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英文名称:Semiconductor Optoelectronics
主管单位:信息产业部
主办单位:中国电子科技集团第四十四研究所
出版周期:双月刊
出版地址:重庆市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:1001-5868
国内刊号:50-1092/TN
邮发代号:
发行范围:
创刊时间:1976
期刊收录:
CA 化学文摘(美)(2009)
SA 科学文摘(英)(2009)
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
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)
中文核心期刊(1992)
期刊荣誉:
Caj-cd规范获奖期刊
联系方式
2013年新入选 CODE 期刊名称
T101 化工进展
T532 化工科技
T146 化工设备与管道
T007 化工学报
T009 化学反应工程与工艺
D604 化学分析计量
T025 化学工程
T567 化学工程师
T076 化学工业与工程
T501 化学工业与工程技术
D506 化学进展
D011 化学试剂
D018 化学通报
D030 化学学报
D501 化学研究
D037 化学研究与应用
T931 化学与黏合
T553 化学与生物工程
Z017 环境保护科学
Z005 环境工程
Z021 环境工程学报
D024 环境化学
Z554 环境监测管理与技术
Z506 环境科技
Z004 环境科学
Z003 环境科学学报
Z002 环境科学研究
* Z521 环境科学与管理
Z025 环境科学与技术
H049 环境昆虫学报
Z035 环境卫生工程
Z019 环境污染与防治
Z031 环境与健康杂志
G882 环境与职业医学
G656 环球中医药
M631 黄金
Y040 火箭推进
N005 火力与指挥控制
N007 火炸药学报
X011 机车电传动
N069 机床与液压
N672 机电工程
R099 机电一体化
S004 机器人
N040 机械传动
M004 机械工程材料
N051 机械工程学报
N050 机械科学与技术
N057 机械强度
N047 机械设计
N054 机械设计与研究
N028 机械设计与制造
N053 机械与电子
N682 机械制造
N515 机械制造与自动化
G003 基础医学与临床
H245 基因组学与应用生物学
R025 激光技术
F045 激光生物学报
参考文献
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关键词:光电信息;教学实践;创新能力;教育教学模式
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)17-0237-02
一、工程实践教学模式现状分析
光电信息技术是光学工程、激光、光电检测、光电子学、信息光学、信号处理、电子学、通信和计算机技术互相渗透而形成的一门高新技术学科,是实践性很强的学科领域。加强教学的实践环节、强调工程设计的基本能力训练、引领学生的创新倾向是培养光电人才的关键。以设计为导向的实践环节在专业课程教学中必不可少,而且起着相当重要的作用。1989年,麻省理工学院提出了“回归工程”新观念,很快就得到了包括世界大学的普遍认同。回归工程主要指将普通工科高校的一切工作回到以技术创新为中心的素质教育。与国外大学相比,目前我国工程类专业的培养模式和课程设置体系存在诸多缺陷,突出表现在学生工程训练不足、学生学习被动等方面,对实践课程的认知和重视程度欠缺,而且普遍缺乏校内和校外实习基地。因此,学校教育与行业、企业对人才的需求脱节。为了改变这一现状,实现先进的教育理念,培养具有广阔视野和学科前瞻性的创造型人才,以设计为导向的实践教学在国内的专业课程教学越来越得到广泛重视。清华大学和浙江大学分别于1996年和1998年开展了大学生科研训练计划,之后,已有多所大学把培养创新型人才作为重要举措。就深圳大学而言,近两年来我校和学院每年均有大量经费投入,每年均有创新项目和各类设计项目立项,给一部分学生创造了进一步参与训练的机会,这对于本科生较早进入研究和设计领域,锻炼自己的实践能力、团队合作能力与创造能力具有不可或缺的作用。
二、关于光电信息技术教学模式的初步设想
