光纤照明与LED照明的区别 当今，在绿色照明概念的倡导下，各种照明技术不断的涌现，光纤照明和LED灯做为新兴的照明技术，始终走在绿色照明领域的时代前端。 1、光纤照明 光纤照明是最近几年来一种新兴的照明方式。由于光纤自身所具有的一些独特物理特性，光纤照明被应用在室内装饰照明、局部效果照明、广告牌照明、建筑物室外公共区域的引导性照明、室内外水下照明和建筑物轮廓及立面照明之中，并且已经取得了良好的照明效果。光纤照明系统是由光源、反光镜、滤色片及光纤组成。当光源通过反光镜后，形成一束近似平行光。由于滤色片的作用，又将该光束变成彩色光。当光束进入光纤后，彩色光就随着光纤的路径送到预定的地方。由于光在途中的损耗，所以光源一般都很强。常用光源为150~250W左右。而且为了获得近似平行光束，发光点应尽量小，近似于点光源。反光镜是能否获得近似平行光束的重要因素。所以一般采用非球面反光镜。滤色片是改变光束颜色的零件。根据需要，用调换不同颜色的滤光片就获得了相应的彩色光源。光纤是光纤照明系统中的主体，光纤的作用是将光传送或发射到预定地方。光纤分为端发光和体发光两种。前者就是光束传到端点后，通过尾灯进行照明，而后者本身就是发光体，形成一根柔性光柱。对光纤材料而论，必须是在可见光范围内，对光能量应损耗最小，以确保照明质量。但实际上不可能没有损耗，所以光纤传送距离约30m左右为最佳。 光纤照明的特点： 1.单个光源可具备多个发光特性相同的发光点。 2.光源易更换，也易于维修。 3.发光器可以放置在非专业人员难以接触的位置，因此具有防破坏性。 4.无紫外线、红外线光，可减少对某些物品如文物、纺织品的损坏。 5.发光点小型化，重量轻，易更换、安装，可以制成很小尺寸，放置在玻璃器皿或其它小物体内发光形成特殊的装饰照明效果。 6.无电磁干扰，可被应用在核磁共振室、雷达控制室等有电磁屏蔽要求的特殊场所之内。 7.无电火花，无电击危险，可被应用于化工、石油、天然气平台、喷泉水池、游泳池等有火灾、爆炸性危险或潮湿多水的特殊场所。 8.可自动变换光色。 9.可重复使用，节省投资。 10.柔软易折不易碎，易被加工成各种不同的图案。系统发热低于一般照明系统，可降低空调系统的电能消耗。 二、LED照明 LED（Light Emitting Diode）是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色 粉发光的原理，而采用电场发光。它具有如下特点： 1.电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一种比使用高压电源更安全的电源。 2.效能：消耗能量比同光效的白炽灯减少80%。 3.适用性：每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。 4.稳定性：10万小时，光衰为初始的50%。 5.响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。 6.对环境污染：无有害金属汞。 7.颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。 8.价格：LED的价格比较昂贵，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。 三、光纤照明应用场所 1.电视会议桌面照明 2.置于顶部较高、难以维护或无法承重的场所的效果照明
温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比，通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25℃时阻值为10KΩ的电阻，在0℃时电阻为28.1KΩ，60℃时电阻为4.086KΩ；与此类似，25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线，可以看到电阻/温度曲线是非线性的。
虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下： 这里T指开氏绝对温度，A、B、C、D是常数，根据热敏电阻的特性而各有不同，这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围，用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同，误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换，用于不能进行现场调节的场合，例如一台仪器，用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准，这种热敏电阻比普通的精度要高很多，也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压，一般它与ADC的参考电压一致，因此如果ADC的参考电压是5V，Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压，其阻值变化使得节点处的电压也产生变化，该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。
