耦合模理论

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《耦合理论》课件

《耦合理论》课件

有限差分法
总结词
有限差分法是一种将偏微分方程离散化 为差分方程的方法。
VS
详细描述
有限差分法通过将连续的时间和空间变量 离散化为有限个离散点,并使用差分近似 代替微分,将偏微分方程转化为离散的差 分方程组。然后,使用迭代或其他数值方 法求解该差分方程组,以获得近似解。
谱方法
总结词
谱方法是一种基于傅里叶级数或其它正交多 项式展开的数值方法。
详细描述
在电路中,耦合现象通常表现为信号的传递 和干扰。例如,变压器、电感和电容等元件 之间存在电磁耦合,这些耦合会导致信号的 传输和能量的损失。为了减小耦合效应,工 程师需要合理地设计电路布局和元件参数,
以优化电路性能。
建筑结构的耦合分析
总结词
建筑结构的耦合分析是指将结构视为一个整体,分析其各组成部分之间的相互作用和影 响。
02
根据影响和作用的范围,耦合可以分为局部耦合和全局耦合。局部耦合是指影 响和作用仅限于系统或组件的局部范围,而全局耦合则是指影响和作用遍及整 个系统或组件。
03
根据影响和作用的稳定性,耦合可以分为稳定耦合和不稳定耦合。稳定耦合是 指影响和作用在长时间内保持稳定,而不稳定耦合则是指影响和作用随时间变 化而变化。
时空耦合模型是指系统中各部分之间 的相互作用关系不仅与它们的状态变 量有关,还与时间和空间有关。
时空耦合模型在气候变化、地震预测 和城市规划等领域有广泛应用,例如 气候模式和城市交通网络等。
在时空耦合模型中,各部分之间的相 互作用力不仅与它们的状态变量成正 比,还与时间和空间有关,因此系统 状态的演化是时空相关的。
耦合的应用场景
01
在通信系统中,耦合可 以被用于描述信号传输 过程中的能量损失和干 扰现象。

耦合模理论-coupled mode theory

耦合模理论-coupled mode theory
Lecture 6: Coupled-mode theory

Mode expansion Single-waveguide mode coupling Multiple-waveguide mode coupling Two-mode coupling Codirectional coupling Contradirectional coupling Phase matching
References: This lecture follows the materials from Photonic Devices, Jia-Ming Liu, Chapter 4.
1
Coupled-mode theory


Coupled-mode theory deals with the coupling of spatial modes of different spatial distributions or different polarizations, or both. The normal mode fields spatial dependence in a lossless waveguide at a single frequency can be given as
ˆ ( x, y ) exp(i z ) E (r ) A ( z ) E

ˆ ( x, y ) exp(i z ) H (r ) A ( z ) H

9
Single-waveguide mode coupling
10
Single-waveguide mode coupling
E i 0 H H iE iP

光纤光栅模耦合理论

光纤光栅模耦合理论
光纤光栅耦合模理论
折射率阶跃分布的均匀纤芯单模光纤中,场的分布可分为三种模闭在纤芯内,包层内的电磁场按指数迅速衰减。 包层模:包层内的电磁场成为沿径向方向的振荡解,能量分布分立。
辐射模:外辐射的能量。
光纤光栅耦合模理论
当某一模式光波在光纤中传至光栅部位并满足布喇格条件时,每
1 j0
2 t Emt ) j m ( z H mt ) j 0 n0 Emt
............ ........... ...........
光纤光栅耦合模理论
各本征模均遵从麦克斯韦方程
t (
1 j0
1
2 t Emt ) j m ( z H mt ) j 0 n0 Emt
的宽度(FWHM)。
问题10:带宽
光纤光栅模式耦合理论
光纤光栅区域的光场满足模式耦合方程:
dA z z k z B z exp i q z dz dz 0 z dB z dz k z A z exp i q z dz 0

单模均匀光纤光栅反射谱公式: 光纤光栅布喇格反射公式
光纤光栅耦合模理论
光纤光栅区域的光场满足模式耦合模方程:
dAin0 dz dAin0 dz K n0 m0 Aim0 exp[ j ( n0 m0 ) z ] K n0 m0 Aim0 exp[ j ( n0 m0 ) z ]
简化方程
z dA z k z B z exp[i q z dz ] dz 0 z dB z k z A z exp[i q z dz ] dz 0

model coupling theory

model coupling theory

model coupling theory模型耦合理论(Model Coupling Theory)是指将不同的模型或子模型通过某种方式相互连接,形成一个整体模型的理论和方法。

