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第1篇：激光原理論文范文

關鍵詞 激光原理 教學改革 課程建設

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生了廣泛而深刻的影響。作為高技術的研究成果，它不僅廣泛應用于科學技術研究的各個前沿領域，而且已經在人類生產和生活的許多方面得到了大量的應用，與激光相關的產業已在全球形成了超過千億美元的年產值。由于各行各業都應用激光進行技術改造和新技術的開發研究，除了文科的幾乎所有理工農醫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和應用物理學專業重要的專業基礎課，通過本課程的學習使學生對激光的基本概念、基本技術和基本器件有比較全面、系統的認識，培養學生分析和解決工程技術問題的能力，為進一步學習相關專業課打下基礎。然而，《激光原理》又是一門理論性很強的專業基礎課，該課程物理概念抽象和理論性強，基礎知識面廣，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、教學內容的改革

《激光原理》課程主要介紹激光的產生條件、激光器的工作原理和激光器的輸出特性，這部分內容理論性強，需要應用原子物理、量子力學、熱力學統計物理、光學和高等數學等課程的結論和基礎，公式繁多、推導復雜、理論抽象，具有相當的難度和深度。在《激光原理》的教學過程中，我們還增加了部分激光技術的內容，比如激光器輸出的選模技術、激光器的穩頻、激光束的光束變換，以及激光的調制、偏轉、調Q和鎖模技術等，這部分內容是從事光信息科學與技術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》（電子工業出版社）作為教材。這本教材的內容章節安排合理，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上編寫的，從激光的物理學基礎出發，著重闡明物理概念以及激光輸出特性與激光器的參數之間的關系，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。因此這本教材的內容對學生來講不難理解，所講授的內容比較容易掌握。我們還增加了一本國際公認的經典教材作為參考書：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造一種愉快輕松的氛圍，挖掘和調動學生的潛力，培養學生的創新能力。

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態分布圖，融合計算機的靈活性、新穎性和光學現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象，展現了“百聞不如一見”的效果，使學生進一步加深了對課程內容的理解，激發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式和討論式教學。從人才培養的角度來說，學生與老師應該具有互動性。開展啟發式和討論式教學，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，更能挖掘學生的開放性思維和獨立、大膽地學習和思考問題的能力，從而達到培養學生全面的科學素質和教學相長的目的。

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，達到培養學生自學意識、獨立科研意識和能力，達到素質型人才培養之目的。

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

參考文獻：

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

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

[3]袁杰，王飛，趙洪常，楊開勇，羅暉，張斌，許光明.淺談在本科生基礎課程《激光原理》教學中的幾點體會[J].中國教育導刊，2009，（34）.

第2篇：激光原理論文范文

你的天方夜譚，我來成全

23年前，34歲的譚立英在北京圖書館查閱資料，準備她的碩士畢業論文。查閱了上千篇資料后，有關衛星激光通信的數據讓她眼前一亮――衛星與衛星間、衛星與地面間用“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瓦深造。在當時那個年代，衛星微波通信還不成熟，更不要說是衛星激光通信，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。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。”譚立英點點頭，說：“會想到辦法的。”其實，她一點辦法都沒有，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：“沒經費，我們就用家里的錢，我陪著你一起干。”

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星，讓你們天天研究研究我。”女兒的話，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

創業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費，譚立英不得不算計著花。為了節省費用，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。”

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。”他賣起關子說，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。馬晶如數家珍：“這是教學實驗室報廢的儀器，有些修一修興許能用。”譚立英半信半疑。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射測試數據，完成了她的畢業論文。

論文寫下最后一個句號時，譚立英不得不為當天的晚餐發愁――研究已經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，今天得吃白水煮面，意味著萬事順順利利。”一家三口用開水干杯，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。”

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。”

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費來。

跑經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，她都借口去衛生間，哭夠了，再回來繼續陳述她的研究。

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：“是誰支持你做衛星激光通信研究的？”“我丈夫。我們沒有項目經費支持，是拿自己家里錢做的。”

陳芳允院士――中國衛星測量、控制技術的奠基人之一，“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。希望你們能繼續做下去，不要有任何顧慮。”此后，馬晶和譚立英陸續獲得了來自哈爾濱工業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，科研經費又一次出現了短缺。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。試驗現場的大屏幕上，“海洋二號”衛星以時速2萬余千米的速度疾馳而來，它經過試驗區域的時間只有幾分鐘。衛星光信號與地面光信號準確對準，實現了快速雙向捕獲、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年持久戰的準備。

這次試驗的成功是中國衛星通信技術發展史上的一個里程碑。它標志著中國在空間高速信息傳輸這一航天高技術尖端領域走在了世界發展前列。這也是世界上首次星地直接探測高速激光通信鏈路新技術試驗取得圓滿成功。這為在空中搭建無線光網做好了準備。

第3篇：激光原理論文范文

關鍵詞：激光加工，農業機械制造

 

1.激光加工技術概述

激光加工技術是一種高度柔性和智能化的先進加工技術, 它集成了CAD技術、數控技術、激光技術和材料技術等現代科技成果, 技術涉及范圍廣。激光加工技術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, 實現改變物質形態或性質的先進材料加工技術。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, 已成為多學科交叉和多技術綜合的一種典型的先進制造技術。激光加工具有非接觸、無污染、熱影響區域小、加工精度高以及可選區加工等特點, 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, 激光加工技術在許多行業中都得到了重要而廣泛的應用。由于其獨特的性能在農業領域得到廣泛應用, 在誘變育種、增強種子活力、促進生長發育、提高產量和品質、平地整地、提高節水灌溉能力、防治病蟲害等方面發揮著越來越重要的作用。

2.激光加工技術在農機制造中的應用

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

2.1激光快速成型技術在農機制造中的應用

快速成型技術即直接根據CAD模型快速生產樣件或零件的技術總稱。它集成了技術、數控技術、撒光技術和材料技術等現代科技成果, 是先進制造技術的重要組成部分 。其原理產品三維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, 該技術可以對產品設計進行快速評價及修改, 有效地縮短了產品的研發周期, 降低了開發成本, 滿足了當今競爭日益激烈的市場對新產品快速開發和快速制造的要求, 提高了產品的市場競爭力和企業的綜合競爭能力。其中, 激光選區燒結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, 為制造技術的發展創造了一種新方法。

農業機械生產過程具有特殊性。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, 而且根據具體的生產情況不同, 其形狀還需相應調整。因此,利用傳統的機械加工方法研制這種農業機械零件, 不僅研制開發時間長, 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, 不僅大大縮短新產品的開發周期, 降低開發成本, 而且制造質量也優于傳統制造方法。

2.2激光表面強化與熱處理技術在農機制造中的應用

激光表面強化與熱處理技術是一種新型的材料表面處理技術。激光表面強化技術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。激光熱處理是傳統熱處理技術的發展和補充, 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。總之, 激光表面技術對于提高零部件的表面綜合機械物理性能, 改善產品的性能、使用壽命,增強產品的競爭能力起著至關重要的作用。

農業機械量大面廣, 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, 農機產品的失效破壞,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、生產率下降, 作業成本明顯上升。免費論文參考網。農用動力中的氣缸、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, 在農機行業中大力推廣先進、實用的表面技術, 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機具的使用壽命己對于已損壞的產品, 采用表面修復工藝, 可大大節省資金,經濟效益十分顯著。

此外, 激光熱處理技術在農業機械制造行業應用極為廣泛, 在許多關鍵零件上如缸體、缸套、曲軸、凸輪軸、排氣閥、農技服務年閥座或活塞環等幾乎都可以采用激光熱處理。在農業生產中, 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中工作, 使許多零件磨損很快。免費論文參考網。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淬火硬度高5%一20%, 激光合金化可以根據要求選擇加人新材料, 形成以基材為基礎的新合金層,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量。

