光电信息处理技术范文

导语：如何才能写好一篇光电信息处理技术，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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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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Abstract： Information optics is a frontier discipline in optics. It is a new optical discipline developed based on the combination of optics， computer science and information science. It is also an important component of modern information science. According to the characteristics of information optics course and the present situation of teaching， combined with the basic requirement of optical information science and technology specialty for information optics teaching， based on the fact that "information optics" theory is difficult and the mathematical formula is cumbersome， and it is throughout the specialty of applied physics， this article systematically introduces the information optics in the teaching of applied physics from several aspects， such as the establishment of teaching content， the construction of the laboratory experiment platform， strengthening the computer-aided experiment， taking advantage of the Internet and outside resources and strengthening practice teaching.

关键词： 信息光学；应用物理；探索；思考

Key words： information optics；applied physics；exploration；reflections

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）01-0216-03

0 引言

随着全球一体化经济的发展，信息是21世纪的主要支柱之一，它将取代物质和能源成为创造财富的主要源泉。信息科学与技术和信息紧密连接、密不可分。近几年来，光电信息发展迅猛，已经对科学研究、社会发展及各个方面产生了巨大的影响。光信息是信息时代不断发展的必然产物，它已经应用到了光信息存储、全息信息存储、光纤通信等多个领域中，它推动着国民经济、科技和军事的发展。信息光学作为光信息的重要分支，是光学中的前沿学科，是基于应用光学、计算机科学和信息科学相结合而发展起来的一门新兴光学学科，也是现代信息科学的一个重要组成部分。信息光学促进了图像科学、应用光学、光纤通信和光电子学的发展。信息光学包含了光信息传递的全过程，其中包括对光信息的收集，调制、传递、存储及再现的整个过程。

应用物理专业作为理工科的重要分支，对光电方向的掌握是该专业学生的基本技能。为了适应市场对光电方向人才的需求，成都理工大学地球物理学院在应用物理专业设置了光电信息类课程，目标就是要让学生掌握光电技术的基本技能。近几年来，应用物理专业的学生在大四毕业选择就业和考研的比例明显增加，以成都理工大学2015届应用物理专业为例（1个自然班30人），9位考取研究生的学生中有4位是考取了光学或光学工程专业，16位就业和创业的同学中有6位同学的工作与光电信息有关，再次选择考研的同学中又有3位同学报考了光学和光学工程专业。也有越来越多的高校近几年开设了光电信息这个专业。同时为了今后申报“光信息科学与技术”新专业，我们着手在应用物理专业为本科生讲授《信息光学》课程，理论授课学时数定为60学时，实验课时数定为4个学时。

应用物理专业目前本科的教学严重的脱离社会经济发展，脱离生产实际，与社会对大学生的需求极不适应。学生所学知识理论性强，严重影响本科毕业生与社会生产之间的联系，因此，开拓目前发展较好的光电信息方向，对应用物理专业的本科毕业生是受益匪浅的。如果能够跟光电类企业合作，让学生在假期（主要是寒暑假）去企业实习，让所学知识跟社会生产有相互联系，这样不仅符合当今社会对大学生的需求，增加就业，更能够让学生意识到所学理论知识的重要性，让学生学习起来有目标，不盲目。今后我们力争跟一些光电企业合作，使我们培养的学生对光电信息与技术产业的研发和市场需求有及时的了解，使学生得到社会实践的锻炼。但是应用物理专业和光信息科学与技术专业的学生有不同的光学背景知识，因此，在讲授这门课程时，不能和光信息科学与技术专业的学生一样授课。经过几年的教学实践，在应用物理学科中教授《信息光学》从以下五个方面探索和思考。

1 教学内容设置

在上《信息光学》这门课之前，应用物理专业的学生已经开设了与光学相关的科目，主要是光学，光学内容包含了：光的干涉、衍射、偏振、几何光学的基本原理、光学仪器的基本原理、光的吸收、散射和色散、光的量子性以及简单介绍现代光学。通过这门课程的学习，学生掌握了初步的光学知识，但是对标量衍射、传递函数、部分相干、全息和信息处理了解甚少，更对莫尔条纹、傅里叶变换、阿达玛变换、光学小波变换、光计算和三维面形测量没有听过。因此，在进行教学内容设定时，保证既要强调基础理论及相关的应用技术，强调理论与应用的结合，同时兼顾理论和技术的当前发展，使应用物理专业的学生对光电信息产生浓厚的兴趣。在讲授信息光学开始阶段，简单讲授有关二维线性系统的一些基本知识，如矩形函数、sinc函数、三角形函数、符号函数、阶跃函数、圆柱函数及δ函数等。重点强调应用物理专业学生陌生的运算，如傅里叶变换、卷积和相关运算。我们详细讲授标量衍射理论、光学成像系统的传递函数、部分相干理论，使学生有一个夯实的信息光学基础。同时结合其他科研工作者和自身的科研工作，讲授光学全息，计算全息及空间滤波，使学生了解信息光学在现代科技中的作用，让他们对光电信息有个初步的认识。并且通过对信息光学的学习，让学生对科研的基本思路有个初步的认识，基本思路是：通过物理概念、到建立数学模型、编写计算机程序到实验验证。

2 校内实验平台的建设

信息光学课程概念抽象，逻辑推理能力要求强，在教学中仅仅以讲授为主，减少实验环节的话，可能会导致应用物理专业的学生对信息光学的理解达不到要求，以及对光电信息也不可能产生兴趣，同时教学效果也得不到很好的结果。因此在教学中应加大学生的实验环节，但是，在应用物理这个专业中，很多与光信息相关的实验设备又不具备，大量的实验器材也没有到位，所以选择经典的光信息实验内容尤为重要。由于实验条件限制，我们开设了与信息光学相关的四个实验，全息光栅制作及特性、阿贝成像原理与空间滤波、面形的三维干涉测量和光电探测原理实验。这四个实验分别涉及信息光学的光学全息，空间滤波，干涉实时测量技术和光照度、测量的基本知识、光电池的结构、工作原理和光照度特性及其应用等。结合这些实验，让学生对理论知识做一个透彻的理解，同时让学生对光电信息产生浓厚的兴趣。光电类实验能够体现学生所学知识的直接使用，使应用物理专业的学生认识到光电类的理论知识在现实生活中的直接使用，相比纯物理学来讲，更有实际的使用价值。比如让学生做4f光学系统FT及IFT系统实验，学生可以直接根据4f光学FT系统观察常见图样的逆傅里叶变换图，以及FT频谱，比较复杂的公式通过一个光路和图像显现的淋漓尽致。

3 加强计算机辅助实验

由于实验器材的缺陷和基础设施的缺乏，基于以上几个实验是远远不能实现对信息光学的掌握和理解，同时由于光学实验的苛刻要求，很难达到实验要求。因此，采用计算机仿真实验是信息光学不可或缺的一种手段。使用计算机仿真光学实验，不仅可以直观的观察到真实的实验效果，同时对理论的推导也有更深的认识，还能解决信息光学中抽象问题。通过数值模拟计算，有利于将信息光学中抽象的、难以描述的物理现象可视化显示出来，有助于抽象为形象思维，从而更好地让学生掌握理论方法，了解实用价值。比如说学到相干光学传递函数和非相干光学传递函数时，就可以结合工程光学的像质评价的相干内容，通过Zemax来计算模拟的MTF曲线解释，使学习的内容更加直观。使用Matlab工具，可以使学生对繁琐的数学公式，变成具有物理意义的直观图像，从而将学生对理论的掌握从枯燥的数学推导深入到丰富的物理本质，有助于学生创新能力的培养。

例如利用Matlab矩阵实验可以将空间二维光场从输入面到光场空间分布，经过二维傅里叶变换之后在频谱面和滤波之后的场强空间的频谱分布，最后得到输出面的空间场强分布的变化过程用图像和动画输出的形式描述清楚，更换输入光场或滤波器，可以获得相应的输出的图像。总之，使用计算机辅助实验，可以使教学内容更加逼真，更加接近实际，同时让学生深刻理解繁琐的数学公式，把繁琐的数学公式变成有意义的物理概念。

4 借助互联网和校外资源

由于校内资源和实验器材的缺乏，使得学生掌握更多的信息光学的知识受到了限制，但是，各个光学科目强的高校都已经建设了信息光学课程网站，比如浙江大学、华中科技大学、北京理工大学、四川大学等，同时教育部光电专业教指委全国光学光电类专业教育教学支委也在积极筹建光学教学网站，让全国优秀的光学教学传递到每一所大学。通过信息光学网站，使学生能够充分利用丰富的网络资源来弥补在课堂上疑惑的知识，从而达到了学生积极主动学，确立了学生在教学过程中的中心地位，这种教育模式将成为革新传统教育模式的重要途径。在实际教学中，讲授到计算全息这一章节的时间，和学生一同学习了由四川大学电子信息学院曹益平教授负责的光信息处理这门精品课程，教学内容在教学录像的第三章计算全息，主讲教师是苏显渝教授，网址是http：///G2S/Template/View.aspx？courseId=1299&topMenuId=125878

