激光技术论文范文

激光技术论文篇1

在利用激光进行的三维测量中应用最广泛的测量方法主要有三种：干涉法、飞行时间法和三角法。1.1干涉法干涉法测量是利用激光的干涉原理来完成对物体测量的一种方法，其原理是将一束相干光通过分光系统分成测量光和参考光，通过测量光波与参考光波相干叠加产生的干涉条纹变化量来获得物体表面的深度信息。干涉法的测量精度高，在100m范围内可以获得0.1mm的分辨率。1.2飞行时间法飞行时间法是通过测量脉冲光束的飞行时间来测量距离的一种测量方法，其原理是通过测量发射和接收激光脉冲信号的时间差来间接获得被测目标的距离。飞行时间法以时间分辨率来换取距离测量精度，精度相对较低，一般在1mm左右，精度高的测量头可达亚毫米级，常用于大尺度远距离测量。1.3三角法三角法是光学测量中最常见的一种测量方法。它是将待测点的深度坐标，通过不同的检测元件，利用几何三角关系转换为相对于光学基准的偏移量进而计算出该点深度值。根据具体照明方式的不同，光学三角法可分为两大类：被动三角法和主动三角法。激光三角法测量是基于激光的主动三角法，是近年来研究较多、发展比较成熟的一种测距方法。其测量原理是：由光源发出的光照射到被测物体表面上，反射后在检测器（如：CCD）上成像，物体表面的位置改变，检测器上成的像也随之改变，由几何三角关系即可通过对像移的检测和计算出实际高度。激光三角法测量的精度取决于感光设备的敏感程度、与被测表面的距离、被测物表面的光学特性等，适合于近距测量，精度一般在丝米级。

2测量方法的选择

船板的形状尺寸测量是一个典型的外表面三维曲面测量。由于船板是一个连续而光滑的曲面，因此，可以将整个曲面离散成m×n个点，通过测量得到这些点的坐标值后，即可通过软件拟合出整个曲面。由于传统的接触式测量，存在探头易磨损，需要人工干预，价格昂贵，对使用环境有一定要求，测量速度慢，效率低等问题，因此，虽然其有较高的测量精度，但确并不适合应用在船板多点成形在线测量中。对比三种常用的激光测量方法，测量精度均能满足船板的测量要求。本着实用而不浪费的原则，由于干涉法测量所需的测量设备成本较另外两种方法高出很多，并且使用时需反射镜，现场在线使用不方便，速度慢效率低，因此，采用飞行时间法或三角法的激光测量传感器比较适合船板三维测量，其设备价格较低，对测量表面的要求不高，并且可直接测量，使用灵活方便。

3扫描装置

扫描装置是激光测量头的安装平台，其作用是带动激光测量头沿X轴和Y轴运动，完成对整个测量表面的扫描，并在测量的同时给出测量点的X方向和Y方向的坐标值。为了提高测量效率，最终确定扫描装置采用多点方式，这样可以大大提高船板多点成形的生产效率。由于多点测量方式使用的激光测量头数量较多，因此，在满足测量精度要求的前提下，选择了价格相对较低的飞行时间法激光测量头。扫描系统由电动滑台、联轴器、接轴、减速机、伺服电机、测量架、测头等部分组成(见图1)。电动滑台和减速机通过架子固定在上模座上，伺服电机与减速机相连，并通过接轴与电动滑台连接，测量架固定在电动滑台上。测量时，在伺服电机驱动下，电动滑台带动测量架沿X方向移动，每走一个步长测头测量当前X坐标下各点的Z坐标值，直到测量完整个板材表面点阵(见图2)。

4结束语

综上所述，多点成形技术可以用于成形大型船板，它通过将模具离散化的方式，实现船板的“柔性”制造，通过分段成形等方式，成形出具有复杂三维曲面的板材。为了得到符合要求的板材，需要测量每次成形后的板材形状，采用方向性和单色性好，能量高度集中的激光作为光源，测量方法用飞行时间法和三角法都可以。由于测量精度要求不高，为了降低成本，选择飞行时间法测量，测头用多点式；如果有更高的测量精度要求，可以选用三角法测量，测头用单点式。

激光技术论文篇2

英文名称：Laser & Infrared

主管单位：中华人民共和国信息产业部

主办单位：华北光电技术研究所

出版周期：月刊

出版地址：北京市

语

种：中文

开

本：大16开

国际刊号：1001-5078

国内刊号：11-2436/TN

邮发代号：2-312

发行范围：国内外统一发行

创刊时间：1971

期刊收录：

CA 化学文摘(美)(2009)

CBST 科学技术文献速报(日)(2009)

中国科学引文数据库(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

中文核心期刊(1992)

期刊荣誉：

Caj-cd规范获奖期刊

联系方式

期刊简介

《激光与红外》（月刊）创刊于1971年，由华北光电技术研究所主办。开设的主要栏目有：综述与评论、激光技术与应用、激光器技术、红外技术、红外材料与器件、紫外材料器件、光电材料器件、光纤技术、光电技术与系统、光学元件与材料、全息技术、图像与信号处理、讨论与交流、光电市场、行业动态和企业介绍等。

激光技术论文篇3

【论文摘要摘要:先容了光机电一体化技术特征,探究了国内外技术目前状况和发展趋向,指出了未来发展远景和一些重要技术热门。

近些年来,光机电一体化技术得到迅猛发展,在民用产业和军事领域得到广泛地应用。因此,光机电一体化技术成为当今机械产业技术发展的一个主要趋向。

1.光机电一体化技术特征

光机电一体化系统主要由动力、机构、执行器、计算机和传感器五个部分组成,相互构成一个功能完善的柔性自动化系统。其中计算机软硬件和传感器是光机电一体化技术的重要组成要素。和传统的机械产品比较,光机电一体化产品具有以下技术特征。

