耦合效率定义式中
光纤通信中直接耦合效率的计算公式
光纤通信中直接耦合效率的计算公式光纤通信作为一种高速、高带宽的通信方式，已经被广泛应用于电信、互联网和其他领域。
在光纤通信中，直接耦合效率是一个重要的参数，它影响着光信号的传输效率和稳定性。
准确计算直接耦合效率对于光纤通信系统的设计和优化至关重要。
1. 直接耦合效率的定义直接耦合效率是指光信号从一个光源传送到接收端的光耦合效率。
在理想情况下，光信号经过光纤传输，不会有任何损失，光能完全传输到接收端，这时的直接耦合效率为100。
然而，在实际应用中，由于光纤的材料、制造工艺、连接器等因素的影响，光信号会有一定程度的损耗，导致直接耦合效率降低。
2. 直接耦合效率的计算方法直接耦合效率的计算方法主要涉及光源功率、光纤损耗、接口连接等因素。
一般来说，直接耦合效率可以通过以下公式计算：直接耦合效率 = (Pout / Pin) * 100其中，Pout为输出光功率，Pin为输入光功率。
在实际应用中，直接耦合效率的计算需要考虑到光源的功率稳定性、光纤的损耗系数、连接器的质量等因素，以获得准确的结果。
3. 直接耦合效率的影响因素直接耦合效率受多种因素的影响，包括光源功率、光纤损耗、连接器质量、光纤长度、光源和接收端的匹配度等。
在光纤通信系统设计中，需综合考虑这些因素，选择合适的光源、光纤和连接器，以达到最佳的直接耦合效率。
4. 提高直接耦合效率的方法为了提高直接耦合效率，可以采取以下措施：- 选择高品质的光源和光纤，减小光信号的损耗；- 注意光源和接收端的匹配度，避免因不匹配导致的光能损失；- 定期清洁和保养光纤连接器，确保连接质量良好；- 控制光源的功率，并保证其稳定性，以提高直接耦合效率。
5. 结语直接耦合效率是光纤通信系统中的重要参数，它直接影响着光信号传输的效率和稳定性。
正确计算直接耦合效率，了解影响因素并采取相应的措施，可以有效提高光纤通信系统的性能和可靠性。
在实际应用中，我们需要不断研究和优化直接耦合效率的计算方法，以满足不断发展的光纤通信需求。
光纤传感实验
光纤传感实验光纤传感实验光纤特性的研究和应⽤是20世纪70年代末发展起来的⼀个新的领域。
光纤传感器件具有体积⼩、重量轻、抗电磁⼲扰强、防腐性好、灵敏度⾼等优点；⽤于测量压⼒、应变、微⼩折射率变化、微振动、微位移等诸多领域。
特别是光纤通信已经成为现代通信⽹的主要⽀柱。
光纤通信的发展极为迅速，新的理论和技术不断产⽣和发展。
因此，在⼤学物理实验课程中开设“光纤特性研究实验”已经成为培养现代⾼科技⼈才的必然趋势。
传感器是信息技术的三⼤技术之⼀。
随着信息技术进⼊新时期，传感技术也进⼊了新阶段。
“没有传感器技术就没有现代科学技术”的观点已被全世界所公认，因此，传感技术受到各国的重视，特别是倍受发达国家的重视，我国也将传感技术纳⼊国家重点发展项⽬。
光纤特性研究和应⽤是⼀门综合性的学科，理论性较强，知识⾯较⼴，可以激发学⽣对理论知识的学习兴趣，培养学⽣的实践动⼿和创新能⼒，光纤⼲涉系列实验教学的开设就显得⾮常重要了。
基于这个⽬的，我们对光纤⼲涉实验教学进⾏了初步探索，在此基础上，该实验还可以进⾏⼀些设计性及研究性实验。
⼀、实验⽬的1.了解光纤与光源耦合⽅法的原理；2.理解M —Z ⼲涉的原理和⽤途；了解传感器原理；3.实测光纤温度传感器实验数据。
⼆、实验仪器激光器及电源，光纤夹具，光纤剥线钳，激光功率计，五位调整架，显微镜，光纤传感实验仪，CCD 及显⽰器，等等三、实验原理光纤的基本结构如图1，它主要包括三层（⼯程上有时有四层或五层，图中是四层结构）：1.纤芯；2.包层；3.起保护作⽤的涂敷层；4.较厚的保护层。
纤芯和包层的折射率分别是1n 和2n ，如图2，为了使光线在光纤中图1.光纤剖⾯图传播，纤芯的折射率（1n ）必须⽐包层(2n )的折射率⼤，这样才会产⽣全反射。
光线1以θ⾓⼊射在光纤端⾯上，光线经折射后进⼊光纤，以?⾓⼊射到纤芯和包层间的光滑界⾯上。
只要我们选择适当的⼊射⾓θ，总可以使?⾓⼤于临界⾓m ?，m ?的⼤⼩由公式)/arcsin(12n n m =?决定，使光线1在界⾯上发⽣全反射。
混合动力汽车耦合技术资料讲解
3 牵引力耦合式
• 牵引力耦合式
这种耦合方式比较特殊,发动机驱动汽车前轮(后轮),电机驱 动后轮(前轮),通过前后车轮驱动力将多个动力源输出动力合 成在一起。
动力合成规律为，
式中:F为整车驱动力;F1为发动机最终作用在前轮上的驱动
力,
n1为从发动机到前轮的传动效率;i1为
从发动机到前轮的传动比;F2为电机最终作用在后轮上的驱动
力联合式并联。
混合动力汽车的构型分析
混合动力汽车构型分析
车载能源 能量存储 能量调节和转化
动力生成装
动力传பைடு நூலகம்系
置
特性场转化装置
驱动轮
油箱
发动机
传动系统
前轴
油箱
动力电池 组
动力电池 组
发动机-电动/发电机1
电动/发电机 2
电动/发电机 1
电动/发电机 2
传动系统
后轴 前轴 后轴
• 该混合动力驱动系的阶次为4，指数为3。 • 复杂程度为4×3。 • 具体为多种能源存储联合式串联 + 双轴联合式并联+驱动
扭矩耦合
• 1齿轮耦合式
齿轮耦合这种动力耦合方式通 过啮合齿轮 (组) 将多个输入动力合 成在一起输出 。
这种耦合 方式结构简单 ,可以实 现单输入 、双输入等多种驱动方 式 ,耦合效率较高 ,控制相对简单 ; 但由于齿轮是 刚性啮合的 ,在动力 切换 、耦合过程中易产生冲击 。
T3 =η( T1 + k T2 ) ; n3 = n1 = 1/ k n2
• 5 HEV传动系统的机械结构要尽可能紧凑、高效， 复杂功能的实现尽可能依靠电子软，以降低整车 制造成本，为批量生产打下基础。
• 以上是目前HEV动力传动系统研制的方向和趋势， 也是现阶段使HEV达到较高燃油经济性，较低排 放的理想措施。
