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光學應用技術范文1
關鍵詞 熒光顯微術 課程 教學 思考
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2017.05.074
“熒光顯微術原理及應用”是一門非常重視實踐性的技術基礎課?！盁晒怙@微術原理及應用”是基于北京農學院現有研究生課程的基礎上擬向農業生產類、生物專業、動物專業以及園林專業的一年級碩士研究生開設的公共選修課，希望通過該課程的開設，為研究生開展學術研究奠定一定的實驗技術基礎。該課程對于研究生掌握科學研究中的細胞生物學觀察方法，培養學生獨立進行科學研究的素養和能力具有重要作用。作為新開研究生課程，基于北京農學院的實際情況對“熒光顯微術原理及應用”的教學與實驗進行了如下設置及思考。
1“熒光顯微術原理及應用”課程開設的必要性
1.1研究手段和技術的發展的需要
物質吸收電磁輻射后進入激發態，而受到激發的原子或分子在去激發過程中再發射波長比激發光波長更長的光，這種再發射的光稱為熒光。生物體內有些物質有自發熒光，如葉綠素或細胞壁的某些成分，受紫外線照射后發出熒光；生物體內大部分物質本身不能發出熒光，但如果用特異性的熒光染料標記后，經紫外線或其他波長的光照射后也可以發出熒光，這種熒光可以被熒光顯微鏡捕獲，并進行定量分析。因此，熒光顯微術就是基于熒光對這類物質進行研究的技術。熒光顯微鏡依據觀察物體大小及原理又可以分為多種。常用的有體式熒光顯微鏡、熒光顯微鏡和激光共聚焦掃描顯微鏡等等。
體視熒光顯微鏡能對微小樣品進行快速、清晰的顯微觀察，并實現完全無漂移的三維立體成像，配有較長的工作距離，不僅能夠獲得較大的景深和光學細節，還能保證樣品的真實色彩；對樣品能進行實體測量；具有良好的操控系統，可提供優良的重復性從而使實驗過程簡化。但是體式熒光顯微鏡有缺陷性。其放大倍率較低，適合于研究對象的整體觀察和活體觀察以及一些較大的器官和組織的觀察，不適合觀察小組織或細胞。
與體式熒光顯微鏡相比，熒光顯微鏡放大倍數較高，工作距離較短?？梢杂^察更多的細節。能在組織、細胞和亞細胞的水平上研究細胞內物質的定位、營養成分的吸收、運輸，以及化學物質的分布及定位等。可以進行活體或固定材料的觀察。
激光掃描共聚焦顯微鏡是上個世紀80年展起來的一種非常精密的儀器設備。它以光學為基礎，將機械、電子、計算機等融為一體。與體式熒光顯微鏡和熒光顯微鏡不同，激光共聚焦以激光為光源，可以把標本分成多個光學斷層，逐層進行掃描并成像，因此是一種新顯微層面的研究手段。此外，由于激光共聚焦顯微鏡對細胞和組織連續光學切片無損傷，而且能夠對活體細胞進行實時的動態觀察，使它在生物科學的研究中占有獨特的地位。目前，人們已廣泛應用該技術來觀察和分析細胞內的微細結構和分子在細胞內的分布，例如細胞內游離鈣、活性氧、轉錄因子、表面分子、細胞凋亡、細胞膜流動性、胞內分子的運動、細胞間的縫隙連接、蛋白問的相互作用等方面。
傳統的熒光顯微鏡配備的是膠卷相機，膠卷的沖洗非常復雜、耗時耗力。隨著科學技術的發展，數字成像系統也應用到熒光顯微術上。其中電荷耦合元件（Charge-coupled Device，CCD）就是與熒光顯微鏡密切相關的數碼攝像產品。它能夠將熒光顯微鏡拍攝的顯微攝影產品通過USB接口傳輸到電腦中，便于圖像的采集研究。隨著技術的進一步發展，分辨率也越來越高，因此通過CCD，可以拍攝到分辨率更高的圖片。
1.2課程設置的需要
根據本校研究生現有課程以及科研工作的需要，特開設“熒光顯微術原理及應用”?，F有的課程“植物顯微技術”注重石蠟切片，尤其是實驗環節甚少涉及顯微鏡；而現有的“電子顯微鏡”課程主要講述超薄切片和透射電鏡以及掃描電鏡的原理及使用。因而“熒光顯微術原理及應用”課程的開設，填補了兩者之間的空檔，能夠更好地為廣大教師和研究生的科學研究工作服務。
1.3科學研究的需要
隨著學校教師科研項目的增多、科學研究的深入，越來越需要使用相應的技術手段，例如研究特定基因功能，需要進行轉基因驗證，一般加入GFP，YFP等報告基因，此r需在激光掃描共聚焦顯微鏡下進行觀察將基因表達的蛋白進行定位并分析。
1.4現有實驗平臺的支持
北京農學院農業應用新技術北京市重點實驗室下設三個研究平臺，其中顯微平臺具備體式熒光顯微鏡、倒置熒光顯微鏡、正置熒光顯微鏡和Leiea的激光掃描共聚焦掃描顯微鏡等大型儀器設備，為本課程的順利開設提供了物質基礎。
1.5教輔人員的配備
開設本課程的教師具有多年教學經驗以及多年管理體式熒光顯微鏡、正置熒光顯微鏡、倒置熒光顯微鏡和激光掃描共聚焦顯微鏡等設備的經驗，為本課程的順利開設奠定了理論和實踐基礎。
2安排合理的教學和實驗內容
2.1理論與實踐相結合的教學理念
熒光顯微術具有非常強的技術性和應用性，但理論知識的學習也是必不可少的。掌握了理論知識，能夠促進實踐應用。利用熒光進行顯微觀察的顯微鏡有許多種，根據本校的設備基礎結合教師們的研究需求，重點選擇體式熒光顯微鏡、熒光顯微鏡和激光掃描共聚焦顯微鏡等內容。首先，要進行相關的理論講解，使研究生們掌握理論基礎，在此基礎上設計一些獨立、完整的小實驗，使學生能夠掌握相應儀器的使用方法。例如利用體式熒光顯微鏡進行轉基因材料的鑒定。體式熒光顯微鏡具有較大的景深，能夠非常方便地觀察轉綠色熒光蛋白或紅色熒光蛋白的轉基因材料，如草莓、番茄、板栗、海棠、百合、玉米等。大大簡化了原來在顯微鏡下觀察的繁瑣的前處理過程。
2.2選擇合適的教學內容
