拉曼放大器是谁发明的（拉曼放大器的应用）

本篇文章给大家谈谈拉曼放大器是谁发明的，以及拉曼放大器的应用对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站喔。

文章目录：

• 1、光放大器的种类
• 2、电阻器件发展史
• 3、光放大器有哪几类，，试说明其基本原理
• 4、其他光学家有哪些？
• 5、密集波分复用的关键技术

光放大器的种类

光放大器主要有2种，半导体放大器及光纤放大器。半导体放大器分为谐振式和行波式；光纤放大器分为掺稀土元素光纤放大器和非线性光学放大器。非线性光学放大器分为拉曼（SRA）和布里渊（SBA）光纤放大器。 一般是指行波光放大器，工作原理与半导体激光器相类似。其工作带宽是很宽的。但增益幅度稍小一些，制造难度较大。这种光放大器虽然已实用了，但产量很小。

在其传输路径内采用光放大器的一种WDM光传输系统中，用于监视并控制放大器运行并从数据传输中作光谱分离的一个监控信号信道，可以与数据复用。披露了一种放大器的结构，它能随传输系统为增加数据处理能力的升级而升级，例如增加波段内和/或沿反方向的数据传输，但不必断开通过该放大器的准备升级的数据传输路径。这种结构是使用信道分出和插入滤波器来实现的，这些滤波器的配置，要使放大的数据传输路径伸延，通过这些滤波器的分出/插入信道。

申请日： 2000年06月06日

公开日： 2001年04月25日

授权公告日： 2003年12月31日

申请人/专利权人： 诺泰尔网络公司

申请人地址： 加拿大魁北克

发明设计人： 凯文·P·琼斯;罗杰·M·吉布;罗伯特·A·贝克;马丁·P·皮埃特克;马克·E·布雷;巴里·布林泰;詹姆斯·里根;托比·J·雷德;阿伦·A·索海姆;罗伯特·W·基斯;马克·R·海因斯;约瑟夫·芒;奈杰尔·E·乔利;阿伦·鲁宾逊;乔纳森·P·金;西蒙·P·帕里

专利代理机构： 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所

代理人： 蒋世迅

专利类型： 发明专利

分类号： G02F1/39

电阻器件发展史

简介

电子元器件是元件和器件的总称。电子元件：指在工厂生产加工时不改变分子成分 电子元器件

的成品。如电阻器、电容器、电感器。因为它本身不产生电子，它对电压、电流无控制和变换作用，所以又称无源器件。电子器件：指在工厂生产加工时改变了分子结构的成品。例如晶体管、电子管、集成电路。因为它本身能产生电子，对电压、电流有控制、变换作用（放大、开关、整流、检波、振荡和调制等），所以又称有源器件。按分类标准，电子器件可分为12个大类，可归纳为真空电子器件和半导体器件两大块。电子元器件发展史其实就是一部浓缩的电子发展史。电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。

编辑本段分类简介

概述

一、元件：工厂在加工产品是没有改变分子成分产品可称为元件，不需 电子元器件

要能源的器件。它包括：电阻、电容、电感器。(又可称为被动元件PassiveComponents) (1)电路类器件：二极管，电阻器等等 (2)连接类器件：连接器，插座，连接电缆，印刷电路板(PCB) 二、器件：工厂在生产加工时改变了分子结构的器件称为器件 器件分为： 1、主动器件，它的主要特点是：(1)自身消耗电能(2)还需要外界电源。 2、分立器件，分为（1)双极性晶体三极管(2)场效应晶体管(3)可控硅 (4)半导体电阻电容

电阻

电阻在电路中用“R”加数字表示,如:R1表示编号为1的电阻.电阻在电路中的主要作用为:分流、限流、分压、偏置等.

电容

电容在电路中一般用“C”加数字表示(如C13表示编号为13的电容).电容是由两片金属膜紧靠,中间用绝缘材料隔开而组成的元件.电容的特性主要是隔直流通交流. 电子元器件

电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小,电容对交流信号的阻碍作用称为容抗,它与交流信号的频率和电容量有关.

晶体二极管

晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示,如: D5表示编号为5的二极管. 作用:二极管的主要特性是单向导电性,也就是在正向电压的作用下,导通电阻很小;而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大.正 因为二极管具有上述特性,无绳电话机中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中.电话机里使用的晶 体二极管按作用可分为:整流二极管(如1N4004)、隔离二极管(如1N4148)、肖特基二极管(如BAT85)、发光二极管、稳压二极管等.

电感器

电感器在电子制作中虽然使用得不是很多，但它们在电路中同样重要。我们认为电感器和电容器一样，也是一种储能元件，它能把电能转变为磁场能，并在磁场中储存能量。电感器用符号L 电子元器件

表示，它的基本单位是亨利（H），常用毫亨（mH）为单位。它经常和电容器一起工作，构成LC滤波器、LC振荡器等。另外，人们还利用电感的特性，制造了阻流圈、变压器、继电器等。

编辑本段组合电路

集成电路是一种采用特殊工艺，将晶体管、电阻、电容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件，英文为缩写为IC，也俗称芯片。 模拟集成电路主要是指由电容、电阻、晶体管等元件组成的模拟电路集成在一起用来处理模拟信号的集成电路。有许多的模拟集成电路，如集成运算放大器、比较器、对数和指数放大器、模拟乘(除)法器、锁相环、电源管理芯片等。模拟集成电路的主要构成电路有：放大器、滤波器、反馈电路、基准源电路、开关电容电路等。模拟集成电路设计主要是通过有经验的设计师进行手动的电路调试，模拟而得到，与此相对应的数字集成电路设计大部分是通过使用硬件描述语言在EDA软件的控制下自动的综合产生。 数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。根据数字集成电路中包含的门电路或元、器件数量，可将数字集成电路分为小规模集成(SSI)电路、中规模集成 电子元器件

MSI电路、大规模集成(LSI)电路、超大规模集成VLSI电路和特大规模集成ULSI)电路。小规模集成电路包含的门电路在10个以内，或元器件数不超过100个；中规模集成电路包含的门电路在10-100个之间，或元器件数在100-1000个之间；大规模集成电路包含的门电路在100个以上，或元器件数在10-10个之间；超大规模集成电路包含的门电路在1万个以上，或元器件数在10-10之间；特大规模集成电路的元器件数在10-10之间。它包括：基本逻辑门、触发器、寄存器、译码器、驱动器、计数器、整形电路、可编程逻辑器件、微处理器、单片机、DSP等。

编辑本段发展史

电子元器件发展史其实就是一部浓缩的电子发展史。电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。 电子元器件

第一代电子产品以电子管为核心。四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管，它以小巧、轻便、省电、寿命长等特点，很快地被各国应用起来，在很大范围内取代了电子管。五十年代末期，世界上出现了第一块集成电路，它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上，使电子产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展。由于，电子计算机发展经历的四个阶段恰好能够充分说明电子技术发展的四个阶段的特性，所以下面就从电子计算机发展的四个时代来说明电子技术发展的四个阶段的特点。

编辑本段电子专用材料

电容器专用极板材料/导电材料 电极材料|光学材料/测温材料 半导体材料/屏蔽材料 真空电子材料/ 覆铜板材料 压电晶体材料/ 电工陶瓷材料 光电子功能材料|强电、 弱电用接点材料 激光工质|电子元器件专用薄膜材料 电子玻璃|类金刚石膜 膨胀合金与热双金属片|电热材料与电热元件 其它电子专用材料

