现代光学技术十篇

现代光学技术篇1

关键词：Matlab技术；光学；教学现代化

前言：随着计算机技术的迅猛发展，计算机虚拟仿真技术逐渐在各个行业被广泛应用。光学实验教学作为物理学科中的重要的基础课程，传统的教学仪器已经难以达到教学现代化的目的，所以计算机虚拟仿真软件就被引入到其中，抽象难懂复杂的实验现象被直观的展现在学生面前，提高了光学教学质量，同样突破了我国光学教学现代化的发展限制。一、光学教学的研究背景

光学是物理学中最重要的基础学科，也是现代科学技术迅速发展、崛起的重要支柱。传统的光学教学模式主要在黑板或幻灯片上客观的描述公式，对其光的波动曲线以及亮度特点难以直观的表现出来，效果抽象并且让学生难以理解，而运用Matlab计算机虚拟仿真技术就很好的解决了这个问题，对光的特性以及光的呈现效果表现更加容易理解。

Matlab是一套数值分析软件，可以实现数值的分析、优化、统计集很多功能与一身的强大数学软件，是由美国MathWorks公司在1982年出品的商业教学软件，如今经过了30多年的发展和完善，已经成为国际上最流行的科学教学与工程计算的专业软件，具有广泛的应用前景的高级计算机语言编程，而且这种语言编程具有非常高的计算效率，可以对图像、图像进行虚拟立体效果的展示，在光学教学现代化中具有重要的意义，让学生们对光学课程产生浓厚的兴趣。

二、运用Matlab在光学教学中的探索

在Matlab计算机虚拟技术引入到物理专业的光学教学中后，对光学教学的教育意义起到了非常重要的作用，使学生可以充分的领会并理解光学知识，同样也为学生自主研究光学基础知识提供了科学可靠的计算工具，培养了学生的创新能力的同时，也帮助了老师更加直观的表现教学内容，推进了光学教学领域的科学现代化进程。

（一）Matlab技术对教师教学思想和观念的影响

Matlab技术在光学教学中的运用主要还是体现在，教师思想、方法和传授观念的转变，作为光学教学的重要载体，必须要意识到这三者在教学意义中的重要性。传统的物理学教学观念主要以知识传授为中心，而在教学中解决问题的实践方法和培养学生的创新能力往往被忽略或不够重视，基本的思维方法和研究方法经常被跳过。我国传统的教学模式就是老师手把手的教课本中的内容，然后做大量的习题来应付考试，这种理念不利于学生的创新思维和能力的发展，一旦自己独立解决实际问题根本无法解决。

（二）Matlab使光学教学更加现代化

明确我国光学教学的发展方向，必须认识到现代化的教学思想和观念的重要性，同时需要有现代化的教学技术作用力支撑。而在实际教学中认识到重要性还往往不够，具体实现还是存在一定的困难的。比如：光的干涉和衍射，普通的传统教学难以表达出其现象的基本特点，一定的习题只能让学生模糊的了解，这钟通过习题数据来解析光的干涉和衍射实在过于难以理解。而Matlab技术的运用，可以很好的解决这一问题。学生们可以通过虚拟软件很快的掌握数据计算、图像模拟、图形制作等计算机设计技术，而且可以通过这些直观可见的表现方式与习题数据相结合，对研究大量光学知识和光学问题起到了很大的作用，而Matlab在光学教学现代化的支撑体现主要体现两方面。

首先，与以往的传统教学相比能很好的丰富教学内容。由于以往的传统教学内容过于理论化，在实际的生产过程和科学研究中出现的问题无法得到有效解决，造成了理论与实际想脱轨的现象，而在引入了Matlab后就能很好的处理这种现象。目前，Matlab已经成为国际上最流行工程设计计算软件，在实际运用中可以提出丰富有效的解决方案。而在光学教学现代化更体现出其重要作用，例如：光的双缝干涉在教材中的介绍只是针对单色光，而实际光谱都是非单色光，所以可以通过Matlab的强大计算和图像显现能力，就可以实现非单色光的双缝干涉的曲线效果。

然后，Matlab能把很多难学难教的内容简单化，通过该技术的数值模拟和图像演示的相结合，能让学生对抽象的光学现象和难以理解的光学概念更容易理解，并与之前在书本中所学到的数值公式相呼应。例如：迈克尔逊干涉仪产生等厚干涩条纹一直是教学难点，学生们可以采用Matlab技术，对光波相干叠加进行数值、图像处理，就能很简单直观的理解其规律。

（三）Matlab塑造了良好的素|教育和创新教育的学习环境

Matlab技术的引入对我国光学教学具有重要的教育意义，这种全新的教学模式极大丰富了教学内容，有利于提高教师的素质教育和创新教育能力，同时也为学生们的创新思维提供了良好的环境，所以，教师需要把解决问题和创新思维的敲门砖传授给学生，就必须要在教育思想和方法上下功夫。

我国传统教学模式主要是通过解析公式的结果来解决问题，学生对这个结果的整体概念和具体内容并不清楚。有时候对具体复杂问题的解析过程，老师都未必能够完全的解释清楚，让学生明白其中的含义更是难上加难。而利用了Matlab技术的图像、图形显示功能，便可以直观的把提前所处理的公式分析结果呈现在学生眼前，很好的对老师对复杂问题的解析过程提供的良好的帮助。在光学教材方面，知识的局部细节描述很详细，当时其中的整体贯通连接是少之又少。如单缝衍射、多封衍射和多缝干涉的描述都很详细，但是三种的关系连接就没有提高。而通过Matlab技术的应用，学生们就可以自己独立对三者进行图形、图像化显示，并且很容易的理解他们的关系，并且掌握到书本上所学不到的知识。因此，现代化的光学教学少不了Matlab的运用，它能够让学生的创新能力思维和综合素质得到有效的提高，让学生掌握独立的思维和方法，并在实际应用中研究各种光学问题。

现代光学技术篇2

[关键词]现代测试技术；珠宝鉴定；重要性；应用

中图分类号：TS933.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0327-01

随着人民生活水平的提高，消费模式也发生了巨大的变化，珠宝作为一种特殊商品，本身的成分和真伪很难由消费者识别，采用现代测试技术对珠宝进行科学、准确的坚定，以此来规范珠宝市场，维护消费者的合法权益，对于提高珠宝行业的信誉和形象，促进珠宝市场的健康可持续发展具有举足轻重的意义。物质消费在总消费中所占的比重越来越小，新的消费需求和消费趋势带动了奢侈品行业的迅速发展，珠宝行业在其中也受益匪浅。面对珠宝行业这个巨大的商机，珠宝学者越来越将研究的重点放在珠宝鉴定的科学性、无损性和快捷性方面上，而珠宝商为了购入符合其要求的珠宝，也陆陆续续加入了珠宝鉴定的学习行列之中，行之有效的进行珠宝鉴定，是珠宝行业共同面临和需要探讨的话题。

