激光原理论文例1

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2012）24-0004-02

激光是二十世纪人类的重大科技发明之一，被誉为继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”，它对人类社会生活产生了广泛而深刻的影响。作为高技术的研究成果，它不仅广泛应用于科学技术研究的各个前沿领域，而且已经在人类生产和生活的许多方面得到了大量的应用，与激光相关的产业已在全球形成了超过千亿美元的年产值。由于各行各业都应用激光进行技术改造和新技术的开发研究，除了文科的几乎所有理工农医的高等院校都开设了激光原理和应用的课程。

《激光原理》是光信息科学与技术和应用物理学专业重要的专业基础课，通过本课程的学习使学生对激光的基本概念、基本技术和基本器件有比较全面、系统的认识，培养学生分析和解决工程技术问题的能力，为进一步学习相关专业课打下基础。然而，《激光原理》又是一门理论性很强的专业基础课，该课程物理概念抽象和理论性强，基础知识面广，学生往往因缺乏感性认识，不易理解，感到难学，这对老师的教学水平和教学方法提出了考验。笔者结合自己的教学实践，从以下几个方面对《激光原理》课程教学改革进行了探索。

一、教学内容的改革

《激光原理》课程主要介绍激光的产生条件、激光器的工作原理和激光器的输出特性，这部分内容理论性强，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，具有相当的难度和深度。在《激光原理》的教学过程中，我们还增加了部分激光技术的内容，比如激光器输出的选模技术、激光器的稳频、激光束的光束变换，以及激光的调制、偏转、调Q和锁模技术等，这部分内容是从事光信息科学与技术人员必须掌握的基本知识，通过对这些知识的学习能够加深学生对激光器原理的理解和掌握。为了进一步加深印象，我们对典型的激光器进行了介绍，比如红宝石激光器、汝玻璃激光器、Nd：YAG激光器等固体激光器，He-Ne激光器、CO2激光器、Ar+激光器等气体激光器，以及燃料激光器和半导体激光器等都做了简要的介绍。

在教材方面，我们选择了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。这本教材的内容章节安排合理，知识点覆盖面广，理论体系较为完整，同时这本教材是在大学的普通物理学的基础上编写的，从激光的物理学基础出发，着重阐明物理概念以及激光输出特性与激光器的参数之间的关系，尽量避免过多的理论计算，以掌握激光器的选择和使用为主要目的。因此这本教材的内容对学生来讲不难理解，所讲授的内容比较容易掌握。我们还增加了一本国际公认的经典教材作为参考书：Christopher C. Davis编写的《Lasers and Electro-Optics：Fundamentals and Engineering》， Cambridge University Press。

二、教学手段的改革

在教学过程中建立师生平等的民主教学氛围。改变“教师为主，学生从属”的教学模式，本着师生平等的原则，以参与者的身份在教学活动中创造一种愉快轻松的氛围，挖掘和调动学生的潜力，培养学生的创新能力。

教学方式以课堂授课为主，同时考虑到激光中有很丰富生动的现象，注重和提倡采用多种手段进行多种形式的教学，充分体现光学这门课丰富多彩、形象生动的特性，辅助的教学手段主要是利用计算机的多媒体功能。比如为了增强激光原理教学中关于激光器的光场分布的直观性，采用快速傅立叶变换法求解傍轴近似波动方程，计算模拟激光器的光场分布，可以直观地给出三维稳态分布图，融合计算机的灵活性、新颖性和光学现象的直观性及趣味性。通过演示实验，让同学们观察到各种激光现象，展现了“百闻不如一见”的效果，使学生进一步加深了对课程内容的理解，激发学生的求知欲和好奇心，刺激同学们的思考。

另外，在教学过程中开展启发式和讨论式教学。从人才培养的角度来说，学生与老师应该具有互动性。开展启发式和讨论式教学，甚至适当运用跳跃式的教学方法来组织教学内容。给学生留出钻研的空间。这不仅有利于提高教师教学研究的积极性，更能挖掘学生的开放性思维和独立、大胆地学习和思考问题的能力，从而达到培养学生全面的科学素质和教学相长的目的。