1.1 体积小,重量轻,适应性强,操纵更方便

光机电一体化技术使得操纵职员摆脱了以往必须按规定操纵程序或节后频繁紧张地进行单调重复操纵的工作方式,可以灵活方便地按需控制和改变生产操纵程序,任何一台光机电一体化装置的动作,可由预设的程序一步一步控制实现,甚至实现操纵全自动化和智能化。

1.2 功能增加,精度大幅进步

光机电一体化系统包括以激光、电脑等现代技术集成开发的自动化、智能化机构设备、仪器仪表和元器件。电子技术的采用使得包馈控制 水平进步,运算速度加快,通过电子自动控制系统可精确按预设动作,其自行诊断、校正、补偿功能可减少误差,达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。同时,由于机械传动部件减少,机械磨损及配合间隙等引起的误差也大大减小。

1.3 部分硬件实现软件化,智能化程度进步

传统机械设备一般不具有自维修或自诊断功能。光机电一体化技术使得电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序,指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能,使机械控制功能内容的确定和变化趋向向"软件化"和"智能化"。

1.4 产品可靠性得到进步,使用寿命增长

传统的机械装置的运动部分,一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差,导致可动摩擦、撞击、振动等加重,严格影响装置寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用,使装置的可动部件减少,磨损也大为减少,像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此,装置的寿命进步,故障率降低,从而进步了产品的可靠性和稳定性。

1.5 融合了多种学科新技术,衍生出很多功能更强、性能更好的新产品

光机电一体化产品的探究开发涉及到很多学科和专业知识,包括数学、物理学、化学、声学、机械工程学、电力电子学、电工学、系统工程学、光学、控制论、信息论和计算机科学等。例如人们很熟悉的静电复印机、彩色印像机等,就是一种由机、电、光、磁、化学等多种学科和技术复合创新的新型产品。光机电一体化技术将光电子技术、传感器技术、控制技术和机械技术各自的上风结合起来,衍生出很多功能更强、性能更好的新一代技术装备。

1.6 产品系统性增强,各部分系统间协调性要求进步

光机电一体化是一门学科的边沿科学技术,多种技术的综合及多个部分的组合,使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求,这就要求各种技术扬长避短,进步系统协调性。

2.探究目前状况和发展趋向

2.1探究目前状况

自从我国实行改革开放以来,科技领域急起直追,我国的光机电一体化技术已取得明显的成效,数控产品有了很大的进步,尤其是经济型灵敏数控装置发展很快,是我国特有的经济实用产品,不但适用国内市场的需要,部分产品还随主机配套出口。国内的机械产品采用可编程控制器(PC)和微电子技术控制设备也越来越多,覆盖面也日益扩大,从纺织机械、轴承加工设备、机床、注塑机到橡胶轮胎成型机、重型机械、轻产业机械都是如此,我国自行研制和生产的光机电设备,在质量上也有重大突破,为今后的推广应用打下了良好的基础。 【

2.2 发展趋向

光机电一体化技术已经渗透到各个学科、领域,成为一种新兴的学科,并逐渐成为一种产业,而这些产业作为新的经济增长点越来越受到高度重视。

从世界科学技术的发展情况来看,光机电一体化技术的未来技术热门主要包括摘要:

(1)激光技术

1)高单色性,利用激光高单色性作精密丈量时,可极大地进步丈量精度和量程。

2)高方向性,因具有很远间隔传输光能和传输控制指令的能力,从而可以进行远间隔激光通讯、激光测距、激光雷达、激光导航以及远控。

3)高亮度性,利用激光的高亮度特性,中等亮度激光束在焦点四周可产生几千到几万度的高温,可使照射点物体熔化或汽化,对各种各样材料和产品进行特种加工。

4)相干性,由于激光速频率单一、相位方向相同。适用于激光通讯、全息照相、激光印刷以及光学计算机的研制,而在实际运用中也会通过一些激光技术改变激光辐射的特性,应用范围更广。

(2)传感检测技术

1)激光准直,能够丈量平直度、平面度、平行度、垂直度,也可以做三维空间的基准丈量。

2)激光测距,其探测间隔远,测距精度高,抗干扰性强,体积小,重量轻,但受自然影响大。

3)光纤探测器,在目标很小,间隔受限或危险的环境中,最常选用的是光纤探测器。

其他还有激光打孔、刻槽=标记、光化学沉积等加工技术。

(3)激光快速成型技术

激光快速成型是利用计算机将复杂的三维物体转化为二维层,将热塑性塑料粉末或胶粘衬底片材纸张烧结,由点、线构造零件的面(层),然后逐层成型。激光快速成型技术可使新产品及早投放市场,极大地进步了汽车生产企业对市场的适应能力和产品的竞争能力。

(4)光能驱动技术

利用光致变形材料可制作光致动器和光机器人。现已研制成功一种光致动器,其工作原理是将光照在外形记忆合金上,反复地通、断使材料伸缩,再利用感温磁性体的温度特性,将材料末端吸附在衬底上。利用材料本身的伸缩和端部的吸附特性,加上光的通断便能实现所要求的动作。实验验证,该致动器能可在顶面步行。这种状态目标处于低级阶段,假如能发现具有优异光功能特性的动态物质,则可使光能驱动技术广泛应用。

3.结语

技术上的改革和和之相配套的技术支持是创新技术的基础。开发光机电一体化产品有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰当地引进电子技术,产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生 巨大变化。产品一旦实现光机电一体化,便具有很高的功能水平和附加价值,将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益。

参考文献

[1 刘志,朱文坚. 光机电一体化技术,现代制造工程,2001(12)

[2 梁进秋. 微光机电系统国内外探究进展. 光机电信息,2000(8)

[3 宋云夺编译. 光机电一体化业的未来. 光机电信息,2003(12)

[4 左铁钏、施定源、陈铠. 激光加工技术的上风及在产业生产中的应用. 激光杂志,1999(4)

