光通信研究论文精选(九篇)
第1篇：光通信研究论文范文
笔者认为,光纤通信技术尚有很大的发展空间,今后会有很大的需求和市场。主要是:光纤到家庭FTTH、光交换和集成光电子器件方面会有较大的发展。在此主要讨论光纤通信的发展趋势和市场。
光纤通信的发展趋势
1、光纤到家庭(FTTH)的发展
FTTH可向用户提供极丰富的带宽,所以一直被认为是理想的接入方式,对于实现信息社会有重要作用,还需要大规模推广和建设。FTTH所需要的光纤可能是现有已敷光纤的2～3倍。过去由于FTTH成本高,缺少宽带视频业务和宽带内容等原因,使FTTH还未能提到日程上来,只有少量的试验。近来,由于光电子器件的进步,光收发模块和光纤的价格大大降低;加上宽带内容有所缓解,都加速了FTTH的实用化进程。
发达国家对FTTH的看法不完全相同:美国AT&T认为FTTH市场较小,在0F62003宣称:FTTH在20-50年后才有市场。美国运行商Verizon和Sprint比较积极,要在10—12年内采用FTTH改造网络。日本NTT发展FTTH最早,现在已经有近200万用户。目前中国FTTH处于试点阶段。
FTTH[遇到的挑战:现在广泛采用的ADSL技术提供宽带业务尚有一定优势。与FTTH相比:①价格便宜②利用原有铜线网使工程建设简单③对于目前1Mbps—500kbps影视节目的传输可满足需求。FTTH目前大量推广受制约。
对于不久的将来要发展的宽带业务,如:网上教育,网上办公,会议电视,网上游戏,远程诊疗等双向业务和HDTV高清数字电视,上下行传输不对称的业务,AD8L就难以满足。尤其是HDTV,经过压缩,目前其传输速率尚需19.2Mbps。正在用H.264技术开发,可压缩到5～6Mbps。通常认为对QOS有所保证的ADSL的最高传输速串是2Mbps,仍难以传输HDTV。可以认为HDTV是FTTH的主要推动力。即HDTV业务到来时,非FTTH不可。
FTTH的解决方案:通常有P2P点对点和PON无源光网络两大类。
F2P方案一一优点:各用户独立传输,互不影响,体制变动灵活;可以采用廉价的低速光电子模块;传输距离长。缺点:为了减少用户直接到局的光纤和管道,需要在用户区安置1个汇总用户的有源节点。
PON方案——优点:无源网络维护简单;原则上可以节省光电子器件和光纤。缺点:需要采用昂贵的高速光电子模块;需要采用区分用户距离不同的电子模块,以避免各用户上行信号互相冲突;传输距离受PON分比而缩短;各用户的下行带宽互相占用,如果用户带宽得不到保证时,不单是要网络扩容,还需要更换PON和更换用户模块来解决。(按照目前市场价格,PEP比PON经济)。
PON有多种,一般有如下几种:(1)APON:即ATM-PON,适合ATM交换网络。(2)BPON:即宽带的PON。(3)OPON:采用通用帧处理的OFP-PON。(4)EPON:采用以太网技术的PON,0EPON是千兆毕以太网的PON。(5)WDM-PON:采用波分复用来区分用户的PON,由于用户与波长有关,使维护不便,在FTTH中很少采用。
发达国家发展FTTH的计划和技术方案,根据各国具体情况有所不同。美国主要采用A-PON,因为ATM交换在美国应用广泛。日本NTT有一个B-FLETts计划,采用P2P-MC、B-PON、G-EPON、SCM-PON等多种技术。SCM-PON:是采用副载波调制作为多信道复用的PON。
中国ATM使用远比STM的SDH少,一般不考虑APON。我们可以考虑的是P2P、GPON和EPON。P2P方案的优缺点前面已经说过,目前比较经济,使用灵活,传输距离远等;宜采用。而比较GPON和EPON,各有利弊。GPON:采用GFP技术网络效率高;可以有电话,适合SDH网络,与IP结合没有EPON好,但目前GPON技术不很成熟。EPON:与IP结合好,可用户电话,如用电话需要借助lAD技术。目前,中国的FTTH试点采用EPON比较多。FTTH技术方案的采用,还需要根据用户的具体情况不同而不同。
近来,无线接入技术发展迅速。可用作WLAN的IEEE802.11g协议,传输带宽可达54Mbps,覆盖范围达100米以上,目前已可商用。如果采用无线接入WLAN作用户的数据传输,包括:上下行数据和点播电视VOD的上行数据,对于一般用户其上行不大,IEEES02.11g是可以满足的。而采用光纤的FTTH主要是解决HDTV宽带视频的下行传输,当然在需要时也可包含一些下行数据。这就形成“光纤到家庭+无线接入”(FTTH+无线接入)的家庭网络。这种家庭网络,如果采用PON,就特别简单,因为此PON无上行信号,就不需要测距的电子模块,成本大大降低,维护简单。如果,所属PON的用户群体,被无线城域网WiMAX(1EEE802.16)覆盖而可利用,那么可不必建设专用的WLAN。接入网采用无线是趋势,但无线接入网仍需要密布于用户临近的光纤网来支撑,与FTTH相差无几。FTTH+无线接入是未来的发展趋势。
2、光交换的发展什么是通信?
