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高新技术论文篇一
题目：ROF技术概述及ROF系统的应用进展
学院：物理与光电工程学院 班级：09物理学
姓名：邹永亮 学号：20091306020
2011年12月5号ROF技术概述及ROF系统的应用进展为满足人们对宽带无线多媒体服务(如视频、音频和因特网数据)的迫切需求, 未来无线网络的发展趋势之一是提高射频(RF)工作频率。如何最大限度地改善 通信性能和降低基站的建设成本将是取得商业成功的关键所在。光载射频(ROF)
系统属于一种模拟光纤链路，ROF 利用光学器CS)传输到更接近用户终端的分布式基站。为了克服电子瓶颈的限制，人们更倾向于用光学方式产生微波/毫米波信号，产生方法包括内调制法、外调制法和光外差法等。利用马赫-曾德(MZ)调制器产生光载 RF 信号是一种简单而有效的方法。普通的强度调制产生的是双边带(DSB)型 光载 RF 信号, 在光纤色散的影响下，基站中检测出的 RF 信号出现周期性衰落的现象。为了克服周期性衰落效应，可以采用光单边带调制(OSSB+C)方式。
在基于 OSSB+C 调制的 ROF 链路中，基带信号往往被两个光分量所携带，在光纤色散的影响下，各路基带信号到达光电检测器的时间不同步，导致检测出的RF 信号所携带的基带信号波形产生失真。本文综合分析了频带间色散和频带内色 散对基带信号波形产生的影响。根据波形失真程度和整个 ROF 链路误码率的对应关系，得出了 ROF 链路传输容量的理论上限(以误码率由于多种原因，RF 信号通过光强调制器对光载波进行调制时的调制深度通常较小 (即调制指数小)，导致调制产生的光载 RF 信号的载边比不合理。本文对OSSB+C 调制方式建立了准确的理论模型，在此基础上分析出光载 RF 信号的载边 比可以由调制指数来调节，并且存在一个最优的调制指数可以使载边比达到理想
状态。针对光调制器在小信号调制状态下 (即调制指数小)产生的光载 RF 信号载边 比不合理的问题，我们对 MZ 调制器的结构进行了改进, 提出了一种基于 1×3 多模 干涉耦合器的三臂 MZ 调制器，该三臂调制器不用改变调制指数就能改善光载 RF 信号的载边比。调制器中包含了一条“直流臂”，通过控制直流臂上的直流偏置可以 调节光载 RF 信号的载边比。多模干涉耦合器是一种集成光学耦合器。在 ROF 技 术中融合集成光学领域的技术是一件很有意义的事情。光调制器是一种非线性器件，RF 信号驱动 MZ 调制器产生光载 RF 信号的过程中会出现一些无用的高阶谐波分量。本文提出了一种新型的基于 1×4 多模干涉耦合器的四臂 MZ 调制器，可以在实现光单边带调制的同时把主要的高阶谐波分量抑制掉，增强调制过程的线性化。抑制高阶谐波分量对于单信道/多信道 ROF 链路都具有重要意义。由于利用了 1×4 多模干涉耦合器各输出端口之间固有的光波相位关系，调制器可以工作在无偏置状态下。多模波导中多个传导模式间的相长性干涉产生的自镜像效应是多模干涉耦合器件的基本工作机制。相应的, 自镜像理论也是人们一直沿用的设计多模干涉耦合器的理论。但随着弱导材料光通信器件的发展，传统的自镜像理论逐渐暴露出了其不足之处——设计弱导材料多模干涉耦合器件时产生的设计误差较大。本文指出了产生设计误差的主要原因并提出了一种改进的自镜像理论，并在此基础上提 出了两种具体的器件设计方法。通信技术的最高目标是用各种可能的网络技术，满足 Wherever，Whatever 进行信息交换的要求。移动化与宽带化的结合是无线通信主
要的发展趋势。为实现这一目标，需要把不同的网络技术和通信技术进行融合，使其互相补充，扬长避短为了增加宽带无线通信系统的传输容量，不可避免的要提高工作频率。随着工作频率的不断提高，无线信号在大气中的衰减增加，基站覆盖范围减小，这样就需要大量的基站以实现一定范围的覆盖，网络的建设及维护成本急剧增加。在众多的简化基站结构、降低网络成本的技术中，光载射频(ROF)技术成为近年来通信技术领域的亮点。ROF 技术结合了无线通信技术和光纤通信技术的优势，以模拟光纤链路代替金属导线/大气来传送宽带无线信号，光纤通信技术的日益成熟，为 ROF 技术的发展提供了良好的条件。借助 ROF 技术可以以较低的成本拉近用户和基站距离，为用户提供高带宽、业务灵活性强的接入手段，满足用户对移动数据业务及多媒体业务的需求。智能交通系统能够提供交通信息，如电子导航、电子信息、路况信息以及娱乐( 多媒体) 服务等。若将此系统扩展到定位系统可以比GPS 更快捷和准确。
1.2.1 蜂窝移动通信系统
在第二、三代(3G)蜂窝移动通信系统中，ROF 系统的主要应用是建筑物内部的覆盖，典型应用场景如地铁站、火车站、机场、大型商场、展览中心等。在这些大型建筑物内，建立一个中心基站和分布式天线系统(DAS)，以实现有效覆盖。在第四代移动系统(或称 B3G)中，随着工作频率的提高(3～5GHz)，传统蜂窝系统采用的结构不能直接照搬到 B3G 系统中，否则基站及移动终端的发射 功率要增加 10～20 倍甚至更高，移动终端工作在如此高的发射功率状态下显然是 令人无法接受的，因为这不利于节省电池能量以及减小微波辐射对人体的伤害。
