激光原理论文精选(九篇)

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第1篇：激光原理论文范文

关键词 激光原理 教学改革 课程建设

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2012）24-0004-02

激光是二十世纪人类的重大科技发明之一，被誉为继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”，它对人类社会生活产生了广泛而深刻的影响。作为高技术的研究成果，它不仅广泛应用于科学技术研究的各个前沿领域，而且已经在人类生产和生活的许多方面得到了大量的应用，与激光相关的产业已在全球形成了超过千亿美元的年产值。由于各行各业都应用激光进行技术改造和新技术的开发研究，除了文科的几乎所有理工农医的高等院校都开设了激光原理和应用的课程。

《激光原理》是光信息科学与技术和应用物理学专业重要的专业基础课，通过本课程的学习使学生对激光的基本概念、基本技术和基本器件有比较全面、系统的认识，培养学生分析和解决工程技术问题的能力，为进一步学习相关专业课打下基础。然而，《激光原理》又是一门理论性很强的专业基础课，该课程物理概念抽象和理论性强，基础知识面广，学生往往因缺乏感性认识，不易理解，感到难学，这对老师的教学水平和教学方法提出了考验。笔者结合自己的教学实践，从以下几个方面对《激光原理》课程教学改革进行了探索。

一、教学内容的改革

《激光原理》课程主要介绍激光的产生条件、激光器的工作原理和激光器的输出特性，这部分内容理论性强，需要应用原子物理、量子力学、热力学统计物理、光学和高等数学等课程的结论和基础，公式繁多、推导复杂、理论抽象，具有相当的难度和深度。在《激光原理》的教学过程中，我们还增加了部分激光技术的内容，比如激光器输出的选模技术、激光器的稳频、激光束的光束变换，以及激光的调制、偏转、调Q和锁模技术等，这部分内容是从事光信息科学与技术人员必须掌握的基本知识，通过对这些知识的学习能够加深学生对激光器原理的理解和掌握。为了进一步加深印象，我们对典型的激光器进行了介绍，比如红宝石激光器、汝玻璃激光器、Nd：YAG激光器等固体激光器，He-Ne激光器、CO2激光器、Ar+激光器等气体激光器，以及燃料激光器和半导体激光器等都做了简要的介绍。

在教材方面，我们选择了上海理工大学陈家璧教授编写的《激光原理及应用》（电子工业出版社）作为教材。这本教材的内容章节安排合理，知识点覆盖面广，理论体系较为完整，同时这本教材是在大学的普通物理学的基础上编写的，从激光的物理学基础出发，着重阐明物理概念以及激光输出特性与激光器的参数之间的关系，尽量避免过多的理论计算，以掌握激光器的选择和使用为主要目的。因此这本教材的内容对学生来讲不难理解，所讲授的内容比较容易掌握。我们还增加了一本国际公认的经典教材作为参考书：Christopher C. Davis编写的《Lasers and Electro-Optics：Fundamentals and Engineering》， Cambridge University Press。

二、教学手段的改革

在教学过程中建立师生平等的民主教学氛围。改变“教师为主，学生从属”的教学模式，本着师生平等的原则，以参与者的身份在教学活动中创造一种愉快轻松的氛围，挖掘和调动学生的潜力，培养学生的创新能力。

教学方式以课堂授课为主，同时考虑到激光中有很丰富生动的现象，注重和提倡采用多种手段进行多种形式的教学，充分体现光学这门课丰富多彩、形象生动的特性，辅助的教学手段主要是利用计算机的多媒体功能。比如为了增强激光原理教学中关于激光器的光场分布的直观性，采用快速傅立叶变换法求解傍轴近似波动方程，计算模拟激光器的光场分布，可以直观地给出三维稳态分布图，融合计算机的灵活性、新颖性和光学现象的直观性及趣味性。通过演示实验，让同学们观察到各种激光现象，展现了“百闻不如一见”的效果，使学生进一步加深了对课程内容的理解，激发学生的求知欲和好奇心，刺激同学们的思考。

另外，在教学过程中开展启发式和讨论式教学。从人才培养的角度来说，学生与老师应该具有互动性。开展启发式和讨论式教学，甚至适当运用跳跃式的教学方法来组织教学内容。给学生留出钻研的空间。这不仅有利于提高教师教学研究的积极性，更能挖掘学生的开放性思维和独立、大胆地学习和思考问题的能力，从而达到培养学生全面的科学素质和教学相长的目的。

三、考核方式的改革

考核方式已成为课程改革的一部分，与课程的实施方法相辅相成。传统理工科院校的考核主要以闭卷笔试加平时成绩的形式进行。在实际的考核过程中，我们逐渐加大平时成绩的比例，减少闭卷笔试成绩的比例。平时成绩的考核形式可以多种多样。比如，在授课过程中，对课程中某几个重要的知识能力点，设立几个小课题。让学生们查找资料，撰写论文，通过让他们深入实践，促进对知识点的掌握，强化学生自己思考的过程，达到培养学生自学意识、独立科研意识和能力，达到素质型人才培养之目的。

如何提高《激光原理》课程的教学质量，如何优化和深化理论教学是一个长期的课题。针对教学内容、教学手段和考核方式等方面进行改革，调动学生的学习主动性和积极性，培养他们的创新思维、从事科学研究和撰写学术论文的能力，提高他们的综合素质和竞争力。

参考文献：

[1]陈家璧，彭润玲主编.激光原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2]马再如.关于提高激光原理与激光技术课教学质量的探讨[J].高等教育研究，2012，（1）.

[3]袁杰，王飞，赵洪常，杨开勇，罗晖，张斌，许光明.浅谈在本科生基础课程《激光原理》教学中的几点体会[J].中国教育导刊，2009，（34）.

第2篇：激光原理论文范文

你的天方夜谭，我来成全

23年前，34岁的谭立英在北京图书馆查阅资料，准备她的硕士毕业论文。查阅了上千篇资料后，有关卫星激光通信的数据让她眼前一亮――卫星与卫星间、卫星与地面间用“光”连接起来，可以形成空间的信息高速公路。要是能在浩瀚空间建立一个无线光网络，实时进行高速信息传输，这将是一件多么了不起的事情啊！

这个想法令谭立英兴奋不已，可当她着手去做这件事情时，难度大于想象。彼时，她是哈尔滨工业大学物理系的教师，一个5岁孩子的妈妈，每天一边上课，一边做硕士论文，还要照顾孩子。丈夫加同事马晶远在日内瓦深造。在当时那个年代，卫星微波通信还不成熟，更不要说是卫星激光通信，几乎所有的人都认为谭立英的想法是天方夜谭，包括谭立英当时的导师。

导师劝她：“方向虽好，但难度太大了，难以毕业。你要坚持做这个，硕士论文所需的研究费用还要你自己解决。”谭立英点点头，说：“会想到办法的。”其实，她一点办法都没有，她只是怕丝毫犹豫都会让心中燃烧的激情之火熄灭。她34岁了，不想在这个能有所成就的年纪里，提前老气横秋。

谭立英没有想到，为了她的项目，丈夫提前回国。他把家里所有存款取出来，一共不到2万元，对她说：“没经费，我们就用家里的钱，我陪着你一起干。”

久别重逢，夫妻俩的卿卿我我就是通宵地讨论那片科学的空白之地。5岁的女儿听得厌烦了，嫉妒地对爸爸说：“你都有一年多没看到我了，我还是没有你们的课题重要，我真想变成天上的卫星，让你们天天研究研究我。”女儿的话，把夫妻俩逗笑了。谭立英亲亲女儿，牵牵丈夫的手，看看窗外的夜空，想想自己即将要做的连结天与地的事情，她的幸福神圣而隐秘。

连接天地的幸福，神圣隐秘

创业之初的日子无比艰难。他们的实验室设在一间地下室里，潮气重，所有的纸质材料因浸入了潮气而变得绵软，难以翻阅。马晶放了一个除湿机，每天都能抽出三箱水来。

家里的积蓄和微薄的工资是全部科研经费，谭立英不得不算计着花。为了节省费用，谭立英出门能步行绝不坐公交，坐火车也只买硬座，餐桌上长年是白菜土豆。女儿三番两次抗议后，每周的土豆炖白菜里可以出现几片肥瘦相间的肉，算是改善了伙食。以至于女儿说：“在咱们家，实验是亲生的，我是马路上捡来的。”

尽管如此，困难依然接踵而至。建立理论模型需要实验测试验证，没有经费就没有最基本的实验设备，初步的原理验证无法进行。一天，马晶略带得意地安慰妻子：“咱们的仪器有了。”他卖起关子说，这是个秘密。

