光交换技术发展概述
摘要：光交换是光通信的关键技术。本文分类阐述了光交换的不同类型。比较了纯光交换和电交换的差异。最后展示了光交换发展的几大趋势。
关键词：光交换类型电交换趋势
现代通信网中，先进的光纤通信技术以其高速、带宽的明显特征而为世人瞩目。实现透明的、具有高度生存性的全光通信网是宽带通信网未来发展目标。从系统角度来看，支撑全光网络的关键技术又基本上可分为光监控技术、光交换技术、光放大技术和光处理技术几大类。而光交换技术作为全光网络系统中的一个重要支撑技术，它的全光通信系统中发挥着重要的作用，可以这样说光交换技术的发展在某种程度上也决定了全光通信的发展。
一、什么是光交换
光交换(photonic switching)技术也是一种光纤通信技术，它是在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。与电子数字程控交换相比，光交换无须在光纤传输线路和交换机之间设置光端机进行光/电（O/E）和电/光（E/O）交换，而且在交换过程中，还能充分发挥光信号的高速、宽带和无电磁感应的优点。光纤传输技术与光交换技术融合在一起，可以起到相得益彰的作用，从而使光交换技术成为通信网交换技术的一个发展方向。
光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换技术。光路光交换可利用ＯＡＤＭ、ＯＸＣ等设备来实现，而分组光交换对光部件的性能要求更高，由于目前光逻辑器件的功能还较简单，不能完成控制部分复杂的逻辑处理功能，因此国际上现有的分组光交换单元还要由电信号来控制，即所谓的电控光交换。随着光器件技术的发展，光交换技术的最终发展趋势将是光控光交换。
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霎。光交换技术能够保证网络的可靠性和提供灵活的信号路由平台，尽管现有的通信系统都采用电路交换技术，但发展中的全光网络却需要由纯光交换技术来完成信号路由功能以实现网络的高速率和协议透明性。光交换技术为进入节点的高速信息流提供动态光域处理，仅将属于该节点及其子网的信息上下路并交由电交换设备继续处理，这样具有以下几个优点：（A）可以克服纯电子交换的容量瓶颈问题；（B）可以大量节省建网和网络升级成本。如果采用全光网技术，将使网络的运行费用节省70%，设备费用节省90%；（C）可以大大提高网络的重构灵活性和生存性，以及加快网络恢复的时间。
二、光交换技术的分类
光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换技术。
（一）光路交换技术
光路交换系统所涉及的技术有空分交换技术（SD）、时分交换技术（TD）、波分/频分交换技术（WD/FD）、码分交换技术和复合型交换技术，其中空分交换技术包括波导空分和自由空分光交换技术。其中空分交换按光矩阵开关所使用的技术又分成两类，一是基于波导技术的波导空分，另一个是使用自由空间光传播技术的自由空分光交换。光分组交换中，异步传送模式是近年来广泛研究的一种方式。
1、时分光交换技术（TDPS）
TDPS的基本原理与现行的电子程控交换中的时分交换系统完全相同，因此它能与采用全光时分多路复用方法的光传输系统匹配。在这种技术下，可以时分复用各个光器件，能够减少硬件设备，构成大容量的光交换机。该技术组成的通信技术网由时分型交换模块和空分型交换模块构成。它所采用的空分交换模块与上述的空分光交换功能块完全相同，而在时分型光交换模块中则需要有光存储器（如光纤延迟存储器、双稳态激光二极管存储器）、光选通器（如定向复合型阵列开关）以进行相应的交换。
2、空分光交换技术（SDPS）
SDPS的基本原理是将光交换组成门（Gate）阵列开关，并适当控制门阵列开关，即可在任一路输入光纤和任一输出光纤之间构成通路。因其交换元件的不同可分为机械型、光电转换型、复合波导型、全反射型和激光二极管门开关等，如耦合波导型交换元件钥酸钾，它是一种电光材料，具有折射率随外界电场的变化而发生变化的光学特性。以铌酸钾为基片，在基片上进行钛扩散，以形成折射率逐渐增加的光波导，即光通路，再焊上电极后即可将它作为光交换元件使用。当将两条很接近的波导进行适当的复合，通过这两条波导的光束将发生能量交换。能量交换的强弱随复合系数。平行波导的长度和两波导之间的相位差变化，只要所选取的参数适当，光束就在波导上完全交错，如果在电极上施加一定的电压，可改变折射率及相位差。由此可见，通过控制电极上的电压，可以得到平行和交叉两种交换状态。
3、波分光交换（WDPS）
WDPS充分利用光路的宽带特性，获得电子线路所不能实现的波分型交换网。可调波长滤波器和波长变换器是实现波分（WD）光交换的基本元件。前者的作用是从输入的多路波分光信号中选出的光信号；后者则将可变波长滤波器选出的光信号变换为适当的波长后输出。WDPS系统基本结构等效于一个NxN阵列型交换系统。它将每个输入的光波变换成波长(1-(N中的一个波，用星型耦合器将这N条光波混合，再通过输出端的可调波长滤波器，分别选出所需波长的光波，这样就完成了N条光波的交换。也可在两个输出端口上选取波长相同的光波，以实现广播分配型的通信。
4、复合光交换技术
该技术是指在一个交换网络中同时应用两种以上的光交换方式。例如，在波分技术的基础上设计大规模交换网络的一种方法是进行多级链路连接，链路连接在各级内均采用波分交换技术。因这种方法需要把多路信号分路接入链路，故抵消了波分复用的优点。解决这个问题的措施是在链路上利用波分复用方法，实现多路化链路的连接，空分——波分复合型光交换系统就是复合型光交换技术的一个应用。空分——波分复合型光交换系统的突出优点是，链路级数和交换元件数量少，结构简单，可提供广播型的多路连接。另一种极有前途的大容量复合型光交换系统就是时分——波分复合型交换模块。其复用度是时分多路复用度与波分复用度的乘积，即二者复用度分别为8时，可实现64路复合型交换。若将这种交换模块用于4级链路连接的网络，则可构成最大终端数为4096的大容量交换网络。
（二）分组交换技术
光分组交换系统所涉及的关键技术主要包括：光分组交换（ＯＰＳ）技术；光突发交换（ＯＢＳ）技术；光标记分组交换（ＯＭＰＬＳ）技术；光子时隙路由（ＰＳＲ）技术等。这些技术能确保用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术，即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行。
光突发交换为IP骨干网的光子化提供了一个非常有竞争力的方案。一方面，通过光突发交换可以使现有的IP骨干网的协议层次扁平化，更加充分的利用DWDM技术的带宽潜力；另外一方面，由于光突发交换网对突发包的
数据是完全透明的，不经过任何的光电转化，从而使光突发交换机能够真正的实现所谓的T比特级光路由器，彻底消除由于现在的电子瓶颈而导致的带宽扩展困难。此外，光突发交换的QoS支持特征也符合下一代 Internet 的要求。因此，光突发交换网络很有希望取代当前基于 ATM/SDH 架构和电子路由器的IP骨干网，成为下一代光子化的 Internet 骨干网。作为一项具有广泛前景和技术优势的交换方式，光突发交换技术已引起了国内外众多研究机构的关注，我国的863计划已将光突发交换技术列为重点资助项目。
