論文關(guān)鍵詞：激光探測；接口

論文摘要：本文論述了激光探測系統(tǒng)信息接口技術(shù)；討論了激光探測接口的一般設計思想。

1引言

激光具有波長單一和良好的方向性，所以和傳統(tǒng)的探測方法相比，激光探測具有精度高，抗干擾能力強等特點，在激光測距、激光雷達、激光告警、激光制導、目標識別等軍事領(lǐng)域，都得到了廣泛應用。針對不同武器系統(tǒng)的需求，激光探測系統(tǒng)接口呈現(xiàn)出多樣性。

近年來，隨著應用需求和集成化度的增加，激光探測系內(nèi)部、激光探測系統(tǒng)和各武器平臺之間集成了不同廠商的硬件設備、數(shù)據(jù)平臺、網(wǎng)絡協(xié)議等，由此帶來的異構(gòu)性給探測系統(tǒng)的互操作性、兼容性及平滑升級能力帶來了問題。

對激光探測系統(tǒng)而言，接口技術(shù)的設計是整個系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)。一個激光探測系統(tǒng)的設計、實施，有很大的工作量是在接口的處理上，好的接口設計可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、運行效率、升級能力等，本文以激光探測系統(tǒng)接口技術(shù)為研究對象，著重分析其接口技術(shù)類型、設計考慮因素和驗證方法。

介紹了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展、應用、設備及工藝特點，簡述了激光熔覆技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，指出了激光表面改性技術(shù)存在的問題，展望了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展前景。

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激光熔覆技術(shù)是20世紀70年代隨著大功率激光器的發(fā)展而興起的一種新的表面改性技術(shù)，是指激光表面熔敷技術(shù)是在激光束作用下將合金粉末或陶瓷粉末與基體表面迅速加熱并熔化,光束移開后自激冷卻形成稀釋率極低,與基體材料呈冶金結(jié)合的表面涂層,從而顯著改善基體表面耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的一種表面強化方法[1~3]。如對60#鋼進行碳鎢激光熔覆后，硬度最高達2200HV以上，耐磨損性能為基體60#鋼的20倍左右。在Q235鋼表面激光熔覆CoCrSiB合金后，將其耐磨性與火焰噴涂的耐蝕性進行了對比，發(fā)現(xiàn)前者的耐蝕性明顯高于后者[4]。

激光熔覆技術(shù)是一種經(jīng)濟效益很高的新技術(shù),它可以在廉價金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質(zhì)，降低成本,節(jié)約貴重稀有金屬材料，因此,世界上各工業(yè)先進國家對激光熔覆技術(shù)的研究及應用都非常重視[1-2、5-7]。

1激光熔覆技術(shù)的設備及工藝特點

目前應用于激光熔覆的激光器主要有輸出功率為1~10kW的CO2激光器和500W左右的YAG激光器。對于連續(xù)CO2激光熔覆,國內(nèi)外學者已做了大量研究[1]。近年來高功率YAG激光器的研制發(fā)展迅速,主要用于有色合金表面改性。據(jù)文獻報道,采用CO2激光進行鋁合金激光熔覆,鋁合金基體在CO2激光輻照條件下容易變形,甚至塌陷[1]。YAG激光器輸出波長為1.06μm,較CO2激光波長小1個數(shù)量級,因而更適合此類金屬的激光熔覆。

介紹了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展、應用、設備及工藝特點，簡述了激光熔覆技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，指出了激光表面改性技術(shù)存在的問題，展望了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展前景。

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激光熔覆技術(shù)是20世紀70年代隨著大功率激光器的發(fā)展而興起的一種新的表面改性技術(shù)，是指激光表面熔敷技術(shù)是在激光束作用下將合金粉末或陶瓷粉末與基體表面迅速加熱并熔化,光束移開后自激冷卻形成稀釋率極低,與基體材料呈冶金結(jié)合的表面涂層,從而顯著改善基體表面耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的一種表面強化方法[1~3]。如對60#鋼進行碳鎢激光熔覆后，硬度最高達2200HV以上，耐磨損性能為基體60#鋼的20倍左右。在Q235鋼表面激光熔覆CoCrSiB合金后，將其耐磨性與火焰噴涂的耐蝕性進行了對比，發(fā)現(xiàn)前者的耐蝕性明顯高于后者[4]。

激光熔覆技術(shù)是一種經(jīng)濟效益很高的新技術(shù),它可以在廉價金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質(zhì)，降低成本,節(jié)約貴重稀有金屬材料，因此,世界上各工業(yè)先進國家對激光熔覆技術(shù)的研究及應用都非常重視[1-2、5-7]。

1激光熔覆技術(shù)的設備及工藝特點

目前應用于激光熔覆的激光器主要有輸出功率為1~10kW的CO2激光器和500W左右的YAG激光器。對于連續(xù)CO2激光熔覆,國內(nèi)外學者已做了大量研究[1]。近年來高功率YAG激光器的研制發(fā)展迅速,主要用于有色合金表面改性。據(jù)文獻報道,采用CO2激光進行鋁合金激光熔覆,鋁合金基體在CO2激光輻照條件下容易變形,甚至塌陷[1]。YAG激光器輸出波長為1.06μm,較CO2激光波長小1個數(shù)量級,因而更適合此類金屬的激光熔覆。

