時間：2022-07-06 19:24:19
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇激光原理論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
一、招生人數
學院2016年計劃招收博士研究生46名，實際招生人數以總部下達計劃為準。
二、報考條件
我院博士研究生只面向現役軍人招生，報考2016年博士研究生應當具備以下條件：
1、品德優良，遵紀守法，立志獻身國防事業；未受過紀律處分。
2、軍隊在職干部按師（旅）級單位推薦、軍級單位政治部審批、軍區級單位政治部干部部門核準、總政治部干部部備案的程序進行審批，由師（旅）級單位干部部門開具介紹信。軍隊院校應屆碩士畢業生經所在院校政治機關審批同意。
3、身體健康，體能達標，年齡不超過40周歲（1976年9月1日以后出生）。
4、在職干部須獲得碩士學位，其中本院在職干部報考工學博士須有被SCI或EI收錄的以第一作者發表的學術論文；應屆碩士畢業生須完成學位論文初稿，在中文核心期刊（含錄用通知）或國際會議發表2篇以上學術論文。
5、有兩名與報考學科相關的高職人員推薦。
三、報名手續
考生持公民身份證和軍官證（學員證）于2015年9月20日至30日到學院教學實驗綜合樓研究生招生辦公室（1127室）報名，外地考生可函報。報名時應提交：
1、填制完畢的《2016年報考攻讀博士學位研究生登記表》和《報考軍隊院校研究生政治審查表》（9月1日后，院內考生可從學院研究生處網站下載；院外考生可來電索要）。
2、已獲碩士學位者，提交碩士課程成績單、碩士學位論文及評閱意見書復印件；應屆碩士畢業生提交碩士課程成績單、碩士學位論文初稿、已發表學術論文版權頁或錄用通知。
3、碩士學歷、學位證書原件及復印件(應屆生于獲得證書后補交)。
4、檔案所在師（旅）級單位干部部門同意報考的證明信。
5、一寸正面半身免冠照片3張，報名費300元。
上述手續齊備，審查合格者發放準考通知，考生可于10月9日到研招辦領取《準考證》。
四、考試安排
博士研究生入學考試總分值為600分，包括六項內容：英語筆試、數學筆試、科研學術成果計分、碩士學位論文評分、專業綜合面試、綜合素質面試，每項內容滿分100分。
考試時間擬定于2015年10月11至12日，考試地點和具體安排詳見《準考證》。
五、其他
1、考生可于2015年11月初查詢錄取情況，入學時間為2016年3月份（詳見通知書）。
2、我院提供部分往年考試試題，考生可登錄學院研究生處網站下載。
六、聯系方式
聯系人：譚繼帥（參謀） 手機：13831189507座機：0311-87992123（地）；0221-92123（軍）
E-mail：tanjishuai@126.com 通信地址：河北省石家莊市和平西路97號研究生招生辦公室（050003）
招生專業目錄
專業代碼、名稱及研究方向
導師
專業綜合（面試）
數學（筆試）
080200機械工程
01機械性能檢測與診斷
張英堂
測試技術與信號處理
矩陣理論
02地面運載平臺維修理論與技術
張培林
狀態監測與智能診斷技術
03機械振動與沖擊防護
白鴻柏
振動理論
04機電液集成系統控制技術
何忠波
車輛工程
05機械制造及其自動化
倪新華
斷裂力學
080300光學工程
01軍用光電系統設計與應用
劉秉琦
陳志斌
應用光學、物理光學、光電測試技術
矩陣理論
02激光技術
沈學舉
激光原理及應用
03光學信息安全
光學信息技術原理與應用、光學信息安全
04微納光學
汪岳峰
光電子技術
080402測試計量技術及儀器
01測試性設計與分析
黃考利
測試技術
矩陣理論
02精密儀器與微系統
王廣龍
03裝備狀態監測與故障預測
李洪儒
測試與診斷技術
矩陣理論或應用數理統計
04網絡安全技術
王 韜
計算機網絡
081100控制科學與工程
01裝備測試與故障診斷
尚朝軒
測試與診斷
矩陣理論或應用數理統計
02火力與指揮控制理論及應用
全厚德
孫世宇
數字信號處理
矩陣理論
03武器系統建模與仿真
朱元昌
系統仿真
04電子裝備自動測試、故障診斷及可靠性
蔡金燕
測試與診斷
05目標識別與信息處理技術
王春平
圖像工程
06精確制導理論與技術
楊鎖昌
精確制導、控制與仿真技術
07無人機數據鏈抗干擾技術
陳自力
線性系統理論、數字信號處理
08目標探測與識別
馬彥恒
數字信號處理、現代控制理論
09飛行器控制
齊曉慧
線性系統理論
10無人機協同控制
李小民
現代飛行控制理論、導航控制技術
11無人機信息處理與傳輸技術
王長龍
數字信號處理
12非線性系統的穩定性與控制
徐 瑞
動力系統的穩定性理論
082600兵器科學與技術
01裝備輕量化技術
鄭 堅
火炮與自動武器原理、材料學
應用數理統計
02兵器試驗理論與技術
秦俊奇
火炮專業相關理論
矩陣理論
03裝備維修理論與技術
陶鳳和
火炮與自動武器原理、現代機械測試技術
04兵器性能檢測與診斷技術
房立清
機械裝備故障診斷與預測、武器系統裝備知識
應用數理統計
馮廣斌
火炮與自動武器原理、工程信號處理、現代機械測試技術
矩陣理論
05兵器結構動力學理論與應用
王瑞林
槍炮設計原理、振動理論、電磁場理論
06武器系統仿真與虛擬樣機技術
馬吉勝
振動理論、動力學仿真
07彈道學理論及應用
宋衛東
彈道學理論、制導理論與技術
08彈道修正理論與技術
彈道學、自動控制與導彈設計理論
矩陣理論或應用數理統計
09兵器性能檢測與故障診斷
唐力偉
振動理論
10兵器新材料技術
王建江
材料學
應用數理統計
11彈藥系統設計與試驗評估
高欣寶
系統仿真技術及其在信息化彈藥工程中的應用
矩陣理論
羅興柏
爆炸及其防護技術在彈藥保障中的應用
12彈藥保障與安全技術
安振濤
炸藥理論、彈藥保障及安全風險評估
穆希輝
彈藥保障
矩陣理論或應用數理統計
13信息感知與控制技術
齊杏林
彈藥引信論證、設計、試驗及評估理論與技術
14防護材料與特種能源技術
杜仕國
防護材料與特種能源技術及其在彈藥工程中的應用
矩陣理論
15電磁發射理論與技術
雷 彬
電磁場理論、測試技術
16武器系統建模與仿真
蘇群星
武器系統仿真與模擬器設計
17紅外圖像末制導技術
高 敏
彈道學、自動控制與導彈設計理論
矩陣理論或應用數理統計
18裝備維修保障理論與技術
賈希勝
石 全
康建設
趙建民
可靠性、維修性、維修工程
應用數理統計
朱小冬
可靠性、維修性、維修工程、建模與仿真
矩陣理論或應用數理統計
19裝備維修性理論與應用
郝建平
可靠性、維修性、維修工程、虛擬仿真
20電磁防護理論與技術
劉尚合
魏光輝
電磁場理論、微波與天線
矩陣理論
王慶國
大學物理、有機化學、固體物理、電磁場理論
譚志良
電子技術基礎、通信原理、微波與天線
21脈沖電磁場測試技術
朱長青
電路分析、電磁場理論和微波技術、數電模電
110900軍事裝備學
01裝備保障信息化
盧 昱
網絡信息安全保障
軍事運籌學
02裝備保障理論與應用
石 全
軍事裝備學、戰役基本理論
應用數理統計或軍事運籌學
于永利
可靠性、維修性、維修工程、建模與仿真
軍事運籌學
柏彥奇
高 崎
關鍵詞：接觸網；受電弓；系統響應；接觸壓力；拉出值；硬點；接觸線高度；激光測距
中圖分類號：U226 文獻標識碼：A
在電力機車的運行過程中，受電弓在接觸懸掛下高速滑動運行，從動力學角度，表現出弓網接觸壓力的作用和受電弓滑板產生橫向振動的動態響應，如圖1表示。
圖1 系統信號分析框圖
目前國內外廣泛采用弓網接觸壓力直接測試方法。但在高速運行時，測量信號容易受到弓網接觸振動造成的電磁火花的干擾；附加的壓力傳感器，增加了滑板重量，改變了滑板的外形，使受電弓的穩定性和安全性受到影響。
本論文提出的測試方法（圖2），是在車頂并排對稱安裝多個激光測距傳感器，通過測試受電弓滑板底部橫向振動位移，從而，計算弓網接觸壓力、拉出值、弓網沖擊（硬點）和接觸線高度等動態參數。
圖2 受電弓滑板響應測試模型
1 弓網接觸響應測試原理
滑板在弓網接觸運行中的振動，可近似認為是兩端固支的滑板彈性梁的橫向彎曲振動、兩端彈性支撐的滑板剛梁上下傳動和平面轉動的復合運動。滑板彎曲振動模態則可以用歐拉-伯努利梁求解。圖2中表示作用在滑板梁的第個節點的弓網接觸激振力，其作用的不同位置示意接觸線拉出值的變化。表示放置于車頂平面對準受電弓滑板底部第個高速激光傳感器的位移測量值，其動態響應關系用傳遞函數可表示成如下矩陣形式：
（1）
（1）式中可通過單位沖擊響應的數字計算得到，于是，根據卷積原理，弓網接觸壓力可表示如下：
（2）
由各激光傳感器測試的離散位移信號，可實時得到弓網沖擊加速度，導線高度和拉出值，表示如下：
（3）
（4）
（5）
上式中為車頂傳感器的基準高度，為激光傳感器的個數，為激光傳感器的分布序號，表示各激光傳感器幾何位置對稱加權系數。
2 滑板梁的動力學分析
將圖2的模型分解為一個兩端固定支撐的受電弓彈性滑板梁和一個兩端等剛度彈性支撐的受電弓剛性滑板梁。先分別求出各自的動態響應，然后在靜平衡位置的軸上的同一點對橫向響應位移進行疊加。
2.1 受電弓滑板剛梁在平面內的振動
設支撐彈簧剛度為，滑板剛梁長度為、線密度為、質量為、質心為，滑板剛梁繞質心的轉動慣量為，取質心的橫向位移及滑板剛體繞質心的角位移作為廣義坐標（），對滑板進行受力分析，建立受迫振動微分方程如下：
（6）
（7）
令，由此求得剛梁橫向振動的固有頻率和剛梁繞質心轉動的固有頻率為：
（8）
（9）
采用Duhamel積分法求解（6）式和（7）式，由圖3知當弓網接觸力在處作用時，滑板剛體處由橫向振動和繞質心轉動產生的復合橫向振動位移可表示如下：
（10）
2.2 受電弓滑板彈性梁彎曲振動振型函數
以兩端固定支撐的滑板彈性梁在橫截面對稱平面內的橫向位移作為廣義坐標，并設梁的線密度為，抗彎剛度為EI，受力分析如圖4所示。根據達朗貝爾原理和力矩平衡原理可得到滑板梁橫向振動的四階齊次偏微分方程：
