[工学]光纤及光纤传感器ppt课件

1、11 光纤通讯开展的历史和现状光纤通讯开展的历史和现状 1.1.1 探求时期的光通讯探求时期的光通讯 1.1.2 现代光纤通讯现代光纤通讯 1.1.3 国内外光纤通讯开展的国内外光纤通讯开展的现状现状1 2 光纤通讯的优点和运用光纤通讯的优点和运用 1.2.1 光通讯与电通讯光通讯与电通讯 1.2.2 光纤通讯的优点光纤通讯的优点 1.2.3 光纤通讯的运用光纤通讯的运用1 3 光纤通讯系统的根本组成光纤通讯系统的根本组成 1.3.1 发射和接纳发射和接纳 1.3.2 根本光纤传输系统根本光纤传输系统 1.3.3 数字通讯系统和模拟通数字通讯系统和模拟通讯系统讯系统前往主目录光纤通讯简介光纤通

2、讯简介1.1 光纤通讯开展的历史和现状光纤通讯开展的历史和现状 1.1.1 探求时期的光通讯探求时期的光通讯 在这个时期，美国麻省理工学院利用He - Ne激光器和CO2激光器进展了大气激光通讯实验。由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质， 对光通讯的研讨曾一度走入了低潮。 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器， 给光通讯带来了新的希望。激光器的发明和运用， 使沉睡了80年的光通讯进入一个崭新的阶段。 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光。贝尔光是现代光通讯的雏型。 原始方式的光通讯:中国古代用“烽火台报警，欧洲人用旗语传送信息。 1.1

3、.2 现代光纤通讯 1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(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)进展信息传输的能够性和技术途径，奠定了现代光通讯光纤通讯的根底。 指明经过指明经过“原资料的提纯制造出适宜于长原资料的提纯制造出适宜于长间隔通讯运用的低损耗光纤这一开展方向间隔通讯运用的低损耗光纤这一开展方向光纤通讯发明家高锟光纤通讯发明家高锟(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，光纤研制获得了艰苦突破 1970年，美国康宁(Corning)公司研制胜利损耗20dB/km的石英

4、光纤。把光纤通讯的研讨开发推向一个新阶段。 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km。 1973 年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。1974 年降低到1.1dB/km。 1976 年，日本电报(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长1.2m)。 在以后的 10 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实际极限。 1970 年，光纤通讯誉光源获得了本质性的进展 1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司(

5、NEC)和前苏联先后，研制胜利室温下延续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。虽然寿命只需几个小时，但它为半导体激光器的开展奠定了根底。 1973 年，半导体激光器寿命到达7000小时。 1976年，日本电报公司研制胜利发射波长为1.3 m的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器。 1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命到达10万小时。 1979年美国电报(AT&T)公司和日本电报公司研制胜利发射波长为1.55 m的延续振荡半导体激光器。 由于光纤和半导体激光器的技术提高，由于光纤和半导体激光器的技术提高，使使 1970 年成为光纤通讯开展的一个重年成为光纤通讯

6、开展的一个重要里程碑要里程碑 适用光纤通讯系统的开展适用光纤通讯系统的开展 1976 年，美国在亚特兰大年，美国在亚特兰大(Atlanta)进展了世界上第一个适用光纤通讯系统的现进展了世界上第一个适用光纤通讯系统的现场实验。场实验。 1980 年，美国规范化年，美国规范化FT - 3光纤通讯系统投入商业运用。光纤通讯系统投入商业运用。 1976 年和年和 1978 年，日本先后进展了速率为年，日本先后进展了速率为34 Mb/s的突变型多模光纤通讯系的突变型多模光纤通讯系统，统， 以及速率为以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通讯系统的实验。的渐变型多模光纤通讯系统的实验。 1983年敷设

7、了纵贯日本南北的光缆长途干线。年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。 随后，由美、日、随后，由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8海底光缆通讯系统于海底光缆通讯系统于1988年建成。年建成。 第一条横跨太平洋第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通讯系统于海底光缆通讯系统于1989年建成。从此，海年建成。从此，海底光缆通讯系统的建立得到了全面展开，促进了全球通讯网的开展。底光缆通讯系统的建立得到了全面展开，促进了全球通讯网的开展。光纤通讯的开展可以粗略地分为三个阶段：光纤通讯的开展可以粗略地分为三个阶段： 第一阶段第一阶段(19661976年