它旨在解决多个模型之间相互依赖、相互影响的问题,以及提高模型的准确性和可靠性。

模型耦合理论的基本思想是将多个模型组合成一个整体模型,使得各个子模型之间可以相互传递信息、相互影响,并通过协同作用达到更准确的结果。

模型耦合可以是线性的、非线性的,也可以是静态的、动态的。

在模型耦合理论中,常用的耦合方式有以下几种:1. 驱动-响应耦合(Driver-Response Coupling):一个模型作为主模型,驱动其他模型的运行,并根据其他模型的响应进行调整。

这种耦合方式常用于模拟系统的控制过程。

2. 数据耦合(Data Coupling):不同模型之间通过共享数据进行耦合。

模型之间的数据交换可以是单向的或双向的,可以是离散的或连续的。

3. 参数耦合(Parameter Coupling):不同模型之间通过共享参数进行耦合。

一个模型的输出可以作为另一个模型的输入参数,或者两个模型共享相同的参数。

4. 接口耦合(Interface Coupling):不同模型之间通过定义共同的接口进行耦合。

接口定义了模型之间的输入和输出,使得模型之间可以进行交互。

模型耦合理论的应用非常广泛,包括气候模型、生态模型、经济模型等领域。

通过将不同的模型耦合起来,可以更好地模拟和预测复杂系统的行为,提高决策的科学性和准确性。

然而,模型耦合也带来了一些挑战,如模型之间的数据一致性、模型之间的计算效率等问题,需要进一步研究和解决。

1三场耦合理论模式介绍

1三场耦合理论模式介绍

热-流-固耦合建模过程热-流-固耦合作用是存在高度非线性的复杂耦合作用。

有关这三场的耦合作用研究在地石油工程、热资源开发、地下核废料存储安全、采矿工程等很多领域有着非常重要的应用价值。

由于研究对象的不同,热流固耦合模型的形式存在差异,建立符合实际问题的三场耦合模型十分困难,文中在国内外学者对三场耦合模型理论研究的进展状况的基础上,通过一个例子,介绍了用adina建立模型的过程。

1三场耦合理论模式介绍在三场耦合尤其是三场耦合机制的研究过程中,人们根据各自对三场耦合的认识提出了不同的三场耦合作用模式。

1995年前有关三场耦合作用模式的研究在场与场之间的联系关系上主要是以速度等变量为桥梁,如HART、Jing提出的作用模式,其中Jing主要描述的核储存库三场耦合模式,后来作用模式发展为主体为物理现象,它们之间的相互联系是以场作用或物理作用为桥梁的,如Guvanasen、柴军瑞的作用模式,前者同样以核废料储库库围岩三场耦合作用研究为主,后者为一般模式。

Jing等描述了核废料贮库围岩裂隙岩体中的热-液-力耦合过程,如图1所示。

Hart 等提出了如图2所示的三场耦合作用模式。

柴军瑞从岩体渗流-应力-温度三者两两之间的相互关系出发,建立了如图3的作用模式。

图中:口渗透水流对岩体固相的力学作用,一般应用有效应力原理来反映;a’为应力引起裂隙岩体空隙率和渗透特性变化,目前有经验关系式(如Lours负指数关系式)和理论关系式(包括各种概化情况下和各种概化模型下的理论关系式)两大类表示方法;b为温度引起热应变(力)及与温度有关的岩体固相力学特性变化;b’为岩体固相力学变形引起热力学特性变化及岩体固相内部热耗散;c为水流的热对流及与岩体固相的热交换;c’为温度势梯度引起水份运动及与温度有关的水特性变化。

图1裂隙岩体中的热液力耦合过程(据Jing等。

1995年)图2三场耦合模式(Hart)图3渗流-应力-温度之间的相互关系图2热流固耦合理论的提出三场耦合理论是由流-固两场耦合理论发展而来的,在流-固耦合理论中,有的假设温度场是恒定的,或者是不考虑温度场的变化与流体流动、岩石变形间的耦合作用。