一、测试技术实施是时展需要

现代测试技术高、精、尖等特点，它相对于以往的折射仪和显微镜等传统的珠宝鉴定手段，不仅能对诸如珍珠、翡翠、玛瑙和宝石等珠宝的光学性质测定出来，而且能对其他的物理性质很好的辨别出来。随着计算机技术和软件技术革命的到来，电子测量仪器领域发生了翻天覆地的变化。珠宝鉴定作为技术要求较高的工作，鉴定的手段仅仅靠折光仪和显微镜等传统技术手段不能获得充分的满足，采用折射仪虽然可以通过折射率来鉴定珠宝的品种，但是由表中可以看出折射仪的使用具有局限性，它一般适用于体积适中，表面被抛光的玉石检测，否则，玉石的折射率无法测得，使玉石的品种很难区分。转而求助于现代测试技术，而且现代测试技术的鉴定效率高、准确性高、可靠性强。利用现代测试技术，可以对合成的人造珠宝玉石与天然形成的珠宝玉石的结构和成分等进行准确区分，可以有效区分真正的宝石和假冒宝石，通过现代测试技术，一些不法分子为了牟取暴利而采用假珠宝、次珠宝充当质量好、成品优的珠宝来欺骗消费者的行为也得以减少和避免，不仅有助于珠宝行业端正优良风气，而且有利于珠宝市场向着规范化、健康化的方向发展。加快现代测试技术在珠宝鉴定中的应用，不断完善现代测试技术，对于珠宝鉴定业的未来发展和鉴定水平的提升，以及鉴定过程中面临的难题和困境进行深入、系统、全面的研究具有深远意义。

二、测试技术在珠宝鉴定中的应用

1. 红外光谱技术，红外光谱英文缩写是ir。检测原理：通过不间断的持续变化的红外光去照射检测物质，被照射的物体中的分子和原子基团由于受到外在的刺激而发生振动，同时光谱又吸收的物体中固有的与其振动频率相同的特定波长的红外光，在这种物理关系发生的过程中，吸收谱带相继形成。通过吸收谱带形成的光谱图的展现就可以区分诸如合成祖母绿和天然祖母绿、合成黄晶与天然黄晶。例如，天然祖母绿出现吸收光谱的数值范围中，最低数值是2400cm- 1，而2500 cm- 1这一数值是上限范围，如果突破了2500 cm- 1这一上限，进而达到3000cm- 1的数值时，就进入到水分子的红外吸收管谱的范围内，其上限是4000cm- 1。

2.荧光光谱技术，又称x射线荧光光谱技术，对于鉴别品种相似的珠宝和检验宝石进行在加工优化的情况具有很大的功效。对于折射率数值大小相近以及密度值高低比较接近的无色水晶与无色长石的鉴定就可以采用此技术。对于主要化学成分为sio2的无色水晶在荧光光谱上就明显的呈现出硅元素的变化特点，而化学成分主要是n、k的无色长石在在荧光光谱上就明显的呈现出钠元素和钾元素的变化特点。通过对这两种宝石中含有的不同元素的明显对比，就可以将无色水晶和无色长石区别开来。

3.紫外线光谱技术和可见光谱技术，对于大多数含有致色元素的珠宝的真假鉴定通常采用紫外光谱技术。因为，该种技术能够很好的区分致色元素数值是否符合天然珠宝的数值标准，如果未达到标准则有可能被鉴定为人造珠宝。对于含有致色元素的珠宝大部分都是有色的珠宝，致色元素中，铁的作用是最大的。因此，检测有色珠宝，大多数情况就是要检测珠宝中铁元素的含量多少和大小。例如，紫水晶中铁元素的存在形式是以fe3+的标准出现，而绿水晶中铁元素的存在形式是以fe2+的标准出现。可见光谱技术通常用来鉴别多数人造珠宝和少部分天然珠宝。通过观察被鉴定的珠宝在可见光范围内所

呈现的吸收光谱的变化范围和变化幅度，可以对天然翡翠和染色翡翠进行良好的区分，并且这二者的不同之处在红光波段呈现的更加明了显著。

4.拉曼光谱技术，拉曼光谱是检测物质内部化学成分多少和结构特征大小的重要手段。通过对拉曼光谱散射光的微弱、大小和次数的观测，可以实现鉴定珠宝真伪的目的。拉曼光谱具有诸多的优越性，使得该技术成为鉴定珠宝的主要手段。首先是无损性。成品珠宝的鉴定最重要的是不能受到损害，如果珠宝因为鉴定而出现瑕疵或缺陷，就极易导致珠宝的价值受损，珠宝的美观性受到影响。而拉曼光谱技术相对于电子探针等微创技术，具有不破坏宝石的基础上，保证真假的辨识。其次是具有确定性。通过拉曼光谱技术，可以鉴定珠宝内部的包裹体的不同类型，而且对于包裹体的本身类型并没有太大的限制，既适用于流体包裹体的类型检测，也适用于固体包裹体的类型检测。最后，是辨识度高和灵敏性强。对于珠宝内部的流体包体即使小到1 μm也能予以鉴定出来。所谓灵敏性较强是指通过拉曼光谱技术可以对珠宝的成分构成进行辨识。因为不同的成分元素有其不同的拉曼光谱，每一个拉曼光谱都对应这相应的元素特征。通过对比元素的标准拉曼光谱与宝石内呈现的拉曼光谱，就能将成分构成推理出来。

现代光学技术篇3

（延边博物馆，吉林 延吉 133001）

延边博物馆有古代文物5744件，近现代革命文物1212件，朝鲜族民俗文物2801件，渤海文物1203件，包括部级珍贵文物500件。也承担着延边地区文物的鉴定任务。

文物鉴定的方法有传统鉴定方法和现代科学鉴定方法。传统鉴定方法,即主要通过观察来进行。这种方法依靠的是鉴定者自己的知识积累和经验总结。如对瓷器的鉴定，主要是通过造型、胎质、釉色、纹饰、款识来判断出它的年代。

用于鉴定文物的现代科学技术方法可分为断代技术包括：碳十四、热释光、古地磁学、电子自旋共振、铀系同位素、钾氢、裂变经迹、氨基酸消旋断代技术；结构分析技术包括：热分析技术、扫描电子显微镜、X射线衍射、红外吸收光谱、核磁共振、数码摄影分析；化学元素分析技术包括原子吸收和原子发射光谱、射线荧光分析、离子束分析、质谱和色谱及同位素分析、中子活化分析。采用现代科学技术方法进行文物鉴定，以文物的成分分析和年代测定为较常见。现代科学技术手段用于文物鉴定方面还是不少的，比较常用的有如下几种：

碳十四断代技术。在考古发掘中被广泛使用，它通过对含碳的考古样品进行检测，通过对放射性元素碳十四半衰期的计算，可以确定1000-50000万年的考古样品和地质事件的年代。

