光學光電子概念精選(九篇)
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第1篇：光學光電子概念范文
（安徽工程大學電氣工程學院，安徽 蕪湖 241000）
【摘 要】光電子產業作為21世紀具有代表性的主導產業之一，對當今世界科技發展起到巨大驅動力的作用。而《光電子技術》則是電子信息科學類專業的基礎學科，本文從分析該課程在本科教學階段的現狀及存在的問題出發，通過剖析學生學習的狀態及《光電子技術》在教學模式中存在的問題，把科學研究引入課堂，采用誘導式教學方法和多元化的考核評價標準，對《光電子技術》的教學模式進行創新性探索。實踐表明這些教學探索極大程度的調動學生的學習熱情，提高了《光電子技術》的教學效果。
關鍵詞 光電子技術；教學方法；誘導式教學
基金項目：安徽工程大學引進人才項目（2013YQ002）
作者簡介：張艷（1983—），女，漢族，博士，安徽工程大學電氣工程學院，講師。
0 引言
隨著國家信息化建設的逐步深入，我國采取了一系列積極、穩妥、有效的措施促進電子信息技術產業高速、持續、健康的發展。從2002年開始國家計委組織實施光電產業化專項計劃，光電專項產業化目標[1]是：（1）根據我國在光電子研究開發方面所具有的技術優勢和資源特點，重點支持一批技術水平高、市場前景好的光電產品，實現產業技術升級，并盡快形成規模生產。（2）“十五”期間初步形成具有一定自有知識產權和產業優勢的光電產業體系。通過對我國已有技術和資源優勢并在國際市場有競爭力的光電子產品的重點支持，力爭在“十五”期間使國內光電產業能夠滿足國內各行業的需要，并進入國際市場。（3）通過技術創新和項目建設的帶動，扶持光電產業基地的形成。光電信息技術產業的迅速發展，使得具有光電信息技術知識背景的從業人員的需求逐年增加。作為培養專業人才的搖籃，近年來，很多高校相繼開設了光電信息工程專業。它以培養可從事光學工程、光通信、圖象與信息處理等技術領域的科學研究及相關領域的產品設計與制造、開發及應用等工作的應用型人才為目的。
而《光電子技術》作為光電信息工程專業的一門專業基礎課，從了解光電子技術的發展和應用開始，通過學習光學基礎知識，以光學系統的源、傳輸通道、信息加載、探測、信號處理、顯示和存儲為主線，引導學生系統、全面的學習光電子技術。通過本課程的學習應使學生對光電子技術中的基本概念、基本技術和基本器件有比較全面、系統的認識，培養學生分析和解決工程技術問題的能力，為進一步學習相關專業課打下基礎。
本文從分析《光電子技術》課程在本科教學階段的現狀及存在的問題出發，通過剖析學生學習的狀態及《光電子技術》在教學模式中存在的問題，把書本上的內容與當前光電信息產業的發展現狀相結合，采用誘導式教學把科學研究引入課堂，對《光電子技術》的教學思路進行創新性探索。實踐表明這些教學探測極大程度的調動學生的學習熱情，提高了《光電子技術》的教學效果。
1 《光電子技術》的教學現狀及問題
就《光電子技術》這門課程而言，由于教學內容的邏輯推導內容較多，要求以大學數學為基礎，具備物理學，材料學，電路電子等多學科的知識和理論體系，導致部分學生對其缺乏興趣，進而 影響到教學的效果。
盡管近年來，隨著的電子設備走進課堂，授課方法也日趨多樣，如、“現代化多媒體與傳統板書”相結合的教學方法、“圖片演示與實物展示”相結合的教學方法、“課堂講授與小組討論”相結合的教學方法等[2]。對傳統意義上的教學模式進行了改革，如，講解到激光原理與技術這一章節的時候，在課件中放上激光器以及激光光束的圖片，把文字描述的內容以實實在在的實物圖片展現在學生的眼前，加深了學生對知識點的理解和接受。這些教育教學方法的改革在很長的一段時間的確取得了很好的教學效果。
然而，隨著的物聯網技術的發展，現在的大學生可以從互聯網上獲取海量信息，僅僅是一副圖，一個裝置器件已經無法引起學生過多的關注。那么，如何吸引到學生的注意力，激發學生的學習興趣，把《光電子技術基礎》這門光電信息工程專業基礎課講解的生動，打開學生通往光電子技術領域的大門，為進一步學習相關專業課打下基礎是我們亟需解決的問題。
2 誘導式教學方法
傳統意義上的誘導式教學方法早在20世紀80年代被提出，其理論依據出自《論語-述而》：“不憤不啟，不悱不發，舉一隅不以三隅反，則不復也。”意思是只有當學生百思而不得其解時，教師才可以有選擇的啟發他，當學生心里明白但不知如何表達時再去開導他，如果學生不能舉一反三，就先不要往下進行了。因而誘導式教學應當是“啟發”和“引導”相結合，通過“啟發”和“引導”學生，使得學生在有限的課堂教學時間內做到觸類旁通，提高教學效率。
而大學教育賦予了“誘導式教學”新的含義，除具有傳統意義上的誘導式教學的思想以外，還包含了用發展的眼光看待書本上的知識體系，把科學研究、最新的科技發明、科技產品引入課堂。就《光電子技術基礎》這門課程而言，可以從光電產業的最新科研成果中提煉出與課本知識點相關聯的的內容，通過光電產業的新發明，新應用吸引學生的注意力，在講解這些發明或應用的過程中傳授教學內容，激發學生的學習《光電子技術》的興趣。以《光電子技術》[3]中“偏振——起偏——檢偏”這一知識點為例，如果僅僅從書本上給出的概念出發講解：（1）偏振指的是振動方向對于傳播方向的不對稱性；（2）自然光得到偏振光的過程稱之為起偏，所用器件為起偏器；（3）檢測某一光束是否為偏振光的過程稱之為檢偏，所用器件為檢偏器。抑或在多媒體課件上放置光束起偏/檢偏的圖片，都不能起到很好的教學效果。為了吸引學生的注意力，激發學生對“光的傳播”這一教課內容的興趣和求知欲，同時擴展學生的知識面，可以從近階段的熱門話題個人全息手機(takee手機)引入，takee手機的亮點之一是可以使用戶從各個角度都能感受到浮在屏幕上的全息立體3D效果，進而聯系到學生身邊的光電信息技術——3D電影，觀眾要戴上一副特制的眼鏡，而這副眼鏡就是一對透振方向互相垂直的偏振片，由此把重點落到“偏振”這個知識點上，讓學生在一個輕松的教學氛圍中不僅學到了新知識，（下轉第82頁）（上接第86頁）而且知道新知識的應用領域和當前發展的現狀，擴寬了學生的知識面和眼界。
因此，大學課堂中的誘導式教學方法應該：（1）培養學生具有批判性思維；（2）具有科學的想象力；（3）具備自我塑造和發展能力。在此基礎上，“以點帶面”提高學生的創新能力和動手實踐能力。
3 多元化的考核評價標準
北京航空航天大學校長前校長曹傳鈞教授在本科教學上，提出“講一、練二、考三”的教學模式。指出學生的學習效果體現在：（1）知識面的寬窄；（2）學習，實踐的經歷；（3）自學的能力；（4）是否具備創造性思維和創造性能力，具有獨立的見解等幾個方面[4]。那么單純的一張試卷，一次考試就不能夠作為學生掌握知識的依據。
而《光電子技術基礎》是理論與實踐相結合的一門課程，這就要求其課程的考核評價標準應該具備多元化，多樣性的要求。整個課程的考試分為三部分：（1）理論部分的考核：可以采取閉卷考試了解學生對基本概念，基本理論的掌握程度，或者把基本理論深入剖析，采用開卷考試的方式，考察學生運用書本知識分析問題的能力；（2）實驗部分的考核：通過實驗不僅能夠加深學生對知識的掌握，實驗本身更是對整個章節，甚至整個課程內容的一個體現，如電光調制實驗，旨在讓學生掌握晶體電光調制的原理和實驗方法，但是該實驗從激光發射出的光波經由起偏器，電光晶體，1/4波片，檢偏器之后被光電探測器接收，通過信號處理，學生可以在示波器上觀察到作用到電光晶體上的調制信號曲線和光電探測器解調后的信號曲線。而這么一套設備展現出來的就是一個完整的光電系統。學生在實驗的過程中可以運用光電系統的知識搭建好實驗線路，確定光路信號的走向，通過示波器顯示的信號曲線分析實驗過程中出現的問題，思考該問題出現的原因以及采用何種解決這些問題，從而考察了學生對于光電調制內容的掌握程度，促使學生從實踐中意識到理論知識的重要性，提高學生分析問題解決問題的能力；（3）課程設計部分：課程設計旨在學生根據授課內容，通過自學擴大自己的知識面，結合日常生活中使用的光電子產品，培養學生科學的想象力和創新能力。整個成績采用百分制的標準，三部分的分值分配以60%+15%+25%的形式評判學生對《光電子技術基礎》的學習掌握程度。
通過對兩屆學生的采用誘導式教學和多元化考核評價的教學，其實踐表明這些教學探索極大程度的調動學生的學習熱情，提高了學生運用所學知識分析問題，解決問題的能力，培養了學生的動手能力和創新能力，達到了《光電子技術》的教學效果。
4 結束語
光是人們最為熟悉的現象之一，從17世紀關于光的本質的兩大對立學說到21世紀的信息時代，光電信息技術已經滲透到人們日常生活之中，除了光電子技術專業的學生需要深入系統地學習《光電子技術》外，微電子技術、材料、電子科學與技術等專業的學生也需要了解光電的基本概念和基礎知識。探索誘導式教學方法在《光電子技術》課程的新模式和多元化的考核評價標準，把光電基本概念和基礎知識與當前光電信息產業的發展現狀相結合，使學生較好地掌握所學知識，把握知識點的學術前沿，為學生的進一步學習和發展打下堅實的基礎。
參考文獻
［1］國家計委.國家計委組織實施光電子產業化專項計劃[J].中電網,2002,2,28.