从应用的角度，光突发交换还有一些重要的课题需要研究。突发封装，突发偏置时延的管理，数据和控制信道的分配，QoS的支持，交换节点光缓存的配置(如果需要的话)等问题还需要作深入研究。对于光突发交换网来说，在边缘路由器光接收机上的突发快速同步也是对系统效率有重要影响的问题。光缓存中光纤延迟线的配置与突发长度的统计分布相关，而突发长度又取决于突发封装过程；突发封装、光路由器的规模、数据和控制信道组的大小又会影响突发偏置时延的管理；交换节点的分配器和控制器运行快慢以及网络规模又会反过来影响突发封装。在网络设计当中，所有的这些问题都必须仔细考虑和规划。由于光纤延迟线的限制，为了降低丢包率，光突发交换网络必须通过波分复用网络信道成组来实现统计复用。如何在光突发交换网络中实现组播功能也是一项非常重要的课题，为了实现组播，光开关矩阵和交换控制单元都必须具备组播能力，且二者之间必须能有效地协调。此外，将光突发交换与现有的动态波长路由技术有机的结合，可以使网络具有更有效的调配能力，但也需要进一步的细致研究。
光分组交换技术独秀之处在于：一是大容量、数据率和格式的透明性、可配置性等特点，支持未来不同类型数据；二是能提供端到端的光通道或者无连接的传输；三是带宽利用效率高，能提供各种服务，满足客户的需求；四是把大量的交换业务转移到光域，交换容量与WDM传输容量匹配，同时光分组技术与OXC、MPLS等新技术的结合，实现网络的优化与资源的合理利用因而，光分组交换技术势必成为下一代全光网网络规划的“宠儿”。
光分组技术的制约因素：光分组交换的关键技术有光分组的产生、同步、缓存、再生，光分组头重写及分组之间的光功率的均衡等。光分组交换技术与电分组技术相比，光分组交换技术经历了近10年的研究，却还没有达到实用化，主要有两大原因：第一是缺乏深度和快速光记忆器件，在光域难以实现与电路由器相同的光路由器；第二是相对于成熟的硅工业而言，光分组交换的集成度很低，这是由于光分组本身固有的限制以及这方面工作的不足造成的。通过近期的技术突破与智能的光网络设计，可充分地利用光与电的优势来克服这些不利因素。
三、纯光交换和电交换比较
随着新技术的不断涌现，很多人预言纯光交换将会很快取代电交换在核心电信网络中的地位。但是仔细地研究电交换和纯光交换技术就会发现它们有着非常不同的特征，因此，不存在后者完全取代前者的可能性。这两种技术将很可能共存于电信网络中。
1、光与电的比较
目前有两种技术能够满足光交换的广泛需求。这里的光交换是指用光纤传输信号的交换。举例来说，假设有一个OC-48或OC-192业务流要从旧金山通过光纤传送到纽约。从端局到端局之间的长途传输可采用DWDM。但在每个端局中也需要信号指向下一条路径，包括指定到纽约使用的链路、光纤和波长。光交换可以通过纯光技术或电技术实现。纯光交换机可使用反射或折射效应来重定向光束。电交换机则是对从光信号中提取的电信号比特流进行处理。电交换可利用现有的多种交换机体系结构和技术。
纯光交换有显而易见的优点。光纤中承载的是光信号，当它们通过交换机时不必进行光电转换。纯光交换机的另一个优点是：它的运行与光信号的比特速率无关。不管光纤中的信号速率是OC-48、OC-192还是OC-768(40Gb/s)都一样。对于光信号，交换机的作用只是把它加以反射而不考虑它的速率。正是根据这一特点，纯光交换机厂商
宣称他们的设备能随传输速率而扩展。由于以上两个优点，人们对于纯光交换结构进行了大量的研究和商业投资。然而，纯光交换结构并不能完全满足光交换的需求。纯光交换在某种程度上说也有其局限性。如，纯光交换机对于数据来说是透明的，这将会给业务量的管理和整形带来困难。
2、电交换结构
当光纤从街道进入端局时，通常要先对光信号进行处理，包括信号放大、光性能监测以及将波长解复用到独立的物理光纤上。所有这些操作对于光交换方案来说都是通用的。下一步是将每一个长距DWDM信号送到转发器中，后者从长途侧接收光信号，产生一个电信号流，然后将其转换为一个短距（1310nm）光信号。转发器的主要功能是接收长距信号并将其转换为短距信号。这一短距信号在端局内被传送到光交换机。光交换机将短距信号转换为电信号后交换到另一端口，然后将其再转换为短距信号。实现了这种转换的交换机被称为光-电-光（OEO）交换机。处理过程的最后一步是通过另一个转发器将短距信号再转换为长距信号并将其复用到光纤中。
在这种模型中，光交换机的主要功能是将一根光纤上的每一个输入波长连接到另一根光纤的一个不同的波长。一般说来，任何输入流都可通过交换被转移到任何光纤上的任何可用波长上。这是一种非常灵活的结构，它还能方便地执行信号的再生并允许对数据流进行SONET水平上的性能监测。这种体系结构的成本完全取决于光电（OE）转换。
3、纯光交换结构
长途网中所使用的纯光交换机有两种模型。在这一例子中，与电模型类似，第一步也是光信号处理。分离的波长被识别后便直接通过纯光结构被交换到输出端，然后，这些波长在输出端经光信号处理被送到下一条链路进行传输。这种模型很显然几乎没有OE转换，但它失去了一些关键功能。
全光模型主要有三个局限性，其中最重要的是输入波长和输出波长必须相同。在一个大型网络中，这很快就会产生问题。例如，在两个不同的输入光纤上的第35号通道都要求输出到同一根光纤时，由于在输出光纤中只能有一个第35号通道而无法实现。因此只有一个信号将会被允许通过，而另一个信号则不能使用相同的路由。这种现象称为波长阻塞。
这种简单模型的第二个问题是它不能在SONET层上完成性能监测。这一功能在光层不能被简单地复制。全光模型存在的第三个严重问题是它只能对整个波长进行交换。大多数运营商都希望能在他们的核心网中交换OC-48信号。如果光纤传输速率为OC-48，那么交换是不成问题的。但是在现有的核心网中更常见的传输速率是OC-192，这不是运营商所希望的传输粒度。当传输速率超过OC-192时情况会变得更困难。注意：我们忽略了在单一镜面上交换多个波长的例子。这属于不同的应用范筹。
四、光交换技术的发展趋势
1、智能自动化
智能自动交换光网络即网络的管理和控制具有智能化特点，能够动态、自动地完成端到端光通道的建立、拆除和修改。当网络出现故障时，应该能够根据网络拓扑信息、可用的资源信息、配置信息等动态指配最佳恢复路由。对这种技术的需求源自互联网容量的增长。容量的增长要求光交换层的交换能力不断增强，使之向更易于管理、更加灵活和更具有健壮性，同时业务指配和故障恢复也能够更快地自动完成并具有智能性的方向发展。近期，在组网技术方面的两项技术进展使得对光网络带宽的动态指配成为可能。首先是可重构型的光联网节点的开发成功，如光交叉连接器和光分插复用器，使得由运营商动态支配带宽成为现实。另外，由于在IP路由器、ATM交
换机等设备中强化了新的流量技术和路由技术，使这些设备具有了动态决定增减带宽的能力。这两种技术的使用，为传统的光网络引入了智能控制和管理信令，从而使光网络具有了智能性和自动性，为发展按需分配带宽和买卖带宽的新型商业模式提供了条件。
2、全光交换
所谓全光交换是指从波长到波长的转换，基于这种技术的光交换或波长路由器能使网络配置更灵活，使运营商可以在光骨干网中方便地提供OC-1到光波长的业务，把选路定位在波长上而不是光纤上，遇到故障可以自动恢复工作。由于无须ATM交换机、SONET ADM和数字交叉连接器等设备，网络的结构将得到大大简化。近期在光网络的建设热潮中，运营商和制造商都显示出了对全光交换设备的浓厚兴趣，预计成熟的产品很快就能面世。
现代波分复用（WDM）、空分复用、时分复用和码分复用等复用技术的出现，丰富了光信号交换和控制的方式，使得全光网络的发展呈现出全新的面貌。专家认为，未来全光网络的主要构架可能就是以WDM技术为主导，结合光时分复用（OTDM）和光码分复用（OCDMA）技术。OTDM技术可以使一个固定波长的光波携带信息量十几倍、几十倍地增长，OCDMA则提供一种全光的接入方式。
3、光交换机多样化
目前市场上出现的光交换机大多数是基于光电和光机械的，随着光交换技术的不断发展和成熟，基于热学、液晶、声学、微机电技术的光交换机将会逐步被研究和开发出来。
