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激光原理论文范文1
中图分类号：G642.0
文献标识码：C
DOI： 1（）.3969/j.issn.1672-8181.2015.03.005
1 我校《激光原理与技术》专业课存在问题
我省许多理工类院校的光信息、光电类和大部分应用物理专业都开设《激光原理与技术》课程。作为重要专业基础或方向课，此课程：第一，具有较强的理论性、实践性、前沿性和探讨性；理论抽象，公式众多，有相当学术和技术含量的课程，教学中经常发现学生对概念缺乏准确理解或概念和实际应用“两张皮”的现象。第二，课程教学内容多，课程容量大。第三，由于激光技术、光电技术的发展日新月异，器件层出不穷，与新现象、新理论、新器件、新应用有关的课程教学内容也必须不断地做出更新调整，
另外，《激光原理与技术》课程涵盖知识点包括激光原理、激光技术两部分，知识点明确，可以用一个实验、一个概念来组织教学内容。课程具备开展翻转课堂的实施要求。
2 翻转课堂在《激光原理与技术》课程中的实施方案
结合我校《激光原理与技术》课程特点，在现有的翻转课堂模型基础上，我们设计了翻转课堂的教学路线图f如图1）。主要由线上学习、课堂学习和课后学习三部分组成。LMS作为教学实施的基础性管理学习平台，可提供教学资源、学习过程记录和互动场所。
线上学习
课堂学习
课后学习
2.1 设计知识单元的策略
将课程按“知识块”分成8个教学单元，即：激光的基本机理，激光谐振腔理论以及激光振荡理论，连续和脉冲激光器的工作特性，选模技术，放大技术，稳频技术和激光短脉冲技术。每个教学单元可以由一次或多次课程完成，以便教师开发课程视频。
2.2 设计课程微课
第一，根据本专业课程教学内容（突出难点、重点），设计微课。第二，每个教学单元可分成若干个模块，以模块为单位设计微课。第三，微课内容包括微视频、课间练习和每周作业。通过微视频中的导读内容、课间练习和作业，向学生提出问题，引导学习者自主思考。
2.3 翻转课堂教学设计
2.3.1 线上学习
第一，通过慕课学习。让学生假期在慕课平台查找与激光器件有关的知识，提前使学生进入到课程中来，在头脑中初步形成激光器件的结构框架，对激光器件的主要应用等有简单的了解，简单的知识点通过慕课学习。第二，通过微课学习。设置每周微课时间和作业提交截止时间。课间练习和每周作业可采用填空或选择形式，每道题在截止日期之前允许学生提交3次，否则当次作业记为0分。另外，在学生看完微课之后，对微课中的收获和疑问可以在讨论区发帖。由教师团队或学生讨论互动给出解答，完成课题组布置的线上学习任务。
2.3.2 课堂学习
第一，分析每个教学单元的目标、知识类型、学生线上学习情况和存在的问题，确定教学策略，如“讲授”、“自学”、“讨论”、“实验”、“探究”等。第二，学生的独立探索和协作学习。具体分为五个环节：①明确问题：根据课程内容和学生观看微课时提出的疑问，总结出-些有探究价值的问题；②独立探究：从开始时选择性指导逐渐转至为学生的独立探究学习方面，让学生在独立学习中构建自己的知识体系，注重和培养学生的独立学习能力；③协同学习：通过“探究式案例”、“探究式实验”鼓励学生以小组协作形式，采用对话、商讨、争论等形式进行讨论并实施；④交流展示：成果交流采用如：举行展览会、报告会、辩论会、小型比赛等；⑤考核评定：建立线上学习、课堂和课后学习各环节的考核评价。考核成绩构成为“课间练习20分+每周作业15分+课后研究报告和小论文5分+讨论区及课堂活跃度10分+期末考试50分”。
2.3.3 课后学习
由课后的复习，学生定期的答疑，学生完成的项目任务和课程论文构成。
3 翻转课堂教学实施案例――以光学谐振腔（FP腔）为例
3.1 线上学习
首先利用微课介绍实验现象，给出FP腔的输出装置，给出了连续波入射时单模光纤FP腔输出光谱。提出问题：如何解释上述实验现象呢？接下来在微课上介绍描述上述激光现象的基本概念与相关规律。根据多光束干涉原理，可得垂直入射时，光学FP腔的输出与输入光强之比为：
将光纤长度，折射率（n=1.48）代人，可得其自由谱宽为50CHz，利用变换式，可得自由谱宽为0.4nm，理论计算与实验现象一致。通过微课学习，学生完成知识的内化。课间提问，采用填空题：C02激光器波长为10.6um，当腔长L=lm时，自由谱宽为（），如果该激光器的光谱线宽度AVF=108Hz，则输出为单模还是多模（）。要求学生在规定时间完成课间作业的提交。
3.2 课堂学习
首先，提出问题：腔端面反射率对输出特性的有什么影响？让学生在独立学习中构建自己的知识体系。然后，进行协作学习，以4人为以小组，利用计算机对（1）式所描述的规律进行数值计算，将结果可视化，计算结果与实验结果一致。从图上还可发现原本静止的图“动”了起来。给学生很大的想象空间，这一环节是理论分析的重要补充，再次完成知识内化。将科学计算引入课堂，提升学生解决问题的能力与效率，引导学生进行研究性、探索性学习。通过可视化，学生对复杂的激光现象具有了感性认识，促进学生对晦涩理论的理解。最后，介绍新实验现象的探索。前面我们详细学习了连续波入射情形下，光学FP腔的输出特性，自然会想到脉冲激光入射情形，那么脉冲激光入射到光学FP腔，其输出具有什么特点呢？通过教师的引导和学生的协作学习和探索，得到当脉冲激光入射到单模光纤FP腔时，其输出波形具有衰荡特征，从而完成创新能力的培养。
3.3 课后学习
以小论文形式，让学生完成一份研究报告，题目为光学FP腔的激光器件中的应用。鼓励学生利用网络资源，查阅光学FP腔在各个领域的应用。例如FP在输出模式选择，光束质量改善等方面的应用，让学生自行选题，自行设计实验方案，在学院的激光实验室独立完成实验，完成小论文撰写和提交。
4 结束语
翻转课堂教学模式起源于美国，在我国真正去推行翻转课堂教学模式还有很多问题有待解决，还需要更多的实际教学工作要做。
参考文献：
【1】张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究【J】.远程教育杂志，2012，（4）：46-51.
