信息光學(xué)原理范文

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1廣告的心理功能

根據(jù)廣告心理學(xué)研究，一則廣告要獲得成功，首先必須能夠引起消費(fèi)者的注意，然后使消費(fèi)者對商品發(fā)生興趣，認(rèn)識和了解商品，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生購買欲望，進(jìn)而增強(qiáng)購買信心，最后促使消費(fèi)者產(chǎn)生購買行為。

2心理學(xué)原理在廣告中的應(yīng)用

怎樣的廣告才能激起消費(fèi)者的欲望，促使消費(fèi)者能持久地購買該廣告宣傳的商品或提供的服務(wù)呢？這就需要研究消費(fèi)者的心理。下面我們分析心理學(xué)原理在廣告中的運(yùn)用。

2.1注意理論在廣告中的運(yùn)用

消費(fèi)者對產(chǎn)品的了解大多是從廣告中來，引起人們的注意是廣告心理策略中的重要問題，是廣告產(chǎn)生效應(yīng)的首要環(huán)節(jié)，也是重要環(huán)節(jié)。不隨意注意是指既無目的，也不需要意志努力的注意。廣告可以通過一些方法引起消費(fèi)者的不隨意注意。

廣告的新異性。人們總是對新奇的東西感興趣，對生動形象的東西記憶深刻。 人們的好奇心總是促使人們做一些嘗試。新穎的廣告，可以令人耳目一新，精神一振，一下子注意到廣告所宣傳的內(nèi)容，并留下深刻的映像。

增加刺激物的運(yùn)動與變化。大量的心理實(shí)驗(yàn)與生活經(jīng)驗(yàn)表明，動的或變化著的物體遠(yuǎn)比靜止的、不變的物體更容易引起人們的不隨意注意。街道上很多電子燈牌都把字設(shè)置成閃爍的形式就是運(yùn)用了這一原理。

2.2感知覺理論在廣告中的運(yùn)用

人們通過感官得到了外部世界的信息，這些信息經(jīng)過頭腦的加工，產(chǎn)生了對事物整體的認(rèn)識，就是知覺。

2.2.1聯(lián)覺在廣告中的運(yùn)用

各種感覺之間產(chǎn)生相互作用的心理現(xiàn)象，即對一種感官的刺激作用觸發(fā)另一種感覺的現(xiàn)象，在心理學(xué)上被稱為“聯(lián)覺”現(xiàn)象。例如，紅、橙、黃色會使人感到溫暖；藍(lán)、青、綠色會使人感到寒冷。雪碧廣告中大量使用藍(lán)、綠等冷色調(diào)，并且由人物喝完雪碧后仿佛投入水中的暢來淋漓盡致地表現(xiàn)出其廣告詞“透心涼，心飛揚(yáng)”所要傳遞的雪碧特色。

2.2.2知覺的整體性在廣告中運(yùn)用

知覺的整體性即知覺的對象是有不同屬性的許多部分組成的，人們在知覺到它時卻能依據(jù)經(jīng)驗(yàn)組成一個整體。

（1）暈輪效應(yīng)在廣告中的應(yīng)用

暈輪效用，又稱“光環(huán)效應(yīng)”，是指人的認(rèn)知和判斷往往只從局部出發(fā)，擴(kuò)散而得出整體印象，在與別人交往的過程中，并不總是能夠?qū)嵤虑笫堑卦u價一個人，而往往是根據(jù)對別人已有的了解對別人的其他方面進(jìn)行推測，就像日暈一樣，由一個中心點(diǎn)逐步向外擴(kuò)散成越來越大的圓圈。名人效應(yīng)是一種典型的光環(huán)效應(yīng)。

（2）形狀知覺中的眼動研究對廣告設(shè)計(jì)的啟示

在形狀知覺中，眼動具有重要意義。通過眼動分析可以比較深入地考察人們在觀看廣告時時的心理活動。

2.3記憶理論對廣告的指導(dǎo)

對于廣告信息的記憶，是消費(fèi)者作出購買決策必不可少的條件。

2.3.1利用形象記憶優(yōu)勢

產(chǎn)品的廣告詞應(yīng)盡量簡單明快，朗朗上口，這樣可以減輕消費(fèi)者的記憶負(fù)擔(dān)，就容易記住。如雪碧的“晶晶亮，透心涼”，娃哈哈的“愛的就是你”等這些膾炙人口的廣告語，短小精悍，簡明扼要，讓人們很容易記住產(chǎn)品，為下一步購買做好了鋪墊。

2.3.2鮮活性效應(yīng)

鮮活性是指當(dāng)人們在面臨解決問題或者作決策時，會從記憶中提取與當(dāng)前的情景有關(guān)的信息，因此，越是容易獲取的事情，越是會被人們利用來解決問題或做出決策。而信息或事情的鮮活性就是強(qiáng)烈影響信息獲得的一個重要原因。所以，很多產(chǎn)品的廣告（特別是一些藥品廣告）都是請用過產(chǎn)品的人現(xiàn)身說法，單單一個人的實(shí)力就可以嚴(yán)重影響消費(fèi)者的觀點(diǎn)。

2.3.3避免遺忘

在廣告學(xué)習(xí)中，干擾是指消費(fèi)者在廣告學(xué)習(xí)和回憶的這段時間內(nèi)受到了其它刺激的影響。廣告制作要簡潔明了，減少廣告材料的識記數(shù)量；廣告信息要適當(dāng)重復(fù)，便于消費(fèi)者鞏固并加強(qiáng)記憶；設(shè)置鮮明特征，完善廣告內(nèi)容等等。

3結(jié)論

在商品競爭日趨激烈的現(xiàn)代社會，廣告已經(jīng)成為商家吸引顧客，銷售商品的一個重要手段。因而廣告的制作以及傳播應(yīng)以正確認(rèn)識人的感知特點(diǎn)、注意特點(diǎn)、記憶特點(diǎn)以及態(tài)度結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，才能發(fā)揮其引起消費(fèi)者對某種產(chǎn)品的興趣與關(guān)注，改變?nèi)藗兊南M(fèi)態(tài)度，并最終導(dǎo)致消費(fèi)行為的產(chǎn)生，賣出商品的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳柏林，廣告策劃與策略[M].廣州：廣東經(jīng)濟(jì)出版社，2006.

[2] 甘露.試論名人廣告的心理效應(yīng)[J].新聞界，2010（5）.

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關(guān)鍵詞：信息光學(xué)；光學(xué)實(shí)驗(yàn)；分層次；教學(xué)新模式；教學(xué)改革

光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是當(dāng)前的熱門專業(yè)之一，光學(xué)信息技術(shù)是現(xiàn)代信息科學(xué)的基礎(chǔ)，其中的信息光學(xué)實(shí)驗(yàn)是光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的重要實(shí)踐課程。通過信息光學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐，可以深入理解信息光學(xué)的基本原理，使學(xué)生從理性理解走向感性認(rèn)識，同時實(shí)踐過程也提高了學(xué)生的動手和思考能力。

一、信息光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必要性

隨著社會的發(fā)展，我國的教育事業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，從應(yīng)試教育向?qū)W生的素質(zhì)教育發(fā)展轉(zhuǎn)變，大學(xué)的人才培養(yǎng)尤其要重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)。信息光學(xué)的實(shí)驗(yàn)是光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)踐課程，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、光學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作、掌握光學(xué)知識等起著重要的作用。重視學(xué)生綜合能力和科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，改革傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，是必要的研究課題。

當(dāng)前，大學(xué)生普遍存在的問題是注重考試，只注重理論知識的學(xué)習(xí)，缺乏實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣邮帜芰Α⒗碚摵蛯?shí)踐相結(jié)合的綜合能力、科研能力和創(chuàng)新能力。目前教學(xué)方式也存在很大的問題，教學(xué)模式單一、實(shí)驗(yàn)過程單調(diào)、缺乏科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系等。

信息光學(xué)課程的理論性較強(qiáng)、概念較抽象，從教學(xué)內(nèi)容到實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都應(yīng)加強(qiáng)創(chuàng)新及改革，運(yùn)用現(xiàn)代化的教學(xué)手段、分層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念來提高學(xué)生動手、綜合、獨(dú)立思考、深入研究的能力是十分必要的。

二、信息光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式

信息光學(xué)理論課程的特點(diǎn)是難度大、公式繁雜，根據(jù)本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)狀況，如何提高學(xué)生對信息光學(xué)技術(shù)的興趣，加深對理論內(nèi)容的理解，開拓將理論用于實(shí)踐的方法和創(chuàng)新思路，是信息光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革創(chuàng)新的關(guān)鍵點(diǎn)。

1.信息光學(xué)實(shí)驗(yàn)授課模式

信息光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革創(chuàng)新，首先在課程講解上的新模式是要引入“逆序―引導(dǎo)式”的講解模式，對于實(shí)驗(yàn)的目的、意義、原理、步驟，不是按部就班、照本宣科地講，而是在進(jìn)行一個具體的實(shí)驗(yàn)之前，從實(shí)驗(yàn)所能得到的結(jié)論、能達(dá)到什么樣的目的、解決什么樣的問題來引出，繼而引導(dǎo)學(xué)生尋求解決問題的辦法，最終歸結(jié)到實(shí)驗(yàn)需要采取實(shí)驗(yàn)方法，與學(xué)生一起回憶實(shí)驗(yàn)的原理，通過設(shè)置問題來間接地向?qū)W生介紹實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

2.信息光學(xué)實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革是信息光學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文提出了施行分層次教學(xué)內(nèi)容改革方案，主要包括基本實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ?xùn)練、綜合能力訓(xùn)練和科研能力訓(xùn)練三大塊。通過教學(xué)改革，逐步實(shí)現(xiàn)由演示型、驗(yàn)證型、認(rèn)識型到綜合型、應(yīng)用型、設(shè)計(jì)型的分層次實(shí)踐體系，開展針對專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的研究性教學(xué)，有效促進(jìn)和提高大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新能力，形成可持續(xù)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)潛力。