［2］于雪蓮，顧國華.《光電子技術》教學方法的探討[J].高教論壇,2009,9(9):77-78-81.
［3］朱京平.光電子技術基礎[M].2版.科學出版社,2009.
第2篇：光學光電子概念范文
關鍵詞：光子晶體；硅基光電子學；集成光回路
中圖分類號：TN256 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）08-0230-01
1 光子晶體
光子在傳播時，遇到周期排布的介電常數材料，將會產生布拉格散射，因而會產生光子能帶與帶隙，使光子晶體具有光半導體的性質[1-2]。目前來說，我們主要靠對于缺陷的引入來實現對光子的局域化控制。缺陷有兩種基本形式：線缺陷和點缺陷。當引入線缺陷時，對于處在光子晶體禁帶能量的光子，它不能逃逸進入周圍的光子晶體當中，因而只能沿著線缺陷的確定路徑傳播。光子晶體波導對于光的傳輸性能強過傳統的波導物質，例如光纖。光纖依靠全反射作用來實現光的傳輸，但在較大轉彎角處由于不再滿足全反射條件而會有光子逃逸。在微納尺度上使用光子晶體波導的傳輸效率更高。光子晶體憑借它的特點，被廣泛研究。例如一些應用于各個不同的光頻段，有的看重更低的損耗、小限制的傳播窗口，還有一些則具有特殊用途（減緩光速）。
自從光子晶體的概念被提出以來，它就和它的蘊含的巨大應用價值聯系在一起。[3]它那特有光子帶隙能夠抑制物質的自發輻射，而這可以用于制作全反射鏡。另外，我們在其中引入缺陷，可以制成缺陷模，而缺陷模可以用制作微腔、波導、光開關、甚至人們熟知的激光器和探測器等等。總之，集成光電子學是光子晶體主要的活躍范圍，但是同時光子晶體在其他各個方面也有著重要的應用價值，它可以提高現今不斷走進我們日常生活的發光二極管的工作效率。
2 硅基光電子學
由于硅基半導體集成電路在生產規模和成本方面具有明顯的優勢， 所以現階段人們嘗試用硅作為制作納米級電子器件的主要材料，來縮減在Ⅲ-Ⅴ族元素中尋找材料制作具有相同目的的微納光電子器件的成本，現階段人們憑借已知的硅在1.3～1.5μm通信波段具有的低功耗的優勢，并以此為基礎，已經成功生產出大量的硅基微納光電子器件，就比如說此類的耦合器、光波導器件等。雖然說現階段硅基微納光電子器件已經具有相當明顯的優勢，但為了它在具體應用的過程中保證夠達到預期的應用效果，我們需要對其部分性能進行有效的優化。只要硅基微納光電子器件在性能方面能夠不斷地優化、我們的技術能夠不斷完善，它的應用空間就會得到擴展。
在對硅光晶體的研究中，我們已經看到：在硅基材料中引入光子晶體可以明顯的提高它的發光效率。憑借這我們可以預見：隨著新型硅基高效發光材料研究的不斷深入，新型制備技術如電注入泵浦方法的突破和光子晶體物理性質研究的深入，以及對于高效硅基材料的發光特性使用光子晶體的局域光效應加以控制，就很有可能提高硅基材料的l光增益，以此實現擁有低閾值的硅基激光器制備，進而可以在微電子芯片中利用光子替代電子作為載體來實現光耦合互聯，消除電子傳播發熱的劣勢，這樣就可以突破電子瓶頸效應。[4]
3 集成光回路
和普通的信息處理相似，信息處理“全光子化”，就是指利用光來進行信息傳遞。它的概念包涵了光信號的發出、它的調節、對光信號的接收、對于信號的處理、信號的返回的整個過程。作為光信號的來源的有源發光器以光子晶體為基礎，光信號又受到光子晶體制成的光開關調節和制約。光子晶體波導還能實現對于信號的傳輸與分流的作用，根據第二節提到線缺陷波導的傳輸優勢，能夠實現高效率低損耗，每個分路又要經波分復用器件下載，各個分路中的光信號在各自受到新的調制后，重新匯聚到干路， 回到接收裝置。因為每一部分的各個部件在所用材料與大小上近乎一致，我們知道，傳統光學器件的大小在厘米尺寸，微小的加工誤差都會導致其工作頻率的較大改變，因而產生光模式不匹配的問題，都會有較大的功率損耗，微型化的光子器件能避免這一問題。同時相同材質大小統一也方便光路一體化的實現。再加之與日益成熟的制備技術相適應，將會為全光路信息傳遞集成化鋪就道路。
4 問題分析與展望
二十多年過去了，經過這些年的發展，光子晶體理論已經不斷發展完善，我們也已經在其原理、設計取得了不斷進步。二維光子晶體的制備相對容易，已有諸如反應離子刻蝕和深紫外曝光等成熟技術。相對來說，對于集成光路更重要的三維光子晶體制備技術目前還不成熟，已有一些方法但還不能大規模集成化應用，因此是關鍵發展方向。但是現有制備技術還是不完美，仍然有許多難題、核心關鍵有待克服。例如，二維晶體中的誤差控制，由于我們使用的光子頻率都在納米量級，晶體中幾何上的微小誤差都會導致對調制頻率的影響，進而影響發射接收以及模式匹配。而我們需要將制備技術的精度提升到亞納米量級，才可以制備出高Q值的微腔，我們需要這樣一個可行的、簡便的方法。隨著光子晶體各種特殊現象、性質在被不斷發現，一些新的研究方向隨之提出，或許一些新的性質會隨著人們對于光子晶體的不斷發掘而被發現。
在硅基有源器件方面：我們仍對于滿足電泵浦、通信波段、產品化的硅基光源探尋不深，其中就包括擁有低閾值特性的III-V鍵合光源，十分穩定的、使用低電壓驅動的鍺激光器，還有以Er離子為基礎的電泵硅激光器；我們仍需在調制器上努力以滿足需求。鍺探測器的暗電流制約其發展，為能夠大規模量產，需新技術降低暗電流。
在硅基無源器件方面：問題之一就是硅基波導材料實現低損耗需要特殊工藝處理，因而無法實現大規模電路集成；其二為實現光柵的高耦合效率需要增加反射層，使得工藝更為復雜；這些器件的加工工藝急需簡化，使其能用標準的CMOS工藝制備。在硅基光電集成方面：怎樣將光纖和波導高效耦合是一個難題；因為硅基光電子器件的多樣性，所以需要化為統一標準。另外加工平臺成本較高。此外，硅的高熱光系數使得其光學性能受溫度影響，這一點是器件設計上的難題。封裝也不容忽視。因此，為了硅基光電子集成投入量產，我們需要在材料、工藝、設計等方面進行研究。
展望未來它將幫助我們實現高速、低能耗的探測器設計；擁有低損耗的硅基激光器；十分高效的硅基光電子集成；高計算速率的光電接口；大能夠投入量產的大規模集成設備。
5 結語
在科學研究興盛的當下，人們對于生產生活的需要往往能帶動一種新的科學技術的出現與發展，沒有人們需求的推動新的學說只是空想。新興生產技術的完善與發展也是需要科研工作者們堅持不懈的探索與嘗試。光子晶體獨特的性質備受關注，全世界的科研人員都對它抱有濃厚興趣，最初的概念現今已經拿出了實體成果，我們可以看出對于它的研究人們走過的路程。在光子晶體的實用方面，我們以降低制作難度，減小制作成本，降低不確定性與不穩定性為目標，這也是為實現光學集成所必須做出的雖然這里仍有許多難題等待突破，但是我們仍在為之奮斗。
參考文獻
[1]彭英才，Seiichi Miyazaki，徐駿，陳坤基.面向21世紀的Si基光子學Chinese Journal of Nature.
