離受限目前用于近地的民用無線光通信的設(shè)備所能達(dá)到的距離受人眼安全的發(fā)射功率、成本、數(shù)據(jù)速率、天氣條件等的限制，一般為100m-5kmm，延長傳輸距離也可以通過建立中繼站的方法。③只能在視距范圍內(nèi)建立通信鏈路兩個通信節(jié)點之間視距范圍內(nèi)必須無遮擋。對于中間存在障礙物而不可直視的兩點之間的傳輸，可以通過建立一個中繼站實現(xiàn)連接。④安裝點的震動影響樓頂搖晃、振動可能會影響兩個節(jié)點之間的激光對準(zhǔn)，使通信質(zhì)量下降甚至?xí)簳r中斷。⑤意外因素可能使通信鏈路中斷如飛鳥等障礙物經(jīng)過鏈路空問，通信可能會瞬間中斷。
總之，由于無線光通信設(shè)備固有的特點，在眾多接入方式中具有比較明顯的優(yōu)勢。
四、應(yīng)用領(lǐng)域
與傳統(tǒng)的租用線路比較，無線光通信綜合了光纖通信與微波通信的優(yōu)點，根據(jù)其最大優(yōu)勢（寬帶寬）與最大劣勢（短距離），定位在城域接入網(wǎng)、交換機和移動基站等設(shè)備的連接、閉路監(jiān)視系統(tǒng)、廣播電視信號的單、雙工的傳輸中使用。可以很靈活的接人數(shù)據(jù)、話音、視頻業(yè)務(wù)。其益處在于長期費用的節(jié)約和對數(shù)據(jù)吞吐能力的增長。目前的主要應(yīng)用場合包括：①對于特殊要求的線路進(jìn)行冗余備份以及應(yīng)急時鏈路和意外恢復(fù)：在突發(fā)的自然或人為意外災(zāi)害中，原有通信線路被破壞，難以立即恢復(fù)時，或者在一些特殊地方發(fā)生突發(fā)事件，需要應(yīng)急通信，采用無線光通信進(jìn)行快速的部署。②提供室內(nèi)外、臨近局域網(wǎng)之間的互連互通：當(dāng)分布在兩座樓宇之間的辦公室需要建立一條企業(yè)內(nèi)部通信鏈路，受價格、帶寬、線路資源等因素和其他通信方式不能較好地解決時，采用無線光通信就可快速解決。③解決綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)（FSN）接入的“最后一公里”：對智能小區(qū)的寬帶接入，大企業(yè)Intmnet的互連，校園網(wǎng)的互連，大客戶的寬帶接入等提供一種快速靈活的方案，可提供2Mb／s～2.5Gb／s的帶寬。④在不具備接入條件或帶寬不足時提供高效的接入方案：在通信鏈路跨越高速公路、鐵路、河流、峽谷、海灣或擁擠的城區(qū)時，由于地理條件的限制無法敷設(shè)光纖線路時，采用無線光通信可以有效解決。⑤用于移動通信蜂窩網(wǎng)基站與交換中心的互聯(lián)。⑥用于一些大型集會如運動會、展覽會、慶祝會等需要快速建立一些臨時鏈路用于現(xiàn)場通信的場合。
五、結(jié)束語
無線光通信填補了受頻率資源許可、價格、帶寬等限制的無線通信方式與受地形、建網(wǎng)時間等特殊限制的光纖通信方式之間的空白。在一些情況下可以解決其他方式無法解決的問題?？梢造`活、快速地以較小的投資建立寬帶通信鏈路。因此，在調(diào)查和了解使用過程中的不同條件和要求如傳輸?shù)木嚯x、速率、誤碼率、可通率以及當(dāng)?shù)氐镍B群和氣象條件如降雨、雪、霧、沙塵的天數(shù)及程度等情況下，可以充分考慮利用無線光通信的方式組阿，迅速建立一個有效覆蓋且能夠為用戶提供端到端的綜合接入服務(wù)能力的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。
第三篇：淺析脈沖電子圍欄技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用
淺析脈沖電子圍欄技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用
前言》
脈沖電子圍欄作為最主流應(yīng)用的一種實現(xiàn)公共安全的新型高科技智能周界報警產(chǎn)品，它與傳統(tǒng)的紅外、微波、靜電感應(yīng)等周界安防系統(tǒng)相比，具有誤報率低、不受地形和環(huán)境限制、安全性高等顯著優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于世博會、奧運會、變電站、工廠、小區(qū)、學(xué)校、別墅、倉庫、機場、軍事基地、看守所、監(jiān)獄等各個行業(yè)。
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與信息化建設(shè)的深入，市場對周界安防要求不斷提高，尤其對解決安防行業(yè)核心系統(tǒng)存在的技術(shù)漏洞需求最為明顯。市場需求催生了創(chuàng)新的周界安防產(chǎn)品，第五代脈沖電子圍欄產(chǎn)品—“T6/T8系列觸網(wǎng)防旁路脈沖電子圍欄主機”應(yīng)運而生。T6/T8系列電子圍欄主機采用Smart DEC智能算法（全稱“防等電位破解技術(shù)”），新增單線觸網(wǎng)報警、防旁路報警功能，終結(jié)了電子圍欄行業(yè)長期存在的兩大技術(shù)漏洞，且能通過識別前端觸網(wǎng)信號，極大的降低誤報率。從用戶的角度考慮，第五代脈沖電子圍欄主機最大程度上改善了用戶體驗，電子圍欄技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)入了下一個里程碑時代。
脈沖電子圍欄的前世今身》
電子圍欄發(fā)展可追溯到上世紀(jì)二三十年代，從最原始的牧場電子圍欄到第五代智能觸網(wǎng)防旁路型脈沖電子圍欄的演化，這無疑是電子圍欄近100年來無數(shù)次技術(shù)革新的成果。第一階段：牧場電子圍欄
