光电转换技术第1篇

在全人类都在面临着气候变化、空气污染和资源紧缺的共同危机的今天，低碳型可持续发展已经成为了当代社会发展的主流。而因为建造活动在消耗资源的同时制造了大量的环境污染物，低碳景观的发展问题需要更多的关注。新能源、新材料在景观设计中的应用研究和实践正是为实现这样的目标而提出的。本文以深圳栖游家园住宅小区设计为例，提出了应用光电转换技术来实现低碳景观的思路。

关键词：光电转换技术；太阳能光电板；低碳景观；新能源

Abstract: with the global climate change, the problem of environmental pollution has caused great concern in the international. Global warming, the world is thought to be due to the greenhouse gas carbon dioxide emissions caused by excessive. In order to make the trend of ecological environment deterioration has been further curb, develop clean, safe, sustainable development of renewable energy has been put on the agenda.

In all of humanity in the face of climate change, air pollution and resource shortage of common crisis today, low-carbon sustainable development has become the mainstream of contemporary social development. And because the construction activities in the consumption of resources at the same time to create a large number of pollutants in the environment, development of low-carbon landscape should be paid more attention to. Application research and practice of landscape design in the new energy, new material is put forward to realize this goal. This paper takes Shenzhen aquatic tour home residential design as an example, presents the application of photoelectric conversion technology to achieve low carbon landscape ideas.

Keywords: photoelectric conversion technology; solar panel; low carbon landscape; new energy

中图分类号: O472+.8 文献标识码：A文章编号：

太阳能作为目前取之不尽用之不竭的能源，应得到广泛的推广应用。据了解，深圳的用电缺口在逐年增大，因地制宜开发和推广应用太阳能有利于缓解当前能源紧缺状况，符合我国能源发展战略。深圳位于北回归线以南，气候炎热，太阳辐射时间长，有利于利用太阳能转换装置，一方面降低能源成本，另一方面可减少炎热天气下的地表温度，增加庭院舒适感。

一、项目概况

栖游家园住宅小区位于深圳市南山区后海大道与花果山路交汇处，是一个崇尚人性化、生态环保的年轻时尚的生活社区。作为该项目的景观设计师，我们在该项目上运用了光伏发电的光电平板技术，建造在二层公共平台花园打造一组光电转换景点，并在概念设计之初，建议在高层屋顶设置光电转换设备，以供楼梯间照明和园林景观照明的公共用电需求，减轻了住户的物业电费上的公共分摊费用，倡导新的低碳生活理念。

在收集各方资料后，我们对小区的光照环境及使用者的感受进行了认真的分析，通过日照模拟计算，得出日照时长大于或等于7小时的区域，结合入口小广场及喷水组合景墙，以景观设计一体化的手法揉合到现有的景观系统中，不仅可以使小区景观美观，更洋溢着一股绿色低碳的味道，同时可以发电，满足夜间景观照明需要，彰显节能建筑要求，更可以让住户加深对光电绿色节能措施的了解，有利于青少年养成保护生态环境和节约能耗的思维习惯。

光电转换装置效果如下图：

六个太阳能光电转换景观组，以一种序列排列方式设置在开扬的二层入口平台小广场上，将太阳能量转化为电能以直流电的形式储存在蓄电池里，通过转换为交流电，直接驱动喷水景墙的水泵工作，通过相关设计将接线盒、旁路二极管、连接线等隐藏在太阳能光电转换平板下方的基础中，这样既可防阳光直射和雨水侵蚀，又不会影响太阳能光电板的外观效果，达到与景观的完美结合。在阳光明媚的日子里，我们可以最直观地看到能量是怎样变成人见人爱的一种喷泉景观。

我们用“生命之源”来述说这样的一个故事：生命之初，是万物依靠的太阳提供给生命能量，能量传递的结果，产生了生命，水循环使得生命得以生生不息地延续。

二、光伏发电系统节能原理

利用光能转换电能的效应原理，光伏电池组件在白天接收太阳辐射能并转换为直流电能输出，再经由逆变器转变为可为用电设备供电的交流电力；转换过程不产生辐射及其它环境污染。但目前太阳能光电板的生产过程中，单晶硅和多晶硅会产生不可逆转的环境污染，目前科学家们正在研究更好的途径，如何减少生产过程的污染。

以本项目小型的光电转换装置为例，六个太阳能光电转换景观组合计可安装太阳能光电板面积约为60 平方米，按透光率30%计算，可安装太阳能组件约5.1 千瓦。按照深圳地区日照辐射太阳能组件发电功率计算，5.1KW 每天可发电约18KWH，每年可发电约0.66 万KWH。现在电价逐年在递增，每度电暂按1.5 元计算，每年节约电费1万元；以太阳能电池寿命为25 年计算，约能节约电费25 万元，其中还未包括火力发电对环境污染的整治投入和煤炭等资源的费用。

本项目单纯按发电量来算，其经济值是较低的，与常规能源相比，初始投入费用仍然比较高，这也是制约太阳能光伏应用的主要因素。然而，我们也应看到，治理常规能源所造成的污染是一项很大的“隐蔽”费用，并且太阳能光伏发电虽一次性投资较大，但其运行费用很低。

太阳能光伏与建筑、景观相结合是一个方兴未艾的领域，有着巨大的市场潜力。它需要太阳能光伏设计制造者与建筑和景观材料、设计、施工和电力部门密切合作，共同努力才能取得成功。

三、光伏发电电能的利用

住宅小区可采用的太阳能转换电能的利用方式有以下3种：

1.将太阳能光电转换装置白天产生的电量，以直流电方式储存在设备附近的蓄电池中，夜晚可将蓄电池的电用于附近的路灯照明。优点是所发电量可直接用于小区用电，减少电线铺设，缺点是路灯照明不稳定，需考虑天气的影响，并需同时结合市政用电补充。因此，我们可采用太阳能光电转换的电量连接至照度要求不高的庭院草坪灯，即使受恶劣天气影响无法正常发电，也不至于对园区生活造成太大的干扰。

2.将太阳能光电转换装置白天产生的电量，通过直流交流转换器，直接并入小区的电网中，实现“局域小并网”，减少白天小区中的用电量，节省开支。优点：所产生的电量及时并入电网，减少损耗，不影响全区的用电效果；缺点：所需的设备较多，比较适合较大规模和面积的太阳能光电转换板设备。

3.期待在不久的将来，可将所发电量直接并入市政电网，以抵消小区所消耗的电量。

四、关于光伏发电今后的思考

国外许多国家的光伏建筑一体化并网发电系统的技术已经成熟，光伏发电已在国外已取得了许多成功的例子，美国和欧盟已经进入了一个新能源时代，在积极创造一个未来的智能电网。

目前国内的供电系统是单方向的供电，我国正在着手开展智能电网的研究与建设，并开展了可再生能源集中并网及储能领域的相关研究，我们期待着国家的电网可适应新能源发电的接入要求，实现各类电源及用户的无忧接入并和用户双向互动。届时，市民可以采用自发电的形式，将通过太阳能光电转换等可再生能源产生的用电并入市政电网，政府将节省的资源费用返还市民，并采用错峰用电和错峰电价的措施，使得市民可在白天用电量少的时候利用太阳能发电，夜间用电高峰期采用自发的电量满足自身需求。这样可使得光电转换技术得以在我国大面积地展开。

结语

栖游家园的景观光伏发电项目虽然只是一个小小的举措，但它将展现建设投资方对环境保护的重视，让使用者培养起对环境保护和科学发展的认知。在住宅小区建设太阳能光伏发电一体化系统不但响应国家节能减排方针，更能为该地区市民更直观地了解和认识到科学发展与节能环保的重要性，为推动我国新能源开发及全球环境的改善作出催化剂的作用。该项目的建成也有利于优化园区的供电结构，在打造节能建筑理念方面，具有极大的社会、环境等综合效益。

希望本项目的建成能成为其他公共建筑与房产投资商的效仿对象，将具有较大的标杆示范效应。

光伏发电作为有效地节能措施，不单单在景观方面可以起到良好的启示作用，它在建筑设计的光电幕墙、光电屋顶上发挥着更加重要的作用。光伏发电在中国的大规模推广应用是可以预见的，除了有关研究开发机构及公司企业进一步努力之外，很重要的一个方面，还需要政府有关机构和部门对其重要性和迫切性进一步提高认识，进一步扩展其战略规划和发展计划，进一步制订有效的扶持政策和措施，进一步加强指导和引导，使光电转换设备在不太长的时间内，大规模合理应用，大规模健康发展。

参考文献：

1.智能与绿色建筑文集.北京：中国建筑工业出版社，2005.

