光学技术的广泛应用精选(九篇)

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第1篇：光学技术的广泛应用范文

随着信息技术的迅猛发展，微波信号面临的问题越来越突出，由于微波传输在长距离传输过程中存在大量损耗，宽带近乎无穷，结合微波射频工程和光电子传输与处理技术，促进射频微波信号的广泛应用。本文基于微波射频信号的光学发生、传输处理技术以及应用而展开，探讨射频微波信号在光纤中传输及处理技术。

【关键词】射频微波信号 光纤 传输 处理技术

随着微波射频信号与光电子传输处理工程紧密结合，微波光子学得以迅速发展。微波光子学不仅解决了传统电子在光学上的损耗，而且在性能上具有更大的优势。该学科通过结合射频微波信号和光纤接入技术，引入射频信号光纤传输技术，结合实际应用直接推动通信技术逐渐向高速、低成本的方向发展。

1 微波信号光学的发展促进微波射频信号的光学发生

微波信号光学是指光子学器件在微波信号频段的研究、应用，简言之，就是研究微波和光波相关信息的学科。最早的研究主要在调节关源、传输介质以及光学可控、可探测等核心技术。近年来伴随着微波信号光学在电子工程领域、光通信领域、军事领域等领域的广泛应用，使得微波光子学逐步出现高频化、集成化、低成本的趋势。由于光纤传输射频微波信号具有宽带大、损耗小的特点，在处理信号的过程中可以为射频信号提供更长得时间，使得射频微波信号在光纤中更好的提供处理信号的采样率，增强抗电磁干扰性能。尤其是在射频微波信号的变频处理、数据转换、滤波处理等方面产生的ROF传输微波信号使得信号的传输和处理技术日益成熟、系统更加完善。

2 射频微波信号的光学处理

2.1 光纤传输系统―ROF系统

光纤无限ROF系统为未来移动互联与无限介入网络提供优质的交互式宽带多媒体服务，该系统由三部分组成，包括复杂射频微波信号处理中心站、实现光电转换及接受发射无线基点和传输射频微波信号的光纤网络。该系统工作原理类似现在软件工程的“云”，在ROF系统中，射频微波信号从中心站传输到各个基点，在各个基点借助光纤网络进行无线的发射与接受。基点发射与接受的过程中无需任何频率转换，信号的处理集中在中心站且被多个基点共享这种中心站和基点之间的相互联系，相互共享，实现了不同速率数据之间的传输，优化网络资源使用频率，实现资源的动态管理，降低网络的维护、安装成本，促进网络的升级。因此，这种技术在未来有望在宽带接入、移动通信、车载通信等方面广泛应用。

2.2 射频信号光纤传输技术的优势

射频信号光纤传输技术是光纤无限系统最直接的系统链路结，其中IF-over-Fibre系统结构的信号传输不易受光纤色散效应，双边带调制技术也符合系统应用要双边带调制技术也符合系统应用要求。射频微波信号光纤传输技术是将射频微波与光纤通信的优势结合起来的技术。射频微波信号可以进行远距离传输，实现天线与中心数据分离，降低损耗，增强通信、侦查系统抗毁性、隐蔽性；宽带能够保证各类通信和电子信号的不失真地进行远程传输；在90dB的信号范围内，该技术能够同时兼顾系统的灵敏度，不会因为光纤的远程传输过程中损失任何信息；最重要的是保证光纤传输的安全，保证信号不泄露，不容易受到周围电磁环境的干扰，稳定可靠。除此之外，在l达国家可以利用MMF网络和目前已经成熟的微波器件技术实施射频信号光纤传输技术。

3 射频微波信号在光纤传输过程中的应用

在信号传输方面，利用射频信号在光纤中传输处理技术克服传统相控阵天线只能向特定方向辐射波数的弊端，将相控阵天线雷达尺寸缩到更小，重量更轻，损失更小。采取不同长度光纤分布的方式引起不同通道的转移，将地面数据控制中心建设在远离天线建设的区域，天线场地可以安装在城市郊区增强信号，将数据处理设备、解调器等设备安装在城市内方便生活。与此同时，鉴于射频信号光纤传输技术具有解决电磁干扰、大宽带、安全数据连接、对微波信号频率快速、远大范围测量等问题的优势，在国防、军事领域得到普遍的推广。在3G/4G覆盖的区域，灵活应用地铁、商场、车站、展览中心、机场等室内建筑建立中心数据控制点和分布式光纤系统，提高覆盖率，增强信号质量。在生物医学领域，射频微波信号广泛应用于光学活性组织的检查、光学分子成像等医学中。例如，在医学成像中可以利用水听器对100MNz的超声波扫描进行校准。在无线网接入方面，简化天线单元达到WLAN的整个覆盖是关键，而在欧美等发达国家已经利用商业化射频微波信号在光纤中传输处理技术应用于整个WLAN系统，使得室内无线接入网的覆盖面积大大增加。

4 总结

作为一种新兴的通信技术，射频微波信号在光纤中的传输处理技术得到越来越多领域的关注。鉴于射频微波光纤技术的低损耗、大宽带、安全保密等特性，在各频段信息传输、移动通信、军事电子战、电子对抗以及3G/4G覆盖的众多领域，将有广阔的应用前景。

参考文献

[1]李勇军，缪新萍，李轩等.星上微波信号光学调制偏置点优化理论及仿真研究[J].红外与激光工程，2015（08）：2511-2516.

[2]张慧，洪伟，陈鹏等.基于直接数字频率合成器的新型微波成像系统[J].电波科学学报，2015，30（04）：704-709.

[3]孙科林，周维超，吴钦章等.光纤实时传输的多核DSP图像处理系统[J].光电工程，2012，39（04）：136-144.

[4]薛峰.关于光纤通信系统中光传输技术分析及维护的探讨[J].电子世界，2014（18）：261-261.

第2篇：光学技术的广泛应用范文

关键词:识别 指纹采集 指纹传感器 u.are.u2000 fps200

近年来,越来越多的个人、消费者、公司和政府机关都认为现有的基于智能卡、身份证号码和密码的身份识别系统很繁琐而且并不十分可靠。生物识别技术为此提供了一个安全可靠的解决方案。识别技术根据人体自身的生理特征来识别个人的身份,这种技术是目前最为方便与安全的识别系统,它不需要你记住象身份证号码和密码,也不需随身携带像智能卡之类的东西。

生物识别技术[1]包括虹膜识别技术、视网膜识别技术、面部识别技术、声音识别技术、指纹识别技术[2]。其中指纹识别技术是目前最为成熟的、应用也最为广泛的识别技术。每个人的包括指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同,也就是说,这些指纹特征是唯一的,并且终生不变。依靠这种唯一性和稳定性,我们就可以把一个人同他的指纹对应起来,通过比较他的指纹和预先保存的指纹进行比较,就可以验证他的真实身份。

指纹识别系统[3]是通过指纹采集、分析和对比指纹特征来实现快速准确的身份认证。指纹识别系统框图如图1所示。

指纹采集器采集到指纹图像后,才能被计算机进行识别、处理。指纹图像的质量会直接影响到识别的精度以及指纹识别系统的处理速度,因此指纹采集技术是指纹识别系统的关键技术之一。本文着重分析比较不同的指纹采集技术及其性能。

1 指纹采集技术

指纹的表面积相对较小,日常生活中手指常常会受到磨损,所以获得优质的指纹细节图像是一项十分复杂的工作。当今所使用的主要指纹采集技术有光学指纹采集技术,半导体指纹采集技术和超声波指纹采集技术。

