对光电子技术的理解范文

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关键词：光电子学；教学方法；教学改革；实践环节

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）11-0138-02

一、介绍

光电子技术是由光信息技术和电子技术的相互结合而形成的新的光电子技术，涉及光信息处理、光纤通信、激光技术等领域，是未来社会发展和进步的核心技术。光电子技术不仅研究内容非常广泛，而且也是未来信息技术中的重要推动力量，它包含光信号的产生、光信息的传递、光电信号的转换和处理和光电功能材料相关的内容，如：光电功能材料的发光机理、制备方法和工艺应用范围、光电器件的加工与制作和光电系统的集成等一系列从基础理论到实际工程应用等各个领域的研究。涉及光子学、光信息科学、电子学、材料科学、计算机技术等前沿学科理论，它是由多个学科之间的交叉而形成的一门高新技术学科。

光电子技术在经历上述学科之间的交叉渗透后，其技术水平和工程应用技术取得了很多突破，在社会发展中以及社会信息化中起着越来越重要的作用，光电子技术的相关产品也越来越多地影响我们的生活。目前，国内外正掀起一股光电子技术和光电子产业的研究和发展的热潮。一些国家把大量资金投入光电子学和光电子技术的研究和开发中，许多以光电子技术为研究方向的研究中心、实验室和公司越来越多的建立起来。光电子技术的发展决定了未来产业的发展方向，将给工业和社会带来比电子技术更大的技术冲击。光电子技术和产业在国家经济建设和科学持续发展中起到至关重要的作用。

因此，光电子学基础是光电子专业学生必备的基础知识，也是未来光电子产业需求的人才中需要掌握的重要基础知识。

二、课程特点及专业培养目标

光电子学基础是整个专业中的基础专业课程，在学生专业思想和未来培养目标及要求的实现上发挥重要的作用，也是未来该专业研究生必需的基础课程储备。该课程注重理论联系实际，注重对学习者能力的培养，重点培养学生综合分析、解决问题能力，为将来从事光电技术领域的科研、开发和应用工作奠定基础。

我们的培养目标为：培养在光电子技术科学领域具有深厚的理论基础、扎实的专业知识和熟练的实验技能，德、智、体全面发展的高级光电子技术科学人才，使学生具有在光学、光电子学、光通信技术、激光科学、光波导与光电集成技术、光信息处理技术、计算机应用技术等领域开展创新性基础理论研究以及从事设计、开发应用和管理等工作应具备的理论和技术基础。因此，基于我们的专业培养目标和光电子学基础课程的自身特点，我们在教学过程中进行了改革探索。

三、教学改革探索

1.教学内容改革。①授课体系和讲授重点。该课程根据学生培养需要，从光电子器件和光电子技术在未来工程应用的需要的角度出发，研究原理及系统构成在光电检测技术、光纤通讯领域中的常用光电器件的技术。重点讲述光学基础、光纤通讯的构成、半导体物理、光纤器件、光电子现象和光电转换器件，重点讲解光电子器件的结构、工作机理、工作特性和在工程技术上的具体应用。为了更好地将所学应用到未来的技术发展上，对各类光电器件的系统集成、信号的调制、解调技术也作了详细的讲解，同时给出在工程中的实际例子。②课堂教学内容紧跟科学发展的步伐。光电子课程的教材对于快速发展的光电子技术来说，既是基本的原理内容，但又是滞后的技术，若授课时只是按照教材内容讲解，往往会带来知识不新、内容与技术发展脱节的后果，易使学生对该课程的学习积极性和兴趣下降。因此，在教学过程中补充和及时更新教学内容，增加一部分现代光电子技术的发展前沿、新出现的技术及需求，从而能给学生提供更多的学习探索和求真的空间。③加强该课程与应用技术之间的联系。专业基础课程的基本功能是让学生了解和掌握所学专业的发展方向，培养的学生能在以后的学习中、工作中涉及光电子技术方面上进行继续学习和钻研。因此在给同学们讲解课程中的内容时，要与现代信息技术的发展紧密结合。针对在光电检测技术、激光应用技术、光纤通讯技术等内容进行重点讲解，结合当前社会已有的需求的技术发展进行讲解，使该专业的学生明确所学课程内容在技术应用、研究发展及市场前景，对未来的从事的专业充满信心。④为了更加与国际接轨，尝试了双语教学。在平时提供给学生光电子相关的外文读物和论文，指导学生学习专业词汇，在课堂中进行讲解，开阔同学们的视野，引导学生进行初步科研潜力的培养和学习，调动学生的积极性，引导他们进行文献学习，进一步了解国外光电子技术的发展现状，激发兴趣。⑤教学内容与市场技术应用及需求的结合。结合本校本地区特点，系统规划、组织，实施产、学、研一体化模式。针对光电子技术和光电子产业市场密切联系的特点，在课程内容上跟上市场技术需求，结合本地区经济发展的实际情况，培养既有专业知识和跨学科知识，又有极强的实际操作能力、适应性强的学生，全面提升学生的理论素养和实践能力，增强学生在未来光电子产业上的竞争力。

