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光電成像技術范文1
【關鍵詞】廣播電視；境外工程；技術考察
【中圖分類號】G221【文獻標識碼】C【文章編號】2096-0751（2015）03-0017-06
作者簡介：韓峰，中國廣播電視國際經濟技術合作總公司，高級工程師
在實施境外廣播電視工程項目前，通常需要赴境外項目所在國家進行現場考察和市場調研，根據要實施的項目規模、施工內容、工程特點等編寫考察提綱，搜集各種有關資料，對搜集到的資料進行整理、分析，最后寫出考察報告，調整、完善境外廣播電視工程項目的實施方案和施工組織設計。因此，境外廣播電視工程項目的現場考察和市場調研是項目取得成功的極為重要的環節。境外廣播電視工程項目的實施，與國內廣電工程項目有著很多相似之處，但由于項目實施地點在境外不同的國家，這就存在許多特殊性，需要在實地考察當中，一項一項地進行調查了解、分析比對，以便得到正確、可靠的資料，在此基礎上對已編制的境外廣播電視工程項目實施方案和施工組織設計進行修訂，按序開展項目施工前期的各項準備工作。境外廣播電視工程開工后，施工人員陸續進場，設備、材料、施工機械，按進度計劃進入施工現場，根據設計圖紙、施工標準、規范和操作規程進行施工。加強管理，保證質量，安全生產，按計劃完成各項施工任務。境外廣播電視工程項目的技術考察，需要在當地調查了解的內容類別很多、工作量很大，根據我多年從事境外廣播電視工程項目技術考察的工作經驗，對相關內容進行歸納總結，主要分為以下幾個方面：
1考察前的準備工作
1.1人員準備
選派有經驗、與項目實施相關的主要專業人員和外語翻譯組成考察組，提前對赴現場要進行的考查內容進行準備，熟悉相關內容，做好人員的分工。
1.2文件準備
（1）編制考察提綱和考察日程，使考察有序、按計劃進行；（2）編制考察搜資目錄，便于在現場開展搜資工作；（3）編制擬在考察地實施的項目初步技術方案，抵達現場后針對實際情況進行修改調整；（4）編制需要與對方廣電機構簽署的項目會談紀要、備忘錄，抵達后據此與對方進行商務、技術會談，認真聽取對方的意見和建議，雙方就相關具體問題進行充分深入的探討，最終達成一致并簽署文件；（5）編制本次考察的經費預算并報上級批準。
1.3裝備及出國手續
（1）筆記本電腦、自動測距儀、GPS、數碼攝像機、照相機等；（2）考察組人員需辦理的出國公示、政審、護照、簽證、機票、衛生免疫等手續要提前準備。
2現場考察與市場調研
2.1雙方政府部門
2.1.1中國駐當地使館
技術考察組能否圓滿完成技術考察和簽約任務，除了前期周密策劃、細致準備以及考察組全體人員的共同努力外，與中國駐當地使館和對方政府的大力支持，密切配合是分不開的。技術考察組抵達后前往使館，聽取使館領導介紹當地目前政治、經濟、社會的具體情況，匯報考察組要開展的工作任務情況，聽取使館領導對考察工作提出的意見、建議。
2.1.2對方國家廣播電視主管部門
通常國外主管廣播電視的政府機構是新聞部或新聞通訊部等，通過與主管部門官員會見，回顧雙方在廣電領域的友好合作，了解當地廣播電視發展概況，使對方主管機關了解考察組此行的工作任務，有益于考察組順利開展工作。
2.2技術和商務會談
根據考察會談紀要、備忘錄或項目實施方案內容，針對現場實際情況進行調整，與對方進行商務、技術會談，認真聽取對方的意見和建議，對涉及的相關具體問題進行深入的探討，就項目整體實施設想向對方進行詳細解釋和說明，反復溝通討論，對考察會談紀要、備忘錄或項目實施方案內容逐條進行修改和完善，最終達成一致簽署文件。
2.3考察搜資
為確定技術方案和投資估算提供依據。
2.3.1所在國基本概況
了解所在國的地理位置、人口、首都、行政區劃、官方語言、政治、經濟、宗教、社會治安、與中國的關系、與周邊國家的關系等有關情況等。
2.3.2當地廣播電視機構設置
了解當地廣播電視的主管部門和下屬機構設置及分工，人員的職責范圍，辦事程序，廣播頻率或電視頻道的管理及申請程序等。
2.3.3當地廣播電視現狀
了解當地目前廣電系統設施現狀，當地現有廣播和電視節目播出情況，包括國家、地方和私人廣播電臺和電視臺的數量、成立日期、使用的播音語言、節目套數、覆蓋區域、播出時長、每天播出的主要節目類型、收聽效果、機房及設備狀況、節目制作能力等。
2.3.4當地廣電發射臺站情況
了解當地廣電發射臺站點設施情況，所處位置、地勢、海拔高度、交通情況、覆蓋區域、距人口聚居區域的距離，發射機的臺數和發射功率，天線的類型、數量和發射方向，鐵塔的類型和高度，機房狀況、供電情況、技術維護狀況等。
2.3.5當地氣象情況