两天后，马晶神秘地把妻子带到实验室。拉开实验室门的一刹那，谭立英惊呆了――地上摆了一堆破烂。马晶如数家珍：“这是教学实验室报废的仪器，有些修一修兴许能用。”谭立英半信半疑。之后的几天，夫妻俩在实验室忙活开了。他们首先将这些破烂整理归类，凑成了几件“整尸”，然后“解剖”“移植”“再造”“重组”，它们重新变成了实验设备。七天之后，实验设备开始集体工作，半个月后，他们完成了测试验证。谭立英获得了有效的发射测试数据，完成了她的毕业论文。

论文写下最后一个句号时，谭立英不得不为当天的晚餐发愁――研究已经花光了家中全部的积蓄，晚餐在哪里都成了问题。为了安慰女儿，马晶对女儿说：“妈妈的论文完成了，这是个非常值得祝贺的日子，按照行规，今天得吃白水煮面，意味着万事顺顺利利。”一家三口用开水干杯，以白水煮面条充饥。

当晚，女儿睡后，马晶对谭立英说：“研究卫星激光通信是一个从无到有的工作，以后还会有更多的困难，你要做好思想准备。你只要记住一条，我一直在你身边，你不是一个人。”

谭立英看看熟睡的女儿，满心愧疚。马晶拍拍她的肩膀，说：“她会理解的，你应该想到这个过程本身对她就是一种富养。”

有种浪漫，身心相伴

1995年，“弹尽粮绝”的秋天，谭立英带着硕士论文和几十袋方便面住进了北京阜成路8号航天部招待所。倔强的她要给这个研究项目跑出一笔经费来。

跑经费的日子也是谭立英哭得最多的日子。碰壁是常有的事情，冷言冷语也是常听的，很多时候谭立英转身出门时，泪水就滴在了衣襟上。作为一个知识分子，她的自尊不允许她在别人面前以眼泪获得支持。每一次，当眼泪于人前夺眶而出时，她都借口去卫生间，哭够了，再回来继续陈述她的研究。

没有任何门路的谭立英完全是用研究热情打动了航天部的工作人员。几乎每一个看了她论文的人都会惊奇地问：“是谁支持你做卫星激光通信研究的？”“我丈夫。我们没有项目经费支持，是拿自己家里钱做的。”

陈芳允院士――中国卫星测量、控制技术的奠基人之一，“两弹一星功勋奖章”获得者，863计划的倡导者之一，读了谭立英的毕业论文，了解了他们所做的工作之后，激动地说：“你们做得非常好！国家需要卫星激光通信，也一定会支持你们的研究工作。希望你们能继续做下去，不要有任何顾虑。”此后，马晶和谭立英陆续获得了来自哈尔滨工业大学和航天五院的科研基金，建立了团队，研究工作也逐步进入正轨。

试验进入收尾阶段时，由于估计不足，科研经费又一次出现了短缺。大家自带行李，挤进了租来的简易房。马晶、谭立英把家里的电视机、窗帘、大米、土豆等一股脑地搬进了这个“新家”。所有研究人员每天中午只吃6元的盒饭。到了晚上，谭立英又变身为厨师，她拿出科研精神钻研厨艺，每天不重样地为大家做上一顿像样的饭菜。

2011年10月25日，让谭立英夫妇铭记一生的日子，那是中国首次星地激光链路双向捕获跟踪试验成功的日子。试验现场的大屏幕上，“海洋二号”卫星以时速2万余千米的速度疾驰而来，它经过试验区域的时间只有几分钟。卫星光信号与地面光信号准确对准，实现了快速双向捕获、链接并跟踪。

11秒！地面终端就成功捕获到星上终端发出的光信号。这一刻，谭立英期盼了太久。马晶说，20年，比他想象的时间还要短些，他甚至做好了打30年或者50年持久战的准备。

这次试验的成功是中国卫星通信技术发展史上的一个里程碑。它标志着中国在空间高速信息传输这一航天高技术尖端领域走在了世界发展前列。这也是世界上首次星地直接探测高速激光通信链路新技术试验取得圆满成功。这为在空中搭建无线光网做好了准备。

第3篇：激光原理论文范文

关键词：激光加工，农业机械制造

 

1.激光加工技术概述

激光加工技术是一种高度柔性和智能化的先进加工技术, 它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果, 技术涉及范围广。激光加工技术是指各种以高能密度激光束为手段, 通过激光束与材料之间的物理和化学等作用, 实现改变物质形态或性质的先进材料加工技术。激光加工涉及激光物理、材料、电子、机械和工程传热等多门学科, 综合了激光、制造、控制和计算机应用等多项技术, 已成为多学科交叉和多技术综合的一种典型的先进制造技术。激光加工具有非接触、无污染、热影响区域小、加工精度高以及可选区加工等特点, 而且在特定的加工情况下是其他制造方法不可替代的。因此, 激光加工技术在许多行业中都得到了重要而广泛的应用。由于其独特的性能在农业领域得到广泛应用, 在诱变育种、增强种子活力、促进生长发育、提高产量和品质、平地整地、提高节水灌溉能力、防治病虫害等方面发挥着越来越重要的作用。

2.激光加工技术在农机制造中的应用

21世纪是一个以信息、生物等高科技为支柱的知识经济时代, 我国农业只有加快现代化进程, 才能在国际竞争中立于不败之地。发展现代农业少不了农业机械的支持, 制造技术成为其重要的组成部分。当前农业机械由于其自身应用的特点和工作对象的复杂性, 尤其是农机制造行业的设计加工手段比较落后, 使其创新少, 新产品开发周期长, 成本高,制造质量比较粗糙, 产品寿命相对较短。免费论文参考网。为了大力提高农机的制造技术, 并与其他机械制造业平行发展, 必须加大激光等先进制造技术在农业制造中的应用力度, 提高农机制造企业的现代生产技术水平。

2.1激光快速成型技术在农机制造中的应用

快速成型技术即直接根据CAD模型快速生产样件或零件的技术总称。它集成了技术、数控技术、撒光技术和材料技术等现代科技成果, 是先进制造技术的重要组成部分 。其原理产品三维CAD模型一分层离散—按离散后的平面几何信息逐层加工堆积原材料生成实体模型。它能根据CAD模型电子模型自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为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条件下生成几乎任意复杂的零部件, 解决了从设计到制造的快速对接问题。因此, 该技术可以对产品设计进行快速评价及修改, 有效地缩短了产品的研发周期, 降低了开发成本, 满足了当今竞争日益激烈的市场对新产品快速开发和快速制造的要求, 提高了产品的市场竞争力和企业的综合竞争能力。其中, 激光选区烧结是快速成型制造中的重要工艺方法之一。这种制造方法具有成型速度快、精度高、表面质量好、后置处理简单和省时等特点, 是一个具有生命力的技术, 为制造技术的发展创造了一种新方法。

农业机械生产过程具有特殊性。零件多具有较复杂的形状, 如耕地机械、整地机械和收获机械等。此外, 复杂曲面较多, 如犁体曲面、旋耕机旋刀、水泵叶轮和送料螺旋等, 而且根据具体的生产情况不同, 其形状还需相应调整。因此,利用传统的机械加工方法研制这种农业机械零件, 不仅研制开发时间长, 加工工艺复杂, 而且很难达到理想的效果。运用先进的激光快速成型集成技术, 不仅大大缩短新产品的开发周期, 降低开发成本, 而且制造质量也优于传统制造方法。

2.2激光表面强化与热处理技术在农机制造中的应用

激光表面强化与热处理技术是一种新型的材料表面处理技术。激光表面强化技术的原理是利用激光穿透能力极强的特点,当把金属表面加热到仅低于熔点的临界转变温度时, 其表面迅速奥氏体化, 然后急速自冷淬火, 金属表面迅速被强化川。激光热处理是传统热处理技术的发展和补充, 它可以解决其他表面处理方法无法解决或不好解决的材料强化问题。经过激光处理后, 可以提高其抗磨损、抗疲劳、耐腐蚀和防氧化等性能, 延长其使用寿命。总之, 激光表面技术对于提高零部件的表面综合机械物理性能, 改善产品的性能、使用寿命,增强产品的竞争能力起着至关重要的作用。