热释光断代技术。是物质的热致或光致发光体在射线作用下发生电离，产生俘获电子，并将部分能量储存起来，当受热摄氏100-500度，这些俘获电子会因热震动而运动，并将储存的能量以光的形式释放出来。由于样品所积累的能量与年代是成正比的，因此可以利用热释光技术进行断代。这种断代技术一般用于古文物的鉴别，可以运用于鉴定陶瓷、燧石和其他烧结材料的年代。热释光断代技术对年代的判断一般误差不超过50年。有些国家已利用这种方法进行海关出口鉴定；有的博物馆的馆藏文物必须附有热释光鉴定书。

元素测定法。它的原理是，所有的文物，包括陶瓷、青铜器、玉器、书画，都由各种元素构成，可分为常量元素、微量元素、痕量元素，不同时期、不同品种、不同产地的文物，其各种元素的构成组合肯定会有所不同。

老化测定法。主要用于鉴定古陶瓷。陶瓷的年代越久，老化系数就越高。老化鉴定法不会造成对被鉴定物的损伤；可以排除作伪者的干扰；比热释光和元素测定要简单易行得多。

数码技术检测法。数码检测法适用于书画作品。现代电子扫描技术和数码摄影技术的发展，为书画作品的鉴定和防伪奠定了基础。

X射线荧光光谱法，鉴定文物的材质,如安徽东至发现的南宋关子钞版,当时有人认为是铁的,经X射线荧光分析是铅;鉴定真伪,真的与假的,虽然在外表上一样,但在成分上存在着区别。如银元,真的是银,假的是白铜。

中子活化分析,是确定物质元素成份的定性和定量的分析方法。它具有很高的灵敏度和准确性，对元素周期表中大多数元素的分析灵敏度可达10-6～10-13g/g，因此在环境、生物、地学、材料、考古、法学等微量元素分析工作中得到广泛应用。由于准确度高和精密度好，故常被用作仲裁分析方法。

运用现代科学技术鉴定文物,是研究和复原古代人类生产，生活面貌以及社会历史面貌不可缺少的手段。目前,主要是运用现代科技对文物进行年代测定、成分分析鉴定和对文物史迹的调查。有些仅用传统鉴定法难于奏效，这就需要借助某些现代科学技术方法进行鉴定。如在进行陶、瓷器的年代鉴定时，如遇到无纪年或无确定年代的标准器可作比较，又无文化层或窑口作依据，那么就需要运用热光的方法加以测定。

现代科技方法，主要是指运用现代科学技术对文物年代进行数据分析的方法。同样是一种对文物鉴定断代的重要手段。这些方法广泛地应用于文物的断代测定之中，成为文物鉴定中的一项不可不用的辅助性手段。积极在文物鉴定中引入现代科学方法,尽快提高文物鉴定技术的科技含量，文物鉴定只有注入现代科技的因子,才会永远年轻,充满活力。

参考文献

［1］王琦.文物鉴定基础[M].兰州:兰州大学出版社,2008.

［2］李丽.考古与文物研究阅[M].北京:中央民族大学出版社,2007.

现代光学技术篇4

长期以来，传统的分析化学只是一门技术科学，它以工业生产和科学实验必不可少的测试手段和方法发挥着它在化学科学中的特殊作用。但是，随着社会的进步，尤其是现代科技的快速发展，人们越来越注意到，分析化学必须更深更广地拓宽它的理论基础才能适应新的发展。这种理论基础不仅限于化学、物理、生物等基础学科，而且涉及一系列交叉、综合和新兴技术学科，如材料、信息、能源及环保、生物工程等。事实证明，几乎这些学科的每一次重大科技成果的引入都对分析化学起到了重大影响。正因如此，分析化学在近五十年来得到了空前发展［1］。例如20世纪40年代中期电子学中光电倍增管的出现促成了原子发射光谱、红外光谱、紫外及可见光谱、X射线荧光光谱等一系列光谱分析的发展;50年代原子物理学的发展使得原子吸收及原子荧光光谱开始兴起;60年代等离子体－傅立叶变换和激光技术的引入出现了电感耦合等离子体－原子发射光谱和傅立叶变换－红外光谱、激光光谱等一系列光谱分析技术，使得光谱分析进入了崭新的阶段。在电分析化学方面，1922年极谱法问世，60年代离子选择性电极、酶电极和微电极伏安技术相继出现并快速发展，以及80年展起来的化学修饰电极、光谱电化学、色谱电化学使得电分析化学从宏观深入到微观，实现了新功能电极体系的分子设计及分子生物学研究。此外，50年代，Martin因发明气相色谱而获得诺贝尔化学奖，60年展的色－质联用技术，70年代崛起的高效液相色谱，80年代出现的超临界流体色谱及90年代急剧发展起来的毛细管区域电泳等都使色谱分析领域充满活力，飞速发展。70年代末到80年代初发展起来的串联质谱，液相色谱－质谱联用技术及软电离技术则使得质谱分析的应用范围扩大到了生物分子并在生命科学研究中发挥了重要作用［3］。

2分析化学的发展趋势

分析化学总是在寻求更灵、更好、更准、更快、更便捷的发展方向和目标，它被分析工作者慨括为“3S+2A”(3S:sensitivity，selectivityandspeediness，2A:accuracyandautomatics)的目标。从分析化学的发展历史和认识论的角度来看，随着科技的进步，分析化学学科必将进一步吸收现代科技进步的最新成果，继续不断发展，并在生产生活和社会实践中扮演更为重要的角色［4，5］。通过和其它相关学科的广泛联系，双向互动，分化交叉，传统界限分明的分支学科的局面最终将会被彻底打破，分析化学最终将会逐渐发展成为一门在社会生产生活中广泛应用的综合学科。有人甚至认为，分析化学将会逐渐发展成为一门一级学科———分析科学或信息科学。

2．1分析化学进一步向高灵敏度方向发展

高灵敏度是各种分析方法长期以来所追求的目标，也是人类对世界认识不断深入的永恒需求。当代分析方法灵敏度的显著提高大都归功于其它学科新技术的引入。例如激光技术的引入，促进了诸如激光共振电离光谱、激光拉曼光谱、激光诱导荧光光谱、激光光热光谱、激光光声光谱和激光质谱的开展，大大提高的灵敏度使得检测单个原子或单个分子成为可能。又如多元配合物、有机显色剂和各种增效试剂的研究与应用，使得吸收光谱、荧光光谱、发光光谱等分析方法的灵敏度和分析性能得到大幅度地提高。可以预见的是，以后其它新技术的发展也必将会进一步推动分析仪器、分析方法的改进和灵敏度的进一步提高。