激光與空間技術(shù)胡海棠國家科委信息司原常務副司長研究員——一、激光技術(shù)——（一）什么是激光與激光技術(shù)——激光，是一種自然界原本不存在的，因受激而發(fā)出的具有方向性好、亮度高、單色性好和相干性好等特性的光。物理學家把產(chǎn)生激光的機理溯源到1917年愛因斯坦解釋黑體輻射定律時提出的假說，即光的吸收和發(fā)射可經(jīng)由受激吸收、受激輻射和自發(fā)輻射三種基本過程。眾所周知，任何一種光源的發(fā)光都與其物質(zhì)內(nèi)部粒子的運動狀態(tài)有關(guān)。當處于低能級上的粒子（原子、分子或離子）吸收了適當頻率外來能量（光）被激發(fā)而躍遷到相應的高能級上（受激吸收）后，總是力圖躍遷到較低的能級去，同時將多余的能量以光子形式釋放出來。如果光是在沒有外來光子作用下自發(fā)地釋放出來的（自發(fā)輻射），此時被釋放的光即為普通的光（如電燈、霓虹燈等），其特點是光的頻率大小、方向和步調(diào)都很不一致。但如果是在外來光子直接作用下由高能級向低能級躍遷時將多余的能量以光子形式釋放出來（受激輻射），被釋放的光子則與外來的入射光子在頻率、位相、傳播方向等方面完全一致，這就意味著外來光得到了加強，我們稱之為光放大。顯然，如果通過受激吸收，使處于高能級的粒子數(shù)比處于低能級的越多（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)），這種光的放大現(xiàn)象就越明顯，這時就有可能形成激光了。——激光之所以被譽為神奇的光，是因為它有普通光所完全不具備的四大特性。——1.方向性好——普通光源（太陽、白熾燈或熒光燈）向四面八方發(fā)光，而激光的發(fā)光方向可以限制在小于幾個毫弧度立體角內(nèi)（圖8-9），這就使得在照射方向上的照度提高千萬倍。激光準直、導向和測距就是利用方向性好這一特性。——2.亮度高——激光是當代最亮的光源，只有氫彈爆炸瞬間強烈的閃光才能與它相比擬。太陽光亮度大約是103瓦／（厘米2.球面度），而一臺大功率激光器的輸出光亮度經(jīng)太陽光高出7～14個數(shù)量級。這樣，盡管激光的總能量并不一定很大，但由于能量高度集中，很容易在某一微小點處產(chǎn)生高壓和幾萬攝氏度甚至幾百萬攝氏度高溫。激光打孔、切割、焊接和激光外科手術(shù)就是利用了這一特性。——3.單色性好——光是一種電磁波。光的顏色取決于它的波長。普通光源發(fā)出的光通常包含著各種波長，是各種顏色光的混合。太陽光包含紅、登、黃、綠、青、藍、紫七種顏色的可見光及紅外光、紫外光等不可見光。而某種激光的波長，只集中在十分窄的光譜波段或頻率范圍內(nèi)。如氦氖激光的波長為632.8納米，其波長變化范圍不到萬分之一納米。由于激光的單色性好，為精密度儀器測量和激勵某些化學反應等科學實驗提供了極為有利的手段。——4.相干性好——干涉是波動現(xiàn)象的一種屬性。基于激光具有高方向性和高單色性的特性，它必然相干性極好。激光的這一特性使全息照相成為現(xiàn)實。——所謂激光技術(shù)，就是探索開發(fā)各種產(chǎn)生激光的方法以及探索應用激光的這些特性為人類造福的技術(shù)的總稱。自1960年美國研制成功世界上第一臺紅寶石激光器，我國也于1961年研制成功國產(chǎn)首臺紅寶石激光器以來，激光技術(shù)被認為是20世紀繼量子物理學、無線電技術(shù)、原子能技術(shù)、半導體技術(shù)、電子計算機技術(shù)之后的又一重大科學技術(shù)新成就。30多年來，激光技術(shù)得到突飛猛進的發(fā)展，不僅研制了各個特色的多種多樣的激光器，而且激光應用領(lǐng)域不斷拓展，并形成了激光唱盤唱機、激光醫(yī)療、激光加工、激光全息照相、激光照排印刷、激光打印以及激光武器等一系列新興產(chǎn)業(yè)。激光技術(shù)的飛速發(fā)展，使其成為當今新技術(shù)革命的“帶頭技術(shù)”之一。——（二）各式各樣的激光器——在光源中，實現(xiàn)能級粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是實現(xiàn)光放大的前提，也就是產(chǎn)生激光的先決條件。要實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，需借助外來光的力量，使大量原來處于低能級的粒子躍遷到高能級上去，這個過程我們稱之為“激勵”。——我們通常所說的激光器，就是使光源中的粒子受到激勵而產(chǎn)生受激輻射躍遷，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，然后通過受激輻射而產(chǎn)生光的放大的裝置。激光器雖然多種多樣，但使命都是通過激勵和受激輻射而獲得激光。因此基本組成通常均由激活介質(zhì)（即被激勵后能產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)）、激勵裝置（即能使激活介質(zhì)發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的能源，泵浦源）和光諧振腔（即能使光束在其中反復振蕩和被多次放大的兩塊平面反射鏡）等三個部分組成（圖8-2）。——經(jīng)過30余年的發(fā)展，各國開發(fā)出實用的激光器已超過200種。種類繁多，特點各異，用途也各不相同。激光器有各種不同的分類方法：按工作物質(zhì)來分有氣體、玻璃、晶體、液體、半導體、準分子等激光器，還有化學激光器（靠化學反應而形成受激狀態(tài)）和自由電子激光器等；按波長來分，覆蓋的波長范圍包括遠紅外、紅外、可見光、紫外直到遠紫外，最近還研制出X射線激光器和正在開發(fā)的γ射線光器；按激勵方式不同，有光激勵（光源或紫外光激勵）、氣體放電激勵、化學反應激勵、核反應激勵等；按輸出方式不同，有連續(xù)的、單脈沖的、連續(xù)脈沖的和超短脈沖的，等等；從功率輸出的大小來看，其中連續(xù)的輸出功率小至微瓦級，最大可達兆瓦級；脈沖輸出的能量可從微焦耳至10萬以上焦耳，脈沖寬度由毫秒級到皮秒級乃至飛秒級（1000萬億分之一）。——上述各式各樣激光器的出現(xiàn)，主要是為了滿足不同的應用目的。如激光加工和某些軍用激光都要求高功率激光或高能量激光（即所謂強激光）。