導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇激光原理論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

1．1了解新型傳感器原理

首先，以學生熟悉的全站儀為對照，讓學生了解激光雷達是一種集成了多種高新技術(shù)的新型測繪儀器，具有非接觸式、精度高(毫米級/亞毫米級)、速度快(可達120萬點/秒)、密度大(點間距可達毫米級)的優(yōu)勢，且數(shù)據(jù)采集方式靈活，對環(huán)境光線、溫度都要求較低。其次，讓學生理解LiDAR的測量原理主要分極坐標法和三角測量法兩種。其中，對于極坐標法測量，使學生了解測距的關(guān)鍵在于時間差的測定，引出兩種常用的測時方法:脈沖法和相位法;讓學生理解直接測時和間接測時的區(qū)別以及各自的優(yōu)缺點，從而進一步了解脈沖式和相位式激光掃描設備的優(yōu)勢、局限性以及應用領(lǐng)域。最后，通過介紹激光雷達采集數(shù)據(jù)的掃描方式，讓學生了解不同平臺上的激光雷達傳感器的工作特點，如固定式激光掃描儀適合窗口式和全景式掃描，車載、機載以及星載平臺適合移動式掃描等。

1．2熟悉激光掃描儀操作

考慮到各類平臺激光雷達的作業(yè)特點以及現(xiàn)有設備的情況，《激光雷達技術(shù)原理》課程以地基三維激光掃描儀為重點，讓學生熟悉儀器的外業(yè)操作。盡管激光掃描儀數(shù)據(jù)采集的自動化程度較高，外業(yè)采集仍然需要解決掃描設站方案設計和不同掃描站間連接點選擇等問題，要求學生在熟悉激光掃描儀軟硬件操作的同時，還要掌握激光掃描儀外業(yè)采集方案的設計:踏勘工作區(qū)，分析研究最優(yōu)化的掃描設站方案和坐標轉(zhuǎn)換控制點選擇，畫出相關(guān)的設計草圖，并設置主要掃描設站的標志。要求設站位置既要保證與相鄰站的重疊，又要覆蓋盡量大范圍的被掃描對象，以減少設站數(shù)，從而提高外業(yè)數(shù)據(jù)采集效率。

1．3掌握激光點云數(shù)據(jù)后處理方法

利用點云數(shù)據(jù)可視化與點云原始存儲格式之間的明顯反差，讓學生了解激光點云數(shù)據(jù)后處理的重要性和難點，及其已成為制約激光雷達技術(shù)應用瓶頸的現(xiàn)狀。根據(jù)學生的理解程度，選取了點云的拼接/配準、點云的濾波和分類、點云的分割和擬合等后處理方法，要求學生掌握相關(guān)的算法并編程實現(xiàn)。

1．3．1點云的拼接/配準點云拼接是將2個或2個以上坐標系中的大容量三維空間數(shù)據(jù)點集轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標系統(tǒng)中的數(shù)學計算過程。要求學生掌握如何解決點云拼接的兩個關(guān)鍵問題:同名特征的配準以及旋轉(zhuǎn)矩陣的構(gòu)造。對于同名特征的配準，使學生了解常用配準方法的特點和適用范圍，如ICP方法適合用于精拼接，而基于特征面的方法對場景特征分布要求較高等。著重讓學生掌握最常用的人工標靶識別，以及特征面匹配，后者有別于學生所熟知的點特征匹配;對于旋轉(zhuǎn)矩陣的構(gòu)造，拓展學生在《攝影測量學》［6］中學習的基于歐拉角的旋轉(zhuǎn)矩陣構(gòu)造，掌握角－軸轉(zhuǎn)角系和單位四元數(shù)方法。

1．3．2點云的濾波和分類要求學生了解濾波和分類的目的是解決激光腳點在三維空間的分布形態(tài)呈現(xiàn)隨機離散的問題。掌握基于高程突變和空間形態(tài)學的點云濾波和分類方法。讓學生理解單一的信息量會導致算法不穩(wěn)健，從而引出多源數(shù)據(jù)融合的思路。目前，已經(jīng)有很多激光掃描儀生產(chǎn)廠商推出的新產(chǎn)品中實現(xiàn)了多傳感器平臺的集成，如激光掃描儀會搭載小像幅的數(shù)碼相機，甚至有些系統(tǒng)還提供由集成傳感器生成的紅外影像。每種數(shù)據(jù)源都有其自身的優(yōu)點和局限性，將多源數(shù)據(jù)融合能夠彌補各個單數(shù)據(jù)源的局限性，增大信息量，從而提高濾波和分類方法的穩(wěn)健性。

1．3．3點云的分割和擬合要求學生掌握實現(xiàn)點云分割的相似性原則:平面性、曲面平滑度和鄰域法向，以及常用的點云分割方法表面生長法。考慮到點云擬合是由離散激光點坐標計算特征模型參數(shù)的過程，要求學生掌握點云擬合中兩個主要問題的解決方法:粗差剔除及最優(yōu)解獲取。

2實踐教學法

實踐教學是卓越工程師培養(yǎng)體系中一個重要的組成部分。作為技術(shù)性的測繪工程學科，除應用測量儀器采集數(shù)據(jù)、應用計算機處理數(shù)據(jù)的基本能力外，還需要構(gòu)建實踐教學體系以培養(yǎng)學生在實踐中選用適當?shù)睦碚摗⒓夹g(shù)、儀器設備和作業(yè)方法解決測繪工程與地理空間信息產(chǎn)品生產(chǎn)實際問題的能力，從而使學生接受測繪工程與地理空間信息產(chǎn)品生產(chǎn)方案設計、實施以及實際應用中測繪工程解決方案確定等系統(tǒng)化訓練?！都す饫走_技術(shù)原理》課程實習要求學生全面應用所學知識，利用實習場地，依據(jù)實習目的和要求在老師的指導下分組獨立完成全部實習內(nèi)容。實習儀器為中國地質(zhì)大學(北京)遙感地理信息工程教研室使用教育部采購專項購買的RIEGLLMSZ620三維激光掃描儀。《激光雷達技術(shù)原理》課程實習的目的主要是使學生通過三維激光掃描儀的使用，進一步鞏固和加深理解相關(guān)理論知識和技術(shù)方法。要求熟悉三維激光掃描儀數(shù)據(jù)采集與處理(包括DEM、等高線和剖面圖生成以及三維建模等)的全過程。通過實踐性教學，不僅能夠讓學生掌握基本的軟、硬件使用操作方法和LiDAR測量項目的作業(yè)流程，而且能夠加深學生對所學專業(yè)理論知識的理解。培養(yǎng)學生的應用能力、創(chuàng)新能力以及嚴肅認真、實事求是、吃苦耐勞、團結(jié)協(xié)作的精神。要求學生必須參加每一個實習環(huán)節(jié)，協(xié)作完成實習任務，獨立完成實習報告。實習內(nèi)容主要包括以下部分。

2．1三維激光掃描

數(shù)據(jù)的外業(yè)采集要求學生分組完成測區(qū)劃分和踏勘，確定測站位置，根據(jù)測區(qū)地形，設計外業(yè)數(shù)據(jù)采集方案，完成外業(yè)設站、反射標靶布設和數(shù)據(jù)采集工作。學生需要完成校園內(nèi)建筑物點云數(shù)據(jù)和奧林匹克森林公園地形點云數(shù)據(jù)的采集。

2．2點云數(shù)據(jù)預處理

要求學生分別利用隨機軟件RiSCANPRO和上機C語言編程對外業(yè)采集的三維點云數(shù)據(jù)進行預處理，包括點云數(shù)據(jù)的濾波和拼接。

2．2．1點云濾波1)手動濾波要求學生利用RiSCANPRO對點云數(shù)據(jù)進行濾波。RiSCANPROv1．7．0有兩種模式，即Filterdata和Terrainfilter。前者針對一般數(shù)據(jù)，后者對于提取地形的數(shù)據(jù)有明顯效果。2)自動濾波要求學生上機應用C語言編程實現(xiàn)數(shù)學形態(tài)學方法、移動窗口濾波法、迭代線性最小二乘內(nèi)插法、基于可靠最小值的濾波方法等常用的地形濾波算法，對外業(yè)采集的數(shù)據(jù)進行濾波，并對各算法的結(jié)果進行比較和分析。圖1為學生基于虹灣地區(qū)嫦娥一號激光測高數(shù)據(jù)，利用五種濾波方法濾波后的數(shù)據(jù)點殘差值分布圖［7］。

2．2．2點云拼接1)基于反射標靶的點云拼接要求學生利用RiSCANPRO軟件，結(jié)合外業(yè)數(shù)據(jù)采集時布設的標靶連接點，對地形和建筑物點云數(shù)據(jù)進行拼接。激光點云數(shù)據(jù)的拼接有兩種方式:公共反射體的方式和采用使所有的反射體處于同一坐標系統(tǒng)的方式。在實際操作過程中，要求學生對兩者結(jié)合使用，以期達到更好的拼接效果。2)基于特征面的點云拼接要求學生在對點云進行擬合的基礎(chǔ)上，選取至少三對相互正交的特征面，利用C語言上機編程，實現(xiàn)基于特征面的點云拼接，并與單純基于點的拼接結(jié)果進行對比，分析不同方法的優(yōu)缺點。

2．2．3地形數(shù)據(jù)處理對地形數(shù)據(jù)的處理主要包括三角化、平滑、生成等高線和剖面。三角化參數(shù)的設置可參考量測工具量測出的點云中兩點之間的距離初步設定，這個值可適當調(diào)整，目的在于使圖中的點云數(shù)據(jù)彼此之間能盡量大面積地構(gòu)成三角網(wǎng);要求學生對已經(jīng)完成三角化的數(shù)據(jù)進行平滑處理;針對已經(jīng)完成平滑的數(shù)據(jù)，利用RiSCANPRO軟件生成等高線。剖面圖的顯示既可以針對三角化之前的數(shù)據(jù)，也可以針對三角化之后(包括完成平滑的數(shù)據(jù))來操作。

2．2．4建筑物幾何模型重建針對《激光雷達技術(shù)原理》數(shù)據(jù)處理方法的教學內(nèi)容，指導教師結(jié)合自身的研究成果組織研究生開發(fā)了點云分割和擬合以及三維建模等軟件模塊，考慮到學生的掌握程度和實用性，要求學生在利用軟件模塊實現(xiàn)點云數(shù)據(jù)分割和擬合的基礎(chǔ)上，利用AutoCAD軟件手工建立建筑物的幾何三維模型，基于3DSMAX軟件建立建筑物紋理模型。圖2為暑期教學實習中指導學生利用商業(yè)軟件和自主開發(fā)的軟件模塊重建的地大校園主要建筑物的三維模型。

篇2

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2012）24-0004-02

激光是二十世紀人類的重大科技發(fā)明之一，被譽為繼原子能、計算機、半導體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”“最準的尺”“最亮的光”，它對人類社會生活產(chǎn)生了廣泛而深刻的影響。作為高技術(shù)的研究成果，它不僅廣泛應用于科學技術(shù)研究的各個前沿領(lǐng)域，而且已經(jīng)在人類生產(chǎn)和生活的許多方面得到了大量的應用，與激光相關(guān)的產(chǎn)業(yè)已在全球形成了超過千億美元的年產(chǎn)值。由于各行各業(yè)都應用激光進行技術(shù)改造和新技術(shù)的開發(fā)研究，除了文科的幾乎所有理工農(nóng)醫(yī)的高等院校都開設了激光原理和應用的課程。

