论文发表百科

偏振光研究中的应用论文

发布时间:2024-07-07 06:38:28

偏振光研究中的应用论文

右光旋圆偏振光是迎着光的传播方向看,某点的电矢量方向顺时针旋转,左旋圆偏振光迎着光的传播方向看,某点的电矢量方向逆时针时针旋转,二者的相位相差pi ,从右旋向左旋方法很多,比较简单的是在二者中加入半波片产生pi的向往差。仅供参考

建议你先去问下你的导师以及你的学长学姐,其次就是看下文献,物理类的话你可以去参考下现代物理、应用物理、物理化学进展

很基础的方案.物理的最后一章讲了一点儿狭义相对论的原理及一些常用公式.如果你们高数或者微积分已经学完了,可以试从从麦克斯韦方程组开始试着解释论动体的电动力学论文中提到的1个至2个公式.这个题目要想做好的话,可以用心去做.要想忽悠的话,就算推导时出了点儿错,估计都不会被老师发现,因为没几个人愿意去看那些偏微分方程组.

【分析】 光是波,其有力的证据就是光的干涉现象与光的衍射现象,但波可分为横波与纵波,而横波与纵波均可以发生干涉与衍射现象,而偏振现象则说明了光是横波。 ①理论意义:光的干涉和衍射现象充分说明了光是波,但不能确定光波是横波还是纵波。光的偏振现象说明光波是横波。 \n②应用:照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等等。 【点评】 (1)偏振片由二向色性材料制成。 当光波通过偏振片时, 其中正交偏振分量之一被偏振片强烈吸收, 而对另一分量则吸收较弱, 因此可以用偏振片将自然光转换为线偏振光。 \n(2)偏振片可以把入射光、复合光、或单色光变成线偏振光,再经过偏振片使光完全消光。

