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激光原理論文范文1
中圖分類號：G642.0
文獻標識碼：C
DOI： 1（）.3969/j.issn.1672-8181.2015.03.005
1 我?！都す庠砼c技術》專業課存在問題
我省許多理工類院校的光信息、光電類和大部分應用物理專業都開設《激光原理與技術》課程。作為重要專業基礎或方向課，此課程：第一，具有較強的理論性、實踐性、前沿性和探討性；理論抽象，公式眾多，有相當學術和技術含量的課程，教學中經常發現學生對概念缺乏準確理解或概念和實際應用“兩張皮”的現象。第二，課程教學內容多，課程容量大。第三，由于激光技術、光電技術的發展日新月異，器件層出不窮，與新現象、新理論、新器件、新應用有關的課程教學內容也必須不斷地做出更新調整，
另外，《激光原理與技術》課程涵蓋知識點包括激光原理、激光技術兩部分，知識點明確，可以用一個實驗、一個概念來組織教學內容。課程具備開展翻轉課堂的實施要求。
2 翻轉課堂在《激光原理與技術》課程中的實施方案
結合我?！都す庠砼c技術》課程特點，在現有的翻轉課堂模型基礎上，我們設計了翻轉課堂的教學路線圖f如圖1）。主要由線上學習、課堂學習和課后學習三部分組成。LMS作為教學實施的基礎性管理學習平臺，可提供教學資源、學習過程記錄和互動場所。
線上學習
課堂學習
課后學習
2.1 設計知識單元的策略
將課程按“知識塊”分成8個教學單元，即：激光的基本機理，激光諧振腔理論以及激光振蕩理論，連續和脈沖激光器的工作特性，選模技術，放大技術，穩頻技術和激光短脈沖技術。每個教學單元可以由一次或多次課程完成，以便教師開發課程視頻。
2.2 設計課程微課
第一，根據本專業課程教學內容（突出難點、重點），設計微課。第二，每個教學單元可分成若干個模塊，以模塊為單位設計微課。第三，微課內容包括微視頻、課間練習和每周作業。通過微視頻中的導讀內容、課間練習和作業，向學生提出問題，引導學習者自主思考。
2.3 翻轉課堂教學設計
2.3.1 線上學習
第一，通過慕課學習。讓學生假期在慕課平臺查找與激光器件有關的知識，提前使學生進入到課程中來，在頭腦中初步形成激光器件的結構框架，對激光器件的主要應用等有簡單的了解，簡單的知識點通過慕課學習。第二，通過微課學習。設置每周微課時間和作業提交截止時間。課間練習和每周作業可采用填空或選擇形式，每道題在截止日期之前允許學生提交3次，否則當次作業記為0分。另外，在學生看完微課之后，對微課中的收獲和疑問可以在討論區發帖。由教師團隊或學生討論互動給出解答，完成課題組布置的線上學習任務。
2.3.2 課堂學習
第一，分析每個教學單元的目標、知識類型、學生線上學習情況和存在的問題，確定教學策略，如“講授”、“自學”、“討論”、“實驗”、“探究”等。第二，學生的獨立探索和協作學習。具體分為五個環節：①明確問題：根據課程內容和學生觀看微課時提出的疑問，總結出-些有探究價值的問題；②獨立探究：從開始時選擇性指導逐漸轉至為學生的獨立探究學習方面，讓學生在獨立學習中構建自己的知識體系，注重和培養學生的獨立學習能力；③協同學習：通過“探究式案例”、“探究式實驗”鼓勵學生以小組協作形式，采用對話、商討、爭論等形式進行討論并實施；④交流展示：成果交流采用如：舉行展覽會、報告會、辯論會、小型比賽等；⑤考核評定：建立線上學習、課堂和課后學習各環節的考核評價?？己顺煽儤嫵蔀椤罢n間練習20分+每周作業15分+課后研究報告和小論文5分+討論區及課堂活躍度10分+期末考試50分”。
2.3.3 課后學習
由課后的復習，學生定期的答疑，學生完成的項目任務和課程論文構成。
3 翻轉課堂教學實施案例――以光學諧振腔（FP腔）為例
3.1 線上學習
首先利用微課介紹實驗現象，給出FP腔的輸出裝置，給出了連續波入射時單模光纖FP腔輸出光譜。提出問題：如何解釋上述實驗現象呢？接下來在微課上介紹描述上述激光現象的基本概念與相關規律。根據多光束干涉原理，可得垂直入射時，光學FP腔的輸出與輸入光強之比為：
將光纖長度，折射率（n=1.48）代人，可得其自由譜寬為50CHz，利用變換式，可得自由譜寬為0.4nm，理論計算與實驗現象一致。通過微課學習，學生完成知識的內化。課間提問，采用填空題：C02激光器波長為10.6um，當腔長L=lm時，自由譜寬為（），如果該激光器的光譜線寬度AVF=108Hz，則輸出為單模還是多模（）。要求學生在規定時間完成課間作業的提交。
3.2 課堂學習
首先，提出問題：腔端面反射率對輸出特性的有什么影響？讓學生在獨立學習中構建自己的知識體系。然后，進行協作學習，以4人為以小組，利用計算機對（1）式所描述的規律進行數值計算，將結果可視化，計算結果與實驗結果一致。從圖上還可發現原本靜止的圖“動”了起來。給學生很大的想象空間，這一環節是理論分析的重要補充，再次完成知識內化。將科學計算引入課堂，提升學生解決問題的能力與效率，引導學生進行研究性、探索性學習。通過可視化，學生對復雜的激光現象具有了感性認識，促進學生對晦澀理論的理解。最后，介紹新實驗現象的探索。前面我們詳細學習了連續波入射情形下，光學FP腔的輸出特性，自然會想到脈沖激光入射情形，那么脈沖激光入射到光學FP腔，其輸出具有什么特點呢？通過教師的引導和學生的協作學習和探索，得到當脈沖激光入射到單模光纖FP腔時，其輸出波形具有衰蕩特征，從而完成創新能力的培養。
3.3 課后學習
以小論文形式，讓學生完成一份研究報告，題目為光學FP腔的激光器件中的應用。鼓勵學生利用網絡資源，查閱光學FP腔在各個領域的應用。例如FP在輸出模式選擇，光束質量改善等方面的應用，讓學生自行選題，自行設計實驗方案，在學院的激光實驗室獨立完成實驗，完成小論文撰寫和提交。
4 結束語
翻轉課堂教學模式起源于美國，在我國真正去推行翻轉課堂教學模式還有很多問題有待解決，還需要更多的實際教學工作要做。
參考文獻：
【1】張金磊，王穎，張寶輝.翻轉課堂教學模式研究【J】.遠程教育雜志，2012，（4）：46-51.