编辑本段个别元器件件识别

电子元器件常用产品的识别 一、电阻 电阻在电路中用“R”加数字表示，如：R1表示编号为1的电阻。电阻在电路中的主要作用为分流、限流、分压、偏置等。 1、参数识别：电阻的单位为欧姆(Ω)，倍率单位有：千欧 (KΩ)，兆欧(MΩ)等。换算 方法是：1兆欧=1000千欧=1000000欧 电阻的参数标注方法有3种，即直标法、色标法和数标法。 a、数标法主要用于贴片等小体积的电路，如：472表示47×100Ω(即4.7K)；104则表示100K b、色环标注法使用最多，现举例如下：四色环电阻五色环电阻(精密电阻) 2、电阻的色标位置和倍率关系如下表所示： 颜色有效数字倍率允许偏差(%) 银色/x0.01±10 金色/x0.1±5 黑色0+0/ 棕色1x10±1 红色2x100±2 橙色3x1000/ 黄色4x10000/ 绿色5x100000±0.5 蓝色6x1000000±0.2 紫色7x10000000±0.1 灰色8x100000000/ 白色9x1000000000/ 二、电容 1、电容在电路中一般用“C”加数字表示(如C13表示编号为13的电容)。电容是由两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而组成的元件。电容的特性主要是隔直流通交流。电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小，电容对交流信号的阻碍作用称为容抗，它与交流信号的频率和电容量有关。 容抗XC=1/2πfc(f表示交流信号的频率，C表示电容容量) 电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。2、识别方法：电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分直标法、色标法和数标法3种。电容的基本单位用法拉(F)表示，其它单位还有：毫法(mF)、微法(uF)、纳法(nF)、皮法(pF)。 其中：1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法 容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如10uF/16V 容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示 字母表示法：1m=1000uF1P2=1.2PF1n=1000PF 数字表示法：一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是倍率。 如：102表示10×102PF=1000PF224表示22×104PF=0.22uF3、电容容量误差表 符号FGJKLM 允许误差±1%±2%±5%±10%±15%±20% 如：一瓷片电容为104J表示容量为0.1uF、误差为±5%。 三、晶体二极管 晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示，如：D5表示编号为5的二极管。 1、作用：二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。正因为二极管具有上述特性，无绳电话机中常，把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。电话机里使用的晶体二极管按作用可分为：整流二极管(如1N4004)、隔离二极管(如1N4148)、肖特基二极管(如BAT85)、发光二极管、稳压二极管等。 2、识别方法：二极管的识别很简单，小功率二极管的N极（负极），在二极管外表大多采用一种色圈标出来，有些二极管也用二极管专用符号来表示P极(正极)或N极(负极)，也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的。发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负。 3、测试注意事项：用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。 4、常用的1N4000系列二极管耐压比较如下： 型号1N40011N40021N40031N40041N40051N40061N4007 耐压(V)501002004006008001000 电流(A)均为1 四、稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示，如：ZD5表示编号为5的稳压管。 1、稳压二极管的稳压原理：稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。 2、故障特点：稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这3种故障中，前一种故障表现出电源电压升高；后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。 常用稳压二极管的型号及稳压值如下： 型号1N47281N47291N47301N47321N47331N47341N47351N47441N47501N47511N4761 五、电感在电路中常用“L”加数字表示，如：L6表示编号为6的电感。电感线圈是将绝缘的导线在绝缘的骨架上绕一定的圈数制成。直流可通过线圈，直流电阻就是导线本身的电阻，压降很小；当交流信号通过线圈时，线圈两端将会产生自感电动势，自感电动势的方向与外加电压的方向相反，阻碍交流的通过，所以电感的特性是通直流阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。电感在电路中可与电容组成振荡电路。电感一般有直标法和色标法，色标法与电阻类似。如：棕、黑、金、金表示1uH(误差5%)的电感。电感的基本单位为：亨（H）换算单位有：1H=103mH=106uH。 六 、变容二极管是根据普通二极管内部“PN结”的结电容能随外加反向电压的变化而变化这一原理专门设计出来的一种特殊二极管。变容二极管在无绳电话机中主要用在手机或座机的高频调制电路上，实现低频信号调制到高 频信号上，并发射出去。在工作状态，变容二极管调制电压一般加到负极上，使变容二极管，的内部结电容容量随调制电压的变化而变化。变容二极管发生故障，主要表现为漏电或性能变差： (1)发生漏电现象时，高频调制电路将不工作或调制性能变差。 (2)变容性能变差时，高频调制电路的工作不稳定，使调制后的高频信号发送到对方被对方接收后产生失真。出现上述情况之一时，就应该更换同型号的变容二极管。 七、晶体三极管在电路中常用“Q”加数字表示，如：Q17表示编号为17的三极管。 1、特点：晶体三极管(简称三极管)是内部含有2个PN结，并且具有放大能力的特殊器件。它分NPN型和PNP型两种类型，这两种类型的三极管从工作特性上可互相弥补，所谓OTL电路中的对管就是由PNP型和NPN型配对使用。电话机中常用的PNP型三极管有：A92、9015等型号；NPN型三极管有：A42、9014、9018、9013、9012等型号。 2、晶体三极管主要用于放大电路中起放大作用，在常见电路中有三种接法。为了便于比较，将晶体管三种接法电路所具有的特点列于下，名称共发射极电路共集电极电路(射极输出器)共基极电路 输入阻抗中(几百欧～几千欧)大(几十千欧以上)小(几欧～几十欧) 输出阻抗中(几千欧～几十千欧)小(几欧～几十欧)大(几十千欧～几百千欧) 电压放大倍数大小（小于1并接近于1）大 电流放大倍数大(几十)大(几十)小(小于1并接近于1) 功率放大倍数大(约30～40分贝)小(约10分贝)中(约15～20分贝) 频率特性高频差好好 八、场效应晶体管放大器 1、场效应晶体管具有较高输入阻抗和低噪声等优点，因而也被广泛应用于各种电子设备中。尤其用场效管做整个电子设备的输入级，可以获得一般晶体管很难达到的性能。 2、场效应管分成结型和绝缘栅型两大类，其控制原理都是一样的。两种型号的表示符号： 3、场效应管与晶体管的比较(1)场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体管。(2)场效应管是利用多数载流子导电，所以称之为单极型器件，而晶体管是即有多数载流子，也利用少数载流子导电。被称之为双极型器件。(3)有些场效应管的源极和漏极可以互换使用，栅压也可正可负，灵活性比晶体管好。(4)场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上，因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。 1)电子元件：指在工厂生产加工时不改变分子成分的成品。如电阻器、电容器、电感器。因为它本身不产生电子，它对电压、电流无控制和变换作用，所以又称无源器件。按分类标准，电子元件可分为11个大类。 2）电子器件：指在工厂生产加工时改变了分子结构的成品。例如晶体管、电子管、集成电路。因为它本身能产生电子，对电压、电流有控制、变换作用(放大、开关、整流、检波、振荡和调制等)，所以又称有源器件。按分类标准，电子器件可分为12个大类，可归纳为真空电子器件和半导体器件两大块。 稳压值3.3V3.6V3.9V4.7V5.1V5.6V6.2V15V27V30V75V。