光的偏振研究论文

光的偏振是光的波动性的又一例证。光的频率、相位和偏振都是标定光特性的物理量,利用这些物理量,可以加载有用的信息,实现通信、存储、计算等

课 题 偏振光现象的研究1.观察光的偏振现象,掌握产生与检验偏振光的条件和方法;教 学 目 的 2.测量布儒斯特角;3.验证马吕斯定律。重 难 点 1.激光器与光具组的共轴调节;2.布儒斯特角的测定。 教 学 方 法 讲授、讨论、实验演示相结合。 学 时 3个学时一、前言 光的偏振是指光的振动方向与光的传播方向的不对称性.偏振现象是证明光为横波的最有力的证据,在科学上具有极其重要的意义。它不但丰富了光的波动说的内容,而且具有重要的应用价值。 自然光是各方向的振幅相同的光,对自然光而言,它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向,没有一个方向占有优势.若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上,则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等.线偏振光是在垂直于传播方向的平面内,光矢量只沿一个固定方向振动.起偏器是将非偏振光变成线偏振光的器件;检偏器是用于鉴别光的偏振状态的器件。 二、实验仪器 He-Ne激光器,光具座,光靶,光学测角台,偏振片,黑玻璃镜,1/2波片,1/4波片,白屏,光功率计等三、实验原理1.光的偏振性 光波是波长较短的电磁波,电磁波是横波,光波中的电矢量与波的传播方向垂直。光的偏振观象清楚地显示了光的横波性。光大体上有五种偏振态,即线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部分偏振光。而线偏振光和圆偏振光又可看作椭圆偏振光的特例。(1)自然光 光是由光源中大量原子或分子发出的。普通光源中各个原子发出的光的波列不仅初相彼此不相关,而且光振动方向也是彼此不相关的,呈随机分布。在垂直于光传播方向的平面内,沿各个方向振动的光矢量都有。平均说来,光矢量具有轴对称而且均匀的分布,各方向光振动的振幅相同,各个振动之间没有固定的相联系,这种光称为自然光或非偏振光(见下图)。  我们设想把每个波列的光矢量都沿任意取定的x轴和y轴分解,由于各波列的光矢量的相和振动方向都是无规则分布的,将所有波列光矢量的x分量和y分量分别叠加起来,得到的总光矢量的分量Ex和Ey之间没有固定的相关系,因而它们之间是不相干的。同时Ex和Ey的振幅是相等的,即Ax=Ay。这样,我们可以把自然光分解为两束等幅的、振动方向互相垂直的、不相干的线偏振光。这就是自然光的线偏振表示,如下图(a)所示。分解的两束线偏振光具有相等的强度Ix=Iy,又因 自然光强度I=Ix+Iy  所以每束线偏振光的强度是自然光强度的1/2,即 通常用图(b)的图示法表示自然光。图中用短线和点分别表示在纸面内和垂直于纸面的光振动,点和短线交替均匀画出,表示光矢量对称而均匀的分布。(2)线偏振光  光矢量只沿一个固定的方向振动时,这种光称为线偏振光,又称为平面偏振光。光矢量的方向和光的传播方向所构成的平面称为振动面,如图(a)所示。线偏振光的振动面是固定不动的,图(b)所示是线偏振光的表示方法,图中短竖线表示光振动在纸面内,点表示光振动垂直于纸面。(3)部分偏振光 这是介于线偏振光与自然光之间的一种偏振光,在垂直于这种光的传播方向的平面内,各方向的光振动都有,但它们的振幅不相等,如图(a)所示。这种部分偏振光用数目不等的点和短线表示。在图(b)中,上图表示在纸面内的光振动较强,下图表示垂直纸面的光振动较强。要注意,这种偏振光各方向的光矢量之间也没有固定的相的关系。(4)圆偏振光和椭圆偏振光  这两种光的特点是在垂直于光的传播方向的平面内,光矢量按一定频率旋转(左旋或右旋)。如果光矢量端点轨迹是一个圆,这种光叫圆偏振光(见图(a))。如果光矢量端点轨迹是一个椭圆,这种光叫椭圆偏振光(见图(b))。2. 布儒斯特角 当光从折射率为n1的介质(例如空气)入射到折射率为n2的介质(例如玻璃)交界面,而入射角又满足时,反射光即成完全偏振光,其振动面垂直于入射面。iB称布儒斯特角,上式即布儒斯特定律。显然,θB角的大小因相关物质折射率大小而异。若n1表示的是空气折射率,(数值近似等于1)上式可写成3.马吕斯定律 如果光源中的任一波列(用振动平面E表示)投射在起偏器P上(如下图),只有相当于它的成份之一的Ey(平行于光轴方向的矢量)能够通过,另一成份Ex(=E cosθ)则被吸收。与此类似,若投射在检偏器A上的线偏振光的振幅为E0,则透过A的振幅为E0 cosθ(这里θ是P与A偏振化方向之间的夹角)。由于光强与振幅的平方成正比,可知透射光强I随θ而变化的关系为这就是马吕斯定律。4.波片 若使线偏振光垂直入射一透光面平行于光轴,厚度为d的晶片,此光因晶片的各向异性而分裂成遵从折射定律的寻常光(o光)和不遵从折射定律的非常光(e光)。因o光和e光在晶体中这两个相互垂直的振动方向有不同的光速,分别称做快轴和慢轴。设入射光振幅为A,振动方向与光轴夹角为θ,入射晶面后o光和e光振幅分别为Asin θ和Acos θ,出射后相位差式中λ0是光在真空中的波长,no和ne分别是o光和e光的折射率。这种能使相互垂直振动的平面偏振光产生一定相位差的晶片就叫做波片。 如果以平行于波片光轴方向为x坐标,,垂直于光轴方向为y坐标出射的o光和e光可用两个简谐振动方程式表示:该两式的合振动方程式可写成一般说来,这是一个椭圆方程,代表椭圆偏振光。但是当 (k=1、2、3…)或 (k=0、1、2…)时,合振动变成振动方向不同的线偏振光。后一种情况,晶片厚度可使o光和e光产生(2k+1)λ/2的光程差,这样的晶片称做半波片,而当 (k=1、2、3…)时,合振动方程化为正椭圆方程这时晶片厚度,称做1/4波片。它能使线偏振光改变偏振态,变成椭圆偏振光。但是当入射光振动面与波片光轴夹角θ=45°时,Ae=Ao,合振动方程可写成 即获得圆偏振光。四、实验内容与步骤1.布儒斯特角的测定 在光具座上,由氦氖激光器发出的光束擦盘直接入射到立在光学测角台直径上的黑玻璃镜面,先转动测角台,使反射光束原路返回,由此定出入射光束的零度方位,利用滑动座的升降微调装置适当降低角度盘,然后再从入射角为10°~85°范围内寻找反射光束通过检偏器后,光强变到最小(甚至为零)时的角度(器件布置示如下图,也可直接用白屏观察)。这里的检偏器是一个能在支架上转动的偏振片,支架锁紧在测角台的转臂上。用检偏器检查任一反射光束,都是偏振光,在改变入射角的过程中,检偏器透振轴指向水平方向(为什么?)。为了更准确的测量,可以选取48°~64°角的入射角范围,根据消光位置找出布儒斯特角。测量5次,取平均值,将数据填入表(一)。2.马吕斯定律的验证 如果光源中的任一波列(用振动平面E表示)投射在起偏器P上,只有相当于它的成分之一的(平行于光轴方向的矢量)能够通过,另一成分则被吸收。若投射在检偏器A上的线偏振光的振幅为E0,则透过A的振幅为(这里 是P与A偏振方向之间的夹角)。由于光强与振幅的平方成正比,所以透射光强I随而变化的关系为 这就是马吕斯定律。 实验内容:让激光束垂直通过起偏器成为偏振光,用检偏器检查时,使两个偏振器的透振方向的夹角在从0°转动一周的过程中,用连接光电流放大器的光电探头测量透射光强的相对值I,每10°读取一次数据。将数据填入表(二),然后画出I-关系曲线,或将实验数据输入计算机打印出关系曲线。3.分析半波片的作用(选做) 在由布儒斯特窗和偏振棱镜联合组成的起偏器D和检偏器A之间加入半波片H,并使其绕水平轴转动360°,观察屏幕上发生消光现象的次数;然后使起偏器的偏振面与检偏器的光轴正交,加入半波片后,将它转到消光位置,再分别转动15°,30°,45°,60°,75°和90°,相应记录每次将A逐次转到消光位置所需转动的角度,根据实验数据分析半波片的作用。将数据填入表(三)中,并作解释。4.分析1/4波片的作用(选做) 先使线偏振光的偏振面P与检偏器A的光轴正交(这时通过A的光强显示最小),然后在两个偏振棱镜之间加入1/4波片Q,并转动Q,直到通过A的光强恢复到最小。从此位置每当Q转动15°,30°,45°,60°,75°和90°时,都将A转动360°,将数据填入表(四)中,并作解释。五、数据表格及数据处理1. θB的测定表 (一)θB1 θB2 θB3 θB4 θ° ° ° ° °θB平均值=°不确定度的计算:2. 马吕斯定律的验证表 (二) 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° 90° 100° 110° 120°I 758 670 558 450 300 171 67 22 12 45 132 248130° 140° 150° 160° 170° 180° 190° 200° 210° 220° 230° 240° 250°380 515 640 737 794 803 777 720 602 470 322 186 85260° 270° 280° 290° 300° 310° 320° 330° 340° 350° 360°19 11 38 118 239 377 501 640 718 775 793画出I-关系曲线3. 分析半波片的作用表 (三)λ/2波片转动角度 15° 30° 45° 60° 75° 90°检偏器转动角 4.分析1/4波片的作用表 (四)λ/4波片转动角度 15° 30° 45° 60° 75° 90°检偏器转动360°过程中看到的现象 六、注意事项 1、保护光学元件的光学表面,不得触摸光学元件的光学表面。 2、激光管两端的高压引线头是裸露的,且激光电源空载输出电压高达数千伏,要警惕误触。 3、激光束光强极高,切勿用眼睛对视,防止视网膜遭永久性损伤。七、思考题 1、有四束光,它们的偏振态分别是:线偏振光,圆偏振光,椭圆偏振光和自然光,怎样鉴别它们?答:用一块检偏振器分别对四束光迎光旋转检验,当检偏振器旋转一周,发现出射光强两个方位最大,两个方位为零时,该光就是线偏振光;出射光强两个方位最大,两个方位变小时,该光即是椭圆偏振光;当出射光强不变时为圆偏振光和自然光.然后再区别圆偏振光和自然光.将这两束光分别通过l/4波片.通过l/4波片后,自然光还是自然光,用旋转的检偏振器检验,仍然光强不变;而圆偏振光通过l/4波片后变为线偏振光,用检偏振器检验,出现两次最大,两次零光强. 2. 三块外形相同的偏振片、1/2波片、1/4波片被弄混了,能否把它们区分开来?需要借助什么工具?答:用实验室中的光滑桌面(或玻璃板面)反射钠光,透过三块未知的偏振器件观看反射的钠光,在此过程中,一边旋转偏振器件,一边改变反射光方向,三块偏振器件中必有一块出现"两明两零"的现象,它就是偏振片.此时,钠光的入射角就是布儒斯特角,反射光是振动面垂直于入射面的线偏振光.另两块是波片,无论怎样旋转它,无论怎样改变反射光线的方向,光强都不发生变化.现在有了一块偏振片,还有已知振动方向的线偏振光.将两块波片分别迎着线偏振光旋转,用偏振片检验出射光强的变化.如果不管在什么方位,总是出现"两明两零"的现象,这块波片一定是l/2波片,因为线偏振光经过l/2波片后仍然是线偏振光.而线偏振光通过l/4波片,仅在线偏振光的振动方向平行(或垂直)l/4波片晶轴的情况下,才会出射线偏振光.在线偏振光振动方向与晶轴成450角时,出射圆偏振光,一般情况下出射椭圆偏振光. 3、用怎样的措施获得圆偏振光? 答:让自然光通过起偏镜,得到振动方向平行于起偏镜透振方向的线偏振光.再让线偏振光通过一块1 /4波片,波片晶轴z与线偏振光振动方向成45度角,自l/4波片出射的就是圆偏振光.选取l/4波片使分解的o光和e光有±π/2的相位差,光轴z与入射线偏振光振动方向45度的夹角,可使分解的o光和e光有相等振幅.八、教学后记 一定要对学生强调激光器切不可用眼睛直视,以免出现人生伤害事故;本实验要测量的数据较多,实验的实际操作比较繁琐,因而学生感到完成实验有一定难度,因此在授课中强调学生一定要耐心;实验中要让学生在出现故障时,学会排除故障,并且能够自己动手解决问题,培养学生的动手能力。 执笔人:陈晨

1.定义2.偏振不良作用 通信中引起的色散 ... 3.消除偏振的影响 保偏光纤 光子晶体光纤的保偏4. 偏振的应用 测折射率 测厚度 ......上期刊网搜搜 论文多得是

