激光原理论文十篇

激光原理论文篇1

关键词 激光原理 教学改革 课程建设

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2012）24-0004-02

激光是二十世纪人类的重大科技发明之一，被誉为继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”，它对人类社会生活产生了广泛而深刻的影响。作为高技术的研究成果，它不仅广泛应用于科学技术研究的各个前沿领域，而且已经在人类生产和生活的许多方面得到了大量的应用，与激光相关的产业已在全球形成了超过千亿美元的年产值。由于各行各业都应用激光进行技术改造和新技术的开发研究，除了文科的几乎所有理工农医的高等院校都开设了激光原理和应用的课程。

《激光原理》是光信息科学与技术和应用物理学专业重要的专业基础课，通过本课程的学习使学生对激光的基本概念、基本技术和基本器件有比较全面、系统的认识，培养学生分析和解决工程技术问题的能力，为进一步学习相关专业课打下基础。然而，《激光原理》又是一门理论性很强的专业基础课，该课程物理概念抽象和理论性强，基础知识面广，学生往往因缺乏感性认识，不易理解，感到难学，这对老师的教学水平和教学方法提出了考验。笔者结合自己的教学实践，从以下几个方面对《激光原理》课程教学改革进行了探索。

一、教学内容的改革

《激光原理》课程主要介绍激光的产生条件、激光器的工作原理和激光器的输出特性，这部分内容理论性强，需要应用原子物理、量子力学、热力学统计物理、光学和高等数学等课程的结论和基础，公式繁多、推导复杂、理论抽象，具有相当的难度和深度。在《激光原理》的教学过程中，我们还增加了部分激光技术的内容，比如激光器输出的选模技术、激光器的稳频、激光束的光束变换，以及激光的调制、偏转、调Q和锁模技术等，这部分内容是从事光信息科学与技术人员必须掌握的基本知识，通过对这些知识的学习能够加深学生对激光器原理的理解和掌握。为了进一步加深印象，我们对典型的激光器进行了介绍，比如红宝石激光器、汝玻璃激光器、Nd：YAG激光器等固体激光器，He-Ne激光器、CO2激光器、Ar+激光器等气体激光器，以及燃料激光器和半导体激光器等都做了简要的介绍。

在教材方面，我们选择了上海理工大学陈家璧教授编写的《激光原理及应用》（电子工业出版社）作为教材。这本教材的内容章节安排合理，知识点覆盖面广，理论体系较为完整，同时这本教材是在大学的普通物理学的基础上编写的，从激光的物理学基础出发，着重阐明物理概念以及激光输出特性与激光器的参数之间的关系，尽量避免过多的理论计算，以掌握激光器的选择和使用为主要目的。因此这本教材的内容对学生来讲不难理解，所讲授的内容比较容易掌握。我们还增加了一本国际公认的经典教材作为参考书：Christopher C. Davis编写的《Lasers and Electro-Optics：Fundamentals and Engineering》， Cambridge University Press。

二、教学手段的改革

在教学过程中建立师生平等的民主教学氛围。改变“教师为主，学生从属”的教学模式，本着师生平等的原则，以参与者的身份在教学活动中创造一种愉快轻松的氛围，挖掘和调动学生的潜力，培养学生的创新能力。

教学方式以课堂授课为主，同时考虑到激光中有很丰富生动的现象，注重和提倡采用多种手段进行多种形式的教学，充分体现光学这门课丰富多彩、形象生动的特性，辅助的教学手段主要是利用计算机的多媒体功能。比如为了增强激光原理教学中关于激光器的光场分布的直观性，采用快速傅立叶变换法求解傍轴近似波动方程，计算模拟激光器的光场分布，可以直观地给出三维稳态分布图，融合计算机的灵活性、新颖性和光学现象的直观性及趣味性。通过演示实验，让同学们观察到各种激光现象，展现了“百闻不如一见”的效果，使学生进一步加深了对课程内容的理解，激发学生的求知欲和好奇心，刺激同学们的思考。

另外，在教学过程中开展启发式和讨论式教学。从人才培养的角度来说，学生与老师应该具有互动性。开展启发式和讨论式教学，甚至适当运用跳跃式的教学方法来组织教学内容。给学生留出钻研的空间。这不仅有利于提高教师教学研究的积极性，更能挖掘学生的开放性思维和独立、大胆地学习和思考问题的能力，从而达到培养学生全面的科学素质和教学相长的目的。

三、考核方式的改革

考核方式已成为课程改革的一部分，与课程的实施方法相辅相成。传统理工科院校的考核主要以闭卷笔试加平时成绩的形式进行。在实际的考核过程中，我们逐渐加大平时成绩的比例，减少闭卷笔试成绩的比例。平时成绩的考核形式可以多种多样。比如，在授课过程中，对课程中某几个重要的知识能力点，设立几个小课题。让学生们查找资料，撰写论文，通过让他们深入实践，促进对知识点的掌握，强化学生自己思考的过程，达到培养学生自学意识、独立科研意识和能力，达到素质型人才培养之目的。

如何提高《激光原理》课程的教学质量，如何优化和深化理论教学是一个长期的课题。针对教学内容、教学手段和考核方式等方面进行改革，调动学生的学习主动性和积极性，培养他们的创新思维、从事科学研究和撰写学术论文的能力，提高他们的综合素质和竞争力。

参考文献：

[1]陈家璧，彭润玲主编.激光原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2]马再如.关于提高激光原理与激光技术课教学质量的探讨[J].高等教育研究，2012，（1）.

[3]袁杰，王飞，赵洪常，杨开勇，罗晖，张斌，许光明.浅谈在本科生基础课程《激光原理》教学中的几点体会[J].中国教育导刊，2009，（34）.

激光原理论文篇2

■背景：与传统的武功，如降龙十八掌、九阴真经等相比，六脉神剑是一种威力极强的武功，具有操作简单，响应时间快，杀伤力大（功率密度大），效率高，使用范围远等优点，因此为广大的武学名家所觊觎。但是由于大理段氏将这门武功列为绝密档案，而且存在修炼困难等问题，六脉神剑的产生原理，始终是武林中的一个谜。作者从事激光器理论研究多年，终于凭借两条基本假设，解决了生物激光产生中的若干困难问题，并提出了一种快速修炼六脉神剑的方法。本文的发表，具有划时代的意义。

公理1：真气是一种类似于等离子体的物质形态

公理2：真气和激光都可以在经脉中传输

六脉神剑其实是一种小功率的生物激光武器，这从六脉神剑的效果上可以看出来，但是，这种生物激光还存在很多亟待解决的问题，如传输损耗过大，非基模激射等缺点，这大大影响六脉神剑的威力。

从激光原理看，激光的激射需要两个条件：粒子数反转和谐振腔的形成。

我们先研究六脉神剑产生粒子数反转的原理。因为在丹田中，存在大量的真气，一般来说，这些真气以等离子体的形式存在，但是对于武学名家，可以通过修炼，将这些等离子体积累并释放出来，一般来说，释放的速度越快，能量越高，则武功的威力也越大。降龙十八掌就是通过长时间的积累，将这些真气积累至顶峰时释放出来，因此产生出巨大的功率密度。而九阳神功，则是指导如何提高这种等离子态真气的容量和衰减时间的方法。

如果在丹田内产生某种势场，导致大量的等离子的原子结构发生变化，就可能使这些基态的等离子体转化为激发态，再通过跃迁释放出光能，因此，从原理上说，六脉神剑与其他的武功是截然不同的……（此处省略200字，理论性太强，初中同学不易理解）在大量的粒子数反转的条件下，就可能产生激光。

下面我们再看谐振腔的形成，这与真气的运行路线有密切的关系。鉴于以上讨论的粒子数反转条件只能在丹田内完成，这种生物激光器的谐振腔也在丹田内，同样可以通过控制周围势场的形状来限制跃迁产生的光在丹田中的分布，而光场的分布，影响了激光的质量，决定了激光器是单模激射和多模激射。有经验的精通六脉神剑的天龙寺长老，能够同时控制多个激射波长，但是由于多模激射的势场太过于复杂，难于控制，大部分人，如枯容大师、段正明等，只能单波长激射，由于传输问题，这种单模激光很容易发散，若以这种发散的激光输出，就只能练成一指。

