光學技術范例

摘要：SF6氣體具有良好的絕緣和滅弧性能，在電力系統中得到了廣泛的應用，但在應用期間，會因種種因素的影響，導致氣體出現泄漏現象。一旦發生氣體泄漏問題，不但會降低設備的絕緣性能，還會對環境造成極大的污染，并且還會威脅工作人員的生命健康。因此，對于電力企業而言，加強對 SF6氣體絕緣設備的監控十分必要。本文就分析了基于差分檢測技術的 SF6光學傳感器，僅供參考。

關鍵詞：差分檢測技術；SF6氣體；光學傳感器

SF6氣體具有優異的絕緣和滅弧性能，在全球各國的電力系統中都得到了廣泛的應用，成為中壓、高壓及超高壓開關中所使用的唯一絕緣和滅弧介質。但在實際使用中，因為種種因素的影響，使用了 SF6氣體作為絕緣和滅弧介質的室內開關，會出現氣體泄漏問題。一旦 SF6氣體發生泄漏，就會在高壓電弧的影響下分解成具有腐蝕性的物質，如二氧化硫、氟化硫、硫化氫、四氟化硫以及其他含硫的有害氟化物。同時，泄漏的 SF6氣體及分解的氣體還會逐漸積聚在室內的底層空間，造成局部的缺氧和帶毒。工作人員一旦進入這樣的場所開展工作，就會對他們的生命造成嚴重的威脅。因此，加強對 SF6氣體泄漏的監測，對于電力企業而言具有十分重要的現實意義。

1  差分檢測技術概述

差分檢測技術又被稱為差分光學吸收光譜技術，是利用光線在大氣傳播過程中，受到空氣中各種不同氣體分子在不同的波段具有劇痛的差分吸收特性，來反演出這些微量氣體在某一區域空氣中濃度的檢測技術。從 20 世紀 80 年代末開始，這一檢測技術已經在歐美各國得到了廣泛的認可。在實際運用中，工作人員借助差分檢測技術可以針對氣體的濃度進行檢測，消除光源不穩、光束發散以及光路結構差異等因素對測量工作帶來的誤差，提高傳感器測量的精度。在運用差分檢測技術時，要用到朗伯比爾定理計算公式， 其 完 整 表 達 式 為：I(λ)=I0(λ)exp[-a(λ)Cl+β(λ)l+γl+δ]A(λ)。式中的 I(λ) 表示透射光的強度，I0(λ)為入射光的強度，a(λ) 是單一氣體的吸收系數，C 是待檢測氣體的濃度，l 為光程，β(λ) 是 Rayleigh  scattering系數，γ 是 Mie  scattering 系數，δ 是氣體密度波動吸收系數，A(λ) 是系統傳輸函數。但在實際測量工作中，會有很多因素影響待測氣體的密度，例如，氣體的成分、氣體擾動以及氣壓變化等，因此，式中的“δ”是一個隨機變量。為了提高計算的準確性，需要對干擾氣體測量的各種因素進行偏差消除，這樣，工作人員只需要測得測量光束的透射光強和對比參考光束的透射光強，并掌握待測氣體的吸收系數，就可以借助相應的計算公式準確計算出待測氣體的濃度。目前，將差分檢測技術應用于氣體濃度檢測，測量模型一般分為兩種：一種是單波長雙光路，另一種是雙波長單光路。其系統結構圖分別見圖 1 和圖 2。根據圖 1 和圖 2 的對比，我們可以看出，單波長雙光路系統的光學結構相對較為復雜，需要在檢測的過程中運用分光鏡以及反射鏡來調整光路，一旦在檢測過程中，系統存在著任何的偏差，特別是測試光束的角度出現偏差，都會導致測量的結果失真。此外，單波長雙光路系統采用了雙氣室結構，也會因為這兩個氣室中各種差異的存在影響測量的結果。而雙波長單光路采用了單氣室，測試光束穿過含有待測氣體的氣室時被分為兩束光，然后分別經過兩個不同的窄帶濾光片，分別作為測量光束與參考光束，然后分別射在雙通道探測器的兩個感光窗口上，這樣就可以將光信號轉化為電信號，及時輸出到計算系統進行精準計算。

2  SF6氣體對光譜的吸收分析

SF6氣體的分子結構是一種正八面體的結構形態，其中，硫原子是氣體分子的核心，位于結構的正中心位置，而六粒氟原子則均勻地分布在硫原子的四周。一般來說，光，特別是紅外光在含有 SF6氣體的空氣中進行傳播時，因受到 SF6分子的吸收，強度會逐漸衰減。這也是基于差分檢測技術運用傳感器分析電力企業斷路器、GIS 開關、高壓變壓器、高壓傳輸線、互感器和變電站等電氣設備是否發生 SF6氣體泄漏問題的主要依據。

