中微子通信技術(shù)及應(yīng)用

題目：核地球物理新技術(shù)之中微子通

信技術(shù)與應(yīng)用展望TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"引言 4\o"CurrentDocument"第一章中微子的發(fā)現(xiàn)及特點(diǎn) 5中微子的發(fā)現(xiàn) 5\o"CurrentDocument"宇宙的信使 7\o"CurrentDocument"中微子種類(lèi) 10\o"CurrentDocument"第二章中微子通信的理論基礎(chǔ) 11\o"CurrentDocument"現(xiàn)行光通信的局限性 11\o"CurrentDocument"光纖通信的局限性 11\o"CurrentDocument"2.1.2無(wú)線(xiàn)光通信的局限性 11\o"CurrentDocument"2.2中微子通信技術(shù)概況 12\o"CurrentDocument"中微子通信簡(jiǎn)介 12\o"CurrentDocument"中微子通信工作原理 14\o"CurrentDocument"中微子通信分類(lèi) 15\o"CurrentDocument"中微子通信的發(fā)展簡(jiǎn)史 17\o"CurrentDocument"第三章中微子通信的系統(tǒng)組成及主要性能 19\o"CurrentDocument"中微子通信系統(tǒng)的組成與原理框圖 19\o"CurrentDocument"中微子通信系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)現(xiàn)實(shí)例 20第四章中微子通信系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù) 22中微子通信系統(tǒng)采用的中微子波束的產(chǎn)生方法與設(shè)施...22中微子通信系統(tǒng)采用的中微子波束的調(diào)制／解調(diào)技術(shù)23\o"CurrentDocument"中微子通信系統(tǒng)采用的中微子波束接收 24第五章中微子通信系統(tǒng)的優(yōu)越性 24\o"CurrentDocument"頻帶寬，容量大可以高速率工作 25\o"CurrentDocument"有足夠強(qiáng)的穿透能力 26\o"CurrentDocument"抗干擾性強(qiáng)，不受無(wú)線(xiàn)電頻段電磁波等的干擾 26\o"CurrentDocument"安全可靠，有良好的傳輸保密性能 27\o"CurrentDocument"有極高的有效性，可全天候工作 28\o"CurrentDocument"特別適于宇宙空間的通信 28\o"CurrentDocument"第六章中微子通信技術(shù)在地球范圍內(nèi)外的應(yīng)用 29\o"CurrentDocument"中微子通信技術(shù)在地球范圍之外的應(yīng)用 29中微子通信技術(shù)在地球范圍內(nèi)的應(yīng)用 31\o"CurrentDocument"各類(lèi)陸地中微子通信網(wǎng)絡(luò) 31在上空、水下和地下巖層中間的中微子通信網(wǎng)絡(luò)..31\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 32引言前地礦部部長(zhǎng)李四光說(shuō):“中國(guó)地質(zhì)學(xué)的創(chuàng)始人,不是別人,而是章鴻釗先生?！?987年3月武漢地質(zhì)學(xué)院出版社出版的章鴻釗先生“六六自述”中指出:“世固不乏先進(jìn)者,早欲利用物理學(xué)以解決地質(zhì)學(xué)上諸問(wèn)題矣”。經(jīng)典物理學(xué)中的萬(wàn)有引力、磁學(xué)、電學(xué)、振動(dòng)與波等理論,都已形成了重力、磁法、電法、地震等勘探方法,它們?cè)趪?guó)民經(jīng)濟(jì)中,作出了巨大的貢獻(xiàn),這也是舉世公認(rèn)的。當(dāng)今,近代物理學(xué)中核物理理論、儀器、方法技術(shù)等,已形成了放射性方法或稱(chēng)核地球物理學(xué)。美國(guó)科羅拉多礦業(yè)學(xué)院出版了“核法勘探”教材;俄羅斯的圣彼得堡大學(xué)出版了“核地球物理原理”教材;英國(guó)出版了國(guó)際性學(xué)術(shù)雜志“核地球物理”。核地球物理所涉及的范圍很廣,從空間上來(lái)講,已用于星際、航空、地面、坑道、鉆孔、水底與海底。從礦產(chǎn)資源來(lái)講,已用于放射性礦產(chǎn)的鈾礦、非放射性礦產(chǎn)的金、銀、銅、鉛、鋅、鐵、鎳、錳、銀、鑰、錫、銻、汞、鎢、釩、欽、鋇、鉻、磷、鉀石油與天然氣,以及稀有、稀土金屬、金剛石等。還用于水文、工程、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)和環(huán)境科學(xué)。從物理“相”的角度來(lái)講,已對(duì)氣相（如氧氣）、液相（如水）、固相（如微觀基本粒子、納米級(jí)微粒、礦物巖石）等進(jìn)行研究。80年代以來(lái),國(guó)內(nèi)外發(fā)展較快的幾種主要核地球物理勘查技術(shù)的概況。這些方法有:中微子在地球科學(xué)中的應(yīng)用;應(yīng)用核技術(shù)探測(cè)納米級(jí)微粒和氣體;航空伽瑪能譜測(cè)量;應(yīng)用核技術(shù)原位測(cè)品位并計(jì)算線(xiàn)儲(chǔ)量（包括X射線(xiàn)熒光輻射取樣;中子活化輻射取樣和伽瑪射線(xiàn)輻射取樣）；地面伽瑪能譜測(cè)量;X射線(xiàn)熒光井；水底和海底天然放射性方法測(cè)量;水底和海底中子活化方法量;水下X射線(xiàn)熒光測(cè)量;核磁共振方法;在工程中應(yīng)用核技術(shù);反射宇宙中子法;以及在環(huán)境科學(xué)中應(yīng)用核技術(shù)等。本文重點(diǎn)介紹的是核地球物理勘查技術(shù)中的中微子在地學(xué)中的應(yīng)用之中微子通信技術(shù)的應(yīng)用與展望，系統(tǒng)介紹了中微子的特點(diǎn)及通信原理技術(shù)。第一章中微子的發(fā)現(xiàn)及特點(diǎn)1.1中微子的發(fā)現(xiàn)在20世紀(jì)最初的幾十年里,原子物理學(xué)家在揭示宇宙的組成方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。當(dāng)時(shí)的科學(xué)家們普遍相信：所有原子都是由兩種帶電粒子組成的，這兩種粒子就是位于原子核的質(zhì)子和環(huán)繞質(zhì)子運(yùn)動(dòng)的電子。但奇怪的是，有些原子的原子核很不穩(wěn)定，它們會(huì)解體，即通常所說(shuō)的衰變。因此，放射性衰變成為當(dāng)時(shí)物理學(xué)中最大的一個(gè)奧秘。原子核衰變時(shí)會(huì)釋放能量，其方式通常是射出一個(gè)電子。問(wèn)題就出在射出的電子的能量上面—電子的能量小于原子核衰變所放出的能量。物理學(xué)中有一個(gè)非常有名的定律：能量守恒。如果原子核衰變時(shí)只是放出電子，那么原子核所失去的能量就應(yīng)該全部被電子所吸收，但是電子攜帶的能量看起來(lái)沒(méi)有它按理說(shuō)應(yīng)該攜帶的那么多。換句話(huà)說(shuō)，原子核衰變時(shí)所釋放的能量中有一部分“消失”了。