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125901，通过学习视频内容，一方面让学生学习到了计算全息的抽样定理与信息容量、时域信号和空域信号的调制与解调，更重要的是让学生见识国内顶尖大学的教学模式以及教学大师的教学风采。通过这次视频课教学，学生反向强烈，受益匪浅。

5 加强实践教学

信息光学是一门实用性很强的课程，光靠课堂教学、实验室教学或者计算机辅助教学往往都不能体现该门学科的重要性。因此，实践教学是非常重要的。它可以提高学生的动手能力、工程实践能力、科研能力和创新能力，这些能力很难从课堂教学、实验室教学和计算机辅助教学中提升。因此，我们在大四开学之后进行两周的实习，实习基地是四川绵阳长虹培训中心，实习内容主要是在实验室对电视机内部电路进行理论的学习以及对电视机实物各个部分识别和元器件参数的测量。通过实习，让学生意识到信息光学中的光在信息处理中起到承载传到信号，把信号加载在原光信号中，使信号发生改变，然后接受光波的时候把信号还原出来，起到了调制调解的作用。同样在实习的过程中会接触到与信息光学相关的知识点，比如说，波前编码、傅里叶变换、空间滤波、计算全息等。

6 结束语

我们从教学内容设置、校内实验平台的建设、加强计算机辅助实验、借助互联网和校外资源以及加强实践教学五个方面总结了应用物理专业的学生在信息光学教学中的探索与思考。但是要进行应用物理在光电类的教学改革，增加学生在光电类专业考研和就业，光靠一门课程或者实验是远远达不到要求的。应从光电专业人才培养需求和学生自身素质的实际情况出发，不仅在课堂和教学实践中加强光电信息的改善，更需要光电信息的教师不断提高个人业务水平、科研能力，更需要教学单位配备有助于光电信息教学和实践的场地和器材。在各个方面的配合下，应用物理专业的教学才能将学转化为用，才能满足社会的需求。因此，通过一步一步的努力，进一步深入研究光电技术专业方面的人才培养特点，拓展教学课程内容和手段，为我校申办光电信息专业打下坚实的基础。

参考文献：

[1]孔伟金，云茂金，黄家寅，等.光信息科学与技术专业实践教学创新体系的研究[J].实验技术与管理，2010，27（3）：19-21.

[2]王仕[，刘艺.《信息光学》课程教学改革探索与实践[J].实验科学与技术，2012，10（6）：42-44.

[3]刘轩.信息技术在信息光学教学中的应用[J].信息通信， 2011，5（115）：88-89.

[4]高玮，黄金哲，张洪英.信息光学教材建设与课程教学改革探索[J].黑龙江教育，2013（9）：30-31.

[5]苏显渝，李继陶.信息光学[M].北京：科学出版社，1999.

[6]郑继红，陈家璧.培养兴趣，引导创新―《信息光学》理论教学改革实践[J].光学技术，2007（33）：317-319.

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（安徽工程大学电气工程学院，安徽 芜湖 241000）

【摘　要】光电子产业作为21世纪具有代表性的主导产业之一，对当今世界科技发展起到巨大驱动力的作用。而《光电子技术》则是电子信息科学类专业的基础学科，本文从分析该课程在本科教学阶段的现状及存在的问题出发，通过剖析学生学习的状态及《光电子技术》在教学模式中存在的问题，把科学研究引入课堂，采用诱导式教学方法和多元化的考核评价标准，对《光电子技术》的教学模式进行创新性探索。实践表明这些教学探索极大程度的调动学生的学习热情，提高了《光电子技术》的教学效果。

关键词 光电子技术；教学方法；诱导式教学

基金项目：安徽工程大学引进人才项目（2013YQ002）

作者简介：张艳（1983—），女，汉族，博士，安徽工程大学电气工程学院，讲师。

0　引言

随着国家信息化建设的逐步深入，我国采取了一系列积极、稳妥、有效的措施促进电子信息技术产业高速、持续、健康的发展。从2002年开始国家计委组织实施光电产业化专项计划，光电专项产业化目标[1]是：（1）根据我国在光电子研究开发方面所具有的技术优势和资源特点，重点支持一批技术水平高、市场前景好的光电产品，实现产业技术升级，并尽快形成规模生产。（2）“十五”期间初步形成具有一定自有知识产权和产业优势的光电产业体系。通过对我国已有技术和资源优势并在国际市场有竞争力的光电子产品的重点支持，力争在“十五”期间使国内光电产业能够满足国内各行业的需要，并进入国际市场。（3）通过技术创新和项目建设的带动，扶持光电产业基地的形成。光电信息技术产业的迅速发展，使得具有光电信息技术知识背景的从业人员的需求逐年增加。作为培养专业人才的摇篮，近年来，很多高校相继开设了光电信息工程专业。它以培养可从事光学工程、光通信、图象与信息处理等技术领域的科学研究及相关领域的产品设计与制造、开发及应用等工作的应用型人才为目的。

而《光电子技术》作为光电信息工程专业的一门专业基础课，从了解光电子技术的发展和应用开始，通过学习光学基础知识，以光学系统的源、传输通道、信息加载、探测、信号处理、显示和存储为主线，引导学生系统、全面的学习光电子技术。通过本课程的学习应使学生对光电子技术中的基本概念、基本技术和基本器件有比较全面、系统的认识，培养学生分析和解决工程技术问题的能力，为进一步学习相关专业课打下基础。

本文从分析《光电子技术》课程在本科教学阶段的现状及存在的问题出发，通过剖析学生学习的状态及《光电子技术》在教学模式中存在的问题，把书本上的内容与当前光电信息产业的发展现状相结合，采用诱导式教学把科学研究引入课堂，对《光电子技术》的教学思路进行创新性探索。实践表明这些教学探测极大程度的调动学生的学习热情，提高了《光电子技术》的教学效果。

1　《光电子技术》的教学现状及问题

就《光电子技术》这门课程而言，由于教学内容的逻辑推导内容较多，要求以大学数学为基础，具备物理学，材料学，电路电子等多学科的知识和理论体系，导致部分学生对其缺乏兴趣，进而 影响到教学的效果。

尽管近年来，随着的电子设备走进课堂，授课方法也日趋多样，如、“现代化多媒体与传统板书”相结合的教学方法、“图片演示与实物展示”相结合的教学方法、“课堂讲授与小组讨论”相结合的教学方法等[2]。对传统意义上的教学模式进行了改革，如，讲解到激光原理与技术这一章节的时候，在课件中放上激光器以及激光光束的图片，把文字描述的内容以实实在在的实物图片展现在学生的眼前，加深了学生对知识点的理解和接受。这些教育教学方法的改革在很长的一段时间的确取得了很好的教学效果。

然而，随着的物联网技术的发展，现在的大学生可以从互联网上获取海量信息，仅仅是一副图，一个装置器件已经无法引起学生过多的关注。那么，如何吸引到学生的注意力，激发学生的学习兴趣，把《光电子技术基础》这门光电信息工程专业基础课讲解的生动，打开学生通往光电子技术领域的大门，为进一步学习相关专业课打下基础是我们亟需解决的问题。

2　诱导式教学方法

传统意义上的诱导式教学方法早在20世纪80年代被提出，其理论依据出自《论语-述而》：“不愤不启，不悱不发，举一隅不以三隅反，则不复也。”意思是只有当学生百思而不得其解时，教师才可以有选择的启发他，当学生心里明白但不知如何表达时再去开导他，如果学生不能举一反三，就先不要往下进行了。因而诱导式教学应当是“启发”和“引导”相结合，通过“启发”和“引导”学生，使得学生在有限的课堂教学时间内做到触类旁通，提高教学效率。

而大学教育赋予了“诱导式教学”新的含义，除具有传统意义上的诱导式教学的思想以外，还包含了用发展的眼光看待书本上的知识体系，把科学研究、最新的科技发明、科技产品引入课堂。就《光电子技术基础》这门课程而言，可以从光电产业的最新科研成果中提炼出与课本知识点相关联的的内容，通过光电产业的新发明，新应用吸引学生的注意力，在讲解这些发明或应用的过程中传授教学内容，激发学生的学习《光电子技术》的兴趣。以《光电子技术》[3]中“偏振——起偏——检偏”这一知识点为例，如果仅仅从书本上给出的概念出发讲解：（1）偏振指的是振动方向对于传播方向的不对称性；（2）自然光得到偏振光的过程称之为起偏，所用器件为起偏器；（3）检测某一光束是否为偏振光的过程称之为检偏，所用器件为检偏器。抑或在多媒体课件上放置光束起偏/检偏的图片，都不能起到很好的教学效果。为了吸引学生的注意力，激发学生对“光的传播”这一教课内容的兴趣和求知欲，同时扩展学生的知识面，可以从近阶段的热门话题个人全息手机(takee手机)引入，takee手机的亮点之一是可以使用户从各个角度都能感受到浮在屏幕上的全息立体3D效果，进而联系到学生身边的光电信息技术——3D电影，观众要戴上一副特制的眼镜，而这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片，由此把重点落到“偏振”这个知识点上，让学生在一个轻松的教学氛围中不仅学到了新知识，（下转第82页）（上接第86页）而且知道新知识的应用领域和当前发展的现状，扩宽了学生的知识面和眼界。