（11）
對（11）式用分離變量法求解并應用克雷諾夫函數可得滑板梁固有頻率的計算公式和橫向彎曲振動振型函數：
（12）
（13）
為計算方便，振動滑板梁的計算參數取值如表1所示。
由此求得1階模態的固有頻率為94.5Hz，2階模態的固有頻率為258Hz，3階模態的固有頻率為505Hz，4階模態的固有頻率為829Hz。
（13）式中可以是任意常數。只要將各階固有頻率對應的的值代入該式，即可求得滑板彈性梁橫向彎曲振動的各階相應的主振型。
2.3 受電弓滑板彈性梁動力沖擊響應 （見圖5）
在滑板梁的處，假設有一弓網接觸壓力作用，自由振動運動方程可得到：
（14）
滑板均勻彈性梁的振型函數為式（13），將主振型正則化，利用其正交性特點，可得：
（15）
設各階固有頻率為，主振型為，1，2，3，….則彈性梁動力響應可用模態疊加（坐標變換）表示為：
（16）
利用主振型正交性質，由杜哈美（Duhamel）積分法求解得：
（17）
將式（17）代入式（16），可得滑板彈性梁原廣義坐標的響應：
（18）
3 用數字計算方法求響應矩陣和傳遞函數矩陣
為了求式（1）中的傳遞函數矩陣[]，必須先求下式（19）中的響應矩陣[]。
（19）
傳遞函數矩陣[]和響應矩陣[]的關系為：
（20）
基于系統響應分析數字計算步驟如下：
（1）如圖2所示，先假設在滑板上從左到右第一個確定的輸入節點上作用一個確定的弓網沖擊接觸力，通過式（10）和式（18），分別計算各激光傳感器對應位置的位移響應值、、…、。通過下式：
（21）
即可計算出。
（2）其它矩陣元素的計算方法同上，即通過下式可計算得到。
（22）
（3）由式（20）計算[]。
（4）由式（1）和式（2）計算。
（5）由式（3）、式（4）、式（5）分別計算接觸網幾何參數和動力學參數。
4 響應測試系統仿真
對圖2所示的響應測試模型進行仿真，假設對稱配置5個激光測距傳感器，測試受電弓滑板底部-0.4m，-0.2m，0m，0.2m，0.4m 等5個點的位移，如圖6所示，取2.5，取1720Nm2，取0.8m，取2500 N/m 。
假設依次在受電弓滑板上-0.4m，-0.2m，0m，0.2m，0.4m的地方垂直向下施加110N的弓網接觸壓力，通過式（10）和式（18），分別計算各激光傳感器對應位置的位移響應值、、…、。通過式（21）計算，可得到響應關系矩陣式（23）。
由上式D矩陣求逆，可得到傳遞函數矩陣如式（24）。
如果還是用150N的弓網接觸壓力，在-0.4m和-0.2m，的地方垂直向下施加，并由此得到，再將代入式（2），反過來求得接觸力為150N；如果還是用110N的弓網接觸壓力，在-0.25m的地方垂直向下施加，并由此得到，再將代入式（2），反過來求得接觸力為98.77N，誤差為10%，該誤差主要由激光傳感器的配置位置造成。
如果用150N的弓網接觸壓力在受電弓滑板上-0.4m 處垂直向下施加，如圖7（a）所示，傳感器各點位移響應如圖6（a）所示；在-0.2m、0m、0.2m、0.4m處施加，力的作用圖（圖7（b）-（e））與位移響應圖（圖6（b）-（e））一一對應。
由此可見，采用傳遞函數計算方法的仿真與實際情況基本相符。
結語
基于系統響應原理測試高速鐵路接觸網動態參數的方法，其重要意義在于將測試傳感器完全從受電弓滑板上撤離下來，這是高速鐵路接觸網車載動態測試追求的目標。如果采用圖象處理和激光雷達等非接觸式檢測方式，由于其掃描周期和處理時間的限制，使得該方法從原理上無法實現對弓網高頻動態特性的測試。在實際應用中，作者認為必須在實驗室直接測試數據，然后對數據進行回歸分析，校正核實計算模型。
參考文獻
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[2]Gukow，Kiessling Puschmann，Schmider，Schmidt.Fahrleitungen elektrtrischer
Banhnen.B.G.Teubner Stuttgart，1997
[3]張衛華.準高速鐵路接觸網動態性能的研究[D].西南交通大學學報，1997（2）
[4]藤井保和.高速鐵路接觸網的受流理論[J].鐵道與電氣技術，1991.6
[5]夏永源，張阿舟.機械振動問題的計算解法[M].北京：國防工業出版社，1993
關鍵詞：邁克爾遜干涉儀; 異常現象; 調節.
1.引 言
邁克爾遜干涉儀是光學實驗中的重要儀器，許多現代被廣泛利用的計量儀器，比如泰曼–格林干涉儀、傅里葉變換光譜儀、接觸式干涉儀、干涉顯微鏡、激光測長儀等，都是基于邁爾爾遜干涉儀的基本原理改進制成的，具有結構簡單、精確度高、光路直觀等優點[1]。多年來利用邁克爾遜干涉儀測量激光波長及光源的相干長度是國內理工類高校普遍開設的一個物理實驗。
邁克爾遜干涉儀由一個傾角可調可移動的平面鏡、一個傾角可調的固定平面鏡、一塊底面鍍有半反半透膜的分光板、一塊跟分光板具有相同厚度而沒有鍍膜的補償板、一個觀察屏、底座、主尺、粗調手輪和細調手輪組成。只要有關微小位移、微小角度的測量，原理上都可以用邁克爾遜干涉儀測量完成。實驗室中除了可以測量激光的波長、鈉光燈的相干長度，還可以用來測量透明物體的折射率[2]和細鐵絲的楊氏模量[3]。
在目前報道的文獻中，據我們所知，有關異常現象分析的基本都局限于對現象的報道及有關軟件對干涉現象的模擬[4-6]，而對所形成的物理原因幾乎沒有涉及，本論文首先針對本科生在邁克爾遜干涉儀調節過程中經常出現的平行直線和橢圓干涉條紋這兩種異常干涉現象給予相應的物理解釋，然后指定出一份邁爾爾遜干涉儀的調節細則，有助于本科生在短時間內調出清晰的圓形干涉條紋，極大的提高邁克爾遜干涉儀的教學效率。
2. 異常干涉條紋及相應的物理分析
邁克爾遜干涉儀的兩種常見的異常干涉條紋是“平行”直線條紋和橢圓形條紋，下面我們介紹這兩類異常現象形成的物理原因。
2.1 “平行”直線干涉條紋
在實驗室中，我們常看到一類近乎平行的條形干涉條紋。通常人們認為這是由兩個平面鏡的不垂直而產生的等效楔形平板形成的等厚干涉條紋，而本論文認為實驗所觀測到的平行直條紋仍然是等傾干涉條紋，只是因為邁克爾遜干涉儀的兩個平面鏡稍有不垂直而導致干涉條紋的中心不在觀察屏的中心，再加上兩束光的光程差比較小，故干涉條紋半徑較大，從而使得看到的條紋比較像平行的直條紋。
比較等傾干涉和等厚干涉的實驗原理，不難發現，等厚干涉條紋的形成需要保證到達楔形板前的光是平行關，這樣條紋明暗才能反映出楔形板不同厚度的干涉情況。而對于邁克爾遜干涉儀，我們使用的是半導體光源，其在楔形板前的光波是球面波，因此，實驗中所觀察的“平行”直線干涉條紋本質上仍然是等傾干涉圓條紋，只是該圓條紋的中心偏離觀測屏比較遠而呈現出來的一種干涉現象。
2.2 橢圓干涉條紋
橢圓形條紋形成的原因比較多，下面分別分析其形成原因。
2.2.1 可移動平面鏡垂直于固定平面鏡，但觀測屏與可移動平面鏡不平行
當邁克爾遜干涉儀的兩個平面鏡嚴格垂直，但是觀測屏不平行于可移動平面鏡時，觀測屏上的干涉條紋會變成一個以水平方向為長軸、豎直方向為短軸的橢圓。這是因為由兩個虛光源發出的兩束錐形區域的球面波發生干涉，其干涉區域也應該是一個錐形的區域，所以當觀測屏與可移動平面鏡不平行時，會看到橢圓形的干涉條紋。
2.2.2 觀測屏與可移動平面鏡平行，但可移動平面鏡不垂直于固定平面鏡，
當邁克爾遜干涉儀的觀測屏平行于可移動平面鏡時，但兩個平面鏡不能嚴格垂直時，也會在實驗中觀測到橢圓形的干涉條紋。這是因為激光光源在這兩個平面鏡中所呈現的兩個虛光源的連線不與觀測屏垂直，而是成小于90o的夾角，這樣以來，兩個虛光源所形成的錐形干涉條紋在觀測屏上將呈現出橢圓形狀，該形成原因本質上和2.2.1類似，都是由于觀測屏不與兩個虛光源所形成的干涉區域底面垂直而引起的一種實驗現象。
這里，我們強調造成兩個虛光源的連線與觀測屏不垂直的原因主要有三個，其一，實驗過程中由于調節精度所限，難以使兩個平面鏡的垂直度很高，其二，實驗過程中分光板和平面鏡之間的角度發生了改變，即不是45o的夾角，其三，分光板和補償板不嚴格的平行。
2.2.3 可移動平面鏡和固定平面鏡所形成的兩排光斑錯重合
理論上講，我們應分別選取每排光斑中最亮的光斑，然后使其相互重合，但是在通過肉眼觀測時，往往很難分辨每排光斑中哪個光斑最亮，因此，很容易選錯最亮的光斑而導致錯重合。
3. 邁克爾遜干涉儀實驗調節細則
根據上述異常條紋出現的物理分析，我們制定了一個邁克爾遜干涉儀測量激光波長的實驗流程如下：
(1) 實驗前檢查
(a) 檢查兩個平面鏡的兩個水平和豎直調節螺絲是否可以調節，并將調節旋鈕上黃銅螺帽旋到最外側；
(b) 檢查分光板到可移動平面鏡和分光板到固定平面鏡的距離是否相等，如不相等，請用粗調手輪調至相等位置；
(c) 檢查分光板和補償板是否平行，并檢查者兩塊板有無放反；
(2) 圓形干涉環調出
(a) 使用水平和豎直調節旋鈕調節可移動平面鏡，使其與觀測屏相互平行；
(b) 將激光器的光強調到最弱；
(c) 移開觀測屏，透過分光板向可移動平面鏡方向觀察，會觀察到兩排光點，調節固定平面鏡的水平和豎直調節旋鈕，使得兩排光點上下各自最亮的兩個光點重合；
(d) 放上觀測屏，增加激光器的光強;
(e) 若此時觀察到橢圓的條紋，或者共軛雙曲線條紋、或者條紋不清晰、或者干涉條紋半徑很小，可能原因是最亮的光斑錯了，這時重新回到(b)步驟，換一個光斑進行嘗試。
依上述調節方案，可使本科生在短時間調出清晰的圓形干涉條紋。
4. 總 結
本論文首先分析了邁克爾遜干涉實驗過程中平行直線和橢圓形干涉條紋的形成機制，并制定了一份邁克爾遜干涉儀測定激光波長的調節細則，經過4個班級的實驗證明，此調節細則可極大縮短了本科生調出清晰、易讀的圓形干涉條紋所需時間。
參考文獻
[1] 陳玉林, 徐飛, 丁留貫. 大學物理實驗[M]. 北京: 科學出版社, 2013, 5: 269-275.
