激光原理論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇激光原理論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

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2.設置體系，實現開放教學

關于高職院校廣告設計專業學生的創新能力培訓，不能夠僅僅依靠于基礎的課程以及專業課程的教育，教師還應該為學生們打開更為寬廣的知識面，讓學生們廣泛地學習。以美國為例，美國廣告專業的教育課程以人文和社會科學課程為主，并且要有語言學、心理學、自然科學、市場學、經濟學、傳播學、社會學、法律學和政治學等等方面的內容，只有廣泛的涉獵各個方面的內容，廣告設計專業的學生才能夠在日后的領域當中發揮出創造性，更加深思熟慮地思考問題。在中國，廣告設計的課程卻只是以專業課的學習為主，很少有其他的輔助人文學科，比重比較小，在專業課程的設置上也存在著很多的問題，而且由于內容設置的不夠科學，經常會有一些相似的內容重復出現，時間久了學生們自然會產生厭倦的情緒，通過這種方式培養出來的學生不僅不能夠達到一定深度和廣度的專業知識，甚至會對廣告設計這個專業產生懷疑。在這種局面下，高職院校必須要重新整理自身的課程體系，積極地推進開放式的教學模式，采取“請進來，走出去”的教學模式，一方面，學校可以鼓勵一些專業教師進入到廣告專業的公司或者是企業進行兼職，讓教師的教學內容更加具有實際應用意義。另一方面學校應該積極地邀請一些具有豐富實踐經驗的廣告設計是到學校進行廣告理論的深入講解，采取座談會或者是客座教授的形式來形成校企結合的教學，從而使廣告設計的教學更接地氣，也更加具有應用價值。

3.重視學生，調動課堂氛圍

在中國的教育界普遍存在的問題就是對于學生們學習積極性的調動，傳統的教育中總是重教有余，反而重視學習不足，或者是重視灌輸有余，而重視啟發不夠，這種教育形式是必須要得到改革的，尤其對于需要創新的廣告行業，復制式的教育不僅沒有意義，甚至會嚴重阻礙學生們在未來的職業發展。在廣告界當中需要大量的模擬教學和實踐教學，要求學生們必須能夠充分地激發和調動起學生們的思維活力，讓學生們成為敢想敢做的人，充滿勇氣和熱情，所以學生和教師之間必須要能夠形成“教學相長”的雙邊互動關系，將學生們所學的知識內化為一種人才的基本素質，讓教師講授的知識能夠成為學生們日后職業生涯當中“自然流淌”的血液，成為一種能力。所以，在三年的高職院校教學過程中，教師可以設置一些教學活動來調動學生們的學習積極性，讓學生們成為學習的主體。比如說在一些創新能力的培養過程中，教師可以設置一些課外的教程，讓學生們通過課外環境來提升自己，可以安排一些市場調查、創意設計、媒體調查、廣告攝制以及制作等等內容，讓學生們能夠將理論和實際結合起來，構建起實踐的基地，讓學生們都有機會去考察自己，在實踐的過程中更加積極主動地調節自己，讓自己得到鍛煉的同時也能夠創造一些經濟效益，并結合市場的調查為學生們選定課題，讓學生們能夠在課程之外獲得更多的知識補充，實現課內外同步進步。

4.加強實踐，探索新型模式

實踐教學的目的就是要在學生們掌握的理論知識和未來的職業實踐能力之間構建起一個橋梁，更加側重于學生們實踐能力的提升，學校和企業之間可以建立起一些結合的項目，幫助學生們在實踐中更加明確自己的未來發展方向，有利于對現代化新型人才的培養，學生們可以通過教師參與到一些項目的實踐當中，最終形成一種產學研一體化的教學模式，培養創新型的人才。在中國的廣告教育當中，在形式上是具有一些時間環節的，比如說對口地安排學生進行畢業實習，但是這種實習通常都是形式至上的，并沒有形成實際的效果，在這種情況下，很多院校采取了放任管理的方式，通常都是學校介紹，學生自己去找機會，公司有需求的時候可以到學校吸納一些學生，在這個期間學生們才真正有機會進行實地的實習，對于學生們的職業能力和決策能力起到了切實的作用。

篇（2）

中圖分類號：G642.0

文獻標識碼：C

DOI： 1（）.3969/j.issn.1672-8181.2015.03.005

1 我校《激光原理與技術》專業課存在問題

我省許多理工類院校的光信息、光電類和大部分應用物理專業都開設《激光原理與技術》課程。作為重要專業基礎或方向課，此課程：第一，具有較強的理論性、實踐性、前沿性和探討性；理論抽象，公式眾多，有相當學術和技術含量的課程，教學中經常發現學生對概念缺乏準確理解或概念和實際應用“兩張皮”的現象。第二，課程教學內容多，課程容量大。第三，由于激光技術、光電技術的發展日新月異，器件層出不窮，與新現象、新理論、新器件、新應用有關的課程教學內容也必須不斷地做出更新調整，

另外，《激光原理與技術》課程涵蓋知識點包括激光原理、激光技術兩部分，知識點明確，可以用一個實驗、一個概念來組織教學內容。課程具備開展翻轉課堂的實施要求。

2 翻轉課堂在《激光原理與技術》課程中的實施方案

結合我校《激光原理與技術》課程特點，在現有的翻轉課堂模型基礎上，我們設計了翻轉課堂的教學路線圖f如圖1）。主要由線上學習、課堂學習和課后學習三部分組成。LMS作為教學實施的基礎性管理學習平臺，可提供教學資源、學習過程記錄和互動場所。

線上學習

課堂學習

課后學習

2.1 設計知識單元的策略

將課程按“知識塊”分成8個教學單元，即：激光的基本機理，激光諧振腔理論以及激光振蕩理論，連續和脈沖激光器的工作特性，選模技術，放大技術，穩頻技術和激光短脈沖技術。每個教學單元可以由一次或多次課程完成，以便教師開發課程視頻。

2.2 設計課程微課

第一，根據本專業課程教學內容（突出難點、重點），設計微課。第二，每個教學單元可分成若干個模塊，以模塊為單位設計微課。第三，微課內容包括微視頻、課間練習和每周作業。通過微視頻中的導讀內容、課間練習和作業，向學生提出問題，引導學習者自主思考。

