激光原理与技术教案（共9篇）
姓名__________专业方向__________成绩__________
说明： 1本试卷为2013级研究生2013-2014学年使用；
2本试卷独立完成，考生可参考书及笔记本，要求2014年1月10日前完成。
一、解释下列名词(15分)
腔寿命――
纵膜频率间隔――
横膜――
等价共焦腔――
高斯光束焦参数――
二、简答题(25分)
1.简述激光器的构成及各部分的功能；
2.什么是单程功率损耗？单程功率损耗包括哪些方面？
3.谐振腔的本征纵膜频率间隔与哪些因素有关，起振模式数指什么？
4.影响频率稳定的原因是因为哪些参数发生变化？
5.高斯光束聚焦和准直各有什么特点？与平行光束的聚焦和准直有什么区别？
三、证明题(20分)
请用光学变换矩阵的方法证明双凹共焦腔的稳定性。
四、计算题
1.(15分)一氦氖激光器腔长L = 30 cm，腔内气体折射率 n 1，其非均匀加宽的线宽 D= 1.5×105 MHz，求：
(1)该激光器的纵膜频率间隔；
(2)满足域值条件的纵膜个数；
(3)为使满足域值条件的纵膜数限制为10，腔长应限制在什么范围？
2.(25分)一台Nd:YAG激光器(波长 = 1.06 m)采用对称共焦腔结构，腔长L = 1.2m，求：
(1)求此激光器基膜高斯光束的腰斑半径及镜面上的基膜光斑半径；
(2)求此激光器基膜高斯光束的远场发散角；
(3)求此腔产生的高斯光束焦参数；
(4)求腰处及与腰斑相距2米处的q参数；
(1) 激光打印系统:包括激光发射器、调节器、发散透镜、多角透镜、聚焦透镜、高精滚筒。
(2) 胶片传送系统:包括送片盒、收片盒、吸盘、辊轴、电机及动力传动部件等。其功能是将胶片从送片盒中取出, 经过传动装置送激光扫描位置, 当胶片曝光完毕再将其传送到收片盒或者直接送到洗片机输片口, 完成胶片的输送任务。
(3) 信息传递与存储系统:此系统包括电子接口, 磁盘或光盘、记忆板, 电缆或光缆以及A/D转换器、计算机等。它的主要功能是将主机成像装置显示的图像信息, 通过电缆及电子接口、A/D转换器输入到存储器。再进行激光打印。电子接口分视频接口、数字接口、DICOM接口。一台激光相机可以连接多个成像装置, 根据成像系统的输出情况选择不同的接口。为保证多机输入同时进行, 激光相机装有硬盘, 以缓冲进入的图像进行队列打印, 确保连续图像输入和图像打印无锁定进行。
(4) 控制系统:该系统包括键盘、控制板、显示板以及各种控制键或者按钮, 用来控制激光打印程序、幅式选择、图像质量控制调节等作用。
2 工作原理
(1) 光源工作原理:激光相机的光源为激光束, 激光束通过发散透镜系统投射到一个转动的多角光镜再折射, 折射后的激光束再通过聚焦透镜系统打印在胶片。半导体激光其波长为820nm, 在红外线范围内, 它可将成像所需的数据直接用激光束写在透明胶片上;气体激光 (氦一氖) 其波长为633nm, 接通激光器后至少要预热10min, 使其达到一定温度后才能运转。胶片图像的分辨率主要决定于激光束的直径 (像素大小和像素矩阵数) 。激光束的强度可以由调节器凋整, 调节器受数字信号控制。成像装置把图像的像素单元值以数字的方式输入到激光打印机的存储器中, 并以此直接控制对每个像素单元的激光曝光强度。当激光发生器工作正常后, 图像模拟信号控制激光调制器, 用以改变激光束的明暗度, 通过一系列透镜聚焦和反光镜 (约10个) 把激光束传送到胶片上。在此过程中, 利用光敏探测器从一个固定光束分流镜中连续不断采集信号, 反馈到激光发生器, 使源激光束保持稳定变。用旋转光束分流镜控制光束传送到胶片上使其感光, 这种方式亦称X轴快速扫描。照相机柜内的鼓是以固定速度传送胶片的, 这称为Y轴慢速扫描。这样以600行/秒图像数据的速度准确地复制全部图像。
(2) 信号处理:当激光照相机接通电源后, 机器控制系统 (MCS) 对中央处理器 (CPU) 和传递系统进行自检。自检完成后, MCS送硬件复位指令到图像管理系统 (IMS) , 使IMS初始化。当相机显示“01”时, 说明照相机已准备完毕, 可以使用。操作者利用计算机或键盘存贮按钮存贮每一幅图像, 并向多路器 (MMU) 送出指令、图像数据, MMU接到指令后, 由CPU控制输出编排器, 根据操作者的设置, 将激光照相机图像编排成行、放大、然后将图像数据从数字转化成模拟形式。
(3) 打印工作原理:胶片由供片的储存暗盒自动提供胶片。在引导轴传送下装载在专用的打印滚筒上, 滚筒随即转到打印位置, 此时激光束按照计算机及矩阵指令, 把图像像素单元PIX—EL灰度值的数字化密度传入激光相机存储器中, 直接控制对每个像素单元的激光曝光时间、进行强弱改变。激光束通过多棱镜的旋转进行扫描式的打印, 在全部曝光过程中滚筒和激光束做精确的同步运动, 根据主机成像装置编排的版面和图像尺寸。选择多幅照片的图像取舍和排列, 用操作盘来完成, 进行打印, 幅图像的矩阵像素为4k×5k, 待全部图像打印完后, 胶片即被传输到接片盒内, 或传输到自显机内进行自动冲洗。
3 故障与维护
故障现象1照相时出现错误代码57, 供片盒不送片。
检查与处理原因:检查发现收片盒的门不能打开。由于铜簧片未钩到位置, 所以提不上去。仔细检查发现, 打开收片盒的电机轴与塑料凸轮之间打滑, 电机转动而凸轮不转动, 从而不能打开收片盒的门。处理:取下电机与凸轮, 用AB胶重新粘合轮轴, 待胶达到最大强度后, 重新装好, 机器恢复正常。
故障现象2开机后, 供片盒指示闪烁不停, 盒内电机转动不停, 相机不能进入正常状态。
检查与处理原因:打开供片盒后盖, 发现供片盒一侧两个微动开关中的一个活动弹片断裂, 失去限位作用。处理:卸下该开关, 用AB胶粘好或购买一新开关, 装上机器恢复正常。
故障现象3初始化进程过不去, 相机不能正常开机。
检查与处理原因:检查发现电路板电池由于长时间使用, 容量不足, 使机器自身携带程序丢失而不能开机。处理:更换新电池, 重装程序后, 机器恢复正常。
故障现象4开机自检过程中, 机器重复检测, 不能正常开机。检查与处理打开相机前门, 发现机器反复检测发射激光而不能通过。说明机器由于使用时间比较长, 激光头老化, 发射激光强度变弱。处理:打开相机下盖, 左起第二块电路板有pot1和pot2两个电位器, 通过顺时针或逆时针调节这两个电位器, 使激光头发射的激光强度变大。在调节过程中, 当调节到某个位置时, 自检通过, 机器开机正常。
故障现象5片子图像前后压缩。
检查与处理片子图像出现前后压缩, 说明胶片在曝光的过程中, 可能由于传送装置使胶片运动与激光光束不能精确同步造成的。我们知道, 胶片传送系统的电机通过皮带传送动力带动其他传送装置。打开前门, 使相机正常工作, 在传片过程中, 观察发现, 皮带由于老化与电机轮轴之间打滑, 使胶片运动变慢从而与激光光束不同步。处理:更换新皮带或在带轮上涂上酒精溶解的松香, 故障解除。有时皮带从皮带轮上脱落, 机器报错57, 胶片卡在A位置, 只要重新装上皮带, 取出胶片, 机器即可恢复正常。
故障现象6激光相机卡片。
检查与处理激光相机发生卡片时, 一般都有故障提示片子卡在某个位置。造成卡片的原因很多, 如:胶片输入盘无法送片、传动轴轴间摩擦力不匹配、传感器失灵、突然停电等。要根据不同情况, 对症下药, 清除被卡的胶片。
摘要：介绍了Dupont LP300激光相机的基本结构与工作原理及常见故障维护。
关键词：激光相机,激光相机维护
参考文献
[1]王恒恒.医用激光相机原理结构及维护[J].医疗卫生装备, 2007, 28 (2) :68.
