激光原理论文范文

激光原理论文篇1

关键词：激光原理 课堂教学 趣味性

中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-0-02

激光技术[1]与原子能技术、计算机技术和半导体技术并称为20世纪世界科学技术的四大发明。由于激光具有相干性好、方向性好、单色性好和亮度高等优点，而广泛应用于激光制导、激光加工、激光通信、激光精密测量和激光医学等重要领域。

1 存在的问题

激光技术是以激光原理为基础，《激光原理》[2]课程是高校光信息科学与技术、光电子技术、光学工程和光电信息工程等专业本科生的专业基础必修课，也是最能体现专业特色的一门课程。由于该课程理论性很强，学生普遍感到抽象难懂、枯燥乏味，导致该课程的到课率低下，教学效果差，学生成绩很不理想。更为严重的是，有部分学生因为这门主干课程的成绩不及格而对后续相关专业课程的学习失去信心，最终因为多门课程不及格而延迟毕业，有的甚至被退学。

因此，如何增加课堂教学的趣味性，提高课堂教学的质量和效果，是当前《激光原理》课程教学中一项十分紧迫而又有重要意义的研究课题。

2 增加课程教学趣味性的方法

2.1 采用多媒体教学手段

由于《激光原理》课程的理论性很强，教材中公式很多，如果采用传统的教学方式，老师将这些理论和公式一字不漏地在黑板上进行推导，不仅会让学生觉得枯燥乏味，而且教学效率也很低下，最终很难在规定的有限课时内顺利完成教学任务。

现代多媒体教学手段能够将课堂内容以图、文、声并茂，甚至活动影像的形式展示出来，这样不仅增加了课堂教学的知识容量，而且使整个教学过程生动形象，是增加课堂教学趣味性、提高课堂教学效果和质量的有效途径。另外，多媒体教学还可以将一些因为缺乏实验设备而无法实现的实验内容以动画的形式在课堂演示，有利于学生快速理解和掌握实验内容，从而加深对实验的印象和理解，最终提高课堂教学的趣味性和教学效果。

笔者在讲授《激光原理》中“红宝石固体激光器的工作原理”部分时，总是采用多媒体教学，将激光产生过程中激活离子的能级跃迁过程用动画的形式演示，这样不仅增加了对激光产生过程的感性认识，而且让学生深刻领会了激光产生的物理机理。另外，在讲授激光的军事应用时，以“激光驾束制导”为具体应用实例，采用flash软件制作了激光驾束制导导弹攻击目标全过程的动画，这样，不仅增加了课堂的趣味性，而且让学生深深体会到激光技术在现代战争中的重要性，从而增加了对此课程的学习兴趣。

2.2 巧用激光发展史

从1960年世界上第一台激光器诞生到现在已经历50多年了，如今，激光增益介质从最初的红宝石发展到数百种，激光器的功率从几毫瓦到数万瓦，激光器的寿命也从几分钟发展到几万小时以上，激光器工作方式从最初的只能脉冲工作发展到既能脉冲又能连续工作。这些成果的取得凝聚了无数科学家的心血，如果在教学过程中巧妙地穿插这些科学家研究生涯中的趣闻佚事，不仅能够增加课堂教学的趣味性，而且可以培养学生的科学素养和为科学献身的精神，是对学生进行养成教育的良好素材。

笔者在讲授第一章“绪论”时，首先介绍美国科学家梅曼发明世界上第一台红宝石激光器所经历的漫长奋斗历程，以此为契机教育学生对待科学研究一定要有持之以恒的精神和不怕困难顽强毅力。然后，以我国科学家在世界上第一台激光器诞生后一年多时间内就研制成功了我国自己的红宝石激光器为例，告诉学生我们国家的激光技术与世界上最先进的技术之间的差距很小，以此唤起学生强烈的爱国意识和研究热情。每当我讲授这些内容时，我发现几乎所有的学生都在全神贯注的听讲。

2.3 注重学科交叉

由于《激光原理》课程的理论性很强，而且具有很强的多学科交叉性，要学好这门课程，不仅需要具备几何光学和物理光学基础，而且，还需要固体物理、半导体物理、电磁场和电磁波理论方面的知识。教学过程中如果仅仅局限于《激光原理》课程本身，其教学效果必然不容乐观。如果能够将相关学科的知识点与《激光原理》进行有机结合，用其它学科中分析、解决问题的方法来分析、解决《激光原理》中的问题，有时会有事半功倍的效果。

笔者在讲授《激光原理》中“激光的模式理论”时，总是引入机械波和电磁波的理论来解释激光模式的概念，让学生感觉到一种激光模式实际上类似机械波（或者电磁波理论）中所存在的一种机械波形（或者电磁波形），这样的讲解使得本来抽象的激光模式理论变得形象生动。

2.4 紧密联系国防军事应用

世界上第一台激光器的研发动机主要是因为第二次世界大战期间战争的需要，激光器诞生后首要的应用领域是激光武器。目前，许多发达国家都在研究高能激光武器以满足未来高科技战争的需要。美国曾将激光器用于国家导弹防御系统来拦截对方导弹，这种用激光进行导弹拦截不仅可以提高拦截的命中率，而且可以大幅度降低费用。另外，空间激光保密通信也是现代战争中十分有效的一种通信方式。这些重要的军事应用其实就是基于激光具有很好的方向性这一特点。笔者在讲授《激光原理》中“激光的四大特性之一―方向性好”这节内容时，经常将激光的方向性好与军事应用紧密联系起来，让学生感觉到课程内容的重要性，从而增加学习

兴趣。

2.5 紧密联系生产实践

“理论与实践相结合”是马克思主义的精髓，任何一种理论的最终目标都是要为生产实践服务。目前，激光技术已经广泛应用于生产实践的各个领域，如：激光加工、激光医学、激光育种、激光通信和激光光谱学等领域。《激光原理》课堂教学中如果能够紧密联系生产实践，必然会增加课堂教学的趣味性。

笔者在讲授《激光原理》课程中的“激光聚焦与准直”这节内容时，紧密联系激光聚焦在激光切割机的应用实例，并给学生介绍自己为桂林某激光技术公司设计的激光切割机光路系统，给出设计步骤和最终设计的系统光路图（见图1），让学生深刻体会到这一节理论的重要性。

2.6 紧密联系科技前沿

科学研究要“顶天立地”，所谓“顶天”就是说要站在国际国内科技前沿，不断创造高水平的科技成果；“立地”就是要从经济社会发展的实际需要出发，切实解决发展过程中所面临的实际科学和技术

问题。

《激光原理》课堂教学过程中必须有“顶天”意识，教师应该有很强的科研敏锐性，要紧跟当前激光领域的科技前沿，在教学过程中应该适当增加与授课内容相关的国际前沿科技问题，这样不仅可以丰富课堂内容，而且能够激发学生的学习兴趣，提高课堂教学的质量。如果还是照本宣科地按照几年前出版的教材内容进行讲述，必然缺乏新颖性和趣味性，最终会降低课堂教学的效果和质量。

笔者在讲授“典型激光器”这一章内容时将“飞秒光纤激光器”作为重点，并将其与当前光学和电磁波领域世界公认的一个科学前沿-“太赫兹波技术”紧密联系

起来。

因为太赫兹波具穿透性好、安全性好以及可以用作进行物质识别的指纹谱等特性，而成为当前世界各国投巨资进行研究的一个重要的前沿热点研究领域，而飞秒光纤激光器则是太赫兹时域光谱系统的一个核心器件。这样，学生感觉到飞秒光纤激光器的重要性之后，会带着浓厚的兴趣去主动学好这一节内容。

参考文献

[1] 蓝信钜.激光技术[M].3版.北京：科学出版社，2009-01.