其中，基本能力訓(xùn)練由必做實(shí)驗(yàn)組成，比如做阿貝―波特濾波實(shí)驗(yàn)、卷積定理的光學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)、泰伯效應(yīng)實(shí)驗(yàn)等。這些實(shí)驗(yàn)都屬于演示驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，通過做這些演示型的必做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生熟悉光學(xué)信息處理的基本方法，掌握空間域與頻率域的變換關(guān)系，能正確使用光學(xué)元件方法，完成基本光學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ挠?xùn)練。

綜合能力訓(xùn)練部分由選作實(shí)驗(yàn)組成，選作實(shí)驗(yàn)一般為高頻全息光柵的制備、圖像相加減、彩虹全息、像面全息等，這些實(shí)驗(yàn)大多屬于綜合型的提高實(shí)驗(yàn)，稍有難度，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣特點(diǎn)選做兩到三個，在做的過程中根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)程度給予不同的啟發(fā)和引導(dǎo)，從而提高綜合能力。

3.信息光學(xué)實(shí)驗(yàn)考核方式改革

制定規(guī)范、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰己思?xì)則和要求，完善實(shí)驗(yàn)考核方式是完成實(shí)驗(yàn)類課程改革的一個重要方面，從實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α邮帜芰Α?shí)驗(yàn)原理的掌握程度、實(shí)驗(yàn)操作技能的把握程度、實(shí)驗(yàn)整體的完成情況、解決問題的能力、三個層次實(shí)驗(yàn)做的程度和深度，綜合對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行考核。

4.信息光學(xué)實(shí)驗(yàn)改革教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段

教學(xué)方法和教學(xué)手段的創(chuàng)新對激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力有十分重要的作用。教學(xué)方法靈活、輔助教學(xué)手段多樣，對于學(xué)生獲取信息、掌握知識、分析問題、解決問題十分有效。

（1）教學(xué)方法創(chuàng)新

將傳統(tǒng)教學(xué)模式中的類比引申法用在引導(dǎo)學(xué)生初次接觸光學(xué)領(lǐng)域的教學(xué)，可以通過類比引申法加深學(xué)生的印象和理解程度。

例如，對信息光學(xué)中的數(shù)學(xué)概念的引入，通過類比引申法，將一個矩形函數(shù)與一個照相機(jī)中的快門進(jìn)行比較，再與一個矩形的孔徑進(jìn)行比較，學(xué)生可以感性地理解它，不需要費(fèi)勁就可以理解并記住。

（2）教學(xué)手段創(chuàng)新

將現(xiàn)代信息技術(shù)的幻燈片、多媒體課件、網(wǎng)絡(luò)手段等現(xiàn)代化教學(xué)手段滲透到信息光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。通過幻燈片、多媒體課件演示信息光學(xué)繁多的公式及推導(dǎo)過程，不但節(jié)約板書時間，還可詳細(xì)地給學(xué)生演示推演過程。將網(wǎng)絡(luò)手段應(yīng)用于教學(xué)中，建立一個關(guān)于信息光學(xué)的交互式平臺，可以使學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容經(jīng)常性地進(jìn)行復(fù)習(xí)、討論和鞏固，同時加強(qiáng)師生間的交流。

綜上所述，從改革信息光學(xué)教學(xué)的必要性、信息光學(xué)教學(xué)的新模式，包括授課模式、分層次授課模式、考核方式、教學(xué)手段幾個方面對信息光學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了分析和研究。基本實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ?xùn)練、綜合能力訓(xùn)練和科研創(chuàng)新能力訓(xùn)練三個層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，可以提高學(xué)生的動手能力、綜合能力和科研能力，提高學(xué)生對光學(xué)實(shí)驗(yàn)的積極性與主動性，使學(xué)生可以學(xué)以致用，從而大大提高教學(xué)質(zhì)量。

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[關(guān)鍵詞]Matlab Gui 空間濾波實(shí)驗(yàn) 頻譜

一、引言

空間濾波實(shí)驗(yàn)是信息光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，但由于光學(xué)實(shí)驗(yàn)光路調(diào)整較麻煩，再加上學(xué)生對空間濾波實(shí)驗(yàn)的原理沒理解透，導(dǎo)致大部分學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時，效率低下，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，嚴(yán)重的調(diào)不出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。為了加深學(xué)生對空間濾波實(shí)驗(yàn)的理解，近年來有不少人已經(jīng)開展了該實(shí)驗(yàn)仿真工作，但目前該實(shí)驗(yàn)的仿真要么缺乏直觀的界面[1]，要么界面不夠友好，不夠豐富[2]，比如界面中沒有給出實(shí)際的實(shí)驗(yàn)光路等。針對上述情況，本文對空間濾波實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了Matlab Gui仿真，仿真界面友好、內(nèi)容豐富，仿真界面不但給出了實(shí)際的空間濾波實(shí)驗(yàn)光路及注意事項(xiàng)，而且仿真結(jié)果驗(yàn)證了所有的空間濾波實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，使學(xué)生更能深刻理解空間濾波實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

二、空間濾波實(shí)驗(yàn)的原理

空間濾波實(shí)驗(yàn)的原理源于阿貝成像原理，其原理圖如圖1所示[3]，阿貝成像原理認(rèn)為：透鏡成像過程可分為兩步，第一步是通過物的衍射光在系統(tǒng)的頻譜面上形成空間頻譜（夫瑯和費(fèi)衍射圖樣），這是衍射所引起的“分頻”作用；第二步是代表不同空間頻率的各光束在像平面上相干疊加而形成物體的像，這是干涉所引起的“合成”作用，這也是人們常說的“兩次衍射成像理論”。如果在頻譜面上設(shè)置各種空間濾波器，擋去頻譜中某一些空間頻率成分，或改變某些分量的位相，則將明顯地影響輸出圖像，這就是空間濾波。光學(xué)信息處理的實(shí)質(zhì)就是設(shè)法在頻譜面上濾去無用信息分量或改變某些分量而保留有用分量，從而在輸出面上獲得所需要的圖像信息。

三、空間濾波實(shí)驗(yàn)的Matlab Gui 仿真

圖2為空間濾波實(shí)驗(yàn)的Matlab Gui 仿真界面，界面的右上方給出了實(shí)際的空間濾波實(shí)驗(yàn)光路及注意事項(xiàng)，該注意事項(xiàng)是能否做出實(shí)際實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。濾波對象為實(shí)驗(yàn)中使用的光子屏，則在界面的下面顯示物及其頻譜，點(diǎn)擊濾波器下拉菜單，選中水平狹縫作為濾波器，則界面的下面第三個圖顯示該濾波器，再點(diǎn)擊進(jìn)行濾波按鈕，則在界面的下面第四個圖顯示經(jīng)濾波處理后的輸出像，由于頻譜面上的橫向分布是物的縱向結(jié)構(gòu)的信息，由經(jīng)濾波處理后的像可以看到當(dāng)光格字經(jīng)過水平狹縫濾波器之后，圖像是呈縱向分布的，如圖2（a）所以。當(dāng)點(diǎn)擊濾波器下拉菜單，選中垂直狹縫作為濾波器。由于頻譜面上的縱向分布是物的橫向結(jié)構(gòu)的信息，由經(jīng)濾波處理后的像可以看到當(dāng)光格字經(jīng)過垂直狹縫濾波器之后，圖像是呈橫向分布的，如圖2（b）所以。當(dāng)點(diǎn)擊濾波器下拉菜單，選中方向?yàn)V波器。由經(jīng)濾波處理后的像可以看到當(dāng)光格字經(jīng)過方向?yàn)V波器得到的是與之垂直方向的信息，如圖2（c）所示。當(dāng)點(diǎn)擊濾波器下拉菜單，選中低通濾波器時，濾波后的像如圖2（d）所示，由于光柵為周期性函數(shù)，其頻譜是有規(guī)律排列的離散點(diǎn)陣，而字跡不是周期性函數(shù)，它的頻譜是連續(xù)的，一般不容易看清楚，由于光字筆畫較粗，其空間低頻成分較多，因此頻譜面的光軸附近只有光字信息而沒有網(wǎng)格信息。經(jīng)過低通濾波，濾掉了物的高頻信息，輸出圖像顯示了物的低頻信息即光字。由于經(jīng)過濾波后的圖像能量有所損失導(dǎo)致輸出圖像比原圖像模糊。當(dāng)點(diǎn)擊濾波器下拉菜單，選中高通濾波器時，濾波后的像如圖2（e）所示，。

四、結(jié)論

為了更好理解空間濾波實(shí)驗(yàn)，本文對空間濾波實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了Matlab Gui仿真，仿真界面友好、操作方面，內(nèi)容豐富，本仿真界面不但給出了實(shí)際的實(shí)驗(yàn)光路，而且實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的所有功能，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所有的空間濾波實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

[參考文獻(xiàn)]

[1]謝嘉寧，趙建林.光學(xué)空間濾波過程的計(jì)算機(jī)仿真，光子學(xué)報(bào)，2002，31：847-950

[2]李芳菊，耿森林.利用Matlab Gui實(shí)現(xiàn)空間濾波的實(shí)驗(yàn)仿真，價值工程，2012，29：302-303

篇4

對，都出現(xiàn)了鏡子。從本質(zhì)上說，都和光學(xué)有關(guān)。

大到探月的嫦娥衛(wèi)星，小到日常生活中的單反相機(jī)、CD光盤，無論是國家進(jìn)步，還是你我的生活質(zhì)量，都與光學(xué)工程息息相關(guān)。由于光學(xué)工程的應(yīng)用實(shí)踐要求十分嚴(yán)格，相關(guān)本科專業(yè)的畢業(yè)生往往無力承擔(dān)與光學(xué)工程科學(xué)技術(shù)研究直接相關(guān)的工作。因此，每年有大量相關(guān)專業(yè)的本科畢業(yè)生選擇考研。

