序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過(guò)程，我們?yōu)槟扑]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(zhì)，帶來(lái)更深刻的閱讀感受。

篇（1）

2.設(shè)置體系，實(shí)現(xiàn)開(kāi)放教學(xué)

關(guān)于高職院校廣告設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力培訓(xùn)，不能夠僅僅依靠于基礎(chǔ)的課程以及專業(yè)課程的教育，教師還應(yīng)該為學(xué)生們打開(kāi)更為寬廣的知識(shí)面，讓學(xué)生們廣泛地學(xué)習(xí)。以美國(guó)為例，美國(guó)廣告專業(yè)的教育課程以人文和社會(huì)科學(xué)課程為主，并且要有語(yǔ)言學(xué)、心理學(xué)、自然科學(xué)、市場(chǎng)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、傳播學(xué)、社會(huì)學(xué)、法律學(xué)和政治學(xué)等等方面的內(nèi)容，只有廣泛的涉獵各個(gè)方面的內(nèi)容，廣告設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生才能夠在日后的領(lǐng)域當(dāng)中發(fā)揮出創(chuàng)造性，更加深思熟慮地思考問(wèn)題。在中國(guó)，廣告設(shè)計(jì)的課程卻只是以專業(yè)課的學(xué)習(xí)為主，很少有其他的輔助人文學(xué)科，比重比較小，在專業(yè)課程的設(shè)置上也存在著很多的問(wèn)題，而且由于內(nèi)容設(shè)置的不夠科學(xué)，經(jīng)常會(huì)有一些相似的內(nèi)容重復(fù)出現(xiàn)，時(shí)間久了學(xué)生們自然會(huì)產(chǎn)生厭倦的情緒，通過(guò)這種方式培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生不僅不能夠達(dá)到一定深度和廣度的專業(yè)知識(shí)，甚至?xí)?duì)廣告設(shè)計(jì)這個(gè)專業(yè)產(chǎn)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(jìn)開(kāi)放式的教學(xué)模式，采取“請(qǐng)進(jìn)來(lái)，走出去”的教學(xué)模式，一方面，學(xué)?？梢怨膭?lì)一些專業(yè)教師進(jìn)入到廣告專業(yè)的公司或者是企業(yè)進(jìn)行兼職，讓教師的教學(xué)內(nèi)容更加具有實(shí)際應(yīng)用意義。另一方面學(xué)校應(yīng)該積極地邀請(qǐng)一些具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的廣告設(shè)計(jì)是到學(xué)校進(jìn)行廣告理論的深入講解，采取座談會(huì)或者是客座教授的形式來(lái)形成校企結(jié)合的教學(xué)，從而使廣告設(shè)計(jì)的教學(xué)更接地氣，也更加具有應(yīng)用價(jià)值。

3.重視學(xué)生，調(diào)動(dòng)課堂氛圍

在中國(guó)的教育界普遍存在的問(wèn)題就是對(duì)于學(xué)生們學(xué)習(xí)積極性的調(diào)動(dòng)，傳統(tǒng)的教育中總是重教有余，反而重視學(xué)習(xí)不足，或者是重視灌輸有余，而重視啟發(fā)不夠，這種教育形式是必須要得到改革的，尤其對(duì)于需要?jiǎng)?chuàng)新的廣告行業(yè)，復(fù)制式的教育不僅沒(méi)有意義，甚至?xí)?yán)重阻礙學(xué)生們?cè)谖磥?lái)的職業(yè)發(fā)展。在廣告界當(dāng)中需要大量的模擬教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，要求學(xué)生們必須能夠充分地激發(fā)和調(diào)動(dòng)起學(xué)生們的思維活力，讓學(xué)生們成為敢想敢做的人，充滿勇氣和熱情，所以學(xué)生和教師之間必須要能夠形成“教學(xué)相長(zhǎng)”的雙邊互動(dòng)關(guān)系，將學(xué)生們所學(xué)的知識(shí)內(nèi)化為一種人才的基本素質(zhì)，讓教師講授的知識(shí)能夠成為學(xué)生們?nèi)蘸舐殬I(yè)生涯當(dāng)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(xué)過(guò)程中，教師可以設(shè)置一些教學(xué)活動(dòng)來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生們成為學(xué)習(xí)的主體。比如說(shuō)在一些創(chuàng)新能力的培養(yǎng)過(guò)程中，教師可以設(shè)置一些課外的教程，讓學(xué)生們通過(guò)課外環(huán)境來(lái)提升自己，可以安排一些市場(chǎng)調(diào)查、創(chuàng)意設(shè)計(jì)、媒體調(diào)查、廣告攝制以及制作等等內(nèi)容，讓學(xué)生們能夠?qū)⒗碚摵蛯?shí)際結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建起實(shí)踐的基地，讓學(xué)生們都有機(jī)會(huì)去考察自己，在實(shí)踐的過(guò)程中更加積極主動(dòng)地調(diào)節(jié)自己，讓自己得到鍛煉的同時(shí)也能夠創(chuàng)造一些經(jīng)濟(jì)效益，并結(jié)合市場(chǎng)的調(diào)查為學(xué)生們選定課題，讓學(xué)生們能夠在課程之外獲得更多的知識(shí)補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)課內(nèi)外同步進(jìn)步。

4.加強(qiáng)實(shí)踐，探索新型模式

實(shí)踐教學(xué)的目的就是要在學(xué)生們掌握的理論知識(shí)和未來(lái)的職業(yè)實(shí)踐能力之間構(gòu)建起一個(gè)橋梁，更加側(cè)重于學(xué)生們實(shí)踐能力的提升，學(xué)校和企業(yè)之間可以建立起一些結(jié)合的項(xiàng)目，幫助學(xué)生們?cè)趯?shí)踐中更加明確自己的未來(lái)發(fā)展方向，有利于對(duì)現(xiàn)代化新型人才的培養(yǎng)，學(xué)生們可以通過(guò)教師參與到一些項(xiàng)目的實(shí)踐當(dāng)中，最終形成一種產(chǎn)學(xué)研一體化的教學(xué)模式，培養(yǎng)創(chuàng)新型的人才。在中國(guó)的廣告教育當(dāng)中，在形式上是具有一些時(shí)間環(huán)節(jié)的，比如說(shuō)對(duì)口地安排學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，但是這種實(shí)習(xí)通常都是形式至上的，并沒(méi)有形成實(shí)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(xué)校介紹，學(xué)生自己去找機(jī)會(huì)，公司有需求的時(shí)候可以到學(xué)校吸納一些學(xué)生，在這個(gè)期間學(xué)生們才真正有機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)地的實(shí)習(xí)，對(duì)于學(xué)生們的職業(yè)能力和決策能力起到了切實(shí)的作用。

篇（2）

中圖分類號(hào)：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

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

1 我?！都す庠砼c技術(shù)》專業(yè)課存在問(wèn)題

我省許多理工類院校的光信息、光電類和大部分應(yīng)用物理專業(yè)都開(kāi)設(shè)《激光原理與技術(shù)》課程。作為重要專業(yè)基礎(chǔ)或方向課，此課程：第一，具有較強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性、前沿性和探討性；理論抽象，公式眾多，有相當(dāng)學(xué)術(shù)和技術(shù)含量的課程，教學(xué)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)概念缺乏準(zhǔn)確理解或概念和實(shí)際應(yīng)用“兩張皮”的現(xiàn)象。第二，課程教學(xué)內(nèi)容多，課程容量大。第三，由于激光技術(shù)、光電技術(shù)的發(fā)展日新月異，器件層出不窮，與新現(xiàn)象、新理論、新器件、新應(yīng)用有關(guān)的課程教學(xué)內(nèi)容也必須不斷地做出更新調(diào)整，

另外，《激光原理與技術(shù)》課程涵蓋知識(shí)點(diǎn)包括激光原理、激光技術(shù)兩部分，知識(shí)點(diǎn)明確，可以用一個(gè)實(shí)驗(yàn)、一個(gè)概念來(lái)組織教學(xué)內(nèi)容。課程具備開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施要求。

2 翻轉(zhuǎn)課堂在《激光原理與技術(shù)》課程中的實(shí)施方案

結(jié)合我?！都す庠砼c技術(shù)》課程特點(diǎn)，在現(xiàn)有的翻轉(zhuǎn)課堂模型基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)路線圖f如圖1）。主要由線上學(xué)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)和課后學(xué)習(xí)三部分組成。LMS作為教學(xué)實(shí)施的基礎(chǔ)性管理學(xué)習(xí)平臺(tái)，可提供教學(xué)資源、學(xué)習(xí)過(guò)程記錄和互動(dòng)場(chǎng)所。

線上學(xué)習(xí)

課堂學(xué)習(xí)

課后學(xué)習(xí)