光纤通信课后答案
全书习题参考答案第1章概述1.1 填空题（1）光导纤维（2）掺铒光纤放大器(EDFA) 波分复用(WDM) 非零色散光纤(NIDSF) 光电集成(OEIC)（3）0.85µm 1.31µm 1.55µm 近红外（4）光发送机 光接收机 光纤链路（5）光纤 C=BW×log2(1+SNR) 信道带宽（6）大 大（7）带宽利用系数（8）可重构性可扩展性透明性兼容性完整性生存性1.2 解：利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。
即以光波为载频，以光纤为传输介质的通信方式称为光纤通信。
1.3 解：（1）传输频带宽，通信容量大（2）传输距离长（3）抗电磁干扰能力强，无串音（4）抗腐蚀、耐酸碱（5）重量轻，安全，易敷设（6）保密性强(7) 原料资源丰富1.4 解：在光纤通信系统中，最基本的三个组成部分是光发送机、光接收机和光纤链路。
光发送机由电接口、驱动电路和光源组件组成。
其作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。
光接收机是由光检测器组件、放大电路和电接口组成。
其作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。
光纤链路由光纤光缆、光纤光缆线路(接续)盒、光缆终端盒、光纤连接器和中继器等构成。
光纤光缆用于传输光波信息。
中继器主要用于补偿信号由于长距离传送所损失的能量。
光缆线路盒：将光缆连接起来。
光缆终端盒：将光缆从户外引入到室内，将光缆中的光纤从光缆中分出来。
光纤连接器：连接光纤跳线与光缆中的光纤。
1.5解：“掺铒光纤放大器(EDFA)+波分复用(WDM)+非零色散光纤(NIDSF)+光电集成(OEIC)”正成为国际上光纤通信的主要发展方向。
1.6 解：第一阶段（1966~1976年），实现了短波长（0.85µm）、低速（45或34 Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。
第二阶段（1976~1986年），光纤以多模发展到单模，工作波长以短波（0.85um）发展到长波长，实现了波长为1.31µm、传输速率为140~165Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为50~100km。
实验法基本要素
实验法基本要素图像法：1.用温度时间图像理解融化、凝固、沸腾现象。
2.电流、电压、图像认知欧姆定律i=u/r、电功率p=ui。
3.正比、反比函数图象巩固密度ρ=m/v、重力g=mg、速度v=s/t、杠杆平衡f1l1=f2l24.应力p=f/s p=ρgh浮力f=ρ液gv排热量 q=cm(t2-t1)等公式。
控制变量法：1.研究冷却快慢与液体温度、液体表面积和液体上方空气流动速度的关系。
2.研究弦乐器的音调与弦的松紧、长短和粗细的关系。
3.研究压力的促进作用效果与压力和受力面积的关系。
4.研究液体的压强与液体密度和深度的关系。
5.研究滑动摩擦力与压力和接触面坚硬程度的关系。
6.研究物体的动能与质量和速度的关系。
7.研究物体的势能与质量和高度的关系。
8.研究导体电阻的大小与导体长度材料横截面积的关系。
9.研究导体中电流与导体两端电压、导体电阻的关系。
10.研究电流产生的热量与导体中电流、电阻和通电时间的关系。
11.研究电磁铁的磁性与线圈匝数和电流大小的关系。
转换法：1.利用乒乓球的跳跃将音叉的振动压缩;利用轻小物体的跳动或振动去证明表达意见的物体在振动。
2.用温度计测温度是利用内部液体热胀冷缩改变的体积来反映温度高低。
3.测量滑动摩擦力时转化成测拉力的大小。
4.通过研究扩散现象认识看不见摸不着的分子运动。
5.推论有没有电流课通过观察电路中的灯泡与否闪烁去确认。
6.磁场看不见、摸不着，可以通过观察小磁针是否转动来判断磁场是否存在。
7.推论电磁铁磁性高低时，用电磁铁迎合的大头针的数目去确认。
8.研究电阻与电热的关系时，电流通过阻值不等的两根电阻丝产生的热量无法直接观测或比较，可通过转换为可看见的现象(气体的膨胀、火柴的点燃等的不同)来推导出那个电阻放热多。
1.研究真空中若想传声。
2.研究阻力对运动的影响。
3.“在自然界只存有两种电荷”这一关键结论也就是在实验基础上推理小说得出的。
等效替代法：1.在电路中若干个电阻可以耦合为一个最合适的电阻，反之一般会;例如等效电路、串并联电路的耦合电阻，都利用了耦合的思维方法。
光纤传感实验报告
光纤传感实验光纤特性的研究和应用是20世纪70年代末发展起来的一个新的领域。
光纤传感器件具有体积小、重量轻、抗电磁干扰强、防腐性好、灵敏度高等优点；用于测量压力、应变、微小折射率变化、微振动、微位移等诸多领域。
特别是光纤通信已经成为现代通信网的主要支柱。
光纤通信的发展极为迅速，新的理论和技术不断产生和发展。
因此，在大学物理实验课程中开设“光纤特性研究实验”已经成为培养现代高科技人才的必然趋势。
传感器是信息技术的三大技术之一。
随着信息技术进入新时期，传感技术也进入了新阶段。
“没有传感器技术就没有现代科学技术”的观点已被全世界所公认，因此，传感技术受到各国的重视，特别是倍受发达国家的重视，我国也将传感技术纳入国家重点发展项目。
光纤特性研究和应用是一门综合性的学科，理论性较强，知识面较广，可以激发学生对理论知识的学习兴趣，培养学生的实践动手和创新能力，光纤干涉系列实验教学的开设就显得非常重要了。
基于这个目的，我们对光纤干涉实验教学进行了初步探索，在此基础上，该实验还可以进行一些设计性及研究性实验。
