光电子工程专业范文

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关键词：光纤通信；理论教学；实验教学

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）08-0167-03

当代信息高速公路的骨干网络是由光纤通信网络构成的，若没有光纤的发明及相关有源和无源光纤器件的发明和发展，当今的高速信息网络是无法想象的。但是当今信息产业的高速发展得益于微电子学、光电子学、计算机技术及通信工程等多门学科的快速发展及它们之间的交叉融合。因此，要想成为一名信息技术领域的电子信息工程师、计算机工程师或通信工程师，除了需要掌握本专业的课程知识以外，也应该熟悉现代信息技g的其他相关主要知识，比如光纤通信网络及其相关器件等。本文从光纤通信技术的研究内容、应用及发展等方面说明其在电子信息工程专业教育中的重要性，并研讨电子信息工程专业中的光纤通信课程的理论和实验教学方法。

一、光纤通信技术简介

1960年，美国人梅曼（Maiman）发明了第一台红宝石激光器[1]，给光通信带来了新的希望。和普通光相比，激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高，以及频率和相位较一致的良好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线电波相似，是一种理想的光载波。继红宝石激光器之后，氦―氖（He-Ne）激光器、二氧化碳（CO2）激光器先后出现，并投入实际应用。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。

1966年，英籍华裔学者高锟（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤（Optical Fiber）进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信――光纤通信的基础[2]。在以后的10年中，波长为1.55μm的光纤损耗：1979年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986年是0.154 dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。1970年，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时（约11.4年），外推寿命达到100万小时，完全满足实用化的要求。由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑之年。在今后的几十年中，光纤通信网络的逐步商用化带动了相关信息产业链的蓬勃发展[3]。

由于在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多[4]，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。综上所述，可见光纤通信技术在现代信息产业技术中的重要地位，因此，光纤通信技术这门课程不仅是光学工程专业的基础必修课程[5]，也应该作为电子信息工程专业的专业选修课程来开设。

二、光纤通信课程教学研究

（一）光纤通信课程的理论教学

电子信息工程专业的光纤通信课程的理论知识可以分为四个相互关联的层次和内容，它们分别是：第一部分，光纤技术的基础；第二部分，光纤通信器件技术基础；第三部分，光纤通信系统和网络；第四部分，光纤与光纤通信系统测量。这四个部分的关系层层递进，逐渐深入。理论学时总共32学时。

第一部分，光纤技术的基础。可以先讲解光纤通信技术的一些概念性和历史性的知识，比如：电信技术的发展，光通信的必要性及技术基础，光纤通信技术的历史、现状与未来。此处，可详细介绍人类对光通信探索的历史及现代光纤通信技术从学术研究到商业应用的发展里程，并附带介绍微波通信的发展里程，然后通过比较使用光波进行通信和使用微波进行通信的优缺点及使用光纤材料和使用同轴电缆进行通信的优缺点，让学生了解光纤通信的巨大优势。然后可以简单介绍光纤传输的基础理论――电磁场与电磁波理论中的一些基本概念和现象，重点介绍麦克斯韦方程。最后介绍光纤的模式理论、光纤的结构和类型、光纤的传输特性、光纤制造技术与光缆等知识。其中，光纤传输特性包括光纤的损耗特性和色散特性，这是该部分的重点知识。总之，笔者认为，第一部分内容的讲解方法和手段是非常重要的，不宜讲得深奥，而应该结合动画或者视频讲解光纤的传光原理，使学生易于接受，才能提高学生对这门课程的兴趣，从而继续学习往后部分的相对枯燥的知识。该部分学时安排为6H。

第二部分，光纤通信器件技术基础。这部分讲述光纤通信系统中的有源和无源光通信器件，这些器件是构成一个完成的光纤通信系统必不可少的部件，学好这部分内容有利于理解后面学习的光纤通信网络的内容。这部分内容包括：基本光纤器件、光学滤波器、光纤放大器和半导体光电子器件。基本光纤器件包括分波/合波器、光纤活动连接器、光隔离器、环形器和衰减器等；光学滤波器的内容包括Fabry-Perot滤波器、介质膜滤波器、HiBi光纤Sagnac滤波器、Mach-Zender型滤波器、光纤光栅等；光纤放大器的内容包括：掺饵光纤放大器（EDFA）、光纤Raman放大器等。半导体光电子器件的内容包括：普通的半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）、FP型双异质结构激光器、动态单纵模激光器、半导体光放大器（OSA）、PN结光电二极管、PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管等。对于每一个光纤器件，讲解内容包括这些光纤器件的结构、工作原理、具体参数、应用场合等，应结合动画或者视频讲解，甚至如果有条件的话，可以在课题上带上一些体积很小的光纤器件实物给学生讲解，比如光纤活动连接器、LD、LED、光纤光栅、PIN光电二极管价格便宜、体积小的光纤器件。该部分学时安排为10H。

第三部分，光纤通信系统和网络。这部分是本门课程的核心和精华部分，包括光纤传输系统、光纤通信网、全光网技术及其发展三大部分。其中，光纤传输系统的内容包含：光纤传输系统的基本组成、光发送机组件、光接收机组件、光放大噪声及其级联、色散调节技术、光纤传输系统设计、光纤传输系统性能评估。光通信网络的内容包含：通信网的拓扑结构和分类、准同步数字系统（PDH）、同步数字系统（SDH）、异步传输模式（ATM）、互联网协议、光纤通信网的管理/保护/恢复。全光网技术及其发展的内容包含：通信网络的发展过程、全光网络中的传输技术（WDM、OTDM、OCDMA和分组交换技术）、无源光网络（G-PON、E-PON、WDM-PON）、光传送网（G.709OTN）、自动交换光网络、全光网的网络管理、全光网的安全问题。对于每一种光纤网络技术，讲解内容包括这些光纤网络结构、功能、应用场合等，应尽量使用PPT的图片、动画进行讲解，PPT上要尽量避免文字上描述。该部分学时安排为12H。

第四部分，光纤与光纤通信系统测量。该部分主要介绍光纤通信工程实施、检测中一些常用的设备和仪器，在本门课程的实验教学中都要使用到这些设备，是培养光纤通信工程师的基础技能知识部分。该部分的内容包括：光功率计的使用、光纤几何参数的测量、光纤衰减测量、光纤色散测量、光纤偏正特性测量、光纤的机械特性和强度测量、光时域反射计（OTDR）的使用；光接收机灵敏度和动态范围的测量、光纤通信系统误码率和功率代价的测量、眼图及其测量、光谱分析仪、光纤通信系统的在线监测技术。其中，重点讲解光功率计、OTDR、眼图示波器、光谱分析仪等仪器设备的功能和使用方法。该部分学时安排为4H。

（二）光纤通信课程的实验教学

对于电子信息工程本科专业而言，毕竟培养的学生不属于光学工程或光电子技术领域的人才，而且电子信息工程专业本身都有很多属于自己专业的实验课程及课程设计，因此，笔者认为光纤通信技术课程的实验教学应根据该专业学生的理论基础和将来他们最可能需要的工程能力而设置。因而，笔者建议光纤通信课程的总学时设置为48学时，理论教学学时为32学时，7个实验的教学学时为16学r。

根据笔者10年来给电子信息工程专业本科学生讲授这门课的经验，认为具体的实验课程设置如下。

1.插入法测光纤的平均损耗系数。采用插入法测量待测光纤在1310nm和1550nm处的平均损耗系数。掌握插入法测量光纤损耗系数的原理，熟悉光纤多用表的使用方法。学时设置为2个课时。

2.光时域反射计（OTDR）测光纤链路特性。用光时域反射计测量光纤链路的平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。了解光时域反射计工作原理及操作方法，学习用光时域反射计测量光纤平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。学时设置为2个课时。

3.光波分复用（WDM）系统实验及其误码率测量构建1310nm/1550nm光纤波分复用系统并测试其误码率，了解光波分复用传输系统的工作原理和系统组成熟悉误码、误码率的概念及其测量方法。学时设置为2个课时。

4.数字光纤通信系统信号眼图测试。构建数字光纤通信系统并且用数字示波器观测系统的信号眼图，并从眼图中确定数字光纤通信系统的性能。了解眼图产生的基础，根据眼图测量数字通信系统性能的原理；学习通过数字示波器调试、观测眼图；掌握判别眼图质量的指标；熟练使用数字示波器和误码仪。学时设置为3个课时。

5.光纤切割与焊接技术演示实验。利用全自动熔接机向学生演示光纤熔接的全过程，了解光纤的结构和光纤电弧放电焊接原理；了解全自动焊接光纤的过程和使用方法。学时设置为2个课时。