为了在保证高传输速率的情况下降低发射功率，B3G 系统将采用一种基于 ROF 技 术的新型小区结构，称为“泛小区”，其基本思想是在小区的多
1.2.2 无线局域网
由前面的分析可以得知，宽带无线接入系统(如 WLAN)的工作频率不断增加，甚至高达 50～70GHz。目前使用的无线局域网的频段为 2.4 GHz，数据速率近 11 Mbit/s，也有可能达到 45Mbit/s，而将来的无线局域网则要求数据速率达到 100 Mbit/s 以上，因此需要更大的带宽。高频信号的传播受到高衰减和视距传输的困扰，对建筑物内的应用而言上述问题更为严重，因为信号传播要受很多物体的影响，比如墙、家具等。要覆盖整个建筑需要数量庞大的 AP(access point)，系统的 成本激增。但如果采用 ROF 技术，通过光纤传输 RF 信号，则 AP 不需要具有复 杂的 RF 信号处理功能，这些功能可以集中在一个单独的处理的 (RGResidentialGateway)上，因此 AP 的结构得到简化，整个系统的可行性增加，因为这个频段的系统许多独特的优点。虽然信号传播损耗较高，但是对于近距离传输并不重要，而且可以在较小的干扰条件下实现频率复用。
1.2 ROF 系统的应用进展
1980年代美国首次将ROF系统用于军事用途。1990年，Cooper等提出将ROF用于无线通信。ROF技术得到了快速的发展，典型的例子是2000年的悉尼奥运会上，采用了名为BriteCell的radio over fiber系统来解决无线业务大量集中的问题，该系统有500个远端天线。在开幕式上短短几分钟时间里，运动场中就有约11万名观众打了17万5千个电话。如果没有BriteCell系统及时处理如此庞大而集中的业务量是难以想象的ROF系统具有易安装、低功耗、成本低等优点，目前主要用于蜂窝移动通信系统、宽带，无线接入、智能交通系统以及军事系统中。
1.2.3 智能交通系统
智能交通系统(ITS) 应用最新的移动通信技术来提高交通信息的传输能力，使交通变得更为安全、高效和舒适。ITS主要包括两种系统 (RVC)和 (VVC)。目前日本已经研制出基于ROF技术的RVC实验系统。 预计RVC系统中的每个移动终 端能达到2～10 Mbps的速率，RVC系统可以提供多种业务，其工作频率可能在40GHz或60 GHz。实现RVC系统的关键技术之一，就是建立基于ROF技术的RF信号传输网络。用模拟光纤链路在中心站(CS)和基站(BS)之间传输毫米波信号。各基站只起到光/电转换的作用，对传输的信息而言是透明的。
在欧洲， 63～64 GHz 和76～77 GHz 的频段已经分配给基于ROF技术的智能交通系统，其目标是在主干道上实现连续的移动通信网络覆盖以便实现智能交通。因此 B3G 系统中的蜂窝覆盖层(CCL)将会与传统的蜂窝覆盖层在结构上有着根本性的差异。目前，可以传输个人数据蜂窝网信息的 ROF 网络已经在日本实现并进入了实用化阶段。
1.2.4 军事应用
ROF技术为解决高速雷达数据以及雷达信号的远距离传输问题提供了有效途径。ROF技术使得雷达控制站同它们的天线在空间上远距离分开成为可能，因而雷达站不容易被敌方发现并摧毁。对于多基地雷达而言，多站间的信号传输距离可能会达到几十到几百公里。这样的传输距离对于电缆传输链路而言是遥不可及的，但基于ROF技术的光纤链路而言却并无太大困难。对于军事平台上的大量RF信号传输系统而言，同轴电缆的体积和重量一直是重要的问题。在军用飞机、潜艇以及水面舰艇中同轴电缆的尺寸和重量应该尽可能的减小。此外，把不易弯曲的铜线电缆和波导安装在窄的空间也是一个大问题。而借助ROF技术，则可有效的解决上述问题
高新技术论文篇二
21世纪高新技术展望
结课论文
学院：材料与冶金学院
班级：09冶金一班
学号：0961102109
姓名：张帅
关键字：产生 特点 应用
摘要：激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。现已发现的激光工作物质有几千种，波长范围从软X射线到远红外。 激光技术的核心是激光器，激光器的种类很多，可按工作物质、激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分类。根据不同的使用要求，采取一些专门的技术提高输出激光的光束质量和单项技术指标，比较广泛应用的单元技术有共振腔设计与选模、倍频、调谐、Q开关、锁模、稳频和放大技术等。
【简介】
激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。意思是“受激辐射的光放大”。激光的英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。
