信息光学原理范文

导语：如何才能写好一篇信息光学原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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1广告的心理功能

根据广告心理学研究，一则广告要获得成功，首先必须能够引起消费者的注意，然后使消费者对商品发生兴趣，认识和了解商品，在此基础上产生购买欲望，进而增强购买信心，最后促使消费者产生购买行为。

2心理学原理在广告中的应用

怎样的广告才能激起消费者的欲望，促使消费者能持久地购买该广告宣传的商品或提供的服务呢？这就需要研究消费者的心理。下面我们分析心理学原理在广告中的运用。

2.1注意理论在广告中的运用

消费者对产品的了解大多是从广告中来，引起人们的注意是广告心理策略中的重要问题，是广告产生效应的首要环节，也是重要环节。不随意注意是指既无目的，也不需要意志努力的注意。广告可以通过一些方法引起消费者的不随意注意。

广告的新异性。人们总是对新奇的东西感兴趣，对生动形象的东西记忆深刻。 人们的好奇心总是促使人们做一些尝试。新颖的广告，可以令人耳目一新，精神一振，一下子注意到广告所宣传的内容，并留下深刻的映像。

增加刺激物的运动与变化。大量的心理实验与生活经验表明，动的或变化着的物体远比静止的、不变的物体更容易引起人们的不随意注意。街道上很多电子灯牌都把字设置成闪烁的形式就是运用了这一原理。

2.2感知觉理论在广告中的运用

人们通过感官得到了外部世界的信息，这些信息经过头脑的加工，产生了对事物整体的认识，就是知觉。

2.2.1联觉在广告中的运用

各种感觉之间产生相互作用的心理现象，即对一种感官的刺激作用触发另一种感觉的现象，在心理学上被称为“联觉”现象。例如，红、橙、黄色会使人感到温暖；蓝、青、绿色会使人感到寒冷。雪碧广告中大量使用蓝、绿等冷色调，并且由人物喝完雪碧后仿佛投入水中的畅来淋漓尽致地表现出其广告词“透心凉，心飞扬”所要传递的雪碧特色。

2.2.2知觉的整体性在广告中运用

知觉的整体性即知觉的对象是有不同属性的许多部分组成的，人们在知觉到它时却能依据经验组成一个整体。

（1）晕轮效应在广告中的应用

晕轮效用，又称“光环效应”，是指人的认知和判断往往只从局部出发，扩散而得出整体印象，在与别人交往的过程中，并不总是能够实事求是地评价一个人，而往往是根据对别人已有的了解对别人的其他方面进行推测，就像日晕一样，由一个中心点逐步向外扩散成越来越大的圆圈。名人效应是一种典型的光环效应。

（2）形状知觉中的眼动研究对广告设计的启示

在形状知觉中，眼动具有重要意义。通过眼动分析可以比较深入地考察人们在观看广告时时的心理活动。

2.3记忆理论对广告的指导

对于广告信息的记忆，是消费者作出购买决策必不可少的条件。

2.3.1利用形象记忆优势

产品的广告词应尽量简单明快，朗朗上口，这样可以减轻消费者的记忆负担，就容易记住。如雪碧的“晶晶亮，透心凉”，娃哈哈的“爱的就是你”等这些脍炙人口的广告语，短小精悍，简明扼要，让人们很容易记住产品，为下一步购买做好了铺垫。

2.3.2鲜活性效应

鲜活性是指当人们在面临解决问题或者作决策时，会从记忆中提取与当前的情景有关的信息，因此，越是容易获取的事情，越是会被人们利用来解决问题或做出决策。而信息或事情的鲜活性就是强烈影响信息获得的一个重要原因。所以，很多产品的广告（特别是一些药品广告）都是请用过产品的人现身说法，单单一个人的实力就可以严重影响消费者的观点。

2.3.3避免遗忘

在广告学习中，干扰是指消费者在广告学习和回忆的这段时间内受到了其它刺激的影响。广告制作要简洁明了，减少广告材料的识记数量；广告信息要适当重复，便于消费者巩固并加强记忆；设置鲜明特征，完善广告内容等等。

3结论

在商品竞争日趋激烈的现代社会，广告已经成为商家吸引顾客，销售商品的一个重要手段。因而广告的制作以及传播应以正确认识人的感知特点、注意特点、记忆特点以及态度结构为基础，才能发挥其引起消费者对某种产品的兴趣与关注，改变人们的消费态度，并最终导致消费行为的产生，卖出商品的作用。

参考文献

[1] 吴柏林，广告策划与策略[M].广州：广东经济出版社，2006.

[2] 甘露.试论名人广告的心理效应[J].新闻界，2010（5）.

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关键词：信息光学；光学实验；分层次；教学新模式；教学改革

光信息科学与技术专业是当前的热门专业之一，光学信息技术是现代信息科学的基础，其中的信息光学实验是光信息科学与技术专业的重要实践课程。通过信息光学实验的实践，可以深入理解信息光学的基本原理，使学生从理性理解走向感性认识，同时实践过程也提高了学生的动手和思考能力。

一、信息光学实验教学改革的必要性

随着社会的发展，我国的教育事业经过多年的发展，从应试教育向学生的素质教育发展转变，大学的人才培养尤其要重视实践教学环节，实验课程教学是学生学习的重要环节。信息光学的实验是光信息科学与技术专业的基础实践课程，对培养学生的科学态度、光学实验的基本操作、掌握光学知识等起着重要的作用。重视学生综合能力和科研创新能力的培养，改革传统实验教学模式，提高学生的科学实验素质，是必要的研究课题。

当前，大学生普遍存在的问题是注重考试，只注重理论知识的学习，缺乏实验能力和动手能力、理论和实践相结合的综合能力、科研能力和创新能力。目前教学方式也存在很大的问题，教学模式单一、实验过程单调、缺乏科学的实验教学体系等。

信息光学课程的理论性较强、概念较抽象，从教学内容到实验环节都应加强创新及改革，运用现代化的教学手段、分层次的实验教学理念来提高学生动手、综合、独立思考、深入研究的能力是十分必要的。

二、信息光学实验教学新模式

信息光学理论课程的特点是难度大、公式繁杂，根据本课程的实验教学状况，如何提高学生对信息光学技术的兴趣，加深对理论内容的理解，开拓将理论用于实践的方法和创新思路，是信息光学实验教学模式改革创新的关键点。

1.信息光学实验授课模式

信息光学实验教学模式改革创新，首先在课程讲解上的新模式是要引入“逆序―引导式”的讲解模式，对于实验的目的、意义、原理、步骤，不是按部就班、照本宣科地讲，而是在进行一个具体的实验之前，从实验所能得到的结论、能达到什么样的目的、解决什么样的问题来引出，继而引导学生寻求解决问题的办法，最终归结到实验需要采取实验方法，与学生一起回忆实验的原理，通过设置问题来间接地向学生介绍实验目的。

2.信息光学实验分层次教学改革

实验教学体系的改革是信息光学实验课程改革的关键环节，本文提出了施行分层次教学内容改革方案，主要包括基本实验能力训练、综合能力训练和科研能力训练三大块。通过教学改革，逐步实现由演示型、验证型、认识型到综合型、应用型、设计型的分层次实践体系，开展针对专业基础实验课程的研究性教学，有效促进和提高大学生的实验能力和创新能力，形成可持续发展的实验教学潜力。

其中，基本能力训练由必做实验组成，比如做阿贝―波特滤波实验、卷积定理的光学模拟实验、泰伯效应实验等。这些实验都属于演示验证型实验，通过做这些演示型的必做实验，学生熟悉光学信息处理的基本方法，掌握空间域与频率域的变换关系，能正确使用光学元件方法，完成基本光学实验能力的训练。