[2]倪培根.光子晶體制備技術和應用研究進展.物理學報，第59卷第1期2010（1）.
第3篇：光學光電子概念范文
【關鍵詞】光電技術，偵察，光電干擾，發展趨勢
光電技術（PhotoelectricTechnology）是一門以光電子學為基礎，將光學技術、電子學技術、精密機械及計算機技術緊密結合在一起的新技術，它為獲取光子信息或借助光子提取其他信息提供了一種重要手段。它將電子學中的許多基本概念與技術移植到光頻段，解決光電信息系統中的工程技術問題。這一先進技術使人類能更有效地擴展自身的視覺能力，將長波延伸到亞毫米波，短波延伸至紫外線、X射線、γ射線，乃至高能粒子，并可在飛秒級的速度下記錄超快現象的變化過程。
光電技術的研究內容可以分為光電基礎技術和光電信息技術兩部分。光電基礎技術體系是多門學科為基礎，以器件物理技術為依托，如高光電轉換效率的太陽能電池、高速低噪的PIN與APD二極管、高像素與高圖像質量的CCD與CMOS圖像傳感器等基礎光電器件的研制。光電信息系統技術包括了光電信息的產生、獲取、變換、傳輸、處理和控制等過程。光電技術在現代科技、經濟、軍事、文化、醫學等領域發揮著極其重要的作用，以此為支撐的光電子產業是當今世界各國家爭相發展的支柱產業，是競爭激烈、發展最快的信息技術產業的主力軍。隨著光電技術的迅速發展，半導體激光器、千萬像素的CCD與CMOS固體圖像傳感器、PIN與APD光敏二極管、LED、太陽能電池、液晶顯示等在工業與民用領域隨處可見，紅外成像技術已經廣泛應用于軍事和工業領域。
光電技術的基本功能是將光學參量或非光學參量進行光電轉換，完成工業檢測、軍事光電對抗、紅外探測、控制跟蹤等。光電技術在光通信、大容量光存儲、生物工程與醫學、工業在線檢測、危險環境檢測、遙測遙感、光纖傳感、精密計量、太赫茲波技術等方面有著廣泛應用。下面著重介紹光電技術在光電對抗上的應用及發展趨勢。
各種基于光電技術的武器系統被應用于現代信息化戰爭中。在光電武器裝備的較量中，出現了一種全新的作戰手段，這就是――光電對抗（Electro-opticalCountermeasure）。敵對雙方在光波段范圍內，利用光電器材和設備，偵查告警光電制導武器和光電偵查設備等光電武器，并實施干擾，使敵方武器降低、削弱或完全喪失作戰效能。同時，利用光電器材和設備，從而有效地保護己方光電設備和人員免遭敵方的偵查告警和干擾。光電對抗是技術可以分為光電偵察與反光電偵察、光電干擾與抗光電干擾等，如圖1。
1光電偵察
光電偵察（PhotoelectricDetection），主要是搜索、截獲、測量、分析、識別以及光電設備測向、定位敵方輻射或散射的光譜信號，以獲取敵方光電設備類型、位置、參數、功能、用途，及時提供情報并發出警告。光電偵察分為被動、主動偵察。利用各種光電探測裝置截獲和跟蹤敵方光電裝置的光輻射，并加以分析識別，從而獲取敵方目標信息情報的一種手段，叫做光電被動偵察（PassiveDetection），如激光告警、紅外告警、紫外告警和光電綜合告警等。利用敵方光電裝備的光學特性而進行的偵察，稱為光電主動偵察（ActiveDetection），即向敵方發射光束，再對反射回來的光信號進行探測、分析和識別，從而獲得敵方情報，如激光雷達、激光測距機。
2光電干擾（PhotoelectricityInterference）
采取某些技術措施可以破壞或抑制敵方光電設備的正常工作，其稱為光電干擾，這種手段同時也可以保護己方目標。光電干擾分為有源干擾（ActiveJamming）和無源干擾（PassiveJamming）兩種方式。有源干擾是利用己方光電設備發射或轉發敵方光電設備相應波段的光波，對敵方光電裝備進行壓制或欺騙干擾。如紅外干擾機、紅外干擾彈、強激光干擾和激光欺騙干擾。無源干擾是利用特制器材或材料，反射（Reflection）、散射（Scattering）或吸收（Absorption）光波能量，或人為改變己方目標的光學特性，使敵方光電裝備效能降低或被欺騙而失效，以保護己方目標為目的的一種干擾手段，如煙幕（Smokescreen）、光電隱身（Electro-opticStealthy）和光電假目標。
3反光電偵察
反光電偵察就是抓住光電系統的薄弱環節，使敵方的光電偵察裝備無法看見己方的軍事設施。主要方法有遮擋和欺騙、偽裝與隱身。反光電偵察的具體技術包括煙幕、假目標、偽裝（Camouflage）、隱身、摧毀與致盲、編碼技術和改變光束傳輸方向等。
4抗光電干擾
抗光電干擾是在光電對抗環境中為保證己方光頻譜而采取的行動。其在己方目標上，通過采取光電防護材料、抗干擾電路等措施，衰減或過濾敵方發射的強激光或其他干擾光波，保護己方設備或作戰人員免遭干擾和損傷。它包括反多光譜技術（MultispectralTechnique）、隱身技術、信息融合技術（InformationFusionTechnology）、自適應技術（AdaptiveTechnology）、編碼技術、選通技術等。
第4篇：光學光電子概念范文
軍事領域對光學技術的運用由來已久，我們今天日常生活中許多光學相關的技術與產品都是軍事應用在先，而后轉化為民用品。光學手段在現代化戰爭中的重要作用，被大家深刻認識應該是從以美國為首的海灣戰爭及后來進行的幾個局部戰爭的實效看出來的。隨著“全天候作戰”、“精確打擊”、“復雜戰場環境”及“無延遲攻擊”等現代戰爭需求不斷演變，光電武器裝備也在不斷推陳出新，廣泛應用在預警、告警、瞄準、定位、監視、偵察、武器對抗、精確制導、信息通信、夜視觀測等諸多領域；其地位也日益重要，漸漸成為或將與雷達同等地位的探測設備，與無線電網同等地位的光電通信裝備，與化學能武器同等地位的激光武器裝備等。
從一般光電系統到機載光電系統
通常，以光電相關技術為基礎的構成系統都可以稱為光電系統，現今人們對于光電系統并不陌生，在日常生活中隨處可見。光電系統是以光學工程、激光工程、精密機械、信息處理、自動控制、計算機等高新技術為依托，實現對光的收集、轉換、控制、處理、提取信息、能量轉換、輸出等，并集成多種傳感器實現特定功能系統的總稱。
從對光波利用方式不同，光電系統可以分為：信息感知，信息傳遞，能量傳遞等。它們從組成和機理上有許多相似之處，又有功能側重不同帶來的功能單元和性能指標的不同。
信息感知類光電系統組成示意框圖如圖1（a）所示。光電系統感知的信息是來自于目標/背景的光波特征，比如溫度差異、顏色差異、灰度差異等，有反射光，如可見光探測，也有目標/背景自身的輻射，如紅外探測，不同的溫度在探測器上看到的亮度不同，其波段是指覆蓋了紫外光、可見光、紅外光、遠紅外光，波長從200納米到幾十個微米的范圍。
信息感知類的光電系統是通過其光學通道收集來自目標/背景反射或自身輻射的光波，經探測器部件進行光電轉換，形成圖像（有時是電信號）信息，經信號處理單元得到目標信息。系統管理模塊，管理調度伺服控制系統及光機運動部件運動，實現光學通道在一定角度范圍內搜索或跟蹤目標；有時為了獲得目標的相對距離，控制激光輸出并對回波進行處理得出需要的信息。主要指標包括：探測距離、分辨率、工作波長、定位精度等，光電系統大多數屬于這一類。如地面防空系統中的紅外周掃警戒系統、船載光電瞄準裝置等。
信息傳遞類的光電系統是以光波作為信息載體，形成點對點或互聯互通的光通信的網絡，此類系統的組成示意框圖如圖1（b）所示。從圖中可以看出，其組成圖與圖1（a）中組成相似，不同點在于將探測系統中的測距的激光收發功能模塊演變為通信信息的收發處理模塊。地面無線光通信設備已經有比較成熟的產品了，地-星光通信也已經有應用。目前主要有激光通信和紫外通信，主要指標包括，通信帶寬、通信距離等。