2．2解决复杂物质和生命体系物质的分离和分析

迄今，人们所认识的化合物已超过1000万种，而且新的化合物仍在快速增长，因而复杂体系的分离和测定已成为分析化学所面临的艰巨任务。此外，自上世纪70年代以来，世界各发达国家都开始将生命科学及其有关的生物工程列为科学研究中最优先发展的领域，欧、美、日等地区和国家启动的具有战略意义的宏大研究规划“尤利卡计划”，“人类基因图”及“人体研究新前沿”中，生物大分子的分离、分析研究都占据重要的位置。21世纪初，人类已经开始进入“后基因组时代”，生命科学领域的复杂组分，尤其是与人类遗传相关的复杂大分子的分离分析开始成为人类一大挑战。由液相色谱、气相色谱、超临界流体色谱和毛细管电泳等所组成的色谱学是现代分离、分析的主要组成部分并获得了很快的发展。目前，以色谱、光谱和质谱技术为基础所开展的各种联用、接口及样品引入技术逐渐成为当今分析化学发展中的热点之一。可以相信，其它相关新技术的发展和引入必将进一步为解决这些复杂体系中物质的分离、分析作出贡献。

2．3分析仪器的微型化及微环境的表征与测定

从简单到复杂，从宏观到微观是人类认识的基本逻辑规律。分析仪器的微型化及微环境分析是现代分析化学认识自然从宏观到微观的延伸。现代电子学、光学、谱学和工程学的微型化发展，使得分析化学深入微观世界的进程得以实现。目前，电子显微技术、电子探针X射线微量分析、激光微探针质谱等微束技术已成为进行微区分析的重要手段。在表面分析方面，电子能谱、次级离子质谱、脉冲激光原子探针等的发展，已经可检测和表征一个单原子层，因而在材料科学、催化剂、生物学、物理学和理论化学研究中占据了重要的位置。现代科技的快速发展必将继续在包括综合多学科优势的微型分析，例如微流控芯片等领域作出重大突破［6］。

2．4实现形态、状态分析及非破坏性检测及遥测

同一元素的不同价态和所生成的不同的有机化合物分子的不同形态在不同环境，如生物体内性质和功能都可能存在极大的差异，在材料科学中物质的晶态、结合态更是影响材料性能的重要因素。此外，在生产流程或生命过程等特殊情况下，对于难于取样的原位分析是十分重要的。利用遥感测定方法，如激光雷达、激光散射和共振荧光、傅里叶变换红外光谱等进行几十公里距离内的气体、某些金属的原子和分子、飞机尾气组成，炼油厂周围大气组成的测定等等，这些也都将是分析化学学科发展的方向之一。

2．5实现分析操作的自动化、智能化

微电子工业、大规模集成电路、微处理器和微型计算机的发展，使分析化学和其它科学与技术一样开始逐渐进入自动化和智能化的阶段。在分析化学中，利用微处理智能系统进行实验设计和和控制，在程序控制下结合相关技术就可以实现自动采样、预处理、分析测试、信号输出和数据处理及分析等过程。这样不仅大大减轻人工操作的工作量，提高工作效率和准确度，还可以实现实时条件下的原位、在线智能监控，这必将对分析化学的发展带来十分深远的影响，而且随着电子技术和控制技术等相关学科的深入发展也将开创分析化学的全新局面。

2．6实现有关人类生活质量和安全的有效保障

随着人类对物质世界的利用和改造能力的逐渐提高，人类逐渐从只为满足生存的基本需要发展到要求满足日益增长的生活质量的需要，进而在保证生存安全的前提下提高生活质量，创造和谐世界。现代科技的快速发展必将推动分析化学更加全面有效的发挥其监测和保障作用。一方面，利用分析化学的手段进行环境中化学过程的跟踪、分析、模拟、预测，可以合理的评价人类各方面的生产、生活活动对环境的影响，为人类生存提供安全的外部环境，创建环境友好型社会;另一方面，要积极应用各种科技发展新成果，发展和完善现代仪器分析新技术、新方法，实现对关乎人类健康的食品、药品、生存环境等各个环节进行全方位的无缝监控和预警，以保证人类的健康和安全。

3分析化学对现代社会的影响及哲学思考

现代光学技术篇5

【关键词】光纤通信技术；超高速系统；WDM系统；光联网

一、光纤通信技术的发展及现状

(一)光纤通信技术的发展

光纤通信技术是指把光波作为信息传输的载波，以光纤作为信息传输的媒介，将信息进行点对点发送的现代通信方式，光纤通信的诞生与发展是电信史上的一次重要革命。从国外的发展历程我们可以看出，20世纪60年代中期，所研制的最好的光纤损耗在400分贝以上，1966年英国标准电信研究所高锟及Hockham从理论上预言光纤损耗可降至20分贝/千米以下，并预言低损耗的光纤能够用于通信，至此敲开了光纤通信的大门，引起了人们的重视。日本于1969年研制出第一根通信用光纤损耗为100分贝/千米，1970年康宁公司(Corning)采用“粉末法”先后获得了损耗低于20分贝／千米和4分贝/千米的低损耗石英光纤，光纤通信时代由此开始。1974年贝尔实验室(Bell)采用改进的化学汽相沉积法制出性能优于康宁公司的光纤产品。到1979年，掺锗石英光纤在1.55千米处的损耗已经降到0.2分贝/千米，这一数值已经十分接近由Rayleigh散射所决定的石英光纤理论损耗极限。在短短几十年里光线通信凭借其损耗低、传榆频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点，备受业內人士青睐，发展非常迅速，其前景是非常可观的。

(二)光纤通信技术的现状

光纤通信的发展依赖于光纤通信技术的进步。目前，光纤通信技术已有了长足的发展，新技术也不断涌现，进而大幅度提高了通信能力，并不断扩大了光纤通信的应用范围。

目前的光纤通信主要依赖的光纤技术包括波分复用技术、宽带放大器技术、色散补偿技术、孤子传输技术、光纤接入技术。

二、光纤通信技术的趋势及展望

目前在光通信领域有几个发展热点即超高速传输系统、超大容量WDM系统、光传送联网技术、新一代光纤以及光接入网技术。对光纤通信而言，超高速度、超大容量、超长距离一直都是人们追求的目标，光纤到户和全光网络也是人们的愿望。

(一)向超高速系统的发展

目前10Gbps系统已开始大批量装备网络，主要在北美，在欧洲、日本和澳大利亚也已开始大量应用。但是，10Gbps系统对于光缆极化模色散比较敏感，而已经铺设的光缆并不一定都能满足开通和使用10Gbps系统的要求，需要实际测试，验证合格后才能安装开通。它的比较现实的出路是转向光的复用方式。光复用方式有很多种，但目前只有波分复用(WDM)方式进入了大规模商用阶段，而其它方式尚处于试验研究阶段。

