激光原理论文精品(七篇)
激光原理论文篇(1)
【关键词】 激光原理与技术课程；教学内容；教学方法；实验教学
【中图分类号】G632.010 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）29-00-01
一、教学现状
“激光原理与技术”是应用物理学本科专业的专业课，是一门理论性很强的专业基础课。通过本课程的学习可以为学生今后从事激光技术、光通信、信息处理、红外探测、环境检测、激光医疗诊断和材料加工等方面的相关光学工程研究打下基础。由于该课程物理概念抽象并且理论性强，基础知识面广，不易理解，感到难学，畏难情绪严重，学习这门课程时的兴趣就不如其它普通物理课程；此外，由于学生对激光应用方面的知识了解较少，往往因缺乏感性认识，不能充分体会到该课程的重要性，导致学生在学习中没有一个积极的态度；再次，“激光原理与技术”需要讲授激光的基本原理、基本技术以及激光的应用三部分内容，知识点多，逻辑关系也不像力学、电磁学等那么明显，再加上该课程总的学时数只有32学时，所以大部分学生在学习中会感觉到有些凌乱，理不清头绪，最终导致不能巩固和深化所有的知识点。基于以上问题，如何在教学中合理的处理教学内容以及采取合理的教学方法，做到重点突、详略得当，既要让学生掌握基本原理和基本技术，又要了解激光的具体应用是目前教学过程中急待解决的主要问题。
二、对教学内容适当删减
《激光原理与技术》是一门理论性很强的专业基础课，该课程涉及的基础知识面广，需要应用原子物理、量子力学、热力学统计物理、光学和高等数学等课程的结论和基础，公式繁多、推导复杂、理论抽象，具有较大的难度和深度。要在32学时内完成教学任务，就必须选择合适的教材并且合理的安排教学内容。在教学中我们选择的是上海理工大学陈家璧教授编写的《激光原理及应用》（电子工业出版社）作为教材。这本教材的特点在于内容章节安排合理，知识点覆盖面广，理论体系较为完整，避免过多的理论公式推导和计算，而把重点放在阐明物理概念以及激光输出特性与激光器的参数之问的关系，帮助学生了解和掌握最基本的激光原理和技术，学会如何根据不同应用范围选择合适的激光器。因此这本教材的内容很对工科类的学生的胃口，尤其是具有一定物理基础的应用物理系学生来说所讲授的内容比较容易掌握。我们根据教材的安排将教学内容主要分为三个大的部分：激光的基本原理包括激光的产生条件、激光器的工作原理和激光器的输出特性；激光技术部分包括激光的选模技术、稳频技术、激光束的光束变换，调Q、锁模技术以及激光的内调制、外调制等技术；激光的应用部分主要包括各种常见激光器介绍和激光在不同领域内的应用。关于激光的其他方面的知识将不再安排进课堂教学，主要供学生自学。
三、教学手段多样化
激光原理与技术内容繁多并且教材中包含大量图片，只靠“一支粉笔一张嘴”的教学手段很难在有限的课时内完成教学任务。因此在科技发展的今天，我们必须借助现代化的多媒体教学手段。在教学中通过PPT、Flash以及小电影等多中形式，使学生获得对激光更为直观、感性的认识，增强课程的趣味性和直观性。例如在激光的应用方面，我们通过小电影播放激光雕刻、汽车车身的激光焊接以及激光的医学应用等视频，可以很直接引起学生的兴趣和好奇心，充分调动学生的积极性。在此基础上，教师再具体介绍在不同应用背景下激光器的选择、各项技术参数等知识，这样可以在感性认识的基础之上更好的掌握激光器的主要知识点。
此外，在教学中将部分教学内容以专题的形式提供给学生，学生通过自己的探索和实践过程中掌握科学研究的方法，在研究中获得知识。例如可以在讲授谐振腔结构对激光输出特性的影响时，在学习了开放式光腔与高斯光束、激光振荡特性章节内容后，结合具体的激光器He―Ne气体激光器，让学生探索腔型结构对He―Ne气体激光器激光输出性能的影响和高斯光束聚焦特性的研究以及振腔设计和激光输出特性测试等工作。通过专题研究，有效地促进了在教学活动中培养学生具有能从物理学的角度对激光有深入的理解的能力，使学生对“激光原理”的学习有了感性认识，将被动的接受变为主动的获取，并启发他们做一些创新性科学研究，培养本科生敢于开辟激光应用新领域的开拓精神，解决学生对激光物理知识内容的深入理解与创新思维之间的联系。在此基础上，还可以选拔出优秀的学生，让他们参与到教师的科研项目和研究中，开展初步的科学研究和探索，以此提高优秀本科生的创新思维发展、理论学习和实践相结合的能力。
四、注重实验教学
激光原理实验是“激光原理与技术”教学的重要组成部分，让学生接触真正的激光器，并在实验中通过练习掌握调试、测试激光器的各种方法，可以帮助学生真正理解激光理论、认识和应用激光器，在教学过程中必须两者兼顾，不可偏废。可见激光原理实验对于帮助学生真正掌握这门课程无疑是有重要意义。因此在教学中必须开设能够涵盖理论课涉及到的主要原理、技术和应用方面的基础性实验，如激光器谐振腔设计、调整、横模观察、发散角测量、纵模间隔测量（He―Ne）和半导体激光器特性（GaAs）以及半导体激光器在通讯领域内的应用等实验。通过这些实验的教学，提高了学生的学习兴趣，进而增加了学生的学习积极性，培养了学生观察问题、思考问题、解决问题的能力，也促进了理论教学质量的提高。在实验条件允许的条件下，还可以开展一些设计性、研究性实验，如研究激光与原子、分子的相互作用、激光在化学反应动力学的应用等方面的实验。当然，这要根据学校自身条件和教师科研情况自行决定，总的目标是培养学生的创新思维和分析、解决问题的能力以及初步的科研能力。
五、结语
根据对《激光原理与技术》课程教学现状的分析，从教学内容、教学方法和实验教学三个方面探讨了“激光原理与技术”课程改革的一些想法和体会。在教学内容上要合理删减，突出重点，将最基本的原理和技术传授给学生；在教学方法上要结合多媒体教学，利用生动的动画、影视等使课程形象、生动，并且激发学生的学习兴趣和学习的主动性；实验教学是该课程的重要一环，既要加强基础实验教学也要开设一些设计研究型实验，培养学生的探索精神和创新能力。
参考文献
[1]陈家璧，彭润玲主编.激光原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2008.