【摘要】

在高校教改實踐中，學校積極探索了物理光學教學方法、教學內容和教學手段，并使用了啟發式教學法和理論結合實際等教學方式來迎合物理光學理論性強、公式多的特點，以便學生更好的學學物理光學。本文就是針對高校教改形式下大學物理光學教學進行探索和實踐研究。

【關鍵詞】

大學物理；光學；教學方法；實踐研究

物理光學是理工科開設的一門專業課，其課程內容主要是波動光學的基本理論，必須以大學物理和電動力學為基礎。同時，大學物理光學又是其他專業課的基礎課程，例如衛星光通信課程、光信息處理課程及紅外技術等課程開設必須要先掌握大學物理光學這門課程的內容。物理光學這門課程的內容主要是波動光學的理論內容，就是光在其他的同性介質界面上發生物流光反應，比如光反射、折射和光的衍射等內容，還包括光在不同性介質界面傳輸的特點和其他一些物流光反應。

1物理光學教育中存在的問題

大學物理光學本身就是一個專業性很強的課程，因其獨立性、系統性而與其他專業課程結合度不高，并且大學物理光學主要強調的是學科本位，學科設置的重心在完善學科上，而脫離了實際生活，導致學生對物理光學體系的掌握比較難。因此學生為應付學時限制和考試制度而過多的對書本知識死記硬背，被動的學習課程內容，對于物理公式只知其然不知其所以然。

摘要:為了提高采摘機器人的定位導航精度，將光學導航方法引入到了采摘機器人控制系統的設計上，通過激光掃描和機器視覺相結合的方法，提高了采摘機器人的作業質量和作業效率。在進行定位時，首先由激光掃描方法對采摘機器人進行定位，得到全局坐標中的位置，然后利用機器視覺系統得到采摘機器人和待采摘目標果實的距離，對果實精確定位后進行采摘。采摘測試結果表明:采用光學導航系統可以準確完成果實目標的定位，可有效提高采摘機器人的采摘精度和采摘效率。

關鍵詞:采摘機器人;光學導航;激光掃描;精確定位;機器視覺

0引言

光學導航系統(ONS)利用物理光學測量的方法，通過測量導航裝置和參考表面之間的相對運動的程度(速度和距離)，進而確定相對位置和姿態信息。光學導航是借助于光學敏感器測量來確定作業裝置相對位置和姿態的一門技術，由于其導航精度較無線電導航精度更高，故又稱為光學精確導航。由于光學導航系統具有較高的精度，如果將其使用在采摘機器人定位系統設計上，將會較大幅度提高采摘機器人的定位精度，從而提高作業質量和效率。

1光學導航技術的發展及其在采摘機器人上的應用

光學導航敏感器是光學導航系統的關鍵組成部分，針對不同任務的需要，光學導航設備主要分為3種形式，包括導航相機、激光雷達和激光成像測距儀等。導航相機是最常用的光學導航設備，設備主要是由CCD相機和一個數據處理單元組成，激光雷達/激光測距儀可以通過發射激光信號然后接收激光信號，實現物理測距。激光成像測距儀/激光測距相機綜合了光學導航相機和激光測距儀的測量功能，可以同時測量探測器和目標之間的距離信息和圖像信息。如圖1所示，將光學導航裝置使用在采摘機器人的設計上，可以實現采摘機器人的自主化作業。自主化作業采收時，首先由導航裝置對作業環境進行監測，然后利用激光掃描對采摘機器人的位置進行定位，定位完成后利用機器實際對采摘機器人和作業目標果實進行測距;測距完成后，采摘機器人自主地完成果實目標的鎖定，最終執行果實采摘動作。

2機器視覺和激光掃描的光學導航系統

【摘要】《光學系統設計》是一門實踐性很強的專業技能課。本文從課程的課堂教學內容優化、實驗教學內容選取、課程設計綜合實訓以及工程項目設計強化訓練幾個環節詳細描述了本課程對光學領域應用復合型人才的培養路線和方法，極大地提高了學生光學設計的能力和水平，增強了學生的專業歸屬感，培養效果和社會反饋良好。

