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X射线技术的发展历程

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失之交臂
1836年，英国科学家迈克尔.法拉第（Michael Faraday，1791-1867）（左图）发现，在稀薄气体中放电时会产生一种绚丽的辉光。后来，物理学家把这种辉光称为“阴极射线”，因为它是由阴极发出的。 1861年，英国科学家威廉.克鲁克斯（William Crookes，1832-1919）（右图）发现通电的阴极射线管在放电时会产生亮光，于是就把它拍下来，可是显影后发现整张干版上什么也没照上，一片模糊。他以为干版旧了，又用新干版连续照了三次，依然如此。克鲁克斯的实验室非常简陋，他认为是干版有毛病，退给了厂家。他也曾发现抽屉里保存在暗盒里的胶卷莫名其妙地感光报废了，他找到胶片厂商，指斥其产品低劣。一个伟大的发现与他失之交臂，直到伦琴发现了X光，克鲁克斯才恍然大悟。在伦琴发现X光的五年前，美国科学家古德斯柏德在实验室里偶然洗出了一张X射线的透视底片。但他归因于照片的冲洗药水或冲洗技术，便把这一“偶然”弃之于垃圾堆中。
发现X射线
1895年10月，德国实验物理学家伦琴（Wilhelm Konrad Rontgen，1854～1923）（左图）也发现了干板底片“跑光”现象，他决心查个水落石出。伦琴吃住在实验室，一连做了7个星期的秘密实验。11月8日，伦琴用克鲁克斯阴极射线管做实验，他用黑纸把管严密地包起来，只留下一条窄缝。他发现电流通过时，两米开外一个涂了亚铂氰化钡的小屏发出明亮的荧光。如果用厚书、2-3厘米厚的木板或几厘米厚的硬橡胶插在放电管和荧光屏之间，仍能看到荧光。他又用盛有水、二硫化碳或其他液体进行实验，实验结果表明它们也是“透明的”，铜、银、金、铂、铝等金属也能让这种射线透过，只要它们不太厚。使伦琴更为惊讶的是，当他把手放在纸屏前时，纸屏上留下了手骨的阴影。伦琴意识到这可能是某种特殊的从来没有观察到的射线，它具有特别强的穿透力。伦琴用这种射线拍摄了他夫人的手的照片，显示出手的骨骼结构。（右图） 1895年12月28日，伦琴向德国维尔兹堡物理和医学学会递交了第一篇研究通讯《一种新射线——初步报告》。伦琴在他的通讯中把这一新射线称为X射线（数学上经常使用的未知数符号X），因为他当时无法确定这一新射线的本质。伦琴的这一发现立即引起了强烈的反响：1896年1月4日柏林物理学会成立50周年纪念展览会上展出X射线照片。1月5日维也纳《新闻报》抢先作了报道；1月6日伦敦《每日纪事》向全世界发布消息，宣告发现X射线。这些宣传，轰动了当时国际学术界，伦琴的论文在3个月之内就印刷了5次，立即被译成英、法、意、俄等国文字。X射线作为世纪之交的三大发现之一，引起了学术界极大的研究热情。此后，伦琴发表了《论一种新型的射线》、《关于X射线的进一步观察》等一系列研究论文。1901年诺贝尔奖第一次颁发，伦琴就由于发现X射线而获得了这一年的物理学奖[1]。

伦琴发现X射线使X射线研究迅速升温，几乎所有的欧洲实验室都立即用X射线管来进行试验和拍照。几个星期之后，X射线已开始被医学家利用。医生应用X射线准确地显示了人体的骨骼，这是物理学的新发现在医学中最迅速的应用。随后，创立了用X射线检查食道、肠道和胃的方法，受检查者吞服一种造影剂（如硫酸钡），再经X射线照射，便可显示出病变部位的情景。以后又发明了用于检查人体内脏其他一些部位的造影剂。X射线诊断仪在相当一个时期内一直作为医院中最重要的诊断仪器。为纪念伦琴对物理学的贡献，后人也称X射线为伦琴射线，并以伦琴的名字作为X射线等的照射量单位。
偏振性及标识X射线
自伦琴发现X射线后，许多物理学家都在积极地研究和探索。 1897年，法国物理学家塞格纳克（G.M.M.Sagnac，1869-1926）发现X射线还有一种效应引人注目，当它照射到物质上时会产生二次辐射，这种二次辐射是漫反射，比入射的X射线更容易吸收。这一发现为以后研究X射线的性质作了准备。 1906年英国物理学家巴克拉（Charles Glover Barkla，18771944）（左图）在塞格纳克的基础上做实验，他将X射线管发出的X射线以45°角辐照在散射物A上（右图），从A发出的二次辐射又以45°角投向散射物B，再从垂直于二次辐射的各个方向观察三次辐射，发现强度有很大变化，沿着既垂直于入射射线又垂直于二次辐射的方向强度最弱。由此巴克拉得出了X射线具有偏振性的结论。根据X射线的偏振性，人们开始认识到X射线和普通光是类似的。偏振性的发现对认识X射线的本质虽然前进了一大步，但还不足以判定X射线是波还是粒子，因为粒子也能解释这一现象，只要假设这种粒子具有旋转性就可以了。1907-1908年，一场关于X射线是波还是粒子的争论在巴克拉和英国物理学家亨利.布拉格（William Henry Bragg，1862-l942）（右图）之间展开。亨利.布拉格根据γ射线能使原子电离，在电场和磁场中不受偏转以及穿透力极强等事实，主张γ射线是由中性偶——电子和正电荷组成。他认为X射线也一样，并由此解释了已知的各种X射线现象。巴克拉坚持X 射线的波动性。两人在科学期刊上展开了辩论，双方都有一些实验事实支持。这场争论虽然没有得出明确结论，但还是给科学界留下了深刻印象。巴克拉关于X射线的偏振实验和波动性观点可以说是后来劳厄发现X射线衍射的前奏。巴克拉最重要的贡献是发现了元素发出的X射线辐射都具有和该元素有关的特征谱线（也叫标识谱线）。巴克拉在实验中发现，不管元素已化合成什么化合物，它们总是发射一种硬度的X射线，当原子量增大时，标识X射线的穿透本领会随着增大。这说明X射线具有标识特定元素的特性。 1909年，巴克拉和他的学生沙德勒（C.A.Sadler）在进一步的实验中发现，标识谱线其实并不均匀，它可以再分为硬的成分和软的成分。他们把硬的成分称为K线，把软的成分称为L 线。每种元素都有其特定的K线和L线。这些谱线的吸收率与发射元素的原子量之间近似有线性关系，却跟普通光谱不同，不呈周期性。X射线标识谱线对建立原子结构理论极为重要。巴克拉由于发现标识X射线在1917年获得了诺贝尔物理学奖[4]。
晶体X射线衍射
当时，X射线究竟是微小的质点束，还是像光一样的波状辐射，一直悬而未决。有一种鉴定方法就是看X射线能否借助含有一系列细线的衍射光栅而衍射（即改变射线方向）。要想得到适当的衍射，这些细线的间距必须大致与辐射线的波长大小相等。当时最密的人工衍射光栅，适用于一般光线。由X射线的穿透力得知，若X射线像波一样，则其波长要短得多——可能只有可见光波长的千分之一。制作如此精细的光栅完全是不可能的。德国物理学家劳厄（Max von Laue,1879-1960）（左图）想到，如果人工做不出这样的光栅，自然界中的晶体也许能行。晶体是一种几何形状整齐的固体，而在固体平面之间有特定的角度，并且有特定的对称性。这种规律是构成晶体结构的原子有次序地排列的结果。一层原子和另一层原子之间的距离大约是X射线波长的大小。如果这样，晶体应能使X射线衍射。劳厄的老板，物理学家阿诺德.索末菲（Arnold Sommerfeld,1868-1951）（左图）认为这一想法荒诞不经，劝说他不要在这上面浪费时间。但到了1912年，两个学生证实了劳厄的预言。他们把一束Ｘ光射向硫化锌晶体，在感光版上捕捉到了散射现象，即后来所称的劳厄相片。感光版冲洗出来

之后，他们发现了圆形排列的亮点和暗点—衍射图（右图）。劳厄证明了Ｘ光具有波的性质。《自然》杂志把这一发现称为“我们时代最伟大、意义最深远的发现”。劳厄证明了X射线的波动性和晶体内部结构的周期性，发表了《X射线的干涉现象》一文。两年后，也就是1914年，这一发现为劳厄赢得了诺贝尔物理学奖[2]。劳厄发现X射线衍射有两个重大意义。它表明了Ｘ射线是一种波，对X射线的认识迈出了关键的一步, 这样科学家就可以确定它们的波长，并制作仪器对不同的波长加以分辨（与可见光一样，Ｘ射线具有不同的波长）。另一方面，这一发现在第二个领域结出了更为丰硕的成果，第一次对晶体的空间点阵假说作出了实验验证，使晶体物理学发生了质的飞跃。一旦获得了波长一定的光束，研究人员就能利用Ｘ光来研究晶体光栅的空间排列：Ｘ射线晶体学成为在原子水平研究三维物质结构的首枚探测器。这一发现继佩兰（Perrin）的布朗运动实验之后，又一次向科学界提供证据，证明原子的真实性。此后，X射线学在理论和实验方法上飞速发展，形成了一门内容极其丰富、应用极其广泛的综合学科。
晶体结构分析
劳厄的文章发表不久，引起了英国布拉格父子的关注，当时老布拉格，即亨利.布拉格（William Henry Bragg 1862-1942）（右图）已是利兹大学的物理学教授，而小布拉格，即劳伦斯·布拉格（William Lawrence Bragg，1890-1971）（左图）刚从剑桥大学毕业，在卡文迪许实验室工作。由于都是X射线微粒论者，两人都试图用X射线的微粒理论来解释劳厄的照片，但他们的尝试未能取得成功。小布拉格经过反复研究，成功地解释了劳厄的实验事实。他以更简洁的方式，清楚地解释了X射线晶体衍射的形成，并提出著名的布拉格公式：2dsinθ=nλ。这一结果不仅证明了小布拉格的解释的正确性，更重要的是证明了能够用X射线来获取关于晶体结构的信息。 1912年11月，小布位格以《晶体对短波长电磁波衍射》为题向剑桥哲学学会报告了上述研究结果。老布拉格于1913年1月设计出第一台X射线光谱仪（右图），并利用这台仪器，发现了特征X射线。小布拉格在用特征X射线分析了一些碱金属卤化物的晶体结构之后，与其父亲合作，成功地测定出了金刚石的晶体结构，并用劳厄法进行了验证。金刚石结构的测定完美地说明了化学家长期以来认为的碳原子的四个键按正四面体形状排列的结论。这对尚处于新生阶段的X 射线晶体学来说非常重要，充分显示了X射线衍射用于分析晶体结构的有效性，使其开始为物理学家和化学家普遍接受。布拉格父子因在用X射线研究晶体结构方面所作出的杰出贡献分享了1915年的诺贝尔物理学奖[3]。
热阴极管
X光管分为充气管和真空管两类。1895年伦琴发现X射线时使用的是克鲁克斯发明的阴极射线管——即最早的充气X射线管，但因其功率小、寿命短、控制困难，应用不便。当时为了得到清晰的X光照片，甚至需要曝光一个小时以上。 1912-1913年，美国科学家威廉.考林杰（William David Coolidge, 1873-1975）（左图）发明了热阴极管——即真空X射线管（右图）。它可提供可靠的电子束，改善线质和穿透性，避免了含气管的不稳定性。其阴极为直热式螺旋钨丝，阳极为铜块端面镶嵌的金属靶，管内真空度不低于10-4帕。阴极发射出的电子经数万至数十万伏高压加速后撞击靶面产生X射线，大大缩短了需要曝光的时间，为促进X射线的研究起了很大作用，还为发现肺病出了很大贡献。热阴极管以后又经过许多改进，至今仍在应用。
X射线光谱
1914年，英国物理学家莫塞莱（Henry Moseley,1887-1915）（左
图）用布拉格X射线光谱仪研究不同元素的X射线，取得了重大成
果。莫塞莱发现，以不同元素作为产生X射线的靶时，所产生的特征X