编辑本段光电子器件

光网中光电子器件的发展趋势 下一代光传送网的基本特征是超大容量，从目前各种复用技术的发展状况看，密集波分复用（DWDM）被认为是扩大网络容量和提高其灵活性的最有效途径。采用DWDM可以使容量迅速地扩大数十倍至数百倍。由于近年来市场驱动和技术突破的影响，波分复用系统发展极为迅速。因此各种新研制的光器件也都或多或少与波分复用有关。DWDM的发展思路一直是追求更高的频谱效率，一方面提高每个通道的速率，另一方面增加通道密度。在速率上，目前商用系统大多为2.5Gbit/s或10Gbit/s，更高速率的40Gbit/s系统正在实用化，预计到2004年开始商业应用，一些电信公司如阿尔卡特的实验室已进行了160Gbit/s的传输实验。在通道密度方面，通道间的波长间隙已小到25GHz，还在向12.5GHz努力，使得商用系统的总通道数现为160~240个，实验室中最高达到1022个。为得到更大容量，有时不得不在上述两者之间折衷考虑，同时还要采取抑制光纤中色散、非线性效应的措施。所有这些要求都涉及到器件的高速、灵活和可靠的问题，而且最终还必须考虑低成本的问题，这使得目前新原理、新结构和新功能的器件不断涌现。 近年来随着"网络经济"泡沫的破灭，光通信产业的资本支出大为减少，作为光通信产业链最底端的光电子器件产业面临非常大的挑战。据估计，2002年美国通信用光电子器件的资本支出将在2001年锐减29％的基础上继续降低24％。另一方面，前期对市场盲目乐观的估计造成了大量光电子器件积压，据估计此状况将持续到2003年。在这种市场环境下，光电子器件的研究与发展的趋势主要表现在以下几方面： （1） 从光电子器件实现的功能来看，使光网络容量更大、更智能仍是光电子器件发展方向，但研究的侧重点有所改变。在系统传输容量方面，光电子器件的研究方向将注重降低传输系统的每公里每比特的成本，而不再一味追求单纤传输速率的突破。光纤传输容量的提高有三种方案：扩展光波段、增加光通道密度和提高通道速率。在器件级的研究上，拉曼光放大器与EDFA结合的宽带放大器被认为是系统扩展至L波段时最具应用潜力的光电子器件；波长锁定激光器、大功率包层泵浦EDFA和高密度的群组滤波器将是光通道间隔降低到50GHz、25GHz甚至12.5GHz的高光通道密度传输系统中的关键器件。40Gbit/s高速光调制器和接收器、动态色散补偿器和偏振模色散补偿器等光电子器件将是信道速率为40Gbit/s的系统中的关键器件。这些关键光电子器件的性能与价格将直接影响未来光传输系统的设计方案选取，但近期重点产品仍在10Gbit/s系列上，而2.5Gbit/s产品将呈逐步下降的走向。 （2） 小型化和集成化正成为光电子器件保持竞争力的一个新的趋势。随着光电子器件在光传输设备中的比例越来越大，对光电子器件的小型化要求日益显现。使设备能少占机房的面积和少消耗能源，能有效地降低网络的运行成本。光电子器件的小型化要求还促进了集成技术的发展。光电集成技术可以将光子元件与它的驱动电子芯片集成在一起。平面波导集成技术则可以将光开关、可调衰减器和波分复用/解复用器等无源器件集成在一起，在一块芯片实现子系统功能的系统与分立器件组成的系统相比，既大大减小了体积，还降低封装的成本。在小型化光器件的开发中，将激光器/探测器等光器件与微电子芯片组装成一体，形成具有多种功能模块的发展趋势正在明显加快。模块化能消除寄生参量的影响从而提高性能，并能节省后道组装的工序和成本。它还促进了相关产业界的合作和标准化，如一年前由多家企业就10Gbit/s 转发器的光、电和机械性能标准达成的协议，大大推动了这类器件性能价格比的提高。在功能上，前向纠错（FEC）、热插拔已普遍为高端产品所采纳。在尺寸上，与传统的插盘相比，用集成的转发器模块能使体积缩小到原来的1/10，功耗下降2/3而价格却只有原来的1/3。主要在城域网和接入网中使用的光收发一体模块也在由DUPLEX SC型向更小封装的SFF 模块发展。与DUPLEX SC封装相比，它在插盘上占的体积缩小了1/2。在光放大器方面，新的EDFA模块尺寸只有7cm′9cm′1.2cm (长′宽′高)，却能提供24dB的增益和15dBm的功率输出。模块化还进一步促进了微型封装激光器和无致冷激光器的进步。现在不仅是光信号源用激光器，功率型的泵浦激光器也取得了无致冷技术的突破。120mW以下980nm无致冷激光器已有商品提供，由于省掉致冷器，EDFA模块的功耗从4.5W减少到不足1W，体积也大大缩小。值得注意的是，近来掺铒波导光放大器（EDWA）也被集成于平面波导中，以克服平面波导器件插损大的缺点，从而使制造功能更新、更复杂的平面波导器件成为可能。 （3） 光电子器件组装的自动化技术将是降低光电子器件成本的关键。手工组装是限制光电子器件的成本进一步下降的主要因素。自动化组装可以降低人力成本、提高产量和节约生产场地，因此光电子器件组装的自动化技术的研究将是降低光电子器件成本的关键。由于光电子器件自动化组装的精度在亚微米量级，自动化组装生产一直被认为是很困难的事，但近来有很大突破。国外的学术期刊已多次报道在VCSEL、新型光学准直器件和自对准等技术进步基础上，光器件自动化组装实现的突破，同时专门针对自动化组装的光电子器件设计也正在兴起。2002年OFC展览会上有十多家自动封装、自动熔接设备厂商参展，熔接、对准、压焊等许多过去认为只能由人工操作的工艺现在都能由机械手进行。据ElectroniCast预测，到2005年自动化组装与测试设备的销量将达17.1亿美元，光电子器件产值中的70%~80％将由全自动或半自动化组装生产, 可以说自动化生产线的出现是光电子行业开始走向成熟的标志和发展的必然

光放大器有哪几类，，试说明其基本原理

种类：

光放大器一般可以分为光纤放大器和半导体光放大器两种。光纤放大器还可以分为掺铒(Er)光纤放大器，掺镨(Pr)光纤放大器以及拉曼放大器等几种。其中掺铒光纤放大器工作于1550nm波长，已经广泛应用于光纤通信工业领域。掺镨的放大器可以工作于1310nm波长，但是由于转换效率不理想，现在仍然处于实验室研究阶段。拉曼放大器是近几年开始商用化的一种新型放大器，主要应用于需要分布式放大的场合。半导体光放大器结构小巧，方便集成，一直被很多人看好。但是由于偏振效应不太理想，一直没有大规模商用化。

原理：

掺铒光纤放大器（Erbium-doped Optical Fiber Amplifer，EDFA）的组成基本上包括了掺铒光纤，泵浦激光器，光合路器几个部分。基于不同的用途，掺铒光纤放大器已经发展出多种不同的结构。

EDFA的放大原理与雷射产生原理类似，光纤中参杂的稀土族元素Er(3+)其亚稳态（meta-stable state）和基态（ground state）的能量差相当于1550nm光子的能量、

当吸收适当波长的泵浦光能量（980nm或1480nm）后，电子会从基态（跃迁到能阶较高的激发态（exciting state），接着释放少量能量转移到较稳定的亚稳态、在泵浦光源足够时铒离子的电子会发生居量反转（population reverse），即高能阶的亚稳态比能阶低的基态电子数量多、当适当的光信号通过时，亚稳态电子会发生受激辐射效应，放射出大量同波长光子、但因为存在振动能阶，所以波长不是单一而是一个范围，典型值为1530~1570nm、

其他光学家有哪些？

伊本·海赛木（约965～约1039年），中世纪阿拉伯学者。又译为阿尔哈曾，曾简译为海桑 。在光学、医学、天文学和数学方面都有重大贡献。11世纪初，埃及流行眼病，当时在开罗的天文中心工作的伊本·海赛木根据医师们的经验，特别是通过他自己的一些有关反射、折射、暗室视觉等实验，仔细研究了人的视觉。在其名著《光学宝鉴》中，他否定了人眼对外发光的旧视觉观念及提出由物体发出光线锥而引起视觉的观点；他所提出的人眼结构和眼球内的三种透明体的名称沿用至今 ；他明确入射光与反射光共面及球面反射成像原理；他还讨论了光之折射和玻璃球的放大像的作用。除《光学宝鉴》外，他还有几何学著作及一些保留下来的手稿，其他均已散失。

笛卡尔

勒奈·笛卡尔（1596～1650年），出生于法国，是法国数学家、科学家和哲学家。

笛卡尔不仅在哲学领域里开辟了一条新的道路，同时笛卡尔又是一勇于探索的科学家，在物理学、生理学等领域都有值得称道的创见，特别是在物理学方面做出了有益的贡献。从1619年读了约翰尼斯·开普勒的光学著作后，笛卡儿就一直关注着透镜理论，并从理论和实践两方面参与了对光的本质、反射与折射率以及磨制透镜的研究。他把光的理论视为整个知识体系中最重要的部分。

笛卡尔运用他的坐标几何学从事光学研究，在《屈光学》中第一次对折射定律提出了理论上的推证。他认为光是压力在以太中的传播，他从光的发射论的观点出发，用网球打在布面上的模型来计算光在两种媒质分界面上的反射、折射和全反射，从而首次在假定平行于界面的速度分量不变的条件下导出折射定律；不过他的假定条件是错误的，他的推证得出了光由光疏媒质进入光密媒质时速度增大的错误结论。他还对人眼进行光学分析，解释了视力失常的原因是晶状体变形，设计了矫正视力的透镜。

威里布里德·斯涅耳

威里布里德·斯涅耳（1591～1626年），荷兰莱顿人，数学家和物理学家，曾在莱顿大学担任过数学教授。斯涅尔最早发现了光的折射定律，从而使几何光学的精确计算成为了可能。斯涅耳的这一折射定律（也称斯涅耳定律）是从实验中得到的，未做任何的理论推导，虽然正确，但却从未正式公布过。只是后来惠更斯和伊萨克·沃斯两人在审查他遗留的手稿时，才看到这方面的记载。