2.智能电网技术，刘振亚主编，国家电网报，2010年6月19日

光电转换技术第2篇

关键词：光纤技术；光通讯；应用；优势；发展

光纤是近年来广受关注的一种新型材料，是光纤技术形成并得到发展的基础物质保障。光纤的工作原理是广全反射原理，其是利用透明材料与折射率小的材料制作而成的。光纤一般多以组合成光缆的形式应用在实践中，而不会使用单根的光纤进行生产。那么在光通讯领域中，光纤技术的应用优势与发展前景有哪些呢？以下本文就来谈谈这些问题。

一、光通讯概述

光通讯是新世纪下产生的一种新兴通信行业，其与通信存在一定的共同点，即都是通过一定的信号转换与传递来实现信息交流。但两者也有一定的区别，通信领域的范围较广，包括光通讯。而光通讯则只是指在光导纤维的基础上，利用信号调制的方法形成一定的光载波，并以此来实现信息传递。其主要的技术重点是光纤技术。

具体来讲，光通信的工作原理是：在发信端，信息经过光转换被转换成光信号，转换产生的光信号经光电二极管的转换后变成电信号，最后在经过处理和转换而恢复为原发信端相同的信息传播到收信端。光纤通讯、卫星通讯以及无线电通讯作为现代通信网的三大支柱，光纤通讯以其自身独有优势成为现代通信网的主体。

目前在光通讯中，光纤技术是其中最重要的一项应用技术，在实际的应用中，光纤技术比其他同类技术更具有应用优势。这是因为，首先光纤的材料都是绝缘物质，在使用中不会受到随处都有的电磁感应的影响，可以保持光纤信号传输的稳定性。其次，光纤本身的保密性较高，在信号传递过程中不会出现太大的损耗，因此其中继距离要相对更长一些。第三，光纤一般多以光缆的形式应用，但光纤之间并不会产生干扰。所以在同等通信容量下，光纤的经济性能更高。第四，光纤在使用中还具有很高的耐腐蚀性，不会消耗太大的能源，原材料的来源也非常广，因此可以说，在光通讯中使用光纤技术是非常可行的，并且能够很好的促进光通讯事业的快速发展。

二、光纤技术在光通讯领域中的应用

目前光纤技术已经在光通讯的多个领域中有了广泛应用，但集中体现在光纤的应用、光源器件的应用、波分复用等几个领域。常用的光纤技术主要有以下几种；

1、光缆技术。光缆在光通讯中的应用时间较长，在最初的使用中仅仅只有3个传输窗口，而当前科技的发展推动了光缆技术的发展，逐渐出现了4个、5个传输窗口，这极大的提高了光纤传输效率。特别是全波光纤的应用更是促使了传输效率的提升。再加上光纤的生产工艺越来越完善，使得其质量得到很高提升，成本也更低，使得其在实际的应用中使用范围更广。

2、光复用技术。这种技术的最大作用是为了能够提高信号的传输速度。这是因为光复用技术可以实现在一个光频率上进行多种信息的传输，当然这是在不同时段下进行的。这种技术的应用使光纤的使用效率得到了极大的提升，掀起了传输技术领域的异常变革。

3、光放大技术。这种技术的应用所起到的作用是提高了光复用技术的应用效率和全光网络的发展。其主要的应用原理是光放大器根据拉曼散射效应制作而成，当大功率的激光注入光纤后，会发生非线性效应拉曼散射在不断发生散射的过程中，把能量转交给信号光，从而使信号光得到放大。

4、光纤接续技术。要准确的对接纤芯，降低损耗到最低点十分困难，随着续接技术的发展以及万能熔焊续接机的出现改变了以往在送出和接收端由人工来测定损耗和判断接续质量的情况，可以有效地降低传送损耗，提高接续作业效率。

三、光纤技术的未来发展问题和展望

1、发展中需要解决的问题

在光通讯领域中，各种光纤技术的应用极大的提高了其发展水平，并且在各种先进技术的推动下，光纤技术水平也在不断提高，使得光纤传输中的损耗量更低，中继距离也越来越远。在未来的发展中，光纤技术的主要研究对象是如何进一步的降低损耗，增大中继距离。一般来讲，可以通过改善光纤材质或性能的方式来实现这些目标，当然也可以通过改变光源方式或发光元件的方式来实现。只要方法得当，相信我们未来可以实现无中继的光纤传输。

2、未来发展前景的展望

近年来光纤通信的发展十分迅速，光纤技术发展不断完善，未来光纤技术在光通讯领域的应用主要集中在光交换、光纤到家庭两个方面，而全光网络建设将成为光通讯技术发展的必然。

1）光交换技术将不断发展。光交换是指不经过光电转换，而是能够直接将输入端光信号交换到任意的光输出端，光交换技术包括光路交换和分组交换两种形式。作为全光网络的关键的光交换技术的，由于种种原因当前还主要停留在光路交换技术的开发上。但今后发展方向必将转向更高层面的分组光交换上。当前光网的交换普遍采用的是“光―电―光”即先把光信号变成电信号，用电子交换后，再变还光信号，两次转换使得传送过程损耗增大，传送效率大大降低。而光交换在信息传送过程中，由于不需经过任何的光电转换，这能够彻底消除由于现在的电子瓶颈而导致的带宽扩展困难，使得光交换网在不远的将来取代当前IP骨干网，成为下一代光子化的Intemet骨干网变得可能。

2）光纤到家庭技术将日趋成熟。光纤到家庭就是指一根光纤直接连接到家庭，是指将光网络单元直接安装到住户的家中。是除“光纤到桌面”外最靠近用户的光接入网的方式，被认为是最理想的接入方式。光纤到家庭的接入方式可以为用户提供更大的带宽，增强网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽对环境条件和供电等要求。当前光纤到家庭技术还需要大规模推广和建设，由于电子元器件的进步，光收发模块以及光纤的价格的降低，这些都大大加快了光纤到家庭技术实用化的进程。

3）全光网是未来发展的趋势。光电子技术的一个关键是光电转换与电光转，由于光交换技术的逐步成熟，波分复用以及光放大技术的广泛应用，不需要经过光电间转换的全光网将成为未来光通讯发展的必然趋势。

四、结束语

综上所述，光纤技术在现代光通讯领域中的应用也越来越广泛，所发挥的作用也越来越大。虽然当前光纤技术已经取得了很好的应用效果，但是仍然有很大的发展空间。这需要更多的技术人员深入研究，通过改善光纤材质、改变光源等方法来增大光纤的应用效益，为光通讯事业的发展做出更大贡献。■

参考文献

[1]胡晓晔.浅谈光纤技术的现状及发展[J].科技向导，2010（6）.

光电转换技术第3篇

关键词：光谱转换 传感器 机读

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0005-02

某公司开发的第五版人民币光谱信号智能机读传感器，具有极高的技术门槛，涉及到基频激光光源产生技术、光谱分离技术、光谱锁相探测技术、数字信号处理和输出技术。在光谱信号检测方法、检测系统和检测设备方面的技术领域处于领先地位。

这种能够自动识别各类激光照射于相应上转换或下转换材料所发出上转换或下转换光谱的传感器，能克服现有方法的不足，是一种非黑箱常光下操作、结构紧凑、体积微型化、低能耗、能输出数字或模拟信号的光谱信号智能机读传感器。该产品既保证了光谱机读信号的激发、监测及转换输出，又可以方便地支持现有市场上各厂家大部分验钞机型的升级。

使用者可以通过将需要鉴定的对象放置到该第五版人民币光谱信号智能机读传感器下1～2 mm的平台，通过该第五版人民币光谱信号智能机读传感器来读取对应数据，根据转换输出系统的指示即可快速和准确无误地鉴别是否是真的第五版人民币，从而达到验钞目的。

1 正文

1.1 系统和设备结构

该第五版人民币光谱信号智能机读传感器由激光生成与次生激光检测、转换输出系统三部分组成。

1.2 工作过程及性能特点

激光光源产生的高稳定激光照射待测的特殊材料区域，特殊材料区域如有上转换或下转换材料，即会由此激发出相应上转换或下转换光谱信号，如没有上转换或下转换材料，即无相应的上转换或下转换光谱信号产生。

1.3 运行特点

该光谱信号混合数百万倍强度的基频激光经光谱分离器，其中基频激光被光谱分离器深度压制，该有用的上转换或下转换光谱信号则高效透过。

光谱锁相探测器采用相干累加锁相积分技术，对透过光谱分离器的上转换或下转换光谱信号进行探测，如上转换或下转换光谱信号是特定的对应上转换或下转换材料的，则会因被锁相积分放大而甄选出来，采用该光谱锁相探测器既解决了测量精度问题，又解决了测量速度和测量精度之间的矛盾，弥补了传统细分处理方法不能提供实时数据和当量脉冲的不足。如上转换或下转换材料不是特定或没有上转换或下转换材料，即材料是假的，光谱锁相探测器探测不到特定的上转换或下转换材料对应的特定光谱信号。