射线的波长不同。他把各种元素按所产生的特征X射线的波长排列后，发现其次序与元素周期表中的次序一致，他称这个次序为原子序数，认为元素性质是其原子序数的周期函数。原子序数把各种元素基本上按原子量递增的顺序排列成一个系列，可是却比按原子量递增排列得到更合理的顺序。关于原子序数的发现被称为莫塞莱定律。瑞典物理学家卡尔.西格班（Karl Manne Georg Siegbahn， 1886-1978）（右图）继承和发展了莫塞莱的研究，他改进了真空泵的设计，他设计的X射线管，可使曝光时间大大缩短，从而使他的测量精度大为提高。因此他能够对X射线谱系作出精确的分析。他测量波长的精确度比莫塞莱提高了1000倍。西格班的研究支持了玻尔等人把原子中电子按壳层排列的观点。他和他的同事还从各种元素的标识X辐射整理出系统的规律，对原子的电子壳层的能量和辐射条件建立了完整的知识，同时也为与之有关的现象作出量子理论解释建立了坚实的经验基础。西格班在他的《伦琴射线谱学》一书中对这方面的成果作了全面总结，成为一部经典的科学著作。西格班获得了1924年的诺贝尔物理学奖，成为继巴克拉之后，又一次因X射线学的贡献而获诺贝尔物理学奖的物理学家[5]。西格班的X射线谱仪测量精度非常之高，以至30年后还在许多方面得到应用。有意思的是：卡尔.西格班的儿子凯.西格班在57年后的1981年，由于在电子能谱学方面的开创性工作获得了诺贝尔物理学奖的一半。
X射线光电子谱
凯.西格班（Kai Manne Borje Siegbahn，1918- ）（左图）一直从事核能谱的研究。20世纪50年代，他和同事们用双聚焦磁式能谱仪研究放射性能谱。当时，往往会因为回旋加速器的原因不得不停下来等待放射性样品。能否用一种更容易掌握的代用品来激发放射性辐射呢？凯.西格班设想用X射线管使材料发出光电子，然后再尽可能精确地测量其结合能。这种办法曾有人作过尝试，但灵敏度不高。凯.西格班将他在核能谱方面的经验用于外光电效应，并将高分辨率仪器用于实验，在这个领域获得了重大改进。他们将新研制的测量X射线光电子能量的双聚焦高分辨率电子能谱仪用于研究电子、光子或其它粒子轰击原子体系后发射出来的电子，系统地研究了各种元素的电子结合能。后来他们又将此项技术用于化学分析的电子能谱。凯.西格班开创了一种新的分析方法—X射线光电子能谱学XPS（X-ray Photoelectron Spectroscopy），或化学分析电子能谱学ESCA（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）。X射线光电子能谱学是化学上研究电子结构和高分子结构、链结构分析的有力工具，西格班开创的光电子能谱学为探测物质结构提供了非常精确的方法。由于凯.西格班在电子能谱学方面的开创性工作，他获得了1981年诺贝尔物理学奖的一半[18]。
多晶体衍射
1916年，美籍荷兰物理学家、化学家德拜（Peter Joseph Wilhelm Debye，1884-1966）（左图）和瑞士物理学家谢乐（Paul Scherrer，1890-1969）发展了用X射线研究晶体结构的方法，采用粉末状的晶体代替较难制备的大块晶体。粉末状晶体样品经X射线照射后在照相底片上可得到同心圆环的衍射图样（德拜-谢乐环）（右图）,可用于鉴定样品的成分，测定晶体结构。因当时正值第一次世界大战，信息交流受阻，1917年，美国科学家Hull也独立提出了这一方法。德拜因利用偶极矩、X射线和电子衍射法测定分子结构的成就而获1936年诺贝尔化学奖[7]。
散射
美国物理学家康普顿（Arthur Holy Compton，1892～1962）在大学生时期就跟随其兄卡尔·康普顿开始X射线的研究。后来他到了卡文迪什实验室，主要从事γ射线的实验研究。他用精湛的实验技术精确测定了γ射线的波长，并确定γ射线在散射后波长会变得更长。但他没能从理论上解释这个实验事实。他到了美国华盛顿大学后，用X射线进行实验，检验用γ射线做的散射实验结果。他发现，晶体反射的单色X射线也能激发同样的现象，还发现这种X辐射具有偏振性。经过多次精细实验，康普顿得到了明确的结论，散射的波长比入射的波长更长，波长的改变量只决定于散射角。（左图为康普顿在X射线光谱仪前工作）

1923年5月，康普顿用爱因斯坦的光子概念成功地解释了x 射线通过石墨时所发生的散射。他假设光子与电子在碰撞过程中既要遵守能量守恒又要遵守动量守恒，他按照这个思路列出方程后求出了散射前后的波长差，结果跟实验数据完全符合，这样就证实了他的假设。这种现象被称为康普顿效应。康普顿进一步证实了爱因斯坦的光子理论，揭示出光的二象性本质，从而导致了近代量子物理学的诞生和发展；另一方面康普顿效应也阐明了电磁辐射与物质相互作用的基本规律，从理论和实验上都具有极其深远的意义。康普顿于1927年与英国的物理学家威尔逊同获诺贝尔物理学奖[6]。
宇宙X射线源
所有的恒星包括太阳在内，都在不断地发射各种波长的电磁波，不仅有可见光而且还有人类肉眼看不见的X射线、伽玛射线等。由于X射线很容易被地球的大气层吸收，要探测来自宇宙空间的X射线，就必须把探测器放入太空中。二次世界大战结束后，美国缴获的德国V2火箭为美国研究宇宙X射线提供了可能。1949年由美国海军天文台弗里德曼（Herbert Friedman，1916-2000）（右图）领导的一个小组把盖革计数器放在V2火箭上发射升空，首次发现了来自太阳的X射线。但这样的仪器很难探测到来自更远恒星的X射线。美国科学家贾科尼（Riccardo Giacconi, 1931-）（左图）1960年提出了建造X射线望远镜的可能性。1962年贾科尼的研究组发现了第一个太阳系外的X射线源，命名为天蝎座 X-1。不久又发现了另外两个X射线源，其中一个被证实为是蟹状星云。蟹状星云辐射的X射线能量比太阳高出 100亿倍。由于火箭观测时间短，气球观测受升空高度限制只能测到能量较高的X射线，贾科尼在1963年建议用人造卫星进行X射线的巡天观测。1970年10月12日，贾科尼等设计的这样一颗人造卫星UHURU号升空（右图）。之后，又有9颗新的X 射线人造卫星升空。到1972年，发现的X射线源迅速增加到339个，贾科尼等发表了大量的研究成果。 1978年，贾科尼领导研制的高能天体物理观测台2号HEAO-2（High Energy Astronomy Observatory-2）发射升空，后更名为"爱因斯坦X射线观测台"（Einstein Gallery）（左图），这是世界上第一个宇宙X射线探测器。它携带有角分辨率为2角秒的X射线望远镜，首次提供了精确的宇宙 X射线图像，第一个探测到了太阳系以外的X射线源，第一个证实了宇宙中存在X射线辐射背景，第一个探测到了可能来自黑洞的X射线。在此基础上科学家获得了大量新发现。 1976年，贾科尼设计了一台新的X射线望远镜。由于经费问题它直到1999年才发射升空，升空后更名为"钱德拉X射线观测台"（Chandra X-ray Observatory）。它功能强大总耗资15亿美元，对探测星系、类星体和恒星以及寻找黑洞、暗物质的踪迹有着非常重要的意义。贾科尼在“发现宇宙X射线源”方面取得的成就导致了X射线天文学的诞生，在光学波段之外又开辟了一个认识宇宙的窗口，使人们看到了一个布满X射线源的天空。贾科尼与在宇宙中微子探测方面作出杰出贡献的美国科学家戴维斯（Raymond Davis Jr., 1914-）以及日本科学家小柴昌俊（Masatoshi Koshiba, 1926-）共同分享了2002年度诺贝尔物理学奖[23]。
产生X射线的方式主要有以下四种：X射线管、激光等离子体、同步辐射和X射线激光。 X射线管
X射线管是利用高速电子撞击金属靶面产生X射线的电子器件，分为充气管和真空管两类。1895年伦琴发现X射线时使用的克鲁克斯管就是最早的充气X射线管。 1913年考林杰发明的真空X射线管的最大特点是钨灯丝加热到白炽状态以提供管电流所需的电子，调节灯丝的加热温度就可以控制管电流，可提高影像质量。 1913年发明了在阳极靶面与阴极之间装有控制栅极的X射线管，在控制栅

上施加脉冲调制，以控制X射线的输出和调整定时重复曝光，部分地消除了散射线，提高了影像的质量。 1914年制成了钨酸镉荧光屏，开始了X射线透视的应用。 1923年发明了双焦点X射线管，X射线管的功率可达几千瓦，矩形焦点的边长仅为几毫米，X射线影像质量大大提高。同时，造影剂的逐渐应用，使X射线的诊断范围也不断扩大。X射线管还广泛用于零件的无损检测，物质结构分析、光谱分析等方面。 2002年，美国北卡罗来纳大学的华裔科学家卢健平等人为X射线源找到了新的方法。这种方法用碳纳米管制成“场发射阴极射线管”来发射高能电子，无须利用高温产生高能电子束，便能产生X射线。在室温条件下，一薄层碳纳米管就能产生高能电子束，一接通电源即可发射X射线，没有金属丝的预热过程。
激光等离子体光源
激光等离子体光属于价格便宜、易于操作的光源，可以用于X射线显微术，象电子扫描显微镜一样作为实验室的常规分析工具。其基本原理是：当高强度(1014～1015 W/cm2)激光脉冲聚焦打在固体靶上时，靶的表面迅速离化形成高温高密度的等离子体，进而发射X射线。它是一种具有足够辐射强度的独立点光源，所用泵浦激光器主要有Nd:YAG，钕玻璃和KrF等。X射线发射与靶材料有关，由于溅射残屑可能损伤和污染光学系统和样品，若用气体靶代替固体靶可以避免残屑问题。因此，需要进一步研究开发有效的、高重复频率工作的、不产生残屑的激光等离子体X射线光源。
同步辐射光源
速度接近光速的带电粒子在磁场中作圆周运动时，会沿着偏转轨道切线方向发射连续谱的电磁波（左图）。1947年人类在电子同步加速器上首次观测到这种电磁波，并称其为同步辐射，后来又称为同步辐射光。同步辐射最初是作为电子同步加速器的有害物而加以研究的，后来成为一种从红外到硬X射线范围内有着广泛应用的高性能光源。同步辐射光源是开展凝聚态物理、材料科学、生命科学、资源环境及微电子技术等多学科交叉前沿研究的重要平台。（右图为拥有近70条光束线的美国阿贡实验室同步辐射光源）同步辐射光源的主体是电子储存环，30多年来已经历了三代的发展。第一代同步辐射光源的电子储存环是为高能物理实验而设计的，只是“寄生”地利用从偏转磁铁引出的同步辐射光，故又称“兼用光源”；第二代同步辐射光源的电子储存环则是专门为使用同步辐射光而设计的，主要从偏转磁铁引出同步辐射光；第三代同步辐射光源的电子储存环对电子束发射度和大量使用插入件进行了优化设计，使电子束发射度比第二代小得多，同步辐射光的亮度大大提高，如加入波荡器等插入件可引出高亮度、部分相干的准单色光。同步辐射光具有频谱宽且连续可调（具有从远红外、可见光、紫外直到X射线范围内的连续光谱）、亮度高（第三代同步辐射光源的X射线亮度是X光机的上亿倍）、高准直度、高偏振性、高纯净性、窄脉冲、精确度高以及高稳定性、高通量、微束径、准相干等独特的性能。（左图为设计有30个光引出口的英国DIAMOND同步辐射光源）世界上有近40台同步辐射光源正在运行，还有几十台在设计、建造中。我国的北京同步辐射装置（BSRF）、合肥中国科技大学同步辐射装置（NSRL）和台湾新竹的同步辐射装置（SRRC）分别属于第一、第二和第三代光源，正在建造的上海光源（SSRF）属第三代光源。

（上左：BSRF平面图；上右：NSRL束线分布图）
（上左：SSRF平面图；上右：SRRC平面图）左图为建在BSRF的我国大陆第一条中能X射线双晶单色器光束线，该光束线用于中等能区X射线范围（1.2keV-6.0keV）的计量学、探测器标定、光学元件性能测试及吸收谱学等方面的研究，具有重要的科学意义。右图为北京同步辐射装置4W1A光束线形貌学实验站上能量为24keV的X射线拍摄的肝样品图像。
X射线激光
正因为X射线的应用越来越广泛，科学家着重研究增加X射线的强度。世界上第一个红宝石激光1960年问世以来，在X射线波段实现激光辐射就一直是激光研究的重要目标。Ｘ射线激光除了具有普通激光方向性强、发散度小的特点外，其单光子能量比传统的光学激光高上千倍，具有极强的穿透力。 1981年，美国在地下核试验中进行核泵浦X射线激光实验获得成功，极大地推动了开展实验室X射线激光的研究。水窗的饱和X射线激光是目前唯一能够对生物活体细胞进行无损伤三维全息成像和显微成像的光源，借助于它有可能解开生命之谜。美、英、日、法、德、俄罗斯和中国等国的许多著名实验室都相继作了部署。1994年，美国利弗莫尔实验室用世界上功率最大的激光器的3000焦激光能量泵浦钇靶，产生了波长15.5纳米的饱和X射线激光。1996年底，中国旅英青年学者张杰领导的联合研究组，在英国卢瑟福实验室利用多路激光器轰击钐靶，在泵浦能量仅为150焦的情况下，成功地获得了波长为7.3纳米的X射线激光饱和增益输出，为在 “水窗”波段实现增益饱和输出的X射线激光带来了巨大的希望。
X射线自由电子激光
自由电子激光是一种以相对论优质电子束为工作媒介、在周期磁场中以受激辐射方式放大短波电磁辐射的强相干光源（其“周期磁场”由波荡器产生），具有波长范围大、波长易调节、亮度高、相干性好、脉冲可超短等突出优点，尤其是高增益短波长自由电子激光，普遍被看好是下一代光源的代