[5 王家淳. 激光焊接技术的发展和展看. 激光技术,2001(2)

激光技术论文篇4

【关键词】 激光；钻井；特性

中图分类号：P62文献标识码：A文章编号：1006-0278(2012)04-124-01

早在2 0世纪6 0年代和7 0年代，国外就开展过激光钻井研究。但是由于当时的激光技术水平有限，妨碍了激光技术在石油钻井领域的研究与应用。从1997年起，美国重新开展了激光钻井研究，已经取得了令人鼓舞的成果。国内对激光钻井的研究刚刚起步，但我国高功率激光技术已取得突破。故激光钻井的研究前景广阔。本文结合国内外文献，介绍激光钻井技术的技术优势、原理、现状和未来展望。

一、激光钻井的技术优势

就钻井方式而言，传统钻井工艺可分为人工掘井、人力冲击钻、机械顿钻与旋转钻。目前来看，旋转钻井方式是石油钻井的主要方法。旋转钻井这种机械破岩方式于2 0世纪初取代顿钻以来，虽然不断取得进展，但并没有根本性的变化，而且随着钻井难度越来越大，钻井成本总体呈上升趋势。要想大幅度降低钻井成本，需要开发一种更加有效的替代方法。在这种情况下激光钻井技术应运而生，那么激光钻井技术有哪些优势呢？

与传统钻井工艺相比，激光钻井主要具有以下优势：

1.由于极高的能量，使得激光钻进能够更易穿透岩石，美国Phillipse公司的现场实验表明：激光钻井10小时的钻井进尺，传统钻井工艺需要10天的时间去完成；

2.激光钻井过程中无需钻井液、钻头，套管等传统钻井必须的设备，从而免去了下套管和起下钻柱的时间，大大节约了成本和时间。据研究表明，传统钻井工艺平均仅有50％的时间用于钻进。20％的时间用于起下钻柱，剩下的30％时间耗费在下套管和注水泥等其他操作上；

3.在钻进过程中，激光冲击岩石后会形成一层陶质层井壁，这层井壁可以有效地防止地层流体流入井中，即对井喷事故具有一定程度的预防作用．从而大大增加钻进的安全系数；

4.激光器系统包括各种图像可视系统及井下传感器，可通过光纤电缆与地面进行通讯，可以对整个钻进过程有更全面的把握与布局。

二、激光钻井技术的原理

激光依靠其吸收、散射和反射功能实现钻进工作。激光照射在岩石的表面上，冲击范围为面积为Sl的区域，该区域会迅速吸收激光的能量，导致岩石的熔融。与此同时，伴随着对激光能量的进一步吸收以及激光的散射和反射，会进一步影响Sl区域周围的岩石，促使其熔融或蒸发，最终会产生面积为S2的井眼(Sl

（一）激光的特性

激光是一种电磁相干辐射光源，能够将电能、化学能、以及热能转化为光能。光能，光能然后被聚集成强烈光束，破碎并伴随着熔化和蒸发岩石。

激光主要有四大特点：⑴定向发光；⑵亮度极高；⑶颜色极纯；⑷能量密度极大。还有其他特性，如激光是相干光，激光是高度集中的等等。

（二）现有激光设备

激光设备就是将一种形式的能量转换成具有电磁辐射光子的设备。在激光、岩石和钻井液之间相互作用的实验和理论研究的进步使激光钻井技术成为石油工业的一个明智的选择。从石油工业角度来看，有实用价值的激光技术主要有七种：

1.氟化氢和氟化氘激光器：波长范围2.6～4.2m。油藏岩石测试使用中红外高级化学激光器。

2.化学氧碘激光器：波长范围1.315m，是大范围高精度的破坏投射器，能成功处理井下大量的问题。

3.二氧化碳激光器：波长范围10.6m，平均功率1 MW。能够产生连续波和斩波脉冲，但由于波长大，在穿过纤维装置时易衰减。

4.一氧化碳激光器：波长范围5～6m，能够产生连续波和斩波脉冲，平均功率2 MW。

5.自由电子激光器：连续波可以转变成任何波长的波，是将来能量最高的激光。它的波长可以根据反射和黑体辐射进行调整。

6.钕钇铝石榴石激光器：波长1.06m，平均功率4 MW。

7.氟化克激光器：波长0.248m，平均功率10 kw，产生斩波脉冲。在这种激光器中，氟化克中的氟原子和克原子处于激发状态。

（三）激光破岩技术的基础科学研究

美国、俄罗斯、日本和加拿大等国在激光钻井破岩基础理论的研究方面各有侧重点，但对基本科学问题的认识却趋于一致。概括起来，它主要包括以下五大基础科学研究：

1.激光／岩石／流体相互作用原理(即微观物理过程和岩石热破坏理论)；

2.岩石快速相变的热力学与传热学；

3.强激光的传输变换与微型化原理；

4.激光破岩岩屑运移的多相流动理论；

5.激光钻井的安全与环境保护科学。

三、总结

激光钻井是一项新技术，与传统钻井工艺相比，激光钻井具有许多优势，它的发展应用必将给以后的钻井行业带来又一次惊人的革命。同时，激光钻井技术由概念设计到实际应用还要面临以下几个方面的挑战：

1.在激光钻井过程中，井筒中的气体影响机械钻速，可能导致事故；

2.考虑到温度和压力的双重影响，岩石应力增加了比能，高的热导率导致了温度的扩散，温度的扩散引起孔隙度和渗透率的变化，从而导致了岩石强度的下降；

3.在激光的作用下，所有岩石的杨氏模量、剪切模量、体积模量和联合模量减小；

4.对斩波脉冲和连续波脉冲的选择，结合岩石的破碎机理设计气体泄压系统和激光束传递系统，研究激光、钻井液之间的相互关系。

综合起来，作为一种新型的钻井技术要得到实际的应用，仍有下列问题尚需要进一步研究：

1.复杂的地层条件；

2.井眼的清洗和异常压力的控制。

参考文献：

[1]徐依吉，周长李，钱红彬，宋鹏.激光破岩方法研究及在石油钻井中的应用展望[J].石油钻探技术，2010.

