光学前沿技术范文1
关键词 物理教学 物理前沿知识 渗透
当前，我国高等教育改革已步入深化教学改革，实施素质教育、提高教学质量的新阶段，物理学为现代科学与技术的基础，作为公共课的大学物理课程自然有着极其重要的作用。在面临课时少、内容多等客观因素情况下，教师总是回避和忽视物理教学的现代和前沿知识的介绍。其实这是一种不妥的认识和作法。
如何加强素质教育、提高课堂教学质量，是当前我国教育改革的重要课题之一。而在大学物理教学中适时地渗透现代物理和前沿知识，让学生了解当前物理学前沿正在研究的热门科学难题，是提高教学水平的必由之路，其有利于学生的物理思想培养，有利于学生思维能力的培养，有利于激发浓厚的研究兴趣、唤醒神圣的好奇心，更是时展的需求。
1 渗透现代物理前沿知识教学有利于学生的物理思想培养
物理学发展的重要一环，就是在不断地提出假说，并经过实验验证，对提出假说进行完善或者摈弃的过程。在现代物理和前沿知识的研究中这一思想体现得尤其突出。例如：“玻尔理论”的提出，打破了经典物理学一统天下的局面，开创了揭示微观世界基本特征的前景，为量子理论体系奠定了基础，这是一种了不起的创举，不愧为爱因斯坦的评价——玻尔的电子壳层模型是思想领域中最高的音乐神韵。玻尔理论也有其局限性：这个理论本身仍是以经典理论为基础，且其理论又与经典理论相抵触.它只能解释氢原子的光谱,在解决其他原子的光谱时就遇到了困难。如把理论用于非氢原子时,理论结果与实验不符,且不能求出谱线的强度及相邻谱线之间的宽度.这些缺陷主要是由于把微观粒子(电子,原子等)看作是经典力学中的质点,从而把经典力学规律强加于微观粒子上(如轨道概念)而导致的。可见，科学的进步就是有继承才有发展，继承必须寻找正确的方法，科学的继承方法就是有批判地继承，这样才能前进。我们的大学物理教学就是应该通过向学生灌输现代物理前沿知识，培养学生的物理思想。
2 渗透现代物理前沿知识教学有利于学生思维能力的培养
物理教学过程十分强调对学生能力的培养。就一般能力而言，有：观察、记忆、思维、想象、注意等。其中思维能力是核心，它表现在对问题明确后，立即作横向联系和纵向比较，向深层次探索和研究，从联想中得到相关结论，或者从特殊拓延到一般，寻求更有规律的东西。现代物理知识就极易培养学生的思维能力。在介绍了光的波粒二象性后，学生就会由光对物质的作用而与电场、磁场联系提出光周围是否存在“光场”类似的问题。虽然这是一个没有定论的问题，但对促使学生思维，培养学生思维能力是有利的。
3 渗透现代物理前沿知识教学有利于激发浓厚的研究兴趣
大学物理教学中学生往往有厌学和畏难情绪，这与内容枯燥有极大的关系，我们可以在教学的过程中适量地介绍一些近代物理和前沿知识，开阔学生的眼界，提高学习物理的兴趣。在学习中，好奇和兴趣对人类的学习活动将产生巨大的推动作用。一旦对某问题有了好奇心，就会对如何搞清问题的实质、怎样拿出解决问题的方法产生动力；一旦对学习发生兴趣，就会充分发挥自己的积极性和主动性。
例如：近代物理技术如光纤、光电效应、激光、超导等的实验和在各领域内的应用的介绍又极大地唤醒学生神圣的好奇心。比如向学生介绍一些被认为是21世纪最具有战略意义的高新技术——超导技术，高温超导线材能耗低，通电能力是相同截面积铜导线的100倍以上，目前已被广泛用于超导电缆、超导变压器、超导电机、超导限流器、超导磁分离器、超导磁共振成像（mri）、超导储能装置、超导磁悬浮列车等应用产品的研发，在许多领域取得了重大突破，具有十分广阔的市场前景。
在大学物理教学中如果能重视新知识、新技术的介绍，不仅能起到起点缀的作用，更重要是能激发学生浓厚的研究兴趣、唤醒神圣的好奇心。同时还可以让学生明白，有许多问题是不能用经典物理解决的，必须要用近代物理才能解决，能给学生留下一个悬念，以达到激发学生学习兴趣的目的。
4 渗透现代物理前沿知识教学更是时展的要求
光学前沿技术范文2
近日，我国成功自主研制出8台深紫外固态激光源装备，不仅是全球首创，有望使我国科学家在一系列前沿探索中占据主动，更能推进我国尖端科研设备产业化。
我国成为世界上唯一能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家
深紫外激光波段（DUV）是指波长短于200纳米的光波，具有能量分辨率高、光谱分辨率高、光子通量密度大等特点。深紫外激光技术在物理、化学、材料、生命等领域有重大应用价值。然而，“缺乏实用化、精密化激光源，影响了DUV科研装备和前沿研究的发展。”中科院理化所研究员、“深紫外固态激光源前沿装备研制”项目首席科学家许祖彦院士说。
要产生深紫外波段激光，关键是找到合适的非线性光学晶体。在科学界，200纳米常被形容为一堵“墙”，谁突破了这堵墙，就可能在深紫外重大前沿装备及相关领域的探索中占据制高点。