一、实验目的1.学习光纤数值孔径的物理含义、光纤与光源耦合方法的原理；2.理解M—Z干涉的原理和用途；了解传感器原理；3.实测光纤压力传感器和温度传感器实验数据。
二、实验仪器激光器及电源，光纤夹具，光纤剥线钳，宝石刀，激光功率计，五位调整架，显微镜，光纤传感实验仪，CCD及显示器，等等三、实验原理1．光纤数值孔径、光纤的耦合方法（1）光纤数值孔径光纤数值孔径是描述光纤与光源、探测器和其他光学器件耦合时的特性，它的大小反映光纤收集光的能力。
数值孔径是光纤传光性质的结构参数之一，是表示光学纤维集光能力的一个参量。
光在光纤中的传播可以用全反射原理来说明。
图1 光纤剖面图光纤的基本结构如图1，它主要包括三层（工程上有时有四层或五层，图中是四层结构）：1.纤芯；2.包层；3.起保护作用的涂敷层；4.较厚的保护层。
纤芯和包层的折射率分别是1n 和2n ，如图2，为了使光线在光纤中传播，纤芯的折射率（1n ）必须比包层(2n )的折射率大，这样才会产生全反射。
精品课件-光器件原理
输出功率和驱动电流之间的函数关系也叫“P-I曲线”
P-I曲线会随温度的变化而变化。
（2）光谱特性 LED光谱特性主要是指发光强度、光谱峰值波长和光
谱的半高全宽Δλ（最大光强一半处的光谱全宽）等。
LED的谱线宽度Δλ与波长（有源层材料的带隙决定） 和结的温度有关：
Δλ = 3.3（kT / h）(λ2/c)
怎样实现粒子数反转呢？
答案是：如果外界向物质提供了能量，就会使得低能级上
的电子获得能量，并大量地激发到高能级上去，像一个泵一 样，不断地将低能级上的电子“抽运”到高能级上，就可达 到高能级上的粒子数N2大于低能级上的粒子数N1 ，此时，我 们称这个能量为激励或者泵浦。
4.能带理论
在实际中，原子的能级不是单一的，而是由彼此靠的很近的系列能 级组成的，这种有一定宽度的带，我们称能带。
(1)自发辐射
处在高能级E2的电子往往是不稳定的，即使没有外界的作用， 也会自动地跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量转换为光 子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。
(2)受激辐射
高能级E2的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级E1 上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。
式中，T为结的绝对温度驱动电流, c是光速， k为波尔兹曼常数， h为普朗克常数。
（3）调制带宽
就是功率谱降低到最大值一半时，对应0～3dB的频率范围。 LED的调制带宽为：
Δf = 1/ (2πτ) 其中τ是载流子的复合寿命。 调制带宽跟PN结的掺杂浓度和有源区的厚度有关。
（4）温度特性
LED的温度特性
光器件原理
学习目标
1.掌握激光产生的基本原理 2.掌握光源的结构、原理和性能 3.掌握光放大器的结构、原理和性能 4.掌握波分复用器的类型、原理和应用 5.掌握光电检测器的结构、原理和性能 6.了解光分插复用器的作用、原理和应用 7.了解光交叉复用器的作用、原理和应用 8.理解光开关作用、原理和应用
模式 耦合效率-概述说明以及解释
模式耦合效率-概述说明以及解释1.引言概述部分是对整篇文章的一个简要介绍，旨在引起读者的兴趣并提供背景信息。
以下是一个可能的概述部分的内容：1.1 概述在软件开发领域，模式耦合效率是一个重要的概念。
模式是在软件设计和开发中使用的一种可重用的解决方案，可以帮助开发人员解决常见的问题。
模式可以被看作是一种具有经过验证的最佳实践，可以帮助开发人员提高代码质量和可维护性。
模式的耦合效率指的是在实际应用中使用模式的效果与代码之间的关联程度和效率。
一个好的模式应该能够有效地解决问题并提高代码的质量，而不会引入额外的复杂性和耦合。
本文将探讨模式的定义、应用和优势，并深入研究模式耦合效率的重要性。
通过对模式耦合效率的研究，我们可以更好地理解如何选择和使用模式，以实现代码的高效、可维护和可扩展性。
在接下来的章节中，我们将首先介绍模式的定义，包括什么是模式以及它们如何被描述和分类。
然后，我们将讨论模式在实际应用中的应用场景和使用方法。
最后，我们将重点关注模式的优势，包括代码复用性、可维护性和可扩展性等方面的好处。
通过这些内容的探讨和研究，我们希望读者能够更好地理解模式的概念和应用，并认识到模式耦合效率对软件开发的重要性。
同时，我们也将展望未来对模式耦合效率的研究，以期进一步完善和提高软件开发领域的实践和技术。
1.2 文章结构文章结构：本篇长文主要包括引言、正文和结论三个部分。
1. 引言部分主要对本文的内容进行概述，介绍模式和模式耦合效率的基本概念，并说明本文的目的和意义。
通过引言部分，读者可以初步了解本文的主要内容和研究重点。
2. 正文部分包括了模式的定义、模式的应用以及模式的优势三个主要内容。
2.1 模式的定义：本节将详细介绍模式的概念以及其在不同领域的应用情况。
通过对模式的定义的阐述，读者可以对模式有一个整体的了解，并为后续的模式应用和优势的讨论提供了基础。
2.2 模式的应用：本节将对模式的应用进行深入探讨，列举具体的案例和场景，说明模式在实际应用中的意义和效果。
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
光纤的模场分布
聚焦透镜 五维调整架 光纤支架
半导体准直激光器
电控转台
待测光纤
图 二 光 纤 数 值 孔 径 的 测 量 系 统 (一 ）
取一个屏，测量光斑直径大小 D 和光纤端面与屏的距离 L θo=arctan[D/（2L）] f. 用计算机控制转台转动，带动探测器，测量光强与角度的关系模场分布 曲线。根据公式也可算出数值孔径的大小； e.