实际上可表示为:通信输+交换。
光纤只是解决传输问题,还需要解决光的交换问题。过去,通信网都是由金属线缆构成的,传输的是电子信号,交换是采用电子交换机。现在,通信网除了用户末端一小段外,都是光纤,传输的是光信号。合理的方法应该采用光交换。但目前,由于目前光开关器件不成熟,只能采用的是“光-电-光”方式来解决光网的交换,即把光信号变成电信号,用电子交换后,再变还光信号。显然是不合理的办法,是效串不高和不经济的。正在开发大容量的光开关,以实现光交换网络,特别是所谓ASON-自动交换光网络。
通常在光网里传输的信息,一般速度都是xGbps的,电子开关不能胜任。一般要在低次群中实现电子交换。而光交换可实现高速XGbDs的交换。当然,也不是说,一切都要用光交换,特别是低速,颗粒小的信号的交换,应采用成熟的电子交换,没有必要采用不成熟的
大容量的光交换。当前,在数据网中,信号以“包”的形式出现,采用所谓“包交换”。包的颗粒比较小,可采用电子交换。然而,在大量同方向的包汇总后,数量很大时,就应该采用容量大的光交换。目前,少通道大容量的光交换已有实用。如用于保护、下路和小量通路调度等。一般采用机械光开关、热光开关来实现。目前,由于这些光开关的体积、功耗和集成度的限制,通路数一般在8—16个。
电子交换一般有“空分”和“时分”方式。在光交换中有“空分”、“时分”和“波长交换”。光纤通信很少采用光时分交换。
光空分交换:一般采用光开关可以把光信号从某一光纤转到另一光纤。空分的光开关有机械的、半导体的和热光开关等。近来,采用集成技术,开发出MEM微电机光开关,其体积小到mm。已开发出1296x1296MEM光交换机(Lucent),属于试验性质的。
光波长交换:是对各交换对象赋于1个特定的波长。于是,发送某1特定波长就可对某特定对象通信。实现光波长交换的关键是需要开发实用化的可变波长的光源,光滤波器和集成的低功耗的可靠的光开关阵列等。已开发出640x640半导体光开关+AWG的空分与波长的相结合的交叉连接试验系统(corning)。采用光空分和光波分可构成非常灵活的光交换网。日本NTT在Chitose市进行了采用波长路由交换的现场试验,半径5公里,共有43个终端节,(试用5个节点),速率为2.5Gbps。
自动交换的光网,称为ASON,是进一步发展的方向。
3、集成光电子器件的发展
如同电子器件那样,光电子器件也要走向集成化。虽然不是所有的光电子器件都要集成,但会有相当的一部分是需要而且是可以集成的。目前正在发展的PLC-平面光波导线路,如同一块印刷电路板,可以把光电子器件组装于其上,也可以直接集成为一个光电子器件。要实现FTTH也好,ASON也好,都需要有新的、体积小的和廉价的和集成的光电子器件。
日本NTT采用PLO技术研制出16x16热光开关;1x128热光开关阵列;用集成和混合集成工艺把32通路的AWG+可变光衰减器+光功率监测集成在一起;8波长每波速串为80Gbps的WDM的复用和去复用分别集成在1块芯片上,尺寸仅15x7mm,如图1。NTT采用以上集成器件构成32通路的OADM。其中有些已经商用。近几年,集成光电子器件有比较大的改进。
中国的集成光电子器件也有一定进展。集成的小通道光开关和属于PLO技术的AWG有所突破。但与发达国家尚有较大差距。如果我们不迎头赶上,就会重复如同微电子落后的被动局面。
光纤通信的市场
众所周知,2000年IT行业泡沫,使光纤通信产业生产规模爆炸性地发展,产品生产过剩。无论是光传输设备,光电子器件和光纤的价格都狂跌。特别是光纤,每公里泡沫时期价格为羊1200,现在价格Y100左右1公里,比铜线还便宜。光纤通信的市场何时能恢复?根据RHK的对北美通信产业投入的统计和预测,如图2.在2002年是最低谷,相当于倒退4年。现在有所回升,但还不能恢复。按此推测,在2007-2008年才能复元。光纤通信的市场也随IT市场好转。这些好转,在相当大的程度是由FTTH和宽带数字电视所带动的。
第2篇：光通信研究论文范文
英文名称：Study on Optical Communications
主管单位：武汉邮电科学研究院
主办单位：武汉邮电科学研究院
出版周期：双月刊
出版地址：湖北省武汉市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1005-8788
国内刊号：42-1266/TN
邮发代号：
发行范围：
创刊时间：1975
期刊收录：
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
期刊荣誉：
Caj-cd规范获奖期刊
联系方式
第3篇：光通信研究论文范文
关键词：光电子学；教学方法；教学改革；实践环节
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）11-0138-02
一、介绍
光电子技术是由光信息技术和电子技术的相互结合而形成的新的光电子技术，涉及光信息处理、光纤通信、激光技术等领域，是未来社会发展和进步的核心技术。光电子技术不仅研究内容非常广泛，而且也是未来信息技术中的重要推动力量，它包含光信号的产生、光信息的传递、光电信号的转换和处理和光电功能材料相关的内容，如：光电功能材料的发光机理、制备方法和工艺应用范围、光电器件的加工与制作和光电系统的集成等一系列从基础理论到实际工程应用等各个领域的研究。涉及光子学、光信息科学、电子学、材料科学、计算机技术等前沿学科理论，它是由多个学科之间的交叉而形成的一门高新技术学科。
光电子技术在经历上述学科之间的交叉渗透后，其技术水平和工程应用技术取得了很多突破，在社会发展中以及社会信息化中起着越来越重要的作用，光电子技术的相关产品也越来越多地影响我们的生活。目前，国内外正掀起一股光电子技术和光电子产业的研究和发展的热潮。一些国家把大量资金投入光电子学和光电子技术的研究和开发中，许多以光电子技术为研究方向的研究中心、实验室和公司越来越多的建立起来。光电子技术的发展决定了未来产业的发展方向，将给工业和社会带来比电子技术更大的技术冲击。光电子技术和产业在国家经济建设和科学持续发展中起到至关重要的作用。
因此，光电子学基础是光电子专业学生必备的基础知识，也是未来光电子产业需求的人才中需要掌握的重要基础知识。
二、课程特点及专业培养目标
光电子学基础是整个专业中的基础专业课程，在学生专业思想和未来培养目标及要求的实现上发挥重要的作用，也是未来该专业研究生必需的基础课程储备。该课程注重理论联系实际，注重对学习者能力的培养，重点培养学生综合分析、解决问题能力，为将来从事光电技术领域的科研、开发和应用工作奠定基础。
我们的培养目标为：培养在光电子技术科学领域具有深厚的理论基础、扎实的专业知识和熟练的实验技能，德、智、体全面发展的高级光电子技术科学人才，使学生具有在光学、光电子学、光通信技术、激光科学、光波导与光电集成技术、光信息处理技术、计算机应用技术等领域开展创新性基础理论研究以及从事设计、开发应用和管理等工作应具备的理论和技术基础。因此，基于我们的专业培养目标和光电子学基础课程的自身特点，我们在教学过程中进行了改革探索。
三、教学改革探索