2.教学方法探索。①充分利用多媒体技术进行教学，利用多媒体课件在表达上形象直观、方便，在效率上和容量上很大的特点和优势。既能使课程中的各种图片资料得到清晰展示，还能节约课程上的时间，从而能在课堂教学中讲解更多的课程内容，较大地提升了授课中课堂的信息量。因此我们认真积极地制作教学课件，充分利用网络上丰富的信息资源，并与兄弟院校的老师展开课程教学交流，共享多媒体课件。极大地激发学生对该门课程的学习兴趣。②采用课堂教学和专题讲座结合的教学方法。在进行课堂理论教学的同时，利用其他时间安排、组织团队教师举办《光电子技术专题讲座》，开展光电子技术专题研究，如液晶显示、光电转换及系统集成、光纤传感及应用和近场光学中的探测技术等，既能强化学生所学的基础理论，又能激发学习兴趣，培养学生的科研意识。吸引学生参与到大学生训练计划和参与到老师研究的课题中，提前打下科学研究基础。③在方法改革中，在富有开放性的问题情境中进行实验探究。对参与到老师研究的课题或参加大学生训练计划的老师，帮助学生制定合理的研究计划，选择合适的研究方案和方法，积极发动研究光电子技术的老师，为这些同学们提供必要的实验条件，由学生自己动手去实验，考证研究方法和方案，来寻求实验结果中的答案。这时，教师起到的是一个组织者的角色，指导、规范学生的探索过程。这样的过程，不仅仅是要让学生学量的知识，更重要的是要学习科学研究的过程或方法。

3.教学实践环节探索。在光电子学基础课程中，本来并没有设置时间环节，而且多数放置在大三或大四学习，实验环节很少开始。我们为了能够更好地提升学生实践技能和掌握技术设备的结合，先在原有课程体系中安排三分之一的时间来安排实践环节，开设具体的、有针对性的实验内容，让同学们能更有效地了解、认识和掌握知识和技能。在普通物理实验、电子实验和光学实验的基础上，开设如固体光电子耦合器件、热电耦器件、发光器件及光子器件。对光通讯系统的传输和光电子器件的作用有了直观的认识和理解。在此基础上，结合地方实际，联系相关光电子产业中的企业，组织学生进行参观学习，从而让学生自己体会从书本上理论到实验实际，再从实验实际再到光电子技术，从光电子技术再到光电子商品的过程，能一下子把整个知识到技术到效益的过程展现在同学们的内心中，从而更能培养和激发学生兴趣，也能将培养目标中的产业式人才完成，弥补普通高等教育中最缺失的人才与市场的不对接的不足。

4.教学目标实现探索。在光电子学基础课程改革中，把教学目标从以知识教育为主转变为实现人才培养和科学人才需求的融合，培养具有创新、探索精神的新时代新型人才。长时间以来，我们在教学过程和专业培养中，存在着理论与实际技术需求的相脱离的现象，造成理工科学生对于市场技术需求常识缺乏。我们把教学内容、教学方法和教学实践环节都做了有意义的初步探索。进一步增强了理论学习到实践环节、实践环节到市场技术发展的学习过程，极大地激发和培养学生的学习兴趣，为将来从事该专业打下坚实的基础和牢固的信心。在近三年中，我们培养的本科毕业生就业率95%以上，该专业毕业生考研成功率30%以上，使光信息科学与工程专业的学生形成了良好的学习氛围，形成了争赶超的局面。同时，针对光信息科学和工程专业的学生，我们注意在进行科学知识教育的同时注重培养市场技术需求方面的培养，增加了企业参观及动手实践等环节，同时讲授在科学研究中人文素养培养的重要性，从而使之潜移默化地对学生进行自然的而不是勉强的人文教育。

参考文献：

[1]陶然，王越，单涛.信息对抗技术专业人才培养模式研究[J].中国电子教育，2008，（4）3：9-43.

[2]张向华.专业课教学应遵循的教学规律[J].辽宁教育学院学报，2014，（4）：71.