(二)向超大容量WDM系统的演进

采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用率低于1%，还有99%的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一级光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用(WDM)的基本思路。基于WDM应用的巨大好处及近几年来技术上的重大突破和市场的驱动，波分复用系统发展十分迅速。目前全球实际铺设的WDM系统已超过3000个，而实用化系统的最大容量已达320Gbps(2×16×10Gbps)，美国朗讯公司已省略宣布将推出80个波长的WDM系统，其总容量可达200Gbps(80×2.5Gbps)或400Gbps(40×10Gbps)。实验室的最高水平则已达到2.6Tbps(13×20Gbps)。预计不久的将来，实用化系统的容量即可达到1Tbps的水平。

(三)实现光联网

上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新一层的威力。根据这一基本思路，光联网既可以实现超大容量光网络和网络扩展性、重构性、透明性，又允许网络的节点数和业务量的不断增长、互连任何系统和不同制式的信号。

由于光联网具有潜在的巨大优势，美欧日等发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研，特别是美国国防部预研局(DARPA)资助了一系列光联网项目。光联网已经成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展高潮。建设一个最大透明的、高度灵活的和超大容量的国家骨干光网络，不仅可以为未来的国家信息基础设施(NJJ)奠定一个坚实的物理基础，而且也对我国下一世纪的信息产业和国民经济的腾飞以及国家的安全有极其重要的战略意义。

(四)新一代的光纤。

近几年来随着IP业务量的爆炸式增长，电信网正开始向下一代可持续发展的方向发展，而构筑具有巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物理基础。传统的G.652单模光纤在适应上述超高速长距离传送网络的发展需要方面已暴露出力不从心的态势，开发新型光纤已成为开发下一代网络基础设施的重要组成部分。目前，为了适应干线网和城域网的不同发展需要，已出现了两种不同的新型光纤，即非零色散光纤(G.655光纤)和无水吸收峰光纤(全波光纤)。

(五)光接入网

一方面在近几年，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换，还是传输都己更新了好几代。不久，网络的这一部分将成为全数字化的、软件主宰和控制的、高度集成和智能化的网络，而另一方面，现存的光接入网仍然是被双绞线铜线主宰的(90%以上)、原始落后的模拟系统。两者在技术上存在巨大的反差，制约全网的进一步发展。为了能从根本上彻底解决这一问题，光接入网凭借以下几个优点：(1)减少维护管理费用和故障率；(2)配合本地网络结构的调整，减少节点，扩大覆盖；(3)充分利用光纤化所带来的一系列好处；(4)建设透明光网络，迎接多媒体时代。向世人证明要想从根本上解决制约全网发展的问题则应大力发展光接入网技术的必要性。

三、结束语

从未来的应用来看，光网络将向着服务多元化和资源配置的方向发展，为了满足客户的需求，光纤通信的发展不仅要突破距离的限制，更要向智能化迈进。虽然目前光通信的容量已经非常大，但仍有大量应用能力闲置，伴随着社会经济和科学技术的进一步发展，对信息的需求也会随之增加，并会超过现在的网络承载能力，因此我们必须进一步努力研究更加先进的光传输手段。因此，在经济社会发展的推动下，光通信一定会有更加长久的发展。

参考文献

[1]辛化梅,李忠.论光纤通信技术的现状及发展[J].山东师范大学学报(自然科学版),2003,(04).

[2]胡庆.光纤通信系统与网络(修订版)[M].电子工业出版社,2010-08.

[3]毛谦.我国光纤通信技术发展的现状和前景[J].电信科学,2006,(8).

现代光学技术篇6

[关键词]光电子技术；电能；光能

光电子技术主要由光子技术和电子技术两者结合组成，同时，技术中包含的技术理论十分广阔。光电子技术主要涉及光学、电子学、计算机学、光电子学等多个学科领域的专业知识理论，是一种典型的多学科交叉渗透的现代技术，对世界科学技术的发展，对社会经济进步，起着重要的推动作用。光电子技术的研究核心是众多学科中的光子学，支撑技术主要是电子学，这电子学是一种近年来兴起的新型研究学科。因此来说，光电子技术具有很强的兼容性，其中的电子技术相对于微电子技术来说，有着更多的发展空间，优势更加明显，能够在更加广泛的领域得以应用。

1光电子技术相关概述

所谓光电子技术，其全称是光电子信息技术，该技术的核心内容是进行电能和光能的转换，是科学技术中的一种全新的技术，其涵盖了材料科学、精细加工、半导体材料以及固体物理等，是多个领域的综合体。光电子技术的诞生是在20世纪60年代，并在当时开始光电子技术相关设备的生产，从一开始的单一的领域应用，迅速发展至今，已经广泛应用在各个领域和各个行业，比如在军事武器的制造业、医疗行业、电子信息行业以及其他高新制造业等领域，应用十分广泛。而最初的光电子技术的发展，主要得益于无线激光器设备的出现，为光电子技术的发展提供了重要的光频波段支持，随着发展和研究的深入，光电子技术逐渐实现了信息的处理、存储、传输等功能。光电子技术能够通过对光子以及电子的利用，来促使产生一种全新的光子物理现象。随着科学技术的发展，由光电子技术原理构造成的相关硬件设备，组成信息技术中重要的应用成分，也为信息技术的发展提供了无限的可能和广阔的发展空间。比如，可以通过光电子技术将全球所有范围内的电子计算机进行联机，这是通过光电子技术能够简单实现的。当然，也可以利用光电子技术实现卫星和地球的联系，从而组成宇宙性质的联系网络，通过光电子技术，这在未来也是有希望得以实现的。当前，光电子技术可以说是互联网当中最重要的支撑性技术，主要应用在高新技术领域。而在我国来说，光电子技术的起步较晚，但是发展的速度是极快的，已经在我国国内诸多领域得以应用和推广。在光电子技术的应用中，体现出诸多方面的应用优势，具有极高的速度和极大的容量，对于日益增长的信息量处理要求和信息化发展时代要求来说，无疑是至关重要的技术，这也是传统的电子学以及微电子学难以实现的。光电子技术能够实现对信息的高速度和高频率处理，能够将信息从探测到最终处理整个流程融为一体，一气呵成，从而在信息技术领域占据着不可动摇的地位。

2光电子技术的发展现状

21国内发展现状

我国的光电子技术发展起步较晚，但是在我国的发展十分迅速，已经达到世界先进水平，与最先发展光电子技术的发达国家之间的差距不断缩小，已经达到接近水平。光电子技术在国内取得如此大的成就，主要受益于我国政府对科学技术的重视和大力投入。在电子领域的各个方面，我国皆取得了不错的发展成绩，许多方面达到了世界的先进水平，比如在光收发模块、探测器等一些光电子器件上，水准很高，技术水平相当先进，市场份额占比不论是国内还是世界范围内，都有极大的竞争力。在我国，光电子技术的发展存在明显的地区差异性，光电子技术的先进发展主要集中在我国的几个发达地区，比如珠江三角洲地区、长江三角洲地区以及渤海湾地区，这主要是由目前我国区域经济发展现状决定的。另外，在这些发达的地区，高等院校较多，研究所也多，给光电子技术的研发和发展提供了巨大的技术力量保障。

