激光原理论文精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇激光原理论文范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

与传统的教学模式不同，一门慕课不再仅仅是一个班几十个学生，而可以是几百上千甚至可以多达上万人。这种大规模开放式的教学模式必将对传统的教学模式产生巨大的冲击。慕课模式的启动必将引发教育方式和教育理念的重大变革。《激光原理》作为光信息及光电子技术专业的一门专业课，也必将受到一定的影响。这是一个机遇，也是一个挑战。本文将探讨在信息化时代慕课浪潮中，如何充分利用慕课这个新型教学模式的优势，结合《激光原理》课程的实际特点，促进《激光原理》的课程教学改革。

2引入慕课资源，促进课堂教学改革

《激光原理》属于光电子类专业的一门重要专业课程。由于课程的针对性较强，相对于其他的公共基础课而言每个学校担任《激光原理》课程的教师为数不多。目前，《激光原理》课程教学内容多以教材为主，再加以教师教案和收集的各种资料，导致《激光原理》课程信息量少，形式也比较单一。当今我国光电产业迅猛发展，而激光是整个光电产业的灵魂，所以，让广大光电产业从业人员掌握和了解一定的激光原理知识是非常必要的。实际上，光电产业作为一个新兴战略产业，许多的从业人员并未受到过系统的光电子理论教育，因而，引入慕课，不仅可以让在校的光电专业学生受惠，而且可以惠及社会上众多非“科班”出身的光电产业从业人员。慕课突破了个别教师的界限，可以是一所大学，多所大学，其他社会机构，甚至是更多个人直接上传视频、文本、音频来参与教育内容并在全球分享[2]。这样一来，慕课进入课堂，使得教学模式多样化，教学内容多元化和海量化，每位学生都可以随时随地地从慕课平台中去获取更多自己所需要的学习资源。《激光原理》课程理论性强，其中涉及到较多的复杂抽象的物理概念。在实际的教学过程中学生不易理解，仅仅依靠课堂教学很难达到预计的教学效果。这就需要改变传统的教学模式，制作一些短小精悍的微视频课件来实现慕课教学。慕课的主要载体就是十分钟左右的微视频，我们可以为每一个晦涩难懂的物理概念制作一个微视频，并加以多媒体动画讲解[3]。每一个微视频的时间不长，这样可以集中学生的注意力，同时动画讲解可以提高学生学习《激光原理》的兴趣，更大程度上提高学生自主学习的能力。另外，在慕课模式下，《激光原理》课程的考核方式也可以采用除传统的试卷考试之外的更为灵活的方式进行。在整个《激光原理》课程的学习过程中，由于有了慕课这种方便、快捷的学习方式，学生可以随时对自己感兴趣的内容进行学习，所以，在学习过程中更能激发学生的主观能动性。那么，在这种情况下，教师也可以根据所教授的内容和学生自身的特点对学生进行引导并提出一些跟课程相关的问题，叫学生自行寻找解决问题的方案。据此，教师可以判断学生对课程的掌握程度和学生解决问题的能力，从而给出课程的考核分数。这样的考核方式，也是激励学生不断学习的一种手段，在每次任务的完成和讨论过程中既可以调动学生的积极性又可以增进师生互动，同时每次任务完成后可以及时的帮助学生了解自己对知识点的掌握效果。

3利用慕课平台，建立虚拟实验室

在大多数《激光原理》的实际教学过程中，多以理论教学为主，虽然在教学中辅以多媒体教学手段，但是教学效果不是很明显，比如在讲解谐振腔的损耗对激光器的影响的过程中，由于教学手段限制，很难让同学们从抽象的理论中解脱出来。那么如何让学生真切体会到谐振腔损耗对激光器的重要性？这是我们在《激光原理》教学中一直关注的问题。显然，我们必须改变传统的以理论教学为主的教学方法。这样就要求理论教学内容紧跟实验教学，但是由于目前激光实验设备昂贵，针对性强，甚至有些大型精密仪器往往无力购买，这必然导致实验教学的缺失。另外，实验课教师面对学生讲解实验的时候，由于一个班人数较多，受到视角的限制，不可能所有的学生都能完整清楚的看到每一个操作细节。尤其是大型贵重的仪器受到经费的限制，台数少，上课学生多的时候不是所有的学生都有实际操作的可能，甚至有时候很多的精密仪器都是作为演示实验只有教师操作，学生只能在一旁观看。利用慕课资源，建设虚拟实验室可以在很大程度上解决激光原理实验的问题。在教学手段上，可以利用LASCAD等激光器设计专用仿真软件建立虚拟实验室，演示激光的产生和激光束的传播规律，以提高教学效果。虚拟实验室可以大大减少设备资金的投入和各种实验耗材的开销，还可以使得每位学生都有亲自操作的机会，可以使得学生更大程度上加深对深奥的概念理解。由于慕课建立在网络平台，课后只要学生有兴趣就可以继续在虚拟实验室进行操作，方便学生利用零散时间来进行学习，如果有不熟练或有疑问的地方可以反复多次的实践直至理解为止，这在传统的实验课堂上是几乎不可能的。在慕课条件下建立虚拟实验室可以在教学内容上，加大综合性、设计性实验课题的比重，体现理工科课程的特点。精选一部分实验内容制定微型的基础实验用来完成一些验证性实验，例如模拟激光器和激光束的相关特性，加深学生对《激光原理》的感性认识。同时可以再加设一部分激光原理的课程设计的题目，启发他们做一些新型的科学研究，满足学生的高层次需求。比如，利用虚拟实验室结合matlab编程等软件设计，鼓励学生开展激光器有源光学谐振腔设计等工作，开展高斯光束聚焦特性和中红外激光器设计等专题活动。同时可以借鉴国外的教学模式，各种课程设计的实验报告采用论文形式，培养学生的科学素养，提高学生撰写专业论文的能力，为今后的毕业设计、毕业论文以及科技论文打下坚实的基础。我校2014年获批湖北省光电信息技术虚拟仿真实验教学中心，以该项目为依托，我们已经着手建立激光原理虚拟实验室。

4慕课可以增进师生交流与沟通

传统的教学方式以课堂为中心，教师主导着课堂教学。而课堂教学则以灌输理论知识为主，教师讲解过程中学生处于被动接受的地位，师生间互动较少。受到多方面因素的影响，目前大部分学校的《激光原理》教学，教师在课堂上往往只根据教材的安排，按部就班照本宣科教授书本非常狭窄的理论知识，而不注意这门课程在生产实际中的应用以及这个行业当前发展的状况。另一方面，在现有的教育体制下，高校教师更多的关注自己的科研，而缺乏在教学方面创新的动力，仅把知识的灌输作为主要的教学目标，学生在学习过程中得不到有效的指导和监督[4]。然而教学的主要目的并不是为了培养学生的应试能力，而是为了训练学生的自主学习能力使其更能适应社会化发展。慕课利用当代先进的信息技术，使得全人类能够共享优质教育资源。慕课所提供的方便和快捷保障了学生的学习自[5]。与传统的教学方式不同的是，慕课的内容汇聚了大量的优质资源，学生可以通过网络观看各种《激光原理》的微视频，也可以根据自身的情况来制定学习目标，组建学习内容。学生可以观看本校、外校甚至是国外教师教授《激光原理》的教学视频并操作各种虚拟实验室。学生可以利用慕课平台与更多的教师和同学交流互动，分享各式各样的学习资源，甚至于可以组建网络讨论小组和兴趣小组，互相讨论自己感兴趣的课题，分享笔记，点评课程。在慕课模式下，教师和学生的角色都会有所转变甚至于可以互换。慕课对教师提出了前所未有的挑战，学生可以根据所需要的学习内容自行选择上课教师，这样对教师的教学水平、教学风格提出了更高的要求。学生也可以根据自己对某个知识点的理解制作微视频上传到慕课平台，教师也可以通过学生的讲解视频来了解学生的思维方式和理解程度。有些学生通过参考文献、虚拟实验或是各种社会实践来提出自己对《激光原理》课程中各种见解，这些都是教师在传统教学中所无法得知的。可以想象在慕课环境下，没有学生会选择教学模式古板、教学质量差的教学视频来观看，这样很多照本宣科、本本主义的教师将会消失，同时也对学生的自律性提出了更高的要求，是被动的学习转变为自主的学习模式。所以，在慕课模式下，教师教学生学的传统师生关系将会发生很大的改变。教师在教学过程中将会有更多的机会从学生处获益，“教学相长”将会在慕课模式得到更加完美的诠释。