[3]陈小刚，陈俊风，林善明.《光电子技术》课程设计改革的探索[A].光电技术与系统文选[C].2005.

[4]梁红兵.提速光电子技术与产业[N].中国电子报，2001.

[5]柴金华.《光电子学基础》课程“两结合”与“三要素”教学内容的研究与实践[A].中国光学学会，2010年光学大会论文集[C].2010.

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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，

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[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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关键词：微电子；二元光学器件；制作工艺

随着二元光学技术的发展，二元光学器件已经广泛用于光学传感、光通信、光计算、数据存储等诸多领域。这类器件主要用于像差校正和消色差，通常的方法是在球面折射镜的一个面上刻蚀衍射图案，实现折射和衍射混合消像差和较宽波段上的消色差。此外，二元光学器件能产生任意波面以实现许多特殊功能，从而具有重要的应用价值。

1.二元光学器件及其发展概述

二元光学是基于光波衍射理论发展起来的一个新兴光学分支，是光学与微电子技术相互渗透、交叉而形成的前沿学科。基于计算机辅助设计和微米级加工技术制成的平面浮雕型二元光学器件具有重量轻、易复制、造价低等特点，并能实现传统光学难以完成的微小、阵列、集成及任意波面变换等新功能，从而使光学工程与技术在诸如空间技术、激光加工、计算技术与信息处理、光纤通信及生物医学等现代国防科技与工业的众多领域中显示出前所未有的重要作用及广阔的应用前景。

随着近代光学和光电子技术的迅速发展，光电子仪器及其元件都发生了深刻而巨大的变化。光学零件已经不仅仅是折射透镜、棱镜和反射镜。诸如微透镜阵列、全息透镜、衍射光学元件和梯度折射率透镜等新型光学元件也越来越多地应用在各种光电子仪器中，使光电子仪器及其零部件更加小型化、阵列化和集成化。微光学元件是制造小型光电子系统的关键元件，它具有体积小、质量轻、造价低等优点，并且能够实现普通光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功能。

2.二元光学器件的应用现状

随着二元光学技术的发展，二元光学元件已广泛用于光学传感、光通信、光计算、数据存储、激光医学、娱乐消费以及其他特殊的系统中。也许可以说，它的发展已经经历了三代。第一代，人们采用二元光学技术来改进传统的折射光学元件，以提高它们的常规性能，并实现普通光学元件无法实现的特殊功能。这类元件主 要用于相差校正和消色差。通常是在球面折射透镜的一个面上刻蚀衍射图案，实现折/衍复合消像差和较宽波段上的消色差。此外，二元光学元件能产生任意波面以实现许多特殊功能，而具有重要的应用价值。如材料加工和表面热处理中的光束整形元件、光学并行处理系统中的光互连元件以及辐射聚焦器等。

目前，二元光学瞄准了多层或三维集成微光学，在成像和复杂的光互连中进行光束变换和控制。多层微光学能够将光的变换、探测和处理集成在一体，构成一种多功能的集成化光电处理器，这一进展将使一种能按不同光强进行适应性调整、探测出目标的运动并自动确定目标在背景中的位置的图像传感器成为可能。这是一种焦平面预处理技术，它以二元光学元件提供灵活反馈和非线性预处理能力。探测器硅基片上的微透镜阵列将入射信号光聚焦到阵列探测器的激活区，该基片的集成电路则利用会聚光激发砷化镓铟二极管发光，其发射光波第二层平面石英基底两面的衍射元件引导到第三层面硅基底的阵列探测器上，最终得到处理后的信号。这种多层焦平面预处理器的每一层之间则利用微光学阵列实现互连耦合，它为传感器的微型化、集成化和智能化开辟了新的途径。发展趋势二元光学是建立在衍射理论、计算机辅助设计和微细加工技术基础上的光学领域的前沿科学之一，超精细结构衍射元件的设计与加工是发展二元光学的关键技术。二元光学的发展不仅使光学系统的设计和加工工艺发生深刻的变革，而且其总体发展趋势是未来微光学、微电子学和微机械的集成技术和高性能的集成系统

3.二元光学器件的制作工艺

3.1二元光学器件的制作原理

二元光学元件的设计问题十分类似于光学变换系统中的相位恢复问题：已知成像系统中入射场和输出平面上光场分布，如何计算输入平面上相位调制元件的相 位分布，使得它正确地调制入射波场，高精度地给出预期输出图样，实现所需功能。近几年来，随着制作工艺水平的发展和衍射元件应用领域的扩展，二元光学元件 特征尺寸进一步缩小，其设计理论已逐渐从标量衍射理论向矢量衍射理论发展。通常情况下，当二元光学元件的衍射特征尺寸大于光波波长时，可以采用标量衍射理 论进行设计。计算全息就是利用光的标量衍射理论和傅里叶光学进行分析的，关于二元光学元件衍射效率与相位阶数之间的数学表达式也是标量衍射理论的结果。在 此范围内，可将二元光学元件的设计看作是一个逆衍射问题，即由给定的入射光场和所要求的出射光场求衍射屏的透过率函数。