常用的五类光纤传感器基本原理解析 根据被调制的光波的性质参数不同，这两类光纤传感器都可再分为强度调制光纤传感器、相位调制光纤传感器、频率调制光纤传感器、偏振态调制光纤传感器和波长调制光纤传感器。 1）强度调制型光纤传感器 基本原理是待测物理量引起光纤中传输光光强的变化，通过检测光强的变化实现对待测量的测量。恒定光源发出的强度为I的光注入传感头，在传感头内，光在被测信号的作用下其强度发生了变化，即受到了外场的调制，使得输出光强的包络线与被测信号的形状一样，光电探测器测出的输出电流也作同样的调制，信号处理电路再检测出调制信号，就得到了被测信号。 这类传感器的优点是结构简单、成本低、容易实现，因此开发应用的比较早，现在已经成功的应用在位移、压力、表面粗糙度、加速度、间隙、力、液位、振动、辐射等的测量。强度调制的方式很多，大致可分为反射式强度调制、透射式强度调制、光模式强度调制以及折射率和吸收系数强度调制等等。一般反射式强度调制、透射式强度调制、折射率强度调制称为外调制式，光模式称为内调制式。但是由于原理的限制，它易受光源波动和连接器损耗变化等的影响，因此这种传感器只能用于干扰源较小的场合。 2）相位调制型光纤传感器 基本原理是：在被测能量场的作用下，光纤内的光波的相位发生变化，再用干涉测量技术将相位的变化转换成光强的变化，从而检测到待测的物理量。相位调制型光纤传感器的优点是具有极高的灵敏度，动态测量范围大，同时响应速度也快，其缺点是对光源要求比较高同时对检测系统的精密度要求也比较高，因此成本相应较高。 目前主要的应用领域为：利用光弹效应的声、压力或振动传感器；利用磁致伸缩效应的电流、磁场传感器；利用电致伸缩的电场、电压传感器；利用赛格纳克效应的旋转角速度传感器(光纤陀螺)等。
多模包层泵浦大功率光纤放大器的工作原理及应用 摘要本文要讨论是多模包层泵浦大功率光纤放大器。简单介绍其的基本组成及工作原理。通过与普通光纤放大器的比较来讨论其应用上的优点和发展前景。关键词多模包层泵浦，双包层光纤，高功率 1引言 多模包层泵浦大功率光纤放大器是一种由多模包层泵浦技术这一最近发展起来的新兴技术产物。采用Yb3+和Er3+离子共掺杂双包层光纤，是一系列新技术、新工艺和新材料相结合的产物，是实现光纤放大器超大功率输出的技术核心。 2 多模包层泵浦光纤放大器的结构 多模包层泵浦光纤放大器的光路结构如图1所示： 3 多模包层泵浦光纤放大器的工作原理 多模包层泵浦，是将多模泵浦激光耦合到双包层光纤的内包层中，当多模泵浦光在内包层中传播时会反复穿过光纤纤芯（如图2所示），泵浦光在穿过掺有稀土元素的光纤纤芯时被吸收从而实现泵浦。 与单模纤芯泵浦不同，用于光纤放大器的双包层光纤，泵浦光主要在内包层中传播，因此，同样的纤芯参数，包层泵浦的泵浦吸收截面要小得多，所以，提高泵浦吸收效率是制造双包层光纤需要重点考虑的因素。合理的内包层结构形状能够显著提高泵浦吸收效率，目前，已经设计并制作出了多种内包层形状的双包层光纤，这些专门设计的内包层结构和形状，使泵浦光在单位长度
内有效穿过光纤纤芯的几率大大增加。图3是设计制作的部分双包层光纤内包层形状示意图。 另外，对于1550nm波段光纤放大器，采用铒、镱共掺的双掺杂技术，利用镱元素的高吸收和铒镱之间能量的高效传递，能够获得铒元素的高效泵浦。图4为铒镱共掺有源光纤的泵浦吸收和能量传递简单能级示意图。 铒、镱共掺由于存在能量传递的互逆性，因此，需要尽可能快的消耗铒离子的受激状态。减小纤芯直径，有效提高光密度，是通常的做法，这样做对低功率光纤放大器影响不大，但是，对于大功率和超大功率光纤放大器，会由于过高的光功率密度导致非线性效应，这是有害的。 对于光纤放大器的应用，双包层光纤主要用于大功率和超大功率情况，双包层光纤小芯径纤芯设计已经成为一种制约因素。采用高浓度铒单掺杂可能是解决小芯径问题的一种途径。我们知道，阻碍铒元素掺杂浓度进一步提高的主要原因，是铒元素在掺杂过程中，不可能达到理想的均匀分布，这样会造成铒掺杂的局部浓度过高，从而导致局部铒元素间距过小，相邻铒元素之间出现非辐射交叉弛豫过程，这种局部的过高浓度，还会导致玻璃基质中产生结晶现象。所以，人们正在发展新的技术，使铒元素的掺杂非常均匀，在不引起明显的非辐射交叉弛豫过程的情况下，大幅度提高铒元素的掺杂浓度，使采用相对较大
光纤照明的原理与应用 摘要：在照明技术中，光纤照明是一枝独秀的照明新技术。本文详细地阐述了光纤照明的原理和特点。并着重介绍了光纤照明的产品及应用。 关键词：光导纤维光纤照明灯具产品与应用 一、概述 在照明技术中，光纤照明是一枝独秀的照明新技术。由于它具有光的柔性传输，安全可靠。所以广泛地应用于工业、科研、医学及景观设计中，并在国内外市场中已形成各类产品。本文仅以个人学习和实践中的有限知识重点介绍景观设计中的光纤照明技术及产品和应用以求教同行专家。 二、光纤照明的原理 光纤照明系统是由光源、反光镜、滤色片及光纤组成，如图一所示。
