基于阿秒激光的原子尺度下超快电子动力学实时测量技术
摘要：自1960年第一台红宝石激光器诞生以来，缩短激光脉冲宽度一直是激光器设计和制造的重要方向。半个多世纪以来，激光的脉冲宽度经历了从最早的毫秒、调Q技术的纳秒、锁模技术的皮秒和飞秒再到本
世纪千禧年诞生的阿秒激光，使人们对物质世界的了解越来越深入。超快激光技术让生物、化学和物理的
学科界限逐步消失，因为它们的微观基础都是来自于时间尺度在几十阿秒到几十飞秒的电子运动，而阿秒
激光超高的时间分辨率为人类了解甚至操控原子尺度下的电子运动提供了可能。本论文首先简要说明产生
阿秒激光脉冲的原理，然后介绍几种基于阿秒激光的泵浦—探测技术（阿秒条纹谱、阿秒隧穿谱、阿秒吸
收谱、阿秒光电子谱和阿秒相关谱）以及它们的应用，最后简单介绍近两年阿秒泵浦—探测技术最新的技
术进展和研究成果。
关键词：阿秒激光原子尺度电子运动实时测量泵浦—探测
0 引言
电子是20世纪科技革命的关键角色，而人们预期在21世纪光子将会取代电子成为推动科技进步的主
要力量。但事实是自第一台激光器问世的半个多世纪以来的现在，我们对电子运动的研究才刚刚从宏观和
介观进入到微观原子尺度范围内，因此研究电子运动的时代还未结束。由于原子尺度内电子运动的时间尺
度约在阿秒（s）量级，因此直到阿秒激光技术的出现才开启了实时观测原子尺度内电子运动的新时代。阿秒相干光源在原子和分子内电子运动的探测、原子核结构的探测以及相关的正负电子和射线产生等基础物理学研究上有重大的应用价值，在超快信息、生命科学以及材料科学技术等方面创造前所未有的极端条
件和提供全新的研究手段。更为重要的是，生物、化学和物理学科在微观层面是统一的，地球上的生命现象、化学反应和信息能量传递等现象的根本原因是原子、分子和纳米尺度下电子的运动。基于阿秒激光的
泵浦-探测技术能实时测量在原子尺度范围内的电子运动，打破了学科壁垒，让生物、化学和物理学科在同一层面上进行研究；同时也为深入理解光与物质的相互作用和发现光与物质相互作用新现象、新规律提供
了研究手段和观测工具。
微观世界的物质结构和时间演化由量子力学描述。由薛定谔方程和测不准原理可知，,即两
个跃迁量子态间能量差越大，粒子运动越快。化学反应一般在几十到几百飞秒之间，而半导体纳米结构、
分子和原子轨道中单个电子的运动则一般是几十飞秒甚至是小于一阿秒的时间间隔，而原子核的状态变化
则更快[1]（图1）。根据计算可知对于电子在两个本征态的谐振运动，其能量变化大于3.83eV时，电子运动周期就有可能在1fs以下，进入阿秒时间尺度。
阿秒泵浦-探测技术是测量技术的革命，在人类历史上它第一次提供了超快电子运动的直接的实时测量。但超快电子动力学测量必须采用单个阿秒脉冲，因此研究如何产生单个阿秒脉冲至关重要。下面介绍目前
关于单个阿秒激光脉冲的产生方法。
图 1 微观世界中原子、分子结构的特征长度和演化的时间尺度。
1 阿秒激光脉冲的产生[2]
通过锁模和光学参量放大（OPA）等方法可以获得飞秒超短激光脉冲，但要获得周期量级甚至脉宽更短的激光脉冲必须对激光光谱进行充分的展宽。但是宽带激光脉冲在非线性介质中传播时会有非常明显的色散效应，因此还要对其进行色散补偿才能得到超短脉冲。所以若要通过传统方法产生阿秒激光脉冲，就需要产生更宽的激光光谱、增益带宽更宽的增益介质和更好色散补偿。由于目前飞秒激光各组成部件技术上的瓶颈（钛宝石晶体的增益带宽和啁啾镜的带宽不够宽），要产生阿秒脉冲必须另辟蹊径。
1987年McPherson等人研究亚皮秒KrF激光（248nm）与惰性气体的相互作用，由于激光聚焦功率密度超过原子内部基态波尔轨道上库伦场对应的功率密度，因此出现了传统微扰理论无法解释的气体高次谐波（High Harmonic Generation，HHG）辐射现象。气体高次谐波的产生来源于原子在强脉冲激光场下的电离与复合过程，其辐射谱具有超宽的平台区（图2），可以由此获得亚飞秒甚至阿秒的远紫外（Extreme Ultra-Violet，XUV）脉冲，并且通过调谐可覆盖从近红外到软X射线波段（最短至1nm左右），因此气体高次谐波是获得阿秒时间尺度相干脉冲的首选光源。
图2 （左）原子电离—复合过程产生XUV脉冲示意图；（右）典型的气体高次谐波辐射谱
1.1 少周期激光脉冲泵浦
理论上证明了气体高次谐波产生的阿秒脉冲个数随着基频（泵浦）光脉冲的缩短而剧烈减少，因此有少周期激光脉冲驱动的气体高次谐波即可产生单个阿秒XUV脉冲辐射。2001年奥地利维也纳技术大学、加拿大国家研究中心和德国比利斐尔大学研究人员组成的国际小组利用脉冲宽度为7fs的少周期激光脉冲与
氖气相互作用，首次在实验上产生了单个650as150as的超短脉冲（实验装置结构如图3所示）；2004年R. Kienberger等通过稳定载波包络相位（CEP），用脉冲宽度为5fs的少周期激光脉冲直接产生250as的单个XUV阿秒脉冲。
图3 （左）从上到下气体高次谐波阿秒脉冲个数随驱动激光脉冲周期数减少而减少；（右）第一台利用少周
期激光脉冲泵浦产生阿秒激光脉冲的实验装置示意图
1.2 双色场
理论上，通过在基频光场上叠加倍频光场，由于对称性被破坏，可使产生阿秒脉冲链的脉冲个数减少一半（图4（左））。Pfeifer等人通过多周期的驱动激光脉冲叠加一个锁相的弱二次谐波，产生了脉宽为550as 的单个阿秒脉冲（图4（右））；中科院上海光机所曾志男等人在双色场方法的基础上通过电场的精密调控，获得了一个脉冲宽度短至23as的超短脉冲。
图4 （左）利用双色场减少阿秒脉冲链的脉冲个数，虚线表示电子电离与复合过程并产生阿秒脉冲；
（右）多周期驱动激光脉冲叠加二次谐波产生单个阿秒脉冲
1.3 偏振时间门和双光学门
偏振时间门是目前一个非常成熟的技术，其原理是气体高次谐波的产生效率严重依赖于泵浦激光脉冲的线偏振特性，只有线偏振的泵浦光才能有效产生气体高次谐波。因此若能使泵浦激光脉冲从圆偏振变化为线偏振再恢复圆偏振，就可以大大减小有效泵浦时间产生脉冲宽度更短的阿秒脉冲，这个方法被称为偏振时间门。偏振时间门使用双石英波片产生偏振随时间变化的激光脉冲（图5（左）），其中第一个波片对两个偏振方向上的电场引入等于激光脉冲宽度的延迟，第二个波片使两个偏振方向上的电场分别变为左旋和右旋偏振光，这样脉冲电场在中间重合位置就是线偏振光。2006年，Sansone等利用载波相位稳定的5fs激光脉冲和偏振时间门在实验上产生了130as的单个超短脉冲；2008年美国Kansaa大学的Zenghu Chang教授提出基于偏振时间门的双光学门方案，通过附加倍频及广场形成双色时间门，降低产生单个阿秒脉冲对驱动激光脉冲宽度的要求，使脉冲宽度长达28fs的驱动激光也能产生单个阿秒脉冲（图5（右））。
图5 （左）偏振时间门原理；（右）脉冲宽度为9fs的驱动激光脉冲在单色场、双色场、偏振时间门和双光学门方法下产生的气体高次谐波连续谱，可以看到双光学门可以产生非常好的连续谱。
2 阿秒超快电子动力学实时测量技术
对微观运动进行实时观测需要在时间上精确定义泵浦光和探测光，也就是精确测量和控制泵浦光和探测光的时间间隔，同时使它们具有较高的信噪比。泵浦—探测技术时间分辨率的极限在于激光的脉冲宽度，因此阿秒激光的出现使我们有能力可以研究原子尺度内的超快电子动力学演化。实时观测甚至控制亚原子尺度的电子运动的技术支柱主要有三个：受控强IR/UV激光场，同步亚飞秒XUV/软X光源和先进的探测设备，相关技术现在已经基本成熟。下面根据原子内各种激发和弛豫过程介绍相应的阿秒泵浦—探测技术（图6）及其应用例子[3]。