2.3激光技術在農機零件修復中的應用

激光技術在農機零件修復中主要是應用激光熔覆技術。激光熔覆技術是一種新型的表面改性技術, 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。激光加工具有選區作用的獨特優點, 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, 在農機制造中也應大力推廣和采用。

3.激光加工技術在農機制造中應用現狀及前景

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

3.2激光加工技術的引人可以大幅度提升農業機械的制造水平。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工藝, 發揮新技術的優勢。激光加工技術集成了CAD技術、數控技術、激光技術和材料技術等現代科技成果,技術涉及范圍廣。因此, 農機企業在上激光制造項目時, 一定要分析企業自身條件和需求, 向其他機械企業咨詢, 看準方向, 找到結合點, 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日益提高, 其基礎理論及生產技術日益成熟, 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

在農業機械制造中的應用具備了一定的外部條件。另外, 隨著農業工業化的決速發展, 農業制造企業的實力明顯增強, 對產品質量的要求越來越高, 為激光加工技術在農業機械制造中的應用提供了內部動力和條件。因此, 目前激光加工技術在農業機械制造中的應用具備了條件。從農機應用領域來看,快速成型、熔覆及熱處理是激光加工技術應用的主要內容。

第4篇：激光原理論文范文

關鍵詞：LiDAR；鐵路勘察設計，DEM；DLG

中圖分類號：TN958.98文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 03-0000-02

Airborne LIDAR Technology in Railway Survey and Design Application and Benefit Analysis

Han Zujie

(Railway Third Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Tianjin300142,China)

Abstract:Airborne laser radar technology (LiDAR) is a new remote sensing technology,because of its high precision and efficiency,in terms of rapid development of topographic mapping,currently nearly 20 sets of LiDAR systems.This paper studies LiDAR technology in railway engineering survey and design the content,products,and effects,on the basis of aerial photogrammetry and traditional methods are compared to prove LiDAR technology in the railway survey and design of the feasibility and superiority.

Keywords:LiDAR;Railway survey and design;DEM;DLG

一、引言

機載激光雷達技術（LiDAR）是一種全新的遙感技術，自上世紀90年代在德國首次出現商用樣機系統以來，因其高精度和高效率，在地形測繪方面得到快速發展。目前，全球已經有幾十套商用系統在使用，主要實用系統有：Topscan、Optech、TopEye、Saab、Fli-map、TopoSys、HawkEye、Leica ALS50/60系列、Falcon等。

上世紀90年代中后期至今，美國、德國、加拿大、澳大利亞、瑞典和芬蘭等國家，先后成功應用這項技術進行了地形測量、森林資源調查與評估、三維城市建模等試驗與工程實踐。特別是芬蘭和德國，已經采用這項技術建立了全國或者大部分國土的DEM，達到了理想的效果。目前在國內已經有接近20套LiDAR設備，其中，北京星天地信息科技有限公司、山西亞太數字遙感新技術有限公司、廣西桂能信息工程有限公司、廣州建通測繪技術開發有限公司以及東方道邇公司等單位已經先后開展了實驗和工程飛行，主要用于生產數字高程模型（DEM）、正射影像（DOM），進而制作線劃圖（DLG）等。本研究將使用LiDAR技術對鐵路勘察工程設計進行研究與試驗，介紹其主要產品及應用并對經濟效益進行評價。

二、機載激光雷達技術系統構成與工作原理

（一）機載激光雷達技術簡介

LiDAR系統是一種新型的綜合應用激光測距儀、IMU、GPS的快速測量系統，可以直接測得地面物體各個點的三維坐標。機載的激光雷達系統通常還集成高分辨率數碼相機，用于獲取目標影像。從功能上看，機載激光掃描系統是基于激光測距技術、GPS技術和慣性導航技術這三種技術集成的一個軟硬件系統，其主要目的是為了獲取高精度的數字表面模型（DSM）。

目前，LiDAR提供的直接數據產品為：點云數據，DSM，DEM，DOM。經過后處理可以快速生成等高線、高程點、橫縱斷面圖，完成路線設計需要的專項測繪內容（如架空管線的凈空、交叉角度測繪等），并提供工程設計模型和景觀設計模型等。

（二）LiDAR的主要系統構成

主要系統構成包括：

1.掃描儀組件：激光發射器、激光信號接收器、機械組件、掃描鏡及窗口、接口板。

2.設備支持系統：系統控制器、飛機位置及姿態測量系統、檢流控制器、激光電源、電源分配器、控制計算機、連接電纜。

3.附屬軟件：包括項目飛行設計及對記錄數據進行后處理（濾波、分類等）處理。

4.控制/顯示器：激光發射指標器、音頻告警器、電路熔斷器、系統診斷數據輸出、控制接口。

（三）主要工作原理

通過DGPS（或PPP）和IMU求得航機線上任意采樣時刻激光發射中心的空間坐標和設備的空間姿態，內插后能夠獲取任意時刻激光光束的姿態和發射中心的空間坐標，通過激光測量激光發射中心到地面的距離，可以求得每一個激光腳點的空間三維坐標。另外，利用DGPS/IMU可以直接獲取每一張照片的外方位元素，可以快速制作DOM成果。最后將激光點數據和數碼影像進行聯合處理得到高精度的正射影像和數字高程模型。

三、機載激光雷達的應用

機載激光雷達能夠快速獲取數字地表模型（DSM），同時，配套的中畫幅數碼相機可以獲得同步的數碼相片，經過加工處理可獲得數字高程模型、分類信息、航空相片的立體像對和正射影像圖。目前還沒有成熟的專業接口供鐵路勘察設計工程中使用機載激光雷達成果，因此，如何將機載激光雷達勘測成果與眾多設計專業手段無縫結合，從海量基礎信息中快速提取或檢索有用的信息為各專業設計所用，是機載激光雷達技術應用于鐵路勘察設計的關鍵。

結合鐵路勘察設計特點和工程應用實踐，一方面將機載激光雷達技術成果進行加工，提供滿足專業應用的專題成果，另一方面，改進專業設計勘察設計流程，提出新的設計理念，以便更加有效地利用海量的基礎信息，提高設計質量和設計效率。

利用機載激光雷達技術提供的高精度、高分辨率數字地面模型和正射影像圖，結合鐵路專業設計要求，主要生產以下幾種產品（見圖4）：

1.工點地形圖。它是針對鐵路設計的控制工點，在施工圖階段做的更加詳細的勘測工作，以保證設計資料的精度和準確性。如：橋址地形、隧道進出口等；

2.斷面圖。主要包括縱斷面和橫斷面，一般它們的精度高于地形圖的精度。主要用于保證設計線路的平順性和計算工程數量的準確性；

3.數字正射影像地形圖。這是線劃圖的替代產品，通過將正射影像圖疊加等高線、專業調查的地質界線、自然保護區等矢量信息，而形成的一種地形圖，它的信息量更加豐富，更加直觀；

4.專項測繪。針對特殊的專業需求而進行的詳細勘測工作。如：水文斷面、涵軸測量、電線垂度等；

5.工程中的土石方自動計算、坡度、坡向的計算等；

6.快速構建三維虛擬場景，城市建模等。

此外，還可利用高分辨率的影像進行專業調查、地質判視等，便于指導外業工作，提高外業勘測的針對性和合理性。

四、技術、經濟效益和推廣應用前景

（一）機載激光雷達測量技術與常規航測方法的經濟比較

1.兩種技術手段外業控制測量的比較。LIDAR所需的外業控制點與常規航測外控的比較，以II級地形1：2000航測地形圖測繪（常規航測單航帶100km）為例。

（1）首級平面和高程控制網工作內容和數量是基本相同的。

（2）LIDAR系統要求每5-7km測量一個平面和高程控制點，每30km測量一處高程校正區，這樣100km線路需要布設平高控制點17個，高程校正區3個。而常規航測方法，采用150mm焦距的航攝儀拍攝，需要75個平高控制點；采用210mm焦距的航攝儀拍攝，需要150個平高控制點。