偏振光检测研究的论文

浅谈光栅玻璃在汽车上的应用

摘要随着工业技术的进步,功能、安全玻璃在汽车行业己经广泛的应用,作为高科技的玻璃产品,光栅玻璃应

用于汽车挡风玻璃,必将为玻璃行业和汽车工业带来更为广阔的生机。

Abstract Function glass(varieties of safety glass),with the development of industrial technology

has beenw

idely

in used in automobile Industrial,as High—tech glass production,Raster glass has

been in used in automobileI

ndustrial,

丽ll bring a broader 1ife in the glass industry and the automobile industry,

关键词光栅玻璃汽车玻璃挡风玻璃应用

Key words Raster glass Autoglass Windsereens Application

汽车作为一个国家工业发达程度的象征,已经过近百年的发展。而汽车玻璃的革新亦在不断变化。作为高

科技的玻璃产品,光栅玻璃应用于汽车挡风玻璃,可使夜间相向而行的汽车,在会车的时候,省去复杂的打会

车灯的步骤,避免夜闯会车时,汽车大灯造成的司机暂时性目眩,减少交通事故的发生。

1光的偏振原理

为了理解汽车安全玻璃避光的原理,我们有必要来了解一下光波的特性。我们日常生活当中所见到的光大

部分都是自然光,我们知道光波是横波,横波可以发生偏振现象。从普通光源直接发生的天然光是无数偏振光

的无规则集合,所以当我们直接观察光的时候,不可能发生光强偏于某一方向的事情.这种沿着各个方向振动

的光波的强度都相同的光叫自然光:太阳、电灯等普通光源发出的光,包含着在垂直于传播方向的平面内沿一

切方向振动的光。而且沿着各个方向振动的光波强度都相同,这些光都是自然光。

让太阳光或灯光通过一块用晶体薄片作成的偏振片Pl(如下图),在Pl的另-N观察,可以看到它是透明的.以

入射光线为轴旋转偏振片Pl,这时看到透射光的强度并不发生变化. 再取一块同样的偏振片P2,放在偏振片Pl的后面,通过它去观察从偏振片Pl透射过来的光,就会发现

从偏振片P1透射过来的光的强度跟两偏振片P1、P2的相对方向有关.

把晶片P1固定,以入射光线为轴旋转偏振片P2时,从P2透射过来的光的强度发生周期性的变化.

当Pl与P2的透振方向平行时,透射光的强度最大,当Pl与P2的透振方向垂直时,透射光的强度最弱

几乎等于零

其透射光的强度可由下式求得:

(式中a为偏振光的偏振方向与偏振片的偏振方向的夹角),

上式就是著名的马吕斯定律。

从马吕斯定律可以看出,线偏振光通过偏振片后,光强随入射线偏振光的振动方向和偏振片的透光轴方向

之间的夹角q的改变而改变.当a=O时,I=I。,透过偏振片的光强最大;当n--90。时,I=0,没有光透过偏

振片。

根据以上原理可知,如果在所有的汽车前挡风玻璃和车灯玻璃上镀一层偏振膜,而保持这两种偏振膜的偏

振方向互相垂直,就能达到在夜间会车时避免车灯强光透过,而眩目的目的。

2偏振片的分类形式

目前的玻璃镀膜技术已十分成熟。从最初的化学镀膜到真空蒸镀以至发展到现在的真空磁溅射镀膜。国外

很早就在玻璃镀膜的技术上开发了车灯防护产品。早在1995年,BOCCT公司取得氧化硅阻挡膜专利;德国

Leybold公司把这一技术用于汽车车灯的在线团束溅射镀膜上。而我国的玻璃镀膜技术发展比较缓慢。1990

年以后才迅速发展。根据我国目前汽车和玻璃市场的发展趋势,应该开发这种偏振膜产品(也就是车灯阻挡膜)。

上文提到的偏振片就可以用在玻璃上镀覆偏振膜的方法得到。一般较常用的偏振片种类有以下数种:

2.1反射型

当光线斜射入玻璃表面时,其反射光将被部分偏振化。利用多层玻璃的连续反射效果即可将非偏振光转为线性

偏振光。

2.2复屈折型

将两片方解石晶体接合,入射光线会被分解为两道偏振光,称为平常光与非常光。

2.3二色性微晶型

将具有二色性的微小晶体有规则地吸附排列在透明的薄片上,这是人工第~次做出偏光膜的方法。

2.4高分子二色性型

利用透光性良好的高分子薄膜,将膜内分子加以定向。再吸着具有二色性的物质,此为现今生产偏光膜最主要

的方法。这类吸收式的起偏器都是以膜(Film)或是板Ⅱ1ate

or

Sheet)的形式存在,因此,通常又称之为偏光膜

(Polarizing Film)或偏光板(Polarizmg Plate orSheet)。英文上另外一个更通俗的称呼是Polarizing Filter。

3偏振膜的发展过程

为了更好地了解偏振玻璃的功能,我们有必要再来了解一下偏振膜的发展过程和它的分类方法:

3.1偏光膜的起源

偏光膜是由美国拍立得公(Polaroid)iilJ始人兰特(Edwin H.Land)于1938年所发明。六十年后的今天,虽然

偏光膜在生产技巧和设备上有了许多的改进,但在制程的基本原理和使用的材料上仍和六十年前完全一样。因

此,在说明偏光膜的制作过程的原理之前,先简单的叙述一下兰特当时是在什么情况下褥到灵感,相信这有助

于全面了解偏光膜的制作过程。

兰特于1926年在哈佛大学念书时看了一篇由英国的一位医生Dr.Herapath在1852年发表的论文,内容提到

Dr.Herapach的一位学生Mr.Phelps曾不小心把碘掉入the solution disulfate of quinine,他发现立即就有许多小的

绿色晶体产生,Dr.Herapath于是将这些晶体放在显微镜下观察,发现当两片晶体相重叠时,其光的透过度会

随晶体相交的角度而改变,当它们是相互垂直时,光则被完全吸收;相互平行时,光可完全透过。

这些碘化合物的晶体非常小,所以在实际应用上有了很大的限制,Dr.Hempath花了将近十年的时间来研究

如何才能做出较大的偏光晶体,可是他并没有成功。因此,兰特认为这条路可能是不可行的,于是他采用了以

下的方式:

t

●兰特把大颗粒晶体研磨(ball mln)成微小晶体,并使这些小晶体悬浮在液体中。

●将一塑料片放A上述的悬浮液中,然后再放入磁场或电场中定向。

●将此塑料片从悬浮液中取出,偏光晶体就会附盖在塑料片的表面上。

●将此塑料片留在磁场或电场中,干燥后就成为偏光膜。

兰特的方法是将许多小的偏光晶体,有规则的排列好,这就相当于一个大的偏光晶体。他应用上述的方法,

在1928年成功的做出了最早问世的偏光膜J片。这种方法的缺点是费对、成本高和模糊不透明。但兰特已经

发现了制造偏光膜的几个重要因素:(1)碘(2)高分子(3)定向(Orientation)。经过不断的研究改进,兰特终于在1938年发明了到现在还在沿用的制造方法,其制法如下:首先把一张柔软富化学活性的透明塑料板(通常用PVA

浸渍在12/KI的水溶液中,几秒之内许多碘离子扩散渗入内层的PVA,微热后用人工或机械拉伸,直到数倍长

度,PVA板变长同时也变得又窄又薄,PVA分子本来是任意角度无规则性分布的,受力拉伸后就逐渐一致地偏

转于作用力的方向,附着在PVA上的碘离子也跟随着有方向性,形成了碘离子的长链。因为碘离子有很好的

起偏性,它可以吸收平行于其排列方向的光束电场分量,只让垂直方向的光束电场分量通过,利用这样的原理

就可制造偏光膜。时下最通用的偏光膜是兰特在1938年所发明的H片,一直沿用至今。

3.2偏光膜的种类及发展:

偏光膜的应用范围很广,不但能使用在LCD做为偏光材料,亦可用于太阳眼镜、防眩护目镜、摄影器材

之滤光镜、汽车头灯防眩处理及光量调整器,其它尚有偏光显微镜与特殊医疗用眼镜。为了满足轻量化及使用

容易的要求,偏光膜的选择以高分子二色性型为主,这类起偏材料的种类有四:

3.2.1金属偏光膜

将金、银、铁等金属盐吸附在高分子薄膜上,再加以还原,使棒状金属有起偏的能力,现在已不使用这种方法

生产。

3.2.2碘系偏光膜

PVA与碘分子所组成,为现今生产偏光膜最主要的方法。

3.2.3染料系偏光膜

将具有二色性的有机染料吸着在PVA上,并加以延伸定向,使之具有偏旋光性能。

3.2.4聚乙烯偏光膜

用酸为触媒,将PVA脱水,使PVA分子中含一定量乙烯结构,再加以延伸定向,使之具有偏旋光性能。

通过以上的介绍,我们可知,一直以来偏光膜均是将具有二色性的有机染料涂覆在聚乙稀醇上进行拉伸定

向而成。在玻璃工业飞速发展的今天,我们能否借助在线沉积镀膜技术生产出玻璃偏振产品,这有待于玻璃行

业的科技工作者的进一步研究,相信在不久的将来,必将有更多更好的技术面世,为推动我国的汽车工业和玻

璃工业的发展做出贡献。

参考文献

1.张三慧编《大学物理学》第2版,清华大学出版社

2.黄士萍编《玻璃与玻璃制品生产加工技术及质量检验标准规范实务全书》2003年版,三秦出版社

3.鲁云编《先进复合材料》,机械工业出版社

论文简介: 利用图像传输理论测量海水的点扩散函数和调制传递函数并且使用维纳滤波器复原模糊的图像。退化方程H(u,v)在水槽中测量得到。在实验中利用狭缝图像和光源,第一步:一维光照射到水中从而得到不同距离下的狭缝图像数据,这样一维的海水点扩散函数就可以通过去卷积得到。又因为点扩散函数的对称性二维的函数模型也可以通过数学方法得到。利用相似的方法调制传递函数也可以得到。这样传输方程便可以得到:

图像可以由下式获得:

论文简介: 论文中提出自然光照下的水下图像退化效果与光偏振相关,而场景有效箱射则与光偏振无关。在相机镜头端安装可调偏振器,使用不同偏振角度对同一场景成两幅图像,所得到的图像中的背景光会有明显不同。通过对成像物理模型的分析,利用这两幅图像和估计出的偏振度,就能恢复出有效场景辐射。他还提出了一个计算机视觉方法水下视频中的退化效应。分析清晰度退化的物理原因发现主要与光的部分偏振有关。然后提出一个逆成像方法来复原能见度。该方法基于几张通过不同偏振方向的偏振片采集图像。

论文简介: 论文提出了一种自适应滤波的水下图像复原方法。通过最优化图像局部对比度质量判决函数,可以估计出滤波器中所使用的参数值。 论文提出一种基于简化的Jaffe-McGlamery水下成像模型的自调谐图像复原滤波器。滤波器的最优参数值是针对每幅图像通过优化一个基于全局对比度的质量准则自动估算的。(对一幅图像滤波器能根据全局对比度自动估计最优参数值),简化的模型理想地适合后向散射较少的漫射光成像.1.首先简化Jaffe-McGlamery水下成像模型:假设光照均匀(浅水区阳光直射),并且忽略后向散射部分.然后基于简化后的成像模型设计一个简单的反滤波器2.将滤波器设计成自适应滤波器。

论文简介: 论文对于调制传递函数给出了详细准确的系统函数信息,水下图像可以用它或点扩散函数进行复原.作者进行实验测量了水质参数得出了这些函数,并用得出的函数进行了图像复原。同时他还建立了一个框架来最大限度复原水下图像,在这个框架下传统的图像复原方法得到了拓展,水下光学参数被包含了进去,尤其时域的点扩散函数和频域的调制传递函数。设计了一个根据环境光学特性进行调整的客观图像质量度量标准来测量复原的有效性。

论文简介: 调制传递函数给出了详细准确的系统函数信息,水下图像可以用它或点扩散函数进行复原.作者进行实验测量了水质参数得出了这些函数,并用得出的函数进行了图像复原。(这一部分在王子韬的论文中有比较详细介绍)

论文简介: 在散射媒介中的正则化图像复原。论文在基于物理原因的复原方法难以去除噪声以及透射率低的基础上,提出一种自适应的过滤方法,即能明显的改善可见性,又能抑制噪声放大。本质上,恢复方法的正规化,是适合变化媒介的透射率,因此这个正则化不会模糊近距离的目标。

论文简介: 论文提出一种基于对边缘进行GSA(灰度规范角度)加权的测量图像清晰度的方法。图像首先被小波变换分解,去除部分随机噪声,增加真实边缘检测的可能性。每个边缘锐度由回归分析方法基于灰度的一个角的正切来确定边缘像素的灰度值之间的斜率和位置。整个图像的清晰度是平均每个测量的GSA的比例加权的第一级分解细节的量,作为图像的总功率,最后通过图像噪声方差自适应的边缘宽度。

论文简介: 论文提出了基于主动偏振的人工光照下水下图像处理技术。在宽场人工光照下的水下成像中,在光源端或相机端安装可调偏振器。通过调整光源或相机端的偏振器,同时拍摄两幅或多幅同一场景的图像,从两幅图像中可估计出背景光的偏振度。结合水下成像物理模型,就可以进行图像复原和场景3D信息估计。该方法操作简单,设备筒易,适用于水下画定目标的成像。 大范围人工照明条件下研究成像过程,基于该成像模型,提出一种恢复object signal的方法,同时能获得粗糙的3D scene structure.相机配备检偏振器,瞬间获取同一场景的两帧图片with different states of the analyzer or light-source polarizer,然后用算法处理获取的图片.它统一并推广了以前提出的基于偏振的方法.后向散射可以用偏振技术降低,作者在此基础上又用图像后处理去除剩余的后向散射,同时粗糙估测出3D场景结构.创新:之前的方法有的认为目标物反射光的偏振度可以忽略(即认为只有后向散射是偏振的);另外还有的认为后向散射的偏振度可以忽略(即认为只有目标物反射光是偏振的)。本文作者认为两者都是部分偏振光。

论文简介: 论文在没有应用任何标准模式、图像先验、多视点或主动照明的条件下同时估算了水面形状和恢复水下二维场景。重点是应用水面波动方程建立紧凑的空间扭曲模型,基于这个模型,提出一个新的跟踪技术,该技术主要是解决对象模型的缺失以及水的波动存在的复杂的外观变化。在模拟的和真实的场景中,文本和纹理信息得到了有效的复原。

论文简介: 论文提出暗通道先验算法复原有雾图像。暗通道先验是一系列户外无雾图像的数理统计,基于观察户外无雾图像的大部分补丁补丁中包含至少一个颜色通道中低强度的像素点。在有雾图像中应用这些先验,我们可以直接的估算雾的厚度,复原成高质量的无雾图像,同时还能获得高质量的深度图。

论文简介: 论文比较研究了盲反卷积算法中的:R-L算法(Richardson-Lucy)、最小二乘法以及乘法迭代法。并且应用了水下图像去噪和威尔斯小角度近似理论推导出点分布函数。通过执行威尔斯的小角度散射理论和模糊度量方法对三种盲反卷积算法进行比较,确定总迭代次数和最佳图像复原结果。通过比较得出:最小二乘算法的复原率最高,但是乘法迭代的速度最好。