2.3 翻轉課堂教學設計

2.3.1 線上學習

第一，通過慕課學習。讓學生假期在慕課平臺查找與激光器件有關的知識，提前使學生進入到課程中來，在頭腦中初步形成激光器件的結構框架，對激光器件的主要應用等有簡單的了解，簡單的知識點通過慕課學習。第二，通過微課學習。設置每周微課時間和作業提交截止時間。課間練習和每周作業可采用填空或選擇形式，每道題在截止日期之前允許學生提交3次，否則當次作業記為0分。另外，在學生看完微課之后，對微課中的收獲和疑問可以在討論區發帖。由教師團隊或學生討論互動給出解答，完成課題組布置的線上學習任務。

2.3.2 課堂學習

第一，分析每個教學單元的目標、知識類型、學生線上學習情況和存在的問題，確定教學策略，如“講授”、“自學”、“討論”、“實驗”、“探究”等。第二，學生的獨立探索和協作學習。具體分為五個環節：①明確問題：根據課程內容和學生觀看微課時提出的疑問，總結出-些有探究價值的問題；②獨立探究：從開始時選擇性指導逐漸轉至為學生的獨立探究學習方面，讓學生在獨立學習中構建自己的知識體系，注重和培養學生的獨立學習能力；③協同學習：通過“探究式案例”、“探究式實驗”鼓勵學生以小組協作形式，采用對話、商討、爭論等形式進行討論并實施；④交流展示：成果交流采用如：舉行展覽會、報告會、辯論會、小型比賽等；⑤考核評定：建立線上學習、課堂和課后學習各環節的考核評價。考核成績構成為“課間練習20分+每周作業15分+課后研究報告和小論文5分+討論區及課堂活躍度10分+期末考試50分”。

2.3.3 課后學習

由課后的復習，學生定期的答疑，學生完成的項目任務和課程論文構成。

3 翻轉課堂教學實施案例――以光學諧振腔（FP腔）為例

3.1 線上學習

首先利用微課介紹實驗現象，給出FP腔的輸出裝置，給出了連續波入射時單模光纖FP腔輸出光譜。提出問題：如何解釋上述實驗現象呢？接下來在微課上介紹描述上述激光現象的基本概念與相關規律。根據多光束干涉原理，可得垂直入射時，光學FP腔的輸出與輸入光強之比為：

將光纖長度，折射率（n=1.48）代人，可得其自由譜寬為50CHz，利用變換式，可得自由譜寬為0.4nm，理論計算與實驗現象一致。通過微課學習，學生完成知識的內化。課間提問，采用填空題：C02激光器波長為10.6um，當腔長L=lm時，自由譜寬為（），如果該激光器的光譜線寬度AVF=108Hz，則輸出為單模還是多模（）。要求學生在規定時間完成課間作業的提交。

3.2 課堂學習

首先，提出問題：腔端面反射率對輸出特性的有什么影響？讓學生在獨立學習中構建自己的知識體系。然后，進行協作學習，以4人為以小組，利用計算機對（1）式所描述的規律進行數值計算，將結果可視化，計算結果與實驗結果一致。從圖上還可發現原本靜止的圖“動”了起來。給學生很大的想象空間，這一環節是理論分析的重要補充，再次完成知識內化。將科學計算引入課堂，提升學生解決問題的能力與效率，引導學生進行研究性、探索性學習。通過可視化，學生對復雜的激光現象具有了感性認識，促進學生對晦澀理論的理解。最后，介紹新實驗現象的探索。前面我們詳細學習了連續波入射情形下，光學FP腔的輸出特性，自然會想到脈沖激光入射情形，那么脈沖激光入射到光學FP腔，其輸出具有什么特點呢？通過教師的引導和學生的協作學習和探索，得到當脈沖激光入射到單模光纖FP腔時，其輸出波形具有衰蕩特征，從而完成創新能力的培養。

3.3 課后學習

以小論文形式，讓學生完成一份研究報告，題目為光學FP腔的激光器件中的應用。鼓勵學生利用網絡資源，查閱光學FP腔在各個領域的應用。例如FP在輸出模式選擇，光束質量改善等方面的應用，讓學生自行選題，自行設計實驗方案，在學院的激光實驗室獨立完成實驗，完成小論文撰寫和提交。

4 結束語

翻轉課堂教學模式起源于美國，在我國真正去推行翻轉課堂教學模式還有很多問題有待解決，還需要更多的實際教學工作要做。

參考文獻：

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2引入慕課資源，促進課堂教學改革

《激光原理》屬于光電子類專業的一門重要專業課程。由于課程的針對性較強，相對于其他的公共基礎課而言每個學校擔任《激光原理》課程的教師為數不多。目前，《激光原理》課程教學內容多以教材為主，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。當今我國光電產業迅猛發展，而激光是整個光電產業的靈魂，所以，讓廣大光電產業從業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，光電產業作為一個新興戰略產業，許多的從業人員并未受到過系統的光電子理論教育，因而，引入慕課，不僅可以讓在校的光電專業學生受惠，而且可以惠及社會上眾多非“科班”出身的光電產業從業人員。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，甚至是更多個人直接上傳視頻、文本、音頻來參與教育內容并在全球分享[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。《激光原理》課程理論性強，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。這就需要改變傳統的教學模式，制作一些短小精悍的微視頻課件來實現慕課教學。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容進行學習，所以，在學習過程中更能激發學生的主觀能動性。那么，在這種情況下，教師也可以根據所教授的內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的問題，叫學生自行尋找解決問題的方案。據此，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。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《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》教學中一直關注的問題。顯然，我們必須改變傳統的以理論教學為主的教學方法。這樣就要求理論教學內容緊跟實驗教學，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。尤其是大型貴重的儀器受到經費的限制，臺數少，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，演示激光的產生和激光束的傳播規律，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。由于慕課建立在網絡平臺，課后只要學生有興趣就可以繼續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容上，加大綜合性、設計性實驗課題的比重，體現理工科課程的特點。精選一部分實驗內容制定微型的基礎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，培養學生的科學素養，提高學生撰寫專業論文的能力，為今后的畢業設計、畢業論文以及科技論文打下堅實的基礎。我校2014年獲批湖北省光電信息技術虛擬仿真實驗教學中心，以該項目為依托，我們已經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實際中的應用以及這個行業當前發展的狀況。另一方面，在現有的教育體制下，高校教師更多的關注自己的科研，而缺乏在教學方面創新的動力，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督[4]。然而教學的主要目的并不是為了培養學生的應試能力，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展。慕課利用當代先進的信息技術，使得全人類能夠共享優質教育資源。慕課所提供的方便和快捷保障了學生的學習自[5]。與傳統的教學方式不同的是，慕課的內容匯聚了大量的優質資源，學生可以通過網絡觀看各種《激光原理》的微視頻，也可以根據自身的情況來制定學習目標，組建學習內容。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變甚至于可以互換。慕課對教師提出了前所未有的挑戰，學生可以根據所需要的學習內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教學中所無法得知的。可以想象在慕課環境下，沒有學生會選擇教學模式古板、教學質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，是被動的學習轉變為自主的學習模式。所以，在慕課模式下，教師教學生學的傳統師生關系將會發生很大的改變。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