二元光学元件的特征 尺寸为波长量级或亚波长量级，刻蚀深度也较大（达到几个波长量级），标量衍射理论中的假设和近似便不再成立，此时，光波的偏振性质和不同偏振光之间的相互 作用对光的衍射结果起着重大作用，必须发展严格的矢量衍射理论及其设计方法。矢量衍射理论基于电磁场理论，须在适当的边界条件上严格地求解麦克斯韦方程 组，已经发展几种有关的设计理论，如积分法、微分法、模态法和耦合波法。前两种方法虽然可以得到精确的结果，但是很难理解和实现，并需要复杂的数值计算； 比较起来，模态法和耦合波法的数学过程相对简单些，实现也较容易

3.2二元光学器件的制作工艺

二元光学元件的基本制作工艺是超大规模集成电路中的微电子加工技术。但是，微电子加工属薄膜图形加工，主要需控制的是二维的薄膜图形；而二元光学元件则是一种表面三维浮雕结构，需要同时控制平面图形的精细尺寸和纵向深度，其加工难度更大。近几年来，在VLSI加工技术、电子、离子刻蚀技术发展的推动 下，二元光学制作工艺方面取得的进展集中表现在：从二值化相位元件向多阶相位元件、甚至连续分布相位元件发展；从掩模套刻技术向无掩模直写技术发展。最早的二元光学制作工艺是用图形发生器和VLSI技术制作二阶相位型衍射光学元件。

随着高分辨率掩模版制作技术的发展，掩模套刻、多次沉积薄膜的对中精度的提高，可以制作多阶相位二元光学元件，大大提高了衍射效率。但是离散化的相位以及掩模的对准误差，仍影响二元光学元件的制作精度和衍射效率的提高。由直写技术的应用，省去掩模制作工序，直接利用激光和电子束在基底材料上写入所需的二维或三维浮雕图案。利用这种直写技术，通过控制电子束在不同位置处的曝光量，或调制激光束强度，可以刻蚀多阶相位乃至连续分布的表面浮雕结构。无掩模直写技术较适于制作单件的二元或多阶相位元件，或简单的连续轮廓，而利用激光掩模和套刻制作更适合于复杂轮廓和成批生产。在掩模图案的刻蚀技术中，主要采用高分辨率的反应离子刻蚀、薄膜沉积技术。其中离子束刻蚀的分辨率高达0.1μm，且图案边缘陡直准确，是一种较为理想的加工手段。

结束语：

随着二元光学技术的发展，二元光学器件已经广泛用于光学传感、光通信、光计算、数据存储等诸多领域。这种技术的应用使得很多领域得到了快速的发展，为社会的进步做出了很大贡献。总之，我国的发展要依靠科技的进步，所以国家还要进一步的发展科技，最终实现我国社会主义现代化建设的伟大宏愿。

参考文献：

[1] 雷刚.数字光刻制作微光学器件的评价研究[D].南昌：南昌航空大学，2011

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自1970年美国康宁公司研制成功第一根低损耗光纤以来，光纤通信得到了飞速发展，光纤通信新技术不断涌现。我国已经建成了“八纵八横”国家一级光缆通信网，现正在大力发展FTTH。在我国，以光纤光缆生产为上游，以通信用光器件制造为中游，以光交换和光网络设备制造为下游的光纤通信行业已经形成，国内涉及光纤通信的企业已达千家。随着光纤通信在我国的快速发展，光纤通信行业对既懂得光纤通信基本理论，又掌握相关实用技术的人才的需求日益增长。因此，各大学的光信息科学与技术、通信工程、网络工程、光电子技术、电子信息科学与技术等专业都开设了光纤通信方面的专业课程。2007年，教育部的1、2号文件提出了实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”，要求进一步改革教学内容和教学方法，培养学生的实践能力和创新精神。2010年的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020年）》中指出“改革教学内容、方法、手段，建设现代学校制度”和“支持学生参与科学研究，强化实践教学环节”。根据文件精神结合我校电子信息科学与技术专业的光纤通信课程的教学实践，我校的光纤通信实验教学在实验仪器和实验内容、教学方法方面作了以下改革。

