X光范文10篇

X光范文篇1

1895年11月8日，德国物理学家伦琴（1845-1923）偶然发现了一种神秘的射线，他称为χ射线。后来，人们运用χ射线造出χ光透视器，可以透视人体的内脏和骨骼，使医生能正确发现病人的病因，挽救了千千万万人的生命。伦琴X射线的发现，引发了一系列的重大发现。如很快就导致电子的发现和天然放射性现象的发现。以X射线的研究为钥匙，叩开了人类认识物质微观世界的大门。X射线的发现，打破了所谓“原子是组成物质的最小微粒”、“物理学已发展到顶”等旧观念，引起了物理学的彻底革命，导致了现代物理学的诞生。

伦琴因发现χ射线而得到很高的荣誉。1901年，获得第一届诺贝尔物理学奖。他还获得普鲁士二级王冠勋章、英国皇家学院伦福得奖章、哥伦比亚大学巴纳德奖章。

伦琴是位对科学无私奉献的人，他深知自己的发现在科学、医学等方面应用的意义，当柏林通用电气协会建议以高价换取伦琴新发现的专利权时，他坚决拒绝，他认为任何科学发现都应当为人类共享。他把自己的发现公布于众，把得到的诺贝尔奖金转赠给维尔茨堡大学作为科学研究经费。

所以X射线的发现对医学发展具有划时代的意义，就在其发现后不久，就被人们应用到临床中。现在X射线不仅可以用来成像，作为诊断依据，还可以用来治疗疾病。

（二）X射线特点及性质

物理效应

化学效应

生物效应

当X射线照射到生物机体时，生物细胞受到抑制、破坏甚至坏死，致使机体发生不同程度的生理、病理和生化等方面的改变，称为X射线的生物效应。不同的生物细胞，对X射线有不同的敏感度。枫X射线可以治疗人体的某些疾病，如肿瘤等。另一方面，它对正常机体也有伤害，因此要注意人体的防护。在医学上，X射线技术已成为对疾病进行诊断和治疗的专门学科，在医疗卫生事业中占有重要地位。

（四）X射线对乳腺癌的诊断

美国癌症协会发表一项声明说，X射线照相是及早诊断乳腺癌的有效手段，40岁以上的妇女应当坚持每年做一次这样的检查。

而丹麦的一个研究小组报告说，在八项主要在欧洲进行的有关X射线照相作用的调查中，研究人员参照了不是用随机抽样的科学方法得到的数据，因此，根据上述调查确认X射线照相可以发现乳腺癌是没有根据的。

美癌症协会在声明中表示完全不同意丹麦研究小组的结论。声明说，20世纪80年代，美国只有13%的妇女定期接受X光照相检查，当时发现的乳腺肿瘤直径平均为3.2厘米。90年代，定期做这种检查的妇女达到60%,肿瘤的平均直径缩小到了2厘米，近10多年来，美国乳腺癌的发病率一直稳步下降，所发现的乳腺癌一般都没有扩散到腋下淋巴结，这主要归功于X光照相的广泛应用。

该协会说，丹麦研究人员引证最多的一项调查中采取的抽样方法确实曾受到怀疑，但是研究人员在反复分析后，都肯定了那项调查中的数据。因此，X射线照相确实可以帮助及早发现乳腺癌。

乳腺摄影X射线设备也称为钼靶X射线设备，因为该设备使用的是钼靶，钼靶产生多的长波射线也就是软射线，有很强的穿透能力，对于软组织尤其对乳腺的摄影效果很好。多用于对乳腺疾病的诊断，诊断正确率能达到90%乳腺摄影X射线设备不仅能帮助查出乳腺是否有病变，还能显示乳腺肿块的真实大小，甚至还能发现1~2mm的病变，并能作为对良性和恶性病变进行鉴别的依据。

乳腺摄影X射线设备在结构上的特点是：配用乳腺摄像专用支架，设有较长的遮蔽筒，用于靠近病人，摄影时病人取立位或座位，专用支架能沿立柱上下移动，以适应不同高度的支架能有垂直向转换成水平向，并可固定于其间的任何角度，用于乳腺各方向的摄影。支架上设有乳腺夹持板，起压薄乳腺和固定位置的作用。

（五）x射线危害

X光范文篇2

所以,PBPs测定技术是研究压内酸胺类耐药性的重要手段。的穿透力弱,用一般放射自显影法不能获得PBPs图谱,需采用荧光闪烁剂增效的“荧光放射自显影法”。国内有关PBps测定技术报道甚少,以3H标记者更少,本文介绍这一技术。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1菌种肺炎链球菌31003,30301(北京药品生物制品检定所;Pen08.R6本室保存菌种。

1.1.2培养基C+Y培养基。

1.1.3仅器及药品

垂直板凝胶电泳槽(吴县科研仪器厂);NG一l型真空凝胶干燥器(太仓电视机厂);TGLL一1a型台式高速冷冻离心机(中科院上海生物化学研究所);8438一超低温冰箱(FormaSclentifi。,美国);电泳仪DY一1型(上海医用分析仪器厂);丙烯酞胺(Aerylamide,临海止学厂产);甲撑双丙烯酞胺.(big;瑞士产品);N,N,N,N一四甲基乙二胺(TEMED,上海前进农场制剂厂);3H标记青霉素乙酞呱陡盐(NewEngiandNuclear,美国);x光底片(天津感光材料厂;KodakDiangnostiefilmX一OmatAR13X18em);2,5一二苯基嗯哇(PPO,闪烁纯,上海试剂一厂);月桂酞肌氨酸钠(Sarkosyl,Sigma);十二烷基硫酸钠(SDs,上海新华化工厂);二甲基亚矾(DMso,北京旭东化工厂)。

1.2方法

1.2.1肺炎链球菌PBPs样品的制备将肺炎链球菌按种c+Y培养基37℃过夜培养,次日再移种新鲜培养基中,37℃培养2~3h至对数生长期,菌数约为个/ml(CFU/ml),菌液分装试管,每管lml于冰浴中加入不同浓度的氖标记青霉素37℃保温10min,在冰浴中加入5非标记青霉素G钠盐20万单位/ml,冷冻离心5000:/minlom仇,弃去上清,菌体沉淀用50以磷酸缓冲液(PH6.8)做成菌悬液,然后加入5一10拼一20%sarkosyl,37℃保温10min使细胞溶解,加入30协一样品缓冲液,煮沸3min,置室温备用。

1.2.2聚丙烯鱿胺凝胶电泳采用十二烷基硫酸钠一聚丙烯酞胺凝胶电泳(SDSPAGE)方法。制备凝胶薄片(厚0.2cm),凝胶配方:分离胶(10%):Aerylamide:bis(30:0.5)6.7ml,Tris(pH8.8,1.5ml/l)5ml,10%SDS0.2ml,蒸馏水8.1ml,真空搅拌10一15min除去气体,再加入TEMED,浓缩胶(5%):按上述配方依次为1.7ml,2.5ml,0.1而,5.6ml,7.5,和150。先配制分离胶,灌注直立式电泳槽后,使凝胶凝固。次日加入浓缩凝胶,放入加样梳,静置2h。在加样槽内依次分别加入PBps样品。接通电流,第一小时维持电压在60v,至染料前沿到达分离胶和浓缩胶交界处调高电压至120v,走完全程约需3一4h,用考马斯蓝R250染色30一45min,过夜脱色。

1.2.3关光放射自显影方法凝胶片用二甲基亚矾(DMSo)处理30min,再用新鲜DMSo再次处理30而n,20%即。处理2一3h,l%甘油和1%乙酸处理lh,将凝胶片贴附在厚滤纸上,使用凝胶真空干燥器进行真空干燥,将凝胶片和x光底片贴紧,置于x光射线暗匣内,放超低温冰箱一70℃使曝光1~Zwr,将x光底片显影,定影,冲洗得到PBPs的放射自显影图谱。x光底片预曝光条件:(1)国产x光底片用照相闪光灯红色滤光片,加6层红色玻璃纸滤过,x光底片上覆盖6层红色玻璃纸,距离50cm,闪光灯闪二次;(2)进口x光底片预曝光用x光机最小功率100mA40kV,距离40em,每张x光底片曝光0.04s。

1.2.4竟争性结合试验定量菌液中分别加入不同浓度的甲氧西林保温37℃10min,然后加入饱和量的氛标记青霉素,37℃保温10min,再按上述方法继续进行实验。

2结果与讨论

本法测定肺炎链球菌全细胞中pBps的含量,首先需要分离菌体蛋白,为使菌体蛋白浓度维持在一定的水平上,必须控制菌龄和菌液浓度。菌液浓度约CFU/ml。肺炎链球菌破碎细胞的方法以采用离子型去污剂sarkosyl为宜,它能选择性地作用于胞浆膜(3),使胞浆膜破裂,菌体蛋白释放出来,与此同时,已经与青霉素结合的膜蛋白PBPs也一起释放出来。样品制备完毕,煮沸3min,以便除去某些蛋白质的干扰,青霉素与PBPs结合较牢固,不会被破坏。

本实验采用SDS一PAGE方法(4-5),SDS在分离胶与浓缩胶中的终浓度均为0.1%。分离胶浓度为10%,浓缩胶浓度为5%。

氖标记物穿透力较弱,用一般放射自显影方法不能得出图象,本实验采用荧光放射自显影法(6-8)(Fluoro,aphy),检测聚丙烯酞胺凝胶片上3H标记的蛋白质,有一定的优点。PPO是荧光增效剂,其作用原理不是直接依赖sH放射出来的日射线,而是藉助3H上的日粒子与PPO相互作用发射出的光,造成x光底片的局部发黑得到深浅不同的暗线,从而获得青霉素结合蛋白的图谱。肺炎链球菌的PBPs图谱上可见有三条区带,即p即;(a,b),pBpZ和pBp3。一般情况下,青霉素浓度越大,亲和力越强,颜色越深,在竞争性试验中,甲氧西林浓度越大,亲和力越强,颜色越浅。

X光范文篇3

关键词:涡轮轴;积碳清理;恒压力;结构设计

涡轮轴是航空发动机的重要组成零件，也是航空发动机的重要传动部件［1］。航空发动机涡轮轴在高温高压环境下工作过程中，流经涡轮轴表面的燃油焦化沉积形成积碳。积碳的产生会使航空发动机的油耗增加，动力性能下降［2-3］，并降低发动机的使用寿命。因此，需要定期清理涡轮轴表面的积碳。目前，涡轮轴积碳清理方法主要有热强碱液浸泡去除法、超声波清理法和激光清理法［4-6］。热强碱液浸泡去除法主要存在清洗效率低;积碳去除一致性差;浸泡前处理易对涡轮轴表面产生不同程度的划痕;强碱废液处理困难且易污染环境等问题。超声波清理法由于超声波无法穿透涡轮轴壁对其内壁积碳进行清洗且成本较高等问题;激光烧蚀易破坏涡轮轴表面组织结构。因此，上述积碳清理方法已无法满足航空发动机涡轮轴积碳清理的实际生产加工需求。本文针对大深径比涡轮轴内壁(深径比超过13:1)积碳采用磨料刷恒压力抛光清理。加工过程中随着抛光杆悬伸量的增大，抛光杆在重力和外载荷作用下产生的挠曲变形量不断增大，此时磨料刷若依旧沿着原先生成的加工轨迹进行抛光加工，造成加工区抛光压力不断减小［7］，导致积碳清理去除率降低。因此，需要建立恒压力抛光模型，确定抛光杆X向进给量的补偿量，实现涡轮轴内壁积碳恒压力抛光清理。

1涡轮轴内壁积碳清理设备结构设计

1．1磨料刷抛光原理

磨料刷抛光是一种安全、高效的物理积碳清理工艺方法，如图1所示。涡轮轴安装在三爪卡盘上并以转速n1回转，含有磨料的抛光刷轮，通过气动马达驱动以转速n2回转，涡轮轴与磨料刷转动方向相反，磨料刷在抛光杆的带动下压覆在涡轮轴内壁上，并沿机床X向和Z向移动，实现对涡轮轴内壁不同截面处的抛光加工，刷毛中携带的磨料在抛光过程中对涡轮轴内壁表面作用，完成对内壁积碳的清理加工。图1磨料刷抛光原理

1．2总体结构

涡轮轴内壁积碳清理设备设计要求:适应多型号涡轮轴内壁积碳清理加工;涡轮轴内壁积碳清理直径范围54～117mm;涡轮轴最大长度为1553mm。根据磨料刷抛光原理及上述设计要求，对涡轮轴内壁积碳清理设备进行模块化设计，设备主要由床身、工件主轴系统、中心架和内壁抛光装置等组成，如图2所示。图2涡轮轴内壁积碳清理设备工件主轴系统由安装在床身左侧的Z2模组、主轴箱支座、主轴箱组成。工作时，直流电机驱动Z2模组沿Z向移动使主轴箱移至合适位置进行不同型号涡轮轴装夹。内壁抛光装置由支座、X1模组、直线轴承、抛光杆组件、挂架、Z1同步带模组和连接板等组成。