图6 原子内的各种激发和弛豫过程及对应的阿秒泵浦—探测技术
2.1 电子激发和弛豫过程：阿秒条纹谱（Attosecond Streak Spectroscopy，AST）和阿秒隧穿谱（Attosecond Tunneling Spectroscopy，ATS）
阿秒条纹谱的原理是使用阿秒XUV脉冲和红外激光脉冲共同与介质相互作用，阿秒XUV脉冲通过单光子电离使介质处于激发态，电离出的电子在红外激光场中运动并获得额外的动能使最终探测到的光电子能谱发生移动（图7）。通过精确调控阿秒XUV脉冲和红外激光脉冲之间的相对延迟，得到随相对延迟变化的光电子能谱图，据此就得到介质激发态的超快时间演化过程。在这个过程中，阿秒XUV脉冲给定了激发态时间演化过程一个确定的时间起点，并将超快电子动力学演化过程转变为动量偏移量随时间的变化。由于原理与条纹相机类似，因此这项技术被称为阿秒条纹谱[3]。
图7 产生阿秒条纹谱的原理示意图
原子和分子的带能激发（energetic excitation）通常会导致一个或者多个电子的出射，这些电子的时间演化通常携带了原子内部动力学演化的信息。例如，俄歇（Auger）电子辐射的演化反映了空穴的衰减过程。2002年，F．Krausz研究组使用他们产生的0.9fs脉冲宽度的XUV脉冲观测氪（Kr）原子M壳层的俄歇衰变过程，测量了电子空穴的衰变曲线并发现其寿命大约为7.9fs[4]。整个测量过程的原理是，在XUV脉冲激发下内壳层能级的一个电子被电离形成空穴，随后处于外壳层的电子会填补该空穴跃迁到内壳层，多余的能量若使附近的一个电子电离并辐射，则该电子被称为俄歇电子（图8（左））。使用阿秒条纹谱可测得俄歇电子的时域演化（图8（右））。
图8 （左）俄歇衰变原理说明图；（右）俄歇电子的泵浦—探测
阿秒隧穿谱与阿秒条纹谱的不同之处在于阿秒隧穿谱是用于探测从价带隧穿电离的束缚电子，通过阿秒XUV脉冲把电子打到一个或者多个激发态后使用延迟的红外激光脉冲去电离电子，统计不同离子态的产率随延迟时间的变化，分析这些激发态在阿秒时间尺度上的时间演化过程。2007年，Uiberacker等人利用250as、95eV的阿秒XUV脉冲使一个价带电子处于激发态，随后利用一个5fs的少周期延迟探测光产生2价氖离子（）以探测场致电离的振动态[5]。实验测量发现产率有一个380as的上升区，与理论模型十分吻合。
图9 阿秒隧穿谱探测氖原子激发和隧穿过程，实线为理论预言值
2.2 电子重新排布和波包运动：阿秒吸收谱（Attosecond Absorption Spectroscopy，AAS）和阿秒光电子谱（Attosecond Photoelectron Spectroscopy，APS）
阿秒吸收谱和阿秒光电子谱与传统的时间分辨测量类似，通过用超快飞秒激光脉冲激发动态演化过程，然后使用阿秒XUV脉冲作为探测光测量随时间变化的XUV吸收光谱或发射的光电子能谱。作为理论演示，Hu和Collins等人通过理论计算了被VUV脉冲激发氦（He）原子将有一个最外层电子处于激发态，而另一个处于基态，因此在该电子波包绕核运动时两电子的相互作用强度是随时间变化的（图9（a））；当使用一个延迟的亚飞秒XUV探测脉冲作用时，双电离效应在两者相互作用最强时更容易产生[6]。通过阿秒光电子谱探测的产率和探测光与泵浦光的时间延迟关系（图9（b）），可以追踪探测原子内电子波包的运动和电子—电子相互作用的时间动力学演化（图9（c））。
图9 （a）追踪氦原子内电子波包运动和电子—电子相互作用原理说明图；（b）泵浦—探测双电离效应随泵浦脉冲和探测脉冲时间延迟的变化；（c）不同时刻二次电子辐射的能量和角度分布
2.3 电子—电子相互作用：阿秒关联谱（Attosecond Coincidence Spectroscopy，ACS）
阿秒关联谱用于检测单个超短脉冲作用下电子间的关联行为，如：1）一个XUV光子同时激发两个电子，其能量在这两个电子间的分配；2）吸收单个XUV光子激发光电子和俄歇电子的行为；3）用XUV脉冲激发，强IR场控制下的电子—电子碰撞行为等等。阿秒关联谱的测量方法是使用一个阿秒XUV脉冲与介质相互作用，然后用相关检测装置检测同时激发的两个电子的动量分布，再通过红外激光脉冲控制电子的运动，就可以得到阿秒关联谱。通过与没有红外激光驱动时的电子动量关联谱相比较，就可以从中重构出时间动力学演化。类似于SPIDER，阿秒关联谱的时间分辨率不受XUV脉冲宽度的限制，其分辨率受XUV和IR的延迟抖动和噪声的影响[2, 3]。
图10 （a）单个阿秒XUV脉冲激发下光电子与俄歇电子关联谱；（b）加入弱IR探测激光脉冲下的光电子与俄歇电子关联谱；（c）重构的俄歇电子衰减演化，粉色实线为理论值，蓝色点线为实验模拟值
3 阿秒泵浦—探测技术新进展
3.1 电介质纳米颗粒中电子散射的阿秒计时器
电介质材料中电子散射是激光器纳米匹配、光生载流子和辐射破坏的中心问题。L. Seiffer等人利用阿秒条纹谱实时探测电介质纳米颗粒对电子的散射，建立了一套适用于表征各种电介质固体和液体材料中电子非弹性散射的理论方法和实验技术[7]。基于该方法的非弹性平均自由程测量与传统的测量技术相比在电子能量（可达50eV）和适用性（可测非晶体的电介质固体）方面具有优势。
由于电介质材料在XUV脉冲作用下会出现感应电荷，组织了传统阿秒条纹谱在电介质材料上的应用。为了使阿秒条纹谱技术能适用于电介质材料，作者使用电介质材料的纳米粒子流进行测量。实验装置如图11所示，一股直径为50nm的纳米颗粒流聚焦后与阿秒XUV脉冲和同步的少周期NIR激光脉冲相互作用，然后通过速度成像光谱仪（VMI）记录辐射电子，并将结果与参考气体的结果作比较，以消除NIR矢势对辐射电子速度的贡献，最后通过调节XUV脉冲和NIR脉冲阿秒量级的时间延迟得到辐射电子的阿秒光谱图。理论建模和实验测量的结合表明对于绝大多数电介质材料，条纹的延迟是独立于弹性散射的，因此基于该方法可以通过测量阿秒光谱图的条纹延迟表征出电介质材料的非弹性散射，并从中解压出该材料的非弹性平均自由程。
图11 阿秒条纹实验测量电子非弹性散射时间的实验装置示意图（左）和测量结果（右）
3.2 光电效应中的阿秒电子关联演化
原子吸收一个高能光子释放出电离电子的过程称为光电效应。光电效应由爱因斯坦的光子假设成功解释，是量子力学的基础。根据波动理论，当光的频率低于金属极限频率时金属中的电子可以通过积累能量飞出金属表面。因此在爱因斯坦的解释中光电效应的瞬时性是与光波动理论的重要区别，这个“瞬时”过去一般认为在纳秒量级。
2010年M. Schultze 等人利用阿秒条纹谱技术测量了氖（Ne ）原子2s 和2p 轨道电子电离存在一个21as 5as 的延迟，并且测得电子电离与XUV 脉冲作用（即光电效应零时刻）有5as 的时间延迟[8]。实验原理是阿秒延迟测量：在被阿秒XUV 脉冲电离后因为速度的不同，2s 和2p 电子波包在空间上逐渐分离，通过理论计算其运动轨迹和测量其到达探测器的时间可以反推得到电离时间（图12（左））。经过处理后恢复出电子能谱和光电子波包群延迟（图12（右））可看出其电离的平均时间差约为20as 。
图12 （左）阿秒条纹谱测量原子2s 和2p 轨道电子电离时间差原理；（右）测量和理论分析平均延迟差