[2]陈森彬, 等.相机系统故障分析与排除[J].医疗设备信息, 2006 (5) :71.
[3]孟伟.AGFA激光相机常见故障及维修[J].医疗卫生装备, 2005, 26 (7) :78.
快速成型技术是近年来制造技术领域的一次重大突破和革命性的发展，激光快速成型技术是其必不可少的重要组成部分。今天由湖南华曙高科专业人员分析激光快速成型技术原理特点及工艺方法。
八十年代后期发展起来的快速成型是基于分层技术、堆积成型，直接根据CAD模型快速生产样件或零件的先进制造成组技术总称。ＲＰ技术综合了激光、CADCAM、计算机辅助设计与制造、光化学、新型材料等科学技术的研究成果，不需任何机械加工设备即可快速精确地制造复杂形状的物体,它不同于传统的去除成型、拼合成型及受迫成型等加工方法，它是利用材料累加法直接制造金属及各种复合材料零件。常用的RP工艺有四种：1）立体光刻又称液料光固化2）选择性激光烧结3）熔丝沉积4）分层实体制造等。其中，立体光刻是精度最高和应用最广的一种快速成型工艺。
以激光作为加工能源的激光快速成型是快速成型技术的重要组成部分，它集成了ＣＡＤ技术、激光技术和材料科学等现代科技成果。激光快速成型原理是用ＣＡＤ生成的三维实体模型。快速制造出的模型或样件可直接用于新产品设计验证、功能验证、工程分析、市场订货及企业决策等，缩短新产品开发周期，降低研发成本，提高企业竞争力。激光快速成型技术主要特点可分为三种：1）制造速度快，成本低，节约了时间和成本，为传统的制造方法添增了新的活力。实习自由制造，产品制造过程以及产品造价几乎和产品的复杂性和批量无关。2）采用非接触的加工模式，没有传统加工的残余力问题，工具的更新问题，无切割、噪声等，有利于保护环境。3）可实现快速铸造，快速模具制造，特别适用于新品的开发和单件零件的生产。
湖南华曙高科简单的介绍激光快速成型技术的工艺方法，其实，激光快速成型技术包括 很多种工艺方法，其中相对成熟的有立体光固、选择性激光烧结、分层实体制造、激光熔覆 成形、激光近形制造等。
授课教师:孙琼芳 班级:高二(2)班 时间:第十二周星期四第二节 ◆教学目标
1.正确理解分类计数原理与分步计数原理的内容.2.正确运用两个基本原理分析、解决一些简单问题.3.了解基本原理在实际生产、生活中的应用.4.提高分析问题、解决问题的能力.◆ 教学重点
分类计数原理与分步计数原理.◆ 教学难点
正确运用分类计数原理与分步计数原理.◆ 教学方法
启发引导式 ◆ 教学准备
多媒体课件 ◆ 教学过程
一.由实际问题引入课题
2002年夏季在韩国与日本举行的第17届世界杯足球赛共有32个队参赛．它们先分成8个小组进行循环赛，决出16强，这16个队按确定的程序进行淘汰赛后，最后决出冠亚军，此外还决出了第三、第四名．问一共安排了多少场比赛？
要回答上述问题，就要用到排列、组合的知识．排列、组合是一个重要的数学方法，粗略地说，排列、组合方法就是研究按某一规则做某事时，一共有多少种不同的做法．
在运用排列、组合方法时，经常要用到分类计数原理与分步计数原理，下面我们举一些例子来说明这两个原理．
二.讲授新课 问题一：
从甲地到乙地，可以乘火车，也可以乘汽车.一天中，火车有3班，汽车有2班.那么一天中，乘坐这些交通工具从甲地到乙地共有多少种不同的走法？
图示：
（分析略）
引伸1:若甲地到乙地一天中还有4班轮船可乘,那么一天中,乘坐这些交通工具从甲地到乙地共有多少种不同的走法? 引伸2:若完成一件事,有n类办法.在第1类办法中有m1种不同方法,在第2类办法中有m
2种不同的方法,„„,在第n类办法中有mn种不同方法,每一类中的每一种方法均可完成这件事,那么完成这件事共有多少种不同方法?