农业机械量大面广, 种类繁多, 每年由于表面破坏和失效带来的损失非常巨大。资料表明, 农机产品的失效破坏,约60%有是由零件表面的腐蚀和磨损造成的。如耕作、播种和收获机械的许多零部件, 直接与土壤接触, 其腐蚀和磨损相当严重, 导致故障增多、生产率下降, 作业成本明显上升。免费论文参考网。农用动力中的气缸、气门、曲轴, 因磨损和腐蚀常会导致功率下降, 污染增加。各种农用泵、风机和叶片在表面磨损后, 工作性能下降, 寿命降低。因此, 在农机行业中大力推广先进、实用的表面技术, 可显著提高零部件的抗氧化、耐腐蚀、耐磨损和耐疲劳性能, 能最大限度地延长农机具的使用寿命己对于已损坏的产品, 采用表面修复工艺, 可大大节省资金,经济效益十分显著。

此外, 激光热处理技术在农业机械制造行业应用极为广泛, 在许多关键零件上如缸体、缸套、曲轴、凸轮轴、排气阀、农技服务年阀座或活塞环等几乎都可以采用激光热处理。在农业生产中, 机器的工作条件是多种多样的, 有些机器犁、中耕机、播种机和收割机直接在磨料介质中工作, 使许多零件磨损很快。免费论文参考网。另一方面, 为了获得足够的强度, 机器的材料用量较大,不仅浪费材料, 而且显得笨重。对于此类零件, 激光硬化处理后的硬度比常规淬火硬度高5%一20%, 激光合金化可以根据要求选择加人新材料, 形成以基材为基础的新合金层,以获得满意的性能。此外, 由于处理后性能的提高, 可以选用低性能的基材, 从而减少了基材的质量。

2.3激光技术在农机零件修复中的应用

激光技术在农机零件修复中主要是应用激光熔覆技术。激光熔覆技术是一种新型的表面改性技术, 是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化, 并快速凝固后形成稀释度极低, 与基体成冶金结合的表面涂层, 显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法, 从而达到表面改性或修复的目的, 既满足了对材料表面特定性能的要求, 又节约了大量的贵重元素。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比, 激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。

因此, 激光熔覆技术可以提高材料表面的耐磨与耐蚀等性能, 主要用于零件磨损后的修复及增强新制造零件的性能。对于重要零件如农机中的汽缸套和活塞等,由于工作量大, 高温、高压、侵蚀以及不同程度的摩擦, 其磨损量是很大的, 零件需要定期报废和更换。对于耕地机械、整地机械和收割机械如犁、中耕机、播种机和收割机,作业时局部磨损很快, 零件报废是因为局部的损坏。为了提高零件的使用寿命, 修复工作有着极大的意义。激光加工具有选区作用的独特优点, 而且激光熔覆可以方便地修复磨损部位, 使零件不因为局部损坏而报废, 提高了零件的可靠性和使用寿命,在投人费用最小的情况下重新达到更佳的性能要求。此外,用激光对模具进行修复, 可以大大提高模具的寿命, 又不受形状和尺寸的限制, 在农机制造中也应大力推广和采用。

3.激光加工技术在农机制造中应用现状及前景

3.1激光加工技术在农机制造中的应用在我国尚不普遍, 主要是该行业对激光技术的应用还存在不同程度的神秘感和偏见。另外, 对激光技术的宣传也不够, 缺乏实践。因此, 农机企业应尽快引进吸收工业生产中成熟的科研成果,利用好工业中已建立的多功能激光加工中心, 使其为更多的农机企业服务。

3.2激光加工技术的引人可以大幅度提升农业机械的制造水平。但对加工类型的选择及激光器的使用, 要从基础做起, 只有在充分掌握这种先进加工方法的情况下, 才能更好地改进传统工艺, 发挥新技术的优势。激光加工技术集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果,技术涉及范围广。因此, 农机企业在上激光制造项目时, 一定要分析企业自身条件和需求, 向其他机械企业咨询, 看准方向, 找到结合点, 循序渐进地进行。

3.3近年来, 大功率激光器和辅助设备的制造技术日益提高, 其基础理论及生产技术日益成熟, 与其他加工设备相比, 大功率激光器的价格也不是很高。因此, 激光加工技术

在农业机械制造中的应用具备了一定的外部条件。另外, 随着农业工业化的决速发展, 农业制造企业的实力明显增强, 对产品质量的要求越来越高, 为激光加工技术在农业机械制造中的应用提供了内部动力和条件。因此, 目前激光加工技术在农业机械制造中的应用具备了条件。从农机应用领域来看,快速成型、熔覆及热处理是激光加工技术应用的主要内容。

第4篇：激光原理论文范文

关键词：LiDAR；铁路勘察设计，DEM；DLG

中图分类号：TN958.98文献标识码：A文章编号：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

机载激光雷达技术（LiDAR）是一种全新的遥感技术，自上世纪90年代在德国首次出现商用样机系统以来，因其高精度和高效率，在地形测绘方面得到快速发展。目前，全球已经有几十套商用系统在使用，主要实用系统有：Topscan、Optech、TopEye、Saab、Fli-map、TopoSys、HawkEye、Leica ALS50/60系列、Falcon等。

上世纪90年代中后期至今，美国、德国、加拿大、澳大利亚、瑞典和芬兰等国家，先后成功应用这项技术进行了地形测量、森林资源调查与评估、三维城市建模等试验与工程实践。特别是芬兰和德国，已经采用这项技术建立了全国或者大部分国土的DEM，达到了理想的效果。目前在国内已经有接近20套LiDAR设备，其中，北京星天地信息科技有限公司、山西亚太数字遥感新技术有限公司、广西桂能信息工程有限公司、广州建通测绘技术开发有限公司以及东方道迩公司等单位已经先后开展了实验和工程飞行，主要用于生产数字高程模型（DEM）、正射影像（DOM），进而制作线划图（DLG）等。本研究将使用LiDAR技术对铁路勘察工程设计进行研究与试验，介绍其主要产品及应用并对经济效益进行评价。

二、机载激光雷达技术系统构成与工作原理

（一）机载激光雷达技术简介

LiDAR系统是一种新型的综合应用激光测距仪、IMU、GPS的快速测量系统，可以直接测得地面物体各个点的三维坐标。机载的激光雷达系统通常还集成高分辨率数码相机，用于获取目标影像。从功能上看，机载激光扫描系统是基于激光测距技术、GPS技术和惯性导航技术这三种技术集成的一个软硬件系统，其主要目的是为了获取高精度的数字表面模型（DSM）。

目前，LiDAR提供的直接数据产品为：点云数据，DSM，DEM，DOM。经过后处理可以快速生成等高线、高程点、横纵断面图，完成路线设计需要的专项测绘内容（如架空管线的净空、交叉角度测绘等），并提供工程设计模型和景观设计模型等。

（二）LiDAR的主要系统构成

主要系统构成包括：

1.扫描仪组件：激光发射器、激光信号接收器、机械组件、扫描镜及窗口、接口板。

2.设备支持系统：系统控制器、飞机位置及姿态测量系统、检流控制器、激光电源、电源分配器、控制计算机、连接电缆。

3.附属软件：包括项目飞行设计及对记录数据进行后处理（滤波、分类等）处理。

4.控制/显示器：激光发射指标器、音频告警器、电路熔断器、系统诊断数据输出、控制接口。

（三）主要工作原理

通过DGPS（或PPP）和IMU求得航机线上任意采样时刻激光发射中心的空间坐标和设备的空间姿态，内插后能够获取任意时刻激光光束的姿态和发射中心的空间坐标，通过激光测量激光发射中心到地面的距离，可以求得每一个激光脚点的空间三维坐标。另外，利用DGPS/IMU可以直接获取每一张照片的外方位元素，可以快速制作DOM成果。最后将激光点数据和数码影像进行联合处理得到高精度的正射影像和数字高程模型。

三、机载激光雷达的应用

机载激光雷达能够快速获取数字地表模型（DSM），同时，配套的中画幅数码相机可以获得同步的数码相片，经过加工处理可获得数字高程模型、分类信息、航空相片的立体像对和正射影像图。目前还没有成熟的专业接口供铁路勘察设计工程中使用机载激光雷达成果，因此，如何将机载激光雷达勘测成果与众多设计专业手段无缝结合，从海量基础信息中快速提取或检索有用的信息为各专业设计所用，是机载激光雷达技术应用于铁路勘察设计的关键。

结合铁路勘察设计特点和工程应用实践，一方面将机载激光雷达技术成果进行加工，提供满足专业应用的专题成果，另一方面，改进专业设计勘察设计流程，提出新的设计理念，以便更加有效地利用海量的基础信息，提高设计质量和设计效率。