因此，大学课堂中的诱导式教学方法应该：（1）培养学生具有批判性思维；（2）具有科学的想象力；（3）具备自我塑造和发展能力。在此基础上，“以点带面”提高学生的创新能力和动手实践能力。

3　多元化的考核评价标准

北京航空航天大学校长前校长曹传钧教授在本科教学上，提出“讲一、练二、考三”的教学模式。指出学生的学习效果体现在：（1）知识面的宽窄；（2）学习，实践的经历；（3）自学的能力；（4）是否具备创造性思维和创造性能力，具有独立的见解等几个方面[4]。那么单纯的一张试卷，一次考试就不能够作为学生掌握知识的依据。

而《光电子技术基础》是理论与实践相结合的一门课程，这就要求其课程的考核评价标准应该具备多元化，多样性的要求。整个课程的考试分为三部分：（1）理论部分的考核：可以采取闭卷考试了解学生对基本概念，基本理论的掌握程度，或者把基本理论深入剖析，采用开卷考试的方式，考察学生运用书本知识分析问题的能力；（2）实验部分的考核：通过实验不仅能够加深学生对知识的掌握，实验本身更是对整个章节，甚至整个课程内容的一个体现，如电光调制实验，旨在让学生掌握晶体电光调制的原理和实验方法，但是该实验从激光发射出的光波经由起偏器，电光晶体，1/4波片，检偏器之后被光电探测器接收，通过信号处理，学生可以在示波器上观察到作用到电光晶体上的调制信号曲线和光电探测器解调后的信号曲线。而这么一套设备展现出来的就是一个完整的光电系统。学生在实验的过程中可以运用光电系统的知识搭建好实验线路，确定光路信号的走向，通过示波器显示的信号曲线分析实验过程中出现的问题，思考该问题出现的原因以及采用何种解决这些问题，从而考察了学生对于光电调制内容的掌握程度，促使学生从实践中意识到理论知识的重要性，提高学生分析问题解决问题的能力；（3）课程设计部分：课程设计旨在学生根据授课内容，通过自学扩大自己的知识面，结合日常生活中使用的光电子产品，培养学生科学的想象力和创新能力。整个成绩采用百分制的标准，三部分的分值分配以60%+15%+25%的形式评判学生对《光电子技术基础》的学习掌握程度。

通过对两届学生的采用诱导式教学和多元化考核评价的教学，其实践表明这些教学探索极大程度的调动学生的学习热情，提高了学生运用所学知识分析问题，解决问题的能力，培养了学生的动手能力和创新能力，达到了《光电子技术》的教学效果。

4　结束语

光是人们最为熟悉的现象之一，从17世纪关于光的本质的两大对立学说到21世纪的信息时代，光电信息技术已经渗透到人们日常生活之中，除了光电子技术专业的学生需要深入系统地学习《光电子技术》外，微电子技术、材料、电子科学与技术等专业的学生也需要了解光电的基本概念和基础知识。探索诱导式教学方法在《光电子技术》课程的新模式和多元化的考核评价标准，把光电基本概念和基础知识与当前光电信息产业的发展现状相结合，使学生较好地掌握所学知识，把握知识点的学术前沿，为学生的进一步学习和发展打下坚实的基础。

参考文献

［1］国家计委.国家计委组织实施光电子产业化专项计划[J].中电网,2002,2,28.

［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(9):77-78-81.

［3］朱京平.光电子技术基础[M].2版.科学出版社,2009.

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【关键词】 全光网络;关键技术;发展展望

光纤通信已经促进了通信系统的快速发展,但目前的光纤通信技术存在很多的弊端,急需对其进行改进。全光网络正是在这样的背景下产生,全光网络有其独特的优势,对促进通信系统的新发展有重要作用。

一、全光网络及其特点

全光网络(AON)是指光信息流从源节点到目的节点之间进行传输与交换中均采用光的形式,即端到端的完全的光路,中间没有电信号的介入,在各网络节点的交换,则使用高可靠、大容量和高度灵活的光交叉连接设备(OXC)。它是建立在光时分复用(OTDM)或者密集波分复用(DWDM)基础上的高速宽带信息网。全光网络的发明与运用,可以不用在源节点与目的节点之间的各节点进行光电交换、电光交换,弥补了传统光纤通信中存在的带宽限制、严重串话、时钟偏移、高功耗等一些不足,拥有更强的可管理性、透明性、灵活性。

全光网络与传统通信系统相比,具有以下一些特点:(1)节约成本。由于全光网中不需要进行光电转换,这就避免使用传统通信系统中需要的光电转换器材,节省这些昂贵的器材费用,也克服了传输途中由于电子器件处理信号速率难以提高的困难,大大提高了传输速率。此外,在全光通信中,大多会采用无源光学器件,这也带来了成本和功耗的降低。(2)提供多样化协议。全光网由于无需电信号的处理,采用波分复用技术, 以波长选择路由,在传输码率、数据格式以及调制方式等方面均具有透明性,可方便灵活地提供多种协议的业务。(3)组网灵活。全光网可以根据通信容量的需求,在任何节点都能抽出或加入某个波长,动态地改变网络结构,组网极具灵活性。当出现突发业务时,全光网可以提供临时连接,达到充分利用网络资源的目的。(4)提高了传输的可靠性。在全光网络中不需要光电转换,在传输过程中没有存储和变换,采用的许多光器件都是无源的, 极大地提高了传输的可靠性。由于全光网络具有这些特点,全光网络已成为下一代高速宽带网络的首选,也是历史发展的必然。

二、全光网络的关键技术

全光网络要实现上述的特点,成为未来通信领域发展的目标,就需要具备一些关键技术,这些关键技术包括光交换技术、光信息再生技术、光分插复用技术、光交叉连接技术等。

1.光交换技术。光交换是全光网络中的关键光节点技术,其主要完成光节点处任意光纤端口之间的光信号交换及选路,光网络的许多优点如节约接口成本、透明传送、带宽优势等都是通过光交换技术来实现的。其中,波长变换是光交换中的最关键工作,光交换实质上也是对光的波长进行处理,光交换也可称为波长交换。光交换技术可以分为分组交换技术和光路交换技术。其中,光路交换又可分为空分光交换(SD)、时分光交换(TD)和波分/频分(WD/FD)光交换,以及由这三种交换形式组合而成的复合型光交换。空分光交换是使光信号的传输通路在空间上发生改变,其按光矩阵开关所使用的技术又分成基于波导技术的波导空分与使用自由空间光传播技术的自由空分光交换。时分光交换是以时分复用为基础,运用时隙互换原理来实现交换的功能。波分/频分光交换是以波分复用为基础,信号的实现是通过不同波长,选择不同网络通路完成,由波长开关进行交换。在分组交换技术中,异步传送模式是近年来广泛研究的一种方式。

2.光信息再生技术。在光纤通信中,光纤的色散和损耗会严重影响通信的质量。色散会使光脉冲发生展宽,出现码间干扰,这就会增大系统的误码率;损耗则是随着传输距离的增加按指数规律使得光信号的幅度产生衰减,要提高通信的质量,就需要采取措施对光信号进行再生。目前一般采用光电中继器对光信号进行再生,这个方法的原理是首先由光电二极管把光信号转变为电信号,然后经过电路把电信号整形放大后,再重新驱动成一个光源,由此实现光信号的再生。这种方法中所使用的光电中继器一般体积会很大,装置也很复杂,耗能又多。为了避免这些缺点,又可以从根本上消除色散等不利因素的影响,光信息再生技术便出现了,这种技术就是首先要在光纤链路中每隔一定距离(一般是几个放大器的距离)就接入一个光调制器和滤波器,然后把从链路传输的光信号中提取的同步时钟信号输入到光调制器中,利用光调制器对光信号进行周期性同步调制,以促使光脉冲变窄、频谱展宽、频率漂移以及系统噪声降低,最终使得光脉冲位置得到校准和重新定时。目前光信息再生技术已经成为光信息处理的基础技术之一。从上面的介绍中可以发现,光信息再生技术的核心特点是用一个全光传输型中继器代替目前的再生中继器,直接在光路上就可以对信号进行放大传输。光纤放大器是建立全光通信网的核心技术之一,现有的光放大技术主要是采用EDFA。