有的希望脈沖的時間盡量縮短，以從事某些特快過程的研究。有的還對提高光的單色性、改善輸出光的模式、改善光斑的光強分布以及要求波長可調(diào)等提出了很高的要求，從而使激光器的探索深度和應用廣度得到前所未有的發(fā)展。激光器的應用已滲透到各個領(lǐng)域，正在奇跡般地改變著我們的世界。——（三）蓬勃發(fā)展的激光應用——激光不僅是20世紀內(nèi)人類最重大的發(fā)明之一，而且激光技術(shù)的應用已廣泛深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)學乃至社會的各個方面，對人類社會的進步正在起著越來越重要的作用。——1、激光在信息領(lǐng)域的應用——半導體激光器和光纖放大器是光纖通信的兩項關(guān)鍵技術(shù)。半導體激光器發(fā)出的激光不僅單色性和相干性好，而且光波頻率比微波頻率又高萬倍，故以激光為傳遞信息的載體，用光纖做信息傳遞線路的光纖通信，不僅通信質(zhì)量好、抗干擾能力強、保密性好，而且通信容量比微波通信要提高上萬倍。一根比頭發(fā)絲還細的光纖，就可以同時傳輸上萬路電話或成千路電視節(jié)目，從而使通信真正成為通向千家萬戶的網(wǎng)絡新時代。——利用激光技術(shù)進行光存儲，使信息的存儲發(fā)生了革命性的飛躍。一張CD聲頻光盤的記錄密度相當于1000萬比特／厘米2，可記錄78分鐘的音樂節(jié)目，比密紋唱片要大好幾個數(shù)量級。一張計算機用的盤徑為5英寸的CD-ROM，容量可達650兆比特。一張LD（激光錄像盤），或者近幾年最熱門的VCD（激光視盤，谷稱小影碟），以及繼VCD之后的新一代視盤DVD（數(shù)字視盤），其視像蘊含的信號量比CD又要高千倍，可記錄100分鐘的清晰度很高的影視節(jié)目。CD、VCD和LD不僅已在放像設備市場占有相當大的份額，而且還可以在配有激光驅(qū)動器的計算機上播放。——此外，激光打印機、激光傳真機、激光照排、激光大屏幕彩色電視、光纖有線電視以及大氣激光通訊等均已得到廣泛應用。——2、激光在全息術(shù)領(lǐng)域的應用——光作為一種波動現(xiàn)象，表征它的物理量有波長（同顏色有關(guān)）、振幅（同光的強弱有關(guān)）和位相（表示波動起點同基準時間的關(guān)系）。人們利用感光的照相方法，只能記錄下波長和振幅，所以無論照得多么逼真，看照片和看真的景物總是不一樣。而激光具有高相干性，能獲取干涉波空間包括相位在內(nèi)的全部信息。因此，采用激光進行全息攝影，被拍物體的全部信息都被記錄在底片上，通過光的衍射，就能復現(xiàn)被攝取物體栩栩如生的立體形象。時至今日，在全息照相的基礎上，還進一步發(fā)展了全息干涉術(shù)、彩色全息及彩虹全息和周視全息等新的全息技術(shù)。——全息照相具有三維成像的特點，可重復記錄，而且每一小塊全息底片都能再現(xiàn)物體的完整立體形象，其用途十分廣泛。可廣泛用于精密干涉計量、無損探傷、全息光彈性、微應變分析和振動分析等科學研究。利用全息干涉術(shù)研究燃氣燃燒過程、機械件的振動模式、蜂窩板結(jié)構(gòu)的粘結(jié)質(zhì)量和汽車輪胎皮下缺陷檢查等已得到廣泛應用。全息照相用作商品和信用卡的防偽標記已形成產(chǎn)業(yè)，用全息照相拍攝珍貴藝術(shù)品，不僅欣賞起來令人如臨其境，而且為藝術(shù)品的修復提供了可靠而逼真的依據(jù)。正在發(fā)展的全息電視還將為人們增添一種新的生活享受。——二、空間技術(shù)——（一）什么是空間技術(shù)——空間技術(shù)，顧名思義就是探索、開發(fā)和利用宇宙空間的技術(shù)。現(xiàn)階段，空間技術(shù)又稱航天技術(shù)。但對“天”目前專家們有兩種理解：一是把地球大氣層以外的無限遙遠空間稱之為“天”；另一是把地球大氣層外、太陽系以內(nèi)的有限空間叫做“天”。若按前一種理解，空間技術(shù)和航天技術(shù)完全是一回事；若按后一種理解，人們把地球大氣層以外、太陽系以內(nèi)的空間活動稱之為航天，超出太陽系以外的空間活動稱之為航宇。這樣，空間技術(shù)則應涵蓋航天技術(shù)和航宇技術(shù)。但由于在相當長的時間內(nèi)，人類主要還是在太陽系內(nèi)從事活動，因此，當今把航天技術(shù)和空間技術(shù)視為同義詞已得到公認。——我國的航天專家將空間技術(shù)的主要特點概括為兩個方面：首先空間技術(shù)是一門高度綜合性的科學技術(shù)，是很多現(xiàn)代科學和技術(shù)成就的綜合集成。它主要依賴于電子技術(shù)、自動化技術(shù)、遙感技術(shù)和計算機技術(shù)等眾多先進技術(shù)的發(fā)展。因此，一個國家空間技術(shù)的成就，最能體現(xiàn)其科學技術(shù)的水平，是衡量其科技實力的重要標志。其次，空間技術(shù)是一門快速的、大范圍的、在宏觀尺度上最能發(fā)揮作用的科學技術(shù)。比如，通信衛(wèi)星可以大面積覆蓋地面以至全球；氣象衛(wèi)星可以進行全球天氣預報；偵察衛(wèi)星可以及時監(jiān)視廣大地區(qū)的軍事活動等等。——空間技術(shù)區(qū)別于一般常規(guī)技術(shù)的這兩大特點，使其對一個國愛的實力和進步起到意想不到的戰(zhàn)略性作用：在經(jīng)濟上能產(chǎn)生很高的經(jīng)濟和社會效益，普遍認為，開發(fā)利用外層空間資源，其投資效益能達到1∶10以上；在軍事上最能顯示一個國家的軍事實力，一個國家只要占有空間優(yōu)勢，就掌握了軍事戰(zhàn)略上的主動權(quán)；在政治上對提高一個國家在國際活動中的地位影響深遠。一項重大空間成就，往往成為國際談判的重大籌碼；在科學技術(shù)上還能帶動電子、自動化、遙感、生物等學科的發(fā)展，并形成包括衛(wèi)星氣象學、衛(wèi)星海洋學、空間生物學和空間材料工藝學等一群新的邊緣科學。——（二）空間技術(shù)的重大成就——空間技術(shù)的開創(chuàng)和發(fā)展是人類開拓宇宙空間的壯麗事業(yè)。空間技術(shù)自50年代崛起以來，以其輝煌的成就對國際政治、軍事產(chǎn)生的影響和對人類經(jīng)濟、文明作出的貢獻舉世矚目。幾十年來，空間技術(shù)取得了重大的成就，其中各類衛(wèi)星大顯神通。

