現代光學測試技術范文

導語：如何才能寫好一篇現代光學測試技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

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

篇2

關鍵詞:激光球面干涉儀;等厚干涉;光學零件面形;干涉儀器;精度分析

中圖分類號:TH744文獻標識碼:A

文章編號:1009-2374 (2010)24-0191-03

1檢測儀器

1.1激光球面干涉儀

1.1.1干涉儀的分類干涉儀的設計方式有許多種,按照形成干涉的光束數目分為雙光束及多光束兩大類,雙光束干涉儀所產生的條紋其亮度多呈正弦曲線的分布情形。其基本原理都是通過各種光學元件形成參考和檢測光路的方法。就是采用了一種常見的干涉方式制成的,一般稱為菲索干涉儀,這種干涉儀一般用來檢測元件表面或光學系統的波相差。由于所用激光的帶寬很窄,因此它的相干長度很長可以在光程差很大的情況下得到干涉圖樣,對待測物體放置的要求不是很嚴格。泰曼格林干涉儀、菲索干涉儀、麥克詹達干涉儀及麥克森干涉儀,皆屬于此種雙光束干涉方式。

1.1.2干涉儀檢測光學零件表面的優點

其一,它是非接觸監測,不會損傷被探測物體表面。

其二,它獲取數據的信息量大,圖樣本身是一個連續變化的過程,有著極高的分辨率。

其三,測量范圍大,它可以同時對一個很大表面進行并行的分析和處理。

局限性:因為是分析反射光,所以有足夠的反射才能得到干涉圖樣進行分析。這就對光源和被探測物體的表面粗糙度提出了條件。

1.1.3干涉儀的應用光學儀器中的透鏡、棱鏡等,其表面質量要求很高,通常要求磨制面與理想幾何形狀間的誤差不超過光波波長的數量級,用干涉法可檢驗出微小的誤差(小于波長的幾十分之一)。所以在光學系統評價、表面的粗糙度、面形和元件的微小偏移的測量都采用了干涉儀進行分析。

1.2OSI-75TQ型激光球面干涉儀

OSI-75TQ型激光球面干涉儀(如圖1)是用穩頻的氦氖激光器作為光源,由于它的相干長度很大,干涉儀的測量范圍可以大大的擴展;而且由于它的光束發散角小,能量集中,因而它產生的干涉條紋可以用光電接收器接收,變為電訊號,并由計數器一個不漏的記錄下來,從而提高了測量速度和測量精度。

QSI-75TQ型激光球面干涉儀用以檢測光學元件的面形、光學鏡頭的曲率半徑以等的一種精密儀器,其測量精度較高。該干涉儀可以檢測平面和球面光學零件,前者由分束器、準直物鏡和標準平面所組成,后者由分束器、有限共軛距物鏡和標準球面所組成。激光光束在標準平面或標準球面上,部分反射為參考光束;部分透射并通過被測件,為檢測光束。檢測光束自準返回,與參考光束重合,形成等厚干涉條紋。本次實驗主要檢測球面零件的面形偏差。

1.3儀器的設計原理

激光束經擴束,再經聚光鏡會聚后,經過分光棱鏡,形成兩個支路,一個支路用于觀察,將圖像成像在CCD上;另一個支路經過準直物鏡形成一列高質量的平面波,該平面波進入標準鏡在最后一面反射形成參考球面波。由標準鏡射出的球面波在被檢球面上反射就得到被檢球面波。參考球面波和被檢球面波在光線的回程中相遇,就發生干涉現象。

表1QSI―75TQ型激光球面干涉儀主要技術指標

技術指標 參數值

測量原理 菲索干涉原理

顯示方式 CCD顯示

平面參照鏡面形精度 p-v:優于 λ/20

球面參照鏡面形精度 P-v:優于 λ/15

光源 He-Ne激光器

波長 632.8nm

最大檢測口徑(平面) 75mm

電源 210～230V40～60Hz

工作溫度 20℃～25℃

1.4球面標準鏡頭

球面標準鏡頭:F數=1/相對口徑=f/D=R/D,在檢測時要根據所需檢測的曲率半徑和F數來選擇合適的標準鏡頭。

如果是凸透鏡,鏡頭的標準面半徑要大于被檢的鏡片半徑,要實現全口徑檢測,最好選鏡頭的F數小于或等于被測凸透鏡的F數。

如果是凹透鏡,要考慮整個導軌的長度是否能夠實現。在導軌滿足的情況下,在選擇合適的鏡頭。同樣要想使被測件能實現全口徑測量,最好選標準鏡頭的F數小于或等于被測凹透鏡的F數。

表2測量范圍

F數 曲率半徑測量范圍/mm 最大測量口徑/mm

凸 凹 凸 凹

F1 5～45 0～282 49 270

F1.5 5～85 0～238 56 157

F2 5～123 0～200 62 101

F3 5～200 0～157 68 53

F5.6 32～387 ------ 71 -----

表3實驗中檢測的光學零件

零件代號 零件曲率半徑 零件名稱

t―1 109.9;66.68 雙凸透鏡

t―2 311.9;77.59 雙凸透鏡

t―3 22.49;66.76 凹凸透鏡

t―4 77.8;77.8 雙凹透鏡

t―5 827.9;70.47 凹凸透鏡

由標準測量鏡頭測量范圍可知:以上這些光學零件都能選用F1、F1.5、F2、F3進行測量。

2檢測原理

前面提到菲索干涉原理為等厚干涉,干涉條紋是等光程差(等光學厚度)的點的軌跡。任何干涉、通過對條紋數目或數目變化,可以獲得以光的波長為單位的對光程差的計量,用于精密測量和檢驗。

當兩束光波即波陣面合成在一起時,其合成后的光強的分布將由波陣面的振幅和相位來決定。由于相位差的變化產生了明暗相間的干涉圖樣。而相位差是由于兩束光經過的反射路徑后形成的光程差造成的。通過分析這樣的干涉圖樣我們就可以經過計算得出圖樣中的任何一點的光程差。而光程差的出現是由于被檢測表面的形狀或傾斜與參考表面不一致。那么當我們把參考表面做成一個接近完美的表面時,干涉圖樣所反映的就是被測表面的情況。

如下圖,由一個曲率半徑R很大的平凸透鏡與一個平板玻璃在O點密接,形成一空氣隙,空氣隙等厚線是以O為圓心的同心圓圓環。如果單色平行光正入射,則在空氣隙上表面形成等厚干涉條紋,條紋形狀是以O為圓心的同心圓圈。

(a) 裝置(b)條紋

hk是第K級條紋對應的空氣隙厚度

rk是第K級條紋半徑

因為

第K級暗紋條件

所以

(對應第K級暗紋的厚度)

rk2=R2-(R-hk)2≈2Rhk R≥hk

所以

3實驗數據的處理

3.1檢測(測量)誤差

所謂測量,就是將被測的量和一個作為測量單位的標準量進行比較的過程。例如,用游標卡尺測量軸的直徑,就是將軸在直徑方向上的線度,與游標卡尺上的刻度進行比較,從而讀出其尺寸的過程。

測量誤差分類:

過失誤差。測量人員主觀原因或是客觀外界的原因造成;是不允許出現的,必須消除。

系統誤差。由測量裝置儀器的設計原理缺陷、測量環境變化、以及操作人員的測量方法及讀數等造成;可以盡量減小。

偶然誤差。由測量裝置、零部件變形及信號不穩定性、環境變化、人為因素等造成;這樣的誤差是必須要出現的。

3.2實驗所測數據

光學零件的面形偏差是用光圈數表示的。

光圈的度量包括:

N――被檢光學表面的曲率半徑相對于參考光學表面曲率半徑的偏差稱半徑偏差;

N――被檢光學表面與參考光學表面在任一方向上產生的干涉條紋局部不規則程度稱局部偏差所對應的光圈數;

實驗顯示的數據還包括:P-V、RMS值、等高圖、三維立體圖、X-Y剖面圖、干涉條紋圖等。

3.3測量數據

實驗中將測量數據列成表格,可以簡明地表示出有關物理量之間的關系,便于檢查測量結果是否合理,有助于發現、分析、解決問題。

表4使用標準球面鏡頭F2.0檢測結果

編號 1-1-F2.0 1-2-F2.0 2-1-F2.0 3-1-F2.0 3-2-F2.0 4-1-F2.0 5-1-F2.0

項目代號 109.9;66.68 311.9;77.59 22.49;66.76 77.8;77.8 827.9;70.47

零件代號 t-1-1 t-1-2 t-2-1 t-3-1 t-3-2 t-4-1 t-5-1

PV(波長) 0.2547 0.4918 0.8959 1.0100 0.3937 0.2262 0.3239

RMS 0.0421 0.0491 0.1792 0.1343 0.0360 0.0404 0.0610

N 0.5095 0.9836 1.7917 2.0199 0.7873 0.4525 0.6478

N 0.1834 0.4131 0.6988 1.0302 0.2834 0.1900 0.2526

零件名稱 雙凸透鏡 雙凸透鏡 凹凸透鏡 雙凹透鏡 凹凸透鏡

4結論

第一,對環境的要求(溫度,濕度,氣流,震動):干涉儀要求在溫度恒定(溫度控制在22℃～24℃),沒有明顯氣流,不能太潮濕,濕度最好控制在60%左右。如果工作環境滿足不了以上的要求,則對干涉儀的測量精度造成一定的影響。同時由于我們使用的是He-Ne氣體激光器,當溫度變化或有氣流影響時,會對穩頻有影響,造成激光儀的不穩定。震動對軟件計算的影響較大,最好放置在隔震的地方。

