徐加雷
收稿日期：!""! # $" # $%&基金项目：广东省自然科学基金资助项目（’%"!(’，’%")*+，""$!*’），光通信多模光纤出射光束光强分布的研究齐晓玲，王福娟，蔡志岗，江绍基（中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广东广州!"#$%!）摘要： 采用横向偏移法测量以-/ 为激励源的多模光纤纤芯截面光强分布和出射光束的传输特性，将光强分布从近距光强分布和远距光强分布两方面进行讨论，比较分析了理论曲线与实验曲线，指出-/ 作为光源的多模光纤光强分布非常有利于光耦合，并可通过测量多模光纤光强分布得到光纤数值孔径的大小。关键词： 光耦合；光强分布；数值孔径中图分类号： 01!2) 文献标识码： 3 文章编号： $""$ # 2%+%（!"")）"! # "$$( # "*&’()’*+(， -+*(+/0(+1’ 12 4’*5+(()6 7)45 12 809(+516) :;(+<49 =+/)45 6789:;7<=，>31? @A:BA8<，C35 DE7:=8<=，F531? GE89:B7（3>) ?(4() @)， A4/B 12 :;(1)9)<(1’+< 84()+49* 4’6 3)<>’19B ，C>1’D*>4’ E’+F)*+(，，G04’DH>10 !"#$%!，IJK）L/*(4<(： HI AJ7<= KEL MLKE9N 9O KP8/W）系统的应用，全光交换成为新一代全光网的核心技术。光耦合包括光纤之间、光纤与光源之间、光纤与探测器之间的耦合，是构成全光交换的重要技术［$］。研究光纤出射光束的光强分布对有效光耦合，即耦合对准时间短、耦合损耗小，起关键性作用。横向偏移法［!］是一种用于探测光纤出射光束光强分布的方法。目前，广泛使用的远场法［)］（ 0P8?，@53？2@= A ;?B>，［>］ %751CD751C ’ ， EF:C2@ ’ ， #GH826752@2C8 9C867 2765C7I9C66765 J76 @I 732C8@G 54C281 9@26CK ［ L ］， L，"C867HGH82679@81@IC8@G $D52H95，+BBM，!（*）：>;+ N >;?，［;］ %@O@2H )，&5@1C P，EFI@O@51C ’，H2 @G， &IC572673C8 H281CI=7J 5CGC87I CI %"&’ 57GF2C7I5［L］， $HI5765 @IQ &82F@2765 &，+BB>，;*：!+ N !?，［*］ $@667 R "，-6CQ@ /，SGC52 T S /，H2 @G， #JJH82 7J 5F6J@82@I27I 5F6J@8H UF@GC2D 7J 5CGC87I 9C867526F82F6H5 H281HQ CI5@2F6@2HQ %"&’T 57GF2C7I5 ［&］， #VP)$#W$)P$ XYYY，%1H+;21 #F673H@I (7IJH6HI8H 7I $7GCQZ$2@2H %6@I5QF8H65［(］，WH21H6G@IQ5，$H32H9OH6 +> N +!，+BBB，;[B N ;B>，［! ］ $FGGC/@I R， )JJ76Q - T， &]GFJC " #， %H26@Z9H21DG@997ICF9 1DQ67KCQH（ %"&’） 36HJH6HI2C@G H281CI= J76CIJ6@6HQ 3CKHG @66@D5［ &］， %H81IC8@G /78F9HI2 ;<<<，作者简介：罗元（+B?> N ），+BB; 年毕业于浙江大学，+BBM年在重庆邮电学院获工学硕士学位，现为重庆大学光电工程学院博士生，研究方向为光纤通信及"#"$ 光通信器件，已在国内外刊物和国际学术会议上发表论文近+< 篇。!"#$%&：!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!9HGF7DF@I^>M;， IH2（上接第+>< 页）! 结论我们采用横向偏移法测量了多模光纤出射光束的光强分布，并从近距光强分布和远距光强分布两部分进行了分析。