数字信号处理和输出电路与光谱锁相探测器相联，处理后对应有特定光谱信号输出真（1）信号，对应无特定光谱信号输出伪（0）信号，该数字信号可用于直接微处理器。根据需要，数字信号处理和输出电路也可调整为可识别的模拟信号输出。

1.4 国内的发展状况

目前国内其它从事光谱信号智能机读传感器和鉴定设备开发和生产的科研及企业尚未掌握非黑箱常光下操作、体积微型化、低能耗、机读等关键技术。

1.5 创新性论述

1.5.1 背景技术

现有技术利用光谱信号检测来辨别材料真假的主要步骤可归纳为：（1）采用调制激光光源照射被测材料，产生光谱信号；（2）通过双向棱镜和光栅对光谱信号进行分离，得到有效光谱信号；（3）采用普通探测器对有效光谱信号进行探测，探测到有效光谱信号，则转换为模拟信号输出或人眼识别出。由于现有技术采用调制激光光源，其产生的光源不是稳定光源，而双向棱镜和光栅甄选光的效率比较低，并且，一般探测器的探测能力不高，而模拟信号输出或采用人眼识别出的实现度低，从而导致现有技术的光谱信号检测性能较低。

局限于现有技术的性能，鉴别真伪的激光检测器外部需要有遮光板蔽盒屏蔽外界光线干扰，在实际使用中需要将钞票、证件或票据防止在遮光板内，操作比较复杂，影响检验的速度，而且构成组件多，功耗大，体积大。

1.5.2 创新点内容

检测系统的基本原理、检测方法及设备基本结构创新。

系统包括对其照射以产生光谱信号的被测材料，还包括基频激光光源、光谱分离单元、光谱锁相探测单元以及数字信号处理和输出单元。

基频激光光源产生高稳定激光照射到被测材料上，激发出光谱信号；光谱分离单元压制基频激光，得到有效光谱信号；光谱锁相探测单元采用相干累加锁相积分技术对有效光谱信号进行探测，并将光信号转换为电信号；数字信号处理和输出单元将电信号转换为数字信号并输出。被测材料是稀土光功能材料，有效光谱信号是上转换或下转换光谱信号。

现有技术与本项目技术方案效果对比表。（如表1）

1.5.3 检测系统、检测方法及设备使用流程和方法案例

在本项目中，通过基频激光光源照射被测材料产生光谱信号，光谱分离单元甄选出有效光谱信号，光谱锁相探测器采用相干累加锁相积分技术探测有效光谱信号，并将光信号转换为电信号，以及由数字信号处理和输出电路将电信号转换为数字信号并输出。这样，提高了光谱信号检测的性能。

光谱信号检测方法及光谱信号检测设备的具体工作流程如下。

在步骤1中，基频激光光源照射被测材料，产生光谱信号。在步骤2中，光谱分离单元压制基频激光，得到有效光谱信号。在步骤3中，光谱锁相探测单元采用相干累加锁相积分技术探测有效光谱信号，并将光信号转换为电信号。在步骤4中，对电信号进行数字信号处理并输出。

在实施例中，被测材料是稀土光功能材料，其被激光照射时会产生上转换或下转换光谱信号。基频激光光源采用半导体激光器产生，例如PN结边缘发射激光器，其能产生高稳定激光，例如波长为980 nm±20 nm或880 nm±20 nm的激光，也可以采用其它波长的激光。激光可以直接照射到被测材料上，也可以通过透镜照射。

产生光谱信号后，光谱信号连同极强的的基频激光（数十至数百万倍间强度）经过光谱分离单元进行分离。光谱分离单元可采用光谱分离器实现，本项目采用可选择的光谱分离器。其中，基频激光被光谱分离单元深度压制，使微弱的有效光谱信号（即上转换或下转换光谱信号）透过并抵达光谱锁相探测单元的光敏感应处。

在实施例中，光谱锁相探测单元采用相干累加锁相积分技术，对上转换或下转换光谱信号进行探测，由于上转换或下转换光谱信号是特定对应的稀土光功能材料，其会因被锁相积分放大而甄选出来，若光谱锁相探测单元探测不到特定的稀土光功能材料对应的特定上转换或下转换光谱信号，则证明被测材料是假的。若探测到上转换或下转换光谱信号，光谱锁相探测单元将该光谱信号转换为电信号，其可采用通用的光电转换技术实现，关于光电转换技术是现有技术，在此不再赘述。之后，数字信号处理和输出单元将电信号转换为数字信号并输出。在示例方案中，设为探测到对应的光谱信号，则输出高电平，若探测到对应的光谱信号，则输出低电平。输出的数字信号可连接微处理器，或直接连接数码显示或声音报警等。

参考文献

[1] 陈树森，周望红.外上转换材料共焦光学检测器研究[J].光电子·激光，2004 （5）.

光电转换技术第4篇

关键词: WDM技术;光交换技术;光纤通道;航电网络

0 引言

随着航空电子技术的发展,对航电网络的速率、可靠性提出了更高的要求,光纤通道以其高速率、容错性、确定性等特点在航空电子系统得到广泛的应用。为了进一步提高光纤的利用率,同时克服传统交换的“电子瓶颈”,构建灵活、扩展性好而又具有体积小、重量轻、低功耗等特点的航电网络系统,引入了WDM技术和光交换技术[1]。WDM技术是在一根光纤中承载多个波长(信道)的复用技术,其应用解决了长距离、大容量传输的问题;光交换技术则是用光交换设备代替传统光纤系统中的电交换设备,实现高效、快速交换,使数据流能更快地传送到下一个节点。将WDM技术和光交换技术应用于航空电子系统,可以大幅提高网络传输速率和交换速率,基于WDM的航电光交换网络是为了满足下一代航空电子系统而进行的深入探索。

1 WDM概述

光波分复用(WDM)技术是在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合(复用)起来,并耦合到光缆线路上同一根光纤中进行传输,在接收端将组合波长的光信号分开(解复用),并进一步处理,恢复出原信号后送入不同的终端。[4]WDM技术是目前最为成功,应用最广泛的光信道复用技术。

WDM技术,通过一根光纤同时传输多个信道数字信号,使得传输容量比单波长传输增加十倍到几十倍,不仅极大的提高光纤的传输带宽,同时提高了网络组网的灵活性和网络的生存性。

WDM技术的应用,极大地提高了光纤网络传输带宽,目前在建的商用光纤通信系统基本都是WDM系统。国内从上世纪九十年代末起,对WDM技术进行了深入研究:武汉邮电科学研究院2004年研制成功了1.6Tbps的超长距离WDM光传输系统;华为公司推出的OptiX BWS 1600G骨干DWDM光传输系统可同时传送160个波长,每个波长10Gbit/s或者C波段80个波长,每个波长40Gbit/s。

WDM技术不仅极大的提高了光纤的传输带宽,也提高了网络组网的灵活性和网络的生存性;未来航空电子信息传输需要航空电子网络支持高速率、多服务通信,需要支持控制消息、音频、视频、乃至模拟信号的通信服务,对于容错、重构、扩展等性能提出了更高的要求,而WDM技术的应用为满足这些要求提供了可行的途径。

2 光交换概述

光交换是指在光纤通信系统中,光波长通道通过交换机交换时无需进行光-电-光转换,而直接由光交换设备完成交换。光交换可以采用光电路交换和光分组交换两种形式。

WDM技术的应用,使通信网络的带宽得到极大的提高,克服了传输的瓶颈,但同时又带来新的问题,大量的光波长通道需要交换,而在运营商网络中使用的交换机目前仍是电交换机,交换中心和交叉连接节点仍然需要进行光-电-光交换。多个波长的数据流必须在每个节点中介,转换成电信号后进行交换,再转换为光信号传送到下一个节点。[5]这种做法,缺乏灵活性,同时有交换设备体积大,能耗高的问题,成为整个网络的瓶颈。采用光交换的方式代替电交换方式是光网络发展的趋势。

光电路交换中,交换粒度是单个光通道的带宽,光电路交换往往指光波长交换。光波长交换技术,指的是以光纤中的一个波长光信号作为最小的交换粒度进行交换,输入端口通过波分解复用器,将光信号分离到不同的波长平面,在各波长平面分别采用光开关,实现输入端口和输出端口之间的交换和连接,光开关的输出在经过波分复用器汇合后输出。