激光原理论文范文2
【关键词】激光三角法 可控型水龙头 光电转换
微电子技术和传感器已经成为二十一世纪信息社会的重要标志。随着激光传感器的广泛应用及新型光电扫描与光电探测技术的不断提高，工业、农业、家庭、军事、医学等应用领域的传统方法得到了改善。激光传感可控型水龙头将激光位移传感器与电子信号处理技术结合，应用在了水资源节约领域。市场上的传统插卡式热水龙头在使用时难以估定水瓶内的水位，存在着极大的安全隐患和水资源浪费问题。该项日利用激光位移传感技术检测并定位水的高度，经过数字信号处理器将信号反馈到电子电路，自动切断电源。和传统插卡式热水龙头相比，基于激光位移传感器的可控节约型水龙头具有测量精度高、可靠性好、非接触、自动化、安全等突出优点，有极重要的现实和环保意义。在前期的推广中，这项技术先应用于学校水房保温瓶水位的测试。随着后期技术的成熟和市场的开发，可推广向工厂水箱水位测定等更广的领域，发挥更大的经济和应用价值。
一、激光位移传感器的研究现状
现今光电技术的发展、微机的控制、数据的处理及PSD、CCD、四象限位移探测器的改善，使传统的三角测量法有了广泛的应用。具体包括质量的检测、设备的维护、机械和生产自动化、流程和设备的监控等各个领域。
目前在国内，激光位移传感的主要应用包括：对灵敏度和精确度的分析，如何提高其使用范围以及位移、角度、同轴度的非接触测量和校准领域。不过，我国对激光位移传感器的研究仍处于实验阶段。国外很多专家对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传感器的系统中，发现周围的杂光对测量的精度有影响，并给出了相应的消除方法。目前，国内外有很多这样的产品，广泛地应用在军事技术、航空航天、检测技术等诸多领域。美国研制出红外测温传感器，使其在恶劣的环境下仍能测量出飞行器各部分的温度；城市的交通管理也运用红外光电传感器进行路段事故检测和故障排除的指挥。总体来说，国外传感器的测量范围大，线性度好，分辨率高，稳定性好。国内对激光位移传感器的研究虽不及一些欧美国家，但是却在研究的种类上屡创新奇。
二、激光三角测量技术的原理
激光三角测量法是指从光源发射一束光线到被测物体表面，在另一方向通过成像观察反射光点的位置，成像位移和实际位移存在一定的换算关系，通过这个关系式可以计算出被测物体表面的实际位移。由于入射光和反射光构成一个三角形光路，因此被称为三角测量法。按照入射光线与被测物表面法线的关系，可分为直射式和斜射式。本项研究采用的是直射式激光三角测量法。
如图l所示，激光发射器发射出一束光线到热水瓶水面形成光斑，光线在表面发生反射后，从另一个方向通过成像透镜，光斑成像在CCD位置传感器上。随着热水瓶水面高度的变化，反射光的角度在发生变化，光斑成像也随之发生位移。设光斑在CCD成像面上相对位移为X’，被测表面（即水面高度）的实际位移为X，则两者关系如下式：
在传感器的选择上，本项研究选用的是CCD激光位移传感器。目前应用于激光三角法测距的光接收元件包括：CCD（Charge-c.oupled Device，光电耦合器件）和PSD（Position Sensitive Detector，位置敏感元件）。PSD是基于横向光电效应来实现光能、位置的转换，CCD是一种新型光电转化元件，主要由光敏单元、信号输入单元和信号输出单元组成。CCD以电荷作为信号，实现电荷的存储、转移和检测。与PSD相比，CCD具有轻便、体积小、耗能小、精度高、稳定性好、时效性高等特点。基于上述考虑，最终选定了CCD激光位移传感器。
三、基于激光位移传感器的可控型水龙头系统结构
本项目研究的激光位移传感器硬件系统包括：激光电源、半导体激光器、线阵CCD驱动电路、输出信号的处理系统、单片机测量系统和水龙头阀门控制系统。如图2所示为激光位移传感器的可控型水龙头系统的总框图。
3.1 光源的选择
激光器有很多种：气体激光器、固体激光器、半导体激光器等，气体激光器单色性和方向性好，但体积和重量大，需要外部高压电源，不易安装在小型光学测头上。半导体激光器具有超小型、高效率、电压低、电能转换率高、便于安装等优点。激光光束在传播中存在散射，当测量目标越远，光能量分布不均匀，从而导致误差出现，半导体激光位移传感器可以进行体积小的短距离测量。
3.2 线阵CCD驱动电路
目前，应用于激光三角测距系统的光接受元件主要有两种：CCD――光电耦合器件和PSD――位置敏感元件。本测距系统设计中采用精度高、稳定性好的光电耦合器件CCD作为光电探测器，根据被测物体的移动距离，间接进行测量。
3.3 输出信号的处理系统
图像采集后，CCD输出的信号叠加了较大的干扰噪声，所以要先经过预处理电路后在进行二值化处理。预处理即是将CCD输出进行前置放大后进行滤波处理，放大电路将微弱的信号放大同时干扰的噪声信号也得到了放大。
所以经过低通滤波器将放大电路处理后信号中的高频成分滤除，常用低通滤波器包括：三角滤波法、高斯低通滤波器、中值滤波器等不。最后将输出的信号送入电压比较器进行二值化处理得到稳定的数字信号。最后将数字信号送到单片机系统进行脉冲计数就能得到像点位置信息。系统将计算后的结果显示在显示器界面上。
3.4 水龙头阀门控制系统
在理想条件下，热水瓶的高度为H，由上述系统测出水面高度为X，当x的值接近L时，系统通过反馈电路来控制水龙头的阀门。
四、结束语