激光原理论文篇2

[关键词]点阵；铒玻璃激光；嫩肤；能量密度；微孔密度

[中图分类号]R730.57 R332 [文献标识码]A [文章编号]1008-6455（2012）08-1315-04

铒玻璃点阵激光亦称铒光纤激光，是非剥脱点阵激光的一种，波长为1 550nm和1 540nm两种，目前在治疗光老化、嫩肤和黄褐斑方面初步显示出比非剥脱（非点阵）脉冲激光、强脉冲光和调Q-Nd：YAG激光更好的患者满意度。然而，铒玻璃点阵激光目前尚未在国内临床广泛应用，治疗参数选择和临床疗效评价仍停留在经验水平，目前的研究主要为国外文献资料，国内临床研究尚处于初步阶段。为缩短研究周期，本实验应用1550nm铒玻璃点阵激光不同能量密度和微孔密度组合照射昆明小鼠背部皮肤，观察照射前、后小鼠皮肤I型、III 型胶原纤维和弹力纤维的变化情况，以比较不同能量密度和不同微孔密度组合与临床疗效之间的关系，为临床合理选择治疗参数提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 实验动物及分组方法：清洁级雌性昆明小鼠2～3月龄24只，由西安交通大学医学院实验中心提供。随机分成4组，每组6只：A组为未照射对照组，B组为高能量密度/低微孔密度组，C组为中能量密度/高微孔密度组，D组为高能量密度/高微孔密度组，见图1。

1.2 主要设备和试剂：1550nm铒玻璃点阵激光治疗仪（Sellas医疗版，韩国生产）。苦味酸购自广东台山化工厂；天狼星红购自Sigma公司；间苯二酚购自 天津市科密欧化学试剂公司；1%酸性平红购自北京化工厂。

1.3 照射方法：A组：激光不照射，其余B、C、D三组每周照射1次，共8次。照射后皮肤微红，约15～20min后红斑消失，未见肿胀、渗出等（如图2）。

1.4 取材及实验方法：照射8次后分别于1周、2周、4周、8周、12周在背部皮肤取材，应用HE染色检测真皮厚度和成纤维细胞计数；应用苦味酸-天狼星红染色检测I型和III型胶原纤维容积分数；应用间苯二酚品红法检测弹力纤维容积分数。

1.5 统计学处理：数据采用不等距重复测量方差分析的分析方法对数据进行分析，分析软件为SPSS17.0，对数据的统计描述采用，检验水准α=0.05。

2 结果与分析

3 讨论

点阵激光的作用机理为局灶式光热作用[1]，由选择性光热作用原理扩展而来。点阵激光按剥脱深度分为强剥脱（CO2激光）、中剥脱（Er：YSGG激光）、微剥脱（Er：YAG激光）和非剥脱（Er：Glass激光）4种[2]。点阵激光以有序或无序扫描方式，在病变组织上形成众多直径约100～150μm、深约400～1 000μm的柱状微孔（微热损伤区），微热损伤区可诱导真皮组织损伤修复机制使胶原蛋白增生并重塑胶原纤维，以达到紧肤、嫩肤的治疗目的[1，3-6]。

通常非点阵脉冲激光的临床疗效与能量密度、光斑直径2个参数或能量密度、光斑直径及脉宽3个参数合理组合有关，组合方案主要根据医生的临床经验而定。而点阵激光的临床疗效除与以上三个参数有关外还与微孔密度有关，但目前临床上应用的点阵脉冲激光器其脉宽通常不可调，因此，点阵激光的临床疗效主要与激光能量密度高低和微孔密度（覆盖率）组合密切相关。国外研究显示，点阵激光治疗的微孔覆盖率可以通过能量高低和微孔密度的综合效应分析得出，Rahman等[7]推荐微孔低覆盖率（5%～10%）及低能量密度（6mJ/cm2）用于非颜面部焕肤治疗，而用微孔高覆盖率（19%～27%）及高能量密度（8mJ～25mJ/cm2）治疗中重度皱纹。Hu等[8]在应用1 550nm铒玻璃点阵激光治疗萎缩性痤疮瘢痕时发现，高能量密度/低微孔密度组与低能量密度/高微孔密度组疗效没有明显差别，而Walgrave 等[9]采用1 540nm/1 550nm铒玻璃激光同时治疗6位光老化病人，发现低能量密度/高微孔密度治疗时损伤区较浅，对色素性疾病疗效较好，而高能量密度/低微孔密度治疗时损伤区较深，但对皮肤质地改善较明显。Kono等[10]用1 550nm铒玻璃点阵激光嫩肤时发现，与增加能量密度相比，增加微孔密度可能出现更大的副作用，病人的疼痛和停工期也增加，虽然临床效果和病人满意度增加，但增加微孔密度有可能增加渗出、红斑和色沉等副作用。因此，认为用高能量密度/低微孔密度疗效较好。国内文献检索尚未见类似报告。

本实验采用1 550nm非剥脱铒玻璃点阵激光无序扫描照射脱毛小鼠背部分皮肤，按照射能量密度和微孔密度高、中、低组合，理论上有9个组合方案，如果按每个组合方案治疗20例患者×5次（月）推算，临床研究可能约需3年时间。为缩短研究周期和为临床应用提供理论参考，本组实验在9个组合方案中选择了3个具有一定代表性的组合方案（高能量密度/高微孔密度、高能量密度/低微孔密度和中能量密度/高微孔密度）进行筛选优化。结果显示在照射8次后各照射组小鼠真皮厚度、成纤维细胞计数、胶原纤维和弹力纤维均增加，增加幅度以高能量密度/高微孔密度组>高能量密度/低微孔密度组>中能量密度/高微孔密度组，并且各照射组间与未照射对照组间均有统计学意义（P

除弹力纤维外，本实验未发现各照射组真皮厚度、成纤维细胞计数和胶原纤维随时间变化趋势，分析其原因，我们初步认为可能与真皮炎性水肿吸收、成纤维细胞和胶原纤维代谢较快，而弹力纤维代谢较慢和初次取材时间较晚等因素有关。

本实验结论提示：①1 550nm铒玻璃点阵激光治疗光老化及嫩肤疗效肯定、可靠，如果停止治疗后其疗效有可能维持数月仍不会反弹至术前水平；②治疗参数的选择建议在采用较高能量密度基础上适当提高微孔密度更有利于提高临床疗效；③虽然昆明小鼠皮肤较薄，与人类皮肤组织存在一定差异，但本结论对铒玻璃点阵激光治疗皮肤光老化和嫩肤的参数选择仍具有一定参考价值。

[参考文献]

[1]Manstein D， Herron G， Sink R， et al. Fractional photothermolysis： A new concept for cutaneous remodeling using microscopic patterns of thermal injury [J]. Lasers Surg Med， 2004，34（5）： 426-438.

[2]张淑兰， 应朝霞， 王永贤. 非剥脱性点阵激光在皮肤科的应用[J]. 中国美容医学，2012，1（21）： 154-158.

