半导体激光器在光网络中的应用.docx

1、半导体激光器在光网络中的应用半导体激光器在通信网络中的应用一、 通信系统框图（10分）二、 电信系统中电源及PN结的地位（10分）三、 电子集成电路的瓶颈（10分）四、 电子器件、光电器件以及全光器件全光网络（20分）五、 半导体激光器原理（15分）六、 半导体激光器的光源和双稳态（20分）七、 各种新型激光器在未来通信网络的研究现状（调谐特性、双稳特性、量子纠缠态）（15分）八、 现代通信的传输理论低频电子电路高频电路电磁场理论量子信息。（10分）共110分钟1小时50分注意收集图片和以简洁的PPT讲解。一、通信系统概述1、通信系统模型通信就是由一地向另一地传递消息，消息的传递是利用通信系统

2、来实现的。通信系统是指完成通信过程的全部设备和传输介质。通信系统有各种各样的形式，其具体设备和业务功能也各不相同。但是，经过抽象和概括，一般都可以用图1.1所示的模型来描述。图1.1 通信系统模型其中，信源的作用是产生（形成）消息。消息有多种形式，如符号、文字、语音、音乐、数据、图片、活动图像等。消息带有送给收信者的信息。因此，消息是载荷信息的有次序的符号序列（包括状态、字母、数字等）或连续的时间函数。前者称为离散消息，如书信、电报、数据等；后者称为连续消息，如语音、图片、活动图像等。这里“离散”或“连续”是指时间上的离散或连续。发信机的作用是将消息转换为适合在信道中传输的信号。信号是消息的直

3、接反映，与消息一一对应，因此，信号是消息的载荷者。在电信系统里，它可以由电压、电流或电波等物理量来体现。通信系统中传输的信号，当它为时间的连续函数时，称为“连续信号”，亦称为“模拟信号”；而当载荷信息的物理量（如电信号的幅度、频率、相位等）的改变，在时间上是离散的时，则称为“离散信号”。如果不仅在时间上离散，而且取值也离散，则称之为数字信号。信息转换为信号，通常要经过三个步骤，即变换、编码、调制。它们可以分别进行，也可以同时进行。所谓变换，就是将表达消息的非电量的变化变换为电量的变化。例如电话就是利用送话器把话音压力的变化变换为相应的电流变化。通常要求这类变换设备具有线性特性，即相应与作用成正

4、比。所谓编码，是指在数字通信系统里，为了某种目的而对数字信号进行的变换。例如用来提高传输有效性的信源编码，用来提高传输可靠性的纠错编码以及用来保密的保密编码等。进行编码的设备称为编码器。调制在通信系统中主要用来变换信号。从消息变换过来的原始信号称为基带信号（或低通信号），它的特点是其频谱由零频附近开始延伸到某个通常小于几兆赫的有限值。在某些系统中（如市话系统、计算机网络等），基带信号可以直接传输，称为基带传输。但大量的通信系统需要调制，将基带信号变换为更适合于信道传输的形式。例如无线系统中，基带信号必须变换到射频波段才能进行有效的传输，即使在有线信道，有时也需经过调制使信号频率和信道的有效传输

5、频带相适应。调制对通信系统是至关重要的，调制方式在很大程度上能决定系统可能达到的性能。信道在此是指将信号由发信机传输到收信机的媒介或途径（通道）。信道的这类很多，概括起来有两类，即有线信道和无线信道。信道的传输特性对通信质量有直接影响。在通信系统中，噪声来源很多，它散布在系统各点，为了分析方便，在图1.1中将噪声源集中表示在一个方框里。收信机的作用与发信机相反：完成解调、解码等任务，将信号转换为信息。收信者是消息传输的对象，它的作用与信源相反。信源和收信者可以是人，也可以是设备，有时也把它们叫着发终端和收终端。图1.1所示的模型是对各种通信系统的简化概括，它反映通信系统的共性。根据所研究的对象