经过10余年努力，中科院的科研人员在国际上首先生长出大尺寸氟硼铍酸钾晶体（KBBF）。经测试，该晶体是第一种可用直接倍频法产生深紫外波段激光的非线性光学晶体。许祖彦院士研究组与陈创天院士研究组合作，在此基础上发明了KBBF晶体的棱镜耦合技术，即无需按照匹配角斜切割，即可实现激光倍频输出。
KBBF晶体的棱镜耦合技术，使获取实用化的激光源器件成为可能。该技术已经获得中、美、日3国发明专利授权，保证了我国在深紫外激光输出的全球领先地位。
随着晶体和器件制造的突破，我国科学家在全固态激光领域首次打破200纳米这个壁垒， 搭建了深紫外非线性光学晶体与器件和深紫外全固态激光源两个平台，我国也因此成为世界上唯一能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家。
8台科学装备属国际首创，部分产品将进行一定的产业化探索
实用化的深紫外全固态激光源设备出现之前，获取小于200纳米的深紫外波段，主要依靠同步辐射和气体放电等非相干光源。这些光源虽有波长短、波段宽的优势，但设备造价高昂，而且存在能量分辨率低、光子通量小、密度低等不足，不能满足深紫外波段前沿科学装备发展的需求。
“一些同步辐射装备，花费近亿元，体积也非常大，实用性比较差；深紫外全固态激光器不仅大大降低了仪器成本，还有更好的性能。”许祖彦说。经过3年多的努力，我国科学家在国际上首次研制成功8台实用化、精密化的深紫外固态激光源装备。
这8台科学仪器是：深紫外激光拉曼光谱仪、深紫外激光光化学反应仪、深紫外激光光发射电子显微镜、深紫外激光光致发光光谱仪、深紫外激光自旋分辨角分辨光电子能谱仪、光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪、深紫外激光原位时空分辨隧道电子谱仪以及基行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪。
许祖彦介绍，这8台机器，不仅在装备上是国际首创，性能指标也国际领先，并实现了关键指标的突破。目前，这8台科学仪器已经在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等的研究中获得了重要结果。比如，利用深紫外激光光发射电子显微镜对石墨烯开展研究，为石墨烯等光电子材料发展和应用提供有力的研究手段；利用光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪，首次将光子能量连续可调深紫外激光应用到光电子能谱仪，可在变激发波长条件下，同时实现高能量分辨、角分辨和体效应观测功能。
据介绍，我国的尖端科学仪器几乎全为进口，我们虽能写出前沿的论文，却做不出高端的设备，“能产蛋却不能养鸡”。这8台深紫外固态激光源装备及其在科学仪器上的突破，使这一局面得以改观。
值得一提的是，这次研制还进行了一定的产业化探索。“深紫外固态激光源前沿装备研制项目”总体部总经理詹文山说，在一期项目立项之初，就考虑了今后做产业化的可能，并不是一锤子买卖。为此，项目团队初步打造了“晶体—光源—装备—科研—产业化”自主创新链。在成功研制8台重大仪器设备的同时，还搭建有深紫外非线性晶体和器件研制平台、深紫外固态激光器研发平台和深紫外应用仪器开发平台。
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启示一：沿海经济带建设要有科学长远的规划。合理、科学的规划对沿海经济带建设有重大推动和指导作用。张謇在“废灶兴垦”时十分注重科学规划土地，高标准建设农田，增加发展后劲。他特别重视水利，其业绩涉及淮河治理、南通江岸保坍、通如海水利和长江下游水利等多方面。各盐垦公司也都打破以往盐商和灶民的疆界，对水利和农田建设，纵横数十里统一规划，同步实施。这些新垦区河、堤、路、桥四通八达，圩堤两侧植树成带。沿海的射阳、大丰等地现在之所以能成为全国优质棉生产基地，与这个基础是分不开的。张謇对滩涂垦地的规划至今仍为人们所接受，充分说明了科学长远规划的重要性和长久效益。因此，当前我省的沿海开发首先要制定整体性、长远性和前瞻性的战略规划。应采用最新的科学技术乃至与国际知名机构合作，对江苏沿海地区的资源和环境进行科学详细的普查，并在此基础上，立足长远，合理规划江苏沿海地区的功能区划和发展目标，宜农则农，宜工则工，宜港则港，推进全省沿海地区经济的发展和社会的全面进步。规划要以科学发展为前提。沿海经济带建设的最终目的在于谋求沿海地区经济社会更好更快地发展。面对长三角日新月异的变化，面对沿江各市的迅速崛起，苏北沿海地区必须抓住机遇，在科学发展观的指导下，实现经济社会的良性发展。规划必须对传统的、不适应的体制和机制进行革新，在科学长远规划的前提下，加快体制机制创新的步伐。