介紹了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展、應用、設備及工藝特點，簡述了激光熔覆技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，指出了激光表面改性技術(shù)存在的問題，展望了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展前景。

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激光熔覆技術(shù)是20世紀70年代隨著大功率激光器的發(fā)展而興起的一種新的表面改性技術(shù)，是指激光表面熔敷技術(shù)是在激光束作用下將合金粉末或陶瓷粉末與基體表面迅速加熱并熔化,光束移開后自激冷卻形成稀釋率極低,與基體材料呈冶金結(jié)合的表面涂層,從而顯著改善基體表面耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的一種表面強化方法[1~3]。如對60#鋼進行碳鎢激光熔覆后，硬度最高達2200HV以上，耐磨損性能為基體60#鋼的20倍左右。在Q235鋼表面激光熔覆CoCrSiB合金后，將其耐磨性與火焰噴涂的耐蝕性進行了對比，發(fā)現(xiàn)前者的耐蝕性明顯高于后者[4]。

激光熔覆技術(shù)是一種經(jīng)濟效益很高的新技術(shù),它可以在廉價金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質(zhì)，降低成本,節(jié)約貴重稀有金屬材料，因此,世界上各工業(yè)先進國家對激光熔覆技術(shù)的研究及應用都非常重視[1-2、5-7]。

1激光熔覆技術(shù)的設備及工藝特點

目前應用于激光熔覆的激光器主要有輸出功率為1~10kW的CO2激光器和500W左右的YAG激光器。對于連續(xù)CO2激光熔覆,國內(nèi)外學者已做了大量研究[1]。近年來高功率YAG激光器的研制發(fā)展迅速,主要用于有色合金表面改性。據(jù)文獻報道,采用CO2激光進行鋁合金激光熔覆,鋁合金基體在CO2激光輻照條件下容易變形,甚至塌陷[1]。YAG激光器輸出波長為1.06μm,較CO2激光波長小1個數(shù)量級,因而更適合此類金屬的激光熔覆。

介紹了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展、應用、設備及工藝特點，簡述了激光熔覆技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，指出了激光表面改性技術(shù)存在的問題，展望了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展前景。

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激光熔覆技術(shù)是20世紀70年代隨著大功率激光器的發(fā)展而興起的一種新的表面改性技術(shù)，是指激光表面熔敷技術(shù)是在激光束作用下將合金粉末或陶瓷粉末與基體表面迅速加熱并熔化,光束移開后自激冷卻形成稀釋率極低,與基體材料呈冶金結(jié)合的表面涂層,從而顯著改善基體表面耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的一種表面強化方法[1~3]。如對60#鋼進行碳鎢激光熔覆后，硬度最高達2200HV以上，耐磨損性能為基體60#鋼的20倍左右。在Q235鋼表面激光熔覆CoCrSiB合金后，將其耐磨性與火焰噴涂的耐蝕性進行了對比，發(fā)現(xiàn)前者的耐蝕性明顯高于后者[4]。

激光熔覆技術(shù)是一種經(jīng)濟效益很高的新技術(shù),它可以在廉價金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質(zhì)，降低成本,節(jié)約貴重稀有金屬材料，因此,世界上各工業(yè)先進國家對激光熔覆技術(shù)的研究及應用都非常重視[1-2、5-7]。

1激光熔覆技術(shù)的設備及工藝特點

目前應用于激光熔覆的激光器主要有輸出功率為1~10kW的CO2激光器和500W左右的YAG激光器。對于連續(xù)CO2激光熔覆,國內(nèi)外學者已做了大量研究[1]。近年來高功率YAG激光器的研制發(fā)展迅速,主要用于有色合金表面改性。據(jù)文獻報道,采用CO2激光進行鋁合金激光熔覆,鋁合金基體在CO2激光輻照條件下容易變形,甚至塌陷[1]。YAG激光器輸出波長為1.06μm,較CO2激光波長小1個數(shù)量級,因而更適合此類金屬的激光熔覆。