当光源通过反光镜后，形成一束近似平行光。由于滤色片的作用，又将该光束变成彩色光。当光束进入光纤后，彩色光就随着光纤的路径送到预定的地方。 由于光在途中的损耗，所以光源一般都很强。常用光源为150~250W 左右。而且为了获得近似平行光束，发光点应尽量小，近似于点光源。 反光镜是能否获得近似平行光束的重要因素。所以一般采用非球面反光镜。 滤色片是改变光束颜色的零件。根据需要，用调换不同颜色的滤光片就获得了相应的彩色光源。 光纤是光纤照明系统中的主体，光纤的作用是将光传送或发射到预定地方。光纤分为端发光和体发光两种。前者就是光束传到端点后，通过尾灯进行照明，而后者本身就是发光体，形成一根柔性光柱。 对光纤材料而论，必须是在可见光范围内，对光能量应损耗最小，以确保照明质量。但实际上不可能没有损耗，所以光纤传送距离约30m 左右为最佳。
光纤有单股、多股和网状三种。对单股光纤来说，它的直径为Ф6～Ф２０mm.同时又可分为体发光和端发光两种.而对多股光纤来说,均为端发光.多股光纤的直径一般为Ф0.5～Ф3mm,而股数常见为几根至上百根. 网状光纤均为细直径的体发光光纤组成.可以组成柔性光带. 从理论上讲,光线是直线传播的.但在实际应用中,人们都希望改变光线的传播方向.经过科学家数百年不懈的努力,利用透镜和反光镜等光学元件来无限次的改变传播方向.而光纤照明的出现,正是建立在有限次的改变光线传播方向,实现了光的柔性传播.正如圆弧经无数次的分割后成直线一样,光纤照明正是以无限次反射后,光线就随光纤的路径传送,实现了柔性传播.但是光纤照明的柔性传播,并没有改变光线直线传播的经典理论. 三、光纤照明的特点 1、光线柔性传播 从理论上讲，光线是直线传播的。然而因实际应用的多元性，总希望能方便地改变光的传播方向。光纤照明正是满足了这一要求。这是光纤照明的特点之一。
《传感器原理与应用》作业参考答案 作业一 1.传感器有哪些组成部分在检测过程中各起什么作用 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2.传感器有哪些分类方法各有哪些传感器 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等；按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3.测量误差是如何分类的 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4.弹性敏感元件在传感器中起什么作用 答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5.弹性敏感元件有哪几种基本形式各有什么用途和特点 答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。 变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。 作业二 1.何谓电阻式传感器它主要分成哪几种 答：电阻式传感器是将被测量转换成电阻值，再经相应测量电路处理后，在显示器记录仪上显示或记
第1章：光纤传感中的光学原理及效应 光学反射原理 分为镜面反射和漫反射 镜面反射和漫反射情况 基于反射原理的光纤传感器结构简单、工作可靠、成本低廉。主要应用于位移测量，振动测量，压力测量，浓度测量和液位测量。 光学折射原理
光学吸收原理 选择吸收：介质对某些波长的光的吸收特别显著 郎伯比尔(Lambert-Beer)定律： Lambert-Beer 定律是吸收光度法的基本定律，表示物质对某一单色光吸收的强弱与吸光物质浓度和厚度间的关系。 当气体浓度、光程均很小的时候，可以近似为： 光学多普勒效应 θ cos 11f f 02 20 0c u c u -= 雷达测速仪 检查机动车速度的雷达测速仪也是利用这种多普勒效应。交通警向行进中的车辆发射频率已知的电磁波，通常是红外线，同时测量反射波的频率，根据
反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度．装有多普勒测速仪的警车有时就停在公路旁，在测速的同时把车辆牌号拍摄下来，并把测得的速度自动打印在照片上。 声光效应 超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变，该应变随时间和空间作周期性变化，使介质出现疏密相间的现象，如同一个相位光栅 。当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象，这种现象称之为声光效应。 利用声光衍射效应制成的器件，称为声光器件。声光器件能快速有效地控制激光束的强度、方向和频率，还可把电信号实时转换 为光信号。此外，声光衍射还是探测材料声学性质的主要手段。 主要用途有：制作声光调制器件，制作声光偏转器件，声光调Q 开关，可调谐滤光器，在光信号处理和集成光通讯方面的应用。 磁光效应 具有固有磁矩的物质在外磁场的作用下，电磁特性发生变化，因而使得光波在其内部传输特性也发生变化的现象。 A 、法拉第效应：当线偏振光沿磁场方向通过置于磁场中的磁光介质时，其偏振面发生旋转的现象，对于给定的介质，偏振面旋转角度=介质长度×磁场强度×维厄德系数 B 、磁光克尔效应：指一束线偏振光在磁化了的介质表面反射时，反射光将是椭圆偏振光，而且以椭圆的长轴为标志的“偏振面”相对于入射偏振光的偏振面旋转了一定的角度。 分类： ①极化克尔效应，即磁化强度M 与介质表面垂直时的克尔效应，应用于磁光存储技术中 ②横向克尔效应：M 既平行于介质表面，但垂直于光的入射面 ③纵向克尔效应：M 既平行于介质表面，又平行于光的入射面 C 、磁致线双折射效应：某些由各向异性分子组成的介质，在不加磁场时表现为各向同性，加上足够强的外磁场时，分子磁矩受到了力的作用，各分子对外磁场有了一定的取向，使介质宏观上呈现各向异性，当光以不同于磁场方向通过这样的介质时，就会出现双折射现象。 电光效应 电光效应：指某些晶体的折射率因外加电场而发生变化的一种效应，当光波通过此介质时，其传输特性就受到影响而改变。 +++=20bE aE n n （6-3） 在上式中， aE 是一次项，由该项引起的折射率变化，称为线性电光效应或泡克耳斯（Pockels ）效