22国外发展现状

国外的光电子技术的发展和应用参差不齐，最为先进的是美国、日本以及欧洲一些国家。尤其是美国，特别看重光电子技术在未来的发展和应用，并将光电子技术列为21世纪最为重要的战略性技术之一，并进行了大量的研究投入。日本在光电子技术方面，近些年来发展十分迅猛，在国际市场上占据着重要地位。欧洲地区的光电子技术发展和应用，以德国最为先进和典型，德国对光电子技术的投入研究较早，进行了大量的研究，因此积累了许多宝贵的研究成果和发展经验，技术基础十分强大。随着全球化的深入发展，“地球村”理念逐步形成，使全球范围内的人类更加紧密地联系在一起，信息通信十分便捷和快速，并对未来的信息产业提出了更高的需求。光电子技术在信息产业方面所做出的重大贡献，对于全球信息交流的促进有着关键的作用。另外，当今世界的互联网技术发展迅速，俨然已经成为互联网的时代。在高速发展的互联网环境下，对信息传输的需求无论是数量上还是效率上，都有着更高的要求，为了满足这个巨大的要求，发展光电子技术无疑是最佳选择。

3光电子技术的应用领域

31信息领域

当今时代，是一个信息化高速发展的时代，无论是现在还是未来，都离不开信息化的支撑。在信息化发展过程中，信息传输和处理流量正呈现质的增长，传统的电子技术已经无法满足当今时代巨大的信息传输和处理。而光子技术的应用，与电子技术进行完美的融合，并产生全新的光电子技术，能够极大扩大信息容量和信息传输速率，比起传统的电子技术优势巨大，能够有效促进信息产业的快速发展。当前在信息领域已经开始大范围开展光电子技术的应用，并取得了极好的影响效果，为信息产业的蓬勃发展带来了更多的可能和广阔空间，提升了信息领域的发展潜力。

32能源领域

能源是地球上赖以生存的重要发展来源。在过去的许多年发展中，世界对能源的需求巨大，依靠传统能源取得了良好的发展成效。但是与此同时，世界发展在能源方面也逐渐显现出诸多发展瓶颈，主要是传统能源的枯竭，以及世界对环境保护的呼声越来越大。因此，当前的主要办法就是进行清洁能源的生产和利用。如何研发出既清洁环保，又能够高效利用的新能源，成为当今世界能源研究的主要议题。而光电子技术，能够将光能转化成热能的这一伟大功能，使得其在新能源领域备受关注，具有极大的新能源产业潜力，市场前景十分广阔。目前在世界范围内，尤其是在一些发达国家中，利用光电子技术获取新能源的方式已经得到应用，在我国也已经进行了初步的应用。

33汽车领域

汽车是当今世界最主要的交通工具之一，随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，人们对汽车的市场需求不断扩大。在汽车领域，人们开始越来越注重汽车的整体功率、能耗、舒适度以及外观等因素，这就意味着需要更加先进的汽车生产技术。光电子技术在汽车领域的应用，使得汽车的功率转化大大提升，并且通过光电子技术，能够对汽车生产材料进行高精度的加工，极大提升了汽车的整体质量和舒适度，减少汽车在使用中的损耗。

34环境领域

地球环境是人类生存的基本条件，保护环境，是人类共同的责任。步入21世纪以来，世界范围内的工业生产已经到了一个相对成熟的水平，与此同时，工业的生产和发展对环境造成了极大的损耗，比如逐渐出现的全球变暖问题和厄尔尼诺现象等，给地球环境造成了恶劣的影响。当前，人们对生活质量的要求越来越高，环境保护意识越来越强，亟须研发出能够遏制环境逐渐恶化的先进技术。在这种情况下，光电子技术给环境保护和污染治理带来了全新的希望，其通过高精度传感器的制造，能够对环境中污染物的浓度进行准确的测量，并进行有效的治理与防护。

35军事领域

一个国家的军事基础，是一个国家安全力量的巨大保障。光电子技术在军事领域的应用，能够极大加强国防军事力量，并有着广阔的应用前景。通过光电子技术，能够制造先进的激光制导武器，目前，这方面许多发达国家正在加大力度进行研发和应用。另外，光电子技术能够形成更加有效的图像传感器，使得单兵作战更加强化，得到许多国家的重视。

36医疗领域

随着生活水平的提升，人们越来越开始注重医疗健康。光电子技术在医疗领域的应用主要是通过激光来治疗一些以传统治疗手段难以解决的疾病，比如通过激光进行角膜的切除手术和治疗，能够帮助人类矫正视力。随着光电子技术在医疗领域中的应用，以相关设备进行手术，能够使手术更加精准，治疗效果更好，提升手术的成功率和稳定程度。

4发展趋势

光电子技术的应用前景十分广阔，发展潜力十分巨大。在未来，光电子技术的发展趋势主要会从集成化、扩大化、强适应性三个方面进行优化发展。

光电子技术的发展还需要诸多辅助材料的发展来促进，比如半导体激光以及相关电气元件，这些辅助材料和技术的发展，才能够推动光电子技术更加迅速和完善发展。在导体激光以及半导体激光的迅速发展之下，通过各种辅助材料和技术与光电子技术的融合，在未来，光电子技术将会呈现集成化发展状态，并不断研发出新的设备以及材料。这些新设备和新材料与光电子技术的融合应用，将会推动光电子技术的应用效果，并且在光电子技术的应用经济性以及简便性方面得到较大提升与优化。

5结束语

综上所述，光电子技术是当今世界最重要的高新技术之一，对世界经济发展具有至关重要的推动作用。当前，光电子技术已经在众多重要领域得到了初步的应用，在未来，光电子技术的用前景相对广阔，有着无限的发展可能。

参考文献：

[1]杨娇瑜光电子技术的发展现状及应用探讨分析[J].信息通信，2014（11）：129

现代光学技术篇7

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；

现代光学技术篇8

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；

现代光学技术篇9

但由于这些遗迹、遗物年代久远，单凭考古工作者的直观观察和传统技术还不足以充分了解，应用现代分析测试技术可以解决考古领域的重要问题，随着各项现代分析测试技术的发展，应用现代科学技术手段对古物的成分、原料及其来源、制作工艺、年代等进行考察、测定和分析等问题在考古中应用已十分广泛。

[关键词]质谱分析法 X射线荧光光谱分析 拉曼光谱 科技考古

中图分类号：TN525.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0398-01

现代分析测试技术在考古中的应用十分普遍，其中金属与非金属材料研究使用的主要分析鉴定技术就包括湿化学分析方法、金相研究方法、矿相分析、扫描电子显微镜、发射光谱分析、原子吸收光谱分析、X射线荧光分析、X射线衍射分析；拉曼光谱、中子活化分析、电子探针显微分析、红外吸收光谱分析、穆斯堡尔谱分析、热分析、同位素质谱分析等。植物、动物遗存与古环境研究使用的主要分析鉴定技术则包括光学显微镜-孢子和花粉分析；扫描电子显微镜-植硅石分析；DNA分析-动物、古人类；质谱仪-测定古人遗骨的元素和同位素组成[1]。本文将简单介绍考古学研究中应用比较广泛的三项现代分析技术原理及应用。