由光电交换技术实现的交换机通常在输入输出端各有两个有光电晶体材料的波导，而最新的光电交换机则采用了钡钛材料，这种交换机使用了一种分子束取相附生的技术，与波导交换机相比，该交换机消耗的能量比较小。基于光机械技术的光交换机是目前比较常见的交换设备，该交换机通过移动光纤终端或棱镜来来将线引导或反射到输出光纤，实现输入光信号的机械交换。光机械交换机交换速度为毫秒级，但它成本较低，设计简单和光性能较好，而得到广泛应用。使用热光交换技术的交换机由受热量影响较大的聚合体波导组成，它在交换数据信息时，由分布于聚合体堆中的薄膜加热元素控制。当电流通过加热器时，它改变波导分支区域内的热量分布，从而改变折射率，将光从主波导引导自目的分支波导。热光交换机体积非常小，能实现微秒级的交换速度。
随着液晶技术的成熟，液晶光交换机将会成为光网络系统中的一个重要设备，该交换设备主要由液晶片、极化光束分离器、成光束调相器组成，而液晶在交换机中的主要作用是旋转入射光的极化角。当电极上没有电压时，经过液晶片的光线极化角为90°，当有电压加在液晶片的电极上时，入射光束将维持它的极化状态不变。而由声光技术实现的光交换设备，因其中加入了横向声波，从而可以将光线从一根光纤准确地引导到另一根光纤，该类型的交换机可以实现微秒级的交换速度，可方便地构成端口较少的交换机。但它不适合用于矩阵交换机。
另外，市场上目前又开发了基于不同类型的特殊微光器件的光交换机，这种类型的交换机可以由小型化的机械系统激活，而且它的体积小，集成度高，可大规模生产，我们相信这种类型的交换机在生产工艺水平不断提高的将来，一定能成为市场的主流。
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[2] Ian Wright, Marc Schwager, Rob Newman . Electrical or photonic: ying and yang of switching. Lightwave,2 001.6.
[3] 光交换网络技术热点跟踪. 通信产业报, 2002.11.27 .
1.1光镊技术简介 光镊是以激光的力学效应为基础的一种物理工具，是利用强会聚的光场与微粒相互作用时形成的光学势阱来俘获粒子的【4】。1969年，A. Ashkin等首次实现了激光驱动微米粒子的实验。此后他又发现微粒会在横向被吸入光束（微粒的折射率大于周围介质的折射率）。在对这两种现象研究的基础上，Ashkin提出了利用光压操纵微粒的思想，并用两束相向照射的激光，首次实现了对水溶液中玻璃小球的捕获，建立了第一套利用光压操纵微粒的工具。1986年，A. Ashkin等人又发现，单独一束强聚焦的激光束就足以形成三维稳定的光学势阱，可以吸引微粒并把它局限在焦点附近，于是第一台光镊装置就诞生了【5，6】。也因此，光镊的正式名称为“单光束梯度力势阱” （single-beam optical gradient force trap）。 由于使用光镊来捕获操纵样品具有非接触性、无机械损伤等优点，这使得光镊在生物学领域表现出了突出的优势。这些年来，随着研究的深入和技术的不断完善，光镊在生物学的应用对象由细胞和细胞器逐步扩展到了大分子和单分子等。目前，光镊常被用来研究生物过程中的细胞和分子的运动过程【7-10】，也常被用来测量生物过程中的一些力学特征【11-14】。 1.2光镊的原理与特点 众所周知，光具有能量和动量，但是在实际应用中人们经常利用了光的能量，却很少利用光的动量。究其原因，这主要是因为在生活中我们接触到的自然光和照明光等的力学效应都很小，无法引起人们可以直接感受到或观察到的宏观效应。而科学家们利用激光所具有的高亮度和优良的方向性，使得光的力学效应在显微镜下显现了出来，在这里我们要介绍的光镊技术正是以这种光的力学效应为基础发展起来的。 1.2.1光压与单光束梯度力光阱 光与物质相互作用的过程中既有能量的传递，也有动量的传递，动量的传递常常表现为压力，简称光压。1987年，麦克斯韦根据电磁波理论论证了光压的存在，并推导出了光压力的计算公式。1901年，俄国人П.Н.列别捷夫用悬在细丝下的悬体实现了光压的实验测量【15】。此后，美国物理学家尼克尔、霍尔也
光交换技术及其应用 摘要：现代通信网中，先进的光纤通信技术以其高速、带宽的明显特征而为世人瞩目。实现透明的、具有高度生存性的全光通信网是宽带通信网未来发展目标。从系统角度来看，支撑全光网络的关键技术又基本上可分为光监控技术、光交换技术、光放大技术和光处理技术几大类。光交换技术作为全光网络系统中的一个重要支撑技术，它在全光通信系统中发挥着重要的作用。本文主要阐述了光交换的类型，光交换技术的优点，以及光交换技术发展的趋势。 关键词：光交换类型趋势 随着通信网传输容量的增加，光纤通信技术也发展到了一个新的高度。发展迅速的各种新业务对通信网的带宽和容量提出了更高的要求。光纤的巨大频带资源和优异的传输性能，使它成为高速大容量传输地理想媒质。随着WDM技术地成熟，单根光纤的传输容量甚至可以达到Tb/s的速度。由此也对交换系统的发展提供了压力和动力，光交换技术的发展在某种程度上也决定了全光通信的发展。 一、光交换与光交换技术 光交换(photonic switching)技术是一种光纤通信技术，它是在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。光交换技术是用光纤来进行网络数据、信号传输的网络交换传输技术。与电子数字程控交换相比，光交换无须在光纤传输线路和交换机之间设置光端机进行光/电（O/E）和电/光（E/O）交换，而且在交换过程中，还能充分发挥光信号的高速、宽带和无电磁感应的优点。光纤传输技术与光交换技术融合在一起，可以起到相得益彰的作用，从而使光交换技术成为通信网交换技术的一个发展方向。 光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换技术。光路光交换可利用ＯＡＤＭ、ＯＸＣ等设备来实现，而分组光交换对光部件的性能要求更高，由于目前光逻辑器件的功能还较简单，不能完成控制部分复杂的逻辑处理功能，因此国
一、起源 软交换的概念最早起源于美国企业网应用。在企业网络环境下，用户可采用基于以太网的电话，再通过一套基于PC服务器的呼叫控制软件（Call Manager、Call Server），实现PBX 功能（IP PBX）。对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而通过与局域网共享来实现管理与维护的统一，综合成本远低于传统的PBX。由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，设备门槛低，许多设备商都可提供此类解决方案，因此IP PBX应用获得了巨大成功。 传统的电路交换设备主要由少数几家设备供应商提供，价格一般都在几十万美元到数百万美元，且版本升级可能会花几个月时间和数十万美元，网络综合运营成本很高。运营商非常希望能够寻求到一种替代产品与技术。 受到IP PBX成功的启发，业界提出了这样一种思想：将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二者之间采用标准协议（MGCP、H248），呼叫控制实际上是运行于通用硬件平台上的纯软件，媒体处理将TDM转换为基于IP的媒体流。于是，SoftSwitch （软交换）技术应运而生，由于这一体系具有伸缩性强、接口标准、业务开放等特点，发展极为迅速。 二、什么是软交换 软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，包括呼叫选路、管理控制、连接控制（建立/拆除会话）和信令互通，从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。