光导纤维的原理及应用 廖浚竹 物理学2015级 摘要：介绍了阶跃型和梯度型光导纤维内光线传输原理，光导纤维的优良特性和在各个领域的广泛应用。 关键词：光导纤维、全反射、自聚焦、光纤应用 引言： 光导纤维的研制成功使人类的通迅技术得到了前所未有的发展，自从1977年美国加利福尼亚洲通用电话公司安装第一套光纤通讯系统以后，发展十分迅猛，至今已普遍使用。于当今信息爆炸的世界，人们对提高无线电波传递信息容量给予了极大的关注，光纤通信就是这一征程上的重大里程碑。 近年来，随着现代科学技术的迅猛发展，光导纤维不仅在通信、电子和电力等领域的应用日益扩展，而且在医学检测、太阳光照明、制作传感器等方面也有了重要突破，成为大有前途的新型基础材料。 1、阶跃型（全反射型）光导纤维光线传输原理 1.1全反射 光由光密介质进入光疏介质时，即n2>n1时，折射光线将远离法线。随着入射角θ1的增大，折射角θ2增加很快，当入射角θ1增加到θc时，折射线延表面进行，即折射角为90°，该入射角θc称为临界角。若入射角大于临界角，则只有反射没有折射，此现象称为全反射(图1)。当光线由光疏媒介射到光密媒介时，折射光线将靠近法线而折射，故这时不会发生全反射。 临界角：θc=arc(n1/n2) 图1 1.2光导纤维 ⑴基本结构 光纤的内层是纯玻璃光芯,外包折射率低于玻璃折射率的掺杂物(包层)。内芯是光传播的部分,包层与纤芯折射率的差别就是为了使光发生全内反射。大部分的光纤在包层外还有一层涂覆层,它一般是一层或几层聚合物,防止纤芯和包层受到震荡而影响光学或物理性质。涂覆层对在光纤里传播的光没有影响,它只是作为一个减震器。 ⑵基本原理
型号：BT440C编制：文件编号： ZD-BT440C-1.2 文件名：前规光电调整简易说明校对： 客户:秋山服务网点批准：修改版本： 01 页码： 1 KEYENCE(FS-V33)光纤放大器简易说明： 一、零件名称： 部件简易功能： 1通道1输出指示：通道1检测值大于设定值时信号输出灯亮。 2通道2输出指示：通道2检测值大于设定值时信号输出灯亮。 3设定按钮：设定灵敏度和其他功能设定。 4设定值显示：功能显示和设定值显示。(浅绿色) 5检测值显示：显示检测值和功能显示。(红色) 6灵敏度调整按钮：修改设置值和选项切换。 7模式按钮：模式选择。 8输出选择钮：输出方式选择。 9通道选择开：通道1，2输出选择开关。(应选择1上图为选择2) 二、放大器上设置灵敏度： (一)两点校准 该模式中，使用的设定值将是有无纸张时获得的两个检测值的平均值。 1在前规检测处没有纸时，按3“设定按钮”显示“set”，（见下图）。
型号：BT440-C编制：文件编 号：ZD-BT440-C1.2 文件名：前规光电调整简易说明校对： 客户:秋山服务网点批准：修改版 本： 01 页码： 2 2在前规检测处有纸时,再按3“设定按钮”5"检测值"会增加，并显示设定值。 (二)最大灵敏度 1在不放置纸张时，按3“设定按钮”至少3秒钟显示“set”，（见下图）。 2 “set”不停闪烁时松开3“设定按钮”即可。 三、触摸屏上设置灵敏度： 在光电光纤显示画面中按“前规设定”按钮，弹出前规检测设画面。
(一)单个设定：一个前规设定。 1在前规检测处没有纸时，根据要设置的检测点，按相应“设置”按钮。 2在前规检测处有纸时，根据要设置的检测点，按相应“设置”按钮。 (二)整体设定：L 侧和R 侧同时前规设定。 1在前规检测处没有纸时，按“全体设置”按钮。 2在前规检测处有纸时，按“全体设置”按钮。 四、当出现错误显示ErE(内部数据错误)需要执行初始化设置 （一般不操作） 1、按8“输出选择钮”同时按3“设定按钮”至少5秒钟。（见下图） 号： 文件名：前规光电调整简易说明 校对： 客户:秋山服务网点 批准： 修改版本： 01 页码： 3
前言：随着通信业务需求的飞速增长，对光纤传输系统的容量和无中继传输距离的要求越来越高。密集波分复用（DWDM）通信系统的速率和带宽不断提升，以10Gbit/s甚至更高速率为基础的密集波分复用系统必然成为主流的光传输系统。掺铒光纤放大器（EDFA）由于其增益平坦性等局限性，已经不能完全满足光通信系统发展的要求。而相对于掺铒光纤放大器，光纤拉曼放大器具有更大的增益带宽、灵活的增益谱区、温度稳定性好以及放大器自发辐射噪声低等优点，光纤拉曼放大器是唯一能在1292~1660nm的光谱上进行放大的器件。并且，拉曼散射效应在所有类型的光纤上都存在，与各类光纤系统具有良好的兼容性，包括已铺设和新建的各种光纤链路。 拉曼现象早在1928年就被Chandrasekhara Raman所发现，在此之后就有人提出了利用这种效应来实现光的放大。