序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來(lái)了七篇激光技術(shù)論文范文，愿它們成為您寫作過(guò)程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

在前面的分析中，本文具體討論了光學(xué)細(xì)分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。運(yùn)動(dòng)距離測(cè)量實(shí)驗(yàn)選取光學(xué)四細(xì)分的光學(xué)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖6所示。系統(tǒng)分為光路部分和信號(hào)處理部分。mW和0．5mW，反射鏡M4由硅片制成，其反射率大約為0．4。硅片反射鏡M4可調(diào)節(jié)反射方向。角錐棱鏡M1、M2和M3的型號(hào)為Agilent10767A，具有非常好的光學(xué)性能。測(cè)量導(dǎo)軌選用的是PI公司的M－5x1．DD型號(hào)。二維精密電控平移臺(tái)（直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)）單向重復(fù)定位分辨率達(dá)0．1μm，直線度參數(shù)為0．1μm／200mm，最高運(yùn)行速度50mm／s，量程為200mm。2個(gè)測(cè)量角錐棱鏡被安裝在導(dǎo)軌上，通過(guò)PI公司的控制軟件在計(jì)算機(jī)上對(duì)導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)外腔長(zhǎng)度的改變。通過(guò)運(yùn)動(dòng)距離測(cè)量結(jié)果與PI導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)參數(shù)的一致性可驗(yàn)證測(cè)量方案的可行性。信號(hào)處理部分中，由PD探測(cè)到的激光自混合干涉信號(hào)首先由低噪聲前置放大器（Standford，SR560C）進(jìn)行濾波和放大，一路送入示波器而另一路接著由NI公司的數(shù)據(jù)采集卡（NI6251）進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。采集到的數(shù)字信號(hào)送入PC機(jī)中由專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件（LabVIEW）實(shí)現(xiàn)信號(hào)再次細(xì)分以及實(shí)時(shí)處理重構(gòu)目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)距離。測(cè)量過(guò)程中，示波器可定性觀察光學(xué)細(xì)分的現(xiàn)象，而數(shù)據(jù)采集卡采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的處理可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)距離測(cè)量。

2實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)在同一測(cè)量環(huán)境條件下進(jìn)行：恒溫（20℃±1℃），恒濕（50％±3％）。使激光器預(yù)熱2h，激光波長(zhǎng)穩(wěn)定在632．8334nm，讓導(dǎo)軌以某一速度勻速運(yùn)動(dòng)，然后對(duì)采集的信號(hào)加入電子五細(xì)分處理。在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，由自混合干涉光路細(xì)分原理可知，一個(gè)條紋對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)距離為λ／8，將此波形通過(guò)閾值為0的比較器后得到對(duì)應(yīng)的方波信號(hào)，再將方波信號(hào)n細(xì)分，通過(guò)計(jì)數(shù)方波的個(gè)數(shù)來(lái)得到外部物體實(shí)際的運(yùn)動(dòng)距離。這樣處理后，可以得到的分辨率為λ／8n。一個(gè)周期內(nèi)的正弦波通過(guò)過(guò)零比較器整形成方波信號(hào)，五細(xì)分后的波形如圖7所示。這樣通過(guò)計(jì)數(shù)的方法就可以再次提高分辨率。此外，細(xì)分處理前對(duì)干涉信號(hào)進(jìn)行了整形，可以顯著增強(qiáng)對(duì)于疊加在自混合干涉信號(hào)上的高斯噪聲的抗干擾能力，使測(cè)量結(jié)果更加穩(wěn)定可靠。在數(shù)字域進(jìn)行細(xì)分時(shí)，將上面得到的方波信號(hào)改寫成二進(jìn)制碼（1111100000），然后將其右移9次，將其奇數(shù)次和偶數(shù)次的右移結(jié)果兩兩異或，則可以得到（1010101010），即對(duì)應(yīng)的五細(xì)分信號(hào)及其互補(bǔ)信號(hào)（0101010101），實(shí)現(xiàn)了對(duì)原自混合干涉信號(hào)的細(xì)分。將PD探測(cè)到的微弱信號(hào)進(jìn)行電流－電壓（I－V）轉(zhuǎn)換后，變成電壓信號(hào)，經(jīng)高通電路去直流后，再經(jīng)放大電路放大，通過(guò)NI公司的數(shù)據(jù)采集卡USB－6251采集，在PC機(jī)上編寫LabVIEW程序進(jìn)行細(xì)分計(jì)數(shù)處理。信號(hào)經(jīng)數(shù)字域電子細(xì)分后，進(jìn)行計(jì)數(shù)后就可以重構(gòu)并顯示物體的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)距離。測(cè)量實(shí)驗(yàn)使用PI精密導(dǎo)軌對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。導(dǎo)軌的移動(dòng)范圍設(shè)置為0～200mm，每次勻速步進(jìn)20mm，移動(dòng)速度設(shè)置為5mm／s，步進(jìn)10次，每次導(dǎo)軌的示數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)；該運(yùn)動(dòng)過(guò)程由電機(jī)自動(dòng)完成，系統(tǒng)對(duì)每次的步進(jìn)長(zhǎng)度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量記錄并給出實(shí)時(shí)誤差，連續(xù)記錄幾十組，選擇其中的5組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過(guò)擬合曲線與誤差分析可以看出，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際運(yùn)動(dòng)距離有良好的線性關(guān)系，且重復(fù)性非常的好，實(shí)現(xiàn)了使用光學(xué)細(xì)分與電子細(xì)分相結(jié)合的方法對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)距離進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析吻合。

3討論

激光器作為測(cè)量光路的一部分而不能成為一個(gè)獨(dú)立的、波長(zhǎng)穩(wěn)定的光源，其穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度有很大的影響。空氣折射率的變化和角錐棱鏡的直角誤差也會(huì)影響系統(tǒng)的測(cè)試精度。1）激光器頻率穩(wěn)定性帶來(lái)的累計(jì)誤差。實(shí)驗(yàn)中的氦氖激光器輸出光在空氣中傳播的中心波長(zhǎng)為632．8334nm，短期頻率穩(wěn)定性為1．5×10－6，因此，在沒有反饋時(shí)，激光器波長(zhǎng)穩(wěn)定性為δλ＝λδν／ν≈0．9492×10－6μm。當(dāng)自混合效應(yīng)反饋系數(shù)很低時(shí)，頻率波動(dòng)極小。理論計(jì)算表明，當(dāng)外腔長(zhǎng)度在百毫米量級(jí)時(shí)，波長(zhǎng)穩(wěn)定度可以達(dá)到10－8的測(cè)量準(zhǔn)確度，測(cè)量不確定度小于0．4μm［9－10］。2）空氣折射率變化帶來(lái)的誤差。測(cè)量環(huán)境的初始條件：空氣壓強(qiáng)101325Pa，室溫20℃，濕度1333Pa。測(cè)量過(guò)程中，由溫度、濕度以及壓強(qiáng)傳感器可知，只有環(huán)境溫度會(huì)有最大不超過(guò)1℃的改變。因此得到折射率的變化為δn≈0．929×10－6。當(dāng)測(cè)量長(zhǎng)度為200mm時(shí)，測(cè)距不確定度小于0．3μm［9］。3）角錐棱鏡的直角誤差。角錐棱鏡的直角誤差會(huì)直接影響其對(duì)光路的反射特性。對(duì)于Agilent10767A型號(hào)的角錐棱鏡，其3個(gè)直角誤差δθ＜5″。玻璃的折射率為1．56，則測(cè)量長(zhǎng)度為200mm的測(cè)距誤差小于0．002μm［11］。由于本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)存在3個(gè)角錐，則測(cè)距不確定度應(yīng)小于0．006μm。由以上討論可以知道，影響測(cè)量精度的最大因素來(lái)自于激光的頻率的穩(wěn)定度。理論上實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)量分辨率可達(dá)到波長(zhǎng)的1／40。而實(shí)際上，受制于激光頻率的穩(wěn)定程度，在弱反饋條件下，百毫米量級(jí)運(yùn)動(dòng)距離的測(cè)量只能達(dá)到微米級(jí)的測(cè)量精度。