三、考核方式的改革

考核方式已成为课程改革的一部分，与课程的实施方法相辅相成。传统理工科院校的考核主要以闭卷笔试加平时成绩的形式进行。在实际的考核过程中，我们逐渐加大平时成绩的比例，减少闭卷笔试成绩的比例。平时成绩的考核形式可以多种多样。比如，在授课过程中，对课程中某几个重要的知识能力点，设立几个小课题。让学生们查找资料，撰写论文，通过让他们深入实践，促进对知识点的掌握，强化学生自己思考的过程，达到培养学生自学意识、独立科研意识和能力，达到素质型人才培养之目的。

如何提高《激光原理》课程的教学质量，如何优化和深化理论教学是一个长期的课题。针对教学内容、教学手段和考核方式等方面进行改革，调动学生的学习主动性和积极性，培养他们的创新思维、从事科学研究和撰写学术论文的能力，提高他们的综合素质和竞争力。

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]马再如.关于提高激光原理与激光技术课教学质量的探讨[J].高等教育研究，2012，（1）.

激光原理论文例2

中国分类号：G633.7

20世纪中叶以后由于量子电子学的发展而出现了一个新的分支，以研究激光物理机制，探索新型激光器而形成了专门的科学，即激光物理。激光物理是20世纪量子理论、无线电电子学、微波波谱学以及固体物理学的综合产物，也是科学技术、理论与实践紧密结合的灿烂成果。激光物理的发展已经半个世纪有余，在这短短的时间里，激光物理不仅推动了近代物理的快速发展，同时也大大加快了各个学科的发展进程。

一、光量子理论的提出

光量子理论是爱因斯坦为了解释光电效应现象，受普朗克能量子理论启发而提出的。

l895年。德国实验物理学家维恩（W.Wien.1864-l928）在研究黑体辐射时，假设电磁辐射遵循麦克斯韦（J.C.Maxwell.l83l- l879）气体分子分布规律，推导出一个著名的辐射能量分布公式。但此式在频率较高、温度较低时，理论值与实验值比较符合，但在频率较低的长波区域，则理论值与实验值出现较大偏差。1900年，英国人瑞利（ Rayleig.1842-1919）在研究黑体辐射时，利用麦克斯韦的能量均分定律及电磁波辐射可能形成驻波理论提出另一个热辐射分布律，后经金斯（J.H.Jeans.l877-l946）修正成为瑞利-金斯公式，当频率较低时，瑞利一金斯公式理论值与实验结果比较符合。但当频率较高时，就与实验结果表现出很大的差异。为了解决这个问题，从1894年就把注意力转向黑体辐射的德国物理学家普朗克（M.Planck.1858-1947）在维恩与瑞利-金斯定律相应的热力学表达式之间进行内插，得到了新的辐射公式，与实验符合的很好。于是他提出一个以频率v振动的谐振子只能取v、2v、3v…这样分离的能级，他引入E=hv的能量子概念，这是谐振子能够吸收和发射的最小能量值，即谐振子的能量取不连续hv的整数倍的定值，不像经典理论所描述的连续任意的能量值。这样就圆满的解释了黑体辐射。

二、爱因斯坦受激辐射理论的提出

在普朗克的启发下，爱因斯坦在光量子概念的基础上解释了光电效应实验。所谓“光电效应”是指在光的照射下金属表面发射电子的现象。最早观察到光电效应的是德国物理学家赫兹（H.N.Hertz.1857-1894），1887年，他在进行电磁波实验时，注意到电极之间的放电，会受到光辐射影响。经过极其细致的观察和分析后，赫兹发表了题为《紫外光对放电的影响》一文，这是发现光电效应的最早记录。

爱因斯坦认为分子的分立能态的稳定分布是靠分子与辐射不断进行能量交换来维持的，即使在平衡条件下也会有分子与辐射场之间的能量交换所引起的涨落。并假定气体分子（普朗克谐振子）能态之间的跃迁是以三种基本作用进行的：（1）自发辐射，（2）受激吸收，（3）受激辐射。