電子圍欄最早起源于英國英格蘭的流動牧場，牧人為了放牧的需要，拉一根導(dǎo)線，通上直流電，就形成簡單的電子圍欄，使牲畜在一定范圍內(nèi)活動。戰(zhàn)后在歐洲，牧業(yè)在農(nóng)業(yè)中的比重是很高的，大量的牧業(yè)市場需求促進(jìn)了“電子圍欄”的開發(fā)和推廣。牛羊等遇到“電子圍欄”的電擊阻擋而退回，很好地起到“牧羊人”的作用，同時也防止圈外的大型動物或猛獸跑進(jìn)來，對當(dāng)時的牧業(yè)發(fā)展起到了較大的促進(jìn)，在一些畜牧業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家仍然在發(fā)揮著較大的作用，姑且算是第一代電子圍欄產(chǎn)品的雛形。第二階段：報警電子圍欄
隨著整個“電子圍欄”行業(yè)的發(fā)展和深入，產(chǎn)品附件和種類越來越多，90年代中后期具有阻擋和報警功能的智能型周界安防報警系統(tǒng)，開始專業(yè)用于社會公共安全領(lǐng)域，它具有斷路、短路、失電報警功能同時又秉承了電子圍欄的安全阻擋功能。該產(chǎn)品充分考慮了人的主動性和智慧性，能準(zhǔn)確判斷出無意觸摸、蓄意破壞、非法闖入等各種情況，是現(xiàn)周界安防項目的比較好的選擇。第三階段：智能電子圍欄
隨著人們對產(chǎn)品性能和功能的要求越來越高，產(chǎn)品需要更加人性化，具有更多功能的產(chǎn)品開始出現(xiàn)。第二代產(chǎn)品輸出脈沖電壓恒定，當(dāng)周界的長短出現(xiàn)變化時，前端的電壓會隨著周界的長度出現(xiàn)過高或過低的現(xiàn)象;同時當(dāng)產(chǎn)品安裝在圍墻較低的別墅或小區(qū)時，白天會出現(xiàn)誤擊到小孩或附近工作人員的現(xiàn)象?；谝陨蠁栴}，第三代可調(diào)節(jié)輸出電壓和可設(shè)定高壓模式、安全模式切換功能的產(chǎn)品入市，如G3/T5系列脈沖電子圍欄主機，它具有斷路、短路、失電報警功能同時又秉承了電子圍欄的安全阻擋功能，充分考慮了人的主動性和智慧性，能準(zhǔn)確判斷出無意觸摸、蓄意破壞、非法闖入等各種情況。同時，這一階段的產(chǎn)品還有的具有遙控操作、遠(yuǎn)距離操作等功能，為產(chǎn)品大規(guī)模地應(yīng)用于別墅、小區(qū)提供了更好的產(chǎn)品。第四階段：網(wǎng)絡(luò)電子圍欄
隨著安防行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的逐步深入，絕大部分周界報警系統(tǒng)仍停留在前端報警和單一設(shè)備的控制管理之上，存在無法進(jìn)行聯(lián)動的缺陷，致使安防系統(tǒng)處于“分散管理”的狀態(tài)。由此網(wǎng)絡(luò)電子圍欄應(yīng)運而生，以G5S/G5P系列脈沖電子圍欄主機為例，其主要節(jié)點設(shè)備全網(wǎng)絡(luò)電子圍欄主機、智能控制終端和管理軟件都可直接接入以太網(wǎng)，用戶通過網(wǎng)絡(luò)即可監(jiān)管電子圍欄，實現(xiàn)信息實時傳遞、數(shù)據(jù)交互和遠(yuǎn)程監(jiān)管的功能需求。第四代產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化與集成化程度達(dá)到了空前成熟水平，且具有方案靈活、施工簡便、成本節(jié)省、傳輸穩(wěn)定的特點。
三年磨一劍的技術(shù)突破》
智能感知磁場平衡波，彌補技術(shù)漏洞
脈沖電子圍欄是通過主機的發(fā)射端口向前端圍欄上的合金線發(fā)射脈沖電，由接收端接收脈沖電信號，使電子圍欄系統(tǒng)形成一個完整的回路。一旦有人為入侵，造成相鄰兩根合金線的短路或者有人故意破壞剪斷前端圍欄合金線（開路），脈沖電子圍欄主機會及時發(fā)出警報并通過通信線路傳送至控制中心。
在脈沖電子圍欄行業(yè)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，卻有著兩個致命的技術(shù)弊端困擾著行業(yè)從業(yè)人員多年：單線觸網(wǎng)不報警和旁路跨接不報警，為用戶帶來了極大的安全隱患。目前市面上的脈沖電子圍欄產(chǎn)品單線觸網(wǎng)雖然可以對入侵者產(chǎn)生電擊，在電阻很小的時候有些產(chǎn)品也會產(chǎn)生報警，但當(dāng)電阻很大的時候就不會報警。這也就是說，當(dāng)入侵者穿著球鞋或帶著塑膠手套以單線觸網(wǎng)方式攀爬圍欄，則市面上的電子圍欄將不會產(chǎn)生報警，而入侵者所穿戴的絕緣材質(zhì)物品也可阻擋其遭受前段圍欄的電擊，使其順利翻越圍墻，存在嚴(yán)重的防范漏洞。
旁路跨接不報警是現(xiàn)有電子圍欄的另一技術(shù)弊端。旁路跨接分為單線旁路跨接（圖1）和回路旁路跨接（圖2），當(dāng)入侵者用短路線分別連接電子圍欄前端每根金屬線的兩端（單線旁路跨接），或用兩
（四）條短路線在圍欄網(wǎng)絡(luò)接線跨接處分別連接相間隔的金屬線（回路旁路跨接）后，電子圍欄前端產(chǎn)生失效區(qū)，而當(dāng)失效區(qū)金屬線被剪斷時，主機不報警，入侵者就可以趁這個“漏洞”翻越圍欄，造成財產(chǎn)損失。
圖1
圖2 為了彌補電子圍欄的缺陷及增加客戶的安全保障，上海廣拓耗時3年成功研發(fā)出全新的T6/T8系列觸網(wǎng)防旁路型脈沖電子圍欄，采用Smart DEC智能算法（全稱“防等電位破解技術(shù)”），能通過識別前端觸網(wǎng)情況，實現(xiàn)單線觸網(wǎng)報警、防旁路報警、短路報警和斷路報警這四類報警方式，從真正意義上解決了長久存在的技術(shù)漏洞，提升電子圍欄的安全性。全析計算識別入侵信號，最大降低誤報