由于光學(xué)工程是一門高層次、高門檻的學(xué)科，相較于機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)，開設(shè)此專業(yè)的院校并不多。總體看來，光學(xué)工程專業(yè)的考研競爭比較激烈，尤其是在一些光學(xué)工程名校之中，2012年浙江大學(xué)光學(xué)工程的報(bào)錄比就曾高達(dá)17∶1。

目前，我國具有光學(xué)工程博士一級授予資格的高校共38所。具有光學(xué)工程國家重點(diǎn)學(xué)科的高校共有清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、南開大學(xué)、天津大學(xué)、長春理工大學(xué)、南京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)等9所，具有國家重點(diǎn)（培育）學(xué)科的高校有上海理工大學(xué)、電子科技大學(xué)兩所，具有博士培養(yǎng)資格的中國科學(xué)院相關(guān)研究院所主要有長春光機(jī)所、西安光機(jī)所、上海光機(jī)所、上海技術(shù)物理所、安徽光機(jī)所、成都光電所等6所。

我們?nèi)绾卧跒閿?shù)不多的頂級名校或科研院所中選擇一所最適合自己的院校呢？

第一，重視院校綜合實(shí)力，避免依賴單一數(shù)據(jù)。

各種評估結(jié)果中的得分、排名等數(shù)據(jù)往往只能反映院校的宏觀指標(biāo)，且不同機(jī)構(gòu)均有不一樣的標(biāo)準(zhǔn)，很難客觀真實(shí)地反映院校的全部情況。各院校的研究方向獨(dú)具特色，互有長短，具體到每個研究方向，實(shí)力強(qiáng)弱更不相同，比如，光學(xué)設(shè)計(jì)這一領(lǐng)域，普遍認(rèn)為實(shí)力強(qiáng)弱依次為清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、天津大學(xué)等。同樣的道理，單純地看重院校的院士、長江學(xué)者數(shù)量、實(shí)驗(yàn)室規(guī)模、研究經(jīng)費(fèi)等指標(biāo)也是不科學(xué)的。院校研究水平的高低并不能直接反映研究生教育質(zhì)量的好壞，院校的導(dǎo)師構(gòu)成、地理區(qū)位與就業(yè)環(huán)境、同學(xué)本科來源的層次與學(xué)術(shù)氛圍等軟實(shí)力也不是量化指標(biāo)可以衡量的，然而這些因素對研究生階段的學(xué)術(shù)成就以及未來的職業(yè)發(fā)展，往往比宏觀數(shù)據(jù)具備更大的影響，萬萬不可忽視。

第二，光學(xué)工程不是什么院校都能“玩得轉(zhuǎn)”。

在考生中廣泛存在“211高校未必比985高校差”的思想，從而選擇考研難度相對較小的“211工程”院校深造。不可否認(rèn)，一些“211工程”院校在其傳統(tǒng)優(yōu)勢學(xué)科上的確不比“985院校”差，甚至更有優(yōu)勢。但是，光學(xué)工程是一門“高富帥”的學(xué)科，只有高層次的院校才能承載光學(xué)工程這門學(xué)科，而優(yōu)秀的光學(xué)工程人才往往也出自優(yōu)秀的院校。主要原因體現(xiàn)在兩個方面：第一，光學(xué)工程精密程度非常高，對實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和資金的依賴性比較強(qiáng)，缺少國家重視和資金上的傾斜，院校很難承擔(dān)昂貴的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，從而限制研究生的發(fā)展；第二，“985”院校導(dǎo)師的視野更加開闊，對研究生的基本要求更加嚴(yán)格、培養(yǎng)目標(biāo)更高，甚至某些院校的本科生在導(dǎo)師的指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下也能在諸如Optical Letters等國際頂級光學(xué)期刊上。此外，高層次的院校學(xué)術(shù)氛圍更加濃厚，出國深造、就業(yè)等方面也具備更大的優(yōu)勢。

在此背景下，有必要對光學(xué)工程相關(guān)院校及其考研情況進(jìn)行深度解讀。本文將以擁有國家重點(diǎn)學(xué)科的浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)、天津大學(xué)、南開大學(xué)，以及中國科學(xué)院的上海光機(jī)所為例進(jìn)行具體分析。

浙江大學(xué)：為強(qiáng)者而生

學(xué)科地位：浙江大學(xué)光學(xué)工程學(xué)科設(shè)立于光電信息工程學(xué)系內(nèi)，該系前身為浙江大學(xué)光學(xué)儀器專業(yè)，是中國光學(xué)工程學(xué)科的誕生地，具有雄厚的學(xué)科實(shí)力。在2007―2009年、2010―2012年教育部學(xué)科評估中均排名第一。

學(xué)科特色：有現(xiàn)代光學(xué)儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國家光學(xué)儀器工程技術(shù)研究中心、國防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室等國家級研究基地。目前設(shè)置有光學(xué)工程研究所、光電信息及檢測技術(shù)研究所、光電子技術(shù)研究所、光電顯示技術(shù)研究所、先進(jìn)納米光子學(xué)研究所和光及電磁波研究中心、光學(xué)慣性技術(shù)工程研究中心等機(jī)構(gòu)。

研究領(lǐng)域：浙江大學(xué)光學(xué)工程主要研究領(lǐng)域十分寬廣，包括微納光學(xué)與介觀光學(xué)與器件、光學(xué)光電子薄膜、光電顯示技術(shù)、高精度光纖傳感、光電成像技術(shù)、微納米精密檢測技術(shù)、生物光子學(xué)、新型激光與光電子技術(shù)、光電子集成器件與系統(tǒng)，光通信技術(shù)與系統(tǒng)和新穎人工光電介質(zhì)等。

師資力量：光及電磁波研究中心以長江計(jì)劃特聘教授何賽靈為領(lǐng)軍人物，大部分導(dǎo)師均為杰出“海歸”或外籍教授，在光子學(xué)和電磁波的理論和實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域開展了大量工作，獲得了許多具有國際影響的學(xué)術(shù)成果。

地理區(qū)位：長江三角洲地區(qū)具有規(guī)模龐大的光電產(chǎn)業(yè)集群，具有國際化、起點(diǎn)高的特點(diǎn)，相較于珠三角地區(qū)以封裝、為主的光電―半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而言具有廣闊的發(fā)展前景。

競爭情況：浙江大學(xué)就讀光學(xué)工程的研究生中超過半數(shù)來自于浙江大學(xué)、天津大學(xué)、南開大學(xué)等名校的推免生。考研競爭極為激烈，從近年報(bào)錄比便可見一斑。

考試特色：浙江大學(xué)光學(xué)工程考研參考書為郁道銀、談恒英著的《工程光學(xué)》。浙江大學(xué)光學(xué)工程的專業(yè)課考試較其他學(xué)校包括的內(nèi)容更多，報(bào)考的同學(xué)需要復(fù)習(xí)幾何像差、傅里葉光學(xué)等本科階段較為薄弱的知識板塊。此外，也會考查一定的激光原理知識。

華中科技大學(xué)：光谷傳奇

學(xué)科地位：華中科技大學(xué)光學(xué)工程近年來發(fā)展迅速，實(shí)力雄厚。尤其是在籌的武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室是我國目前僅有的幾個國家實(shí)驗(yàn)室之一，學(xué)科地位非同一般。華中科技大學(xué)在2010―2012年教育部學(xué)科評估中與浙江大學(xué)并列第一。

學(xué)科特色：光學(xué)與電子信息學(xué)院設(shè)有武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室、激光加工技術(shù)國家工程研究中心、下一代互聯(lián)網(wǎng)接入系統(tǒng)國家工程實(shí)驗(yàn)室、國家集成電路人才培養(yǎng)基地、教育部電子信息功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（B類）、教育部敏感陶瓷工程中心等研究機(jī)構(gòu)。其中武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室是由教育部、湖北省和武漢市共建，依托于華中科技大學(xué)，聯(lián)合武漢郵電科學(xué)研究院、中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、中國船舶重工集團(tuán)公司第七一七研究所共同組建，已投入4億多元建立了12個科學(xué)研究平臺以及1個光電公共測試平臺。

研究領(lǐng)域：華中科技大學(xué)主要研究方向?yàn)楣怆姕y控技術(shù)、光電信息存儲、光通信技術(shù)、基礎(chǔ)光子學(xué)、激光科學(xué)與工程、光電子器件與集成、納米光電子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)、能源光子學(xué)、太赫茲技術(shù)。

地理區(qū)位：華中科技大學(xué)地處著名的武漢光谷，當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)集群形成的產(chǎn)學(xué)研體系研究水平很高，產(chǎn)業(yè)價值巨大，尤其在光通信、激光等領(lǐng)域具有較大優(yōu)勢，就業(yè)前景看好。

競爭情況：華中科技大學(xué)工學(xué)復(fù)試分?jǐn)?shù)線2013年為330分、2012年為340分、2011年為330分。招生人數(shù)60人左右，隨當(dāng)年推免生比例有所波動。

考試特色：華中科技大學(xué)光學(xué)工程專業(yè)課考試偏向物理光學(xué)、電子學(xué)、激光原理相關(guān)知識。需要注意的是有兩個單位可以接收光學(xué)工程的碩士生，分別是光電學(xué)院和武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室。

天津大學(xué)：精益求精

學(xué)科地位：天津大學(xué)光學(xué)工程學(xué)科設(shè)立在天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院，是我國較早設(shè)立光學(xué)工程的高校之一。天津大學(xué)光學(xué)工程在2007―2009年教育部學(xué)科評估中名列第二，2010―2012年教育部學(xué)科評估中名列第三。此外，天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院也是教育部“教育教學(xué)改革特別試驗(yàn)區(qū)”的15個全國試點(diǎn)學(xué)院之一。