第二,開機15分鐘后,等激光器穩定后在開始進行檢測。當監視器中的條紋出現亮暗和對比度的變化時,一般在1分鐘內就可以恢復正常。如果在幾分鐘后還有這種現象時,請關閉激光控制器電源,30分鐘后再重新啟動。

第三,在檢測時還要注意被檢件的材料。因為材料不同反射率就不同。反射率低的材料在檢測時,干涉條紋會相對淡些;反射率高的材料,相應的干涉條紋就亮些。

第四,本次實驗目的是通過不同F數的標準鏡頭來測量相同的零件的面形,從而找出其中測量最為理想的標準球面鏡頭,可是由于鏡頭和測量環境存在的問題,致使F1、F1.5、F3調試出現的光圈均達不到理想狀態,導致測量的數據均與實際相差較大,所以只有標準鏡頭F2.0能精確的測試出其測量范圍內的所有光學零件的面形。通過對標準鏡頭F2.0測量的五塊光學零件的測量數據進行分析,我們可以知道被檢光學零件的表面面形、曲率半徑等的偏差都非常的小,屬于較高精度的測量,標準鏡頭F2.0能滿足高精度面行的測量。

5結語

隨著現代科學技術和國防事業的發展,對一些光學系統的成像質量要求越來越高,迫切需要有高精度的光學材料的檢測手段。先進技術的發展日新月異,精密測試技術應該適應這種發展,擔負起質量技術保證的重任。這就要求首先要以提高產品的質量為出發點,這也是要達到的最重要的目的。其次是精密測試技術要提高產品的生產效益。因此,檢測方法要能適應快速發展生產的要求,不能單純為了檢測而檢測,更不能因為檢測的要求而影響生產的效益,從更積極的角度出發,應該是由精密測試技術的良好服務從而促進生產能力的提高。根據先進制造技術發展的要求以及精密測試技術自身的發展規律,不斷拓展新的測量原理和測試方法,以及測試信息處理技術,為高效生產提供質量保證。

參考文獻

[1] 蔡立.光學零件加工技術[M].北京:兵器工業出版社,2006.

[2] 吳強.光學 [M].北京:科學出版社,2006.

篇3

關鍵詞： 防護玻璃；表面處理；反射率；硬度

中圖分類號：TQ34 文獻標識碼：A

Display Protective Glass Surface Treatment Technology

WANG Bao-song, ZHANG Guo-sheng, XIE Qin

(Jinling machine factory of Jiangsu province, Nanjing Jiangsu 211100, China)

Abstract: Display protective glasses of a certain type instrument were technically processed by use of wet etching with acid solution and AR protective coating method. The reflectivity of surface was reduced to 2% below, the average transmittance of products was 86% in visible light, and the hardness of surface was enhanced to 7.0 GPa. The products' performance testing and trials expressed that, the protective glasses have good anti-glare, antireflective, scratch-resistant process and good behaviors.

Keywords: protective glasses; surface treatment; reflectivity; hardness

引 言

顯示器作為當今社會一種極為常見的數據和信息的顯示方式，在電腦、手機、儀器、儀表等多種設備上具有廣泛的應用。根據特殊使用環境的要求，一些儀器設備的顯示器往往不直接暴露于外界環境之下，而是在其外部增加一層防護玻璃。防護玻璃的作用主要是保護顯示器，防止損壞。針對室外使用情況而言，由于外界視場中光源的強光會在玻璃表面形成較強的反射，影響顯示圖像在人眼的視覺效果，因此保護玻璃需要具有防眩光、增加透射的作用。王承遇等對玻璃表面結構、表征、測試和處理等方面技術的發展情況進行了報道[1]，文獻[2]中指出防眩有三種途徑：表面刻蝕、噴涂小顆粒成膜和表面鍍膜。在多種防眩處理方法中，化學蝕刻因其方法簡單、操作容易、適合于大面積玻璃蝕刻和大規模生產特點而倍受關注[3]。

本文介紹了對某型儀表用顯示器防護玻璃的表面工藝處理的工作情況，采取酸溶液化學腐蝕的方法對防護玻璃表面進行處理以增加表面粗糙度，通過條件調節控制表面光澤度指標，使產品達到防眩作用亦不影響人眼視覺效果。后續采用硬質膜料在產品表面制備光學增透膜層，提高產品在可見光波段的透射率和表面硬度。本文制備的防護玻璃具有防眩、增透、抗劃傷的作用，達到了較好的使用效果。

1 防眩層的制備

1.1 工藝條件

經材料成分分析，防護玻璃基材是以SiO2為主體，包含Na、Ca、Mg、K等離子的非晶氧化物。文獻[4]中報道了在玻璃表面上采用化學腐蝕方法制備折射率連續變化的非均勻膜，該薄膜是折射率漸變的多微孔性結構，在寬光譜范圍內有低的反射率，是一種耐久力較好的減反射膜。羅春煉等通過溶液組分含量的調整，研究了提高防眩玻璃透光率的影響因素[5]。對于制備條件上的控制而言，則需要適宜的腐蝕處理條件（溫度、時間、反應物成分等因素），才能使玻璃獲得較高的透過率和霧度指標，以達到較好的防眩效果[2]。黃騰超等進行了應用于MOEMS器件的K9玻璃濕法刻蝕工藝的研究[6]。

本文對玻璃所進行的濕法刻蝕，是采用氫氟酸和硝酸為腐蝕液，通過調節酸液比例、溫度和時間參數，達到最佳腐蝕效果。腐蝕溶液是以1:1:2比例配比的氫氟酸、硝酸和水混合溶液，腐蝕溫度為40℃，刻蝕時間為18～20min。刻蝕效果的評價指標為表面光澤度，即代表了表面反射率的指標高低。本文經試驗制得的表面光澤度為50～51的保護玻璃，其性能符合產品性能要求的表面反射率小于2%的技術指標，達到對產品預定的刻蝕效果。

1.2 制備過程

按1:1:2的比例配比氫氟酸、硝酸和水的混合溶液，置于聚四氟乙烯容器瓶內。用水洗方法清洗玻璃表面，不需要腐蝕處理的一面用膠帶紙屏蔽起來，將玻璃樣片浸泡于混合液中，整體置于水浴恒溫箱內，設置水浴恒溫箱溫度至40℃，保持時間18～20min。反應結束后立即取出玻璃樣片，用蒸餾水清洗表面殘留混合液，去除屏蔽層，并烘干表面水分。采用表面光學測定儀測量玻璃處理表面的光學反射特性，以保證樣品質量。

2 增透、保護膜層的制備

2.1 膜層設計

根據防護玻璃產品的特點要求，需要在表面制備增透、保護膜層以增加光學透射和提高表面硬度。根據雙層減反射膜設計原理，若限定鍍制在折射率為ng的基底材料上的外層折射率為n1、內層折射率為n2的兩層膜的厚度都是λ/4時，欲使波長λ0的反射光減至零，它們的折射率滿足如下關系[4]

基底玻璃材料的折射率為1.517，若外層膜選用折射率為1.38的MgF2膜料，經（1）式計算可得n2值為1.70，故內層選用折射率為1.66的Al2O3膜料。在雙層減反射膜的基礎上構建三層減反射膜，在此兩層膜中間插入半波長的ZrO2層，使得透射光譜平滑。在此基礎上，對三層膜系結構進行優化，將厚度做了細微調節，使得平均透光率進一步提高，最后膜系結構為G/0.083Al2O3 0.125ZrO2 0.095MgF2/Air。膜系結構中采用了硬度較高Al2O3膜料，有助于提高防護玻璃表面硬度。

2.2 制備方法

文中所采用的鍍膜設備為北京科學儀器有限公司生產的zzs-1100型光學真空鍍膜機，有分子泵、行星轉動裝置、清洗離子源、光學膜厚監控儀的電子槍加熱蒸發鍍膜設備。鍍膜前對防護玻璃表面使用乙醚溶液擦拭干凈，進腔后進行離子清洗以改善表面性質，后按照膜系結構進行薄膜制備。工藝參數如表1所示。

2.3 指標檢測

對膜層的光譜、附著力、摩擦等環境適應性進行了測試，膜層光譜測試曲線如圖1所示，膜層的在0.4～0.76μm可見光波段范圍內的平均透過率達到99%以上。經試驗檢測，膜層可通過GJB 2485-1995光學膜層通用規范[7] 對附著力、摩擦、溫度、濕熱、清擦性、耐溶性和水溶性的檢測項目，質量可靠。