首次把折射定律表述为今天的这种形式的是笛卡儿，他没做任何的实验，只是从一些假设出发，并从理论上推导出这个定律的。笛卡儿在他的《屈光学》（1637）一书中论述了这个问题。

折射定律是几何学的最重要基本定律之一。斯涅耳的发现为几何光学的发展奠定了理论基础，把光学的发展大大地推进了一步。

惠更斯

克里斯蒂安·惠更斯（1629～1695年）于1629年4月14 日出生于海牙，是荷兰著名的物理学家、天文学家、数学家、他是介于伽利略与牛顿之间一位重要的物理学先驱，是历史上最著名的物理学家之一，他对力学的发展和光学的研究都有杰出的贡献。

1645～1647年在莱顿大学学习法律与数学；1647～1649年转入布雷达学院深造。在阿基米德等人著作及笛卡儿等人直接影响下，致力于力学、光波学、天文学及数学的研究。他善于把科学实践和理论研究结合起来，透彻地解决问题。因此，在摆钟的发明、天文仪器的设计、弹性体碰撞和光的波动理论等方面都有突出成就。

惠更斯原理是近代光学的一个重要基本理论。但它虽然可以预料光的衍射现象的存在，却不能对这些现象做出解释 ，也就是它可以确定光波的传播方向，而不能确定沿不同方向传播的振动的振幅。因此，惠更斯原理是人类对光学现象的一个近似的认识。直到后来，菲涅耳对惠更斯的光学理论作了发展和补充，创立了“惠更斯—菲涅耳原理”，才较好地解释了衍射现象，完成了光的波动说的全部理论。

1678年，他在法国科学院的一次演讲中公开反对了牛顿的光的微粒说。他说，如果光是微粒性的，那么光在交叉时就会因发生碰撞而改变方向。可当时人们并没有发现这一现象，而且利用微粒说解释折射现象，将得到与实际相矛盾的结果。因此，惠更斯在1690年出版的《光论》一书中正式提出了光的波动说，建立了著名的惠更斯原理。在此原理基础上，他推导出了光的反射和折射定律，圆满地解释了光速在光密介质中减小的原因，同时还解释了光进入冰洲石所产生的双折射现象，认为这是由于冰洲石分子微粒为椭圆形所致。

菲涅耳

菲涅耳（1788～1827年）是法国物理学家和铁路工程师。 1788年5月10日生于布罗利耶，1806年毕业于巴黎工艺学院，1809年又毕业于巴黎桥梁与公路学校。1823年当选为法国科学院院士，1825年被选为英国皇家学会会员。1827年7月14日因肺病医治无效而逝世，终年仅39岁。

菲涅耳的科学成就主要有两个方面。一是衍射。他以惠更斯原理和干涉原理为基础，用新的定量形式建立了惠更斯—菲涅耳原理，完善了光的衍射理论。他的实验具有很强的直观性、敏锐性，很多现仍通行的实验和光学元件都冠有菲涅耳的姓氏，如：双面镜干涉、波带片、菲涅耳透镜、圆孔衍射等。另一成就是偏振。他与D.F.J.阿拉果一起研究了偏振光的干涉，确定了光是横波（1821）；他发现了光的圆偏振和椭圆偏振现象（1823），用波动说解释了偏振面的旋转；他推出了反射定律和折射定律的定量规律，即菲涅耳公式；解释了马吕斯的反射光偏振现象和双折射现象，奠定了晶体光学的基础。

菲涅耳由于在物理光学研究中的重大成就，被誉为“物理光学的缔造者”。

伦琴

威尔姆·康拉德·伦琴（1845～1923年），德国物理学家，1845年3月27日生于莱纳普，三岁时全家迁居荷兰并入荷兰籍。1865年迁居瑞士苏黎世，伦琴进入苏黎世联邦工业大学机械工程系，1868年毕业。1869年获苏黎世大学博士学位，并担任了物理学教授A.孔脱的助手；1870年随同孔脱返回德国，1871年随他到维尔茨堡大学，1872年又随他到斯特拉斯堡大学工作。1894年任维尔茨堡大学校长，1900年任慕尼黑大学物理学教授和物理研究所主任。1923年2月10日在慕尼黑逝世。

伦琴一生在物理学许多领域中进行过实验研究工作，如对电介质在充电的电容器中运动时的磁效应、气体的比热容、晶体的导热性、热释电和压电现象、光的偏振面在气体中的旋转、光与电的关系、物质的弹性、毛细现象等方面的研究都作出了一定的贡献，由于他发现X射线而赢得了巨大的荣誉，以致这些贡献大多不为人所注意。

1895年11月8日，伦琴在进行阴极射线的实验时第一次注意到放在射线管附近的氰亚铂酸钡小屏上发出微光。经过几天废寝忘食的研究，他确定了荧光屏的发光是由于射线管中发出的某种射线所致。因为当时对于这种射线的本质和属性还了解得很少，所以他称它为X射线，表示未知的意思。同年12月28日，《维尔茨堡物理学医学学会会刊》发表了他关于这一发现的第一篇报告。他对这种射线继续进行研究，先后于1896年和1897年又发表了新的论文。1896年1月23日，伦琴在自己的研究所中作了第一次报告，报告结束时，用X射线拍摄了维尔茨堡大学著名解剖学教授克利克尔一只手的照片；克利克尔带头向伦琴欢呼三次，并建议将这种射线命名为伦琴射线。

此时，发现X射线的新闻在全世界引起了巨大的震动。当时人们对这些射线的无限惊讶：几乎任何东西对它们来说都是透明的，用这些射线人们可以看见自己的骨骼。没有肉但是带有指环的手指，十分清楚，像嵌入体内的子弹一样。人们立即就领悟到它对医学的影响。1月23日，伦琴为物理医学学会作了关于他的发现的惟一的一次公开讲演。人们以暴风雨般的掌声向他致意。以那时的知识来说，伦琴关于X射线的工作是完全够格的了，但他没有理解X射线的性质。1895年伦琴的著名论文的最后，他写道：这些新射线不会是以太的纵振动吧？我必须承认在我的研究过程中我越来越相信了，因此对我来说应该宣布我的猜测，虽然我很清楚这种解释需要进一步的确证。这个“进一步的确证”始终没有得到，而且，花了整整十六年，依靠了马克斯·冯·劳厄和弗里德里希以及克尼平的工作才解决了关于X射线性质的争论。

在发现了X射线后的数月中，伦琴收到了来自世界各地的讲学邀请，但是除了一个例外他谢绝了所有的邀请，因为他要继续研究他的X射线。他给请他去演示新射线的同行们写了短信，表达他的歉意，说明他没有时间作任何报告或表演。惟一的例外是对皇帝，1896年1月13日，他给皇帝演示了他的X射线。要给皇帝表演这件事一直使伦琴感到紧张，“我希望我使用这个管子时将托皇帝之福，遇上好运气”，他说，“因为这些管子是非常易碎的，经常被损坏，抽空一根管子需要四天。”但是没有出什么事。伦琴收到的这样一种去宫廷的邀请，除了讲演和演示之外，还要与皇帝一同进餐，接受一枚勋章（二级王冠勋章）。离去时，为了表示对陛下的尊敬，还得退着走出来。关于这一点，理查德·威尔斯泰特，对叶绿素复杂机制作出解释的有机化学家说，他和氨的合成者弗里茨·哈贝尔，在取得了他们的发现后，也曾期待着皇帝的邀请。所以他们练习倒退着走路。威尔斯泰特是一位精制瓷器的收集者，在他们练习倒走的房间里有一只昂贵的瓷瓶，不出所料，他们的练习以这只瓷瓶被打碎而告终。虽然他们没有受到皇帝邀请，但他们所做的练习并不是徒劳无益的。后来两人都获得了诺贝尔奖。按照礼节，在他们从瑞典国王手中接过奖品之后必须倒退着走路。伦琴发现了X射线之后，物理学家和医学界人士赶紧研究这种新的射线，在1896年已有1000篇以上关于这个课题的论文。在1896至1897年间，伦琴自己只写了两篇关于X射线的文章。然后，他回到原先研究的课题上去，在以后的24年里写过7篇只引起短暂兴趣的文章，而把对X射线的研究让给了其他年轻的新生力量。对他这样的做法的理由，人们只能推测而已。1901年伦琴获得了第一个物理学诺贝尔奖。1900年他已搬到了慕尼黑，在那里，他成为实验物理研究所所长。1914年，他在著名的德国科学家表示他们与军国主义德国休戚相关的宣言上签了名，但后来他对此感到懊悔。在第一次世界大战期间和随后的通货膨胀中，他相当苦恼。1923年2月10日，伦琴在慕尼黑逝世，享年78岁。

阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊

迈克尔逊（1852～1931年）因发明精密光学仪器和借助这些仪器在光谱学和度量学的研究工作中所做出的贡献，被授予了1907年度诺贝尔物理学奖。

迈克尔逊，1852 年12月19日出生于普鲁士斯特雷诺（现属波兰），童年随父母随居美国。受旧金山男子中学校长的引导，迈克尔逊对科学特别是光学和声学发生了兴趣，并展示了自己的实验才能。1869年被选拔到美国安纳波利斯海军学院学习。毕业后曾任该校物理和化学讲师。1880～1882年被批准到欧洲攻读研究生，先后到柏林大学、海德堡大学、法兰西学院学习。1883年任俄亥俄州克利夫兰市开斯应用科学学院物理学教授。1889年成为麻省伍斯特的克拉克大学的物理学教授，在这里着手进行计量学的一项宏伟计划。1892年改任芝加哥大学物理学教授，后任该校第一任物理系主任，在这里他培养了对天文光谱学的兴趣。1910～1911年担任美国科学促进会主席，1923～1927年担任美国科学院院长。1931年5月9日因脑溢血于加利福尼亚州的帕萨迪纳逝世，终年79岁。

迈克尔逊的名字是和迈克尔逊干涉仪及迈克尔逊—莫雷实验联系在一起的，实际上这也是迈克尔逊一生中最重要的贡献。在迈克尔逊的时代，人们认为光和一切电磁波必须借助绝对静止的“以太”进行传播，而“以太”是否存在以及是否具有静止的特性，在当时还是一个谜。有人试图测量地球对静止“以太”的运动所引起的“以太风”，来证明以太的存在和具有静止的特性，但由于仪器精度所限，遇到了困难。麦克斯韦曾于1879年写信给美国航海年历局的D.P.托德，建议用罗默的天文学方法研究这一问题。迈克尔逊知道这一情况后，决心设计出一种灵敏度提高到亿分之一的方法，测出有关的效应。

1881年他在柏林大学亥姆霍兹实验室工作，为此他发明了高精度的迈克尔逊干涉仪，进行了著名的以太漂移实验。他认为若地球绕太阳公转相对于以太运动时，其平行于地球运动方向和垂直地球运动方向上，光通过相等距离所需时间不同，因此在仪器转动90°时，前后两次所产生的干涉必有0.04条条纹移动。1881年迈克尔逊用最初建造的干涉仪进行实验，这台仪器的光学部分用蜡封在平台上，调节很不方便，测量一个数据往往要好几小时。实验得出了否定结果。1884年在访美的瑞利、开尔文等的鼓励下，他和化学家莫雷合作，提高干涉仪的灵敏度，得到的结果仍然是否定的。1887年他们继续改进仪器，光路增加到11米，花了整整5天时间，仔细地观察地球沿轨道与静止以太之间的相对运动，结果仍然是否定的。这一实验引起科学家的震惊和关注，与热辐射中的“紫外灾难”并称为“科学史上的两朵乌云”。随后有10多人前后重复这一实验，历时50年之久。对它的进一步研究，导致了物理学的新发展。

迈克尔逊的另一项重要贡献是对光速的测定。早在海军学院工作时，由于航海的实际需要，他对光速的测定开始感兴趣，1879年开始光速的测定工作。他是继菲佐、傅科、科纽之后，第四个在地面测定光速的。他得到了岳父的赠款和政府的资助，使他能够有条件改进实验装置。他用正八角钢质棱镜代替傅科实验中的旋转镜，由此使光路延长600米。返回光的位移达133毫米，提高了精度，改进了傅科的方法。他多次并持续进行光速的测定工作，其中最精确的测定值是在1924～1926年，在南加利福尼亚山间约35千米长的光路上进行的，其值为（299796±4）千米/秒。迈克尔逊从不满足已达到的精度，总是不断改进，反复实验，孜孜不倦，精益求精，整整花了半个世纪的时间，最后在一次精心设计的光速测定过程中，不幸因中风而去世，后来由他的同事发表了这次测量结果。他确实是用毕生的精力献身于光速的测定工作。

1920年迈克尔逊和天文学家F.G.皮斯合作，把一台20英尺（约6米）的干涉仪放在100英寸（约254米）反射望远镜后面，构成了恒星干涉仪，用它测量了恒星参宿四（即猎户座一等变光星）的直径，它的直径相当大，为2.50×108英里（1英里=1.6093千米），约为太阳直径的300倍。此方法后被用来测定其他恒星的直径。

迈克尔逊的第一个重要贡献是发明了迈克尔逊干涉仪，并用它完成了著名的迈克尔逊—莫雷实验。按照经典物理学理论，光乃至一切电磁波必须借助静止的以太来传播。地球的公转产生相对于以太的运动，因而在地球上两个垂直的方向上，光通过同一距离的时间应当不同，这一差异在迈克尔逊干涉仪上应产生0.04个干涉条纹移动。1881年，迈克耳逊在实验中未观察到这种条纹移动。1887年，迈克尔逊和著名化学家莫雷合作，改进了实验装置，但仍未发现条纹有任何移动。这次实验的结果暴露了以太理论的缺陷，动摇了经典物理学的基础，为狭义相对论的建立铺平了道路。

迈克尔逊是第一个倡导用光波的波长作为长度基准的科学家。1892年迈克尔逊利用特制的干涉仪，以法国的米原器为标准，在温度15℃、压力760毫米汞柱的条件下，测定了镉红线波长是6438.4696埃，于是，1米等于1553164倍镉红线波长。这是人类首次获得了一种永远不变且毁坏不了的长度基准。

在光谱学方面，迈克尔逊发现了氢光谱的精细结构以及水银和铊光谱的超精细结构，这一发现在现代原子理论中起了重大作用。迈克尔逊还运用自己发明的“可见度曲线法”对谱线形状与压力的关系、谱线展宽与分子自身运动的关系作了详细研究，其成果对现代分子物理学、原子光谱和激光光谱学等新兴学科都产生了重大影响。1898年，他发明了一种阶梯光栅来研究塞曼效应，其分辨本领远远高于普通的衍射光栅。

迈克尔逊是一位出色的实验物理学家，他所完成的实验都以设计精巧、精确度高而闻名，爱因斯坦曾赞誉他为“科学中的艺术家”。

李普曼

李普曼（1845～1921年）因发明基于干涉现象的彩色照相术，获得了1908年度诺贝尔物理学奖。

李普曼是法国著名的物理学家，1845年8月16日出生于卢森堡。父亲是洛林人，母亲是阿尔萨斯人。他俩都在卢森堡的贵族官府里当家庭教师，生活是优裕的。但是他们深感自己是法国人，理应使儿子在祖国的怀抱里教养成人。在李普曼三岁时，尽管主人再三挽留，他的父母还是辞职离开了卢森堡，回到法国，在巴黎文化气氛最浓厚的拉丁区安了家。

李普曼生在这样一个书香之家，父母又都是踏踏实实、谦虚谨慎、有教养的人。他们对待学问的态度是严肃认真、一丝不苟的。这对李普曼思想品德的形成起了潜移默化的作用。李普曼胸怀大志，又能埋头苦干。他在1868年考上了巴黎高等师范学校教育系，但是由于他对数理表现出很浓厚的兴趣，所以在第二年就转入物理系。在此后的10年里，他对物理学各方面都有所探究，特别是对实验物理学做出了很多贡献。1882年，他应聘当了巴黎大学数理教授，后来由于他在实验物理学方面取得了优异成绩而名扬国内外。1886年他被选为法国科学院院士。

