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現代光學測量技術范文1
【關鍵詞】ITO；TCO；AZO；電導率
由于薄膜產品特別是各種光電產品薄膜，在太陽能電池、等離子技術、光學薄膜期間、微電子器件等方面有著廣泛應用，因此收到光學材料界的高度重視。能否準備無誤測量出各種薄膜的光學厚度也成為人們關注的焦點，尤其是在光電子產業的生產中，薄膜的光電特性參數――膜厚多少直接關系到薄膜產品是否能正常工作，能否對鍍膜工藝有所改進等諸多問題，可見膜厚測量的重要性。而橢偏技術在測量薄膜的厚度和介質折射率等參數方面得到了廣泛應用。在現代科學技術中，薄膜有著廣泛的應用，因此測量薄膜的技術也有了很大的發展。膜厚的測量方法有電阻法、放電電壓法、電容法、激光衍射法、光纖位移傳感器法、橢偏法以及超聲共振法等等。隨著由于電子計算機的廣泛應用而發展起來的目前已有的測量薄膜的最精確的方法之一就是橢偏法。膜厚測量方法一般是從兩個角度出發，要么從光學理論出發，用光的波動性包括干涉、衍射、偏振等方法來測量膜厚；要么從具體實際出發，根據測量厚膜的實驗環境和條件不同，例如根據光源的不同，是激光源進行測量還是用普通白光源進行測量等等，選用不同的測量方法。不同的測量方法所帶來的膜厚測量的精確度也不一樣。
一、橢偏技術原理
當振幅為A的面偏振光入射到石英晶體做成的1/4波片時，若振動方向與波片光軸夾角為θ，o光和e光的振幅分別為A0=Asinθ和Ae=Acosθ。從波片出射后的o光和e光的合振動方程為橢圓方程，合振動矢量的端點軌跡一般為橢圓，即獲得橢圓偏振光，再將其經過待測薄膜產品表面反射，反射光是線偏振光。由之前的橢偏到后來的線偏，光振動的相位和振幅發生了改變，通過這些參數變化即可判定薄膜產品的表面光學特性。
圖1 （a）光滑下表面 （b）粗糙下表面
如上圖，待測件是玻璃薄膜產品。入射光束以某一角度入射，根據菲涅爾公式，光在兩種介質的交界面上反射與透射時，垂直紙面的s分量和平行于紙面的p分量可根據r■=■，r■=■計算得到。式中，n■、n■分別為入射介質與折射介質的折射率，θ■、θ■分別為入射角和折射角。而反射系數P=■也是復數，可根據干涉原理計算出來。測量膜厚之前，首先需將根據橢偏技術制成的橢偏儀的光路進行調節，使得光源經過反射鏡后成平行光，經過偏振片后得到線偏振光。線偏光入射到待測薄膜表面后所得到的反射光，其偏振狀態必將發生變化?？捎脝紊珒x將光路分光，再用光電探測器將光信號變成電信號，送入計算機軟件分析。測量時，先確定光路經過的第一個偏振片是否放在通光軸為零度的位置，然后將待測薄膜放在起偏器和檢騙器的中間，插入1/4玻片并旋轉至消光。此時薄膜的快軸與設備的光軸平行。最后將起偏器的通光軸放在45度的地方，開始用軟件取樣、測量。由計算機分析計算出薄膜各光學性能參數。
二、幾種測量方法的比較
（1）根據激光透射法測量膜厚，以光在基體內不產生干涉為前提。用這種方法可以獲得相當高精度的膜厚測量，數量級為幾nm，能測量膜厚為1到幾百nm的薄膜。但由于設備復雜，環境要求高，只能在實驗室進行。（2）采用激光反射法測量膜厚，有很大的優勢――測量范圍大，從微米級到納米級都可以，但是調試過程繁瑣，難于實現。（3）基于白光光源的顏調檢測法制成的橢偏儀測量膜厚時，實施起來不難，但不能用來測量均勻膜厚，而只能用來測量不均勻膜厚，測量范圍雖和透射法測量膜厚的范圍差不多，但精度低，系統誤差較大。（4）采用分光光度測量法做成的橢偏儀，測膜厚的效率較高，設備成本也不高，容易實現。測量膜厚范圍雖然是微米級別，但精度比較高。（5）采用激光光源進行激光干涉法的橢偏儀中，激光束通過顯微鏡，入射到放在焦點處的薄膜產品后，薄膜的上面兩個表面分別反射出的光在特定的位置發生等傾干涉，在觀察面用CCD接收，根據與CCD相連的計算機軟件分析干涉圖樣，即可計算出薄膜產品的膜厚。這種橢偏儀結構簡單、測量迅速，很適合在工業生產線上測量10～100um的膜厚，但精度只能達到um數量級。通過上述分析和比較，不難發現，利用薄膜上下兩表面反射光干涉原理制成的橢偏儀測量范圍適中，但精度很高，而且設備簡單，容易在實驗室以外的地方實現，適合工業檢測。
三、應用