1实验仪器的选择和实验内容的设计

光纤通信课程内容主要包括：光纤和光缆的结构和类型；光纤的传输原理和特性，光纤特性的测量；光源、光检测器和光无源器件的类型、原理和性质；光端机的组成和特性；数字光纤通信系统；模拟光纤通信系统；光纤通信的若干新技术；光纤通信网络等［1］。从课程的内容可以看出，光纤通信是一门实验性很强的课程，除了理论教学之外，还需要实验教学与之配合。很多大学都较早地开设了光纤通信课程，但当时光纤通信的实验器材都很贵，教学主要是课堂理论教学。近几年国内的光纤通信产品的制作技术逐步成熟，价格逐渐降低，光纤通信实验教学才逐步开始。由于受学时和实验条件限制，光纤通信课程中实验教学的学时大多数集中在8～12学时。实验教学内容的选取既要与理论教学内容相互协调，又要便于学生操作实验或者进行演示实验；既要兼顾基础性，又要具有系统性和先进性，使学生在实验中通过验证、观察、分析、操作、运用及科研等实践，掌握光纤通信课程的基本概念、基本理论和基本技术，为进一步学习相关专业课程及从事通信技术类工作奠定一定的基础［2］。我们把光纤通信综合实验箱、工程用光纤通信仪器、工程用光纤通信产品、OptiSystem软件等作为实验教学工具，根据各自特点来设计实验教学内容。

1．1光纤通信综合实验箱随着光纤通信课程的开展，国内教学仪器生产企业开发、升级各自设计的光纤通信实验箱产品，实验箱的功能不断完善，性能不断提高。光纤通信实验箱配合光功率计、示波器、2M误码仪等可以完成光发送机实验、光接收机实验、光纤线路实验、光纤通信系统实验等光纤通信实验内容［3］。由于实验箱封装性强、集成化程度高，在实验教学方面存在不足［4－6］。

1．2工程用光纤通信仪器随着国内光纤通信技术的发展，一些工程用仪器仪表实现了国产化，产品性能完全满足施工的要求，产品价格也逐渐降低。我校光电子实验室就购买了中国电子科技集团公司第四十一研究所生产的光纤熔接机、光时域反射计、光纤多用表等产品，再配置横向开缆刀、纵向开缆刀等施工工具，可以完成光纤熔接实验、光时域反射计（OTDR）测光纤链路特性和插入法测光纤的衰减系数实验等。光纤熔接机、光时域反射计比较贵重（每台套的价格在4．5万元左右），我们在学生实验前集中进行使用方法的讲解，近几年的实验教学中没有出现仪器损坏的现象。通过实验可以使学生掌握这些光纤通信行业常用仪表的使用方法和光纤的特性参数，还可以鼓励学生应用这些产品进行光纤弯曲损耗的研究［7］。

1．3工程用光纤通信产品光纤通信实验箱的实验方法与实际工程的测试方法有一些区别，通过已开设的实验，学生难以真正掌握实际工程的测试方法［8］。随着光纤通信产品制作技术的成熟，一些产品实现了国产化，价格也比较低。我们的实验室陆续购买了杭州亿邦的数字视频光端机、光纤收发器、北京的室内4芯光缆、富通集团的G．652B光纤、光纤跳线、4芯／6芯中心束管式光缆、光缆终端盒、光缆接续盒等。工程用产品和仪表结合可以开展简单的工程实践活动，让学生体会光纤通信的优点和施工，更深刻地理解一些器件的参数，如光源波长、插入损耗、回波损耗、光纤损耗系数、接收灵敏度等。在实验教学中可以让学生对比实验箱和数字视频光端机的图像传输的异同、对比实验箱与光纤收发器的数据传输的异同。配置光隔离器、光环行器等光无源器件，可以丰富实验测试内容。

1．4OptiSystem软件OptiSystem软件是一款光纤通信仿真软件，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通信系统到LAN和MAN都能使用。软件具有强大的模拟环境和真实的器件、系统的分级定义，它有15个器件库、200多种元件模型。由于受实验教学经费的限制，高校不可能购买光示波器、光谱分析仪、光波分复用分析仪等昂贵的工程用仪器来进行实验教学，但在学生具备了一定的实验经验的基础上，可以应用OptiSystem软件来进行仿真实验。燕山大学、长春理工大学等高校已经把这个软件用于科研和教学工作中［9］。充分利用OptiSys－tem软件的功能，可以开展仿真实验、课程设计、科研实践等教学活动，例如可以进行光波分复用系统设计、EDFA的增益优化、对基于SOA全光波长变换进行模拟等研究［10］。