（3）LIDAR系統不因地形等級的變化而改變外業平高控制點的數量（適當的寬度，如不大于10km）。而常規航測方法會隨著寬度的增加而成倍增加外控點的數量。

2.橫斷面切繪的經濟比較。以張唐鐵路定測為例，相對于采用Lidar技術平均1000-1200個橫斷面/人天的工作效率，常規航測方法每人每天只能切繪300-400個橫斷面，可見工作效率提高了3-4倍，對企業發展帶來了巨大的經濟效益。

3.地形圖制作的經濟比較。以II級地形1：2000地形圖測繪為例。

因為LIDAR具有高效生成DEM的優勢，所以在生成等高線、高程點等具有高程信息的地形信息時具有更高的效率，在這個方面，采用Lidar技術平均效率為12-15平方公里/（人.天），常規航測方法每人每天只能測繪2-3平方公里；

航測方法在立體模型下獲取（除等高線、高程點之外）矢量信息具有更大的優勢，而LIDAR則因其自身離散性獲取能力比較弱，適合于小面積的（除等高線、高程點之外）矢量信息獲取。

（二）成功案例及分析

經過試驗與實踐，LiDAR技術已成功用于多個鐵路項目的勘測設計項目，減少了內業制圖的壓力，縮短了項目工期，在鐵路各專業使用中反映良好，取得了顯著的經濟效益。以某工程為例，泛亞鐵路某段全長257Km，由于距離遙遠，地處國外，而且鐵路過境區域存在大量地雷區域，給外業工作帶來極大不便。考慮到地理因素和方案局部變動的因素，項目在實際操作中拋棄傳統外業測量加航測制圖的作業方式，直接采用機載激光雷達系統，一次性獲取鐵路過境區域長257km，寬4km的雷達點云數據和數碼影像數據，利用該數據圓滿完成了無外業控制測量情形的1：10000和1：2000的地形圖成圖任務，不僅避免了人力物力消耗和地雷區作業的危險性，而且在內業成圖中，大膽使用數字正射影像地形圖代替傳統的DLG，取得了制作者和使用者均滿意的雙贏局面。

（三）推廣應用前景

機載激光雷達測量技術具有巨大的發展空間和潛力，作為一種新技術，還有許多發展空間，特別是在數據處理算法以及軟件和系統的開發等方面。隨著用戶數量的增加，其應用領域將越來越廣，特別是隨著激光技術的進一步發展，將促進機載激光雷達技術的革新。在鐵三院于2009年率先在國內將機載激光雷達技術應用于鐵路勘察設計并取得巨大成功后，今年鐵一院、鐵二院、鐵四院都陸續定購了機載激光雷達并加大了人力投入，可見由于其精度高、成本低、周期短等特點在鐵路行業已經被廣泛關注。鐵路行業之外，水利、公路、電力、農林等行業也在積極開展相關的研究和應用。

參考文獻：

[1]孟憲軍.鐵路勘察設計虛擬現實技術的研究[J].高速鐵路精密測量理論及測繪新技術應用國際學術研討會論文集

[2]王長進.基于機載激光雷達的鐵路勘測技術研究[J].高速鐵路精密測量理論及測繪新技術應用國際學術研討會論文集

[3]高文峰,王長進.鐵路勘測中使用機載激光雷達測繪橫斷面相關問題的探討[J].鐵路航測,2010

[4]高文峰,王長進.GPS基站布設對機載激光雷達精度影響的研究[J].高速鐵路精密測量理論及測繪新技術應用國際學術研討會論文集

[5]徐祖艦.機載激光雷達測量技術及工程應用實踐[M].武漢:武漢大學出版社,2009

第5篇：激光原理論文范文

關鍵詞：GPS建筑變形，監控

 

近年來，伴隨著國民經濟建設的高速發展，高層建筑在形體和結構上顯得日益復雜，加之施工工藝不斷改進，這就對建筑物的變形監測提出了很多新的要求。由于高層建筑物有很多不利的監測環境，而施工工藝的改進又對形變監測工作提出了快速、高精度的要求，這些都讓傳統監測方法工作時顯得力不從心，所以利用新的技術手段和研究新的監測方法尤顯重要。GPS系統由衛星星座、接受機和地面控制站三大部分組成。作為20世紀一項高新技術，它因速度快、全天候、自動化、測站間無需通視、可同時測定點的三維坐標及精度高等優點，而獲得了廣泛應用。

1 GPS與傳統測定方法的比較

1.1傳統方法測定高層建筑動態變形的特點

在測定高層建筑變形量時，傳統的測定方法有加速度傳感器法、激光鉛直儀法、全站儀法、近景攝影測量技術等。論文寫作，GPS建筑變形。

加速度傳感器法所測得的位移誤差較大。激光鉛直儀法只能提供建筑物局部的、相對的變形信息，測量精度較低，易受氣候、風等因素影響。對較低的建筑物較為適用，對于高大建筑物(高度300 m以上)，精度會受到較大的影響。全站儀法測定的是建筑物的絕對變形信息，可用于各類建筑物，但在惡劣氣候條件(如臺風、大雨等)下，因激光跟蹤目標困難，所以使用受到限制。近景攝影測量技術由于攝影距離不能過遠，大多數的測量部門不具備攝影測量所需的儀器設備，因此，尚不能普及應用。

所以不難看出，加速度傳感器法、激光鉛直儀法、全站儀法、近景攝影測量技術等觀測技術，在精確度、自動化程度等方面，已不能滿足高層建筑的動態監測要求。

1.2 GPS測定高層建筑動態變形的優勢

隨著軍用技術轉民用的限制逐漸降低和高速發展的硬件和軟件技術，GPS技術的優勢已經越來越明顯。

(1)可以全天候觀測。實時動態(簡稱RTK)測量技術是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS(RTD GPS)測量技術。可通過實時計算定位結果，便可監測基準站與用戶站觀測成果的質量和解算結果的收斂情況，從而可實時地判定解算結果是否成功。

(2)儀器精度高。GPS相對定位精度在50 km內達； 100～500 km達，1000km以上可達。且獨立布點不會有誤差積累，測量過程自動進行，不會有人為因素造成的錯誤，測量數據穩定可靠。

(3)自動化程度高。用GPS接收機進行測量時，僅需一人將天線準確地安置在測站上，量測天線高，接通電源，啟動接收機，儀器即自動開始工作。在結束測量時，只需關閉電源，收起接收機，便完成野外數據采集。

(4)可減少誤差。在變形監測中，只要天線在監測過程中能保持固定不動，接收機天線的對中誤差、整平誤差、定向誤差、量取天線高的誤差等并不會影響變形監測的結果。

(5) 操作方便。儀器體積小，重量輕，容易攜帶搬運，勞動強度小，外業工作量小。

(6)應用前景廣。GPS技術具有全球、無誤差積累等優點。使觀測工作效率大大提高，同時也節省了大量的人力和物力。

2GPS變形監測技術

2.1　GPS變形監測模式

GPS用于變形監測的作業模式可概括為周期性和連續性兩種。當變形體的變形速率相當緩慢，在局部時間域和空間域內可以認為穩定不動時，可利用GPS進行周期性變形監測，監測頻率可為數月、一年或甚至更長時間。連續性變形監測采用固定監測儀器進行長時間的數據采集，獲得變形數據系列，此時監測數據是連續的，具有較高的時間分辨率。周期性監測模式一般采用靜態相對定位測量方法。論文寫作，GPS建筑變形。連續性監測模式，適用于對自動化要求高，數據采集周期短的監測項目。在數據處理方法上，可選擇靜態相對定位和動態相對定位兩種方法。在一些高層建筑物等工程的動態監測中，可運用GPS連續監測模式。論文寫作，GPS建筑變形。該模式實現24小時的連續觀測，使監測、監控、決策實現遠距離控制，但該模式要求GPS接受設備必須永久固定在變形點上成本較高。