3 表面處理效果評析

經過防眩層處理和薄膜鍍制的防護玻璃樣件制作完成后，對其進行了性能指標檢測。通過UV-3600紫外、可見、近紅外分光光度計對樣件可見光波段光譜進行測試，透射光譜曲線如圖2所示，平均透光率達到86%。采用顯微硬度計對玻璃樣片進行硬度測試，鍍膜后表面硬度達到7.0GPa，高于玻璃基底的表面硬度6.6GPa，提高了玻璃表面硬度和抗劃傷能力。將防護玻璃安裝于儀表顯示器上，對其實際使用效果進行測試。在顯示器通電狀態下，通過人眼觀察，顯示器表面呈現清晰的圖像畫面。在太陽光照射情況下觀察，顯示器圖像畫面依然清晰，反射太陽光較弱，對人眼沒有造成圖像不清晰或不適的感覺，整體使用效果良好。

4 結 論

本文對某型儀表用顯示器防護玻璃表面進行工藝處理，采用酸溶液濕法腐蝕處理獲得防眩層，后利用電子槍加熱蒸發鍍膜方法制備表面增透、保護膜層。防護玻璃經濕法腐蝕處理，表面反射率指標降低到2%以下，鍍制增透、保護膜層后，在可見光波段的平均透過率達到86%，表面硬度提高到7.0GPa。通過性能指標、環境試驗和產品試用的方法對產品工藝處理效果進行評析，結果表明，采用該工藝處理的防護玻璃具有較好的防眩、增透和抗劃傷的作用，使用效果良好。

參考文獻

[1] 王承遇，潘玉昆，盧 琪等. 玻璃表面工程的進展[J]. 玻璃與搪瓷，2003，31（5）：45-50.

[2] 吳春春，楊 輝，袁 駿等. 抗靜電防眩膜研究進展[J]. 材料科學與工程，2002，20（1）：133-135.

[3] 胡沛然，韓文爵，王海風等. Na2SiF6和ZnCl2對玻璃防眩光效果的影響研究[J]. 化工新型材料，2009，37（11）：84-95.

[4] 唐晉發，顧培夫，劉 旭等. 現代光學薄膜技術[M]. 杭州：浙江大學出版社，2006.

[5] 羅春煉，韓文爵，王海風等. 提高防眩玻璃透過率的主要影響因素[J]. 化工新型材料，2008，36（12）：89-91.

篇4

關鍵詞：CCD器件；時序電路；驅動；光積分時間

中圖分類號：TP333.5+3文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2009)03-160-03

Design of the Driving Time Sequence Circuit of Linear CCD Based on FPGA

YUAN Jinfeng,CHEN Wenyi,LI Kai

(Xi′an Institute of Post &Telecommunications,Xi′an,710061,China)

Abstract：CCD is used in modern photoelectronics,precision instrument and many aspects.Usually,the driving time sequence is designed under special condition or special uses.This paper takes linear CCD device TCD1500C as example,by researching the character of CCD and sequence circuit waveform,designs driver circuit waveform that uses FPGA and enables it to meet the application requirements.By changing the clock frequency or increasing the cycle-integral number of clock pulses,thus changing optical integration time.

Keywords：CCD device;time sequence circuit;driver;optical integration time

0 引 言

電荷耦合器件(Charge Coupled Devices,CCD)是一種圖像傳感器，它在工業、計算機圖像處理、軍事等方面都得到廣泛的應用。目前CCD的應用技術已成為集光學、電子學、精密機械與計算機技術為一體的綜合技術，在現代光子學、光電檢測技術和現代測試技術領域中起到了相當大的作用。因此，CCD的作用是不可估量的。然而，CCD要正常工作是要驅動時序的，雖然有些CCD往往自帶驅動，但是在特殊需要或需要加特殊功能時，CCD驅動往往需要自己設計，例如曝光時間可調等功能。

現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA）是在PAL,GAL,EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

由于FPGA具有易修改，在線編程等特點，可根據不同要求進行在線配置，從而升級方便。另外由于FPGA集成度高，可將系統的部分或全部功能集成在一片芯片上，可減小系統硬件復雜度。

2 CCD工作原理和特性參數

TCD1500C是一種高靈敏度、低暗電流、5 340像元的線陣CCD圖像傳感器，其像敏單元大小是7 μm×7 μm×7 μm;相鄰像元中心距也是7 μm;像元總長是37.38 mm。其驅動時序圖如圖1所示。TCD1500C在驅動脈沖作用下開始工作。

由圖1可知，CCD的一個工作周期分為兩個階段：光積分階段和電荷轉移階段。在光積分階段，SH為低電平，它使存儲柵和模擬移位寄存器隔離，不會發生電荷轉移現象。存儲柵和模擬移位寄存器分別工作，存儲柵進行光積分，模擬移位寄存器則在驅動脈沖的作用下串行地向輸出端轉移信號電荷，再由SP進行采樣和保持，最后由OS端分別輸出。RS信號清除寄存器中的殘余電荷。在電荷轉移階段SH為高電平，存儲柵和模擬移位寄存器之間導通，實現感光陣列光積分所得的光生電荷勢阱中，此時，輸出脈沖停止工作，輸出端沒有有效電荷輸出。由于結構上的安排，OS先輸出13個虛設像元信號，再輸出45個啞元像元，然后再輸出5 340個有效像元信號，之后再是12個啞元信號，輸出1個奇偶檢測信號，以后便是空驅動(空驅動的數目可以是任意的)。

2 芯片的選擇以及設計平臺概述

FPGA選擇的是ALTERA公司的FLEX10K系列的EPF10K10LC84-4，他是一款典型在線可編程FPGA器件。

設計選擇的平臺主要是Modelsim。Modelsim仿真工具是Model公司開發的，它支持Verilog DHL,VHDL以及他們的混合仿真，可以將整個程序分布執行，使設計者直接看到它的程序下一步要執行的語句，而且在程序執行的任何步驟任何時刻都可以查看任意變量的當前值，可以在Dataflow窗口查看某一單元或模塊的輸入輸出的連續變化等，比Quartus自帶的仿真器功能強大的多，是目前業界最通用的仿真器之一。仿真都正確無誤后再用Quartus Ⅱ軟件來綜合和下片。本程序采用Verilog硬件描述語言編寫，其可移植性和可讀性都好。

3 CCD驅動時序的設計和實現

由圖1所示，其設計方法是：在系統最佳工作頻率下，通過基本計數單元產生CCD工作所需的波形，保證CCD正常工作。根據TCD1500C的技術手冊，可以看出時鐘Φ為典型值0.5 MHz時，占空比為1∶1；輸出復位脈沖ΦRS為1 MHz，占空比為1∶3，采樣保持脈沖ΦSP=1 MHz，脈沖寬度為100 ns。根據所給出的時序關系圖可以得到轉移脈沖ΦSH，時鐘Φ，復位脈沖RS，采樣保持脈沖SP等控制信號的時序圖。由于1個ΦSH周期中至少要有5 411個Φ脈沖，即TSH>5 411T。由此可知，改變時鐘頻率或增加光積分周期內的時鐘脈沖數，就可以改變光積分時間。即通過積分時間控制信號A1，A2，A3控制積分時間的改變；000～111分別控制8檔積分時間變換。000時間最短，111時間最長，可以通過軟件動態設置積分時間，實現CCD光積分時間的智能控制。部分實現程序如下：

always @ (posedge CLK_20M or negedge RESET)

begin

if(~RESET)

rs_count ＜= 5′h00;//復位信號計數器

else if(rs_count == 5′h13)

rs_count ＜= 5′h00;

else

rs_count ＜= rs_count + 1′b1;

end

always @ (posedge CLK_20M or negedge RESET)

begin

if(~RESET)

RS ＜= 0;

else if(rs_count == 5′h0E)

RS ＜= 1;

else if(rs_count == 5′h13)

RS ＜= 0;

end

編譯后最后得到的仿真波形結果如圖2所示。

4 結 語

本文實際采用Modelsim開發系統實現編程和測試程序的編寫，內部模塊采用Verilog 硬件描述語言編寫，完成了時序電路的設計和實現，并測試無誤后下載到FPGA上，產生CCD驅動，輸出結果十分理想。不僅簡化了電路設計，提高可靠性，而且提高了研發速度。

參考文獻

［1］常磊，李國寧，金龍旭.基于FPGA的全幀型面陣CCD驅動時序設計［A］.2006年國防光學及光電子學學術研討會暨中國兵工學會光學專業委員會成立25周年年會論文集 ［C］.2006.

［2］管立新,沈保鎖,柏勁松.幀同步系統的FPGA設計［J］.微計算機信息,2006,22(9Z):177-178,223.

［3］王慶有.CCD應用技術［M］.天津：天津大學出版社，2000.

［4］周奇勛,王勉華,樂春峽.基于FPGA的VHDL語言設計優化［A］.中國儀器儀表學會第五屆青年學術會議論文集 ［C］.2003.

［5］常丹華.一種新的CCD電路設計方法［J］.傳感器技術，2001，20(6)：32-34.

［6］趙春暉,劉會,梁剛鍵.基于CPLD和VHDL的一種線陣CCD驅動時序電路的設計與實現［J］.應用科技,2005,32(11):4-6.