1.教学内容改革。①授课体系和讲授重点。该课程根据学生培养需要，从光电子器件和光电子技术在未来工程应用的需要的角度出发，研究原理及系统构成在光电检测技术、光纤通讯领域中的常用光电器件的技术。重点讲述光学基础、光纤通讯的构成、半导体物理、光纤器件、光电子现象和光电转换器件，重点讲解光电子器件的结构、工作机理、工作特性和在工程技术上的具体应用。为了更好地将所学应用到未来的技术发展上，对各类光电器件的系统集成、信号的调制、解调技术也作了详细的讲解，同时给出在工程中的实际例子。②课堂教学内容紧跟科学发展的步伐。光电子课程的教材对于快速发展的光电子技术来说，既是基本的原理内容，但又是滞后的技术，若授课时只是按照教材内容讲解，往往会带来知识不新、内容与技术发展脱节的后果，易使学生对该课程的学习积极性和兴趣下降。因此，在教学过程中补充和及时更新教学内容，增加一部分现代光电子技术的发展前沿、新出现的技术及需求，从而能给学生提供更多的学习探索和求真的空间。③加强该课程与应用技术之间的联系。专业基础课程的基本功能是让学生了解和掌握所学专业的发展方向，培养的学生能在以后的学习中、工作中涉及光电子技术方面上进行继续学习和钻研。因此在给同学们讲解课程中的内容时，要与现代信息技术的发展紧密结合。针对在光电检测技术、激光应用技术、光纤通讯技术等内容进行重点讲解，结合当前社会已有的需求的技术发展进行讲解，使该专业的学生明确所学课程内容在技术应用、研究发展及市场前景，对未来的从事的专业充满信心。④为了更加与国际接轨，尝试了双语教学。在平时提供给学生光电子相关的外文读物和论文，指导学生学习专业词汇，在课堂中进行讲解，开阔同学们的视野，引导学生进行初步科研潜力的培养和学习，调动学生的积极性，引导他们进行文献学习，进一步了解国外光电子技术的发展现状，激发兴趣。⑤教学内容与市场技术应用及需求的结合。结合本校本地区特点，系统规划、组织，实施产、学、研一体化模式。针对光电子技术和光电子产业市场密切联系的特点，在课程内容上跟上市场技术需求，结合本地区经济发展的实际情况，培养既有专业知识和跨学科知识，又有极强的实际操作能力、适应性强的学生，全面提升学生的理论素养和实践能力，增强学生在未来光电子产业上的竞争力。
2.教学方法探索。①充分利用多媒体技术进行教学，利用多媒体课件在表达上形象直观、方便，在效率上和容量上很大的特点和优势。既能使课程中的各种图片资料得到清晰展示，还能节约课程上的时间，从而能在课堂教学中讲解更多的课程内容，较大地提升了授课中课堂的信息量。因此我们认真积极地制作教学课件，充分利用网络上丰富的信息资源，并与兄弟院校的老师展开课程教学交流，共享多媒体课件。极大地激发学生对该门课程的学习兴趣。②采用课堂教学和专题讲座结合的教学方法。在进行课堂理论教学的同时，利用其他时间安排、组织团队教师举办《光电子技术专题讲座》，开展光电子技术专题研究，如液晶显示、光电转换及系统集成、光纤传感及应用和近场光学中的探测技术等，既能强化学生所学的基础理论，又能激发学习兴趣，培养学生的科研意识。吸引学生参与到大学生训练计划和参与到老师研究的课题中，提前打下科学研究基础。③在方法改革中，在富有开放性的问题情境中进行实验探究。对参与到老师研究的课题或参加大学生训练计划的老师，帮助学生制定合理的研究计划，选择合适的研究方案和方法，积极发动研究光电子技术的老师，为这些同学们提供必要的实验条件，由学生自己动手去实验，考证研究方法和方案，来寻求实验结果中的答案。这时，教师起到的是一个组织者的角色，指导、规范学生的探索过程。这样的过程，不仅仅是要让学生学量的知识，更重要的是要学习科学研究的过程或方法。
3.教学实践环节探索。在光电子学基础课程中，本来并没有设置时间环节，而且多数放置在大三或大四学习，实验环节很少开始。我们为了能够更好地提升学生实践技能和掌握技术设备的结合，先在原有课程体系中安排三分之一的时间来安排实践环节，开设具体的、有针对性的实验内容，让同学们能更有效地了解、认识和掌握知识和技能。在普通物理实验、电子实验和光学实验的基础上，开设如固体光电子耦合器件、热电耦器件、发光器件及光子器件。对光通讯系统的传输和光电子器件的作用有了直观的认识和理解。在此基础上，结合地方实际，联系相关光电子产业中的企业，组织学生进行参观学习，从而让学生自己体会从书本上理论到实验实际，再从实验实际再到光电子技术，从光电子技术再到光电子商品的过程，能一下子把整个知识到技术到效益的过程展现在同学们的内心中，从而更能培养和激发学生兴趣，也能将培养目标中的产业式人才完成，弥补普通高等教育中最缺失的人才与市场的不对接的不足。
4.教学目标实现探索。在光电子学基础课程改革中，把教学目标从以知识教育为主转变为实现人才培养和科学人才需求的融合，培养具有创新、探索精神的新时代新型人才。长时间以来，我们在教学过程和专业培养中，存在着理论与实际技术需求的相脱离的现象，造成理工科学生对于市场技术需求常识缺乏。我们把教学内容、教学方法和教学实践环节都做了有意义的初步探索。进一步增强了理论学习到实践环节、实践环节到市场技术发展的学习过程，极大地激发和培养学生的学习兴趣，为将来从事该专业打下坚实的基础和牢固的信心。在近三年中，我们培养的本科毕业生就业率95%以上，该专业毕业生考研成功率30%以上，使光信息科学与工程专业的学生形成了良好的学习氛围，形成了争赶超的局面。同时，针对光信息科学和工程专业的学生，我们注意在进行科学知识教育的同时注重培养市场技术需求方面的培养，增加了企业参观及动手实践等环节，同时讲授在科学研究中人文素养培养的重要性，从而使之潜移默化地对学生进行自然的而不是勉强的人文教育。
参考文献：
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第4篇：光通信研究论文范文
光学信息科学与技术国际学术会议1997年8月26至30口在莫斯科召开来自22个国家的210多位科学家，分别在大会、分会和专题讨论会上266篇。分会的主题是光学存储和神经网络，光学生物电子学和生物计算，光存储机制和材料，计算机光学和衍射光学元件。随着信息时代的发展，对信息的获取、存储、处理、传输与显示的方法和技术提出了越来越高的要求。
为满足这些要求，在发展现代电子和电子计算机科学与技术的同时，人们对光学信息科学与技术也有极大的兴趣。这是因为，由光束、光波或光子作为信息的载体时，不仅信息容量大、传播速度快，而且并行性高、互连能力强，存在着巨大的潜在优势。在这次会议上，近三分之一的论文是关于光学存储和神经网络的。大会主席、俄罗斯科学院的A.IJ.Mik。!边n院士在大会报告“全息存储、现状与预期应用”中综述了俄罗斯以及国际上在这个领域的研究状况。
在分会报告中也充分反映了这一领域非常活跃。例如，美国加州理工学院的D‘Psaltis教授介绍了他们在一立方厘米大小的光折变品体中存人10()()0幅图像的基础上，所完成的小型化光学全息存储器，引起与会者的极大兴趣。该存储器的存储容量高达1TB(即10(j0GB)，已接近实用化。由于是按页并行存取信息，读写速率比现在的CDR()M高出2一3个数量级。人们认为这将是继综合孔径雷达(光学信息处理)、光纤通信(信息传输)、光盘‘存储)和激光打印机与激光电视(显示)之后，光学信息技术的又一重大突破。义如，英国Heriot一wat:大学的B.Wherrett教授为解决芯片与芯片间通信速度瓶颈而设计的光互连灵巧像素阵列(SmartPixelArrays)。该器件的使用可使芯片间的数据传输速率超过1TBPs(即xTeraBit。perSeeond)。神经网络方面的论文也很多，主要是关于神经网络光电混合硬件系统和神经网络模式识别方面的，这是神经网络得以推广应用的关键。笔者报道了基于液晶神经元阵列和光互连的神经网络系统，受到会议的重视。该文除了和其他论文一样在SPIE论文集上发表外，大会主席Mikealian院士还在会后通过e一mail要求我将该报告写得更详细些，在他所主编的国际学术刊物<()ptiealMemoryandNeuralNetworks》上发表。与光学存储密切相关的领域是光存储机制和材料研究，这个分会上发表的论文也占三分之一左右。