電子圍欄主機原則上是不允許有漏報，如何在沒有漏報的基礎(chǔ)上減少誤報是目前各電子圍欄技術(shù)急需解決的問題?，F(xiàn)如今，減少誤報普遍著力于對硬件的改進(jìn)上，即傳感器與前端關(guān)鍵元器件的提升。傳感器負(fù)責(zé)對收集信號進(jìn)行分析，傳感器分析的程度越準(zhǔn)確，就越能將各種誤報的信號排除在外。從總的趨勢來看，脈沖電子圍欄正不斷向數(shù)字化技術(shù)邁進(jìn)，并成為一種主流趨勢。與以往幾代脈沖電子圍欄在硬件上的更迭相比，現(xiàn)在數(shù)字化的技術(shù)越來越偏重于軟件，即把一些產(chǎn)生誤報、漏報的可能情況，比如小動物、風(fēng)、雨、雪等干擾信號進(jìn)行軟件建模，通過軟件算法識別出各種誤報信號，這樣就可以減少誤報情況發(fā)生的機率。在這個方面，T6/T8系列脈沖電子圍欄主機采用Smart DEC智能算法，通過感知電子圍欄金屬線上的磁場變化，并經(jīng)由一系列精密運算，從而精準(zhǔn)判斷出前端圍欄的觸網(wǎng)情況，全面革新了電子圍欄的報警技術(shù)。當(dāng)前端圍欄被碰觸，搭載于主機內(nèi)的Smart DEC智能算法能夠通過計算圍欄金屬線上電磁場的變化量辨別出是人體還是小動物的觸碰，并針對人為入侵行為向控制中心發(fā)出報警信號，極大減少電子圍欄產(chǎn)品的誤報率。同時，當(dāng)入侵者使用短路方式對前端圍欄進(jìn)行接駁，圍欄金屬線上的電磁場平衡將被遭到破壞，Smart DEC智能算法通過對電磁場平衡波動的監(jiān)測準(zhǔn)確探知入侵者的旁路跨接行為（包含單線旁路跨接和回路旁路跨接），并即刻將報警信息發(fā)送控制中心，為安保人員進(jìn)行處警提供絕佳的時間優(yōu)勢。
行業(yè)發(fā)展趨勢》
網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化應(yīng)用引發(fā)的市場大變革
基于物聯(lián)網(wǎng)的滲入，未來周界安防的發(fā)展趨勢，必然是以用戶為核心而設(shè)計網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化等特征的綜合信息操作系統(tǒng)。作為安防系統(tǒng)的第一道屏障，電子圍欄需要一個數(shù)據(jù)化的系統(tǒng)操作從而更有效的來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全性。業(yè)內(nèi)專家普遍認(rèn)為，T6/T8系列觸網(wǎng)防旁路型脈沖電子圍欄主機采用獨創(chuàng)的Smart DEC技術(shù)，智能識別入侵者觸碰電子圍欄前端的多種報警類型，其技術(shù)設(shè)計理念在周界的前端入侵探測領(lǐng)域具有顯著創(chuàng)新性和先進(jìn)性。
然而，電子圍欄主機入侵探測傳感模式與觸發(fā)判斷的技術(shù)革新仍不能完全滿足日益增長的用戶需求，周界安防解決方案更需要擁有強大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成平臺，這使得電子圍欄主機在設(shè)計上考慮多種通信方式。以T6/T8系列主機為例，產(chǎn)品內(nèi)置以太網(wǎng)，RS485豐富接口，最大程度提高了產(chǎn)品通訊連接能力和穩(wěn)定性，適應(yīng)用戶與視頻監(jiān)控系統(tǒng)、語音對講系統(tǒng)、燈光控制系統(tǒng)有效集成需求。便捷的通過智能鍵盤或控制軟件調(diào)控用戶服務(wù)器結(jié)構(gòu)，如遠(yuǎn)程防區(qū)布撤防、模式切換、輸出電壓調(diào)整、靈敏度調(diào)節(jié)、報警響應(yīng)時間調(diào)節(jié)等功能，順利實現(xiàn)跨地區(qū)遠(yuǎn)程移動的安全警戒和管理。
當(dāng)有人非法翻越圍墻或破壞圍欄時，脈沖電子圍欄具有阻擋作用，聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)彈出報警點視頻畫面，進(jìn)行視頻復(fù)核。通過智能控制終端配套的移動云警APP管理前端電子圍欄防區(qū)信息一目了然，推送機制保障報警信息即時送達(dá)，報警信息列表輕松查看報警詳情，隨時隨地處理警情。
最后，電子圍欄系統(tǒng)采用的全網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)，和MK智能控制終端、SMC3000管理平臺組成三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，只需簡單的將網(wǎng)線插入主機和光纖收發(fā)器，施工費用至少減少30%，降低了工程施工的復(fù)雜程度及成本。以上正是脈沖電子圍欄網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化所帶來的技術(shù)革新，這種變革真正意義上區(qū)別了國內(nèi)各廠商在產(chǎn)品技術(shù)和設(shè)計理念上的差異。產(chǎn)品技術(shù)上的差異可以在較短時間內(nèi)得以趕超，而設(shè)計理念的差異往往源自于廠商本身自帶的基因，并非簡單就能彌補及突破。在全球安防市場風(fēng)云驟變的時代，更驗證了電子圍欄領(lǐng)先廠商創(chuàng)新、匠心的戰(zhàn)略實施為用戶創(chuàng)造安防的全新價值。
第四篇：CMP(化學(xué)機械拋光)技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢及應(yīng)用
CMP(化學(xué)機械拋光)技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢及應(yīng)用