自发辐射是指处于上能级的原子按一定的辐射跃迁定则向下能级跃迁并伴随着辐射出一个能量为 的光子。物质的这种发光过程是在没有任何外界作用的情况下完全自发和独立进行的。

受激吸收不是自发产生的，必须吸收外来光子才会发生，该过程的发生不仅与原子本身的性质有关，还与趋近它的光场和原子密度有关。

受激辐射是指处于上能级E2的原子，若有一频率满足 的外来光子趋近它，入射光子就能以一定得几率驱使原子从能级E2到能级E1，并释放出能量为 的光辐射，叠加到入射光场上。受激辐射产生的光子与引起这种辐射的原来光子的性质与状态完全相同，同属一个光子态，即具有相同的频率、方向和偏振态，对大量的光子而言，还可以证明他们的相位也是几乎相同的。

所以，由受激吸收与受激辐射的特点可以看出，当同样的光辐射作用在同一个原子体系时，受激吸收使原来的光辐射有所减弱，而受激辐射则使得原来的光辐射有所增强，两种过程同时存在，彼此互相竞争。当原子受激辐射过程占主导地位时，光通过原子体系后呈现放大现象。由此可见，受激辐射是产生激光的最基本过程。

三、离子束反转-产生激光的必要条件

爱因斯坦靠思维的洞察力，肯定了观测仪器尚未发现的受激辐射现象的存在。遗憾的是，对这个大胆的科学构想，并没有引起物理界的广泛注意，甚至还遭到了一些怀疑和批评。因为激光必须产生在激发的原子与辐射的相互过程中，产生的速率正比于光源中高能态的密度。然而，正常的能态分布是由玻耳兹曼分布决定的，在热平衡的条件下，处于两个能级E1和E2上的原子密度（单位体积中的原子数）N1和N2按能级分布的玻耳兹曼公式是： ，其中，T是热平衡时气体的绝对温度。所以，从上式可得，上能级的原子密度总是小于下能级的原子密度，上下能级间的能量差（E2-E1）越大，或者气体的温度越低，上能级的原子密度就越小。因此受激态E2原子在受激发射中所产生的光子未来得及辐射出去就已被大量基态E1原子吸收了，受激发射过程被同时发生的大量吸收过程完全淹没。要使受激发射压倒受激吸收，即使受激态E2能量原子密度大于基态能量E1，就必须使式子 反过来，即温度T就要取负值，实现离子束反转。

对科学结论如果没有科学的态度，一味盲目的听从、偏听偏信、不加分析、固执己见，则一切结论都将成为传统的偏见和顽固的保守主义，这对科学发展，和会进步都是有害无益的。所以，在科研工作中要始终保持冷静的头脑，相信科学、相信真理、不盲从权威和接受指导、学习别人的辩证关系，以充分发挥自己的特长。

参考文献

激光原理论文例3

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。

激光原理论文例4

公理1：真气是一种类似于等离子体的物质形态

公理2：真气和激光都可以在经脉中传输

六脉神剑其实是一种小功率的生物激光武器，这从六脉神剑的效果上可以看出来，但是，这种生物激光还存在很多亟待解决的问题，如传输损耗过大，非基模激射等缺点，这大大影响六脉神剑的威力。

从激光原理看，激光的激射需要两个条件：粒子数反转和谐振腔的形成。

我们先研究六脉神剑产生粒子数反转的原理。因为在丹田中，存在大量的真气，一般来说，这些真气以等离子体的形式存在，但是对于武学名家，可以通过修炼，将这些等离子体积累并释放出来，一般来说，释放的速度越快，能量越高，则武功的威力也越大。降龙十八掌就是通过长时间的积累，将这些真气积累至顶峰时释放出来，因此产生出巨大的功率密度。而九阳神功，则是指导如何提高这种等离子态真气的容量和衰减时间的方法。