《激光原理》是光信息科學與技術(shù)和應用物理學專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過本課程的學習使學生對激光的基本概念、基本技術(shù)和基本器件有比較全面、系統(tǒng)的認識，培養(yǎng)學生分析和解決工程技術(shù)問題的能力，為進一步學習相關(guān)專業(yè)課打下基礎(chǔ)。然而，《激光原理》又是一門理論性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程物理概念抽象和理論性強，基礎(chǔ)知識面廣，學生往往因缺乏感性認識，不易理解，感到難學，這對老師的教學水平和教學方法提出了考驗。筆者結(jié)合自己的教學實踐，從以下幾個方面對《激光原理》課程教學改革進行了探索。

一、教學內(nèi)容的改革

《激光原理》課程主要介紹激光的產(chǎn)生條件、激光器的工作原理和激光器的輸出特性，這部分內(nèi)容理論性強，需要應用原子物理、量子力學、熱力學統(tǒng)計物理、光學和高等數(shù)學等課程的結(jié)論和基礎(chǔ)，公式繁多、推導復雜、理論抽象，具有相當?shù)碾y度和深度。在《激光原理》的教學過程中，我們還增加了部分激光技術(shù)的內(nèi)容，比如激光器輸出的選模技術(shù)、激光器的穩(wěn)頻、激光束的光束變換，以及激光的調(diào)制、偏轉(zhuǎn)、調(diào)Q和鎖模技術(shù)等，這部分內(nèi)容是從事光信息科學與技術(shù)人員必須掌握的基本知識，通過對這些知識的學習能夠加深學生對激光器原理的理解和掌握。為了進一步加深印象，我們對典型的激光器進行了介紹，比如紅寶石激光器、汝玻璃激光器、Nd：YAG激光器等固體激光器，He-Ne激光器、CO2激光器、Ar+激光器等氣體激光器，以及燃料激光器和半導體激光器等都做了簡要的介紹。

在教材方面，我們選擇了上海理工大學陳家璧教授編寫的《激光原理及應用》（電子工業(yè)出版社）作為教材。這本教材的內(nèi)容章節(jié)安排合理，知識點覆蓋面廣，理論體系較為完整，同時這本教材是在大學的普通物理學的基礎(chǔ)上編寫的，從激光的物理學基礎(chǔ)出發(fā)，著重闡明物理概念以及激光輸出特性與激光器的參數(shù)之間的關(guān)系，盡量避免過多的理論計算，以掌握激光器的選擇和使用為主要目的。因此這本教材的內(nèi)容對學生來講不難理解，所講授的內(nèi)容比較容易掌握。我們還增加了一本國際公認的經(jīng)典教材作為參考書：Christopher C. Davis編寫的《Lasers and Electro-Optics：Fundamentals and Engineering》， Cambridge University Press。

二、教學手段的改革

在教學過程中建立師生平等的民主教學氛圍。改變“教師為主，學生從屬”的教學模式，本著師生平等的原則，以參與者的身份在教學活動中創(chuàng)造一種愉快輕松的氛圍，挖掘和調(diào)動學生的潛力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

教學方式以課堂授課為主，同時考慮到激光中有很豐富生動的現(xiàn)象，注重和提倡采用多種手段進行多種形式的教學，充分體現(xiàn)光學這門課豐富多彩、形象生動的特性，輔助的教學手段主要是利用計算機的多媒體功能。比如為了增強激光原理教學中關(guān)于激光器的光場分布的直觀性，采用快速傅立葉變換法求解傍軸近似波動方程，計算模擬激光器的光場分布，可以直觀地給出三維穩(wěn)態(tài)分布圖，融合計算機的靈活性、新穎性和光學現(xiàn)象的直觀性及趣味性。通過演示實驗，讓同學們觀察到各種激光現(xiàn)象，展現(xiàn)了“百聞不如一見”的效果，使學生進一步加深了對課程內(nèi)容的理解，激發(fā)學生的求知欲和好奇心，刺激同學們的思考。

另外，在教學過程中開展啟發(fā)式和討論式教學。從人才培養(yǎng)的角度來說，學生與老師應該具有互動性。開展啟發(fā)式和討論式教學，甚至適當運用跳躍式的教學方法來組織教學內(nèi)容。給學生留出鉆研的空間。這不僅有利于提高教師教學研究的積極性，更能挖掘?qū)W生的開放性思維和獨立、大膽地學習和思考問題的能力，從而達到培養(yǎng)學生全面的科學素質(zhì)和教學相長的目的。

三、考核方式的改革

考核方式已成為課程改革的一部分，與課程的實施方法相輔相成。傳統(tǒng)理工科院校的考核主要以閉卷筆試加平時成績的形式進行。在實際的考核過程中，我們逐漸加大平時成績的比例，減少閉卷筆試成績的比例。平時成績的考核形式可以多種多樣。比如，在授課過程中，對課程中某幾個重要的知識能力點，設立幾個小課題。讓學生們查找資料，撰寫論文，通過讓他們深入實踐，促進對知識點的掌握，強化學生自己思考的過程，達到培養(yǎng)學生自學意識、獨立科研意識和能力，達到素質(zhì)型人才培養(yǎng)之目的。

如何提高《激光原理》課程的教學質(zhì)量，如何優(yōu)化和深化理論教學是一個長期的課題。針對教學內(nèi)容、教學手段和考核方式等方面進行改革，調(diào)動學生的學習主動性和積極性，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維、從事科學研究和撰寫學術(shù)論文的能力，提高他們的綜合素質(zhì)和競爭力。

參考文獻：

[1]陳家璧，彭潤玲主編.激光原理及應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2]馬再如.關(guān)于提高激光原理與激光技術(shù)課教學質(zhì)量的探討[J].高等教育研究，2012，（1）.

篇3

2引入慕課資源，促進課堂教學改革

《激光原理》屬于光電子類專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。由于課程的針對性較強，相對于其他的公共基礎(chǔ)課而言每個學校擔任《激光原理》課程的教師為數(shù)不多。目前，《激光原理》課程教學內(nèi)容多以教材為主，再加以教師教案和收集的各種資料，導致《激光原理》課程信息量少，形式也比較單一。當今我國光電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，而激光是整個光電產(chǎn)業(yè)的靈魂，所以，讓廣大光電產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員掌握和了解一定的激光原理知識是非常必要的。實際上，光電產(chǎn)業(yè)作為一個新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，許多的從業(yè)人員并未受到過系統(tǒng)的光電子理論教育，因而，引入慕課，不僅可以讓在校的光電專業(yè)學生受惠，而且可以惠及社會上眾多非“科班”出身的光電產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員。慕課突破了個別教師的界限，可以是一所大學，多所大學，其他社會機構(gòu)，甚至是更多個人直接上傳視頻、文本、音頻來參與教育內(nèi)容并在全球分享[2]。這樣一來，慕課進入課堂，使得教學模式多樣化，教學內(nèi)容多元化和海量化，每位學生都可以隨時隨地地從慕課平臺中去獲取更多自己所需要的學習資源?！都す庠怼氛n程理論性強，其中涉及到較多的復雜抽象的物理概念。在實際的教學過程中學生不易理解，僅僅依靠課堂教學很難達到預計的教學效果。這就需要改變傳統(tǒng)的教學模式，制作一些短小精悍的微視頻課件來實現(xiàn)慕課教學。慕課的主要載體就是十分鐘左右的微視頻，我們可以為每一個晦澀難懂的物理概念制作一個微視頻，并加以多媒體動畫講解[3]。每一個微視頻的時間不長，這樣可以集中學生的注意力，同時動畫講解可以提高學生學習《激光原理》的興趣，更大程度上提高學生自主學習的能力。另外，在慕課模式下，《激光原理》課程的考核方式也可以采用除傳統(tǒng)的試卷考試之外的更為靈活的方式進行。在整個《激光原理》課程的學習過程中，由于有了慕課這種方便、快捷的學習方式，學生可以隨時對自己感興趣的內(nèi)容進行學習，所以，在學習過程中更能激發(fā)學生的主觀能動性。那么，在這種情況下，教師也可以根據(jù)所教授的內(nèi)容和學生自身的特點對學生進行引導并提出一些跟課程相關(guān)的問題，叫學生自行尋找解決問題的方案。據(jù)此，教師可以判斷學生對課程的掌握程度和學生解決問題的能力，從而給出課程的考核分數(shù)。這樣的考核方式，也是激勵學生不斷學習的一種手段，在每次任務的完成和討論過程中既可以調(diào)動學生的積極性又可以增進師生互動，同時每次任務完成后可以及時的幫助學生了解自己對知識點的掌握效果。

3利用慕課平臺，建立虛擬實驗室

在大多數(shù)《激光原理》的實際教學過程中，多以理論教學為主，雖然在教學中輔以多媒體教學手段，但是教學效果不是很明顯，比如在講解諧振腔的損耗對激光器的影響的過程中，由于教學手段限制，很難讓同學們從抽象的理論中解脫出來。那么如何讓學生真切體會到諧振腔損耗對激光器的重要性？這是我們在《激光原理》教學中一直關(guān)注的問題。顯然，我們必須改變傳統(tǒng)的以理論教學為主的教學方法。這樣就要求理論教學內(nèi)容緊跟實驗教學，但是由于目前激光實驗設備昂貴，針對性強，甚至有些大型精密儀器往往無力購買，這必然導致實驗教學的缺失。另外，實驗課教師面對學生講解實驗的時候，由于一個班人數(shù)較多，受到視角的限制，不可能所有的學生都能完整清楚的看到每一個操作細節(jié)。尤其是大型貴重的儀器受到經(jīng)費的限制，臺數(shù)少，上課學生多的時候不是所有的學生都有實際操作的可能，甚至有時候很多的精密儀器都是作為演示實驗只有教師操作，學生只能在一旁觀看。利用慕課資源，建設虛擬實驗室可以在很大程度上解決激光原理實驗的問題。在教學手段上，可以利用LASCAD等激光器設計專用仿真軟件建立虛擬實驗室，演示激光的產(chǎn)生和激光束的傳播規(guī)律，以提高教學效果。虛擬實驗室可以大大減少設備資金的投入和各種實驗耗材的開銷，還可以使得每位學生都有親自操作的機會，可以使得學生更大程度上加深對深奧的概念理解。由于慕課建立在網(wǎng)絡平臺，課后只要學生有興趣就可以繼續(xù)在虛擬實驗室進行操作，方便學生利用零散時間來進行學習，如果有不熟練或有疑問的地方可以反復多次的實踐直至理解為止，這在傳統(tǒng)的實驗課堂上是幾乎不可能的。在慕課條件下建立虛擬實驗室可以在教學內(nèi)容上，加大綜合性、設計性實驗課題的比重，體現(xiàn)理工科課程的特點。精選一部分實驗內(nèi)容制定微型的基礎(chǔ)實驗用來完成一些驗證性實驗，例如模擬激光器和激光束的相關(guān)特性，加深學生對《激光原理》的感性認識。同時可以再加設一部分激光原理的課程設計的題目，啟發(fā)他們做一些新型的科學研究，滿足學生的高層次需求。比如，利用虛擬實驗室結(jié)合matlab編程等軟件設計，鼓勵學生開展激光器有源光學諧振腔設計等工作，開展高斯光束聚焦特性和中紅外激光器設計等專題活動。同時可以借鑒國外的教學模式，各種課程設計的實驗報告采用論文形式，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，提高學生撰寫專業(yè)論文的能力，為今后的畢業(yè)設計、畢業(yè)論文以及科技論文打下堅實的基礎(chǔ)。我校2014年獲批湖北省光電信息技術(shù)虛擬仿真實驗教學中心，以該項目為依托，我們已經(jīng)著手建立激光原理虛擬實驗室。