利用橢偏技術作成的橢偏儀在不斷發展，測量的光譜范圍越來越寬，可以滿足不同鍍膜材料的測量要求，針對在紅外、紫外波段要進行特殊材料的測量要求，也出現了專用橢偏儀；橢偏技術覆蓋了半導體、大面積光學薄膜、有機薄膜、金屬、玻璃等各種材料的工業實時檢測領域。同時隨著計算機技術的迅速發展，使得橢偏儀的自動化程度得到提高，也促成了橢偏儀的自動控制系統和計算機的深入結合。由于橢偏測量技術的高精度、高效、設備簡單等特點廣泛地應用于科學研究與工業生產中，例如對材料的光學性質測量。被測的材料可以是固體或是液體，可以是各向同性或異性。根據菲涅爾公式，橢偏測量技術也可用于不同材料交界面的分析。在微電子與半導體產業中，橢偏測量技術常用于半導體加工或微電子研究中薄膜生長的監控與分析，現代新材料的研究開發也常常使用橢偏技術作為研究手段。在生命科學領域里，橢偏測量技術可用于細胞表面膜相互作用、蛋白質等大分子的測量。
四、結論
隨著光電技術以及微電子技術的快速發展，表面和薄膜科學，微電子器件及納米技術等迅速發展，將使一起開發和檢測方法體系研究成為真空鍍膜技術中的發展重點。薄膜的應用領域越來越廣，各種厚度只有幾百甚至數十納米的單層或多層功能薄膜成為當前材料研究的熱點。薄膜的厚度、折射率和消光系數決定了薄膜的投射、反射和吸收等各種光學特性。橢偏法具有無損非接觸、高靈敏度、高精度的特點、無需特別制備樣品，能對數納米厚的超薄薄膜測量，無疑是比較可靠的測量方法。當然，在測量膜厚時依然存在某些問題，例如膜厚范圍的擴大等，都有待于進一步探索和研究。
參 考 文 獻
[1]陳國平．薄膜物理與技術[M]．南京：東南大學出版社，1993（1）
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[5]黃佐華，何振江，楊冠玲等．多功能橢偏測厚儀[J]．光學技術．2001（8）
[6]王曉棟等．橢偏光譜法研究溶膠凝膠TiO 8029 2 薄膜的光學常數[J]．物理學報．2009（11）
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現代光學測量技術范文2
關鍵詞：現代工程測量技術；發展；應用
一、現代工程測量技術的發展現狀
1．八十年代之后的工程測量技術
上個世紀八十年代出現激光技術之后，由于它具有一些適用于測量工作的特點，很快引用到工程測量領域中來，使工程測量技術不斷改新、發展迅速，在我國測繪行業起著重要作用。當時主要使用光學經緯儀、水準儀、電子經緯儀、數字水準儀、陀螺經緯儀、電磁波測距儀等測量儀器。
2．九十年代之后的工程測量技術
上個世紀九十年代之后，隨著空間衛星定位技術和導航技術的引進，使計算機網絡信息、空間信息技術和工程測量技術融合起來，給工程測量技術的發展增添了強大的動力，使工程測量技術長期使用光學經緯儀、水準儀等主體的傳統的測量技術，已經正在逐步被全站儀、GPS(全球衛星定位系統)測量技術所代替．
二、現代工程測量技術的應用概括
1．攝影測量技術的應用
由于傳感器的更新和完善，機器定位系統和數據搜索功能得到提高，使攝影測量技術廣泛應用。攝影測量技術將數碼拍攝技術、數字測量技術、信息文化技術相融合，給測量工程提供了一個既不用接觸到物體，又能快速多樣的得到結果的測量方式。這種方式的測量技術可以用在高空測量大面積工程、大比例尺寸的土地形狀測量以及土地的位置和大小的測量等。
2．GPS(全球衛星定位系統)測量技術的應用
GPS測量技術是美國研發的一種子午儀衛星定位系統方法，利用GPS衛星星座軌道在全球內準確計算空間到地面點的距離并得到坐標位置，隨著全球衛星定位系統GPS發展和進一步更新，使GPS測量的應用廣泛深入各個領域，如國家軍事、交通、水利、測繪、郵電、城市建設、資源開發、山體滑坡、形變監測以及農業、金融等部門及各個行業等廣泛滿足使用GPS技術。GPS測量的定位方法主要分靜態定位和動態定位兩大類，GPS靜態定位和動態定位方法根據工作需要選擇不同的方法分類標準。GPS靜態定位是利用GPS接收機進行定位測量，主要用于大地控制測量和建立各種控制網定位測量。
3變形監測技術的應用
(1)變形監測的意義
工程變形監測是一門科學專業，它隨著我國城鎮建設及資源開發迅速發展，興建很多高大建筑物及開發地下資源進行的工程設施等，但隨時間推移都會產生變形，就會影響建筑物的正常使用，嚴重會危及建筑物的安全。所以，必須對它進行變形監視觀測。變形監測分靜態變形監測和動態變形監測：靜態變形通過周期性測量得到的，動態變形通過連續監測得到。
(2)建筑變形觀測布置及設計方案
建筑變形觀測主要是以基礎的沉降觀測和建筑物本身的變形觀測。擬定沉淀觀測點的布置，一般由設計部門提出要求，由施工單位編制實施技術設計布置方案，根據不同的建筑物選擇不同的測量方法和不同的設備儀器。首先是基準點選擇和控制網的布設，并依據國家有關規定要求，確定觀測網的精度質量標準。變形監測有水平位移、垂直位移監測，傾斜、繞度、彎曲、扭轉、震動、裂縫等測量，一般主要布置方法垂直位移觀測的基準點布置和水平位移觀測布置兩種，在基準點進行變形觀測，是為了減小測量誤差，保證基準點的穩定性，根據觀測得到可靠安全數據，為設計、施工、管理和科學研究工作者提供可靠資料。