2.1 設(shè)計(jì)知識(shí)單元的策略

將課程按“知識(shí)塊”分成8個(gè)教學(xué)單元，即：激光的基本機(jī)理，激光諧振腔理論以及激光振蕩理論，連續(xù)和脈沖激光器的工作特性，選模技術(shù)，放大技術(shù)，穩(wěn)頻技術(shù)和激光短脈沖技術(shù)。每個(gè)教學(xué)單元可以由一次或多次課程完成，以便教師開(kāi)發(fā)課程視頻。

2.2 設(shè)計(jì)課程微課

第一，根據(jù)本專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容（突出難點(diǎn)、重點(diǎn)），設(shè)計(jì)微課。第二，每個(gè)教學(xué)單元可分成若干個(gè)模塊，以模塊為單位設(shè)計(jì)微課。第三，微課內(nèi)容包括微視頻、課間練習(xí)和每周作業(yè)。通過(guò)微視頻中的導(dǎo)讀內(nèi)容、課間練習(xí)和作業(yè)，向?qū)W生提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者自主思考。

2.3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

2.3.1 線上學(xué)習(xí)

第一，通過(guò)慕課學(xué)習(xí)。讓學(xué)生假期在慕課平臺(tái)查找與激光器件有關(guān)的知識(shí)，提前使學(xué)生進(jìn)入到課程中來(lái)，在頭腦中初步形成激光器件的結(jié)構(gòu)框架，對(duì)激光器件的主要應(yīng)用等有簡(jiǎn)單的了解，簡(jiǎn)單的知識(shí)點(diǎn)通過(guò)慕課學(xué)習(xí)。第二，通過(guò)微課學(xué)習(xí)。設(shè)置每周微課時(shí)間和作業(yè)提交截止時(shí)間。課間練習(xí)和每周作業(yè)可采用填空或選擇形式，每道題在截止日期之前允許學(xué)生提交3次，否則當(dāng)次作業(yè)記為0分。另外，在學(xué)生看完微課之后，對(duì)微課中的收獲和疑問(wèn)可以在討論區(qū)發(fā)帖。由教師團(tuán)隊(duì)或?qū)W生討論互動(dòng)給出解答，完成課題組布置的線上學(xué)習(xí)任務(wù)。

2.3.2 課堂學(xué)習(xí)

第一，分析每個(gè)教學(xué)單元的目標(biāo)、知識(shí)類型、學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況和存在的問(wèn)題，確定教學(xué)策略，如“講授”、“自學(xué)”、“討論”、“實(shí)驗(yàn)”、“探究”等。第二，學(xué)生的獨(dú)立探索和協(xié)作學(xué)習(xí)。具體分為五個(gè)環(huán)節(jié)：①明確問(wèn)題：根據(jù)課程內(nèi)容和學(xué)生觀看微課時(shí)提出的疑問(wèn)，總結(jié)出-些有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題；②獨(dú)立探究：從開(kāi)始時(shí)選擇性指導(dǎo)逐漸轉(zhuǎn)至為學(xué)生的獨(dú)立探究學(xué)習(xí)方面，讓學(xué)生在獨(dú)立學(xué)習(xí)中構(gòu)建自己的知識(shí)體系，注重和培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立學(xué)習(xí)能力；③協(xié)同學(xué)習(xí)：通過(guò)“探究式案例”、“探究式實(shí)驗(yàn)”鼓勵(lì)學(xué)生以小組協(xié)作形式，采用對(duì)話、商討、爭(zhēng)論等形式進(jìn)行討論并實(shí)施；④交流展示：成果交流采用如：舉行展覽會(huì)、報(bào)告會(huì)、辯論會(huì)、小型比賽等；⑤考核評(píng)定：建立線上學(xué)習(xí)、課堂和課后學(xué)習(xí)各環(huán)節(jié)的考核評(píng)價(jià)?？己顺煽?jī)構(gòu)成為“課間練習(xí)20分+每周作業(yè)15分+課后研究報(bào)告和小論文5分+討論區(qū)及課堂活躍度10分+期末考試50分”。

2.3.3 課后學(xué)習(xí)

由課后的復(fù)習(xí)，學(xué)生定期的答疑，學(xué)生完成的項(xiàng)目任務(wù)和課程論文構(gòu)成。

3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)施案例――以光學(xué)諧振腔（FP腔）為例

3.1 線上學(xué)習(xí)

首先利用微課介紹實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，給出FP腔的輸出裝置，給出了連續(xù)波入射時(shí)單模光纖FP腔輸出光譜。提出問(wèn)題：如何解釋上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？接下來(lái)在微課上介紹描述上述激光現(xiàn)象的基本概念與相關(guān)規(guī)律。根據(jù)多光束干涉原理，可得垂直入射時(shí)，光學(xué)FP腔的輸出與輸入光強(qiáng)之比為：

將光纖長(zhǎng)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(jì)算與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致。通過(guò)微課學(xué)習(xí)，學(xué)生完成知識(shí)的內(nèi)化。課間提問(wèn)，采用填空題：C02激光器波長(zhǎng)為10.6um，當(dāng)腔長(zhǎng)L=lm時(shí)，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(xué)生在規(guī)定時(shí)間完成課間作業(yè)的提交。

3.2 課堂學(xué)習(xí)

首先，提出問(wèn)題：腔端面反射率對(duì)輸出特性的有什么影響？讓學(xué)生在獨(dú)立學(xué)習(xí)中構(gòu)建自己的知識(shí)體系。然后，進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)，以4人為以小組，利用計(jì)算機(jī)對(duì)（1）式所描述的規(guī)律進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，將結(jié)果可視化，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。從圖上還可發(fā)現(xiàn)原本靜止的圖“動(dòng)”了起來(lái)。給學(xué)生很大的想象空間，這一環(huán)節(jié)是理論分析的重要補(bǔ)充，再次完成知識(shí)內(nèi)化。將科學(xué)計(jì)算引入課堂，提升學(xué)生解決問(wèn)題的能力與效率，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性、探索性學(xué)習(xí)。通過(guò)可視化，學(xué)生對(duì)復(fù)雜的激光現(xiàn)象具有了感性認(rèn)識(shí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)晦澀理論的理解。最后，介紹新實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的探索。前面我們?cè)敿?xì)學(xué)習(xí)了連續(xù)波入射情形下，光學(xué)FP腔的輸出特性，自然會(huì)想到脈沖激光入射情形，那么脈沖激光入射到光學(xué)FP腔，其輸出具有什么特點(diǎn)呢？通過(guò)教師的引導(dǎo)和學(xué)生的協(xié)作學(xué)習(xí)和探索，得到當(dāng)脈沖激光入射到單模光纖FP腔時(shí)，其輸出波形具有衰蕩特征，從而完成創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3.3 課后學(xué)習(xí)

以小論文形式，讓學(xué)生完成一份研究報(bào)告，題目為光學(xué)FP腔的激光器件中的應(yīng)用。鼓勵(lì)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源，查閱光學(xué)FP腔在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。例如FP在輸出模式選擇，光束質(zhì)量改善等方面的應(yīng)用，讓學(xué)生自行選題，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在學(xué)院的激光實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，完成小論文撰寫和提交。

4 結(jié)束語(yǔ)

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式起源于美國(guó)，在我國(guó)真正去推行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式還有很多問(wèn)題有待解決，還需要更多的實(shí)際教學(xué)工作要做。