[3]Laubach HJ， Tannous Z， Anderson R， et al. Skin responses to fractional photothermolysis [J]. Lasers Surg Med， 2006， 8（2）： 142-149.

[4]Geronemus RG. Fractional photothermolysis： current and future applications [J]. Lasers Surg Med，2006，38（3）： 169-176.

[5]Ross EV. Nonablative laser rejuvenation in men [J]. Dermatol Ther， 2007， 20（6）： 414-429.

[6]Sachdeva S. Nonablative fractional laser resurfacing in Asian skin-a review [J]. J Cosmet Dermatol，2010， 9（4）： 307-312.

[7]Rahman Z， Alam M， Dover J. Fractional laser treatment for pigmentation and texture improvement[J]. Skin Ther Lett， 2006， 11（9）： 7-11.

[8]Hu S， Chen MC， Lee M， et al. Fractional resurfacing for the treatment of atrophic facial acne scars in Asian skin [J]. Dermatol Surg， 2009， 35（5）： 826-832.

[9]Walgrave S， Zelickson B， Childs J， et al. Pilot investigation of the correlation between histological and clinical effects of infrared fractional resurfacing lasers [J]. Dermatol Surg， 2008， 34（11）： 1443-1453.

[10]Kono T， Chan HH， Groff WF， et al. Prospective direct comparison study of fractional resurfacing using different fluences and densities for skin rejuvenation in Asians [J]. Lasers and Med， 2007， 39（4）： 311-314.

激光原理论文篇3

关键词：激光回馈；波片位相差；偏振跳变

1. 引言

波片作为位相延迟器，在与偏振光有关的光学系统中有着广泛的应用，如外差激光干涉 仪，偏振光干涉系统，偏光显微镜、椭偏仪、光隔离器、窄带光滤波器、可调光衰减器、光 盘驱动器光拾取头等等，其中波片的位相延迟误差会对系统产生影响[1]。正是由于波片在实 际光学系统中的广泛应用，波片的测量技术显得尤为重要。传统的测量方法有旋转消光法、 电光调制法、磁光调制法等，这些方法本质上都属于消光法，需要测角机构，使得整个系统 结构庞大，并且测角的精度会对测量结果产生很大的影响[2-6]。新型的测量方法包括激光频 率分裂法、激光回馈法等，激光频率分裂法精度很高，结构也很简单，但是需要对波片镀增 透膜，不适合实际生产的测量要求[7]。而激光回馈法中，待测波片在激光腔外，不需要进行 镀膜处理，而且整个系统中不需要测角机构以及高精度的检偏器，结构十分简单，因而大大 简化了测量的过程，很适合在线测量的需要。

激光回馈法是利用激光回馈中的偏振跳变现象，通过测量一个扫描周期中两个偏振态的 占空比来实现对波片的测量。由于在长期的测量过程中，很难保证激光器对于两个偏振态的 损耗完全相同，同时，波片的倾斜会造成两个偏振态的透过率不同，当两个偏振态的光强比 值发生变化时，会造成上述占空比的变化，最终导致测量结果产生误差。本文提出了一种双 向扫描测量的方法，可以从理论上完全消除这种误差源，有效地提高了该方法长期测量的准 确性。

测量装置：

图 1 激光回馈波片测量仪装置图

激光回馈波片位相延迟法的测量装置如图 1 所示，反射镜 m1、m2 及增透窗片 w 构成

半外腔单纵模 he-ne 激光器，通过控制压电陶瓷 pzt2 可以使激光器始终在中心频率附近工 作；m3 为回馈镜，反射率为 10%，由压电陶瓷 pzt1 驱动，在计算器输出的三角波信号的 驱动下做往复运动；wp 为待测波片，其快轴方向与激光器的本征偏振方向一致；d1 为光 电探测器，探测激光器的光强信号，经放大器 apm 及 a/d 转换后送入计算机处理；p 为检 偏器，与光电探测器 d2 一起探测回馈信号的偏振信息。

在测量过程中，激光器保证始终工作在中心频率处，出射的线偏振光的偏振方向与波片 的快轴方向重合，pzt1 推动回馈镜 m3 来改变外腔腔长，则我们通过探测器 d2 可以探测 到偏振跳变的波形，根据激光回馈偏振跳变的理论，当回馈腔中存在双折射元件的时候，回 馈波形会产生偏振跳变现象，如图 2 所示。

2. 偏振跳变原理及误差源分析

2.1 o, e 光等效反射率及跳变原理

关于激光回馈偏振跳变理论已有文章做过详细的论述[8]。这里对该理论进行简化性的论 述。

我们把 m2 及回馈镜 m3 等效为 f-p 腔，由于回馈镜的反射率很低，所以我们只考虑

m3 的一次反射。记 m2 的反射系数为 r2 ，透射系数为 t2 ，回馈镜 m3 的反射系数为 r3 ，由 多光束干涉理论我们可以得到此 f-p 腔的等效反射系数为

其等效反射率为:

由于 r3 很小，可以忽略二阶项，于是等效反射率可简化为

r  r  2  r  r  t 2 

而等效腔镜反射率的变化，将直接影响光强信号。所以当外腔没有双折射元件的时候，随着回馈镜的移动，光强呈现为随 l 变化的余弦波形。

当外腔存在双折射元件时，设 o 光方向为 x 方向，e 光方向为 y 方向。双折射元件产生 的位相差为 ，则此时 x、y 两个方向上的等效反射率不一样，分别为

图 2 激光回馈偏振跳变波形

当激光的偏振方向为 x 方向时，x 偏振态的等效反射率 r( x x )  r( x ) 23 ，此时由于 y 偏振光 没有出射，并未进入到外腔，所以其等效反射率 r  r2 ；当激光的偏振方向为 y 方向 时，由于 x 偏振光没有出射，并未进入到外腔，因此 x 偏振态的等效反射率 r  r2 ，y 偏振光的等效反射率 r ( y y )  r( y ) 23 。 对于激光器而言，出射激光的偏振方向取决于两个偏振态各自的损耗。而激光器的损耗与腔 镜的反射率密切相关，反射率越大，其损耗越小。假设初始激光器的偏振态为 x，l 的初始

位置位于 a 点，因此，从图 3 中我们可以看出，在 ab 段，r ( x- x ) > r( x-

，出射光保持为x 偏振态；在 b 点以后， r ( x- x )

（略，想看可以看pdf原文）

2.2 迟滞效应的影响

当 l 向相反方向运动时，按照前边的分析方法，可以得到光强信号及对应的偏振态。 我们可以得到：l 正向运动和反向运动时，等效反射率所走过的路线不一样，偏振态跳变的 方向也不一样，如图 4 所示：当 l 正向运动时，由 x 偏振态跳变到 y 偏振态，x 偏振态所占 周期比大；而当 l 反向运动时，则是由 y 偏振态跳变到 x 偏振态，y 偏振态所占周期比大。 这就是激光回馈偏振跳变现象中的迟滞效应。

我们利用这种偏振跳变的现象，可以实现对波片位相延迟的测量。根据实验的结果，我

3

4. 实验结果

图 6 为实际测量过程中的波形图。我们可以看到，x 偏振态和 y 偏振态的最大光强明显 不同，这也就说明，在整个回馈系统中，两偏振态的损耗是不同的。在长时间的测量过程中， 这种差异也会随之变化，这就对系统长期测量的一致性产生影响。通过同时测量上升沿和下 降沿的周期比，并对两个比值进行平均，可以有效的提高长期测量的稳定性。