段誉能够练成六脉神剑的主要原因，完全是因为北冥神功这种奇异的武功的出现。首先，通过北冥神功积累的大量真气，为粒子数反转提供了强大的泵浦，大大提高了粒子反转数密度。其次，北冥神功本来就是吸取别人的内力，因此，它的势场分布，与一般的武功完全不同，恰好符合谐振腔的谐振条件，不需要像其他人那样通过外力来强行控制真气场的形状。因此，段誉可以轻而易举地练成六脉神剑。但是，这种北冥神功的真气场和真正的谐振腔条件，还是具有一定的差别，因此，段誉的这种激光激射，并不是时时都能够产生，需要一定的矫正。可惜的是，能够同时知道北冥神功和六脉神剑的，世间上唯有段誉一人，而段誉是看图学成的，又对二者的关系完全不明白，因此，段誉的六脉神剑具有很大的限制性。这一点，就算是帮助段誉研究过的萧峰也不明白，因为他不知道六脉神剑真正输出的是激光而不是真气。

从以上分析可以看出，谐振腔的形成和粒子数反转，也是六脉神剑这种生物激光的基本原理，从这个原理来看，除了北冥神功外，吸星大法和明玉神功，也有类似的作用。下面再讨论激光在人体中的传输和激射过程。

从一般的武功来看，真气传输的通道是经脉，六脉神剑的光传输也是这样的。提供真气运行通道的经脉，同时也是激光传输的光波导，否则，以北冥神功这种强大的泵浦产生的激光，早就对人体产生了伤害。在这里，我们假设经络实际上是一个类似于光纤的波导。从后面的论证中可以看出，这个假设是正确的。由于光波导的截至频率为0，因此，也适合于一般真气的传输。而在传输中一般真气没有发生泄漏，是因为外层波导的禁带宽度大，对传输中的真气构成了势垒，因此，除了少量的真气通过表皮逸出外，大量的真气都可以达到终点。

由于经络既是真气传输的通道，又是光波导，从这个意义上，这一段波导不仅仅是光传输的通道，而且是一段光纤放大器，光在经络中传输的同时，还能获得增益……（此处省略200字，理论性太强，初中同学不易理解）我们有理由相信，通过理论计算，可以使北冥神功的真气场完全符合谐振腔条件，这时的六脉神剑，威力将数倍提高。

其次，从大理段氏的六脉神剑来看，都是从手指上发出，他们对激光原理的了解还不是很深入，因此输出的激光，都不是基模激射。从激光原理可知，高阶模的激光光斑面积大，但是功率密度、强度等，都要比基模激光要差，因此，六脉神剑还有改进的余地。

再次，空气对激光的损耗是十分大的。由于散射、吸收等作用，空气对激光的损耗非常大，而且从实验结果来看，六脉神剑的输出激光波长，极有可能在紫外光波段，并不是在空气的损耗系数最小的范围内，再加上非基模激射，因此段誉的六脉神剑，威力远远比理论值要低。

针对以上的分析，我提出的快速修炼六脉神剑的方法有两种：

1. 先修北冥神功、吸星大法或明玉神功，推荐北冥神功。

2. 首先通过理论计算和实验分析，通过ansys模拟出丹田中的真气场分布，再加以修炼。另外，六脉神剑还有许多需要改进的地方，如选择合适的波长，实现纯基模输出，降低输出损耗和阈值真气密度等，有兴趣的读者可以自行分析。

总结：六脉神剑其实是一种人体内的一种生物激光器，随着对真气性能的深入研究，我们相信，这一现象最终会在广大的中国人民身上普及，将来的战争，将不再是以科技取胜，决定战争胜负的最重要的因素，将会是参战的人数，我们有理由相信，中国将会是世界上最强大的国家。

最后，希望这种生物激光器，能够最快应用到反恐部队中去，这将对产生强大的威慑力，为和平解决人质问题带来新的希望。

参考文献：

《天龙八部》――三联出版社（盗版）；

激光原理论文篇3

摘要:企业的发展必然离不开边界的变化。主要分为五个部分。第一部分介绍了企业边界的内涵;第二部分介绍了企业边界理论研究综述;第三部分阐述了企业边界的分类;第四部分对武汉楚天激光集团作以简介;第五部分分析了楚天激光的企业边界,主要从企业的纵向边界和横向边界对其发展历程和产品进行分析。

关键词:企业边界;楚天激光;纵向边界;横向边界

中图分类号:D922.291文献标识码:A文章编号:16723198(2009)15012602

1企业边界内涵

我们认为,企业的边界就是企业与市场的临界点。在市场经济体系中,市场被表述为通过价格机制自动地配置各种资源的经济运行工具,而企业则是通过行政命令主动地配置内部资源的经济运行体。因此,企业的边界也可以这样认为,是以行政命令主动地配置内部资源的方式与以价格机制自动地配置各种资源的方式的相互替代的临界点。

2企业边界理论研究综述

2.1企业边界理论的历史回顾

2.1.1古典经济学

亚当斯密在其经典著作《国富论》中对劳动生产力增长原因进行了论述。斯密看到了分工对生产力提高的巨大作用,认为劳动生产力上最大的增进以及运用劳动时所表现的更大的熟练技巧和判断力,似乎都是分工的结果。而后斯密分析了市场范围对分工的影响,认为只有相当大的市场规模才能深化分工。只要企业所面对的市场有足够大的规模,则分工引起的专业知识的积累将进一步推动企业规模的扩大。可见,斯密利用劳动生产率的提高来解释企业存在和扩张的原因。

2.1.2新古典经济学

在构建于马歇尔的边际和替念基础上的新古典经济学中,企业被定义为单纯的生产者厂商,它的惟一目标是实现利润最大化,而为了达到这个目的所进行的选择面临着许多约束条件,比如技术条件、市场需求条件和竞争环境等。新古典经济学虽然没有严格界定企业的边界与规模,但隐含了利润最大化的追求是企业扩张的根本动力。

2.1.3新制度经济学

科斯认为,在市场交易成本既定的情况下,企业家的管理协调能力决定了企业边界。由于企业家功能的边际收益递减,企业将倾向于扩张直到在企业内部组织一笔额外交易的成本等于通过在公开市场上完成同一笔交易的成本。随着管理技术革新、信息技术进步等变量的变化,企业边界进一步扩张。威廉姆森进一步认为,企业边界扩张是对交易环境变化的适应性反应。表现为企业组织交易规模的扩大和企业内部组织结构的适应性调整。企业能力理论首先把企业看作是具有生产功能的单位。认为企业边界不能仅从交易成本相对大小来确认,而是根据企业的能力所产生的收益与产生能力的成本(包括交易成本)的权衡来决定。

2.2企业边界理论的近期研究

2.2.1交易费用理论

交易费用经济学的基本观点是在利润最大化目标下,一个企业的边界不仅决定于生产成本,也同时决定于交易费用。其核心观点是市场交易和组织机构之间的相对效率优势决定了企业的边界。

科斯的交易成本理论认为,企业与市场是相互替代的治理机制,一项经济活动究竟应该交由市场还是企业去完成,取决于两者的效率比较。通过比较,企业的最优边界得到了确定,即在利用市场交易的边际成本等于利用企业协调的边际成本的那一点上。

威廉姆森从资产专用性和机会主义来研究交易成本。他认为,决定实行垂直一体化的关键因素是资产的专用性条件。为了节约交易成本,专用性资产发生转移由专业化生产的企业转移到垂直一体化的企业内部,这样企业的边界发生了变动。

2.2.2规模经济理论

规模经济是指在一定的技术条件下,随着投入的均衡增加,在每一个产出水平中获得的产出增加比例大于投入增加比例,同时长期平均成本在每一产出水平上呈现处处下降的趋势。规模经济理论认为,在规模经济比较显著的行业中,随着企业规模的扩大,将会导致产品成本降低,经济效益提高。规模经济理论适用于与专业化分工的产出和发展密切相关的企业边界理论问题的分析它侧重于动态的、系统的分析,但是对于其他的企业边界问题的解释力则较欠缺。