根據研究生的研究需求結合學術發展的進展，選擇合適的教學內容。理論課程內容主要分為五個部分。第一部分顯微鏡的發展簡史。包括顯微鏡的發展，熒光的發現、發展、選擇及使用、熒光蛋白的發現、發展和使用等等。第二部分為體式熒光顯微鏡，包括其理論及應用。第三部分為熒光顯微鏡，包括理論及應用。第四部分為激光掃描共聚焦顯微鏡的理論和應用。第五部分：其他熒光顯微技術，如更為先進的雙光子熒光顯微鏡、轉盤激光掃描共聚焦顯微鏡等內容。
2.3設置合理的實驗內容
教學中想盡辦法引導學生把理論知識和其自身的科學研究有機結合，提高學生的興趣和對知識的掌握能力?；诒拘＾r業應用新技術北京市重點實驗室顯微平臺的儀器設備配置情況，結合研究生研究課題的需求，設置相應的較為系統性的小實驗。
體式熒光顯微鏡因其景深較大，可以觀察較大的實驗材料。例如可以觀察本校不同研究團隊的轉基因材料以及較大的組織塊等。前期已經成功觀察到了根的轉基因熒光。
熒光顯微鏡觀察花粉管內囊泡運輸。首先需要選擇合適的花粉。不同物種的花粉其萌發時間及生長速度差異巨大，要選擇生長速度合適的花粉。首先要培養花粉管，其次用熒光染料FM 4-64標記囊泡，在此過程中需要學生分組合作，配置所需試劑，隨后在顯微鏡下觀察花粉萌發及花粉管生長情況。接著選擇合適的花粉管，用熒光染料FM 4-64標記囊泡，隨后在熒光顯微鏡下觀察囊泡運輸情況并采集圖像，利用軟件對熒光進行定量分析，得出相應結論，撰寫實驗報告。
利用激光共聚焦顯微鏡采集花粉管內游離鈣離子信號。植物細胞因具細胞壁，鈣離子標記較楦叢櫻時間較長，能夠鍛煉研究生的動手能力。花粉管培養完畢后用Fluo 4 AM標記鈣離子，用xyt的模式觀察鈣離子的動態變化，利用軟件進行熒光定量分析，得出相應結論，撰寫實驗報告。
3考核方式的探索
根據本門課程注重實驗的特點，以及出于對學生基本實驗技能、創新意識、創造性思維、科學思想、科學態度等進行全面評價，總成績評定由三部分組成：（1）上課及參加實驗的考勤（占30%）；（2）自己制作并進行顯微觀察的圖片質量（占40%）；（3）實驗報告寫作及其對實驗中出現問題的分析情況（占30%）。課程論文內附有學生自己拍攝的自己制作的切片的顯微照片，以及對照片出現的問題分析。
光學應用技術范文2
關鍵詞 全息技術；全息照相術；全息再現；C02醫用激光器
1 激光全患技術
激光全息技術是20世紀60年代初興起的一門技術。激光全息技術發展很快，已在生產和科研的許多領域中廣泛應用。最先把激光全息技術應用于醫學的是Van Ugten，他于1966年在世界上首次攝得眼全息圖，但限于當時的技術水平，再現像的分辨率較差。以后各國科學家相繼開始將激光全息技術應用于醫學領域，從眼科擴展至胸外科、口腔科等。二次曝光的成功，促成了全息測量技術的發展，20世紀70年代出現的超聲全息技術，將全息技術推進了一大步。由于超聲可深入人體內部，因而超聲全息可探測人體內部器官，如腸、胃、肝、膽及主胎兒等的生理異常，肢端和關節軟組織的超聲全息成像是極有價值的，超聲全息還有希望應用于腱、肌肉和神經結構的顯示。激光全息醫學診斷術雖然產生的時間不長，但由于它具有種種優點，已越來越為人們所重視，并日益廣泛地應用于臨床。
1.1 全患照相術
全息照相術與一般照相不同，照相是記錄物體信息的一種技術，一般是將物體通過透鏡成像在底片上，底片乳膠只記錄光強(振幅)，而不能記錄相位，因而失掉了三維特征。而全息照相底片上不只記錄光強(振幅)，也記錄相位(各點間的相互位相關系)，也就是記錄物的全部信息，所以稱為全息。
全息照片最早是由英國湯姆遜-豪斯敦公司的：蓋寶攝得。照片的實質是將來自物體的波前和另一個參考波(通常是平面波或球面波)相干涉，底片記錄干涉條紋，將同樣的參考波照射此底片時，可在相應位置重新出現三維物體。
由此可見，全息照相和一般照相具有相同之處，即同樣是記錄物體信息的一種手段，但又有所不同，其特點如下：
(1)因為全息照相記錄的是物體的光波，而不是物體的像，因而用這種底片來觀察物體時，可以變換視點來改變觀察方向，亦即可以從不同的位置來考察物體(而一般照相只是從照相位置觀察物體，即在照相鏡頭處觀察物體)。觀察方向只受到照片尺寸大小的限制。
(2)全息照相不需要透鏡，但需要一個參考波源，如果參考波和再現波采用不同的波長，那么還可以具有放大或縮小的功能。
(3)全息照相具有深度效應(體視效應)。如變換觀察方向時，后面部分可被前面部分遮擋，遠處物體隨著觀察者運動而近處的不動，閃光忽隱忽現等。
(4)普通照相底片能直接看出物體的形狀，而全息照相由于在激光照射下，記錄的是干涉圖樣，所以在普通光線下觀察時，看不到什么物體，而只是灰色的一片，要想見到展現物，必須用再現光照射(目前已制出一種能在普通光照射下再現的全息照片)。
(5)全息片記錄的是干涉條紋，對底片的分辨率要求較高(在參考光和物體之間夾角很小時，可采用分辨率略低些的底片)。因此，稍有振動，就會使照片模糊，故必須采取嚴格的防震措施。
(6)普通相正負片的結果正好相反，而在全息照片中，不論正片還是負片結果一樣。
1.2 全息技術在醫學上的應用
眼全息照相實驗裝置簡圖。激光由半反鏡分成兩束，一束為球面波參考光，另一束通過纖維光束，以球狀通過接觸鏡進入眼球，眼球各部分的反射光和慢射光由瞳孔中央部6mm直徑處射出，經投影透鏡作為物波記錄在全息底版上，激光是氬離子激光器，λ= 0.5145Um P=100mW t=10ms-30ms，眼底網膜上的光亮約為3×10-3J／cm2。重現象可觀察晶體表面、虹膜和視網膜。這樣就能用一張全息照片對從晶體到網膜的眼球各部分自由地進行三維檢測。
為使全息像精確地再現，必須在再現時精確地重復參考光。沖洗好的全息片必須精確放好，誤差一般應小于幾秒弧度，以免發生慧差和相差，再現裝置的示意圖，激光經準直器照亮全息圖片，通過顯微鏡或閉路電視系統觀察實像。全息圖片夾在可以多維精確微量調整的
定位器上，以作精密定位，調整時在顯微鏡下或電視屏幕上觀察，使失真和像差最小，而成像清晰。