4慕課可以增進師生交流與溝通

傳統(tǒng)的教學方式以課堂為中心，教師主導著課堂教學。而課堂教學則以灌輸理論知識為主，教師講解過程中學生處于被動接受的地位，師生間互動較少。受到多方面因素的影響，目前大部分學校的《激光原理》教學，教師在課堂上往往只根據(jù)教材的安排，按部就班照本宣科教授書本非常狹窄的理論知識，而不注意這門課程在生產(chǎn)實際中的應用以及這個行業(yè)當前發(fā)展的狀況。另一方面，在現(xiàn)有的教育體制下，高校教師更多的關(guān)注自己的科研，而缺乏在教學方面創(chuàng)新的動力，僅把知識的灌輸作為主要的教學目標，學生在學習過程中得不到有效的指導和監(jiān)督[4]。然而教學的主要目的并不是為了培養(yǎng)學生的應試能力，而是為了訓練學生的自主學習能力使其更能適應社會化發(fā)展。慕課利用當代先進的信息技術(shù)，使得全人類能夠共享優(yōu)質(zhì)教育資源。慕課所提供的方便和快捷保障了學生的學習自[5]。與傳統(tǒng)的教學方式不同的是，慕課的內(nèi)容匯聚了大量的優(yōu)質(zhì)資源，學生可以通過網(wǎng)絡觀看各種《激光原理》的微視頻，也可以根據(jù)自身的情況來制定學習目標，組建學習內(nèi)容。學生可以觀看本校、外校甚至是國外教師教授《激光原理》的教學視頻并操作各種虛擬實驗室。學生可以利用慕課平臺與更多的教師和同學交流互動，分享各式各樣的學習資源，甚至于可以組建網(wǎng)絡討論小組和興趣小組，互相討論自己感興趣的課題，分享筆記，點評課程。在慕課模式下，教師和學生的角色都會有所轉(zhuǎn)變甚至于可以互換。慕課對教師提出了前所未有的挑戰(zhàn)，學生可以根據(jù)所需要的學習內(nèi)容自行選擇上課教師，這樣對教師的教學水平、教學風格提出了更高的要求。學生也可以根據(jù)自己對某個知識點的理解制作微視頻上傳到慕課平臺，教師也可以通過學生的講解視頻來了解學生的思維方式和理解程度。有些學生通過參考文獻、虛擬實驗或是各種社會實踐來提出自己對《激光原理》課程中各種見解，這些都是教師在傳統(tǒng)教學中所無法得知的?？梢韵胂笤谀秸n環(huán)境下，沒有學生會選擇教學模式古板、教學質(zhì)量差的教學視頻來觀看，這樣很多照本宣科、本本主義的教師將會消失，同時也對學生的自律性提出了更高的要求，是被動的學習轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鞯膶W習模式。所以，在慕課模式下，教師教學生學的傳統(tǒng)師生關(guān)系將會發(fā)生很大的改變。教師在教學過程中將會有更多的機會從學生處獲益，“教學相長”將會在慕課模式得到更加完美的詮釋。

5慕課模式下校企合作，了解更多的科技動態(tài)

激光原理是一門實踐性很強的課程。教學中需要學生多動手、多思考，在實驗中理解和應用課堂教學中學到的理論知識等。受限于激光器的構(gòu)造特性，一般理論課堂難以進行實驗演示，即便演示，效果也不好。此外，在教材上，由于光電子技術(shù)的快速發(fā)展，新型光子器件和新的激光技術(shù)不斷涌現(xiàn)，導致教材的先進性有所欠缺，比如激光短脈沖技術(shù)一般教材都只介紹傳統(tǒng)的調(diào)Q，鎖模技術(shù)，而應用在高功率超短激光脈沖產(chǎn)生的啁啾放大技術(shù)卻很少涉及。這種教學模式與教學部提出的“應用型普通本科學校”是相違背的，大學從來不是“象牙塔”，不只是單純的要求學生參加應試教育的考試，而是要培養(yǎng)提高學生的綜合能力包括自主學習的能力、發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力和工程應用能力等。但是，綜合能力的培養(yǎng)與提高不是一朝一夕的事情，它貫穿于從學校到社會甚至整個人生。這就要求我們的大學課堂與企業(yè)的要求緊密的鏈接起來，可以根據(jù)企業(yè)合作要求搭建慕課平臺，企業(yè)可以根據(jù)他們對激光工藝的要求和大學院校共同開發(fā)慕課平臺，聘請企業(yè)工程師和一些有經(jīng)驗的工人加入慕課的開發(fā)和制作[6]。根據(jù)企業(yè)要求制作的慕課，學生不僅可以學習理論知識，還可以學習到實踐技能。在所有完成慕課的學生中，企業(yè)可以根據(jù)完成情況擇優(yōu)錄取，免去一部分招聘和培訓的成本，學生通過慕課的訓練也能很好地適應企業(yè)的工作，真正獲得雙贏的效果。由于《激光原理》課程專業(yè)性強，大多受到資金的限制，每個學校對《激光原理》課程的投入不會太大，難以添置高端儀器，而慕課是綜合各個院校及企業(yè)的各種教學資源，這樣實驗儀器設備要更為齊全，通過慕課可以了解到一些沒法見到的大型高科技儀器設備，熟悉儀器的用途、操作原理以及使用方法等。利用慕課模式，引進企業(yè)的研發(fā)機構(gòu)，這樣可以綜合利用社會資源。在《激光原理》慕課建設內(nèi)容中，可以以企業(yè)產(chǎn)品市場銷售走勢對教學重點進行適當?shù)恼{(diào)整，以適應企業(yè)的需求[7]。從這個角度來講，這也可以激發(fā)學生學習《激光原理》的興趣，開拓知識面，開發(fā)其潛在的創(chuàng)造能力，通過這種課內(nèi)外科技活動結(jié)合的教學形式，了解高科技知識，達到在本科階段參與科研的目的。這既為學生的進一步深造奠定了堅實的理論和實踐基礎(chǔ)，也實現(xiàn)了學校人才培養(yǎng)和企業(yè)需求的無縫對接。所以，在慕課模式下實現(xiàn)校企合作，對學生、學校和企業(yè)都是有好處的，是一舉三得的事情。

篇4

數(shù)值相對論計算機求解愛因斯坦方程

物理學家的隨機過程理解噪聲系統(tǒng)

量子信息和糾纏性的哲理

環(huán)境流體力學進展

聚合物的粘彈性力學基礎(chǔ)分子理論、實驗和模擬，第2版

天文問答指南

利用雙筒望遠鏡探索太陽系的奧秘

藥物設計

生態(tài)恢復

花圖式

大腦中的語言

利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡模擬感知

自然資源保護與管理中的分子方法

美容的神經(jīng)生物學

空間認知與空間感知

評估自然資源

多媒體檢索數(shù)據(jù)管理

Event—B語言的建模

算法語言Scheme的第6次修訂報告

量子計算中的語義學技術(shù)

機械臂的自適應控制統(tǒng)一無回歸矩陣方法

稀疏圖像信號處理

機械和電子工程

偉大的工程師們

隨機調(diào)度

復值數(shù)據(jù)的統(tǒng)計信號處理

移動機器人分析學的更多的進展 第5屆國際ISAAC會議論文集

分析學的進一步進展 第6屆國際ISAAC會議論文集

線性算子方法 逼近與正則化

2008年Isehia群論會議文集

應用數(shù)學和計算數(shù)學的前沿

計算科學的最近進展

超流宏觀理論

高等凝聚態(tài)物理

量子雜談 微觀世界的魅力

從π介子到夸克 20世紀50年代的粒子物理學

非線性振動

非線性波

時間序列分析 社會科學家用的全面介紹

時間，空間，星系與人類 關(guān)于宇宙大爆炸的故事

彗星和生命起源

發(fā)現(xiàn)宇宙大爆炸)膨脹宇宙的發(fā)現(xiàn)

環(huán)境科學中的機器學習方法 神經(jīng)網(wǎng)絡與核方法

世界上最大的濕地 生態(tài)與保護

有害污染物的科學管理

達爾文的短篇出版物1829—1883

物理生物學 從原子到醫(yī)學

達爾文筆記1836—1844

諾貝爾生理醫(yī)學獎專題講座2001—2005

陸蟹生物學

無標記生物傳感技術(shù)以及應用

傳感器與微系統(tǒng) 第13屆意大利學術(shù)報告會論文集

傳感器與微系統(tǒng) 第12屆意大利學術(shù)報告會論文集基本泛函分析

物理學及有關(guān)領(lǐng)域大學生用數(shù)學方法

伽羅瓦理論 第二版

變分法中的重積分

數(shù)論概要

解Pell方程

復雜的非線性 混沌、相變、拓撲變化和路徑積分

量子位勢論

導電物質(zhì)量子理論 超導

自旋 Poincare研討會2007

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的現(xiàn)代試驗技術(shù)

結(jié)構(gòu)力學中的混沌

物質(zhì)結(jié)構(gòu)

激光材料加工原理 現(xiàn)代傳熱與傳質(zhì)技術(shù)

超快強激光科學的進展 第四卷

相變材料 科學和應用

分析系統(tǒng)動力學 建模與仿真

微極亞塑性顆粒狀物體中的剪切局部化

天線和望遠鏡的建模與控制

將無人飛機系統(tǒng)集成到國家空域系統(tǒng)

動力學系統(tǒng)中的模型提取 用于移動機器人控制

臨床核磁共振成像及其物理學 指南

膠原蛋白 結(jié)構(gòu)和力學

大型渦流模擬的質(zhì)量及可靠性

信息系統(tǒng)開發(fā)、

移動多媒體廣播標準 技術(shù)與實踐

篇5

23年前，34歲的譚立英在北京圖書館查閱資料，準備她的碩士畢業(yè)論文。查閱了上千篇資料后，有關(guān)衛(wèi)星激光通信的數(shù)據(jù)讓她眼前一亮――衛(wèi)星與衛(wèi)星間、衛(wèi)星與地面間用“光”連接起來，可以形成空間的信息高速公路。要是能在浩瀚空間建立一個無線光網(wǎng)絡，實時進行高速信息傳輸，這將是一件多么了不起的事情啊！

這個想法令譚立英興奮不已，可當她著手去做這件事情時，難度大于想象。彼時，她是哈爾濱工業(yè)大學物理系的教師，一個5歲孩子的媽媽，每天一邊上課，一邊做碩士論文，還要照顧孩子。丈夫加同事馬晶遠在日內(nèi)瓦深造。在當時那個年代，衛(wèi)星微波通信還不成熟，更不要說是衛(wèi)星激光通信，幾乎所有的人都認為譚立英的想法是天方夜譚，包括譚立英當時的導師。