［7］李敏杰,李云飛,司國良,等.基于FPGA的一種長線陣CCD驅動時序電路設計［A］.2006年國防光學及光電子學學術研討會暨中國兵工學會光學專業委員會成立25周年年會論文集 ［C］.2006.

［8］郭晏強,熊莉英.利用Handel-C和VHDL語言設計FPGA應用［A］.第九屆全國青年通信學術會議論文集 ［C］.2004.

［9］孫釗，高愛華，田愛玲.線陣CCD測徑裝置的設計［J］.應用光學，2003,24(2)：31-33.

［10］趙光興.CCD檢測衍射條紋的數據處理［J］.儀表技術與傳感器,2001(4):42-43.

篇5

[關鍵詞]實驗教學；麻省理工學院；教學改革；綜合設計實驗

[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0071-03

隨著互聯網教育技術的發展以及全球化教育的盛行，中國高等教育正經歷新一輪的教育教學改革。各個高校都在就如何推進大學教學改革，提高人才培養質量進行探討。在教學改革環節中，實驗教學改革是其重要的組成部分。相對于純粹的課程教學，實驗教學可以增強學生對科學規律的感性認識，提高其實踐動手能力，培養學生的創新精神和思維以及綜合素質。另外，生動直觀的實驗教學還可以激起學生的學習興趣和積極性，有助于團隊協作能力的培養。鑒于實驗教學在學生綜合能力素質培養過程中的重要地位，國內外各所高校都十分重視實驗教學。

國外著名院校經過多輪教學改革，已形成了自己的實驗教學特色，而我國高校的實驗教學正處于發展完善之中，實驗教學中還存在較多的問題需要解決。首先，演示型、原理驗證型實驗仍占據實驗教學的主導地位，在培養學生的綜合設計能力和創新思維能力上存在較大欠缺。第二，實驗內容陳舊，未根據科學知識的發展規律及科技前沿及時更新相關實驗內容。第三，綜合設計型實驗開設比例較低，多數實驗仍屬于規定具體實驗步驟的普通實驗，不僅限制了學生的思維，而且降低了學生的主動參與性。學生往往把實驗當成一種任務來完成，而沒有積極思考實驗的目的、原理以及實驗方法，因此，實驗教學未對學生起到應有的培訓和訓練目的。

為了解決目前我國高校實驗教學中的一些問題，積極探討科學有效的實驗教學方式已迫在眉睫。國外著名高校成熟的實驗教學模式可以為我們探討實驗教學改革起到引領作用和借鑒作用。本文擬以美國麻省理工學院現代光學實驗教學模式為例，探討其對我國高校實驗教學改革的啟示。

一、MIT實驗教學模式

（一）實驗課程概述

MIT現代光學實驗課程提供了實驗室光學、光學原理、光學設備及光學系統的詳細介紹，內容包括光的偏振特性、反射和折射、干涉、夫瑯和費和菲涅爾衍射、全息、光學成像、透鏡的變換特性、空間濾波、雙透鏡相干光學處理器、材料的光學特性、激光、電光、聲光、液晶光調制器、光學探測器、光波導以及光纖通信系統等。

多數光學實驗系統將涉及平時課程所學的理論和器件，課程的目標是通過手把手的課堂學習和動手實踐，再輔以相應的問題解答和最終的綜合實驗設計，幫助學生深入理解和掌握現代光學設備與系統的基本原理、設計理念。綜合實驗設計有12個備選項目，學生可以在此基礎上選擇適合自己的設計項目。

（二）實驗教學環節

MIT現代光學實驗教學環節包括理論授課、實驗室訓練、作業、課程考試以及綜合設計實驗等。

1.理論授課

頭8周每周安排2次理論教學（每次1.5小時），1次實驗訓練（每次3小時）。頭幾周的理論教學主要是回顧經典光學、光電子和量子電子中涉及的基本原理和概念，剩余幾周的理論教學主要講解現代光學中涉及的主要科學問題。由于本門課程屬于實驗課程，因此不會講授詳細的理論，而是給學生提供足夠的實驗背景及具體的實驗感知。

2.實驗室訓練

總共有7個短的實驗訓練項目，內容涉及基本的實驗室訓練，這些實驗訓練跟基本的光學和量子現象的測量與觀察有關。每個實驗訓練項目包括實驗前練習（實驗前完成）和幾個圍繞同一主題的實驗，目的是鞏固理論教學所學內容，每個實驗完成一周后，需要上交實驗報告。

3.作業

實驗作業包括實驗前預習作業和實驗課后作業，布置作業的目的是鼓勵學生進行課外閱讀，從而加強對基本知識的掌握。每周會安排一套課后作業，一周之后上交。

4.課程考試

本門課程共安排2次課程考試，每次考試時長1.5小時，考試內容包括理論授課、實驗訓練和作業中涉及的思想與觀點，目的是測試學生對基本理論的理解和運用。學生不應該對這些測試有任何壓力，只要按時上課，參加實驗，完成課后作業，考都不成問題。考試題目有短問答題，目的是測試學生基本的光學理論和光學實驗知識。考試分數占20%。

5.綜合實驗設計

為了確保所有的綜合設計題目在難度和時間花費上盡可能公平，實驗課程提供了幾個可選的設計題目，學生可以隨時開始最后的綜合實驗設計工作，避免期末的完成壓力。指導老師會提供必要的實驗設備和技術幫助，以確保對學生真正起到教育鍛煉作用。另外，學生也可以選擇自己感興趣的課題。學生完成綜合實驗設計后，需要上交一份書面設計報告，篇幅約15-30頁（4A紙，5號字太長的報告需要進一步精簡濃縮），最后按小組參加口頭答辯，陳述自己的實驗工作。在綜合設計實驗開始之前，會要求學生通過調研提出可行的實驗方案，并以書面形式上交指導老師。

二、實驗教學啟示

（一）注重系統性、綜合性訓練

在MIT開設的實驗課中，教學環節包括理論講授、實驗室訓練、作業、課程考試以及綜合實驗設計等。其中，理論講授部分不同于普通的課程授課，在實驗課中進行的理論講授主要是后續實驗需要用到的知識點，一方面是對之前課堂所學知識的回顧，另一方面是讓學生進行實驗時有一定的基礎，減少其盲目性。實驗課中的理論講授不以傳授理論知識為目的，它更注重運用知識解決實際問題的能力。另外，在理論教學環節還會講授基本的實驗技能、常用實驗方法、實驗設備使用、實驗數據采集、實驗系統測試、實驗數據分析等實驗技能，使學生在正式實驗之前擁有必備的實驗知識和技能，為其開展實驗打下良好基礎。實驗室訓練部分主要是讓學生進行熱身性質的基礎實驗訓練，目的是訓練學生使用常用實驗設備的技能、實驗系統搭建和調試技能、數據采集和分析技能等，增強學生對前述理論講授知識的掌握，為后續綜合性實驗設計打下堅實基礎。實驗作業包括實驗前預習作業和實驗后思考作業，作業設置的目的是督促學生進行實驗前預習和實驗后理解消化，減少學生實驗中的盲目做法，提高實驗效率和效果。課程考試主要是考核學生對實驗課中所學的基本知識和實驗技能的掌握，對有關實驗現象的解釋等，一方面檢驗學生的學習效果，另一方面檢驗授課教師的授課效果，為以后進一步改進實驗教學提供參考。

從MIT實驗教學環節可以看出，其非常重視實驗課的系統性和綜合性訓練，既有理論知識和基本實驗技能的講授，又有實踐鍛煉；既有基礎性實驗，也有綜合性設計實驗，中間摻雜作業和考核，可以說是全方位地系統性地訓練學生。實驗教學環節的安排遵循從理論到實踐，由淺入深，由零件到系統，循序漸進的教學思路。而目前我國高校的實驗教學普遍是把理論與實踐分離、基礎實驗與綜合設計實驗分離，缺乏對學生的系統性訓練，學生獲得的訓練和知識比較零散。為此，我們可以借鑒MIT的實驗教學模式，注重對學生的系統性、綜合性訓練，增強學生獲取知識的完整性和運用能力。

（二）注重綜合設計型實驗開設

在MIT實驗教學中，綜合設計型實驗占實驗總學時的2/3以上，可見其對綜合設計型實驗的重視程度。不同于普通基礎實驗，綜合設計實驗可以實現對學生的綜合訓練，因為綜合設計實驗過程跟科學與工程研究過程一致，包括實驗題目選擇、文獻調研、實驗方案設計、實驗系統搭建、系統調試、實驗數據采集、實驗數據分析、實驗總結報告撰寫以及口頭答辯等環節。因此，一個完整的綜合設計實驗可以理解為一次科學研究過程，相當于對學生提前進行科學研究訓練。在綜合設計實驗過程中，沒有限制具體的實驗方案和方法，學生可以自由發揮，它鍛煉了學生的文獻檢索能力、實踐動手能力、團隊協作能力、寫作能力、口頭表達能力、分析問題解決問題的能力以及學生的創新思維。這些能力無論是今后繼續從事科學研究還是企業工作都是至關重要的。反觀我國高校，目前普遍存在綜合設計實驗在整個實驗教學所占比重偏弱的問題，一定程度上阻礙了創新人才的培養。因此，在實驗教學改革上，需要加大綜合設計實驗的比重。