6.光纤光栅光谱特性测试系统的设计实验。测量光环行器的插入损耗、隔离度、方向性、回波损耗参数；利用PC光谱仪、光环行器和光纤光栅设计光纤光栅光谱特性的测试系统；了解光环行器的工作原理和主要功能；了解光环行器性能参数的测试原理；了解光纤光栅的光谱特性；学习PC光谱仪的使用方法。学时设置为3个课时。

7.光带通滤波器的设计。测量光耦合器的插入损耗、分光比和附加损耗等参数；利用光耦合器或者光环行器和光纤光栅设计光带通滤波器。了解2X2光耦合器的工作原理，了解光耦合器各项参数的测试方法。学时设置为2个课时。

通过以上实验课程，能够使电子信息工程本科学生对光纤通信系统的基本器件、基本测量系统等有一个比较感观的认识，而且能够更加深刻地掌握它们工作的基本原理和基本特性，为将来在具体的工程设计及进一步深造中奠定基础。

三、结束语

光纤通信技术在国家的信息产业、国防工业中具有举足轻重的地位，电子信息技术与光学信息技术的结合也越来越紧密。对于当今的电子信息工程专业的学生而言，除了需要掌握本专业牢固的知识和技能以外，了解和掌握光纤通信技术的基础知识和相关的技术发展趋势也是必不可缺的。本文通过对电子信息工程专业特点和光纤通信课程内容的分析，讨论了该门课程与该专业的内在联系，分析其重要性，并根据笔者10年来在重庆理工大学电子信息工程专业讲授该门课程的经验，提出了本门课程在电子信息工程专业中的理论及实验的教学内容、教学重点、教学方法及课程设置等方面的一些意见和建议。

参考文献：

[1]高D.激光技术应用现状与分析[J].物理通报，2007，（11）：50-52.

[2]龙泉.光通信发展的回顾与展望电信网技术[J].2008，（2）：30-32.

[3]曲鹏.光纤通信技术的应用及展望[J].硅谷，2014，7（24）：2-2.

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光电信息科学与工程专业简介 光电信息科学与工程是一门普通高等学校本科专业，属电子信息类专业，基本修业年限为四年，授予理学或工学学士学位。

该专业以理工融合为特色，依托学科为电子科学与技术、计算机科学与技术、信息与通信工程，主要培养学生掌握光电信息科学与技术领域的基础知识和基本技能，为在光电信息处理、光电子学、电子信息技术、通信技术等领域从事科学研究、产品设计和开发奠定基础，专业课程设置对光电子器件及应用、光电信息处理、宽带光纤通信系统的设计与应用有所侧重。

课程设置：模拟电子技术、数字电子技术、激光原理与器件、光电技术与器件、光纤通信原理、光电图像处理、电动力学、量子力学、固体物理、半导体物理、物理光学与应用光学、信息光学、光电技术实验、C语言程序设计等。

毕业生可在光学、光电子学、激光技术、光通信技术、光信息处理技术、计算机应用技术等领域从事教学、科学研究、产品研发、生产技术管理等工作。

光电信息科学与工程专业就业前景怎么样 光电信息技术是由光学、光电子、微电子等技术结合而成的多学科综合技术，涉及光信息的辐射、传输、探测以及光电信息的转换、存储、处理与显示等众多的内容。

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关键词：光电子技术基础；理论教学；实验教学；

一、引言

2013年安庆师范学院物理与电气工程学院为适应学校筹建多科性大学的需要，开设了光电信息科学与技术专业。针对光电专业特点，安庆师范学院在2015年新开设了光电子技术基础课程。光电子技术是研究光与物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术，主要应用于信息领域包括光通信系统、光纤传感、光电显示以及光存储，医疗，生物科学，激光加工和军事等领域。我国已经形成了发展潜力巨大的光电子产业，掌握光电子技术有助于提升光电专业学生的专业素质和就业竞争力。针对课程特点，我们对该课程的理论课教学做了初步的研究并根据课程特点开设了配套实验课，取得了良好的教学效果。

二、理论教学

第一，课程设置。根据学校对专业的定位，为了能够培养出社会应用型人才，我们选择安毓英主编的《光电子技术》作为主要参考教材，主要介绍光电子领域中光源、光辐射的传播、光束的调制和光探测等关键技术的基本原理和应用实例。针对课程特点重点介绍光电子技术的实际应用，有必要跟踪反映国内外的一些新技术和新设备的动态，充分拓展学生的视野和知识面[1]。对于基础原理的把握需要学生学习一些先修课程，包括激光原理与技术、电磁场与电磁波、半导体物理学以及物理光学等。有了这些基础知识储备，在教学过程中可以将更多的课时放在光电子器件及其发展的介绍上，通过这一门课程的学习真正培养学生的职业能力和专业素质。

第二，教学方法多样性。我们在教学中采取多种教学方法并存的教学模式。结合传统板书教学，充分利用多媒体教学的优势[2]。首先，内容引入。在每一章内容的开始，通过剪辑一段与章节内容相关的视频或者图片集播放展示，用比较直观的方式让学生了解接下来这一章他们将要学习的内容，给学生留下思考题，让他们带着问题开始接下来的学习，激发学生的学习兴趣。其次，建立联系。根据“光电子技术基础”课程偏应用型的特点，通过联想法将课本学习内容与现实生活联系起来，使教学内容深入浅出。比如介绍光通信系统，就可以联想到学生常用的手机，通过介绍手机实现通话的过程：包括信号调制、信号传输、信号接收和信号解调等，涵盖了光电子技术在通信领域应用的多个模块；在讲光敏电阻时可以联系城市里根据亮度自动开关的路灯。通过这些生活中的实例，激发学生的求知欲。最后，反转课堂。加强学生的课堂互动，开设学生讲堂。将学生分成若干小组，3-5人一组。老师讲授基本原理后，布置课后任务，每组分别就一个课题准备10分钟左右的PPT。每一次课最后留15分钟时间让学生展示他们搜集到的资料以及对学习内容的理解。并采取学生互评和老师评价相结合的模式打分，成绩计入平时成绩。

三、配套实验教学

第一，基础实验。针对课程特点，我们引入了配套实验，使所学理论知识与实验有机结合，提高教学效果[3]。光电子技术基础课程教学中，关于光调制和光探测技术的内容介绍了多种调制原理以及探测器件，在学习完相关理论知识后，我们开设相应的配套实验课程。包括电光调制、声光调制和磁光调制的原理演示实验。以及包含多种探测原件的光电探测器特性测试实验平台，该平台涉及的光电探测器包括光敏电阻、光电二极管、APD光电二极管、PIN光电二极管、光电三级管、硅光电池等，涵盖了几乎所有类型的光电探测器。学生可以测试这些探测器的短路电流、开路电压、伏安特性、光电特性、频率响应特性、光谱特性和灵敏度等相关特性，并综合对比不同类别的探测器性能，帮助学生理解如何根据不同场合选用不同的探测器。理论与实验的结合使学生既可以根据所学原理知识自己动手做实验增强动手能力，又可以通过观察实验现象对所学理论知识有更直观的理解，加深对基本原理的掌握。

第二，创新实验。除了传统的验证式本科实验教学，我院还引进了光电技术创新实训平台。提供多种光电器件的应用模块、设计模块、各种数字表头以及设计中所需要的电子元器件，并配备有各种电源接口。学生可以根据提供的实验模块开展各种实验，充分展示自己的创新思维，将所掌握的光电器件真正应用到实际生活中。包括光敏电阻光控开关、热释电报警器和硅光电池光照度计等二十余种光电仪器的设计，都可以通过该实训平成。通过实验教学，极大地提高了学生的动手能力及创新意识，为社会培养出具备实际应用能力的高素质人才，最终达到服务社会的目的。

四、考核方式

根据课程安排特点，学生的最终考核成绩以平时成绩、实验成绩和期末考试成绩相结合。其中，平时成绩占20%（包括考勤、作业和学生讲堂），考试卷面成绩占50%，实验成绩占30%，综合考察学生的学习态度、自学能力、接受新知识的能力和实验创新能力。通过实际教学验证，这种理论与实验相结合的教学方式取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]罗敏.“光电子技术基础原理”教学方法探讨[J].求知导刊2014(10)

[2]于雪莲，顾国华.《光电子技术》教学方法的探讨[J].高教论坛2009(9)

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关键词：光电子技术；实验教学改革；教学方法

作者简介：李忠洋（1983-），男，山东枣庄人，华北水利水电学院电力学院，讲师；邴丕彬（1982-），男，山东青岛人，华北水利水电学院电力学院，讲师。（河南 郑州 450011）