(3)變形監測的主要方法
變形監測的主要方法有：常規的大地測量方法，專門的測量手段和技術，空間測量技術，攝影測量和激光測距掃描技術。①常規的大地測量方法有精密高程測量、精密距離測量、角度測量等，變形監測技術以全站儀為基礎，其它有光學精密經緯儀、精密水準儀等測量工具。②專門的測量手段和技術主要有液體靜力水準測量、準直測量、應變測量、傾斜測量等，主要用于觀測河堤、大壩、橋梁、及各種基礎的沉陷和傾斜監測，為解決各種工程變形的自動監測或運營中的測量任務提供了使用很好的技術手段。③空間測量技術是指GPS衛星定位測量和InSAR技術，GPS測量導航技術與現代通信技術相結合，用GPS監測可采用靜態相對定位和動態相對定位兩種數據處理方法進行觀測，觀測數據絕對和相對精度能到到米級、厘米級甚至亞毫米級，現在數據解算和分析已提出了更高要求。InSAR技術就是干涉雷達測量方法，是依據同一地區的幾種SAR圖像為基本處理數據，通過求取幾種SAR圖像的相位差，獲取了干涉圖像，然后經過相位解纏，再從干涉條紋中獲取到地形高程數據的觀測新技術。利用InSAR新技術從而達到監測點變形監測目的。④攝影測量和激光測距掃描技術：利用攝影測量技術進行變形監測，就是通過象片測量方法，確定觀測點在空間坐標位置，將起始點的或設計的數據值相比較，按照需要任務要求，確定觀測物的安全性、穩定性。激光測距掃描測量它的原理是將激光相位測距裝置與光學轉動裝置集成的一種儀器，能夠對周圍環境進行二維掃描并且自動記錄，并具有測量精度高、測量速度快的優點。
4．數字化測量技術的應用
為了使工程測量效率和工作質量得到有效提升，我們可以把現代自動化、數字化信息技術和圖片處理技術同工程測量技術融合在一起，以此滿足老舊的測量技術。同時，要開發更先進的全站儀、無人機、GPS等技術系統，就要把數據搜索系統和數控繪圖系統等有關技術融合一起，這樣才能方便收集數據完成一個自動化測量系統。自動化測量技術不是孤立永存的，重要的是將其同其他測量技術融合，從而產生符合工程測量的自動化體系。這種工程測量技術首要對準城市大比例測量和工程地勢等研究的繪制圖表方式。
三、結語
雖然現代科學技術還在不斷更新和進步，還要工程技術人員繼續做進一步的探索研究，為了工程測量技術能有更穩定、更先進的自動化、數字化和智能化系統發展，也為了工程測量技術測量的數據更加標準和精確，才能促進社會發展需要。
參考文獻：
［1］姜金彪解析現代工程測量技術發展與應用［J］－城市建設理論研究(電子版)2014(31)
現代光學測量技術范文3
【關鍵詞】 精密儀器;CAD/CAM/CAT技術;精密機械制造
Review of the development of precision instrument
Ling zhenbao Liu shuainan Xu chuanbin Zhang qilin
Abstract： in this paper，according to the characteristics and application fields of each stage of precision instruments， research overall development trend for the development of precision instrument. High precision two-dimensional image measuring instrument and high-end three coordinate measuring machine based on the simple stage projector stage，and the use of "CAD/CAM/CAT" design，The measuring unit miniaturization and intelligent measurement 。
Keywords：precision instrument;CAD/CAM/CAT technology; precision machinery manufacturing
精密儀器主要研究現代精密儀器及智能、微小型機電系統。現代科學儀器及設備是機、電、光、計算機、材料科學、物理、化學、生物學等先進技術的高度綜合，它即是知識創新和技術創新的前提，也是創新研究的主體內容之一。
一、精密儀器的發展過程