【關鍵詞】光學設計；優化；項目；訓練；專業技能

在目前光電信息科學技術高速發展的時代，光與電的結合改變了人類社會信息獲取、信息轉換、信息貯存、傳輸與交流的方式，有著無限的發展空間和前景。作為信息采集和獲取的最前端系統——光學系統，它的設計雖基于傳統經典光學理論，但設計理念、設計方法和內容隨著時代變遷都在發生著巨大改變。課程建設在高校本科教學中有著舉足輕重的地位，直接影響著高校人才培養質量?！豆鈱W系統設計》是許多工科高等院校光電信息、光學工程專業、電子科學與技術專業、測控技術與儀器等專業的主修課程，也是一門實踐性、實用性特別強的專業課程。南陽理工學院地處久負盛名、擁有數百家光電企業的南陽光谷，服務地方經濟發展和為地方企業輸送光學領域優秀的工程設計人才是南陽理工學院辦學宗旨和社會使命，也是檢驗高校教書育人“四個回歸”質量成效的重要途徑。因此，《光學系統設計》課程內容建設決定了畢業生光學設計能力和水平，這也是他們將來從事光學技術研究和走向光學工程師崗位的敲門磚。

一、課程教學內容優化和實施

《光學系統設計》課程自2012級開始相繼在我院兩個專業共三個班級開設。其前置課程主要包括幾何光學、物理光學、計算機基礎、工程制圖等，后續主要延伸至各種實際動手能力訓練的課堂實驗、課程綜合實訓、畢業設計、各級各類大學生創新創業項目申報和實施、外部光學工程項目承接等，也為光電檢測系統、光通信系統等相關課程技術服務?！豆鈱W系統設計》自開課以來，一直圍繞以上各層級專業能力的培養，循序漸進，不斷完善和明確培養目標，優化教學內容，探索和改革教學方法，致力于把學生培養成既具有一定理論基礎又具有較強工程設計實戰能力的復合型人才。1.課堂教學優化。《光學系統設計》是建立在光學成像基本原理、典型光學系統結構、像差理論、光學衍射受限等理論基礎之上的一門專業平臺技能課。課堂教學內容選取主要遵循“實用為主，夠用為度”的原則。在我院安排的有限的24個理論學時里，精研教學內容，尊重教材，又不局限于教材，以最合理的章節順序講授，按學生最易接受的方式不斷進行內容優化。首先使學生了解光學系統的設計流程、光學系統的像質評價方法以及光學系統的總體設計布局，在面對產品客戶的使用規格和功能需求時知道如何應對。其次，世界上形形色色的光學產品都是從為數不多的經典光學系統中演變而出，比如投影機鏡頭可從顯微物鏡系統演變，大地測量儀、激光擴束可從望遠系統演變，因此典型光學系統的初始結構設計、典型光學系統如望遠、顯微物鏡設計、目鏡設計、照相物鏡設計都是講授重點。在此過程中，計算機輔助設計軟件ZEMAX的操作使用也貫穿于整個課堂，這是新時代的高速計算分析工具，以幫助所有系統的設計實現。光學制圖是光學設計數據結果的工程表達，也是產品制造的依據，是課堂教學不可缺少的部分。設計課的特點是課堂上隨時會進行設計演示和案例導入，多媒體課件中融入了大量的圖形、符號和顏色管理以及Zemax文件的鏈接。課堂上學生隨著老師的講授內容和講授節奏在電腦旁邊聽邊學邊做。老師傳授學生在設計過程中如何分析問題和解決問題，如何形成對光學知識體系整體的思考和理解，收到很好的教學反饋。2.實驗教學內容構思?！豆鈱W系統設計》的課程特點是實踐性強，實驗學時與理論學時占比非常大。如何在有限的實驗學時內讓學生掌握各種類型光學系統設計的技巧和能力，這就需要統籌合理安排實驗教學內容。光學設計實際上就是使用計算機工具軟件，在一定的系統起點上，不斷調整光學元件的結構參數使系統達成用戶提出的功能要求和成像要求。前面講過當今世界千千萬萬類型的光學系統都是從一些典型系統中派生出來的。從典型光學系統的設計出發，遇到實際的工程系統也會知道如何分析和設計。