8、年)，这是从根底研讨，这是从根底研讨到商业运用的开发时期。到商业运用的开发时期。 第二阶段第二阶段(19761986年年)，这是以提高传输，这是以提高传输速率和添加传输间隔为研讨目的和大力推行运用的速率和添加传输间隔为研讨目的和大力推行运用的大开展时期。大开展时期。 第三阶段第三阶段(19861996年年)，这是以超大容量，这是以超大容量超长间隔为目的、全面深化开展新技术研讨的时期。超长间隔为目的、全面深化开展新技术研讨的时期。 1.1.3 国内外光纤通讯开展的现状 1976年美国在亚特兰大进展的现场实验，标志着光纤通讯从根底研讨开展到了商业运用的新阶段。 以后，光纤通讯技术不断创新：光纤从多

9、模开展到单模，任务波长从0.85 m开展到1.31 m和1.55 m(短波长向长波长，传输速率从几十Mb/s开展到几十Gb/s。 随着技术的提高和大规模产业的构成，光纤价钱不断下降，运用范围不断扩展。 目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通讯系统将成为未来国家信息根底设备的支柱。 在许多兴隆国家，消费光纤通讯产品的行业已在国民经济中占重要位置。光纤通讯整体开展时间表光纤通讯整体开展时间表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

10、光孤子光放大器1.55m相关检测系统性能(Gb/sKm1.2 光纤通讯的优点和运用光纤通讯的优点和运用 1.2.1 光通讯与电通讯光通讯与电通讯 通讯系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽通讯系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高，频带宽度越宽。度，载波频率越高，频带宽度越宽。光通讯的主要特点光通讯的主要特点 载波频率高；频带宽度宽图载波频率高；频带宽度宽图 1.1 光通讯利用的传输媒质光通讯利用的传输媒质-光纤，可以在宽波长范光纤，可以在宽波长范围内获得很小的损耗。围内获得很小的损耗。 图图 1.2 图 1.1 部分电磁波频谱100 THz10 THz1 THz100 GHz

11、10 GHz1 GHz100 MHz10 MHz1 MHz1 m可见光线10 m100 m1 m m10 m m100 m m1 m10 m100 m中波 (MF)短波 (HF)米波 (VHF)分米波(UHF)厘米波(SHF)毫米波(EHF)亚毫米波远红外线近红外线(光纤通信用）频率波长名称紫外线图 1.2 各种传输线路的损耗特性 10001001010.110 M标准同轴38 mm海底同轴光纤100 M1 G10 G100 G1 T10 T100 T 1000 T频率/HzM：(注)G：T：1061091012传输损耗/(dBkm1)51 mm波导器 1.2.2 光纤通讯的优点 允许频带很宽

12、，传输容量很大 损耗很小， 中继间隔很长且误码率很小 分量轻、 体积小 抗电磁干扰性能好 走漏小， 严密性能好 节约金属资料， 有利于资源合理运用世界上三大著名的光纤光缆公司美国的西电公司、康宁公司和日本的住友公司，光导纤维产量每年都在12万千米以上。 1.2.3 光纤通讯的运用 光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤在通讯网、广播电视网与计算机网，以及在其它数据传输系统中， 都得到了广泛运用。光纤宽带干线传送网和接入网开展迅速， 是当前研讨开发运用的主要目的。 光纤通讯的各种运用可概括如下： 通讯网 构成因特网的计算机局域网和广域网 有线电视网的干线和分配网 综合业务光纤接入网市级城

13、市的一二级电信主干，银行，部队，邮局，铁路等的电信局域网 ATMInternet骨干网骨干网DDN/ FRPSTN/ISDNTV业务分配节点业务分配节点 (COT)(COT)业务接入节点业务接入节点RTRT网管网管SNMP与电信网管中心相连Q3100/1000ME1/BRA/PRA155M622M SDH典型运用之一：宽带综合业务光纤接入系统拓扑构造典型运用之二：作为校园网的骨干传输网1.3 光纤通讯系统的根本组成光纤通讯系统的根本组成 以下图示出单向传输的光纤通讯系统，包括发射、接纳和作为广义信道的根本光纤传输系统。信息源电发射机光发射机光接收机电接收机信息宿基本光纤传输系统光纤线路接 收发

14、 射电信号输入光信号输出光信号输入电信号输出 根本光纤传输系统的三个组成部分根本光纤传输系统的三个组成部分)( 1)(lg10)(mvmvpdBmp电信号对光的调制的实现方式电信号对光的调制的实现方式 直接调制直接调制 用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。号变化而实现的。 这种方案技术简单，本钱较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性这种方案技术简单，本钱较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。所限制。 外调制外调制 把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的