表，具有巨大的发展潜力和重大的应用前景。（左图为德国DESY自由电子激光器的波荡器）目前，全世界有20多个能产生从红外线到紫外线各种波长激光的自由电子激光器已经投入使用或正在研制中。现在科学家正试图让其波长范围延伸到Ｘ射线。X射线自由电子激光能产生波长可调的，极高强度的飞秒相干光，可为各种体系的高空间分辨和时间分辨的动力学研究提供强有力的手段，将给物理、化学、材料科学、地质、生命科学和医学等多个学科的前沿研究带来突破，为人类对自然的认识打开全新的视野。利用它可对活细胞进行无损伤立体成像，直接观察细胞中的生命过程，为揭开生命之谜提供重要的工具。利用它进行显微和光刻，可以大幅度地提高分辨率和精度。同时，也将对军事与工业的发展带来深远的影响。发展X射线自由电子激光具有前瞻性及战略意义。世界各科技强国均将X射线自由电子激光的研究列入了未来科技发展计划的重要内容，正在加紧研制的Ｘ射线自由电子激光器的能量将是现有设备的100亿倍。美国斯坦福直线加速器中心将于2009年率先推出“直线加速器相干光源（LCLS）”（右图），这个项目预算为3.79 亿美元。位于汉堡的德国电子同步回旋加速器研究中心已研制出先进的紫外线自由电子激光器，并计划到2012年时推出欧洲的X射线自由电子激光器，预计成本为9．08亿欧元。日本也在开展类似的项目。如何用尽可能小的输入能量在尽可能短的波长上产生高增益Ｘ射线激光是当今各科技大国在该领域竞争的主要焦点。杨振宁先生从1997年5月开始先后8次给我国有关部门和有关领导写信，呼吁中国尽快开展X射线自由电子激光的预研究，我国政府和科学界对此给予了高度关注。高能所曾在1994年研制成功中红外波段的北京自由电子激光装置，在亚洲第一个实现了饱和出光（左图为北京自由电子激光装置）。自2000年起，在中国科学院、科技部、国家自然科学基金委的先后支持下，上海应用物理所、高能所和中国科技大学以及北京大学已联合开展深紫外自由电子激光的前期和预制研究工作。这些部署对于发展X射线自由电子激光仍过于薄弱，我国要跨越发展到X射线自由电子激光，还存在很多技术空白和技术难点，为了能在2015年左右建成我国的X射线自由电子激光装置，各项关键技术的研究及装置建设的方案论证工作正在进行中，装置的建设即将正式启动。
X射线的特性及应用
科学家们逐渐揭示了X射线的本质，作为一种波长极短，能量很大的电磁波，X射线的波长比可见光的波长更短(约在0.001～100 纳米，医学上应用的X射线波长约在0.001～0.1 纳米之间)，它的光子能量比可见光的光子能量大几万至几十万倍。因此，X射线除具有可见光的一般性质外，还具有自身的特性。正由于X射线的特性，使其在发现后不久，很快在物理学、工业、农业和医学上得到广泛的应用（右图为X射线探伤机），特别是在医学上，X射线技术已成为对疾病进行诊断和治疗的专门学科，在医疗卫生事业中占有重要地位。 1.X射线的物理效应（1）穿透作用。X射线因其波长短，能量大，照在物质上时，仅一部分被物质所吸收，大部分经由原子间隙而透过，表现出很强的穿透能力。X射线穿透物质的能力与X射线光子的能量有关，X射线的波长越短，光子的能量越大，穿透力越强。X射线的穿透力也与物质密度有关，利用差别吸收这种性质可以把密度不同的物质区分开来。（左图为X射线行李检查仪）（2）电离作用。物质受X射线照射时，可使核外电子脱离原子轨道产生电离。利用电离电荷的多少可测定X射线的照射量，根据这个原理制成了X射线测量仪器。在电离作用下，气体能够导电；某些物质可以发生化学反应；在有机体内可以诱发各种生物效应。（3）荧光作用。X射线波长很短不可见，但它照射到某些化合物如磷、铂氰化钡、硫化锌镉、钨酸钙等时，可使物质发生荧光（可见光或紫外线），荧光的强弱与X射线量成正比。这种作用是X射线应用于透视的基础，利用这种荧光作用可制成荧光屏，用作透视时观察X射线通过人体组织的影像，也可制成增感屏，用作摄影时增强胶片的感光量。（4）热作用。物质所吸收的X射线能大部分被转变成热能，使物体温度升高。（5）干涉、衍射、反射、折射作用。这些作用在X射线显微镜（左图）、波长测定和物质结构分析中都得到应用。（右

图为澳大利亚制造的新型X射线显微镜拍摄的物体内亚结构高分辨率图像） 2.X射线的化学效应（1）感光作用。X射线同可见光一样能使胶片感光。胶片感光的强弱与X射线量成正比，当X射线通过人体时，因人体各组织的密度不同，对X射线量的吸收不同，胶片上所获得的感光度不同，从而获得X射线的影像。（2）着色作用。X射线长期照射某些物质如铂氰化钡、铅玻璃、水晶等，可使其结晶体脱水而改变颜色。 3.X射线的生物效应 X射线照射到生物机体时，可使生物细胞受到抑制、破坏甚至坏死，致使机体发生不同程度的生理、病理和生化等方面的改变。不同的生物细胞，对X射线有不同的敏感度，可用于治疗人体的某些疾病，特别是肿瘤的治疗（右图为治疗肿瘤的X刀）。在利用X射线的同时，人们发现了导致病人脱发、皮肤烧伤、工作人员视力障碍，白血病等射线伤害的问题，在应用X 射线的同时，也应注意其对正常机体的伤害，注意采取防护措施。
与X射线相关的诺贝尔奖
从1901年获诺贝尔物理奖的伦琴开始，一个多世纪以来，因研究X射线技术、以及使用X射线进行研究、与X射线有关的研究而获得诺贝尔奖的已有多人，可见X射线在科技发展中占有的重要地位。以下统计可能不完全： [1]1901年，诺贝尔奖第一次颁发，伦琴就由于发现X射线而获得了诺贝尔物理学奖。 [2]1914年，劳厄由于利用X射线通过晶体时的衍射，证明了晶体的原子点阵结构而获得诺贝尔物理学奖。 [3]1915年，布拉格父子因在用X射线研究晶体结构方面所作出的杰出贡献分享了诺贝尔物理学奖。 [4]1917年，巴克拉由于发现标识X射线获得诺贝尔物理学奖。 [5]1924年，西格班因在X射线光谱学方面的贡献获得了诺贝尔物理学奖。 [6]1927年，康普顿与威尔逊因发现X射线的粒子特性同获诺贝尔物理学奖。 [7]1936年，德拜因利用偶极矩、X射线和电子衍射法测定分子结构的成就而获诺贝尔化学奖。 [8]1946年，缪勒因发现X射线能人为地诱发遗传突变而获诺贝尔生理学.医学奖。 [9]1954年，鲍林由于在化学键的研究以及用化学键的理论阐明复杂的物质结构而获得诺贝尔化学奖（他的成就与X射线衍射研究密不可分）。 [10]1962年，沃森、克里克、威尔金斯因发现核酸的分子结构及其对生命物质信息传递的重要性分享了诺贝尔生理学.医学奖（他们的研究成果是在X射线衍射实验的基础上得到的）。 [11]1962年，佩鲁茨和肯德鲁用X射线衍射分析法首次精确地测定了蛋白质晶体结构而分享了诺贝尔化学奖。 [12]1964年，霍奇金因在运用X射线衍射技术测定复杂晶体和大分子的空间结构取得的重大成果获诺贝尔化学奖。 [13]1969年，哈塞尔与巴顿因提出“构象分析”的原理和方法，并应用在有机化学研究而同获诺贝尔化学奖（他们用X射线衍射分析法开展研究）。 [14]1973年，威尔金森与费歇尔因对有机金属化学的研究卓有成效而共获诺贝尔化学奖。 [15]1976年，利普斯科姆因用低温X射线衍射和核磁共振等方法研究硼化合物的结构及成键规律的重大贡献获得诺贝尔化学奖。 [16]1979年，诺贝尔生理.医学奖破例地授给了对X射线断层成像仪（CT）作出特殊贡献的豪斯菲尔德和科马克这两位没有专门医学经历的科学家。 [17]1980年，桑格借助于X射线分析法与吉尔伯特、·伯格因确定了胰岛素分子结构和DNA核苷酸顺序以及基因结构而共获诺贝尔化学奖。 [18]1981年，凯.西格班由于在电子能谱学方面的开创性工作获得了诺贝尔物理学奖的一半。 [19]1982年，克卢格因在测定生物物质的结构方面的突出贡献而获诺贝尔化学奖。 [20]1985年，豪普特曼与卡尔勒因发明晶体结构直接计算法，为探索新的分子结构和化学反应作出开创性的贡献而分享了诺贝尔化学奖。 [21]1988年，戴森霍弗、胡伯尔、米歇尔因用X射线晶体分析法确定了光合成中能量转换反应的反应中心复合物的立体结构，共享了诺贝尔化学奖。

[22]1997年，斯科与博耶和沃克因籍助同步辐射装置的X射线，在人体细胞内离子传输酶方面的研究成就而共获诺贝尔化学奖。 [23]2002年，贾科尼因发现宇宙X射线源，与戴维斯、小柴昌俊共同分享了诺贝尔物理学奖。 [24]2003年，阿格雷和麦金农因发现细胞膜水通道，以及对细胞膜离子通道结构和机理研究作出的开创性贡献被授予诺贝尔化学奖（他们的成果用Ｘ射线晶体成像技术获得）。 [25]2006年，科恩伯格被授予诺贝尔化学奖，以奖励他在“真核转录的分子基础”研究领域作出的贡献（他将X射线衍射技术结合放射自显影技术开展研究）。
诱发遗传突变
1927年，美国生物学家缪勒（Hermann Josepn Muller，1890～1967）（右图）在研究基因突变的过程中，用X射线照射了上百个果蝇，观察它们与未经照射的果蝇交配后所产生后代的变异。他意外地发现，X射线大大加速了果蝇的变异，并广泛地涉及到眼睛、刚毛、触角、翅膀、个体大小、活泼程度等各个方面。这些变异现象，显然是由基因突变引起的。人工诱发遗传突变获得成功，开辟了辐射遗传和人工诱变研究的新领域，在理论和实践上均有重大意义。缪勒的工作使他的老师摩尔根（T.H.Morgan）所创立的基因学说在实践上得到了发展，缪勒因发现X射线能人为地诱发遗传突变而被授予1946年诺贝尔生理学.医学奖[8]。缪勒最早指出放射线对人类的遗传有危害作用，他认为核（弹）试验的放射性尘埃能引起大量有害突变，可能殃及后代。
揭示DNA双螺旋结构
20世纪40年代末和50年代初，DNA被确认为遗传物质，它能携带遗传信息，能自我复制传递遗传信息，能让遗传信息得到表达以控制细胞活动，并能突变并保留突变。生物学家们面临的难题是：DNA是什么样的结构？当时主要有三个实验室在研究DNA分子模型。一是伦敦国王学院的威尔金斯（Maurice Wilkins，1916-2004）（左）、富兰克林（Rosalind Elsie Franklin，1920～1958）（左图）实验室，他们用 X射线衍射法研究DNA的晶体结构。当X射线照射到生物大分子的晶体时，晶格中的原子或分子会使射线发生偏转，根据得到的衍射图像，可以推测分子大致的结构和形状。英国女生物学家富兰克林最早认定 DNA具有双螺旋结构。1952年5月，她运用X射线衍射技术拍摄到了清晰而优美的DNA照片（右图），照片表明DNA是由两条长链组成的双螺旋，宽度为20埃，这为探明其结构提供了重要依据。二是加州理工学院的莱纳斯.鲍林（Linus Carl Pauling，1901-1994）（左图）实验室。早在20世纪30年代初，鲍林对生物大分子结构研究产生了兴趣，最初的工作是对血红蛋白结构的确定。为了进一步精确测定蛋白质结构，他想到他早期从事的X射线衍射晶体结构测试的方法，将这种方法引入到蛋白质结构测定中，并且推导了经衍射图谱计算蛋白质中重原子坐标的公式。至今，通过蛋白质结晶进行X射线衍射实验仍然是测定蛋白质三级结构的主要方法，人类已知结构的绝大部分蛋白质都是经由这种方法测定获得的。结合血红蛋白的晶体衍射图谱，鲍林提出蛋白质中的肽链在空间中是呈螺旋形排列的，这是最早的α螺旋结构模型。1954年，鲍林由于在化学键的研究以及用化学键的理论阐明复杂的物质结构而获得诺贝尔化学奖（他的成就与X射线衍射研究密不可分）[9]。三是沃森（James Watson，1928-）（左）和克里克（Francis Crick，1916-2004）（右）的研究小组。沃森1951年在剑桥大学做博士后，研究DNA分子结构，课题项目是研究烟草花叶病毒。克里克当时正在做博士论文，论文题目是“多肽和蛋白质：X射线研究”。沃森需要克里克在X射线晶体衍射学方面的知识，他说服克里克参加DNA分子模型的研究。他们从1951年10月开始拼凑模型，几经尝试，终于在1953年3月获得了正确的模型。 DNA双螺旋模型的发现，是20世纪最为重大的科学发现之一，也是生物学历史上惟一可与达尔文进化论相比的最重大的发现，它揭开了分子生物学的新篇章，人类从此开始进入改造、设计生命的征程。同时，它也是许多人共同奋斗的结果，克里克、威尔金斯、富兰克林和沃森，特别是