综合能力训练部分由选作实验组成，选作实验一般为高频全息光栅的制备、图像相加减、彩虹全息、像面全息等，这些实验大多属于综合型的提高实验，稍有难度，学生可以根据自己的兴趣特点选做两到三个，在做的过程中根据学生的学习程度给予不同的启发和引导，从而提高综合能力。

3.信息光学实验考核方式改革

制定规范、科学的实验能力考核细则和要求，完善实验考核方式是完成实验类课程改革的一个重要方面，从实验能力、动手能力、实验原理的掌握程度、实验操作技能的把握程度、实验整体的完成情况、解决问题的能力、三个层次实验做的程度和深度，综合对学生的实验进行考核。

4.信息光学实验改革教学方法，丰富教学手段

教学方法和教学手段的创新对激发学生的想象力和创造力有十分重要的作用。教学方法灵活、辅助教学手段多样，对于学生获取信息、掌握知识、分析问题、解决问题十分有效。

（1）教学方法创新

将传统教学模式中的类比引申法用在引导学生初次接触光学领域的教学，可以通过类比引申法加深学生的印象和理解程度。

例如，对信息光学中的数学概念的引入，通过类比引申法，将一个矩形函数与一个照相机中的快门进行比较，再与一个矩形的孔径进行比较，学生可以感性地理解它，不需要费劲就可以理解并记住。

（2）教学手段创新

将现代信息技术的幻灯片、多媒体课件、网络手段等现代化教学手段渗透到信息光学实验教学中。通过幻灯片、多媒体课件演示信息光学繁多的公式及推导过程，不但节约板书时间，还可详细地给学生演示推演过程。将网络手段应用于教学中，建立一个关于信息光学的交互式平台，可以使学生对所学内容经常性地进行复习、讨论和巩固，同时加强师生间的交流。

综上所述，从改革信息光学教学的必要性、信息光学教学的新模式，包括授课模式、分层次授课模式、考核方式、教学手段几个方面对信息光学的实验教学进行了分析和研究。基本实验能力训练、综合能力训练和科研创新能力训练三个层次的实验教学新模式，可以提高学生的动手能力、综合能力和科研能力，提高学生对光学实验的积极性与主动性，使学生可以学以致用，从而大大提高教学质量。

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[关键词]Matlab Gui 空间滤波实验 频谱

一、引言

空间滤波实验是信息光学实验中的一个经典实验，但由于光学实验光路调整较麻烦，再加上学生对空间滤波实验的原理没理解透，导致大部分学生做实验时，效率低下，实验现象不明显，严重的调不出实验现象。为了加深学生对空间滤波实验的理解，近年来有不少人已经开展了该实验仿真工作，但目前该实验的仿真要么缺乏直观的界面[1]，要么界面不够友好，不够丰富[2]，比如界面中没有给出实际的实验光路等。针对上述情况，本文对空间滤波实验进行了Matlab Gui仿真，仿真界面友好、内容丰富，仿真界面不但给出了实际的空间滤波实验光路及注意事项，而且仿真结果验证了所有的空间滤波实验现象，使学生更能深刻理解空间滤波实验现象。

二、空间滤波实验的原理

空间滤波实验的原理源于阿贝成像原理，其原理图如图1所示[3]，阿贝成像原理认为：透镜成像过程可分为两步，第一步是通过物的衍射光在系统的频谱面上形成空间频谱（夫琅和费衍射图样），这是衍射所引起的“分频”作用；第二步是代表不同空间频率的各光束在像平面上相干叠加而形成物体的像，这是干涉所引起的“合成”作用，这也是人们常说的“两次衍射成像理论”。如果在频谱面上设置各种空间滤波器，挡去频谱中某一些空间频率成分，或改变某些分量的位相，则将明显地影响输出图像，这就是空间滤波。光学信息处理的实质就是设法在频谱面上滤去无用信息分量或改变某些分量而保留有用分量，从而在输出面上获得所需要的图像信息。

三、空间滤波实验的Matlab Gui 仿真

图2为空间滤波实验的Matlab Gui 仿真界面，界面的右上方给出了实际的空间滤波实验光路及注意事项，该注意事项是能否做出实际实验的关键。滤波对象为实验中使用的光子屏，则在界面的下面显示物及其频谱，点击滤波器下拉菜单，选中水平狭缝作为滤波器，则界面的下面第三个图显示该滤波器，再点击进行滤波按钮，则在界面的下面第四个图显示经滤波处理后的输出像，由于频谱面上的横向分布是物的纵向结构的信息，由经滤波处理后的像可以看到当光格字经过水平狭缝滤波器之后，图像是呈纵向分布的，如图2（a）所以。当点击滤波器下拉菜单，选中垂直狭缝作为滤波器。由于频谱面上的纵向分布是物的横向结构的信息，由经滤波处理后的像可以看到当光格字经过垂直狭缝滤波器之后，图像是呈横向分布的，如图2（b）所以。当点击滤波器下拉菜单，选中方向滤波器。由经滤波处理后的像可以看到当光格字经过方向滤波器得到的是与之垂直方向的信息，如图2（c）所示。当点击滤波器下拉菜单，选中低通滤波器时，滤波后的像如图2（d）所示，由于光栅为周期性函数，其频谱是有规律排列的离散点阵，而字迹不是周期性函数，它的频谱是连续的，一般不容易看清楚，由于光字笔画较粗，其空间低频成分较多，因此频谱面的光轴附近只有光字信息而没有网格信息。经过低通滤波，滤掉了物的高频信息，输出图像显示了物的低频信息即光字。由于经过滤波后的图像能量有所损失导致输出图像比原图像模糊。当点击滤波器下拉菜单，选中高通滤波器时，滤波后的像如图2（e）所示，。

四、结论

为了更好理解空间滤波实验，本文对空间滤波实验进行了Matlab Gui仿真，仿真界面友好、操作方面，内容丰富，本仿真界面不但给出了实际的实验光路，而且实现了实验的所有功能，仿真结果验证了所有的空间滤波实验现象。

[参考文献]

[1]谢嘉宁，赵建林.光学空间滤波过程的计算机仿真，光子学报，2002，31：847-950

[2]李芳菊，耿森林.利用Matlab Gui实现空间滤波的实验仿真，价值工程，2012，29：302-303

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对，都出现了镜子。从本质上说，都和光学有关。

大到探月的嫦娥卫星，小到日常生活中的单反相机、CD光盘，无论是国家进步，还是你我的生活质量，都与光学工程息息相关。由于光学工程的应用实践要求十分严格，相关本科专业的毕业生往往无力承担与光学工程科学技术研究直接相关的工作。因此，每年有大量相关专业的本科毕业生选择考研。

由于光学工程是一门高层次、高门槛的学科，相较于机械工程、计算机科学与技术等专业，开设此专业的院校并不多。总体看来，光学工程专业的考研竞争比较激烈，尤其是在一些光学工程名校之中，2012年浙江大学光学工程的报录比就曾高达17∶1。

目前，我国具有光学工程博士一级授予资格的高校共38所。具有光学工程国家重点学科的高校共有清华大学、北京理工大学、南开大学、天津大学、长春理工大学、南京理工大学、浙江大学、华中科技大学、国防科学技术大学等9所，具有国家重点（培育）学科的高校有上海理工大学、电子科技大学两所，具有博士培养资格的中国科学院相关研究院所主要有长春光机所、西安光机所、上海光机所、上海技术物理所、安徽光机所、成都光电所等6所。