分类计数原理：完成一件事，有n类办法，在第1类办法中有m1种不同的方法，在第2类办法中有m 2种不同的方法，„„，在第n类办法中有mn种不同的方法。那么完成这件事共有
N = m1 + m2 + „ + mn
种不同的方法.问题二：
从甲地到乙地，要从甲地先乘火车到丙地，再于次日从丙地乘汽车到乙地.一天中，火车有3班，汽车有2班，那么两天中，从甲地到乙地共有多少种不同的走法？
（分析略）
从如下的图示中，我们可以具体地看到这6种走法。图示：
所有走法
火车1——汽车1；火车1——汽车2；火车2——汽车1；火车2——汽车2； 火车3——汽车1；火车3——汽车2
在问题二的分析过程中，就体现了分步计数原理.分步计数原理：完成一件事，需要分成n个步骤，做第1步有m1种不同的方法，做第2步有m2种不同的方法，„„，做第n步有mn种不同的方法.那么完成这件事共有
N = m1×m2ׄ×mn
种不同的方法.下面，我们结合例题来一起体会两个基本原理的正确运用.［例1］ 书架的第1层放有4本不同的计算机书，第2层放有3本不同的文艺书，第3层放有2本不同的体育书．
（1）从书架上任取1本书，有多少种不同的取法？
（2）从书架的第1、2、3层各取1本书，有多少种不同的取法？
（解答略）
教师点评：解题的关键是从总体上看做这件事情是“分类完成”,还是“分步完成”。“分类完成”用“分类计数原理”;“分步完成”用“分步计数原理”。
［例2］电视台在“欢乐大本营”节目中拿出两个信箱，其中存放着先后两次竞猜中成绩优秀的观众来信，甲信箱中有30封，乙信箱中有20封，现由主持人抽奖确定幸运观众，若先确定一名幸运之星，再从两信箱中各确定一名幸运伙伴，有多种不同的结果？
（解答略）
教师点评：有些较复杂的问题往往不是单纯的“分类”“分步”可以解决的，而要将“分类”“分步”结合起来运用．一般是先“分类”，然后再在每一类中“分步”，综合应用分类计数原理和分步计数原理．
三、课堂练习
1、现有高中一年级的学生3名，高中二年级的学生5名，高中三年级的学生4名，从中任选一人参加接待外宾的活动，有多少种不同的选法？
2、某人有两顶帽子，两件上衣，三条裤子，两双鞋，问穿戴整齐共有多少种不同的装束？.如图,要给地图A、B、C、D四个区域分别涂上3种不同颜色中的某一种,允许同一种颜色使用多次,但相邻区域必须涂不同的颜色,不同的涂色方案有多少种？
思考:若用2色、4色、5色等,结果又怎样呢?
4.一蚂蚁沿着长方体的棱,从的一个顶点A爬到相对的另一个顶点C1的最近路线共有多少条？
四、小结：
1.本节课学习了分类计数原理与分步计数原理。
2.分类计数原理与分步计数原理的共同点是什么？不同点是什么？
3．解题的关键是从总体上看做这件事情是“分类完成”,还是“分步完成”。“分类完成”用“分类计数原理”;“分步完成”用“分步计数原理”。有些较复杂的问题往往不是单纯的“分类”“分步”可以解决的，而要将“分类”“分步”结合起来运用．一般是先“分类”，然后再在每一类中“分步”，综合应用分类计数原理和分步计数原理．
五、布置作业：课本P87习题10.1 第2、3题
激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，又常称为激光焊机、镭射焊机，按其工作方式常可分为激光模具烧焊机（手动焊接机）、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机，光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池以达到焊接的目的。
一、激光焊接机的主要特性
20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。
高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。
激光焊接与其它焊接技术相比，激光焊接的主要优点是：
1、速度快、深度大、变形小。
2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。
3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。
4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。
5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。
6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。
7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件
二、激光焊接机的种类
激光焊接机又常称为激光焊机、雷射焊接机、镭射焊机、激光冷焊机、激光氩焊机、激光焊接设备等。按其工作方式常可分为激光模具烧焊机（手动激光焊接设备）、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机、振镜焊接机、手持式焊接机等，专用激光焊接设备有传感器焊机、矽钢片激光焊接设备、键盘激光焊接设备。
三、激光焊接机的工作原理
自动导引小车 (AGV) 是一种具有光学或电磁特性的自动导引装置, 具有停车选择、小车编程、安全保护等功能, 也是现代物流系统中的重要组成部分。AGV在工业应用中的动力源为可充电蓄电池, 一般通过电脑控制其运行路线和行为, 或者设置电磁轨道规范其运行路线, AGV根据电磁轨道提供的信息进行相应动作。和其他移动机器人相比, AGV具有工作效率高、可控性强等优势。和物流运输中的其他设备相比, AGV不需要在活动范围内设置支架等固定装置, 并且不受空间、场地的限制。AGV在自动化物流运输系统中的应用, 由于其具备自动化、可控性高等特征, 能够实现灵活、高效的无人生产模式[1]。AGV的动力源为电池, 导引方式有电磁导引、直接坐标导引、激光导引和图像识别导引等, 激光导引是其主要导引方式, 可以实现非接触导引并根据实际需求更换移载机构, 以完成不同的操作任务。激光导引AGV系统由地面控制系统、车载控制系统和导航系统三部分组成, 不同项目对系统的需求存在差异, 也让系统变得更加复杂。
1 激光导引AGV系统的工作原理与特点
1.1 激光导引的原理
激光导引是AGV系统中比较常见的导引方式, 也是AGV发展过程中十分重要的一项技术[2]。除了卫星定位系统外, 激光导引也是唯一不用地面处理的导引方式。激光导引AGV系统主要由AGV激光扫描器和AGV反射板两部分组成[3]。首先在AGV设备中安装可以接受和发射激光的扫描器, 然后将AGV反射板安装在导引区的四周, 之后精确测量每块发射板的坐标位置, 在AGV系统的存储器中存储每块反射板的信息, 根据存储数据进行导引计算。激光导引系统中的指定区域应该设置一定数量的反射板, 保证在AGV的工作区域内探测出所有反射信息。
AGV进入导引区域后首先应该确定其准确方位, 这里就涉及到初始位置计算。初始位置计算时小车必须停止不动, 保证激光扫描仪测得的光束大于四条, 并且知道各反射板的准确位置。激光导引的连续位置计算一般是根据小车的当前运行速度、转向角和间隔时间等, 估算小车下一时刻的位置。激光扫描器按照固定转速旋转的角度为360度, 脉冲激光器将激光发射到发射板上后, 经发射板反射后被激光扫描仪探测到, 将这些信息传输给AGV系统中的计算机系统, 计算机对信息进行分析处理, 准确计算出AGV的位置和运动方向, 然后和车载控制系统中预先设置的参数进行对比校正, 达到引导AGV运行的目的。
