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人力資源管理會計是以經濟學和組織行為學原理為基礎的，與人力資源管理學相互結合形成的一門新興會計類專門學科，它是會計學科發展的一個全新領域。自1964年美國密歇根大學會計學專家赫曼森首次提出這一概念至今，人力資源管理會計已經發展了一套比較完善的會計學理論體系。相較于傳統的會計核算制度，人力資源管理會計繼承了傳統會計學中的基本原理和基本方法，把傳統會計學的“物盡其用”理論和新經濟時代的“人盡其才”理論相融合，視人才為企業最重要的無形資產之一，建立人力資源成本核算體系，關注人才的價值，注重人力資本的增值，重視對員工的投資、激勵和潛能的開發并評估其貢獻，以此提高企業的績效和整體價值，從而使企業的人力資源管理更具有合理配置性和有效使用性。與傳統的會計體系相比，人力資源管理會計更貼合實際、更完備、更科學、更全面。

三、廣告企業人力資源管理的特點

人才是廣告公司重要的核心競爭力之一。人才素質決定了公司團隊的協同能力，決定了公司客戶服務的品質，決定了公司的未來發展。公共交通是城市的民生工程，點多面廣線長車多，公交車身廣告是可見機會最大的唯一可移動的戶外媒體形式，具有高覆蓋率和高受眾率的特點?；谶@些特性，在公交廣告公司工作的員工中除了小部分負責設計制作廣告外，大部分人員并不直接參與制作廣告，他們進行市場研究，做策劃創意，準備媒體計劃、廣告監測、預訂和調整線路版面。因此，廣告公司對人才的要求較高，如要大專以上的受教育程度，具備相關的專業知識，有從事廣告或相關行業的技能積累，以及任職資格等。

1.員工的培養成本高廣告企業需要花費較長的時間和較高的費用對員工進行有計劃有針對性的教育和訓練，以達到適應崗位職業技能的目的。一是提高員工的業務素質能力，補充新知識，提煉新技能；二是促進員工的信息交流，增進情感，加強協作；三是加強員工對公司的認同感，提高公司的整體凝聚力。因此，廣告企業員工的培養成本較高。

2.員工對企業的經營發展有重要影響廣告行業不同于其他需要大量廉價、重復勞動的行業，它是以管理、經營一群特殊人才為根本的行業。在廣告企業中，員工主要從事創造性思維的腦力勞動，其勞動過程較為復雜，勞動成果也難以量化。廣告企業中每一個環節員工的創意和智慧與企業的經營都有著直接且重要的關聯，在企業經營活動中的作用是難以替代的。

3.員工的勞動報酬較高知識和創意是廣告企業的主要生產資料。與一般的企業相比，廣告企業的員工更看重自我價值的實現和社會的認可。由于員工所創造的勞動價值具有不可替代性，因此，廣告企業為了挽留人才，必須給予其較高的勞動報酬，以證明員工的獨特價值，并激勵企業員工進一步體現自身的價值。

四、人力資源管理會計在公交廣告企業中的人力資源管理應用分析

廣告行業公認的特點是“鐵打的營盤流水的兵”，職業躁動成為廣告人最鮮明的生存特色，具體表現為人員在業界的頻繁流動。其造成的負面影響有：其一是廣告人的職業浮躁，做好隨時離開的準備，增加廣告公司的離職成本和新人培養成本；其二是影響廣告公司的管理和業務開展，甚至是常常會出現客戶隨著主要服務人員的出走而流失的情況；其三是廣告公司人員的高流動現象讓客戶對經常需要重新面對新的服務人員表露出反感。針對上述特點，公交廣告企業需要從薪酬、福利、經營理念、企業文化等多方面采取措施留住人才，這就需要人力資源管理會計對人力資源的成本和價值進行評估和核算，幫助公交廣告企業全面了解人力資源的獲得、維護、開發利用和挽留的成本和效果。在公交廣告企業中人力資源管理會計的應用主要包括以下幾個方面。

1.為人力資源獲取提供新的測量方法人力資源管理的前提是對人才進行招聘。在進行人才招聘前，人力資源管理部門必須以企業發展的人力資源需求為前提，制定出一份科學合理的人力資源獲取工作預算。人力資源管理會計則為人力資源獲取的工作預算提供更加準確的測量方法，測算出投資盈虧平衡點，從而使人力資源招聘更加合理高效。例如，企業預計投入50000元成本招聘業務員，其中，固定成本3220元/人，變動成本100元/人。投資盈虧平衡點＝50000÷（3220－100）＝16（人），則該企業招聘業務員的人數不能超過16人。

2.有效解決人力資源開發的預算問題人力資源管理會計將人力資源的投資作為一項無形資產，并按照收益期予以攤銷，使人力資源的價值更加信息化、可測量化，從而給人力資源管理部門提供更加準確真實的人力資源信息。人力資源開發預算主要包括兩個重要問題，即人力資源的投資價值評估和成本評估，從而對人力資源的分配和預計的成本有所把握。在對以上問題進行評估時，可以通過人力資源管理會計進行投資回報率（POI）評估，從而有效解決資源開發的預算問題。2013年9月起，廈門公交廣告招聘8名業務員，在經過職業培訓之后的短短4個月新增人力資源管理成本26萬左右，但為企業帶來了252萬元以上的收益，根據投資回報率＝（人力資源管理項目收益－人力資源管理項目成本）÷人力資源管理項目成本×100%的公式計算：投資回報率＝（252－26）÷26×100%＝869.23%這僅僅是新上崗的員工，如果員工長期發展，投資回報率是以10倍計的翻番。

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[文獻標識碼]A

[文章編號]2095-3712（2013）34-0052-06

[基金項目]廣西教育科學“十一五”規劃課題“廣西民族地區學困生發展策略與語文德育的功能研究”（2008C21）。

[作者簡介]韋美日（1964―），女，廣西環江人，碩士，廣西師范學院文學院副教授，研究方向：語文課程與教學論，廣西民族地區語文德育。

在語文課程改革中，出現了一些自相矛盾的奇怪現象：一邊是課改實驗的“泛人文化”，表現為在公開課或是教學競賽中，以培養學生的人文素養為主，進行漫無邊際的拓展延伸，忽略了語文知識、技能的傳授、訓練；一邊是學校的常規教學中的“去人文”，表現為課堂教學仍然以傳授知識為主，扎扎實實進行應試能力訓練，把人文精神的培育當成可有可無的內容，隨意增減。

一、語文教學中遇到的問題

語文課堂教學中的矛盾現象背后是語文課程的價值取向指導下的語文課程資源開發的問題。功利化的價值取向使語文課堂教學僵化、老化，局限于狹小的語文課程，受制于語文教學的狹窄空間，不能進行真正的跨學科、跨領域、面向生活的語文綜合性學習，不能全面提高學生的語文素養。

（一）語文教學實踐的功利化取向

語文課程改革中，這種看似矛盾的現象，事實上有其內在聯系，即語文課程實踐中的功利性價值取向侵蝕了語文課程標準的理性價值取向，導致對語文課程理念的淺表理解，或者是誤讀。在教學行為上則表現為陽奉陰違：在展示語文教學改革成果的實驗課上，盡可能多地增加人文性的內容，貼近語文課程標準的要求，會獲得比較高的評價；在常規語文教學實踐中，認認真真落實語文知識點，盡量吃透語文考試的內容，在各種語文考試中成績優秀，會得到大家的承認。這種過于功利化的語文教學活動必然走向經驗性和機械化，輕視排斥理論指導，惰于實踐創新，消解語文課程改革的核心價值體系，在語文課程改革旗幟掩護下，走的是應試教學的老路。

（二）語文教學內容和語文教學研究的單一化

要擺脫語文教學的經驗性和機械化的慣性傾向，語文教學就不能只顧在自己的領地上埋頭耕耘，還需要具有宏觀的、全局的戰略眼光，超越眼前的功利性需要，為國家民族文化的傳承和學生的未來謀劃，在更廣闊的天地中運籌帷幄。語文教學立足于語文素養的提高而不只是在實驗課中表演人文性，語文知識和技能的獲得也不只在語文課本和語文課堂教學活動中，其途徑和方法是無限多樣的，需要語文教師在語文教學實踐中勇于探索，更需要綜合運用相關學科的理論和研究方法指導語文教學實踐，不同學科的理論可以為語文教學開辟新天地，提供不同的解決問題的思路和方法，有可能達到事半功倍的效果。

民族學的經濟文化類型理論所關注的經濟文化類型及其對經濟文化類型的研究方法，為成功地利用本土的語文課程資源提供可參照的理論框架和方法論基礎，引導語文課程實施走出“泛人文化”和“去人文”的泥潭。