精密儀器的發展經歷了三個階段，分別是簡單的投影儀階段，高精度二維影像測量儀階段與高端三坐標測量機階段。
簡單的投影儀：為了適應市場的發展需求，為現代工業的發展提供檢測的依據，20世紀90年代，精密檢測儀器正式進入了我們中國的國內市場，成為一個新興的以檢測為主的產業。其主要的性能指標包括光輸出、水平掃描頻率（行頻）、垂直掃描頻率（場頻）、視頻帶寬、分辨率、CRT管的聚焦性能、會聚。是一種早期的光學儀器。
高精度二維影像測量儀：隨著社會的不斷發展，簡單的投影儀已經無法滿足市場和行業的需求，在這種情況下，二次元影像測量儀就成為了行業發展的必然產品。影像測量儀是一種由高解析度CCD彩色攝像器、連續變倍物鏡、彩色顯示器、視頻十字線發生器、精密光學尺、多功能數據處理器、2D數據測量軟件與高精密工作臺結構組成的高精度光學影像測量儀器。采用彩色CCD攝像機;由二坐標工作臺、光柵尺與數據箱組成數字測量及數據處理系統;該儀器具有多種數據處理、顯示、輸入、輸出功能;與電腦連接后，采用專門測量軟件可對測量圖形進行處理。如圖為高精度二維影像測量儀機械結構圖。
高精度二維影像測量儀機械結構圖
高端三坐標測量機：進入21世紀，更多的產品需要提供三維檢測，才能更好的為現代社會的發展提供服務，過意國內的精密檢測企業就在二次元影像儀的基礎上研發生產了三坐標測量機，從而實現更高端的產品的三維檢測任務。如下表為高端三坐標測量機測量結果與傳統測量技術對比值。
表 三坐標測量機與傳統測量技術對比效率
二、精密儀器發展趨勢及展望
隨著現代制造業的發展，測量儀器技術面臨著新的技術要求和發展動向。由傳統微米、亞微米精度向著納米量級精度方向發展;測量方式也由原接觸式測量向非接觸式測量過渡：此外，信息技術與測量技術的集成，即CAD/CAM/CAT的技術應用也將是未來精密測量技術發展的方向。由此將精密儀器帶入另一個發展階段。
目前，二次元影像儀和三坐標測量機通過軟件技術、機器視覺技術以及電子技術的高度融合，形成一整套綜合檢測設備，已廣泛運用于各行業中，它能同時測量多種參數。今后精密儀器的發展，會跟隨著現在社會發展需要而不斷的發展，并與不斷產生的新的信息技術和其它科學技術綜合起來的新的精密儀器。
本文針對精密儀器的發展研究，從簡單的投影儀到三坐標測量機的發展過程，提出了對位未來精密儀器的發展展望。以計算機為代表的控制系統和測量機測頭的發展也是一個重要的發展方向。另外譬如DMIS的軟件技術的革新，也是對精密儀器優化的重要步驟。
現代光學測量技術范文4
關鍵詞：莫爾測試法 物理教學 光電三維 輪廓測量
一、研究課題的意義和背景
光電三維面行測技術是現代的高科技成果，它是在激光技術、視頻技術、電子技術、信息與圖像處理技術、干涉計量技術、精密儀器等技術的基礎上的一項新測量技術。物體三位輪廓、變形、震動、位移等參量的方法測量，以其非接觸、無損、高精度、高靈敏度以及現實自動測量等優點，被廣泛的應用于航空、航汽、航海、機器制造等領域。由于光學測量的諸多好處，從上世紀六七十年代研究這就在運用各種各樣的方式進行檢測，一度檢測的手段不斷的涌現。
最早光電三維測量技術是采用的人工測量方法，這種方式非常的慢，信息的獲得也很難全面。于是人們開始研究提高測量精度的傳感探頭，也就有了光柵元件傳感器的三維坐標測量機，它的測量范圍可達到2000×200×800毫米，測量的精度可以達到幾十微米到幾微米。這個年代人們開始用激光探頭代替原有的機械探頭，雖然這中改進有了一定的進步，但是遠遠不能達到最小化誤差的要求，在人們的不斷探索中，發展到一種基于粗光柵陰影莫爾測量技術，這種技術可以測量出物體表面的凸凹面，最早報道是在1874年，直到1970年提出莫爾等高線法，莫爾測量技術引起了高度的重視。接著一批學者發表了一下關于測量技術和設備的論文，從而讓莫爾技術走向了實用化的方向邁進。例如，醫療、解剖、放射、口腔、汽車模型、單晶硅片等。莫爾技術雖然帶來了一定進步但還是存在一些缺陷，在圖形自動分析上還是不那么完美，上世紀80年代以后，莫爾測量方面進行了很多研究，研究的重點主要的圖形的大量數據與計算機處理速度之間的矛盾，從最初的PC-XT到Pentium2，速度提高了上百倍，莫爾技術向更精確使用的角度轉變。
二、莫爾條紋的產生
莫爾結構條紋圖是指兩個周期性光柵結構疊加在一起，在一定條件下，疊加圖包括新結構圖，會產生一個新的周期結構圖，通常這個新的結構圖不原來的要大，容易觀察這個新的圖像就稱為莫爾條紋圖，用來表述莫爾條文的方程稱為莫爾條紋方程。莫爾條紋圖可分為相干型莫爾條紋和不相關型莫爾條紋圖，在激光技術中，一些莫爾圖通過光學濾波可以獲得。根據結構的疊加方式，疊加可以分為和型和積型條紋。