我们如何在为数不多的顶级名校或科研院所中选择一所最适合自己的院校呢？

第一，重视院校综合实力，避免依赖单一数据。

各种评估结果中的得分、排名等数据往往只能反映院校的宏观指标，且不同机构均有不一样的标准，很难客观真实地反映院校的全部情况。各院校的研究方向独具特色，互有长短，具体到每个研究方向，实力强弱更不相同，比如，光学设计这一领域，普遍认为实力强弱依次为清华大学、北京理工大学、浙江大学、天津大学等。同样的道理，单纯地看重院校的院士、长江学者数量、实验室规模、研究经费等指标也是不科学的。院校研究水平的高低并不能直接反映研究生教育质量的好坏，院校的导师构成、地理区位与就业环境、同学本科来源的层次与学术氛围等软实力也不是量化指标可以衡量的，然而这些因素对研究生阶段的学术成就以及未来的职业发展，往往比宏观数据具备更大的影响，万万不可忽视。

第二，光学工程不是什么院校都能“玩得转”。

在考生中广泛存在“211高校未必比985高校差”的思想，从而选择考研难度相对较小的“211工程”院校深造。不可否认，一些“211工程”院校在其传统优势学科上的确不比“985院校”差，甚至更有优势。但是，光学工程是一门“高富帅”的学科，只有高层次的院校才能承载光学工程这门学科，而优秀的光学工程人才往往也出自优秀的院校。主要原因体现在两个方面：第一，光学工程精密程度非常高，对实验仪器设备和资金的依赖性比较强，缺少国家重视和资金上的倾斜，院校很难承担昂贵的实验仪器设备，从而限制研究生的发展；第二，“985”院校导师的视野更加开阔，对研究生的基本要求更加严格、培养目标更高，甚至某些院校的本科生在导师的指导和严格要求下也能在诸如Optical Letters等国际顶级光学期刊上。此外，高层次的院校学术氛围更加浓厚，出国深造、就业等方面也具备更大的优势。

在此背景下，有必要对光学工程相关院校及其考研情况进行深度解读。本文将以拥有国家重点学科的浙江大学、华中科技大学、天津大学、南开大学，以及中国科学院的上海光机所为例进行具体分析。

浙江大学：为强者而生

学科地位：浙江大学光学工程学科设立于光电信息工程学系内，该系前身为浙江大学光学仪器专业，是中国光学工程学科的诞生地，具有雄厚的学科实力。在2007―2009年、2010―2012年教育部学科评估中均排名第一。

学科特色：有现代光学仪器国家重点实验室、国家光学仪器工程技术研究中心、国防重点学科实验室等国家级研究基地。目前设置有光学工程研究所、光电信息及检测技术研究所、光电子技术研究所、光电显示技术研究所、先进纳米光子学研究所和光及电磁波研究中心、光学惯性技术工程研究中心等机构。

研究领域：浙江大学光学工程主要研究领域十分宽广，包括微纳光学与介观光学与器件、光学光电子薄膜、光电显示技术、高精度光纤传感、光电成像技术、微纳米精密检测技术、生物光子学、新型激光与光电子技术、光电子集成器件与系统，光通信技术与系统和新颖人工光电介质等。

师资力量：光及电磁波研究中心以长江计划特聘教授何赛灵为领军人物，大部分导师均为杰出“海归”或外籍教授，在光子学和电磁波的理论和实验研究领域开展了大量工作，获得了许多具有国际影响的学术成果。

地理区位：长江三角洲地区具有规模庞大的光电产业集群，具有国际化、起点高的特点，相较于珠三角地区以封装、为主的光电―半导体产业而言具有广阔的发展前景。

竞争情况：浙江大学就读光学工程的研究生中超过半数来自于浙江大学、天津大学、南开大学等名校的推免生。考研竞争极为激烈，从近年报录比便可见一斑。

考试特色：浙江大学光学工程考研参考书为郁道银、谈恒英著的《工程光学》。浙江大学光学工程的专业课考试较其他学校包括的内容更多，报考的同学需要复习几何像差、傅里叶光学等本科阶段较为薄弱的知识板块。此外，也会考查一定的激光原理知识。

华中科技大学：光谷传奇

学科地位：华中科技大学光学工程近年来发展迅速，实力雄厚。尤其是在筹的武汉光电国家实验室是我国目前仅有的几个国家实验室之一，学科地位非同一般。华中科技大学在2010―2012年教育部学科评估中与浙江大学并列第一。

学科特色：光学与电子信息学院设有武汉光电国家实验室、激光加工技术国家工程研究中心、下一代互联网接入系统国家工程实验室、国家集成电路人才培养基地、教育部电子信息功能材料重点实验室（B类）、教育部敏感陶瓷工程中心等研究机构。其中武汉光电国家实验室是由教育部、湖北省和武汉市共建，依托于华中科技大学，联合武汉邮电科学研究院、中国科学院武汉物理与数学研究所、中国船舶重工集团公司第七一七研究所共同组建，已投入4亿多元建立了12个科学研究平台以及1个光电公共测试平台。

研究领域：华中科技大学主要研究方向为光电测控技术、光电信息存储、光通信技术、基础光子学、激光科学与工程、光电子器件与集成、纳米光电子学、生物医学光子学、能源光子学、太赫兹技术。

地理区位：华中科技大学地处著名的武汉光谷，当地产业集群形成的产学研体系研究水平很高，产业价值巨大，尤其在光通信、激光等领域具有较大优势，就业前景看好。

竞争情况：华中科技大学工学复试分数线2013年为330分、2012年为340分、2011年为330分。招生人数60人左右，随当年推免生比例有所波动。

考试特色：华中科技大学光学工程专业课考试偏向物理光学、电子学、激光原理相关知识。需要注意的是有两个单位可以接收光学工程的硕士生，分别是光电学院和武汉光电国家实验室。

天津大学：精益求精

学科地位：天津大学光学工程学科设立在天津大学精密仪器与光电子工程学院，是我国较早设立光学工程的高校之一。天津大学光学工程在2007―2009年教育部学科评估中名列第二，2010―2012年教育部学科评估中名列第三。此外，天津大学精密仪器与光电子工程学院也是教育部“教育教学改革特别试验区”的15个全国试点学院之一。

学科特色：所在学院设有精密测试技术及仪器国家重点实验室、光电信息技术科学教育部重点实验室、精密仪器中心、现代光学研究所、光电子研究中心、传感工程研究所、照明技术研究所、光电测控技术研究所、激光与光电子技术研究所、生物光学研究所、安全防伪技术研究中心等研究和开发机构。

研究方向：超快激光理论与应用研究、光学信息处理及其应用、光学技术在计算机科学中的应用、数字图像处理技术、光学传感器技术、先进固体激光及非线性频率变化技术、光电子学与光通信技术、激光与光电子应用技术等。

师资力量：中国科学院院士1人，中国工程院院士1人，长江计划特聘教授4人。天津大学光学工程的师资队伍配置十分合理，老中青年教师比例合理。老年教授如姚建铨院士、王清月教授等可以保证该学科的顶级实力，中年学科骨干如刘铁根教授近年来在光纤传感领域硕果累累，超快激光实验室的胡明列教授是天津大学最年轻的教授，学术前景十分光明。

地理区位：既紧挨近年来得到长足发展的天津滨海新区，又毗邻首都北京，就业环境较为优越。

竞争情况：就读于天津大学的研究生中，本校生源占有较大比例。天津大学工学复试分数线2013年为330分，2012年为335分，2009―2011光学工程报录比如下：

考试特色：天津大学考研参考书目为郁道银、谈恒英著的《工程光学》和周炳著的《激光原理》，建议欲报考的同学参考天津大学蔡怀宇教授编写的《工程光学复习指导与习题解答》。