二、經濟文化類型理論及其發展

（一）經濟文化類型理論的提出

人類學的經濟文化類型理論是“蘇聯專家CH托爾斯托夫、MT列文、HH切博克薩羅夫等人在20世紀50年代共同提出的。”[1]“1956―1958年期間，時任蘇聯民族學研究所東亞和南亞室主任的切博克薩羅夫到我國中央民族學院進行講學。期間，我國學者林耀華與他共同撰寫了《中國經濟文化類型》一文，全面地運用了經濟文化類型理論來研究中國民族問題，踏出了此理論在中國進行本土化研究的第一步。但在之后2O多年的時間里，由于多方面的原因，國內關于這方面的研究沒有取得任何進展，直到20世紀80年代中期，林耀華的學生張海洋開始繼續此項研究，其碩士學位論文便是《中國經濟文化類型研究》。”[2]蘇聯的經濟文化類型是指“居住在相似的自然地理條件下，并有近似的社會發展水平的各民族在歷史上形成的經濟和文化特點的綜合?！盵1]林耀華先生認為經濟文化類型是指“居住在相似的生態環境下，并操持相同生計方式的各民族在歷史上形成的具有共同經濟和文化特點的綜合體?！盵1]

（二）經濟文化類型理論在中國的發展

羅吉華文章所說的“本土化研究”是指中國的人類學家用蘇聯專家的經濟文化類型理論來認識中國的經濟文化類型，在研究實踐中修正完善這一理論，使之更貼近中國民族分布和經濟文化發展的特點，為民族地區的經濟文化發展服務，這一工作在20世紀80年代以后得到延續。50年代，林耀華先生在《中國經濟文化類型》中結合東亞各個經濟文化類型的情況，區分了三組經濟文化類型：第一組，以狩獵、采集和捕魚起著主導作用的類型；第二組，以鋤掘（徒手耕）農業或動物飼養為主的類型；第三組，以犁耕（耕耘）農業為主的類型。[3]他還對每一種類型的特點及分布范圍進行了具體的闡述，為建立和運用中國特色的經濟文化類型理論奠定了扎實的基礎和基本的研究框架。其優點是將研究置于東亞的大背景中進行比較分析，有一個中觀的認識角度，選取了每一類型中的典型進行描述，加深了對某一類型的特點的理解和認識；其不足是未能深入到中國領土上的56個民族的生態環境內部，了解其具體的生計方式，區分其經濟文化類型，其研究成果依然是一個大致的輪廓，沒有構成一個細節完備的邏輯體系。

林耀華先生主編的1997年出版的《民族學通論》第四章《經濟文化類型》在原來分析框架的基礎上進行了充實和完善。首先，闡明了經濟文化類型理論的含義及其作用，強調了經濟文化類型理論的方法論意義，它在學科理論方面的價值和現實意義。方法論方面指出了它的一系列操作規范，為正確理解和實際運用這一概念指明了方向。其次，闡明了其在學科理論建設方面的重要貢獻和民族地區的現代化建設方面的作用，使其方法論意義落實到具體的學科內容方面和現實生活領域，有效擴大了它的影響范圍，強化其實踐意義，把它從純學科的認識論逐步發展為能為解決民族地區的經濟文化事業發展提供理論依據的有中國特色的民族學理論。與在《中國經濟文化類型》中所提出的內容框架相比，《民族學通論》區分了類型組里面的具體類型。第一組，采集漁獵經濟文化類型，包含兩個類型：以鄂倫春族為代表的山林狩獵型和以赫哲族為代表的河谷漁撈型；第二組，畜牧經濟文化類型組分為四個類型：以部分鄂溫克族為代表的苔原畜牧型，以蒙古族為代表的戈壁草原游牧型，以哈薩克族為典型的盆地草原游牧型，以藏族為典型的高山草場畜牧型。第三組，農耕經濟文化類型組，區分出六個類型：山林刀耕火種型、山地牧耕型、山地耕獵型、丘陵稻作型、綠洲耕牧型、平原集約農耕型，最后一種類型還區分出兩個亞型：北方亞型和南方亞型。[4]

《中國經濟文化類型》和《民族學通論》第四章《經濟文化類型》的內容相比較，有三點不同：第一點，類型組名稱有變化；第二點，類型組中的典型變成了具體的類型；第三點，各類型的經濟文化的地域性、歷史性、綜合性的特點更為突出。這三點變化把中國的經濟文化類型從東亞的經濟文化類型的背景中凸顯出來，作為一個獨立的研究對象來考察，因而從名稱到特點都更符合中國民族地區的地理分布特點，歷史以來形成的各民族的居住格局，以及在此基礎上逐步形成的民族經濟文化發展的特點。這個體系的優點是很明顯的，它突出了中國地理環境和民族地區經濟文化發展的特色，有利于正確認識民族地區的社會結構及其歷史發展規律，能更好地指導民族地區的經濟文化建設；其不足之處是由于顧及到經濟文化類型的綜合性特點，雖然提到了建立有層次的立體結構的四個內容，但在具體闡述內容時，沒有對構成這種綜合性的具體因素及其相互影響關系進行相應的描述，即其類型內部的基本結構仍然有待完善。

（三）經濟文化類型理論在民族教育中的應用

在哈經雄、滕星先生主編的2001年出版的《民族教育學通論》第四章第二節《經濟文化類型與民族教育》中，在林耀華先生所下定義和前人研究的基礎上，根據“對世界民族分布和地理類型的概括分析，首先對世界民族及民族區域的經濟文化類型進行一個粗線條的分類，然后對民族經濟文化類型同民族教育的一般關系進行初步探討。”[5]這里區分出四個經濟文化類型組，第一組，采集漁獵經濟文化類型組，包括兩個亞型：北部寒帶亞型和南部熱帶亞型；第二組，游牧經濟文化類型組，包括兩個亞型：北部寒帶、溫帶亞型和南部熱帶亞型；第三組，農業經濟文化類型，包括山地雨林混合農業和犁耕農業；第四組，現代化工農牧業類型組，包括三種類型：高度發達的商品化農牧業、商品化的種植園農業、城鎮工農業綜合經濟文化類型。基于世界教育的多元文化背景和民族教育的視角，其內容的特點也很鮮明，第一點，從“世界民族分布和地理類型的概括分析”來區分的經濟文化類型，與世界多元文化教育的背景相呼應，吸收了《中國經濟文化類型》的中觀視角并賦予時代特色；第二點從“民族經濟文化類型同民族教育的一般關系”出發進行研究，重點不在于構建經濟文化類型的理論，而在于探討其特點對民族地區學校教育的影響。這一論題的優點是簡潔明了，突出特定研究視界中的經濟文化類型的核心內容，其不足在于宏觀角度必然要犧牲許多具體的內容，而經濟文化類型與民族教育的許多特點是要通過具體細節才能得到精確反映的。

經濟文化類型理論從20世紀50年代由蘇聯專家提出到20世紀80年代以后在中國的實踐與發展，在理論體系的建構上，從宏觀、中觀、微觀三個層面進行了有成效的探索，在本土化的實踐中，經濟文化類型的區分更加能體現中國區域民族分布的特點，在方法論的意義上，強化了它在民族地區現代化進程中的價值和意義。

三、經濟文化類型理論對語文課程資源開發的啟示

經濟文化類型理論不但在民族學的發展和民族學研究中有積極的意義，因為其對民族地區經濟文化獨特的研究視角和研究方法，對語文課程資源的開發利用也有重要的啟示。

（一）語文課程資源開發立足于本地的物質文化基礎

“經濟文化類型理論充分地肯定了自然地理環境和社會生產力水平對于物質文化發展所帶來的影響，從而為民族學對人類社會物質文化的起源和特征的研究提供了一條科學的認識途徑?！盵4]對語文課程資源的開發也要從認識本地的自然地理環境和社會生產力開始，進而認識其物質文化的特點，這一認識途徑對民族地區的語文課程資源開發來說尤其有價值，因為它是自然的饋贈和歷史的遺存，不須投資。廣西民族地區大部分都屬于“農耕經濟文化類型組”中的“丘陵稻作型”，“水稻種植與干欄式建筑的結合是丘陵稻作型的基本文化叢結?！盵4]這是與民族地區學生的生活有密切聯系的物質文化，如水稻的起源和分類，水稻種植的知識，干欄式建筑的特點和地理環境的關系，也是最基本的語文課程資源，可以幫助學生理解自己和自然的關系，培養學生對自己民族物質文化的認同。不僅如此，本地物質文化資源進入語文課程還能激發學生的學習興趣，活躍語文課堂氣氛，激活學生的生活經驗，使學生的學習更有成效。