2.2.3资源与能力理论

资源与能力理论认为,企业是拥有一定资源与能力的结合体,它能够运用这些资源和能力从事生产经营活动,并能以自己特有的方式有效地处理现实生产经营中的各种难题。在成熟的市场经济中,依靠资源来获得经营优势是比较困难的。所以企业的边界实际上就是能力的边界,企业的能力可以分属于企业内的不同个人,但企业的特殊能力表现为一个组织所拥有的、难以为其他组织所模仿的特殊资产。现代企业资源与能力理论强调的是企业的核心能力,认为核心能力是企业获得竞争优势的源泉。

3企业边界的分类

企业的边界可以分为纵向边界与横向边界。纵向边界就是价值链边界,是指从获取原材料到最终产品分配和销售的过程边界,它表现为纵向一体化的程度。为了将投入转化为产出,企业必须决定哪些活动应该在内部完成、哪些活动又应该从市场中购买或交由市场来完成,这种“制造”或“购买”的决策行为就决定了企业的纵向边界。如图1所示,原来分别由三家企业进行的供应、生产、销售活动现在变成在一家企业内完成,企业实行了纵向一体化,企业的纵向边界发生了变化。

横向边界是指企业提品的数量与种类,它表现为横向一体化的程度,在其他条件不变的情况下,总会存在一个能够使企业的效率最高或平均成本最低的生产数量和产品种类,即所谓的规模经济(Economies of Scale)和范围经济(Economies of Scope),它们决定了企业的最优横向边界。如图2所示。原来分别由两家企业进行的生产活动现在由一家企业完成,企业实行了横向一体化,企业的横向边界发生了改变。

4楚天激光简介

该公司是一家规模大、产品种类齐全、市场网络健全的专业激光产品制造商,下辖工业激光、医疗激光、激光加工三大产业。公司是“国家火炬计划重点高新技术企业”多项经济指标连续数年稳居中国同行业前列,多项主导产品中国市场占有率达到50%以上。公司研制的激光焊接机成功应用于中国航天用氢镍电池高强度、高气密性焊接,使中国成为第三个掌握该项技术的国家。公司已申报180余项国家专利,是中国拥有专利数量最多的激光企业,媒体誉为“中国激光专利的王国”。获评湖北省企业专利示范工程“明星企业”和组织实施“先进单位”。激光焊接机率先出口美国硅谷,成为中国第一家进入美国硅谷的激光设备制造商。公司生产的高功率连续激光焊接机是中国第一台投入商用1000WYAG连续激光焊接机。JHT-2G型激光焊接机是中国第一台成功应用于锂电池壳体封装焊接的焊接机,直接推动中国成为锂电池生产大国。公司被评为“国家火炬计划重点高新技术企业”,多次承担国家火炬计划项目、国家重点技术改造项目、国家高技术产业化项目。

5楚天激光的企业边界分析

5.1楚天激光的企业纵向边界分析

企业的纵向边界,即企业的经营范围,确定了企业和市场的界限,决定了哪些经营活动由企业自身来完成,哪些经营活动应该通过市场手段来完成。

楚天激光是一家规模大、产品种类齐全、市场网络健全的专业激光产品制造商,下辖工业激光、医疗激光、激光加工三大产业,其产品分类为:激光加工中心、GSI集团世界著名牌JK系列Nd:YAG激光器、反渗透膜激光热熔封边机、激光刻膜机、激光切割加工、民用激光应用、国外产品、光子玉疗仪、数控送料系统、激光工艺礼品、工业激光应用、激光医疗美容等。其产品应用主要分为:激光雕花、激光焊接、激光切割、激光热处理、激光划片、激光工艺品、激光美容、激光打标、激光打孔、激光喷码、激光雕刻、激光医疗等。2002年公司整合优势资源,组建工业激光、医疗激光、激光加工三大产业集团;公司成立之初,就确定了工业激光和医疗激光为集团发展的两大产业支柱,公司的纵向边界,即企业的经营范围定位于专业激光产品的制造。

5.2楚天激光的企业横向边界分析

企业的横向边界是指在经营范围确定的条件下,企业能以多大的规模进行生产经营,即企业的经营规模。

纵观楚天激光的发展历史,集团在其专业激光产品制造的经营范围内,为了实现企业利润的最大化和有效地控制成本,相继采取了一系列扩大企业经营规模,即扩展企业的横向边界的措施。

6结语

“边界”概念最初由系统理论提出。学者们将其引入分析企业的存在、解释企业性质等问题,使得边界理论成为现代企业理论的基础。它作为异质系统间隔的标志,将采取企业组织形式与市场交易形式区别开来。企业的发展必然离不开边界的变化。

本文基于众多企业边界理论,综合各种研究结果,分析了楚天激光企业的纵向边界和横向边界。帮助我们更好地理解了企业边界的定义。本文仅基于楚天激光的生产产品进行分析,关于其他方面诸如供应链等问题由于所的信息有限,故没有进行深入分析。

参考文献

[1]Miller, Jessie L. The Boundary. Behavioral Science. 1992,1.

[2]Willimson O.E. The economic institutions of capitalism: New York: Free Press,1985.

[3]Knight,F.H.Risk,Uncertain,and Profit.Boston[M].Houghton Mifflin,1921.

[4]马歇尔.经济学原理[M].北京:商务印书馆,1981.

[5]科斯.企业的性质[M].北京:北京大学出版社,2003.

[6]威廉姆森.资本主义经济制度[M].北京:商务印书馆,2002.

[7]孙经伟.企业边界与垂直一体化的理论研究[J].外国经济与管理,1999,(8).

激光原理论文篇4

1 器材选取

市售激光笔，带有频率档的数字万用表，光电三极管(或用锗材料的三极管，如3AX31、3AX81，去掉金属外壳露出管体)，4．7KΩ电阻，10μF的电容，带滑轮的长木板，小车等。

2 激光测速仪的制作

激光测速仪包括激光发射器(用激光笔代替)、激光接收器和频率计(用数字万用表的频率档)。把光电管、定值电阻、电源、频率计按图1连成电路，当光电管受到脉冲激光的照射时，电路中就产生一种脉冲电流，脉冲电流经电容耦合给频率计，便测出了脉冲电流的频率。

3 脉冲激光的形成

在长木板的小滑轮上贴一塑料片，把塑料片的边缘剪成图2的形状，当小滑轮转动时，穿过该处的激光束就变成了脉冲激光束，脉冲光束的频率与滑轮的转速成正比。

4 验证牛顿第二定律

把木板、小车、测速仪按图3安装。当初速度v0=0时，v2=2as。s一定时v2与a成正比，v与滑轮的转速成正比，也与频率计的示数n成正比，即a∞n2。利用数字万用表的瞬时值保留功能，读出小车每次由静止开始加速运动一定的距离s时的瞬时值。当小车的质量不变时，改变小车的拉力，验证n2∞F；当小车的拉力不变时，改变小车的质量，验证n2∞1／m。

5 瞬时频率的读取方法

由于小车做加速运动、滑轮做加速转动，频率计的示数是逐渐变大的。怎样准确的读出小车的位移为s时的频率值呢?一般数字万用表都有瞬时值保存功能，即当小车运动s时按下保存键，显示屏上就保存住了当前的示数。为了减小手按按键造成的偶然误差，要把万用表稍微改造一下，打开表的后壳，在保存键下面的焊点上引出两根导线，导线的另一端接一个微动开关，把微动开关固定在木板的末端A点，小车运动到A点时碰撞开关，使开关闭合，显示屏就保存住了当前的数值。

6 误差分析及改进措施

用该装置得到的测量值a=v2／2s与理论值a=mg／(M+m)进行比较，测量值总是小于理论值。调整装置、平衡摩擦、重复实验，上述误差总是存在，这是为什么呢?笔者认为：测量值总是小于理论值的主要原因是数字万用表的反应速度太慢了，也就是说停表时的示数不是当前的瞬时频率，是停表之前的某一时刻的频率，这个示数必定小于瞬时频率的真实值，所以测量值就总小于理论值。