启示二：沿海经济带建设要统筹协调好全局与局部、眼前利益与长远利益的关系。张謇曾说：“一个人办一县事，要有一省的眼光；办一省事，要有一国的眼光；办一国事，要有世界的眼光。”的确，张謇的大局观念、长远眼光和统筹协调能力值得我们研究和学习。为了既使苏北沿海产盐区的荒地资源得以开发利用，又保证盐产得以完成，张謇倡导并发起组建盐场，以发展滩晒盐业取代草煎盐业。这种另辟蹊径的做法，为“废灶兴垦”扫除了障碍，提供了保障，也正是张謇“长远的眼光”带来的“长远的利益”。百年后的今天，我们更应该立足大局，放远眼光。就沿海经济带而言，要放在江苏加快实现“两个率先”、科学发展、建设全面小康社会的大局中去考虑和规划，不能因为这个项目对本地有利就盲目上，更不能因为有一时的经济利益可图就一哄而上甚至抢着上，全然不顾负面影响。如港口开发，苏北应该是一盘棋，各市都要有大局观，什么地方建港口，什么地方有条件建深水港，都应该有科学的论证和规划。同时，全局又是由局部构成的，没有局部的发展就没有全局的发展。各地应在上一级部门的开发规划中，结合各自的特点和优劣势。找准自己的位置，明确发展的思路。在引进项目上，不能因为眼前利益而放松要求，要有较高的技术含量和附加值，更要有生命力。不能因为眼前的“政绩”而破坏生态环境、损害人民利益、影响子孙后代的发展和生活。苏北沿海地区最大的优势是生态优势，沿海经济带建设更应该注重的是发挥这个优势，而不破坏这个优势，必须按照全面协调可持续发展的要求，走出一条有东部沿海特征的新型工业化的科学发展之路。
启示三：沿海经济带建设必须考虑规模效应。当年在“废灶兴垦”时，盐垦公司为创造并改善生产条件，在综合开发和推广良种等方面，一开始就十分重视集约化的规模经营。我们在开发沿海地区时，农业要走产业化经营的道路。苏北地区耕地面积大，劳动力资源丰富，农产品量大，但长期以来效益并不明显。这与苏北地区的农业产业、产品结构不尽合理有很大关系。我们必须走生态农业之路，坚持发展集约化的高效农业、加工农业，充分发挥地区优势，实行贸工农一体化、产加销一条龙，综合开发沿海资源。工业要走集约化的道路。规模是企业抵御风险的“抗体”，规模大还能引导市场。我们在搞沿海经济带建设时，要坚持走新型工业化道路。大力发展产业集群，形成并增强规模效应。要做大生态旅游业。苏北沿海地区发展旅游业具有得天独厚的优势，除了较为丰富的人文景观外，麇鹿、丹顶鹤两个自然保护区，花果山和紫琅山等都在国内外有着相当的影响，组建大公司、大集团，开发苏北沿海地区的旅游业将大有可为。
启示四：沿海经济带建设要有科学先进的体制机制。张謇在“废灶兴垦”中，还探索实施了一系列新的举措。他提出了“民办官助”的思想，主张“官”、“民”各司其职，倡导“官业”辅“民业”，极力主张设立商会、农会等社会组织。在主持制定“国有荒地承垦条例”时，又提出了把国家土地的所有权和经营权相分离的思想。他还大胆吸收资本主义企业的经营管理方式，各公司除实行股份制外，还建立了董事会这个最高权力机构，公司的办事机构及主要职员包括总经理、经理由董事会任命。各类规章也一应俱全，公司制定了《集股章程》、《招佃章程》等，年初编制预算，年终向股东大会报告执行情况。这与封建地主的管理模式有着本质的区别。另外。其推行的租佃关系也不同于旧式的存在人身依附关系的租佃关系，新型的租佃关系改变了奴隶式的灶民身份，使灶民成了拥有土地使用权的佃农和自由的盐场雇工。今天，苏北沿海经济带建设应大胆进行体制和机制的创新，进一步深化各项改革，完善各项配套制度。其中，特别要把富民放在优先的位置，同时全面规划好区域经济的发展，既照顾到少数人的利益，更考虑到大多数群体的利益，努力实现“双赢”。
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关键词：观光休闲渔业现状发展思路**
**县观光休闲渔业是近几年从传统渔业刚刚衍生出来的一项新兴萌芽产业，集养殖、游钓、休闲、娱乐、旅游观光、渔业特色餐饮于一体，实现了第一产业与第三产业结合、资源开发和环境保护彼此相互协调的目标，是传统渔业功能和生态链延伸的一种很好的表现形式。不仅受到了广大渔业生产经营者和众多消费者的关注，同时也极大地引发了各界人士特别是各级领导和渔业工作者的普遍关注。
一、发展现状