參考文獻(xiàn)：

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2引入慕課資源，促進(jìn)課堂教學(xué)改革

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

3利用慕課平臺(tái)，建立虛擬實(shí)驗(yàn)室

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

4慕課可以增進(jìn)師生交流與溝通

傳統(tǒng)的教學(xué)方式以課堂為中心，教師主導(dǎo)著課堂教學(xué)。而課堂教學(xué)則以灌輸理論知識(shí)為主，教師講解過(guò)程中學(xué)生處于被動(dòng)接受的地位，師生間互動(dòng)較少。受到多方面因素的影響，目前大部分學(xué)校的《激光原理》教學(xué)，教師在課堂上往往只根據(jù)教材的安排，按部就班照本宣科教授書本非常狹窄的理論知識(shí)，而不注意這門課程在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用以及這個(gè)行業(yè)當(dāng)前發(fā)展的狀況。另一方面，在現(xiàn)有的教育體制下，高校教師更多的關(guān)注自己的科研，而缺乏在教學(xué)方面創(chuàng)新的動(dòng)力，僅把知識(shí)的灌輸作為主要的教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中得不到有效的指導(dǎo)和監(jiān)督[4]。然而教學(xué)的主要目的并不是為了培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)試能力，而是為了訓(xùn)練學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力使其更能適應(yīng)社會(huì)化發(fā)展。慕課利用當(dāng)代先進(jìn)的信息技術(shù)，使得全人類能夠共享優(yōu)質(zhì)教育資源。慕課所提供的方便和快捷保障了學(xué)生的學(xué)習(xí)自[5]。與傳統(tǒng)的教學(xué)方式不同的是，慕課的內(nèi)容匯聚了大量的優(yōu)質(zhì)資源，學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)觀看各種《激光原理》的微視頻，也可以根據(jù)自身的情況來(lái)制定學(xué)習(xí)目標(biāo)，組建學(xué)習(xí)內(nèi)容。學(xué)生可以觀看本校、外校甚至是國(guó)外教師教授《激光原理》的教學(xué)視頻并操作各種虛擬實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生可以利用慕課平臺(tái)與更多的教師和同學(xué)交流互動(dòng)，分享各式各樣的學(xué)習(xí)資源，甚至于可以組建網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)評(píng)課程。在慕課模式下，教師和學(xué)生的角色都會(huì)有所轉(zhuǎn)變甚至于可以互換。慕課對(duì)教師提出了前所未有的挑戰(zhàn)，學(xué)生可以根據(jù)所需要的學(xué)習(xí)內(nèi)容自行選擇上課教師，這樣對(duì)教師的教學(xué)水平、教學(xué)風(fēng)格提出了更高的要求。學(xué)生也可以根據(jù)自己對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解制作微視頻上傳到慕課平臺(tái)，教師也可以通過(guò)學(xué)生的講解視頻來(lái)了解學(xué)生的思維方式和理解程度。有些學(xué)生通過(guò)參考文獻(xiàn)、虛擬實(shí)驗(yàn)或是各種社會(huì)實(shí)踐來(lái)提出自己對(duì)《激光原理》課程中各種見(jiàn)解，這些都是教師在傳統(tǒng)教學(xué)中所無(wú)法得知的。可以想象在慕課環(huán)境下，沒(méi)有學(xué)生會(huì)選擇教學(xué)模式古板、教學(xué)質(zhì)量差的教學(xué)視頻來(lái)觀看，這樣很多照本宣科、本本主義的教師將會(huì)消失，同時(shí)也對(duì)學(xué)生的自律性提出了更高的要求，是被動(dòng)的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鞯膶W(xué)習(xí)模式。所以，在慕課模式下，教師教學(xué)生學(xué)的傳統(tǒng)師生關(guān)系將會(huì)發(fā)生很大的改變。教師在教學(xué)過(guò)程中將會(huì)有更多的機(jī)會(huì)從學(xué)生處獲益，“教學(xué)相長(zhǎng)”將會(huì)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(dòng)態(tài)

激光原理是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。教學(xué)中需要學(xué)生多動(dòng)手、多思考，在實(shí)驗(yàn)中理解和應(yīng)用課堂教學(xué)中學(xué)到的理論知識(shí)等。受限于激光器的構(gòu)造特性，一般理論課堂難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，即便演示，效果也不好。此外，在教材上，由于光電子技術(shù)的快速發(fā)展，新型光子器件和新的激光技術(shù)不斷涌現(xiàn)，導(dǎo)致教材的先進(jìn)性有所欠缺，比如激光短脈沖技術(shù)一般教材都只介紹傳統(tǒng)的調(diào)Q，鎖模技術(shù)，而應(yīng)用在高功率超短激光脈沖產(chǎn)生的啁啾放大技術(shù)卻很少涉及。這種教學(xué)模式與教學(xué)部提出的“應(yīng)用型普通本科學(xué)?！笔窍噙`背的，大學(xué)從來(lái)不是“象牙塔”，不只是單純的要求學(xué)生參加應(yīng)試教育的考試，而是要培養(yǎng)提高學(xué)生的綜合能力包括自主學(xué)習(xí)的能力、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力和工程應(yīng)用能力等。但是，綜合能力的培養(yǎng)與提高不是一朝一夕的事情，它貫穿于從學(xué)校到社會(huì)甚至整個(gè)人生。這就要求我們的大學(xué)課堂與企業(yè)的要求緊密的鏈接起來(lái)，可以根據(jù)企業(yè)合作要求搭建慕課平臺(tái)，企業(yè)可以根據(jù)他們對(duì)激光工藝的要求和大學(xué)院校共同開(kāi)發(fā)慕課平臺(tái)，聘請(qǐng)企業(yè)工程師和一些有經(jīng)驗(yàn)的工人加入慕課的開(kāi)發(fā)和制作[6]。根據(jù)企業(yè)要求制作的慕課，學(xué)生不僅可以學(xué)習(xí)理論知識(shí)，還可以學(xué)習(xí)到實(shí)踐技能。在所有完成慕課的學(xué)生中，企業(yè)可以根據(jù)完成情況擇優(yōu)錄取，免去一部分招聘和培訓(xùn)的成本，學(xué)生通過(guò)慕課的訓(xùn)練也能很好地適應(yīng)企業(yè)的工作，真正獲得雙贏的效果。由于《激光原理》課程專業(yè)性強(qiáng)，大多受到資金的限制，每個(gè)學(xué)校對(duì)《激光原理》課程的投入不會(huì)太大，難以添置高端儀器，而慕課是綜合各個(gè)院校及企業(yè)的各種教學(xué)資源，這樣實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備要更為齊全，通過(guò)慕課可以了解到一些沒(méi)法見(jiàn)到的大型高科技儀器設(shè)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(jìn)企業(yè)的研發(fā)機(jī)構(gòu)，這樣可以綜合利用社會(huì)資源。在《激光原理》慕課建設(shè)內(nèi)容中，可以以企業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)銷售走勢(shì)對(duì)教學(xué)重點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以適應(yīng)企業(yè)的需求[7]。從這個(gè)角度來(lái)講，這也可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)《激光原理》的興趣，開(kāi)拓知識(shí)面，開(kāi)發(fā)其潛在的創(chuàng)造能力，通過(guò)這種課內(nèi)外科技活動(dòng)結(jié)合的教學(xué)形式，了解高科技知識(shí)，達(dá)到在本科階段參與科研的目的。這既為學(xué)生的進(jìn)一步深造奠定了堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，也實(shí)現(xiàn)了學(xué)校人才培養(yǎng)和企業(yè)需求的無(wú)縫對(duì)接。所以，在慕課模式下實(shí)現(xiàn)校企合作，對(duì)學(xué)生、學(xué)校和企業(yè)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(cè)試手段，為了提高測(cè)試精度，縮短實(shí)驗(yàn)周期，兼顧節(jié)約實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，依據(jù)炮控系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)特點(diǎn)，可選擇的測(cè)試方案有以下4種：

（1） CCD+點(diǎn)光源；

（2） 激光器+PSD光學(xué)測(cè)量靶；

（3） 光纖陀螺；

（4） 電測(cè)法。

1.CCD+點(diǎn)光源

將點(diǎn)光源和標(biāo)尺安裝在炮筒的前端，與CCD（Charge Coupled Device）正對(duì)的方向；由點(diǎn)光源在CCD中成像，以此來(lái)識(shí)別炮筒的位移；同時(shí)在點(diǎn)光源平面處設(shè)立標(biāo)尺，來(lái)對(duì)CCD進(jìn)行標(biāo)定[1]。其原理如圖1所示，在這種方案下，點(diǎn)光源所成像的位移實(shí)際就是炮筒的位移。影響測(cè)量精度在于兩個(gè)主要的方面，一是CCD的單位像素，一是點(diǎn)光源與CCD之間的距離變化帶來(lái)的非線性誤差。

圖1 CCD+點(diǎn)光源測(cè)試原理圖

2.激光器+PSD光學(xué)測(cè)量靶

PSD（Position Sensitive Detector）是一種半導(dǎo)置敏感器件，其工作原理是基于橫向光電效應(yīng)，又稱側(cè)向光生伏特效應(yīng)或殿巴（Dember）效應(yīng)[2]。將激光器固定在炮管上，發(fā)射激光照射到位于炮口正前方的測(cè)量靶上。該激光光點(diǎn)經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)成像于高精度PSD上，PSD輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)炮控系統(tǒng)測(cè)試前端機(jī)處理后，經(jīng)CAN總線傳送到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)計(jì)算出光點(diǎn)的位置，入射光點(diǎn)的位置及數(shù)據(jù)可以在顯示器上實(shí)時(shí)顯示?；鹋谏砉苓\(yùn)動(dòng)時(shí)，激光光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡就顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，根據(jù)相應(yīng)的公式便可計(jì)算出炮控系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)。其原理如圖2所示。

圖2 激光器+PSD測(cè)試系統(tǒng)原理圖

3.光纖陀螺

光纖陀螺FOG（Fiber Optic Gyroscope），是利用光纖構(gòu)成的薩格奈克（Sagnac）干涉儀[3]，是一種純光學(xué)、全固態(tài)陀螺儀。它具有測(cè)量精度高、靈敏度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、啟動(dòng)快、重量輕、壽命長(zhǎng)和抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)上的適應(yīng)性和靈活性[4]。將光纖陀螺安裝在火炮身管上，調(diào)整光纖陀螺敏感軸，使敏感軸與火炮身管轉(zhuǎn)動(dòng)平面垂直，當(dāng)光纖陀螺與火炮身管同步轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光纖陀螺便可測(cè)量出火炮身管轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。其原理如圖3示。