1．3内壁抛光装置

如图3所示，X1模组安装在支座上，Z1同步带模组通过两滑块倒置安装在挂架上，挂架固定在X1模组滑台左右两侧;抛光杆组件穿过两个固定在X1模组滑台上的直线轴承，末端通过连接板与Z1同步带模组连接。X1模组和Z1同步带模组驱动抛光杆组件沿X向和Z向往复移动。抛光杆组件由前段、后段、气动马达、磨料刷组成。为实现最小孔径54mm处积碳的清理，同时使抛光杆具有更好的刚性，抛光杆采用两段式结构。前段外径为50mm，长250mm;后段外径为70mm，长2050mm。前、后段间采用螺纹连接，抛光杆长径比≥32，为弱刚性构件。

2恒压力抛光模型

2．1数学模型

抛光压力的大小主要取决于磨料刷与涡轮轴内壁之间的弹性变形压缩量的大小［8］。涡轮轴内壁积碳抛光清理过程中，抛光杆在外载荷作用下产生的挠曲变形量随悬伸量的增大而增大，造成磨料刷X向实际进给量小于抛光杆X向进给量，抛光压力因此不断下降。因此，分析了抛光杆挠曲变形量与抛光杆X向进给量及磨料刷X向实际进给量之间的关系，建立恒压力抛光模型。磨料刷弹性变形量为ap，涡轮轴以转速n1逆时针转动，磨料刷以转速n2顺时针转动，此时对磨料刷进行的受力分析，如图4所示。将磨料刷与涡轮轴接触弧段S上所受的力平移至磨料刷中心O2处，如图5所示。平移后产生的绕Z轴的扭矩对抛光杆在X向和Z向的挠曲变形无影响。因此，图5中未画出且下文不考虑绕Z轴的扭矩。磨料刷弹性变形量为ap时，其抛光加工状态，如图6所示。由恒压力抛光数学模型式(12)可知，抛光杆X向进给量xp的补偿量为抛光杆X向挠度wx，因此必须建立抛光杆X向挠度方程。

2．2抛光杆X向挠度方程

为了便于抛光杆在力Fx作用下的X向挠度方程计算，将其简化为简支梁计算，如图8所示。其中，G、K为两直线轴承支撑点，EH段为抛光杆前段，GK段为抛光杆后段在直线轴承左侧部分。在抛光杆X向挠度方程计算中将其简化为简支梁，为保证挠度方程wx精确度，通过有限元仿真结果与挠度方程wx计算结果的比较对其进行修正。抛光杆在抛光压力F=40N时，对应不同悬伸量l(其中，最大悬伸量lmax=1615mm;最小悬伸量lmin=300mm)处的变形量云图，如图9所示。在同等条件下根据式(18)计算得到抛光杆X向挠度，将两种结果进行统计分析，如表1所示。

3结论

本文以涡轮轴内壁积碳清理加工为研究对象，提出了采用磨料刷恒压力抛光清理涡轮轴内壁积碳的方法，设计涡轮轴内壁积碳清理加工设备。建立了恒压力抛光数学模型，并确定抛光杆X向进给量的补偿量wx的挠度方程。通过计算仿真得到抛光压力F=60N的补偿量曲线，结果表明，抛光杆在悬伸量l=300mm处的X向进给量的补偿量wx1=0．0119mm，l=1615mm处的X向进给量的补偿量为wx2=0．5407mm。

［参考文献］

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［9］朱福康，刘毅，董航，等．直角坐标机器人悬臂结构优化设计与分析［J］．组合机床与自动化加工技术，2017(7):60－63．

X光范文篇4

关键词：瓷砖室内设计住宅装修

一、釉面砖

1、顾名思义，釉面砖就是砖的表面经过烧釉处理的砖。它基于原材料的分别，可分为两种：

1）陶制釉面砖，即由陶土烧制而成，吸水率较高，强度相对较低。其主要特征是背面颜色为红色。

2）瓷制釉面砖，即由瓷土烧制而成，吸水率较低，强度相对较高。其主要特征是背面颜色是灰白色。

要注意的是，上面所说的吸水率和强度的比较都是相对的，目前也有一些陶制釉面砖的吸水率和强度比瓷制釉面砖好的。

2、釉面砖的釉面根据光泽的不同，还可以分为下面两种：

1）亮光釉面砖。适合于制造"干净"的效果。

2）哑光釉面砖。适合于制造"时尚"的效果。

3、常见问题

釉面砖是装修中最常见的砖种，由于色彩图案丰富，而且防污能力强，被广泛使用于墙面和地面之中，常见的质量问题主要有两方面：

1）龟裂

龟裂产生的根本原因是坯与釉层间的应力超出了坯釉间的热膨胀系数之差。当釉面比坯的热膨胀系数大，冷却时釉的收缩大于坯体，釉会受拉伸应力，当拉伸应力大于釉层所能承受的极限强度时，就会产生龟裂现象。

2）背渗

不管那一种砖，吸水都是自然的，但当坯体密度过于疏松时，就不仅是吸水的问题了，而是渗水泥的问题。即水泥的污水会渗透到表面。

4、常用规格

正方形釉面砖有152×152mm、200×200mm、长方形釉面砖有152×200mm、200×300mm等，常用的釉面砖厚度5mm及6mm.

二、通体砖

通体砖的表面不上釉，而且正面和反面的材质和色泽一致，因此得名。

通体砖是一种耐磨砖，虽然现在还有渗花通体砖等品种，但相对来说，其花色比不上釉面砖。由于目前的室内设计越来越倾向于素色设计，所以通体砖也越来越成为一种时尚，被广泛使用于厅堂、过道和室外走道等装修项目的地面，一般较少会使用于墙面，而多数的防滑砖都属于通体砖。

通体砖常有的规格有300x300mm、400x400mm、500x500mm、600x600mm、800x800mm等等。

三、抛光砖

抛光砖就是通体坯体的表面经过打磨而成的一种光亮的砖种。抛光砖属于通体砖的一种。相对于通体砖的平面粗糙而言，抛光砖就要光洁多了。抛光砖性质坚硬耐磨，适合在除洗手间、厨房和室内环境以外的多数室内空间中使用。在运用渗花技术的基础上，抛光砖可以做出各种仿石、仿木效果。

也许是业内的大意，也许是业内的故意，抛光砖却留下了一个致命的缺点：易脏。这是抛光砖在抛光时留下的凹凸气孔造成的，这些气孔会藏污纳垢，以致抛光砖谈污色变，甚至一些茶水倒在抛光砖上都回天无力。

也许大家意识到这点，在后来一些质量好的抛光砖在出厂时都加了一层防污层，但这层防污层又使抛光砖失去了通体砖的效果。如果要继续通体，就只好继续刷防污层了。装修界也有在施工前打上水蜡以防粘污的做法。

抛光砖的常用规划是400x400mm、500x500mm、600x600mm、800x800mm、900x900mm、1000x1000mm.

四、玻化砖

为了解决抛光砖出现的易脏问题，市面上又出现了一种叫玻化砖的品种。玻化砖其实就是全瓷砖。其表面光洁但又不需要抛光，所以不存在抛光气孔的问题。

玻化砖是一种强化的抛光砖，它采用高温烧制而成。质地比抛光砖更硬更耐磨。毫无疑问，它的价格也同样更高。

玻化砖主要是地面砖，常用规划是400x400mm、500x500mm、600x600mm、800x800mm、900x900mm、1000x1000mm.

五、马赛克

马赛克（Mosaic）是一种特殊存在方式的砖，它一般由数十块小块的砖组成一个相对的大砖。它以小巧玲珑、色彩斑斓被广泛使用于室内小面积地墙面和室外大小幅墙面和地面。它主要分为：

1、陶瓷马赛克。是最传统的一种马赛克，以小巧玲珑著称，但较为单调，档次较低。

2、大理石马赛克。是中期发展的一种马赛克品种，丰富多彩，但其耐酸碱性差、防水性能不好，所以市场反映并不是很好。

3、玻璃马赛克。玻璃的色彩斑斓给马赛克带来蓬勃生机。它依据玻璃的品种不同，又分为多种小品种：

1）熔融玻璃马赛克。以硅酸盐等为主要原料，在高温下熔化成型并呈乳浊或半乳浊状，内含少量气泡和未熔颗粒的玻璃马赛克。

2）烧结玻璃马赛克。以玻璃粉为主要原料，加入适量粘结剂等压制成一定规格尺寸的生坯；在一定温度下烧结而成的玻璃马赛克。

3）金星玻璃马赛克。内含少量气泡和一定量的金属结晶颗粒，具有明显遇光闪烁的玻璃马赛克。

4、常用规格

马赛克常用规格有20×20mm、25×25mm、30×30mm，厚度依次在4mm-4.3mm之间。

市面上还有其他五花八门的砖的名称，但不管其叫法如何乱法，基本上都可以划入上述的品种之一种。

下面介绍一下砖的选择：

瓷砖的选择，除了颜色依你喜欢的外，其他的必须用科学态度去决择。

X光范文篇5

关键字：干涉、成像、分离、变场

19世纪的扬氏干涉实验对后世的物理学影响极大，至今它仍是物理学中的一个基础实验。对于扬氏干涉实验，人们一直是将双相干光投射到相干区内，以观察干涉的明暗条纹。我们普遍认为(1)式成立。

(1)

式中：和是单缝场。

和是双缝场。

(2-1)

(2-2)

参见图一。请参考有关资料。

实际上，我们并没有什么理由认为(2)成立，而将(2)的成立认为是“默认的、应该的”。

现在，我们将这个实验加以引申，采用成像的方法，即采用光束“分－合－分”的方法，将相干区内的相干光分离成像，并观察干涉光分离后的成像位置和能量分布状况。作者从实验的结果中，得出了一些新现象。

一、扬氏干涉中的场分布

扬氏干涉如图一中(a)。按照光的波动说：缝光源A和B在空间中传播的电磁场分布值，不会随光源A或B的存在与否而变化，即从A和B所发出的光波在整个光路传播过程中是相互独立的。这样，单缝场和被认为与双缝场和是相同的，如图一中(b)和(c)。参见(1)式。

图二干涉光的成像分离

我们在干涉区后增加一个正透镜，用于对逢AB进行成像，如图二。这样单缝成像和双缝成像的像A`或B`位置和能量分布是不变的。它们分别由和决定，也可以说由和决定。

但是，在实际中，像A`或B`的特性是变化的，(1)式并不成立，即：

(3)

式中：，

由于这种在干涉区内的电磁场分布发生了变化，导致像位置和能量分布是变化的，我们不妨将这种现象称之为“变场”。这种变化量有多大？下面的干涉光源的成像实验可以证明这种现象的存在。

在论述光学系统中干涉光源的成像问题之前，我们先回顾一下目前有关光学理论的成像原理。

二、物光源在共轴球面系统中的成像规律

图三双缝光源A和B成像光学图

Ÿ物体或像箭头由纸面向上ª物体或像箭头向纸面里

按高斯光学，物空间中的一个点、一条直线或平面经光学系统后，在像空间中有其一一对应的点、线或面存在。例如，有缝光源A、B和正透镜L组成一个成像光学系统，L的焦距为f[正透镜为圆形，在空气介质中]，物、像距离正透镜L的物、像方主平面K和K’分别为u和v，如图三。

在图三中，缝A、B对称垂直于主光轴Z，但不与主光轴Z相交，且偏离主光轴Z都为d。定义AB缝所在平面为Q面。我们在Q面上建立x-y坐标系，y轴平行于光缝，x轴方向向纸外且垂直于主光轴Z，其坐标原点在主光轴Z与Q面的交点上，如图三中(a)。

在距正透镜主平面K前(左侧)s处取一平面P，P面与主光轴Z垂直，则P面到Q面的间距为。在P面上建立x-y坐标系，如图三中(b)，图中x轴方向向纸外，y轴平行于AB缝，并且方向相同，其原点在主光轴Z上。

同样，在像平面R上建立x-y坐标系，如图三中(c)。

按照几何光学来说：不论双缝光源A和B是相干光或非相干光，它们在像空间中所成像的特性[像位置和像的能量分布]不变，这是由光线传播过程中的三个基本定理决定的：直线传播定理、独立传播定理、反射和折射定理。另一方面，按照光的波动说：缝光源A和B在物空间和像空间中传播的电磁场分布值，不会随光源A和B的相干性与否而变化，即从A和B所发出的光波在整个光路传播过程中是相互独立的，在空间任意一点的总场值是两者之和。设p(x,y)为P平面上任意一点，如图三中(b)。定义它们的各自波动方程为：

A缝光源在p(x,y)点的波动方程：(4)

B缝光源在p(x,y)点的波动方程：(5)

波函数EA(t)经正透镜L后，会在像空间的成像平面R上的xA处成倒像A’，像A’的特性只与(4)式有关，而与(5)式无关，如图三中(c)；同样波函数EB(t)在像空间R平面上的xB处成倒像B’，像B’的特性只与(5)式有关，而与(4)式无关。重申：(4)式和(5)式描述的场分布是相互独立的。

那么，在P面上的相干光EA和EB的相位差δ为：

(6)