學(xué)科特色：所在學(xué)院設(shè)有精密測試技術(shù)及儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、光電信息技術(shù)科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、精密儀器中心、現(xiàn)代光學(xué)研究所、光電子研究中心、傳感工程研究所、照明技術(shù)研究所、光電測控技術(shù)研究所、激光與光電子技術(shù)研究所、生物光學(xué)研究所、安全防偽技術(shù)研究中心等研究和開發(fā)機(jī)構(gòu)。

研究方向：超快激光理論與應(yīng)用研究、光學(xué)信息處理及其應(yīng)用、光學(xué)技術(shù)在計(jì)算機(jī)科學(xué)中的應(yīng)用、數(shù)字圖像處理技術(shù)、光學(xué)傳感器技術(shù)、先進(jìn)固體激光及非線性頻率變化技術(shù)、光電子學(xué)與光通信技術(shù)、激光與光電子應(yīng)用技術(shù)等。

師資力量：中國科學(xué)院院士1人，中國工程院院士1人，長江計(jì)劃特聘教授4人。天津大學(xué)光學(xué)工程的師資隊(duì)伍配置十分合理，老中青年教師比例合理。老年教授如姚建銓院士、王清月教授等可以保證該學(xué)科的頂級實(shí)力，中年學(xué)科骨干如劉鐵根教授近年來在光纖傳感領(lǐng)域碩果累累，超快激光實(shí)驗(yàn)室的胡明列教授是天津大學(xué)最年輕的教授，學(xué)術(shù)前景十分光明。

地理區(qū)位：既緊挨近年來得到長足發(fā)展的天津?yàn)I海新區(qū)，又毗鄰首都北京，就業(yè)環(huán)境較為優(yōu)越。

競爭情況：就讀于天津大學(xué)的研究生中，本校生源占有較大比例。天津大學(xué)工學(xué)復(fù)試分?jǐn)?shù)線2013年為330分，2012年為335分，2009―2011光學(xué)工程報(bào)錄比如下：

考試特色：天津大學(xué)考研參考書目為郁道銀、談恒英著的《工程光學(xué)》和周炳著的《激光原理》，建議欲報(bào)考的同學(xué)參考天津大學(xué)蔡懷宇教授編寫的《工程光學(xué)復(fù)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答》。

南開大學(xué)：雖小而精

學(xué)科地位：南開大學(xué)光學(xué)工程設(shè)立于南開大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)研究所內(nèi)，隸屬于電子信息與光學(xué)工程學(xué)院。現(xiàn)代光學(xué)研究所由光學(xué)工程元老母國光院士創(chuàng)建，是全國高校中最早取得光學(xué)和光學(xué)工程兩個學(xué)科博士學(xué)位授予權(quán)的單位。在2010―2012年教育部學(xué)科評估中，南開大學(xué)光學(xué)工程名列第五。

學(xué)科特色：設(shè)有教育部光電信息技術(shù)科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及博士后流動站。

師資力量：南開大學(xué)光學(xué)工程規(guī)模較小，共有教師28人，教授、研究員18人，副教授8人，其中有院士1人，特聘教授1人，博士生導(dǎo)師13人，但導(dǎo)師隊(duì)伍水平相當(dāng)優(yōu)秀，哈佛大學(xué)、劍橋大學(xué)等歐美名校留學(xué)、訪問研究的經(jīng)歷非常普遍，近年來在Nature、Science等國際最頂尖期刊發(fā)表多篇論文，令國內(nèi)同行為之拜服。較為出色的是青年教師劉海濤教授，在Nature發(fā)表兩篇論文，在Physical Review Letters發(fā)表兩篇論文，主要研究方向?yàn)楸砻娴入x子體等微納光學(xué)的相關(guān)理論。

培養(yǎng)模式：南開大學(xué)光學(xué)工程招生規(guī)模較小，幾乎與導(dǎo)師人數(shù)平齊，每個研究生均能得到導(dǎo)師的大量指導(dǎo)，研究生教育接近于精英教育。需要注意的是，南開大學(xué)光學(xué)工程的專業(yè)型碩士培養(yǎng)計(jì)劃與學(xué)術(shù)型碩士培養(yǎng)計(jì)劃基本相同，這與其他學(xué)校的培養(yǎng)模式有所區(qū)別。

研究領(lǐng)域：相比其他高校，南開大學(xué)光學(xué)工程的研究方向的理論特色較為明顯，其研究領(lǐng)域主要有：光學(xué)/數(shù)字圖象處理科學(xué)與技術(shù)、光學(xué)處理與光計(jì)算技術(shù)、激光與非線性光學(xué)科學(xué)與技術(shù)、現(xiàn)代光通信技術(shù)、光波電子學(xué)、光子技術(shù)、眼視覺光學(xué)和共焦顯微技術(shù)、飛秒激光技術(shù)、微納光學(xué)。

地理區(qū)位：與天津大學(xué)相同。

競爭情況：南開大學(xué)近年來考研報(bào)錄情況如下所示，可見相較于其他院校，南開大學(xué)光學(xué)工程的性價比較高。

考試特色：南開大學(xué)光學(xué)工程往年專業(yè)課參考書是趙凱華、鐘錫華編著的《光學(xué)》，專業(yè)課考試風(fēng)格自2013年起有所變化，并且2014年考研沒有提供參考書目，需要考生注意。

中國科學(xué)院上海光機(jī)所：臥虎藏龍

學(xué)科地位：上海光機(jī)所是我國建立最早、規(guī)模最大的激光專業(yè)研究所。

學(xué)科特色：上海光機(jī)所現(xiàn)設(shè)8個研究室，分別是：強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中科院量子光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中科院強(qiáng)激光材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、空間激光信息技術(shù)研究中心（含：中科院空間激光通信及檢驗(yàn)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、上海市全固態(tài)激光器與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）、信息光學(xué)與光電技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、高密度光存儲技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、高功率激光單元技術(shù)研究與發(fā)展中心。

值得一提的是，上海光機(jī)所建成了國內(nèi)僅有國際上也為數(shù)不多的“神光”系列高功率大型激光裝置，用于激光分離同位素的激光與光學(xué)系統(tǒng)、超短超強(qiáng)激光系統(tǒng)、激光原子冷卻裝置、空間全固態(tài)激光器研制平臺。在各種新型、高性能激光器件、激光與光電子功能材料的研制方面，也進(jìn)入了國際先進(jìn)水平，是我國現(xiàn)代光學(xué)和激光與光電子領(lǐng)域取得研究成果最多的單位之一。

研究領(lǐng)域：強(qiáng)激光技術(shù)、強(qiáng)場物理與強(qiáng)光光學(xué)、信息光學(xué)、量子光學(xué)、激光與光電子器件、光學(xué)材料等。顯而易見的是，上海光機(jī)所的研究方向非常偏向于理論研究，因而十分適合于光學(xué)工程理論方向的深造。

地理區(qū)位：地處長三角的核心上海，地理區(qū)位優(yōu)勢相當(dāng)明顯。

競爭情況：每年有許多來自清華大學(xué)、浙江大學(xué)等頂尖學(xué)府的畢業(yè)生通過推免進(jìn)入上海光機(jī)所，研究所人才濟(jì)濟(jì)。近年來上海光機(jī)所光學(xué)工程的復(fù)試分?jǐn)?shù)線為：2013年320分，2012年325分，2011年330分。每年招生人數(shù)在40―50人，隨當(dāng)年推免比例有所浮動。

培養(yǎng)模式：上海光機(jī)所的專業(yè)型碩士與學(xué)術(shù)型碩士培養(yǎng)計(jì)劃相近，且第一年是在安徽合肥的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)培養(yǎng)。

篇5

關(guān)鍵詞：光電信息科學(xué)與工程；人才培養(yǎng)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）11-0167-02

一、研究背景

光電信息科學(xué)與工程專業(yè)（以下簡稱光電專業(yè)）是由教育部在2012年9月下發(fā)文件將原屬于電子信息科學(xué)類的光信息科學(xué)與技術(shù)、光電子技術(shù)科學(xué)專業(yè)與原屬于電氣信息類的信息顯示與光電技術(shù)、光電信息工程、光電子材料與器件5個專業(yè)統(tǒng)一整合后而成的[1]，因此，不同學(xué)校的光電專業(yè)淵源不同，特色各異。我校的光電專業(yè)源于2011年設(shè)置的光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，初期建設(shè)主要依靠大學(xué)物理教研室的師資和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室資源，在課程體系設(shè)置中，理論課程比例較大，應(yīng)用型課程不足，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，對學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力培養(yǎng)不足，不利于學(xué)生的就業(yè)競爭。

光電信息產(chǎn)業(yè)是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)，隨著合蕪蚌自主創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)示范區(qū)的建設(shè)和發(fā)展，安徽光電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，從而使光電專業(yè)技術(shù)人才需求快速增加。特別是生產(chǎn)加工類企業(yè)，對具有光電專業(yè)背景、熟悉光電原理和行業(yè)發(fā)展的技術(shù)管理人才需求旺盛。

隨著地方高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型發(fā)展，對比企業(yè)對光電人才需求的狀況，以前的培養(yǎng)方案存在與就業(yè)市場脫節(jié)，重視理論及系統(tǒng)性，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，對學(xué)生的實(shí)踐能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維培養(yǎng)不足。為了解決以上問題，近年來，在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，借鑒兄弟高校的成功經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)真吸取企業(yè)的建議、接受光電教指分委指導(dǎo)，逐步明確專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及建設(shè)思路，初步形成有特色、能滿足地方光電企業(yè)人才需求的人才培養(yǎng)方案。根據(jù)市場需求，確定了“光電子技術(shù)”、“光通信與信息處理”兩個專業(yè)方向，構(gòu)建分層次、模塊化的“平臺”+“模塊”式課程體系。建設(shè)了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、綜合課程設(shè)計(jì)及企業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)體系。