（三）強調基本實驗技能的訓練

基本實驗技能包括實驗設計能力、設備操作能力、系統搭建能力、器件選取能力、系統調試能力以及數據采集和分析能力等。這些基本實驗技能是從事科學研究的必備技能，也是產品研發人員要求掌握的技能。這些能力的獲得單純依靠課程講授是無法完成的，必須在實驗教學環節實現。MIT的實驗教學無論是在實驗室訓練環節還是在最后的綜合設計實驗環節，都特別強調基本實驗技能的訓練。我們在進行實驗教學改革時，應該大幅壓縮演示型、驗證型實驗的比重，因為這些實驗并不能全面訓練學生的基本實驗技能，學生得到的只是單純的實驗數據，而對其中的實驗原理和步驟沒有真正理解與掌握。

（四）注重培養學生的綜合素質和創新能力

經過MIT完整的實驗過程訓練之后，學生無論是在系統設計上，還是在學術寫作和表達交流上，甚至在團隊協作精神上，都得到了全面的訓練和提高，學生的綜合素質和科學素養得到了進一步加強。另外，MIT多數實驗內容并沒有限制具體的固定的實驗方案和步驟，學生可以充分發揮自己的想象力，提出不同的解決實際問題的方案，然后再通過對不同實驗方案進行對比分析和交流，極大地開闊了學生的眼界，進一步激發了學生的思維活躍度。我們在實驗教學環節，應該想方設法開設開放性的實驗，不要把具體的實驗內容和步驟限制得過于死板，應努力提高學生的參與度和實驗主動性。

（五）強調多種教學方式融合

為了對學生進行全方位的綜合訓練，加強實驗教學效果，MIT實驗課實行多種教學方式相結合，既有理論教學和基本的實驗訓練，又有綜合設計實驗以及作業和考核環節。不同教學方式的結合，極大激發了學生的學習興趣和積極性。同時，實驗內容靈活多櫻學生不會感到實驗課程枯燥，而是感受到實驗課帶給他們的成就感和滿足感。因此，我們在實驗教學上，也應該采用不同的教學方式，實現教學方式多樣化，尤其是可以嘗試加入互聯網+的思想，把現代教育技術融入實驗教學環節，在訓練實驗技能的同時，增強實驗課程的趣味性和可操作性。

三、結語

“大眾創業、萬眾創新”的新形勢，對創新型人才的培養提出了更高的要求。實驗教學是培養高素質創新型人才的必要環節。當前的高校實驗教學遠不能承擔起培養創新型人才的任務，需要進行進一步的實驗教學改革。只有積極借鑒國外著名高校在實驗教學環節的優勢和特色，努力探討科學有效的實驗教學改革路徑，切實加強實驗教學在培養學生綜合能力中的地位，真正提高實驗教學質量，才能體現出實驗教學應有的作用和價值。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 張學軍，王瑣萍.全面改革實驗教學 培養學生創新能力[J].實驗室研究與探索，2005（1）.

[2] 曾衛東，張橋.深化實驗教學改革，促進創新能力的培養[J].實驗技術與管理，2005（4）.

[3] 許華，朱敏杰，李志鵬.學科交叉與研學結合開展研究型實驗的探索[J].實驗技術與管理，2016（5）.

篇6

關鍵詞：現代測試技術;珠寶檢測;應用

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）36-0055-02

在以往的珠寶鑒定工作中，主要運用寶石顯微鏡和折光儀等工具，這些檢測工具主要是根據礦物的光學性質來對珠寶做定性認識與鑒定。但由于一些種類不同的寶石具有非常相似的光性，這就使得通常的方法無法準確鑒定區別真假珠寶，再加之珠寶合成技術和優化處理技術的發展，使得合稱珠寶與天然珠寶的區分難度越來越大。因此，為解決這些珠寶檢測的難題，在珠寶檢測中引進現代測試技術也就順理成章。

1 珠寶檢測中現代測試技術的作用

現代測試技術在珠寶檢測中的應用，不僅提高了鑒別珠寶真偽的水準，同時也為企業樹立良好的企業形象提供了技術支持。其在珠寶檢測中所發揮的作用主要有以下方面：首先，保障了消費者的合法權益。現代檢測技術在珠寶檢測中的應用使得珠寶檢測效果進一步提升，加強了合稱珠寶與天然珠寶的辨識度，有效地避免了不法分子利用合成珠寶來謀取暴利，欺騙消費者。其次，保障了珠寶行業的良性健康發展。合稱珠寶在珠寶市場中的廣泛流行，不僅使不法商人企業謀得暴利，還起到“劣幣驅逐良幣”的影響，擾亂珠寶市場的穩定。而現代檢測技術在珠寶檢測中的應用，驅逐了珠寶市場中的“劣幣”，凈化了市場環境，為珠寶行業的良性健康發展提供了技術保證。最后，有效解決了珠寶檢測過程中的問題。現代測試技術的運用，提高了珠寶檢測的準確性與可靠性，有效提升了珠寶檢測過程中的效率，解決了珠寶檢測過程中效率低、準確性差的問題。此外，現代測試技術在珠寶檢測的應用，除了具有良好的檢測效果外，還不會改變珠寶的外觀，這就保障了消費者的經濟利益，符合珠寶行業的發展要求。

2 珠寶檢測中現代測試技術的運用

在現在的珠寶檢測過程中，以往運用的寶石顯微鏡和折光儀等工具都是利用其光學和物理性質來測定，根據珠寶所含成分和微量元素的變化來確定真偽。然而，這些技術方法仍不能有效鑒定珠寶，因而不得不引入其他現代技術用于珠寶檢測。當前，在珠寶檢測過程中常用的技術手段主要包括：拉曼光譜技術、紅外光譜技術、電子探針技術、X線衍射技術和掃描電鏡分析技術等。

2.1 拉曼光譜技術

拉曼光譜是物質分子振動所發生的一種散射光譜。其用于珠寶檢測的原理是物質內部分子的組分和結構確定了物質振動的強度和頻率，因而，分子振動所引起的拉曼光譜就可以用來鑒別珠寶內的物質。如今，拉曼光譜技術主要應用于測試合成寶石與天然寶石。

例如，天然藍寶石與合成藍寶石在拉曼光譜中具有顯著差別，人工合成的藍寶石缺少191 cm-1、241 cm-1以及341 cm-1譜峰，因此，根據這個拉曼光譜特征，人們即可準確區分合成藍寶石與天然藍寶石。此外，拉曼光譜技術還可應用于高檔翡翠的鑒定，當前市場上存在較多的填充了AB膠或者環氧樹脂的翡翠，這無疑為翡翠的鑒別工作造成較大困難。由于環氧樹脂、AB膠的成分各不相同，因此運用拉曼光譜技術，可以較容易的區分真假翡翠。同時，這種檢測方法不會破壞樣品，而且具有準確快速的特點，主要應用于辨別寶石的真假和質量。

2.2 紅外光譜技術

紅外光譜全稱紅外吸收光譜。紅外光譜技術的基本原理是，當連續波長的光照射在物體上，會引起物質內部分子或原子基團振動，進而產生對光的吸收，形成吸收譜帶，不同的吸收譜帶對應不同的分子或原子基團。這樣，利用紅外光譜的這一特征可以較快的測定出珠寶中的分子和各種陰離子團，從而區別珠寶的真偽及質量。該技術可以應用于天然祖母綠和合成祖母綠的鑒定過程中，當運用紅外光譜技術對天然祖母綠和合成祖母綠進行測定時，可以有效鑒定出祖母綠晶體中結構水的類型、CO2等成分。此外，紅外光譜還可用于合成黃晶與天然黃晶的鑒別，主要由于天然黃晶可見到微弱的紅外吸收峰，而人工合成的黃晶卻不能。然而，紅外光譜技術也有其應用的局限性，尤其是表現在對貴重珠寶的檢測中，因為紅外光譜檢測技術要求被檢測品必須有拋光平面進行測試。

2.3 電子探針技術

電子探針是一種微區分技術，具有對應性強的分析特點，可以將珠寶的形貌與其所需分析的部位進行對應點分析。具有較高的空間分辨率，精度高，不破壞樣品，分析元素范圍廣的優點，在測定珠寶成分，包裹體和生長紋等方面具有非常重要的作用。其主要應用于以下幾個方面：首先，定點定性分析，即可以對選定點進行成分定性分析，用來確定定點區域內所存在的元素，例如，對藍寶石進行定點成分鑒定，便是區別合成藍寶石與天然藍寶石的重要依據。其次，線、面分析，即對在珠寶上選定的線和面進行掃描，從而分析出線或面上的元素分布狀況。最后，定點定量分析。即利用電子探針技術，通過對寶石的定點檢測，得出該處的元素成分及其含量。