在此思路指導下制訂出了有主有次、有難有易的課程實驗項目，實驗一為ZEMAX軟件操作及光學設計輸入和像質優化過程演練；實驗二為離軸折轉的牛頓天文望遠物鏡的設計和仿真；實驗三按反向光路設計一目鏡系統，訓練如何設置變量和對系統參數進行約束控制等；實驗四設計一照相物鏡，難度增加，需設計技巧；實驗五繪制一光學零件工程圖紙并標注合理公差和技術要求。以上這些實驗內容使16個學時的課堂訓練真正地實現高負荷運轉，學生較全面地掌握了典型光學系統的設計流程和基本方法。實驗教學完成了應用型人才培養初級層次。通過學生設計性實驗完成情況和效果測評，證明這樣的實驗項目構思是成功的。3.課程設計實訓內容探索。實踐教學是高等教育人才培養永恒的主題，要培養出符合工程教育認證標準、適應當今社會快速發展的光電產業格局的光學設計高級應用型人才，工程綜合實訓環節必不要少。課程設計工程實訓一般持續兩周及8周不等，實訓任務也不同于課堂實驗環節。首先光學系統設計任務具有工程背景；其次是設計難度增加，要考慮工程因素；再次學生必須自己從圖書館、國家專利庫或其它資料庫中查閱尋找初始結構參數，并在此基礎上進行設計優化和創新。首先讓學生真實地體會一下光學系統的制造流程，每人組裝一臺望遠鏡，加深對光學產品的認知，了解光學系統各組成部分的功能，了解設計和組裝差錯會對產品產生什么樣的影響，這是課程設計實訓的第一步。第二步，光學工程設計任務下達，學生分組完成各自的設計任務。工程訓練題目多來自于教師以往設計案例，或市場上或某些光電企業普通產品規格要求，具有多類型性，有效地擴展和提升了前置的實驗教學內容。以小米智能攝像機光學鏡頭的設計訓練來說，此為南陽某光學企業現行量產供應產品，焦距4mm，傳感器1/3，F數2.4；光學長度小于22mm，鏡片小于5片，成像要求1M。此任務要求學生首先分析尋找合適的初始光學結構方案，然后按照像差理論進行結構參數優化和像差平衡校正，最終達到工程化要求。對于沒有工作經驗的學生來說，初始結構的選取會是他們面臨的第一個難題。接下來是90度大視場角帶出的大像差的校正難點，需要學生更多的專業知識和經驗累積。4.工程項目設計強化訓練。光學設計無頂峰。在經歷了幾個階段的學習和實訓后，學生雖然對設計理念、設計流程、設計技巧有了一定的掌握。但光學系統很多時候是功能迥異的復雜工程，并不是單一的物鏡或目鏡光路或單一的消像差。實際的工程設計還要考慮客戶的使用環境、使用條件，考慮制造工藝和成本，考慮國家行業標準或其它優勢競爭因素等。學生要想在畢業后快速適應光電行業光學工程師崗位，還需要不斷加強設計訓練，甚至去光電企業實習。訓練項目主要有四類。（1）開放實驗室項目，利用開放實驗室條件和學生長時間在實驗室研究學習規律，為他們在學校申請光學系統設計類項目，如“工業內窺鏡系統光學設計”題目，并獲得一定經費資助。（2）大學生國家創新創業訓練項目，如2017年協助四位學生申請到國家大創項目“車載寬視角高清系列攝像鏡頭設計與開發”，為學校贏得了榮譽，豐富了課程內容。（3）外接工程項目，如“廣告用投影機”項目，指導14級學生幫客戶完成照明和投影光學系統工程設計，得到用戶認可。（4）畢業設計課題，最近三年共有30人左右申請了光學系統設計畢業研究課題，有的項目成果還整理發表了期刊科技論文，增強了學生自信。光學設計強化訓練項目在內容上也體現了三個特征：（1）復合性特征，如工業內窺鏡系統包括攝像物鏡設計、轉像透鏡設計和目鏡設計，相互之間銜接，初期的方案制作就很考驗學生的專業水平。（2）多類別特征，研發項目從攝影光學系統到投影系統，從激光掃描系統到紅外微光系統，從定焦到變焦系統等。大大擴展了學生畢業后從業就業的范圍。（3）系列性特征，如車載寬視角系列鏡頭研發，焦距規格系列包含2.8、3.6等，清晰度包含720P、1080等，使學生的設計訓練思路明晰。