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，由于光電子技術的快速發展，新型光子器件和新的激光技術不斷涌現，導致教材的先進性有所欠缺，比如激光短脈沖技術一般教材都只介紹傳統的調Q，鎖模技術，而應用在高功率超短激光脈沖產生的啁啾放大技術卻很少涉及。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，而是要培養提高學生的綜合能力包括自主學習的能力、發現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的要求緊密的鏈接起來，可以根據企業合作要求搭建慕課平臺，企業可以根據他們對激光工藝的要求和大學院校共同開發慕課平臺，聘請企業工程師和一些有經驗的工人加入慕課的開發和制作[6]。根據企業要求制作的慕課，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，企業可以根據完成情況擇優錄取，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的工作，真正獲得雙贏的效果。由于《激光原理》課程專業性強，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，引進企業的研發機構，這樣可以綜合利用社會資源。在《激光原理》慕課建設內容中，可以以企業產品市場銷售走勢對教學重點進行適當的調整，以適應企業的需求[7]。從這個角度來講，這也可以激發學生學習《激光原理》的興趣，開拓知識面，開發其潛在的創造能力，通過這種課內外科技活動結合的教學形式，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，也實現了學校人才培養和企業需求的無縫對接。所以，在慕課模式下實現校企合作，對學生、學校和企業都是有好處的，是一舉三得的事情。

篇（4）

鑒于目前落后的人工測試手段，為了提高測試精度，縮短實驗周期，兼顧節約實驗經費，依據炮控系統測試技術特點，可選擇的測試方案有以下4種：

（1） CCD+點光源；

（2） 激光器+PSD光學測量靶；

（3） 光纖陀螺；

（4） 電測法。

1.CCD+點光源

將點光源和標尺安裝在炮筒的前端，與CCD（Charge Coupled Device）正對的方向；由點光源在CCD中成像，以此來識別炮筒的位移；同時在點光源平面處設立標尺，來對CCD進行標定[1]。其原理如圖1所示，在這種方案下，點光源所成像的位移實際就是炮筒的位移。影響測量精度在于兩個主要的方面，一是CCD的單位像素，一是點光源與CCD之間的距離變化帶來的非線性誤差。

圖1 CCD+點光源測試原理圖

2.激光器+PSD光學測量靶

PSD（Position Sensitive Detector）是一種半導置敏感器件，其工作原理是基于橫向光電效應，又稱側向光生伏特效應或殿巴（Dember）效應[2]。將激光器固定在炮管上，發射激光照射到位于炮口正前方的測量靶上。該激光光點經過光學系統成像于高精度PSD上，PSD輸出的信號經過炮控系統測試前端機處理后，經CAN總線傳送到計算機中，計算機計算出光點的位置，入射光點的位置及數據可以在顯示器上實時顯示。火炮身管運動時，激光光點的運動軌跡就顯示在計算機屏幕上，根據相應的公式便可計算出炮控系統的靜態參數。其原理如圖2所示。

圖2 激光器+PSD測試系統原理圖

3.光纖陀螺

光纖陀螺FOG（Fiber Optic Gyroscope），是利用光纖構成的薩格奈克（Sagnac）干涉儀[3]，是一種純光學、全固態陀螺儀。它具有測量精度高、靈敏度高、環境適應性強、啟動快、重量輕、壽命長和抗沖擊能力強等優點以及結構上的適應性和靈活性[4]。將光纖陀螺安裝在火炮身管上，調整光纖陀螺敏感軸，使敏感軸與火炮身管轉動平面垂直，當光纖陀螺與火炮身管同步轉動時，光纖陀螺便可測量出火炮身管轉動的角速度。其原理如圖3示。

圖3光纖陀螺測試系統原理圖

4.電測法

在炮控系統控制箱上開一測試輸出孔，它將炮控系統水平向和高低向速率陀螺的反饋信號送到測試輸出孔，可以利用該信號進行炮控系統靜態參數的測試。但若角速度信號疊加有干擾，那么積分計算的結果將帶來更大的誤差累積，最終導致測試精度的下降。

5.方案選擇

CCD+點光源測試方案由于需要使用高速CCD，系統成本過高；激光器+PSD光學測量靶對環境要求較高，不適于在環境惡劣的條件下使用；電測法成本最低，但其通用性差，且使用裝備自身的傳感器測量，這在武器定型實驗中是不允許的；綜合考慮，本測試系統選取光纖陀螺作為測試系統的傳感器。

利用光纖陀螺進行角速度的測量，其精度主要受如下因素影響：光纖陀螺自身的測量精度、地球自轉速度在陀螺敏感軸上的分量、光纖陀螺安裝的偏差角度、火炮身管的指向、座圈的傾斜度。角度量的測量精度主要取決于角速度測量精度、數值積分精度以及積分時間的長短等因素。為了提高炮控系統性能參數的測量精度，確定上述因素對角速度、角度量測量精度的影響，必須開展專項研究，從理論、方法和測試手段上分析各影響因素對測量精度影響的權值，尋求改善測量精度的最優途徑。

綜上所述，開展基于光纖陀螺的炮控系統性能參數測試精度及影響因素的研究是十分必要的。

參考文獻：

[1] 劉邦俊， 徐鵬飛， 張建國. 型輪式火炮炮控系統的角位移測量技術. 四川兵工學報. 2008，（6）：58～59.