第5篇：光通信研究论文范文
【关键词】专业转型 通信工程 《光纤通信技术课程》
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）36-0243-02
一、尊重办学规律，明确转型思路
根据《辽宁省教育厅关于支持有关高校和足额启动向应用型转变试点工作的通知》，落实《辽宁省人民政府办公厅关于推动本科高校向应用型转变的实施意见》，辽宁省教育厅研究决定了10所高校和116个专业开展向应用型转变试点工作，辽宁大学信息学院通信工程专业是其中的一个试点专业。面临着向应用型转变就是要促进深化高等教育综合改革、优化高等教育结构、提高高等教育宏观质量、增强高等教育服务于国家和地方经济的社会发展。专业转型也是提高大学生创业能力，增大大学毕业生就业率，主动匹配用人单位需求，为行业企业技术进步贡献才智。更好地与创新要素资源对接，与经济开发区、产业集聚区新发展对接，与行业企业人才培养和技术创新需求对接，积极争取地方政府支持，行业企业支持，形成高效和创新创业基地资源共享、联动发展。转型不是一种简单意义上的思想更新，而是一种涉及学校定位、专业设置、人才培养、教学模式、师资队伍建设等诸多层面的整体性转变，如图1所示。
光纤通信课程是信息学院通信工程专业本科生的一门重要专业主干课程，在尊重办学规律、坚持教学大纲的基础上，重c学习现代光纤通信系统的基本原理、基本概念、基本技术和基本分析设计方法、光纤光缆、通信光器件及光纤通信原理等，为学生学习后续的光纤通信设备、光缆线路工程、综合布线工程、宽带接入网技术及现代通信网络技术等通信专业课程奠定基础。切实通过通信工程专业转型的契机，
针对专业建设中的难点问题，整改教学方案、明确转型思路、设计发展途径、编写实用教材，培养新型复合型人才。实现本科生培养规格与产业发展需求对接，建立体现行业急需、技术进步要求的课程体系，把实践教学资源建设作为重要支撑，加快校企合作的工程实践中心、生产化实习实训基地和技术服务平台建设。建设一支教师资格、工程师资格、实验师资格等兼具；教学能力、工程实践能力兼备的“双师双能型”教师队伍。把服务辽宁发展的应用研究和技术创新能力作为重要标志，努力成为辽宁特色产业和行业技术的研发中心和服务平台。
二、优化教学模式，创新转型平台
上个世纪八十年代提出了构建信息高速公路的伟大设想，信息高速公路的有线传输信道主要是光纤。在跨世纪的年代里，光纤通信发展很快，已经成为现代通信的重要支柱之一。21世纪全球光纤通信产品和技术市场进入高速发展阶段。目前，光纤通信技术是有线通信速度最快、通信容量最大、通信质量最高的通信技术。
《光纤通信技术课程》坚持与时俱进、不断进行教学模式的改革，主动适应光纤网络普及覆盖急需大批量专业技术人员的发展现状，在教学中以提高学生就业创业能力为目标，整体提升学校转型专业服务地方的能力、支持力和贡献率。紧跟前沿专业技术的发展不断优化教学模式和教学内容，将学科发展中的新思想、新方法和新的学科增长点融入教学内容，努力丰富教学内涵，促进课程建设。
在教学方法的改革上积极运用多媒体现代化教学手段，尽量采用图片进行教学，使讲授内容生动形象，尤其是硬件结构图，可以通过数码相机，扫描仪等仪器把图形输入，并且可以用动画的方式形象表现一些抽象原理，实现仿真的目的。应用启发式、讨论式的教学方法充分调动学生的积极性和主动性，启发学生积极思维。把传统教学与多媒体教学有机结合，减少了板书时间，提高教学效果，学生能够通过多媒体课件更好的加深对本课程基本知识点的理解，同时使课堂讲授的课程信息量更大。使学生在掌握本课程理论知识的基础上，创新能力和实际动手能力有较大的提高。
创新先进的教学理念，完善更优的教学措施，加强与行业和领先企业合作，提倡“走出去，请进来”，坚持理论教学与实践教学相结合，提高学生理论联系实际的应用能力。加强实验实训实习基地建设，按照工学结合、知行合一的要求，根据生产、服务的真实技术和流程构建知识教育体系、技术技能训练体系和实验实训实习环境。实践通信工程实训基地现场，在实际操作中采集的图片如图2所示。
按照通信行业先进技术水平，采取企业投资或捐赠、政府购买、学校自筹、融资租赁等多种方式加快实验实训实习基地建设。引进企业科研、生产基地，建立校企一体、产学研一体的大型实验实训实习中心。统筹各类实践教学资源，构建功能集约、资源共享、开放充分、运作高效的专业类或跨专业类实验教学平台。融合转型精髓，培养机制创新、教学模式改革、多维支撑应用型人才质量提升，把服务辽宁发展的应用研究和技术创新能力作为重要标志。认真贯彻落实《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》，将创新创业教育融入人才培养全过程，将专业教育和创业教育有机结合。把企业技术革新项目作为人才培养的重要载体，把行业企业的一线需要作为毕业设计选题来源。
三、结束语
本文以《光纤通信技术课程》为例研究了高校通信工程专业向应用型转变的创新理念，并提出相应的建议和对策。工科教育是一项复杂的长期的系统工程，在专业转型中得到了学校各个部门密切配合和大力支持。按照“专业转型”的要求， 《光纤通信技术课程》力求理清转型思路，明确转型任务，坚持因校制宜、因专业制宜，计划在人才培养方向上变动，在理论课和实验课的设置上合理调整，把专业转型落到实处。
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第6篇：光通信研究论文范文
1913年11月出生，江苏无锡人。1934年毕业于上海交通大学，1940年获美国哈佛大学科学博士学位，1980年当选为中国科学院学部委员。现任国家教委重点学科“通信与电子系统”博士生导师，国家重点实验室“光纤区域通结网”学术主任，上海通信学会名誉理事长。从事通信技术教学和研究60余年，被誉为中国通信界元勋。
张煦祖籍无锡，共有兄弟妹四人。张煦排名老二，大哥张烈，弟张熙，三兄弟都从交通大学毕业，妹妹张宝珠毕业于上海沪江大学。张煦大学毕业时，由于成绩优异，名列电机工程系电信门第一，由交通大学教务长张廷金教授推荐，进入中央研究院物理研究所（上海）工作，协助资深研究员从事真空电离层观测研究。1935年秋，张煦考取清华庚款公费留美生。1936年秋，张煦从上海登上“太平洋”号客轮，赴美国哈佛大学留学。张煦选学的是“物理与通信工程”，于1937年6月获哈佛大学科学硕士学位（学位论文方向为“高频振荡电磁场发射器的特征”）。1937年6月至9月，张煦到麻省理工学院做暑期实验，选修一门高级电信测量课程，为以后回国从事通信行业的科研、教学和生产实践工作作准备。