**县的观光休闲渔业的发展尚处于萌芽状态。主要有以下四种类型：
（1）运动型。是一种养鱼为主、兼营垂钓的常规型、普遍存在的形式，全县约有上百家养殖经营单位。又可分为两种类型：一类是20世纪90年代建设的传统商品鱼养殖基地，在不新增加基础设施或只进行简单改造的情况下，调整渔业养殖结构，兼营垂钓，并以垂钓来增加养殖效益。姚集镇、古邳镇、魏集镇等故黄河岸沿线水产养殖基地几乎个个采用了该种类型。姚集镇第二水产养殖场约30hm2鱼塘，无论是草鱼塘，还是淡水白鲳、罗非鱼塘，垂钓业收入均接近渔业收入的50%。另一类是农村大型养鱼承包户。据统计，全县有80多户渔塘利用节假日对外开放，同时还为垂钓者提供一顿午餐，垂钓者一般早出晚归，既满载而归，又强身健体。
（2）娱乐型。以生态开发、垂钓为主。如高作镇腊元村，距离县城仅10km，于2003年建成的5个鱼塘，刚投产就开放垂钓。除集约经营渔业外，还建有11间猪圈，年出栏3批商品猪，同时饲养火鸡、山鸡、草鸡。堤面定植樱桃、银杏、柿子、日本梨1700余株，目前都已产果。他们在渔塘边每隔10m修一处简单水泥阶梯，供垂钓者操作使用，并备有食堂、休息室、室和停车场，垂钓娱乐，修心养性。
（3）休闲型。以养殖为主，兼营垂钓、旅游、休闲，以增加养殖综合效益。同时以水产品为主食，开发餐饮业和度假村。地处姚集境内的清水畔水库，交通方便，水质清新，亭台楼阁，景色怡人。北与连绵起伏的蛟龙山接壤，东与省重点文物保护区双谷堆和刘楼汉墓群毗邻，相连的石屋寺附近挖掘温泉一处，具有广阔的开发前景。上海踏求贸易有限公司已于2005年投资兴建休闲渔业渡假村，项目落成后，可望成为苏北地区休闲渔业的新亮点。
（4）观赏型。全县有十多个单位开展了观赏鱼养殖。李集镇轴山村赵良元于1999年开始饲养金鱼，现有水泥养殖池5000m2，15个品种；邱集镇王硕村张永、庆安镇三闸村袁桂章观赏鱼面积都在4000m2以上。县城区大型天元广场水面、九月广场小桥流水、县城境内围城河都开发了红鲤鱼养殖，既供人们观赏，又对外开放垂钓。文化广场一些经营个体，还购置各类塑质金鱼供儿童模拟垂钓，较好地丰富了儿童文化娱乐和生活。
二、发展思路
观光休闲渔业是当前渔业发展新的领域，全方位地开发观光休闲渔业经济，既是我县渔业生产的一个新的增长点，也是广大群众增加渔业附加值的有效途径之一。经过对全县观光休闲渔业的调查与思考，笔者认为全县观光休闲渔业今后的发展方向应该围绕“沿河、沿库、围路、围场”的二沿二围四张明片和渔业经济总体规划展开。总体思路是：“突破两大水库重点，渔场布局黄河沿岸，完美城郊服务内涵，装缀天园风景亮点”。为保护垂钓萌芽，弘扬长寿文化，塑就**形象，加快外延开发，振兴地方经济，争当后起之秀，发挥应有作用。
（1）加快水库休闲渔业资源的利用，构建休闲渔业度假框架，将我县逐步构成水上旅游世界。一是以清水畔、庆安水库“两库”为中心，风景区及休闲、餐饮、娱乐设施为内容，采取人工增殖，旅游与自然保护相结合，打造水库“绿色食品”，并结合水库周边地区的治库堤林建设和环库公路规划建设，建造库区生态滨林公园，实现库滨旅游景点的绿化、香化、亮化、彩化，从而绘制一幅“水清林秀、鸟语花香、蟹肥鱼壮、水陆相映”的库上景观和田园风光。以此开发库滨游轮、库钓、浴场和其他游玩娱乐项目，建立**两库“游乐城”和两库“渡假村”。二是以“两汉文化”为开发对象，积极修复古邳八景，开发**一日游旅游线路，开放库心采风、冲浪库岸、采捕体验、野游、野炊等自然风光旅游项目。三是以水鲜为基础，以庆安水库远鸿牌羊方藏鱼为保障，整合资源，强化配套，发展具有地方特色的沿库水鲜餐饮业。
（2）加快故黄河沿线养殖基地渔业设施的改造，发展集水养殖、水生观赏植物种植、鱼池周边绿化美化及运动型游钓于一体的生态渔业，建设一条**沿河农业观赏带。利用我县基本横向建设的高速路为水产品物流交通纽带，重点强化姚集、魏集、古邳三大商品鱼基地，加大设施改造和建设力度，积极推广无公害水产品生态养殖技术，并结合路景建设、水产品批发市场建设，从而形成“桃红柳绿鸟儿唱，清水清波鱼儿欢”的沿河或沿路渔业观光带。
（3）加快县城河、天元、九月广场及城郊周围水面观光价值的开发，结合**规划占地133.3hm2的“文化公园”和城区规模建设，以天元广场为中心，辐射庆安、高作、梁集、岚山4个镇发展观赏鱼养殖，早日建立一批集游钓、赏鱼于一体的水族旅游观光场馆。一是继续保护县城及城郊观赏鱼养殖大户的萌芽势头，扶持发展，扩大规模，增加设施，拓展功能，建立观赏水族馆。二是开辟县城河及广场水面资源，以放养瓯江彩鲤、锦鲤、异育银鲫等赏食用的品种为主，实行增值养殖。同时结合精品城市建设和文化景点开发，开发游船、垂钓等观光旅游娱乐服务项目，在城区开辟一条环城水上旅游观光线。
（4）加快游钓场所要素的整合，进一步完善配套设施建设，努力提高休闲渔业的附加值。一是要把餐饮业做强做大。规划中的观光休闲渔业场所，都要本着先急后缓、量力而行的原则，为垂钓者提供食宿方便，尤其在饮食方面，要巩固水食文化、研究水食文化、发展水食文化，立足**，面向全国，走出世界。要使**成为“水食文化之乡”。二是要把渔具渔法做强做大。渔业捕捉工具、方法、技巧等也要作为渔业工作者的一个课题作专门探讨。