0#/ 可以激发出多模光纤的所有模式，光功率在纤芯截面上呈均匀分布，随着探测光纤与被探测光纤端面的距离增大，光纤出射光束在空气中传输超过+;<<>，+*（;）：;<+ N ;<;，［>］ "@68F5H /， R6CI8C3GH5 7J 732C8@G JCOH6 9H@5F6H9HI25［"］，WH4 _76]：&8@QH9C8 R6H55，+B[+，［; ］ R1CGC3Z81@IQD R， &I 732C8@G JCOH6 5HI576 J76 OC7JCG99H@5F6H9HI2 F5CI= CI2HI5C2D 97QFG@2C7I @IQ C9@=H @I@GD5C5［L］， Y### L， $HGH82HQ %73C85 CI ‘F@I2F9 #GH8267IC85，><<<，M（!）：?M* N ??>，［*］ aC5CI W ， R@55D P ， RH6ID - ， )32C8@G JCOH681@6@82H6Cb@2C7I OD 5C9FG2@IH7F5 9H@5F6H9HI2 7J 21H26@I59C22HQ @IQ 6HJ6@82HQ IH@6 JCHGQ［ L ］， L， 0C=124@/H%H81I7G， ，+BB;，（+）：[?! N [[;，［!］ %5F81CD@ ’ ， W@]@=79H ’ ， /7FOGH H88HI26C887IIH82765 J76 732C8@G JCOH65 ［L］， &33G， )32， ，+B??，+M（!）：+ ;>; N + ;;+，［M］ 彭吉虎，吴伯瑜， 光纤技术及应用［"］， 北京：北京理工大学出版社，+BB!， !B N M>，作者简介：齐晓玲（+B?> N ），女，山西太原人，+BBM 年毕业于南京邮电学院无线电工程系，><<< 年开始攻读硕士学位，主要从事信息光子学的研究。!"#$%&：UKGOHGG^5CI@， 879+;< 万方数据多模光纤出射光束光强分布的研究作者： 齐晓玲， 王福娟， 蔡志岗， 江绍基作者单位： 中山大学，光电材料与技术国家重点实验室，广东，广州，510275刊名：半导体光电英文刊名： SEMICONDUCTOR OPTOELECTRONICS年，卷(期)： 2003，24(2)引用次数： 12次参考文献(6条)Peter Y A Micro-optical fiber switch for a large number of interconnects using a deformable mirror2002(3)Marcuse D Principles of optical fiber measurements Philip-chandy P An optical fiber sensor for biofilm measurement using intensity modulation andimage analysis 2000(5)GisinNPassy RPerny B Optical fiber characterization by simultaneous measurement of thetransmitted and refracted near field 1993(1)Tsuchiya HNakagome H Double eccentric connectors for optical fibers 1977(5)彭吉虎吴伯瑜光纤技术及应用 1995相似文献(8条)学位论文齐晓玲 光通信元器件中光耦合的研究 2003该文对光通信元器件中的光耦合进行了深入的研究主要内容包括:首先，对光耦合理论的研究该文从光线理论和电磁波理论出发，综述了光纤耦合的插入损耗、传光特性的理论，深入研究了普遍适用于光通信中计算耦合效率的理论公式其次，进行了光纤间耦合实验分析了多模光纤出射光束的光强分布，研究了存在轴向偏移、横向偏移或其他因素时对光耦合的影响最后，在深入讨论光纤间耦合实验结果和理论分析光纤与波导间耦合的基础上，综述了光纤端面修饰的各种方法，理论研究了SMF+GIF光纤对模场半径的改变，并与实验结果进行了比较，为更好的得到不同光元器件的耦合进行了有意义的尝试期刊论文程湘王宇华段发阶叶声华CHENG XWANG Yu-DUAN Fa-YE Sheng-hua 光纤间光的耦合研究-光电子·激光2005，16(4)使用简化为一维积分的数值方法计算分析了光纤耦合效率和接收光功率，为应用时的设计计算和测量数据的分析计算提供了一个准确方法5/125多模光纤在高斯光强分布下的数值计算结果与实验测量结果的一致性表明，高斯光束可以较好地表示光纤光强的分布对光纤耦合系数和近场范围内的光纤接收光强的测量数据的分析必须使用准确的方法计算，近似方法存在较大的误差学位论文秦华 固体激光介质对泵浦光的吸收理论与Cr<'4+>：YAG调QNd：YVO<，4>激光器实验及耦合系统分析2005激光二极管泵浦代替灯泵浦是固态激光器发展的历史选择，一是因为激光二极管泵浦的固体激光器比灯泵浦的固体激光器有更高的效率和更好的频率稳定性且线宽变窄；二是相对于直接使用激光二激管本身，激光二极管泵浦的固体激光器线宽窄、峰值功率高、亮度高等优点。 