激光导引AGV设备的工作区域分为通信区和非通信区两种。在通信区内, AGV设备通过其车载通信装置和计算机控制系统了解其准确位置和状态, 并且根据工作指令动作。在非通信区内, AGV设备根据设备中预先设定的程序运行, 不受计算机系统的控制。
1.2 激光导引AGV系统的特点
(1) 具备先进性。激光扫描器的定位精度比较高, 一般误差不大于±5mm;在设备运行布局方面, 计算机系统的可控性更高, 并且可以和小车持续通信;具备无线反馈功能, 不受外界干扰, 具有强大的内部编程系统支持。 (2) 适应性强。设备在现有基础上的安装能够和生产同步;设备扩充和停产几乎不影响生产;系统的运行路线更复杂, 不依赖地板表面, 可以快速改变运行方向;结构简单, 反射板是唯一的定位装置。 (3) 经济实用。不需要在地下埋线, 不需要高功率的放大器设备, 反射板的体积小、成本低, 数量不多并且安装方便。
2 激光导引AGV系统的应用方法
2.1 确定AGV的操作方式与数量
AGV系统在应用过程中首先必须确定操作方式和数量。可以根据系统的具体情况以及用户需求选择操作方式, 常用的操作方式有叉车式、牵引式等。如果遇到特殊情况, 一个系统可以运用几种不同的操作方式[4]。AGV的数量一般根据系统的运输能力, 运用仿真计算的方式确定。
2.2 AGV安全防护的选用
AGV中除了需要安装声光报警系统外, 还应该安装一些障碍探测器, 便于车辆在运行路径中探测障碍物。常用的探测方式有超声波探测、光电探测和激光扫描探测等。激光扫描探测具有更大的优势, 但成本较高, 光电探测简单实用, 但探测效果不佳, 因此工作人员应该根据具体情况合理选用。
2.3 AGV通信方式的选择
激光导引AGV系统中的通信方式一般为无线数字通信, 通信频率根据相关规定选择, 每台AGV设备和系统轮流循环通信。无线数字设备的通信速度决定了轮流循环通信的速度, 但也限制了同一频率下AGV的数量。
2.4 AGV中反射板的设置和路径规划
AGV中反射板的设置, 应该根据设备行驶区域的具体情况进行安装, 安装数量遵循安全、准确的原则。反射板设置过少不利于安全导引, 设置过多也会影响导引的精度[5]。AGV的路径规划属于基础性的工作, 通常和系统的总体方案一起确定, 在规划过程中应该结合AGV的数量、操作方式等信息, 以及运行场所的具体情况, 尽量保障AGV的运行路径畅通。
2.5 AGV的车辆调度和任务管理
AGV系统一般根据计算机设置的任务量、小车的位置等进行车辆调度, 以此优化车辆分配。AGV的优化计算是连续的, 如果某台AGV被选择后没有分配任务, 在其运行期间可以选择优化后的AGV完成相应任务。如果AGV执行的任务较多, 计算机会将任务命令储存起来, 等到有空闲AGV再按顺序分配任务。
3 结束语
激光导引AGV系统是将多种高新技术结合在一起的输送系统, 具有智能化、自动化和柔性化的优势, 能够实现灵活、高效的无人生产模式。相信随着社会生产自动化水平的不断提高, 激光导引AGV系统在物流系统中必将发挥更大的作用。
摘要：自动导引小车 (AGV) 是一种具有光学或电磁特性的自动导引装置, 具有停车选择、安全保护等功能, 也是现代物流系统中的重要组成部分。AGV的动力源为电池, 激光导引是其主要导引方式, 可以实现非接触导引并根据实际需求更换移载机构, 以完成不同的操作任务。文章对激光导引AGV系统的原理与应用进行了分析和研究。
关键词：激光导引,AGV系统,原理与应用
参考文献
[1]杨文华, 王勇, 张智勇.激光导引AGV系统结构及其控制[J].起重运输机械, 2010 (12) .
[2]陈顺平, 梅德庆, 陈子辰.激光导引AGV的自动引导系统设计[J].工程设计学报, 2012 (05) .
[3]张香圃.射频IC卡在视觉导引AGV运动控制中的应用[J].新技术新工艺, 2011 (09) .
[4]刘洋.关于激光导引AGV小车激光定位算法的探讨[J].物流技术与应用, 2010 (11) .
第一章 实验安排
共8个实验，要求8次上机完成。这8个实验分别为： 实验一 利用软件仿真器调试算术运算程序 实验二 INT0中断实验
实验三 定时器/计数器定时实验 实验四 定时器/计数器计数实验
实验五 定时器/计数器T0扩展外部中断源实验 实验六 串行口扩展实验 实验七 DAC0832数模转换实验 实验八 8155接口芯片使用实验
其中前六个实验为验证性实验，第七个实验为设计性实验。最后一个为综合性实验。每个实验3学时。
第二章 实验须知
一、预习要求
1、实验前认真阅读实验要求，明确实验目的和实验任务。
2、拟订实验步骤，编好上机程序。
二、报告要求
共八个实验，每个实验完成后交实验报告，写在实验报
告纸上，报告中应包含以下内容：
1、实验名称、实验人姓名、学号、班级
2、实验目的、任务（内容）；
3、实验步骤
记录主要实验过程。
4、实验结果
（1）记录实验现象；
（2）要求写出已调试通过的实验程序清单（加适量注 释）
第三章 实验项目及内容
实验一 利用软件仿真器调试算术运算程序 1．目的要求
（1）熟悉WAVE调试软件的使用。（2）熟悉算术运算程序编程和调试的方法。2．实验内容
（1）有6个数据分别放在片内RAM区50H~55H单元中，试求和，并将结果放在片内RAM区03H（高位），04H（低位）单元中。
（2）编程将内部RAM70H~7FH中的16个数据按从小到 大的顺序重新排序。
3．主要仪器设备
PC机一台。
4．程序清单（1）数据和.ASM ORG 0000H LJMP MAIN ORG 1000H MAIN:MOV R2,#06H MOV R3,#00H MOV R4,#00H MOV R0,#50H L1:MOV A,R4 ADD A,@R0 MOV R4,A INC R0 CLR A ADDC A,R3 MOV R3,A DJNZ R2,L1 END（2）数据排序.ASM ORG 0000H LJMP MAIN ORG 1000H MAIN:MOV R2,#70H MOV R3,#71H L2:ACALL L1 INC R2 INC R3 CJNE R3,#80H,L2 L3:SJMP L3 NOP L1:MOV A,R2 MOV R0,A MOV A,R3 MOV R1,A MOV A,@R0 L5:CLR C SUBB A,@R1 MOV A,@R0 JC L4 XCH A,@R1 MOV @R0,A L4:INC R1 CJNE R1,#80H,L5
RET END
实验二 INT0中断实验（验证性实验
3学时，必做）
1．目的要求
（1）掌握MCS-51单片机中断原理以及编程使用方法。（2）理解下降沿中断和低电平中断的区别。
2．实验内容
（1）编写主程序，读取开关SW1的状态，当其闭合时初始化为下降沿中断，反之，初始化为低电平中断，且发光管灭；编写中断服务程序，使发光管闪烁5次，间隔250ms，即中断服务程序的执行时间为2.5秒。退出中断程序时，使发光管灭。（2）用万用表测量C点的电平，按下TR31秒钟，然后松 开，观察C点电平的变化。
3．实验所用仪器
实验板一块、直流稳压电源、编程器一台、万用表一块
4．程序清单（EXP7.ASM）ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT0 MAIN:MOV SP,#60H mov p1,#0ffh NOP CLR P1.2 NOP NOP MOV C,P1.3 JC LOWER SETB IT0 SJMP CONT LOWER:CLR IT0 CONT:SETB EX0 SETB EA HERE:SJMP HERE INT0:MOV R0,#5 LP:CPL P1.2 DLY:MOV 30H,#5 DEL0:MOV R7,#100 DEL1:MOV R6,#125
