導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯(cuò)過為您精心挑選的10篇激光原理論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

1．1了解新型傳感器原理

首先，以學(xué)生熟悉的全站儀為對(duì)照，讓學(xué)生了解激光雷達(dá)是一種集成了多種高新技術(shù)的新型測(cè)繪儀器，具有非接觸式、精度高(毫米級(jí)/亞毫米級(jí))、速度快(可達(dá)120萬點(diǎn)/秒)、密度大(點(diǎn)間距可達(dá)毫米級(jí))的優(yōu)勢(shì)，且數(shù)據(jù)采集方式靈活，對(duì)環(huán)境光線、溫度都要求較低。其次，讓學(xué)生理解LiDAR的測(cè)量原理主要分極坐標(biāo)法和三角測(cè)量法兩種。其中，對(duì)于極坐標(biāo)法測(cè)量，使學(xué)生了解測(cè)距的關(guān)鍵在于時(shí)間差的測(cè)定，引出兩種常用的測(cè)時(shí)方法:脈沖法和相位法;讓學(xué)生理解直接測(cè)時(shí)和間接測(cè)時(shí)的區(qū)別以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，從而進(jìn)一步了解脈沖式和相位式激光掃描設(shè)備的優(yōu)勢(shì)、局限性以及應(yīng)用領(lǐng)域。最后，通過介紹激光雷達(dá)采集數(shù)據(jù)的掃描方式，讓學(xué)生了解不同平臺(tái)上的激光雷達(dá)傳感器的工作特點(diǎn)，如固定式激光掃描儀適合窗口式和全景式掃描，車載、機(jī)載以及星載平臺(tái)適合移動(dòng)式掃描等。

1．2熟悉激光掃描儀操作

考慮到各類平臺(tái)激光雷達(dá)的作業(yè)特點(diǎn)以及現(xiàn)有設(shè)備的情況，《激光雷達(dá)技術(shù)原理》課程以地基三維激光掃描儀為重點(diǎn)，讓學(xué)生熟悉儀器的外業(yè)操作。盡管激光掃描儀數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化程度較高，外業(yè)采集仍然需要解決掃描設(shè)站方案設(shè)計(jì)和不同掃描站間連接點(diǎn)選擇等問題，要求學(xué)生在熟悉激光掃描儀軟硬件操作的同時(shí)，還要掌握激光掃描儀外業(yè)采集方案的設(shè)計(jì):踏勘工作區(qū)，分析研究最優(yōu)化的掃描設(shè)站方案和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換控制點(diǎn)選擇，畫出相關(guān)的設(shè)計(jì)草圖，并設(shè)置主要掃描設(shè)站的標(biāo)志。要求設(shè)站位置既要保證與相鄰站的重疊，又要覆蓋盡量大范圍的被掃描對(duì)象，以減少設(shè)站數(shù)，從而提高外業(yè)數(shù)據(jù)采集效率。

1．3掌握激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)后處理方法

利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)可視化與點(diǎn)云原始存儲(chǔ)格式之間的明顯反差，讓學(xué)生了解激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)后處理的重要性和難點(diǎn)，及其已成為制約激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用瓶頸的現(xiàn)狀。根據(jù)學(xué)生的理解程度，選取了點(diǎn)云的拼接/配準(zhǔn)、點(diǎn)云的濾波和分類、點(diǎn)云的分割和擬合等后處理方法，要求學(xué)生掌握相關(guān)的算法并編程實(shí)現(xiàn)。

1．3．1點(diǎn)云的拼接/配準(zhǔn)點(diǎn)云拼接是將2個(gè)或2個(gè)以上坐標(biāo)系中的大容量三維空間數(shù)據(jù)點(diǎn)集轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)計(jì)算過程。要求學(xué)生掌握如何解決點(diǎn)云拼接的兩個(gè)關(guān)鍵問題:同名特征的配準(zhǔn)以及旋轉(zhuǎn)矩陣的構(gòu)造。對(duì)于同名特征的配準(zhǔn)，使學(xué)生了解常用配準(zhǔn)方法的特點(diǎn)和適用范圍，如ICP方法適合用于精拼接，而基于特征面的方法對(duì)場(chǎng)景特征分布要求較高等。著重讓學(xué)生掌握最常用的人工標(biāo)靶識(shí)別，以及特征面匹配，后者有別于學(xué)生所熟知的點(diǎn)特征匹配;對(duì)于旋轉(zhuǎn)矩陣的構(gòu)造，拓展學(xué)生在《攝影測(cè)量學(xué)》［6］中學(xué)習(xí)的基于歐拉角的旋轉(zhuǎn)矩陣構(gòu)造，掌握角－軸轉(zhuǎn)角系和單位四元數(shù)方法。

1．3．2點(diǎn)云的濾波和分類要求學(xué)生了解濾波和分類的目的是解決激光腳點(diǎn)在三維空間的分布形態(tài)呈現(xiàn)隨機(jī)離散的問題。掌握基于高程突變和空間形態(tài)學(xué)的點(diǎn)云濾波和分類方法。讓學(xué)生理解單一的信息量會(huì)導(dǎo)致算法不穩(wěn)健，從而引出多源數(shù)據(jù)融合的思路。目前，已經(jīng)有很多激光掃描儀生產(chǎn)廠商推出的新產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)了多傳感器平臺(tái)的集成，如激光掃描儀會(huì)搭載小像幅的數(shù)碼相機(jī)，甚至有些系統(tǒng)還提供由集成傳感器生成的紅外影像。每種數(shù)據(jù)源都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和局限性，將多源數(shù)據(jù)融合能夠彌補(bǔ)各個(gè)單數(shù)據(jù)源的局限性，增大信息量，從而提高濾波和分類方法的穩(wěn)健性。

1．3．3點(diǎn)云的分割和擬合要求學(xué)生掌握實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云分割的相似性原則:平面性、曲面平滑度和鄰域法向，以及常用的點(diǎn)云分割方法表面生長(zhǎng)法?？紤]到點(diǎn)云擬合是由離散激光點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算特征模型參數(shù)的過程，要求學(xué)生掌握點(diǎn)云擬合中兩個(gè)主要問題的解決方法:粗差剔除及最優(yōu)解獲取。

2實(shí)踐教學(xué)法

實(shí)踐教學(xué)是卓越工程師培養(yǎng)體系中一個(gè)重要的組成部分。作為技術(shù)性的測(cè)繪工程學(xué)科，除應(yīng)用測(cè)量?jī)x器采集數(shù)據(jù)、應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的基本能力外，還需要構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系以培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐中選用適當(dāng)?shù)睦碚?、技術(shù)、儀器設(shè)備和作業(yè)方法解決測(cè)繪工程與地理空間信息產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)際問題的能力，從而使學(xué)生接受測(cè)繪工程與地理空間信息產(chǎn)品生產(chǎn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)施以及實(shí)際應(yīng)用中測(cè)繪工程解決方案確定等系統(tǒng)化訓(xùn)練?！都す饫走_(dá)技術(shù)原理》課程實(shí)習(xí)要求學(xué)生全面應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，利用實(shí)習(xí)場(chǎng)地，依據(jù)實(shí)習(xí)目的和要求在老師的指導(dǎo)下分組獨(dú)立完成全部實(shí)習(xí)內(nèi)容。實(shí)習(xí)儀器為中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)遙感地理信息工程教研室使用教育部采購(gòu)專項(xiàng)購(gòu)買的RIEGLLMSZ620三維激光掃描儀?！都す饫走_(dá)技術(shù)原理》課程實(shí)習(xí)的目的主要是使學(xué)生通過三維激光掃描儀的使用，進(jìn)一步鞏固和加深理解相關(guān)理論知識(shí)和技術(shù)方法。要求熟悉三維激光掃描儀數(shù)據(jù)采集與處理(包括DEM、等高線和剖面圖生成以及三維建模等)的全過程。通過實(shí)踐性教學(xué)，不僅能夠讓學(xué)生掌握基本的軟、硬件使用操作方法和LiDAR測(cè)量項(xiàng)目的作業(yè)流程，而且能夠加深學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)的理解。培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力以及嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是、吃苦耐勞、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。要求學(xué)生必須參加每一個(gè)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，協(xié)作完成實(shí)習(xí)任務(wù)，獨(dú)立完成實(shí)習(xí)報(bào)告。實(shí)習(xí)內(nèi)容主要包括以下部分。