光分组交换的交换粒度为单个数据包,数据报的处理为全光方式。光分组交换按照信令传输方式可以分为光分组交换(OPS)和光突发交换(OBS);其不同之处在于,OBS突发包的长度可以是固定的,也可以是变化的,其颗粒大于光分组。近几年,国内的华为和烽火等公司在光交换领域进行了大量的研究,取得了丰富的成果;北京市通信公司采用北电网络OPTeraDX光交换机完成的长途光传输系统也投入商业服务。

传统电交换设备体积大、能耗高,已成为现阶段网络传输的瓶颈,而波长交换避免了光电转换,同时为通信节点对之间建立直接相连的波长路径,更好的满足了航电系统的实时性需求;波长交换以其交换速度快、体积小、能耗低等特点,能更好的满足航电系统的应用要求。

3 航电光交换网络研究

国内对WDM技术和光交换技术的研究与应用主要集中在民用通信领域,强调的重点是带宽的增大与传输信息量的提高,而适应航空电子环境的高可靠性WDM技术和光交换技术的研究基本上处于起步阶段。相比民用通信领域,航电WDM技术和光交换技术除要求带宽与传输信息量提高之外,还要求满足航电多种通信速率的光发送机与接收机,WDM光网络的高可靠性设计实现方法等,同时对航电系统特殊环境下的应用提出了更高的要求。

基于WDM的航电光交换网络研究包含以下方面:网络体系结构定义技术,网络容错性技术,交换机与节点机技术,网络配置及管理技术。

光电转换技术第5篇

关键词：光交换技术 动态宽带 时分光交换

随着通信技术和计算机技术的不断发展，人们对于网络业务的要求越来越多，这些网络业务要求需要有相应的传输交换技术与之相适应，因此电路交换技术不能满足各种新业务的要求，基于这种状况，各种交换技术应运而生，这些交换技术可以满足不同的业务要求，光交换技术是各种交换技术中较为突出的一项新型交换技术。本文从光交换的分类、技术特点以及光交换方式等三方面浅谈下其技术特点和应用。

光交换技术是全光通信网中的核心技术，对于现代通信技术发挥着重要的作用。我们在现代科学技术不断发展的背景下，技术发展需要在通信网中建立一个高质量的宽带通信网，用以实现高度透明、高活性的全光通信网是我们的最高建设目标。

一、光交换的分类

我们把不经过光/电转换器的转换，就能直接将光信号输入端交换到光输出端的交换方式叫做光交换。从波长和组数方面可以分类，分为光路光交换和分组光交换。

1.光路光交换

光路光交换实质是一种光的电路交换方式。基于光分插复用器OADM（Optical Add Drop Multiplexer）和光复交叉连接OXC（0Ptical Cross Connect）的作用，波长路由方式比较灵活，是通过控制平面的双向信令建立传输链路，建立传输信道后分配相应波长信号。

在DWDM网络中，以波长交换的形式实现。在相邻节点的每条链路， 一个交换的光通道对应一个波长。其优点是速度快、数据传输效率高，而且透明性高，非常适合SDH网络的建立使用。OCS网络资源的处理粒度采用波长作为区分，如果波长数有限制时，必须把一部分进行光/电/光转换，这样能避免出现数据拥塞，在普通的处理方式是采用动态分配方式，这种方式的缺点非常明显，响应建立时间非常长。OCS与多协议标签交换结合，形成的多协议波长交换技术可以实现智能化动态波长链路路由和保护的功能。下面我们谈谈此交换方式的缺点，它本质是电路交换，电路交换的固有缺点就是在数据传输链接中，所有节点必须维持信道资源，而且这种状况必须维持到传输结束，这时候信道方能拆除，问题在于即使信道资源没有被占用，这时其他数据也无法使用该信道，这样的低使用效率，就导致信道的利用率大大降低，对应的宽带使用率也大大的降低。

2.分组光交换

分组光交换是以时分复用为基础，用时隙互换原理实现交换功能的。时分复用：把时间划分成帧，每帧化成N个时隙，并分配给N路信号，再把N路信号复接到一条光纤上。在接收端用分接器恢复各路原始信号。时隙互换：把时分复用帧中各个时隙的信号互换位置。首先使复用信号经过分接器，在同一时间内，分接器每条出线上依次传输每一个时隙的信号；然后使这些信号分别经过不同的光延迟器件，获得不同的延迟时间；最后用复接器把这些信号重新组合起来。

OPS的核心节点的结构包括复用/解复用器、输入和输出接口以及内部的缓冲器和控制器。输入接口的功能是：（1）输入数据信号形成形成一个完善的质量信号；（2）检测信号漂移和抖动；（3）使每个分组的开始和结束都安排适当有效载荷；（4）对齐数据包采集同步和切换时间插槽；（5）传送信头给控制器；（6）外部传输波长转换为内部开关。输出接口必须完成的功能：输出信号形成克服了开关板造成的串扰和破坏，恢复的信号质量；对信息的有效载荷，根据需要内部波长转换为外部使用波长；由于信号的开关板的距离不同，插入损失是不同的，因此信号功率不同，需要有一个平衡的输出功率。

二、光交换技术的特点

随着通信网络逐渐向全光平台发展，网络的优化、路由、保护和自愈功能在光通信领域中越来越重要。光交换技术能够保证网络的可靠性，提供灵活的信号路由平台。采用波长变换器，在发生竞争时可以将突发包在与指定输出线不同的波长上发送出去。这种解决方案在竞争分组的延迟方面是最佳的，适合电路交换，也适合光分组/突发交换网络，但需要快速可调谐变换器。最近研究结果表明，在分组交换光网络中波长交换是一种最有潜力的可选方案之一，它能最有效地降低光分组/突发的丢包率，特别是应用于多波长DWDM系统，因此快速可调波长变换器是目前研究的热点。

三、光交换的方式及应用

光信号的分割复用方式有3种：空分、时分和波分。相应也有空分、时分和波分3种光交换。分别完成空分信道、时分信道和波分信道的交换。这3种变换方式的特点和其实现方案各不相同。若光信号同时采用2种及以上交换方式则称复合光交换。

1.空分光交换器

空分交换基本原理是光学开关元件阵列开关，并适当控制阵列开关。本质上它是光信号交换空间域上完成的过程。可以以任何方式在输入和输出光纤之间形成通路。对于空分交换开关元件一般可分为机械式，光电转换型，复合波导型，全反射式激光二极管门开关。平行波导的长度和两波导之间的相位差存在着变化，因此要求选取适当参数， 波导上的光束完全交错，如果在电极上施加一定的电压，可改变折射率及相位差。

2.时分光交换器

时分复用是通信网中普遍采用的一种复用方式。光时分复用和电时分复用类似，也是把一条复用信道划分成若干个时隙，每个基带数据光脉冲流分配占用一个时隙，N个基带信道复用成高速光数据流信号进行传输。

完成时间分光交换，必须有一个时隙交换实现输入信号的时隙切换插槽输出功能。完成时隙交换必须将时分多路复用信号按顺序写入到存储器，然后按顺序读出，从而完成时隙交换。利用光纤延迟线在分时开关工作原理：第一时间分复用光信号通过光分路器，使其每一个出口在同一时间只有某个时隙光信号；然后让这些信号分别通过不同的光学延迟器，得到不同的延迟时间；最后，提出这些信号通过一个光学合成器复接，完成了一个时分开关。

光电转换技术第6篇

【关键词】 计算机网络 数据通信交换技术 应用

随着现阶段的计算机网络不断的发展，现如今的网络技术已经广泛被应用在各个行业中。在光钎技术的发展中，网络科技开始通过高效、容量大的形式进行演变。当今技术的发展中，通信技术已经成为主要的而技术发展需求。通过针对计算机网络和数据交换的方式进行分析，就能够带动计算机网络技术和数据间的交换发展。

一、计算机网络技术和数据通信的原理

计算机网络是通过每一个独立的计算机进行连接来的结构，主要是由通信子网、网络系统的操作和资源子网共同组成的。其中通信子网和资源中主要含有两个节点和一个链路。其中整个链路由主要分成逻辑链路和物理链路两种形式。计算机能够在网络的结构上，全面实现资源共享和数据传输的信息交换技术。资源共享主要能够进行硬件和软件、数据和通信上的共享模式。数据交换需要在计算机进行工作的状态中，与每一个网络设备形成的信息交换技术。最常见的数据通信交换就是利用计算机和计算机网络进行通信，这样的方式并没有中间的节点，是一种较为容易简单的通信方式，但是这样的方式并不能够应用在广域网和局域网之间进行交换，需要利用设置多个节点进行通信，进而能够保障数据能够进行通信。因此根据这样的数据通信方式和原则使利用某一种交换方式，通过进行某一个节点和网络的通信设备，最终能够达成目标。