聚焦透镜 五维调整架
长波FC法兰
光纤支架
激光器
待测光纤
探测器
图三 光纤数值孔径的测量系统(二）
2、 用光纤输出半导体激光器代替光纤，测量半导体激光器输出光纤的模场分布， 计算数值孔径。
四、实验数据和记录
表（1）方法一 测量所得的实验数据和结果 测量参数 光斑直径 W（mm） 屏与光纤端头距离 L（mm） 数值孔径角 θo=arctan[D/(2L)] 光纤数值孔径 opy 回去，并计算数值孔径大小。 光纤 半导体激光器输出
自由空间 θc
接收光 锥范围
纤芯
图一、光纤最大接收角和接收光锥示意图
θ ma x
包层
NA 的定义式是
NA
no*Sinθ=
n n
2 1
2 2
式中 no 为光纤周围介质的折射率，θ为最大接受角。n1 和 n2 分别为光纤纤芯和包层的折 射率。光纤在均匀光场下，其远场功率角分布与理论数值孔径 NAm 有如下关系：
-1-
曲线上光功率下降到中心值的 5%处的角度θe 的正弦值定义为光纤的数值孔径， 称之为有效 数值孔径：
NAeff sin e
本实验正是根据上述原理和光路可逆原理来进行的。
三、实验内容
本实验装置包括：光纤输出半导体激光器，多模光纤，半导体光源、五维调整架，电控 转台，电控制箱，计算机、光电探测器 1、 准直激光器和耦合系统 a． 调整半导体激光器，使激光束平行于实验平台面； b． 调整耦合透镜，使透镜出射光束主轴不变； c． 取待测光纤，一端经旋转台上的光纤微调架与激光束耦合，另一端与光 电控转台中心相连； d． 仔细调节光纤微调架，使光纤端面准确位于透镜焦点上，仔细调节使光 纤的输出功率最大。
实验1-1光纤数值孔径（NA）性质和测量实验
实验1-1 光纤数值孔径（NA ）性质和测量实验一、 实验目的1、 熟悉光纤数值孔径的定义和物理意义2、 掌握测量光纤数值孔径的基本方法二、 实验原理和设备光纤数值孔径（NA ）是光纤能接收光辐射角度范围的参数，同时它也是表征光纤和光源、光检测器及其它光纤耦合时的耦合效率的重要参数。
图一示出了阶梯多模光纤可接收的光锥范围。
因此光纤数值孔径就代表光纤能传输光能的大小，光纤的NA 大，传输能量本领大。
NA 的定义式是0sin NA n θ==式中0n 为光纤周围介质的折射率，θ为最大接受角。
1n 和2n 分别为光纤纤芯和包层的折射率。
光纤在均匀光场下，其远场功率角分布与理论数值孔径m NA 有如下关系：NA m Sin *=καθ其中θ是远场辐射角，Ka 是比例因子，由下式给出：[])0(/)(2/1P P g θκα-=式中P （0）与P （θ）分别为θ=0和θ=θ处远场辐射功率，g 为光纤折射率分布参数。
计算结果表明，若取P （θ）/P （0）=5%，在g ≥2时Ka 的值大于0.975。
因此可将对应于P （θ）曲线上光功率下降到中心值5%处的角度θe ，其正弦值定义为光纤的数值孔径，并称之为有效数值孔径： e eff NA θsin =本实验正是根据上述原理和光路可逆原理来进行的。
三、实验装置He-Ne 激光器、读数旋转台、塑料光纤、光纤微调架、毫米尺、白屏、短波长光功率计四、实验步骤方法一： 1、He-Ne激光器和光功率计的电源，调整实验系统；a．调整He-Ne激光管，使激光束平行于实验平台面；b．调整旋转台，使He-Ne激光束通过旋转轴线(读数旋转台轴线与光纤所在面交点已在旋转台上标出)；c．取待测光纤，一端经旋转台上的光纤微调架与激光束耦合，另一端与光探测器相连；d．仔细调节光纤微调架，使光纤端面准确位于旋转台的旋转轴心线上．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，并辅助调节旋转台使光纤的输出功率最大。
§4-2互感耦合电路
§4-2 互感耦合电路由电磁感应定律可知，只要穿过线圈的磁力线（磁通）发生变化，则在线圈中就会感应出电动势。
一个线圈由于其自身电流变化会引起交链线圈的磁通变化，从而在线圈中感应出自感电动势。
如果电路中有两个非常靠近的线圈，当一个线圈中通过电流，此电流产生的磁力线不但穿过该线圈本身，同时也会有部分磁力线穿过邻近的另一个线圈。
这样，当电流变化时，邻近线圈中的磁力线也随之发生变化，从而在线圈中产生感应电动势。
这种由于一个线圈的电流变化，通过磁通耦合在另一线圈中产生感应电动势的现象称为互感现象。
互感现象在工程实践中是非常广泛的。
由4-2-1示出了两个位置靠近的线圈1和线圈2，它们的匝数分别为N 1和N 2。
当线圈1通以电流i 1时，在线圈1中产生磁通11Φ，其方向符合右手螺旋定则。
线圈1的自感为11111111N L i i Φψ== 11ψ称为自感磁链。
由i 1产生的部分磁通21Φ同时也穿越线圈2，称为线圈1对线圈2的互感磁通，此时线圈2中的互感磁链为21221N ψΦ=。
类似于自感磁链的情况，互感磁链21ψ与产生它的电流i 1之间存在着对应关系。
如果两个线圈附近不存在铁磁介质时，互感磁链与电流之间基本成正比关系。
这种对应关系可用一个互感系数来描述，即有21211M i ψ= （4-2-1）互感系数21M 简称为互感，其单位为亨利（H ）。
由i 1产生的另一部分磁通只穿过线圈1而不穿越线圈2，此部分磁通称为漏磁通，用1σΦ来表示，据此定义线圈1的漏感系数为1111N L i σσΦ=各部分磁通之间有 11211σΦΦΦ=+同样当线圈2通过电流i 2而线圈1无电流时，线圈2产生磁通22Φ，线圈2的自感为22222222N L i i Φψ== 此时有部分互感磁通12Φ穿越线圈1，线圈2对线圈1的互感为图4-2-1121121222N M i i ψΦ== （4-2-2） 线圈2中存在部分漏磁通2σΦ，线圈2的漏感系数为2222N L i σσΦ=。
实验3.6 光纤光学基础实验