1.1 光学指纹图像采集技术

光学指纹采集技术是最古老也是目前应用最广泛的指纹采集技术,光学指纹采集设备始于1971年,其原理是光的全反射(ftir)。光线照到压有指纹的玻璃表面,反射光线由ccd去获得,反射光的量依赖于压在玻璃表面指纹的脊和谷的深度以及皮肤与玻璃间的油脂和水分。光线经玻璃照射到谷的地方后在玻璃与空气的界面发生全反射,光线被反射到ccd,而射向脊的光线不发生全反射,而是被脊与玻璃的接触面吸收或者漫反射到别的地方,这样就在ccd上形成了指纹的图像。如图2所示。

光学采集设备有着许多优势:它经历了长时间实际应用的考验,能承受一定程度温度变化,稳定性很好,成本相对较低,并能提供分辨率为500dpi的图像。

光学采集设备也有不足之处,主要表现在图像尺寸和潜在指印两个方面。台板必须足够大才能获得质量较好的图像。潜在指印是手指在台板上按完后留下的,这种潜在指印降低了指纹图像的质量。严重的潜在指印会导致两个指印的重叠。另外台板上的涂层(膜)和ccd阵列随着时间的推移会有损耗,精确度会降低。

随着光学设备技术的革新,光学指纹采集设备的体积也不断减小。现在传感器可以装在6x3x6英寸的盒子里,在不久的将来更小的设备是3x1x1英寸。这些进展得益于多种光学技术的发展。例如:可以利用纤维光束来获取指纹图像。纤维光束垂直照射到指纹的表面,他照亮指纹并探测反射光。另一个方案是把含有一微型三棱镜矩阵的表面安装在弹性的平面上,当手指压在此表面上时,由于指纹脊和谷的压力不同而改变了微型三棱镜的表面,这些变化通过三棱镜光的反射而反映出来。

美国digitaipersona[4]公司推出的u.are.u系列光学指纹采集器是目前应用比较广泛的光学指纹采集器,主要用于用户登录计算机windows系统时确认身份,它集成了精密光学系统、led光源和cmos摄像头协同工作,具有三维活体特点,能够接受各个方向输入的指纹,即使旋转180度亦可接受,是目前市场上最安全的光学指纹识别系统之一。u.are.u光学指纹采集器按照人体工学设计,带有usb接口,是用户桌面上紧邻键盘的新型智能化外设。

1.2 半导体指纹采集技术

半导体传感器是1998年在市场上才出现的,这些含有微型晶体的平面通过多种技术来绘制指纹图像。

(1)硅电容指纹图像传感器

这是最常见的半导体指纹传感器,它通过电子度量来捕捉指纹。在半导体金属阵列上能结合大约100,000个电容传感器,其外面是绝缘的表面。传感器阵列的每一点是一个金属电极,充当电容器的一极,按在传感面上的手指头的对应点则作为另一极,传感面形成两极之间的介电层。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同(纹路深浅的存在),导致硅表面电容阵列的各个电容值不同,测量并记录各点的电容值,就可以获得具有灰度级的指纹图像。

(2)半导体压感式传感器

其表面的顶层是具有弹性的压感介质材料,它们依照指纹的外表地形(凹凸)转化为相应的电子信号,并进一步产生具有灰度级的指纹图像。

(3)半导体温度感应传感器

它通过感应压在设备上的脊和远离设备的谷温度的不同就可以获得指纹图像。

半导体指纹传感器采用了自动控制技术(agc技术),能够自动调节指纹图像像素行以及指纹局部范围的敏感程度,在不同的环境下结合反馈的便可产生高质量的图像。例如,一个不清晰(对比度差)的图像,如干燥的指纹,都能够被感觉到,从而可以增强其灵敏度,在捕捉的瞬间产生清晰的图像(对比度好);由于提供了局部调整的能力,图像不清晰(对比度差)的区域也能够被检测到(如:手指压得较轻的地方),并在捕捉的瞬间为这些像素提高灵敏度。

半导体指纹采集设备可以获得相当精确的指纹图像,分辨率可高达600dpi,并且指纹采集时不需要象光学采集设备那样,要求有较大面积的采集头。由于半导体芯片的体积小巧,功耗很低,可以集成到许多现有设备中,这是光学采集设备所无法比拟的,现在许多指纹识别系统研发工作都采用半导体采集设备来进行。早期半导体传感器最主要的弱点在于:容易受到静电的影响,使得传感器有时会取不到图像,甚至会被损坏,手指的汗液中的盐分或者其他的污物,以及手指磨损都会使半导体传感器的取像很困难。另外,它们并不象玻璃一样耐磨损,从而影响使用寿命。随着各种工艺技术的不断发展,芯片的防静电性能和耐用度得到了很大的改善。

从lucent公司中分离出来的veridicom[5]公司,从1997年开始就一直致力于半导体指纹采集技术的研发,迄今已研制出fpsll0、fps200等系列cmos指纹传感器产品,并被一些商品化的指纹识别系统所采用。其核心技术是基于高可靠性硅传感器芯片设计。

fps200是veridicom公司在吸收了已广泛应用的fpsll0系列传感器优点的基础上,推出的新一代指纹传感器。fps200[6]表面运用vefidicom公司专利技术而制成,坚固耐用,可防止各种物质对芯片的划伤、腐蚀、磨损等,fps200能承受超过8kv的静电放电(esd),因此fps200可应用在苛刻的环境下。该产品融合了指纹中不同的脊、谷及其他纹理,通过高可靠性硅传感器芯片的图像搜索功能,无论手指是干燥、潮湿、粗糙都可以从同一手指采集的多幅指纹图像中选择一幅最佳图像保 存在内存中,指纹分辨率可达500dpi,大大降低了传感器芯片识别过程中误接受与误拒绝情况的发生。

fps200是第一个内置三种通信接口的指纹设备:usb口、微处理器单元接口(mcu)、串行外设接口(sn),这使得fps200可以与各种类型的设备连接,甚至不需要外部接口设备的支持。外形封装尺寸(24mmx24mmxl.4mm),只有普通邮票大小。由于它的高性能、低功耗、低价格、小尺寸,可以很方便地集成到各种intemet设备,如:便携式电脑、个人数字助理(pda)、移动电话等。

1.3 超声波指纹图像采集技术

ultra-scan公司首开超声波指纹图像采集设备产品先河。超声波指纹图像采集技术被认为是指纹采集技术中最好的一种,但在指纹识别系统中还不多见,成本很高,而且还处于实验室阶段。超声波指纹取像的原理是:当超声波扫描指纹的表面,紧接着接收设备获取的其反射信号,由于指纹的脊和谷的声阻抗的不同,导致反射回接受器的超声波的能量不同,测量超声波能量大小,进而获得指纹灰度图像。积累在皮肤上的脏物和油脂对超声波取像影响不大。所以这样获取的图像是实际指纹纹路凹凸的真实反映。

总之,这几种指纹采集技术都具有它们各自的优势,也有各自的缺点。超声波指纹图像采集技术由于其成本过高,还没有应用到指纹识别系统中。通常半导体传感器的指纹采集区域小于1平方英寸,光学扫描的指纹采集区域等于或大于1平方英寸,可以根据实际需要来选择采用哪种技术的指纹采集设备。

表1给出三种主要技术的比较。

表1

光学扫描技术 半导体传感技术 超声波扫描技术

成像能力 干手指差,汗多的和稍胀的手指成像模糊。易受皮肤上的脏物和油脂的影响。 干手指好,潮温、粗糙手指亦可成像。易受皮肤上的脏物和油脂的影响。 非常好

成像区域 大 小 中

分辨率 低于500dpi 可高达600dpi 可高达1000dpi

设备体积 大 小 中

耐用性 非常耐用 较耐用 一般

功耗 较大 小 较大

成本 较高 低 很高

2 应用与发展前景

第3篇：光学技术的广泛应用范文

关键词：光电子技术；理论教学；实验教学

Study on the teaching method in the optoelectronic technology course of electronic information engineering major

Luo Binbin, Zhao Mingfu, She Li, Zhou Dengyi, Cao Yang, Quan Xiaoli

Chongqing university of technology, Chongqing, 400054, China

Abstract: The importance of the optoelectronic technology course in electronic information engineering major is elaborated in this paper, and then according to author’s teaching experience of many years, the content, method and means of theoretical and experimental teaching of optoelectronic technology course in electronic information engineering major are discussed in details.