收集當地有關的氣象資料，包括氣溫（如：月平均氣溫，年平均氣溫，最低溫度，最高溫度，極端溫度）、風速（如：月平均風速，年平均風速，最大風速）、風向、降水量（如：月平均降水量，年平均降水量，日最大降水量，時最大降水量，極端降水量）、旱季與雨季的劃分等等。在境外不同的國家，由于氣候、自然環境的不同，現場施工要采取不同的施工措施，如非洲有些國家旱季氣溫高達50℃，為保證工程質量，澆筑混凝土工程要選擇在夜間氣溫較低的時候施工，對砂石要采取澆水降溫，白天要派專人澆水養護混凝土等措施。有的國家雷電很多、很強，所以臨時設施、天饋線及鐵塔高空作業、電氣設備、施工機械等需要采取特別防雷措施。有的國家雨季降雨集中，小時降雨量很大，易造成積水，使施工現場受淹，因此要在現場筑建排水溝，臨時設施的布局上要注意防水、采用排水措施等。此外，還有的國家瞬時風速很高，對臨時建筑、高空作業帶來很大危險，需要事前采取防護措施。
2.3.6施工場地的地貌、地質
施工場地內原有建筑物情況，地形坡度、傾斜方向、地勢，地面下是否有管道，地面上是否有輸電高壓線、通訊設施，這些可以用照片來加以輔助表述，另外還需將地形圖與實地相對照，查看是否一致，有條件時進行一些輔助測量。地質資料是重要的基礎資料之一，除可要求當地有關部門提供外，也可在實施場地四周挖4個深1.5至2米的探井，以了解淺層的土質情況和地下水位深度，為施工方案的制定、特別是基礎開挖時要采取的措施提供可靠的依據。
2.3.7當地有關施工的質量標準
境外廣播電視工程的施工標準，一般執行我國頒布的施工質量驗收標準，這些標準基本達到了國際先進國家的標準。但為了尊重當地的習慣，要調查當地采用的、有關的施工標準、規范及操作規程，與我國的有關標準進行對比，找出差異，并爭取說服當地有關機構在工程質量驗收中采用我國的相應標準、規范和操作規程。
2.3.8當地稅費
了解與廣電施工有關的稅種和費率，免稅手續的辦理程序、所需的文件和相關費用。物資的清關程序和費用，物資的進口關稅等。
2.3.9當地保險公司的有關保險業務
了解當地對工程、車輛、人員的有關保險規定。當地保險公司的誠信情況、保險品種、賠償責任、賠償方式及保險費率等。
2.3.10當地有關法律法規
了解當地有關工程實施方面的法律法規、經濟糾紛的仲裁程序等規定，設備材料的進出口規定等。當地外國人的簽證期是多長時間，簽證期滿后是辦理簽證延期還是辦理居留許可證，辦理的程序和所需費用。
2.3.11主要建筑材料
在施工中，各種建筑材料種類繁多，品質各異，價格也不相同，這些材料的選用，直接關系到工程的質量和造價。因此，選用質量好、符合設計要求且價格合理的材料，是非常重要的工作。根據工程所需的材料，列出名稱、規格、型號，通過現場的調研，確定哪些材料可從當地市場采購，哪些材料應由國內供應，哪些材料需從第三國轉口。一些大批量使用的材料，如砂、石子、水泥、木材等，為降低成本費用，當地具有生產能力的，應盡可能在當地市場采購。
2.3.12運輸條件
調查當地有信譽、能力強的貨運公司，了解物資運輸情況，包括公路、鐵路、海運、水運、空運等，貨物運輸傭金，進口物資商檢費，免稅手續的辦理程序、所需的文件、辦理的時長。了解港口的吞吐能力，可通行的集裝箱規格、裝卸能力、港口到施工現場的距離、運輸條件及價格、港口運輸的有關規定、船期、滯港費及收取的標準、清港費、運雜費等。為便于一些貴重設備或急需物資的空運，還需要了解從機場到施工現場的距離，運輸條件及價格，機場運輸的有關規定，航班等。
2.3.13施工機械
現場施工所需的各種施工機械，需要調查了解當地的供應能力、供應的方式、運距、租賃臺班單價、設備機械的質量等。對境外廣播電視工程來說，根據不同的工程項目，一般主要包括面包車、小轎車、卡車、起重機、混泥土攪拌機、夯土機、卷揚機、電焊機、砂輪切斷機、小型發電機、鋼管腳手架等。對大型施工機械主要依賴在當地租賃，其他施工機械如當地市場沒有且無法用其他施工機械替代的，可考慮從鄰國租用，但應考慮在需要使用時能否租賃到，進關手續及費用。一些小型機械和工具如當地沒有租賃市場時，應當自備。
2.3.14水電燃料的供應
了解當地的供電電壓、頻率，電力供應情況和電價，供水情況和水價，燃油供應情況和價格。如當地電力供應緊張，經常出現停電現象，為保證項目工期，應考慮自備或租用發電機。當地成品燃油經常發生供應緊張時應自備儲油罐。
2.3.15臨時設施
在施工現場附近選擇一塊場地，建設臨時設施，包括生產性臨時設施和生活臨時設施，如倉庫、辦公室、工棚及職工宿舍。臨時供水、臨時供電可以利用正式施工工程的水源、電源，要落實接水、接電的具置，具體負責實施的部門及辦理手續。對于施工期較短的一些境外工程，通常采用在當地租賃房屋作為宿舍和倉庫，需要了解租賃費用和租期。還要考慮交通是否便利、周圍治安情況等。
2.3.16試塊的當地檢測、試驗