二、数据通信交换技术

2.1传统数据交换

传统的数据交换一般采用两种模式进行交换，电路交换和包交换是常见的两种模式。所谓电路交换方式能够表现出在原站点和目标站点进行连接，同时不能够使其他计算机进行共享此电路，指导能够完成通信交换为止的一种交换方式。电路在交换的时候需要经过建立链路，在呼叫的时候应该找到空闲的电路进行建立物理链路；在数据传输中，应该建立数据传输需要的链路并且不能够被其他的接收方式被占领。在包交换的时候，需要将存储转发的方式进行交换，由数据报和虚电路两种方式进行组成，由于这样的交换方式利用率较高，能够在不同的速率中和站点内进行通信，但是由于交换的而时间较长，不能够达到要求较高的数据通信。数据包中含有的数据头和数据背身能够理解成为一封平信，信封就是能够涵盖地址和信息等报头。通过同样的一个报文能够选择不同的方式进行数据间的传输，然后等到达到链接的终点时，就需要针对传输的报文进行重新的组合和排序。虚电路是整个网络中链接站点形成的逻辑性链路，能够在两个站点之间进行面向连接并且能够进行永久的对话。通过源站点能够将信息发送给每一个分组，主要的目的是站点能够根据先后顺序进行接受信息，不需要进行重新的分组和排序。由于呼叫的虚电路和永久的虚电路是虚电路中两种方式。其中呼叫虚电路是由呼叫报文和信息组成；而永久虚电路不需要建立和拆除报文的一种过程，其中虚电路能够产生差错问题和流量控制，都是需要通过网络层进行负责。

2.2光交换技术

其中光交换的技术主要分成几个方面，首先是针对波分光进行交换技术。波分光技术主要的基础就是波分复用技术，这样的技术能够实现高速和信息间的传递。波分光技术能够使用波长的变化方式进行交换。由于波分光具有较多的输入光纤个输出光纤，并且每一个光纤都能够含有许多载波信号，能够在进行解复用器和复用器相互进行光纤和波长之间的信号转换；另一种技术是时分光交换技术，其中时分复就是其中主要的基础，主要是利用时隙相互转化的原理进行分光交换。能够将其中简单的时分复技术理解成为时间分化信号，给予每一个帧相同长度的时隙，并且能够进行分配信号，将其他的信号连接在同一条光缆中；还有一种技术是空分光交换技术。其中光开关就是这项技术的基础，能够通过决定开关的速度保障技术性能的高低；最后一种是波分和时分技术结合，这项技术能够具体分成波分和时分技术间互相转换，进而能够实现数据间通信信息的相互交换。

从图1中能够看出几种交换方式的时序图，就能够了解几种交换方式如何进行交换。

2.3其他交换技术

ATM信元交换这项技术是建立在传统的交换方式和包交换的基础上出现的新型技术，经常用于综合宽带业务中数字网络，其中用户能够在这样的技术上和光纤的链接基础中能够全面实现高效的通信。为了能够全面满足实时性的业务要求，ATM信元交换技术能够有一定程度上保留出电路的交换技术，能够最大化的将电路中的交换技术中优点进行利用。在帧中进行交换，这项技术是面向包交换的一种方式，其主要的传输介质光纤，可以进行节点进行转发操作，能够进行节点的操作，其中具有传输错码率较低、不需要进行流量和差错等全面的优点。但是由于交换的实时性较差，就不能够进行语音和视频信号间的传输。

三、新数据通信交换技术发展

随着光纤技术不断的发展，其中传输容量能够得到大幅度的提高，通过这样的交换方式能够取得优质的发展方向。可以通过将通信网络发展主要分成几个方面，电传输、电交换和交换阶段。其中电传输和交换阶段是传统通信网络都是处于电传输和交换的阶段中，这项技术能够涵盖任何一种技术；光传输是通过光钎为传输的介质，利用数据进行传输，而其中的继节点只能够针对电信号进行处理；数据传输和交换都能够通过光信号在信道上进行处理，只有将终端处的表现为电信号，能够方便信息间处理。由于技术有一定的限制就会导致出现空闲并且饱和等技术现象。为了能够克服分组交换的瓶颈，就只能够通过进行交换新技术，才能够开始走向商业化的发展。

四、结语

由于目前的计算机网络数据中交换技术发展逐渐有两种发展方向，一种是向量突发模式，另一种是质变的发展方向，这两种发展方向都也能够帮助计算机网络技术全面的改革，为今后的网络等带来一定的改革。宽带分配的模式能够对互联网管理、服务的水平等领域成为计算机通信中重要的发展方向，为以后计算机网络基础带来一定的帮助。

参 考 文 献

[1]刘虎.浅析计算机网络中的数据通信交换技术探索构架[J].中国新通信，2016（06）.

[2]左琳.浅析计算机网络中的数据通信交换技术[J].科技创新导报，2012（14）.

光电转换技术第7篇

【关键词】发光二极管；白光；波长转换

随着人类资源的进一步短缺，LED作为新一代照明光源，逐渐取代传统光源。获得白光LED的方法有多种，其中包括利用蓝光LED与黄色荧光粉配合形成白光，以及利用紫外线LED芯片激发红色、绿色、蓝色荧光粉来产生白光。然而，不论是蓝光LED激发黄色荧光粉，还是紫外光LED加RGB三波长荧光粉，关键技术都在于如何把荧光粉有效的附着在晶粒上以进行波长转换。

为了研究与白光LED中波长转换元件相关的专利技术的发展情况，本文利用S系统中多数据库，结合相关的IPC分类号、关键词、并使用转库检索等检索策略进行专利文件筛选。通过S系统中的统计命令以及excel表格对筛选结果进行了统计分析。

根据分析结果可知，关于白光LED中波长转换元件的专利申请始于1997年，奥斯兰姆奥普托半导体公司提出了将荧光粉混入透明封装材料，用于对发光芯片进行封装以实现波长转换获得白光。2000年，该公司提出在上述结构的上方加载透镜，以实现更好的出光。从2004年起，专利申请出现了迅猛增长，到2013达到高峰，年申请量为18件。期间，2005年，美国安捷伦科技有限公司提出在发光芯片上施加混有荧光粉的透明硅胶，并用透明封装材料将上述结构整体包覆以实现LED全方位的出光。同年，日本斯坦雷电气株式会社提出采用带腔的基体来收纳LED芯片以及芯片上方的透明树脂间隔物，并于透明树脂间隔物的上方设置混合有荧光体的波长转换间隔板，此结构在获得白光的同时，可降低波长转换间隔板内的荧光体所产生的热，实现更高的发光效率。2006年，首尔OPTO仪器股份有限公司提出一种高色温、高显色指数的发光装置，其包含红绿蓝三个发光二极管以及上方的波长转换构件。2007年，台湾光硕光电股份有限公司提出利用蓝光发光二极管芯片与绿光发光二极管芯片做为光源，而以红色荧光层作为光转换层，调整芯片数量、电流以及红色荧光剂的剂量，获得色温可调整的白光LED。2009年，台湾晶元光电股份有限公司提出采用可发出波长相异的色光的三个光源，通过光学元件及载体的设计使光源所发的光进行高效率的混光以获得均匀的白光。2010年，台湾亿光电子工业股份有限公司提出具有包含不同的浓度分布的波长转换物质的第一和第二封装层以及透镜结构，由发光二极管芯片的各方向所发出的光线经过不同浓度的波长转换物质，而使各方向的光线受到近似程度的转换，以得到均匀的白光，同时，通过该透镜结构，发光二极管装置所发出的光线可以更集中于一方向射出。2011年，三菱化学株式会社提出在凹槽内的发光芯片上方设置板状的波长转换部，在获得高显色指数白光的同时实现了散热。2012年，南通脉锐光电科技有限公司提出采用光学波长转换的荧光玻璃涂层，有效解决了芯片的散热问题。

中国申请量从2007年开始崛起，在2009年至2011年期间飞速发展，并于2011年申请量几乎达到全球申请量的三分之一，期间仅在2009年伴随着世界金融危机时有少量回调。可见，随着照明技术的蓬勃发展，有关高色度白光LED的研究在国内已经越发受到重视。需要注明的是，至2014年中期之后的专利申请由于系统原因尚未统计进来。

白光LED中波长转换元件相关专利技术的专利申请国主要集中在中国、台湾、日本、美国、韩国、荷兰、德国、新加坡等国家和地区，其中，中国拥有的专利申请数量最多，达到全球总量的27%，台湾申请量达到全球总量的24%，日本申请量达到全球总量的14%，韩国申请量达到全球总量的10%，荷兰申请量达到全球总量的10%，美国申请量达到全球总量的9%。

