关键词：激光测距，单片机，蜂鸣器
1、研究内容
残疾人是社会中最主要的弱势群体，他们要面对更多的困难和压力。，激光测距。随着2008年奥运会、残奥会的成功举办，政府越来越关注弱势群体，给予盲人的关怀也越来越多，这也使助盲成为现在社会的一个热点问题。
目前市场上已经出现一些导盲类产品，例如盲杖、导盲犬等，但是因为种种原因，这些产品并不能有效的帮助盲人导盲。比如，导盲犬由于训练困难，价格昂贵，一直不能被推广普及。可见，如何实现更好的导盲依然是一个亟待解决的问题。
由此，我们想要设计出一个“新型智能导盲器”，使之能够有效作为盲人的导盲器材，克服传统导盲器件价格较高，使用不方便，使用范围有限等缺点。
而随着时代的发展，光电技术特别是光电探测技术，光信息处理技术的应用已经遍及现代生活的各个领域。尤其是光机电一体化系统，模块很小，工作性能很高。基于此，我们想设计出“光电智能导盲器”，以便快速，准确，实时的帮助盲人了解周围的实际情况，更好的服务广大盲人群众。
2、研究方案
为了实现准确、快速定位障碍物的目的，我们提出了 “光电智能手持导盲仪”。盲人通过使用此设备可以知道周围物体的分布情况，可以获得一个周围环境的大概的距离远近的轮廓图。我们主要应用以下两种技术：
一、激光测距技术：激光测距技术与一般测距技术相比，具有操作方便、系统简单以及白天和夜晚都可以工作的优点。，激光测距。此外，与雷达测距、微波测距相比，激光测距具有良好的抗干扰性和较高的精度，以及更快的反应速度。
二、单片机控制技术：单片机体积小，重量轻，结构较为简单，成本低廉，可以实现一般的控制功能。而且单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。
三、蜂鸣器语音输出技术：蜂鸣器反应快，声音变频速度快，距离越近频率越高，便于快速给盲人用户提示，同时蜂鸣器声音也给周围行人一定警告。
根据以上三种关键技术，我们提出的主要设计思路如下：
整个导盲仪通过激光测距模块测距，蜂鸣器报警，起到导盲作用。
在导盲仪上，嵌入一个单片机控制模块，作为整个装置的核心。在单片机的旁边固定一个蜂鸣器，蜂鸣器可以发出声音。，激光测距。导盲仪前端安置一个激光探头和一块接收板。在导盲仪上则安装一个开关，控制导盲仪的工作。
根据激光测距仪的原理，激光器发射头发出激光束，遇到障碍物后反射到达导盲仪前端的接收板，接收板上装有光电探测器。障碍物表面漫反射的光信号经过光电探测器转变为电信号，再经过滤波，放大，整合，A/D转换，传送给单片机。经过单片机分析处理后，根据激光往返时间算出的距离输出不同的指令，如果在报警距离以内，单片机便会发出控制信号，即高电平到蜂鸣器，驱动蜂鸣器发出不同频率的提示音，使盲人通过蜂鸣器的声音提示躲避障碍物，方便盲人出行。
导盲仪通过盲人的手动扫描，给盲人提供不同方位的障碍物信息。
3、技术路线及可行性分析
本作品主要包括：激光测距技术，光电检测技术，单片机控制技术，语音输出技术。
技术路线主要从光电技术，控制技术，电路设计技术三方面分析。
光电技术：主要是激光测距技术和光电检测技术。目前，激光测距技术已经十分成熟，独立的激光测距仪已经十分普遍。仿照成型的激光测距仪，设计制作出我们需要的激光测距模块。
针对我们的需要，我们采用短脉冲高频率激光测距技术。脉冲式激光测距是基于对光波在本机与目标间渡越时间的计量来感知目标距离，属于“时基法”测距，其优点是操作方便、系统设计简单，满足设计要求。
单片机下达测距指令后由激光器发出脉冲激光，经扩束准直的光学系统后通过指示与稳定系统导向穿越大气层射向目标。光学系统一般是望远光学系统，为的是减少出射光束的发散角，以提高光能面密度，增大工作距离，还可以减少背景和周围非目标物的干扰。指示与稳定系统，带有瞄准镜和方向机构，用以对准盲人需要探测的方位，提供目标角方位信息。图中的传感器，可提供目标方位和俯仰角。激光束离开本机的同时，从发射光束中取出参考脉冲信号，参考信号通过光电探测器，变成电脉冲，这个电脉冲经滤光、放大、整形后送入单片机，通过单片机控制，启动数字式测距计时器开始计时；到达目标的激光束有一部分被表面漫反射回到测距机；经接收物镜和窄带光学滤波器再次到达探测器，窄带光学滤波器的主要作用是充分利用激光优良的单色性，提高系统的信噪比；光探测器再次将光信号转换为电信号，然后将电信号送往放大器和匹配滤波器，这是因为从光电探测器出来的信号不足以推动电路工作。处理后的信号进入比较器进行比较；比较器的输出信号驱动测距计时器计时停止，单片机接收距离信息。，激光测距。根据距离信息，单片机决定是否驱动蜂鸣器发出声音。
单片机控制：单片机是整个装置的控制核心，所有的控制功能通过写入单片机程序来实现。，激光测距。单片机要能接收两次电信号，根据激光测距的距离信息，进行分析判断。，激光测距。在设定的允许范围以外，不发出控制信号，如果一旦低于预先设定的范围，则发出控制信号，控制信号驱动蜂鸣器发出声音。根据单片机接收到的距离信息，单片机发出不同的电压控制信号，蜂鸣器据此发出不同频率的声音。
电路设计：信号处理电路包括光电信号处理电路和声音输出电路。整个电路中单片机、探头、光电传感器和蜂鸣器是主体，激光探头发射和接收板接收光信号，经过光电转换，滤波，放大，A/D转换之后，反馈到单片机，单片机进行信号处理，最后通过电路控制蜂鸣器输出声音信号。蜂鸣器反应快，声音变频速度快，根据单片机发出不同的电平信号，发出不同频率间隔的提示音。
4、特色与创新点
1、利用激光测距技术，快速，准确的测量障碍物的距离；并根据距离信息，实现单片机的控制；
2、手持导盲仪使用方便，探测灵活，可用于高低地势探测，障碍报警；
3、利用蜂鸣器的声音频率提示障碍物距离远近，便于盲人判断；
4、结构简单实用，方便携带，可扩展性强，可长时间使用。
5、参考资料
[1]王永仲，现代军事光学技术[M]，北京：科学出版社，2003。
[2]何俊发，王红霞，刘晓彬，激光测距新方法研究[J]，应用激光，2003，23(5)：299—300。
[3]陈敏，杜小平，一种提高相位激光测距精确度的方法[J]，现代电子技术，2005，16：114一l15。
【关键词】 光电子技术 光医学 光保健 学科现状 发展趋势
一 引言
生物医学光学与光子学是光学或者说光子学现展的一个分支学科。由于光学与光子学是具有极强应用背景的学科，所以“生物医学光子技术”这一多学科交叉的新兴研究领域在20世纪末叶也随之应运而生。
激光技术作为一项重大的科技成就，为研究生命科技和疾病的发生、发展开辟了新的途径，为保健和临床诊疗提供了崭新的手段,推动人类科学技术进入新的发展阶段。
可以把与光的产生、传播、操纵、探测和利用有关的物理现象和技术包括在内的科学及工程笼统地简称为光学。用光学最广的含义来概括各研究领域及其相关交叉分支时必然包括了激光和光电子技术。运用光学及其技术研究光与人体组织的相互作用问题可归之于“组织光学”范畴。它是研究光辐射能量在生物组织体内的传播规律以及有关组织光学特性的测量方法的一门新兴交叉学科，是光医学（光诊断和光治疗）的理论基础。经过40多年的发展，激光与光电子技术在人类的保健、医疗以及生命科学中产生了很大影响。
在医学领域，光电子技术使各种新疗法，包括从激光心脏手术到用光学图像系统的关节内窥镜进行微损膝关节修复等，成为可能或得以实现。目前，科学家们正致力于研究光学技术在非侵入式诊断和检测上的应用，如乳腺癌的早期探查、糖尿病患者葡萄糖的“无针”监控等。激光在医学上的最早应用虽然集中在治疗方面，然而在80年代初期起便开始了光诊断技术的探索。指望无损害地获得诊断信息是这些研究的驱动力之一，其中在物理学中高度发展的光谱技术有望在诊断医学中得到应用。利用光纤把光传输到身体内部的能力，可以完成膀胱、结肠和肺等器官的检查。随着医学诊断方法向无损化方向发展，利用光电子学技术对组织体进行鉴别和诊断，有可能更早期、更精确地诊断各种疾病。近年来，人们开始把这种诊断方法称之为“光活检”。
随着现代医学模式的转变、健康概念的更新以及人民生活水平的提高，从20世纪80年代后期起，“激光美容术”在世界各地包括在我国各大城市逐渐地开展。保健美容是光电子技术应用越来越活跃的领域。激光技术应用于美容外科的起步较早，使得一些在美容整形外科很棘手的疾病，如太田痣、血管瘤等治疗变得简易有效。到20世纪末，人们又开发了一种称为光子嫩肤术的新美容技术。它基于选择性的光热解作用，有效地改善肌肤的质地和弹性，达到美容的效果。之所以用激光或强脉冲光进行非消融性的嫩肤或治疗越来越流行，是因为这类手术具有无损、不必住院、几乎无副作用和无疼痛，从而使受术者容易接受的优点。
国家自然科学基金委员会先后二次在“光子学与光子技术”以及“生物医学光学”优先资助领域战略研究报告中分别指出：近年来生物医学光学与光子学的迅猛兴起，令人瞩目，并因而引发出一门新兴的学科－生物医学光子学（Biomedophotonics）。研究报告选定了近期优先研究领域包括生物光子学、医学光子学基础研究、医学临床的光学诊断和激光医学中的重要课题等诸方面。
福建师范大学在1974年成立了“医用激光及其应用技术”研究组，以激光与光电子技术为基础，围绕激光医学应用的核心技术开展研究与开发。至二十世纪九十年代，跟随该领域的国际走向，转入激光医学技术的基础理论研究工作，在国内率先开展了生物组织光学与光剂量学的研究。伴随研究工作的深入开展，逐步形成了我们有特色的若干前沿研究方向，并于2005年获准立项建设医学光电科学与技术教育部重点实验室。
二 国内外现状