式中：Δ是光程差

图四QPR平面上的光源图、干涉图和成像图

当我们在P面上加入光阑，并限制部分EA和EB的能量通过后，EA和EB同样会在像空间内的R平面上xA、xB处成倒像A’和B’，这是由于光在传播过程中的独立性所决定的。

我们可以画出在Q面上AB缝光源的位置，如图四中(a)。

图中：w为A和B的缝宽

h为A和B的缝高

2d为AB双缝内边间距，2d的中心在x-y坐标系的原点上

假设AB缝在P面的干涉条纹如图四中(b)。

图中：Dx为相邻干涉极大值或极小值的间距

Dy为单亮纹或暗纹的高度

光阑的宽度为a，高度为b

我们可以画出相干光缝AB在P面x轴上的电磁场功率密度分布图，如图五中(a)。在图中，画出了Dx和光阑的宽边位置。

图五P平面上的电磁场强度分布图

在光阑的b＞Dy和a＞nDx（n是可观测干涉条纹个数。在图四中，我们取n=5）的条件下，AB对应的成像图如图四中(c)。

图中：W为像A’和B’的像宽

H为像A’和B’的像高

xA和xB为像A’的左边位置和B’的右边位置

2D为双像A’B’的内边间距，

图六单逢A的QPR面上亮暗条纹图

由于电磁场EA[或EB]在传播过程中的独立性，见(4)式[或(5)式]。因此，当我们遮挡缝B时，缝A在Q面、P面和R面的条纹如图六中的(a)、(b)和(c)。我们在P面上会观测到缝A对应的连续光带。

当我们遮挡缝A时，缝B在Q面、P面和R面的条纹类似如图六中的(a)、(b)和(c)。

图七窄光阑时，QPR平面上的光源图、干涉图和成像图

那么，当我们减小光阑的宽度a=nDx[在这里，我们取n=3]，并使a>>λ(光波长)，而高度b不变时，双缝AB的干涉QPR图的结果如图七。由于光阑的作用，光阑与R面组成一个相当于夫琅和费单缝衍射。这样，单缝A或B在R面上各自的光纹宽度为：

(7)

式中：W是成像光条A’(或B’)两边的光强零值到零值的宽度

λ是光波波长，对应的角频率为ω

a是光阑的宽度

w是缝A(或B)的缝宽

u和v分别是Q面到主平面K和R面到主平面K’的距离

(7)式说明：在有光阑存在时，在R面上衍射成像条纹的宽度要大于无光阑时的成像条纹宽度。如图七中(c)所示。

在单缝A或B成像情况下，其结果与图六类似，不再画出，只是像A’和B’条纹的宽度增加了，如(7)式。我们可以画出相干光缝AB在P面x轴上的电磁场强度图，如图五中(b)。注意：我们可以选择适当的f、a、v和u值，使成像条纹A’和B’不相重合，即，使光阑的宽度a和像A’B’的间距2D足够大，让像A’的光强主极大值对像B’无影响，反之依然。在下面的讨论中，都满足以上条件，我们忽略光强的次极部分，而不再考虑它们的相互影响。这样，不论是单缝成像或双缝成像，我们都有如下的结论：

像A’的场分布值域范围都为：(8-1)

像B’的场分布值域范围都为：(8-2)

为固定不变域。

三、干涉光在窄光阑成像中的悖论

上面是从目前的理论框架下得出的结论。现在，我们可以从理论上推导出一个悖论。

在P面上，我们在习惯上只关心光强度的相对值，因此将同一介质中描述电磁场的系数略去。单缝A和B在P面x轴上的光辐照度(光强)和为：

(非相干情况下)

式中：AP是逢光源投射在P面上的振幅[在近轴Z情况下]

图八功率密度和功率图

光强IS代表逢光源A和B发射出的总功率之和，如图八中(a)。我们只求单缝A和B投射在P面[0,x]之间的光功率之和为：

(9)

式中：S是积分面积，。

ES如图八中(b)。如果A和B缝在R面成像，则(9)式也是R面上像A’B’的功率和。当x=L时，(9)式变为：

(14)

在另一种情况下──在双缝干涉情况下，干涉光在P面x轴上的光强为：

(相干情况下)(11)

式中：，见(6)式。由于，，我们有：

式中：是P面与Q面之间的距离

2d是缝AB间距

λ是相干光的波长

那么，(11)式变为：

光强ID如图八中(a)。当ID=IS时，可以解得。我们求相干光在[0,x]之间的功率之和为：

(12)

式中：S是积分面积，。

图九功率比值与功率总和

ED如图八中(b)。那么，我们取(12)式与(9)式之比为：

(13)

我们将B与x之间的关系绘于图九中(a)。我们有；

上式说明：以L为周期，相干与非相干光在[n,(n+1)L]区段内的功率积分是相等的(n∈整数)。

图十

如果场EA(t)和EB(t)在空间中的传播是独立的，即不随单缝或双缝的成像条件变化而改变，那么，取光阑缝的位置为，其中：成立，如图十。我们可以求得对应光功率成像在R面上之和为：

(14)

式中：是P面光阑区的积分面积，。

即在R面上的像功率和等同于电磁场分别穿过P面光阑所对应分量的功率和，(14)式既适用于单缝成像，也适用于双缝成像的条件。这样，在双缝干涉成像，并取光阑的位置取为时，我们计算在P面上之间的功率与像A’B’的功率和为：

(15)

将E(x)画于图九中(b)。那么，当我们考察的时，有：

(16)

我们会得到这样的结论：当光阑缝取为，即时，能量E(x)将最大限度地大于由AB缝发出的总能量之和ESL，能量有“超生”现象！其超出的功率如图九中(b)的阴影部分。同样地，当我们取光阑缝为时，会得出能量“隐含”的现象！但是，实际情况并非如此，这是一个悖论！问题出在哪？

那么，我们以实验来测量(8)式的结果，以判断像A’B’的域值范围。

四、干涉光的窄光阑成像实验

图十一激光器Las和Q面上的档片

我们用实验来观测上面的结论，可以得到一个新现象。在双缝平面Q上的左侧沿中轴Z放置一个激光器Las，其光束的发散角近似为零，波长为λ=750nm。我们在Q面上安装一个档片，它可以在Q面上沿x方向左右移动，以遮挡缝A或B，可以完成单缝或双缝成像的选择，如图十一。我们在干涉面P上取部分光阑的透光区进行成像。我们在成像面R上沿x轴上放置一个线阵ICCD接收单元，以测量倒像A’和B’在x轴向上的位置和能量分布状况。实验条件：

u是物方距离，u=131.1cm

v是像方距离，v=233.5cm

w是A和B的缝宽，w=0.1mm

f是正透镜的焦距，f=1.0m

h和H分别是缝AB的高度和像高度，h=1.0mm，H=4~5mm

d和D分别是缝AB物体和像偏离主光轴Z的距离，2d=0.7~0.8mm，2D=1.5~2.0mm

Dx为干涉面上相邻极大值或极小值的间距，Dx=1.1mm

实验测量的结果如下：

X光范文篇6

宠物DR又称宠物数字X光机。购买宠物DR是一个较大的投资决定。如何选择最适合的宠物DR，其实并不简单。大家对宠物DR的了解，大部分来源于厂家宣传或口口相传，其中有不少误区。

本文的目的就是要让读者在读完此文后，能够了解宠物DR是由哪些基本核心部件构成的。在选择宠物DR时，读者能够看关键的东西，进而找到自己心仪的宠物DR。

宠物DR由下列的五大主要部件组成：

（1）数字X光探测器，可将穿过人体或宠物身体的X光变为数字影像

（2）高压发生器，可为发射X光的球管提供超高电压的电能

（3）球管，可以将高压发生器的超高电压的电能转换为X光

（4）机架，可将检查床，数字X光探测器和球管连接在一起工作的装置

（5）宠物专用的DR工作站软件，可做影像显示，存储，传输，打印，阅片的软件

要选择适合自己需求的宠物DR，必须从这5大部件入手。笔者希望能够通过对每个部件的分析，给出如何来选择适合自己需求的宠物DR的实用建议。

为了节省时间，读者可以只阅读结论。如果读者想知道得出结论的分析，请阅读分析部分。

2.结论

选择合适的宠物DR，牵涉到部件，整机，厂家和保修的方方面面。读者能够从下列的多个维度来判断和分析，找到心仪的高性价比的宠物DR。

1.探测器

（1）非晶硅平板探测器是首选，非晶硒探测器较易损坏，而CCD和CR即将被淘汰

（2）如果不做移动拍摄，固定的17×17寸的平板探测器是好选择；否则，可选用移动平板

（3）平板探测器的像素尺寸在130-160微米之间均可，像素尺寸适中即可，绝非越小越好

（4）不要迷信廉价低端进口平板，国产平板的性能一点都不差，但服务维修更及时

2.高压发生器

（5）如果你的宠物医院已经有3相380伏的供电，50千瓦的3相高压发生器是好的选择

（6）在没有3相380伏的供电的条件下，20千瓦左右的单相高压发生器是不错的选择

（7）当你需要做移动拍摄时，可选择较大功率的组合机头

3.球管

（8）尽量选用旋转阳极球管，这类球管比固定阳极球管功率更大，寿命更长

（9）拍片频率高时，应使用大热容量球管；一般宠物医院用100-200KHU容量球管就够了

（10）美日进口的旋转阳极球管比国产的噪声更低，剂量更准，图像更好，寿命更长

4.机架

（11）尽量选用使用4向悬浮床的机架，这会给拍片带来不少便捷

（12）可以改变拍摄工作距的机架益处不大，固定工作距的机架其实更加实用牢靠

5.宠物DR专用的工作站软件

（13）首选正版的原厂提供的宠物DR专用工作站软件

（14）宠物DR专用工作站软件应该符合DICOM3.0的国际标准，可连接PACS

（15）如果要第三方宠物DR专用软件，请确认是正版软件

6.整机

（16）选择自己够用，短期内不会被淘汰的性价比高的整机

（17）在性价比高的前提下，尽量选择保修时间较长的整机

（18）尽量选择部件和整机为同一生产厂家的整机，以确保整机的综合性能和快捷售后

7.厂家

（19）选择有较强的核心部件研发，整机开发和维护能力的厂家

（20）选择派原厂装机工程师前来装机和培训的厂家

（21）推荐选择整机生产厂家购买，也可选择正规授权的经销商，确保整机的品质和售后服务

3.分析

1.数字X光探测器

数字X光探测器是用来探测X光的。数字X光探测器能够将通过动物身体部位X光转换成数字影像。常见的数字X光探测器有以下三种：

（1）平板探测器

（2）CCD探测器

（3）CR探测器（又称IP板）

其中，平板探测器的量子转换效率最高，在相同的剂量下，平板探测器的图像质量最佳。CCD探测器的量子转换效率相对较低，CCD图像质量一般。CR探测器实际上是一款从胶片到数字X光探测器的过渡产品，需要先用IP板成像，然后再将IP的信号数字化。CR工作效率低，而且IP板容易有划痕。平板探测器目前已经成为宠物DR的最佳选择。

数字X光探测器的像素并非越多越好，像素也并非越小越好。例如，不少CCD探测器有一千六百万像素，而一般的平板探测器只有九百万像素。但是只有九百万像素的平板探测器比有一千六百万像素CCD探测器要贵很多也好很多。同理，数字X光探测器也不是像素越小就越好。市场上的平板探测器的空间分辨率一般会在每毫米3.4至3.7个线对之间。平板探测器的空间分辨率高并不代表它能够看到更加精细的结构。因为空间分辨率高，即像素越小的探测器，在同等剂量的情况下，其密度分辨率会比较差，信噪比也会比较低。因此，我们一般认为平板探测器的像素应该在130-160微米之间比较合适。

此外，请不要迷信进口平板探测器。进口的平板探测器中，只有为数不多的几款高价的探测器做得比较好。我国这几年研发和生产能力在很多领域均取得了突飞猛进的发展，国产平板探测器比众多低端的进口平板探测器的性能更佳或者类似，但是保修服务更好更便捷。

平板探测器一般还有非晶硅和非晶硒两种。非晶硅平板探测器比较不容易坏，对环境温度的要求也比较低。环境温度太高或太低都会导致非晶硒平板探测器不可逆的损坏。因为非晶硅平板探测器能够完全满足动物医学影像的需求，而且不容易损坏，寿命更长，是目前最主流的选择。

平板探测器还有固定的，和移动的平板探测器。移动平板探测器一般尺寸较小（17×14英寸），方便拿来拿去，但是容易被盗或摔坏。固定的平板探测器一般尺寸较大（17×17英寸），能够满足各类常见宠物的成像需求，是宠物医院的最常见的选择。

2.高压发生器

高压发生器是为X光球管提供动力源的设备。通常高压发生器需要为X光球管提供5万到11万伏特的高电压，X光球管才能发出适合成像诊断的X光。

高压发生器从工作频率来区分，一般分低频，高频，超高频高压发生器。低频的高压发生器实现起来比较简单，成本很低。只有最老式的胶片X光机还在使用低频高压发生器。数字X光机使用的几乎都是高频和超高频高压发生器。高频高压发生器的逆变频率大概在20Khz到50Khz之间，而超高频高压发生器的逆变频率在100hz到400Khz之间。逆变频率越高，高压发生器输出的电压的波动就小，因此输出的电压就越精准。