導師勸她：“方向雖好，但難度太大了，難以畢業(yè)。你要堅持做這個，碩士論文所需的研究費用還要你自己解決?！弊T立英點點頭，說：“會想到辦法的?！逼鋵崳稽c辦法都沒有，她只是怕絲毫猶豫都會讓心中燃燒的激情之火熄滅。她34歲了，不想在這個能有所成就的年紀里，提前老氣橫秋。

譚立英沒有想到，為了她的項目，丈夫提前回國。他把家里所有存款取出來，一共不到2萬元，對她說：“沒經(jīng)費，我們就用家里的錢，我陪著你一起干?！?/p>

久別重逢，夫妻倆的卿卿我我就是通宵地討論那片科學的空白之地。5歲的女兒聽得厭煩了，嫉妒地對爸爸說：“你都有一年多沒看到我了，我還是沒有你們的課題重要，我真想變成天上的衛(wèi)星，讓你們天天研究研究我?！迸畠旱脑?，把夫妻倆逗笑了。譚立英親親女兒，牽牽丈夫的手，看看窗外的夜空，想想自己即將要做的連結(jié)天與地的事情，她的幸福神圣而隱秘。

連接天地的幸福，神圣隱秘

創(chuàng)業(yè)之初的日子無比艱難。他們的實驗室設在一間地下室里，潮氣重，所有的紙質(zhì)材料因浸入了潮氣而變得綿軟，難以翻閱。馬晶放了一個除濕機，每天都能抽出三箱水來。

家里的積蓄和微薄的工資是全部科研經(jīng)費，譚立英不得不算計著花。為了節(jié)省費用，譚立英出門能步行絕不坐公交，坐火車也只買硬座，餐桌上長年是白菜土豆。女兒三番兩次抗議后，每周的土豆燉白菜里可以出現(xiàn)幾片肥瘦相間的肉，算是改善了伙食。以至于女兒說：“在咱們家，實驗是親生的，我是馬路上撿來的?！?/p>

盡管如此，困難依然接踵而至。建立理論模型需要實驗測試驗證，沒有經(jīng)費就沒有最基本的實驗設備，初步的原理驗證無法進行。一天，馬晶略帶得意地安慰妻子：“咱們的儀器有了?！彼u起關(guān)子說，這是個秘密。

兩天后，馬晶神秘地把妻子帶到實驗室。拉開實驗室門的一剎那，譚立英驚呆了――地上擺了一堆破爛。馬晶如數(shù)家珍：“這是教學實驗室報廢的儀器，有些修一修興許能用?！弊T立英半信半疑。之后的幾天，夫妻倆在實驗室忙活開了。他們首先將這些破爛整理歸類，湊成了幾件“整尸”，然后“解剖”“移植”“再造”“重組”，它們重新變成了實驗設備。七天之后，實驗設備開始集體工作，半個月后，他們完成了測試驗證。譚立英獲得了有效的發(fā)射測試數(shù)據(jù)，完成了她的畢業(yè)論文。

論文寫下最后一個句號時，譚立英不得不為當天的晚餐發(fā)愁――研究已經(jīng)花光了家中全部的積蓄，晚餐在哪里都成了問題。為了安慰女兒，馬晶對女兒說：“媽媽的論文完成了，這是個非常值得祝賀的日子，按照行規(guī)，今天得吃白水煮面，意味著萬事順順利利?！币患胰谟瞄_水干杯，以白水煮面條充饑。

當晚，女兒睡后，馬晶對譚立英說：“研究衛(wèi)星激光通信是一個從無到有的工作，以后還會有更多的困難，你要做好思想準備。你只要記住一條，我一直在你身邊，你不是一個人?！?/p>

譚立英看看熟睡的女兒，滿心愧疚。馬晶拍拍她的肩膀，說：“她會理解的，你應該想到這個過程本身對她就是一種富養(yǎng)?！?/p>

有種浪漫，身心相伴

1995年，“彈盡糧絕”的秋天，譚立英帶著碩士論文和幾十袋方便面住進了北京阜成路8號航天部招待所。倔強的她要給這個研究項目跑出一筆經(jīng)費來。

跑經(jīng)費的日子也是譚立英哭得最多的日子。碰壁是常有的事情，冷言冷語也是常聽的，很多時候譚立英轉(zhuǎn)身出門時，淚水就滴在了衣襟上。作為一個知識分子，她的自尊不允許她在別人面前以眼淚獲得支持。每一次，當眼淚于人前奪眶而出時，她都借口去衛(wèi)生間，哭夠了，再回來繼續(xù)陳述她的研究。

沒有任何門路的譚立英完全是用研究熱情打動了航天部的工作人員。幾乎每一個看了她論文的人都會驚奇地問：“是誰支持你做衛(wèi)星激光通信研究的？”“我丈夫。我們沒有項目經(jīng)費支持，是拿自己家里錢做的。”

陳芳允院士――中國衛(wèi)星測量、控制技術(shù)的奠基人之一，“兩彈一星功勛獎章”獲得者，863計劃的倡導者之一，讀了譚立英的畢業(yè)論文，了解了他們所做的工作之后，激動地說：“你們做得非常好！國家需要衛(wèi)星激光通信，也一定會支持你們的研究工作。希望你們能繼續(xù)做下去，不要有任何顧慮。”此后，馬晶和譚立英陸續(xù)獲得了來自哈爾濱工業(yè)大學和航天五院的科研基金，建立了團隊，研究工作也逐步進入正軌。

試驗進入收尾階段時，由于估計不足，科研經(jīng)費又一次出現(xiàn)了短缺。大家自帶行李，擠進了租來的簡易房。馬晶、譚立英把家里的電視機、窗簾、大米、土豆等一股腦地搬進了這個“新家”。所有研究人員每天中午只吃6元的盒飯。到了晚上，譚立英又變身為廚師，她拿出科研精神鉆研廚藝，每天不重樣地為大家做上一頓像樣的飯菜。

2011年10月25日，讓譚立英夫婦銘記一生的日子，那是中國首次星地激光鏈路雙向捕獲跟蹤試驗成功的日子。試驗現(xiàn)場的大屏幕上，“海洋二號”衛(wèi)星以時速2萬余千米的速度疾馳而來，它經(jīng)過試驗區(qū)域的時間只有幾分鐘。衛(wèi)星光信號與地面光信號準確對準，實現(xiàn)了快速雙向捕獲、鏈接并跟蹤。

11秒！地面終端就成功捕獲到星上終端發(fā)出的光信號。這一刻，譚立英期盼了太久。馬晶說，20年，比他想象的時間還要短些，他甚至做好了打30年或者50年持久戰(zhàn)的準備。

篇6

我校光信息科學與技術(shù)專業(yè)歷史悠久、辦學基礎(chǔ)好、生源質(zhì)量高、專業(yè)方向應用性強。為適應國家對激光科學與技術(shù)及光信息技術(shù)高素質(zhì)人才的需求，發(fā)揮我校光信息科學與技術(shù)專業(yè)應用性強的優(yōu)勢，圍繞“特色教育，服務社會”的宗旨，2009年申報成功了光信息科學與技術(shù)國家第一類特色專業(yè)，目標是建設一個以激光科學與技術(shù)和光信息技術(shù)兩個專業(yè)方向為優(yōu)勢方向，特色鮮明的名牌專業(yè)，使之在培養(yǎng)質(zhì)量方面達到或接近國內(nèi)一流水平。在專業(yè)邊緣領(lǐng)域，大膽開拓，不斷擴展研究內(nèi)容，使該專業(yè)成為國內(nèi)激光科學與技術(shù)和光信息技術(shù)方向高級人才的培養(yǎng)基地，滿足社會發(fā)展需要，為同類型高校相關(guān)專業(yè)建設和改革起到示范和帶動作用。電動力學作為該專業(yè)重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，需進行教學內(nèi)容和教學方式的改革，以適應特色專業(yè)的建設和培養(yǎng)高質(zhì)量畢業(yè)生要求。

二、電動力學課程教學現(xiàn)狀及課程特點

電動力學課程內(nèi)容，對大多數(shù)學生來說感覺到比較難學。原因是知識點較多，抽象難懂。數(shù)學推導復雜，要求有較強的數(shù)理基礎(chǔ)。雖然有些電動力學問題接近實際，比如波導問題、天線問題，但學生要理解和解決這些問題，需要一定的過程，由于上述問題的存在，使初學者常常感到電動力學課枯燥無味、難以入門；上課聽講似懂非懂，下課做題無從下手。并且,由于招生數(shù)量的增加,極大降低了師生比,降低了學生與老師交流的幾率。同時，現(xiàn)代大學生與80年代大學生比，缺乏主動思考意識和能力，都嚴重影響電動力學課程的教學效果。

三、教學改革設想及實施

篇7

用宏觀物理學的方法研究原子的性質(zhì)及其相互作用時，只能通過測量微觀量的平均值，大平均過程掩蓋了原子水平上的重要效應。操控單個微觀粒子，研究單個粒子的行為和性質(zhì)以及少數(shù)粒子的相互作用，一直是就是物理學家夢寐以求的事。隨著實驗技術(shù)的發(fā)展，控制單個微觀粒子的愿望成為可能。特別是1960年激光的發(fā)明和在這以后激光技術(shù)的發(fā)展，可以隨我們所需改變激光的頻率，控制激光束的延續(xù)時間并使激光束聚焦到一個原子大小的范圍。從這以后，實驗技術(shù)和實驗方法有了極大的發(fā)展，利用激光可以使原子或離子冷卻到接近絕對零度，就是使它們的運動速度減到非常小，直至幾乎停止。還實現(xiàn)了利用特殊的電磁場來陷俘單個原子或離子。物理實驗技術(shù)的進展使研究單個或少數(shù)幾個粒子的性質(zhì)、深入研究光子和物質(zhì)粒子的相互作用有了可能。這不僅打開了高科技應用的廣闊前景，還為證實和發(fā)展量子物理學的基本原理提供了實驗基礎(chǔ)。

量子力學已有100多年歷史，量子力學理論取得了輝煌的成功?，F(xiàn)代的高科技產(chǎn)品，如計算機芯片、激光、醫(yī)用磁共振等等無不是在量子力學理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。量子力學被認為是最精確、最成功的物理理論，可是人們對量子力學的基本原理始終存在著疑問，那些創(chuàng)立量子力學的物理大師們自己都不滿意量子力學的基本假設。在這些大師之間以及他們的后繼者中，關(guān)于量子力學的理論基礎(chǔ)是否完善的問題爭論不休，新的解釋層出不窮，至今還沒有得出令人滿意的結(jié)論。

量子力學描寫微觀世界的規(guī)律，但人類的直接經(jīng)驗都是關(guān)于宏觀世界的。我們的測量儀器以及人類感官本身都是宏觀物體，儀器測量到的和我們直接感知的都是大量原子組成的宏觀物體。在經(jīng)典物理學中，觀察不影響被觀察對象的運動狀態(tài)，例如，我們能夠觀察一個行星的運動，追隨它的運動軌跡，行星的狀態(tài)變化與觀察者無關(guān)，不受我們觀察的影響。可是，對微觀世界的觀察就完全不是這樣，當我們研究一個量子體系時，經(jīng)過測量后的量子體系原來的狀態(tài)總是被破壞了。例如，光子進入光電探測器后，光子就被吸收；電子被探測器件接收后，該電子原來的狀態(tài)就改變了。宏觀儀器對量子系統(tǒng)測量的結(jié)果，都必須轉(zhuǎn)換為經(jīng)典物理學的語言。要直接觀察并且非破壞性（non-demolition）地測量量子體系的量子性質(zhì)是難以做到的事情，所以，量子力學所預言的量子世界的奇特性質(zhì)一直令物理學家和公眾感到神秘難解。