在鮑里看來(lái)，能量絕不可能消失，一定是有第三種粒子參與了放射性衰變。鮑里把它叫做“中微子”。這是一種從未有人見(jiàn)過(guò)、甚至從未有人知道的粒子，但正是它帶走了那一部分“消失”的能量。鮑里認(rèn)為，這種粒子極其渺小，并且行蹤詭異，難怪一直沒(méi)有人探察到它的存在。不過(guò)，在宣布自己這個(gè)帶有很大推測(cè)性的“重大發(fā)現(xiàn)”之前，鮑里可謂猶豫再三。能量守恒定律得到了維護(hù)，但是就連鮑里自己也擔(dān)心，恐怕永遠(yuǎn)都無(wú)法證明中微子的存在，因?yàn)橹形⒆油M成原子的其他粒子不同中微子不帶電，并且能徑直穿透所有固體物質(zhì)而不留下任何痕跡。與其他粒子相比，中微子的確是一種詭異的“小鬼”。鮑里等人當(dāng)時(shí)斷言說(shuō)，永遠(yuǎn)也不會(huì)有人能夠見(jiàn)到中微子。也許正是受這一斷言的影響，此后數(shù)十年中無(wú)人敢于嘗試尋找中微子。直到原子彈問(wèn)世之后,情況才豁然開(kāi)朗，事實(shí)上原子彈爆炸所產(chǎn)生的巨大能量正是來(lái)自于一系列放射性衰變反應(yīng)。假如鮑里的理論沒(méi)錯(cuò),那么在原子彈爆炸時(shí)就會(huì)釋放出大量的中微子，或者說(shuō)就會(huì)產(chǎn)生密集的中微子脈沖。20世紀(jì)50年代，美國(guó)核武器研究成員之一，年輕的物理學(xué)家弗雷德?雷恩，盡管他的工作是研制核武器，但他的真正興趣卻在于解決物理學(xué)中的基本問(wèn)題。當(dāng)時(shí),雷恩突然想到，借助于原子武器的研制，也許就能找到令人難以捉摸的中微子。雷恩還想到，如果核彈爆炸時(shí)的連鎖反應(yīng)能產(chǎn)生大量中微子，那么核反應(yīng)堆中的連鎖反應(yīng)也應(yīng)該能產(chǎn)生大量中微子，由此，就有可能捕捉到中微子。于是，一個(gè)尋找中微子的計(jì)劃產(chǎn)生了，雷恩及其同事把它稱(chēng)作“小鬼計(jì)劃”。終于在，1956年6月14日，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和觀察，發(fā)現(xiàn)了表明中微子存在的一種明顯的能量雙脈沖信號(hào)，雷恩及其同事自豪地向全世界宣布，他們已經(jīng)找到了中微子!他們還給鮑里發(fā)去電報(bào)，告訴他這一喜訊得知消息后，鮑里欣喜若狂。從1930年鮑里提出中微子存在的理論，到1956年雷恩等人檢測(cè)到中微子，整整耗費(fèi)了四分之一世紀(jì)的時(shí)間，這足以說(shuō)明尋找中微子是多么的艱難。1.2宇宙的信使中微子也與質(zhì)子、電子一樣，是構(gòu)成原子的基本粒子之一。只不過(guò)它的質(zhì)量很輕，連電子的萬(wàn)分之一都抵不上，而且呈現(xiàn)中性。它與其他粒子之間只存在微弱的相互作用力，而不存在電磁力的作用。中微子還具有其他基本粒子所不具備的那股“鉆”勁。它可以像《封神榜》中的土行孫那樣，神不知、鬼不覺(jué)地鉆入地下，連碩大的地球也不在話(huà)下，可以把地球穿個(gè)透。由于中微子與其他組成物質(zhì)的基本粒子之間相互作用力很弱，因而它在行進(jìn)過(guò)程中的能量損耗也甚微。如果設(shè)想讓它沿地球直徑穿越地球，其能量損耗只有一百億分之一。此外，它還能潛身海底，遨游太空，出入于厚碩無(wú)比的金屬墻，真是所向披靡，如入無(wú)人之境。中微子的上述特性被揭示后，立即引起了通信專(zhuān)家們的注意。他們認(rèn)為，利用中微子進(jìn)行通信比利用電磁波更加優(yōu)越。因?yàn)?，在高山、海洋的阻攔面前，電磁波便會(huì)顯得軟弱無(wú)力，而中微子毫不在乎。目前，尚存在一些因受自然條件影響，無(wú)線(xiàn)電不能光顧的地區(qū)。這些聽(tīng)不到廣播，看不到電視節(jié)目的地區(qū)，通稱(chēng)為“盲區(qū)”。中微子通信的實(shí)用化,將會(huì)給這些地區(qū)帶來(lái)福音。中微子通信是利用中微子運(yùn)載信息的一種通信方式。中微子是一種質(zhì)量極小，又不帶電的中性基本微粒。它能以近光速進(jìn)行直線(xiàn)傳播，并極易穿透鋼鐵、海水，以至整個(gè)地球，而本身能量損失很少，因此是一種十分誘人的理想信息載體。早在1956年，歐美學(xué)者通過(guò)復(fù)雜的核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，證明中微子確實(shí)存在。上世紀(jì)70年代以后，科學(xué)家對(duì)中微子通信產(chǎn)生了極大的興趣，美科學(xué)家將中微子加速器產(chǎn)生的中微子束，發(fā)送至遠(yuǎn)隔千山萬(wàn)水的另一端接收裝置中，結(jié)果成功地感測(cè)到了穿山涉水而來(lái)的中微子信號(hào)。80年代，前蘇聯(lián)和美國(guó)進(jìn)行了中微子通信的試驗(yàn)，獲得了成功。1984年美國(guó)一海軍基地的一艘核潛艇做水下環(huán)球潛行時(shí)，正是采用中微子通信保證了聯(lián)系?？茖W(xué)家分別進(jìn)行的海下、地下種種試驗(yàn)，使中微子通信初顯端倪。中微子束沿直線(xiàn)傳播，不會(huì)發(fā)生反射、折射和散射等現(xiàn)象，因而保密性能好。在戰(zhàn)時(shí)，當(dāng)所有有線(xiàn)通信都受到破壞，無(wú)線(xiàn)通信又遭受強(qiáng)烈干擾的情況下，中微子通信將由于穩(wěn)定、可靠而突顯戰(zhàn)略?xún)?yōu)勢(shì)。它特別適用于海軍基地對(duì)核潛艇的通信指揮。利用中微子能夠穿透地球的本領(lǐng)，將為南北半球之間的通信找到一條捷徑；它還可以作為人類(lèi)的信使，遨游太空，與宇宙飛船或別的星球建立聯(lián)系；我們還可以利用中微子通信輕而易舉地與設(shè)在山洞或水下的指揮所建立聯(lián)系。除此之外，地質(zhì)學(xué)家還設(shè)想用中微子波束給地球拍照，以揭開(kāi)地球的面紗，讓地下寶藏一覽無(wú)遺。中微子通信有著很高的應(yīng)用價(jià)值，如果采用中微子束通信，則將為海軍對(duì)潛艇進(jìn)行保密通信提供強(qiáng)有力的手段；即使是發(fā)生了熱核戰(zhàn)爭(zhēng)，安置在巖石深處的指揮部的中微子束發(fā)射機(jī)不會(huì)受到原子彈的破壞，還能正常工作；地質(zhì)學(xué)家用中微子波束可給地球拍照，尋找地殼中的礦藏資源。中微子通信除用于全球人類(lèi)通信外，還可以穿透月球，與月球背面的空間站聯(lián)系，或者作為“特殊信使”，遨游太空，與在宇宙中飛行的宇宙飛船直接聯(lián)系，為人類(lèi)征服宇宙服務(wù)?？茖W(xué)家還設(shè)想發(fā)射中微子訊號(hào)讓它在太空中穿行，去尋找外星人。其中可能的應(yīng)用之一就是中微子通訊。由于地球是球面，加上表面建筑物、地形的遮擋，電磁波長(zhǎng)距離傳送要通過(guò)通訊衛(wèi)星和地面站。而中微子可以直透地球，它在穿過(guò)地球時(shí)損耗很小，用高能加速器產(chǎn)生10億電子伏特的中微子穿過(guò)地球時(shí)只衰減千分之一，因此從南美洲可以使用中微子束穿過(guò)地球直接傳至北京。將中微子束加以調(diào)制，就可以使其包含有用信息，在地球上任意兩點(diǎn)進(jìn)行通訊聯(lián)系，無(wú)需昂貴而復(fù)雜的衛(wèi)星或微波站。