激光三角法采用非接触测量，以其实时性强、精度高、对被测物体表面没有特殊要求等优点得以广泛应用，本论文利用直射式激光三角法，对系统的结构参数和所选器件做出了合理的设计和选择。论文的主要工作包括以下几个方面：
（1）通过对激光测距系统在国内外的发展现状研究，并结合本系统情况，确定了本系统的测量原理。
（2）数据采集：令热水瓶的高度是定值H，从光源发射一束激光到被测物体（上升水面）表面，在另一方向通过成像观察反射光点的位置。通过线阵CCD对光电信号进行采集，从而计算出水面到瓶口的距离X。
（3）信号处理将采集到的数据经过滤波放大电路处理，然后将输出的结果由模拟信号转化为数字信号，最后将信号送人单片机系统。
（4）数据结果输出：通过单片机的计算被测物体的位移量，当X-H趋近于零时，将其距离显示在显示器界面上，通过电路控制水龙头阀门的关闭。
后期工作展望：
激光原理论文范文3
[关键词]轴子；量子色动力学；光子静质量效应
[中图分类号]E933.43 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）05-0009-01
1轴子、光子相关理论简介
本文首先简述了关于轴子和光子的理论，以方便研究轴子和光子的相关理论，进行相关实验。
1.1量子场论
量子场论是以量子力学原理等为基础，一种解释了微观物理学的理论。量子动力学具有悠久的历史，也比较成熟。他研究的内容主要是电磁场和带电粒子的相互影响的情况以及这种相互影响的量子性质、带电粒子相关活动等。它还对相关高精度实验进行了分析。
我们所生存的世界中存在着许多量子场系统。粒子的生成或消失取决于量子场的情况。所渭真空就是指量子场中的能量处于一种最低状态。与其他激发态相比较，这种最低态指的是不存在任何粒子的状态，可是，真空中存在着许多量子场，并时时刻刻运动，即物理学中所谓的真空零点振动，该点对应的能量则称为真空零点能。在这种情况下，若能够使量子场不再扩散到更大的空间中去，而它所在的较小的空间的大小出现改变时，此量子场产生的零点振动能也会出现较小的改变，即得出了著名的卡西米尔效应。
1.2对称性和守恒律
对称性和守恒律在物理学中有着非常重要的地位。物质的情况及其运动特点在对称变换时所展现出的固有性质就是对称n生。如果物体的运动及其能量最低态具有对称性特点，则其相应的物理量均守恒。物质在运动过程中都满足守恒定律。
1.3规范场和规范玻色子质量
规范场是一类物质场，它与相关规律的固定性联系很大，规范玻色子指的是一种场量子。电磁场也是常见的规范场。其不变性对周总耦合形式的形成有很大的影响。规范场的量子就是规范玻色子，也使其相互影响。因为规范对称性的规定，规范场的相关量中没有规范场的质量项，它会影响规范对称性。当相应的规范玻色子质量为零时，这说明其对应的作用是长程力。
2强场激光偏振法探测轴子实验简述
二十世纪末，世界著名大学罗切斯特大学的一位博士和一些学术专家在美国国立实验室做了该实验。他们通过变更激光射向强磁场偏振方向的方式，来探测轴子。下面着重研究光子非静止质量的相关情况。
强场激光偏振法探测轴子实验，指的是研究轴子与光子的电磁耦合作用。有相关效应可知，当一束线偏振光出现于强磁场时，而与磁场正交的分量则与磁场相互作用生成新的轴子，所以，此分量的幅值就会降低，进而造成其偏振方向会与原偏振方向有一定的角度。二十世纪末，有一些博士和专家就在这一理论的基础上来探测肘子。
该实验体系由三部分组成，一是强磁场；二是光学系统；三是椭圆偏振检测系统。强磁场主要是生成新的轴子，磁场是通过超导偶极磁体形成的。还有其他物体如起偏器等，其光轴方向与磁场方向须有一定的夹角，如此方能满足实验的要求。
实验时，首先在某一横向磁场中引入一束线偏振光，激光先经过隔离器到达起偏器，其光轴方向与磁场方向会有一定的夹角，而后会产生一定角度的线偏振光，接着射进光学反射腔，最后又到达检测区，反射腔位于磁场区中，一旦磁场中形成新的轴子，则反射腔发出光线，其偏振状态会有一定的改变。实验对变化的激光偏振方向夹角进行分析，以达到探测轴子的目的。
光首先进入反射腔，射出后又进入法拉第盒，并得到其一定的调制，如此有利于避免不必要的非线性项，随后射到检偏器上，需要说明的是，它和起偏器一样也是偏振晶体，二者的光轴方向是正交的，结果发出的光电信号传到光电二极管，并在此处被检测出。我们要想了解该偏振光的椭圆率，可以把一定规格的波片放在法拉第盒的前边，这样就可以通过测量偏振方向的变化来得出该椭圆率。
3光子静止质量为零时的实验分析
由相关效应知，当线偏振光经过较强磁场时，与磁场正交的分量在与磁场相互作用的过程中形成轴子。有量子动力学理论可知，光子主要来源于激光束，并在强磁场的影响下，形成了轴子。磁场中的场强张量存在于一定区域的总电磁场中，它包括两部分，一是外部产生的强磁场；二是由激光束产生的电磁场场强。
因为Primakoff效应中的光为外磁场平行的部分时才能形成轴子，但和外磁场正交的部分却未出现任何改变。二十世纪末期，有一些专家教授根据相关理论和原理，并采用相应的方法来探测轴子。当激光经过一个非纵向的磁场区时，其偏振方向则会与磁场形成一定的角度，约为45度。发出的激光的偏振方向与原方向也会形成相应的角度。
4光子静止质量不为零时的实验分析
从一些图书资料中可以查知，爱因斯坦在狭义相对论中提出了两个基本假设，即所谓的光速不变和相对性原理，它对现代物理学的发展起了巨大的推动作用。光子静止质量上述假设中的观点。物理学是建立在实验的基础上的，因此，只有进行科学的实验才能得出正确的理论。我们可以从电动力学中得出光子静止质量为零时的电磁场的密度等参数。由此密度推导出电磁场的运动方程。当光子静止质量为非零时，玛克斯韦尔电磁场必须把其静止质量项考虑在内。然后才能对其进行独立地光子静止质量研究。实验中测得的角度与磁场区域长度呈线h生关系，为方便探测，在实验中安装了反射镜，使激光循环反射，从而增强了相应的测量效应。