篇（5）

微電子技術和傳感器已經成為二十一世紀信息社會的重要標志。隨著激光傳感器的廣泛應用及新型光電掃描與光電探測技術的不斷提高，工業、農業、家庭、軍事、醫學等應用領域的傳統方法得到了改善。激光傳感可控型水龍頭將激光位移傳感器與電子信號處理技術結合，應用在了水資源節約領域。市場上的傳統插卡式熱水龍頭在使用時難以估定水瓶內的水位，存在著極大的安全隱患和水資源浪費問題。該項日利用激光位移傳感技術檢測并定位水的高度，經過數字信號處理器將信號反饋到電子電路，自動切斷電源。和傳統插卡式熱水龍頭相比，基于激光位移傳感器的可控節約型水龍頭具有測量精度高、可靠性好、非接觸、自動化、安全等突出優點，有極重要的現實和環保意義。在前期的推廣中，這項技術先應用于學校水房保溫瓶水位的測試。隨著后期技術的成熟和市場的開發，可推廣向工廠水箱水位測定等更廣的領域，發揮更大的經濟和應用價值。

一、激光位移傳感器的研究現狀

現今光電技術的發展、微機的控制、數據的處理及PSD、CCD、四象限位移探測器的改善，使傳統的三角測量法有了廣泛的應用。具體包括質量的檢測、設備的維護、機械和生產自動化、流程和設備的監控等各個領域。

目前在國內，激光位移傳感的主要應用包括：對靈敏度和精確度的分析，如何提高其使用范圍以及位移、角度、同軸度的非接觸測量和校準領域。不過，我國對激光位移傳感器的研究仍處于實驗階段。國外很多專家對其做了大量的研究并取得成果。西班牙的研究者在三角激光位移傳感器的系統中，發現周圍的雜光對測量的精度有影響，并給出了相應的消除方法。目前，國內外有很多這樣的產品，廣泛地應用在軍事技術、航空航天、檢測技術等諸多領域。美國研制出紅外測溫傳感器，使其在惡劣的環境下仍能測量出飛行器各部分的溫度；城市的交通管理也運用紅外光電傳感器進行路段事故檢測和故障排除的指揮。總體來說，國外傳感器的測量范圍大，線性度好，分辨率高，穩定性好。國內對激光位移傳感器的研究雖不及一些歐美國家，但是卻在研究的種類上屢創新奇。

二、激光三角測量技術的原理

激光三角測量法是指從光源發射一束光線到被測物體表面，在另一方向通過成像觀察反射光點的位置，成像位移和實際位移存在一定的換算關系，通過這個關系式可以計算出被測物體表面的實際位移。由于入射光和反射光構成一個三角形光路，因此被稱為三角測量法。按照入射光線與被測物表面法線的關系，可分為直射式和斜射式。本項研究采用的是直射式激光三角測量法。

如圖l所示，激光發射器發射出一束光線到熱水瓶水面形成光斑，光線在表面發生反射后，從另一個方向通過成像透鏡，光斑成像在CCD位置傳感器上。隨著熱水瓶水面高度的變化，反射光的角度在發生變化，光斑成像也隨之發生位移。設光斑在CCD成像面上相對位移為X’，被測表面（即水面高度）的實際位移為X，則兩者關系如下式：

在傳感器的選擇上，本項研究選用的是CCD激光位移傳感器。目前應用于激光三角法測距的光接收元件包括：CCD（Charge-c.oupled Device，光電耦合器件）和PSD（Position Sensitive Detector，位置敏感元件）。PSD是基于橫向光電效應來實現光能、位置的轉換，CCD是一種新型光電轉化元件，主要由光敏單元、信號輸入單元和信號輸出單元組成。CCD以電荷作為信號，實現電荷的存儲、轉移和檢測。與PSD相比，CCD具有輕便、體積小、耗能小、精度高、穩定性好、時效性高等特點。基于上述考慮，最終選定了CCD激光位移傳感器。

三、基于激光位移傳感器的可控型水龍頭系統結構

本項目研究的激光位移傳感器硬件系統包括：激光電源、半導體激光器、線陣CCD驅動電路、輸出信號的處理系統、單片機測量系統和水龍頭閥門控制系統。如圖2所示為激光位移傳感器的可控型水龍頭系統的總框圖。

3.1 光源的選擇

激光器有很多種：氣體激光器、固體激光器、半導體激光器等，氣體激光器單色性和方向性好，但體積和重量大，需要外部高壓電源，不易安裝在小型光學測頭上。半導體激光器具有超小型、高效率、電壓低、電能轉換率高、便于安裝等優點。激光光束在傳播中存在散射，當測量目標越遠，光能量分布不均勻，從而導致誤差出現，半導體激光位移傳感器可以進行體積小的短距離測量。

3.2 線陣CCD驅動電路

目前，應用于激光三角測距系統的光接受元件主要有兩種：CCD――光電耦合器件和PSD――位置敏感元件。本測距系統設計中采用精度高、穩定性好的光電耦合器件CCD作為光電探測器，根據被測物體的移動距離，間接進行測量。

3.3 輸出信號的處理系統

圖像采集后，CCD輸出的信號疊加了較大的干擾噪聲，所以要先經過預處理電路后在進行二值化處理。預處理即是將CCD輸出進行前置放大后進行濾波處理，放大電路將微弱的信號放大同時干擾的噪聲信號也得到了放大。

所以經過低通濾波器將放大電路處理后信號中的高頻成分濾除，常用低通濾波器包括：三角濾波法、高斯低通濾波器、中值濾波器等不。最后將輸出的信號送入電壓比較器進行二值化處理得到穩定的數字信號。最后將數字信號送到單片機系統進行脈沖計數就能得到像點位置信息。系統將計算后的結果顯示在顯示器界面上。

3.4 水龍頭閥門控制系統

在理想條件下，熱水瓶的高度為H，由上述系統測出水面高度為X，當x的值接近L時，系統通過反饋電路來控制水龍頭的閥門。

四、結束語

激光三角法采用非接觸測量，以其實時性強、精度高、對被測物體表面沒有特殊要求等優點得以廣泛應用，本論文利用直射式激光三角法，對系統的結構參數和所選器件做出了合理的設計和選擇。論文的主要工作包括以下幾個方面：

