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光电成像技术范文1
【关键词】广播电视；境外工程；技术考察
【中图分类号】G221【文献标识码】C【文章编号】2096-0751（2015）03-0017-06
作者简介：韩峰，中国广播电视国际经济技术合作总公司，高级工程师
在实施境外广播电视工程项目前，通常需要赴境外项目所在国家进行现场考察和市场调研，根据要实施的项目规模、施工内容、工程特点等编写考察提纲，搜集各种有关资料，对搜集到的资料进行整理、分析，最后写出考察报告，调整、完善境外广播电视工程项目的实施方案和施工组织设计。因此，境外广播电视工程项目的现场考察和市场调研是项目取得成功的极为重要的环节。境外广播电视工程项目的实施，与国内广电工程项目有着很多相似之处，但由于项目实施地点在境外不同的国家，这就存在许多特殊性，需要在实地考察当中，一项一项地进行调查了解、分析比对，以便得到正确、可靠的资料，在此基础上对已编制的境外广播电视工程项目实施方案和施工组织设计进行修订，按序开展项目施工前期的各项准备工作。境外广播电视工程开工后，施工人员陆续进场，设备、材料、施工机械，按进度计划进入施工现场，根据设计图纸、施工标准、规范和操作规程进行施工。加强管理，保证质量，安全生产，按计划完成各项施工任务。境外广播电视工程项目的技术考察，需要在当地调查了解的内容类别很多、工作量很大，根据我多年从事境外广播电视工程项目技术考察的工作经验，对相关内容进行归纳总结，主要分为以下几个方面：
1考察前的准备工作
1.1人员准备
选派有经验、与项目实施相关的主要专业人员和外语翻译组成考察组，提前对赴现场要进行的考查内容进行准备，熟悉相关内容，做好人员的分工。
1.2文件准备
（1）编制考察提纲和考察日程，使考察有序、按计划进行；（2）编制考察搜资目录，便于在现场开展搜资工作；（3）编制拟在考察地实施的项目初步技术方案，抵达现场后针对实际情况进行修改调整；（4）编制需要与对方广电机构签署的项目会谈纪要、备忘录，抵达后据此与对方进行商务、技术会谈，认真听取对方的意见和建议，双方就相关具体问题进行充分深入的探讨，最终达成一致并签署文件；（5）编制本次考察的经费预算并报上级批准。
1.3装备及出国手续
（1）笔记本电脑、自动测距仪、GPS、数码摄像机、照相机等；（2）考察组人员需办理的出国公示、政审、护照、签证、机票、卫生免疫等手续要提前准备。
2现场考察与市场调研
2.1双方政府部门
2.1.1中国驻当地使馆
技术考察组能否圆满完成技术考察和签约任务，除了前期周密策划、细致准备以及考察组全体人员的共同努力外，与中国驻当地使馆和对方政府的大力支持，密切配合是分不开的。技术考察组抵达后前往使馆，听取使馆领导介绍当地目前政治、经济、社会的具体情况，汇报考察组要开展的工作任务情况，听取使馆领导对考察工作提出的意见、建议。
2.1.2对方国家广播电视主管部门
通常国外主管广播电视的政府机构是新闻部或新闻通讯部等，通过与主管部门官员会见，回顾双方在广电领域的友好合作，了解当地广播电视发展概况，使对方主管机关了解考察组此行的工作任务，有益于考察组顺利开展工作。
2.2技术和商务会谈
根据考察会谈纪要、备忘录或项目实施方案内容，针对现场实际情况进行调整，与对方进行商务、技术会谈，认真听取对方的意见和建议，对涉及的相关具体问题进行深入的探讨，就项目整体实施设想向对方进行详细解释和说明，反复沟通讨论，对考察会谈纪要、备忘录或项目实施方案内容逐条进行修改和完善，最终达成一致签署文件。
2.3考察搜资
为确定技术方案和投资估算提供依据。
2.3.1所在国基本概况
了解所在国的地理位置、人口、首都、行政区划、官方语言、政治、经济、宗教、社会治安、与中国的关系、与周边国家的关系等有关情况等。
2.3.2当地广播电视机构设置
了解当地广播电视的主管部门和下属机构设置及分工，人员的职责范围，办事程序，广播频率或电视频道的管理及申请程序等。
2.3.3当地广播电视现状
了解当地目前广电系统设施现状，当地现有广播和电视节目播出情况，包括国家、地方和私人广播电台和电视台的数量、成立日期、使用的播音语言、节目套数、覆盖区域、播出时长、每天播出的主要节目类型、收听效果、机房及设备状况、节目制作能力等。
2.3.4当地广电发射台站情况
了解当地广电发射台站点设施情况，所处位置、地势、海拔高度、交通情况、覆盖区域、距人口聚居区域的距离，发射机的台数和发射功率，天线的类型、数量和发射方向，铁塔的类型和高度，机房状况、供电情况、技术维护状况等。
2.3.5当地气象情况