能量傳遞類的光電系統，這里主要指用激光方式將較大的能量傳遞到另一個受體上，并發生作用，的光電系統。主要有激光干擾、激光毀傷、激光照明、激光充電等方式，其原理組成示意框圖如圖1（c）所示。激光光束定向性好，能量傳遞效率高，與其它兩類系統相比，更加強調光束性能以及指向的控制和調節，如光束會聚、波前校正，光軸穩定等。包括地、空、艦船、星載激光定向干擾系統、激光致盲系統、激光武器、激光照明、激光充電系統等，主要技術指標有工作波長、輸出光功率、作用距離、激光轉換效率、光束指向精度等。
機載光電系統
機載光電系統與地基、艦載、車載、星載等光電系統原理是基本相同的。但是在機載環境中應用的裝備，由于平臺對設備要求苛刻、外部環境嚴酷、作戰形態復雜多變，給光電系統設計帶來了不同于其它應用平臺的能力需求和技術難題，可以概括為以下幾個方面：
1、來自機載平臺本身的不利因素：包括寬頻振動（0～2000Hz），大過載、大機動，機體變形，復雜的內部電磁干擾，寬幅波動的供電環境，嚴格的能耗要求，嚴格的重量體積要求，突出部分的氣動限制，共形、隱身，長期反復使用等。這些對于“秒”級精度的光電系統設計提出了非常苛刻的要求；
2、外部嚴酷的環境要求包括：從極冷到極熱（零下五六十攝氏度到一百多攝氏度的范圍），風、雨、沙塵、鹽霧、霉菌、陽光暴曬、氣動加熱、大氣湍流等，這些因素往往是同時作用，綜合影響，無疑給機載光電系統設計增加了許多難度；
3、戰場形態復雜多變方面的不利因素：如距離遠、運動快、機動大，光波傳輸通道的大氣波動、散射、遮擋等隨時存在，有些目標還進行隱身偽裝。機載光電系統必須在這些不利因素影響下實現良好的性能。
因此，為了應對多種因素的影響，機載光電系統在保證性能的前提下，必須做到各方面的平衡。高動態、寬范圍變化、容積率高等因素的綜合作用，帶來了機載光電系統設計上的不同理念、構型和方法。許多很好的光學、結構材料、器件適應不了環境要求不能用了；為了在動態環境中保證光學系統精度、運動精度，需要設計既輕巧又要有良好剛度的精密結構；為了保證在平臺強烈振動和機動的狀況下光軸的穩定性、圖像的清晰度，機載光電系統必須考慮復雜的陀螺穩定系統和良好的減震系統，隨著探測距離和激光束照在數百千米目標上的需求，有些系統已采取二級穩定系統等更為復雜的控制技術；在實現超視距進行探測時，背景復雜，目標輻射很弱加上大氣通道上的湍流和散射，目標信息檢出處理增加了很大的難度；隨著平臺飛行速度更高，飛行高度達到臨近空間，特殊的熱管理等帶來的材料問題、運動補償問題、熱控問題等一系列技術難題也非常富有挑戰性。
機載光電系統的優勢
1、信息感知類機載光電系統的特點主要表現在：（1）被動探測，隱蔽性好；（2）能提供高分辨率可視化圖像；（3）角分辨率精度高，能夠遠距分辨群目標；（3）不受電磁干擾影響，適應復雜電磁環境遠距探測；（4）全天時工作，提升夜視夜戰能力。
2、信息傳遞類機載光電系統的特點主要表現在：（1）光通信信號帶寬寬，信息容量大；（2）無線光通信方向性好，保密性高。
3、能量傳遞類機載光電系統的特點主要表現在：（1）無延遲攻擊，實現實時打擊；（2）定向能輸出，提高作戰效率；（3）實現無線方式傳送能量。
機載光電系統在擁有上述諸多優點的同時，也存在一些不足，由于光電輻射波長較短，易受氣大氣條件的影響而性能降低。
機載光電系統在現代戰爭中的應用
目前在國外三代機、四代機、預警機、直升機、無人機以及特種飛機等上面普遍都裝備了光電系統，光電系統隨著光電子、信息處理、計算機等相關技術的進步，已歷經了三代的發展，目前性能更加先進的系統和技術也在大資金的投入下進行著研發。
按照應用細分，機載光電系統可分類如下：
信息感知領域
1、光電預警/告警探測系統，該系統通過對飛機、彈道導彈和巡航導彈等目標的搜索、跟蹤和定位，為預警機以及防空反導體系提供目標信息，具有抗電磁干擾、反隱身和被動探測等特點，是實現戰場態勢廣域預警/告警的有力手段。美歐、日本等國發展了多型光電預警/告警系統，國外目前的典型應用門警（Gatekeeper）系統對巡航導彈探測距離達到800千米左右；美國F-35戰斗機的分布式孔徑系統可實現對周視360度全向感知，告警距離達到十幾千米。
2、光電監視與偵察（ISR）系統，通過利用光電傳感器發現、識別、確認、監視、跟蹤并定位目標，獲取戰場信息，具有高分辨率成像、晝夜偵察與監視、快速獲取敵方情報等特點，是提供戰場支援和奪取信息優勢的重要手段。最具代表性的為美國雷神公司的“全球鷹”光電偵察系統，其對地目標分辨率小于0.2米。
3、機載跟瞄系統按使用方式又可分為光電雷達（紅外搜索跟蹤系統）、晝夜瞄準吊艙、光電轉瞄轉塔等。
（1）機載光電雷達是用于戰斗機對空中目標進行大范圍快速搜索、探測和跟蹤定位的光電設備，具有抗電子干擾能力強、隱蔽性好、定位精度高、探測隱身目標能力強等特點，可在戰場復雜電磁環境下進行遠程探測跟蹤，獨立支持火控系統完成超視距攻擊，已成為作戰飛機任務系統重要的戰術傳感器之一。由意大利、英國和西班牙組成EURO-FIRST集團，研制的裝備在“臺風”戰斗機上的PIRATE光電雷達，迎頭探測距離達到50千米以上。
（2）晝夜瞄準吊艙是集紅外、電視、激光于一體的機載光電探測系統，使用紅外、電視可在晝夜條件下對地面目標進行搜索、識別和跟蹤，跟蹤狀態下利用激光對目標進行測距，主要用于配合中近距電視/紅外制導導彈、衛星/慣性制導炸彈、激光制導炸彈等空面武器對目標進行精確打擊。美國諾思羅普?格魯門公司的Litening吊艙對地探測距離可達30千米以上。
（3）光電觀瞄轉塔是用于直升機/無人機/反潛巡邏機等實現對地/對海偵察和攻擊的光電瞄準設備，能夠在晝夜條件下偵察和瞄準，為航炮、火箭等多種無控武器攻擊提供瞄準參數，可進行激光制導武器（導彈或炸彈）等制導武器提供制導信息實現精確打擊；美國FLIR公司的Star SAFIRE HD光電觀瞄轉塔，超小視場下可以識別18千米處的成年人目標。
信息傳遞領域
無線光通信技術區別于傳統的射頻通信技術，有其自身的特點：從紅外波段到紫外波段，為信息傳輸提供了超寬頻帶能力，保密性好，不受電磁福射的影響。包括機群之間、衛星與飛機、飛機與地面站之間的無線激光通信。目前由于機載平臺要求苛刻、動態影響大，機間激光無線通信還處在探索和實驗階段，如FALCON系統預期實現50km以上2.5Gbps帶寬的數據通信，未來將達到幾百千米的能力。同時，由于紫外日盲特性和大氣層中良好的散射傳播特性，與激光通信不同，可實現非視線傳輸，具有低竊聽率，高抗干擾性和全天候工作等優點，但由于目前器件水平不高、數據傳輸速度不大，距離近，目前機載應用還處于實驗室研究階段。
能量傳遞領域
應用主要包括激光定向對抗系統、激光武器系統、激光照明、激光充電等方面。光電對抗是指敵對雙方在光波段的抗爭，目的在于破壞或摧毀敵方光電偵察裝備和光電制導武器的作戰使用效能。目前在光電對抗系統開發中有代表性的為諾格公司的LAIRCM（大型飛機紅外對抗系統）、DIRCM（定向紅外對抗系統），有效對抗紅外制導導彈的距離達到十幾千米，激光武器系統利用高能激光束對目標進行毀傷，具有無延遲攻擊、射程遠、無限次發射等優點，可用于攔截彈道導彈、巡航導彈、高機動的空中和地面目標等，雖然目前還在技術驗證階段，但未來將是重要的機載武器裝備之一。波音公司、諾斯羅普?格魯門公司和洛克希德?馬丁公司聯合在大飛機上開展了先進機載激光武器試驗系統（ATL），其激光器功率100千瓦，作戰距離達到20千米以上。由于超大功率的激光能源系統龐大，整個系統占了幾乎一架飛機，因此，在作戰飛機平臺的裝備還有很長的距離。