將中微子應(yīng)用于通信，也像其他通信方式一樣，是將中微子作為信息的載體。我們所要傳送的語(yǔ)音、圖像、數(shù)據(jù)等一類(lèi)信息，都要通過(guò)一種叫“調(diào)制”的技術(shù)將它們“馱載”在中微子束上，藉中微子那種所向無(wú)阻的威力，把信息傳送到目的地。然后再用一種叫“解調(diào)”的技術(shù)，把信息從中微子束中分離出來(lái)，還其本來(lái)面目。從這點(diǎn)上講，似乎中微子通信在原理上與其他通信方式?jīng)]有兩樣。但要讓中微子通信投入實(shí)際應(yīng)用，仍然有許多有待進(jìn)一步解決的問(wèn)題，例如，如何用較簡(jiǎn)便的方法獲得一些能量極高而又有足夠束流強(qiáng)度的中微子束，以及如何對(duì)它進(jìn)行有效的控測(cè)等，都是難題。1.3中微子種類(lèi)轉(zhuǎn)眼，時(shí)間到了20世紀(jì)70年代中期。這時(shí)，粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型問(wèn)世了。這一簡(jiǎn)單的理論模型集納了迄今為止粒子物理學(xué)家的所有重大發(fā)現(xiàn)，被譽(yù)為“宇宙的完整配方”。按照標(biāo)準(zhǔn)模型，宇宙中的萬(wàn)事萬(wàn)物皆由12種基本粒子組成，中微子就是其中之一，不過(guò)，中微子不是一種而是三種：電子中微子、渺子（卩子）中微子和陶子（T子）中微子。太陽(yáng)只產(chǎn)生一種中微子，即電子中微子，而能夠探察的也只是這種中微子。每一種中微子都會(huì)釋放對(duì)應(yīng)的粒子一一電子中微子釋放電子，卩中微子釋放卩子，同理，T（希臘字母“陶”）中微子釋放T子。它們的發(fā)光模式會(huì)泄露天機(jī)，讓科學(xué)家辨別出中微子的“味”，可信度達(dá)到25%。電子中微子：電子與原子相互作用，將能量一下子釋放出來(lái)，會(huì)照亮一個(gè)接近球形的區(qū)域。卩中微子：卩子不像電子那樣擅長(zhǎng)相互作用，它會(huì)在冰中穿行至少1千米，產(chǎn)生一個(gè)光錐。T中微子：T子會(huì)迅速衰變，它的出現(xiàn)和消失會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)光球，被稱(chēng)為“雙爆”。第二章中微子通信的理論基礎(chǔ)現(xiàn)行光通信的局限性在現(xiàn)行光通信發(fā)展中遇到許多難題和困惑，使之成為發(fā)展的障礙。這里僅扼要地介紹其主要表現(xiàn)的局限性。2.1.1光纖通信的局限性眾所周知，光纖通信的傳輸介質(zhì)是光纖，其光纖的傳輸損耗和傳輸帶寬嚴(yán)重地限制了傳光性能。損耗較低的區(qū)域，最初僅有0.85卩m、1.31um和1.55um三個(gè)波長(zhǎng)窗口，而無(wú)水光纖的出現(xiàn)打通了窗口，形成了800nm~1600nm傳輸損耗較低的區(qū)域。但是，必須明確其仍然不能傳輸各波長(zhǎng)的自然光，并且傳輸?shù)墓庑盘?hào)功率僅在毫瓦量級(jí)。另外，由于受激喇曼散射效應(yīng)、受激布里淵散射效應(yīng)和四光子混合效應(yīng)等的影響，造成光纖的非線(xiàn)性嚴(yán)重限制了傳輸帶寬。未來(lái)的納米光纖通信采用的傳輸介質(zhì)是納米光纖，其傳輸損耗幾乎可以忽略不計(jì)，而傳輸帶寬可以擴(kuò)展到整個(gè)光波段。2.1.2無(wú)線(xiàn)光通信的局限性現(xiàn)行光通信仍然有難以克服的局限性，尤其是無(wú)線(xiàn)光通信，其最大缺點(diǎn)（要害）是不能通過(guò)不透光的任何物體。光通信都是以光作為信息載體的通信手段，由于光的固有特性就是其傳播的光路不能被阻擋，即目前光信息載體只能在真空、大氣、光纖纖芯或其他透光的物質(zhì)內(nèi)傳播。高山、河流和一切不能透光亮物體都會(huì)造成光通信的中斷。由于上述嚴(yán)重缺點(diǎn)，使得諸如中美之間的此類(lèi)光通信只能通過(guò)繞道半個(gè)地球的海底光纜來(lái)實(shí)現(xiàn)。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)地納米光纖實(shí)現(xiàn)了整個(gè)光波段的傳輸，而使用藍(lán)綠光也可使光信息載體穿過(guò)海水，實(shí)現(xiàn)深海潛艇與空中衛(wèi)星之間的直接通信。為了克服上述難題，可加速光繞射技術(shù)的研究，使得光載體有繞過(guò)不透光物體的能力?？朔鲜鲭y題的另一種方法便是采用中微子通信技術(shù)。下面扼要介紹可克服上述嚴(yán)重缺點(diǎn)在人類(lèi)征服太空的通信中將會(huì)發(fā)揮重要作用的中微子通信。中微子通信技術(shù)概況在這一部分將扼要的介紹一下中微子通信(NC，NeutrinoCommunications)和其中微子通信工作原理。2.2.1中微子通信簡(jiǎn)介中微子通信是利用中微子束運(yùn)載信息的一種通信方式。由于地球是球面，加上表面建筑物、地形等的遮擋，因此，在地球范圍內(nèi)的所有無(wú)線(xiàn)電通信，包括電子學(xué)通信和光子學(xué)通信，都要通過(guò)各類(lèi)中繼設(shè)備，如通信衛(wèi)星和地面站等來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)延長(zhǎng)傳輸距離。但是，采用中微子通信其傳輸距離問(wèn)題便可迎刃而解，其通信的傳輸距離可達(dá)到足夠遠(yuǎn)。中微子通信的設(shè)想提出已有多年，但如何方便地發(fā)射和探測(cè)中微子，把信息有效地調(diào)制給中微子和解調(diào)出來(lái)，還都是有待解決的難題，目前尚在探索之中。由于中微子是一種質(zhì)量極小又不帶電的中性基本微粒，其可以光速進(jìn)行直線(xiàn)傳播，并可穿透鋼鐵、海水，以至整個(gè)地球，而本身能量損失很少，因此是一種十分誘人的理想信息載體。例如，中微子通信使用的中微子束可從南美洲穿過(guò)地球直接傳至北京。在這里是運(yùn)用要求傳輸?shù)男畔⒅形⒆邮右哉{(diào)制，使其包含有用信息。由于中微子幾乎不與任何物質(zhì)反應(yīng)，因此，采用中微子通信對(duì)人無(wú)任何傷害。中微子通信被認(rèn)為在21世紀(jì)里是最有發(fā)展前景的通信領(lǐng)域。中微子通信的設(shè)想提出已有多年，但如何方便地發(fā)射和探測(cè)中微子，怎么樣把信息有效地調(diào)制給中微子束中和怎么樣將其解調(diào)出來(lái)，還都是有待解決的難題，目前尚在探索之中。美國(guó)科學(xué)家在1978年就進(jìn)行了世界上第一次中微子通信試驗(yàn)，試驗(yàn)的距離是6.4km。而后，又在伊利諾斯州和華盛傾之間進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)2700km的地下通信試驗(yàn)。1984年，美國(guó)一海軍基地的一艘核潛艇作水下環(huán)球潛行時(shí)，正是采用中微子通信保證了聯(lián)系。在1986年美國(guó)還與蘇聯(lián)合作進(jìn)行了中微子穿透地球的實(shí)驗(yàn)。中微子通信有著很高的應(yīng)用價(jià)值，如果采用中微子通信，則將為海軍對(duì)潛艇進(jìn)行保密通信提供強(qiáng)有力的保證；即使是發(fā)生了熱核戰(zhàn)爭(zhēng)，安置在巖石深處的指揮部的中微子束發(fā)射機(jī)也不會(huì)受到原子彈的破壞；地質(zhì)學(xué)家用中微子束可給地球拍照，尋找地殼中的礦藏資源。