2012年諾貝爾物理獎獲得者和他們的同事們的工作，突破了經(jīng)典物理學實驗和人類直接經(jīng)驗的限制，他們直接觀察到了個別粒子的量子行為。瓦因蘭德小組做的是在電場中陷俘離子，用光子對它做非破壞性的操控。阿羅什小組是在空腔中陷俘單個光子，用原子進行非破壞性的測量。他們異曲同工，都對單個量子粒子進行實驗測量，研究量子力學的基本原理。這些研究不僅對量子理論的基本原理的進一步闡明有重要意義，并且有廣闊的應用前景。

阿羅什：把光子囚禁起來

阿羅什畢業(yè)于法國高等師范學校。1971年他在巴黎第六大學獲得博士學位，導師是柯亨-塔諾季（Claude Cohen-Tannoudji），1997年諾貝爾物理學獎得主。從20世紀60年代開始阿羅什就在法國高等師范學校物理系的卡斯特勒-布羅塞爾實驗室（Kastler-Brossel Laboratory）工作。該實驗室是以獲諾貝爾物理學獎的阿爾夫萊德?卡斯特勒（Alfred Kastler）的名字命名的。1972～1973年，阿羅什曾到美國斯坦福大學，在諾貝爾物理學獎獲得者肖洛的實驗室中工作。

阿羅什說，他們的成功主要得益于卡斯特勒-布羅塞爾實驗室特有的學術(shù)環(huán)境和物質(zhì)條件。他們組成了極其出色的研究小組，并且將共同積累的知識和技能傳授給一代又一代的學生。阿羅什還說，他給研究生和本科生的講課也有助于研究工作，在準備新課的過程中他注意到了光和物質(zhì)相互作用的不同方面。阿羅什認為，國際交流學者參加研究不僅帶來專門的知識和技能，也帶來不同的科學文化以補充他們自身的不足。他覺得幸運的是，在長期的微觀世界探索中，他和他的同事們能夠自由地選擇他們的研究方向，而不必勉強地提出可能的應用前景作為依據(jù)。

阿羅什小組的主要成就是發(fā)展了非破壞性的方法檢測單個光子。用通常的方法檢測光子，都是吸收光子并把它轉(zhuǎn)換為電流（光電探測器）或轉(zhuǎn)化為化學能量（照相底片）（動物的眼睛是將光子轉(zhuǎn)化為神經(jīng)的電脈沖的）?？傊?，光子被測量到后立即消失。近半個世紀以來，雖然人類發(fā)展出了量子非破壞性測量，但這些測量只能用于大量光子的情況。而阿羅什和同事們做到了反復測量記錄同一個光子。

光的速度非?？欤_每秒30萬公里，所以要控制、測量單個光子，必須將光子關(guān)閉在一個小的區(qū)域內(nèi)，并使其在足夠長的時間內(nèi)不逃逸或被吸收。阿羅什小組實驗成功的關(guān)鍵是制成反射率極高的凹面鏡。反射鏡是在金屬底板上鍍以超導材料鈮，鏡面拋光到不平整度只有幾個納米（1納米=100萬分之一毫米），光子因鏡面不平而散射逃逸的機會非常小?？涨挥蓛蓚€凹面鏡相對安放組成，鏡間距離27毫米。整個設備安置在絕對溫度1度以下的環(huán)境中。一個微波光子在腔中停留時間可達十分之一秒，即在兩面鏡子之間來回反射10 億次以上，差不多相當于繞地球一周?？梢哉f阿羅什小組創(chuàng)造了限制在很小的有限體積內(nèi)的光子壽命的世界紀錄。

阿羅什小組的另一項創(chuàng)造性貢獻是利用利用里德伯原子作為探測器，實現(xiàn)非破壞性測量單個光子。所謂里德伯原子，是激發(fā)到很高的能量軌道上的原子，這種原子的體積比正常原子大許多。他們用銣（原子序數(shù)37）原子，把它的價電子激發(fā)到第50層的圓形軌道上（主量子數(shù)n=50）。這種情況下，外層電子從n=50 的軌道躍遷到相鄰的軌道n=49和n=51，發(fā)射或吸收微波光子頻率分別為54.3GHz（千兆赫茲）和51.1GHz。正常的原子半徑在0.1納米以下，銣原子中電子占據(jù)的最外層軌道為n=5；當它的最外面的電子跑到n=50的圓形軌道上時，原子的半徑達到100多納米，原子半徑增大了1000倍以上。這樣的原子好比一個很大的無線電天線，容易和電磁場相互作用。

瓦因蘭德：讓離子停下來

瓦因蘭德和阿羅什同年，都生于1944年。1965年，瓦因蘭德畢業(yè)于美國加利福尼亞大學伯克利分校；1970年在哈佛大學獲博士學位，博士論文題目是“氘原子微波激射器”，導師是拉姆齊（Norman Ramsey）。以后他到華盛頓大學，在德默爾特（Hans Dehmelt）的實驗室做博士后研究。德默爾特是1989年諾貝爾物理獎獲得者。1975年，瓦因蘭德和德默爾同發(fā)表了討論激光冷卻離子的論文，這是有關(guān)激光致冷的開創(chuàng)性論文，被學術(shù)界同仁廣泛引用，其中包括獲1977年諾貝爾物理學獎的朱棣文、菲利普斯和柯亨-塔諾季等。

1975年，瓦因蘭德到隸屬于美國商業(yè)部的美國國家標準與技術(shù)研究所工作。在那里，他創(chuàng)建了儲存離子研究小組。在過去多年的工作中，他做出了多項世界第一的研究成果，終于獲得了諾貝爾物理學獎。他是15年來美國國家標準與技術(shù)研究所第四位獲諾貝爾物理獎的研究人員之一，研究激光致冷的菲利普斯也是其中之一。

制造量子計算機的建議方法有多種，許多科學家正在對不同的方案進行實驗研究。瓦因蘭德小組從事的陷俘離子的方法是最成功的方法之一。他們利用特殊排列的幾個電極組合產(chǎn)生特定的電場，形成陷阱，將汞的一價離子限制在三個電極組成的空間中。三個電極包括兩端各有一個相對的電極和一個環(huán)形電極，離子由激光束控制。

在常溫下，原子運動的平均速度為每秒數(shù)百米，以這種速度運動的離子會立即逃逸出陷阱。要將離子陷俘在電場陷阱中，離子的運動速度必須非常小。只有在極低的溫度下，離子或原子的運動速度才能變得很小?？梢岳眉す馐闺x子冷卻，使離子的速度減小到幾乎停止的狀態(tài)。將特定頻率的激光束對著原子或離子射來的方向照射時，原子在迎面射來的光子的一次次沖擊下，速度就慢了下來。當然，原子或離子吸收了光子又要再把它發(fā)射出去，發(fā)射光子時原子也要受到反沖。但原子或離子發(fā)射光子的方向是隨機的，各種方向都有，結(jié)果反沖效應平均為零，只有迎面射來的光子被吸收后起到了減速的作用。但僅僅用這種方法還不能使原子速度降低到近乎停止，還要加上其他方法。速度已經(jīng)很小的離子在陷阱中受電場的作用，還在以一定的頻率振動，這種振動的能量和離子內(nèi)部的能量狀態(tài)耦合起來，形成復雜的能級。在適當頻率的激光束照射下，離子吸收光子后又重新放出光子，落回原來內(nèi)部能量最低的狀態(tài)，同時帶動離子振動能量的變化。在適當控制的條件下，重復這樣的過程，就可以使離子振動能量逐步減少，直到振動能量達到最低的量子狀態(tài)，離子近于完全停止。這時，離子就可以隨意操控了。

瓦因蘭德小組利用利用陷俘離子做成一個量子可控非門（Controlled NOT）。當然可控非門只是最簡單的量子計算機的元件，一臺能工作的計算機需要多得多的元件，離制成實用的量子計算機還非常遙遠。然而前景是光明的，包括瓦因蘭德在內(nèi)的許多科學家正積極研究，攻克難關(guān)，希望在本世紀內(nèi)將量子計算機研制成功。

瓦因蘭德和同事們還利用陷俘的離子制造出了當今世界上最精確的原子鐘。他的研究工作也可以檢驗量子力學基本原理，如進行“薛定諤貓”的實驗。

不為盛名所惑

阿羅什和瓦因蘭德有許多相同的地方。他們都在世界第一流的實驗室中工作；巧的是，他們每人各有兩位獲諾貝爾物理學獎的老師；他們都有合作30年以上的同事組成的穩(wěn)定的研究小組，還有許多優(yōu)秀的學生和合作者，其中包括外國的訪問學者。在他們的諾貝爾獎報告中，他們的老師、同事以及和他們的工作有密切關(guān)系的、前人的研究都一一提到。兩人都還提到有100多位學生、博士后和訪問學者也做出了貢獻，強調(diào)成績是大家努力的結(jié)果。

瓦因蘭德和阿羅什也有一點很大的不同。阿羅什的研究目的偏重于探索自然界的奧秘，沒有非常明確的應用目標，雖然他知道自己的研究成果肯定有長遠的應用前景。他所屬的卡斯特勒-布羅塞爾實驗室也沒有要求其研究一開始就必須有明確的應用目的。不過，即使在法國高等師范學校，這種待遇也只有像阿羅什這樣的資深科學家才能得到。而瓦因蘭德所在的美國國家標準與技術(shù)研究所本身就具有明確的實用目標：促進美國的創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)競爭能力，開創(chuàng)新的測量科學，推進美國的技術(shù)水平。該研究所的研究都是目標長遠，技術(shù)含量高，能在世界上領(lǐng)先的項目。這些項目實際上都是結(jié)合遠期應用的基礎(chǔ)性研究。

瓦因蘭德和阿羅什還有一個共同點，就是除了做研究以外，都在大學教課。阿羅什認為備課的過程促使他從多方面考慮基本原理，也有助于研究工作。而從學生的角度來看，能聽到優(yōu)秀的科學家講課，和他們直接交流，不僅能學到當今前沿的科學知識，還可以學習到優(yōu)秀科學家的治學精神和思想方法。

榮摘諾獎桂冠是否改變了科學家本人的生活呢？據(jù)英國廣播公司（BBC）在線版消息稱，阿羅什本人僅僅提前了20分鐘被組委會告知自己獲獎的消息。

“我很幸運，”阿羅什說，但他指的并不是自己得獎這回事，“（接到來電時）我正在一條街上，旁邊就有個長椅，所以我第一時間就坐了下來?！彼稳菽且豢痰男那?，“當我看到是瑞典的來電區(qū)號，我意識到這是真實的，那種感覺，你知道，真是勢不可擋?！?/p>