图 7 为波片测量仪对一波片连续 8 小时测量的结果。我们可以看到，上升沿的测量结果 整体上是上升的，同时，对应的下降沿的测量结果整体趋势是下降的，因此，通过对二者进 行一个平均处理，补偿后的测量值没有明显的倾斜方向，这也就保证了该系统长期测量结

果的一致性。 由于在实际测量中，我们使用的是压电陶瓷作为驱动装置，来推动回馈镜正向移动和反

向移动，而压电陶瓷存在着迟滞效应，缩短时的曲线线性度不是很好，会对测量结果造成影 响。我们可以通过以后的工作改进系统，改变驱动的形式来消除这部分造成的误差。

5. 结论

激光原理论文篇4

[关键词]激光散射法； 测定； 吉非替尼；药粒

中图分类号：TQ460.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0254-01

吉非替尼属于生物药剂学分类系统中的第 2 类（BCS Ⅱ）化合物，即低溶解性 -高渗透性药物，在水中几乎不溶。其粒度的大小直接影响其片剂的溶出速度，因此粒度为其质量控制的重要指标之一。有效的粒度检测方法对于粒度控制分析尤为关键，本研究经过以下一系列试验，建立激光散射法对吉非替尼原料药粒径进行测定，并对该方法进行相关参数的研究及方法学验证。以用于药品研发生产中该原料药粒度分布的测定。

1 吉非替尼的简单概述

1.1 吉非替尼

吉非替尼（Gefitinib，伊瑞可，易瑞沙），别名为N-（3-氯-4-氟苯基）-7-甲氧基-6-（3-吗啉-4-丙氧基）喹唑啉-4-胺；易瑞沙（阿斯利康公司的抗肿瘤新药）；吉非替尼（易瑞沙），是一种口服表皮生长因子受体酪氨酸激酶（EGFR-TK）抑制剂（属小分子化合物），其形状为褐色，圆形，双凸面，薄膜衣片；一面印有"IRESSA 250"，另一面光滑。每瓶含吉非替尼 250mg*30s。对EGFR-TK的抑制可阻碍肿瘤的生长、转移和血管生成，并增加肿瘤细胞的凋亡[1]。

1.2 药理毒理

药物动力学特性：吉非替尼是一种选择性表皮生长因子受体（EGFR）酪氨酸激酶抑制剂，该酶通常表达于上皮来源的实体瘤。对于EGFR酪氨酸激酶活性的抑制可妨碍肿瘤的生长，转移和血管生成，并增加肿瘤细胞的凋亡。在体内，吉非替尼广泛抑制异种移植于裸鼠的人肿瘤细胞衍生系的肿瘤生长，并提高化疗、放疗及激素治疗的抗肿瘤活性。在临床实验中已证实吉非替尼对局部晚期或转移性非小细胞肺癌具客观的抗肿瘤反应并可改善疾病相关的症状。药物代谢动力学特性静脉给药后，吉非替尼迅速廓清，分布广泛，平均清除半衰期为48小时[1-2]。

1.3 作用机制

①竞争EGFR-TK催化区域上Mg-ATP结合位点，阻断其信号传递；②抑制有丝分裂原活化蛋白激酶的活化，促进细胞凋亡；③抑制肿瘤血管生成。Iressa已于2002年7月5日经日本厚生省批准用于治疗晚期NSCLC，2003年5月5日被FDA批准作为NSCLC的三线治疗药物，其推荐剂量为250mg，PO，qd。

2 试验与结果

2.1 仪器与试药

①仪器：主要选用型号为Malvern Mastersizer 3000的激光粒度分析仪、型号为Hydro LV的湿法进样器（仪器来源与英国的Malvern公司）、型号为XP205的电子分析天平（设备生产于梅特勒公司）、型号为CQX25-12的超声波清洗机（设备生产于上海必能公司）；②试药：吉非替尼原料（生产于江苏海慈生物药业有限公司），主要选取3批吉非替尼原料作为试验样品，具体批号分别为14102101、14120601、15030901，3批吉非替尼原料的净含量均>99.0% ），另外还需要纯乙醇和纯化水等试验材料[2]。

2.2 试验方法

2.2.1 相应的参数设置标准

样品折射率的设置标准为1.500；样品吸光率的设置标准为0.00；分散介质折射率的设置标准为1.330；分析模式为通用模式；灵敏度设置标准为普通；泵速设置标准为2000 r・min-1；测量次数设置标准为6次；测量时间设置标准为10 s；背景时间设置标准为10 s；遮光比设置标准为8%～20%。

2.2.3 样品的制备

（1）试验中分散剂的选择

试验中分散剂选择时应遵循以下几点原则：①尽可能选择可浸润样品；②尽可能选择不会与发生化学反应的分散剂；③尽可能选择五毒的分散剂，禁止使用苯，以便于废液的理；④尽可能选择成本比较低且使用价值高的分散剂；⑤选择的分散剂要能够连续使用；⑥尽可能选择具备高溶解性能的分散剂，以便于溶解其他加入的添加剂。

（2）试验中超声时间的选择

本试验所测吉非替尼原料药为气流粉碎处理后样品，结合原料药的性质和粉碎机的性能，理论粒径范围在 20～30 μm，当粉末粒径越小时，越可能需要借助外力来使粉末分散到原始状态。而超声是一个很好的分散手段，但超声也有将颗粒打碎的可能性，故应合理控制超声的时间。通过考察不同超声时间对样品的影响，最终确定超声时间为1～2min[3]。

（3）试验中测定样品的配制

取约0.2 g 吉非替尼原料药，精密称定，加纯化水60 ml，超声（400 W，25k Hz）1～2 min，使药物分散均匀，且无明显大团状物，即得。

2.3 检测方法

①充分均匀混合吉非替尼原料药，并取出剂量为200 mg吉非替尼原料药；②将取出的吉非替尼原料药放置到合适的烧杯中，并加入标准为60 ml的纯化水，然后进行时间标准为1～2 min的超声；③待超声后吉非替尼原料药得到分散且呈悬浊液状时，将适量的样品悬浊液取出并放置到相应的进样器中，然后进行遮光比标准为8%～20%遮光处理，等5 min后悬浊液平衡时进行测定[4]。

2.4 试验结果

通过上面提到的检查方法对3批吉非替尼原料药样品进行测定后，得出相应的D90、D50、D10和遮光度，具体见表1。

3 讨论

颗粒粒径的测量方法有很多种，如筛分法、沉降法、显微镜法、马尔文激光粒度测量、库尔特全自动颗粒粒径分析、颗粒计数器分析、电感应法等。Malvern Mastersizer 激光粒度分析仪进行样品粒度测量的光学理论为米氏（Mie） 理论。米氏理论可以正确地预计在不同角度下、不同波长光线对已知大小颗粒的散射光强；对于

目前，在国内尚未见有吉非替尼原料药粒度测定方法的文献报道。本文运用激光散射原理，采用湿法测量吉非替尼原料药的粒度，该方法操作重复性好、易于操作、数值真实性强，已成功应用于实际研发和生产的质量控制之中。原料药粒度测定方法的建立，有助于在处方筛选前先筛选出合理的原料药粒径可以在一定程度上简化处方筛选过程。进一步完善了原料药粒径的研究，使自制品与原研上市品达到溶出行为的一致性。

参考文献

[1] 谷广志，王也牧，刘蔚，王林波，彭兴盛. 依非韦伦原料药粒度的激光散射法测定[J]. 中国医药工业杂志，2016，01：67-70.