6、或关心的问题不同，可有不同形式的具体的通信系统模型。例如，对于模拟通信系统，图1.1可具体化为图1.2。图1.2 模拟通信系统模型在模拟通信系统中，发信机简化为调制器，收信机简化为解调器，主要是强调在模拟通信系统中调制的重要作用。从原则上讲，调制和解调对信号的变换起着决定性的作用，它们是保证通信质量的关键。至于其他处理过程都可以看做是理想的，可将它们合并到信道中去。对于数字通信系统，图1.1可具体化为图1.3。其中信源编码是用来提高传输有效性而对信号采取的处理功能。前面提到的数字加密在此归并到了信源编码器中。信道编码是为了提高传输可靠性的纠错编码。图1.3 数字通信系统模型应当指出，实际数字通

7、信系统并非必须包括图1.3中所有环节，如基带传输系统就不包括调制与解调环节。至于采用哪些环节，取决于具体的设计和要求。此外，在数字通信系统中同步系统是不可缺少的。但因它的位置往往不是固定的，因此图中没有画出。最后应该指出，虽然本节提供的是通信系统最简化的模型，但是它们却决定着通信系统的质量。2、传输介质通信线路传输介质是通信系统中连接收发双方的物理通道，也是通信过程中消息传送的载体。传输介质分为硬传输介质和软传输介质两类。硬传输介质包括：双绞线、同轴电缆、光缆等。软传输介质包括：无线电波、激光、红外线等。通信线路是将电信号从一个地点传送到另一个地点的传输媒质。在有线电信中，它是传送电信号的导线

8、，叫做电信线路。系统的传输特性和质量，不但与信号性质有关，还与介质的特性有关。当采用硬传输介质时，介质本身的特性对传输极限的影响极为重要。例如，介质本身的带宽就限制了系统的带宽。对于软传输介质，发送信号的带宽对传输特性影响起决定作用。因为带宽不同，允许的数据传输速率也不同，带宽越宽，数据传输速率越高。电信线路的发展，大体上经历了架空明线、对称电缆、同轴电缆、光缆等主要阶段。双绞线分为屏蔽型（STP）和非屏蔽型（UTP），输入阻抗有100和150两种。双绞线的带宽取决于铜线的粗细和传输距离。用于传输模拟信号，每隔5km6km需要一级放大；用于传输数字信号每隔2km3km就要用转发器转发一次。双绞

9、线用于远程中继线时，最大传输距离为15km，用于局域网时，与集线器间的最大距离为100m。双绞线的抗干扰性能取决于双绞线电缆中相邻线对的扭曲长度及适当的屏蔽。双绞线（也称为对称电缆）通常能传送频率为4MHz以下的电信号。为了传送更高频率的电信号，出现了一种新型结构的电缆，叫做同轴电缆。同轴电缆的特性由内外导体和绝缘层的电参数、机械尺寸等决定。可据频率特性分为视频（基带）电缆和射频（宽带）电缆。基带同轴电缆用于数字数据信号的直接传输；宽带同轴电缆用于传输高频信号，利用频分多路复用技术可在一条同轴电缆上传送多路信号。一条同轴电缆上可同时开通10080和13200路电话。同轴电缆特性阻抗有50和75

10、两种。50同轴电缆只用于传输数字基带信号，数据速率可达10Mb/s。无线电工程多用75的宽带电缆，用于传输模拟信号。基带同轴电缆的最大传输距离一般不超过几千米，而宽带同轴电缆的最大传输距离可达几十千米。由于同轴电缆比双绞线屏蔽性好，故其抗电磁干扰能力强，能在更高速率上传输更远的距离，维护使用亦方便。1970年，由于用于通信的激光器和光导纤维（光纤）相继研制成功，使通信传输媒体的容量进一步扩大。1976年，美国在亚特兰大用含有144根光纤的光缆建成了一条光纤通信实验系统。1988年，第一条横跨大西洋的海底通信光缆敷设成功。成为欧美两大洲之间的骨干通信线路。光缆是有线传输介质中性能最好、最具发展前

11、途的一种。光导纤维通过内部全反射来传输光信号。光纤分为多模和单模两类。光纤对数据的传输是利用光脉冲的有无来代表数据的1和0的。典型的光纤传输系统如图1.4所示。图1.4 光纤传输系统在发送端，可用发光二极管或激光二极管将电流脉冲转换成光脉冲，然后耦合到光纤中进行传输。在接收端，利用光电二极管把光纤中传输来的光脉冲再转换为电信号。光纤具有频带宽、损耗小，数据传输速率高，误码率低，安全保密性好等特点，因此是一种最具有发展前途的有线传输介质。1962年，在北京和石家庄之间开通了我国设计制造的60路载波长途高频对称电缆。1976年，我国开通了自己设计制造的1800路京沪杭同轴电缆线路，同年还建成了中国