光电信息技术是光电信息工程专业本科生需要掌握的基本专业技术,光电信息工程专业目前开设内容以工程光学、光电子技术、激光原理、光电检测、成像与显示技术等课程作为核心点构成光电信息工程的专业知识体系。大学一、二年级学生,尤其是一年级学生,在思想上和发展方向上,正处于一个转变期,这个阶段的学生开始独立的生活和学习,急需尽快适应大学学习生活,确立能实现自身价值的目标,找到适合自己的学习方法和生活方式。按照他们所接触和感兴趣的事物的不同,学生的关注点和发展方向开始出现向多方向分化的趋势。而通常专业教学计划中大学二、三年级仍然以公共基础课和专业基础为主,这些课程是最佳知识结构的重要基石。但是,这些课程一时还不能够体现社会的实际需要和专业知识的特色。为了在这一转型时期使学生把基础课与专业课衔接好,尽快明确专业技术的学习目标,激发学习动力和兴趣,对光电信息技术有基本的认识,产生学习的兴趣和自信心,激发学生自主学习的热情,并指导学生今后在专业上的发展,我们结合课程教学适时开展以设计为导向的光电信息技术科研训练。主要是引导学生了解专业技术的特点,建立对工程和科技的认知,了解专业领域研究的一些技术手段,研究方法和仪器设备,增加学生的感性认识,以期提高学生的综合素质和实践能力。具体做法是,教师结合自身的科研和研究体会,让学生们真切的感受到实际的创新过程,实现科研成果尽早进课堂。通过以设计为导向的教学实践,使同学们学会将知识融会贯通,提升创新思维,活跃学习氛围,增加学习兴趣,启发和发现学生的非常规思维,萌发创新的念头。为了适应本科生的能力和认知程度,把科研项目中一些与专业基础课程内容的联系提取出来,向学生提出问题,引领学生思考。如果学生能够提出一些合理方案和新想法,都可以作为创新的思路加以培养,并可以让学生带着问题进入专业课学习。由于本项目参与的学生年级低,所以要引导学生逐步认识科学实践的过程和基本素质要求,其次体现在对设计、实验方法的指导。通过引导、启发学生,多指方向、办法,少给答案,让学生主动进行多方面的学习,积极思考,综合分析。
三、以设计为导向的教学模式探索与实践
实践教学中,围绕超快光电信号的探测分析为主题,以QUANTELYAG皮秒激光器为信号源,选取学生熟悉的CCD摄像机图像信息技术为背景,通过讲解、实验、制作、科技写作和展示等五个需要学生动脑思维,动手制作的教学环节,从思想、兴趣和学习方法等各个方面对学生加以引导和教育,鼓励学生认真学好第一阶段的课程,掌握必要的知识。主要包括以下几个方面。
1.选择所要了解和研究的光电信息探测分析技术专题。学生独立完成科技创新活动的第一步就是选题,这要求学生具备初步的专业常识,并要掌握一定的实际工作方法和手段,综合运用自身的智力和能力。
2.相关文献检索和综述。在教师指导下,学生通过检索阅读有关的文献资料,学习和补充与选题相关的理论知识和技术,在阅读文献的基础之上了解在所选题目领域中的科技动态及发展现状。在这一环节中,学生应能学习到文献检索方法、归纳判断能力和灵活运用知识的能力。
3.方案对比、论证和确定。学生首先要清楚光电检测方案的基本思想,提出几个检测备选方案,然后通过对比,对选题的可行性、可实现性以及选题的实际意义进行论述。学生经过在学习中讨论,能够增长知识,提高自学能力。在选定题目后,指导教师重点指导学生经过分类、甄别、遴选查阅检索与光电信息技术研究课题相关的文献资料,初步提出一些自己的研究设想。
4.设计、计算及仿真。在本环节中,学生按照教师的指导和讲授,对光电探测器件的各种参数进行必要的计算或仿真,将设计方案落实到实际可用的具体成果。
5.实验。教师帮助学生进行理论模拟和实验,但注意充分发挥学生的创造性和主观能动性。依据实验框图、光路图和软件流程图,学生自己动手,完成一系列的原始试验和原理演示验证实验。在实验过程中,体会学习知识点,发现问题,记录工作的过程和实验数据,并对实验结果进行分析和判断。并对结果进行分析处理,运用分析、比较、归纳等思维方法,从而得出具有意义的研究结论。
【关键词】微纳光纤环谐振器;归零、非归零;转换;设计
1.引言
微纳光纤环谐振器的研究在传感和原子物理等方面的研究比较多,但是关于全光信号处理方面的理论还很少见,文章首先介绍了全光码型转换的技术背景,然后分析光子器件从归归零码至非归归零码的转换的可能性,并分析与之相关的研究,为拓展其理论研究贡献一份力量。
2.全光码转化的技术背景研究分析
在时域光场强度在每个比特时隙都要回到零至归零码,而在比特时隙内光场强度始终保持在“1”位,即高电平。归零码具有低占空比和较低的平均功率,可以通过在相邻比特时隙内提高通信容量,可以容忍链路中的非线性,适合应用在光时分复用技术中。而非归零码具有较小的光谱宽度,在对光谱效率要求高的密集波分复用技术中较为常用。