高压发生器从对输入电压的要求来分，有3相380伏特和单相220伏特的高压发生器。大部分宠物医院只有单相220伏特民用供电。因此，如果读者想购买的宠物DR用的是3相380伏特的高压发生器，请先确定宠物医院是否已经接入了3相380伏特的特殊供电。接入3相380伏特的特殊供电的价格不菲。

高压发生器从储能方面来分，可分为储能型和非储能型高压发生器。为了避免高昂的3相380伏特的特殊供电的接入价格，市场上也有储能型高压发生器。储能型高压发生器可以使用普通的单相220伏特的民用电。但是它的制造比较复杂，成本高，其价格比非储能的高压发生器贵不少。

一般来说，高压发生器的输出功率在一定的范围内确实是越高越好。高压发生器的输出功率越大，曝光时间可以越短，因此可以大大减少运动伪影。运动伪影是由于在X光曝光过程中，被拍摄物体有了运动或移动，导致图像中出现拖影或模糊的现象。使用20千瓦的高压发生器的曝光时间比5千瓦的高压发生器的曝光速度快四倍，可以大大减少运动伪影。

高压发生器从形态来分有两种，即独立式和组合机头式高压发生器。宠物DR中使用的组合机头的体积较小，功率也比较低。组合机头的优点是体积小重量轻成本低。但其缺点也是功率小或太小，容易导致图像运动伪影。独立式高压发生器的优势是功率大，性能好，不容易有图像运动伪影。缺点是体积大，价格高。

在实际宠物拍片的应用中，20千瓦左右的高压发生器基本上可以满足常见的大狗小猫的无运动伪影的拍摄。太低的高压发生器的输出功率，如小于5千瓦，基本上不应该使用。常见的组合机头的输出功率一般在在5千瓦和15千瓦之间，在拍摄中大型的狗时，容易产生运动伪影。

3.球管

球管是可以将高压发生器提供的超高电压的电能转换为X光的装置。

球管可以从输出功率来区分。功率大的球管能够在剂量不变的条件下，完成曝光时间较短的拍摄，图像不容易因为运动而模糊。因此，使用功率大的球管能够有效减少甚至清除运动伪影。但是球管功率应该和高压发生器的功率相匹配。

球管还可以从阳极的形式来区分。固定阳极球管只在很小功率时使用。功率大的球管一般都会使用旋转阳极球管。旋转阳极球管的优点很多，功率大，热容量大，散热快，寿命长。固定阳极球管的优点就是成本低，体积小。其缺点是功率小，热容量小，散热慢，寿命较短。组合机头一般多使用小功率的固定阳极球管。如果宠物医院不需要做移动拍摄，例如带着移动X光机去马场拍图，使用旋转阳极球管的宠物DR是好的选择。

球管还可以从热容量来区分。固定阳极球管的热容量一般都很小，而旋转阳极球管的热容量一般就要大很多。一般宠物DR的热容量一般在100KHU到200KHU之间就可以完全满足日常的宠物拍片需求了。

4.机架

宠物DR的机架是指将检查床，数字X光探测器和球管连接在一起工作的装置。

宠物DR的机架中的检查床主要有固定式的，和四向悬浮式的。固定式的检查床无法移动床位，医生需要移动宠物本身，才能调整拍摄体位。四向悬浮式的检查床方便床面朝着前后左右四个方向移动，让医生能够轻松调整拍摄体位。配有四向悬浮式的检查床的宠物DR是上佳选择。

宠物DR的机架中的球管到探测器的距离又称工作距。绝大部分的宠物DR的机架采用固定的工作距，因为它完全能够满足拍片需求，而且比较牢靠，不易损坏。

5.宠物DR专用的工作站软件

宠物DR专用的工作站软件是宠物DR非常重要的部件。宠物DR专用软件的价格可能比普通的宠物DR的机架还要贵，值得重视。

宠物DR软件最好是宠物专用的。宠物DR专用的工作站软件集成了各类宠物各个常见部位的拍片的推荐剂量，这个对减少废片量，提高图像质量，降低宠物的无谓的放射剂量十分重要。

宠物DR专用的工作站软件最好要符合DICOM3.0的国际标准，可连接PACS。如果宠物医院将来会发展成连锁的，或将来要搞远程诊断，以及和别的宠物医院搞学术交流，就必须符合DICOM3.0。

在选择宠物DR时，请最好选择那些能够提供原厂研发的宠物DR专用的工作站软件的生产厂家，确保宠物DR专用软件和宠物DR本身的配套性和统一性。如果一旦宠物DR硬件或宠物DR专用软件出现异常时，找原厂解决问题即可，没有硬件厂家和软件厂家互相推诿责任的烦恼。

如果你喜欢使用第三方宠物DR专用软件，也必须让宠物DR厂家或供应商提供正版的证明，确保软件是正版的。有些不良经销商或厂家为节约成本可能会给你购买的宠物DR配上盗版的软件。但是盗版软件随时都有可能出问题。更有甚者，不少盗版软件会被植入病毒和木马，带来不必要的烦恼！

6.整机

整机虽然由主要部件来构成，但绝对不是由主要部件拼拼凑凑起来的。整机需要选用匹配度高的部件，并做好精细的整机联调的工作，才能有好的性能，长期的稳定性，和优良的图像质量。

整机的选择还需要考虑性价比。读者需要能够分清什么是有效的有意义的需求，什么是伪需求，然后去伪存真。请选择自己够用的产品。

在选择性价比高的整机的前提下，再选择保修时间较长的整机。

7.厂家

目前国内宠物DR的生产厂家有几十家。不少国内宠物DR的生产厂家没有任何核心技术，为纯粹的组装工厂。宠物DR的核心技术主要集中在，探测器，高压发生器，和宠物DR专用软件。判断一家公司是不是组装工厂只要看该公司有没有自主研发任何一项或几项宠物DR的核心技术即可。研发的核心技术越多，公司的技术能力和维修能力就越强。

为什么组装工厂和选择合适的宠物DR有重要的关系？因为厂家的选择和你的宠物DR的售后服务和维修息息相关：

（1）想赚快钱的纯粹的组装工厂有一个特点，那就是快进快出，没有能力技术或资金来做长期的研发投资。组装工厂很可能没有自己的研发或维修团队。如果机器出了问题，不管是否在保修期内，都会很麻烦。

（2）如果有些宠物DR的公司愿意自主研发核心技术，这些公司一般不会是急功近利的公司。这类公司会有自己的研发和维修团队。这类公司一般会派原厂的工程师来装机和培训。售后服务也会比较及时。

（3）请尽量选择宠物DR的整机生产厂家或正规授权的经销商购买。尤其是那些拥有宠物DR核心部件自主研发技术的厂家，基本上是准备长期为宠物DR市场提供设备和服务的，这样的厂家提供的质保相对值得信赖。

X光范文篇7

关键词:Python，OpenCV

数据库，Mask方法，航空影像，匀光随着我国城市化进程的发展与地理信息技术的不断进步，在城市建设、土地规划、农林检测、生活生产等各个领域对航空影像的现势性及实用性的要求越来越高。像片照度作为判读地物的关键参数，应在航空影像获取后第一时间进行检查与处理。在现有航空摄影工作中，通常因为影像获取时间、天气状况、地表反射情况或其他相关因素影响，极易出现单幅影像内部、区域范围内多幅影像色彩、照度不平衡情况［1］，影响后续航空影像的内业处理(如影像分类解译、数字正射影像图制作、三维模型构建等)［2］。由于目前航空摄影工作普遍存在单张影像像幅大、像片数量多等特点，因而解决大量影像的批量快速匀光成为航空影像预处理的重要内容。本研究选取目前单张像片匀光中最常用的Mask方法，通过探讨其匀光原理与流程，基于Python语言简单高效且扩展能力强的特点，结合第三方数据库OpenCV在图像分析与处理方面的强大功能模拟实现利用Mask方法对航空像片匀光的批量快速处理，为大量航空影像的快速匀光处理提供了新的解决方案。

1Python语言

Python语言是一种解释型计算机程序脚本语言，由GuidovanRossum在1991年创造［3］。相对于其他计算机语言，Python语句结构简单、语法定义明确、代码定义清晰，便于学习、阅读和维护;因为开放源代码，Python具有丰富且强大的第三方库，在Linux，Windows等平台上兼容性都较好;Python既支持面向过程的编程也支持面向对象的编程。在“面向过程”的语言中，程序是由过程或仅仅是可重用代码的函数构建起来的。在“面向对象”的语言中，程序是由数据和功能组合而成的对象构建起来的。与其他主要的语言相比，Python以一种非常强大又简单的方式实现面向对象编程。基于以上特点与优势，Python目前在图像解译、科学计算、数据挖掘、人工智能等众多领域应用广泛［4］。

2OpenCV数据库

OpenCV(OpenSourceComputerVisionLibrary)于1999年由GaryBradsky在英特尔创立，是一个基于开源发行的跨平台计算机视觉库，第一个版本于2000年问世，目前已可以运行在Linux，Windows，Android和MacOS操作系统上。它由一系列C函数和少量C++类构成，具有C++，Python，Java和MATLAB接口，有超过500种算法和大约10倍组成或支持这些算法的函数。OpenCV实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法，已成为计算机视觉领域最有力的研究工具［5］。OpenCV由cv(核心函数库)、cvaux(辅助函数库)、cxcore(数据结构与线性代数库)、highgui(GUI函数库)、ml(机器学习函数库)等模块构成，主要用于解决图像数据操作、图像/视频的输入输出、矩阵/向量数据操作及线性代数运算、基本图像处理、结构分析、目标识别、图像标注等功能。

3Mask匀光算法

Mask匀光法是基于传统光学像片的晒印方法而提出的［6］。其原理是选择一张称为Mask的密度或色彩随位置缓慢变化的模糊的透明薄膜作为正片［7］，与原始像片(称为负片)按轮廓线叠加进行晒像获得一张色彩密度较为均匀的像片，随后进行晒印以增强像片总体反差。Mask匀光法的特点是消减影像中的大反差而增强影像中的小反差，从而使整张影像照度与色彩趋于一致［8］。Mask匀光法常用于单幅影像的匀光处理，具有较强的适应性，是目前应用最多的匀光方法。Mask匀光法的数学模型可表示为:I'(x，y)=Ist(x，y)+Ibg(x，y)(1)其中，I'(x，y)为原始影像;Ist(x，y)为照度均匀的理想影像;Ibg(x，y)为背景影像。通常根据Mask匀光法获取亮度均匀的理想影像的方法是将原始影像采用高斯低通滤波方法过滤掉其中的高频分量即原始影像中亮度变化较为强烈的部分得到背景影像，两者相减获得剔除了高频信息的光照分布均匀的图像，同时为了保证图像细节不丢失且匀光前后图像亮度的一致性［9］，将上面模型进行如下修改:Ist(x，y)=I'(x，y)－I'(x，y)×G(x，y)+offset(2)其中，G(x，y)为高斯低通滤波器;offset为原始影像灰度均值的偏移量。

4航空影像进行匀光处理试验分析

4．1数据分析

试验数据为山东省某县级市地面分辨率为15cm的·741·第47卷第13期2021年7月山西建筑SHANXIARCHITECTUREVol．47No．13Jul．2021SWDC-4航摄仪获取的影像共1000张，其单张像幅为970Mb，航摄期间，摄区天气良好、飞行稳定、航摄仪工作正常。但由于航摄区域有大量易反光地物如建成建筑、河流等，因而存在大量的楼顶及水体反光问题需进行匀光处理。

4．2应用原理

利用Mask方法进行匀光处理的关键是获取背景影像［10］。背景影像由原始影像经高斯低通滤波获取。由于背景影像为一张亮度随位置变化的灰度图，对影像地物细节的要求并不高，为提高处理速度，可对原始影像进行重采样降低分辨率作为制作背景影像的模板;针对高斯低通滤波器在图像频率谱中的良好应用效果，需要对重采样影像进行傅里叶变换，获得影像在频率域中的高斯低通滤波表达形式H(μ，υ)=e－D2(μ，v)/2σ2，其中，D(μ，v)为频率域原点到点(μ，v)的距离;σ为高斯模糊半径，决定了高斯低通滤波器的匀光强度。对滤波后的影像频率谱进行傅里叶逆变换得到空间域影像;根据原始影像尺寸对经过低通滤波的低分辨率影像进行重采样获得与原始影像可叠加的背景影像，将原始影像与背景影像进行相减处理，并加上原始影像灰度均值偏移量保证影像细节即得到最终的匀光后影像。其处理流程如图1所示。