12、上海与日本熊本县之间的海底同轴电缆线路，可以开通480路电话。1978年，我国研制成功通信光缆，80年代以后逐渐用于长途通信线路，成为我国的主要通信手段。世界海底光缆分布图海底光缆是国际互联网的骨架。光缆的多少，代表一国与互联网的联系是否紧密。从地图上可以看到，中国大陆的海底光缆连接点只有三个，因此非常容易对出入境的信息进行控制。第一个是青岛（2条光缆）。第二个是上海（6条光缆）。第三个是汕头（3条光缆）。由于光缆之间存在重合，所以实际上，中国大陆与Internet的所有通道，就是3个入口6条光缆。1. APCN2（亚太二号）海底光缆带宽：2.56Tbps长度：19000km经过地区：中国大陆

13、、香港、台湾、日本、韩国、马来西亚、菲律宾。入境地点：汕头，上海。2. CUCN（中美）海底光缆带宽：2.2Tbps长度：30000km经过地区：中国大陆，台湾，日本，韩国，美国。入境地点：汕头，上海。3. SEA-ME-WE 3（亚欧）海底光缆带宽：960Gbps长度：39000km经过地区：东亚，东南亚，中东，西欧。入境地点：汕头，上海。4. EAC-C2C海底光缆带宽：10.24Tbps长度：36800km经过地区：亚太地区入境地点：上海，青岛5. FLAG海底光缆带宽：10Gbps长度：27000km经过地区：西欧，中东，南亚，东亚入境地点：上海6. Trans-Pacific Exp

14、ress（TPE，泛太平洋）海底光缆带宽：5.12Tbps长度：17700km经过地区：中国大陆，台湾，韩国，美国入境地点：上海，青岛作为比较，台湾有9条光缆，香港和韩国各有11条光缆，而日本至少有11个入口15条光缆。无线传输利用大气作为传输介质。目前主要采用三种无线传输技术：微波、红外线和激光。微波信道的频率范围通常认为是2GHz40GHz。由于频带宽，数据传输速率高，对于不同建筑物之间的局域网互联特别适用。目前，微波传输已在无线局域网技术中得到了广泛应用。微波的特点是直线传播。由于地球表面是曲面，微波在地面远距离传输时，必须通过中继接力来实现。卫星通信也是利用微波频带。由于卫星通信具有通

15、信距离远、费用与通信距离无关、覆盖面积大、不受地理条件的限制、通信带宽宽等优点，是国际干线通信的主要手段。20世纪90年代以来，随着小卫星技术的发展，出现了中、低轨道卫星移动通信的新方法，作为陆地移动通信系统的补充和扩展，与地面公用通信网有机地结合起来，可实现全球个人移动通信，空间卫星通信网也将对计算机网络技术的发展产生重要的影响。红外和激光也像微波一样沿直线传播。这三者都需要在收发之间有一条视线通路。三者对环境气候较为敏感，例如对雨、雾、雷电等。相对而言，微波对一般雨和雾的敏感度较低。二、传统通信系统从本世纪20年代至40年代，为早期发展阶段。在这期间，首先在短波几个频段上开发出专用移动通信

16、系统，其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统。该系统工作频率为2MHz，到40年代提高到3040MHz可以认为这个阶段是现代移动通信的起步阶段，特点是专用系统开发，工作频率较低。 从40年代中期至60年代初期。在此期间内，公用移动通信业务开始问世。1946年，根据美国联邦通信委员会(FCC)的计划，贝尔系统在圣路易斯城建立了世界上第一个公用汽车电话网，称为“城市系统”。当时使用三个频道，间隔为120kHz，通信方式为单工，随后，西德(1950年)、法国(1956年)、英国(1959年)等国相继研制了公用移动电话系统。美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问题。这一阶段的特点是从专用移动网