分析各国专利申请的主要申请人的分布情况得知，皇家飞利浦电子股份有限公司为行业的龙头老大，申请量遥遥领先，拥有11件专利申请。韩国的三星LED株式会社排行第二，拥有6件专利申请。台湾的旭明光电股份有限公司、亿光电子工业股份有限公司、晶元光电股份有限公司均拥有多项专利申请，可见台湾在该领域整体实力最强。日本的松下电器产业株式会社、株式会社东芝也有较大的申请量，体现出较强的实力。美国的安捷伦科技有限公司，德国的奥斯兰姆奥普托半导体公司也在业界具有较大的影响力。中国申请人在该统计中占据了2席，可见我国相关企业在该领域也投入了较大的研发力量。中国的专利申请人主要集中在南通脉锐光电科技有限公司、苏州晶品光电科技有限公司、四川柏狮光电技术有限公司以及山东华光光电子有限公司等，以中小公司为主，且专利申请量都不超过4件，高校中以华南师范大学为首，专利申请量为3件。

为了进一步了解国外申请人在该领域对中国市场的关注程度，我们分析了其他国家/地区在华专利申请的分布情况。结果表明，白光LED波长转换元件技术的专利申请除了本国以外，主要来自台湾和日本，该两国占有较多的申请量，分别接近25%和15%，台湾和日本是我国LED企业在发展中应当重点关注的对象。

光电转换技术第8篇

关键词：IP over DWDM;光纤通信;全光网;MPLS;MPLmS;ASON

Evaluation of Optical Internet and IP over DWDM

YAO Weiming

(Changqing Petrochemistry Company,China National Petroleum Corporation,Yinchuan,750004,China)

Abstract：The enabling technologies and evolution of the optical Internet are discussed,the problems and development tendency of IP over DWDM is analysed.Typical network infrastructures of broadband Internet and their characteristics are overviewed and compared,thus IP over DWDM is identified as one of the key enabling technologies of future broadband Internet.Thereafter,the tough problems in realizing IP over DWDM are discussed,including the all-optical signal processing and multi-protocol label switching.Finally,the optical packet switching technology is discussed and its significant role in future optical Internet is forecast.

Keywords：IP over DWDM;optical fiber communication;all optical network;MPLS;MPLmS;ASON

オ

1 引 言

由于密集波分复用(DWDM)技术的发展,光网络的研究和建设已经成为网络发展和建设的要点。

为什么光网络的发展会特别引起人们的关注？这主要有两个原因：一方面,光纤是一种高带宽低损耗的优良通信传输介质,本来就在通信网络的物理传输层起着举足轻重的作用,而DWDM技术的发展又进一步挖掘了光纤带宽的潜力,同时,伴随着光器件技术和光信号处理技术的发展,在光传输层已经提供了联网的能力；另一方面,DWDM技术要真正组成网络,还有许多问题需要解决,人们已经看到这是一场重新架构网络的机会,但还不清楚光器件和光信号处理技术会以何种速度发展,光网络会以何种方式随着宽带网的建设而演进,从而支持整个通信网络的发展和运作。

在这个许多光网络标准还没有出台而又急于出台的时候,各种新技术和新思想都想抓住机会在未来的宽带网络中占得一席之地。然而,可以看出,绝大多数新思想或新技术基本上是在承认未来的宽带网是以IP over DWDM为模型的基础上提出并发展的,也基本上是以过渡到或直接构建IP over DWDM网络为目标的。

过去人们一度认为：未来的宽带网是以ATM技术为核心的B_ISDN。但是由于技术标准推进缓慢、技术实现复杂和代价过高,尽管和IP技术一样都是端到端的解决方案,ATM技术已经在桌面端失去了市场。

现在很难再猜想如果当初ATM技术在承认桌面端主流是IP技术的前提下来开发会是什么样子,但ATM技术本身凝结了电信网技术的许多精华,在过渡到IP over DWDM的网络中,仍然会在网络的边缘发挥自己的作用。即便在将来,ATM技术也会以融合或改装到IP层技术中的形式体现出来。总之,ATM技术将对未来网络的发展会起到很重要的借鉴作用。

2 为什么考虑IP over DWDM

在过去的几年里,由于在光电器件和光传输系统上的技术进步,数据传输的成本已显著地降低,运营成本成为网络设计首要考虑的主要参数。在考虑运营成本时,除了像再生器和放大器间隔、光线路速率、通道数量和发光/冷却器大小这样的一些设计参数外,采用何种技术构建网络也将决定网络运营成本的变化。

电信网络的关键属性主要有寻址、服务质量保证、复用能力、低误码率、容错能力和传输容量等。在当前的网络中,这些关键属性分布在IP,ATM,SDH和WDM四个层次上。在一个典型的网络中,IP层支持寻址,ATM层保证服务质量,SONET提供复用、低误码率和容错能力,而DWDM提供更高的传输容量。

仔细研究这些技术就会发现它们的许多功能是互相重叠的(见表1)。其实在这些技术中,只需选出两种就可实现网络需要的所有功能。

究竟选择那两种技术来简化网络结构,还要从降低网络运营成本来考虑。若想持续降低网络运营成本,就应当选择那些革新速度最快的技术。DWDM的性价比每10个月就会翻一番,IP的性价比每20个月翻一番,SONET和ATM则分别要花30个月和40个月,毫无疑问,选择IP的智能和DWDM的速度及容量是构建未来网络惟一可行的策略。

从技术角度看,在光网络层,DWDM技术已经能够提供大量的带宽并日益具备复杂的再配置能力；在业务层,IP能向终端系统提供连接和业务。随着两种技术的迅速发展,人们希望去掉SDH/SONET和ATM这样的中间层而将这些层的功能移植到光层或IP层的愿望是应该能够实现的。

3 IP over DWDM的困难

真正要让IP over DWDM网络来替代现有网络不是容易的事。这是因为目前实现IP over DWDM还有许多困难。

从网络角度看,IP技术无疑具有许多优点,比如简单灵活的组网方式、相对而言很高的协议效率、强大的生存性等,这是它能够取得成功的原因。IP技术的一些基本特性,如无连接的包交换机制、端到端的解决方案和尽力而为的原则等已经广为人知。但是,应该看到,IP技术主要针对实时性要求不高的数据业务而优化,其优点是以牺牲业务的实时性或服务质量(QoS)来换取的。这对于未来用IP over DWDM技术构建一个要支持多种业务(包括实时业务)的宽带网无疑是不利的。

从根本上来说,IP over WDM是一个网的观念。在波分复用技术提出以后,波长本身成为组网(分插、交换、路由)的资源,伴随着光分插复用(OADM)和光交叉联接(OXC)技术的逐步成熟,原来被认为只是提供带宽的光层开始有了组网能力――在提供了巨大带宽的同时衍生出了一系列的可优化使用这些带宽的交换资源。这种交换资源目前集中在波长上,将来会细化到光时隙上或光分组上。换句话说,光层技术的推进为网络实现提供了巨大的机遇。但是,光层提供的技术支持毕竟还是有限的,而且在逐步演进,存在一定程度的不确定性。它和需求的不确定性以及竞争的复杂性揉合在一起,就形成了一个极其复杂的局面。

从具体技术角度看,IP over WDM同样也存在需要解决的问题。首先,光逻辑器件还没有,这就使得电层的许多成果要加上许多限制条件才能用到光层上；其次,光集成技术可以说刚刚起步,还很难预测其发展速度和对光网络建设的影响力；第三,光节点技术本身的稳定性、成本还是个难于确定的问题；第四,技术竞争和市场竞争,是复杂的事情,网络功能的增强一般是以增加复杂性和成本为代价的,要取得较好的性价比不是容易的事情；最后,兼容现有网络、充分利用已铺设光纤资源和开拓全新的建网思想,两者之间还具有许多冲突。

总之,从根本上说,IP难于over DWDM还是因为宽带网络建设本身是很困难的事――并不会因为用IP over DWDM模型替代了原先的以ATM技术为主的B_ISDN模型便变得轻而易举。