2．1三維激光掃描

數(shù)據(jù)的外業(yè)采集要求學(xué)生分組完成測(cè)區(qū)劃分和踏勘，確定測(cè)站位置，根據(jù)測(cè)區(qū)地形，設(shè)計(jì)外業(yè)數(shù)據(jù)采集方案，完成外業(yè)設(shè)站、反射標(biāo)靶布設(shè)和數(shù)據(jù)采集工作。學(xué)生需要完成校園內(nèi)建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)和奧林匹克森林公園地形點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集。

2．2點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理

要求學(xué)生分別利用隨機(jī)軟件RiSCANPRO和上機(jī)C語言編程對(duì)外業(yè)采集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)的濾波和拼接。

2．2．1點(diǎn)云濾波1)手動(dòng)濾波要求學(xué)生利用RiSCANPRO對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。RiSCANPROv1．7．0有兩種模式，即Filterdata和Terrainfilter。前者針對(duì)一般數(shù)據(jù)，后者對(duì)于提取地形的數(shù)據(jù)有明顯效果。2)自動(dòng)濾波要求學(xué)生上機(jī)應(yīng)用C語言編程實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法、移動(dòng)窗口濾波法、迭代線性最小二乘內(nèi)插法、基于可靠最小值的濾波方法等常用的地形濾波算法，對(duì)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，并對(duì)各算法的結(jié)果進(jìn)行比較和分析。圖1為學(xué)生基于虹灣地區(qū)嫦娥一號(hào)激光測(cè)高數(shù)據(jù)，利用五種濾波方法濾波后的數(shù)據(jù)點(diǎn)殘差值分布圖［7］。

2．2．2點(diǎn)云拼接1)基于反射標(biāo)靶的點(diǎn)云拼接要求學(xué)生利用RiSCANPRO軟件，結(jié)合外業(yè)數(shù)據(jù)采集時(shí)布設(shè)的標(biāo)靶連接點(diǎn)，對(duì)地形和建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接。激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接有兩種方式:公共反射體的方式和采用使所有的反射體處于同一坐標(biāo)系統(tǒng)的方式。在實(shí)際操作過程中，要求學(xué)生對(duì)兩者結(jié)合使用，以期達(dá)到更好的拼接效果。2)基于特征面的點(diǎn)云拼接要求學(xué)生在對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行擬合的基礎(chǔ)上，選取至少三對(duì)相互正交的特征面，利用C語言上機(jī)編程，實(shí)現(xiàn)基于特征面的點(diǎn)云拼接，并與單純基于點(diǎn)的拼接結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

2．2．3地形數(shù)據(jù)處理對(duì)地形數(shù)據(jù)的處理主要包括三角化、平滑、生成等高線和剖面。三角化參數(shù)的設(shè)置可參考量測(cè)工具量測(cè)出的點(diǎn)云中兩點(diǎn)之間的距離初步設(shè)定，這個(gè)值可適當(dāng)調(diào)整，目的在于使圖中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)彼此之間能盡量大面積地構(gòu)成三角網(wǎng);要求學(xué)生對(duì)已經(jīng)完成三角化的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理;針對(duì)已經(jīng)完成平滑的數(shù)據(jù)，利用RiSCANPRO軟件生成等高線。剖面圖的顯示既可以針對(duì)三角化之前的數(shù)據(jù)，也可以針對(duì)三角化之后(包括完成平滑的數(shù)據(jù))來操作。

2．2．4建筑物幾何模型重建針對(duì)《激光雷達(dá)技術(shù)原理》數(shù)據(jù)處理方法的教學(xué)內(nèi)容，指導(dǎo)教師結(jié)合自身的研究成果組織研究生開發(fā)了點(diǎn)云分割和擬合以及三維建模等軟件模塊，考慮到學(xué)生的掌握程度和實(shí)用性，要求學(xué)生在利用軟件模塊實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割和擬合的基礎(chǔ)上，利用AutoCAD軟件手工建立建筑物的幾何三維模型，基于3DSMAX軟件建立建筑物紋理模型。圖2為暑期教學(xué)實(shí)習(xí)中指導(dǎo)學(xué)生利用商業(yè)軟件和自主開發(fā)的軟件模塊重建的地大校園主要建筑物的三維模型。

篇2

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2012）24-0004-02

激光是二十世紀(jì)人類的重大科技發(fā)明之一，被譽(yù)為繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”“最準(zhǔn)的尺”“最亮的光”，它對(duì)人類社會(huì)生活產(chǎn)生了廣泛而深刻的影響。作為高技術(shù)的研究成果，它不僅廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)研究的各個(gè)前沿領(lǐng)域，而且已經(jīng)在人類生產(chǎn)和生活的許多方面得到了大量的應(yīng)用，與激光相關(guān)的產(chǎn)業(yè)已在全球形成了超過千億美元的年產(chǎn)值。由于各行各業(yè)都應(yīng)用激光進(jìn)行技術(shù)改造和新技術(shù)的開發(fā)研究，除了文科的幾乎所有理工農(nóng)醫(yī)的高等院校都開設(shè)了激光原理和應(yīng)用的課程。

《激光原理》是光信息科學(xué)與技術(shù)和應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生對(duì)激光的基本概念、基本技術(shù)和基本器件有比較全面、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程技術(shù)問題的能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課打下基礎(chǔ)。然而，《激光原理》又是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程物理概念抽象和理論性強(qiáng)，基礎(chǔ)知識(shí)面廣，學(xué)生往往因缺乏感性認(rèn)識(shí)，不易理解，感到難學(xué)，這對(duì)老師的教學(xué)水平和教學(xué)方法提出了考驗(yàn)。筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，從以下幾個(gè)方面對(duì)《激光原理》課程教學(xué)改革進(jìn)行了探索。

一、教學(xué)內(nèi)容的改革

《激光原理》課程主要介紹激光的產(chǎn)生條件、激光器的工作原理和激光器的輸出特性，這部分內(nèi)容理論性強(qiáng)，需要應(yīng)用原子物理、量子力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理、光學(xué)和高等數(shù)學(xué)等課程的結(jié)論和基礎(chǔ)，公式繁多、推導(dǎo)復(fù)雜、理論抽象，具有相當(dāng)?shù)碾y度和深度。在《激光原理》的教學(xué)過程中，我們還增加了部分激光技術(shù)的內(nèi)容，比如激光器輸出的選模技術(shù)、激光器的穩(wěn)頻、激光束的光束變換，以及激光的調(diào)制、偏轉(zhuǎn)、調(diào)Q和鎖模技術(shù)等，這部分內(nèi)容是從事光信息科學(xué)與技術(shù)人員必須掌握的基本知識(shí)，通過對(duì)這些知識(shí)的學(xué)習(xí)能夠加深學(xué)生對(duì)激光器原理的理解和掌握。為了進(jìn)一步加深印象，我們對(duì)典型的激光器進(jìn)行了介紹，比如紅寶石激光器、汝玻璃激光器、Nd：YAG激光器等固體激光器，He-Ne激光器、CO2激光器、Ar+激光器等氣體激光器，以及燃料激光器和半導(dǎo)體激光器等都做了簡(jiǎn)要的介紹。

在教材方面，我們選擇了上海理工大學(xué)陳家璧教授編寫的《激光原理及應(yīng)用》（電子工業(yè)出版社）作為教材。這本教材的內(nèi)容章節(jié)安排合理，知識(shí)點(diǎn)覆蓋面廣，理論體系較為完整，同時(shí)這本教材是在大學(xué)的普通物理學(xué)的基礎(chǔ)上編寫的，從激光的物理學(xué)基礎(chǔ)出發(fā)，著重闡明物理概念以及激光輸出特性與激光器的參數(shù)之間的關(guān)系，盡量避免過多的理論計(jì)算，以掌握激光器的選擇和使用為主要目的。因此這本教材的內(nèi)容對(duì)學(xué)生來講不難理解，所講授的內(nèi)容比較容易掌握。我們還增加了一本國(guó)際公認(rèn)的經(jīng)典教材作為參考書：Christopher C. Davis編寫的《Lasers and Electro-Optics：Fundamentals and Engineering》， Cambridge University Press。