激光原理論文范文2
【關鍵詞】激光三角法 可控型水龍頭 光電轉換
微電子技術和傳感器已經成為二十一世紀信息社會的重要標志。隨著激光傳感器的廣泛應用及新型光電掃描與光電探測技術的不斷提高，工業、農業、家庭、軍事、醫學等應用領域的傳統方法得到了改善。激光傳感可控型水龍頭將激光位移傳感器與電子信號處理技術結合，應用在了水資源節約領域。市場上的傳統插卡式熱水龍頭在使用時難以估定水瓶內的水位，存在著極大的安全隱患和水資源浪費問題。該項日利用激光位移傳感技術檢測并定位水的高度，經過數字信號處理器將信號反饋到電子電路，自動切斷電源。和傳統插卡式熱水龍頭相比，基于激光位移傳感器的可控節約型水龍頭具有測量精度高、可靠性好、非接觸、自動化、安全等突出優點，有極重要的現實和環保意義。在前期的推廣中，這項技術先應用于學校水房保溫瓶水位的測試。隨著后期技術的成熟和市場的開發，可推廣向工廠水箱水位測定等更廣的領域，發揮更大的經濟和應用價值。
一、激光位移傳感器的研究現狀
現今光電技術的發展、微機的控制、數據的處理及PSD、CCD、四象限位移探測器的改善，使傳統的三角測量法有了廣泛的應用。具體包括質量的檢測、設備的維護、機械和生產自動化、流程和設備的監控等各個領域。
目前在國內，激光位移傳感的主要應用包括：對靈敏度和精確度的分析，如何提高其使用范圍以及位移、角度、同軸度的非接觸測量和校準領域。不過，我國對激光位移傳感器的研究仍處于實驗階段。國外很多專家對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傳感器的系統中，發現周圍的雜光對測量的精度有影響，并給出了相應的消除方法。目前，國內外有很多這樣的產品，廣泛地應用在軍事技術、航空航天、檢測技術等諸多領域。美國研制出紅外測溫傳感器，使其在惡劣的環境下仍能測量出飛行器各部分的溫度；城市的交通管理也運用紅外光電傳感器進行路段事故檢測和故障排除的指揮。總體來說，國外傳感器的測量范圍大，線性度好，分辨率高，穩定性好。國內對激光位移傳感器的研究雖不及一些歐美國家，但是卻在研究的種類上屢創新奇。
二、激光三角測量技術的原理
激光三角測量法是指從光源發射一束光線到被測物體表面，在另一方向通過成像觀察反射光點的位置，成像位移和實際位移存在一定的換算關系，通過這個關系式可以計算出被測物體表面的實際位移。由于入射光和反射光構成一個三角形光路，因此被稱為三角測量法。按照入射光線與被測物表面法線的關系，可分為直射式和斜射式。本項研究采用的是直射式激光三角測量法。
如圖l所示，激光發射器發射出一束光線到熱水瓶水面形成光斑，光線在表面發生反射后，從另一個方向通過成像透鏡，光斑成像在CCD位置傳感器上。隨著熱水瓶水面高度的變化，反射光的角度在發生變化，光斑成像也隨之發生位移。設光斑在CCD成像面上相對位移為X’，被測表面（即水面高度）的實際位移為X，則兩者關系如下式：
在傳感器的選擇上，本項研究選用的是CCD激光位移傳感器。目前應用于激光三角法測距的光接收元件包括：CCD（Charge-c.oupled Device，光電耦合器件）和PSD（Position Sensitive Detector，位置敏感元件）。PSD是基于橫向光電效應來實現光能、位置的轉換，CCD是一種新型光電轉化元件，主要由光敏單元、信號輸入單元和信號輸出單元組成。CCD以電荷作為信號，實現電荷的存儲、轉移和檢測。與PSD相比，CCD具有輕便、體積小、耗能小、精度高、穩定性好、時效性高等特點。基于上述考慮，最終選定了CCD激光位移傳感器。
三、基于激光位移傳感器的可控型水龍頭系統結構
本項目研究的激光位移傳感器硬件系統包括：激光電源、半導體激光器、線陣CCD驅動電路、輸出信號的處理系統、單片機測量系統和水龍頭閥門控制系統。如圖2所示為激光位移傳感器的可控型水龍頭系統的總框圖。
3.1 光源的選擇
激光器有很多種：氣體激光器、固體激光器、半導體激光器等，氣體激光器單色性和方向性好，但體積和重量大，需要外部高壓電源，不易安裝在小型光學測頭上。半導體激光器具有超小型、高效率、電壓低、電能轉換率高、便于安裝等優點。激光光束在傳播中存在散射，當測量目標越遠，光能量分布不均勻，從而導致誤差出現，半導體激光位移傳感器可以進行體積小的短距離測量。
3.2 線陣CCD驅動電路
目前，應用于激光三角測距系統的光接受元件主要有兩種：CCD――光電耦合器件和PSD――位置敏感元件。本測距系統設計中采用精度高、穩定性好的光電耦合器件CCD作為光電探測器，根據被測物體的移動距離，間接進行測量。
3.3 輸出信號的處理系統
圖像采集后，CCD輸出的信號疊加了較大的干擾噪聲，所以要先經過預處理電路后在進行二值化處理。預處理即是將CCD輸出進行前置放大后進行濾波處理，放大電路將微弱的信號放大同時干擾的噪聲信號也得到了放大。
所以經過低通濾波器將放大電路處理后信號中的高頻成分濾除，常用低通濾波器包括：三角濾波法、高斯低通濾波器、中值濾波器等不。最后將輸出的信號送入電壓比較器進行二值化處理得到穩定的數字信號。最后將數字信號送到單片機系統進行脈沖計數就能得到像點位置信息。系統將計算后的結果顯示在顯示器界面上。
3.4 水龍頭閥門控制系統
在理想條件下，熱水瓶的高度為H，由上述系統測出水面高度為X，當x的值接近L時，系統通過反饋電路來控制水龍頭的閥門。
四、結束語
激光三角法采用非接觸測量，以其實時性強、精度高、對被測物體表面沒有特殊要求等優點得以廣泛應用，本論文利用直射式激光三角法，對系統的結構參數和所選器件做出了合理的設計和選擇。論文的主要工作包括以下幾個方面：