但在很长时间内拉曼光纤放大器未能获得广泛应用，甚至在EDFA出现后一度销声匿迹，关键原因在于缺乏合适的大功率泵浦激光器。由于EDFA的广泛应用，它所用的1480nm大功率泵浦激光器得到了深入的研究和开发，这就使拉曼放大器成为可能。 总体上说解决RFA泵浦源共有3个解决方案：一是大功率LD及其组合，其特点是工作稳定、与光纤耦合效率高、体积小、易集成，是最佳的选择；二是拉曼光纤激光器；三是半导体泵浦固体激光器。但后二者都存在稳定性及与光纤耦合的问题。 受激拉曼散射原理：在一些非线性介质中，高能量（高频率）的泵浦光散射，将一部分能量转移给另一频率的光束上，频率的下移量是分子的振动模式决定的。用量子力学可以作如下解释：一个高能量的泵浦光子入射到介质中，被一个分子吸收。电子先从基态跃迁至虚能级，虚能级的大小是由泵浦光的能量决定的。然后，虚能级电子在信号光的感应作用下，回到振动态的高能级，同时发出一个和信号光相同频率，相同相位，相同方向的光，我们称之为斯托克斯光子。从而进行信号光的放大。 拉曼光纤放大器相对于掺铒光纤放大器有明显不同：（1）理论上只要有合适的拉曼泵浦源，就可以对光纤窗口内任一波长的信号进行放大，因此它具有很宽的增益谱；（2）可以利用传输光纤本身作增益介质，此特点使光纤拉曼放大器可以对光信号的放大构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦，尤其适用于海底光缆通讯等不方便建立中继站的场合；（3）可以通过调整各个泵浦的功率来动态调整信号增益平坦度；（4）具有较低的等效噪声指数，此特点使其与常规的掺铒光纤放大器混合使用时可大大降低系统噪声指数。光纤拉曼放大器的性能决定了它在未来高速、大容量光纤通信系统中将发挥关键作用。 除了上述优点以外，拉曼光纤放大器也存在一些缺点，比如：所需的泵浦光功率高，分立式要几瓦到几十瓦，分布式要几百毫瓦；作用距离长，分布式作用距离要几十至上百千米，只适合于长途干线网的低噪声放大；泵浦效率低，一般为（10～20）%；增益不高，一般低于15dB；高功率泵浦输出很难精确控制；增益具有偏振相关特性；信道之间发生能量交换,引起串音。 拉曼光纤放大器主要应用 （1）提高系统容量。传输速率不变的情况下，可通过增加信道复用数来提高系统容量。开辟新的传输窗口是增加信道复用数的途径，拉曼光纤放大器的全波段放大恰好满足要求。分布式拉曼光纤放大器的低噪声特性可以减小信道间隔，提高光纤传输的复用程度，提高传输容量。 （2）拓展频谱利用率和提高传输系统速率。拉曼光纤大器的全波段放大特性使得它可以工作在光纤整个低损耗区，极大地拓展了频谱利用率，提高了传输系统速率。分布式拉曼光纤放大器是将现有系统的传输速率升级到40 Gbit/s的关键器件之一。拉曼光纤放大器已广泛应用于光纤传输系统中，特别是超长跨距的光纤传输系统，如跨海光缆，陆地长距离光纤干线等。 （3）增加无中继传输距离。无中继传输距离主要是由光传输系统信噪比决定的，分布式拉曼光纤放大器的等效噪声指数极低（-2～0dB），比EDFA的噪声指数低4.5dB，利用分布式拉曼光纤放大器作前置放大器可明显增大无中继传输距离。
光纤透镜的原理与应用 光纤透镜，也被称作光纤微透镜或者透镜光纤，所谓的光纤透镜就是在光纤端面处加工制成某种透镜的形状。而光纤透镜的作用就是在光纤或光学系统中起到光路改变或者模式转换的作用。在不同的应用领域光纤透镜也有不同的要求，通常光纤透镜的形状分为斜面、楔形（双斜面，或则四斜面）、球面、圆锥形等，如图1所示。而从光纤透镜的组成形式上区分，则可以分为单光纤透镜和光纤透镜组合。本文主要针对不同类型的光纤透镜，分别介绍一下它们的原理与应用情况。 （图1） 斜面形光纤透镜，主要分为两类：一类斜面角度为6°～10°，用于防止光纤表面反射光在返回光路时造成干扰或损伤；另一类斜面角度为40°～50°甚至更大，这类斜面形光纤透镜可以使光路发生改变甚至使光路产生大角度的全反射，也可以增大光纤受光面积，使更多的光进入到光纤中。主要应用于光纤激光，光纤通讯，传统光学、光纤传感等领域。
楔形光纤透镜，大多数利用楔形光纤透镜组合，进行光路耦合。其中光纤透镜组合常用的有采用楔形光纤透镜前端制作成微柱面形光纤透镜，还有制作成四斜面形光纤透镜，以及斜楔面形光纤透镜等多种，我们统称这类光纤透镜为楔形光纤透镜。因为很多LD输出光束的光斑是椭圆形的，而且椭圆的长短轴之比值与输出功率成正比，一般该比值为3~5，大功率LD可大于10，最高的可达50以上。显然这样的光束很难耦合到光纤中，为了适应LD输出光束的形状，就可以采用楔形光纤透镜，两个大楔面对应LD发散角度较大的方向，这样就可以增加LD耦合进光纤的效率。普通楔形透镜需在端面镀增透膜从而使得反射光降到最低，而斜楔面形光纤透镜因其特殊的几何形状，使得光纤透镜与LD间在不影响光路传输的前提下形成了折射角度，从而避免了反射光对LD 造成的影响，也消除了反射光造成的噪声干扰。相比普通楔面形光纤透镜镀增透膜工艺，降低了镀膜工艺带来的成本问题，及镀膜工艺可控性差导致的不稳定性。如图2所示 （图2） 球面形光纤透镜，应用球面形光纤透镜的领域有很多，光学耦合领域，生物学领域，医学领域，传感学领域等众多方面。例如在球形光纤透镜上再制作斜面形透镜，则可以用于近年来迅速发展的一种影像诊断技术OCT——光学相干断层扫描技术。如图3所示。 （图3） 圆锥形光纤透镜，因为圆锥形光纤透镜达到了扩大光纤数值孔径，增加收光能力的目的，所以十分适用于与