三、发展途径
（1）科学规划。县林牧渔业行政主管部门应遵循因地制宜的原则，突出淡水鱼和休闲两大特色，紧扣可持续发展这个主题，认真规划，逐步推进，加快我县观光休闲渔业的发展。利用资本转移和招商引资的大好机遇，分期、分批、有计划、有步骤地建设故黄河观光线、沿路水库观光点，围绕广场及城郊发展旅游观光面。在规划布局上应把握好三个结合：一要与旅游景点建设相结合；二要与现代化生态渔业相结合；三要与三产服务业相结合。
光学前沿技术范文5
（华南理工大学，广东广州，510640）
前言3D打印技术，又称增材制造技术，以前称快速成型“快速成形”技术，出现在上世纪80年代中后期。世界上（包括国内）的第一次研究开发热度期，在上世纪80年代中后期至2003年左右。2003年至2012年出现了研究开发的低谷，其原因是多方面的。自从2012年开始，该技术的研究开发及应用又有了新的转机，其原因众所周知，因此，自2012年以来，3D打印技术出现了新一轮的研究开发热度期，并且，其热度远远大于第一次的热度。
在这次热度中，3D打印技术的研究与应用如火如荼，对3D打印技术的宣传几乎做到了妇孺皆知。那么在这新一轮的3D打印热潮中，我觉得应该冷静思考一些问题，使国人充分了解3D打印技术的实质及存在的本质问题，从而做到客观、公正、冷静、充分地了解3D打印技术。
本文的作者自1993年以来就开始从事3D打印技术（注：那时被称为快速成型技术）的研究，并一直从事其研究与教学，对3D打印技术有比较深刻的理解。本文采用问答形式，对3D打印技术中存在的十几个关键问题进行了思考与回答，以共飨读者。
本文中的观点为作者的一家之言，有不对的地方，请读者不吝批评指正。
1 什么叫3D打印技术？
1.1 定义
3D打印（Three Dimension Printing，简称3DP）技术，是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造或增材制造（AdditiveManufacturing，简称AM）技术，以前称为快速成型（Rapid Prototyping，简称RP）技术。
作为一种综合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、精密机械、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备，它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。
3D打印技术，从狭义上来说，主要是指增材成型技术；从成型工艺上看，3D打印技术突破了传统成型方法，它通过快速自动成型系统与计算机数据模型结合，无需任何附加的传统模具制造和机械加工，就能够制造出各种形状复杂的原型，这使得产品的设计生产周期大大缩短，生产成本大幅下降。
1.2 3D打印技术原理
3D打印技术“以前被称为快速成型、快速成形”是上世纪80年代末期开始商品化的一种高新制造技术，它有不同的英文名称，如Rapid Prototyping（快速原型制造、快速成型、快速成形）、Freeform Manufacturing（ 自由形式制造） 、Additive Fabrication（增材制造）等，常常简称为RP。该技术将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数字控制（CNC）、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集于一体（如图1所示）。
3D打印技术的原理是：依据计算机上构成的工件三维设计模型（图2（a）），对其进行分层切片，得到各层截面的二维轮廓（图2（b））。按照这些轮廓，成形头选择性地固化一层层的液态树脂（或切割一层层的纸，烧结一层层的粉末材料，喷涂一层层的热熔材料或粘结剂等），形成各个截面轮廓（图2（c））并逐步顺序迭加成三维工件（图2（d））。
3D打印技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法——部分去除大于工件的毛坯上的材料来得到工件，而采用全新的“增长”加工法——用一层层的小毛坯逐步迭加成大工件，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合，因此，它不必采用传统的加工机床和工模具，只需传统加工方法的10％～30％的工时和20％～35％的成本，就能直接制造出产品样品或模具（图3）。由于3D打印技术具有上述突出的优势，所以近年来发展迅速，已成为现代先进制造技术中的一项支柱技术，是实现并行工程（ConcurrentEngineering，简称CE）的必不可少的手段。