4 演进的过程

对于DWDM技术在IP over DWDM网络中的使用,人们是逐渐从节点电处理方式向全光网方式演进的。

起初,业务供应商都在忙于利用DWDM技术提高他们的网络带宽,他们实现两层网络方案的方法是“智能路由器 + 无智能光纤”。 这个模型假设用于传输的光器件和用于路由/交换的电器件都各有所长,因此网络就应该由大量的无智能通道(点到点DWDM链路)和智能路由器构成。不同波长的光信号到了节点后解复用,经过电处理后又重新波分复用,再由光层发送。这种方案有它的优点(这些优点往往也是全光网络方案实现的难点)：首先,电信号处理技术比较成熟,易于实现；其次,光/电/光(O/E/O)的转换过程同时也是信号再生的过程,就不会有全光网络中要考虑的噪声累积问题；最后,只要电信号处理能力足够强,带宽的利用率相对于全光网络方案可以较大,尽管这样实际做起来很复杂、成本也高。但也正是由于节点处的所有光信号都要经过电处理,这种方案有着其固有的问题：首先,电信号处理会带来时延,电信号处理方案从根本上没有充分利用光信号处理能力来优化网络,只是利用DWDM技术来拓展带宽,特别是由于目前DWDM技术比电处理技术发展快得多(甚至许多人正在推行用带宽换服务质量的建网思想),电信号处理技术会成为未来网络的瓶颈；其次,成本也是问题,信号到了每个节点都要有光/电/光的转换过程,成本很高。相比较而言,利用全光网络的实现方案,可望网络成本降低一两个数量级。

全光网络的思想主要是通过使用光交换技术在光层引入智能,实现在光层直接旁路节点中需要中转的业务,从而全面地降低成本。

是否要发展全光网,从根本上说还是由网络的性价比竞争来决定的,而从网络层次来考虑,是一个网络的智能是否需要推广到光层来实现的问题。事实上,随着光器件技术的进步,通过在光网络上提供智能来简化网络是必然的趋势,只有这样,光纤传输的巨大容量和超长传输的能力才能在网络中体现得淋漓尽致。当然,要注意的是,由于光信号处理能力还很弱,现阶段谈论的智能都是电控的光网络层智能。

实现全光网也有简单和复杂之分,这种区分主要集中在光节点的交换方式和交换能力上。如果将基于空分和波分的光交换和程控电路交换相比,可以看到许多相似之处：光交换中的空分交换相当于电路转接中的空分交换,而且为了减小开关群的规模,一般在实现时都是分级的；而光交换中的波分交换相当于电路交换中的时分交换(话路交换),在交换前要先分解成单个波长(话路),然后通过交换设备去交换(转接),需要时再合波(话路复合)；更有意思的是,波分交换从没有波长转换器到通过波长转换器减小交换的阻塞率,就相当于话路交换中从没有存储器到通过存储器来消除入线的第k路只能转接到某一出线的第k路的限制。虽然两者在其他方面有显著的区别,例如,从原理上看,波分交换是基于频带分割的而电路交换是基于时间分割的,从内容上看,波分交换比时隙交换的交换粒度大了许多倍(一个波长的容量约是一百亿个电时隙),从交换能力上看,波分交换还远没有电路时分交换灵活,但从交换原理而言,其交换机制是一样的,都要通过人为的或程序控制的方式先建立连接,然后数据才能顺利通过节点到达目的地。光上也有时分交换,但由于技术的原因实现还很困难,这种时分交换和其他光交换一样是电控交换,而且一般采用块复用,主要用于后面要讲到的光分组交换技术中。

在全光网中另一个值得注意的地方是波长变换和可调谐光收发器,通过在光网络节点中使用光波长变换器和可调谐的光发射机、接收机,可以在光网络层建立虚波长连接,实现光网络的动态配置。在这种情况下,光纤链路资源能得到比较充分的利用。

但是要真正的使光网络智能化,还要在光传送网OTN(Optical Transport Network)上添加一个能管理OTN的管理网,这就是正在标准化进程中的自动交换光网络ASON(Automatic Switching Optical Network)。其层次结构如图1所示。

TP(Transport Plane)：传输平面;

CP(Control Plane)：控制平面;

MP(Management Plane)：管理平面;

OCC(Optical Network Controller)：光网络控制器;

UNI(User Network Interface)：用户网络接口;

CCI(Connection Control Interface)：连接控制接口;

OXC(Optical Cross Connect)：光交叉连接器;

I-NNI(Internal Node to Node Interface)：内部节点接口;

E-NNI(External Node to Node Interface)：外部节点接口;

NMI(Network Management Interface)：网络管理接口;

PI(Physical Interface)：物理接口。

ASON是一种客户-服务器的运行机制,上层电网络是客户,下层光网络是服务器,电网络通过发出请求得到响应的方式得到相应的带宽。

另一方面,在IP技术的发展上,将第三层路由和第二层交换紧密结合的技术在迅速发展,其中最成功的是多协议标签交换(MPLS)技术。IP/多协议标签交换(MPLS)框架结构在未来将成为数据层和光层的通用控制平面。

如果将MPLS思想和光波长交换结合起来考虑,或者说利用波长的不同作为标签,就是现在所说的多协议波长交换MPλS (也称为MPLmS)技术。IETF正在研究制定MPλS协议集,MPλS将结合现有的控制平面技术和光交换机的点击式配置能力来建立光路径和传递光传输网络的拓扑状态信息。MPλS控制平面将支持多种流量工程功能并具备多种保护和恢复的能力,此外它还可以简化光交换机和标签交换路由器的集成。

总之,光网络的技术革新将促进两层网络结构(IP层和DWDM层)的形成,网络资源管理的智能化将集中在业务层上(图2),而光资源的管理则将通过一个由业务层和光传输层所共享的控制平面提供。这种网络体系结构可以提供可管理的G比特级网络带宽,并能向业务平台提供既可靠,又具备流量控制能力的波长级网络接口。

5 光分组交换网――未来光网络的一个方向

全光网的思想从实质上讲还是在波长级建立类似电路交换的交换机制,其支配光网络带宽的能力(交换粒度)就是一个波长,至于这个波长的带宽利用率决定于使用这个波长的电网络的能力。而且,已经建立的波长通道不再为别的电网络层客户服务,即使这个通道处于闲置状态。虽然在公网上,电层上的汇聚功能已经很强大,但随着突发数据业务在网络中占据主导地位,这种网络架构在利用光网络资源上效率还是不太高。

一种在光层上的解决方法是建设光分组交换网。光分组交换网的基本思想是在电网络层和DWDM网络层上再叠加一个适配层――光分组交换层,这样,支配光网络的能力就能从一个波长细化到一个光分组。目前局限于技术实现的能力,一般采用定长光分组交换

的方案,可以通过研究光分组大小对网络性能的影响来决定使用的光分组的大小,使光分组网络达到最优化。

目前光分组交换网还在研究阶段,已经有的系统还是实验室的产品,要商用化还有待于许多关键技术的解决。然而,随着光信号处理能力的增强,光分组交换网被认为是未来的光网络技术。

6 结 语

本文从网络成本和网络功能之间的固有矛盾入手,剖析了在DWDM技术出现后,人们力图通过IP over DWDM这种简化的网络方案来重新考虑构建未来宽带网络的思路,并从这里归纳了IP over DWDM的演进过程：从用DWDM技术进行点到点的扩容,到构建基于光分插复用和光交叉连接的智能全光网,而在光信号处理技术更加成熟后,光分组交换技术将进一步推动IP over DWDM的发展。

参 考 文 献

［1］王海潼,孟杰.对光纤通信现状与未来的思考[J].现代电子技术,2003,26(16):5-7.

［2］Luc Ceuppens,John Drake,Jonathan Lang.Business Impact of Transparent Optical Switching.Lightwave,2000.

［3］殷洪玺,王勇,徐安士,等.光分组交换网[J].电信科学,2000,16(11):21-25.

［4］Douglas J Arent,Arlon Martin.Third-Generation DWDM Networks Near Reality.Lightwave,2001.

［5］Aboul-Magd O,Mayer M,BenjaminD,et al.Nortel Networks:Automatic Switched Optical Network(ASON)Architecture and Its Related Protocols.Internet Draft.

［6］韦乐平.智能光网络的发展与标准化[J].网络电信,2002(4):9-16.

［7］邱明旭.我国智能小区宽带接入技术的几种方式[J].通信世界网,2003(16):50,59.

［8］林源浩.浅谈新一代光传输系统的发展[J].通信世界网,2002(4):20-21.