但严格来说，即便是多电子原子中的单电子电离，这个过程也涉及了多电子间的相互作用。2016年M. Ossiander 等人利用阿秒条纹谱测得氦原子光电效应辐射的光电子由于电子关联存在6as 的时间延迟[9]。氦原子在XUV 脉冲下会电离释放一个自由电子，剩余电子由于 离子势会组成紧束缚态；此时利用能量更高的探测脉冲将 激发至里德伯原子态并辐射一个电子，使用阿秒条纹谱技术就可以得到两次辐射的相对延迟。这两个过程使用量子力学方法在考虑所有电子的相互作用下仍有解析解。通过理论结果与实验测量结果的对比，发现实验测量的精度可达亚阿秒量级（ ），同时也证明了量子力学理论模型的正确性。由此可以从理论上决定光电效应的绝对零时刻，结合理论模型也就能解压出电子—电子关联时间延迟。此外，由于出射的两光电子与剩余的离子组成纠缠系统，通过非破坏测量还可以恢复重构离子态的演化波包和动力学演化。
图13 （左）阿秒条纹谱技术测量氦原子电子一次及二次电离时间延迟的测量误差；（右）从实验测量结果
结合量子力学理论恢复得到的光电效应中辐射电子与剩余电子在IR 场下的电子—电子关联时间
4 总结
阿秒泵浦-探测技术是测量技术的革命，而不仅仅是采用了新的激光产生技术和把激光脉冲缩短3个数量级，而是在人类历史上它第一次提供了超快电子运动的直接的实时测量，具有里程碑式的意义。但阿秒测量技术能做的远不止于阿秒量级的时间动力学测量，还可以和光激发电子显微镜（PEEM）或STM、UEM结合测量电子的四维时空演化；或改进现有的阿秒脉冲技术，设计空间分辨率在亚皮米的阿秒电子显微镜[10]。此外，目前的阿秒测量技术光子能量最高可达100eV，但仍处于非相对论量子力学范畴。未来进一步提高光子能量可使阿秒测量技术用于研究相对论性光—电子的相互作用，并有望夺得激光领域的下一个诺贝尔物理学奖。
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. 一、填空题 1. PN 结具有单向导电性。正向偏置时，多子以扩散运动为主，形成正向电流；反向 偏置时，少子漂移运动，形成反向饱电流。 2. 双极型晶体三极管输出特性曲线的三个工作区是放大区、截止区、饱和区。 3. 已知三态与非门输出表达式C AB F ?=，则该三态门当控制信号C 为高电平时， 输出为高阻态。 4. 十进制数211转换成二进制数是(11010011)2；十六进制数是(D3)16。 5. 将若干片中规模集成电路计数器串联后，总的计数容量为每片计数容量的乘积。 6. 若用触发器组成某十一进制加法计数器，需要四个触发器，有五个无效状态。 7. 同步RS 触发器的特性方程为n 1n Q R S Q +=+；约束方程为RS=0 。 8. 下图所示电路中，Y 1 ＝B A Y 1= 2Y 3 ＝AB Y 3= 二、选择题 1. 下列函数中，是最小项表达式形式的是＿＿＿＿c ＿＿＿＿＿。 A. Y=A+BC B. Y=ABC+ACD C. C B A C B A Y +?= D. BC A C B A Y +?= 2. 要实现n 1n Q Q =+,JK 触发器的J 、K 取值应为＿＿d ＿＿＿。 A ． J=0，K=0 B. J=0，K=1 C. J=1，K=0 D. J=1，K=1 3．数值[375]10与下列哪个数相等＿b ＿＿。 A ． [111011101]2 B. [567]8 C. [11101110]BCD D. [1F5]16 4．属于组合逻辑电路的是＿＿＿＿＿b ＿＿＿＿＿＿ A ． 触发器 B. 全加器 C. 移位寄存器 D. 计数器 5．M 进制计数器状态转换的特点是：设定初态后，每来＿c ＿＿个计数脉冲CP ，计数器重 新 B 2 B V CC Y 1
三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用 徐晓雄刘松林李白 随着信息技术研究的深入及数字地球、数字城市、虚拟现实等概念的出现，人们对空间三维信息的需求更加迫切。基于测距测角的传统工程测量方法，在理论、设备和应用等诸多方面都已相当成熟，新型的全站仪可以完成工业目标的高精度测量，GPS可以全天候、一天24小时精确定位全球任何位置的三维坐标，但它们多用于稀疏目标点的高精度测量。随着传感器、电子、光学、计算机等技术的发展，基于计算机视觉理论获取物体表面三维信息的摄影测量与遥感技术成为主流，但它在由三维世界转换为二维影像的过程中，不可避免地会丧失部分几何信息，所以从二维影像出发理解三维客观世界，存在自身的局限性。因此，上述获取空间三维信息的手段难以满足应用的需求，如何快速、有效地将现实世界的三维信息数字化并输入计算机成为解决这一问题的瓶颈。三维激光测量技术的出现和发展为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段，为信息数字化发展提供了必要的生存条件。20世纪90年代，随着三维激光扫描测量装置在精度、速度、易操作性、轻便、抗干扰能力等性能方面的提升及价格的逐步下降，它在测绘领域成为研究的热点，应用领域不断扩展，逐步成为快速获取空间实体三维模型的主要方式之一。
使用国产地面激光扫描仪扫描的输电线三维模型 三维激光扫描测量技术的特点 三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据，能够对任意物体进行扫描，且没有白天和黑夜的限制，快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据。它具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点，可以极大地降低成本，节约时间，而且使用方便，其输出格式可直接与CAD、三维动画等工具软件接口。目前，生产三维激光扫描仪的公司有很多，它们各自的产品在测距精度、测距范围、数据采样率、最小点间距、模型化点定位精度、激光点大小、扫描视场、激光等级、激光波长等指标会有所不同，可根据不同的情况如成本、模型的精度要求等因素进行综合考虑之后，选用不同的三维激光扫描仪产品。
激光检测技术研究现状与发展趋势 提要：激光检测学科发展现状在光电检测领域，利用光的干涉、衍射和散射进行检测已经有很长的历史。由泰曼干涉仪到莫尔条纹，然后到散斑，再到全息干涉，出现了一个个干涉场，物理量（如位移、温度、压力、速度、折射率等）的测量不再需要单独测量，而是整个物理量场一起进行测量。自从激光出现以后，电子学领域的许多探测方法（如外差、相关、取样平均、光子计数等）被引入，使测量灵敏度和测量精度得到大大提高。用激光检测关键技术(激光干涉测量技术、激光共焦测量技术、激光三角测量技术)实现的激光干涉仪、激光位移传感器等，可以完成纳米级非接触测量。可以说，超精密加工技术将随着高精密激光检测技术的发展而发展；在此基础上，提出了激光测量需解决的关键技术及今后的发展方向。 1.测量原理 1.1激光测距原理 先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。