CMP-化學(xué)機械拋光技術(shù)它利用了磨損中的“軟磨硬”原理，即用較軟的材料來進(jìn)行拋光以實現(xiàn)高質(zhì)量的表面拋光。在一定壓力及拋光漿料存在下，被拋光工件相對于拋光墊作相對運動，借助于納米粒子的研磨作用與氧化劑的腐蝕作用之間的有機結(jié)合，在被研磨的工件表面形成光潔表面151.CMP技術(shù)最廣泛的應(yīng)用是在集成電路(IC)和超大規(guī)模集成電路中(ULSI)對基體材料硅晶片的拋光。而國際上普遍認(rèn)為，器件特征尺寸在0.35 5m以下時，必須進(jìn)行全局平面化以保證光刻影像傳遞的精確度和分辨率，而CMP是目前幾乎唯一的可以提供全局平面化的技術(shù)。其中化學(xué)機械拋光漿料是關(guān)鍵因素之一。拋光磨料的種類、物理化學(xué)性質(zhì)、粒徑大小、顆粒分散度及穩(wěn)定性等均與拋光效果緊密相關(guān)。此外，拋光墊的屬性(如材料、平整度等)也極大地影響了化學(xué)機械拋光的效果.隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，2003年，全球CMP拋光漿料市場已發(fā)展至4.06億美元.但國際上CMP拋光漿料的制備基本屬于商業(yè)機密，不對外公布。1化學(xué)機械拋光作用機制
CMP作用機理目前還沒有完整的從微觀角度的理淪解釋。但從宏觀上來說，可以解釋如下:將旋轉(zhuǎn)的被拋光晶片壓在與其同方向旋轉(zhuǎn)的彈性拋光墊上，而拋光漿料在晶片與領(lǐng)升：拋光機 http://004km.cn
底板之間連續(xù)流動。上下盤高速反向運轉(zhuǎn)，被拋光晶片表面的反應(yīng)產(chǎn)物被不斷地剝離，新拋光漿料補充進(jìn)來，反應(yīng)產(chǎn)物隨拋光漿料帶走。新裸露的品片平面又發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)物再被剝離下來而循環(huán)往復(fù)，在襯底、磨粒和化學(xué)反應(yīng)劑的聯(lián)合作用下，形成超精表面，要獲得品質(zhì)好的拋光片，必須使拋光過程中的化學(xué)腐蝕作用與機械磨削作用達(dá)到一種平衡。如果化學(xué)腐蝕作用大于機械拋光作用，則會在拋光片表面產(chǎn)生腐蝕坑、桔皮狀波紋;反之，機械拋光作用大于化學(xué)腐蝕作用則表面產(chǎn)生高損傷層.為了進(jìn)一步了解CMP作用的本質(zhì)，近年來國內(nèi)外有很多關(guān)于CMP作用微觀機理的研究.清華人學(xué)王亮亮、路新春的研究表明:CMP中主要是低頻、大波長的表面起伏被逐漸消除，而小尺度上的粗糙度并未得到顯著改善;當(dāng)顆粒直徑在10^-25 nm的范圍時，粒徑和粗糙度不存在單調(diào)的增減關(guān)系;桔皮的產(chǎn)生主要是拋光漿料中堿濃度過高所致。而北京交通大學(xué)張朝輝等根據(jù)Lei提出的CMP作用中納米流體薄膜理論，提出化學(xué)機械拋光過程中，受載的粗糙峰和被拋光的品片表面之間存在一納米量級的薄流體膜，形成了納米級薄膜流動系統(tǒng)，指出對納米級流動規(guī)律進(jìn)行研究將有助r-了解化學(xué)機械拋光的作用機理，其中，在極薄的膜厚情況下的溫度場分析是一項迫切任務(wù)。同時，陳楊的研究也表明了相似的觀點:材料的去除首先源于化學(xué)腐蝕作用。一方面，在拋光領(lǐng)升：拋光機 http://004km.cn
過程中晶片表面局部接觸點產(chǎn)生高溫高壓，從而導(dǎo)致一系列復(fù)雜的摩擦化學(xué)反應(yīng);在拋光漿料中的堿性組分和納米磨料顆粒作用下，硅片表面形成腐蝕軟質(zhì)層，從而有效地減弱磨料對硅片基體的刻劃作用，提高拋光效率和拋光表面質(zhì)量。另一方面，根據(jù)Preston公式: N RR=QWNV(其中，NRR為材料去除率;QW為被拋光材料的密度;N為拋光有效磨料數(shù);V為單個磨料所去除材料的體積，包括被去除的硅叢體的體積V,和軟質(zhì)層的體積V2)，軟質(zhì)層的形成導(dǎo)致v增大(即化學(xué)腐蝕作用可促進(jìn)機械磨削作用)，V1減小，從而有利于減小切削深度、增強塑性磨削和提高拋光表面質(zhì)量。因此，在拋光漿料質(zhì)量濃度相同的條件下，采用納米磨料拋光不僅有利于減小切削深度、提高拋光表面質(zhì)量，同時由于有效磨料數(shù)N的急劇增大，還有利于提高拋光效率。應(yīng)該指出的是，軟質(zhì)層的厚度同拋光條件有關(guān)，就納米級磨料而言，相應(yīng)的軟質(zhì)層的厚度一般處于幾納米至十幾納米之間:而由于CMP是機械去除和化學(xué)去除相互作用的過程，因此難以通過靜態(tài)化學(xué)腐蝕測最軟質(zhì)層的硬度。忽略拋光墊和其它一些因素的影響，拋光漿料的流動特性對CMP的行為有很大的影響。一般拋光漿料磨粒為圓形的納米級粒子，利用微極性流體可以模擬粒子的微旋運動對拋光性能的影響。張朝輝研究的模擬結(jié)果表明微極性將增加承載能力，從而有利于提高拋光速率。這一特性在低節(jié)距或低轉(zhuǎn)速下更為顯著，體現(xiàn)出尺寸依賴性。
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2化學(xué)機械拋光漿料
拋光漿料的成分主要由三部分組成:腐蝕介質(zhì)、成膜劑和助劑、納米磨料粒子。拋光漿料要滿足拋光速率快、拋光均一性好及拋后易清洗等要求.磨料粒子的硬度也不宜太高，以保證對膜層表面的機械損害比較輕。