光电转换技术第9篇

动画电影的创作，就是将绘画艺术、文学艺术、影视艺术等许多的艺术结合，运用剧本创作的文学思想，采取影视表现手法展示出电影思维，重新构建出对人物造型、场景造型、动物造型等构成元素的创意性思维，创作动画电影作品。成功的动画电影，会非常注重表情达意、画面的设计、风格表现、构图等，基于其构图，就是在作品的原则上使内容更有表现力，画面中的人和物要以什么形式出现，表达什么感彩，这些都是通过动画设计者对灵感及创作技艺的完美诠释。动画电影创作中，对于传统创作手法中，多采取手绘在二维空间完成，但是对于当前动画电影市场来说，也显示出一定的不足，基于3D数字技术，为提升动画电影影院播放效果，不仅为动画创作带来一场革命，同时也创新动画电影创作手法，大大提高动画电影的制作水平。

2动画电影创作中的3D数字技术

2.1动画前期制作

3D数字技术的出现，给人最多的是视觉的震撼，导演能熟练运用数字技术，更加精彩的再现动画电影场景。例如，针对动画电影《疯狂原始人》中，应用3D数字技术，不论是人物造型还是场景设置，都是利用电脑平台，采取3D数字技术对其进行建模制作的，不仅使动画电影达到非常自然逼真的播放效果，同时也丰富了动画设计，使得动画电影创作更接近生活[3]。基于强大的3D数字技术，不仅开始对电影的人物真实性提出更高的需求，同时在动画电影的造型、构图、配色上，也要求可以有真实的观影效果。

2.2动画影院播放

在动画电影创作中，3D技术可以更好的深化主题，且动画创作中，还会按照音乐与影片之间的联系关系，采取3D数字技术描绘场景，有效渲染动画电影气氛，以音画同步式的配乐形式，在3D数字技术描绘场景中，很好的感染观众情绪，使观众对于动画电影的视觉感官得到提升，3D数字技术使得动画电影表现的感情不再孤立，更能够深化提升动画电影画面氛围。

33D数字艺术对动画电影创作的影响

3.1提升观众的观影体验

动画电影创作中，应用3D数字技术，再应用透镜组合，调节画面转换效果，采用精密机械式调节方式，使得动画电影创作发生技术上的改革。故此，在动画电影的创作中，更加注重动画的表现力与场景的真实效果，纵观每部动画电影，在其创作中，多具有奇幻、炫酷的3D场景，并且更是通过3D数字技术，深化与烘托动画电影中的人物与情节，有效填补动画电影场景之间的空白间隔，还很好的发挥一定的叙事功能，扩大动画电影的创作空间。同时，动画电影创作中，追求与3D技术的融合，采取3D技术创作动画电影，如在《龙骑侠3D》中，采用了3D数字技术进行动画播放，可以提升动画的震撼场面，基于3D影院转换设备的支撑，更是可以精彩再现动画中激烈的战斗镜头，塑造主人公坚强勇敢的正面形象，且延续了励志冒险的主题内容，增添了故事的趣味性和可看性，采用“控制景深，调节速率，善用颜色”手段，保证立体效果基础上，为观众带来极度震撼和华丽的视觉体验。3D数字技术，不仅会影响动画电影观众的心理，也会影响其视觉感官，深化动画电影的主题[4]。在动画电影中，通过3D数字技术，不仅可以抒发影片中人物的情感，还可以渲染场景以及刻画电影人物的性格，引导暗示观众在观看影片时的情绪，这是其他动画电影语言所无法代替的。

3.2丰富动画电影播放色彩

色彩在动画电影作品创作中，可以赋予作品以艺术基调，直接关系到动画电影作品的成功。动画电影创作中，应用3D数字技术，提升动画电影播放精度，有效调控电影画面色彩，给观众带来更好的观影体验。采用了光回收系统，分光路不同光转换系统、PLC电气精准控制系统的组合，达到提高3D转换设备的整体光效值和对比度值。其中光回收系统，采用同一束光在经过特制光学原件后进行分光，并对原本的一束不可用光进行回收重新转换，在分光路不同光转换系统中，对光回收系统中分光产生的两束光分别进行机械式和液晶式的调制，达到两束光的光学同步投影，在PLC电气精准控制系统中，采用PLC对整个电气运行系统进行控制，保证控制精度。应用3D数字技术，将DLP放映机放出来的画面进行转换分离，使左右眼图像光束分别具有不同的偏振特性，观众再佩戴上对应的偏振眼镜，就可以使左右眼看到对应的画面，从而在观众的大脑中合成出立体画面。目前市面上使用的3D转换系统主要有主动式和被动式两种。动画电影创作中，应用3D数字技术，通过修改材料的配方，使得数字放映机透射出的画面颜色损失最小，从而具有较好的色彩还原性。播放方面应用主动式设备，根据3D数字技术特征，主要依靠色彩原理实现了对光的转换，从而使左右眼画面分开交替显示。应用3D数字技术，对于动画电影播放中的被动式设备，则主要依靠光学偏振片完成了对光的转换。主动式设备由于转换效果不彻底、重影严重、色彩饱和度差及转换后画面亮度太低而被市场逐步淘汰。在被动式设备中又分为两类，机械偏振式和液晶偏振式。机械偏振式主要通过偏振调制器（主要材料偏振膜片）被伺服电机带动高速旋转来实现高帧率的左右眼画面分离并交替显示，从而达到3D转换的目的。而液晶偏振式则是通过液晶分子对电压趋向性的快速反应来实现3D转换目的。3D数字技术的出现，提升了动画电影后期创作水平。

3.3优化动画电影播放效果

在3D动画电影的播放中，当显示器在显示左眼画面时，右眼镜片应该是全黑的，若是快门式眼镜开关周期与显示器刷新周期没准同步，会导致漏镜片的鬼影的出现，影响人们观看3D电影的效果。故此，在3D动画电影创作中，应用面向影院的3D转换设备，强化对此问题的重视，不论是3D动画电影的内倾角，还是平行光轴，以及外倾角，强化其3D动画电影的播放效果，提高左右画面的重合度，使人们观看3D动画电影时的视野更开阔。3D数字技术的应用，使观众能毫无阻碍地通向导演构思，通过3D技术，让观众站在原地就可以看到更为广阔的世界。动画电影创作中，更加关注播放效果，故此，拟采用组合透镜的方式对光程差进行调节，首先通过整个机械系统和光学系统，精确计算出两路光的光程差，然后根据光程差设计组合透镜的相关参数，但是通常由于机械系统的机械加工进度等误差，这些微观的误差会在光学系统中做宏观的表现，所以需要在设计完成后通过反复的实验进一步确认。就如对于动画电影《豚鼠特工队》之中，不管是简单模型的创作，还是对于动画中豚鼠形象的创作，总是秉持人们的立体视觉体验，结合3D数字技术，进行活动跟踪，对指定地区举行活动的跟踪阐发，有效应用3D数字技术，并主动创建出主要的动画帧，将3D数字技术得到的跟踪结果，应用到动画电影创作之中，用实体任务动作标记动画人物的行动，使用计算机设计动画人物行为，使得动画电影的效果更加逼真。动画电影创作中，应用3D技术，产生积极的影响。

3.4促使动画电影创作向3D发展

基于3D数字技术的动画电影，带给人更多的新奇感，特别是在影院播放中，基于3D数字技术的支持，不仅提升动画电影的逼真效果。同时震撼观众心灵，呈现出美丽且动人的画面，给人的心理上产生巨大感触，增加人们在视觉上的认知度。动画电影创作中，也开始构建更具想象力的场景，动画电影创作也开始走向3D技术方向。并且在动画电影中可以应用3D数字转换技术，将动画电影虚拟在人的眼前，使人们产生更加真实的观影体验。例如，对于动画电影《大闹天宫》，该片应用3D数字技术，不仅制造的动画电影色彩浓重，动画人物造型奇异，动画的场面也是十分的雄伟壮丽，赋予动画形象鲜明的人格特征，使得动画电影的情节跌宕有致，将孙悟空这一中国式的神话英雄，生动地再现于银幕；3D数字技术版的《大闹天宫》，保留了中国传统的艺术风格，同时节奏更加紧凑，并且配合3D数字效果，更是在片中设计了几十个镜头，做出“冲出银幕”的效果处理，突出地表现孙悟空机智乐观、大胆反抗神权的无畏精神，不仅满足观众立体观影感，同时也唤起观众对中国传统动画作品的热爱。在动画电影创作中，还需结合动画电影播放效果考虑，因为当前3D技术在电影行业中已经广泛应用，不仅在动画电影播放中做出一定的改进，还采取先进技术，使得动画电影的画面更加精细，色彩也更加丰富，更能提高动画电影制作水准，有效提升观众喜爱度，做出巨大技术上的提升，有效提高观众对动画电影的观影体验。例如在动画电影《怪物史瑞克》中，就采取3D数字技术，设计出其主要的故事人物形象，“怪物”史瑞克不仅是可爱的绿色怪物，同时也是极富正义感的故事人物，他在动画电影中的神态、动作、语言以及周围的场景，美化动画电影的影院播放水平，使人们可以接受这样的动画形象，通过3D数字转换播放设备，使史瑞克更加真实。

4结束语