（二）語文課程資源的開發面向不同的學科領域

對世界民族的分類有各種角度和方法，但各種方法都有其長處和短處，如語言譜系法，能準確標出各民族在歷史上的親緣關系及接近程度，但卻不能標出各族群的地理環境，經濟文化發展方向和生計方式的特征，這正是經濟文化類型理論的長處。[4]就是說，經濟文化類型理論綜合運用了不同學科的研究方法和研究成果，建構自己的理論體系，解決了本學科的理論問題。語文課程的綜合性、社會性、實踐性的特點，決定了語文課程資源的無限廣闊性，語文課程資源的開發如果局限于本學科領域，課堂教學中一味強調以語言文字為中心的“語文味”，只重視“語文”的課外讀物，或者只圈定在“語文教學輔助材料”的范圍里面，那么語文教學就很難逃脫沒有“文化”、脫離現實生活的宿命。不同學科領域的知識及其獲取知識的方法對語文課程資源的開發利用是有意義的，這是因為語文學科知識的綜合性特征決定了它必須不斷從各個學科領域中源源不斷地獲得新的知識和新的方法，再以“語文”為核心，對這些知識和方法進行整合，成為語文課程資源。

（三）語文課程資源的開發要重視背景知識的運用

經濟文化類型理論重視對各種經濟文化類型的縱向的歷史考察和橫向的地域差異比較，其經濟文化類型組的排列就體現了不同地域的民族發展的歷史進程及其經濟文化特征。在基礎教育課程改革中執行國家、地方、學校三級課程體系，也是考慮到不同地域經濟文化發展的不平衡性，而經濟文化類型的形成是一個長遠的歷史過程，因此要真正了解其類型特征并在此基礎上建設和發展，就必須了解其形成的歷史背景。民族地區學校教育的知識體系的構建，尤其是地方鄉土知識體系的構建，民族地區經濟文化類型的背景知識是其中必不可少的內容，否則三級課程體系的建構就失去了實質意義。語文課程是所有學科的基礎，語言文字的正確應用不但是語言文字本身的事情，還有語言文字涉及的社會經濟文化發展的背景，也只有關注了語言文字所蘊含的社會經濟文化內涵，語文課程作為各門學科的基礎才名副其實，才能在三級課程體系中發揮它的基礎作用。“純語文知識”的教學，其實只重視語言形式方面，而拋棄了文字的豐富內涵，是缺乏“文化”的語文課程，無法完全承擔語文學科作為基礎學科的任務。

（四）語文課程資源開發要重視經驗的積累和理論的建構

“了解作為人類進化的遺傳和變異背景的經濟文化類型，必然能使體質人類學的認識途徑得到豐富?！盵4]了解民族地區的經濟文化類型，也可以開闊語文課程資源開發的眼界。因此民族地區的學校教育也應該重視作為課程資源基礎的民族地區的經濟文化類型的認識和研究，重視在經濟文化類型的基礎上開發的語文課程資源的原始材料的積累。這些資料應該把已有的體質人類學、民族志的資料包含在其中，眼光不能只局限在語言文字的范圍內，也應包含物質文化，如民居、生產工具等要素，要透過語言文字和物質形態去理解和傳承語言文字和物質形態所承載的民族文化傳統。語文教學的目的從來就不是語言文字本身，而是以它為工具掌握其中的文化內容，形成適應社會的基本能力。另外，為了使經驗的積累具有明確的目的和意義，需要借助其他學科先進理論的指導，但即使是有親緣關系的交叉學科，也有自己的研究對象和范圍，其構建的理論體系首先必須能解釋本學科的事實和現象，而不是解釋相關學科的事實和現象。希望借助相關學科的理論解釋本學科的事實和現象，擺脫不了模仿和借用的慣習，最終會使自己處于缺乏適切的解釋框架的狀態，無法建構一個能充分闡述學科特點的理論體系。語文課程資源開發目前就處于這種尷尬的狀態。要有所作為，借鑒其他學科的理論也只是手段，目的還在于，在積累豐富的語文課程資源開發的經驗的基礎上建構語文課程資源開發的理論體系，只有這樣，民族地區語文課程資源的開發才會走上有序發展的道路。

（五）語文課程資源開發要體現語文學科的特點

經濟文化類型理論“不僅本身就注意環境、地域和經濟、文化的綜合因素，而且還有一個歷史民族區或歷史文化區的概念與之相輔相成。”[4]因為經濟文化類型理論的這種獨特視角和研究路線，使其區別于民族學的其他理論，對中國民族經濟文化具有更強的解釋力，也有更廣泛的適用范圍，為其他學科領域的借鑒和應用提供了可能性。把它運用于民族地區的語文課程資源開發領域，就要注意民族地區語文學科教育的特點與經濟文化類型的契合度。語文課程標準所闡述的語文學科的特點，即人文性、實踐性、具有漢語言文字的特點，適用于國家課程體系，而民族地區語文學科教育除了具有上述特點之外，還有適用于地方、學校課程體系的特點，其中之一就是母語思維和漢語思維的轉換、兼容問題，這個問題的背后其實就是歷史以來民族地區的經濟基礎和文化傳統的變遷問題，這是語文課程資源開發與經濟文化類型之間的結合點。

（六）語文課程資源開發要服務于本地區的經濟文化發展

經濟文化類型理論的發展指向民族地區“因地制宜地開發和利用、保護生態環境與資源”“通過自己的努力來實現本民族本地區的經濟發展”“減輕文化變遷中不可避免的心理壓力及其他方面的消極影響”“保持其應有的文化特點”。[4]應該說，這不僅是民族學及其經濟文化類型理論努力的方向，也是民族地區學校教育努力的方向，當然也是語文課程資源開發的目標。在語文課程資源的選擇和鑒別過程中，經濟文化類型理論提供了有實用價值的標準，這一標準包含三個內容：第一，作為語文課程資源它是否具有本地區生態環境的特點；第二，作為語文課程資源它能否促進本地區的經濟文化發展；第三，作為語文課程資源它能否反映本地區經濟文化變遷的特點。按照這一標準，并非所有的民族地區的鄉土知識都適合作為語文課程資源，在這個意義上說，語文課程資源的開發其實就是一個價值選擇、文化選擇的過程，而語文課程資源開發的標準的確定就是一個關乎教育哲學的問題，是民族學和教育學共同關注的基本問題，而服務于本地區的經濟文化發展則是各學科當前都必須面對的基本問題。

綜上所述，從經濟文化類型理論在民族學研究和發展中所發揮的作用出發，對作為同樣關注民族地區經濟文化的建設和發展的語文課程資源開發而言，它所受到的啟發是多方面的。把服務于本地的經濟文化發展作為立足點，關注本地特有的文化背景知識，從語文學科的需要出發，有效整合多學科的知識與經驗進行語文課程資源開發，就有可能有效解決當前語文課程實施中的經驗性和機械化傾向，走上促進民族地區經濟文化發展的道路。

參考文獻：

[1]鄧紅，李天雪對前蘇聯“經濟文化類型理論”的再研究[J]廣西民族研究，2006（3）：80

[2]羅吉華經濟文化類型理論與民族地區地方性校本課程的建構[J].中南民族大學學報，2009（2）：12

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《激光原理》屬于光電子類專業的一門重要專業課程。由于課程的針對性較強，相對于其他的公共基礎課而言每個學校擔任《激光原理》課程的教師為數不多。目前，《激光原理》課程教學內容多以教材為主，再加以教師教案和收集的各種資料，導致《激光原理》課程信息量少，形式也比較單一。當今我國光電產業迅猛發展，而激光是整個光電產業的靈魂，所以，讓廣大光電產業從業人員掌握和了解一定的激光原理知識是非常必要的。實際上，光電產業作為一個新興戰略產業，許多的從業人員并未受到過系統的光電子理論教育，因而，引入慕課，不僅可以讓在校的光電專業學生受惠，而且可以惠及社會上眾多非“科班”出身的光電產業從業人員。慕課突破了個別教師的界限，可以是一所大學，多所大學，其他社會機構，甚至是更多個人直接上傳視頻、文本、音頻來參與教育內容并在全球分享[2]。這樣一來，慕課進入課堂，使得教學模式多樣化，教學內容多元化和海量化，每位學生都可以隨時隨地地從慕課平臺中去獲取更多自己所需要的學習資源?！都す庠怼氛n程理論性強，其中涉及到較多的復雜抽象的物理概念。在實際的教學過程中學生不易理解，僅僅依靠課堂教學很難達到預計的教學效果。這就需要改變傳統的教學模式，制作一些短小精悍的微視頻課件來實現慕課教學。慕課的主要載體就是十分鐘左右的微視頻，我們可以為每一個晦澀難懂的物理概念制作一個微視頻，并加以多媒體動畫講解[3]。每一個微視頻的時間不長，這樣可以集中學生的注意力，同時動畫講解可以提高學生學習《激光原理》的興趣，更大程度上提高學生自主學習的能力。另外，在慕課模式下，《激光原理》課程的考核方式也可以采用除傳統的試卷考試之外的更為靈活的方式進行。在整個《激光原理》課程的學習過程中，由于有了慕課這種方便、快捷的學習方式，學生可以隨時對自己感興趣的內容進行學習，所以，在學習過程中更能激發學生的主觀能動性。那么，在這種情況下，教師也可以根據所教授的內容和學生自身的特點對學生進行引導并提出一些跟課程相關的問題，叫學生自行尋找解決問題的方案。據此，教師可以判斷學生對課程的掌握程度和學生解決問題的能力，從而給出課程的考核分數。這樣的考核方式，也是激勵學生不斷學習的一種手段，在每次任務的完成和討論過程中既可以調動學生的積極性又可以增進師生互動，同時每次任務完成后可以及時的幫助學生了解自己對知識點的掌握效果。

