1.1激光通信技术的基本原理分析
新技术的发展推动了社会文明的进步，当前的激光通信技术已在诸多的领域得到了应用，激光通信技术主要就是以大气或者是自由空间作为媒介，然后通过载波激光在大气中传输有效的信息。也就是先将声音信号调制到激光束上，再将信号的激光发送出去。根据不同的应用范围能够将激光通信分为无线和光纤两种类型的激光通信[1]。
1.2激光通信技术的主要特征分析
激光通信技术自身有限鲜明的特点，激光通信技术在安装方面较为简单，在地形地貌等应用上的适应性比较强。能够对各种临时性的通信以及迅速抢险通信等条件得到满足。和微波通信相比较而言激光通信在空间上的占有资源也相对比较小。并且在抗电磁干扰以及保密性方面都比较强，这些优点使其在实际的应用上比较广泛，在未来的发展过程中这也是一个必然的趋势。
2激光通信技术在实际生活中的应用及前景展望
2.1激光通信技术在实际生活中的应用分析
在激光通信技术的实际应用是多方面的，无线激光通信主要是综合了光纤通信以及微波通信的优点，所以在城域网当中的应用就比较适合。在企事业当中的内部网的连接当中能够得到有效应用，校园网以及大型的企业等内部网的建设过程中，有时会存在着急需连接使用通信的情况，在一定的程度上激光通信技术是光纤技术的一种补充，在城市化的发展速度不断加快过程中，楼寓间的通信和移动间的通信倘若是利用光纤就比较的麻烦，并且还会影响城市外观环境，在通信盲区情况下通常是采用光纤直放站加以应对，这样就能够将光纤和激光通信技术两者得到补充应用，从而形成两个基站间的链路。另外，将激光通信技术在移动通信当中进行应用也能够起到很好的效果。在现阶段我国的通信领域当中，最为活跃以及发展最为快速的就是移动通信。在移动电话使用量不断上升的情况下，这给无线网络的容量和带宽提出了更高的要求，怎样能够将有限的资源得到充分利用，这也是当前的移动运营商所面临的重大课题。
激光通信技术作为一种新型的接入技术，其自身有着显著的优点，这也为移动通信领域对其的应用提供了良好的条件。在具体的应用过程中，主要就是将主干网在最近距离的天线间采取光纤进行对其连接，然后通过协议转换器通过相应的设备和天线得到有效连接，这样在一定距离内就能够形成一个有效的基站，进而就能够在这一技术的作用下实现应用。再者就是在高压电工作过区当中的应用，在这一应用当中的作用主要就是采集以及传输信息，在实际工程应用过程中将供电站的变压器工作数据传输到低压区加以检测，倘若是通过光纤进行实施就会造成环境的污染以及表面聚集尘土而发生导电情况发生。所以在这一情况下，通过激光通信技术就比较优越，能够通过空气隔离的方法绝缘，这样就能够实现安全可靠对数据进行传输[3]。在具体的应用步骤上主要就是把光发射天线安装在高压区，接收天线安装在低压区，这样就可以通过高压发射天线在空气的媒介下传递给低压的接收天线，这样就实现了信息数据的传输。
2.2激光通信技术的发展前景展望
随着我国的科学技术不断的发展，激光通信技术在应用的空间上也会逐渐的扩大，不管是在应用的领域还是研究的领域都将会取得更加优异的成果。在将来的激光通信技术的发展前景方面，激光通信技术的应用将更加广泛，这也是通过这一技术自身的优势决定的。其中对远距离的无线传输问题得到了解决，并实现了卫星技术和激光通信技术的共相发展，这些对位激光通信技术的进一步发展打下了坚实基础。在激光通信技术的不断完善过程中，这一技术将会成为城市网络通信的一个重要手段。以往的光纤技术的应用过程中，为人们的生活提供了很大的方便，但社会的进步不能停留于这一层面，尤其是当前的城镇化建设的速率加快，光纤技术在实际的应用上已经显得愈来愈存在着不足。而激光通信技术避免了影响交通、建筑等弊端，并对环境没有危害，在安全性能上相对较高，所以在将来的技术不断完善下，激光通信技术将会取代光纤技术，为城市的网络化建设提供技术上的重要支持。与此同时，激光通信技术的不断发展完善，将会在通信的领域范围内带来一场技术上的变革。在通信的领域当中，一些新技术的涌现，将会对通信产业的发展产生很大的影响，从而推动其变革，使得技术上的革新成为是通信领域发展的一个主流。最终，愈来愈多的通信技术的涌现，将会对通信领域的发展在技术上得到强有力的保障。