1891年，李普曼发明了彩色照片的复制方法，即彩色照相干涉法。该法不用染料和颜料，而是利用各种不同波长的天然颜色。李普曼是这样描述他的彩色照相法的：“把带有灵敏照相胶片的平板放入一个装有水银的盒子中，在曝光期间，水银与该灵敏的胶片接触，形成了一个反射面。曝光后，按照普通方法把感光板进行处理，待该板干了以后，颜色就出现了。这种色彩可以通过反射看见，且永久不褪，这一结果是因为在灵敏胶片内部发生了干涉现象。在曝光期间，入射光与被反射面反射的光线发生干涉，从而在半个波长处形成了干涉条纹。正是这些条纹通过照相法记录在胶片中，从而留下了投射光线特征。当以后用白光照射观察底片时，由于选择反射的原因，底片上的每一点只把那些已记录在其上经过选择了的颜色反射到人们眼中，而其他颜色都通过干涉相消。因此，人们在照片上每一点都看到了像所呈现的颜色，而这仅仅是一种选择反射现象。照片本身是由没有彩色的物质构成的。”

由于这种彩色照相干涉法需要较长的曝光时间，而且产生的颜色不饱和，因而这一方法最终被麦克斯韦的三色照相法所取代，但仍是彩色摄影进展中的重要一步。

李普曼在物理学上造诣很深，研究的范围也很广，特别是电学、热学、光学和光电学的研究，成绩卓著，当时欧洲科学界公认他是权威。

1912年，李普曼被选为法国科学院院长。1921年，李普曼去加拿大和美国讲学，在国外生了病，返回途中于7月13日逝世。

拉曼

拉曼（1888～1970年），因光散射方面的研究工作和拉曼效应的发现，获得了1930年度的诺贝尔物理学奖。

拉曼是印度人，是第一位获得诺贝尔物理学奖的亚洲科学家。拉曼还是一位教育家，他从事研究生的培养工作，并将其中很多优秀人才输送到印度的许多重要岗位。

拉曼1888年11月7日出生于印度南部的特里奇诺波利。父亲是一位大学数学、物理教授，自幼对他进行科学启蒙教育，培养他对音乐和乐器的爱好。

拉曼天资出众，16岁大学毕业，以第一名获物理学金奖。19岁又以优异成绩获硕士学位。1906年，他仅18岁，就在英国著名科学杂志《自然》发表了论文，是关于光的衍射效应的。由于生病，拉曼失去了去英国某个著名大学作博士论文的机会。独立前的印度，如果没有取得英国的博士学位，就没有资格在科学文化界任职。但会计行业是惟一的例外，不需先到英国受训。于是拉曼就投考财政部以谋求职业，结果获得第一名，被授予总会计助理的职务。

拉曼在财政部工作很出色，担负的责任也越来越重，但他并不想沉浸在官场之中。他念念不忘自己的科学目标，把业余时间全部用于继续研究声学和乐器理论。加尔各答有一所学术机构，叫印度科学教育协会，里面有实验室，拉曼就在这里开展他的声学和光学研究。经过10年的努力，拉曼在没有高级科研人员指导的条件下，靠自己的努力作出了一系列成果，也发表了许多论文。

1917年，加尔各答大学破例邀请他担任物理学教授，使他从此能专心致力于科学研究。他在加尔各答大学任教16年期间，仍在印度科学教育协会进行实验，不断有学生、教师和访问学者到这里来向他学习、与他合作，逐渐形成了以他为核心的学术团体。许多人在他的榜样和成就的激励下，走上了科学研究的道路。其中有著名的物理学家沙哈和玻色。这时，加尔各答正在形成印度的科学研究中心，加尔各答大学和拉曼小组在这里面成了众望所归的核心。1921年，由拉曼代表加尔各答大学去英国讲学，说明了他们的成果已经得到了国际上的认同。

1934年，拉曼和其他学者一起创建了印度科学院，并亲任院长。1947年，又创建拉曼研究所。他在发展印度的科学事业上立下了丰功伟绩。拉曼抓住分子散射这一课题是很有眼力的。在他持续多年的努力中，显然贯穿着一个思想，这就是：针对理论的薄弱环节，坚持不懈地进行基础研究。拉曼很重视发掘人才，从印度科学教育协会到拉曼研究所，在他的周围总是不断涌现着一批批富有才华的学生和合作者。就以光散射这一课题统计，在30年中间，前后就有66名学者从他的实验室发表了377篇论文。他对学生淳淳善诱，深受学生敬仰和爱戴。拉曼爱好音乐，也很爱鲜花异石。他研究金刚石的结构，耗去了他所得奖金的大部分。晚年致力于对花卉进行光谱分析。在他80寿辰时，出版了他的专集：《视觉生理学》。拉曼喜爱玫瑰胜于一切，他拥有一座玫瑰花园。拉曼1970年逝世，享年82岁，按照他生前的意愿火葬于他的花园里。

在X射线的康普顿效应发现以后，海森堡曾于1925年预言：可见光也会有类似的效应。1928年，拉曼在《一种新的辐射》一文中指出：当单色光定向地通过透明物质时，会有一些光受到散射。散射光的光谱，除了含有原来波长的一些光以外，还含有一些弱的光，其波长与原来光的波长相差一个恒定的数量。这种单色光被介质分子散射后频率发生改变的现象，称为并合散射效应，又称为拉曼效应。这一发现，很快就得到了公认。英国皇家学会正式称之为“20年代实验物理学中最卓越的三四个发现之一”。

拉曼效应为光的量子理论提供了新的证据。后人研究表明，拉曼效应对于研究分子结构和进行化学分析都是非常重要的。

在光的散射现象中有一特殊效应，和X射线散射的康普顿效应类似，光的频率在散射后会发生变化。频率的变化决定于散射物质的特性。这就是拉曼效应，是拉曼在研究光的散射过程中于1928年发现的。在拉曼和他的合作者宣布发现这一效应之后几个月，前苏联的兰兹伯格和曼德尔斯坦也独立地发现了这一效应，他们称之为联合散射。拉曼光谱是入射光子和分子相碰撞时，分子的振动能量或转动能量和光子能量叠加的结果，利用拉曼光谱可以把处于红外区的分子能谱转移到可见光区来观测。因此拉曼光谱作为红外光谱的补充，是研究分子结构的有力武器。

密集波分复用的关键技术

以光网络构建未来高速、大容量的信息网络系统需要重点解决高速光传输、复用与解复用技术。基于光的分插复用（OADM）技术，网络间的光交叉互连（OXC）技术，集成化的窄带、高速、波长可调的低噪声探测器技术，以及可用于光纤网络干线传输的、速率可达4OGbit/s的、波长可调谐的、高稳定的增益耦合DFB激光器/光调制器的集成光源。

1）光纤传输通常认为单模光纤SMF色散很大，对减少四波混频（FWM）引起的干扰有好处，但需要很多的补偿光纤。实际的实验表明SMF（G.652）和DSF（G.653）用于WDM系统时，其SPM，XPM的危害较小，不像想象的那么严重。过去理论和实验表明DSF光纤的FWM干扰严重，不宜作WDM系统。然而采用喇曼放大后，其放大作用是沿光纤分布而不是集中的，因而发送的光功率可减小，从而FWM干扰可降低，因此WDM在DSF光纤中传输仍能取得较好的效果。偏阵模色散（PMD）、色散补偿是长距离大容量WDM系统必然遇到的问题，如果想得到一个又宽又平的波段。那么对色散补偿器件的色散和色散斜率同时有一定要求。

2）DWDM光源 WDM光网络对光源的要求是高速（大容量）、低啁啾（以提高传输距离）、工作波长稳定，为此要研究开发高速、低啁啾、工作波长可调且高度稳定的光源。从世界范围的发展趋势上看集成光源是首选方案，激光器与调制器的集成兼有了激光器波长稳定、可调与调制器的高速、低啁啾等功能。有多种集成光源：其一是DFB半导体激光器与电吸收调制器的单片集成。其二是DFB半导体激光器与M-Z型调制器的单片集成：也有分布布拉格反射器（DBR）激光器与调制器的单片集成以及有半导体与光纤栅构成的混合集成DBR激光器。