按照当时庚款公费留美计划，只公费资助每一位留学生在美留学两年。于是1937年秋，张煦在麻省理工学院实验结束后，准备跟其哈佛大学的导师Chaffee教授等辞行，到纽约的贝尔电话系统等著名电信单位实习一年后回国。但Chaffee教授为他感到惋惜，因为张煦在哈佛大学的学习成绩特别优秀，每门课的成绩都是A，于是Chaffee挽留张煦继续攻读博士学位，并答应帮助他申请奖学金和安排助教工作。于是，张煦于1938年秋回到哈佛大学攻读博士学位。经两年的刻苦努力，终于1940年6月获得哈佛大学科学博士学位，并写成学术论文投到美国无线电工程师学会的刊物上发表。张煦的博士学位论文题目为《磁控管振荡器的特性》（The Characteristics of the Magnetron Oscillator）。磁控管振荡器是当时无线电收发报机经常采用的一个重要器件，但当时国际上对其物理特征还未完全探讨清楚。张煦主要研究磁控管振荡器的输入输出功率、效率，及其与负阻抗等的关系，绘制出比较完整的特征曲线图，探索相关物理量的计算方法和经验公式。
重返祖国
获得博士学位后，张煦怀着“祖国培养我，我要报效祖国”的理想，决定放弃在美国的工作，回到抗战艰难时期的祖国。
他从洛杉矶到旧金山，乘船途经菲律宾马尼拉，于1940年10月抵达上海。当时华东一带已为沦陷区，不能久留。张煦匿名在上海和无锡跟家人短暂聚会之后，秘密从上海乘船达香港，再转飞机抵达重庆，开始了学成归国的艰辛工作。
张煦回国工作的第一份职务，是在交通部重庆（璧山）交通技术人员训练所任教授，为军方和地方培养通信技术人才。从1940年秋至1945年夏，他除了任交通技术人员训练所特约教授、名誉系主任，还兼任交通部公路运输总局工程师，交通部电政司管理科科长，交通大学（重庆分部）电机系教授、金陵大学教授等职，主讲无线电通信和长途电话通信两门课程，以及监管各大机关单位的无线电台通信状况。几年之间，在重庆和璧山不断往返，工作任务繁重，十分辛苦。
抗战胜利后，张煦于1945年10月回到上海，先后担任中国银行敌伪产业处理局第一组秘书、组长，中央信托局购料处副经理等职。工作之余，他通过海外的同学购买了大批最新的通信技术书籍，忙里偷闲地阅读，作好重返讲坛的准备。
1949年1月，张煦返回母校交通大学电信管理系任教，担任无线电及长途电话课程教授。他及时地将国际通信技术刚问世的三大经典著作：达林顿（Darlington）的网络综合，波特（Bode）的反馈放大器，香农（Shannon）的信息论翻译和介绍给中国读者。
新中国成立后，张煦继续在交通大学电信系任教，并担任电信系长途电讯教研室主任。他积极探索我国长途电话和无线电课程的教学设置和教材建设，将他多年讲授长途电话和无线电课程的经验，以及在美留学期间所收集的资料，编写了我国第一部自编长途电话教材《长途电话工程》和无线电教材《无线电工程》。
此外，按照当时教育要与生产劳动相结合的方针，1954年、1955年暑假期间，张煦带领长途电话教研室的教师以及部分高年级同学到上海的电信企业协助技术人员解决生产中的技术问题。
在成都电讯工程学院的艰难岁月
1956年，国务院决定在成都成立专门的通信技术院校，同时在附近开办一批通信器材工厂。于是交通大学、华南工学院、南京工学院的电信专业师生调集成都，组建成都电讯工程学院（现改称“电子科技大学”）。张煦服从上级安排，只身赴成都工作，任有线电系教授、系副主任。1957年秋开始的“反右”运动，张煦曾经被错划为“”，被停止上课和下放劳动改造一段时间。但他没有被突然来临的困境所吓退，坚持埋头钻研国际通信技术新进展，翻译国外最新资料，编写教材和讲义。
恢复上课权利后，张煦除了正常的教学和科研，还利用假期时间免费先后到上海工学院、南京有线电734厂、绵阳有线电730厂、上海无线电厂、上海邮电管理局等讲授晶体管电路设计课程。当时国际上电子技术正从电子管向晶体管过渡之际，他抓住机会，在国内高校首先开讲晶体管电路课程，出版晶体管电路设计教材。其中，他编著的《载波机晶体管电路计算原理》和《晶体管电路分析》是当时国内出版最早，也是最重要的一批晶体管载波机电路的参考资料。他利用讲学的机会，鼓励电信器材厂尽快研制设计晶体管，淘汰电子管，为我国通信技术紧跟国际前沿作出了自己的贡献。比如，眉山505厂是当时我国生产载波机的重要基地，正准备研制我国首台同轴电缆1800路晶体管载波机，张煦到该厂的演讲有力地促进了他们研制工作的展开，许多技术人员都对张煦的演讲印象很深。该项目研制成功后，厂方还专门给张煦送来匾额（一幅奔马立轴图）表示感谢。还比如，1965年，上海邮电器材厂在宜山路的新厂想搞晶体管载波机，苦于没有技术资料和图纸，他们便请张煦就晶体管载波机设计原理作专题讲座，并向成电购买张煦所编辑出版的讲义，他的讲座和教材及时地发挥了作用。
1966年6月，“”开始。学校决定停课闹革命半年，1966年8月29日至1967年6月，张煦被编入劳动队，要求边改造，边劳动，边学习，写检查交代材料交给红卫兵。1967年1月，他被通知搬到厕所边的一小间蓄藏室，兼做打扫厕所工作。其博士学位证书、博士学位论文、在国外发表的文章期刊、跟国外同行联系的信函等被红卫兵抄家拿走，至今下落不明。1971年，又被发配到西昌米易县湾丘“五・七干校”劳动改造一年。从1966年夏至1972年春，张煦没有担任教学课程，他利用一切可能的时间，在学校资料室埋头翻译和编写整理电信技术资料。
20世纪70年代前半叶，国际上有明显趋向利用数字通信替代模拟通信，而且电子计算机开始广泛应用，计算机数据传输需要数据通信。张煦不失时机地编译出版3本国外最新的通信书籍《数据通信原理》《数据传输》《通信传输系统》，并且在这基础上编写自己的数据传输基本原理讲义。1972年开始，张煦到上海517厂、上海长话局、铁道通信工厂、上海无线电24厂、南京734厂、杭州522厂、眉山505厂、绵阳730厂等演讲数字传输课程。之后几年，他又到四机部石家庄通信研究所（19所）、石家庄遥控遥测研究所（17所）、河南新乡无线电厂（736厂）、南京无线电厂（718厂）、上海仪表局通信工厂、上海铁道通信工厂、上海传输线研究所（23所）、上海铁道学院电信系、上海科技大学等巡回演讲。几年之内，张煦足迹遍及大江南北，每到之处，他将自己编写的讲义交给各单位自行打字油印、分发使用，听众踊跃听讲。作为年过六旬的老人，他每年花费大量时间和精力往返于全国各地主要电信企业奔波演讲，不辞辛劳，不要报酬，十分感人。
晚来的春天
1978年11月，离开他心爱的母校已整整22年的张煦终于调回了上海交通大学，担任电子工程系教授、系主任。1979年1月20日春节前夕，从成电传来好消息，他的“”问题终于被澄清和彻底，背了22年的“黑锅”终于被卸掉，已66岁的老人迎来了人生的第二个春天，他终于可以毫无顾忌、心情愉悦地驰骋在自己喜爱的通信事业上。
张煦担任上海交通大学电子工程系主任后，大胆地作了几项重要决策。首先是将原来的“无线电系”改名为“电子工程系”，这在国内高校中属于首例。改名就意味着学术方向的调整和学科的重新布局，张煦看准了通信技术已经有数字通信、光纤通信等新领域的发展前景，原有的无线通信无法涵盖这些新发展。因此，他决定拓展新的研究方向。其次，尽快培养师资，培育科研力量。刚刚恢复高考的头几年，高校师资奇缺。上海交大电子工程系，教授只有张煦和王端骧两人，而且都是快七十岁的老人了，中年教师严重断层，而青年教师基本上只有本科学历。因此，他作两个方面的准备，一是将基础比较好的青年骨干教师派出国外进修。他利用在国外的人脉关系以及哈佛大学博士学位的头衔，推荐青年教师到国外名校进修学习。同时，聘请多名海外华人电信专家来交大讲学交流，兼任教授，包括高锟、厉鼎毅、李天培、刘必治、田炳耕等著名学者。