3结语
>> 国外卫星激光通信系统技术及新进展 激光通信技术的前景及应用 无线光通信技术 空间卫星光通信链路关键技术与方案的研究 论述卫星光通信技术的发展与应用 关于卫星光通信技术发展及其影响因素的研究 激光通信中平台扰动抑制技术的研究 无线激光通信中的图像去噪处理技术 空间激光通信技术最新进展与趋势 试论空间激光通信技术最新进展与趋势 光通信技术现状和发展 无线光通信技术概析 无线光通信技术的应用 为什么说激光通信最保密 激光通信系统噪声分析和处理方法 潜艇激光通信的数值模拟 空间激光通信研究及发展趋势 空间光通信 光通信技术在宽带通信中的应用 光通信未来发展的热点技术展望 常见问题解答 当前所在位置：.
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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。
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[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。
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【关键词】激光超声 表面波 无损检测
一、激光超声波研究进展
激光超声技术在材料无损检测研究方向的研究热点。首先，激光是一种定向的电磁波，它具有高亮度，而且在信息的获得和传播上具有良好的运用；同时，激光广泛用于医学诊断、工业发展及军事技术等领域。超声波的传播介质可以是固体、液体和气体，通过它们之间的联系和运用， 然后对传播中的超声波进行信息提取，进而准确测量物体的密度、硬度、强度、浓度、弹性等性质，并检测出物体的表面缺陷，客观地评价材料的物理性质。
激光超声技术与传统的超声技术相比之下具有更大的优势，因为激光超声技术不需要接触、分辨率很高、频带较宽，能对纳米材料的力学性能进行有效评价，同时能够检测出精确到微、纳米级的缺陷，因此激光超声技术在检测材料力学性能和表面缺陷的方面具有可行性。
1963年，White最早提出使用激光激发超声技术的观点，因为激光可以在固体中传播，所以他尝试利用脉冲激光在固体中进行超声激发，发现固体会吸收激光、微波、电子束等辐射而产生弹性波。随后，在越来越多的研究应用中，激光除了被用于固体中激发超声，也被应用于液体和气体中。Askaryan提出在液体中激发超声， 用红宝石激光射入液体激发超声。随着科技发展，许多学者围绕着激光超声展开大量的实验和研究。Dewhurst等首次利用脉冲激光激发兰姆波，测量2%精度的薄膜厚度；Wu等通过实验检测到兰姆波的波形，并根据波形的传播特征和色散关系，计算薄膜的弹性、厚度等相关的力学参数。学者们发现，在一定条件下超声波可以在材料无损的情况下被激发出来，于是激光超声开启一种新的用于材料结构性能的无损检测。
激光超声技术结合激光和超声波的特点，具有极大的发展潜力，在工程研究和应用中具有重大科学意义和学术价值。