2教学方法的研究与改革光纤通信课程起源于工程实践的需要，我们在教学中把实验教学与理论教学、工程实践、科研实践三者有机地结合起来，可以达到很好的教学效果。

2．1实验教学和理论教学相结合可以利用上面提到的实验仪器设计出很多的实验题目，但是不可把实验教学和理论教学完全分开［11］，要根据教学内容的特点来合理安排理论教学和实验教学，例如：对光源、光检测器、光发射机、光接收机等内容在理论教学时进行了详细的讨论，在实验教学时通过光发送机实验、光接收机实验来进行验证，从而加深对这部分内容的理解和掌握；光缆的结构和类型、光无源器件的参数和测量方法等内容更适合实验教学，在理论教学时作简单介绍，实验教学的效果会更好；对EDFA、WDM、全光波长变换、光孤子通信等光纤通信新技术内容的教学，可以理论教学和OptiSystem软件仿真实验相结合，这将提高学生的学习兴趣，能达到很好的教学效果。对实验中出现的现象和问题要鼓励学生用理论来分析和解释。

2．2实验教学和工程实践相结合把通信工程用产品和仪表引入光纤通信实验教学中，使实验教学和工程实践结合起来，学生可以体会实验教学和工程实践的异同，极大地提高了学生学习光纤通信课程的积极性。例如我们可以用光缆、尾纤、摄像头、监视器、光端机来进行楼宇安全监控的工程实践。在光纤熔接实验中，先让学生熟练掌握涂敷光纤的熔接，再完成6芯中心束管式光缆在光缆终端盒（或光缆接续盒）中的连接。当地光缆接续的施工价格30元／芯。把1km长的4芯中心束管式光缆两端的光纤进行熔接或活动连接，学生使用光时域反射计（OT－DR）完成相关测试。学生在用4路视频光端机传输信号时，用可变光衰减器改变光纤链路的损耗，观察到了视频信号通路的切换现象，继而分析了4路电视信号的复用方式。在实验教学中要让学生学会阅读光纤通信产品的使用说明书，如数字视频光端机、光纤收发器、AgilentHFBR系列光收发模块的使用说明书等，提高学生自学能力，培养参与工程实践的能力。在使用光纤通信产品时，我们不仅讲解产品的性能和使用方法，还要介绍该产品生产企业的基本情况，以及产品的研发、生产、销售等各个环节，让学生了解生产企业和各种职业岗位，更好地帮助学生确定职业理想，做好职业生涯规划，使学生适应用人单位的要求，提高学生的就业能力和创业能力。招聘企业对我校应届毕业生会使用光纤熔接机、光时域反射计表示惊讶和认可。通过全新设计和工程实践紧密结合的实验内容的教学改革实践，使学生对光纤通信课程的学习兴趣明显增强［12］。

2．3实验教学和科研实践相结合在教育部2007年的文件中指出：“创造条件，组织学生积极开展社会调查、社会实践活动，参与科学研究，进行创新性实验和实践，提升学生创新精神和创新能力”。培养本科学生的创新精神和创新能力，在专业课程的教学中就可以逐步开展，并不一定需要高水平和高难度的课题。例如：在进行光纤损耗特性测量时，鼓励学生用电磁场理论分析方法讨论精确条件下模式的特征方程和截止条件，用数值模拟各种模式下光纤中的光场分布，从而理解实验中为何需要扰模器、滤模器和包层模剥除器等；在光纤弯曲损耗的测量实验中，要求学生分别测量单模、多模光纤在不同传输波长、不同弯曲半径时的损耗，并进行对比和讨论，在此基础上鼓励学生建立光纤弯曲损耗的理论模型并进行数值模拟，不断优化理论模型的参数，与“传感器原理与应用”课程内容结合可以进行光纤传感器的实验研究。对光纤通信新技术中的EDFA、SOA等内容，可以让学生使用OptiSystem软件来验证和讨论已有的研究结果，逐步培养学生的科研素质和创新能力；光子晶体光纤是近年来的研究热点，国内仅烽火通信科技股份有限公司有相关产品，学生使用OptiFDTD软件来分析和设计光子晶体光纤，并与用OptiFiber软件设计的G．65＊光纤进行对比研究。