激光技术论文篇5

电子科学与技术（以下简称“电科”）专业是以培养具备微电子、光电子、集成电路等领域宽厚理论基础、实验能力和专业知识，能在电子科学与技术及相关领域从事各种电子材料、元器件、集成电路、电子系统、光电子系统的设计、制造、科技开发，以及科学研究、教学和生产管理工作的复合型专业人才为目标的工程专业。作为电科专业教育中重要内容的光电子技术，不仅是当代信息技术两大支柱之一，而且随着现代科学技术的发展持续焕发着生命活力。而让光电子技术保持如此强劲发展势头的主要原因之一，正是光电子材料与器件的广泛应用，例如激光器与新型光电探测器的应用的人你还。另外，诸如纳米光电材料与器件、光子晶体及相关器件、超材料及相关器件与表面等离子体激元及器件等新型光电子材料与器件的研究与应用，是目前国际上光学与光电子学研究领域的前沿热门方向。由此可见，学习光电子材料与器件的相关知识，不仅对电科学生知识体系的构建与就业方向的确定具有积极的影响，也为那些将来希望从事新型光电子材料与器件科研工作的学生，提供了坚实的理论基础与知识储备。然而，根据笔者的调研，虽然国内许多重点大学的电科专业都开设了光电子技术课程，但很少有大学专门开设光电子材料与器件这门课程。而由于光电子技术的内容多、涉及知识面广，教学课时又往往有限（一般为32或48个学时），因此在光电子技术的实际教学过程中，讲授教师往往重视光电子技术基本概念与理论知识的教学，而轻视光电子材料与器件的教学。该文从光电子材料与器件的研究内容、应用及发展等方面说明其在电科专业教育中的重要性，并结合自身光电子材料与器件课程的教学经验，研讨电科专业中光电子材料与器件的教学方法。

1 光电子材料与器件简介

光电子材料是指能产生、转换、传输、处理、存储光电子信号的材料。光电子器件是指能实现光辐射能量与信号之间转换功能或光电信号传输、处理和存储等功能的器件。自1960年美国科学家梅曼发明世界上第一台红宝石激光器以来，光电子材料与器件如雨后春笋般发展迅速。在短短的50多年里，光电子材料与器件经历了从红宝石激光器的发明，到半导体激光器、CCD器件及低损耗光纤的相继问世；从各种光无源器件、光调制器件、探测与显示器件的小规模应用到系统级集成制造实用化阶段；从大功率量子阱阵列激光器的出现再到光纤激光器、光纤放大器和光纤传感器的诞生。光电子材料与器件从未停止过发展的脚步，并正在不断深刻影响着人类社会的方方面面。在实际需求的引导下，各种新型光电子材料与器件层出不穷，性能也不断提高。尤其是近年来，随着微米及纳米级加工技术的成熟，新型的微纳光电子材料与器件的研究异常活跃。纳米光电材料、光子晶体、超材料、表面等离子体器件等领域的研究成果丰硕，为未来光电子器件的微型化、集成化发展奠定了坚实的基础。

综上所述，光电子材料与器件在当代信息产业与科学技术中具有极其重要的地位，因此，光电子材料与器件这门课程不仅应当单独作为一门课程独立教学，而且应该作为重视工程教育的电科专业的核心课程。

2 光电子材料与器件课程教学研究

2.1 光电子材料与器件课程的教学形式、课时安排与教材选择

光电子材料与器件课程不仅包含丰富的理论知识，例如光电子材料的物理特性以及光电子器件的工作原理等，而且与实际应用结合精密，因此，本课程宜采取理论教学与实验教学相结合的教学形式。

在课时安排方面，作为电科专业的一门核心专业课程，光电子材料与器件课程的总课时应不低于32学时（2学分），理论课学时不低于26学时，实验课不低于6学时。

另外，在教材选择方面，由于光电子材料与器件是光电子技术中的一部分内容，而目前国内关于光电子技术方向的参考书籍很多，其中亦不乏一些光电子技术课程的经典教材，例如西安电子科技大学安毓英主编的《光电子技术》[1]，西安交通大学朱京平主编的《光电子技术基础》[2]等。虽然这些光电子技术参考书中或多或少都会介绍与光电子技术相关的材料与器件，但是，目前专门介绍光电子材料与器件方向的教科书却是少之又少，市面上仅有国防工业出版社2012年出版的侯宏录主编的《光电子材料与器件》[3]一书。加之，该书中所涉及的理论知识较深，基础浅薄的本科生很难驾驭。由此可见，对于光电子材料与器件这门新兴课程而言，设立统一的教材并不合适。因此，笔者建议该课程的讲授教师根据理论教学与实验教学的内容，自行编写该课程的讲义与课件。

2.2 光电子材料与器件课程的理论教学

按照电科专业的专业定位以及培养目标，光电子材料与器件课程的理论教学也应该突出“工程”内容。传统的光电子技术教学中所重视的原理、定律与规律等内容，在光电子材料与器件教学中要弱化；而传统光电子技术教学中往往被弱化乃至忽视的光电子材料与光电子器件的相关知识，要在光电子材料与器件课程教学中占主体地位。如此才能保证在有限理论课时的前提下，让学生对光电子材料与器件有一个全面的认识。