基金项目：本文系华北水利水电学院2011年教学改革重点项目的研究成果。

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）10-0165-02

光电子技术是激光技术、微电子技术、光纤传感、光纤通信等众多领域的交叉学科，它以电磁波为基本信息载体，通过对电磁波的控制、调制、接收、存储、处理和显示等技术，获取所需要的信息。“光电子技术”课程是电子科学与技术专业的基础课，承担着巩固基本原理、拓宽专业知识、培养学生创新能力的重要作用。通过对本课程的学习，学生能够建立起有关光电子技术的基本概念，获得与光电子技术相关的基本理论和基本技能，为学生后续专业课程的学习及今后从事本专业的工程技术工作和科学研究打下坚实的基础。“光电子技术”实验教学可以使学生加深对“光电子技术”理论知识的理解和巩固，通过对实物的观察和研究，增强学生的感性认识，深化对光电子技术深层次规律的理解和领悟。开展“光电子技术”实验对培养学生提出问题、做出假设、设计实验、观察记录、分析推理等方面的能力十分有利。然而现在面临的情况是一方面随着科学技术的日新月异，光电子技术信息量成爆炸式增加；另一方面由于电子科学与技术专业教学计划的改革，使“光电子技术”实验课程的学时数进一步减少。这种矛盾的出现，要求教师必须及时对实验内容、实验方法、实验手段等进行改革与优化，努力提高实验教学效果，以便在有限的教学时间内，将丰富的信息传递给学生，提高学生的动手能力，保质保量地完成实验教学任务。

一、当前“光电子技术”课程实验教学存在的问题及原因分析

目前，随着国内高校高级教育人才的不断引进，“光电子技术”实验课程的教学质量不断提高，但是随着研究的深入发现该实验课程仍然存在着一些问题。

1.对实验教学的重要性认识不够

部分学院领导受传统“应试教育”思想的影响，长期以来重视理论教学，轻视实验教学和学生实践能力的培养。认为实验教学仅是作为理论知识的验证，是理论教学的附属品。基于上述错误认识，学校对实验教学的学时越压越少。从实验教师的角度来讲，实验教学相对于理论教学难度大，实验教学不但需要教材，而且需要实验器材；不但需要动脑，而且需要动手；不但需要与校内各部门打交道，而且有时还需要联系校外有关单位。另外，实验教师在评优、评职称等方面机会较少、难度很大，因此很多教师没有在实验教学上投入较多精力。

2.实验室建设问题

实验仪器落后陈旧，科技含量普遍较低；实验室面积不足，使得目前实验条件难以满足实验教学的需求。以华北水利水电学院电力学院为例，光电子技术实验室面积不足40平方米，实验台只有4个，每次只能满足8位同学同时做实验，而一个年级光电子技术专业的学生有120余人，所以实验室面积的不足严重限制了实验教学效果。另外，有些光电子技术实验需要使用激光器、光学探测器、光谱分析仪等贵重仪器，而实验室没有足够的经费购买这些仪器，因此实验器材的短缺严重制约了实验教学的正常开展。

3.实验教学的组织管理和考核问题

实验教学的管理制度不够完善，因此出现了实验教学多个部门都管而实际上谁都管理不善的现象。教学质量评价体系不够健全，学生实验课成绩考核不够细致，对实验教学的要求远没有对理论教学要求的严格，使得实验教学的质量难以保证。

由于上述各方面的因素，高校现行的实验教学理念、教学方法，以及各种实验教学配套设施等都存在着与现代社会对高素质人才要求不相适应的地方。为适应社会发展的需要，培养创新型、高素质人才必须重视和强化实验教学改革。

二、“光电子技术”课程实验教学改革的对策分析

华北水利水电学院的“光电子技术”课程实验由电力学院电子教研室承担，在教学过程中，该教研室积极响应教改要求，从自身水利水电的特色出发，针对上述问题积极探索新的实验教学模式，对如何提高教学质量进行了深入探讨，逐步形成了一套自己的实验教学方法。

1.加强实验室建设

实验教学效果的好坏在一定程度上取决于实验教学设施的优劣。提高实验教学效果，必须加大投入，加强实验室基础设施建设，争取让每一个学生都有实验的机会和平台。在设施精良的实验环境中培养学生的主动探索能力，无疑会极大地激发学生的学习积极性，更好地培养学生的动手能力，因此实验室基础设施建设对于实验教学的重要性不言而喻。对于实验室的建设，一方面可依托学科基础，积极申请实验室建设资金，通过项目资助的方式逐步推进实验室建设；另一方面可积极寻求与相关单位的合作，以项目合作的形式取得双方共赢，在锻炼学生实验能力的同时，也促进了实验室建设。学校有关职能部门要把好关，根据学校的开课情况做好实验室建设规划，提前落实实验教学的各项措施。实验教师要千方百计的提高实验室利用率，避免资源闲置和浪费。

2.构建一支精良的实验教师队伍

一支高水平的实验教师队伍是提高实验教学质量的关键所在，因此建设一支理论水平高、实验技术精湛、年龄结构合理、责任心强、具有奉献精神的实验教学队伍刻不容缓。基于此，高校在引进教师时应尽可能引进既具有较高专业理论知识又有较强实践能力的综合型人才。对刚参加工作的青年教师进行职业道德和实验技能培训，使青年教师树立职业道德观念，提升业务水平；聘请业内知名专家对青年教师进行业务培训，使青年教师学习新思想、新方法，掌握新设备、新技术，提高青年教师的实验教学水平。改善和提高从事实验教学工作教师的待遇，提高广大实验教师的积极性，吸引广大教师尤其是高职称教师积极参与实验教学，使实验教学岗位成为能够吸引人才和留住人才的岗位。

3.创新实验方法，精炼实验内容

在实验教学中，改变传统的“教师讲，学生听、教师演示，学生观看”的方法，以新颖的实验内容，激发学生探索未知世界的兴趣。如在讲到非线性光学频率变换技术时，先提出问题：一束不可见的激光在一定条件下能不能产生各种颜色的可见光，这样会激起学生的兴趣，使学生集中精力继续听下去；然后通过教师的实验演示可看到在不同的实验条件下，不可见光可以转换成红橙黄绿青蓝紫各种颜色的光。这样在强烈兴趣的引导下，学生会迫不及待的探索实验、了解实验原理，因此好的实验内容和创新的实验方法会起到事半功倍的作用。

4.以兴趣带动教学，培养学生创新能力

在人才教育中，培养学生的学习兴趣尤为重要。兴趣在学习和认识过程中起着巨大的内驱作用。在实验教学中要想方设法地激发学生学习的兴趣，让学生主动参与实验的全过程，并在参与中体会到学习的乐趣和成功的喜悦，真正调动起学生自主学习的热情。通过参加实验设计给学生提供自我展示的平台，充分调动学生的主观能动性，培养学生的创新能力。为了给学生提供更多的实验机会，华北水利水电学院光电子实验室设立了激光开放实验室、光纤传感开放实验室、光谱分析开放实验室、光学探测开放实验室，为学生在课外时间提供了广阔的实验平台，吸引了一大批学生进入到各个开放实验室，在实验教师的指导下主动探索未知领域，在巩固理论知识的同时又锻炼了学生们的实际动手能力。在近几年学校组织的光电子类和机电类的竞赛中华北水利水电学院取得了较优异的成绩。

5.改革实验考核方式，促进实验教学发展

传统的考试题型和方式只适合对学生进行理论知识的评价，而实验能力则是学生将理论知识应用于实践的综合能力，传统的题型和方式显然无法胜任评价任务，因此对实验教学的考核要探索新的方式。为了使学生毕业后能更好地适应当前社会对高素质人才的需求，在探索实验考核的新方式时一定要注意与社会职业技能鉴定接轨，要建立起基本技能、专业技能及综合技能考核体系，鼓励学生参加各种职业技术能力考试，取得社会公认的职业技能资格考试证书。另外，还要培养学生良好的从业规范和职业素质，使其在毕业时能达到劳动准入制度所要求的相关技能等级。

三、教学效果

本文通过分析“光电子技术”实验课程存在的问题，从实验室建设、教师队伍建设、实验方法、实验内容、实验考核等多个环节对“光电子技术”实验教学改革进行了深入分析，提出了改革方案。实践证明，改革后的实验教学能够有效激发学生的兴趣，使学生在巩固理论知识的同时又锻炼了动手能力，有效提高了“光电子技术”实验课程的教学质量。

参考文献：

[1]于雪莲，顾国华.《光电子技术》教学方法的探讨[J].高教论坛，

2009，（9）.