3.光分插复用技术。光分插复用技术(OADM)是从一个波分多路复用(WDM)光束中分出一个信道或分出功能,并以相同波长往光载波上插入新的信息或功能。这种技术主要应用于环形网中,并具有选择性,既可以从传输设备中选择上路信号或下路信号,也可以只通过某一个波长信号,而不影响其他波长信道的传输。运用光分插复用技术需要在分出口与插入口之间以及输入口与输出口之间有很高的隔离度(>25dB),以利于最大限度地减少同波长干涉效应,否则将会严重影响传输性能。光分插复用技术节点的核心器件是光滤波器件, 由滤波器件选择要上/下路的波长, 以实现波长路由。光分插复用技术既可以处理任何格式和速率的信号,具有透明性,又可以降低节点的成本,提高网络的可靠性以及网络的运行效率,它是组建全光网络的关键性设备。

4.光交叉连接技术。光交叉连接(OXC)是位于光纤网络节点的设备,是全光网络中的核心器件,其与光纤共同组成了一个全光网络。光交叉连接技术是通过对光信号进行交叉连接,以有效地利用波长资源,实现波长重用,并可以有效灵活地管理光纤传输网络。它具有高速光信号的路由选择、网络恢复等功能,是保证网络保护/恢复的可靠以及自动配线和监控的重要手段。光交叉连接(OXC)主要包括OXC矩阵、输入接口、输出接口和管理控制单元等模块。其中的每个模块都具有主用和备用的冗余结构,光交叉连接技术会自动进行主用和备用的倒换,以增加OXC的可靠性。OXC矩阵是OXC的核心,它具有宽带、无阻塞、低延迟和高可靠性,并且具有单向、双向和广播形式的功能。输入接口和输出接口直接连接光纤,分别用于适配、放大输入输出信号。管理控制单元通过编程对其他模块进行监测和控制。OXC也分为空分、时分和波分三种类型。其中,波分和空分技术目前比较成熟。此外,如果将WDM 技术与空分技术相结合,可极大提高交叉连接矩阵的容量和灵活性。

三、全光网络的未来发展

90年代以来,随着各国普遍对光电子和光子技术方面研究的加强,光电子的最新研究技术越来越多地应用于验证和配置新的全光网络结构,有效解决了网络不透明传输的问题,满足了信息高速传送的要求,同时在全光网络中也存在很多网络光层安全隐患,由于其传输速率很高,全光网络出现安全问题时,造成的损失将无法估量,因此在改善网络性能的同时,需要兼顾光层的安全管理。此外,现阶段全光网络主要应用于局域网(LAN)、城域网(MAN)等内部的光路由选择等领域,全光网络的研究与试验也明显地以波分复用技术为核心,主要研究与试验集中于波分复用传输、交换和联网技术,以构成波分复用全光试验网络。从未来发展来看,全光网络的应用势必将扩展到广域网,其发展也必然向空分、时分与波分相结合的方向发展。随着对光电的研究以及光纤通信技术的发展,全光网络系统将会充分利用光纤频谱资源,实现超高速率、超大容量的多媒体综合业务通信服务,最终形成实用化的全光信息处理系统,使得通信技术得到质的飞跃。

参考文献

[1]于运波.全光通信及其关键技术.经济技术协作信息.2007(30):92～93

[2]孙晓雅.全光通信网络及其关键技术.山东商业职业技术学院学报.2004,4(3):69～72

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关键词：传感器技术;应用; 现状；发展趋势；微型化;多功能化;智能化;网络化

随着科学技术的迅猛发展, 在机械制造、交通运输、石油化工以及医疗卫生等领域，传感器技术的应用越来越广泛，它正逐渐地渗透到人们的日常生活中去。

从某种程度上来讲, 衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志是传感器技术水平的高低，主要体现在传感器能够较好地实现自动控制水平和测试技术的高低。作为测量与自动控制的重要环节的传感器，不仅是新技术革命的重要技术基础，而且还是当今信息社会的重要技术基础。笔者就当前一些重要的领域里，讲述了传感器技术的应用情况，并按照目前传感器技术的发展现状，对其将来的发展方向加以预测。

一、传感器的定义以及分类

（一）传感器的定义

从广义上来说，传感器是指将被测量对象的某一确定的信息具有定量检出与感知功能，而且根据一定的规律能够转化为与之相符的有价值认识信号的装置或者元器件。从狭义上来说，可以感受被测量，而且可以根据特定的规律把其转化为性质相同或不同的输出信号的装置。

（二）传感器的分类

1.传感器种类及品种繁多,原理也各式各样。

2.按照输入物理量的分类，传感器常以别测物理量命名，如位移传感器，速度传感器、温度传感器、压力传感器等；

3.按照工作原理分类，传感器的命名常能够根据工作原理，如应变式、电容式、电感式、热点式、光电传感器等；

4.按输出信号分类，可分为模拟传感器和数字式传感器。若输出量为模拟量则成为模拟式，输出量为数字式则称为数字式传感器等。

5.按照被测量的性质,可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。

(1)物理传感器原理及应用[1]

物理传感器是利用某些物理效应,把被测量转化成为便于处理的能量形式的信号装置,其输出的信号和输入的信号有确定的关系。常用的物理传感器有光电式传感器、压电式传感器[2]、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等 [3]。

(2)化学传感器原理及应用

化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器,将被测信号量的微小变化转换成电信号。常用的有气敏、湿敏和离子传感器。

（3）生物传感器原理及应用

生物传感器是利用生物分子探测生物反应信息的器件。换句话说,它是利用生物的或有生命物质分子的识别功能与信号转换器相结合,将生物反应所引起的化学、物理变化变换成电信号、光信号等。有人将生物传感器形象地定义为:由生物识别单元。可见,任何一个生物传感器都具有两种功能,即分子识别和信号转换功能[4]。

二、传感器技术的应用

传感器技术是当前代表国家综合科研水平的重要水平，传感器技术的具体应用是传感器技术转化的重要途径和方法。

（一）主要传感器技术分类

1.光电传感器技术

光电传感器技术又称为光感器技术，是将光感信号转化为电信号的一种传感器技术。光感器技术可用于检测直接引起光量变化的非电量，也可用于来检测能转换成光量变化的其他非电量，目前主要应用于工业自动化装置和机器人技术中。

2.多传感器技术

传感器是获取信息的工具。多传感器信息融合技术军事上的成功应用后，极大地提高了传感器系统的可靠性，扩展时间上和空间上的观测范围、增强数据的可信度、增强系统的分辨能力。多传感器技术主要是信息融合技术。

3. 生物传感器技术

生物传感器技术是一种将生物化学反应能转化成电信号的分析测试技术，以此而制成的传感器装置具有选择性高、分析速度快、操作简单和价格低廉的特点。作为一门在生命科学和信息科学之间发展起来的一门交叉学科，应用很广泛。

（二）传感器技术在ITS中的应用

  ITS是人们将先进的信息技术、数据通讯传输技术[5]、电子控制技术、传感器技术及计算机处理技术等有效地综合运用于整个交通运输体系。

1.传感器技术在智能汽车中的应用[6]

2.传感器技术在虚拟仪器中的应用

3.传感器技术在军事领域中的应用

三、传感器的发展趋势

近年来,随着生物科学、信息科学和材料科学的发展,传感器技术飞速发展。由于微电子技术和微机械加工技术发展,传感器必将向微型化、多功能化,智能化和网络化方向发展。

（一）微型化(Micro)

微型化传感器主要由硅材料构成,具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。其核心技术是研究微电子和微机械加工与封装技术的巧妙结合,期望能够由此而制造出体积小巧但功能强大的新型系统。3D微型结构已作为微型传感器的主要敏感元件被广泛应用于不同的研究领域中。

(二)多功能化(Multifunction)

通常情况下一个传感器只能用来探测一种物理量,但在许多应用领域中,为了能够完美而准确地反映客观事物和环境,往往需要同时测量大量的物理量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器则是一种体积小巧而多种功能兼备的新一代探测系统,它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式,用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能。随着传感器技术和微机技术的飞速发展,目前已经可以生产出来将若干种敏感元件综装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器。

(三)智能化(Smart)

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【关键词】光电科技 通信 能源 光电跟踪测量 系统

由光的作用产生的电叫光电，是以光电子学为基础，综合利用光学、精密机械、电子学和计算机技术解决各种工程应用课题的技术学科。其信息载体正在由电磁波段扩展到光波段，从而使光电科学与光机电一体化技术的运用扩展至光信息获取、传输、处理、记录、存储、显示和传感等的光电信息产业方向。

目前，关于光电领域的技术应用主要集中在精密检测与光学成像方面。以光子计算机为理想代表的光波应用是光电最吸引人的地方，但是要达到这一目标，还需时日。

一、光电涉及的范围

光电行业在近展的涉及面也逐渐扩大，其中，在光通讯、激光、光电显示、光学、太阳能光伏、电子工程、物流网等领域发展的比较明显，并逐渐向更广的空间渗透。

二、光电效应

光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，这类光致电变的现象被人们统称为光电效应。一般来说，金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限波长，对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属材料，而发射电子的能量取决于光的波长，与光强度无关。事实是，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎都是瞬时的，不超过十的负九次方秒。因此，光是由与波长有关的严格规定的能量单位（即光子或光量子）所组成。光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性作用，在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应（Photoelectric effect）。