激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。它的原理早在 1916 年已被著名的物理学家爱因斯坦发现，但要直到 1958 年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践 迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的 出现。激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段，去获得空前的效益和成果，从而促进了生产力的发展。
【激光产生】
若原子或分子等微观粒子具有高能级E2和低能级E1,E2和E1能级上的布居数密度为N2和N1，在两能级间存在着自发发射跃迁、受激发射跃迁和受激吸收跃迁等三种过程。受激发射跃迁所产生的受激发射光，与入射光具有相同的频率、相位、传播方向和偏振方向。因此，大量粒子在同一相干辐射场激发下产生的受激发射光是相干的。受激发射跃迁几率和受激吸收跃迁几率均正比于入射辐射场的单色能量密度。当两个能级的统计权重相等时，两种过程的几率相等。在热平衡情况下N2N1,这种状态称为粒子数反转状态。在这种情况下，受激发射跃迁占优势。光通过一段长为l的处于粒子数反转状态的激光工作物质(激活物质)后，光强增大eGl倍。G为正比于(N2-N1)的系数，称为增益系数，其大小还与激光工作物质的性质和光波频率有关。一段激活物质就是一个激光放大器。
如果，把一段激活物质放在两个互相平行的反射镜(其中至少有一个是部分透射的)构成的光学谐振腔中(图1)，处于高能级的粒子会产生各种方向的自发发射。其中，非轴向传播的光波很快逸出谐振腔外：轴向传播的光波却能在腔内往返传播,当它在激光物质中传播时，光强不断增长。如果谐振腔内单程小信号增益G0l大于单程损耗δ(G0l是小信号增益系数)，则可产生自激振荡。原子的运动状态可以分为不同的能级，当原子从高能级向低能级跃迁时，会释放出相应能量的光子(所谓自发辐射)。同样的，当一个光子入射到一个能级系统并为之吸收的话，会导致原子从低能级向高能级跃迁(所谓受激吸收);然后，部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出光子(所谓受激辐射)。这些运动不是孤立的，而往往是同时进行的。当我们创造一种条件，譬如采用适当的媒质、共振腔、足够的外部电场，受激辐射得到放大从而比受激吸收要多，那么总体而言，就会有光子射出，从而产生激光。
【激光的特点】
(一)定向发光
普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装臵，如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜，使辐射光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行。1962年，人类第一次使用激光照射月球，地球离月球的距离约38万公里，但激光在月球表面的光斑不到两公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照灯光柱射向月球，按照其光斑直径将覆盖整个月球。
(二)亮度极高
在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯的亮度最高，与太阳的亮度不相上下，而红宝石激光器的激光亮度，能超过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度极高，所以能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯(光照度的单位)，颜色鲜红，激光光斑明显可见。若用功率最强的探照灯照射月球，产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯，人眼根本无法察觉。激光亮度极高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个极小的空间范围内射出，能量密度自然极高。
(三)颜色极纯
光的颜色由光的波长(或频率)决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳光的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间，对应的颜色从红色到紫色共7种颜色，所以太阳光谈不上单色性。发射单种颜色光的光源称为单色光源，它发射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源，只发射某一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一，但仍有一定的分布范围。如氪灯只发射红光，单色性很好，被誉为单色性之冠，波长分布的范围仍有0.00001纳米，因此氪灯发出的红光，若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见，光辐射的波长分布区间越窄，单色性越好。