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多媒体技术就是通过计算机把文本、图形、图像、声音、动画和视频等多种媒体综合起来，使之建立起逻辑连接，并对它们进行采样量化、编码压缩、编辑修改、存储传输和重建显示等处理。计算机以其无可比拟的便捷、高效、精确、易于修改和存储方便等特点不断刷新各项纪录。近年来多媒体技术的加速发展，软件的不断更新，为计算机在设计表现领域的广泛应用提供了广阔前景,不仅以它崭新的形式给舞台视觉艺术带来了一场革命，还促使人们的审美理念发生了很大的变革。在多媒体技术的帮助下，舞美艺术正摆脱手工业时代的封闭性和局限性，将舞台设计成一个时间艺术和空间艺术的综合体，既有文学与音乐的时间性、听觉性，又有绘画与建筑的空间性、视觉性。在功能上，它不但要扩展人们的视觉范围，还要扩展人们的思维能力。计算机对于图形设计及舞美创作方面起重要的主导作用，给我们提供了一条思路，可以把计算机转换成一种全新的“舞台语言”，我们有理由相信计算机与舞美的联姻必将激发更多的灵活性和创作激情。

二、多媒体技术在舞美中的应用

舞台美术简称舞美,包括布景、灯光、服装、化妆、道具、效果等内容.舞台美术的主要作用在于运用多种表演艺术手段,营造戏剧环境、渲染舞台气氛、塑造人物形象.舞台美术有其自己的创作艺术规律.可以说它是一种集"平面"、"空间"和"时间"为一体的极具观赏性的艺术.长期以来，我国的舞台美术紧跟21世纪时代前进的步伐,不断发展,不断创新,并呈现蓬勃发展的喜人态势.舞美艺术密切渗透于多媒体技术的应用之中。主要表现在以下几个方面：

（一）虚拟现实技术在舞美中的应用

计算机神奇的表现力使理想形态的创造达到随心所欲的境地。计算机三维技术有极强的仿真能力和创造力，它可以在虚拟的空间里，创造出极其逼真的世界，又可以凭借想像力创造出大自然的视野，在三维动画所表现的空间画面中，以超现实的表现力设计出动态的理想世界，在这里传统的描绘材料工具及技法都望尘莫及。传统的舞美设计，总是先要有一个初步构思，画出草图，通过与导演和各部门的协商，让构思具体化，然后画出效果图。但是手画的效果图是二维空间表现三维空间的，与真实的场景有一定的差距，又很不直观。另外灯光的效果也无法体现，因为一台晚会的灯光变化是很多的，不可能每一种变化都要画一张效果图。所以，舞美设计的最终面貌还是要到装台后才能看到。在舞台上，灯光布景都装好后，一旦对光时发现灯光、布景存在什么问题或有什么不足之外的话，想改是很困难的。利用计算机三维技术可以在一定程度上解决这些问题。

特别对于灯光设计效果图来说，应该充分表现出光与景的关系，表现出不同材质、不同介质的特点，准确地表现光线、包括光线在空间的造型。而利用计算机灯光设计软件，可在瞬时对颜色、材质、影子、光及大量附加效果进行如意的编辑、强大的动画工具和快速的图像生成功能，可以使灯光效果图更接近现场的效果，达到艺术设计理念的氛围。当电脑作为对舞台演出灯光的控制设备时，即可严格依照灯光设计者键入的编程方案，迅速而准确无误地调控灯具完成对光色的组合、移动、变化，极大地强化了舞台灯光的可控性和可塑性，从而拓展了设计者对假定时空的想象和创造及舞台体现前瞻能力。

（二）新型影像设备在舞美中的应用

随着计算机技术、光学、电子技术、视频技术的发展,各种影像设备在舞台演出中的应用也日益增多,促进了舞台演出艺术的发展。LED电子显示屏是集光电子技术，视频技术，计算机技术和微电子技术为一体的科技产品。LED因其强大的功能在现代舞台演出中得到了广泛的应用。它的表现力非常丰富：可以模拟实景，再现自然，也可以显示效果图像，还可以用来展现资料等等。它有传统布景所无法比拟的灵活性和虚拟性，又有灯光系统所具备的部分光源特点，如大屏幕是利用发光二极管制作，通过本身的光源性能摸拟出现形态迥异的现实空间造型，还能表现出灯光的光效效果。随着LED大屏幕在舞台演出中的使用越来越频繁和设计者创作观念的改善，在某些演出中，它已经作为舞台美术中极其重要的构成元素出现了。在演出中，大屏幕出现与演出节目相匹配画面，代替了传统布景功能，而且所营造出的虚拟画面给了我们想象的空间，比实景更有气氛。传统舞美布景是用具体的物质材料构造，具有可视的外部样式，给观众以实体般的感受，但是不便于灵活替换，而且制作成本较高。而LED能播放任何可以想象到的画面，动态的、静态的、写实的、写意的、内容多姿多彩，效果也更为生动逼真，能够给观众身临其境的完美享受，进而直接影响观众的心理变化，左右观众的情绪。纵观近几年的春晚歌舞类节目，原本非常不受关注的舞蹈类节目借助形式上的创新和内容上的丰富化，变成了包装精美，具有吸引力的亮点。在2007年中央电视台春节联欢晚会舞蹈类最佳节目评选中，获得第一名的是将舞蹈艺术与多媒体技术结合起来的《小城雨巷》。悠扬的丝竹声中，薄薄水雾和着烟雨，顷刻间将观众带到了细雨飘零的江南水乡；当舞者手执一把纸伞，在空灵的旋律中翩翩起舞时，让人不禁想到了戴望舒的诗篇《雨巷》。如此美好的画面，除了舞蹈演员曼妙的舞姿，我们还要归功于舞台后方的LED电子显示屏。整个大屏幕使用动态实景和灯光的变幻烘托江南水乡的氛围，很有立体感和纵深感，加上近距离取景，画面很逼真，有“人在画中走”的意境。