光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏打效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。

光电效应里，电子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金属表面射出，与光照方向无关，光是电磁波，但是光是高频震荡的正交电磁场，振幅很小，不会对电子射出方向产生影响。

三、光电跟踪测量

光电科技是结合光学、电子与电机的尖端科技，近十年来技术突破发展迅速，随着产品不断的推陈出新，其应用层面扩展至通讯、信息、生化、医疗、能源、民生等工业，光电产业已成为众所瞩目的明星产业，未来随着光电在通讯、网络、多媒体等扮演核心技术角色，可以预见21世纪将是光电的世纪。

光电测量系统是采用光学原理采集飞行目标信息，经处理得到所需的弹道参数与目标特性参数，并获取飞行实况图像资料的专用测量系统，是导弹测控系统的重要组成部分。

光电跟踪测量系统主要包括两大部分：跟踪系统和光电测量系统。但是由于对系统的作用和功能要求不同，不同种类的光电跟踪测量系统，其组成不同，即使是同一种类的光电跟踪测量系统，由于用途不同，要完成的测量任务的差别，其组成也会有所差异。

四、光电跟踪系统的发展

光电跟踪测量系统，在导弹和航天器的试验中，已成为有多种功能和高精度的跟踪测量手段，国外的导弹航天靶场很重视靶场光电跟踪测量系统的建设和发展，其设备的型号品种多、数量多、测量精度高、更新换代快，使用的光波波段有紫外、可见光、红外；测量平台除了陆基光电跟踪测量设备外，还有舰载的、机载的、星载的；作用距离有近程几百米、几千米的，远程几百千米到上千千米，还有几万千米光电深空监视系统等。

据20世纪70年代初统计，美国太平洋导弹靶场的光电跟踪测量设备有近100台（其中电影经纬仪23台、电影望远镜3台、机动光学跟踪架11台、高速摄影机及其他类型光电跟踪测量设备60多台）。大西洋导弹靶场的光电跟踪测量设备也不少，仅次于太平洋导弹靶场。白沙导弹靶场是世界上光电跟踪测量设备配置最好的靶场之一，光电跟踪站达110多个。

在跟踪运动目标能力方面，国外靶场光电跟踪测量系统的提法上与国内有所不同，一般只有跟踪角逮度、角加速度和跟踪精度；而不区分工作角速度、工作角加速度与最大角速度、最大角加速度。

我国早期的靶场光测仪器是KT-50电影经纬仪（苏联造），以及20世纪50年代末我国自行研制生产的第一台光电经纬仪，电影经纬仪，目前它们在靶场光测仪器中已被淘汰。最近几年来，根据导弹航天飞行试验的需求，我国研制了多种系列的光电跟踪测量设备，并对早期研制的光电跟踪测量设备进行了更新改造和完善提高，可基本满足飞行试验任务的需要。我国自行研制的靶场光电跟踪测量设备，其总体性能和主要技术指标与国外同类产品相当，并具有一定的特色。但在精密跟踪、自适应技术应用、激光雷达、远距离目标探测、目标物理特性测量技术及其自动化程度等方面还有一定的差距。今后需要加强这方面的预先研究和试验，加速新技术和新测量体制在光电跟踪测量设备中的应用，研制更好、更先进的靶场光电跟踪测量设备。

综上所述，今后光电跟踪测量系统应向自动化、智能化、数字化、高测量精度、高可靠性、远距离实时测量方向发展。

参考文献：

[1]刘文耀，等，光电图像处理[M].北京：电子工业出版社，2010.

[2]余明，陀螺稳定光电跟踪平台伺服控制系统研究[D].计算机技术与运用；2011.

[3]严洁.光电跟踪系统信息处理技术研究[D].西安：西安电子科技大学；2006..

[4]李楷，姚红萍，光电跟踪仪目标捕获过程控制技术研究[J].激光与红外，2009.

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军事领域对光学技术的运用由来已久，我们今天日常生活中许多光学相关的技术与产品都是军事应用在先，而后转化为民用品。光学手段在现代化战争中的重要作用，被大家深刻认识应该是从以美国为首的海湾战争及后来进行的几个局部战争的实效看出来的。随着“全天候作战”、“精确打击”、“复杂战场环境”及“无延迟攻击”等现代战争需求不断演变，光电武器装备也在不断推陈出新，广泛应用在预警、告警、瞄准、定位、监视、侦察、武器对抗、精确制导、信息通信、夜视观测等诸多领域；其地位也日益重要，渐渐成为或将与雷达同等地位的探测设备，与无线电网同等地位的光电通信装备，与化学能武器同等地位的激光武器装备等。

从一般光电系统到机载光电系统

通常，以光电相关技术为基础的构成系统都可以称为光电系统，现今人们对于光电系统并不陌生，在日常生活中随处可见。光电系统是以光学工程、激光工程、精密机械、信息处理、自动控制、计算机等高新技术为依托，实现对光的收集、转换、控制、处理、提取信息、能量转换、输出等，并集成多种传感器实现特定功能系统的总称。

从对光波利用方式不同，光电系统可以分为：信息感知，信息传递，能量传递等。它们从组成和机理上有许多相似之处，又有功能侧重不同带来的功能单元和性能指标的不同。

信息感知类光电系统组成示意框图如图1（a）所示。光电系统感知的信息是来自于目标/背景的光波特征，比如温度差异、颜色差异、灰度差异等，有反射光，如可见光探测，也有目标/背景自身的辐射，如红外探测，不同的温度在探测器上看到的亮度不同，其波段是指覆盖了紫外光、可见光、红外光、远红外光，波长从200纳米到几十个微米的范围。

信息感知类的光电系统是通过其光学通道收集来自目标/背景反射或自身辐射的光波，经探测器部件进行光电转换，形成图像（有时是电信号）信息，经信号处理单元得到目标信息。系统管理模块，管理调度伺服控制系统及光机运动部件运动，实现光学通道在一定角度范围内搜索或跟踪目标；有时为了获得目标的相对距离，控制激光输出并对回波进行处理得出需要的信息。主要指标包括：探测距离、分辨率、工作波长、定位精度等，光电系统大多数属于这一类。如地面防空系统中的红外周扫警戒系统、船载光电瞄准装置等。

信息传递类的光电系统是以光波作为信息载体，形成点对点或互联互通的光通信的网络，此类系统的组成示意框图如图1（b）所示。从图中可以看出，其组成图与图1（a）中组成相似，不同点在于将探测系统中的测距的激光收发功能模块演变为通信信息的收发处理模块。地面无线光通信设备已经有比较成熟的产品了，地-星光通信也已经有应用。目前主要有激光通信和紫外通信，主要指标包括，通信带宽、通信距离等。

能量传递类的光电系统，这里主要指用激光方式将较大的能量传递到另一个受体上，并发生作用，的光电系统。主要有激光干扰、激光毁伤、激光照明、激光充电等方式，其原理组成示意框图如图1（c）所示。激光光束定向性好，能量传递效率高，与其它两类系统相比，更加强调光束性能以及指向的控制和调节，如光束会聚、波前校正，光轴稳定等。包括地、空、舰船、星载激光定向干扰系统、激光致盲系统、激光武器、激光照明、激光充电系统等，主要技术指标有工作波长、输出光功率、作用距离、激光转换效率、光束指向精度等。

机载光电系统

机载光电系统与地基、舰载、车载、星载等光电系统原理是基本相同的。但是在机载环境中应用的装备，由于平台对设备要求苛刻、外部环境严酷、作战形态复杂多变，给光电系统设计带来了不同于其它应用平台的能力需求和技术难题，可以概括为以下几个方面：

1、来自机载平台本身的不利因素：包括宽频振动（0～2000Hz），大过载、大机动，机体变形，复杂的内部电磁干扰，宽幅波动的供电环境，严格的能耗要求，严格的重量体积要求，突出部分的气动限制，共形、隐身，长期反复使用等。这些对于“秒”级精度的光电系统设计提出了非常苛刻的要求；

2、外部严酷的环境要求包括：从极冷到极热（零下五六十摄氏度到一百多摄氏度的范围），风、雨、沙尘、盐雾、霉菌、阳光暴晒、气动加热、大气湍流等，这些因素往往是同时作用，综合影响，无疑给机载光电系统设计增加了许多难度；

3、战场形态复杂多变方面的不利因素：如距离远、运动快、机动大，光波传输通道的大气波动、散射、遮挡等随时存在，有些目标还进行隐身伪装。机载光电系统必须在这些不利因素影响下实现良好的性能。