利用机载激光雷达技术提供的高精度、高分辨率数字地面模型和正射影像图，结合铁路专业设计要求，主要生产以下几种产品（见图4）：

1.工点地形图。它是针对铁路设计的控制工点，在施工图阶段做的更加详细的勘测工作，以保证设计资料的精度和准确性。如：桥址地形、隧道进出口等；

2.断面图。主要包括纵断面和横断面，一般它们的精度高于地形图的精度。主要用于保证设计线路的平顺性和计算工程数量的准确性；

3.数字正射影像地形图。这是线划图的替代产品，通过将正射影像图叠加等高线、专业调查的地质界线、自然保护区等矢量信息，而形成的一种地形图，它的信息量更加丰富，更加直观；

4.专项测绘。针对特殊的专业需求而进行的详细勘测工作。如：水文断面、涵轴测量、电线垂度等；

5.工程中的土石方自动计算、坡度、坡向的计算等；

6.快速构建三维虚拟场景，城市建模等。

此外，还可利用高分辨率的影像进行专业调查、地质判视等，便于指导外业工作，提高外业勘测的针对性和合理性。

四、技术、经济效益和推广应用前景

（一）机载激光雷达测量技术与常规航测方法的经济比较

1.两种技术手段外业控制测量的比较。LIDAR所需的外业控制点与常规航测外控的比较，以II级地形1：2000航测地形图测绘（常规航测单航带100km）为例。

（1）首级平面和高程控制网工作内容和数量是基本相同的。

（2）LIDAR系统要求每5-7km测量一个平面和高程控制点，每30km测量一处高程校正区，这样100km线路需要布设平高控制点17个，高程校正区3个。而常规航测方法，采用150mm焦距的航摄仪拍摄，需要75个平高控制点；采用210mm焦距的航摄仪拍摄，需要150个平高控制点。

（3）LIDAR系统不因地形等级的变化而改变外业平高控制点的数量（适当的宽度，如不大于10km）。而常规航测方法会随着宽度的增加而成倍增加外控点的数量。

2.横断面切绘的经济比较。以张唐铁路定测为例，相对于采用Lidar技术平均1000-1200个横断面/人天的工作效率，常规航测方法每人每天只能切绘300-400个横断面，可见工作效率提高了3-4倍，对企业发展带来了巨大的经济效益。

3.地形图制作的经济比较。以II级地形1：2000地形图测绘为例。

因为LIDAR具有高效生成DEM的优势，所以在生成等高线、高程点等具有高程信息的地形信息时具有更高的效率，在这个方面，采用Lidar技术平均效率为12-15平方公里/（人.天），常规航测方法每人每天只能测绘2-3平方公里；

航测方法在立体模型下获取（除等高线、高程点之外）矢量信息具有更大的优势，而LIDAR则因其自身离散性获取能力比较弱，适合于小面积的（除等高线、高程点之外）矢量信息获取。

（二）成功案例及分析

经过试验与实践，LiDAR技术已成功用于多个铁路项目的勘测设计项目，减少了内业制图的压力，缩短了项目工期，在铁路各专业使用中反映良好，取得了显著的经济效益。以某工程为例，泛亚铁路某段全长257Km，由于距离遥远，地处国外，而且铁路过境区域存在大量地雷区域，给外业工作带来极大不便。考虑到地理因素和方案局部变动的因素，项目在实际操作中抛弃传统外业测量加航测制图的作业方式，直接采用机载激光雷达系统，一次性获取铁路过境区域长257km，宽4km的雷达点云数据和数码影像数据，利用该数据圆满完成了无外业控制测量情形的1：10000和1：2000的地形图成图任务，不仅避免了人力物力消耗和地雷区作业的危险性，而且在内业成图中，大胆使用数字正射影像地形图代替传统的DLG，取得了制作者和使用者均满意的双赢局面。

（三）推广应用前景

机载激光雷达测量技术具有巨大的发展空间和潜力，作为一种新技术，还有许多发展空间，特别是在数据处理算法以及软件和系统的开发等方面。随着用户数量的增加，其应用领域将越来越广，特别是随着激光技术的进一步发展，将促进机载激光雷达技术的革新。在铁三院于2009年率先在国内将机载激光雷达技术应用于铁路勘察设计并取得巨大成功后，今年铁一院、铁二院、铁四院都陆续定购了机载激光雷达并加大了人力投入，可见由于其精度高、成本低、周期短等特点在铁路行业已经被广泛关注。铁路行业之外，水利、公路、电力、农林等行业也在积极开展相关的研究和应用。

参考文献：

[1]孟宪军.铁路勘察设计虚拟现实技术的研究[J].高速铁路精密测量理论及测绘新技术应用国际学术研讨会论文集

[2]王长进.基于机载激光雷达的铁路勘测技术研究[J].高速铁路精密测量理论及测绘新技术应用国际学术研讨会论文集

[3]高文峰,王长进.铁路勘测中使用机载激光雷达测绘横断面相关问题的探讨[J].铁路航测,2010

[4]高文峰,王长进.GPS基站布设对机载激光雷达精度影响的研究[J].高速铁路精密测量理论及测绘新技术应用国际学术研讨会论文集

[5]徐祖舰.机载激光雷达测量技术及工程应用实践[M].武汉:武汉大学出版社,2009

第5篇：激光原理论文范文

关键词：GPS建筑变形，监控

 

近年来，伴随着国民经济建设的高速发展，高层建筑在形体和结构上显得日益复杂，加之施工工艺不断改进，这就对建筑物的变形监测提出了很多新的要求。由于高层建筑物有很多不利的监测环境，而施工工艺的改进又对形变监测工作提出了快速、高精度的要求，这些都让传统监测方法工作时显得力不从心，所以利用新的技术手段和研究新的监测方法尤显重要。GPS系统由卫星星座、接受机和地面控制站三大部分组成。作为20世纪一项高新技术，它因速度快、全天候、自动化、测站间无需通视、可同时测定点的三维坐标及精度高等优点，而获得了广泛应用。

1 GPS与传统测定方法的比较

1.1传统方法测定高层建筑动态变形的特点

在测定高层建筑变形量时，传统的测定方法有加速度传感器法、激光铅直仪法、全站仪法、近景摄影测量技术等。论文写作，GPS建筑变形。

加速度传感器法所测得的位移误差较大。激光铅直仪法只能提供建筑物局部的、相对的变形信息，测量精度较低，易受气候、风等因素影响。对较低的建筑物较为适用，对于高大建筑物(高度300 m以上)，精度会受到较大的影响。全站仪法测定的是建筑物的绝对变形信息，可用于各类建筑物，但在恶劣气候条件(如台风、大雨等)下，因激光跟踪目标困难，所以使用受到限制。近景摄影测量技术由于摄影距离不能过远，大多数的测量部门不具备摄影测量所需的仪器设备，因此，尚不能普及应用。

所以不难看出，加速度传感器法、激光铅直仪法、全站仪法、近景摄影测量技术等观测技术，在精确度、自动化程度等方面，已不能满足高层建筑的动态监测要求。

1.2 GPS测定高层建筑动态变形的优势

随着军用技术转民用的限制逐渐降低和高速发展的硬件和软件技术，GPS技术的优势已经越来越明显。

(1)可以全天候观测。实时动态(简称RTK)测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS(RTD GPS)测量技术。可通过实时计算定位结果，便可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛情况，从而可实时地判定解算结果是否成功。

(2)仪器精度高。GPS相对定位精度在50 km内达； 100～500 km达，1000km以上可达。且独立布点不会有误差积累，测量过程自动进行，不会有人为因素造成的错误，测量数据稳定可靠。

(3)自动化程度高。用GPS接收机进行测量时，仅需一人将天线准确地安置在测站上，量测天线高，接通电源，启动接收机，仪器即自动开始工作。在结束测量时，只需关闭电源，收起接收机，便完成野外数据采集。

(4)可减少误差。在变形监测中，只要天线在监测过程中能保持固定不动，接收机天线的对中误差、整平误差、定向误差、量取天线高的误差等并不会影响变形监测的结果。

(5) 操作方便。仪器体积小，重量轻，容易携带搬运，劳动强度小，外业工作量小。

(6)应用前景广。GPS技术具有全球、无误差积累等优点。使观测工作效率大大提高，同时也节省了大量的人力和物力。

2GPS变形监测技术

2.1　GPS变形监测模式

GPS用于变形监测的作业模式可概括为周期性和连续性两种。当变形体的变形速率相当缓慢，在局部时间域和空间域内可以认为稳定不动时，可利用GPS进行周期性变形监测，监测频率可为数月、一年或甚至更长时间。连续性变形监测采用固定监测仪器进行长时间的数据采集，获得变形数据系列，此时监测数据是连续的，具有较高的时间分辨率。周期性监测模式一般采用静态相对定位测量方法。论文写作，GPS建筑变形。连续性监测模式，适用于对自动化要求高，数据采集周期短的监测项目。在数据处理方法上，可选择静态相对定位和动态相对定位两种方法。在一些高层建筑物等工程的动态监测中，可运用GPS连续监测模式。论文写作，GPS建筑变形。该模式实现24小时的连续观测，使监测、监控、决策实现远距离控制，但该模式要求GPS接受设备必须永久固定在变形点上成本较高。