[2]周炳琨，高以智，陈倜嵘等.激光原理（第6版）[M].北京：国防工业出版社，2009
激光原理论文篇(2)
关键词：强激光；高次谐波；进展
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）15-0090-02
因为高次谐波极富潜力的应用前景，高次谐波的研究已成为强场物理中最活跃的领域之一。本文简要介绍了国内外对高次谐波的理论与实验研究进展及高次谐波的应用前景。
在强激光的作用下，原子、分子、团簇以及固体等介质发射频率整数倍于驱动激光频率的相干辐射波，这种辐射称为高次谐波。高次谐波在很多方面有着潜力极大的应用前景，理论与实验研究均取得了瞩目的成果。
一、高次谐波谱的产生及特征
1987年，Shore与Knight[1]预言，由阈上电离得到的电离电子在激光场的驱动下可能返回基态，产生高次谐波[2]。Mcpherson等人用亚皮秒（248.6nm）KrF激光脉冲与Ne气体相互作用获得了17次谐波。高次谐波辐射谱呈现速降区、平台区和截止频率特征（如图1），即随谐波次数的增加其强度先后出现快速降低区、几乎不变的平台区域；之后在平台区末端的某一阶次谐波附近谐波谱强度突然下降，出现截止（Cut-off）现象。
二、高次谐波的应用前景
随着物理学界对物质微观领域的控制和探测的尺度愈来愈小，迫切需要极紫外（10―100nm）与软X射线（1―30nm）光谱区相干辐射源，高次谐波辐射可以得到相干性、脉冲持续时间短的辐射源。用只有几个光学周期的超短超强激光脉冲与惰性气体互相作用获得“水窗”波段（2.33―4.37nm）谐波，可以实现在分子水平上观察活体生物，对活的生物细胞和亚细胞结构的三维全息成像或者显微成像，在生物制药方面意义非凡。高次谐波辐射具有的脉冲持续时间短、波长可调、频带窄等特点，非常适合在高时间与空间分辨的微观快过程研究领域中应用。自1960年发明激光以来，激光发展依次经历了调Q、锁模、啁啾脉冲放大三次技术革新，脉冲持续时间突破飞秒级，这对物理学、化学、生物学中的测量方法与未知领域的研究产生了巨大影响，为实现阿秒相干脉冲，人们把强场高次谐波辐射谱作为首选光源。一旦时间量级阿秒界限被突破，原子尺度内时间分辨将称为事实，将超快过程的测量范围拓宽到各种物质形态中电子的运动过程，将具有不可替代的重大应用价值。短脉冲强激光技术的迅猛发展开辟了许多全新的物理学领域。研究强场物理学的目的是发现并解释物质在极端物理条件（强外场或超强外场等）下所辐射的各种强场效应，比如强场自电离、库仑爆炸等，建立和发展新的微扰理论。高次谐波研究可以深入认识强场物理本质、检验强场物理理论的合理性，还可以为强场物理理论找到新的课题。
三、高次谐波研究的进展
1.实验研究。上世纪60年代主要依靠固体晶体作为介质来产生谐波，1961年Franken等人用激光射石英时首次看到了二次谐波的发射，但缺点转换效率十分低、波长较长（200nm左右），限制了非线性光学的应用。80年代末，Mcpherson等人用Ne气与KrF激光脉冲相互作用获得了17次谐波，为X射线源的研究带来了新希望。90年代强激光场高次谐波的实验研究十分活跃，激光器包括了从紫外区到红外区的所有激光，激光强度达到了10w/cm，激光的脉冲宽度达到飞秒级，实验使用的工作介质有惰性气体、类惰性气体离子、分子气体、团簇、固体靶等。以Sarukura、Faldon、Crane、Kondo、Balcou、Macklin为代表的研究者，以Ivanov和Corkum、Liang为代表的研究者，以Donelly、S.X.HU为代表的研究者，分别用原子、分子、原子团族与超短激光脉冲相互作用产生高次谐波。在拓展谱宽、获得更短波长谐波方面，Saclay实验组（1993年）用强度为10W/cm的激光作用Ne獾玫搅瞬ǔの7.8nm的135次谐波；S.G.Preston等人（1996年）使用KrF激光（248.6nm）与He气作用观察到6.7nm的第37次谐波；Vienna技术大学和Michigan大学（1998年）分别利用超短强激光脉冲与惰性气体介质相互作用产生了第297次谐波（2.73nm），达到“水窗”波段；J.Seres等人（2005年）利用毛细管结构获得波长约为1nm的谐波。在提高谐波转换效率方面，里弗莫尔国家实验室（LLNL）测得高次谐波平台区内的转换效率只有10数量级；Watababe等人用双色场激光场提高了平台区谐波强度约一个数量级；Seres等（2007）通过改变气体密度，提高了截止区域谐波的转化效率，观察到了2―5nm范围内的高次谐波发射，在水窗阶段高次谐波的准相位匹配得以实现。还有K.iyazaki等人系统研究了介质电离对高次谐波辐射的影响；J.Peatross等人研究了谐波的空间角分布；美国Michigan大学的实验小组改变了驱动激光脉冲的“啁啾”状态，达到了控制谐波某些特性的目的。
2.理论模型。由于入射激光场的场强接近或超过原子内部库仑场强，所以不能用微扰理论来解释强场高次谐波。Krause等人（1992年）通过数值求解含时薛定谔方程，获得了高次谐波谱的截止位置（cut-off）能量的半经验公式E=I+3.17U。研究者提出了如图2所示的“三步模型”：第一步隧穿电离，在强场的作用下电子从核区隧穿势垒到达连续态；第二步加速，电子加速运动并从激光场中获取能量；第三步复合，改变激光场方向，加速电子再回到原子核附近与母核复合，把在外场中获得的能量以单光子形式辐射。“三步”模型理论清晰地解释了原子与强场作用产生高次谐波的物理图像，预言了谐波发射谱的截止频率，不足的地方是它把电离电子视为经典粒子，忽略了库仑势的影响，忽视了量子效应的作用。
1994年，在几个假设的基础上M.Lewenstein等人建立了强场近似模型，提出了全量子解析理论。其假设为：①除基态以外忽略其他束缚态对高次谐波的贡献；②忽略基态的损耗；③当电子处在连续态时，忽略原子势阱对电子的影响，解析地给出了与时间相关的电偶极矩。该模型所适用的物理条件为ω
3.研究高次C波当前遇到的主要困难。高次谐波研究的主要困难：①找到获得更高阶次、更短波长的谐波辐射的途径；②提高谐波的转换效率。谐波发射效率与原子自身的属性有关，主要是基态和连续态的耦合强度；另外，谐波发射效率与受激复合时刻基态的电子布居有关，如果布居不足，电离电子恢复到基态难以实现，如果激光的场幅增加到某一阈值，基态就将被完全电离，谐波发射就会停止。还有，谐波发射效率与复合时刻核区附近的电离电子的丰度有关，特别是较高次数的谐波，在复合的时候如果基态布居充足，则核区的高能连续态电子布居就会越多，其发射效率也就越高。可是，电子电离时激光场的瞬时场强、激光驱动下电离电子的核外运动形式、电子从电离到复合需要的时间决定复合时核区的高能电子的丰度。然而，在实际应用中原子确定下来以后，人们无法控制原子本身的性质，也就是说对于连续态与基态的耦合我们几乎没有什么办法去调控。
四、结语
随着技术条件的进一步改善以及实验水平的不断提升，高次谐波的研究进步喜人，研究者仍然孜孜以求，期待获得更短波长、更高效率的谐波，高次谐波走向实用并服务于人类必将成为可能。
参考文献：
[1]B. W. Shore，P. L. Knight. Enhancement of high optical harmonics by excess-photon ionization[J]. J. Phys. B，1987，（20）：413-423.