收集当地有关的气象资料，包括气温（如：月平均气温，年平均气温，最低温度，最高温度，极端温度）、风速（如：月平均风速，年平均风速，最大风速）、风向、降水量（如：月平均降水量，年平均降水量，日最大降水量，时最大降水量，极端降水量）、旱季与雨季的划分等等。在境外不同的国家，由于气候、自然环境的不同，现场施工要采取不同的施工措施，如非洲有些国家旱季气温高达50℃，为保证工程质量，浇筑混凝土工程要选择在夜间气温较低的时候施工，对砂石要采取浇水降温，白天要派专人浇水养护混凝土等措施。有的国家雷电很多、很强，所以临时设施、天馈线及铁塔高空作业、电气设备、施工机械等需要采取特别防雷措施。有的国家雨季降雨集中，小时降雨量很大，易造成积水，使施工现场受淹，因此要在现场筑建排水沟，临时设施的布局上要注意防水、采用排水措施等。此外，还有的国家瞬时风速很高，对临时建筑、高空作业带来很大危险，需要事前采取防护措施。
2.3.6施工场地的地貌、地质
施工场地内原有建筑物情况，地形坡度、倾斜方向、地势，地面下是否有管道，地面上是否有输电高压线、通讯设施，这些可以用照片来加以辅助表述，另外还需将地形图与实地相对照，查看是否一致，有条件时进行一些辅助测量。地质资料是重要的基础资料之一，除可要求当地有关部门提供外，也可在实施场地四周挖4个深1.5至2米的探井，以了解浅层的土质情况和地下水位深度，为施工方案的制定、特别是基础开挖时要采取的措施提供可靠的依据。
2.3.7当地有关施工的质量标准
境外广播电视工程的施工标准，一般执行我国颁布的施工质量验收标准，这些标准基本达到了国际先进国家的标准。但为了尊重当地的习惯，要调查当地采用的、有关的施工标准、规范及操作规程，与我国的有关标准进行对比，找出差异，并争取说服当地有关机构在工程质量验收中采用我国的相应标准、规范和操作规程。
2.3.8当地税费
了解与广电施工有关的税种和费率，免税手续的办理程序、所需的文件和相关费用。物资的清关程序和费用，物资的进口关税等。
2.3.9当地保险公司的有关保险业务
了解当地对工程、车辆、人员的有关保险规定。当地保险公司的诚信情况、保险品种、赔偿责任、赔偿方式及保险费率等。
2.3.10当地有关法律法规
了解当地有关工程实施方面的法律法规、经济纠纷的仲裁程序等规定，设备材料的进出口规定等。当地外国人的签证期是多长时间，签证期满后是办理签证延期还是办理居留许可证，办理的程序和所需费用。
2.3.11主要建筑材料
在施工中，各种建筑材料种类繁多，品质各异，价格也不相同，这些材料的选用，直接关系到工程的质量和造价。因此，选用质量好、符合设计要求且价格合理的材料，是非常重要的工作。根据工程所需的材料，列出名称、规格、型号，通过现场的调研，确定哪些材料可从当地市场采购，哪些材料应由国内供应，哪些材料需从第三国转口。一些大批量使用的材料，如砂、石子、水泥、木材等，为降低成本费用，当地具有生产能力的，应尽可能在当地市场采购。
2.3.12运输条件
调查当地有信誉、能力强的货运公司，了解物资运输情况，包括公路、铁路、海运、水运、空运等，货物运输佣金，进口物资商检费，免税手续的办理程序、所需的文件、办理的时长。了解港口的吞吐能力，可通行的集装箱规格、装卸能力、港口到施工现场的距离、运输条件及价格、港口运输的有关规定、船期、滞港费及收取的标准、清港费、运杂费等。为便于一些贵重设备或急需物资的空运，还需要了解从机场到施工现场的距离，运输条件及价格，机场运输的有关规定，航班等。
2.3.13施工机械
现场施工所需的各种施工机械，需要调查了解当地的供应能力、供应的方式、运距、租赁台班单价、设备机械的质量等。对境外广播电视工程来说，根据不同的工程项目，一般主要包括面包车、小轿车、卡车、起重机、混泥土搅拌机、夯土机、卷扬机、电焊机、砂轮切断机、小型发电机、钢管脚手架等。对大型施工机械主要依赖在当地租赁，其他施工机械如当地市场没有且无法用其他施工机械替代的，可考虑从邻国租用，但应考虑在需要使用时能否租赁到，进关手续及费用。一些小型机械和工具如当地没有租赁市场时，应当自备。
2.3.14水电燃料的供应
了解当地的供电电压、频率，电力供应情况和电价，供水情况和水价，燃油供应情况和价格。如当地电力供应紧张，经常出现停电现象，为保证项目工期，应考虑自备或租用发电机。当地成品燃油经常发生供应紧张时应自备储油罐。
2.3.15临时设施
在施工现场附近选择一块场地，建设临时设施，包括生产性临时设施和生活临时设施，如仓库、办公室、工棚及职工宿舍。临时供水、临时供电可以利用正式施工工程的水源、电源，要落实接水、接电的具置，具体负责实施的部门及办理手续。对于施工期较短的一些境外工程，通常采用在当地租赁房屋作为宿舍和仓库，需要了解租赁费用和租期。还要考虑交通是否便利、周围治安情况等。
2.3.16试块的当地检测、试验
