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1、YCF1光纤通信技术应用基础学习情境一PPT课件（V2)工信版欢迎你进入光纤通信技术应用基础学习领域课程的学习！同学们：光纤通信技术应用基础光纤通信技术应用基础课程前言 本课程以就业为导向，针对光传输线路与设备维护工作岗位的职业能力设计学习情境。学习情境以维护任务为载体，传授光纤通信技术应用基础的内容，采用行动导向的教学方法组织实施教学，在加深理解基础理论知识的同时，通过完成一个一个的工作任务，掌握光传输线路与设备的维护技能。本课程学习的宗旨就是让你“在学习中学会工作，在工作中学会学习！”提炼典型工作任务任务一 光纤通信基本知识认知 任务二 光纤性能和导光原理认知 任务三 光缆识别 任务四 常
2、见光缆线路设施基本认知 任务五 光缆线路基础维护 任务六 光时域反射仪的使用和后向散射信号曲线分析 任务七 光缆线路工程施工过程认知 任务八 2M同轴电缆接头的制作 任务九 DDF、ODF结构和用途认知 任务十 光纤连接器认知和使用 任务十一 光电收发器的认知和使用 任务十二 小型光端机安装 任务十三 光端机性能测试 任务十四 光端机基本维护 任务十五 PDH和SDH基本原理认知 任务十六 设备运行情况检查和例行维护 任务十七 常见机房设备简单告警的处理 学习指南 本学习领域课程的全套资料包括：任务书、教师指定的教材、学习工作页、学习资料单、评价表单、技术报告单、PPT课件、课程标准、精选案例
3、、设备图片、动画库、视频录像、设备技术手册等教学资源。如果你能合理有效利用上述教学资源，相信你将会取得良好的学习效果。课程学习参考资源课程学习情境 光纤光缆认知 情境1 光缆线路维护与施工基础 电路调度与光纤连接 小型光端机安装、使用与基本维护 SDH基本原理和设备日常维护 情境2情境3情境4情境5情境一：光纤光缆认知 通过学习和实践，学生能够具有光缆线路的基本知识。情境导入 图片新闻 本报渭南讯昨日下午1时左右，一辆拉运石子的自卸车在310国道华县柳枝镇梁堡村十字突然失控，接连撞断几根电杆后冲入路边麦田，司机当场死亡。事故造成电信、联通公司数条光缆线路中断，上万用户通信因此受到影响。情境1教
4、学目标学完本学习情境1，你应：E能了解光纤通信系统的基本构成，熟悉光纤通信的特点和系统分类 ；E掌握光纤的结构和分类，并具有光纤的制作标准的基本知识；E初步具有光缆的分类知识，能够根据光纤标识辨别各类光缆；知识学习储备知识学习准备u 光纤结构与导光原理u 光纤通信系统基础知识u 光缆类型及其应用场景情境1学习任务分解学习任务分解学习任务1：光纤通信基本知识认知 学习任务2：光纤性能和导光原理认知 学习任务3：光缆识别 光通信发展历史光通信发展历史 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器。1880年，美国人贝尔(Bell)发明“光电话”。原始形式的光通信:“烽火台”、旗语
5、传送信息。现代光纤通信现代光纤通信 1966年，英英籍籍华华裔裔学学者者高高锟锟(C.K.Kao)和和霍霍克克哈哈姆姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信光纤通信光纤通信的基础。光纤通信发明家光纤通信发明家高锟高锟(左左)1998年在英国接受年在英国接受IEE授予的奖章授予的奖章 1970年，年，光纤光纤研制取得了重大突破研制取得了重大突破 1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤。1973 年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5