按pH值分類，拋光漿料主要分為兩類:酸性拋光漿料和堿性拋光漿料。一般酸性拋光漿料都包含氧化劑、助氧化劑、抗蝕劑(又叫成膜劑)、均蝕劑、pH調(diào)制劑和磨料。氧化劑起在被拋光物件表面發(fā)生氧化腐蝕作用，然后通過機械作用去除表面凸起部分，使物件表面平整:另外，氧化劑還能氧化基體表面形成一層氧化膜從而提高選擇性。助氧化劑起到提高氧化速率的作用。均蝕劑可使腐蝕均勻，從而使表面光滑細(xì)膩;抗蝕劑的作用是在被拋光物件表面與被腐蝕基體形成一層聯(lián)結(jié)膜，從而阻止腐蝕的進(jìn)行以提高選擇性。而堿性拋光漿料中一般包含絡(luò)合劑、氧化劑、分散劑、pH調(diào)制劑和磨料。因為堿性拋光漿料僅在強堿中才有很寬的腐蝕領(lǐng)域，而且磨料易造成劃傷，所以應(yīng)用遠(yuǎn)不如酸性拋光漿料廣泛。對于不同的腐蝕基體要選擇不同的絡(luò)合劑:分散劑一般為大分子量非離子有機分散劑，其作用是保證漿料中的磨料不發(fā)生絮凝和沉降現(xiàn)象，并使磨料的勤度保持盡可能低，具有良好的流動性。下面主要介紹目前使用最為廣泛的幾種拋光漿料。
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2.1 CeO2拋光漿料
稀土氧化物CeO2具有很好的拋光性能，其特點是拋光速率高，對材料的去除率高，被拋光表面粗糙度和表面微觀波紋度較小，顆粒硬度低，對被拋光表面損傷較弱;其缺點是勃度大，易劃傷且高低選擇性不好，沉淀在介質(zhì)膜_L吸附嚴(yán)重，為后續(xù)清洗帶來困難.CeO2拋光漿料廣泛應(yīng)用于玻璃精密拋光、超大規(guī)模集成電路Sio2介質(zhì)層拋光和單晶硅片拋光等，而現(xiàn)在國內(nèi)外有很多研究也致力于CeO2拋光漿料對半導(dǎo)體襯底材料(如GaAs晶片)的拋光。
首先納米CeO2粒子通過化學(xué)吸附與拋光表面上的Sio2之間形成Ce-O-Si鍵，CeO2粒子將表面部分Sio2撕裂下來，進(jìn)入溶液中;經(jīng)過擴散，Sio2粒子又從CeO2粒子的表面脫落。Ce-O-Si鍵的形成與S-O-Si鍵的斷裂影響著拋光速率.化學(xué)吸附作用和機械撕裂作用同時影響著Si-O-Si鍵的斷裂。CeO2拋光漿料區(qū)別于傳統(tǒng)拋光活性強的拋光漿料都是強酸，它在堿性拋光環(huán)境下是兩性的，能同時吸附陽離子和陰離子，故有更好的拋光性能。鄉(xiāng)屯度、硬度、粒度、粒度分布、懸浮性、表面電性、表面活性和密度等都是影響其拋光性能的主要因素.粒度大的適合高速拋光，粒度小的適用于低速拋光圈.具有高拋光性能的納米CeO2目前的合成方法主要有:液相反應(yīng)法、固相反應(yīng)法、機械化學(xué)法。液相反應(yīng)法包括:溶領(lǐng)升：拋光機 http://004km.cn
膠一凝膠法、液相沉淀法、電化學(xué)法、水熱法、微乳液法、噴霧熱分解法等。張鵬珍等采用溶膠一凝膠法制備了平均晶粒度在13.3 nm且粒度分布均勻的納米CeO2粉體，經(jīng)此CeO2拋光漿料拋光后的玻璃幕片表面粗糙度(Ra)可降到0.6nm左右，顯示了良好的拋光性能。Ming等(2a)也采用此法在常壓下制備納米CeO2,原料為硝酸飾錢、尿素和去離子水，通過加熱得到的CeO2粒徑為8 nm，具有立方體結(jié)構(gòu)。電化學(xué)法制得的CeO2優(yōu)點是粒子粒度很小，分散性也較好，工藝也相對簡單，但是產(chǎn)率較低。水熱法的優(yōu)點是不需要進(jìn)行高溫灼燒處理，避免了硬團聚。Verdon等在耐熔的合金容器中，于1.5 MPa和500%條件下進(jìn)行水熱合成制得的納米CeO2晶型較好。BondioliF等利用固相反應(yīng)在得到的CeO2產(chǎn)物尺寸為10-20 nm，且具有較好的尺寸分布.有研究表明，用機械化學(xué)法也能制成粒度在10-20nm的納米CeO2.Rajendran(291通過一種新的方法研究了CeO2拋光Si仇過程，發(fā)現(xiàn)CeO2的機械作用能加速其與Siq還原的化學(xué)反應(yīng)，并且在拋光過程中存在Cc 3+與Ce0+兩種價態(tài)。
2.2 Si02拋光漿料
Si仇拋光料的優(yōu)點是選擇性和分散性好，機械磨損性能較好，化學(xué)性質(zhì)較活潑，后清洗過程廢液處理較容易，其缺點是硬度較高，易在被拋光物體表面造成不平整，且在拋光領(lǐng)升：拋光機 http://004km.cn
漿料中易產(chǎn)生凝膠現(xiàn)象，對拋光速度的再現(xiàn)性有不良影響，同時會使被拋光物體表面產(chǎn)生刮傷。SiO2拋光漿料的pH值、磨料粒徑(50-200 nm)與分散度、濃度等都對其拋光效果有很大的影響。Si02拋光漿料用于硅片的拋光、層間介電層OLD)的拋光、妮酸鉀晶片的拋光、硬盤基片的拋光等。Siq拋光料的制備方法國內(nèi)外有很多研究，從總體來說主要是分散法與凝聚法:分散法是通過機械攪拌將納米Si仇粉末直接分散到水中來制備Si02漿料的。用分散法制備Si02漿料主要包括以下3個過程:①納米Si02穎粒在液體中潤濕:②團聚體在機械攪拌力作用下被打開成獨立的原生粒子或較小的團聚體;③將原生粒子或較小的團聚體穩(wěn)定住，阻止再發(fā)生團聚。采用分散法制備出的Si仇漿料濃度高、顆粒均勻、分散性好、純度高、黏度較小，但受粉體本身性能的影響特別嚴(yán)重。凝聚法是利用水溶液中化學(xué)反應(yīng)所生成的SiO2通過成核、生長，采用各種方法脫除其中雜質(zhì)離子得到納米Sio2水分散體系的一種方法，該法制得的Sio2漿料穎粒粒徑均一，形狀規(guī)整，純度與濃度也較高.王占銀以SiO2作為拋光漿料，分析了影響妮酸鏗晶片拋光效果的因素，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，使妮酸銼的表面粗糙度凡達(dá)到0.387 nmo雷紅制備了Sio2拋光漿料用來拋光鎳磷敷鍍的硬盤基片，表面形貌儀測得拋光后基片的表面粗糙度和波紋度分別為0.052 nm和0.063 nm,且基片表面無凹坑、電蝕等缺陷。另有研究領(lǐng)升：拋光機 http://004km.cn