Key words: optoelectronic technology; theoretical teaching; experimental teaching

电子信息工程专业是一个包含电子科学技术、信息与通信工程、计算机科学与技术设计、研究、应用与开发，电子设备和信息系统的工程专业。当代信息技术的高速发展离不开电子信息科学技术，但是当今很多高端的信息技术成果融合了微电子学、光电子学、计算机工程及通信工程等多门学科的交叉知识。而且，目前很多具有良好基础的电子信息工程专业的学生在他们的硕士和博士阶段，通常会选择光电子技术的相关研究方向，而具备了良好电子学知识的学生更容易将电子学中的概念移植到光频段中，如果在本科阶段也修习了光电子技术这门基础课程，那么在他们的深造阶段将会更容易进入光电子相关领域的课题研究。因此，电子信息工程专业的学生除了需要掌握本专业的课程知识以外，也应该熟悉现代信息技术的其他相关知识，如光电子技术。然而根据笔者的调研，虽然目前很多重点大学及二本院校的电子信息工程专业都意识到光电子技术的重要性，但很少开设光电子技术这门课程。本文从光电子技术的研究内容、应用及发展等方面说明其在电子信息工程专业教育中的重要性，并研讨电子信息工程专业中的光电子课程的理论和实验教学方法。

1 光电子技术简介

早在19世纪，人们就已经用麦克斯韦(Maxwell)的经典电磁理论对光的本质进行了研究，认为光是波动的电磁场，关于光的吸收和辐射，1917年爱因斯坦(Einstein)建立了系统的光电子学理论，使人们认识了光的波粒二相性。但是直到20世纪60年代之前，光学和电子学仍然是两门独立的学科。1960年世界上第一台激光器研制成功，这标志着光学的发展进入了一个新阶段。随后在对激光器和激光应用的广泛研究中，电子学发挥了重要的作用，光学和电子学的研究有了广泛的交叉领域，形成了激光物理、非线性光学、波导光学等新学科。20世纪70年代以来, 由于半导体激光器和光纤技术的重要突破，推动了以光纤传感、光纤传输、光盘信息存储与显示、光计算以及光信息处理等技术的蓬勃发展，从深度和广度上促进了光学和电子学及其他相应学科(数学、物理、材料等)之间的相互渗透，形成了一个边缘的研究领域。光电子学一经出现就引起了人们的广泛关注，反过来又进一步促进了光电子学及光电子技术的发展。光电子技术包括光的产生、传输、调制、放大、频率转换和检测以及光信息存储和处理等。

因此，可以这么说，现代信息技术的支撑学科是微电子学和光学，光电子学则是由电子学和光学交叉形成的新兴学科，对信息技术的发展起着至关重要的作用。光电子技术是光频段的电子技术，是电子技术与光学技术相结合的产物，光电子技术是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科，其技术广泛应用于光电探测、光通信、光存储、光显示、光处理等高新技术光电信息产业。同时，随着生物医学、生命科学等新兴学科的发展，其中的信息获取手段对光电子技术的依赖程度越来越高，加快了这些学科之间的交叉融合，从而诞生了很多边缘学科，比如生物光子学、光医学等。

综上所述，可见光电子技术在现代信息产业技术中的重要地位，因此，光电子技术这门课程不仅是光学工程专业的基础必修课程，也应该作为电子信息工程专业的专业选修课程来开设。

2 光电子技术课程教学研究

2.1 光电子技术课程的理论教学

第4篇：光学技术的广泛应用范文

数字微镜器件是DLP技术的核心, DMD包含微型铰链上安装的微镜阵列，可使其打开或关闭倾斜。此基本概念使DLP成为精密的超小型光开关，可用于以难以置信的速度传感光以及转向光。近年来，DLP的强大功能使它向投影应用以外的更多新兴市场扩展，包括医疗成像、光纤网络、生命科学、光谱分析、光学测量和直接成像无掩模光刻技术。

这些新兴应用中无掩模光刻技术和光学测量是增长最快的两类应用。谈到无掩模光刻技术时，TI DLP嵌入式投影产品事业部经理Mariquita Gordon解释说，相比传统技术，DLP技术的应用可以大大缩短印刷PCB的时间并降低整体成本。以iPhone为例，其使用的是25层PCB，传统的方法生产这样的PCB需要光掩模，制作掩膜的时间从2天到两周不等，期间需要不断的修改，而利用DLP的数字曝光技术，省去制作光掩模，直接印刷电路板，当天就可以实现PCB的印刷，速度非常快，准确度也非常高，目前大概有一半的设备已经采用了DLP的数字曝光技术。随着智能手机、平板电脑等的需求量的增加，采用数字曝光的PCB印刷将会越来越多。

DLP技术的另一个创新应用是3D测量，这是目前增长非常快的DLP的另一应用市场。传统的测量方法需要借助工具，而DLP的3D测量，可以不用接触被测物体，透过DLP技术的高速、非接触式3D扫描，快速得到被测物体的3D数据。一个很有趣的应用是在牙科做假牙，在替换病人的牙齿之前，医生需要先衡量目前牙齿的大小，要很准确，传统的做法是先做一个模型，并且要多次校准，大概需要两个星期，利用3D测量，医生只需要拿设备伸进嘴里去拍一张照片，就可以得到牙齿的精准的3D图像，可以省掉很多时间。

除了上述的两类应用以外，DLP在其他很多领域都有创新应用，例如，在医疗领域，北美有一些医院已经引入了一种名为veinview的设备，用红外技术捕捉到病人血管的位置，再利用DLP将该图像投影到病人手臂上，把血管位置显示出来，方便护士进行抽血，尤其适用于小孩和老人。DLP技术还可以用到光谱分析中，加快光谱分析的速度，并提供更精准的分析数据。

通俗地说，只要需要光（不管是可见光还是非可见光）的应用中都有可能用到DLP技术。

为了帮助用户更好地利用DLP开发创新应用，TI推出了一个平台化的开发系统，包括适用于不用应用的芯片组以及与之配套的开发工具。

第5篇：光学技术的广泛应用范文

20世纪70年代以来,由于半导体激光器和光纤技术的重要突破，推动了以光纤传感、光纤传输、光盘信息存储与显示、光计算以及光信息处理等技术的蓬勃发展，从深度和广度上促进了光学和电子学及其他相应学科(数学、物理、材料等)之间的相互渗透，形成了一个边缘的研究领域。光电子学一经出现就引起了人们的广泛关注，反过来又进一步促进了光电子学及光电子技术的发展。光电子技术包括光的产生、传输、调制、放大、频率转换和检测以及光信息存储和处理等。因此，可以这么说，现代信息技术的支撑学科是微电子学和光学，光电子学则是由电子学和光学交叉形成的新兴学科，对信息技术的发展起着至关重要的作用。光电子技术是光频段的电子技术，是电子技术与光学技术相结合的产物，光电子技术是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科，其技术广泛应用于光电探测、光通信、光存储、光显示、光处理等高新技术光电信息产业。同时，随着生物医学、生命科学等新兴学科的发展，其中的信息获取手段对光电子技术的依赖程度越来越高，加快了这些学科之间的交叉融合，从而诞生了很多边缘学科，比如生物光子学、光医学等。综上所述，可见光电子技术在现代信息产业技术中的重要地位，因此，光电子技术这门课程不仅是光学工程专业的基础必修课程，也应该作为电子信息工程专业的专业选修课程来开设。