实验人：刘颖，合作人：彭梦然（中山医学院，临床八年2012级物理班，学号12980082）2014年4月13日摘要：本实验主要通过测量、对比直接耦合与加上聚焦透镜后光纤耦合两者不同的光纤耦合效率η来了解光纤端面耦合方法的区别，并尝试了解光纤端面制备方法；同时，通过测量并计算多模光纤的数值孔径进一步了解光纤性质。
最后，通过对光纤压力、温度传感器的工作性质进行定量分析，了解光纤传感器的工作原理以及光纤在实际生活中的应用。
关键词：光纤耦合效率 数值孔径 光纤传感器一. 引言光纤（即光导纤维，optical fiber ）是20世纪70年代发展起来的一种新型光电子材料，最初用于通信，70年代末用于传感技术。
普通光纤由高纯度石英玻璃在高温下拉制而成，有传输损耗低、频带宽、纤径小、重量轻、抗干扰性好、耐腐蚀、耐高温等优点。
本实验通过光纤端面处理、光纤耦合系数、数值孔径的测量、光纤传感器等实验，了解光纤传播的基本特性，学习光纤光学的基础知识。
二．实验方法和装置【实验原理】 1. 光纤的传播模式光波在光纤中的传播，主要是交变的电场和磁场在光纤中向前传播。
电磁场的各种不同分布形式，称为“模式”（mode ）。
任何在光纤中传输的光波必须满足在纤芯和包层界面上应用 M axwell 波动方程的边界条件，其结果是，光纤中的光波只能形成独特的一个或多个模式。
单模光纤是只能传输一种模式的光纤，在光纤的横截面上只存在一种电磁场分布模式；而多模光纤能传输多个模式，在光纤横截面上允许多个电磁场分布模式同时存在。
2. 光纤的数值孔径在均匀折射率光纤中，光是依靠在纤芯和包层两种介质分界面上的全反射向前传播的。
射入光纤的光线有两种，一种是穿过光纤纤芯轴线的光线，叫子午光线，如图 3.6. 3（a ）所示，子午光线在光纤内沿锯齿形的折线前进。
另一种是弧矢光线，不穿过纤芯的轴线，如图 3.6. 3（b ）所示，从光纤的横剖面上看，弧矢光线的传播轨迹呈多边形折线状。
固态电子器件答案
固态电子器件答案【篇一：微波固态电路复习题】1. 微波是指频率在（300mhz~300ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（1mm~1m）。
2. ku波段是指频率在（12ghz~18ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（2.5~1.67cm）。
vhf波段是指频率在（0.1ghz~0.3ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（300~100cm） uhf波段是指频率在（0.3ghz~1ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（100~30cm）s波段是指频率在（2ghz~4ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（15~7.5cm）c波段是指频率在（4ghz~8ghz）范围内的电磁波，对应的波长范围为（7.5~3.75cm）3. 在大气中，影响微波/毫米波传播的主要是（氧分子）和（水分子），由于气体的（谐振）会对微波/毫米波产生（吸收）和（散射）。
4.毫米波的四个大气“窗口”是（35ghz）、（94ghz）（140ghz）（220ghz）。
简答题1. 简述微波电路的发展历程由最初的电子管向固态化发展，由大型元件向小型元件、集成电路、器件方向发展，同时开发新系统。
目前微波技术的发展趋势是朝小型化、高集成化、高可靠、低功耗、大批量应用方向发展。
2. 什么是mmic利用半导体批生产技术，将电路中所有的有源元件和无源元件都制作在一块砷化镓衬底上的电路称为微波单片集成电路。
第2章选择与填空题1. 列举几种常用的平面传输线（微带线、悬置式微带线、倒置式微带线、带线、槽线、共面波导、鳍线）2. 微带线主要传输的模式是（准tem），带线的传输主模是（tem）11. 槽线的传输模式是（te模）。
12. 共面波导的传输模式是（准tem模）。
8. 鳍线的传输模式是（te与tm模式组成的混合模）。
3. 微带线最高工作频率的影响因素有（寄生模的激励、较高的损耗、严格的制造公差、处理过程中的脆性、显著地不连续效应、不连续处的辐射引起低的q值）（列举四个即可）4. 定向耦合器常用表征参量有（耦合度、方向性、隔离度）7. 耦合器的耦合度的定义是（c= 10lgp1/p3 = 20lg|s31| db ）。
波导光学第二章 光波导耦合理论与耦合器
1
光耦合的介绍:
➢光耦合：使光信号从一个光学元 件进入到另一个光学元件
➢耦合器：实现光耦合的元器件统 称为耦合器，集成光学中常用的 耦合器有棱镜，光栅，楔面等。
平板波导模式分布-导模
Cladding
Core
qi
Substrate
导模的特点： • 包层的场成指数衰减。 • 传播常数取分立的值。 • 理论上没有损耗。 • 各个导模正交。
光波导的纵向非均匀性
光波导的纵向不均匀起因：制作不完善；使用时引入；人为引入
芯包分界面不均匀
芯子直径纵向变化 重力影响导致的光纤纵向受力不均，引 起几何尺寸和折射率分布不均匀
制作不完善 ∆纵向不均匀
使用时引入
人为引入：光纤光栅， 重要的光纤器件！
定向耦合器（Directional Coupler）
Input waveguideRin A
B Rout Output waveguide
Coupling region
1
3
D
s
2
4
A0
ZL
x axis
B0
y axis
z axis
波导中传输的导模在芯层外的倏逝场由于相互作用产生耦合，引起波导间模式功 率的相互转移。
8
模式耦合
同向耦合
模式耦合
导波模
应用实例：方向耦合器、Y分支、MZ
E(x, y) Em* (x, y)dxdy
2
功率耦合效率 m
Am 2
E(x, y) E*(x, y)dxdy
E(x, y) Em* (x, y)dxdy E(x, y) E*(x, y)dxdy
13
光纤实验一