利用全息可以拍到活體眼的角膜、晶狀體和視網膜相片，從而對眼的各層介質進行活體觀察，這是用其它方法難以辦到的眼全息圖，亦可表示出眼內的異物的大小、形狀和位置。
此外，利用激光全息二次曝光法，可對人體各部分進行三維記錄。而根據再現圖上的干涉條紋又可以測量人體器官的變形、內力和振動等。用全息測量矯形手術，前后股骨的髕骨端的變形，以使人工髖關節的形狀達到最佳程度，還可利用二次曝光法分析人體胸廓的變形，以尋找癌變部位和大小，也可對眼底的微循環進行研究，利用超聲全息技術，可以獲得一般照相技術無法得到的體內器官全息像。由于超聲的無損性，因而這一方法被認為是探測人體內臟器官和胎兒的最佳方法。
2 C02醫用激光器在醫學上的應用及改進
2.1 C02醫用激光器在醫學上的應用
隨著激光技術的迅猛發展，激光在醫學上的應用越來越廣泛，激光可作為良好的手術刀用，它不但運用于一切手術開刀，而且具有良好的選擇性，與常規手術刀相比，激光手術的最大特點是失血少，對于某些部位和器官用激光作手術最有優越性。我院購置的C02醫用激光器是上海醫用激光儀器廠研制并生產的YYJG-lA型，該機性能可靠，使用方便，隨機備有燒灼探頭，聚焦鏡頭和散焦鏡頭，不僅能使激光能輸出原光束外，還能輸出聚焦光束和散焦光束，它們分別進行燒灼、燒割和局部照射等治療，有效地應用于皮膚科、婦產科、外科、肛腸科、五官科的治療，治療效果非常顯著。
YYJG-lA C02醫用激光器是以C02氣體為工作物質的分子氣體激光器，主要應用C02分子的振動--轉動能級間的粒子數反轉后受激輻射產生激光，本機激勵泵浦源采用直流高壓電源。從電場獲得高能量的電子較易把輔助氣體的N2分子激發到某一高能態，再與C02分子碰撞，發生能量的共振轉移，把C02分子激發到某一亞穩態的高能級，形成對某一低能級的粒子數反轉。亞穩態高能級的C02分子再受激躍遷到該低能級，釋放10.6um波長的光子，經光學諧振腔的光振蕩光放大后形成C02激光。10.6um波長的C02激光屬紅外波段，熱效應很強，為避免激光管諧振腔兩端反射鏡片及放電管濕度過高，引起反射鏡片及放電管損壞，激光管必須設置水冷系統。
由于C02激光器激勵直流電源電壓較高，電流較大，而激光管本身比較嬌嫩，本機除設有斷水保護裝置外，還設有過電壓、過電流保護裝置。如因各種異常原因，產生工作電壓、工作電流超過額定值或循環水冷系統斷水時，保護裝置立即動作，切斷總電源。
2.2 C02激光器在醫學上的廣泛應用
皮膚科主要應用于尖銳濕疣、扁平疣等的燒割。
外科主要應用：(1)具有止血功能的手術；(2)與內窺鏡結合，在腔內進行手術；(3)采用光敏技術，對腫瘤進行治療；(4)對組織進行焊接；(5)理療與康復治療。
肛腸科主要應用于內外痔、肛裂、肛瘺、息肉及肛周外生殖器尖銳濕疣手術。
在內窺鏡下，用激光可治療的有食管疾病、胃腸疾病，如食管靜脈曲張、食管癌、肺癌、胃息肉、十二指腸潰瘍、胃出血、噴門癌、十二指腸癌、膽管癌、膽管結石、膽道狹窄、結腸癌。 轉貼于
婦產科應用于宮頸糜爛、外陰瘙癢、外陰炎及婦科的各種炎癥等。眼科應用于眼部腫瘤的切除、鞏膜切開及球壁再造術。它還可直接氣化腫瘤。五官科主要應用于鼻炎及咽炎等。
以上C02激光的應用的共同特點是不需要全身麻醉，并發癥少，快速簡便和失血少，易被水吸收，因此穿透力較低，被照射部位升溫很快，對周圍組織損傷較小，適用于切割與氣體化組織。對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有明顯的殺菌作用。
2.3 YYJG-1A激光器的改進
目前的C02激光器共同的缺點就是在手術中產生有毒有害氣體，不僅使手術視野模糊，而且危害醫務人員和患者的健康。有些病人的病變組織在激光氣化過程中產生不少帶有病毒的激光煙塵，病毒隨著激光煙塵的逸散傳染給醫務人員。雖然利用吸煙機把有毒氣體吸走，但需要一名特別助手，而且麻煩。在婦科燒灼宮頸糜爛時，其缺點尤為突出，陰道內產生的高熱煙塵，不僅影響醫生的操作視線，而且還會造成金屬窺陰器發燙，繼而造成陰道壁燙傷，故必須加接吸煙塵裝置。
2.3.1 加接吸煙塵裝置方法
做一個扁形金屬小吸管，與燒灼探頭(或聚焦鏡頭)并排緊固，金屬小吸管再接上皮管通到室外與吸塵器連接，這樣就能很好地將煙塵吸出到室外。
2.3.2 加接擴照用單開關
該機除有燒灼、燒割用途外，尚有發散擴照功能，僅靠一只腳開關控制出光，在燒灼或燒割治療時，宜用腳開關控制輸出，但如用于治療時(照射時間一般為連續15min左右)靠醫務人員踩腳踏開關控制出光就不甚合適。
光學應用技術范文3
[關鍵詞]光學三維測量；激光掃描；激光測距
中圖分類號：G622.4文獻標識碼：A文章編號：1009-914X（2018）48-0236-01
光學三維測量技術是集光、機、電和計算機技術于一體的智能化、可視化的高新技術，主要用于對物體空間外形和結構進行掃描，以得到物體的三維輪廓，獲得物體表面點的三維空間坐標。隨著經濟的發展和科技的進步，光學三維測量技術由于非接觸、快速測量、精度高的優點在機械、汽車、航空航天等制造工業及服裝、玩具、制鞋等民用工業得到廣泛的應用，其中三維激光掃描技術發展的最為成熟，應用也最為廣泛。本文先就光學三維測量的基本原理做一簡單介紹，然后對三維激光掃描技術特別是航空激光掃描技術做一探討，最后給出激光掃描技術在航空航天方面的一些應用。
一、航空三維激光掃描
三維激光掃描系統按照掃描平臺的不同可以分為：航空激光掃描系統、地面型激光掃描系統、便攜式激光掃描系統。便攜式激光掃描系統一般以三角測量原理為基礎，通過掃描物體獲取物體的外形數據。航空激光掃描系統一般采用激光測距原理，輔以掃描系統獲取所需的三維信息，系統主要由激光測距系統、光電掃描儀及控制處理系統等組成。
（一）航空三維激光掃描