为保证工程的施工质量，除了加强设备、材料的选购外，在施工中还要严格遵守施工规范，加强检查管理，进行必要的检测、试验，如砂石进行颗粒级配、比重、容重、含水率、含泥率、有机物含量等的试验；混泥土试块进行容重、抗压、调整级配比试验等。因此要到当地的检测单位、实验室，调查可进行的检测、试验项目，检测质量和收取的费用。
2.3.17当地劳动力状况
境外广电工程项目的施工中需要大量的技术工人和壮工。由于国家不同，在劳资关系和社会保障方面有不同的法律规定，需要通过政府有关部门搜集。了解当地劳动力的工种、技术水平、工资标准、每周工作天数和每天工作小时数、加班的规定、当地对雇主雇佣或辞退当地工人的规定、有关劳动保险和福利待遇等方面的政策法规、工资增长指数等。
2.3.18当地货币和银行
了解当地流通的货币种类，当地政府对外币的管理办法，是否可自由兑换美元、欧元等主要货币，当地货币兑换美元或欧元等主要外币的汇率及近1-2年汇率变化情况，当地银行对外币兑换的规定等。
2.3.19当地主要生活物资的市场供应
了解当地主要生活物资的供应情况和相关价格，物价的增长指数。由于当地产业结构、发展水平和生产效率等原因，物价水平各异。需对当地物价进行调查。
2.3.20办公用品市场供应情况
了解复印纸的价格，复印文件的价格，有几个电话公司、电话的安装和使用费用是多少，传真的价格，有哪些互联网接入商、网络的安装费和使用费分别是多少。
3考察结束后期工作
对现场考察期间取得的工作成果进行整理、分析，写出考察报告，提出对本项目实施的建议。考察报告中应包括落实建设场地、合作方式、技术方案的规模、双方的责任与分工、考察收资工作成果、签署的会谈纪要或备忘录等主要内容。
参考文献
[1]杨俊杰.工程承包项目案例精选及解析[M].北京:中国建筑工业出版社，2009.
[2]杨俊杰，王力尚，余时立.EPC工程总承包项目管理模板及操作实例[M].北京:中国建筑工业出版社，2014.
光电成像技术范文2
关键词：光电成像原理；实践教学；教学模式
中图分类号： G61 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（b）-0000-00
一、引言
光电成像技术是适应信息社会对图像信息的需求而发展的新兴分支学科[1]，主要研究图像传输及获取、光电转换及存储、系统设计及分析等多个方面。针对仪器学科光电类专业开设的《光电成像原理》课程内容涉及多门学科知识，其中包括光学、辐射度量学、图像探测理论、光电转换技术等。课程教学的目的是使学生学习并掌握光电成像技术的相关知识和应用技术，进而获取本专业视野，训练个人专业的知识能力，为其在相关领域工作和发展打下基础。
二、当前的教学问题
目前，光电成像原理这门课程采用的课本为2006年出版的《光电成像原理与技术》（白廷柱等编著），覆盖光电成像技术领域的基本原理、公式推导、器件特性参数以及技术应用等知识，旨在培养学生“理论联系实际的能力”。但是，实际教学中，由于课程内容理论性很强且包含非常多的公式、概念、繁复的应用器件及系统，本科生在学习过程中感觉难度大、理解困难、枯燥乏味。此外，由于绝大多数学生在学习过程中被动接受教师课堂讲授的知识，缺乏主观能动性，对课程涉及的知识割裂式学习，无法融会贯通知识体系，对课程内容停留在了书本层面的各个独立章节，不能与实际应用联系起来。
因此，教学过程中需要教师开展实践教学[2，3]，训练学生思维逻辑能力，引导学生将所学各个体系知识串联起来并积累理论联系实际的经验，使学生具备学科专业背景下的知识技能。
三、设计实践教学模式探索与实践
针对《光电成像原理》中包括了详细的知识体系和丰富的实践案例，可作为理论和实践应用结合时的借鉴，我们探索一套带设计性的教学模式应用于实际教学过程中。设计教学是指在教学过程中，针对光电成像技术某一类应用系统给学生布置设计问题，指导学生在课后通过完成设计实践任务完成对知识体系的梳理。在设计题目中留出探索、思考和发挥的空间，使学生可以自由的探索、自我调研学习，实现学生思辨能力的培养。在实践该教学方法时，需要注意以下几个方面。
（一） 实践问题的设计
首先，实践教学的终极目的是培养学生获取具备高深的专业素质能力，掌握专业知识与技能结构，因此实践问题应达到学科专业技能的综合性训练效果。在设计实践问题时，应覆盖更广泛的知识技能应用需求，使学生能将在本学科不同专业课程中所学的知识结合起来。在此基础上，帮助学生建立一个本学科专业体系应用的背景意识，使学生摆脱常见的“不知所学为何用”的茫然状态，有助于学生日后选择专业深造方向。在实际教学过程中，我们布置了两个设计实践问题，分别为“微光夜视成像系统设计”和“遥感光电成像系统设计”。这两个设计内容，都涉及了光学系统设计部分，涉及仪器专业中学生必修的工程光学部分知识。学生在完成设计任务后，会理解为什么专业课程要学习各个课程，明白各个专业课之间存在的有机联系，从而发出“让我知道了现实需求中对于知识储备的需求”的感慨。