南开大学：虽小而精

学科地位：南开大学光学工程设立于南开大学现代光学研究所内，隶属于电子信息与光学工程学院。现代光学研究所由光学工程元老母国光院士创建，是全国高校中最早取得光学和光学工程两个学科博士学位授予权的单位。在2010―2012年教育部学科评估中，南开大学光学工程名列第五。

学科特色：设有教育部光电信息技术科学重点实验室以及博士后流动站。

师资力量：南开大学光学工程规模较小，共有教师28人，教授、研究员18人，副教授8人，其中有院士1人，特聘教授1人，博士生导师13人，但导师队伍水平相当优秀，哈佛大学、剑桥大学等欧美名校留学、访问研究的经历非常普遍，近年来在Nature、Science等国际最顶尖期刊发表多篇论文，令国内同行为之拜服。较为出色的是青年教师刘海涛教授，在Nature发表两篇论文，在Physical Review Letters发表两篇论文，主要研究方向为表面等离子体等微纳光学的相关理论。

培养模式：南开大学光学工程招生规模较小，几乎与导师人数平齐，每个研究生均能得到导师的大量指导，研究生教育接近于精英教育。需要注意的是，南开大学光学工程的专业型硕士培养计划与学术型硕士培养计划基本相同，这与其他学校的培养模式有所区别。

研究领域：相比其他高校，南开大学光学工程的研究方向的理论特色较为明显，其研究领域主要有：光学/数字图象处理科学与技术、光学处理与光计算技术、激光与非线性光学科学与技术、现代光通信技术、光波电子学、光子技术、眼视觉光学和共焦显微技术、飞秒激光技术、微纳光学。

地理区位：与天津大学相同。

竞争情况：南开大学近年来考研报录情况如下所示，可见相较于其他院校，南开大学光学工程的性价比较高。

考试特色：南开大学光学工程往年专业课参考书是赵凯华、钟锡华编著的《光学》，专业课考试风格自2013年起有所变化，并且2014年考研没有提供参考书目，需要考生注意。

中国科学院上海光机所：卧虎藏龙

学科地位：上海光机所是我国建立最早、规模最大的激光专业研究所。

学科特色：上海光机所现设8个研究室，分别是：强场激光物理国家重点实验室、中科院量子光学重点实验室、中科院强激光材料重点实验室、高功率激光物理联合实验室、空间激光信息技术研究中心（含：中科院空间激光通信及检验技术重点实验室、上海市全固态激光器与应用技术重点实验室）、信息光学与光电技术实验室、高密度光存储技术实验室、高功率激光单元技术研究与发展中心。

值得一提的是，上海光机所建成了国内仅有国际上也为数不多的“神光”系列高功率大型激光装置，用于激光分离同位素的激光与光学系统、超短超强激光系统、激光原子冷却装置、空间全固态激光器研制平台。在各种新型、高性能激光器件、激光与光电子功能材料的研制方面，也进入了国际先进水平，是我国现代光学和激光与光电子领域取得研究成果最多的单位之一。

研究领域：强激光技术、强场物理与强光光学、信息光学、量子光学、激光与光电子器件、光学材料等。显而易见的是，上海光机所的研究方向非常偏向于理论研究，因而十分适合于光学工程理论方向的深造。

地理区位：地处长三角的核心上海，地理区位优势相当明显。

竞争情况：每年有许多来自清华大学、浙江大学等顶尖学府的毕业生通过推免进入上海光机所，研究所人才济济。近年来上海光机所光学工程的复试分数线为：2013年320分，2012年325分，2011年330分。每年招生人数在40―50人，随当年推免比例有所浮动。

培养模式：上海光机所的专业型硕士与学术型硕士培养计划相近，且第一年是在安徽合肥的中国科学技术大学培养。

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关键词：光电信息科学与工程；人才培养；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）11-0167-02

一、研究背景

光电信息科学与工程专业（以下简称光电专业）是由教育部在2012年9月下发文件将原属于电子信息科学类的光信息科学与技术、光电子技术科学专业与原属于电气信息类的信息显示与光电技术、光电信息工程、光电子材料与器件5个专业统一整合后而成的[1]，因此，不同学校的光电专业渊源不同，特色各异。我校的光电专业源于2011年设置的光信息科学与技术专业，初期建设主要依靠大学物理教研室的师资和大学物理实验室资源，在课程体系设置中，理论课程比例较大，应用型课程不足，实践教学环节薄弱，对学生的实际应用能力培养不足，不利于学生的就业竞争。

光电信息产业是21世纪最具发展潜力的产业，随着合芜蚌自主创新产业示范区的建设和发展，安徽光电产业迅速发展，从而使光电专业技术人才需求快速增加。特别是生产加工类企业，对具有光电专业背景、熟悉光电原理和行业发展的技术管理人才需求旺盛。

随着地方高校向应用型转型发展，对比企业对光电人才需求的状况，以前的培养方案存在与就业市场脱节，重视理论及系统性，实践教学环节薄弱，对学生的实践能力、应用能力和创新思维培养不足。为了解决以上问题，近年来，在广泛调研的基础上，借鉴兄弟高校的成功经验、认真吸取企业的建议、接受光电教指分委指导，逐步明确专业培养目标及建设思路，初步形成有特色、能满足地方光电企业人才需求的人才培养方案。根据市场需求，确定了“光电子技术”、“光通信与信息处理”两个专业方向，构建分层次、模块化的“平台”+“模块”式课程体系。建设了基础实验、专业实验、综合课程设计及企业实习等实践教学体系。

二、应用型人才培养模式改革的实践

（一）合理定位，优化课程体系

地方高校光电信息科学与工程专业主要培养适应光电信息类企业需要的应用型技术人才，以适应光电信息产业的快速发展。以培养企业需要的应用技术人才为培养目标，校企合作修订了2015级人才培养方案和教学大纲。课程体系分为公共基础课、专业基础课、专业课、专业方向课和专业选修课5个层次。在新的培养方案中，保证数理基础的前提下，适当合并调整压缩了物理理论课程，增加了应用型课程的比例，加强了实践教学环节。主要开设了，光电信息物理基础、物理光学、应用光学、信息光学、模拟电子技术、数字电子技术、激光原理与技术、光电子技术，光学系统设计、光纤通信原理、传感器原理与应用、数字信号处理，单片机原理等。

（二）加大实验室建设投入，强化实践教学

学生的实践能力、应用能力需要有良好的实验教学条件的保障，用好现有中央财政支持地方高校建设项目、安徽省高等学校振兴计划项目支持实验室建设。2013年光电信息科学与工程实验平台建设获批中央财政、支持地方高校建设项目，同年获批该专业获批安徽省振兴计划新专业建设项目。

在大学物理实验中心的基础上，独立设立了光电信息科学与工程实验中心。从2012年至今，依托项目资金等共计投入760多万元用于购置各类光电仪器设备，组建了基础光学、激光原理与技术、光电子技术与检测、光通信与信息处理技术4个实验分室，建设了光学系统设计与制作、光电创新设计2个实训室。经过4年的实验课程建设，逐步形成了较为系统的、先进的、开放的实验教学环境。

1.有机整合、独立开课，构建模块化实验教学体系。打破基础实验、专业基础实验、专业实验独立分块，实验从属于理论的传统实验教学体系，将光电信息科学与工程专业教学计划中的实验组成一个有机整体、独立开课，构建模块化实践教学体系。[2]如独立开设了基础光学实验、光电子技术实验、光通信与信息处理技术实验、激光原理与技术实验及课程设计等。

2.改革教学内容，优化基础实验，增加综合性、设计性实验。光电信息科学与工程专业的实验教学在整合基础实验、独立开设模块化实验课程的同时，开设足够的高质量的综合性、设计性的课程设计项目，课程设计的内容与工程、社会应用紧密联系，开设有光学系统设计、光通信原理课程设计、光电检测课程设计等，通过课程设计培养学生的实践能力和综合应用能力。通过暑期小学期实践教学，积极引进企业工程技术人员，结合企业生产项目，实施暑假实践教学，使实践教学真正贴近企业，贴近市场。