17、向公用移动网过 渡，接续方式为人工，网的容量较小。 从60年代中期至70年代中期。在此期间，美国推出了改进型移动电话系统(1MTS)，使用150MHz和450MHz频段，采用大区制、中小容量，实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网。德国也推出了具有相同技术水平的B网。可以说，这一阶段是移动通信系统改进与完善的阶段，其特点是采用大区制、中小容量，使用450MHz频段，实现了自动选频与自动接续。 从70年代中期至80年代中期。这是移动通信蓬勃发展时期。1978年底，美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统(AMPS)，建成了蜂窝状移动通信网，大大提高了系统容量。1983年，首次在芝加哥投入

18、商用。同年12月，在华盛顿也开始启用。之后，服务区域在美国逐渐扩大。到1985年3月已扩展到47个地区，约10万移动用户。其它工业化国家也相继开发出蜂窝式公用移动通信网。日本于1979年推出800MHz汽车电话系统(HAMTS)，在东京、大胶、神户等地投入商用。西德于1984年完成C网，频段为450MHz。英国在1985年开发出全地址通信系统(TACS)，首先在伦敦投入使用，以后覆盖了全国，频段为900MHz。法国开发出450系统。加拿大推出450MHz移动电话系统MTS。瑞典等北欧四国于1980年开发出NMT450移动通信网，并投入使用，频段为450MHz。 这一阶段的特点是蜂窝状移动通信网

19、成为实用系统，并在世界各地迅速发展。移动通信大发展的原因，除了用户要求迅猛增加这一主要推动力之外，还有几方面技术进展所提供的条件。首先，微电子技术在这一时期得到长足发展，这使得通信设备的小型化、微型化有了可能性，各种轻便电台被不断地推出。其次，提出并形成了移动通信新体制。随着用户数量增加，大区制所能提供的容量很快饱和，这就必须探索新体制。在这方面最重要的突破是贝尔试验室在70年代提出的蜂窝网的概念。蜂窝网，即所谓小区制，由于实现了频率再用，大大提高了系统容量。可以说，蜂窝概念真正解决了公用移动通信系统要求容量大与频率资源有限的矛盾。第三方面进展是随着大规模集成电路的发展而出现的微处理器技术日趋

20、成熟以及计算机技术的迅猛发展，从而为大型通信网的管理与控制提供了技术手段。 从80年代中期开始。这是数字移动通信系统发展和成熟时期。 以AMPS和TACS为代表的第一代蜂窝移动通信网是模拟系统。模拟蜂窝网虽然取得了很大成功，但也暴露了一些问题。例如，频谱利用率低，移动设备复杂，费用较贵，业务种类受限制以及通话易被窃听等，最主要的问题是其容量已不能满足日益增长的移动用户需求。解决这些问题的方法是开发新一代数字蜂窝移动通信系统。数字无线传输的频谱利用率高，可大大提高系统容量。另外，数字网能提供语音、数据多种业务服务，并与ISDN等兼容。实际上，早在70年代末期，当模拟蜂窝系统还处于开发阶段时，一些

21、发达国家就着手数字蜂窝移动通信系统的研究。到80年代中期，欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网(GSM)的体系。随后，美国和日本也制定了各自的数字移动通信体制。泛欧网GSM已于1991年7月开始投入商用，预计1995年将覆盖欧洲主要城市、机场和公路。可以说，在未来十多年内数字蜂窝移动通信将处于一个大发展时期，及有可能成为陆地公用移动通信的主要系统。 与其它现代技术的发展一样，移动通信技术的发展也呈现加快趋势，目前，当数字蜂窝网刚刚进入实用阶段，正方兴末艾之时，关于未来移动通信的讨论已如火如菜地展开。各种方案纷纷出台，其中最热门的是所谓个人移动通信网。关于这种系统的概念和结构，各家解释并末一致。但有

22、一点是肯定的，即未来移动通信系统将提供全球性优质服务，真正实现在任何时间、任何地点、向任何人提供通信服务这一移动通信的最高目标。“总有一天光通信会取代有线和微波通信而成为通信主流”。该观点反映出光纤通信技术在未来通信中已显示出其重要性。今天，光通信技术已经很成熟，光纤通信已是各种通信网的主要传输方式，光纤通信在信息高速公路的建设中扮演着至关重要的角色，欧美等发达国家已经把光纤通信放在了国家发展的战略地位。现在光纤的使用已不只限于陆地，光缆已广泛铺设到了大西洋、太平洋海底，这些海底光缆使得全球通信变得非常简单快捷。现在不少发达国家又把光缆铺设到住宅前，实现了光纤到办公室、光纤到家庭。光纤通信技术