（1）通過對激光測距系統在國內外的發展現狀研究，并結合本系統情況，確定了本系統的測量原理。

（2）數據采集：令熱水瓶的高度是定值H，從光源發射一束激光到被測物體（上升水面）表面，在另一方向通過成像觀察反射光點的位置。通過線陣CCD對光電信號進行采集，從而計算出水面到瓶口的距離X。

（3）信號處理將采集到的數據經過濾波放大電路處理，然后將輸出的結果由模擬信號轉化為數字信號，最后將信號送人單片機系統。

（4）數據結果輸出：通過單片機的計算被測物體的位移量，當X-H趨近于零時，將其距離顯示在顯示器界面上，通過電路控制水龍頭閥門的關閉。

篇（6）

我校光信息科學與技術專業歷史悠久、辦學基礎好、生源質量高、專業方向應用性強。為適應國家對激光科學與技術及光信息技術高素質人才的需求，發揮我校光信息科學與技術專業應用性強的優勢，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國家第一類特色專業，目標是建設一個以激光科學與技術和光信息技術兩個專業方向為優勢方向，特色鮮明的名牌專業，使之在培養質量方面達到或接近國內一流水平。在專業邊緣領域，大膽開拓，不斷擴展研究內容，使該專業成為國內激光科學與技術和光信息技術方向高級人才的培養基地，滿足社會發展需要，為同類型高校相關專業建設和改革起到示范和帶動作用。電動力學作為該專業重要的一門專業基礎課程，需進行教學內容和教學方式的改革，以適應特色專業的建設和培養高質量畢業生要求。

二、電動力學課程教學現狀及課程特點

電動力學課程內容，對大多數學生來說感覺到比較難學。原因是知識點較多，抽象難懂。數學推導復雜，要求有較強的數理基礎。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）

中圖分類號：TH741 文獻標識碼：A

A Non-contact Trigger Probe Based on DVD Pick-up Head

GAO Wei， CHEN Xiao-huai， CHEN He

（School of Instrument Science and Opto-electric Engineering， Hefei University of Technology， Hefei Anhui 230009， China）

Abstract： This paper presents a non-contact trigger probe based on the commercial DVD pick-up head. The focus sensor and the mechanism have been designed and manufactured. Experimental results show that the non-contact trigger probe can obtains 1nm resolution and a repeatability of 12nm. The non-contact trigger probe can be used on a micro/nano CMM.

Keywords： DVD optical pickup head； non-contact probe； Nano-CMM

引 言

近年來，微納米三坐標測量機整機及其接觸式探頭技術得到了快速發展，世界上許多國家和地區的研究機構都公布了自己研制的三坐標觸發探頭，比如德國PTB[1-2]、英國國家物理實驗室[3-4]、荷蘭Eindhoven大學[5-6]、臺灣大學[7]、合肥工業大學[8]等。

本研究采用日立公司的DVD讀取頭HOP-1000作為開發對象，如圖1 所示，應用于納米三坐標測量機非接觸觸發探頭上，并對其運作機理以及測量原理進行了應用性研究。

1 DVD激光讀取頭聚焦原理

DVD激光頭組件中包括激光二極管，為讀取頭提供穩定的測量用激光光源；光學組件中包括穿透式光柵、分光鏡、四分之一波片、聚焦物鏡、光電傳感器等，光電傳感器將光信號轉換為電信號，由光電傳感器輸出的電壓信號的強弱可判斷出入射光的光強度[9]。本研究中所使用的DVD激光頭的內部傳感器由四片面積相同且光電形式相同的光電傳感器所組成，稱為四象限傳感器（Quadrant detector）。當光點打在檢測器上時，光點落在各檢測組件上的能量不等，因此其信號輸出也不同，利用電子線路，比較各檢測組件的輸出，就可獲知光點位置差。激光讀取頭就是利用四象限傳感器來偵測四個象限分別的感光強度，并進而經由后續的電路信號來計算聚焦誤差信號（focus error signal，FES）。

激光讀取頭的聚焦光點大小及品質決定資料讀取的正確性，同時也影響聚焦誤差信號FES的判斷，決定了我們在測量應用時的精度。本研究中所使用的DVD讀取頭性能參數有：NA=0.6，λ=650nm，光點直徑約為0.86μm。

DVD激光讀取頭的聚焦原理為像散法（Astigmatic Method）。像散是指光線經過像散透鏡，造成成像時橫向與縱向的放大率不同，因此造成像點的失真。利用此像散特性作為測量依據，并結合感測組件四象限傳感器，當透鏡的垂直焦距與水平焦距不同，如圖2所示，則物體若偏離透鏡前焦平面位置時，在四象限光傳感器上的成像光點呈現橢圓變化，當物體處于透鏡的正焦平面位置時，成像光點呈現圓形（FES=0），經信號處理，即四象限的（A+C）-（B+D），失焦信號對失焦位移量的關系成一曲線，即所謂的S 曲線，如圖2所示。

2 DVD激光探頭系統測量原理

2.1 DVD讀取頭運作原理

如圖3所示，激光二極管在加電以后發射約為0.5mW的650nm波長紅激光光束，經光柵衍射后形成三束檢測光，再經分光鏡、反射鏡、準直透鏡，將激光束變成準直光束。準直光束經過鏡片中央呈現有間隔幾十數百微米同心圓溝槽的全息透鏡后，使準直激光束聚焦成適合DVD光盤信息讀取的焦點。經光盤反射的光束沿圓光路再經過準直透鏡、反射鏡和分光鏡后穿越柱面像散透鏡，投射到四象限光電二極管傳感器（four-quadrant photodetector）A、B、C、D 上。四象限光電二極管傳感器根據光點在四個象限上的分布，輸出一聚焦誤差電壓信號FES（B+D）-（A+C）。

這個聚焦誤差信號經過運算放大，補償處理，驅動音圈馬達VCM（Voice Coil Motor），將固定在音圈馬達上的全息物鏡推到可以聚焦光盤平面的位置，達到自動鎖焦的目的[10]。

在DVD激光讀取頭實際讀取光盤數據的過程中，光盤除正常旋轉運動外，也會產生上下抖動以及偏心旋轉等不規則運動。讀取頭必須不斷將位置誤差信號反饋給伺服系統，通過音圈馬達驅動器實時修正聚焦鏡組的位置，使物鏡回到聚焦面，以讀取正確信號。由于自動聚焦的緣故，物鏡始終隨著光盤反射面的表面起伏，如果可以得知物鏡位移的方法，就能了解工件表面的輪廓分布甚至粗糙度。