另外，他着手自己培养研究生。在成都电讯工程学院风华正茂的22年，由于历史的原因，他只培养了一个研究生。从1979年回母校开始招收硕士研究生以后，1981年他又首批获准招收通信专业博士研究生，并让他们在攻读硕士、博士学位期间就加入学校的教学和科研团队，很快充实教学和科研队伍。不仅如此，在招收博士研究生期间，他还试行“副导师”制。就是安排那些暂时还没有招收博士研究生资格的中青年骨干教师，担任他的博士生的“副导师”，协助指导，相当于“实习导师”，使他们得到锻炼。待到有条件之后，他们就可以自己招收博士研究生，这样有利于博士生导师的尽快成长。
再次，他亲自抓科研，确定以“通信和电子系统”为重点学科来发展，以光纤通信作为重点方向。早在70年代初，他就从外文期刊上看到高锟、厉鼎毅等的光纤通信技术研究进展的文章，注意到光纤通信技术的广阔前景。1978年恢复高考后，他立即在《电信快报》《电子技术》《邮电研究》等期刊上撰写了一系列介绍光纤通信技术的文章，呼吁国内同行尽快开展跟踪研究。调回上海交大后，在70年代末，电子工程系还没有条件建立实验室，没有科研项目经费的条件下，张煦以他的个人影响力，召集上海交大相关领域的教师，以及其他兄弟院校、科研单位的科研人员，以“业余光纤俱乐部”的形式，进行先驱性探索。他还在1977年开始编撰光纤通信原理油印讲义，在国内高校中率先给本科生和研究生开设光纤通信原理课程，指导他们从事光纤通信技术的研究。之后他又主编出版了《光纤通信原理》《光纤通信技术》《光纤传输系统设计》等一系列教材和专著，使光纤通信技术领域教学体系逐步走向完善。
1980年，张煦当选为中国科学院技术科学部学部委员，他利用自己的学术职位和影响力，在上海市科协组织下，多次在上海科学会堂开办学术讲座，积极介绍光纤通信技术的广阔前景，并撰文阐述电子技术必将向光子技术进化，鼓动上海市通信科技人员尽快投入光纤通信技术研究。在他的努力推动下，上海市科委组织了光纤通信技术的攻关小组，集约了几所高校和研究所共同攻关。同时，上海交大也在此基础上于1984年建成光纤技术研究所，并在1988年被评为国家重点实验室。光纤技术研究所主要研究方向有光纤传输系统、光纤局部地区网、单模光纤传输理论、光纤通信有源器件和无源器件、光纤传感技术等。
在张煦1979～1983年担任上海交通大学电子工程系主任期间，国际上通信技术的发展正在由模拟通信过渡至数字通信，光纤通信传输技术正在由实验室试制走向实际敷设应用的重要转折阶段。他抓住通信技术的这一转折机遇，对该系的学科发展作了重要调整和开拓，以跟进国际通信技术的最新发展。在广泛征求国内外同行专家的意见基础上，张煦将“通信和电子系统”确定为重点发展的学科，并确定了三个主要的研究方向：光纤通信和导波技术、数字通信、数字信号处理。
第7篇：光通信研究论文范文
关键词：光声成像，光声信号，耦合液
1 引言
光声层析成像技术是近年来发展的一种新型的无损伤的医学成像技术，它是用时变的光束照射吸收体膨胀而产生超声压，利用超声换能器在各个方向探测从吸收体中传播出来的光声压，通过相应的图像重建算法，可以重建出吸收体的光吸收分布。该方法结合了纯光学成像和纯声学成像的优点，可以得到高分辨率高对比度的重建图像。
为了进一步提高光声重建图像的质量，或者将光声层析成像推向临床应用研究，很多研究者提出了各种各样的光声信号采集与光声成像系统以及与之相适用的各种图像重建算法，或者报道了一些模拟生物样品或者活体组织功能的光声成像检测。
本文提出了利用与组织声速匹配的耦合液进行光声成像，并配置了几种适合于组织声速的超声耦合液：调节水温、调节盐水浓度、调节甘油溶度等。由研究表明，通过耦合液进行声速匹配后，重建图像的对比度和空间分辨率得到明显提高。。
2 理论分析
光声重建就是对光吸收的空间分布的反演。在空间某一位置接收到的光声压p(r,t)和光吸收系数的分布A(r)的关系可以表达为
（1）
其中是等压膨胀系数，c0是声速，cp为比热，I0为光强，r表示光声压的场点位置，表示光声源的位置，表示场点到源点的距离。由于探测器接收后的信号不是实际的光声信号p(r,t)，而是光声压和探测器的脉冲响应h(t)的卷积。。为了滤去探测器的脉冲响应，把光声压和脉冲响应信号都变换到频域处理，然后再逆变换得到：
（2）
其中和分别是探测器接收到的光声信号和探测器的脉冲响应的傅立叶变换，为截止频率，是滤波的窗函数。探测器的脉冲响应是通过聚焦透镜把弱激光聚焦到一块黑胶带上产生的光声信号，水听器在黑胶带后面接收到的光声信号作为探测器的脉冲响应信号。
光声信号在不同声速组织中会产生声的反射和折射，当光声信号从组织中以入射角为传播出组织时，其折射角与光声信号在组织中声速和耦合液中的声速有关，具体表达式如下：
（3）
式中λ1、λ2分别为超声波在组织和耦合液中的波长；、分别为超声波在组织和耦合液中的声速。当声速，则，即不存在声的折射。表1为超声在各种组织中传播声速。。
表1 各种组织的声速
第8篇：光通信研究论文范文
基金资助： 黑龙江省新世纪教改工程项目"集成电路设计课程建设与学生创新能力培养的探索"（2011年） ；哈尔滨理工大学教育教学研究项目"光电类人才培养模式的研究"[项目编号：P201100039]
【摘要】哈尔滨理工大学光电类专业以符合社会发展需要为目标导向，通过开展统筹规划建设任务、认真开展行业需求调研等一系列工作，开展了培养方案中人才培养目标、课程体系以及实践教学的研究工作，并在此基础之上制订了光信息科学与技术专业2010版的培养方案。
【关键词】培养模式；课程体系；专业建设；实践教学
【中图分类号】G640【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2012）06-0007-01
一、引言
人才培养模式在高等教育的现代教育体系中是相当重要的环节，是一个专业生存与发展的必然要求，也是培养什么学生、如何培养学生的前提。对光电类专业来说，高度重视专业人才培养模式的研究是新时期人才培养工作的迫切要求。只有做好专业人才培养模式，才能不断提高学生综合素质，更好地培养大学生创新能力和创业精神，保证高等教育教学质量的不断提高，为社会培养更多更好的有用人才。
在2012年颁布实施《普通高等学校本科专业目录》中，将光信息科学与技术、光电子技术科学、信息显示与光电技术、光电信息工程、光电子材料与器件五个光电类专业统一修订为光电信息科学与工程。其中这五个光电类专业中我校（哈尔滨理工大学）目前仅有光信息科学与技术专业，我校光信息科学与技术专业于2003年招收第一届本科生。经过近十年的建设，在专业建设、学科建设以及教学条件等方面都取得了一定的成绩，同时，我们开展了专业培养方案的研究与实践，探索光电类人才培养模式，思考专业定位及如何培养地方理工院校光电类专业人才，使其适应光电产业的需求等问题。
二、制定培养方案的业务培养目标与要求
通过认真落实专业培养方案中的相关工作，走访了国内二十余个光电企业、高校，并分别针对"毕业学生"、"考研学生"、"就业学生"、"专业教师"等不同群体，开展了多场特色专业调研专题会议，较全面地调研了光电行业的发展趋势以及光电信息企业的人才需求情况及趋势，为人才培养目标以及培养方案的设计奠定了坚实的基础。