二、結束語

《光學系統設計》教學內容經過一系列的精挑細選、優化探索，逐步實現了理論指導、軟件輔助、課堂訓練、工程項目設計實戰為主干的科學培育路線。學生通過這門課程的學習，是真真正正掌握了一門專業技能。近幾年畢業生中從事光學設計工作相關人員激增，考取光學工程專業研究生人數暴漲，企業用人反饋良好，極大地增強了在校學生的專業學習興趣和就業信心。今后，我們仍將不忘初心，不辱使命，繼續在教學實踐活動中探索更加優化的教學內容和教學方法，為社會培養更加優秀的光學領域專業人才。

本文作者：羅彬彬 趙明富 舍麗 周登義 曹陽 全曉莉 單位：重慶理工大學電子信息工程與自動化學院

20世紀70年代以來,由于半導體激光器和光纖技術的重要突破，推動了以光纖傳感、光纖傳輸、光盤信息存儲與顯示、光計算以及光信息處理等技術的蓬勃發展，從深度和廣度上促進了光學和電子學及其他相應學科(數學、物理、材料等)之間的相互滲透，形成了一個邊緣的研究領域。光電子學一經出現就引起了人們的廣泛關注，反過來又進一步促進了光電子學及光電子技術的發展。光電子技術包括光的產生、傳輸、調制、放大、頻率轉換和檢測以及光信息存儲和處理等。因此，可以這么說，現代信息技術的支撐學科是微電子學和光學，光電子學則是由電子學和光學交叉形成的新興學科，對信息技術的發展起著至關重要的作用。光電子技術是光頻段的電子技術，是電子技術與光學技術相結合的產物，光電子技術是光電信息產業的支柱與基礎，涉及光電子學、光學、電子學、計算機技術等前沿學科理論，是多學科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術學科，其技術廣泛應用于光電探測、光通信、光存儲、光顯示、光處理等高新技術光電信息產業。同時，隨著生物醫學、生命科學等新興學科的發展，其中的信息獲取手段對光電子技術的依賴程度越來越高，加快了這些學科之間的交叉融合，從而誕生了很多邊緣學科，比如生物光子學、光醫學等。綜上所述，可見光電子技術在現代信息產業技術中的重要地位，因此，光電子技術這門課程不僅是光學工程專業的基礎必修課程，也應該作為電子信息工程專業的專業選修課程來開設。

電子信息工程專業的光電子技術課程的基礎理論知識包括：光度學基本知識、光輻射傳播、光束調制與解調、光輻射探測技術等。其中，光度學基本知識是最基礎的內容，包括：電磁波波譜、輻射度學、光度學、熱輻射基本定律、激光原理、典型激光器等。光輻射傳播包括：光輻射的電磁理論、光波在大氣中的傳播規律與特性、光波在電光晶體中的傳播規律與特性、光波在聲光晶體中的傳播規律與特性、光波在磁光晶體中的傳播規律與特性、光波在光纖波導中的傳播規律與特性、光波在水中的傳播特性、光波在非線性介質中的傳播等。光度學基本知識和光輻射傳播這兩個基礎內容可以說是光電子技術課程基礎中的基礎，而對于電子信息工程專業的學生來說，這些知識點比較抽象，為了便于該專業學生對光電知識的接受和激發他們的興趣，因此，在課堂上有必要多花時間重點講解這部分的知識點，同時在制作PPT教案時盡可能使用圖片或動畫描述一些原理性的知識。

比如：在講解激光是如何產生的時候，可制作動畫描述自發輻射、受激吸收、受激輻射的原理；在講解激光器的結構和工作原理時，可制作多色圖片對激光在各種光學諧振腔中的受激放大過程進行描述；在介紹各種典型的激光器時，最好收集到它們的實物照片進行講解；在講解光波在各種光學晶體中的傳播特性與規律時，最好能制作三維立體的圖片描述光學晶體的各向異性的特性，相應的公式表達盡量簡潔化，然后結合動畫描述光波在其中傳播時所發生的變化。光束的調制、掃描和解調技術的理論教學內容包括：光束調制的基本原理、電光調制技術、聲光調制技術、磁光調制技術、直接調制技術、光束機械掃描技術、光束電光掃描技術、光束聲光掃描技術、空間光調制器等。這些知識點的理論基礎都是“光輻射在光學晶體中的傳播規律和特性”。其中光束調制的基本原理移植了微電子學中微波調制中的很多概念，電子信息工程專業的學生易于理解，但是光束調制和掃描的實現技術中，除了需要使用各種光學晶體以外，還需要使用半波片、全波片、起偏器、檢偏器共同組成一個系統完成光束的調制和掃描。這些光學器件對于沒有光學工程基礎的電子信息工程專業的學生來說比較陌生，因此，在講解過程中應該通過動畫或圖片等手段形象地描繪線偏振光、橢圓偏振光、圓偏振光等基本光學概念，并借用相關的光學參考資料對這些光學器件的功能和原理進行簡單介紹。

只有這樣，才有利于電子信息工程專業的學生深刻理解光束的調制、掃描、解調等技術。光輻射探測技術的理論教學內容主要包括：光電探測的物理效應、光電探測器的性能參數、光電探測器的噪聲、光電導探測器—光敏電阻、PN結光伏探測器的工作模式、硅光探測器、光電二極管、光熱探測器、直接光電探測系統、光頻外差探測的基本原理等。由于電子信息工程專業的學生已經具備了較好的半導體器件理論基礎知識，而光電子器件本身也屬于半導體器件，因此學生只要掌握了愛因斯坦的光電效應原理，就很容易理解各種光電子器件的工作原理、性能特點及應用領域。該部分所介紹的各種光電半導體器件很可能會在學生將來從事信息產業技術的相關工作中用到，也可能會在將來某些學生跨到光電信息或光學工程相關專業進一步深造時從事相關科研課題研究時用到，比如：PN結光伏探測器、光敏電阻、光電二極管、光電三極管等，都會經常用到。因此，建議在理論教學過程中，除了結合圖片等多媒體教學手段介紹相關光電子器件的工作原理外，最好能夠給學生展示光電子器件的實物，以便給學生一些感官認識。電子信息工程專業光電子技術課程的系統方面的知識點包括：光電成像系統、光電顯示系統等。