從生成莫爾條紋的幾種方式入手，分結構間平行和有一定夾角兩種情況，較全面而詳細地研究了影響此種莫爾信息的幾種因素――頻率、相位、幅值、背景光強、結構間夾角等。得出了正確應用莫爾信息的一般原則。
三、陰影莫爾測量
莫爾輪廓主要有陰影莫爾和投影莫爾，由于投影莫爾要兩個光柵，很多研究主要傾向于直接分析投影在物體上的變形廣場，而不是分析莫爾條紋圖。莫爾測量簡單，實用性強，可根據測量對象不同，采用不同參數的數據結構系統。雖然在發展過程中也發現了其他的測量方法，如三角測量法、立體測量法等方法，但對陰影莫爾測量始終都沒有停止過，事實證明該方法有一定的優勢和發展空間。
四、陰影莫爾的原理
陰影莫爾是利用光柵陰影和光柵本身形成的莫爾圖來測量的，可以用幾何公式來解釋。設c為無限長的光源，光柵平行與線光源。
從c點發出的光線通過光柵到達投影平面形成亮線，在觀察d點，能看到亮線，同一序數的亮點，在處于離開光柵相同距離的平面上，同一序數點連接成弦是離開光柵同一深度的等高線，稱為莫爾等高線。條紋深度可以由從c發出的光線，由于不同的物體凸凹程度，在物體表面就形成了變形光柵，從d點可以來觀察光柵的變化，有了基本光柵和變形的光柵形成的莫爾條紋等高線，相應的通過計算就能得到條紋深度。
陰影莫爾法原理制做的三維形狀測量儀在實際生活中的應用，主要設置有光柵、設置光柵移送部、光束分離器部、光柵照射第一照明、或者使通過光柵被反射的測量對象物的反射圖、成像區、控制區、分別對成像中學的各個部分進行設置，形成的反射圖像是由多個攝像部攝像時接受反射圖像以測量對象的三維形狀，根據對象的形狀控制多高照明部和接通和關閉。這個裝置，更詳細的說明了，可以用這個裝置測量三維的形狀。投影三維測量裝置A部，工作臺D、投影B處、旋轉I處、成像F處、控制G處、G處控制，主要是控制整個裝置三維形狀的測量，為了更精確的測量三維圖像，在操作中利用成像b拍攝的反圖像對測量物C的三維形狀進行測量，為了測量對象物C的三維形象，將物體對象C移送到測量的位置，工作臺D由固定裝置E上，測量對像C的驅動機H,在固定裝置的E上面有投影B,旋轉I和成像F，這是用來測量物體被移動上的裝置對其進行的三維形狀的測量。攝像K主要有光源L和光柵移動機構M組成、投影透鏡N和過濾器O組成。在操作的過程中將光源L,產生的光通過投影光柵M、N、O等投影，在測量對象C的一方照射光柵，光柵的光照映射在測量對象C2上，為了讓成像F對反射的圖像進行攝像，在這里成像F，主要由透鏡N和K組成。成像F測量照射在對象物C2上的光柵，為了讓成像C2對測量對象C的另一個影像進行測量，只能讓投影B順時針轉動，為了能讓投影M旋轉，在投影M的下方設置旋轉I2，這里的I2是由支撐件P和旋轉I3組成。在P上的一側有一個貫穿P1的槽，在I3的另一側有另一個槽P3,這是為了在M產生的光柵圖像能夠照射到像物C上。通過上面是試驗可以發現，三維形狀的測量還存在以下問題，必須根據測量對象的形狀將投影的部分來回，進行三維的立體測量，對于不規則的圖像處理將會更加繁瑣。另外，現有的投影莫爾法三維測量裝置由于光柵的位置在投影上面。因此，還存在必須根據投影的設置個數，在投影上設置光柵和移送光柵的光柵設備問題。
五、總結
集成電路的應用范圍和生產，是當今醫療、軍事、工業、農業等最為普遍使用的，雖然工業生產集成電路在一定程度上依賴于成品率，隨著技術的進步，傳統測量方式必將被代替，提高產品的效率和精確度，也將成為我們奮斗的目標。陰影莫爾測量法將提供一個可靠、精確、高效的自動化測量設備，雖然在本次設計中解決了一些問題，但還是有很多不足之處，希望通過本次研究進一步加深對莫爾三維測量的認識，在未來的道路上繼續探索。
參考文獻：
現代光學測量技術范文5
Abstract: According to the characteristics of the engineering optics and technology course, combined with the practical teaching experience, take the improvement of the students'' interest in learning and the cultivation of the students'' practice ability into consideration, this paper puts forward some suggestions and measures to change the teaching method.