二、教學(xué)手段的改革

在教學(xué)過程中建立師生平等的民主教學(xué)氛圍。改變“教師為主，學(xué)生從屬”的教學(xué)模式，本著師生平等的原則，以參與者的身份在教學(xué)活動(dòng)中創(chuàng)造一種愉快輕松的氛圍，挖掘和調(diào)動(dòng)學(xué)生的潛力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

教學(xué)方式以課堂授課為主，同時(shí)考慮到激光中有很豐富生動(dòng)的現(xiàn)象，注重和提倡采用多種手段進(jìn)行多種形式的教學(xué)，充分體現(xiàn)光學(xué)這門課豐富多彩、形象生動(dòng)的特性，輔助的教學(xué)手段主要是利用計(jì)算機(jī)的多媒體功能。比如為了增強(qiáng)激光原理教學(xué)中關(guān)于激光器的光場(chǎng)分布的直觀性，采用快速傅立葉變換法求解傍軸近似波動(dòng)方程，計(jì)算模擬激光器的光場(chǎng)分布，可以直觀地給出三維穩(wěn)態(tài)分布圖，融合計(jì)算機(jī)的靈活性、新穎性和光學(xué)現(xiàn)象的直觀性及趣味性。通過演示實(shí)驗(yàn)，讓同學(xué)們觀察到各種激光現(xiàn)象，展現(xiàn)了“百聞不如一見”的效果，使學(xué)生進(jìn)一步加深了對(duì)課程內(nèi)容的理解，激發(fā)學(xué)生的求知欲和好奇心，刺激同學(xué)們的思考。

另外，在教學(xué)過程中開展啟發(fā)式和討論式教學(xué)。從人才培養(yǎng)的角度來說，學(xué)生與老師應(yīng)該具有互動(dòng)性。開展啟發(fā)式和討論式教學(xué)，甚至適當(dāng)運(yùn)用跳躍式的教學(xué)方法來組織教學(xué)內(nèi)容。給學(xué)生留出鉆研的空間。這不僅有利于提高教師教學(xué)研究的積極性，更能挖掘?qū)W生的開放性思維和獨(dú)立、大膽地學(xué)習(xí)和思考問題的能力，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生全面的科學(xué)素質(zhì)和教學(xué)相長(zhǎng)的目的。

三、考核方式的改革

考核方式已成為課程改革的一部分，與課程的實(shí)施方法相輔相成。傳統(tǒng)理工科院校的考核主要以閉卷筆試加平時(shí)成績(jī)的形式進(jìn)行。在實(shí)際的考核過程中，我們逐漸加大平時(shí)成績(jī)的比例，減少閉卷筆試成績(jī)的比例。平時(shí)成績(jī)的考核形式可以多種多樣。比如，在授課過程中，對(duì)課程中某幾個(gè)重要的知識(shí)能力點(diǎn)，設(shè)立幾個(gè)小課題。讓學(xué)生們查找資料，撰寫論文，通過讓他們深入實(shí)踐，促進(jìn)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，強(qiáng)化學(xué)生自己思考的過程，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)意識(shí)、獨(dú)立科研意識(shí)和能力，達(dá)到素質(zhì)型人才培養(yǎng)之目的。

如何提高《激光原理》課程的教學(xué)質(zhì)量，如何優(yōu)化和深化理論教學(xué)是一個(gè)長(zhǎng)期的課題。針對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考核方式等方面進(jìn)行改革，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維、從事科學(xué)研究和撰寫學(xué)術(shù)論文的能力，提高他們的綜合素質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳家璧，彭潤(rùn)玲主編.激光原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2]馬再如.關(guān)于提高激光原理與激光技術(shù)課教學(xué)質(zhì)量的探討[J].高等教育研究，2012，（1）.

篇3

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、音頻來參與教育內(nèi)容并在全球分享[2]。這樣一來，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)的問題，叫學(xué)生自行尋找解決問題的方案。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。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)間來進(jìn)行學(xué)習(xí)，如果有不熟練或有疑問的地方可以反復(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)生開展激光器有源光學(xué)諧振腔設(shè)計(jì)等工作，開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)，教師也可以通過學(xué)生的講解視頻來了解學(xué)生的思維方式和理解程度。有些學(xué)生通過參考文獻(xiàn)、虛擬實(shí)驗(yàn)或是各種社會(huì)實(shí)踐來提出自己對(duì)《激光原理》課程中各種見解，這些都是教師在傳統(tǒng)教學(xué)中所無法得知的?？梢韵胂笤谀秸n環(huán)境下，沒有學(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)校”是相違背的，大學(xué)從來不是“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)問題解決問題的能力和工程應(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，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，通過慕課可以了解到一些沒法見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)角度來講，這也可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)《激光原理》的興趣，開拓知識(shí)面，開發(fā)其潛在的創(chuàng)造能力，通過這種課內(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

數(shù)值相對(duì)論計(jì)算機(jī)求解愛因斯坦方程

物理學(xué)家的隨機(jī)過程理解噪聲系統(tǒng)

量子信息和糾纏性的哲理

環(huán)境流體力學(xué)進(jìn)展

聚合物的粘彈性力學(xué)基礎(chǔ)分子理論、實(shí)驗(yàn)和模擬，第2版

天文問答指南

利用雙筒望遠(yuǎn)鏡探索太陽系的奧秘

藥物設(shè)計(jì)

生態(tài)恢復(fù)

花圖式

大腦中的語言

利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬感知

自然資源保護(hù)與管理中的分子方法

美容的神經(jīng)生物學(xué)

空間認(rèn)知與空間感知

評(píng)估自然資源

多媒體檢索數(shù)據(jù)管理

Event—B語言的建模

算法語言Scheme的第6次修訂報(bào)告

量子計(jì)算中的語義學(xué)技術(shù)

機(jī)械臂的自適應(yīng)控制統(tǒng)一無回歸矩陣方法

稀疏圖像信號(hào)處理

機(jī)械和電子工程

偉大的工程師們

隨機(jī)調(diào)度

復(fù)值數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理

移動(dòng)機(jī)器人分析學(xué)的更多的進(jìn)展 第5屆國(guó)際ISAAC會(huì)議論文集

分析學(xué)的進(jìn)一步進(jìn)展 第6屆國(guó)際ISAAC會(huì)議論文集

線性算子方法 逼近與正則化

2008年Isehia群論會(huì)議文集

應(yīng)用數(shù)學(xué)和計(jì)算數(shù)學(xué)的前沿

計(jì)算科學(xué)的最近進(jìn)展

超流宏觀理論

高等凝聚態(tài)物理

量子雜談 微觀世界的魅力

從π介子到夸克 20世紀(jì)50年代的粒子物理學(xué)

非線性振動(dòng)

非線性波

時(shí)間序列分析 社會(huì)科學(xué)家用的全面介紹

時(shí)間，空間，星系與人類 關(guān)于宇宙大爆炸的故事

彗星和生命起源

發(fā)現(xiàn)宇宙大爆炸)膨脹宇宙的發(fā)現(xiàn)

環(huán)境科學(xué)中的機(jī)器學(xué)習(xí)方法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與核方法

世界上最大的濕地 生態(tài)與保護(hù)

有害污染物的科學(xué)管理

達(dá)爾文的短篇出版物1829—1883

物理生物學(xué) 從原子到醫(yī)學(xué)

達(dá)爾文筆記1836—1844

諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)專題講座2001—2005

陸蟹生物學(xué)

無標(biāo)記生物傳感技術(shù)以及應(yīng)用

傳感器與微系統(tǒng) 第13屆意大利學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文集

傳感器與微系統(tǒng) 第12屆意大利學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文集基本泛函分析