[2]席锋.《光电子技术》教学改革探讨[J].重庆工商大学学报，

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[3]雷群安.高校实践教学存在的问题及对策研究[J].焦作师范高等专科学校学报，2010，（1）.

[4]彭润伍，唐立军，郭裕.结合前沿科学培养光电子专业创新人才[J].中国电力教育，2009，（23）.

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提高教师知识水平在教学过程中，教师具有主导作用，因此提高教师知识水平可以有效地提高教学质量。这可以通过以下几个方面来实现:(1)要求教师多看书、多查资料来了解光电子技术的基本内容，并时常关注光电子技术领域的新进展，做好与时俱进;(2)送教师到光电子技术水平较高的院校进修、参加光电子技术方面的国内国际会议或到相关的企业学习，通过向他者交流学习来提高自己;(3)鼓励教师进行光电子技术方面的科学研究，这可以使教师对该方面的知识有更深入的了解。适当变更授课内容光电子技术发展迅速、学生的知识需求也在逐渐变化，这就需要不断的对授课内容进行调整，具体来说就是删旧和增新:(1)册l旧，册l除或压缩己学过的或陈旧的内容。如《光电子技术》课程一般都是开设在《光学》后的，所以有些光辐射的知识在《光学》中己经讲过的就可以删除。一些陈旧的光电子如阴极射线管，现今应用比较少，讲解的时候就可以压缩课时和授课内容。(2)增新，增加相关的新技术。摘取国内外期刊上发表的最新技术进展进行讲授，既丰富了课堂内容，又拓宽了学生视野，还可以培养学生的科研意识。

改革教学方法课堂教学是所有的教学环节中最重要的一环，用什么方法进行教学是非常值得我们探讨的。讲课不仅是对己有知识的简单阐述，而且是教师的一种再创造过程。“一块黑板加一支粉笔”这样的传统教学方法己经不适合现代化的今天了，现今的教学方法应该更趋多元化:(1)引导学生建立长远学习动机。由院系组织，请往届毕业生返校或知名工程师做光电子技术方面的学习和研究体会报告，让学生知道为什么要学光电子技术，学好了以后可以干什么，帮助学生明确自己的学习目的，建立长远的学习动机。也可以在讲课过程中举一些生活中的光电子技术应用实例，如PPI是怎么投影到屏幕上的，光电池怎么把光能转化成电能的等等，让学生对“学了这个有什么用”有个直观的认识，促使他们主动去学。(2)运用多媒体，增加授课的信息量。多媒体课件有形象、直观的优点，可以增加学生学习的趣味性，因此作为现代化的教学手段，它可以大大提高教学的效率。但是也不能一味的依赖多媒体，要注重与板书的结合。如在讲解电光调制时，用多媒体展示电光调制的示意图，再配合黑板板书推导进行讲解，才能够更有利于学生对授课内容的理解。(3)增强实验教学。实验有助于学生对所学知识的深入理解，还可以增强学生的动手能力，因此，《光电子技术》作为技术性较强的课程更离不开实验教学。可开设的实验有很多「生，如:光源与光辐射度参数测量实验、光敏电阻、光电池及光电二极管特性参数测试实验、LED角度特性参数实验等等。改进考核办法将平时成绩、实验成绩及期末考试成绩按照20%、20%及60%的比例均纳入总成绩的评定，促进学生理论学习和实践学习两手抓。

增强师生互动教学中的教和学是两方面的，除了老师教，更重要的是学生学。增强师生互动，一方面可以让老师体会到学生对所学的课程有兴趣，老师会更愿意教;另一方面，也可以让老师对学生的知识需求及掌握程度有很好的了解，以调整讲授的内容和进度，使得教学效果达到最好。

要想上好《光电子技术》这门课，首先要明确教学目的，再在双重考虑教学目的和本专业实际情况的条件下，选取授课内容。在教学过程中，要注意提高教师知识水平、改革教学方法、改进考核办法及增强师生互动，以得到最好的教学效果。

作者：张颖颖 单位：南京晓庄学院物理与电子工程学院

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关键词：光信息科学与技术；多维实践教学；课程设计；人才培养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）33-0193-02

一、引言

高等教育是知识创新、传播和应用的主要途径，更是培养创新精神和创新人才的摇篮。教育部副部长赵沁平表示，在建设创新型国家过程中，高等学校应该也必须发挥重要的作用，可以提供全面的人才支持。而《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》提出，要“创立高校与科研院所、行业、企业联合培养人才的新机制”。实践教学是战略性新兴产业所需的创新人才培养过程中不可缺少的重要环节。[1]创新教育的基础是实践，要培养大学生的创新能力，必须为大学生构建良好的实践平台。[2]

光电信息产业是湖北省重点扶持的产业之一，光电子行业一直保持快速、健康发展势头，成为湖北省重要的支柱产业和先导产业，对于促进社会就业、拉动经济增长、调整产业结构、转变发展方式具有十分重要的作用。“十二五”期间是光电产业的关键时期，必须紧紧抓住这个战略关键时期，大力培养高水平光电产业技术人才、创新产业组织方式，实现光电子产业战略目标[3]。本专业面向我省战略新兴产业和区域内重点产业，培养德智体全面发展，专业基础理论扎实，具备光电信息技术方面的基本技能和工程实践能力，能很好地掌握计算机技术、电子技术和光电技术，具备设计节能环保光电产品的能力，能在光电产业、科研部门从事光电信息领域的科学研究、技术开发、设备使用与维护工作的高级专业人才。

本文针对光信息科学与技术专业实践教学特点和专业发展特性，以武汉工程大学理学院校内实践环节、校外实践环节和校企产学研三个实践环节三位一体实践平台为例，讨论实践教学模式的改革与创新的方法和意义。其探讨对本专业建设发展以及其他理工科专业建设发展有一定意义。

二、现有实践教学中存在的问题

我校的光信息科学与技术专业于2003正式招生，至今已经发展12年，开设了光电子、激光和光通信等3个专业方向，并在筹建光学信息技术省重点实验室。本专业学生主要学习光信息科学与技术的基本理论和技术，熟悉光学、电子学技术和计算机技术，目标培养具有扎实的数学、物理、电子和计算机的基础知识，系统地掌握光学信息处理技术、现代电子学技术和计算机应用技术的基本技能，能在应用光电子学及相关的电子信息科学、光通讯、激光技术、光机电算一体化产业等领域从事科学研究、教学、产品设计、生产技术或管理工作的光信息科学与技术高级专门人才。但在专业发展的同时我们也看到了存在的一些问题。

（一）课程与实践脱节

光信专业课程设计包括光电子电路、工程光学、光通信技术、光电技术、激光技术、太阳能光伏系统等，其学时约占总课时的三分之一，是专业课的理论教学的延伸与有效支撑。但通过与企业沟通和与往届毕业生沟通了解到，专业课程内容存在陈旧落后，理论脱离实际，缺乏社会实践性，导致学生进入工作单位后发现所学知识用不上，而实际需要的知识又没学的现象。不仅课程设计，专业开设的各个实践环节之间也出现脱节现象，各自为政，缺乏有设计的联系。

（二）实践教学考核体系不合理

大部分实践课程考核方式仍然和普通专业课程考核方式一样，比如实验仅仅是专业课程考核中的一部分，普遍只占总成绩20%，而这20%中还主要以出勤率和实验报告，基本上老师的主观印象评价占主要成分。而独立于课程之外的生成实习环节也存在这一问题，对其的评价主要依赖企业出勤率和实习报告，其最后成绩往往流于形式，而缺乏对实习过程中本应最重要的实践过程及创新性的体现。这些不合理的考核评价方法最后会大大影响学生对实践环节的重视程度，致使学生对实践类学习项目敷衍忽视。

三、多维实践教学模式

针对实践教学中存在的问题，本专业提出了一系列改革措施。借用与美国佛罗里达理工学院合作办学平台，借鉴国内外高等工程实践教育改革经验[4-6]，通过与光电高新企业密切合作，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质与工程实践能力，在光通信器件、激光加工、太阳能应用和LED节能环保照明等领域培养从事光电系统设计、光电技术应用以及管理的应用型高级工程人才。

针对光电专业的实践教学中校内实践环节（实验、课程设计）、校外实践环节（生产实习）和校企产学研三个实践环节进行有机整合，形成由校外生产实习基地、校内实验室和校企联合研发中心共同组成的、面向全体学生、多角度、多层面的学生实践学习平台，旨在提高学生的实践和创新能力。