圖3光纖陀螺測(cè)試系統(tǒng)原理圖

4.電測(cè)法

在炮控系統(tǒng)控制箱上開(kāi)一測(cè)試輸出孔，它將炮控系統(tǒng)水平向和高低向速率陀螺的反饋信號(hào)送到測(cè)試輸出孔，可以利用該信號(hào)進(jìn)行炮控系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)的測(cè)試。但若角速度信號(hào)疊加有干擾，那么積分計(jì)算的結(jié)果將帶來(lái)更大的誤差累積，最終導(dǎo)致測(cè)試精度的下降。

5.方案選擇

CCD+點(diǎn)光源測(cè)試方案由于需要使用高速CCD，系統(tǒng)成本過(guò)高；激光器+PSD光學(xué)測(cè)量靶對(duì)環(huán)境要求較高，不適于在環(huán)境惡劣的條件下使用；電測(cè)法成本最低，但其通用性差，且使用裝備自身的傳感器測(cè)量，這在武器定型實(shí)驗(yàn)中是不允許的；綜合考慮，本測(cè)試系統(tǒng)選取光纖陀螺作為測(cè)試系統(tǒng)的傳感器。

利用光纖陀螺進(jìn)行角速度的測(cè)量，其精度主要受如下因素影響：光纖陀螺自身的測(cè)量精度、地球自轉(zhuǎn)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(cè)量精度主要取決于角速度測(cè)量精度、數(shù)值積分精度以及積分時(shí)間的長(zhǎng)短等因素。為了提高炮控系統(tǒng)性能參數(shù)的測(cè)量精度，確定上述因素對(duì)角速度、角度量測(cè)量精度的影響，必須開(kāi)展專項(xiàng)研究，從理論、方法和測(cè)試手段上分析各影響因素對(duì)測(cè)量精度影響的權(quán)值，尋求改善測(cè)量精度的最優(yōu)途徑。

綜上所述，開(kāi)展基于光纖陀螺的炮控系統(tǒng)性能參數(shù)測(cè)試精度及影響因素的研究是十分必要的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉邦俊， 徐鵬飛， 張建國(guó). 型輪式火炮炮控系統(tǒng)的角位移測(cè)量技術(shù). 四川兵工學(xué)報(bào). 2008，（6）：58～59.

篇（5）

微電子技術(shù)和傳感器已經(jīng)成為二十一世紀(jì)信息社會(huì)的重要標(biāo)志。隨著激光傳感器的廣泛應(yīng)用及新型光電掃描與光電探測(cè)技術(shù)的不斷提高，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭、軍事、醫(yī)學(xué)等應(yīng)用領(lǐng)域的傳統(tǒng)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(hào)處理技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用在了水資源節(jié)約領(lǐng)域。市場(chǎng)上的傳統(tǒng)插卡式熱水龍頭在使用時(shí)難以估定水瓶?jī)?nèi)的水位，存在著極大的安全隱患和水資源浪費(fèi)問(wèn)題。該項(xiàng)日利用激光位移傳感技術(shù)檢測(cè)并定位水的高度，經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器將信號(hào)反饋到電子電路，自動(dòng)切斷電源。和傳統(tǒng)插卡式熱水龍頭相比，基于激光位移傳感器的可控節(jié)約型水龍頭具有測(cè)量精度高、可靠性好、非接觸、自動(dòng)化、安全等突出優(yōu)點(diǎn)，有極重要的現(xiàn)實(shí)和環(huán)保意義。在前期的推廣中，這項(xiàng)技術(shù)先應(yīng)用于學(xué)校水房保溫瓶水位的測(cè)試。隨著后期技術(shù)的成熟和市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)，可推廣向工廠水箱水位測(cè)定等更廣的領(lǐng)域，發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)和應(yīng)用價(jià)值。

一、激光位移傳感器的研究現(xiàn)狀

現(xiàn)今光電技術(shù)的發(fā)展、微機(jī)的控制、數(shù)據(jù)的處理及PSD、CCD、四象限位移探測(cè)器的改善，使傳統(tǒng)的三角測(cè)量法有了廣泛的應(yīng)用。具體包括質(zhì)量的檢測(cè)、設(shè)備的維護(hù)、機(jī)械和生產(chǎn)自動(dòng)化、流程和設(shè)備的監(jiān)控等各個(gè)領(lǐng)域。

目前在國(guó)內(nèi)，激光位移傳感的主要應(yīng)用包括：對(duì)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(cè)量和校準(zhǔn)領(lǐng)域。不過(guò)，我國(guó)對(duì)激光位移傳感器的研究仍處于實(shí)驗(yàn)階段。國(guó)外很多專家對(duì)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(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)周圍的雜光對(duì)測(cè)量的精度有影響，并給出了相應(yīng)的消除方法。目前，國(guó)內(nèi)外有很多這樣的產(chǎn)品，廣泛地應(yīng)用在軍事技術(shù)、航空航天、檢測(cè)技術(shù)等諸多領(lǐng)域。美國(guó)研制出紅外測(cè)溫傳感器，使其在惡劣的環(huán)境下仍能測(cè)量出飛行器各部分的溫度；城市的交通管理也運(yùn)用紅外光電傳感器進(jìn)行路段事故檢測(cè)和故障排除的指揮?？傮w來(lái)說(shuō)，國(guó)外傳感器的測(cè)量范圍大，線性度好，分辨率高，穩(wěn)定性好。國(guó)內(nèi)對(duì)激光位移傳感器的研究雖不及一些歐美國(guó)家，但是卻在研究的種類上屢創(chuàng)新奇。

二、激光三角測(cè)量技術(shù)的原理

激光三角測(cè)量法是指從光源發(fā)射一束光線到被測(cè)物體表面，在另一方向通過(guò)成像觀察反射光點(diǎn)的位置，成像位移和實(shí)際位移存在一定的換算關(guān)系，通過(guò)這個(gè)關(guān)系式可以計(jì)算出被測(cè)物體表面的實(shí)際位移。由于入射光和反射光構(gòu)成一個(gè)三角形光路，因此被稱為三角測(cè)量法。按照入射光線與被測(cè)物表面法線的關(guān)系，可分為直射式和斜射式。本項(xiàng)研究采用的是直射式激光三角測(cè)量法。

如圖l所示，激光發(fā)射器發(fā)射出一束光線到熱水瓶水面形成光斑，光線在表面發(fā)生反射后，從另一個(gè)方向通過(guò)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(fā)生變化，光斑成像也隨之發(fā)生位移。設(shè)光斑在CCD成像面上相對(duì)位移為X’，被測(cè)表面（即水面高度）的實(shí)際位移為X，則兩者關(guān)系如下式：

在傳感器的選擇上，本項(xiàng)研究選用的是CCD激光位移傳感器。目前應(yīng)用于激光三角法測(cè)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(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)光能、位置的轉(zhuǎn)換，CCD是一種新型光電轉(zhuǎn)化元件，主要由光敏單元、信號(hào)輸入單元和信號(hào)輸出單元組成。CCD以電荷作為信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電荷的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和檢測(cè)。與PSD相比，CCD具有輕便、體積小、耗能小、精度高、穩(wěn)定性好、時(shí)效性高等特點(diǎn)?；谏鲜隹紤]，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(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目研究的激光位移傳感器硬件系統(tǒng)包括：激光電源、半導(dǎo)體激光器、線陣CCD驅(qū)動(dòng)電路、輸出信號(hào)的處理系統(tǒng)、單片機(jī)測(cè)量系統(tǒng)和水龍頭閥門控制系統(tǒng)。如圖2所示為激光位移傳感器的可控型水龍頭系統(tǒng)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(dǎo)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(xué)測(cè)頭上。半導(dǎo)體激光器具有超小型、高效率、電壓低、電能轉(zhuǎn)換率高、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)。激光光束在傳播中存在散射，當(dāng)測(cè)量目標(biāo)越遠(yuǎn)，光能量分布不均勻，從而導(dǎo)致誤差出現(xiàn)，半導(dǎo)體激光位移傳感器可以進(jìn)行體積小的短距離測(cè)量。

3.2 線陣CCD驅(qū)動(dòng)電路

目前，應(yīng)用于激光三角測(cè)距系統(tǒng)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(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用精度高、穩(wěn)定性好的光電耦合器件CCD作為光電探測(cè)器，根據(jù)被測(cè)物體的移動(dòng)距離，間接進(jìn)行測(cè)量。

3.3 輸出信號(hào)的處理系統(tǒng)

圖像采集后，CCD輸出的信號(hào)疊加了較大的干擾噪聲，所以要先經(jīng)過(guò)預(yù)處理電路后在進(jìn)行二值化處理。預(yù)處理即是將CCD輸出進(jìn)行前置放大后進(jìn)行濾波處理，放大電路將微弱的信號(hào)放大同時(shí)干擾的噪聲信號(hào)也得到了放大。

所以經(jīng)過(guò)低通濾波器將放大電路處理后信號(hào)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(hào)送入電壓比較器進(jìn)行二值化處理得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)。最后將數(shù)字信號(hào)送到單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)就能得到像點(diǎn)位置信息。系統(tǒng)將計(jì)算后的結(jié)果顯示在顯示器界面上。