二、激光超声检测技术的研究进展
近年来，国内外科学家为了更好地发展和应用激光超声检测技术，做了基础大量的研究工作， 主要利用激光超声技术进行材料性能无损检测的相关研究。Domarkas等利用声表面波在表面缺陷可以来判定缺陷的力学特征。Portz等理论研究超声波在平板上的反射、透射中能量比例与频率的关系。Fortunko利用激光超声技术探测到两维缺陷的形状特征， 很为工程项目中探测焊接材料内部损伤提供帮助。Rokhlin等提出一种基于非线性的频率调制的超声技术， 探索层状材料中间层的物理性质。随着越来越多的学者进行理论和实践的研究， 激光超声无损检测将被广泛应用在各个领域。
三、超声无损检测数值研究的进展
在进行超声无损检测的实验研究过程中，衍生许多有效而便于分析的数值研究方法。主要的数值计算方法有：有限元法、有限差分方法、边界元方法等。
通过长期的实验与研究，学者们有效的运用了这三种计算方法。Hirao等利用有限差分的数值法分析瑞利波中各种频率成分反射和透射系数与表面缺陷深度的关系。Liu等将有限元方法与边界积分法很好地结合在一起，对超声波在遇到表面缺陷时产生的散射声场进行分析，并准确的描述通过数值模拟弹性波在缺陷附近的模式转换过程。除此之外，边界元方法也具有很大优势，它使用资源节省，而且能处理大模型的有关问题，广泛运用于分析超声波与表面缺陷的关系。Rose使用混合边界元方法模拟不同频率和模态的Lamb波在经过不同曲表面缺陷发生的散射场，为超声检测表面缺陷的结构特征提供充分的理论参考依据。这三种数值计算方法各有优点和不足，有限差分法虽然计算速度快，但求解过程不稳定。边界元方法在离散过程中无法分析超声波在材料内部的传播特性。有限元方法是要利用严密的数学思想处理复杂的几何构形、物理问题并且高效地实现计算机功能。有限元方法不仅能够灵活处理各种复杂结构材料中的传播问题，还能通过建立有限元模型分析各种参数随环境变化的影响， 如： 热扩散过程、光学穿透的过程等，并可以获取全场数值解。
有限元方法在研究激光超声技术领域是一种新兴数值计算方法。它不仅能模拟复杂材料和结构的声场分布，而且能准确描述场中某点的位置和波形。有限元具有高精度的特点，同时能预测各种情况的可能性，因而被广泛运用于工程技术。因此，在本文的研究中，通过对有限元方法的应用来研究激光激发超声的技术，分析材料的力学特征与各类参数之间的关系，进而为激光超声的无损检测奠定理论基础。
四、激光超声信号的研究进展
应用激光超声技术对材料进行无损检测和力学性能的评价的同时需要严密分析材料结构性质和力学参数的关系。在超声无损检测的过程中，检测和分析超声信号是整个过程的关键。对于各种材料的非稳态超声信号处理时，待测信号的表现形式主要由信号的频率、幅度、相位这三种组成，但是考虑到实际材料的结构力学特征较复杂，可能会影响超声信号的平稳性。而对于稳态信号的检测，学者们大多使用Fourier变换进行分析，但仍然具有不足，比如信噪比的限制，和测量参数的假频现象。在这里介绍一种典型双线性时频分析方法，它基于光滑的Wigner-Ville时频分析，主要是是通过集中瞬时频率信号的能量来实现分析，最终的分析结果非常明显，具有高效性。
首先通过分析单个波形，对激光激发的瞬态表面模态和能量的特性进行探究，然后利用群延迟时间计算出群速度，这与一般的方法相比显得更加优越。而单个激光超声脉冲激发出宽带的过程中存在一定缺点，在外界宽带噪声的干扰下容易降低效率，因此为了提高对激光超声信号的检测效率，许多研究者利用激光超声在时间和空间分布的调制技术，使激发的超声信号向窄带线性调频信号进行转变，从而更好地运用窄带滤波技术或信号处理技术来提高检测的信噪比。通过对激光超声信号的研究，为以后激光超声无损检测材料的性能奠定了良好基础。