激光原理论文篇(3)
关键字：激光成像 大气校正 激光雷达 城市建设
The thinking of using laser radar equation principle in city construction theory in surveying mapping and remote sensing
Zhang Miao
( State Key Laboratory of Information and Engineering in Surveying，mapping and remote sensing ( Wuhan University ), 430079)
Abstract: This paper focuses on some theoretical basis for some summary description and generalization of laser radar in atmospheric correction and imaging . The stratospheric aerosol detection, middle atmosphere density profiles and temperature profile measurement, Raman scattering laser radar meteorological parameter measurement, differential absorption radar principle, sodium fluorescence radar detection are discussed in some theory summary to play a guiding role in the theory of the city construction and the application of geographic information. Radiation correction for remote sensing mapping and geographic information imaging areas of research and practice are be done some analysis, for more widely application in the city construction.
Keywords: laser imaging ； atmospheric correction； laser radar；city construction翻译结果重试
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近几年来，激光雷达作为一种新的技术越来越多的应用在了测绘遥感科学领域，同时间接地对成像技术和大气校正起到了很大的作用，这就为城市建设理论的基础有了更深入的分析和理解。由于激光具有的单色性、方向性、相干性，具有很高的单光子辐射能量，在大气传输中很少发生绕射，所以在激光测距方面得到了极大的应用，而激光测距又是激光成像的基础。又由于激光波长短、相应能量子的能量大，可与目标发生生化作用，不像一般的雷达微波，波长较长，相应的能量子的能量小，不足以与目标发生生化作用，无法探测目标的生化特性，所以，这又为激光雷达在探测大气方面开辟了新的道路，而大气探测在遥感大气校正中也是很重要的环节。
激光雷达在成像和大气探测方面的原理，最根本的是激光雷达方程。而在许多书籍和文献期刊中，对激光雷达方程的描述和具体变量的解释中，没有统一的标准和规范的说明。常常让人们似懂非懂，而许多书本中也只是把激光雷达方程割裂开来，具体情况下具体对待分析，没有一种一般性的总结。所以，基于这些原因，笔者将对激光雷达方程在成像和大气探测中的各个具体公式进行总括和一般性概述。
一、激光成像中的激光雷达方程
《激光成像》的第93页公式（6-2-11）是最本质的：
这里，激光雷达主要只是起到测距的作用，测得机载发射位置G（Xg ，Yg ，Zg ）到地面点P（Xp ，Yp ，Zp ）的距离S；而 、 、这三个姿态角由姿态测量装置提供， 角数值按测点序号与瞬时视场的乘积计算出来。G（Xg ，Yg ，Zg ）由GPS给出。至此，公式得以求解。而此公式的来源不难，用高中立体几何的知识可推知。所以，最基本问题得以解决。
测出地面目标点的三维坐标P（Xp ，Yp ，Zp ）是激光成像中最主要的内容。之后，可由此生成DEM，或与多光谱影像数据相结合，得到影像上地物可见的图像信息，并运用数字图像处理技术，根据具体想要达到的效果与目的，生成想要研究并利于研究的数据（如城市建筑物提取、三维虚拟现实等）。
还存在如下问题：
激光器的构造。多光谱扫描仪的构造，及GPS与姿态测量装置的构造原理。
以上这些最主要的装置如何组合，使数据能恰当辨别。
误差的控制。
激光测距点的数据与多光谱数据的结合与应用。
这些问题超出本文的范畴，但以上问题的理解和解决是很重要的，是我们科研工作者日后要不懈努力认识和达到的。当对激光雷达的各个方面的本质理解得到加深，就会更利于其应用。
激光雷达方程在大气探测中的应用
关于大气激光雷达探测，我最初的感觉认为最本质的是要得到时刻t，距离地面高R的大气中，物质的种类、密度、温度。但事实上问题没有那么理想化，是比较复杂的。主要是针对不同大气层的散射原理，用不同性质的激光雷达，测得很局限的指标量。如，对于均匀分布的气溶胶，只是用公式求得它的后向散射系数和消光系数 ；平流层气溶胶探测只得到其散射比；从中层大气的密度N(R)和温度T(Ri)和温度的相对扰动廓线看出重力波的变化；大气中的湿度M(R)和温度T；被探测组分的平均密度 ；钠层原子密度(绝对值)NNa（R）等等。
以上所列举的是大气激光雷达能定量求得的指标量。下面一一说明：
气溶胶散射很强且均匀分布的情况下的消光系数：
需要知道高度修正后的对数回波功率S（R），已知；所以，S(R) 的斜率只要知道即可。
平流层气溶胶探测时，定量信息为气溶胶散射与分子散射之比，并与激光雷达方程结合，有：