由此看来要一步减小误差、提高精度，必须选用快速灵敏的频率计。笔者也欢迎同行及专家对此问题进行探究，提出更好的解决方案。

激光原理论文篇5

关键词：光纤通信；理论教学；实验教学

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）08-0167-03

当代信息高速公路的骨干网络是由光纤通信网络构成的，若没有光纤的发明及相关有源和无源光纤器件的发明和发展，当今的高速信息网络是无法想象的。但是当今信息产业的高速发展得益于微电子学、光电子学、计算机技术及通信工程等多门学科的快速发展及它们之间的交叉融合。因此，要想成为一名信息技术领域的电子信息工程师、计算机工程师或通信工程师，除了需要掌握本专业的课程知识以外，也应该熟悉现代信息技g的其他相关主要知识，比如光纤通信网络及其相关器件等。本文从光纤通信技术的研究内容、应用及发展等方面说明其在电子信息工程专业教育中的重要性，并研讨电子信息工程专业中的光纤通信课程的理论和实验教学方法。

一、光纤通信技术简介

1960年，美国人梅曼（Maiman）发明了第一台红宝石激光器[1]，给光通信带来了新的希望。和普通光相比，激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高，以及频率和相位较一致的良好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线电波相似，是一种理想的光载波。继红宝石激光器之后，氦―氖（He-Ne）激光器、二氧化碳（CO2）激光器先后出现，并投入实际应用。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。

1966年，英籍华裔学者高锟（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤（Optical Fiber）进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信――光纤通信的基础[2]。在以后的10年中，波长为1.55μm的光纤损耗：1979年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986年是0.154 dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。1970年，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时（约11.4年），外推寿命达到100万小时，完全满足实用化的要求。由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑之年。在今后的几十年中，光纤通信网络的逐步商用化带动了相关信息产业链的蓬勃发展[3]。

由于在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多[4]，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。综上所述，可见光纤通信技术在现代信息产业技术中的重要地位，因此，光纤通信技术这门课程不仅是光学工程专业的基础必修课程[5]，也应该作为电子信息工程专业的专业选修课程来开设。

二、光纤通信课程教学研究

（一）光纤通信课程的理论教学

电子信息工程专业的光纤通信课程的理论知识可以分为四个相互关联的层次和内容，它们分别是：第一部分，光纤技术的基础；第二部分，光纤通信器件技术基础；第三部分，光纤通信系统和网络；第四部分，光纤与光纤通信系统测量。这四个部分的关系层层递进，逐渐深入。理论学时总共32学时。

第一部分，光纤技术的基础。可以先讲解光纤通信技术的一些概念性和历史性的知识，比如：电信技术的发展，光通信的必要性及技术基础，光纤通信技术的历史、现状与未来。此处，可详细介绍人类对光通信探索的历史及现代光纤通信技术从学术研究到商业应用的发展里程，并附带介绍微波通信的发展里程，然后通过比较使用光波进行通信和使用微波进行通信的优缺点及使用光纤材料和使用同轴电缆进行通信的优缺点，让学生了解光纤通信的巨大优势。然后可以简单介绍光纤传输的基础理论――电磁场与电磁波理论中的一些基本概念和现象，重点介绍麦克斯韦方程。最后介绍光纤的模式理论、光纤的结构和类型、光纤的传输特性、光纤制造技术与光缆等知识。其中，光纤传输特性包括光纤的损耗特性和色散特性，这是该部分的重点知识。总之，笔者认为，第一部分内容的讲解方法和手段是非常重要的，不宜讲得深奥，而应该结合动画或者视频讲解光纤的传光原理，使学生易于接受，才能提高学生对这门课程的兴趣，从而继续学习往后部分的相对枯燥的知识。该部分学时安排为6H。

第二部分，光纤通信器件技术基础。这部分讲述光纤通信系统中的有源和无源光通信器件，这些器件是构成一个完成的光纤通信系统必不可少的部件，学好这部分内容有利于理解后面学习的光纤通信网络的内容。这部分内容包括：基本光纤器件、光学滤波器、光纤放大器和半导体光电子器件。基本光纤器件包括分波/合波器、光纤活动连接器、光隔离器、环形器和衰减器等；光学滤波器的内容包括Fabry-Perot滤波器、介质膜滤波器、HiBi光纤Sagnac滤波器、Mach-Zender型滤波器、光纤光栅等；光纤放大器的内容包括：掺饵光纤放大器（EDFA）、光纤Raman放大器等。半导体光电子器件的内容包括：普通的半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）、FP型双异质结构激光器、动态单纵模激光器、半导体光放大器（OSA）、PN结光电二极管、PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管等。对于每一个光纤器件，讲解内容包括这些光纤器件的结构、工作原理、具体参数、应用场合等，应结合动画或者视频讲解，甚至如果有条件的话，可以在课题上带上一些体积很小的光纤器件实物给学生讲解，比如光纤活动连接器、LD、LED、光纤光栅、PIN光电二极管价格便宜、体积小的光纤器件。该部分学时安排为10H。

第三部分，光纤通信系统和网络。这部分是本门课程的核心和精华部分，包括光纤传输系统、光纤通信网、全光网技术及其发展三大部分。其中，光纤传输系统的内容包含：光纤传输系统的基本组成、光发送机组件、光接收机组件、光放大噪声及其级联、色散调节技术、光纤传输系统设计、光纤传输系统性能评估。光通信网络的内容包含：通信网的拓扑结构和分类、准同步数字系统（PDH）、同步数字系统（SDH）、异步传输模式（ATM）、互联网协议、光纤通信网的管理/保护/恢复。全光网技术及其发展的内容包含：通信网络的发展过程、全光网络中的传输技术（WDM、OTDM、OCDMA和分组交换技术）、无源光网络（G-PON、E-PON、WDM-PON）、光传送网（G.709OTN）、自动交换光网络、全光网的网络管理、全光网的安全问题。对于每一种光纤网络技术，讲解内容包括这些光纤网络结构、功能、应用场合等，应尽量使用PPT的图片、动画进行讲解，PPT上要尽量避免文字上描述。该部分学时安排为12H。

第四部分，光纤与光纤通信系统测量。该部分主要介绍光纤通信工程实施、检测中一些常用的设备和仪器，在本门课程的实验教学中都要使用到这些设备，是培养光纤通信工程师的基础技能知识部分。该部分的内容包括：光功率计的使用、光纤几何参数的测量、光纤衰减测量、光纤色散测量、光纤偏正特性测量、光纤的机械特性和强度测量、光时域反射计（OTDR）的使用；光接收机灵敏度和动态范围的测量、光纤通信系统误码率和功率代价的测量、眼图及其测量、光谱分析仪、光纤通信系统的在线监测技术。其中，重点讲解光功率计、OTDR、眼图示波器、光谱分析仪等仪器设备的功能和使用方法。该部分学时安排为4H。

（二）光纤通信课程的实验教学

对于电子信息工程本科专业而言，毕竟培养的学生不属于光学工程或光电子技术领域的人才，而且电子信息工程专业本身都有很多属于自己专业的实验课程及课程设计，因此，笔者认为光纤通信技术课程的实验教学应根据该专业学生的理论基础和将来他们最可能需要的工程能力而设置。因而，笔者建议光纤通信课程的总学时设置为48学时，理论教学学时为32学时，7个实验的教学学时为16学r。

根据笔者10年来给电子信息工程专业本科学生讲授这门课的经验，认为具体的实验课程设置如下。

1.插入法测光纤的平均损耗系数。采用插入法测量待测光纤在1310nm和1550nm处的平均损耗系数。掌握插入法测量光纤损耗系数的原理，熟悉光纤多用表的使用方法。学时设置为2个课时。

2.光时域反射计（OTDR）测光纤链路特性。用光时域反射计测量光纤链路的平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。了解光时域反射计工作原理及操作方法，学习用光时域反射计测量光纤平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。学时设置为2个课时。