结束语
轴子是一种假定的粒子，它是为了说明量子色动力学中的强CP问题，人们很青睐这种冷暗物质粒子。轴子一旦被发现，其意义非凡，否则，就不可能存在轴子模型，我们也就找不到解决强CP问题的具体方法，这要求我们另寻其他方式方法。本篇论文简要介绍了其相关理论和一些模型，还有现在探测轴子的一系列实验。此外，我们经过一番理论分析后，得出了轴子和光子的相关参数及关系式，从而推导出并得出轴子质量限。
激光原理论文范文4
论文摘要：回顾了全息术的历史，阐述了全息术的基本原理，然后介绍了全息术在实际中的应用及其发展方向。
我们看到的世界是三维的、彩色的，这是因为每个物体发射的光被人眼接受时，光的强弱、射向和距离、颜色都不同。从波动光学的观点看，是由于各物体发射的特定的光波不同，光的特征主要取决于光波的振幅(强弱)，位相(同相面形状)和波长(颜色)。如果能得到景物光波的完全特征，就能看到景物逼真的三维像，这就是全息术。全息术诞生到现在60年来取得了很大的进展，已被广泛地应用于近代科学研究和工业生产中。
1全息术的历史和发展阶段
1948年，丹尼斯·盖伯提出一种记录光波振幅和相位的方法，随后用实验证实这一想法，即全息术，并制成世界上第一张全息图。盖伯本来是为提高电子显微镜的分辨率而提出的设想，虽然未能用电子波证实其原理，但用可见光证实了。从第一张全息照片制成到20世纪50年代末期，全息图制作具有以下共同特点：全息图都是用汞灯作为光源；而且是所谓同轴全息图，即物光和参考光在一条光路上得到的全息图。这一时期的全息图被称为第一代全息图，标志着全息术的萌芽。第一代全息图存在两个严重问题，一个是再现的原始像和共轭像分不开，另一个是光源的相干性太差。因此在这十多年中，全息术进展缓慢。
1960年激光的出现，提供了一种高相干度光源，为全息技术发展提供了可能。针对第一代全息技术出现的问题，利思和乌帕特尼克斯(1962)提出，将通信理论中的载频概念推广到空域中，用离轴的参考光与物光干涉形成全息图，再利用离轴的参考光照射全息图，使全息图产生三个在空间互相分离的衍射分量，其中一个复制出原始物光。该方法被称为离轴全息术，这是全息术发展的第二阶段。第二代全息术解决了光源的问题，并且在立体成像、干涉计量检测、信息存贮等应用领域中获得巨大进展，但是激光再现的全息图失去了色调信息。
科学家们开始致力于研究第三代全息图到。这是用激光记录，而用白光再现的全息图，在一定的条件下赋予全息图以鲜艳的色彩。第三代全息术已经在很多领域的到了应用，例如：像全息、反射全息、彩虹全息、模压全息等。
激光的高度相干性，要求全息拍摄过程中各个元件、光源和记录介质的相对位置严格保持不变，这也给全息技术的实际使用带来了种种不便。于是，科学家们又回过头来继续探讨白光记录的可能性。第四代全息图应该是白光记录白光再现的全息图，它将使全息术最终走出有防震工作台的黑暗实验室，进入更加广泛的实用领域。
2全息术的基本原理和特点
全息术是一种“无透镜”的两步成像法，它能在感光胶片上同时记录物体的全部信息，即物体光的振幅和位相。全息照相过程分全息记录和再现两步：第一步称为波前记录(全息记录)；第二步物体的再现(重现)。
波前记录依据的是干涉原理，物光波和参考光波相干叠加而产生干涉条纹。干涉条纹的反衬度记录了物光波前的振幅分布，干涉条纹的几何特征(包括形状、间距、位置)记录了物光波前的位相分布。就是说，全息图上的强度分布记录了物光波的全部信息-振幅分布和位相分布，它们分别反映了物体的明暗和纵深位置等方面的特征。应当指出，任何感光底片都只能记录振幅(或者说强度)的分布，而不能直接记录位相分布，全息照相之所以能记录位相分布，是利用了参考光波把它转化成了干涉条纹的强度分布。假如没有参考光波，或者它与物光波不相干，波前上的位相分布是不可能记录下来的。
波前再现的理论依据是衍射原理，照明光波(再现光)经过全息图衍射后出现一个复杂的光波场。全息图的衍射波含有三种主要成分，即物光波(+1级衍射波)，物光波的共轭波(-1级衍射波)，照明光波的照直前进(零级衍射波)。在现代记录和重现的全息照相装置中，这三种衍射波在空间彼此分离，互不干扰，便于人们用眼睛或镜头去观测物光波的虚像或其共轭波的实像。
全息术的原理决定了它所记录的全息图有下列特点：
(1)三维性——因为全息图记录了物光的相位信息，图像具有显著的视差特性，可以看到逼真的三维图像。
(2)不可撕毁性——因为全息图记录的是物光与参考光的干涉条纹，所以具有可分割性。它被分割后的任一碎片都能再现完整的被摄物形象，只是分辨率受到一些影响。
(3)信息容量大——同一张全息感光板可多次重复曝光记录，并能互不干扰地再现各个不同的图像。
(4)全息图的再现相可放大或缩小——因为衍射角与波长有关，用不同波长的激光照射全息图，再现相就会发生放大或缩小。
3全息术的主要应用及其发展方向
全息术经过60年的发展，已与计算机技术、光电技术以及非线性光学技术紧密结合，成为一种高新技术，扩展到医学、艺术、装饰、包装、印刷等领域，在一些发达国家还兴起了全息产业，并且正在形成日益广阔的市场，实用前景非常可观。本文介绍全息术中几个应用较为广泛、产业化较成熟的领域并说明其发展方向。