1.3 3D打印技术的主流工艺介绍
3D打印技术的主流工艺介绍如下：
（1） 分层物体制造（Laminated Object Manufacturing，简称LOM）
这是历史最为悠久的3D打印技术之一，也是最为成熟的3D打印技术之一。
LOM技术自1991年问世以来得到了迅速的发展。由于该工艺多使用纸材、PVC片材等薄形材料，价格低廉且成型精度较高，因此受到了较为广泛的关注，在产品概念设计可视化、造型设计评估、装配检验、熔模铸造等方面应用广泛。其成型原理如图4所示。
分层物体制造系统主要包括计算机、数控系统、原材料存储与运送部件、热粘压部件、激光切系统、可升降工作台等部分组成。其中，计算机负责接收和存储成型工件的三维模型数据，这些数据主要是沿模型高度方向提取的一系列截面轮廓。原材料存储与运送部件将把存储在其中的原材料（底面涂有粘合剂的薄层材料）逐步送至工作台上方。激光切割器将沿着工件截面轮廓线对薄层材料进行切割，可升降的工作台能支撑成型的工件，并在每层成型之后降低一个材料厚度，以便送进将要进行粘合和切割的新一层材料，最后热粘压部件将会一层一层地把成型区域的薄层材料粘合在一起，就这样重复上述的步骤，直到工件完全成型。
（2）立体光固化成型（Stereo LithographyApparatus，简称SLA）
又称立体光刻成型。该工艺最早由美国CharlesW. Hull于1984年提出并获得美国国家专利，是最早发展起来的3D打印技术之一。Charles W.Hull在获得该专利后两年便成立了3D Systems公司，并于1988年了世界上第一台商用3D打印机SLA-250。
SLA的工艺耗材是光敏树脂。SLA工艺以光敏树脂作为成型材料，在计算机的控制下，紫外激光将对液态的光敏树脂进行扫描，从而让其逐层固化成型。
SLA工艺能以简洁且全自动的方式制造出精度较高的几何立体模型。SLA的基本原理如图5所示。
在图5中，液槽里会先盛满液态的光敏树脂，氦-镉激光器或氩离子激光器发射出来的紫外激光束，在计算机的操纵下，按工件的分层截面数据在液态的光敏树脂表面进行逐行逐点扫描，这使扫描区域的树脂薄层产生聚合反应而固化，从而形成工件的一个薄层。当一层树脂固化完毕后，工作台将下移一个层厚的距离，以使在原先固化好的树脂表面上再覆盖一层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的激光扫描固化。
新固化的一层将牢固地粘合在前一层上，如此重复，直至整个工件层叠完毕，这样最后就能得到一个完整的立体模型。
当工件完全成型后，首先需要把工件取出并把多余的树脂清理干净，接着还需要把支撑结构清除掉，最后还需要把工件放到紫外灯下进行二次固化。
（3） 熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，简称FDM）
它是继LOM和SLA工艺之后发展起来的一种3D打印技术。
该技术由Scott Crump于1988年发明，随后ScottCrump创立了Stratasys公司。1992年，Stratasys公司推出了世界上第一台基于FDM技术的3D打印机——3D Modeler，这也标志着FDM技术步入商用阶段。
熔融沉积又被称为熔丝沉积。它将丝状的热熔性材料进行加热融化，通过带有微细喷嘴的热喷头把材料挤出来。热喷头可以沿X、Y方向进行移动，工作台则沿Z轴方向移动，熔融的丝材被挤出后，随即会和前一层材料粘合在一起。一层材料沉积完成后，工作台将按预定的增量下降一个高度，然后重复以上的步骤，直到工件完全成型。其原理如图6所示。
热熔性丝料（通常为ABS或PLA等热塑性材料）先被缠绕在供料辊上，由步进电机驱动辊子旋转，丝料在主动辊与从动辊的摩擦力作用下，向热喷头的喷嘴送出。在供料辊和热喷头之间有一导向套，导向套采用低摩擦力材料制成，以便丝料能够顺利准确地由供料辊送到热喷头的内腔。热喷头的上方有电阻丝式加热器，在加热器的作用下，丝料被加热到熔融状态，然后通过热喷嘴把熔融材料挤压到工作台上，材料冷却后便形成了工件的一个截面。
采用FDM工艺制作具有悬空结构的工件原型时，需要制作支撑结构。为了节省材料成本和提高成型效率，新型的FDM设备采用双喷头设计，即：一个喷头负责挤出成型材料，另一个喷头负责挤出支撑材料。一般来说，用于成型的材料丝相对更精细一些，而且价格较高，沉积效率也较低；用于制作支撑的材料丝相对较粗一些，而且成本较低，但沉积效率会更高些。支撑材料一般选用水溶性材料或比成型材料熔点低的材料，这样在后期处理时，通过物理或化学的方式就能很方便地把支撑结构去除干净。