（三）设立大学生创新实践计划，鼓励学生参与各种竞赛活动

学校积极实施因材施教的探索，在人才培养方案中设立了大学生科技文化与创新创业学分，设立大学生创新创业计划项目，学生自愿报名组队，在指导教师的指导下，完成创新创业项目。学校积极支持学生参加课外科技实践及竞赛活动，学生在全国挑战杯大学生创新创业大赛、全国大学生数模竞赛、电子设计大赛、飞思卡尔智能车大赛、全省大学生物理实验竞赛、及学校组织的光电设计竞赛中都取得较好的成绩。学生通过竞赛，提高学生专业学习兴趣，明确学习目标和方向，促进了学习积极性和主动性，提高学生分析问题和解决问题的能力、实践能力和综合素质，[3]从而也提高了人才培养质量，提高毕业生就业竞争力。

三、思考与建议

光电信息科学与工程专业建设和人才培养是一个长期的过程。我们在4年的建设实践中，有教训也取得了一些经验，培养光电企业真正需要的应用型人才，创新应用型人才培养模式是我们必须思考和研究的重要n题。

首先，科学合理地设计和更新教学内容，淘汰过时的内容，将企业生产的实际问题与理论结合，特别是体现在专业课程的教学内容、实验教学项目、课程设计及各类设计、光电设计竞赛的项目上。

其次，建设具有特色的专业实验室，建设好校内实习实训基地；建立稳定企业实习基地，推进实验及实训的项目化教学，通过企业技能学习，有助于提高学生的实际操作水平，培养学生实际应用能力，有利于学生针对就业岗位针对性学习，提高就业竞争力。

第三，存在的问题和不足。专业设计软件的熟练使用也是企业技术人员的重要方面，而我校利用课程教学、暑假实践等对学生进行了单片机类教学，Matlab仿真等软件课程教学，但还缺少光学系统仿真设计等训练。因此，我们进一步建设光电仿真设计实验室，将加强学生专业设计软件使用能力的培养。同时，我们在2013级人才培养方案中增加了科技新学分部分，以强化实践与科技创新能力的培养。

光电信息科学与工程专业建设和人才培养模式的探索是一项长期工作。校企合作，创建以能力为中心的人才培养模式，注重提高学生的综合素质，培养学生综合应用能力，必然会培养更多适应社会、企业需求的光电技术应用人才。

参考文献：

[1]张海明，尚可可，等.地方高校工程应用型光电信息科学与工程专业人才培养的探索与实践[J].物理与工程，2015，（2）.

[2]谢嘉宁，陈国杰，等.地方高校光信息科学与技术专业的建设与思考[J].中国校外教育，2010，（08）.

[3]朱进容，黄楚云，等.光电信息专业人才培养模式的研究与实践[J].教育教学论坛，2013，（12）.

Local Colleges Optical Information Science and Engineering Exploration of Applied Talent Training

CHENG Rong-long1，LI Yi-de2，WANG Li1，GONG Hao1，FU Yuan-xia1

（1. Department of Mathematics and Physics，Bengbu College，Bengbu，Anhui 233030，China；

2. School of Physics and Materials Science，Anhui University，Hefei 230039，China）

篇6

关键词：半导体光放大器；太赫兹光非对称解复用器；马赫-曾得干涉仪；超快非线性干涉仪

中图分类号：TN929.1 文献标识码：A 文章编号：1004373X(2008)1515203

Analysis of All-optical Logical Gates Based on Non-linear Effect

HUI Zhanqiang

(Xi′an Institute of Post and Telecommunications,Xi′an,710061,China)

Abstract：Optical logical gate is a kind of important device using for high-performance optical information processing and all optical networks,some example applications including high-speed optical packet-switched routers,header recognization,parity checking and data encode and so on.Several kinds of optical logical gates based on nolinear optical effection are introduced,its structure as well as principle is analysed and discussed.In conclusion,optical logical gates is popular in future.

Keywords：semiconductor optical amplifier;THz optical asymmentric demultiplexer;M-Z interferometer;ultra non-linear interferometer

全光逻辑门是实现全光信号处理的核心元件，它可以实现全光信号提取，全光地址识别，全光复用/解复用以及全光开关等［1-4］，因此，在未来的全光高速通信网络和新一代光计算机中将有着巨大的应用潜力，目前，国内外均对此展开了广泛深入的研究。半导体光放大器以其体积小，光谱性能好，工作波长范围宽，响应时间短以及良好的非线性特性等优点，成为各种全光逻辑门中的主要功能器件，本文介绍了几种基于半导体光放大器中的非线性光学效应工作的全光逻辑门，并对其各自的特点进行了比较。

1 实现光学逻辑门的非线性光学原理

实现全光逻辑门主要是基于半导体光放大器中的交叉增益调制波长转换原理，在忽略放大的自发辐射引起的载流子消耗的条件下，波长的转换过程可以用以下两个方程描述［5,6］:Nt=IeV－R(N)－∑i=s,cΓgi(N,vi)AhviP+i－

∑i=s,cΓgi(N,vi)AhviP－i(1)

±P±it=Γgi(N,vi)－αintP±i(2)其中，N是有源区中载流子浓度，I是注入电流大小，e是电子电量，V是有源区体积，Γ是模场限制因子，A是有源区横截面积，h是普朗克常数，c是真空中光速，下标S，c分别对应信号光和探测光，gi(N,vi)是对应光波的增益系数，v是光波的频率，P+i和P－i分别对应正向和反向传播的光功率，αint是有源区内部的损耗系数，R(N)是非辐射复合和自发辐射复合引起的载流子消耗。为准确模拟载流子沿半导体光放大器有源区长度方向的分布，可以采用分段模型进行数值模拟。将有源区分为M段，每段载流子浓度均匀，给定入射光功率就可以根据式(1)解出第一子段的载流子浓度N1，然后根据式(2)求出第一子段光功率P2，再代入式(1)求得N2，依次类推可求得整个有源区内载流子浓度N和光功率P在空间上的静态分布，最后采用龙格-库塔法求出随时间变化的输出光功率。

2 光学逻辑门的工作原理

2.1 利用半导体光放大器实现光逻辑与门

利用半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier,SOA)实现光逻辑与门是利用级联的交叉增益调制型波长转换来实现全光逻辑与门［7］，工作原理为：特定速率的信号光经过掺铒光纤放大器放大后再经耦合器1分为两路，其中一路信号光A和可调谐激光器提供的连续光(探测光)经耦合器2合路，再经过环行器送入SOA1。两束光在SOA1中可以产生基于交叉增益调制效应的波长转换现象，信号光携带的信息转换到探测光上，但与原信息反相。第一级SOA1输出的信号光经环行器输出，而后经过EDFA2放大，随后由带通滤波器1滤出波长转换后的信号；另一路光信号经过可调谐延时线延时后，和带通滤波器1输出的信号一起经过耦合器和环行器耦合进SOA2，适当控制第一级转换输出的功率远大于延时后的信号光功率，因此，当第一级转换输出的比特为“1”时，SOA2的增益被抑制，无论信号光为“1”还是“0”，输出为“0”；反之，当第一级转换输出的比特为“0”，信号光为“1”时输出“1”，为“0”时输出“0”，因此，经带通滤波器2(对准信号光波长)滤出的信号就是信号光A和延时后的信号光B的逻辑与运算结果。