（1）通過對激光測距系統在國內外的發展現狀研究，并結合本系統情況，確定了本系統的測量原理。
（2）數據采集：令熱水瓶的高度是定值H，從光源發射一束激光到被測物體（上升水面）表面，在另一方向通過成像觀察反射光點的位置。通過線陣CCD對光電信號進行采集，從而計算出水面到瓶口的距離X。
（3）信號處理將采集到的數據經過濾波放大電路處理，然后將輸出的結果由模擬信號轉化為數字信號，最后將信號送人單片機系統。
（4）數據結果輸出：通過單片機的計算被測物體的位移量，當X-H趨近于零時，將其距離顯示在顯示器界面上，通過電路控制水龍頭閥門的關閉。
后期工作展望：
激光原理論文范文3
[關鍵詞]軸子；量子色動力學；光子靜質量效應
[中圖分類號]E933.43 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）05-0009-01
1軸子、光子相關理論簡介
本文首先簡述了關于軸子和光子的理論，以方便研究軸子和光子的相關理論，進行相關實驗。
1.1量子場論
量子場論是以量子力學原理等為基礎，一種解釋了微觀物理學的理論。量子動力學具有悠久的歷史，也比較成熟。他研究的內容主要是電磁場和帶電粒子的相互影響的情況以及這種相互影響的量子性質、帶電粒子相關活動等。它還對相關高精度實驗進行了分析。
我們所生存的世界中存在著許多量子場系統。粒子的生成或消失取決于量子場的情況。所渭真空就是指量子場中的能量處于一種最低狀態。與其他激發態相比較，這種最低態指的是不存在任何粒子的狀態，可是，真空中存在著許多量子場，并時時刻刻運動，即物理學中所謂的真空零點振動，該點對應的能量則稱為真空零點能。在這種情況下，若能夠使量子場不再擴散到更大的空間中去，而它所在的較小的空間的大小出現改變時，此量子場產生的零點振動能也會出現較小的改變，即得出了著名的卡西米爾效應。
1.2對稱性和守恒律
對稱性和守恒律在物理學中有著非常重要的地位。物質的情況及其運動特點在對稱變換時所展現出的固有性質就是對稱n生。如果物體的運動及其能量最低態具有對稱性特點，則其相應的物理量均守恒。物質在運動過程中都滿足守恒定律。
1.3規范場和規范玻色子質量
規范場是一類物質場，它與相關規律的固定性聯系很大，規范玻色子指的是一種場量子。電磁場也是常見的規范場。其不變性對周總耦合形式的形成有很大的影響。規范場的量子就是規范玻色子，也使其相互影響。因為規范對稱性的規定，規范場的相關量中沒有規范場的質量項，它會影響規范對稱性。當相應的規范玻色子質量為零時，這說明其對應的作用是長程力。
2強場激光偏振法探測軸子實驗簡述
二十世紀末，世界著名大學羅切斯特大學的一位博士和一些學術專家在美國國立實驗室做了該實驗。他們通過變更激光射向強磁場偏振方向的方式，來探測軸子。下面著重研究光子非靜止質量的相關情況。
強場激光偏振法探測軸子實驗，指的是研究軸子與光子的電磁耦合作用。有相關效應可知，當一束線偏振光出現于強磁場時，而與磁場正交的分量則與磁場相互作用生成新的軸子，所以，此分量的幅值就會降低，進而造成其偏振方向會與原偏振方向有一定的角度。二十世紀末，有一些博士和專家就在這一理論的基礎上來探測肘子。
該實驗體系由三部分組成，一是強磁場；二是光學系統；三是橢圓偏振檢測系統。強磁場主要是生成新的軸子，磁場是通過超導偶極磁體形成的。還有其他物體如起偏器等，其光軸方向與磁場方向須有一定的夾角，如此方能滿足實驗的要求。
實驗時，首先在某一橫向磁場中引入一束線偏振光，激光先經過隔離器到達起偏器，其光軸方向與磁場方向會有一定的夾角，而后會產生一定角度的線偏振光，接著射進光學反射腔，最后又到達檢測區，反射腔位于磁場區中，一旦磁場中形成新的軸子，則反射腔發出光線，其偏振狀態會有一定的改變。實驗對變化的激光偏振方向夾角進行分析，以達到探測軸子的目的。
光首先進入反射腔，射出后又進入法拉第盒，并得到其一定的調制，如此有利于避免不必要的非線性項，隨后射到檢偏器上，需要說明的是，它和起偏器一樣也是偏振晶體，二者的光軸方向是正交的，結果發出的光電信號傳到光電二極管，并在此處被檢測出。我們要想了解該偏振光的橢圓率，可以把一定規格的波片放在法拉第盒的前邊，這樣就可以通過測量偏振方向的變化來得出該橢圓率。
3光子靜止質量為零時的實驗分析
由相關效應知，當線偏振光經過較強磁場時，與磁場正交的分量在與磁場相互作用的過程中形成軸子。有量子動力學理論可知，光子主要來源于激光束，并在強磁場的影響下，形成了軸子。磁場中的場強張量存在于一定區域的總電磁場中，它包括兩部分，一是外部產生的強磁場；二是由激光束產生的電磁場場強。
因為Primakoff效應中的光為外磁場平行的部分時才能形成軸子，但和外磁場正交的部分卻未出現任何改變。二十世紀末期，有一些專家教授根據相關理論和原理，并采用相應的方法來探測軸子。當激光經過一個非縱向的磁場區時，其偏振方向則會與磁場形成一定的角度，約為45度。發出的激光的偏振方向與原方向也會形成相應的角度。
4光子靜止質量不為零時的實驗分析
從一些圖書資料中可以查知，愛因斯坦在狹義相對論中提出了兩個基本假設，即所謂的光速不變和相對性原理，它對現代物理學的發展起了巨大的推動作用。光子靜止質量上述假設中的觀點。物理學是建立在實驗的基礎上的，因此，只有進行科學的實驗才能得出正確的理論。我們可以從電動力學中得出光子靜止質量為零時的電磁場的密度等參數。由此密度推導出電磁場的運動方程。當光子靜止質量為非零時，瑪克斯韋爾電磁場必須把其靜止質量項考慮在內。然后才能對其進行獨立地光子靜止質量研究。實驗中測得的角度與磁場區域長度呈線h生關系，為方便探測，在實驗中安裝了反射鏡，使激光循環反射，從而增強了相應的測量效應。