4結(jié)語(yǔ)

篇(2)

    隨著我國(guó)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人民生活水平不斷提高,人們對(duì)區(qū)域治安環(huán)境以及安全防范的要求也越來(lái)越高,同時(shí)現(xiàn)代化技術(shù)高度發(fā)展的今天,犯罪更趨智能化,手段更隱蔽,所以保證區(qū)域的安全必須從運(yùn)用現(xiàn)代化的防盜報(bào)警技術(shù)。在現(xiàn)代化防盜報(bào)警技術(shù)中,紅外技術(shù)有四大優(yōu)點(diǎn):環(huán)境適應(yīng)性好,在夜間和惡劣天候下的工作能力優(yōu)于可見光;隱蔽性好,不易擾;由于是靠目標(biāo)和背景之間、目標(biāo)各部分的溫度和發(fā)射率差形成的紅外輻射差進(jìn)行探測(cè),因而識(shí)別偽裝目標(biāo)的能力優(yōu)于可見光;紅外系統(tǒng)的體積小,重量輕,功耗低。但有三大因素制約著其效果:目標(biāo)的光譜特性;探測(cè)系統(tǒng)的性能;目標(biāo)和探測(cè)口之間的環(huán)境和距離。所有探測(cè)技術(shù)的發(fā)展都有三個(gè)階段:a.探測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度,得到目標(biāo)的"黑白照片",這是初級(jí)階段;b.探測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度和波長(zhǎng),得到目標(biāo)的"彩色照片",達(dá)到中級(jí)階段;c.探測(cè)信號(hào)強(qiáng)度、波長(zhǎng)和相位,得到目標(biāo)的"全息照片",這才達(dá)到探測(cè)技術(shù)的高級(jí)階段。目前的紅外技術(shù)處于其初級(jí)階段的后期,正向中級(jí)階段發(fā)展,其標(biāo)志是研制出了雙(多)色紅外探測(cè)器,得到了目標(biāo)熱圖象的"彩色照片"?？梢灶A(yù)計(jì),今后雙色探測(cè)器將隨單波段探測(cè)器及其配套技術(shù)的成熟和市場(chǎng)需求的增加而加快發(fā)展,并將集中在以下五個(gè)方面:(1)集成化的雙色探測(cè)器有利用簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),能充分利用半導(dǎo)體材料制備技術(shù)的最新成果,便于器件焦平面化,其中HgCdTe合金系和各種量子阱/超晶格材料系統(tǒng)將得到重點(diǎn)發(fā)展。(2)采用焦平面器件,更好的滿足系統(tǒng)的要求,同時(shí)也有利于簡(jiǎn)化系?統(tǒng)結(jié)構(gòu),降低成本。(3)為明顯的提高系統(tǒng)的性能,雙色探測(cè)器將向大面陣和長(zhǎng)線列發(fā)展。(4) 雙波段系統(tǒng)將克服在光學(xué)設(shè)計(jì)和加工、信號(hào)處理和顯示等方面的困難,縮小體積、減輕重量等,以便擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。 (5) 隨材料、器件和系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步,雙色探測(cè)器將向更多的光譜波段發(fā)展,既包括拓寬光譜波段,也包括將光譜波段劃分成更為細(xì)致的波段,以獲得目標(biāo)的"彩色"熱圖象,更豐富、更精確、更可靠地得到目標(biāo)的信息。

    課題研究目標(biāo)、內(nèi)容、方法和手段:

    本課題研究紅外監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)象是被動(dòng)紅外防盜報(bào)警探測(cè)器。其包括硬件和軟件兩大部分。主要包括對(duì)于硬件的構(gòu)成以及軟件的接入進(jìn)行描述。通過(guò)51單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、傳感器、GSM等技術(shù)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

    設(shè)計(jì)(論文)提綱及進(jìn)度安排:

    4月6日至4月25日

    分析題目查閱資料學(xué)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)

    4月25日至5月15日

    硬件實(shí)現(xiàn)、軟件編寫、進(jìn)行方案論證

    5月15日至6月10日

    測(cè)試硬件、調(diào)試軟件撰寫畢業(yè)論文并征求導(dǎo)師意見,修改畢業(yè)論文,進(jìn)行畢業(yè)論文的評(píng)議。

    主要參考文獻(xiàn)和書目:

    [1]張玉香.新型遙控接收模塊HS0o38〔J〕.無(wú)線電,1998,7

    [2〕高茹云.通訊電子線路仁M〕.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1999。

    [3]李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù). 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1993年。

    [4尤一鳴等.單片機(jī)總線擴(kuò)展技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社.1993,11。

    [5]蔡軼.通用遙控解碼電路.電子技術(shù)1995 .1

    [6]施德恒,郭峰光譜識(shí)別型激光警戒系統(tǒng)述評(píng)激光與紅外l99929(l):9一13

    [7]盧萬(wàn)欣,梁桂云,韓永林激光預(yù)警裝置激光技術(shù)199218(3):180一183

    [8]沙占友,王彥朋,孟志永等.單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì). 北京:北京電子工業(yè)出版社,2003。

    [9]周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù). 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002。

    [10]付偉激光告警中的多元相關(guān)探測(cè)技術(shù)紅外與激光技術(shù)1992(6):23一27

篇(3)

論文關(guān)鍵詞：FPGA，激光器，電位器，高溫報(bào)警，定時(shí)控制

 

1 引言

激光深刻地影響著自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用范圍遍及國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生及國(guó)民經(jīng)濟(jì)諸多部門。激光在醫(yī)學(xué)研究、臨床治病方面日益顯示出其優(yōu)勢(shì)。激光器是現(xiàn)代科技技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生的一種新儀器。該設(shè)計(jì)采用FPGA進(jìn)行對(duì)激光功率器控制，具有精確度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。同時(shí)，基于FPGA的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法操作簡(jiǎn)單，開發(fā)成本較低，已成為當(dāng)今世界上嵌入式系統(tǒng)硬件開發(fā)的主流方法之一。為使激光器的工作更精確可靠，文章以FPGA芯片為控制核心結(jié)合相關(guān)的外圍器件完成了激光器功率控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 控制原理[1]

激光功率由數(shù)字電位器DS1867的輸出電阻決定，DS1867數(shù)字電位器的輸出電阻由公式（1）得出：

R=D×RWL+RW （1）

式（1）中的RW為滑臂電阻，及內(nèi)部電位器電子開關(guān)電阻，通常RW≤100Ω，典型值為40Ω；RWL為數(shù)字電位器DS1867內(nèi)部電子陣列中每個(gè)電阻單元的阻值；D為輸入的數(shù)字量。本設(shè)計(jì)把功率等級(jí)分成10級(jí)，則輸入數(shù)字量D的值如表1所示，可通過(guò)查表實(shí)現(xiàn)。

表1 激光器功率等級(jí)與DS1867輸入數(shù)字量D的關(guān)系

 

等級(jí)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

輸入數(shù)字量D

FFH

D6H

CCH

B3H

99H

80H

66H

4DH

篇(4)

論文關(guān)鍵詞：中學(xué)開展課外物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究

 

學(xué)生生活在豐富多彩的物理世界中，有許多可供觀察的自然現(xiàn)象，有不少可供探索的物理技術(shù)問題，有各種各樣日常生活提供的訓(xùn)練課題和創(chuàng)造活動(dòng)，同時(shí)中學(xué)物理教材中也設(shè)置了眾多的“小實(shí)驗(yàn)”和“實(shí)踐性習(xí)題”等。它們?yōu)閷W(xué)生課外活動(dòng)提供了大量的素材，通過(guò)組織學(xué)生課外物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，對(duì)學(xué)生更好理解物理知識(shí)，增強(qiáng)物理學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力等都是非常有幫助的。物理教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合學(xué)生生活實(shí)際，組織學(xué)生開展物理課外實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。