在教学内容的设置方面，由于光电子材料与器件主要应用于光电子技术之中，因此，为了便于学生的理解与知识体系的构建，笔者建议光电子材料与器件课程理论教学的章节设置按照光电子技术的章节设置进行。以笔者讲授光电子材料与器件理论课程（共26学时）为例，该理论课程共被分成了绪论（2学时）、激光原理与典型激光器（5学时）、太阳能电池（4学时）、光通信器件与材料（5学时）、光探测器件（5学时）、光电显示器件（3学时）与光存储器件（2学时）等七个章节，这七章内容基本囊括了光电子技术中光产生、光转化、光传输、光探测、光显示以及光存储等各个重要环节中最为典型的器件以及所用到的材料。另外，在每章内容的设置上，也尽可能突出“工程”内容，弱化“理论”知识。下面，笔者将详细介绍笔者在光电子材料与器件教学中各章的教学内容。

第一章绪论主要包括光电子材料与器件课程简介以及光电子技术的基本知识简介。在光电子材料与器件课程简介中，向学生介绍课程设置的目的和意义、课程的主要内容、教学与考试方式与参考资料等。通过这部分内容的介绍，让学生对本课程的意义、内容、侧重点有一定的认识。在光电子技术基础知识简介中，重点向学生介绍光电子材料与器件与光电子技术的关系，并通过对光电子技术的概念、特征、发展等方面的介绍，让学生对光电子技术以及光电子材料与器件有一个整体的认识。

第二章激光原理与激光器重点介绍几种典型激光器的材料、结构与工作特性，其主要内容包括三个部分：激光原理简述、典型激光器与激光器的应用。在激光原理简述部分，由于多数电科专业在学习光电子材料与器件课程之前已经修过激光原理等类似课程，所以该部分内容为简略介绍的内容，主要帮助学生回顾激光的特征、历史与光辐射理论等知识点。而第二部分内容典型激光器是本章内容的重中之重，在该部分内容中，将依次向学生介绍固体、气体、液体与半导体这四大类激光器中的典型激光器的结构、特征与工作特性等知识。由于发光二极管与半导体激光器结构与工作原理上的相似，在介绍完半导体激光器后，可以顺理成章地介绍发光二极管的结构与特征。另外，本章最后还简单介绍了激光器的几种常见应用。

太阳能电池虽然是光电探测器中光伏效应的一种特殊应用，但是由于它在现如今光电子技术产业以及光电子器件中的重要地位以及良好的发展趋势，该部分内容被独立成一章。在第三章太阳能电池中，主要分两小节给学生介绍，第一小节介绍当今能源与环境问题以及太阳能的开发和利用，让学生了解当今能源资源的现状以及新能源研究与应用的迫切需求，然后介绍太阳能利用的历史以及发展趋势；第二小节正式介绍太阳能电池的工作原理、结构以及特性等知识。

第四章光通信器件与材料主要介绍的是光通信系统中所用到的有源与无源光器件。本章内容共分为两小节：第一小节介绍光纤通信的基础知识，包括光纤通信的定义，光纤的结构、导光原理、发展历史，以及光纤通信系统的组成与特点。第二小节正式介绍光纤通信系统中所用到的各类光电子器件以及构成这些器件的核心材料。在光纤通信中，最重要的器件当属光纤，所以，本节开始就着重介绍光纤的相关知识，包括它的结构、原理、分类、特征参数与传输特性。然后，又将光纤通信系统中的其它光电子器件分为有源与无源器件两类，并分别介绍了这两类光器件中的代表器件：掺铒光纤放大器与波分复用与解复用器。最后，在本章结尾还介绍了光纤通信系统中其它几种常用光器件，例如光耦合器、光衰减器、光环行器等。

第五章光探测器首先介绍了光电探测器的物理效应、性能参数、噪声；其次，按照光电探测器物理效应的不同一一介绍了几种典型的外光电效应探测器（光电管与光电倍增管）与内光电效应探测器（光电导、光电池与光电二极管）。教学的重心仍然放在对探测器结构、工作原理以及特性等方面。

第六章光显示器件重点介绍四种光显示器：阴极射线管、液晶显示器、等离子显示器与电致发光显示器。

第七章光存储器件主要介绍了现如今最常用的一种光存储系统―― 光盘系统以及其中最总要的器件光盘。

2.3 光电子材料与器件课程的实验教学

光电子材料与器件实验课程的教学要与理论教学紧密相连，并重点介绍理论课上讲解过的光电子材料与器件，实验课程的学时应不低于6学时，开设的时间最好在理论教学完成之后，以保证学生在实验前已对实验器件与实验原理有一定的了解。在实验项目的设定方面，既要保证与理论课程内容的相辅相成，又要尽量避免与其它课程实验项目的重复，造成资源的浪费。例如，许多大学的电科专业都已经将激光原理一课作为该专业的核心专业课程，并配备了相应的激光器实验。在这种情况下，如果在光电子材料与器件实验教学中再次引入激光器的实验内容，不仅消耗了宝贵的实验时间，实验效果也会大大降低。

下面跟大家简单介绍笔者在光电子材料与器件实验教学（6学时）中的实验安排。

（1）实验内容：共包含六个实验项目，它们分别是：光控开关实验、光照度计实验、红外遥控实验、PSD位移测试实验、太阳能充电实验与光纤位移测量系统实验（每个实验1学时）。各实验中都应用到了一个或几个核心光电子器件，这些光电子器件基本涵盖了学生在理论课程中所学到的最为重要的几类器件，例如光控开关实验应用到了光电探测器中的光敏电阻作为核心元器件；而红外遥控实验中用到了发光二极管光源与红外探测器等光电子器件。

（2）实验要求：以往的光电子技术实验往往重视现象的观察与定性分析，但经笔者调研，这种实验方法很难最大限度激发学生的求知欲与动手能力，因此，在对原有的实验指导书进行改良后，笔者自行编写了实验的指导书，并在每个实验项目中加入了一些测量与定量分析的实验内容。例如太阳能充电实验，原来的实验指导书只是观察太阳能充电的效果，但是，在新改良的实验指导书中，要求同学测量不同光源照射下太阳能电池的输出电压与输出电流，并要求学生分析比较其差别。通过这种方式，充分调动学生的实验积极性，在具体的实验教学中也取得了很好的效果。