3.4 水龍頭閥門控制系統(tǒng)

在理想條件下，熱水瓶的高度為H，由上述系統(tǒng)測(cè)出水面高度為X，當(dāng)x的值接近L時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)反饋電路來(lái)控制水龍頭的閥門。

四、結(jié)束語(yǔ)

激光三角法采用非接觸測(cè)量，以其實(shí)時(shí)性強(qiáng)、精度高、對(duì)被測(cè)物體表面沒(méi)有特殊要求等優(yōu)點(diǎn)得以廣泛應(yīng)用，本論文利用直射式激光三角法，對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和所選器件做出了合理的設(shè)計(jì)和選擇。論文的主要工作包括以下幾個(gè)方面：

（1）通過(guò)對(duì)激光測(cè)距系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀研究，并結(jié)合本系統(tǒng)情況，確定了本系統(tǒng)的測(cè)量原理。

（2）數(shù)據(jù)采集：令熱水瓶的高度是定值H，從光源發(fā)射一束激光到被測(cè)物體（上升水面）表面，在另一方向通過(guò)成像觀察反射光點(diǎn)的位置。通過(guò)線陣CCD對(duì)光電信號(hào)進(jìn)行采集，從而計(jì)算出水面到瓶口的距離X。

（3）信號(hào)處理將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波放大電路處理，然后將輸出的結(jié)果由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，最后將信號(hào)送人單片機(jī)系統(tǒng)。

（4）數(shù)據(jù)結(jié)果輸出：通過(guò)單片機(jī)的計(jì)算被測(cè)物體的位移量，當(dāng)X-H趨近于零時(shí)，將其距離顯示在顯示器界面上，通過(guò)電路控制水龍頭閥門的關(guān)閉。

篇（6）

我校光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)歷史悠久、辦學(xué)基礎(chǔ)好、生源質(zhì)量高、專業(yè)方向應(yīng)用性強(qiáng)。為適應(yīng)國(guó)家對(duì)激光科學(xué)與技術(shù)及光信息技術(shù)高素質(zhì)人才的需求，發(fā)揮我校光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)應(yīng)用性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，圍繞“特色教育，服務(wù)社會(huì)”的宗旨，2009年申報(bào)成功了光信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家第一類特色專業(yè)，目標(biāo)是建設(shè)一個(gè)以激光科學(xué)與技術(shù)和光信息技術(shù)兩個(gè)專業(yè)方向?yàn)閮?yōu)勢(shì)方向，特色鮮明的名牌專業(yè)，使之在培養(yǎng)質(zhì)量方面達(dá)到或接近國(guó)內(nèi)一流水平。在專業(yè)邊緣領(lǐng)域，大膽開(kāi)拓，不斷擴(kuò)展研究?jī)?nèi)容，使該專業(yè)成為國(guó)內(nèi)激光科學(xué)與技術(shù)和光信息技術(shù)方向高級(jí)人才的培養(yǎng)基地，滿足社會(huì)發(fā)展需要，為同類型高校相關(guān)專業(yè)建設(shè)和改革起到示范和帶動(dòng)作用。電動(dòng)力學(xué)作為該專業(yè)重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，需進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革，以適應(yīng)特色專業(yè)的建設(shè)和培養(yǎng)高質(zhì)量畢業(yè)生要求。

二、電動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀及課程特點(diǎn)

電動(dòng)力學(xué)課程內(nèi)容，對(duì)大多數(shù)學(xué)生來(lái)說(shuō)感覺(jué)到比較難學(xué)。原因是知識(shí)點(diǎn)較多，抽象難懂。數(shù)學(xué)推導(dǎo)復(fù)雜，要求有較強(qiáng)的數(shù)理基礎(chǔ)。雖然有些電動(dòng)力學(xué)問(wèn)題接近實(shí)際，比如波導(dǎo)問(wèn)題、天線問(wèn)題，但學(xué)生要理解和解決這些問(wèn)題，需要一定的過(guò)程，由于上述問(wèn)題的存在，使初學(xué)者常常感到電動(dòng)力學(xué)課枯燥無(wú)味、難以入門；上課聽(tīng)講似懂非懂，下課做題無(wú)從下手。并且,由于招生數(shù)量的增加,極大降低了師生比,降低了學(xué)生與老師交流的幾率。同時(shí)，現(xiàn)代大學(xué)生與80年代大學(xué)生比，缺乏主動(dòng)思考意識(shí)和能力，都嚴(yán)重影響電動(dòng)力學(xué)課程的教學(xué)效果。

三、教學(xué)改革設(shè)想及實(shí)施

篇（7）

中圖分類號(hào)：TH741 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(lái)，微納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)整機(jī)及其接觸式探頭技術(shù)得到了快速發(fā)展，世界上許多國(guó)家和地區(qū)的研究機(jī)構(gòu)都公布了自己研制的三坐標(biāo)觸發(fā)探頭，比如德國(guó)PTB[1-2]、英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室[3-4]、荷蘭Eindhoven大學(xué)[5-6]、臺(tái)灣大學(xué)[7]、合肥工業(yè)大學(xué)[8]等。

本研究采用日立公司的DVD讀取頭HOP-1000作為開(kāi)發(fā)對(duì)象，如圖1 所示，應(yīng)用于納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)非接觸觸發(fā)探頭上，并對(duì)其運(yùn)作機(jī)理以及測(cè)量原理進(jìn)行了應(yīng)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(wěn)定的測(cè)量用激光光源；光學(xué)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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由光電傳感器輸出的電壓信號(hào)的強(qiáng)弱可判斷出入射光的光強(qiáng)度[9]。本研究中所使用的DVD激光頭的內(nèi)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(dāng)光點(diǎn)打在檢測(cè)器上時(shí)，光點(diǎn)落在各檢測(cè)組件上的能量不等，因此其信號(hào)輸出也不同，利用電子線路，比較各檢測(cè)組件的輸出，就可獲知光點(diǎn)位置差。激光讀取頭就是利用四象限傳感器來(lái)偵測(cè)四個(gè)象限分別的感光強(qiáng)度，并進(jìn)而經(jīng)由后續(xù)的電路信號(hào)來(lái)計(jì)算聚焦誤差信號(hào)（focus error signal，F(xiàn)ES）。

激光讀取頭的聚焦光點(diǎn)大小及品質(zhì)決定資料讀取的正確性，同時(shí)也影響聚焦誤差信號(hào)FES的判斷，決定了我們?cè)跍y(cè)量應(yīng)用時(shí)的精度。本研究中所使用的DVD讀取頭性能參數(shù)有：NA=0.6，λ=650nm，光點(diǎn)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(jīng)過(guò)像散透鏡，造成成像時(shí)橫向與縱向的放大率不同，因此造成像點(diǎn)的失真。利用此像散特性作為測(cè)量依據(jù)，并結(jié)合感測(cè)組件四象限傳感器，當(dāng)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(shí)，在四象限光傳感器上的成像光點(diǎn)呈現(xiàn)橢圓變化，當(dāng)物體處于透鏡的正焦平面位置時(shí)，成像光點(diǎn)呈現(xiàn)圓形（FES=0），經(jīng)信號(hào)處理，即四象限的（A+C）-（B+D），失焦信號(hào)對(duì)失焦位移量的關(guān)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(tǒng)測(cè)量原理

2.1 DVD讀取頭運(yùn)作原理

如圖3所示，激光二極管在加電以后發(fā)射約為0.5mW的650nm波長(zhǎng)紅激光光束，經(jīng)光柵衍射后形成三束檢測(cè)光，再經(jīng)分光鏡、反射鏡、準(zhǔn)直透鏡，將激光束變成準(zhǔn)直光束。準(zhǔn)直光束經(jīng)過(guò)鏡片中央呈現(xiàn)有間隔幾十?dāng)?shù)百微米同心圓溝槽的全息透鏡后，使準(zhǔn)直激光束聚焦成適合DVD光盤信息讀取的焦點(diǎn)。經(jīng)光盤反射的光束沿圓光路再經(jīng)過(guò)準(zhǔn)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(jù)光點(diǎn)在四個(gè)象限上的分布，輸出一聚焦誤差電壓信號(hào)FES（B+D）-（A+C）。

這個(gè)聚焦誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大，補(bǔ)償處理，驅(qū)動(dòng)音圈馬達(dá)VCM（Voice Coil Motor），將固定在音圈馬達(dá)上的全息物鏡推到可以聚焦光盤平面的位置，達(dá)到自動(dòng)鎖焦的目的[10]。

在DVD激光讀取頭實(shí)際讀取光盤數(shù)據(jù)的過(guò)程中，光盤除正常旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，也會(huì)產(chǎn)生上下抖動(dòng)以及偏心旋轉(zhuǎn)等不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。讀取頭必須不斷將位置誤差信號(hào)反饋給伺服系統(tǒng)，通過(guò)音圈馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)修正聚焦鏡組的位置，使物鏡回到聚焦面，以讀取正確信號(hào)。由于自動(dòng)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(dòng)聚焦與測(cè)量原理