結束語
軸子是一種假定的粒子，它是為了說明量子色動力學中的強CP問題，人們很青睞這種冷暗物質粒子。軸子一旦被發現，其意義非凡，否則，就不可能存在軸子模型，我們也就找不到解決強CP問題的具體方法，這要求我們另尋其他方式方法。本篇論文簡要介紹了其相關理論和一些模型，還有現在探測軸子的一系列實驗。此外，我們經過一番理論分析后，得出了軸子和光子的相關參數及關系式，從而推導出并得出軸子質量限。
激光原理論文范文4
論文摘要：回顧了全息術的歷史，闡述了全息術的基本原理，然后介紹了全息術在實際中的應用及其發展方向。
我們看到的世界是三維的、彩色的，這是因為每個物體發射的光被人眼接受時，光的強弱、射向和距離、顏色都不同。從波動光學的觀點看，是由于各物體發射的特定的光波不同，光的特征主要取決于光波的振幅(強弱)，位相(同相面形狀)和波長(顏色)。如果能得到景物光波的完全特征，就能看到景物逼真的三維像，這就是全息術。全息術誕生到現在60年來取得了很大的進展，已被廣泛地應用于近代科學研究和工業生產中。
1全息術的歷史和發展階段
1948年，丹尼斯·蓋伯提出一種記錄光波振幅和相位的方法，隨后用實驗證實這一想法，即全息術，并制成世界上第一張全息圖。蓋伯本來是為提高電子顯微鏡的分辨率而提出的設想，雖然未能用電子波證實其原理，但用可見光證實了。從第一張全息照片制成到20世紀50年代末期，全息圖制作具有以下共同特點：全息圖都是用汞燈作為光源；而且是所謂同軸全息圖，即物光和參考光在一條光路上得到的全息圖。這一時期的全息圖被稱為第一代全息圖，標志著全息術的萌芽。第一代全息圖存在兩個嚴重問題，一個是再現的原始像和共軛像分不開，另一個是光源的相干性太差。因此在這十多年中，全息術進展緩慢。
1960年激光的出現，提供了一種高相干度光源，為全息技術發展提供了可能。針對第一代全息技術出現的問題，利思和烏帕特尼克斯(1962)提出，將通信理論中的載頻概念推廣到空域中，用離軸的參考光與物光干涉形成全息圖，再利用離軸的參考光照射全息圖，使全息圖產生三個在空間互相分離的衍射分量，其中一個復制出原始物光。該方法被稱為離軸全息術，這是全息術發展的第二階段。第二代全息術解決了光源的問題，并且在立體成像、干涉計量檢測、信息存貯等應用領域中獲得巨大進展，但是激光再現的全息圖失去了色調信息。
科學家們開始致力于研究第三代全息圖到。這是用激光記錄，而用白光再現的全息圖，在一定的條件下賦予全息圖以鮮艷的色彩。第三代全息術已經在很多領域的到了應用，例如：像全息、反射全息、彩虹全息、模壓全息等。
激光的高度相干性，要求全息拍攝過程中各個元件、光源和記錄介質的相對位置嚴格保持不變，這也給全息技術的實際使用帶來了種種不便。于是，科學家們又回過頭來繼續探討白光記錄的可能性。第四代全息圖應該是白光記錄白光再現的全息圖，它將使全息術最終走出有防震工作臺的黑暗實驗室，進入更加廣泛的實用領域。
2全息術的基本原理和特點
全息術是一種“無透鏡”的兩步成像法，它能在感光膠片上同時記錄物體的全部信息，即物體光的振幅和位相。全息照相過程分全息記錄和再現兩步：第一步稱為波前記錄(全息記錄)；第二步物體的再現(重現)。
波前記錄依據的是干涉原理，物光波和參考光波相干疊加而產生干涉條紋。干涉條紋的反襯度記錄了物光波前的振幅分布，干涉條紋的幾何特征(包括形狀、間距、位置)記錄了物光波前的位相分布。就是說，全息圖上的強度分布記錄了物光波的全部信息-振幅分布和位相分布，它們分別反映了物體的明暗和縱深位置等方面的特征。應當指出，任何感光底片都只能記錄振幅(或者說強度)的分布，而不能直接記錄位相分布，全息照相之所以能記錄位相分布，是利用了參考光波把它轉化成了干涉條紋的強度分布。假如沒有參考光波，或者它與物光波不相干，波前上的位相分布是不可能記錄下來的。
波前再現的理論依據是衍射原理，照明光波(再現光)經過全息圖衍射后出現一個復雜的光波場。全息圖的衍射波含有三種主要成分，即物光波(+1級衍射波)，物光波的共軛波(-1級衍射波)，照明光波的照直前進(零級衍射波)。在現代記錄和重現的全息照相裝置中，這三種衍射波在空間彼此分離，互不干擾，便于人們用眼睛或鏡頭去觀測物光波的虛像或其共軛波的實像。
全息術的原理決定了它所記錄的全息圖有下列特點：
(1)三維性——因為全息圖記錄了物光的相位信息，圖像具有顯著的視差特性，可以看到逼真的三維圖像。
(2)不可撕毀性——因為全息圖記錄的是物光與參考光的干涉條紋，所以具有可分割性。它被分割后的任一碎片都能再現完整的被攝物形象，只是分辨率受到一些影響。
(3)信息容量大——同一張全息感光板可多次重復曝光記錄，并能互不干擾地再現各個不同的圖像。
(4)全息圖的再現相可放大或縮小——因為衍射角與波長有關，用不同波長的激光照射全息圖，再現相就會發生放大或縮小。
3全息術的主要應用及其發展方向
全息術經過60年的發展，已與計算機技術、光電技術以及非線性光學技術緊密結合，成為一種高新技術，擴展到醫學、藝術、裝飾、包裝、印刷等領域，在一些發達國家還興起了全息產業，并且正在形成日益廣闊的市場，實用前景非?？捎^。本文介紹全息術中幾個應用較為廣泛、產業化較成熟的領域并說明其發展方向。