一：填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件， 测量电路三个部分组成。 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分为 外光电效应，光电效应，热释电效应三种。 4.亮电流与暗电流之差称为光电流。 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域。 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在后坡区与 距离的平方成反比关系。 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感 器。 9.画出达林顿光电三极管部接线方式： U CE 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx 。 11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最
小二乘法线性度。 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大 类。 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过程。 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿 法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 15.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 17.在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，入 射光强改变物质导电率的物理现象称为光电效应。 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 19.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变 化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr（f）=Sr。/(1+4π2f2τ2) 20.光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够感受规定的被测量并按照 一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 22.传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器 23.传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k(x)=输出量的变化值/输入量的变 化值=△y/△x 24.应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；
光纤式传感器 传感技术与计算机技术、通讯技术被称为信息产业三大支柱技术, 是组成现代信息化技术的基础。世界各大强国均将传感器技术视为国家科技发展战略中的重要组成部分, 作为国家重点发展的领域之一。光纤传感器主要有传感型和传光型两大类, 两类传感器在传感原理上均可分为光强调制、相位调制、偏振态调制及波长调制不同形式, 由此构成不同的传感器。迄今业已证实, 被光纤传感器敏感的物理量有 70多种, 与传统的传感器相比, 光纤传感器有灵敏度高、重量轻和体积小、多用途、对介质影响小、抗电磁干扰和耐腐蚀且本质安全、易于组网等特点, 使其近年来在航天航空、国防、能源电力、医疗和环保、石油化工、食品加工、土木工程等领域的应用得到了迅速发展。表 1 为光纤传感器对参数测定的原理及主要方式。 一、光纤传感器的基本原理及组成 光纤传感器由光源、敏感元件、光探测器、信号处理器系统以及光纤等组成。光纤传感器的基本原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测量参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长频率、相位偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器，经解调器解调后，获得被测参数。 1．1强度调制光纤传感器 强度调制光纤传感器的基本原理是：待测物理量引起光纤中传输光的光强变化，通过检测光强的变化实现对待测量的测量。待测量作用于光纤敏感元件，使通过光纤的光强发生变化。设输入光强为恒量Iin，输出光强为Iout，即待测量对光纤中的光强度产生调制。可