论文简介: 论文提出点扩算函数(PSF)和调制解调函数(MFT)的方法用于水下图像复原,应用基于威尔斯小角度近似理论来进行图像增强。在本文中作者分析了水下图像退化的原因,在强化超快激光成像系统中采用了距离选通脉冲的方法,降低了反向散射中的加性噪声。本文对图像的基本噪声模式进行了分析,并使用算术平均滤波首先对图像进行去噪,然后,使用执行迭代盲反褶积方法的去噪图像的初始点扩散函数的理想值,来获得更好的恢复结果。本文通过比较得出,盲反褶积算法中,正确使用点扩散函数和调制解调函数对于水下图像复原的重要性。

论文简介: 本文提出一种图像复原的新方法,该方法不需要专门的硬件、水下条件或现在知识结构只是一个与小波变换的融合框架支持相邻帧之间的时间相干性进行一个有效的边缘保留噪声的方法。该图像增强的特点是降低噪声水平、更好的暴露黑暗区域、改善全局对比、增强细节和边缘显著性。此算法不使用补充信息,只处理未去噪的输入退化图像,三个输入主要来源于计算输入图像的白平衡和min-max增强版本。结论证明,融合和小波变换方法的复原结果优于直接对水下退化图像进行去雾得到的结果。

论文简介: 本文是一篇综述性质的论文。介绍了:1、水下光学成像系统 2、图像复原的方法(对各种图像复原方法的总结) 3、图像增强和颜色校正的方法总结 4、光学问题总结。

论文简介: 论文针对普通水下图像处理的方法不适用于水下非均匀光场中的问题,提出一种基于专业区域的水下非均匀光场图像复原方法,在该算法中,考虑去除噪声和颜色补偿,相对于普通的水下图像复原和增强算法,该方法获得的复原复原的清晰度和色彩保真度通过视觉评估,质量评估的分数也很高。

论文简介: 论文基于水下图像的衰减与光的波长的关系,提出一种R通道复原方法,复原与短波长的颜色,作为水下图像的预期,可以对低对比度进行复原。这个R通道复原的方法可以看做大气中有雾图像的暗通道先验方法的变体。实验表明,该方法在人工照明领域应用良好,颜色校正和可见性得到提高。

论文简介: 作者对各种水下图像增强和复原的算法做了调查和综述,然后对自己的提高水下质量的方法做了介绍。作者依次用到了过滤技术中的同态滤波、小波去噪、双边过滤和对比度均衡。相比于其他方法,该方法有效的提高了水下目标物的可见性。

论文简介: 论文应用湍流退化模型以质量标准为导向复原因水下湍流退化的图像。参考大气湍流图像复原的算法,省略了盐分的影响,只考虑水中波动引起的湍流对水下成像的影响,应用一种自适应的平均各向异性的度量标准进行水下图像复原。经过验证,使用STOIQ的方法优于双频谱的复原方法。

论文简介: 本文提出了一种新的方法来提高对比度和降低图像噪声,该方法将修改后的图像直方图合并入RGB和HSV颜色模型。在RGB通道中,占主导地位的直方图中的蓝色通道以95%的最大限度延伸向低水平通道,RGB通道中的低水平通道即红色通道以5%的最低限度向上层延伸且RGB颜色模型中的所有处理都满足瑞利分布。将RGB颜色模型转化为HSV颜色模型,S和V的参数以最大限度和最小限度的1%进行修改。这种方法降低了输出图像的欠拟合和过拟合,提高了水下图像的对比度。

论文简介: 论文根据简化的J-M模型提出一种水下图像复原的有效算法。在论文中定义了R通道,推导估算得到背景光和变换。场景可见度被深度补偿,背景与目标物之间的颜色得到恢复。通过分析PSF的物理特性,提出一种简单、有效的低通滤波器来去模糊。论文框架如下:1.重新定义暗通道先验,来估算背景光和变化,在RGB的每个通道中通过标准化变换来复原扭曲颜色。2.根据PSF的性能,选择没有被散射的光,用低通滤波器进行处理来提高图片的对比度和可见度。

论文简介: 论文中对当代水下图像处理的复原与增强做了综述,作者阐明了两种方法的模型的假设和分类,同时分析了优缺点以及适用的场景。

参考:

在中国,绝大多数货车是略微向后倾斜的。其实这是中国车辆种类少的原因,少见多怪这个很容易理解吧?在美国,如同轿车那么斜的货车很常见, 他们还有直立的甚至向前倾斜的。中国向前倾斜的也有,比如仿制俄罗斯的火箭炮拖车就是这样的。早期的轿车也是直立的,有时出于美观向后略微倾斜。随着汽车的发展,出于减少空气阻力的考虑,高速的轿车挡风玻璃都变成向后倾斜以获得更好的空气动力性。货车一般车速比较慢,而且货车因为重载,风阻占整个行驶阻力的份额比较少,再者货车驾驶舱占整个车的尺寸很小,风挡形状对整个车没多少影响。所以货车对挡风玻璃的倾斜没那么多考虑。通常,玻璃略微向前倾斜会有最好的观察性能,但这样会造成重量增加,所以一般这种形状的很少见到。略微向后倾斜在结构重量、使用空间和观察性能方面得到了最好的统一,所以大多数汽车都这样布置包括一些轿车。大角度向后倾斜因为玻璃的反光和阳光对司机的干扰,因此观察性能很差,另外空间利用上也差,结构重量变大,这是为了获得高速性能而做出的妥协。这种结构对前下方的视线也被阻挡了,所以对于驾驶员高高在上的货车来说完全不可取,即使轿车中也用得不是很多。

光的偏振实验综合设计与研究论文

大学呢,理论物理?!不错这个呀!

一.目的......二.仪器用具..........三.实验原理........四.实验步骤及现象记录1.打开光源,放一个偏振片,转一周,可以看见消光两次;2.放两个偏振片,将其中一个旋转一周,可以看见消光两次,N1与N2垂直时消光;3.在N1与N2垂直条件下,在其中间加1/2波片,转波片一周,可以看见四次消光;4.换为1/4波片,也可以看见四次消光;5.还是1/4波片,这次转其中一个偏振片,四次消光。五.思考题.........