因此，为了应对多种因素的影响，机载光电系统在保证性能的前提下，必须做到各方面的平衡。高动态、宽范围变化、容积率高等因素的综合作用，带来了机载光电系统设计上的不同理念、构型和方法。许多很好的光学、结构材料、器件适应不了环境要求不能用了；为了在动态环境中保证光学系统精度、运动精度，需要设计既轻巧又要有良好刚度的精密结构；为了保证在平台强烈振动和机动的状况下光轴的稳定性、图像的清晰度，机载光电系统必须考虑复杂的陀螺稳定系统和良好的减震系统，随着探测距离和激光束照在数百千米目标上的需求，有些系统已采取二级稳定系统等更为复杂的控制技术；在实现超视距进行探测时，背景复杂，目标辐射很弱加上大气通道上的湍流和散射，目标信息检出处理增加了很大的难度；随着平台飞行速度更高，飞行高度达到临近空间，特殊的热管理等带来的材料问题、运动补偿问题、热控问题等一系列技术难题也非常富有挑战性。

机载光电系统的优势

1、信息感知类机载光电系统的特点主要表现在：（1）被动探测，隐蔽性好；（2）能提供高分辨率可视化图像；（3）角分辨率精度高，能够远距分辨群目标；（3）不受电磁干扰影响，适应复杂电磁环境远距探测；（4）全天时工作，提升夜视夜战能力。

2、信息传递类机载光电系统的特点主要表现在：（1）光通信信号带宽宽，信息容量大；（2）无线光通信方向性好，保密性高。

3、能量传递类机载光电系统的特点主要表现在：（1）无延迟攻击，实现实时打击；（2）定向能输出，提高作战效率；（3）实现无线方式传送能量。

机载光电系统在拥有上述诸多优点的同时，也存在一些不足，由于光电辐射波长较短，易受气大气条件的影响而性能降低。

机载光电系统在现代战争中的应用

目前在国外三代机、四代机、预警机、直升机、无人机以及特种飞机等上面普遍都装备了光电系统，光电系统随着光电子、信息处理、计算机等相关技术的进步，已历经了三代的发展，目前性能更加先进的系统和技术也在大资金的投入下进行着研发。

按照应用细分，机载光电系统可分类如下：

信息感知领域

1、光电预警/告警探测系统，该系统通过对飞机、弹道导弹和巡航导弹等目标的搜索、跟踪和定位，为预警机以及防空反导体系提供目标信息，具有抗电磁干扰、反隐身和被动探测等特点，是实现战场态势广域预警/告警的有力手段。美欧、日本等国发展了多型光电预警/告警系统，国外目前的典型应用门警（Gatekeeper）系统对巡航导弹探测距离达到800千米左右；美国F-35战斗机的分布式孔径系统可实现对周视360度全向感知，告警距离达到十几千米。

2、光电监视与侦察（ISR）系统，通过利用光电传感器发现、识别、确认、监视、跟踪并定位目标，获取战场信息，具有高分辨率成像、昼夜侦察与监视、快速获取敌方情报等特点，是提供战场支援和夺取信息优势的重要手段。最具代表性的为美国雷神公司的“全球鹰”光电侦察系统，其对地目标分辨率小于0.2米。

3、机载跟瞄系统按使用方式又可分为光电雷达（红外搜索跟踪系统）、昼夜瞄准吊舱、光电转瞄转塔等。

（1）机载光电雷达是用于战斗机对空中目标进行大范围快速搜索、探测和跟踪定位的光电设备，具有抗电子干扰能力强、隐蔽性好、定位精度高、探测隐身目标能力强等特点，可在战场复杂电磁环境下进行远程探测跟踪，独立支持火控系统完成超视距攻击，已成为作战飞机任务系统重要的战术传感器之一。由意大利、英国和西班牙组成EURO-FIRST集团，研制的装备在“台风”战斗机上的PIRATE光电雷达，迎头探测距离达到50千米以上。

（2）昼夜瞄准吊舱是集红外、电视、激光于一体的机载光电探测系统，使用红外、电视可在昼夜条件下对地面目标进行搜索、识别和跟踪，跟踪状态下利用激光对目标进行测距，主要用于配合中近距电视/红外制导导弹、卫星/惯性制导炸弹、激光制导炸弹等空面武器对目标进行精确打击。美国诺思罗普・格鲁门公司的Litening吊舱对地探测距离可达30千米以上。

（3）光电观瞄转塔是用于直升机/无人机/反潜巡逻机等实现对地/对海侦察和攻击的光电瞄准设备，能够在昼夜条件下侦察和瞄准，为航炮、火箭等多种无控武器攻击提供瞄准参数，可进行激光制导武器（导弹或炸弹）等制导武器提供制导信息实现精确打击；美国FLIR公司的Star SAFIRE HD光电观瞄转塔，超小视场下可以识别18千米处的成年人目标。

信息传递领域

无线光通信技术区别于传统的射频通信技术，有其自身的特点：从红外波段到紫外波段，为信息传输提供了超宽频带能力，保密性好，不受电磁福射的影响。包括机群之间、卫星与飞机、飞机与地面站之间的无线激光通信。目前由于机载平台要求苛刻、动态影响大，机间激光无线通信还处在探索和实验阶段，如FALCON系统预期实现50km以上2.5Gbps带宽的数据通信，未来将达到几百千米的能力。同时，由于紫外日盲特性和大气层中良好的散射传播特性，与激光通信不同，可实现非视线传输，具有低窃听率，高抗干扰性和全天候工作等优点，但由于目前器件水平不高、数据传输速度不大，距离近，目前机载应用还处于实验室研究阶段。

能量传递领域

应用主要包括激光定向对抗系统、激光武器系统、激光照明、激光充电等方面。光电对抗是指敌对双方在光波段的抗争，目的在于破坏或摧毁敌方光电侦察装备和光电制导武器的作战使用效能。目前在光电对抗系统开发中有代表性的为诺格公司的LAIRCM（大型飞机红外对抗系统）、DIRCM（定向红外对抗系统），有效对抗红外制导导弹的距离达到十几千米，激光武器系统利用高能激光束对目标进行毁伤，具有无延迟攻击、射程远、无限次发射等优点，可用于拦截弹道导弹、巡航导弹、高机动的空中和地面目标等，虽然目前还在技术验证阶段，但未来将是重要的机载武器装备之一。波音公司、诺斯罗普・格鲁门公司和洛克希德・马丁公司联合在大飞机上开展了先进机载激光武器试验系统（ATL），其激光器功率100千瓦，作战距离达到20千米以上。由于超大功率的激光能源系统庞大，整个系统占了几乎一架飞机，因此，在作战飞机平台的装备还有很长的距离。

与日俱增的重要地位

相对于电磁波雷达而言，工作在光波段的机载光电系统，工作机理上具有高几何分辨力、高频谱分辨力以及被动获得信息等优点。随着光电子基础技术研究的不断突破，近30年光电系统获得了空前的发展，在“海湾战争”、“科索沃战争”、“阿富汗反恐战争”等一系列局部战争中得到了广泛应用，也取得了令人瞩目的效果，从中也展现了其在现代战争模式中的重要作用。

早期机载光电系统是为了解决夜视观察的辅助作用，随着作战模式向精确打击模式的演变，机载光电成为精确瞄准、精确定位、精确投放武器的必需装备，而从侦查监视及信息获取的角度，由于光电系统几何分辨力高、光谱分辨力高、图像真实，目前已成为获取高质量战略和战术情报的最有效手段。随着空中作战中电磁环境的日趋复杂，机载光电探测系统被动探测，不受电磁干扰、隐蔽性好、信息可视化等优势更显突出，发挥着与雷达等探测手段同等重要的作用。面对飞行器几倍声速，高机动，高隐身等新的作战需求的变化，以光电探测和激光攻击的光电武器系统是满足“无延迟攻击”的最佳选择。大数据率、多源、多机平台协同的数据传输离不开高带宽传输能力的机载光通信系统。

总之，随着光电子技术、量子探测技术、高速处理技术、高效率激光能量转换技术、高性能材料技术等光电技术不断突破，机载光电系统性能还将进一步得到提升，在未来机载平台上将会发挥更加重要的作用。

机载光电系统的发展趋势

为适应日益严酷的作战环境，应对作战对象的升级换代，未来的高科技战争对新一代机载光电系统不断提出新的需求。加之基础技术的持续进步，同时推动光电系统不断发展。机载光电系统未来的发展基本可以概括为性能提升、功能拓展、系统综合和概念创新。

1、性能提升、功能拓展：“看得更远、看得更清、瞄得更准”是机载光电系统发展永恒的主旋律。机载光电瞄准系统在新技术的推动下，探测能力较以往有了大幅提升。未来光电雷达将达到几十千米甚至上百千米的探测能力，成为反隐身、超视距作战的利器。瞄准吊舱将将达到更远的探测距离和更精确的瞄准定位，使战机能够在百千米距离就可以对地面目标发起精确打击。光电情报监视侦察系统分辨率将进一步提升，并将能够覆盖更广的战场侦察范围。未来系统分辨率将达到厘米级，甚或更高。并将通过光谱细分技术提高对伪装目标的识别能力，同时结合无人机长航时优点，实现对战场不间断地战略和战术高分辨率侦察监视，战场动态尽在掌握之中。