[2] 張靜，邁爾爾遜等傾干涉法晶體折射率測量方法研究[D]. 山東: 山東大學, 2009: 12-18.
[3] 閆凱，池紅巖，韓仁學，利用邁克爾遜干涉儀測楊氏彈性模量的方法[J]. 實驗科學與技術, 2014, 12(5): 31-32.
[4] 樊俊義，張麗珠. 邁克爾遜干涉儀調節中的故障處理[J]. 實驗室科學, 2008, 4: 141.
[5] 柯紅衛，張寶穎，楊嘉. 邁克爾遜干涉儀產生特殊干涉條紋的原因[J]. 物理實驗, 2007, 27 (1): 34-35.
關鍵詞 ：三維激光掃描儀；誤差測定；影響因素；
中圖分類號： R814 文獻標識碼： A 文章編號：
引言
三維激光掃描技術是一種先進的全自動高精度立體掃描技術。又稱為“實景復制技術”，主要面向高精度逆向工程的三維建模與重構。它可以高效地采集大量的三維點。少則幾萬個，多則幾百萬個。它可以深入到復雜的現場環境中進行掃描，將各種大型的、復雜的、不規則的實景三維數據完整地采集到電腦中，從而快速重構出目標的三維點云模型。此外，它所采集的三維激光點云數據還可進行各種后處理工作，如測繪、計量、分析、仿真、模擬、展示、監測、虛擬現實等。這對于有限元分析、工程力學分析、流體動力分析等是非常重要的。這種逆向工程的數據獲取方式目前在我國還是個薄弱的領域。
一、三維激光掃描儀的概念
三維激光掃描技術是測繪領域繼GPS技術之后的一次技術革命。三維激光掃描儀通過高速激光發射器運用激光測距原理，瞬時測得空間三維坐標值的測量儀器。它突破了傳統的單點測量方法，具有高效率、高精度的獨特優勢。三維激光掃描技術能夠提供掃描物體表面的三維點云數據，因此可以用于獲取高精度高分辨率的數字地形模型。
二、地面型三維激光掃描系統工作原理
三維激光掃描儀運用了激光的方向性、單色性、高亮性、相干性等特點，實現了測量速度快，操作簡單，測量精確度高等目的。對地面三維激光掃描儀來說，采用的是儀器坐標系統，即所采集到的物體表面點的空間信息是以其自身的坐標系統為準的。系統以激光束發射處為坐標原點；Z軸位于儀器的豎向掃描面內，向上為正；X軸位于儀器的橫向掃描面內；Y軸位于儀器的橫向掃描面內且與X軸垂直，如圖1-1，由此可得點坐標的計算公式：
圖1采用脈沖測距法的三維激光點坐標 圖2 目標物體傾斜引起測距偏差
二、點云數據的誤差來源及分析
從誤差理論來分析，徑向掃描系統測量誤差可分為系統誤差和偶然誤差。系統誤差引起三維激光掃描點的坐標偏差。可通過公式改正或修正系統予以消除或減小。測量系統的偶然性誤差是一些隨機性誤差的綜合體現。
三維激光腳點測量誤差的影響因素較多。大致可分為三類：儀器誤差、與目標物體反射面有關的誤差、外界環境條件。儀器誤差是儀器本身性能缺陷造成的測量誤差，包括激光測距的誤差、掃描角度測量的誤差；與目標物體反射面有關的誤差主要包括目標物體反射面傾斜的影響和表面粗糙度的影響；外界環境條件主要包括溫度、氣壓等因素。
2.1激光測距的影響
激光測距信號處理的各個環節都會帶來一定的誤差，特別是光學電子電路中光脈沖回波信號處理時引起的誤差，主要包括掃描儀計時的系統誤差和測距技術中不確定間隔的缺陷引起的誤差。脈沖計的系統誤差造成循環、混淆現象與測距的凸角誤差相類似，測距技術中不確定間隔更可能造成數據突變，目前，可運用一些較好的技術（如頻率倍乘、微調作用）處理這些突變的誤差。激光測距誤差綜合體現為測距的固定誤差和比例誤差，可以通過儀器檢定確定測距誤差的大小。
2.2掃描角的影響
掃描角的影響包括水平掃描角度和豎直掃描角度測量的影響。掃描角度引起的誤差是掃描鏡的鏡面平面角誤差、掃描鏡轉動的微笑震動、掃描電機的非均勻轉動控制誤差等因素的綜合影響。目前掃描角測量可達到很高的精度，如徠卡的HDS2500三維激光掃描儀的掃描角精度達到±0.5″。
2.3目標物體反射面傾斜的影響
激光掃描測距系統中激光測距單元由激光發射頭和激光接收器兩部分組成。用于加工發射和接受窗口的孔徑直徑有一定的大小。由于激光發射哈接受共用一條光路，且激光光束具有一定的發散角，掃描到目標物體表面形成激光角點光斑。激光角點光斑的大小d、激光發散孔徑D和激光光束發散角y存在如下關系：
（2）
式中，S為激光發散點到物體表面上激光角點中心之間的距離。
當掃描目標物體傾斜時，則出現掃描目標物體表面法線與激光光束方向不重合。當表面切平面法線與激光光束方向的夾角為α，根據圖2，存在如下幾何關系：
（3）
則引起激光角點的位置的最大偏差ds
（4）
由于y/2很小，則siny/2=y/2，所以
（5）
2.4目標物體反射表面粗糙程度的影響
三維激光掃描點云的精度與物體表面的粗糙程度有密切關系。由于三維激光回波信號有多值性特點，有些三維激光掃描系統只能處理首次反射回來的回波信號，有些三維激光掃描系統只能處理最后反射回來的回波信號，也有一些三維激光掃描系統能夠綜合處理首次和最后反射回來的回波信號。以處理首次反射回來激光回波信號為例（如圖3所示），目標物體表面粗糙程度引起激光角點位置的偏差ds，接近于物體表面粗糙極值的1/2.
2.5溫度、氣壓等外界環境條件的影響
溫度、氣壓等外界環境條件對激光掃描的影響主要表現為溫度變化對精密機械結構關系的細微影響、掃描過程中風的震動、激光在空氣中傳播的方向等。較差的外界環境條件對三維激光掃描數據的影響也較大。
徑向三維激光掃描儀測量的主要誤差來源于測距誤差或掃描角誤差。由于測距誤差包含固定誤差和比例誤差兩部分，其影響具有一定是規律性。如HDS2500儀器的測距誤差在50m以內為6mm，超過50m后儀器測距誤差隨距離線性增加，在200m時達到42mm.掃描角的誤差是一種與距離有關的誤差，掃描角對掃描點的影響隨距離增大而增大。
目前，基于TOF測距技術的三維激光掃描儀已經成為測繪領域的一個新的研究熱點，但是，對三維激光掃描儀的儀器設備及測量誤差的研究還很少。本文在對三維激光掃描儀的分類基礎之上，對徑向三維激光掃描儀器的測量誤差影響因素進行了較為全面地理論分析，并指出了測距誤差和掃描角誤差是三維激光掃描誤差的主要誤差源之一。
結束語
現今，人類社會已經進入了高度文明的時代，各行各業都在尋求更好的發展途徑，三維激光測量技術的應用越來越廣泛，在今后的發展中，我國必定會不斷完善測量技術，為相關領域的穩定收益保駕護航。三維激光掃描儀目前廣泛應用于各個領域，是研究的熱點。本文主要研究了三維激光測量誤差來源――儀器誤差、與目標物體反射面有關的誤差和外界條件影響。通過實驗得知了儀器Trimble GX200的測距精度和掃描精度。
參考文獻
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【關鍵詞】物理教學；現代物理
Modern Physics in high school physics teaching the necessity and significance
Li Yong-li
【Abstract】Social modernization， the modernization of teaching methods， teaching content should be followed up， teaching content should be modernized， it is necessary to allow more modern physics knowledge into our classroom.