3利用慕課平臺，建立虛擬實驗室

在大多數《激光原理》的實際教學過程中，多以理論教學為主，雖然在教學中輔以多媒體教學手段，但是教學效果不是很明顯，比如在講解諧振腔的損耗對激光器的影響的過程中，由于教學手段限制，很難讓同學們從抽象的理論中解脫出來。那么如何讓學生真切體會到諧振腔損耗對激光器的重要性？這是我們在《激光原理》教學中一直關注的問題。顯然，我們必須改變傳統的以理論教學為主的教學方法。這樣就要求理論教學內容緊跟實驗教學，但是由于目前激光實驗設備昂貴，針對性強，甚至有些大型精密儀器往往無力購買，這必然導致實驗教學的缺失。另外，實驗課教師面對學生講解實驗的時候，由于一個班人數較多，受到視角的限制，不可能所有的學生都能完整清楚的看到每一個操作細節。尤其是大型貴重的儀器受到經費的限制，臺數少，上課學生多的時候不是所有的學生都有實際操作的可能，甚至有時候很多的精密儀器都是作為演示實驗只有教師操作，學生只能在一旁觀看。利用慕課資源，建設虛擬實驗室可以在很大程度上解決激光原理實驗的問題。在教學手段上，可以利用LASCAD等激光器設計專用仿真軟件建立虛擬實驗室，演示激光的產生和激光束的傳播規律，以提高教學效果。虛擬實驗室可以大大減少設備資金的投入和各種實驗耗材的開銷，還可以使得每位學生都有親自操作的機會，可以使得學生更大程度上加深對深奧的概念理解。由于慕課建立在網絡平臺，課后只要學生有興趣就可以繼續在虛擬實驗室進行操作，方便學生利用零散時間來進行學習，如果有不熟練或有疑問的地方可以反復多次的實踐直至理解為止，這在傳統的實驗課堂上是幾乎不可能的。在慕課條件下建立虛擬實驗室可以在教學內容上，加大綜合性、設計性實驗課題的比重，體現理工科課程的特點。精選一部分實驗內容制定微型的基礎實驗用來完成一些驗證性實驗，例如模擬激光器和激光束的相關特性，加深學生對《激光原理》的感性認識。同時可以再加設一部分激光原理的課程設計的題目，啟發他們做一些新型的科學研究，滿足學生的高層次需求。比如，利用虛擬實驗室結合matlab編程等軟件設計，鼓勵學生開展激光器有源光學諧振腔設計等工作，開展高斯光束聚焦特性和中紅外激光器設計等專題活動。同時可以借鑒國外的教學模式，各種課程設計的實驗報告采用論文形式，培養學生的科學素養，提高學生撰寫專業論文的能力，為今后的畢業設計、畢業論文以及科技論文打下堅實的基礎。我校2014年獲批湖北省光電信息技術虛擬仿真實驗教學中心，以該項目為依托，我們已經著手建立激光原理虛擬實驗室。

4慕課可以增進師生交流與溝通

傳統的教學方式以課堂為中心，教師主導著課堂教學。而課堂教學則以灌輸理論知識為主，教師講解過程中學生處于被動接受的地位，師生間互動較少。受到多方面因素的影響，目前大部分學校的《激光原理》教學，教師在課堂上往往只根據教材的安排，按部就班照本宣科教授書本非常狹窄的理論知識，而不注意這門課程在生產實際中的應用以及這個行業當前發展的狀況。另一方面，在現有的教育體制下，高校教師更多的關注自己的科研，而缺乏在教學方面創新的動力，僅把知識的灌輸作為主要的教學目標，學生在學習過程中得不到有效的指導和監督[4]。然而教學的主要目的并不是為了培養學生的應試能力，而是為了訓練學生的自主學習能力使其更能適應社會化發展。慕課利用當代先進的信息技術，使得全人類能夠共享優質教育資源。慕課所提供的方便和快捷保障了學生的學習自[5]。與傳統的教學方式不同的是，慕課的內容匯聚了大量的優質資源，學生可以通過網絡觀看各種《激光原理》的微視頻，也可以根據自身的情況來制定學習目標，組建學習內容。學生可以觀看本校、外校甚至是國外教師教授《激光原理》的教學視頻并操作各種虛擬實驗室。學生可以利用慕課平臺與更多的教師和同學交流互動，分享各式各樣的學習資源，甚至于可以組建網絡討論小組和興趣小組，互相討論自己感興趣的課題，分享筆記，點評課程。在慕課模式下，教師和學生的角色都會有所轉變甚至于可以互換。慕課對教師提出了前所未有的挑戰，學生可以根據所需要的學習內容自行選擇上課教師，這樣對教師的教學水平、教學風格提出了更高的要求。學生也可以根據自己對某個知識點的理解制作微視頻上傳到慕課平臺，教師也可以通過學生的講解視頻來了解學生的思維方式和理解程度。有些學生通過參考文獻、虛擬實驗或是各種社會實踐來提出自己對《激光原理》課程中各種見解，這些都是教師在傳統教學中所無法得知的?？梢韵胂笤谀秸n環境下，沒有學生會選擇教學模式古板、教學質量差的教學視頻來觀看，這樣很多照本宣科、本本主義的教師將會消失，同時也對學生的自律性提出了更高的要求，是被動的學習轉變為自主的學習模式。所以，在慕課模式下，教師教學生學的傳統師生關系將會發生很大的改變。教師在教學過程中將會有更多的機會從學生處獲益，“教學相長”將會在慕課模式得到更加完美的詮釋。

5慕課模式下校企合作，了解更多的科技動態

激光原理是一門實踐性很強的課程。教學中需要學生多動手、多思考，在實驗中理解和應用課堂教學中學到的理論知識等。受限于激光器的構造特性，一般理論課堂難以進行實驗演示，即便演示，效果也不好。此外，在教材上，由于光電子技術的快速發展，新型光子器件和新的激光技術不斷涌現，導致教材的先進性有所欠缺，比如激光短脈沖技術一般教材都只介紹傳統的調Q，鎖模技術，而應用在高功率超短激光脈沖產生的啁啾放大技術卻很少涉及。這種教學模式與教學部提出的“應用型普通本科學?！笔窍噙`背的，大學從來不是“象牙塔”，不只是單純的要求學生參加應試教育的考試，而是要培養提高學生的綜合能力包括自主學習的能力、發現問題解決問題的能力和工程應用能力等。但是，綜合能力的培養與提高不是一朝一夕的事情，它貫穿于從學校到社會甚至整個人生。這就要求我們的大學課堂與企業的要求緊密的鏈接起來，可以根據企業合作要求搭建慕課平臺，企業可以根據他們對激光工藝的要求和大學院校共同開發慕課平臺，聘請企業工程師和一些有經驗的工人加入慕課的開發和制作[6]。根據企業要求制作的慕課，學生不僅可以學習理論知識，還可以學習到實踐技能。在所有完成慕課的學生中，企業可以根據完成情況擇優錄取，免去一部分招聘和培訓的成本，學生通過慕課的訓練也能很好地適應企業的工作，真正獲得雙贏的效果。由于《激光原理》課程專業性強，大多受到資金的限制，每個學校對《激光原理》課程的投入不會太大，難以添置高端儀器，而慕課是綜合各個院校及企業的各種教學資源，這樣實驗儀器設備要更為齊全，通過慕課可以了解到一些沒法見到的大型高科技儀器設備，熟悉儀器的用途、操作原理以及使用方法等。利用慕課模式，引進企業的研發機構，這樣可以綜合利用社會資源。在《激光原理》慕課建設內容中，可以以企業產品市場銷售走勢對教學重點進行適當的調整，以適應企業的需求[7]。從這個角度來講，這也可以激發學生學習《激光原理》的興趣，開拓知識面，開發其潛在的創造能力，通過這種課內外科技活動結合的教學形式，了解高科技知識，達到在本科階段參與科研的目的。這既為學生的進一步深造奠定了堅實的理論和實踐基礎，也實現了學校人才培養和企業需求的無縫對接。所以，在慕課模式下實現校企合作，對學生、學校和企業都是有好處的，是一舉三得的事情。