因为雷达回波是光子信号，可由光电探测器接收，就可利用软件得知回波的强度，式中Tm（R）为大气分子透射系数，为大气分子散射系数， K为雷达常数，我们知道Tm（R）和可从标准大气参数或从实际的大气探空数据得到，而K为雷达常数，用归一化常数K的值可在激光雷达回波曲线气溶胶散射最小高度R。处，令散射比值 Ks（R。）为1求得。如果P(R)，，Tm（R）都可以得到，则Ks（R）可以得到。这个Ks（R）说明了大气分子Rayleigh散射与气溶胶Mie散射的多与少，关键还是探测仪器怎么区分这两种散射。
也就是说，由、的问题，转化为了、Tm（R）与P(R)的问题。这里，有必要对激光雷达方程P（R）进行分析：
中我们知道，通用的激光雷达方程：
式中，C为激光雷达的校正常数，P。为发射激光束的功率，即激光发射器的重复频率乘以每脉冲的能量，而这两个量是人工控制得到的。A为接收望远镜的收光面积，这个在设计接收望远镜时可以知道。 为大气中某种被探测组分的后向散射系数，前面知道，大气的后向散射系数可以查表得到，是某种气溶胶的散射系数， 为大气总的消光系数， 为大气分子的消光系数，可以查表得到。又 为高度分辨率，，为脉冲宽度。而校正常数，为光电探测器的效率，可以试验得到；q为接收光学系统的透射率，可以试验得到；g为重叠因子，为发射激光属于接收望远镜的重合程度，可以实验测得。又，为被探测大气组分的密度。 为后向散射截面。也就是说，最终，与的数据很关键，如果这个问题抓住和解决了，基本上最本质的问题就抓住了，后面的问题也就顺风顺水了。
中层大气的密度廓线和温度廓线的探测：
我们知道，N（R）是由前面的激光雷达方程转化的，现实中，P（R）可由激光雷达直接探测，因为，激光探测接收的是光子，所以光电探测器转化为电子后，可以测得实际数据。这里告诉我们，激光雷达方程并不是仅仅是由前面种种变量而求得P（R），而可以是由P（R）而推求出和，已得到更广泛的应用。所以，继续往下看：
我们又知道，
，
式中，K表示所有与激光雷达参量有关的常数，定量表示为,又因为C很难测定，且。是大气分子的Rayleigh散射截面。我们知道在小粒子吸收和散射中，，其中，粒子的尺度，可近似看做半径的小球， 为相对介电常数的虚数部分， 为相对介电常数，T（R）为激光在高度0~R间单次传输的透射率，而在计算时，给出了归一化高度，并得到：
，
其中，为参考高度处的大气密度，由标准大气模式计算或实际测量的办法确定，那么，求N（R）就与激光雷达的技术参数无关了。也就是N（R）的比值与的比值一致（相等）。
再讨论温度廓线的测定，我们知道，公式：
，
由理想气体定律和静力学方程得来。
好了，再看T（Ri）这个公式，K为波尔兹曼常数；m为大气的平均质量，g（R）为重力加速度，而和为第i层顶部和底部的大气压力，又有公式：
首先，这两个公式是由静力学方程和激光雷达测量的大气密度值得来的，主要是和的测定问题，而由激光雷达测得，由标准大气模式得到。这样，基本上问题得到了解决。
（4）Raman散射激光雷达的气象参数探测
在此部分，主要对湿度和温度廓线的探测。
先看对湿度廓线，主要是的Raman散射。给出定量指标大气中水气混合比M（R）。，这个没什么疑问。然后，又给出，
这个式子是由和的Raman散射激光雷达得到的，分别为：
这里，激光雷达方程也按简化的形式。被代换了。式 中，，而、不说了，、已知，、为密度，、为散射截面，、为激光雷达常数，前面已知，C校正常数不易确定，故整体K不易知道，需在探测过程中由气球探空数据定标得到。和由模型或激光雷达探测给出的气溶胶随高度分布计算，以上，这个M（R）基本解决了。
现在再看温度廓线，我们知道，T对应K，只知道强度比确定，又T有一个确定值。
按之前的方法，若知道N（R），也可求温度，又知：，按之前的公式，可以计算。至此，问题得以解决。
（5）差分吸收激光雷达原理
首先，给出专门针对差分吸收的激光雷达方程，为以后的推导带来了方便，公式如下：
我们联想到，之前的中层大气探测时激光雷达方程也有相应的改变，可见，对于具体情况，激光雷达方程是要随时变化的，但是怎样变化是个关键，以后的计算取决于变化的形式，使计算顺畅，所以，每一个具体应用下的激光雷达方程很重要，且都是通过最基本的原始的通用激光雷达方程得到的。
以后就很顺利了，由此推导出的：
这里有一个问题，在求之前，要把两个激光雷达方程相除，才求得，从理论上，只需一个激光雷达就可，但相除之后，消去了和项，这样就简便多了。
又令，即K相同，那么推导出的公式： ，以下就简单了，和和、、、只要知道就行了。而只有这时，没有用到归一化高度。
（6）钠层荧光激光雷达技术
激光雷达方程又作了相应的推导变化变，与中层大气探测时相似，即，故，但此处又用到归一化高度，把K消去了，令=，得，，与前面求中层大气密度廓线时如出一辙。
，通过计算得到，太不清楚了，）可从标准大气模式或探空实测数据得到，和激光雷达可直接探测。到此，基本没有什么了。
所以，通过以上叙述，我们可以知道：
激光雷达公式中，探测每层不同性质的散射时，公式都会根据具体情况作出相应的推导变化，以利于研究和计算。
所有的公式中，都有，回波强度之比，可见这在计算时是很重要的一个方面，要重视。
对在城市建设方面，测绘遥感领域已经有无穷无尽的方法和理论的提出，并很好的应用在了实践中。激光雷达也在近几年很好的发展了起来，并很广泛的应用在建筑、地理信息系统、大气校正、地图成像、城市建设、测绘等方方面面。相信，在不久的将来，随着科学技术的深入发展，应用领域的更加开阔，激光雷达的前景将会更加广阔，在城市建设中也会越来越起到很关键的作用。
参考文献：
《环境监测激光雷达》 阎吉祥等 著 科学出版社 2001
《激光成像》 舒宁 著 武汉大学出版社2005
《遥感数字影像处理导论》[美]John R.Jensen 著陈晓玲龚威 等译机械工业出版社2007
《激光原理技术与应用》 阎吉祥等 编 北京理工大学出版社 2006
激光原理论文篇(4)
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 ) 23 ，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 ) 23 。 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。
激光原理论文篇(5)
关键词：RC谐振网络，恒流变换器，YAG激光器
一．激光器电源的特点