6、dB/km。1974 年降低到1.1dB/km。在以后的 13 年中，波长为1.55 m的光纤损耗：1979 年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986 年是0.154 dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限光纤最低损耗的理论极限。1970 年，光纤通信用年，光纤通信用光源光源取得了实质性的进展取得了实质性的进展 1970年，美国贝尔实验室研制成功室室温温下下连连续续振振荡荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。1973 年，半导体激光器寿命达到7000小时。1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时。1979年美国电报电话(A
7、T&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55 m的连续振荡半导体激光器。实用实用光纤通信系统光纤通信系统的发展的发展 1976 年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世世界界上上第第一个实用光纤通信系统的现场试验一个实用光纤通信系统的现场试验。1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。1988年建成横跨大西洋 TAT-8海底光缆通信系统。1989年建成第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统。光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：第一阶段(19661976年)，这是从基础研究到商业应用的开发时期。第二阶段(19761986
8、年)，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。第三阶段(19861996年)，这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。光纤通信整体发展时间表光纤通信整体发展时间表1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 100000 10000 1000 100 10 1 0.1 0.8m多模1.3m单模1.55m直接检测光孤子光放大器1.55m相干检测系统性能(Gb/sKm）FTTA、FTTB、FTTH构成当前的光纤接入网络，最终将实现光纤到户和光纤到桌面，如图1.1所示图1.1光纤接入网络光波波谱光
9、波是电磁波，其波长在微米级、频率为10131014Hz数量级。一般无线电磁波可用做广播电台、电视、移动通信的信号传输，光波也可以，而且是大容量、高速度、数字化和综合业务的通信传输，所不同的是一般无线电磁波通过空气传输，而通信用光波是通过光纤（OpticFiber）来实现传输的，是一种有线传输。如图1.2所示为光波在电磁波波谱中的位置，可见光的波长在0.390.76m之间，包括红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，混合而成白光，其中红光的波长最长。图1.2光波在电磁波波谱中的位置图比红光波长更长的光波，即波长大于0.76m，是不可见的红外线，在0.7615m之间的光波称为近红外线，在1525m之间的光波称
10、为中红外线，在25300m之间的光波称为远红外线。比紫光波长更短的光波称为不可见的紫外线，紫外线的波长范围为0.390.006m，紫外线、可见光和红外线统称光波。光纤通信系统的基本构成 所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。数字光纤通信系统由光发射机、光纤和光接收机组成。光纤通信过程：光发射机将已调制的光波送入光纤，经光纤传送至光接收机。光信号经过光纤传输到达接收端，首先经光电二极管（PIN）或雪崩光电二极管（APD）检波变为电脉冲，然后经放大、均衡、判断等适当处理，恢复为送入发送端时的电信号，再送至接收电端机。它与一般通信过程所不同的有两点：一是传输光信号；二是利用