如果在丹田内产生某种势场，导致大量的等离子的原子结构发生变化，就可能使这些基态的等离子体转化为激发态，再通过跃迁释放出光能，因此，从原理上说，六脉神剑与其他的武功是截然不同的……（此处省略200字，理论性太强，初中同学不易理解）在大量的粒子数反转的条件下，就可能产生激光。

下面我们再看谐振腔的形成，这与真气的运行路线有密切的关系。鉴于以上讨论的粒子数反转条件只能在丹田内完成，这种生物激光器的谐振腔也在丹田内，同样可以通过控制周围势场的形状来限制跃迁产生的光在丹田中的分布，而光场的分布，影响了激光的质量，决定了激光器是单模激射和多模激射。有经验的精通六脉神剑的天龙寺长老，能够同时控制多个激射波长，但是由于多模激射的势场太过于复杂，难于控制，大部分人，如枯容大师、段正明等，只能单波长激射，由于传输问题，这种单模激光很容易发散，若以这种发散的激光输出，就只能练成一指。

段誉能够练成六脉神剑的主要原因，完全是因为北冥神功这种奇异的武功的出现。首先，通过北冥神功积累的大量真气，为粒子数反转提供了强大的泵浦，大大提高了粒子反转数密度。其次，北冥神功本来就是吸取别人的内力，因此，它的势场分布，与一般的武功完全不同，恰好符合谐振腔的谐振条件，不需要像其他人那样通过外力来强行控制真气场的形状。因此，段誉可以轻而易举地练成六脉神剑。但是，这种北冥神功的真气场和真正的谐振腔条件，还是具有一定的差别，因此，段誉的这种激光激射，并不是时时都能够产生，需要一定的矫正。可惜的是，能够同时知道北冥神功和六脉神剑的，世间上唯有段誉一人，而段誉是看图学成的，又对二者的关系完全不明白，因此，段誉的六脉神剑具有很大的限制性。这一点，就算是帮助段誉研究过的萧峰也不明白，因为他不知道六脉神剑真正输出的是激光而不是真气。

从以上分析可以看出，谐振腔的形成和粒子数反转，也是六脉神剑这种生物激光的基本原理，从这个原理来看，除了北冥神功外，吸星大法和明玉神功，也有类似的作用。下面再讨论激光在人体中的传输和激射过程。

从一般的武功来看，真气传输的通道是经脉，六脉神剑的光传输也是这样的。提供真气运行通道的经脉，同时也是激光传输的光波导，否则，以北冥神功这种强大的泵浦产生的激光，早就对人体产生了伤害。在这里，我们假设经络实际上是一个类似于光纤的波导。从后面的论证中可以看出，这个假设是正确的。由于光波导的截至频率为0，因此，也适合于一般真气的传输。而在传输中一般真气没有发生泄漏，是因为外层波导的禁带宽度大，对传输中的真气构成了势垒，因此，除了少量的真气通过表皮逸出外，大量的真气都可以达到终点。

由于经络既是真气传输的通道，又是光波导，从这个意义上，这一段波导不仅仅是光传输的通道，而且是一段光纤放大器，光在经络中传输的同时，还能获得增益……（此处省略200字，理论性太强，初中同学不易理解）我们有理由相信，通过理论计算，可以使北冥神功的真气场完全符合谐振腔条件，这时的六脉神剑，威力将数倍提高。

其次，从大理段氏的六脉神剑来看，都是从手指上发出，他们对激光原理的了解还不是很深入，因此输出的激光，都不是基模激射。从激光原理可知，高阶模的激光光斑面积大，但是功率密度、强度等，都要比基模激光要差，因此，六脉神剑还有改进的余地。

再次，空气对激光的损耗是十分大的。由于散射、吸收等作用，空气对激光的损耗非常大，而且从实验结果来看，六脉神剑的输出激光波长，极有可能在紫外光波段，并不是在空气的损耗系数最小的范围内，再加上非基模激射，因此段誉的六脉神剑，威力远远比理论值要低。