3.1全息存儲
全息存儲是依據全息術的原理，將信息以全息照相的方式存儲起來，它利用兩個光波之間的耦合和解耦合，可以把信息存儲和信息之間的比較(相關)、識別，甚至聯想的功能結合起來，也就是可以把信息存儲和信息處理結合起來。用于全息信息存儲的記錄介質較多，可永久保存信息的全息圖用銀鹽干板、銀鹽非漂白型位相全息干板、光聚合物及光致抗蝕劑等；可擦除重復使用的實時記錄材料有光導熱塑料、有機或無機光折變材料等。全息存儲在存儲容量方面具有巨大的優勢，原因是：
(1)全息存儲具有存儲容量大的優勢。用感光干板作為普通照相記錄信息時，信息存儲密度的數量級一般為105bit/mm2；用平面全息圖存儲信息時，存儲密度一般可提高一個數量級達106bit/mm2；如果用體全息圖存儲信息時，存儲密度可高達1013bit/mm2。
(2)全息存儲具有極大的冗余性，存儲介質的局部缺陷和損傷不會引起信息丟失。
(3)全息存儲具有讀取速率高和能并行讀取的特點，每個數據頁可包含達1Mbit的信息，寫人一頁的時間在100ms左右，讀信息的時間可以小于100μs，而磁盤的尋址時間至少需要10ms。
當前，在世界范圍內掀起了全息存儲研究的熱潮，并取得很大的進展，其主要表現在：
(1)存儲容量迅速提高和性能不斷改善，并逐步走向實用化。例如，1994年美國加州理工學院在1cm3摻鐵妮酸銼晶體中記錄了1000幅全息圖，同年，斯坦福大學的一個研究小組把經壓縮的數字化圖像視頻數據存儲在一個全息存儲器中，并再現了這些數據而圖像質量無顯著下降。1999年美國加州理工大學利用空-角復用技術，在同一塊在摻鐵鈮酸鋰晶體中存儲了26000幅全息圖。北京清華大學實現了在摻鐵妮酸鏗晶體中的同一空間位置記錄1500幅全息圖，并研制了具有緊湊結構的靈巧型全息存儲裝置。
(2)實用化的全息存儲系統逐漸推出。例如，1995年由美國政府高級研究項目局(ARPA)、IBM公司的Almaden研究中心、斯坦福大學等聯合成立了協作組織并在美國國家存儲工業聯合會(NS1C)支持下川，投資約7000萬美元，實施了光折變信息存儲材料(PRISM)和全息數據存儲系統(HDSS)項目，預期在5年內開發出具有容量為1Tbit數據，存儲速率為1000MB/s的一次寫人或重復寫人的全息數據存儲系統。同樣的研究在法國、英國、德國和日本等國家也正在加緊進行。
近幾年來，光電子技術和器件取得了系列重大進展，為全息存儲器提供了所必要的高性能半導體激光器、液晶空間光調制器、CCD陣列探測器等核心元器件，全息存儲的理論和方法的發展使這項技術日趨成熟然而，美中不足的是全息圖的壽命問題尚待解決，雖然張澤明、謝敬輝等對Ce：Fe：LiNbO3晶體的全息存儲和熱定影進行了理論和實驗研究，從方法上給出了記錄角度越大，光柵周期越小，熱定影所需最小離子數密度越高，存儲系統的整體性能越好，但是目前還未解決的一個難題是尋找合適的記錄材料。無疑，這將成為全息存儲界研究的熱門課題。
3.2顯示全息
顯示全息技術是在激光透射全息圖的基礎上來制作各種類型的全息圖，如白光反射全息圖、白光透射全息圖等，各種類型的顯示全息圖可用于舞臺布景、建筑、室內裝飾、投影等；再如，以動態顯示的全息技術、層面X射線照相術、3DCAD技術、3D動畫片、雷達顯示、導向和模擬系統等，每3年一次的顯示全息國際會議上都有全息界泰斗展出令人吃驚的全息圖，它們充分展示了全息技術創造性的魅力和藝術的美。
顯示全息目前主要有兩大類：第一類是Lippmann全息圖，制作方法有Denisyuk的單光束法和Benton的開窗法。第二類是S.A.Benton的彩虹全息圖，這是一種透射式顯示全息圖，可在白光照明下再現立體圖像，且圖像的顏色隨觀察的位置的變化而變化，從紅到紫如雨后彩虹而得名。隨著高質量記錄材料的發展，隨后的一些研究者和藝術家不斷追求更實用的拍攝技術，如假彩色編碼和真彩色反射全息圖等。美國光學學會主辦的《AppliedOptics》和《OpticsLetters》在20世紀80年代都有關于這方面的論文報道。由SPIE主辦的《Holosphere》和美國全息制造商協會主辦的《HolographyNews》以往和近年都不斷地報道有關顯示全息圖的最新制作技術和商業信息。但從這些報道情況來看，顯示全息存在不足主要表現在：
(1)視角范圍、圖像體積有限；
(2)沒有獲得特別有效的全息圖的計算方法；
(3)由于全息計算數量巨大，導致動態顯示異常困難?？朔陨喜蛔?，將可能成為顯示全息研究的幾個熱點。
近年來，顯示全息技術掀起一場數字化變革，數字合成全息技術為全息三維顯示開辟了前所未有的應用前景。隨著計算機運行速度的提高和高分辨空間調制器件的發展，利用顯示全息的大視場、大景深、全視差、真彩色、可拼裝、價格低廉等特性，在不久的將來開發出真正意義的全息電影和全息電視，為顯示全息技術創造良好的商業前景。
3.3模壓全息
模壓全息是1979年RCA公司為解決視頻標準件的全息拷貝而提出的，它是將全息術和電鍍、壓印技術結合起來，使全息圖的制作產業化，用白光再現時，可得到色彩鮮艷逼真的三維圖像，并可通過印刷方式大批量生產，使得它在許多領域得到廣泛的應用，以商品形式走向市場。模壓全息的制作主要分為三個階段：激光攝制原片全息圖；電成型制金屬模板；模壓復制。這三個階段生產工藝和技術要求都比較高，因此，模壓全息作為安全防偽首當其沖，是安全防偽技術的一個里程碑。正如全息圖的新奇性、強烈的視角效果、制作的難度以及易于應用在鈔票的包裝上，不能去除性、價格低廉、容易驗證等特點，使它很快占領了防偽領域。模壓全息是一種技術與藝術結合的高科技產品，無論在高檔商品促銷、名優商品的防假冒或在有價證券(如信用卡、鈔票、護照簽證)的防偽和加密以及圖書、印刷、印染、裝磺、紀念郵票和廣告標牌等都有采用模壓全息技術，并備受使用者青睞。