图1 基于半导体光放大器的光逻辑与门2.2 利用太赫兹光非对称解复用器实现全光逻辑门

利用太赫兹光非对称解复用器(Terahertz Optical Asymmetric Demultiplexer,TOAD)实现全光逻辑门的原理如图2所示。耦合器1将一段光纤首尾相接［8］，作为非线性元件的SOA非对称的置于光纤线路中，它偏离环路中心的光程为T/2，控制脉冲经过耦合器2从端口A引入环路，探测脉冲从端口C注入，控制信号光足够强，能够引起SOA中的非线性效应，而探测光很弱，它不在SOA中引起非线性光学效应。此逻辑门的工作过程为：探测光从端口C输入，被耦合器1分为幅度相等的两部分，分别沿顺时针(CW)和逆时针(CCW)方向传输，在没有控制光的情况下，CW和CCW光均可获得SOA的小信号增益，当它们再次回到耦合器1时所获得的相移也相等，因此，两束光在端口D相干相消，而光全部从端口C反射；反之，当有控制光从端口A输入，控制光经耦合器2注入环路中，适当调节探测光和控制光之间的时延，使得控制光在CCW之后CW之前到达SOA，这样，在控制光的作用下，CW将获得额外的非线性相移，经耦合器1再次耦合后，从端口D输出，相当于实现了探测光与控制光的逻辑与运算。

2.3 基于马赫-曾德干涉仪的全光逻辑门

基于马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnder Interferometers,MZI)的全光逻辑门的原理如图3所示［9］，SOA1和SOA2对称放置在干涉仪两臂，连续的探测光通过一个耦合器分解成两束，注入到干涉仪两臂，波长为λ1的两路强度调制的信号光分别注入其中，信号光的峰值功率高于SOA的最大线性输入功率，当输入功率超过SOA的最大线性输入功率时，SOA的有源区内载流子密度就会发生变化，使有源区内的有效折射率发生改变，导致通过SOA的探测光的强度和相位发生变化，探测光经过SOA就会携带上信号光的信息，两路经过相位调制的探测光在耦合器中发生干涉，将相位转移成振幅调制，完成两路信号的异或运算。

图2 基于太赫兹光非对称解复用器的光逻辑门图3 基于马赫-曾德干涉仪的全光逻辑门2.4 基于超快非线性干涉仪的全光逻辑门

超快非线性干涉仪(Ultrafast Nonlinear Interferometers,UNI)的工作原理如图4所示［10,11］，信号光经过起偏器保持一定方向的偏振态，经过双折射光纤后分离成具有不同偏振态相互正交且有一定延时的两路脉冲，其中一个脉冲先进入SOA，然后控制脉冲通过耦合器1输入到SOA，接着相互正交的后一脉冲再进入SOA。由于前一脉冲强度小，SOA不会产生增益非线性，而后一脉冲将会遇到强的控制脉冲导致的SOA增益非线性，从而获得一附加相移。

图4 基于超快非线性干涉仪光逻辑门因此，当两个脉冲经过快慢轴与双折射光纤BRF1正交的BRF2后，重新在时间上重叠。由于两个脉冲有相位差，当它们通过45°检偏器后将会产生干涉，从而有输出；反之，如果没有控制脉冲，则这两个脉冲将会遇到相同的增益特性，没有相差，在检偏器中不能形成干涉，因而也就没有输出。当利用超快非线性干涉仪作为逻辑门时，时钟信号作为信号光输入超快非线性干涉仪，再利用耦合器2输入A和B两个逻辑控制信号代替超快非线性干涉仪原来的控制信号，就可以获得或门和异或门。

3 结 语

以上分析了几种典型全光逻辑门的工作原理，其中，在利用半导体光放大器实现的全光逻辑门中，第二级半导体光放大器前置的掺铒光纤放大器的输入信号功率和消光比对逻辑与运算的输出性能起决定性作用，而利用太赫兹光非对称解复用器实现全光逻辑门方案，具有结构简单、操作性强等优点，在实现逻辑操作的同时实现了波长转换，最后探测光作为载波携带逻辑结果输出，同时，此方案还具有扩展性，即能够实现多个具有不同波长的数据流的操作，如果改用偏振无关的半导体光放大器，可实现偏振无关的逻辑门。基于超快非线性干涉仪的全光逻辑门，利用反向控制光实现全光或门和异或门，同时信号光和控制光可实现单一波长工作，加之采用了半导体光放大器，使得结构紧密，连同基于马赫-曾德干涉仪的全光逻辑门，均具有便于集成的优点，用于未来的全光信号处理颇有前途。

参 考 文 献

［1］Fjelde T,Kloch A,Wolfson D,et al.Novel Scheme for Simple Label Swapping Employing XOR Logical in an Integrated Interferometric Wathlength Converter［J］.IEEE Photonics Technology Letters,2001,13(7):750-752.

［2］Hall K L,Rauschenbach K A.All-optical bit Pattern Generation and Matching［J］.Electronics Letters,1996,32(13):1 214-1 215.

［3］PoustieA J,Blow K J,Manning R J,et al.All-optical Pseudorandom Number Generator［J］.Optics Communications,1999,159(4):208-214.

［4］Houbavlis T,Zoiros K,Vlachos K,et al.All-optical XOR in a Semiconductor Optical Amplifier-assisted Fiber Sagnact Gate［J］.IEEE Photonics Technology Letters,1999,11(3):334-336.

［5］李培丽,黄德修,张新亮,等.基于半导体光纤环行腔激光器的新型全光AND门和NOR门\.物理学报,2007,56(2):871-877.

［6］Zhang X L,Dong J J,Wang Y,et al.Experimental and Theoretical Investigation on Novel all-optical Logical AND Gates\.Acta.Phys.Sin.2005,54(5):2 066-2 071.

［7］任海兰.光通信信号处理\.北京:电子工业出版社,2006.

［8］周云峰,伍剑,林金桐.利用TOAD实现全光逻辑操作的实验研究\.通信学报,2004,25(12):53-58.

［9］潘炜,邹龙方,罗斌,等.基于马赫-曾德干涉仪的全光逻辑异或门理论研究\.光学精密工程,2005,13(6):339-347.

［10］陈兴忠，姚敏玉，高以智.超快非线性干涉仪及其在高速全光信号处理中的应用\.光电子激光，1999,10(5)：388-394.

［11］Montgometry W D.Sampling in Imaging Systems\.Opt.Soc.Am.,1975,65(6):700-706.

篇7

关键词 应用型本科院校 卓越计划 大学物理 教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2016.01.044

Investigation of College Physics Teaching Reforming of Application

-oriented Colleges Based on Excellence Program

YONG Yongliang， LI Xiaohong， CHEN Qingdong

（College of Physics and Engineering， He'nan University of Science and Technology， Luoyang， He'nan 471023）

Abstract College physics is a major fundamental course for the students of the science and engineering in universities and colleges. According to the objectives in talent cultivation of application-oriented colleges， we have innovated the teaching content and teaching methods of college physics based on excellence program.