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學生生活在豐富多彩的物理世界中，有許多可供觀察的自然現象，有不少可供探索的物理技術問題，有各種各樣日常生活提供的訓練課題和創造活動，同時中學物理教材中也設置了眾多的“小實驗”和“實踐性習題”等。它們為學生課外活動提供了大量的素材，通過組織學生課外物理實驗活動，對學生更好理解物理知識，增強物理學習興趣，培養學生創新能力等都是非常有幫助的。物理教學中，應當結合學生生活實際，組織學生開展物理課外實驗活動。

一、中學物理課外實驗活動作用具體表現在以下幾個方面：

1. 加強學生對課內知識的理解和鞏固

學生通過課外實驗，可以大大豐富感性認識，深化與活化已掌握的物理知識，課外實驗與課堂教學的密切聯系，可以使課堂教學得到不斷的補充和延伸。

例1高中教材在研究自由落體運動后，設置這樣一個小實驗：請一位同學用兩個手指捏住木尺頂端，你拳起一只手的手指，在木尺下部，做握住木尺的準備，但手的任何部位都不要碰到木尺。當看到那位同學放開手時，你立即握住木尺。測出木尺降落的高度，根據自由落體運動的知識，可以算出你的反應時間。

通過此實驗，可以使學生弄清研究對象、研究過程、以及自由落體運動的規律。

2. 通過實踐活動培養學生觀察、動手、動腦的能力

學生學習物理感到困難，不感興趣，其重要原因之一，就是不會把所學的知識用來研究具體物理問題。通過課外實驗初中物理論文，可以把物理知識和生活實際緊密結合起來，使學生養成善于分析、善于總結的良好習慣，使學生感到物理知識親切，能解決生活中的具體問題，而不感到物理知識枯燥乏味。

例2在摩擦力教學后，讓學生觀察自行車運動過程中摩擦力應用有哪些？哪些地方應減少摩擦？哪些地方應增大摩擦？

通過觀察、討論、分析，弄清滾動摩擦、滑動摩擦、靜摩擦的特點，使學生能自行解決自行車因摩擦引起的各種問題。

3. 提高學生學習物理的興趣，發展學生的個性

物理課外實驗以其小型、靈活、生動、多樣等特點，激發學生學習物理的強烈興趣，有利于因材施教，發展學生個性，開發學生智力。

例3在振動和波教學中，在介紹空氣柱的振動之后，組織幾個學生用麥管作為樂曲。

4. 開闊學生視野，豐富學生知識

課外實驗內容豐富，與現代科學技術密切聯系，學生可以迅速地接受新的信息，開闊眼界，活躍思想。

例4觀察激光的準直性以及用于光通訊的全反射。

從氦氖激光器發出一束激光以暗場（關燈）噴煙顯示激光束的徑跡表示它的準直性，隨后將激光束通過貯有水的玻璃容器，容器的側邊開一小孔，讓水釋放。激光束瞄準小孔，激光沿著水的拋物線徑跡傳輸。這就是利用全反射作為光波導通訊的原理。

5. 培養學生的勞動觀點和組織管理、經營管理的能力

通過課外實驗實踐活動，不斷培養學生熱愛勞動，把知識傳授與思想教育有機結合起來了。課外實驗的一個重要特點，就是既經濟又科學，變廢物為器材，可以培養學生勤儉節約的優良品質。

例5隨手取材進行有趣實驗。

用塑料冷飲杯，在杯子下部鉆一個小孔，就可演示失重現象論文格式范文。

二、中學生課外實驗活動組織可以有下列三種形式

1. 家庭物理實驗

為了配合教學，把實驗的內容、要求、方法等由教師布置給學生，由學生自己創造實驗條件。包括選用日常生活中的一些物品當作實驗器材，自制一些簡單的儀器或零件，自己動手獨立完成小實驗等。

2. 開放實驗室

充分利用實驗室的儀器設備，采用課外時間，教師有組織的指導學生設計實驗方案，安裝儀器，完成實驗。

3. 課外活動小組

對于比較復雜的實驗，組織課外活動小組，分工選購器材，自制儀器，創造實驗條件，進行實驗活動。并定期組織全體學生參觀課外活動小組的勞動成果。

三、中學物理課外實驗不同類型的具體要求

1. 觀察性實驗

大自然、日常生活和生產技術是學習物理的廣闊課堂。有意識地組織引導學生觀察，參與各種社會活動，有利于培養學生能力。例如：游樂園中的“翻滾列車”，雨后的彩虹，五彩晶瑩的薄膜等。在師生的相互啟發下，都將有新奇的發現。對這類活動，重點應放在擴大觀察范圍和培養興趣上，布置觀察課題，鼓勵學生寫觀察周記；定期舉辦觀察發現匯報會，復制觀察到的自然現象。

2. 課外小實驗

通過小實驗觀察研究，使學生進一步理解物理概念和規律初中物理論文，靈活運用所學知識，訓練實驗技能。例如：用各種不同的方法測重力加速度g，用各種不同方法測聲速，用各種不同的方法驗證機械能守恒等。對這類課外實驗，要求學生掌握實驗目的、原理，自行設計實驗裝置進行實驗操作，有必要的實驗結論。

3. 課外小制作

讓學生自制一些簡單儀器。如彈簧秤、桿秤、小電動機，簡易萬用表等等。這類課外實驗，要求學生在自制過程中注意儀器的刻度、零點確定等，并在制作中有所創新、有所突破。

4. 課外小科研

在教師給出研究課題后，學生自行設計實驗方案，選擇實驗方法，設置實驗裝置。這類實驗，要求學生重點放在巧妙的設計思想上，培養學生科學態度和研究問題的能力。

5. 課外科技活動

為使學生了解現代科技成就的發展和應用，可以組織學生成立科技活動小組。例如，微機小組、無線電小組、航模小組等等。對這類課外活動，要求系統性強，有計劃、有組織地進行。

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1 概述

三維激光掃描技術又稱作高清晰測量（High Definition Surveying，簡稱HDS），它是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面點的三維坐標信息、反射率、紋理等信息，將被測實體和場景的三維數據完整地采集到電腦中，進而快速復建出被測目標三維模型及線、面、體等圖件數據。

項目位于內蒙古敖侖花銅鉬礦露天采場，面積約1平方公里，掃描區域如圖1。作業要求：全野外三維點云數據采集、填挖方量計算、1：2000地形圖、建立三維模型、生成三維視頻。

2 三維激光掃描系統的原理

脈沖式三維激光掃描儀工作原理是激光器發射出單點的激光，通過記錄激光的回波信號，計算激光的飛行時間，來計算目標點與掃描儀之間的距離。這樣連續地對空間以一定的取樣密度進行掃描測量，就能得到被測物體的密集的三維彩色散點數據，稱作點云。三維激光掃描儀通過脈沖測距法獲得測距觀測值S，精密時鐘編碼器同步測量每個激光脈沖橫向掃描角度觀測值α和縱向掃描角度觀測值θ。三維激光掃描一般使用儀器內部坐標系統，X軸在橫向掃描面內，Y軸在橫向掃描面內與X軸垂直，Z軸與橫向掃描面垂直，由此可得點云坐標（XS，YS，ZS）的計算公式，如圖2、3所示。

3 儀器介紹

本項目點云采集三維激光掃描儀，圖4。

此儀器是當今最先進的三維激光掃描系統之一，它是一種高速脈沖式掃描儀，特點如下：

（1）完全的視場角：掃描視場角為水平360°，垂直270°，可獲取頂部，垂直方向、水平方向和水平方向以下區域的數據；（2）測量級精度的雙軸補償器：可架設在已知點上進行導線測量、可輸入點坐標來放樣、精度1”，補償范圍+/-5’；（3）基于標準反射率表面工作距離：300m-90%反射率；134m-18%反射率；（4）高速掃描：掃描速度可達50000點/秒；發射的光斑大小為50m處恒定3mm，大大提高了掃描的速度和精度。（5）測量級精度如表1。