航空三維激光掃描與攝影測量技術是將三維激光掃描儀和航空攝像機裝載在飛機上，利用激光測距原理和航空攝影測量原理，快速獲取大面積地球表面三維數據的技術[8，9]。通過基于全球定位系統（GPS）和慣性測量裝置（IMU）的機載定位定向系統（POS）聯接，構成當今世界上攝影測量與遙感領域最先進的LIDAR（LishtDetectionandRanger）對地觀測系統。
航空三維激光掃描系統一般由四個子系統組成：激光雷達發射接收系統，定位系統，數據獲取、控制、顯示系統，基于地面的數據處理系統。激光雷達發射接收系統將激光沿待測目標一個特定方向進行掃描，接收系統接收反射或散射回來的光信號，再將其數字化并記錄下來供脫機使用。系統的掃描角度，飛機位置和姿態角及其他參數都可以記錄下來以便以后使用。
定位子系統以很高的精確性確定飛機在整個測量任務間的絕對位置和高度，以便于精確確定測深位置。大多采用GPS定位技術。
數據的獲取、控制、顯示大都由飛機上的電腦來完成，能夠處理有關測量的各個方面，包括飛行路線的管理、飛行員的核對位置、錄像的注解、數據的收集和記錄、系統的整體檢查以及實時計算測深的位置和近似深度。
基于地面的處理系統把從航空系統獲得的原始數據轉換成XYZ格式的產品數據，以適用于進一步的地理數據處理、分析和解譯。
二、激光測距原理
用的激光測距法有脈沖法和相位法、脈沖式激光測距原理與雷達測距相似，測距儀向目標發射激光脈沖信號，經待測物體表
目前，脈沖激光測距方法已獲得廣泛的應用，如地形測量、戰術前沿測距、導彈運行軌道跟蹤，以及人造衛星、地球到月球距離的測量等。
脈沖激光測距系統的分辨率決定于計數脈沖的頻率。由于激光光速很快，計時基準脈沖和計數器頻率的高低直接影響著所獲得的測距精度。脈沖測距精度可以表示為
c是光速。c的精度主要依賴于大氣折射率n的測定，由n值測定誤差而帶來的誤差約為10-6，因此對于短距離脈沖激光測距儀（幾至幾十公里）來說，測距精度主要決定于Δt的大小。影響Δt的因素很多，如激光脈寬、反射器和接收光學系統對激光脈沖的展寬、測量電路對脈沖信號響應延遲等。
相位激光測距一般應用于精密測距中。由于其精度高，一般為毫米級，為有效的反射信號，并使測定的目標限制在與儀器精度相稱的某一特定點上，對這種測距儀都配置被稱為合作目標的反射鏡。相位測距的方法是通過對光的強度進行調制實現的。從測距儀發出的光波經反射器反射再返回測距儀，然后由測距儀的測相系統對光波往返一次的相位變化進行測量，經過計算后可以得到距離信息。由于需要合作目標，限制這種方法的具體應用。
三、三維測量技術概述
三維測量技術是獲取物體表面各點空間坐標的技術，主要包括接觸式和非接觸式測量兩大類。
（一）接觸式測量
物體三維接觸式測量的典型代表是三坐標測量機（CMM，CoordinateMeasuringMachine）。它以精密機械為基礎，綜合應用電子、計算機、光學和數控等先進技術，能對三維復雜工件的尺寸、形狀和相對位置進行高精度的測量。
三坐標測量機作為現代大型精密、綜合測量儀器，有其顯著的優點，包括：⑴靈活性強，可實現空間坐標點測量，方便地測量各種零件的三維輪廓尺寸及位置參數；⑵測量精度高且可靠；⑶可方便地進行數字運算與程序控制，有很高的智能化程度。缺點是測量速度慢，對環境要求較高。
（二）非接觸測量法
光學應用技術范文4
關鍵詞：眼視光技術 工學一體化 教學應用 職業素養 職業能力
眼視光技術專業工學一體化教學應以職業素養和職業能力為本位，注重學生綜合職業素養和能力的培養。以企業需求為導向培養具有較好專業理論和實踐操作能力的，適應企業生產、經營、管理和服務等一線工作的高素質技能型專業人才。在教學活動中，應突出學生的角色，真正做到以學生為中心，提高學生的主動性，讓其盡可能多地投入到教學活動中來，教師在教學過程中側重“引和導”的作用，了解學生和企業需求，引導學生主動思考、樂于動手，順利地完成教學任務，培養學生的綜合素養和能力。
一、眼視光技術專業工學一體化教學的重要性
世界衛生組織最新研究報告稱，中國近視人群比例達47%，約有41%的15歲以下未成年人存在近視、遠視、散光等屈光不正問題，其中未得到有效矯正的比例高達85%，尋求有效方法延緩和治療近視迫在眉睫。據統計，中國有8億需要屈光矯正的龐大消費群體。
目前，我國眼鏡店總數超過3萬家，視光中心和醫院眼科也不斷發展壯大。然而國內眼鏡行業準入門檻較低，很多企業人員專業水平不高，企業培訓機制不完善，且培訓成本較高，很難提升員工的專業素質和能力，同時員工流動相對頻繁，導致企業留人難，極大地制約了行業的發展。因此，行業內對眼視光技術專業人才的需求迫切且數量較大。
近年來，全國越來越多的技工院校和職業院校開設了眼視光技術專業全日制教育。筆者所在學校是全國最早開設眼視光技術專業的技工院校。筆者多年來一直從事眼視光技術專業教學和校企合作工作，因此有機會接觸到眾多的企業和來自全國各地的眼視光技術專業學生。企業普遍反映各院校學生在專業知識方面有較扎實的基礎，但在責任心、誠信、人際溝通、團隊協作、時間管理、主動性等職業素養，驗光時問診、銷售技巧等職業能力方面比較欠缺。企業需要花費大量資源對他（她）們進行崗位培訓，這無形中增加了企業的人力資源成本。
筆者所在學校自2012年開始推行眼視光技術專業工學一體化教學改革，筆者有幸全程參與，經過4年多的探索，在教學應用方面取得了不錯的成績，學生的職業素養和職業能力顯著提高，獲得了企業的高度認可。因此，在眼視光技術專業教育中推行工W一體化教學，對于學校、學生和企業三方都是迫切需要的和勢在必行的。
二、眼視光技術專業工學一體化教學的實施