Key words application-oriented colleges; excellence program; college physics; teaching reform

教育部“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是国家教育改革和发展的重大改革项目，是我国高等工程教育改革，促进高等工程教育质量全面提升的重要举措。①旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用。②当前应用型本科院校无论在发展的外部环境还是内部条件方面都面临挑战，在高等学校发展序列中处于“中间地带”，前面有老牌的、强势的研究型大学，后面有各类高职院校，应用型本科院校必须建立具有自身特色的培养目标和模式， 才是多数新建本科院校的合理选择并符合社会和经济发展的需要。③而各个本科课程只有进行必要的改革，才能适应应用型本科院校的发展。

大学物理是面向高等院校理工农医各专业的一门公共基础课，担负着提高学生科学文化素质和培养学生数理思想的重任。该课程涉及面广、知识涵盖范围大对于各专业来说，后续的专业课都要应用本课程引入的基本概念、基本理论和基本方法。更重要的是还关系到培养学生观察问题、分析问题和解决问题等方面具有其他课程所不能替代的作用。应用型本科院校在“卓越计划”的大背景下如何在教学理念、教学内容、教学方法和教学方式上对大学物理这门课程进行建设和改革，如何拓展和完善教学素材和教学资源，是值得认真思考和积极探索的问题。④经过近几年的教学实践，对基于“卓越计划”的大学物理教学进行了改革和探索

1合理优化教学内容

1.1针对不同专业，精选教学内容

卓越计划目的在于培养学生的创新能力强以及适应经济社会发展的需要，大学物理这门课程内容繁多，知识面宽广，以至于很多学生觉得大学物理的很多内容对他们后续专业课的学习，以后的考研或者工作帮助都不是很大，使得学生将学学物理看成是一种拿学分的没有必要的课程。另一方面，大学物理的部分内容对不同专业的学生帮助很大，学生也很愿意学，但是由于学时的限制，不能过多的介绍，使得学生觉得意犹未尽，没有学到更多对自己有帮助的内容。这样一来，学生学学物理的兴趣不高，学习效果令人担忧。事实上，大学物理的部分内容对于不同专业学生的后续学习而言的确作用不是很大。例如，近代物理中的狭义相对论和量子力学的内容对于车辆工程类专业的学生而言，帮助就相对很小，教师在讲台上滔滔不绝，学生在下面也只是听个“稀罕”，听得无奈。相反，力学部分中的刚体力学对于他们相当重要，他们也愿意花时间、花精力去学习，但是根据传统的教学要求，这部分课时少得可怜，只能浅尝辄止地介绍相关的概念，具体的定轴转动和角动量守恒在机械设计中的应用等内容只是稍微提一下。因此，根据不同专业的学生，在有限的学时内，要适当调整教学内容。例如，材料类专业可以增加热学和近代物理中的纳米材料方面的知识等，相对减少近代物理中早期量子论的相关内容。但是，在针对不同专业调整教学内容的同时，要注重物理知识的系统性，有些内容不是不讲，而是点到为止。

1.2针对不同专业，对教学内容模块化处理

上面提到，根据学生的专业情况，适当调整教学内容。对于学生帮助大的要多讲，深讲，而用处不大的，为了知识的系统性也要点到为止。此时，可以将教学内容进行模块化处理。⑤也就是根据物理知识的内在联系，将内容分成若干模块，这样将有利于知识的系统性、针对性和灵活性。特别是，那些学生专业不是很重要的物理知识，进行模块化处理后，利用较少的学时，以作报告或者讲座的形式呈现给学生，使得学生更容易地接受这些内容。例如，自动化等专业的学生，没有必要对热学部分掌握较深，因此这部分内容可以做成几个报告，告诉学生们热学的研究内容，研究方法，以及研究成果等即可，从而使学生接受的物理知识体系还是完整的，又做到了有的放矢。

1.3整合教学内容，补充现代科技理论

传统的大学物理教学体系主要以力、热、光、电磁和近代物理的内容为主，而与当前社会实践紧密相关的现代物理所占比重太小，尤其是物理知识在工程技术等中的应用。因此，适当补充现代物理势在必行。例如，传统的光学部分主要介绍几何光学和波动光学（光的干涉，衍射和偏振），因此补充部分信息光学的内容，对学生理解光学的系统性和现实生活中的光学应用大有益处。比如，在传统的波动光学之后讲解有关激光和光纤的相关知识。在热力学内容之后添加部分信息熵的内容。量子力学基础上介绍部分能带理论以及纳米材料、超导材料的应用，这些都将有助于提高学生学习物理的兴趣。

2多种教学方法相结合

“卓越计划”背景下的应用型本科院校，要求通过大学物理这门课，不仅学到必要的物理知识，更重要的是学会提出问题、分析问题和解决问题的能力。因此，教师在讲课的过程中就要潜移默化地将这些能力带入课堂，引导培养学生的分析问题和解决问题的能力，探索精神和创新意识。另一方面，大学物理这门课程的教学学时一再压缩，课堂时间就显得尤为珍贵。为此，就要改进传统的教学方法，尝试新的教学方法，以期达到上述目标。

2.1 加大多媒体的数字化演示

大学物理是一门实验科学，其中很多定理、定律等内容都是在实验的基础上总结得到的，因此教师在讲解过程中，为了培养学生的思维能力，不可避免地要谈到实验如何进行的，如何得到规律的等等。依靠传统的板书，这一点很难让学生一目了然。因此，讲课过程中要加强多媒体的数字化演示，包括演示实验的内容、原理、相关背景等，从而再现某一个规律发现的过程，提炼的过程等，使学生能够清晰了解规律的现象和原理，同时也培养和提高了学生的观察能力、理解能力和思维能力。这样一来，对于培养应用型的卓越人才计划，教师也就不必要在课堂上花费大量的时间用于定理、定律的推导，不但避免了乏味感，还激发学生思考问题的积极性。但是，需要注意的是，由于学生物理知识的缺失，很容易在观看演示实验过程中，只看皮毛，不去思考和探索。此时，教师在数字化演示过程中，要时时刻刻注意引导学生，增强演示的启发性和创新性。教师要多提问题，多给学生思考，多与学生互动和交流。

2.2 启发式教学和案例教学相结合

案例教学就是利用典型实例进行教学，使学生能通过对特殊的典型的实例进行分析，进一步理解和掌握教学中的概念和原理，并在此基础上培养学生独立分析和解决问题的教法。案例教学的过程中，要注重引入和提出某一类工程问题或者自然现象，让学生讨论问题的提法以及解决的方法，进而使学生巩固已经学过的内容以及了解将要学习的内容等。例如，在光的偏振中介绍立体电影的原理和实现，课前提出问题，立体电影如何工作的，进而学习光的偏振。又或者在薄膜干涉中先提出问题：阳光下的肥皂泡，水面上的油膜，鸽子勃颈处的羽毛，猫眼石等等都会显现出五颜六色的花纹，为什么？通过这些案例，启发学生积极思考和讨论。这样有助于激发学生的兴趣，发挥他们的主观能动性和创造性，进而实现学生对课本内容的深刻理解。同时，也锻炼了学生解决实际问题的能力，更重要的是培养了学生的思维能力。

3结语

综上所述，为了使大学物理课程的教学满足“卓越计划”背景下应用型本科院校的人才培养要求，大学物理必须进行改革。通过教学内容的合理优化，不同教学方法的不断改进和有机结合，不仅能有助于顺利完成教学任务，更重要的是能培养学生的工程技术思维。

基金项目：河南科技大学创新团队（2015XTD001）资助

注释

① 汪泓.打造卓越工程师摇篮，培养应用型创新人才[J].中国大学教学，2010 （8）：9-10.

② 宋佩维.卓越工程师创新能力培养的思路与途径[J].中国电力教育，2011 （7）：25-29.

③ 孙泽平.关于应用型本科院校人才培养改革的思考[J].中国高教研究，2011（4）：55-57.

篇8

Abstract： At present， holograms are still recorded by the holographic plate in holography experiment of the college physics experiment. But the holographic plate has some disadvantages， such as costing a lot， long exposure time， poor stability， needing chemical wet processing， and not easy to save and so on. To solve these problems， the digital holography technology is proposed to improve the holography experiment. This technology is using CCD to replace the holographic plate as a recording medium， and through the computer storage， digital image processing， reconstruction algorithm and other means to achieve the digital holographic reconstruction. The results show that， the digital holography is well done， the process is fast and convenient， and the reconstruction image is clear and vivid. What's more， the quantitative measurement can be realized.