其次，实践教学要使学生梳理所学内容，回顾各个知识要点，从而巩固其对课程知识体系结构的认识，因此实践问题应包含光电成像原理中不同的知识要点。以“微光夜视成像系统设计”为例，学生要完成设计实践，需贯穿课本中目标识别准则、辐射源、大气辐射传输理论、像管原理选型、系统设计及验证等诸多知识要点。在解决设计问题后，学生会“意识到自己知识学习的不连贯性，知识与知识之间的联系过于稀少”，深入的了解所学知识的联系，理解理论知识在与实践相结合时涉及多个方面，明白“一个参数需要符合的常常不止一个条件”。
再次，实践教学要培养学生自主学习分析的能力，因此实践问题应尽量让学生自主参与问题内容的发掘。同样以“微光夜视成像系统设计”为例，问题为“在无月晴朗夜晚，大气质量优良条件下，能够识别距离500m开外置于山林背景中的卡车”。该问题中，只有500m为明确给出的参数，其他的参数需要学生通过分析问题并查阅相关资料获取。例如，学生需要根据“无月晴朗夜晚”确定光源照度，依据“大气质量优良”估计能见度距离，参照“识别”分析探测理论的约翰逊准则，根据生活常识估计“卡车”的高度，计算大气辐射传输系数时考虑到“山林背景”的影响。经过这一研究过程，调动学生的自主完成各个参数的选择和确认，从而达到知识梳理和巩固的效果。
最后，实践教学要培养学生自由探索问题、发散思维的能力，因此实践问题应给学生留有发挥的空间。因此，设计题目没有限定设计哪一类型的光学系统、选择哪种型号的像管或者CCD元件等。只是在布置任务时，要求学生完成的设计报告应该主要包括设计依据、设计参数及过程、设计结果分析讨论等主要内容。在实际过程教学实践中，学生发挥了主观能动性，自主调研并分析了成像系统的主要组成部分、光学系统设计的多种方案及优缺点、像管的发展历程和选型依据、各个分系统的可行性和特点、光电器件的原理和特性参数、影响系统性能的因素。
（二） 发挥教师引导作用
实践教学虽然以学生为主体，但是教师在教学过程中应该发挥引导作用，对相关知识的教学要有条理，对关键知识点穿针引线，对于生疏知识还要做出相关的教学示范。这是因为设计实验涉及的内容较多、学生学习时间和精力有限，教师将知识进行讲解，可指导学生在有限的时间内积累有效的知识，避免走过多的弯路，使学生可将更多的精力发挥到发散思维上。
例如，在布置“微光夜视成像系统设计”任务前，布置学生完成课后关于大气传输相关习题的计算、系统探测目标能力计算等习题。在课堂上，示范某个微光夜视仪的物镜、目镜的光学设计过程，使学生有参考和模仿的依据。这类示范会使学生掌握一部分设计程序、设计方法等基本知识，使学生在开始设计前具有部分参考经验，从而避免学生因为拿到一个全新的题目，感觉无从下手，进而产生畏惧心理放弃学习研究和拓展思维，导致无法达到培养实践和探索能力的教学目的。
教师的引导作用还包括对学生的设计结果进行分析和设计报告评判上。学生在完成第一个设计题目时，会暴露出一些问题，因此需要及时指出报告中存在的问题，如提炼信息能力有待加强、调研查找资料的能力不足等。此外，目前的本科生在整个大学阶段，绝大多数只在毕业设计环节接受论文撰写方面的培训，因此本课程应针对学生完成的报告分析学生在总结、撰写报告中存在的问题，鼓励他们在下一个报告中进行改进，从而达到培养学生综合素质的目的。
（三） 鼓励学生积极互动
学生在完成实践任务时，个人思维容易受限，因此需要鼓励学生之间开展互动讨论。每个学生都有自己独到的思路，因此教师在要求学生保证实践报告的独立性前提下，还应鼓励学生相互讨论。此外，教师还可在课后提供固定的答疑时间，鼓励学生就相关的疑问向老师提出问题，学生也可提出自己对问题的不同见解，教师与学生就相关问题进行分析和讨论，并将结果分享给全班同学，从而达到鼓励自主学习、主动思考的教学目的。
（四） 教学效果
我们在已经连续两个学期依据上述方法开展了设计教学实践，绝大多数的学生都完成了实践任务的基本要求，达到了的知识点梳理和巩固的目的，反映在考试上就是相关知识要点的掌握效果超过了未实施该教学方法的学期。此外，部分学生更被激发了积极主动性，针对系统的各个部分开展了充分的调研、分析和讨论，每个学生的探索结果不尽相同，但是各有亮点，达到了开阔学生思路、培养学生自主能力的教学目的。
四、结束语
针对仪器光电学科本科课程《光电成像原理》的课程内容和教学目标，我们摸索并实践了一套结合应用系统设计的教学方法，可以引导学生自主梳理课程知识体系、培养学生的专业素养、调动学生主动学习知识、锻炼学生发散思维和调研分析的能力。这样的教学方法可随着课程知识的变革进行改进和完善，可以提高学生的专业能力，有助于课程教学质量的提高。
参考文献：
[1]白廷柱.光电成像原理与技术[M].北京：北京理工大学出版社，2006.