一、中學(xué)物理課外實(shí)驗(yàn)活動(dòng)作用具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課內(nèi)知識(shí)的理解和鞏固

學(xué)生通過(guò)課外實(shí)驗(yàn)，可以大大豐富感性認(rèn)識(shí)，深化與活化已掌握的物理知識(shí)，課外實(shí)驗(yàn)與課堂教學(xué)的密切聯(lián)系，可以使課堂教學(xué)得到不斷的補(bǔ)充和延伸。

例1高中教材在研究自由落體運(yùn)動(dòng)后，設(shè)置這樣一個(gè)小實(shí)驗(yàn)：請(qǐng)一位同學(xué)用兩個(gè)手指捏住木尺頂端，你拳起一只手的手指，在木尺下部，做握住木尺的準(zhǔn)備，但手的任何部位都不要碰到木尺。當(dāng)看到那位同學(xué)放開手時(shí)，你立即握住木尺。測(cè)出木尺降落的高度，根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，可以算出你的反應(yīng)時(shí)間。

通過(guò)此實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生弄清研究對(duì)象、研究過(guò)程、以及自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

2. 通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生觀察、動(dòng)手、動(dòng)腦的能力

學(xué)生學(xué)習(xí)物理感到困難，不感興趣，其重要原因之一，就是不會(huì)把所學(xué)的知識(shí)用來(lái)研究具體物理問題。通過(guò)課外實(shí)驗(yàn)初中物理論文，可以把物理知識(shí)和生活實(shí)際緊密結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生養(yǎng)成善于分析、善于總結(jié)的良好習(xí)慣，使學(xué)生感到物理知識(shí)親切，能解決生活中的具體問題，而不感到物理知識(shí)枯燥乏味。

例2在摩擦力教學(xué)后，讓學(xué)生觀察自行車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中摩擦力應(yīng)用有哪些？哪些地方應(yīng)減少摩擦？哪些地方應(yīng)增大摩擦？

通過(guò)觀察、討論、分析，弄清滾動(dòng)摩擦、滑動(dòng)摩擦、靜摩擦的特點(diǎn)，使學(xué)生能自行解決自行車因摩擦引起的各種問題。

3. 提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，發(fā)展學(xué)生的個(gè)性

物理課外實(shí)驗(yàn)以其小型、靈活、生動(dòng)、多樣等特點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的強(qiáng)烈興趣，有利于因材施教，發(fā)展學(xué)生個(gè)性，開發(fā)學(xué)生智力。

例3在振動(dòng)和波教學(xué)中，在介紹空氣柱的振動(dòng)之后，組織幾個(gè)學(xué)生用麥管作為樂曲。

4. 開闊學(xué)生視野，豐富學(xué)生知識(shí)

課外實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)密切聯(lián)系，學(xué)生可以迅速地接受新的信息，開闊眼界，活躍思想。

例4觀察激光的準(zhǔn)直性以及用于光通訊的全反射。

從氦氖激光器發(fā)出一束激光以暗場(chǎng)（關(guān)燈）噴煙顯示激光束的徑跡表示它的準(zhǔn)直性，隨后將激光束通過(guò)貯有水的玻璃容器，容器的側(cè)邊開一小孔，讓水釋放。激光束瞄準(zhǔn)小孔，激光沿著水的拋物線徑跡傳輸。這就是利用全反射作為光波導(dǎo)通訊的原理。

5. 培養(yǎng)學(xué)生的勞動(dòng)觀點(diǎn)和組織管理、經(jīng)營(yíng)管理的能力

通過(guò)課外實(shí)驗(yàn)實(shí)踐活動(dòng)，不斷培養(yǎng)學(xué)生熱愛勞動(dòng)，把知識(shí)傳授與思想教育有機(jī)結(jié)合起來(lái)了。課外實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要特點(diǎn)，就是既經(jīng)濟(jì)又科學(xué)，變廢物為器材，可以培養(yǎng)學(xué)生勤儉節(jié)約的優(yōu)良品質(zhì)。

例5隨手取材進(jìn)行有趣實(shí)驗(yàn)。

用塑料冷飲杯，在杯子下部鉆一個(gè)小孔，就可演示失重現(xiàn)象論文格式范文。

二、中學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)活動(dòng)組織可以有下列三種形式

1. 家庭物理實(shí)驗(yàn)

為了配合教學(xué)，把實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、要求、方法等由教師布置給學(xué)生，由學(xué)生自己創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件。包括選用日常生活中的一些物品當(dāng)作實(shí)驗(yàn)器材，自制一些簡(jiǎn)單的儀器或零件，自己動(dòng)手獨(dú)立完成小實(shí)驗(yàn)等。

2. 開放實(shí)驗(yàn)室

充分利用實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備，采用課外時(shí)間，教師有組織的指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，安裝儀器，完成實(shí)驗(yàn)。

3. 課外活動(dòng)小組

對(duì)于比較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，組織課外活動(dòng)小組，分工選購(gòu)器材，自制儀器，創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。并定期組織全體學(xué)生參觀課外活動(dòng)小組的勞動(dòng)成果。

三、中學(xué)物理課外實(shí)驗(yàn)不同類型的具體要求

1. 觀察性實(shí)驗(yàn)

大自然、日常生活和生產(chǎn)技術(shù)是學(xué)習(xí)物理的廣闊課堂。有意識(shí)地組織引導(dǎo)學(xué)生觀察，參與各種社會(huì)活動(dòng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生能力。例如：游樂園中的“翻滾列車”，雨后的彩虹，五彩晶瑩的薄膜等。在師生的相互啟發(fā)下，都將有新奇的發(fā)現(xiàn)。對(duì)這類活動(dòng)，重點(diǎn)應(yīng)放在擴(kuò)大觀察范圍和培養(yǎng)興趣上，布置觀察課題，鼓勵(lì)學(xué)生寫觀察周記；定期舉辦觀察發(fā)現(xiàn)匯報(bào)會(huì)，復(fù)制觀察到的自然現(xiàn)象。

2. 課外小實(shí)驗(yàn)

通過(guò)小實(shí)驗(yàn)觀察研究，使學(xué)生進(jìn)一步理解物理概念和規(guī)律初中物理論文，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)技能。例如：用各種不同的方法測(cè)重力加速度g，用各種不同方法測(cè)聲速，用各種不同的方法驗(yàn)證機(jī)械能守恒等。對(duì)這類課外實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，有必要的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

3. 課外小制作

讓學(xué)生自制一些簡(jiǎn)單儀器。如彈簧秤、桿秤、小電動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)易萬(wàn)用表等等。這類課外實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生在自制過(guò)程中注意儀器的刻度、零點(diǎn)確定等，并在制作中有所創(chuàng)新、有所突破。

4. 課外小科研

在教師給出研究課題后，學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)方法，設(shè)置實(shí)驗(yàn)裝置。這類實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生重點(diǎn)放在巧妙的設(shè)計(jì)思想上，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和研究問題的能力。

5. 課外科技活動(dòng)

為使學(xué)生了解現(xiàn)代科技成就的發(fā)展和應(yīng)用，可以組織學(xué)生成立科技活動(dòng)小組。例如，微機(jī)小組、無(wú)線電小組、航模小組等等。對(duì)這類課外活動(dòng)，要求系統(tǒng)性強(qiáng)，有計(jì)劃、有組織地進(jìn)行。

要組織好課外實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，首先，選題應(yīng)該科學(xué)性強(qiáng)、趣味性濃，同時(shí)具備取材容易、制作簡(jiǎn)便、效果明顯、安全可靠等特點(diǎn)；其次，組織形式應(yīng)靈活、多樣；第三，指導(dǎo)放在難點(diǎn)關(guān)鍵，要大膽放手，切忌包辦代替；第四，及時(shí)總結(jié)，通過(guò)展覽會(huì)、表演會(huì)、報(bào)告會(huì)、競(jìng)賽評(píng)比等活動(dòng)，不斷深化和豐富課外實(shí)驗(yàn)成果。