3.1全息存储
全息存储是依据全息术的原理，将信息以全息照相的方式存储起来，它利用两个光波之间的耦合和解耦合，可以把信息存储和信息之间的比较(相关)、识别，甚至联想的功能结合起来，也就是可以把信息存储和信息处理结合起来。用于全息信息存储的记录介质较多，可永久保存信息的全息图用银盐干板、银盐非漂白型位相全息干板、光聚合物及光致抗蚀剂等；可擦除重复使用的实时记录材料有光导热塑料、有机或无机光折变材料等。全息存储在存储容量方面具有巨大的优势，原因是：
(1)全息存储具有存储容量大的优势。用感光干板作为普通照相记录信息时，信息存储密度的数量级一般为105bit/mm2；用平面全息图存储信息时，存储密度一般可提高一个数量级达106bit/mm2；如果用体全息图存储信息时，存储密度可高达1013bit/mm2。
(2)全息存储具有极大的冗余性，存储介质的局部缺陷和损伤不会引起信息丢失。
(3)全息存储具有读取速率高和能并行读取的特点，每个数据页可包含达1Mbit的信息，写人一页的时间在100ms左右，读信息的时间可以小于100μs，而磁盘的寻址时间至少需要10ms。
当前，在世界范围内掀起了全息存储研究的热潮，并取得很大的进展，其主要表现在：
(1)存储容量迅速提高和性能不断改善，并逐步走向实用化。例如，1994年美国加州理工学院在1cm3掺铁妮酸锉晶体中记录了1000幅全息图，同年，斯坦福大学的一个研究小组把经压缩的数字化图像视频数据存储在一个全息存储器中，并再现了这些数据而图像质量无显著下降。1999年美国加州理工大学利用空-角复用技术，在同一块在掺铁铌酸锂晶体中存储了26000幅全息图。北京清华大学实现了在掺铁妮酸铿晶体中的同一空间位置记录1500幅全息图，并研制了具有紧凑结构的灵巧型全息存储装置。
(2)实用化的全息存储系统逐渐推出。例如，1995年由美国政府高级研究项目局(ARPA)、IBM公司的Almaden研究中心、斯坦福大学等联合成立了协作组织并在美国国家存储工业联合会(NS1C)支持下川，投资约7000万美元，实施了光折变信息存储材料(PRISM)和全息数据存储系统(HDSS)项目，预期在5年内开发出具有容量为1Tbit数据，存储速率为1000MB/s的一次写人或重复写人的全息数据存储系统。同样的研究在法国、英国、德国和日本等国家也正在加紧进行。
近几年来，光电子技术和器件取得了系列重大进展，为全息存储器提供了所必要的高性能半导体激光器、液晶空间光调制器、CCD阵列探测器等核心元器件，全息存储的理论和方法的发展使这项技术日趋成熟然而，美中不足的是全息图的寿命问题尚待解决，虽然张泽明、谢敬辉等对Ce：Fe：LiNbO3晶体的全息存储和热定影进行了理论和实验研究，从方法上给出了记录角度越大，光栅周期越小，热定影所需最小离子数密度越高，存储系统的整体性能越好，但是目前还未解决的一个难题是寻找合适的记录材料。无疑，这将成为全息存储界研究的热门课题。
3.2显示全息
显示全息技术是在激光透射全息图的基础上来制作各种类型的全息图，如白光反射全息图、白光透射全息图等，各种类型的显示全息图可用于舞台布景、建筑、室内装饰、投影等；再如，以动态显示的全息技术、层面X射线照相术、3DCAD技术、3D动画片、雷达显示、导向和模拟系统等，每3年一次的显示全息国际会议上都有全息界泰斗展出令人吃惊的全息图，它们充分展示了全息技术创造性的魅力和艺术的美。
显示全息目前主要有两大类：第一类是Lippmann全息图，制作方法有Denisyuk的单光束法和Benton的开窗法。第二类是S.A.Benton的彩虹全息图，这是一种透射式显示全息图，可在白光照明下再现立体图像，且图像的颜色随观察的位置的变化而变化，从红到紫如雨后彩虹而得名。随着高质量记录材料的发展，随后的一些研究者和艺术家不断追求更实用的拍摄技术，如假彩色编码和真彩色反射全息图等。美国光学学会主办的《AppliedOptics》和《OpticsLetters》在20世纪80年代都有关于这方面的论文报道。由SPIE主办的《Holosphere》和美国全息制造商协会主办的《HolographyNews》以往和近年都不断地报道有关显示全息图的最新制作技术和商业信息。但从这些报道情况来看，显示全息存在不足主要表现在：
(1)视角范围、图像体积有限；
(2)没有获得特别有效的全息图的计算方法；
(3)由于全息计算数量巨大，导致动态显示异常困难。克服以上不足，将可能成为显示全息研究的几个热点。
近年来，显示全息技术掀起一场数字化变革，数字合成全息技术为全息三维显示开辟了前所未有的应用前景。随着计算机运行速度的提高和高分辨空间调制器件的发展，利用显示全息的大视场、大景深、全视差、真彩色、可拼装、价格低廉等特性，在不久的将来开发出真正意义的全息电影和全息电视，为显示全息技术创造良好的商业前景。
3.3模压全息
模压全息是1979年RCA公司为解决视频标准件的全息拷贝而提出的，它是将全息术和电镀、压印技术结合起来，使全息图的制作产业化，用白光再现时，可得到色彩鲜艳逼真的三维图像，并可通过印刷方式大批量生产，使得它在许多领域得到广泛的应用，以商品形式走向市场。模压全息的制作主要分为三个阶段：激光摄制原片全息图；电成型制金属模板；模压复制。这三个阶段生产工艺和技术要求都比较高，因此，模压全息作为安全防伪首当其冲，是安全防伪技术的一个里程碑。正如全息图的新奇性、强烈的视角效果、制作的难度以及易于应用在钞票的包装上，不能去除性、价格低廉、容易验证等特点，使它很快占领了防伪领域。模压全息是一种技术与艺术结合的高科技产品，无论在高档商品促销、名优商品的防假冒或在有价证券(如信用卡、钞票、护照签证)的防伪和加密以及图书、印刷、印染、装磺、纪念邮票和广告标牌等都有采用模压全息技术，并备受使用者青睐。