5慕课模式下校企合作，了解更多的科技动态

激光原理是一门实践性很强的课程。教学中需要学生多动手、多思考，在实验中理解和应用课堂教学中学到的理论知识等。受限于激光器的构造特性，一般理论课堂难以进行实验演示，即便演示，效果也不好。此外，在教材上，由于光电子技术的快速发展，新型光子器件和新的激光技术不断涌现，导致教材的先进性有所欠缺，比如激光短脉冲技术一般教材都只介绍传统的调Q，锁模技术，而应用在高功率超短激光脉冲产生的啁啾放大技术却很少涉及。这种教学模式与教学部提出的“应用型普通本科学校”是相违背的，大学从来不是“象牙塔”，不只是单纯的要求学生参加应试教育的考试，而是要培养提高学生的综合能力包括自主学习的能力、发现问题解决问题的能力和工程应用能力等。但是，综合能力的培养与提高不是一朝一夕的事情，它贯穿于从学校到社会甚至整个人生。这就要求我们的大学课堂与企业的要求紧密的链接起来，可以根据企业合作要求搭建慕课平台，企业可以根据他们对激光工艺的要求和大学院校共同开发慕课平台，聘请企业工程师和一些有经验的工人加入慕课的开发和制作[6]。根据企业要求制作的慕课，学生不仅可以学习理论知识，还可以学习到实践技能。在所有完成慕课的学生中，企业可以根据完成情况择优录取，免去一部分招聘和培训的成本，学生通过慕课的训练也能很好地适应企业的工作，真正获得双赢的效果。由于《激光原理》课程专业性强，大多受到资金的限制，每个学校对《激光原理》课程的投入不会太大，难以添置高端仪器，而慕课是综合各个院校及企业的各种教学资源，这样实验仪器设备要更为齐全，通过慕课可以了解到一些没法见到的大型高科技仪器设备，熟悉仪器的用途、操作原理以及使用方法等。利用慕课模式，引进企业的研发机构，这样可以综合利用社会资源。在《激光原理》慕课建设内容中，可以以企业产品市场销售走势对教学重点进行适当的调整，以适应企业的需求[7]。从这个角度来讲，这也可以激发学生学习《激光原理》的兴趣，开拓知识面，开发其潜在的创造能力，通过这种课内外科技活动结合的教学形式，了解高科技知识，达到在本科阶段参与科研的目的。这既为学生的进一步深造奠定了坚实的理论和实践基础，也实现了学校人才培养和企业需求的无缝对接。所以，在慕课模式下实现校企合作，对学生、学校和企业都是有好处的，是一举三得的事情。

6结论

篇(2)

一、光信息科学与技术国家一类特色专业

我校光信息科学与技术专业历史悠久、办学基础好、生源质量高、专业方向应用性强。为适应国家对激光科学与技术及光信息技术高素质人才的需求，发挥我校光信息科学与技术专业应用性强的优势，围绕“特色教育，服务社会”的宗旨，2009年申报成功了光信息科学与技术国家第一类特色专业，目标是建设一个以激光科学与技术和光信息技术两个专业方向为优势方向，特色鲜明的名牌专业，使之在培养质量方面达到或接近国内一流水平。在专业边缘领域，大胆开拓，不断扩展研究内容，使该专业成为国内激光科学与技术和光信息技术方向高级人才的培养基地，满足社会发展需要，为同类型高校相关专业建设和改革起到示范和带动作用。电动力学作为该专业重要的一门专业基础课程，需进行教学内容和教学方式的改革，以适应特色专业的建设和培养高质量毕业生要求。

二、电动力学课程教学现状及课程特点

电动力学课程内容，对大多数学生来说感觉到比较难学。原因是知识点较多，抽象难懂。数学推导复杂，要求有较强的数理基础。虽然有些电动力学问题接近实际，比如波导问题、天线问题，但学生要理解和解决这些问题，需要一定的过程，由于上述问题的存在，使初学者常常感到电动力学课枯燥无味、难以入门；上课听讲似懂非懂，下课做题无从下手。并且,由于招生数量的增加,极大降低了师生比,降低了学生与老师交流的几率。同时，现代大学生与80年代大学生比，缺乏主动思考意识和能力，都严重影响电动力学课程的教学效果。

三、教学改革设想及实施

我校光信息科学技术专业本科生的培养中,激光器及技术是一个重要的专业方向。因此在电动力学课程教学中,如何将与专业基础相关教学内容更扎实、有效地贯穿教学，并激发学习兴趣，采取以下教学改革设想及措施：3.1教学内容改革根据专业特点，对教学内容进行调整，并适当引申，为学生后续的平台课如物理光学、激光原理，以及专业课如激光器件、导波光学等奠定良好基础。比如，对电磁波传播的相关内容重点讲解并结合教师的科研等背景进行引申及拓展。其中关于模式及其形成条件，结合导波光学及物理光学内容，概念交待清楚，条件讲解透彻，为后续课程的学习奠定良好基础。在亥姆霍兹方程的讲解中，引入前沿热点问题如“负折射率”问题，使学生了解其理论基础。在教材中作为选学内容的高斯光束问题，对该专业的学生交待清晰，为后续的激光原理奠定基础。凡此不再赘述，总之，对教学内容的制定，以为学生更好学习后续课程及激发学习兴趣为原则。3.2教学方式改革在电动力学课程的教学中，改变以往单纯板书、课件的教学模式。尝试使用讨论式教学、课程小论文及结合教师科研讲座与板书、课件相结合的教学方式。传统板书教学方法对公式的推导及其有利，也符合学习的学习习惯。但在涉及较抽象问题时，使用课件教学更直观、形象，有利于学生对具体问题的理解。如涉及形成模式的条件———驻波问题，以及偶极子天线的辐射问题，利用课件的动画演示，极大提高了教学效果。在课程的讲解中，穿插讨论式教学，实现教师和学生的互动，调动学生学习的主动性。教师结合课程中不同章节的内容及特点，设置具体问题在课堂上展开讨论是一种形式。对于课程小论文及教师科研讲座，安排在电磁波的传播内容讲解之后，有利于培养学生的兴趣和创造性。我们的教师梯队均为博士毕业，涉及光学、物理电子学、光学工程、凝聚态物理、计算电磁学五个学科，且承担包括国家自然基金、“863”、“973”及工程类项目，为结合不同的学科开展前沿问题讲座，并将研究成果引入课堂，激发学生学习兴趣提供了良好条件。为此，在课程教学中穿插了与课程相关的前沿问题讲座。比如全固态激光器的研究进展、光子晶体及ZnO纳米材料研究进展等，通过前沿问题讲座的尝试，学生积极性很高，取得了预期效果。关于课程小论文，我们安排在了讲座之后，教师根据专业特点和学生基础，给出题目和时间节点，其间学生与教师有交流，教师进行指导，使学生更好地完成小论文，只是这个环节需要的时间较长，需要教师后续跟踪并总结。通过科研讲座及小论的尝试，以初步取得成效，所教授的学生据此参加了全国大学生创新大赛并获奖，所研究结果也在相关刊物发表文章。这种教学模式的探索，极大提高了学生学习的能动性，有利于培养学生的学习兴趣及提高培养质量。