DEL2:DJNZ R6,DEL2 DJNZ R7,DEL1 DJNZ 30H,DEL0 DJNZ R0,LP CLR P1.2 RETI END
实验三 定时器/计数器定时实验（验证性实验
3学时，必做）
1． 目的和要求
（1）掌握MCS-51单片机定时器/计数器定时功能的使用方法。
（2）了解定时和计数的本质区别和联系。
2． 实验内容
编写程序，初始化定时器/计数器T0工作在定时方式1，使P1.2输出周期为10秒的方波，即使发光管亮3秒，灭7秒。
3．实验所用仪器
实验板一块、直流稳压电源、编程器一台、万用表一块
4． 程序清单（EXP9.ASM）ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INTT0 MAIN: MOV SP,#60H CLR P1.2 MOV TMOD,#01H MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH SETB TR0 SETB ET0 SETB EA LP: SETB P1.2 MOV A,#30 MOV 30H,#00 DL1:CJNE A,30H,DL1 CLR P1.2
MOV A,#70 MOV 30H,#00 DL2:CJNE A,30H,DL2 SJMP LP INTT0: MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH INC 30H RETI END 实验四 定时器/计数器计数实验（验证性实验
3学时，必做）
1． 实验目的和要求
（1）掌握MCS-51单片机定时器/计数器计数功能的使用方法。
（2）了解定时和计数的本质区别和联系。
2． 实验内容
编写程序，通过8个发光二极管来显示所计脉冲个数。
3．实验所用仪器
实验板一块、直流稳压电源、编程器一台、万用表一块
4．程序清单（EXP10.ASM）
U33CLK EQU 0FF90H ORG 0000H MAIN:MOV SP,#60H MOV TMOD,#05H SETB TR0 MOV DPTR,#U33CLK RDTIMER: MOV A,TH0 MOV R0,TL0 CJNE A,TH0,RDTIMER MOV R1,A MOV A,R0 CPL A MOVX @DPTR,A SJMP RDTIMEr END
实验五 定时器/计数器T0扩展外部中断源实验
（验证性实验
3学时，必做）
1． 实验目的和要求
掌握利用定时器/计数器扩展外部中断源使用的方法。
2． 实验内容
编写主程序，使发光管灭；编写中断服务程序，当执行中断服务程序时，发光管闪烁5次，间隔500ms，主程序运行后通过按TR3按钮触发中断。
3．实验所用仪器
实验板一块、直流稳压电源、编程器一台、万用表一块
3． 程序清单（EXP11.ASM）ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INTT0 MAIN:MOV SP,#60H MOV TMOD,#05H MOV TH0,#0FFH MOV TL0,#0FFH SETB ET0
SETB EA SETB TR0 CLR P1.2 HERE:SJMP HERE INTT0:MOV R0,#10 LP:CPL P1.2 DLY:MOV 30H,#10 DEL0:MOV R7,#100 DEL1:MOV R6,#125 DEL2:DJNZ R6,DEL2 DJNZ R7,DEL1 DJNZ 30H,DEL0 DJNZ R0,LP CLR P1.2 MOV TH0,#0FFH MOV TL0,#0FFH RETI END
实验六 串行口扩展实验（验证性实验
3学时，必做）
1．实验目的和要求
（1）掌握MCS-51单片机串行口方式0的工作原理。（2）了解方式0的应用，即通过串行口扩展输出口，进行静态显示的方法。
（3）掌握串行移位寄存器芯片74LS164的工作原理。
2．实验内容
编制程序使数码管循环依次显示00到99，每秒加1。
3．实验所用仪器
实验板一块、直流稳压电源、编程器一台、万用表一块
4．程序清单（12.ASM）
ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP intt0 MAIN:MOV SP,#60H MOV TMOD,#01H SETB ET0 SETB EA MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H SETB TR0 LLP:MOV 30H,#0 MOV 31H,#0 MOV 32H,#0 MOV 33H,#0 LP:MOV R0,#32H MOV R7,#2 ACALL BINBCD MOV DPTR,#TAB DSPLY: MOV A,@R0 MOVC A,@A+DPTR;cpl a MOV SBUF,A DSP1:JNB TI,DSP1 CLR TI INC R0 DJNZ R7,DSPLY LP1:MOV A,30H CJNE A,#10,LP1 MOV 30H,#00H INC 31H MOV A,31H
CJNE A,#100,LP SJMP LLP intt0:MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH INC 30H RETI;tab:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh tab: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h BINBCD:MOV A,31H MOV B,#10 DIV AB MOV 33H,A MOV A,B MOV 32H,A RET END
实验七 DAC0832数模转换实验（设计性实验
3学时，必做）
1． 设计目的
（1）掌握DAC0832与MCS51单片机的接口方法。（2）掌握D/A转换程序的设计方法。
2． 设计题与要求
认真复习所学习的DAC0832的工作方式，利用单缓冲
方式使0832输出锯齿波和三角波。并设计使运放LM741输出0-5V和0--5V的波形。如果不用示波器，如何测试你所设计的电路和所编写的程序是否正确。
3．实验所用仪器
实验板一块、直流稳压电源、编程器一台、万用表一块、示波器一台。
4．设计原理
D/A转换器的输入为数字量,经转换后输出为模拟量。
DAC0832为一个8位D/A转换器,单电源供电,在+5~+15V范围内均可正常工作。MCS-51单片机与DAC0832的接口有3种连接方式,即直通方式、单缓冲方式及双缓冲方式。所谓单缓冲方式就是使DAC0832的两个输入寄存器中有一个处于直通方式,而另一个处于受控的锁存方式,当然也可使两个寄存器同时选通及锁存。本实验中采用该方式。要求WR1和WR2连接在一起接在89C51的WR端，CS和XFER连接在一起接在片选端，ILE接+5V。
0832可以产生很多波形，如：三角波、锯齿波、梯形波等。5．设计内容
编制程序使运放LM741输出锯齿波和三角波，具体步骤：断开开关SW1，输出锯齿波；闭和开关SW1，输出三角波。
