现代光学技术范文

导语：如何才能写好一篇现代光学技术，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。

篇1

关键词 分光计；示教仪；多媒体；智能手机；实验教学

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）18-0132-02

1 引言

随着科技进步和社会发展，现代教育技术在高校中越来越受重视，现代教育技术将以计算机为核心的现代技术应用于教学[1]，丰富了教师的教学手段，教师的教学理念和教学方法也随之逐步改变。

分光计实验是大学物理实验课程中的基础性光学实验之一，各校开设的分光计实验项目主要有“用分光计测定三棱镜折射率”“光栅衍射”“用分光计测定液体折射率”等。分光计是一种基础光学仪器，结构复杂，仪器调节较难，注意事项繁多，很多学生不能按时完成实验。以“用分光计测定三棱镜折射率”实验为例，学生在实验中涉及的难点有“减半逼近法”、最小偏向角的确定、读数方法等。教师讲解的内容多、时间长，学生听课时理解困难，实验操作时遇到的困难较多，实验中出现的问题很多。

很多文献对分光计实验的实验难点的讲授方法进行了探讨[2-3]。本文总结综合利用现代教育技术改进分光计实验教学的几种方法，这些方法能够有效减小教师教学和学生学习的难度，提高实验教学质量，在实际教学中取得良好效果。

2 示教仪

教师在分光计实验的课堂讲解中遇到的一个困难是分光计的望远镜目镜只能供一个人观察，讲解时学生无法同步观察到实验现象。尤其是在讲解减半逼近法及最小偏向角等光学现象变化时，学生若不能同步观察到实验现象，很难理解教师讲解的内容。分光计示教仪利用CCD摄像机和彩色监视器，将望远镜目镜中观察到的实验现象同步显示在显示器上，供听课的学生观察。利用分光计示教仪，教师在讲解实验操作的同时，全体学生都可以在显示器上同步观察到实验现象的变化情况，可以实时理解实验操作与光学现象变化的关系。利用分光计示教仪讲解分光计实验，教师讲解方便，学生也容易理解，能有效降低教学难度。

3 多媒体教学设备

多媒体教学设备利用幻灯、投影、录像等多种技术辅助课堂教学，正在逐步取代原来的黑板教学[4]。多媒体教学技术能够将知识内容图文并茂地呈现出来，还可以利用生动的影像资料辅助教学，信息量丰富，学生学习时注意力更集中，因此，现在大学理论课教师大多习惯于在多媒体教室利用课件授课。

在传统的实验教学中，教师一般在黑板上简单介绍实验原理和注意事项，课堂教学时更多是围绕实验仪器进行讲解，学生理解、记忆授课内容时存在一定的困难。在大学物理实验课程中，利用实验室的多媒体投影设备，教师在讲解实验原理、仪器结构、调节方法、数据处理等内容时，充分利用多媒体教学能收到很好的效果。例如：在“用分光计测定三棱镜折射率”实验中，实验原理可制作成PPT动画，讲解时学生可以观察到偏向角随入射角变化的情况，形象生动；在讲解减半逼近法时，利用动画演示，学生更容易理解调节原理和调节方法。

大学物理实验课程的教师还可以根据不同实验的特点，结合自己的教学实践成果，有针对性地自行开发该实验的教学课件，在讲课时吸引学生注意力，提高学生的实验兴趣。

4 智能手机

随着网络技术和通信技术的不断发展，智能手机已经是集通信、网络、娱乐、生活、学习、工作多种服务于一体的综合性个人手持终端设备。近年来，大学生在课堂上使用智能手机上网或娱乐的现象越来越多，为应对这种现象，部分高校教师提出实行“无手机课堂”，在上课时教师和学生均不使用手机，以增强课堂教学效果。这种方法在一些理论课程的课堂上得到应用。

然而，智能手机实际上已经在大学生的学习生活中发挥着越来越重要的影响，学生随身携带使用智能手机已经成为一种习惯，在课堂上强制禁止使用智能手机，他们也会产生抵触心理，很可能产生与预期相反的结果。“堵不如疏”，在大学生越来越习惯于利用智能手机从网络获取信息的情况下，大学课堂也应随之做出一定的改变，正确引导大学生使用智能手机辅助学习。