4．3功能实现

利用Python语言的便捷高效特点及OpenCV库对图像强大的分析处理功能，可以将Mask匀光法批量应用于影像的快速匀光处理，以下提供了部分关键步骤的核心代码:1)影像重采样功能。Img_0001=cv2．imread(r"D:\TestData\Img0001．tif"，0)Img_0001=cv2．resize(Img0001，(int(y/2)，int(x/2)))通过OpenCV库的cv2．resize()函数可以实现图像不同程度的重采样功能。2)影像傅里叶变换。Img_f0001=cv2．imread(r"D:\TestData\Img0001．tif"，0)dft=cv2．dft(np．float32(Img_f0001)，flags=cv2．DFT_COMPLEX_OUTPUT)dft_shift=numpy．fft．fftshift(dft)OpenCV库中的cv2．dft()方法接受一个灰度格式的图像参数，对其进行频谱转换，输出一个0频率在图像左上角的频谱数组，为方便滤波分析，利用numpy模块的fftshift()函数将其0频率转换到影像中心位置。3)高斯低通滤波。rows，cols=Img_f0001．shapecrow，ccol=int(rows/2)，int(cols/2)mask=numpy．zeros((rows，cols，2)，numpy．uint8)mask［crow－20:crow+20，ccol－20:ccol+20］=1f=dft_shift*mask设置一个参数名mask的滤波器，并通过调整滤波器的尺度确定其匀光效果，最终获取滤波后的影像频谱数组。4)傅里叶逆变换。ishift=numpy．fft．ifftshift(f)iimg=cv2．idft(ishift)类似于傅里叶变换，numpy模块提供了iffshift()函数，OpenCV库提供了cv2．idft()函数实现了影像频谱的傅里叶逆变换。

4．4处理效果及评价

1)批量处理速度。为保证对大量航空影像进行批量匀光处理的计算效率，应保证计算机硬件的配置要求，试验选取计算机硬件为Inter(R)Core(TM)i7-4790k处理器，32GB内存，2TB机械硬盘的处理平台，通过对1000张影像进行批量匀光处理，总计用时约160min，单张处理时间约为10s，相对于利用传统图片处理软件进行单张影像匀光所需20s～40s，整体效率提升了2倍～4倍。2)匀光效果。选择实验数据中的一张原始影像及匀光后影像进行比较，如图2所示。从目视效果看，图2a)原始影像中由于拍摄时的光照条件及相机参数设置等原因，水体呈现曝光过度状态，亮度较高且与周边的农用地反差较大，不利于后期影像的制作与使用;图2b)是应用Mask方法制作的该幅影像的背景影像，可以看到在水体部分明显的高亮，村庄处白色屋顶反光较强也存在相对高亮;图2c)为匀光处理后的影像，可见水体亮度明显被减弱，水体细节得到了加强，与周边地物的关系更加协调。进一步将原始影像与匀光后影像进行亮度统计分析得到表1。通过对影像进行分块量化分析发现，匀光后影像的总体亮度和亮度的离散值较原始影像均有下降，这主要是由该幅影像的下部1/3即水体部分进行了大幅的匀光，其他色彩较好区域并未对照度进行过多干预，匀光尺度与影像的适应性较好;各部分平均梯度在匀光前后变化量少，说明背景影像经过两次重采样并未对原始影像细节造成影响，高亮区域或阴暗区域的匀光在一定程度上也会增加影像的细节表现。综合看来影像总体匀光效果理想。

5结语

针对航空影像数据量日益增大的问题，本文基于Mask匀光原理，使用Python语言设计了一种批量快速匀光算法。经过实验与分析，发现该算法具有以下优点:1)处理速度快。相较于单张处理效率，批量处理能够基于脚本方式完成匀色，效率可提升2倍～4倍。2)匀光效果好。该算法能够自动识别航空影像亮度的离散程度，重点计算过亮或过暗区域的曝光度，不会对亮度和色彩较为理想的区域造成过多的干扰。3)使用成本低、程序开发易。当前基于Python语言和OpenCV数据库的开放性资源较多，读者可以根据本文的思想和方法，灵活设计适合自己需求的算法。上述优点表明本文设计的算法适用于大批量航空影像的快速匀光处理，是一种切实可行的方法。在今后的研究中，笔者将会重点对图像最优分块策略的自适应性方面进行研究，以便提高航空影像快速匀光流程的整体效率和匀光效果。

参考文献:

［1］李治江．彩色影像色调重建的理论与实践［D］．武汉:武汉大学，2005．

［2］王密，潘俊．一种数字航空影像的匀光方法［J］．中国图象图形学报，2004，9(6):744-748．

［3］肖旻，陈行．基于Python语言编程特点及应用之探讨［J］．电脑知识与技术，2014(34):8177-8178．

［4］王常衡，李嘉伟，罗钦，等．浅析Python语言及其应用前景［J］．计算机产品与流通，2019(4):148．

［5］刘培军，马明栋，王得玉．基于OpenCV图像处理系统的开发与实现［J］．计算机技术与发展，2019，29(3):127-131．

［6］李德仁，王密，潘俊．光学遥感影像的自动匀光处理及应用［J］．武汉大学学报(信息科学版)，2006，31(9):753-756．

［7］潘俊．自动化的航空影像色彩一致性处理及接缝线网络生成方法研究［D］．武汉:武汉大学，2008

［8］毛玉龙，郭海京．基于改进Mask掩膜的航空影像匀光研究［J］．地理空间信息，2015(3):133-134．

［9］李鹏程，王栋，朱积国．改进的自适应Mask匀光算法［J］．遥感信息，2018(4):86-90．

X光范文篇8

光是通过光源内大量的分子或原子振动而产生的辐射。1894年，麦克斯韦从理论上指出，光是一种电磁波，1905年爱因斯坦提出光是一粒一粒的粒子流，每个粒子可被称为光子。也就是说光既具有粒子性，又具有波动性，光在传播时表现为波动性，而与物质作用时又表现为粒子性。通常我们所说的光是电磁波的一种，它通常由紫外光、可见光和近红外光组成，其中1-390nm波段的光为紫外光UV，波长为280-300nm波段为UV-B，它的强光可以杀死或严重损伤地球上的生物;200-280um波段为UV-C，它的强光可以杀死地球上一切生物，包括人类,比紫外光频率更高的还有X光和γ射线等;390-760nm波段的光为可见光；波长在760-1500nm为近红外光，中红外波段波长范围为1.5-25μm，远红外光谱波长范围25-300μm,比远红外光频率更小或波长更长的有毫米波、微波、短波、中波和长波等。而可见光又是由七色光组成的，即可见光含有红色光、橙色光、黄色光、绿色光、蓝色光和靛青光等色光[2]：?

紫色/nm靛青/nm蓝色/nm绿色/nm黄色/nm橙色/nm红色/nm

390-430430-450450-500500-570570-600600-630630-760

国际照明委员会统一规定的标准是：选水银光谱中波长为700nm的红光为红基色光，波长为546.1nm的绿光为绿基色光,波长为435.8nm的蓝光为蓝基色光。常规POF一般在紫外光波段并没有很好的透光性，而石英光纤和特制的液芯光纤在这一区域有很好的透光率，POF在可见光区域有很好的透光率，由POF芯材选用氟化和氘化聚合物材料制备的POF在近红外光区域才有很好的透光率。

光在真空中的传播速度C为3×108m/s，光的传输波长λ，频率f和光速C之间关系参见如下公式:

C=fλ……………………(1)

其中f的单位为赫兹Hz或1／秒(s)，波长的单位为米(m)。

只有真空的折射率n为1.0，故光在任一传输介质的传播速度V是光速除以该介质的折射率，即：

光在真空中的传播速度是最快的，传输介质不同，其折射率不同，传光速度也不同。相对而言，折射率大的传输介质是光密介质，折射率小的传输介质是光疏介质，对于POF而言，POF芯材为光密介质，POF皮材为光疏介质，由于光在光密媒介－芯材中的传播速度会降低，故光在芯材中的传输速度慢于皮材中的传输速度;在空气中，由于n≈1，光波的传播速度接近于真空中的传播速度C；纯PMMA的折射率为1.49,故光在其中的传输速度约为2.01×108m/s。

光在均匀媒质或不均匀媒质中传输时，满足费玛(Fermat)原理，即光从空间一点到另一点是沿着时间为极值的路程而传播的，即光沿着光程为最小或最大或恒量的路径传播。

2．几何光学理论

要了解POF传光原理，必须了解一些几何光学的知识。

首先光学分为几何光学和物理光学，几何光学是研究光在均匀介质中的传播特性，通常采用直线来描述，它是研究光在介质中传播的基础光学理论。物理光学又分为波动光学和量子光学,波动光学认为光是一种电磁波，但它不能解释光的微观现象;量子理论认为光的能量不是连续分布的，光是一粒粒运动着的光子组成，每个光子具有确定的能量。几何光学理论的四大基本定律为：

2.1光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿直线传播的。

2.2光的独立传播定律：不同光源发出的光线从不同方向通过某点时，彼此不影响，各光线的传播不受其它光线影响。

2.3光的反射定律：当一束光投射到某一介质光滑表面时，保存一部分光反射回原来的介质，这一光线称为反射光线，反射光线、入射光线和法线位由于同一平面内，入射线同法线组成的角称为入射角，反射光线同法线组成的角称为反射角，反射角等于入射角，即θ1=θ3,其绝对值相等，这就是反射定律。

2.4光的折射定律：当一束光投射到某一介质光滑表面时除了有一部分光发生反射外，还有一部分光通过介质分界面入射进第二传输介质中，这一部分光线称为折射光线，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧，折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内。折射光线同法线组成的角称为折射角，入射角的正弦值同折射角正弦值的比值为一恒定值，这就是折射定律。需要指出的是采用几何光学分析光在某一研究对象中的传输特性时，这一研究对象的几何尺寸必须远远大于所传输的光波长，这样才能忽略波长的长度，否则就必须采用物理光学分析光在研究对象中的传输特性。也即是光纤纤芯直径是所传播光波长的几十倍或几百倍时，其传播现象就可用几何光学而不用波动光学来研究。

3．子午光线在阶跃型POF中的传输

?阶跃型POF是一种具有芯皮结构的光纤。

子午平面指的是包含有光纤轴的平面，所谓子午线，就是光线的传播路径始终在同一平面内，子午光线总是和光纤轴相交的，光在一种均匀介质传播时是一种直线式传播：当光从一种介质传至另一介质表面时，一般同时发生反射和折射；如果光从折射率小的光疏介质射入折射率大的光密介质时，则折射角小于入射角；而当光从光密介质射入光疏介质时折射角将大于入射角，因而当光从光密介质射入光疏介质时就有可能出现只有反射而无折射的现象，这就是全反射，全反射是光折射的一种边界效应，即光从一种透明介质进入到另一种介质里而发生弯曲的现象。POF就是通过全反射原理进行光传输的。

?由折射定律公式可得出：

n1sinθ1=n2sinθ2(4)

这里n1、n2分为芯皮折射率，θ1、θ2分为入射角和折射角，设发生全反射的临界角为θm，此时θ2=90°，故而

当入射角θ1>θm时，则光在芯皮界面上发生全反射，而当入射角θ1<θm时，则光在芯皮表面上出现折射，有一部分光从芯材泄漏至皮层外。由全反射临界角同样可推出光纤截面临界入射光纤角θ0，在空气和光纤截面界面上，同样有：

n0sinθ0=n1sin(90°—θm)

=n1cosθm

其中，n0为空气折射率，设定其值同于真空折射率值1.0即n0=1.0，因而

?即外界光入射角θ小于θ0时，光线才能在光纤中以全反射的形式向前传播，从光纤一端传至光纤另一端，所以，光纤临界接受角为：

故光在SIPOF光纤的传输方式为全反射式锯齿型。

光纤数值孔径是光纤一个重要指标之一，NA值越大，则θ0越大，光纤临界入射角越大，则光纤端面接受光或发射光角度越大，光纤的集光能力愈强，愈便于光纤同光纤连接或同光源耦合。常规POF的光纤数值孔径。

4．子午线在阶跃型光纤中的几何行程和反射次数

由于子午光线入射光纤中并不是同一角度，故而其在光纤中的几何行程也不相同。无论是子午线在光线中的行程计算公式还是反射次数计算公式，都是假定光纤是处于非常理想状态下：光纤非常直，光纤直径均匀，光纤内部无缺陷和光纤入射端面平直等，倘若光纤不在这一理想条件下，则入射子午线全反射的状况就会发生变化，如有的会从光纤中反射出，有的反射角会发生变化等，因此光纤的传输损耗也会增加。

5．斜光线在阶跃型折射率POF中的传输

所谓斜面光线，就是光在光纤中传输中时，并不是像子午光线一样保证在同一平面内，它在光纤中传输时，其轨道通常是一空间螺旋曲线，其最大入射角比子午线的大，但通常以子午线传输表征光纤的传输特性，自然这是最理想的一种状况。

6.光在渐变型折射率分布POF中的传输

?对于渐变型折射率GIPOF，同样有子午线和斜光纤，这种光纤折射率并不是一恒定常数，而是随着离轴距离的增加而折射率下降，其渐变折射分布图参见如下；抛物线型折射率分布光纤具有较小的模式色散的特点，渐变折射分布有多种形式，当折射率分布按二次方抛物线分布时，子午线在光纤中的传播路径为正弦曲线型，参见下图，斜光纤的传播路径为螺旋曲线，渐变型折射率POF多用于短距离数据传输，用于光纤照明较少。