电子信息工程专业的光电子技术课程的基础理论知识包括：光度学基本知识、光辐射传播、光束调制与解调、光辐射探测技术等。其中，光度学基本知识是最基础的内容，包括：电磁波波谱、辐射度学、光度学、热辐射基本定律、激光原理、典型激光器等。光辐射传播包括：光辐射的电磁理论、光波在大气中的传播规律与特性、光波在电光晶体中的传播规律与特性、光波在声光晶体中的传播规律与特性、光波在磁光晶体中的传播规律与特性、光波在光纤波导中的传播规律与特性、光波在水中的传播特性、光波在非线性介质中的传播等。光度学基本知识和光辐射传播这两个基础内容可以说是光电子技术课程基础中的基础，而对于电子信息工程专业的学生来说，这些知识点比较抽象，为了便于该专业学生对光电知识的接受和激发他们的兴趣，因此，在课堂上有必要多花时间重点讲解这部分的知识点，同时在制作PPT教案时尽可能使用图片或动画描述一些原理性的知识。

比如：在讲解激光是如何产生的时候，可制作动画描述自发辐射、受激吸收、受激辐射的原理；在讲解激光器的结构和工作原理时，可制作多色图片对激光在各种光学谐振腔中的受激放大过程进行描述；在介绍各种典型的激光器时，最好收集到它们的实物照片进行讲解；在讲解光波在各种光学晶体中的传播特性与规律时，最好能制作三维立体的图片描述光学晶体的各向异性的特性，相应的公式表达尽量简洁化，然后结合动画描述光波在其中传播时所发生的变化。光束的调制、扫描和解调技术的理论教学内容包括：光束调制的基本原理、电光调制技术、声光调制技术、磁光调制技术、直接调制技术、光束机械扫描技术、光束电光扫描技术、光束声光扫描技术、空间光调制器等。这些知识点的理论基础都是“光辐射在光学晶体中的传播规律和特性”。其中光束调制的基本原理移植了微电子学中微波调制中的很多概念，电子信息工程专业的学生易于理解，但是光束调制和扫描的实现技术中，除了需要使用各种光学晶体以外，还需要使用半波片、全波片、起偏器、检偏器共同组成一个系统完成光束的调制和扫描。这些光学器件对于没有光学工程基础的电子信息工程专业的学生来说比较陌生，因此，在讲解过程中应该通过动画或图片等手段形象地描绘线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光等基本光学概念，并借用相关的光学参考资料对这些光学器件的功能和原理进行简单介绍。

只有这样，才有利于电子信息工程专业的学生深刻理解光束的调制、扫描、解调等技术。光辐射探测技术的理论教学内容主要包括：光电探测的物理效应、光电探测器的性能参数、光电探测器的噪声、光电导探测器—光敏电阻、PN结光伏探测器的工作模式、硅光探测器、光电二极管、光热探测器、直接光电探测系统、光频外差探测的基本原理等。由于电子信息工程专业的学生已经具备了较好的半导体器件理论基础知识，而光电子器件本身也属于半导体器件，因此学生只要掌握了爱因斯坦的光电效应原理，就很容易理解各种光电子器件的工作原理、性能特点及应用领域。该部分所介绍的各种光电半导体器件很可能会在学生将来从事信息产业技术的相关工作中用到，也可能会在将来某些学生跨到光电信息或光学工程相关专业进一步深造时从事相关科研课题研究时用到，比如：PN结光伏探测器、光敏电阻、光电二极管、光电三极管等，都会经常用到。因此，建议在理论教学过程中，除了结合图片等多媒体教学手段介绍相关光电子器件的工作原理外，最好能够给学生展示光电子器件的实物，以便给学生一些感官认识。电子信息工程专业光电子技术课程的系统方面的知识点包括：光电成像系统、光电显示系统等。

其中，光电成像系统的基本器件是电荷耦合摄像器件(CCD)，CMOS摄像器件和电荷注入器件(CID)。目前，CCD摄像器件的应用最为成熟和广泛，主要包括线阵CCD和面阵CCD等，其原理基础仍然是光电半导体器件和两相或三相电极电路的结合。因此，教学中应结合脉冲数字电路知识重点讲解CCD的原理和特点。光电成像系统的内容包括：系统基本结构、基本参数、红外成像系统、红外成像中的信号处理及综合特性等。其中红外成像系统涉及很多应用光学方面的知识，这对没有应用光学基础知识的电子信息工程专业的学生来说比较陌生，而且属于光学工程专业学生的研究方向之一，因此，这部分内容简单介绍即可。而红外成像中的信号处理都涉及电子电路方面的知识，属于电子信息工程专业的范畴，这部分内容可以重点讲解。光电显示系统包括阴极射线管原理、液晶显示原理、等离子体显示原理、电致发光显示原理及多色激光显示原理等，其中前三类显示技术的应用已很广泛和成熟，可以重点讲解，而后两类显示技术比较前沿，可以简单介绍，以便让电子信息工程专业的学生了解当今光电显示技术的发展趋势。电子信息工程专业光电子技术课程应用方面的内容包括：光纤通信、激光雷达、激光制导、红外遥感、红外跟踪制导、光纤传感技术等。这些应用技术可以分别举一个相应的实际应用系统进行介绍，让学生体会到光电子技术的重要性和广泛性，激发他们对这门技术的兴趣。#p#分页标题#e#

对于电子信息工程本科专业而言，毕竟培养的学生不属于光学工程或光电子技术领域的人才，而且电子信息工程专业已有很多属于本专业的实验课程及课程设计，笔者认为光电子技术课程的实验教学应根据该专业学生的理论基础和将来他们最可能需要的工程能力而设置。在该课程中，各种光电子器件和原理、功能及应用最易于电子信息工程专业的学生理解，而且也是电子信息工程师应该具备的基本知识，因此，笔者建议开设一些光电子器件的相关实验课。由于光电子技术课程的总学时设置为48学时，所以建议理论教学为40学时，8学时为实验教学(共4个实验)。

第6篇：光学技术的广泛应用范文

【关键词】测绘工程；技术；设计

测绘工程是一门古老而年轻的学科，也是一门研究在工程建设和自然资源开发各个阶段所进行的工程的施工放样及设备安装、地形及工程有关的信息的采集和处理、技术和方法，变形监测分析和预报等的理论和相关的信息进行管理和使用的学科。随着当代新技术的兴起，测绘技术的手段和服务对象不断升级，测绘工程不断向智能化、一体化、自动化、动态化、数字化和多样化发展，同时测绘工程的应用更加广泛化，使古老的测绘工程学具有时代的气息，具有广阔的发展与应用前景。本文介绍了这些带来革新的新技术应用和测绘工程的设计思路，对促进测绘领域的发展进步具有重要的意义和作用。

1 测绘工程的新技术

1.1 GPS 定位技术

GPS定位技术由单点定位、静态相对定位发展到差分定位、实时动态定位（RTK）组成，具有导航、定位和测时功能，在测绘领域,GPS相对定位以其高精度、高效率的特点，不再需要先建立控制网,直接用GPS接收设备便可测绘地形图。

由GPS，GIS， RS 技术集成或综合的 “3S” 技术， 拓宽了信息采集与处理功能，保持了信息的现势性与可靠性，广泛地应用于导航、时间比对、大地测量、测速、 地壳监测、地籍测量、工程勘测、航空与卫星遥感及施工测量等众多的领域，特别是RTK的应用使测绘技术更加广泛应用于数字测图、石油勘探、施工放样、管线测量等领域，对空间技术、地学研究、军事科学、交通运务和城市管理等许多领域及社会生活的各个方面都产生了重大的影响。例如由武汉大学等单位研制的 GPS 自动监测系统 1988 年在湖北清江隔河岩大坝投入运行，几年来运行表明，系统稳定可靠，结果令人满意。