15、输出光而实现的。把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。 外调制的优点是调制速率高，缺陷是技术复杂，本钱较高，因此只需在大容外调制的优点是调制速率高，缺陷是技术复杂，本钱较高，因此只需在大容量的波分复用和相关光通讯系统中运用。量的波分复用和相关光通讯系统中运用。 图 1.5两种调制方案 (a) 直接调制； (b) 间接调制(外调制) 激光源驱动器光纤光信号输出电信号输入(a)激光源调制器驱动和控制电信号输入光纤光信号输出(b) 2. 光纤线路 功能：是把来自光发射机的光信号，以尽能够小的畸变(失真)和衰减传输到光接纳机 组成:光纤、光纤接头和光纤衔接器 低损耗 “窗口

16、：普通石英光纤在近红外波段，除杂质吸收峰外，其损耗随波长的添加而减小，在0.85 m、1.31 m和1.55 m有三个损耗很小的波长“窗口，见后图。 光源激光器的发射波长和光检测器光电二极管的波长呼应，都要和光纤这三个波长窗口相一致。 目前在实验室条件下，1.55 m的损耗已到达0.154 dB/km， 接近石英光纤损耗的实际极限。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表示图普通单模光纤的衰减随波长变化表示图6 5 4 3 2 10。40。2第三窗口第三窗口 C 波段波段15

17、251565nm 1.57 1.62 L波段波段 1.3.3 数字通讯系统和模拟通讯系统 数字通讯系统用参数取值离散的信号(如脉冲的有和无、电 平的高和低等)代表信息，强调的是信号和信息之间的一一对应关系； 模拟通讯系统那么用参数取值延续的信号代表信息，强调的是变换过程中信号和信息之间的线性关系。 这种根本特征决议着两种通讯方式的优缺陷和不同时期的开展趋势。 数字通讯系统的优点如下：数字通讯系统的优点如下： 抗干扰才干强，传输质量好。抗干扰才干强，传输质量好。 可以用再生中继，传输间隔长。可以用再生中继，传输间隔长。 适用各种业务的传输，灵敏性大。适用各种业务的传输，灵敏性大。 容易实现高强度

18、的严密通讯。容易实现高强度的严密通讯。 数字通讯系统大量采用数字电路，易于集成，数字通讯系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化，加强设备可靠性，有利从而实现小型化、微型化，加强设备可靠性，有利于降低本钱。于降低本钱。 模拟通讯系统的优点 占用带宽较窄外，电路简单易于实现、价钱廉价等。第六章第六章 其它现代检测方法其它现代检测方法一、光纤传感技术一、光纤传感技术涂敷层涂敷层- 资料：硅酮或丙烯酸盐资料：硅酮或丙烯酸盐- 隔离杂光。隔离杂光。1. 光纤的根本构造光纤的根本构造主体主体 - 纤芯与包层纤芯与包层对称柱体光学纤维对称柱体光学纤维光纤光纤Optic fiber - 光导纤

19、维光导纤维纤芯纤芯 - 石英玻璃；直径：石英玻璃；直径：575m；资料：二氧化硅主体，；资料：二氧化硅主体，掺杂其他微量元素掺杂其他微量元素 - 提高折射率提高折射率纤芯、包层、涂敷层、护套纤芯、包层、涂敷层、护套- 多层介质构造多层介质构造包层包层 - 直径：直径：100200m；资料：二氧化硅主体；资料：二氧化硅主体- 折射率略折射率略低于纤芯。低于纤芯。护套护套 - 资料资料:尼龙尼龙/其他有机资料其他有机资料 - 提高机械强度，维护光纤提高机械强度，维护光纤特殊场所：没有涂敷层和护套特殊场所：没有涂敷层和护套 - 裸纤裸纤光纤丈量技术光纤丈量技术 - 20世纪世纪70年代中期年代中期特

20、点特点 - 灵敏度高、呼应速度快、构造简单、体积小、质量轻、易弯曲、灵敏度高、呼应速度快、构造简单、体积小、质量轻、易弯曲、 耐腐蚀、抗电磁干扰及抗辐射性能好、便于远间隔遥测耐腐蚀、抗电磁干扰及抗辐射性能好、便于远间隔遥测光通讯技术光通讯技术光纤丈量技术光纤丈量技术 - 以光波为载体，光纤为媒质来感知和传输外界被测信号以光波为载体，光纤为媒质来感知和传输外界被测信号- 全反射全反射2. 光线的传播光线的传播折射率：纤芯折射率：纤芯 - n1 包层包层 - n2 n1 n2 3. 光纤丈量光纤丈量位移、压力、温度、位移、压力、温度、电流等电流等4. 4. 光纤传感器的运用光纤传感器的运用 金门大