篇(5)

關(guān)鍵詞 激光原理 教學(xué)改革 課程建設(shè)

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2012）24-0004-02

激光是二十世紀(jì)人類的重大科技發(fā)明之一，被譽(yù)為繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”“最準(zhǔn)的尺”“最亮的光”，它對(duì)人類社會(huì)生活產(chǎn)生了廣泛而深刻的影響。作為高技術(shù)的研究成果，它不僅廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)研究的各個(gè)前沿領(lǐng)域，而且已經(jīng)在人類生產(chǎn)和生活的許多方面得到了大量的應(yīng)用，與激光相關(guān)的產(chǎn)業(yè)已在全球形成了超過(guò)千億美元的年產(chǎn)值。由于各行各業(yè)都應(yīng)用激光進(jìn)行技術(shù)改造和新技術(shù)的開發(fā)研究，除了文科的幾乎所有理工農(nóng)醫(yī)的高等院校都開設(shè)了激光原理和應(yīng)用的課程。

《激光原理》是光信息科學(xué)與技術(shù)和應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生對(duì)激光的基本概念、基本技術(shù)和基本器件有比較全面、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程技術(shù)問題的能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課打下基礎(chǔ)。然而，《激光原理》又是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程物理概念抽象和理論性強(qiáng)，基礎(chǔ)知識(shí)面廣，學(xué)生往往因缺乏感性認(rèn)識(shí)，不易理解，感到難學(xué)，這對(duì)老師的教學(xué)水平和教學(xué)方法提出了考驗(yàn)。筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，從以下幾個(gè)方面對(duì)《激光原理》課程教學(xué)改革進(jìn)行了探索。

一、教學(xué)內(nèi)容的改革

《激光原理》課程主要介紹激光的產(chǎn)生條件、激光器的工作原理和激光器的輸出特性，這部分內(nèi)容理論性強(qiáng)，需要應(yīng)用原子物理、量子力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理、光學(xué)和高等數(shù)學(xué)等課程的結(jié)論和基礎(chǔ)，公式繁多、推導(dǎo)復(fù)雜、理論抽象，具有相當(dāng)?shù)碾y度和深度。在《激光原理》的教學(xué)過(guò)程中，我們還增加了部分激光技術(shù)的內(nèi)容，比如激光器輸出的選模技術(shù)、激光器的穩(wěn)頻、激光束的光束變換，以及激光的調(diào)制、偏轉(zhuǎn)、調(diào)Q和鎖模技術(shù)等，這部分內(nèi)容是從事光信息科學(xué)與技術(shù)人員必須掌握的基本知識(shí)，通過(guò)對(duì)這些知識(shí)的學(xué)習(xí)能夠加深學(xué)生對(duì)激光器原理的理解和掌握。為了進(jìn)一步加深印象，我們對(duì)典型的激光器進(jìn)行了介紹，比如紅寶石激光器、汝玻璃激光器、Nd：YAG激光器等固體激光器，He-Ne激光器、CO2激光器、Ar+激光器等氣體激光器，以及燃料激光器和半導(dǎo)體激光器等都做了簡(jiǎn)要的介紹。

在教材方面，我們選擇了上海理工大學(xué)陳家璧教授編寫的《激光原理及應(yīng)用》（電子工業(yè)出版社）作為教材。這本教材的內(nèi)容章節(jié)安排合理，知識(shí)點(diǎn)覆蓋面廣，理論體系較為完整，同時(shí)這本教材是在大學(xué)的普通物理學(xué)的基礎(chǔ)上編寫的，從激光的物理學(xué)基礎(chǔ)出發(fā)，著重闡明物理概念以及激光輸出特性與激光器的參數(shù)之間的關(guān)系，盡量避免過(guò)多的理論計(jì)算，以掌握激光器的選擇和使用為主要目的。因此這本教材的內(nèi)容對(duì)學(xué)生來(lái)講不難理解，所講授的內(nèi)容比較容易掌握。我們還增加了一本國(guó)際公認(rèn)的經(jīng)典教材作為參考書：Christopher C. Davis編寫的《Lasers and Electro-Optics：Fundamentals and Engineering》， Cambridge University Press。

二、教學(xué)手段的改革

在教學(xué)過(guò)程中建立師生平等的民主教學(xué)氛圍。改變“教師為主，學(xué)生從屬”的教學(xué)模式，本著師生平等的原則，以參與者的身份在教學(xué)活動(dòng)中創(chuàng)造一種愉快輕松的氛圍，挖掘和調(diào)動(dòng)學(xué)生的潛力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

教學(xué)方式以課堂授課為主，同時(shí)考慮到激光中有很豐富生動(dòng)的現(xiàn)象，注重和提倡采用多種手段進(jìn)行多種形式的教學(xué)，充分體現(xiàn)光學(xué)這門課豐富多彩、形象生動(dòng)的特性，輔助的教學(xué)手段主要是利用計(jì)算機(jī)的多媒體功能。比如為了增強(qiáng)激光原理教學(xué)中關(guān)于激光器的光場(chǎng)分布的直觀性，采用快速傅立葉變換法求解傍軸近似波動(dòng)方程，計(jì)算模擬激光器的光場(chǎng)分布，可以直觀地給出三維穩(wěn)態(tài)分布圖，融合計(jì)算機(jī)的靈活性、新穎性和光學(xué)現(xiàn)象的直觀性及趣味性。通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，讓同學(xué)們觀察到各種激光現(xiàn)象，展現(xiàn)了“百聞不如一見”的效果，使學(xué)生進(jìn)一步加深了對(duì)課程內(nèi)容的理解，激發(fā)學(xué)生的求知欲和好奇心，刺激同學(xué)們的思考。

另外，在教學(xué)過(guò)程中開展啟發(fā)式和討論式教學(xué)。從人才培養(yǎng)的角度來(lái)說(shuō)，學(xué)生與老師應(yīng)該具有互動(dòng)性。開展啟發(fā)式和討論式教學(xué)，甚至適當(dāng)運(yùn)用跳躍式的教學(xué)方法來(lái)組織教學(xué)內(nèi)容。給學(xué)生留出鉆研的空間。這不僅有利于提高教師教學(xué)研究的積極性，更能挖掘?qū)W生的開放性思維和獨(dú)立、大膽地學(xué)習(xí)和思考問題的能力，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生全面的科學(xué)素質(zhì)和教學(xué)相長(zhǎng)的目的。

三、考核方式的改革

考核方式已成為課程改革的一部分，與課程的實(shí)施方法相輔相成。傳統(tǒng)理工科院校的考核主要以閉卷筆試加平時(shí)成績(jī)的形式進(jìn)行。在實(shí)際的考核過(guò)程中，我們逐漸加大平時(shí)成績(jī)的比例，減少閉卷筆試成績(jī)的比例。平時(shí)成績(jī)的考核形式可以多種多樣。比如，在授課過(guò)程中，對(duì)課程中某幾個(gè)重要的知識(shí)能力點(diǎn)，設(shè)立幾個(gè)小課題。讓學(xué)生們查找資料，撰寫論文，通過(guò)讓他們深入實(shí)踐，促進(jìn)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，強(qiáng)化學(xué)生自己思考的過(guò)程，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)意識(shí)、獨(dú)立科研意識(shí)和能力，達(dá)到素質(zhì)型人才培養(yǎng)之目的。

如何提高《激光原理》課程的教學(xué)質(zhì)量，如何優(yōu)化和深化理論教學(xué)是一個(gè)長(zhǎng)期的課題。針對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考核方式等方面進(jìn)行改革，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維、從事科學(xué)研究和撰寫學(xué)術(shù)論文的能力，提高他們的綜合素質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳家璧，彭潤(rùn)玲主編.激光原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2]馬再如.關(guān)于提高激光原理與激光技術(shù)課教學(xué)質(zhì)量的探討[J].高等教育研究，2012，（1）.