1.2激光测位移原理 激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离。 2.激光测量系统的应用 激光功率和能量是描述激光特性的两个基本参数，激光功率计和能量计是最常用的两类激光测量仪器。随着激光技术的不断发展，对激光测试技术和测量仪器提出了更高要求。由于调Q和锁模激光的出现和应用，要求测量的激光功率已从毫瓦、瓦、千瓦、兆瓦直到千兆瓦以上。激光能量也从毫焦尔逐渐跨过千焦尔。脉冲激光的持续时间也由毫秒、微秒、毫微秒、而缩短至微微秒量级。光谱范围也从紫外、可见、红外扩展到近毫米波段。激光精密测量和某些生物医学方面的研究和应用(如眼科治疗、细胞手术器等)的发展，对激光测量的精度也提出了非常高的要求。 2.1激光非球面检测技术 长期以来，非球面检测技术一直制约着非球面制造精度的提高，尤其对于高精度非球面的检测。规的非球面检测方法如刀口阴影法、激光数字干涉法及接触式光栅测量法等，对于检测工件表面来说都有一定的局限性。原子力显微镜是利用纳米级的探针固定在可灵敏操控的微米级尺度的弹性悬臂上，当针尖很靠近样品时，其顶端的原子与
泰山学院课程考试专用 《数字电子技术》模拟试题 4 （试卷共8页，答题时间120分钟） 一、填空题（每空 1分，共 20 分。） 1、(33)10=( )16=( )2 2、若各门电路的输入均为A 和B ，且A=0，B=1；则与非门的输出为_________,或非门的输出为___ ___,同或门的输出为__ __。 3、一个数字信号只有 种取值，分别表示为 和 。 4、一个三态门如图1.4， 当E ′=__________时,Y=)('AB 。 5、某EPROM 有8位数据线、13位地址线，则其存储容量为 位。 6、若要构成七进制计数器，最少用 个触发器，它有 个无效状态。 7、多谐振荡器是一种波形 电路，它没有稳态，只有两个 。 8、A/D 转换的一般步骤包括 、 、 和 。 9、欲将触发器置为“1”态，应使D R '= , D S '= 。 二、选择题（每题 2分，共 20 分。请将答案填在下面的表格内）1、在不影响逻辑功能的情况下,CMOS 与非门的多余输入端可_______。 A.接高电平 B.接低电平 C.悬空 D.通过大电阻接地 2、下图中,满足Q ＊ =1 的触发器是_____________。
3、由四个触发器构成十进制计数器,其无效状态有__________。 A.四个 B.五个 C.六个 D.十个 4、以下电路中,欲获得一个数字系统的时钟脉冲源,应采用____________。 A ．D 触发器 B.多谐振荡器 C.单稳态触发器 D.施密特触发器 5、逻辑代数中有3种基本运算： 、 和 。 A. 或非，与或，与或非 B. 与非，或非，与或非 C. 与非，或，与或 D. 与，或，非 6、用555定时器构成的施密特触发器的回差电压可表示为 。 A. cc V 3 1 https://www.doczj.com/doc/ef15900568.html, V 3 2 C. V cc D. cc V 4 3 7、在下列门电路中，输出端不可以并联使用的是 。 A. 三态门 B.集电极开路门（OC 门） C.具有推挽输出结构的TTL 门电路 D.CMOS 传输门 8、某A/D 转换器有8路模拟信号输入，若8路正弦输入信号的频率分别为1KHz ,…,8KHz ，则该A/D 转换器的采样频率f s 的取值应为 。 A. f s ≤1KHz B. f s =8KHz C. f s ≥16KHz D. f s ≥2KHz 9、四位环形计数器的有效状态有 个。 A. 2 B. 4 C. 6 D. 8 10、下列电路中不属于时序逻辑电路的是 。 A.计数器 B. 全加器 C.寄存器 D.分频器 1、Y 1=A )('BC +AB C ' 2、Y 2（A ，B ，C ，D ）=∑m （1,3,5,7,8,9）+∑d(11,12,13,15)四、1、电路如图4.1(a)所示,各电路的CP 、A 、B 、C 波形如图（b ）所示。
《电子测量技术》课程期末考核试题 1、（10分）某单极放大器电压增益的真值A0为100，某次测量时测得的电压增益A=95，求测量的相对误差和分贝误差。 2、（20分）测量电阻R消耗的功率时，可间接测量电阻值R、电阻上的电压V、流过电阻的电流I，然后采用三种方案来计算功率：(1)请给出三种方案；(2)设电阻、电压、电流测量的相对误差分别为γR=±1%, γv=±2%, γI±2.5%,问采用哪种测量方案较好? 3、（20分）欲用电子计数器测量一个fX=200Hz的信号频率，采用测频(选闸门时间为1s)和测周(选时标为0.1μs)两种方法。(1)试比较这两种方法由±1误差所引起的测量误差；（2）从减少±1误差的影响来看，试问fX在什么频率范围内宜采用测频方法，什么范围内宜采用测周方法？
4、（15分）利用正弦有效值刻度的均值表测量正弦波、方波和三角波，读数均为1V，试求三种波形信号的有效值分别为多少? 5、（15分）已知示波器偏转灵敏度Dy=0.2V/cm，荧光屏有效宽度10cm。(1)若扫描速度为0.05ms/cm(放“校正”位置)，所观察的波形高度为6div，一个周期的宽度为5div，求被测信号的峰—峰值及频率； (2)若想在屏上显示10个周期该信号的波形，扫描速度应取多大? 6、（20分）（1）设计并画出测量电感（采用串联等效电路）的电桥。 （和被测电感相邻两臂分别为R2和R4，标准电容和标准电阻分别为Cs和Rs）（2）写出电桥平衡方程式。（3）推导出被测元件参数（L、R和Q）的表达式。
参考答案 1、解： △A=A-A0=95-100=-5 ν=-5% ν［dB ］=20lg(1+ν)dB =20lg(1-0.05)dB=0.446dB 2、解：(8分) 方案1： P=VI νP=νI+νV=±(2.5%+2%)=±4.5% 方案2： P=V2/R νP=2νV —νR=±(2×2%+1%)=±5% 方案3： P=I2R νP=2νI+νR=±(2×2.5%+1%)=±6% ∴选择第一种方案P=VI 3、解：(5分) ±5×10-3 0.1×10-6×200=±2×10-5 从结果可知，对于测量低频信号，测周比测频由±1误差所引起的测量误差要 4、解：(6分) 正弦波平均值_ U 正=11.11=0.901V 0.901V=_ U 再通过电压的波形系数计算有效值 V 正=KF ×_U =1.11×0.901=1V V 方=KF 方×_U =1×0.901=0.901V V 三=KF 三×_U =1.15×0.901=1.04V
激光测量技术研究现状与发展趋势授课教师:冯其波谢芳 学院:理学院 专业:光信息科学与技术 班级:光科0704班 姓名:杨涛 07272111 (组长) 颜川力 07272110 杨一帆 07272112 戴瑞辰 07272094 (副组长) 赵晓军 07272117 激光测量技术研究现状与发展趋势 光科0704:杨涛戴瑞辰杨一帆颜川力赵晓军 提要:激光检测学科发展现状在光电检测领域，利用光的干涉、衍射和散射进行检测已经有很长的历史。由泰曼干涉仪到莫尔条纹，然后到散斑，再到全息干 涉，出现了一个个干涉场，物理量(如位移、温度、压力、速度、折射率等)的测量不再需要单独测量，而是整个物理量场一起进行测量。自从激光出现以后， 电子学领域的许多探测方法(如外差、相关、取样平均、光子计数等)被引入，使测量灵敏度和测量精度得到大大提高。用激光检测关键技术(激光干涉测量技 术、激光共焦测量技术、激光三角测量技术)实现的激光干涉仪、激光位移传感 器等，可以完成纳米级非接触测量。可以说，超精密加工技术将随着高精密激光