表明[301當(dāng)Si02拋光漿料pH->9時，在拋光漿料中加入適量的活性劑和鰲合劑，能消除Si02凝膠現(xiàn)象，得到較好的拋光結(jié)果。目前，對影響Si02拋光漿料拋光效果〔高拋光速率、低表面損傷、高表面平整度、易清洗等)的各種因素(拋光漿料粒度、pH值、溫度、拋光漿料流速等)的研究己比較成熟.2.3 A1203拋光漿料
1998年日本COSMOS公司首次開發(fā)了納米級別的超細(xì)A1203微粉作磨料的納米級拋光劑，從而Al2o3拋光漿料廣泛應(yīng)用于CMP領(lǐng)域，以納米Y-AI203為研磨粒子的漿料可用于集成電路生產(chǎn)過程中層間鎢、鋁、銅等金屬薄膜的平坦化及高級光學(xué)玻璃、石英品體和各種寶石的拋光等.A12o3場拋光漿料因具有選擇性低、分散穩(wěn)定性不好、易團聚等缺點，往往在幾分鐘內(nèi)就會出現(xiàn)沉淀，顆粒變粗，所以在拋光中表面劃傷嚴(yán)重，損傷層深，所以通常A1203拋光漿料要混合有機添加物一起使用并控制好工藝條件以達(dá)到良好的拋光效果。宋曉嵐等的研究表明，在y-A12偽固含量為6%的漿料中，加入異丙醉胺分散劑的用量為-y-A1203粉體質(zhì)量的1%，同時控制漿料的pH值約為4，此時納米y-A12場粉末的潤濕性能最佳，漿料Zeta電位值較高，勃度較小，在該條件下可成功獲得長時間不沉降的穩(wěn)定漿料。盧海參采用丙烯酞氯對超細(xì)氧化鋁進(jìn)行表面改性，有效提高了氧化鋁拋光漿料的分領(lǐng)升：拋光機 http://004km.cn
散性，進(jìn)一步的研究表明材料去除速率隨壓力或下盤轉(zhuǎn)速先增大后減小，隨拋光時的延長，材料去除速率初期較人，后期變化趨于平緩。具有良好的抗靜電性和可擦性的A1203拋光漿料在國內(nèi)已經(jīng)研制出來，應(yīng)用于磁性材料的精密拋光加工中。有研究表明,通過A1203外層包覆Si02形成殼一核性結(jié)構(gòu)粒子拋光漿料拋光能很好地提高拋光性能，減低表面損傷和粗糙度，其機理可能為殼一核結(jié)構(gòu)的緩沖效應(yīng)和粒子之間的解聚作用。
3化學(xué)機械拋光技術(shù)發(fā)展趨勢
隨著計算機、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，對作為其基礎(chǔ)的集成電路的性能要求愈來愈高。集成電路芯片增大而單晶體管元件減小及多層集成電路芯片是發(fā)展的必然趨勢，使得CMP在集成電路行業(yè)的重要性越來越顯著，這對CMP技術(shù)提出了更高的要求。
在CMP設(shè)備方面，正在由單頭、雙頭拋光機向多頭拋光機發(fā)展;結(jié)構(gòu)逐步由旋轉(zhuǎn)運動結(jié)構(gòu)向軌道拋光方法和線形拋光技術(shù)方面發(fā)展;開發(fā)帶有多種在線檢測裝置的設(shè)備，如組裝聲學(xué)信號、力學(xué)信號、薄膜厚度及拋光漿料性質(zhì)等在線測量裝置，并且結(jié)合目前的干進(jìn)干出要求，將拋光后清洗裝置與拋光機集成來進(jìn)行開發(fā)。在應(yīng)用方面，CMP技術(shù)已從集成電路的硅品片、層間介質(zhì)(ILD)、絕緣體、導(dǎo)體、鑲嵌金屬W.AI.Cu.Au及多晶硅、硅氧化物溝道等的平面化，拓展至領(lǐng)升：拋光機 http://004km.cn
薄膜存貯磁盤、微電子機械系統(tǒng)(MFMS)、陶瓷、磁頭、機械磨具、精密閥門、光學(xué)玻璃和金屬材料等表面加工領(lǐng)域。在CMP拋光漿料方面，關(guān)鍵是要開發(fā)新型拋光漿料，特別是復(fù)合磨料拋光漿料，使其能提供高的拋光速率、好的平整度、高的選擇性以及利于后續(xù)清洗過程，以使磨料粒子不會殘留在芯片表面而影響集成電路性能。
CMP漿料有待于發(fā)展的技術(shù)有:磨料制各技術(shù)、漿料分散技術(shù)和拋光漿料配方技術(shù)。首先要解決的就是尺寸小、分散度大、硬度適中、均勻性好、純度高的納米磨料粒子。拋光漿料的排放及后處理工作最也在增大(出于環(huán)保原因，即使?jié){料不再重復(fù)利用，也必須先處理才可以排放)。而且，拋光漿料價格昂貴，如何對拋光漿料進(jìn)行后處理，補充必要的化學(xué)添加劑，重復(fù)利用其中的有效成分，或降級使川，不僅可以減少環(huán)境污染，而且可以大大降低加工成本。拋光漿料的后處理研究將是未來的新研究熱點。另外一方面，復(fù)合磨料拋光漿料的研究也將是未來的趨勢之一，因為復(fù)合磨料拋光漿料在保持單一磨料拋光漿料優(yōu)點同時也改善了其缺點，在國外已經(jīng)出現(xiàn)了復(fù)合拋光磨料的研究報道，如A1203, Si02, CeO2各種單一拋光磨料互相通過包覆形成殼一核型的復(fù)合拋光磨料，集中各種單一拋光磨料的優(yōu)點，從而配制出拋光效果更佳的新型復(fù)合拋光漿料。實驗表明，在較軟的磨料粒子外面包覆一層較硬的物質(zhì)，可以在提高其拋光速率的同時領(lǐng)升：拋光機 http://004km.cn
也保持了較高的選擇性;而在較硬的磨料粒子外面包覆一層較軟的物質(zhì)，則可在保持其較高拋光速率的基礎(chǔ)上改善其拋光表面質(zhì)量。如Lu等成功地在球形SiO2粒子外面包覆一層Ce02，并以其作為磨料制備復(fù)合拋光漿料與Sio2和Ce02拋光漿料進(jìn)行拋光實驗的比較，研究表明，復(fù)合磨料具有更好的拋光效果。目前，CMP技術(shù)己經(jīng)不局限于使用固體磨料，甚至出現(xiàn)了用氣體來進(jìn)行拋光的技術(shù)(如HVPE技術(shù)等)，為拋光漿料的發(fā)展開拓了新的思路。
近年來，CMP技術(shù)得到了長足的發(fā)展，涌現(xiàn)出了不少新技術(shù)，例如:固結(jié)磨料化學(xué)機械拋光技術(shù)、電化學(xué)機械平坦化技術(shù)、無磨料化學(xué)機械拋光技術(shù)、無應(yīng)力拋光技術(shù)、接觸平坦化技術(shù)和等離子輔助化學(xué)蝕刻平坦化技術(shù)等。