关键词：空间激光通信技g 最新进展 趋势
中图分类号：TN929.1 文献标识码 文章编号：1672-3791（2016）11（b）-0003-02
空间激光通信具有通信容量大，通信速率、抗干扰能力强，抗截获能力强和重量轻等多种优点，是以激光为载波，在空间中实现多种信息进行无线传输的通信方式。从历年的空间激光通信技术的发展历程来看，ESA的作用不可小视，ESA代表空间激光通信技术的最高水平，对于空间激光通信技术的发展有很大影响。但是，对于我国而言，我国空间激光通信技术还处在发展的初级阶段，还在摸索空间激光通信技术的发展方向，可结合本国的情况借鉴发达国家空间激光通信技术的发展经验。
1 空间激光通信技术最新进展
目前，国内外空间激光通信发展迅速，欧洲、美国、日本、德国等地区和国家对空间激光通信技术进行了大量的研究，为空间激光通信技术做出了巨大的研究贡献。如表1所示，展示了近几年美国等国在空间激光通信技术研究方面比较有代表性的成果。
2 空间激光通信技术发展趋势
2.1 直接探测体制发展
相比而言，空间激光通信直接探测体制的结构比较简单，操作起来比较方便，因而被广泛应用于第一代激光通信系统内部。但是，从实际空间激光通信环境来看，光强度对通信系统的影响比较大，而且会受到噪音的干扰，空间激光通信直接探测体制无法满足空间激光通信系统的运行需求，敏感度较低。经过空间激光通信专业人士的多年研究，ESA于2008年被安装在卫星上，对空间激光通信系统进行端口检测，同时也对相干通信展开了实验分析，误码率非常小，而且信息传输的速度非常快。目前，空间激光通信技术还将不断完善。为了不断提高激光通信系统的实用性和通用性，未来的发展趋势是探测体制的发展从单一体制向复合探测体制转变。
2.2 传统量子通信的变革
1980年量子通信被首次提出，量子通信应用了加密技术，可以保证传输信息的绝对安全，量子通信一提出就受到了人们的广泛关注。2004年，经过多位空间激光通信科学家的研究实验，实现了量子通信的远距离传输，量子通信可以透过地面大气依旧保持纠缠特性。2006年，量子通信实现了超远距离的空间通信。截止到目前为止，我国科学家对于量子通信的研究已经创造了新的历史。量子通信具有巨大的发展潜力，空间激光通信研究人员也正是看重了量子通信的这一巨大发展潜力，研究人员从2002―2007年展开了多项研究，总结出影响量子通信的多种因素。经过几年的发展，传统量子通信的变革研究的技术逐渐成熟，正在快速向实用化、加密化迈进。将卫星光通信与量子光通信相结合，进行卫星光通信中的量子密钥分发是卫星光通信保密技术一个新的发展方向。
2.3 光子集成化升级
空间激光通信光子技术包括：一是光纤光学，二是集成光学，三是微光子学。光子技术具有以下特点和优点：一是损耗较小，二是协议透明，三是抗干扰性强，四是不诱导电磁干扰，五是重量小，六是体积小，七是柔韧性好，八是无互相耦合。空间激光通信光子技术特别适合应用于航天环境中；1990年，美国经过实验证明光子技术确实可以应用于航天器中；2002年，研发部门加大了研究光子技术的资金量，研究的内容为：一是通信链路，二是模数转换，三是频率转换，四是本振生成，五是光束形成网络，六是传感，七是成像光纤；2009年，西方国家发射出的卫星上就设置了光子器件。如今，空间激光通信光子技术正朝着光子PCB的方向发展，空间激光通信技术标准也在不断提高。
2.4 天基网络的一体化演变