關鍵詞： 工程光學；課程改革；實踐能力；學習興趣
Key words: engineering optics；curriculum reform；practice ability；learning interest
中圖分類號：G42 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）03-0215-01
0 引言
工程光學與技術課程作為東北石油大學測控技術與儀器專業的一門專業必修課，自2006年面向本科生授課至今已開設了6輪。課程的教學任務是使學生在掌握基本概念、基本定理之后，具備一定的光學精密儀器儀表的設計與開發能力。此課程理論與實踐結合緊密，工程應用性較強，因此，課程教學質量的好壞將直接影響學生在以后科研和工作中的實踐能力。但是，由于本課程在教授過程中涉及的理論知識較多，且晦澀難懂，在課堂上學生時常出現厭學現象，課堂效果不盡如人意。針對以上問題，本文將從如何激發學生的學習興趣、提高學習效率和加強實踐能力等方面進行教學改革探索。
1 重視緒論課，明確課程的重要性
萬事開頭難，講好一門課程的緒論課的確不是一件輕而易舉的事情。如何上好緒論課，引起學生對該門課程的學習興趣，這確實是個既嚴肅又頗具藝術性的問題。對教師，這是能否上好一門課的首要問題；對學生，是愿不愿意學和能不能學好的感性基礎。因此，緒論課不僅可以培養學生的學習興趣，而且能夠為教學工作取得良好的教學效果起到的積極作用。
濃厚的學習興趣是影響學生學習積極性的重要因素，對于這門課的緒論建議首先從學生所熟知的小孔成像、海市蜃樓等光學現象入手講解，這樣，既可以第一時間激發學生的學習興趣，與學生產生共鳴，增加課堂的互動性，還可以避開一些讓學生聽不太懂的專業術語。而后，循序漸進的引出課程將要學習的教學內容，讓學生能夠對學習要點有一個初步的認識。最后，明確學習這門課程的必要性和重要性。對于測控技術與儀器本科專業的學生，學好這門課程對于以后從事光學精密儀器制造、光電檢測技術、超精密測量等工程領域的科研工作大有幫助。
2 轉變授課方式，突出課程的實用性
工程光學與技術課程理論性較強，概念較為抽象，公式推導繁雜。傳統的“填鴨式”教學方式難以取得良好的教學效果。這是因為一方面，學生對于抽象的光學概念沒有一個具體的認識，對復雜的數學公式推導容易產生畏懼心理，從而降低了學習的興趣；另一方面，在教師授課過程中過于重視課本上的理論知識講解，大多采用灌輸式教學方式。雖然課堂信息量較大，但是學生對于光學知識的理解仍然停留在表面，無法應用理論知識去解決實際的問題，最終，導致理論教學與實際應用存在嚴重的脫離現象。
在堂課教學中，教師務必向學生傳授基礎理論和實際應用兩者之間的聯系，從而培養學生具有理論聯系實際的本領，明確教學的目的。例如：在第三章平面系統里介紹折射棱鏡一節時，大多數教科書都是開門見山的介紹折射棱鏡的基本概念。而后，在折射棱鏡的兩個工作面內分別按照光的傳播路徑利用折射定律列方程，最后結合主截面內的幾何關系和繁雜的數學關系式，推導出最小偏向角、折射角、棱鏡折射率三者之間的函數關系式。對于這部分教學內容，我們可以從儀器設計的角度以“啟發式”教學方式進行講解。教師向學生說明在一個非共軸光學系統中，折射棱鏡利用自身的特性可以有效地對光路進行折轉，此外，同一折射棱鏡對不同波長的可見光所對應的折射角度不同，在一些科研場所使用的光譜分析儀就是基于折射棱鏡的分光特性所設計的。另外，我們可以從參數測量的角度采用“討論式”教學方式，讓學生發揮想象力，提出如何找到一個能夠測量出未知透明固體介質折射率的可行性方案。只要學生能夠準確地找出該介質折射率與棱鏡的最小偏向角、折射角的之間的函數關系，就意味著找到了解決問題的方法。
3 加強實踐環節，培養學生的動手能力
如何將教科書的理論知識更直觀的展示出來？如何培養學生的實踐應用能力，適應以后的工程實踐要求？這些是每位任課教師都會面臨的問題。而實驗環節的設置則剛好能夠滿足這些需要。一個好的實驗項目，不僅可能培養學生的動手能力，還能夠培養學生的創新能力和科研能力。
工程光學與技術實驗課程主要講授光學儀器的設計方法和光學系統的光路構建及計算方法兩大類，我系實驗室在此基礎上又將實驗項目分為驗證性、設計性和綜合性實驗三大類。例如：在邁克爾遜干涉儀中，三個學生一個小組共同使用一張HLD－JQS系列激光全息實驗臺，從開始動手搭建光學系統的光路到最終觀察實驗現象，只要完全參照實驗講義中的實驗步驟即可完成實驗。這樣的實驗，為學生提供了充分的思考空間和自主實驗空間，充分調動了學生的學習熱情，使其真正的融入到實驗去。不僅培養了學生的動手能力，還培養了學生的團隊精神。
4 結束語
本文提出的課程改革內容都是源于長期的教學實踐經驗和課堂反饋意見。經過幾年的教學探索，我們在課程建設和教學效果上雖然取得了一些成績，但還有一些不足，這需要在以后的教學環節中不斷的完善，使得教學效果進一步提高。