基于极化电流概念对光纤布拉格光栅耦合模理论的分析

基于极化电流概念对光纤布拉格光栅耦合模理论的分析

Hi…等 人 于 17 l l 9 8年 首 先 发 现 光 纤 的光 敏 特 性 ,并采 用纵 向驻 波 写入 法制 作 出第一 只光纤 布拉 格 光栅 ( B 。Mez等人 采用 横 向曝 光技术 成 F G) h 功 的研 制 了 F G。此 后 光纤 光 栅 得 到 了长 足 发 展 , B 相 继 出现 了 F G,啁 啾 光 栅 ( F B C G) 和 长 周 期 光 纤 光栅 ( P L G) 等 。F G以其 在光 纤激 光器 、光 纤 B 通 讯 和光 纤传 感器 领 域 的优越 性 和巨大 的应用 前 景

mo e c e c e to h o a z to u r n d o f in ft e p lr a in c re t§c n e t n wa s d.p e g s h q to fc u ld — i i o c p i su e o r die tt e e uai n o o p e
MEN Z i e , F h w i ANG W e h i I i g n u ,L U Jn ,YANG Ho g,Z n HANG Xi e, W AN Z a mi h G h o n
( colfSi c, Ca gh nU i rt Si c n ehooy h ncu 10 2 ) Sh o o c ne h n cu nv syo c e ea dTcnl ,C a gh n 3 0 2 e ei f n g
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第3 O卷 第 1期 2007年 3月
长 春理 工大 学学 报
Ju a fCh n e u iest fS in ea d T c n lg o r lo a g h n Unvri o ce c n e h ooy n y

第三章 模耦合理论及应用3、2

第三章 模耦合理论及应用3、2

§3.2 模耦合理论的应用—光纤定向耦合器
制作方法: 2×2定向耦合器大多采用熔融 拉锥的制造方法,在制作过程中,将两根光 纤胶合在一起,用火焰加热到软化温度后再 拉伸,在熔融区形成渐变双锥结构,拉锥后, 一方面两光纤彼此靠近,另一方面光纤芯径 减小,从而使光场由纤芯向外扩散,纤芯外 的场称为消失场。当两光纤极为靠近时,将 会通过消失场进行能量交换,产生两光纤之 间的耦合,耦合的程度取决于耦合区长度及 纤芯间包层的厚度。
2 (n12 k 02 k x2 k y )1 / 2 2 p x [(n12 n2 )k 02 k x2 ]1 / 2 2 2 p y [(n12 n2 )k 02 k y ]1 / 2 2 2 q y [(n12 n3 )k 02 k y ]1 / 2
1/ 2
, 2 1 2
§3.2 模耦合理论的应用—光纤定向耦合器
若耦合的两根光纤完全一致,且耦合的两模式相 位匹配,则可以得到两输出光场振幅及功率的表 达式 :
A( z ) A0 cos( z )
2
B( z ) iB0 sin( z )
2 p1 ( z ) A( z ) A0 cos2 ( z )
2 x
§3.2 模耦合理论的应用—矩形定向耦合器
举例: 设矩形波导定向耦合器的参数
n1 1.5, n2 1,515, n3 1,2a 5m,2b 1m,2c 1m, 632.8nm
可求得: kc 4cm1 ,即得耦合长度 LC / 2kc 3.9nm 由于耦合系数随 2c 的增大而指数式减小,所以间距 2c 发生微小变化, 可以影响耦合长度很大的变化. 例如: 上式中, Lc / 2c 7000,因此 间距 2c 发生 100nm 偏差将使耦合 长度 LC 改变 20% ,( Lc =0.7mm) 所以说明在制作给定耦合长度为

耦合模理论的推导公式

耦合模理论的推导公式

CMT 可得
a1(t) (j 1)a1(t) jK 12a2(t) FS(t) a2(t) (j 2 1)a2(t) jK 12a1(t)
(6) (7)
在上述公式中, 1, 2, L 分别为原线圈的损耗、负载线圈的损耗和
负载的吸收功率, K12 为两个线圈的耦合率, FS(t) 为励磁损耗(忽略不
所带的负载, K 2 和 K 3 分别为两个负载线圈的耦合系数.同理可得
U
R
j
L1
1 C
1
I
1
jM 2I 2
jM 3I 3
(10)
0
R
RL2
j
L
2
1 C
2
I
2
jM 2I 1
(11)
0
R
RL3
j
L
3
1 C 3
I
3
jM 3I 1
(12)
在谐振状态下的传输效率为
CT
P
I R 2 2 L2
在谐振状态下,
0
L1
1 0L1
,
L0 2
1 0L2
,
X
1
R,
X
2
R
,从而得到
CT
((RL
2M 2 RL R)R 2M 2 )(RL
R)
(5)
1.2 CMT 分析
CPT 系统中,常常只涉及稳态分析,在此也仅分析稳态特性。主
线圈的幅值在正弦时为一个常数;同理,次线圈的幅值也是一个常数, 两个时间域线圈 a1(t), a2(t) 的原始储能可分别表示为 a1(t) 2 , a2(t) 2 。由
( L 2)(( L 2)1 K 122