（3）实验方式：分组实验，共同撰写实验报告。这样，不仅提高实验效率，还能够锻炼学生的团队协作意识。

（4）考核方式：根据每位学生实验完成的情况与实验报告撰写的情况综合评分。

3 结语

激光技术论文篇6

随着我国社会与经济的发展,人民生活水平不断提高,人们对区域治安环境以及安全防范的要求也越来越高,同时现代化技术高度发展的今天,犯罪更趋智能化,手段更隐蔽,所以保证区域的安全必须从运用现代化的防盗报警技术。在现代化防盗报警技术中,红外技术有四大优点:环境适应性好,在夜间和恶劣天候下的工作能力优于可见光;隐蔽性好,不易扰;由于是靠目标和背景之间、目标各部分的温度和发射率差形成的红外辐射差进行探测,因而识别伪装目标的能力优于可见光;红外系统的体积小,重量轻,功耗低。但有三大因素制约着其效果:目标的光谱特性;探测系统的性能;目标和探测口之间的环境和距离。所有探测技术的发展都有三个阶段:a.探测信号的强度,得到目标的"黑白照片",这是初级阶段;b.探测信号的强度和波长,得到目标的"彩色照片",达到中级阶段;c.探测信号强度、波长和相位,得到目标的"全息照片",这才达到探测技术的高级阶段。目前的红外技术处于其初级阶段的后期,正向中级阶段发展,其标志是研制出了双(多)色红外探测器,得到了目标热图象的"彩色照片"。可以预计,今后双色探测器将随单波段探测器及其配套技术的成熟和市场需求的增加而加快发展,并将集中在以下五个方面:(1)集成化的双色探测器有利用简化系统结构,能充分利用半导体材料制备技术的最新成果,便于器件焦平面化,其中HgCdTe合金系和各种量子阱/超晶格材料系统将得到重点发展。(2)采用焦平面器件,更好的满足系统的要求,同时也有利于简化系?统结构,降低成本。(3)为明显的提高系统的性能,双色探测器将向大面阵和长线列发展。(4) 双波段系统将克服在光学设计和加工、信号处理和显示等方面的困难,缩小体积、减轻重量等,以便扩大其应用范围。 (5) 随材料、器件和系统技术的进步,双色探测器将向更多的光谱波段发展,既包括拓宽光谱波段,也包括将光谱波段划分成更为细致的波段,以获得目标的"彩色"热图象,更丰富、更精确、更可靠地得到目标的信息。

课题研究目标、内容、方法和手段:

本课题研究红外监控系统的设计与实现。主要实现对象是被动红外防盗报警探测器。其包括硬件和软件两大部分。主要包括对于硬件的构成以及软件的接入进行描述。通过51单片机、驱动电路、传感器、GSM等技术来进行设计与实现。

设计(论文)提纲及进度安排:

4月6日至4月25日

分析题目查阅资料学习与毕业设计相关的知识

4月25日至5月15日

硬件实现、软件编写、进行方案论证

5月15日至6月10日

测试硬件、调试软件撰写毕业论文并征求导师意见,修改毕业论文,进行毕业论文的评议。

主要参考文献和书目:

[1]张玉香.新型遥控接收模块HS0o38〔J〕.无线电,1998,7

[2〕高茹云.通讯电子线路仁M〕.西安:西安电子科技大学出版社,1999。

[3]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术. 北京:北京航空航天大学出版社,1993年。

[4尤一鸣等.单片机总线扩展技术.北京:北京航空航天大学出版社.1993,11。

[5]蔡轶.通用遥控解码电路.电子技术1995 .1

[6]施德恒,郭峰光谱识别型激光警戒系统述评激光与红外l99929(l):9一13

[7]卢万欣,梁桂云,韩永林激光预警装置激光技术199218(3):180一183

[8]沙占友,王彦朋,孟志永等.单片机电路设计. 北京:北京电子工业出版社,2003。

[9]周航慈.单片机应用程序设计技术. 北京:北京航空航天大学出版社,2002。

[10]付伟激光告警中的多元相关探测技术红外与激光技术1992(6):23一27

[11〕高茹云.通讯电子线路仁M〕.西安:西安电子科技大学出版社,1999。

激光技术论文篇7

关键词 ：三维激光扫描仪；误差测定；影响因素；

中图分类号： R814 文献标识码： A 文章编号：

引言

三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术。又称为“实景复制技术”，主要面向高精度逆向工程的三维建模与重构。它可以高效地采集大量的三维点。少则几万个，多则几百万个。它可以深入到复杂的现场环境中进行扫描，将各种大型的、复杂的、不规则的实景三维数据完整地采集到电脑中，从而快速重构出目标的三维点云模型。此外，它所采集的三维激光点云数据还可进行各种后处理工作，如测绘、计量、分析、仿真、模拟、展示、监测、虚拟现实等。这对于有限元分析、工程力学分析、流体动力分析等是非常重要的。这种逆向工程的数据获取方式目前在我国还是个薄弱的领域。

一、三维激光扫描仪的概念

三维激光扫描技术是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。三维激光扫描仪通过高速激光发射器运用激光测距原理，瞬时测得空间三维坐标值的测量仪器。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。

二、地面型三维激光扫描系统工作原理

三维激光扫描仪运用了激光的方向性、单色性、高亮性、相干性等特点，实现了测量速度快，操作简单，测量精确度高等目的。对地面三维激光扫描仪来说，采用的是仪器坐标系统，即所采集到的物体表面点的空间信息是以其自身的坐标系统为准的。系统以激光束发射处为坐标原点；Z轴位于仪器的竖向扫描面内，向上为正；X轴位于仪器的横向扫描面内；Y轴位于仪器的横向扫描面内且与X轴垂直，如图1-1，由此可得点坐标的计算公式：