在移动学习理论的指导下，结合分光计实验的特点，可以开发面向移动学习的分光计实验教学资源，让学生在课堂上利用智能手机进行学习，辅助实验教学。具体的做法是先将分光计实验的知识点进行总结归纳，如“用分光计测定三棱镜折射率”实验中涉及的知识可以归纳为三棱镜及其色散现象、减半逼近法调节水平、最小偏向角位置的确定、读数方法等这样的小知识点；然后围绕每个知识

点，分别制作2～5分钟的简短视频或PPT等其他形式的电子资源，存储在自建服务器上；在每个实验桌上粘贴二维码，学生可以使用自己的智能手机扫描二维码，通过实验室自建的Wi-Fi访问储存在本地服务器上的该实验教学资源，根据自己的需要选取特定的知识点进行学习；学生通过观看该知识点的视频及图文讲解，针对该特定问题迅速找到解决方法。如某位学生不知道如何读数，可以直接点击“读数方法”的视频，通过几分钟的学习，就可以独立解决这个问题。

围绕各个知识点还可以分别建立讨论群组，学生可以将自己对该知识点的疑问或体会、收获发表出来，与其他学生进行交流，或通过查看往届学长留下的交流记录，学习以前学生的实验经验和技巧。同时，教师可以有选择性地将具有代表性的交流贴置顶并给出评论，方便学生更加有效地交流。

在期末进行的学生调查中，这种方法受到学生的广泛好评，也减小了教师在实验课堂上进行实验指导的工作量，学生在实验中遇到的问题大多可以通过自行学习而解决。

5 结束语

随着科技进步和社会发展以及学生群体特点的变化，大学物理实验教学也需要改变传统的教学模式，充分利用各种现代教育技术和设备，改进大学物理实验课程教学方法，激发学生学习兴趣和学习积极性。分光计实验作为大学物理实验课程中相对较难的实验项目，综合运用各种现代教育技术和手段，可以有效提高实验课堂教学质量，增强教学效果，而且能有效降低教师授课和学生学习的难度，从而更好地达到实验目的。

参考文献

[1]王继兵，李昌弘，林一鹏.现代化教育技术在高校教学中的应用研究与探讨[J].中国教育技术装备，2016（3）：25-26.

[2]章韦芳，赵敏，强晓明.分光计实验教学中的一些难点探究[J].合肥师范学院学报，2014，32（3）：81-82.

篇2

关键词：现代学徒制；试点；校企合作；连锁学院

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）14-0005-03

根据党的十八届三中全会和全国职业教育工作会议精神以及《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》和《教育部关于开展现代学徒制试点工作的意见》，广州番禺职业技术学院为深化产教融合，进一步完善校企合作双主体育人机制，创新人才培养模式，成立百果园学院进行现代学徒制试点，并在以下几个方面进行探索和实践。

一、百果园学院的定位及校企合作基础

（一）百果园学院的定位

百果园学院由广州番禺职业技术学院与深圳市百果园实业发展有限公司（以下简称百果园公司）共同成立，定位于双主体办学、双元培养的特色学院，并积极开展“招生即招工、入校即入厂、校企联合培养”的现代学徒制试点工作，全面提升技术技能人才的培养能力和水平。

（二）校企双方的基本情况

百果园学院的成立是校企双方强强联手共同培养行业企业紧缺的技术技能型人才。广州番禺职业技术学院是全国首批28所“国家示范性高等职业院校”之一，2003年即被广州市政府确定为市属高等职业教育龙头院校，2014年度入选全国高校就业50强。百果园公司是国内规模最大的果品连锁专卖企业，全国有近1000家直营专卖店，员工规模超过8000人，公司业务覆盖了果品流通的全产业链，计划到2030年门店数量达到15000家，力争成为全球规模最大的果品连锁销售企业，成为世界果业第一品牌。

（三）校企双方的合作基础

广州番禺职业技术学院与百果园公司已合作三年。双方合作是基于学校连锁经营管理、市场营销及企业管管理等专业，人才培养定位是“职业店长”，前期合作的主要形式是订单班。公司在校企合作中承诺，学生在企业实习或工作满一年，80%的学生可以晋升为店长或总部员工，60%～70%的店长月收入在5000元以上，月收入较高的店长可达到15000元以上。2014年底我校百果园店长班中有23名学生在百果园公司就职满一年，有21名学生晋升为店长或总部员工，晋升率达到91.3%。其中有学生8个月升任店长，10个月升为小区主管，1年后升任片区经理助理，目前月收入超过8000元。