11、光纤作为媒介传输手段。光发射机中，对电信号有两种光调制方法：一种是在光源如激光器上调制，产生随电信号变化的光信号，此种方法为直接调制；另一种是外调制，利用电光晶体调制器在光源外部调制，调制速率高。所有的调制速率可达1020Gb/s，远远低于光纤的传输带宽（20000Gb/s）。图1.3基本光纤通信系统组成框图光纤通信的光纤通信的优点优点 1.频带宽、通信容量大 2.损耗低，传输距离远 3.信号串扰小，保密性能好 4.抗电磁干扰，传输质量佳 5.尺寸小、质量轻，便于敷设和运输 6.材料来源丰富，环境适应性强光纤通信的光纤通信的缺点缺点（1）光纤性质脆，需要涂覆加以保护。此外，为了能承受一定的敷设
12、张力，在光纤结构上需要多加考虑。（2）在切断和连接光纤时，需要高精度技术和仪表器具。（3）光路的分路、耦合不方便。（4）光纤不能输送中继器所需要的电能。（5）弯曲半径不宜太小。光纤通信系统的分类：1.按传输光波长划分 2.按调制信号形式划分 3.按传输信号的调制方式划分 4.按光纤传导模式数量划分 5.其他划分类别特点相干光通信系统光接收灵敏度高，光频率选择性好，设备复杂光波分复用通信系统一根光纤中传输多个单/双向波长，超大容量，经济效益好光频分复用通信系统可大大增加复用光信道，各信道间干扰小，实现技术复杂光时分复用通信系统可实现超高速传输，技术先进全光通信系统传输过程无光电变换，具有光交换功
13、能，通信质量高副载波复用光纤通信系统数模混传，频带宽，成本低，对光源线性度要求高光孤子通信系统传输速率高，中继距离长，设计复杂量子光纤通信系统量子信息论在光通信中的应用表1.1其他类型的光纤通信系统情境1学习任务分解学习任务分解学习任务1：光纤通信基本知识认知 学习任务2：光纤性能和导光原理认知 学习任务3：光缆识别 光纤结构光纤结构 光光纤纤（Optical Fiber）是是由由中中心心的的纤纤芯芯和和外外围围的的包包层层同同轴轴组组成成的的圆柱形细丝圆柱形细丝。纤纤芯芯的折折射射率率比包包层层稍高，损损耗耗比包包层层更低，光能量主要在纤纤芯芯内传输。包包层层为光的传输提供反反射射面面和光光
14、隔隔离离，并起一定的机机械械保护作用。设纤纤芯芯和包包层层的折折射射率率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1n2。2a图2.1.1 光纤结构示意图n n1n n2 纤芯 包层 涂覆层 只有纤芯和包层的光纤，就是光纤接续时剥除涂覆层后的裸光纤。它的强度较差，尤其是柔软性差，为达到实际使用的要求，在光纤制造过程中，在裸纤从高温炉拉出后2s内立即进行涂覆，经过涂覆后的光纤才能用来制造光缆，满足通信传输的要求，通常所说的光纤就是指这种涂覆光纤。如图1.5所示为使用最广泛的两种套塑光纤的结构。如图1.5（a）所示为紧套光纤，预涂覆层、缓冲层、二次涂覆层（尼龙或聚乙烯等塑料套管）等与包层紧
15、密地结合在一起，光纤在套管内不能自由活动，常见的如尾纤；如图1.5（b）所示为松套光纤，就是在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管，光纤可以在套管中自由活动，松套光纤的制造工艺简单，其衰耗特性、温度特性与机械性能也比紧套光纤好，因此被大量采用。图1.5套塑光纤的结构光纤的分类：1.按工作波长分类 按工作波长可分为紫外光纤、可见光光纤、近红外光纤、红外光纤（波段分别为0.85m、1.3m、1.55m、1.625m）。通信中常用的为红外光纤，具体分类和使用参见表1.2。分类短波长光纤长波长光纤波段/m0.80.91.31.551.625使用范围短距离，单信道单信道，长距离PDHSDH、长距离、WDMD
16、WDM典型光纤G651G652BG655BG655C、G656表1.2通信中常用光纤分类表涂覆层：一次涂覆层：5-40微米套塑层：100微米缓冲层包层：低折射率，将信号封闭在纤心内。高折射率，用于传输信号阶跃型多模光纤纤芯折射率和包层折射率是两定值，光线成之字型前进2.按折射率分布分类 按折射率可分为阶跃（突变）（SI）型、渐变（梯度）（GI）型及其他（如三角形、双包层型、凹陷型等）。三种常用光纤结构及传输情况如图所示。渐变型多模光纤纤芯折射率逐渐变化，轴心最大 ，光线成抛物线，过一定距离就聚焦，色散小纤芯直径小，只允许基模传输单模光纤 3按传输模数分类 按传输模的数量不同，光纤分为多模光纤和