2.2 自動聚焦與測量原理

自動聚焦是指待測物的反射面總是可以鎖在激光讀取頭的物鏡焦平面上，也就是說當物體表面有起伏時，讀取頭的物鏡會隨之起伏，以便讓物鏡與物體表面間的相對距離不變，而這個相對距離就是該物鏡的焦距。

如圖4所示，在自動聚焦的過程中，當物體反射面位于物鏡的焦點時，經過像散法處理，失焦信號為零，軌跡落在S曲線的中點。當物體反射面離開焦平面，無論是逼近還是遠離物鏡，都會使失焦信號輸出一個不為零的值，這個值經過控制法則處理后，回去驅動音圈馬達，使物鏡超失焦信號為零的方向移動，最后到達平衡位置。此時維持物鏡不動所需的電流轉換成可讀取的電壓信號，即音圈馬達的驅動電壓信號。由于推動物鏡回到平衡位置的過程是實時現象，光電信號的反饋運作與支撐物鏡的彈簧微量運動的配合都是在非常短的時間內完成，所以在靜態觀察下，只能看到平衡后的結果，也就是物鏡位移量對音圈馬達驅動電壓信號的關系。

在實驗驗證中，這個關系為近似直線的變化，因此音圈馬達的驅動電壓會隨著表面高低而有線性的變化，只要測量到音圈馬達驅動電壓的變化，就可以依照這個線性關系求得物鏡的位移量，也就得出物體表面的輪廓。因此，如果將物鏡固定，根據輸出電壓的變化，就可以得到物體表面的形貌高低變化，成為位移測量的感測元件。

3 非接觸式聚焦探頭及應用

3.1 主軸系統設計

主軸系統提供Z方向運動，實現10mm行程范圍，并能保證精密的測頭瞄準功能，因此需要精密機械傳動機構的設計。

圖5所示為主軸機械結構設計效果圖[11]，蓋板固定在拱形橋架對稱中心上，使橋架受力產生的變形集中在其中心部位，由前面章節敘述得知其對測頭測量精度產生的影響很小。壓電陶瓷納米電機驅動精密滑動導軌的滑動塊，將精密運動傳給與滑動塊相連接的中心軸，從而帶動探頭系統上下運動，使得探頭在一定運動范圍內實現納米級的位移分辨率。中心軸通過滑輪和配重系統進行重量平衡，移動距離通過平面鏡激光干涉儀基準進行精密位移感測。結構設計過程中兼顧激光干涉儀的測量軸與測頭的測量軸重合，消除阿貝誤差，提高探頭系統的測試精度。

3.2 DVD聚焦探頭改裝

研究中使用的是DVD激光讀取頭的聚焦功能，因此將DVD探頭進行初步改裝。將音圈馬達部分拆除，測量物鏡可以獨立出來，加夾持鏡筒，可以使物鏡測頭部分的直徑減小，如圖6所示。并且合理調整物鏡對準位置，并進行性能測試，其分辨率與測量重復精度與初裝DVD讀取頭相比并沒有改變。這為將其組裝入接觸觸發式測頭時進行空間體積上的改裝提供了便利，物鏡可調整與物鏡鏡筒的可伸長行為將來接觸觸發式測頭微型化打下基礎。

DVD探頭實物圖如圖7所示。

4 實 驗

實驗架構示意圖如圖8所示，采用PI納米驅動臺作為位移基準，PI驅動臺采用電容傳感器的位移反饋標準，其重復性精度為2nm。實驗架設實物圖如9所示。

重復進行6次實驗，得出聚焦信號FES如圖10所示。從圖中我們可以看出，1μm至3μm段線性比較好，FES電壓變化量為8V，FES線性斜率為0.25nm/mV。從圖11可以得知，FES信號噪聲低于4mV，因此我們可以推斷此非接觸探頭的分辨率優于1nm。

FES電壓為零點為觸發點，我們可以得到6組觸發點數據，如表1所示，觸發重復性精度低于12nm。

5 結 論

本文介紹了基于商用DVD讀取頭開發的非接觸式激光探頭的開發，對DVD讀取頭的運作原理進行了介紹，闡述了其光學測量原理、自動聚焦原理以及性能校正。拆除音圈馬達，固定物鏡，將DVD探頭改裝為非接觸式光學聚焦探頭，作為開發接觸觸發式微型探頭的位移感測系統，通過實驗室驗證，具有高分辨率（0.25nm/mV）、高測量精度（測量重復精度

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篇（8）

[中圖分類號]E933.43 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）05-0009-01

1軸子、光子相關理論簡介

本文首先簡述了關于軸子和光子的理論，以方便研究軸子和光子的相關理論，進行相關實驗。

1.1量子場論

量子場論是以量子力學原理等為基礎，一種解釋了微觀物理學的理論。量子動力學具有悠久的歷史，也比較成熟。他研究的內容主要是電磁場和帶電粒子的相互影響的情況以及這種相互影響的量子性質、帶電粒子相關活動等。它還對相關高精度實驗進行了分析。

我們所生存的世界中存在著許多量子場系統。粒子的生成或消失取決于量子場的情況。所渭真空就是指量子場中的能量處于一種最低狀態。與其他激發態相比較，這種最低態指的是不存在任何粒子的狀態，可是，真空中存在著許多量子場，并時時刻刻運動，即物理學中所謂的真空零點振動，該點對應的能量則稱為真空零點能。在這種情況下，若能夠使量子場不再擴散到更大的空間中去，而它所在的較小的空間的大小出現改變時，此量子場產生的零點振動能也會出現較小的改變，即得出了著名的卡西米爾效應。

1.2對稱性和守恒律

對稱性和守恒律在物理學中有著非常重要的地位。物質的情況及其運動特點在對稱變換時所展現出的固有性質就是對稱n生。如果物體的運動及其能量最低態具有對稱性特點，則其相應的物理量均守恒。物質在運動過程中都滿足守恒定律。

1.3規范場和規范玻色子質量

規范場是一類物質場，它與相關規律的固定性聯系很大，規范玻色子指的是一種場量子。電磁場也是常見的規范場。其不變性對周總耦合形式的形成有很大的影響。規范場的量子就是規范玻色子，也使其相互影響。因為規范對稱性的規定，規范場的相關量中沒有規范場的質量項，它會影響規范對稱性。當相應的規范玻色子質量為零時，這說明其對應的作用是長程力。