3.光波分复用（WDM）系统实验及其误码率测量构建1310nm/1550nm光纤波分复用系统并测试其误码率，了解光波分复用传输系统的工作原理和系统组成熟悉误码、误码率的概念及其测量方法。学时设置为2个课时。

4.数字光纤通信系统信号眼图测试。构建数字光纤通信系统并且用数字示波器观测系统的信号眼图，并从眼图中确定数字光纤通信系统的性能。了解眼图产生的基础，根据眼图测量数字通信系统性能的原理；学习通过数字示波器调试、观测眼图；掌握判别眼图质量的指标；熟练使用数字示波器和误码仪。学时设置为3个课时。

5.光纤切割与焊接技术演示实验。利用全自动熔接机向学生演示光纤熔接的全过程，了解光纤的结构和光纤电弧放电焊接原理；了解全自动焊接光纤的过程和使用方法。学时设置为2个课时。

6.光纤光栅光谱特性测试系统的设计实验。测量光环行器的插入损耗、隔离度、方向性、回波损耗参数；利用PC光谱仪、光环行器和光纤光栅设计光纤光栅光谱特性的测试系统；了解光环行器的工作原理和主要功能；了解光环行器性能参数的测试原理；了解光纤光栅的光谱特性；学习PC光谱仪的使用方法。学时设置为3个课时。

7.光带通滤波器的设计。测量光耦合器的插入损耗、分光比和附加损耗等参数；利用光耦合器或者光环行器和光纤光栅设计光带通滤波器。了解2X2光耦合器的工作原理，了解光耦合器各项参数的测试方法。学时设置为2个课时。

通过以上实验课程，能够使电子信息工程本科学生对光纤通信系统的基本器件、基本测量系统等有一个比较感观的认识，而且能够更加深刻地掌握它们工作的基本原理和基本特性，为将来在具体的工程设计及进一步深造中奠定基础。

三、结束语

光纤通信技术在国家的信息产业、国防工业中具有举足轻重的地位，电子信息技术与光学信息技术的结合也越来越紧密。对于当今的电子信息工程专业的学生而言，除了需要掌握本专业牢固的知识和技能以外，了解和掌握光纤通信技术的基础知识和相关的技术发展趋势也是必不可缺的。本文通过对电子信息工程专业特点和光纤通信课程内容的分析，讨论了该门课程与该专业的内在联系，分析其重要性，并根据笔者10年来在重庆理工大学电子信息工程专业讲授该门课程的经验，提出了本门课程在电子信息工程专业中的理论及实验的教学内容、教学重点、教学方法及课程设置等方面的一些意见和建议。

参考文献：

[1]高D.激光技术应用现状与分析[J].物理通报，2007，（11）：50-52.

[2]龙泉.光通信发展的回顾与展望电信网技术[J].2008，（2）：30-32.

[3]曲鹏.光纤通信技术的应用及展望[J].硅谷，2014，7（24）：2-2.

激光原理论文篇6

【关键词】导热系数 实验 教学

【课题项目】内蒙古大型科学仪器开放共享试点建设。

【中图分类号】N45 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2016）35-0207-01

导热系数与热扩散系数是描述材料热传导性最为重要的热物性参数，其广泛的应用于建筑材料、陶瓷材料、金属材料、复合材料、涂层材料、保温材料、高分子材料等多个领域。如：肖建庄等通过测量混凝土导热系数考察了包括骨料体积分数、水灰比、骨料类型、外掺料掺量、温度等因素对混凝土导热系数的影响[1];吕兆华针对泡沫型多孔介质导热系数进行了理论计算和实验测试一致性研究，结果表明热辐射在多孔介质传热中有重要作用[2];孟春玲等提出了一种米饭导热系数的测量方法，为自热食品的后续研究提供基础和理论依据[3]。

导热系数测定实验是无机非金属材料专业的基础实验，目前实验还不完善。导热系数的测试方法有很多种，结合教学资源，采用激光闪射法测导热系数作为实验教学课程。激光闪射法（LFA）是一种快速灵活的测量方法，近年来发展十分迅速，不仅能精确地直接测量热扩散系数，也可通过比热的测量或输入进一步计算得到导热系数。通过本实验教学不仅可以让学生将热传导理论应用于实践，还可以了解激光导热仪（LFA）的测量原理及操作技术，为以后工作测试及科学研究服务。

一、导热系数测定的实验教学

1.实验目的

（1）通过讲解让学生了解材料热传导的原理、分类、测试方法及导热系数在实践中的应用。

（2）通过现场实验演示，让学生了解激光导热仪的工作原理，及简单的实验操作步骤及注意事项。

（3）通过举例分析，让学生理解材料热扩散系数、比热及密度（膨胀量）之间的关系，学会数据处理及结果分析。

2.实验原理及设备

材料的导热性能测试方法很多，大体可分为稳态法与瞬态法。稳态法测量材料的温度范围与导热系数范围较窄， 主要适用于在中等温度下测量中低导热系数材料。瞬态法测量的温度范围较为宽广， 尤其适合于高导热系数材料以及高温下的测试。激光闪射法（LFA）属于瞬态法，应用特别广泛，包括陶瓷、玻璃、金属、熔融物、液体、粉末、纤维与多层材料等各种材料，从低导热材料直至最高导热系数的金刚石，都可在相同的速度与精度下进行测量。

本实验教学设备是德国耐弛额激光导热仪 LFA 427，可测量基片上金属、陶瓷、聚合物薄膜的热物性参数，如热扩散系数、热导率、吸热系数和界面热阻等。测量的温度范围为RT（室温）-1650 ℃;升降温速率为0.01-50 ℃/min;激光能量为25 J/pulse;悠分本段12.3-12.7 mm;样品厚度为0.1-4 mm。

激光导热仪的工作原理如下：在炉体控制的一定温度下，由激光源发射光脉冲均匀照射在样品下表面，使试样均匀加热，通过红外检测器连续测量样品正面的温度随时间变化，得到温度（ 检测器信号） 升高和时间的关系曲线（图1）。

图1 激光导热仪原理与激光信号图

热量在样品内部的传导过程为理想的由下表面至上表面的一维传热，不存在横向热流，且外部测量环境为理想的绝热条件，则通过半升温时间t1/2[在接收光脉冲照射后样品上表面温度（检测器信号）升高到最大值的一半所需要的时间]，由修正公式1直接得出样品的热扩散系数。

？琢=0.1388× 公式1

式中：？琢为热扩散系数，mm2/s;d为材料的厚度。

在已知温度下的热扩散系数、比热与密度的情况下便可计算得到导热系数。密度一般在室温下测量，其随温度的变化可使用线膨胀系数表进行修正;比热可使用文献值、可使用 DSC 等方法测量，也可在 LFA 中使用比较法与热扩散系数同时测得。如公式2所示：

？姿=？琢×？籽×Cp 公式2

式中：？姿为导热系数，W/（m・K）;Cp 为比热，J/（g・K）;？籽为密度，g/cm3。

3.操作步骤

（1）试样的准备：

a.样品要求：直径为6mm，厚度为2-4mm的圆柱体。

b.多次测量样品的厚度，取平均值。

c.对于高反射或透明样品，需在样品两个表面喷碳和喷金。

（2）测试步骤

a.在红外检测器内注入液氮，30分钟后检测器稳定。

b.打开测量电源，打开路子加热单元电源，打开恒温水浴（设定温度比室温高2-3度） ，打开激光电源单元。

c.开机后调节吹扫气输出压力及等待流速稳定。

d.打开炉子，装样，关闭炉子。

e.抽真空后，充入保护气体，反复三次。

f.打开计算机测量软件，设定测量参数，开始测量。

4.结果分析

实验样品为氧化钇陶瓷材料，升温速率为10℃/min，温度点取200℃、400℃、600℃、800℃;每个温度点取3个值。测试结果为陶瓷材料的热扩散系数，为了得到材料的导热系数还需进行比热测试。比热测试也可采用激光导热仪进行测试，参比样品为石墨样品，测试条件与陶瓷材料一致，通过对比石墨样品比热数据库导出测试样品比热。材料密度可根据热膨胀实验进行修正。最后根据热扩散系数、比热及膨胀量推算出材料的导热系数。

以陶瓷导热系数实验为例，让学生了材料热传导过程，明确解激光电压、脉冲宽度、放大增益、采样时间、半升温时间、材料热扩散系数、比热、膨胀量、导热系数的概念及相互关系;理解整个实验流程、关键环节及注意事项，学会如何用热传导原理分析实验结果，为今后的工作测试、科研研究服务。

二、实验教学效果

材料的导热系数测定实验教学涉及热传导、激光闪射法的原理、激光导热仪的实践操作及结果分析，将热传导理论应用于实例，使理论不再抽象，不仅培养了学生的动手能力，还可以为以后的工作测试、科学研究提供测试手段和理论支撑。

参考文献：

[1]肖建庄，宋志文，张枫.混凝土导热系数试验与分析[J].建筑材料学报.2010（02）：17-21.