篇(3)

关键词：光纤，语音，传输，光电检测

 

1、光纤通信系统的基本组成

最基本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。其中数据源包括所有的信号源，它们是话音、图象、数据等业务经过信源编码所得到的信号；光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波有0.85、1.31和1.55三个低损耗窗口。光学信道包括最基本的光纤，还有中继放大器EDFA等；而光学接收机则接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。论文格式。在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲'0'码和'1'码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulse code modulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。光纤通信系统的基本组成原理图如下图1-1所示：

图1-1光纤通信系统

1.1光发射端机

光发射机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆中传输。电端机就是常规的电子通信设备。光发射机的原理图如下图1-2所示：

图1-2光发射机原理框图

光源是光发射机的核心，其性能好坏将对光纤通信系统产生很大的影响。目前光纤通信系统使用的光源都是由半导体材料制成的，而半导体光源分两种：发光管LED和激光管LD。由于半导体激光器发出的是激光，发光功率大、谱线宽度窄，但电路结构复杂，温度特性差。而半导体发光二极管发出的是荧光，发光功率不大，谱线宽度宽，但电路结构简单、寿命长、价格便宜。在实验室中经常用到。

1.2光纤或光缆

光纤作为传输媒介，作用是将发射端机光源发出的光信号，经远距离传输后耦合到接收端机的检测器，完成信息传输任务。在通信中使用的光纤通常是由石英玻璃制成的，由纤芯和包层组成。目前，塑料光纤应用于低速、短距离的传输中。其构成光纤的纤芯与包层都是塑料材料。与大芯径50/125μm和62.5/125μm的石英玻璃多模光纤相比，塑料光纤的芯径高达200～1000μm，其接续时可使用不带光纤定位套筒的便直注塑塑料连接器，即便是光纤接续中芯对准产生 ±30μm偏差都不会影响耦合损耗。正是塑料光纤结构赋予了其施工快捷，接续成本低等优点。另外，芯径100μm或更大则能够消除在石英玻璃多模光纤中存在的模间噪音。论文格式。

1.3中继器

含有光中继器的光纤传输系统成为光纤中继通信。光信号在光纤中传输一定的距离后，由于受到光纤衰减和色散的影响会产生能量衰减和波形失真，为保证通信质量，必须对衰减和失真达到一定程度的光信号及时进行放大和恢复。中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲进行整形。

1.4光纤连接器、耦合器等无源器件

由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。

1.5光接收端机

光收信机是实现光/电转换的光端机。 它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。光接收机原理图如下图1-3所示：

图1-3光接收机电路原理方框图

2、光纤语音电路设计

光纤语音电路由三部分组成：光发射电路、光纤和光接收电路。论文格式。其工作原理是：音频信号最初是声波，由发送器的电子麦克风转换为电信号。此信号由LM358组成的音频放大器放大，并且借助于一个单独的晶体管控制LED的端电压，将电信号转换为光信号。光信号送入光纤或光缆。在光纤或光缆的另一端，光信号照射到接收器的光电检测器上。光电检测器再将其转换为电信号。此信号被放大并送入扬声器转换为声波恢复为原始信号。

2.1、发射器电路板

此电路主要是把音频信号经麦克风转换为电信号，电信号经滤波器、多级放大器把微弱的电流信号转换为适合半导体二极管发光的电压信号，在晶体管的调制下把电信号转换为光信号送入光纤中进行传输。在发射器电路上有一个话筒和调制LED发光的线路。LED装在塑料壳中以便于连接光纤或光缆进行发送信号。在实验室里设计操作可以使用200m长的塑料光纤传送语音信号，也可以使用玻璃光纤在更远的距离内通信。光纤语音发射器电路如下图1-4所示：

图1-4光纤语音发射电路

2.2、光电接收器电路板:

在接收器电路板上通过光电检测器把光纤传输的微弱的光信号转换为电信号，经电容滤波、运算放大器放大，把电流信号转换为电压信号，放大到适合扬声器输出的电压，恢复原始的语音信号。光纤语音接收电路如下图1-5所示：

图1-5光纤语音接收电路

3、结 语

本文详细的介绍了光纤通信系统的组成，为设计光纤语音传输电路提供理论基础。在该电路系统中语音信号以光波形式在光缆内传输、不受任何电场和磁场的影响。传输距离远，抗干扰能力强。每个电路板需要一个9V电池，元件简单，易于实现，在实验室就能操作完成。

参考文献

[1] 顾畹仪，李国瑞.光纤通信系统[ M].北京：北京邮电大学出版社，2006.

[2]周增基，周洋溢，胡辽林，任光亮，周绮丽.光纤通信[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.12.

[3]田国栋.光纤通信技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.9.

[4]杜庆波，曾庆珠，李洁，王文轩.光纤通信技术与设备[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2008.2.

[5] 杨家德.光电技术使用电路精选[J]..四川：成都科技大学出版社，1996.

[6] ic37.com/

篇(4)

【关键词】 布里渊 分布式 光纤传感

随着社会发展，安防已经变得越来越重要，及时发现入侵对我国安防建设有种重要的意义，别的安防系统监测距离短且容易受到电磁的扰动，而本文中叙述的安防系统不仅监测距离长而且不容易受到电磁的干扰，对安防领域具有重要意义。光纤传感入侵定位监测系统可以通过监测光纤应变或震动等确定事件发生的位置，已有传感定位系统多采用Sagnac干涉环结构或者马赫-增得干涉结构实现定位，但无法同时满足高精度和长距离探测。这样的话就必须采用BOTDR原理，利用自制的光纤纵模分布反馈激光器，结合边缘滤波调解技术，建立一套分布式光纤传感入侵定位系统监测，实现了对入侵事件的实施快速定位监测，空间分辨率也相应高了起来。

一、布里渊散射传感原理

布里渊散射原理是基于光纤中光波与声波在传播过程的相互作用，这两者的相互作用会使光产生频移，该频移的产生相当于入射波被一个声光栅散射产生了反射光子，我们利用这个频移，通过测得其频移方向和大小，来实现传感物理量的转换。光纤所处温度、所受应变皆可通过布里渊频移间接计算得出。在实际工程使用中，由于入侵事件都是不确定的，所以需要一套具有实时监控能力且无盲点的监测系统才能完全监测到入侵、避免出现遗漏，而光纤作为传感原件是沿线路连续分布的，这就避免了线路中产生盲点。通过对光纤中布里渊散射频移量大小的监控，可以分析得出被入侵点的准确位置，以及被入侵程度，这就是目前布里渊散射在光纤传感入侵定位监测系统中最有效的应用方式，达到了兼备高精度、无盲点、长距离、实时性等诸多优异性能。