二、探索双主体办学的校企协同育人机制

（一）实行理事会领导下的院长负责制

百果园学院实行校企双主体办学基础上的理事会领导下的院长负责制。理事会暂由八人组成，条件成熟可增加行业人员及职教专家。校方委派四人，企方委派四人，理事长由校方人员担任，副理事长由企方人员担任；理事会负责学院发展规划、专业设置、招生计划和重大建设项目、人才培养方案的制定，负责学院院长及相关项目负责人的推荐和考评，以及其他重大事项。百果园学院设院长一人由企方人员担任，执行院长一人由校方人员担任。院长与执行院长负责百果园学院的日常教学的组织与实施以及其他行政工作。

（二）校企双方享有的权利与责任

1.企方权利。（1）有权对百果园学院的教学及管理提出要求与建议，有权要求建议校方根据企方的生产经营与行业发展的需要在国家规定的范围内设置专业、课程与开展教学及管理工作。（2）与校方共同拥有与“百果园学院”相关的全部知识产权，包括但不仅限于百果园学院徽章、图标、各项管理规章制度及双方合作开发的课程、教材、实训实践项目、课件、视频、音频、研究项目等。（3）在条件成熟的条件下，有权与校方一起在全国开设百果园学院的连锁学院，并享有相关的权利。

2.校方权利。（1）有权对百果园学院进行监督、管理，保证教学管理符合国家法律法规、高职教育规律和学校规章制度。（2）与企方共同拥有全部与“百果园学院”相关的知识产权，包括但不仅限于百果园学院徽章、图标、各项管理规章制度及双方合作开发的课程、教材、实训实践项目、课件、视频、音频、研究项目等。（3）在条件成熟的条件下，有权与企方一起在全国开设百果园学院的连锁学院，并享有相关的权利。

3.企方责任。（1）与校方一起探索联合招生、联合培养的新模式。（2）负责专业技能课程或模块及教材的建设工作，参与公共课程、专业理论课程或模块及教材的建设工作。（3）负责专业所需校外实训基地的建设工作。（4）负责学生在企方带薪学徒及顶岗实习、录用及毕业生就业。（5）为学校教师挂职锻炼及科研工作提供便利。（6）未经校方同意，企方不得以任何形式利用双方合作的成果与其他院校联合申报教学成果奖、课程、教材、课题、培训等方面的奖励或项目，不得以任何形式利用双方探索出来的成果单独与其他院校合作开设百果园学院的连锁学院。

4.校方责任。（1）负责百果园学院的建制和根据企方要求与建议按规定进行课程设置。（2）负责按照国家和学校相关要求指导百果园学院的教学组织和管理以及学生管理工作。（3）负责牵头组织课程及教材的建设工作。（4）负责校内实训基地的建设。（5）保证校方派出到企方挂职锻炼的学校教师要严格遵守企方的各项工作制度，服从公司的工作安排，保守公司的商业信息。（6）保证企方师傅的培训及相关待遇。

三、校企共同推进一体化的招生与招工

百果园学院依托连锁经营管理、市场营销、工商企业管理等专业开展人才培养，根据发展情况新增或优化以果品流通产业链为依托的专业或专业方向。各专业招生对象为符合国家和广东省招生要求的普通高中毕业生、相关专业中职毕业生或行业企业在岗人员，已经和即将推行的招生形式有以下三种：

（一）招工和招生同步

招工和招生同步的模式是学校与企业合作，面向应届和往届中职毕业生、高中毕业生自主招生各一个班共100人，实施联合交互培养。对于中职生源的两年高职学习安排是第一学年，以学校为主，采用在校学习和企业见习交替的方式培养学徒；第二学年，企业落实学徒的工作岗位，以企业为主，采用企业导师岗位师带徒、学校导师理论辅导的方式进行多岗位或轮岗的在岗培养。对于高中生源三年的高职学习安排是在上述两年教学安排的基础上增加相关专业课程，实施三年的工学交替。在招生宣传时，为保障考生广泛而全面的知情权，学校将人才培养的模式、合作企业情况、课程开设情况、报考及录取条件、毕业与就业要求等充分告知到每一位有意向的考生。