[2] 牟聪，王燕，孙元朋，高景梅. 激光散射法测定吉非替尼原料药粒度[J]. 中国药师，2016，05：876-879.

[3] 陈继敏，欧金全，潘京. 激光散射法测定普伐他汀钠原料药粒度分布[J]. 今日药学，2016，05：314-316+324.

[4] 汤建成，王溶溶，杨苏蓓. 激光散射法测定红参微粉的粒度分布[J]. 中国现代应用药学，2016，09：1157-1160.

激光原理论文篇5

关键词：激光原理;对比法;量纲法;一步到位法;类比法

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）40-0199-03

“激光原理”是高等院校电子科学与技术专业（光电子技术方向）、光电信息科学与工程等专业的一门极其重要的专业基础课程。本课程是一门理论性较强的课程，主要阐述激光器的基本原理和理论。它是学习相关课程“激光技术”、“激光器件”、“激光应用”的基础，也是学习光电子学、激光化学、激光生物学、激光光谱学、非线性光学等新的交叉学科的重要基础[1]。因为课程性质的特殊性，一直是学生比较惧怕的一门课程。学生在学习过程中普遍反映枯燥、抽象、难学。因此如何上好激光原理课程，需要教师动脑筋、花时间研究教学方法。本文笔者介绍了在多年教学实践中总结出来的比较行之有效的方法。

一、对比法

对比，简言之，2种事物比较也。通过比较，发掘二者的共同点与不同点，从而加深印象，掌握2种事物的特点。在激光原理的教学中，借助对比方法，对教学效果起到了一定的促进作用。尤其是借助表格所进行的对比，使内容更显得一目了然、过目不忘。

例1：在介绍原子发光的经典模型时（文献[2]P124-128），我们对电子的运动情况进行如下对比（见表1）。

对每一种情况，先进行受力分析，然后写出电子的运动方程，进而求解，分析其特性。这样的处理，使学生对此部分概念有了清楚的认识。

例2：在讲解均匀加宽工作物质的增益系数特性时（文献[2]P148-151），我们首先一步步推导出了反转集居数密度、强光υ1入射时的增益系数和强光υ1入射时弱光υ的增益系数的三个表达式，然后将它们放在一起进行对比，来挖掘公式背后的物理意义。

这组公式反映了均匀加宽工作物质增益系数的特点。通过对表2中3个公式的对比，可以看出它们的分母是相同的，分子是相应小信号情况下的值。这说明随着光强的增加，反转集居数密度和增益系数存在饱和效应，导致它们的值由小信号时的值下降，因为反映的都是均匀加宽物质的性质，所以3个公式的分母是相同的。另一方面由式（2）和式（3）反映出“频率为υ1的强光不仅使自身的增益系数下降，也使其他频率的弱光的增益系数也以同等程度下降。这是因为在均匀加宽谱线情况下，由于每个粒子对谱线不同频率处的增益都有贡献”，所以当某一频率（υ1）的受激辐射消耗了激发态的粒子时，也就减少了对其他频率（υ）信号起作用的粒子数，结果导致“增益在整个谱线上均匀地下降”（文献[2]P151）。

其他比如在讲相格的概念时（文献[2]P6），将经典质点和光（量）子进行对比（见表3）。

表格对比的例子比较多，这里就不一一枚举了。

二、其他方法

1.量纲法。量纲，是表示一个物理量由基本量组成的情况。“将一个物理导出量用若干个基本量的幂之积表示出来的表达式，称为该物理量的量纲乘积式或量纲式，简称量纲[3]”。“量纲是物理学中的一个重要问题。它可以定性地表示出物理量与基本量之间的关系;可以有效地应用它进行单位换算;可以用它来检查物理公式的正确与否;还可以通过它来推知某些物理规律[4]”。在激光原理教学中，量纲也发挥着重要的作用。

教材在介绍原子发光的经典模型（文献[2]P124-128）时，提到“当运动电子具有加速度时，它将以如下的速率发射电磁波能量：”。学生对这个问题往往不知其所云，我们从量纲的角度来判断一下。

令X=，在这个表达式中，e为基本电荷，单位为库仑，即[C];表示速度对时间的微分，即加速度，单位为[m/s2];ε0为真空介电常数，单位为[F/m];c为光速，单位为[m/s]。则量纲式为

[X]==

再利用电学中两个公式：电流强度I=Q/t，量纲式为[A]=[C/s];电容C=Q/U，量纲式为[F]=[C/V];代入上式，得

[X]===AV

在电学中功率等于电压与电流强度的乘积，即P=UI，量纲式为[W]=[VA]。由此可知，变量X的单位为W（瓦），说明具有功率的量纲。理解了这一点，对于教材接下来的内容也就容易理解了：“上式所表示的电子能量在单位时间内的损失也可认为是辐射对电子的反作用力（或辐射阻力）在单位时间内所作的负功，即可表示为Fυ=-”。

等式左边物理量为力与速度的乘积，可理解为力与位移的乘积除以时间，即功除以时间，即功率。所以此式两边都具有功率的量纲。分析到这一步，此部分内容就易于理解了。

2.“一步到位”法。在用q参数分析高斯光束的传输问题时，教材中给出了一个例题，如图1所示。

已知：“入射高斯光束腰斑半径为ω0，束腰与透镜的距离为l，透镜的焦距为F”，

求：“通过透镜L后在与透镜相距lC处的高斯光束参数ωC和RC”。

教材中对这个例题的处理，是从z=0点出发，先求出此处的q值，然后一步步求出A点、B点、C点的q值，进而求出ωC和RC。笔者戏称此为“步步为营”法。在课堂讲解中，除了介绍了此方法，笔者还独创性地提出了“一步到位”的求解方法，即利用q参数所遵循的变换规律（ABCD规律），直接求出C点的q值，进而求出ωC和RC。此方法是对教材方法的有益补充。不仅拓展了学生的思路，而且给学生留下深刻印象。在分析高斯光束的聚焦特性时，教材中采用的是逐点讨论的方法：先固定透镜焦距F，分析像方腰斑半径ω'0随距离l（物方腰斑离透镜距离）的变化（如图1中变量l），分析

（物方腰斑离透镜距离）的变化（如图1中变量），分析何种情况下实现聚焦;再固定距离l，分析像方腰斑半径ω'0随焦距F的变化，分析何种情况下实现聚焦。这种方法，学生普遍反映知识点比较分散。对此，笔者也提出了“一步到位”的方法，直接从公式出发，经过数学推导，通过求解不等式，分析了高斯光束的聚焦，并总结撰写了教学实践论文[5]。