2.1符合社会发展需要的专业人才培养目标。
本专业培养具备光信息科学与技术的基本理论、基本知识和基本技能，能在光电子技术及相关的电子信息科学、计算机科学等领域（特别是光机电算一体化产业）从事科学研究、教学、产品设计与生产或管理工作的专门人才。
2.2具有地方特色的专业特点及业务培养要求。
本专业学生应具备较宽的基础理论知识，在光通信与传感、光电显示与成像领域获得专业培养，受到相关科学实验与科学思维的训练。业务培养加强信息学与光电子技术的交叉结合，使学生具有本学科及跨学科的科学研究与技术开发的基本能力。
三、优化后的培养方案课程设计
秉承夯实基础，提高能力、拓宽范围、接触前沿的理念，根据国家经济建设对专业型、应用型、复合型和学习型人才的需要，在遵循"重基础、宽口径和强能力"教学改革原则的基础上，在构建光电类专业课程体系时，采取了强化基础理论，拓展专业口径，重视实践教学，选好专业方向，增加选修比例[1]。因此，优化后的课程体系由公共基础课、人文社科经管类素质课、学科基础课、专业平台课和专业方向课五个部分组成。详列如下：
四、调整后的培养方案实践教学模式
4.1调整、改革与优化实践教学课程体系。
为了完善实践教学体系，在培养方案中全面落实实践教学的各个环节，使其相对独立于理论教学，并使其系列化、综合化和模块化。形成了课堂理论教学与实践教学两条并行的教学主线，二者既相对独立又互为补充。教学中，凡适应在实践教学中结合实验讲授的教学内容，尽量从理论教学课堂向实验教学的实验室转移，使学生在实践过程中，通过自己的实践和体会，深刻理解和掌握理论知识，以培养他们对知识综合运用和理论联系实际的能力。为此，在实践教学课程体系中设置了多个实践环节，以分别实现特定的实践教学课程要求，从而形成一个有机整体。各个环节主要包括：课程实验、课程设计、计算机实践、社会实践、电工电子实习、金工实习、认识实习、生产实习、毕业设计、开放与创新实验等。这对学生理论学习、工程实践能力、系统分析能力、实践创新能力的培养起到了重要作用，也为他们将来的工作和研究奠定了基础。采用了专业实践课程下移的方法，适当加大专业实践课程在大一、大二的学时和学分量，同时让学生通过到企业实习对本专业有一些感性体验，尽可能将实践教学内容和实际应用相结合[2]。
4.2实行贯穿教学始终的实践教学课程。
在大学四年的八个学期中，每个学期都有相应的集中实践教学环节。如第一学期安排两周的军事训练；第二学期安排两周的计算机实践；第三学期安排两周的认识实习； 第四学期安排两周的金工实习；第五学期安排四周的课程设计；第六学期安排的两周的电工电子实习；第七学期安排三周的生产实习；第八学期安排十六周的毕业设计等。我们还在相应的假期安排了专业实习、开放与自主创新实验以及社会实践，并通过网络平台给学生指导、交流[3]。
通过光信息科学与技术专业2010 版培养方案的制定和实施，形成了高质量的光电类专业的人才培养模式，培养了高素质的创新人才，更好地为国家和地方经济服务。
参考文献
[1] 胡章芳，罗元，潘武.光信息科学与技术特色专业培养方案的研究[J]， IEEE.2010：378～382.
第9篇：光通信研究论文范文
[关键词]紫外光通信 非视距 激光器 探测器
[中图分类号]U434.2[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)03-0010-02
人们目前所掌握的通信手段在军事通信联络中起到了重要的作用,但同时也存在一些不足。例如,无线电和微波通信比较容易被窃听、干扰和破坏,不适合“电磁寂静”的场合;有线通信和光纤通信需要预先铺相应的线路,不能达到灵活、机动和快速反应。为了在未来战争中立于不败之地,各国都在寻求更新颖、更隐蔽、更安全和不易扰的通信手段,紫外光无线通信就在这种要求下出现了。
紫外光通信是利用紫外光在大气中的散射来进行信息传输的一种新型通信模式。它不易被探测和截收,适用于多种近距离抗干扰通信环境,可以跨越障碍物进行非视距通信,是满足战术通信要求的理想手段。
1 紫外光通信系统的特点
1.1 紫外光通信的原理
太阳光的紫外辐射在通过地球大气层时,大气平流层中的臭氧层对250nm的波长附近的紫外线有强烈的吸收作用,使得这一波段的紫外辐射在海平面附近几乎衰减为零,属于“日盲区”,该波段为中紫外光波段(UVC),波长范围为200～280nm。紫外光通信就是利用这一波段进行的,因此也常称紫外光通信为“日盲”紫外光通信。
简单的无线紫外光通信系统与无线电系统的结构大致相同,其原理如图1所示。待传送的信号经过编码器编码后,加载到调制器上,调制器的激励电流就随着信号的变化规律变化,激光器的输出信号经过调制器之后,相关的参数(强度、相位、振幅和偏振)就会按照相应的规律变化。最后经过光学天线变换为发散角很小的已调光束向空间发射出去。接收端接收到已调光束之后,首先经过光检测器转换成射频电流,然后馈入射频检波器,最后由解码器解调出原来的信号。其中激光器相当于无线电通信中的射频发生器。发射机和接收机的光学天线相当于无线电天线。所不同的是紫外光通信采用光频电磁波作为通信的载波。光学天线其实就是望远镜,相当于无线电通信中的天线,但明显的是尺寸的缩小。
1.2 紫外光通信的特点
紫外光通信主要是以大气散射和吸收为基础,利用中紫外波段的紫外光进行的通信,是常规通信的一种重要补充。与常规通信方式相比,紫外光通信有其独有的优点:
(1)数据传输的保密性高。由于大气的强吸收作用,系统辐射的紫外光通信信号的强度按指数规律衰减,这种强度衰减是距离的函数。因此,可根据通信距离的要求来调整系统的辐射功率,使其在通信范围之外的辐射功率衰减至最小,提高传输保密性;
(2)系统抗干扰能力强。
(3)可用于非视距通信。由于大气中存在大量的粒子,紫外辐射在传输过程中存在较大的散射现象,这种散射特性使紫外光通行系统能以非视距方式(Non-Line of sight,NLOS)传输信号,从而能适应复杂的地形环境,克服了其他自由空间光通信系统必须工作在视距(Line of sight)方式的弱点;
(4)无需ATP(Acquisition Tracking and Pointing)跟踪。
(5)全天候工作。该系统工作在日盲区(200～300nm),而地表在这个波段辐射很少,可以全天候工作。
2 研究状况
2.1 国外研究现状
早在1939年[1],美国就开始探讨了海军通信用的紫外光源、探测器和滤光片的技术及性能,但是未开展实际的研究工作。
20世纪60年代的中后期,美国军方根据现代战争的实际要求,对近距离通信表现出极大的兴趣。到了20世纪70年代中后期,Waren S Ross等人开始对紫外辐射在大气中的传输特性以及散射大气通信的可行性及具体的技术细节进行了理论探讨和试验研究[1]。
1985年和1986年,美国Naval Ocean System Centre的M Geller等人研制了一套紫外日盲型短距离通信系统。这种通信系统可工作在视距型和非视距型两种方式下;通信速率在1985年为1200bits/s,在1986年提高到了2400bits/s;误码率小于10-5[1]。在平均臭氧浓度下,视距型的通信系统最大通信距离达到3km,非视距型通信距离可达1km。在正常条件下,通信距离为0.75km可正常工作一年的时间[2]。