与此同时，软交换还将网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，从而可方便地在网络上快速提供新业务。 软交换位于网络控制层，通过与媒体层网关的交互，接收处理中的呼叫相关信息，指示网关完成呼叫。其主要任务是在各点之间建立关系，这些关系可以是简单的呼叫，也可以是一个较为复杂的处理。软交换技术主要用于处理实时业务，如话音业务、视频业务、多媒体业务等，此外还提供一些基本补充业务，与传统交换呼叫控制和基本业务的提供非常类似。 软交换概念一经提出，很快便得到了业界的广泛认同和重视，ISC（International SoftSwitch Consortium）的成立更加快了软交换技术的发展步伐，软交换相关标准和协议得到了IETF、ITU-T等国际标准化组织的重视。经过几年发展，软交换技术在标准化和产业化方面均取得了长足进展，一些协议如H.323、MGCP等不断完善，BICC、SIP／SIP-T等新协议不断推出，一些基于软交换技术的产品逐步走向实用化阶段，使软交换成为NGN最为活跃和热门的话题。 三、引入软交换的意义 1、软交换给用户带来什么？ 软交换可以实现跨域控制，可以对接入层面丰富多样的设备进行控制和管理，为用户提供话音、数据和视频业务，以及其它融合业务。 随着通信网络的发展趋势从技术驱动向业务驱动的转变，业务发展逐渐成为关注焦点。
2019年浙江省中考科学真题解析分类汇编 专题19 可持续发展 一、选择题 1.（2019·宁波1）“垃圾是放错位置的资源”。乱丢垃圾会造成资源浪费和环境污染，所以我们要将垃圾进行分类处理。废弃的草稿纸应放入下列四个垃圾桶中的（） A B C D 【答案】B 【考点】环境污染的危害性与防治措施 【解析】【分析】根据废纸可回收利用分析。 【解答】废弃的草稿纸应放到可回收物垃圾桶中； 故答案为：B。 2.（2019·嘉兴、舟山3）从2019年5月20日起，用普朗克常数定义质量的单位一千克，以代替工作了100多年的国际千克原器（如图）。下列有关质量的说法，正确的是（） A. 体积为1立方米水的质量为千克 B. 实验室可用弹簧测力计来测量物体的质量 C. 千克原器因生锈而质量减小，故不宜作为标准 D. 物体的质量不会随温度的改变而改变 【答案】D 【考点】质量及其特点 【解析】【分析】（1）水的密度会随着状态和温度的变化而变化； （2）弹簧测力计是测力的工具； （3）铁与空气中的氧气和水分发生反应生成铁锈，因此质量会增加； （4）质量是物质本身的一种属性，不随物质形状、状态、位置和温度的变化而变化。 【解答】A.如果水的密度是1g/cm3 ，那么1m3的水质量是1kg；但是水的密度会发生变化，因此1m3的水质量也会发生变化，故A错误； B.实验室用弹簧测力计测量物体的重力，而不是质量，故B错误； C.千克原器因生锈而质量增大，故C错误； D.物体的质量不会随温度的改变而改变，故D正确。
故选D。 3.（2019·衢州10）如图为小科与妈妈在牛排馆用餐的对话： 小科叙述中的“？”可能是（ C ） A.加热还原氧化铜反应时通入足量氢气 B.二氧化碳溶于水后加入紫色石蕊试液 C.加热氯酸钾制取氧气时加入二氧化锰 D.将氧化钙转化成氢氧化钙时要加入水 【答案】C 【分析】在化学反应里能改变反应物化学反应速率（提高或降低）而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂（固体催化剂也叫触媒）。 【解答】由小科与妈妈的对话可知，蛋白酶能够加速蛋白质的分解，这时酶起到催化剂的作用； 加热还原氧化铜反应时通入足量氢气，是为了使氧化铜完全被还原；故A不符合； 二氧化碳溶于水后加入紫色石蕊试液，是为了检测溶液的酸碱性；故B不符合； 加热氯酸钾制取氧气时加入二氧化锰，是为了加快反应的速率；故C符合； 将氧化钙转化成氢氧化钙时要加入水，是作为反应物参与反应；故D不符合； 故答案为：C。 4.（2019·金华、义乌、丽水1）生活垃圾通常可分为可回收物，有害垃圾，其他垃圾三类，处置矿泉水瓶的正确方法是（） A．扔进有害垃圾桶B．扔进其他垃圾桶 C．扔进可回收物垃圾桶D．看到垃圾桶就扔进去。 【答案】C 【考点】材料制造与环境保护 【解析】【分析】垃圾分类，指按一定规定或标准将垃圾分类储存、分类投放和分类搬运，从而转变成公共资源的一系列活动的总称。分类的目的是提高垃圾的资源价值和经济价值，力争物尽其用。 【解答】矿泉水瓶属于废旧塑料，可以重新利用，因此应该扔进可回收物垃圾桶里； 故答案为：C。 5.（2019·金华、义乌、丽水4）国际千克原器作为质量计量标准，有由铂铱合金制成，科学家发现其质量有微小变化。2019年5月20日，服役129年的国际千克原器退役，今后将使用普朗克常量来定义千克，以提
《光镊原理及应用》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程中文名称：光镊原理及应用 课程英文名称：Optical tweezers theory and application 开课学期：2 学时：16 学分：1 二、课程目的和任务 激光生物学是多学科交叉的新兴学科，其中以激光微束光阱效应为基础的光镊技术是生命科学和生物工程研究的有力工具，已成为当前生物物理学中新方法和新仪器的研究热点之一。是光子技术和生命科学相互交叉与渗透而形成的一门新的边缘学科，课程教学目标：让光镊在生命学科及其他应用领域中的作用与地位，逐步树立科学的世界观，促进综合素质的提高；帮助学生获得光镊的基本知识，掌握光镊相关技术。通过课程小论文与研讨，让学生了解本学科的发展前沿，培养学生的创造型思维；开放式的教学，提高学生的综合分析和解决问题的能力。 三、教学内容与基本要求 教学主要内容及对学生的要求： 教学主要内容 第一章 光镊技术的产生与发展 光镊技术的理论研究、光镊技术的应用研究 国内外光镊技术的研究现状 第二章 光镊技术及其基本原理 光镊技术的描述、光镊的基本原理、光辐射压力、 梯度力和散射力、二维光学势阱、基于激光微束的三维光学势阱 第三章 光镊的理论分析与计算方法 光镊理论计算的意义、粒子分类与计算方法、光阱力与光操纵束缚条件第四章 光镊的系统构成与技术性能
传统光镊的原理、系统构成、激光器和显微镜的选取、多光镊技术 第五章 光纤光镊技术 远场光纤光镊、近场光镊 第5章 光镊技术的发展应用 光镊技术在生物学方面应用、光镊在分子生物学领域的应用、光镊与其它技术的结合应用 对学生的要求： 1、 对光镊原理方法有明确认识。 2、 对光镊系统的性能、参数能深入了解，并能自由运用。 3、 能够了解光阱力的计算方法。 4、 有查阅外文资料的能力。 五、教学设计及方法 教学方式 1) 教学与科研结合，激发学生的求知欲 2)专家讲授与教师专题讲座相结合，拓展学生知识面 3)理论与实践结合，加强学生实验技能的训练 4)中、英双语教学相结合，提高学生国际交流能力 5)撰写专题调研报告，培养学生的自主创新能力 教学手段 将多种现代的教学手段运用于课程教学之中，多方位多途径地展教学活动，以激发学生学习兴趣，提高教学效果。 1)将多媒体教学与板书相结合，以解决学时少内容多的矛盾 2)课件与电视录像片相结合，以提高学生的自学能力 3)丰富的网络资源为学生学习提供良好的软环境 六、调查、参观、实践、实验内容 七、主要参考资料 [1]《光镊原理、技术和应用》李银妹编译中国科学技术大学出版社1996 [2]《时域有限差分法FDTD Method 》 高本庆 国防工业出版社.1995年 [3][《非均匀介质中的场与波》美]Weng Cho Chew 著聂在平，柳清伙译电子工业出版社,1992年 [4] Ashkin A. Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams. Nature, 1987, 33: 256-