克里克，是其中最为杰出的。沃森、克里克、威尔金斯因发现核酸的分子结构及其对生命物质信息传递的重要性分享了1962年的诺贝尔生理学.医学奖（他们的研究成果是在X射线衍射实验的基础上得到的）[10]。
测定蛋白质晶体结构
英国生物化学家肯德鲁(John Cowdery Kendrew，1917-1997)（左）和佩鲁兹(Max Ferdinand Perutz，1914-)（右），用X射线衍射分析法研究血红蛋白和肌红蛋白。肯德鲁用特殊的X射线衍射技术及电子计算机技术描述肌球蛋白螺旋结构中氨基酸单位的排列，他与佩鲁茨共同研究X射线衍射晶体照相术，以及蛋白质和核酸的结构与功能。 1960年，他们把一些蛋白质分子和衍射X射线效率特别高的大质量原子（如金或汞的原子）结合起来，首次精确地测定了蛋白质晶体的结构。佩鲁茨和肯德鲁分享了 1962年的诺贝尔化学奖[11]。
测定生物分子结构
英国女化学家霍奇金（Dorothy Mary Crowfoot Hodgkin，1910～1994）（左图）研究了数以百计固醇类物质的结构，其中包括维生素D2（钙化甾醇）和碘化胆固醇。她在运用X射线衍射技术测定复杂晶体和大分子的空间结构的研究中取得了巨大成就。1949年她测定出青霉素的结构，促进了青霉素的大规模生产。1957年又成功测定出了抗恶性贫血的有效药物——维生素B12的巨大分子结构（右图），使合成维生素B12成为可能。由于霍奇金这两项成果意义重大，影响深远，她于1964年获诺贝尔化学奖[12]，成为继居里夫人及其女儿伊伦·约里奥—居里之后，第三位获得诺贝尔化学奖的女科学家。
构象分析法
挪威化学家哈塞尔（Odd Hassell,1897-1981）（左）1930年开始研究环己烷及其衍生物的结构。20世纪50年代起，哈塞尔主要从事有机卤化物的结构研究，他用X射线衍射法研究结晶结构和分子结构，并测定电偶极矩，在确立用构象分析（分子的三维几何结构）把化学性状和分子结构系统联系方面的研究卓有成效。哈塞尔与英国化学家巴顿（ Derek Harold Richard Barton，1918-1998）（右）因提出“构象分析”的原理和方法，并把它应用在有机化学研究中,研究了分子特性与分子中原子的复杂空间三维结构之间的关系，对发展立体化学理论作出了贡献而同获1969年诺贝尔化学奖[13]。
有机金属化学
英国化学家威尔金森（Geoffrey Wilkinson，1921-）（左）主要研究领域为结构化学和有机金属化学。1951年发表了合成二茂铁的论文，后来通过化学与物理方法的综合研究及X射线结构分析，证明了二茂铁是一个具有夹心面包式结构的化合物，一个铁原子位于两个茂基之间，两个茂基的五碳平面环互相平行（右图）。他在从事金属与氢键合的研究中几乎合成了全部过渡金属的二茂夹心式化合物，还对过渡金属的羰基化合物、氢化物和羟基化合物进行研究。1964年，他发现了三氯化物均相加氢催化剂(通称威尔金森催化剂)，在无机和有机化学中有广泛意义，并具有重要工业价值。德国化学家费歇尔（Ernst Otto Fischer，1918-）研究了二茂铁的结构，他提出了一种新的成键形式— —夹心结构来说明其稳定性和磁性，并用X射线晶体分析法加以证实。1953年他的研究报告发表后引起了广泛的重视。他还预测了二苯铬夹心化合物的存在，于1954年合成了二苯铬，并测定了它的结构。威尔金森与费歇尔因对有机金属化学的研究卓有成效而共获1973年诺贝尔化学奖[14]。

美国物理化学家利普斯科姆(William Nunn Lipscomb，1919- ) 主要从事硼烷、碳硼烷结构的研究。他与同事们发展并应用了低温X射线衍射和核磁共振等方法，得到了许多硼氢化合物和硼烷的分子结构图。他们的方法在生物化学的研究中也得到了应用。 1963年他发表了专著《硼的氢化物》。由于他在研究硼化合物的结构及成键规律以及化学键一般性质方面的成就，获得1976年诺贝尔化学奖[15]。
X射线断层照相
利用X射线穿透后物质的性能与被穿透的物质种类有关的特性，创立了X射线影像诊断技术。例如，当 X射线穿透人体时，骨骼吸收的X射线量比肌肉吸收的要多，通过后的X射线量不一样，携带了人体各部密度分布的信息，在荧光屏上或摄影胶片上引起的荧光作用或感光作用的强弱不同，因而显示出不同密度的阴影。医生可根据阴影浓淡的对比，结合临床表现、化验结果和病理诊断，判断人体某一部分是否正常。X射线诊断技术是世界上最早应用的人体非创伤性内脏检查技术。但这种X射线照相无法解决前后物体的图像重叠问题。 1917年，奥地利数学家雷唐提出过用高度准直、极细笔状X射线束，环绕人体某一部分作断层扫描。未被吸收的光子穿透人体后被检测器接收，这些模拟信号经过数据处理和运算后可重建图像，这就是断层照相的基本思想。可惜他的论文在发表后的50多年里被湮没了，直至20世纪70年代初才发现。此后，在数学家们提出的各种对断面扫描数据处理的运算方法中，贡献最大的是美国理论物理学家科马克（Alan MacLeod Cormack，1924-1998）（左图）。1955年，在开普敦大学物理系教理论物理学的科马克对癌的放射治疗和诊断产生了兴趣。他发现医生在计算放射剂量时，把非均质的人体当作均质看待。他认为应把人体构造和组成特征用一系列前后相继的切面图像表现出来。经过近10年的努力，他终于解决了计算机断层扫描技术的理论问题。1963年，他首先建议用X射线扫描进行图像重建，并提出了精确的数学推算方法。 20世纪70年代，英国EMI公司的工程师豪斯菲尔德（N．Hounsfield，1919-2004）（右图）在参考科马克发表的应用数学重建图像理论的基础上，把电子计算机断层照相技术引入医学，使电子计算机技术与X射线机相结合，完成图像重建过程。 1971年，豪斯菲尔德研制成功的世界上第一台X射线计算机断层扫描机（Computerized Tomography，简称CT）在伦敦一家医院正式安装使用。X射线管在置在患者上方, 绕检查部位旋转, 患者下方的计数器也同时旋转。由于人体器官和组织对X射线的吸收程度不同,病变组织和正常组织对X射线的吸收程度也不同，这些差别反映在计数器上, 经电子计算机处理，便构成了探测对象各个部位的横断图像呈现在荧光屏上，它解决了X 射线照相的前后物体图像重叠问题，大大提高了医学诊断的可靠性和准确性，使医学成像技术向前跨了一大步。豪斯菲尔德与神经放射学家阿姆勃劳斯合作，成功地为一名英国妇女诊断出脑部的肿瘤，获得了第一例脑肿瘤的照片。他们在英国放射学会上发表了第一篇论文，1973年英国放射学杂志对此作了正式报道，这篇论文受到了医学界的高度重视，被誉为“放射诊断学史上又一个里程碑”，从此，放射诊断学进人了CT时代。 1979年的诺贝尔生理.医学奖破例地授给了豪斯菲尔德和科马克这两位没有专门医学经历的科学家[16]。最早的CT 机使用单束X 射线，配有1～2 个检测器，扫描时X 射线管每次仅转动1°，完成一次扫描需4～5 分钟。第二代CT 机采用两束X射线构成10°～20°的扇形束, 配有20 ～30 个检测器, 每次扫描只需30～120秒。
第三代CT 机由多个X 射线管组成30°的扇形束, 用250～350个检测器，每次扫描只需2.5 秒。第四代CT机用多个X射线管组成50°的扇形束, 用600～2400个检测器排列成环状，扫描时
间仅1秒（右图为第四代CT机扫描结构）。CT机正向第五代过渡，只要1/100 秒就可捕捉到人体生理活动的动态信息。
现代基因工程

英国生物化学家桑格（Frederick Sanger，1918-）（左）1955年研究确定了牛胰岛素的化学结构，从而奠定了合成胰岛素的基础，并促进了对蛋白质分子结构的研究。1958 年桑格因确定胰岛素的分子结构而获得诺贝尔化学奖。 22年后，桑格借助于x射线分析法与美国生物化学家吉尔伯特（Walter Gilbert，1932-）（右）、·美国生物化学家伯格（Paul Berg，1926- ）（右右）确定了胰岛素分子结构和DNA核苷酸顺序以及基因结构而共获1980年诺贝尔化学奖[17]。
显微影像重组
1968年，英籍南非生物化学家克卢格(Aaron Klug，1926-) 将X射线衍射法和电子显微镜技术结合起来，发明了显微影像重组技术，并用这种技术揭示了病毒和细胞内重要遗传物质的详细结构。这种技术是把一种结晶物质的电子显微照片置于激光下曝光，当激光照在底片的图象上时,它便发生衍射或散射,再用这无数小点形成的图样制出比电子显微照片上的图象更详细的图象来。他利用晶体的各个“面”的若干个这样的二维图象，形成一个生物大分子结构的立体图象。此项技术可用来研究那些由于分子太大而不能用 X射线晶体学来研究的结构，为测定生物大分子结构研究开创了一条新路。克卢格用此技术确定杆状烟叶花叶病毒是由100多个圆片以核糖核酸为中心堆叠而成的。他指出，这些“球形” 病毒的图象，同能引起小儿麻痹症和疣的病毒一样，它们的结构都有20个面。克卢格及其剑桥大学的同事们还研究了转移核糖核酸的螺旋结构及其在动物细胞中的作用。克卢格因在测定生物物质的结构方面的突出贡献而获得1982年诺贝尔化学奖[19]。
晶体结构直接计算法
美国晶体学家豪普特曼(Herbert Aaron Hauptman，1917-) 和美国物理学家卡尔勒 (Jerome Karle，1918-)主要从事X射线晶体学中的相角问题和矩阵理论的研究。X射线衍射是研究晶体结构的重要手段，20世纪50年代以来,豪普特曼和卡尔勒用统计数学方法研究了晶体的衍射数据，发现其中隐含有相角的信息。经过大量的工作，推导出衍射线相角的关系式，可直接从衍射强度的统计中得到各衍射线相角的信息，这就是晶体学结构的直接计算法。 1950-1955年间，他们用这种方法确定了5-6种分子结构。到了70年代，借助先进的电子计算机运算，不用假设就能迅速确定分子的化学结构。他们的成果为探索新的分子结构和化学反应提供了基本方法，为分子晶体结构测定作出了开创性的贡献，豪普特曼与卡尔勒同获 1985年诺贝尔化学奖[20]。
光合作用反应中心的立体结构
德国科学家胡伯尔(Robert Huber，1937-)（左图）1972年在德国马克斯·普朗克学会研究所建立了蛋白质结晶学研究室，为生物巨分子膜结构与功能的理解做出了重要的贡献。他对于资料收集的仪器和蛋白质结晶学的方法，特别是Patterson方法、图解方法和精制，对于电子富含金属簇的用途和最新的结晶改进的方法和仪器做出了贡献。戴森霍弗(Johann Deisehofer，1937-)（左）对结晶体结构学具有丰富的经验，也是计算及科学方面强有力的学者。米歇尔 (Hartnut Michel，1948-)（右） 1981年7月底成功地从视紫红蛋白中获得了世界上第一个膜蛋白晶体—紫色光合细菌的光合作用反应中心的晶体，并以3埃的高精确度确定了该反应中心的三维结构。他们三人合作用X射线晶体分析法确定了光合成中能量转换反应的反应中心复合物的立体结构，揭示了由膜束的蛋白质形成的全部细节而分享了1988年诺贝尔化学奖