不過據(jù)諾獎官網(wǎng)的推特稱，阿羅什接到獲獎的確切消息后，打了個電話給自己的孩子，然后開了瓶香檳慶祝。再然后，他又回實驗室工作去了。

（作者單位：復旦大學物理系）

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1.激光加工技術(shù)概述

激光加工技術(shù)是一種高度柔性和智能化的先進加工技術(shù), 它集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果, 技術(shù)涉及范圍廣。激光加工技術(shù)是指各種以高能密度激光束為手段, 通過激光束與材料之間的物理和化學等作用, 實現(xiàn)改變物質(zhì)形態(tài)或性質(zhì)的先進材料加工技術(shù)。激光加工涉及激光物理、材料、電子、機械和工程傳熱等多門學科, 綜合了激光、制造、控制和計算機應用等多項技術(shù), 已成為多學科交叉和多技術(shù)綜合的一種典型的先進制造技術(shù)。激光加工具有非接觸、無污染、熱影響區(qū)域小、加工精度高以及可選區(qū)加工等特點, 而且在特定的加工情況下是其他制造方法不可替代的。因此, 激光加工技術(shù)在許多行業(yè)中都得到了重要而廣泛的應用。由于其獨特的性能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應用, 在誘變育種、增強種子活力、促進生長發(fā)育、提高產(chǎn)量和品質(zhì)、平地整地、提高節(jié)水灌溉能力、防治病蟲害等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。

2.激光加工技術(shù)在農(nóng)機制造中的應用

21世紀是一個以信息、生物等高科技為支柱的知識經(jīng)濟時代, 我國農(nóng)業(yè)只有加快現(xiàn)代化進程, 才能在國際競爭中立于不敗之地。發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)少不了農(nóng)業(yè)機械的支持, 制造技術(shù)成為其重要的組成部分。當前農(nóng)業(yè)機械由于其自身應用的特點和工作對象的復雜性, 尤其是農(nóng)機制造行業(yè)的設計加工手段比較落后, 使其創(chuàng)新少, 新產(chǎn)品開發(fā)周期長, 成本高,制造質(zhì)量比較粗糙, 產(chǎn)品壽命相對較短。免費論文參考網(wǎng)。為了大力提高農(nóng)機的制造技術(shù), 并與其他機械制造業(yè)平行發(fā)展, 必須加大激光等先進制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)制造中的應用力度, 提高農(nóng)機制造企業(yè)的現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)水平。

2.1激光快速成型技術(shù)在農(nóng)機制造中的應用

快速成型技術(shù)即直接根據(jù)CAD模型快速生產(chǎn)樣件或零件的技術(shù)總稱。它集成了技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、撒光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果, 是先進制造技術(shù)的重要組成部分 。其原理產(chǎn)品三維CAD模型一分層離散—按離散后的平面幾何信息逐層加工堆積原材料生成實體模型。它能根據(jù)CAD模型電子模型自動、直接、快速、精確地將設計思想物化為具有一定功能的原型或直接制造零件, 在不同模具和工具的條件下生成幾乎任意復雜的零部件, 解決了從設計到制造的快速對接問題。因此, 該技術(shù)可以對產(chǎn)品設計進行快速評價及修改, 有效地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期, 降低了開發(fā)成本, 滿足了當今競爭日益激烈的市場對新產(chǎn)品快速開發(fā)和快速制造的要求, 提高了產(chǎn)品的市場競爭力和企業(yè)的綜合競爭能力。其中, 激光選區(qū)燒結(jié)是快速成型制造中的重要工藝方法之一。這種制造方法具有成型速度快、精度高、表面質(zhì)量好、后置處理簡單和省時等特點, 是一個具有生命力的技術(shù), 為制造技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了一種新方法。

農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)過程具有特殊性。零件多具有較復雜的形狀, 如耕地機械、整地機械和收獲機械等。此外, 復雜曲面較多, 如犁體曲面、旋耕機旋刀、水泵葉輪和送料螺旋等, 而且根據(jù)具體的生產(chǎn)情況不同, 其形狀還需相應調(diào)整。因此,利用傳統(tǒng)的機械加工方法研制這種農(nóng)業(yè)機械零件, 不僅研制開發(fā)時間長, 加工工藝復雜, 而且很難達到理想的效果。運用先進的激光快速成型集成技術(shù), 不僅大大縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期, 降低開發(fā)成本, 而且制造質(zhì)量也優(yōu)于傳統(tǒng)制造方法。

2.2激光表面強化與熱處理技術(shù)在農(nóng)機制造中的應用

激光表面強化與熱處理技術(shù)是一種新型的材料表面處理技術(shù)。激光表面強化技術(shù)的原理是利用激光穿透能力極強的特點,當把金屬表面加熱到僅低于熔點的臨界轉(zhuǎn)變溫度時, 其表面迅速奧氏體化, 然后急速自冷淬火, 金屬表面迅速被強化川。激光熱處理是傳統(tǒng)熱處理技術(shù)的發(fā)展和補充, 它可以解決其他表面處理方法無法解決或不好解決的材料強化問題。經(jīng)過激光處理后, 可以提高其抗磨損、抗疲勞、耐腐蝕和防氧化等性能, 延長其使用壽命?？傊? 激光表面技術(shù)對于提高零部件的表面綜合機械物理性能, 改善產(chǎn)品的性能、使用壽命,增強產(chǎn)品的競爭能力起著至關(guān)重要的作用。

農(nóng)業(yè)機械量大面廣, 種類繁多, 每年由于表面破壞和失效帶來的損失非常巨大。資料表明, 農(nóng)機產(chǎn)品的失效破壞,約60%有是由零件表面的腐蝕和磨損造成的。如耕作、播種和收獲機械的許多零部件, 直接與土壤接觸, 其腐蝕和磨損相當嚴重, 導致故障增多、生產(chǎn)率下降, 作業(yè)成本明顯上升。免費論文參考網(wǎng)。農(nóng)用動力中的氣缸、氣門、曲軸, 因磨損和腐蝕常會導致功率下降, 污染增加。各種農(nóng)用泵、風機和葉片在表面磨損后, 工作性能下降, 壽命降低。因此, 在農(nóng)機行業(yè)中大力推廣先進、實用的表面技術(shù), 可顯著提高零部件的抗氧化、耐腐蝕、耐磨損和耐疲勞性能, 能最大限度地延長農(nóng)機具的使用壽命己對于已損壞的產(chǎn)品, 采用表面修復工藝, 可大大節(jié)省資金,經(jīng)濟效益十分顯著。

此外, 激光熱處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械制造行業(yè)應用極為廣泛, 在許多關(guān)鍵零件上如缸體、缸套、曲軸、凸輪軸、排氣閥、農(nóng)技服務年閥座或活塞環(huán)等幾乎都可以采用激光熱處理。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中, 機器的工作條件是多種多樣的, 有些機器犁、中耕機、播種機和收割機直接在磨料介質(zhì)中工作, 使許多零件磨損很快。免費論文參考網(wǎng)。另一方面, 為了獲得足夠的強度, 機器的材料用量較大,不僅浪費材料, 而且顯得笨重。對于此類零件, 激光硬化處理后的硬度比常規(guī)淬火硬度高5%一20%, 激光合金化可以根據(jù)要求選擇加人新材料, 形成以基材為基礎(chǔ)的新合金層,以獲得滿意的性能。此外, 由于處理后性能的提高, 可以選用低性能的基材, 從而減少了基材的質(zhì)量。

2.3激光技術(shù)在農(nóng)機零件修復中的應用

激光技術(shù)在農(nóng)機零件修復中主要是應用激光熔覆技術(shù)。激光熔覆技術(shù)是一種新型的表面改性技術(shù), 是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化, 并快速凝固后形成稀釋度極低, 與基體成冶金結(jié)合的表面涂層, 顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法, 從而達到表面改性或修復的目的, 既滿足了對材料表面特定性能的要求, 又節(jié)約了大量的貴重元素。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比, 激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點。

因此, 激光熔覆技術(shù)可以提高材料表面的耐磨與耐蝕等性能, 主要用于零件磨損后的修復及增強新制造零件的性能。對于重要零件如農(nóng)機中的汽缸套和活塞等,由于工作量大, 高溫、高壓、侵蝕以及不同程度的摩擦, 其磨損量是很大的, 零件需要定期報廢和更換。對于耕地機械、整地機械和收割機械如犁、中耕機、播種機和收割機,作業(yè)時局部磨損很快, 零件報廢是因為局部的損壞。為了提高零件的使用壽命, 修復工作有著極大的意義。激光加工具有選區(qū)作用的獨特優(yōu)點, 而且激光熔覆可以方便地修復磨損部位, 使零件不因為局部損壞而報廢, 提高了零件的可靠性和使用壽命,在投人費用最小的情況下重新達到更佳的性能要求。此外,用激光對模具進行修復, 可以大大提高模具的壽命, 又不受形狀和尺寸的限制, 在農(nóng)機制造中也應大力推廣和采用。

3.激光加工技術(shù)在農(nóng)機制造中應用現(xiàn)狀及前景

3.1激光加工技術(shù)在農(nóng)機制造中的應用在我國尚不普遍, 主要是該行業(yè)對激光技術(shù)的應用還存在不同程度的神秘感和偏見。另外, 對激光技術(shù)的宣傳也不夠, 缺乏實踐。因此, 農(nóng)機企業(yè)應盡快引進吸收工業(yè)生產(chǎn)中成熟的科研成果,利用好工業(yè)中已建立的多功能激光加工中心, 使其為更多的農(nóng)機企業(yè)服務。

3.2激光加工技術(shù)的引人可以大幅度提升農(nóng)業(yè)機械的制造水平。但對加工類型的選擇及激光器的使用, 要從基礎(chǔ)做起, 只有在充分掌握這種先進加工方法的情況下, 才能更好地改進傳統(tǒng)工藝, 發(fā)揮新技術(shù)的優(yōu)勢。激光加工技術(shù)集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果,技術(shù)涉及范圍廣。因此, 農(nóng)機企業(yè)在上激光制造項目時, 一定要分析企業(yè)自身條件和需求, 向其他機械企業(yè)咨詢, 看準方向, 找到結(jié)合點, 循序漸進地進行。

3.3近年來, 大功率激光器和輔助設備的制造技術(shù)日益提高, 其基礎(chǔ)理論及生產(chǎn)技術(shù)日益成熟, 與其他加工設備相比, 大功率激光器的價格也不是很高。因此, 激光加工技術(shù)

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1、光纖通信系統(tǒng)的基本組成

最基本的光纖通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)源、光發(fā)送端、光學信道和光接收機組成。其中數(shù)據(jù)源包括所有的信號源，它們是話音、圖象、數(shù)據(jù)等業(yè)務經(jīng)過信源編碼所得到的信號；光發(fā)送機和調(diào)制器則負責將信號轉(zhuǎn)變成適合于在光纖上傳輸?shù)墓庑盘枺群笥眠^的光波有0.85、1.31和1.55三個低損耗窗口。光學信道包括最基本的光纖，還有中繼放大器EDFA等；而光學接收機則接收光信號，并從中提取信息，然后轉(zhuǎn)變成電信號，最后得到對應的話音、圖象、數(shù)據(jù)等信息。論文格式。在光纖通信系統(tǒng)中，光纖中傳輸?shù)氖嵌M制光脈沖'0'碼和'1'碼，它由二進制數(shù)字信號對光源進行通斷調(diào)制而產(chǎn)生。而數(shù)字信號是對連續(xù)變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產(chǎn)生的，稱為PCM（pulse code modulation），即脈沖編碼調(diào)制。這種電的數(shù)字信號稱為數(shù)字基帶信號，由PCM電端機產(chǎn)生。光纖通信系統(tǒng)的基本組成原理圖如下圖1-1所示：