6．程序清单（DAC0832.asm）CS0832 EQU 0FF9FH ORG 0000H MAIN:MOV P1,#0FFH NOP JNB P1.3,RWAVE MOV DPTR,#CS0832 MOV A,#00H LP:MOVX @DPTR,A NOP NOP INC A AJMP LP RWAVE:MOV DPTR,#CS0832 MOV A,#00H LP1:MOVX @DPTR,A NOP INC A CJNE A,#255,LP1 NOP LP3:MOVX @DPTR,A NOP
DEC A CJNE A,#00H,LP3 MOVX @DPTR,A NOP SJMP LP1 END
实验8 8155接口芯片使用实验（综合性实验
3学时，必做）
1．实验目的和要求
（！）掌握MCS-51单片机系统I/O扩展方法。
（2）掌握并行接口芯片8155的性能以及编程使用方法。（3）掌握单片机系统动态LED显示和键盘输入程序的设计方法。
2．实验内容
编写程序实现下列功能：程序运行后数码显示管显示HHMMSS（000000），即时分秒，按键调整其为正确的时间并继续运行。
该实验综合性较强，建议学生分两步走：第一步完成显示，可以参考实验六；第二步完成键盘扫描。
3．实验所用仪器
实验板一块、直流稳压电源、编程器一台、万用表一块
4．程序清单（EXP152.asm）CE8155 EQU 0FF80H CA8155 EQU 0FF81H CB8155 EQU 0FF82H CC8155 EQU 0FF83H HMS EQU 40H SECOND EQU 41H MINUTE EQU 42H HOUR EQU 43H ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INTT0 MAIN:MOV SP,#60H MOV A,#00000011B MOV DPTR,#CE8155 MOVX @DPTR,A MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H SETB ET0 SETB EA
SETB TR0 LP2:MOV HMS,#00H MOV SECOND,#00H MOV MINUTE,#00H MOV HOUR,#00H LP3:MOV R0,#30H MOV R7,#6 ACALL BINBCD MOV R2,#01H MOV A,R2 LOOP:MOV DPTR,#CA8155 MOVX @DPTR,A INC DPTR PUSH DPL PUSH DPH MOV DPTR,#TAB MOV A,@R0 MOVC A,@A+DPTR POP DPH POP DPL MOVX @DPTR,A ACALL DL2MS INC R0 MOV A,R2 JB ACC.5,LP1 RL A MOV R2,A AJMP LOOP lp1:acall kd1 AJMP LP3 INTT0:MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH INC HMS MOV A,HMS CJNE A,#0AH,PP MOV HMS,#00H INC SECOND MOV A,SECOND CJNE A,#60,PP MOV SECOND,#00H INC MINUTE MOV A,MINUTE CJNE A,#60,PP MOV MINUTE,#00H
INC HOUR MOV A,HOUR CJNE A,#24,PP MOV HOUR,#00H PP:RETI BINBCD:MOV A,HOUR MOV B,#10 DIV AB MOV 30H,A MOV 31H,B MOV A,MINUTE MOV B,#10 DIV AB MOV 32H,A MOV 33H,B MOV A,SECOND MOV B,#10 DIV AB MOV 34H,A MOV 35H,B RET tab:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH DL2MS:MOV R3,#5 DLT1:MOV R4,#125 DLT2:DJNZ R4,DLT2
DJNZ R3,DLT1
RET KD1:ACALL KS1 JNZ LK1 ACALL DL2MS AJMP QQ LK1:ACALL DL2MS ACALL DL2MS ACALL DL2MS ACALL DL2MS ACALL KS1 JZ QQ MOV R5,#0FEH MOV R4,#00H MOV DPTR,#CA8155 MOV A,R5 MOVX @DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,@DPTR JB ACC.0,LONE mm1:acall dl2ms acall dl2ms acall ks1 jnz mm1 INC HOUR MOV A,HOUR CJNE A,#24, LONE MOV HOUR,#00H LONE:MOV A,R5 RL A MOV R5,A MOV DPTR,#CA8155 MOV A,R5 MOVX @DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,@DPTR JB ACC.0,LONE1 mm2:acall dl2ms acall dl2ms acall ks1 jnz mm2 INC MINUTE MOV A,MINUTE CJNE A,#60,LONE1 MOV MINUTE,#00H LONE1: MOV A,R5 RL A MOV R5,A MOV DPTR,#CA8155 MOV A,R5 MOVX @DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,@DPTR JB ACC.0,QQ mm3:acall dl2ms acall dl2ms acall ks1 jnz mm3 INC SECOND MOV A,SECOND
CJNE A,#60,QQ MOV SECOND,#00H QQ:RET KS1:MOV DPTR,#CA8155 MOV A,#00H MOVX @DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,@DPTR CPL A ANL A,#03H RET END
四、考核办法
每个实验：预习10%、实验操作60%、实验报告30%。最后成绩以每次实验课程成绩累加被实验项目个数相除的办法计算。
五、主要参考资料
1、《单片机接口技术开发实验指导书》
北京科技大学C31实验室
2、《8051实验指导书》
【教学设计学科名称】
计算机的基本组成及工作原理是甘肃教育、甘肃声像出版社出版的初中信息技术七年级教材第一册模块二《计算机的发展》第二节教学内容0。【学情分析】
初一新生刚入学,对信息技术硬件方面的知识知道可能不多，对硬件普遍有一种神秘感,觉得计算机高深莫测,本节课就是要对电脑软硬件进行深入“解剖”, 并对工作原理做讲解，让学生了解电脑各组成部分，更好的使用电脑。
【教材内容分析】
本节内容是甘肃教育、甘肃声像出版社初中信息技术七年级第一册模块二《计算机的发展》第二节教学内容。本节主要让学生掌握计算机的组成，理解计算机系统中信息的表示，了解计算机的基本工作原理。本节内容以感性认识为主,增强学生的计算机应用意识,通过大量举例及用眼睛看、用手摸、用脑想,对计算机的基本组成、软硬件常识、发展有一定了解和比较清晰的认识。通过学生亲手触摸计算机组件和运行配合教材下发的多媒体课件进行教学,打破学生对计算机的“神秘感”,觉得计算机并不难学,而且非常实际,认识到计算机只是普通技能,提高学生学习兴趣。【教学目标】
知识与技能：掌握计算机的组成，理解计算机系统中信息的表示，了解计算机的基本工作原理。