為保證工程的施工質量，除了加強設備、材料的選購外，在施工中還要嚴格遵守施工規范，加強檢查管理，進行必要的檢測、試驗，如砂石進行顆粒級配、比重、容重、含水率、含泥率、有機物含量等的試驗；混泥土試塊進行容重、抗壓、調整級配比試驗等。因此要到當地的檢測單位、實驗室，調查可進行的檢測、試驗項目，檢測質量和收取的費用。
2.3.17當地勞動力狀況
境外廣電工程項目的施工中需要大量的技術工人和壯工。由于國家不同，在勞資關系和社會保障方面有不同的法律規定，需要通過政府有關部門搜集。了解當地勞動力的工種、技術水平、工資標準、每周工作天數和每天工作小時數、加班的規定、當地對雇主雇傭或辭退當地工人的規定、有關勞動保險和福利待遇等方面的政策法規、工資增長指數等。
2.3.18當地貨幣和銀行
了解當地流通的貨幣種類，當地政府對外幣的管理辦法，是否可自由兌換美元、歐元等主要貨幣，當地貨幣兌換美元或歐元等主要外幣的匯率及近1-2年匯率變化情況，當地銀行對外幣兌換的規定等。
2.3.19當地主要生活物資的市場供應
了解當地主要生活物資的供應情況和相關價格，物價的增長指數。由于當地產業結構、發展水平和生產效率等原因，物價水平各異。需對當地物價進行調查。
2.3.20辦公用品市場供應情況
了解復印紙的價格，復印文件的價格，有幾個電話公司、電話的安裝和使用費用是多少，傳真的價格，有哪些互聯網接入商、網絡的安裝費和使用費分別是多少。
3考察結束后期工作
對現場考察期間取得的工作成果進行整理、分析，寫出考察報告，提出對本項目實施的建議?？疾靾蟾嬷袘鋵嵔ㄔO場地、合作方式、技術方案的規模、雙方的責任與分工、考察收資工作成果、簽署的會談紀要或備忘錄等主要內容。
參考文獻
[1]楊俊杰.工程承包項目案例精選及解析[M].北京:中國建筑工業出版社，2009.
[2]楊俊杰，王力尚，余時立.EPC工程總承包項目管理模板及操作實例[M].北京:中國建筑工業出版社，2014.
光電成像技術范文2
關鍵詞：光電成像原理；實踐教學；教學模式
中圖分類號： G61 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（b）-0000-00
一、引言
光電成像技術是適應信息社會對圖像信息的需求而發展的新興分支學科[1]，主要研究圖像傳輸及獲取、光電轉換及存儲、系統設計及分析等多個方面。針對儀器學科光電類專業開設的《光電成像原理》課程內容涉及多門學科知識，其中包括光學、輻射度量學、圖像探測理論、光電轉換技術等。課程教學的目的是使學生學習并掌握光電成像技術的相關知識和應用技術，進而獲取本專業視野，訓練個人專業的知識能力，為其在相關領域工作和發展打下基礎。
二、當前的教學問題
目前，光電成像原理這門課程采用的課本為2006年出版的《光電成像原理與技術》（白廷柱等編著），覆蓋光電成像技術領域的基本原理、公式推導、器件特性參數以及技術應用等知識，旨在培養學生“理論聯系實際的能力”。但是，實際教學中，由于課程內容理論性很強且包含非常多的公式、概念、繁復的應用器件及系統，本科生在學習過程中感覺難度大、理解困難、枯燥乏味。此外，由于絕大多數學生在學習過程中被動接受教師課堂講授的知識，缺乏主觀能動性，對課程涉及的知識割裂式學習，無法融會貫通知識體系，對課程內容停留在了書本層面的各個獨立章節，不能與實際應用聯系起來。
因此，教學過程中需要教師開展實踐教學[2，3]，訓練學生思維邏輯能力，引導學生將所學各個體系知識串聯起來并積累理論聯系實際的經驗，使學生具備學科專業背景下的知識技能。
三、設計實踐教學模式探索與實踐
針對《光電成像原理》中包括了詳細的知識體系和豐富的實踐案例，可作為理論和實踐應用結合時的借鑒，我們探索一套帶設計性的教學模式應用于實際教學過程中。設計教學是指在教學過程中，針對光電成像技術某一類應用系統給學生布置設計問題，指導學生在課后通過完成設計實踐任務完成對知識體系的梳理。在設計題目中留出探索、思考和發揮的空間，使學生可以自由的探索、自我調研學習，實現學生思辨能力的培養。在實踐該教學方法時，需要注意以下幾個方面。
（一） 實踐問題的設計
首先，實踐教學的終極目的是培養學生獲取具備高深的專業素質能力，掌握專業知識與技能結構，因此實踐問題應達到學科專業技能的綜合性訓練效果。在設計實踐問題時，應覆蓋更廣泛的知識技能應用需求，使學生能將在本學科不同專業課程中所學的知識結合起來。在此基礎上，幫助學生建立一個本學科專業體系應用的背景意識，使學生擺脫常見的“不知所學為何用”的茫然狀態，有助于學生日后選擇專業深造方向。在實際教學過程中，我們布置了兩個設計實踐問題，分別為“微光夜視成像系統設計”和“遙感光電成像系統設計”。這兩個設計內容，都涉及了光學系統設計部分，涉及儀器專業中學生必修的工程光學部分知識。學生在完成設計任務后，會理解為什么專業課程要學習各個課程，明白各個專業課之間存在的有機聯系，從而發出“讓我知道了現實需求中對于知識儲備的需求”的感慨。