光交换方式与光交换网络
光交换方式与光交换网络 光交换方式 由于光通信传输技术的传输速率达到了Tb/s 的数量级，大大提高了通信传输的质量和可靠性，但是在第一代光网络中，节点具有的电子速率的极限使得不断增长的传输速率受到限制。此时，为了实现光信号的直接交换，摆脱光电转换所受的限制，光子技术被引入到节点的交换系统，以期实现全光网络。因此，光交换的实现成为第二代光网络的基础。 光交换是指不经过任何光/电转换，将输入端光信号直接交换到任意的光输出端。光交换的实现可以简单归结为如何实现交换回路和控制部件的光子化，目前由于实用的光逻辑器件还相当缺乏，光交换系统的交换路径是全光的，控制部件则由电子电路完成，也称电控光交换。光交换方式、器件以及网络的组建是光交换的研究重点。和普通的电交换技术相似，光交换分为光路（通道）交换和光分组交换两种方式。光路交换是通过在主叫和被叫两个终端之间建立一个光连接通道。该通道可能是一根光纤，也可能是采用复用技术构建的存在于光复用线路中的一个信道。这条通道在一个呼叫的通信期间将一直保持到通信结束。光分组交换是一种信息包的交换。通过某种光调制方式将用户信息形成光信号序列，然后分割成一个个分组，并被附加上各自的光分组头（描述其源地址、目的地址和分组序号等）。它们独立经过光分组网的节点，节点解读分组头获得路由信息然后进行选路，然后将它们发送到目的地。 以下是原理图： 光路交换中一个通信业务独占一条通路或信道，而分组交换允许多个通信业务动态地、分时段共享某一通道，因此它对网络的利用比光路交换更充分和灵活。通常实时性要求高、业务量平稳的通信会使用光路交换，突发性明显的通信使用分组交换。 光交换按照光信号信道复用方式可划分为空分光交换、时分光交换、波/频 A B 8 7 6 5 4 3 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 7 5 4 7 5 4 6 3 1 8 2 8 2 8 2 A B Figure 光路交换 Figure 光分组交换
现代通信新技术发展现状及趋势现代通信的发展现状，所采用的最新技术及其发展趋势，主要为通信网中“三网”现状和趋势、宽带网核心技术（ATM与IP）、宽带接入技术、第三代移动通信、蓝牙、超宽带等。 1 引言 在NII（国家信息基础设施）的建设中，大容量、高速率的通信网是主干，NII的目标在很大程度上依*通信网实现，因此通信网的发展倍受瞩目。通信网技术的发展，制约着计算机网络的发展，制约着政治、经济、军事、文化等各行各业的发展，及时了解和掌握现代通信网新技术及发展趋势，并将之运用于军事装备的设计和规划中，对于提高军事发展水平有重要意义。 2 “三网”发展现状和趋势 通信网的发展趋势是宽带化、智能化、个人化和综合化，能够支持各类窄带和宽带、实时和非实时、恒定速率和可变速率，尤其是多媒体业务。目前规模最大的三大网是电话网、有线电视网（CATV）、计算机网，它们都各有自己的优点和不足。 计算机网络虽能很好地支持数据业务，但实时性（QoS，服务质量）差，宽带性不够，不支持电话和实时图像业务，网络管理的让费和安全性不够。 电话网虽可高质量地支持话音业务，但带宽不够，所有的程控交换机均按传输话音的带宽设计（64kbit/s）。同时智能不够，虽有部分智能网业务（如800），但目前还达不到计算机网络的智能。
有线电视网虽然实时性和宽带能力均很好，但不能双向通信、无交换和网络管理。 三种网都在逐步演变，使自己具备其他两网的优点，电信网通过采用光纤、xDSL、以太网和ATM，提供Internet的高速接入和交互多媒体业务；CATV铺设光缆，以更换同轴电缆，采用HFC技术进行双向化改造；网络公司围绕Internet技术建网，力争在同一个网上，支持全业务。目前*单一网络的发展，难以实现通信网的发展要求，因此提出“三网融合”的概念。 “三网融合”不是指三网在物理上的兼并合一，而是指高层业务应用的融合，即技术上互相渗透，网络层上实现互通，应用层上使用相同的协议，但运行和管理是分开的。三网将在GII（全球信息基础结构）概念下，共同存在，向互通融合的趋势发展。 “三网融合”有利于最大程度地共享现有资源，为推动“三网融合”，ITU提出了GII概念，其目标是通过三网资源的无缝融合，构成一个具有统一接入和应用界面的高效网络，满足用户在任何时间、任何地点，以可接收的质量和费用，安全地享受多种业务（声音、数据、图像、影像等）。 下一代网络中软交换、能动网和分布式面向对象的网络结构（DONA）将是新的发展思路。 在现代通信新技术中，主要为大家介绍宽带网核心技术（IP与ATM）、接入网技术、光纤接入技术、第三代移动通信技术及蓝牙、超宽带等无线通信技术。
浅谈半导体激光器及其应用 摘要：近十几年来半导体激光器发展迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。由于半导体激光器的一些特点，使得它目前在各个领域中应用非常广泛，受到世界各国的高度重视。本文简述了半导体激光器的概念及其工作原理和发展历史,介绍了半导体激光器的重要特征,列出了半导体激光器当前的各种应用,对半导体激光器的发展趋势进行了预测。 关键词：半导体激光器、激光媒质、载流子、单异质结、pn结。 自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一。近十几年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制以及价格较低廉等优点,使得它目前在光电子领域中应用非常广泛,已受到世界各国的高度重视。 一、半导体激光器 半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的Pn 结或Pin 结为工作物质的一种小型化激光器。半导体激光工作物质有几十种,目前已制成激光器的半导体材料有砷化镓、砷化铟、锑化铟、硫化镉、碲化镉、硒化铅、碲化铅、铝镓砷、铟磷砷等。半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式、光泵式和高能电子束激励式。绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入,即给Pn 结加正向电压,以使在结平面区域产生受激发射,也就是说是个正向偏置的二极管。因此半导体激光器又称为半导体激光二极管。对半导体来说,由于电子是在各能带之间进行跃迁,而不是在分立的能级之间跃迁,所以跃迁能量不是个确定值, 这使得半导体激光器的输出波长展布在一个很宽的范围上。它们所发出的波长在0.3～34μm之间。其波长范围决定于所用材料的能带间隙,最常见的是AlGaAs双异质结激光器,其输出波长为750～890nm。 半导体激光器制作技术经历了由扩散法到液相外延法(LPE), 气相外延法(VPE),分子束外延法(MBE),MOCVD 方法(金属有机化合物汽相淀积),化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺。半导体激光器最大的缺点是:激光性能受温度影响大,光束的发散角较大(一般在几度到20度之间),所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。但随着科学技术的迅速发展, 半导体激光器的研究正向纵深方向推进,半导体激光器的性能在不断地提高。以半导体激光器为核心的半导体光电子技术在21 世纪的信息社会中将取得更大的进展, 发挥更大的作用。 