激光原理论文篇7

【关键词】大学物理教学；光电信息科学与工程；专业特色

【Abstract】How to reflected photoelectric information science and engineering specialty in college physics teaching is a pressing matter of the moment for us. In this paper， to improve the learning interest of the students， taking the knowledge of electrical polarization theory for example， we proposed the methods on reforming teaching means and content for college physics teaching on the based of difference specialty according to the exploration and practice of college physics teaching.

【Key words】College physics teaching；Photoelectric information science and engineering；Specialty feature

0 引言

对于地方高校而言，由于生源质量的下滑和学生一进校就感受到的就业压力，许多学生对一门课程的认识首先就是学习这门课程有什么用，这门课程学起来难不难。基于这种出发点，学生对于大学物理这门工科专业必修课程的学习兴趣不大。上课不专心听讲，课后不复习，作业不认真，在网络上搜寻答案，学习效果自然不明显，对大学物理的重要性认识不够，从而影响后续专业基础课程与专业课程的学习，进而影响其全面发展[1]。

我们执教光电信息科学与工程专业的大学物理学课程已四届，每年都在思考一个问题：怎样在大学物理的教学里体现光电信息科学与工程专业的专业特点？ 通过对教学内容的细致分析，在教学中穿插光电信息科学与工程专业的专业特点，不仅使学生自觉或自发地认识到大学物理的重要性，而且大大提高了大家学学物理课程的兴趣，培养了进一步学习后续知识的热情和对未知专业知识的渴求。

本文首先分析大学物理在光电信息科学与工程专业中的位置，然后以电介质极化理论为例，分析它与光电信息科学与工程专业的结合点，在教学实践中充分体现专业特色，并对大学物理与我校工科专业的结合作了出展望。

1 大学物理在光电信息科学与工程专业中的位置

目前我们将大学物理设置在大一，先修课程只有高等数学，后续相关专业基础课程有物理光学、光电子技术基础、激光原理等；后续专业课程有光纤通信原理与技术、光电传感与检测技术、光显示技术等。从课程设置的关联和大学物理课程本身的内容，我们可以看到大学物理在光电信息科学与工程专业中处于基础性位置。教学的目的主要是使学生认识并理解一些物理现象，掌握大学物理的一些基本概念，熟悉大学物理理论体系的一些基本实验。

鉴于大学物理在光电信息科学与工程专业中的基础位置，我们在教学实践中，分析一些物理现象的基本原理时，经常将物理现象与激光技术、光通信、光电检测等领域的实际问题结合起来，引导同学们一起讨论是否可以用相同的物理原理解释，激发大家对光电信息科学与工程专业的学习兴趣，激励学生对基本物理原理和概念的学习热情。

2 大学物理中的光电信息科学与工程专业特色

2.

电介质的极化虽由外电场引起， 但因极化电荷对外电场有影响，因而极化后，介质中的总场强应为外电场与极化电荷激发电场的叠加，而P则不仅与外电场，而且与总场强有关。由于光是一种电磁波，当光波在介质（晶体）中传播时，光频电场会引起介质的电极化。当课程内容讲授至此，我们可以拓展[3]：在激光出现以前，当光波在介质中传播时，不会出现其他频率的光。而两束以上的光波在介质中传播时，光波之间也不会发生相互作用，服从独立传播原理，不改变各自的频率。当它们在介质相同区域相遇时，则服从线性叠加原理。诸如：光对于介质的折射、反射、衍射、散射和双折射等现象。但介质的电极化强度与光频电场之间的关系，除了线性关系之外，还有非线性的高次项。非线性光学产生的原理可作如下解释：分子是由原子组成的，分子中的电子被束缚在原子核的周围运动，如果外加一个电磁场（光也是一种电磁场），则这种运动将受到扰动，如果外场是一种谐振场，则电子会产生和外电场相同的谐振，正负电中心不重合就诱导产生了一种“极化”，从而产生诱导偶极矩P。

通常，一般光源的光频电场强度Ej较小，这样高次项的电极化强度都很弱，可以忽略不计，只用到式（4）中的第一项，即式（3）。而激光是一种具有极强光频电场的光源，式（4）中第二、三项等非线性项就可产生重要作用，可观测到不同的非线性光学现象。

2.2 其他知识点的光电信息科学与工程专业特色

对于光电信息科学与工程专业的学生，我们可以从光和信息两个层面对其他很多物理现象进行阐述和讨论，体现光电信息科学与工程专业的特色[4-5]：如光的全反射现象是光纤通信技术的基础；压电效应和逆压电效应，广泛应用的光纤电场量传感器，是基于这一原理实现的；磁致伸缩效应或法拉第磁光效应是光纤磁场量传感器的工作基础；帕尔贴效应是半导体激光器温度控制的关键技术。

我们在大学物理课堂上强调红外、可见光、紫外等光频电磁波，讨论它们的产生、发射、传输、接收和检测等， 介绍光通信、光检测等相关专业方向在现代信息技术中的地位和发展状况。这样不仅在教学实践中突出光电信息科学与工程专业的“光”与“信息”这两个基本特色， 激发学生学习相关专业课程的浓厚兴趣，而且学生对学习光电信息科学与工程的信心大大增强，同时也提高我们在专业建设和学科建设中的前后一贯性。

3 结论

本文以电极化理论为例， 在讲解大学物理内容的基础上， 通过深入或外延的方式，寻找与光信息专业后续相关专业课程知识的结合点，通过教学实践，使光信息专业大一的本科生对专业产生学习的热情，培养大学生对本专业的浓厚兴趣，树立继续学习本专业的信心。近四年的教学证明，在大学物理教学中主动体现光信息科学与技术专业特色， 不仅实现了预期的专业建设和学科建设的目的， 而且有助于提高教师在学生心目中的地位。

就我校实际情况而言，如化工、生物专业的学生认为热学与专业课程联系最为紧密而力学和电磁学往往与专业联系不大，电子、计算机等专业的学生认为电磁学联系最为紧密而力学、热学、近代物理部分与专业的联系相对较低。因此，对不同专业的学生所讲授的内容应该有所侧重，应依据各专业的特点对物理学的各部分内容有所侧重和增减教学内容，使学生明确感受到物理与自己的专业密切相关，使物理教学兼顾专业基础课教学和专业技能的需要。

【参考文献】

[1]董少光.大学物理教学与理工科学生学习现状的思考[J].中国西部科技，2008， 7（40）：73-75.

[2]罗益民，余燕.大学物理[M].2版.北京：北京邮电大学出版社，2010.

[3]张静江，宋淑梅.非线性光学与光学教学[J].大学物理，1999，18（5）：35-39.