17、单模光纤。光在阶跃折射率光纤中的传播 （1）多模光纤 当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）远大于光波波长时（约1m），光纤传输的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模式，这样的光纤称为多模光纤。（2）单模光纤 当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）较小，与光波长在同一数量级，如芯径d1 在4m10m范围，这时，光纤只允许一种模式（基模）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤称为单模光纤。4.按套塑方法分类 按套塑方法可分为紧套光纤和松套光纤（其外边需套上一个较松的套管，使之可以在中间松动），如图1.5所示。在施工中，这两种光纤的接续和安装工艺不同。5.按原材料性质分类 按原材料性质可分为石英玻璃
18、、多成分玻璃、塑料、复合材料（如塑料包层、液体纤芯等）、红外材料等。6.按制造方法分类 按预制棒制造方法可分为有汽相轴向沉积法（VAD）和化学汽相沉积法（CVD）等。7.按用途分类 为了减少光信号在传输中的衰减程度，目前有掺铒光纤、零色散补偿光纤、非零色散位移光纤等。三、光纤的几何特性1.几何参数纤芯直径包层直径不圆度同心度 .光学参数数值孔径模场直径截止波长 四、带状光纤简介带状光纤通常由4、6、8、12、24芯涂覆光纤，采取UV固化黏结材料黏结成带状，通过黏结材料把带状光纤组合成阵列排列，如图1.7所示。接续时一般可以同时一次性完成一个带状光纤的接续。图1.7带状光纤截面图四、带状光纤主要
19、性能指标 1.几何参数 2.标志 3.可分离性 4.带状光纤的接续二、光纤传输原理（一）光波速度 光波与电磁波在真空中的传输速度为c3105km/s。光在均匀介质中直线传播，速度与介质的折射率成反比，即式中n介质光折射率；c真空中的光速。真空的光折射率为1，其他介质的折射率大于1，因此传输速度比在真空中小。其中空气的折射率近似为1，而石英光纤的折射率为1.458，则光波速度为v2105km/s。光波的波长（）、频率（f）和速度之间的关系为或二、平面波的反射和折射二、平面波的反射和折射反射定律：1=1 折射定律：n 1 sin 1=n 2 sin 2(折射率 n=c/V)n 2n 1112三、光
20、波的全反射 根据折射定律，光从折射率大的介质到折射率小的介质时，折射角大于入射角，并随入射角增大而增大。当入射角增大到临界角0时，折射角290如图1.10所示，这时光以1角全反射回去，从能量角度看，折射光能量越来越小，反射光能量逐渐增大，直到折射光能量消失。图1.10光波的全反射即四、光纤导光原理 设纤芯和包层折射率分别为n1和n2，空气的折射率n01,纤芯中心轴线与z轴一致，如图1.11所示。光线在光纤端面以小角度从空气入射到纤芯（n0n2）。图1.11阶跃型多模光纤传输原理示意图只有在半锥角为c的圆锥内入射的光束才能在光纤中传输，如图1.12所示。图1.12光纤内光波传输三、光纤的主要特性
21、一、传输特性1.损耗 光纤的损耗又称衰减，很大程度上决定光纤通信的中继距离。损耗用损耗常数a（）来表达，表示单位长度的某一波长光功率信号的衰减值，它的表达式为式中Pi输入端输入光功率；Po输出端输出光功率；L传输长度。光纤产生损耗的原因很多，其类型主要有固有损耗、外部损耗和应用损耗等，参见表1.5。损耗种类产生原因固有损耗（1）吸收损耗：由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的（2）散射损耗：主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷（如气泡）引起的散射产生的 外部损耗光纤、光缆制造工艺导致微弯辐射损耗应用损耗施工安装和使用运行中产生，如张力、弯曲、挤压、潮气等造成的表