[3]袁杰，王飛，趙洪常，楊開勇，羅暉，張斌，許光明.淺談在本科生基礎(chǔ)課程《激光原理》教學(xué)中的幾點(diǎn)體會(huì)[J].中國(guó)教育導(dǎo)刊，2009，（34）.

篇(6)

【論文摘要】：介紹了光機(jī)電一體化技術(shù)特征，研究了國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，指出了未來(lái)發(fā)展前景和一些重要技術(shù)熱點(diǎn)。

近些年來(lái)，光機(jī)電一體化技術(shù)得到迅猛發(fā)展，在民用工業(yè)和軍事領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。因此，光機(jī)電一體化技術(shù)成為當(dāng)今機(jī)械工業(yè)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)。

1.光機(jī)電一體化技術(shù)特征

光機(jī)電一體化系統(tǒng)主要由動(dòng)力、機(jī)構(gòu)、執(zhí)行器、計(jì)算機(jī)和傳感器五個(gè)部分組成，相互構(gòu)成一個(gè)功能完善的柔性自動(dòng)化系統(tǒng)。其中計(jì)算機(jī)軟硬件和傳感器是光機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成要素。與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品比較，光機(jī)電一體化產(chǎn)品具有以下技術(shù)特征。

1.1體積小，重量輕，適應(yīng)性強(qiáng)，操作更方便

光機(jī)電一體化技術(shù)使得操作人員擺脫了以往必須按規(guī)定操作程序或節(jié)后頻繁緊張地進(jìn)行單調(diào)重復(fù)操作的工作方式，可以靈活方便地按需控制和改變生產(chǎn)操作程序，任何一臺(tái)光機(jī)電一體化裝置的動(dòng)作，可由預(yù)設(shè)的程序一步一步控制實(shí)現(xiàn)，甚至實(shí)現(xiàn)操作全自動(dòng)化和智能化。

1.2功能增加，精度大幅提高

光機(jī)電一體化系統(tǒng)包括以激光、電腦等現(xiàn)代技術(shù)集成開發(fā)的自動(dòng)化、智能化機(jī)構(gòu)設(shè)備、儀器儀表和元器件。電子技術(shù)的采用使得包饋控制水平提高，運(yùn)算速度加快，通過(guò)電子自動(dòng)控制系統(tǒng)可精確按預(yù)設(shè)動(dòng)作，其自行診斷、校正、補(bǔ)償功能可減少誤差，達(dá)到靠單純機(jī)械方式所不能實(shí)現(xiàn)的工作精度。同時(shí)，由于機(jī)械傳動(dòng)部件減少，機(jī)械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。

1.3部分硬件實(shí)現(xiàn)軟件化，智能化程度提高

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備一般不具有自維修或自診斷功能。光機(jī)電一體化技術(shù)使得電子裝置能按照人的意圖進(jìn)行自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)、信息采集及處理、調(diào)節(jié)、修正、補(bǔ)償、自診斷、自動(dòng)保護(hù)直至自動(dòng)記錄、顯示、打印工作結(jié)果。通過(guò)改變程序，指令等軟件內(nèi)容而無(wú)需改動(dòng)硬件部分就可變換產(chǎn)品的功能，使機(jī)械控制功能內(nèi)容的確定和變化趨勢(shì)向"軟件化"和"智能化"。

1.4產(chǎn)品可靠性得到提高，使用壽命增長(zhǎng)

傳統(tǒng)的機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)部分，一般都伴隨著磨損及運(yùn)動(dòng)部件配合間隙所引起的動(dòng)作誤差，導(dǎo)致可動(dòng)摩擦、撞擊、振動(dòng)等加重，嚴(yán)格影響裝置壽命、穩(wěn)定性和可靠性。而光機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，使裝置的可動(dòng)部件減少，磨損也大為減少，像集成化接近開關(guān)甚至無(wú)可動(dòng)部件、無(wú)機(jī)械磨損。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，從而提高了產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。

1.5融合了多種學(xué)科新技術(shù)，衍生出許多功能更強(qiáng)、性能更好的新產(chǎn)品

光機(jī)電一體化產(chǎn)品的研究開發(fā)涉及到許多學(xué)科和專業(yè)知識(shí)，包括數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、聲學(xué)、機(jī)械工程學(xué)、電力電子學(xué)、電工學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)、光學(xué)、控制論、信息論和計(jì)算機(jī)科學(xué)等。例如人們很熟悉的靜電復(fù)印機(jī)、彩色印像機(jī)等，就是一種由機(jī)、電、光、磁、化學(xué)等多種學(xué)科和技術(shù)復(fù)合創(chuàng)新的新型產(chǎn)品。光機(jī)電一體化技術(shù)將光電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)與機(jī)械技術(shù)各自的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，衍生出許多功能更強(qiáng)、性能更好的新一代技術(shù)裝備。

1.6產(chǎn)品系統(tǒng)性增強(qiáng)，各部分系統(tǒng)間協(xié)調(diào)性要求提高

光機(jī)電一體化是一門學(xué)科的邊緣科學(xué)技術(shù)，多種技術(shù)的綜合及多個(gè)部分的組合，使得光機(jī)電一體化技術(shù)及產(chǎn)品更具有系統(tǒng)性、完整性和科學(xué)性。其各個(gè)組成部分在綜合成一個(gè)完整的系統(tǒng)中相互配合有嚴(yán)格的要求，這就要求各種技術(shù)揚(yáng)長(zhǎng)避短，提高系統(tǒng)協(xié)調(diào)性。

2.研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

2.1研究現(xiàn)狀

自從我國(guó)實(shí)行改革開放以來(lái)，科技領(lǐng)域急起直追，我國(guó)的光機(jī)電一體化技術(shù)已取得明顯的成效，數(shù)控產(chǎn)品有了很大的提高，尤其是經(jīng)濟(jì)型靈敏數(shù)控裝置發(fā)展很快，是我國(guó)特有的經(jīng)濟(jì)實(shí)用產(chǎn)品，不但適用國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要，部分產(chǎn)品還隨主機(jī)配套出口。國(guó)內(nèi)的機(jī)械產(chǎn)品采用可編程控制器（PC）和微電子技術(shù)控制設(shè)備也越來(lái)越多，覆蓋面也日益擴(kuò)大，從紡織機(jī)械、軸承加工設(shè)備、機(jī)床、注塑機(jī)到橡膠輪胎成型機(jī)、重型機(jī)械、輕工業(yè)機(jī)械都是如此，我國(guó)自行研制和生產(chǎn)的光機(jī)電設(shè)備，在質(zhì)量上也有重大突破，為今后的推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

2.2發(fā)展趨勢(shì)

光機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)滲透到各個(gè)學(xué)科、領(lǐng)域，成為一種新興的學(xué)科，并逐漸成為一種產(chǎn)業(yè)，而這些產(chǎn)業(yè)作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)越來(lái)越受到高度重視。從世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展情況來(lái)看，光機(jī)電一體化技術(shù)的未來(lái)技術(shù)熱點(diǎn)主要包括：

（1）激光技術(shù)

1）高單色性，利用激光高單色性作精密測(cè)量時(shí)，可極大地提高測(cè)量精度和量程。

2）高方向性，因具有很遠(yuǎn)距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力，從而可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離激光通信、激光測(cè)距、激光雷達(dá)、激光導(dǎo)航以及遙控。

3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦點(diǎn)附近可產(chǎn)生幾千到幾萬(wàn)度的高溫，可使照射點(diǎn)物體熔化或汽化，對(duì)各種各樣材料和產(chǎn)品進(jìn)行特種加工。

4）相干性，由于激光速頻率單一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學(xué)計(jì)算機(jī)的研制，而在實(shí)際運(yùn)用中也會(huì)通過(guò)一些激光技術(shù)改變激光輻射的特性，應(yīng)用范圍更廣。

（2）傳感檢測(cè)技術(shù)

1）激光準(zhǔn)直，能夠測(cè)量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三維空間的基準(zhǔn)測(cè)量。