课 题 偏振光现象的研究1.观察光的偏振现象,掌握产生与检验偏振光的条件和方法;教 学 目 的 2.测量布儒斯特角;3.验证马吕斯定律。重 难 点 1.激光器与光具组的共轴调节;2.布儒斯特角的测定。 教 学 方 法 讲授、讨论、实验演示相结合。 学 时 3个学时一、前言 光的偏振是指光的振动方向与光的传播方向的不对称性.偏振现象是证明光为横波的最有力的证据,在科学上具有极其重要的意义。它不但丰富了光的波动说的内容,而且具有重要的应用价值。 自然光是各方向的振幅相同的光,对自然光而言,它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向,没有一个方向占有优势.若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上,则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等.线偏振光是在垂直于传播方向的平面内,光矢量只沿一个固定方向振动.起偏器是将非偏振光变成线偏振光的器件;检偏器是用于鉴别光的偏振状态的器件。 二、实验仪器 He-Ne激光器,光具座,光靶,光学测角台,偏振片,黑玻璃镜,1/2波片,1/4波片,白屏,光功率计等三、实验原理1.光的偏振性 光波是波长较短的电磁波,电磁波是横波,光波中的电矢量与波的传播方向垂直。光的偏振观象清楚地显示了光的横波性。光大体上有五种偏振态,即线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部分偏振光。而线偏振光和圆偏振光又可看作椭圆偏振光的特例。(1)自然光 光是由光源中大量原子或分子发出的。普通光源中各个原子发出的光的波列不仅初相彼此不相关,而且光振动方向也是彼此不相关的,呈随机分布。在垂直于光传播方向的平面内,沿各个方向振动的光矢量都有。平均说来,光矢量具有轴对称而且均匀的分布,各方向光振动的振幅相同,各个振动之间没有固定的相联系,这种光称为自然光或非偏振光(见下图)。  我们设想把每个波列的光矢量都沿任意取定的x轴和y轴分解,由于各波列的光矢量的相和振动方向都是无规则分布的,将所有波列光矢量的x分量和y分量分别叠加起来,得到的总光矢量的分量Ex和Ey之间没有固定的相关系,因而它们之间是不相干的。同时Ex和Ey的振幅是相等的,即Ax=Ay。这样,我们可以把自然光分解为两束等幅的、振动方向互相垂直的、不相干的线偏振光。这就是自然光的线偏振表示,如下图(a)所示。分解的两束线偏振光具有相等的强度Ix=Iy,又因 自然光强度I=Ix+Iy  所以每束线偏振光的强度是自然光强度的1/2,即 通常用图(b)的图示法表示自然光。图中用短线和点分别表示在纸面内和垂直于纸面的光振动,点和短线交替均匀画出,表示光矢量对称而均匀的分布。(2)线偏振光  光矢量只沿一个固定的方向振动时,这种光称为线偏振光,又称为平面偏振光。光矢量的方向和光的传播方向所构成的平面称为振动面,如图(a)所示。线偏振光的振动面是固定不动的,图(b)所示是线偏振光的表示方法,图中短竖线表示光振动在纸面内,点表示光振动垂直于纸面。(3)部分偏振光 这是介于线偏振光与自然光之间的一种偏振光,在垂直于这种光的传播方向的平面内,各方向的光振动都有,但它们的振幅不相等,如图(a)所示。这种部分偏振光用数目不等的点和短线表示。在图(b)中,上图表示在纸面内的光振动较强,下图表示垂直纸面的光振动较强。要注意,这种偏振光各方向的光矢量之间也没有固定的相的关系。(4)圆偏振光和椭圆偏振光  这两种光的特点是在垂直于光的传播方向的平面内,光矢量按一定频率旋转(左旋或右旋)。如果光矢量端点轨迹是一个圆,这种光叫圆偏振光(见图(a))。如果光矢量端点轨迹是一个椭圆,这种光叫椭圆偏振光(见图(b))。2. 布儒斯特角 当光从折射率为n1的介质(例如空气)入射到折射率为n2的介质(例如玻璃)交界面,而入射角又满足时,反射光即成完全偏振光,其振动面垂直于入射面。iB称布儒斯特角,上式即布儒斯特定律。显然,θB角的大小因相关物质折射率大小而异。若n1表示的是空气折射率,(数值近似等于1)上式可写成3.马吕斯定律 如果光源中的任一波列(用振动平面E表示)投射在起偏器P上(如下图),只有相当于它的成份之一的Ey(平行于光轴方向的矢量)能够通过,另一成份Ex(=E cosθ)则被吸收。与此类似,若投射在检偏器A上的线偏振光的振幅为E0,则透过A的振幅为E0 cosθ(这里θ是P与A偏振化方向之间的夹角)。由于光强与振幅的平方成正比,可知透射光强I随θ而变化的关系为这就是马吕斯定律。4.波片 若使线偏振光垂直入射一透光面平行于光轴,厚度为d的晶片,此光因晶片的各向异性而分裂成遵从折射定律的寻常光(o光)和不遵从折射定律的非常光(e光)。因o光和e光在晶体中这两个相互垂直的振动方向有不同的光速,分别称做快轴和慢轴。设入射光振幅为A,振动方向与光轴夹角为θ,入射晶面后o光和e光振幅分别为Asin θ和Acos θ,出射后相位差式中λ0是光在真空中的波长,no和ne分别是o光和e光的折射率。这种能使相互垂直振动的平面偏振光产生一定相位差的晶片就叫做波片。 如果以平行于波片光轴方向为x坐标,,垂直于光轴方向为y坐标出射的o光和e光可用两个简谐振动方程式表示:该两式的合振动方程式可写成一般说来,这是一个椭圆方程,代表椭圆偏振光。但是当 (k=1、2、3…)或 (k=0、1、2…)时,合振动变成振动方向不同的线偏振光。后一种情况,晶片厚度可使o光和e光产生(2k+1)λ/2的光程差,这样的晶片称做半波片,而当 (k=1、2、3…)时,合振动方程化为正椭圆方程这时晶片厚度,称做1/4波片。它能使线偏振光改变偏振态,变成椭圆偏振光。但是当入射光振动面与波片光轴夹角θ=45°时,Ae=Ao,合振动方程可写成 即获得圆偏振光。四、实验内容与步骤1.布儒斯特角的测定 在光具座上,由氦氖激光器发出的光束擦盘直接入射到立在光学测角台直径上的黑玻璃镜面,先转动测角台,使反射光束原路返回,由此定出入射光束的零度方位,利用滑动座的升降微调装置适当降低角度盘,然后再从入射角为10°~85°范围内寻找反射光束通过检偏器后,光强变到最小(甚至为零)时的角度(器件布置示如下图,也可直接用白屏观察)。这里的检偏器是一个能在支架上转动的偏振片,支架锁紧在测角台的转臂上。用检偏器检查任一反射光束,都是偏振光,在改变入射角的过程中,检偏器透振轴指向水平方向(为什么?)。为了更准确的测量,可以选取48°~64°角的入射角范围,根据消光位置找出布儒斯特角。测量5次,取平均值,将数据填入表(一)。2.马吕斯定律的验证 如果光源中的任一波列(用振动平面E表示)投射在起偏器P上,只有相当于它的成分之一的(平行于光轴方向的矢量)能够通过,另一成分则被吸收。若投射在检偏器A上的线偏振光的振幅为E0,则透过A的振幅为(这里 是P与A偏振方向之间的夹角)。由于光强与振幅的平方成正比,所以透射光强I随而变化的关系为 这就是马吕斯定律。 实验内容:让激光束垂直通过起偏器成为偏振光,用检偏器检查时,使两个偏振器的透振方向的夹角在从0°转动一周的过程中,用连接光电流放大器的光电探头测量透射光强的相对值I,每10°读取一次数据。将数据填入表(二),然后画出I-关系曲线,或将实验数据输入计算机打印出关系曲线。3.分析半波片的作用(选做) 在由布儒斯特窗和偏振棱镜联合组成的起偏器D和检偏器A之间加入半波片H,并使其绕水平轴转动360°,观察屏幕上发生消光现象的次数;然后使起偏器的偏振面与检偏器的光轴正交,加入半波片后,将它转到消光位置,再分别转动15°,30°,45°,60°,75°和90°,相应记录每次将A逐次转到消光位置所需转动的角度,根据实验数据分析半波片的作用。将数据填入表(三)中,并作解释。4.分析1/4波片的作用(选做) 先使线偏振光的偏振面P与检偏器A的光轴正交(这时通过A的光强显示最小),然后在两个偏振棱镜之间加入1/4波片Q,并转动Q,直到通过A的光强恢复到最小。从此位置每当Q转动15°,30°,45°,60°,75°和90°时,都将A转动360°,将数据填入表(四)中,并作解释。五、数据表格及数据处理1. θB的测定表 (一)θB1 θB2 θB3 θB4 θ° ° ° ° °θB平均值=°不确定度的计算:2. 马吕斯定律的验证表 (二) 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° 90° 100° 110° 120°I 758 670 558 450 300 171 67 22 12 45 132 248130° 140° 150° 160° 170° 180° 190° 200° 210° 220° 230° 240° 250°380 515 640 737 794 803 777 720 602 470 322 186 85260° 270° 280° 290° 300° 310° 320° 330° 340° 350° 360°19 11 38 118 239 377 501 640 718 775 793画出I-关系曲线3. 分析半波片的作用表 (三)λ/2波片转动角度 15° 30° 45° 60° 75° 90°检偏器转动角 4.分析1/4波片的作用表 (四)λ/4波片转动角度 15° 30° 45° 60° 75° 90°检偏器转动360°过程中看到的现象 六、注意事项 1、保护光学元件的光学表面,不得触摸光学元件的光学表面。 2、激光管两端的高压引线头是裸露的,且激光电源空载输出电压高达数千伏,要警惕误触。 3、激光束光强极高,切勿用眼睛对视,防止视网膜遭永久性损伤。七、思考题 1、有四束光,它们的偏振态分别是:线偏振光,圆偏振光,椭圆偏振光和自然光,怎样鉴别它们?答:用一块检偏振器分别对四束光迎光旋转检验,当检偏振器旋转一周,发现出射光强两个方位最大,两个方位为零时,该光就是线偏振光;出射光强两个方位最大,两个方位变小时,该光即是椭圆偏振光;当出射光强不变时为圆偏振光和自然光.然后再区别圆偏振光和自然光.将这两束光分别通过l/4波片.通过l/4波片后,自然光还是自然光,用旋转的检偏振器检验,仍然光强不变;而圆偏振光通过l/4波片后变为线偏振光,用检偏振器检验,出现两次最大,两次零光强. 2. 三块外形相同的偏振片、1/2波片、1/4波片被弄混了,能否把它们区分开来?需要借助什么工具?答:用实验室中的光滑桌面(或玻璃板面)反射钠光,透过三块未知的偏振器件观看反射的钠光,在此过程中,一边旋转偏振器件,一边改变反射光方向,三块偏振器件中必有一块出现"两明两零"的现象,它就是偏振片.此时,钠光的入射角就是布儒斯特角,反射光是振动面垂直于入射面的线偏振光.另两块是波片,无论怎样旋转它,无论怎样改变反射光线的方向,光强都不发生变化.现在有了一块偏振片,还有已知振动方向的线偏振光.将两块波片分别迎着线偏振光旋转,用偏振片检验出射光强的变化.如果不管在什么方位,总是出现"两明两零"的现象,这块波片一定是l/2波片,因为线偏振光经过l/2波片后仍然是线偏振光.而线偏振光通过l/4波片,仅在线偏振光的振动方向平行(或垂直)l/4波片晶轴的情况下,才会出射线偏振光.在线偏振光振动方向与晶轴成450角时,出射圆偏振光,一般情况下出射椭圆偏振光. 3、用怎样的措施获得圆偏振光? 答:让自然光通过起偏镜,得到振动方向平行于起偏镜透振方向的线偏振光.再让线偏振光通过一块1 /4波片,波片晶轴z与线偏振光振动方向成45度角,自l/4波片出射的就是圆偏振光.选取l/4波片使分解的o光和e光有±π/2的相位差,光轴z与入射线偏振光振动方向45度的夹角,可使分解的o光和e光有相等振幅.八、教学后记 一定要对学生强调激光器切不可用眼睛直视,以免出现人生伤害事故;本实验要测量的数据较多,实验的实际操作比较繁琐,因而学生感到完成实验有一定难度,因此在授课中强调学生一定要耐心;实验中要让学生在出现故障时,学会排除故障,并且能够自己动手解决问题,培养学生的动手能力。 执笔人:陈晨