（4）选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，简称SLS）
该工艺最早是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R. Dechard于1989年在其硕士论文中提出的，随后C.R. Dechard创立了DTM公司，并于1992年了基于SLS技术的工业级商用3D打印机Sinterstation。
SLS工艺使用粉末状材料。激光器在计算机的操控下对粉末进行扫描照射而实现材料的烧结粘合，就这样，材料层层堆积实现成型。SLS的成型原理如图7所示。
选择性激光烧结过程是：先采用压辊将一层粉末平铺到已成型工件的上表面，数控系统操控激光束按照该层截面轮廓在粉层上进行扫描照射，使粉末的温度升至熔化点，从而进行烧结，并与下面已成型的部分实现粘合。当一层截面烧结完后，工作台将下降一个层厚，这时压辊又会均匀地在上面铺上一层粉末，并开始新一层截面的烧结，如此反复操作，直到工件完全成型。
在成型过程中，未经烧结的粉末对模型的空腔和悬臂起着支撑的作用，因此，SLS成型时不需要制作支撑结构。SLS工艺使用的材料，除了石蜡、聚碳酸酯、尼龙、陶瓷等材料外，还可以是金属材料。
（5）三维打印（Three-Dimension Printing，简称3DP）
该工艺由美国麻省理工学院的Emanual Sachs教授发明于1993年。
3DP的工作原理类似于喷墨打印机的工作原理，是形式上最为贴合“3D打印”概念的成型技术之一。3DP工艺与SLS工艺也有着类似的地方，采用的都是粉末状材料，如陶瓷粉末、金属粉末或塑料粉末等，但与其不同的是，3DP使用的粉末并不是通过激光烧结粘合在一起的，而是通过喷头喷射粘合剂将工件的截面“打印”出来，并一层层堆积成型的。3DP的技术原理如图8所示。
首先，在工作槽中的工作台上铺上一层指定厚度的粉末，接着喷头会按照一定的路径将液态粘合剂喷射在粉层上的指定区域中，成型一个截面，此后不断重复上述步骤，直到工件完全成型，然后除去模型上多余的粉末材料即可。
3DP技术成型速度非常快，适用于制造结构复杂的工件，也适用于制作复合材料或非均质材料的零件。
（6）PolyJet“聚合物喷射”
该工艺是以色列Objet公司于2000年初推出的专利技术。
PolyJet技术也是当前最为先进的3D打印技术之一，它的成型原理与3DP有点类似，不过喷射的不是粘合剂而是聚合物材料。PolyJet聚合物喷射系统的结构如图9所示。PolyJet的喷射打印头沿X轴方向来回运动，工作原理与喷墨打印机十分类似，不同的是喷头喷射的不是墨水而是光敏聚合物。
光学前沿技术范文6
关键词：激光原理 课堂教学 趣味性
中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-0-02
激光技术[1]与原子能技术、计算机技术和半导体技术并称为20世纪世界科学技术的四大发明。由于激光具有相干性好、方向性好、单色性好和亮度高等优点，而广泛应用于激光制导、激光加工、激光通信、激光精密测量和激光医学等重要领域。
1 存在的问题
激光技术是以激光原理为基础，《激光原理》[2]课程是高校光信息科学与技术、光电子技术、光学工程和光电信息工程等专业本科生的专业基础必修课，也是最能体现专业特色的一门课程。由于该课程理论性很强，学生普遍感到抽象难懂、枯燥乏味，导致该课程的到课率低下，教学效果差，学生成绩很不理想。更为严重的是，有部分学生因为这门主干课程的成绩不及格而对后续相关专业课程的学习失去信心，最终因为多门课程不及格而延迟毕业，有的甚至被退学。
因此，如何增加课堂教学的趣味性，提高课堂教学的质量和效果，是当前《激光原理》课程教学中一项十分紧迫而又有重要意义的研究课题。
2 增加课程教学趣味性的方法
2.1 采用多媒体教学手段
由于《激光原理》课程的理论性很强，教材中公式很多，如果采用传统的教学方式，老师将这些理论和公式一字不漏地在黑板上进行推导，不仅会让学生觉得枯燥乏味，而且教学效率也很低下，最终很难在规定的有限课时内顺利完成教学任务。
现代多媒体教学手段能够将课堂内容以图、文、声并茂，甚至活动影像的形式展示出来，这样不仅增加了课堂教学的知识容量，而且使整个教学过程生动形象，是增加课堂教学趣味性、提高课堂教学效果和质量的有效途径。另外，多媒体教学还可以将一些因为缺乏实验设备而无法实现的实验内容以动画的形式在课堂演示，有利于学生快速理解和掌握实验内容，从而加深对实验的印象和理解，最终提高课堂教学的趣味性和教学效果。