1.2 全站仪系列

全站仪是全站型电子速测仪的简称，由电子经纬仪、光电测距仪和数据记录装置集成，安置一次便可完成一个测站上的所有测量工作，可以自动记录、计算并显示出水平距、斜距、高程、坐标等相关数据，全站仪由光学系统、自动补偿系统、电子处理系统、外设支援系统组成，具有操作方便快捷、测量精度更高、内存量更大、能够实现水平距离换算、结构造型更精美合理、自动补偿改正、加常数乘常数的改正等特点，已经广泛应用于工程施工测量、管线与房产测量、控制测量、地籍测量等领域中，能够进行角度测量、三维坐标测量、距离测量、交

会定点测量等功能，同时不仅局限于测绘工程、交通与水利工程、建筑工程、地籍与房地产测量，而且在构件的安装调试、大型工业生产设备、大桥水坝的变形观测、船体设计施工、地质灾害监测及体育竞技等领域中都得到了广泛应用。

在应用过程中，第一要建立测站，将全站仪在架站点上进行整置，然后量出仪器上红漆点至全站仪横轴中心的高度，测量温度、气压、棱镜高，一并输入到全站仪中，输入测站三维坐标、仪器高，再输入后视坐标，然后定向，完成建站。第二，要进行距离测量，就要设置棱镜常数，大气改正值或气温、气压值。实测时，可输入温度和气压值，在此之后就要量仪器高、棱镜高并输入全站仪开始距离测量。第三，进行坐标测量。设定测站点度盘读数为其方位角、棱镜常数、大气改正值或气温、气压值，接着量仪器高、棱镜高并输入全站仪，就可以瞄准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。第四，利用单棱镜系上线绳当做悬挂棱镜，保持棱镜悬挂时平衡。

1.3 大比例尺数字测图技术

大比例尺数字测图技术正以其成图速度快、测图精度高等优势逐步取代传统的以平板为主的模拟测图。大比例尺度数字测图技术的应用使得测绘的结果不仅是绘制在纸上的地形图，更重要的是可以提交可供处理、传输、共享的、以计算机磁盘为载体的含有线型、坐标、各种图块符号的地形图数据即数字线划地形图（DLG）。如今大比例尺数字测图伴随GPS（RTK）实时动态定位技术、自动跟踪全站仪的推出，正处于蓬勃发展的时期，在应用的过程中要注意关注地物、地貌的准确测绘、各等级平面控制点（或GPS点）、埋石，图根导线的布设、各类房屋属性、地理名称的调注、平面及高程控制网的布设，水准点的选点、绘图信息的准确表达、实施观测（包括仪器检校、距离测量、水平角观测、三角高程测量、水准测量），观测成果的记录、整理、检验和计算等过程。因此其数据成果质量不仅表现在必须具有良好的数学精度、真实的地理信息上，还表现在数据组织、等高线的属性、高程赋值、分层与分类代码的正确性，采用大比例尺数字测图技术的地形图成为城市基础地理信息数据库最基本的数据源。

2 测绘工程新技术在应用中体现的特点

随着电子技术、激光技术、计算机硬件和软件技术的发展，传统的测绘方法正在发生巨大的变化，新技术和在测绘界得到广泛使用为测绘带来了一场革命性的变化测绘工程更加操作简便，观测迅速，加快了整个工程的周期。新技术不仅使数据获取的手段发生了变化，而且使数据储存管理方式和应用也发生了改变，同时测绘工程也表现出新的特点，测绘技术设计方法表现为动态设计、优化设计和计算机辅助设计，数据设计成为重要的组成部分。

3 新技术在现代测绘工程技术设计的思路

21世纪是科学技术的时代，为了适应时代的发展，针对现代测绘技术设计的特点，客观上要求产生与之相适应的设计方法和思路。一般的测绘工程技术设计思路如图所示：

测绘技术设计工作模式

4 结束语

随着经济和科学技术的发展不断革新进步中，测绘工程新的技术在不断的改进并应用于更广泛的领域，带来了巨大的经济效益和社会效益，在新时代的背景下，我们要不断开发和研究新技术，深化测绘及其相关学科理论的研究，有效地控制指导测绘的工程质量和进度，为测绘新仪器和新技术指明方向，促进测绘领域的不断发展进步。

参考文献：

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作者简介：

第7篇：光学技术的广泛应用范文

摘要：

聚酰胺-胺树状大分子（polyamidoaminedendrimer,PAMAMD）因具有高度枝化、结构可控、单分散性等特点，已广泛应用于生物医学领域。靶向分子修饰后的PAMAMD可作为各种客体分子的靶向载体，显著提高客体分子的生物相容性、分散稳定性和靶向性，现已广泛应用于癌症成像诊断和靶向治疗研究。本文介绍了PAMAMD靶向系统特点，并综述了近年来该系统在卵巢癌诊断和治疗中的应用，包括在循环肿瘤细胞（circulationtumorcells,CTCs）捕获、卵巢癌成像诊断和靶向治疗中的应用，最后讨论了该系统在卵巢癌研究中所面临的挑战及应用前景。

关键词：

卵巢癌；聚酰胺-胺树状大分子；靶向系统；诊断；治疗

卵巢癌是最常见的妇科恶性肿瘤之一，由于缺乏特异性的临床症状和敏感的生物学标志物，60%卵巢癌患者被发现时已是晚期（Ⅲ~Ⅳ期），且大多数卵巢癌患者在治疗过程中可能出现化疗耐药，是目前病死率最高的妇科恶性肿瘤[1-2]。因此寻找更有效的卵巢癌筛查和早期诊断方法以及特异性治疗方案，对提高治愈率和降低死亡率尤为重要。靶向分子修饰后的聚酰胺-胺树状大分子（polyamidoaminedendrimer,PAMAMD）可作为各种靶向系统载体：当其作为磁分离载体，能快速捕获并分离CTCs，为卵巢癌早期诊断提供技术手段；作为造影剂载体，能提高各种成像技术的对比度和敏感度，利于卵巢肿瘤准确定位及定性；作为药物或治疗基因载体，提高肿瘤细胞内药物或治疗基因浓度，实现卵巢癌靶向治疗。此外，PAMAMD为载体的靶向系统同时兼具良好的生物相容性、稳定性和低毒性等特点，现已广泛应用于卵巢癌基础研究。

1PAMAMD靶向系统的特点

PAMAMD是一类由中心向外对称发散而高度枝化的新型纳米大分子化合物，可通过迭代的Michael加成和酰胺化反应合成不同代数（G0-G10）[3-4]。PAMAMD不仅可利用丰富的表面官能团连接多种具有特异性的靶向分子，而且可通过内部空腔的包裹作用或表面官能团的化学偶联作用结合磁性粒子[5]、小分子药物[6]、造影剂[7-8]或者治疗基因[9-10]等客体分子，通过增加客体分子的生物利用度及选择性作用于肿瘤细胞可提高药物功效、增加图像分辨率和减少传统化学治疗的毒性。目前，有研究表明PAMAMD靶向系统可用于卵巢癌早期诊断[5]，也有学者发现该系统能增加化疗药物对耐药卵巢癌细胞的毒性，为耐药卵巢癌患者的治疗带来曙光[6,11]。