针对以上的分析，我提出的快速修炼六脉神剑的方法有两种：

1. 先修北冥神功、吸星大法或明玉神功，推荐北冥神功。

2. 首先通过理论计算和实验分析，通过ansys模拟出丹田中的真气场分布，再加以修炼。另外，六脉神剑还有许多需要改进的地方，如选择合适的波长，实现纯基模输出，降低输出损耗和阈值真气密度等，有兴趣的读者可以自行分析。

总结：六脉神剑其实是一种人体内的一种生物激光器，随着对真气性能的深入研究，我们相信，这一现象最终会在广大的中国人民身上普及，将来的战争，将不再是以科技取胜，决定战争胜负的最重要的因素，将会是参战的人数，我们有理由相信，中国将会是世界上最强大的国家。

最后，希望这种生物激光器，能够最快应用到反恐部队中去，这将对产生强大的威慑力，为和平解决人质问题带来新的希望。

参考文献：

激光原理论文例5

激光与物质的相互作用一直是人们感兴趣的课题，在实际中有广泛的应用。自20 世纪80年代后期以来，超短光脉冲的产生及放大技术得到了迅速发展。超快、超高强 度的飞秒脉冲的出现使得量子系统(如原子、分子) 在与其的相互作用过程中，在不被 电离的条件下承受着极强的光场辐射，从而产生了许多不同于纳秒、皮秒时域的非线性光学效应，为物理、化学、生物学和材料等学科领域提供了广阔的发展前景。因此，超短脉冲激光与原子和分子的相互作用引起了人们的广泛关注。

当激光脉冲在材料中传播时，由于激光与介质的相互作用，激光脉冲的形状和传 播速度将会产生明显的改变。这种激光脉冲的改变会带来明显的物理效应，如自感应透明效应，脉冲的分裂、延迟以及峰值的放大等。在实验测量中，测量的结果反映了激光与物质相互作用后的情况。因此，为了解释实验结果，需要研究激光和介质相互作用的动力学过程。

一、超短激光脉冲概述及相关应用

超短脉冲激光技术，当前达到的水平大体如下：固体激光器直接产生的脉冲宽 度已缩小到5fs（1fs=10-15s），经压缩的最短脉冲为4fs；出现了用半导体激光器（LD） 泵浦的全固体化飞秒激光器，使飞秒激光器体积更小、工作更稳定、寿命更长、使用 更方便；开放了多种激光介质和放大介质；发展了宽调谐的飞秒激光系参量振荡（OPO） 及参量放大（OPA），扩宽了飞秒激光的波长可调谐范围，从而获得了相干可调谐的已 进入水窗范围的X射线。

目前飞秒激光技术发展趋势是：向更短的脉宽迈进。如试图获得Ti:Sapphire的3fs 的极限脉宽；寻求新的介质、机理和技术，向阿秒时域迈进；发展半导体激光器（LD） 泵浦的全固体飞秒激光器，包括飞秒光纤激光器和高功率的系统。研制端面发射飞秒 LD列阵器件，完善DFB激光器；发展桌面型十太瓦（TW）可调谐飞秒激光系统，为 在普通实验室开展强场物理及惯性约束快点火创造条件；扩展飞秒激光器的波长范围，利用各种方法，包括变换激光介质，使用多种频率变换技术，把飞秒激光的波长向软 X射线及中红外、甚至远红外方向发展，以适应多种学科的使用要求。其发展直接带动物理、化学、生物、材料与信息科学的研究进入微观超快过程领域，并开创一些全新的研究领域，如飞秒化学、量子控制化学、半导体相干光谱等。

二、有机分子材料的特性

众所周知，有机分子材料具有丰富的光电性质。由于有机非线性光学材料具有宽的响应波段、良好的柔韧性、高的光损伤阈值和较低成本，以及易于合成、可以进行 裁剪和修饰等特点，从而成为目前实验和理论工作者非常关注的非线性光学材料。已有的研究工作表明，有机聚合物材料具有较强的非线性光学特性,特别是强的双光子吸收特性。在实验工作中,人们通过测量入射激光能量与透射激光能量的关系，来展现分 子材料的光限幅特性，从而来表征分子的双光子吸收性能，寻找具有好的光限幅性能 的分子材料。在目前的理论工作中，主要是在第一性原理的基础上计算分子的双光子吸收截面，从而表征分子的非线性光学性质，但数值模拟光限幅性能的理论研究较少。