本文从固体激光器的发展历史出发，阐述了二极管泵浦的全固化激光器在激光器领域中重要地位的形成及发展趋势，对其存在的问题及解决这些问题已有的做法也作了简单的总结。本文还在如下几个方面作了新探索。 激光晶体对泵浦光的吸收亦即泵浦光在激光介质中的变化。 迄今为止，人们一直使用比尔公式(I=I0e-βL，β为吸收系数，L为光在激光介质中的传输距离，I0为入射光强，I为L处光强)来计算固体激光介质中抽运光强度的变化。但是本文认为比尔公式存在一个应用范围，即入射光强I0较小时此公式才适用。本文从激光介质中能量传输和能级跃迁速率方程出发，在一定的近似条件下，给出了抽运光强度变化的解析解。结果表明，在一定传输距离范围内，随着抽运光能量密度的增大，增益介质对抽运光的吸收规律逐渐由指数函数变为近似线性函数。把这个理论应用于具体激光晶体，给出了泵浦光在激光晶体中随传输距离指数变化、线性变化范围以及介于这两者之间的泵浦光的变化规律。论文第二章介绍了这方面的工作。 全固化激光器中激光晶体与泵浦光的耦合尤其是大尺寸激光二极管阵列的光耦合是高效全固化激光器的关键问题。本文根据激光二极管的发光特性，分析了由微柱透镜阵列和透镜导管组成的耦合系统。较之前人的分析，本文给出了详细的数学处理过程，结合此数学处理方法用Matlab编制了一整套程序，包括模拟光线在耦合器件中的传输过程程序、光束通过耦合器件后光强在垂直光传输方向上光强分布程序及光耦合效率程序。其中对于透镜导管的模拟结果得到了与前人不同的结论，即光束经过透镜导管后随着离透镜导管出口越来越远光斑分裂。而这之前一直认为透镜导管出口后的光强是准高斯分布。本论 
评卷人 得分 一、选择题（每空？ 分，共？ 分）1、下列现象中，属于光的直线传播的是: A、平静水面映出岸上的景物; B、水中物体的位置看起来要比实际的高; C、阳光下树木的影子; D、用放大镜看邮票2、下列现象中属于光的反射现象的是: A、立竿见影; B、小孔成像; C、水中的“月亮”; D、海市蜃楼3、下列现象中，是由于光沿直线传播形成的是: A、月光下的树影; B、你看到别人的背影; C、平静的湖面中的倒影; D、礼堂里放电影4、下列现象中，属于光的折射现象的是： A、小孔成像；B、教室里的黑板“反光”； C、在太阳下，地面上出现大树的影子； D、斜插入水中的筷子，从水面上看，水下部分向上弯折了5、如图所示的几种电磁现象中，正确的是: 6、下列不能用光的直线传播来解释的现象是:A日食和月食; B影的形成;C小孔成像; D发生雷电时，先看到闪电后听到雷声7、植树时，要想判断某行树栽得直不直，采用的方法是：人站在第一颗树的前面，用一只眼睛看后面的树，如果后面的树都被第一颗树挡住，说明这行树栽直了，其理由是:A光的直线传播 ; B光的反射现象;C光的折射现象; D光的漫反射现象8、关于光的传播，下列说法正确的是:A光在玻璃中不是沿直线传播的; B光只在空气中才沿直线传播;C光在任何情况下都沿直线传播 ; D光在同种均匀介质中沿直线传播9、关于光的反射，下列说法错误的是:A反射光线在入射光线和法线所决定的平面内;B反射光线和入射光线分居在法线两侧;C入射角大于反射角;D入射光线与镜面的夹角增大，反射角减小10、下列说法正确的是:A反射光线和入射光线不可能在一条直线上;B漫反射的每条光线都不遵循反射规律;C在发生反射时光路是可逆的;D反射光线的速度小于入射光线的速度11、一束光线与平面镜成30°角，则反射光线与入射光线的夹角是:A60°; B90° ; C120° ; D150°12、关于镜面反射和漫反射，下列说法不正确的是:A不论镜面反射还是漫反射，对应一条入射光线，只有一条反射光线;B镜面反射的每一条光线都遵从光的反射规律;C漫反射中有些光线不遵守光的反射规律;D入射光线彼此平行时，