二、應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式改革的實(shí)踐

（一）合理定位，優(yōu)化課程體系

地方高校光電信息科學(xué)與工程專業(yè)主要培養(yǎng)適應(yīng)光電信息類企業(yè)需要的應(yīng)用型技術(shù)人才，以適應(yīng)光電信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。以培養(yǎng)企業(yè)需要的應(yīng)用技術(shù)人才為培養(yǎng)目標(biāo)，校企合作修訂了2015級人才培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱。課程體系分為公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課、專業(yè)方向課和專業(yè)選修課5個層次。在新的培養(yǎng)方案中，保證數(shù)理基礎(chǔ)的前提下，適當(dāng)合并調(diào)整壓縮了物理理論課程，增加了應(yīng)用型課程的比例，加強(qiáng)了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。主要開設(shè)了，光電信息物理基礎(chǔ)、物理光學(xué)、應(yīng)用光學(xué)、信息光學(xué)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、激光原理與技術(shù)、光電子技術(shù)，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光纖通信原理、傳感器原理與應(yīng)用、數(shù)字信號處理，單片機(jī)原理等。

（二）加大實(shí)驗(yàn)室建設(shè)投入，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)

學(xué)生的實(shí)踐能力、應(yīng)用能力需要有良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的保障，用好現(xiàn)有中央財(cái)政支持地方高校建設(shè)項(xiàng)目、安徽省高等學(xué)校振興計(jì)劃項(xiàng)目支持實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。2013年光電信息科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)獲批中央財(cái)政、支持地方高校建設(shè)項(xiàng)目，同年獲批該專業(yè)獲批安徽省振興計(jì)劃新專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目。

在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心的基礎(chǔ)上，獨(dú)立設(shè)立了光電信息科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)中心。從2012年至今，依托項(xiàng)目資金等共計(jì)投入760多萬元用于購置各類光電儀器設(shè)備，組建了基礎(chǔ)光學(xué)、激光原理與技術(shù)、光電子技術(shù)與檢測、光通信與信息處理技術(shù)4個實(shí)驗(yàn)分室，建設(shè)了光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作、光電創(chuàng)新設(shè)計(jì)2個實(shí)訓(xùn)室。經(jīng)過4年的實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)，逐步形成了較為系統(tǒng)的、先進(jìn)的、開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。

1.有機(jī)整合、獨(dú)立開課，構(gòu)建模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。打破基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立分塊，實(shí)驗(yàn)從屬于理論的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，將光電信息科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的實(shí)驗(yàn)組成一個有機(jī)整體、獨(dú)立開課，構(gòu)建模塊化實(shí)踐教學(xué)體系。[2]如獨(dú)立開設(shè)了基礎(chǔ)光學(xué)實(shí)驗(yàn)、光電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、光通信與信息處理技術(shù)實(shí)驗(yàn)、激光原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)等。

2.改革教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整合基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、獨(dú)立開設(shè)模塊化實(shí)驗(yàn)課程的同時，開設(shè)足夠的高質(zhì)量的綜合性、設(shè)計(jì)性的課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與工程、社會應(yīng)用緊密聯(lián)系，開設(shè)有光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光通信原理課程設(shè)計(jì)、光電檢測課程設(shè)計(jì)等，通過課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合應(yīng)用能力。通過暑期小學(xué)期實(shí)踐教學(xué)，積極引進(jìn)企業(yè)工程技術(shù)人員，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)項(xiàng)目，實(shí)施暑假實(shí)踐教學(xué)，使實(shí)踐教學(xué)真正貼近企業(yè)，貼近市場。

（三）設(shè)立大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐計(jì)劃，鼓勵學(xué)生參與各種競賽活動

學(xué)校積極實(shí)施因材施教的探索，在人才培養(yǎng)方案中設(shè)立了大學(xué)生科技文化與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)分，設(shè)立大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目，學(xué)生自愿報(bào)名組隊(duì)，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，完成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。學(xué)校積極支持學(xué)生參加課外科技實(shí)踐及競賽活動，學(xué)生在全國挑戰(zhàn)杯大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國大學(xué)生數(shù)模競賽、電子設(shè)計(jì)大賽、飛思卡爾智能車大賽、全省大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽、及學(xué)校組織的光電設(shè)計(jì)競賽中都取得較好的成績。學(xué)生通過競賽，提高學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和方向，促進(jìn)了學(xué)習(xí)積極性和主動性，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力、實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)，[3]從而也提高了人才培養(yǎng)質(zhì)量，提高畢業(yè)生就業(yè)競爭力。

三、思考與建議

光電信息科學(xué)與工程專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)是一個長期的過程。我們在4年的建設(shè)實(shí)踐中，有教訓(xùn)也取得了一些經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)光電企業(yè)真正需要的應(yīng)用型人才，創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式是我們必須思考和研究的重要n題。

首先，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)和更新教學(xué)內(nèi)容，淘汰過時的內(nèi)容，將企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際問題與理論結(jié)合，特別是體現(xiàn)在專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目、課程設(shè)計(jì)及各類設(shè)計(jì)、光電設(shè)計(jì)競賽的項(xiàng)目上。

其次，建設(shè)具有特色的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，建設(shè)好校內(nèi)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地；建立穩(wěn)定企業(yè)實(shí)習(xí)基地，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)及實(shí)訓(xùn)的項(xiàng)目化教學(xué)，通過企業(yè)技能學(xué)習(xí)，有助于提高學(xué)生的實(shí)際操作水平，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力，有利于學(xué)生針對就業(yè)崗位針對性學(xué)習(xí)，提高就業(yè)競爭力。

第三，存在的問題和不足。專業(yè)設(shè)計(jì)軟件的熟練使用也是企業(yè)技術(shù)人員的重要方面，而我校利用課程教學(xué)、暑假實(shí)踐等對學(xué)生進(jìn)行了單片機(jī)類教學(xué)，Matlab仿真等軟件課程教學(xué)，但還缺少光學(xué)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)等訓(xùn)練。因此，我們進(jìn)一步建設(shè)光電仿真設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，將加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)設(shè)計(jì)軟件使用能力的培養(yǎng)。同時，我們在2013級人才培養(yǎng)方案中增加了科技新學(xué)分部分，以強(qiáng)化實(shí)踐與科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

光電信息科學(xué)與工程專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)模式的探索是一項(xiàng)長期工作。校企合作，創(chuàng)建以能力為中心的人才培養(yǎng)模式，注重提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力，必然會培養(yǎng)更多適應(yīng)社會、企業(yè)需求的光電技術(shù)應(yīng)用人才。

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Local Colleges Optical Information Science and Engineering Exploration of Applied Talent Training

CHENG Rong-long1，LI Yi-de2，WANG Li1，GONG Hao1，F(xiàn)U Yuan-xia1

（1. Department of Mathematics and Physics，Bengbu College，Bengbu，Anhui 233030，China；

2. School of Physics and Materials Science，Anhui University，Hefei 230039，China）

篇6

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體光放大器；太赫茲光非對稱解復(fù)用器；馬赫-曾得干涉儀；超快非線性干涉儀

中圖分類號：TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004373X(2008)1515203

Analysis of All-optical Logical Gates Based on Non-linear Effect

HUI Zhanqiang

(Xi′an Institute of Post and Telecommunications,Xi′an,710061,China)

Abstract：Optical logical gate is a kind of important device using for high-performance optical information processing and all optical networks,some example applications including high-speed optical packet-switched routers,header recognization,parity checking and data encode and so on.Several kinds of optical logical gates based on nolinear optical effection are introduced,its structure as well as principle is analysed and discussed.In conclusion,optical logical gates is popular in future.

Keywords：semiconductor optical amplifier;THz optical asymmentric demultiplexer;M-Z interferometer;ultra non-linear interferometer

全光邏輯門是實(shí)現(xiàn)全光信號處理的核心元件，它可以實(shí)現(xiàn)全光信號提取，全光地址識別，全光復(fù)用/解復(fù)用以及全光開關(guān)等［1-4］，因此，在未來的全光高速通信網(wǎng)絡(luò)和新一代光計(jì)算機(jī)中將有著巨大的應(yīng)用潛力，目前，國內(nèi)外均對此展開了廣泛深入的研究。半導(dǎo)體光放大器以其體積小，光譜性能好，工作波長范圍寬，響應(yīng)時間短以及良好的非線性特性等優(yōu)點(diǎn)，成為各種全光邏輯門中的主要功能器件，本文介紹了幾種基于半導(dǎo)體光放大器中的非線性光學(xué)效應(yīng)工作的全光邏輯門，并對其各自的特點(diǎn)進(jìn)行了比較。

1 實(shí)現(xiàn)光學(xué)邏輯門的非線性光學(xué)原理

實(shí)現(xiàn)全光邏輯門主要是基于半導(dǎo)體光放大器中的交叉增益調(diào)制波長轉(zhuǎn)換原理，在忽略放大的自發(fā)輻射引起的載流子消耗的條件下，波長的轉(zhuǎn)換過程可以用以下兩個方程描述［5,6］:Nt=IeV－R(N)－∑i=s,cΓgi(N,vi)AhviP+i－

∑i=s,cΓgi(N,vi)AhviP－i(1)

±P±it=Γgi(N,vi)－αintP±i(2)其中，N是有源區(qū)中載流子濃度，I是注入電流大小，e是電子電量，V是有源區(qū)體積，Γ是模場限制因子，A是有源區(qū)橫截面積，h是普朗克常數(shù)，c是真空中光速，下標(biāo)S，c分別對應(yīng)信號光和探測光，gi(N,vi)是對應(yīng)光波的增益系數(shù)，v是光波的頻率，P+i和P－i分別對應(yīng)正向和反向傳播的光功率，αint是有源區(qū)內(nèi)部的損耗系數(shù)，R(N)是非輻射復(fù)合和自發(fā)輻射復(fù)合引起的載流子消耗。為準(zhǔn)確模擬載流子沿半導(dǎo)體光放大器有源區(qū)長度方向的分布，可以采用分段模型進(jìn)行數(shù)值模擬。將有源區(qū)分為M段，每段載流子濃度均勻，給定入射光功率就可以根據(jù)式(1)解出第一子段的載流子濃度N1，然后根據(jù)式(2)求出第一子段光功率P2，再代入式(1)求得N2，依次類推可求得整個有源區(qū)內(nèi)載流子濃度N和光功率P在空間上的靜態(tài)分布，最后采用龍格-庫塔法求出隨時間變化的輸出光功率。