光学在生命科学中的应用，在经历了一个缓慢的发展阶段后，由于激光与新颖的光子技术的介入，进入了一个迅速发展的新阶段。与光学有关的技术冲击着人类健康领域，正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段，并为医疗诊断提供了革命性的新方法。特别在近十多年来，与蓬勃的学术研究活动相对应，国际上出现了专门的研究性学术杂志，如：Laurin 出版公司于1991年发行了“Bio-Photonics”新杂志。美国光学学会重要的会刊之一“Applied Optics”也于1996年将其“Optical Technology”栏目扩充为“ Optical Technology and Biomedical Optics”，并定期出版有关生物医学光学的论文专集。SPIE亦于1996年创办了期刊Journal of Biomedical Optics，且声誉日隆。到2004年，该刊的SCI影响因子已达3.541。当前，发达国家普遍对生物医学光子学学科给予了高度重视。例如，在美国国家卫生研究院（NIH）新成立的国家生物医学影像与生物工程研究所（NIBIB）中，生物医学光子学也成为其主要资助的领域。近三年中，美国NIH已经召开过4次研讨会，认为新的在体生物光子学方法可用于癌症和其它疾病的早期检测、诊断和治疗。新一代的在体光学成像技术正处在从实验室转向癌症临床应用的重要时刻。在NIH的支持下，美国国家癌症研究所（NCI）正在计划5年投资1800万美元，招标建立“在体光学成像和/或光谱技术转化研究网络（NTROI）”，其研究内容主要包括：光学成像对比度的产生机理、在体光学成像技术与方法、临床监测、新光学成像方法的验证、系统研制与集成等五个方面。2000年底，在美国NIBIB的首批支持项目中，光学成像方法约占30%。2000年7月，美国NIH投资2000万美元，开展小动物成像方法项目（SAIRPs）研究，受到生命科学界的高度关注，其中光学成像方法是研究重点之一。美国国家科学基金会（NSF）在2000-2002年了4次关于生物医学光子学研究（Biophotonics Partnership Initiative）的招标指南。“9.11”事件后，美国国防部启动了“应激状态下的认知活动”(Cognition under stress)项目，采用的研究方法就是光学成像技术。美国加州大学Davis分校于2002年10月宣布：未来10年内，将投资5200万美元建立生物医学光子学科学技术中心（The Center for Biophotonics Science and Technology），其中4000万美元由NSF支持。在学术交流活动方面，国际光学界规模最大西部光子学会议（Photonics West）上，每年的四个大分会之一即是生物医学光学会议（BiOS），论文均超过大会总数的三分之一，如，2003年关于BiOS的专题为19个，占整个会议的19/52=36.5%；2004年，IBOS会议专题为20个，占整个会议的20/55=36.4%。另外，每年还召开欧洲生物医学光子学会议。除疾病早期诊断、生理参数监测外，在基因表达、蛋白质―蛋白质相互作用、新药研发和药效评价等研究中，特别是近年来的Science, Nature, PNAS等国际权威刊物发表的论文表明，光子学技术也正在发挥至关重要的作用。在某些领域，如眼科，光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现，并以最小的无损或微损疗法代替外科手术，如膝关节的修复。现在，用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段，包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。光学技术还为生物学研究提供了新的手段，如人体内部造影、测量、分析和处理等。共焦激光扫描显微镜能将详细的生物结构的三维图象展现出来，在亚细胞层次监测化学组成和蛋白质相互作用空间和时间特征。以双光子激发荧光技术为代表的非线性成像方法，不仅可以改善荧光成像方法的探测深度、降低对生物体的损伤，而且还开辟了在细胞内进行高度定位的光化学疗法。近场技术将分辨率提高到衍射极限以上，可以探测细胞膜上生物分子的相互作用、离子通道等等。激光器已成为确定DNA化学结构排序系统的关键组成部分。光学在生物技术方面的其它应用还包括采用“DNA芯片”的高级复杂系统，和采用传输探针的简单系统。激光钳提供了一种在显微镜下方能看见的一种新奇的、前所未有的操作方法，能够在生物环境中实现细胞或微观粒子的操纵与控制，或在10-12m范围内实现力学参数的测量。结合光子学和纳米技术已经可以探测细胞机械活动，揭示细胞水平上隐秘的生命过程，利用纳米器件甚至可以检测和操纵原子和分子，这可以应用在细胞水平的医学领域。高技术的进步，如：微芯片极大地加速了生物光子学的发展进程。集成电路、传感器元件和相连电路的小型化、集成化促使在体和体外测量分子、组织和器官图像成为可能。许多生物医学光子学技术已经在临床上应用于早期疾病监测或生理参量的测量，如血压，血液化学，pH，温度，或测量病理生物体或临床上有重要意义的生化物种的存在与否。描述不同光谱特性（如荧光，散射，反射和光学相干成像）的各种光学概念出现在功能成像的重要领域。从大脑到窦体再到腹部，精确导位和追踪，对于精确定位医疗仪器在三维手术空间的位置具有重要的作用。基于分子探针的光子技术可以识别发生疾病时产生的分子报警，将真正实现令人激动的、个人的、分子水平的医学。
我国的研究基础与条件虽然相对落后，研究投入不足，但生物医学光子学是一门正在兴起和不断发展的学科，在这一新兴交叉学科上国内外处于一个起跑线上。近年来，在国家自然科学基金委、省部委以及其它基金项目的资助下，我国在生物医学光子学的研究中取得了很大的进展，尤其是2000年第152次主题为 “生物医学光子学与医学成像若干前沿问题”、第217次主题为“生物分子光子学”的香山会议后，有许多学校和科研单位开展了生物医学光子学的研究工作，并初步建成了几个具有代表性的、具有自己研究特色和明确科研方向的研究机构或实验室，并在生物医学光学成像（如OCT、光声光谱成像、双光子激发荧光成像、二次谐波成像、光学层析成像等）、组织光学理论及光子医学诊断、分子光子学（包括成像与分析）、生物医学光谱、X射线相衬成像、光学功能成像、认知光学成像、PDT光剂量学、高时空谱探测技术及仪器研究等方面取得了显著的研究成果。发表了许多研究论文，申请了许多发明专利，有些已经获得产业化。国家自然科学基金委员会生命科学部与信息科学部联合发起并承办的全国光子生物学与光子医学学术研讨会已经举办了六届。这对我国生物医学光子学学科的发展起到了积极的推动作用。在我国近年所召开的亚太地区光子学会议中，有关生物医学光子学的内容已大幅增加，成为主要的研讨专题。我国的生物医学光子学研究和学术活动也方兴未艾，呈现与国际同步的态势。在基础研究、应用基础研究以及对新技术的掌握方面跟踪国际先进水平，但国内科研经费的投入相对较小，科研队伍规模不大，原创性的科研成果与国外有较大差距。和国外的发展水平相比，我国的生物医学光子学发展还存在以下问题：
（1）尽管从事生物医学光子学的科研单位很多，但取得突破性、创新性的研究成果很少，主要是由于我们的科研队伍在组织、组成上还不合理，过于分散、开展的内容繁杂，难以将有限的资金投入到一些有利于国计民生的及上水平的研究方向上；另外许多单位的研究重复，缺乏合作，导致水平低下；
（2）和国外相比，研究经费无论在绝对值还是相对值上均投入十分不够；
（3）缺乏研究成果产业化的引导机制。
三 医学光电科学与技术（福建师范大学）教育部重点实验室概况
“医学光电科学与技术”教育部重点实验室设立于福建师范大学物理与光电信息科技学院（激光与光电子技术研究所）内，作为本学科开展科研研究和实施建设与发展的一个基础平台。实验室已有30年发展历史，1973年成立福建师范学院物理系激光实验室，1984年成为福建师范大学激光研究所实验室，1995年为福建省首期211重点学科《应用光子学》学科实验室，2003年5月26日经福建省科技厅批准成立“光子技术福建省重点实验室”，2005年7月28日经教育部批准立项建设教育部重点实验室。实验室座落于福建师范大学长安山校园内。
30年多来，实验室在生物组织光学、医学光谱与光学成像技术、光诊断及光诊疗技术、信息技术光学及其生物医学应用等四个主要方向上努力开拓，承担并完成了数十项国家与省部重点、重大项目课题，取得一批代表我国本领域研究水平的科研成果，其中十五以来获省部级科技进步一等奖1项，二等奖2项，三等奖2项，其它省级以上奖励12项。在国内外重要刊物发表的论文以及被SCI、EI收录的论文均超过100篇。
实验室目前承担着国家与省级重要课题50余项，科研经费超过2000万元。其中国家自然科学基金项目11项，国家教育部、科技部、卫生部项目9项，福建省科技重大专项1项，其它省级重要项目近30项。
中科院半导体研究所原所长王启明院士任重点实验室学术委员会主任，副主任由黄尚廉院士和谢树森教授担任。另有九位国内外著名的激光、光电子与医学学科交叉的院士、专家或资深教授担任委员，其中海外委员两人。他们规划、指导并检查本学科实验室的建设与发展。
重点实验室主要学术带头人、实验室学术委员会常务副主任谢树森教授是中国光学学会副理事长、福建省光学学会理事长、国家有突出贡献的中青年专家、光学工程专业博导、全国劳动模范，是我国医学光电科学与技术领域的学术带头人与开拓者。实验室主任陈荣教授、副主任李晖教授均为国务院特殊津贴专家，实验室常务副主任陈建新教授来自于北京大学的优秀博士后研究员。重点实验室拥有稳定的可持续开展高水平科研的学术梯队，其中的中青年学术带头人或学术骨干包括1位闽江学者特聘教授、1位福建师范大学特聘教授、3位国务院特殊津贴专家、2位全国优秀教师、2位福建省优秀教师和15位博士。
重点实验室与国内外学术界建立了并保持着广泛的联系。重点实验室已设立面向国内外的开放课题基金。已批准并实施来自浙江大学、厦门大学、上海光机所、西安交通大学、华南师范大学、天津医科大学、上海市激光医学研究中心等单位知名学者的开放课题。
重点实验室已具备良好的科研软硬件环境。现有面积近5000平方米，仪器设备原值2500多万元。重点实验室各项管理制度健全。
“医学光电科学与技术”重点实验室，在我国现代科学技术领域特色鲜明，在我国相关学科处于领头地位，有较大影响。重点实验室建设将有力促进福建省科技创新能力建设，促使福建师范大学迅速向高水平、有特色、开放型的综合性大学迈进。同时，重点实验室的建设与发展将有力促进我国医学光电科学与相关学科的发展，为广大民众的身心健康，为海峡西岸的科技、社会与经济发展做出重大贡献。
四 发展趋势和展望
光子学及其技术已广泛应用或渗透到生物科学和医学的诸多方面，被科学界所认同和重视。生物医学光学已经成为国际光学学科重要发展方向之一。生物医学光子学的发展，将为现代医学和生命科学带进崭新的时代。本学科的发展将继续体现了多学科交叉的特点，研究领域涉及到了生物学、医学、和光学，还有化学等不同大学科的方方面面。技术开发与临床应用研究的结合将越来越密切。一般认为，光学领域未来发展的重点是将各种复杂的光学系统和技术更加广泛地应用于保健和医疗。当今世界中,与光子学有关的技术冲击着人类对生命体的认知及人类健康领域。基于现代激光与光电子技术的生物医学光子学技术将为生命科学研究带来具有原始性创新的重要科研成果，并可望形成有重大社会影响和经济效益的产业。