模壓全息出現于20世紀70年代，80年代中期已形成了一種產業，90年代達到了鼎盛時期。本世紀初，隨著防偽技術要求的不斷提高，模壓全息技術又有了新的突破：美國斑馬圖像公司推出了二維圖像的數字化采集和拍攝技術；2003年，蘇州大學研制成功并已批量生產“數碼激光全息照排系統”；同年，倪星元、張志華等成功研制了可替代傳統鍍鋁防偽薄膜的透明TiO2激光全息防偽薄膜。這些模壓全息的一個個技術突破，使防偽功能有了提高，讓激光全息防偽技術達到新的境界。
模壓全息產業在我國起步較晚，但發展速度迅猛，目前國內已有100多條模壓全息生產線。為了使模壓全息技術健康發展，我國模壓全息產業發展必須在三個方向上引起重視：首先是開拓全息燙金材料，取代金膜和銀膜，其次開發全息包裝材料，實現立體防偽包裝，第三個方向是模壓全息技術和現代印刷術相結合，體現傳統的美術效果和現代科技的藝術魅力。
3.4全息干涉計量
全息干涉計量術是將不同物光，在不同的時間記錄在同一張全息干板上，然后利用全息術的空間波前再現原理，非接觸地對物體表面進行三維測量而獲得信息。全息干涉計量術是全息應用的一個重要方面，它能實現高精度非接觸性無損測量，比一般光學干涉計量有很多優點。一般光學計量只能測量形狀比較簡單、表面光度很高的零部件，而全息計量方法則能對任意形狀、任意粗糙表面的物體進行測量，測量精度為光波波長λ的數量級。目前，全息干涉計量術在方法上先后發展了實時全息干涉法(單次曝光法)、二次曝光全息干涉法、時間平均全息干涉法、雙波長干涉法以及雙脈沖頻閃全息干涉法，此外，J.A.Leendertz開辟了全息干涉計量術的另一個新的分支-激光斑紋計量術。隨著光電技術、計算機技術、CCD器件及光纖技術的飛速發展，使得全息干涉計量技術在信息采集和處理上更為方便、快捷和可靠，并得以在惡劣環境條件下對某些物理量進行定時測量。再加之相移技術、外差技術和鎖相技術等，可使測量精度提高到λ/100或更高。
全息干涉計量在20世紀80年代美國等西方先進國家已產業化，我國在20世紀80年代初有幾所大學和科研單位的研究項目通過鑒定，其中有些達到當時的先進水平。經過近幾年的開發和研制，我國在全息干涉計量測試設備方面主要發展有：
(1)用于測試火箭發動機噴霧化特性的YSCI型離子瞬態激光全息測試儀；
(2)用于激光熱核聚變稠密等離子體電子密度測量的SPQ-1型四分幅皮秒紫外線激光全息探測儀；
(3)包括記錄、再現、圖像處理三部分的瞬態激光全息干涉計量測試系統；
激光原理論文范文5
論文摘要：本文主要簡介了激光與生物組織相互作用所產生的生物效應，概述激光與生物分子相互作用機理研究現狀。為提高和發展激光技術在此領域的應用，有必要對激光的生物學效應及生物物理機理進行研究。
一、激光的發光原理及其生物學效應
1激光發光原理
把一段激活物質放在兩個互相平行的反射鏡構成的光學諧振腔中，處于高能級的粒子會產生各種方向的自發發射。其中，非軸向傳播的光波很快逸出諧振腔外，軸向傳播的光波卻能在腔內往返傳播，當它在激光物質中傳播時，光強不斷增強。如果諧振腔內單程小信號增益g0l大于單程損耗δ，則可產生自激振蕩。原子的運動狀態可以分為不同的能級，當原子從高能級向低能級躍遷時，會釋放出相應能量的光子即自發輻射。同樣的，當一個光子入射到一個能級系統并為之吸收的話，會導致原子從低能級向高能級躍遷即受激激吸收。然后，部分躍遷到高能級的原子又會躍遷到低能級并釋放出光子即受激輻射。這些運動不是孤立的，而往往是同時進行的。當我們創造一種條件，譬如采用適當的媒質、共振腔、足夠的外部電場，受激輻射得到放大從而比受激吸收要多，就會有光子射出，從而產生激光。
2激光生物學效應
由于激光具有能量和動量，激光作用于生物分子，就有可能使生物分子產生物理、化學或生物反應，這就是激光生物效應。目前，學術界認識比較一致的激光生物效應大致有五類：.激光生物熱效應、激光生物光華效應、激光生物壓力效應、激光生物電磁效應和激光生物刺激效應。生物組織內的天然色素顆粒，對近紫外、可見光和近紅外光譜區的激光有選擇吸收作用。激光生物效應，目前已經在激光醫療、激光育種方面得到廣泛、有效的應用。
（1）激光生物熱效應
激光照射生物組織時，激光的光子作用于生物分子，分子運動加劇，與其他分子的碰撞頻率增加，由光轉化為分子的動能后變成熱能，可能會引起蛋白質變性，生物組織表面收縮、脫水、組織內部因水分蒸發而受到破壞，造成組織凝固壞死。當局部溫度急劇上升達幾百度甚至上千度時，可以造成照射部分碳化或汽化。在照射生物組織時，不同波長的激光產生熱效應的機制也不盡同。紅外激光的光子能量小，生物組織吸收后只能增加生物分子的熱運動導致溫度升高，所以它是直接生熱可見光和紫外光的光子能量大，生物組織吸收了光子能量后引起生物分子電子態躍遷，在它從電子激發態回到基態的馳豫過程中釋放能量，該能量可能引起光化反應，也可能轉化為熱量產生溫度升高，所以它們是間接生熱。激光熱效應究竟應表現為哪種形式，在激光方面取決于其輸出參數、作用時間，在生物組織方面則取決于其光學、熱學特性等諸多因素。