4 Scanstation2外業三維數據掃描

三維點云數據采集，關鍵步驟如下：

4.1 外業踏勘

首先，要進行現場踏勘、制作掃描規劃草圖，規劃的內容包括：外業操作人員、掃描區域和時間、站點設置、標靶位置等。其次，科學設站，在保證儀器發揮最大功效的同時，應避免重復掃描，另外，后期如進行標靶拼接，一定要設計好下一站標靶的位置以確保兩站標靶通視，如進行點云拼接，設站要盡量采集到較多的特征點。最后，標靶設置要規范，標靶擺設要穩固，盡量不要共線，同時標靶的位置最好設置在兩站公共空間的最大距離處，以保證拼接精度。

4.2 外業掃描

外業點云數據掃描，主要步驟如下：（1）連接掃描儀和電腦，設置IP地址；（2）添加數據庫，確定數據存儲位置；（3）添加掃描儀，設置掃描儀參數，主要包括：照片曝光率、掃描范圍、點云間隔密度等；（4）選擇掃描數據存儲的位置并連接掃描儀；（5）三維點云數據及標靶掃描。

5 點云數據處理

在Cyclone系統軟件內進行，步驟如下：

5.1 剔除噪音點

在掃描過程中，由于受掃描系統本身的系統誤差，如數據采集時激光雷達旋轉引起的抖動、在掃描過程中雜散光和被測物體表面粗糙程度、波紋、表面材質等因素及外界環境影響，會產生不屬于掃描實體本身的冗余數據，稱為噪音點，如圖5，6，為了保證數據計算及模型的精度，在數據拼接之前需進行噪音點剔除。

5.2 點云拼接

每站掃描的數據都是獨立的自由坐標系統，坐標系原點為掃描儀鏡頭，其X方向為掃描儀開機時的鏡頭朝向。因此為了統一坐標系，需將各站數據進行拼接處理。拼接的思路是先將每天各測站的數據拼接成一個整體，然后將各天的數據進行拼接。

（1）點云拼接原理：外業掃描時用全站儀測得標靶的真實三維坐標，各測站掃描時均兩兩包含三個以上不共線同名標靶，利用各測站間的同名點將各測站數據拼接在一起。

（2）點云拼接方法：共有四種方法：在已知點上設測站掃描（即坐標拼接）、使用標靶將數據轉換到統一坐標系中（即標靶拼接）、用點云匹配的方法將點云轉換到統一坐標系中（即特征點云拼接）、綜合使用上述三種方法。

第一種方法屬于直接法地理坐標轉換。與傳統的測量方法一樣，首先進行控制測量，獲得控制點坐標，掃描時在已知點上設站，掃描相當于碎部測量。第二和第三種方法屬于間接法的地理坐標轉換。首先用至少三個公共點來將相鄰測站的點云進行拼接，公共點可以是專用標靶或特征點（如窗戶的邊角、房角等）。

5.3 點云建模

建模的過程是在Cyclone軟件下利用海量點云進行精確計算、擬合幾何物體的形狀，精確表現掃描物體。礦區掃描點云數據如圖7。

點云經過剔除噪音點、拼接、構建TIN三角網，生成Mesh三維模型。如圖8所示。

5.4 成果輸出

（1）地形圖制作：在Cyclone下利用Mesh三維模型自動生成等高線如圖9，將點云與等高線導出，在CAD中制作1：2000地形圖。

（2）填挖方量計算：項目采用了兩種計算方法，一是利用點云數據構建三角網，用方格網法計算；二是在Mesh模型中選定參考面，設置取樣間隔，計算土方量，如圖10所示。

在Cyclone系統里，應用Mesh三維模型計算時，取樣間隔的數值可以設置成0.01至1米之間，均可保證土方量計算又快又準，但如采用傳統的方格網法計算，取樣間隔即使設置到1米，也是相當費時費力的。

6 結語

本項目采用世界先進的三維激光掃描系統采集三維點云數據，在Cyclone系統里進行數據處理、模型制作，采用兩種方法計算土方量，通過與傳統測量方法相比，得出以下結論：

（1）數據采集速度快，ScanStation2的掃描速度是50000點/秒，短時間就可完成大區域面積內三維點云數據的采集，既節約成本又提高了工作效率；（2）激光三維掃描，不需要接觸被測物體，且是根據物體的反射率和材質來采集數據信息，可進行全天候掃描；（3）點云數據完整精確，在軟件下可進行多視角、三維可視化漫游瀏覽，方便、直觀；（4）三維激光掃描儀獲取的點云數據信息量豐富，既包含被測物體X，Y，Z坐標信息，還包括RGB顏色及反射率信息，后期對矢量數據可進行深挖掘及研究應用，一舉多得；（5）應用三維點云數據可以提取任何線性特征，可以出任意比例的二維圖，也可以在圖上量取任何想要得到的信息，在保證高精度的同時還大大提高了生產效率，這是目前現有的方法中所不能比擬的。

參考文獻

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[2]李清泉.三維空間數據的實時獲取、建模與可視化[M].武漢大學出版社，2003年.

篇6

二、電動力學課程教學現狀及課程特點

電動力學課程內容，對大多數學生來說感覺到比較難學。原因是知識點較多，抽象難懂。數學推導復雜，要求有較強的數理基礎。雖然有些電動力學問題接近實際，比如波導問題、天線問題，但學生要理解和解決這些問題，需要一定的過程，由于上述問題的存在，使初學者常常感到電動力學課枯燥無味、難以入門；上課聽講似懂非懂，下課做題無從下手。并且,由于招生數量的增加,極大降低了師生比,降低了學生與老師交流的幾率。同時，現代大學生與80年代大學生比，缺乏主動思考意識和能力，都嚴重影響電動力學課程的教學效果。

三、教學改革設想及實施

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本文研制了一種基于單片機微處理器控制的溫度監測與報警系統，屬于小型溫控儀，用于實驗室半導體激光器的溫度監測。系統采用了以單片機為核心，通過溫度傳感器對激光器溫度進行實時監測，并在超過預試溫度時，蜂鳴器進行報警。

2.設計總體方案

本設計要實現的功能是：實時顯示當前激光器的溫度，并且允許用戶設定溫度閾值，當激光器溫度超過閾值時，系統會以蜂鳴器蜂鳴的方式進行報警提示。

依據功能設定，本系統主要分為三個模塊：溫度采集模塊，數據處理模塊，用戶交換模塊。

其中溫度采集模塊使用的是DSl8B20型單線智能溫度傳感器，它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠等優點。

數據處理模塊使用的是AT89C51單片機，其完成溫度數據的采集，運算和邏輯控制的功能。

用戶交換模塊主要有按鍵和蜂鳴器構成。其中按鍵用于用戶設定溫度閾值，蜂鳴器用于提醒用戶。

單片機作為主控制器，主要負責處理有溫度傳感器送來數據，并把處理好的數據送向顯示器模塊，溫度傳感器主要用來采集激光器的溫度，并把采集到的數據送回單片機，按鍵電路主要是用來完成單片機復位操作和溫度初始值的設定，蜂鳴器電路就是三極管來實現的，用來判斷激光器溫度是否超出設定數值，顯示電路主要用來顯示當前溫度。

3.溫度監測與報警系統各功能的硬件設計

單片機是整個系統的控制中樞，它指揮器件的協調工作，從而完成特定的功能。每一個模塊只實現一個特定功能，最后再將各個模塊搭接在一起。本系統主要硬件包括電源電路，蜂鳴器電路，LED顯示電路以及溫度傳感器電路。

3.1 主控制電路和測溫時控制電路

本次硬件的核心就是AT89C51，其他電路都是圍繞他所設計的，溫度傳感器DS18B20接單片機AT89C51的P2.3口。顯示器LED與74LC373相連接到單片機AT89C51的P1.0口至P1.7口，蜂鳴電路接單片機AT89C51的P3.3口，當溫度高于預設值時蜂鳴器蜂鳴報警，增加單片機的輸出能力，增加單片機的輸出電流，故使用電阻來完成。具體原理圖如圖1所示。

圖1 系統電路原理圖

圖2 傳感器電路圖

3.2 主要模塊的電路

3.2.1 單片機最小系統電路圖

單片機最小系統，或者稱為最小應用系統，是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統.對51系列單片機來說，最小系統一般應該包括：單片機、晶振電路、復位電路.