笔者在讲授《激光原理》中“红宝石固体激光器的工作原理”部分时，总是采用多媒体教学，将激光产生过程中激活离子的能级跃迁过程用动画的形式演示，这样不仅增加了对激光产生过程的感性认识，而且让学生深刻领会了激光产生的物理机理。另外，在讲授激光的军事应用时，以“激光驾束制导”为具体应用实例，采用flash软件制作了激光驾束制导导弹攻击目标全过程的动画，这样，不仅增加了课堂的趣味性，而且让学生深深体会到激光技术在现代战争中的重要性，从而增加了对此课程的学习兴趣。
2.2 巧用激光发展史
从1960年世界上第一台激光器诞生到现在已经历50多年了，如今，激光增益介质从最初的红宝石发展到数百种，激光器的功率从几毫瓦到数万瓦，激光器的寿命也从几分钟发展到几万小时以上，激光器工作方式从最初的只能脉冲工作发展到既能脉冲又能连续工作。这些成果的取得凝聚了无数科学家的心血，如果在教学过程中巧妙地穿插这些科学家研究生涯中的趣闻佚事，不仅能够增加课堂教学的趣味性，而且可以培养学生的科学素养和为科学献身的精神，是对学生进行养成教育的良好素材。
笔者在讲授第一章“绪论”时，首先介绍美国科学家梅曼发明世界上第一台红宝石激光器所经历的漫长奋斗历程，以此为契机教育学生对待科学研究一定要有持之以恒的精神和不怕困难顽强毅力。然后，以我国科学家在世界上第一台激光器诞生后一年多时间内就研制成功了我国自己的红宝石激光器为例，告诉学生我们国家的激光技术与世界上最先进的技术之间的差距很小，以此唤起学生强烈的爱国意识和研究热情。每当我讲授这些内容时，我发现几乎所有的学生都在全神贯注的听讲。
2.3 注重学科交叉
由于《激光原理》课程的理论性很强，而且具有很强的多学科交叉性，要学好这门课程，不仅需要具备几何光学和物理光学基础，而且，还需要固体物理、半导体物理、电磁场和电磁波理论方面的知识。教学过程中如果仅仅局限于《激光原理》课程本身，其教学效果必然不容乐观。如果能够将相关学科的知识点与《激光原理》进行有机结合，用其它学科中分析、解决问题的方法来分析、解决《激光原理》中的问题，有时会有事半功倍的效果。
笔者在讲授《激光原理》中“激光的模式理论”时，总是引入机械波和电磁波的理论来解释激光模式的概念，让学生感觉到一种激光模式实际上类似机械波（或者电磁波理论）中所存在的一种机械波形（或者电磁波形），这样的讲解使得本来抽象的激光模式理论变得形象生动。
2.4 紧密联系国防军事应用
世界上第一台激光器的研发动机主要是因为第二次世界大战期间战争的需要，激光器诞生后首要的应用领域是激光武器。目前，许多发达国家都在研究高能激光武器以满足未来高科技战争的需要。美国曾将激光器用于国家导弹防御系统来拦截对方导弹，这种用激光进行导弹拦截不仅可以提高拦截的命中率，而且可以大幅度降低费用。另外，空间激光保密通信也是现代战争中十分有效的一种通信方式。这些重要的军事应用其实就是基于激光具有很好的方向性这一特点。笔者在讲授《激光原理》中“激光的四大特性之一―方向性好”这节内容时，经常将激光的方向性好与军事应用紧密联系起来，让学生感觉到课程内容的重要性，从而增加学习
兴趣。
2.5 紧密联系生产实践
“理论与实践相结合”是马克思主义的精髓，任何一种理论的最终目标都是要为生产实践服务。目前，激光技术已经广泛应用于生产实践的各个领域，如：激光加工、激光医学、激光育种、激光通信和激光光谱学等领域。《激光原理》课堂教学中如果能够紧密联系生产实践，必然会增加课堂教学的趣味性。
笔者在讲授《激光原理》课程中的“激光聚焦与准直”这节内容时，紧密联系激光聚焦在激光切割机的应用实例，并给学生介绍自己为桂林某激光技术公司设计的激光切割机光路系统，给出设计步骤和最终设计的系统光路图（见图1），让学生深刻体会到这一节理论的重要性。
2.6 紧密联系科技前沿
科学研究要“顶天立地”，所谓“顶天”就是说要站在国际国内科技前沿，不断创造高水平的科技成果；“立地”就是要从经济社会发展的实际需要出发，切实解决发展过程中所面临的实际科学和技术
问题。
《激光原理》课堂教学过程中必须有“顶天”意识，教师应该有很强的科研敏锐性，要紧跟当前激光领域的科技前沿，在教学过程中应该适当增加与授课内容相关的国际前沿科技问题，这样不仅可以丰富课堂内容，而且能够激发学生的学习兴趣，提高课堂教学的质量。如果还是照本宣科地按照几年前出版的教材内容进行讲述，必然缺乏新颖性和趣味性，最终会降低课堂教学的效果和质量。
笔者在讲授“典型激光器”这一章内容时将“飞秒光纤激光器”作为重点，并将其与当前光学和电磁波领域世界公认的一个科学前沿-“太赫兹波技术”紧密联系
起来。
因为太赫兹波具穿透性好、安全性好以及可以用作进行物质识别的指纹谱等特性，而成为当前世界各国投巨资进行研究的一个重要的前沿热点研究领域，而飞秒光纤激光器则是太赫兹时域光谱系统的一个核心器件。这样，学生感觉到飞秒光纤激光器的重要性之后，会带着浓厚的兴趣去主动学好这一节内容。
参考文献