（二）先招工再招生

先招工再招生是校企双方以自主招生的方式，面向深圳市百果园实业发展有限公司符合报考条件的在职员工招生一个班50人，其目的是服务企业的转型升级，提升员工的整体素质。百果园公司出台激励在岗员工报读现代学徒制的政策措施，校企合作双方共同委派导师，实施联合在岗培养，学徒不脱离工作岗位以网络学习和定期集中学习的方式完成学业。

（三）先招生再招工

广州番禺职业技术学院在管理类专业面向普通高考的生源实施大类招生，在招生简章中写明第一年不分专业，第二年可选择进入两个百果园店长班。也就是给学生一年的时间学习管理大类的通用平台课程，同时让他们了解百果园企业及校企合作情况，特别是百果园学院的运作以及百果园店长班的学习、顶岗与就业情况。在此基础上，一年后学生与企业进行双向选择，签订带薪学徒协议，明确学生的双重身份，接下来的两年学习按照现代学徒制的要求，实施校企双方的交替互融式的联合培养。学徒期满，考核合格，本着平等自愿的原则，企方与学生签订正式用工合同。

四、完善人才培养模式和培养标准

百果园学院现代学徒制试点后，双方共同明确人才培养的定位――职业店长，完善工学结合与工学交替的人才培养模式，在此基础上共同开发人才培养方案，共同制订专业教学标准、课程标准、岗位标准及相应实施方案。

（一）成立现代学徒试点教学工作委员会

在原有专业教学指导委员会的基础上，联合试点企业，由职教专家、企业人员、专业教师组成学徒制工作委员会，主要负责人才培养方案的制定、专业课程与课程标准的建设、教学方式的改革与创新、学生学业评价方式的改革与实施等等。同时，该工作组还要负责选派和考核优秀的技术或管理人员担任学生的导师（师傅），一般一个师傅不宜超过三个学生。

（二）确立人才培养模式和人才培养方案

学校与企业共同确立协同培养、工学结合、工学交替的人才培养模式，总体下来，学生需用1/2的时间在企业接受培训，约1/2的时间在学校学习理论知识和专业技能。校企共同制定体现学徒制模式的人才培养方案，按照“企业用人需求与岗位资格标准”以及工作内容和典型工作过程的来设置课程体系和课程内容。构建“公共课程+教学项目+带薪学徒”为主要特征的课程体系。其中教学项目是按照高职教育规律和企业需求，在课程专家、企业技术骨干和学校专业教师的共同努力下开发体现“高等性”、“职业性”和“教育性”三者有机融合的项目课程。而带薪学徒就是在工作岗位上通过师傅带徒弟的方式实现“做中学”和“学中做”。在此基础上制定岗位标准、课程标准、教学质量评价标准及考核办法，并将学生工作业绩和师傅评价纳入学生学业评价标准。

五、建设校企互聘共用的师资队伍

（一）确立校企互聘共用师资队伍的基础

为满足健康快速发展，百果园公司决定成立水果大学以确保其人力资源的数量和质量的有效供给。如何低成本成立百果园大学又确保有效运作是摆在企业面前的一个难题，而如何获得既有专业理论基础又有职业教育理论和实践经验的师资是企业必须解决的一个问题。广州番禺职业技术学院为其策划在全国各地的高职院校建立水果大学的分校（院），并首当其冲成立广州番禺职业技术学院的百果园学院，作为企业第一家成立的二级分校（院）。这样既解决了生源（学徒）的数量和质量问题又解决了企业对学校教师的需求问题。而学校要进行现代学徒制试点，需要企业的师傅，双方的互惠互利为建设校企互聘共用的师资队伍奠定了深厚的基础。