盡管CMP技術(shù)發(fā)展的速度很快，但目前對CMP技術(shù)的了解還處于定性的階段，需要解決的理論及技術(shù)問題還很多。如人們對諸如拋光參數(shù)(如壓力、轉(zhuǎn)速、溫度等)對平面度的影響、拋光墊一漿料一片子之間的相互作用、漿料化學(xué)性質(zhì)(如組成、pH值、顆粒度等)對各種CMP參數(shù)的影響及其機理了解仍然甚少，因而定量確定最佳CMP工藝、系統(tǒng)地研究CMP工藝過程參數(shù)、建立完善的CMP理論模型、滿足各種超大型集成電路生產(chǎn)對CMP工藝的不同要求，是研究CMP技術(shù)的重大課題。由于缺乏有效的在線終點檢測技術(shù)，維持穩(wěn)定的、一次通過性的生產(chǎn)運轉(zhuǎn)過程還存在困難，因而迫切需要開發(fā)領(lǐng)升：拋光機 http://004km.cn
實用的在線檢測手段。一般在芯片工藝的最后幾個階段也需進(jìn)行CMP加工，此時每個芯片的價值已達(dá)到數(shù)千至數(shù)十萬美元，因而，芯片表面殘留漿料的清除是CMP后清洗的主要課題。研制合適的CMP工藝、拋光設(shè)備及漿料以使去除速度高而穩(wěn)定、片子的模內(nèi)均勻性和片內(nèi)均勻性都理想，且產(chǎn)生的表面缺陷少，是CMP技術(shù)發(fā)展的主要難題。4結(jié)語
綜上所述，CMP技術(shù)可用于各種高性能和特殊用途的集成電路制造，且應(yīng)用領(lǐng)域口益擴展，已成為最為重要的超精細(xì)表面全局平面化技術(shù)，也是國際競爭的關(guān)鍵技術(shù)，其增長勢頭和發(fā)展前景非常可觀。深入研究和開發(fā)CMP技術(shù)，并形成擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的材料和工藝，將促進(jìn)我國IC產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展，提高我國在這一方面的國際地位，同時也將帶來了巨大的經(jīng)濟和社會效益。
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第五篇：超聲成像技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用
超聲成像技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用引言
超聲成像以其使用安全、成像速度快、價格便宜和使用方便等優(yōu)勢在臨床診斷中被大量使用，是臨床診斷的重要工具之一[1]。隨著超聲在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域的廣泛而深入的應(yīng)用，以及微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、圖像處理技術(shù)和探頭技術(shù)等工程技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了超聲診斷技術(shù)不斷發(fā)展。不僅儀器的圖像質(zhì)量明顯提高，而且診斷的模式和方法也更加豐富。國內(nèi)外很多研究人員從事著超聲的研究，使超聲技術(shù)從模擬技術(shù)擴展到數(shù)字技術(shù)，即數(shù)字聲束形成技術(shù)[2]；從低幀率成像擴展到高幀率成像[3]；從二維成像擴展到三維成像[4]；從線性技術(shù)擴展到非線性技術(shù)[5]，以適應(yīng)臨床不同的需求。本文著重對多普勒血流成像、三維成像技術(shù)和諧波成像技術(shù)作一下介紹，并對各自在臨床方面的應(yīng)用進(jìn)行概括。超聲多普勒成像技術(shù)
超聲多普勒技術(shù)主要應(yīng)用于心臟和血管疾病的診斷。它是無損診斷血管疾病的一種重要手段，對超聲多普勒血流信號的分析處理可以為疾病診斷提供重要依據(jù)[6]。當(dāng)超聲源與人體內(nèi)運動目標(biāo)之間存在相對運動時,接收到的回波信號將產(chǎn)生多普勒頻移,由此確定其運動速度大小、方向以及在斷層上的分布。
2.1多普勒成像技術(shù)簡介
目前應(yīng)用于臨床的有一維連續(xù)多普勒、一維脈沖多普勒、彩色多普勒、能量多普勒和多普勒組織成像[7]。下面就多普勒組織成像技術(shù)及其應(yīng)用做一個簡單的介紹。
多普勒組織成像技術(shù)[7]是將低速高振幅的心肌運動信息進(jìn)行彩色編碼顯示心臟運動信息的圖像診斷技術(shù)。該技術(shù)能夠直觀的觀察心動周期內(nèi)各時相的室壁運動方向，并定量分析心臟各節(jié)段的室壁運動速度。與傳統(tǒng)超聲目測分析室壁運動相比，能夠更為客觀地評價心臟的運動特點。但多普勒組織成像無法克服多普勒聲束與室壁運動方向夾角所產(chǎn)生的影響[8]。
2.2 超聲多普勒成像技術(shù)應(yīng)用
關(guān)于超聲多普勒成像技術(shù)的臨床應(yīng)用的報道有很多。學(xué)者經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)二維及
彩色多普勒超聲對甲狀腺良惡性腫瘤的鑒別有一定的診斷價值[9]。李斌采用彩色多普勒超聲對子宮頸部肌瘤的聲像圖特征及其相應(yīng)的生理、病理學(xué)基礎(chǔ)作了相關(guān)的實驗分析，得出彩色多普勒超聲對子宮頸部肌瘤有很高的診斷價值[10]。也有人針對彩色多普勒超聲和多層螺旋CT兩種檢查方式進(jìn)行比較[11]。另外，超聲多普勒成像技術(shù)也可用于心臟圖像的動態(tài)三維圖像[12]。三維超聲成像技術(shù)