实验一 光纤基本实验一、实验目的1、了解光纤的基本结构；2、学习光纤数值孔径（NA ）的含义, 掌握光纤数值孔径的测量方法；3、学习光纤端口处理方法及焊接过程；4、学习光纤与光源耦合的方法。
二、实验内容1、观察光纤基模远场分布；2、观察多模光纤输出的近场与远场图案；3、运用远场光斑法测量多模光纤的数值孔径；4、观察光纤输出功率与光纤弯曲的关系；5、学习光纤端面的制备，光纤的焊接及光纤与光源的耦合。
三、实验仪器He-Ne 激光器 1台 光纤切割刀1套 光纤实验系统SGQ-3/SGQ-4 1台 光纤熔接机TYPE-391台 SGN-1光功率计1台 633nm 单模、多模光纤 1米 四、实验原理光纤的基本结构包括纤芯、包层和套层，光在光纤中传输时，其传输特性与光纤的折射率分布形式、光纤的芯径及光波的波长密切相关。
模场分布属于光纤的本值特征，与外界激励条件无关。
光纤的输出近场是光纤输出端面光功率沿光纤半径r 的分布，如果光纤中各导模的损耗相同，又无模式耦合，则输出近场与光纤输入端面光功率分布相同。
光纤的输出远场分布是在距光纤输出端面足够远处，光纤的输出光功率沿孔径角φ的分布，远场分布与光纤的数值孔径有关。
数值孔径（NA ）是光纤的一个重要参数，它表示光纤聚光能力的大小及与光源耦合的难易程度。
光纤的NA 值越大，光纤收集、传输光能的本领也越大；但NA 值增大，会减小光纤的带宽及传输速率，因此设计光纤时应综合考虑，选取比较合适的数值孔径。
光纤数值孔径的定义有多种形式，最大理论数值孔径m ax,t N A 和远场强度有效数值孔径eff N A 是其中的两种。
最大理论数值孔径定义为：max,0max,sin t t NA n n θ==≈ (1-1) 式中m ax ,t θ为光纤允许的最大入射角，0n 为周围介质的折射率，1n 和2n 分别为光纤纤芯中心和包层的折射率，()121n n n ∆=-为相对折射率差。
基于ZEMAX研究微球透镜的耦合效率
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 基于ZEMAX研究微球透镜的耦合效率摘要半导体激光器与光纤耦合技术作为一种重要技术，已经发展到一个比较成熟的阶段，广泛应用于光纤通信、光纤传感等．本文以半导体激光器的光束特性和光纤的传输特性，以及半导体激光器和光纤耦合方式的概括，微球透镜特性的论述为知识基础，基于光学设计软件ZEMAX，在微球透镜的折射率、色散系数，激光器发射光场的参数等条件都确定的情况下，着重分析微球透镜与激光器之间距离的变化对耦合效率的影响。
通过ZEMAX软件模拟分析，可以找出激光源与球透镜表面的距离的最佳位置使得此处会出现所有不同位置的耦合效率的最大值。
关键词半导体激光器微球透镜光纤耦合ZEMAX最大耦合效率7086毕业设计说明书（论文）外文摘要1 / 17TitleResearching the micro-ball lens’coupling efficiency based on ZEMAX.AbstractSemiconductor lasers and fiber coupling technology has developed into a more mature stage as an important technology. And it has been widely used in optical fiber communication, optical fiber sensing and so on.This article is based on the beam characteristics of the semiconductorlaser and fiber transmission, the epitome of semiconductor lasers and fiber-coupled way, and the discussion of micro-ball lens characteristics.Depending on the optical design software, ZEMAX, we analyzed theinfluence of the distance between the micro-ball lens and the laser on the coupling efficiency, in the condition that the refractive index and dispersion---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------coefficient of the micro-ball lens, and the laser emission of light field parameters are identified. By ZEMAX software’s analysis, we can find out the best position to make here be the maximum coupling efficiency of all the different locations of the distance between the laser source and the ball lens surface.2、半导体激光器的光束特性半导体激光器的输出光场分布可以分别用远场和近场特性来描述。
光纤通信实验报告1122112
光纤通信[摘要]本实验通过在光学平台上对光纤特性的研究，从而得到光源与塑料光纤的耦合效率为0.609，又利用“截断法”测得光纤损耗系数为507.3dB/km。
之后由光的折射定律和光的全反射以及在输出端测量数值孔径的“远场光斑法”，测出商务光纤的数值孔径NA为0.123。
接着利用光的干涉原理研究光纤温度传感器是一种相位调制型光纤传感器。