（二）初步完成校企师资队伍的互聘共用

在广州番禺职业技术学院与百果园公司现代学徒制试点的签约仪式上，双方对首期各自选拨出10位员工进行互聘共用，他们一方面作为学生的双导师，另一方面作为校企双方各自发展所需人才的有效补充。在签约仪式上，双方颁发聘书并明确双导师的教学任务、工作职责、培训与考核以及相关待遇。在此基础上，学校每学期再派两名教师去企业挂职锻炼。2015年初派去的两位老师受聘企业人力资源总监助理，具体工作职责是协助企业做好百果园水果大学的前期筹建工作，包括组织框架、运行机制、规章制度、课程体系的建构；协助企业做好员工职业发展的规划与研究；架起校企合作的桥梁，跟踪并深入研究百果园店长的工作流程和工作内容，制定岗位工作手册，为百果园学院店长的人才培养标准和专业核心课程建设提供丰富的第一手素材，并建立校企双方共通共享的课程资源。

六、确立校企双方在教学管理中的责任制度

为成功实施百果园现代学徒制试点，校企双方签署了校企合作框架协议，共同制定了现代学徒制的工作方案，对双方在教学管理中的责任与制度进行了明确和细化。

（一）企业在学徒制人才培养模式中的管理职责

1.向学校、教师、学生、家长准确传达企业的岗位要求，包括现在及将来应具备的知识和技能。

2.与学校共同研制人才培养方案、人才培养模式，对学生技能训练和学业完成情况进行考核与评价。

3.委派优秀的技术骨干担任学生的师傅（导师），并制定相关的制度对优秀师傅进行鼓励和支持，以调动他们对人才培养的积极性。

4.遵循教育规律，在人才培养过程中既要体现职业性，也要体现教育性，且两者要有机融合。学生在学习期间，企业应按技能逐步提升的过程和规律安排学生的岗位工作。

5.制订学徒管理办法，保障学徒权益。根据教学需要，科学安排学徒岗位、分配工作任务，保证学徒合理报酬。根据学生成长档案聘用毕业生到合适的工作岗位就业。

6.为学校教师提供挂职锻炼的岗位，积极与学校开展产学研等方面的合作，服务企业的转型升级与发展。

（二）学校在学徒制人才培养模式中的管理职责

1.根据企业需要，明确学徒制实施的专业范围和领域以及现代学徒制试点要达到的目标。分析校企双方的优势及所具备的条件，从而确定需要培养的具体内容，并做好学徒制教学的人才培养方案。

2.根据企业的运作和学徒的工作岗位科学合安排教学的组织，实施多学期、弹性学制。

3.改革教学管理方式和手段，构建适合学徒制下的课程评价、学生评价、教师评价等管理体系，建立定期检查、反馈等形式的教学质量监控机制。

4.明确企业师傅的教学与管理职责，为师傅提供高职教育理论与教学方法等方面的培训，并确保师傅的课酬及相关待遇。

5.鼓励专业教师到企业进行挂职锻炼，把学到的企业经验带回学校，进行专业调整与课程改革，使之更适合学徒制教学，同时为教师发展创造条件。

6.与企业共同落实学徒的责任保险、工伤保险，确保人身安全。

七、拟在全国其他院校开设百果园连锁学院

现代学徒制试点工作的目的在于通过试点、总结、完善和推广，逐步扩大实施现代学徒制的范围和规模，使现代学徒制成为校企合作培养技术技能人才的重要途径，形成具有中国特色的现代学徒制度。而试点成果是否可推广、可示范，取决于选“点”的代表性、普遍性，也取决于成果的科学性和规范性。百果园学院试点涉及专业是市场营销、连锁经营管理、企业管理等专业，这些专业在高职院校普遍开设。而百果园企业目前在全国有近1000家直营专卖店，计划到2030年门店数量达到15000家，力争成为全球规模最大的果品连锁销售企业，成为世界果业第一品牌。企业目前在全国与39家院校合作，而成立百果园学院进行现代学徒制试点，广州番禺职业技术学院是第一家。当校企共同探索出校企协同育人机制，制订出专业教学标准、课程标准、岗位标准、企业师傅标准、质量监控标准及相应实施方案并经过有效实施和完善，即可迅速在全国复制，通过成立百果园连锁学院，将现代学徒制从广州番禺职业技术学院向全国推广。

参考文献：

篇3

关键词：信息光学；传统教学方法；现代教学方式

作者简介：刘红梅（1980-），女，山西山阴人，山西大同大学物理与电子科学学院，讲师。（山西 大同 037009）

基金项目：本文系博士科研启动基金项目（项目编号：2012-B-04）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）31-0095-02