自動(dòng)聚焦是指待測(cè)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(shuō)當(dāng)物體表面有起伏時(shí)，讀取頭的物鏡會(huì)隨之起伏，以便讓物鏡與物體表面間的相對(duì)距離不變，而這個(gè)相對(duì)距離就是該物鏡的焦距。

如圖4所示，在自動(dòng)聚焦的過(guò)程中，當(dāng)物體反射面位于物鏡的焦點(diǎn)時(shí)，經(jīng)過(guò)像散法處理，失焦信號(hào)為零，軌跡落在S曲線的中點(diǎn)。當(dāng)物體反射面離開(kāi)焦平面，無(wú)論是逼近還是遠(yuǎn)離物鏡，都會(huì)使失焦信號(hào)輸出一個(gè)不為零的值，這個(gè)值經(jīng)過(guò)控制法則處理后，回去驅(qū)動(dòng)音圈馬達(dá)，使物鏡超失焦信號(hào)為零的方向移動(dòng)，最后到達(dá)平衡位置。此時(shí)維持物鏡不動(dòng)所需的電流轉(zhuǎn)換成可讀取的電壓信號(hào)，即音圈馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)。由于推動(dòng)物鏡回到平衡位置的過(guò)程是實(shí)時(shí)現(xiàn)象，光電信號(hào)的反饋運(yùn)作與支撐物鏡的彈簧微量運(yùn)動(dòng)的配合都是在非常短的時(shí)間內(nèi)完成，所以在靜態(tài)觀察下，只能看到平衡后的結(jié)果，也就是物鏡位移量對(duì)音圈馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)的關(guān)系。

在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，這個(gè)關(guān)系為近似直線的變化，因此音圈馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)隨著表面高低而有線性的變化，只要測(cè)量到音圈馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電壓的變化，就可以依照這個(gè)線性關(guān)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(jù)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(cè)量的感測(cè)元件。

3 非接觸式聚焦探頭及應(yīng)用

3.1 主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主軸系統(tǒng)提供Z方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)10mm行程范圍，并能保證精密的測(cè)頭瞄準(zhǔn)功能，因此需要精密機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

圖5所示為主軸機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果圖[11]，蓋板固定在拱形橋架對(duì)稱中心上，使橋架受力產(chǎn)生的變形集中在其中心部位，由前面章節(jié)敘述得知其對(duì)測(cè)頭測(cè)量精度產(chǎn)生的影響很小。壓電陶瓷納米電機(jī)驅(qū)動(dòng)精密滑動(dòng)導(dǎo)軌的滑動(dòng)塊，將精密運(yùn)動(dòng)傳給與滑動(dòng)塊相連接的中心軸，從而帶動(dòng)探頭系統(tǒng)上下運(yùn)動(dòng)，使得探頭在一定運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的位移分辨率。中心軸通過(guò)滑輪和配重系統(tǒng)進(jìn)行重量平衡，移動(dòng)距離通過(guò)平面鏡激光干涉儀基準(zhǔn)進(jìn)行精密位移感測(cè)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中兼顧激光干涉儀的測(cè)量軸與測(cè)頭的測(cè)量軸重合，消除阿貝誤差，提高探頭系統(tǒng)的測(cè)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(jìn)行初步改裝。將音圈馬達(dá)部分拆除，測(cè)量物鏡可以獨(dú)立出來(lái)，加夾持鏡筒，可以使物鏡測(cè)頭部分的直徑減小，如圖6所示。并且合理調(diào)整物鏡對(duì)準(zhǔn)位置，并進(jìn)行性能測(cè)試，其分辨率與測(cè)量重復(fù)精度與初裝DVD讀取頭相比并沒(méi)有改變。這為將其組裝入接觸觸發(fā)式測(cè)頭時(shí)進(jìn)行空間體積上的改裝提供了便利，物鏡可調(diào)整與物鏡鏡筒的可伸長(zhǎng)行為將來(lái)接觸觸發(fā)式測(cè)頭微型化打下基礎(chǔ)。

DVD探頭實(shí)物圖如圖7所示。

4 實(shí) 驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)架構(gòu)示意圖如圖8所示，采用PI納米驅(qū)動(dòng)臺(tái)作為位移基準(zhǔn)，PI驅(qū)動(dòng)臺(tái)采用電容傳感器的位移反饋標(biāo)準(zhǔn)，其重復(fù)性精度為2nm。實(shí)驗(yàn)架設(shè)實(shí)物圖如9所示。

重復(fù)進(jìn)行6次實(shí)驗(yàn)，得出聚焦信號(hào)FES如圖10所示。從圖中我們可以看出，1μm至3μm段線性比較好，F(xiàn)ES電壓變化量為8V，F(xiàn)ES線性斜率為0.25nm/mV。從圖11可以得知，F(xiàn)ES信號(hào)噪聲低于4mV，因此我們可以推斷此非接觸探頭的分辨率優(yōu)于1nm。

FES電壓為零點(diǎn)為觸發(fā)點(diǎn)，我們可以得到6組觸發(fā)點(diǎn)數(shù)據(jù)，如表1所示，觸發(fā)重復(fù)性精度低于12nm。

5 結(jié) 論

本文介紹了基于商用DVD讀取頭開(kāi)發(fā)的非接觸式激光探頭的開(kāi)發(fā)，對(duì)DVD讀取頭的運(yùn)作原理進(jìn)行了介紹，闡述了其光學(xué)測(cè)量原理、自動(dòng)聚焦原理以及性能校正。拆除音圈馬達(dá)，固定物鏡，將DVD探頭改裝為非接觸式光學(xué)聚焦探頭，作為開(kāi)發(fā)接觸觸發(fā)式微型探頭的位移感測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，具有高分辨率（0.25nm/mV）、高測(cè)量精度（測(cè)量重復(fù)精度

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篇（8）

[中圖分類號(hào)]E933.43 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）05-0009-01

1軸子、光子相關(guān)理論簡(jiǎn)介

本文首先簡(jiǎn)述了關(guān)于軸子和光子的理論，以方便研究軸子和光子的相關(guān)理論，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

1.1量子場(chǎng)論

量子場(chǎng)論是以量子力學(xué)原理等為基礎(chǔ)，一種解釋了微觀物理學(xué)的理論。量子動(dòng)力學(xué)具有悠久的歷史，也比較成熟。他研究的內(nèi)容主要是電磁場(chǎng)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(zhì)、帶電粒子相關(guān)活動(dòng)等。它還對(duì)相關(guān)高精度實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分析。

我們所生存的世界中存在著許多量子場(chǎng)系統(tǒng)。粒子的生成或消失取決于量子場(chǎng)的情況。所渭真空就是指量子場(chǎng)中的能量處于一種最低狀態(tài)。與其他激發(fā)態(tài)相比較，這種最低態(tài)指的是不存在任何粒子的狀態(tài)，可是，真空中存在著許多量子場(chǎng)，并時(shí)時(shí)刻刻運(yùn)動(dòng)，即物理學(xué)中所謂的真空零點(diǎn)振動(dòng)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的能量則稱為真空零點(diǎn)能。在這種情況下，若能夠使量子場(chǎng)不再擴(kuò)散到更大的空間中去，而它所在的較小的空間的大小出現(xiàn)改變時(shí)，此量子場(chǎng)產(chǎn)生的零點(diǎn)振動(dòng)能也會(huì)出現(xiàn)較小的改變，即得出了著名的卡西米爾效應(yīng)。

1.2對(duì)稱性和守恒律

對(duì)稱性和守恒律在物理學(xué)中有著非常重要的地位。物質(zhì)的情況及其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)在對(duì)稱變換時(shí)所展現(xiàn)出的固有性質(zhì)就是對(duì)稱n生。如果物體的運(yùn)動(dòng)及其能量最低態(tài)具有對(duì)稱性特點(diǎn)，則其相應(yīng)的物理量均守恒。物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都滿足守恒定律。

1.3規(guī)范場(chǎng)和規(guī)范玻色子質(zhì)量

規(guī)范場(chǎng)是一類物質(zhì)場(chǎng)，它與相關(guān)規(guī)律的固定性聯(lián)系很大，規(guī)范玻色子指的是一種場(chǎng)量子。電磁場(chǎng)也是常見(jiàn)的規(guī)范場(chǎng)。其不變性對(duì)周總耦合形式的形成有很大的影響。規(guī)范場(chǎng)的量子就是規(guī)范玻色子，也使其相互影響。因?yàn)橐?guī)范對(duì)稱性的規(guī)定，規(guī)范場(chǎng)的相關(guān)量中沒(méi)有規(guī)范場(chǎng)的質(zhì)量項(xiàng)，它會(huì)影響規(guī)范對(duì)稱性。當(dāng)相應(yīng)的規(guī)范玻色子質(zhì)量為零時(shí)，這說(shuō)明其對(duì)應(yīng)的作用是長(zhǎng)程力。

2強(qiáng)場(chǎng)激光偏振法探測(cè)軸子實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)述