1 质谱分析在考古学研究中的应用

1.1 质谱分析仪的原理

质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷比的测定来进行分析的一种分析方法[2]。质谱仪就是使待测化合物分子吸收能量后在离子源的电离室中产生电离，激发生成分子离子，高能量的分子离子，会按自身特有的碎裂规律分裂，变成一系列碎片离子，质谱仪会按质荷比记录这些不同质量的离子和各种离子的数量，成为一张质谱图。将所得质谱图与已知质谱图对照，就可确定待测化合物。

1.2 考古应用

质谱分析仪在考古研究中的应用最普遍的就是研究青铜器的合金成分。如在史学上所称的“青铜时代”研究中，青铜所含有的诸多成分中，铅具有非常重要的指示意义。自然界中铅以204Pb、206Pb、207Pb、208Pb四种同位素的形式而存在，相对丰度分别为1.48%、23.6%、22.6%、52.3%，除204Pb为非放射成因外，其他分别由238U、235U、232Th衰变产生，在研究铅同位素丰度变化时以204Pb作为比较基础，测定其他各同位素与204Pb的比值[3]。通过对铅同位素的分析可以看出，各时期、各地区的青铜器在原料、制作工艺上是有着一定差别的，通过对此类分析测试我们就可以对其进行断代和工艺上的研究。

2 X荧光光谱仪在考古学研究中的应用

2.1 X荧光光谱仪原理

初中化学我们就曾经学过所有物质都是由原子组成的，每一种化学元素，都有其特定的原子能级结构，其核外电子都以各自特有的能量在各自的固定轨道上运行。X荧光光谱仪就是通过X射线照射使内层电子激发，脱离原子能量束缚，变成自由电子，届时，其他的外层电子便会进行所谓跃迁补位，同时以发出X射线的形式放出能量。原子能级结构都是特定的，所以释放的X射线其能量也有一定的规律，我们将它称为X射线[4]。X荧光光谱仪通过测量特征X射线的能量，就可以确定相应元素的种类，通过X射线光子的多少则可以测定各类元素的含量。

2.2 考古应用

X射线荧光光谱分析，可以测定古代遗物中的成分，从而达到各种分析目的，了解当时的人类社会文化。具体来说，包括文物鉴定、文物的断代、文物产地及其矿料来源的分析、创建古代遗存的空间坐标、文物保护的研究应用等方面[5]。X射线荧光光谱分析在文物保护研究中的应用，如可通过对文物材料的成分和结构的分析，参照其质地材料的有利保存环境及条件，对文物遗迹进行保护，对已破坏文物进行一定的保养。再如保存较好的文物的地下埋藏环境研究，可以通过X射线荧光光谱分析其埋藏环境中的土壤、地质、水文环境，从而对文物进行保护。

3 拉曼光谱在考古学研究中的应用

3.1 拉曼光谱分析的原理

我们知道当一束频率为V0的单色光射到待测物时，待测物的分子必将使入射光发生散射。部分的光只改变方向而频率不变，而另一部分光（指散射强度为10-6～10-10的光）光的传播方向和频率都会发生变化，区别于激发光的频率，这种散射我们称为拉曼散射。拉曼散射是由于分子极化率的改变而产生的。只与分子本身有关，因而散射光与入射光之间频率的差V即拉曼位移有一定的特殊性，这是拉曼光谱可以作为分子结构定性分析的依据[6]。

3.2 考古应用

拉曼光谱技术以其信息丰富，制样简单，水的干扰小等独特的优点，并且对物体没有破坏，需要的样品极其微小（可达1μm），具有指纹性、快速性、灵敏性、简单性等特点，所以拉曼光谱技术已广泛应用于文物的鉴定的研究[7]。例如，对古颜料的分析，无论是存在颜料较厚、保存不完整、较潮湿等不利条件，都可以通过拉曼光谱对其进行分析，只需把所研究的颜料的拉曼光谱与各种单色颜料（需要考虑各种单色颜料的反射率）的拉曼光谱相对照分析，就可以了解当时绘画时的情况，进而了解当时的历史，艺术水平及技术水平。在古陶器的断代分析方面，拉曼光谱技术能对古陶瓷进行定性分析，可用来分析文物中陶瓷的成分，进而对其进行断代。在古玉石、古青铜器的保存环境分析应用上，通过拉曼光谱对古物表层腐蚀程度和腐蚀产物的研究，可以了解古物的年代、经历的环境等信息。

4 结语

现代分析测试技术在考古学方面的应用，给考古学的研究与发展带来了重大的突破。使得文物考古更科学、更准确、更可靠。随着更多的现代分析测试技术在考古学方面的应用，考古学研究将进入一个更加科学、更加规范的“科技考古的时代”。

参考文献

[1] 陈铁梅.科技考古学.北京：北京大学出版社，2008.

[2] 全国分析检测人员能力培训委员会.中国标准出版社编.液相色谱-质谱分析技术标准汇编.北京市：中国标准出版社，2013.

[3] 路苍云.科技考古中所用到的现代仪器及分析方法.文物科技，2010，3： 26～29.

[4] 罗立强，詹秀春，李国会编著.X射线荧光光谱仪.北京市：化学工业出版社，2008.

[5] 崔强，张文元，李燕飞，范宇权，苏伯民.文物保护与考古中能量色散型X荧光光谱仪的应用.敦煌研究.2008，6（112）：104～108.

现代光学技术篇10

摘 要：随着经济的快速发展，珠宝行业的发展取得较大进步，同时也提高了各种珠宝的合成技术，使得天然珠宝与合成的珠宝差别逐渐减小。采用传统的珠宝鉴定方式进行鉴定难度大，未能准确地鉴定珠宝的成分以及真伪，为此引进现代测试技术进行有效、科学的鉴定，对提高珠宝行业的健康发展与鉴定水平十分必要。

 

关键词：珠宝检测；测试技术；应用分析；鉴定水平

中图分类号：P61 文献标识码：A

1 现代测试技术对珠宝检测的作用

测试技术作为有效的鉴定珠宝的手段与方式之一，能够准确地分辨出合成珠宝与天然珠宝，并分析珠宝的成分、结构以及特点等性质。同时在进行珠宝的交易中能够为消费者提供较好地质量保障，有效树立商家的良好形象与信誉；避免不法分子的以次充好或者以假乱真现象给消费者造成的损失；可有效抵制国际非法珠宝贸易，促进国内珠宝行业的稳定发展。同时现代测试技术的运用能够有效提高对珠宝鉴定的准确性及可靠性；为较好地解决珠宝检测时遇到的难题或疑点现象；全面分析珠宝的内在成分、光学性质以及结构特点，有利于做好珠宝鉴定与分析评价等工作。