2、系统综合、概念创新：“从单一到综合、从传统到新体制”使机载光电系统充满活力。F-14飞机的IRST，F-15飞机的SNIPER吊舱都是单一功能的光电系统，而F-35飞机则采用一个EOTS和6个DAS进行系统综合，成为集空/地探测、导弹告警、态势感知为一体的综合光电系统。可以预计，在未来机载光电系统综合化程度会更高，不同功能、不同波段的光电单元有机结合，实现机载态势感知、探测瞄准、告警、干扰、毁伤和通信能力的一体化。新体制、新概念的光电产品将随着技术发展不断涌现。自由曲面共形光学天线将使未来的机载光电系统光学窗口不再突出，而与飞机机身融为一体；光学超材料的出现将使光电系统光学特性出现异于寻常的变化；孔径编码成像将改变传统几何光学的成像概念；采用光量子技术的量子雷达则将使经过隐身、伪装、防护的目标无所遁形…。

结语

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论文摘要：光电子器件和部件广泛应用于长距离大容量光纤通信、光存储、光显示、光互联、光信息处理、激光加工、激光医疗和军事武器装备，预期还会在未来的光计算中发挥重要作用。本文将介绍国内外光电子技术及光电子产业的发展。

如果说微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。美国商务部指出：“90年代，全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。日本《呼声》月刊也有类似的评论：“21世纪具有代表意义的主导产业，第一是光电子产业，第二是信息通信产业，第三是健康和福利产业……”，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。

1世界光电子技术和产业的发展

光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料，光纤已经成为通信网的重要传输媒介，现在世界上大约有60%的通信业务经光纤传输，到20世纪末将达到85%，但从目前光纤通信的整体水平来看，仍处于初级阶段，光纤通信的巨大潜力还没有完全开发出来。目前，各种新技术层出不穷，密集波分复用技术（DWDM，在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力）、掺铒光纤放大器技术（EDFA，可将光信号直接放大，具有输出功率高、噪声小，增益带宽等优点）已取得突破性进展并得到广泛的应用。现在DWDM系统和光传输设备中，光电技术的比例将从过去比重不到10%达到90%。一种全新的、无需进行任何光电变换的光波通信——“全光通信”，由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展，也日趋成熟，将在横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用，给全球的通信业带来蓬勃生机。为此提供支撑的就是半导体光电子器件和部件。光电子器件和技术已形成一个快速增长的、巨大的光电子产业，对国民经济的发展起着越来越大的作用。美国光电子产业振兴协会估计，到2003年，光电子产业的总产值将达2000亿美元。

Internet应用的飞速增长对电信骨干网带宽提出越来越高的需求，为满足需求的增长，人们可以铺设更多的光纤，或靠提高单路光的信息运载量（现在主干网可以分别工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性设备）。但更主要的方法却是靠发展波分复用技术，增加光纤内通光的路数（光波分复用的实验记录已经达到2.64Tbps）。波分复用技术的普遍运用为光电子器件和部件提供了广阔的、快速增长的市场。无限战略公司的报告指出：“信号传输用1.31μm和1.55μm激光器市场1999年达到13亿美元，比去年增加23%；1.48μm信号放大用激光器1999年市场份额达到1.6亿美元，比去年增加33%；980nm信号放大用激光器销售额达2.9亿美元，比去年增长121%。整个激光器市场的份额1999年达18亿美元，预期2003年将达到30亿美元”。美国通信工业研究公司（CIR）的研究预测，北美市场光电子部件的市场规模将由目前的28亿美元增长到2003年的61亿美元，约每年增长18.5%。密集波分复用设备销售额也将从1998年的22亿美元增加到2004年的94亿美元。报告称虽然10年内全光通信还不会全面商业化，但是全光交换将在几年内成为市场主流，报告也指出尽管光学部件市场被大公司所占据，但仍有创新性公司进入的可能。

2我国的光电子技术和产业

近10年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的进展，在很多领域同国外先进国家只有两三年的距离，个别领域还处于世界领先地位。

国内光电子有关产业基地在光电子器件、部件和子系统（如激光器、探测器、光收发模块、EDFA、无源光器件）等已经占领了国内较大的市场份额，初步具备同国外大公司竞争的能力，在毫无市场保护的情况下，靠自己的力量争得了一席之地，市场营销逐年有较大的增长，个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩。我国相应研究发展基地和本领域高技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白，打破国外产品在市场上的垄断地位，同时争取进入国际市场。

掺铒光纤放大器（EDFA）是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件，国内企业产品占国内市场40%的份额。我国也是目前国际上少数几个有能力研制PIC和OEIC的国家。808nm大功率激光器及其泵浦的固体绿光激光器，670nm红光激光器已产品化和商品化并批量占领国际市场。国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件，90%使用国产器件，国产1.55μmDFB激光器战胜了国外器件，占领了100%的国内市场。

但是，我们应当认识到在我国光电子技术发展中，光电子器件、部件虽是光通信、光显示、光存储等高技术产业的关键部分，但在整个系统和设备成本中所占的比重较小，其产值较低，目前科研开发主要处于跟踪和小批量生产阶段，光电子产业所需的规模化、产业化生产技术目前还未有实质突破；国内研究生产的光电器件和部件有相当部分还未能满足整机和系统的要求，导致国外器件占据国内市场相当多的份额；在机制上仍未摆脱科研、生产、市场相互脱离的状况。

篇9

1火灾的实时监测与传感技术研究

针对火灾的实时自动检测技术所要解决的三个问题，首要问题是如何通过对环境的实时监测准确地判断是否有火灾发生。实质是通过哪种传感器采集什么物理量来反映火情?研究资料表明尽管火灾有多种多样，但几乎所有的火灾都会伴有大量的烟雾和温度的升高。所以通常选择烟雾和温度作为被检测参量实现火灾报警。烟雾传感器种类繁多，从检测原理上可分为三大类：

1)利用物理化学性质的烟雾传感器：如半导体烟雾传感器、接触燃烧烟雾传感器等。

2)利用物理性质的烟雾传感器：如热导烟雾传感器、光干涉传感器、红外传感器等。

3)利用电化学性质的烟雾传感器：如电流型烟雾传感器、电势型气体传感器等。

通过对半导体、固体电解质等6种烟雾传感器进行性价比分析的基础上，本系统采用的是红外光电烟雾传感器。红外传感器通常用两束红外光进行烟雾测量，主光束通过测量元件内的目标烟雾，参考光束通过比较元件内的参考烟雾。在测量和比较元件中，红外射线被烟雾有选择的吸收了。未吸收的红外光由光电探测器测量，产生一个正比于目标烟雾浓度的差分信号。非扩散式红外探测器NDIR(Non．disper—siveIR)是其中的一种，所有的未吸收光全部以最小的扩散和损耗被记录下来。不同的烟雾吸收不同波长的IR，所以传感器根据目标烟雾而调整，典型应用包括测量CO和CO、冷冻剂烟雾和一些易燃气。由于非碳氢化合物易燃烟雾(如氢)不吸收电磁谱中IR部分的能量，所以这种传感器可以精确地测量碳氢化合物，并具有最小的交叉灵敏度，而且不受其他烟雾的腐蚀以及高浓度目标烟雾的影响。本系统具体选用的是符合GB50116—98标准探测器保护面积为60rrf的光电烟雾探测器模块。而温度传感器选用测温范围一55℃～+125℃，测温分辨率0．5℃的DS18B20数字温度传感器。通过两类传感器，实时监测目标环境的烟雾浓度和温度。检测到的烟雾浓度和温度两个技术参数后，对于是否有火灾发生，采用单片机为最小系统实现数据采集、分析和处理。烟雾信号采集电路将烟雾浓度信号转化为模拟的电信号。单片机内部白带的AD将从烟雾传感器输出的模拟信号转化为数字信号，并对此处理后的数据进行分析，判定是否大于或等于某个预设值(即报警限)，若大于则单片机控制射频模块向主机发送报警信号，反之则为正常状态。根据系统对主控单片机要求，综合考虑选择STC12C5A16S2单片机。烟雾浓度测定时数据的准确性问题是难题之一。由于终端供电电源抖动和外界干扰对采样系统造成影响。针对测定烟雾浓度时数据产生的抖动、尖峰等问题，硬件设计时采用了防电磁干扰技术，软件采用了中值滤波方法减小对测定值的影响。