參考文獻：
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現代光學測量技術范文6
關鍵詞：課程設置；實踐；能動性；學習興趣
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）15-0109-03
一、前言
大氣氣溶膠是指大氣與大氣中的各種固態和液態粒子組成的混合體系，狹義上特指各種固態（干）和液態（濕）粒子。自上個世紀第二次世界大戰以來，氣溶膠因對環境以及氣候變化產生了深刻的影響而廣受關注。氣溶膠嚴重污染人類賴以生存的大氣環境，影響大氣物理與大氣化學過程，對大氣輻射、大氣光學現象和電學過程都有較大影響，因此，大氣科學和環境相關專業的學生有必要學習和普及大氣氣溶膠相關知識。
然而，各大高校大氣科學以及環境相關專業很少專門針對大氣氣溶膠科學設置相關課程。實際上，自18世紀工業革命以來，氣溶膠相關研究已成為基礎和應用科學中的一項特殊課題，吸引了物理學、化學和氣象學等多學科專家的關注，進而推動了該學科的發展[1]。1955年，前蘇聯學者[2]出版了《氣溶膠力學》，為氣溶膠科學奠定了理論基礎。20世紀中后期，各國高速發展的經濟造成了環境的嚴重污染，世界性環境問題日益嚴重，學科發展對氣溶膠測量技術提出了新的要求，伴隨著各種微電子、激光以及計算機技術、現代分析化學和分析電鏡技術的介入，氣溶膠科學得以快速發展。
南京信息工程大學針對大氣科學與大氣環境相關專業本科生和研究生開設了《大氣氣溶膠》特色專業課，課程內容與當前全球面臨的氣候變化與環境問題密切相關，課程涉及到的氣溶膠基礎知識、研究方法以及基本理論為深入研究氣候效應和環境問題奠定了基礎，相關知識還廣泛應用在軍事、衛生、工業和農業等領域。該課程側重氣溶膠動力學、光學理論知識學習，同時還要求學生能理解和掌握氣溶膠相應測量技術。在講授過程中，通過結合實際問題，設置與理論知識相關的研究課題，引導學生動手實踐，提高學習樂趣，從而做到實踐與理論學習相結合，提高教學質量，培養學生研究素質[3，4]。
二、課程設置
《大氣氣溶膠》課程要求學生能全面掌握氣溶膠基本概念、分類、尺度譜、主要形成機制等基礎知識，并且能夠從動力學理論出發，理解Brown運動、Stokes定律、Brown運動碰并、切變、重力沉降等內容，熟悉氣溶膠粒子的一般動力學方程，理解干沉降和濕沉降過程，并在大氣氣溶膠消光原理基礎上，理解氣溶膠對輻射傳輸過程的影響，進而在輻射強迫和氣候效應概念基礎上，熟悉氣溶膠輻射強迫特征，最后從測量分析方法上，要求學生掌握氣溶膠濃度、光學特性以及化學成分測量分析的基本方法。
該課程分別從大氣氣溶膠基礎知識、大氣氣溶膠的來源與化學特征、氣溶膠粒子動力學、對流層氣溶膠、平流層氣溶膠、大氣氣溶膠光學特性、氣溶膠氣候效應以及氣溶膠測量與分析8個章節開展研究性學習的實踐模式教學。
前3章內容主要介紹氣溶膠相關基礎知識。其中，緒論內容要求學生掌握大氣氣溶膠概念，理解大氣氣溶膠研究意義，了解大氣氣溶膠的研究歷史和研究方法。大氣氣溶膠基礎知識內容要求學生掌握大氣氣溶膠的尺度、分類和濃度的表示方法，利用氣溶膠譜觀測資料畫圖，熟悉三模態氣溶膠數濃度分布特征、常用的幾類譜分布函數，理解氣溶膠粒子譜分布特征參量，了解譜分布函數應用現狀。大氣氣溶膠的來源與化學特征內容中，需掌握大氣氣溶膠粒子的主要形成機制、幾種常用的源解析方法，熟悉大氣氣溶膠的主要化學組成特征，理解不同來源的氣溶膠尺度分布特征，了解全球氣溶膠產生率。
氣溶膠粒子動力學是本課程的重要基礎理論，包括單個氣溶膠粒子動力學和粒子群動力學。單個粒子動力學內容中，要求學生掌握平均自由程、Stokes定律和重力沉降等概念，理解Brown運動和相關概念（擴散、遷移），了解外力場單粒子運動。氣溶膠粒子群動力學內容要求學生掌握Brown運動碰并、層流切變和湍流中的聚合、重力沉降聚合，熟悉氣溶膠粒子一般動力學方程，了解外力場對粒子聚合的作用。
對流層氣溶膠內容要求學生掌握干濕沉降過程、氣溶膠標高、沉降速度概念，熟悉典型氣溶膠類型垂直分布特征、干沉降速度測量方法、濕沉降清除系數，理解干沉降阻力模型、云內清除和云下清除過程，了解大氣氣溶膠分布的時間變化特征、滯留時間。
平流層氣溶膠內容需要學生掌握平流層氣溶膠基本特征，熟悉火山氣溶膠主要成分、極地平流層云形成過程，理解平流層氣溶膠與對流層氣溶膠特征差異，了解全球平流層氣溶膠研究進展。
大氣氣溶膠的光學特性相關內容中，要求學生掌握大氣氣溶膠的消光原理和相關表征參量（消光系數、單次散射反照率、相函數等），熟悉大、小尺度粒子的散射特征，大氣能見度與消光系數的關系，理解氣溶膠對輻射傳輸過程的影響及其參數化，了解全球和區域氣溶膠光學特征。大氣氣溶膠的氣候效應內容中，掌握大氣氣溶膠輻射強迫基本概念及分類，熟悉氣溶膠直接輻射強迫過程，理解對流層和平流層輻射強迫效應，了解云的輻射強迫。