光波的研究与应用论文

关于光的本性问题很早就引起了人们的关注。微粒说1638年,法国数学家皮埃尔·伽森荻(Pierre Gassendi)提出物体是由大量坚硬粒子组成的。并在1660年出版的他所著的书中涉及到了他对于光的观点,也认为光也是由大量坚硬粒子组成的。牛顿随后对于伽森荻的这种观点进行研究,他根据光的直线传播规律、光的偏振现象,最终于1675年提出假设,认为光是从光源发出的一种物质微粒,在均匀媒质中以一定的速度传播。微粒说很容易解释光的直进性和反射现象,因为粒子与光滑平面发生碰撞的反射定律与光的反射定律相同。然而微粒说在解释一束光射到两种介质分界面处会同时反射和折射,以及几束光交叉相遇后彼此毫不妨碍的继续向前传播等现象时,却发生了很大困难。波动说罗伯特·胡克在1685年发表的《显微术》一书中,认为光是一种振动,发光体的每一振动在介质中向各个方向传播。胡克初步建立了波面和波线的概念,并把波面的思想用于对光的折射和薄膜颜色的研究。惠更斯(Christian Huygens)著《论光》更明确地提出了光是一种波动的主张,他认为光是一种介质的运动,该运动从介质的一部分以有限速度依次地向其他部分传播,他把光的传播方式与声音在空气中的传播作比较。波动说很容易能够解释微粒说不能解释的两个问题。水波可以同时发生反射和折射,并且水波的反射和折射规律和光完全相同。湖面上的激烈水波能够自由的互相穿过,通过一个窗口能够同时听到窗外几个人讲话的声音,这些都是人们熟知的波的现象。然而,早期的波动说缺乏定量的数学严密性,也缺乏对波动特性的足够说明,仍然摆脱不了几何光学的观念。同时,惠更斯所提出的波动说是把光比作像“水波”一样的机械波,即机械波的传播需要依靠介质,而光却能在真空中(即无介质)传播。牛顿并不是在根本上否认光的波动性,事实上正是牛顿首先提出了光在本质上是一种周期过程的观点,他还多次提到光可能是一种振动并与声波作对比。然而从他的著作《光学》的其他部分来看,他还是倾向于光的微粒说。突出的例子是从光的微粒说出发,根据机械粒子遵守的力学规律来解释光的反射定律和折射定律,并得出了光密介质中的光速要大于光疏介质中的光速这一与事实不符的结论。英国物理学家托马斯·杨(1773年 – 1829年)用干涉实验证明了光的波动性由于牛顿在学术界有很高的声望,致使微粒说在其后的100多年里一直占着主导地位,而波动说却发展得很慢。同时,如果要证明光具有波动性,必须设法显示出光具有干涉现象,而干涉现象的产生必须得到两列相干光,然而要得到两列相干光在当时是很困难的。直到1801年英国物理学家托马斯·杨(Thomas Young)终于用干涉实验证明了光的波动性。详见杨氏双缝干涉实验电磁说到19世纪中期,光的波动性已经得到公认,然而当时人们只了解在介质中传播的机械波,认为光波也是一种机械波。而任何机械波的传播都依靠介质,光却能在真空中传播。从太阳和其他恒星所发出的光,是通过什么介质传播过来的呢?为了说明光传播的这个问题,人们便假设在宇宙空间中到处充满着一种特殊的物质,这种物质被称作以太,光便是通过“以太”来进行传播。为了解释光波的各种性质,对于“以太”这个概念又进一步提出了种种假设。譬如,“以太”的密度极小,却具有较大的弹性等。由于对“以太”性质种种假设间存在明显的矛盾,人们很难相信存在这种物质。而为证明“以太”存在的各种实验也都以失败而告终。1846年,法拉第发现在磁场的作用下,偏振光的振动面会发生改变。这一重要的发现,表明光和电磁现象间存在着某种联系,同时将人们的目光转移到了电磁现象来考虑。19世纪60年代,麦克斯韦在研究电磁场理论时预见了电磁波的存在。同时指出电磁波是一种横波,电磁波的传播速度等于光速。麦克斯韦通过电磁波与光波的相似性质,提出假设,认为光波是一种电磁波。20多年后,赫兹用实验证实了电磁波的存在,测得电磁波的传播速度的确与光速相同,同时电磁波也能够产生反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象,从实验中证明了光是一种电磁波。光子说光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步。但是,还是在赫兹用实验证实光的电磁说的时候,就已经发现了光电效应这一现象,而这一发现也使光的电磁说遇到了无法克服的困难。1905年爱因斯坦提出光量子论,运用光子的概念解释了光电效应。