[21]。
人体细胞内的离子传输酶
20世纪50年代初，美国生物化学家博耶（Paul D．Boyer，1918-）（左图）发现细胞形成三磷酸腺苷的过程发生在动物细胞的线粒体中。1961年，英国化学家米切尔认为，形成三磷酸腺苷所需的能量是氢离子沿着其浓度梯度的方向穿过线粒体膜时提供的（米切尔为此获1978年诺贝尔化学奖）。博耶的研究集中于三磷酸腺苷合酶（大多数生物的主要产能分子，这种分子有助于三磷酸腺苷这种化学能量载体的合成），他假设一种不平常的机制来解释三磷酸腺苷合酶的特性，被称做“束缚转变机制”。英国化学家沃克（John Emest Walker，1941-）（右图）于20世纪80年代初开始研究三磷酸腺苷合酶，他的研究重点在酶的化学成分和结构上。他确定了构成合酶蛋白质单元的氨基酸的序列。90年代，沃克与X射线结晶学家一起籍助同步辐射装置的X射线研究生物分子的结构与功能，澄清了酶的三维结构，取得了突破性的成就。他的研究工作支持了博耶的 “束缚转变机制”。丹麦生物化学家斯科（Jens C．Skou，1918-）（左图）于20世纪50年代后期在动物细胞的质膜中发现了钠钾ATP酶。束缚于细胞膜的钠钾ATP酶被外部的钾和内部的钠所激活，酶将钠泵出细胞并将钾泵入细胞，从而维持相对于周围外部环境的细胞内部的高钾浓度和低钠浓度。斯科与博耶和沃克因对人体细胞内的离子传输酶方面的成就而分享1997年诺贝尔化学奖[22]。
细胞膜水通道及离子通道结构
水溶液占人体重量的70％，生物体内的水溶液主要由水分子和各种离子组成，它们在细胞膜通道中的进进出出可以实现细胞的很多功能。20世纪50年代中期，科学家发现细胞膜中存在着某种通道只允许水分子出入，人们称之为水通道。因为水对于生命至关重要，可以说水通道是最重要的一种细胞膜通道，但水通道到底是什么一直是个谜。 20世纪80年代中期，美国科学家阿格雷（Peter Agre，1949-）（左图）研究了不同的细胞膜蛋白，发现一种被称为水通道蛋白的细胞膜蛋白就是人们寻找已久的水通道。2000年，阿格雷与其他研究人员一起公布了世界第一张水通道蛋白的高清晰度立体照片（右右）。照片揭示了这种蛋白的特殊结构只允许水分子通过。奥斯特瓦尔德（1909年诺贝尔化学奖获得者）在1890年就推测离子进出细胞会传递信息。20世纪20年代，科学家证实了存在一些供离子出入的细胞膜通道。50年代初，霍奇金和哈克斯利发现离子从一个神经细胞中出来进入另一个神经细胞可以传递信息，他们获得了1963年诺贝尔生理学.医学奖，但那时还不了解离子通道的结构和工作原理。 1998年，美国科学家麦金农（Roderick MacKinnon，1956-）（左图）在美国康奈尔大学的同步辐射装置CESR（简介）上利用Ｘ射线晶体成像技术获得了世界第一张离子通道的高清晰度照片（右右），并第一次从原子层次揭示了离子通道的工作原理。这张照片上的离子通道取自青链霉菌，也是一种蛋白。麦金农的方法是革命性的，它可以让科学家观测离子在进入离子通道前的状态，在通道中的状态，以及穿过通道后的状态。对水通道和离子通道的研究意义重大。阿格雷和麦金农被授予2003年诺贝尔化学奖[24]，分别表彰他们发现细胞膜水通道，以及对细胞膜离子通道结构和机理研究作出的开创性贡献。他们的发现对人类探索肾脏、心脏、肌肉和神经系统等方面的诸多疾病具有极其重要的意义。诺贝尔科学奖通常

只颁发给年龄较大的科学家，获奖成果都需经过几十年的检验。但阿格雷获奖时只有54岁，而麦金农才47岁，他们的研究成果也比较新，这在诺贝尔科学奖历史上也属罕见，显示出当代科学跨领域研究的趋势。
捕捉脱氧核糖核酸（DNA）的复制过程
基因中遗传信息的转录和复制是地球上所有生物生存和发展必然经历的过程，美国科学家科恩伯格（Roger Kornberg，1947-）（左图）第一个成功地将脱氧核糖核酸（DNA）的复制过程捕捉下来（右下图）。布拉格父子因发明X射线晶体结构分析法共同获得了1915年的诺贝尔物理学奖。科恩伯格的父亲亚瑟（Arthur Kornberg，1918-）因研究出DNA合成过程的细节而获得了1959年的诺贝尔生理学.医学奖，当年只有12岁的科恩伯格曾跟随父亲前往斯德哥尔摩参加诺贝尔奖的颁奖仪式。科恩伯格从20世纪70年代开始使用X射线衍射技术结合放射自显影技术开展研究。他在美国斯坦福直线加速器中心SLAC（简介）的同步辐射装置SSRL上进行实验，研究遗传信息最初复制到RNA中的过程，对此过程中各个阶段的DNA、RNA和聚合酶的复合体进行结晶，用X射线拍下各个阶段的复合体的照片，揭示了真核生物体内的细胞如何利用基因内存储的信息生产蛋白质，为破译生命的隐秘做出了重大贡献。科恩伯格被授予2006年诺贝尔化学奖[25]，以奖励他在“真核转录的分子基础”研究领域作出的贡献。高能所科技处制作资料来自湖南医学影像技术网、苏州科普之窗、镱铬化学物理研究所网、物理资源网、微构分析实验室网、中国公众科技网、中国工程技术航天信息网、新华网、新浪新闻、人民网、Nature China、大唐资料库、华欣网、中国科技大学网、清华大学教学软件库、东吴大学网、生命经纬、普克动物世界、自然杂志（1999/21/1）、长春工大网络综合博物馆、上海交大网、华中科技大学网、上海光源、百度百科、维客网、PSI网、新科学家、科学时报、上海科技教育出版社、Yahoo知识堂、 Tom、自动化所网“为世界而生”、万方数据、中国科技在线、中国经济网、中华部落网、中国健康教育网、教育学习、文锦网、 HORIBA网、抗癌网、人民网、网易、中国经济网、中国科普博览等 Webmaster@https://www.wendangku.net/doc/0f1516719.html, 本主页由高能物理研究所所办公室、计算中心维护北京市918信箱邮政编码：100049 电话:(010)88235007 （010）88236027 IE5.0浏览器,800X600分辨率数据最后更新日期 07-04-09

信息技术的发展历程

信息技术发展史：第一次信息技术革命是语言的使用。发生在距今约35 000年～50 000年前。语言的使用——从猿进化到人的重要标志类人猿是一咱类似于人类的猿类，经过千百万年的劳动过程，演变、进化、发展成为现代人，与此同时语言也随着劳动产生。祖国各地存在着许多语言。如：海南话与闽南话有类似，在北宋时期，福建一部人移民到海南，经过几十代人后，福建话逐渐演变成不语言体系，闽南话、海南话、客家话等。第二次信息技术革命是文字的创造。大约在公元前3500年出现了文字文字的创造——这是信息第一次打破时间、空间的限制陶器上的符号：原始社会母系氏族繁荣时期（河姆渡和半坡原始居民）甲骨文：记载商朝的社会生产状况和阶级关系，文字可考的历史从商朝开始金文（也叫铜器铭文）：商周一些青铜器，常铸刻在钟或鼎上，又叫“钟鼎文” 第三次信息技术的革命是印刷的发明。大约在公元1040年，我国开始使用活字印刷技术(欧洲人1451年开始使用印刷技术)。印刷术的发明汉朝以前使用竹木简或帛做书材料，直到东汉（公元105年）蔡伦改进造纸术，这种纸叫“蔡候纸”。从后唐到后周，封建政府雕版刊印了儒家经书，这是我国官府大规模印书的开始，印刷中心：成都、开封、临安、福建阳。北宋平民毕发明活字印刷，比欧洲早400年第四次信息革命是电报、电话、广播和电视的发明和普及应用。世纪中叶以后，随着电报、电话的发明，电磁波的发现，人类通信领域产生了根本性的变革，实现了金属导线上的电脉冲来传递信息以及通过电磁波来进行无线通信。 1837年美国人莫尔斯研制了世界上第一台有线电报机。电报机利用电磁感应原理(有电流通过，电磁体有磁性，无电流通过，电磁体无磁性)，使电磁体上连着的笔发生转动，从而在纸带上画出点、线符号。这些符号的适当组合(称为莫尔斯电码)，可以表示全部字母，于是文字就可以经电线传送出去了。1844年5月24日，他在国会大厦联邦最高法院议会厅作了“用导线传递消息”的公开表演，接通电报机，用一连串点、划构成的“莫尔斯”码发出了人类历史上第一份电报：“上帝创造了何等的奇迹！”实现了长途电报通信，该份电报从美国国会大厦传送到了40英里外的巴尔的摩城。 1864年英国著名物理学家麦克斯韦发表了一篇论文(《电与磁》)，预言了电磁波的存在，说明了电磁波与光具有相同的性质，都是以光速传播的。 1875年，苏格兰青年亚历山大.贝尔发明了世界上第一台电话机，1878年在相距300千米的波世顿和纽约之间进行了首次长途电话实验获得成功。电磁波的发现产生了巨大影响，实现了信息的无线电传播，其他的无线电技术也如雨后春笋般的涌现：1920年美国无线电专家康拉德在匹兹堡建立了世界上第一家商业无线电广播电台，从此广播事业在世界各地蓬勃发展，收音机成为人们了解时事新闻的方便途径。1933年，法国人克拉维尔建立了英法之间的第一条商用微波无线电线路，推动了无线电技术的进一步发展。 1876年3月10日，美国人贝尔用自制的电话同他的助手通了话。 1895年俄国人波波夫和意大利人马可尼分别成功地进行了无线电通信实验。 1894年电影问世。1925年英国首次播映电视。静电复印机、磁性录音机、雷达、激光器都是信息技术史上的重要发明。第五次信息技术革命是始于20世纪60年代，其标志是电子计算机的普及应用及计算机与现代通信技术的有机结合。随着电子技术的高速发展，军制、科研、迫切需要解决的计算工具也大大得到改进，1946年由美国宾夕法尼亚大学研制的第一台电子计算机诞生了。 1946~1958年第一代电子计算机 1958~1964年第二代晶体管电子计算机 1964~1970年第三代集成电路计算机 1971~20世纪80年代第四代大规模集成电路计算机至今正丰研究第五代智能化计算机

近代以来世界的科学发展历程.doc

近代以来世界的科学发展历程考点提示近代科学技术（1）经典力学、相对论、量子论（2）进化论（3）蒸汽机的发明和电气技术的应用知识清单知识梳理一、物理学的重大进展（一）近代自然科学产生的背景经济基础——资本主义经济发展，生产经验的积累。思想准备——文艺复兴、宗教改革、启蒙运动解放了思想。个人因素——科学家具有科学精神。（二）经典力学 1、伽利略——意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、物理学家。（1）主张：为了解自然界，必须进行系统地观察和实验。（2）通过实验证实，外力并不是维持运动状态的原因，只是改变运动状态的原因。（3）通过实验，发现了自由落体定律等物理学定律，大大改变了古希腊哲学家亚里士多德以来有关运动的观念。（4）开创了以实验事实为依据并具有严密逻辑体系的近代科学，为牛顿经典力学的创立和发展奠定了基础，被誉为近代科学之父。 2、牛顿——17世纪英格兰伟大的物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家。（1）牛顿在其经典著作《自然哲学的数学原理》一书中，提出了物体运动三大定律和万有引力定律。把地球上的物体运动和天体运动概括到同一理论之中，形成了一个以实验为基础、以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系。（2）牛顿经典力学体系对解释和预见物理现象，具有决定性意义。海王星的发现是证明牛顿力学和万有引力定律有效性的最成功的范例。（3）数学方面，牛顿是微积分的发明者之一。另外牛顿还发现了太阳光的光谱，发明了反射式望远镜等。（三）相对论的创立： 1、背景：19世纪，随着物理学研究的进展，经典力学无法解释研究中遇到的新问题。20 世纪初，德国物理学家爱因斯坦提出相对论。 2、内容：包括狭义相对论和广义相对论。狭义相对论——物体运动时，质量随着物体运动速度增大而增加，同时空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。