2.2　GPS在變形監測中的測量方法

按監測對象及要求不同，GPS在變形監測中可選擇靜態測量法，快速靜態測量法和動態測量法三種。

1)靜態測量法：靜態測量法，就是把多于3臺GPS接收機同時安置在觀測點上同步觀測一定時段，一般為1小時至2小時不等，用邊連接方法構網，用后處理軟件解算基線，經平差計算求定觀測點三維坐標。這種方法定位精度高，適用于長邊，測邊相對精度可達。論文寫作，GPS建筑變形。論文寫作，GPS建筑變形。

2)快速靜態測量法：這種方法尤其適用于對監測點的觀測。其工作原理是：把兩臺GPS接收機安置在基準點上固定不動連續觀測，另1～4臺接收機在監測點上移動，每次觀測5～10分鐘(采樣間隔為2秒)，經事后處理，解算出各監測點的三維坐標。

3)動態測量法：該方法又分準動態測量方法和實時動態測量法。實時動態測量方法原理是：在基準站上安置一臺GPS接收機，對所有可見GPS衛星進行連續觀測，并將觀測數據通過無線電傳輸設備，實時地發送給在各監測點上移動觀測(1～3秒鐘)的GPS接收機，移動GPS接收機在接收GPS信號的同時，通過無線電接收設備基準的觀測數據，再根據差分定位原理，實時計算出監測點三維坐標及精度。

一般基準網應采用靜態測量方法，當基準網的邊長超過10 km，要考慮基準網的起算點與國際IGS站聯測，基線向量解算時采用精密星歷，保證基線解算的精度。對監測點進行測量時，可采用快速靜態測量法。在橋梁監測時，可選擇實時動態測量，如果距離近，基準點與監測點有5顆以上共視GPS衛星時，精度可達1～2 cm。

3　GPS測量數據處理

GPS數據處理過程可劃分為基線解算和網平差兩個階段。

GPS基準網的基線解算，應采用GAMIT或Bernese軟件和IGS精密星歷。平差計算應采用PowerADJ科研辦軟件。對高精度GPS的數據處理分為兩個主要方面：一是對GPS原始數據進行處理獲得同步觀測網的基線解；二是對各同步網進行整體平差和分析，獲得GPS網的整體解。這些軟件數據處理的重點都在于同步網的基線處理，而在網平差分析方面，特別是多個子網的系統誤差分析、粗差分析及隨機誤差處理方面，暫無好的處理方法。

4 結語

GPS這種全新的定位手段，在工程實踐中已逐步得到認同。目前，我國正處于經濟發展的歷史性的發展時期，各種基礎設施的大量建設，各種新材料、新技術的采用，使建筑工程這一傳統產業呈現勃勃生機。論文寫作，GPS建筑變形。隨著GPS技術的進一步開發，特別是有關高層建筑施工領域的應用技術包括基礎理論的研究、實踐方法的探索、信號接受手段的更新、信號處理方法和軟件的開發等的發展，再加上若干工程的應用、積累和提高，GPS技術將成為在高層及超高層建筑方面廣泛使用的方法。

參考文獻

[1]劉大杰等.全球定位系統GPS的原理與數據處理[M].上海：同濟大學出版社，2008：40-55.

[2]余紹銓等.GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社，2007：60-65.

[3]羅志才等.GPS用于監測高層建筑物動態特征的模擬研究[J].武漢測繪科技大學學報，2007（8）：20-22.

第6篇：激光原理論文范文

時安平,1967年生,1990年畢業于第一軍醫大學軍醫系,1996年畢業于第一軍醫大學研究生班,一直在南方醫院整形外科工作至今,共發表醫學論文十余篇。[摘　要]　目的:觀察激光脫毛的臨床效果。　方法:應用Q開關Nd:YAG固體四波長激光對86例多毛患者進行治療,波長選擇1064nm,光斑選擇8mm或6mm,對應的能量為2.2J/cm2或3.8J/cm2。每位脫毛者每3周～8周脫毛一次。　結果:86例患者分別在脫毛3～6次后均達到理想的脫毛效果。　結論:MEDLITE四波長激光脫毛效果可靠,無明顯并發癥,是目前較好的一種脫毛方法。

[關鍵詞]　激光　脫毛

[中圖分類號]R454.2　[文獻標識碼]A　[文章編號]1008-6445(2000)05-0349-03

THE OBSERVATION OF EFFICACY OF TRICHOMADESIS WITH

MEDLITE ND:YAG FOUR WAVES LASER

SHI An-ping　TANG Ai-rong　LUO Sheng-kang et al.

(Department of Plastic Surgery,Nanfang Hospital,the first military

medical university(Guangzhou　510515)

[Abstract]　Objective:To observe the effect of trichomadesis by MEDLITE ⅣYAG Laser.　Methods:Nd:YAG solid four waves laser was applied in trichomadesis,the treatment wave is 1064nm,the flence is 2.2J/cm2 or 3.8J/cm2 corresponding the spot size of 8mm or 6mm.Every patients was treated one time in 3～8 weeks.　Results:86 cases obtained satisfactory results in 3～6times later.　Conclusion: MEDLITE Nd:YAG solid four waves laser may achieve the better result for trichomadesis,with less complication or side effects than the conventional methods.

[Key words]　Laser　Trichomadesis

目前傳統的脫毛方法難以達到根治多毛的目的,還有較多的副作用。我們自1999年3月引進美國MEDLITE四波長激光系統,將激光脫毛技術應用于臨床,取得了滿意的效果,現報告如下。

1　臨床資料脫毛者共86例,其中男性25例,女性61例。年齡為16歲～46歲。脫毛部位為:發際10例,下頜9例,上唇部8例,手臂25例,胸背部4例,腋部10例,會3例,腿部30例,耳再造多毛5例,皮瓣毛2例。

2　方法

2.1　術前準備　備皮刮毛時毛孔外可殘留短毛茬,以便操作時觀察毛孔的變化。對于顏色較淡的毳毛區域可均勻涂擦特制的碳霜,毛發色澤深、生長密的部位則不需涂,15分鐘后,用酒精紗布擦去碳霜,這時可見浸有碳霜的毛孔呈黑色點狀分布。

2.2　治療　激光波長選擇1064nm,光斑選擇為8mm或6mm,能量密度對應為2.4J/cm2或3.8J/cm2,換上脫毛專用手柄,即可進行操作。將手柄套口貼住皮膚,緩慢均勻進行縱向和橫向的移動,可見治療區域毛孔殘留的毛茬顏色變白或浸有碳霜的毛孔黑色顆粒消失,同一部位一般重復操作3～4次即可中止治療。

3　治療結果

3.1　療效觀察指標　由于目前還無統一的激光脫毛療效評定標準,我們采取治療前記錄治療部位毛發的密度、粗細、顏色;下次治療時記錄毛發再生長的時間,并觀察再生毛發的密度、粗細、顏色的變化。療效的制定以毛發密度減少的百分率及毛發的有關生長特性的改變作為綜合評定標準。