其中，光電成像系統的基本器件是電荷耦合攝像器件(CCD)，CMOS攝像器件和電荷注入器件(CID)。目前，CCD攝像器件的應用最為成熟和廣泛，主要包括線陣CCD和面陣CCD等，其原理基礎仍然是光電半導體器件和兩相或三相電極電路的結合。因此，教學中應結合脈沖數字電路知識重點講解CCD的原理和特點。光電成像系統的內容包括：系統基本結構、基本參數、紅外成像系統、紅外成像中的信號處理及綜合特性等。其中紅外成像系統涉及很多應用光學方面的知識，這對沒有應用光學基礎知識的電子信息工程專業的學生來說比較陌生，而且屬于光學工程專業學生的研究方向之一，因此，這部分內容簡單介紹即可。而紅外成像中的信號處理都涉及電子電路方面的知識，屬于電子信息工程專業的范疇，這部分內容可以重點講解。光電顯示系統包括陰極射線管原理、液晶顯示原理、等離子體顯示原理、電致發光顯示原理及多色激光顯示原理等，其中前三類顯示技術的應用已很廣泛和成熟，可以重點講解，而后兩類顯示技術比較前沿，可以簡單介紹，以便讓電子信息工程專業的學生了解當今光電顯示技術的發展趨勢。電子信息工程專業光電子技術課程應用方面的內容包括：光纖通信、激光雷達、激光制導、紅外遙感、紅外跟蹤制導、光纖傳感技術等。這些應用技術可以分別舉一個相應的實際應用系統進行介紹，讓學生體會到光電子技術的重要性和廣泛性，激發他們對這門技術的興趣。#p#分頁標題#e#

對于電子信息工程本科專業而言，畢竟培養的學生不屬于光學工程或光電子技術領域的人才，而且電子信息工程專業已有很多屬于本專業的實驗課程及課程設計，筆者認為光電子技術課程的實驗教學應根據該專業學生的理論基礎和將來他們最可能需要的工程能力而設置。在該課程中，各種光電子器件和原理、功能及應用最易于電子信息工程專業的學生理解，而且也是電子信息工程師應該具備的基本知識，因此，筆者建議開設一些光電子器件的相關實驗課。由于光電子技術課程的總學時設置為48學時，所以建議理論教學為40學時，8學時為實驗教學(共4個實驗)。

1.一條紅線，八大現象

學生在經歷了高中物理基礎和大學物理課程學習之后，對光的認識上升到了一個新的科學高度。對于光的波動現象等理論，學生開始接受并有似懂非懂之感。物理光學的課程中，則是采用數學的方法描述光波的傳播特性。因此，在授課過程中可刪繁就簡，遇到重復的內容可一帶而過。物理光學課程內容繁多，在學習該課程時，需謹記一條紅線，即光波的傳播。光波在同性或異性介質，自由或半自由空間傳播時呈現的八大傳播現象，即反射、折射、干涉、衍射、偏振、吸收、色散與散射現象。在進行課堂講述時，先由光波的傳播現象，引出光波發生此現象的條件，進而總結光波的傳播規律。為了理論知識與實際問題密切聯系，著重介紹光波理論的理論和所涉及的行業領域，通過豐富的課程內容讓學生真實地感觸知識的應用。

2.問題導入式的教學方法

物理光學作為一門專業基礎課，具有抽象性強、枯燥乏味等特點。同時，物理光學也具有較強的專業性，該學科的創建均來源于對實際光學問題的解釋。在介紹一個知識點之前，為了理論聯系實際，我們首先要有目的地設置問題。通過一步一步地啟發學生，讓學生帶著問題思考解決的方法與思路，進而解決問題。例如，我們講授光波的衍射時，首先從白光通過指縫的衍射現象出發，提出產生衍射的條件。如果采用單色光源，指縫轉變為圓孔、矩形孔或不規則孔，衍射條紋如何變化？引導學生思考如果采用多縫或透射光柵，衍射條紋又將如何變化？從而引出影響衍射現象的因素和采用數學模型描述衍射現象的問題。實踐證明，這種以實際問題為先導的模式，激發學生的思考和學習興趣，培養學生分析和解決問題的能力，得到了良好的教學效果。