實踐證明，“只要教學方法得當，沒有學不會的學生”，學校教學應根據工學一體化教學的內涵要求，以專業對接產業、以課程對接崗位、以學材對接技能，深化教學內容和方法改革；并按照崗位需求，加強實踐教學，著力促進知識傳授與生產實踐的緊密銜接，來提升學生的職業素養和職業能力。結合多年本專業工學一體化教學經驗，重點談談在工學一體化教學中“備、教、學、做、考、評”結合教學模式的應用。
1.備
俗話說：“凡事預則立，不預則廢”，做好教學準備工作至關重要。工學一體化教學除了企業需求調研、召開實踐專家訪談會、確定典型工作任務、制訂課程標準、進行專業論證、師資和教學場地建設等準備工作，還有兩個重要方面：教師的教學準備和學生的預習。
教師的教學準備應側重學習任務方案設計、編寫工作頁、教案和課件、教學設備調試、教學耗材準備，學生課前任務布置等等。
學生課前預習包括查閱與學習任務相關的知識，小組分析、討論、發現問題，以便后續教學活動中進行重點學習，加強理解和掌握。這個環節的重點是教師要有針對性地布置工作任務，讓學生的預習有明確的方向。學生能通過預習發現問題和自己的需求，就會比較愿意主動去尋求解決和幫助，這樣教師在課堂教學中就能做到有的放矢，與學生形成良好互動，大大提高教學效果。
2.教
傳統的教學模式中教師主要通過講授的方式向學生傳授知識，課堂上教師唱主角，學生當觀眾，這種近乎“填鴨式”的教學往往容易讓學生感到厭倦，積極性和主動性不高，甚至上課睡覺。工學一體化教學強調教師的引導作用，即“教師有一桶水，要引導學生去尋找到一條河流”。教師在教學活動中的作用就是“編劇”和“導演”，要設計好“劇本”，即學習任務，激發學生的興趣，引導他們完成“劇本表演”。
工學一體化教學方法主要包括：四階段教學法、項目教學法、角色扮演教學法、思維導圖教學法等，具有多樣性、靈活性特點。在教學中，往往以一種教學方法為主，多種教學方法相結合的方式。比如，在基礎驗光和功能性眼鏡驗配課程中，驗光技能可以采用四階段教學法，讓學生更直觀易懂，再輔以項目教學法和小組教學法，加強學生的團隊協作能力、分析和解決問題能力的訓練；在眼鏡加工課程中，就要以項目教學法為主，以項目驅動學生分析處方、眼鏡裝配能力的訓練；在眼鏡銷售和門店管理課程中，應以角色扮演教學法和項目教學法為主，讓學生在具體的情景中進行溝通技巧、眼鏡銷售和門店管理能力的訓練。同時教學場地也改成了實訓室或實習基地，以具體項目為載體進行教學活動，采用學生易懂的教學方式，極大地提高了學生積極性。教師與學生的互動加強，更好地激發了教師的教學熱情，提升了學生的自覺性，課堂教學效果明顯提高。
3.學
工學一體化教學有別于學生課堂聽課、課后寫作業的傳統學習方式，學生學習應遵循四項基本原則，即以學生為中心、行動導向、整體化和自我管理式學習。學生是課堂的主角，教師讓學生選擇自己的方式去完成工作任務，學生不僅要學習專業技能，還要進行解決問題方法、社會交流技能、情感和倫理等方面的學習。在學習過程中學生進行自我管理，教師讓學生自主決定學習內容、學習進度、學習工具和學習方法，滿足每位學生的個性化需求。在一體化教學場所，每個學生都有具體的任務分工，比如在門店管理課堂上，每個小組有店長（組長）、副店長、店長助理、配鏡顧問、驗光師等具體的分工。每位同學的任務不是固定不變的，大家在組長的組織下，輪流擔任不同的職位，這樣大家互相學習、互相監督、互幫互助。在眼鏡加工課堂中，每人一個工位，根據老師的要求，獨立操作，完成眼鏡裝配任務。在功能性眼鏡驗配的課堂上，每個小組一套設備，大家分別扮演驗光師、顧客等不同角色，完成接待問診、遴選適配人群、客觀驗光和主覺驗光、確定處方、選擇鏡架和鏡片、測量配鏡參數、填寫處方單等一系列工作，大家在相互配合中完成工作任務。工學一體化教學中，學習的內容沒有變，但學習的形式發生了很大的變化。每位學生都有具體的工作任務，要自己動手來完成。學生成為了學習的主體，由“要我學”變成了“我要學”。學生的學習興趣被調動起來，有的學生還不斷地主動向教師請教問題，有的學生在完成自己的工作任務后主動幫助其他同學，協助他們完成學習任務。
4.做
工學一體化教學要求，教師在做中教，學生在做中學。教學以具體的項目或工作任務為載體，教師布置學習任務，教師指導，學生獨立操作完成。學生首先應明確工作任務和目標，并獲取與完成工作任務有直接聯系的信息；然后再根據具體的任務獨立或通過小組討論設想出工作行動的內容、程序、階段劃分和所需條件；最后從計劃階段所列出的各種可能性中找到最佳解決方案，并按照此方案開展工作。在實施過程中教師要采取適當的方式對工作過程進行質量控制，以保證得出所期望的結果。教師應在此環節加強巡回指導，以免出現事故。
比如在眼鏡加工課堂中，學生在老師的指導下加工眼鏡，從處方分析、模板制作、畫片、剪片、磨邊、裝架、整形、檢查等，都由學生自己動手完成，使他們在實踐中加深對理論知識的理解。學生每完成一副眼鏡制作，就會有一種成就感，激發了他們的學習興趣，增強了學習信心。
5.考
為進一步激發學生學習興趣，有效提高教學質量，工學一體化教學有別于傳統的測驗與考核，一般采用過程化考核，即每一個學習任務或模塊完成教學后，對學生實時學習狀況進行考核和評價，以過程隨機抽查考核為主要形式，采用做中教、做中學、做中考的評價方式，強調多層面、多角度、多方式和多層標準，考核以能力水平為主要指標，重視職業素養與職業技能的雙重考核。
眼視光技術專業還以企業需求和規范為引導，在操作技能考核過程中，注重對學生安全意識、責任意識、質量意識和操作規范等方面的考核，突出職業素養，為學校和企業“零距離”奠定基礎。學期綜合成績包括平時成績和過程化考核成績。平時成績由考勤、工作業和課堂表現組成，過程化考核成績由每一個階段考核組成。如此一來，針對學生的考核就更及時、更全面、更客觀、更具科學性。