3.2　療效觀察

3.2.1　再生長時間　一般的體毛在第一次脫毛后約1～2個月會長出新的毛發,但新生個別生長旺盛區域(如下頜、發際)的毛發在治療后2周～3周即可重新長出,隨著治療次數的增多,毛發再生的時間會逐漸延遲。根據毛發再行的速度決定治療的次數。對于四肢毛、腋毛、軀干毛等,可間隔1～2個月治療一次,常治療4～5次;而對于唇毛、下頜毛及發際毛等,則數周～1個月脫一次,最長需脫10余次。

3.2.2　毛發密度的變化　不同部位毛發密度的改變也不同,四肢毛、腋毛、軀干毛1次治療后毛發密度約減少30%,2次治療可達50%左右,最終治療結果能達到減少80%以上(圖1,2)。毛發密度高及生長旺盛部位,毛發密度減少率較低,如胡須,一次治療毛發密度減少約10%,最終治療的減少率僅為40%～50%。

3.2.3　毛發生長特性的變化　四肢及軀干部位的毳毛治療后,新生的毛色澤明顯變淡,毛干也較細小,多次治療后更為明顯,但對于下頜及發際部位的硬毛在治療后,新生毛在顏色及粗細上并無多大改變。

3.3　結果　因部位不同,毛發密度減少至40%～80%,治療部位再生毛發變細,顏色變淺,再生時間明顯延遲,患者感官上予以認可,達到了臨床上較理想的脫毛效果。

4　討論

4.1　目前國內外常用脫毛方法有刮毛法、臘脫毛法、機械脫毛法、鑷取法、化學制劑脫毛法、電解法、熱分解法及激光脫毛法等。前5種方法雖能去除毛干,但不能破壞毛囊,因此不能永久脫毛,而且使用這些方法反復脫毛易使毛孔變大,毛發增粗變黑。電解法及熱分解法雖能有效破壞毛囊,但需逐個對毛囊進行破壞,故操作繁瑣,耗時長,痛苦大,對面部等光滑部位有遺留疤痕和色素沉著的可能,而對于生長濃密的大面積體毛來說,難以使用上述方法脫毛。激光脫毛是選用對毛囊和色素細胞特別敏感波長的激光對多毛區域進行照射,可高效地大面積破壞毛囊,速度快,痛苦小,不留疤痕,脫毛效果持久。

4.2　激光脫毛原理　激光脫毛是基于有選擇性的激光損傷原理,在脫毛應用中,被激光選擇性摧毀的目標為毛囊中豐富的黑色素。毛囊中的黑色素在吸收了激光的能量后,溫度急劇升高,產生局部微觀"爆炸",導致周圍毛囊組織的破壞,從而達到永久性脫毛的效果。

4.3　目前臨床應用脫毛的激光主要有紅寶石(694nm)激光、綠寶石(755nm)激光和半導體(800nm)激光,由于正常皮膚中黑色素細胞對這幾種波長吸收較強,因此,上述激光對黑色素細胞較少的白種人脫毛效果最佳,而對亞洲人則有不同程度色素減退的副作用發生的可能。

4.4　MEDLITE四波長激光系統含有532nm、585nm、650nm和1064nm四種波長,選擇其中對正常皮膚黑色素細胞吸收較小的波長1064nm進行脫毛,則可避免對正常皮膚可能引起的色素減退的副作用。此外,對于色澤淡的體毛還可采用含有微小顆粒(1～5μm)的碳霜對治療區域的皮膚進行涂沫,能夠使大量的微小碳粒沿毛孔滲入到毛發和毛囊部位,在滲入毛孔的碳顆粒的幫助下,毛囊部位的黑色素密度和深度得到加強,從而增加了激光照射時的選擇性破壞作用。因此,MEDLITE四波長激光脫毛更適合于亞洲人。

4.5　1064nm波長激光脫毛療效分析　由于1064nm激光脫毛的靶組織是毛囊中的黑色素細胞,而毛囊生長周期中僅生長期含有大量黑色素,因此激光只對此期發揮作用,這是激光脫毛需多次治療的理論依據。激光脫毛的療效依賴于毛囊中黑色素顆粒吸收能量后產生的微觀爆炸對周圍毛囊生發細胞的破壞程度,因此毛囊的深淺及毛囊中黑色素顆粒的含量直接影響到脫毛的效果。四肢及軀干毛有較好的脫毛效果可能與該部位毛囊淺、激光照射后毛囊生發細胞破壞程度大有關,而下頜及發際等部位,由于毛發密度高,毛囊大而深,激光照射后毛囊生長細胞破壞少、再生快,故脫毛效果差,但具體的相關機理還有待進一步研究。總之,同傳統的脫毛方法比較,激光脫毛有其獨特的療效及優勢。由于我們開展激光脫毛僅1年余,故對其更遠期的療效還需進一步觀察。

[參考文獻]

1　Alster TS,Betencot MS.Review of cuataneous Lasers and their applications.South Med J,1998,24:357

2　Williams R,Havoonjian H,Isagholian K,et al.Aclinical study of hair removal using the long-pulsed ruby laser.Dermatol surg.1998;24:837

3　任秋實,畢志剛.MEDLITE四波長美膚激光在治療色素性和血管性病變中的原理及應用.臨床皮膚科雜志,1998,27:340

第7篇：激光原理論文范文

關鍵詞：光纖通信；理論教學；實驗教學

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）08-0167-03

當代信息高速公路的骨干網絡是由光纖通信網絡構成的，若沒有光纖的發明及相關有源和無源光纖器件的發明和發展，當今的高速信息網絡是無法想象的。但是當今信息產業的高速發展得益于微電子學、光電子學、計算機技術及通信工程等多門學科的快速發展及它們之間的交叉融合。因此，要想成為一名信息技術領域的電子信息工程師、計算機工程師或通信工程師，除了需要掌握本專業的課程知識以外，也應該熟悉現代信息技g的其他相關主要知識，比如光纖通信網絡及其相關器件等。本文從光纖通信技術的研究內容、應用及發展等方面說明其在電子信息工程專業教育中的重要性，并研討電子信息工程專業中的光纖通信課程的理論和實驗教學方法。

一、光纖通信技術簡介

1960年，美國人梅曼（Maiman）發明了第一臺紅寶石激光器[1]，給光通信帶來了新的希望。和普通光相比，激光具有波譜寬度窄，方向性極好，亮度極高，以及頻率和相位較一致的良好特性。激光是一種高度相干光，它的特性和無線電波相似，是一種理想的光載波。繼紅寶石激光器之后，氦―氖（He-Ne）激光器、二氧化碳（CO2）激光器先后出現，并投入實際應用。激光器的發明和應用，使沉睡了80年的光通信進入一個嶄新的階段。

1966年，英籍華裔學者高錕（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）發表了關于傳輸介質新概念的論文，指出了利用光纖（Optical Fiber）進行信息傳輸的可能性和技術途徑，奠定了現代光通信――光纖通信的基礎[2]。在以后的10年中，波長為1.55μm的光纖損耗：1979年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986年是0.154 dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。1970年，作為光纖通信用的光源也取得了實質性的進展。1977年，貝爾實驗室研制的半導體激光器壽命達到10萬小時（約11.4年），外推壽命達到100萬小時，完全滿足實用化的要求。由于光纖和半導體激光器的技術進步，使1970年成為光纖通信發展的一個重要里程碑之年。在今后的幾十年中，光纖通信網絡的逐步商用化帶動了相關信息產業鏈的蓬勃發展[3]。

由于在光纖通信系統中，作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，而作為傳輸介質的光纖又比同軸電纜或波導管的損耗低得多[4]，因此相對于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多獨特的優點。綜上所述，可見光纖通信技術在現代信息產業技術中的重要地位，因此，光纖通信技術這門課程不僅是光學工程專業的基礎必修課程[5]，也應該作為電子信息工程專業的專業選修課程來開設。