（一）加强具备国际视野的“双师型”教师队伍建设

在现有的实习基地基础上，进一步扩宽和深化校企合作。专业每年派遣若干名具备留学经历的专业教师深入企业，参与企业的生产管理、产品研发和现场管理，培养专业教师的工程实践能力，同时解决企业高水平专业人才不足的实际困难。另外，邀请企业技术骨干参与专业课程教学和实验指导和专业教材建设，让教学内容更贴近生产和研发需求，避免教学和生产实际的脱节，保证教学内容的实用性，真正提高教学质量，培养创新和实践能力。

（二）多维实践平台建设

专业实践基地分为校内和校外2部分。在校内建设有光电子创新创业基地和专业实验室，基地室内面积约300平方米，指导教师8名，接纳规模40人，专业实验室面积接近1000平方米；学校拟再投入300万元建设飞秒激光实验室，目前正在申报湖北省光学信息技术重点实验室，随着实验室建设的不断完善，课外实习实践基地的成形，能为培养方案中的实践环节的实施和学生实践能力的培养提供保障。在校外部分，院里已经签约校外实习基地6个，接纳规模120人，能够承担认识实习、生产实习、毕业实习、工程实践，以及职业岗位技能培训。

1.三位一体实践平台硬件的建设。现有的校外生产实习基地的巩固、规范，进而开拓新的学生生产实习基地；完善校内实验室建设和运作管理，增加实验室的开放性；促进光电专业与企业的产学研合作，推动校企联合研发中心的建设和规范。

2.三位一体实践平台运作机制的建设。构建生产实习基地、实验室、教研室的互动、协作，促成校企联合研发模式的建立，以研发合作为桥梁，协调校内外学生实践环节，真正提高学生的应用能力，以及在应用中的创新能力的培养。

3.根据合作的光电信息企业的需求，采用订单培养模式，充分利用学校专业人才的培训提高，调整专业实践培养内容，优先为合作单位培养合格本科毕业生。

四、结论

多维实践教学系统改革依托湖北省战略新兴产业人才培养针对光电专业的实践教学中校内实践环节（实验、课程设计）、校外实践环节（生产实习）和校企产学研三个实践环节进行有机整合，形成由校外生产实习基地、校内实验室和校企联合研发中心共同组成的、面向全体学生、多角度、多层面的学生实践学习平台，旨在提高学生的实践和创新能力。改革现有的实践教学管理体制和运行模式，创造新的人才培养模式，引导学生积极参与教学过程，进行主动的创造性学习，并使学生较早地参与科学研究和生产实践，提高大学生的科学素质、创新精神和创业、实践能力，以培养适应新世纪我国现代化建设需要的具有创新精神、实践能力和创业精神的高素质人才。

参考文献：

[1]袁振国.当代教育学[M].北京：教育科学出版社，2004.

[2]李晨霞，康娟，夏涛.光电信息工程专业人才培养研究[J].高等理科教育，2008，（6）：35-37.

[3]王宁，贾传磊，焦志勇.光信息科学与技术专业人才培养现状分析与思考[J].科技信息，2008，（23）：372.

[4]王建伟.建立产学研紧密结合的高等理工实验与实践教学模式[J].实验技术与管理，2008，22（9）：25-27.

[5]刘艳春.多维教学模式的探索[J].辽宁师专学报：自然科学版，2011，13（4）：55.

[6]郝鹃，路美秀，安清波.多维教学模式在数据库原理课程中的应用[J].信息系统工程，2011，（12）：145-146.

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Abstract： LED lighting and new energy industry is becoming one of Chinese most important industries， which implies a huge opportunity， while also faces change and challenge. In this paper， we discusses the significance for developing LED lighting and related new energy industry in Yichang explicitly. Furthmore， through extensive research， the development of LED and new energy industry recommendations are proposed.

关键词： 宜昌；LED；新能源

Key words： Yichang；LED；new energy

中图分类号：F426 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）32-0050-03

作者简介：王俊（1982-），男，湖北宜昌人，博士，讲师，主要研究方向为新能源应用技术及材料。

0 引言

火的使用开始了人类文明，同时也开始了人类照明领域的第一次革命。而爱迪生发明的白炽灯开始了第二次照明领域的革命，这次革命产生了通用电气、西门子、飞利浦等百年跨国巨头。

随着发光二极管（LED）的出现，引发了全世界对照明的新思考。它采用冷光源发光，改变了传统的白炽灯的发光原理，低能耗高亮度，环保、节能，将引领人类照明领域的第三次变革。全球许多国家投入了专门的力量对其进行研究，LED照明产业更是成为现今最热门的产业之一。未来几年，我国LED潜在市场规模庞大，据测算，2015年我国LED照明产业规模将达到5000亿元。

1 发展LED照明的背景及意义

在我国，LED照明也成为一项关系国计民生的重要产业，发展LED照明产业对我国有着重要的意义，关系到我国未来经济发展的战略选择。目前我国是仅次于美国的第二大发电大国，其中仅照明用电就占发电总量的12%，年照明用电约4000亿千瓦，而且目前仍以每年5%至10%的速度增长。

如推广应用LED照明，可节约用电2000亿千瓦时，相当于葛洲坝和三峡电站年发电量总合的两倍。同时，控制照明用电的速度增长对缓解我国电力供应不足将大有益处。此外，我国是“京都议定书”的签约国，承诺减排25%，节能是必然之举，大规模采用LED照明更是当务之急。

在产业政策上，2003年3月，“十五”科技攻关计划将“半导体照明产业技术开发”立项。同年9月，科技部、信息部等多部委及北京等11个地方政府，成立国家半导体照明工程协调小组，启动了“半导体照明工程”。2005年，国家制定了“半导体照明产业发展计划”。2006年2月9日颁布的“国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）（863计划）”将半导体照明列为重点工程。2007年，国家计委、科技部的《当前国家优先发展的高技术产业化重点领域》指出，优先支持功率型LED光电器件等重点产业。2009年，国家发改委、科技部及多部委联合制定了《半导体照明节能产业发展意见》，明确地将半导体照明列为三大重点领域之一。2012年5月7日，科技部《半导体照明科技发展“十二五”专项规划（征求意见稿）》，明确提出要加大对LED照明推广的支持力度。

2 宜昌市发展LED照明及相关新能源产业的意义

宜昌市位于湖北省西部，地处长江中上游结合部，渝鄂湘三省市交汇地，上控巴蜀、下引荆襄，以“三峡门户”、“川鄂咽喉”著称，举世闻名的三峡大坝和葛洲坝电站都位于此处。

由于宜昌独特的地理位置和丰富的水电资源，决定了宜昌工业发展的重点是载电体工业，即以市场为导向，立足宜昌水电能源优势，依靠科技进步和技术创新，发展以高耗能、大耗水、环保型为特征的载电体工业。

另一方面，由于宜昌宜居的生活环境，清洁的水电资源以及丰富的巴蜀文化，使宜昌在发展低碳、环保旅游城市的过程中有着得天独厚的优势。但是，由于以往宜昌丰富的水电资源，重工业成为引领经济增长的主导产业，目前已经形成了以化工、建材、黑色冶金、有色冶金4大高耗能重工业体系，并占有绝对比重，单位GDP能耗巨大，这与建设水电旅游名城的方向存在着偏差。

因此，调结构，降低重工业的比重，加大科技投入力度，提高现有重工业科技节能减耗能力，不断促进产业升级，积极发展技术先进、能耗较低的电子、新材料等高新技术产业，优化行业结构，实现宜昌市能源低碳化的任务迫在眉睫。采用LED照明及发展新能源产业就成为化解这些难题，提升宜昌的竞争力，向世界水电旅游名称发展的最好选择。

LED照明及新能源产业由于低能耗、环保和巨大的市场潜力而成为现在全球最热门的产业之一。据预测，到2015年，全国LED照明的市场将达到5000亿元。在巨大的市场面前，宜昌市于1988年成立了高新技术开发区，并于2010年升级为国家高新区，这10多年的发展，使宜昌拥有了宜昌南玻硅材料有限公司、宜昌劲森光电科技股份有限公司、宜昌匡通电子有限公司等大批在LED及新能源产业中居于前列的公司。这些基础使得宜昌有能力在LED照明及新能源产业做出一番事业，而其中政府如何扶持、指导，不留于口头形式，形成在实践中有章可循及可操作的方法，还需要调研及研究。

此外，LED照明及新能源产业在宜昌的发展过程中，应如何联合与竞争，使之在产业结构和开发项目上布局均衡、减少重复和盲目建设；宜昌的高校、相关科研院所、政府科技部门如何培养相应的人才、搭建共享的科研及技术平台，使宜昌成为武汉光谷科研技术产业链中的一部分等问题，都需要好好调研及研究。