22、1.5光纤损耗类型及原因分析表0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5衰减（衰减（dB/km）第一窗口第一窗口第二窗口第二窗口波长波长（m）普通单模光纤的衰减随波长变化示意图普通单模光纤的衰减随波长变化示意图6 5 4 3 2 10。40。2第三窗口第三窗口 C 波段波段15251565nm 1.57 1.62 L波段波段2.光纤色散 光纤不仅受损耗的限制，同时光信号的传输还受到色散的制约，即光脉冲沿光纤传输，脉冲宽度将随着距离的增长而展宽，使得传输距离和传输速率受到限制。光纤的色散可以分为三部分，即模式色散、材料色散与波导色散。模式色散材料色散结构色散（波导色散
23、）多模主要影响主要影响可以忽略单模不存在主要影响随波长增大表1.6单模、多模光纤受色散的影响对比表光纤色散二、机械特性1.影响光纤强度的主要因素2.光纤断裂分析3.光纤寿命 4光纤的温度特性 光纤的温度特性，是指在高、低温条件下对光纤损耗的影响，一般是损耗增大。光纤低温特性曲线四、光纤标准（一）光纤标准分类1.渐变型多模光纤（G.651光纤）2.标准单模光纤（G.652光纤）3.色散位移光纤（G.653光纤）4.截止波长位移型单模光纤（G.654光纤）5.非零色散位移单模光纤（G.655光纤）6.非零色散位移单模光纤（G.656光纤）光纤的特性情境1学习任务分解学习任务分解学习任务1：光纤通信
24、基本知识认知 学习任务2：光纤性能和导光原理认知 学习任务3：光缆识别 光缆的分类：1按传输性能、距离和用途分 可分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆。2按光纤的种类分 可分为多模光缆、单模光缆。3按光纤套塑方法分 可分为紧套光缆、松套光缆、束管式光缆和带状多芯单元光缆。4按光纤芯数多少分 可分为单芯光缆、双芯光缆、四芯光缆、六芯光缆、八芯光缆、十二芯光缆和二十四芯光缆等。5按加强件配置方法分 光缆可分为中心加强构件光缆（如层绞式光缆、骨架式光缆等）、分散加强构件光缆（如束管两侧加强光缆和扁平光缆）、护层加强构件光缆（如束管钢丝铠装光缆）和PE外护层加一定数量的细钢丝的PE细钢丝综合外护
25、层光缆。6按敷设方式分 光缆可分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆。7按护层材料性质分 光缆可分为聚乙烯护层普通光缆、聚氯乙烯护层阻燃光缆和尼龙防蚁防鼠光缆。8按传输导体、介质状况分 光缆可分为无金属光缆、普通光缆和综合光缆。9按结构方式分 光缆可分为扁平结构光缆、层绞式结构光缆、骨架式结构光缆、铠装结构光缆（包括单、双层铠装）和高密度用户光缆等。10目前通信用光缆可分为（1）室(野)外光缆用于室外直埋、管道、槽道、隧道、架空及水下敷设的光缆。（2）软光缆具有优良的曲挠性能的可移动光缆。（3）室（局）内光缆适用于室内布放的光缆。（4）设备内光缆用于设备内布放的光缆。（5）海底光缆用于跨海
26、洋敷设的光缆。（6）特种光缆除上述几类之外，作特殊用途的光缆。2各种典型结构的光缆 （1）层绞式结构光缆 把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。层绞式结构光缆类似传统的电缆结构，故又称之为古典光缆。12芯松套层绞式直埋光缆6芯紧套层绞式光缆 12芯松套层绞式直埋防蚁光缆 648芯松套层绞式水底光缆12芯松套+8芯2线对层绞式直埋光缆 （2）骨架式结构光缆 骨架式结构光缆是把紧套光纤或一次涂覆光纤放入加强芯周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。骨架结构有中心增加螺旋型、正反螺旋型、分散增强基本单元型。12芯骨架式光缆 70芯骨架式光缆 骨架式自承式架空光缆 （3）束管式结构光缆 把一次涂覆光纤或