3.充分利用多媒體教學

多媒體教學在許多方面是傳統教學模式所無法比擬的，具有直觀性強、圖文聲像并茂、信息量大、生動活潑等特點。但運用不當，也會適得其反。為了彌補兩方面的不足，我們采用了多媒體課件與傳統板書相結合的教學方法。在物理光學課程中，采用PPT課件形式與FLASH動畫結合，生動描述光波的傳播現象與規律。多媒體課件重點介紹物理概念及方法，而大量的公式推導可在課后參考教材或其他課本。制作這種多媒體課件的教學方法不僅給學生留下深刻的印象，而且還給教師留下充足的時間來強調重點、難點和核心內容。

4.利用計算機虛擬仿真技術提高教學效果

摘  要：眼視光學教育在中國內地、香港和臺灣都有著各自的發展歷程和相似的發展模式，通過對三者眼視光學教育的比較和分析，針對我國地區眼視光學教育的未來發展提出意見，以培養適應社會需要的眼視光學專業高級應用型專門人才。

關鍵詞：眼視光學 教育 比較

        根據世界眼視光學委員會（WCO）的定義：“眼視光學專業是一項自主的，需要教育的和規范的（經認證\注冊）健康保健專業。眼視光師是眼和視覺系統的基礎健康保健醫師，提供全面的視覺保健服務，包括屈光檢查和配鏡，發現\診斷和處理眼疾以及視覺系統癥狀的康復。” 目前對眼視光專業的共識基本為：眼視光專業培養的是運用光學技術手段，以改善和促進清晰舒適視覺為目標，以保護眼睛健康為己任的高級應用型專門人才。

        中國的眼視光學教育及服務在很大程度上受到英語國家，特別是美國、澳大利亞、加拿大和英國的影響。而隨著中國內地、香港、臺灣眼視光學教育的不斷進步和發展，三地的眼視光學領域也呈現出了多樣化與共性結合的和諧發展趨勢。

        一、中國內地、香港和臺灣的眼視光學教育

        （一）中國內地

        多年來，內地的眼鏡視光行業從業者都是通過師傅帶徒弟的方式接受眼視光學教育和培訓。伴隨我國經濟的發展，隨著國人對眼與視覺健康的重視，社會對眼視光學從業人員的專業素質要求越來越高，需求量也越來越大。在這種大背景下，內地的眼視光學教育得到了前所未有的發展。據不完全統計，二十年來，內地開展眼視光學教育的高等院校由二十世紀九十年代初期的三、四所發展到目前的近五十所，這些院校從教育層次上主要有以下四種：

本文作者：劉雁 藍嵐翎 許云麗 曾曙光 李晶 王飛 黃瑤 單位：三峽大學理學院 三峽大學文學與傳媒學院

全世界光電子技術產業的市場規模己達1萬億美元，國外光電子產業主要集中在美國、西歐和日本等國家和地區。近十年來，中國光電子技術產品市場的年增長率始終保持兩位數的高速增長。隨著信息光電子技術、激光加工、激光醫療、顯示、照明等光電技術的快速發展，我國已經形成市場可觀、發展潛力巨大的光電子產業。2006年，《國家信息產業科技發展“十一五”規劃和2020年中長期規劃綱要》明確提出，未來5～15年15個領域發展的重點技術中就包括了光電子技術，聲明要重點發展激光器、光電探測器、光傳輸和光傳感設備、微光機電系統、半導體照明等產品。[6]2010年10月，國務院正式《國務院關于加快培育發展戰略性新興產業的決定》，進一步明確了光電產業是戰略性新興產業的重要組成部分，包括新型顯示器件、LED等在內的細分產業都在國家戰略性新興產業規劃中明確提到。[7]可見，在光電產業相關技術和生產能力快速提高的情況下，對光信息科學與技術專業人才的需求量也將逐年增大。

光信息科學與技術具有旺盛的生命力，處于高速發展時期。目前，在光通信、光電檢測、光電照明、光學元件與系統、光伏產業、激光技術、光學設計、光學材料等方面都有廣闊的應用前景，對社會的發展和貢獻不可估量。作為高校，除了科研、教學，還要服務于社會，服務地方經濟發展，這些不僅體現在科學研究和教師兼職方面，也體現在人才培養目標和方案上。光信息科學與技術同光學、機械、電子、材料、計算機、自動控制等多學科的知識息息相關，但也不能面面俱到，所以十分有必要結合當地企業的發展，調整學科的發展、人才培養計劃，為地方經濟服務，加強科學研究，引領社會的發展。三峽大學地處湖北省域副中心城市的宜昌，經濟活躍，交通方便?，F在高鐵開通后，宜昌到武漢的時間已經減少到2小時左右。隨著國內光電照明、太陽能、光電顯示產業如火如荼地發展。宜昌太陽能、光電照明等光電企業也有較大的發展，如中國南玻集團宜昌南玻硅材料有限公司（一期項目已累計投資20多億元，專門從事高純多晶硅材料、太陽能硅片及電池片生產的大型制造企業）等等一大批光電企業。這些企業主要集中在光伏產業、節能照明、LED、光學冷加工等方面。這些光電企業有著旺盛的人員需求，對本專業產業人才的培養具有十分重要的意義。2011年出臺的《宜昌市科技發展“十二五”規劃（2011至2015年）》明確提出，在節能環保領域的發展方向要圍繞光電子產業核心技術開發，搶占背景光源行業技術創新制高點，加快液晶照明燈、LED背光源及照明產業化。圍繞太陽能技術開發，加快太陽能熱水系統產品系列開發及產業化。[8]由此可見，在地方政府的扶持下光電子相關產業會得到快速發展，這些都為光信息科學與技術專業結合本地進行產業人才培養提供了難得的機遇。根據三峽大學理學院發展的需要，結合產業的蓬勃發展，產業人才培養措施如下：