23、之所以发展这样迅速，除了人们日益增长的信息传输和交换需要外，主要是由光纤通信本身所具有的优点决定的。大家外出坐车都希望自己的车能很快地跑，这就需要有宽阔的马路；马路越宽，容纳的车辆也就越多，车辆才有机会跑得快。高速公路就以其路宽、车快、无阻塞，通过的车辆多而备受人们的青睐。相似的，信息高速公路要求在其上传送任何信息都畅通无阻，不论是话音、数据，还是图像都能够随心所欲地传送，而不会发生阻塞现象。对于通信系统，信道的频带越宽，相当于马路越宽，所能承载的信息也就越多，也就是通信的容量越大。光纤以其极高的通频带当仁不让地成为信息高速公路的“马路”。到90年代，光纤的传输速率已经达到了每秒T比特级；目前

24、，国外实验室中光纤的传输速率已达7T bit/s。“T”是什么概念呢？T数量级为10的12次方，1T bit/s的速率意味着我们可以用一对只有头发丝1/10粗细的光纤在1秒钟之内将300年的泰晤士报传送到世界上的任何一个角落，或者同时传送10万路电视节目，或同时通1200万路电话。试想如果像电缆那样把十几根或上百根光纤组成光缆(即空间复用)，再使用波分复用技术，其通信容量就会大得惊人。但是下面是几种主要的传输线路的容量比较：传输线路传输话路数平衡电缆3，000微波50，000同轴电缆100，000毫米波导管300，000光缆5，000，000以上光纤通信就是长距离通信的能手，因为光纤传输比起现

25、有的电传输线路的损耗要低的多。光纤的损耗很低，这和光纤的生产技术和工艺以及对光纤本质的研究是分不开的。目前，光纤的最低损耗已达0.2dB/km，甚至更低。0.2dB/km是个什么概念呢？直观说来就是：光传送15公里以后，光的强度还有原来的一半。有人曾比喻说，假如海水的透明度与光纤相同，那么如果有一根针沉入10公里深的海底，人在海面上可以把针看得非常清楚。光纤的损耗变小，将使通信无中继传输距离大大增加。目前，单模光纤的最大中继距离可达上百公里，比同轴电缆大几十倍，比铜线大上百倍，如果再使用光纤放大器的话，则可以直通上万公里，而不需要再生中继。相信，在不久的将来，对光纤损耗的研究会有更新的突破，人

26、们梦寐以求的长距离无中继通信将会变成现实。任何的通信系统都应具有一定的抗干扰能力。否则，通信系统就不能正常工作，更谈不上通信的稳定性和可靠性了。众所周知，我们周围的空间每时每刻都充斥着各种各样的电磁干扰。这些干扰有的是天然干扰，如雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子的活动引起的干扰等；还有的是工业干扰，如电动马达、高压电力线等，甚至还有可能发生核爆炸干扰。以上各种干扰都必须认真对待，而现有的以电为主的通信系统都不可避免的会受到其影响，唯有光纤通信不会。光纤通信为什么有这么强的抗干扰能力呢？主要有两个原因：第一是光纤是由非金属的石英介质材料构成的，它是绝缘体，不怕雷电和高压，不受电磁干扰；第二是光纤

27、中传输的是频率很高的光波，而各种干扰的频率一般都比较低，所以它不能干扰频率比它高的多的光波。打个比方说，光纤中的光波好比是在万丈高空飞行的飞机，任凭地上行驶的火车、汽车如何得多，也不会影响到它的飞行。有试验表明，在核爆炸发生时，地球上所有的电通信将中断，而唯有光通信几乎不受影响。在太阳风暴到来的时候，光纤通信却不会受到分毫的影响。但是，受太阳风暴影响最大的要算卫星通信和地面通信了。科学家认为太阳风暴给通信卫星造成的影响有两方面：一个是静电引起计算机故障，另一个是摩擦改变卫星的轨道。由于卫星中使用的大量的集成芯片，而芯片对于静电是很敏感的，稍有不慎就会被烧毁，所以太阳风暴无疑成了卫星的天敌。而且