早在20世紀(jì)60年代，人類(lèi)就開(kāi)始通過(guò)“竊聽(tīng)”星系無(wú)線(xiàn)電波來(lái)尋找外星文明。然而，這么多年過(guò)去了，還沒(méi)有任何人截獲來(lái)自外星文明的通信信號(hào)。因此，較多人都認(rèn)為，外星人早就拋棄了電磁波通信方式，而是使用了更為先進(jìn)的“中微子通信”進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。他們用來(lái)通信的中微子擁有比恒星釋放出的中微子具有更高的能量。因?yàn)橹挥羞@樣，他們的通信才能完全避開(kāi)星際空間復(fù)雜環(huán)境的一切干擾。中微子是宇宙中的奇妙粒子，它的質(zhì)量超輕，具有超強(qiáng)的穿透性能，可以穿透數(shù)千米厚的鉛板，甚至整個(gè)地球和太陽(yáng)。而人類(lèi)通信使用的電磁波很容易被星際氣體和塵埃所阻止和分散，尤其是在靠近星系中心的位置，星際氣體和塵埃的濃度更為厚密。也就是說(shuō)，在星系中心位置使用電磁波通信幾乎是不可能的，而這種環(huán)境對(duì)中微子通信來(lái)說(shuō)幾乎就是“透明的”。對(duì)于未來(lái)的中微子通信來(lái)說(shuō)，只需要中微子發(fā)射裝置和接收裝置。發(fā)射裝置發(fā)射中微子束包含的信息，經(jīng)接收裝置解讀，就能實(shí)現(xiàn)信息交流。把所有的信息，如視音頻信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)等，加載到中微子束上面，即可實(shí)現(xiàn)任意距離點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信，無(wú)論通信兩點(diǎn)之間的距離有多遠(yuǎn)，也無(wú)需任何中繼站或借助衛(wèi)星轉(zhuǎn)送。中微子通信具有微波和光通信的高容量、直線(xiàn)性和保密性等特性，可雙向傳輸多路電視和音頻信號(hào)，如與發(fā)送和接收的計(jì)算機(jī)進(jìn)行并網(wǎng)，還可進(jìn)行遙控、遙測(cè)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，神奇的中微子通信，必將在21世紀(jì)人類(lèi)通信領(lǐng)域中大放異彩!2.2.2中微子通信工作原理中微子通信，這是利用中微子束運(yùn)載信息的一種通信方式。中微子通信是將中微子束應(yīng)用于通信，其也像他通信方式一樣，在這里是將中微子束作為信息載體的。我們所要傳送的語(yǔ)音、圖像、數(shù)據(jù)等一類(lèi)信息，都要通過(guò)一種稱(chēng)為“調(diào)制”的技術(shù)將其“載入”中微子束上，憑借中微子束的那種所向無(wú)阻的威力，把信息傳送到目的地；在到達(dá)目的地后再用一種稱(chēng)為“解調(diào)”的技術(shù)，把信息從中微子束中分離出來(lái)，還原其信息本來(lái)面目。從這點(diǎn)上講，似乎中微子通信在原理上與其他通信方式?jīng)]有兩樣。但是，雖然中微子通信的設(shè)想提出已有多年，而如何方便地發(fā)射和接收中微子束信息載體，把信息有效地調(diào)制和解調(diào)出來(lái)，目前尚在探索之中。若讓中微子通信投入實(shí)際應(yīng)用，仍然有許多有待進(jìn)一步解決的問(wèn)題。例如，如何用較簡(jiǎn)便的方法獲得一些能量極高而又有足夠束流強(qiáng)度的中微子束?如何對(duì)其中微子通信束進(jìn)行有效地控測(cè)?如何運(yùn)用較簡(jiǎn)便的方法，將其接收到的中微子通信的中微子束中所載的信息解調(diào)出來(lái)?這些都是極為困難的議題。許多先進(jìn)國(guó)家已開(kāi)創(chuàng)了中微子通信的研究實(shí)驗(yàn)通信系統(tǒng)，這其中一個(gè)難題是系統(tǒng)造價(jià)昂貴得難以接受。2.2.3中微子通信分類(lèi)對(duì)于中微子通信的分類(lèi)也可按通信采用的傳輸介質(zhì)、信息載體的存在形式、工作原理以及網(wǎng)絡(luò)的分布環(huán)境位置等進(jìn)行分類(lèi)。1．從通信網(wǎng)絡(luò)采用的分布位置進(jìn)行分類(lèi)從網(wǎng)絡(luò)的配置地理位置考慮可把中微子通信網(wǎng)絡(luò)分為包括在繞地球的大氣層之內(nèi)的地球范圍之內(nèi)的中微子通信網(wǎng)絡(luò)，在大氣層之外人造衛(wèi)星之間及人造衛(wèi)星與地面之間的NC網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)入月球、進(jìn)入火星等乃至整個(gè)太陽(yáng)系，甚至于離開(kāi)太陽(yáng)系進(jìn)入廣闊的宇宙空間的NC網(wǎng)絡(luò)等三大部分。將前兩部分通稱(chēng)為“近空”中微子通信網(wǎng)絡(luò)，而將后者稱(chēng)為“深空”NC網(wǎng)絡(luò)。隨著中微子通信網(wǎng)絡(luò)在地球范圍內(nèi)正在迅猛發(fā)展，形成所謂的“近空通信網(wǎng)絡(luò)體系”，而另一方面中微子通信網(wǎng)絡(luò)也將在衛(wèi)星之間的深空通信中大展宏圖，形成所謂的“深空通信網(wǎng)絡(luò)”，甚至于人們預(yù)言到中微子通信將成為人類(lèi)敖游太空的主要通信方式。中微子通信可逐步地將其地球范圍內(nèi)各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)采用的通信技術(shù)融為一體，并在地球和深空星際之間形成立體多維通信網(wǎng)。2．從通信網(wǎng)絡(luò)采用的中微子信息載體類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)一般地說(shuō)，是按采用的中微子信息載體的類(lèi)型（形態(tài)）來(lái)分類(lèi)中微子通信網(wǎng)絡(luò)的，由于到目前為止已發(fā)現(xiàn)三種形態(tài)的中微子和其對(duì)應(yīng)的三種形態(tài)反中微子，因此可將其分為與之相對(duì)應(yīng)約六類(lèi)中微子通信網(wǎng)絡(luò)。這就是三類(lèi)采用中微子信息載體的中微子通信網(wǎng)絡(luò)和三類(lèi)采用反中微子信息載體的（反）中微子通信網(wǎng)絡(luò)。這六類(lèi)中微子通信網(wǎng)絡(luò)：以電子中微子信息載體的中微子通信網(wǎng)絡(luò)、以“（繆子）中微子信息載體的中微子通信網(wǎng)絡(luò)、t中微子信息載體的NC網(wǎng)絡(luò)和以反電子中微子信息載體的中微子通信網(wǎng)絡(luò)、以反卩中微子信息載體的中微子通信網(wǎng)絡(luò)、反T中微子信息載體的中微子通信網(wǎng)絡(luò)。中微子通信的發(fā)展簡(jiǎn)史在這里按時(shí)間順序?qū)τ谥形⒆拥陌l(fā)現(xiàn)過(guò)程與中微子通信的發(fā)展簡(jiǎn)史扼要地介紹如下：1930年，德國(guó)科學(xué)家泡利預(yù)言中微子的存在。