在现有的光通信网络中包括骨干网、接入网和城域网,骨干网可以实现相隔遥远的城际之间的高速大容量通信,采用的是归零码的OTDM技术;而城域网规模小、传输的距离短,可采用非归零码的DWDM技术。而在城域网和骨干网之间的接口处,需要进行归零码与非归零码的转换,如图1所示,而论文研究的背景正是基于此。最早的归零码到非归零码的转换在1996年就已经开展,当时已经实现了归零码到非归零码转换的1Gb/s的速率。而到了2008年,意大利的G.Contestabile等研究者利用SOA实现了40Gb/s的归零码到非归零码的转换,随着码流的速率不断提高,其转换的信道数也在增加。
图1 骨干网与城域网的光通信网络
3.基于微纳光纤环谐振器归零到非归零码转换的原理分析
3.1 归零码和非归零码的产生极其频谱特性分析
归零码和非归零码是当前应用最广泛的两种OKK码,归零码与非归零码都有成熟的生成方法,通常产生的方法有三种:EAM、DML和MZM。EAM是利用电吸收调制器进行调节,外加电压可以改变其PIN异质节的禁带宽度,改变器件吸收边界波长,控制光载波的通断。EAM的驱动电压值为2v,产生占空比很小的光脉冲,但是EAM典型的动态消光比小于10dB,限制了其使用。DML是对激光器进行直接调制,也是最为简单的一种电信号加载在光载波的方法,DML的实现成本低,体积小,易集成,但在工作时会有色散引起信号畸变的情况。
MZM是利用马赫-曾德调制器进行的,基于干涉原理,在马赫-曾德干涉的基础上,利用材料的Pocket光电效应,可以改变其内部光场的相位,通过加在马赫-曾德上下两臂的电压V1和V2,得到可变的相位差,输出光场发生相长干涉和相消干涉,对输入的光场进行调制。非归零码的产生只需要一个MZM,归零码的产生直接由电的归零码脉冲直接加在MZM上进行调制,也可以在光非归零码的基础上,再经过另一个正弦射频信号驱动的MZM进行脉冲切割而得到。
对比归零码和非归零码的频谱,除了频谱宽度不同之外,二者之间最大的区别是归零码在比特速率的n倍频率处的线状谱很强,但非归零码没有此类的现象。要实现归零码向非归零码的转换,可以对归零码的光谱进行滤波,使其光谱近似与非归零码的光谱形状。
3.2 微纳光纤环的滤波特性对归零码到非归零码的转换的影响
基于微纳光纤环谐振器,可以实现归零码到非归零码的转换,微纳光纤环谐振器具有滤波特性,使周期性的波谷对准归零码光谱载波两边的边带,这些边带会被消除,然后用OBF对光谱进行瘦身,使光谱的形状接近于非归零码的光谱。从归零码到非归零码的装换的原理如图2所示。
图2 基于归零码到非归零码的转换
归零码经过MRR和OBF的转换,在得到非归零码的波形时,由于滤波的操作,会有一部分能量的损失,所以得到的非归零码的功率要小于最初的归零码。而经过研究发现,占空比较大的归零码经过MRR后的波形更加接近于非归零码,但无论归零码占空比的大小,都可以经过该方案得到非归零码。随着MRR的消光比的减小,非归零码信号的品质因子下降非常缓慢,当消光比小于5dB时,才有比较明显的衰竭趋势。当MRR的精细度较小时,非归零码的品质因子随着MRR精细度的减小而下降。但当MRR的精细度较大时,即使其逐渐增加,非归零码的品质因子增加的会逐渐缓慢,并趋于饱和,因而只是增加MRR的精细度作用非常小。
3.3 基于微纳光纤的归零码到非归零码型转换的实验研究
归零码到非归零码的转换可以通过MRR和QBF装置来实现,首先产生归零码,产生的归零码经过光纤放大器和可调谐衰减器的控制之后,在经过装换进入MRR的光场偏振态。进入MRR的光场的偏振态,不会改变其透射谱的形状,谐振凹陷也不会发生漂移,可以发现归零码经过MRR并不会产生偏振。经过试验的结果证明,利用微纳光纤可以实现归零码到非归零码的转换,并可以针对不同的信号速率进行调谐。通过实验证实了归零码到非归零码的转换切实可行,并且可以针对不同速率具有可调谐性,与多数的研究相比,在本研究中,归零码到非归零码的转换是由无源的操作进行的,不会造成噪声和码型效应,并且对输入功率、偏振态和输入光的波长等均不敏感,具有更高的品质因子。该方案可以根据输入的归零码型号的比特速率,进行MRR的调节,完成归零码到非归零码的码型转换。
本研究模拟了利用微纳光环谐振器进行归零码到非归零码的转换,分析了其中的消光比、精细度和失谐量对非归零码信号的质量的影响,论证了从归零码到非归零码转换的可行性,并得到高质量的信号。
4.结束语
归零码到非归零码的转换在通信网络中的应用具有重要的作用,从非归零码到归零码的转换已有较成熟的研究,但关于与之相反的归零码到非归零码的研究还不是非常充分,研究上的共识也不足。文章限于笔者的学术研究水平,某些论述的深度具有一定的不足,需要进一步的深入探讨,如不同速率的归零码信号的转换的影响等,需要继续研究分析。
参考文献
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