2）激光測(cè)距，其探測(cè)距離遠(yuǎn)，測(cè)距精度高，抗干擾性強(qiáng)，體積小，重量輕，但受天然影響大。

3）光纖探測(cè)器，在目標(biāo)很小，間隔受限或危險(xiǎn)的環(huán)境中，最常選用的是光纖探測(cè)器。

其他還有激光打孔、刻槽=標(biāo)記、光化學(xué)沉積等加工技術(shù)。

（3）激光快速成型技術(shù)

激光快速成型是利用計(jì)算機(jī)將復(fù)雜的三維物體轉(zhuǎn)化為二維層，將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結(jié)，由點(diǎn)、線構(gòu)造零件的面（層），然后逐層成型。激光快速成型技術(shù)可使新產(chǎn)品及早投放市場(chǎng)，極大地提高了汽車生產(chǎn)企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)能力和產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。

（4）光能驅(qū)動(dòng)技術(shù)

利用光致變形材料可制作光致動(dòng)器和光機(jī)器人。現(xiàn)已研制成功一種光致動(dòng)器，其工作原理是將光照在形狀記憶合金上，反復(fù)地通、斷使材料伸縮，再利用感溫磁性體的溫度特性，將材料末端吸附在襯底上。利用材料本身的伸縮和端部的吸附特性，加上光的通斷便能實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該致動(dòng)器能可在頂面步行。這種狀態(tài)目標(biāo)處于初級(jí)階段，如果能發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)異光作用特性的動(dòng)態(tài)物質(zhì)，則可使光能驅(qū)動(dòng)技術(shù)廣泛應(yīng)用。

3.結(jié)語(yǔ)

技術(shù)上的改革和與之相配套的技術(shù)支持是創(chuàng)新技術(shù)的基礎(chǔ)。開發(fā)光機(jī)電一體化產(chǎn)品有不同的層次和靈活的自由度。在機(jī)械技術(shù)中恰當(dāng)?shù)匾腚娮蛹夹g(shù)，產(chǎn)品的面貌和行業(yè)的面貌就可以迅速發(fā)生巨大變化。產(chǎn)品一旦實(shí)現(xiàn)光機(jī)電一體化，便具有很高的功能水平和附加價(jià)值，將給開發(fā)生產(chǎn)者和用戶帶來(lái)巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]劉志，朱文堅(jiān).光機(jī)電一體化技術(shù)，現(xiàn)代制造工程，2001（12）

[2]梁進(jìn)秋.微光機(jī)電系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展.光機(jī)電信息，2000（8）

[3]宋云奪編譯.光機(jī)電一體化業(yè)的未來(lái).光機(jī)電信息，2003（12）

篇(7)

1.1 病例選擇

于2011年7—11月在四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院和華西醫(yī)院內(nèi)分泌科門診就診的漢族2型糖尿病老年患者中選擇研究對(duì)象。經(jīng)牙周檢查，選取2型糖尿病同時(shí)伴中重度牙周炎者11例，其中男性6例，女性5例，年齡55～82歲，平均年齡68.5歲。2型糖尿病診斷標(biāo)準(zhǔn)[2]如下：空腹血糖濃度≥7.0 mmol·L-1，餐后2 h血糖濃度≥11.1 mmol·L-1，病史1～10年。本試驗(yàn)選擇空腹血糖濃度≤8.0 mmol·L-1，即血糖控制尚可者。中重度慢性牙周炎根據(jù)Armitage的診斷標(biāo)準(zhǔn)[3]進(jìn)行診斷。中度牙周炎：平均臨床附著喪失（clinical attach-ment loss，CAL）為1.6～2.4 mm；鄰面CAL≥3 mm的位點(diǎn)數(shù)≤8，且分布于至少3個(gè)象限或至少6顆牙；失牙數(shù)≤5。重度牙周炎：平均CAL≥2.5 mm；至少3個(gè)象限有1個(gè)或多個(gè)鄰面位點(diǎn)CAL≥5 mm，且3個(gè)象限均有1個(gè)位點(diǎn)鄰面CAL≥5 mm；失牙數(shù)≤14；每個(gè)象限至少有1顆牙的牙周袋探診深度（probing depth，PD）>4 mm，且探診出血（bleeding on pro-bing，BOP）陽(yáng)性，X線檢查示牙槽骨吸收大于或等于1/3。納入標(biāo)準(zhǔn)：符合上述2型糖尿病和中重度慢性牙周炎診斷標(biāo)準(zhǔn)；所有患者半年內(nèi)未做過(guò)牙周治療；1個(gè)月內(nèi)未服用過(guò)抗生素；糖尿病病情控制近期無(wú)明顯變化，用藥情況比較穩(wěn)定；飲食及運(yùn)動(dòng)習(xí)慣無(wú)改變；無(wú)糖尿病其他嚴(yán)重并發(fā)癥；無(wú)全身其他的嚴(yán)重疾病及感染。排除標(biāo)準(zhǔn)：患有糖尿病其他嚴(yán)重并發(fā)癥；伴發(fā)其他系統(tǒng)性疾病或炎癥性疾病；近期服用過(guò)免疫抑制劑、抗生素，局部使用抗菌性漱口水等可能嚴(yán)重影響測(cè)量指標(biāo)的藥物；半年內(nèi)做過(guò)相關(guān)牙周治療。

患牙入組標(biāo)準(zhǔn)：從選取的糖尿病相關(guān)性牙周炎患者口內(nèi)選擇13對(duì)患牙（牙周狀況相近的左右對(duì)稱同頜同名牙；位點(diǎn)滿足如下條件：4 mm

1.2 治療過(guò)程

對(duì)參加此次研究的檢查者進(jìn)行Er ： YAG激光相關(guān)操作指導(dǎo)培訓(xùn)。本研究采用自身隨機(jī)對(duì)照的單盲試驗(yàn)（對(duì)臨床指標(biāo)評(píng)價(jià)者設(shè)盲），并對(duì)檢查者進(jìn)行校正檢驗(yàn)。所有檢查、診斷及治療均由同一名口腔醫(yī)生完成。治療時(shí)間為上午8至10時(shí)。試驗(yàn)組、對(duì)照組患牙均行臨床檢查并記錄牙周指標(biāo)數(shù)值，試驗(yàn)組經(jīng)超聲齦上潔治后，分別進(jìn)行相應(yīng)的齦下激光治療和超聲治療；對(duì)照組患牙僅采樣，不做治療。24 h內(nèi)完成全部治療。術(shù)后第1、3個(gè)月收集同一位點(diǎn)的齦下菌斑。樣本采集方法：取樣患牙隔濕后，去除齦上菌斑并用氣槍從根方向冠方吹干牙面，成品無(wú)菌紙尖輕輕插入牙周袋最底部吸取齦下菌斑，靜置約20 s后，取出置于含l mL PBS緩沖液的EP管中，-80 ℃保存?zhèn)錂z。

激光組治療：采用激光治療儀配置的2061手機(jī)，其工作導(dǎo)棒為矩形棱柱體。將連在手機(jī)頭上的光纖棱柱體插入牙周袋，噴水下與根面呈15°～20°照射，緩慢向根尖方向移動(dòng)，直到袋底位置；沿從齦緣到袋底若干平行路徑，覆蓋整個(gè)病變根面。當(dāng)根面檢測(cè)不到菌斑、牙石時(shí)，治療自動(dòng)中斷。

治療前對(duì)患者進(jìn)行口腔衛(wèi)生宣教，每次復(fù)查均要強(qiáng)化菌斑控制意識(shí)并貫穿全程。

1.3 齦下菌斑DNA提取及純度測(cè)定

使用QIAam[專業(yè)提供寫作論文和論文寫作服務(wù)，歡迎您的光臨dylw.net]pTM DNA micro Kit試劑盒（QIAGEN Sciences公司，美國(guó)）提取全基因組DNA。使用核酸定量?jī)xNanoDrop 1000 Spectrophotometer（Thermo Scientific公司，德國(guó)）檢測(cè)得到的細(xì)菌基因組 DNA的濃度和純度。