二十世紀(jì)末，世界著名大學(xué)羅切斯特大學(xué)的一位博士和一些學(xué)術(shù)專家在美國(guó)國(guó)立實(shí)驗(yàn)室做了該實(shí)驗(yàn)。他們通過(guò)變更激光射向強(qiáng)磁場(chǎng)偏振方向的方式，來(lái)探測(cè)軸子。下面著重研究光子非靜止質(zhì)量的相關(guān)情況。

強(qiáng)場(chǎng)激光偏振法探測(cè)軸子實(shí)驗(yàn)，指的是研究軸子與光子的電磁耦合作用。有相關(guān)效應(yīng)可知，當(dāng)一束線偏振光出現(xiàn)于強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，而與磁場(chǎng)正交的分量則與磁場(chǎng)相互作用生成新的軸子，所以，此分量的幅值就會(huì)降低，進(jìn)而造成其偏振方向會(huì)與原偏振方向有一定的角度。二十世紀(jì)末，有一些博士和專家就在這一理論的基礎(chǔ)上來(lái)探測(cè)肘子。

該實(shí)驗(yàn)體系由三部分組成，一是強(qiáng)磁場(chǎng)；二是光學(xué)系統(tǒng)；三是橢圓偏振檢測(cè)系統(tǒng)。強(qiáng)磁場(chǎng)主要是生成新的軸子，磁場(chǎng)是通過(guò)超導(dǎo)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(chǎng)方向須有一定的夾角，如此方能滿足實(shí)驗(yàn)的要求。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先在某一橫向磁場(chǎng)中引入一束線偏振光，激光先經(jīng)過(guò)隔離器到達(dá)起偏器，其光軸方向與磁場(chǎng)方向會(huì)有一定的夾角，而后會(huì)產(chǎn)生一定角度的線偏振光，接著射進(jìn)光學(xué)反射腔，最后又到達(dá)檢測(cè)區(qū)，反射腔位于磁場(chǎng)區(qū)中，一旦磁場(chǎng)中形成新的軸子，則反射腔發(fā)出光線，其偏振狀態(tài)會(huì)有一定的改變。實(shí)驗(yàn)對(duì)變化的激光偏振方向夾角進(jìn)行分析，以達(dá)到探測(cè)軸子的目的。

光首先進(jìn)入反射腔，射出后又進(jìn)入法拉第盒，并得到其一定的調(diào)制，如此有利于避免不必要的非線性項(xiàng)，隨后射到檢偏器上，需要說(shuō)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(jié)果發(fā)出的光電信號(hào)傳到光電二極管，并在此處被檢測(cè)出。我們要想了解該偏振光的橢圓率，可以把一定規(guī)格的波片放在法拉第盒的前邊，這樣就可以通過(guò)測(cè)量偏振方向的變化來(lái)得出該橢圓率。

3光子靜止質(zhì)量為零時(shí)的實(shí)驗(yàn)分析

由相關(guān)效應(yīng)知，當(dāng)線偏振光經(jīng)過(guò)較強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，與磁場(chǎng)正交的分量在與磁場(chǎng)相互作用的過(guò)程中形成軸子。有量子動(dòng)力學(xué)理論可知，光子主要來(lái)源于激光束，并在強(qiáng)磁場(chǎng)的影響下，形成了軸子。磁場(chǎng)中的場(chǎng)強(qiáng)張量存在于一定區(qū)域的總電磁場(chǎng)中，它包括兩部分，一是外部產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)；二是由激光束產(chǎn)生的電磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)。

因?yàn)镻rimakoff效應(yīng)中的光為外磁場(chǎng)平行的部分時(shí)才能形成軸子，但和外磁場(chǎng)正交的部分卻未出現(xiàn)任何改變。二十世紀(jì)末期，有一些專家教授根據(jù)相關(guān)理論和原理，并采用相應(yīng)的方法來(lái)探測(cè)軸子。當(dāng)激光經(jīng)過(guò)一個(gè)非縱向的磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，其偏振方向則會(huì)與磁場(chǎng)形成一定的角度，約為45度。發(fā)出的激光的偏振方向與原方向也會(huì)形成相應(yīng)的角度。

4光子靜止質(zhì)量不為零時(shí)的實(shí)驗(yàn)分析

從一些圖書資料中可以查知，愛(ài)因斯坦在狹義相對(duì)論中提出了兩個(gè)基本假設(shè)，即所謂的光速不變和相對(duì)性原理，它對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用。光子靜止質(zhì)量上述假設(shè)中的觀點(diǎn)。物理學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的，因此，只有進(jìn)行科學(xué)的實(shí)驗(yàn)才能得出正確的理論。我們可以從電動(dòng)力學(xué)中得出光子靜止質(zhì)量為零時(shí)的電磁場(chǎng)的密度等參數(shù)。由此密度推導(dǎo)出電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方程。當(dāng)光子靜止質(zhì)量為非零時(shí)，瑪克斯韋爾電磁場(chǎng)必須把其靜止質(zhì)量項(xiàng)考慮在內(nèi)。然后才能對(duì)其進(jìn)行獨(dú)立地光子靜止質(zhì)量研究。實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的角度與磁場(chǎng)區(qū)域長(zhǎng)度呈線h生關(guān)系，為方便探測(cè)，在實(shí)驗(yàn)中安裝了反射鏡，使激光循環(huán)反射，從而增強(qiáng)了相應(yīng)的測(cè)量效應(yīng)。

結(jié)束語(yǔ)

篇（9）

 

1、光纖通信系統(tǒng)的基本組成

最基本的光纖通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)源、光發(fā)送端、光學(xué)信道和光接收機(jī)組成。其中數(shù)據(jù)源包括所有的信號(hào)源，它們是話音、圖象、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)信源編碼所得到的信號(hào)；光發(fā)送機(jī)和調(diào)制器則負(fù)責(zé)將信號(hào)轉(zhuǎn)變成適合于在光纖上傳輸?shù)墓庑盘?hào)，先后用過(guò)的光波有0.85、1.31和1.55三個(gè)低損耗窗口。光學(xué)信道包括最基本的光纖，還有中繼放大器EDFA等；而光學(xué)接收機(jī)則接收光信號(hào)，并從中提取信息，然后轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，最后得到對(duì)應(yīng)的話音、圖象、數(shù)據(jù)等信息。論文格式。在光纖通信系統(tǒng)中，光纖中傳輸?shù)氖嵌M(jìn)制光脈沖'0'碼和'1'碼，它由二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行通斷調(diào)制而產(chǎn)生。而數(shù)字信號(hào)是對(duì)連續(xù)變化的模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣、量化和編碼產(chǎn)生的，稱為PCM（pulse code modulation），即脈沖編碼調(diào)制。這種電的數(shù)字信號(hào)稱為數(shù)字基帶信號(hào)，由PCM電端機(jī)產(chǎn)生。光纖通信系統(tǒng)的基本組成原理圖如下圖1-1所示：

圖1-1光纖通信系統(tǒng)

1.1光發(fā)射端機(jī)

光發(fā)射機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成。其功能是將來(lái)自于電端機(jī)的電信號(hào)對(duì)光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號(hào)耦合到光纖或光纜中傳輸。電端機(jī)就是常規(guī)的電子通信設(shè)備。光發(fā)射機(jī)的原理圖如下圖1-2所示：

圖1-2光發(fā)射機(jī)原理框圖

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

1.2光纖或光纜

光纖作為傳輸媒介，作用是將發(fā)射端機(jī)光源發(fā)出的光信號(hào)，經(jīng)遠(yuǎn)距離傳輸后耦合到接收端機(jī)的檢測(cè)器，完成信息傳輸任務(wù)。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(yīng)用于低速、短距離的傳輸中。其構(gòu)成光纖的纖芯與包層都是塑料材料。與大芯徑50/125μm和62.5/125μm的石英玻璃多模光纖相比，塑料光纖的芯徑高達(dá)200～1000μm，其接續(xù)時(shí)可使用不帶光纖定位套筒的便直注塑塑料連接器，即便是光纖接續(xù)中芯對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)生 ±30μm偏差都不會(huì)影響耦合損耗。正是塑料光纖結(jié)構(gòu)賦予了其施工快捷，接續(xù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。另外，芯徑100μm或更大則能夠消除在石英玻璃多模光纖中存在的模間噪音。論文格式。

1.3中繼器

含有光中繼器的光纖傳輸系統(tǒng)成為光纖中繼通信。光信號(hào)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(huì)產(chǎn)生能量衰減和波形失真，為保證通信質(zhì)量，必須對(duì)衰減和失真達(dá)到一定程度的光信號(hào)及時(shí)進(jìn)行放大和恢復(fù)。中繼器由光檢測(cè)器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個(gè)：一個(gè)是補(bǔ)償光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)受到的衰減；另一個(gè)是對(duì)波形失真的脈沖進(jìn)行整形。