过程与方法:向学生展示拆卸的旧电脑部件及未装任何系统的电脑，通过实际观察加教师讲授的方法完成本节内容。
情感态度与价值观: 培养学生的科学态度,激发学生的想象能力和探索精神。
【教学重难点分析】 教学重点：计算机的组成，计算机系统中信息的表示。教学难点：计算机的基本工作原理。【教学课时】
2课时 【教学过程】
（一）图片展示，激趣导入
师：观察图片并思考：从外观上来看，计算机一般由哪些部分组成？ 生：讨论、思考、回答
［设计意图］通过图片的展示，同学们对计算机的硬件有了直观的印象，初步的了解。
（二）自主学习，探究新知
1、先请同学们自己看书P17-P20内容，边看书边思考：
①完整的计算机系统由哪两部分组成？ ②计算机硬件是由哪几部分组成？ ［师生活动］ 1.学生自学 2.教师辅以图片说明
3.教师巡视检查学生自学情况，叫学生回答问题①② 4.归纳点拨：
a.完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组成 b.计算机硬件由主机和外设两部分组成 1.计算机硬件
⑴中央处理器（CPU）是计算机的“心脏”，它安装在主机箱内。计算机中的一切工作都通过它来处理。
⑵存储器 主要用来保存计算机的运行指令及数据资料。它又分为内存储器和外存储器两种。
⑶输入设备 是计算机用来接受指令和数据等信息的。常用的输入设备有键盘，鼠标器等。
⑷输出设备 是计算机负责传送处理结果的设备。常用的输出备有显示器，打印机，音箱等。
2、计算机软件
计算机的软件分为系统软件和应用软件两大类
①系统软件：系统软件是一种管理计算机硬件和为应用软件提供运行环境的软件。
②应用软件：应用软件是为了完成某种特定任务而编制的软件。
［设计意图］通过讲授法结合演示法使学生对计算机的硬件和软件有全面的了解，从而把握住本节课的重难点。
3.计算机系统的组成
师：议一议，完整的计算机系统由哪几部分组成？ 生：观查图示并总结，小组合作画出图示 [师生归纳总结]
（三）教师讲解 突破难点
师：计算机系统中信息的表示方法是怎样的？ ［方法］学生先看书学习了解，教师讲解 ［师生归纳］
计算机内部采用二进制表示数据信息。二进制的特点
可行性：采用二进制，只有０和１两个状态，需要表示０、１两种状态的电子器件很多，开关的接通和断开，晶体管的导通和截止、磁元件的正负剩磁、电位电平的低与高等都可表示０、１两个数码。使用二进制，电子器件具有实现的可行性。
简易性：二进制数的运算法则少，运算简单，使计算机运算器的硬件结构大大简化（十进制的乘法九九口诀表５５条公式，而二进制乘法只有４条规则）。
逻辑性：由于二进制０和１正好和逻辑代数的假（false）和真（true）相对应，有逻辑代数的理论基础，用二进制表示二值逻辑很自然。
［练一练］
1.请判断以下三个二进制数值中，哪个表示计算机中的一个字节？ A、001011000 B、0111221 C、01010010 2.表示一个汉字，需要占（）个二进制位
3.一篇文章占1024个字节，这篇文章约有（）个汉字
［自主探索］观察图示，议一议，计算机处理信息时，数据是怎样传输和转换的？请说出你的想法，与同学交流。
生：观察并交流，完成P23练习教师点拨指导 [师生归纳] 图
计算机的基本原理是存贮程序和程序控制。预先要把指挥计算机如何进行操作的指令序列（称为程序）和原始数据通过输入设备输送到计算机内存贮器中。每一条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数，进行什么操作，然后送到什么地址去等步骤。
计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。美藉匈牙利科学家冯〃诺依曼（John von Neumann）奠定了现代计算机的基本结构，这一结构又称冯〃诺依曼结构，其特点是：
1）使用单一的处理部件来完成计算、存储以及通信的工作。
2）存储单元是定长的线性组织。
3）存储空间的单元是直接寻址的。
4）使用低级机器语言，指令通过操作码来完成简单的操作。
5）对计算进行集中的顺序控制。
6）计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成并规定了它们的基本功能。
7）采用二进制形式表示数据和指令。
8）在执行程序和处理数据时必须将程序和数据从外存储器装入主存储器中，然后才能使计算机在工作时能够自动调整地从存储器中取出指令并加以执行。
（学生练习强化提高）【作 业】
填写“冯〃诺依曼”工作原理图 【附 录】
登录甘肃省信息技术课程网站（网址：http：//ITC.gsedu.cn）下载配套资源。【自我评价】
1.二进制数的表示以及与十进制数的换算是重中之重，因此在教学过程中讲解了大量的例子并让每位同学都要练习，掌握方法，要求每个学生都能够掌握。
【摘要】 自 1960年第一台红宝石激光器问世以来,激光器和激光放大器的发展 非常迅速。激光工作物质已包括晶体、玻璃、光纤、气体、半导体、液体及自由电 子等数百种之多。激光器诞生后 , 以激光器为基础的激光技术得到了广泛的应用 , 对 军事、经济、工农业产生了很大的影响 , 取得了很好的经济效益和社会效益。本文简 单的列出了激光在在多个方面和领域的应用和激光现在的发展技术。随着激光技术 的不断发展和成熟,必将对我们的生活生产和科技起到不可估量的作用。
【关键词】 激光技术 激光应用 激光进展 激光通信 激光医学 激光工程
一、引言
激光原理发现和激光器的诞生是 20 世纪科学技术的一项重大成就。是与原子 能、半导体、算机齐名的四项重大发明之一。激光的发明 , 是光学发展并与其他科 学技术领域紧密结合和相互渗透的产物。激光的出现不但引起了光学革命性的发展, 冲击了整个物理学,并且对其它学科如化学、生物学和技术及应用学科如电机工程 学、材料科学、通信、医学等都产生了巨大的影响。
二、激光在通信领域的应用与研究进展
激光通信依传输介质的不同,分为四种:光纤通信、大气通信、空间通信、水 下通信。
激光器在通信领域的应用 , 发展了光纤通信业 , 光纤通信在军、民用方面都得到 快速发展,它可工作在几十兆赫的短波、超短波波段,也可工作在微波波段一改过 去通信容量有限的面貌。基于 MEMS 技术的波长可调谐激光器被认为是光纤接入网的 最佳选择 【 1】 ,因其具有快速、低功耗、大调节范围的优点,现已逐步得到国内各重 要光通信研究机构的认同和追逐 【 2】。数字光纤通信用激光器代替模拟光纤通信用激 光器, 通过温度控制、预失真补偿电路等线性补偿方法, 以及在输入
端采用 AGC、固 定衰减器等动态范围补偿的方法,使数字光纤通信用激光器在线性度以及动态范围 两方面得到很大的提高,达到模拟光纤通信用激光器的水平,可以应用于短波、超 短波以及微波波段的模拟光纤通信中 【 3】。
大气激光通信是以大气作为传输介质的通信,是激光出现后最先研制的一种通 信方式。虽然大气的吸收、色散使得利用激光在地面上通信具有某种界限,但是目 前已利用气体激光器制造出能在良好气候的晚上传输信息达几百公里,在良好气候 的白天传输信息达几十公里的设备。光通信不但可以传送电话, 而且可以传送数据、传真、电视和可视电话等。现在研究工作主要集中在增大通信距离,提高全天候性 能和传输速率以及实现移动通信等方面 【 4】。21世纪是光电技术突飞猛进的年代, 大气激光通信技术势必将有较大的提高和发展,尤其是在电磁频谱复杂,电子干扰 日益强烈的战场环境,光通信显得尤为重要。因此研究和发展激光通信,加大通信 距离,实现全天候移动通信,是电子对抗和通信对抗的需要,也是未来发展的趋势 之一。
自由空间激光通信是利用激光作为载体在外空间进行高速率、大容量、高保密