传统的固态非线性光学材料主要是以KDP 和LN 等为代表的氧化物和铁电晶体，它们的光学非线性源于材料的电子特性，而已被广泛关注的第三类材料有机聚合物材料的光学非线性则主要与其分子的结构性质有关。与无机非线性材料相比，有机非线性材料最突出的优点是人们能在分子的水平上对其进行结构设计，从而获得最佳的光学非线性响应和其他特定的光电性质，它们已经成为人们重点研究的对象。

三、研究脉冲激光传播的基本方法

目前无论从理论还是实验方面，人们都开展了大量的超短脉冲激光与原子和分子相互作用的研究工作。 在实验方面,人们利用超快激光来研究有机分子和生物分子等 量子体系中的各种超快过程以及测量分子的内禀属性，如分子的双光子吸收截面等。在理论方面，人们建立理论模型研究了超短脉冲在介质中的传播过程，得到了一些新 的脉冲传播性质，为超短脉冲激光技术的发展和实验结果的解释打下了理论基础，目 前的大部分理论工作是针对二能级原子体系。

人们期望有机分子材料在光波范围内具有较强的非线性光学性质，为此实验室设 计和合成了大量有机分子材料。 这些有机分子材料是包含以供电体和受电体为官能 团的π共轭分子体系，其最低的几个激发态往往处于紫外和可见光范围。最近实验室 合成了一系列具有强的非线性光学特性的分子材料 。这些分子材料在可见光范围内具 有较大的单光子和双光子吸收特性。在结构上，该类分子是由具有离域电子的中心体 (称为π中心) 、给电子或吸电子基团组成的一维分子。量化计算结果表明 ，这些分子 在可见光区域内只有一个电荷转移态,其单光子吸收过程主要发生在基态和电荷转移态之间。因此在研究激光和该类分子相互作用时，可以把该类分子看作两能级体系。本文选择非线性分子材料4 ,4’―二甲氨基二苯乙烯作为对象，研究了脉冲激光与其 相互作用的动力学过程。在计算中将样品视作光学厚介质，即同时需考虑光场对分子 的激发和分子的相干作用过程对光场的影响，并考虑上能级到下能级的自发辐射。假设脉冲在垂直于传播方向上光强是均匀分布的，然后利用耦合布洛赫―麦克斯韦方程，建立了与时间和空间变量有关的二能级理论模型。

参考文献：

[1]陈云生,车会生.飞秒激光器的发展现状[J].激光与光电子学进展,2003 (8):1

激光原理论文例6

[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.

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激光原理论文例7

关键词:企业边界;楚天激光;纵向边界;横向边界

中图分类号:D922.291文献标识码:A文章编号:16723198(2009)15012602

1企业边界内涵

我们认为,企业的边界就是企业与市场的临界点。在市场经济体系中,市场被表述为通过价格机制自动地配置各种资源的经济运行工具,而企业则是通过行政命令主动地配置内部资源的经济运行体。因此,企业的边界也可以这样认为,是以行政命令主动地配置内部资源的方式与以价格机制自动地配置各种资源的方式的相互替代的临界点。

2企业边界理论研究综述

2.1企业边界理论的历史回顾

2.1.1古典经济学

亚当斯密在其经典著作《国富论》中对劳动生产力增长原因进行了论述。斯密看到了分工对生产力提高的巨大作用,认为劳动生产力上最大的增进以及运用劳动时所表现的更大的熟练技巧和判断力,似乎都是分工的结果。而后斯密分析了市场范围对分工的影响,认为只有相当大的市场规模才能深化分工。只要企业所面对的市场有足够大的规模,则分工引起的专业知识的积累将进一步推动企业规模的扩大。可见,斯密利用劳动生产率的提高来解释企业存在和扩张的原因。