2火灾实时监测信号的无线传输与通信技术研究

本系统基于无线通信技术并融合传感器技术和智能控制技术，总体设计采用分布式控制的思想，将硬件系统规划为多路检测终端和集中控制主机两大部分。硬件系统组成框图如图1所示。硬件系统设定单主机对应多路检测终端的一对多无线通信系统。这样既可以节省硬件资源又可以实现检测终端数量按用户需求而随意增减。单路检测终端具有环境状态检测、数据处理和无线收发三大功能。集中控制主机以中控单元为核心具有仪器操控、无线收发、报警指示、远程控制及工作状态指示等功能。无线通信模块采用工作于2．4GHz～2．5GHzISM频段并融合了增强型ShockBurst技术的nRF24L01单片射频收发器件，其内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块。nRF24LO1在一对多的工作模式下，如何实现有序通信是系统设计面l临的一大技术难题。因为多路终端无线发射为同一个频率，若同时发射自然会引起主机接收时信道堵塞。经过研究发现采用群发单收的方法可以避免这个问题，核心是通过软件通信协议的设定确保通信畅通。传输数据时主机是一对多广播式，终端向主机发送数据时则为一对一，这样不会发生信道的堵塞现象。虽然不能完成严格的同时收发数据，但是采用这种方法后，接受两个数据的时间间隔可以控制在毫秒量级上，等同于一对多的同时接受，完全可以满足系统的设计需要。

3信息处理技术研究

在图1系统所规划的集中控制主机硬件组成中，其内核是中控单元。一方面它要控制无线收发模块以群发单收的方式实现对多路检测终端状态的巡检；另一方面要对巡检信号处理的同时负责人机交互和远程控制。这就需要单片机有较快的运算速度。本系统选用STM32F103V8处理器，其内部采用ARMCortex-M3，32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器，丰富的增强I／O端口和联接到两条APB总线的外设。状态显示采用人机交换模组，通过串口连接一个240320分辨率彩色液晶屏，实现人机交互彩色界面显示如图2所示。报警指示采用灾情报警模块，选用专用闪光报警灯和警笛，当烟雾浓度超过报警或人为按下报警按钮时，声光报警触发使得红色报警灯闪烁并伴有警笛鸣响，需要人工解除声光报警。

篇10

南开大学与天津大学合办的光电子技术科学专業旨在培养在光电子技术科学领域具有宽厚的理论基础、扎实的专業知识和熟练的实验技能，德、智、体、美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、激光科学、光通信技术、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的理论和技术基础。

然而，在学习本专業六年之后，我认为“光电子”专業应该叫“光电”专業或“光学工程”，因为大部分课程都是围绕宏观角度来开展的，几乎没有从微观角度或者量子电动力学的角度理解“光电子”。

就我个人看法而言，光电子技术科学专業与国内许多其他专業具有相近之处，不但许多课程一模一样，毕業后就業的领域也大有相似。比如天津大学精密仪器与光电子工程学院内的电子科学与技术专業(光电子方向)、信息工程等所学的课程与光电子技术科学相差无几，这些专業的同学都是在一起上课学习的。放观整个大学本科专業，与光电子技术科学类似的专業还有光电工程、光电信息等。因此，两校合办光电子技术科学专業的学习内容并不具有独特性，而有的是全面J性，也可以理解为其他相似专業的一个优化综合。那么在就業方面，几乎所有光学专業的同学都是同台竞技的，并没有特殊优待。

与普通专業仅需180个学分即能毕業相比，南开大学与天津大学合办的光电子技术科学要求220个学分毕業，当然安排了足以让你崩溃的大量非专業的和专業的课程。在南开大学，基础课程涵盖计算机基础、Visual C++、机械制图等。而作为物理学的一个分支，“光电子学”也开设了许多电子和光学的基础课程，比如模拟／数字电路、力学、电磁学、原子物理、光学、电动力学、量子力学……总的来说，南开大学开设的课程大部分是物理学和光学的基础课程。天津大学作为一所偏向工程的综合，性大学，在工程实践与应用方面有自己的独特优势。因此大学后面两年在天津大学的课程主要面向实际应用较多，比如《精密机械设计》、电子工程实习、金属工艺实习、高等光电技术实验、《CCD图像传感器原理及应用》、《Verilog HDL程序设计》……

虽然专業课程十分繁重，但南开大学和天津大学对本专業开放的公共课程，仍让就读于其中的我们爱不释手：苏宜教授那浩淼深邃的《天文学概论》、艾跃进老师那睿智沉着的《孙子兵法》、还有清静优雅的《对联研究》……这些都是挤破门窗都占不到座位的极受同学们欢迎的公共选修课程。

光电子专業干什么

我想每一位高中同学都想知道专業的毕業去向，那首先就要了解国内外该专業的发展现状和前途。光电子技术科学应用领域比较多，信息产業部门、中科院及有关研究所、电信部门、高等院校、企事業单位等都是不错的选择。值得提醒的是，光电子技术科学专業并不适合本科毕業就参加工作，因为光电技术相关专業是一个需要积累和沉积的专業。

当我本科毕業时，南开大学学籍班有四五位同学本科后参加工作，而天津大学学籍班仅有两名同学参加工作，继续深造读研的同学占所有本科学员的80％以上。其中有4名同学出国、8名同学能够保送读研，剩下的约20名左右同学考研。攻读研究生的去向主要是南开大学的现代光学研究所、天津大学的精密仪器与光电子工程学院，剩余的部分同学去外校攻读硕士学位，主要是浙江大学、清华大学、北京航空航天大学以及国防科学技术大学等国内在该领域有着优势平台的院校。在这里光电子技术科学专業就体现出她的优势了——由于本科期间的全面学习，在各个学校的相关专業能够迅速进入课题研究中去。

硕士毕業后就業前景就比较乐观。在天津大学或南开大学有许多硕士毕業后进入华为、中兴等知名企業工作。我的同学现在即将毕業，而有的已经留学英国攻读博士学位，还有的现在已经找到工作了，比如北京钢铁研究总院和中国航天科工集团301所。

有一点儿小误会

本文我所介绍的光电子技术科学是基于首先是两校合办专業的概念，想必两所学校的招生简章中都有介绍，此处无需赘述。但是许多同学可能会对大家都非常关注的“授予双学位”这一项产生误解，我在这里说明一下。首先是毕業证，并不是说这个专業的学生能够拿到两所高校的毕業证书，而是你只能够获得你所报考的那所大学的毕業证书。与其他非合办专業的大学不同的是，你的毕業证书上有两所高校校长的私人签章和学校公章。关于学位证书，如果能够将两所学校规定的所有专業修习并获得学分(约220个学分)，才能够获得两所学校分别授予的理学(南开大学)和工学(天津大学)学位，而这都只有一个签章；如果没有修足够的学分(至少180个学分)，你只能够获得你所报考学校的学位证书。对大多数同学来说，究竟是一个学位还是双学位，这在大学四年级之前是没有什么差别的，只需踏踏实实地修习并拿到规定的所有学分。到了大四的上学期，学校仍会安排10门左右的课程，这时候你需要做出艰难的抉择：(1)放弃双学位，认真复习准备考研；(2)保送读研，攻读双学位；(3)既要双学位，又要复习考研。至于究竟该怎么选择，这就需要综合自己所处状态以及对未来道路的全面考虑，留给大家今后慢慢体会吧!

不同的氛围造就不同的心境

在两所高校学习同一个专業，除了带来专業设置差异的碰撞外，更是获得了其他学子无法体验的两种校园氛围。南开大学历来重视经济、工商以及文学，因此在南开大学会感受到热情与儒雅的氛围。每年一度的艺术设计系毕業展览在学校第二主教学楼如期进行，吸引着广大师生前去观赏，已经成为了学校一道靓丽的风景线；而在范曾楼中漫步，仔细聆听稀稀疏疏的翻卷声，深吸一口弥漫其中的书卷墨香，你能体会到其有的宁静与安致。而经济学院“蘑菇”似的圆阶教学楼中，感受到的是经邦济世的财政氛围。在南开大学，自我修养在潜移默化中发生改变。

而在天津大学中却是另一番情形。天津大学的校训是“实事求是”，天大的校歌中也有“从不纸上逞空谈”这句歌词。在天津大学，面对的最多课程是工程实践和工程相关的学习内容。天津大学的师生一丝不苟、细致认真的风格已经是天津大学的一种符号。老师们对学生的教学都非常认真，而在考试上也都非常执着。老师执着到不会把59.5分的考试成绩提高到合格线的程度，哪怕是只有0.5分的差距。这也就是为什么光电子技术科学的期末考试会出现“四世同堂”(指大一到大四的学生)的精彩局面了。因此在天津大学我就学会了认真二字。

写在后面的话

总的来说，尽管光电子技术科学专業的本科学業课程比较繁多，并且当时自己也不明白学这么多课程有什么用处。然而攻读硕士继续深造时，才知道当初坚实的课業功底是多么重要。当然，如果有同学希望读完本科就参加工作就推荐选择与本专業相似应用性更强的专業。因为，在我看来，光电子技术科学专業就像一杯酒，是越久越香醇。

跨校联合培养同类专業链接

在我国高等教育体系中，专業培养因大学不同而呈现不同特色，有一些拥有共同学科特长两所或多所高校开展了跨校联合培养，使学生四年于两所大学中感受不同大学氛围，互补所长。如本文所介绍的光电子技术科学专業类似，还有一些跨校联合培养的专業，如以下介绍的几个专業。