随着新型激光装置的不断出现，对激光电源提出了高效率、高重复率、低成本和高可靠性等诸多要求。为满足在低频大能量工作下的激光装置，而研制出LC恒流充电电路。其特点是以恒流电源给储能电容器充电，既提高了充电效率，又提高了电源的稳定性。有效地解决了激光器电源在高频下工作的充电效率问题，亦克服了脉冲氙灯的连通现象。存在的主要问题，是体积和重量不能明显减小，但这种类型的电源目前仍广泛使用。脉冲激光电源的负载是脉冲氙灯，氙灯为具有负阻特性的气体放电灯，他对电源的要求如下：1.高压触发电脉冲，为大约2万伏左右的高压脉冲。2.使氙灯预燃的所需要的预燃电源标准电流，一般在80mA∼200mA。3.有激光储能电容充电的电路，并伴有激光储能电容向氙灯放电的放电电路。，RC谐振网络。
图1 脉冲式激光电源组成图2 储能电容器电压变化规律
二．充电电路设计中储能电容器的充电要求
固体脉冲激光器电源的设计，必须满足激光器对电源提出的各项技术指标。同时必须考虑到电源的经济特性、通用特性、可靠性等其他性能。脉冲激光器电源的核心部分是充电电路，所以必须根据指标来选择它，以使充电电路的效率很高。
在脉冲激光电源中，储能电容器必须是漏电很小的无极性耐高压电容器。，RC谐振网络。在重复频率的每一个周期里，储能电容器两端的电压是变化的，如图2所示。其中时间内，要求电容器两端的电压保持不变（等于）,而在时间内，电容器的能量迅速向负载释放。
三．充电控制电路设计
激光电源要正常工作,就需要使电源各个部分协调工作的控制信号,这些信号是由控制电路产生的.控制电路部分要完成的功能如下：
1.产生使触发电路导通的外触发信号。外触发电路是电容经放电晶闸管与脉冲变压器初级相接，当晶闸管导通后,储能器上的能量才能达到变压器的初级,才能在次级上响应出脉冲高压。故需要控制可控硅晶闸管导通从而产生脉冲高压的外触发信号。，RC谐振网络。
2.在放电过程中,必须使恒流充电电路停止向储能电容器充电,因此控制电路还要产生使横六充电电路停止充电的封锁信号。
3.控制电路还必须有使储能电容器上的电压稳定的功能,当储能电容上的电压略高于预定的要求时,控制电路就产生一系列的高频脉冲电压,使双向可控晶闸管导通从而使恒流源充电电路停止向储能电容器充电。
四．氙灯的触发电路
对于脉冲放电灯或气体放电管，只有两端所施加的电压达到一定值时，气体才开始触电。我们称气体开始电离放电的电压为击穿电压，通常用UJ来表示，UJ与灯的结构和气压及气体类型有关。例如，氙灯在气压为53.3kPa时，弧长为70cm的时候，击穿电压UJ≥7kV。因此为了点燃气体放电灯必须有一高压触发电源。该高压电源可以是直流高压源、脉冲高压源或高频高压源。
五．激光电源总体设计参数计算
横流电源充电的激光电源电路的组成和工作原理都非常简单（如图3所示）。，RC谐振网络。由形恒流逆变器，双向可控硅晶闸管、变压器、单节L、C放电电路、取样电路及触发电路组成。，RC谐振网络。其中形恒流变换器中，L、C的选取及变压比N的选取应满足恒流充电的最佳匹配原则，为了方便L、C、N的选取，特列出如下程序。，RC谐振网络。
形恒流变换器的参数计算程序如下，已知参数：
工作周期： 毫秒，工作电压： 伏特，存能电路： 微法
计算结果：变比 ， 毫亨， 微法
初级电流： 毫安，次级电流： 毫安
计算；打印；退出。
图3 横流源充电的激光电源电路图
参考文献
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激光原理论文篇(6)
【关键词】激光协同；教师发展；策略
【Abstract】Laser Anorectics is basic found of Synergetic， the five key factors are： self-organization， order parameter， open systems， equal access to pressure-induced and sustained. Synergetic is regard to be a Cross-sectional Science of different nature among sciences. Thus， there are five effective strategies for the corresponding during teacher development field： to find their personal values， play to their strengths， self-reflection， open up self-structure and change in mental structure.
【Key words】Lasre Ayneretics ；teacher development ；strategy
激光是协同学的奠基发现，带给人类一种新的思维方式，如今协同学已被广泛地应用于社会学、经济学等社会科学之中。联合国教科文组织的报告指出近年来的科技新成就“只需要少许适当的行政管理与情报传递，就可以增进传统教育体系的效用”[1]。因此，通过对激光协同现象的剖析与提炼，寻找其与教师专业发展的契合点，找出其在教师专业发展领域的推广意义，为教师专业发展提供一个新的视角，以达到他山之石可以攻玉的效果。
一、激光协同的产生机制
激光被称为“最快的刀”、“最准的尺”和“最亮的光”，具有定向发光、亮度极高、颜色极纯、能量密度极大等普通光不可比拟的特点。德国理论物理学家哈肯指出激光与普通光之间存在着显著的差异，它不是“一些杂乱的波串”，而是“完全相同的、实际上长度无穷的波浪”。
那么激光是如何产生的呢？哈肯教授做了形象的比喻，他说激光就像一个个小人，没有人在旁边下达命令，却好像服从指挥那样，在完全同步地用棒打水，产生一个波动均匀的水面——光场。 激光是通过自组织产生一种有秩序的状态，由无序转为有序，使激光成为协同学一个极为典型的模型。此现象的产生有五个关键的因素：自组织、序参量、开放系统、平等受激和持续加压，其协同作用机制可以用下图表示：[2]
受激辐射产生激光装置原理示意图
1 自组织。