熱效應是激光致傷的最重要因素。激光損傷區與正常組織的界緣十分清楚，這是由于激光脈沖時程短，生物組織的導熱性差，瞬間放熱來不及擴散到受照射部位以外的緣故。輻照后，由于繼變化，如炎癥、出血、再生等，會使原初清楚的損傷界緣逐漸變得模糊。
（2）激光生物光華效應
當一個處于基態的分子吸收了能量足夠大的光子以后，受激躍遷到激發態，在它從激發態返回到基態，但又不返回其原來分子能量狀態的弛豫過程中，多出來的能量消耗在它自身的化學鍵斷裂或形成新鍵上，其發生的化學反應即為原初光化學反應，在原初光化學反應過程中形成的產物，大多數極不穩定，它們繼續進行化學反應直至形成穩定的產物，這種光化反應稱為繼發光化反應，前后兩種反應組成了一個完整的光化反應過程，這一過程大致可分為光致分解、光致氧化、光致聚合及光致敏化四種主要類型，光致敏化效應又包括光動力作用和一般光敏化作用。生物的光華效應產生的根本是生物的而組織有一定的色度，能選擇性地吸收300～1000nm光譜。生物體內的色素有黑色素和類黑色素、血紅蛋白、胡蘿卜素、鐵質等，其中黑色素對激光能量的吸收最大。脫氧血紅蛋白在556nm,氧合血紅蛋白在415、542、575nm處有清楚的吸收帶,胡蘿卜素吸收帶在480nm處，黑色素和類黑色素在400～450nm波段吸收最強。無論是正常細胞還是腫瘤細胞，在細胞質和細胞間有許多黑色素顆粒，它們吸收激光能量使能量在色素顆粒上積聚而成為一個熱源，其能量向周圍傳導和擴散，從而引起周圍組織細胞損傷。
（3）激光生物壓力效應
由激光照射產生的機械作用可分為兩部分：激光本身的輻射壓力對生物組織產生的壓強，即光壓，稱作一次壓強；生物組織吸收強激光造成的熱膨脹和相變以及超聲波、沖擊波、電致伸縮等引起的壓強，叫二次壓強。由激光導致的生物細胞的壓強的變化可以改變生物細胞、組織的形狀，使得生物細胞、組織內部或之間產生機械力，從而對生物細胞、組織產生巨大的影響。由這種作用產生的沖擊波是激光致傷的另一原因。沖擊波在組織中以超聲速運動，在組織中產生空穴現象，引起組織破壞。戈爾德曼指出：脈沖時程50毫微秒的q開關激光產生的沖擊波壓力，可大于10個大氣壓。實際上，激光熱效應影響范圍十分局限，而由壓力效應引起的組織損傷，則可波及到遠離受照區的部位。例如，用紅寶石激光照射小鼠頭部時，發現頭皮輕度損傷，顱骨和大腦硬膜并無損傷，而大腦本身卻大面積出血，甚至造成死亡。
二、激光與生物分子相互作用機理研究現狀
20世紀八十年代以來，由前蘇聯、匈牙利等國的專家提出了不少假說，其中常見的有下列4種：生物電場假說(前蘇聯伊柳辛提出);色素調節假說(前蘇聯伽馬列亞于1981年提出);細胞膜受體假說(前蘇聯普魯哈丘科夫于1980年提出):偏振刺激假說(梅斯特1977年提出)。另外一個假說是:由孤子狀態進入混沌狀態假說。美國englander(1980年)、日本的jomosa(1984年)。
中國的肖家鑫(1987年)用孤子理論對dna的復制、轉錄等遺傳功能作出過解釋。劉頌豪(1991年)也提出了生物學過程中的孤子現象。云南理工大學的周凌云對“由孤子狀態進入混沌狀態假說”的進一步發展作出了貢獻。激光生物物理學家王惠文在其所著的《激光與生命科學》一書中介紹了周凌云的研究成果:“周凌云(1993)提出，在弱激光的作用下，dna分子系統可進入‘無序’的混沌狀態，并根據dna分子動力學方程(sine一gordon方程)的分析結果，可以解釋dna的真實遺傳，從而導出含激光一dna分子動力學的運動方程，以及激光的電場相互作用對dna分子系統的動力學效應。通過含激光與dna相互作用運動方程的m.inikov方法或知dna系統即使在弱激光的作用下，也有可能由原來的孤立子運動狀態進入混沌狀態。從而導致其構象隨時間‘無規則’地演化產生遺傳變異’。但由于激光的生物刺激和誘變等效應作用機理的復雜性，特別是弱激光與生物分子的相互作用機理，目前尚未得出完善的科學解解釋。
激光與生物組織的相互作用很復雜，有待進一步研究。激光生物效應分類還沒有明確的界限，如在光化效應中光熱效應也起了很大的作用，電磁作用也產生熱效應和機械作用等，激光熱作用、光化作用和機械作用通常是同時發生的，所以相互作用的分類并不是絕對的，但各種作用之間也確存在著一些差別。如每種效應都具有典型的激光及典型現象等。激光與生物組織的相互作用是一個多種因素決定的復雜過程，激光的參數(如波長、功率、激光模式等)、生物組織的性質(如密度、彈性、熱導率、比熱、熱擴散率、反射率、吸收率、不均勻性和層次結構)以及生物體狀態等對激光的生物效應都有影響。激光對生物組織的作用具有有利和不利兩個方面，要想利用激光,最首要的任務是認識并理解激光與生物組織的相互作用機理，然后才能加以應用。
參考文獻：
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激光原理論文范文6
【關鍵詞】立體式教學 偏振光 設計性實驗 自主式學習
【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006-9682（2012）09-0089-02
一、前 言
大學物理教學中兩種傳統方式是課堂教學和實驗教學。在課堂教學中一個教師給幾十甚至上百個學生授課，師生之間、同學之間交流較少；實驗教學中，學生要用3～4小時完成教師安排的實驗題目，時間緊迫。這兩種教學模式都是以學生接受、理解、記憶被動式學習為主，優點是教師對教學進程易于控制。