显示器件的发展历史

平面的魅力--纯平显示器漫谈 PC显示器技术从诞生开始就没有多少真正的变化。尽管显示器变得越来越大、越来越清晰，但基本的阴极射线管技术仍然是以几十年前的旧电视技术为基础。目前，在传统CRT 显示器中，日益发展的“纯平”技术越来越引人瞩目。一、显像管形状的发展历史组成显示器最重要的部件无疑是显像管。显像管的发展历史几乎就代表了显示器的发展历史。显像管的形状有球面、柱面、平面直角、超平面、纯平面等之分。球面显像管其形状是球体的一部分，在垂直和水平方向都有弯曲，所以在边缘处会造成图像的变形。一般而言偶数英寸（14、16、20英寸）的显示器采用这种显像管。球面显示器采用的是荫罩显像管，它在荧屏前方有一张很薄的穿孔金属片，用以生成分离的荧光点。由于荫罩显像管中荧光点排列的方式，所以能产生边缘清晰的图象，很适合文字的显示。柱面显像管代表产品有索尼的Trinitron和三菱的DiamondTron，在垂直方向是平直的，在水平方向有弯曲。垂直方向的直线造型既减少了图象的变形，也避免了上方灯光反射的干扰。柱面显示器采用的是荫栅显像管，它透过一列绷紧的细线生成垂直的荧光线，在屏幕下方可以看到一根极细的固定荫栅的水平减振线。荫栅显像管具有比荫罩显像管更高的亮度和对比度，同时不失精确的聚焦。因此这种显像管比较适于图象编辑工作。但它在水平方向的弧度不太利于文字的显示。平面直角显像管它的屏幕实际上也是一个球体的一部分，只是这个球体的直径很大，使得屏幕看起来几乎是个平面。它消除了图象的变形，并避免了灯光的反射。目前绝大多数的15、17、19、21英寸显示器都是平面直角的。几乎所有的平面直角显示器都用的是荫罩显像管，只有NEC的CromaClear是个例外。它采用的是一系列垂直排列的椭圆形栅孔，据称结合了荫罩显像管和荫栅显像管二者的优点。纯平面的显像管上述这些显像管，都没有达到完全的平面，因此，所显示的画面或多或少都会有一点变形和扭曲，依然不够令人满意。直到现在，一些崭新显示器――纯平显示器的出现，才使CRT显示器终于走上了完全平面的道路。二、“纯平”显像管的性能特点从最早的球面显像管到现在应用最多的平面直角显像管（FST），再到以SONY特丽珑（Trinitron）和三菱钻石珑(Diamondtron)为代表的柱面显像管，显像管弧度已经越来越小，特丽珑显像管已实现了垂直方向的零弧度，但在水平方向仍然没有达到完全的平面。纯平面显示器，屏幕在水平和垂直方向都是笔直的，就象一面镜子那样平，失真、反光，都被减小到了最低限度。正如几年前平面直角显像管取代球面显像管一样，纯平面显像管必然将取代现在的平面直角显像管和柱面显象管，形成新的风潮，这是CRT显示器发展的必然趋势。现在最新出现的一些“纯平”显像管（IFT）技术，使传统CRT显示器终于走上了完全平面的道路。

信息技术及其影响教案

1．2 信息技术及其影响一、教材分析本节涉及到信息技术的应用、发展及其影响，是整册书的导言或概括性内容，是对义务教育阶段相关内容的延续和加深。通过对本节内容的学习，学生可以了解信息技术的基本概念，感受由于信息技术的发展应用从而引发在自己身边的变化或影响，同时通过寻本溯源了解信息技术的过去、现在与未来，激发对信息社会生活的关注与向往。二、学情分析本课的教学对象是高中一年的学生，他们对知识的获取已经开始由感性认识提升到理性认识，但分析问题缺乏深度，容易受到网络的诱惑而去做与课堂无关的事。因此，课堂设计要能够吸引学生的注意力，为学生营造愉快的学习环境，进而培养学生的自主学习、团队合作学习精神。三、教学目标 1、知识与技能： a.列举信息技术的应用实例； b.初步了解信息技术的发展历程和趋势 2、过程与方法： a．初步掌握根据任务的要求，确定信息的来源的方法，尝试通过书籍、报刊、广播电视和因特网等各种途径搜集资料； b．调查、研究信息技术的历史和发展趋势。 c．掌握辩证的思维方法，分析信息技术对社会的影响。 3、情感态度与价值观：结合案例分析，探讨信息技术对社会发展，科技进步和个人学习生活等方面的影响，激发学生对信息技术的学习兴趣，培养合作解决问题的能力。合理使用信息技术，使学生养成良好的上网习惯和意识。四、教学重点和难点 1、教学重点： a．掌握什么是信息技术； b．信息技术的发展历程。 2、教学难点： a．信息技术概念的理解； b．信息技术、计算机技术、网络技术、通信技术的区别与联系； c．信息技术发展历程的划分。五、教学方法体验法、讲授法、讨论法、示例法六、教学环境硬件：局域网机房，教师机一台，学生机81台，投影仪

AD转换技术的发展历程及其趋势

目录 1 引言 (3) 2 A/D转换器的发展历史 (3) 3 A/D转换技术的发展现状 (3) 3.1 全并行模拟/数字转换 (4) 3.2 两步型模拟/数字转换 (4) 3.3 插值折叠型模拟/数字转换 (5) 3.4 流水线型模拟/数字转换 (6) 3.5 逐次逼近型模拟/数字转换 (7) 3.6 Σ-Δ模拟/数字转换 (8) 4 A/D转换器的比较与分类 (9) 5 A/D转换技术的发展趋势 (10)

A/D转换电路的外特性研究以及A/D转换技术的发展历程和趋势 1 引言随着电子产业数字化程度的不断发展，逐渐形成了以数字系统为主体的格局。A/D转换器作为模拟和数字电路的接口，正受到日益广泛的关注。随着数字技术的飞速发展，人们对A/D转换器的要求也越来越高，新型的模拟/数字转换技术不断涌现。本文主要介绍了当前几种常用的A/D转换技术；并通过对数字技术发展近况的分析，探讨了A/D转换技术未来的发展趋势。 2 A/D转换器的发展历史计算机、数字通讯等数字系统是处理数字信号的电路系统。然而，在实际应用中，遇到的大都是连续变化的模拟量，因此，需要一种接口电路将模拟信号转换为数字信号。A/D转换器正是基于这种要求应运而生的。1970年代初，由于MOS工艺的精度还不够高，所以模拟部分一般采用双极工艺，而数字部分则采用MOS工艺，而且模拟部分和数字部分还不能做在同一个芯片上。因此，A/D转换器只能采用多芯片方式实现，成本很高。1975年，一个采用NMOS工艺的10位逐次逼近型A/D转换器成为最早出现的单片A/D转换器。 1976年，出现了分辨率为11位的单片CMOS积分型A/D转换器。此时的单片集成A/D转换器中，数字部分占主体，模拟部分只起次要作用；而且，此时的MOS工艺相对于双极工艺还存在许多不足。1980年代，出现了采用BiCMOS工艺制作的单片集成A/D转换器，但是工艺复杂，成本高。随着CMOS工艺的不断发展，采用CMOS工艺制作单片A/D转换器已成为主流。这种A/D转换器的成本低、功耗小。1990年代，便携式电子产品的普遍应用要求A/D转换器的功耗尽可能地低。当时的A/D转换器功耗为mW级，而现在已经可以降到μW级。A/D转换器的转换精度和速度也在不断提高，目前，A/D转换器的转换速度已达到数百MSPS，分辨率已经达到24位。 3 A/D转换技术的发展现状通常，A/D转换器具有三个基本功能：采样、量化和编码。如何实现这三个功能，决定

中国科技发展历程

中国科技发展历程古代中国——科学技术成就辉煌中华民族的科技活动有着悠久的历史，曾经为人类发展作出过巨大的贡献，并且在16世纪中期以前一直处于世界科技舞台的中心。早在距今3300多年以前的甲骨文中就有有关日食的记载。距今2500年以前的战国时期问世的《考工记》准确地记载了六种不同成份的铜锡合金及其不同用途。公元1世纪初期的西汉时期，中国人发明了造纸术，公元105年左右中国科学家蔡伦又改进和提高了造纸技术，从而使造纸技术在中国迅速推广开来。公元3世纪左右，中国人发明了瓷器，这一技术在11世纪传到波斯，由那里经阿拉伯于1470年左右传到意大利以及整个欧洲。到唐朝，中国科学家发明了火药，并在公元9世纪首次将其用于战争之中。在11世纪中期的宋朝，中国科学家发明的指南针和活字印刷技术得到了广泛的应用。15世纪中期，中国医学家时珍所著的《本草纲目》成为中国古代医学发展的集大成者。到此时为止，中国古代科学的发展达到了顶峰时期，四大发明已经先后登上了历史舞台。著名英国科学家约瑟博士认为，中国“在3世纪到13世纪之间保持一个西方所望尘莫及的科学知识水平”，现代西方世界所应用的许多发明都来自中国，中国是一个发明的国度。由于从明代14世纪60年代末始以来，中国对外长期实行“闭关锁国”政策，影响了近代科学技术在中国的传播和发展，并使之处于相对停滞状态。与此同时，欧洲成为现代科学的发源地，生产力突飞猛进，科学技

术获得迅速进展。中国逐渐拉大了与世界先进国家的距离。近现代中国——科技发展历经曲折在近代历史上，积贫积弱的中国不仅在科技发展上乏善可，而且自1840年鸦片战争以后还逐步沦为半殖民地半封建的国家。一个有着光辉灿烂历史的文明古国就这样退出了世界科技舞台。 19世纪中叶，一批向西方寻求救国真理的中国先行者，倡导科学救国、教育救国，主学习西方的先进科学技术。于是中国开始有了出国求学者。1847年，来自香山南屏镇的容闳来到美国，3年后，他考入耶鲁大学。1854年，他又以优异的成绩从这所大学毕业，成为历史上毕业于美国大学的第一位中国人。1872年至1875年，清朝政府先后派出四批共120名青少年到美国留学。1905年，中国废除了科举制度，清政府举行了第一次归国留学生考试。这些归国人员为引进西方的先进科学技术发挥了一定的作用。 1911年10月10日，在武昌爆发了辛亥革命。在革命先行者领导下，终于推翻了延续两千多年的封建专制帝制，中国走向。是近代中国主科学救国的先驱。但是，20世纪前叶的中国，动荡不安，科学技术事业发展的物质条件极差，所以发展依然很缓慢。第一次世界大战结束后，为反对“巴黎和会”上帝国主义列强强加给中国的不平等条约，1919年5月4日，中国爆发了伟大的爱国救亡运动，即“五四运动”。“五四运动”提倡与科学，为中国近代科学的诞生扫清了道路。当时的留美学生元任、任鸿隽、铨、胡适等在美国发起组织了中国科

新型显示技术发展研究_孔彬

52?2013年7/8月号总第102/103期? 显示技术是人机联系和信息展示的窗口，广泛应用于工业、娱乐、通讯、教育、交通、医疗、军事等社会生产，生活的各个方面。显示产业也是年产值超过千亿美元的战略性新兴产业，是信息时代的先导性支柱产业，产业带动力和辐射力强。为实现新型显示产业的加速创新发展，2012年8月21日，科技部组织编制了《新型显示科技发展“十二五”专项规划》（下简称“规划”），倡导新型显示技术的发展潮流。 1.概况 100余年来，世界显示技术日益呈现出技术融合化、种类多元化、应用综合化的发展态势，其发展大致经历了4个主要阶段(图1): 一是传统的显示技术阶段，主要以物理光学显示为主，包括镜片投影显示。二是现代显像管显示技术阶段，以1897年发明CRT 技术为标志。三是现代平板显示技术阶段，开始出现在20世纪60年代，现已形成了全球迅猛发展的趋势和格局。四是当代新型显示技术阶段，20世纪90年代以来，网络、数字化、多媒体技术和高清晰度电视的发展，引发了全球显示产业的一场变革。随着信息技术、新材料技术和先进制造技术的迅猛发展，新型显示技术迅速取代CRT 等传统显示技术，出现了液晶显示、等离子显示、有机发光显示等新型平板显示技术和产品互相补充、互相竞争、共同发展的局面，如图1所示。目前，显示技术处于多种技术路线并存、产业发展迅速的黄金阶段。其中，阴极射线管显示已基本退出显示技术历史舞台，液晶显示技术和等离子体显示已经成为显示主流技术，激光显示、3D 显示、有机发光显示、电子纸显示、场发射显示将是未来主流新型显示技术发展研究孔彬显示技术。我国激光显示是最有可能领先国际水平的显示技术，3D 显示是最有生命力且终将成为显示技术共性平台的下一代显示技术，有机发光显示是最具发展潜力的新型显示技术，电子纸显示和场发射显示是值得关注的下一代显示技术。近年来，在市场需求和技术创新推动下，我国新型显示技术得到了迅速发展，产业链中上游技术创新与国际水平差距逐步缩小，下游整机应用系统集成技术得到跨越式发展。其中，我国激光显示技术保持与国际同步，3D 显示技术与国际同行差距较小，有机发光显示、电子纸显示产业发展迅速。液晶显示和等离子体显示等主流显示技术自主产业创新步伐明显加快。目前，我国具有相对优势的激光显示技术和产业均处于蓄势待发阶段，未来显示储备技术场发射显示的发展势头也较明显，多种显示技术在移动互联网终端显示的集成应用得到快速发展。我国新型显示技术创新和产业发展迎来了十分难得的机遇期。激光显示和3D 显示技术已经被人们熟知并处于大规模应用阶段，下文将重点介绍有机发光显示、电子纸显示和场发射显示等三种新型显示技术。 2.有机发光显示有机发光显示，又称OLED（Organic Electroluminescence Display）。有机发光显示的发光原理和无机发光显示相似。当元件受到直流电（Direct Current ；DC）所衍生的顺向偏压时，外加之电压能量将驱动电子（Electron）与空穴（Hole）分别由阴极与阳极注入元件，当两者在传导中相遇、结合，即形成所谓的电子-空穴复合（Electron-Hole Capture）。而当化学分子受到外来能量激发后，若电子自旋（Electron Spin）和基态电子成对，则为单重态（Singlet），其所释放的光为所谓的荧光（Fluorescence）；反之，若激发态电子和基态电子自旋不成对且平行，则称为三重态（Triplet），其所释放的光为所谓的磷光（Phosphorescence）。OLED 的基本结构是由一薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物（ITO），与电力之正极相连，再加上另一个金属阴极，包成如近年来，在市场需求和技术创新推动下，我国新型显示技术得到了迅速发展，产业链中上游技术创新与国际水平差距逐步缩小，下游整机应用系统集成技术得到跨越式发展图1 显示技术发展总体历程