2 光學(xué)邏輯門的工作原理

2.1 利用半導(dǎo)體光放大器實(shí)現(xiàn)光邏輯與門

利用半導(dǎo)體光放大器(Semiconductor Optical Amplifier,SOA)實(shí)現(xiàn)光邏輯與門是利用級聯(lián)的交叉增益調(diào)制型波長轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)全光邏輯與門［7］，工作原理為：特定速率的信號光經(jīng)過摻鉺光纖放大器放大后再經(jīng)耦合器1分為兩路，其中一路信號光A和可調(diào)諧激光器提供的連續(xù)光(探測光)經(jīng)耦合器2合路，再經(jīng)過環(huán)行器送入SOA1。兩束光在SOA1中可以產(chǎn)生基于交叉增益調(diào)制效應(yīng)的波長轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，信號光攜帶的信息轉(zhuǎn)換到探測光上，但與原信息反相。第一級SOA1輸出的信號光經(jīng)環(huán)行器輸出，而后經(jīng)過EDFA2放大，隨后由帶通濾波器1濾出波長轉(zhuǎn)換后的信號；另一路光信號經(jīng)過可調(diào)諧延時線延時后，和帶通濾波器1輸出的信號一起經(jīng)過耦合器和環(huán)行器耦合進(jìn)SOA2，適當(dāng)控制第一級轉(zhuǎn)換輸出的功率遠(yuǎn)大于延時后的信號光功率，因此，當(dāng)?shù)谝患夀D(zhuǎn)換輸出的比特為“1”時，SOA2的增益被抑制，無論信號光為“1”還是“0”，輸出為“0”；反之，當(dāng)?shù)谝患夀D(zhuǎn)換輸出的比特為“0”，信號光為“1”時輸出“1”，為“0”時輸出“0”，因此，經(jīng)帶通濾波器2(對準(zhǔn)信號光波長)濾出的信號就是信號光A和延時后的信號光B的邏輯與運(yùn)算結(jié)果。

圖1 基于半導(dǎo)體光放大器的光邏輯與門2.2 利用太赫茲光非對稱解復(fù)用器實(shí)現(xiàn)全光邏輯門

利用太赫茲光非對稱解復(fù)用器(Terahertz Optical Asymmetric Demultiplexer,TOAD)實(shí)現(xiàn)全光邏輯門的原理如圖2所示。耦合器1將一段光纖首尾相接［8］，作為非線性元件的SOA非對稱的置于光纖線路中，它偏離環(huán)路中心的光程為T/2，控制脈沖經(jīng)過耦合器2從端口A引入環(huán)路，探測脈沖從端口C注入，控制信號光足夠強(qiáng)，能夠引起SOA中的非線性效應(yīng)，而探測光很弱，它不在SOA中引起非線性光學(xué)效應(yīng)。此邏輯門的工作過程為：探測光從端口C輸入，被耦合器1分為幅度相等的兩部分，分別沿順時針(CW)和逆時針(CCW)方向傳輸，在沒有控制光的情況下，CW和CCW光均可獲得SOA的小信號增益，當(dāng)它們再次回到耦合器1時所獲得的相移也相等，因此，兩束光在端口D相干相消，而光全部從端口C反射；反之，當(dāng)有控制光從端口A輸入，控制光經(jīng)耦合器2注入環(huán)路中，適當(dāng)調(diào)節(jié)探測光和控制光之間的時延，使得控制光在CCW之后CW之前到達(dá)SOA，這樣，在控制光的作用下，CW將獲得額外的非線性相移，經(jīng)耦合器1再次耦合后，從端口D輸出，相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了探測光與控制光的邏輯與運(yùn)算。

2.3 基于馬赫-曾德干涉儀的全光邏輯門

基于馬赫-曾德干涉儀(Mach-Zehnder Interferometers,MZI)的全光邏輯門的原理如圖3所示［9］，SOA1和SOA2對稱放置在干涉儀兩臂，連續(xù)的探測光通過一個耦合器分解成兩束，注入到干涉儀兩臂，波長為λ1的兩路強(qiáng)度調(diào)制的信號光分別注入其中，信號光的峰值功率高于SOA的最大線性輸入功率，當(dāng)輸入功率超過SOA的最大線性輸入功率時，SOA的有源區(qū)內(nèi)載流子密度就會發(fā)生變化，使有源區(qū)內(nèi)的有效折射率發(fā)生改變，導(dǎo)致通過SOA的探測光的強(qiáng)度和相位發(fā)生變化，探測光經(jīng)過SOA就會攜帶上信號光的信息，兩路經(jīng)過相位調(diào)制的探測光在耦合器中發(fā)生干涉，將相位轉(zhuǎn)移成振幅調(diào)制，完成兩路信號的異或運(yùn)算。

圖2 基于太赫茲光非對稱解復(fù)用器的光邏輯門圖3 基于馬赫-曾德干涉儀的全光邏輯門2.4 基于超快非線性干涉儀的全光邏輯門

超快非線性干涉儀(Ultrafast Nonlinear Interferometers,UNI)的工作原理如圖4所示［10,11］，信號光經(jīng)過起偏器保持一定方向的偏振態(tài)，經(jīng)過雙折射光纖后分離成具有不同偏振態(tài)相互正交且有一定延時的兩路脈沖，其中一個脈沖先進(jìn)入SOA，然后控制脈沖通過耦合器1輸入到SOA，接著相互正交的后一脈沖再進(jìn)入SOA。由于前一脈沖強(qiáng)度小，SOA不會產(chǎn)生增益非線性，而后一脈沖將會遇到強(qiáng)的控制脈沖導(dǎo)致的SOA增益非線性，從而獲得一附加相移。

圖4 基于超快非線性干涉儀光邏輯門因此，當(dāng)兩個脈沖經(jīng)過快慢軸與雙折射光纖BRF1正交的BRF2后，重新在時間上重疊。由于兩個脈沖有相位差，當(dāng)它們通過45°檢偏器后將會產(chǎn)生干涉，從而有輸出；反之，如果沒有控制脈沖，則這兩個脈沖將會遇到相同的增益特性，沒有相差，在檢偏器中不能形成干涉，因而也就沒有輸出。當(dāng)利用超快非線性干涉儀作為邏輯門時，時鐘信號作為信號光輸入超快非線性干涉儀，再利用耦合器2輸入A和B兩個邏輯控制信號代替超快非線性干涉儀原來的控制信號，就可以獲得或門和異或門。

3 結(jié) 語

以上分析了幾種典型全光邏輯門的工作原理，其中，在利用半導(dǎo)體光放大器實(shí)現(xiàn)的全光邏輯門中，第二級半導(dǎo)體光放大器前置的摻鉺光纖放大器的輸入信號功率和消光比對邏輯與運(yùn)算的輸出性能起決定性作用，而利用太赫茲光非對稱解復(fù)用器實(shí)現(xiàn)全光邏輯門方案，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)邏輯操作的同時實(shí)現(xiàn)了波長轉(zhuǎn)換，最后探測光作為載波攜帶邏輯結(jié)果輸出，同時，此方案還具有擴(kuò)展性，即能夠?qū)崿F(xiàn)多個具有不同波長的數(shù)據(jù)流的操作，如果改用偏振無關(guān)的半導(dǎo)體光放大器，可實(shí)現(xiàn)偏振無關(guān)的邏輯門。基于超快非線性干涉儀的全光邏輯門，利用反向控制光實(shí)現(xiàn)全光或門和異或門，同時信號光和控制光可實(shí)現(xiàn)單一波長工作，加之采用了半導(dǎo)體光放大器，使得結(jié)構(gòu)緊密，連同基于馬赫-曾德干涉儀的全光邏輯門，均具有便于集成的優(yōu)點(diǎn)，用于未來的全光信號處理頗有前途。

參 考 文 獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞 應(yīng)用型本科院校 卓越計(jì)劃 大學(xué)物理 教學(xué)改革

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2016.01.044

Investigation of College Physics Teaching Reforming of Application

-oriented Colleges Based on Excellence Program

YONG Yongliang， LI Xiaohong， CHEN Qingdong

（College of Physics and Engineering， He'nan University of Science and Technology， Luoyang， He'nan 471023）

Abstract College physics is a major fundamental course for the students of the science and engineering in universities and colleges. According to the objectives in talent cultivation of application-oriented colleges， we have innovated the teaching content and teaching methods of college physics based on excellence program.