?这种光纤传输的激光能量分布接近Gauss分布，即在光纤轴附近具有更高的光能量密度，也就是说激光能量更为集中，其传输的激光功率密度（或称激光强度）I可认为与纤芯直径α的平方成正比。若保持光纤传输的激光功率不变的话，减小光纤芯径即减小传输激光能量的光纤纤芯的横截面面积，则光纤传输的激光功率密度将增加[5]，当光在这种GIPOF传输时，可以说是一种极低能量的传输，亦满足如上所述的公式。

7．侧面发光POF的传光原理

侧面发光POF是指光在光纤传输过程中，不仅将传输光从光纤的入射端面传输至出射端面，而且还有一部分光从光纤包覆层透射出来，从而形成光纤侧面发光的现象，这种光纤被称为侧面发光POF,其传光示意图如下，其实质是传输光有一部分从光纤侧面泄漏出，是一种光散射的结果，对于单芯侧面发光POF多是由非固有损耗产生的，而对于多芯侧面发光POF则是由于弯曲损耗产生的。

?侧面发光POF最显著的特征是侧面发光，据JanisSpigulis等人[5].推算，侧面发光POF的侧面发光强度是随其长度的增加而呈指数性下降的，同于普通光纤光传输方向的发光强度是随其传输长度的增加呈指数下降，在作出如下假定后而得出的结论：

7.1侧面发光的原理仅被认为是由于光纤芯传输辐射引起的。

7.2所有最初的侧面散射光没有损耗穿透光纤圆形表面，其结果是均匀地传输至光纤外表面。

侧面发光POF在长度为X米处的发光强度Is(x)可用如下公式表示：

Is(x)=Aexp(-kx)（24）

其中K为侧面发光系数，单位m-1，常数A可用如下式表示：

A=(4π)-1I。(expk-1)（25）

其中I。是侧面发光POF光输入强度。

因此在实际使用过程中，为保证侧面发光POF侧面发光强度的均匀性，通常限制侧面发光POF的使用长度，并且在侧面发光POF的两端皆设置相同功率的光源或者一端设置全反射镜或反光膜，当然前者在更长的使用长度上保证光纤侧面发光的均匀性，选用双光源的侧面发光POF在某一处的发光强度IS2(x)可用如下公式（26）计算。

IS2(x)=A{exp(-kx)+exp[-k(L-x)]}（26）

其中L为侧面发光POF总长度。

选用全反射镜计算的侧面发光POF强度可用如下公式计算,侧面发光POF的发光强度和距离的关系参见如下图。

ISR(x)=A{exp(-kx)+Rexp[-k(2L-x)]}………（26）

其中R为镜面反射率。

因存在光传输损耗，侧面发光的亮度将随着与光源距离的增大而减小，为使光纤单位长度内的亮度接近一致，可对单端光源的光纤按长度进行刻痕处理，随光纤长度递增，刻痕间距递减。在实际使用过程中，当侧面发光POF的使用长度在30m以下时，多配用一台150W金卤灯光源，另端配用反光镜或反光膜；当侧面发光POF的使用长度在30～60m之间时，多配用两台150W金卤灯光源，以保证侧面发光POF的侧面发光的均匀性，下图为实测三根直径为14mm的侧面发光POF侧面光照度示意图，可以看出当选用一台150W金卤灯光源时，1.5m处POF侧光照度为800lx左右，而60m处的照度不到20lx，照度计测试时离光纤的表面距离为2.5cm。

8．荧光POF的传光原理

荧光POF就是在POF芯材中掺入一定量的荧光剂制备而成的POF，这种POF经过特定波长的光照射后，将发出特定波长的光，其原理比较复杂，可简单认为基态分子中成键电子吸收光后激发，然后单线态分子返回到基态，即发出荧光。荧光POF按折射率分布结构分类，可分为荧光SIPOF和荧光GIPOF，掺杂有机染料的POFA最重要特性是在宽波长范围内提供高功率输出。荧光POF的传光原理示意图如下，它满足一般的SI型光纤的传光特性，但入射光的波长不同于出射光的波长。

荧光POF还有另一种传光方式，这就是入射光可从侧面照射荧光POF，出射光从光纤两端面出射，当然入射光的波长不同于出射光的传输波长。

荧光材料的光特性主要依赖于基质材料，荧光POF增益放大特性同泵浦波长、荧光POF长度及所用掺杂剂和浓度有关。所谓增益G是指POF输出信号光功率Pout与输入光功率Pin之间的一种比值。

9.结语

POF之所以能传光是因为光纤具有芯皮结构，光在POF中传输是按全反射原理进行传光的，光在SIPOF中的传输方式为全反射式锯齿型，光在GIPOF中的传输方式为正弦曲线型；同时为了简化计算，选用子午线进行了参数计算，子午线就是光线的传播路径始终经过光纤轴并在同一平面内，这些参数计算包括最大入射角或发射光角度、数值孔径、子午线在阶跃型光纤中的几何行程及反射次数；侧面发光POF和荧光POF也是按全反射原理进行传光的，对于单芯侧面发光POF多是由非固有损耗导致侧面发光，而对于多芯侧面发光POF则是由弯曲损耗产生侧面发光的。荧光POF经过特定波长光激发后发出特定波长的光，而且激发光不仅可从端面入射，而且可从侧面入射。

摘要：塑料光纤POF之所以能传光是因为光纤具有芯皮结构，光在POF中传输是按全反射原理进行的，光在SIPOF中的传输方式为全反射式锯齿型，光在GIPOF中的传输方式为正弦曲线型；子午线就是光线的传播路径始终经过光纤轴并在同一平面内，选用子午线进行了参数计算，这些参数计算包括最大入射角或发射光角度、数值孔径、子午线在阶跃型光纤中的几何行程及反射次数；侧面发光POF和荧光POF也是按全反射原理进行传光的，对于单芯侧面发光POF多是由非固有损耗导致侧面发光，而对于多芯侧面发光POF则是由弯曲损耗产生侧面发光的。荧光POF经过特定波长光激发后发出特定波长的光，而且激发光不仅可从端面入射，而且可从侧面入射。

关键词：聚合物光纤，塑料光纤，POF,传光,原理

参考文献

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X光范文篇9

关键词：聚合物光纤，塑料光纤，POF,传光,原理

1．前言

光纤自身不能发光，但光纤可以传光，用于照明；光纤照明所选用的光纤，按照光纤材质的不同，通常可分为石英光纤、多组分玻璃光纤和塑料光纤POF等，本文主要介绍POF的传光原理，其它的光纤传光原理同POF的传光原理是一致的。

人们很早就观察到光在透明柱体中通过多次全反射向前传播的现象，他们就是古代的玻璃吹制艺人。而首次科学阐述这一现象的，却是英国皇家学会的约翰·丁达尔向英国皇家学会演示了一个著名的实验，他当时用一只盛满水的器皿，让水从器皿的侧孔中流出，这时投射在水中的光也随着水流传导出来。

1880年，威廉·惠勒(WilliamWheeler)提出“管道照明”的设想，并获得美国专利，这是有案可查的最早的“遥控照明”装置，其基本原理是：用内壁涂有反射层的管子把中心光源的光象自来水一样引至若干个需要照明的地点,这实际上是光纤用于照明的雏形，光纤照明系统简单地就可以看作是和上述的“管道系统”相类似的一个系统，在这个系统中，所传输的介质是光，而用以传输光的“管道”就是光纤，光纤可以把光线从光源处传输至需要照明的特定区域。1954年，《自然》杂志发表了Hopkin''''s和Kapany成功地用一束10,000到20,000的纤维来传输图像的文章,VanHeel发现低折射率光纤包层的作用，纤维的图像传输的成功实现和光纤包层的提出这两个进步标志着光导纤维作为一个新兴学科的诞生,1966年,英国标准电信研究所英籍华裔科学家高锟(K.C.Kao)博士和G.A.Hockham在详细研究了玻璃的传输损耗后,撰写的文章《用于光频的介质纤维表面波导》发表在伦敦电气工程师协会（IEE）会刊上，他们从理论上指出:如果减少或消除光导纤维中的有害杂质如过渡金属离子，可大大降低光纤传输损耗,提高光纤的传光能力，从而推动了光纤制造工艺的研究。美国杜邦DuPont公司亦在这一年向市场推出了世界上第一根POF[1]，POF就是光纤的一种,而光纤用于光纤照明的基本原理是利用光线在不同折射率介质的界面发生全反射，实现光在光纤中的高效传输以及光纤与光源的充分耦合，并通过与各种光学元件的组合，达到需要的照明效果，为了解光在光纤中的传输方式,现介绍子午光线在POF中的传输特性。

2．光的基础知识

光是通过光源内大量的分子或原子振动而产生的辐射。1894年，麦克斯韦从理论上指出，光是一种电磁波，1905年爱因斯坦提出光是一粒一粒的粒子流，每个粒子可被称为光子。也就是说光既具有粒子性，又具有波动性，光在传播时表现为波动性，而与物质作用时又表现为粒子性。通常我们所说的光是电磁波的一种，它通常由紫外光、可见光和近红外光组成，其中1-390nm波段的光为紫外光UV，波长为280-300nm波段为UV-B，它的强光可以杀死或严重损伤地球上的生物;200-280um波段为UV-C，它的强光可以杀死地球上一切生物，包括人类,比紫外光频率更高的还有X光和γ射线等;390-760nm波段的光为可见光；波长在760-1500nm为近红外光，中红外波段波长范围为1.5-25μm，远红外光谱波长范围25-300μm,比远红外光频率更小或波长更长的有毫米波、微波、短波、中波和长波等。而可见光又是由七色光组成的，即可见光含有红色光、橙色光、黄色光、绿色光、蓝色光和靛青光等色光[2]：?

紫色/nm靛青/nm蓝色/nm绿色/nm黄色/nm橙色/nm红色/nm

390-430430-450450-500500-570570-600600-630630-760

国际照明委员会统一规定的标准是：选水银光谱中波长为700nm的红光为红基色光，波长为546.1nm的绿光为绿基色光,波长为435.8nm的蓝光为蓝基色光。常规POF一般在紫外光波段并没有很好的透光性，而石英光纤和特制的液芯光纤在这一区域有很好的透光率，POF在可见光区域有很好的透光率，由POF芯材选用氟化和氘化聚合物材料制备的POF在近红外光区域才有很好的透光率。

光在真空中的传播速度C为3×108m/s，光的传输波长λ，频率f和光速C之间关系参见如下公式:

C=fλ……………………(1)

其中f的单位为赫兹Hz或1／秒(s)，波长的单位为米(m)。

只有真空的折射率n为1.0，故光在任一传输介质的传播速度V是光速除以该介质的折射率，即：

光在真空中的传播速度是最快的，传输介质不同，其折射率不同，传光速度也不同。相对而言，折射率大的传输介质是光密介质，折射率小的传输介质是光疏介质，对于POF而言，POF芯材为光密介质，POF皮材为光疏介质，由于光在光密媒介－芯材中的传播速度会降低，故光在芯材中的传输速度慢于皮材中的传输速度;在空气中，由于n≈1，光波的传播速度接近于真空中的传播速度C；纯PMMA的折射率为1.49,故光在其中的传输速度约为2.01×108m/s。

光在均匀媒质或不均匀媒质中传输时，满足费玛(Fermat)原理，即光从空间一点到另一点是沿着时间为极值的路程而传播的，即光沿着光程为最小或最大或恒量的路径传播。

3．几何光学理论

要了解POF传光原理，必须了解一些几何光学的知识。

首先光学分为几何光学和物理光学，几何光学是研究光在均匀介质中的传播特性，通常采用直线来描述，它是研究光在介质中传播的基础光学理论。物理光学又分为波动光学和量子光学,波动光学认为光是一种电磁波，但它不能解释光的微观现象;量子理论认为光的能量不是连续分布的，光是一粒粒运动着的光子组成，每个光子具有确定的能量。几何光学理论的四大基本定律为：

3.1光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿直线传播的。

3.2光的独立传播定律：不同光源发出的光线从不同方向通过某点时，彼此不影响，各光线的传播不受其它光线影响。

3.3光的反射定律：当一束光投射到某一介质光滑表面时，保存一部分光反射回原来的介质，这一光线称为反射光线，反射光线、入射光线和法线位由于同一平面内，入射线同法线组成的角称为入射角，反射光线同法线组成的角称为反射角，反射角等于入射角，即θ1=θ3,其绝对值相等，这就是反射定律。

3.4光的折射定律：当一束光投射到某一介质光滑表面时除了有一部分光发生反射外，还有一部分光通过介质分界面入射进第二传输介质中，这一部分光线称为折射光线，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧，折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内。折射光线同法线组成的角称为折射角，入射角的正弦值同折射角正弦值的比值为一恒定值，这就是折射定律。需要指出的是采用几何光学分析光在某一研究对象中的传输特性时，这一研究对象的几何尺寸必须远远大于所传输的光波长，这样才能忽略波长的长度，否则就必须采用物理光学分析光在研究对象中的传输特性。也即是光纤纤芯直径是所传播光波长的几十倍或几百倍时，其传播现象就可用几何光学而不用波动光学来研究。