二、实验与分析

由于本项研究处于早期阶段，所以此次试验都是采用自制的激光器、自制传感光缆以及其他自制光信号解调器。并参考了各类中外文献，以及前辈所写的论文，保证本次试验和分析能够得出更为准确的结论，更好的为国家安防事业做出贡献。我们将激光输出进行一定的比例分束，然后小比例的一束作为本振光，另外一个大比例的经偏振控制器调整偏振态，通过电光调制器进行脉冲的调制，经过掺铒光纤放大器1放大之后，波分复用器滤过自发辐射噪声通过扰偏器和环形器，输入到单模传感光纤里面去。散射回的信号此时变得非常非常弱，必须得通过掺铒放大器2来放大，然后再经过一个环形器，通过自己制造的窄带可调谐光纤光栅滤波器之后的布里渊反射光和本振光相干，通过高速光电探测器的监测，然后得到了实验的最终结果---后向布里渊散射信号。

在实验中，波分复用器滤波的通道为1550nm，带宽30nm，隔离度大于20dB，损耗小于0.15dB，和本振光相比，相对有一定的偏移量，能满足实验的要求并且监测到相干信号。放大之后的布里渊信号只有um量级，采用高速光电探测器前置放大滤波电路对信号再次放大滤波，然后通过边缘滤波，将布里渊信号的平移变化转换成强度变化，并通过累加平均处理，平均2的12次方次后，得到最K监测结果。其中前置放大滤波电路实现对微弱电信号的放大并抑制信号频带以外的噪声，其滤波中心频率为11GHz，3dB快带为1Hz，插入损耗小于0.1dB。实验系统采用50ns脉宽的光脉冲，重复频率为10KHz，传感光纤长度为10km。因此，完成2的12次方次累计平均处理所需时间小于1s，即系统的监测周期小于1s，可满足快速监测入侵事件的要求。

经过实验分析表明。实验系统在室温25度环境下且光纤不受外力时，布里渊信号的中心频率在10.9GHz左右。因此当应变和温度引起的频移总和超过初始中心频率100MHz时，信号将越过带通滤波器的单边上升沿的边界，导致信号幅值减小，从而引起错误判断，限制了系统的监测范围。采用更大带宽的带通滤波器并合理的选择其中心频率，可以扩大系统监测的动态范围。

至于如何消除缓变温度的影响，适应野外环境下的应用，以及进一步提高系统的应变分辨率，将在后续的工作中研究。

结论：在BOTDER原理中用单纵模光纤光栅到带通滤波器理论结合实际的实验中表明，系统可以在1s对10km范围的传感器进行测量，并达到5m的空间分辨率和200uε的应变分辨率。这项实验表明本系统在监测入侵领域的能力，即便现在所处阶段并不成熟，也能对国家安防领域起到很重要的积极意义，而且经分析判断和实验结论，基于布里渊散射的分布式光纤传感入侵定位监测系统在长距离入侵定位方面有着良好的前景。

参 考 文 献

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论文关键词：激光　激光生物效应　激光与生物分子

论文摘要：本文主要简介了激光与生物组织相互作用所产生的生物效应，概述激光与生物分子相互作用机理研究现状。为提高和发展激光技术在此领域的应用，有必要对激光的生物学效应及生物物理机理进行研究。

一、激光的发光原理及其生物学效应

1激光发光原理

把一段激活物质放在两个互相平行的反射镜构成的光学谐振腔中，处于高能级的粒子会产生各种方向的自发发射。其中，非轴向传播的光波很快逸出谐振腔外，轴向传播的光波却能在腔内往返传播，当它在激光物质中传播时，光强不断增强。如果谐振腔内单程小信号增益G0l大于单程损耗δ，则可产生自激振荡。原子的运动状态可以分为不同的能级，当原子从高能级向低能级跃迁时，会释放出相应能量的光子即自发辐射。同样的，当一个光子入射到一个能级系统并为之吸收的话，会导致原子从低能级向高能级跃迁即受激激吸收。然后，部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出光子即受激辐射。这些运动不是孤立的，而往往是同时进行的。当我们创造一种条件，譬如采用适当的媒质、共振腔、足够的外部电场，受激辐射得到放大从而比受激吸收要多，就会有光子射出，从而产生激光。

2激光生物学效应

由于激光具有能量和动量，激光作用于生物分子，就有可能使生物分子产生物理、化学或生物反应，这就是激光生物效应。目前，学术界认识比较一致的激光生物效应大致有五类：.激光生物热效应、激光生物光华效应、激光生物压力效应、激光生物电磁效应和激光生物刺激效应。生物组织内的天然色素颗粒，对近紫外、可见光和近红外光谱区的激光有选择吸收作用。激光生物效应，目前已经在激光医疗、激光育种方面得到广泛、有效的应用。

（1）激光生物热效应

激光照射生物组织时，激光的光子作用于生物分子，分子运动加剧，与其他分子的碰撞频率增加，由光转化为分子的动能后变成热能，可能会引起蛋白质变性，生物组织表面收缩、脱水、组织内部因水分蒸发而受到破坏，造成组织凝固坏死。当局部温度急剧上升达几百度甚至上千度时，可以造成照射部分碳化或汽化。在照射生物组织时，不同波长的激光产生热效应的机制也不尽同。红外激光的光子能量小，生物组织吸收后只能增加生物分子的热运动导致温度升高，所以它是直接生热可见光和紫外光的光子能量大，生物组织吸收了光子能量后引起生物分子电子态跃迁，在它从电子激发态回到基态的驰豫过程中释放能量，该能量可能引起光化反应，也可能转化为热量产生温度升高，所以它们是间接生热。激光热效应究竟应表现为哪种形式，在激光方面取决于其输出参数、作用时间，在生物组织方面则取决于其光学、热学特性等诸多因素。

热效应是激光致伤的最重要因素。激光损伤区与正常组织的界缘十分清楚，这是由于激光脉冲时程短，生物组织的导热性差，瞬间放热来不及扩散到受照射部位以外的缘故。辐照后，由于继变化，如炎症、出血、再生等，会使原初清楚的损伤界缘逐渐变得模糊。

（2）激光生物光华效应

当一个处于基态的分子吸收了能量足够大的光子以后，受激跃迁到激发态，在它从激发态返回到基态，但又不返回其原来分子能量状态的弛豫过程中，多出来的能量消耗在它自身的化学键断裂或形成新键上，其发生的化学反应即为原初光化学反应，在原初光化学反应过程中形成的产物，大多数极不稳定，它们继续进行化学反应直至形成稳定的产物，这种光化反应称为继发光化反应，前后两种反应组成了一个完整的光化反应过程，这一过程大致可分为光致分解、光致氧化、光致聚合及光致敏化四种主要类型，光致敏化效应又包括光动力作用和一般光敏化作用。生物的光华效应产生的根本是生物的而组织有一定的色度，能选择性地吸收300～1000nm光谱。生物体内的色素有黑色素和类黑色素、血红蛋白、胡萝卜素、铁质等，其中黑色素对激光能量的吸收最大。脱氧血红蛋白在556nm，氧合血红蛋白在415、542、575nm处有清楚的吸收带，胡萝卜素吸收带在480nm处，黑色素和类黑色素在400～450nm波段吸收最强。无论是正常细胞还是肿瘤细胞，在细胞质和细胞间有许多黑色素颗粒，它们吸收激光能量使能量在色素颗粒上积聚而成为一个热源，其能量向周围传导和扩散，从而引起周围组织细胞损伤。 转贴于