二、光纖通信課程教學研究

（一）光纖通信課程的理論教學

電子信息工程專業的光纖通信課程的理論知識可以分為四個相互關聯的層次和內容，它們分別是：第一部分，光纖技術的基礎；第二部分，光纖通信器件技術基礎；第三部分，光纖通信系統和網絡；第四部分，光纖與光纖通信系統測量。這四個部分的關系層層遞進，逐漸深入。理論學時總共32學時。

第一部分，光纖技術的基礎。可以先講解光纖通信技術的一些概念性和歷史性的知識，比如：電信技術的發展，光通信的必要性及技術基礎，光纖通信技術的歷史、現狀與未來。此處，可詳細介紹人類對光通信探索的歷史及現代光纖通信技術從學術研究到商業應用的發展里程，并附帶介紹微波通信的發展里程，然后通過比較使用光波進行通信和使用微波進行通信的優缺點及使用光纖材料和使用同軸電纜進行通信的優缺點，讓學生了解光纖通信的巨大優勢。然后可以簡單介紹光纖傳輸的基礎理論――電磁場與電磁波理論中的一些基本概念和現象，重點介紹麥克斯韋方程。最后介紹光纖的模式理論、光纖的結構和類型、光纖的傳輸特性、光纖制造技術與光纜等知識。其中，光纖傳輸特性包括光纖的損耗特性和色散特性，這是該部分的重點知識。總之，筆者認為，第一部分內容的講解方法和手段是非常重要的，不宜講得深奧，而應該結合動畫或者視頻講解光纖的傳光原理，使學生易于接受，才能提高學生對這門課程的興趣，從而繼續學習往后部分的相對枯燥的知識。該部分學時安排為6H。

第二部分，光纖通信器件技術基礎。這部分講述光纖通信系統中的有源和無源光通信器件，這些器件是構成一個完成的光纖通信系統必不可少的部件，學好這部分內容有利于理解后面學習的光纖通信網絡的內容。這部分內容包括：基本光纖器件、光學濾波器、光纖放大器和半導體光電子器件。基本光纖器件包括分波/合波器、光纖活動連接器、光隔離器、環形器和衰減器等；光學濾波器的內容包括Fabry-Perot濾波器、介質膜濾波器、HiBi光纖Sagnac濾波器、Mach-Zender型濾波器、光纖光柵等；光纖放大器的內容包括：摻餌光纖放大器（EDFA）、光纖Raman放大器等。半導體光電子器件的內容包括：普通的半導體激光器（LD）和發光二極管（LED）、FP型雙異質結構激光器、動態單縱模激光器、半導體光放大器（OSA）、PN結光電二極管、PIN光電二極管、APD雪崩光電二極管等。對于每一個光纖器件，講解內容包括這些光纖器件的結構、工作原理、具體參數、應用場合等，應結合動畫或者視頻講解，甚至如果有條件的話，可以在課題上帶上一些體積很小的光纖器件實物給學生講解，比如光纖活動連接器、LD、LED、光纖光柵、PIN光電二極管價格便宜、體積小的光纖器件。該部分學時安排為10H。

第三部分，光纖通信系統和網絡。這部分是本門課程的核心和精華部分，包括光纖傳輸系統、光纖通信網、全光網技術及其發展三大部分。其中，光纖傳輸系統的內容包含：光纖傳輸系統的基本組成、光發送機組件、光接收機組件、光放大噪聲及其級聯、色散調節技術、光纖傳輸系統設計、光纖傳輸系統性能評估。光通信網絡的內容包含：通信網的拓撲結構和分類、準同步數字系統（PDH）、同步數字系統（SDH）、異步傳輸模式（ATM）、互聯網協議、光纖通信網的管理/保護/恢復。全光網技術及其發展的內容包含：通信網絡的發展過程、全光網絡中的傳輸技術（WDM、OTDM、OCDMA和分組交換技術）、無源光網絡（G-PON、E-PON、WDM-PON）、光傳送網（G.709OTN）、自動交換光網絡、全光網的網絡管理、全光網的安全問題。對于每一種光纖網絡技術，講解內容包括這些光纖網絡結構、功能、應用場合等，應盡量使用PPT的圖片、動畫進行講解，PPT上要盡量避免文字上描述。該部分學時安排為12H。

第四部分，光纖與光纖通信系統測量。該部分主要介紹光纖通信工程實施、檢測中一些常用的設備和儀器，在本門課程的實驗教學中都要使用到這些設備，是培養光纖通信工程師的基礎技能知識部分。該部分的內容包括：光功率計的使用、光纖幾何參數的測量、光纖衰減測量、光纖色散測量、光纖偏正特性測量、光纖的機械特性和強度測量、光時域反射計（OTDR）的使用；光接收機靈敏度和動態范圍的測量、光纖通信系統誤碼率和功率代價的測量、眼圖及其測量、光譜分析儀、光纖通信系統的在線監測技術。其中，重點講解光功率計、OTDR、眼圖示波器、光譜分析儀等儀器設備的功能和使用方法。該部分學時安排為4H。

（二）光纖通信課程的實驗教學

對于電子信息工程本科專業而言，畢竟培養的學生不屬于光學工程或光電子技術領域的人才，而且電子信息工程專業本身都有很多屬于自己專業的實驗課程及課程設計，因此，筆者認為光纖通信技術課程的實驗教學應根據該專業學生的理論基礎和將來他們最可能需要的工程能力而設置。因而，筆者建議光纖通信課程的總學時設置為48學時，理論教學學時為32學時，7個實驗的教學學時為16學r。

根據筆者10年來給電子信息工程專業本科學生講授這門課的經驗，認為具體的實驗課程設置如下。

1.插入法測光纖的平均損耗系數。采用插入法測量待測光纖在1310nm和1550nm處的平均損耗系數。掌握插入法測量光纖損耗系數的原理，熟悉光纖多用表的使用方法。學時設置為2個課時。

2.光時域反射計（OTDR）測光纖鏈路特性。用光時域反射計測量光纖鏈路的平均損耗、接頭損耗、光纖長度和故障點位置。了解光時域反射計工作原理及操作方法，學習用光時域反射計測量光纖平均損耗、接頭損耗、光纖長度和故障點位置。學時設置為2個課時。

3.光波分復用（WDM）系統實驗及其誤碼率測量構建1310nm/1550nm光纖波分復用系統并測試其誤碼率，了解光波分復用傳輸系統的工作原理和系統組成熟悉誤碼、誤碼率的概念及其測量方法。學時設置為2個課時。

4.數字光纖通信系統信號眼圖測試。構建數字光纖通信系統并且用數字示波器觀測系統的信號眼圖，并從眼圖中確定數字光纖通信系統的性能。了解眼圖產生的基礎，根據眼圖測量數字通信系統性能的原理；學習通過數字示波器調試、觀測眼圖；掌握判別眼圖質量的指標；熟練使用數字示波器和誤碼儀。學時設置為3個課時。

5.光纖切割與焊接技術演示實驗。利用全自動熔接機向學生演示光纖熔接的全過程，了解光纖的結構和光纖電弧放電焊接原理；了解全自動焊接光纖的過程和使用方法。學時設置為2個課時。

6.光纖光柵光譜特性測試系統的設計實驗。測量光環行器的插入損耗、隔離度、方向性、回波損耗參數；利用PC光譜儀、光環行器和光纖光柵設計光纖光柵光譜特性的測試系統；了解光環行器的工作原理和主要功能；了解光環行器性能參數的測試原理；了解光纖光柵的光譜特性；學習PC光譜儀的使用方法。學時設置為3個課時。