2.2　GPS在变形监测中的测量方法

按监测对象及要求不同，GPS在变形监测中可选择静态测量法，快速静态测量法和动态测量法三种。

1)静态测量法：静态测量法，就是把多于3台GPS接收机同时安置在观测点上同步观测一定时段，一般为1小时至2小时不等，用边连接方法构网，用后处理软件解算基线，经平差计算求定观测点三维坐标。这种方法定位精度高，适用于长边，测边相对精度可达。论文写作，GPS建筑变形。论文写作，GPS建筑变形。

2)快速静态测量法：这种方法尤其适用于对监测点的观测。其工作原理是：把两台GPS接收机安置在基准点上固定不动连续观测，另1～4台接收机在监测点上移动，每次观测5～10分钟(采样间隔为2秒)，经事后处理，解算出各监测点的三维坐标。

3)动态测量法：该方法又分准动态测量方法和实时动态测量法。实时动态测量方法原理是：在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给在各监测点上移动观测(1～3秒钟)的GPS接收机，移动GPS接收机在接收GPS信号的同时，通过无线电接收设备基准的观测数据，再根据差分定位原理，实时计算出监测点三维坐标及精度。

一般基准网应采用静态测量方法，当基准网的边长超过10 km，要考虑基准网的起算点与国际IGS站联测，基线向量解算时采用精密星历，保证基线解算的精度。对监测点进行测量时，可采用快速静态测量法。在桥梁监测时，可选择实时动态测量，如果距离近，基准点与监测点有5颗以上共视GPS卫星时，精度可达1～2 cm。

3　GPS测量数据处理

GPS数据处理过程可划分为基线解算和网平差两个阶段。

GPS基准网的基线解算，应采用GAMIT或Bernese软件和IGS精密星历。平差计算应采用PowerADJ科研办软件。对高精度GPS的数据处理分为两个主要方面：一是对GPS原始数据进行处理获得同步观测网的基线解；二是对各同步网进行整体平差和分析，获得GPS网的整体解。这些软件数据处理的重点都在于同步网的基线处理，而在网平差分析方面，特别是多个子网的系统误差分析、粗差分析及随机误差处理方面，暂无好的处理方法。

4 结语

GPS这种全新的定位手段，在工程实践中已逐步得到认同。目前，我国正处于经济发展的历史性的发展时期，各种基础设施的大量建设，各种新材料、新技术的采用，使建筑工程这一传统产业呈现勃勃生机。论文写作，GPS建筑变形。随着GPS技术的进一步开发，特别是有关高层建筑施工领域的应用技术包括基础理论的研究、实践方法的探索、信号接受手段的更新、信号处理方法和软件的开发等的发展，再加上若干工程的应用、积累和提高，GPS技术将成为在高层及超高层建筑方面广泛使用的方法。

参考文献

[1]刘大杰等.全球定位系统GPS的原理与数据处理[M].上海：同济大学出版社，2008：40-55.

[2]余绍铨等.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社，2007：60-65.

[3]罗志才等.GPS用于监测高层建筑物动态特征的模拟研究[J].武汉测绘科技大学学报，2007（8）：20-22.

第6篇：激光原理论文范文

时安平,1967年生,1990年毕业于第一军医大学军医系,1996年毕业于第一军医大学研究生班,一直在南方医院整形外科工作至今,共发表医学论文十余篇。[摘　要]　目的:观察激光脱毛的临床效果。　方法:应用Q开关Nd:YAG固体四波长激光对86例多毛患者进行治疗,波长选择1064nm,光斑选择8mm或6mm,对应的能量为2.2J/cm2或3.8J/cm2。每位脱毛者每3周～8周脱毛一次。　结果:86例患者分别在脱毛3～6次后均达到理想的脱毛效果。　结论:MEDLITE四波长激光脱毛效果可靠,无明显并发症,是目前较好的一种脱毛方法。

[关键词]　激光　脱毛

[中图分类号]R454.2　[文献标识码]A　[文章编号]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

目前传统的脱毛方法难以达到根治多毛的目的,还有较多的副作用。我们自1999年3月引进美国MEDLITE四波长激光系统,将激光脱毛技术应用于临床,取得了满意的效果,现报告如下。

1　临床资料脱毛者共86例,其中男性25例,女性61例。年龄为16岁～46岁。脱毛部位为:发际10例,下颌9例,上唇部8例,手臂25例,胸背部4例,腋部10例,会3例,腿部30例,耳再造多毛5例,皮瓣毛2例。

2　方法

2.1　术前准备　备皮刮毛时毛孔外可残留短毛茬,以便操作时观察毛孔的变化。对于颜色较淡的毳毛区域可均匀涂擦特制的碳霜,毛发色泽深、生长密的部位则不需涂,15分钟后,用酒精纱布擦去碳霜,这时可见浸有碳霜的毛孔呈黑色点状分布。

2.2　治疗　激光波长选择1064nm,光斑选择为8mm或6mm,能量密度对应为2.4J/cm2或3.8J/cm2,换上脱毛专用手柄,即可进行操作。将手柄套口贴住皮肤,缓慢均匀进行纵向和横向的移动,可见治疗区域毛孔残留的毛茬颜色变白或浸有碳霜的毛孔黑色颗粒消失,同一部位一般重复操作3～4次即可中止治疗。

3　治疗结果

3.1　疗效观察指标　由于目前还无统一的激光脱毛疗效评定标准,我们采取治疗前记录治疗部位毛发的密度、粗细、颜色;下次治疗时记录毛发再生长的时间,并观察再生毛发的密度、粗细、颜色的变化。疗效的制定以毛发密度减少的百分率及毛发的有关生长特性的改变作为综合评定标准。

3.2　疗效观察

3.2.1　再生长时间　一般的体毛在第一次脱毛后约1～2个月会长出新的毛发,但新生个别生长旺盛区域(如下颌、发际)的毛发在治疗后2周～3周即可重新长出,随着治疗次数的增多,毛发再生的时间会逐渐延迟。根据毛发再行的速度决定治疗的次数。对于四肢毛、腋毛、躯干毛等,可间隔1～2个月治疗一次,常治疗4～5次;而对于唇毛、下颌毛及发际毛等,则数周～1个月脱一次,最长需脱10余次。

3.2.2　毛发密度的变化　不同部位毛发密度的改变也不同,四肢毛、腋毛、躯干毛1次治疗后毛发密度约减少30%,2次治疗可达50%左右,最终治疗结果能达到减少80%以上(图1,2)。毛发密度高及生长旺盛部位,毛发密度减少率较低,如胡须,一次治疗毛发密度减少约10%,最终治疗的减少率仅为40%～50%。

3.2.3　毛发生长特性的变化　四肢及躯干部位的毳毛治疗后,新生的毛色泽明显变淡,毛干也较细小,多次治疗后更为明显,但对于下颌及发际部位的硬毛在治疗后,新生毛在颜色及粗细上并无多大改变。

3.3　结果　因部位不同,毛发密度减少至40%～80%,治疗部位再生毛发变细,颜色变浅,再生时间明显延迟,患者感官上予以认可,达到了临床上较理想的脱毛效果。

4　讨论

4.1　目前国内外常用脱毛方法有刮毛法、腊脱毛法、机械脱毛法、镊取法、化学制剂脱毛法、电解法、热分解法及激光脱毛法等。前5种方法虽能去除毛干,但不能破坏毛囊,因此不能永久脱毛,而且使用这些方法反复脱毛易使毛孔变大,毛发增粗变黑。电解法及热分解法虽能有效破坏毛囊,但需逐个对毛囊进行破坏,故操作繁琐,耗时长,痛苦大,对面部等光滑部位有遗留疤痕和色素沉着的可能,而对于生长浓密的大面积体毛来说,难以使用上述方法脱毛。激光脱毛是选用对毛囊和色素细胞特别敏感波长的激光对多毛区域进行照射,可高效地大面积破坏毛囊,速度快,痛苦小,不留疤痕,脱毛效果持久。

4.2　激光脱毛原理　激光脱毛是基于有选择性的激光损伤原理,在脱毛应用中,被激光选择性摧毁的目标为毛囊中丰富的黑色素。毛囊中的黑色素在吸收了激光的能量后,温度急剧升高,产生局部微观"爆炸",导致周围毛囊组织的破坏,从而达到永久性脱毛的效果。