二、半导体激光器的工作原理 半导体激光器是一种相干辐射光源,要使它能产生激光,必须具备三个基本条件: 1、增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布,在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带,因此在半导体中要实现粒子数反转,必须在两个能带区域之间,处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多,这靠给同质结或异质结加正向偏压,向有源层内注入必要的载流子来实现, 将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用。 2、要实际获得相干受激辐射,必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡,激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的,通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜,而出光面镀上减反膜。对F—p 腔(法布里—珀罗腔)半导体激光器可以很方便地利用晶体的与p-n结平面相垂直的自然解理面构成F-p腔。 3、为了形成稳定振荡,激光媒质必须能提供足够大的增益,以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔
光镊原理浅谈 岑学学 光镊技术由来已久，阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin ）在1986年就发明了第一代光镊。经过30多年的发展，光镊技术已经越来越成熟，并应用在生物学、物理学、医学等领域。这里我们将尽量通俗地介绍光镊的原理。 光镊，简单来讲，就是用激光来俘获、操纵、控制微小粒子的技术。这微小粒子可以是小水珠，活细胞，生物大分子等。当激光打到小粒子的时候，粒子就被光“吸住”了，并且会被吸到光强最强的地方，也就是焦点处，移动光束，就可以移动粒子。 那么，粒子为什么会被吸到光强最强的地方并被束缚住呢？ 光与物质是可以相互左右的。一柱水喷我们身上，或者一阵风迎面吹来，我们都能感觉到些许压力，具有波粒二象性的光自然也一样会对我们产生压力，只不过这个力很小很小而已，这就是光压。而在某些情况下，光还能对物体产生拉力，这样就形成了能束缚粒子的一个“陷阱”，通常被称为势阱。那么势阱又是如何产生的呢？我们需要先来复习一些中学的物理知识---动量守恒定律。
如图，有两个小球，铜球有一个初速度，动量为p1，钢球则是静止的，动量为p2=0。把这两个小球看作一个系统，那么这个系统的初始动量就是p=p1+p2。
铜球撞上钢球后，它们各自的速度都发生了变化，动量也变了。但是系统的动量是不变的，还是等于p，这就是动量守恒定律。 我们回来看光束和透明小球组成的系统，如图，光束有一个动量，而小球则是静止的，动量为0，而光束的动量是水平的，系统在竖直方向上的动量为0. 当光束照射到小球但不通过中心的时候，小球会使光线折射，如图。
这时光束在竖直方向上有了一个向下的动量。为了使系统的动量守恒，小球必须有一个向上的动量，这个动量就把小球“吸”向光速的轴线。 如果小球在光束的轴线上但在焦点之外，那小球就会使光束汇聚，如图。
光镊技术的新应用 纪美伶，白中博，王娜，马学进（西安交通大学生物医学工程） 摘要激光光镊自从1986年发明以来，作为一种无直接接触、无损伤、可产生和检测微小力以及精确测量微小位移的物理学工具，在生命科学等多个领域得到了广泛的应用。本文从光镊的诞生出发，简要讨论了光镊的原理，光镊装置的基本结构，并简要介绍了各个种类光镊的独特功能以及基于光镊的一些新技术，进而对光镊技术及其在生命科学中的应用现状和进一步发展作了评述和讨论，阐述了光镊在生命科学研究中的潜在地位和巨大的发展前景。关键词光镊；生命科学；原理；基本结构；应用现状；发展 New Applications of Optical Tweezer Ji Mei-ling,Bai Zhong-bo,Wang Na,Ma Xue-jin Abstract The optical tweezer technique has emerged as a flexible and powerful tool for exploring a variety of scientific processes such as life science since it was invented in 1986. From the birth of the optical tweezer, this paper will briefly discuss its working principle, its basic structure and introduce some kinds of optical tweezers with novel features or some new technologies based on it. Then its recent developments on both the technology and applications in life science will be reviewed. It is shown that optical tweezer will have great potential in life science. Key words：optical tweezer; life science; principle; basic structure; application; development 光镊简介 一百年前，爱因斯坦提出的光量子学说最终导致了激光的诞生，20世纪60年代激光器的发明，使光与物质相互作用产生的力学效应真正走向实际的应用。20世纪70年代，美国贝尔实验室的学者Arthur Ashkin等人[1]发现了激光具有移动微粒的能力，并首先提出利用光压操控微小粒子的概念：在氩离子激光器发出的TEM00模式激光束作用下，硅小球在横向梯度力的作用下陷入光束中心，然后在光束散射力的作用下沿着光束传播的方向加速运动；还发现了折射率低于周围介质的粒子（气泡）会被激光束排斥，同时也会被激光束沿着激光传播的方向加速。其后Ashkin 利用两束相对照射的TEM00模式激光去捕获高折射率粒子，发现粒子在激光横向梯度力的作用下陷入光束中心，然后沿着光束传播的方向运动到一个稳定的平衡点停止下来，这样粒子就被两束相对照射的激光束稳定捕获了。这时它还不能称之为光镊，因为只能实现横向二维捕获，而在轴向上由于强烈的散射力的存在无法实现捕获。 1971 年，Ashkin 和Dziedzic 第一次使用了单光束捕获粒子[2]。他们利用一束聚焦的TEM00模式激光从下向上照射粒子，在轴向散射力的作用下粒子被顶起，同时粒子受到向下的重力作用。当粒子运动到平衡位置时，向上的散射力和向下的重力达到平衡，粒子在轴向上稳定下来。在横向上，由于光束的横向梯度力始终指向光束中心，因此粒子被稳定地捕获在光束中心。这样就形成了一个单光束悬浮光阱（opticallevitation trap）。在1986年，Ashkin 发表了一篇具有深远意义的论文[3]，标志着光镊的诞生。在此文中Ashkin仅仅利用一束激光就实现了在三维方向上捕获电介质粒子，而且在轴向上利用的是梯度力捕获粒子，而非利用重力作用的悬浮光阱。实验中Ashkin利用高度聚焦的单光束焦点形成的单光束梯度力势阱（single beam gradientforce trap），在水中成功地捕获了直径从25nm 到10μm 的电介质粒子，且在横向和轴向上所施加的捕获力都来自于光场梯度力。由于这种单光束梯度力势阱