在医学领域，光子学技术正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段,并为医疗诊断提供了新方法。在某些领域,如眼科,光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现,并以无损或微损疗法代替外科手术,如膝关节的修复。现在,用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段,包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。
在基础研究方面，研究重点在于从细胞，甚至是亚细胞尺度层次揭示病变组织与正常组织之间的差异，为新技术开发以及应用提供理论依据。另一方面，研究光与人体组织之间的相互作用以及所产生的光化学、光热和光机械效应。在技术的应用方面，研究重点转向比较各种技术中光源（相干光源/非相干光源、波长、功率密度、偏振性、连续/脉冲光源、脉冲持续时间等）和个体差异（年龄、性别、临床症状、发病史、发病时间等）对诊断或治疗结果的影响，在确定各种技术临床适应症的同时，进一步实用化各种技术。此外，还在不断开发新的实用于不同疾病的诊断、治疗和监测技术。
值得关注的是，国外从事“生物医学光学”领域研究的高校或研究机构中，来自大陆的中国学者的数量越来越多。这有助于使国内外的学术交流更加有效，并可以预期国内与国外在该领域的研究水平差距将不断缩小。
今后若干年内医学光电科技学科需关注的重大科学问题和优先研究领域如下：
（一）医学光子学基础
在组织光学方面，其中最主要的有光在组织体内传播的特殊方式、组织光学性质的描述以及有关实验技术的开发和完善等。组织光学是医学光子技术的理论基础。光在生物组织中的运动学（如光的传播）问题和动力学（如光的探测）问题是研究的主要内容，目的是要研究生物组织的光学性质和确定某靶位单位面积上的光能流率。应优先解决测量技术和实验精度的问题，利用近场光学显微技术、光镊技术测量活体组织的光学参量。在理论建模方面，建立生物组织中光的传输理论和数值模拟方法。具体开展的研究工作应包括：1）光在生物组织中传输理论：要用更复杂的理论来描述生物组织的光学性质以及光在其中的传播行为。建立准确的组织光学模型，使之能反映生物组织空间结构及其尺寸分布情况、组织各个部分的散射与吸收特性以及折射率在一定条件下的变化情况；改造传输方程，使之适应新的条件，并能在某些情况下求出光在生物组织中传输的基本性质。2）光传输的蒙特卡罗模拟：继续开发新的更为有效的算法以适应生物组织的多样性和复杂性的要求。除了了解光在组织中的分布，还在探索从大量数字模拟中得到生物组织中光的宏观分布与其光学性质基本参量之间的经验关系。另外，发展非稳态的光传输的蒙特卡罗模拟方法也是一个重要的研究方向，从中可以获得比稳态条件下更多的信息。
组织光学参数的测量方法和技术方面，尚未获得人体各种组织的可靠实验数据。发展和完善活体的无损检测尤为重要。在这方面，时间分辨率与频率分辨率的测量方法引人注目。
（二）医学光子学光谱诊断技术
医学光子学光谱（非成像）诊断技术实质上是利用从组织体反射、散射、发射出来的光，经过适当的放大、探测以及信号处理，来获取组织内部的病变信息，从而达到诊断疾病的目的。
生物组织的自体荧光与药物荧光光谱技术，内容涉及光敏剂的吸收谱、激发与发射荧光谱以及各种波长激光激发下正常组织与病变组织内源性荧光基团特征光谱等。现在人们所谓的特征荧光峰实际上只是卟啉分子的荧光峰。客观和科学地判断激光荧光光谱对肿瘤的诊断标准是十分必要的。目前，某些癌瘤的药物荧光诊断已进入临床试用，自体荧光的应用尚处于摸索之中。需要开展激光激发生物组织和细胞内物质的机理研究，探讨激光诱发组织自体荧光与癌组织病理类型的相关性以及新型光敏剂的荧光谱、荧光产额和最佳激发波长等方面的研究，以期获得极其稳定、可靠的特征数据，为诊断技术的发展提供科学依据。
近年来，拉曼光谱技术应用于医学中已显示出它在灵敏度、分辨率、无损伤等方面的优势。应开发并完善重要医学物质拉曼光谱数据库，并使基于拉曼光谱分析的小型、高效、适用于体表与体内的医用拉曼光谱仪和诊断仪将在医学临床获得更广泛的应用。
超快时间分辨光谱比稳态光谱在技术上更灵敏、更客观和更具有选择性。因此，将脉宽为ps、fs量级的超短激光脉冲光源用于医学受到广泛重视，其一，应发展超快时间分辨荧光光谱技术，用于测量生物组织及生物分子的荧光衰变时间，分析癌组织分子驰豫动力学性质等，为进一步研究自体荧光法诊断恶性肿瘤提供基础数据；其二，应发展超快时间分辨漫反射（透射）光谱技术。以时域的角度测量组织的漫反射，从而间接确定组织的光学特征。这是一种全新的、适用于活体的、无损和实时的测量方法，为确知光与生物组织的相互作用，解决医学光子学中基础测量问题开辟一条新径。
（三）医学光子学成像诊断技术
发展出具有无辐射损伤、高分辨率、非侵入、实时、安全的光子学成像诊断技术，并具有经济、小型、且能监测活体组织内部处于自然状态化学成分等特点的医疗诊断设备。主要的医学光子学成像诊断技术包括：
超快时间分辨成像技术：以超短脉冲激光作为光源，根据光脉冲在组织内传播时的时间分辨特性，使用门控技术分离出漫反射脉冲中未被散射的所谓早期光，进行成像。正在研究的典型时间门有条纹照相机、克尔门、电子全息等。
散射成像技术：包括光子密度波散射层析成像、组织深度光谱测量以及复合成像等，利用红外光源，光子密度波在生物组织中的穿透深度可达几个毫米，在低散射的人脑组织中甚至可达30mm。
红外热成像：红外热成像是利用红外探测器测量人体和动物的正常与病变组织的温度差异来诊断病变及其位置，现已在医学诊断中得到广泛的应用，如乳腺肿瘤的诊断。
光学相干层析成像技术：一种非侵入式无损成像技术，并且可以与显微镜、手持探针、内窥镜、医用导管、腹腔镜等相结合使用，从而具有广阔的应用领域。而且，OCT能进行众多功能成像，如分光镜OCT、多普勒OCT、偏振OCT：也可以与众多成像技术结合使用，如荧光、双光子、二次谐波成像等技术。
荧光寿命成像：受超短光脉冲激发后，荧光团，包括自体荧光团如NADH、FAD等和外源荧光团，如有机荧光染料、荧光蛋白等，所发出荧光的寿命取决于荧光团的分子种类及其所处的微环境，如pH、离子浓度（如Ca2+、Na+等）、氧压等，因此荧光寿命的测量和成像，有助于提供生物组织的功能信息。和内窥镜结合，可用于胃癌、食道癌等疾病的早期诊断，是一种很有前途的具有高灵敏度、高特异性以及高诊断准确性的早期癌症诊断方法。
光声作用成像：利用超声场在生物组织中的优良传输特性和激光在生物组织中的选择性吸收特性,将超声定位技术和光学高灵敏度检测技术结合,以实现无损伤临床医学的结构和功能层析诊断。预期成像深度远好于目前的光学成像方法,对于较厚生物组织成像及临床应用特别具有吸引力,可为及早发现一些特殊病变提供一种无损、有效、高准确度的方法。
非线性光学成像：双光子激发荧光显微成像、二次谐波等成像技术由于具有三维高空间分辨率，对比度高、对生物组织的损伤小等优点，研究工作重点是扩展成像技术在生物医学领域的应用范围，重点解决研制小型化内窥型诊断设备所面临的相关技术问题。
人体经络的光学表征及其调控功能：已经用不少事实证明了经脉循行路线的现象，也初步显示了人体体表沿十四经脉路线存在的红外辐射轨迹。然而，至今未能用西医的形态学或生理学方法证明它的存在，也不能明晰地阐明“经络”的实质。可以利用已发展的生物医学光子学诸多成像技术为工具，研究这个具有中国特色的中医学中的重大问题。
4.医用激光治疗技术（激光医学）
强激光治疗：是当前激光医学中最成熟和最重要的领域。随着新型医用激光器的不时出现，如：钛激光、铒激光、准分子激光等，强激光治疗技术的临床用途也逐渐增多，提出一些新的问题。关于这些新型激光器及新的工作方式对人体组织的作用特点的认识还相对不足，基本没有适合国人组织特性的治疗参数。为此需加强研究激光与生物组织间的作用关系，特别是在诸多有效疗法中已获得重要应用的激光与生物组织间的作用关系；研究不同激光参数（包括波长、功率密度、能量密度与运转方式等）对不同生物组织、人体器官组织及病变组织的作用关系，取得系统的数据，同时也有必要加强新型激光器及新的工作方式的临床适应证的研究。
低强度激光治疗：非热或低强度激光辐射可作为一种辅助治疗手段，其作用机理尚不清楚。对弱激光治疗机理的认识有待于整个基础医学的提高，如充分认识细胞基因表达与调控、细胞代谢的调控、免疫反应的调控等，同时还需研究不同弱激光剂量对这些调控的影响，这才能提高弱激光治疗的针对性和疗效。针对目前临床上盲目夸大疗效、照射剂量严重混乱的局面，建议重点扶持2-3个弱激光研究中心，集中财力与人力进行弱激光的细胞生物学效应研究；弱激光生物调节作用和细胞生物学现象（基因调控和细胞凋亡）的量效关系、弱激光镇痛的分子生物学机制以及弱激光与细胞免疫（抗菌、抗毒素、抗病毒等）的关系及其机制。寻求弱激光生物刺激效应的可能机制与量效关系；规范临床治疗参数与操作等。
光动力学治疗（PDT）是当前激光医学中最具活力且发展迅速的领域。光动力疗法具备了诊断和治疗肿瘤、心脑血管病等人类重大疾病的潜力。光动力疗法在鲜红斑痣、老年性眼底黄斑病变、某些顽固性皮肤病、类风湿性关节炎等常规手段难以奏效的良性疾病的治疗研究中取得一系列进展，并结合内镜技术的发展等，其应用领域得到很大的延伸和扩展。这些都说明发展光动力疗法具有重要的社会和经济效益。应当重点资助PDT相关产品的国产化，扶持新一代国产光敏剂的开发及相应激光器的产业化，资助新一代光敏剂光动力学治疗的机理研究。作用机理、光动力疗法各要素对光动力学效应的影响、建立数学模型、新型光敏剂光动力学效应的研究，为开拓光动力疗法新的应用领域取得系统的数据。
激光美容与光子嫩肤术：利用激光或强脉冲光照射皮肤后的选择性光热解效应，即靶组织（病灶）和正常组织对光的吸收率的差别，使激光在损伤靶组织的同时避免正常组织的损伤这一原则，达到去皱、去文身、脱毛和治疗各种皮肤病或达到美容的效果。
五 结论
医学光子学及其技术的学科发展，对生命科学有重要且积极的意义。在医学领域，将为解决长期困扰人类的疑难顽疾如心血管疾病和癌症的早期诊治提供可能性，从而提高人类的生存价值和意义，其中的重大突破将起到类似X射线和CT技术在人类文明进步史上的重要推动作用，在知识经济崛起的时代还可能产生和带动一批高新技术产业。
参考文献
〔1〕Michael I. Kulick. Lasers in Aesthetic Surgery. New York: Spring-Verlag,1998.（中译本：激光美容外科，叶青等译，福建科技出版社 2003.）.