其次，實踐教學要使學生梳理所學內容，回顧各個知識要點，從而鞏固其對課程知識體系結構的認識，因此實踐問題應包含光電成像原理中不同的知識要點。以“微光夜視成像系統設計”為例，學生要完成設計實踐，需貫穿課本中目標識別準則、輻射源、大氣輻射傳輸理論、像管原理選型、系統設計及驗證等諸多知識要點。在解決設計問題后，學生會“意識到自己知識學習的不連貫性，知識與知識之間的聯系過于稀少”，深入的了解所學知識的聯系，理解理論知識在與實踐相結合時涉及多個方面，明白“一個參數需要符合的常常不止一個條件”。
再次，實踐教學要培養學生自主學習分析的能力，因此實踐問題應盡量讓學生自主參與問題內容的發掘。同樣以“微光夜視成像系統設計”為例，問題為“在無月晴朗夜晚，大氣質量優良條件下，能夠識別距離500m開外置于山林背景中的卡車”。該問題中，只有500m為明確給出的參數，其他的參數需要學生通過分析問題并查閱相關資料獲取。例如，學生需要根據“無月晴朗夜晚”確定光源照度，依據“大氣質量優良”估計能見度距離，參照“識別”分析探測理論的約翰遜準則，根據生活常識估計“卡車”的高度，計算大氣輻射傳輸系數時考慮到“山林背景”的影響。經過這一研究過程，調動學生的自主完成各個參數的選擇和確認，從而達到知識梳理和鞏固的效果。
最后，實踐教學要培養學生自由探索問題、發散思維的能力，因此實踐問題應給學生留有發揮的空間。因此，設計題目沒有限定設計哪一類型的光學系統、選擇哪種型號的像管或者CCD元件等。只是在布置任務時，要求學生完成的設計報告應該主要包括設計依據、設計參數及過程、設計結果分析討論等主要內容。在實際過程教學實踐中，學生發揮了主觀能動性，自主調研并分析了成像系統的主要組成部分、光學系統設計的多種方案及優缺點、像管的發展歷程和選型依據、各個分系統的可行性和特點、光電器件的原理和特性參數、影響系統性能的因素。
（二） 發揮教師引導作用
實踐教學雖然以學生為主體，但是教師在教學過程中應該發揮引導作用，對相關知識的教學要有條理，對關鍵知識點穿針引線，對于生疏知識還要做出相關的教學示范。這是因為設計實驗涉及的內容較多、學生學習時間和精力有限，教師將知識進行講解，可指導學生在有限的時間內積累有效的知識，避免走過多的彎路，使學生可將更多的精力發揮到發散思維上。
例如，在布置“微光夜視成像系統設計”任務前，布置學生完成課后關于大氣傳輸相關習題的計算、系統探測目標能力計算等習題。在課堂上，示范某個微光夜視儀的物鏡、目鏡的光學設計過程，使學生有參考和模仿的依據。這類示范會使學生掌握一部分設計程序、設計方法等基本知識，使學生在開始設計前具有部分參考經驗，從而避免學生因為拿到一個全新的題目，感覺無從下手，進而產生畏懼心理放棄學習研究和拓展思維，導致無法達到培養實踐和探索能力的教學目的。
教師的引導作用還包括對學生的設計結果進行分析和設計報告評判上。學生在完成第一個設計題目時，會暴露出一些問題，因此需要及時指出報告中存在的問題，如提煉信息能力有待加強、調研查找資料的能力不足等。此外，目前的本科生在整個大學階段，絕大多數只在畢業設計環節接受論文撰寫方面的培訓，因此本課程應針對學生完成的報告分析學生在總結、撰寫報告中存在的問題，鼓勵他們在下一個報告中進行改進，從而達到培養學生綜合素質的目的。
（三） 鼓勵學生積極互動
學生在完成實踐任務時，個人思維容易受限，因此需要鼓勵學生之間開展互動討論。每個學生都有自己獨到的思路，因此教師在要求學生保證實踐報告的獨立性前提下，還應鼓勵學生相互討論。此外，教師還可在課后提供固定的答疑時間，鼓勵學生就相關的疑問向老師提出問題，學生也可提出自己對問題的不同見解，教師與學生就相關問題進行分析和討論，并將結果分享給全班同學，從而達到鼓勵自主學習、主動思考的教學目的。
（四） 教學效果
我們在已經連續兩個學期依據上述方法開展了設計教學實踐，絕大多數的學生都完成了實踐任務的基本要求，達到了的知識點梳理和鞏固的目的，反映在考試上就是相關知識要點的掌握效果超過了未實施該教學方法的學期。此外，部分學生更被激發了積極主動性，針對系統的各個部分開展了充分的調研、分析和討論，每個學生的探索結果不盡相同，但是各有亮點，達到了開闊學生思路、培養學生自主能力的教學目的。
四、結束語
針對儀器光電學科本科課程《光電成像原理》的課程內容和教學目標，我們摸索并實踐了一套結合應用系統設計的教學方法，可以引導學生自主梳理課程知識體系、培養學生的專業素養、調動學生主動學習知識、鍛煉學生發散思維和調研分析的能力。這樣的教學方法可隨著課程知識的變革進行改進和完善，可以提高學生的專業能力，有助于課程教學質量的提高。
參考文獻：
[1]白廷柱.光電成像原理與技術[M].北京：北京理工大學出版社，2006.