3.类比法。“所谓类比，就是根据两种事物在某些特性上的相似，推理出它们在另一些特性上也可能相似的思维形式[6]”。应用到激光原理教学中，就是将陌生的现象与熟悉的、相似的现象进行比较，从而揭示出该现象背后的物理本质。在讲解“均匀加宽”时，因为考虑到均匀加宽的特点是“引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的，每个发光原子都以整个线型发射”，笔者用“千手观音”的整齐划一的表演来类比，即用每个人手臂的长度是一样的来类比每个原子发射的线型是一样的，整齐划一的表演使总的手臂长度看起来和每个人手臂长度一样来类比每个原子都以整个线型发射;“不能把线型函数上的某一特定频率和某些特定原子联系起来，即每一发光原子对光谱线内任一频率都有贡献”，因此笔者用“法不责众”来类比，即不知道某一特定频率是哪些原子的贡献，而是所有原子的贡献。对于“非均匀加宽”，“每个原子只对谱线内与它的表观中心频率相应的部分有贡献，因而可以区分谱线上的某一频率范围是由哪一部分原子发射的”，笔者用“罪魁祸首”来类比，即能够找到某一特定频率是哪些原子的贡献。“多普勒加宽是由于作热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移引起的”。对于这一点，仍然可以用“千手观音”的表演来类比。由于每个表演者运动速度不同，导致她们的位移不同，看起来整个队伍的手臂就变长了。通过这样的类比，学生反映形象生动，加深了对均匀加宽与非均匀加宽机制的理解。

三、结论

总之，在教学中这些方法的应用、实践，“收到了良好的教学效果，学生普遍反映印象深刻，牢固地掌握了知识点”[7]。本文根据笔者多年的学习和教学经验，对激光原理的教学提出了一些有效的方法，于大海中采撷几朵浪花，抛砖引玉，与同行共勉学习提高。

参考文献：

[1]杜戈果.激光原理课程教学网站[EB/OL].http：///laser/.

[2]周炳琨，高以智，陈倜嵘，等.激光原理[M].第6版.北京：国防工业出版社，2009.

[3]量纲_百度文库[EB/OL].

http：///link？url=qtzVIcv29shM_LOmVIcA5Gj7pXMf_dHGzii8LBXrFTDYXMYYyxkUgB05rjpSmA6

IJgQmCdtzm1i63z1nu4HINUPtke1IyRseQvazsIQQlyS.

[4]量纲_互动百科[EB/OL]. http：///wiki/%E9%87%8F%E7%BA%B2.

[5]杜戈果.激光原理中高斯光束聚焦的探讨[J].中国教育研究，2004，（10）：24-25.

[6]钱琴红.例析化学解题中的类比策略[J].中学教学参考，2010，（26）：125-126.

激光原理论文篇6

关键词：激光模式；Matlab；在线观测；图像处理

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）51-0267-02

一、引言

在激光类的课程教学过程中，谐振腔理论是一个非常重要的内容。该部分内容比较抽象，而且数学知识较多，其中激光横模特性更加抽象。为了解横模特性，理论上主要是从菲涅耳―基尔霍夫积分衍射方程出发，求得其近似解析解，或者利用数值迭代的计算方法。实验上可以有热成像，线性扫描，激光模式分析仪来进行直观地观测。教学上激光实验的开展主要还是围绕激光谐振腔来实验，激光模式的观察与控制就显得非常重要。因此，需要能够实时地显示激光模式的变化，当谐振腔参数变化时，模式是如何地变化等，使学生能更好地了解模式与腔的关系。本文正是在这样一个背景下，围绕如何控制各个模式的出现与观测，以及分析其形成与消亡的原因，自行制作了一套简易的模式观测实时显示系统。

二、实验装置

实验中用到的摄像头为普通的USB接口的摄像头，编程用Matlab 2007以上的版本，利用Matlab对摄像头进行编程不需要写太多代码，帮助中给出的例子程序就够用了。下面给出编程的主要代码，方便参考。

获取摄像头vid=videoinput（'winvideo'）；获取图像大小vidRes=get（vid，'VideoResolution'）；imWidth=vidRes（1）；

imHeight=vidRes（2）；nBands=get（vid，'NumberOfBands'）；O定图像大小hImage=image（zeros（imHeight，imWidth，nBands））；set（gca，'unit'，'pixels'，'position'，[35 145 imWidth imHeight]）；此处的35和145是屏幕上相对位置。预览图像preview（vid，hImage）；捕获图像frame=getsnapshot（vid）。

图像数据存在三维数组frame里面，其结构是[x，y，Value]，value代表了各个点的RGB值，利用z=（30*R+59*G+11B）/100，可以转换成相应灰度值。这样就生成一组[x，y，z]的数据，x，y表示光斑位置，z代表灰度值，也就是光强，这样就可以绘制出一幅光斑模式的二维或三维图，对于基模等都能做到很方便地观测与分辨。

实验中用的激光器为开腔He-Ne激光器，最大输出功率小于5mw。为了避免摄像头产生饱和，以至于观测到一片白色，无法对其强度做出分辨。我们尝试让摄像头获取激光器全反镜透出的光斑，先照射到一张黑纸上，然后TEM00、低阶模TEM01，TEM10用摄像头获取照射面的图像。这样不但避免了散射对光的均匀化，也不会产生饱和作用，实验证明：这种方法简便易行，对观测结果没有影响，而且可以做到实时动态显示。

三、实验结果

激光器稳定运转后，首先调节谐振腔，使激光器输出基模，对于小功率激光器，一般都能够满足。基模图像如图1（a）所示，这是光斑直接照在白墙上拍照所得。图1（b）是用实时观测系统在电脑端显示的图像，这里给出的是一个三维的相对光强分布。相对二维分布，三维光强分布能够体现出高斯光束高斯分布的特点。图像中心由于光强饱和，显示出一个平顶，所以对观测系统，后续的图像数据处理还可以不断优化。

高阶模式的获得可以将输出镜的调整螺丝轻微扭动，当获得一个稳定的模式输出时停止。这并不是说在基模时谐振腔就调整地非常好，恰恰相反，能够实现高阶模，尤其是圆柱对称的高阶模，谐振腔的对称性才最好。图2是实验中观察到的TEM01模式，图2（a）是通过扩束镜后照射在白纸上拍照形成的，图2（b）是实时观测到的图像。虽然扩束镜给出的结果看上去更清晰一些，但扩束镜是个短焦透镜，在使用中的调整还是有些不方便。包括入射光的位置选择，扩束后拍照位置的选择等，都需要一定的技巧和经验。而实时观测系统只要摄像头固定好了，基本不用再调整，需要做的就是在电脑端记录下比较理想的图像。

图3是一个非常难以获得的模式，该模式在教科书中比较常见，大多数图像都是给出的理论模拟图像，如3（a）所示。该模式的获得需要谐振腔的圆柱对称性得以满足，而这个条件在气体放电中往往很难满足，实验中也是在多次调整过程中偶然获得，而且重复性也很难保证。

实验过程中还获得了许多模式，这里就不一一展示。对于开展激光实验，可以对照教科书上的模式一一尝试，如果能够获得当然最好，可以理论结合实验来加深认识。如果实验中不能够获得某个模式，比如需要圆柱对称很好的模式，也可以结合实验条件加以解释。当然实验中往往会得到许多课本中所没有的一些模式，这些模式往往是好几个模式的叠加，可以利用现有的几个模式通过叠加而获得。这也能更好地认识谐振腔的理论，理论上给出的都是单一的模式分布，而实验中大部分情况是多个模式的叠加。

四、小结

利用Matlab的图像处理功能，介绍了摄像头的获取，图像的获取、存储及后期处理方法。利用该方法实现了激光光斑图像的实时获取，从而可以实现激光模式的二维或三维实时在线显示。对激光实验中获得的模式结合理论进行了一定分析，对实验上不能获得的模式以及教材中不存在的模式进行了讨论。通过实验研究和理论对比，能够对了解激光谐振腔理论提供一定的帮助。

参考文献：

[1]周炳琨，高以智，陈倜嵘，等.激光原理[M].5版.北京：国防工业出版社，2005：26-27.