〔2〕美国国家研究理事会编，上海应用物理研究中心译. 驾驭光：21世纪光科学与工程学, 上海：上海科学技术文献出版社，2001. 78-114.
〔3〕 谢树森，雷仕湛. 光子技术. 北京：科学出版社,2004. 266.
〔4〕国家自然科学基金委. 光子学与光子技术：国家自然科学基金优先资助领域战略研究报告. 北京: 高教出版社/海德堡，施普林格出版社, 1999. 96-114.
〔5〕Raloff, Janet, Optical biopsy hunts would-be cancers, Science news, 2001,159(14):214.
〔6〕 Kathy Kincade, Medicalwatch: Optical biopsy device nears commercial reality, Laser focus world, 2000.
〔7〕 Britton Chance, Mingzhen Chen and Gilwon Yoon, Editors, Optics in Health Care and Biomedical Optics: Diagnosis and Treatment, Proc.SPIE, 2002.
〔8〕R.R. Alfano, Advances in optical biopsy and optical mammography, Published by the New York Academy of Sciences, 1998.
〔9〕R.R. Anderson, J.A. Parrish, Science, 1983, 220:524-527.
〔10〕 谢树森，龚玮，李晖，光电子激光，2004，15（10）：1260-1262.
〔11〕 R. Christian, G. Barbel, etal, Lasers Srug Med,2003;, 32:78-87.
〔12〕范滇元 中国激光技术发展回顾与展望 《2000高技术发展报告》 2000.
〔13〕 世界激光医学发展简史 2004.
〔14〕 李兰 我国激光医学现状发展战略――问题与对策《科技日报》2002.07.
〔15〕 Wei Gong, Shusen Xie, Hui Li. Photorejuvenation:still not a fully established clinical tool for cosmetic treatment. ICO20: Biomedical Optics, Proc. of SPIE Vol. 6026, 602604, (2006).
〔16〕 Hongqin Yan, Shusen Xie, Hui Li et al. Optical imaging method.
课题组成员：
1.谢树森：教授、博士导师，中国光学学会副理事长，福建省光学学会理事长
2.李 晖：福建师范大学 医学光电科学与技术教育部重点实验室
3.陈 荣：福建师范大学 医学光电科学与技术教育部重点实验室
关键词：光纤通信；理论教学；实验教学
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）08-0167-03
当代信息高速公路的骨干网络是由光纤通信网络构成的，若没有光纤的发明及相关有源和无源光纤器件的发明和发展，当今的高速信息网络是无法想象的。但是当今信息产业的高速发展得益于微电子学、光电子学、计算机技术及通信工程等多门学科的快速发展及它们之间的交叉融合。因此，要想成为一名信息技术领域的电子信息工程师、计算机工程师或通信工程师，除了需要掌握本专业的课程知识以外，也应该熟悉现代信息技g的其他相关主要知识，比如光纤通信网络及其相关器件等。本文从光纤通信技术的研究内容、应用及发展等方面说明其在电子信息工程专业教育中的重要性，并研讨电子信息工程专业中的光纤通信课程的理论和实验教学方法。
一、光纤通信技术简介
1960年，美国人梅曼（Maiman）发明了第一台红宝石激光器[1]，给光通信带来了新的希望。和普通光相比，激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高，以及频率和相位较一致的良好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线电波相似，是一种理想的光载波。继红宝石激光器之后，氦―氖（He-Ne）激光器、二氧化碳（CO2）激光器先后出现，并投入实际应用。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。
1966年，英籍华裔学者高锟（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤（Optical Fiber）进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信――光纤通信的基础[2]。在以后的10年中，波长为1.55μm的光纤损耗：1979年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986年是0.154 dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。1970年，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时（约11.4年），外推寿命达到100万小时，完全满足实用化的要求。由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑之年。在今后的几十年中，光纤通信网络的逐步商用化带动了相关信息产业链的蓬勃发展[3]。
由于在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多[4]，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。综上所述，可见光纤通信技术在现代信息产业技术中的重要地位，因此，光纤通信技术这门课程不仅是光学工程专业的基础必修课程[5]，也应该作为电子信息工程专业的专业选修课程来开设。
二、光纤通信课程教学研究
（一）光纤通信课程的理论教学
电子信息工程专业的光纤通信课程的理论知识可以分为四个相互关联的层次和内容，它们分别是：第一部分，光纤技术的基础；第二部分，光纤通信器件技术基础；第三部分，光纤通信系统和网络；第四部分，光纤与光纤通信系统测量。这四个部分的关系层层递进，逐渐深入。理论学时总共32学时。
第一部分，光纤技术的基础。可以先讲解光纤通信技术的一些概念性和历史性的知识，比如：电信技术的发展，光通信的必要性及技术基础，光纤通信技术的历史、现状与未来。此处，可详细介绍人类对光通信探索的历史及现代光纤通信技术从学术研究到商业应用的发展里程，并附带介绍微波通信的发展里程，然后通过比较使用光波进行通信和使用微波进行通信的优缺点及使用光纤材料和使用同轴电缆进行通信的优缺点，让学生了解光纤通信的巨大优势。然后可以简单介绍光纤传输的基础理论――电磁场与电磁波理论中的一些基本概念和现象，重点介绍麦克斯韦方程。最后介绍光纤的模式理论、光纤的结构和类型、光纤的传输特性、光纤制造技术与光缆等知识。其中，光纤传输特性包括光纤的损耗特性和色散特性，这是该部分的重点知识。总之，笔者认为，第一部分内容的讲解方法和手段是非常重要的，不宜讲得深奥，而应该结合动画或者视频讲解光纤的传光原理，使学生易于接受，才能提高学生对这门课程的兴趣，从而继续学习往后部分的相对枯燥的知识。该部分学时安排为6H。
第二部分，光纤通信器件技术基础。这部分讲述光纤通信系统中的有源和无源光通信器件，这些器件是构成一个完成的光纤通信系统必不可少的部件，学好这部分内容有利于理解后面学习的光纤通信网络的内容。这部分内容包括：基本光纤器件、光学滤波器、光纤放大器和半导体光电子器件。基本光纤器件包括分波/合波器、光纤活动连接器、光隔离器、环形器和衰减器等；光学滤波器的内容包括Fabry-Perot滤波器、介质膜滤波器、HiBi光纤Sagnac滤波器、Mach-Zender型滤波器、光纤光栅等；光纤放大器的内容包括：掺饵光纤放大器（EDFA）、光纤Raman放大器等。半导体光电子器件的内容包括：普通的半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）、FP型双异质结构激光器、动态单纵模激光器、半导体光放大器（OSA）、PN结光电二极管、PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管等。对于每一个光纤器件，讲解内容包括这些光纤器件的结构、工作原理、具体参数、应用场合等，应结合动画或者视频讲解，甚至如果有条件的话，可以在课题上带上一些体积很小的光纤器件实物给学生讲解，比如光纤活动连接器、LD、LED、光纤光栅、PIN光电二极管价格便宜、体积小的光纤器件。该部分学时安排为10H。
第三部分，光纤通信系统和网络。这部分是本门课程的核心和精华部分，包括光纤传输系统、光纤通信网、全光网技术及其发展三大部分。其中，光纤传输系统的内容包含：光纤传输系统的基本组成、光发送机组件、光接收机组件、光放大噪声及其级联、色散调节技术、光纤传输系统设计、光纤传输系统性能评估。光通信网络的内容包含：通信网的拓扑结构和分类、准同步数字系统（PDH）、同步数字系统（SDH）、异步传输模式（ATM）、互联网协议、光纤通信网的管理/保护/恢复。全光网技术及其发展的内容包含：通信网络的发展过程、全光网络中的传输技术（WDM、OTDM、OCDMA和分组交换技术）、无源光网络（G-PON、E-PON、WDM-PON）、光传送网（G.709OTN）、自动交换光网络、全光网的网络管理、全光网的安全问题。对于每一种光纤网络技术，讲解内容包括这些光纤网络结构、功能、应用场合等，应尽量使用PPT的图片、动画进行讲解，PPT上要尽量避免文字上描述。该部分学时安排为12H。