信息光学是在全息术、光学传递函数和激光的基础上从传统的、经典的波动光学中脱颖而出的一门新型学科，主要包括标量衍射理论、光学成像系统的传递函数、光学全息、空间滤波、波前调制、相干与非相干光学处理等内容，是现代光学的核心部分。信息光学课是光信息科学与技术等专业的一门重要的专业必修课程，其目的不仅要使学生掌握信息光学的基础理论、基本知识，而且还要培养学生物理科学素养、信息素养等综合能力，开拓学生的创新思维，激发学生探索和创新精神。因此，信息光学的教学要做到在兼顾课程特点、专业特点的基础上，加强培养学生理论联系实际的能力，为从事光学相关工作打下基础。目前，信息光学的教学主要存在的问题是其教学与实际的技术、应用等结合得比较少，联系不紧密。尽管在课堂上有些教师也会掺杂一些实际应用、技术等知识，但由于信息光学知识的理解过于抽象，内容不易拓展，教学效果仍然不是很理想。因此，针对这种现状，本文主要从信息光学的新型交叉学科特点入手，介绍了如何合理选择、应用不同的传统与现代的教学方法，并结合现代信息技术来更新原有的教学方法。具体来说，根据信息光学中各部分内容的不同的特点（如实践性强、前瞻性强等），采用传统教学方式和现代教学方式相结合，以多样化的现代教学方式为主的教学模式，达到激发学生积极性、教学效果最佳化的目的。

一、加强教学与实际应用的结合

信息光学是一门新型应用性课程，其一个很重要的特点就是与实际应用紧密相关，因此信息光学的教学应该也应与实际应用相结合，不断充实和更新教学内容，加深同学对基本原理、基础知识的理解，同时也增强学生学习的兴趣。具体来说，可以带领学生参观一些相关的企业的生产线，通过与这些实际应用的接触，加强学生对基础知识的认知和理解，强化学习效果，为学生日后从事光信息相关行业奠定基础。例如，在讲解空间滤波应用实例策尼克相衬显微镜时，可以到企业让学生看看策尼克相衬显微镜究竟是什么样的，包含哪些部分，如何使用，以及与普通显微镜的区别在什么地方，并邀请企业的一线工程师实地讲解这个显微镜的制作过程。有可能的话，可以让学生亲身体验、参与使用策尼克相衬显微镜观察活体标本的过程。这样，不仅能让学生感受到自己学习知识的有用性，而且在加深理解空间滤波原理的同时，拓展学生对信息光学应用的了解。

二、教学与技术发展有机结合

信息光学作为一门新型信息学科，其相应技术正在或者已经应用到实际当中。在教学中插入关于这些技术的介绍，能充分调动学生积极性，激发学生学习热情。例如在讲解全息成像原理时，可以从人们最初从科幻电影、电视中看到的三维人物到目前已经初步实现的3D电影入手，指出这些技术的实现就是利用三维成像技术，进而给出三维人物或者场景再现的原理及过程，达到调节课堂气氛，调动学生学习积极性的目的。此外，还可与科学发展前沿相结合，指出这种三维成像技术的应用前景、发展动态以及目前所存在的待解决的问题，使学生能及时了解现有技术的发展动态，激发学生学习热情的同时，尝试培养学生探索新知识、新技术的能力，为后续可能从事相关行业奠定基础。当然，还要注意一点，对前沿内容的引进要适度，以激发学生学习积极性、扩充学生的视野为目的，避免过度压缩基本内容的学时，增加学生学习负担。