3）DWDM探测器波长可调谐的窄带光探测器是WDM光网络中一种高效率、高信噪比的下载话路的光接收技术。为了使系统的尺寸大大降低，可考虑将前置放大电路和探测器集成在一起。该类器件的每个探测器必须对应不同的信道，所以探测器必须是窄带的，同时响应的峰值波长必须对准信道的中心波长，所以响应带宽必须在一定范围内可调谐。此外要求探测器间的串扰要小。共振腔增强型（RCE）光探测器集窄带可调谐滤波器与探测器于一体，是这类探测器的首选方案。

4）波长转换全光波长转换模块在接入端应用是对从路由器或其它设备来的光信号进行转换，将非匹配波长上的光信号转换到符合ITU规定的标准波长上然后插入到光耦合器中；而当它用于波长交换节点时，它对光通路进行交换和执行波长重用功能，因此它在波长路由全光网中有着非常巨大的作用。宽带透明性和快速响应是波长转换器的基本要求。在全光波长交换的多种（包括交叉增益调制、交叉相位调制、四波混频、非线性光学环镜）技术中，最有前途的全光转发器是在半导体光放大器（SOAs）中基于交叉相位调制原理集成进Mach-Zehnder干涉仪（MZI）或Michelson干涉仪（MI）而构成的带波长转换器，它被公认为是实现高速、大容量光网络中波长转换的理想方案。

在大规模使用WDM组网时，特别是通道调度时，可能需要把某一波长变换为另一波长，或者需要整个波段的变换。Lucent研制的光波段变换器是利用LiNbO3的二阶非线性系数x（2）：x（2）对光波长进行变换的。光波导是周期极状LiNbO3光波导（Periodically poled waveguide）。

5）光放大器为了克服光纤中的衰减就需要放大器。掺铒光纤放大器EDFA已被广泛应用于长距离通信系统中，它能在1550nm窗口提供30nm左右的平坦增益带宽。

对于宽带EDFA放大器特别需要在整个WDM带宽上的增益平坦特性。日前己有基于掺铒光纤的双带光纤放大器DBFA（Dual-band fiber amplifier），其带宽可覆盖1528～1610nm范围。它由常规的EDFA和扩展带光纤放大器EBFA（Extended band fiber amplifer）共同组成。相类似的产品有Bell Lab的超宽带光放大器UWOA（Ultra-Wideband Optical Amplifier），它有80nm的可用带宽可对单根光纤中多达100路波长信道进行放大。它覆盖了C波段（1530～1656nm）和L波段（1565～1620nm）。

英国帝国学院（UK Imperial College）研制了宽带的喇曼放大器。受激拉曼放大（Stimulated Raman Amplify）是在常规光纤中直接加入光泵功率，利用光纤的非线性使光信号放大的。单光泵的喇曼放大的增益带宽较窄，采用波长为1420nm和1450nm两个光泵的喇曼放大器可得到很宽的带宽（1480～1620nm）。喇曼放大的增益可达30dB，噪声系数小于6dB。光泵功率为860mW。

6）光分插复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC）光分插复用器OADMs（Optical Add Drop Muxs）实现在WDM光纤中有选择地上/下（drop or add）特定的任何速率、格式和协议类型的所需光波长信道。它是高速大容量WDM光纤网络与用户接口的界面。OADM一般是复用器、解复用器、光开关阵列的单片集成或混合集成。可调波长工作的OADM器件正在开发之中，并且已取得突破性进展。另外WDM光网络间的交叉互连也将逐步过渡到完全采用光的形式进行。国际上已经有单片集成OXC的实验室工作报道，但是更多的工作是集中在其中的关键器件上，主要有为了解决网络阻塞和合理利用网络资源的波长转换器件。AWG（Array Waveguide Grating）是最适于DWDM复用与解复用以及作为核心器件构成OADM和OXC的新型关键器件。因为AWG可与石英光纤高效耦合使插入损耗很低、能够实现低成本集成。此外，AWG减轻了对光源面阵的集成度的要求，采用多个单波长激光器与其耦合就可以实现DWDM目标。该研究的技术关键在于掌握厚层波导的制备技术，设法避免因应力引入偏振色散，甚至导致器件破裂。

7）光开关光波导开关集成面阵也是构成OXC和OADM的关键部件，实用的光开关阵列，大都是用LiNbO3光波导开关实现的。这种光开关矩阵实现大规模单片集成难度较大，尤其难以与操作电路实现OEIC集成，也有采用SiO2/Si的热光开关，但响应速度较慢，约为毫秒量级，只适用于信道切换，对信元/包的交换，其响应速度不能满足要求，要实现信元/包交换至少响应时间要达到微秒量级。而准实时交换（如在计算机网络中的交换）则要达到纳秒量级。网络中信息资源的利用率决定于OXC的集成规模和运行的灵活程度，所以最终的OXC应当是单片集成的。技术关键是发展高速响应Si基彼导光开关，而利用电注入折变效应构成的SOI型SiO2/Si波导光开关，可以实现小于微秒的光开关运作，有望实现大规模单片集成。

赫茨实验室研制了速度极高的光开关，它可在160Gbit/s的光数据流中取样。其工作原理是：利用波长分别为1302nm、1312nm的两个光脉冲在半导体光放大器中产生的四波混频可对照检查155O nm的光信号脉冲取样。这种高速开关适用于未来从光IP信号中直接提取路由地址，以便实现光IP（IP over Optical）。

基于微电子机械系统MEMS（Micro-elecromechan-ical systems）技术的微镜阵列光开关技术也是技术发展的一个热点。在光网络中使用MEMS技术相对于传统的电子设备具有低成本、快速、体积小、通信容量大，而且具有体积小、灵活可变、对比特率和协议透明、跨越电子限制提高网络速度等优点。但开关速度还达不到要求。微机械技术还可做可变光衰减器，其工作原理是利用静电引力改变微机械中的遮蔽片的位置，以遮蔽光纤的导光面积，从而改变光衰减。该器件可由光信号控制，可用以制作：光衰减器、光功率稳定器、光功率均衡器和光波段开关。

另一种光开关是高分子数字交换器件。采用Polymer高分子材料制作的光波导器件正趋于成熟。高分子材料易于加工，成本低，在电极上施加电压就可控制光信号通过或不通过光波导。存在问题是易于从衬底硅片上脱落、易吸水和老化问题。 光网络可按照物理连接分为环网、网状网、星型网和总线结构。环型拓朴与网状拓扑相比有很多优点，例如：链路分摊的成本低，链路可共享，而且当出现大的突发数据流时可同时使用工作光纤和保护光纤降低路由器的负荷，从而避免了在路由器端的缓存需要。

多波长网络又可分为单跳网和多跳网。在单路网中从源端到目的地的数据流就像一个光流一样穿过网络，在中间任何节点无需电的转换。从光网络选路方式上划分有两种典型的单跳网络：广播与选择网（Broadcast and select network）以及波长选路网（Wavelength routed network）。

广播与选择网是通过无源星型耦合器件将多个节点按照星型拓朴结构连接起来的。基本原理是以广播形式发送，接收端有选择地滤波接收。这种网络主要用于高速局域网或广域网。有两种工作方式：固定波长光发送而使用可调谐的光接收或者接收波长固定而发送波长可调。广播与选择网有两个不足之处：其一是浪费了光功率。发射的光功享送到所有的接受器，不管这个接收器是否是通信对象。这样，对实现通信节点来说，增加了光分流引起的损耗。其二是可扩展性差。N个节点至少需要用N个波长，增加一个节点要增加一个波长，每一个接收器的可调谐范围也要相应增加一个波长，而且不能执行波长重用。

与之相反，波长选路网关键元素是波长途择交换器，它也分为两种：波长远路交换方式和波长转换交换方式。前者是通过改变WDM路由动态地在通信间交换数据信号。后者通过波长转换将数据倒换到另一个波长通道上。

若在节点中采用光开关、波长转换器、可调谐滤波器、阵列波导路由器等光子器件，就可构成灵活的、可扩展的、可重构的光网络结构。 光网络是由光通路将波长路由器和端节点相互连接而构成的。显然每个链路可支持好多信号格式，但它们都被限定在波长粒度上。波长交换机（或波长路由器）构成形式有以下几类：