三維超聲成像的概念最初由Baun和Greewood在1961年提出[13]。他們在采集一系列平行的人體器官二維超聲截面的基礎(chǔ)上，用疊加的方式得到了器官的三維圖像。在這之后，很多人進(jìn)行了這方面的研究工作。隨著計算機技術(shù)和圖像處理技術(shù)的發(fā)展，三維超聲成像取得了明顯的進(jìn)展，一些實用的系統(tǒng)開始進(jìn)入臨床應(yīng)用。
3.1 三維超聲成像技術(shù)原理簡介
三維超聲成像技術(shù)包括數(shù)據(jù)獲取、三維圖像重建和三維圖像的顯示[14]。三維超聲成像是在采集二維圖像的基礎(chǔ)上進(jìn)行重建而成。
要獲得理想而準(zhǔn)確的三維圖像，需要清楚地了解二維圖像的位置及角度，還需盡快掃查以避免運動偽像。常用機械驅(qū)動掃查、自由掃查、一體化容積探頭掃查等方式獲取[15]。
獲取二維圖像數(shù)據(jù)后，便可形成三維立體數(shù)據(jù)庫。當(dāng)選擇一個參考切面對三維立體數(shù)據(jù)庫進(jìn)行任意方向的切割和觀察時，即可完成對感興趣結(jié)構(gòu)的三維重建與顯示。常用的重建方法為[15]：基于特征的三維圖像重構(gòu)法、基于體素的三維圖像重構(gòu)方法。顯示方式有：斷面成像、表面成像、透明成像。
3.2 三維超聲成像的優(yōu)缺點
與傳統(tǒng)二維超聲成像相比，三維超聲成像具有明顯的優(yōu)勢。主要表現(xiàn)在以下幾個方面[16]：直接顯示臟器的三維解剖結(jié)構(gòu)；可對三維成像的結(jié)果進(jìn)行重新斷層分層，從而能從傳統(tǒng)成像方式無法實現(xiàn)的角度進(jìn)行觀察；可對生理參數(shù)進(jìn)行精確測量，對病變位置精確定位。
無可厚非，三維超聲成像還存在不足之處[16]。主要表現(xiàn)在三個方面：(1)成像速度慢；(2)空間分辨力低；(3)成像效果未達(dá)到臨床診斷要求。
3.3 三維成像的應(yīng)用
三維超聲在產(chǎn)科領(lǐng)域的應(yīng)用較早，技術(shù)也較成熟[14]。不僅可以對胎兒體表結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面成像，還可利用透明成像對胎兒體內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建，從而對胎兒整體形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。在心血管疾病診斷中，可用于多種心臟疾病以及血管內(nèi)疾病的檢查。隨著實時三維超聲成像的研究成功，三維超聲有望在心臟疾病檢查中發(fā)揮更大的作用。另外，三維成像對慢性膀胱炎癥、憩室、結(jié)石、凝血塊等膀胱疾病的診斷，也顯示出優(yōu)越性[14]。當(dāng)然，它的臨床應(yīng)用還有很多，如在肝臟疾病、腎臟疾病以及眼科疾病等方面的治療中也取得不錯的成效[17]，再次不一一列舉。諧波成像技術(shù)
在諧波成像應(yīng)用于臨床之前，所有超聲成像系統(tǒng)都是按照線性超聲來設(shè)計的。非線性聲學(xué)的理論和實驗表明，有限振幅聲波在傳播過程中會產(chǎn)生非線性效應(yīng)，因此可以利用人體組織產(chǎn)生的高次諧波進(jìn)行成像[18]。當(dāng)前應(yīng)用較廣的有造影諧波成像，組織諧波成像等。具有諧波成像和Doppler血流成像功能成為高端超聲成像儀的主要標(biāo)志。
4.1 組織諧波成像和造影諧波成像
臨床上，由于肥胖、胃腸氣體干擾、腹壁較厚或疾病等原因，約有20%-30%此類的病人被稱為超聲顯像困難病人[18]。對于此類病人需要較低頻率的超聲檢查以增加穿透力從而得到進(jìn)一步的診斷研究，組織諧波成像便能解決此問題。
組織諧波成像是利用超聲傳播過程中由人體組織自身產(chǎn)生的高次諧波進(jìn)行成像[19]。組織諧波成像和造影諧波成像都是通過提取回波信號中的高次諧波分量進(jìn)行成像，但高次諧波產(chǎn)生的物理原理卻不相同。造影諧波成像的原理如下
[20]：超聲造影劑內(nèi)存在大量的微氣泡，若通過靜脈注射造影劑，由于造影劑中的微氣泡與周圍血液的聲阻抗差異較大，增強了超聲束的后向散射信號，從而提高超聲圖像的對比度，改善圖像質(zhì)量。這種利用造影劑反射回波的二次諧波成像的方式稱為造影劑諧波成像。
4.3 諧波成像應(yīng)用
目前諧波成像技術(shù)在心臟和腹部疾病超聲圖像診斷方面的應(yīng)用較為廣泛。但諧波成像發(fā)射頻率較低，接受頻率較高，使得靶區(qū)圖像分辨力降低。因此，此項技術(shù)尚處在初級應(yīng)用階段。國內(nèi)對組織諧波成像研究僅限于臨床應(yīng)用研究，尚缺
少對該項技術(shù)在理論和實驗方面的深入研究。國外已經(jīng)開展了組織諧波成像模型的理論研究，取得了一些成果。比如Yadong Li研究了用于產(chǎn)生諧波B型超聲圖像的計算模型[21]。組織諧波成像已經(jīng)被證實具有較好的影像解析度，它比基波圖像有著更好的對比，造影劑二次諧波成像可以增強造影劑與周圍組織的對比度，使成像更為清晰。展望
從早期超聲診斷技術(shù)到目前的超聲多普勒成像技術(shù)、三維成像技術(shù)和諧波成像技術(shù)的發(fā)展歷程來看，超聲圖像診斷技術(shù)的發(fā)展目的是為了提高圖像質(zhì)量，準(zhǔn)確反映疾病信息。超聲成像技術(shù)在過去、現(xiàn)在和將來都是醫(yī)學(xué)影像研究的重點內(nèi)容之一。隨著技術(shù)的發(fā)展、研究的深入，相信將會有更多新發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)用于超聲成像中。
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