光電成像技術范文3
光信專業考研相關信息如下：
1、研究方向：微光紅外與紫外成像技術、虛擬現實與增強現實技術、光電雷達探測成像與對抗技術、圖像工程與顏色科學、現代光學設計與工藝光刻技術及精密儀器工程、光電信息獲取顯示與處理技術；
2、碩士研究生入學考試科目：101思想政治理論、201英語一或202俄語或203日語或244德語、301數學一、811電子技術或819物理光學或820應用光學。
（來源：文章屋網 ）
光電成像技術范文4
摘要： 在激光掃描系統中fθ透鏡是重要的必不可少的部件，它在激光打標機、傳真機、印刷機和用于制作半導體集成電路的激光圖形發生器以及激光掃描精密計量設備等等光電系統中得到廣泛的應用。文中設計了用于非接觸在線檢測工件尺寸的fθ透鏡。這種透鏡的特點是一種負畸變透鏡，屬于像方遠心光路，工作波長為單色光，像質要求波像差要小于λ/4，而且要求整個像面成平面且像質一致，無漸暈存在。所設計的fθ透鏡結構簡單緊湊、焦距小、掃描精度高、加工成本較低，性能達到衍射極限，并具有像面上照度分布均勻，能量集中度高和相對畸變小等優點。
關鍵詞： 激光掃描系統； fθ透鏡； 光學設計
引言激光掃描系統是將時間信息轉變為空間信息的一種系統。其整個過程是：首先使某種信息通過光調制器對激光進行調制，調制后的激光通過光束掃描器在空間改變方向，再經fθ透鏡在接收屏上成一維或兩維圖像。在國內外市場上，fθ透鏡有著很廣泛的應用，如印刷機、激光傳真機、導彈跟蹤瞄準、生物芯片掃描儀、大型水晶工藝品的內部雕刻、表面裝飾、激光防偽、光學精細、刻印加工、激光打標以及用于制作半導體集成電路的激光圖形發生器以及激光掃描精密計量設備等等。國內生產平像場fθ透鏡的公司有：上海主波光電科技有限公司，北京力量激光元件有限責任公司，北京大恒光電技術研究所，中國科學院光電技術研究所，武漢焦點光學技術有限公司，光研科學（臺灣）有限公司。目前，國外生產平像場fθ透鏡的公司有：Sintec Optronics，Anvik Corporation，Cascade Laser Corporation，Roden Stock Corporation。平像場fθ透鏡的工作波段主要在532 nm，1 064 nm及10.6 μm，對于前兩個波長的fθ透鏡的則采用三片透鏡或者四片透鏡的結構，而對于二氧化碳激光的fθ透鏡一般采用的是一片透鏡或者兩片透鏡結構[1]。文中的目的是設計一種非接觸在線檢測工件尺寸的fθ透鏡，用于實驗室對光學零件的檢測。1設計思路fθ透鏡作為激光掃描系統中不可或缺的成分，它的位置分為光束掃描器之前和之后兩種掃描方式，如圖1所示。當fθ透鏡位于掃描器之前時，見圖1（a），激光光束經fθ透鏡匯聚后，經掃描器反射成像，因為焦距是一定的，所以所成像的像面為曲面，與要求中像面為平面不符合，故此方案甚不理想。當fθ透鏡置于掃描器之后時，見圖1（b），經過不同角度射入fθ透鏡的光束，在其像方焦平面上生成像面是平的且為一維空間的掃描像，但該fθ透鏡設計較困難，要求當掃描器以固定的轉速轉動時，經過fθ透鏡的光線必須以恒定的速度移動，即掃描器的轉動與像面上像點的移動保持一種線性的關系，所以也稱該透鏡為線性成像透鏡。
光電成像技術范文5
高錕被譽為“光纖之父”. 高錕1933年出生于中國上海,曾任香港中文大學校長,1996年當選為中國科學院外籍院士. 早在1966年,高錕首次提出用玻璃纖維作為光波導用于通訊的理論,以玻璃制造比頭發絲更細的光纖,取代銅導線作為長距離的通訊線路,這個理論引起了世界通信技術的一次革命. 高錕還開發了實現光纖通訊所需的輔子系統,他在單模纖維的構造、纖維的強度和耐久性、纖維連接器和耦合器以及擴散均衡特性等多個領域都做了大量的研究,使信號在無放大的情況下,以每秒億兆比特傳送至距離以萬米為單位的遠方.
博伊爾和史密斯在1969年第一次成功地發明了數字成像技術. 他們設計了一種影像傳感器,可以將光在短時間內轉化為像素,為攝影技術帶來了革命性變革. 沒有CCD,數碼相機的發展將更為緩慢;沒有CCD,我們就看不到哈勃太空望遠鏡拍攝的令人詫異的圖片,看不到火星上的紅色沙漠圖像.
2009年諾貝爾物理學獎中的核心內容――光纖通信和CCD圖像傳感器――涉及高中物理眾多知識考點,很可能成為今年高考物理的一個命題熱點.
考點一:光在光導纖維中的全反射
隨著第一個光纖系統于1981年成功問世,華人科學家高錕“光纖之父”的美譽傳遍世界. 他的發明為人類連通了信息時代,在互聯網上欣賞高清晰電視節目,與千里之外的友人通話,這些都要歸功于高錕發明的“光纖”.
例1 光纖可以用極少能量、極高速度遠距離傳輸信號,當今信息社會以通信技術為基礎,光纖傳輸徹底改變了人們的日常生活. 如右圖所示,AB為一長L=30 km的光導纖維,一束光線從端面A射入,在側面發生全反射,最后從B端面射出. 已知光導纖維的折射率n=1.35,光線從纖維內側面向外射出時,臨界角的正弦值為0.9,光線在光導纖維內從A端傳播到B端所需時間為t,求t的最小值和最大值.
解析 光線在光導纖維中傳播的時間取決于光沿AB方向的分速度大小,這與入射角θ有關.