7.光帶通濾波器的設計。測量光耦合器的插入損耗、分光比和附加損耗等參數；利用光耦合器或者光環行器和光纖光柵設計光帶通濾波器。了解2X2光耦合器的工作原理，了解光耦合器各項參數的測試方法。學時設置為2個課時。

通過以上實驗課程，能夠使電子信息工程本科學生對光纖通信系統的基本器件、基本測量系統等有一個比較感觀的認識，而且能夠更加深刻地掌握它們工作的基本原理和基本特性，為將來在具體的工程設計及進一步深造中奠定基礎。

三、結束語

光纖通信技術在國家的信息產業、國防工業中具有舉足輕重的地位，電子信息技術與光學信息技術的結合也越來越緊密。對于當今的電子信息工程專業的學生而言，除了需要掌握本專業牢固的知識和技能以外，了解和掌握光纖通信技術的基礎知識和相關的技術發展趨勢也是必不可缺的。本文通過對電子信息工程專業特點和光纖通信課程內容的分析，討論了該門課程與該專業的內在聯系，分析其重要性，并根據筆者10年來在重慶理工大學電子信息工程專業講授該門課程的經驗，提出了本門課程在電子信息工程專業中的理論及實驗的教學內容、教學重點、教學方法及課程設置等方面的一些意見和建議。

參考文獻：

[1]高D.激光技術應用現狀與分析[J].物理通報，2007，（11）：50-52.

[2]龍泉.光通信發展的回顧與展望電信網技術[J].2008，（2）：30-32.

[3]曲鵬.光纖通信技術的應用及展望[J].硅谷，2014，7（24）：2-2.

第8篇：激光原理論文范文

當高強度的激光作用到介質時，人們發現在大量的各種不同的材料中都會觀察到與線性光學效應截然不同的現象，介質的折射率會隨著光電場強度的變化而變化，吸收系數也不再是一個常數。

Bloembergen 給非線性光學效應的定義作了如下論述：凡物質對于外加電磁場的響應，并不是外加電磁場振幅的線性函數的光學現象，均屬于非線性光學效應的范疇。本論文我們將主要探討一下影響二階非線性光學效應的一些因素，并主要研究一下材料的對稱性結構是如何影響其二階非線性光學的性質的。

在強光作用下，材料的極化強度分量Pi和分子的電偶極距分量μi用愛因斯坦求和形式可以表示為：

其中，ijkl為笛卡爾坐標系數，Ej為外加光場的電場分量，χij(1)和αij分別為材料的一階極化率和分子的一階極化率分量；χijk(2)和βijk分別為材料的二階極化率和分子的一階超極化率（或二階極化率）分量，這兩個張量對應著二階非線性光學效應，如二次諧波產生（SHG）、和頻（SFG）、線性電光效應（EO）等；χijkl(3)和γijkl分別為材料的三階極化率和分子的二階超極化率分量。這些量的非零值依賴于材料和分子的對稱性結構，它們的獨立性依賴于光與物質相互作用的特點。

對二階非線性光學材料的實際應用一般存在以下幾點要求：a.非中心對稱結構；b.良好的熱穩定性；c.良好的透明性；d.較大的二階NLO系數。其中，最基本的要求是非中心對稱結構。

有機非線性光學材料的組成分子具有高度離域的可極化π電子體系，故此它的非線性光學系數要比無機材料的高1～2個數量級。非線性光學研究的初期，人們關注的重點就是如何提高材料的非線性活性（即非線性系數），因此在60年代中期，有機物就作為除無機和Ⅲ～Ⅴ族半導體材料之外的第三類非線性光學材料而受到研究人員的重視。另外，有機材料的其他一些優點也是為研究者所普遍贊同的，如超快的響應速度、大的光學損傷閾值等。還有，有機分子豐富多變的結構特點，使得人們可以根據不同器件集成化的要求對分子進行設計并就透光波段與非線性效率問題作合理的“剪裁”。

有機分子共軛結構中π電子的離域特性是產生大的分子光學非線性響應的起源，即使在非共振條件下離域的π電子也能產生大的非線性極化，這就是有機材料與無機材料在非線性光學上最大的區別。

接下來我們就來看幾種特殊結構的二階非線性光學材料，首先我們來看一下偶極體系。

1.偶極體系

1.1偶極型材料的二階NLO性質

迄今研究的具有二階非線性光學的有機分子主要是偶極分子體系，其特征是分子具有固有偶極矩，分子是非中心對稱和各向異性的，有一個給體（D）---受體（A）電荷轉移軸，其分子的超極化率β張量也是各向異性的。

分子的一階超極化率β取決于波函數的不對稱部分和電子分布的奇數矩。當在有機共軛體系中加上極性取代基后，就會誘導一個分子固有偶極矩μ0。從而通過破壞分子的中心對稱性產生β張量的非零分量。90年代以前的二階非線性光學材料分子設計就主要集中在一維電荷轉移分子。這類分子的主要特點是：其中間有一個共軛π電子體系（電荷轉移軸），兩端分別是電子給體（D）和電子受體（A），如圖1。

因此這類偶極型分子常常被稱為D-π-A體系[7]。

1.2偶極型材料的理論研究

前面我們介紹了偶極分子體系的基本結構特點，接下來我們就從理論上具體的研究一下。

D-π-A體系的一階超極化率β可以用在電荷轉移方向的一個顯著的分量來表示。描述這類一維電荷轉移分子最簡單和相對適用的理論就是Qudar和Chemla等人提出的雙能級模型。這個模型可以用基態和一個激發態之間的電子電荷轉移激發來描述非線性特征和分子結構之間的關系。對于二次諧波（SHG）來說，這個最顯著的分量表示為：

第9篇：激光原理論文范文

論文摘要:建構主義學習理論強調，知識是學習者在一定的情景下借助學習過程和他人的協助，通過意義建構而獲得的;認為學習的途徑是同化和順應認為學習過程中學生是學習的認體，是意義的主動建構者，應發揮其主體作用，而教師是學習的指導者、意義建構的幫助者和促進者。因此，教師必須轉變教學觀念，注重依據建構主義的理論原則，葉學生的科技創新活動予以指導。

一、建構主義學習理論的主要觀點

建構主義作為認知學習理論的一個重要分支，在多媒體計算機和網絡技術的支持下，生命力越來越旺盛，成為在世界范圍內日漸流行的學習理論，并且在教學實踐中被廣泛應用。下面，從“教”和“學”兩個方面簡要說明建構主義學習理論的主要觀點。

1.建構主義的學習觀

(1)學習究竟是什么?