2.4 X線衍射技術

X線衍射技術是一種全新的研究方法，能對珠寶的內部結構進行研究。X線是一種具有衍射功能的高能電磁波，X線衍射技術即應用該射線用于物相分析的方法。其操作過程是：用X射線射擊珠寶樣品，這時由于珠寶樣品內的晶體存在，會導致部分X射線被晶面反射，而另一部分則透過樣品，被反射的X射線形成一種與樣品晶體構造相關的衍射圖形，根據衍射圖形就可得知樣品的原子排列、化合物形態和晶體物質物相等信息，據此即可確定珠寶的種類。然而，由于該技術需要利用物質的晶體結構，因此，只能用于具有晶體結構的珠寶檢測。由于寶石樣品為單顆粒，所以在運用該技術進行寶石檢測時需注意到以下幾點：首先，需將寶石顆粒穩定平穩地黏在試樣板上，使樣品板同試樣測試平面處于同一平面上。其次，對大件樣品，應先用膠泥將樣品黏在樣品坐上，以確保其穩定性，同時注意不能使膠泥接觸到X射線。目前市場上的玉石珠寶多屬于多晶集合體，運用X射線可以在不破壞樣品完整性的情況下，準確快速的鑒別。但該技術的應用也有其局限性，即對沒有天然晶面的原石鑒定有一定的難度，當前，X射線的無損鑒定是珠寶鑒定的有效方法之一。

2.5 掃描電鏡分析技術

掃描電鏡即掃描電子顯微鏡，是一種高分辨率的精密儀器，在珠寶檢測中具有很高的使用價值，其主要優勢表現在分辨率極高和圖像景深大、立體感強兩個方面。掃描電鏡分析技術可以對樣品進行晶體結構分析和圖像觀察，研究樣品的表面形貌，晶體大小及結合狀況以及其內部包裹體的形狀分布。該技術在具體的檢測實踐中通常要與其他檢測手段，如電子探針技術和X射線衍射技術等結合使用。如今掃描電鏡分析技術不斷改進，其綜合分析能力得到極大加強，已成為快速直觀的珠寶檢測手段。

3 現代檢測技術在珠寶檢測中的應用前景

隨著珠寶鑒定市場的不斷發展，現代測試技術在珠寶檢測中也得到了廣泛應用。這不僅促進了我國珠寶行業的良性發展，還保護了法消費者的合權益。然而，由于傳統的測試技術在實際操作過程中存在一定的局限性，容易對珠寶造成損壞，因此對珠寶測試技術也需進行相應完善，從而提高珠寶檢測的準確性和可靠性。如今，在深入研究珠寶內部物質光學性質及其內在成分、結構的基礎上，現代測試技術的應用逐漸解決了以往珠寶檢測過程中的諸多難題。然而，珠寶檢測中的難點和疑點遠未完全解決，這需要進一步完善現代檢測技術在珠寶檢測中的應用，以使珠寶檢測工作朝著定量化的方向發展。

參考文獻：

[1] 劉世敏.現代測試技術在寶玉石檢測中的應用現狀及前景[J].巖礦測試，2006，（1）.

[2] 魏薇，申曉萍，李新嶺，等.紅外光譜技術在寶玉石檢測中的應用[J].分析試驗室，2009，（82）.

篇7

成功的基礎源于整體的客戶化設計理念，為滿足近幾年客戶更多的測量要求，我們成功的擴展了LH系列產品。新一代高精度優選型LH橋式三坐標測量機，對各線性軸在高速工作狀態下提供了更為穩定的保證。使穩定、可靠以及出色的動力學發揮出更為卓越的動力學特性。

LH橋式三坐標測量機的特點是：工作臺，橫梁和Z軸均采用天然花崗巖，各軸具有相同的熱力學性能。高分辨率光柵尺確保準確計量和精確的測量結果

通過創新的傳感器準確捕捉自由曲面和幾何元素智能算法和溫澤控制的連接技術在很短的時間傳輸大量數據。創新驅動系統、存儲和管理技術提供了低磨損保證。

2.WGT280 最新齒輪測量中心

齒輪測量中心系列產品中最小的型號，也是技術創新后推出的新一代齒輪測量中心。因為它的緊湊設計,占用空間小,可以很容易地集成到現有的工作流程中。可以對小型齒輪、加工刀具和旋轉對稱零件的提供快速、有效的測量分析。WENZEL Geco控制器專為滿足齒輪測量要求而設計，可確保卓越的4軸測量性能。

為了達到最高精度，各軸都采用空氣軸承，使用高精度氣浮轉臺。底座和線性軸的導軌都采用天然花崗巖制成，確保整個測量系統都擁有相同的熱性能。

3. 工業計算機斷層掃描技術-exaCT

溫澤是工業CT制造領域的領頭羊和創新者，目前在世界范圍的計量領域內的同類產品非常少，專門提供功能強大且高精度的設備，來實現 非接觸式、非破壞性的三維物體測量。

當使用傳統接觸或光學坐標測量設備對零件的外部細微結構或者內部結構測量無能為力的時候，exaCT@體積掃描技術卻為用戶提供了這樣的可能，同時其還兼具有快速的數據采集和高密度數據量的優勢。exaCT@應用領域廣泛，適用于如：機械工程、汽車制造和配件、航空與航天、鑄造、金屬加工和模具鑄造、醫療工程、逆向工程、計量服務提供等諸多行業；尤其適用于塑料、陶器、復合材料、輕金屬等產品檢測。

對于需要復雜的內部和外部結構3維數據的測量和測試技術的企業用戶，可以通過exaCT@執行大量測量和測試任務，例如：尺寸控制、壁厚分析、實際值與名義值的比較、工具和組件優化、開發、快速成型和逆向工程，材料分析、結構分析、裝配件測試、結合技術測試、電子測試等。

exaCT@將重點聚焦于用戶的特殊需求，生產出的設備在各方面都超越同類設備。exaCT@基于模塊化系統理念，系統十分穩定。集成的工作臺作為測量和數據分析的工作區，形成了一個具備完美人體工程學設計的工作站。

4. 創新復合式光學測量解決方案-Phoenix

在現代市場用戶對檢測效率，精準度，靈活度及非接觸式、非破壞性的測量高要求的今天，溫澤的Phoenix作為光學測量技術領域的領先產品之一.Phoenix是三維結構光掃描與圖像處理測頭，Phoenix運用創新的復合式解決方案，只需一次掃描，即可對不同材料的表面進行快速非接觸式的幾何元素測量及表面獲取，同時一個步驟即可實現數據的采集與分析。新型Phoenix解決了對于采用非接觸方式進行檢測的工件在材料，顏色和表面都有特殊要求的問題，面對特殊要求，新型Phoenix都能提供精確結果。而且能對混合材料零件進行數字化和測量，如鋁合金或鈑金件與碳纖維增強塑料的組合件；由于能夠識別不同的紋理化表面，可針對材料調整測頭參數，它甚至可以用于獲取檢測過程控制的條形碼，以及用于諸如劃痕之類的缺陷檢測。

新型Phoenix其靈活的使用性及諸多亮點使Phoenix成為質量控制、批量監控和分析的理想工具。典型應用領域有汽車行業，塑料和鈑金加工行業，而且還可以用于生產線上的在絲測量和非標準測量設備。

5.Shapetracer三維線掃描激光測頭

篇8

關鍵詞：低溫真空低溫光學實驗裝置有限元ZYGO干涉儀梯形支撐

1引言

隨著空間技術和軍事技術的發展需要，探測儀器的分辨率要求越來越高。在深冷的條件下，當需要探測的目標信號十分虛弱時，探測儀器的背景輻射主要來自儀器本身的光學系統和支撐結構，探測儀器靈敏度嚴重受到系統本身輻射的影響，為減少這一熱噪聲，冷卻光學系統是必需采用的方法。只有把光學系統冷卻及其相關部件冷卻到一定程度，才能有效地減少背景光子的通量，發揮背景極限探測器的作用，大大提高探測器靈敏度。在低溫狀態下工作的光學系統需要解決一系列問題，這些問題涉及材料特性、光學元件單元及系統整體性能變化、光學元件變形、低溫污染等等，這就形成了一門新興學科——低溫光學。

自上世紀七十年代開始，美國首先對低溫光學技術進行研究，最初主要用于各種觀察、測量系統，例如低溫紅外望遠鏡、空載干涉儀器等。從機載、球載到星載，大多數系統都成功有效地完成了對外空的各種探測任務。歐洲一些國家也對低溫光學系統的觀察儀器進行了研究。國內起步于上世紀八十年代末，由于國內航天及其國防事業的發展要求有高靈敏度的探測器，而這些儀器將不可避免地用到低溫光學系統。

我國的未來光學遙感系統采用了十幾個光學元件，這些系統要求冷卻到150K，并且對光學元件的控溫范圍要求非常嚴格，因此就需要研制一套低溫真空實驗裝置對相關的光學元件進行低溫實驗。

2系統實驗裝置的建立

該光學系統的最主要部件之一是動鏡裝置部分。基于反射鏡的溫度要冷卻到150K并對反射鏡的變形進行研究的目的，就需要建立一套高真空和低溫應用的實驗系統，該系統還要滿足進行其它光學元件的低溫實驗需要。系統實驗裝置由真空機組、低溫真空腔體、防振系統、測量裝置等主要部分組成。