耦合模理论

耦合模理论

耦合模理论
耦合模型是一种系统分析模型,它假设多个系统之间存在耦合关系。

它提供了一个框架,用于分析系统之间的耦合关系,从而更好地理解系统之间的相互影响。

耦合模型的核心思想是以系统的变化为基础,从而提出系统之间的相互作用和耦合关系。

它不仅可以用来分析组织内部的耦合关系,也可以用来处理组织之间的耦合关系。

耦合模型的一个重要的概念是耦合强度。

耦合强度可以用来评估不同系统之间的耦合关系,以及它们之间的影响程度。

耦合强度可以用不同类型的耦合关系来衡量,包括联动性、弹性性和可预见性等。

耦合强度可以帮助分析师更好地了解系统之间的耦合关系,从而帮助他们进行决策分析。

耦合模型还包括耦合类型和耦合控制机制。

耦合类型描述了系统之间的耦合关系,它可以帮助分析师更好地理解系统之间的耦合关系。

耦合控制机制是指系统之间的控制关系,它可以帮助系统之间的控制机制发挥最大的效用。

耦合模型可以帮助组织做出更好的决策,从而改善组织的效率和效果。

它可以帮助组织管理者更好地理解系统之间的耦合关系,从而改进系统的性能和可靠性。

耦合模型还可以帮助组织管理者更好地控制系统,从而提高系统的可控性。

综上所述,耦合模型是一种系统分析模型,它可以帮助组织更好地理解系统之间的耦合关系,从而改善组织的效率和效果。

它可以帮助组织管理者更好地理解系统之间的耦合关系,从而改进系统的性能和可靠性。

它还可以帮助组织管理者更好地控制系统,从而提高系统的可控性。

光纤耦合器

光纤耦合器
拉丝原理:保持芯/包层结构不变!
预制棒体积: Vpreform=D2L/4, D: mm, L: mm 光纤体积: Vfiber= d2l/4, d=125 um 拉丝长度l:
Vpreform = Vfiber l = 6.4 10-5D2L (km)
二、光纤无源器件的蓬勃发展
光纤通信元件包括有源器件和无源器件等。 光纤通信的发展促进了光源、探测器等有源 器件的发展,同时由于工程应用的需要,各 种各样的光无源器件也相应的出现。光纤的 发展给光无源器件带来了新的一页。
3、光纤的构造
纤芯,光信号的传输
包层,限制光信号溢出 一次涂敷层(预涂层), 保护光纤增加韧性 缓冲层,减少对光纤的压
力 二次涂敷层(套塑层),
加强光纤的机械强度
纤芯:位于光纤中心部位,主要成分是高纯度 的SiO2,纯度可达99.99999%,其余成份为掺 入 作极 用少 是量 提掺高杂纤剂芯,的如折射P2率O5。和纤G芯eO直2,径掺一杂般剂为的2a =3~100μm
1、光纤的诞生
1955年,美国人B. I. Hirschowitz (西斯乔威 兹) 把高折射率的玻璃棒插在低折射率的玻璃管 中,将它们放在高温炉中拉制,得到玻璃(纤芯) -玻璃(包层)结构的光纤,解决了光纤的漏光问 题,这一结构在后来被广泛采用,就是今天的 光纤结构。但这时的光纤损耗是非常大高于 1000 dB/km,即使是利用优质的光学玻璃制 作光纤也无法得到低损耗的光纤。人们曾经一 度对玻璃这种材料产生怀疑,转向塑料光纤、 液芯光纤的研制。
光纤通信发明家高锟(左) 1998年在英国接受IEE授予的奖章
2、光纤标准
通信用光纤经过二十几年的发展形成了一系列标准。 ITU-T国际电信联盟目前将单模光纤分为G.652