物理學(xué)及有關(guān)領(lǐng)域大學(xué)生用數(shù)學(xué)方法

伽羅瓦理論 第二版

變分法中的重積分

數(shù)論概要

解Pell方程

復(fù)雜的非線性 混沌、相變、拓?fù)渥兓吐窂椒e分

量子位勢(shì)論

導(dǎo)電物質(zhì)量子理論 超導(dǎo)

自旋 Poincare研討會(huì)2007

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的現(xiàn)代試驗(yàn)技術(shù)

結(jié)構(gòu)力學(xué)中的混沌

物質(zhì)結(jié)構(gòu)

激光材料加工原理 現(xiàn)代傳熱與傳質(zhì)技術(shù)

超快強(qiáng)激光科學(xué)的進(jìn)展 第四卷

相變材料 科學(xué)和應(yīng)用

分析系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 建模與仿真

微極亞塑性顆粒狀物體中的剪切局部化

天線和望遠(yuǎn)鏡的建模與控制

將無人飛機(jī)系統(tǒng)集成到國(guó)家空域系統(tǒng)

動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中的模型提取 用于移動(dòng)機(jī)器人控制

臨床核磁共振成像及其物理學(xué) 指南

膠原蛋白 結(jié)構(gòu)和力學(xué)

大型渦流模擬的質(zhì)量及可靠性

信息系統(tǒng)開發(fā)、

移動(dòng)多媒體廣播標(biāo)準(zhǔn) 技術(shù)與實(shí)踐

篇5

23年前，34歲的譚立英在北京圖書館查閱資料，準(zhǔn)備她的碩士畢業(yè)論文。查閱了上千篇資料后，有關(guān)衛(wèi)星激光通信的數(shù)據(jù)讓她眼前一亮――衛(wèi)星與衛(wèi)星間、衛(wèi)星與地面間用“光”連接起來，可以形成空間的信息高速公路。要是能在浩瀚空間建立一個(gè)無線光網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)進(jìn)行高速信息傳輸，這將是一件多么了不起的事情??！

這個(gè)想法令譚立英興奮不已，可當(dāng)她著手去做這件事情時(shí)，難度大于想象。彼時(shí)，她是哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理系的教師，一個(gè)5歲孩子的媽媽，每天一邊上課，一邊做碩士論文，還要照顧孩子。丈夫加同事馬晶遠(yuǎn)在日內(nèi)瓦深造。在當(dāng)時(shí)那個(gè)年代，衛(wèi)星微波通信還不成熟，更不要說是衛(wèi)星激光通信，幾乎所有的人都認(rèn)為譚立英的想法是天方夜譚，包括譚立英當(dāng)時(shí)的導(dǎo)師。

導(dǎo)師勸她：“方向雖好，但難度太大了，難以畢業(yè)。你要堅(jiān)持做這個(gè)，碩士論文所需的研究費(fèi)用還要你自己解決?！弊T立英點(diǎn)點(diǎn)頭，說：“會(huì)想到辦法的?！逼鋵?shí)，她一點(diǎn)辦法都沒有，她只是怕絲毫猶豫都會(huì)讓心中燃燒的激情之火熄滅。她34歲了，不想在這個(gè)能有所成就的年紀(jì)里，提前老氣橫秋。

譚立英沒有想到，為了她的項(xiàng)目，丈夫提前回國(guó)。他把家里所有存款取出來，一共不到2萬元，對(duì)她說：“沒經(jīng)費(fèi)，我們就用家里的錢，我陪著你一起干?！?/p>

久別重逢，夫妻倆的卿卿我我就是通宵地討論那片科學(xué)的空白之地。5歲的女兒聽得厭煩了，嫉妒地對(duì)爸爸說：“你都有一年多沒看到我了，我還是沒有你們的課題重要，我真想變成天上的衛(wèi)星，讓你們天天研究研究我?！迸畠旱脑挘逊蚱迋z逗笑了。譚立英親親女兒，牽牽丈夫的手，看看窗外的夜空，想想自己即將要做的連結(jié)天與地的事情，她的幸福神圣而隱秘。

連接天地的幸福，神圣隱秘

創(chuàng)業(yè)之初的日子無比艱難。他們的實(shí)驗(yàn)室設(shè)在一間地下室里，潮氣重，所有的紙質(zhì)材料因浸入了潮氣而變得綿軟，難以翻閱。馬晶放了一個(gè)除濕機(jī)，每天都能抽出三箱水來。

家里的積蓄和微薄的工資是全部科研經(jīng)費(fèi)，譚立英不得不算計(jì)著花。為了節(jié)省費(fèi)用，譚立英出門能步行絕不坐公交，坐火車也只買硬座，餐桌上長(zhǎng)年是白菜土豆。女兒三番兩次抗議后，每周的土豆燉白菜里可以出現(xiàn)幾片肥瘦相間的肉，算是改善了伙食。以至于女兒說：“在咱們家，實(shí)驗(yàn)是親生的，我是馬路上撿來的?！?/p>

盡管如此，困難依然接踵而至。建立理論模型需要實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證，沒有經(jīng)費(fèi)就沒有最基本的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，初步的原理驗(yàn)證無法進(jìn)行。一天，馬晶略帶得意地安慰妻子：“咱們的儀器有了?！彼u起關(guān)子說，這是個(gè)秘密。

兩天后，馬晶神秘地把妻子帶到實(shí)驗(yàn)室。拉開實(shí)驗(yàn)室門的一剎那，譚立英驚呆了――地上擺了一堆破爛。馬晶如數(shù)家珍：“這是教學(xué)實(shí)驗(yàn)室報(bào)廢的儀器，有些修一修興許能用。”譚立英半信半疑。之后的幾天，夫妻倆在實(shí)驗(yàn)室忙活開了。他們首先將這些破爛整理歸類，湊成了幾件“整尸”，然后“解剖”“移植”“再造”“重組”，它們重新變成了實(shí)驗(yàn)設(shè)備。七天之后，實(shí)驗(yàn)設(shè)備開始集體工作，半個(gè)月后，他們完成了測(cè)試驗(yàn)證。譚立英獲得了有效的發(fā)射測(cè)試數(shù)據(jù)，完成了她的畢業(yè)論文。

論文寫下最后一個(gè)句號(hào)時(shí)，譚立英不得不為當(dāng)天的晚餐發(fā)愁――研究已經(jīng)花光了家中全部的積蓄，晚餐在哪里都成了問題。為了安慰女兒，馬晶對(duì)女兒說：“媽媽的論文完成了，這是個(gè)非常值得祝賀的日子，按照行規(guī)，今天得吃白水煮面，意味著萬事順順利利?！币患胰谟瞄_水干杯，以白水煮面條充饑。

當(dāng)晚，女兒睡后，馬晶對(duì)譚立英說：“研究衛(wèi)星激光通信是一個(gè)從無到有的工作，以后還會(huì)有更多的困難，你要做好思想準(zhǔn)備。你只要記住一條，我一直在你身邊，你不是一個(gè)人?！?/p>

譚立英看看熟睡的女兒，滿心愧疚。馬晶拍拍她的肩膀，說：“她會(huì)理解的，你應(yīng)該想到這個(gè)過程本身對(duì)她就是一種富養(yǎng)?！?/p>

有種浪漫，身心相伴

1995年，“彈盡糧絕”的秋天，譚立英帶著碩士論文和幾十袋方便面住進(jìn)了北京阜成路8號(hào)航天部招待所。倔強(qiáng)的她要給這個(gè)研究項(xiàng)目跑出一筆經(jīng)費(fèi)來。

跑經(jīng)費(fèi)的日子也是譚立英哭得最多的日子。碰壁是常有的事情，冷言冷語也是常聽的，很多時(shí)候譚立英轉(zhuǎn)身出門時(shí)，淚水就滴在了衣襟上。作為一個(gè)知識(shí)分子，她的自尊不允許她在別人面前以眼淚獲得支持。每一次，當(dāng)眼淚于人前奪眶而出時(shí)，她都借口去衛(wèi)生間，哭夠了，再回來繼續(xù)陳述她的研究。