模压全息出现于20世纪70年代，80年代中期已形成了一种产业，90年代达到了鼎盛时期。本世纪初，随着防伪技术要求的不断提高，模压全息技术又有了新的突破：美国斑马图像公司推出了二维图像的数字化采集和拍摄技术；2003年，苏州大学研制成功并已批量生产“数码激光全息照排系统”；同年，倪星元、张志华等成功研制了可替代传统镀铝防伪薄膜的透明TiO2激光全息防伪薄膜。这些模压全息的一个个技术突破，使防伪功能有了提高，让激光全息防伪技术达到新的境界。
模压全息产业在我国起步较晚，但发展速度迅猛，目前国内已有100多条模压全息生产线。为了使模压全息技术健康发展，我国模压全息产业发展必须在三个方向上引起重视：首先是开拓全息烫金材料，取代金膜和银膜，其次开发全息包装材料，实现立体防伪包装，第三个方向是模压全息技术和现代印刷术相结合，体现传统的美术效果和现代科技的艺术魅力。
3.4全息干涉计量
全息干涉计量术是将不同物光，在不同的时间记录在同一张全息干板上，然后利用全息术的空间波前再现原理，非接触地对物体表面进行三维测量而获得信息。全息干涉计量术是全息应用的一个重要方面，它能实现高精度非接触性无损测量，比一般光学干涉计量有很多优点。一般光学计量只能测量形状比较简单、表面光度很高的零部件，而全息计量方法则能对任意形状、任意粗糙表面的物体进行测量，测量精度为光波波长λ的数量级。目前，全息干涉计量术在方法上先后发展了实时全息干涉法(单次曝光法)、二次曝光全息干涉法、时间平均全息干涉法、双波长干涉法以及双脉冲频闪全息干涉法，此外，J.A.Leendertz开辟了全息干涉计量术的另一个新的分支-激光斑纹计量术。随着光电技术、计算机技术、CCD器件及光纤技术的飞速发展，使得全息干涉计量技术在信息采集和处理上更为方便、快捷和可靠，并得以在恶劣环境条件下对某些物理量进行定时测量。再加之相移技术、外差技术和锁相技术等，可使测量精度提高到λ/100或更高。
全息干涉计量在20世纪80年代美国等西方先进国家已产业化，我国在20世纪80年代初有几所大学和科研单位的研究项目通过鉴定，其中有些达到当时的先进水平。经过近几年的开发和研制，我国在全息干涉计量测试设备方面主要发展有：
(1)用于测试火箭发动机喷雾化特性的YSCI型离子瞬态激光全息测试仪；
(2)用于激光热核聚变稠密等离子体电子密度测量的SPQ-1型四分幅皮秒紫外线激光全息探测仪；
(3)包括记录、再现、图像处理三部分的瞬态激光全息干涉计量测试系统；
激光原理论文范文5
论文摘要：本文主要简介了激光与生物组织相互作用所产生的生物效应，概述激光与生物分子相互作用机理研究现状。为提高和发展激光技术在此领域的应用，有必要对激光的生物学效应及生物物理机理进行研究。
一、激光的发光原理及其生物学效应
1激光发光原理
把一段激活物质放在两个互相平行的反射镜构成的光学谐振腔中，处于高能级的粒子会产生各种方向的自发发射。其中，非轴向传播的光波很快逸出谐振腔外，轴向传播的光波却能在腔内往返传播，当它在激光物质中传播时，光强不断增强。如果谐振腔内单程小信号增益g0l大于单程损耗δ，则可产生自激振荡。原子的运动状态可以分为不同的能级，当原子从高能级向低能级跃迁时，会释放出相应能量的光子即自发辐射。同样的，当一个光子入射到一个能级系统并为之吸收的话，会导致原子从低能级向高能级跃迁即受激激吸收。然后，部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出光子即受激辐射。这些运动不是孤立的，而往往是同时进行的。当我们创造一种条件，譬如采用适当的媒质、共振腔、足够的外部电场，受激辐射得到放大从而比受激吸收要多，就会有光子射出，从而产生激光。
2激光生物学效应
由于激光具有能量和动量，激光作用于生物分子，就有可能使生物分子产生物理、化学或生物反应，这就是激光生物效应。目前，学术界认识比较一致的激光生物效应大致有五类：.激光生物热效应、激光生物光华效应、激光生物压力效应、激光生物电磁效应和激光生物刺激效应。生物组织内的天然色素颗粒，对近紫外、可见光和近红外光谱区的激光有选择吸收作用。激光生物效应，目前已经在激光医疗、激光育种方面得到广泛、有效的应用。
（1）激光生物热效应
激光照射生物组织时，激光的光子作用于生物分子，分子运动加剧，与其他分子的碰撞频率增加，由光转化为分子的动能后变成热能，可能会引起蛋白质变性，生物组织表面收缩、脱水、组织内部因水分蒸发而受到破坏，造成组织凝固坏死。当局部温度急剧上升达几百度甚至上千度时，可以造成照射部分碳化或汽化。在照射生物组织时，不同波长的激光产生热效应的机制也不尽同。红外激光的光子能量小，生物组织吸收后只能增加生物分子的热运动导致温度升高，所以它是直接生热可见光和紫外光的光子能量大，生物组织吸收了光子能量后引起生物分子电子态跃迁，在它从电子激发态回到基态的驰豫过程中释放能量，该能量可能引起光化反应，也可能转化为热量产生温度升高，所以它们是间接生热。激光热效应究竟应表现为哪种形式，在激光方面取决于其输出参数、作用时间，在生物组织方面则取决于其光学、热学特性等诸多因素。