3 宜昌市发展LED及新能源产业的建议

通过广泛调研宜昌市光电子及新能源相关公司，比如宜昌南玻硅材料有限公司、宜昌劲森光电科技股份有限公司、宜昌匡通电子有限公司等新能源公司，我们发现：目前，我市LED、光伏及其相关产业已形成规模，LED照明应用也正铺开，虽有市场经济规律调节其取向，企业自主兴衰，但城市发展却与企业相连、与GDP休戚相关。因而不能坐视企业在狭缝中自生、在激烈的竞争中自灭，宜尽力扶持、指导和引导，为不流于口头形式和实践中有章可循以及可操作性，需在组织、政策及实施细则上采取相应措施。为此，我们提出如下建议：

3.1 制定宜昌市光电子及新能源产业应用发展规划，建立经济技术开发区光电子及新能源产业基地，强化产业配套，相关企业的地域位置相对集中为好，形成以宜昌城区为核心，东与武汉光谷接轨，技术合作，辐射周边区县，在推广应用上尽力涵盖恩施、川东。

在半导体照明的衬底材料、外延、封装、应用等产业链中，宜昌企业目前以封装、应用为主，这与全国同行业形势相似，虽有全国最大的封装企业落户宜昌，但属低端产品，宜鼓励和引导部分封装企业产品结构向大功率单管、大功率集成和SMD（贴片式）LED集中，经济实力雄厚的企业，向产业链上游延伸。光伏产业力求开发热（温差）发电材料与之组合，以提高太阳能的利用率。

3.2 设立光电子及新能源产业发展基金和投资基金，其目的有二：

一，用于支持光电子及新能源技术创新、产品研发和新项目产业化。

二，引导金融资本、招商投资及民间资本投入。

引导基金的来源渠道：

①政府投资，提高融资的安全感及信任度。

②把相关产业的税收优惠政策改为税收资金再投入。

③公用事业照明改造后的节能资金。这与当前兴起的能源合同管理办法有异，但更利于led照明产业的发展。

④国家相关节能财政补贴资金。

3.3 建立推广应用光电子及新能源的政府与产业联盟（或行业协会）相结合的协调办事机构，促进、指导和引导我市光电子及新能源应用的有序发展。使之在产业结构和开发项目上布局均衡合理，减少重复和盲目发展，促进企业间的分工、合作，提高投入产出比，整合经营艰难、技术力量薄弱的企业。一阵国际的LED及新能源并购风暴正刮向我国，势将许多地方小企业压倒，如不早作准备，就将沦为新买办，2010年九月在北京曾召开过LED行业整合会议，可惜参加的企业面极窄。未引起广泛关注。

3.4 在LED路灯照明的推广应用上，宜早出台地方政策，扶持、帮助地方企业发展，不能成为所谓平等竞争的自由港，许多城市已有公开或内部控制扶持本地企业的规定，宜昌也当如法炮制，由相关部门监督质量、领导和协调市内推广应用，由物价部门核定价格，对企业直接或间接补贴。如在本区内推广应用LED照明放任自流，任其竞争，则宜昌市民及地方财政将付出高昂的代价。

3.5 组建宜昌光电子及新能源工程技术联合研究中心。它应是各相关企业、单位及高校共同组建和共同享用的科研及工程试验平台，可借鉴世界通行的联合研究机构的运作方式。组织多方面资源力量联合技术攻关，成果共享。争取湖北省光伏工程技术研究中心的指导、帮助和合作。同时，我市也初具独立研究的基本条件，LED照明及新能源包罗的专业虽广，如光、机、电、热管理、化工（如新材料）等，所幸我市一应俱全，有极好的科技力量，只是组织而已。

此外，我市多晶硅、铝材、石墨、超强超轻、极具节能优势的芳纶蜂窝材料以及纳米材料等优势产品，值得作宽泛应用和深加工的开发。研发新型逆变器、智能照明控制装置，提高新能源微网并网的低压穿越能力研究等。

3.6 尽早尽快作公共场所光伏应用试点。我市有独具的优越条件，为我市率先进入光伏建筑一体化城市提供经验，争取国家扶持与帮助。

宜昌周边丘陵有较多高顶平台，如笔者实地观察过的晓峰、军田坝的日照、风力均有开发价值，一旦国家对能源类型作强制性配置（可预期的能源政策，国际上已有先例），则可再生能源势必突破高成本桎梧而快速发展。宜早准备，先期进入，由试点形成产业。

3.7 及早制定宜昌暂行的LED路灯标准。LED路灯目前没有世界通用标准，也没有国家标准和行业标准，国家虽正制定，但迟迟未能出台，若不及早制定宜昌市的LED照明标准，则在宜昌应用的LED路灯，将会在技术参数、性能质量和结构上千差万别、五花八门，不仅难以互换，增加维护成本，且在检验其光、机、电性能上无章可循，莫衷一是。或使照度不足，或使超亮造成光污染，均藏安全隐患。因此，须制定宜昌地方性LED照明标准，避免发展中的混乱局面。

3.8 加快培养我市光电子及新能源产业的中、高端人才。市场竞争实是产品竞争，产品竞争实是人才竞争。应多渠道广罗人才和多方法培养人才，引进和发掘专业领军专家，充分利用我市高校和企业的技术优势，在高校中增加相关专业或班级，组织短、中、长期相结合的技术培训，以期快速输送生产骨干和提供后备技术力量。这是发展我市光电子及新能源产业和推广应用的百年大计。

3.9 培育光电子及新能源产能优势，进入资本运作市场。宜昌已有宜化、兴发两化工行业的资本运作经验和成果，对推动新兴产业的资本运作应有借鉴的裨益和帮助，可协调另建公司，将行内各企业的各优势部门、车间，独立核算纳入麾下，将有不凡的长期业绩，可争取进入资本运作市场，一旦融资扩大规模，便会成为宜昌的另一产业支柱。目前从事股权体制改革的企业中不乏LED封装企业，未来还将有更多LED企业上市交易。目前，大形势、大趋势如此，我市将如何！不能坐失良机。

参考文献：

[1]刘耀彬，胡观敏.我国LED产业的发展现状、趋势及战略选择[J].科技进步与对策，2010（12）.

[2]雷通，王小平，王丽军，张雷，吕承瑞，王隆洋.第三代半导体材料在LED产业中的发展和应用[J].材料导报，2009（01）.

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Leeds, UK.

Quantum Wells, Wires

and Dots

2009, 538pp.

Paperback

ISBN: 9780470770979

John Wiley

Paul Harrison著

半导体纳米材料是纳米材料的一个重要组成部分,由于能带工程而实现的半导体超晶格、量子阱、量子线和量子点这类低维结构具有的独特物理性质,使得纳米薄膜、纳米微粒、纳米团簇、纳米量子点等所显示出的新颖的电、磁、光以及力学性质,令它们与电子学、光电子学以及通信技术、计算机技术的发展密切相关。纳米结构的电子和光子器件将成为下一代微电子和光电子器件的核心。目前它们的发展主要集中在GaN,ZnO,CdS,ZnS,Si,Ge以及碳纳米管等方面。

本书是一本关于“量子阱、量子线及量子点”的综合教科书,为熟悉固态物理的人从理论和计算两个方面讲述了如何计算半导体异质结构中电子、光子的性质及输运性质。作者采用了类似数学教科书的方法讲述了关于半导体纳米材料的各种性质,由各个示例给出标准解法并附带详细的推导过程及计算程序代码。读者可以根据这一系列推导独立验证他们自己碰到的新的理论假设并对其作出合理的解释。就像作者所说的那样――本书包含“一切”计算半导体异质结构中电子、光子的性质及输运性质的知识,读者不需要其他参考书,可以从零开始学习。

不同于前两版,本书没有附带计算机源代码光盘,但读者仍然可以从作者的网站上找到几乎全部书中所用到的相关程序的代码。此外,新版本还给出了一些新的物质属性,如散射率、电子传递、量子原子团、光波导及量子阱中的光子性质等,大约占全部相关内容的20%。

本书作者Paul Harrison目前是英国利兹大学(University of Leeds)电子与电机工程学院微波及光子研究所教授。主要从事于基于量子力学原理开发新型光电子器件的研究,其研究成果在许多工程领域都有广泛的应用。

本书适用于半导体及凝聚态物理专业的研究生,以及从事半导体纳米材料的相关理论和工业应用研究的从业人员。

靳绍巍,博士生

(中国科学院力学研究所)