4.3　目前临床应用脱毛的激光主要有红宝石(694nm)激光、绿宝石(755nm)激光和半导体(800nm)激光,由于正常皮肤中黑色素细胞对这几种波长吸收较强,因此,上述激光对黑色素细胞较少的白种人脱毛效果最佳,而对亚洲人则有不同程度色素减退的副作用发生的可能。

4.4　MEDLITE四波长激光系统含有532nm、585nm、650nm和1064nm四种波长,选择其中对正常皮肤黑色素细胞吸收较小的波长1064nm进行脱毛,则可避免对正常皮肤可能引起的色素减退的副作用。此外,对于色泽淡的体毛还可采用含有微小颗粒(1～5μm)的碳霜对治疗区域的皮肤进行涂沫,能够使大量的微小碳粒沿毛孔渗入到毛发和毛囊部位,在渗入毛孔的碳颗粒的帮助下,毛囊部位的黑色素密度和深度得到加强,从而增加了激光照射时的选择性破坏作用。因此,MEDLITE四波长激光脱毛更适合于亚洲人。

4.5　1064nm波长激光脱毛疗效分析　由于1064nm激光脱毛的靶组织是毛囊中的黑色素细胞,而毛囊生长周期中仅生长期含有大量黑色素,因此激光只对此期发挥作用,这是激光脱毛需多次治疗的理论依据。激光脱毛的疗效依赖于毛囊中黑色素颗粒吸收能量后产生的微观爆炸对周围毛囊生发细胞的破坏程度,因此毛囊的深浅及毛囊中黑色素颗粒的含量直接影响到脱毛的效果。四肢及躯干毛有较好的脱毛效果可能与该部位毛囊浅、激光照射后毛囊生发细胞破坏程度大有关,而下颌及发际等部位,由于毛发密度高,毛囊大而深,激光照射后毛囊生长细胞破坏少、再生快,故脱毛效果差,但具体的相关机理还有待进一步研究。总之,同传统的脱毛方法比较,激光脱毛有其独特的疗效及优势。由于我们开展激光脱毛仅1年余,故对其更远期的疗效还需进一步观察。

[参考文献]

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　任秋实,毕志刚.MEDLITE四波长美肤激光在治疗色素性和血管性病变中的原理及应用.临床皮肤科杂志,1998,27:340

第7篇：激光原理论文范文

关键词：光纤通信；理论教学；实验教学

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）08-0167-03

当代信息高速公路的骨干网络是由光纤通信网络构成的，若没有光纤的发明及相关有源和无源光纤器件的发明和发展，当今的高速信息网络是无法想象的。但是当今信息产业的高速发展得益于微电子学、光电子学、计算机技术及通信工程等多门学科的快速发展及它们之间的交叉融合。因此，要想成为一名信息技术领域的电子信息工程师、计算机工程师或通信工程师，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g的其他相关主要知识，比如光纤通信网络及其相关器件等。本文从光纤通信技术的研究内容、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纤通信课程的理论和实验教学方法。

一、光纤通信技术简介

1960年，美国人梅曼（Maiman）发明了第一台红宝石激光器[1]，给光通信带来了新的希望。和普通光相比，激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高，以及频率和相位较一致的良好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线电波相似，是一种理想的光载波。继红宝石激光器之后，氦―氖（He-Ne）激光器、二氧化碳（CO2）激光器先后出现，并投入实际应用。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。

1966年，英籍华裔学者高锟（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤（Optical Fiber）进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信――光纤通信的基础[2]。在以后的10年中，波长为1.55μm的光纤损耗：1979年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986年是0.154 dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。1970年，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时（约11.4年），外推寿命达到100万小时，完全满足实用化的要求。由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑之年。在今后的几十年中，光纤通信网络的逐步商用化带动了相关信息产业链的蓬勃发展[3]。

由于在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多[4]，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。综上所述，可见光纤通信技术在现代信息产业技术中的重要地位，因此，光纤通信技术这门课程不仅是光学工程专业的基础必修课程[5]，也应该作为电子信息工程专业的专业选修课程来开设。

二、光纤通信课程教学研究

（一）光纤通信课程的理论教学

电子信息工程专业的光纤通信课程的理论知识可以分为四个相互关联的层次和内容，它们分别是：第一部分，光纤技术的基础；第二部分，光纤通信器件技术基础；第三部分，光纤通信系统和网络；第四部分，光纤与光纤通信系统测量。这四个部分的关系层层递进，逐渐深入。理论学时总共32学时。

第一部分，光纤技术的基础。可以先讲解光纤通信技术的一些概念性和历史性的知识，比如：电信技术的发展，光通信的必要性及技术基础，光纤通信技术的历史、现状与未来。此处，可详细介绍人类对光通信探索的历史及现代光纤通信技术从学术研究到商业应用的发展里程，并附带介绍微波通信的发展里程，然后通过比较使用光波进行通信和使用微波进行通信的优缺点及使用光纤材料和使用同轴电缆进行通信的优缺点，让学生了解光纤通信的巨大优势。然后可以简单介绍光纤传输的基础理论――电磁场与电磁波理论中的一些基本概念和现象，重点介绍麦克斯韦方程。最后介绍光纤的模式理论、光纤的结构和类型、光纤的传输特性、光纤制造技术与光缆等知识。其中，光纤传输特性包括光纤的损耗特性和色散特性，这是该部分的重点知识。总之，笔者认为，第一部分内容的讲解方法和手段是非常重要的，不宜讲得深奥，而应该结合动画或者视频讲解光纤的传光原理，使学生易于接受，才能提高学生对这门课程的兴趣，从而继续学习往后部分的相对枯燥的知识。该部分学时安排为6H。

第二部分，光纤通信器件技术基础。这部分讲述光纤通信系统中的有源和无源光通信器件，这些器件是构成一个完成的光纤通信系统必不可少的部件，学好这部分内容有利于理解后面学习的光纤通信网络的内容。这部分内容包括：基本光纤器件、光学滤波器、光纤放大器和半导体光电子器件。基本光纤器件包括分波/合波器、光纤活动连接器、光隔离器、环形器和衰减器等；光学滤波器的内容包括Fabry-Perot滤波器、介质膜滤波器、HiBi光纤Sagnac滤波器、Mach-Zender型滤波器、光纤光栅等；光纤放大器的内容包括：掺饵光纤放大器（EDFA）、光纤Raman放大器等。半导体光电子器件的内容包括：普通的半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）、FP型双异质结构激光器、动态单纵模激光器、半导体光放大器（OSA）、PN结光电二极管、PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管等。对于每一个光纤器件，讲解内容包括这些光纤器件的结构、工作原理、具体参数、应用场合等，应结合动画或者视频讲解，甚至如果有条件的话，可以在课题上带上一些体积很小的光纤器件实物给学生讲解，比如光纤活动连接器、LD、LED、光纤光栅、PIN光电二极管价格便宜、体积小的光纤器件。该部分学时安排为10H。

第三部分，光纤通信系统和网络。这部分是本门课程的核心和精华部分，包括光纤传输系统、光纤通信网、全光网技术及其发展三大部分。其中，光纤传输系统的内容包含：光纤传输系统的基本组成、光发送机组件、光接收机组件、光放大噪声及其级联、色散调节技术、光纤传输系统设计、光纤传输系统性能评估。光通信网络的内容包含：通信网的拓扑结构和分类、准同步数字系统（PDH）、同步数字系统（SDH）、异步传输模式（ATM）、互联网协议、光纤通信网的管理/保护/恢复。全光网技术及其发展的内容包含：通信网络的发展过程、全光网络中的传输技术（WDM、OTDM、OCDMA和分组交换技术）、无源光网络（G-PON、E-PON、WDM-PON）、光传送网（G.709OTN）、自动交换光网络、全光网的网络管理、全光网的安全问题。对于每一种光纤网络技术，讲解内容包括这些光纤网络结构、功能、应用场合等，应尽量使用PPT的图片、动画进行讲解，PPT上要尽量避免文字上描述。该部分学时安排为12H。

第四部分，光纤与光纤通信系统测量。该部分主要介绍光纤通信工程实施、检测中一些常用的设备和仪器，在本门课程的实验教学中都要使用到这些设备，是培养光纤通信工程师的基础技能知识部分。该部分的内容包括：光功率计的使用、光纤几何参数的测量、光纤衰减测量、光纤色散测量、光纤偏正特性测量、光纤的机械特性和强度测量、光时域反射计（OTDR）的使用；光接收机灵敏度和动态范围的测量、光纤通信系统误码率和功率代价的测量、眼图及其测量、光谱分析仪、光纤通信系统的在线监测技术。其中，重点讲解光功率计、OTDR、眼图示波器、光谱分析仪等仪器设备的功能和使用方法。该部分学时安排为4H。