数字技术的发展历程——数电读书报告

读书报告：数字技术的发展历程人类一直在进化，不断学习使用各种工具，不断完善和改进自己的生活状态和方式。最开始是发现了火，发现了能燃烧的东西，然后产生了可控的热能，最后出现了电。如果只是有电还不足以说明人类的聪慧。当人类开始打算用电来表达信息，储存数据等的时候，预示着下一个伟大的时代的降临——数字时代。最初从直观上来看是想用电信号作为一种媒介代替人类完成一些工作，比如计算。当然机械计算装置是最早出现的，比如算盘，当然还有自动计算的工具（历史上有最早的计算机模型，拥有复杂的机械结构，可实现加法运算）。每一项技术的提出之初看似奇思妙想，也正是这种开拓精神促进了社会的进步，这只是少数人做的事。具有前瞻性的人第一次提出了用电信号来储存数据：二进制，0和1，分别代表两种状态低电平和高电平。然后有了数字器件，即能够表征0和1信号的东西，可以抽象为简单的门电路（实现信号的变换）。当然其中遵循的标准应该是很多科学家在一起商讨很久才定下来的，我们现在被告知有CMOS电平，TTL电平等。在理论上取得巨大成功后最重要的还是要能拿出实物来证明一切。通过一代又一代人的不懈努力，我们现在也知道了又电子管。晶体管的各类半导体器件。半导体概念的提出绝对是划时代的，这已经和欧姆实验的电阻有了本质区别。在积淀工作做了很多年之后，我们头脑已经有了未来的模样：电可以代替人做更多的事，而且身边可以找到东西实施自己的想法。然后根据需要，我们开始去设计自己期待的东西。最早的计算机是由无数个电子管组成的，人工焊接，体积巨大，极难维修。这种东西的价值不能体现在东西的本身，而要着眼于过去和未来。随着技术越来越成熟，才形成了分门别类的系统化的现代数字设计。让我们来看一下现代人的观点：数字技术（Digital Technology），是一项与电子计算机相伴相生的科学技术，它是指借助一定的设备将各种信息，包括：图、文、声、像等，转化为电子计算机能识别的二进制数字“0”和“1”后进行运算、加工、存储、传送、传播、还原的技术。由于在运算、存储等环节中要借助计算机对信息进行编码、压缩、解码等，因此也称为数码技术、计算机数字技术等。数字技术也称数字控制技术。 1

信息技术与课程整合十年发展历程概览

信息技术与课程整合十年发展历程概览从2000年至今,我国基础教育信息化取得了一系列成就与长足发展,具体表现在“校校通”工程、农村中小学现代远程教育工程、“班班通”工程、国家贫困地区义务教育工程等大规模项目和工程的实施;硬件设施建设日渐完备、软件资源建设日益丰富、信息技术与课程整合认识备受重视等信息技术与课程整合环境的建设与完善;教师教育技术培训、教师技能大赛、信息技术与课程整合优质课大赛、现代教育发展论坛等促进信息技术与课程整合内涵发展及理论提升的相关活动举办;教师应用信息技术的意识提高、教师应用信息技术能力加强、学生信息素养提升等效果日益明显。 ●发展历程概览十年来的发展,我们将信息技术与课程整合的发展分为四个阶段。 1.多媒体的到来我国在上世纪90年代就开始了信息技术与课程整合的研究,到2000年也积累了很多经验。但是这段时间的发展也存在明显的不足和问题,没有形成良好的信息技术与课程整合氛围,一些学校和地区仅仅停留在视听教学的硬件本位时代;缺乏信息技术与课程整合的理论及方法指导,教师应用信

学生而言,多媒体教学中应用了图片、动画、影音、视频等素材,更能激发他们的学习兴趣,增加了学习的趣味性,也使得呆板的内容变得丰富多彩而容易理解和领会。 2.网络资源库的建设多媒体的到来阶段对于那些从未接触过信息技术的教师而言,是很大的进步,但是在应用过程中教师们也逐渐发现:他们能够获得的资源多是针对某一知识或者具体章节的演示课件或素材,往往无法根据需要对其内容进行修改。他们渴望能够根据个人能力及学生特征选择适合的资源,然而当时的资源建设极大地滞后于教学需求,虽然已经涌现了很多致力于资源建设的公司和企业,但是由于缺少教学理念指导,并非所有资源都是有价值的,甚至很难在其中查找真正需要的资源。这种情况随着“校校通”工程的深入而日益凸显,阻碍了信息技术与课程整合的有效开展,因此,资源建设和资源库建设受到了教育信息化界越来越多的关注和重视,取得了快速的发展。初期,大多数人都在关注网络资源库快速建设,同时,一些专家学者以发展的眼光关注网络资源库的内涵发展,对其定位、分类、标准、功能等层面进行了深入思考。我国的网络资源库建设也逐渐关注资源的规范和标准。因此,可以将资源建设的发展历程归纳为资源建设和资源平台建设两个

一,显示技术的发展史及其特点

一、显示技术的发展史及其特点 1-1 显示器件的分类及显示技术的发展史研究表明人的各种感觉器官从外界获得的信息中视觉占60%，听觉占20%，触觉占15%，味觉占3%，嗅觉占2%，近2/3的信息是通过眼睛获得的由此也就促进人们对显示技术的研究开发，从而图像显示成为显示中最重要的方式。电子显示器件可分为主动发光型和非主动发光型两大类。前者是利用信息来调制各像素的发光亮度和颜色，进行直接显示；后者本身不发光，而是利用信息调制外光源而使其达到显示目的。显示器件的分类有各种方式，屏幕大小、显示内容形状……；按显示材料可分固体（晶体和非晶体）、液体、气体、等离子体和液晶体显示器。但是最常见的是按显示原理分类，其主要有：阴极射线管（CRT）、显示液晶显示（LCD）、等离子体显示板（PDP）显示、电致光显示（ELD）发光二极管（LED）显示、有机发光二极管（OLED）显示、真空荧光管（VFD）显示，场发射显示（FED）。前七种都为主动发光显示，只有LCD为非主动发光显示，其他还有但市场很小。在20世纪，图像显示器件中，阴极射线管（CRT）占了绝对统治地位，如电视机显示器等绝大多数都采用CRT。与此同时平板显示器也在迅速的发展，其中液晶显示器以其大幅度改善的质量、持续下降的价格、低辐射量等优势在中小屏幕显示中代替CRT。而另一种适合大屏幕的显示器件――等离子显示器（PDP），也逐渐发展并且商品化。 1-2 显示器件的主要参量发展前景由于显示器件可用来重现图像图形、显示信号波形和参数，因此对显示器来说最重要的是显示彩色图像的质量。目前CRT显示器件以其高的性能价格比和高性能的图像质量仍占据着大部分的显示市场，而LCD显示器以其不断下降的价格和不断提高的图像质量已作为平板显示器件的代表填补了CRT显示器件推出的市场，并且还在扩充者市场。CRT、LCD 都已大规模生产，基本上已达到物美价廉，因此其他显示器件只能在CRT、LCD显示器件所不能适应的领域发展。以下是对显示器件主要参数进行说明： 1 亮度亮度（L）的单位是坎德拉每平方米（cd/m2）。对画面的亮度要求与环境的光亮度有关，例如，在电影院中，电影亮度有30-45cd/m2就可以了；在室内看电视，要求显示器画面亮度应大于70cd/m2；在室外看则要求画面亮度应达到300cd/m2；所以对高质量的显示器亮度的要求应为300cd/m2左右。 2 对比度和灰度对比度（C）是指画面上的最大亮度Lmax 和最小亮度Lmin 之比，即C= Lmax / Lmin(无环境光的前提下)。在实用中都是有环境光线的，所以显示器件必须有足够的亮度才能实现实用状态下的对比度：C’=Lmax+L外/Lmin+L内灰度是指图像黑白亮度的层次。一般人眼可分辨的最大亮度层次为100级。显示字码、图形、表格曲线对灰度没有要求，只要对比度高级可。但显示图像不但要求有足够的对比度，还要要求有丰富的灰度级。 3 分辨力（清晰度）分辨力是指分辨电视图像的最小细节的能力，是人眼观察图像清晰程度的标志。分为水平和垂直两种，在电视显示中垂直即电视帧的扫描线数，受电视广播制式的限制，PAL 制625 扫描线，NTSC 制525扫描线，高清晰数字制式，如1080I/60HZ信号的扫描线为1080线。虽电视机的品牌不同，但此参数都必须是一样的，后来不同厂家进行100HZ 和逐行扫描处理，只是减少了图像的大面积闪烁和行间闪烁。

数字技术的发展历程

数字技术的发展历程阎行舟 2014030306033 指导教师：邹麟内容提要本文对数字技术的发展过程做了概括性的总结关键词数字技术的历史数字技术的应用

数字技术的发展历程一、发展概述电子技术是20世纪发展最迅速，应用最广泛的技术，已经使得工业，农业，科研，教育，医疗，文化娱乐以及人们的日常生活发生了根本的变革。特别是数字电子技术，在近四十多年来，取得了令人瞩目的进步。电子技术的发展历程是以电子器件的发展为基础的。20世纪初直至中叶，主要使用的电子器件是真空管，也称电子管。随着固体微电子学的进步，第一支晶体三极管于1947年问世，开创了电子技术的新领域。随后60年代初，模拟和数字集成电路相继问世。到70年代末微处理器的问世，电子器件及应用出现了崭新的局面。1988年，集成工艺可在一平方厘米的硅片上集成3500万个元件，说明集成电路进入甚大规模阶段。当前的制造技术已经使得集成电路芯片内部的布线细微到亚微米和深亚微米（0.13~0.09微米）量级。随着芯片上元件和布线的缩小，芯片的功耗降低而速度大为提高。最新生产的微处理器的时钟频率高达 93GHz。数字技术的发展历程与模拟电路一样，经历了由电子管，半导体分立器件到集成电路的过程。由于集成电路的发展非常迅速，很快占有主导地位，因此，数字电路的主流形式是数字集成电路。从20世纪60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件，随后发展到中规模；70年代末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能发生了质的飞跃；从80年代中期开始，专用集成电路（ASIC）制作技术已趋向成熟，标志着数字集成电路发展到了新的阶段。二、数字技术与计算机数字技术应用的典型代表是电子计算机，它是伴随着电子技术的发展而发展的。现代计算机起源自英国数学教授Charles Babbage。他发现通常的计算设备中有许多错误，在剑桥学习时，他认为可以利用蒸汽机进行运算。起先他设计差分机用于计算导航表，后来，他发现差分机只是专门用途的机器，于是放弃了原来的研究，开始设计包含现代计算机基本组成部分的分析机（Analytical-Engine）。Babbage的蒸汽动力计算机虽然最终没有完成，以今天的标准看也是非常原始的，然而，它勾画出现代通用计算机的基本功能部分，在概念上是一个突破。在这之前的计算机，都是基于机械运行方式，尽管有个别产品开始引入一些电学内容，却都是从属与机械的，还没有进入计算机的灵活：逻辑运算领域。而在这之后，随着电子技术的飞速发展，计算机就开始了由机械向电子时代的过渡，电子越来越成为计算机的主体，机械越来越成为从属，二者的地位发生了变化，计算机也开始了质的转变。 1906年美国的Lee De Forest发明了电子管。在这之前造出数字电子计算机是不可能的。这为电子计算机的发展奠定了基础。1935年IBM推出IBM 601机，这是一台能在一秒钟算出乘法的穿孔卡片计算机。这台机器无论在自然科学还是在商业意义上都具有重要的地位。大约造了1500台。1938年ClaudeE.Shannon 发表了用继电器进行逻辑表示的论文。1938年柏林的Konrad Zuse和他的助手们完成了一个机械可编程二进制形式的计算机，其理论基础是Boolean代数。后来命名为Z1。它的功能比较强大，用类似电影胶片的东西作为存储介质。可以运算七位指数和16位小数。可以用一个键盘输入数字，用灯泡显示结果。1939年