（3）激光生物压力效应

由激光照射产生的机械作用可分为两部分：激光本身的辐射压力对生物组织产生的压强，即光压，称作一次压强；生物组织吸收强激光造成的热膨胀和相变以及超声波、冲击波、电致伸缩等引起的压强，叫二次压强。由激光导致的生物细胞的压强的变化可以改变生物细胞、组织的形状，使得生物细胞、组织内部或之间产生机械力，从而对生物细胞、组织产生巨大的影响。由这种作用产生的冲击波是激光致伤的另一原因。冲击波在组织中以超声速运动，在组织中产生空穴现象，引起组织破坏。戈尔德曼指出：脉冲时程50毫微秒的Q开关激光产生的冲击波压力，可大于10个大气压。实际上，激光热效应影响范围十分局限，而由压力效应引起的组织损伤，则可波及到远离受照区的部位。例如，用红宝石激光照射小鼠头部时，发现头皮轻度损伤，颅骨和大脑硬膜并无损伤，而大脑本身却大面积出血，甚至造成死亡。

二、激光与生物分子相互作用机理研究现状

20世纪八十年代以来，由前苏联、匈牙利等国的专家提出了不少假说，其中常见的有下列4种：生物电场假说(前苏联伊柳辛提出);色素调节假说(前苏联伽马列亚于1981年提出);细胞膜受体假说(前苏联普鲁哈丘科夫于1980年提出):偏振刺激假说(梅斯特1977年提出)。另外一个假说是:由孤子状态进入混沌状态假说。美国Englander(1980年)、日本的Jomosa(1984年)。

中国的肖家鑫(1987年)用孤子理论对DNA的复制、转录等遗传功能作出过解释。刘颂豪(1991年)也提出了生物学过程中的孤子现象。云南理工大学的周凌云对“由孤子状态进入混沌状态假说”的进一步发展作出了贡献。激光生物物理学家王惠文在其所著的《激光与生命科学》一书中介绍了周凌云的研究成果:“周凌云(1993)提出，在弱激光的作用下，DNA分子系统可进入‘无序’的混沌状态，并根据DNA分子动力学方程(Sine一Gordon方程)的分析结果，可以解释DNA的真实遗传，从而导出含激光一DNA分子动力学的运动方程，以及激光的电场相互作用对DNA分子系统的动力学效应。通过含激光与DNA相互作用运动方程的M.Inikov方法或知DNA系统即使在弱激光的作用下，也有可能由原来的孤立子运动状态进入混沌状态。从而导致其构象随时间‘无规则’地演化产生遗传变异’。但由于激光的生物刺激和诱变等效应作用机理的复杂性，特别是弱激光与生物分子的相互作用机理，目前尚未得出完善的科学解解释。

激光与生物组织的相互作用很复杂，有待进一步研究。激光生物效应分类还没有明确的界限，如在光化效应中光热效应也起了很大的作用，电磁作用也产生热效应和机械作用等，激光热作用、光化作用和机械作用通常是同时发生的，所以相互作用的分类并不是绝对的，但各种作用之间也确存在着一些差别。如每种效应都具有典型的激光及典型现象等。激光与生物组织的相互作用是一个多种因素决定的复杂过程，激光的参数(如波长、功率、激光模式等)、生物组织的性质(如密度、弹性、热导率、比热、热扩散率、反射率、吸收率、不均匀性和层次结构)以及生物体状态等对激光的生物效应都有影响。激光对生物组织的作用具有有利和不利两个方面，要想利用激光，最首要的任务是认识并理解激光与生物组织的相互作用机理，然后才能加以应用。

参考文献

[1]周炳琨，高以智等.激光原理[M].第五版.北京：国防工业出版社，2007.14-23

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【论文摘要】：对磁力仪未来发展进行了展望。重点介绍了：1.光泵磁力仪及其光源和共振元素的选择与设计2.超导技术的进步推动了超导量子干涉磁力仪的发展3.对处于研究、探索阶段的原子磁力仪进行了关注。

引言

目前，在空间、海洋、勘探、在医院和其它实验室中广泛的应用着各种磁力仪，用于测量地磁场以及生物磁场。在这些领域，新型的光泵磁力仪、超导磁力仪（SuperconductingQuantumInterferenceDevice,SQUID）；以及处于研究、试验阶段的固体电子自旋共振磁力仪（ElectronSpinResonance,ESP）、原子磁力仪（AtomicMagnetometer,AM）必将以其超高的精度担负起越来越重的任务。

过去测量磁场强度的单位是奥斯特(Oersted,Oe)，采用和推广国际单位制(SI)以后，测量磁感应强度(磁通量密度)的单位是特斯拉(Tesla,T)或高斯(Gaus,Gs)。它们之间的对应关系为1nT=10-9T=1gamma(γ)。特斯拉的换算关系为:1T(特斯拉)=109nT(纳特)=1012pT(皮特)=1015fT(飞特)=1018aT(阿特)［1］。

磁场强度曾经用过T、F、Be等几个符号表示，许多文献中曾采用F、Be。文章中为了规范、清晰采用国际标准单位T。

1.光泵磁力仪

光泵磁力仪是高灵敏的磁测设备。它是以某些元素的原子在外磁场中产生的蔡曼分裂为基础，并采用光泵技术与磁共振技术研制成的。

按照量子理论，在外磁场T中，具有自旋的亚原子粒子（如核子和电子）能级简并（degeneracy）解除，分裂为一些磁次能级（或称为蔡曼能级），在光谱上的表现，就是谱线分裂，这就是蔡曼效应，蔡曼因此获得1902(第二届)诺贝尔物理学奖。分裂的能级间的能量差一般与外界磁场成正比。当粒子在分裂的能级间发生跃迁时，就会发射或吸收电磁波，其频率与磁次能级间的能量差成正比，测定这个电磁波的频率，即可测定磁场。

光泵磁力仪是目前实际生产和科学技术应用中灵敏度较高的一种磁测仪器。它灵敏度高，一般为0.01nT量级，理论灵敏度高达10－2-10－4nT;响应频率高，可在快速变化中进行测量;可测量地磁场的总向量T及其分量，并能进行连续测量。

光泵磁力仪的种类甚多。按共振元素的不同，可分为氦（He）光泵磁力仪和碱金属光泵磁力仪，共振元素有氦（He4）、铷（Rb85、Rb87）、铯（Cs133）、钾（K39）、汞（Hg）等。对碱金属而言，受温度影响较大，如铯（Cs133）元素在恒温430C左右，方可变成蒸汽状态，而只有在蒸汽状态时才能产生光泵作用。对He3、He4而言，因其本身是气体状态，无需加热至恒温，只需将它激励使其处于亚稳态，就能产生光泵作用。这些条件在设计与制造仪器时，必须予以重视。