光通信从一开始就是为传送基于电路交换的信息的,所以客户信号一般是TDM的连续码流,如PDH、SDH等。随着计算机网络,特别是互联网的发展,数据信息的传送量越来越大,客户信号中基于分组交换的分组信号的比例逐步增加。分组信号与连续码流的特点完全不同,它具有随机性、突发性,因此如何传送这一类信号,就成为光通信技术要解决的重点。 另外,传送数据信号的光收发模块及设备系统与传统的传送连续码流的光收发模块及设备系统是有很大区别的。在接入网中,所实现的系统即为ATM-PON、EPON或GPON等。在核心网,实现IP等数据信号在光层(包括在波分复用系统)的直接承载,就是大家熟知的IP over Optical的技术。 由于SDH系统的良好特性及已有的大量资源,可充分利用原有的SDH系统来传送数据信号。起初只考虑了对ATM的承载,后来,通过SDH网络承载的数据信号的类型越来越多,例如FR、ATM、IP、10M-baseT、FE、GE、10GE、DDN、FDDI、Fiber Channel、FICON、ESCON等。 于是,人们提出了许多将IP等信号送进SDH虚容器VC的方法,起初是先将IP或Ethernet装进ATM,然后再映射进SDH传输,即IP/Ethernet over ATM,再over SDH。后来,又把中间过程省去,直接将IP或Ethernet送到SDH,如PPP、LAPS、SDL、GFP等,即IP over SDH、POS或EOS。 不断增加的信道容量 光通信系统能从PDH发展到SDH,从155Mb/s发展到10Gb/s,近来,40GB/s已实现商品化。同时,还正在探讨更大容量的系统,如160Gb/s(单波道)系统已在实验室研制开发成功,正在考虑为其制定标准。此外,利用波分复用等信道复用技术,还可以将系统容量进一步提高。目前32×10Gb/s(即320Gb/s)的DWDM系统已普遍应用,160×10Gb/s(即)的系统也投入了商用,实验室中超过10Tb/s的系统已在多家公司开发出来。光时分复用OTDM、孤子技术等已有很大进展。毫无疑问,这些对于骨干网的传输是非常有利的。 信号超长距离的传输 从宏观来说,对光纤传输的要求当然是传输距离越远越好,所有研究光纤通信技术的机构,都在这方面下了很大工夫。特别是在光纤放大器出现以后,这方面的记录接连不断。不仅每个跨距的长度不断增加,例如,由当初的20km、40km,最多为80km,增加到120km、160km。而且,总的无再生中继距离也在不断增加,如从600km左右增加到3000km、4000km。 从技术的角度看,光纤放大器其在拉曼光纤放大器的出现,为增大无再生中继距离创造了条件。同时,采用有利于长距离传送的线路编码,如RZ或CS-RZ码;采用FEC、EFEC或SFEC等技术提高接收灵敏度;用色散补偿和PMD补偿技术解决光通道代价和选用合适的光纤及光器件等措施,已经可以实现超过STM-64或基于10Gb/s的DWDM系统,4000km无电再生中继器的超长距离传输。 光传输与交换技术的融合 随着对光通信的需求由骨干网逐步向城域网转移,光传输逐渐靠近业务节点。在应用中人们觉得光通信仅仅作为一种传输手段尚未能完全适应城域网的需要。作为业务节点,比较靠近用户,特别对于数据业务的用户,希望光通信既能提供传输功能,又能提供多种业务的接入功能。这样的光通信技术实际上可以看作是传输与交换的融合。目前已广泛使用的基于SDH的多业务传送平台MSTP,就是一个典型的实例。 基于SDH的MSTP是指在SDH的平台上,同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入处理和传送,提供统一网管的多业务节点设备。实际上,有些MSTP设备除了提供上述业务外,还可以提供FR、FDDI、Fiber Channel、FICON、ESCON等众多类型的业务。 除了基于SDH的MSTP之外,还可以有基于WDM的MSTP。实际上是将WDM的每个波道分别用作各个业务的通道,即可以用透传的方式,也可以支持各种业务的接入处理,如在FE、GE等端口中嵌入以太网2层甚至3层交换功能等,使WDM系统不仅仅具有传送能力,而且具有业务提供能力。 进一步在光层网络中,将传输与交换功能相结合的结果,则导出了自动交换光网络ASON的概念。ASON除了原有的光传送平面和管理平面之外,还增加了控制平面,除了能实现原来光传送网的固定型连接(硬连接)外,在信令的控制下,还可以实现交换的连接(软连接)和混合连接。即除了传送功能外,还有交换功能。 互联网发展需求与下一代全光网络发展趋势 近年来,随着互联网的迅猛发展,IP业务呈现爆炸式增长。预测表明,IP将承载包括语音、图像、数据等在内的多种业务,构成未来信息网络的基础;同时以WDM为核心、以智能化光网络(ION)为目标的光传送网进一步将控制信令引入光层,满足未来网络对多粒度信息交换的需求,提高资源利用率和组网应用的灵活性。因此如何构建能够有效支持IP业务的下一代光网络已成为人们广泛关注的热点之一。 对承载业务的光网络而言,下一步面临的主要问题不仅仅是要求超大容量和宽带接入等明显需求,还需要光层能够提供更高的智能性和在光节点上实现光交换,其目的是通过光层和IP层的适配与融合,建立一个经济高效、灵活扩展和支持业务QoS等的光网络,满足IP业务对信息传输与交换系统的要求。 智能化光网络吸取了IP网的智能化特点,在现有的光传送网上增加了一层控制平面,这层控制平面不仅用来为用户建立连接、提供服务和对底层网络进行控制,而且具有高可靠性、可扩展性和高有效性等突出特点,并支持不同的技术方案和不同的业务需求,代表了下一代光网络建设的发展方向。 研究表明,随着IP业务的爆发性增长,电信业和IT业正处于融合与冲突的“洗牌”阶段,新技术呼之欲出。尤其是随着软件控制(“软光”技术)的使用,使得今天的光网络将逐步演进为智能化的光网络,它允许运营者更加有效地自动配置业务和管理业务量,同时还将提供良好的恢复机制,以支持带有不同QoS需求的业务,从而使运营者可以建设并灵活管理的光网络,并开展一些新的应用,包括带宽租赁、波长业务、光层组网、光虚拟专用网(OVPN)等新业务。 综上所述,以高速光传输技术、宽带光接入技术、节点光交换技术、智能光联网技术为核心,并面向IP互联网应用的光波技术已构成了今天的光纤通信研究热点,在未来的一段时间里,人们将继续研究和建设各种先进的光网络,并在验证有关新概念和新方案的同时,对下一代光传送网的关键技术进行更全面、更深入地研究。 从技术发展趋势角度来看,WDM技术将朝着更多的信道数、更高的信道速率和更密的信道间隔的方向发展。从应用角度看,光网络则朝着面向IP互联网、能融入更多业务、能进行灵活的资源配置和生存性更强的方向发展,尤其是为了与近期需求相适应,光通信技术在基本实现了超高速、长距离、大容量的传送功能的基础上,将朝着智能化的传送功能发展。打字不易,如满意,望采纳。

相关百科
热门百科
首页
发表服务