復位電路：由電容串聯電阻構成，當系統一上電，RST腳將會出現高電平。這個高電平持續的時間由電路的RC值來決定。適當組合RC的取值可以保證可靠的復位。

晶振電路：典型的晶振取11.0592MHz（因為可以準確地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通訊的場合）/12MHz（產生精確的us級時歇，方便定時操作）。

3.2.2 蜂鳴器報警電路

本設計采用蜂鳴音報警電路，蜂鳴器的額定電流≤30mA。而對于AT89C51單片機，P3口的灌電流為15mA，由此可見，緊靠單片機的P3口電流是不能驅動蜂鳴的，必須使用晶體管放大電路，為了單片機功率更小，所以使用PNP型晶體管，當激光器的溫度超度預設值時，基極變為低電平，蜂鳴器工作。

3.2.3 顯示電路

本文采用的是共陰極數碼管，因而各數碼管的公共極接電源GND，要顯示某字段則相應的移位寄存器74HC373的輸出線必須是高電平。P0口接8個按鍵，分別編號為KEY1--KEY8。當某個按鍵按下時。某個數就顯示在數碼管上。

3.2.4 傳感器電路

在本設計中采用的是DS18B20數字溫度傳感器，其接線方便，封裝成后可應用于多種場合。具體電路圖如圖2所示。

4.仿真與調試

本次設計的所有仿真都在Proteus里完成，這些仿真包括閾值的設置，蜂鳴器的實現與數碼管的顯示。在本次設計中，這些仿真都得以實現，系統電路原理圖如圖3所示。

圖3 系統電路原理圖

5.結論

本次設計是基于單片機的溫度設計，包括硬件部分和軟件部分兩部分。在論文完成過程中，先從軟件部分開始設計出整個流程圖，然后才開始硬件電路的設計。但是在軟件設計過程中，由于一些客觀原因存在，硬件電路不是很美觀，一些電容和電阻設計的有點出入，但整體不影響實驗結果。在仿真時，學習了Proteus ISIS和Keil Vision3的基本知識，通過此軟件對電路的仿真，基本上完成了論文的設計目的。

參考文獻

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[4]張慧平，戴波，楊薇.現代控制理論在過程工業中的應用和發展[J].北京石油化工學院學報，2006，14（3）：56-61.

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“透鏡對光的作用”實驗是人教版八年級物理上冊第三章第一節的一個重要的演示實驗，它是學好本章的基礎，所以做好這個實驗尤為關鍵。

對原實驗的分析：

現在課本上主要采用兩種演示方法：一種是用當下流行的激光筆來做（圖1），光路比較清晰，效果明顯，但展現給學生的只是一個平面的光路，缺乏立體感。另外一種演示方法是利用太陽光（圖2），這種方法操作簡單、喜聞樂見，但它不能清晰地將光的傳播路徑展現出來，尤其是當太陽光穿過凹透鏡時，紙面上的光斑非常微弱，不便觀察，實驗效果比較差。

對原實驗的改進：

實驗器材：大小薄壁燒杯各一個、禪香、鐵絲支架、火機、凸透鏡、凹透鏡（凸透鏡和凹透鏡的直徑比小燒杯的直徑略?。⑹蛛娡?/p>

實驗原理：巧設煙霧，利用煙塵微粒對光的漫反射來顯示光通過的路徑。

實驗過程：

1.取干凈的薄壁燒杯大小各一個，倒扣疊放在一起，分別用支架將點燃的禪香放入大小燒杯中各三根初中物理論文，如果煙霧產生太慢，還可以再加幾根，等燒杯中充滿煙霧時，將兩燒杯中的禪香取出論文的格式。

2.用手電筒通過杯底自上向下照射，調節手電筒的聚光圈，使通過煙霧的光成粗細均勻的柱形光束（圖3）。

3.抬起小燒杯，在大燒杯的底部放上凸透鏡，用手電筒通過杯底自上向下照射，這是可以清晰的觀察到小燒杯里的光束沒有發生改變，而大燒杯中的光路卻向中間發生了偏折，證明凸透鏡對光線具有會聚作用（圖4）。

4.用同樣的方法，可以看到當大燒杯的底部換成凹透鏡時，大燒杯中的光路向兩側發生了偏折，證明凹透鏡對光線具有發散作用（圖5）。

實驗改進后的優點：

篇9

1、光纖通信系統的基本組成

最基本的光纖通信系統由數據源、光發送端、光學信道和光接收機組成。其中數據源包括所有的信號源，它們是話音、圖象、數據等業務經過信源編碼所得到的信號；光發送機和調制器則負責將信號轉變成適合于在光纖上傳輸的光信號，先后用過的光波有0.85、1.31和1.55三個低損耗窗口。光學信道包括最基本的光纖，還有中繼放大器EDFA等；而光學接收機則接收光信號，并從中提取信息，然后轉變成電信號，最后得到對應的話音、圖象、數據等信息。論文格式。在光纖通信系統中，光纖中傳輸的是二進制光脈沖'0'碼和'1'碼，它由二進制數字信號對光源進行通斷調制而產生。而數字信號是對連續變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產生的，稱為PCM（pulse code modulation），即脈沖編碼調制。這種電的數字信號稱為數字基帶信號，由PCM電端機產生。光纖通信系統的基本組成原理圖如下圖1-1所示：

圖1-1光纖通信系統

1.1光發射端機

光發射機是實現電/光轉換的光端機。它由光源、驅動器和調制器組成。其功能是將來自于電端機的電信號對光源發出的光波進行調制，成為已調光波，然后再將已調的光信號耦合到光纖或光纜中傳輸。電端機就是常規的電子通信設備。光發射機的原理圖如下圖1-2所示：

圖1-2光發射機原理框圖

光源是光發射機的核心，其性能好壞將對光纖通信系統產生很大的影響。目前光纖通信系統使用的光源都是由半導體材料制成的，而半導體光源分兩種：發光管LED和激光管LD。由于半導體激光器發出的是激光，發光功率大、譜線寬度窄，但電路結構復雜，溫度特性差。而半導體發光二極管發出的是熒光，發光功率不大，譜線寬度寬，但電路結構簡單、壽命長、價格便宜。在實驗室中經常用到。

1.2光纖或光纜

光纖作為傳輸媒介，作用是將發射端機光源發出的光信號，經遠距離傳輸后耦合到接收端機的檢測器，完成信息傳輸任務。在通信中使用的光纖通常是由石英玻璃制成的，由纖芯和包層組成。目前，塑料光纖應用于低速、短距離的傳輸中。其構成光纖的纖芯與包層都是塑料材料。與大芯徑50/125μm和62.5/125μm的石英玻璃多模光纖相比，塑料光纖的芯徑高達200～1000μm，其接續時可使用不帶光纖定位套筒的便直注塑塑料連接器，即便是光纖接續中芯對準產生 ±30μm偏差都不會影響耦合損耗。正是塑料光纖結構賦予了其施工快捷，接續成本低等優點。另外，芯徑100μm或更大則能夠消除在石英玻璃多模光纖中存在的模間噪音。論文格式。

1.3中繼器

含有光中繼器的光纖傳輸系統成為光纖中繼通信。光信號在光纖中傳輸一定的距離后，由于受到光纖衰減和色散的影響會產生能量衰減和波形失真，為保證通信質量，必須對衰減和失真達到一定程度的光信號及時進行放大和恢復。中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個：一個是補償光信號在光纖中傳輸時受到的衰減；另一個是對波形失真的脈沖進行整形。

1.4光纖連接器、耦合器等無源器件

由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的（如1Km)。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機的連接及耦合，對光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。

1.5光接收端機

光收信機是實現光/電轉換的光端機。 它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經光檢測器轉變為電信號，然后，再將這微弱的電信號經放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。光接收機原理圖如下圖1-3所示：

圖1-3光接收機電路原理方框圖

2、光纖語音電路設計

光纖語音電路由三部分組成：光發射電路、光纖和光接收電路。論文格式。其工作原理是：音頻信號最初是聲波，由發送器的電子麥克風轉換為電信號。此信號由LM358組成的音頻放大器放大，并且借助于一個單獨的晶體管控制LED的端電壓，將電信號轉換為光信號。光信號送入光纖或光纜。在光纖或光纜的另一端，光信號照射到接收器的光電檢測器上。光電檢測器再將其轉換為電信號。此信號被放大并送入揚聲器轉換為聲波恢復為原始信號。

2.1、發射器電路板

此電路主要是把音頻信號經麥克風轉換為電信號，電信號經濾波器、多級放大器把微弱的電流信號轉換為適合半導體二極管發光的電壓信號，在晶體管的調制下把電信號轉換為光信號送入光纖中進行傳輸。在發射器電路上有一個話筒和調制LED發光的線路。LED裝在塑料殼中以便于連接光纖或光纜進行發送信號。在實驗室里設計操作可以使用200m長的塑料光纖傳送語音信號，也可以使用玻璃光纖在更遠的距離內通信。光纖語音發射器電路如下圖1-4所示：

圖1-4光纖語音發射電路

2.2、光電接收器電路板:

在接收器電路板上通過光電檢測器把光纖傳輸的微弱的光信號轉換為電信號，經電容濾波、運算放大器放大，把電流信號轉換為電壓信號，放大到適合揚聲器輸出的電壓，恢復原始的語音信號。光纖語音接收電路如下圖1-5所示：

圖1-5光纖語音接收電路

3、結 語

本文詳細的介紹了光纖通信系統的組成，為設計光纖語音傳輸電路提供理論基礎。在該電路系統中語音信號以光波形式在光纜內傳輸、不受任何電場和磁場的影響。傳輸距離遠，抗干擾能力強。每個電路板需要一個9V電池，元件簡單，易于實現，在實驗室就能操作完成。

參考文獻

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[5] 楊家德.光電技術使用電路精選[J]..四川：成都科技大學出版社，1996.