1933年，著名的奧地利物理學(xué)家在研究原子核工業(yè)反應(yīng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一些能量的神秘丟失。于是，經(jīng)過(guò)研究，他提出了“中微子”假說(shuō)。1956年，歐美學(xué)者通過(guò)復(fù)雜的核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，證明了中微子確實(shí)存在。美國(guó)萊因斯和柯萬(wàn)在實(shí)驗(yàn)中直接觀測(cè)到中微子，因而萊因斯獲1995年諾貝爾獎(jiǎng)。在20世紀(jì)70年代以后，科學(xué)家對(duì)中微子通信產(chǎn)生了極大的興趣，美科學(xué)家將中微子加速器產(chǎn)生的中微子束，發(fā)送至遠(yuǎn)隔千山萬(wàn)水的另一端接收裝置中，結(jié)果成功地感測(cè)到了穿山涉水而來(lái)的中微子信號(hào)。1962年，美國(guó)萊德曼，舒瓦茨，斯坦伯格發(fā)現(xiàn)第二種中微子——繆中微子，獲1988年諾貝爾獎(jiǎng)。1968年，美國(guó)戴維斯發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)中微子失蹤，獲2002年諾貝爾獎(jiǎng)。1978年，美國(guó)成功地進(jìn)行了中微子通信試驗(yàn)。20世紀(jì)80年代，蘇聯(lián)和美國(guó)又進(jìn)行了中微子通信的試驗(yàn)，并獲得了成功。1984年，美國(guó)海軍基地的核潛艇做水下環(huán)球潛行時(shí)，采用了中微子通信保證了聯(lián)系。1985年，日本神崗實(shí)驗(yàn)和美國(guó)IMB實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大氣中微子反?，F(xiàn)象。1987年，日本神崗實(shí)驗(yàn)和美國(guó)IMB實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到超新星中微子。1989年，歐洲核子研究中心證明存在且只存在三種中微子。1995年，美國(guó)LSND實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可能存在第四種中微子——惰性中微子(neutrino)。1998年，日本超級(jí)神崗實(shí)驗(yàn)以確鑿證據(jù)發(fā)現(xiàn)中微子振蕩現(xiàn)象。2000年，美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)第三種中微子，tt微子。2001年，加拿大太陽(yáng)中微子觀測(cè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)失蹤的太陽(yáng)中微子轉(zhuǎn)換成了其他中微子。002年，日本KamLAND實(shí)驗(yàn)用反應(yīng)堆證實(shí)太陽(yáng)中微子振蕩。2003年，日本K2K實(shí)驗(yàn)用加速器證實(shí)大氣中微子振蕩。2006年，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)于正式啟動(dòng)，聯(lián)合了國(guó)內(nèi)多家研究所和大學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以及中國(guó)香港、中國(guó)臺(tái)灣、俄羅斯、捷克的研究機(jī)構(gòu)。2010年，上述聯(lián)合研究機(jī)構(gòu)建成，其實(shí)驗(yàn)總投資達(dá)3億元人民幣，其建成運(yùn)行將使中國(guó)在中微子(neutrino)研究中占據(jù)重要的國(guó)際地位。迄今已確認(rèn)的中微子有電子中微子和m介子中微子。科學(xué)家分別進(jìn)行的海下、地下種種實(shí)驗(yàn)，使中微子通信初顯端倪。第三章中微子通信的系統(tǒng)組成及主要性能中微子通信系統(tǒng)是以中微子作為傳輸信息載體的通信系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，中微子通信系統(tǒng)可分為近空(接近地面有空氣的空間)和深空(遠(yuǎn)離地面接近真空的空間)兩大類(lèi)。近空中微子通信系統(tǒng)與自由空間光通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不同，其可在任何氣候條件下，在充分長(zhǎng)距離(甚至于可穿過(guò)地球)的收發(fā)兩個(gè)端機(jī)之間可存在任何遮擋物體，只要有足夠的中微子發(fā)射功率及接收靈敏度，即可實(shí)現(xiàn)收發(fā)兩個(gè)端機(jī)之間的NC。在這里以與自由空間光通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相對(duì)照地方式討論關(guān)于中微子通信的系統(tǒng)組成及主要性能。中微子通信系統(tǒng)的組成與原理框圖中微子通信過(guò)程與光通信相類(lèi)似，也有發(fā)射端與接收端裝置。在通信時(shí)，發(fā)射端裝置的功能分為三部分。產(chǎn)生中微子流的裝置，由此產(chǎn)生中微子流，作為NC的信息載體。調(diào)制器裝置，由此調(diào)制中微子流將要發(fā)送的信息載人中微子流中。中微子流的發(fā)射裝置，由此將已被調(diào)制好的中微子流發(fā)送到NC信息的傳輸信道。在通信時(shí)，接收端裝置的功能也分為三部分。前端接收裝置，其主要功能是從中微子通信信息的傳輸信道接收已被調(diào)制好的中微子流，并且將其去掉傳輸中受到的干擾與衰落，恢復(fù)得到原來(lái)發(fā)射端裝置發(fā)送到信到信道中的調(diào)制中微子流。中微子通信信息的解調(diào)裝置，其主要功能是從接收到載人中微子流中的信號(hào)解調(diào)出來(lái)。原信號(hào)恢復(fù)裝置，將解調(diào)出來(lái)的信號(hào)進(jìn)一步整形放大恢復(fù)其在發(fā)送端信號(hào)的本來(lái)面貌。—I卜中橄曲1傳翔*卜號(hào)蚩料機(jī)1:佶道；ill 1嚴(yán)生中權(quán)產(chǎn)生中*了哉置廉借號(hào)圖3-1中微子通信的簡(jiǎn)單原理框圖3?3中微子通信系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)現(xiàn)實(shí)例下面給出中微子通信系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)際實(shí)現(xiàn)實(shí)例。中微子通信過(guò)程和微波通信相似，有發(fā)射和接收裝置。通信時(shí)，發(fā)射端首先用高能質(zhì)子加速器，將質(zhì)子加速到幾千億電子伏的能量，然后去轟擊一塊金屬靶子。此時(shí)，靶子的背面就會(huì)產(chǎn)生許多“短命”的介子，這些介子一邊運(yùn)動(dòng)，一邊發(fā)生衰變，從而變成中微子和卩子。再讓它們共同穿過(guò)鋼板，這時(shí)卩子被鋼板阻擋并衰變了，剩下的就是純凈的中微子束。然后，再用信號(hào)對(duì)它進(jìn)行調(diào)制，接著通過(guò)磁場(chǎng)控制載有信息的中微子束，使之按人的旨意朝一定方向傳向目標(biāo)。