【Key words】Physics teaching； Modern physics
物理學在不斷地發展變化，也帶動社會迅猛發展，物理教學必須要跟得上時代步伐，將物理學發展的前沿動態和物理學的實際應用引入課堂教學，使學生及時了解當前科學技術的發展概況，是十分必要的。
一、現代物理知識運用到中學物理教學中的必要性和重要意義
1、據有關調查中學生所掌握的科技知識沒有達到令人滿意的地步，且學生較少關注和參與科學技術相關的社會活動，其實驗能力也較差。
2、我國現行教材基本上都是經典內容，新的教材雖做了一些改變，但這些變化都集中在增加學生生活、社會性物理知識的應用和提供學科內進行研究性學習的材料方面，在現代物理知識的吸納方面做的不夠，長期以來，學生的思維方式、知識結構局限在經典物理中，遠落后于現代物理和科學社會的發展。
3、現代物理知識對提高學生學習興趣有獨特作用。物理學是最早發展起來的自然科學，從哲學中分離，在生活中誕生，為應用而發展。從誕生的那一天起，它就與大自然、人類的生活密不可分。在教學中有意識地突出現代物理的廣泛應用，可開闊學生視野，增強物理有用性的認識，培養理論聯系實際的習慣，強化學習意識，提高學習物理的興趣。
4、有效地講授現代物理知識是提高學生科學素養的重要途徑。
二、現代物理知識運用到中學物理教學中的可能性
有些人認為，中學物理教學內容即20世紀以前的物理學是基礎中的基礎，而中學生的知識基礎不可能去接受理解高深的物理知識理論，中學物理與現代物理之間存在著巨大的鴻溝，難以逾越。筆者認為在中學傳授一定的現代物理知識已具備一定基礎，但要講究傳授的方法、途徑。
中學生通過一段時間的經典物理基礎知識學習，可以說已具備了進一步學習現代物理相關知識的可能性，再者，高中生已具有一定的抽象思維能力和科學思想方法。布魯納曾強調學習各門學科的基本結構。指出基本結構就是最能反映其本質的基本概念、原理和規劃。學科的結構就是本學科的基本理論，掌握這種基本理論，可聯系各種相關現象，從而理解各種相關現象，學科的基本結構是課程的核心，也是教學過程認識的基點。他還認為基本學科是可以提早學習的，并且必須提早學習，因為早年學習一些觀念和作風影響著人們的一生。這些為我們進行現代物理知識教學提供了認識論基礎。現代物理是剛發展起來的新理論體系，雖然對絕大多數一般的學習者來說他是深奧和抽象的，要用到精、專的物理學理論及相應的數學物理方法，并非一般初涉物理學領域的人所能掌握的。但我們可把有關知識的基本結構和方法論教授給初學者（中學生），他們是完全能夠掌握和理解的。布魯納就認為，“凡是用現行手段教授的一切題材，都可能用單純的形式，更早地教給兒童。”
三、現代物理知識運用到教學中的途徑
如何有效地在中學講授現代物理知識，還需要廣大教師在實踐中進行嘗試研究，筆者在此談一點個人想法。
1、將基礎知識拓寬延伸。
現代物理知識追根溯源都有它最初的端倪和最原始的理論，正如愛因斯坦所說："我們的科學進步得如此之快，以致大多數原始論文很快失去了它的現實意義，而顯得過時了，但是另一方面，根據原始論文來追蹤理論的形成過程，始終具有一種特殊的魅力。
例如通過激光冷卻技術使人們實現了操縱和控制單個原子。同時依靠這種新的手段，人們在分子原子物理學領域獲得了一個又一個重大突破。通過凍結原子降低溫度，1995年兩名美國科學家康奈爾和維曼以及德國科學家克特勒分別在極為接近絕對零度的條件下首次通過實驗證實了玻色-愛因斯坦凝聚（簡稱BEC），玻色-愛因斯坦凝聚是愛因斯坦在75年前所預言的一種特殊物質狀態。這被物理學家認為是20世紀末物理學上的最重要的成就。我國也于2002年由中科院院士王育竹領導的研究小組在銣原子云中實現了BEC。這項技術也可用于涉及新型的原子鐘，其精確度比現在最精確的原子鐘（精確度達到了百萬億分之一）還要高百倍，可應用于太空航行和精確定位。
激光制冷是通過激光光子的能量直接束縛被冷卻物質的分子或原子的熱運動來降低溫度的，是微觀對微觀的物質行為。根據量子力學理論，如果正在進行中的原子被迎面而來的激光照射，只要激光的頻率和原子的固有頻率一致，就會引起原子的躍遷，原子會吸收迎面而來的光子而減小動量。與此同時，原子又會因躍遷而發射同樣的光子，不過它發射的光子是朝著四面八方的，因此，實際效果是原子的動量每碰撞一次就減小一點，直至最低值。動量和速度成正比，動量越小，速度也越小，溫度也就越低。因此激光冷卻的實質是原子或分子在激光的作用下的減速。
在學習了原子躍遷后，有機地進行滲透這些內容，學生就不會覺得現代物理遙不可及，學生不僅掌握了物理知識，更了解了這些知識的實用價值和社會價值。
2、通過物理事件或物理現象講授有關知識
當某些理論很深奧、抽象難懂時，可以用一個事件的闡述，使學生了解有關知識產生的歷史和過程，從事件中領悟知識原理。
如著名的雙生子佯謬實驗。狹義相對論的相對論效應認為相對做勻速直線運動的兩個慣性系中，其中在一個參照系中的觀察者測的另一參照系中的長度變短，時鐘變慢。這時有人提出這樣一個設想：有雙生子兄弟二人，哥哥乘上飛船離開地球，以接近光速的速度逛游太空，根據相對論效應，弟弟看到飛船上的時鐘變慢了。那么在飛船返回地球時，是否哥哥比弟弟變年輕了？我們知道，運動的觀測是相對的，當哥哥乘上飛船逛游時，弟弟相對哥哥在反向運動，哥哥看弟弟的時鐘也變慢了。因而他會認為弟弟變年輕了。這樣就得不到一個確定的答案。這就是著名的雙生子佯謬。這時狹義相對論無法解釋。通過分析，狹義相對論只適用于一切慣性系，而哥哥乘飛船離開地球要加速，返回地面要轉彎、減速，所以哥哥處在非慣性系。在這樣的背景下愛因斯坦完成了廣義相對論的研究。利用廣義相對論的結論--時空彎曲解釋了飛船上的時鐘變慢，因此飛船返回時哥哥顯得年輕了。
通過這一事件學生了解了狹義相對論、時鐘變慢、廣義相對論等基本概念。同時一些著名事件能激發中學生的興趣，培養其科學精神和思維方式。
3、讓現代物理知識、思想及應用滲透在STS問題中
如2004年12月26日印尼蘇門答臘島附近海域強烈地震引發了海嘯，造成的破壞程度和人員傷亡數之眾，被聯合國稱為近幾世紀以來最嚴重的自然災害。地震海嘯給人帶來的災難是十分巨大的，對于海嘯，目前人類沒有能力阻止其發生，但可以通過預警和防備來減少死傷，海嘯的預警就用到了物理知識。
如，學習了萬有引力后，可及時向學生介紹有關“神州”七號或“嫦娥一號”的材料。隨著中國在航天技術方面的全面發展，標明我國完全有能力獨立自主地攻克尖端技術，在世界高科技領域占有一席之地。關于“神州”七號，在發射、運行、變軌、返回等方面可以編很多試題。如：簡述將“神州”七號載人飛船送入太空的“”2號捆綁式大推力運載火箭發射的原理和提高最終速度的因素。火箭點燃后生成的氣體以很大的速度向后噴出，根據動量守恒定律，火箭向前做反沖運動；提高火箭最終速度的因素，一方面是噴氣速度，另一方面是火箭開始飛行的質量與燃料燒盡時的質量之比，噴氣速度越大，質量比越大，火箭最終速度越大。可以讓學生思考的問題很多，此處不一一例舉。有關衛星問題是大家所關注的問題，其某些方面的基本原理和最基礎問題是學生可以理解和可以解決的，這也是引導學生將物理問題應用于實際、關注科技進步、關注前沿問題、關心國家的最好契機。
【論文摘要】：對磁力儀未來發展進行了展望。重點介紹了：1.光泵磁力儀及其光源和共振元素的選擇與設計2.超導技術的進步推動了超導量子干涉磁力儀的發展3.對處于研究、探索階段的原子磁力儀進行了關注。
引言
目前，在空間、海洋、勘探、在醫院和其它實驗室中廣泛的應用著各種磁力儀，用于測量地磁場以及生物磁場。在這些領域，新型的光泵磁力儀、超導磁力儀（Superconducting Quantum Interference Device， SQUID）；以及處于研究、試驗階段的固體電子自旋共振磁力儀（Electron Spin Resonance ，ESP）、原子磁力儀（Atomic Magnetometer， AM）必將以其超高的精度擔負起越來越重的任務。
過去測量磁場強度的單位是奧斯特(Oersted，Oe)，采用和推廣國際單位制(SI)以后，測量磁 感 應 強度( 磁 通量密度)的 單 位 是 特 斯 拉(Tesla，T)或高斯(Gaus ，Gs)。 它們之間的對應關系為1nT= 10-9 T = 1gamma(γ)。特 斯 拉的換算關系為:1T(特斯拉)= 109nT (納特)=1012pT(皮特)=1015fT(飛特)=1018aT(阿特)［1］。
磁場強度曾經用過T、F、Be等幾個符號表示，許多文獻中曾采用F、Be。文章中為了規范、清晰采用國際標準單位T。
1.光泵磁力儀
光泵磁力儀是高靈敏的磁測設備。它是以某些元素的原子在外磁場中產生的蔡曼分裂為基礎，并采用光泵技術與磁共振技術研制成的。
按照量子理論，在外磁場T中，具有自旋的亞原子粒子（如核子和電子）能級簡并（degeneracy）解除，分裂為一些磁次能級（或稱為蔡曼能級），在光譜上的表現，就是譜線分裂，這就是蔡曼效應，蔡曼因此獲得1902(第二屆)諾貝爾物理學獎。分裂的能級間的能量差一般與外界磁場成正比。當粒子在分裂的能級間發生躍遷時，就會發射或吸收電磁波，其頻率與磁次能級間的能量差成正比，測定這個電磁波的頻率，即可測定磁場。
光泵磁力儀是目前實際生產和科學技術應用中靈敏度較高的一種磁測儀器。它靈敏度高，一般為0.01nT量級，理論靈敏度高達10－2-10－4nT;響應頻率高，可在快速變化中進行測量;可測量地磁場的總向量T及其分量，并能進行連續測量。
光泵磁力儀的種類甚多。按共振元素的不同，可分為氦（He）光泵磁力儀和堿金屬光泵磁力儀，共振元素有氦（He4）、銣（Rb85、Rb87）、銫（Cs133）、鉀（K39）、汞（Hg）等。對堿金屬而言，受溫度影響較大，如銫（Cs133）元素在恒溫430C左右，方可變成蒸汽狀態，而只有在蒸汽狀態時才能產生光泵作用。對He3、He4而言，因其本身是氣體狀態，無需加熱至恒溫，只需將它激勵使其處于亞穩態，就能產生光泵作用。這些條件在設計與制造儀器時，必須予以重視。
光泵磁力儀未來的發展水平，主要取決于光泵光源及共振元素的發展程度。法國曾用可調諧的激光器代替常規的氦燈制成光泵磁力儀，由于譜線的選擇性較好，激光又比氦燈的光要強，因此提高了磁力儀的靈敏度，達到10pT/Hz1/2。美國的R.Slcum博士利用二極管激光器作為氦同位素光泵磁力儀的光源，并申請了專利，與氦燈光源相比，靈敏度提高一個量級。最新的激光光泵氦（He4）磁力儀的靈敏度已突破1PT/Hz1/2的界限，達到0.4 PT/Hz1/2，而用高頻激發的燈室作為光泵的光源的氦4航空磁力儀達到了20pT/Hz1/2的靈敏度［2-3］。在共振元素的選擇上，為了提高精度，需要選擇譜線較窄的物質，堿金屬符合譜線窄的要求，但需要一定的溫度（40-55℃）加熱為氣態。現在已經有很多利用堿金屬制成的磁力儀，前不久問世的鉀磁力儀，由于譜線很窄又不重疊，方位誤差很小，維修方便，分辨率達到0.1pT，在取樣率為20Hz時，靈敏度可達到0.014nT。因此鉀光泵磁力儀在光泵磁力儀中占有優勢地位。當然隨著靈敏度，取樣率的提高，其價格也顯著提高。
2.超導量子干涉磁力儀
超導量子干涉器件（SQUID）是上世紀60年代中期發展起來的一種新型的靈敏度極高的磁敏傳感器。它是以約瑟夫遜（Josephson）效應為理論基礎，用超導材料制成的，是超導量子干涉磁力儀的核心。