篇10

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，實用前景非常可觀。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；

(4)用于對航空、航天、石油化工等部門常用的膜盒進行位移檢側的激光全息光柵精密測試系統。目前美國和德國已經研制出有菌子質記錄介質的激光全息干涉計量設備。

篇11

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1T bit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《Applied Optics》和《Optics Letters》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《Holography News》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；

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一、布里淵散射傳感原理

布里淵散射原理是基于光纖中光波與聲波在傳播過程的相互作用，這兩者的相互作用會使光產生頻移，該頻移的產生相當于入射波被一個聲光柵散射產生了反射光子，我們利用這個頻移，通過測得其頻移方向和大小，來實現傳感物理量的轉換。光纖所處溫度、所受應變皆可通過布里淵頻移間接計算得出。在實際工程使用中，由于入侵事件都是不確定的，所以需要一套具有實時監控能力且無盲點的監測系統才能完全監測到入侵、避免出現遺漏，而光纖作為傳感原件是沿線路連續分布的，這就避免了線路中產生盲點。通過對光纖中布里淵散射頻移量大小的監控，可以分析得出被入侵點的準確位置，以及被入侵程度，這就是目前布里淵散射在光纖傳感入侵定位監測系統中最有效的應用方式，達到了兼備高精度、無盲點、長距離、實時性等諸多優異性能。

二、實驗與分析

由于本項研究處于早期階段，所以此次試驗都是采用自制的激光器、自制傳感光纜以及其他自制光信號解調器。并參考了各類中外文獻，以及前輩所寫的論文，保證本次試驗和分析能夠得出更為準確的結論，更好的為國家安防事業做出貢獻。我們將激光輸出進行一定的比例分束，然后小比例的一束作為本振光，另外一個大比例的經偏振控制器調整偏振態，通過電光調制器進行脈沖的調制，經過摻鉺光纖放大器1放大之后，波分復用器濾過自發輻射噪聲通過擾偏器和環形器，輸入到單模傳感光纖里面去。散射回的信號此時變得非常非常弱，必須得通過摻鉺放大器2來放大，然后再經過一個環形器，通過自己制造的窄帶可調諧光纖光柵濾波器之后的布里淵反射光和本振光相干，通過高速光電探測器的監測，然后得到了實驗的最終結果---后向布里淵散射信號。

在實驗中，波分復用器濾波的通道為1550nm，帶寬30nm，隔離度大于20dB，損耗小于0.15dB，和本振光相比，相對有一定的偏移量，能滿足實驗的要求并且監測到相干信號。放大之后的布里淵信號只有um量級，采用高速光電探測器前置放大濾波電路對信號再次放大濾波，然后通過邊緣濾波，將布里淵信號的平移變化轉換成強度變化，并通過累加平均處理，平均2的12次方次后，得到最K監測結果。其中前置放大濾波電路實現對微弱電信號的放大并抑制信號頻帶以外的噪聲，其濾波中心頻率為11GHz，3dB快帶為1Hz，插入損耗小于0.1dB。實驗系統采用50ns脈寬的光脈沖，重復頻率為10KHz，傳感光纖長度為10km。因此，完成2的12次方次累計平均處理所需時間小于1s，即系統的監測周期小于1s，可滿足快速監測入侵事件的要求。

經過實驗分析表明。實驗系統在室溫25度環境下且光纖不受外力時，布里淵信號的中心頻率在10.9GHz左右。因此當應變和溫度引起的頻移總和超過初始中心頻率100MHz時，信號將越過帶通濾波器的單邊上升沿的邊界，導致信號幅值減小，從而引起錯誤判斷，限制了系統的監測范圍。采用更大帶寬的帶通濾波器并合理的選擇其中心頻率，可以擴大系統監測的動態范圍。

至于如何消除緩變溫度的影響，適應野外環境下的應用，以及進一步提高系統的應變分辨率，將在后續的工作中研究。

結論：在BOTDER原理中用單縱模光纖光柵到帶通濾波器理論結合實際的實驗中表明，系統可以在1s對10km范圍的傳感器進行測量，并達到5m的空間分辨率和200uε的應變分辨率。這項實驗表明本系統在監測入侵領域的能力，即便現在所處階段并不成熟，也能對國家安防領域起到很重要的積極意義，而且經分析判斷和實驗結論，基于布里淵散射的分布式光纖傳感入侵定位監測系統在長距離入侵定位方面有著良好的前景。

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    第一代電子器件電子管,建立在熱電子發射的基礎上。1904年,英國物理學家弗萊明發明二極管;1906年,美國的德福雷斯特發明三極管。20世紀上半葉的電子設備,如廣播電視的發射接收裝置、雷達、計算機等,全部使用電子管。

    1947年肖克利、巴丁、布拉坦發明了晶體管。晶體管使電子設備具有省電、小型化、可靠性高的優點,開辟了電子學的新時代。

    物理學最新成果的大量采用,使光通信、移動通信產業以空前的速度和規模發展。僅我國,手機用戶即已近4億。物理學的發展必將使21世紀信息技術發生飛躍。

    二、材料科學與新材料

    物理學是材料科學的重要基礎。量子力學、凝聚態物理學,特別是固體物理學和能帶理論極大地推動了材料科學的發展?，F代物理學的發展,導致了諸如半導體材料、光電材料、超導材料、復合功能材料、納米材料、軟物質材料等大量具有獨特性能的新材料出現,并將不斷地為研制新型材料、改善材料性能提供新的理論和實驗手段。

    人工晶體用人工方法生長的單晶體在激光產生、非線性光學、光探測、輻射探測、換能器等方面都有重要應用。我國在這一領域具有一定優勢。

    三、物理學手段與現代醫學

    物理學手段在現代醫學中得到廣泛應用,它們既用于診斷——x射線透視、B超、計算機斷層成像即CT、磁共振成像即HRI,又用于治療——超聲波粉碎結石、激光手術、伽瑪刀。

    四、計量與全球定位系統GPS

    計時標準:從觀測天體到使用各種物理方法,人類計時精度不斷提高。

    全球定位系統GPS,由24顆均勻分布在6個軌道平面內的衛星組成,衛星上安裝了高精度的原子鐘。衛星高度2萬公里。它是一個全天候的自動定位和導航系統,通過接收GPS衛星發射的時間—頻率信號,判斷和計算接收者的位置。經過廣義相對論修正(時鐘快慢隨引力場強度而變)的GPS精度可在1米以內?，F在的GPS系統已可裝備到家用汽車上。

    五、物理學與激光技術

    1917年愛因斯坦提出“受激輻射”的概念,奠定了激光的理論基礎。1958年美國科學家肖洛和湯斯發現了一種奇怪的現象:當他們將閃光燈泡所發射的光照在一種稀土晶體上時,晶體的分子會發出鮮艷的、始終會聚在一起的強光。由此他們提出了“激光原理”,受激輻射可以得到一種單色性、亮度又很高的新型光源。1958年,貝爾實驗室的湯斯和肖洛發表了關于激光器的經典論文,奠定了激光發展的基礎。1960年,美國人梅曼(T.H.Maiman)發明了世界上第一臺紅寶石激光器。梅曼利用紅寶石晶體做發光材料,用發光度很高的脈沖氙燈做激發光源,獲得了人類有史以來的第一束激光。1965年,第一臺可產生大功率激光的器件——二氧化碳激光器誕生。1967年,第一臺X射線激光器研制成功。1997年,美國麻省理工學院的研究人員研制出第一臺原子激光器。

    六、物理學與國家安全