大氣氣溶膠的測量和分析教學內容中，需要學生掌握氣溶膠濃度、光學特性以及化學成分測量分析的常用方法，熟悉氣溶膠空氣動力學和光學測量原理，理解氣溶膠遙感探測技術，了解全球大氣氣溶膠遙感探測資料及相關產品。
三、實踐教學內容
理論課程教學過程中，需要同時結合實踐教學才能達到較好的教學效果[5-7]?！洞髿鈿馊苣z》基礎知識的授課內容中，講授氣溶膠粒子尺度、分類及其譜相關知識時，可結合不同類型氣溶膠粒子譜儀觀測資料，對各種等效直徑、氣溶膠粒子譜相關知識開展實踐教學，增強學生對氣溶膠基本概念的理解。如，可利用氣溶膠寬范圍粒子譜儀（WPS）的電遷移率和光學計數測量對不同粒徑數濃度進行對比分析，指出空氣動力學等效直徑與光學等效直徑的差別；還可利用該儀器觀測資料，作出尺度在0.01～10μm范圍的粒子譜分布，增強學生對不同模態氣溶膠譜分布特征的形象認識，從而調動學生學習的積極性。
“大氣氣溶膠來源”相關內容可結合氣溶膠單一類型源數值模式開展。如，通過編寫沙塵和海鹽等單一類型源數值模式估算沙塵和海鹽產生通量，實踐過程中可增強學生的動手能力，同時調動學生對氣溶膠相關科研的認識和興趣。此外，在對“大氣氣溶膠化學組分及其來源解析”的教學中，利用離子色譜監測儀氣溶膠觀測資料，教師課堂演示結合學生課后練習，加深學生對授課內容的理解，同時通過自身實踐的成就感提高學生專業學習的興趣[8，9]。
“氣溶膠粒子動力學”相關章節理論性較強，涉及Strokes粒子層流運動、Brown擴散、聚合方程等內容，內容中的理論公式及其推導過程占了很大篇幅，在此情況下，要盡可能結合圖形講授相關公式內涵。如，不同尺度氣溶膠粒子對應的聚合系數有較大差別，結合圖形能更好地展現粒徑尺度與聚合系數之間的關系。在介紹布朗擴散規律時，可對比學生比較熟悉的布朗運動，結合動畫課件演示，加深學生對概念的理解。
課程對對流層和平流層氣溶膠分布特征展開較詳細介紹，結合目前地面和衛星遙感探測資料，全面介紹大氣氣溶膠垂直分布和全球及其區域分布特征。此外，還可以讓學生參與編寫和運行干沉降模式，量化評價氣溶膠滯留時間和沉降通量特征。在平流層氣溶膠中，結合典型的火山氣溶膠事例講授其特征，加深學生對理論知識內涵的把握，從而強化學生的學習效果。
此外，該課程還可對氣溶膠光學特性講授內容開展實踐教學。如，可根據濁度儀、太陽光度計等探測資料，講授單次散射反照率、后向散射系數、氣溶膠波長指數等光學參量，使學生通過感性認識能很快掌握相關理論知識。還可以通過簡單的一維輻射模式介紹，提高學生對氣溶膠光散射與吸收過程的理解。
該課程可結合目前國際上的研究前沿，對大氣氣溶膠的氣候效應開展實踐教學。授課內容結合五次聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）評估報告相關內容進行講授，講授內容從課堂學習到動手實踐，都可與相關研究課題聯系起來，使學生在科學研究實踐過程中培養專業綜合素質，達到高校實踐教學目標。研究過程中，各小組成員互相配合，團結合作，既能節省時間，又能高效地解決問題，還能體現每個成員的重要性，從而提升學生團隊合作意識，培養學生團隊合作精神。
該課程最后章節中，設置了“大氣氣溶膠的測量和分析技術”教學內容，章節內容全面開展實踐教學，從氣溶膠樣品采集技術、氣溶膠濃度測量技術、氣溶膠化學組成測量分析方法以及氣溶膠光學和遙感探測技術全面開展理論和實踐相結合的教學模式，在氣溶膠相關測量和分析技術理論知識指導下，開展氣溶膠碰撞采樣器、氣溶膠粒子譜儀器操作、氣溶膠光學參量觀測等實踐環節，使學生形成理性和感性認識，通過自己的親身實踐，增強學習的能動性，從而達到較好的學習效果。
四、小結與展望
本文全面介紹了《大氣氣溶膠》課程設置和各章節實踐教學相關內容，通過氣溶膠基礎知識、氣溶膠動力學、氣溶膠光學等理論知識與實踐教學相結合，對研究性學習的實踐模式進行探索，以加強學生實踐能力和理論知識應用能力為目標，培養學生學習興趣的同時，提高教學質量。
在實踐教學過程中，需要注意協調學生課堂和課后練習時間，實際參與的時間不宜過長，要保證學生既能動手實踐，又能在有效的時間內完成。此外，還要及時對學生的實踐效果進行評價，實踐內容較多時，需要學生組成團隊合作完成實踐課程內容。此時要保證每個成員都能發揮自己的能力，做到各成員間的合作，建立合理的評價標準，讓每個學生都感覺到公平合理，從而提高他們的學習積極性。
總之，本課程各章節教學內容都能與大氣氣溶膠相關科研資源配合開展實踐性教學，使學生能更好地理解相關理論知識，增強學生對該學科的研究興趣，為學生進一步開展氣溶膠相關研究和工作奠定基礎，達到高校專業課程的教學目標。
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