三、将科学发展史融入教学

根据信息光学的教学内容，合理恰当地将科学发展史融入教学中，给学生介绍一些概念、技术、实验等的产生、发展历史，让其体会到光学知识的获得过程，培养学生的科学精神。在信息光学中，光的全息术有着至关重要的作用。它的出现，并与光学传递函数相结合为整个信息光学的发展奠定了坚实的基础，使人类对光的认识向前迈进了一大步。因此，可以以光全息术理论的讲解为例，来说明科学发展史如何融入教学。在开始光学全息这一章内容的教学时，从历史背景和相关实验入手，以丹尼斯-盖伯、利思和乌帕特尼克斯等人的实验发现、研究为主线，讲述这些科学家的研究思路、实验分析。追踪他们在全息术中发现问题、解决问题的过程，引出光学全息的概念及发展历程，为后续讲解同轴全息、离轴全息等做好准备。这不仅使学生能比较自然地接受后续对波前再现、记录、同轴全息、离轴全息等知识的学习，而且使学生能整体上对全息成像有更全面深入的理解，起到了融会贯通的作用。同时，发展史的引入也会使学生体会到科学家那种坚持不懈、不断创新的科学精神，为学生科学精神的培养树立榜样，奠定基础。

四、课堂教学与实验教学进行有机的互动

在信息光学某些教学内容的讲解中，需要与实验教学相结合，课堂教学与实验教学相互动，采用探索式学习的方法，来提升学生学习效果，加深对新知识的理解。例如在讲解阿贝成像原理时，可以先让学生进行阿贝-波特实验，在透镜的后焦平面上放置各种不同的遮挡物（如光圈、狭缝、小光屏）时，像发生了很大的变化。根据这个现象，以提出问题、发现问题、解决问题的方式引导学生探索学习新知识。比如可以指出，在这个实验中，为什么要把遮挡物放在透镜的焦平面上，为什么放置一水平狭缝时，出现的像是竖直状条纹；这种成像方式究竟满足什么规律。带着这些疑问，老师可以就阿贝成像原理引入的新观点进行了讲解，加深学生的理解，调动学生学习的积极性。在学习了理论上的教学之后，还可以继续与实验教学相互动，进行阿贝成像空间实验的扩展实验，比如在频谱面上放置光圈，从而加强学生对新知识、基础知识的认知和理解，拓展学生自我探索新知识的能力，培养学生理论联系实际的能力的同时，增强实践动手能力。

五、渗入现代编程技术

信息光学将傅里叶变换和线性系统理论引入光学中，使光学图像可以用空间频率的分布和变化来描述，产生了新的光学信息处理方式，即可以通过在频域内实施某种变换来实现对输入信息的各种变化处理。信息光学中空间滤波、波前调制、相关光学处理、非相干光学处理等部分就与这种光学信息处理方式紧密相关。

在这些内容中，关于光学图像空间频率的概念以及空间滤波问题的理解是至关重要的，它为后续知识的学习奠定了坚实的基础。因而，在教学中，如何使学生在较短时间内接收空间频率的新观点，如何使用这个新观点来看到一幅光学图像，这是亟待解决的关键问题。为了让学生更容易理解、接受空间频率的概念和空间滤波的物理过程，在教学中引入现代计算机编程技术，利用MATLAB软件来实现空间滤波仿真实验，并与实际的光学实验相比较，使学生真正理解了空间频率的概念以及空间滤波的实质。具体来说，可以通过电子教案来演示如何使用MATLAB编程软件来实现空间滤波的仿真步骤。首先借助相关函数将图像、滤波器、傅里叶频谱等用数学的方式来表达和描述，接着通过对输入图像的频谱进行调制，从而完成对输入图像改造和处理的数学实现。同样，也可引入MATLAB用于仿真光学图象增强处理、消模糊处理、图象识别等方面的相关介绍，这样不但能使复杂抽象的问题形象化、具体化，而且还能激发学生学习编程技术的兴趣和爱好，达到培养学生科学素养的目的。

综上所述，与实际应用、技术相结合，提升了学生理论联系实践的能力；科学发展史的引入、应用提升了学生课堂学习的兴趣和效果；课堂教学与实验教学的互动，增强了学生对基础知识的理解；渗入现代编程技术，解决了信息光学课程中的抽象问题的形象化、具体化。因此，根据信息光学各部分知识的不同特点，合理选择上述不同的教学方式，有助于学生理解相关知识，能很大程度上提升教学效果，达到最优化。

参考文献：

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[4]魏义永.例析Matlab软件融入光学教学课堂[J].合肥师范学院学报，2011，29（3）：39-41.

[5]杨群.“学生创新思维培养”探析——对高师光学教学的探索和思考[J].楚雄师范学院学报，2008，23（3）：76-81.