設光在光導纖維中傳播速度為v,則當入射角θ=0時,光在光導纖維中沿AB方向直線傳播,此時所需時間最短:tmin=■. 又v=■,可得tmin=■=■=1.35×10-4 s.
當入射角恰能使光線在光導纖維側面發生全反射時,光在沿AB方向分速度最小,對應時間最長:tmax=■. 又v=■,sinα=0.9,可得tmax=1.5×10-4 s.
點評 《考試大綱》要求考生:“了解自然科學發展的最新成就和成果及其對社會發展的影響,能讀懂一般性的科普類文章,理解有關文字、圖表的主要內容及特征,并能與已學的知識結合起來解決問題.”在新課程大背景下,近年高考試題注重理論聯系實際. 應用所學知識解決生產、生活和高新科技中的實際問題,已成為新高考的亮點. 本題以“光纖傳輸”為背景,考查了折射率、臨界角、全反射規律、光在介質中的傳播速度等知識,綜合程度較高,考查考生將物理知識進行融合和遷移的能力.
考點二:CCD圖像傳感器的原理
在數碼相機、攝像機和拍照手機等電子設備風靡全球的今天,帶領人們進入數碼影像時代的,正是美國科學家博伊爾和史密斯發明的電荷耦合器件――CCD圖像傳感器. CCD圖像傳感器就好像是數碼照相機的電子眼,通過用電子捕獲光線來替代以往的膠片成像,從而使攝影技術得到徹底革新. 這一發明還推動了醫學和天文學的發展,在疾病診斷、人體透視、顯微外科等領域都有著廣泛用途.
例2 兩位美國科學家以“發明成像半導體電路――電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器”獲得2009年度諾貝爾物理學獎,他們發明的數碼成像裝置有著廣泛用途. 下列有關說法中,正確的是( )
A. CCD圖像傳感器中的半導體是熱敏電阻
B. CCD圖像傳感器中的半導體是光敏電阻
C. CCD圖像傳感器中的光敏電阻是一種光電傳感器
D. 數碼成像本質上是將光信號轉變為電信號,再由電信號轉變為光信號
解析 由所學知識可判斷,CCD圖像傳感器中的半導體是光敏電阻,起著光電傳感器作用,將光信號轉變為電信號,再由電信號復原為光信號,由光信號還原成像. 故選項A錯誤,選項B、C、D正確.
點評 本題以“CCD圖像傳感器”為背景命題,綜合考查了熱敏電阻、光敏電阻、光電傳感器等知識. 本題是一條新信息題,考生必須通過閱讀分析,篩選相關信息,然后利用所學知識結合題中信息解題. 同學們在學習中要多關注科技熱點,進行相關訓練,提升運用新信息解題的能力.
【相關訓練】
1. 高錕在1966年著手研究以光纖作為通信媒介這一新技術,光纖可以大幅提高信息傳輸速度,使人們可以在剎那間把文本、音樂、圖像和視頻傳輸到世界各地. 目前,我國正在大力建設高質量的寬帶光纖通信網絡. 下列說法正確的是( )
A. 光纖通信利用光作為載體來傳遞信息
B. 光導纖維傳遞光信號是利用光的衍射原理
C. 光導纖維傳遞光信號是利用光的色散原理
D. 目前廣泛應用的光導纖維是一種非常細的特制玻璃絲
2. 電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器使數碼相機得以普及,下圖所示為圖像傳感器中的部分電路,R3是光敏電阻,當開關S閉合后,在沒有光照射時,a、b兩點等電勢,當用光照射電阻R3時,則()
A. R3的電阻變小,a點電勢高于b點電勢
B. R3的電阻變小,a點電勢低于b點電勢
C. R3的電阻變大,a點電勢高于b點電勢
D. R3的電阻變大,a點電勢低于b點電勢
3. 電荷耦合器件圖像傳感器把光轉換成電信號,從而引發攝影變革,令小巧便捷的數碼相機走入千家萬戶. 電荷耦合器件技術還可應用于醫學診斷和顯微外科,例如人體內成像. 下列器件中應用了光電傳感原理的是()
A. CCD圖像傳感器 B. 醫學診斷使用的人體成像儀
C. 電腦上使用的光電鼠標 D. 大型稱重使用的電子秤
4. 數碼成像對光亮度有一定的要求,如下圖所示,D為數碼相機的閃光燈,RG為光敏電阻. B是具有特殊功能的“非門”,當加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個值時,輸出端Y會突然從高電平跳到低電平,而當輸入端A的電壓下降到另一個值時,Y會從低電平跳到高電平. 使用數碼相機時,在光亮度較小時,閃光燈會點亮. 下列說法中,正確的是()
A. 光亮度較小時,Y處于低電平
B. 光亮度較小時,Y處于高電平
C. 當R1調大時,A端的電勢降低,閃光燈點亮
D. 當R1調大時,A端的電勢降低,閃光燈熄滅
【相關訓練解析】
1. 解析:光纖通信是利用光的全反射原理傳遞信息,選項A正確,B、C錯誤.
光導纖維是一種非常細的特制玻璃絲,選項D正確.
故選A、D.
2. 解析:R3是光敏電阻,有光照射時,光敏電阻中的載流子增多,R3的電阻變小,則選項C、D錯誤.
由于R3的電阻變小,R4電阻不變,據串聯分壓原理,R3的電壓變小,R4的電壓變大,a點電勢增高,b點電勢不變,a點電勢高于b點電勢,則選項A正確,B錯誤.