沒有任何門路的譚立英完全是用研究熱情打動(dòng)了航天部的工作人員。幾乎每一個(gè)看了她論文的人都會(huì)驚奇地問：“是誰支持你做衛(wèi)星激光通信研究的？”“我丈夫。我們沒有項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支持，是拿自己家里錢做的。”

陳芳允院士――中國(guó)衛(wèi)星測(cè)量、控制技術(shù)的奠基人之一，“兩彈一星功勛獎(jiǎng)?wù)隆鲍@得者，863計(jì)劃的倡導(dǎo)者之一，讀了譚立英的畢業(yè)論文，了解了他們所做的工作之后，激動(dòng)地說：“你們做得非常好！國(guó)家需要衛(wèi)星激光通信，也一定會(huì)支持你們的研究工作。希望你們能繼續(xù)做下去，不要有任何顧慮?！贝撕?，馬晶和譚立英陸續(xù)獲得了來自哈爾濱工業(yè)大學(xué)和航天五院的科研基金，建立了團(tuán)隊(duì)，研究工作也逐步進(jìn)入正軌。

試驗(yàn)進(jìn)入收尾階段時(shí)，由于估計(jì)不足，科研經(jīng)費(fèi)又一次出現(xiàn)了短缺。大家自帶行李，擠進(jìn)了租來的簡(jiǎn)易房。馬晶、譚立英把家里的電視機(jī)、窗簾、大米、土豆等一股腦地搬進(jìn)了這個(gè)“新家”。所有研究人員每天中午只吃6元的盒飯。到了晚上，譚立英又變身為廚師，她拿出科研精神鉆研廚藝，每天不重樣地為大家做上一頓像樣的飯菜。

2011年10月25日，讓譚立英夫婦銘記一生的日子，那是中國(guó)首次星地激光鏈路雙向捕獲跟蹤試驗(yàn)成功的日子。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的大屏幕上，“海洋二號(hào)”衛(wèi)星以時(shí)速2萬余千米的速度疾馳而來，它經(jīng)過試驗(yàn)區(qū)域的時(shí)間只有幾分鐘。衛(wèi)星光信號(hào)與地面光信號(hào)準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了快速雙向捕獲、鏈接并跟蹤。

11秒！地面終端就成功捕獲到星上終端發(fā)出的光信號(hào)。這一刻，譚立英期盼了太久。馬晶說，20年，比他想象的時(shí)間還要短些，他甚至做好了打30年或者50年持久戰(zhàn)的準(zhǔn)備。

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)生來說感覺到比較難學(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)問題接近實(shí)際，比如波導(dǎo)問題、天線問題，但學(xué)生要理解和解決這些問題，需要一定的過程，由于上述問題的存在，使初學(xué)者常常感到電動(dòng)力學(xué)課枯燥無味、難以入門；上課聽講似懂非懂，下課做題無從下手。并且,由于招生數(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

用宏觀物理學(xué)的方法研究原子的性質(zhì)及其相互作用時(shí)，只能通過測(cè)量微觀量的平均值，大平均過程掩蓋了原子水平上的重要效應(yīng)。操控單個(gè)微觀粒子，研究單個(gè)粒子的行為和性質(zhì)以及少數(shù)粒子的相互作用，一直是就是物理學(xué)家夢(mèng)寐以求的事。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，控制單個(gè)微觀粒子的愿望成為可能。特別是1960年激光的發(fā)明和在這以后激光技術(shù)的發(fā)展，可以隨我們所需改變激光的頻率，控制激光束的延續(xù)時(shí)間并使激光束聚焦到一個(gè)原子大小的范圍。從這以后，實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法有了極大的發(fā)展，利用激光可以使原子或離子冷卻到接近絕對(duì)零度，就是使它們的運(yùn)動(dòng)速度減到非常小，直至幾乎停止。還實(shí)現(xiàn)了利用特殊的電磁場(chǎng)來陷俘單個(gè)原子或離子。物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)展使研究單個(gè)或少數(shù)幾個(gè)粒子的性質(zhì)、深入研究光子和物質(zhì)粒子的相互作用有了可能。這不僅打開了高科技應(yīng)用的廣闊前景，還為證實(shí)和發(fā)展量子物理學(xué)的基本原理提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

量子力學(xué)已有100多年歷史，量子力學(xué)理論取得了輝煌的成功?，F(xiàn)代的高科技產(chǎn)品，如計(jì)算機(jī)芯片、激光、醫(yī)用磁共振等等無不是在量子力學(xué)理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。量子力學(xué)被認(rèn)為是最精確、最成功的物理理論，可是人們對(duì)量子力學(xué)的基本原理始終存在著疑問，那些創(chuàng)立量子力學(xué)的物理大師們自己都不滿意量子力學(xué)的基本假設(shè)。在這些大師之間以及他們的后繼者中，關(guān)于量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)是否完善的問題爭(zhēng)論不休，新的解釋層出不窮，至今還沒有得出令人滿意的結(jié)論。

量子力學(xué)描寫微觀世界的規(guī)律，但人類的直接經(jīng)驗(yàn)都是關(guān)于宏觀世界的。我們的測(cè)量?jī)x器以及人類感官本身都是宏觀物體，儀器測(cè)量到的和我們直接感知的都是大量原子組成的宏觀物體。在經(jīng)典物理學(xué)中，觀察不影響被觀察對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，例如，我們能夠觀察一個(gè)行星的運(yùn)動(dòng)，追隨它的運(yùn)動(dòng)軌跡，行星的狀態(tài)變化與觀察者無關(guān)，不受我們觀察的影響?？墒?，對(duì)微觀世界的觀察就完全不是這樣，當(dāng)我們研究一個(gè)量子體系時(shí)，經(jīng)過測(cè)量后的量子體系原來的狀態(tài)總是被破壞了。例如，光子進(jìn)入光電探測(cè)器后，光子就被吸收；電子被探測(cè)器件接收后，該電子原來的狀態(tài)就改變了。宏觀儀器對(duì)量子系統(tǒng)測(cè)量的結(jié)果，都必須轉(zhuǎn)換為經(jīng)典物理學(xué)的語言。要直接觀察并且非破壞性（non-demolition）地測(cè)量量子體系的量子性質(zhì)是難以做到的事情，所以，量子力學(xué)所預(yù)言的量子世界的奇特性質(zhì)一直令物理學(xué)家和公眾感到神秘難解。

2012年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者和他們的同事們的工作，突破了經(jīng)典物理學(xué)實(shí)驗(yàn)和人類直接經(jīng)驗(yàn)的限制，他們直接觀察到了個(gè)別粒子的量子行為。瓦因蘭德小組做的是在電場(chǎng)中陷俘離子，用光子對(duì)它做非破壞性的操控。阿羅什小組是在空腔中陷俘單個(gè)光子，用原子進(jìn)行非破壞性的測(cè)量。他們異曲同工，都對(duì)單個(gè)量子粒子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，研究量子力學(xué)的基本原理。這些研究不僅對(duì)量子理論的基本原理的進(jìn)一步闡明有重要意義，并且有廣闊的應(yīng)用前景。

阿羅什：把光子囚禁起來

阿羅什畢業(yè)于法國(guó)高等師范學(xué)校。1971年他在巴黎第六大學(xué)獲得博士學(xué)位，導(dǎo)師是柯亨-塔諾季（Claude Cohen-Tannoudji），1997年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主。從20世紀(jì)60年代開始阿羅什就在法國(guó)高等師范學(xué)校物理系的卡斯特勒-布羅塞爾實(shí)驗(yàn)室（Kastler-Brossel Laboratory）工作。該實(shí)驗(yàn)室是以獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的阿爾夫萊德?卡斯特勒（Alfred Kastler）的名字命名的。1972～1973年，阿羅什曾到美國(guó)斯坦福大學(xué)，在諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者肖洛的實(shí)驗(yàn)室中工作。