检测技术的发展而发展;在此基础上，提出了激光测量需解决的关键技术及今 后 的发展方向。 Developing Situation of laser detection .In the field of photoelectric detection, there`ve been a long history of making a detection by using the principle of interference, diffraction and scattering of light. Interference field such as Tieman interferometer, Moire fringe, speckle and Holographic interferometry were designed one after another. Form then on, instead of measuring every physical quantity (displacement, temperature, pressure, velocity, refractive index) in turn, people measure the physical field entirely. After the development of laser, a number of detection methods (heterodyne, correlation, sample averaging, photon-counting) were invented, which lead to the improvement of the sensitivity and accuracy of the detection. People use the laser interferometer and Laser Displacement Transducer with key technologies of the laser detection to make nano-scaling non-contact measurement. It is clear that Super Precision Technology will raise to a new level according to the development of the High Precision laser detection; take which as the foundation, we advance the key technologies which belongs to the laser detection field, and also development direction of the field. 关键词:激光测量，扫描隧道显微镜，激光干涉仪，激光共焦测量技术 1 激光测量系统
《数字电子技术》模拟试题 20分）一、填空题（每题2分，共 1511、十六进制数97 。，对应的十进制数为 0 时，输出为2”描述的是与运算的规则。、“至少有一个输入为 0 变量逻辑函数有16个最小项。、 4 3 运算。非和 4、基本逻辑运算有: 与、或 加器。半 5、两二进制数相加时，不考虑低位的进位信号是 电平。高 6、TTL器件输入脚悬空相当于输入 线、地址线和控制线。数据 7、RAM的三组信号线包括：位。最高8、 采用四位比较器对两个四位数比较时，先比较 15分）二、单项选择题（每个3分，共的国标逻辑符号中是异或门。B 1、图1 图1 C 。2、下列逻辑函数表达式中可能存在竞争冒险的是 B)(B?(A?C)F? B A )B?C)(?(A?BFF?(A?B)(B?C)F?(A?B)(B?C) D C 3、下面逻辑式中，不正确的是_ A___。 ABC?A?B?C B. A. A??ABA D. C. AA??B)A(BAAB?4、时序逻辑电路中必须 有___B___。 A. 输入逻辑变量 B. 时钟信号 C. 计数器 D. 编码器 5、有S1，S2两个状态，条件 B 可以确定S1和S2不等价。 A. 输出相同次态不同D. 次态相同C. 输出不同 B. 10分）三、简答题（共A??B左边＝（A?）（A?B）（?1A?A?B）?解：分） 1、（证明：
4B?BA?A?A12、某逻辑函数的真值表如表所示，画出卡诺图。（6分）某逻辑函数的真值表 1 表 F B A C 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 X 1 1 0 X 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 X 1 1 1 分）四、分析题（20 Z 图2 分析图2所示电路的逻辑功能。 1）列出其时钟方程：（2分） CP1＝CP↑；CP0＝CP↑。 2）列出其驱动方程：（4分） Q1；K0＝＝1 ；J0。Q0J1＝；K1＝1?Q?Q1或XX3）列出其输出方程：（1分）Z＝XQ1Q0 n?1n?1?QQ1Q0Q?Q1?Q0?XQ1或Q1?Q0?XQ1Q04）求次态方程：4（分）；10分）9）作状态表及状态图（5．
电子测量技术复习题 一、选择题 1. 下列描述不属于测量误差来源的是（B） A. 仪器误差和（环境）影响误差 B. 满度误差和分贝误差 C. 人身误差和测量对象变化误差 D. 理论误差和方法误差 2. 在规定的条件下同等级仪表测量值的比较通常称为（B）。 A.计量 B.比对 C.检定 D.校准。 3下列各项中不属于国际单位制基本单位的是（ D） A 、坎德拉（ cd ） B 、开尔文（ K ） C 、摩尔（ mol ） D 、千米（ km ） 4从测量手段上看，伏安法测电阻是（B ） A、直接测量 B、间接测量 C、组合测量 D、比较测量 5用高一等级准确度的计量器具与低一等级的计量器具进行比较，以全面判定该低一等级的计量器具是否合格，称为( B ) A、比对 B、检定 C、校准 D、跟踪 6测量一个±12V双电源供电的反相比例放大器uo=-10ui的输出电压，当输入为3V时，测量值为-10V，则在数据处理时，该误差应作为（C ）处理 A、随机误差 B、系统误差 C、粗大误差 D、仪器误差 7. 判别测量数据中是否存在周期性系统误差应采用(A ) A. 阿贝一赫梅特判据 B.马利科夫判据 C. 莱特准则 D. 肖维纳准则 8.正态分布的置信因子k仪表为（ A ） A. 2~3 B. C. D. 9.根据测量误差的性质和特点，可以将其分为三大类（ C ） A.绝对误差、相对误差、引用误差 B.固有误差、工作误差、影响误差 C.系统误差、随机误差、粗大误差 D.稳定误差、基本误差、附加误差 10.以下不属于电子测量仪器的主要性能指标的是（ D ） A.精度 B.稳定度 C.灵敏度 D.速度 11.在削弱系统误差的典型技术中，使被测量对指示器的作用与标准量对指示器的作用相互平衡，以使指示器示零的比较测量法称（ A ） A.零示法 B.替代法 C.对照法 D.微差法 12.在粗大误差的检验法则中，理论最严密，实验证明也是较好的方法是（ B ） A莱特检验法 B.格拉布斯检验法 C.中位数检验法 D.肖维纳准则 13.由一系列观测数据的统计分析来评定的不确定度是（ A ） A.A类不确定度 B.B类不确定度 C.合成不确定度 D.扩展不确定度 14 用指针式万用表测电压时因未调零而产生的测量误差属于（ B ） A、随机误差 B、系统误差 C、粗大误差 D、人身误差 15 现要测一个实际值约为9V的电压，以下电压表选哪个较合适（A ） A、1.0级10V量程 B、1.0级100V量程