1.4光纖連接器、耦合器等無(wú)源器件

由于光纖或光纜的長(zhǎng)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(zhǎng)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(wèn)題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機(jī)的連接及耦合，對(duì)光纖連接器、耦合器等無(wú)源器件的使用是必不可少的。

1.5光接收端機(jī)

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

圖1-3光接收機(jī)電路原理方框圖

2、光纖語(yǔ)音電路設(shè)計(jì)

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

2.1、發(fā)射器電路板

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

圖1-4光纖語(yǔ)音發(fā)射電路

2.2、光電接收器電路板:

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

圖1-5光纖語(yǔ)音接收電路

3、結(jié) 語(yǔ)

本文詳細(xì)的介紹了光纖通信系統(tǒng)的組成，為設(shè)計(jì)光纖語(yǔ)音傳輸電路提供理論基礎(chǔ)。在該電路系統(tǒng)中語(yǔ)音信號(hào)以光波形式在光纜內(nèi)傳輸、不受任何電場(chǎng)和磁場(chǎng)的影響。傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)。每個(gè)電路板需要一個(gè)9V電池，元件簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)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?yàn)槊總€(gè)物體發(fā)射的光被人眼接受時(shí)，光的強(qiáng)弱、射向和距離、顏色都不同。從波動(dòng)光學(xué)的觀點(diǎn)看，是由于各物體發(fā)射的特定的光波不同，光的特征主要取決于光波的振幅(強(qiáng)弱)，位相(同相面形狀)和波長(zhǎng)(顏色)。如果能得到景物光波的完全特征，就能看到景物逼真的三維像，這就是全息術(shù)。全息術(shù)誕生到現(xiàn)在60年來(lái)取得了很大的進(jìn)展，已被廣泛地應(yīng)用于近代科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中。

1全息術(shù)的歷史和發(fā)展階段

1948年，丹尼斯·蓋伯提出一種記錄光波振幅和相位的方法，隨后用實(shí)驗(yàn)證實(shí)這一想法，即全息術(shù)，并制成世界上第一張全息圖。蓋伯本來(lái)是為提高電子顯微鏡的分辨率而提出的設(shè)想，雖然未能用電子波證實(shí)其原理，但用可見(jiàn)光證實(shí)了。從第一張全息照片制成到20世紀(jì)50年代末期，全息圖制作具有以下共同特點(diǎn)：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(shí)期的全息圖被稱為第一代全息圖，標(biāo)志著全息術(shù)的萌芽。第一代全息圖存在兩個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，一個(gè)是再現(xiàn)的原始像和共軛像分不開(kāi)，另一個(gè)是光源的相干性太差。因此在這十多年中，全息術(shù)進(jìn)展緩慢。

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

科學(xué)家們開(kāi)始致力于研究第三代全息圖到。這是用激光記錄，而用白光再現(xiàn)的全息圖，在一定的條件下賦予全息圖以鮮艷的色彩。第三代全息術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域的到了應(yīng)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(guò)程中各個(gè)元件、光源和記錄介質(zhì)的相對(duì)位置嚴(yán)格保持不變，這也給全息技術(shù)的實(shí)際使用帶來(lái)了種種不便。于是，科學(xué)家們又回過(guò)頭來(lái)繼續(xù)探討白光記錄的可能性。第四代全息圖應(yīng)該是白光記錄白光再現(xiàn)的全息圖，它將使全息術(shù)最終走出有防震工作臺(tái)的黑暗實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入更加廣泛的實(shí)用領(lǐng)域。

2全息術(shù)的基本原理和特點(diǎn)

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

波前記錄依據(jù)的是干涉原理，物光波和參考光波相干疊加而產(chǎn)生干涉條紋。干涉條紋的反襯度記錄了物光波前的振幅分布，干涉條紋的幾何特征(包括形狀、間距、位置)記錄了物光波前的位相分布。就是說(shuō)，全息圖上的強(qiáng)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(yīng)當(dāng)指出，任何感光底片都只能記錄振幅(或者說(shuō)強(qiáng)度)的分布，而不能直接記錄位相分布，全息照相之所以能記錄位相分布，是利用了參考光波把它轉(zhuǎn)化成了干涉條紋的強(qiáng)度分布。假如沒(méi)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(lái)的。

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

全息術(shù)的原理決定了它所記錄的全息圖有下列特點(diǎn)：

(1)三維性——因?yàn)槿D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?yàn)槿D記錄的是物光與參考光的干涉條紋，所以具有可分割性。它被分割后的任一碎片都能再現(xiàn)完整的被攝物形象，只是分辨率受到一些影響。

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

(4)全息圖的再現(xiàn)相可放大或縮小——因?yàn)檠苌浣桥c波長(zhǎng)有關(guān)，用不同波長(zhǎng)的激光照射全息圖，再現(xiàn)相就會(huì)發(fā)生放大或縮小。

3全息術(shù)的主要應(yīng)用及其發(fā)展方向

全息術(shù)經(jīng)過(guò)60年的發(fā)展，已與計(jì)算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)以及非線性光學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合，成為一種高新技術(shù)，擴(kuò)展到醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、裝飾、包裝、印刷等領(lǐng)域，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家還興起了全息產(chǎn)業(yè)，并且正在形成日益廣闊的市場(chǎng)，實(shí)用前景非?？捎^。本文介紹全息術(shù)中幾個(gè)應(yīng)用較為廣泛、產(chǎn)業(yè)化較成熟的領(lǐng)域并說(shuō)明其發(fā)展方向。

3.1全息存儲(chǔ)

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

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

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

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

當(dāng)前，在世界范圍內(nèi)掀起了全息存儲(chǔ)研究的熱潮，并取得很大的進(jìn)展，其主要表現(xiàn)在：

(1)存儲(chǔ)容量迅速提高和性能不斷改善，并逐步走向?qū)嵱没?。例如?994年美國(guó)加州理工學(xué)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(xué)的一個(gè)研究小組把經(jīng)壓縮的數(shù)字化圖像視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)全息存儲(chǔ)器中，并再現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)而圖像質(zhì)量無(wú)顯著下降。1999年美國(guó)加州理工大學(xué)利用空-角復(fù)用技術(shù)，在同一塊在摻鐵鈮酸鋰晶體中存儲(chǔ)了26000幅全息圖。北京清華大學(xué)實(shí)現(xiàn)了在摻鐵妮酸鏗晶體中的同一空間位置記錄1500幅全息圖，并研制了具有緊湊結(jié)構(gòu)的靈巧型全息存儲(chǔ)裝置。

(2)實(shí)用化的全息存儲(chǔ)系統(tǒng)逐漸推出。例如，1995年由美國(guó)政府高級(jí)研究項(xiàng)目局(ARPA)、IBM公司的Almaden研究中心、斯坦福大學(xué)等聯(lián)合成立了協(xié)作組織并在美國(guó)國(guó)家存儲(chǔ)工業(yè)聯(lián)合會(huì)(NS1C)支持下川，投資約7000萬(wàn)美元，實(shí)施了光折變信息存儲(chǔ)材料(PRISM)和全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)(HDSS)項(xiàng)目，預(yù)期在5年內(nèi)開(kāi)發(fā)出具有容量為1Tbit數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)速率為1000MB/s的一次寫人或重復(fù)寫人的全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。同樣的研究在法國(guó)、英國(guó)、德國(guó)和日本等國(guó)家也正在加緊進(jìn)行。

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

3.2顯示全息

顯示全息技術(shù)是在激光透射全息圖的基礎(chǔ)上來(lái)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(tái)布景、建筑、室內(nèi)裝飾、投影等；再如，以動(dòng)態(tài)顯示的全息技術(shù)、層面X射線照相術(shù)、3DCAD技術(shù)、3D動(dòng)畫片、雷達(dá)顯示、導(dǎo)向和模擬系統(tǒng)等，每3年一次的顯示全息國(guó)際會(huì)議上都有全息界泰斗展出令人吃驚的全息圖，它們充分展示了全息技術(shù)創(chuàng)造性的魅力和藝術(shù)的美。

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

(1)視角范圍、圖像體積有限；

(2)沒(méi)有獲得特別有效的全息圖的計(jì)算方法；

(3)由于全息計(jì)算數(shù)量巨大，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)顯示異常困難?？朔陨喜蛔?，將可能成為顯示全息研究的幾個(gè)熱點(diǎn)。

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

3.3模壓全息

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

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

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

3.4全息干涉計(jì)量

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

全息干涉計(jì)量在20世紀(jì)80年代美國(guó)等西方先進(jìn)國(guó)家已產(chǎn)業(yè)化，我國(guó)在20世紀(jì)80年代初有幾所大學(xué)和科研單位的研究項(xiàng)目通過(guò)鑒定，其中有些達(dá)到當(dāng)時(shí)的先進(jìn)水平。經(jīng)過(guò)近幾年的開(kāi)發(fā)和研制，我國(guó)在全息干涉計(jì)量測(cè)試設(shè)備方面主要發(fā)展有：

(1)用于測(cè)試火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴霧化特性的YSCI型離子瞬態(tài)激光全息測(cè)試儀；

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