第二章平面介质光波导和耦合模理论

第二章平面介质光波导和耦合模理论

IBM Cell Processor
14
集成光学国际研究进展-理论、器件
围绕新型集 成光学器件 的结构设计、
集成器件 的结构和 性能模拟
功能模拟与

特性参数的

计算
设计方法


传递矩阵法 时域有限差 分法
光束传播法 有限元法
从基本原理入手,设计具有一 定功能的光学器件
从功能角度出发,以提高器件 性能,减少器件损耗,或者使
✓ 光波导的结构;平板光波导,条形光波导, 阶跃折射率光波导, 渐变折射率光波导;
✓ 模式,导模,基底模,辐射模,传播常数;
✓ 平板光波导中的TE模和TM模;

条形光波导中的E
y mn
模和E
x mn
模;
• 耦合模理论
✓ 模式耦合,平行耦合,反向耦合的概念; ✓ 平面介质光波导的耦合模微扰理论; ✓ 导模之间的耦合,导模与辐射模之间的耦合; ✓ 定向耦合器和分支Y波导;
其他集成光 学器件
混合集成光隔离器 光束偏转器
光学双稳态材料、器件与集成的研究— —光子计算机
传感器的集成光学器件与性能的研究
集成光学的基本单元:平面光波导
(1)光束能限制在光波导中传播;
(2)利用光波导可以制成各种光波导器件;
(3)将光波导和光波导器件集成起来可构成有特定功能的集成光路
核心:平面光波导
8
集成电子学和集成光学
• 集成光学正经历着 于集成电子学同样
transistor radio
1954
的发证轨迹:
– 更小的单个器件。 – 更紧密的集成。
intel 4004 1971
– 更低成本的加工工 艺。

第5章光纤耦合理论

第5章光纤耦合理论
7
∂Aj
∂Aj
多束同频光的非线性耦合
l
频率相同的不同光波应当具有不同的偏振方向或者传输 方向。
(s) ( z, T ) ∂Ap
(s) (s) ( z , T ) 1 ( s )(3) ( z, T ) ∂ 2 Ap ∂ 3 Ap i ( s )(2) s + β p (ω0 ) − β p (ω0 ) 2 2 6 ∂z ∂T ∂T 3 (s) α p (s) (s) (s) ( z , T ) + iΓ (ps ) Ap ( z , T ) − Ap = iδ p 2
3
Bao-Jian Wu, et al. Characteristics of magneto-optic fiber Bragg gratings for use in optical signal processing, Optical Fiber Technology, 2009,15(2): 165-171
−1 −2 −3 −4 −2 0 x/κg 2
−1 −2 −3 −4 −2 0 x/κg 2
−1 −2 −3 −4 −2
−1 −2 −3 −4 −2
0 x/κg
2
0 x/κg
2
δ = (ω − ω B )n c , ω B = β B c n κ g =k0 ∆n1 > 0
4
5.3 光纤非线性光控光机理
l l
非线性光学经常在频域内讨论介质的极化过程,通 过傅里叶变换引入介质极化率张量。 三阶复电极化强度与复电场之间的关系:
m,n, q
P (3) (ω , t ) = ε 0
Ø

χ (3) (ω | ωm , ωn , ωq )gE (ωm , t )E (ωn , t )E (ωq , t )