第四部分，光纤与光纤通信系统测量。该部分主要介绍光纤通信工程实施、检测中一些常用的设备和仪器，在本门课程的实验教学中都要使用到这些设备，是培养光纤通信工程师的基础技能知识部分。该部分的内容包括：光功率计的使用、光纤几何参数的测量、光纤衰减测量、光纤色散测量、光纤偏正特性测量、光纤的机械特性和强度测量、光时域反射计（OTDR）的使用；光接收机灵敏度和动态范围的测量、光纤通信系统误码率和功率代价的测量、眼图及其测量、光谱分析仪、光纤通信系统的在线监测技术。其中，重点讲解光功率计、OTDR、眼图示波器、光谱分析仪等仪器设备的功能和使用方法。该部分学时安排为4H。
（二）光纤通信课程的实验教学
对于电子信息工程本科专业而言，毕竟培养的学生不属于光学工程或光电子技术领域的人才，而且电子信息工程专业本身都有很多属于自己专业的实验课程及课程设计，因此，笔者认为光纤通信技术课程的实验教学应根据该专业学生的理论基础和将来他们最可能需要的工程能力而设置。因而，笔者建议光纤通信课程的总学时设置为48学时，理论教学学时为32学时，7个实验的教学学时为16学r。
根据笔者10年来给电子信息工程专业本科学生讲授这门课的经验，认为具体的实验课程设置如下。
1.插入法测光纤的平均损耗系数。采用插入法测量待测光纤在1310nm和1550nm处的平均损耗系数。掌握插入法测量光纤损耗系数的原理，熟悉光纤多用表的使用方法。学时设置为2个课时。
2.光时域反射计（OTDR）测光纤链路特性。用光时域反射计测量光纤链路的平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。了解光时域反射计工作原理及操作方法，学习用光时域反射计测量光纤平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。学时设置为2个课时。
3.光波分复用（WDM）系统实验及其误码率测量构建1310nm/1550nm光纤波分复用系统并测试其误码率，了解光波分复用传输系统的工作原理和系统组成熟悉误码、误码率的概念及其测量方法。学时设置为2个课时。
4.数字光纤通信系统信号眼图测试。构建数字光纤通信系统并且用数字示波器观测系统的信号眼图，并从眼图中确定数字光纤通信系统的性能。了解眼图产生的基础，根据眼图测量数字通信系统性能的原理；学习通过数字示波器调试、观测眼图；掌握判别眼图质量的指标；熟练使用数字示波器和误码仪。学时设置为3个课时。
5.光纤切割与焊接技术演示实验。利用全自动熔接机向学生演示光纤熔接的全过程，了解光纤的结构和光纤电弧放电焊接原理；了解全自动焊接光纤的过程和使用方法。学时设置为2个课时。
6.光纤光栅光谱特性测试系统的设计实验。测量光环行器的插入损耗、隔离度、方向性、回波损耗参数；利用PC光谱仪、光环行器和光纤光栅设计光纤光栅光谱特性的测试系统；了解光环行器的工作原理和主要功能；了解光环行器性能参数的测试原理；了解光纤光栅的光谱特性；学习PC光谱仪的使用方法。学时设置为3个课时。
7.光带通滤波器的设计。测量光耦合器的插入损耗、分光比和附加损耗等参数；利用光耦合器或者光环行器和光纤光栅设计光带通滤波器。了解2X2光耦合器的工作原理，了解光耦合器各项参数的测试方法。学时设置为2个课时。
通过以上实验课程，能够使电子信息工程本科学生对光纤通信系统的基本器件、基本测量系统等有一个比较感观的认识，而且能够更加深刻地掌握它们工作的基本原理和基本特性，为将来在具体的工程设计及进一步深造中奠定基础。
三、结束语
光纤通信技术在国家的信息产业、国防工业中具有举足轻重的地位，电子信息技术与光学信息技术的结合也越来越紧密。对于当今的电子信息工程专业的学生而言，除了需要掌握本专业牢固的知识和技能以外，了解和掌握光纤通信技术的基础知识和相关的技术发展趋势也是必不可缺的。本文通过对电子信息工程专业特点和光纤通信课程内容的分析，讨论了该门课程与该专业的内在联系，分析其重要性，并根据笔者10年来在重庆理工大学电子信息工程专业讲授该门课程的经验，提出了本门课程在电子信息工程专业中的理论及实验的教学内容、教学重点、教学方法及课程设置等方面的一些意见和建议。
参考文献：
[1]高D.激光技术应用现状与分析[J].物理通报，2007，（11）：50-52.
[2]龙泉.光通信发展的回顾与展望电信网技术[J].2008，（2）：30-32.
[3]曲鹏.光纤通信技术的应用及展望[J].硅谷，2014，7（24）：2-2.
关键词:激光技术;激光三维雕刻;点云数据;正投影图形
中图分类号:TG665文献标识码:A
文章编号:1009-2374 (2010)27-0013-02
0引言
雕刻是指在双色板、金属、木材、石头、玻璃以及塑料等材料上刻出文字及图形装饰等,用以满足相关特定的要求。从方法上,雕刻可以分为手工雕刻、机械雕刻和激光雕刻。手工雕刻劳动强度大,生产效率低,精度差,成本高,生产周期长,无法进行批量生产,但全自由度空间雕刻目前只能依靠手工雕刻;机械雕刻中的数控雕刻主要以金属材料和有机玻璃等为主,雕刻精度受到铣刀尺寸限制;激光雕刻嫩能够雕刻任何材料,雕刻精度高,雕刻速度快,尤其是激光三维雕刻,能够在空间曲面或斜面上雕刻复杂图案,这对于复杂零部件的表面纹理图案雕刻是相当有益的,但激光雕刻目前国内还主要是用于二维雕刻,对于三维雕刻报道甚少。本文提出一种新的激光三维雕刻技术,利用雕刻表面点云数据和三维雕刻图形的正投影图形,配合两维高速扫描振镜进行扫描加工,从而在曲面或斜面上雕刻出需要的文字或图形。
1激光三维雕刻原理
激光雕刻的基本原理是激光束经过导光聚焦系统后射向被加工材料,利用激光和材料的相互作用,将材料的指定范围除去,而在未被激光照射到的地方材料保持原样,使材料表面留下有规律的具有一定深度、尺寸和形状的凹点和凸点,这些凹凸点的组合就是所要雕刻的图案。
不同于三维切片雕刻,本文提出的激光三维雕刻技术关键在于利用雕刻表面的点云数据和三维雕刻图形的正投影图形,使两者进行高度匹配,赋予投影图形高度值,再通过X、Y两轴工作台精确定位,结合Z轴移动机构和两维高速扫描振镜,并且利用聚焦激光束的焦深特性,逐点扫描加工投影图形,则在曲面或斜面上雕刻出了所需图形,激光三维雕刻原理图如图1所示:
2关键文件获取方法
本文提出的激光三维雕刻技术中需要获取的两个关键文件就是雕刻曲面或斜面的点云数据和三维雕刻图形的正投影图形,这两个文件是雕刻过程中保证高加工精度和高加工效率的必备条件。
2.1点云数据的获取
对于存在实物的曲面或斜面,可以通过三坐标测量机获得点云数据,而对于存在3D模型的曲面或斜面,只需通过CATIA软件即可得到所需点云数据,获取的点云数据文件如图2所示,这里只对后者进行阐述。获取点云数据的步骤为:
首先,打开CATIA软件,进入“机械设计”模块,选择“Wireframe and Surface Design”命令,绘制曲面或斜面,或者是打开已经存在的模型文件;
其次,进入“加工”模块,选择“STL Rapid Protyping”命令,再选择工具栏里的“Tesselation”命令,把曲面离散化,在弹出的对话框里“Sag”参数不用改变,只需设置“Step”参数,即为离散点之间的间距值,再保存文件为stl格式;
然后,进入“形状”模块,选择“Digitized Shape Editor”命令,再选择工具栏里的“Import”命令,导入刚保存的stl文件,比例因子设置为1,根据需要选择不同的单位,选择刚才离散化的曲面或斜面,点击“确定”按钮;
最后,再选择“Export”命令,导出为ASCⅡ文件,将文件格式改为txt,用记事本打开即可看到点云数据。
由图2可以看到,导出的点云数据文件包括各个点的三坐标值以及点的总数,根据不同需要,改变“Step”参数,即可调整点间距和点的总数。
2.2正投影图形的获取
对于曲面或斜面的三维雕刻图形的正投影图形,通过CATIA软件获取的步骤为:
首先,打开CATIA软件,同样进入“机械设计”模块,选择“Wireframe and Surface Design”命令,绘制曲面或斜面,或者是打开已经存在的模型文件;
其次,在曲面或斜面上绘制三维雕刻图形,然后选择工具栏上的“Projection”命令,在弹出的对话框里选择投影类型为“normal”,即为正投影,再选择要投影的图形以及投影平面,点击“确定”按钮,则将三维雕刻图形正投影到平面上;
最后,通过输出工程图的方式或者通过UG软件,将投影图形保存为DXF格式,即可用AUTOCAD软件打开投影图形。
利用CATIA软件得到的正投影图形如图3所示:
3实验设备与结果
实验所用设备为实验室自主研发的激光切割机,X-Y两轴直线电机工作台和Z轴伺服电机移动机构,组成一个三维联动定位机构,加上两维高速扫描振镜,组成一个“3+2”轴联动激光精密加工系统,激光器为全固态三倍频调Q开关Nd:YOV4激光器,主要参数见表1:
表1激光器主要参数
激光参数 参数范围
波长 / nm 355
功率 / W 0～9
重复频率 / kHz 10～100
脉冲宽度 / ns 10～60
脉冲能量 / J 0～0.36
能量密度 / (J/cm2) 0～208
实验中,利用自设简易夹具,调整斜面倾斜角度,在一块6061铝合金平板斜面上雕刻文字,结果如图4和图5所示:
从图4和图5可以看到,利用本文提出的激光三维雕刻技术成功地在倾斜平面上雕刻出了文字图案,证明了这种新的激光三维雕刻技术是可行的。
4结论
本文提出了一种新的激光三维雕刻技术,相比机械雕刻,具有雕刻精度高和雕刻速度快的优点,而且不需要根据不同字体或图形更换刀具,不会出现断刀及过切现象,工艺简单,雕刻文字图形美观。
参考文献
[1] 韩现龙.基于Artcut文字数控雕刻加工技术的研究[J].吉林化工学院学报,2009,26(1).
[2] 陈勇.基于嵌入式平台的三维高速数控雕刻机控制系统设计与实现[D].成都:电子科技大学硕士学位论文,2009.
[3] 殷苏民.基于ARM的三维雕刻机控制系统设计[D].镇江:江苏大学硕士学位论文,2007.
[4] 王成.硬质材料的激光三维雕刻技术研究[D].武汉:华中科技大学博士学位论文,2007.
[5] 王玉国.数控雕刻加工关键技术研究[D].南京:南京航空航天大学,2007.
[6] 蒋国兴,朱登洁,黄明吉.基于图像信息的数控雕刻三维建模的研究[J].中国制造业信息化,2007,36(21).
[7] 王秀丽.激光雕刻切割机对焦系统的研究[D].大连:大连理工大学硕士学位论文,2007.