最初，激光器中的光波各不相同，相互竞争，以求得到受激光电子的加强。这些受激光电子会根据自己的喜好来选择光波，也就是说与其固有频率接近的光波将受到青睐。当某一光波受光电子加强后就能以排山倒海之势压倒其他所有光波，尽管它原先常常只占有很微弱的优势。这种光波被称为序参量，它控制原子中的每一个新受激的光电子，形成激光器中统一而稳定的波动，使原子像“在统一指挥下所进行的一曲美妙的大合唱”。[3]这一过程由最初偶然的相互作用导致了最终必然的规律结果，没有领导，没有组织，没有指挥，一切都是自组织的协同过程。自组织是指系统的运动过程没有任何人为的策划、组织、控制，而是大量的个体在相互作用、影响下自然演化的结果。[4]自组织现象无论在自然界还是在人类社会中都普遍存在。当然，与没有生命知觉的物理系统相比，人类自组织仍存在很大的差别。[5]这一差别就在于人类具备自觉性和能动性，其潜能是无穷的，一旦释放，将会展现犹如原子弹氢弹爆炸的能量。
2 序参量
序参量是在相变点对系统的演化起作用的关键参量。克劳斯o迈因策尔教授曾说过：“找到几个宏观序参量，你就了解了复杂系统动力学！”[6]序参量的大小可以用来标志有序的程度。当系统是无序时，序参量为零。当外界条件变化时，序参量也变化，当到达临界点时，序参量增长到最大，此时就出现了有序的有组织的系统。
在激光器中，被受激光电子选择了的光波，即是序参量。它赢得竞争后，整个组织就由其控制。激光器中其他光波会听从序参量的指挥，成为被序参量役使的伺服变量。它们放弃自己原有的步伐，跟上序参量的节奏和律动，随着它的起伏而起伏。一切就从开始的无序竞争转向后来的有序运作。换句话说，组织中的任何元素都由序参量支配，组织的命运掌握在序参量手中。
3 开放系统
热力学第二定律认为：在一个孤立的系统内，热总是从高温物体传到低温物体中去，这是一个不可逆的过程。如果不采取任何措施，孤立系统内的热总是会无限制增大。对此，物理学家引入了熵的概念，熵是物质系统的一个状态函数，是系统的无序状态的度量。熵值是永远增加的，无论何种初始条件的系统，都将随着熵增而越来越混乱，越来越朝着无序的方向走向终极平衡态，亦即灭亡状态。由此，诺贝尔化学奖获得者普利高津提出了耗散结构论。他认为解决熵增的办法是使系统处于开放的状态，从外部补充一定的物质和能量，即输入负熵，以抵消内部产生的熵增，使系统由无序转为有序。因此，激光器装置的一个必要条件是开放，装置必须有进口和出口，以此接受外界的负熵，使内部产生的激光发挥其持续加压的功能，保证系统内部的有序运行。
4 平等受激
在普通灯管中，受激光电子的光波会迅速逃逸，以致没有时间得到其他光电子的强化，所以，为了给这些光波提供足够的受激时间，在激光器的两端装上了平面镜。两块镜面必须平行，这样原子在激光器内才能产生相互激荡反射，形成谐振腔。换句话说，受激光电子的光波必须在平等受激的条件下，才能有充裕的时间得到其他光电子的强化。
5 持续加压
激光器装置要求迅速而连续地使光电子受激，使它们快速而有效地强化光波。虽然使用了平面镜以增大光波受激的概率，但是还会因为诸如散射等原因而导致受激光电子的扩散。一个根本的解决方法就是持续加压。首先，增强通过光管的电流，可以加快受激光电子选择光波的进程，从而抵消受激光电子逃逸的影响，进而推进序参量的产生，将普通光转变为激光。其次，持续增强电流的原因在于系统的开放性可使受激放射产生的能量能够再回到原系统，补充光波的能量损失，使其不断产生激光，不断释放能量，不断地给系统加压，成为一台内燃机。
激光天生就是朝一个方向射出，并且能在短时间里聚集起大量的能量，这是它用做武器的原因。因此，它的发射不能漫无目的，必须有的放矢。若方向发生错误，激光的强大力量将会成为最严重的杀伤力。所以目标的设定就成了关键，必须选择合适的点将激光的能量聚合起来，再折回给激光器，持续加压。
二、基于激光协同现象的教师发展策略
在科学领域里所获得的关于集体行为的知识，确定无疑也与我们的个人事务有关，无论是经济领域中，还是社会领域里。[7]教师是一个自组织，教师的发展是一个复杂的问题。当今世界理想的教师已经由过去的“技术型”、“工程师型”演变为“反思型教师”，[8]教师专业发展的内容多集中在专业知识、专业技能和专业情意上。歌德说：“部分已掌握在我手中，可惜还缺少那精神纽带”。这个精神纽带就是本文欲探讨的。
根据激光协同现象产生的原理图，笔者构建了如下的教师发展策略框架图。整个系统以个人价值为引领，对教师来说，即是专业情意的指引。自身优势是系统的序参量，专业知识和专业技能是优势的一部分，但不是全部。开放的自我和心智结构以及自我反思的能力是一位“反思型教师”必须具备的，这是系统有效运行的培养基。
基于激光协同现象的教师发展策略框架图
1 找寻个人价值
激光装置依靠自身有目的激光放射，持续加压系统，使其连续不断地产生激光。教师的自组织，同样需要特定目标指引下的持久的能量供给系统，需要教师找寻人生的价值观，需要教师思考“我为什么选择教师这个职业”以及“因为这份选择，我该怎么做好”等问题，需要教师构建他们的专业情意。
我们的价值观，就像经济学家亚当·斯密说的“看不见的手”，它在不知不觉之中就决定了我们选择以什么样的方式度过一生。[9]如果一个人的价值观是扭曲邪恶的，那么满腹的才华与能力就会成为他危害社会的帮凶；而若一个人拥有正确的价值观，其能力就能为利益社会锦上添花。天地君亲师，教师与领导一样，具有放大效应。他们的价值观不仅决定了自身的人生，甚至影响一代又一代的学生。
夸美纽斯说“我们对于国家的贡献，哪里还有比教导青年和教育青年更好更伟大呢”，但是在目前的经济和社会背景下，教师有些迷失在各种观念和现实的冲击中。并不是现实中主流的或是大家追逐的就是正确的。个人价值要与日常欲望区分开，它们通常是达到目的的手段而非目的本身。[10]日常欲望永无止境，当人类像陀螺一样随之而转，就会疲惫不堪，没有方向。萧伯纳先生形容价值观是“一种自然的、发自内心的强大力量”，是“生命最真正的喜悦”。个人价值就像人生中的照明灯，总在前方指引，让人温暖、促人奋进、给人勇气、予人坚强。日本前首相伊藤博文曾说过：“计利应计天下利，求名当求万世名”。在著名特级教师魏书生看来，教师的工作“是在学生心里开辟一片绿地，播撒上真善美的种子”；北京的特级教师王树声说“教育工作联系着千家万户，关系着千秋万代”；江苏的特级教师盛大启认为教育是“人民的重托，童心的呼唤”。[11]由此可以看出，优秀的教师不能只关注脚下的一片土，需要更多地仰望星空。
2 发挥自身优势。
激光协同现象告诉我们，序参量控制着整个系统的命运。对于每一个教师来说，自身就是一个自组织系统，他们命运的走势在于对自身序参量的把握。什么才是教师的序参量呢？笔者认为是他们自身的优势。