27、光纤束放入大套管中，加强芯配置在套管周围而构成。12芯束管式光缆 648芯束管式光缆 LEX束管式光缆 （4）带状结构光缆 把带状光纤单元放入大套管中，形成中心束管式结构；也可把带状光纤单元放入凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构。中心束管式带状光缆层绞式带状光缆 （5）单芯结构光缆 单芯结构光缆简称单芯软光缆。这种结构的光缆主要用于局内（或站内）或用来制作仪表测试软线和特殊通信场所用特种光缆以及制作单芯软光缆的光纤。单芯软光缆 （6）特殊结构光缆 特殊结构的光缆，主要有光/电力组合缆、光/架空地线组合缆和海底光缆和无金属光缆。这里只介绍后两种。海底光缆 有浅海光缆和深海光缆两种。无金属光
28、缆 无金属光缆是指光缆除光纤、绝缘介质外（包括增强构件、护层）均是全塑结构，适用于强电场合，如电站、电气化铁道及强电磁干扰地带。浅海光缆 深海光缆v光缆型号由型式和规格两大部分组成。（如下所示）光缆型号光缆型号 光缆型号由它的型式代号和规格代号构成，中间用一短横线分开。（1）光缆型式由五个部分组成。图中：分类代号及其意义为：GY通信用野(室)外光缆;GM通信用移动式光缆GJ通信用局(室)内光缆;GS通信用设备内光缆GH通信用海底光缆;GT通信用特种光缆 ：加强构件代号及其意义为：加强构件指护套以内或嵌人护套中用于增强光缆抗拉力的构件。(无符号)金属加强构件F非金属加强构件 ：派生特征代号及其意
29、义为：光缆结构特征应表示出缆芯的主要类型和光缆的派生结构。当光缆型式有几个结构特征需要注明时，可用组合代号表示，其组合代号按下列相应的各代号自上而下的顺序排列。D光纤带结构(无符号)光纤松套被覆结构J光纤紧套被覆结构(无符号)层绞结构G骨架槽结构X缆中心管(被覆)结构T油膏填充式结构(无符号)干式阻水结构R充气式结构C自承式结构B扁平形状E椭圆形状Z阻燃 ：护层代号及其意义为；Y聚乙烯护套V聚氯乙烯护套U聚氨酯护套L铝护套G钢护套Q铅护套A铝-聚乙烯粘结扩套(简称A护套)S钢-聚乙烯粘结护套(简称S护套)W夹带平行钢丝的钢-聚乙烯粘结护套(简称W护套)：外护层的代号及其意义为：当有外护层时，它
30、可包括垫层、铠装层和外被层的某些部分和全部，其代号用两组数字表示(垫层不需表示)。第一组表示恺装层，它可以是一位或两位数字，见下表1；第二组表示外被层或外套，它应是一位数字,见下表2。2.光缆的规格 光缆的规格由光纤规格和导电芯线的规格组成，光纤和导电芯线规格之间用“”号隔开，如图1.36所示。光缆的规格构成 光纤类别的代号用光纤产品的分类代号表示，大写A表示多模光纤，大写B表示单模光纤，再以数字和小写字母表示不同类型的光纤。常用光纤类别的代号参见表1.10。代号光纤类别对应ITUT标准Ala或Al50/125二氧化硅系渐变型多模光纤G.651Alb62.5/125二氧化硅系渐变型多模光纤G.
31、651B1.1或B1二氧化硅普通单模光纤G.652AG.652BB1.21550nm性能最佳光纤（截止波长位移单模光纤）G.654B1.3波长段扩展的非色散位移单模光纤G.652CG.652DB2色散位移单模光纤G.653B4非零色散位移单模式光纤G.655表1.10常用光纤类别的代号 光缆中还附加金属导线（对、组）编号。其构成符合有关电缆标准中导电线芯规格构成的规定。光缆中附加金属导线编号示意图例如：2个线径为0.5mm的铜导线单线可写成210.5；4个线径为0.9mm的铝导线四线组可写成440.9L；4个内导体直径为2.6mm、外径为9.5mm的同轴对，可写成42.6/9.5。3.光缆型号 金属加强构件、松套层绞填充式、铝聚乙烯黏结护套、皱纹钢带铠装聚乙烯护层通信用室外光缆，包含36根B4类单模光纤和5根用于远供及监测的铜线径为0.9mm的四线组，则光缆的型号表示为GYTA5336B4540.9。预祝你学习取得成功，早日实现技术能手之梦！