[2]陈钢，徐海磊.圆形镜平面腔数值迭代计算[J].实验室研究与探索，2011，30（9）：42-45.

[3]陈钢.激光原理谐振腔衍射理论教学探索[J].中国科教创新导刊，2011.09（25）：72-73.

[4]王玉芝，付恩生，王兵，等.CO2激光模式和能量分布的测量[J].激光杂志，1991，12（5）：237-239.

[5]徐庆鸿，陈彦斌，孟庆友，等.激光横向模式的针扫描测量法[J].光学机械，1992，128（5）：27-31.

[6]王文鹏，许周速，徐军，陈钢.封离式He-N2-CO2激光器横模特性的测量与分析[J].物理学报，2009，（8）：5423-5428.

[7]R炳嵩.激光器模式分析实验教学探讨[J].阜阳师范学院学报，1996，29（3）：89-91.

A Simple Observing System for Laser Transverse Mode

CHEN Gang

（Department of Applied Physics，College of Science，Zhejiang University of Technology，Hangzhou，Zhejiang 310023，China）

Abstract：In order to observe the transverse mode conveniently，a real time technology is designed to obtain the laser mode using the camera acquirement method in Matlab. Then the 2D or 3D graph of laser mode was displayed real-time on the computer by calculating the gray value of graph data. This method has the advantages of simple structure and low cost. It is benefit to the experiment of observing the laser mode real-time.

激光原理论文篇7

1光子辐射与吸收的区别

原子从一种定态 (能量为E初) 跃迁到另一种定态 (能量为E末)时, 将辐射或吸收一定频率的光子, 光子的能量由这两种定态的能级差决定，即hν=|E初-E末|,若E初＞E末，则辐射光子；若E初

例1图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E, 处在n＝4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波, 已知金属钾的逸出功为2.22eV,在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有

A．二种B．三种C．四种D．五种

解析已知金属钾的逸出功为2.22eV，要能打出光电子，则光波的能量必须大于钾的逸出功值，经过ΔE=EN-EM计算，除了n=4n=3和n=3n=2的光子能量小于逸出功值(2.22eV)外，n=4n=2，n=4n=1，n=3n=1，n=2n=1的光子能量均大于2.22eV，所以有四种光波大于钾的逸出功,C选项正确。

点拨原子只辐射能级差间的光子, 由于原子的能级不连续，所以辐射光波的频率是若干分立的值。本题中, 处在n＝4的能级的氢原子是“一群”, 因此能够发出不同频率的光波有C24=4×31×2=6种。金属发生光电效应, 只要入射光子能量大于逸出功值, 吸收光子能量的值可以是连续的。

2一群原子和一个原子的区别

氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上, 由某一轨道跃迁到另一个轨道可能的情况只有一种, 但是如果容器中盛有大量的原子, 这些原子的核外电子跃迁时就会有多种情况出现。

例2(1) 有一群处于量子数n = 4的激发态中的氢原子，在它们发光的过程中，发出的光谱线共有几条?

(2) 有一个处于量子数n = 4的激发态中的氢原子跃迁时，最多可能发出几个频率的光子?

解析(1) 如图甲所示, 可知共可以发出6条光谱线。

(2) 如图乙所示, 最多可能发出3个频率的光子。

点拨一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射的光谱线条数N=n(n-1)/2。

3核外电子运动时的能量关系

根据玻尔理论，当量子数n变大, 由rn=n2r1可知, 电子轨道半径变大, 电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道;由En＝E1/n2 和E1为负值,可知原子的总能量En增大, 这是因为原子吸收了能量。

电子在某一定态绕原子核作匀速圆周运动, 据牛顿第二定律：ke2r2=mv2r,得1/2mv2=ke22r,随着轨道半径变小, 电子的动能将增大, 故ΔEk＞0。

电子轨道半径变小，即量子数n变小, 原子总能量变小(这是因为原子辐射了能量) , 故ΔEp+Ep＜0。

点拨当n=1时, 轨道半径最小, 原子总能量最小, 电子电势能最小, 电子动能最大。

警示误区：不能据En＝E1/n2, 得出“n越小, 原子总能量En越大”的错误结论,因为E1、En均为负值, n越小, 负值越大, 原子总能量En越小。

4跃迁与电离的区别

根据玻尔理论，当原子从低能态向高能态跃迁时，必须吸收光子才能实现；相反, 当原子从高能态向低能态跃迁时，必须辐射光子才能实现。不管是吸收光子还是辐射光子，其光子能量都必须正好等于这两个能级的能量差。欲想把处于某一定态的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量, 如：使氢原子从n =1的基态上升到n = ∞ 的状态，这个能量必须≥13.6eV。

例4(1) 用电磁波照射氢原子，使它从能量为E1的基态跃迁到能量为E3的激发态，该电磁波的频率应等于多少?

(2)一个氢原子处于基态，用光子能量为15eV的电磁波去照射该原子，能否使氢原子电离? 若能使其电离，则电子被电离后所具有的动能是多大?

解析(1) 要想使氢原子跃迁，必须使光子的能量正好等于两能级差，由此计算出光子的频率ν=(E3-E1)/h。

(2)要想使基态的氢原子电离，光子的能量必须大于等于13.6eV，所以用能量为15eV的电磁波去照射该原子，可以使之电离,又由于电离需要13.6eV的能量，所以电离后电子具有的动能为1.4eV。

点拨要想使氢原子从一个能量定态跃迁另一个较高能量定态，严格要求光子能量正好等于两能级差;要想使某一能量定态(En)的氢原子电离，光子能量必须大于等于|En|,若光子能量大于|En|,多余部分为电离后的电子动能。

5入射光子与入射电子的区别

若是在光子激发下引起原子的跃迁，则要求光子能量必须等于原子的某两个能级差；若是在电子激发下引起原子的跃迁, 则要求电子的能量必须大于等于原子的某两个能级差。

例5(1)用12.6eV的光子入射处于基态的氢原子样品时, 能否引起氢原子的跃迁?

(2)用12.6eV的电子去轰击处于基态的氢原子样品时, 能否引起氢原子的跃迁? 若能引起, 则可以使氢原子跃迁到哪些能级上?