SQUID由兩個用很薄的絕緣體隔開的超導體而形成兩個并聯的約瑟夫松結（Josephson junction）組成。約瑟弗松獲得1973年諾貝爾物理學獎，在此前一年（1972年）J.Bardeen、L.N.Cooper 和J.R.Schrieffer三位物理學家由于共同研究建立解釋超導現象的BCS理論獲得諾貝爾物理學獎。
SQUID可以檢測非常微弱的磁場，足以檢測生物電流產生的微弱磁場，人類心臟產生的磁場約為10-10T（0.1nT），人腦的磁場約為10-13T（0.1pT）。如果有一個恒定的電流維持在SQUID中，則測得的電壓隨兩個結上相位的變化而振蕩，而相位的變化取決于磁通的變化。量子理論得出的十分重要的結論是，若有一超導體環路，則它包圍的磁通量只能取Φ0的整數倍。
Φ0＝h/(2e)=2.0678506(54)×10-15Wb≈2.07×10-15 Wb =2.07×nT.cm2
這就是磁通量的量子化，Φ0叫做磁通量量子。如果磁場發生變化，則Φ0的個數也跟著變化，對Φ0個數進行計數就可測得磁場值。超導磁力儀是矢量磁力儀，它測量垂直于超導環路平面的磁場[4]。
SQUID靈敏度極高，可達10-15T，比靈敏度較高的光泵磁力儀要高出幾個數量級；它測量范圍寬，可從零場測量到數千特斯拉；其響應頻率可從零響應到幾千兆赫。這些特性均遠遠超過常用的磁通門磁力儀和質子旋進磁力儀。
量子超導磁力儀具有高精度、高靈敏度的同時不足之處也相對十分明顯，超導材料自身易碎、不易加工，成本極其昂貴且SQUID磁測儀器要求在低溫條件下工作、需要昂貴的液氦（或液氮）和制冷設備，這給SQUID磁測技術的廣泛應用帶來許多困難。在超導領域的這場競爭中，世界各國都在不斷探索，超導從低溫向高溫的方向進步，同時生產設備和技術也持續的提高。可以預計，量子超導干涉磁力儀隨著超導技術的發展將會在許多領域中得到更廣泛的應用。
3.原子磁力儀
獲得1997年諾貝爾物理學獎的法國物理學家科恩-唐努吉（Claude Cohen-Tannoudji）指出，原子磁力儀是通過測量所含電子自旋已被極化的原子在磁場中的進動(旋進)來實現的。最近美國普林斯頓大學物理系M．v．Romalis教授和位于西雅圖的華盛頓大學物理系的J.C.Allred等研制成一種完全利用光學方法測量磁場的新型原子磁力儀，因此有人將這種磁力儀稱為全光學磁力儀(alloptical atomic magnetometer)。
首先由激光器產生一定頻率的偏振激光束照射氣態鉀原子，使鉀原子躍遷到高能級產生極化，待測的外磁場使原子的極化發生變化，從而原子的磁矩繞著磁場方向進動(旋進)，用另一束激光來檢測上述變化。即可測定磁場，磁力儀的核心是一個充滿了氣態鉀原子和緩沖氣體氦的氣室。用一束起光泵作用的圓偏振高功率的激光照射氣室，鉀原子最外層未配對的價電子吸收激光后進入自旋極化狀態．電子的自旋指向圓偏振方向。此時用一個單頻二極管激光器發出一束垂直于光泵激光束的取樣激光，檢測電子自旋在待測磁場中進動（旋進）時電子自旋的取向，取樣激光少許離開鉀的共振頻率，并且當它通過極化了的氣態鉀時，激光偏振角會轉動。轉動的角度與自旋指向取樣光束的角度成比例。將取樣光束聚焦投射到光電二極管陣列上。即可形成磁場的圖像［5］。
M.V.Romalis等指出，根據量子力學的測不準原理（uncertainty principle，或不確定性原理），原子磁力儀的極限靈敏度δB＝1/（γ(nT2Vt)1/2），式中γ是旋磁比， n是單位體積內工作物資的原子數，T2是橫向弛豫(自旋馳豫)時間，V是體積，t是測量時間。由上式可見，在γ、t給定的條件下，要提高靈敏度，必須讓n、T2達到盡可能大的數值．而為了提高空間分辨率，V又不能取很大的數值。
M．v．Romalis教授等研制的量子磁力儀正是巧妙的提高了n與T。M.V.Romalis等把鉀原子密度增加到n≈6×1013cm-3，是通常的10000倍，并加進大密度（2.9atm）的氦作為緩沖等方法，避免了自旋弛豫，即保持大的T2數值，獲得提高測量磁場的靈敏度和空間分辨率的優異成果。靈敏度達到0.54fT/Hz1/2，經過改進后還可提高10-2-10-3fT/Hz1/2，空間分辨率達到毫米級。在弱磁場中工作時．這種磁力儀的靈敏度可能達到10-18T的數量級，那將比SQUID靈敏1000倍，更為重要的是這種磁力儀不需要低溫條件。受M.V.Romalis教授等研制的新型原子磁力儀的啟發，目前美國已經有公司提出根據頻率調制磁學-光學轉動原理設計靈敏磁力儀，轉動率與磁場成比例，用極化測定方法測量[4][6]。
新型原子磁力儀可用于物理學基本理論的研究，高精度地質調查和油、氣等礦產普查，生物磁學研究。前已提及，現在光泵磁力儀已成功地測繪出心臟產生的磁場，磁場幅度為0.1nT，人腦的磁場很弱，只有幾個fT。高靈敏度的原子磁力儀，在繪制心磁圖、腦磁圖作醫學診斷乃至是生物磁測、空間磁測，軍事偵察等領域，無疑是非常合適的，但仍需進行完善才適應實際應用的需要。
結束語:
雖然現在許多小巧的新興磁敏傳感器（如霍爾磁敏傳感器，巨磁阻傳感器等）也十分活躍，但其精度遠不能與文中涉及的磁力儀相比較。隨著磁力儀的發展，磁場探測精度的提高，新興學科--磁法應用有著廣泛的發展空間。
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在過去的30年里,世界見證了以Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體為基礎的光電子器件的快速發展。以前工作的重點主要放在搞懂這些器件的理論基礎,以及它們在電信網絡、光盤(CD)、數據儲存器等領域的技術開發上。隨著光電子器件在發光、顯示、光纖傳感器、光纖陀螺儀、光學相干拓撲學等新領域中的應用,對光電子器件的研究拓展到了探索新材料(Ⅲ族氮化物合金和Ⅱ-Ⅵ族化合物)和新結構(量子線、量子點和量子納米結構)。由于制造技術和標準化過程已較成熟,不確定因素很少,因此在提高現有器件的性能和開發新器件時,設計和模擬成為主要手段。數字技術和計算機硬件的最新發展為復雜的計算機輔助設計、制模和模擬提供了一個功能很強的平臺。光電子器件的發展重復了電子器件的發展過程:從單個到集成;從技術密集型到設計密集型;從反復試驗到計算機輔助模擬和優化。高級的光電子器件是用化合物半導體制成,幾何結構復雜,運行在變化的條件下,很難對它們的控制方程求解,運用數字技術直接對物理控制方程求解,是解決上述問題的好途徑,它使理論預言與實驗結果基本一致。
本書在物理模型和數值分析的基礎上,探討了光電子器件的設計和制模問題,重點放在應用方面。運用數字技術對物理方程求解,演示了如何設計一個新的器件或增強一些現有器件的性能,包括一些半導體的光電子器件,例如:半導體激光二極管(LDs)、電吸收調制器(EAMs)、半導體光放大器(sOAs)、超輻射發光二極管(sLEDs)以及它們的集成系統。
本書共12章,分成三部分,第一部分由第2―5章組成,講述模化光電子器件時,物理方程的推導和說明:1.引言;2.光學模型;3.材料模型I:半導體的帶結構;4.材料模型II:光學增益;5.載體傳輸及熱擴散模型。第二部分由第6―9章組成,講述控制方程的數字求解技術,以及如何將這些求解技術應用于器件的模擬:6.光學方程式的求解技術;7.材料增益方程的求解技術;8.載體傳輸及熱擴散方程的求解技術;9.器件性能的數值分析。第三部分由第10-12章組成,給出了光電子器件的實際設計、模擬案例:10.半導體激光二極管的設計及模型的案例;11.其它單個光電子器件的設計及制模案例;12.集成的光電子器件的設計和制模案例。
本書作者李洵是加拿大麥克馬斯特大學(McMaster University)電子和計算機工程系的教授。他1988年在北方交通大學獲得博士學位,至今共撰寫了160篇科技論文,并創建了阿波羅光電公司,開發了該公司的一個主要軟件產品“高級激光二極管模擬器”。他是OSA及SPIE成員,并且是IEEE的資深成員。
本書給出了一步一步進行設計和模擬的一些實例及詳細的數字計算法,所介紹的方法論能幫助光電子學研究者、器件設計者和研究生學會如何從描述這些器件的第一原理中獲得控制方程,還能學會如何求控制方程的數值解。
劉克玲,退休研究員
關鍵詞：“信息存儲與檢索”;管理科學專業;課程教學
一、培養目標
課程培養目標是為專業培養目標服務的。同一門課程可能在不同的專業都有開設，但是因為專業培養目標的不同，課程培養目標會存在差異。
1.
專業培養目標
管理科學專業主要培養掌握管理科學基本理論，能用先進的管理思想、系統方法、數量模型和信息技術去分析企業活動和社會經濟活動的高級管理決策人才和技術人才。為了達到這個目標，學生必須具有寬厚扎實的數理、信息技術、系統科學等方面的基礎知識，以及會計與財務、生產與計劃、市場與銷售等經營方面深入實用的專業知識。
2.
課程培養目標
“信息存儲與檢索”是管理科學專業的核心課程之一，主要培養學生運用現代信息技術及相關原理進行信息存儲與檢索，解決實際問題的能力。通過本課程的學習，要求學生能了解信息資源的存儲方式，熟練掌握現代常用的檢索工具，能根據查找資料種類的不同對資料進行精確查找，增加學生查找信息資源的手段，提高學生獲得知識的能力。
二、教材選用
1.
教材選用原則
目前同時涉及信息存儲與信息檢索兩方面內容的教材主要有幾個版本：①王知津主編的《信息存儲與管理》，該教材詳細分析各種信息檢索模型、分別介紹文本、多媒體、Web信息存儲與檢索等，[1]專業性較強，側重于“技術”類。②張帆編著的《信息存儲與檢索》，該教材系統闡述現代信息存儲與檢索的基本原理與技術，重點介紹文本、多媒體、聯機、因特網信息存取系統及其檢索方法，帶有普及性質，側重于“方法”類。③李四福、葉玫編著的《信息存儲與檢索》，該建材側重于“利用”，強調信息檢索在科學研究、論文寫作、科技查新中的作用。管理科學專業學習“信息存儲與檢索”的目的是運用檢索方法收集資料解決問題，因此教材選用原則重在實用。
2.
教材內容
不同教材因為側重點不同，內容也不盡相同，但是一般都包括三個大的部分：基礎知識部分、信息檢索部分、信息利用部分。基礎知識部分主要介紹：信息檢索的意義和作用，信息資源的類型和特征，原始文獻的獲取方法、途徑及步驟等。信息檢索部分主要包括：聯機檢索、光盤檢索和網絡信息檢索、特種文獻的檢索方法與途徑等。信息利用部分包括：科學研究與開發中的信息用戶及信息需求、學位論文的基本構型和要素、論文寫作等。
三、教學方法
1.
理論與實踐相結合
在“信息存儲與檢索”的教學中，要堅持理論與實踐相結合的原則。一是與學生的實際生活相結合，讓學生覺得這門課程有趣。學習基礎理論知識是比較枯燥的，因此選擇一些與學生生活息息相關的問題，有助于提高學生學習的興趣與積極性。比如，在介紹信息檢索的作用時，學生可以檢索查找戀愛攻略與技巧，提高戀愛的成功率;檢索了解明星的勵志故事;檢索了解一些民間風俗的由來。二是與實際工作相結合，讓學生覺得有用。可以練習實踐運用信息檢索方法，解決科研工作、企業生產運作及商務貿易活動中碰到的各種問題，讓學生從中感覺到信息存儲與檢索的價值，并在解決問題的過程中提高信息存儲與檢索的能力。比如，針對學生在論文寫作與項目研究過程中對中外文獻資料的需求，引導他們去使用中英文學術搜索引擎，如CNKI，Web of Science等，讓他們在完成學習與研究任務的同時，掌握檢索的技巧，感受到檢索的作用與價值。
2.