篇9

关键词：菲涅尔；光电子学；光场分析

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）05-0254-03

《光电子学与光电器件》是一门实践性与应用型很强的课程。学生在学习了光电子学的基本理论知识的同时，还需要通过实验课进一步理解和消化一些基本原理和基本元件，掌握光电子学的基本技能。相应的实验课的建设直接影响学生的培养质量，影响学生今后进行科研的能力，是学科建设的重要内容之一。如何构建课程体系以及在课程中引入相应的知识训练，是一个重要的研究课题。随着光通信系统技术的飞速发展，光学元件的制作工艺也在突飞猛进。菲涅尔透镜作为一种二元光学元件，在制作工艺上有着加工工艺简单、成本低、易于与其他光路集成等优点，在光束整形、光互连、光照明、太阳能利用等方面都有着广泛的应用前景。菲涅尔透镜又叫菲涅尔波带片，是基于光的衍射理论制作的光学元件。根据菲涅尔衍射理论，在对波前进行比较粗糙的分割，组成一些同心圆环，使得到达波前一点的光程相差半个波长，经过振幅叠加可以达到聚焦的目的。为加强学生对波动光学方面基础知识、基本理论和基本技能的理解和掌握，养成用波动理论分析光学问题的思维习惯，了解菲涅尔透镜的设计与分析方法，吉林大学电子科学与工程学院特为本科生开设《光电子学与光电器件》课程这门专业课。

一、几何光学的局限性

因为在日常生活中遇见的有关光的问题绝大多数都属于几何光学的问题，几何光学比较直观，解决问题的方法比较简单，本科生在进行光电子学实验的时候往往习惯于用几何光学的知识去理解激光，思考问题仅仅停留在宏观尺度上。但是几何光学有局限性，除了直线传播定律之外，作为几何光学基础的另外两条定律――反射定律和折射定律，也都只在波长很小的条件下或者在宏观尺度上应用才能成立。几何光学原理的适用范围是有限度的。光电子学实验主要是培养学生用微观的思维去理解光、了解光的波动性。按照几何光学的知识，激光通过凸透镜会聚焦到一点，如果这个点没有大小，此处能量密度将是无穷大，这是不符合科学的，所以，聚焦的焦点处应该为一个焦斑，用几何光学的知识无法计算出此处焦斑的大小及其能量分布情况。实验过程中，可以测的激光焦点最小为光波长量级的光斑，称为埃里斑，能量主要集中在埃里斑的中心，在埃里斑的周围会有光环，其能量分布如图1所示。

学生这种几何光学的思维定势会影响他们对实验结果的分析以及面对问题时所采取的解决方法。为了让学生在现有知识条件下，就能理解解决这一光学问题，从而改变他们这种思维定势，我们在《光电子学与光电器件实验课》引入菲涅尔理论的应用，对实验项目中的实验现象尽可能让学生用波动光学的知识去理解，从而改变学生波动光学的思维习惯。

二、菲涅尔理论

根据菲涅尔理论，波前上每一个点都可以看成一个新的震动中心，它们发出的次波在空间某一点振动的所有次波的相干叠加即为该点的光强。利用公式描述如下：

其中（P）是波面上P点的复振幅，K是比例常数，F是倾斜因子，d∑是面元。

通过这一公式的形式我们可以看出，经过一个复杂的曲面积分，按照理论，可以计算出激光光场中任何一点的光强。但是这个积分计算是非常复杂的，一般的学生很难完成。如果我们的实验课中让学生进行这样枯燥无味的数学计算，不但不能提高学生波动光学的思维习惯，同时还会影响学生的学习兴趣，这与我们实验课培养学生实验技能的宗旨是相违背的。

可以利用上面的公式，不需要复杂的曲面积分，借助于计算机的快速处理能力，设计出一个激光光场分析系统，在比较短的时间内计算出各种光学元件的光场情况，从而让学生用波动光学的知识去理解激光。在利用菲涅尔公式进行光场分析的时候，学生需要了解激光波长、材料折射率、光学元件的形貌等参数，这些都是光电子学中比较重要的概念。

如在进行《氦-氖激光器模式分析》实验项目的时候，学生可以利用光场分析系统模拟出氦氖激光的情况，然后利用CCD等仪器测量实际的模式，经过对比就可以发现两者之间的误差，并进行误差分析。再比如《氦-氖激光器高斯光束与发散角测量》实验项目，可以让学生在分析系统中计算发散角的大小，以及利用最小二乘法对激光光强分布情况进行拟合，对高斯分布情况进行分析，从而让学生对高斯激光有一个更深入的了解，然后利用CCD对高斯激光发散角测试系统进行测试。这一过程对学生来说可以深入强化其对光电子学概念的理解，同时提高他们对光电子学的兴趣。

三、光场分析系统

光场分析系统为我们自主研发的一套分析软件。该软件主要是针对《光电子学与光电器件实验》教学而设计，学生在使用过程中可以自由设计实验系统中各个光学元件的参数。比如，学生可以设置激光波长，不同的波长会根据光的颜色来进行区分；可以任意设定凸透镜的表面形貌，从而可以让学生了解球面透镜与非球面透镜的区别；可以设定高斯光束中能量分布情况，从而可以比较准确地测量高斯光束的发散角等参数；还可以对菲涅尔波带片的聚焦情况进行模拟，同时还可以模拟非对称的椭圆形波带片，这种非对称光学元件在边发射激光器光束整形方面有很大的应用前景。

四、八阶梯相位型菲涅尔透镜设计与分析

根据菲涅尔衍射公式，我们可以设计菲涅尔波带片，每个圆环的半径满足以下公式：

其中，R1为最小圆环的半径。如果我们对前面所提到的波带片每个波带进行划分，根据不同的波带设定不同的光程，可以制作高阶波带片。公式如下：

rm+f=（f+mλ/2）2 （3）

（由于光波长一般较短，我们可以认为mλ

波带片衍射效率公式为：

当n=2、4、8时，波带片理论衍射效率分别为40.5%，81%，95.1%。为产生相位匹配，必须考虑材料折射率，适当选择每个波带的厚度。

为获得更高的衍射效率，我们设计高阶波带片阵列。当n=8时，波带片理论衍射效率为最高95.1%。为产生相位匹配，必须考虑材料折射率，适当选择每个波带的厚度。厚度公式如下：

其中N为波带片阶数，n为材料折射率，对于n=

1.56的材料，为波带片达到相位匹配，我们设计每层高度为118纳米，一共8层亚波带，半径为18微米，根据公式（4）可以求得该菲涅尔透镜焦距为74微米，模型如下图所示。

然后，我们利用光场分析系统模拟这种菲涅尔透镜的聚焦情况。首先分析主轴上光强分布情况，得到菲涅尔透镜主焦点位置。从图中我们可以看出，主焦点的位置与利用公式获得的主焦点位置比较符合。

然后我们继续分析焦点位置在径向的光场分布情况，获得如下光场能量分布图形与焦点处能量分布情况（图4）。

从图中我们可以看出，实际的聚焦情况与我们分析系统分析出的菲涅尔透镜焦点情况基本完全符合。下图为焦点处光场分布的立体图。

五、总结

光电子学是光学和电学相结合并加以融合的技术领域，相应的实验课在学习光电子学过程中非常重要。本文根据光电子学与光电器件实验课程的特点以及学生在实验过程中所面临的问题，在教学过程中引入菲涅尔理论的应用，设计匹配实验项目的光场分析系统，本文合理采用计算机软件应用作为教学手段，提高授课质量，增加课程设计性实验环节，将实验教学与科研培训相结合，引导学生发现并解决问题。

参考文献：

[1]李海金，刘义，等.《光电子学》课程建设的探索与实践[J].实验科学与技术，2012，（4）：126-128.

[2]姚琼，孟洲，等.《光电子学》课程建设的实践与思考[J].高等教育研究学报，2009，32（3）：91-92.

[3]赵凯华，钟锡华.光学[M].北京大学出版社，2008：188-190.