光电成像技术范文3
光信专业考研相关信息如下：
1、研究方向：微光红外与紫外成像技术、虚拟现实与增强现实技术、光电雷达探测成像与对抗技术、图像工程与颜色科学、现代光学设计与工艺光刻技术及精密仪器工程、光电信息获取显示与处理技术；
2、硕士研究生入学考试科目：101思想政治理论、201英语一或202俄语或203日语或244德语、301数学一、811电子技术或819物理光学或820应用光学。
（来源：文章屋网 ）
光电成像技术范文4
摘要： 在激光扫描系统中fθ透镜是重要的必不可少的部件，它在激光打标机、传真机、印刷机和用于制作半导体集成电路的激光图形发生器以及激光扫描精密计量设备等等光电系统中得到广泛的应用。文中设计了用于非接触在线检测工件尺寸的fθ透镜。这种透镜的特点是一种负畸变透镜，属于像方远心光路，工作波长为单色光，像质要求波像差要小于λ/4，而且要求整个像面成平面且像质一致，无渐晕存在。所设计的fθ透镜结构简单紧凑、焦距小、扫描精度高、加工成本较低，性能达到衍射极限，并具有像面上照度分布均匀，能量集中度高和相对畸变小等优点。
关键词： 激光扫描系统； fθ透镜； 光学设计
引言激光扫描系统是将时间信息转变为空间信息的一种系统。其整个过程是：首先使某种信息通过光调制器对激光进行调制，调制后的激光通过光束扫描器在空间改变方向，再经fθ透镜在接收屏上成一维或两维图像。在国内外市场上，fθ透镜有着很广泛的应用，如印刷机、激光传真机、导弹跟踪瞄准、生物芯片扫描仪、大型水晶工艺品的内部雕刻、表面装饰、激光防伪、光学精细、刻印加工、激光打标以及用于制作半导体集成电路的激光图形发生器以及激光扫描精密计量设备等等。国内生产平像场fθ透镜的公司有：上海主波光电科技有限公司，北京力量激光元件有限责任公司，北京大恒光电技术研究所，中国科学院光电技术研究所，武汉焦点光学技术有限公司，光研科学（台湾）有限公司。目前，国外生产平像场fθ透镜的公司有：Sintec Optronics，Anvik Corporation，Cascade Laser Corporation，Roden Stock Corporation。平像场fθ透镜的工作波段主要在532 nm，1 064 nm及10.6 μm，对于前两个波长的fθ透镜的则采用三片透镜或者四片透镜的结构，而对于二氧化碳激光的fθ透镜一般采用的是一片透镜或者两片透镜结构[1]。文中的目的是设计一种非接触在线检测工件尺寸的fθ透镜，用于实验室对光学零件的检测。1设计思路fθ透镜作为激光扫描系统中不可或缺的成分，它的位置分为光束扫描器之前和之后两种扫描方式，如图1所示。当fθ透镜位于扫描器之前时，见图1（a），激光光束经fθ透镜汇聚后，经扫描器反射成像，因为焦距是一定的，所以所成像的像面为曲面，与要求中像面为平面不符合，故此方案甚不理想。当fθ透镜置于扫描器之后时，见图1（b），经过不同角度射入fθ透镜的光束，在其像方焦平面上生成像面是平的且为一维空间的扫描像，但该fθ透镜设计较困难，要求当扫描器以固定的转速转动时，经过fθ透镜的光线必须以恒定的速度移动，即扫描器的转动与像面上像点的移动保持一种线性的关系，所以也称该透镜为线性成像透镜。
光电成像技术范文5
高锟被誉为“光纤之父”. 高锟1933年出生于中国上海,曾任香港中文大学校长,1996年当选为中国科学院外籍院士. 早在1966年,高锟首次提出用玻璃纤维作为光波导用于通讯的理论,以玻璃制造比头发丝更细的光纤,取代铜导线作为长距离的通讯线路,这个理论引起了世界通信技术的一次革命. 高锟还开发了实现光纤通讯所需的辅子系统,他在单模纤维的构造、纤维的强度和耐久性、纤维连接器和耦合器以及扩散均衡特性等多个领域都做了大量的研究,使信号在无放大的情况下,以每秒亿兆比特传送至距离以万米为单位的远方.
博伊尔和史密斯在1969年第一次成功地发明了数字成像技术. 他们设计了一种影像传感器,可以将光在短时间内转化为像素,为摄影技术带来了革命性变革. 没有CCD,数码相机的发展将更为缓慢;没有CCD,我们就看不到哈勃太空望远镜拍摄的令人诧异的图片,看不到火星上的红色沙漠图像.
2009年诺贝尔物理学奖中的核心内容――光纤通信和CCD图像传感器――涉及高中物理众多知识考点,很可能成为今年高考物理的一个命题热点.
考点一:光在光导纤维中的全反射
随着第一个光纤系统于1981年成功问世,华人科学家高锟“光纤之父”的美誉传遍世界. 他的发明为人类连通了信息时代,在互联网上欣赏高清晰电视节目,与千里之外的友人通话,这些都要归功于高锟发明的“光纤”.
例1 光纤可以用极少能量、极高速度远距离传输信号,当今信息社会以通信技术为基础,光纤传输彻底改变了人们的日常生活. 如右图所示,AB为一长L=30 km的光导纤维,一束光线从端面A射入,在侧面发生全反射,最后从B端面射出. 已知光导纤维的折射率n=1.35,光线从纤维内侧面向外射出时,临界角的正弦值为0.9,光线在光导纤维内从A端传播到B端所需时间为t,求t的最小值和最大值.