另外，對教學成果的考核還包括學生參加職業資格證書考試的考核。眼視光技術專業每一位學生都必須考取“眼鏡驗光員（高級）”和“眼鏡定配工（中級）”職業資格證書，一方面是對一體化教學成果的檢驗，另一方面也為學生將來的頂崗實習和就業提供保障。
6.評
評價是工學一體化教學中非常重要的環節，筆者在眼視光技術專業教學評價中整合了德國雙元制、香港職業教育模式、學校其他專業的評價模式和企業的考核標準，重點評價職業素養和職業能力兩個方面，采取學生自評、小組互評和教師評價三方評價的方式。注重誠信、考勤、工作準備、7S管理、工作過程紀律等方面的評價，結合企業考核標準，給予相應的獎勵和懲罰，以此對學生的職業素質進行評價。采用學生自評、小組互評和教師評價對方法能力、協作能力、溝通能力等綜合職業能力進行評價。結合上述評價最終獲得該學習單元的小組總成績，再由小組長根據小組成員的貢獻大小將總成績分配到每個成員，以此來激勵先進和鞭策后進，同時培養小組長的管理能力和大家的誠信意識。通過該評價方式的實施，學生的整體素養普通獲得明顯提高。
三、眼視光技術專業工學一體化教學應用的成果
1.工學一體化教學改善了專業教學現狀
進行工學一體化教學，配備了專門的教學場地和設備，教學環境和工位得到了較大改善。在這樣的環境下教學，理論教學可以借助演示或學生現場體驗將枯燥的講解變得形象生動。教學活動中師生互動增加，課堂氣氛更加活躍了，真正實現以學生活動為中心。教師只對教學進行引導，教師在做中教，學生在做中學，教學活動更加直觀、具體，讓學生易于接受。學生的理論加強了，實踐也得到了大幅度的提升，學習變得更加主動，并且學生的學習興趣也大大提高了。
2.工學一體化教學提高了教師的能力
教師的工學一體化教學能力是一體化課程教學的關鍵因素。教師在教學大綱編寫、學習方案設計、教學計劃的制訂、課件和教案的編寫、教學實施等過程中，不斷地進行企業職業的再認識和學習、教學方法的探索與創新、教學總結與反思，專業教學能力在此過程中潛移默化地得到了提高。
3。工學一體化教學提高了教學質量
通過近幾年的教學實踐，筆者發現，實施工學一體化教學后，學生的整體素質提高了，上課不遲到了，工服穿著更整齊了，工具和材料準備更充分了，課堂做事更積極主動了，7S管理執行更到位了，學習態度改變了，自信心更強了。同時，學生的實踐能力得到很大提高，更加主動地反復進行操作練習。小組的學習氛圍更濃了，大家相互學習、幫助和督促，不斷提高，對于操作中的問題會積極討論，分析并解決，操作技能掌握得更扎實。學生整體職業素養和職業能力的提高，獲得了有關專家和用人單位的高度認可。
四、眼視光技術專業工學一體化教學應用的問題與思考
1.教學改革應結合專業特色創新
眼視光技術專業工作的對象不僅僅是簡單的事和物，更多的是有不同問題和需求的“病人”。因此，在學習方案設計、工作頁和教學評價等材料的設計和編寫中不能簡單地借鑒和照搬兄弟專業的模板，而是要有創新地進行學習，要充分考慮到企業崗位情景與學校教學情景之間的區別和困難，將兩者盡可能地進行整合，提高學習情境的真實性和可操作性。改進重點要放在工作頁內容設計和課堂教學評價的有效性上。
2.教師綜合素養有待提高，應有常態化的培養機制
提高工學一體化教師的素養是一個重要任務，目前存在兩大重點問題：一是教師對工學一體化教學流程不熟悉，在教學設計和實施過程中難以真正實現一體化；二是對企業崗位需求不熟悉，在教學中不能得心應手，不太可能真正完成一體化教學任務；三是教師的一體化教學能力參差不齊，對教學方法不能運用自如，有的課堂難以全面掌控。
首先教師要重視改革，不斷提升自身對工學一體化的認識與理解，精益求精，提高一體化課堂教學能力；其次要定期M織教師到企業進行職業崗位的調研、學習，要督促教師真正在課堂中融入校企的元素；最后，教師要在教學過程中反復進行教學方法的操練，真正有效地提高一體化教學能力。
3.如何更有效地提高學生自主學習能力
目前，一體化教學改革推行順利，教師的積極性也很高，但在實施過程中學生這個主體往往被忽略了。主要表現在一體化教室的硬件設施不足，學生的參與空間較小，學生可查閱的課程參考資料缺少，電腦配置較少，無法有效地利用互聯網查詢，如果學生使用手機查詢，又容易用手機做與課程無關的事。另外，由于教師資源相對不足，許多一體化課堂教學無法同時配備兩名教師，教師很難全面掌控課堂，雖然采取了培養小組長協助教師的方式，但真正的效果并不盡如人意。這些必然嚴重影響學生學習的積極性和課堂教學的效果。
要成功實施工學一體化教學，就必須提高學生主體的參與度，教師輪流參與一體化教學，提高一體化教學能力，適當增加工位、配置一些電腦、相關課程的參考資料，才能更好地引導學生進行自主學習。否則，師生教學互動和培養學生綜合素養和能力就可能成為一句空話。
4.工學一體化教學應實現職業素養和職業能力并重
目前，很多一體化教學在學生職業能力方面的培養都取得了不錯的成績，但據調研和用人單位反饋，學生在職業素養方面還有待提高。對于企業和學生來說，良好的職業素養影響著他們的持續發展。
光學應用技術范文5
【關鍵詞】Pop海報；美術教學；應用
Pop海報在我們日常生活中隨處可見，其活潑可愛的畫面視覺表達深受人們喜歡。應用在流行視覺藝術中的漫畫、卡通畫完美的視覺藝術形象，讓學生在課業負擔繁重的學習生活中能暫且放松心情，獲得心靈的愉悅和情趣的陶冶，更能提高學生繪畫的興趣。
然而要實現長期持續穩定的提升學生的Pop寫字水平及繪畫能力，并且具有創新意識。對于在職的老師都是一個很大的挑戰。為此在美術教學之中，更多的需要發散式的引導，而非模式化的教育，除了給學生一個靈感，讓他們自己去創作一片天空，更重要的是如何引導學生的興趣，讓他們愛上這樣的藝術。
Pop海報追本溯源來講，本身就屬于一種平面設計。為了能夠對初中美術課堂中pop海報設計教學開展情況有一個較為全面、真實的認識，對學生在課堂活動方面存在哪些要求進行更加深入的了解，在課題組特制定了《平面設計課堂教學展情況開展情況問卷調查》表，并于2011年9月8日對學生開展了問卷調查。本次調查共發出問卷120份，收到有效答卷108份。