激光與空間技術(shù)胡海棠國家科委信息司原常務副司長研究員——一、激光技術(shù)——（一）什么是激光與激光技術(shù)——激光，是一種自然界原本不存在的，因受激而發(fā)出的具有方向性好、亮度高、單色性好和相干性好等特性的光。物理學家把產(chǎn)生激光的機理溯源到1917年愛因斯坦解釋黑體輻射定律時提出的假說，即光的吸收和發(fā)射可經(jīng)由受激吸收、受激輻射和自發(fā)輻射三種基本過程。眾所周知，任何一種光源的發(fā)光都與其物質(zhì)內(nèi)部粒子的運動狀態(tài)有關(guān)。當處于低能級上的粒子（原子、分子或離子）吸收了適當頻率外來能量（光）被激發(fā)而躍遷到相應的高能級上（受激吸收）后，總是力圖躍遷到較低的能級去，同時將多余的能量以光子形式釋放出來。如果光是在沒有外來光子作用下自發(fā)地釋放出來的（自發(fā)輻射），此時被釋放的光即為普通的光（如電燈、霓虹燈等），其特點是光的頻率大小、方向和步調(diào)都很不一致。但如果是在外來光子直接作用下由高能級向低能級躍遷時將多余的能量以光子形式釋放出來（受激輻射），被釋放的光子則與外來的入射光子在頻率、位相、傳播方向等方面完全一致，這就意味著外來光得到了加強，我們稱之為光放大。顯然，如果通過受激吸收，使處于高能級的粒子數(shù)比處于低能級的越多（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)），這種光的放大現(xiàn)象就越明顯，這時就有可能形成激光了。——激光之所以被譽為神奇的光，是因為它有普通光所完全不具備的四大特性。——1.方向性好——普通光源（太陽、白熾燈或熒光燈）向四面八方發(fā)光，而激光的發(fā)光方向可以限制在小于幾個毫弧度立體角內(nèi)（圖8-9），這就使得在照射方向上的照度提高千萬倍。激光準直、導向和測距就是利用方向性好這一特性。——2.亮度高——激光是當代最亮的光源，只有氫彈爆炸瞬間強烈的閃光才能與它相比擬。太陽光亮度大約是103瓦／（厘米2.球面度），而一臺大功率激光器的輸出光亮度經(jīng)太陽光高出7～14個數(shù)量級。這樣，盡管激光的總能量并不一定很大，但由于能量高度集中，很容易在某一微小點處產(chǎn)生高壓和幾萬攝氏度甚至幾百萬攝氏度高溫。激光打孔、切割、焊接和激光外科手術(shù)就是利用了這一特性。——3.單色性好——光是一種電磁波。光的顏色取決于它的波長。普通光源發(fā)出的光通常包含著各種波長，是各種顏色光的混合。太陽光包含紅、登、黃、綠、青、藍、紫七種顏色的可見光及紅外光、紫外光等不可見光。而某種激光的波長，只集中在十分窄的光譜波段或頻率范圍內(nèi)。如氦氖激光的波長為632.8納米，其波長變化范圍不到萬分之一納米。由于激光的單色性好，為精密度儀器測量和激勵某些化學反應等科學實驗提供了極為有利的手段。——4.相干性好——干涉是波動現(xiàn)象的一種屬性。基于激光具有高方向性和高單色性的特性，它必然相干性極好。激光的這一特性使全息照相成為現(xiàn)實。——所謂激光技術(shù)，就是探索開發(fā)各種產(chǎn)生激光的方法以及探索應用激光的這些特性為人類造福的技術(shù)的總稱。自1960年美國研制成功世界上第一臺紅寶石激光器，我國也于1961年研制成功國產(chǎn)首臺紅寶石激光器以來，激光技術(shù)被認為是20世紀繼量子物理學、無線電技術(shù)、原子能技術(shù)、半導體技術(shù)、電子計算機技術(shù)之后的又一重大科學技術(shù)新成就。30多年來，激光技術(shù)得到突飛猛進的發(fā)展，不僅研制了各個特色的多種多樣的激光器，而且激光應用領(lǐng)域不斷拓展，并形成了激光唱盤唱機、激光醫(yī)療、激光加工、激光全息照相、激光照排印刷、激光打印以及激光武器等一系列新興產(chǎn)業(yè)。激光技術(shù)的飛速發(fā)展，使其成為當今新技術(shù)革命的“帶頭技術(shù)”之一。——（二）各式各樣的激光器——在光源中，實現(xiàn)能級粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是實現(xiàn)光放大的前提，也就是產(chǎn)生激光的先決條件。要實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，需借助外來光的力量，使大量原來處于低能級的粒子躍遷到高能級上去，這個過程我們稱之為“激勵”。——我們通常所說的激光器，就是使光源中的粒子受到激勵而產(chǎn)生受激輻射躍遷，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，然后通過受激輻射而產(chǎn)生光的放大的裝置。激光器雖然多種多樣，但使命都是通過激勵和受激輻射而獲得激光。因此基本組成通常均由激活介質(zhì)（即被激勵后能產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)）、激勵裝置（即能使激活介質(zhì)發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的能源，泵浦源）和光諧振腔（即能使光束在其中反復振蕩和被多次放大的兩塊平面反射鏡）等三個部分組成（圖8-2）。——經(jīng)過30余年的發(fā)展，各國開發(fā)出實用的激光器已超過200種。種類繁多，特點各異，用途也各不相同。激光器有各種不同的分類方法：按工作物質(zhì)來分有氣體、玻璃、晶體、液體、半導體、準分子等激光器，還有化學激光器（靠化學反應而形成受激狀態(tài)）和自由電子激光器等；按波長來分，覆蓋的波長范圍包括遠紅外、紅外、可見光、紫外直到遠紫外，最近還研制出X射線激光器和正在開發(fā)的γ射線光器；按激勵方式不同，有光激勵（光源或紫外光激勵）、氣體放電激勵、化學反應激勵、核反應激勵等；按輸出方式不同，有連續(xù)的、單脈沖的、連續(xù)脈沖的和超短脈沖的，等等；從功率輸出的大小來看，其中連續(xù)的輸出功率小至微瓦級，最大可達兆瓦級；脈沖輸出的能量可從微焦耳至10萬以上焦耳，脈沖寬度由毫秒級到皮秒級乃至飛秒級（1000萬億分之一）。——上述各式各樣激光器的出現(xiàn)，主要是為了滿足不同的應用目的。如激光加工和某些軍用激光都要求高功率激光或高能量激光（即所謂強激光）。