激光原理论文篇8

关键词：纳米晶发光性能稀土NaGd（WO4）2

中图分类号：O422.8文献标识码：A文章编号：1674-098X（2017）12（c）-0063-03

纳米材料，通常是指主要组成原子晶粒尺寸是纳米级（10-9m）的超细材料。此类主要组成原子尺寸介于块状材料、分子与原子间，通常处于某一固定范围内，学界公认为1～100nm范围内的微小固体粒子。因为，纳米粒子具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等优异特性，使得它们在光、敏感、电、磁等各个方面呈现出了普通的常规材料完全不具有的特性。近年来，纳米材料已经渐渐地成为具有稀土离子掺杂的上转换发光晶体领域中一个新的研究热点[1，2]。之所以出现这种情况是源于与体材料相比，纳米级发光材料所表现出的独特的光反射、光传输、光学非线性、光吸收过程中的能量损耗等特殊现象都会对上转换发光机制有积极的促进作用。整个实验中通过制备掺杂稀土元素的纳米级颗粒，对此纳米系统的发光特性加以研究。过去几年中，在对稀土掺杂上转换纳米荧光材料的研究中，人们的目光主要集中在探寻高效纳米荧光材料的制备方式方法。而对这一类材料的发光性质像纳米颗粒中稀土离子的发光效率和谱线宽度等进行的研究却很少。因此，实验中以某一稀土掺杂纳米晶体为实例，详尽研究这一类材料的发光性质，并对其在实际应用中的可靠性进行详尽验证。

1实验部分

在掺入稀土之前，首先按实验配方Gd（NO3）3+2Na2WO4·2H2O以水热法为基础，制备了基质材料NaGd（WO4）2，将制得的产物结晶完全后，再在基质中加入欲掺杂的稀土材料。最终将混合物放入马弗炉加热，并最终生产出晶体，当晶体加热完毕后需要洗净，并干燥。最终针对生产的产物在高能激光的激发条件下利用HitachiF-4500分光光度计测量了样品的发射光谱并对数据进行分析，以观察是否纳米发光材料真的具有较强的发光特性。

2结果与讨论

2.1对上转换发光原理分析

通过理论研究可知，稀土粒子在出现上转换发光现象时，主要是基于该稀土元素4f电子间的自由的跃迁而产生的。理论研究可知，稀土粒子的外层电子对4f层级中电子具有明显的屏蔽作用，这一作用会将基质晶格对它的影响降到最低，从而使其在基质材料中可以形成稳定的发光中心。并且，不同的稀土粒子由于各自能级位置的不同分布，它们的上转换发光过程也不会相同。大体上可将上转换过程归结为以下形式：能量传递（ET）这类过程主要通过非辐射耦合，耦合后的离子会通过能量传递，使一个将返回到基态，而另一个跃迁到更高的能级处。这过程中的能量传递主要是采用激发光激发敏化离子（施主）后，从而使其从基态跃迁至激发态，然后当激发态上的电子弛豫回低能级后，该部分的能量会传递给激活离子（受主），并且会将激活离子激发到高能级上去。在当基质与稀土粒子之间或者稀土粒子之间都满足了施主能级或当基质基团的吸收能量足够强时，可以发现，此时的能量传递上转换才能够行之有效的发生。然而，根据能量的转移方式的不同，过程中还包含有交叉弛豫过程等多种能量传递方式[3-7]。

2.2实验样品分析

在对发光机理做了充分的了解之后，实验通过合理的实验手段设计来生产纳米级稀土掺杂发光晶体，并且对其发光性做出研究，近年来，因其所特有的丰富的能級和在可见光波段的荧光发射谱线的高效能，Tm3+离子越来越多地受到业界的关注。实验过程中以双掺Yb3+、Tm3+的NaGd（WO4）2纳米粒子作为样本来分析研究稀土掺杂的纳米发光晶体的发光能力及性质。图1为双掺Yb3+、Tm3+的NaGd（WO4）2样品的发射光谱。图中可以观察到2个强度很明显的蓝光峰，发光中心分别位于455nm、476nm，以及位于643nm的一个较弱的红光峰。这3组光峰的出现可以证明，在高能激光光源的激发之下，具有稀土掺杂的该纳米发光晶体确实具有较高的发光能力，并且由于其光峰位置覆盖了可见光区中主要的光色，因此，在实际应用当中，这类材料的实际应用价值也是值得肯定的。

通过各个光峰的强度也可以发现，纳米发光材料的发光效率很高，这一特性也决定了其在高能发光材料的应用中的潜在价值。在实际的应用中，如果通过对掺杂的稀土元素的种类及掺杂量来进行适当的调节，将会得到各种不同类型，不同发光特性的，可以满足不同需求的发光材料。这在实际应用中的价值无疑是巨大的。

根据NaGd（WO4）2中掺杂的Yb3+，Tm3+的能级图及发射光谱，做出了NaGd（WO4）2：Yb3+，Tm3+粉体上转换发光机制图，见图2，实验中使用980nm激光器来作为激发光源，在激发光源的作用下Yb3+离子会被从基态激发到较高能级的2F5/2处。然后，位于2F5/2能级之上的Yb3+离子又将通过多次的能量传递将基态的Tm3+激发到1G4能级（如前面介绍的能量传递机制），此后该离子自己则以跃迁的方式回到基态，并且此过程会有声子产生。处在3H5能级上的Tm3+除了会驰豫到3F4能级之上，与此同时，还将会有部分Tm3+离子之间发生交叉驰豫的现象即3H5+3H53H6+3F2。随后1G4能級上的离子跃迁到3H6能级并将会发出476nm的可见蓝光，或者跃迁到3F4能级处并得到643nm的可见红光。此外，处在3H5能级上的部分Tm3+离子还可能通过掺杂的Yb3+合作敏化上转换被激发到1D2能级，并且还要跃迁至3F4能级，同时发出455nm的可见蓝光。通过此次实验可以发现掺杂稀土后的纳米发光晶体很好地还原了理论研究中的过程[8-10]。并且证实了纳米发光材料的优秀发光性能。

3结语

激光原理论文篇9

以2005年为100，2011年中国创新指数为139.6，年均增长5.7%。在4个分指数中，创新产出指数年均增长7.0%，创新投入指数、创新环境指数和创新成效指数年均增速分别为5.9%、5.5%和4.4%[3]。中国的创新前景也并非一片光明；它同样面临着阻碍创新的诸多痼疾，知识产权保护不力便是其中的一大突出问题。此外，创新效率低下也是一大不容忽视的问题。为了提高我国的创新设计能力，出台了许多的计划政策，如：高技术发展计划（863计划）旨在提高我国自主创新能力，坚持战略性、前沿性和前瞻性，以前沿技术研究发展为重点；973计划旨在加强原始性创新等等。还建立了部级的重点实验室、国家高新技术产业化基地等等。不仅在硬件上提供支持，而且还培养一大批优秀创新设计人才，推出了创新人才推进计划、大学生创业创新计划、海外高层次人才引进计划等。

2.原始创新案例分析——激光

激光的原理最早在1917年就已被物理学家爱因斯坦发现。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下产生的，它一经问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。1917年，爱因斯坦提出了全新的技术理论“光与物质相互作用”。在这个技术理论的基础上，美国科学家肖洛和汤斯提出了“激光原理”。随后，应用激光原理，通过创新设计的手段，衍化了许多激光产品，如：激光全息影响、激光打印机、激光盘播放机等等。至今，激光产业仍在不断的发展壮大，使原始创新成果全人类共享。激光的例子说明了，原始创新的成果转化，需要通过设计的手段来完成。通过最早的原始性科学发现取得科学成果，再将成果应用到未来产品中，设计在其中起到了推动作用。

3.原始创新与创新设计之间关系

原始性的科学创新通过设计的手段可以直接转化成新的产品，原始性的技术创新是为新产品服务的。无论是科学原始创新还是技术原始创新，都必须通过创新设计来转化为新成品或新的生产力。科学成果的突破需要通过媒介来转化成实际的产品，技术的创新也需要一种媒介来提高它的商业价值，而这种媒介就是——设计。创新设计可以快速有效的助推科技成果转化为现实生产力。通过设计来引领原始创新，整合科学技术与文化艺术之间的关系，进一步服务社会发展。