Key words application-oriented colleges; excellence program; college physics; teaching reform

教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡稱“卓越計(jì)劃”）是國家教育改革和發(fā)展的重大改革項(xiàng)目，是我國高等工程教育改革，促進(jìn)高等工程教育質(zhì)量全面提升的重要舉措。①旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略服務(wù)，對促進(jìn)高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用。②當(dāng)前應(yīng)用型本科院校無論在發(fā)展的外部環(huán)境還是內(nèi)部條件方面都面臨挑戰(zhàn)，在高等學(xué)校發(fā)展序列中處于“中間地帶”，前面有老牌的、強(qiáng)勢的研究型大學(xué)，后面有各類高職院校，應(yīng)用型本科院校必須建立具有自身特色的培養(yǎng)目標(biāo)和模式， 才是多數(shù)新建本科院校的合理選擇并符合社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。③而各個本科課程只有進(jìn)行必要的改革，才能適應(yīng)應(yīng)用型本科院校的發(fā)展。

大學(xué)物理是面向高等院校理工農(nóng)醫(yī)各專業(yè)的一門公共基礎(chǔ)課，擔(dān)負(fù)著提高學(xué)生科學(xué)文化素質(zhì)和培養(yǎng)學(xué)生數(shù)理思想的重任。該課程涉及面廣、知識涵蓋范圍大對于各專業(yè)來說，后續(xù)的專業(yè)課都要應(yīng)用本課程引入的基本概念、基本理論和基本方法。更重要的是還關(guān)系到培養(yǎng)學(xué)生觀察問題、分析問題和解決問題等方面具有其他課程所不能替代的作用。應(yīng)用型本科院校在“卓越計(jì)劃”的大背景下如何在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)方式上對大學(xué)物理這門課程進(jìn)行建設(shè)和改革，如何拓展和完善教學(xué)素材和教學(xué)資源，是值得認(rèn)真思考和積極探索的問題。④經(jīng)過近幾年的教學(xué)實(shí)踐，對基于“卓越計(jì)劃”的大學(xué)物理教學(xué)進(jìn)行了改革和探索

1合理優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

1.1針對不同專業(yè)，精選教學(xué)內(nèi)容

卓越計(jì)劃目的在于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力強(qiáng)以及適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要，大學(xué)物理這門課程內(nèi)容繁多，知識面寬廣，以至于很多學(xué)生覺得大學(xué)物理的很多內(nèi)容對他們后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)，以后的考研或者工作幫助都不是很大，使得學(xué)生將學(xué)學(xué)物理看成是一種拿學(xué)分的沒有必要的課程。另一方面，大學(xué)物理的部分內(nèi)容對不同專業(yè)的學(xué)生幫助很大，學(xué)生也很愿意學(xué)，但是由于學(xué)時的限制，不能過多的介紹，使得學(xué)生覺得意猶未盡，沒有學(xué)到更多對自己有幫助的內(nèi)容。這樣一來，學(xué)生學(xué)學(xué)物理的興趣不高，學(xué)習(xí)效果令人擔(dān)憂。事實(shí)上，大學(xué)物理的部分內(nèi)容對于不同專業(yè)學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)而言的確作用不是很大。例如，近代物理中的狹義相對論和量子力學(xué)的內(nèi)容對于車輛工程類專業(yè)的學(xué)生而言，幫助就相對很小，教師在講臺上滔滔不絕，學(xué)生在下面也只是聽個“稀罕”，聽得無奈。相反，力學(xué)部分中的剛體力學(xué)對于他們相當(dāng)重要，他們也愿意花時間、花精力去學(xué)習(xí)，但是根據(jù)傳統(tǒng)的教學(xué)要求，這部分課時少得可憐，只能淺嘗輒止地介紹相關(guān)的概念，具體的定軸轉(zhuǎn)動和角動量守恒在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用等內(nèi)容只是稍微提一下。因此，根據(jù)不同專業(yè)的學(xué)生，在有限的學(xué)時內(nèi)，要適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。例如，材料類專業(yè)可以增加熱學(xué)和近代物理中的納米材料方面的知識等，相對減少近代物理中早期量子論的相關(guān)內(nèi)容。但是，在針對不同專業(yè)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的同時，要注重物理知識的系統(tǒng)性，有些內(nèi)容不是不講，而是點(diǎn)到為止。

1.2針對不同專業(yè)，對教學(xué)內(nèi)容模塊化處理

上面提到，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)情況，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。對于學(xué)生幫助大的要多講，深講，而用處不大的，為了知識的系統(tǒng)性也要點(diǎn)到為止。此時，可以將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊化處理。⑤也就是根據(jù)物理知識的內(nèi)在聯(lián)系，將內(nèi)容分成若干模塊，這樣將有利于知識的系統(tǒng)性、針對性和靈活性。特別是，那些學(xué)生專業(yè)不是很重要的物理知識，進(jìn)行模塊化處理后，利用較少的學(xué)時，以作報(bào)告或者講座的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，使得學(xué)生更容易地接受這些內(nèi)容。例如，自動化等專業(yè)的學(xué)生，沒有必要對熱學(xué)部分掌握較深，因此這部分內(nèi)容可以做成幾個報(bào)告，告訴學(xué)生們熱學(xué)的研究內(nèi)容，研究方法，以及研究成果等即可，從而使學(xué)生接受的物理知識體系還是完整的，又做到了有的放矢。

1.3整合教學(xué)內(nèi)容，補(bǔ)充現(xiàn)代科技理論

傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)體系主要以力、熱、光、電磁和近代物理的內(nèi)容為主，而與當(dāng)前社會實(shí)踐緊密相關(guān)的現(xiàn)代物理所占比重太小，尤其是物理知識在工程技術(shù)等中的應(yīng)用。因此，適當(dāng)補(bǔ)充現(xiàn)代物理勢在必行。例如，傳統(tǒng)的光學(xué)部分主要介紹幾何光學(xué)和波動光學(xué)（光的干涉，衍射和偏振），因此補(bǔ)充部分信息光學(xué)的內(nèi)容，對學(xué)生理解光學(xué)的系統(tǒng)性和現(xiàn)實(shí)生活中的光學(xué)應(yīng)用大有益處。比如，在傳統(tǒng)的波動光學(xué)之后講解有關(guān)激光和光纖的相關(guān)知識。在熱力學(xué)內(nèi)容之后添加部分信息熵的內(nèi)容。量子力學(xué)基礎(chǔ)上介紹部分能帶理論以及納米材料、超導(dǎo)材料的應(yīng)用，這些都將有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

2多種教學(xué)方法相結(jié)合

“卓越計(jì)劃”背景下的應(yīng)用型本科院校，要求通過大學(xué)物理這門課，不僅學(xué)到必要的物理知識，更重要的是學(xué)會提出問題、分析問題和解決問題的能力。因此，教師在講課的過程中就要潛移默化地將這些能力帶入課堂，引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和解決問題的能力，探索精神和創(chuàng)新意識。另一方面，大學(xué)物理這門課程的教學(xué)學(xué)時一再壓縮，課堂時間就顯得尤為珍貴。為此，就要改進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)方法，嘗試新的教學(xué)方法，以期達(dá)到上述目標(biāo)。

2.1 加大多媒體的數(shù)字化演示

大學(xué)物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，其中很多定理、定律等內(nèi)容都是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)得到的，因此教師在講解過程中，為了培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，不可避免地要談到實(shí)驗(yàn)如何進(jìn)行的，如何得到規(guī)律的等等。依靠傳統(tǒng)的板書，這一點(diǎn)很難讓學(xué)生一目了然。因此，講課過程中要加強(qiáng)多媒體的數(shù)字化演示，包括演示實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、原理、相關(guān)背景等，從而再現(xiàn)某一個規(guī)律發(fā)現(xiàn)的過程，提煉的過程等，使學(xué)生能夠清晰了解規(guī)律的現(xiàn)象和原理，同時也培養(yǎng)和提高了學(xué)生的觀察能力、理解能力和思維能力。這樣一來，對于培養(yǎng)應(yīng)用型的卓越人才計(jì)劃，教師也就不必要在課堂上花費(fèi)大量的時間用于定理、定律的推導(dǎo)，不但避免了乏味感，還激發(fā)學(xué)生思考問題的積極性。但是，需要注意的是，由于學(xué)生物理知識的缺失，很容易在觀看演示實(shí)驗(yàn)過程中，只看皮毛，不去思考和探索。此時，教師在數(shù)字化演示過程中，要時時刻刻注意引導(dǎo)學(xué)生，增強(qiáng)演示的啟發(fā)性和創(chuàng)新性。教師要多提問題，多給學(xué)生思考，多與學(xué)生互動和交流。

2.2 啟發(fā)式教學(xué)和案例教學(xué)相結(jié)合

案例教學(xué)就是利用典型實(shí)例進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生能通過對特殊的典型的實(shí)例進(jìn)行分析，進(jìn)一步理解和掌握教學(xué)中的概念和原理，并在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的教法。案例教學(xué)的過程中，要注重引入和提出某一類工程問題或者自然現(xiàn)象，讓學(xué)生討論問題的提法以及解決的方法，進(jìn)而使學(xué)生鞏固已經(jīng)學(xué)過的內(nèi)容以及了解將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容等。例如，在光的偏振中介紹立體電影的原理和實(shí)現(xiàn)，課前提出問題，立體電影如何工作的，進(jìn)而學(xué)習(xí)光的偏振。又或者在薄膜干涉中先提出問題：陽光下的肥皂泡，水面上的油膜，鴿子勃頸處的羽毛，貓眼石等等都會顯現(xiàn)出五顏六色的花紋，為什么？通過這些案例，啟發(fā)學(xué)生積極思考和討論。這樣有助于激發(fā)學(xué)生的興趣，發(fā)揮他們的主觀能動性和創(chuàng)造性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)生對課本內(nèi)容的深刻理解。同時，也鍛煉了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力。

3結(jié)語

綜上所述，為了使大學(xué)物理課程的教學(xué)滿足“卓越計(jì)劃”背景下應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)要求，大學(xué)物理必須進(jìn)行改革。通過教學(xué)內(nèi)容的合理優(yōu)化，不同教學(xué)方法的不斷改進(jìn)和有機(jī)結(jié)合，不僅能有助于順利完成教學(xué)任務(wù)，更重要的是能培養(yǎng)學(xué)生的工程技術(shù)思維。

基金項(xiàng)目：河南科技大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2015XTD001）資助

注釋

① 汪泓.打造卓越工程師搖籃，培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才[J].中國大學(xué)教學(xué)，2010 （8）：9-10.

② 宋佩維.卓越工程師創(chuàng)新能力培養(yǎng)的思路與途徑[J].中國電力教育，2011 （7）：25-29.

③ 孫澤平.關(guān)于應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)改革的思考[J].中國高教研究，2011（4）：55-57.