案例教學法
案例教學法是通過一個具體教育情景的描述，引導學生對這個特殊情景進行討論的一種教學方法。通過案例教學這種“做中學”的形式，可以讓學生在分析問題、解決問題的過程中獲得知識，提高能力。比如，在講授“檢索提問式制定”這個知識點時，可以讓學生結合“激光治療近視眼”案例完成“近視眼手術治療方面的研究成果”的檢索。學生為了完成這個問題，必須認真分析檢索課題所包含的概念，充分考慮近義詞、同義詞、上位詞、下位詞，靈活進行內容概念的轉化，從而獲得檢索詞，并選擇合適的邏輯運算符制訂檢索提問式，還要根據檢索目標和命中文獻的有無或多寡而調整其查全率與查準率。當學生完成這個案例時，就已經能比較熟練地掌握了信息檢索的策略和技巧。案例教學法的關鍵在于：案例的選取要具有新穎性和針對性，案例的分析要具有邏輯性[2]。
四、建議
1.
加強信息道德教育
隨著互聯網的普及，各種不良信息在網絡泛濫，信息侵權和信息犯罪時有發生。因此，本課程不僅要教學生存儲和檢索的原理和技能，而且要教學生在信息的創造、使用和傳播中遵守信息法規和信息道德。信息道德是整個信息活動中的道德，它是調節信息創造者、信息傳遞者和信息使用者之間關系的行為規范的總和。通過加強信息道德教育，讓學生在使用和傳播信息的過程中，自覺遵守信息法律和信息道德，堅決抵制各種違法、迷信、、虛假的信息，尊重知識產權，尊重個人隱私，以時代的信息道德準則規范個人行為，承擔一位公民應盡的社會責任和義務。
2.
完善課程教學內容
盡管目前在市場上有幾本具有代表性的“信息存儲與檢索”的教材，但由于使用對象的不同，加上信息存儲和檢索技術尚處于發展之中，因此至今尚無得到廣泛認可的教材。教師在教學的過程中，可以根據所授對象培養目標的定位，選擇一本教材為基準，同時博采其他教材之所長，不斷完善和豐富教學內容。對管理科學專業而言，“信息存儲與檢索”是一門應用型很強的工具類課程，在日常生活和工作中被廣泛使用，擁有很豐富的實訓素材，因此可以加強本門課程的實訓體系建設，讓教學內容更加科學合理。
3.
探索課程教學模式
目前，盡管老師們在講授這門課程時，會有意識地引進一些案例，引導學生運用理論去實踐一些他們感興趣的話題，但是總體來講，傳統的教學模式并沒有從根本上得以改變。實際上，目前一些比較流行的教學方法和教學模式也可以引入到“信息存儲與檢索”的教學中來，如翻轉課堂和慕課。翻轉課堂與傳統的課堂教學模式完全不同，學生通過現代信息技術輔助在家或宿舍完成知識的學習，而課堂變成了老師與學生、學生與學生互動的場所[3]。慕課簡單點說就是大規模的網絡開放課程，其所持信念是“將世界上最優質的教育資源，送達地球最偏遠的角落”[4]。那么，我們是否能集中優秀教師資源，把信息存儲與檢索的基本理論和技能錄制成視頻，學生可以利用課外時間在宿舍或圖書館完成視頻學習，然后把課堂時間用于解決學生在學習中碰到的各種問題，這樣既解決了教師常常感覺課程學時不夠的問題，也體現了課堂教學中教師的主導地位和學生的主體地位。
參考文獻：
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【關鍵詞】道路工程；無損檢測；評價技術；現狀與發展
【Abstract】With the continuous development of science and technology， advances in road detection technology and equipment with each passing day. NDT road because of rapid， non-destructive， accurate and so more and more popular within the industry. Aiming at the current status of non-destructive testing technology and future trends start on the road. It describes the current application of the main non-destructive testing technology， road radar， optical fiber sensing， automatic image recognition and falling weight deflectometer， while the laser detection technology， development and application profiler were introduced.
【Key words】Road works；Non-destructive testing；Evaluation techniques；Situation and Development
1. 概述
（1）路基路面從運營開始便會產生各種疲勞及損害，使用后期便表現出路基路面脫空、沉陷、唧泥、裂縫、坑槽等典型損害，但到目前為止，在對道路無損檢測技術的檢測與監控效果方面，研究者觀點不盡相同，至于采用何種無損檢測技術最有效，國內學者還尚未達成共識。
（2）現階段，我國針對路基路面病害尚無理想、穩定的監測方法，通常病害形成后才能得到維修養護。我國道路無損檢測技術種類眾多，每種無損檢測技術都有自己擅長的病害檢測類型，而且至今還沒有準確檢測深層路基路面隱形病害的無損檢測技術；如果單獨開發新型無損檢測技術，既費時又費力，關鍵也不是我們擅長的領域。因此，我們可對目前道路無損檢測技術進行綜合評價，有必要時做適當改進，找出快速有效的無損檢測手段，及早檢測出道路結構層中存在的隱形病害，并對其采取針對性的養護措施，具有十分重要的意義。
（3）我國對道路無損檢測技術和設備進行了一系列的探索研究，取得了一定的研究成果，包括：路用地質雷達技術、光纖傳感監測技術、沖擊反射波技術、超聲波技術、落錘式彎沉儀、斷面儀、激光檢測技術、瞬態瑞雷面波分析技術等，檢測方法眾多，工作原理和檢測條件各不相同。
2. 主要無損檢測技術介紹
2.1地質雷達技術（GPR技術）。
（1）地質雷達技術以電磁場理論、電磁波傳播理論、地球物理學和現代信號處理技術為基礎，在我國應用時間并不長。地質雷達技術作為一種連續且快速的道路無損檢測技術，現階段主要用于路面結構層厚度，但也開始用于路面脫空、斷板等病害檢測，但由于測量精度和穩定性稍顯不足，探地雷達技術很少用于路面裂縫檢測。
（2）地質雷達技術通過發射天線往地下發射高頻率、寬脈沖電磁波束，電磁波在路面結構層內傳播時以指數形式衰退，且頻率越高衰減越快。假設路面結構是一個層狀且各向同性的均勻介質，當電磁波遇到各結構層的界面或異常后會發生反射，傳播路徑也相應發生變化，通過反射波變化特征、地面反射波與地下反射波時間差等參數，進而得出路基路面病害的埋置深度和病害類型。
（3）20世紀70年代，美國開始將地質雷達技術用于道路檢測，并相應的展開了一系列研究；1985年，美國聯邦公路局對地質雷達進行了車載試驗，隨后高頻率和空氣耦合性高的地質雷達開始用于檢測路面結構層厚度、路基路面脫空、路面病害位置等，并獲得成功，極大的提高了路面檢測效率。近年來，美國將地質雷達進行了改進，可用于診斷路面病害類型，效果較好。
（4）20世紀90年代初期，丹麥、瑞典等國開始將地質雷達技術用于道路檢測工作；隨后，芬蘭開始引進地質雷達技術，主要用于高速公路的質量評定和檢測，可用于探測地下空洞、脫空和路面裂縫。
（5）我國在20世紀70年代開始研究地質雷達探測技術，但20世紀90年代中后期才將其用于路面病害檢測，目前該技術在我國應用較為普遍，可成功對路面結構層位、路面病害位置進行檢測，但對深層路基病害、路面病害類型的檢測有待于進步研究，主要表現在探測深度有限、精度不足。
（6）大連理工大學的蔡迎春和鄭州大學的王復明等建立了地質雷達電磁波在路面結構中傳播的二維時域有限差分（2D-FDTD）方程，探索研究了探地雷達用于半剛性基層路面裂縫檢測的可行性，結果表明：當半剛性基層出現裂縫后，雷達反射波會在路面結構層間出現一個負反射波，且波幅隨著裂縫寬度的增加而增大；高頻、低噪音的探地雷達技術可用于檢測半剛性基層產生的各種裂縫；當基層裂縫寬度大于1cm時檢測效果更好。
（7）黃淮學院的李修忠通過理論分析和物理數值模擬，對多層均勻介質中垂直裂縫模型的雷達波場特性進行了研究，結果表明：基于垂直裂縫模型的探地雷達技術可對高速公路路面以下1m深度范圍內的隱形裂縫進行準確測定，能快速對高速公路的工作情況進行監測與監控，可對工后維修養護工作提供重要參考。
2.2光纖傳感技術。 光纖傳感檢測技術的工作原理是通過充分利用某些物理量的敏感特性并將外界物理量轉換成光信號，最終達到測量的目的。國內的光纖傳感檢測技術經過了三十多年來在多個領域的應用，舉得了突破性的發展。光纖傳感檢測技術可以有效地檢測道路和橋梁使用現狀和破損狀況，包括路基路面脫空、路表坑槽、應變特性、預應力混凝土內部應力等。相對傳統的傳感器而言，光纖應變傳感器靈活輕便、樣式齊全，最關鍵的是它受外界環境和被測對象影響較小，而且能夠承受高壓、腐蝕、易燃易爆等特殊境況，實用性非常強。然而，光纖應變傳感器的市場價格要比一般的傳感器高出很多，這給光纖應變傳感器在道路和橋梁檢測工作中的推廣帶來了很大的阻力。
2.3數字化圖像識別技術。數字化圖像識別技術可將路面病害以圖像的方式展現出來，形象直觀，使人們更方便的觀察到路面的使用現狀。該技術要依次對數據進行搜集、編碼、圖像數字化處理，通常包括圖像收集子系統和圖像解釋子系統。圖像數字化處理能實現對圖像的分割與組合，能對圖像進行形象化的描述。現階段典型的路面數字化圖像檢測系統有ARRB交通研究所和美國PAVEDEX公司開發的路面信息檢測車。
2.4落錘式彎沉儀。落錘式彎沉儀是國際上較為通用的路面無損檢測技術，應用較為廣泛，通過產生荷載脈沖來模擬行駛車輛車輪荷載的影響，用于測定在動態作用下產生的動態彎沉和彎沉盆，可與其他路面檢測設備一同評價路面的使用性能。鄭州大學的王復明教授將落錘式彎沉儀（FWD）用于高聚物注漿修復技術中，FWD具有試驗檢測速度快、數據處理速度快、精度高、重復性好等特點，能較好的模擬實際行車荷載對路面的作用。