（二）光纤通信课程的实验教学

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本身都有很多属于自己专业的实验课程及课程设计，因此，笔者认为光纤通信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。因而，笔者建议光纤通信课程的总学时设置为48学时，理论教学学时为32学时，7个实验的教学学时为16学r。

根据笔者10年来给电子信息工程专业本科学生讲授这门课的经验，认为具体的实验课程设置如下。

1.插入法测光纤的平均损耗系数。采用插入法测量待测光纤在1310nm和1550nm处的平均损耗系数。掌握插入法测量光纤损耗系数的原理，熟悉光纤多用表的使用方法。学时设置为2个课时。

2.光时域反射计（OTDR）测光纤链路特性。用光时域反射计测量光纤链路的平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。了解光时域反射计工作原理及操作方法，学习用光时域反射计测量光纤平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。学时设置为2个课时。

3.光波分复用（WDM）系统实验及其误码率测量构建1310nm/1550nm光纤波分复用系统并测试其误码率，了解光波分复用传输系统的工作原理和系统组成熟悉误码、误码率的概念及其测量方法。学时设置为2个课时。

4.数字光纤通信系统信号眼图测试。构建数字光纤通信系统并且用数字示波器观测系统的信号眼图，并从眼图中确定数字光纤通信系统的性能。了解眼图产生的基础，根据眼图测量数字通信系统性能的原理；学习通过数字示波器调试、观测眼图；掌握判别眼图质量的指标；熟练使用数字示波器和误码仪。学时设置为3个课时。

5.光纤切割与焊接技术演示实验。利用全自动熔接机向学生演示光纤熔接的全过程，了解光纤的结构和光纤电弧放电焊接原理；了解全自动焊接光纤的过程和使用方法。学时设置为2个课时。

6.光纤光栅光谱特性测试系统的设计实验。测量光环行器的插入损耗、隔离度、方向性、回波损耗参数；利用PC光谱仪、光环行器和光纤光栅设计光纤光栅光谱特性的测试系统；了解光环行器的工作原理和主要功能；了解光环行器性能参数的测试原理；了解光纤光栅的光谱特性；学习PC光谱仪的使用方法。学时设置为3个课时。

7.光带通滤波器的设计。测量光耦合器的插入损耗、分光比和附加损耗等参数；利用光耦合器或者光环行器和光纤光栅设计光带通滤波器。了解2X2光耦合器的工作原理，了解光耦合器各项参数的测试方法。学时设置为2个课时。

通过以上实验课程，能够使电子信息工程本科学生对光纤通信系统的基本器件、基本测量系统等有一个比较感观的认识，而且能够更加深刻地掌握它们工作的基本原理和基本特性，为将来在具体的工程设计及进一步深造中奠定基础。

三、结束语

光纤通信技术在国家的信息产业、国防工业中具有举足轻重的地位，电子信息技术与光学信息技术的结合也越来越紧密。对于当今的电子信息工程专业的学生而言，除了需要掌握本专业牢固的知识和技能以外，了解和掌握光纤通信技术的基础知识和相关的技术发展趋势也是必不可缺的。本文通过对电子信息工程专业特点和光纤通信课程内容的分析，讨论了该门课程与该专业的内在联系，分析其重要性，并根据笔者10年来在重庆理工大学电子信息工程专业讲授该门课程的经验，提出了本门课程在电子信息工程专业中的理论及实验的教学内容、教学重点、教学方法及课程设置等方面的一些意见和建议。

参考文献：

[1]高D.激光技术应用现状与分析[J].物理通报，2007，（11）：50-52.

[2]龙泉.光通信发展的回顾与展望电信网技术[J].2008，（2）：30-32.

[3]曲鹏.光纤通信技术的应用及展望[J].硅谷，2014，7（24）：2-2.

第8篇：激光原理论文范文

当高强度的激光作用到介质时，人们发现在大量的各种不同的材料中都会观察到与线性光学效应截然不同的现象，介质的折射率会随着光电场强度的变化而变化，吸收系数也不再是一个常数。

Bloembergen 给非线性光学效应的定义作了如下论述：凡物质对于外加电磁场的响应，并不是外加电磁场振幅的线性函数的光学现象，均属于非线性光学效应的范畴。本论文我们将主要探讨一下影响二阶非线性光学效应的一些因素，并主要研究一下材料的对称性结构是如何影响其二阶非线性光学的性质的。

在强光作用下，材料的极化强度分量Pi和分子的电偶极距分量μi用爱因斯坦求和形式可以表示为：

其中，ijkl为笛卡尔坐标系数，Ej为外加光场的电场分量，χij(1)和αij分别为材料的一阶极化率和分子的一阶极化率分量；χijk(2)和βijk分别为材料的二阶极化率和分子的一阶超极化率（或二阶极化率）分量，这两个张量对应着二阶非线性光学效应，如二次谐波产生（SHG）、和频（SFG）、线性电光效应（EO）等；χijkl(3)和γijkl分别为材料的三阶极化率和分子的二阶超极化率分量。这些量的非零值依赖于材料和分子的对称性结构，它们的独立性依赖于光与物质相互作用的特点。

对二阶非线性光学材料的实际应用一般存在以下几点要求：a.非中心对称结构；b.良好的热稳定性；c.良好的透明性；d.较大的二阶NLO系数。其中，最基本的要求是非中心对称结构。

有机非线性光学材料的组成分子具有高度离域的可极化π电子体系，故此它的非线性光学系数要比无机材料的高1～2个数量级。非线性光学研究的初期，人们关注的重点就是如何提高材料的非线性活性（即非线性系数），因此在60年代中期，有机物就作为除无机和Ⅲ～Ⅴ族半导体材料之外的第三类非线性光学材料而受到研究人员的重视。另外，有机材料的其他一些优点也是为研究者所普遍赞同的，如超快的响应速度、大的光学损伤阈值等。还有，有机分子丰富多变的结构特点，使得人们可以根据不同器件集成化的要求对分子进行设计并就透光波段与非线性效率问题作合理的“剪裁”。

有机分子共轭结构中π电子的离域特性是产生大的分子光学非线性响应的起源，即使在非共振条件下离域的π电子也能产生大的非线性极化，这就是有机材料与无机材料在非线性光学上最大的区别。

接下来我们就来看几种特殊结构的二阶非线性光学材料，首先我们来看一下偶极体系。

1.偶极体系

1.1偶极型材料的二阶NLO性质

迄今研究的具有二阶非线性光学的有机分子主要是偶极分子体系，其特征是分子具有固有偶极矩，分子是非中心对称和各向异性的，有一个给体（D）---受体（A）电荷转移轴，其分子的超极化率β张量也是各向异性的。

分子的一阶超极化率β取决于波函数的不对称部分和电子分布的奇数矩。当在有机共轭体系中加上极性取代基后，就会诱导一个分子固有偶极矩μ0。从而通过破坏分子的中心对称性产生β张量的非零分量。90年代以前的二阶非线性光学材料分子设计就主要集中在一维电荷转移分子。这类分子的主要特点是：其中间有一个共轭π电子体系（电荷转移轴），两端分别是电子给体（D）和电子受体（A），如图1。

因此这类偶极型分子常常被称为D-π-A体系[7]。

1.2偶极型材料的理论研究

前面我们介绍了偶极分子体系的基本结构特点，接下来我们就从理论上具体的研究一下。

D-π-A体系的一阶超极化率β可以用在电荷转移方向的一个显著的分量来表示。描述这类一维电荷转移分子最简单和相对适用的理论就是Qudar和Chemla等人提出的双能级模型。这个模型可以用基态和一个激发态之间的电子电荷转移激发来描述非线性特征和分子结构之间的关系。对于二次谐波（SHG）来说，这个最显著的分量表示为：

第9篇：激光原理论文范文

论文摘要:建构主义学习理论强调，知识是学习者在一定的情景下借助学习过程和他人的协助，通过意义建构而获得的;认为学习的途径是同化和顺应认为学习过程中学生是学习的认体，是意义的主动建构者，应发挥其主体作用，而教师是学习的指导者、意义建构的帮助者和促进者。因此，教师必须转变教学观念，注重依据建构主义的理论原则，叶学生的科技创新活动予以指导。

一、建构主义学习理论的主要观点

建构主义作为认知学习理论的一个重要分支，在多媒体计算机和网络技术的支持下，生命力越来越旺盛，成为在世界范围内日渐流行的学习理论，并且在教学实践中被广泛应用。下面，从“教”和“学”两个方面简要说明建构主义学习理论的主要观点。

1.建构主义的学习观

(1)学习究竟是什么?