接收端是一個(gè)儲(chǔ)有近億噸水的大水箱，箱內(nèi)的光探測(cè)器星羅棋布。當(dāng)發(fā)射來(lái)的中微子束在水中傳過(guò)時(shí)，就會(huì)與原子核中的中子發(fā)生核反應(yīng)而生成卩子，卩子在水中高速前進(jìn)，受到核的減帶作用放出光子，這些光子進(jìn)而被水中的光探測(cè)器接收了，即可把原來(lái)中微子束所攜帶的信息解調(diào)出來(lái)，從而達(dá)到通信的目的。中微子通信是直接利用核反應(yīng)堆中射線(xiàn)束。B射線(xiàn)在衰變過(guò)程中能放出電子和中微子。利用微型高能質(zhì)子同步加速器，當(dāng)能量達(dá)到了5X10neV時(shí)，中微子束的速度即達(dá)到光速。只要控制中微子束的能流密度，把所有的信息，如視音頻信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)等，加載到中微子束上面，即可實(shí)現(xiàn)任意距離點(diǎn)與點(diǎn)之間，具有光通信容量的保密通信，可以雙向傳輸多路電視、音頻信號(hào)，并與計(jì)算機(jī)并網(wǎng)，對(duì)潛艇進(jìn)行遙控遙測(cè)等，將來(lái)用到無(wú)人駕駛的核潛艇上也是可能的。中微子通信的解調(diào)是利用“契倫科夫效應(yīng)”進(jìn)行的。中微子束不管通過(guò)的距離多么遙遠(yuǎn)，只要在接收端通過(guò)400m以上的水深時(shí)，便與水原子的中子發(fā)生核反應(yīng)，生成高能量的負(fù)卩子。在水中負(fù)卩子能以接近光速的速度前進(jìn)，當(dāng)它穿越60m~70m長(zhǎng)的距離時(shí)，產(chǎn)生“契倫科夫效應(yīng)”即產(chǎn)生0.4um~o.7um連續(xù)分布可見(jiàn)光稱(chēng)為契倫科夫光。光線(xiàn)與負(fù)卩子的前進(jìn)方向成410。夾角。在水中用光電信增管直接檢測(cè)可見(jiàn)光，就可以解調(diào)出發(fā)送端的全部信號(hào)，同時(shí)可進(jìn)一步精確地利用負(fù)肚子跟蹤定位發(fā)送端的方位。中微子通信具有微波和光通信的容量大、直線(xiàn)性和保密性的特點(diǎn)。

第四章中微子通信系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)第四章中微子通信系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)中微子通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要是確保其中微子通信設(shè)備網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和有優(yōu)良的功能性能參數(shù)。其功能這里至少要涉及中微子通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)射系統(tǒng)性能與接收系統(tǒng)性能，這里要包括中微子波束的產(chǎn)生方法與設(shè)施、中微子波束的調(diào)制與解調(diào)方法與機(jī)構(gòu)、中微子通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信號(hào)的接收方法與設(shè)施等。中微子通信系統(tǒng)采用的中微子波束的產(chǎn)生方法與設(shè)施在廣闊的宇宙中有多種方式產(chǎn)生中微子波束。在宇宙中微子的產(chǎn)生中至少可列舉以下幾種方式：在宇宙大爆炸中、在超新星爆發(fā)等巨型天體活動(dòng)中、宇宙恒星中的核反應(yīng)中、高能宇宙射線(xiàn)的作用中、宇宙線(xiàn)高能質(zhì)子打在星體云或星際介質(zhì)的原子核上產(chǎn)生核反應(yīng)生成的介子衰變?yōu)橹形⒆?、地球上的物質(zhì)自發(fā)或誘發(fā)裂變產(chǎn)物B衰變產(chǎn)生的中微子、n介子衰變產(chǎn)生高能中微子等。在通過(guò)核聚變反應(yīng)中產(chǎn)生中微子束時(shí)其幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是：核聚變反應(yīng)中要絕對(duì)保證安全，絕對(duì)不允許有無(wú)任何核泄漏現(xiàn)象存在；產(chǎn)生的中微子束要保證有一定的中微子密度；作為中射線(xiàn)束源設(shè)備其可靠性應(yīng)足夠高，其應(yīng)做到體積較小，也不太重，以便設(shè)備方便移動(dòng)。通過(guò)核聚變反應(yīng)中產(chǎn)生中微子束自然是離不開(kāi)核聚變反應(yīng)的，這會(huì)帶來(lái)許多問(wèn)題。例如，設(shè)備體積龐大，不易于移動(dòng)；其要嚴(yán)防損壞而造成核泄漏；設(shè)備造價(jià)昂貴，一般難以承受。因此，產(chǎn)生另一關(guān)鍵問(wèn)題是是否可不用通過(guò)核聚變反應(yīng)方法獲得中微子束源。采用非核聚變反應(yīng)獲得中微子束的方法更是一個(gè)嚴(yán)重地技術(shù)關(guān)鍵。但是，這種獲得中微子束的方法并不是根本沒(méi)有可能。如前所述，在世界上可獲得中微子束的方法可達(dá)7種以上。可建議研制創(chuàng)造一類(lèi)收集進(jìn)入地球范圍的宇宙中微子的方法，并將其“收集”與“存儲(chǔ)”起來(lái)，形成中微子通信所要求的中微子源。這類(lèi)中微子源要求體積小、重量輕，易于攜帶。因此，也使中微子通信系統(tǒng)設(shè)備可作得小巧玲瓏便于搬運(yùn)移動(dòng)。中微子通信系統(tǒng)采用的中微子波束的調(diào)制／解調(diào)技術(shù)1．光通信采用的調(diào)制技術(shù)在光通信中，調(diào)制技術(shù)主要是指用于光通信網(wǎng)絡(luò)中對(duì)于設(shè)備光源的調(diào)制技術(shù)，即是將要發(fā)送的信號(hào)調(diào)制在光波上，從而形成以光波作為信息載體的載波信號(hào)。在現(xiàn)行光通信系統(tǒng)中采用的調(diào)制方式是內(nèi)部強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)(IM/DD)和外部調(diào)制/外差接收兩類(lèi)。相干調(diào)制是相干光通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，相干光通信是在發(fā)信端采用相干調(diào)制、在收信端采用外差解調(diào)的光通信系統(tǒng)。2．中微子通信采用的調(diào)制技術(shù)與光通信相類(lèi)似，在中微子通信的發(fā)送設(shè)備中，調(diào)制器使用準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)信息對(duì)其中微子束進(jìn)行調(diào)制，接著在中微子信號(hào)發(fā)射機(jī)中通過(guò)磁場(chǎng)控制載有信息的中微子束，使之按我們的旨意朝一定方向傳向目標(biāo)；在中微子通信的接收設(shè)備中，將中微子束所載信號(hào)解調(diào)出來(lái)恢復(fù)原信號(hào)。3．