2.1低溫真空腔體設計

低溫真空光學實驗裝置系統示意圖如圖1所示，1-機械泵2-預閥3-分子泵4-高閥5-銅帶6-低溫真空腔7-直線電機8-電源9-被測量光學系統10-ZYGO干涉儀11-光學窗口12-監控計算機13-溫控電路14-鉑電阻15-電熱器16-液氮箱17-活性炭18-氮氣19液氮20低閥。低溫真空腔體是實驗系統的核心部分，其示意圖見如圖2，1—抽氣管2-液氮桶3-上腔體4-銅帶5-引線出口6-支撐平臺7-下腔體8-電機支撐9-梯形支撐10-光學窗口11-O形圈12-動鏡支撐框架13-O形圈14-活性炭15-出氣管16-進液管。腔體總高461mm，外殼直徑284mm。內有圓柱形液氮容器，可以儲存液體約4升。其中的光學元件支撐框架是專門為動鏡設計的，其高度177mm。整個腔體可以測試直徑小于250mm,高度小于200mm的各類反射鏡和光學元件。

液氮桶下面用銅帶接光學元件裝置，當液氮桶灌注液氮后，冷量通過銅帶傳導給光學元件裝置。下腔體的石英玻璃光學窗口直徑為64mm.光學元件支撐結構由支撐平臺和固定夾板組成。用固定夾板是為了防止光學元件框架移動，并保證光線垂直射到動鏡表面上。由于動鏡需要電機驅動，而電機的發熱量為3-5W，而這部分熱量輻射對動鏡有很大影響，因此就用導熱率較高的紫銅支撐把一部分熱量盡可能的傳遞給系統外部。由于光學元件裝置部分需要冷卻因此就需要盡量避免它與外界和腔體傳遞熱量，因此就考慮用梯形支撐，由于梯形支撐壁很薄，就起到了很好的隔熱作用。

2.2真空抽氣系統和活性炭處理

真空抽氣系統由機械泵和分子泵組成。由于ZYGO干涉儀器對震動非常敏感，在光學測試的同時，關掉機械泵和分子泵。在關掉機械泵和分子泵的期間，還要維持真空腔體內的真空，故考慮在腔體內加活性炭以維持腔體內的真空度。為了去處活性炭中的水汽和其它氣體，需要對其進行烘烤預處理。活性炭在加工的時候已經固定于上組件中，所以把整個上組件放在DZF-6210真空干燥箱中，在溫度為100°C，烘烤約48小時使得真空度穩定在0.1Pa，然后再做真空低溫實驗。

2.3ZYGO激光平面干涉儀器

非平面的光學元件可以用He-Ne儀器進行光學測量，而平面型光學元件只能用ZYGO干涉儀如圖3進行測量，由于ZYGO干涉儀器對震動非常敏感，因此就需要防震措施。如圖3為ZYGO激光平面干涉儀及其防震裝置。

圖1低溫真空光學實驗裝置系統示意圖

圖2低溫真空腔體結構示意簡圖

3關鍵部件的分析與設計

3.1光學窗口的有限分析

干涉測量的光線要通過窗口，所以就要考慮窗口的厚度對測量誤差的影響，應盡可能使光學窗口厚度最小，同時還要能承受外部一個大氣壓的作用。在外部一個大氣壓，內部幾乎為真空的條件下，綜合考慮窗口折射帶來誤差的影響和其強度的大小，要求石英玻璃窗口的最大變形小于一個波長λ（λ=0.53μm）。

通過ANSYS軟件建立動鏡的有限元模型，并施加邊界條件，改變動鏡的厚度，進行變厚度有限元分析。如圖4-圖6是其中比較有代表性的三個分析結果。從有限元分析結果可以得到不同厚度玻璃窗口最大變形比較。光學窗口厚8mm時其最大變形0.989μm遠超過一個波長，當其厚度從10mm變到12mm,起最大變形都小于一個波長，但是變化值并不大。窗口厚度變大，其折射帶來的誤差就大，為了保證其強度，綜合這兩個因素選擇10mm厚，徑厚比為6.4∶1的玻璃窗口。

3.2梯形支撐的設計

梯形支撐是連接真空腔體和支撐平臺的關鍵部件，如圖7為其示意圖,圖中為熱端溫度，為冷端溫度。它一方面要求滿足盡量減少導熱，起到“絕熱”的作用，另一方面又要求其強度能滿足實驗的要求。

圖7梯形支撐模型示意圖

根據[1]知道，梯形支撐的熱傳導量為：

（1）

式中：——從支撐熱端溫度到冷端溫度之間支撐材料的平均熱導率；其表達式為：

（2）

——支撐的橫截面積；

L——支撐的高度。

考慮到起其強度[5]，有：

（3）

式中：——作用于構件的設計載荷；

——安全系數；

——支撐材料的屈服強度。

由公式（1）、（2）和（3）可得：

（4）

由公式4可以看出傳熱量與材料屈服強度與材料導熱系數之比成反比。欲使傳熱量越小，就應該選擇越大的材料，即材料的屈服強度盡量大，材料的導熱系數盡量小。由文獻[2]和[3]并且考慮到加工成本經濟性，選擇不銹鋼作為梯形支撐的材料。并計算選取梯形支撐的壁厚1mm。參閱金屬材料數據庫可得到不銹鋼的低溫導熱系數，對溫度區間20K∽300K進行擬合可以得到不銹鋼的導熱系數擬合公式如圖8所示。即

（5）

圖8不銹鋼導熱系數擬合

在設計載荷為500N,安全系數取1.5,不銹鋼的屈服強度為210MPa,支撐高度為0.046m,高溫端為300K,低溫端取150K。由公式（4）計算得漏熱量為0.042W,可以忽略不計。

4小結

現代技術的發展對觀測和成像設備的工作波段和空間分辨率都有很高的要求，低溫真空技術越來越受到關注。本文研究了小型低溫光學實驗裝置的相關技術。重點討論了真空低溫腔的結構、光學窗口影響及其有限元分析和梯形支撐的設計，并給出了實驗裝置的系統示意圖，對相關技術進行了探討，為近一步的低溫光學研究打下了基礎，并在以后的工作中不斷完善。