关键词：职业教育;校企合作;岗位能力
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）44-0205-02
一、职业教育特点
教育，是为国家培养各个岗位接班人，培养各种人才的过程，教育不是闭门造车，它必须面向市场，面向社会，这样培养出来的人才才能满足社会的需要。而高等职业教育培养的人才除了应具备基础理论知识外，更重要的是要具备熟练的操作技能。也就是说，高等职业教育更注重技能培养，更贴近市场、贴近社会。而市场和社会是不断发展的，因此它们对人才的要求也是不断变化的。所以，职业教育应顺应相关专业和行业的发展要求，不断调研和深入企业，了解企业对相关专业人员的要求，并有针对性的培养出能够满足企业和行业要求的高素质人才。高等职业教育要注重学生综合素质的培养，以人才市场的需求作为切入点，要以学生的生活、社会发展、生存技能的培养为根本目的。
二、职业教育顺应市场需求新模式
目前，高等职业技术教育大部分采用的是重视理论知识的传授，而对实践能力的培养缺乏重视，甚至没有实践教育。在这种传统的教育模式下培养出来的人才已经无法适应高速发展的现代社会了。著名的教育学者吕型伟先生曾经写文章回顾和总结了我国的传统教育方式：单纯的理论知识传授，复制照搬旧有的经验，不重视实践能力培养，学生动手能力差;单一死板的教学内容，很多年都不修改的教学大纲;考试分数作为评价学生的唯一标准;人文教育没有得到重视，忽视了综合素质教育;等等。因此，职业教育在旧的教学模式下培养出来的人员很难适应社会的发展，无法满足相关岗位的要求，造成就业率低、企业对就业人员不满意、岗位人员不稳定等不利因素。对于这些问题一种行之有效的解决方法就是要加强学校和企业之间的合作，实现资源共享，共同制订教学大纲、教学内容、课程标准和实施方案。当前社会竞争日益激烈，教育行业也要与时俱进，特别是大专和中专这些职业教育机构为了提升自己的教育教学质量，使院校更好的发展，通过和企业进行合作，了解企业和市场的需求，有针对性的为企业培养有用人才，注重人才的实用性与实效性。学校和企业加强合作是一种资源和信息共享的新模式，它以提升人才培养质量为目标，不但注重在校学习的过程，更加注重到企业实践的过程。对学校来说，和企业合作可以使自己培养的人才符合社会的需要，和市场接轨，学生能够很好的将理论知识和实践相结合，进入工作岗位后能够很快适应岗位要求。对企业来说，和学校合作缩短了自己的新员工上岗培训的成本和时间，大大提高了自己的生产效益。因此，校企合作是一种“双赢”的办学模式，为职业教育的发展开辟了新路径。[1]
三、激光行业的发展现状和我院激光专业发展优势
激光是20世纪以来，人类的一个重大发明，它被称为“最准的尺”、“最快的刀”和“最亮的光”，它的亮度约为太阳光的100亿倍。美国物理学家爱因斯坦早在1916年就发现了激光的原理，但第一次将激光生产制造出来却到了1960年才完成。激光一问世就发展迅速，它的出现不仅使光学技术获得了新生，还使世界上多了一项新兴的产业。[2]我院位于武汉中国光谷核心圈，这里有200多家激光企业，生产的激光产品占国内的60%，总收入超过了150亿元，位居全国第一。武汉市政府也高度重视激光产业的发展，成立了东湖高新技术开发区，将建成国内最大的激光产业基地，对激光产业的前景信心满满。激光产业基地占地大概5800亩，是全国最大规模的激光基地。按照规划，政府将用五年时间建成一期工程，年生产总值将达到300亿元，将为国家创造税收超过25亿元。
我院地理位置优越，位于武汉光谷核心圈的东湖高新技术开发区内。周围有华中软件园、关南工业园、关东工业园、大学科技园、武汉国家农业科技园区等园区，激光企业特别多，对激光专业人才需求比较大。为我校学生提供了良好的就业平台和发展空间。武汉软件工程职业学院是我国激光专业人才的重要培养基地，为广泛开展校企合作，促进学生就业，激光协会、激光联盟与校方按照“合作办学、合作育人、合作就业、合作发展”的宗旨，邀请我院加入了中国中小企业国际合作协会激光产业分会、中国激光产业联盟，并授予武汉软件工程职业学院副会长单位。2014年1月，我院还成立了“武汉软件工程职业学院激光应用技术研究所”，确定武汉奔腾楚天激光设备有限公司总经理任研究所所长职务，中国光学学会激光加工委员会副主任委员吴让大教授级高工介绍了研究所成立的背景及历史渊源，并提出校企合作共建研究所既是公司资源与学校技术力量的优化组合，也是现代产业结构巨变赋予激光加工技术专业的使命。我校马校长对研究所的成立给予了高度的肯定和祝贺，他表示，研究所的成立是一件意义非凡的大事，这不仅是国家骨干校建设的要求也是院校产业调整，经济结构的形式应追求的一种状态，这是从个体科研到团队研发，从集约、凝练型分散学科、领域到各领域学科拓展、集成、合作项目研发应用，从文章理论研究到实践应用型的三大转变。
四、激光专业岗位能力分析调研
为了和企业更好的对接，使我校激光加工学生具备相关企业岗位要求的知识和能力，我院多次深入多家激光企业，拜访了多位激光行业的领军人物，如中国光学学会激光加工委员会副主任委员吴让大教授级高工，武汉奔腾楚天激光设备有限公司高级工程师，等等。总结出了激光加工专业相关的岗位及岗位能力要求，如表1所示。
除了上表中岗位需求外，激光相关企业还需要电气装配工程师、激光设备操作工、激光应用工程师、激光客户培训、电气设计工程师、机械设计工程师、在线工程师、激光器研发工程师、客户关系管理、市场策划、激光产品市场推广、整机布线工、打标机光路调整、自动化工程师、应用工艺工程师、整机终检工、整机调试工、CO2装配调试、电气装配工、切割机编程人员、切割机售后人员、切割机销售人员、切割机操作工等岗位。
五、结语
我国的激光产业发展迅速，在世界上也有一定的地位，但和国外发达国家相比还是有一些差距的，特别是欧美的一些发达国家，如美国、日本、英国和德国等国家的激光产业有着惊人的发展速度，它们已经进入到了“光制造”的时代。在一些行业中已经用激光加工工艺取代了传统的工艺，比如在钢铁行业、电子领域、汽车行业、航空和电子等行业中。因此，我国激光产业具有很好的发展前景和很大的潜力，我校激光专业发展具有得天独厚的优越条件，今后，还应不断的探索、创新，为高职院校的发展，为激光行业的发展努力培养优秀人才。
参考文献：
参考文献
[1]梁瑞冰，孙琪真，沃江海，刘德明.微纳尺度光纤布拉格光栅折射率传感的理论研究[J].物理学报.2011（10）
[2]钱银博.基于SOA的长距离无源光网络理论与实验研究[D].华中科技大学2010
[3]赵攀，隋成华，叶必卿.微纳光纤构建M-Z干涉光路进行液体折射率变化测量[J].浙江工业大学学报.2009（03）
[4]李宇航，童利民.微纳光纤马赫-泽德干涉仪[J].激光与光电子学进展.2009（02）
[5]刘盛春.基于拍频解调技术的光纤激光传感技术研究[D].南京大学2011
[6]高学强，杨日杰.潜艇辐射噪声声源级经验公式修正[J].声学与电子工程.2007（03）
[7]胡家艳，江山.光纤光栅传感器的应力补偿及温度增敏封装[J].光电子·激光.2006（03）
[8]牛嗣亮.光纤法布里-珀罗水听器技术研究[D].国防科学技术大学2011
[9]曹锋.新一代周界防入侵软件系统研究及其应用[D].华中科技大学2010
[10]唐天国，朱以文，蔡德所，刘浩吾，蔡元奇.光纤岩层滑动传感监测原理及试验研究[J].岩石力学与工程学报.2006（02）
[11]詹亚歌，蔡海文，耿建新，瞿荣辉，向世清，王向朝.铝槽封装光纤光栅传感器的增敏特性研究[J].光子学报.2004（08）
[12]孙运强.激光内通道传输的气体热效应研究[D].国防科学技术大学2011
[13]刘浩吾，吴永红，丁睿，文利.光纤应变传感检测的非线性有限元分析和试验[J].光电子·激光.2003（05）
[14]邓磊.OFDM技术在无源光网络及光无线系统中的应用与研究[D].华中科技大学2012
[15]胡家雄，伏同先.21世纪常规潜艇声隐身技术发展动态[J].舰船科学技术.2001（04）
[16]ZuyuanHe，QingwenLiu，TomochikaTokunaga.Ultrahighresolutionfiber-opticquasi-staticstrainsensorsforgeophysicalresearch[J].PhotonicSensors.2013（4）
[17]YiJiang，WenhuiDing.Recentdevelopmentsinfiberopticspectralwhite-lightinterferometry[J].PhotonicSensors.2011（1）
[18]AnSun，YuliyaSemenova，GeraldFarrell.Anovelhighlysensitiveopticalfibermicrophonebasedonsinglemode-multimode-singlemodestructure[J].Microw.Opt.Technol.Lett..2010（2）
参考文献
[1]孙运强.激光内通道传输的气体热效应研究[D].国防科学技术大学2011
[2]赵兴涛.掺镱、亚波长空芯及新型高非线性光子晶体光纤的研究[D].北京交通大学2015
[3]杨春勇.GMPLS智能光网络中波长路由器的研究[D].华中科技大学2005
[4]许荣荣.光纤环形腔光谱技术与传感应用的研究[D].华中科技大学2012
[5]张磊.基于光子晶体光纤非线性效应的超宽带可调谐光源[D].清华大学2014
[6]王超.基于高频等离子体法制备掺镱微结构光纤及其特性的研究[D].燕山大学2014
[7]林桢.新型大模场直径弯曲不敏感单模及少模光纤的研究[D].北京交通大学2014
[8]苏伟.新型光子准晶光纤及石英基光纤的微观机制研究[D].北京交通大学2015
[9]许艳.基于飞秒光频梳的绝对距离测量技术研究[D].华中科技大学2012
[10]钱新伟.PCVD单模光纤高速拉丝工艺与光纤性能研究[D].华中科技大学2009
[11]刘国华.高功率光纤激光器的理论研究[D].华中科技大学2007
[12]常宇光.光纤射频传输（ROF）接入系统及无线局域网应用研究[D].华中科技大学2009
[13]张雅婷.基于光子晶体光纤的表面等离子体传感技术研究[D].华中科技大学2013
[14]张小龙.同轴电缆接入网信道建模与故障诊断方法研究[D].华中科技大学2013
[15]张传浩.电信级以太无源光网络接入理论与实验研究[D].华中科技大学2009
[16]吴广生.无源光网络与电网络复合接入技术研究[D].华中科技大学2009
[17]江国舟.10Gbps以太无源光网络关键技术与应用研究[D].华中科技大学2009
[18]张利.以太无源光网络安全性与增强技术研究[D].华中科技大学2009
[19]冯亭.MOPA光纤激光系统放大级增益光纤特性与高质量种子源关键技术研究[D].北京交通大学2015