與日俱增的重要地位
相對于電磁波雷達而言，工作在光波段的機載光電系統，工作機理上具有高幾何分辨力、高頻譜分辨力以及被動獲得信息等優點。隨著光電子基礎技術研究的不斷突破，近30年光電系統獲得了空前的發展，在“海灣戰爭”、“科索沃戰爭”、“阿富汗反恐戰爭”等一系列局部戰爭中得到了廣泛應用，也取得了令人矚目的效果，從中也展現了其在現代戰爭模式中的重要作用。
早期機載光電系統是為了解決夜視觀察的輔助作用，隨著作戰模式向精確打擊模式的演變，機載光電成為精確瞄準、精確定位、精確投放武器的必需裝備，而從偵查監視及信息獲取的角度，由于光電系統幾何分辨力高、光譜分辨力高、圖像真實，目前已成為獲取高質量戰略和戰術情報的最有效手段。隨著空中作戰中電磁環境的日趨復雜，機載光電探測系統被動探測，不受電磁干擾、隱蔽性好、信息可視化等優勢更顯突出，發揮著與雷達等探測手段同等重要的作用。面對飛行器幾倍聲速，高機動，高隱身等新的作戰需求的變化，以光電探測和激光攻擊的光電武器系統是滿足“無延遲攻擊”的最佳選擇。大數據率、多源、多機平臺協同的數據傳輸離不開高帶寬傳輸能力的機載光通信系統。
總之，隨著光電子技術、量子探測技術、高速處理技術、高效率激光能量轉換技術、高性能材料技術等光電技術不斷突破，機載光電系統性能還將進一步得到提升，在未來機載平臺上將會發揮更加重要的作用。
機載光電系統的發展趨勢
為適應日益嚴酷的作戰環境，應對作戰對象的升級換代，未來的高科技戰爭對新一代機載光電系統不斷提出新的需求。加之基礎技術的持續進步，同時推動光電系統不斷發展。機載光電系統未來的發展基本可以概括為性能提升、功能拓展、系統綜合和概念創新。
1、性能提升、功能拓展：“看得更遠、看得更清、瞄得更準”是機載光電系統發展永恒的主旋律。機載光電瞄準系統在新技術的推動下，探測能力較以往有了大幅提升。未來光電雷達將達到幾十千米甚至上百千米的探測能力，成為反隱身、超視距作戰的利器。瞄準吊艙將將達到更遠的探測距離和更精確的瞄準定位，使戰機能夠在百千米距離就可以對地面目標發起精確打擊。光電情報監視偵察系統分辨率將進一步提升，并將能夠覆蓋更廣的戰場偵察范圍。未來系統分辨率將達到厘米級，甚或更高。并將通過光譜細分技術提高對偽裝目標的識別能力，同時結合無人機長航時優點，實現對戰場不間斷地戰略和戰術高分辨率偵察監視，戰場動態盡在掌握之中。
2、系統綜合、概念創新：“從單一到綜合、從傳統到新體制”使機載光電系統充滿活力。F-14飛機的IRST，F-15飛機的SNIPER吊艙都是單一功能的光電系統，而F-35飛機則采用一個EOTS和6個DAS進行系統綜合，成為集空/地探測、導彈告警、態勢感知為一體的綜合光電系統。可以預計，在未來機載光電系統綜合化程度會更高，不同功能、不同波段的光電單元有機結合，實現機載態勢感知、探測瞄準、告警、干擾、毀傷和通信能力的一體化。新體制、新概念的光電產品將隨著技術發展不斷涌現。自由曲面共形光學天線將使未來的機載光電系統光學窗口不再突出，而與飛機機身融為一體；光學超材料的出現將使光電系統光學特性出現異于尋常的變化；孔徑編碼成像將改變傳統幾何光學的成像概念；采用光量子技術的量子雷達則將使經過隱身、偽裝、防護的目標無所遁形…。
結語
第5篇：光學光電子概念范文
歐陽征標早年在國際上首次提出了靜電混合型自由電子激光器的概念。他主持了包括國家自然科學基金項目、廣東省自然科學基金重點項目等在內的10項課題研究，發表學術論文100多篇，被SCI收錄30余篇，被EI收錄近60篇，申請發明專利近30項，獲美國發明專利授權1項、中國發明專利授權12項、中國實用新型發明專利授權1項。
1988年6月，歐陽征標到深圳大學任教，現任深圳大學太赫茲技術研究中心副主任、固態光子實驗室主任等職，長期從事光子晶體的理論及相關光子器件的開發研究。
近年來，在光子晶體研究領域，他提出了一系列新型的光子晶體全光邏輯門和全光半加器等邏輯光路；他還提出了一類光子晶體磁光環行器、單TM模工作的磁性材料Bragg光纖結構、寬禁帶全角度反射器結構以及正入射情況下超窄頻帶、超窄角度單偏振濾波器結構等。他發現了光子晶體諧振腔的模式分類特性和復周期光子晶體中的密集多通道濾波特性。他提出的二維FIBONACCI光子晶體的概念，從理論和實驗上證實了該光子晶體存在較大的光子禁帶。
在太赫茲領域，他提出一種高靈敏度太赫茲攝像頭，獲得美國發明專利授權。他提出的幾種寬調諧范圍窄帶連續波太赫茲發生器，曾獲得德國洪堡基金。他還曾獲得過機電部科技進步二等獎一項。“短波長光子晶體三維諧振腔”獲深圳市科學技術協會2000年學術年會優秀論文獎；“一種復合型光子晶體微諧振腔”獲深圳市2005科技年會優秀論文獎。在深圳大學工作期間，他曾獲深圳大學學術創新獎二等獎1次、三等獎4次，深圳大學先進工作者、深圳市優秀班主任、深圳市優秀教師稱號，入選美國“馬庫斯科學與工程名人錄”、“馬庫斯亞洲名人錄”、“馬庫斯世界名人錄”。他指導的碩士研究生劉強和毛德鵬獲美國大學全額獎學金，分別赴Old Dominion University和Iowa State University攻讀博士學位，其碩士論文被評為廣東省優秀碩士論文。
第6篇：光學光電子概念范文
關鍵詞：光纖通信;通信工程專業;教學方法
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）45-0082-02
光纖通信由于其具有頻帶寬、通信容量大、損耗低、中繼距離長、抗電磁干擾等優點，已成為現在通信網的支柱。伴隨著現在通信技術的發展，光纖通信深刻改變著現代人們的生活方式和生活內容。目前，光纖通信已經成為最主要的有線信道傳輸方式。光纖通信課程作為通信類、電子類專業開設的一門多學科交叉滲透的專業課，綜合了材料、通信、光學和半導體光電子等眾多學科內容，其具有內容覆蓋面廣、基礎理論深、知識更新快等特點。而在光纖通信課程的教學過程中，由于其課程本身的特點，使得教與學的難度比較大。加之部分學生基礎理論知識不足，使得學生對這門課程的很多概念理解不夠，對該門課程的學習感到無從下手。因此，在開設光纖通信這門課程時，需要根據該課程的特點，合理安排課程內容，既抓住重點，又要更新相關知識點，跟上新技術的發展進程。針對光纖通信課程目前面臨教與學雙向的壓力，對本課程的教學改革勢在必行。作者通過結合自身教學實踐，就當前光纖通信課程教學中存在的一些問題談談自己的看法，提出一些嘗試性的改革方案，希望對光纖通信課程的教學改革提供幫助。
一、光纖通信教學過程中存在的主要問題
光纖通信課程是一門多學科交叉滲透的專業課，其內容綜合了通信、光波導和半導體光電子等相關的理論知識。本課程對本科生的培養要求是：通過對光纖通信的基本原理、光端機、光無源器件以及光網絡進行闡述和講解，使學生掌握光纖通信的基本概念，熟悉光有源器件、光無源器件的工作原理、特性以及光纖通信網基本設計方法，了解光纖通信技術實際應用和最新研究進展。經研究表明目前各專業光纖通信課程在授課過程中，普遍存在一下幾個方面的問題：