直接连接光探测器变成电信号（即调制的强度包括电信号）。 1.2相位调制光纤传感器 相位调制光纤传感器的基本原理是：通过被测能量场的作用，使光纤内传输的光波相位发生变化，再用干涉测量技术把相位变化转换为光强变化，从而检测出待测的物理量。所有能够影响光纤长度、折射率和内部应力的被测量都会引起相位变化，如应力应变温度和磁场等外界物理量。但是，目前的各类光探测器都不能探测敏感光的相位变化，必须采用干涉测量技术，才能实现对外界物理量的检测。与其他调制方式相比，相位调制技术由于采用干涉技术而具有很高的检测灵敏度。常用的干涉仪有四种：迈克尔逊、马赫-琴特、法布里-珀罗和萨格耐克。它们的共同点是：光源发出的光都要分成两束或更多束的光，沿不同的路径传播后，分离的光束又重新汇合，产生干涉现象。
光纤放大器的调节方法 无线光通信是以激光作为信息载体，是一种不需要任何有线信道作为传输媒介的通信方式。与微波通信相比，无线光通信所使用的激光频率高，方向性强(保密性好)，可用的频谱宽，无需申请频率使用许可;与光纤通信相比，无线光通信造价低，施工简便、迅速。它结合了光纤通信和微波通信的优势，已成为一种新兴的宽带无线接人方式，受到了人们的广泛关注。但是，恶劣的天气情况，会对无线光通信系统的传播信号产生衰耗作用。空气中的散射粒子，会使光线在空间、时间和角度上产生不同程度的偏差。大气中的粒子还可能吸收激光的能量，使信号的功率衰减，在无线光通信系统中光纤通信系统低损耗的传播路径已不复存在。大气环境多变的客观性无法改变，要获得更好更快的传输效果，对在大气信道传输的光信号就提出了更高的要求，一般地，采用大功率的光信号可以得到更好的传输效果。随着光纤放大器(EDFA)的迅速发展，稳定可靠的大功率光源将在各种应用中满足无线光通信的要求。 1 、EDFA的原理及结构 掺铒光纤放大器(EDFA)具有增益高、噪声低、频带宽、输出功率高、连接损耗低和偏振不敏感等优点，直接对光信号进行放大，无需转换成电信号，能够保证光信号在最小失真情况下得到稳定的功率放大。 、 EDFA的原理 在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光，就可以将大部分处于基态的Er3+离子抽运到激发态，处于激发态的Er3+离子又迅速无辐射地转移到亚稳态。由于 Er3+离子在亚稳态能级上寿命较长，因此很容易在亚稳态与基态之间形成粒子数反转。当信号光子通过掺铒光纤时，与处于亚稳态的Er3+离子相互作用发生受激辐射效应，产生大量与自身完全相同的光子，这时通过掺铒光纤传输的信号光子迅速增多，产生信号放大作用。Er3+离子处于亚稳态时，除了发生受激辐射和受激吸收以外，还要产生自发辐射(ASE)，它造成EDFA 的噪声。 、 EDFA的结构 典型的EDFA结构主要由掺铒光纤(EDF)、泵浦光源、耦合器、隔离器等组成。掺铒光纤是EDFA的核心部件。它以石英光纤作为基质，在纤芯中掺人固体激光工作物质铒离子，在几米至几十米的掺铒光纤内，光与物质相互作用而被放大、增强。光隔离器的作用是抑制光反射，以确保放大器工作稳定，它必须是插入损耗低，与偏振无关，隔离度优于40 dB。 、EDFA的特性及性能指标 增益特性表示了放大器的放大能力，其定义为输出功率与输入功率之比： 式中：Pout,Pin分别表示放大器输出端与输入端的连续信号功率。增益系数是指从泵浦光源输入1 mW 泵浦光功率通过光纤放大器所获得的增益，其单位为dB/mW：
光纤放大器E3X-HD 系列 形状连接方式型号 NPN输出PNP输出 导线接出型(2m) E3X-HD11 2M E3X-HD41 2M 省配线接插件E3X-HD6E3X-HD8 M8接插件E3X-HD14E3X-HD44 传感器通信单元用接插件E3X-HD0 导线接出型(2m) E3X-HD10E3X-HD10-V 导线接出型(2m) E3X-HD11 E3X-HD11-FCN
传感器通信单元 通信方式形状适用光纤放大器型号型号 CompoNet E3X-HD0 E3X-MDA0 E3X-DA0-S E3X-CRT EtherCAT E3X-ECT 附件（另售） 省配线接插件（省配线接插件型必需） 光纤放大器不附带，请务必订购。※附带保护膜 种类形状导线长度芯线数型号 母接插件 2m 3线E3X-CN11资接插件1线E3X-CN12传感器I/O接插件（M8接插件型必需） 光纤放大器不附带，请务必订购。※附带保护膜 形状导线长度芯线数型号 2m 4线XS3F-M421-402-A 5m XS3F-M421-405-A 2m XS3F-M422-402-A
5m XS3F-M422-405-A 安装支架 放大器不附带，请根据需要进行订购。 形状型号数量 E39-L143 1 DIN导轨 放大器不附带，请根据需要进行订购。 形状种类型号数量 浅型/全长1m PFP-100N 1 浅型/全长0.5m PFP-50N 深型/全长1m PFP-100N2 终端板 在传感器通信单元中附带1组（2个）。 放大器不附带，请根据需要进行订购。 形状型号数量 PFP-M 1 信息更新: 2013年3月29日 免维护 免维护，长期稳定检测【智能功率控制】 针对LED常年老化造成的投光量降低及脏污等导致的受光量降低现象，通过智能功率控制功能，自动感知并保持最佳检测状态。环境适应性强，免维护。