4.原始创新的创新设计路径分析

形成良好的创新文化,挖掘和吸取中外创新文化的精华；形成有力的创新环境：从政策制定、制度建设、法律法规、文化环境等方面营造有利原创精神、行为、成果产生的社会环境，让创新具有广阔的生长空间和肥沃的生长土壤;树立全民的价值体系：树立以创新能力为核心的素质教育新观念，大力开展从幼儿园、小学、中学到大学、研究生教育创造力开发的理论研究和教学实践活动，从娃娃开始，从教育入手研究和探索增强我国原始性创新能力的途径；规范知识产品市场行为，制定原始性创新的支持和奖励政策，进一步完善科研体制；在政策上和资金上向具有自主知识产权的企业倾斜，鼓励企业研制开发具有自主知识产权的产品；注重创新人才的培养与引进,特别是领军人才的培育。

4.1国家应直接投入引导型资金带动原始创新设计

4.1.1建立原始创新设计投入稳定增长机制要适应快速变化的市场需求，逐步形成以政府投入为引导、企业投入为主体、社会积极参与的多元、高效的投入体系;政府应直接投入引导型资金带动原始创新设计，鼓励社会资金投入，建立原始创新设计专项基金，对企业直接投入到原始创新设计研发的资金，应免征所得税。

4.1.2完善原始创新设计项目资金使用方式明确界定原始创新设计经费投入的资金性质，按照原始创新设计项目研发规律适当调整原始创新设计资金使用方式，保证资金投入与原始创新设计项目研发配套。

4.2从国家层面建立一个完善的制度系统

4.2.1法律环境方面完善国家原始创新设计法律制度，加大原始创新设计投入强度和力度。充分发挥国家的制度引导作用，建立与原始创新设计制度相匹配的法律及相关产业政策等，在法律和制度两个方面保证原始创新设计活动的正常开展。

4.2.2原始创新设计人才方面改善原始创新设计环境，大力培养和引进原始创新设计人才，尤其是创新设计领军人才。为创新设计人才提供良好的创新设计环境、创新设计薪酬和奖励制度，激发创新设计人才的创新潜力，提高综合创新设计能力。继续加大对创新设计人才培育的投入力度、改善人才培养结构、鼓励中外人才的交流与合作。

4.2.3知识成果资源转化方面创新设计产学研有机结合机制，提高知识成果资源转化能力。发挥企业在原始创新设计体系中的主体地位以及高等院校和相关创新设计机构重要的辅助地位，提高知识创新以及将知识创新成果转化为实际生产力的能力。

4.2.4创新资源共享方面加快推进原始创新设计资源自由流动和合作共享。要树立兼容并蓄、开放合作的创新设计理念，加强与各国创新设计载体的交流与合作，共同解决在能源安全、气候变化、交通、资源利用效率等等重大关键领域，共同推动原始创新设计的资源共享。

4.3国家成立有关部门做原始创新设计推广

政府应成立对应的行政部门作为行政主管来推动原始创新设计的发展，在政策和制度上搭建完善的体系平台，掌握并控制国家对原始创新设计方面的资金流向。按照以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的创新设计体系的总要求，各种社会组织（学会、协会）在原始创新设计上起到推广作用。积极发挥行业协会在创新设计成果产业化中的桥梁作用，完善对创新设计成果和创新设计人才的认定机制，提高原始创新设计成果产业化的水平，加快自主创新成果的推广应用，提高自主创新成果产业化水平。合理布局，依据当地地区的发展目标、特色资源组建部级、省市级产学研联合体，共同推动创新设计的发展。

5.结语

激光原理论文篇10

关键词：激光粒度仪；粒度

1 引 言

激光粒度分析方法是近年来发展较快的一种测试粒度分布的方法，其主要特点是：测量的粒径范围广，可进行从纳米到微米量级范围的粒度分布测试，适用范围广泛, 不仅能测量固体颗粒, 还能测量液体中的粒子, 重现性好。与传统方法相比, 激光粒度分析仪能给出更加准确可靠的测量结果，测量时间快，整个测量过程只需 lmin即可完成。激光粒度分析仪已实现了实时检测和实时显示, 可以让用户在整个测量过程中观察并监视样品。

2 激光粒度仪简介

2.1仪器主要技术参数

本文主要介绍的是MasterSizer2000（MS2000）激光粒度仪。该仪器的粒度测量范围为0.02~2000μm，扫描速度为1000次/s，对于亚微米区测量性能的灵敏度很高。在15s之内就可以完成一个样品的操作，30s之内完成系统对光、背景扣除、数据采集、数据处理到报告生成。

采用标准操作规程（SOP），使每种样品的测量步骤标准化，避免了不同时间、不同操作员、不同实验室间参数设定的不统一，同时也使日常测量更简便。

该设备拥有干湿法两种进样平台以满足不同应用需求，并且具备功率连续可调的超声和搅拌分散功能，以满足对于粉料、液体悬浮液、乳浊液等不同样品测定的要求。

2.2仪器主要特点

MS2000激光粒度仪拥有稳定的激光光源。采用He-Ne气体激光器作为光源，所发射的激光波长为633nm，该光源具有极高的稳定性和良好的抗震性。由于散射光强与光波的四次方的倒数成正比，所以颗粒对633nm波长的散射光能量是普通固体激光器的2倍，提高了小粒子信号的散射强度。

模块化的系统设计使得湿法和干法测量模式之间可快速地互换，用于湿法和干法分析的样品分散器可用于所有的样品类型，每个分散器均采用自动软件配置，确保操作简便易行。全自动进样器，可进行无人操作。软件功能包括结果数据库、报告设计器、标准操作程序向导、客户参数计算、灵活地数据输出、光学参数、数数据库、安全访问系统，操作更加人性化。

2.3仪器基本工作原理

MS2000激光粒度仪是应用小角度激光散射技术研发出来的激光衍射粒度分析仪。它的工作原理是完全基于米氏光散射理论，建立由激光光源、粒子通路和检测系统构成的激光粒度仪光学系统。首先由He-Ne激光器发射出一定波长的激光，该光束经过滤镜后成为单一的平行光。然后该光束照射到样品颗粒表面后发生散射现象，其散射光的角度与颗粒的直径成反比关系，而散射光强随角度的增加呈对数规律衰减。散射光经过反傅立叶透镜后，成像在排列有多个检测器的焦平面上，散射光的能量分布与颗粒直径的分布直接相关。通过接受和测量散射光的能量分布就可以得出颗粒的粒度分布特征，其基本工作原理如图2所示。

3 样品检测

3.1系统准备

首先根据测试需要选择用干法或湿法进样器。确定好之后，对整个仪器系统先进行清洁，因为只有洁净的系统测试出来的结果才最真实，任何一点污染都会影响颗粒度的分布和大小。湿法测试选用蒸馏水作为分散剂，通过对光和测量背景完成系统的准备;干法测试先抽真空，使整个系统达到设定好的真空压力值后再继续测试。

3.2测试样品

3.2.1湿法测试

用湿法测试的样品，可以是粉体或者浆料、液体。待系统准备就绪后，按照软件提示加入样品，并根据需要可伴随超声搅拌，直到样品量处于遮光度范围内即可测试。

3.2.2干法测试

用干法测试的样品只能是粉体，干法测试与湿法测试的不同之处就在于干法需要先添加样品至样品池，然后进行系统抽真空和进样操作并测量结果。而湿法需要先对整个系统进行对光和背景测量，然后再加入样品进行测试。

3.3检测实例

以高岭土原矿为被测样品，选择湿法测试，得到如图3所示的结果。

从测试结果中可以方便得到粒度测试条件及数据、累积分布曲线、D（0.1）、D（0.5）、D（0.9）等，见图4和图5。

4 结束语

MS2000激光粒度分析仪已在很多领域得到应用，特别是在陶瓷材料颗粒度的检测分析中。因为粒度是陶瓷材料一个非常重要的表征参数，粒径及其分布对陶瓷材料的成形、坯体的致密度、烧成温度等有着极为重要的影响，所以激光粒度仪的应用为减少陶瓷产品的缺陷提供了可靠的科学依据。

参考文献

[1] Malvern Ins. Ltd..Mastersizer Instruction[M].England.1998,1-8.

[2] 张福根.论现代激光粒度仪采用全米氏理论的必要性[J].中国

粉体技术,1996,2（1）.