热效应是激光致伤的最重要因素。激光损伤区与正常组织的界缘十分清楚，这是由于激光脉冲时程短，生物组织的导热性差，瞬间放热来不及扩散到受照射部位以外的缘故。辐照后，由于继变化，如炎症、出血、再生等，会使原初清楚的损伤界缘逐渐变得模糊。
（2）激光生物光华效应
当一个处于基态的分子吸收了能量足够大的光子以后，受激跃迁到激发态，在它从激发态返回到基态，但又不返回其原来分子能量状态的弛豫过程中，多出来的能量消耗在它自身的化学键断裂或形成新键上，其发生的化学反应即为原初光化学反应，在原初光化学反应过程中形成的产物，大多数极不稳定，它们继续进行化学反应直至形成稳定的产物，这种光化反应称为继发光化反应，前后两种反应组成了一个完整的光化反应过程，这一过程大致可分为光致分解、光致氧化、光致聚合及光致敏化四种主要类型，光致敏化效应又包括光动力作用和一般光敏化作用。生物的光华效应产生的根本是生物的而组织有一定的色度，能选择性地吸收300～1000nm光谱。生物体内的色素有黑色素和类黑色素、血红蛋白、胡萝卜素、铁质等，其中黑色素对激光能量的吸收最大。脱氧血红蛋白在556nm,氧合血红蛋白在415、542、575nm处有清楚的吸收带,胡萝卜素吸收带在480nm处，黑色素和类黑色素在400～450nm波段吸收最强。无论是正常细胞还是肿瘤细胞，在细胞质和细胞间有许多黑色素颗粒，它们吸收激光能量使能量在色素颗粒上积聚而成为一个热源，其能量向周围传导和扩散，从而引起周围组织细胞损伤。
（3）激光生物压力效应
由激光照射产生的机械作用可分为两部分：激光本身的辐射压力对生物组织产生的压强，即光压，称作一次压强；生物组织吸收强激光造成的热膨胀和相变以及超声波、冲击波、电致伸缩等引起的压强，叫二次压强。由激光导致的生物细胞的压强的变化可以改变生物细胞、组织的形状，使得生物细胞、组织内部或之间产生机械力，从而对生物细胞、组织产生巨大的影响。由这种作用产生的冲击波是激光致伤的另一原因。冲击波在组织中以超声速运动，在组织中产生空穴现象，引起组织破坏。戈尔德曼指出：脉冲时程50毫微秒的q开关激光产生的冲击波压力，可大于10个大气压。实际上，激光热效应影响范围十分局限，而由压力效应引起的组织损伤，则可波及到远离受照区的部位。例如，用红宝石激光照射小鼠头部时，发现头皮轻度损伤，颅骨和大脑硬膜并无损伤，而大脑本身却大面积出血，甚至造成死亡。
二、激光与生物分子相互作用机理研究现状
20世纪八十年代以来，由前苏联、匈牙利等国的专家提出了不少假说，其中常见的有下列4种：生物电场假说(前苏联伊柳辛提出);色素调节假说(前苏联伽马列亚于1981年提出);细胞膜受体假说(前苏联普鲁哈丘科夫于1980年提出):偏振刺激假说(梅斯特1977年提出)。另外一个假说是:由孤子状态进入混沌状态假说。美国englander(1980年)、日本的jomosa(1984年)。
中国的肖家鑫(1987年)用孤子理论对dna的复制、转录等遗传功能作出过解释。刘颂豪(1991年)也提出了生物学过程中的孤子现象。云南理工大学的周凌云对“由孤子状态进入混沌状态假说”的进一步发展作出了贡献。激光生物物理学家王惠文在其所著的《激光与生命科学》一书中介绍了周凌云的研究成果:“周凌云(1993)提出，在弱激光的作用下，dna分子系统可进入‘无序’的混沌状态，并根据dna分子动力学方程(sine一gordon方程)的分析结果，可以解释dna的真实遗传，从而导出含激光一dna分子动力学的运动方程，以及激光的电场相互作用对dna分子系统的动力学效应。通过含激光与dna相互作用运动方程的m.inikov方法或知dna系统即使在弱激光的作用下，也有可能由原来的孤立子运动状态进入混沌状态。从而导致其构象随时间‘无规则’地演化产生遗传变异’。但由于激光的生物刺激和诱变等效应作用机理的复杂性，特别是弱激光与生物分子的相互作用机理，目前尚未得出完善的科学解解释。
激光与生物组织的相互作用很复杂，有待进一步研究。激光生物效应分类还没有明确的界限，如在光化效应中光热效应也起了很大的作用，电磁作用也产生热效应和机械作用等，激光热作用、光化作用和机械作用通常是同时发生的，所以相互作用的分类并不是绝对的，但各种作用之间也确存在着一些差别。如每种效应都具有典型的激光及典型现象等。激光与生物组织的相互作用是一个多种因素决定的复杂过程，激光的参数(如波长、功率、激光模式等)、生物组织的性质(如密度、弹性、热导率、比热、热扩散率、反射率、吸收率、不均匀性和层次结构)以及生物体状态等对激光的生物效应都有影响。激光对生物组织的作用具有有利和不利两个方面，要想利用激光,最首要的任务是认识并理解激光与生物组织的相互作用机理，然后才能加以应用。
参考文献：
[1]周炳琨，高以智等.激光原理[m].第五版.北京：国防工业出版社，2007.14-23
激光原理论文范文6
【关键词】立体式教学 偏振光 设计性实验 自主式学习
【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682（2012）09-0089-02
一、前 言
大学物理教学中两种传统方式是课堂教学和实验教学。在课堂教学中一个教师给几十甚至上百个学生授课，师生之间、同学之间交流较少；实验教学中，学生要用3～4小时完成教师安排的实验题目，时间紧迫。这两种教学模式都是以学生接受、理解、记忆被动式学习为主，优点是教师对教学进程易于控制。