有的希望脈沖的時間盡量縮短，以從事某些特快過程的研究。有的還對提高光的單色性、改善輸出光的模式、改善光斑的光強分布以及要求波長可調(diào)等提出了很高的要求，從而使激光器的探索深度和應用廣度得到前所未有的發(fā)展。激光器的應用已滲透到各個領(lǐng)域，正在奇跡般地改變著我們的世界。——（三）蓬勃發(fā)展的激光應用——激光不僅是20世紀內(nèi)人類最重大的發(fā)明之一，而且激光技術(shù)的應用已廣泛深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)學乃至社會的各個方面，對人類社會的進步正在起著越來越重要的作用。——1、激光在信息領(lǐng)域的應用——半導體激光器和光纖放大器是光纖通信的兩項關(guān)鍵技術(shù)。半導體激光器發(fā)出的激光不僅單色性和相干性好，而且光波頻率比微波頻率又高萬倍，故以激光為傳遞信息的載體，用光纖做信息傳遞線路的光纖通信，不僅通信質(zhì)量好、抗干擾能力強、保密性好，而且通信容量比微波通信要提高上萬倍。一根比頭發(fā)絲還細的光纖，就可以同時傳輸上萬路電話或成千路電視節(jié)目，從而使通信真正成為通向千家萬戶的網(wǎng)絡新時代。——利用激光技術(shù)進行光存儲，使信息的存儲發(fā)生了革命性的飛躍。一張CD聲頻光盤的記錄密度相當于1000萬比特／厘米2，可記錄78分鐘的音樂節(jié)目，比密紋唱片要大好幾個數(shù)量級。一張計算機用的盤徑為5英寸的CD-ROM，容量可達650兆比特。一張LD（激光錄像盤），或者近幾年最熱門的VCD（激光視盤，谷稱小影碟），以及繼VCD之后的新一代視盤DVD（數(shù)字視盤），其視像蘊含的信號量比CD又要高千倍，可記錄100分鐘的清晰度很高的影視節(jié)目。CD、VCD和LD不僅已在放像設備市場占有相當大的份額，而且還可以在配有激光驅(qū)動器的計算機上播放。——此外，激光打印機、激光傳真機、激光照排、激光大屏幕彩色電視、光纖有線電視以及大氣激光通訊等均已得到廣泛應用。——2、激光在全息術(shù)領(lǐng)域的應用——光作為一種波動現(xiàn)象，表征它的物理量有波長（同顏色有關(guān)）、振幅（同光的強弱有關(guān)）和位相（表示波動起點同基準時間的關(guān)系）。人們利用感光的照相方法，只能記錄下波長和振幅，所以無論照得多么逼真，看照片和看真的景物總是不一樣。而激光具有高相干性，能獲取干涉波空間包括相位在內(nèi)的全部信息。因此，采用激光進行全息攝影，被拍物體的全部信息都被記錄在底片上，通過光的衍射，就能復現(xiàn)被攝取物體栩栩如生的立體形象。時至今日，在全息照相的基礎上，還進一步發(fā)展了全息干涉術(shù)、彩色全息及彩虹全息和周視全息等新的全息技術(shù)。——全息照相具有三維成像的特點，可重復記錄，而且每一小塊全息底片都能再現(xiàn)物體的完整立體形象，其用途十分廣泛。可廣泛用于精密干涉計量、無損探傷、全息光彈性、微應變分析和振動分析等科學研究。利用全息干涉術(shù)研究燃氣燃燒過程、機械件的振動模式、蜂窩板結(jié)構(gòu)的粘結(jié)質(zhì)量和汽車輪胎皮下缺陷檢查等已得到廣泛應用。全息照相用作商品和信用卡的防偽標記已形成產(chǎn)業(yè)，用全息照相拍攝珍貴藝術(shù)品，不僅欣賞起來令人如臨其境，而且為藝術(shù)品的修復提供了可靠而逼真的依據(jù)。正在發(fā)展的全息電視還將為人們增添一種新的生活享受。——二、空間技術(shù)——（一）什么是空間技術(shù)——空間技術(shù)，顧名思義就是探索、開發(fā)和利用宇宙空間的技術(shù)。現(xiàn)階段，空間技術(shù)又稱航天技術(shù)。但對“天”目前專家們有兩種理解：一是把地球大氣層以外的無限遙遠空間稱之為“天”；另一是把地球大氣層外、太陽系以內(nèi)的有限空間叫做“天”。若按前一種理解，空間技術(shù)和航天技術(shù)完全是一回事；若按后一種理解，人們把地球大氣層以外、太陽系以內(nèi)的空間活動稱之為航天，超出太陽系以外的空間活動稱之為航宇。這樣，空間技術(shù)則應涵蓋航天技術(shù)和航宇技術(shù)。但由于在相當長的時間內(nèi)，人類主要還是在太陽系內(nèi)從事活動，因此，當今把航天技術(shù)和空間技術(shù)視為同義詞已得到公認。——我國的航天專家將空間技術(shù)的主要特點概括為兩個方面：首先空間技術(shù)是一門高度綜合性的科學技術(shù)，是很多現(xiàn)代科學和技術(shù)成就的綜合集成。它主要依賴于電子技術(shù)、自動化技術(shù)、遙感技術(shù)和計算機技術(shù)等眾多先進技術(shù)的發(fā)展。因此，一個國家空間技術(shù)的成就，最能體現(xiàn)其科學技術(shù)的水平，是衡量其科技實力的重要標志。其次，空間技術(shù)是一門快速的、大范圍的、在宏觀尺度上最能發(fā)揮作用的科學技術(shù)。比如，通信衛(wèi)星可以大面積覆蓋地面以至全球；氣象衛(wèi)星可以進行全球天氣預報；偵察衛(wèi)星可以及時監(jiān)視廣大地區(qū)的軍事活動等等。——空間技術(shù)區(qū)別于一般常規(guī)技術(shù)的這兩大特點，使其對一個國愛的實力和進步起到意想不到的戰(zhàn)略性作用：在經(jīng)濟上能產(chǎn)生很高的經(jīng)濟和社會效益，普遍認為，開發(fā)利用外層空間資源，其投資效益能達到1∶10以上；在軍事上最能顯示一個國家的軍事實力，一個國家只要占有空間優(yōu)勢，就掌握了軍事戰(zhàn)略上的主動權(quán)；在政治上對提高一個國家在國際活動中的地位影響深遠。一項重大空間成就，往往成為國際談判的重大籌碼；在科學技術(shù)上還能帶動電子、自動化、遙感、生物等學科的發(fā)展，并形成包括衛(wèi)星氣象學、衛(wèi)星海洋學、空間生物學和空間材料工藝學等一群新的邊緣科學。——（二）空間技術(shù)的重大成就——空間技術(shù)的開創(chuàng)和發(fā)展是人類開拓宇宙空間的壯麗事業(yè)。空間技術(shù)自50年代崛起以來，以其輝煌的成就對國際政治、軍事產(chǎn)生的影響和對人類經(jīng)濟、文明作出的貢獻舉世矚目。幾十年來，空間技術(shù)取得了重大的成就，其中各類衛(wèi)星大顯神通。