耦合场理论分析方法与数值仿真

耦合场理论分析方法与数值仿真

耦合场理论分析方法与数值仿真
耦合场理论是一种应用于多物理场问题的理论模型,它可以描述不同物理场之间相互作用和影响的情况。

在实际工程和科学研究中,很多问题都需要考虑多个物理场的耦合效应,例如电磁场与热场耦合、流体力学与结构力学耦合等。

正确地理解和应用耦合场理论可以帮助我们解决这些问题。

在应用耦合场理论进行问题分析时,通常需要采用一定的数值方法和仿真技术。

数值方法可以将耦合场问题转化为一个离散形式的问题,通过计算机进行求解。

常用的数值方法包括有限元法、有限差分法等。

有限元法是一种常用的数值方法,它将连续的物理场离散化为有限个节点和单元,并通过在节点上建立插值函数来近似物理场。

通过建立单元之间的相互关系,可以得到一个联立方程组,通过求解这个方程组可以得到离散化后的物理场的分布。

有限差分法则是另一种常用的数值方法,它将物理场离散化为有限个网格点,并使用差分格式将微分方程转化为代数方程。

通过求解这些代数方程,可以计算出网格点上的物理场的值。

在实际的数值仿真过程中,为了减小计算误差和提高计算效率,通常需要进行网格划分、时间步长选择、边界条件的设定等操作。

此外,还需要对求解过程中的误差进行控制和评估,以保证模拟结果的可靠性。

总之,耦合场理论、分析方法和数值仿真是解决多物理场问题的重要工具。

通过正确地应用这些理论和方法,可以解决实际工程和科学研究中遇到的复杂耦合场问题,提高问题分析的准确性和效率。

长周期光纤光栅耦合模理论与制作技术的研究

长周期光纤光栅耦合模理论与制作技术的研究
输谱中形成相对应的多个损耗峰 . 长周期光纤光 栅具有插入损耗低、背向反射小等许多优点 ,其
上式中 4 代表纤芯基模 的幅度,4 代表某 , :
阶次包层模 的幅度 , 、 丝 分别 是纤 芯基模 、
包层模的 自 耦合 系数 ,k 是交叉耦合系数 , =k
传输谱对温度 、应变、压力、环境折射率等多种 因素的变化都 比较敏感 [ ,所 以在光纤通信和 2 ]


z;() ) 6
纤芯基模 ;此时基模与一个包层模间的耦合 ,根 据耦合模理论[可以推导表示为 : 5 ]
: 。+ 。 一卢 + 。 () 2
一:  ̄i2 n( k + ) 1 — 一 +i ‘ . 1 —k + 2 ̄ 2 +2 — / ’
() 7
上两式中 是 “ 直流” 自 耦合系数 ,有 :
毒 + ; () 8 源自脉冲同时对光纤进行曝光 . 聚焦后线形光斑的尺寸 ( 光 束 e 宽 度 为 4n )远 大 于光 纤 的直 径 激 n n (. 5n) 01 nn ,因此可以将激光束入射到光纤表面上 2
艿丢(一) 天 一 . ( 的部分视为等强度分布,考虑到光纤受热后沿角向 z P 一 = 几{ 】 9 的热传导,因此光纤横截面折射率分布的均匀度要 。2 [ )
其中 , 。 n ;A ^是理想光栅 的设计波长 , 远大于单侧写入法 . 由于光栅每一点均一次写成,
A = 暑 刍 n n 一几是纤芯基模有效折射率n 与包层 因此制备效率较高 . 模有效折射率几 之差 . 刍
图 2 高频 C 2 光脉冲三束对称逐点 写栅 系统 0激
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1 l 月 5曰出版
长周期 光纤光栅耦合模理论 与制作技术 的研究

水文生态耦合模式的理论框架

水文生态耦合模式的理论框架

和社会可持续发展的应用研究,其成果可直接为社会需求和1 概述当今世界,人类对地球环境的影响已成为制约人类社会持续发展的重要因素。

如温室气体的增加与全球变暖、植被破坏与生物多样性丧失、土地退化、淡水资源短缺等,都是人类所面临的一系列重大而又紧迫的全球环境问题。

为此,国际科学联合理事会( ICS U) 于1986 年组织拟定了以研究全球环境变化为目的的国际地圈生物圈计划( I G BP) ,旨在研究地球系统内相互作用的物理、化学和生物过程。

1993 年开始的全球环境变化与陆地生态系统( G CTE) 和水文循环的生物圈方面(B AHC) 等项目即是该计划的组成部分。

这些项目是全球环境变化研究中地球科学研究的热点和难题。

统与物理气候系统之间的相互关系。

这两个系统由全球水文循环和系统的状态变量(如温室气体的浓度、地面粗糙度和反射率等) 相联系,耦合组成了地球巨系统。

在这个巨系统中,水文循环在地圈—生物圈—大气圈的相互作用中占有重要地位。

BAHC 项目即是为研究水文循环的生物控制,以及生态系统在气候、水文和环境中的重要性而设立的。

该项目的研究侧重在4 个方面: ①土壤—植被—大气转化模型的研制和检验; ②陆面性质和能量交换的区域尺度研究, 重点考虑土地利用、植被类型、土壤、水文和其他条件的陆面不均一性作用,以及地形和表层及次表层横向水流的影响; ③生民经济建设服务。