教育改革的形势提倡改变传统的以教师为中心的教学模式，注重以学生为主体、更多的激发学生自主学习和探索的热情，注重良好的沟通技能和团队合作精神的培养，关注学生成长和全面素质的提高。在物理实验中引入设计性实验，实验室也逐步开放，以鼓励学生的自主式学习与探索。
二、立体式教学
我们在大学物理课程的偏振光的教学中尝试了“立体式教学”，将理论教学、实验教学以及分析总结融合起来，并充分发挥学生的主观能动性，通过4个阶段来完成一个主题内容的教学。①启发式的课前预习提纲；②课堂讨论；③设计性实验；④提交课程论文。
通过课前预习培养学生针对一类问题的调查研究能力和分析能力；课堂讨论培养学生的表达能力；设计性实验培养学生的创新能力和动手能力；提交课程论文培养学生的分析总结能力。从预习、课堂讨论、实验小组的建立、实验方案的形成与实施、提交课程论文，整个过程是完全开放的，都以学生为中心自主完成的，教师只是指导者。教学中提高了学生学习兴趣，并取得了很好的教学效果。
三、偏振光的立体式教学设计与实践
1.偏振光的理论预习提纲
偏振光的理论预习提纲归纳如下：①常见光源的发光机理；②光的偏振性；③偏振片的起偏与检偏，马吕斯定律；④反射、折射时光的起偏与检偏，布儒斯特定律；⑤双折射现象。
2.设计性实验的参考题目
在只有常规的偏振光实验仪器的情况下（如光具座、偏振片、玻璃堆、钠光灯、1/4波片、1/2波片、He-Ne激光器、天平等），应做到以下几点：①区分普通玻璃片、偏振片、1/4波片、1/2波片；②确定偏振片通光方向或波片的光轴；③测量透明或不透明材质的折射率（材质自备）；④设计光路图，使透射光强为入射自然光强的1/n。收到了较好的教学效果。
3.预习报告
（1）常见光源是自然光，是大量原子的自发辐射跃迁形成的；激光为受激辐射形成的。
（2）光是电磁波、横波，具有偏振性质，其偏振方向为电场强度的振动方向。光束按偏振性质可分为自然光、线偏振光和部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
（3）偏振片的起偏机理为透明基片上的导电分子链将其平行方向上的光振动分量吸收，只剩与其垂直方向的光振动透射而起偏的。[1]对于自然光，理想的偏振片的透射光强为入射光强的1/2。
如果光振动方向与偏振片透光方向的夹角为 ，入射光强为I0，透射光强为I，则偏振片上的入射光强与投射光强符合马吕斯定律： 。
根据马吕斯定律，可以定量计算偏振片透射光与入射光的相对光强，利用偏振片的起偏原理也可以对一束光进行检偏。
（4）自然光遇介质界面时，反射光和折射光都成为部分偏振光，当反射光和折射光垂直时，只有垂直入射面的光振动能够被反射，折射光为平行于入射面的光振动为主的部分偏振光。
布儒斯特定律：当反射光和折射光垂直时，反射光为垂直入
射面的线偏振光。入射角称为布儒斯特角，满足 （n1
为入射媒质折射率，n2为折射媒质折射率）。
根据布儒斯特定律，可以测量折射物质的折射率；玻璃堆也可以像偏振片一样对一束光进行起偏或检偏，或者对透射光强进行控制。
（5）双折射现象。自然光遇晶体时分成两束线偏振光的现象叫做双折射现象。利用双折射晶体做成尼科尔棱镜，也可以对一束光进行起偏和检偏。利用双折射晶体做成的1/4波片可以获得椭圆偏振光或者圆偏振光；1/2波片可以方便地使偏振光的振动面偏转任意角度。
（6）区分自然光、线偏振光、部分偏振光的常见方法可以利用偏振片、玻璃堆或者尼科尔棱镜的任何一个置于光路中并以光路为轴旋转观察透射光强的变化来判断。
4.课堂教学
以学生在自学预习中形成的观点和遇到的问题为主进行讨论，教师适当讲解，锻炼学生的思维表达能力和倾听并寻找设计性实验的合作伙伴。
5.设计性实验的观察点
（1）区分普通玻璃片、偏振片、1/4波片、1/2波片。首先，确定与波片对应的光源，考察点为普通玻璃片对垂直入射光的偏振性无明显影响；偏振片在自然光中呈灰色；其次，偏振片改变入射线偏振光的透射光强和偏振方向；1/4波片对入射线偏振光的透射光强无影响，透射光可以仍是线偏振光（入射线偏振光振动方向平行或垂直波片光轴）或者椭圆偏振光、圆偏振光；1/2波片只是使入射线偏振光振动面旋转2倍的入射光振动面、波片光轴夹角。
（2）确定偏振片通光方向可利用已知布儒斯特角的玻璃堆起偏的偏振光。
（3）测量透明或不透明材质的折射率（材质自备）。考查点为反
射光偏振性的检测、布儒斯特定律 的计算及光路的设计。
（4）要使透射光强为入射自然光强的1/n，两偏振片通光方向夹角为 ；或者偏振片、玻璃堆和尼克尔棱镜中任意两个的组合，但光路要复杂一点。
实验小组活动的方式和时间可以协商选择。实验方案自由讨论，相互批评，相互补充，相互完善，从中加深对理论的理解，起到课堂教学起不到的作用。形成统一方案后交与指导教师，由教师形成建设性指导意见后反馈回小组，而不是简单的给出正确答案或解释。
6.课程论文
课程论文包括预习报告、实验目的、实验仪器、光路图、操作步骤、实验数据、实验现象、数据处理、偏振光应用的展望与综述等。
四、结束语
在整个教学过程中，偏振光的理论预习内容属于必修课内容，设计性实验是自愿参加的。对学生来讲，整个过程是自主的相互学习的过程，也是合作互动的过程，是交朋友和讨论物理问题的过程。物理知识是大家一起构建的，而不是被灌输的，轻松并总能获得帮助。在测量蔗糖的旋光系数时，组与组之间进行了合作，不同的光源、不同的实验方案配合节约了原材料，并对实验方法和结论进行了比较，体验合作的成果与课程相关的设计实验成为大学物理课程的延伸，是学生理论联系实际以及科研的初级演练。