[20]张曙.EPON和WLAN融合网络架构下的上行链路调度算法研究[D].华中科技大学2009
[21]孙琪真.分布式光纤传感与信息处理技术的研究及应用[D].华中科技大学2008
[22]孙运强.Ⅰ钳式镍配合物的合成及性质反应研究Ⅱ有机氟化物的合成新方法研究[D].山东大学2014
参考文献
[1]刘钰旻.纳米功能材料在能量转换与储存器件中的应用[D].武汉大学2013
[2]曾谦.声表面波技术在微流控芯片中的集成及应用研究[D].武汉大学2011
[3]彭露，朱红伟，杨旻，国世上.微沟道内两相流速比对液滴形成的影响[J].传感技术学报.2010（09）
[4]郭志霄.微液滴和海藻酸凝胶颗粒在微流控芯片中的应用研究[D].武汉大学2011
[5]全祖赐.环境友好型多功能氧化物薄膜的微结构、光学、电学和磁学性能研究[D].武汉大学2010
[6]彭涛.功能电极材料在染料敏化太阳能电池中的应用[D].武汉大学2014
[7]黄妞.光阳极修饰和二氧化钛形貌调制在染料敏化太阳能电池中的应用[D].武汉大学2013
[8]国世上.电子辐照铁电共聚物P（VDF-TrFE）及超声传感器的研究[D].武汉大学2004
[9]韩宏伟.染料敏化二氧化钛纳米晶薄膜太阳电池研究[D].武汉大学2005
[10]何荣祥.纳米功能材料器件及其在流体和细胞检测中的应用研究[D].武汉大学2013
[11]周聪华.染料敏化太阳能电池中电极材料和寄生电阻的研究[D].武汉大学2009
[12]胡浩.碳材料对电极在染料敏化太阳能电池中的应用[D].武汉大学2011
[13]李伟平.铁电共聚物P（VDF-TrFE）的性能和换能器的模拟研究[D].武汉大学2004
[14]蓝才红，蒋炳炎，刘瑶，陈闻.聚合物微流控芯片键合微通道变形仿真研究[J].塑料工业.2009（05）
关键词：军队院校；研究生；光电类专业课程
中图分类号：G643 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）37-0223-03
一、引言
光电技术是战场态势精准感知与全维显示、远程精确打击与对抗等领域的核心关键技术，近年来发生的多次高技术局部战争反复证明，光电装备在军事上的广泛应用，已经对作战方式和作战效能产生了重大影响，成为现代战场上军事高技术对抗的制高点之一。信息化战争中，光电装备的发展水平，在一定程度上决定着武器系统的先进程度，是衡量武器系统作战能力的重要标志，是赢得高技术局部战争胜利的重要保证。随着军队现代化、信息化建设步伐的加快，光电装备的种类将越来越多，应用将越来越广泛，对高层次应用型人才的需求日益迫切[1]。
军校研究生是我军的高层次人才，是我军现代化建设的生力军，其能力素质直接影响高科技武器装备的作战效能的发挥。但是近年来部队反馈意见表明，部分研究生难以适应部队生活，难以胜任岗位工作，引起了军队院校研究生教育、教学的反思[2，3]。专业课程是研究生培养方案中的重要环节，是研究生培养的重要载体。如何通过专业课程教学，既培养学员的扎实的专业素养，又提高学员的任职能力是军校研究生光电类专业课程教学方案改革的目标[1，4]。本文从分析军校研究生光电类专业课程的特点入手，围绕新形势下的强军目标，提出了光电类专业课程教学方案改革的几点建议。
二、新形势下强军目标对军校研究生能力素质的要求
党的十以来，对军队院校教育作出了一系列重要指示，强调人才培养要坚持面向战场、面向部队，围绕实战搞教学，着眼打赢育人才。党的十八届三中全会通过的《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》明确提出，“要深化军队院校改革，健全军队院校教育、部队训练实践、军事职业教育三位一体的新型军事人才培养体系”。能打胜仗是党在新形势下强军目标的核心，因此在新形势下，向实战聚焦、向部队靠拢已成为军队院校教育、教学改革的主题。2012年，中央军委颁发的《2020年前军队院校教育改革和发展规划纲要》指出：要建立以能力培养为导向的现代教学体系。这就为军校研究生教学方案改革指明了方向。
作为研究生培养过程的指导性文件，我校研究生培养方案明确指出了光学工程专业研究生的培养目标是培养适合军队、国防和国民经济建设需要，军政素质好，掌握光学工程学科坚实的基础理论和系统的专门知识，具有从事教学、科学研究或独立担负专门技术工作的能力，能够解决科学技术难题的高级专业人才，并具备适应军队建设和信息化条件下联合作战的需要，锻炼成长为高层次参谋、指挥和管理人才的基本能力和素质[5，6]。具体来说，光电类研究生需要具备的能力和素质主要包括专业知识、业务能力和全面素质等三个方面。专业知识主要包括物理学、光学、光电子学等方面的基础理论，电子技术、计算机技术、信息处理技术等相关学科领域的基础知识，光电器件、光电系统研究和工程应用所需的专门知识。业务能力主要包括专业实验技能，综合运用光学工程基础理论及相关学科知识解决工程实际问题的能力，组织管理能力和协作能力。全面素质主要包括身体素质、思想道德、政治素质和军事素质等。
业务能力是军校研究生能力素质的核心。未来战争将是高技术条件下多兵种合成、多要素聚集的全维信息化战争，而主宰战争胜负的焦点在于是否有一支能够驾驭高技术武器装备、适应未来战争节奏的新型军事人才队伍。作为高层次应用人才，光电类研究生的业务能力除了一定的科研能力、创新能力和独立工作能力，更重要的是任职能力，能够将专业知识和能力与光电装备联系起来，熟悉所学专业知识在部队光电装备中的地位、现状、存在问题及解决方法，具备到基层部队岗位任职的能力[7]。
三、军校研究生光电类专业课程的特点分析
（一）课程内容实践性强，多与我军光电装备密切相关
随着我军现代化、信息化建设进程的加快，光纤陀螺、红外制导系统、光电跟踪系统、激光陀螺惯导系统等越来越多的光电装备将列装部队。这些光电装备往往是高新武器装系统的“眼睛”或“心脏”，能够确保战场上看得更清、反应更快、打得更准、隐蔽性更好，在战略预警、防空反导、远海防卫、信息攻防等新型作战力量建设中发挥重要作用。我校开设的光电类专业课程如《光纤传感系统》、《激光陀螺技术前沿》、《光学检测》、《光电惯导技术》、《光电技术前沿》等主要讲授这些光电器件及系统的基础理论、基本结构和基本原理，针对性和实践性均很强[5，8]。
（二）不同课程横向联系密切，多门课程共同支撑一套光电系统
高新武器装备中的光电系统往往是由多个功能模块组成，每个功能模块可能涉及某一门或多门课程。如激光陀螺惯导系统主要由激光陀螺、加速度计和信号处理系统等部分组成。《光学检测》中部分内容讲授激光陀螺的基本原理、激光陀螺中光学元件的精密检测技术；《激光陀螺技术前沿》主要讲授激光陀螺的发展历程、前沿动态和发展趋势；《微弱光电信号处理技术》中部分内容讲授激光陀螺信号的转换、降噪放大和滤波等技术；《光电惯导技术》讲授激光陀螺惯导系统的基本结构、工作原理等。这些课程的内容各有侧重，互相交叉，联系密切，它们共同构成激光陀螺惯导系统的理论基础[5]。
（三）课程内容更新快，多涉及光学工程学科发展前沿
一方面，随着我军武器装备信息化进程的加快，越来越多新的光电装备会列装到部队，有些老旧的光电装备也会更新换代。例如随着新型红外探测器的发展，红外热成像仪将从单波段探测向多波段探测发展，并且逐步实现小型化，特别是在单兵光电系统中，小型化轻量级光电装备的发展非常迅速。光电联合相关处理技术代替传统的电子相关处理技术用于目标的快速识别、跟踪探测和火力指挥与控制。因此光电类专业课程的内容就要及时更新课程内容，做到与光电装备无缝对接。另一方面，光电类课程中《光子晶体技术前沿》、《光纤技术前沿》、《高能激光技术前沿》等都处于光学工程学科发展前沿，属于当前热点研究方向。这些研究方向都处于快速发展的阶段，随着新现象、新原理和新技术不断涌现。因此，要保证课程内容时刻与学科发展接轨，就必须密切关注学科发展动态，及时更新课程内容。
四、军校研究生光电类专业课程教学方案探讨
专业课程是研究生培养方案中的重要环节，是研究生培养的重要载体。如何利用好这个载体，不仅用来让学员掌握相关专业知识，培养学员研究能力、组织管理能力和协作能力，更通过课程教学了解光电系统在武器装备中的应用，光电系统如何有效提高武器装备的作战效能，光电系统的使用如何改变作战模式，光电系统在体系作战中如何发挥作用。这些问题都在教学方案改革中体现。
（一）分类精选教学内容，突出军事特色
将课程内容分为基础理论和应用技术两个大类，梳理出专业课程中的核心知识点。基础理论精选核心知识点，按照体系化、模块化要求，重新构建专业理论体系，夯实学员的理论基础，提高学员的专业素养。应用技术方面，按照“围绕实战搞教学”要求，以部队需求为牵引，从新型光电装备中寻求和挖掘与基础理论的结合点。从大量新型光电装备中选取具有代表性的典型案例，丰富和重构课程教学内容，将特殊性与普遍性有机结合起来，引导学员应用基础理论知识理解光电装备，提高学员分析和认识问题的能力，培养学员能够快速适应基层岗位、驾驭新装备。
（二）广泛采用研讨式、案例式教学方法
传统的“教师讲授+学员练习”的单向传授教学方法常常导致理论与实践的脱节，容易造成研究生在军队任职中陷入“纸上谈兵”的境地。研究生学员已经掌握了一定的基础知识，具备了一定的学习自觉型和自主性。传统单向传授教学方法压制了学员学习自主性的发挥。光电类专业课程教学可以以特定的军事应用为背景，围绕某典型光电装备，开展多角度、多层次研讨，引导学员通过自主学习、自主研究、自主讨论以下问题：（1）光电系统的构成和原理是什么？（2）光电系统在武器装备中起什么作用，如何影响武器装备的性能？（3）武器装备如何影响战术战法？通过灵活运用案例式、启发式、研讨式、情景式等教学方法，努力实现教学从重教到重导的转变，同时通过具体军事应用案例积极引导研究生学员及早与部队对接，向实战靠拢[9，10]。
（三）充分利用MOOC优势，强化自主学习
近年来，各高校加快教育理念及教育管理理念更新，积极推进MOOC、MOORE等新型教学方法运用，建立了良好的MOOC平台。与地方大学研究相比，军校研究生在相同的总课时数内既要学习专业课程内容，又要学习军政知识，专业课程的课时经常显得不足。此外，如前所述，现代高新武器系统一般由多个模块组成，往往涉及多门课程内容。因此在以某一光电装备为案例实施教学时，学员会因其他专业的知识漏洞而无法完全理解光电装备在武器系统中的作用。MOOC、MOORE等新型教学方法的出现可有效解决这些问题[11]。以我校MOOC教育资源为例，我校MOOC平台上集中了《古沙传捷音――光纤技术漫谈》、《精确打击武器装备》、《导弹精度分析与评估》等与光学工程专业相联系的其他专业课程。在讲授某专题之前，教员提前通知学员在MOOC平台上学习该专题涉及的课程内容。利用我校MOOC平台优势，研究生学员在课外自主学习相关专业的知识，进一步完善知识谱系，提高课堂授课效率。
参考文献：
[1]吕克洪，刘冠军，秦国军，等.浅谈高技术武器背景实验条件对军校研究生创新能力培养的作用[J].高等教育研究学报，20lO，33（2）：42―43.