篇8

Abstract： At present， holograms are still recorded by the holographic plate in holography experiment of the college physics experiment. But the holographic plate has some disadvantages， such as costing a lot， long exposure time， poor stability， needing chemical wet processing， and not easy to save and so on. To solve these problems， the digital holography technology is proposed to improve the holography experiment. This technology is using CCD to replace the holographic plate as a recording medium， and through the computer storage， digital image processing， reconstruction algorithm and other means to achieve the digital holographic reconstruction. The results show that， the digital holography is well done， the process is fast and convenient， and the reconstruction image is clear and vivid. What's more， the quantitative measurement can be realized.

關(guān)鍵詞： 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；全息照相；數(shù)字全息；干涉測量

Key words： college physics experiment；holography photo；digital holography；interferometry

中圖分類號：O438 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）29-0206-03

0 引言

早在1948年，為了消除電子顯微鏡的像差，英國科學(xué)家丹尼斯?伽伯（Dennis Gabor）[1]在布拉格（Bragg）和澤尼克（Zernike）工作的基礎(chǔ)上提出了全息技術(shù)[2]的基本原理，并因此獲得了1971年的諾貝爾物理學(xué)獎。但是由于受光源的限制（全息技術(shù)要求光源有很好的時間相干性和空間相干性），在激光出現(xiàn)以前，對全息技術(shù)的研究進(jìn)展緩慢，直到20世紀(jì)60年代激光器的發(fā)明為全息技術(shù)提供了理想的相干光源，全息技術(shù)才得到了迅速地發(fā)展。該技術(shù)的基本原理是利用光的干涉特性將被拍攝物體的三維形貌轉(zhuǎn)換為明暗相間的干涉條紋光場并記錄下來，然后利用光對該光場即全息圖進(jìn)行衍射，就能精確再現(xiàn)出被拍攝物體的三維形貌。現(xiàn)如今，激光全息技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于信號記錄、三維形貌測量[3]、計(jì)算機(jī)存儲、生物醫(yī)學(xué)和軍事技術(shù)等領(lǐng)域。

激光全息照相實(shí)驗(yàn)[4]是面向所有理工科大學(xué)生的必修實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋有蜗蟮淖寣W(xué)生認(rèn)識到光的波動特性。目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室中通常用全息干板來記錄全息圖，然后再通過定影、顯影等濕化學(xué)手段來得到全息圖，最后白光再現(xiàn)出被拍攝物體的三維圖像。利用全息干板作為記錄介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是：其尺寸可以制作較大，很高的空間分辨率，記錄的全息圖分辨率很高，光強(qiáng)動態(tài)響應(yīng)范圍大，且能在比較大的角度盡可能地記錄到物光的高頻分量，因此能夠記錄較大的物體，甚至能夠進(jìn)行多重記錄，信息容量很大。但其缺陷也是顯而易見的：①全息干板是消耗品且不易保存，價格也比較貴；②全息干板記錄時需要長時間曝光，因此震動等外界干擾因素對全息條紋的記錄影響較大；③記錄好的全息干板還必須經(jīng)過一系列的定影、顯影等化學(xué)濕處理才能得到全息底片，且底片不易長時間保存。針對上述全息干板所帶來的不足，本文提出了采用數(shù)字全息技術(shù)[5，6]的方法來改進(jìn)目前實(shí)驗(yàn)室中傳統(tǒng)的干板全息照相實(shí)驗(yàn)。

數(shù)字全息技術(shù)是利用CCD來代替實(shí)驗(yàn)室中傳統(tǒng)的全息干板來作為記錄介質(zhì)，然后通過計(jì)算機(jī)直接讀取全息圖，完全解決了上述用全息干板作為記錄介質(zhì)所存在的缺陷，同時數(shù)字全息的再現(xiàn)也完全是通過計(jì)算機(jī)模擬衍射光場來實(shí)現(xiàn)的。學(xué)生可以直接通過計(jì)算機(jī)觀察實(shí)驗(yàn)中所記錄到的全息圖片，以及再現(xiàn)出來的物體的三維立體圖，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對光的波動性的理解。

1 數(shù)字全息記錄和再現(xiàn)基本原理

數(shù)字全息技術(shù)的記錄和再現(xiàn)盡管都是以數(shù)字化的形式在計(jì)算機(jī)中完成的，但數(shù)字全息的記錄光路和普通的干板全息是相似的，以及記錄和再現(xiàn)的基本原理也是一樣的，只不過整個處理過程在計(jì)算機(jī)中數(shù)字離散化了。

圖1為數(shù)字全息記錄和再現(xiàn)的坐標(biāo)變換示意圖，坐標(biāo)xOyO為被記錄物體所在平面，記錄介質(zhì)CCD位于xHyH坐標(biāo)平面上，物平面到記錄面的距離為zO，Lx和Ly為CCD的光敏面尺寸，分辨率為M×N，ΔxH和ΔyH分別是xH軸和yH軸方向的采樣間隔。假設(shè)位于xOyO坐標(biāo)平面的物光場分布為O（xO，yO），那么經(jīng)過平面波垂直照射后在記錄面上的衍射光場分布為O（xH，yH）。引入與物光相干的平面參考光R，振幅為AR，傳播方向與物體平面坐標(biāo)的xO軸和yO軸夾角分別為θRx和θRy，那么該參考光在記錄面上的光場分布為R（xH，yH），則記錄面上記錄到的物光和參考光干涉形成的全息圖光強(qiáng)分布為：

Hx■，y■=

Ox■，y■+Rx■，y■Ox■，y■+Rx■，y■■ （1）

數(shù)字全息圖的記錄介質(zhì)是CCD，它對全息圖像的強(qiáng)度分布是離散化采樣讀取的，因此對上式（1）離散化空間采樣后所得到的數(shù)字全息圖可表示為：

H（m，n）=Hx■，y■rect■，■×

■■δx■-mΔx■，y■-nΔy■ （2）

經(jīng)過CCD離散化采樣后得到的數(shù)字全息圖是一個二維的灰度值矩陣H（m，n），再以數(shù)字的形式存儲到計(jì)算機(jī)中，式中m和n分別表示xH軸和yH軸方向的離散坐標(biāo)，式中矩形函數(shù)rect（xH/Lx，yH/Ly）表示CCD光敏面的有效面積，δ表示二維脈沖響應(yīng)函數(shù)。

數(shù)字全息相比于傳統(tǒng)的干板全息最大的差別就是在于再現(xiàn)過程，上述CCD記錄得到的數(shù)字全息圖不需要像傳統(tǒng)干板全息一樣放置到實(shí)際光場中進(jìn)行衍射再現(xiàn)，而是在計(jì)算機(jī)中模擬模擬衍射光場C（xH，yH），對數(shù)字全息圖進(jìn)行數(shù)字再現(xiàn)就能還原出被拍攝物體的三維形貌。

Ux■，y■=Cx■，y■Hx■，y■

=Cx■，y■Ox■，y■+Rx■，y■■

=CO■+CR■+CR*O+CRO*

=U■+U■+U■ （3）

式中，前面兩項(xiàng)的和U0基本保持了再現(xiàn)光波的特性，為零級衍射光，如果用原來的參考光作為再現(xiàn)光波，那么U+1為原物光波前的準(zhǔn)確再現(xiàn)像，即+1級衍射像，由于物光波前發(fā)散，因此再現(xiàn)像是虛像，而U-1為原物光波前的共軛像，即-1級衍射像，可以在U+1的鏡像對稱位置或稍微偏離鏡像對稱位置上接收到物光波前的實(shí)像。

2 數(shù)字全息實(shí)驗(yàn)

如圖2所示為實(shí)驗(yàn)中所搭建的反射式數(shù)字全息記錄光路，光源波長為632.8nm，由于受CCD光敏面積較小的限制，被拍攝物體為表面潔凈的鋼制“一角錢”硬幣的“YI JIAO”拼音部分。激光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直后被分束器BS1分為兩束相干光波，一束經(jīng)反射鏡M1反射透過分束器BS2直接照射CCD來作為參考光，一束經(jīng)反射鏡M2反射再透過分束器BS2照射被拍攝物體，物體的反射光經(jīng)分束器BS2反射后進(jìn)入CCD與參考光發(fā)生干涉，由CCD記錄得到數(shù)字全息圖如圖3所示，其中學(xué)生可以通過全息圖的放大圖明顯觀察到物光被參考光干涉調(diào)制后的干涉條紋。

利用計(jì)算機(jī)對數(shù)字全息圖及其頻譜進(jìn)行濾波，消除其中存在的直透光和共軛像，然后采用卷積再現(xiàn)算法再現(xiàn)出被拍攝物體的復(fù)振幅，如圖4（a）為再現(xiàn)物光復(fù)振幅的強(qiáng)度圖，（b）為解包裹后物光波前的相位圖，（c）為相位解包裹后物體的三維形貌圖。從圖中可以看到被拍攝物體“YI JIAO”被清晰再現(xiàn)出來，其相位及其三維圖也很好的反映了被拍攝物體的形貌特征。

3 結(jié)論

本文針對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中激光全息照相實(shí)驗(yàn)所使用的記錄介質(zhì)全息干板的不足，提出了采用數(shù)字全息技術(shù)，利用CCD來代替全息干板作為記錄介質(zhì)，然后存儲到計(jì)算機(jī)中，最后通過計(jì)算機(jī)編寫的圖像處理和全息再現(xiàn)算法來實(shí)現(xiàn)被拍攝物體三維形貌的再現(xiàn)，整個過程快速、簡潔。學(xué)生能夠在實(shí)驗(yàn)中直觀的觀察到全息圖中的干涉條紋分布和再現(xiàn)圖像的三維特征，甚至能根據(jù)得到的數(shù)據(jù)量化的測量出物體的三維數(shù)據(jù)，這樣能讓學(xué)生很好地理解波動光學(xué)的原理，認(rèn)識到數(shù)字全息技術(shù)廣泛的應(yīng)用前景。

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[2]蘇顯渝，李繼陶.信息光學(xué)[M].四川大學(xué)出版社，1995.

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[4]張建兵，朱嫻，李寶平.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].江蘇大學(xué)出版社，2013，137-143.