阿羅什說，他們的成功主要得益于卡斯特勒-布羅塞爾實(shí)驗(yàn)室特有的學(xué)術(shù)環(huán)境和物質(zhì)條件。他們組成了極其出色的研究小組，并且將共同積累的知識(shí)和技能傳授給一代又一代的學(xué)生。阿羅什還說，他給研究生和本科生的講課也有助于研究工作，在準(zhǔn)備新課的過程中他注意到了光和物質(zhì)相互作用的不同方面。阿羅什認(rèn)為，國(guó)際交流學(xué)者參加研究不僅帶來專門的知識(shí)和技能，也帶來不同的科學(xué)文化以補(bǔ)充他們自身的不足。他覺得幸運(yùn)的是，在長(zhǎng)期的微觀世界探索中，他和他的同事們能夠自由地選擇他們的研究方向，而不必勉強(qiáng)地提出可能的應(yīng)用前景作為依據(jù)。

阿羅什小組的主要成就是發(fā)展了非破壞性的方法檢測(cè)單個(gè)光子。用通常的方法檢測(cè)光子，都是吸收光子并把它轉(zhuǎn)換為電流（光電探測(cè)器）或轉(zhuǎn)化為化學(xué)能量（照相底片）（動(dòng)物的眼睛是將光子轉(zhuǎn)化為神經(jīng)的電脈沖的）?？傊庾颖粶y(cè)量到后立即消失。近半個(gè)世紀(jì)以來，雖然人類發(fā)展出了量子非破壞性測(cè)量，但這些測(cè)量只能用于大量光子的情況。而阿羅什和同事們做到了反復(fù)測(cè)量記錄同一個(gè)光子。

光的速度非?？?，達(dá)每秒30萬公里，所以要控制、測(cè)量單個(gè)光子，必須將光子關(guān)閉在一個(gè)小的區(qū)域內(nèi)，并使其在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不逃逸或被吸收。阿羅什小組實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是制成反射率極高的凹面鏡。反射鏡是在金屬底板上鍍以超導(dǎo)材料鈮，鏡面拋光到不平整度只有幾個(gè)納米（1納米=100萬分之一毫米），光子因鏡面不平而散射逃逸的機(jī)會(huì)非常小?？涨挥蓛蓚€(gè)凹面鏡相對(duì)安放組成，鏡間距離27毫米。整個(gè)設(shè)備安置在絕對(duì)溫度1度以下的環(huán)境中。一個(gè)微波光子在腔中停留時(shí)間可達(dá)十分之一秒，即在兩面鏡子之間來回反射10 億次以上，差不多相當(dāng)于繞地球一周?？梢哉f阿羅什小組創(chuàng)造了限制在很小的有限體積內(nèi)的光子壽命的世界紀(jì)錄。

阿羅什小組的另一項(xiàng)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)是利用利用里德伯原子作為探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)非破壞性測(cè)量單個(gè)光子。所謂里德伯原子，是激發(fā)到很高的能量軌道上的原子，這種原子的體積比正常原子大許多。他們用銣（原子序數(shù)37）原子，把它的價(jià)電子激發(fā)到第50層的圓形軌道上（主量子數(shù)n=50）。這種情況下，外層電子從n=50 的軌道躍遷到相鄰的軌道n=49和n=51，發(fā)射或吸收微波光子頻率分別為54.3GHz（千兆赫茲）和51.1GHz。正常的原子半徑在0.1納米以下，銣原子中電子占據(jù)的最外層軌道為n=5；當(dāng)它的最外面的電子跑到n=50的圓形軌道上時(shí)，原子的半徑達(dá)到100多納米，原子半徑增大了1000倍以上。這樣的原子好比一個(gè)很大的無線電天線，容易和電磁場(chǎng)相互作用。

瓦因蘭德：讓離子停下來

瓦因蘭德和阿羅什同年，都生于1944年。1965年，瓦因蘭德畢業(yè)于美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校；1970年在哈佛大學(xué)獲博士學(xué)位，博士論文題目是“氘原子微波激射器”，導(dǎo)師是拉姆齊（Norman Ramsey）。以后他到華盛頓大學(xué)，在德默爾特（Hans Dehmelt）的實(shí)驗(yàn)室做博士后研究。德默爾特是1989年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者。1975年，瓦因蘭德和德默爾同發(fā)表了討論激光冷卻離子的論文，這是有關(guān)激光致冷的開創(chuàng)性論文，被學(xué)術(shù)界同仁廣泛引用，其中包括獲1977年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的朱棣文、菲利普斯和柯亨-塔諾季等。

1975年，瓦因蘭德到隸屬于美國(guó)商業(yè)部的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所工作。在那里，他創(chuàng)建了儲(chǔ)存離子研究小組。在過去多年的工作中，他做出了多項(xiàng)世界第一的研究成果，終于獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他是15年來美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所第四位獲諾貝爾物理獎(jiǎng)的研究人員之一，研究激光致冷的菲利普斯也是其中之一。

制造量子計(jì)算機(jī)的建議方法有多種，許多科學(xué)家正在對(duì)不同的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。瓦因蘭德小組從事的陷俘離子的方法是最成功的方法之一。他們利用特殊排列的幾個(gè)電極組合產(chǎn)生特定的電場(chǎng)，形成陷阱，將汞的一價(jià)離子限制在三個(gè)電極組成的空間中。三個(gè)電極包括兩端各有一個(gè)相對(duì)的電極和一個(gè)環(huán)形電極，離子由激光束控制。

在常溫下，原子運(yùn)動(dòng)的平均速度為每秒數(shù)百米，以這種速度運(yùn)動(dòng)的離子會(huì)立即逃逸出陷阱。要將離子陷俘在電場(chǎng)陷阱中，離子的運(yùn)動(dòng)速度必須非常小。只有在極低的溫度下，離子或原子的運(yùn)動(dòng)速度才能變得很小?？梢岳眉す馐闺x子冷卻，使離子的速度減小到幾乎停止的狀態(tài)。將特定頻率的激光束對(duì)著原子或離子射來的方向照射時(shí)，原子在迎面射來的光子的一次次沖擊下，速度就慢了下來。當(dāng)然，原子或離子吸收了光子又要再把它發(fā)射出去，發(fā)射光子時(shí)原子也要受到反沖。但原子或離子發(fā)射光子的方向是隨機(jī)的，各種方向都有，結(jié)果反沖效應(yīng)平均為零，只有迎面射來的光子被吸收后起到了減速的作用。但僅僅用這種方法還不能使原子速度降低到近乎停止，還要加上其他方法。速度已經(jīng)很小的離子在陷阱中受電場(chǎng)的作用，還在以一定的頻率振動(dòng)，這種振動(dòng)的能量和離子內(nèi)部的能量狀態(tài)耦合起來，形成復(fù)雜的能級(jí)。在適當(dāng)頻率的激光束照射下，離子吸收光子后又重新放出光子，落回原來內(nèi)部能量最低的狀態(tài)，同時(shí)帶動(dòng)離子振動(dòng)能量的變化。在適當(dāng)控制的條件下，重復(fù)這樣的過程，就可以使離子振動(dòng)能量逐步減少，直到振動(dòng)能量達(dá)到最低的量子狀態(tài)，離子近于完全停止。這時(shí)，離子就可以隨意操控了。

瓦因蘭德小組利用利用陷俘離子做成一個(gè)量子可控非門（Controlled NOT）。當(dāng)然可控非門只是最簡(jiǎn)單的量子計(jì)算機(jī)的元件，一臺(tái)能工作的計(jì)算機(jī)需要多得多的元件，離制成實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)還非常遙遠(yuǎn)。然而前景是光明的，包括瓦因蘭德在內(nèi)的許多科學(xué)家正積極研究，攻克難關(guān)，希望在本世紀(jì)內(nèi)將量子計(jì)算機(jī)研制成功。

瓦因蘭德和同事們還利用陷俘的離子制造出了當(dāng)今世界上最精確的原子鐘。他的研究工作也可以檢驗(yàn)量子力學(xué)基本原理，如進(jìn)行“薛定諤貓”的實(shí)驗(yàn)。