科学技术发展史论文

成都理大学科学技术史论文题目：世界科技发展史回顾与未来科技发展展望彭静 201206020228 核自学院指导老师：周世祥

世界科技发展史回顾与未来科技发展展望科学技术发展史是人类认识自然、改造自然的历史，也是人类文明史的重要组成部分。今天，当人类豪迈地飞往宇宙空间，当机器人问世，当高清晰度数字化彩电进入日常家庭生活，当克隆羊多利诞生惊动整个世界之时，大家是否会感受到，人类经历了一个多么漫长而伟大的科学技术发展历程。一．古代科技发展概况大约在公元前4000年以前，人类由石器时代跨入青铜器时代，并逐渐产生了语言和文字。在于自然界的长期斗争中，人类不断推动着生产工具和生产技术的进步，与此同时，人类对自然界的认识也不断丰富，科学技术的萌芽不断成长起来。世界文明发端于中国，埃及，印度和巴比伦四大文明古国。中国古代科学技术十分辉煌，但主要在技术领域。中国的四大发明对世界文明产生巨大影响。古代中国科技文明的主要支桂有天文学、数学、医药学、农学四大学科和陶瓷、丝织、建筑三大技术,及世界闻名的造纸、印刷术、火药、指南针四大发明。四大发明：造纸、印刷术、火药、指南针。生活在尼罗河和两河流域的古埃及和巴比伦人在天文学，数学等方面创造了杰出的成就，埃及金字塔名垂史册，印度数学为世界数学发展史大侠光辉的一页。古希腊是科学精神的发源地，古希腊人创造了辉煌夺目的科学奇迹，在人类历史上第一次形成了独具特色的理性自然观，为近代科学的诞生奠定了基础。在人类历史上第一次形成了独具特色的的理性自然观，为近代科学的诞生奠定了基础。毕达哥拉斯，希波克拉底，以及百科全书式的学者亚里士多德都是那一时期的解除代表人物。公元前3世纪，进入希腊化时期的古希腊获得更大的发展，出现了欧几里得，阿基米德和托勒密三位杰出的科学家，使得古代科学攀上三座高峰。公元最初的500多年中，欧洲的科学技术持续衰落，5世纪后进入黑暗的年代，并且延续了1000多年，科学一度成为宗教的婢女。但是科学精神在14世纪发出自己的呐喊，近代实验科学的始祖逻辑尔-培根像一颗新星，点亮了欧洲的天空。在整个古代,技术发展的水平不高,科学也没有达到系统的程度,不同地域的人民之间还未建立起长期稳定的经济、文化联系, 但许多古代的科学技术成果, 如阳历和阴历, 节气、月、星期和其它时间单位的划分, 恒星天区的划分和名称,数学的基础知识和十进制记数法、印度——阿拉伯数字、轮车技术、杠杆技术、造纸术、印刷术等等,都已深深镶入了整个人类文明大厦的基础。古代自然科学的发展还停留在描述现象，总结经验的阶段，个学科的分野并不明确，因而具有实用性，经验性和双重性，但它给近代科学的发展准备了充分的条件。 2.近现代科学技术的发展

视频监控系统的发展历程

视频监控系统的发展历程视频监控技术的发展大致经历了三个阶段：第一阶段：1984年到1996年，这个阶段以闭路电视监控系统为主，也就是第一代模拟电视监控系统。其传输媒介为视频线。由控制主机进行模拟处理。那时候主要应用于银行、政府机关等高档场所。是一个起起步阶段第二阶段，九十年代中期至九十年代末，以基于电脑插卡式的视频监控系统为主，这个阶段也被业内人士称为半数字时代。其传输媒介依然是视频线缆。由多媒体控制主机或硬盘录像主机（DVR）进行数字处理和存贮。这个阶段的应用也多限于对安全程度要求较高的场所。这就是初步发展阶段。第三阶段，九十年代末至今，以嵌入式技术为依托，以网络、通信技术为平台，以智能图像分析为特色的网络视频监控系统为主，自此，网络视频监控的发展也进入了数字时代。网络视频监控的应用不再局限于安全防护，逐渐也被用于远程办公、远程医疗、远程教学等领域。高速发展阶段是从2005 年至现在视频监控的发展经历了：模拟视频监控、半数字监控、IP数字监控三个阶段.数字化,网络化是视频监控的数字化也是监控技术发展的必然趋势. 全模拟的监控方案：模拟摄像机+磁带机已被淘汰这个方案的前端采集与后端显示和传输线路都使用模似信号,所以又称为闭路电视监控系统(CCTV)。需要专门铺设线路并且成本高,在长距离传输时视频损耗大,严重影响了后端的显示的效果。也没有完整的针对大量前端的有效管理机制,所有模似信号需要中央视频切换矩阵控制,所以系统容量有限。它采用模似信号存储容量很大,调看录像非常不方便。

半数字化的监控方案：模拟摄像机+DVR 或模拟摄像机+DVS+NVR 这个方案前端和传输采用模似信号,存储则采用数字方式,一般为DVR。前端：早期采用MPEG2,MPEG4压缩方式,效果不是很好,现在有的部分H。264方案。线路也需要专门铺设,成本高并且在较长距离传输时候视频损耗大也影响后端的显示的效果。集成能力：没有完整的针对大量前端的有效管理机制,所有模似信号需要中央服务器的视频卡处理 (一般单台仅支持16路),系统容量有限。存储与回放：事后查阅,需要到专门服务器上进行。全数字化的监控方案：分散的IP Camera模式该方案的前端和传输都采用数字信号,且传输基于IP网络进行。前端：直接采用一体机,内置LINUX微型服务器,直接接入IP网络。由于常用的一体机,其没有集成式的管理,在接入ADSL时,受限于中国的网络固定公网IP很少, IP不固定,需要再依赖于DDNS等第三方服务。并且需要用户的NAT额外设置,使用不方便。这个方案适合于简单的单个消费型的家庭用户。存储与回放：由于一体机前端一般只能接入SD/CF卡等,其容量一般为4G,只能存储最近几小时的视频数据,无法形成真正的录像调阅机制。全数字化的监控方案： LiveCamera视频监控平台,基于互联网,统一平台,统一管理该方案的前端,传输,显示都使用数字信号,且于IP网络传输。传输：信号基于IP网络传输,因此适合长距离传输。由于现在的建筑等一般已经安装了的IP网络,因此布线成本低。在没有网络的地方,可以使用电话线 ADSL 方式接入。

显示技术发展历程及市场变革

显示技术发展历程及市场变革一、技术发展历程在2013年FPD峰会上，京东方董事长王东升将显示技术进行了一个分类，将CRT和PDP归类为真空显示；把TFT-LCD、AMOLED、柔性显示等归类为半导体显示。半导体显示是指通过半导体器件独立控制每个最小显示单元的显示技术统称。它有三个基本特征：一是以TFT阵列等半导体器件独立控制每个显示单元状态；二是主要应用非晶硅(a-Si)、低温多晶硅(LTPS)、氧化物(Oxide)、有机材料(Organic)、碳材料(Carbon Material)等具有半导体特性的材料；三是主要采用半导体制造工艺。与半导体显示技术和产品相关的材料、装备、器件和相关终端产业链统称为半导体显示产业。王东升总结LCD替代CRT、PDP的原因为“TFT-LCD脱颖而出是因为它顺应了半导体技术替代真空电子技术这一历史大趋势。” 1.1从CRT到LCD/PDP：平板显示与球面显示的竞争

1897年CRT诞生，CRT包含一个能够通过电子束触及磷光表面创造出图像的真空管。之后，此项技术被用于早期电视和电脑显示器上显示图像，一直到20世纪80-90年代CRT逐步被LCD显示所替代，到目前为止CRT已基本退出历史舞台。1964年首个LCD(液晶显示器)和首个PDP（等离子显示器）双双问世。LCD技术使得平板显示成为可能。1972年首台液晶电视的诞生。2005-2006年LCD液晶显示的销售份额超过CRT，成为显示主流技术，到2010年市场上已基本没有CRT产品。 CRT被淘汰的原因：由于本身重最重且很厚，加之结构(阴罩技术的限制)三基色荧光粉不能做小，因此无法实现屏幕大型化和轻便化以及像素性高清晰显示(只能达到800×600像素)，还有闪烁、X射线辐射、几何失真、清晰度和亮度不高等缺陷。表CRT、LCD、PDP性能对比

信息技术及其发展简史

信息技术及其发展简史信息技术及其发展简史信息技术的概念一、具体知识内容信息技术：一切与信息的获取、加工、表达、交流、管理和评价等有关的技术都可称之为信息技术。信息技术主要包括传感技术、通信技术和电子计算机技术等。 1．我们常说的“IT”是（）的简称 A．信息技术B．因特网C．输入设备D．手写板 2．总体来说，一切与信息的获取、加工、表达、（D ）、管理、应用等有关的技术，都可以称之为信息技术. A．识别B．显示C．交换D．交流信息技术的悠久历史一、具体知识内容人类社会发展历史上发生过五次信息技术革命（教材P6）：（1）语言的使用；(是从猿进化到人的重要标志) （2）文字的创造；（3）印刷术的发明；（4）电报、电话、广播、电视的发明和普及；（5）计算机技术及现代通信技术的普及与应用。(将人类社会推进到了数字化的信息时代) 1．关于信息技术的出现，下列说法正确的是（） A．自从有了广播、电视后就有了信息技术B．自从有了计算机后就有了信息技术 C．自从有了人类就有了信息技术D．信息技术是最近发明的技术 2．下列有关信息技术的描述正确的是（） A．通常认为，在人类历史上发生过五次信息技术革命 B．随着信息技术的发展，电子出版物会完全取代纸质出版物

C．信息技术是计算机技术和网络技术的简称 D．英文的使用是信息技术的一次革命 3．人类经历的五次信息技术革命依次为：语言的使用、文字的使用，（），电报、电话、广播、电视的使用和计算机的普及应用及其与通信技术的结合。 A．火的使用B．指南针的使用C．印刷技术的应用D．蒸汽机的发明和使用信息技术的发展趋势一、具体知识内容 1．神奇的计算机技术（1）虚拟现实：虚拟现实技术是伴随多媒体技术发展起来的计算机新技术，它利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，用户需要使用特殊的交互设备才能进人虚拟环境中。例如：3D游戏、电子宠物、三维全景图片、虚拟实验等（教材P7）。虚拟现实技术融合了数学图像处理、计算机图形学、多媒体技术、（传感器技术）等多个信息技术分支。（教参P12）（2）语音技术(教材P8) 语音技术在计算机领域中的关键技术有自动语音识别技术（ASR ) 和语音合成技术（TTS ）。例：语音输入法(开发公司:汉王、IBM 、微软) 语音识别技术是指将人说话的语音信号转换为可被计算机识别的文字信息，从而识别说话人的语音指令以及文字内容的技术。语音合成技术是指将文字信息转变为语音数据，以语音的方式播放出来的技术。（3）智能代理技术(教材P8) 智能代理技术是人工智能技术应用的一个重要方面，它通常可以主动地根据人的需要完成某些特定的任务。主要用于信息的自动检索和实现网上购物、网过滤。（案例：办公自动化、电子商务、搜索引擎中的“机器人”或“蜘蛛”程序）计算机技术是信息处理的核心，计算机未来研究的一个主要方向是智能化。电子商务：在网络环境下，实现网上购物、网上交易和在线电子支付的一种商业运营模式。（4）中国的超级计算机 2．发展趋势（教材P7-10）（1）越来越友好的人机界面（2）越来越个性化的功能设计

数字设计的发展历程

数字设计的发展 --2011091020006 张优劲“数字设计”(也称“数码设计”)是20世纪90年代以来设计领域出现的一种新的设计方式，它跨越“艺术学”和“计算机科学与技术”两个性质完全不同的一级学科，涉及到包装、广告、印刷、出版、影视、游戏、互联网、建筑、室内装饰、工业设计、纺织、服装等绝大部分相关视觉设计的行业数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。但其发展比模拟电路发展的更快。从60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。随后发展到中规模逻辑器件；70年代末，微处理器的出现，使数字模拟电路的性能产生质的飞跃。数字集成器件所用的材料以硅材料为主，在高速电路中，也使用化合物半导体材料，例如砷化镓等。逻辑门是数字电路中一种重要的逻辑单元电路。TTL逻辑门电路问世较早，其工艺经过不断改进，至今仍为主要的基本逻辑器件之一。随着CMOS工艺的发展,TTL的主导地位受到了动摇，有被CMOS器件所取代的趋势。近年来,可编程逻辑器件PLD特别是现场可编程门阵列FPGA的飞速进步，使数字电子技术开创了新局面，不仅规模大，而且将硬件与软件相结合，使器件的功能更加完善，使用更灵活。数字电路有很广泛的应用，这也是数字设计的重要性的体现，数字电路与数字电子技术广泛的应用于电视、雷达、通信、电子计算机、自

动控制、航天等科学技术领域。数字电路的分类：包括数字脉冲电路和数字逻辑电路。前者研究脉冲的产生、变换和测量；后者对数字信号进行算术运算和逻辑运算。数字电路中对于数的存储只有0和1，故数字系统是由来处理二进制数码0和1的电路所构成的。但如果一个比较大的数值用二进制表示，那么产生的数的表达形式就会十分冗杂，所以也可以用8进制和16进制表达。关于数字电路，用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。数字系统又名数字电路，它是指用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。数字电路有很广泛的应用，这也是数字设计的重要性的体现，数字电路与数字电子技术广泛的应用于电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、航天等科学技术领域。数字电路的分类：包括数字脉冲电路和数字逻辑电路。前者研究脉冲的产生、变换和测量；后者对数字信号进行算术运算和逻辑运算。关于本课程，我认为本课程重点在原理与实践。应该把本课程的“实践”性材料看成是加强和巩固原理的一种方法，通过例