教育改革的形勢提倡改變傳統的以教師為中心的教學模式，注重以學生為主體、更多的激發學生自主學習和探索的熱情，注重良好的溝通技能和團隊合作精神的培養，關注學生成長和全面素質的提高。在物理實驗中引入設計性實驗，實驗室也逐步開放，以鼓勵學生的自主式學習與探索。
二、立體式教學
我們在大學物理課程的偏振光的教學中嘗試了“立體式教學”，將理論教學、實驗教學以及分析總結融合起來，并充分發揮學生的主觀能動性，通過4個階段來完成一個主題內容的教學。①啟發式的課前預習提綱；②課堂討論；③設計性實驗；④提交課程論文。
通過課前預習培養學生針對一類問題的調查研究能力和分析能力；課堂討論培養學生的表達能力；設計性實驗培養學生的創新能力和動手能力；提交課程論文培養學生的分析總結能力。從預習、課堂討論、實驗小組的建立、實驗方案的形成與實施、提交課程論文，整個過程是完全開放的，都以學生為中心自主完成的，教師只是指導者。教學中提高了學生學習興趣，并取得了很好的教學效果。
三、偏振光的立體式教學設計與實踐
1.偏振光的理論預習提綱
偏振光的理論預習提綱歸納如下：①常見光源的發光機理；②光的偏振性；③偏振片的起偏與檢偏，馬呂斯定律；④反射、折射時光的起偏與檢偏，布儒斯特定律；⑤雙折射現象。
2.設計性實驗的參考題目
在只有常規的偏振光實驗儀器的情況下（如光具座、偏振片、玻璃堆、鈉光燈、1/4波片、1/2波片、He-Ne激光器、天平等），應做到以下幾點：①區分普通玻璃片、偏振片、1/4波片、1/2波片；②確定偏振片通光方向或波片的光軸；③測量透明或不透明材質的折射率（材質自備）；④設計光路圖，使透射光強為入射自然光強的1/n。收到了較好的教學效果。
3.預習報告
（1）常見光源是自然光，是大量原子的自發輻射躍遷形成的；激光為受激輻射形成的。
（2）光是電磁波、橫波，具有偏振性質，其偏振方向為電場強度的振動方向。光束按偏振性質可分為自然光、線偏振光和部分偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光。
（3）偏振片的起偏機理為透明基片上的導電分子鏈將其平行方向上的光振動分量吸收，只剩與其垂直方向的光振動透射而起偏的。[1]對于自然光，理想的偏振片的透射光強為入射光強的1/2。
如果光振動方向與偏振片透光方向的夾角為 ，入射光強為I0，透射光強為I，則偏振片上的入射光強與投射光強符合馬呂斯定律： 。
根據馬呂斯定律，可以定量計算偏振片透射光與入射光的相對光強，利用偏振片的起偏原理也可以對一束光進行檢偏。
（4）自然光遇介質界面時，反射光和折射光都成為部分偏振光，當反射光和折射光垂直時，只有垂直入射面的光振動能夠被反射，折射光為平行于入射面的光振動為主的部分偏振光。
布儒斯特定律：當反射光和折射光垂直時，反射光為垂直入
射面的線偏振光。入射角稱為布儒斯特角，滿足 （n1
為入射媒質折射率，n2為折射媒質折射率）。
根據布儒斯特定律，可以測量折射物質的折射率；玻璃堆也可以像偏振片一樣對一束光進行起偏或檢偏，或者對透射光強進行控制。
（5）雙折射現象。自然光遇晶體時分成兩束線偏振光的現象叫做雙折射現象。利用雙折射晶體做成尼科爾棱鏡，也可以對一束光進行起偏和檢偏。利用雙折射晶體做成的1/4波片可以獲得橢圓偏振光或者圓偏振光；1/2波片可以方便地使偏振光的振動面偏轉任意角度。
（6）區分自然光、線偏振光、部分偏振光的常見方法可以利用偏振片、玻璃堆或者尼科爾棱鏡的任何一個置于光路中并以光路為軸旋轉觀察透射光強的變化來判斷。
4.課堂教學
以學生在自學預習中形成的觀點和遇到的問題為主進行討論，教師適當講解，鍛煉學生的思維表達能力和傾聽并尋找設計性實驗的合作伙伴。
5.設計性實驗的觀察點
（1）區分普通玻璃片、偏振片、1/4波片、1/2波片。首先，確定與波片對應的光源，考察點為普通玻璃片對垂直入射光的偏振性無明顯影響；偏振片在自然光中呈灰色；其次，偏振片改變入射線偏振光的透射光強和偏振方向；1/4波片對入射線偏振光的透射光強無影響，透射光可以仍是線偏振光（入射線偏振光振動方向平行或垂直波片光軸）或者橢圓偏振光、圓偏振光；1/2波片只是使入射線偏振光振動面旋轉2倍的入射光振動面、波片光軸夾角。
（2）確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）測量透明或不透明材質的折射率（材質自備）?？疾辄c為反
射光偏振性的檢測、布儒斯特定律 的計算及光路的設計。
（4）要使透射光強為入射自然光強的1/n，兩偏振片通光方向夾角為 ；或者偏振片、玻璃堆和尼克爾棱鏡中任意兩個的組合，但光路要復雜一點。
實驗小組活動的方式和時間可以協商選擇。實驗方案自由討論，相互批評，相互補充，相互完善，從中加深對理論的理解，起到課堂教學起不到的作用。形成統一方案后交與指導教師，由教師形成建設性指導意見后反饋回小組，而不是簡單的給出正確答案或解釋。
6.課程論文
課程論文包括預習報告、實驗目的、實驗儀器、光路圖、操作步驟、實驗數據、實驗現象、數據處理、偏振光應用的展望與綜述等。
四、結束語
在整個教學過程中，偏振光的理論預習內容屬于必修課內容，設計性實驗是自愿參加的。對學生來講，整個過程是自主的相互學習的過程，也是合作互動的過程，是交朋友和討論物理問題的過程。物理知識是大家一起構建的，而不是被灌輸的，輕松并總能獲得幫助。在測量蔗糖的旋光系數時，組與組之間進行了合作，不同的光源、不同的實驗方案配合節約了原材料，并對實驗方法和結論進行了比較，體驗合作的成果與課程相關的設計實驗成為大學物理課程的延伸，是學生理論聯系實際以及科研的初級演練。