《激光雷达测量技术与应用》课程教学大纲 一、基本信息 二、教学目的与任务 通过本课程理论知识传授及实践教学，使学生能掌握激光雷达测量技术与三维建模技术的基本原理与方法，熟悉激光雷达测量技术的软、硬件环境，熟练掌握相关软件的功能和相关操作命令，并能够熟练运用相关软件构建实体三维仿真模型并在实际中进行应用，使学生掌握基本的创新方法，培养学生追求创新的态度和意识，提高学生不断学习和适应发展的能力，培养学生具有综合应用现代科技手段获取与处理信息的能力，并掌握现代计算机和信息技术在测绘工程中的应用，学生在掌握扎实的激光雷达测量技术相关的专业理论与技术知识基础上，通过实践教学培养学生设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析等。 主要教学任务包括：重点详细讲解激光雷达测量技术的基本原理及激光雷达测量系统的软硬件设备等；详细讲解利用三维激光扫描仪进行数据采集的方法、过程及注意事项等；重点详细讲解利用激光雷达数据建立点云模型的方法；详细讲解基于影像获取点云的原理及方法；重点详细讲解三维实体模型重构的理论与方法；详细讲解建立三维仿真模型的原理和方法；详细讲解激光雷达测量技术的应用等。 本课程支撑培养方案培养规格和基本要求的第3条、第5条。（第3条，具有较强的空间信息获取和数据处理分析能力；要求学生掌握控制测量、工程测量、不动产测量、地理信息工程、摄影测量以及遥感图象处理的理论和方法；具有综合利用地面测量和空间测量等现代测量方法与手段获取地球空间信息的能力；第5条，具有继续学习能力和国际交流能力，了解现代城市测绘、精密工程与工业测量等领域的理论前沿及发展动态；掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有较高的工程素质、实践能力和较强的创新意识。）
激光测量技术 第一章 激光原理与技术 1、简并度：同一能级对应的不同的电子运动状态的数目； 简并能级：电子可以有两个或两个以上的不同运动状态具有相同的能级，这样的能级叫 简并能级 2、泵浦方式：光泵浦，电泵浦，化学泵浦，热泵浦 3、激光产生三要素：泵浦，增益介质，谐振腔 阀值条件:光在谐振腔来回往返一次所获得光增益必须大于或者等于所遭受的各种 损耗之和. 4、He-Ne 激光器的三种结构：【主要结构：激光管（放电管，电极，光学谐振腔）+电源+光学元件】 1）内腔式；2）外腔式；3）半内腔式 5、激光器分类：1）工作波段：远红外、红外激光器；可见光激光器；紫外、真空紫外激光器；X 光激光器 2）运转方式：连续激光器；脉冲激光器；超短脉冲激光器 6、激光的基本物理性质：1）激光的方向性。不同类型激光器的方向性差别很大，与增益介质的方向性及均匀性、谐振腔的类型及腔长和激光器的工作状态有关。气体激光器的增益介质有良好的均匀性，且腔长大，方向性 ，最好！ 例1：对于直径3mm 腔镜的632.8nmHe-Ne 激光器输出光束，近衍射极限光束发散角为 2）激光的高亮度。 3）单色性。激光的频率受以下条件影响：能级分裂；腔长变化←泵浦、温度、振 动 4）相干性：时间相干性(同地异时)：同一光源的光经过不同的路径到达同一位置， 尚能发生干涉，其经过的时间差τc 称为相干时间。相干长度： 例 : He-Ne laser 的线宽和波长比值为10-7求Michelson 干涉仪的最大测量长度是 多少？ 解： ，最大测量长度为Lmax=Lc/2=3.164m 。 空间相干性（同时异地）：同一时间，由空间不同的点发出的光波的相 干性。 7、相邻两个纵模频率的间隔为 谐振腔的作用：（1）提供正反馈；（2）选择激光的方向性；（3）提高激光的单色性。 例 设He-Ne 激光器腔长L 分别为0.30m 、1.0m,气体折射率n~1,试求纵模频率间隔各为多 少? 8、激光的横模：光场在横向不同的稳定分布，激光模式一般用TEMmnq 表示 原因：激活介质的不均匀性，或谐振腔内插入元件（如布儒斯特窗）破坏了腔的旋转对称性。激光横模形成的主要因素是谐振腔两端反射镜的衍射作用,光束不再是平行光，光强也改变为非均匀的。 λ λν?=?=?=//2c t c L c 1 =?c ντm L c 328.6/2=?=λλrad d 4102/22.1-?≈≈λθnL C 2=?νHz 105.10.1121031.0m,Hz 1053 .012103,m 30.0288288 1?=???=?=?=???=?==?νννL L nL c
数字电子技术模拟试题及 答案 Prepared on 24 November 2020
《数字电子技术》模拟试题 一、填空题（每题2分，共20分） 1、十六进制数97，对应的十进制数为 （1） 。 2、“至少有一个输入为0时，输出为 （2） ”描述的是与运算的规则。 3、 （3） 变量逻辑函数有16个最小项。 4、基本逻辑运算有: （4） 、 （5） 和 （6） 运算。 5、两二进制数相加时，不考虑低位的进位信号是 （7） 加器。 6、TTL 器件输入脚悬空相当于输入 （8） 电平。 7、RAM 的三组信号线包括： （9） 线、地址线和控制线。 8、采用四位比较器对两个四位数比较时，先比较 （10） 位。 二、单项选择题（每个3分，共15分） 1、图1的国标逻辑符号中 （11） 是异或门。 图1 2、下列逻辑函数表达式中可能存在竞争冒险的是 （12） 。 A ))((C B B A F ++= B ))((C B B A F ++= C ))((C B B A F ++= D ))((C B B A F ++= 3、下面逻辑式中，不正确的是_ （13）____。 A.C B A ABC ??= B. A AB A += C. ()A A B A += D. AB BA = 4、时序逻辑电路中必须有___（14）___。 A. 输入逻辑变量 B. 时钟信号 C. 计数器 D. 编码 器
5、有S1，S2两个状态，条件（15）可以确定S1和S2不等价。 A. 输出相同 B. 输出不同 C. 次态相同 D. 次态不同 三、简答题（共10分） 1、证明：B A+ = +（4分） A A B 2、某逻辑函数的真值表如表1所示，画出卡诺图。（6分） 表1 某逻辑函数的真值表 A B C F 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 X 1 0 0 X 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 X 四、分析题（20分） Z 图2 分析图2所示电路的逻辑功能。 1）列出其时钟方程：（2分） CP1＝；CP0＝。 2）列出其驱动方程：（4分） J1＝；K1＝；J0＝；K0＝。 3）列出其输出方程：（1分） Z＝
一．谈判题（10分） VXXX 5，使用数字万用表进行电阻测量时，红表笔接COM 端带负电，黑表笔接V ?Ω端带正电。（ X ） 6、使用指针式万用表测量多个电阻时，只需选出择合适量程档，进行一次机械调零、欧姆调零即可。 （ X ） 7、使用万用表测量过程中，若需更换量程档则应先将万用表与被测电路断开，量程档转换完毕再接入电路测量 （ V ） 8、在示波测量中，若显示波形不在荧光屏有效面积内，可通过Y 移位旋钮对被测波形幅度进行调 （ X ） 9、若要使示波器显示波形明亮清晰，可通过辉度，聚焦旋钮的调节达到要求。 （ V ） 10示波器要观察到稳定的波形，其两个偏转板上所加信号的周期y x T T ,必须满足条件 T y =nT x 。 （ ? ） 11， 逐次逼近A/D 转换的速度比积分式A/D 转换的速度慢。 （ ? ） 12， 一般规定，在300Ω的负载电阻上得到1mW 功率时的电平为零电平。 （ ? ） 13，在直流单电桥中，电源与指零仪互换位置，电桥平衡状态不变。 （ √ ） 13， 比较释抑电路的作用是控制锯齿波的幅度，实现等幅扫描，并保证扫描的稳定。 （ √ ）