2.5激光檢測技術。激光檢測技術是一種新型的無損檢測技術，不僅具有高亮度和高分辨率，還具有較好的方向性、相干性和衍射性。激光檢測技術在路面檢測中采用的原理主要是激光的光反射原理、光衍射原理和光時差原理，激光的光強越強則光電流越強，當光強發生變化時光電流也相應的發生變化，根據所標定的光電流與位移的關系，通過光電流的變化反算彎沉和位移的變化量，當作為路面檢測技術是正是利用了這一原理，因此，激光檢測技術可用于測量裂縫深度、彎沉、車轍和平整度等參數。
2.6斷面儀。平整度是路面使用性能的最重要的指標之一，直接影響到行車舒適性。平整度的測試設備有兩大類：反應類和斷面類。反應類的代表設備為顛簸累積儀，它測量后軸同車身之間懸掛系統的位移，當位移累積一定量后，就送出一脈沖信號給電子計數器。但此類設備有一顯著缺點：必須經常標定以確保測量結果的準確性。斷面類設備直接沿行駛車輛的輪跡測量路表高程，得到路表斷面，通過數學分析后采用綜合統計表征其平整度。以前主要用的是水準測試和梁式斷面儀，雖測試簡單、直觀，但測試速度較慢。近年來，人們逐漸采用激光斷面儀來評價路面的平整度。
3. 發展趨勢探討
與國外發達國家相比，我國道路無損檢測技術發展相對落后，目前尚不能單獨用于高精度的隱形病害檢測。比如地質雷達技術可用于準確檢測水泥混凝土板的脫空、橋面鋪裝層剝離、路面厚度、路面坑洞等，但目前為止尚不能準確給出脫空邊界、路面隱形裂縫等；比如落錘式彎沉儀，可用于評定路基路面彎沉、橋面鋪裝剝離判定，但往往需要采用不同的檢測方法來相互印證；再比如激光檢測技術，大大提高了檢測數據的精度，但是由于路面狀況復雜多變，必須對所測結果的可重復性、可再現性進行深人研究，歐洲和美國均進行過較大規模的可重復性和可再現性研究，并在其所使用的設備類型和品牌之間建立了相關關系，目前在我國使用的激光斷面儀有多種品牌，但還沒有進行過再現性研究。
4. 綜上所述
4.1雖然我國道路無損檢測技術眾多，但還未形成標準化路面檢測設備，同樣也未制定供道路工作者參考的與道路無損檢測相關的技術標準或規范。因此，有必要對我國現階段的道路無損檢測技術進行綜合評價，找出快速有效的路基路面檢測方法，及早發現路面隱形病害，及早進行針對性維修養護。
4.2因此，可以預見，道路無損檢測技術未來發展方向為：
論文關鍵詞：纖維與導波光學,變分法,小損耗,基黑孤子,傳輸特性
一、引言
光纖孤子通信作為大容量、高速度、長距離全光通信的備選方案，有著誘人的應用前景，其研究已經取得令人矚目的進展。理論和實驗都已證明：在光纖的反常色散區可以產生明孤子，而在光纖的正常色散區則可以產生黑孤子，到目前為止，對明孤子的傳輸做了大量的研究而對黑孤子的研究則相對較少。本文考慮光纖中小損耗的影響，從基黑孤子傳輸所遵循的非線性schrodinger方程出發，應用變分法，得到了基黑孤子參數隨傳輸距離的演化特性，結果表明基黑孤子用于光纖通信比明孤子在某些方面更具優越性。
在不考慮小損耗時光纖中傳輸的基黑孤子滿足非線性schrodinger方程：
其中表示無量綱化的傳輸脈沖的包絡函數，和分別表示無量綱化的傳輸距離和時間。（1）式具有下列精確的基黑孤子解：
其中，，，是常數。
若考慮光纖中小損耗的影響，則光纖中傳輸的基黑孤子滿足下列修正的非線性schrodinger方程：
0（3）
如果損耗很小，則可把它的影響看成微擾，可設方程（3）的嘗試解：
（4）
其中，，，，隨傳播距離發生漸近變化。為了簡便起見，以下將它們分別記為，，，。
二、變分描述
方程（3）的拉氏密度函數為：
（5）
將上述拉氏密度函數代入經典場論中的Euler-Lagrange方程：
（6）
則可導出方程（3），因而其正確性得到驗證。把嘗試解（4）代入（5）可得：
（7）
定義平均拉氏密度為：
（8）
（7）代入（8），得：
（9）
利用約化變分原理，可導出孤子參數演化方程組，其中分別表示，，，四個參數。將（9）代入上式，可得小損耗影響下，光纖中基黑孤子脈沖參數隨傳輸距離演化的下列方程組：
（10）
（11）
（12）
（13）
（14）
利用變分原理我們得到以上方程式，下面對這些方程進行分析以得到有用的結果
①由（13）—（14）╳可得：
（15）
因為，所以可以推得：
（常數）（16）
②把（10）式代入（11）可得：
（17）
由（17）/—（12）得：
（18）
由（18）式，方程兩邊實虛部分別相等，我們可以得出：
（19）
（20）
由（19）式可得：
（常數）（21）
由（20）式，當時有：
（22）
③由（17）式，方程兩邊實虛部分別相等，我們可以得出：
（23）
0（24）
令（為實函數）將其帶入（14）、（18）式并加以整理：
（25）
（26）
可并入到相位中去，即是說，可以認為，（常數），此時，（26）式即為：
（27）
三、分析討論
在下面的討論中，取。
①當時，由（10）、（15）、（23）、（24）式，可以看出：
這便退化到不存在小損耗時所描述的情況。
②時，由（25）式可知小損耗使得基黑孤子脈沖的振幅隨著耗散系數做e指數衰減。由方程（27）可得特解為：
從而可知孤子在小損耗影響下，脈沖形式為：
（28）
可見，存在小損耗時，光纖中的基黑孤子的脈沖中心位置及相位仍隨著傳輸距離作線性漂移，脈沖寬度保持為不變，這和無小損耗時一樣。小損耗只是使孤子脈沖振幅作指數衰減。此時脈沖強度為
可見，基黑孤子在傳輸過程中強度將作指數衰減，表現為亮背景隨傳輸距離逐漸變暗。如果及時給予能量補充可使孤子形狀保持不變。
四、結語
依據上面的分析我們可以看出，基黑孤子在光纖的傳輸過程中體現了很好的穩定性。在小損耗情況下，除了孤子脈沖振幅作指數衰減外，孤子形狀始終保持不變，體現了黑孤子傳輸性能的優越性。
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關鍵詞：課程改革；創新精神；創新能力；原子物理學
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）03-0103-02
原子物理學在材料物理專業學生基礎課程的教學中占有十分重要的地位。它不僅是經典物理和微觀物理（量子力學、粒子物理和核物理）連接的紐帶與橋梁，更是現代高新尖端技術（光譜學、激光、磁共振等）應用的基礎。原子物理學是于20世紀初開始形成的一門分支學科，它主要研究物質結構的其中一個層次，具體介于分子和原子核之間，其主要內容是原子光譜和原子結構。原子物理學是近代物理學的重要組成部分，如何對原子物理學課程教學進行現代化改革，提高該課程的教學質量的同時使之更好地培養學生的創新精神和能力已經成為當前材料物理專業課程教學改革研究中的一個熱點。
一、原子物理學課程現代化改革的背景
目前高等院校的教師講授在原子物理學這門專業課時，選用的教材大多都是褚圣麟或楊福家先生編寫的《原子物理學》，其中有些院校已將原子物理學更名為近代物理學，這樣改革的目的是為了實現該門課程的現代化，使其不局限在傳統意義的原子物理學課程上。面對該課程的教學現狀和其特殊地位，如何結合近代物理學的發展，發揮該課程的教育功能，培養學生的創新精神和能力，對原子物理學課程改革的呼聲越來越高。目前我校也逐步將原有的原子物理學課程進行了現代化改革，做了一些有益的探討和實踐。
二、整合知識體系，實現原子物理學課程教學內容的現代化，培養學生的創新精神
傳統的原子物理學教科書大多按照歷史發展的時間順序，即按照人類認識原子世界的具體過程，從“光譜”這一概念入手組織教學。這種教學的特點是以光譜實驗事實為主線，以玻爾的舊量子論為重點，用半經典半量子論的方法講授課程。但是對于這樣的教學內容和教學安排，學生并不容易掌握，而且讓學生花費大量的時間掌握這些不易理解最終又要被量子論修正的理論，看起來確實是沒有必要的。因此傳統的教學內容有些陳舊并且不易理解，也不能及時反映現代物理理論和科學技術發展的最新水平，因此必須用新觀點和新思想重新組織教學內容，以全新的角度構建這門課程的知識體系。在材料物理專業學生原子物理學的教學中，可直接用量子力學的理論研究原子結構及其運動變化規律。原子中電子的運動都遵循著量子力學的理論，而傳統教學中以學生不好理解的舊量子論為基礎，再用量子力學修正的做法并不符合學生的認知規律。因此可以直接用量子力學的理論來研究原子結構及其規律[1]，而將舊量子論僅僅作為一種鋪墊。實際教學中，可以先簡明扼要地介紹舊量子論的核心內容，而不必過多講授軌道的概念。可以刪除橢圓軌道理論和堿金屬原子的原子實極化和軌道貫穿等內容。這樣就實現了原子物理學課程知識體系現代化的第一步，用最新的量子力學理論成果講述原子中電子的行為。量子力學理論是從特有的波函數、哈密頓算符以及薛定諤方程等形式化的理論，以高度濃縮的數學形式借鑒了各學科的研究成果，從而形成了一套獨特的理論體系。實際講授中可以薛定諤方程為主線，由薛定諤方程引入微觀粒子的波函數，建立二階偏微分方程，從而定量描述微觀粒子客體的運動規律。一方面，根據不同的勢能表達，建立各種原子的薛定諤方程并求解，向學生闡述這些解的物理意義，并與實驗事實相對照，從而加深學生對原子結構的認識，進而把握原子內部結構的變化規律。另一方面，要突出德布羅意物質波的統計解釋。傳統教學內容總是先從經典物理學的角度和觀點看“粒子”和“波”這兩個概念，指出二者之間的相互排斥性，然后再引出微觀粒子的波粒二象性，并強調波粒二象性是微觀粒子客體區別于宏觀客體的一種屬性。這種講法常常會使學生產生困惑，覺得微觀客體很不可思議，超過了他們的認知和理解范圍。因此在講授時可以直接給出對德布羅意波的正確解釋，闡明微觀粒子的波動性并非指粒子和波一樣彌漫到整個空間，它本質上是粒子位置分布的一種概率波。為了更好實現教學內容的現代化，還應當在教學中穿插關于物理學前沿知識的專題，介紹近代物理學中和原子物理相關的最新發展和高新技術。在講授某些概念和原理時，可適當介紹最新應用成果和科技前沿。例如在講授原子的能級和激發時，可以詳細介紹激光產生的原理、特性以及應用等；在講到隧道效應時，可以介紹掃描隧道顯微鏡的原理及其發展；在講授X射線的吸收和透射時，可以介紹在醫學診斷和治療中具有廣泛應用的CT技術。增設這些前沿內容，一方面是為了加強理論知識與實際的聯系，使內容變得生動，提高學生的學習興趣，另一方面可以讓學生體會到當今科學與技術、生活的高度融合，開擴他們的視野，激發他們的創新熱情。原子物理學的發展伴隨了20世紀物理學的發展，并且隨著新的實驗發現、新模型新理論的建立而不斷深入[2]。從歷史上看，原子物理學的每次重大突破，都經歷著非常復雜曲折的過程，同時閃耀著物理學家創新精神的光芒。在課堂教學中，教師可以結合現代化的教學內容，抓住典型的歷史案例進行教學，讓學生了解到科學探究過程的艱辛，體會創新精神的可貴性，并學習科學家們為了探求客觀世界真理不畏艱辛、執著追求的科學品質和創新精神。