图1采用脉冲测距法的三维激光点坐标 图2 目标物体倾斜引起测距偏差

二、点云数据的误差来源及分析

从误差理论来分析，径向扫描系统测量误差可分为系统误差和偶然误差。系统误差引起三维激光扫描点的坐标偏差。可通过公式改正或修正系统予以消除或减小。测量系统的偶然性误差是一些随机性误差的综合体现。

三维激光脚点测量误差的影响因素较多。大致可分为三类：仪器误差、与目标物体反射面有关的误差、外界环境条件。仪器误差是仪器本身性能缺陷造成的测量误差，包括激光测距的误差、扫描角度测量的误差；与目标物体反射面有关的误差主要包括目标物体反射面倾斜的影响和表面粗糙度的影响；外界环境条件主要包括温度、气压等因素。

2.1激光测距的影响

激光测距信号处理的各个环节都会带来一定的误差，特别是光学电子电路中光脉冲回波信号处理时引起的误差，主要包括扫描仪计时的系统误差和测距技术中不确定间隔的缺陷引起的误差。脉冲计的系统误差造成循环、混淆现象与测距的凸角误差相类似，测距技术中不确定间隔更可能造成数据突变，目前，可运用一些较好的技术（如频率倍乘、微调作用）处理这些突变的误差。激光测距误差综合体现为测距的固定误差和比例误差，可以通过仪器检定确定测距误差的大小。

2.2扫描角的影响

扫描角的影响包括水平扫描角度和竖直扫描角度测量的影响。扫描角度引起的误差是扫描镜的镜面平面角误差、扫描镜转动的微笑震动、扫描电机的非均匀转动控制误差等因素的综合影响。目前扫描角测量可达到很高的精度，如徕卡的HDS2500三维激光扫描仪的扫描角精度达到±0.5″。

2.3目标物体反射面倾斜的影响

激光扫描测距系统中激光测距单元由激光发射头和激光接收器两部分组成。用于加工发射和接受窗口的孔径直径有一定的大小。由于激光发射哈接受共用一条光路，且激光光束具有一定的发散角，扫描到目标物体表面形成激光角点光斑。激光角点光斑的大小d、激光发散孔径D和激光光束发散角y存在如下关系：

（2）

式中，S为激光发散点到物体表面上激光角点中心之间的距离。

当扫描目标物体倾斜时，则出现扫描目标物体表面法线与激光光束方向不重合。当表面切平面法线与激光光束方向的夹角为α，根据图2，存在如下几何关系：

（3）

则引起激光角点的位置的最大偏差ds

（4）

由于y/2很小，则siny/2=y/2，所以

（5）

2.4目标物体反射表面粗糙程度的影响

三维激光扫描点云的精度与物体表面的粗糙程度有密切关系。由于三维激光回波信号有多值性特点，有些三维激光扫描系统只能处理首次反射回来的回波信号，有些三维激光扫描系统只能处理最后反射回来的回波信号，也有一些三维激光扫描系统能够综合处理首次和最后反射回来的回波信号。以处理首次反射回来激光回波信号为例（如图3所示），目标物体表面粗糙程度引起激光角点位置的偏差ds，接近于物体表面粗糙极值的1/2.

2.5温度、气压等外界环境条件的影响

温度、气压等外界环境条件对激光扫描的影响主要表现为温度变化对精密机械结构关系的细微影响、扫描过程中风的震动、激光在空气中传播的方向等。较差的外界环境条件对三维激光扫描数据的影响也较大。

径向三维激光扫描仪测量的主要误差来源于测距误差或扫描角误差。由于测距误差包含固定误差和比例误差两部分，其影响具有一定是规律性。如HDS2500仪器的测距误差在50m以内为6mm，超过50m后仪器测距误差随距离线性增加，在200m时达到42mm.扫描角的误差是一种与距离有关的误差，扫描角对扫描点的影响随距离增大而增大。

目前，基于TOF测距技术的三维激光扫描仪已经成为测绘领域的一个新的研究热点，但是，对三维激光扫描仪的仪器设备及测量误差的研究还很少。本文在对三维激光扫描仪的分类基础之上，对径向三维激光扫描仪器的测量误差影响因素进行了较为全面地理论分析，并指出了测距误差和扫描角误差是三维激光扫描误差的主要误差源之一。

结束语

现今，人类社会已经进入了高度文明的时代，各行各业都在寻求更好的发展途径，三维激光测量技术的应用越来越广泛，在今后的发展中，我国必定会不断完善测量技术，为相关领域的稳定收益保驾护航。三维激光扫描仪目前广泛应用于各个领域，是研究的热点。本文主要研究了三维激光测量误差来源――仪器误差、与目标物体反射面有关的误差和外界条件影响。通过实验得知了仪器Trimble GX200的测距精度和扫描精度。

参考文献

[1] 马立广. 地面三维激光扫描测量技术研究[D]武汉:武汉大学硕士论文.2005.

[2] 杨伟,刘春,刘大杰.激光扫描数据三维坐标转换的精度分析[J].工程勘察,2004.

[3] 吴剑锋, 王文, 陈子辰. 激光三角法测量误差分析与精度提高研究[J].机电工程.2003.

[4] 黄小川,郑慧.地面三维激光雷达点云误差分析及校正方法[J].地理空间信息.2009.