1.4 PCR

使用通用引物Bac1（5’-CGC CCG CCG CGC C-CC GCG CCC GTC CCG CCG CCC CCG CCC GAC TAC GTC CCA GCA GCC-3’）和Bac2（5’-GGA C-TA CCA GGG TAT CTA ATC C-3’）對(duì)樣本的16S rDNA基因進(jìn)行擴(kuò)增。瓊脂糖凝膠電泳驗(yàn)證PCR擴(kuò)增產(chǎn)物。

1.5 DGGE及條帶分析

以8%的聚丙烯酰胺凝膠形成40%（含2.8 mol·L-1尿素及體積分?jǐn)?shù)24%甲酰胺）至60%（含4.2 mol·L-1尿素及體積分?jǐn)?shù)24%甲酰胺）的線性濃度梯度。使用Bio-Rad Dcode系統(tǒng)恒定60 V電壓，58 ℃下電泳

17 h。電泳完成后，用Molecular Imager Gel Documen-tation system獲取并記錄DGGE凝膠的數(shù)碼圖像。為了驗(yàn)證試驗(yàn)的可重復(fù)性，重復(fù)跑膠2～3次。為便于不同膠板之間進(jìn)行比對(duì)，本試驗(yàn)在DGGE膠板上設(shè)置Marker。

采用樣品平均條帶數(shù)反映樣品種群多樣性，同時(shí)分析菌屬類型的變化，尋找特異性條帶；對(duì)感興趣的特異性DNA條帶進(jìn)行切膠，回收，測(cè)序。

2 結(jié)果

2.1 試驗(yàn)組患牙位點(diǎn)的PCR產(chǎn)物瓊脂糖凝膠電泳圖

本文選取激光組與超聲組各13顆患牙治療前以及治療后第1、3個(gè)月同一位點(diǎn)的齦下菌斑，采用通用引物擴(kuò)增齦下菌斑全細(xì)菌16S rDNA序列，行1.5%瓊脂糖凝膠電泳，得到單一一致的條帶，產(chǎn)物片段長(zhǎng)度約為300 bp（圖1）。通過(guò)DGGE檢測(cè)PCR產(chǎn)物獲得指紋圖譜進(jìn)行分析。

2.2 試驗(yàn)組和對(duì)照組患牙的齦下微生物圖譜分析

DGGE電泳圖譜顯示兩組樣本均具有豐富的細(xì)菌多樣性，且組間16S rDNA指紋圖譜條帶構(gòu)成存在差異（圖2）。選擇兩組中分布有較大差異的DNA條帶（見圖2中的1、2）進(jìn)行切膠并回收測(cè)序，測(cè)序結(jié)果分別與中間普雷沃菌（Prevotella intermedia）克隆NCAR1112、福賽斯坦納菌（Tannerella forsythia）克隆WI040相似性最高。

2.2.1 條帶均數(shù)的比較 試驗(yàn)組患牙的平均條帶數(shù)為16.7±0.92，對(duì)照組為19.3±1.18，試驗(yàn)組條帶均數(shù)較對(duì)照組減[專業(yè)提供寫作論文和論文寫作服務(wù)，歡迎您的光臨dylw.net]少，其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。

2.2.2 差異條帶種類分析 分析DGGE圖譜，共發(fā)現(xiàn)25種不同的條帶，其中7種在約85%的樣本 中均有出現(xiàn)，5種在100%的樣本中出現(xiàn)。對(duì)試驗(yàn)組與對(duì)照組中條帶分布差異較大的1、2條帶行切膠測(cè)序，其結(jié)果見圖3。由圖3可見，條帶種類17、14（分別對(duì)應(yīng)圖2的條帶1、2）在組間分布有較大差異。

2.3 試驗(yàn)組患牙兩種治療方法治療后的圖譜分析

激光組和超聲組治療后1、3個(gè)月的齦下菌斑全細(xì)菌DNA水平DGGE圖譜見圖4。激光組治療后1、3個(gè)月與治療前條帶數(shù)的差值分別為5.15±0.89、1.69±0.85，超聲組則分別為5.38±1.12、-0.84±0.68。組間比較：治療后1個(gè)月，激光組與超聲組條帶數(shù)差值的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；治療后3個(gè)月，激光組條帶數(shù)差值明顯高于超聲組（P<0.05）。組內(nèi)兩兩比較：激光組治療后1個(gè)月條帶數(shù)與治療前相比明顯增加（P<0.05）；治療后3個(gè)月，與治療前的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），與治療后1個(gè)月相比則明顯減少（P<0.05）。超聲組內(nèi)兩兩比較的結(jié)果與激光組類似。

2.4 激光治療前后患牙齦下菌群的動(dòng)態(tài)變化

結(jié)合條帶差值分析結(jié)果可以看出，激光組樣本條帶均數(shù)在治療后第1、3個(gè)月均較治療前增加，1個(gè)月時(shí)增加最明顯，1個(gè)月時(shí)條帶均數(shù)與治療前、治療后3個(gè)月比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。選擇治療后減弱、消失的2個(gè)DNA條帶（圖5中的3、4）和治療后新出現(xiàn)的1個(gè)DNA條帶（圖5中的5）切膠并回收測(cè)序，分析條帶差異的種類。

條帶種類分析結(jié)果見圖6，共發(fā)現(xiàn)31種不同條帶（條帶1～31），其中3種在約100%樣品中出現(xiàn)。條帶種類2和15（分別對(duì)應(yīng)圖5中條帶4和3）為治療后減弱、消失的條帶，條帶種類22（對(duì)應(yīng)圖5中條帶5）為治療后新出現(xiàn)條帶。從DGGE圖譜及條帶類型變化圖可以看出，治療后1個(gè)月圖譜變化明顯，出現(xiàn)新的條帶（圖5中條帶5），菌群組成發(fā)生了變化。條帶5測(cè)序結(jié)果與放線菌的一種（Actinomyces sp. oral strain Hal-1065）相似性最高。治療后3個(gè)月的圖譜與治療前相比變化不明顯。治療后明顯減弱、消失的3、4號(hào)條帶，切膠測(cè)序結(jié)果與福賽斯坦納菌（Ta-nnerella forsythia） 克隆WI040相似性最高。

3 討論

研究[4]發(fā)現(xiàn)，疾病狀態(tài)下環(huán)境微生物群落的多樣性會(huì)發(fā)生改變，往往表現(xiàn)為比健康狀態(tài)下的多樣性減少。伴2型糖尿病的慢性牙周炎患者因長(zhǎng)期高血糖的作用，其齦溝液中化學(xué)組分以及牙周組織的結(jié)構(gòu)等均有較大改變，齦下菌斑微生物的種類、構(gòu)成均會(huì)受到影響；但與不伴全身疾病的慢性牙周炎比較，其構(gòu)成變化及相關(guān)優(yōu)勢(shì)菌群的變化仍有爭(zhēng)議[5]。本試驗(yàn)DGGE圖譜分析表明，與對(duì)照組相比，試驗(yàn)組齦下菌斑的細(xì)菌多樣性明顯減少，可能是由于糖尿病導(dǎo)致口腔局部環(huán)境改變，如口腔唾液分泌減緩，唾液成分的組成及含量發(fā)生改變所致。這些環(huán)境的改變可能導(dǎo)致口腔生態(tài)平衡的破壞，一部分細(xì)菌被抑制，這些細(xì)菌減少、消失甚至被替代。這提示糖尿病疾病狀態(tài)可能參與了細(xì)菌群落多樣性的改變。該結(jié)果也支持牙周炎的發(fā)生發(fā)展是由于口腔菌群平衡失調(diào)，并非某一種或幾種特異性致病菌或整個(gè)口腔微生物數(shù)量增多所致的假說(shuō)[6]。