本文作者：余振新汪河洲工作單位：中山大學激光與光譜學研究所

1995年5月22一26日,在美國馬里蘭州巴爾的摩召開的第15屆“激光與光電子學(CLEO)”和第5屆“量子電子學與激光科學(QELS)”會議,是世界規(guī)模最大的激光一光電子一量子電子學領(lǐng)域的重要的國際會議。本會議一個特別新的內(nèi)容是激光在生物學與醫(yī)學上的應用。同時,還舉辦了一個龐大的技術(shù)展覽會,展覽了許多與生物醫(yī)學有關(guān)的新產(chǎn)品。會上千余篇,內(nèi)容主要側(cè)重固態(tài)與半導體激光器、非線性光學、超短脈沖激光光源、激光在醫(yī)學生物學中的應用等。這些論文反映了近年來激光科學技術(shù)的進展,現(xiàn)分述如下。

1半導體激光

十分引人注目的是半導體激光器件研究方面的成果。其中有關(guān)新材料及其處理過程,器件工作物理機制,器件的設計思想,器件工作向短波段的延拓等,都有很大的發(fā)展。光子帶隙、半導體量子電子學的理論和實驗研究逐步使量子阱異質(zhì)結(jié)激光器邁向?qū)嵱秒A段,并導致光學和光電子學用的量子阱器件以及超短脈沖半導體激光器和高速光探測器件的迅速發(fā)展。這對推動高速通訊的發(fā)展是十分重要的。垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的功率轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)高于50%,闌值電流200拼A,工作體積7只7(拜m)2;半導體納米結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)可以制作出微腔激光器。一個10nm的腔體可產(chǎn)生1000nm波長的窄頻帶輻射。可見區(qū),特別是藍綠波段半導體激光器研制令人鼓舞,一旦進入實用階段,勢必劇烈改變小功率可見區(qū)激光器銷售市場的狀況,并將大大擴展激光在科技和生活領(lǐng)域的使用范圍。長波可見段630nm,650nm和670nm的紅色激光二極管(LD)制作成本較前兩年已大大下降。目前可以預感到:在激光顯示、激光準直、激光印刷、激光醫(yī)學生物學應用等方面,半導體紅光激光二極管將會迅速占領(lǐng)氦氖激光器的原有市場,取而代之。與此有關(guān)的藍色發(fā)光二極管(LED)已開始以遠較紅、黃、綠色發(fā)光二極管高昂的價格投放市場(隨著技術(shù)改進,將很快降低成本),形成了大型彩色顯示屏幕蓬勃發(fā)展態(tài)勢。在半導體激光領(lǐng)域,近年備受關(guān)注且影響著該領(lǐng)域進一步發(fā)展的課題是半導體納米結(jié)構(gòu)和微腔以及在這類器件中的相干現(xiàn)象的研究。

2固體激光

迅速發(fā)展的另一領(lǐng)域是固體激光器。近兩年,明顯看到:纖維激光和波導固體激光,可調(diào)諧固態(tài)激光,特別是用半導體激光二極管陣列泵浦的“全固態(tài)化”固體激光器的實用化,將可以達到許多目的:相對廉價、穩(wěn)定性好、壽命長、波長可調(diào)諧范圍寬、脈沖寬度窄,還可以具有優(yōu)良的空間分布光束質(zhì)量等。因此,具有廣泛的應用價值。它已開始取代優(yōu)質(zhì)、高功率的氣體激光器,用于微束打印和數(shù)據(jù)存儲。尤其值得一提的是:“全固態(tài)化”的欽寶石激光器,在連續(xù)操作時.波長可調(diào)諧范圍甚寬(從600~1100nm),功率很易達到瓦級水平。在鎖模脈沖運轉(zhuǎn)時,可以產(chǎn)生自鎖模,脈寬達數(shù)十飛鈔,平均功率已達瓦級。如此一來,再配合非線性頻率變換辦法,可以把激光波段擴展到很大的范圍。再加這類激光器的裝里有牢靠、調(diào)節(jié)簡便的優(yōu)點,可以做成車載、機載系統(tǒng)。顯然,在不遠的將來,有可能由它淘汰染料激光。