光泵磁力仪未来的发展水平，主要取决于光泵光源及共振元素的发展程度。法国曾用可调谐的激光器代替常规的氦灯制成光泵磁力仪，由于谱线的选择性较好，激光又比氦灯的光要强，因此提高了磁力仪的灵敏度，达到10pT/Hz1/2。美国的R.Slcum博士利用二极管激光器作为氦同位素光泵磁力仪的光源，并申请了专利，与氦灯光源相比，灵敏度提高一个量级。最新的激光光泵氦（He4）磁力仪的灵敏度已突破1PT/Hz1/2的界限，达到0.4PT/Hz1/2，而用高频激发的灯室作为光泵的光源的氦4航空磁力仪达到了20pT/Hz1/2的灵敏度［2-3］。在共振元素的选择上，为了提高精度，需要选择谱线较窄的物质，碱金属符合谱线窄的要求，但需要一定的温度（40-55℃）加热为气态。现在已经有很多利用碱金属制成的磁力仪，前不久问世的钾磁力仪，由于谱线很窄又不重叠，方位误差很小，维修方便，分辨率达到0.1pT，在取样率为20Hz时，灵敏度可达到0.014nT。因此钾光泵磁力仪在光泵磁力仪中占有优势地位。当然随着灵敏度，取样率的提高，其价格也显著提高。

2.超导量子干涉磁力仪

超导量子干涉器件（SQUID）是上世纪60年代中期发展起来的一种新型的灵敏度极高的磁敏传感器。它是以约瑟夫逊（Josephson）效应为理论基础，用超导材料制成的，是超导量子干涉磁力仪的核心。

SQUID由两个用很薄的绝缘体隔开的超导体而形成两个并联的约瑟夫松结（Josephsonjunction）组成。约瑟弗松获得1973年诺贝尔物理学奖，在此前一年（1972年）J.Bardeen、L.N.Cooper和J.R.Schrieffer三位物理学家由于共同研究建立解释超导现象的BCS理论获得诺贝尔物理学奖。

SQUID可以检测非常微弱的磁场，足以检测生物电流产生的微弱磁场，人类心脏产生的磁场约为10-10T（0.1nT），人脑的磁场约为10-13T（0.1pT）。如果有一个恒定的电流维持在SQUID中，则测得的电压随两个结上相位的变化而振荡，而相位的变化取决于磁通的变化。量子理论得出的十分重要的结论是，若有一超导体环路，则它包围的磁通量只能取Φ0的整数倍。

Φ0＝h/(2e)=2.0678506(54)×10-15Wb≈2.07×10-15Wb=2.07×nT.cm2

这就是磁通量的量子化，Φ0叫做磁通量量子。如果磁场发生变化，则Φ0的个数也跟着变化，对Φ0个数进行计数就可测得磁场值。超导磁力仪是矢量磁力仪，它测量垂直于超导环路平面的磁场[4]。

SQUID灵敏度极高，可达10-15T，比灵敏度较高的光泵磁力仪要高出几个数量级；它测量范围宽，可从零场测量到数千特斯拉；其响应频率可从零响应到几千兆赫。这些特性均远远超过常用的磁通门磁力仪和质子旋进磁力仪。

量子超导磁力仪具有高精度、高灵敏度的同时不足之处也相对十分明显，超导材料自身易碎、不易加工，成本极其昂贵且SQUID磁测仪器要求在低温条件下工作、需要昂贵的液氦（或液氮）和制冷设备，这给SQUID磁测技术的广泛应用带来许多困难。在超导领域的这场竞争中，世界各国都在不断探索，超导从低温向高温的方向进步，同时生产设备和技术也持续的提高。可以预计，量子超导干涉磁力仪随着超导技术的发展将会在许多领域中得到更广泛的应用。

3.原子磁力仪

获得1997年诺贝尔物理学奖的法国物理学家科恩-唐努吉（ClaudeCohen-Tannoudji）指出，原子磁力仪是通过测量所含电子自旋已被极化的原子在磁场中的进动(旋进)来实现的。最近美国普林斯顿大学物理系M．v．Romalis教授和位于西雅图的华盛顿大学物理系的J.C.Allred等研制成一种完全利用光学方法测量磁场的新型原子磁力仪，因此有人将这种磁力仪称为全光学磁力仪(allopticalatomicmagnetometer)。

首先由激光器产生一定频率的偏振激光束照射气态钾原子，使钾原子跃迁到高能级产生极化，待测的外磁场使原子的极化发生变化，从而原子的磁矩绕着磁场方向进动(旋进)，用另一束激光来检测上述变化。即可测定磁场，磁力仪的核心是一个充满了气态钾原子和缓冲气体氦的气室。用一束起光泵作用的圆偏振高功率的激光照射气室，钾原子最外层未配对的价电子吸收激光后进入自旋极化状态．电子的自旋指向圆偏振方向。此时用一个单频二极管激光器发出一束垂直于光泵激光束的取样激光，检测电子自旋在待测磁场中进动（旋进）时电子自旋的取向，取样激光少许离开钾的共振频率，并且当它通过极化了的气态钾时，激光偏振角会转动。转动的角度与自旋指向取样光束的角度成比例。将取样光束聚焦投射到光电二极管阵列上。即可形成磁场的图像［5］。M.V.Romalis等指出，根据量子力学的测不准原理（uncertaintyprinciple,或不确定性原理），原子磁力仪的极限灵敏度δB＝1/（γ(nT2Vt)1/2），式中γ是旋磁比，n是单位体积内工作物资的原子数，T2是横向弛豫(自旋驰豫)时间，V是体积，t是测量时间。由上式可见，在γ、t给定的条件下，要提高灵敏度，必须让n、T2达到尽可能大的数值．而为了提高空间分辨率，V又不能取很大的数值。

M．v．Romalis教授等研制的量子磁力仪正是巧妙的提高了n与T。M.V.Romalis等把钾原子密度增加到n≈6×1013cm-3,是通常的10000倍，并加进大密度（2.9atm）的氦作为缓冲等方法，避免了自旋弛豫，即保持大的T2数值，获得提高测量磁场的灵敏度和空间分辨率的优异成果。灵敏度达到0.54fT/Hz1/2，经过改进后还可提高10-2-10-3fT/Hz1/2，空间分辨率达到毫米级。在弱磁场中工作时．这种磁力仪的灵敏度可能达到10-18T的数量级，那将比SQUID灵敏1000倍，更为重要的是这种磁力仪不需要低温条件。受M.V.Romalis教授等研制的新型原子磁力仪的启发，目前美国已经有公司提出根据频率调制磁学-光学转动原理设计灵敏磁力仪,转动率与磁场成比例,用极化测定方法测量[4][6]。

新型原子磁力仪可用于物理学基本理论的研究，高精度地质调查和油、气等矿产普查，生物磁学研究。前已提及,现在光泵磁力仪已成功地测绘出心脏产生的磁场,磁场幅度为0.1nT，人脑的磁场很弱,只有几个fT。高灵敏度的原子磁力仪,在绘制心磁图、脑磁图作医学诊断乃至是生物磁测、空间磁测，军事侦察等领域，无疑是非常合适的，但仍需进行完善才适应实际应用的需要。

结束语:

虽然现在许多小巧的新兴磁敏传感器（如霍尔磁敏传感器，巨磁阻传感器等）也十分活跃，但其精度远不能与文中涉及的磁力仪相比较。随着磁力仪的发展，磁场探测精度的提高，新兴学科--磁法应用有着广泛的发展空间。

参考文献

[1]张昌达.量子磁力仪研究与开发近况.物探与化探.2005年8月第29卷第4期：283-287.

[2]SlocumRE,SchearerLD,TinP,etal.Nd:LNAlaseropticalpumpingof4He-Applicationtospacemagnetometers[J].Jour-nalofAppliedPhysics,1988,64:6615-6617.