建构主义认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定情景下即社会文化背景下，借助学习获取知识的过程及在他人(包括教师和学习伙伴)的帮助下，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式获得的。也就是说，学习者应根据自己的经验背景，对外来信息进行加土和处理，从而获得所需知识。此时学习者获取知识的多少取决于学习者根据自身经验去建构相关知识的能力，而不取决于学习者记忆或背诵教师讲授内容的能力，这种意义下的学习是广泛而全面的。

(2)学习的两个途径—同化和顺应

建构主义认为，同化和顺应是学习者的认知结构产生变化的两个途径，其中同化是指学习者将外在的知识信息纳人到自己的认知结构中去，是量的积累;而顺应则是认知结构中的质变，当学习者已有的认知结构与外在的知识发生冲突时引起原有认知结构的变化，从而建立新的认知结构的过程即为顺应。由此可以看出，学习不再是简单的信息输人、存储和提取，而是学习者原有的知识由于新知识的进人而发生调整和改变的过程，是由量变到质变的过程。

(3)关于学习的方法

建构主义提倡在教师的指导下，以学生为中心开展教学，教师由。传道、授业、解惑”者变为学习的指导者、意义建构的帮助者和促进者;学生是信息加工的主体，是意义的主动建构者，应发挥其主体作用。在学习的过程中，要善于用探索法发现间题，主动收集相关资料和信息，努力提出假设并设法加以验证，并且应注意在解决问题时尽量将当前学习的内容与已有的经验相联系，不断加强量的积累，注意向质的转变。

2.建构主义的教学观

(1)师生角色的转变

(2)自主学习的设计

在传统教学中，学生对教师有很大的依赖性，许多学习上的事情让教师包办代替，主动学习知识、发展兴趣、培养创新能力的意识比较差。建构主义教学模式力求改变这种现状，着力培养学生自主学习的能力。

自主学习是主动地、有主见地学习，不是没有目标的、放任自流的学习。教师可根据具体的学习目标，选择不同的教学方法，对学生的自主学习进行设计。例如:采用支架式教学，首先应根据“最邻近发展区”理论，围绕实现教学目标建立一个相关的概念框架，然后让学生在教师指导下通过自主学习，掌握知识，使其智力发展由一个水平到另一个更高的水平。由于学生的智力发展水平有所不同，其最邻近发展区也不完全相同，所以在教学中应注意因材施教。采用抛锚式教学，可根据教学目标在实际情景中确定一个真实的问题(“抛锚”)，然后让学生围绕该问题展开学习，在学习的过程中，可以先提出假设，然后进行论证，根据论证的结果制订解决问题的方案并加以实施，实施过程中需要不断地补充、完善，最终将问题解决。

(3)强调协作学习

英国大文豪肖伯纳曾作过一个著名的比喻。他说:“倘若你有一个苹果.我也有一个苹果，我们彼此交换苹果，那么，你和我仍然各有一个苹果。但是，倘若你有一种思想，我也有一种思想，而我们彼此交换这些思想，那么，我们每个人将各有两种思想。由此可见交流的重要。所以，建构主义学习理论强调通过协作学习展开交流和讨论，有助于发挥学生的主动性、积极性和创造性，最终使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构。

(4)资源的有效利用

为了使学生能够主动探索和完成意义建构，必须为他们提供必要的资源(包括多媒体、网络、图书等)。在将资源的选择、使用和控制权交给学生的过程中，教师应对学生加以指导，帮助他们学会如何获取信息、加工信息和利用信息，提高他们处理信息的能力。

二、建构主义学习理论对学生科技创新活动的指导

1，建构主义学习理论转变了教育观念，为开展科技创新活动莫定了理论墓础

传统的教学模式是以教师为中心，教师讲，学生听，学习过程主要靠教师传授，作为认知主体的学生在教学过程中始终处于被动状态，其主动性、积极性根本得不到发挥。这样的教学模式不利于培养学生的科技创新能力，所以要想使科技创新活动蓬勃开展，必须转变教育观念，深化教育教学改革。近几年来，笔者所在学校坚持把培养学生的综合能力作为教学的中心任务，在教学中坚持把学生作为教学的主体，提高学习兴趣，发挥学生潜能。例如:电子与信息技术专业实行学分制改革以来，积极探索有利于培养学生实践能力和创新能力的现代化课程模式，在课程的设置上采用了“宽基础、活模块”的教改思路，在保证上好公共基础课和专业基础课、为今后发展提供宽广基础的前提下，将专业课程设置了若干个模块，包括:电子声像设备模块、数字视频设备模块、通信技术模块等，供学生根据自己的特点、爱好和今后发展的意向进行选择。这种选课制度有利于学生自主选择学习内容，在学习过程中充分调动了学习的积极性和主动性，激发了学生的求知欲望和创造欲望，为学生开展科技创新提供了保证。

2建构主义学习理论为提高学习兴趣、开展科技创新提供了有利的支持

建构主义理论强调学生是信息加工的主体，是意义的主动建构者，在学习过程中学生应始终处于主体地位，强调以学生为中心的“学”，而不是以教师为中心的“教”。在学习的过程中，学生很自然地会发现问题，引起学习的兴趣，此时作为教学指导者的教师，应及时将学生的学习兴趣转化为学习动机，激励他们更好地进行学习，有效地开展科技创新活动。

例如:现在有些教师常常使用激光笔代替教鞭在课堂上使用，就是这在黑板上跳动的红色的小点点，引起了一名同学的兴趣。起初他对激光笔很好奇，后来他发现当快速摆动激光笔时，打在墙上的光点会“点动成线”，甚至呈现出圆形，这种激光笔摆动后形成的轨迹与在《电子测量》课上老师用示波器演示的波形有相似之处。带着对激光笔成像的兴趣，他认真研究了激光的特点，发现激光具有集中力强、不散光的优点，而且激光笔容易使用、价格低廉。在老师的帮助和启发下，他采用激光束代替电子束，用两只电动式扬声器组成X轴、Y轴扫描偏转器，利用扬声器驱动杠杆和反射镜组成机械系统，将扬声器纸盆的平动转换为反射镜的转动，使激光束人射角发生变化，反射后投影到屏幕上的光点产生位移，从而使激光束沿X轴、Y轴扫描，最终形成图象。经过不懈的努力，最后他发明了“电动式李沙育图形激光演示仪”。由这个事例我们可以看到，建构主义理论强调以学生为中心的“学”，有利于促使学生发现问题，激发其对科学知识的浓厚兴趣，为开展科技创新提供了有力的支持。

3.通过问题解决方式进行学习是开展科技创新的必由之路

“通过问题解决来学习”是建构主义的一条核心思路。建构主义认为，通过问题解决，学习者便可以深刻地理解相应的概念、原理，建立良好的认知结构，解决问题的途径遵循同化和顺应规律，是量变到质变的过程。

例如:我校铜管乐队的一名队员，他虽然喜欢音乐，但对音乐知识了解得并不多。当老师介绍音阶、音程、和弦等知识时，他感到记忆起来比较困难，因此提出设想:能否设计一种简单的设备，把音阶之间的关系表示出来，既方便查找，又容易掌握。在老师的启发下，他提出了音乐计算尺的设想，即将手拉计算尺的方法用于音阶、音名的查找，将音阶、音名、频率按照一定的关系刻在计算尺上，这样就很容易找出它们之间的相互关系，这种方法的确简单易行。第一个问题解决后，马上又产生了新的问题，即音乐和弦的组合比例复杂，像二度和弦、五度和弦记忆难度高，在音乐知识教学中也是一个棘手的问题，如何将音乐计算尺加以改造，从而解决这一难题呢?带着这个问题，他杳阅了大量的资料，进行了大胆的设想和实践，最后决定在计算尺的设计过程中除配置动尺、定尺外，又设置了滑动尺，利用透明的滑动尺把各种和弦表现得一清二楚。音乐计算尺的发明很好地解决了学习音乐知识过程中的难题。成功激发了他科技创新的激情，为了使音乐计算尺在使用过程中更加生动，他设想能否在拉动计算尺的同时产生相应的音响效果，能否将计算机技术应用到音乐计算尺中。为此，他请教老师，上网查找资料，刻苦钻研，和其他同学在一起开展广泛的交流。情动于衷，金石为开。最后，他终于通过将“MIDI音乐大师’，技术软件引人音乐计算尺，解决了这一难题，使音乐计算尺在使用过程中更加完善、更加生动。