解析(1)要想引起氢原子的跃迁，只有光子能量严格等于某两个能级之差,才可引起激发跃迁．入射光子能量必须为10.2eV、12.09eV、12.75eV……所以能量为12.6eV的光子不能引起氢原子的跃迁。

(2)对于电子引起的激发，只要电子的动能大于或等于某两个能级之差就可以引起激发跃迁，当电子动能大于某两个能级之差时, 多余部分留为电子动能。由于电子的能量12.6eV大于10.2eV、12.09eV，故能量为12.6eV的中子可以使基态的氢原子跃迁到n=2和n=3的能级上。

点拨在中学物理中，像上述“形同而质异”的试题还有很多，在学习过程中，应经常对易错、易混的问题进行对比分析、归纳总结。

6将玻尔理论的规律迁移到新情景题中

例6原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子, 例如在某种条件下，铬原子n＝2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n＝4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应, 以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子。已知铬原子的能级公式可简化表示为En=-A/n2,式中n=1，2，3 …表示不同能级，A是正的常数,上述俄歇电子的动能是

A．3A/16

B．7A/16

C．11A /16

D．13A /16

点拨本题以“俄歇效应”设立新情境，考查了考生的创新思维能力。 解题关键：弄清n = 2、n = 4能级上的电子电离所需能量如何去求。解题时要弄清题意，明确物理状态和过程，不要乱套公式。平时要多看报刊，开拓知识面, 注意将所学知识迁移到新情景题中,掌握新情境问题的分析方法。

注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

激光原理论文篇8

关键词 激光模拟射击器材；射击精度；技术难点

中图分类号：TN249 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）17-0166-01

20世纪80年代以来，激光模拟射击器材在多种领域被广泛使用。随着这些器材的广泛使用，对其射击精度的要求越来越高。提高射击精度是已经成为激光模拟射击器材发展最重要的部分。

1 激光模拟射击器材的工作原理和组成部分

激光模拟射击技术的原理是用激光束替代传统的实弹进行射击训练。基于激光模拟射击技术的激光模拟射击训练器材的主要组成部分是模拟射击训练系统，它的工作原理是利用激光束来替代实弹来进行射击，其组成部分通常为激光发射器、激光信号检测器、电子信号处理器和电子显示输出器。

1）激光模拟射击技术的原理。在瞄准完毕后扣动扳机时，击发装置触发激光发射器，使得激光光束平行地传输到目标物。目标物上安装着激光信号检测器，一旦击中目标，则激光束将和激光信号检测器产生连接效果，触发信号检测器上的设置。激光束的能量成为信号检测器产生电子信号的触发点，电子信号传递给信号处理器，经过计算机的计算和模拟，将带有不同信息的电子信号处理成编码以表示射击训练的结果，或者以靶子图案形式显示出来，最终结果可以在显示屏上传达给受训者。

2）激光模拟射击训练系统的结构组成。激光模拟射击训练系统中最重要的两个结构组成部分是激光发射器和激光信号检测器。

激光发射器通常安装在模拟枪械上，组成部分基本上包含空包弹、震动触发模块和激光发射模块。扣动扳机激发空包弹，枪产生后坐力引起震动，触发震动触发模块，信号传输给激光发射模块，判断发出激光束。为了使激光束的运动轨迹能如实弹一样运动，需要将激光发射器平行地安装在模拟枪的枪管上。若是需要模拟炮弹发射或者导弹发射，就将激光发射器平行安装在其最前端。

激光信号检测器一般是光电探测器。多个光电探测器以阵列点排列的形式构成靶面形状，当激光束射击到目标物上，光电探测器将收集到信号，从而转换为模拟弹着点的坐标。为了提高检测的精确度，光电探测器一般是点探和面探有机结合，从而多层次得组成信号检测系统。光电探测器接收激光信号的位置可以用来作为射击成绩的判断依据，不同的信号位置在光电处理器中有不同的代码，从而得出不同射击成绩的结论。

2 提高激光模拟射击精度的技术难点

我国在进行激光模拟射击技术的研究和探索过程中，模拟结果的精确度不够高，对射击的数据处理也效果不佳。其技术难点主要存在于以下几个方面。

1）射击到靶面的激光光斑半径较大，与实弹的射击效果有出入。

2）检测器的数量多寡导致模拟结果精度和模拟系统的成本相互影响，无法达到双赢（探测器数量在单位面积里设置较少，导致设计精度不高；探测器数量昂贵，若设置较多则价格昂贵，无法推广）。

3）在对射击成绩进行计算和转换时，结果比较模糊，通常是否命中可以显示，然而具体的环数和着弹点的方位却很难确定，后期处理和分析数据也比较繁琐。

4）采用传统光敏二极管等元件，容易受环境光强度变化影响且容易破损。

3 提高射击精度的三条解决思路

为了解决以上的技术难点，结合现在的科技技术，有以下三个解决问题的思路。

1）用光斑半径阈值控制的方法可以从一个方面解决光斑过大的问题。激光光斑能量分布具有中心聚能的特性，以光斑中心为原点，光斑能量随半径增大而迅速减少，能量衰减极快。利用这个特性，建议结合不同的探测器的最低响应阈值，在靶面附加滤光薄膜。光斑中心及附近极小半径的部分具有该光束中的绝大部分能量，在靶面附加滤光薄膜后，仅有该部分的高能光束可以得以通过。此外其他部分外圈的光束能量急剧衰减，无法具有穿透滤光薄膜的能力。穿透滤光薄膜的光斑半径非常小，它将到达光电探测器并在其显示出滤减后的光斑。由于半径被控制在一个相当小的范围内，其触发的探测器个数自然较少，传输的信号精度大大提高，能较高精度地反应战士的射击水平。

2）过去主要有两种方法来确认光束射击后的模拟弹着点：一是在射击完成后，对靶面形成的图像进行整体考虑，以整体击中或反应的点图为标准进行逐点分析，能达到相当高的数据采集精度。但是这种方式存在着无法忽视的弱点，这样的处理方式需要对所有的图像点进行测算和转换，过程复杂，所花费的时间相当长，不能让士兵即时得到训练结果。二是在靶面上进行单点信号采集，使用地址编码器和译码器来确定弹着点坐标值。若靶面的光电探测器数量较少，单点信号采集的传输及编码结构简单便捷，能及时得到训练结果，但由于点位过少，处理的数据精度不够高；若安装大量光电探测器，虽然也能及时得到训练结果，但相对应的编码器和译码器也大量增加，系统和线路的复杂程度大大提高，这对数据的精确性有较大的

影响。

改善靶面坐标采集系统，能将数据采集精度的提高和数据的精确性有机地结合起来。经过国内外专业人士的研究，将光电探测器点探与面探相结合形成信号多路检测系统，将其以阵列式排列在靶面上，能达到上述要求。

3）用半导体激光器替代传统的红宝石激光器，能有效解决激光发射器价格高昂的问题。半导体激光器具有输出功率低的特点，不需要设计庞大笨重的电源设备，最重要的是半导体激光器的价格远比传统红宝石激光器的价格低廉，可以使模拟器材的价格保持在合理的范围内。

以上三个设想目前已经有不少部门对其进行了论证和设计，都取得了一定的进展。利用滤光薄膜控制入射光斑半径，采用半导体激光器替代传统红宝石激光发生器，利用多路阵列探测器来替代传统单一的检测手段和设备，多种手段相结合实现新一代激光模拟射击技术。虽然目前还在论证，没有进入实物生产阶段，但相信在不久的将来，能得到精确射击效果的激光模拟射击训练器材模拟器将会被研制出来并得到推广。

参考文献

[1]魏彪，盛新志.激光原理及应用[M].重庆大学出版社，2007：219-225.

[2]阎吉祥.激光原理技术及应用[M].北京理工大学出版社2006：289-305.

[3]温瑞棠.激光模拟[J].激光技术，1985（05）.

[4]曹勇，何凯平，邵思杰，容晓龙.基于阵列式多路信号采集的设计训练激光模拟系统[J].光学技术，2012，38（3）：367-370.