分析結果：目前pop海報在教學過程中得到了開展，但在內容的組織與開展上，在如何使設計內容更具有價值、活動形式更加豐富多彩、更符合學生實際、設計能夠更加充分有序的開展、將目標理念與中學生的特點實際相結合還需要不斷的根據學生反應和課后反思來完善！
如何推廣pop在學生中間的流傳呢？
其實pop具有醒目的色彩搭配、靈活多變的板式布局、易認易讀的插圖、較短的制作時間等特點。我利用pop海報本身的特點優勢，使之與美術教學的整合，能更好地達到美術教學的根本目的，即學生以個人或集體合作的方式參與各種美術活動，嘗試馬克筆、銅版紙等學生少見的材料來制作，豐富學生的視覺和審美經驗，體驗美術活動的樂趣，并獲得對美術學習的持久興趣，了解美術語言的基本表達方式和方法，大膽表達自己的情感和思想。并且通過不斷的學習提高，將美術的思想引入生活，豐富他們思維方式與對美好事物的欣賞，養成獨立鮮明的人格。
一、利用pop海報教學，促進學生積極參與“造型、表現”的美術學習活動
Pop海報的設計離不開三種元素，即文字、圖形、色彩。這三種元素構成了海報的所有的表現力。而“造型、表現”是美術學習的基礎，十分強調自由表現和大膽創造這兩者之間共性十分緊密。
在教學中首先以pop字體變換引導學生，如：認識有趣的中國漢字剖析漢字結構，講解字體書寫技巧，演示正體字、變體字、軟體字、胖胖字常用部首與示例，使學生循環漸進的理解pop海報的魅力所在，由于pop字體本身就活潑可愛，容易引起學生的興趣，受大多數學生的喜愛，所以在開展活動中學生們能積極響應。在學習了字體基本造型后，標題字體裝飾則讓學生們提高了眼界與創造能力，不同的裝飾方法（溝邊、中線、底紋等）所展現出來的不同的視覺效果，極大的引起學生的創造欲望。在教師的引導下不斷的讓學生發散思維任意組合不同的裝飾手法，所做作品讓大家眼前一亮。
其次插圖的繪制則是現下最流行的漫畫、卡通畫為主，由于很多學生在日常中看的多畫的少，很多學生眼高手低，經常型不準或者線條有問題，我采取從簡到難的方法解決這一問題。以簡筆畫繪制開始，訓練學生的造型能力與線條，以圓形、方形、三角形為基本型進行圖形、聯想，同學們創造的人物、動物、事物的內容豐富效果明顯。由此循序漸進提高學生們的繪畫能力，使學生們發現其實很簡單，只要掌握方法就能畫出不錯的作品，進而更好的繼續他們的設計之旅。在興趣和可以完成的雙重引導下，越來越多的學生愛上了無拘無束的自我創作。很多優秀的插圖在學生的手中一張張的誕生，不僅僅是課堂，在課外也能看到同學們以此為娛樂，就是我們美術學習的一大成功。
二、利用pop海報特點，培養學生設計意識，使學生學會按美的規律去設計生活
Pop海報強烈的色彩、美麗的圖案、突出的造型、幽默的動作、準確而生動的文案語言，可以創造強烈的視覺沖擊。要產生如此作用離不開設計的排版，這就要求提高學生的設計能力了。我通過教授色彩基礎搭配，從色彩的三大要素，原色、間色，色彩的象征意義以及常用的色彩他配方案，我讓學生有意思的在畫作中應用，使整個畫面感亮眼突出。
在排版方面，分析海報所包他含的主標題、副標題、正文、插圖、裝飾等要素，在畫面中的重要性及比例，根據畫面感，歸納幾種使用排版方法交與學生：1.對稱式構圖；2.對角線式構圖；3.三角式構圖；4.三段式構圖。進一步擴闊學生的視野，拓展他們的思維空間。
在完成整個海報制作時，運用設計的基本知識和方法，進行有目的創意，設計和制作活動。在學習圖案、紋樣、封面設計等內容時，則可以根據教學需要，從設計初稿、骨格、設色到完成作品，設計制成教學課件。分層次地展示不同的變化的骨格形式，不同的色彩配置、引導比較與分析。使學生繪畫能力和美術設計意識與應用都得到互相促進、互相提高。
三、利用所學pop海報技能應用在校園文化中
學好pop海報不僅能提高學生的繪畫寫字創作能力，更能在學校的宣傳和文化建設中出一份力氣，在校園中與設計能沾上邊的東西隨處可見，諸如設計和國家合格后班級文化、黑板報、海報、宣傳欄、標志、賀卡、吉祥物、衛生間文化、“多元智能”書簽等等，都能應用pop所學技能。
借著學校每月的黑板設計評比，讓學生們應用所學知識，把班級精神風貌，個人創意，新思維的火花展現在其上；在學校每學期都派發的“多元智能優秀生”書簽，我鼓勵學生設計各式樣的款式，以此激勵學生在這個平臺上，學有所長、學以致用，健康和諧的發展。而這些神奇的書簽，只需一眼就能讓人（下轉第32頁）（上接第29頁）過目不忘。它們是集合著全部學生的智慧，將創造、創意、自我的理解、對藝術的悟性以及平面設計的直覺發揮到極致。同學們對于書簽的熱衷不僅僅是多元智能理論的成功，更是平pop海報宣傳運用得成功。誰敢說讓同學們愛不釋手的原因和這些討喜而出自學生自己之手的設計無關呢。
在校園，POP海報理論的應用面是相當廣闊的。倘若靜下心來仔細分析，會發現它就像是呼吸一樣在自然之間融入了我們的校園生活，帶給我們驚喜與贊嘆，無論師生都曾經被美術的力量所感染過。我們將Pop海報理論不斷的推廣，從一開始的娛樂逐步提高到了改善學生的生活質量和創造能力，更甚默默的豐富著校園文化。它的應用前景以及推廣的必要性，是我們每位師生都有目共睹的。我們熱愛生活，熱愛校園，熱愛隨心所欲的創作。Pop海報的運用給予了一切可能性，我們將會真正意義上體會到每個人都有無盡的創作才能，只是需要適當的方式引導出那股力量，Pop海報理論將創作之花開滿校園。
參考文獻：
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[2]ArtTone視覺研究中心.平面設計配色全攻略[M].中國青年出版社.