空间激光通信技术发展的最终目标是实现全球数据覆盖，与地面形成网络链路。在空间激光通信技术的研究初期，研究人员把更多的精力放在空间激光通信链路的研究和实验上。2000年后，研究人员开始加大天基网络一体化演变的研究力度。如今，空间激光通信研究人员提出了天基混合网络结构，并对天基网络的性能和所带来的经济效益做出了研究分析。但是，我国的天基网络一体化演变还处在理论研究阶段，还未真正实践，还有很多空间激光通信技术问题亟需解决。
2.5 空间激光通信向深空迈进
人们一直想更加深入地了解星空，国外发达国家自20世纪90年代初期便开始了以激光通信作为深空探测通信方式的相关研究。近几年人们对天空的探索热潮一直不退。如今，研究人员把探索星空的希望寄托在空间激光通信技术上，西方国家也在加大空间激光通信技术应用于卫星上的研究力度。空间激光通信研究人员经过多年的努力，收到了不错的成果。在ESA和NASA（美国国家航空航天局）未来的深空探测计划中，激光通信将成为深空探测活动的主要通信方式。
3 结语
从实际空间激光通信环境来看，光强度对通信系统的影响比较大，而且会受到噪音的干扰，直接探测体制无法满足空间激光通信系统的运行需求，敏感度较低。2004年，经过多位科学家的研究实验，量子远距离的传输通信实现了，透过地面大气量子通信可以依旧保持纠缠特性。如今，光子技术正朝着光子PCB的方向发展，空间激光通信技术标准也在不断提高。空间激光通信技术发展的最终目标是实现全球数据覆盖，与地面形成网络链路。但是，我国的天基网络一体化演变还处在理论研究阶段，还未真正实践，还有很多空间激光通信技术问题亟需解决。截止到目前为止，我国科学家对于空间激光通信的研究已经创造了新的历史。
参考文献
[1]张靓，郭丽红，刘向南，等.空间激光通信技术最新进展与趋势[J].飞行器测控学报，2013（4）：286-293.
[2]李玮.激光通信测距技术发展现状及趋势研究[J].激光与红外，2013（8）：864-866.
【关键词】地形测绘 三维激光扫描技术 测绘技术
在以前的地面地形测绘工作当中，主要是采用gps设备、人工携带全站仪等相关设备，对野外现有的测点信息进行采集，通过专业软件处理之后生成地形图，与新兴的地形测绘技术相比，固有的测绘方法即使较为稳定，可是，测绘工作人员需面对一些比较危险的状况、不容易达到边坡的标准高度，在采集数据信息的时候所需时间也比较长，测绘工作人员工作强度大、特别容易有意外事故的发生。然而，三维激光扫描技术完全更改了以往的测绘工作方式，缩短了外业工作时间，有效的缩减测绘强度，使得测绘困难获得显著的降低，使得总体测绘质量得到有效的保障。
1 三维激光扫描技术概述
1.1三维激光扫描技术
地面地形测绘工作中，相继GPS技术之后便迎来了三维激光扫描技术这场具有划时代意义的技术性革新，该技术完全突破传统的单一式测量，与以往传统的GPS测量技术对比来看具有较高的测绘效果，并且能保证测绘数据的准确无误，同时还能够提供在物体外表之外的三维点云数据信息。所以，在日常的地面地形测绘工作当中可运用三维激光扫描技术来实现高精确度及高分辨率的准确测绘成果。按照基本测量原则将其划分为：基于三角测距原理、基于脉冲式和基于相位差。遵循用途的不同将其划分为室内外两种，是从不同的长短距离原理入手进行的划分。
1.2特征
进行三维快速扫描是三维激光扫描技术的独特之处，而以往传统的测量概念中得知，地形测绘所输出的数据属于二维数据。
随扫描仪之后形成了快速扫描，通过快速扫描之后测量速度能够高达1000点每秒，然而，通过一般的测绘技术会有2-5秒的浪费情况存在，而三维激光扫描技术的出现完全更克服上述的问题，促使测量工作效率及工作质量得到显著的提升。
1.3工作原理