2.1.2新古典经济学

在构建于马歇尔的边际和替念基础上的新古典经济学中,企业被定义为单纯的生产者厂商,它的惟一目标是实现利润最大化,而为了达到这个目的所进行的选择面临着许多约束条件,比如技术条件、市场需求条件和竞争环境等。新古典经济学虽然没有严格界定企业的边界与规模,但隐含了利润最大化的追求是企业扩张的根本动力。

2.1.3新制度经济学

科斯认为,在市场交易成本既定的情况下,企业家的管理协调能力决定了企业边界。由于企业家功能的边际收益递减,企业将倾向于扩张直到在企业内部组织一笔额外交易的成本等于通过在公开市场上完成同一笔交易的成本。随着管理技术革新、信息技术进步等变量的变化,企业边界进一步扩张。威廉姆森进一步认为,企业边界扩张是对交易环境变化的适应性反应。表现为企业组织交易规模的扩大和企业内部组织结构的适应性调整。企业能力理论首先把企业看作是具有生产功能的单位。认为企业边界不能仅从交易成本相对大小来确认,而是根据企业的能力所产生的收益与产生能力的成本(包括交易成本)的权衡来决定。

2.2企业边界理论的近期研究

2.2.1交易费用理论

交易费用经济学的基本观点是在利润最大化目标下,一个企业的边界不仅决定于生产成本,也同时决定于交易费用。其核心观点是市场交易和组织机构之间的相对效率优势决定了企业的边界。

科斯的交易成本理论认为,企业与市场是相互替代的治理机制,一项经济活动究竟应该交由市场还是企业去完成,取决于两者的效率比较。通过比较,企业的最优边界得到了确定,即在利用市场交易的边际成本等于利用企业协调的边际成本的那一点上。

威廉姆森从资产专用性和机会主义来研究交易成本。他认为,决定实行垂直一体化的关键因素是资产的专用性条件。为了节约交易成本,专用性资产发生转移由专业化生产的企业转移到垂直一体化的企业内部,这样企业的边界发生了变动。

2.2.2规模经济理论

规模经济是指在一定的技术条件下,随着投入的均衡增加,在每一个产出水平中获得的产出增加比例大于投入增加比例,同时长期平均成本在每一产出水平上呈现处处下降的趋势。规模经济理论认为,在规模经济比较显著的行业中,随着企业规模的扩大,将会导致产品成本降低,经济效益提高。规模经济理论适用于与专业化分工的产出和发展密切相关的企业边界理论问题的分析它侧重于动态的、系统的分析,但是对于其他的企业边界问题的解释力则较欠缺。

2.2.3资源与能力理论

资源与能力理论认为,企业是拥有一定资源与能力的结合体,它能够运用这些资源和能力从事生产经营活动,并能以自己特有的方式有效地处理现实生产经营中的各种难题。在成熟的市场经济中,依靠资源来获得经营优势是比较困难的。所以企业的边界实际上就是能力的边界,企业的能力可以分属于企业内的不同个人,但企业的特殊能力表现为一个组织所拥有的、难以为其他组织所模仿的特殊资产。现代企业资源与能力理论强调的是企业的核心能力,认为核心能力是企业获得竞争优势的源泉。

3企业边界的分类

企业的边界可以分为纵向边界与横向边界。纵向边界就是价值链边界,是指从获取原材料到最终产品分配和销售的过程边界,它表现为纵向一体化的程度。为了将投入转化为产出,企业必须决定哪些活动应该在内部完成、哪些活动又应该从市场中购买或交由市场来完成,这种“制造”或“购买”的决策行为就决定了企业的纵向边界。如图1所示,原来分别由三家企业进行的供应、生产、销售活动现在变成在一家企业内完成,企业实行了纵向一体化,企业的纵向边界发生了变化。

横向边界是指企业提品的数量与种类,它表现为横向一体化的程度,在其他条件不变的情况下,总会存在一个能够使企业的效率最高或平均成本最低的生产数量和产品种类,即所谓的规模经济(Economies of Scale)和范围经济(Economies of Scope),它们决定了企业的最优横向边界。如图2所示。原来分别由两家企业进行的生产活动现在由一家企业完成,企业实行了横向一体化,企业的横向边界发生了改变。