故選A.
3. 解析:CCD圖像傳感器、醫學診斷的人體成像儀、電腦上的光電鼠標都是把光信號的強弱通過光電傳感器轉變為電信號的大小,然后通過光電傳感器把電信號轉變為光信號,都應用了光電傳感原理.
大型稱重使用的電子秤是把力的大小通過壓電傳感器轉變為電信號(電壓或電流)的大小,應用的是力光傳感原理.
故選A、B、C.
光電成像技術范文6
【關鍵詞】光電導 光整流 光抽運 非線性差頻
一、引言
近年來，非線性光學的飛速發展帶動了基于光子學原理產生太赫茲技術的發展，如基于周期微結構材料和固體非線性材料的光學參變振蕩、光整流、光電導、光抽運、光學受激效應、表面發射效應、光學倍頻及差頻效應、光學切連科夫(cherenkov)效應等非線性效應。其中，非線性光學差頻方法獲得太赫茲輻射因其沒有閥值、實驗設施容易搭建、容易實現差頻轉換而稱為研究熱點。
二、THz波的應用前景
1.THz波成像
利用THz時域光譜技術可以直接測量THz電磁脈沖所產生的瞬態電磁場?？梢灾苯訙y得樣品的介電常數和厚度的分部。應用于國家安全包括情報、安檢、破案、生物、化學和醫學中的各種成像應用。兩維實時THz活體成像可應用于野外昆蟲的實時觀測，同時也可應用于軍事種部隊和警察的裝備，在一定范圍內對敵人的有生力量和犯罪分子進行準確探測。
2.醫療診斷
由于很多的生物大分子及DNA分子的旋轉及振動能級所處于THz波段，生物體對THz波會產生獨特的響應，所以THz輻射可用于疾病診斷，生物體的探測及癌細胞的表皮成像。癌變組織的THz波具有不同的振幅，波形和時間延遲，我們可以從中得到腫瘤的大小和形狀。對人體組織器官成像，可做出腫瘤的早期診斷，許多醫院的專家對此項腫瘤的初期診斷技術很滿意，并要求早日投入生產，進入臨床應用。
3.環境監測
適合于對固體、液體、氣體、以及火焰和流體等介質的電、聲學性質的研究以及化學組分的表征。THz輻射也可用于污染物檢測、生物和化學物質的探測，對生物組織包括植物、動物的組織結構進行成像可獲得組織新鮮程度的信息，這可用于食品的保鮮和食品加工過程的監控；檢測隱藏在箱包中一般家用材料及民用設備中的特殊物質，如炸藥、等。
4.寬帶移動通訊于星間通訊
THz電磁波是很好的寬帶信息載體，THz波比微波能做到的寬帶和訊道數多的多，特別適合衛星間、星地間及局域網的寬帶移動通訊。
三、基于光學方法的太赫茲波輻射源
1.光電導產生THz波輻射
光電導方法就是在光電導半導體表面淀積金屬制成偶極天線電極結構，用光子能量大于半導體禁帶寬度超短脈沖激光照射半導體材料。當強度為I(t)的飛秒激光激發偏置半導體時，如果激光的光子能量大于半導體的能帶隙，則在照射出的導帶和價帶上將分別產生電子和空穴。光載流子密度快速變化，并在外加偏置直流電壓Vb的作用下加速運動。由此，將產生電磁輻射并通過天線向自由空間發射。由于輻射的能量主要來自天線上所加的偏置電場，可以通過調節外加偏置電場的大小來獲得能量較高的太赫茲波，而制作大孔徑的光電導天線可以提高電磁輻射的效率。
快速偏置的光電導體有飛秒光脈沖(泵浦光)激發，作為瞬態電流源，通過天線向空間傳播短周期的瞬態變化。為了探測這樣一個變化需要一個與發射其相似的裝置，但這個光電導體不需要偏置。作為探測器的光電導體由同樣的飛秒光脈沖(探測光)激發，在激發瞬間可以探測輸出流lout。通過一可調的時間線將飛秒光脈沖相對于泵浦光I(t)延遲時間a，則探測光強度為I(t+a)。
太赫茲輻射源的輸出性能主要決定于三個要素：光電半導體材料、天線幾何結構和抽運激光脈沖寬度。光電半導體材料si、GaAs、GaP等是產生超短激光脈沖的關鍵部件，隨著對光電導半導體的深入研究，已經開發了很多適宜做光電導開關的材料，在選用制作超快半導體材料時，必須考慮以下因素：(1)載流子壽命短；(2)載流子遷移率高；(3)材料的暗態電阻率大。
2.光整流產生太赫茲波
發生在鹽酸氫鉀中的光整流效應最早用于產生兆赫級的輻射，當時使用0.1um的激光脈沖。后來由于LiTa03中cu++光整流效應的發現，這種方法的應用范圍擴展到了皮秒級領域。進一步的發展使這種方法已經可以應用干各種THz實驗。光整流效應是一種非線性效應，是利用飛秒激光脈；(脈沖寬度在亞皮秒量級)和非線性介質如ZnTe)相互作用而產生低頻電極化場。此電極化場在晶體表面輻射出太赫茲波。
光整流效應發生在非中心對稱材料中。我們可以將光整流效應看做是電光效應的逆過程：入射超短激光脈沖同過非線性極化系數偶合而合成出近似直流(其實為THz，但相對于光的頻率來說，頻率非常低)的極化。
電磁波的振幅強度和頻率分布決定于激光脈沖的特征和非線性介質的性質。常用非線性介質有ZnTe和GaAs。另外，DAST很有潛力，它是非線性效應最強的物質之一。