1.課程設置有一定缺陷。針對通信工程專業的學生，由于數學、物理基礎相對薄弱，對課程的學習存在一定的難度。而且光纖通信課程本身與物理、材料、半導體光電子、光刻等技術知識聯系密切，很多的知識點都是建立在大量理論物理和數學模型的基礎上。如果學生對這些課程沒有一定的涉獵，對一些基本器件，如半導體器件、光檢測器等沒有一定的物理概念的理解或者接觸。那學生對光纖通信這門課程的學習將會比較困難。此外，對于通信、電子類專業，對于物理學科不重視，只學過普通物理的課程，導致學生對物理概念的理解以及物理模型的分析能力相對薄弱，造成學生在聽課或學習時感覺內容過于抽象，對一些概念和公式理解很模糊，難以真正理解理論知識，往往知其然不知其所以然。
2.教學形式以及教學模式陳舊。光纖通信是一門應用十分廣泛的應用學科。但是在目前的教學過程中，教師更多的照本宣科，按書上的內容進行每一章節的講解，在不自覺中，學生就以為光纖通信就是一門理論課程和講解器件原理的課程，而忘記了光纖通信課程的實際應用，導致學生更多地認為這是一門與物理、數學相關的課程，特別是對于光纖傳導模式內容，學生更多的認為學習的重點是如何求解方程，而不是一門應用類的課程，導致學生認為本課程對于實踐指導的意義不大。同時，教材的更新無法和光纖通信發展的實際情況吻合，造成教材的內容過于老化，使得學生對整門課程的學習感覺乏味、枯燥，無法提高對課程的學習興趣。
3.教學內容設置有缺陷。光纖通信課程是一門交叉學科，涉及的內容很廣泛。一般來講，由于課程教學學時的限制，不可能把所有關于光纖通信的內容以及光纖器件全部囊括。這就導致在教學內容的選擇方面存在一定的隨意性和盲目性，教師往往根據自身對課程的理解來講解，或完全依附于所選教材，導致教學的片面性、重點不突出。而對于學生來說，感覺課程的知識點過于零散和繁瑣，沒有連貫性。
4.教學方法不科學。由于光纖通信課程涉及內容廣泛，信息量大，使得教師在授課時主要將注意力放在課堂講授和板書上。學生在上課過程中的普遍反應是缺乏課堂活力，感覺課程比較枯燥。由于課堂講授的理論性很強，使得學生不能將所學理論知識和實際應用結合起來，雖然學到了一些理論知識，但不知道這些知識用在何處、如何運用。另外，光纖通信的考試方法比較傳統，無法全面涵蓋課程的核心內容。
針對教學中出現的上述問題，本文針對教學中出現的上述問題進行了系統深入的研究，提出一個比較合理的課程設置方案，而且提出一個教學模式的改革方案。
二、光纖通信課程教學改革的探索
針對目前光纖通信課程教學過程中出現的問題，結合通信工程專業的學生以及光纖通信這門學科本身的特點，我們主要從優化課程設置、優化教學方法、科研促進課程深化改革以及改進考核體系這四個方面進行考慮，具體的討論內容如下：
1.優化課程設置。光纖通信課程的應用范圍非常廣泛，很多專業都開設了光纖通信課程，但不同專業對光纖通信的要求是不一樣的，同時各專業掌握的基礎知識也差別很大。考慮到光纖通信對材料、物理、數學的要求相對較高，而光纖通信又是一門與通信息息相關的學科，因此學生在學習光纖通信課程之前，應具備一定程度的數學物理通訊基礎，使得學生在學習光纖通信課程是有一定通信背景以及數理知識。此外，由于通信工程專業是一門實用性很強的專業，我們培養的學生應該從事通信、電子類的工作，因此也需要開設一些專業課程（如移動通信、現代通信網概論、光網絡技術等）來強化光纖通信的運用。
2.優化教學方法，激發學習熱情。光纖通信是一門交叉學科，涉及學科知識比較多。因此，教學方法的優化要從理論教學和實踐教學兩方面來考慮。
理論是學好一門課的基礎，對學生充分掌握理解系統、器件本身的特性以及應用具有重要作用。對于學生反映比較難懂的理論，有計劃地復習和補充一些前導知識進行理論鋪墊。例如信息光學、高等數學、導波光學等知識都是本課程中要用到的重要理論。同時課堂內容的講授要特別注重思路，對于難以理解的概念采用不同的分析方法，由淺入深，由宏觀到微觀，先通過介紹器件的理論模型架構，再用嚴格的理論分析推導，說明器件工作原理、特性以及應用。由于課時的限制，想要把所有的理論內容都講深講透是不切實際的。因此，根據專業需要在課堂講授時，要抓住重點、突破難點，做到主次分明，以點蓋面，每次課只講一個重點內容。不需要所有內容都要面面俱到，在有限的時間內讓學生獲得最有價值、最重要的信息。在課堂教學中主要采用板書和多媒體相結合的授課方式。傳統的板書教學模式使得教學內容框架清晰、重點突出，方便理解，學生有充分的時間整理筆記，思路清晰。其缺點是信息量小、形式古板，內容缺乏生動性和形象性。因此可適時、適當、適度地引入多媒體輔助教學，其優點是有利于提高教學質量和效果，增加上課的趣味性，而且能加快教學速度，減少教學難度，加深理解教材的深度。例如在課件中，插入一些圖片、動畫、影音等多媒體文件，除了可以幫助學生能夠形象直觀地理解專業知識、增強教學效果外，還可以增加上課的趣味性，活躍課堂氣氛，提高學生學習的興趣。
實踐教學主要從課堂實踐、課后團體實踐等方面進行加強。通過課堂演示、課堂討論，強化學習效果，激發學生的思考和探索。例如借助光學仿真軟件，在課堂上直接演示光纖色散對光傳輸線路的影響，通過改變光纖長度來說明光纖色散對光信號傳輸特性的影響。另外開設實驗課，可以借助光學模擬軟件以及光纖通信實驗設備來進行光纖連接以及光學傳輸系統特性的操作實驗，加深學生對光纖通信系統的理解，提高學生學習的積極性，讓學生知道所學知識有什么用，怎么用。
3科研促進課程的深化改革。光纖通信技術由于發展迅速快，專業知識更新快，新技術更新快，導致教材內容相對滯后。教材中現有的新技術主要包括光波分復用技術、光交換技術、光孤子技術和相干光通信、光接入網等，這些技術中有的已經相當的成熟，而且很多技術還在不斷更新，同時很多新出現的技術還沒有涉及到。為了讓學生了解光纖通信技術發展的最近前沿，可以嘗試將將最近的科技進展融入到教學方法和教學環節中，課堂上針對不同的教學內容引入最新的研究成果，一方面可以以豐富教學形式，加深學生對相關教學內容的理解，另一方面可以為學生打開一扇科研的窗口，充分發揮學生的創新能力，鼓勵和引導探索式、研究式的學習，相應的以科研推動光纖通信精品課程建設。
4改革考核體系。閉卷考試一直是考察學生對所學知識的掌握程度的唯一方式。而這種方式往往易造成學生死記硬背，扼殺學生學習的主動性以及創造性。光纖通信課程的考核方式應當根據課程本身的特點以及教學要求加以重新設置，既要體現學生對基本知識的掌握能力，還要突出學生的實踐能力與創新能力。因此在成績考核方面應當包括基礎知識考核、實踐能力考核、創新能力考核等方面。基礎知識考核可通過學生對每堂課課后習題作業的完成情況來考察;實踐能力主要考核學生對光纖系統組建、光纖熔接、光纖損耗測量等實驗情況的考察;創新能力考核可通過只提出對于光纖系統的總體要求（傳輸容量、帶寬、響應度等），要求學生通過模擬軟件以及試驗箱進行相關的仿真實驗，同時對仿真過程中出現的問題進行分析，提出改進問題的方法，解決問題。
第7篇：光學光電子概念范文
一研究型教學模式的特點
1教學目標重在提升綜合素質
研究型教學模式要求在傳授知識和技能的同時，更注重培養學員的自學能力、獨立思考能力、洞察能力、分析并解決問題的能力、研究與創新能力、合作能力、組織管理能力[2]等等，提高學員的綜合素質。
2教學方法的多樣性
研究型教學主張教學方法的多樣性，要求教員要創造性地運用多種教學方法，如發現法、啟發法、討論法、案例法、探究法等為學員積極創設問題情境，激發學習的積極性，激勵學員獨立思考、探索。
3教學手段的現代化
研究型教學實施過程中，應綜合利用多媒體課件、FLASH動畫、網絡教學平臺等現代化教學手段，充分調動學員的學習和研究興趣與積極性，以達到最佳的教學效果。