地面三维激光扫描技术在地形测绘中的运用，促使光得到有效的利用，实现目标外表点的三维坐标，以此可以较好的达到三维场景重建、提取地面详细信息数据的目的。一般情况下，完整的三维激光扫描系统包含以下三方面内容：激光测距系统、高精度动态GPS差分定位系统（DGPS）和高精度动态载体姿态测量系统（INS）。首先是激光脉冲二极管把激光脉冲信号发射出去，在通过旋转棱镜射至目标物，可使用探测器把反射形成的激光脉冲信号进行信息数据的接收，而记录器将全部的发展变化过程中的所有信号进行全部的记录，将其转换为有用的数据信息，作为测绘工作者则需学会对数据信息的认真识别，将信息软件进行科学处理，从而进行实体模型的建立。
1.4数据信息的采集与处理
其中，在进行点云数据处理的过程当中，需要将点云数据反射强度与地面物体对激光的作用信息当做以后运用点云数据来创建三维模型的重要参考因素，其中，对于三维模型的创建质量也会遭受较大程度的作用及影响。
数据采集具体流程：现场勘查――相扫――精扫反射体――对目标区域的精扫――拍摄场景照片。
数据处理具体流程：（1）校准。对扫描仪坐标系与相机坐标系进行统一，因唯有将坐标系进行统一之后，才能够使得地贴纹理的精准度得到保证；（2）噪点清除。在受到一系列不可抵抗要素或者来自测量设备等方面因素的影响，必然会有一些噪点的出现，这对于数据质量将会产生非常大的影响，为此，进行云数据操作之前，需完全清理掉不干净的噪点；（3）点云拼接。针对坐标系实施统一的点云拼接基础设施，可为工程精准性测量提供充分的技术支持，得出高准确度的数据信息。
2 通过地面三维激光扫描技术实现精细地形测绘
2.1野外数据的采集
对测绘周边区域的环境进行全面的考察，做出测站数量、标靶及扫描仪的实际方位，最大限度上挑选比较少的测站，这样才能够使得原始数据量得到相应的缩减，促使测量范围之内所使用的扫描得出完整的数据信息，与此同时，获取纹理数据与点云数据，这对于今后数据的匹配处理有着很大的辅助作用，同时根据采样进展情况来选择不同的比例尺寸要求，采取逐站扫描的方式。
2.2相关数据的预处理
一般情况下，扫描点云数据是非常复杂的，通常是由不同的站点来最终获得的数据信息，如果将相关数据统一在同一个坐标系上，那么就需要在将点云数据进行扫描之后进行科学的匹配，这对于今后定量化的浅析及模型的建立是非常有帮助的，并且在进行匹配方法的选用上也存在一定的差异性。在精准度较高的地理坐标前提下，能够利用GPS供应各个扫描站点，这样便能够达到在固定的地理坐标体系下包含全部的点云数据信息，此种办法可以得到非常精准的地理方位，便于今后的数据统计。
2.3地物的绘制与提取
可以运用三维激光扫描技术来对点云数据进行提取以及后期的相关处理，其中，在地物提取的时候可以从地物的具体特点入手，利用Gyclone软件从点云视图当中进行相关数据的提取，从而在文本文件当中进行对应格式的传输，同时也可以直接导入测绘图软件来进行地物的具体绘制。
3结语
总而言之，在具体的地形测绘过程当中，三维激光扫描技术的有效运用能够促使一些存在一定困难的数据采集工作可以在短时间内顺利完成。针对三维激光扫描技术的探究对我国社会经济的未来可持续发展来讲有着非常重要的价值，可是，运用三维激光扫描技术的过程会受到外界环境、目标物体反射面等因素的影响，为此，三维激光扫描技术运用过程当中最大限度上弥补客观方面存在的不足，这样才能够获得准确的测绘成果。 本文由wWw.DyLw.NeT提供，第一论 文 网专业教育教学论文和以及服务，欢迎光临dYlw.nET
参考文献：
[1]孙德鸿，王占超.三维激光扫描技术在地形地质研究中的应用（二）[J].测绘通报，2011，（4）：85-86.