解析 光线在光导纤维中传播的时间取决于光沿AB方向的分速度大小,这与入射角θ有关.
设光在光导纤维中传播速度为v,则当入射角θ=0时,光在光导纤维中沿AB方向直线传播,此时所需时间最短:tmin=■. 又v=■,可得tmin=■=■=1.35×10-4 s.
当入射角恰能使光线在光导纤维侧面发生全反射时,光在沿AB方向分速度最小,对应时间最长:tmax=■. 又v=■,sinα=0.9,可得tmax=1.5×10-4 s.
点评 《考试大纲》要求考生:“了解自然科学发展的最新成就和成果及其对社会发展的影响,能读懂一般性的科普类文章,理解有关文字、图表的主要内容及特征,并能与已学的知识结合起来解决问题.”在新课程大背景下,近年高考试题注重理论联系实际. 应用所学知识解决生产、生活和高新科技中的实际问题,已成为新高考的亮点. 本题以“光纤传输”为背景,考查了折射率、临界角、全反射规律、光在介质中的传播速度等知识,综合程度较高,考查考生将物理知识进行融合和迁移的能力.
考点二:CCD图像传感器的原理
在数码相机、摄像机和拍照手机等电子设备风靡全球的今天,带领人们进入数码影像时代的,正是美国科学家博伊尔和史密斯发明的电荷耦合器件――CCD图像传感器. CCD图像传感器就好像是数码照相机的电子眼,通过用电子捕获光线来替代以往的胶片成像,从而使摄影技术得到彻底革新. 这一发明还推动了医学和天文学的发展,在疾病诊断、人体透视、显微外科等领域都有着广泛用途.
例2 两位美国科学家以“发明成像半导体电路――电荷耦合器件(CCD)图像传感器”获得2009年度诺贝尔物理学奖,他们发明的数码成像装置有着广泛用途. 下列有关说法中,正确的是( )
A. CCD图像传感器中的半导体是热敏电阻
B. CCD图像传感器中的半导体是光敏电阻
C. CCD图像传感器中的光敏电阻是一种光电传感器
D. 数码成像本质上是将光信号转变为电信号,再由电信号转变为光信号
解析 由所学知识可判断,CCD图像传感器中的半导体是光敏电阻,起着光电传感器作用,将光信号转变为电信号,再由电信号复原为光信号,由光信号还原成像. 故选项A错误,选项B、C、D正确.
点评 本题以“CCD图像传感器”为背景命题,综合考查了热敏电阻、光敏电阻、光电传感器等知识. 本题是一条新信息题,考生必须通过阅读分析,筛选相关信息,然后利用所学知识结合题中信息解题. 同学们在学习中要多关注科技热点,进行相关训练,提升运用新信息解题的能力.
【相关训练】
1. 高锟在1966年着手研究以光纤作为通信媒介这一新技术,光纤可以大幅提高信息传输速度,使人们可以在刹那间把文本、音乐、图像和视频传输到世界各地. 目前,我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络. 下列说法正确的是( )
A. 光纤通信利用光作为载体来传递信息
B. 光导纤维传递光信号是利用光的衍射原理
C. 光导纤维传递光信号是利用光的色散原理
D. 目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝
2. 电荷耦合器件(CCD)图像传感器使数码相机得以普及,下图所示为图像传感器中的部分电路,R3是光敏电阻,当开关S闭合后,在没有光照射时,a、b两点等电势,当用光照射电阻R3时,则()
A. R3的电阻变小,a点电势高于b点电势
B. R3的电阻变小,a点电势低于b点电势
C. R3的电阻变大,a点电势高于b点电势
D. R3的电阻变大,a点电势低于b点电势
3. 电荷耦合器件图像传感器把光转换成电信号,从而引发摄影变革,令小巧便捷的数码相机走入千家万户. 电荷耦合器件技术还可应用于医学诊断和显微外科,例如人体内成像. 下列器件中应用了光电传感原理的是()
A. CCD图像传感器 B. 医学诊断使用的人体成像仪
C. 电脑上使用的光电鼠标 D. 大型称重使用的电子秤
4. 数码成像对光亮度有一定的要求,如下图所示,D为数码相机的闪光灯,RG为光敏电阻. B是具有特殊功能的“非门”,当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值时,输出端Y会突然从高电平跳到低电平,而当输入端A的电压下降到另一个值时,Y会从低电平跳到高电平. 使用数码相机时,在光亮度较小时,闪光灯会点亮. 下列说法中,正确的是()
A. 光亮度较小时,Y处于低电平
B. 光亮度较小时,Y处于高电平
C. 当R1调大时,A端的电势降低,闪光灯点亮
D. 当R1调大时,A端的电势降低,闪光灯熄灭
【相关训练解析】
1. 解析:光纤通信是利用光的全反射原理传递信息,选项A正确,B、C错误.
光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝,选项D正确.
故选A、D.
2. 解析:R3是光敏电阻,有光照射时,光敏电阻中的载流子增多,R3的电阻变小,则选项C、D错误.
由于R3的电阻变小,R4电阻不变,据串联分压原理,R3的电压变小,R4的电压变大,a点电势增高,b点电势不变,a点电势高于b点电势,则选项A正确,B错误.