非重构交换机：每个输入端口和输出端口对应关系是固定的而且波长一致，一旦建成就无法改变。

与波长元关型可重构交换机：输入端口和输出端口的对应关系可以动态重构，但这种关系与波长无关。即每一个输入信号都有一些固定的输出端口。

波长选择型可重构交换机：它同时兼有端口的动态重构和依据输入波长的选路功能。

给定一个网络的物理拓扑和一套需要在网络上建立的端到端光信道，而为每一个带宽请求决定路由和分配波长就是波长途路由问题。光网络中波长路由问题主要有3类：

一是在不使用全光波长变换模块时，实现自适应网络波长和路由的动态分配（RWA）问题，解决途径是确定优化判据、波长和路由的分配算法。也包括在所需系统代价最小的情况下故障恢复路由的动态自愈恢复算法。

二是在有全光波长变换模块时，利用波长变换模块如何降低波长堵塞的算法研究，包括使用波长变换模块后系统性能增加和波长路由光网络拓扑结构、网络尺寸的关系。

另外要实现真正的自适应路由和波长分配，还必须考虑业务流量制约下的选路问题。最理想的情况是DWDM光网络节点监测光信道上的业务流量，根据使用情况按照相应算法增加/减少光信道数量和提高/降低光信道数据速率。

光网络独一无二的属性是可以实现波长路由，通过网络中的信号路径由波长、源信号、网络交换的状态信息以及选路中的波长改变信息等来共同决定。图2表示了一种基于波导光栅路由器（WGR）的波长选路网中光路的建立过程。WGR节点通过波长路由算法分配波长，波长转换器的应用可增加网络的灵活性。

波长分插复用（WADM）可与路由器直接连接，使得在两者之间建立光路径成为可能。由于Internet数据在发达和接收信道上具有很高的不对称性，因此依据对称的话音业务设计的现有通信系统不能适应这种非对称业务。而直接将路由器与分立波长相连的一个优势是光学系统能够直接根据Internet数据的流量情况在以波长为基础的光域上执行相应的流量疏导功能。 由于DWDM系统提供的相互不存在时间关系的不同波长的复用，因此不需类似于SONET中的时钟系统。然而要保证传输质量，也许在WDM系统中仍需要同步技术。

光纤可非常容易地实现安全性连接。量子密码（Quantunm cryptography）技术使用最基本的量子互补（quantum complementarity：基于粒子与波在行为上互斥的同时又是完全描述一种现象的密不可分的两个要素）原理就是其中之一，它允许相距较远的两个用户使用共享的随机比特序列作为密码通信的密匙。十分复杂的传统加密措施是通过复杂和强度很大的数学运算来实现的，与其相比分布量子密码QKD（Quantum Key Distribution）技术，正像它的名字所表示的那样提供了一种新型的基于基本的物理原理来保护和加密有用信息的有效方法。 与点到点WDM系统相比，WDM光网络的一个重要特点是网络中同一参考点各信道的功率不同。在端到端WDM系统中，信号发送端处各波长的功率是相等的。而在光网络中，从本地节点上路的光信号与其它传输了不同距离、从而有不同光功率的一些信号复用在一起传输。即使是复用在一起传输的光信号，传输一段距离后，由于EDFA、光滤波器和光开关等器件对各波长的响应略有不同，它们的功率也可能不同。不同功率的波长信号经过级联EDFA系统后，某些波长的功率将可能进一步降低，使该信道性能恶化。此外由于光网络的上下话路、重新配置或网络恢复等原因。使进入节点的各个波长通道的光功率也存在差异，由于光信号要经历多个节点和链路，各个波长通道之间的光功率差异产生累积，导致各个光信道的信噪比下一致，使得系统服务质量受到影响，甚至使某些信道劣化到不可接受的水平。因此在光网络中有必要在节点对每个波长的光功率进行均衡，以保证通信质量。

光网络中通道的不均衡性可严重恶化网络性能，因此通道的均衡性是光网络性能好坏的重要依据，已经提出了许多均衡方案，如AOTF滤波器、MZ滤波器、F-P滤波器调谐方案，以及衰减器调谐方案等，这些方案都是利用光元源器件如可调衰减器以及有源器件如SOA的基于通道级均衡。一种方法是在终端机上的OMUX盘对输入的多路光信号进行中断检测，这一消息被监控系统处理后，将通过监控信道通知到全线各站点，控制各站的光放大器的输出动率。另一种方法是在各种光放大器盘上均设计有输入、输出光信号监视点，通过监控子架，实现对线路信号中各波长通道的集中监视和分析，即从光放大器盘的光监视点引入光信号，进行在线分析，可获知任一波长通道的工作状态，如光功率大小、光波长值、光通路的信噪比等重要参数。当功率监测点位于0XC/OADM中功放EDFA之前，监测并调整各个信道中的信号功牢或信号与噪声的总功率时，这种方案对于各个通道的不均匀性具有很好的均衡效果。但是，如果整个复用段的光功率发生波动，会导致所有受影响的通过都进行相应的调整，这不仅增加了调整时间，还使调节过程复杂化。链路支持的波长数目增多时情况尤为突出。此外，在特定情况下（若通过均衡能力已经达到极限），仅靠通道级均衡无法实现功率均衡。因此为适应网络配置、网络重构对各个光通道的影响，WDM光网络中光功率均衡是WDM光网络一个重要研究内容。 光网络节点要支持光联网，必然要有对光通路的OAM（操作、管理与维护）信息，因此就必须具有开销处理能力。对开销的载送方式有随路和共路两种，各有优缺点。而提供开销的方法有3种：副载波调制（SCM），例如利用引示音（Pilot Tones）；光监视通道（OSC）；数字“包封器”（Digital“Wrapper”）。

WDM系统如何与IP网结合以传送IP信息（通称IP 0ver WDM），是一个极其重要的问题，因为不久的将来IP数据业务会占主要地位。当不使用SONET/SDH设备而要实现直接的IP 0ver WDM，则需要考虑在原来的SONET/SDH中执行的某些功能（如各种开销字节的处理）如何在新型系统中来实现。一种方案是：光的通过开销有两部分，一部分在光容器帧结构内，它对应SONET/SDH的段开销，另一部分不在帧内，而是用调制的导频（pilot tone）另外传送，光层只具有WDM的复用功能。

光联网技术提供在光层上的传送组网技术，例如在光通路（OCh）层上作OCh的快速路由和交换；为了以光通路组网，就需要具有管理频（率）隙（slot）的能力（正像在现有网中管理时隙一样），这里一个频隙就是一个光通路。 在传统的点到点波分复用（WDM）系统中，由于波长选择器件（如波分复用器/解复用器和可调谐光滤波器）性能的不完善，相邻波长信道之间会产生串扰，这种串扰被称为异频串扰。它是一种加性串扰，表现为在信号上叠加了一定功率的噪声，恶化了信号的消光比。构成光网络时这种串扰的影响下去积累，且在接收机前加光滤波器可以将其滤掉，因此对系统的影响较小。

而在以波分复用传输和波长交叉连接（OXC）为基础的WDM光网络中，当不同输入链路中同一波长（频率）的信号被送入同一光开关，根据需要完成光交叉连接后，再送入相应的波分复用器中。由于器件性能的不完善，一个信道的信号经过交叉器件后会包含其它信道的串扰。当多个信道重新耦合到一起时异频串扰就会转化为同频串扰，即与信号光频率相同的串扰。它可以是不同链路中相同波长间的串扰或同一信号与自身的串扰。当光通道经过多个OXC时，由于每个OXC中波长选择器件的作用，异频串扰不会随着节点数的增加而积累。而同频串扰和信号在同一个波长信道内，不受波长选择器件的影响，将随着节点数的增加而下断积累。因此同频串扰需要着重研究。

OXC引入的同频串扰可以分为相于串扰（串扰光的相位与主信号相关）和非相干串扰（串扰光的相位与主信号不相关）。当主信号的一部分能量经过OXC变成串扰时，串扰光信号与主信号可能相干。这主要由串扰光信号和主信号的传输时延差与激光器的相干时间决定。当传输时延差小于激光器相干时间时，这种同频串扰就成了相干串扰。为了减小串扰对系统的影响，在设计OXC时应该使不同光路的时延差大于激光器的相干时间。

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