2強場激光偏振法探測軸子實驗簡述

二十世紀末，世界著名大學羅切斯特大學的一位博士和一些學術專家在美國國立實驗室做了該實驗。他們通過變更激光射向強磁場偏振方向的方式，來探測軸子。下面著重研究光子非靜止質量的相關情況。

強場激光偏振法探測軸子實驗，指的是研究軸子與光子的電磁耦合作用。有相關效應可知，當一束線偏振光出現于強磁場時，而與磁場正交的分量則與磁場相互作用生成新的軸子，所以，此分量的幅值就會降低，進而造成其偏振方向會與原偏振方向有一定的角度。二十世紀末，有一些博士和專家就在這一理論的基礎上來探測肘子。

該實驗體系由三部分組成，一是強磁場；二是光學系統；三是橢圓偏振檢測系統。強磁場主要是生成新的軸子，磁場是通過超導偶極磁體形成的。還有其他物體如起偏器等，其光軸方向與磁場方向須有一定的夾角，如此方能滿足實驗的要求。

實驗時，首先在某一橫向磁場中引入一束線偏振光，激光先經過隔離器到達起偏器，其光軸方向與磁場方向會有一定的夾角，而后會產生一定角度的線偏振光，接著射進光學反射腔，最后又到達檢測區，反射腔位于磁場區中，一旦磁場中形成新的軸子，則反射腔發出光線，其偏振狀態會有一定的改變。實驗對變化的激光偏振方向夾角進行分析，以達到探測軸子的目的。

光首先進入反射腔，射出后又進入法拉第盒，并得到其一定的調制，如此有利于避免不必要的非線性項，隨后射到檢偏器上，需要說明的是，它和起偏器一樣也是偏振晶體，二者的光軸方向是正交的，結果發出的光電信號傳到光電二極管，并在此處被檢測出。我們要想了解該偏振光的橢圓率，可以把一定規格的波片放在法拉第盒的前邊，這樣就可以通過測量偏振方向的變化來得出該橢圓率。

3光子靜止質量為零時的實驗分析

由相關效應知，當線偏振光經過較強磁場時，與磁場正交的分量在與磁場相互作用的過程中形成軸子。有量子動力學理論可知，光子主要來源于激光束，并在強磁場的影響下，形成了軸子。磁場中的場強張量存在于一定區域的總電磁場中，它包括兩部分，一是外部產生的強磁場；二是由激光束產生的電磁場場強。

因為Primakoff效應中的光為外磁場平行的部分時才能形成軸子，但和外磁場正交的部分卻未出現任何改變。二十世紀末期，有一些專家教授根據相關理論和原理，并采用相應的方法來探測軸子。當激光經過一個非縱向的磁場區時，其偏振方向則會與磁場形成一定的角度，約為45度。發出的激光的偏振方向與原方向也會形成相應的角度。

4光子靜止質量不為零時的實驗分析

從一些圖書資料中可以查知，愛因斯坦在狹義相對論中提出了兩個基本假設，即所謂的光速不變和相對性原理，它對現代物理學的發展起了巨大的推動作用。光子靜止質量上述假設中的觀點。物理學是建立在實驗的基礎上的，因此，只有進行科學的實驗才能得出正確的理論。我們可以從電動力學中得出光子靜止質量為零時的電磁場的密度等參數。由此密度推導出電磁場的運動方程。當光子靜止質量為非零時，瑪克斯韋爾電磁場必須把其靜止質量項考慮在內。然后才能對其進行獨立地光子靜止質量研究。實驗中測得的角度與磁場區域長度呈線h生關系，為方便探測，在實驗中安裝了反射鏡，使激光循環反射，從而增強了相應的測量效應。

結束語

篇（9）

 

1、光纖通信系統的基本組成

最基本的光纖通信系統由數據源、光發送端、光學信道和光接收機組成。其中數據源包括所有的信號源，它們是話音、圖象、數據等業務經過信源編碼所得到的信號；光發送機和調制器則負責將信號轉變成適合于在光纖上傳輸的光信號，先后用過的光波有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，然后轉變成電信號，最后得到對應的話音、圖象、數據等信息。論文格式。在光纖通信系統中，光纖中傳輸的是二進制光脈沖'0'碼和'1'碼，它由二進制數字信號對光源進行通斷調制而產生。而數字信號是對連續變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產生的，稱為PCM（pulse code modulation），即脈沖編碼調制。這種電的數字信號稱為數字基帶信號，由PCM電端機產生。光纖通信系統的基本組成原理圖如下圖1-1所示：

圖1-1光纖通信系統

1.1光發射端機

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

圖1-2光發射機原理框圖

光源是光發射機的核心，其性能好壞將對光纖通信系統產生很大的影響。目前光纖通信系統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：發光管LED和激光管LD。由于半導體激光器發出的是激光，發光功率大、譜線寬度窄，但電路結構復雜，溫度特性差。而半導體發光二極管發出的是熒光，發光功率不大，譜線寬度寬，但電路結構簡單、壽命長、價格便宜。在實驗室中經常用到。

1.2光纖或光纜

光纖作為傳輸媒介，作用是將發射端機光源發出的光信號，經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，即便是光纖接續中芯對準產生 ±30μm偏差都不會影響耦合損耗。正是塑料光纖結構賦予了其施工快捷，接續成本低等優點。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生能量衰減和波形失真，為保證通信質量，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

光收信機是實現光/電轉換的光端機。 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，經光檢測器轉變為電信號，然后，再將這微弱的電信號經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，由發送器的電子麥克風轉換為電信號。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換為電信號。此信號被放大并送入揚聲器轉換為聲波恢復為原始信號。

2.1、發射器電路板

此電路主要是把音頻信號經麥克風轉換為電信號，電信號經濾波器、多級放大器把微弱的電流信號轉換為適合半導體二極管發光的電壓信號，在晶體管的調制下把電信號轉換為光信號送入光纖中進行傳輸。在發射器電路上有一個話筒和調制LED發光的線路。LED裝在塑料殼中以便于連接光纖或光纜進行發送信號。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通信。光纖語音發射器電路如下圖1-4所示：