三、實現教學方法的現代化，突出學生的主觀能動性，培養學生的創新能力
教師教學的主要任務是傳授知識同時引導學生入門，為了更好地突出學生的主觀能動性和培養學生的創新能力，教師有必要改進原有的教學方法。除了教師講授、學生聽講的傳統教學方式外，還必須引入更加現代化的教學方式進行有益的補充[3，4]。在原子物理學課程的教學中，近代物理實驗應當占有舉足輕重的地位，很多重要的理論和結論都是由實驗直接引出的。因此要特別重視近代物理實驗，課堂教學時可以結合近代物理實驗，如夫蘭克―赫茲實驗、塞曼效應等。在實驗演示中，可以增強學生對微觀世界的認識，為他們提供更好的認識微觀世界的途徑。同時，在現有的實驗條件允許時，可以讓學生先動手做實驗，然后針對實驗結果進行分析，總結規律，從理論上給予解釋，從而加深學生對書本知識的認識和理解。在此過程中，可以給學生創造機會重現當年物理學家們探究的過程，讓學生能夠親身參與科學實驗與探究的過程，從而培養學生的創新思維能力。另外可以指導學生撰寫與課程相關的小論文，幫助培養學生的創新能力。學生撰寫的小論文，作為平時成績的一部分，計入學生的總評成績。論文的題目可以圍繞原子物理學的基本規律和應用，由學生自己選題、搜索資料并獨立撰寫。不僅可以激發學生的主觀能動性，拓寬他們的知識面，還可以培養學生獨立思考、勇于創新的品質。在這種教學過程中，可以充分體現教師引導、學生為主體的教學理念和方法，加強學生在專業課程學習中的主觀能動性，同時有意識地培養他們的創新能力。
四、實現教學手段的現代化，為學生創新精神和能力的培養創造情境條件
原子物理學課程的內容包含的信息量較大，尤其是需要運用深奧的數學公式處理問題，因此計算量大，而且物理圖像也比較抽象，學生往往受此困擾對該課程的學習產生畏難情緒。如果學生有畏難情緒，那么會缺乏學習的主觀能動性，這對學生的學習、創新精神和能力的培養都是非常不利的。為了解決這一問題，可以利用現代化的教學手段，編輯圖文、聲音、視頻并茂的多媒體輔助課件，使抽象的物理過程和物理圖像能夠形象化[5]，并且可以通過交互式的教學方法，增進師生之間的互動與交流。制作電子教案，采用多媒體手段輔助課堂教學，可以在教師講授時創造相關物理情境，讓學生可以暢游在物理學的海洋中，從中汲取有益的信息。例如在講到盧瑟福散射實驗時可以介紹散射技術的背景和儀器設備；介紹隧道掃描顯微鏡，可以用多媒體課件展示最早的排列原子的“IBM”圖片。通過這種直觀的展示，能夠讓學生在課堂隨時感受科學的魅力，增強他們學習的興趣，也增強他們對創新的渴望和動力。另外可以建立課程的教學網站，作為對課堂教學的補充，在課堂之外提供給學生更多和更生動的學習資源[6]，同時可以增設留言板，進一步加強師生之間的互動和交流。在這些現代化的教學輔助手段下，學生有機會接觸更多的知識，更多地思考與課程相關的內容，為學生創新精神和能力的培養創造客觀條件。
原子物理學是20世紀物理學中最重要的組成部分之一，它的發展是眾多物理學家的思想結晶，其中包含著十分豐富的物理文化內涵。任課教師在傳授知識的同時，應充分開發原子物理學作為一門專業基礎課程對學生的教育功能，通過課程教學內容、教學方法、教學手段的現代化更好地培養材料物理專業學生的創新精神和創新能力。
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[4]郭振華.原子物理學課程的教學改革與實踐[J].物理教育，2002，（9）：613-618.
論文關鍵詞：高素質技能性人才醫學影像檢查技術，新型教學模式
醫學影像檢查技術是醫學影像技術專業教學的必修課程之一，它由多門學科交叉而形成，是探討和研究以及使用醫學影像設備對人體進行檢查的一門應用性很強的技術。本門課程主要包括：X線檢查技術、數字X線檢查技術、超聲檢查技術、影像核醫學檢查技術等，既包含部分醫學內容也包含物理、化學內容，是檢查疾病重要手段，在臨床醫學領域中起重要作用。
1.四位一體教學模式的建立
《醫學影像檢查技術》的教學核心是培養學生的應用能力，課程組建立的“預習式臨床見習－理論―實訓－實習”四位一體的新型教學模式，將教、學、做加以融合，學生需要掌握的理論知識在反復訓練中得以加強，使學生實踐動手能力在上述4個環節中得到提高。具體內容如下：
1.1預習式臨床見習：在普專影像技術專業學生開課的第二學年第一學期，將本專業學生分組去附屬醫院影像科室，進行臨床觀摩見習，提前接觸影像設備，提前接觸病人。見習半年后于第二學期初，開始課堂講授影像檢查技術的理論內容，完成了“先看后學再練習”的第一步，為下一步理論學習做好鋪墊。此教學方法我們稱之為“預習式臨床見習”。
1.2理論教學：采用現代的教育理念，運用多媒體教學手段，以問題為基礎，以學生為主體，以教師為主導，以理論教學為主線，在教學中為學生提供觀察和獨立思考的環境。充分利用附屬醫院及網絡中的各種影像臨床病例資源、多媒體教學片、電子圖片庫積極開展現代化教學。把部分理論課堂內容直接搬入到放射科、CT檢查室、MRI檢查室等科室去講授，實現“課堂與實訓地點一體化”。教師在教學過程中將放射技士（師）考試所要求掌握的內容貫穿其中教育學論文，滲透考試的題型及知識點，以提高學生在日后放射技士（師）考試中的應試能力。
1.3實訓教學：改革實訓環節，完善實踐教學體系。學生實踐能力的培養是醫學教育的重要日標[1]，專業實踐教學也是培養學生實際操作技能和綜合職業能力的關鍵[2]。采用“模擬臨床實訓”的教學模式。影像實訓中心有2個專業多媒體教室，4個先進的閱片室，3個X線檢查技術實訓室分別安裝有2臺200mA、1臺500mA國產X線機，1個胃腸造影實訓室并配有1臺X-TV及1個示教室，1個CT實訓室等，為學生實踐訓練提供了堅實的物質保障。實訓教學采用“學生操作教師輔導式”、“學生自己操作”、“綜合設計性實訓”等教學方法。在課程學時安排上,適當增加實踐性教學學時,保障學生動手時間,強化學生動手能力[3]。在理論及實訓課程結束之前2個月，組織學生進行崗前強化培訓，培訓的重點是針對臨床上常見的醫學影像檢查操作方法，以縮短學生與畢業實習的距離。
1.4畢業實習：第三學年，將學生安排到省內、外46所二級甲等以上實習醫院進行畢業綜合實習，進一步掌握各種醫學影像檢查方法的操作，培養學生的專業實踐能力和分析問題、解決問題的能力，以達到培養高素質技能性人才的要求。
2.四位一體教學內容的改革
隨著醫學影像設備的不斷更新，數字化X線機、CT機、彩超現已普及到許多基層醫療機構，MRI也廣泛用于縣級醫院。針對臨床實際的發展變化，《醫學影像檢查技術》課程體系和知識摘要求掌握的內容貫穿其中、滲透考試的題型及知識點，實施“課證融合”以提高學生在日后的放射技士（師）考試中的應試能力小論文。
在教學內容的組織與安排上，建立了《醫學影像檢查技術》的六大教學模塊，即第一模塊：X線檢查技術：重點進行攝影和技術及造影技術教學；數字X線攝影技術注重成像原理和影像后處理教學；數字減影血管造影技術注重攝影和減影設備及造影器材的教學。第二模塊：CT檢查技術：重點講述CT成像原理和CT掃描技術。第三模塊：MRI檢查技術：重點講述MRI成像原理和MRI掃描技術。第四模塊：影像核醫學檢查技術：重點講述核醫學成像原理和檢查技術。第五模塊：X線照片沖洗技術：重點講述照片人工沖洗技術、自動膠片沖洗技術和激光打印膠片技術及操作注意事項。第六模塊：放射診斷影像質量管理：著重從質量管理學的角度講述質量管理的意義。
3.四位一體教學考核內容的改革
采用“筆試+技能操作+平時作業+實踐報告”的綜合考評。實行嚴格的教考分離，通過測評，客觀公正地評價學生的專業基本理論知識，專業技術能力。加大實踐考核的權重，使其考核總分值與理論考試成績持平。考核內容以臨床放射技士所應掌握的技術標準，考核學生的實際操作技能、臨床思維能力、解決實際問題的能力。
4.四位一體教學的師資隊伍建設
該課程組教師共20人，專職教師14人，兼職教師6人，專兼職教師比例7：3，“雙師型”比例占65%，專職教師中“雙師型”占95%，保障了技能型人才的培養。其中40歲以下的中青年教師10人，占50.0%，41-50歲的教師8人，占40.0%，50歲以上教師2人，占10.0%，教師后備力量充足，形成一支充滿活力、富有創新精神和現代教育理念的教師梯隊。通過高級人才的引進，青藍工程的培養不斷提高師資教學質量，使師資隊伍具有積極進取、開拓創新的精神和教育理念，不斷地創新意識，創新能力，創新方法，利用現代科學發展的新觀點、新知識、新技術和新成果對學生進行創新思維的訓練，以增強學生的創新意識，達到培養高素質應用型人才的目標。
5.四位一體教學改革的體會
“預習式臨床見習－理論―實訓－實習”四位一體創新教學模式的應用教育學論文，充分培養了學生的專業實踐能力、分析問題和解決問題的能力，熟練掌握各種影像技術的操作技能，畢業即可實現與職業崗位的“零距離”。該教學模式時刻以問題為基礎，以學生為中心，以就業為導向，以能力為本位，融知識教育與職業資格考證為一體。教學中采取學校與附院結合的方式，充分利用學校影像實訓中心及附屬醫院醫學影像科室的人力、設備等優勢，把部分理論課堂內容直接搬入到影像科室去講授，為學生實踐能力的培養提供了真實的學習場景,將理論教學與實踐教學課時比設計為：理論教學：實踐教學=4：5（實踐教學占總學時的56%），大大增加了實踐教學的比重，達到了突出學生技術應用能力培養的目的。經過多年來的教學實踐證明，改革后的《醫學影像檢查技術》課程取得了良好的教學效果，為社會輸送了大批理論水平扎實、技術業務精湛的高素質技能性畢業生。學生結業后能按教學大綱的內容要求，熟悉各種影像學檢查方法，獨立完成X線投照技術、CT檢查技術、照片沖洗及影像質量管理等技術，學生畢業后追蹤調查反饋均表明“學生的動手力強，基礎知識扎實”，普遍受到用人單位好評。教師隊伍建設得到提高，課程組教師進修3人次、又取得碩士學位2人，雙師比例達到100%。四位一體的新型教學模式，體現了高職高專辦學特色，圍繞著職業能力的培養，強化技能訓練，為基層醫院培養“用得上、留得住”的高素質技能性人才。
參考文獻
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