光网络技术课程综述 ——你所了解光网络的主要技术、发展及其应用（10级电子与通信工程丁彦学号：1039227010） 光纤通信是以光波为载波，以光纤为传输介质的一种通信方式。随着通信网传输容量的不断增加，光纤通信也发展到了一定的高度。但是目前的光纤通信技术存在不少弊端，急需对其进行改进。为了解决这些弊端，人们提出了光网络。光网络以其良好的透明性、波长路由特性、兼容性和可扩展性，已成为下一代高速宽带网络的首选。这里的光网络，是指全光网络（All Optical Network，AON）。 1全光网络的概念 全光网络是指光信息流从源节点到目的节点之间进行传输与交换中均采用光的形式，即端到端的完全的光路，中间没有电信号的介入，在各网络节点的交换，则使用高可靠、大容量和高度灵活的光交叉连接设备（OXC）。它是建立在光时分复用（OTDM）或者密集波分复用（DWDM）基础上的高速宽带信息网。 2全光网络的特点 全光网络的发明与运用，可以不用在源节点与目的节点之间的各
节点进行光电交换、电光交换，弥补了传统光纤通信中存在的带宽限制、严重串话、时钟偏移、高功耗等一些不足，拥有更强的可管理性、透明性、灵活性。 全光网络与传统通信系统相比，具有以下一些特点： 1)节约成本。 由于全光网络中不需要进行光电转换，这就避免使用传统通信系统中需要的光电转换器材，节省这些昂贵的器材费用，也克服了传输途中由于电子器件处理信号速率难以提高的困难，大大提高了传输速率。此外，在全光网络中，大多会采用无源光学器件，这也带来了成本和功耗的降低。 2)组网灵活。 全光网络可以根据通信容量的需求，在任何节点都能抽出或加入某个波长，动态地改变网络结构，组网极具灵活性。当出现突发业务时，全光网络可以提供临时连接，达到充分利用网络资源的目的。 3)透明性好。 全光网络采用波分复用技术，以波长选择路由，对传输码率、数据格式以及调制方式等具有透明性。可方便地提供多种协议的业务。 4)可靠性高。 在全光网络中不需要光电转换，在传输过程中没有存储和变换，采用的许多光器件都是无源的，极大地提高了传输的可靠性。
现代通信技术发展的主要趋势和方向 摘要：本文回顾了２０世纪移动通信技术发展的历程，对现代通信技术进行了概述。主要针对移动通信、卫星通信、光纤通信及数字微波通信进行了发展趋势的介绍。同时，对现代通信技术的未来发展方向进行了展望。 关键词：移动通信卫星通信光纤通信现代信息 技术发展趋势 0引言 20世纪在人类历史上写下了光辉的一章：1900年波罗的海的一群遇难渔民，通过无线电呼叫而得救，移动通信第一次在海上证明了它对人类的价值；1903年底莱特驾驶自己的飞行器飞上了蓝天，开创了航空交通新领域；1946年世界上第一架计算机诞生，开创了信息经济时代和扩展人类脑力的里程碑；1969年世界上第一个采用存储转发的分组交换计算机网络ARPANET开通，为因特网的高速发展奠定了基础。 纵观通信技术的发展，虽然只有短短的一百多年的历史，却发生了翻天覆地的变化，由当初的人工转接到后来的电路转接，以及到现在的程控交换和分组交换，还有可以作为未来分组化核心网用的ATM交换机，IP路由器；由当初只是单一的固定电话到现在的卫星电话，移动电话，IP电话等等，以及由通信和计算机结合的各种其他业务，第三代通信技术的即将上市，以及以后的第四代通信，随着通信技术的发展，人类社会已经逐渐步入信息化的社会。 21世纪是一个信息社会，信息交流已经成为人们生活的基本需要。通信作为传输和交换信息的重要手段，是推动人类社会文明、进步与发展的巨大动力。电话技术的演变日新月异，传输媒介、交换设备、传输设备、终端设备和通信方式的改变都是影响电信通信的因素。 1现代通信技术概述 现代的主要通信技术有数字通信技术，程控交换技术，信息传输技术，通信网络技术，数据通信与数据网，ISDN与ATM技术，宽带IP技术，接入网与接入技术。 1.1数字通信 数字通信即传输数字信号的通信，，是通过信源发出的模拟信号经过数字终端的心愿编码成为数字信号，终端发出的数字信号，经过信道编码变成适合与信道传输的数字信号，然后由调制解调器把信号调制到系统所使用的数字信道上，在传输到对段，经过相反的变换最终传送到信宿。 1.2程控交换 程控交换技术即是指人们用专门的电子计算机根据需要把预先编好的程序存入计算机后完成通信中的各种交换。随着电信业务从以话音为主向以数据为主转移，交换技术也相应地从传统的电路交换技术逐步转向给予分株的数据交换和宽带交换，以及适应下一代网络基于IP的业务综合特点的软交换方向发展。 1.3信息传输 信息传输技术主要包括移动通信，光纤通信，卫星通信，数字微波通信，以及图像通信。 1)移动通信 早期的通信形式属于固定点之间的通信，随着人类社会党俄发展，信息传递日益频繁，移动通信正是因为具有信息交流灵活，经济效益明显等优势，得到了迅速的发展，所谓移动通信，就是在运动中实现的通信。其最大的优点是可以在移动的时候进行通信，方便，灵活。现在的移动通信系统主要有数字移动通信系统（GSM）,码多分址蜂窝移动通信系统（CDMA）。 2)光纤通信 光纤是以光波为载频，以光导纤维为传输介质的一种通信方式，其主要特点是频带宽，比常用微波频率高104~105倍；损耗低，中继距离长；具有抗电磁干扰能力；线经细，重量轻；还有耐腐蚀，不怕高温等优点。 3)卫星通信 卫星通信简单而言就是地球上的无线电通信展之间利用人在地球卫星作中继站而进行的通信。其主要特点是：通信距离远，而投资费用和通信距离
光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展 信息工程系 王 坚 [摘要] 激光陷阱和控制、操作中性微小粒子的光镊技术是以光的辐射压原理为基础的，利用光与物质间动量的传递的力学效应形成三维梯度光学陷阱。光压的实际应用在20世纪激光诞生后才得以实现。由于激光突出的高方向性、高相干性、高亮度产生的辐射压高于一般的光，所以使得基于光压原理的光镊能够被发现并运用。光镊能够捕获和操纵微米尺度粒子成为捕获操纵粒子独特且有效的手段，并且这种方法在物理和生物科学等领域掀起了一场技术革命。本文简要回顾了早期光镊技术在原子物理和生命科学中的应用与发展，以及当代光镊技术研究的最新成就。 [关键词] 激光陷阱，光镊，激光 1． 引言 光镊是基于光的力学效应的一种新的物理工具，它如同一把无形的机械镊子，可实现对活细胞及细胞器的无损伤的捕获与操作。光镊的发明正适应了生命科学深入到细胞、亚细胞层次的研究趋势，也为生物工程技术提供了一种新的手段。仅仅20年光镊的应用已展示其在物理和生命科学领域中无限美好的应用前景。 2. 光镊技术原理 2.1光压原理 光镊技术是基于光压原理的，光压原理在牛顿和开普勒时期就已经提出来了但是一直都没有什么应用。光的压力原理早期只有在天文学中有些应用，德国的天文学家开普勒，在17世纪初提出彗尾之所以背向太阳的原因是，其受到了太阳辐射光压的作用力。因为只有在天文学研究中当光的强度和距离都非常大的时候，光压对物质的影响才会明显的表现出来。1873年Maxwell 从光的波动理论角度根据电磁理论推导出了光压的存在（电磁辐射压）并且给出了垂直入射到部分反射吸收体表面的光束的光压为： ()R c E p +=1 其中,E 为每秒钟垂直入射到12m 上的能量，c 为光速，R 为物体对光的反射系数。