2001年,美国GTE公司为美军研制了一种新型隐蔽式紫外光通信系统,传输速率能达到4800bit/s[3]。此通信系统的非视距传输距离为1～3km,如果采用聚光方式,定向视距通信距离可达5～10km[4]。
从上面可以看出,美国在短距离紫外通信方面进行了大量的研究,完成了从基本原理到实用系统的多方面研究。但是其研究工作的具体情况和技术细节都处于高度保密状态。
可以看出,国外对于紫外光通信的研究都是基于实践的系统级别的,通过仿真和实验的方式不断对系统进行改进。
2.2 国内研究现状
紫外光通信的研究工作在我国起步较晚,国内在该领域的研究还远远不够,对紫外光通信系统的研究已经迫在眉睫。
中科院空间科学与应用研究中心开展了紫外光通信的研究工作,目前已取得一定的进展,深入开展相关的研究工作势在必行,也必将大有可为[6]。
国防科技大学提出利用紫外光解决舰艇“视距”通信的观点,进行舰艇紫外光通信系统的顶层设计和关键研究,并进行舰艇紫外光通信系统的战术应用研究。同时,还做了一些信道方面的仿真分析,特别是最近提出了对于信道特性的蒙特卡洛算法仿真,对以后的分析奠定可基础。
重庆大学光电研究所对紫外光语音通信系统进行了研究和设计,取得可一定的进展,不过还处于实验阶段[5]。另外,北京理工大学也对紫外光通信的一些关键技术进行了研究,建立了紫外光学通信原理实验系统[1]。其它研究单位也对紫外光信道的各种特性进行了仿真分析,得到一些有意义的结论,但是总的来说,由于国外技术资料的保密,我国的紫外光通信系统还处在研究阶段,主要的研究手段是仿真,目前还没有成型的实验系统。
3 紫外光通信在军事航空领域的应用
紫外光通信可用于1～2km的非视距通信,如果采用聚光方式,定向视距通信距离可达5～10km。紫外光通信系统的话音通信频率通常为19.2kHz,在距离为2～10km,数据传送速率为4800bit/s时,系统的误码率可达1×10-6[1]。与其他传统的通信方式相比更加隐蔽,需要的发射功率大大降低,非常适用于短距离、窄带宽、能量受限的应用环境。
紫外光通信系统可用于超低空飞行的直升机小队进行不间断的内部安全通信。使用紫外光通信系统的每架飞机都装备有一套收发系统,发射机以水平方向辐射光信号,接收机则面朝天安装,以收集散射到其视野区内的紫外光信号,从而使全小队的飞机都可收到相同的通信信号。
紫外光技术可用于改进舰载飞机的起飞导引系统。航母飞行甲板通信系统同时沟通指挥塔台与所有飞机之间的通信。光发射机可安装在航母的舰桥上,以水平方式向甲板辐射紫外光信号,每架飞机上装有一台小型接收机,面朝天安装,以收集散射在大气层中的导航数据。光发射机发出的紫外光具有散射和同播特性,能照射整个飞行甲板,这样飞机可以自由移动,并能同时接收数据。
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4 紫外光通信系统的关键技术
影响紫外光通信系统的发展的关键技术主要包括发射接受器件的研究、信道模型的的研究以及调制解调、编码解码、检测等方法的研究。
4.1 紫外光源
在紫外光通信系统中,由于大气中臭氧的强烈吸收作用,所以需要具有性能好、功率高、调制性能好的发射光源。光学通信系统一般可采用的紫外光源一般可分为紫外灯和紫外激光器两大类。
紫外灯常见的有:高、低压充气汞灯,紫外线卤化物灯和等。此类光源具有价格便宜、功率大(可以达到数十瓦和上万瓦)灯特点。
由于紫外气体灯存在易碎、寿命短的缺点,人们开始将目光转向固体发光光源。处于绝对日盲区的紫外激光器主要有准分子KrF(248nm)激光器和Nd:YAG四倍频激光器(266nm)。激光器相对气体光源而言,具有坚固耐用的显著优点。但它并不适用于低成本、低损耗、低功耗的应用场合。并且这种激光器还有转换效率低、价格昂贵、使用寿命短、脉冲重复周期对温度敏感以及不易低压高速驱动等缺点。此外,功率较大的紫外激光器不仅十分昂贵,体积较大,而且技术尚不成熟。如果希望进行非视距、非定向自由空间通信,尚不能满足要求[6]。
由于需要具有性能好、功率高、调制性能好的发射光源,半导体紫外光源计划应运而生。美国国防高级研究计划局(DARPA)启动了研制可变波长(包括日盲光谱)的晶体管紫外光发射器的项目,其目标是研制用于隐秘非视距紫外光通信的紫外收发器。目前,SUVOS计划已经成功研制波长为340nm及以上波段的紫外发光二极管。
4.2 紫外探测器
紫外探测器是接收机最为重要的器件,其主要功能是完成紫外光信号到电信号的转换。对于非视距的紫外光通信,理想的探测器应该有较大的探测面积、较高的增益和带宽、高的透过率、极低的暗电流密度和“日盲”功能。
日盲型紫外光电倍增管由于具有大的探测面积、较高的增益、低的暗电流并且功率消耗约100mW,因此得到了广泛的应用。然而即使当前最高新技术的PMT体积也比半导体探测器大很多,而且价格也是它的上千倍。因此,基于尺寸、功耗、成本等因素的考虑,采用半导体探测器替代光电倍增管是一种比较理想的选择。
林肯实验室正在研制紫外光谱范围的雪崩光电二极管(Avalanche Photodiodes,APDs),它的暗电流相对比较小,将来它很可能成为光子计数探测器。SUVOS项目在德州大学建立了研制SICAPDs探测器的项目。然而,目前利用GaN研制的APDs还无法满足紫外波段的需要。
4.3 紫外光通信的大气信道模型
目前,关于大气辐射传输模型Lowtran、Modtran、Fascode 可以在各种复杂天气情况下,对散射大气的传输特性进行视距的数值模拟和分析,而对于模拟紫外辐射的非视线传输却无能为力。
对于散射大气中光的非视线传输,可以采用如下模型:单次散射模型(Single-Scatter model)、蒙特卡罗法(Monte-Carlo method)、离散坐标法(Discrete Ordinates method)等,这些模型在原理、方法、模拟精度、适用范围上各有不同的特点。单散射信道模型是1990年由Leugtten等人提出的,现有的研究大都是基于该模型进行的。基于该模型已经对紫外光通信的性能有了大量的研究结论[7]。
4.4 紫外光通信的调制解调方式
紫外光通信主要通过基带调制来提高能量和带宽利用率。除了波长的不同,适用于无线光通信的调制技术同样使用于紫外光通信。目前的光通信系统大多设计为强度调制/直接检测(IM/DD)系统。应用与该系统的调制方式主要有:开关键控(On-off Key,OOK);脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,PPM);差分脉冲位置调制(Differential Pulse Position Modulation,DPPM);多脉冲PPM调制等。另外,编译码方式、检测等环节对于紫外光通信系统的性能也很重要,有待进一步的研究。
5 结语
紫外光通信是一种新兴的通信系统,由于其可以实现非视距、短距离的抗干扰、抗截获能力强的特点,特别适合于军事应用中。但是对于紫外光通信系统的研究还处于初级阶段,特别是国内在这方面的研究不多,还没有形成成型的系统,因此迫切需要进一步的研究。
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