最后使用通信电路板和示波器观察通信系统中各部信号变化，模拟语音电话光通信。
[关键词]光纤全反射光纤温度传感器光纤耦合一、[引言]光线是光导纤维的简称。
它是工作在光波波段的一种介质波导，它能利用光学全反射原理将光的能量约束在波导界面内，并引导光波沿着光纤轴线方向传播。
1966年，华裔科学家高锟博士发表的《光频率的介质纤维表面波导》论文中首次明确提出“只要设法降低玻璃纤维中的杂质，就能够获得能用于通信的、传输损耗较低的光导纤维”。
1970年，美国康宁玻璃公司率先研制成功了损耗为20dB/km的石英光纤，实现了高锟的想法。
如今光纤的损耗已经可以达到0.2dB/km。
没有光纤就没有今天的互联网时代。
光纤通讯之所以发展迅猛，主要源于它具有以下几个特点：通信用量大、传输距离远；信号串扰小、保密性能好；抗电磁干扰、传输质量佳；光纤尺寸小、重量轻，便于敷设和运输；材料来源丰富，节约了大量有色金属铜；耐化学腐蚀，光缆适应性强，寿命长。
光纤除了在现代通信系统中有着重要的应用外，在传感器技术方面，也有着独特的优势。
本实验的目的是：了解光纤光学的基础知识；学习测量光线数值孔径和损耗特性的方法；了解光纤温度传感器的工作原理；了解光纤语音通信的基本原理和系统构成。
二、[实验原理]1．光纤的构造：光纤主要由纤芯、包层、涂敷层及套塑四部分构成。
2．光纤的模式：光纤的模式分为矢量模和标量模两大类。
m=0,1,2,3,…n=1,2,3,4,…下标m表示该模式的场分量沿光纤横截面圆周方向的最大值有m对；下标n表示该模式下的场强分量沿光纤横截面径向有n对最大值。
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（2）码型效应 当电光延迟时间td与数字调制的码元 持续时间T/2为相同数量级时，会使“0”码过后的第一个 “1”码的脉冲宽度变窄，幅度减小，严重时可能使单个 “1”码丢失，这种现象称为“码型效应”。 图4-6 码型效应
4．自脉动现象 某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下， 当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高 频振荡，这种现象称为自脉动现象 。 图4-7 自脉动现象
图4-14 强度调制—直接检波（IM-DD）的光接收机方框图
（1）光检测器 光检测器是光接收机实现光/电 转换的关键器件，其性能特别是响应度和噪声 直接影响光接收机的灵敏度。目前采用的光检 测器一般采用PIN光电二极管和APD雪崩光电二 极管。 对光检测器的要求如下： 1）波长响应要和光纤低损耗窗口（0.85μ m、 1.31μ m和1.55μ m）兼容。 2）响应度要高，在一定的接收光功率下，能产 生最大的光电流。 3）噪声要尽可能低，能接收极微弱的光信号。 4）性能稳定，可靠性高，寿命长，功耗和体积 小。
4.1.4 光发送机的主要指标
1．平均发送光功率及其稳定度
平均发送光功率又称为平均输出光功率，通常是指光源“尾纤”的平均输出 光功率。一般要求入纤光功率为： 0.01～10mW，稳定性在5～10%。
2．耦合效率
耦合效率用来度量在光源发射的全部光功率中，能耦合进光纤的光功 率比例。耦合效率定义 P
F
PS
式中，PF为耦合进光纤的功率；PS为光源发射的功率。
3．消光比
消光比定义为最大平均发送光功率与最小平均发送光功率 之比，通常用符号EX表示：
最大平均发送光功率 EX 最小平均发送光功率
若用相对值表示，则为：
EX 10 lg 最大平均发送光功率 最小平均发送光功率
一般要求EX≤0.1。
4.1.5 光功率控制和温度控制
1．自动功率控制
图4-8 共发射极驱动电路
图4-9 射极耦合驱动电路
图4-10 反馈稳定LD驱动电路
图4-11 APC电路原理
2．温度自动控制（ATC）
LD的温度自动控制设备是由微型制冷器、热敏元件及控 制电路组成 。致冷器的冷端和激光器的热沉接触，热敏电 阻作为传感器，探测激光器结区的温度，并把它传递给控 制电路，通过控制电路改变致冷量，使激光器输出特性保 持恒定。 图4-12 LD温度控制方框图
自动温度控制（ATC）电路由R1、R2、R3和热敏电阻RT组 成“换能”电桥，通过电桥把温度的变化转换为电量的变 化。 图4-11 APC电路原理
这个控制过程可以表示如下：
T（环境）↑→T（LD、热沉）↑→RT↓→I（致冷器）↑→T（LD）↓
4.2 光接收机
4.2.1 光接收机的基本组成
强度调制—直接检波（IM-DD）的光接收机主要包括光电 检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟恢复电路、 取样判决器以及自动增益控制（AGC）电路等。
式中，Pmin单位为瓦；Sr的单位为dBm。
Pmin S r 10 lg 3 10
光接收机的动态范围是在保证系统的误码率 指标要求下，光接收机最低输入光功率Pmin 和最大允许光功率Pmax的变化范围。这个范 围用D表示，一般在工程上用两者（用dBm 描述）之差来表示。
4．抖动
许多因素都可以导致数字光脉冲失真，其中包括 噪声引起的失真和脉冲展宽引起的失真。脉冲展 宽主要由系统的有限带宽引起，包括发送机、光 纤以及接收机。另外系统还会引进定时误差，这 种现象称为抖动。
小结
1．光发射机与光接收机统称为光端机。光发射机实现E/O，光接收机 实现O/E转换。 2．数字光发射机基本组成包括均衡放大、码型变换、复用、扰码、 时钟提取、光源、光源的调制（驱动）电路、光源的控制电路（ATC 和APC）及光源的监测和保护电路等。 3．对光源进行强度调制的方法分为两类，即直接调制（内调制）和 间接调制（外调制）。通常直接调制适用于速率小于2.5Gbit/s的系统。 间接调制适合于高速大容量的系统。 4．光发送机的主要指标平均发送光功率及其稳定度、光功率发射和 耦合效率、消光比等。 5．数字光接收机主要包括光电检测器、前置放大器、主放大器、均 衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制（AGC）电路。 6．光接收机的噪声主要来自光接收机内部噪声：包括光电检测器的 噪声和光接收机的电路噪声。光电检测器的噪声包括量子噪声、暗电 流噪声、漏电流噪声和APD的倍增噪声；电路噪声主要是前置放大器 的噪声。 7．数字光接收机主要指标有光接收机的灵敏度和动态范围。