2 研究现状B AHC 项目作为国际地圈生物圈计划( I G BP) 的核心计划一,试图开发将陆面特征、陆面的能量与水汽通量纳入大陆和球模式中。

它探索的主题是:植被作用于水文循环的物理过水文循环的生物控制,以及生物系统在气候、水文和环境中的用;进一步认识水、碳和能量在土壤—植被—大气界面中的交过程;评价由于气候和其他变化导致的陆面性质的变化情况,而对不同尺度生物圈、大气圈、水圈乃至地圈交互作用的影估计植物群落陆相淡水生态系统在陆面和大气之间碳、水、能和其他物质中的作用;改进不同尺度下模拟模型的参数估计术;研究模拟模型在全球范围内的普适性,以便能充分利用生系统土壤和遥感的各种数据库信息;模拟气候变化及影响等B AHC 计划的特定目标是: ①研究生物圈对水文循环的制及其对气候和环境的重要性; ②增进对土壤—植被—大气面处水、碳和能量交换的了解和模拟能力; ③定量描述地球态系统和陆面特征在陆—气间能量、水和其它有关物质的输作用; ④定量描述环境变化的水文效应; ⑤描述影响生物圈物理地球系统相互作用的大陆尺度的变化; ⑥提供改进的参评价技术,使其能在世界范围内广泛应用,并能够利用从常规径和遥感,尤其是卫星资料推得的关于生态系统和土壤等方和地球物理气候系统的耦合研究,试图通过学科间的交叉渗透和合作,认识和了解控制整个地球系统关键的、相互作用的物理、化学和生物过程,探索和预测全球环境变化,分析对付全球环境变化的对策,以防止和减轻全球环境恶化的不利影响,促进人类社会的持续发展。

耦合模理论的应用

耦合模理论的应用

自组织光栅写入
光纤光栅的写入1——全息法 Interference Pattern Technique
写入光栅 的周期=干 涉条纹的 距离
光纤光栅的写入2—相位掩 模法 Phase Mask Technique
写入光栅的周 期=掩模版周期 的1/2
光纤光栅写入监测
宽带 光源 ASE 光谱议
OSA
Single mode fibre
Regions with higher refractive index than that of core’s
自组织光纤光栅
• 1978,K.O.Hill,加拿大渥太华研究中 心 发现光纤的光敏性。 • 位于波峰位置处的光纤芯区折射率在光 的作用下发生了永久的增加从而使纤芯 区呈现出周期性的折射率调制形成轴向 布喇格光栅
分为强度型相位型波长型波长精度加工工艺简单复杂较复杂成本较低技术成熟性成熟较成熟成熟可否分布测量可以嵌入性兼容性可以较难很好线性度一般一般很好变形能力性能稳定较好较好信号解调设备简单复杂复杂温度0014nm温度传感光纤光栅封装负温度系数材料土木结构建筑航空石油交通等温度测量光纤光栅应变特性2n2n应力作用的形变n弹光效应122pmu土木结构建筑航空石油交通等应变测量泥石流预警系统防护墙断裂探测与预防液体溢出和渗流的预警和探测储油罐液位和容量监测
宁提纲,赵玉成,魏道平,简水生“光纤光栅的紫外写入及其在 光通信中的应用”光纤与电缆及其应用技术 99年第5期 pp.43~48 K. O. Hill, Y. Fuji, D. C. Johnson, et.al “Photosensitivity in optical fiber waveguides: application to reflection filter