[3]GilesH,HamelJ,ChéronB.Laserpumped4Hemagnetometer[J].ReviewofScientificInstruments,2001,72(5):2253-2260.

[4]张昌达，董浩斌.量子磁力仪评说.工程地球物理学报.2004年12月第1卷第6期：499-506.

篇(7)

关键词：智慧物流；传感器；激光技术；物联网

Abstract： With the rapid development in intelligent logistics and E-commerce， logistics is increasingly related to our way of life. The internet of things（IoT）brings about not only lots of convenience but also some new challenges to people. As a great number of applications of high-performance and low-cost sensors are being applied， the break-through of the existing bottleneck of intelligent logistics is imminent， while a lot of progresses have been made in laser technologies， and wide applications in intelligent logistics have been implemented by taking advantages of measuring distance and velocity， positioning and other monitoring with lasers and sensors， etc. In this paper， the applications and future development trend of laser measurement and sensing technologies in the logistics field are comprehensively discussed.

Key words： intelligent logistics； sensor； laser technology； internet of things

引 言

智慧物流是利用集成智能化技g，使物流系统具有模仿人类的“思维”一样，能感知、推理判断并自行解决物流中某些问题的能力，它广泛运用无线射频识别、传感器、定位系统、移动通讯等先进的物联网技术，应用于运输、仓储、配送等基本环节，以实现智慧物流的自动化运作与智能化管理，其主要利用高新技术来代替传统管理手段，来达到物流配送体系高效率、低成本的运作目的。并随着大量高性能、低成本传感器设备以及无线射频技术（RFID）的普及，物联网技术为物流发展的瓶颈突破提供了契机，智能物联网的提出和发展更是使得智慧物流的进步有了更大的研究空间。因此，基于物联网智能传感器的研究与应用就具有重要的意义。

在智慧物流中，要做到物联网的概念就必须实现对货物感知、定位、识别、计量、分拣、监控等。同样，在自动化生产过程中，仓储物流由各种设备互相配合共同完成，如：货物存取系统、输送线、自动导向车、叉车、起重及吊运设备，需要与每一个工位保持有效的联系以保证系统的正常工作：不能有碰撞、失控、生产过程中断等情况发生。这就必须用到RFID、条码以及各种传感器，如：激光、红外及视频监控等传感技术，因为它是物联网的基础，是人机互动的纽带，其中激光检测技术凭借其在测距、定位、测速、监测等方面的优势，在智能化立体仓储的空间利用、体积测算、港口散货装船机物位检测、堆垛机和自动导向机等设备中起到了关键作用，并积极推动和提升了物流系统的整体性能[1]。

本文浅析了激光器测量和传感技术在物流业现阶段应用状况，着手应用实例分析，重点阐述近些年激光测距、激光雷达技术在智慧物流领域的应用案例与未来的发展趋势。

1 我国智慧物流的发展以及激光器技术在物流业的应用分析

2009年中国物流技术协会信息中心、华夏物联网和《物流技术与应用》编辑部联合提出了智慧物流的概念，认为智慧物流以物联网为技术基础，实现对物流运输、仓储、配送等环节的自动化、可视化与智能控制，是未来物流业的发展方向，也符合将来物联网的发展趋势[2]。

激光原理早在1917年由著名物理学家爱因斯坦提出，但直到1960年才在迫切的生产实践需求和完备的理论体系背景下得以实现。激光一经问世，就获得了超乎寻常的飞速发展，不仅使光学原理和技术应用获得了全新的认知，而且直接导致了一门新兴产业的出现。激光的使用使人们获得了前所未有的先进方法和手段，以实现前人无法实现的想法和目标，去获得空前的成果和效益，从而使得生产力得到了前所未有的发展。虽然我国激光产业近些年取得了长足的进步，但不得不承认，目前我国激光产业（特别是在激光核心器件方面）和激光产业发达国家还是存在明显的差距，主要体现在成果转化与产业化程度较低、基础研究力量薄弱、激光关键器件技术提升缓慢等方面。

近几年，民用激光器因其具有低功率、高稳定性和安全可靠性等多方面的优点引起了研究人员和应用企业日益浓厚的兴趣，已经在通信、物流、医疗等民用领域大展身手，并在多种应用场合取代了目前常用的传统设备。激光产品的出现以及其性能的不断完善，必将加快激光技术在各领域的应用，从而提高生产工业自动化水平和人们的生活质量，而激光产品应用到物流行业也在人们的实验中一步一步的走来，逐步提高了物流运输自动化实现的进程。

（1）激光测距的应用。激光测距的原理与无线电雷达相同，在工作时由激光y距仪向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间乘以光速计算出从观测者到目标的距离。由于激光测距仪具有探测距离远、测距精度高、抗干扰性强、保密性好、体积小巧等优点正日益受到重视，并随着激光定位技术的发展和成本价格的急剧下降，越来越多的汽车行业、自动化行走及物流仓储系统等纷纷开始采用激光测距定位系统，极大地推进了大型物流仓储系统精确定位自动化的进程。现代工厂的大型物流输送系统通常采用的是激光条码定位系统，该系统安装方便，设置容易，具有良好的抗震性和防晃性，条码对灰尘和损伤不敏感，响应时间小，精度高，并且集激光测距与旋转编码器的优势于一身，既可以用于直线运动，也可以用于曲线定位，掀起了现代物流行业的自动化的新一轮技术革命的浪潮[3]。

（2）激光测体积在物料堆位自动测量系统中的应用。文章《火电场煤场储煤量激光检测装置》中提出了煤场物料堆位测量的方案，该方案是利用装有CCD点阵式摄像机和激光器的小车在口式堆取料机上作二维扫描运动，让激光器发出激光照射在煤堆表面，根据出射光和CCD之间存在一定的夹角和不同的煤堆厚度，激光器的照射点在CCD照相机中所呈现的红点的不同位置的比例关系，算出该点的厚度。同时，送样小车会随着运动路程通过CCD将这些离散的厚度点记录下来，并将这些离散的扫描一并传入PC机，PC机再利用这些点的坐标，用近似积分法，算出煤堆的体积[4-5]。同样的，对于水泥厂的熟料库或者粮仓等这类大型仓储，都可以运用此项技术测量仓库内的物料堆位信息以方便工作人员的查看和工程术人员的数据参考。

（3）激光传感器的智能监控系统。通过传感器对特定环境中的CO等气体浓度进行监测并保持实时提醒在智能家居和智能仓储中发挥着重要作用。该系统是基于物联网和激光传感器的智能监控系统，利用红外激光探测传感器对监控区域内气体浓度进行探测，通过比较分析探测信息与参照数据来得到区域内气体浓度情况，并依据对指标值的处理结果来控制各类设备的工作，使监控区域内的各种指标达到预想状态。系统还具有温湿度数据采集设备控制等功能，能够利用温度和湿度采集设备实时采集区域中的温度和湿度信息，并根据采集数据控制空调、加湿器等设备的工作状态，使监控区域内保持设定的温湿度状态[6-8]。