激光技术论文篇8

关键词 激光加工；技术；制造；应用

中图分类号S22 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）114-0099-02

激光具有十分特殊的光束效用，在对于金属加工方面具有巨大的利用价值，对于硬质金属材料的加工十分便捷，相对于其他加工技术来说可以节省很多工序，大大提高工作效率，因此，激光加工技术逐渐被众多行业引进，其发展前景十分广阔，被广泛应用于工业、化学、电子、冶金等行业。激光具有良好的时间控制性和空间控制性，对加工材料的材质和加工环境的自由选择性也宽松，可进行自动化加工操作。由于激光加工技术拥有较多优点，近年来得到较快发展。

1 激光加工技术工作原理

科学研究表明，激光具有平行光束，同调性和单色波长的性能特征。在科学实验中，使用电管以电流或者光的能量对一些原子里含有易激发的物质或者某些晶体进行撞击，撞击后原子所带的电子处于一种高能量状态，当高能量的电子转化为平和的低能量时，原子会产生更大的能量，继而放出光子；该状态下，被释放出来的光子又不断撞击原子，原子继续产生光子，不断循环进行撞击与释放，而且持续往同一个方向运行，由此集中形成该方向的一束具有极强能量的光，形成所谓的激光原理。聚集的激光能量强大，可穿透各种材质。例如红宝石激光，该激光输出脉冲的全部能量不足以让冷水沸腾，却拥有穿透5mm钢板的能量。可见，尽管激光的光能一般，但功率密度极高，穿透力强大，这是一般的光束无法企及的，因此激光的这一优点被广泛应用于诸多行业。

2 激光加工技术的优越性

激光加工技术原理充分展示了该技术于其他处理技术的区别与优点。激光机工技术与材料进行零接触加工，没有对原件进行任何的直接性冲击。这一系列光束特性为激光加工技术带来了应用方面的先进性。根据激光加工技术的零接触加工原理，在对机械进行处理时，不会影响机械的原型，破坏性极低；激光光束具有极高的能量密集度，对于局部加工的机械，加工时间段，在激光照射部位没有任何不良影响，因此，在加工完毕后，机械受光束的热能量影响小，减少了不必要的后续加工程序；激光光束对于导向和聚焦工作十分灵活，能根据控制灵活实现所需调整，配合十分默契，在复杂机械的加工上得以领先应用。可见，激光加工技术的使用十分有效，对于产品的质量也得到较好保证，生产效率明显提高，在进行高精尖产品的加工上也得到了充分利用，加工过程不会造成污染，节省了材料，其优越性显著。

3 激光加工技术在农机制造中的应用

激光加工技术是指利用投射到需加工材料表面的激光束产生的热效应来完成加工要求，包括激光切割、激光焊接和激光快速成形等。

3.1 激光切割技术的应用

激光切割技术在金属加工领域已经得到较多应用，是激光加工技术的一项重要技术。该技术工作原理结合激光光束的高密度对材料表面进行扫描，使被扫描的部分在短时间内迅速升温，达到上千摄氏度的高温状态，使该部分熔化，使用高压气体将熔化部分吹走，完成切割工作。该技术通过激光束的聚集能产生高能量来达到工作目标，与一般的加工方式相比较具有极大的优点。这一技术在金属加工方面的应用较普遍，经过激光切割的金属材料保持了完整的形态，缩短了加工时间，节省了材料，极大降低成本，提高工作效率，产品质量也得到保证。农业机械制造往往会使用到厚度较大的金属材料进行加工，一般方法难以达到加工目的，加工后的工件也无法保证精度。激光切割技术对厚重的金属板同样具有极强的穿透力，也能保证工件的不变形和精度，对于农业机械制造也可节省材料降低成本。

3.2 激光焊接技术的应用

激光焊接技术同样具有一般焊接技术无法企及的优点。根据激光光束拥有极高的聚集能量，将光束集中照射到工件需要焊接的表面，使照射部分溶解，对其进行焊接，冷却后即可完成焊接工作。该技术具有一般技术所没有的熔池净化功能，使金属焊缝达到绝对纯净，实现不同或相同金属材料的焊接。在激光焊接的过程其实就是热传导原理，通过强大的激光照射材料面，表面受热后向内部分散，内部受热后工件熔化，即可形成所需的熔池。对于一些难以靠近的金属器械部位，使用激光焊接技术进行工作，对其进行远距离、零接触焊接，应用十分方便。激光束还能对不同的时间与空间进行分光调整，灵活实现同时进行多光束和多工位的加工，为实现更为精密的仪器焊接提供了有效的技术支持。激光焊接技术的电磁学性能、机械性能和抗腐蚀性能均高于一般焊接方式，并具有减少焊接材料的变形程度，对厚重的金属同样具备穿透力，精确度高的优点，对于提高焊接质量效果显著。根据该技术的工作原理，在农业机械制造方面可以大力引进，在一些机械如播种机、收割机等直接与地面接触，产生的阻力较大，对于接触面的磨损也较为严重，引进激光焊接技术对该部件进行加工，可以进一步提高焊接面的质量，延长使用寿命，从整体上提高机械的性能。

3.3 激光快速成型技术的应用

激光快速成型技术的应用较为先进，该技术的工作原理主要通过将CAD、CAM、CNC、激光、精密伺服驱动和新材料等技术集成综合运用集成。与传统制造方法相比具有互换性高，复制性好，成本低，加工周期短等优点。激光快速成型技术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；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。据资料显示，采用激光快速成型技术后，制造费用可降低50%以上，加工周期可缩短至80%，具有很大的优越性。但这一优越性在农业机械制造中的运用还比较有限，主要是由于农机制造向来都是以传统的制造方式生产，对激光技术的了解不足，没有投入到使用中。但随着农业工业化的继续发展，农机制造企业自身的实力也不断提高，市场对农机产品的质量方面有更高的要求，激光加工技术在农机制造方面的应用趋势不可避免。

4 结论

近年来，随着农业工业化的快速发展，农业制造企业的实力明显增强，对产品质量的要求越来越高，这为激光加工技术在农业机械制造中的应用提供了内部动力和条件。随着我国对农业政策的进一步支持，也为农业机械制造的发展提供了良好的机遇，农机制造的发展应借助激光技术的发展得到空前的提升，在质量方面也可以进一步加强，发展趋势十分可观。

参考文献

[1]黄晓红，陈治明.新型产品表面激光处理控制系统的设计与实现[J].机床与液压，2012，11（8）：321-322.