故选A.
3. 解析:CCD图像传感器、医学诊断的人体成像仪、电脑上的光电鼠标都是把光信号的强弱通过光电传感器转变为电信号的大小,然后通过光电传感器把电信号转变为光信号,都应用了光电传感原理.
大型称重使用的电子秤是把力的大小通过压电传感器转变为电信号(电压或电流)的大小,应用的是力光传感原理.
故选A、B、C.
光电成像技术范文6
【关键词】光电导 光整流 光抽运 非线性差频
一、引言
近年来，非线性光学的飞速发展带动了基于光子学原理产生太赫兹技术的发展，如基于周期微结构材料和固体非线性材料的光学参变振荡、光整流、光电导、光抽运、光学受激效应、表面发射效应、光学倍频及差频效应、光学切连科夫(cherenkov)效应等非线性效应。其中，非线性光学差频方法获得太赫兹辐射因其没有阀值、实验设施容易搭建、容易实现差频转换而称为研究热点。
二、THz波的应用前景
1.THz波成像
利用THz时域光谱技术可以直接测量THz电磁脉冲所产生的瞬态电磁场。可以直接测得样品的介电常数和厚度的分部。应用于国家安全包括情报、安检、破案、生物、化学和医学中的各种成像应用。两维实时THz活体成像可应用于野外昆虫的实时观测，同时也可应用于军事种部队和警察的装备，在一定范围内对敌人的有生力量和犯罪分子进行准确探测。
2.医疗诊断
由于很多的生物大分子及DNA分子的旋转及振动能级所处于THz波段，生物体对THz波会产生独特的响应，所以THz辐射可用于疾病诊断，生物体的探测及癌细胞的表皮成像。癌变组织的THz波具有不同的振幅，波形和时间延迟，我们可以从中得到肿瘤的大小和形状。对人体组织器官成像，可做出肿瘤的早期诊断，许多医院的专家对此项肿瘤的初期诊断技术很满意，并要求早日投入生产，进入临床应用。
3.环境监测
适合于对固体、液体、气体、以及火焰和流体等介质的电、声学性质的研究以及化学组分的表征。THz辐射也可用于污染物检测、生物和化学物质的探测，对生物组织包括植物、动物的组织结构进行成像可获得组织新鲜程度的信息，这可用于食品的保鲜和食品加工过程的监控；检测隐藏在箱包中一般家用材料及民用设备中的特殊物质，如炸药、等。
4.宽带移动通讯于星间通讯
THz电磁波是很好的宽带信息载体，THz波比微波能做到的宽带和讯道数多的多，特别适合卫星间、星地间及局域网的宽带移动通讯。
三、基于光学方法的太赫兹波辐射源
1.光电导产生THz波辐射
光电导方法就是在光电导半导体表面淀积金属制成偶极天线电极结构，用光子能量大于半导体禁带宽度超短脉冲激光照射半导体材料。当强度为I(t)的飞秒激光激发偏置半导体时，如果激光的光子能量大于半导体的能带隙，则在照射出的导带和价带上将分别产生电子和空穴。光载流子密度快速变化，并在外加偏置直流电压Vb的作用下加速运动。由此，将产生电磁辐射并通过天线向自由空间发射。由于辐射的能量主要来自天线上所加的偏置电场，可以通过调节外加偏置电场的大小来获得能量较高的太赫兹波，而制作大孔径的光电导天线可以提高电磁辐射的效率。
快速偏置的光电导体有飞秒光脉冲(泵浦光)激发，作为瞬态电流源，通过天线向空间传播短周期的瞬态变化。为了探测这样一个变化需要一个与发射其相似的装置，但这个光电导体不需要偏置。作为探测器的光电导体由同样的飞秒光脉冲(探测光)激发，在激发瞬间可以探测输出流lout。通过一可调的时间线将飞秒光脉冲相对于泵浦光I(t)延迟时间a，则探测光强度为I(t+a)。
太赫兹辐射源的输出性能主要决定于三个要素：光电半导体材料、天线几何结构和抽运激光脉冲宽度。光电半导体材料si、GaAs、GaP等是产生超短激光脉冲的关键部件，随着对光电导半导体的深入研究，已经开发了很多适宜做光电导开关的材料，在选用制作超快半导体材料时，必须考虑以下因素：(1)载流子寿命短；(2)载流子迁移率高；(3)材料的暗态电阻率大。
2.光整流产生太赫兹波
发生在盐酸氢钾中的光整流效应最早用于产生兆赫级的辐射，当时使用0.1um的激光脉冲。后来由于LiTa03中cu++光整流效应的发现，这种方法的应用范围扩展到了皮秒级领域。进一步的发展使这种方法已经可以应用干各种THz实验。光整流效应是一种非线性效应，是利用飞秒激光脉；(脉冲宽度在亚皮秒量级)和非线性介质如ZnTe)相互作用而产生低频电极化场。此电极化场在晶体表面辐射出太赫兹波。
光整流效应发生在非中心对称材料中。我们可以将光整流效应看做是电光效应的逆过程：入射超短激光脉冲同过非线性极化系数偶合而合成出近似直流(其实为THz，但相对于光的频率来说，频率非常低)的极化。
电磁波的振幅强度和频率分布决定于激光脉冲的特征和非线性介质的性质。常用非线性介质有ZnTe和GaAs。另外，DAST很有潜力，它是非线性效应最强的物质之一。