关键词： 大学物理实验；全息照相；数字全息；干涉测量

Key words： college physics experiment；holography photo；digital holography；interferometry

中图分类号：O438 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）29-0206-03

0 引言

早在1948年，为了消除电子显微镜的像差，英国科学家丹尼斯・伽伯（Dennis Gabor）[1]在布拉格（Bragg）和泽尼克（Zernike）工作的基础上提出了全息技术[2]的基本原理，并因此获得了1971年的诺贝尔物理学奖。但是由于受光源的限制（全息技术要求光源有很好的时间相干性和空间相干性），在激光出现以前，对全息技术的研究进展缓慢，直到20世纪60年代激光器的发明为全息技术提供了理想的相干光源，全息技术才得到了迅速地发展。该技术的基本原理是利用光的干涉特性将被拍摄物体的三维形貌转换为明暗相间的干涉条纹光场并记录下来，然后利用光对该光场即全息图进行衍射，就能精确再现出被拍摄物体的三维形貌。现如今，激光全息技术已经广泛应用于信号记录、三维形貌测量[3]、计算机存储、生物医学和军事技术等领域。

激光全息照相实验[4]是面向所有理工科大学生的必修实验，该实验能够更加形象的让学生认识到光的波动特性。目前大学物理实验室中通常用全息干板来记录全息图，然后再通过定影、显影等湿化学手段来得到全息图，最后白光再现出被拍摄物体的三维图像。利用全息干板作为记录介质的优点是：其尺寸可以制作较大，很高的空间分辨率，记录的全息图分辨率很高，光强动态响应范围大，且能在比较大的角度尽可能地记录到物光的高频分量，因此能够记录较大的物体，甚至能够进行多重记录，信息容量很大。但其缺陷也是显而易见的：①全息干板是消耗品且不易保存，价格也比较贵；②全息干板记录时需要长时间曝光，因此震动等外界干扰因素对全息条纹的记录影响较大；③记录好的全息干板还必须经过一系列的定影、显影等化学湿处理才能得到全息底片，且底片不易长时间保存。针对上述全息干板所带来的不足，本文提出了采用数字全息技术[5，6]的方法来改进目前实验室中传统的干板全息照相实验。

数字全息技术是利用CCD来代替实验室中传统的全息干板来作为记录介质，然后通过计算机直接读取全息图，完全解决了上述用全息干板作为记录介质所存在的缺陷，同时数字全息的再现也完全是通过计算机模拟衍射光场来实现的。学生可以直接通过计算机观察实验中所记录到的全息图片，以及再现出来的物体的三维立体图，有助于提高学生的学习兴趣，加深对光的波动性的理解。

1 数字全息记录和再现基本原理

数字全息技术的记录和再现尽管都是以数字化的形式在计算机中完成的，但数字全息的记录光路和普通的干板全息是相似的，以及记录和再现的基本原理也是一样的，只不过整个处理过程在计算机中数字离散化了。

图1为数字全息记录和再现的坐标变换示意图，坐标xOyO为被记录物体所在平面，记录介质CCD位于xHyH坐标平面上，物平面到记录面的距离为zO，Lx和Ly为CCD的光敏面尺寸，分辨率为M×N，ΔxH和ΔyH分别是xH轴和yH轴方向的采样间隔。假设位于xOyO坐标平面的物光场分布为O（xO，yO），那么经过平面波垂直照射后在记录面上的衍射光场分布为O（xH，yH）。引入与物光相干的平面参考光R，振幅为AR，传播方向与物体平面坐标的xO轴和yO轴夹角分别为θRx和θRy，那么该参考光在记录面上的光场分布为R（xH，yH），则记录面上记录到的物光和参考光干涉形成的全息图光强分布为：

Hx■，y■=

Ox■，y■+Rx■，y■Ox■，y■+Rx■，y■■ （1）

数字全息图的记录介质是CCD，它对全息图像的强度分布是离散化采样读取的，因此对上式（1）离散化空间采样后所得到的数字全息图可表示为：

H（m，n）=Hx■，y■rect■，■×

■■δx■-mΔx■，y■-nΔy■ （2）

经过CCD离散化采样后得到的数字全息图是一个二维的灰度值矩阵H（m，n），再以数字的形式存储到计算机中，式中m和n分别表示xH轴和yH轴方向的离散坐标，式中矩形函数rect（xH/Lx，yH/Ly）表示CCD光敏面的有效面积，δ表示二维脉冲响应函数。

数字全息相比于传统的干板全息最大的差别就是在于再现过程，上述CCD记录得到的数字全息图不需要像传统干板全息一样放置到实际光场中进行衍射再现，而是在计算机中模拟模拟衍射光场C（xH，yH），对数字全息图进行数字再现就能还原出被拍摄物体的三维形貌。

Ux■，y■=Cx■，y■Hx■，y■

=Cx■，y■Ox■，y■+Rx■，y■■

=CO■+CR■+CR*O+CRO*

=U■+U■+U■ （3）

式中，前面两项的和U0基本保持了再现光波的特性，为零级衍射光，如果用原来的参考光作为再现光波，那么U+1为原物光波前的准确再现像，即+1级衍射像，由于物光波前发散，因此再现像是虚像，而U-1为原物光波前的共轭像，即-1级衍射像，可以在U+1的镜像对称位置或稍微偏离镜像对称位置上接收到物光波前的实像。

2 数字全息实验

如图2所示为实验中所搭建的反射式数字全息记录光路，光源波长为632.8nm，由于受CCD光敏面积较小的限制，被拍摄物体为表面洁净的钢制“一角钱”硬币的“YI JIAO”拼音部分。激光经扩束准直系统准直后被分束器BS1分为两束相干光波，一束经反射镜M1反射透过分束器BS2直接照射CCD来作为参考光，一束经反射镜M2反射再透过分束器BS2照射被拍摄物体，物体的反射光经分束器BS2反射后进入CCD与参考光发生干涉，由CCD记录得到数字全息图如图3所示，其中学生可以通过全息图的放大图明显观察到物光被参考光干涉调制后的干涉条纹。

利用计算机对数字全息图及其频谱进行滤波，消除其中存在的直透光和共轭像，然后采用卷积再现算法再现出被拍摄物体的复振幅，如图4（a）为再现物光复振幅的强度图，（b）为解包裹后物光波前的相位图，（c）为相位解包裹后物体的三维形貌图。从图中可以看到被拍摄物体“YI JIAO”被清晰再现出来，其相位及其三维图也很好的反映了被拍摄物体的形貌特征。

3 结论

本文针对大学物理实验中激光全息照相实验所使用的记录介质全息干板的不足，提出了采用数字全息技术，利用CCD来代替全息干板作为记录介质，然后存储到计算机中，最后通过计算机编写的图像处理和全息再现算法来实现被拍摄物体三维形貌的再现，整个过程快速、简洁。学生能够在实验中直观的观察到全息图中的干涉条纹分布和再现图像的三维特征，甚至能根据得到的数据量化的测量出物体的三维数据，这样能让学生很好地理解波动光学的原理，认识到数字全息技术广泛的应用前景。

参考文献：

[1]Gabor D. A new microscope principle[J]. Nature， 1948， 161： 777-778.

[2]苏显渝，李继陶.信息光学[M].四川大学出版社，1995.

[3]Sten A. and Javidi B.， Theoretical analysis of three-dimensional imaging and recognition of micro-organisms with a single-exposure on-line holographic microscope[J]. J. Opt. Soc. Am. A， 2007， 24（1）： 163-168.

[4]张建兵，朱娴，李宝平.大学物理实验[M].江苏大学出版社，2013，137-143.