3.光抽運太赫茲波氣體激光器
直接產生THz波的激光器，是利用一臺C02激光器的遠紅外輸出光抽運一個充有甲烷(CH4)、氨氣(NH3)、氰化氫(HCN)或是甲醇（CH30H)等物質的低氣壓腔，由于這些氣體分子轉動能級間的躍遷頻率處于太赫茲波段范圍，所以可以形成太赫茲波受激輻射，通過選擇合適的工作介質、尋找新的能級躍遷譜線，就可以基本覆蓋整個太赫茲波段。這種方法可以達到高達上百瓦的輸出功率，且已實現商業產品化，并被美國國家航天局應用于大氣衛星觀測。雖然這種技術被證實切實可行，但這種輻射源不是連續可調的，而且需要大的氣體腔和能量輸入，在體積、重量、效率、可靠性、維護性、運行壽命，以及頻率穩定性方面仍需要改進。
四、基于電子學方法的太赫茲波輻射源
隨著太赫茲科學技術的迅速發展，利用真空電子學產生太赫茲輻射的研究工作取得了很大的進步，其中包括真空電子器件、電子回旋脈塞、自由電子激光、Cherenkov輻射，甚至使用存儲環加速器來產生高亮度太赫茲輻射。真空電子器件如反波管、擴展互作用振蕩器、繞射輻射器件等的工作頻率已接近或達到1THz?；匦芸赏?THz產生千瓦級的脈沖輸出，平均功率可達幾十瓦以上。自由電子激光是獲得極高能量太赫茲發射的另一種方法。在自由電子激光中，一束高速自由電子在真空中傳輸并通過具有空間變化的強磁場，使得電子束振蕩并發射光子，反射鏡用來把光子限制在電子束內，這里電子束為激光的增益介質，這種系統的造價昂貴，體積巨大，同時需要精密儀器，但是可以產生連續脈沖形式的發射，發射功率比通常使用的光電導天線高出六個數量級以上。電子激光器和氣體激光器是目前可以獲得太赫茲最高輸出功率的方法。
五、利用非線性差頻產生太赫茲波
目前光學方法產生THz波輻射主要集中在光參量振蕩器(OPO)及差頻產生(DFG)方法來獲得這一波長范圍內的激光。但是OPO輸出光能量較低，光束質量比較差；而DFG相對于OPO和化學激光器，由很多優點，如可調范圍靈活、全固化結構緊湊、輸出能量高等。目前，常采用鈮酸鋰作為
DFG的非線性晶體材料，它的非線性系數大，損傷閾值較高。
六、差頻方法產生太赫茲波的進展
差頻方法產生太赫茲輻射的最大優點是沒有閾值，實驗設備簡單，結構緊湊。與前面提到的光整流與光電導方法相比，它可以產生較高功率的太赫茲波輻射，且不需要價格昂貴的抽運裝置。差頻方法產生太赫茲波的技術關鍵是要獲得功率較高、波長比較接近的抽運光和信號光(兩波長相差一般不大于lOnm)，以及具有較大的二階非線性差頻晶體。這樣，利用差頻方法甚至可以得到比太赫茲波參量振蕩器[11―13]更寬的太赫茲波調諧范圍，但其存在著轉換效率低下的缺點。
早在上世紀20世紀60年代中期，國外就有人利用一臺銣玻璃激光器得到1.059―1.073波長輸出，通過利用一塊石英晶體進行非線性差頻，得到大約3THz的輸出，但輸出效率很低，到上世紀20世紀70年代，R.Ll Ag―garwal等在80K的溫度下，用兩個單模連續C02激光器在GaAs晶體中通過非共線差頻，在0.3～4.3THz頻率范圍內實現了連續調諧的遠紅外輻射，線寬小于100kHz。而K.H.Yang等用一臺雙頻率輸出的染料激光器，在LiNb03、ZnO等晶體中利用共線和非共線相位匹配，均實現了在0.6―5.7THz連續可調遠紅外輻射，峰值功率達到200mW。近年來，日本科學家T.Tanabe等利用Nd：YAG激光器(輸出波長為1064nm)和該激光器三倍頻輸出所抽運的BBO晶體光學參量振蕩器(BBO―OPO)的輸出分別作為抽運源和信號光，采用GaP晶體作為差頻晶體，利用非線性相位匹配配置，通過改變兩入射光的夾角，實現了0.5～3THz的太赫茲波調諧輸出，并在1.3THz處達到480mW的峰值功率輸出。
七、全固態激光器泵浦的準相位匹配差頻THz波輻射源
利用差頻過程獲得THz波的最大優點是沒有閥值，且試驗設備很容易搭建容易實現差頻轉換，但DFG的轉換效率很低，其關鍵是要獲得波長相近的泵浦光和信號光，下面以1319nm和1338nm雙波長運轉的高功率、準連續全固態Nd：YAG激光器為泵浦源，泵浦周期為16，455,u,mPPLN，實現準相位匹配差頻過程，獲得0.3lTHz的輻射源。
近年來，THz技術已經有了很大的發展，現在需要把THz技術從試驗研究盡快轉向實用化。據專家預測，在生物醫學的各項應用中，THz技術最有可能率先取得重大突破。在這一領域的發展，在很大程度上取決于應用物理學、生物學、生命科學等交叉學科的研究廣度和深度。因此，開發和利用這項技術，需要綜合各個領域的知識，積聚更多的研究力量。