4．子午光线在阶跃型POF中的传输

?阶跃型POF是一种具有芯皮结构的光纤。

子午平面指的是包含有光纤轴的平面，所谓子午线，就是光线的传播路径始终在同一平面内，子午光线总是和光纤轴相交的，光在一种均匀介质传播时是一种直线式传播：当光从一种介质传至另一介质表面时，一般同时发生反射和折射；如果光从折射率小的光疏介质射入折射率大的光密介质时，则折射角小于入射角；而当光从光密介质射入光疏介质时折射角将大于入射角，因而当光从光密介质射入光疏介质时就有可能出现只有反射而无折射的现象，这就是全反射，全反射是光折射的一种边界效应，即光从一种透明介质进入到另一种介质里而发生弯曲的现象。POF就是通过全反射原理进行光传输的。

?由折射定律公式可得出：

n1sinθ1=n2sinθ2(4)

这里n1、n2分为芯皮折射率，θ1、θ2分为入射角和折射角，设发生全反射的临界角为θm，此时θ2=90°，故而

当入射角θ1>θm时，则光在芯皮界面上发生全反射，而当入射角θ1<θm时，则光在芯皮表面上出现折射，有一部分光从芯材泄漏至皮层外。由全反射临界角同样可推出光纤截面临界入射光纤角θ0，在空气和光纤截面界面上，同样有：

n0sinθ0=n1sin(90°—θm)

=n1cosθm

其中，n0为空气折射率，设定其值同于真空折射率值1.0即n0=1.0，因而

?即外界光入射角θ小于θ0时，光线才能在光纤中以全反射的形式向前传播，从光纤一端传至光纤另一端，所以，光纤临界接受角为：

故光在SIPOF光纤的传输方式为全反射式锯齿型。

光纤数值孔径是光纤一个重要指标之一，NA值越大，则θ0越大，光纤临界入射角越大，则光纤端面接受光或发射光角度越大，光纤的集光能力愈强，愈便于光纤同光纤连接或同光源耦合。常规POF的光纤数值孔径参见如下表。

?表常规POF的光纤数值孔径参

?POFPS芯POFPMMA芯POFPC芯POF（ESK-PH）侧面发光POF

芯材折射率1.591.495?1.59?1.475

皮材折射率1.491.4021.311.34

?数值孔径NA0.550.50.9?0.65

最大入射角或发射光角度/度6760?12875

5．子午线在阶跃型光纤中的几何行程和反射次数

由于子午光线入射光纤中并不是同一角度，故而其在光纤中的几何行程也不相同。无论是子午线在光线中的行程计算公式还是反射次数计算公式，都是假定光纤是处于非常理想状态下：光纤非常直，光纤直径均匀，光纤内部无缺陷和光纤入射端面平直等，倘若光纤不在这一理想条件下，则入射子午线全反射的状况就会发生变化，如有的会从光纤中反射出，有的反射角会发生变化等，因此光纤的传输损耗也会增加。

6．斜光线在阶跃型折射率POF中的传输

所谓斜面光线，就是光在光纤中传输中时，并不是像子午光线一样保证在同一平面内，它在光纤中传输时，其轨道通常是一空间螺旋曲线，其最大入射角比子午线的大，但通常以子午线传输表征光纤的传输特性，自然这是最理想的一种状况。

7.光在渐变型折射率分布POF中的传输

?对于渐变型折射率GIPOF，同样有子午线和斜光纤，这种光纤折射率并不是一恒定常数，而是随着离轴距离的增加而折射率下降，其渐变折射分布图参见如下；抛物线型折射率分布光纤具有较小的模式色散的特点，渐变折射分布有多种形式，当折射率分布按二次方抛物线分布时，子午线在光纤中的传播路径为正弦曲线型，参见下图，斜光纤的传播路径为螺旋曲线，渐变型折射率POF多用于短距离数据传输，用于光纤照明较少。

?这种光纤传输的激光能量分布接近Gauss分布，即在光纤轴附近具有更高的光能量密度，也就是说激光能量更为集中，其传输的激光功率密度（或称激光强度）I可认为与纤芯直径α的平方成正比。若保持光纤传输的激光功率不变的话，减小光纤芯径即减小传输激光能量的光纤纤芯的横截面面积，则光纤传输的激光功率密度将增加[5]，当光在这种GIPOF传输时，可以说是一种极低能量的传输，亦满足如上所述的公式。

8．侧面发光POF的传光原理

侧面发光POF是指光在光纤传输过程中，不仅将传输光从光纤的入射端面传输至出射端面，而且还有一部分光从光纤包覆层透射出来，从而形成光纤侧面发光的现象，这种光纤被称为侧面发光POF,其传光示意图如下，其实质是传输光有一部分从光纤侧面泄漏出，是一种光散射的结果，对于单芯侧面发光POF多是由非固有损耗产生的，而对于多芯侧面发光POF则是由于弯曲损耗产生的。

?侧面发光POF最显著的特征是侧面发光，据JanisSpigulis等人[5].推算，侧面发光POF的侧面发光强度是随其长度的增加而呈指数性下降的，同于普通光纤光传输方向的发光强度是随其传输长度的增加呈指数下降，在作出如下假定后而得出的结论：

8.1侧面发光的原理仅被认为是由于光纤芯传输辐射引起的。

8.2所有最初的侧面散射光没有损耗穿透光纤圆形表面，其结果是均匀地传输至光纤外表面。

侧面发光POF在长度为X米处的发光强度Is(x)可用如下公式表示：

Is(x)=Aexp(-kx)（24）

其中K为侧面发光系数，单位m-1，常数A可用如下式表示：

A=(4π)-1I。(expk-1)（25）

其中I。是侧面发光POF光输入强度。

因此在实际使用过程中，为保证侧面发光POF侧面发光强度的均匀性，通常限制侧面发光POF的使用长度，并且在侧面发光POF的两端皆设置相同功率的光源或者一端设置全反射镜或反光膜，当然前者在更长的使用长度上保证光纤侧面发光的均匀性，选用双光源的侧面发光POF在某一处的发光强度IS2(x)可用如下公式（26）计算。

IS2(x)=A{exp(-kx)+exp[-k(L-x)]}（26）

其中L为侧面发光POF总长度。

选用全反射镜计算的侧面发光POF强度可用如下公式计算,侧面发光POF的发光强度和距离的关系参见如下图。

ISR(x)=A{exp(-kx)+Rexp[-k(2L-x)]}………（26）

其中R为镜面反射率。

因存在光传输损耗，侧面发光的亮度将随着与光源距离的增大而减小，为使光纤单位长度内的亮度接近一致，可对单端光源的光纤按长度进行刻痕处理，随光纤长度递增，刻痕间距递减。在实际使用过程中，当侧面发光POF的使用长度在30m以下时，多配用一台150W金卤灯光源，另端配用反光镜或反光膜；当侧面发光POF的使用长度在30～60m之间时，多配用两台150W金卤灯光源，以保证侧面发光POF的侧面发光的均匀性，下图为实测三根直径为14mm的侧面发光POF侧面光照度示意图，可以看出当选用一台150W金卤灯光源时，1.5m处POF侧光照度为800lx左右，而60m处的照度不到20lx，照度计测试时离光纤的表面距离为2.5cm。

9．荧光POF的传光原理

荧光POF就是在POF芯材中掺入一定量的荧光剂制备而成的POF，这种POF经过特定波长的光照射后，将发出特定波长的光，其原理比较复杂，可简单认为基态分子中成键电子吸收光后激发，然后单线态分子返回到基态，即发出荧光。荧光POF按折射率分布结构分类，可分为荧光SIPOF和荧光GIPOF，掺杂有机染料的POFA最重要特性是在宽波长范围内提供高功率输出。荧光POF的传光原理示意图如下，它满足一般的SI型光纤的传光特性，但入射光的波长不同于出射光的波长。

荧光POF还有另一种传光方式，这就是入射光可从侧面照射荧光POF，出射光从光纤两端面出射，当然入射光的波长不同于出射光的传输波长。

荧光材料的光特性主要依赖于基质材料，荧光POF增益放大特性同泵浦波长、荧光POF长度及所用掺杂剂和浓度有关。所谓增益G是指POF输出信号光功率Pout与输入光功率Pin之间的一种比值。

10.结语

POF之所以能传光是因为光纤具有芯皮结构，光在POF中传输是按全反射原理进行传光的，光在SIPOF中的传输方式为全反射式锯齿型，光在GIPOF中的传输方式为正弦曲线型；同时为了简化计算，选用子午线进行了参数计算，子午线就是光线的传播路径始终经过光纤轴并在同一平面内，这些参数计算包括最大入射角或发射光角度、数值孔径、子午线在阶跃型光纤中的几何行程及反射次数；侧面发光POF和荧光POF也是按全反射原理进行传光的，对于单芯侧面发光POF多是由非固有损耗导致侧面发光，而对于多芯侧面发光POF则是由弯曲损耗产生侧面发光的。荧光POF经过特定波长光激发后发出特定波长的光，而且激发光不仅可从端面入射，而且可从侧面入射。

参考文献

1.江源，刘玉庆.塑料光纤的发展史[J].广东照明电器，2003，（5）：21-24

2.邮电部武汉邮电科学研究院编写组.激光通信[M].北京:人民邮电出版社,1979.14－20

3.杨同友.光纤通信技术[M].北京:人民邮电出版社,1986.31－54

4.徐大雄.纤维光学的物理基础[M].北京:高等教育出版社,1982.6－16

4.项仕标，冯长根.光纤的能量传输特性及应用[J].光学技术，2002，28（4）：341-342

5JanisSpigulis,DaumantsPfafrods,MarisStafeckis,WandaJelinska-Platece.The“glowing”opticalfiberdesignsandparameters[J].SPIE，1997，2967:231-236.

X光范文篇10

关键词：聚合物光纤，塑料光纤，POF,传光,原理

1．前言

光纤自身不能发光，但光纤可以传光，用于照明；光纤照明所选用的光纤，按照光纤材质的不同，通常可分为石英光纤、多组分玻璃光纤和塑料光纤POF等，本文主要介绍POF的传光原理，其它的光纤传光原理同POF的传光原理是一致的。

人们很早就观察到光在透明柱体中通过多次全反射向前传播的现象，他们就是古代的玻璃吹制艺人。而首次科学阐述这一现象的，却是英国皇家学会的约翰·丁达尔向英国皇家学会演示了一个著名的实验，他当时用一只盛满水的器皿，让水从器皿的侧孔中流出，这时投射在水中的光也随着水流传导出来。

1880年，威廉·惠勒(WilliamWheeler)提出“管道照明”的设想，并获得美国专利，这是有案可查的最早的“遥控照明”装置，其基本原理是：用内壁涂有反射层的管子把中心光源的光象自来水一样引至若干个需要照明的地点,这实际上是光纤用于照明的雏形，光纤照明系统简单地就可以看作是和上述的“管道系统”相类似的一个系统，在这个系统中，所传输的介质是光，而用以传输光的“管道”就是光纤，光纤可以把光线从光源处传输至需要照明的特定区域。1954年，《自然》杂志发表了Hopkin''''s和Kapany成功地用一束10,000到20,000的纤维来传输图像的文章,VanHeel发现低折射率光纤包层的作用，纤维的图像传输的成功实现和光纤包层的提出这两个进步标志着光导纤维作为一个新兴学科的诞生,1966年,英国标准电信研究所英籍华裔科学家高锟(K.C.Kao)博士和G.A.Hockham在详细研究了玻璃的传输损耗后,撰写的文章《用于光频的介质纤维表面波导》发表在伦敦电气工程师协会（IEE）会刊上，他们从理论上指出:如果减少或消除光导纤维中的有害杂质如过渡金属离子，可大大降低光纤传输损耗,提高光纤的传光能力，从而推动了光纤制造工艺的研究。美国杜邦DuPont公司亦在这一年向市场推出了世界上第一根POF[1]，POF就是光纤的一种,而光纤用于光纤照明的基本原理是利用光线在不同折射率介质的界面发生全反射，实现光在光纤中的高效传输以及光纤与光源的充分耦合，并通过与各种光学元件的组合，达到需要的照明效果，为了解光在光纤中的传输方式,现介绍子午光线在POF中的传输特性。

2．光的基础知识

光是通过光源内大量的分子或原子振动而产生的辐射。1894年，麦克斯韦从理论上指出，光是一种电磁波，1905年爱因斯坦提出光是一粒一粒的粒子流，每个粒子可被称为光子。也就是说光既具有粒子性，又具有波动性，光在传播时表现为波动性，而与物质作用时又表现为粒子性。通常我们所说的光是电磁波的一种，它通常由紫外光、可见光和近红外光组成，其中1-390nm波段的光为紫外光UV，波长为280-300nm波段为UV-B，它的强光可以杀死或严重损伤地球上的生物;200-280um波段为UV-C，它的强光可以杀死地球上一切生物，包括人类,比紫外光频率更高的还有X光和γ射线等;390-760nm波段的光为可见光；波长在760-1500nm为近红外光，中红外波段波长范围为1.5-25μm，远红外光谱波长范围25-300μm,比远红外光频率更小或波长更长的有毫米波、微波、短波、中波和长波等。而可见光又是由七色光组成的，即可见光含有红色光、橙色光、黄色光、绿色光、蓝色光和靛青光等色光[2]：?