性能的空问通信。其中包括深空、同步轨道、低轨道、中轨道卫星问的光通信,有 GEO(geosyn— chronous earth orbit, GEO 一 GEO、GEO — LEO(10w— earth orbit, LEO、LEO — LEO、LEO 一地面等多种形式,同时还包括卫星与地面站之间的通信 ⋯。空间机群指挥也是空间光通信的军事应用目标。由于不受大气粒子的影响,又具有 无损耗、无干扰、成本低、体积小、重量轻等优点,空间卫星光通信受到了相当的 关注 【 5】。空间激光通信系统从功能上分为通信分系统和捕获、跟踪、对准(ATP分系 统。通信分系统除实现高速率、高功率发射和宽带高灵敏度接收外,还将通信 束散角以非常狭窄的光束发射(近衍射极限,一般为十几微弧度量级。这是使空间 激光通信具有远距离、轻小型、高速率通信能力的基础 【 6】。空间激光通信系统经过近20年的快速发展.系统中的诸多关键技术已经取得了突破。目前,国际上已经成 功开展了多个链路的演示验证, 但是距离实际 T 程应用尚有距离。一方面是其丁程性、成熟度、可靠性还需要进一步提高.另一方面
是其通信速率尚没有充分发挥光通信 的技术优势.还需要不断提高以满足现代信息化的需求。
随着高新技术的发展,水下捕捞、探测、控制等的需要,逐渐形成了水下通信 这一个特殊的应用领域。由于海水对频率较高的电磁波的强吸收作用,电磁波在水 中的能量衰减很严重,几乎无法穿过海水传播,以致造成了传统电波在水下通信应 用中的无效性。激光器的发明和应用促进了光通信的发展, 更为水下 光通信带来了 福音,因此对具有高数据传输速率、优良的保密性和抗干扰性的水下通信研究有重 大的战略意义。美国在多次海上激光对潜通信试验的基础上,开展了星载对潜通信 的全面论证,计划采用装有大功率固体激光器的离地面仅有几百千米的廉价、低轨 道卫星, 代替先前计划采用的地球同步卫星, 以开展双工卫星-潜艇激光通信系统的
研究 【 7】。
三、激光在医学领域的应用与研究进展
激光是一方向性强, 单色性能好和能高度集中的相干光束, 利用透镜能聚焦成 非常小的光点,在光点上其能量密度非常高,并且可以在几个微秒或几个毫秒之内 发生作用,激光的光点经聚焦以后其直径可达几十个微米,因而在治疗时可以精确 地选择病变部位 【 8】。激光以其特有的优越性能解决了许多传统医学的难题。激光治 疗最早应用于眼科,对视网膜剥离、眼底血管
病变、虹膜切开、青光眼等一大批眼科疾患均能用激光治疗。激光手术刀具有术中 出血少, 可减少细菌感染等优点。激光与中医针灸术结合而形成的 “光针” , 对镇痛、哮喘、遗尿、高血压等有一定疗效。激光技术为现代医学提供了一种“神力” ,能够 治疗内科、外科、眼科、皮肤、肿瘤和耳鼻喉科的 100多种疾病 【 9】。
低强度医用激光器利用光生物调节作用(photobiomodulation, PBM 调节细胞、器官或组织的功能。PBM 是低强度单色光或激光(10w intensity monochromatic lightor laser irradiation , LIL 对生物系统的一种非损伤非热的光化学调节作用。与
分子发生共振作用的激光波长称为分子的特征波长。内源性光敏剂的特征波长在 可见光区域。细胞膜蛋白的特征波长比长波紫外(320~400nm(ultraviolet A.UVA 短。uL 作用对象的基本单位是细胞, 介导细胞 PBM 有两条通路:内源性光敏剂介导 PBM 的特异性通路,主要通过适量活性氧(reactive oxygenspecies , ROS 进行调节;细 胞膜上蛋白质分子介导 PBM 的非特异性通路,主要通过信号转导和基因表达进行调 节,服从 PBM 的生物信息模型。
高强度医用激光器利用高强度激光(tugh intensity laserirradiation.HIL 的光热效应、冲击波和光声效应等进行手术。HIL 手术和 PBM 在医学中的应用几乎总 是各自独立发展。HIL 光束中心强度非常高,可能损伤损伤半径以内的细胞,但光束在损伤半径以外的平均强度属于低强度范围,可以对损伤半径以外的细胞产生 PBM。HIL 光束损伤半径以 外的部分对没有损伤的细胞所产生的 PBM 可以简单地称为高强度激光生物调节作用(HILbiomodulation, HBM。所以 HIL 光束在损伤半径以内可以切除组织;损伤半径 以外的 HBM 依赖于 HIL 在损伤半径以外的平均剂量,可促进剩余器官的生长乃至恢复 器官的正常功能,或抑制剩余组织的生长 【 10】。
四、激光在工业领域的应用与研究进展
激光因具有单色性、相干性、和平行性三大优点,将此应用于材料加工,形成 一门新型的加工工业——激光工业。激光的空间控制性和时间控制性很好,对加工 对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大,与计算机数控技术相结合, 可构成高效自动化加工设备。广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制 造等重要部门,对提高劳动生产率、产品质
量、自动化、无污染、减少材料消耗等起重要作用 【 11】。经过不断的研究开发,激光 已经广泛应用于切削加工、焊接、表面工程技术、非金属材料和硬质合金加工等方 面。
激光熔覆是通过在基材表面添加熔覆材料,并利用高能密度激光束辐照加热, 使熔覆材料和基材表面薄层发生熔化,并快速凝固,从而在基材表面形成与其为冶 金结合的添料熔覆层田。激光熔覆具有如下优点:激光束的能量密度高,加热速度 快,对基材的热影响较小,引起工件的变形小;控制激光的输入能量,可将基材的
稀释作用限制在极低的程度(一般为2％～8％，从而保持了原熔覆材料的优异性能； 激光熔覆层与基材之间结合牢固(冶金结合，且熔覆层组织细小。这些特点使得激 光熔覆技术近十年来在材料表面改性方面受到高度的重视 【12】。激光堆焊可以获得高性能(如耐磨性、耐腐蚀性能、抗氧化性能、热障性能等 的合金堆焊层，而且具有激光堆焊层与基体的结合为冶金结合，组织极细，覆层成 分及稀释率可控，覆层厚度大，热变形小，易实现选区堆焊，工艺过程易实现自动 化等特点。因此激光堆焊技术在材料的表面处理方面倍受关注，并在工业易损件修 复、双金属零件的制造等方面应用上已经取得了一定的成果。激光堆焊材料的成分 直接决定了堆焊层的使用性能，为了适应复杂的应用环境，人们研究出了多种成分、多种形态的堆焊材料。目前常用的堆焊材料为铁基合金、钴基合金、镍基合金。它 们共同的特点是较低的应力磨粒磨损能力，优良的耐磨蚀、耐热和抗高温氧化性能。其中铁基合金不仅因其价格低廉、而且由于通过调整成分、组织。可以在很大范围 内改变堆焊层的强度、硬度、韧性、耐磨、耐蚀、耐热和抗冲击性。是应用最为广。泛的一种堆焊合金【13】 激光对金属材料的表面处理，是近十年来发展起来的一项新技术。无论是对黑 色金属还是有色金属，在实践的应用中它都显示了独特的优越性，并在工业生产上 得到了广泛的应用。用激光处理金属，一般是以一定模式的激光光束对准工件需处 理的部位，由工件随工作台的移动（转动或平移）来实现激光扫描。为防止表面氧 化及等离子体的生成，常采用惰性气体保护系统，一般工件的处理均为空冷，有些 特殊要求件也可采用液氮冷却 【14】。由于激光加工显示出明显的质量和效益上的优越 性，使其应用得到迅速发展。6 激光打标可以按激光与材料作用的方式分为表面打标(如雕刻和材料转化(如 漂白。激光表面打标作为较早的一种方法，它是利用蒸发或烧蚀材料表面的一个浅
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