1、双踪示波器显示方式有1、ABCD 几种方式，其中C；方式可能产生相位误差，若要修正相位误差则应将显示方式调节到D 方式；若被测信号频率较低，则应选择 D 方式；若信号频率较高，则应选择 C 方式。 A.Y A、Y B B. Y A±Y B C.交替 D.断续 2、示波测量中，触发方式选择为CA 时，屏幕显示为一条亮线；触发方式选择为时，屏幕不显示亮线。 A.普通触发 B. 固定触发 C.自动触发 D.其它 3、根据检波器位置的不同，形成了不同的模拟电压表结构，其中 A 结构测量范围宽、测量灵敏度较低； B 结构测量范围窄、测量灵敏度较高。 A.放大—检波式 B. 检波—放大式 C.外差式 D.其它 4、数字万用表的核心是 B 。 A.AC/DC转换器 B. A/D转换器 C.D/A转换器 D.I/V转换器 5，根据测量误差的性质和特点，可以将其分为( C )三大类。 A.绝对误差、相对误差、引用误差 B.固有误差、工作误差、影响误差 C.系统误差、随机误差、粗大误差 D.稳定误差、基本误差、附加误差 6，用通用示波器观测正弦波形，已知示波器良好，测试电路正常，但在荧光屏上却出现了如下波形，应调整示波器( A )旋钮或开关才能正常观测。 A.偏转灵敏度粗调 B.Y轴位移 C.X轴位移 D.扫描速度粗调
四川大学光电子学与激光技术期末复习资料 光电子学是以光频波段电磁波的电子学效应基本理论和应用原理为研究对象，并由近代光学与电子学相互交叉与渗透而形成的一门新兴学科。 光电子技术——研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术特点：1、角分辨率高2、距离分辨率高3、频带宽，通信容量大4、光谱分辨率高5、非线性光学效应强21世纪光电子技术发展？以智能化超高速计算机系统和全光网为代表的超高速、超大容量信息处理和传输将成为未来信息科学发展的两个重大方向 微电子技术受分布电容影响，难以突破纳秒的门槛，在实现超高速、超大容量、超低功耗的集成系统方面遇到了根本的困难 21世纪的信息化社会依赖光电子技术 什么叫光辐射？以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。 在辐射度单位体系中，基本量是辐通量或者辐射能，它是只与辐射客体有关的量。其基本单位是瓦特（W）或者焦耳（J）。辐射度学适用于整个电磁波段。 光度单位体系，是一套反映视觉亮暗特性的光辐射计量单位，被选作基本量的不是光通量而是发光强度，其基本单位是坎德拉。光度学只适用于可见光波段。 任何0K以上温度的物体都会发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。热辐射具有连续的辐射谱，波长自远红外区到紫外区，并且辐射能按波长的分布主要决定于物体的温度。 在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度。基尔霍夫辐射定律 为了表示一个热辐射光源所发出光的光色性质，常用到色温度这个量，单位为K。色温度是指在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。 如果将光也看做粒子（一种特殊的粒子）——我们称之为光量子，则光辐射场与物质相互作用，就产生粒子的跃迁过程，包括自发辐射、受激吸收与受激辐射三种类型的跃迁。爱因斯坦关系 由于各种因素影响，自发辐射并非单色的，而是分布在中心频率 0附近一个有限的频率范围内，这一现象称为光谱线展宽。 在热平衡状态下，处于高能级的粒子数总是小于处于低能级的粒子数，因此入射光强总是不断的减少。为使入射光得以放大，必须激活入射介质，使其高能级的粒子数多于处于低能级的粒子数，即实现粒子数反转。 必要条件 粒子数反转分布、减少振荡模式数（得到方向性很好、单色性很好） 充分条件 阈值条件、稳定振荡条件 光在介质中的放大增益能超过谐振腔内能量损失（吸收、反射、散射等）的总和时，光波才能真正被放大，从而在腔内振荡起来，激光器必须满足这个条件才能“起振”，我们就称这个条件为激光振荡的阈值条件。当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量；而当入射光强增加到一定程度时，增益系数将随光强的增大而减小，这种增益系数
《电子测量技术》复习指南
第一部分复习要求 第一章绪论 本章主要介绍电子测量的意义、内容、特点、方法和分类，以及测量仪器的主要性能指标、计量的基本概念。 本章的基本要求是： 1、了解电子测量的意义、内容及特点； 2、了解电子测量方法的分类及测量方法选择的基本原则； 3、掌握测量仪器的基本功能及性能指标； 4、了解计量的基本概念。 第二章测量误差和测量结果处理 本章主要介绍误差的基本概念；误差的表示方法；测量误差的来源；误差的分类；随机误差和系统误差分析；系统误差的合成；测量数据的处理。 本章的基本要求是： 1、正确理解真值、实际值、测量值、绝对误差、相对误差和容许误差等基本概念； 2、掌握测量误差的来源及分类方法； 3、了解随机误差的特点； 4、掌握测得值的算术平均值、测量值的标准差和测量平均值值的标准差的计算方法； 5、掌握系统误差合成及常用函数误差合成的计算公式； 6、掌握有效数字的处理方法； 7、掌握有限次测量测量数据的处理方法。 第三章信号发生器 本章介绍了信号发生器的功用和分类，正弦信号发生器的性能指标，对标准的低频信号发生器和高频信号发生器的组成和工作原理作了详细阐述，对扫频信号发生器、脉冲信号发生器和噪声信号发生器的基本组成和工作原理作了概括介绍。 本章的基本要求是： 1、了解正弦信号发生器的性能指标； 2、掌握低频信号发生器的组成及各部分的作用； 3、掌握文氏桥振荡器、函数信号发生器的结构及工作原理； 5、掌握调谐信号发生器、锁相信号发生器和合成信号发生器的结构及工作原理； 6、了解线性电路幅频特性的测量方法； 7、掌握扫频仪的原理框图及基本工作原理； 8、了解变容二极管和磁调电感法扫频的基本原理； 第4章电子示波器 电子示波器是电子测量中最常用的仪器，它可测多种电量，配传感器后还能对各种非电量进测量．重点介绍电子示波器波形显示原理、基本组成、多个波形显示方式，以及取样示
模拟式万用表在电子测量中的应用 冯黎光 （湖北宜昌三峡大学电气信息学院通信工程） 摘要：模拟式万用表与数字万用表的比较，数字式万用表为何不能取代模拟表。本文重点介绍模拟式万用表在的电工电子测量中的 相关应用和原理。 关键词：万用表模拟式万用表电子测量 从电的初学者到电气工程师，万用表是身边必备的测量器具之一。在电工测量仪表中，最大众化的万用表是一种集元器件的检验、电路的导通试验、电源电压检验等多功能于一体的仪表，应用起来十分便利。万用表具有直流电压、直流电流、交流电压、交流电流（模拟万用表中没有）以及电阻等五种基本测量功能。还可以具有蓄电池检验、温度测量和晶体三极管hFE特性检验等测量功能。 万用表中，有指针型的模拟式万用表和数字显示的数字式万用表。 指针表和数字表的比较和选用： 1、指针表读取精度较差，但指针摆动的过程比较直观，其摆动速度幅度有时也能比较客观地反映了被测量的大小；数字表读数直观，但数字变化的过程看起来很杂乱，不太容易观看。 2、指针表内一般有两块电池，一块低电压的1.5V，一块是高电