2PAMAMD靶向系统在CTCs捕获中的应用

外周血CTCs的检测有助于卵巢癌的早期诊断、判断预后、评估抗肿瘤药效及制定个体化治疗方案，是一种具有高度可行性和可重复性的非侵入性诊断手段[12]。免疫磁性分离技术是目前最常用的CTCs分离和富集技术，该方法可实现全血中高效率和高选择性捕获CTCs，然而，由于该方法需要长达1h的静态反应条件而常常受限于各个领域。Banerjee等[5]借助超支化G4PAMAMD表面64个伯氨键能同时连接多个官能团的能力，以Cy5为显像剂分子、转铁蛋白（transferring,Tf）为靶向分子及磁珠（MNPs）为磁分离分子，形成MDNS复合物，该复合物能迅速捕获（5min）转铁蛋白受体表达阳性（TfR+）的肿瘤细胞，即使肿瘤细胞的浓度低至0.001%，其捕获效率仍可高达80%。PAMAMD因独特的分子结构和物理化学性质，使以其为载体的靶向系统具有良好的靶向性及分散性，可快速和特异性捕获CTCs，有望成为临床显著检测CTCs的一种新方法。

3PAMAMD靶向系统在卵巢癌成像中的应用

影像学检查，如经阴道超声、计算机X线断层扫描成像（computedtomography,CT）、磁共振成像（magneticresonanceimaging,MRI）、正电子发射断层显像（positronemissiontomography,PET）等在卵巢肿瘤的定位及定性中发挥重要作用，成像对比度和敏感度的高低直接影响卵巢癌的早期诊断、分期及手术和化疗方案的选择[13]。随着医疗水平的不断提高，传统小分子造影剂开始暴露其不足之处，如半衰期短、特异性差、用途单一及肝肾毒性等。PAMAMD靶向系统适用于多种成像技术，如光学成像（opticalimaging,OI）、CT、MRI和双模态成像等，归因于其可同时结合靶向分子和大量造影剂，使造影剂特异性地在肿瘤部位富集，提高对肿瘤组织的成像对比度和灵敏度，加快显像时间，并减少肝肾毒性。

3.1光学成像光学成像在肿瘤研究中扮演重要角色，然而肿瘤靶向特异性光学探针的设计是当今该技术研究领域的难点。Modi等[14]用荧光素（FITC）标记的PAMAMD偶联卵泡刺激素肽（FSH33）合成靶向光学分子探针，对卵巢癌细胞及裸鼠移植瘤模型进行光学成像，发现该探针可以与卵巢癌细胞表面的卵泡刺激素受体（FSHR）特异性结合而用于卵巢癌的靶向诊断。Zhu等[15]将荧光标记的PEG化PAMAMD注射至荷卵巢癌裸鼠体内，由于PEG的修饰，该系统具有高效的肿瘤被动靶向能力，注射1h后肿瘤组织能从正常组织背景中区分出来，24h荧光信号达到高峰，48h后才有轻微衰减，且PEG化程度越高，荧光信号越强。以PAMAMD为载体的靶向光学成像探针可在肿瘤部位聚集，具有很强的荧光信号，为实时动态监测细胞及肿瘤提供强有力的实验手段，有望用于手术实时成像。

3.2计算机X线断层扫描成像利用PAMAMD独特的三维结构和其表面的易修饰性，可以制备多功能化的纳米颗粒，以满足特定的应用需求。国内彭琛等[16]以表面修饰叶酸（fo-licacid,FA）的PAMAMD为模板，加入金盐，利用PAMAMD内部空腔截留合成的金纳米粒子，制备得到多功能化的靶向CT造影剂。在此基础上该研究者[17]，将金纳米粒子（AuNPs）和含碘（I）造影剂泛影酸（DTA）同时与FA修饰的PAMAMD结合，合成双元素协同CT造影剂。相较于单一的含Au或I造影剂，该造影剂具有更高的X-射线衰减系数和CT信号强度。该研究者制备的以上两种造影剂均显示出良好的体外癌细胞及体内肿瘤模型靶向性能和X-射线衰减性能，并且可作为探针，用于过表达叶酸受体（folatereceptor,FR）肿瘤的靶向CT成像。

3.3磁共振成像磁共振成像是临床上常用的无侵入性肿瘤诊断技术，通常需要借助造影剂对肿瘤进行早期诊断。与小分子造影剂相比，大分子MRI造影剂具有成像对比度强、敏感度高和诊断成像时间长等优点，现已受到研究者们的广泛关注。早在1997年，Wiener等[18]在靶向分子FA修饰的PAMAMD表面偶联T1MRI造影剂钆，合成大分子靶向MRI造影剂。该造影剂具有合适的r1弛豫率，且对过表达FR的卵巢癌细胞具有较好的靶向特异性。随后研究者[7]将该靶向MRI造影剂注入荷卵巢癌裸鼠体内，发现FR表达阳性的卵巢癌MRI信号显著增强，且与单用非特异性的钆特醇（Gd-HP-DO3A）造影剂相比，对比度增强33%。在此基础上，Ye等[19]将FA通过PEG共价偶联至PAMAMD，再修饰Gd-DTPA，合成可降解的、具有肿瘤靶向性的树枝状造影剂FA-PEG-G2-DTPA-Gd。与医用造影剂马根维显相比较，该大分子造影剂具有较高的弛豫率（r1=17.1mM−1s−1），聚乙二醇的引入进一步提高其生物相容性和血液循环时间，降低免疫原性和Gd3+滞留，且以FA为靶向分子后表现更好的肿瘤靶向性，是一种潜在的肿瘤靶向成像用MRI造影剂，特别适用于肿瘤早期诊断。

3.4双模态成像PAMAMD通过将两种不同的分子影像探针“合二为一”，使其能同时用于两种分子影像技术成像，不仅克服了单一分子影像技术的应用局限，而且使不同分子影像技术的优势叠加，为卵巢癌的早期诊断和转移病灶的发现提供可能。光学成像分辨力低、穿透力弱，与PET连用能够评价肿瘤形态及微环境变化，为临床肿瘤的诊断与治疗提供重要依据。临床研究表明，HER2在卵巢癌中高表达，Wang等[8]将PAMAMD作一个平台，以anti-HER2亲和体分子ZHER2:342为靶向分子、近红外荧光（NIRF）CY5.5为光学成像分子、64Cu-DOTA为PET成像分子组装靶向双模态成像探针（简称64Cu-DPCZ），用该探针对SKOV3细胞进行荧光染色，在细胞膜和胞内区均观察到强荧光信号。随后将该探针经尾静脉注入荷卵巢癌的裸鼠体内，1h后，无论是NIRF成像还是PET成像都可对异体移植瘤清晰显影，且γ射线对组织的穿透能力强，基本不受组织深度的影响，可应用于盆腔深部卵巢癌的成像。鉴于CT对于实性组织比较敏感，而MRI具有优良的软组织对比及功能成像特性，CT和MRI的联合应用能够提供病灶部位的高空间分辨率和时间分辨率。Chen等[20]以叶酸为靶向分子、树状大分子为载体合成纳米金颗粒，并螯合Gd3+形成CT/MR双模态成像造影剂，通过分析表明PAMAMD上螯合28个Gd3+，包裹193个金原子。FR表达阳性的荷瘤裸鼠实验结果表明在每个时间点，不论是CT值还是MR信号强度，该靶向探针比无叶酸修饰的非靶向探针高得多，且在肿瘤组织中造影剂的保留时间更长。靶向探针显示出了作为MR成像方式的弛豫效能和作为CT成像方式的X射线衰减特性，能够用于FR表达阳性肿瘤的CT/MR靶向双模成像，且具有较长的血液循环时间，有望应用于卵巢癌靶向成像领域。

4树状大分子靶向系统在卵巢癌治疗中的应用

靶向分子修饰的PAMAMD作为药物或治疗基因的靶向给药载体，可以特异性地结合到肿瘤细胞表面，并可以被细胞内化，从而实现靶向治疗，提高肿瘤细胞内药物或治疗基因浓度，增加药效和降低毒副作用，现已成为癌症治疗领域研究的重点课题。