4楚天激光简介

该公司是一家规模大、产品种类齐全、市场网络健全的专业激光产品制造商,下辖工业激光、医疗激光、激光加工三大产业。公司是“国家火炬计划重点高新技术企业”多项经济指标连续数年稳居中国同行业前列,多项主导产品中国市场占有率达到50%以上。公司研制的激光焊接机成功应用于中国航天用氢镍电池高强度、高气密性焊接,使中国成为第三个掌握该项技术的国家。公司已申报180余项国家专利,是中国拥有专利数量最多的激光企业,媒体誉为“中国激光专利的王国”。获评湖北省企业专利示范工程“明星企业”和组织实施“先进单位”。激光焊接机率先出口美国硅谷,成为中国第一家进入美国硅谷的激光设备制造商。公司生产的高功率连续激光焊接机是中国第一台投入商用1000WYAG连续激光焊接机。JHT-2G型激光焊接机是中国第一台成功应用于锂电池壳体封装焊接的焊接机,直接推动中国成为锂电池生产大国。公司被评为“国家火炬计划重点高新技术企业”,多次承担国家火炬计划项目、国家重点技术改造项目、国家高技术产业化项目。

5楚天激光的企业边界分析

5.1楚天激光的企业纵向边界分析

企业的纵向边界,即企业的经营范围,确定了企业和市场的界限,决定了哪些经营活动由企业自身来完成,哪些经营活动应该通过市场手段来完成。

楚天激光是一家规模大、产品种类齐全、市场网络健全的专业激光产品制造商,下辖工业激光、医疗激光、激光加工三大产业,其产品分类为:激光加工中心、GSI集团世界著名牌JK系列Nd:YAG激光器、反渗透膜激光热熔封边机、激光刻膜机、激光切割加工、民用激光应用、国外产品、光子玉疗仪、数控送料系统、激光工艺礼品、工业激光应用、激光医疗美容等。其产品应用主要分为:激光雕花、激光焊接、激光切割、激光热处理、激光划片、激光工艺品、激光美容、激光打标、激光打孔、激光喷码、激光雕刻、激光医疗等。2002年公司整合优势资源,组建工业激光、医疗激光、激光加工三大产业集团;公司成立之初,就确定了工业激光和医疗激光为集团发展的两大产业支柱,公司的纵向边界,即企业的经营范围定位于专业激光产品的制造。

5.2楚天激光的企业横向边界分析

企业的横向边界是指在经营范围确定的条件下,企业能以多大的规模进行生产经营,即企业的经营规模。

纵观楚天激光的发展历史,集团在其专业激光产品制造的经营范围内,为了实现企业利润的最大化和有效地控制成本,相继采取了一系列扩大企业经营规模,即扩展企业的横向边界的措施。

6结语

“边界”概念最初由系统理论提出。学者们将其引入分析企业的存在、解释企业性质等问题,使得边界理论成为现代企业理论的基础。它作为异质系统间隔的标志,将采取企业组织形式与市场交易形式区别开来。企业的发展必然离不开边界的变化。

本文基于众多企业边界理论,综合各种研究结果,分析了楚天激光企业的纵向边界和横向边界。帮助我们更好地理解了企业边界的定义。本文仅基于楚天激光的生产产品进行分析,关于其他方面诸如供应链等问题由于所的信息有限,故没有进行深入分析。

参考文献

[1]Miller, Jessie L. The Boundary. Behavioral Science. 1992,1.

[2]Willimson O.E. The economic institutions of capitalism: New York: Free Press,1985.

[3]Knight,F.H.Risk,Uncertain,and Profit.Boston[M].Houghton Mifflin,1921.

[4]马歇尔.经济学原理[M].北京:商务印书馆,1981.

[5]科斯.企业的性质[M].北京:北京大学出版社,2003.

[6]威廉姆森.资本主义经济制度[M].北京:商务印书馆,2002.

激光原理论文例8

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

激光原理论文例9

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

激光原理论文例10

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