压的9V或15V，其黑表笔相对红表笔来说是正端。数字表则常用一块6V或9V的电池。在电阻档，指针表的表笔输出电流相对数字表来说要大很多，用R×1Ω档可以使扬声器发出响亮的“哒”声，用R×10kΩ档甚至可以点亮发光二极管（LED）。 3、指针表内阻一般在20KΩ/V左右，相对数字表来说比较小，测量精度相比较差。某些高电压微电流的场合甚至无法测准，因为其内阻会对被测电路造成影响。数字表电压档的内阻很大，一般在11M，使流入仪表的电流近似为零，其电池内阻引起的电压降可以忽略。但极高的输出阻抗使其易受感应电压的影响，在一些电磁干扰比较强的场合测出的数据可能是虚的。 4、模拟式指针表的标尺盘上很多，使用时也要注意档位转换和测量量程的切换，使用复杂。数字式表使用简单，即使没有电学知识亦可以放心使用 总之，在相对来说大电流高电压的模拟电路测量中适用指针表，比如电视机、音响功放。在低电压小电流的数字电路测量中适用数字表，比如BP机、手机等。不是绝对的，可根据情况选用指针表和数字表。 指针表不能被数字表取代的原因： 由前面的介绍可知，如果把模拟式万用表与数字式万用表进行比较，在所有的项目上数字式万用表都占有优势。但是，作为常用测量仪表的指针式目前仍被大量使用着。这是因为数字万用表在其诸多优点的反面也有不足之处，可以列举如下：
3D激光测量技术的发展及其应用 随着激光技术和电子技术的发展，激光测量已经从静态的点测量发展到动态的跟踪测量和3D 立体测量领域。上个世纪末，美国的CYRA 公司和法国的MENSI 公司率先将激光技术发展到三维测量领域。其中，CYRA 公司的3D 测量技术着重于中远距离(50 米-200 米)目标的测量应用，可以获得6 毫米到4 厘米的测量精度，是针对建筑模型，地面施工，电站，船舶设计等大型项目的建模，监测应用;而MENSI 公司则着重于短距离高精度的3D 测量应用，由于可以达到0.25 毫米的精度，为工业设计，设备加工，质量监测领域提供了全新的测量手段。在2000 年的时候，美国宇航局(NASA)就已经在设计加工过程中成功的应用了3D 测量技术。现在，3D 测量技术已经发展出更远的工作距离和更多的应用领域。I-SITE 公司的3D 激光扫描仪的工作距离已经达到了800 米，适用于更大规模的现场监测，如露天煤矿等。3D 激光测量也已经被应用到航空测量的领域，即激光雷达。传统的遥测技术包括卫星遥感，航空摄影测量等。但是卫星遥感技术规模浩大，成本高，约束条件多，缺乏灵活性。而航空摄影测量成本昂贵，设备要求高。相比之下，3D 激光扫描设备可以在低空100 米到450 米的范围内对地面目标进行准确的3D 测量，其精度可以达到10 厘米。其低成本和灵活性将航测技术拓展到更多更广的范围。激光雷达不仅在军事上有广泛的应用，在水利，电力，交通，防洪，滑坡监测，林业等领域都有着非常广泛的应用前景。 图为3D 激光测量技术 3D 激光测量对于软件处理有着很高的要求，需要使用专业的对测量信
题型分布：填空题2*9=18、选择题3*4=12、逻辑函数化简6+7+7=20、画波形10、分析与设计15+25=40 一、填空题 1、与非门的逻辑功能为。 2、数字信号的特点是在上和上都是断续变化的，其高电平和低电平常用 和来表示。 3、三态门的“三态”指，和。 4、逻辑代数的三个重要规则是、、。 5、为了实现高的频率稳定度，常采用振荡器；单稳态触发器 受到外触发时进入态 6、计数器按增减趋势分有、和计数器。 7、一个触发器可以存放位二进制数。 8、优先编码器的编码输出为码，如编码输出A 2A 1 A =011，可知对输入的进 行编码。 9、逻辑函数的四种表示方法是、、、。 10、移位寄存器的移位方式有，和。 11、同步RS触发器中，R，S为电平有效，基本RS触发器中R，S为 电平有效。 12、常见的脉冲产生电路有 13、触发器有个稳态，存储8位二进制信息要个触发器。 14、常见的脉冲产生电路有，常见的脉冲整形电路 有、。 15、数字电路按照是否有记忆功能通常可分为两 类：、。 16、寄存器按照功能不同可分为两类：寄存器和寄 存器。 17、逻辑函数F== 18、触发器有两个互补的输出端Q、，定义触发器的1状态 为，0状态为，可见触发器的状态指的是端的状态。 19、一个触发器可以记忆位二进制代码，四个触发器可以记忆位二进 制代码。 20、主从JK触发器的特性方程。 21、时序逻辑电路按照其触发器是否有统一的时钟控制分为时 序电路和时序电路。 22、为了实现高的频率稳定度，常采用振荡器；单稳态触 发器受到外触发时进入态。 23、触发器有个稳态，存储8位二进制信息要个触发器。 24、逻辑函数的化简有，两种方法。 25、组合逻辑电路没有功能。 26、主从JK触发器的特性方程，D触发器的特性方
第三部分：典型例题分析 一、填空题 1．电子计数器的测周原理与测频相反，即由 被测 信号控制主门开通，而用 晶振 脉冲进行计数。 2信号发生器的基本结构由 振荡器、变换器 、 输出级 、 指示器 ，以及电源构成。 3．静电偏转型电子射线示波管从结构上看主要由三部分组成，即电子枪、 偏转系统 和 荧光屏。其中电子枪又由 灯丝 、 阴极 、栅极、第一阳极、第二阳极和 前加速级 组成。 4电子测量按测量过程分类可分为 直接测量 、 间接测量 、 和 组合测量 三种。 5． 电压 测量是电子测量的基础，在电子电路和设备的测量调试中，它是不可缺少的基本环节。 6．消弱系统误差的典型测量技术有 零示法 、 替代法 、 补偿法 、对照法、微差法和交叉读数法。 7．电子电压表按显示方式不同，可分为 模拟式电子电压表 和 数字式电子电压表 。 8．已知示波器的扫描控制开关置于0.2ms/div ，被测信号为正弦波，荧光屏上显示8格的两个周期的完整波形。则被测信号的频率为 _1.25KHz_（0.2*8/2取倒数） 9．通常用 频率特性 、 输出特性 和 调制特性 （俗称三大指标）来评价正弦信号发生器的性能。 10．电子测量的内容包括_电能量测量_、 电信号特性测量 、 和 电路元件参数测量 电子设备性能测量 四个方面。 11．SR46示波器垂直系统最高灵敏度为di V v /μ50，若输入电压为V μ120，则示波器上光点偏移原位 2.4 格。（120/50） 12．测量相位差的主要方法 示波器测量 、 相位差转换为时间间隔测量、 相位差转换为电压测量 及 零示法测量 等 13．电子示波器由 Y 通道 、 X 通道 、 Z 通道 、 示波管 、幅度校正器、扫描时间校正器及电源等部分组成。 14．SX1842数字电压表数码显示最大数为19999，最小一档量程为20mV ，则该电压表的最高分辨率为 1微伏。（20mV/19999） 15．多次测量中随机误差具有 有界 性、 对称 性和 抵偿 性。 16．有两个周期相同的正弦波，在屏幕上显示一个周期为6个div ，两波形间相位间隔为0.5div ，则两波形间相位差为 30度。（360/6*0.5） 二、简答题 1.简述消除或削弱系统误差的典型测量技术有哪几种? 答：(1)零示法，(2)替代法， (3)补偿法，（4）对照法 ，(5)微差法，（6）交叉读数法 2. 说明通用计数器测量周期的工作原理。