建構主義認為，知識不是通過教師傳授得到的，而是學習者在一定情景下即社會文化背景下，借助學習獲取知識的過程及在他人(包括教師和學習伙伴)的幫助下，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式獲得的。也就是說，學習者應根據自己的經驗背景，對外來信息進行加土和處理，從而獲得所需知識。此時學習者獲取知識的多少取決于學習者根據自身經驗去建構相關知識的能力，而不取決于學習者記憶或背誦教師講授內容的能力，這種意義下的學習是廣泛而全面的。

(2)學習的兩個途徑—同化和順應

建構主義認為，同化和順應是學習者的認知結構產生變化的兩個途徑，其中同化是指學習者將外在的知識信息納人到自己的認知結構中去，是量的積累;而順應則是認知結構中的質變，當學習者已有的認知結構與外在的知識發生沖突時引起原有認知結構的變化，從而建立新的認知結構的過程即為順應。由此可以看出，學習不再是簡單的信息輸人、存儲和提取，而是學習者原有的知識由于新知識的進人而發生調整和改變的過程，是由量變到質變的過程。

(3)關于學習的方法

建構主義提倡在教師的指導下，以學生為中心開展教學，教師由。傳道、授業、解惑”者變為學習的指導者、意義建構的幫助者和促進者;學生是信息加工的主體，是意義的主動建構者，應發揮其主體作用。在學習的過程中，要善于用探索法發現間題，主動收集相關資料和信息，努力提出假設并設法加以驗證，并且應注意在解決問題時盡量將當前學習的內容與已有的經驗相聯系，不斷加強量的積累，注意向質的轉變。

2.建構主義的教學觀

(1)師生角色的轉變

(2)自主學習的設計

在傳統教學中，學生對教師有很大的依賴性，許多學習上的事情讓教師包辦代替，主動學習知識、發展興趣、培養創新能力的意識比較差。建構主義教學模式力求改變這種現狀，著力培養學生自主學習的能力。

自主學習是主動地、有主見地學習，不是沒有目標的、放任自流的學習。教師可根據具體的學習目標，選擇不同的教學方法，對學生的自主學習進行設計。例如:采用支架式教學，首先應根據“最鄰近發展區”理論，圍繞實現教學目標建立一個相關的概念框架，然后讓學生在教師指導下通過自主學習，掌握知識，使其智力發展由一個水平到另一個更高的水平。由于學生的智力發展水平有所不同，其最鄰近發展區也不完全相同，所以在教學中應注意因材施教。采用拋錨式教學，可根據教學目標在實際情景中確定一個真實的問題(“拋錨”)，然后讓學生圍繞該問題展開學習，在學習的過程中，可以先提出假設，然后進行論證，根據論證的結果制訂解決問題的方案并加以實施，實施過程中需要不斷地補充、完善，最終將問題解決。

(3)強調協作學習

英國大文豪肖伯納曾作過一個著名的比喻。他說:“倘若你有一個蘋果.我也有一個蘋果，我們彼此交換蘋果，那么，你和我仍然各有一個蘋果。但是，倘若你有一種思想，我也有一種思想，而我們彼此交換這些思想，那么，我們每個人將各有兩種思想。由此可見交流的重要。所以，建構主義學習理論強調通過協作學習展開交流和討論，有助于發揮學生的主動性、積極性和創造性，最終使學生有效地實現對當前所學知識的意義建構。

(4)資源的有效利用

為了使學生能夠主動探索和完成意義建構，必須為他們提供必要的資源(包括多媒體、網絡、圖書等)。在將資源的選擇、使用和控制權交給學生的過程中，教師應對學生加以指導，幫助他們學會如何獲取信息、加工信息和利用信息，提高他們處理信息的能力。

二、建構主義學習理論對學生科技創新活動的指導

1，建構主義學習理論轉變了教育觀念，為開展科技創新活動莫定了理論墓礎

傳統的教學模式是以教師為中心，教師講，學生聽，學習過程主要靠教師傳授，作為認知主體的學生在教學過程中始終處于被動狀態，其主動性、積極性根本得不到發揮。這樣的教學模式不利于培養學生的科技創新能力，所以要想使科技創新活動蓬勃開展，必須轉變教育觀念，深化教育教學改革。近幾年來，筆者所在學校堅持把培養學生的綜合能力作為教學的中心任務，在教學中堅持把學生作為教學的主體，提高學習興趣，發揮學生潛能。例如:電子與信息技術專業實行學分制改革以來，積極探索有利于培養學生實踐能力和創新能力的現代化課程模式，在課程的設置上采用了“寬基礎、活模塊”的教改思路，在保證上好公共基礎課和專業基礎課、為今后發展提供寬廣基礎的前提下，將專業課程設置了若干個模塊，包括:電子聲像設備模塊、數字視頻設備模塊、通信技術模塊等，供學生根據自己的特點、愛好和今后發展的意向進行選擇。這種選課制度有利于學生自主選擇學習內容，在學習過程中充分調動了學習的積極性和主動性，激發了學生的求知欲望和創造欲望，為學生開展科技創新提供了保證。

2建構主義學習理論為提高學習興趣、開展科技創新提供了有利的支持

建構主義理論強調學生是信息加工的主體，是意義的主動建構者，在學習過程中學生應始終處于主體地位，強調以學生為中心的“學”，而不是以教師為中心的“教”。在學習的過程中，學生很自然地會發現問題，引起學習的興趣，此時作為教學指導者的教師，應及時將學生的學習興趣轉化為學習動機，激勵他們更好地進行學習，有效地開展科技創新活動。

例如:現在有些教師常常使用激光筆代替教鞭在課堂上使用，就是這在黑板上跳動的紅色的小點點，引起了一名同學的興趣。起初他對激光筆很好奇，后來他發現當快速擺動激光筆時，打在墻上的光點會“點動成線”，甚至呈現出圓形，這種激光筆擺動后形成的軌跡與在《電子測量》課上老師用示波器演示的波形有相似之處。帶著對激光筆成像的興趣，他認真研究了激光的特點，發現激光具有集中力強、不散光的優點，而且激光筆容易使用、價格低廉。在老師的幫助和啟發下，他采用激光束代替電子束，用兩只電動式揚聲器組成X軸、Y軸掃描偏轉器，利用揚聲器驅動杠桿和反射鏡組成機械系統，將揚聲器紙盆的平動轉換為反射鏡的轉動，使激光束人射角發生變化，反射后投影到屏幕上的光點產生位移，從而使激光束沿X軸、Y軸掃描，最終形成圖象。經過不懈的努力，最后他發明了“電動式李沙育圖形激光演示儀”。由這個事例我們可以看到，建構主義理論強調以學生為中心的“學”，有利于促使學生發現問題，激發其對科學知識的濃厚興趣，為開展科技創新提供了有力的支持。

3.通過問題解決方式進行學習是開展科技創新的必由之路

“通過問題解決來學習”是建構主義的一條核心思路。建構主義認為，通過問題解決，學習者便可以深刻地理解相應的概念、原理，建立良好的認知結構，解決問題的途徑遵循同化和順應規律，是量變到質變的過程。

例如:我校銅管樂隊的一名隊員，他雖然喜歡音樂，但對音樂知識了解得并不多。當老師介紹音階、音程、和弦等知識時，他感到記憶起來比較困難，因此提出設想:能否設計一種簡單的設備，把音階之間的關系表示出來，既方便查找，又容易掌握。在老師的啟發下，他提出了音樂計算尺的設想，即將手拉計算尺的方法用于音階、音名的查找，將音階、音名、頻率按照一定的關系刻在計算尺上，這樣就很容易找出它們之間的相互關系，這種方法的確簡單易行。第一個問題解決后，馬上又產生了新的問題，即音樂和弦的組合比例復雜，像二度和弦、五度和弦記憶難度高，在音樂知識教學中也是一個棘手的問題，如何將音樂計算尺加以改造，從而解決這一難題呢?帶著這個問題，他杳閱了大量的資料，進行了大膽的設想和實踐，最后決定在計算尺的設計過程中除配置動尺、定尺外，又設置了滑動尺，利用透明的滑動尺把各種和弦表現得一清二楚。音樂計算尺的發明很好地解決了學習音樂知識過程中的難題。成功激發了他科技創新的激情，為了使音樂計算尺在使用過程中更加生動，他設想能否在拉動計算尺的同時產生相應的音響效果，能否將計算機技術應用到音樂計算尺中。為此，他請教老師，上網查找資料，刻苦鉆研，和其他同學在一起開展廣泛的交流。情動于衷，金石為開。最后，他終于通過將“MIDI音樂大師’，技術軟件引人音樂計算尺，解決了這一難題，使音樂計算尺在使用過程中更加完善、更加生動。