成功心理学家提出了一条重要的理论——优势理论，亦即要扬长避短，才可以获得成功。管理大师彼得·德鲁克也曾提出：“惟有长处才能产生成果，而抓住弱点则只能造成令人头痛的问题。”[12]优势被认为是一种行为、思维和感觉的模式，包括动机和动力，如自尊、持久、献身、勇气、自豪、完美和竞争。它能产生高度的满足和自豪，带来心理和财务的回报，并以可测定的方式向成功推进。[13]从定义可以看出，发挥自身的优势，会在行动过程中体验成功，可以提升自我效能感，进而可以带着更充足的信心投入工作，收获更有效的结果。自我效能感的不断提升是自身优势这一序参量无限能量的信心来源。根据班杜拉的理论，教师对自己教育效能的信念，部分地决定着他们如何组织班级学业活动，塑造学生对自己智能的评价，影响学生的自我概念、抱负和学业学习。[14]由此可见，教师需要发挥自身优势的重要性。
对于教师来说，专业知识和专业技能构成了其区别于他人的优势。学者们正在努力寻找统一的标准，又何来优势可言？这就是笔者所谓的专业知识和技能是优势的一部分，但不是全部的原因所在。每个教师整合这些共同因素的方式方法不同，自然得到的结果也会不同。而这种整合方式，却恰恰是决定一个人优势的关键所在。
有效能的人会顺应自己的个性特点，不会勉强自己。通常来说，优势具有一学就会的特质，能够带来满足感，在行动时更易表现为当下的无意识的反应。此外，著名的优势理论之父唐纳德先生告诫我们“在寻找优势时，务必关注你的内心”，要提防虚假渴望。权力、魅力、刺激、别人的友好建议、有利可图的工作机会，会诱使我们偏离优势的轨道。[15]他举例说，那些表现较差并且很快离职的员工往往只关注这一职业的魅力和刺激，而不是使命。没有持续的加压，序参量不可能长久存活，没有个人价值的指导，教师的优势发挥，就会成为无根之木，无水之源。在个人价值树立的基础上，在自我反省、自我结构、心智模式的循环机制构建完整的基础上，自身优势的发挥才会像激光一样，准快久乐。
3 实行自我反省
激光器装置是一个自组织，人类也是自组织。两者最大的区别在于人类具有能动性。这种能动性体现在人类有自我反思的能力。
在教师专业发展中提倡自我反思已是老生常谈了，其必要性已得到广泛的认同。只是在实际的操作中，往往流于一种形式。这只能说明教师没有把握住反思的实质，没有形成对反思正确和坚定的信念。
行动科学家认为 “跳跃式的推论”是人类行为的普遍误区，影响人类的学习。我们总是直接从具体事项的观察上跳到自己的认知，从观察转移到概括性的论断，不经检验。它碍于学习，因为它将假设当作事实，视为理所当然而不需要再加以验证的定论。[16]假设的日积月累，就形成了个人的心智结构。这才是需要教师真正反思的东西。
正是因为“跳跃式的推论”堆积而成的心智结构，所以才导致教师日复一日地反思却不见太大成效。只看到事情的表象，却没有探究背后的假设。只关注事物的结果，却忘了探寻背后的原始资料。能否勇敢诚实地面对这支“看不见的手”，是反思的第一步。
在分开概括性论断与原始资料的过程中，必然需要回头探寻行动背后的理由。系统动力学家彼得·圣吉先生推荐了“左手栏”技巧。在-张纸的右侧记录事件的实际发展过程；在左侧写出每一个阶段，心中所想说而未说出的话。它将暴露我们的真正想法，将背后的假设公之于众，理清自己的心智模式，因而可使情况得到改善。另一种值得尝试的方法是探询与辩护。鼓励他人探究自己的想法，鼓励他们提供不同的看法，在接受探询的过程中发现自己思考问题的预设。但是，纯粹的探询是不科学并且不可能的，因为人们会“习惯性防卫”。所以，必须结合两者共同使用。
当然，这只是第一步。当教师完成对自身元认知的反思时，才有继续反思自身工作的基础。此时，教育日志、反思日记、教育叙事、教学案例等等反思方法才有其展示的舞台。
反思的技巧用在放慢思考过程，使我们因而更能发觉自己的心智模式如何形成，以及如何影响我们的行动。[17]这是一种行动中的反思，所涉及的不只是“思考”，而是涵括了思想、情感与行为表现的对话活动。[18]
4 开放自我结构。
人类的自组织同激光器一样，如果封闭孤立，只会导致系统不断走向无序，直至死亡，只有开放才能导致有序。问题在于，可以人为地控制激光器，保证其接受外界的物质和能量，却不能确保人类自身百分百的开放，百分百地接受到有用的外界信息。这是难点所在，却是必须努力解决的。
从认知的角度来看，人类更易选择与自身固有图式相近的信息，而排斥与其不符的信息。面对外界的信息流时，人类会自动进行筛选，本能地选择自己喜欢的，而不是对自己有用的。结果只会导致数量的增加，而不是质的改变，也就是说好的更好，坏的更坏。
除此之外，自以为是和嫉妒心理也会成为阻碍。当人们拥有一定的才智、成绩和地位时，在面对外界新的信息时，会或多或少产生自以为是的态度。那些名利、荣誉会自然而然筑起堡垒，成为这些人信息过滤的标准。他们会自恃原有经验，怀疑新信息，甚至不给自己了解它们的机会，直接拒绝。另一方面，当人们看到外界信息的提供者，是本来与自己平起平坐甚至是不如自己的人，会或多或少产生嫉妒的心理，在接受的过程中受嫉妒情绪的困扰而给接受质量打了折扣。
如今我国的教师培训制度日渐完善，提倡职前职后教育的一体化，教师在其职业成长过程中，接受培训的机会越来越多，如何面对这些新的信息流，这是教师的第一层开放。在各个学校开展的教师发展行动中，同伴互助、专家引领、院校合作等都是常用的方法策略，如何接受专家同事领导的新信息，这是教师的第二层开放。除此之外，教师的日常工作要与学生、家长打交道，日常生活要与家人、朋友共分享，如何应对来自社会的新信息，这是教师的第三层开放。
此处的“开放”不仅是一种态度，更是建立在自我反省基础上的开放，是摒弃个人好恶和自是嫉妒的开放。这种开放是一份谦虚，是一个无我的状态。谦虚，并不是消极的退缩，而是崇高的平实，是极其绚烂、繁华、崇高、伟大，而终归于平淡的写照。[19]也难怪《易经》中唯一平平吉吉的卦名叫“地上谦”。
5 改变心智模式。
平面镜是激光器不可或缺的重要装置。平整的表面以及平行的放置方式是其发挥作用的基本保证。作为人类自组织的教师，与平面镜相对应的机制就是心智模式。教师需要打磨出心静如水、心清如镜的心智模式，尽量避免无意识的预设使心中的一壶清水泛起涟漪。
信息论表明在任何信息的传输中，在任何消息的通讯中都存在着随机干扰或噪声的作用下发生差错的可能性。[20]我们对世界任何事物的知觉，都是根据感官器官编码的刺激或信号由大脑做出翻译和重构。换句话说，当人们给事物下定义的时候，其实已有可能背离了事物的本来面目。因此，没有一种认识不在某种程度上受到错误和幻觉的威胁。