中微子通信采用調(diào)制技術(shù)的關(guān)鍵由于中微子通信系統(tǒng)的研制開(kāi)發(fā)處于剛剛起步階段，其采用的調(diào)制技術(shù)是模擬調(diào)制還是數(shù)字調(diào)制?是沿用數(shù)字光通信采用的調(diào)制方式還是采用另外地獨(dú)特調(diào)制方式?這一切都成為研究中微子通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。中微子通信系統(tǒng)采用的中微子波束接收中微子通信接收端與光通信接收端相類(lèi)似，在中微子通信接收端裝置的功能也可分為以下三部分。前端接收裝置，其主要功能是從中微子通信信息的傳輸信道接收已被調(diào)制好的中微子流，并且將其去掉傳輸中受到的干擾與衰落，恢復(fù)得到原來(lái)發(fā)射端裝置發(fā)送到信到信道中的調(diào)制中微子流。中微子通信信息的解調(diào)裝置，其主要功能是從接收到載人中微子流中的信號(hào)解調(diào)出來(lái)。原信號(hào)恢復(fù)裝置，將解調(diào)出來(lái)的信號(hào)進(jìn)一步整形放大恢復(fù)其在發(fā)送端信號(hào)的本來(lái)面貌。第五章中微子通信系統(tǒng)的優(yōu)越性21世紀(jì)是納米光通信大展宏圖的世紀(jì)，作為人類(lèi)迎來(lái)的這種新型納米光通信通信方式一方面將為通信事業(yè)帶來(lái)勃勃生機(jī)極其美好的明天，而另一方面由于其納米光通信本身存在的固有局限性，由于光載波只能“直線(xiàn)”傳播，并且不能穿過(guò)不透光的物體，納米光通信受天氣狀況、地形條件、外來(lái)物的影響較大，難以實(shí)現(xiàn)全天候、超視距的通信。這就使的納米光通信在一些方面不能滿(mǎn)足人們對(duì)通信的更高的渴望。中微子通信系統(tǒng)完全克服了納米光通信的上述局限性，中微子通信系統(tǒng)其信道可為穿過(guò)地球的兩端，甚至于太空的星際之間，也無(wú)需任何中繼或衛(wèi)星轉(zhuǎn)送。神奇的中微子束通信具有光通信幾乎一樣的高容量，可雙向傳輸多路電視和其他多媒體信號(hào)，若將發(fā)送和接收的計(jì)算機(jī)進(jìn)行并網(wǎng)，可進(jìn)行遙控、遙測(cè)。中微子通信系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，將在通信領(lǐng)域?yàn)槿祟?lèi)征服宇宙創(chuàng)造更加美好的光輝前景。無(wú)線(xiàn)電通信是當(dāng)今使用最廣的通信方法，不過(guò)，它有一定的局限性，常受到外界的干擾?，F(xiàn)在，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)明了一種新型的通信方法，這就是利用中微子束進(jìn)行的通信。中微子通信被普遍認(rèn)為是最有發(fā)展前途，可在人類(lèi)征服宇宙中最合適的一類(lèi)通信手段。與光通信技術(shù)的優(yōu)越性相對(duì)照，目前所認(rèn)識(shí)到的主要優(yōu)越性可表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。頻帶寬，容量大可以高速率工作中微子通信頻帶寬，容量大，可以高速率工作。中微子通信速度快，能以近光速進(jìn)行直線(xiàn)傳播，并極易穿透鋼鐵、海水，以至整個(gè)地球，而本身能量損失很少，從太陽(yáng)來(lái)到地球8min就夠了。對(duì)于我們討論的中微子通信技術(shù)，其中微子信息載體不但可在整個(gè)光頻段工作，而且可以任何中微子束可達(dá)到的速率下工作。有足夠強(qiáng)的穿透能力在光通信中使用的光載波只能“直線(xiàn)”前進(jìn)，一般不能“拐彎”即在空氣、真空或海水中只能直線(xiàn)傳播；光載波不能穿過(guò)不透光的物體。另外，大氣和地面對(duì)太陽(yáng)光的散射形成的背景輻射，對(duì)激光大氣通信的接收器來(lái)說(shuō)是一個(gè)強(qiáng)的噪聲源，如果陽(yáng)光直射到探測(cè)器上，將會(huì)產(chǎn)生很高的誤碼率。為減小背景輻射的影響，不宜采用可見(jiàn)波段的激光，紫外和紅外線(xiàn)是可選擇對(duì)象。關(guān)于背景噪聲的影響只有當(dāng)太陽(yáng)光平行照射無(wú)線(xiàn)納米光通信設(shè)備時(shí)，才會(huì)對(duì)其設(shè)備產(chǎn)生影響。無(wú)線(xiàn)納米光通信設(shè)備廠(chǎng)家通常在設(shè)備的前面增加的優(yōu)質(zhì)的濾光裝置，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上增加遮陽(yáng)板。若安裝地點(diǎn)可以選擇，建議安裝時(shí)盡量避免太陽(yáng)光直射。抗干擾性強(qiáng)，不受無(wú)線(xiàn)電頻段電磁波等的干擾中微子通信技術(shù)不受無(wú)線(xiàn)電頻率干擾或處于飽和狀態(tài)，可以以窗口為基礎(chǔ)使用。這是由于無(wú)線(xiàn)納米光通信系統(tǒng)光能量集中一定的光束載體區(qū)域，因此其具有很強(qiáng)的抗電磁干擾性能，一般的無(wú)線(xiàn)電波對(duì)其不會(huì)形成干擾；在其工程施工中不需要考慮多徑干擾、電波反射等微波中經(jīng)常遇到的難題。由于無(wú)線(xiàn)納米光通信使用的光束窄小，方向性強(qiáng)，不會(huì)對(duì)其他通信系統(tǒng)形成干擾，相同地域內(nèi)可容納大量的無(wú)線(xiàn)納米光通信系統(tǒng)，而且因?yàn)楸舜瞬幌喔?，即使相交也不?huì)影響到各自的通信質(zhì)量。無(wú)線(xiàn)納米光通信系統(tǒng)為適應(yīng)各種惡劣工作環(huán)境，必須有較強(qiáng)的抗干擾和抗衰落性能。為此，在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)、研制設(shè)備時(shí)也必須同時(shí)采用多種抗干擾和抗衰落措施。例如，設(shè)備的抗電磁干擾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，射頻、基頻與供電系統(tǒng)的隔離以及通常采用的空間分集接收方法等。中微子通信系統(tǒng)抗干擾性能強(qiáng)，不受無(wú)線(xiàn)電頻段電磁波等的干擾，這里當(dāng)然也包括核輻射的影響。這是由于中微子信息載體是屬于不帶電，不會(huì)受任何干擾的暗物質(zhì)。因此，中微子束通信是一種目前最迅速、最安全、保密性最強(qiáng)的現(xiàn)代通信手段。安全可靠，有良好的傳輸保密性能在光通信系統(tǒng)中，光纖傳輸是比較安全的，而無(wú)線(xiàn)納米光通信系統(tǒng)更是最安全網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，不要求高級(jí)安全軟件。這是因?yàn)樗d信息是被保持在一個(gè)非常狹窄的非可見(jiàn)光束錐形體中。波束很窄，很難在空中發(fā)現(xiàn)其業(yè)務(wù)鏈路，更不存在被竊聽(tīng)的可能性。同時(shí)，其波束是定向發(fā)射的，僅對(duì)準(zhǔn)目的接收機(jī)。