2003年7月15日，他到北京的第二天。不祥預感襲上臥床多年的孫悅貞心頭。老伴外地出差，早晚都會電話報平安，然而，夜深了，電話鈴聲卻始終沒有響起……

一個終生為科學而執(zhí)著的疲憊身軀，終究無法承受生命之重，因心臟病突發(fā)，將生命定格在為妻求診的北京通州結(jié)核病醫(yī)院掛號窗前。他就是中國科學院院士、激光研究領(lǐng)域著名專家、哈爾濱工業(yè)大學教授馬祖光。

“我感覺很累。”———這是馬祖光75載生命中留下的最后一句話。他終于可以休息了，然而這一走，卻是與妻子的生死兩茫茫。

2004年7月15日，馬祖光院士周年祭。

這天，他的弟子將我國首次獲得的“毛細管放電X光激光”，獻給他們可敬可愛的先生。

這是一束世界上極為美麗的激光。這也是一束馬祖光先生傾注了大量心血而又沒能看到的激光。

摘要：為順應國際環(huán)境和教學信息化進程，運用信息化教學方式對“工業(yè)機器人技術(shù)”課程的雙語教學改革進行了探究。從“工業(yè)機器人技術(shù)”雙語教學理念推廣，“工業(yè)機器人技術(shù)”信息化教學新風尚植入，雙語、信息化和工業(yè)機器人技術(shù)“三位一體化”模式融合，飛秒激光玻璃焊接機器人案例4個方面進行了探討。提出的教學研究模式符合時代特征，對國內(nèi)“工業(yè)機器人技術(shù)”教學的深入改革具有重要的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：“工業(yè)機器人技術(shù)”；雙語教學；信息化教學；三位一體化

隨著全球人工智能[1-3]的興起和工業(yè)5.0[4]的提出，簡單重復或危險作業(yè)由工業(yè)機器人替代已成為推動先進制造業(yè)高端化的源動力，且其趨勢日益明顯，此局面造成工業(yè)機器人技術(shù)中高端人才嚴重匱乏，因此工業(yè)機器人人才培養(yǎng)模式探索逐漸成為現(xiàn)代高校教學改革研究的熱點之一[5-6]。高校機械學院，尤其是產(chǎn)業(yè)學院，培養(yǎng)符合時代需求的中高端工業(yè)機器人國際化專業(yè)人才[7-10]勢在必行。由于工業(yè)發(fā)達國家，尤其是德國、美國、日本等的工業(yè)機器人技術(shù)仍處于國際領(lǐng)先水平，加之現(xiàn)代信息化教學手段普及[11-15]，為緊跟時代步伐，本文以英語為媒介，對中英雙語信息化環(huán)境下的工業(yè)機器人“三位一體化”教學模式進行了探討和研究。

1“工業(yè)機器人技術(shù)”雙語教學理念推廣

“工業(yè)機器人技術(shù)”作為機械工程學科一門新型交叉課程，其關(guān)鍵核心技術(shù)仍被少數(shù)發(fā)達國家壟斷。因此，授課過程中利用雙語教學理念拓寬學生國際視野、學習國外先進技術(shù)，不僅培養(yǎng)了學生的英文文獻查閱能力，同時拓展了學生的知識面。“工業(yè)機器人技術(shù)”雙語教學理念推廣的具體措施如下。以“機械工程英語”雙語課程為前期基礎課程，讓學生適應雙語課程的學習環(huán)境，并積累大量機械專業(yè)英語詞匯，特別安排2周時間組織學生專門學習有關(guān)工業(yè)機器人的英語詞匯。授課前為學生分配預習任務，使其大量閱讀工業(yè)機器人的相關(guān)英文文獻，并安排5人1組建立微信群，進行閱讀后文獻討論，要求學生除了解文獻內(nèi)容外，還需掌握每篇論文的構(gòu)架，消除后期學習時的畏難情緒。功能工業(yè)機器人包括焊接機器人、搬運機器人、裝配機器人、碼垛機器人和噴涂機器人這5種類型。利用英文PPT，進行中英文雙語分組施教。將全班學生分為5組，每組學生先選擇其中一類功能工業(yè)機器人進行學習，然后交叉學習，直至每小組均完成5類功能工業(yè)機器人學習的任務，最后集中討論，完成總體學習任務。此分組學習法，要求每組每位成員在學習過程中完成特定任務，避免集體學習過程中部分學生產(chǎn)生怠惰情緒。后期鍛煉學生撰寫工業(yè)機器人英文綜述論文的能力，對論文摘要、前沿、主體部分、結(jié)論、致謝和參考文獻進行分塊施教，要求每位學生獨自完成1篇工業(yè)機器人英文綜述論文的寫作任務。為保證英文閱讀的純正性，“工業(yè)機器人技術(shù)”雙語教材的選擇以英文原著為主，同時提供多本中英文輔助參考書籍作為課外補充讀物，讓學生依據(jù)自己的基礎和興趣自由選擇、交叉學習，將“工業(yè)機器人技術(shù)”雙語教學理念全面滲透到學生學習過程中。

2“工業(yè)機器人技術(shù)”信息化教學新風尚植入