漫反射后的反射光线彼此不平行13、利用平面镜来改变光的传播方向，如果要使入射光线和反射光线的夹角是100°，则入射光线与镜面的夹角是：A100° ； B80° ； C40° ； D50°14、一个人沿马路行走时，经过一盏路灯，路灯照射的人影长短会发生变化，其变化情况应该是:A逐渐变长; B逐渐变短;C先变长，后变短; D先变短，后变长15、在枝叶茂密的大树底下，阳光可以透过树叶的缝隙，在地面上投下许多圆形的光斑，它们是:A太阳的像;B树叶间许多小孔的光斑;C阳光透过树叶发出的光形成的光斑;D阳光照到树叶上闪烁的小水珠而成的16、一束平行光照射到平面镜上，下列说法正确的是:A观察者在镜前的任何位置都能看到反射光;B观察者在镜前始终看不到反射光;C反射光只有一束，在特定的方向上;D反射光有无数条，分布在各个方向上17、雨后天晴的夜晚，为了不踩到地上的积水，下列判断正确的是:A迎着月光走，地上暗处是积水;B迎着月光走，地上明亮处是积水;C背着月光走，地上明亮处是积水;D迎着月光走，背着月光走，地上暗处都是积水评卷人 得分 二、多项选择（每空？ 分，共？ 分）18、下列说法正确的是:A、光在介质中总是沿直线传播的; B、光在真空中的速度为3×108m/s;C、凸透镜对光有会聚作用; D、物体经过凸透镜总是成倒立、缩小的实像19、下列关于四种光学仪器成像情况的说法中，正确的是:A、平面镜成正立、等大的虚像; B、照相机成正立、缩小的实像;C、幻灯机成正立、放大的实像; D、放大镜成正立、放大的虚像20、下面有关光现象的说法中，正确的是: A、小明站在岸上看到水中的鱼，看到的是鱼的虚像; B、小明从远处走进悬挂着的平面镜，他在镜中所成的像大小不变; C、物体经凸透镜总是成倒立、放大的实像; D、幻灯机是利用凸透镜能成倒立、放大的实像这个原理制成的21、如图所示的几种电磁现象中，其中正确的是:22、坐在教室里的同学，眼睛能看到黑板上的粉笔字，是由于:A粉笔字发出的光射入眼内; B眼睛的光察觉到黑板上的粉笔字;C粉笔字将光反射入眼内; D粉笔字对光产生漫反射评卷人 得分 三、简答题（每空？ 分，共？ 分）23、实验室需要低温而且干燥的环境，那么可以采取 A。用电风扇吹风 ;B。用干冰升华 为什么用电风扇吹风不可以，而升华就可以了呢？评卷人 得分 四、填空题（每空？ 分，共？ 分）24、观看电影时，我们能从各个角度看到银幕上的影像，是由于发生的是光的______反射。同时，我们能分辨出银幕上不同人物的声音，是因为他们的______不同。25、当太阳光与水平面成30°角射到平静的湖面上时，反射角是___，当中午阳光垂直射到湖面时，入射角、反射角都等于_____。26、在今年的气象日，《海口晚报》刊登了一则气象资料：“由于受空气污染的影响，地球上的阳光越来越少。与20世纪50年代相比，如今到达地表的太阳光平均减少了10％左右……”请你依据光的传播知识分析，影响地表日照的原因可能是：__________________________。评卷人 得分 五、实验，探究题（每空？ 分，共？ 分）27、试设计一个小实验对比镜面反射和漫反射的特点评卷人 得分 六、综合题（每空？ 分，共？ 分）28、在科幻小说《往日之光》中，作者鲍勃•肖幻想了一种慢透光玻璃，讲述了一段美丽动人的故事。 “想象有一种玻璃，光在这种玻璃中运动的速度极慢，通过半厘米厚需要10年，比蜗牛的速度还慢得多。当一块慢透光玻璃制出来时，望上去总是一片漆黑，因为还没有光穿过它。把这种玻璃放在风景秀丽的林中、湖边，带着这些美丽的景致的光陷入慢透光玻璃中，10年也出不来。把在这种地方放了10年的玻璃镶在城市住宅的窗户上，那么，在下一个10年的过程中，这个窗子外面便仿佛呈现出林中湖泊的美景。各种动物无声的前来饮水，空中百鸟飞翔，日夜在交替，季节在变化。身居闹市，犹如别墅。”这确实是一个有意思的幻想，但关键是要降住飞驰的光。科学技术发展到今天，部分科幻已经开始变成现实。⑴本文作者进行科学幻想的依据是什么？ ⑵在生活和学习中，你一定也有许多奇思妙想吧，简要写出一种想象及其依据。29、小汉同学用易拉罐做小孔成像实验。（1）请在图3中作出蜡烛AB的像A′B′。（2）小汉发现蜡烛和小孔的位置固定后，像离小孔越远，像就 越大。