光學應用技術范文6
關鍵詞：光纖通信；實驗教學；仿真技術
作者簡介：陳琳（1978-），女，江蘇常州人，上海電力學院電子與信息工程學院，副教授；朱武（1969-），男，湖北隨州人，上海電力學院電子與信息工程學院，教授。（上海 200090）
基金項目：本文系上海市教委重點課程資助項目（項目編號：滬教委高（2011）48號）的研究成果。
中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）28-0147-02
光纖通信是以光波為載波，以光導纖維作為傳輸媒質的一種信息傳輸方式。該技術因具有傳輸容量大、中繼距離長等優良傳輸特性，被廣泛應用于電力傳輸網、通信網和接入網等領域。
“光纖通信”作為通信工程、光電信息工程、電子信息工程專業的核心課程，主要講述了光纖通信的基本概念、傳輸理論、系統組成、新技術等內容。[1]該課程具有涉及內容廣、基礎理論深、知識更新快等特點。為了進一步提高“光纖通信”課程的教學質量，開設了光纖通信實驗課和光纖通信系統課程設計，加強了學生對理論知識的理解，培養了實際動手能力和創新能力。
傳統的實驗教學一般都是安排學生在硬件實驗箱上實現。此類實驗基本為驗證性實驗，只需根據實驗指導書進行簡單操作，無法調動學生的實驗興趣，也限制了對學生創新能力的培養。此外，光通信器件成本較高，需要及時維護，且隨著科技的進步，新的理論和技術迅速產生與發展，需要投入充足的設備經費，不斷更新實驗設備。[2]因此，實踐教學部分除了利用光纖通信實驗箱開設固定的驗證性實驗外，還可利用仿真軟件MATLAB和OPTISYSTEM構建光纖通信系統模型，以提高學生的實驗效率，有效地節省實驗教學成本。[3-6]
一、MATLAB仿真軟件的應用
由于“光纖通信”課程概念繁多，物理規律較為抽象，特別是其中的一些光學現象和規律缺乏細致的數學推導，為學生學習該課程帶來了諸多困難。因此，在“光纖通信”課程教學中可以適當地使用MATLAB仿真軟件所提供的可視化界面，使學生獲得對光學物理現象的感性認識，縮小理論與實際的差距，提高學習效率和效果。
MATLAB是Mathworks公司推出的一套高效數值計算和可視化軟件。它集數值分析、矩陣計算、信號處理和圖形顯示于一體，具有編程方式自由、簡單易學等特點，已廣泛應用于工程計算和系統仿真等開發環境。利用MATLAB軟件不但可以擺脫繁雜的大規模計算，而且還可以使學生自己動手進行編程，加深對光纖通信基本理論的理解。在編程過程中，可以通過改變仿真參數來直觀地對實驗結果進行計算和分析，大大節省了時間，提高了實驗效率。
在光纖傳輸原理章節中，對于波動理論，一般是通過求解麥克斯韋方程組來導出波動方程，分析電磁場的分布性質，最后獲得光纖的傳輸特性。公式推導過程繁雜，涉及的電磁場與數學知識較多，學生理解困難。因此，在課堂教學中除了引入多媒體的輔助教學手段外，還可以借助MATLAB仿真軟件，幫助學生理解多模和單模光纖的模場分布。
多模光纖中，存在更多的高階模式。根據LP模的特征方程，得到階躍型折射率光纖的模場分布。如第一個高次模LP11模的二維、三維模場分布如圖1（c）、（f）所示。從圖1可以看出，當歸一化頻率V=5時，LP11模有兩個對稱的主瓣，不存在旁瓣現象。
在“光纖通信”課程教學中，引入MATLAB仿真，能夠進一步加深對抽象概念的理解。通過仿真，學生弄清了數學公式和物理概念之間的內在聯系，使理論教學中枯燥的概念可視化，極大地調動了學習主動性和趣味性，有效地提高了教學質量。同時，在編程過程中，學生通過查詢文獻資料和相互討論，較好地培養了團隊合作精神，提高了創新能力。
二、OPTISYSTEM仿真軟件的應用
系統實驗有助于培養學生對理論知識的綜合運用。針對實驗箱可供開設的綜合性、系統性實驗項目較少的情況，可以利用OPTISYSTEM仿真軟件對光學器件和通信系統進行建模。通過仿真軟件對實際操作過程進行模擬，以獲得數據加以分析。
OPTISYSTEM是OPTIWAVE公司開發的一套光通信系統模擬軟件。它可以幫助用戶規劃、測試和模擬傳輸層的各種類型的光通信網絡，包括局域網、城域網和廣域網；同時提供了從組件、器件到系統各個層面的光通信系統設計和規劃，如TDM/WDM、SDH、光孤子通信等，并利用優化功能仿真計算系統的各項性能參數，通過數據分析和圖形顯示來獲得最佳系統性能。
在OPTISYSTEM系統仿真實驗中，學生可以通過調整參數，對一個光學元器件甚至整個通信系統進行優化設計，直觀地模擬整個光纖通信系統的傳輸過程。利用仿真軟件進行系統性能分析，有利于引導學生對復雜系統進行探索，提高學生對系統性能的全面認識。
例如，波分復用（WDM）系統是現行光纖通信系統的主要架構形式，利用波分復用技術可以實現大容量、長距離的網絡傳輸。但是由于傳統實驗箱的限制，WDM系統難以通過硬件平臺來構建。因此，可以通過OPTISYSTEM軟件來搭建WDM系統，并進行系統性能分析。
WDM系統實驗在OPTISYSTEM仿真平臺上完成。要求學生使用光傳輸系統仿真軟件，搭建8信道的WDM系統，如圖2（a）所示。該系統由波分復用器（WDM）、摻鉺光纖放大器（EDFA）、光纖鏈路、解復用器（WDM Demux）和光接收機等光學器件組成。學生自行設計和搭建系統，配置波分復用、解復用、調制器等參數，并利用虛擬光譜分析儀來觀察8通道波分復用系統的頻譜、誤碼率等特性，如圖2（b）、（c）所示。學生通過調整各模塊的參數、搭建系統模型和分析仿真結果，鞏固了EDFA、波分復用/解復用等方面的理論知識，也為今后對實際WDM系統規劃打下了堅實的基礎。
又如，用OPTISYSTEM軟件設計搭建單模光纖通信系統，如圖3（a）所示。傳輸速率是40Gbit/s，傳輸距離是60km。信源使用的是偽隨機碼發生器，它將數據流發送到非歸零（NRZ）碼電脈沖發生器。經NRZ調制的電信號具有緊湊的頻譜特性，經過馬赫曾德爾調制器（MZM）后轉換成光信號送往光纖信道。為了減小光纖傳輸損耗和色散的影響，在光纖鏈路上添加了摻鉺光纖放大器。接收端經過光纖信道傳輸過來的光信號接入PIN光電檢測器，轉化為電信號后送入低通貝塞爾濾波器。
為了觀測光信號的波形，在光纖通信系統中設置了觀察儀器：光譜儀、光時域信號觀察儀及誤碼率分析儀。對系統中的器件參數設置后進行系統仿真，得到調制后的光信號時域波形和頻譜，如圖3（b）、（c）所示。
這些光器件都可以在OPTISYSTEM軟件的器件庫中選取，并根據需要對每個器件設定參數來獲得較好的系統性能。因此，通過用OPTISYSTEM軟件設計分析，可以了解光通信系統各個器件節點處的波形和頻譜特點，簡單直觀、形象生動。教師可以根據教學大綱設置相應的實驗項目，讓學生課后學習OPTISYSTEM軟件，并引導學生根據實驗內容建立相應的系統模型進行仿真實驗分析。
三、結束語
運用MATLAB/OPTISYSTEM仿真軟件進行實驗教學，很好地彌補了缺少硬件實驗器件所帶來的不足，豐富了實驗教學內容；同時節省了實驗課堂教學時間，加深了學生對系統理論知識的理解和應用。通過對“光纖通信”實驗教學手段和內容的改革，學生對實驗的積極性和創造性得到了普遍提高，實驗教學效果和質量也得到了明顯提升。
參考文獻：
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[2]王文珍.光纖通信實踐教學探索[J].中國電力教育，2013，（1）：134.
[3]周雪芳，王天樞.仿真軟件在《光纖通信》實驗教學中的應用研究[J].實驗科學與技術，2011，9（5）：53-56.
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