圖1-4光纖語音發射電路

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的微弱的光信號轉換為電信號，經電容濾波、運算放大器放大，把電流信號轉換為電壓信號，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 語

本文詳細的介紹了光纖通信系統的組成，為設計光纖語音傳輸電路提供理論基礎。在該電路系統中語音信號以光波形式在光纜內傳輸、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，在實驗室就能操作完成。

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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。全息術誕生到現在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生產中。

1全息術的歷史和發展階段

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，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，標志著全息術的萌芽。第一代全息圖存在兩個嚴重問題，一個是再現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，全息術進展緩慢。

1960年激光的出現，提供了一種高相干度光源，為全息技術發展提供了可能。針對第一代全息技術出現的問題，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，這是全息術發展的第二階段。第二代全息術解決了光源的問題，并且在立體成像、干涉計量檢測、信息存貯等應用領域中獲得巨大進展，但是激光再現的全息圖失去了色調信息。

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。第三代全息術已經在很多領域的到了應用，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、光源和記錄介質的相對位置嚴格保持不變，這也給全息技術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的全息圖，它將使全息術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域。

2全息術的基本原理和特點

全息術是一種“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兩步：第一步稱為波前記錄(全息記錄)；第二步物體的再現(重現)。

波前記錄依據的是干涉原理，物光波和參考光波相干疊加而產生干涉條紋。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。

波前再現的理論依據是衍射原理，照明光波(再現光)經過全息圖衍射后出現一個復雜的光波場。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)。在現代記錄和重現的全息照相裝置中，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各個不同的圖像。

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

3全息術的主要應用及其發展方向

全息術經過60年的發展，已與計算機技術、光電技術以及非線性光學技術緊密結合，成為一種高新技術，擴展到醫學、藝術、裝飾、包裝、印刷等領域，在一些發達國家還興起了全息產業，并且正在形成日益廣闊的市場，實用前景非常可觀。本文介紹全息術中幾個應用較為廣泛、產業化較成熟的領域并說明其發展方向。

3.1全息存儲

全息存儲是依據全息術的原理，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)、識別，甚至聯想的功能結合起來，也就是可以把信息存儲和信息處理結合起來。用于全息信息存儲的記錄介質較多，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勢，原因是：

(1)全息存儲具有存儲容量大的優勢。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，每個數據頁可包含達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，其主要表現在：

(1)存儲容量迅速提高和性能不斷改善，并逐步走向實用化。例如，1994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壓縮的數字化圖像視頻數據存儲在一個全息存儲器中，并再現了這些數據而圖像質量無顯著下降。1999年美國加州理工大學利用空-角復用技術，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構的靈巧型全息存儲裝置。

(2)實用化的全息存儲系統逐漸推出。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、斯坦福大學等聯合成立了協作組織并在美國國家存儲工業聯合會(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)和全息數據存儲系統(HDSS)項目，預期在5年內開發出具有容量為1Tbit數據，存儲速率為1000MB/s的一次寫人或重復寫人的全息數據存儲系統。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展使這項技術日趨成熟然而，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密度越高，存儲系統的整體性能越好，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

顯示全息技術是在激光透射全息圖的基礎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、室內裝飾、投影等；再如，以動態顯示的全息技術、層面X射線照相術、3DCAD技術、3D動畫片、雷達顯示、導向和模擬系統等，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創造性的魅力和藝術的美。

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。隨著高質量記錄材料的發展，隨后的一些研究者和藝術家不斷追求更實用的拍攝技術，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年代都有關于這方面的論文報道。由SPIE主辦的《Holosphere》和美國全息制造商協會主辦的《HolographyNews》以往和近年都不斷地報道有關顯示全息圖的最新制作技術和商業信息。但從這些報道情況來看，顯示全息存在不足主要表現在：

(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)由于全息計算數量巨大，導致動態顯示異常困難。克服以上不足，將可能成為顯示全息研究的幾個熱點。

近年來，顯示全息技術掀起一場數字化變革，數字合成全息技術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制器件的發展，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，在不久的將來開發出真正意義的全息電影和全息電視，為顯示全息技術創造良好的商業前景。

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，它是將全息術和電鍍、壓印技術結合起來，使全息圖的制作產業化，用白光再現時，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，使得它在許多領域得到廣泛的應用，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。這三個階段生產工藝和技術要求都比較高，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，使它很快占領了防偽領域。模壓全息是一種技術與藝術結合的高科技產品，無論在高檔商品促銷、名優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，并備受使用者青睞。

模壓全息出現于20世紀70年代，80年代中期已形成了一種產業，90年代達到了鼎盛時期。本世紀初，隨著防偽技術要求的不斷提高，模壓全息技術又有了新的突破：美國斑馬圖像公司推出了二維圖像的數字化采集和拍攝技術；2003年，蘇州大學研制成功并已批量生產“數碼激光全息照排系統”；同年，倪星元、張志華等成功研制了可替代傳統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突破，使防偽功能有了提高，讓激光全息防偽技術達到新的境界。

模壓全息產業在我國起步較晚，但發展速度迅猛，目前國內已有100多條模壓全息生產線。為了使模壓全息技術健康發展，我國模壓全息產業發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，其次開發全息包裝材料，實現立體防偽包裝，第三個方向是模壓全息技術和現代印刷術相結合，體現傳統的美術效果和現代科技的藝術魅力。

3.4全息干涉計量

全息干涉計量術是將不同物光，在不同的時間記錄在同一張全息干板上，然后利用全息術的空間波前再現原理，非接觸地對物體表面進行三維測量而獲得信息。全息干涉計量術是全息應用的一個重要方面，它能實現高精度非接觸性無損測量，比一般光學干涉計量有很多優點。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的數量級。目前，全息干涉計量術在方法上先后發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的另一個新的分支-激光斑紋計量術。隨著光電技術、計算機技術、CCD器件及光纖技術的飛速發展，使得全息干涉計量技術在信息采集和處理上更為方便、快捷和可靠，并得以在惡劣環境條件下對某些物理量進行定時測量。再加之相移技術、外差技術和鎖相技術等，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業化，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。經過近幾年的開發和研制，我國在全息干涉計量測試設備方面主要發展有：

(1)用于測試火箭發動機噴霧化特性的YSCI型離子瞬態激光全息測試儀；

(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；