Collin等[7]在研究老年糖尿病相關(guān)性牙周炎患者齦下菌群的特點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：牙齦卟啉單胞菌、伴放線菌嗜血菌、福賽斯坦納菌在糖尿病組中檢出率較高，與不伴糖尿病的牙周炎患者相比在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有差異。馬麗[5]研究顯示，糖尿病相關(guān)性牙周炎組伴放線菌嗜血菌、福賽斯坦納菌的檢出率及相對(duì)含量顯著高于不伴全身疾病的慢性[專業(yè)提供寫作論文和論文寫作服務(wù)，歡迎您的光臨dylw.net]牙周炎組，提示二者齦下菌群的種類和細(xì)菌數(shù)量有差別。本試驗(yàn)條帶種類分析結(jié)果顯示，糖尿病相關(guān)性牙周炎與不伴全身疾病的慢性牙周炎患者之間有較大差別的菌種，分別為福賽斯坦納菌和中間普雷沃菌。近年來(lái)，中間普雷沃菌已成為一種公認(rèn)的與慢性牙周炎發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)的可疑致病菌，在慢性牙周炎患者的齦下菌斑中屬優(yōu)勢(shì)菌。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，該菌在糖尿病相關(guān)性牙周炎者的分布未見明顯優(yōu)勢(shì)，此結(jié)果與馬麗[5]的研究相同。福賽斯坦納菌是目前牙周炎三大證據(jù)最為充分的致病菌之一[8]，與牙周附著喪失、牙周袋深度增加及牙槽骨吸收密切相關(guān)，而通過(guò)傳統(tǒng)的潔刮治方法難以清除該菌。研究[5]發(fā)現(xiàn)，福賽斯坦納菌含量與空腹血糖水平呈正相關(guān)，在牙周炎與糖尿病的相互作用中可能發(fā)揮重要作用。本試驗(yàn)測(cè)序結(jié)果亦支持此觀點(diǎn)。綜上所述，牙周可疑致病菌在糖尿病相關(guān)性牙周炎患者和單純牙周炎患者的分布具有差異。究其原因，可能在于2型糖尿病引起全身及牙周狀況改變后，更利于福賽斯坦納菌的定植，大量繁殖后成為優(yōu)勢(shì)菌；而其他齦下致病菌比如中間普雷沃菌因不能適應(yīng)機(jī)體環(huán)境的改變，最終導(dǎo)致齦下菌群的構(gòu)成發(fā)生改變。

Er ： YAG激光是目前牙周治療中常用的一種激光，具有良好的熱機(jī)械消融性和高水吸收性，去除牙石時(shí)，因其能量能完全被根面硬組織表層的水所吸收，幾乎不會(huì)對(duì)牙周組織和牙骨質(zhì)造成熱損傷，同時(shí)具有可靠的抑菌、殺菌作用[9]。分析激光治療糖尿病相關(guān)性牙周炎患者前后的菌群動(dòng)態(tài)變化圖譜，可以發(fā)現(xiàn)齦下菌群中細(xì)菌種類和多樣性在治療前后發(fā)生改變。齦下菌群總的條帶數(shù)增加，尤其是治療后1個(gè)月時(shí)有新條帶出現(xiàn)，提示重新分布的菌群組成與治療前存在差異，齦下菌斑微生物多樣性增加。本試驗(yàn)的結(jié)果與張冬梅等[10]的報(bào)道一致。Er ： YAG激光治療作為一種外界干預(yù)打破了原有菌群之間的平衡，不同種屬的細(xì)菌對(duì)激光治療具有不同的敏感性，原來(lái)的優(yōu)勢(shì)菌福賽斯坦納菌減少，非優(yōu)勢(shì)菌放線菌開始活躍，逐漸成為新的優(yōu)勢(shì)菌，達(dá)到新的平衡。Greenstein[11]發(fā)現(xiàn)，牙周愈合主要發(fā)生在治療后1個(gè)月。由此推測(cè)，此時(shí)菌群的構(gòu)成多樣性與健康牙周狀態(tài)更為接近，治療后1個(gè)月為治療的關(guān)鍵時(shí)期，此時(shí)可以增加干預(yù)防治措施。對(duì)治療后1個(gè)月時(shí)出現(xiàn)的特異性條帶測(cè)序，結(jié)果顯示為放線菌屬，這提示1個(gè)月后優(yōu)先定居的放線菌屬比其他牙周可疑致病菌更占優(yōu)勢(shì)。Socransky等[12]認(rèn)為，牙周治療后齦下菌斑中新出現(xiàn)的細(xì)菌可能是鏈球菌屬或放線菌屬，本試驗(yàn)結(jié)果與之相符。

治療后3個(gè)月，齦下菌群DNA條帶均數(shù)呈下降趨勢(shì)，但超聲組條帶均數(shù)的下降明顯多于激光組。超聲組多樣性減少的原因，可能是由于在糖尿病疾病狀態(tài)下，牙周微環(huán)境更利于致病菌繁殖，隨時(shí)間推移，牙周可疑致病菌[專業(yè)提供寫作論文和論文寫作服務(wù)，歡迎您的光臨dylw.net]重新 定植成為優(yōu)勢(shì)菌，其他細(xì)菌生長(zhǎng)受抑制，致使細(xì)菌多樣性減少，逐漸恢復(fù)到與治療前相近的菌群結(jié)構(gòu)；這提示牙周可疑致病菌在超聲治療后3個(gè)月有再定植的趨勢(shì)。激光組細(xì)菌多樣性仍有一定的增加，可能要?dú)w因于其良好的抗菌性。已有研究[13]表明，帶有自動(dòng)熒光反饋系統(tǒng)的激光儀照射后的根面可獲得較光滑均一的表面，降低炎癥因子的水平，從而延緩細(xì)菌再定植的進(jìn)程。從這一角度分析，激光在延緩細(xì)菌早期定植、控制療效方面具有一定優(yōu)勢(shì)。Liu等[14]的研究表明，慢性牙周炎經(jīng)基礎(chǔ)治療后42 d即有大量細(xì)菌的再定植，且細(xì)菌的定植不伴隨臨床癥狀的反復(fù)，提示臨床癥狀的改善與微生物變化存在不一致性。本試驗(yàn)亦得出類似結(jié)果，治療后3個(gè)月時(shí)齦下致病菌的再定植早于臨床指標(biāo)的回復(fù)。究其原因，可能是治療措施改變了牙周袋的理化環(huán)境，導(dǎo)致試驗(yàn)對(duì)象易患性降低所致；但其原因和機(jī)制，有待進(jìn)一步研究。

治療后3個(gè)月時(shí)齦下致病菌出現(xiàn)再定植，可見有效、持久的菌斑控制至關(guān)重要。維護(hù)期口腔衛(wèi)生往往決定著牙周系統(tǒng)治療的成敗，這一階段應(yīng)增加復(fù)查、復(fù)治次數(shù)，強(qiáng)化口腔衛(wèi)生指導(dǎo)，待齦下菌群穩(wěn)定后逐步延長(zhǎng)治療間隔時(shí)間。

本研究探討了Er ： YAG激光治療對(duì)2型糖尿病相關(guān)性牙周炎老年患者齦下菌群的影響，發(fā)現(xiàn)其菌群種類和比例發(fā)生改變，治療后1個(gè)月細(xì)菌多樣性增加，3個(gè)月Er ： YAG激光在延緩細(xì)菌再定植方面可能具有優(yōu)勢(shì)。本試驗(yàn)尚缺乏長(zhǎng)期縱向研究，治療后牙周狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)的齦下菌群分布還需進(jìn)一步研究。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Li Y， Saxena D， Barnes VM， et al. Polymerase chain reaction-based denaturing gradient gel electrophoresis in the evalua-tion of oral microbiota[J]. Oral Microbiol Immunol， 2006， 21（5）：333-339.

[2] 葉任高， 陸再英. 內(nèi)科學(xué)[M]. 6版. 北京： 人民衛(wèi)生出版社， 2004：797-798.