圖1-1光纖通信系統(tǒng)

1.1光發(fā)射端機

光發(fā)射機是實現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機。它由光源、驅(qū)動器和調(diào)制器組成。其功能是將來自于電端機的電信號對光源發(fā)出的光波進行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號耦合到光纖或光纜中傳輸。電端機就是常規(guī)的電子通信設備。光發(fā)射機的原理圖如下圖1-2所示：

圖1-2光發(fā)射機原理框圖

光源是光發(fā)射機的核心，其性能好壞將對光纖通信系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。目前光纖通信系統(tǒng)使用的光源都是由半導體材料制成的，而半導體光源分兩種：發(fā)光管LED和激光管LD。由于半導體激光器發(fā)出的是激光，發(fā)光功率大、譜線寬度窄，但電路結(jié)構(gòu)復雜，溫度特性差。而半導體發(fā)光二極管發(fā)出的是熒光，發(fā)光功率不大，譜線寬度寬，但電路結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、價格便宜。在實驗室中經(jīng)常用到。

1.2光纖或光纜

光纖作為傳輸媒介，作用是將發(fā)射端機光源發(fā)出的光信號，經(jīng)遠距離傳輸后耦合到接收端機的檢測器，完成信息傳輸任務。在通信中使用的光纖通常是由石英玻璃制成的，由纖芯和包層組成。目前，塑料光纖應用于低速、短距離的傳輸中。其構(gòu)成光纖的纖芯與包層都是塑料材料。與大芯徑50/125μm和62.5/125μm的石英玻璃多模光纖相比，塑料光纖的芯徑高達200～1000μm，其接續(xù)時可使用不帶光纖定位套筒的便直注塑塑料連接器，即便是光纖接續(xù)中芯對準產(chǎn)生 ±30μm偏差都不會影響耦合損耗。正是塑料光纖結(jié)構(gòu)賦予了其施工快捷，接續(xù)成本低等優(yōu)點。另外，芯徑100μm或更大則能夠消除在石英玻璃多模光纖中存在的模間噪音。論文格式。

1.3中繼器

含有光中繼器的光纖傳輸系統(tǒng)成為光纖中繼通信。光信號在光纖中傳輸一定的距離后，由于受到光纖衰減和色散的影響會產(chǎn)生能量衰減和波形失真，為保證通信質(zhì)量，必須對衰減和失真達到一定程度的光信號及時進行放大和恢復。中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個：一個是補償光信號在光纖中傳輸時受到的衰減；另一個是對波形失真的脈沖進行整形。

1.4光纖連接器、耦合器等無源器件

由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的（如1Km)。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機的連接及耦合，對光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。

1.5光接收端機

光收信機是實現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機。 它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經(jīng)光檢測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，然后，再將這微弱的電信號經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。光接收機原理圖如下圖1-3所示：

圖1-3光接收機電路原理方框圖

2、光纖語音電路設計

光纖語音電路由三部分組成：光發(fā)射電路、光纖和光接收電路。論文格式。其工作原理是：音頻信號最初是聲波，由發(fā)送器的電子麥克風轉(zhuǎn)換為電信號。此信號由LM358組成的音頻放大器放大，并且借助于一個單獨的晶體管控制LED的端電壓，將電信號轉(zhuǎn)換為光信號。光信號送入光纖或光纜。在光纖或光纜的另一端，光信號照射到接收器的光電檢測器上。光電檢測器再將其轉(zhuǎn)換為電信號。此信號被放大并送入揚聲器轉(zhuǎn)換為聲波恢復為原始信號。

2.1、發(fā)射器電路板

此電路主要是把音頻信號經(jīng)麥克風轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)濾波器、多級放大器把微弱的電流信號轉(zhuǎn)換為適合半導體二極管發(fā)光的電壓信號，在晶體管的調(diào)制下把電信號轉(zhuǎn)換為光信號送入光纖中進行傳輸。在發(fā)射器電路上有一個話筒和調(diào)制LED發(fā)光的線路。LED裝在塑料殼中以便于連接光纖或光纜進行發(fā)送信號。在實驗室里設計操作可以使用200m長的塑料光纖傳送語音信號，也可以使用玻璃光纖在更遠的距離內(nèi)通信。光纖語音發(fā)射器電路如下圖1-4所示：

圖1-4光纖語音發(fā)射電路

2.2、光電接收器電路板:

在接收器電路板上通過光電檢測器把光纖傳輸?shù)奈⑷醯墓庑盘栟D(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)電容濾波、運算放大器放大，把電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，放大到適合揚聲器輸出的電壓，恢復原始的語音信號。光纖語音接收電路如下圖1-5所示：

圖1-5光纖語音接收電路

3、結(jié) 語

本文詳細的介紹了光纖通信系統(tǒng)的組成，為設計光纖語音傳輸電路提供理論基礎(chǔ)。在該電路系統(tǒng)中語音信號以光波形式在光纜內(nèi)傳輸、不受任何電場和磁場的影響。傳輸距離遠，抗干擾能力強。每個電路板需要一個9V電池，元件簡單，易于實現(xiàn)，在實驗室就能操作完成。

參考文獻

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[5] 楊家德.光電技術(shù)使用電路精選[J]..四川：成都科技大學出版社，1996.

篇10

我們看到的世界是三維的、彩色的，這是因為每個物體發(fā)射的光被人眼接受時，光的強弱、射向和距離、顏色都不同。從波動光學的觀點看，是由于各物體發(fā)射的特定的光波不同，光的特征主要取決于光波的振幅(強弱)，位相(同相面形狀)和波長(顏色)。如果能得到景物光波的完全特征，就能看到景物逼真的三維像，這就是全息術(shù)。全息術(shù)誕生到現(xiàn)在60年來取得了很大的進展，已被廣泛地應用于近代科學研究和工業(yè)生產(chǎn)中。

1全息術(shù)的歷史和發(fā)展階段

1948年，丹尼斯·蓋伯提出一種記錄光波振幅和相位的方法，隨后用實驗證實這一想法，即全息術(shù)，并制成世界上第一張全息圖。蓋伯本來是為提高電子顯微鏡的分辨率而提出的設想，雖然未能用電子波證實其原理，但用可見光證實了。從第一張全息照片制成到20世紀50年代末期，全息圖制作具有以下共同特點：全息圖都是用汞燈作為光源；而且是所謂同軸全息圖，即物光和參考光在一條光路上得到的全息圖。這一時期的全息圖被稱為第一代全息圖，標志著全息術(shù)的萌芽。第一代全息圖存在兩個嚴重問題，一個是再現(xiàn)的原始像和共軛像分不開，另一個是光源的相干性太差。因此在這十多年中，全息術(shù)進展緩慢。

1960年激光的出現(xiàn)，提供了一種高相干度光源，為全息技術(shù)發(fā)展提供了可能。針對第一代全息技術(shù)出現(xiàn)的問題，利思和烏帕特尼克斯(1962)提出，將通信理論中的載頻概念推廣到空域中，用離軸的參考光與物光干涉形成全息圖，再利用離軸的參考光照射全息圖，使全息圖產(chǎn)生三個在空間互相分離的衍射分量，其中一個復制出原始物光。該方法被稱為離軸全息術(shù)，這是全息術(shù)發(fā)展的第二階段。第二代全息術(shù)解決了光源的問題，并且在立體成像、干涉計量檢測、信息存貯等應用領(lǐng)域中獲得巨大進展，但是激光再現(xiàn)的全息圖失去了色調(diào)信息。

科學家們開始致力于研究第三代全息圖到。這是用激光記錄，而用白光再現(xiàn)的全息圖，在一定的條件下賦予全息圖以鮮艷的色彩。第三代全息術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域的到了應用，例如：像全息、反射全息、彩虹全息、模壓全息等。

激光的高度相干性，要求全息拍攝過程中各個元件、光源和記錄介質(zhì)的相對位置嚴格保持不變，這也給全息技術(shù)的實際使用帶來了種種不便。于是，科學家們又回過頭來繼續(xù)探討白光記錄的可能性。第四代全息圖應該是白光記錄白光再現(xiàn)的全息圖，它將使全息術(shù)最終走出有防震工作臺的黑暗實驗室，進入更加廣泛的實用領(lǐng)域。

2全息術(shù)的基本原理和特點

全息術(shù)是一種“無透鏡”的兩步成像法，它能在感光膠片上同時記錄物體的全部信息，即物體光的振幅和位相。全息照相過程分全息記錄和再現(xiàn)兩步：第一步稱為波前記錄(全息記錄)；第二步物體的再現(xiàn)(重現(xiàn))。

波前記錄依據(jù)的是干涉原理，物光波和參考光波相干疊加而產(chǎn)生干涉條紋。干涉條紋的反襯度記錄了物光波前的振幅分布，干涉條紋的幾何特征(包括形狀、間距、位置)記錄了物光波前的位相分布。就是說，全息圖上的強度分布記錄了物光波的全部信息-振幅分布和位相分布，它們分別反映了物體的明暗和縱深位置等方面的特征。應當指出，任何感光底片都只能記錄振幅(或者說強度)的分布，而不能直接記錄位相分布，全息照相之所以能記錄位相分布，是利用了參考光波把它轉(zhuǎn)化成了干涉條紋的強度分布。假如沒有參考光波，或者它與物光波不相干，波前上的位相分布是不可能記錄下來的。

波前再現(xiàn)的理論依據(jù)是衍射原理，照明光波(再現(xiàn)光)經(jīng)過全息圖衍射后出現(xiàn)一個復雜的光波場。全息圖的衍射波含有三種主要成分，即物光波(+1級衍射波)，物光波的共軛波(-1級衍射波)，照明光波的照直前進(零級衍射波)。在現(xiàn)代記錄和重現(xiàn)的全息照相裝置中，這三種衍射波在空間彼此分離，互不干擾，便于人們用眼睛或鏡頭去觀測物光波的虛像或其共軛波的實像。

全息術(shù)的原理決定了它所記錄的全息圖有下列特點：

(1)三維性——因為全息圖記錄了物光的相位信息，圖像具有顯著的視差特性，可以看到逼真的三維圖像。

(2)不可撕毀性——因為全息圖記錄的是物光與參考光的干涉條紋，所以具有可分割性。它被分割后的任一碎片都能再現(xiàn)完整的被攝物形象，只是分辨率受到一些影響。

(3)信息容量大——同一張全息感光板可多次重復曝光記錄，并能互不干擾地再現(xiàn)各個不同的圖像。

(4)全息圖的再現(xiàn)相可放大或縮小——因為衍射角與波長有關(guān)，用不同波長的激光照射全息圖，再現(xiàn)相就會發(fā)生放大或縮小。

3全息術(shù)的主要應用及其發(fā)展方向

全息術(shù)經(jīng)過60年的發(fā)展，已與計算機技術(shù)、光電技術(shù)以及非線性光學技術(shù)緊密結(jié)合，成為一種高新技術(shù)，擴展到醫(yī)學、藝術(shù)、裝飾、包裝、印刷等領(lǐng)域，在一些發(fā)達國家還興起了全息產(chǎn)業(yè)，并且正在形成日益廣闊的市場，實用前景非?？捎^。本文介紹全息術(shù)中幾個應用較為廣泛、產(chǎn)業(yè)化較成熟的領(lǐng)域并說明其發(fā)展方向。