:填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件 测量电路三个部分组成。 2.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可米用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 3. 根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感器 4. 灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示 k （x）=△ y△ x。 5. 线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端 基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性 度。 6. 根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大类。 7. 应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿法、 计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 8. 应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 9. 传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 10. 国家标准GB7665--87对传感器下的定义是：能够感受规定的被测量并按照一定 的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。11. 传感器按输出量是模拟量还是数字量， 可分为模拟量传感器和数字量传感器12. 传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：心）=输出量的变化值/输入量的变化 值=△ y/ △ x 13. 应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；蠕 变小；机械滞后小；耐疲劳性好；具有足够的稳定性能：对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；有适当的储存期；应有较大的温度适用范围。 14. 根据传感器感知外界信息所依据的基本校园，可以将传感器分成三大类：物理传 感器，化学传感器，生物传感器。
光纤通信技术—光纤放大器 光导纤维通信简称光纤通信，原理是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。实际应用中的光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。光纤放大器不但可对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件。 名称：光纤放大器 关键字：光纤放大器 EDFA 半导体放大器光纤曼放大器 摘要：光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果，它大大地促进了光复用技术、光弧子通信以及全光网络的发展。顾名思义，光放大器就是放大光信号。在此之前，传送信号的放大都是要实现光电变换及电光变换，即O/E/O变换。有了光放大器后就可直接实现光信号放大。光放大器主要有3种：光纤放大器、拉曼放大器、半导体光放大器。光纤放大器就是在光纤中掺杂稀土离子（如铒、镨、铥等）作为激光活性物质。每一种掺杂剂的增益带宽是不同的；掺铥光纤放大器的增益带是S波段；掺镨光纤放大器的增益带在1310nm附近。而喇曼光放大器则是利用喇曼散射效应制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纤后，会发生非线性效应?喇曼散射。在不断发生散射的过程中，把能量转交给信号光，从而使信号光得到放大。由此不难理解，喇曼放大是一个分布式的放大过程，即沿整个线路逐渐放大的。其工作带宽可以说是很宽的，几乎不受限制。这种光放大器已开始商品化了，不过相当昂贵。半导体光放大器（S0A）一般是指行波光放大器，工作原理与半导体激光器相类似。 1.引言 无线光通信是以激光作为信息载体，是一种不需要任何有线信道作为传输媒介的通信方式。与微波通信相比，无线光通信所使用的激光频率高，方向性强(保密性好)，可用的频谱宽，无需申请频率使用许可；与光纤通信相比，无线光通信造价低，施工简便、迅速。它结合了光纤通信和微波通信的优势，已成为一种新兴的宽带无线接人方式，受到了人们的广泛关注。但是，恶劣的天气情况，会对无线光通信系统的传播信号产生衰耗作用。空气中的散射粒子，会使光线在空问、时间和角度上产生不同程度的偏差。大气中的粒子还可能吸收激光的能量，使信号的功率衰减，在无线光通信系统中光纤通信系统低损耗的传播路径已不复存在。大气环境多变的客观性无法改变，要获得更好更快的传输效果，对在大气信道传输的光信号就提出了更高的要求，一般地，采用大功率的光信号可以得到更好的传输效果。随着光纤放大器(EDFA)的迅速发展，稳定可靠的大功率光源将在各种应用中满足无线光通信的要求。 2.光纤放大器的发展方向 由于超高速率、大容量、长距离光纤通信系统的发展，对作为光纤通信领域的关键器件——光纤放大器在功率、带宽和增益平坦方面提出了新的要