光镊原理及其应用 摘要：激光的发明使得光的力学效应走向了实际应用。本文介绍了光镊技术的基本原理及其在生物科学方面的一些应用。 关键词：光镊；光的力学效应；生物科学；应用 1 引言 光镊是A. Ashkin[1]在关于光与微粒子相互作用实验的基础上于1986年发明的。光镊在问世之初被看作是微小宏观粒子的操控手段，并渐渐成了光的力学效应的研究和应用最活跃的领域之一。近20年来光镊技术的研究和应用得到了迅速的发展，特别是在生命科学领域，光镊已成为研究单个细胞和生物大分子行为不可或缺的有效工具。 2 基本原理 光镊的基本原理在于光与物质微粒之间的动量传递的力学效应。对于直径大于波长的米氏散射粒子来说，光镊的势阱原理可以用几何光学来解释[1~3]。如图1（a）所示。入射光线A将光子的动量以辐射压的形式作用于粒子小球，力的作用方向与光线入射方向相同。A经过若干反射、折射后，以光线A’出射。入射光线的辐射压减去出射光线的辐射压为粒子小球所受的净剩力F A。图1（b）为作用力简图，实际力的作用过程较此复杂，A’应为所有（包括反射光透射光）出射光线辐射压的合力，但结果与此相似，小球受轴向指向焦点的力。 对于直径小于激光波长的瑞利散射颗粒，适用于波动光学理论[1]和电磁模型。波动光学理论（也是光镊的基本理论）认为，在光轴方向有一对作用力：与入射光同向正比于光强的散射力和与光强梯度同向正比与强度梯度的梯度力。在折射率为n m的介质中，折射率为n p 的瑞利粒子所受的背离焦点的散射力为[1] F scat =n m P scat/ c （1） 这里P scat为被散射的光功率。或用光强I0和有效折射率m = n p / n m表示为 （2） 对于极化率为α的球形瑞利粒子所受的指向焦点的梯度力为
软交换技术概述 软交换技术概述 、尸■、亠 前言自从第一款产品在电信市场上成功推出以来，“软交换”这个概念已经成为电信行业中倍受青睐的时髦用语。由于既能执行与基于硬件的传统电话交换机相同的功能，又能同时处理IP 通信，软交换技术承诺可提供许多优势，如轻松整合电路交换和分组交换、降低网络成本以及使运营商更快获得收入。 软交换概念的提出及定义 软交换的概念最早起源于美国。当时在企业网络环境下，用户采用基于以 太网的电话，通过一套基于PC服务器的呼叫控制软件（CallManager、Call Server），实现PBX功能（IP PBX）。对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而只通过与局域网共享就可实现管理与维护的统一，综合成本远低于传统的PBX由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，设备门槛低，许多设备商都可提供此类解决方案，因此IP PBX 应用获得了巨大成功。受到IP PBX 成功的启发，为了提高网络综合运营效益，网络的发展更加趋于合理、开放，更好的服务于用户。业界提出了这样一种思想：将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二者之间采用标准协议 （MGCPH248）且主要使用纯软件进行处理，于是，SoftSwitch （软交换）技 术应运而生。
软交换概念一经提出，很快便得到了业界的广泛认同和重视，ISC （Inrerntional SoftSwich Consortium ）的成立更加快了软交换技术的发展步伐，软交换相关标准和协议得到了IEIF 、ITU-T 等国际标准化组织的重视。 根据国际SoftSwich 论坛ISC 的定义，SoftSwich 是基于分组网利用程控软件提供呼叫控制功能和媒体处理相分离的设备和系统。因此，软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。与此同时，软交换还将网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，可方便地在网络上快速提供新的业务。 软交换体系架构的主要组成目前比较普遍的看法认为，软交换系统主要应由下列设备组成： 1) 软交换控制设备( Softswitch Control Device )这是网络中的核心控制设 备(也就是我们通常所说的软交换)。它完成呼叫处理控制功能、接入协议适配功能、业务接口提供功能、互连互通功能、应用支持系统功能等。 2) 业务平台( Service Platform )完成新业务生成和提供功能，主要包括SCP 和应用服务器。 3) 信令网关( Signaling Gateway )目前主要指七号信令网关设备。传统的七号信令系统是基于电路交换的，所有应用部分都是由MTP承载的，在软交换体 系中则需要由IP 来承载。 4) 媒体网关(Media Gateway)完成媒体流的转换处理功能。按照其所在位置和所处理媒体流的不同可分为：中继网关(Trunking Gateway)、接入网关(Access Gateway)、多媒体网关(Multimedia Service Access Gateway )、无线网关 ( Wireless Access Gateway )等。 5) IP 终端( IP Terminal )目前主要指H.323 终端和SIP 终端两种，如IP PBX、 IP Phone、PC等。 6) 其它支撑设备。如AAA?务器、大容量分布式数据库、策略服务器(Policy Server )
阅读下文，完成第21～23题。（12分） 九旬美国物理学家阿瑟·阿什金因为发明“光镊技术”,获得 2018 年诺贝尔物理学奖。很多科研界人士甚至压根没听说过“光镊”这种技术。“光镊”虽然内涵深奥，但其实稍加简介就能让普通人建立概念。今天，我们就先试着让大家了解一下这个能够以光的力量来操纵细胞的诺贝尔奖成就。 “光镊”诞生的发想——光之力 伴随着上世纪60年代以来激光束流相关的产生、控制技术的进展，利用光来操作微小物体的“光镊”随之登上了历史舞台。阿瑟·阿什金教授曾在贝尔实验室和朗讯科技公司任职，他很早就开始进行光操控微粒的研究工作，并最终于1986年公开了他的第一代“光镊”。大家都知道光可以协助动物产生视觉，可以为植物提供能量来源，可以加热物体，但是对“光的力学领域”可能并不熟悉。实际上，光镊正是利用了“光的力”（也译为光压、辐射压等等），并诞生了举世瞩目的成果。 什么是“光的力”？ 中学物理中，我们已经了解了光同时具有波和粒子的双重性质，所谓波粒二象性。与人体被飞来的棒球击中后产生冲击一样，光的粒子即光子在接触物体后，同样会对该物体施加力的作用。 你可能会感到奇怪，既然如此，我们为什么没有被强烈的日光或者探照灯击倒在地呢？ 这是因为，光的压力大概仅仅在10亿分之一到100亿分之一N这个数量级，所以说能用肉身感受到光压的人显然是不存在的。 然而，越是微小的物体，就越容易被微小的力所撼动。例如，红血球、细菌一类人体细胞或者微生物等等都对光压非常敏感。来自光的微小压力可以让微小的物体在不受到积压破坏的前提下进行移动。 光镊是如何让光操控微粒成为可能的 具体来说，光镊系统一般由照明光路和控制光路构成。 照明光路负责采集成像所需的信号，而控制光路用来控制和限制微小物体的运动。控制光路的核心是汇聚性能特别好的激光束发射系统。 激光的特性之一就是可以被汇聚到一个十分微小的光斑上，这是普通光源所无法实现的。对于所要操控的微小物体来说，这种激光束汇聚形成的强聚焦光斑会形成一个类似“陷阱”的机构（称为三维光学势阱），微粒将会被束缚在其中。 一旦微粒偏离这个“陷阱”中的能量最低点（即位置的稳定点），就会受到指向稳定点的恢复力作用，好像掉进了一个无法摆脱的“陷阱”一般。如果移动聚焦光斑，微粒也会随之移动，因此便能实现对微粒的捕获和操控。 光镊技术早已大显神通 光镊技术在生物学研究领域已经有了相当广泛的应用，例如将不同细胞挤压在一起，或者向细胞中注入微量物质或者微小物体一类场合，都是光镊大显身手的时机。 又比如，在环境科学领域，经常会有区分水中数种微小物体的需求，利用光镊可以将各种物质在无损条件下容易地分离，给之后的精密分析创造良好的条件。 此外，在操控的同时，鉴于激光波长良好的稳定性和高精度，光镊还可以同时获得大量空间测量数据。 一个有趣的应用实例就是，有研究人员利用光镊测量了驱动蛋白在微管上行走的距离数据，从而推算出驱动蛋白每走一步的能量正好相当于一个ATP水解所释放的能量，堪称光镊操控性和测量性结合的绝好案例。