紫色/nm靛青/nm蓝色/nm绿色/nm黄色/nm橙色/nm红色/nm

390-430430-450450-500500-570570-600600-630630-760

国际照明委员会统一规定的标准是：选水银光谱中波长为700nm的红光为红基色光，波长为546.1nm的绿光为绿基色光,波长为435.8nm的蓝光为蓝基色光。常规POF一般在紫外光波段并没有很好的透光性，而石英光纤和特制的液芯光纤在这一区域有很好的透光率，POF在可见光区域有很好的透光率，由POF芯材选用氟化和氘化聚合物材料制备的POF在近红外光区域才有很好的透光率。

光在真空中的传播速度C为3×108m/s，光的传输波长λ，频率f和光速C之间关系参见如下公式:

C=fλ……………………(1)

其中f的单位为赫兹Hz或1／秒(s)，波长的单位为米(m)。

只有真空的折射率n为1.0，故光在任一传输介质的传播速度V是光速除以该介质的折射率，即：

光在真空中的传播速度是最快的，传输介质不同，其折射率不同，传光速度也不同。相对而言，折射率大的传输介质是光密介质，折射率小的传输介质是光疏介质，对于POF而言，POF芯材为光密介质，POF皮材为光疏介质，由于光在光密媒介－芯材中的传播速度会降低，故光在芯材中的传输速度慢于皮材中的传输速度;在空气中，由于n≈1，光波的传播速度接近于真空中的传播速度C；纯PMMA的折射率为1.49,故光在其中的传输速度约为2.01×108m/s。

光在均匀媒质或不均匀媒质中传输时，满足费玛(Fermat)原理，即光从空间一点到另一点是沿着时间为极值的路程而传播的，即光沿着光程为最小或最大或恒量的路径传播。

3．几何光学理论

要了解POF传光原理，必须了解一些几何光学的知识。

首先光学分为几何光学和物理光学，几何光学是研究光在均匀介质中的传播特性，通常采用直线来描述，它是研究光在介质中传播的基础光学理论。物理光学又分为波动光学和量子光学,波动光学认为光是一种电磁波，但它不能解释光的微观现象;量子理论认为光的能量不是连续分布的，光是一粒粒运动着的光子组成，每个光子具有确定的能量。几何光学理论的四大基本定律为：

3.1光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿直线传播的。

3.2光的独立传播定律：不同光源发出的光线从不同方向通过某点时，彼此不影响，各光线的传播不受其它光线影响。

3.3光的反射定律：当一束光投射到某一介质光滑表面时，保存一部分光反射回原来的介质，这一光线称为反射光线，反射光线、入射光线和法线位由于同一平面内，入射线同法线组成的角称为入射角，反射光线同法线组成的角称为反射角，反射角等于入射角，即θ1=θ3,其绝对值相等，这就是反射定律。

3.4光的折射定律：当一束光投射到某一介质光滑表面时除了有一部分光发生反射外，还有一部分光通过介质分界面入射进第二传输介质中，这一部分光线称为折射光线，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧，折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内。折射光线同法线组成的角称为折射角，入射角的正弦值同折射角正弦值的比值为一恒定值，这就是折射定律。需要指出的是采用几何光学分析光在某一研究对象中的传输特性时，这一研究对象的几何尺寸必须远远大于所传输的光波长，这样才能忽略波长的长度，否则就必须采用物理光学分析光在研究对象中的传输特性。也即是光纤纤芯直径是所传播光波长的几十倍或几百倍时，其传播现象就可用几何光学而不用波动光学来研究。

4．子午光线在阶跃型POF中的传输

?阶跃型POF是一种具有芯皮结构的光纤。

子午平面指的是包含有光纤轴的平面，所谓子午线，就是光线的传播路径始终在同一平面内，子午光线总是和光纤轴相交的，光在一种均匀介质传播时是一种直线式传播：当光从一种介质传至另一介质表面时，一般同时发生反射和折射；如果光从折射率小的光疏介质射入折射率大的光密介质时，则折射角小于入射角；而当光从光密介质射入光疏介质时折射角将大于入射角，因而当光从光密介质射入光疏介质时就有可能出现只有反射而无折射的现象，这就是全反射，全反射是光折射的一种边界效应，即光从一种透明介质进入到另一种介质里而发生弯曲的现象。POF就是通过全反射原理进行光传输的。

?由折射定律公式可得出：

n1sinθ1=n2sinθ2(4)

这里n1、n2分为芯皮折射率，θ1、θ2分为入射角和折射角，设发生全反射的临界角为θm，此时θ2=90°，故而

当入射角θ1>θm时，则光在芯皮界面上发生全反射，而当入射角θ1<θm时，则光在芯皮表面上出现折射，有一部分光从芯材泄漏至皮层外。由全反射临界角同样可推出光纤截面临界入射光纤角θ0，在空气和光纤截面界面上，同样有：

n0sinθ0=n1sin(90°—θm)

=n1cosθm

其中，n0为空气折射率，设定其值同于真空折射率值1.0即n0=1.0，因而

?即外界光入射角θ小于θ0时，光线才能在光纤中以全反射的形式向前传播，从光纤一端传至光纤另一端，所以，光纤临界接受角为：

故光在SIPOF光纤的传输方式为全反射式锯齿型。

光纤数值孔径是光纤一个重要指标之一，NA值越大，则θ0越大，光纤临界入射角越大，则光纤端面接受光或发射光角度越大，光纤的集光能力愈强，愈便于光纤同光纤连接或同光源耦合。常规POF的光纤数值孔径参见如下表。

?表常规POF的光纤数值孔径参

?POFPS芯POFPMMA芯POFPC芯POF（ESK-PH）侧面发光POF

芯材折射率1.591.495?1.59?1.475

皮材折射率1.491.4021.311.34

?数值孔径NA0.550.50.9?0.65

最大入射角或发射光角度/度6760?12875

5．子午线在阶跃型光纤中的几何行程和反射次数

由于子午光线入射光纤中并不是同一角度，故而其在光纤中的几何行程也不相同。无论是子午线在光线中的行程计算公式还是反射次数计算公式，都是假定光纤是处于非常理想状态下：光纤非常直，光纤直径均匀，光纤内部无缺陷和光纤入射端面平直等，倘若光纤不在这一理想条件下，则入射子午线全反射的状况就会发生变化，如有的会从光纤中反射出，有的反射角会发生变化等，因此光纤的传输损耗也会增加。

6．斜光线在阶跃型折射率POF中的传输

所谓斜面光线，就是光在光纤中传输中时，并不是像子午光线一样保证在同一平面内，它在光纤中传输时，其轨道通常是一空间螺旋曲线，其最大入射角比子午线的大，但通常以子午线传输表征光纤的传输特性，自然这是最理想的一种状况。

7.光在渐变型折射率分布POF中的传输

?对于渐变型折射率GIPOF，同样有子午线和斜光纤，这种光纤折射率并不是一恒定常数，而是随着离轴距离的增加而折射率下降，其渐变折射分布图参见如下；抛物线型折射率分布光纤具有较小的模式色散的特点，渐变折射分布有多种形式，当折射率分布按二次方抛物线分布时，子午线在光纤中的传播路径为正弦曲线型，参见下图，斜光纤的传播路径为螺旋曲线，渐变型折射率POF多用于短距离数据传输，用于光纤照明较少。

?这种光纤传输的激光能量分布接近Gauss分布，即在光纤轴附近具有更高的光能量密度，也就是说激光能量更为集中，其传输的激光功率密度（或称激光强度）I可认为与纤芯直径α的平方成正比。若保持光纤传输的激光功率不变的话，减小光纤芯径即减小传输激光能量的光纤纤芯的横截面面积，则光纤传输的激光功率密度将增加[5]，当光在这种GIPOF传输时，可以说是一种极低能量的传输，亦满足如上所述的公式。

8．侧面发光POF的传光原理

侧面发光POF是指光在光纤传输过程中，不仅将传输光从光纤的入射端面传输至出射端面，而且还有一部分光从光纤包覆层透射出来，从而形成光纤侧面发光的现象，这种光纤被称为侧面发光POF,其传光示意图如下，其实质是传输光有一部分从光纤侧面泄漏出，是一种光散射的结果，对于单芯侧面发光POF多是由非固有损耗产生的，而对于多芯侧面发光POF则是由于弯曲损耗产生的。

?侧面发光POF最显著的特征是侧面发光，据JanisSpigulis等人[5].推算，侧面发光POF的侧面发光强度是随其长度的增加而呈指数性下降的，同于普通光纤光传输方向的发光强度是随其传输长度的增加呈指数下降，在作出如下假定后而得出的结论：

8.1侧面发光的原理仅被认为是由于光纤芯传输辐射引起的。

8.2所有最初的侧面散射光没有损耗穿透光纤圆形表面，其结果是均匀地传输至光纤外表面。

侧面发光POF在长度为X米处的发光强度Is(x)可用如下公式表示：

Is(x)=Aexp(-kx)（24）

其中K为侧面发光系数，单位m-1，常数A可用如下式表示：

A=(4π)-1I。(expk-1)（25）

其中I。是侧面发光POF光输入强度。

因此在实际使用过程中，为保证侧面发光POF侧面发光强度的均匀性，通常限制侧面发光POF的使用长度，并且在侧面发光POF的两端皆设置相同功率的光源或者一端设置全反射镜或反光膜，当然前者在更长的使用长度上保证光纤侧面发光的均匀性，选用双光源的侧面发光POF在某一处的发光强度IS2(x)可用如下公式（26）计算。

IS2(x)=A{exp(-kx)+exp[-k(L-x)]}（26）

其中L为侧面发光POF总长度。

选用全反射镜计算的侧面发光POF强度可用如下公式计算,侧面发光POF的发光强度和距离的关系参见如下图。

ISR(x)=A{exp(-kx)+Rexp[-k(2L-x)]}………（26）

其中R为镜面反射率。

因存在光传输损耗，侧面发光的亮度将随着与光源距离的增大而减小，为使光纤单位长度内的亮度接近一致，可对单端光源的光纤按长度进行刻痕处理，随光纤长度递增，刻痕间距递减。在实际使用过程中，当侧面发光POF的使用长度在30m以下时，多配用一台150W金卤灯光源，另端配用反光镜或反光膜；当侧面发光POF的使用长度在30～60m之间时，多配用两台150W金卤灯光源，以保证侧面发光POF的侧面发光的均匀性，下图为实测三根直径为14mm的侧面发光POF侧面光照度示意图，可以看出当选用一台150W金卤灯光源时，1.5m处POF侧光照度为800lx左右，而60m处的照度不到20lx，照度计测试时离光纤的表面距离为2.5cm。

9．荧光POF的传光原理

荧光POF就是在POF芯材中掺入一定量的荧光剂制备而成的POF，这种POF经过特定波长的光照射后，将发出特定波长的光，其原理比较复杂，可简单认为基态分子中成键电子吸收光后激发，然后单线态分子返回到基态，即发出荧光。荧光POF按折射率分布结构分类，可分为荧光SIPOF和荧光GIPOF，掺杂有机染料的POFA最重要特性是在宽波长范围内提供高功率输出。荧光POF的传光原理示意图如下，它满足一般的SI型光纤的传光特性，但入射光的波长不同于出射光的波长。

荧光POF还有另一种传光方式，这就是入射光可从侧面照射荧光POF，出射光从光纤两端面出射，当然入射光的波长不同于出射光的传输波长。

荧光材料的光特性主要依赖于基质材料，荧光POF增益放大特性同泵浦波长、荧光POF长度及所用掺杂剂和浓度有关。所谓增益G是指POF输出信号光功率Pout与输入光功率Pin之间的一种比值。

10.结语

POF之所以能传光是因为光纤具有芯皮结构，光在POF中传输是按全反射原理进行传光的，光在SIPOF中的传输方式为全反射式锯齿型，光在GIPOF中的传输方式为正弦曲线型；同时为了简化计算，选用子午线进行了参数计算，子午线就是光线的传播路径始终经过光纤轴并在同一平面内，这些参数计算包括最大入射角或发射光角度、数值孔径、子午线在阶跃型光纤中的几何行程及反射次数；侧面发光POF和荧光POF也是按全反射原理进行传光的，对于单芯侧面发光POF多是由非固有损耗导致侧面发光，而对于多芯侧面发光POF则是由弯曲损耗产生侧面发光的。荧光POF经过特定波长光激发后发出特定波长的光，而且激发光不仅可从端面入射，而且可从侧面入射。

参考文献

1.江源，刘玉庆.塑料光纤的发展史[J].广东照明电器，2003，（5）：21-24

2.邮电部武汉邮电科学研究院编写组.激光通信[M].北京:人民邮电出版社,1979.14－20

3.杨同友.光纤通信技术[M].北京:人民邮电出版社,1986.31－54

4.徐大雄.纤维光学的物理基础[M].北京:高等教育出版社,1982.6－16

4.项仕标，冯长根.光纤的能量传输特性及应用[J].光学技术，2002，28（4）：341-342