（4）分布式光纤传感系统。原理为DTS系统使用一个特定频率的光脉冲照射光纤内的玻璃芯。当光脉冲沿着光纤玻璃芯下移时，会产生多种类型的辐射散射。根据光在光纤中的传输速率和入射光与后向拉曼散射光之间的时间差，可以对不同的温度点进行定位，这样就可以得到整根光纤沿线上的温度并精确定位。该系统可应用于危化品仓储中，根据其分布式线型光纤感温火灾报警系统的特性，系统监测到的是光缆沿线的长期工作温度情况。因此，在事故发生之前，系统已经进行了长期有效的温度监测，并可利用经验值根据温度情况做出合理判断，在火灾发生之前对事故发展情况进行掌控，真正做到防患于未然。它能迅速反映火情大小、火灾蔓延方向和火灾烟雾风向，及时给指挥部门提供各类信息，及时给消防主机提供准确的信号，将火灾仓储的损失减小到最低程度[9]。

2 激光技术的应用实践

随着10年物联网发展热潮和13年工业4.0的提出，在智能物联网应用方面，相关研究人员开始了全新的探索和实践，下面简单介绍近年几个企业在智慧物流技术应用的案例。

（1）浙江省烟草公司绍兴市公司卷烟配送中心由于储量巨大、货物摆放密集且出货频繁，因此需要一套完备的仓储自动化设备和有效的管理机制来完善仓储服务以满足其进出货安全、快捷、高效的目的。该配送中心选用的是高架货库系统中的堆垛机设备，其采用了激光测距定位条码定位系统旋转编码器作为定位的测距定位系统，通过对位置定位系统的详细考察分析比较，完成全自动化、准确无误、定点存取货物的流程，该系统还拥有故障率小、精度高等优点并在实际使用中水平往复精度及垂直升降定位精度都达到了±3mm的水平。

此工程是争创钱江杯的工程之一，采用的测距测速传感器是激光测距器和条码定位仪，结合变频器、PLC技术和精确的绝对认址及闭环控制系统，达到机动性好、停准精度高的特点，既满足设备定位精度的要求，也实现了故障率低、经济、实用的特点；由于激光测距仪应用上实际环境条件的限制，在垂直向很难满足定位要求，于是在垂直向采用条码定位仪，它的响应时间为1ms，精度可达0.83mm，在保证设备正常运行的同时也满足其定位要求，也避免了后续维修上的困难及相互影响，目前该技术也广泛应用于食品、烟草、汽配、药品等仓库或者配送中心[10-11]。

（2）港口行业作为国家重要的交通基础设施产业的主要组成部分，对国民经济的发展具有重要的基础作用，有较高的社会效益。同时我国经济的快速发展对港口行业形成巨大市场需求，在国家和地方性政府的大力支持下，港口散货总体吞吐量在逐年的迅速增长，码头散货装卸面临很大的压力，实现智慧物流的模式和散货的自动化装卸势在必行。天津港煤码头引进的新型散货自动装船设备，可在无人操作的情况下实现远程自动化装卸作业，在提高作业效率的同时实现了安全性、可靠性作业，也节约了人力成本，为其他港口提供了切实可行的实例依据，也势必成为未来散货装卸自动化系统的新的发展形势[12]。

天津港煤码头的多次装船试验广泛应用沈阳自动化散货装船机物位检测技术。为实现散货装船机在安全作业的前提下自动快速高效地完成装船作业，它利用安装在散货装船机上的激光雷达，通过多轴伺服控制激光雷达完成对船舱的三维轮廓扫描，后台运用截面边缘提取算法与图形拟合算法相结合的图像处理算法，自动实时获取船舱尺寸以及舱内物料的形状，确定落料轨迹，来实现散货装船机的自动化作业。其检测数据与实际的数据对比如表1所示[13]：

（3）在现代工业生产和智慧物流中，仓储业已经成为企业物流的一个重要环节，它的成本控制、自动化的程度时时影响着企业的效益和服务水平。同样水泥工业和大型粮仓也不例外，通常需要将饲料、颗粒状物料、水泥等货物放在高10～20米高圆筒型仓库中，为了控制生产的连续进行与产品的储存就必须对仓库现存量进行实时监测与控制，最有效的方法就是通过测量物料的高度来估算物料的存储量。考虑到目前激光物位计的小型化、方向性好、非接触式、连续、量程大等特点，同时操作简单，能够测量高粘度物质或粉状物质，并且广泛应用在高温高压、真空和狭小弯曲环境中，分辨率达到1mm、精度

3 激光技术在物流业的未来发展方向

以万能传感器著Q的分布式传感系统是根据沿线光波分布参量，同时获取在传感光纤区域内随时间和空间变化的被测量的分布信息，包括温度、湿度、振动、气体浓度等，现已广泛应用于管道、隧道、围栏、电力系统检测等方面，但是在仓储上却少有应用，然而随着生鲜果蔬、水产品、烟草、医药等物流业的发展，尤其是危化品企业对仓储环境参数的监控提出了更高的要求，特别是温度、湿度等仓储环境参数对存储物品的寿命和腐损率有着重要的影响，并且要求实时监控、图形化显示的同时，最好能对所属货架、藏品柜等甚至是单箱货物的温度、振动情况进行监控，而不是一个笼统的空间温度值。因而将新的科学技术引入仓储系统中构建信息化、网络化、智能化的仓储环境监控系统是重大事故的有效预警措施，具有重大的应用背景及意义。

在现阶段的国内绝大多数仓储企业仍采取人工作业方式，但随着电子商务的不断发展与壮大，仅仅叉车的使用根本无法满足企业对于快速增长的货物处理需求，更无法满足顾客对于购买商品便捷、高效的购物体验。而目前发达国家仓储运作模式均采用了现代化的物流系统，需要达到这样的模式单一物流公司或者软件公司很难实现，拥有跨领域的合作才能实现领域技术双赢的突破。例如做为中国激光业界的后起之秀――海目星激光，就与聚龙股份合作，共同投资组建辽宁聚龙智能物流科技有限公司。他们致力于物流、仓储自动化设备及系统的研发和业务的开拓，主要方向是金库物流管理系统。这种技术型公司利用在软件和自动化设备方技术方面的优势与投资公司在客户资源方面的优势结合，可以实现在智慧物流领域业务的快速增长与突破。

汇能光电有限责任公司创始人徐仕安认为，“中国激光设备走的是模仿、吸收和创新的道路，因为在激光技术和自动化紧密结合的今天，工业制造领域的自动上下料、仓储、物流、无人车间等都涉及到自动化，而这些领域的生产，已离不开激光技术。”想象一下，在我们未来的智能仓储中，装备了以激光制导技术为核心的AGV搬运小车，具有无线的通讯和信息处理的能力，能根据操作人员先前下达的指令协同作业，甚至发展到后期有了场景的自适应能力，能应对复杂环境的突发状况，来达到高效完成装卸与搬运的目的。这将是飞跃性的历史革新，就如同传统手机迅速被智能手机取代一样，留给传统装卸、搬运装备的转型升级时间不会很长，所以，传统物流企业现在要做的就是与相关装备厂商合作，朝着提升企业智能化水平方向不断革新，提高智能装备的技术水平。由此可见，激光测量与传感技术的高速发展和日益普及势必将引起智慧仓储的大革新，甚至是整个物流行业、整个制造业，生产、配送乃至于我们生活方方面面都会得到全新的服务水平[15]。

4 总 结

随着中国智能制造的不断推进，激光技术凭借其在测距、定位、测速、监测等方面的优势在智能化立体仓储的空间利用、堆货体积测算、港口散货装船机物位检测等方面已经拥有了无可替代的应用前景，对于物流业、工业激光的需求也将越来越大，相信在“互联网+”和“工业4.0”等背景下一些新思路和观点的提出，会使得智慧物流下的激光技术应用演绎出更绚丽的光彩。

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