21、桥是美国最著名的桥梁，主桥1,966米，主跨1,280米，建成于1937年，坚持了27年是世界最大跨径的桥梁的记录。70岁南京长江二桥是我国目前跨径最大的斜拉桥。由南、北汊大桥和南岸、八卦洲及北岸引线组成。其中，南汊大桥为钢箱梁斜拉桥，桥长2938米，其中主跨628米，该跨径目前居同类桥型中国内第一，世界第三 。jydqgs1999年1月4日，重庆市綦江县衔接老城和新城的虹桥像往常一样迎接节后第一天忙碌返家的人流，也默默地迎接着本人出生以来的两年零222天。它当然不知道，这是它的最后一天。 2001年11月6日晨4时30分左右，宜宾南门大桥忽然发生悬索及桥面部分断裂事故，呵斥两死两伤。 光学传

22、感器1989年美国布朗大学的门德斯等人首先提出了将光纤传感器用于钢筋混凝土构造和建筑检测的能够性。随后加拿大的Rotest公司研制出了白光法布里珀罗光纤传感器，该公司将这种传感器用于桥梁构造中的的应力、应变、构造振动、构造损伤程度、裂痕的发生与开展等内部形状的检测。1234n水1.33 n玻璃1.51.9 n金刚石2.42。 当光由光密物质出射至光疏物质时，发生折射 5介质介质2折射率折射率n2介质介质1折射率折射率n1入射光入射光折射光折射光反射光反射光1 2 1 光的折射和反射光的折射和反射:212sin21sin1nnnn反射角入射角发生全反射为临界入射角，此时，当)1(12arcsin

23、12sin902ccnncnnc折射角大于入射角8.2 光光 纤纤 传传 感感 器器 一、 概述 光纤传感器是20世纪70年代中期开展起来的一门新技术, 它是伴随着光纤及光通讯技术的开展而逐渐构成的。 光纤传感器与传统的各类传感器相比有一系列优点，光导纤维(光纤) 光纤传感器具有如下优点: (1) 与其他传感器相比,它具有很高的灵敏度。 (2) 频带宽动态范围大。 (3) 构造简单,可挠曲,体积小, 分量轻耗能少。 (4)如不受电磁干扰, 灵敏度高, 耐腐蚀,电绝缘、 防爆性好。 (5)便于与计算机和光纤传输系统相连,易于实现系统的遥测和控制。 (6)可用于高温、高压、强电磁干扰、腐蚀等各种恶

24、劣环境。 它能用于温度、 压力、应变、位移、速度、加速度、磁、电、声和PH值等各种物理量的丈量, 具有极为广泛的运用前景。 二、二、 光纤的构造和传输原理光纤的构造和传输原理 1 光纤的构造光纤的构造 光导纤维简称为光纤光导纤维简称为光纤, 目前根本上还是采用石英玻璃目前根本上还是采用石英玻璃, 其构其构造示于图造示于图8 - 27。 中心的圆柱体叫纤芯中心的圆柱体叫纤芯, 围绕着纤芯的圆形外围绕着纤芯的圆形外层叫做包层。纤芯和包层主要由不同掺杂的石英玻璃制成。纤层叫做包层。纤芯和包层主要由不同掺杂的石英玻璃制成。纤芯的折射率芯的折射率n1略大于包层的折射率略大于包层的折射率n2, 在包层外面

25、还常有一层在包层外面还常有一层维护套维护套, 多为尼龙资料。光纤的导光才干取决于纤芯和包层的多为尼龙资料。光纤的导光才干取决于纤芯和包层的性质性质, 而光纤的机械强度由维护套维持。而光纤的机械强度由维护套维持。 纤纤芯芯包包层层维护维护套套光纤的构造 纤芯 core：折射率较高，用来传送光； 包层 coating：折射率较低，与纤芯一同构成全反射条件； 维护套 jacket：强度大，能接受较大冲击，维护光纤。 2 光纤的传输原理 众所周知, 光在空间是直线传播的。 在光纤中, 光的传输限制在光纤中, 并随光纤能传送到很远的间隔, 光纤的传输是基于光的全内反射。 设有一段圆柱形光纤, 如图8 -

26、 28所示, 它的两个端面均为光滑的平面。 当光线射入一个端面并与圆柱的轴线成角时, 根据折射定律, 在光纤内折射成, 然后以 角入射至纤芯与包层的界面。假设要在界面上发生全反射, 那么纤芯与界面的光线入射角 应大于临界角 c, 即2222222222221(21sin021arcsin0210)12(110)(sin11sin)(sin11cos1sin1sin12sin12sin290sin. 2sin1nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnonnnnnnncccc）即：当光纤所处环境为空气即：又：所以：由于为临界入射角）（式 结论：只需入射光的入射角满足式光纤内部反复逐次发生全内反射,