改革本科教學培養方案，加強專業基礎理論學習，鞏固專業思想教育光信息科學與技術專業需要學生在系統、扎實的理論基礎和在光電子技術、光通信及應用等方面具有較寬廣的專業知識、較強實踐動手能力，并成為在電光源、光學設計、光學材料、光纖通信等專業領域中的一個或兩個方向具有特色的人才。畢業生能在光信息技術產業及其相關領域從事信息科學與技術的研究、設計、集成及開發、制造、技術管理等方面工作的應用型人才。因此要加強幾何光學中的光學設計、模擬電子技術數字電子技術課程設計、嵌入式系統、光電檢測技術、機械原理和設計等課程的實踐環節，同時要加強專業思想教育，了解社會發展的動態，密切了解光電信息的最新發展和應用，掌握一些主流軟件的應用。另外，為了使培養方案切合社會發展的實際，我們廣泛征求本地企業的意見，積極邀請了相關企業參與了光信息科學與技術專業培養方案的修訂工作。

加大力度開展實驗教學，開足基本實驗，充分利用專業實驗，開展創新實踐要加強實踐的教學，更新教學設備和教學內容，加強電路設計和光學設計方面的實踐教學，充實實驗室設備，培養學生的實踐能力。條件允許的情況下，將安排學生到實習基地完成相關實驗。另外，創新實驗室的設立為學生創新實踐的培養提供了良好的工作平臺。雖然這個方面的工作才剛開始，但是已經受到學生的積極評價。

拓展實習基地的實踐教學，提升專業技能在目前聯系的實習基地基礎上，增強與當地光電企業聯系，經常參觀了解企業的發展和社會需求，同時能爭取進入相關企業實習，鍛煉培養專業能力。我們已經同宜昌勁森光電（主要從事液晶背景光源、CCFL液晶民用照明及LED民用照明開發、制造、銷售的高新技術企業）、中船重工388廠（光學冷加工、光電系統）、匡通照明（LED封裝）等相關的光電企業建立了實質的合作關系。陸續有學生進入上述企業實習，一些優秀的學生也相繼進入這些企業工作。教師參與了勁森照明新型節能燈具的開發。與匡通照明組建了聯合的工程試驗中心，投入1000萬元左右，很快試驗設備就將到位。這些不僅僅提高了教師的科研能力，反過來又提高了教師的教學水平，同時也為本專業的學生實習提供了一個良好的實踐平臺。實習基地的建立是一個長期的過程，需要與生產企業進行有效地溝通，制訂實習項目，并且跟蹤學生對實習的反饋，建立有效的實習效果的評估體制，保證學生的生產實踐能力得到實質的訓練。學生實習基地的進一步拓展一直是迫切的需要，多方位多角度的實習訓練對學生實踐能力的培養有利，有助于學生進一步深刻了解產業界對本專業的要求，反過來會激勵學生對本專業的學習欲望。

人才培養與科研開發相結合人才培養能力與科研能力息息相關，科研不僅能提高教師的教學能力，也增強學生對專業的信心。在橫向科研項目上，盡可能讓部分能力強的學生參與進來，直接培養學生的專業技能。實踐證明，學生參與科研項目是培養學生實踐能力的及其有效的手段。比如學生的畢業論文有些涉及到大壩光纖傳感、節能燈設計等實踐性很強的課題。鼓勵學生申請學校針對學生的創新基金項目，雖然經費不多，但是對學生實踐能力、創新能力的培養是十分有益的，同時也提高了學生參與科研的熱情。隨著相關科研能力的快速提高，可以預見未來的幾年內，伴隨著學生進入實驗室，至少有一部分本科生的科研能力也會得到極大的提高。#p#分頁標題#e#