不為盛名所惑

阿羅什和瓦因蘭德有許多相同的地方。他們都在世界第一流的實(shí)驗(yàn)室中工作；巧的是，他們每人各有兩位獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的老師；他們都有合作30年以上的同事組成的穩(wěn)定的研究小組，還有許多優(yōu)秀的學(xué)生和合作者，其中包括外國(guó)的訪問學(xué)者。在他們的諾貝爾獎(jiǎng)報(bào)告中，他們的老師、同事以及和他們的工作有密切關(guān)系的、前人的研究都一一提到。兩人都還提到有100多位學(xué)生、博士后和訪問學(xué)者也做出了貢獻(xiàn)，強(qiáng)調(diào)成績(jī)是大家努力的結(jié)果。

瓦因蘭德和阿羅什也有一點(diǎn)很大的不同。阿羅什的研究目的偏重于探索自然界的奧秘，沒有非常明確的應(yīng)用目標(biāo)，雖然他知道自己的研究成果肯定有長(zhǎng)遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。他所屬的卡斯特勒-布羅塞爾實(shí)驗(yàn)室也沒有要求其研究一開始就必須有明確的應(yīng)用目的。不過，即使在法國(guó)高等師范學(xué)校，這種待遇也只有像阿羅什這樣的資深科學(xué)家才能得到。而瓦因蘭德所在的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所本身就具有明確的實(shí)用目標(biāo)：促進(jìn)美國(guó)的創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力，開創(chuàng)新的測(cè)量科學(xué)，推進(jìn)美國(guó)的技術(shù)水平。該研究所的研究都是目標(biāo)長(zhǎng)遠(yuǎn)，技術(shù)含量高，能在世界上領(lǐng)先的項(xiàng)目。這些項(xiàng)目實(shí)際上都是結(jié)合遠(yuǎn)期應(yīng)用的基礎(chǔ)性研究。

瓦因蘭德和阿羅什還有一個(gè)共同點(diǎn)，就是除了做研究以外，都在大學(xué)教課。阿羅什認(rèn)為備課的過程促使他從多方面考慮基本原理，也有助于研究工作。而從學(xué)生的角度來看，能聽到優(yōu)秀的科學(xué)家講課，和他們直接交流，不僅能學(xué)到當(dāng)今前沿的科學(xué)知識(shí)，還可以學(xué)習(xí)到優(yōu)秀科學(xué)家的治學(xué)精神和思想方法。

榮摘諾獎(jiǎng)桂冠是否改變了科學(xué)家本人的生活呢？據(jù)英國(guó)廣播公司（BBC）在線版消息稱，阿羅什本人僅僅提前了20分鐘被組委會(huì)告知自己獲獎(jiǎng)的消息。

“我很幸運(yùn)，”阿羅什說，但他指的并不是自己得獎(jiǎng)這回事，“（接到來電時(shí)）我正在一條街上，旁邊就有個(gè)長(zhǎng)椅，所以我第一時(shí)間就坐了下來?！彼稳菽且豢痰男那椋爱?dāng)我看到是瑞典的來電區(qū)號(hào)，我意識(shí)到這是真實(shí)的，那種感覺，你知道，真是勢(shì)不可擋?！?/p>

不過據(jù)諾獎(jiǎng)官網(wǎng)的推特稱，阿羅什接到獲獎(jiǎng)的確切消息后，打了個(gè)電話給自己的孩子，然后開了瓶香檳慶祝。再然后，他又回實(shí)驗(yàn)室工作去了。

（作者單位：復(fù)旦大學(xué)物理系）

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1.激光加工技術(shù)概述

激光加工技術(shù)是一種高度柔性和智能化的先進(jìn)加工技術(shù), 它集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果, 技術(shù)涉及范圍廣。激光加工技術(shù)是指各種以高能密度激光束為手段, 通過激光束與材料之間的物理和化學(xué)等作用, 實(shí)現(xiàn)改變物質(zhì)形態(tài)或性質(zhì)的先進(jìn)材料加工技術(shù)。激光加工涉及激光物理、材料、電子、機(jī)械和工程傳熱等多門學(xué)科, 綜合了激光、制造、控制和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等多項(xiàng)技術(shù), 已成為多學(xué)科交叉和多技術(shù)綜合的一種典型的先進(jìn)制造技術(shù)。激光加工具有非接觸、無污染、熱影響區(qū)域小、加工精度高以及可選區(qū)加工等特點(diǎn), 而且在特定的加工情況下是其他制造方法不可替代的。因此, 激光加工技術(shù)在許多行業(yè)中都得到了重要而廣泛的應(yīng)用。由于其獨(dú)特的性能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用, 在誘變育種、增強(qiáng)種子活力、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、提高產(chǎn)量和品質(zhì)、平地整地、提高節(jié)水灌溉能力、防治病蟲害等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。

2.激光加工技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造中的應(yīng)用

21世紀(jì)是一個(gè)以信息、生物等高科技為支柱的知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代, 我國(guó)農(nóng)業(yè)只有加快現(xiàn)代化進(jìn)程, 才能在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)少不了農(nóng)業(yè)機(jī)械的支持, 制造技術(shù)成為其重要的組成部分。當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械由于其自身應(yīng)用的特點(diǎn)和工作對(duì)象的復(fù)雜性, 尤其是農(nóng)機(jī)制造行業(yè)的設(shè)計(jì)加工手段比較落后, 使其創(chuàng)新少, 新產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng), 成本高,制造質(zhì)量比較粗糙, 產(chǎn)品壽命相對(duì)較短。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。為了大力提高農(nóng)機(jī)的制造技術(shù), 并與其他機(jī)械制造業(yè)平行發(fā)展, 必須加大激光等先進(jìn)制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)制造中的應(yīng)用力度, 提高農(nóng)機(jī)制造企業(yè)的現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)水平。

2.1激光快速成型技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造中的應(yīng)用

快速成型技術(shù)即直接根據(jù)CAD模型快速生產(chǎn)樣件或零件的技術(shù)總稱。它集成了技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、撒光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果, 是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分 。其原理產(chǎn)品三維CAD模型一分層離散—按離散后的平面幾何信息逐層加工堆積原材料生成實(shí)體模型。它能根據(jù)CAD模型電子模型自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想物化為具有一定功能的原型或直接制造零件, 在不同模具和工具的條件下生成幾乎任意復(fù)雜的零部件, 解決了從設(shè)計(jì)到制造的快速對(duì)接問題。因此, 該技術(shù)可以對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行快速評(píng)價(jià)及修改, 有效地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期, 降低了開發(fā)成本, 滿足了當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)對(duì)新產(chǎn)品快速開發(fā)和快速制造的要求, 提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。其中, 激光選區(qū)燒結(jié)是快速成型制造中的重要工藝方法之一。這種制造方法具有成型速度快、精度高、表面質(zhì)量好、后置處理簡(jiǎn)單和省時(shí)等特點(diǎn), 是一個(gè)具有生命力的技術(shù), 為制造技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了一種新方法。

農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過程具有特殊性。零件多具有較復(fù)雜的形狀, 如耕地機(jī)械、整地機(jī)械和收獲機(jī)械等。此外, 復(fù)雜曲面較多, 如犁體曲面、旋耕機(jī)旋刀、水泵葉輪和送料螺旋等, 而且根據(jù)具體的生產(chǎn)情況不同, 其形狀還需相應(yīng)調(diào)整。因此,利用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法研制這種農(nóng)業(yè)機(jī)械零件, 不僅研制開發(fā)時(shí)間長(zhǎng), 加工工藝復(fù)雜, 而且很難達(dá)到理想的效果。運(yùn)用先進(jìn)的激光快速成型集成技術(shù), 不僅大大縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期, 降低開發(fā)成本, 而且制造質(zhì)量也優(yōu)于傳統(tǒng)制造方法。

2.2激光表面強(qiáng)化與熱處理技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造中的應(yīng)用