4教學組織的靈活性
研究型教學主張將實施集體教學、個別教學、方案比較、可行性論證等穿行。
5教學過程的探索性
研究型教學要求教員引導學員獨立提出一些研究課題，在教學過程中充分發揮學員的想象力和創造力，鼓勵學員獨立尋求解決問題的最佳方式和方法，并倡導對研究成果的多樣化表達。
6教學角色的平等性
研究型教學要求改變傳統教學中以老師為主體的狀態，要求以學員為中心、教員為主導，為學員提供信息，補充思路，創設情境，設計實踐活動等激發學員主動學習、主動思索，強調師生互動、教學相長。
二“應用光學”課程分析
1課程特點分析
“應用光學”課程是一門理論性、技術性、操作性較強的課程，是光學工程專業和光電信息專業及相關專業的一門重要的專業課。它的一個最大特色就是內容非常豐富，光學零件繁多，新的光學系統不斷涌現，應用領域廣泛。學員普遍反映以下幾個問題：課程中概念很多、抽象難記；數學公式推導繁雜，而且計算過程銜接緊密，一個步驟甚至一個光學量的符號弄錯，整個光學系統設計就全錯了；理論多而實驗少。因此，學員往往以為學習的重點在于掌握公式并會用來計算，而沒有體會到整門課程的精髓和樂趣，更不能理解這門課程在整個光學學科體系中的地位與作用。在學習中，學員只是被動地接受知識，學習熱情不高。
2教學現狀分析
第一，教學內容方面。在本課程的基礎原理部分，包括幾何光學的基本原理、球面光學系統、平面鏡棱鏡系統、光闌以及像差等部分章節，教材上的教學內容是比較合適的。但對于典型光學系統和當今光學領域前沿技術的介紹部分，課本的局限性就比較大。隨著光電子技術和新型光學工藝的發展，根據不同的使用要求和不同的使用場合，對光學系統提出的具體指標都是不同的，各種新型光學系統不斷出現，這使得教材中此部分教學內容在時間和空間上存在一定的滯后性。
第二，教學方式和措施現狀。隨著信息技術進入教學領域，本門課程已經實現了傳統板書+多媒體教學方式。多媒體課件內容基本呈現課本內容，但受到課程標準的要求限制，導致無法擴展教學內容；現行教學模式仍然是教員通過課堂傳授的方法向學員灌輸知識，學員在學習上被動地接受知識，以記憶知識為主是傳統教學模式下的教學方式和學習方式；應用光學本身就是研究各種光學儀器的，如果沒有實際的光學系統分析和實際的設計操作，教學內容很容易空洞化。
三“應用光學”課程研究型教學實踐
針對“應用光學”課程特性和教學現狀，結合學員特點與培養目標，教員在本課程的教學過程中根據具體章節內容采用恰當的教學方法，輔以多樣的教學手段，探討實施了研究型教學。在整個教學過程中，始終以學員為教學主體，以提升學員綜合素質為教學目的，靈活運用多種教學方法和手段，精心設計問題，整合了教學資源，輔以配套的實驗教學，依托網絡教學平臺豐富了教學內容，極大地激發了學員的學習興趣，取得了良好的教學效果，培養了學員的創新思維與創新能力。
1貼近軍用光電裝備拓寬教學內容，整合教學資源，培養學員自主學習能力
為了保證在有限的教學時間內，既要強化基礎理論教學，又要引入應用技術及前沿課題，課程中進行了教學內容的改革。結合軍校學員的特點和軍用光電工程專業培養的目標以及學員將來工作的需求，對教學內容的深度、廣度與難度準確把握，在培養學員運用所學知識分析問題和解決問題的能力上下足了功夫。弱化了數學論證與推導，強化了基本原理，結合軍用光電裝備進行教學，重在應用分析。在教學過程中，所舉案例都具有明確的軍事應用背景，如紅外搜索系統、可見光電視跟蹤系統、水下探潛系統、紅外熱成像目標探測與識別系統等等。通過將所學知識與軍事應用相結合，使學員的學習目的性更明確。
對于教材中的基礎知識部分，采用教員教授+學員自主獨立學習相結合的方式，并提供機會讓學員講述自己對這部分知識的理解，通過表達加深對文本的理解，通過對話加強與其它學員的溝通和交流，最終對文本知識接受并升華；針對具有研究性的問題實施研究型教學，教員積極啟發誘導學員獨立思考，以學員獨立自主學習和合作討論為前提，以所用教材為基本研究內容，以學員的生活和工作實際為參照對象，為學員提供充分的表達、質疑、研究、討論問題的機會，提高學員對知識的理解并提高學員將所學知識應用于解決實際問題的能力。
2運用多種教學方法和教學手段實施研究型教學，提升學員綜合素質
“應用光學”作為專業基礎課，具有相當的理論深度，同時又具有豐富的工程應用。在研究型教學中，具體的教法的選擇應與具體教學內容相結合，既要抓住基本原理，又要注重實際應用，開拓知識的應用面。
在研究型教學方法實施過程中，教員系統深入地研究了授課內容，以學員為中心對課程進行設計，盡可能將與課程內容有關的實際問題帶入課堂，靈活運用啟發式、設問式、研討式、案例式、實物演示等多種教學方法，綜合利用多媒體課件、板書、動畫、網絡課程等教學手段為學員提供豐富的物理情景，激發學員提出問題，吸引學員共同思考，充分調動學員的學習研究興趣與積極性。
3深入研究開發多媒體網絡教學平臺，實現互動教學
為提高研究型教學效果和教學質量，我們深入研究并在校園網上開發了專門的“應用光學”課程網絡教學平臺，拓展了課堂教學，為學員的課外學習和發展提供了形式多樣的學習環境。我們將精心編制的教學課件、電子教案、課程標準、教學進度安排、教員信息、國內外優秀電子教材、中英文參考文獻、習題庫與歷屆考卷、授課視頻、國內外優秀教學視頻、演示實驗視頻、教學案例的相關資料、科學家傳記等放在課程網站上，學員可以在課外時間充分利用網絡課堂預習、自學、復習、提交作業、查閱、學習感興趣的課外知識。同時，課程網站還具有在線答疑、論壇留言等功能，可方便教員和學員進行互動式交流，提高學員學習的主動性和自主性。我們還將國內知名大學的“應用光學”精品課程和先進的學習網站進行友情鏈接，里面匯集了國內外一流大學的知名教授的視頻公開課，鼓勵學員進行擴展學習，了解國內外相關課程教學模式和動態。
4結合學科前沿與科研工作進行研究型教學，培養學員創新能力
在實施研究型教學過程中，教員將“應用光學”課程設計與學科前沿和科研工作緊密結合，將科學研究工作的思想、方法、技術等注入教學，將一些科研成果轉化為具體的教學內容。在教學過程中，我們充分利用本單位在光學精確制導技術方面的科研優勢，結合教學內容，向學員介紹相關領域國內外研究的前沿動態；充分結合科研讓學員了解與應用光學相關的一些研究項目，特別是應用光學在一些重大軍事科研項目中的具體應用，提高學員的學習熱情和學習效果。同時還適時將最新的研究成果引入課堂教學，加深學員對所學知識的理解。同時根據學員個性和能力，因材施教，讓一些有興趣、有想法的學員參與到科研活動中來，發揮學員的才華，讓他們跟隨教員體會運用所學知識進行創新研究。
第8篇：光學光電子概念范文
關鍵詞：數值計算和模擬 光信息科學與技術 教學方法
中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（a）-0-02
21世紀是信息時代，信息技術是目前最活躍、發展最迅速、與人們生活最密切相關的一個技術領域。該領域知識更新極快，同時新技術、新產品層出不窮。信息技術和信息產業的迅猛發展促使傳統的光學儀器科學向光電信息學科擴展。目前，光信息科學與技術專業的專業基礎課及專業課程主要是光學原理、導波光學、光電子技術及應用、光纖技術、光信息處理、激光原理等。這些是信息技術快速發展的基礎，掌握好這些知識對于提高光電類專業人才具有極其重要的作用[1-3]。然而這些課程在實際教學中面臨著諸多問題，比如理論性與實踐性很強，概念抽象、數學推導很多等等，導致學生很難透徹的理解所有知識點。如何讓學生形象地理解抽象的物理概念以及在實際中的應用一直是教學過程中的難題。