4.1化学治疗大多数卵巢癌患者原发性或治疗过程中出现化疗耐药，成为卵巢癌治疗失败和复发的最主要原因之一。目前认为任何能提高肿瘤细胞内化疗药物有效浓度的方法都是克服耐药的可行方法。Yellepeddi等[6]将生物素化的PAMAMD作为顺铂的靶向给药载体，体外研究发现，该靶向给药系统对四种卵巢癌细胞株的半数抑制浓度（IC50）显著低于游离顺铂，且即使是耐顺铂细胞株，经该靶向系统介导的顺铂摄取量，明显高于游离顺铂的摄取量。体内研究结果表明，该靶向系统与游离顺铂相比，可在使用低剂量顺铂时达到有效的抗肿瘤浓度，成功降低了顺铂的剂量依赖性毒性作用。Yabbarov等[11]将阿霉素（DOX）用酸敏感的顺式乌头酸酐（CA）共价连接到重组甲胎蛋白D3结构域（rAFP3D）修饰的PAMAMD上，体外研究发现，DOX敏感的卵巢癌SKOV3细胞和DOX耐药的SKVLB细胞对经该靶向给药系统介导的DOX摄取量比游离DOX的摄取量高5倍。研究还发现该靶向给药系统对SKVLB细胞IC50为0.53μМ，是游离DOX的1/24，且该复合物在中性条件下稳定，而酸性环境下释放出DOX进入细胞核，表现出较强的抗肿瘤活性，可应用于耐药卵巢癌的治疗，为耐药卵巢癌的治疗提供新思路。

4.2基因治疗研究发现小干扰RNA（siRNA）可在mRNA水平上敲除目的基因的表达，成为卵巢癌个体化基因治疗研究的新方向[21]。由于siRNA容易被内源性RNA酶降解，且因带大量负电荷不能自由地穿过细胞膜及核膜，因此，寻找合适的基因载体成为基因治疗是否能在临床上应用的关键所在。Patil等[9]将PAMAMD作为一种新型纳米级基因载体，通过表面正电荷与BCL-2siRNA主链上带负电荷的磷酸基团静电结合形成高度稳定的复合物，该复合物可保护siRNA避免RNA酶的降解，经靶向分子促黄体激素释放激素肽（LHRH）修饰后，将BCL-2siRNA输送到过表达促黄体激素释放激素受体（LHRHR）的卵巢癌A2780细胞内。RT-PCR结果显示靶向组显著抑制BCL-2基因表达，抑制率明显高于非靶向组。Kala等[21]利用PAMAMD这个基因载体，将PI3K/AKT信号通路上AKTsiRNA转染至卵巢癌SKOV3细胞内，不论是在体外细胞实验，还是在体内卵巢癌模型中，该复合物表现出良好的肿瘤抑制作用，且第一次报道该复合物联合紫杉醇比单用紫杉醇或PAMAMD-AktsiRNA的肿瘤抑制作用更强，为卵巢癌基因治疗和化学治疗联合药物的开发提供参考。