27、 直至传播到另一端面。实践任务时需求光纤弯曲, 但只需满足全反射条件, 光线仍继续前进。可见这里的光线“转弯实践上是由光的全反射所构成的。 阐明光纤集光身手的术语叫数值孔径NA, 即021sin22nnnNAc数值孔径反映纤芯接纳光量的多少。阐明：无论光源发射功率有多大，只需入射角处于光锥脚内，光纤才干导光如入射角过大，光线便从包层逸出产生漏光越大，阐明集光才干越强这有利于耦合效率的提高, 但数值孔径过大, 会呵斥光信号畸变, 所以要适中选择数值孔径的数值。 输入输入输入输入输出输出输出输出低数值孔径低数值孔径NA高数值孔径高数值孔径NANANA外径普通为外径普通为125um(一根头发平均一根

28、头发平均100um)内径：单模内径：单模9um 多模多模50/62.5um单模单模 一种光纤类型，光以单一途径经过这种光纤。以一种光纤类型，光以单一途径经过这种光纤。以激光器为光源。激光器为光源。 多模多模 一种光纤类型，光以多重途径经一种光纤类型，光以多重途径经过这种光纤。以发光二极管或激光器为光源。过这种光纤。以发光二极管或激光器为光源。 12595012562.5125光纤的尺寸传播损耗 损耗缘由：光纤纤芯资料的吸收、散射，光纤弯曲处的辐射损耗等的影响 0201IAalgI传播损耗单位为dB 式中, I光纤长度； a单位长度的衰减； I0光导纤维输入端光强； I光导纤维输出端光强。光纤的

29、分类 按资料分类： 玻璃光纤：纤芯与包层都是玻璃，损耗小，传输间隔长，本钱高； 胶套硅光纤：纤芯是玻璃，包层为塑料，特性同玻璃光纤差不多，本钱较低； 塑料光纤：纤芯与包层都是塑料，损耗大，传输间隔很短，价钱很低。多用于家电、音响，以及短距的图像传输。 光纤传感器可以分为两大类: 一类是功能型传感型传感器; 另一类是非功能型传光型传感器。功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件, 被丈量对光纤内传输的光进展调制, 使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化, 再经过对被调制过的信号进展解调, 从而得出被测信号。 三、三、 光纤传感器光纤传感器光源光源光敏元件光敏元件被测对象被测

30、对象测得信息测得信息光导纤维光导纤维功能型传感器非功能型传感器是利用其它敏感元件感受被丈量的变化, 光纤仅作为信息的传输介质。 光源光源光敏元件光敏元件被测对象被测对象测得信息测得信息光导纤维光导纤维敏感元件敏感元件传光型传感器1:光强调制型光纤传感器 光纤微弯曲位移和压力传感器是光强调制型光纤传感器的一个典型例子。它是基于光纤微弯而产生的弯曲损耗原理制成的。微弯曲损耗的机理可用图6.16中光纤微弯对传播光的影响来阐明。假设光线在光纤的直线段以大于临界角射入界面c,那么光线在界面上产生全反射。理想情况下,光将无衰减地在纤芯内传播。当光线射入微弯曲段的界面上时,入射角将小于临界角 c 。这时,一

31、部分光在纤芯和包层的界面上反射；另一部分光那么透射进入包层,从而导致光能的损耗。基于这一原理,人们研制成了光纤微弯曲传感器如图8-29所示。图8-29 光纤微弯对传播光的影响 01c1 c1 cn1 n2包层n2纤芯n1 该传感器由两块波形板变形器构成,其中一块是活动板,另一块是固定板。波形板普通采用尼龙、有机玻璃等非金属资料制成。一根阶跃型多模光纤或渐变型多模光纤从一对波形板之间经过。当活动板遭到微扰位移或压力作用时,光纤就会发生周期性微弯曲,引起传播光的散射损耗,使光在芯模中重新分配： 一部分光从芯模传播模耦合到包层模辐射模；另一部分光反射回芯模。当活动板的位移或压力添加时,走漏到包层的散射光随之增大；相反,光纤芯模的输出光强度就减小。参见图8-30。于是光强就遭到了调制。经过检测走漏出包层的散射光强度或光纤芯透射光强度就能测出位移或压力信号。 图8-30 光纤微弯曲位移压力传感器原理图 位移(压力)活动板光纤输出光固定板输入光1008060402000.51.01.52.0外力 / N透射光强 / %图8-31 光纤芯透射光强度与外力的关系 光纤微弯曲传感器的一个突出优点是光功率维持在光纤内部,这样就可以免除周围环境污染的影响,适宜在恶劣环境中