（三）视听特技在舞美中的应用

视听特技在舞美领域的应用非常广泛，其中舞台照明和舞台音响是最重要的两大板块。

利用灯光手段为舞台照明并为人物、景物造型的艺术，称做舞台照明。其作用是根据演出要求，按照舞台美术的整体构思，运用舞台灯光的技术设备及手段配合演员表演，塑造舞台上的视觉形象。灯光设计面对如今多样的节目形式，必须紧扣晚会的主题，对不同的节目内容进行针对性的设计与艺术创作，只有这样才能实现灯光的表现形式与节目内容的高度统一。通常晚会舞台的灯光主要是以节目的音乐变化和节奏的变化来控制灯光的亮度与闪光点闪频速度，灯光的色彩变换主要是以聚焦变化为主，通常可以制造色彩的变化与亮度和聚焦灯点有交叉影合的绚丽美感，为节目内容增光添彩，渲染气氛，增强节目电视画面的视觉效果。在上世纪80年代初，舞台灯光一直采用人工更换涤纶色纸的方法，这种手动操作模式的繁琐、不安全，及演出过程中同一盏灯不能换色等问题制约了灯光设计的发展。随着我国文艺演出逐渐兴盛、演出规模日益扩大，灯具的使用数量越来越大，逐渐摆脱了手动换色的局限，让舞台变幻出更多更美的色彩，推进了舞台灯光艺术向更高水平发展。而实现舞台灯光自动化、智能化和科学化则是一个富有挑战性的目标，它涉及人们对艺术观念的认识、照明设备的创新、剧场建筑的配合、演艺制作的工作方式等方面的变革，这是戏剧艺术、剧场建筑、科学技术三者紧密结合的“大系统”工程。

舞台音响技术也是随着当代科技的发展而产生的一门崭新学科。近年来，随着数字技术的发展，舞台音响技术也朝着数字化方向呈现出越来越精细的趋势，其作用也随着当代传播方式的数字化及传播范围的普泛化而显得越来越重要。在当代舞台艺术创作中，即在当代传媒技术高速发展的形势下，音响技术已开创了“从技术到艺术”的设计理念,即技术与艺术的完美结合,人性与科技的结合，成为了舞台表现的重要手段。目前多维数字音响技术这个新概念进入了人们的视野，并被预言将得到进一步创新及普及，这是我们值得探究的新领域。三、多媒体技术在舞美领域的发展前景

在当今国际艺术创作潮流中，舞台艺术与技术的结合已经成为表演艺术中不可分割的创作体现元素，文艺科技已作为文化艺术创作的重要载体。在发达国家中以高科技声、光、电等各种先进技术组合体现的舞台艺术已经独树一帜，足以让人为之振奋，它符合了人们的现代审美理念和文化消费需求，已成为强大的文化产业的基础。国外舞台艺术创造运用高科技手段所呈现的表演样式，在现代科技迅猛发展的形势下，为优秀舞台艺术作品的产生和传播提供了丰富的体现手段。我国的舞台科技研究开发由原来的单一舞台科技项目研究，发展到以技术项目的整体综合。戏剧演出的震撼力，不但在于艺术创作的内涵，还在于充分利用科技手段，使演出更具张力，而且利用与拓展舞台表演空间，增强剧情气氛，提升演出表现力与震撼力。我们要使舞台科技从单一硬件设备、设施的改造走向用于舞台艺术的互动发展。