[2]刘溪源，张苹，刘焕章.任职教育转型形势下，对军事院校人才教育培养目标的思考[J].时代教育，2008，（4）：49-51.
[3]王子欣.军队任职教育的反思与诉求[M].北京：出版社，2011：41―61.
[4]沈洪斌，李刚，胡文刚，王元铂.针对军校专业特点的激光课程教学改革探索.现代教育技术[J].2010，20（2）：70-73.
[5]研究生院.国防科技大学研究生2009培养方案[z].国防科技大学，2009.
[6]王维平，王雪松，甘可行，钟海荣.以制订新一轮研究生培养方案为契机，科学谋划研究生培养的顶层设计[J].学位与研究生教育，2008，（S）.
[7]钟海荣，贾辉，甘可行.研究生培养质量大型问卷调查的组织与分析[J].南京航空航天大学学报（社会科学版），2006，（2）：87―90.
[8]沈洪斌，张雏，李刚，等.针对军校特殊技术专业培养目标的教学实施[J].高等教育与学术研究，2008，（3）：80-82.
[9]阳明晔，陈宇中，宋章启.自主开放式光学实验教学模式探讨[J].湖南师范大学教育科学学报，2012，11（2）：127-128.
关键词：激光雷达；工程测绘；技术；应用
中图分类号：P2文献标识码： A
激光雷达技术的工程测绘中的推广与应用是在上世纪80年代开始的，并且随着科技的进步，激光雷达技术也不断发展完善，尤其是在一些精密工程中，激光雷达技术更是发挥了非常重要的作用。在今后的工程测绘应用中，激光雷达技术将会有更加广阔的发展前景。
1激光雷达的分类与工作原理
人们对激光雷达的分类一般是依据激光器与探测技术进行分类，也可以根据雷达功能给予分类。人类在实践中已经发明了多种激光器，目前市场上激光器的种类比较多，比如：CO2激光器与氦-氖激光器等。依照探测技术，可以将激光雷达分成2种类型，即直接探测型与相干探测型。依据功能来划分，则可以分成跟踪、目标识别、流速测量、成像雷达与振动传感等多种雷达。激光雷达的工作原理跟无线电雷达的基本一样，均依赖于所使用的探测技术，如图1所示。
图1 激光雷达工作原理
激光雷达在工作时，先由激光发射系统发出信号，经过目标反射以后直接被信号接收系统所收集，这样就可将激光信号往返传播的时间测量出来，从而确定所测目标之距离。对于所测目标之径向速度，我们可通过反射光之多普勒频移进行确定，通过测量出2个或者2个以上的距离，则可以准确计算出目标变化率，从而获取有效目标速度[2]。
2激光雷达测绘技术工作要点
激光雷达测绘技术也被称之为激光雷达成像测绘技术，它在目前的应用中主要是以地理信息导航技术和地形测绘技术为主的是目前最为先进的洲际地形图测绘方法，已经成功应用世界各国地质勘察工作中，这种测绘技术与传统的人工绘制相比较存在着速度快、准确性好、工作周期短、工作效率快的优势是一种低成本、高效率的空间数据获取方法，也是指导遥控技术发展的必然结果。在近年来随着机载、星载平台的出现和发展激光雷达技术的研究逐渐深入，已成为当今城市建设、山川河流地形图绘制的主要手段也是实现地理信息数据共享的重要基础。
3激光雷达测绘技术在工程领域中的应用分析
近年来人类社会飞速发展的同时，人们对各种物质本源和客观事物规律的追求也在不断的深入这使得激光雷达技术深受着人们的重视它在事物跟踪和控制方面发挥着重要的意义。同时计算机技术、信息技术、遥感技术和微电子技术的发展给激光雷达技术的应用打下了坚实的基础，也为其工作开展奠定了理论基础在目前的应用当中其主要应用在以下几方面:
3.1基础测绘工作
所谓的基础测绘主要指的是对工程项目施工场地进行的测绘工作，其工作目的在于实现工程项目的基本要求和主要施工目的，通常来说工程测绘是一种对有关测量物体的基本信息进行搜集和整理的，因此在这一工作阶段应当是以数字影像为主要技术要求进行的。但是在工作中因为数字影像本身存在着工作力度繁琐、施工内容复杂的特点，为此在工程项目中我们有必要针对其基本工作线路和施工技术要求来提前设置合理的程序和控制策略。在基础测绘工作中采用激光雷达测绘技术，可以有效的缓解传统测绘技术所带来的工作压力，提高工作效率和工作进度，这种技术在应用中是通过三维坐标的方式来实现对地面坐标的三维立体控制，从而达到精确坐标的要求，但是就机载激光雷达技术进行分析，其在应用中能够准确的判断出测量物体所在的部位，提高测量系统的工作效率，另外在工作中高精度的激光雷达测量技术还可以直观的观察到有关被测物、制备的信息，可以充分利用各种资源。
3.2精密工程的测量
在目前的;则绘工程项目中才民多的精密工程;则量都是一个复杂、系统的工作模式，它设计到多方面的内容加测量目标、三维立体坐标、三维物体模型等，因此整个测量工作的开展也是极为复杂和繁琐的包含了多种不同的工作流程加水文地质测量、沉降观测、电力选线、变形控制等地面激光雷达和机载激光雷达就是解决这类问题的有效方法利用数码相片获得纹理信息并与构筑物模型实现叠加，以构建三维模型河有效实现对景观的规划分析、物体保护、形变测量、规划决策等例如激光雷达技术在铁路设计、公路设计中提供的高精度地面高程模型河便于线路的设计与施工方法精确计算在电力线路设计过程中利用激光雷达技术的成果数据可以对整个线路有所了解包括公共区域内的地物、地形等要素在电路线维护或抢修时根据电力线路中的激光雷达数据点，以及对应地面点的高程计算出任意位置线路距离地面的高度，方便维护与抢修;另外在树木的密集区内也可利用激光雷达估算出需要砍伐树木的面积与木材量。
3.3数字城市建设
随着当前我国城镇化建设的大力推进，一些城市正朝着数字城市信息化目标方向前进。而空间信息就是打造数字城市之重要的框架与平台，也是建立数字城市之核心环节。激光雷达技术则能够获得一系列分辨率极高、且精读性极高的地面模型（数字），进而可以为数字城市建设提供一些非常宝贵的空间信息资源。为此，激光雷达技术可以说是当前城市建设之核心技术。在工程实践中，人们发现运用激光雷达技术可以在空中或地面通过激光多角度扫描地面的建筑物，从而能够快速、准确获知所测量目标的三维点（高密度且高精度）的空间坐标，然后再借助计算机软件，可以较好地对点云数据实施模型建构与纹理的映射，甚至可以全方位地构建出面积比较大的数字城市的三维模型；同时还能够实时、动态地更新三维模型，从而为我们数字城市的建设提供一些可靠的、持续的、真实的基础性数据源。
3.4数字矿山的构建
数字矿山的建立既满足环境友好型、经济节约型社会需要也对促进矿山可持续发展具有重要作用近年来胧国矿业及矿业城市遇到了生存与发展的困境而矿山生态环境、资源枯竭等问题严重矿山系统内的功能受到局限矿山的人力、物力、财力都有所影响若想解决这些问题必须加强对数字矿山的重视。
3.5水下地形测量
一些激光雷达系统是运用了2种波长不同的激光束，有益于对水下地形的真实测量。例如，通过激光雷达系统可以运用红光或者红外光对水面进行测量，还可以运用蓝绿光通过穿透水面的方式来测量水底，接着运用2光束（约等于）的接收时间差来进一步计算出水的真实深度。所以，能够运用激光雷达技术对水下地形进行大面积的测量。此外，可以运用激光雷达技术对海道进行测量，其测量海水的深度最高可达50m，这个测量深度是随着海水水质的清晰度有一定的所变化，普遍受到航道与水文等多种行业的欢迎。
3.6电力传输与管道布图
在直升机平台上工作的激光雷达系统最适用于测量传输线路由于直升机可以沿着电力线或者管道传输的走廊飞行，比固定翼飞机节约成本并且直升机可以随时根据需要调整高度和速度，以获得更为精准的数据如果在激光雷达应用平台中同时使用录像机、数字相机及其他传感设备，既可实现激光雷达测量也可同步进行线路检查及制图工作。
4结论
激光雷达技术可以快速、准确、方便地获得一些三维空间信息，笔者结合自己的工作经验对激光雷达技术在测绘工程中的实际应用情况进行了分析，不仅阐述了激光雷达的作用原理还对其未来的发展方向进行了论述希望以此为推动我国的激光雷达技术的发展做出自己的贡献。
参考文献
[1]王伟，高洁.机载激光雷达在工程侦察中的应用[J].现代电子技术，2010（11）.