这种错误和幻觉，被行动科学家称之为“基本假设”。心智模式的问题不在于它的对或错，而在于不了解它是一种简化了的假设，以及它常隐藏在人们的心中不易被察觉与检视。[21]这种预设的假定，影响着人们所“看见”的事物。就好像瞎子摸象，两个具有不同心智模式的人对于相同的事件，会得出不同的结果。因为大家看到的重点不同。这样的心智模式，影响着人们的行为方式。行动科学家们认为信奉理论（当事人宣称他所使用的理论）与使用理论（由实际行动中可推论出来的理论）可能是不一致的。人们的行动是被设计的，依赖与使用理论，并且对行动的反映亦是被使用理论所主控。[22]
教师面对学生时，会给学生贴上好学生与差学生的标签；面对同事和领导，会做出固定的判断并据此行为；面对新的知识，会有足够的技巧保护自己免于受到学习中的痛苦与威胁。[23]时时受到“跳跃式的推论”的影响，处处受到“习惯性防卫”的作用。就算我们的心智模式是平面镜，也会发生折射和散射，更何况加上基本假设的平面镜，只会使折射和散射更为厉害，更远离真实情况。
由此，心智模式的改变就显得极为迫切。老子有云：“致虚极，守静笃”，“宁静”才能“致远”。需要保持心静如水、心清如镜的状态，尽量使内心的平面镜不受干扰，维持其平整的表面，减少信息的失真。这种状态的平衡是建立在自我反省与自我开放的前提下。实行自我反省、开放自我结构以及改变心智模式是统一的整体，三者互相促进，不可分割。
三、结语
“振兴民族的希望在教育，振兴教育的希望在教师”。从某种意义上说，这五条教师发展策略是建基在将教师回归到普通的人的前提上形成的。笔者认为教师作为人的发展是根本，作为社会角色的发展是在其基础上形成或是统一于其中共同发展。希望通过这种回归和与自然科学的交流，能如同哈肯先生所说的，“探讨最终形成的总体模式”，以发现“更高层次的必要性”。
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激光原理论文篇(7)
(合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009)
【摘 要】通过对半导体激光光束特性进行分析，依据费马原理和非球面方程理论，对半导体激光准直系统进行数学建模，设计了利用两片式非球面透镜准直系统，并在zemax软件中进行了仿真，最后完成指标，具有良好的效果。
关键词 Zemax；准直；非球面
0 引言
半导体激光器因其体积小、重量轻、阈值电流低等特点已被广泛应用于材料加工、激光通信、信号处理、医疗、军事等相关领域。但由于半导体激光有源层在横向和侧向的尺寸不一样，导致出射光束发散角较大且不均匀，严重影响了能量的传播和后续的测量过程。一般常用的激光准直的方法有圆柱透镜法、非球面柱镜法、光纤耦合法、渐变折射率透镜法和液体透镜法等。本文主要介绍利用两片非球面柱透镜的方法进行激光准直，并在zamax软件中进行仿真，同时提出一种对点光源整形为线光源的方法。
1 半导体激光光束特性
半导体激光的发光原理是基于受激光发射，满足粒子数翻转和阈值条件，模式可分为空间模和纵模。因为在横向和侧向的尺寸不一样，导致的衍射效应叠加的结果也不一样，最后形成输出光束为椭圆高斯的光束。本文讨论的是小功率半导体激光器，因为它的发光面尺寸较小，近似用基模高斯分布来分析，输出光束的光强分布可用下面的公式给出：
αx和αy分别为侧向和横向的远场发散角，这里定义在XZ和YZ坐标系下，Z轴代表光束传播方向，θx和θy为实际光束在侧向和横向的角度。一般情况下，激光器生产厂家给出的是半功率全角的参数，符号为θfwhm，这样可利用下面的公式求得αx和αy，如下：
2 非球面准直透镜组设计
2.1 非球面方程介绍
非球面可有非球面方程来表示，设非球面的对称轴为Z轴，如果在成像光学中即为光轴，坐标原点设在顶点，则方程可写为：
Z（r）为非球面的凹陷度；r为非球面的孔径半径，r2=x2+y2（若只考虑YOZ平面的话，x可以为零）；c为曲率半径的倒数；k为圆锥系数。
2．2 非球面方程参数确定
横向在光学设计中也可以理解为子午方向上，即YOZ平面，如下图所示。
根据费马原理可得到表达式：
式中dy代表光源距离透镜顶点的距离，ty代表透镜的厚度。将公式（4）按照公式（3）改写为：
最后得到横向的非球面方程各参数为：
设横向方向上出射光斑半径为y，横向远场发散角为αy，则根据图上关系易得：
联立公式（5）、（9）得：
在准直设计中会给出目标光斑大小y以及透镜折射率n，这样αy、y、n已知，计算得到，再代入式（6）~（8）中求出横向非球面透镜的参数。侧向的柱透镜的非球面方程系数可通过上面过程同样可以得到。
3 软件仿真与整形系统介绍
3.1 参数计算
本文选用半导体激光的波长为650nm，子午方向上的半功率全角θy=28°，弧矢方向上的半功率全角θx=9°。最后算得两个柱透镜的非球面方程参数为：
3.2 zemax仿真及结果对比
在非序列模式下对光源建模可以用软件里面自带的Source Diode，然后设置它的子午方向和弧矢方向的发散角，两个柱透镜的建模可以使用软件里面集成的Biconic Lens，然后根据本章计算得到的参数输入到相应的位置中，再在透镜后的位置放置Detector面，最后对半导体激光光线进行追迹，用接收面积为60mm*60mm的接收面在距离光源50mm、100mm和200mm处分别采集光斑图样，并与没有加准直透镜的系统进行比较。如下图所示，其中（a）、（b）、（c）图分别表示的是在50mm、100mm、200mm的光斑大小对比，最后准直后的发散角近似计算得到为0.29°，准直性良好，满足设计要求。
3.3 整形系统介绍
点激光整形为线激光通常使用柱面镜、回转棱镜等，但是柱面镜产生的是高斯光束，中心区域较两边能量高，直线亮度不均匀，而本文采用的鲍威尔棱镜则不同，它可以产生光强均匀的线光。鲍威尔棱镜是一种光学划线棱镜，入射光斑入射到鲍威尔棱镜前面的非球面表面，然后光线偏折，最后在后表面折射出去，可以仿照建立非球面准直的思路，对鲍威尔棱镜在zemax软件中建模并进行仿真。
4 结论
本文从理论出发，设计了在横向和侧向上的两片式非球面透镜准直系统。在给定设计参数的情况下求出非球面系数，并通过zemax软件进行仿真，该方法建模简单，可通过编写软件后自动计算参数，最后达到准直的效果良好，有待加工出实际透镜后做进一步验证。
参考文献
［1］聂建华,王峻宁.基于ZEMAX的半导体激光准直镜设计方法研究[J].红外,2012,03:22-26.