激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。以输出红光的氦氖激光器为例，其光的波长分布范围可以窄到2×10-9纳米，是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。由此可见，激光器的单色性远远超过任何一种单色光源。
此外，激光还有其它特点：相干性好。激光的频率、振动方向、相位高度一致，使激光光波在空间重叠时，重叠区的光强分布会出现稳定的强弱相间现象。这种现象叫做光的干涉，所以激光是相干光。而普通光源发出的光，其频率、振动方向、相位不一致，称为非相干光。
闪光时间可以极短。由于技术上的原因，普通光源的闪光时间不可能很短，照相用的闪光灯，闪光时间是千分之一秒左右。脉冲激光的闪光时间很短，可达到6飞秒(1飞秒=10-15秒)。闪光时间极短的光源在生产、科研和军事方面都有重要的用途。
【激光在各行业中的应用】
应用于牙科的激光系统
依据激光在牙科应用的不同作用，分为几种不同的激光系统。区别激光的重要特征之一是：光的波长，不同波长的激光对组织的作用不同，在可见光及近红外光谱范围的光线，吸光性低，穿透性强，可以穿透到牙体组织较深的部位，例如氩离子激光、二极管激光或Nd：YAG激光(如图1)。而Er：YAG激光和CO，激光的光线穿透性差，仅能穿透牙体组织约0.01毫米。区别激光的重要特征之二是：激光的强度(即功率)，如在诊断学中应用的二极管激光，其强度仅为几个毫瓦特，它有时也可用在激光显示器上。
用于治疗的激光，通常是几个瓦特中等强度的激光。激光对组织的作用，还取决于激光脉冲的发射方式，以典型的连续脉冲发射方式的激光有：氩离子激光、二极管激光、CO2，激光;以短脉冲方式发射的激光有：Er：YAG激光或许多Nd：YAG激光，短脉冲式的激光的强度(即功率)可以达到1,000瓦特或更高，这些强度高、吸光性也高的激光，只适用于清除硬组织。
激光雷达(laser radar)是指用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物 。由发射机 、天线 、接收机 、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等;天线是光学望远镜;接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测与外差探测。
激光武器是一种利用定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效的定向能武器。根据作战用途的不同，激光武器可分为战术激光武器和战略激光武器两大类。武器系统主要由激光器和跟踪、瞄准、发射装臵等部分组成，目前通常采用的激光器有化学激光器、固体激光器、CO2激光器等。激光武器具有攻击速度快、转向灵活、可实现精确打击、不受电磁干扰等优点，但也存在易受天气和环境影响等弱点。激光武器已有30多年的发展历史，其关键技术也已取得突破，美国、俄罗斯、法国、以色列等国都成功进行了各种激光打靶试验。目前低能激光武器已经投入使用，主要用于干扰和致盲较近距离的光电传感器，以及攻击人眼和一些增强型观测设备;高能激光武器主要采用化学激光器，按照现有的水平，今后5—10年内可望在地面和空中平台上部署使用，用于战术防空、战区反导和反卫星作战等。
【中国激光研究新进展对军事科学意义重大】
据中国科学院消息，经过中国科学院物理所王树铎研究开发小组人员的努力，首次实现了对大面积准分子激光能量的直接测量，其有效测量直径达100mm，在热释电型激光探测器的尺寸上为世界之最。经过与中国原子能科学研究院的有关专家合作以及在国家实验室进行的试验表明，此系统在不同能量区域(10-20J和100-200mJ)均达到了预期的技术指标。
据介绍，激光聚变研究是一个很有发展前途的能源开发课题，激光可控热核聚变反应必将给人类生活带来新的转折。激光聚变在军事科学研究中也具有重要意义。在激光聚变实验，特别是在间接驱动聚变研究中，为了生产强的辐射驱动场，人们正在追求高的X光转换效率，良好的辐射输运环境，最佳的辐射驱动场。在这些研究过程中，对准分子激光的能量进行直接监测和研究是非常重要的。
该项研究成果表明，该项目的研究开发除了有实力对已开发的产品市场不断开拓外，对国家正在发展的应用需求项目也具备了承担和开发能力。 参考文献：
[1]孙长库 叶声华《激光测量技术》。
[2]苏显渝 李继陶《信息光学》。