（5）时钟提取 由于码型变换和扰码过程 都需要以时钟信号作为依据，因此，在均 衡电路之后提取PCM中的时钟信号，供给其 它电路使用。 （6）编码 经过扰码后的码流，尽量使得 “1”和“0”的个数相等，这样便于接收 提取时钟信号。另外，从实用角度来看， 为了便于不间断业务的误码监测、区间通 信联络、监控及克服直流分量的波动，在 实际的光纤通信系统中，都要经过扰码以 后的信号码流进行编码，以满足上述要求。
3．调制电路和控制电路 （1）输出光脉冲的通断比（全“1”码平均光功率和全 “0”码平均光功率的比值，或消光比的倒数）应大于10， 以保证足够的光接收信噪比。 （2）输出光脉冲的宽度应远大于开通延迟（电光延迟） 时间，光脉冲的上升时间、下降时间和开通延迟时间应足 够短，以便在高速率调制下，输出的光脉冲能准确再现输 入电脉冲的波形。 （3）对激光器应施加足够的偏置电流，以便抑制在较高 速率调制下可能出现的张弛振荡，保证发射机正常工作。 （4）应采用自动功率控制（APC）和自动温度控制 （ATC），以保证输出光功率有足够的稳定性。
（2）放大器 在一般的光纤通信系统中，经光电检 测器输出的光电流是十分微弱的。为 了保证通信质量，就必须将这种微弱 的电信号通过多级放大器进行放大。
前置放大器应是低噪声放大器 主放大器一般是多级放大器
（3）均衡器 均衡器的作用是对已畸变（失真）和有码间
干扰的电信号进行均衡补偿，减小误码率。
（4）判决器和时钟恢复电路 判决器和时钟恢复电路共
图4-16 误码率示意图
3．光接收机的灵敏度和动态范围
光接收机的灵敏度可以满足给定的误码率（10-9）指标条件下
而可靠工作所需要的最小平均光功率Pmin来表示。 最小平均光功率Pmin，在国际单位制中，它的单位是瓦（W）。 例如，某种PIN光接收机的Pmin=10-7W=0.1μW。
工程上，光接收机的灵敏度常用光功率相对值来表示，单位是 分贝毫瓦（dBm）。二者的换算关系为：
（1）热噪声 热噪声是在特定温度下由自由电子的随机
运动产生的。热噪声是不可避免的 。
（2）散弹噪声 散弹噪声是由真空电子管和半导体器
件中电子发射的不均匀性引起信号电流的波动。
（3）光接收机的噪声 光接收机的噪声主要来自光接
收机内部噪声：包括光电检测器的噪声和光接收机的电路 噪声。光电检测器的噪声包括量子噪声、暗电流噪声、漏 电流噪声和APD的倍增噪声；电路噪声主要是前置放大器 的噪声。前置放大器的噪声包括电阻热噪声及晶体管组件 内部噪声。
第4章 光端机 4.1 光发送机 4.2 光接收机 4.3 线路码型
第4章 光端机
目标
掌握光发送机的基本组成 了解光源强度调制的方法 掌握光发送机的主要指标 掌握光接收机的基本组成 掌握光接收机的基本特性
4.1 光发送机
4.1.1 光发送机的基本组成
图4-1 数字光发送机方框图
1．光源
光纤通信传输的是光信号。因此，作为光纤通信系统的发 光器件──光源，便成为重要的器件之一。它的作用是把 பைடு நூலகம்输的电信号转换为光信号并发射出去。
2．输入接口及线路编码
输入接口和线路编码电路共同组成输入电路，它的作用是 将输入的PCM 脉冲进行整形，变成NRZ 码来调制光源和 外调制电路，输入电路的基本组成如图4-2所示。
图4-2 输入电路的基本组成
（1）均衡放大 补偿由电缆传输所产生的 衰减和畸变，以便正确译码。 （2）码型变换 将由均衡器输出的HDB3码 或CMI码变化为NRZ码。 （3）复用 用一个大传输信道同时传送多 个低速信号的过程。 （4）扰码 若信号码流中出现长连“0” 或长连“1”的情况，将会给时钟信号的提 取带来困难，为了避免出现这种情况，需 要加一扰码电路，使信号达到“0”、 “1”等概率出现，有利于时钟提取。
2．误码率
由于噪声的存在，放大器输出的是一个随机过程，其 取样值是随机变量，因此在判决时可能发生误判，把 发射的“0”码误判为“1”码，或把“1”码误判为“0” 码。光接收机对码元误判的概率称为误码率（在二元 制的情况下，等于误比特率，BER），用较长时间间 隔内，在传输的码流中，误判的码元数和接收的总码 元数的比值来表示。
同组成再生电路，再生电路的任务是把放大器输出的升余 弦波形恢复成数字信号，以消除码间干扰，减小误码率。
（5）自动增益控制（AGC） AGC就是用反馈环路来
控制主放大器的增益。其作用是增加了光接收机的动态范 围，使光接收机的输出保持恒定。
4.2.2 光接收机的特性
1．噪声特性
光接收机的噪声有两部分：一部分是外部电磁干扰产生的， 这部分噪声的危害可以通过屏蔽或滤波加以消除；另一部 分是内部产生的，这部分噪声是在信号检测和放大过程中 引入的随机噪声，只能通过器件的选择和电路的设计与制 造尽可能减小，一般不可能完全消除。
4.1.3 光源的调制
1．光源的直接调制
直接调制就是将电信号直接注入光源，把要传送的信息转 变为电源信号注入到LD或LED，获得相应的光信号，使 其输出的光载波信号的强度随调制信号的变化而变化，又 称为内调制。
图4-3 直接光强度数字调制原理
2．光源的间接调制
在高码速强度──直接检波的光纤通信系统或外差光纤通 信系统中，可采用对光源的间接调制方式 。 间接调制不直接调制光源，而是利用晶体的电光、磁光和 声光特性对LD所发出的光载波进行调制，即光辐射之后 再加载调制电压，使经过调制器的光载波得到调制，这种 调制方式又称作外调制。