倘若其無(wú)線(xiàn)納米光通信系統(tǒng)的通信鏈路被阻截，使其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息外泄，用戶(hù)也會(huì)立即很快地發(fā)現(xiàn)鏈路被中斷了，這使得無(wú)線(xiàn)納米光通信系統(tǒng)萬(wàn)無(wú)一失。具有的這種傳輸安全保密性能使得無(wú)線(xiàn)納米光通信系統(tǒng)將特別受到金融、法律、軍事等保密要求高部門(mén)的青睞。此外，通常在用戶(hù)到集線(xiàn)器之間的鏈路上是加密的，這又進(jìn)一步保證了通信的安全保密性。激光束的安全性是無(wú)線(xiàn)納米光通信系統(tǒng)必須考慮的問(wèn)題。光信號(hào)發(fā)射功率必須限制在保證人類(lèi)眼睛安全的功率范圍內(nèi)，這也限制了無(wú)線(xiàn)納米光通信的通信距離。有極高的有效性，可全天候工作在一般光通信中，特別是在無(wú)線(xiàn)納米光通信中，惡劣的天氣情況，會(huì)對(duì)無(wú)線(xiàn)納米光通信的傳播信號(hào)產(chǎn)生波動(dòng)起伏的衰耗作用，更嚴(yán)重時(shí)甚至于會(huì)造成通信的瞬間中斷。這里應(yīng)明確，氣候?qū)τ跓o(wú)線(xiàn)納米光通信的主要挑戰(zhàn)是濃密的煙霧。降雨和雪對(duì)于無(wú)線(xiàn)納米光通信的影響，當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)線(xiàn)納米光通信時(shí)，主要應(yīng)當(dāng)考慮的是煙霧彌漫的氣候條件。其應(yīng)對(duì)措施通常是縮短無(wú)線(xiàn)納米光通信的鏈路距離和增加網(wǎng)絡(luò)冗余量。中微子通信，由于其中微子信息載體的穿透能力極強(qiáng)，甚至于可穿過(guò)熾熱的地心，因此，就目前所了解的中微子束基本知識(shí)，關(guān)于惡劣的天氣情況將對(duì)中微子通信不會(huì)產(chǎn)生任何影響。特別適于宇宙空間的通信在光通信中，特別是無(wú)線(xiàn)納米光通信網(wǎng)絡(luò)特別適合于宇宙空間的通信。但是，無(wú)線(xiàn)納米光通信網(wǎng)絡(luò)還存在許多有待于解決的問(wèn)題。首先是在大氣等介質(zhì)空間傳輸距離很短，此外還有收發(fā)端對(duì)準(zhǔn)、受空中障礙物和背景噪聲影響和激光的安全等諸多問(wèn)題。在遼闊的宇宙空間中建立中微子通信網(wǎng)絡(luò)這是其將來(lái)發(fā)展中微子通信的遠(yuǎn)大宏偉目標(biāo)。在地球范圍的外層空間中，并用中微子束來(lái)探索遙遠(yuǎn)的空間。無(wú)線(xiàn)電波有一個(gè)嚴(yán)重的不足之處，就是無(wú)線(xiàn)電波中的很大一部分不能穿透電離層，此外，無(wú)線(xiàn)電波還容易受到太陽(yáng)黑子活動(dòng)的干擾，也會(huì)在氣候變化、核爆炸時(shí)發(fā)生變化。由于中微子不帶電荷，穩(wěn)定可靠，所以中微子束基本上不受電離層、太陽(yáng)黑子等外界因素的影響。這樣，中微子束用于外層空間通信時(shí)，就可以以光速直達(dá)信息目的地，用于遙遠(yuǎn)空間探索時(shí)，也可以以光速直達(dá)探索目標(biāo)。因此，中微子通信是在人類(lèi)征服宇宙中有力的通信方式。中微子通信技術(shù)在地球范圍內(nèi)外的應(yīng)用中微子通信技術(shù)在地球范圍之外的應(yīng)用從通信區(qū)間來(lái)考慮，可將其通信分為地球范圍內(nèi)的中微子通信、人造衛(wèi)星間及衛(wèi)星與地球范圍內(nèi)之間的中微子通信，即所稱(chēng)的“近空中微子通信網(wǎng)絡(luò)”和太空宇宙中的“深空中微子通信網(wǎng)絡(luò)”幾類(lèi)。在有的資料中，將地球范圍內(nèi)的中微子通信稱(chēng)為“近空中微子通信網(wǎng)絡(luò)”，而將人造衛(wèi)星間及衛(wèi)星與地球范圍內(nèi)之間的中微子通信稱(chēng)為“深空中微子通信網(wǎng)絡(luò)”。關(guān)于太空宇宙中的中微子通信，目前世界各先進(jìn)國(guó)家都在投入很大精力在研究開(kāi)發(fā)中。在浩瀚的宇宙空間中，龐大的銀河星系至少存在300億以上個(gè)星體，這其中估計(jì)至少有5億個(gè)星體有類(lèi)似于地球的環(huán)境（可能有人類(lèi)居?。Ｔ趶V闊的宇宙空間中，類(lèi)似于銀河星系的星系還至少有1000個(gè)以上。這表明，在極為廣闊的宇宙中存在著“數(shù)不清”的適合于人類(lèi)居住條件的星體。要實(shí)現(xiàn)地球上人類(lèi)與其有人類(lèi)存在的其他星體的通信聯(lián)絡(luò)，就目前地球上人類(lèi)所掌握的通信手段僅有以暗物質(zhì)中的中微子作為信息載體的中微子通信和以光作為信息載體的納米光通信。前者的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用還是比較遙遠(yuǎn)的事情，很自然其星際之間通信的重?fù)?dān)目前就只能落到了納米光通信技術(shù)手段上了。但是，由于納米光通信技術(shù)存在著只能穿過(guò)透光的介質(zhì)等諸多難以克服的缺點(diǎn)，因此，迅速研究開(kāi)發(fā)出中微子通信就成為21世紀(jì)非常迫切的問(wèn)題了。中微子通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，將使21世紀(jì)成為中微子通信大展宏圖的輝煌時(shí)代。這不僅表現(xiàn)在地球上中微子通信網(wǎng)絡(luò)的迅速形成，而且也表現(xiàn)在近空和深空衛(wèi)星通信的領(lǐng)域中，更重要的是將來(lái)中微子通信要主宰近空和深空，甚至于成為人類(lèi)遨游太空實(shí)現(xiàn)整個(gè)宇宙空間通信的主要手段。如前所述，近空中微子通信網(wǎng)絡(luò)是指人造衛(wèi)星間及衛(wèi)星與地球范圍內(nèi)之間的中微子通信。中微子通信技術(shù)近年來(lái)獲得迅猛發(fā)展，為星際間的通信開(kāi)辟了美好前景。尤其是各先進(jìn)國(guó)家在星際中微子的研究中投入了可觀的人力和財(cái)力，并取得令人鼓舞的成果。近年來(lái)，各先進(jìn)國(guó)紛紛單獨(dú)或合作首先開(kāi)發(fā)近空中微子通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并且正在考慮實(shí)習(xí)與已存在的運(yùn)行著的微波、光載波衛(wèi)星信號(hào)的對(duì)接與轉(zhuǎn)換問(wèn)題。通信，是飛行中的飛機(jī)與地面指揮人員聯(lián)系的唯一手段，是關(guān)系到飛機(jī)飛行安全的重要因素。目前飛機(jī)與地面間的通信主要是借助于普通的無(wú)線(xiàn)電波，但這種無(wú)線(xiàn)電波具舉易受干擾，不能鉆地、人海等“先天性不足”。用它進(jìn)行遠(yuǎn)程通信時(shí)有時(shí)還要借助于地面中轉(zhuǎn)站或中繼通信衛(wèi)星，十分不便。為此，“超飛一號(hào)”摒棄了無(wú)線(xiàn)電通信，而采用更為先進(jìn)的“中微子通信”。中微子通信技術(shù)不但可將地球范圍內(nèi)各類(lèi)通信融為一體，而且還可應(yīng)用宇宙通信之中，實(shí)現(xiàn)地球與各星體之間的通信。可見(jiàn)，研究中微子通信技術(shù)有多么深刻的重大意義