3.1全息存儲

全息存儲是依據(jù)全息術(shù)的原理，將信息以全息照相的方式存儲起來，它利用兩個光波之間的耦合和解耦合，可以把信息存儲和信息之間的比較(相關(guān))、識別，甚至聯(lián)想的功能結(jié)合起來，也就是可以把信息存儲和信息處理結(jié)合起來。用于全息信息存儲的記錄介質(zhì)較多，可永久保存信息的全息圖用銀鹽干板、銀鹽非漂白型位相全息干板、光聚合物及光致抗蝕劑等；可擦除重復使用的實時記錄材料有光導熱塑料、有機或無機光折變材料等。全息存儲在存儲容量方面具有巨大的優(yōu)勢，原因是：

(1)全息存儲具有存儲容量大的優(yōu)勢。用感光干板作為普通照相記錄信息時，信息存儲密度的數(shù)量級一般為105bit/mm2；用平面全息圖存儲信息時，存儲密度一般可提高一個數(shù)量級達106bit/mm2；如果用體全息圖存儲信息時，存儲密度可高達1013bit/mm2。

(2)全息存儲具有極大的冗余性，存儲介質(zhì)的局部缺陷和損傷不會引起信息丟失。

(3)全息存儲具有讀取速率高和能并行讀取的特點，每個數(shù)據(jù)頁可包含達1Mbit的信息，寫人一頁的時間在100ms左右，讀信息的時間可以小于100μs，而磁盤的尋址時間至少需要10ms。

當前，在世界范圍內(nèi)掀起了全息存儲研究的熱潮，并取得很大的進展，其主要表現(xiàn)在：

(1)存儲容量迅速提高和性能不斷改善，并逐步走向?qū)嵱没?。例如?994年美國加州理工學院在1cm3摻鐵妮酸銼晶體中記錄了1000幅全息圖，同年，斯坦福大學的一個研究小組把經(jīng)壓縮的數(shù)字化圖像視頻數(shù)據(jù)存儲在一個全息存儲器中，并再現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)而圖像質(zhì)量無顯著下降。1999年美國加州理工大學利用空-角復用技術(shù)，在同一塊在摻鐵鈮酸鋰晶體中存儲了26000幅全息圖。北京清華大學實現(xiàn)了在摻鐵妮酸鏗晶體中的同一空間位置記錄1500幅全息圖，并研制了具有緊湊結(jié)構(gòu)的靈巧型全息存儲裝置。

(2)實用化的全息存儲系統(tǒng)逐漸推出。例如，1995年由美國政府高級研究項目局(ARPA)、IBM公司的Almaden研究中心、斯坦福大學等聯(lián)合成立了協(xié)作組織并在美國國家存儲工業(yè)聯(lián)合會(NS1C)支持下川，投資約7000萬美元，實施了光折變信息存儲材料(PRISM)和全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)(HDSS)項目，預期在5年內(nèi)開發(fā)出具有容量為1Tbit數(shù)據(jù)，存儲速率為1000MB/s的一次寫人或重復寫人的全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。同樣的研究在法國、英國、德國和日本等國家也正在加緊進行。

近幾年來，光電子技術(shù)和器件取得了系列重大進展，為全息存儲器提供了所必要的高性能半導體激光器、液晶空間光調(diào)制器、CCD陣列探測器等核心元器件，全息存儲的理論和方法的發(fā)展使這項技術(shù)日趨成熟然而，美中不足的是全息圖的壽命問題尚待解決，雖然張澤明、謝敬輝等對Ce：Fe：LiNbO3晶體的全息存儲和熱定影進行了理論和實驗研究，從方法上給出了記錄角度越大，光柵周期越小，熱定影所需最小離子數(shù)密度越高，存儲系統(tǒng)的整體性能越好，但是目前還未解決的一個難題是尋找合適的記錄材料。無疑，這將成為全息存儲界研究的熱門課題。

3.2顯示全息

顯示全息技術(shù)是在激光透射全息圖的基礎(chǔ)上來制作各種類型的全息圖，如白光反射全息圖、白光透射全息圖等，各種類型的顯示全息圖可用于舞臺布景、建筑、室內(nèi)裝飾、投影等；再如，以動態(tài)顯示的全息技術(shù)、層面X射線照相術(shù)、3DCAD技術(shù)、3D動畫片、雷達顯示、導向和模擬系統(tǒng)等，每3年一次的顯示全息國際會議上都有全息界泰斗展出令人吃驚的全息圖，它們充分展示了全息技術(shù)創(chuàng)造性的魅力和藝術(shù)的美。

顯示全息目前主要有兩大類：第一類是Lippmann全息圖，制作方法有Denisyuk的單光束法和Benton的開窗法。第二類是S.A.Benton的彩虹全息圖，這是一種透射式顯示全息圖，可在白光照明下再現(xiàn)立體圖像，且圖像的顏色隨觀察的位置的變化而變化，從紅到紫如雨后彩虹而得名。隨著高質(zhì)量記錄材料的發(fā)展，隨后的一些研究者和藝術(shù)家不斷追求更實用的拍攝技術(shù)，如假彩色編碼和真彩色反射全息圖等。美國光學學會主辦的《AppliedOptics》和《OpticsLetters》在20世紀80年代都有關(guān)于這方面的論文報道。由SPIE主辦的《Holosphere》和美國全息制造商協(xié)會主辦的《HolographyNews》以往和近年都不斷地報道有關(guān)顯示全息圖的最新制作技術(shù)和商業(yè)信息。但從這些報道情況來看，顯示全息存在不足主要表現(xiàn)在：

(1)視角范圍、圖像體積有限；

(2)沒有獲得特別有效的全息圖的計算方法；

(3)由于全息計算數(shù)量巨大，導致動態(tài)顯示異常困難?？朔陨喜蛔?，將可能成為顯示全息研究的幾個熱點。

近年來，顯示全息技術(shù)掀起一場數(shù)字化變革，數(shù)字合成全息技術(shù)為全息三維顯示開辟了前所未有的應用前景。隨著計算機運行速度的提高和高分辨空間調(diào)制器件的發(fā)展，利用顯示全息的大視場、大景深、全視差、真彩色、可拼裝、價格低廉等特性，在不久的將來開發(fā)出真正意義的全息電影和全息電視，為顯示全息技術(shù)創(chuàng)造良好的商業(yè)前景。

3.3模壓全息

模壓全息是1979年RCA公司為解決視頻標準件的全息拷貝而提出的，它是將全息術(shù)和電鍍、壓印技術(shù)結(jié)合起來，使全息圖的制作產(chǎn)業(yè)化，用白光再現(xiàn)時，可得到色彩鮮艷逼真的三維圖像，并可通過印刷方式大批量生產(chǎn)，使得它在許多領(lǐng)域得到廣泛的應用，以商品形式走向市場。模壓全息的制作主要分為三個階段：激光攝制原片全息圖；電成型制金屬模板；模壓復制。這三個階段生產(chǎn)工藝和技術(shù)要求都比較高，因此，模壓全息作為安全防偽首當其沖，是安全防偽技術(shù)的一個里程碑。正如全息圖的新奇性、強烈的視角效果、制作的難度以及易于應用在鈔票的包裝上，不能去除性、價格低廉、容易驗證等特點，使它很快占領(lǐng)了防偽領(lǐng)域。模壓全息是一種技術(shù)與藝術(shù)結(jié)合的高科技產(chǎn)品，無論在高檔商品促銷、名優(yōu)商品的防假冒或在有價證券(如信用卡、鈔票、護照簽證)的防偽和加密以及圖書、印刷、印染、裝磺、紀念郵票和廣告標牌等都有采用模壓全息技術(shù)，并備受使用者青睞。

模壓全息出現(xiàn)于20世紀70年代，80年代中期已形成了一種產(chǎn)業(yè)，90年代達到了鼎盛時期。本世紀初，隨著防偽技術(shù)要求的不斷提高，模壓全息技術(shù)又有了新的突破：美國斑馬圖像公司推出了二維圖像的數(shù)字化采集和拍攝技術(shù)；2003年，蘇州大學研制成功并已批量生產(chǎn)“數(shù)碼激光全息照排系統(tǒng)”；同年，倪星元、張志華等成功研制了可替代傳統(tǒng)鍍鋁防偽薄膜的透明TiO2激光全息防偽薄膜。這些模壓全息的一個個技術(shù)突破，使防偽功能有了提高，讓激光全息防偽技術(shù)達到新的境界。

模壓全息產(chǎn)業(yè)在我國起步較晚，但發(fā)展速度迅猛，目前國內(nèi)已有100多條模壓全息生產(chǎn)線。為了使模壓全息技術(shù)健康發(fā)展，我國模壓全息產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須在三個方向上引起重視：首先是開拓全息燙金材料，取代金膜和銀膜，其次開發(fā)全息包裝材料，實現(xiàn)立體防偽包裝，第三個方向是模壓全息技術(shù)和現(xiàn)代印刷術(shù)相結(jié)合，體現(xiàn)傳統(tǒng)的美術(shù)效果和現(xiàn)代科技的藝術(shù)魅力。

3.4全息干涉計量

全息干涉計量術(shù)是將不同物光，在不同的時間記錄在同一張全息干板上，然后利用全息術(shù)的空間波前再現(xiàn)原理，非接觸地對物體表面進行三維測量而獲得信息。全息干涉計量術(shù)是全息應用的一個重要方面，它能實現(xiàn)高精度非接觸性無損測量，比一般光學干涉計量有很多優(yōu)點。一般光學計量只能測量形狀比較簡單、表面光度很高的零部件，而全息計量方法則能對任意形狀、任意粗糙表面的物體進行測量，測量精度為光波波長λ的數(shù)量級。目前，全息干涉計量術(shù)在方法上先后發(fā)展了實時全息干涉法(單次曝光法)、二次曝光全息干涉法、時間平均全息干涉法、雙波長干涉法以及雙脈沖頻閃全息干涉法，此外，J.A.Leendertz開辟了全息干涉計量術(shù)的另一個新的分支-激光斑紋計量術(shù)。隨著光電技術(shù)、計算機技術(shù)、CCD器件及光纖技術(shù)的飛速發(fā)展，使得全息干涉計量技術(shù)在信息采集和處理上更為方便、快捷和可靠，并得以在惡劣環(huán)境條件下對某些物理量進行定時測量。再加之相移技術(shù)、外差技術(shù)和鎖相技術(shù)等，可使測量精度提高到λ/100或更高。

全息干涉計量在20世紀80年代美國等西方先進國家已產(chǎn)業(yè)化，我國在20世紀80年代初有幾所大學和科研單位的研究項目通過鑒定，其中有些達到當時的先進水平。經(jīng)過近幾年的開發(fā)和研制，我國在全息干涉計量測試設備方面主要發(fā)展有：

(1)用于測試火箭發(fā)動機噴霧化特性的YSCI型離子瞬態(tài)激光全息測試儀；

(2)用于激光熱核聚變稠密等離子體電子密度測量的SPQ-1型四分幅皮秒紫外線激光全息探測儀；