他测出了不同距离时像的高度，填在表格中：参考答案一、选择题1、c2、C3、B4、D5、C6、D解析:日食、月食、影的形成，小孔成像都是光沿直线传播形成的现象，而发生雷电时，先看到闪电后听到雷声，是由于光和声音在空气中的传播速度不同造成的。7、A解析:光在均匀介质中沿直线传播，要想把树栽成一条线，就应该只能看到一棵树，使其他的被挡住。8、D解析:因为玻璃是均匀透明的，故光在玻璃中是沿直线传播的，不仅在空气中，在其他的均匀透明介质中也是沿直线传播的，即光在同一种均匀介质中沿直线传播，故选D。9、解析:在光的反射中，反射角总是等于入射角，故选C。答案:C10、C解析:漫反射的每条光线都遵循反射规律。在发生反射时光路是可逆的，反射光线的速度等于入射光线的速度，当垂直入射时反射光线、入射光线在同一直线上，故选C。11、C解析:反射光线与入射光线的夹角即是入射角和反射角的和，故选C。12、C13、C解析:从题目中可以知道，入射角是50°，那么入射光线与镜面的夹角就是40°。14、D解析:根据光在同一种均匀介质中沿直线传播，越靠近光源影子越短，越远离光源影子越长，故选D。15、A解析:茂密树叶下形成的像，是由于小孔成像形成的，应是太阳本身的像，故选A。16、C解析:一束平行光照射到平面镜上发生的是镜面反射，那么反射光就只有一束，并且在特定的方向上，故选C。17、B解析:迎着月光走时，月光照射到水面，发生镜面反射，反射光线进入人眼，感觉很亮；背着月光走时，月光照射到水面，发生镜面反射，反射光线没有进入人眼，感觉很暗。故选B。二、多项选择18、BC19、AD20、ABD21、BD22、CD解析:坐在教室里的同学，眼睛能看到黑板上的粉笔字，是由于黑板面上的粉笔字发生了漫反射现象，使反射光线向各个不同的方向传播。三、简答题23、电风扇吹风实际不能降温，只是把空气流通了！ 冰升华需要吸收环境热量，使环境温度降低！四、填空题24、答案:漫 音色解析:电影银幕是粗糙的白布，光照在上面发生漫反射，使各个角度的观众都能看到，不同人的音色一般不同，可根据音色分辨演员。25、答案:60° 0°解析:当光垂直射向镜面时，入射角反射角都等于0°。26、答案:空气中的污染物(尘埃)将太阳光向各个方向反射思路解析:由于空气受到污染，空气中的尘埃越来越多，尘埃能反射太阳光，所以反射出的太阳光越来越多，致使到达地面的太阳光平均减少了。五、实验，探究题27、答案:实验器材:白纸、图钉、手电筒、平面镜实验步骤:晚上，将白纸用图钉固定在木板上，把平面镜放在白纸的中央，熄灭电灯，打开手电筒去照白纸的中央。实验现象:只有部分同学看到小平面镜很亮，白纸较暗，而其他同学看到的现象是白纸很亮，平面镜很暗。实验结论:镜面反射后的光线是平行的，因此只能在小范围能看到，而漫反射后的光线是杂乱无章的，看到的范围较大。六、综合题28、答案：⑴依据是光在不同的介质中传播速度不同。⑵想象在常温下制成超导体。依据是超导材料与温度有关。解析：通常情况下，光在各种介质中传播速度极快。试题中的作者据此进行反向思维。题目情景优美，充满幻想，给人启迪。第一问表面上看是考学生，实际上给学生以方法：提醒学生幻想要有依据，不能胡乱猜想。最后一问更能激发学生的思维，只要联系所学知识，再插上想象的翅膀，不难得出答案。29、答案：（1）如图。 （2）如图。 （3）h与s成正比（或s=2h）。（4）1．4×109。分析：题目以小孔成像为载体，综合考查了学生绘图、计算的能力，从表格获取有用信息并转换成图象信息的能力。
图像处理是利用计算机对图像信息进行加工以满足人的视觉心理或者应用需求的行为，应用广泛，多用于测绘学、大气科学、天文学、美图、使图像提高辨识等。学术堂在这里为大家整理了一些图像处理本科毕业论文题目，希望对你有用。 1、基于模糊分析的图像处理方法及其在无损检测中的应用研究 2、数字图像处理与识别系统的开发 3、关于数字图像处理在运动目标检测和医学检验中若干应用的研究 4、基于ARM和DSP的嵌入式实时图像处理系统设计与研究 5、基于图像处理技术的齿轮参数测量研究 6、图像处理技术在玻璃缺陷检测中的应用研究 7、图像处理技术在机械零件检测系统中的应用 8、基于MATLAB的X光图像处理方法 9、基于图像处理技术的自动报靶系统研究 10、多小波变换及其在数字图像处理中的应用 11、基于图像处理的检测系统的研究与设计 12、基于DSP的图像处理系统的设计 13、医学超声图像处理研究 14、基于DSP的视频图像处理系统设计 15、基于FPGA的图像处理算法的研究与硬件设计