5结语与展望

第8篇：光学技术的广泛应用范文

科交叉的边缘科学，它是用现代科学技术的理论和方法，研究新材料、新技术、新

仪器设备，用于防病、治病、保护人民健康，提高医学水平的一门新兴学科。

生物医学工程在国际上做为一个学科出现，始于20世纪50年代，特别是随着宇

航技术的进步、人类实现了登月计划以来，生物医学工程有了快速的发展。在我

国，生物医学工程做为一个专门学科起步于20世纪70年代，中国医学科学院、中

国协和医科大学原院校长、我国著名的医学家黄家驷院士是我国生物医学工程学

科最早的倡导者。1977年中国协和医科大学生物医学工程专业的创建、1980年中

国生物医学工程学会的成立，有力地推进了我国生物医学工程的发展。目前，我

国许多高校科研单位均设有生物医学工程机构，从事着生物医学的科研教学工作

，在我国生物医学工程科学事业的发展中发挥着重要作用。

显微镜的发明“解剖”一词由希腊语“Anatomia”转译而来，其意思是用

刀剖割，肉眼观察研究人体结构。17世纪LeeWenhock发明了光学显微

镜，推动了

解剖学向微观层次发展，使人们不但可以了解人体大体解剖的变化，而且可以进

一步观察研究其细胞形态结构的变化。随着光学显微镜的出现，医学领域相继诞

生了细胞学、组织学、细胞病理学，从而将医学研究提高到细胞形态学水平。

普通光学显微镜的分辨能力只能达到微米(μm)级水平，难以分辨病毒及细胞

的超微细结构、核结构、DNA等大分子结构。而20世纪60年代出现的电子显微镜，

使人们能观察到纳米(nm)级的微小个体，研究细胞的超微结构。光学显微镜和电

子显微镜的发明都是医学工程研究的成果，它们对推动医学的发展起了重要作用

。

影像学诊断飞跃进步影像学诊断是20世纪医学诊断最重要发展最快的领域

之一。50年代X光****和摄片是临床最常用的影像学诊断方法，而今天由于X线CT技

术的出现和应用，使影像学诊断水平发生了飞跃，从而极大地提高了临床诊断水

平。即计算机体断层摄影(computedtomographyCT),即是利用计算机技术处理人

体组织器官的切面显像。X线CT片提供给医生的信息量，远远大于普通X线照片观

察所得的信息。目前，螺旋CT(spiralCT或helicaletCT)已经问世，能快速扫描

和重建图像，在临床应用中取代了多数传统的CT，提高了诊断准确率［1］。医学

工程研究利用生物组织中氢、磷等原子的核磁共振(nuclearmagneticresonanc

e)原理。研制成功了核磁共振计算机断层成像系统(MRI)，它不仅可分辨病理解剖

结构形态的变化，还能做到早期识别组织生化功能变化的信息，显示某些疾病在

早期价段的改变，有利于临床早期诊断。可以认为MRI工程的进步，促进了医学诊

断学向功能与形态相结合的方向发展，向超快速成像、准实时动态M

RI、MRS发展。根据核医学示踪，利用正电子发射核素(18F，11C，13N)的原理，

创造的正电子发射体层摄影(PET)，是目前最先进的影像诊断技术。美国新闻媒体

把PET列为十大医学生物技术的榜首。PET问世不过30年历史，但它已显示出对肿

瘤学、心脏病学、神经病学、器官移植，新药开发等研究领域的重要价值［2］。

影像学诊断水平的不断提高，与20世纪生物医学

工程技术的发展密切相关。

介入医学问世介入医学是一种微创伤的诊疗技术。Dotter和Judkin(1964年

)是最早使用介入技术治疗疾病的创始人，他们用导管对下肢动脉阻塞性病变进行

扩张治疗取得成功。1967年Margulis首先使用过介入放射学(InterventionalRa

diology)，这是医学文献出现“介入”一词的最早记载。1977年Gruenzing成功

地进行了首例冠状动脉球囊扩张术获得成功以后，介入性诊疗技术由于其创伤小

、患者痛苦少，安全有效而倍受临床欢迎。20世纪80年代随着生物医学工程的发

展，高精度计算机化影像诊查仪器、数字减影血管造影(DSA)、射频消融技术以及

高分子(high-polymer)新材料制成的介入技术用的各种导管相继问世，使介入性

诊疗技术发生了飞速进步，临床应用范围不断扩大，从心血管、脑血管、非血管

管腔器官到某些恶性肿瘤等都具有使用介入诊疗的适应证，并使诊疗效果明显提高

，患者可减免许多大手术之苦。有人把介入诊疗技术视为与药物诊疗、手术诊疗

并列的临床三大诊疗技术之一，也有人把介入诊疗技术称之为20世纪发展起来的

临床医学新领域--介入医学［3，4］。

人工器官的应用当人体器官因病伤已不能用常规方法救治时，现代临床医

疗技术有可能使用一种人工制造的装置来替代病损器官或补偿其生理功能，人们

称这种装置为人工器官(artificialorgan)。如20世纪50年代以前，风湿性心脏

瓣膜病的治疗，除了应用抗风湿药物、强心药物对症治疗外，对病损的瓣膜很难

修复改善，不少患者因心功能衰竭死亡。而今天可以应用人工心肺机体外循环技

术，在心脏停跳状态下切开心脏，进行更换人工瓣膜或进行房、室间隔缺损的修

补，使心脏瓣膜病、先天性心脏病患者恢复健康。心外科之所以能达到今天这样

的水平，主要是由于人工心肺机的问世和使用了人工心脏瓣膜、人工血管等新材

料、新技术的结果［5］。

肾功能衰竭、尿毒症患者愈后不良，而人工肾血液透析技术已挽救了大量肾病

晚期患者的生命，肾病治疗学也因此有了很大进步。

现代生物医学工程中人工器官的发展也非常迅速，除上述人工器官外，人工关

节、人工心脏起搏器、人工心脏、人工肝、人工肺等在临床都得到应用，使千千

万万的患者恢复了健康。可以说，人体各种器官除大脑不能用人工器官代替外，

其余各器官都存在用人工器官替代的可能性。

此外，放射医学、超声医学、激光

医学、核医学、医用电子技术、计算机远程

医疗技术等先进的医疗技术和仪器设备都是现代医学工程研究开发的成果，综上

可见，20世纪生物医学工程的发展，显著提高了医学诊断和治疗水平，有力地推

动着医学科学的进步。

21世纪生物医学工程展望纵观医学新技术诞生和发展的历史，从伦琴发现

X线到今天X射线诊疗技术的发展，从朗兹万发现超声波到今天B超诊断的广泛应用

，从布洛赫和伯塞尔发现核磁共振到今天MRI的问世，从赫斯费尔德发明CT到今天

CT成像系统的应用，都是以物理学工程技术为基础、医学需求为前提发展起来的

医学新技术。循着20世纪医学发展的轨迹，我们有理由预测21世纪新的医学诊疗

技术可能在以下10个方面有重大突破和创新：

(1)各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化，远程医疗信息网络化，

诊疗用机器人将被广泛应用。［6］

(2)介入性微创，无

创诊疗技术在临床医疗中占有越来越重要的地位。激光技

术，纳米技术和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。

(3)医疗实践发现单一形态影像诊查仪器不能满足疾病早期诊断的需要。随着

PET的问世和应用，形态和功能相结合的新型检测系统将有大发展。非影像增显剂

型心血管、脑血管影像诊查系统将在21世纪问世。

(4)生物材料和组织工程将有较大发展，生物机械结合型、生物型人工器官将

有新突破，人工器官将在临床医疗中广泛应用。

(5)材料和药物相结合的新型给药技术和装置将有很大发展，植入型药物长效

缓释材料，药物贴覆透入材料，促上皮、组织生长可降解材料，可逆抗生育绝育

材料、生物止血材料将有新突破。

(6)未来医疗将由治疗型为主向预防保健型医疗模式转变。为此，用于社区、

家庭、个人医疗保健诊疗仪器，康复保健装置，以及微型健康自我监测医疗器械

和用品将有广泛需求和应用。

(7)除继续努力加强生

物源性疾病防治外，对精神、心理、社会源性疾病的防

治诊疗技术和相应仪器设备的研制受到越来越多的重视与开发，研制精神分析、

心理安抚、生物反馈型诊疗技术和设备将是生物医学工程的新起点。

(8)创伤是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型创伤防护装置、生命急救

系统是未来生物医学工程的重要课题。论文帮

(9)即将迎来的21世纪是分子生物学时代，有关分子生物学的诊疗新技术将快

速发展，遗传、疾病基因诊疗技术，生物技术和微电子技术相结合的DNA芯片、雪

白芯片和诊疗系统将被广泛应用。

(10)空气污染、环境污染严重危害着人类健康，研究和开发劳动保护、家庭保

健、个人防护用的人工气候微环境是未来不能忽视的问题。

1997年我国了关于卫生工作改革与发展的决定，提出了奋斗目标：“到2

000年，基本实现人人享有初级卫生保健”，到2010年国民健康的主要指标在经济

发达地区达到或接近世界中等发达国家水平，在欠发达地区达到发展中国家的先

进水平。1999年国家科技部召开了“发展生物医学工程技术战略研讨会”，国家

工程院开展了有关发展我国医疗器械工业战略研究等，对推动生物医学工程产业

发展、落实创新工程战略布置起着重要作用。20世纪人类与疾病做斗争，在医学

诊疗技术上取得了重大成就；但面向21世纪的巨大挑战，我们要动员起来，调整

政策，制定规划，改革医学研究教学的旧模式，发挥现代科学多学科交叉合作的优

势，创建全新的生物医学，为人民造福。

参考文献

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第9篇：光学技术的广泛应用范文

图1 空间激光无线通讯系统原理框图

1 总体方案设计

激光天线通信系统主要由激光发射装置、激光接收装置和光学望远镜三部份组成（如图1所示）。其工作原理是：发射端的轴电缆通过高频电缆与发射机码型变换器相接；光纤适配器通过光纤与发射机光电转换器相连；码型变换器与光电转换器均与制式选择开关相连，然后经信号处理模块进行整形、放大、时钟提取等处理，输入激光驱动器使激光器组件产生调制的激光光束，通过激光发射天线定向向空间发射。经光接收天线收集的调制激光信号接进探测器，转换成信号输入信号处理模块，再接进制式选择开关后分两路：一路连接激光驱动器，经光纤适配器连接光纤通信线路；另一路则与码型变换器相接，再接入同轴电缆至电传输线路上。对于本系统所设计的语音激光无线通信系统主要由图2所示的各部分组成。

2 主要硬件的设计

2.1 激光器件的选择

空间激光通信波长选择主要考虑：尽量避免太阳辐射的影响、减小光束发射角、减小收发天线的尺寸、光波在大气中的透过率以及器件的现实性或预期的可行性，包括器件性能价格比的预计。从激光天线通信的角度分析，大气的透射率是个重要影响因素。在小于300nm的紫外波段，大气的透过率急剧下降。显然，紫外线光不利于大气通信。可见波段的激光，例如二次倍频YAG激光器，也不利于避免太阳光引起的背景辐射噪声。常用的激光波段有830～860nm、980～1060nm和1550～1600nm，都是良好的大气窗口。

2.2 光发射与接收天线

由于光学天线的功能是将需传输的光信号有效地发向对方并将对传来的信号光高效接收，因此，光天线的设计是在满足总体设计的前提下，保证系统在设定的通信距离及大气衰减时能正常工作，合理选取发射远镜的远场发散角、接收望远镜的接收视场角及光学系统的其他参数。下面分别予以介绍。

（1）设计考虑

主要光学性能要求：高的光学质量（λ/20RMS）；低的遮挡率；高的光透射率（T≥0.92）；低的散射光。此外，要求材料热膨胀系数小、机械强度纺高、重量轻、使用寿命长。

图3 （a）光发射天线系统原理图(b)光发射天线系统原理图

光学设计考虑：为了满足空间通信对天线的要求，笔者选择卡塞格伦天线。主要包括：抛物面初级反射镜；双曲线次级反射镜；聚焦镜，使成像在天线结构的外部。

（2）性能分析

假设光源电场强度满足高斯幅度分布，即

其中，ω为光腰大小，R表示曲率半径。