 

此外对珠宝的测试应确保珠宝的无损，尽量不改变珠宝的外观与形状；对珠宝的准确、客观测试对于维护消费者的合法权益、维护天然珠宝的商业价值具有重要的意义。

2 珠宝检测中现代测试技术的运用

由于折光仪及宝石显微镜等传统测试工具仅能进行定性的鉴定结果，因此利用现代测试技术对珠宝矿物的光学性质与其他的物理性质进行测定，从而较好地辨别珠宝的成分、微量元素及其的含量、结构特点等方面进行详细的划分。用于珠宝的现代测试技术主要有：电子探针技术、X线衍射技术、拉曼光谱与扫描电镜分析技术、红外吸收光谱技术、可见光谱分析以及紫外光谱技术等。以下介绍几种主要的珠宝测试技术[1]，为全面、客观地对珠宝进行鉴定提供有效的方式。

 

2.1拉曼光谱技术1

2.1.1测试天然宝石与人工合成宝石

蓝宝石具有多种颜色，并具有刚玉晶体，即A1Z03；晶体内含微量的杂质元素，这些微量元素决定了宝石的颜色。例如蓝色是由于晶体含少量的钛（Ti）与铁（Fe）；绿色者含有微量的钒（V）与Co；黄色者含微量镍（Ni）。天然的蓝宝石进行结晶之时通常会包入细线状的金红石包体；而人造的产品将会出现不同形态的氢气。天然蓝宝石与人工合成蓝宝石的拉曼特征峰也有显著性的差别：人工合成蓝宝石与天然的蓝宝石相比，人工合成宝石没有191cm-1、241cm-1以及341cm-1谱峰。因此能够根据这个特征准确地判别人工合成蓝宝石与天然的蓝宝石，图1中a表示天然的蓝宝石特征谱，b表示人工合成蓝宝石特征谱。

 

2.1.2荧光光谱测试技术

部分珠宝中有来自天然海水的珍珠以及人工养殖的淡水与海水珍珠，CaCO3在2000cm-1到6000cm-1范围内产生的荧光光谱可进行鉴别。例如天然的海水珍珠中的荧光谱在4200cm-1附近出现最大值，并且荧光谱比较平整与光滑；而对于人工养殖的珍珠（海水养殖或者淡水养殖）而言，其的荧光谱中的极大值出现于3000cm-1附近。因此运用光谱中峰位的不同，能够有效鉴别天然珍珠与人工养殖珍珠。

 

2.1.3用于翡翠的鉴别

拉曼光谱技术运用于高档的翡翠鉴别具有重要的经济价值，市场上较多的填充AB胶或者是环氧树脂的翡翠（B货）较多，为翡翠的真伪鉴别造成较大的困难。由于环氧树脂、AB胶、石蜡以及石蜡油的化学结构以及成分各不相同，因此运用拉曼光谱技术，能够清晰地通过拉曼光谱特征峰清晰地显示出这些特性。

 

硬玉作为翡翠矿物的主要成分，硬玉的表示为（NaAl[Si2O6]），对于翡翠的不同品级采用激光拉曼仪扫描2个波段，同时使用200cm-1到1200cm-1的拉曼谱对翡翠是否含有硬玉成分进行测定。最后使用2800cm-1到3100cm-1波段检测翡翠是否含有环氧树脂有机基团，是否含有有机色素CH2以及有机配位基团CH3，以便有效区分A货翡翠与B货翡翠。

 

对于天然的A货翡翠而言，位于200cm-1到1200cm-1范围有代表硬玉晶体的2个尖锐的特征峰（结构Si-O伸缩振动及Si-O-Si弯曲振动的1041cm-1与701cm-1）。位于2800cm-1到3100 cm-1范围没有明显的拉曼谱峰，如图3所示；对于另外的一组翡翠出现硬玉晶体特征的拉曼谱峰，即1037cm-1与698cm-1。然而在2800cm-1以后也出现了2870cm-1、2916cm-1以及2940cm-1的拉曼谱峰，由此表明翡翠中含有有机胶，该组的翡翠是人工处理过的为B货翡翠。如图3所示，a表示天然翡翠即A货； b表示经漂胶处理后的翡翠即B货。

 

2.2红外光谱技术

红外吸收光谱技术英文表示为IR，又可称为红外光谱，其的波长范围是0. 78μm到1000μm，波数的范围是12820到10cm-1。（见表1）

2.2.1技术鉴别应用

在天然以及合成祖母绿当中运用红外光谱技术进行测定，能够有效将祖母绿晶体当中结构水及其类型、CO2等成分鉴定出来，同时该测试技术也是准确区分合成祖母绿以及天然祖母绿的有效方法。此外天然祖母绿在2400cm-1到2500 cm-1范围出现吸收光谱；当处于3000cm-1到4000cm-1范围时出现水分子红外吸收光谱；此外由热液组合成的祖母绿处于3500cm-1附近时出现水分子红外吸收谱峰；而由熔剂法进行生产的合成祖母绿没有吸收峰，如图4（1表示熔剂法合成的祖母绿；2表示热液法合成的祖母绿；3表示天然祖母绿）。与此同时，红外光谱还可用于合成黄晶以及天然黄晶的区分，天然黄晶可见微弱的红外吸收峰，如图5所示（T表示天然的黄晶；S与 C及X表示热液合成的黄晶）[2]。

 

.2.2紫外光谱与可见光谱技术

此外紫外光谱与可见光谱技术也用于珠宝的测试以及鉴定，通常紫外光谱用于测定珠宝所含的致色元素及元素的价态。例如有色的水晶大部分是由于水晶含有微量的致色元素：铁；而在紫晶当中铁是以Fe3+的形式存在的；绿水晶与蓝色水晶则是以Fe2+形式存在，均可采用吸收光谱技术进行测试。与此同时紫外光谱以及可见光谱测试技术可用于鉴别人工合成宝石、辐照改色宝石以及部分天然宝石。天然的翡翠与染色的翡翠在可见光范围中吸收光谱各不相同，在红光波段更加明显，该情况还可在分光镜当中得到较好地观察，图6中为天然翡翠与染色翡翠的可见光吸收光谱比对情况。

 

图6天然翡翠与染色翡翠的可见光吸收光谱

结语

总而言之，随着经济和科学技术的快速发展，珠宝测试技术也将不断开发与完善，在今后的发展过程中珠宝的测试技术也更加简便、快速及准确，同时测试时也更能确保珠宝的完好无损。此外还能有效提高珠宝的测试技术水平以及鉴定的准确率，进一步全面推动我国珠宝行业的顺利健康发展。

 

参考文献

[1]刘世敏.现代测试技术在宝玉石检测中的应用现状及前景[J].岩矿测试，2006，25（01）：69-70.