參考文獻

[1]楊世銘陶文銓《傳熱學》（第三版）高等教育出版社1998

[2]馬慶芳芳榮生項立成郭舜《實用熱物理性質手冊》中國農業出版社1986

[3]宋鍵朗楊奮為袁文彬等《材料手冊——金屬》上海航天局第八零七研究所1992

篇9

（轉自.cn/bbs）

工學 ENGINEERING

課程中文名稱 課程英文名稱

高等數理方法 Advanced Mathematical Method

彈塑性力學 Elastic-Plastic Mechanics

板殼理論 Theory of Plate and Shell

高等工程力學 Advanced Engineering Mechanics

板殼非線性力學 Nonlinear Mechanics of Plate and Shell

復合材料結構力學 Structural Mechanics of Composite Material

彈性元件的理論及設計 Theory and Design of Elastic Element

非線性振動 Nonlinear Vibration

高等土力學 Advanced Soil Mechanics

分析力學 Analytic Mechanics

隨機振動 Random Vibration

數值分析 Numerical Analysis

基礎工程計算與分析 Calculation and Analysis of Founda tion

Engineering

結構動力學 Structural Dynamics

實驗力學 Laboratory Mechanics

損傷與斷裂 Damage and Fracture

小波分析 Wavelet Analysis

有限元與邊界元分析方法 Analytical Method of Finite Element and

Boundary Element

最優化設計方法 Optimal Design Method

彈性力學 Elastic Mechanics

高層建筑基礎 Tall Building Foundation

動力學 Dynanics

土的本構關系 Soil Constitutive Relation

數學建模 Mathematical Modeling

現代通信理論與技術 Emerging Communications Theory and Technology

數字信號處理 Digital Signal Processing

網絡理論與多媒體技術 Multi-media and Network Technology

醫用電子學 Electronics for Medicine

計算微電子學 Computational Microelectronics

集成電路材料和系統電子學 Material and System Electronics for In

tegrated Circuits

網絡集成與大型數據庫 Computer Network Integrating Technology and Large

scale Database

現代數字系統 Modern Digital System

微機應用系統設計 Microcomputer Application Design

計算機網絡新技術 Modern Computer Network Technologies

網絡信息系統 Network Information System

圖像傳輸與處理 Image Transmission and Processing

圖像編碼理論 Theory of Image Coding

遙感技術 Remote Sensing Techniques

虛擬儀器系統設計 Design of Virtual Instrument System

生物醫學信號處理技術 Signal Processing for Biology and Medicine

光纖光學 Fiber Optics

VLSI的EDA技術 EDA Techniques for VLSI

電子系統的ASIC技術 ASIC Design Technologies

VLSI技術與檢測方法 VLSI Techniques & Its Examination

專題閱讀或專題研究 The Special Subject Study

信息論 Information Theory

半導體物理學 Semiconductor Physics

通信原理 Principle of Communication

現代數理邏輯 Modern Mathematical Logic

算法分析與設計 Analysis and Design of Algorithms

高級計算機網絡 Advanced Computer Networks

高級軟件工程 Advanced Software Engineering

數字圖像處理 Digital Image Processing

知識工程原理 Principles of Knowledge Engineering

面向對象程序設計 Object-Oriented Programming

形式語言與自動機 Formal Languages and Automata

人工智能程序設計 Artificial Intelligence Programming

軟件質量與測試 Software Quality and Testing

大型數據庫原理與高級開發技術 Principles of Large-Scale Data-Bas e and

Advanced Development Technology

自然智能與人工智能 Natural Intelligence and Artificial Intelligence

Unix操作系統分析 Analysis of Unix System

計算機圖形學 Computer Graphics

Internet與Intranet技術 Internet and Intranet Technology

多媒體技術 Multimedia Technology

數據倉庫技術與聯機分析處理 Data Warehouse and OLAP

程序設計方法學 Methodology of Programming

計算機信息保密與安全 Secrecy and Security of Computer Information

電子商務 Electronic Commerce

分布式系統與分布式處理 Distributed Systems and Distributed Processing

并行處理與并行程序設計 Parallel Processing and Parallel Programming

模糊信息處理技術 Fuzzy Information Processing Technology

人工神經網絡及應用 Artificial Intelligence and Its Applications

Unix編程環境 Unix Programming Environment

計算機視覺 Computer Vision

高級管理信息系統 Advanced Management Information Systems

信息系統綜合集成理論及方法 Theory and Methodology of Information n

System

Integration

計算機科學研究新進展 Advances in Computer Science

離散數學 Discrete Mathematics

操作系統 Operating System

數據庫原理 Principles of Database

編譯原理 Principles of Compiler

程序設計語言 Programming Language

數據結構 Data Structure

計算機科學中的邏輯學 Logic in Computer Science

面向對象系統分析與設計 Object-Oriented System Analysis and Design

高等數值分析 Advanced Numeric Analysis

人工智能技術 Artificial Intelligence Technology

軟計算理論及應用 Theory and Application of Soft-Computing

邏輯程序設計與專家系統 Logic Programming and Expert Systems

模式識別 Pattern Recognition

軟件測試技術 Software Testing Technology

高級計算機網絡與集成技術 Advanced Computer Networks and Integration

Technology

語音信號處理 Speech Signal Processing

系統分析與軟件工具 System Analysis and Software Tools

計算機仿真 Computer Simulation

計算機控制 Computer Control

圖像通信技術 Image Communication Technology

人工神經網絡及應用 Artificial Intelligence and Its Applications

計算機技術研究新進展 Advances in Computer Technology

環境生物學 Environmental Biology

水環境生態學模型 Models of Water Quality

環境化學 Environmental Chemistry

環境生物技術 Environmental Biotechnology

水域生態學 Aquatic Ecology

環境工程 Environmental Engineering

環境科學研究方法 Study Methodology of Environmental Science

藻類生理生態學 Ecological Physiology in Algae

水生動物生理生態學 Physiological Ecology of Aquatic Animal

專業文獻綜述 Review on Special Information

廢水處理與回用 Sewage Disposal and Re-use

生物醫學材料學及實驗 Biomaterials and Experiments

現代測試分析 Modern Testing Technology and Methods

生物材料結構與性能 Structures and Properties of Biomaterials

計算機基礎 Computer Basis

醫學信息學 Medical Informatics

計算機匯編語言 Computer Assembly Language

學科前沿講座 Lectures on Frontiers of the Discipline

組織工程學 Tissue Engineering

生物醫學工程概論 Introduction to Biomedical Engineering

高等生物化學 Advanced Biochemistry

光學與統計物理 Optics and Statistical Physics

圖像分析 Image Treatment

數據處理分析與建模 Data Analysis and Constituting Model

高級數據庫 Advanced Database

計算機網絡 Computer Network

多媒體技術 Technology of Multimedia

軟件工程 Software Engineering

藥物化學 Pharmaceutical Chemistry

功能高分子 Functional Polymer

篇10

關鍵詞：單模光纖 截止波長 光譜傳輸功率法

0 引言

當光頻使傳播常數等于外部媒質的平面波傳播常數時，模是截止的。所謂光纖截止波長是指高階模的截止波長。截止波長是單模光纖所特有的參數，它給出了保證單模傳輸的光波長范圍，是單模光纖的本征參量，也是單模光纖最基本的參數。單模光纖傳輸系統的工作波長必須大于截止波長，否則光纖將工作在雙模區，會產生模式噪聲和多模色散，從而導致傳輸性能的惡化和帶寬的降低。

理論截止波長可以從光纖的結構設計參數計算出來，它是光纖的固有參數，與光纖的長度和光信號狀態無關；但理論和實踐表明，光纖的實際截止波長與光纖的長度和彎曲狀態及拉絲條件和成纜工藝有關。本文暫就測試時光纖的彎曲半徑來分析對截止波長的影響。

1 截止波長的物理概念和定義

導行波系統中，對于不同頻率的電磁波有兩種工作狀態――傳輸與截止。介于傳輸與截止之間的臨界狀態，即由γ=0所確定的狀態，該狀態所確定的頻率稱為截止頻率，該頻率所對應的波長稱為截止波長。

所以，只有f>fc或λ

截止波長指的是，單模光纖通常存在某一波長，當所傳輸的光波長超過該波長時，光纖只能傳播一種模式（基模）的光，而在該波長之下，光纖可傳播多種模式（包含高階模）的光。

2 光纖截止波長的測試

2.1 測試原理

當光纖中的模大體上被均勻激勵的前提下，包括注入較高次模在內的總光功率與基模光功率之比隨波長減小到0.1dB時所對應的較大波長就是截止波長。理論截止波長是單模光纖中僅有基模傳輸的最短波長。理論截止波長可以用光纖的折射率剖面參數計算得到。在評定光纖的傳輸性能時，用測量在應用條件下的截止波長比理論值更為重要。截止波長的測量結果隨光纖的長度和彎曲狀態不同而不同。被測光纖處于已安裝的光纜中，或處于短的、未成纜的狀態，其截止波長將有很大差別。

本次試驗采用的OFM1700光纖多參數分析系統基于傳輸功率法，即測量光纖中傳輸的光功率隨光波長變化的光譜曲線，并同參考傳輸光功率的光譜曲線比較后得到該光纖的截止波長。通過彎曲參考技術得到參考傳輸功率的光譜曲線。彎曲參考技術是將被測單模光纖繞一個半徑較小的圈，以帶有這樣一個小圈的單模光纖的傳輸光功率譜作“參考”傳輸光功率譜。

2.2 試驗裝置

對如上裝置簡單說明如下：OFM1700光纖多參數分析系統是采用先進的高穩定可調的單色斬波光源系統；微弱信號采集、放大系統；數字鎖相系統；機器視覺技術；穩定的光學系統；光纖位置自動控制系統及計算機等組成。系統采用雙端面監測系統、全自動調節機構配合計算機圖像處理，對光纖位置進行自動調整，從而減小了由于光纖的裝校過程中位置的不一致對測量的影響；系統采用穩定的鹵鎢燈光源配合風冷系統，提供穩定的光源，同時采用高穩定、重復性好的單色儀提供儀器測試所需要的穩定單色光源。

2.3 截止波長測試

OFM1700光纖多參數分析系統基于傳輸功率法，即測量光纖中傳輸的光功率隨光波長變化的光譜曲線，并同參考傳輸光功率的光譜曲線比較后得到該光纖的截止波長。通過彎曲參考技術得到參考傳輸功率的光譜曲線。彎曲參考技術是將被測單模光纖繞一個半徑較小的圈，以帶有這樣一個小圈的單模光纖的傳輸光功率譜作“參考”傳輸光功率譜。

由于高次模LP11在接近它的截止波長時，其傳輸功率對彎曲十分敏感，而基模LP01對彎曲不那么敏感。因此測量一段2m長的短光纖在舒展狀態與彎曲狀態下的輸出功率之比隨波長的變化關系，就可找出高次模LP11 的截止波長λC。

取2m±0.2m光纖接入裝置中，并彎成松弛的大環和小環，這個大環直徑為280mm 的弧與切線相連而組成，小環的直徑為60mm 足以濾去高次模LP11。在設定的波長范圍內測量出纖功率P1（λ）。保持注入條件固定，放開小圈，使光纖處在大環的狀態下，注意：光纖不允許受到任何外部應力。測量此時狀態下輸出光功率P2（λ）。

得出結論，當大圈直徑縮小時截止波長也會隨之減少，換言之即濾掉了更多的高階模。故測試時按照標準使用準確的大圈直徑非常重要，偏大或偏小都會嚴重影響測試數據的準確性。

4 結束語

截止波長與光纖的生產工藝有著莫大的關系，是光纖及光纜的固有參數。但是與其使用時的彎曲半徑有著很大關系，事實證明彎曲度越大，光纖的截止波長越短，即越趨近于基膜傳輸，所以在光纖或光纜的使用或工程安裝時盡量避免過多的曲折現象，否則會影響光纖及光纜的傳輸質量。

參考文獻：

[1]蔡春平.拉絲條件對光纖折射率的影響[J].光電子技術與信息，2001，14（3）：17-20.

[2]楊日勝，等.光纜截止波長論述[J].光通信研究，1993（2）：21-27.