28、人造地球卫星是围绕着绕地球轨道飞行的，地球磁场被扰乱后，它们可能失去方向控制，甚至闯入星际太空变成太空“孤儿”。2000年6月8日的太阳风暴，差点使俄罗斯的一颗导航卫星失去方向。太阳风暴还会造成人造卫星的短路，许多靠卫星传播的通信业务可能因此停顿。1998年5月，美国银河4号卫星因受太阳风暴影响而失灵，造成北美地区80%的寻呼机无法使用，金融服务陷入脱机状态，信用卡交易也中断了。2000年的6月8日当天，加拿大的部分地区出现无线电通信联络异常现象，一些移动电话用户的通话数次被打断，有的则听不清楚对方讲话。光纤通信之所以魅力四射，其奥妙还在于它的原材料不是金属，而是资源丰富的二氧化硅，这具有重大

29、的战略意义。现有的电话线和电缆是由铜和铅等金属制成的。地质调查表明，世界上铜的储藏量并不多，据估计，按照现在的开采速度，世界上的铜矿资源将在50年内开采完毕。而光纤的主要构成材料是石英（主要成分是二氧化硅），说得更通俗一点就是随处可见的砂子，这种材料在地球上可以说是取之不尽、用之不竭的。用1公斤的高纯度的石英玻璃可以拉制上万公里的光纤，相比之下，制造1公里18管同轴电缆需要耗120公斤的铜，或500公斤的铅。所以，用光缆取代电缆，可以节约大量的有色金属。下面的数据将说明光纤通信在体积和重量上的优势：相同话路的光缆要比电缆轻90%95%(光缆重量仅为电缆重量的十分之一到二十分之一)，而直径不到电

30、缆的五分之一。通2万1千话路的900对双绞线，其直径为3英寸，重量为8 吨/公里；通讯量为其十倍的光缆，直径仅0.5英寸，重量仅450磅/公里。光纤的使用环境温度范围宽，受温度、季节等的变化影响很小；并且使用寿命很长。在光通信系统中，除了一些特殊场合使用可见光之外，如绿光（500nm）、红光（670nm），现代光纤通信系统一般使用近红外光，典型波长为1300nm和1550nm，相应频率分别为230Thz和193THz。光纤通信技术四是当代通信系统技术发展的最新成就，是现代通信的基石。优点：频带宽，信息容量大；现在单模光纤的带宽可达THzkm量级，极大地扩大了通信容量。光纤还具有极宽的潜在带宽。

31、石英光纤的低损耗区在1.45m1.65m的波长范围内，频带宽度为25GHz。如此巨大的带宽，即使开发一小部分也将从根本上改变通信产业的面貌。传输损耗低，传输距离远；最低光纤损耗已降至0.2Db/km以下，这是以往的任何传输线不能与之相比的。由于光纤的传输损耗低，因此光纤通信系统中的无中继传输距离长。在强度调制直接检测（IMDD）光纤通信系统中，无中继传输距离可达到几十到上百千米，而相干通信的无中继传输距离可超过200km，这与电缆通信相比要大12个数量级。制作光纤、光缆用的原材料资源丰富；制作光纤的主要原材料是SiO2，它是地球上储藏最丰富的物质，取之不尽，用之不竭。而电通信中使用的通信电缆，

32、其主要原材料是金属铜和铅，其资源严重缺乏。因此，光纤通信系统中使用光纤作为信道，可以节省大量铜和铅，1km的光纤线路可节省150吨铜和500吨铅。光纤做信道具有体积小、重量轻的优点，便于通信线路的铺设。例如，一条12芯的光缆直径为12mm，重量约90g/m。由于光纤、光缆线径细，可绕性好，便于铺设，可直埋，可架空，也可插入已有的电缆管道，方便扩容，也特别适合于在飞机、火箭、导弹、潜艇轮船、人造卫星和宇宙飞船上使用。光纤通信系统抗干扰能力强，使用安全；光纤是一种介质光波导，具有把光波封闭在其中进行传播的波导结构，不受电磁场干扰，可在强电磁场环境下工作，如在电力网或变电所内作为通信控制线路。光纤是石英介质波导，不打火花，且抗高温。抗腐蚀能力强，可在易燃易爆和有害气体的环境下工作，如能在化工、厂矿等环境恶劣的