篇10

[关键词] 光信息科学与技术 人才培养 教学改革 企业需求

一、光信息科学与技术专业的地位与现状

近年来,国内许多重点大学和地方院校都相继设立了光信息科学与技术本科专业。据统计,全国共有106所高校开设了这个专业,广东高校就有将近10所,各高校逐步形成了具有自身特点的人才培养模式和培养方案。重点高校由于具备深厚的学科基础和优质生源,而且有光学硕士点和博士点,其毕业生中有相当大的比例是继续考研深造,其余的毕业生则选择就业。地方高校无论从师资力量、教学设施到学生的整体水平都无法与重点院校相比拟,同专业的毕业生面对就业如何与重点院校的毕业生抗争?一般说来,用人单位会倾向录用重点大学的毕业生。那么,如何提高地方院校毕业生的竞争力就成为我们必须认真思考的问题。本文结合佛山科学技术学院在建设光信息科学与技术专业过程中的实际做法,来讨论这个问题。

二、我校光信息专业建设过程中遇到的困惑

佛山科学技术学院是地方性应用型本科院校,在人才培养方面要充分考虑区域经济对人才培养的需求,及时了解区域经济的发展趋向,适时地根据区域经济的发展来合理调整培养目标、课程体系和教学内容,以便更好地服务于区域经济,同时也可以在不断满足市场需求的同时,自身得到更快的发展与提高。

我校的光信息科学与技术专业于2002年获得教育部批准正式招生。我校物理系原先只开设了物理学(师范)专业,在申报新专业前的几年时间里,引进了多名光学专业的教授和博士,自身也培养了一部分光学专业的骨干教师。为了办好该专业,我们组织了相关教师到省内的中山大学、华南师范大学、暨南大学等院校参观学习,同时还和省外的同济大学、中国科技大学、西北工业大学、华中科技大学等重点高校有学术往来和交流,聘请了华中科技大学的专家学者担任顾问。由于各个高校的学科优势与师资情况不同,所开设的课程也有所不同。一般说来,都会根据原有的学科基础来制订新专业的人才培养计划。我们想,上一个新专业不容易,要想办好新专业,则需要在专业人才培养方案、课程设置、教学安排、实验室建设等方面都要有周密、合理的筹划。

我校于2001年在物理学专业里首先开设了光电子方向,为办新专业打基础。当时开设的课程在原来专业的基础上增加了激光原理、光电子学和信息光学等几门光学和信息类课程。实验室的仪器设备不成规模,专业实验项目少(只有6个),实验时数36学时。随着新专业教学的需要,实验室建设迫在眉睫。我们组织骨干教师和实验室技术人员到外校考察取经,从理论课程的设置到实验课程的开出,从实验项目的设置到仪器的规格、型号都借鉴了其他高校的做法,筹建了光电信息与技术实验室。经过在02、03级学生的教学中实施,基本能够满足教学需要,但同时我们发现存在以下问题:(1)所开的专业基础课和专业课与其他高校大同小异,缺乏特色;(2)实验室的建设也与其他高校雷同,实验项目相差无几,并且以验证性实验为主,难以在实践方面提高学生的综合能力。

这种状况迫使我们反思:一味照搬别人的做法是不行的,有特色才是生存的关键。2004年起,珠三角地区的光电企业突起,特别是LED产业得到国家的大力扶持,普立华公司、国星光电公司、佛山照明、欧斯朗公司、联动科技公司、腾龙光学公司、奇美电子有限公司、中国网通公司、威而信科技有限公司等一批知名企业落户佛山,这些企业是光信息专业学生的主要就业意向单位,为本专业的学生提供了新的机会,但同时对人才的要求也有所提高。

为此,我们主动和相关企业联系,到企业的人事、技术等部门进行调研。在与企业沟通的过程中,企业向我们反馈:由于学校教育观念和教学内容的陈旧与落后,学生所学的内容几乎在企业里都用不上,而企业需要的知识却没有接触过,理论脱离实际, 缺乏社会实践。由此而造成的后果是,虽然近几年培养的本科以上毕业生在数量上有大幅度的增长,而社会急需的能胜任研究、开发、设计、策划等工作并具有较强创新能力的工程技术人员仍然是目前非常紧缺的专门人才,佛山本地的光电企业需要的人才要具备光学系统设计、光电检测、LED封装等技能。

三、采取的改革措施

1.合理定位,目标创新人才培养模式,更新课程设置

我们摆脱陈旧的教育观念,将培养企业需要的技术人才作为合理的培养目标,着手修订了2005级人才培养方案和教学大纲,开设了以下专业基础与专业课程:波动光学与应用光学、激光原理与技术、微电子技术、EDA技术、光纤光学、光纤通信原理、信息光学、光电子学、光度学原理、光电检测技术、电光源原理等。

2.加大实验室建设投入,实现模块化教学

从2002年至今,光电信息与技术实验室共投入200多万元购买各类仪器设备。组建了3个实验分室:光信息处理与光电检测技术分室、光电子器件技术分室、电光源技术分室。经过7年的专业实验课程建设实践,逐步形成较为系统的教学体系、先进的教学内容和开放的实验教学环境。

(1)有机整合、独立开课,构建了模块化实验教学体系

打破基础实验与专业基础实验、专业实验独立分块,实验从属于理论课的传统实验教学体系,将光信息科学与技术专业教学计划中的实验组成一个有机整体,独立开课,构建模块化实验教学新体系。

(2)改革教学内容,优化基础实验,大幅增加综合性、设计性实验

光电信息与技术实验共108学时。由于多门实验有机整合为一门课,总课时增加,课程之间内容相互融合、渗透。因此,可以开设足够数量的高质量的综合性、设计性和研究性实验。实验项目与科研、工程、社会应用实践密切联系,把学科最新发展成果和科研成果引入教学,形成良性互动,实现基础与前沿、经典与现代的有机结合。结合企业需要,我们开设了“电子镇流器电参数测量”“光源光强角分布测量”“光源色温测量”“光电显示面板亮度均匀性测量”“光致发光及荧光粉相对亮度测量”等实验项目。

3.重视师资队伍建设,打造合理的人才梯队

开办新专业仅有好的课程设置和合理的实验室配置是不够的,还需要有优良的师资队伍建设。从2002年起,我系就注意引进光电人才,共吸收了两名分别为LED照明和光学层析成像专业的博士后,还有2名光学专业的博士,多名光学专业硕士。新生力量的加入充实了教师队伍,加强了科研的实力。另外,我们还注重在职教师的学术进修。这几年,通过在职攻读学位和利用访学得到提高的教师有十几人,取得博士学位的有5人,还在攻读博士的有3人,攻读硕士的有2人。加强与国外的合作,几年来,派出3名教师到美国和台湾等地的高校进行学术访问和交流。也通过邀请国内名校的专家来校举行学术讲座。整个专业教师队伍呈现高学历、高职称的态势,以中青年为主力的科研梯队充满活力。

4.重视实践环节,提高学生的专业技能

这几年,我们重视学生实习基地的建设,与对口的企业建立了良好的关系。另外,我们利用佛山与广州、深圳、中山等地路程不远,交通便利的优势,组织或鼓励学生参加光电照明等博览会,让学生多接触专业知识的应用。

严格把握毕业论文的选题,鼓励选择应用型课题,让学生尽早参与教师的科研课题。比如,“基于LABVIEW的多路LED老化测量系统”“用脉冲光声技术测量吸收系数”“太阳能LED照明灯的设计”等课题,是学生在大学三年级时就开始参与到指导教师的科研工作中完成的。

四、专业建设效果

毕业论文的质量有一定的提高,紧密结合光电专业方向,每年都有一定数量的论文具有创新性和应用价值。比如,09届毕业生的论文中“大功率白光LED开关稳流电源的设计”“排线顺序正确性的自动检测系统设计”等论文获得了优秀毕业论文。

最近几年,每年都有多名毕业生被国兴光电、滕龙光学有限公司等企业录用。根据毕业生质量跟踪的结果显示,我们的一些毕业生在企业里能吃苦、肯钻研、表现良好,得到了重用,在企业的技术岗位上作出了一些成绩。另外,我们在考研方面也取得胜利,如今年32名光信息专业毕业生中,有7名同学考上中山大学、华南师范大学、暨南大学和广东工业大学等高校的研究生。

近3年来,我们培养的学生在“挑战杯”“广东省大学生物理实验设计大赛”等各类竞赛中获奖18项,75人次获奖。通过竞赛,学生将所学的知识运用到实践中,有效提高了他们的综合素质。

五、思考与建议

经过7年的建设实践,我们有过教训,也取得一些经验,总结如下:

(1)合理动态地更新教学内容,淘汰已经过时的内容,特别体现在专业课程的教学内容和实验项目上。

(2)要建设有特色的专业实验室,推行模块化实验项目,有助于学生针对就业意向来选择学习内容。

(3)不足。专业设计软件的熟练使用是当今很多光学企业在招聘技术人员时强调的条件。如ZEMAX、Lighttools、Tracepro等,我们还没有开设相关的课程来介绍这类软件的使用。但我们已经在09级的人才培养方案中加入《科研训练》环节,实施导师制,让学生提前进入老师的科研项目,为毕业设计做准备。

参考文献:

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[2]李晨霞,康娟,夏涛.光电信息工程专业人才培养研究[J].高等理科教育,2008,(6):35-37.

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[5]吕玮阁,殷森余,高红叶.光电信息专业实验教学中的创新能力培养[J].光学技术,2007,(3):303-304.

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