声表面波耦合模理论分析——COM_Theory

声表面波耦合模理论分析——COM_Theory

∂u + = − j β u u + − j κ 12 u − exp( − j β G X ) ∂X ∂u − * + j κ 12 u + exp( + j β G X ) = + jβ u u − ∂X COM Equations for Forward & Backward Waves
βu: Wavenumber of Uncoupled Wave βG: Grating Vector (2π/p), p: Periodicity κ12 : Mutual Coupling Coefficient
Final COM Equations
∂u1 = − jβ u u1 − jκ u 2 ∂X ∂u 2 = − jβ u u 2 − jκ *u 1 ∂X
When Two Waveguides are Exchangable, κ is Real
General Solution
u 1 = A + exp( − j β + X ) + A − exp( − j β − X ) u 2 = rA + exp( − j β + X ) − rA − exp( − j β − X )
±
General Solution
U + ( X ) = A+ exp( − j θ p X ) + Γ− A− exp( + j θ p X ) U − ( X ) = Γ+ A+ exp( − j θ p X ) + A− exp( + j θ p X )
βp=θp+π/p: Wavenumber of Perturbed Wave θp = θu2 -|κ12|2 Γ+ =(θp-θu)/κ12 & Γ- =(θp-θu)/κ12*: Reflection
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the initial conditions at t =0 are as follows:
A1 (0) = 1, A2 (0) = 0 ,
We can see the variations of the amplitudes of the two coupled pendulums in Fig.b
plot a graph to express the process as shown in Fig.b and Fig.c. The abscissa
represents the time, and the ordinate A represents the amplitude of each pendulum. If
fact that the pendulums are connected to a same string, and any vibration of one of the
pendulums will have an effect on the other through the string.
It has been recognized that coupled transmission lines, coupled electrical circuits,
now the abscissa represents distance instant of time.
Sometimes the coupling is not between the same kind of waves or oscillations, for
example, in a traveling wave tube, a space-charge wave and an electromagnetic wave
and Fig.c, respectively, when their frequencies are the same and different. The time
spacing between two adjacent maxima (or minima) is the period of the process, which
string
stop
Fig. a A pendulum can vibrate, that is to say it swings from side to side. We can give it a push and then it will vibrate at a fixed speed or at a certain frequency. If two pendulums with same frequency are hung on a string and one of them is set swinging as shown in Fig. a, it will swing less and less until it stops altogether, while the other pendulum will swing higher and higher until it reaches a maximum. Then the process will be reversed until the first pendulum reaches a maximum and the second comes to rest once more. This cycle repeats itself again and again. It would repeat infinitely if there were no losses in the system.
coupling problems. It is the so called coupled-mode theory. Here, mode means one of
the models of wave forms.
In the theory, all the coupled-mode or coupled-vibration problems are formulated by a
耦合模论
及其在微波和光纤技术中的应用
(研究生课程用)
钱景仁
中国科学技术大学
二零零五年
目录
绪 言 (Preface) ……………………………………………………………………1 第一章 耦合模的一般理论 §1.1 耦合模方程 …………………………………………………………………6 §1.2 强耦合与弱耦合 ……………………………………………………………11 §1.3 周期性耦合…………………………………………………………………18 §1.4 耦合模与简正模……………………………………………………………29 §1.5 缓变参数情况下本地简正模广义理论……………………………………33 §1.6 理想模、本地简正模和超本地简正模……………………………………37 §1.7 耦合器应用举例……………………………………………………………42 §1.8 临界界面附近和稳相点附近的耦合模方程………………………………46 第二章 闭合波导中的耦合模问题 §2.1 介质填充波导………………………………………………………………51 §2.2 缓变表面阻抗和阻抗微扰…………………………………………………59 §2.3 弯曲波导……………………………………………………………………64 第三章 光纤中的耦合模问题 §3.1 光纤中的简正模式…………………………………………………………68 §3.2 耦合模理论的推广…………………………………………………………80 §3.3 非理想光纤的耦合模方程…………………………………………………81 §3.4 用闭合波导理论来研究开波导……………………………………………86 第四章 螺旋光纤及弯曲光纤 §4.1 螺旋光纤的耦合模分析……………………………………………………89 §4.2 单模传输条件下的螺旋光纤………………………………………………93 §4.3 弯曲光纤……………………………………………………………………98 第五章 耦合功率方程 §5.1 多模波导和多模光纤的传输特性…………………………………………104 §5.2 多模波导中的耦合功率方程………………………………………………105 §5.3 多模光纤传输中的耦合功率方程…………………………………………107 中文参考文献 ……………………………………………………………………109 英文参考文献 ……………………………………………………………………110
set of coupled-mode equations, which are simultaneous differential equations of first
order with variable or constant coefficients. In case of two modes, they can be
written as follows:
dA1 ( z)
dz
=

jβ1 A1
(
z)
+
jcA2
(
z)
dA2 (
dz
z)
=
− jβ2 A2
(z)
+
jcA1
(
z)
Where
β i
and c are functions of z in general case.
When n modes or waves should be considered in a coupling problem, n differential
Fig. c Frequencies are different.
If these two pendulums have different frequencies, then transfer of energy between
them will not be complete, and the first pendulum will not stop in the process. We can
I
Preface
What is the coupled-mode theory? Is it a common theory in physics? Waves and vibration phenomena are popular in physics as we know such as mechanical vibrations, acoustic waves, light waves, microwaves and radio waves. Furthermore, connection or coupling among systems is also a general rule in universe. Everything presupposes the existence of some other thing. Cause-effect relations and action-reaction relations are generally existed among systems in the universe. It is obvious that there aren’t any ideal waves which exist independently and do not change their amplitudes and directions. A real wave or vibration is always connected with a source or other waves. Now, it is necessary to describe how these waves or vibrations (oscillations) couple to each other, and how their amplitudes change with the time or the distance. To illustrate the principle of the coupling between waves or vibrations (oscillations), let’s take pendulums as an example.
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