3.光抽运太赫兹波气体激光器
直接产生THz波的激光器，是利用一台C02激光器的远红外输出光抽运一个充有甲烷(CH4)、氨气(NH3)、氰化氢(HCN)或是甲醇（CH30H)等物质的低气压腔，由于这些气体分子转动能级间的跃迁频率处于太赫兹波段范围，所以可以形成太赫兹波受激辐射，通过选择合适的工作介质、寻找新的能级跃迁谱线，就可以基本覆盖整个太赫兹波段。这种方法可以达到高达上百瓦的输出功率，且已实现商业产品化，并被美国国家航天局应用于大气卫星观测。虽然这种技术被证实切实可行，但这种辐射源不是连续可调的，而且需要大的气体腔和能量输入，在体积、重量、效率、可靠性、维护性、运行寿命，以及频率稳定性方面仍需要改进。
四、基于电子学方法的太赫兹波辐射源
随着太赫兹科学技术的迅速发展，利用真空电子学产生太赫兹辐射的研究工作取得了很大的进步，其中包括真空电子器件、电子回旋脉塞、自由电子激光、Cherenkov辐射，甚至使用存储环加速器来产生高亮度太赫兹辐射。真空电子器件如反波管、扩展互作用振荡器、绕射辐射器件等的工作频率已接近或达到1THz。回旋管可望在1THz产生千瓦级的脉冲输出，平均功率可达几十瓦以上。自由电子激光是获得极高能量太赫兹发射的另一种方法。在自由电子激光中，一束高速自由电子在真空中传输并通过具有空间变化的强磁场，使得电子束振荡并发射光子，反射镜用来把光子限制在电子束内，这里电子束为激光的增益介质，这种系统的造价昂贵，体积巨大，同时需要精密仪器，但是可以产生连续脉冲形式的发射，发射功率比通常使用的光电导天线高出六个数量级以上。电子激光器和气体激光器是目前可以获得太赫兹最高输出功率的方法。
五、利用非线性差频产生太赫兹波
目前光学方法产生THz波辐射主要集中在光参量振荡器(OPO)及差频产生(DFG)方法来获得这一波长范围内的激光。但是OPO输出光能量较低，光束质量比较差；而DFG相对于OPO和化学激光器，由很多优点，如可调范围灵活、全固化结构紧凑、输出能量高等。目前，常采用铌酸锂作为
DFG的非线性晶体材料，它的非线性系数大，损伤阈值较高。
六、差频方法产生太赫兹波的进展
差频方法产生太赫兹辐射的最大优点是没有阈值，实验设备简单，结构紧凑。与前面提到的光整流与光电导方法相比，它可以产生较高功率的太赫兹波辐射，且不需要价格昂贵的抽运装置。差频方法产生太赫兹波的技术关键是要获得功率较高、波长比较接近的抽运光和信号光(两波长相差一般不大于lOnm)，以及具有较大的二阶非线性差频晶体。这样，利用差频方法甚至可以得到比太赫兹波参量振荡器[11―13]更宽的太赫兹波调谐范围，但其存在着转换效率低下的缺点。
早在上世纪20世纪60年代中期，国外就有人利用一台铷玻璃激光器得到1.059―1.073波长输出，通过利用一块石英晶体进行非线性差频，得到大约3THz的输出，但输出效率很低，到上世纪20世纪70年代，R.Ll Ag―garwal等在80K的温度下，用两个单模连续C02激光器在GaAs晶体中通过非共线差频，在0.3～4.3THz频率范围内实现了连续调谐的远红外辐射，线宽小于100kHz。而K.H.Yang等用一台双频率输出的染料激光器，在LiNb03、ZnO等晶体中利用共线和非共线相位匹配，均实现了在0.6―5.7THz连续可调远红外辐射，峰值功率达到200mW。近年来，日本科学家T.Tanabe等利用Nd：YAG激光器(输出波长为1064nm)和该激光器三倍频输出所抽运的BBO晶体光学参量振荡器(BBO―OPO)的输出分别作为抽运源和信号光，采用GaP晶体作为差频晶体，利用非线性相位匹配配置，通过改变两入射光的夹角，实现了0.5～3THz的太赫兹波调谐输出，并在1.3THz处达到480mW的峰值功率输出。
七、全固态激光器泵浦的准相位匹配差频THz波辐射源
利用差频过程获得THz波的最大优点是没有阀值，且试验设备很容易搭建容易实现差频转换，但DFG的转换效率很低，其关键是要获得波长相近的泵浦光和信号光，下面以1319nm和1338nm双波长运转的高功率、准连续全固态Nd：YAG激光器为泵浦源，泵浦周期为16，455,u,mPPLN，实现准相位匹配差频过程，获得0.3lTHz的辐射源。
近年来，THz技术已经有了很大的发展，现在需要把THz技术从试验研究尽快转向实用化。据专家预测，在生物医学的各项应用中，THz技术最有可能率先取得重大突破。在这一领域的发展，在很大程度上取决于应用物理学、生物学、生命科学等交叉学科的研究广度和深度。因此，开发和利用这项技术，需要综合各个领域的知识，积聚更多的研究力量。