我們在教學過程中以信息科學相關內容為基礎，從基本的物理概念出發，建立相應的理論模型，并將其中的光學問題歸納為特征方程求根、積分求解、常微分方程求解等幾類數值求解問題，借助MATLAB編程效率高、簡單易學、人機交互好、可拓展性強以及強大的數值計算和圖形顯示功能，利用編程來完成現代光學典型問題的模型求解，通過數據和圖形來展示現代光學問題的本質，將其運用到導波光學的教學中，獲得了很好的效果。
1 平板波導中的TE模
平面波導中的導波模可以分解為TE模和TM模，TE模在光波傳播方向上的電場分量為0，而TM模則在光傳播方向上的磁場分量為0。介質平板波導的結構以及建立的坐標系如圖（1）所示。其中n1、n2和n3分別是覆蓋層、導波層和襯底的折射率。根據波動方程，導波層內場的形式應是正弦函數與余弦函數的疊加，而在覆蓋層和襯層中場應是指數衰減的形式。結合磁場分量方程組的邊界條件，可以得到模式本征方程：
當n1=n3時對應的結果為對稱波導的情況。在導波光學教學學中有一些問題的物理過程并不難建立，但所得方程求解復雜或沒有解析解，這一類方程被稱為超越方程。雖然這類問題不能給出嚴格的解析解，但可以借助計算機進行數值分析，我們編寫Matlab程序數值分析了方程（1），當d=0.02 m，f=10e9Hz時得到如圖2（a）所示的色散關系曲線。同時可以計算出三層平板光波導內的電場分布，見圖2（b）。
通過將 MATLAB 運用到三層平板波導模式理論中，在計算作圖中發揮了重要作用，使計算機在經典理論中得到充分應用，也使傳統光波導理論更加完善，容易理解。
2 高斯光束的性質
使用穩定的球面腔的激光器所發出的基模激光將以高斯光束的形式在空間傳播。高斯光束的傳輸規律和透鏡系統對高斯光束的變換是激光原理與實際應用中經常遇到的具有實際意義的問題。高斯光束的解析表達式如下：
式中，R（z），w（z）分別表示z坐標處高斯光束的等相位面曲率半徑及等相位面上的光斑半徑。高斯光束在其軸線附近可以看做是一種分布均勻的高斯球面波，在傳輸過程中曲率中心不斷改變，其振幅在橫截面內為一高斯函數，強度集中在軸線極其附近，且等相面保持為球面。根據高斯光束的性質，使用MATLAB作出束腰半徑為0.5 mm的高斯光束在束腰處的三位光強分布圖如圖3所示。
3 單模光纖的模場
說明光纖波導特性的重要的物理量是光纖的V數，它表示為V=k0?a?NA。k0是自由空間波數，a是纖芯半徑，NA是其數值孔徑，V數可用于說明哪些波導模被允許在一個特殊的波導結構中傳播，當V滿足0
4 結語
利用MATLAB的仿真與計算功能，鼓勵學生通過主動思考、自主探索，去研究專業課程中的一些更深入的問題，在掌握理論知識的前提下，讓學生建立相應的物理模型和數學模型，然后編寫程序，去完成對知識的鞏固與拓寬，這是一種自我學習、不斷提高的探索過程，也是為學生以后的研究工作奠定基礎。同時可以結合專業實驗課程，以MATLAB為平臺，開發制作光波導和激光等高等光學現象仿真程序，并運用于計算機所支持的課堂教學中，以其作為演示實驗配合光學理論的講授，很好地解決了真實實驗因環境限制而不能進入課堂的難題。利用仿真實驗的結果指導實際教學，可以將抽象難懂的光學概念和規律直觀地展現在學生面前，提升教學效果，突破實驗儀器對教學和實驗內容擴展和延伸的限制。
參考文獻
[1] 胡章芳，羅元.光信息科學與技術專業人才培養模式建設探討[J].素質教育論壇，2009（4）：1-2.
[2] 劉煥淋，陳勇.MATLAB在數字信號處理實驗教學中應用[J].科技創新導報，2010（26）：148.
第9篇：光學光電子概念范文
【關鍵詞】光學相控陣；光波導；遺傳算法；旁瓣壓縮
0 引言
激光掃描在激光成像、激光顯示、光開關、激光打印等領域有著廣泛的應用需求。光學相控陣是一種可實現靈活、快速和精確的非機械光束定向掃描方法，可望解決傳統激光掃描技術的瓶頸。光學相控陣掃描的概念來源于微波相控陣掃描，其一般原理是：相控陣是由許多移相器排列而構成的陣列，通過調節從各移相器輻射出的電磁波相位之間的關系，使從各移相器輻射出的電磁波在設定的方向上都彼此同相，產生彼此加強的干涉，于是相控陣在此方向上輻射出一束高強度的電磁波。而在其它方向上，從各移相器輻射出的電磁波都不滿足彼此同相的調制，電磁波間干涉的結果就是彼此相消，所以在其它方向上輻射強度接近為零。
其中，光波導陣列電光掃描器是一種新型的相控陣技術，相對于目前研究的光學相控陣有很多優點。這種光波導陣列電光掃描器可以提供高分辨率、自由尋址、無慣性的激光掃描。另外它還具有掃描范圍大、掃描速度快、驅動電壓低、體積小、加工技術較成熟的優點。光波導陣列電光掃瞄技術將用于目標探測的激光雷達、紅外制導、紅外探測、衛星通信，信息處理等方面，無論是在軍事還是民用方面將產生重要的影響。隨著光電子技術及超高速，智能集成電路的發展，相控陣技術將向全固態化、積木化、智能化的方向發展。
本文根據國內外激光技術和微電子技術發展的現狀，在前期研究的基礎上，進一步深入研究了光波導陣列電光掃描系統。基于已有文獻對光波導陣列電光掃描器原理和特性的研究，探索了光波導陣列電光掃描器結構的優化設計問題，重點討論掃描光束的邊瓣壓縮技術。通過Matlab軟件進行模擬，分析了單元空間分布規律對光波導陣列電光掃描器空間輻射場的影響，以及光波導光學相控陣各項結構參數對電光掃描器性能的影響。提出了通過優化光波導陣列結構實現光波導光學相控陣掃描光束的邊瓣壓縮技術方案。
1 非規則光波導陣列理論
在規則光學相控陣中，空間輻射的柵瓣分散了主瓣的能量，對主瓣探測造成了干擾，而且在主瓣的掃描過程中，柵瓣能量有可能會進一步增加而使主瓣能量大大降低，所以柵瓣的存在降低了光學相控陣的性能，為此人們提出了非規則光學相控陣理論。
非規則光學相控陣技術中，各相控單元之間的距離是不相等的，通過改變單元間距可以達到壓縮柵瓣的目的。單元間距不規則分布降低柵瓣能量的原理是：由于相控單元間距di不相等，在光束掃描時，兩個相鄰單元間的空間相位差Δ？漬不再是恒定值，而應與相鄰兩個單元的間距成正比，這樣才能使輸出相位面近似為斜面，滿足相位匹配。這樣在掃描角度？茲s上，衍射光束相干相長，形成主瓣，而在其它衍射方向上，由于打破了原有的周期性結構，相鄰單元的陣內相位差不會都同時滿足形成柵瓣的條件，從而可使柵瓣的強度大大降低。
非規則光波導光學相控陣的方向分布函數E（？茲）表示為：
3.2 單元間距的不規則分布
前面討論的是基于di是單調遞增的情況，對于N不是很大的情況，這個假設條件是很好滿足的。但如果N很大，會使di變的很大，對于光波導陣列電光掃描器而言，會使加工變的非常困難。為了克服這一點，我們可以讓di按一定規律遞增和遞減，而不止是單調遞增，這樣就可以有效減小di和光波導陣列電光掃描器的口徑。
4 結論
通過優化設計改變光波導陣列電光掃描器的單元間距di的分布，可以改變衍射光場的分布。適當的di的分布可以有效的降低柵瓣的強度，在壓縮柵瓣的同時，副瓣會增強。本文對多種分布進行對比，通過數值模擬繪制曲線，取曲線最小值處對應的光波導結構參數繪制空間輻射場分布圖，對大量圖像進行對比，得出結論：di按線性規律分布可得到最佳的邊瓣壓縮效果。對光波導陣列結構的優化設計具有參考意義。
【參考文獻】
[1]呂秀品，馮克成，劉偉奇.光學相控陣掃描的理論研究[J].長春理工大學學報，2002，25（2）：47-49.