激光表面強(qiáng)化與熱處理技術(shù)是一種新型的材料表面處理技術(shù)。激光表面強(qiáng)化技術(shù)的原理是利用激光穿透能力極強(qiáng)的特點(diǎn),當(dāng)把金屬表面加熱到僅低于熔點(diǎn)的臨界轉(zhuǎn)變溫度時(shí), 其表面迅速奧氏體化, 然后急速自冷淬火, 金屬表面迅速被強(qiáng)化川。激光熱處理是傳統(tǒng)熱處理技術(shù)的發(fā)展和補(bǔ)充, 它可以解決其他表面處理方法無法解決或不好解決的材料強(qiáng)化問題。經(jīng)過激光處理后, 可以提高其抗磨損、抗疲勞、耐腐蝕和防氧化等性能, 延長(zhǎng)其使用壽命?？傊? 激光表面技術(shù)對(duì)于提高零部件的表面綜合機(jī)械物理性能, 改善產(chǎn)品的性能、使用壽命,增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力起著至關(guān)重要的作用。

農(nóng)業(yè)機(jī)械量大面廣, 種類繁多, 每年由于表面破壞和失效帶來的損失非常巨大。資料表明, 農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的失效破壞,約60%有是由零件表面的腐蝕和磨損造成的。如耕作、播種和收獲機(jī)械的許多零部件, 直接與土壤接觸, 其腐蝕和磨損相當(dāng)嚴(yán)重, 導(dǎo)致故障增多、生產(chǎn)率下降, 作業(yè)成本明顯上升。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。農(nóng)用動(dòng)力中的氣缸、氣門、曲軸, 因磨損和腐蝕常會(huì)導(dǎo)致功率下降, 污染增加。各種農(nóng)用泵、風(fēng)機(jī)和葉片在表面磨損后, 工作性能下降, 壽命降低。因此, 在農(nóng)機(jī)行業(yè)中大力推廣先進(jìn)、實(shí)用的表面技術(shù), 可顯著提高零部件的抗氧化、耐腐蝕、耐磨損和耐疲勞性能, 能最大限度地延長(zhǎng)農(nóng)機(jī)具的使用壽命己對(duì)于已損壞的產(chǎn)品, 采用表面修復(fù)工藝, 可大大節(jié)省資金,經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

此外, 激光熱處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)用極為廣泛, 在許多關(guān)鍵零件上如缸體、缸套、曲軸、凸輪軸、排氣閥、農(nóng)技服務(wù)年閥座或活塞環(huán)等幾乎都可以采用激光熱處理。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中, 機(jī)器的工作條件是多種多樣的, 有些機(jī)器犁、中耕機(jī)、播種機(jī)和收割機(jī)直接在磨料介質(zhì)中工作, 使許多零件磨損很快。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。另一方面, 為了獲得足夠的強(qiáng)度, 機(jī)器的材料用量較大,不僅浪費(fèi)材料, 而且顯得笨重。對(duì)于此類零件, 激光硬化處理后的硬度比常規(guī)淬火硬度高5%一20%, 激光合金化可以根據(jù)要求選擇加人新材料, 形成以基材為基礎(chǔ)的新合金層,以獲得滿意的性能。此外, 由于處理后性能的提高, 可以選用低性能的基材, 從而減少了基材的質(zhì)量。

2.3激光技術(shù)在農(nóng)機(jī)零件修復(fù)中的應(yīng)用

激光技術(shù)在農(nóng)機(jī)零件修復(fù)中主要是應(yīng)用激光熔覆技術(shù)。激光熔覆技術(shù)是一種新型的表面改性技術(shù), 是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時(shí)熔化, 并快速凝固后形成稀釋度極低, 與基體成冶金結(jié)合的表面涂層, 顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法, 從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的, 既滿足了對(duì)材料表面特定性能的要求, 又節(jié)約了大量的貴重元素。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比, 激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點(diǎn)。

因此, 激光熔覆技術(shù)可以提高材料表面的耐磨與耐蝕等性能, 主要用于零件磨損后的修復(fù)及增強(qiáng)新制造零件的性能。對(duì)于重要零件如農(nóng)機(jī)中的汽缸套和活塞等,由于工作量大, 高溫、高壓、侵蝕以及不同程度的摩擦, 其磨損量是很大的, 零件需要定期報(bào)廢和更換。對(duì)于耕地機(jī)械、整地機(jī)械和收割機(jī)械如犁、中耕機(jī)、播種機(jī)和收割機(jī),作業(yè)時(shí)局部磨損很快, 零件報(bào)廢是因?yàn)榫植康膿p壞。為了提高零件的使用壽命, 修復(fù)工作有著極大的意義。激光加工具有選區(qū)作用的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn), 而且激光熔覆可以方便地修復(fù)磨損部位, 使零件不因?yàn)榫植繐p壞而報(bào)廢, 提高了零件的可靠性和使用壽命,在投人費(fèi)用最小的情況下重新達(dá)到更佳的性能要求。此外,用激光對(duì)模具進(jìn)行修復(fù), 可以大大提高模具的壽命, 又不受形狀和尺寸的限制, 在農(nóng)機(jī)制造中也應(yīng)大力推廣和采用。

3.激光加工技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造中應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

3.1激光加工技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造中的應(yīng)用在我國(guó)尚不普遍, 主要是該行業(yè)對(duì)激光技術(shù)的應(yīng)用還存在不同程度的神秘感和偏見。另外, 對(duì)激光技術(shù)的宣傳也不夠, 缺乏實(shí)踐。因此, 農(nóng)機(jī)企業(yè)應(yīng)盡快引進(jìn)吸收工業(yè)生產(chǎn)中成熟的科研成果,利用好工業(yè)中已建立的多功能激光加工中心, 使其為更多的農(nóng)機(jī)企業(yè)服務(wù)。

3.2激光加工技術(shù)的引人可以大幅度提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的制造水平。但對(duì)加工類型的選擇及激光器的使用, 要從基礎(chǔ)做起, 只有在充分掌握這種先進(jìn)加工方法的情況下, 才能更好地改進(jìn)傳統(tǒng)工藝, 發(fā)揮新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。激光加工技術(shù)集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果,技術(shù)涉及范圍廣。因此, 農(nóng)機(jī)企業(yè)在上激光制造項(xiàng)目時(shí), 一定要分析企業(yè)自身?xiàng)l件和需求, 向其他機(jī)械企業(yè)咨詢, 看準(zhǔn)方向, 找到結(jié)合點(diǎn), 循序漸進(jìn)地進(jìn)行。

3.3近年來, 大功率激光器和輔助設(shè)備的制造技術(shù)日益提高, 其基礎(chǔ)理論及生產(chǎn)技術(shù)日益成熟, 與其他加工設(shè)備相比, 大功率激光器的價(jià)格也不是很高。因此, 激光加工技術(shù)

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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、光纖語音電路設(shè)計(jì)

光纖語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。光纖語音發(fā)射器電路如下圖1-4所示：

圖1-4光纖語音發(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)原始的語音信號(hào)。光纖語音接收電路如下圖1-5所示：

圖1-5光纖語音接收電路

3、結(jié) 語

本文詳細(xì)的介紹了光纖通信系統(tǒng)的組成，為設(shè)計(jì)光纖語音傳輸電路提供理論基礎(chǔ)。在該電路系統(tǒng)中語音信號(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)重問題，一個(gè)是再現(xiàn)的原始像和共軛像分不開，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)際使用帶來了種種不便。于是，科學(xué)家們又回過頭來繼續(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，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。假如沒有參考光波，或者它與物光波不相干，波前上的位相分布是不可能記錄下來的。

波前再現(xiàn)的理論依據(jù)是衍射原理，照明光波(再現(xiàn)光)經(jīng)過全息圖衍射后出現(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)用前景非常可觀。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，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，也就是可以把信息存儲(chǔ)和信息處理結(jié)合起來。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，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。克服以上不足，將可能成為顯示全息研究的幾個(gè)熱點(diǎn)。

近年來，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，在不久的將來開發(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，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：首先是開拓全息燙金材料，取代金膜和銀膜，其次開發(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)目通過鑒定，其中有些達(dá)到當(dāng)時(shí)的先進(jìn)水平。經(jīng)過近幾年的開發(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；