[6]王领.光学教学中物理学史的运用体会[J].高中数理化，2012，

篇4

一、教学内容的选取

现流行的光学教材，对几何光学和波动光学的基本理论的讲解是详细的、完善的，但也存在不少问题，主要表现在：第一，几何光学的内容占的篇幅过大，以华东师大姚启钧编的《光学教程》为例，仅几何光学的基本原理这一章，公式大大小小就有45个，有些问题中学已经讲过，没有必要重复讲授。应适当精简几何光学内容，使内容在满足系统化、条理化的基础上做出合理的取舍。第二，光的量子性部分的历史，如“紫外灾难”和“两朵乌云”等故事完全可以放到物理学史中去讲授。第三，现代光学部分涉及面较广，学科的内容非常丰富，学科体系十分庞大，而光学课程的学时有限，所以现代光学部分则应该单独罗列出去，建议在大三再开设现代光学基础，满足学生的求知欲和飞速发展的光学科技。基础光学部分在讲授时应该适当融入前沿科技内容，避免单纯概念的枯燥，使教学别具一格，既深化了概念，同时将光学基本原理与其在科技前沿中的应用结合起来，大大深化了基本原理教学，开阔了视野，充分调动了学生的积极性，激发了求知欲和探索物理奥妙的精神，同时也增加了课程的魅力。但是，在讲授前沿科技与古老光学原理的结合时一定要注意突出光学基本原理的描述，达到用科技前沿实例讲授并深化课程基本概念和基本原理的教学目的。同时，基础光学部分在讲授时还要注重课程内容的条理化，虽然波动光学和几何光学看似联系不十分紧密，但是自始至终都离不开两个概念就是光程和相位差，所以在整个基础光学部分的教学中要始终贯穿这两个基本概念，使教学内容浑然一体。

二、注重教学步骤的完整性

注重教学步骤的完整性有力的保证了教学质量。课堂教学是学生获得知识的重要途径，由于教学体制特点，很多学生依赖于课堂，所以确保课堂教学效果是教学中的非常重要的一个环节。除了借助于现代化教学手段提高教学效果外，从内容的选取和语言描述上需下足功夫，充分地把教师的个人魅力展现出来，并且把这种魅力融入到教学中，以提高课堂教学效率。作业批改是课堂教学的延伸，它是发现问题、解决问题的重要途径，通过对作业细致批改几乎可以了解每一个学生的学习状况和学习状态。课后答疑是课堂教学的重要辅助形式，也是教学过程中的有机组成部分。此外，光学和其它物理学学科一样是一门以观察和实验为基础的学科，许多物理知识都是通过观察实验，经过认真的思索总结出来的。实验教学不仅仅是学生动手的过程，更是动脑思维的过程。注重实验教学能更好地激发学生的学习兴趣，并且能培养学生严肃、认真、端正的实验态度，获得一些感性认识，经过进一步引导使感性认识上升为理性认识，为光学课程的学习起到积极的作用。值得一提的是验证性实验所占比重过大，大学阶段的实验教学应该不只是“验证”，通过增加一些设计性实验以激发学生的创新能力。

三、注重教学方法的现代化

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关键词：非线性光学；激光；光学教学

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1002—7661（2012）20—009—02

一、引言

非线性光学诞生于20世纪60年代激光出现以后[1]。激光作为一种强光光源，其电场强度可以达到或超过介质分子、原子内部的电场强度。在这种强光场的作用下，介质分子、原子的状态发生改变，使介质对光场呈现出了非线性响应，因而，表现出各种非线性光学现象[2]。随着对非线性光学研究的深入， 在各类光学教科书中开始介绍非线性光学，但有些教材在介绍非线性光学时只见大量的数学公式，繁复的张量运算，没有强调基本概念和浅显的物理图像，初学者觉得较难接受。因此，在光学教学中，尤其在面向大学新生开设的普通物理光学基础课教学中，需要把非线性光学中一些最基本的、重要的原理和概念定性和半定量地介绍给学生，多介绍一些非线性光学应用中的最新成果，激发学生的学习兴趣。

二、非线性光学在光学教学中的应用

1、非线性光学介绍

当光在介质中传播时，介质中的原子或分子被光电场极化成振荡偶极子，它们也成为电磁波辐射源，发出次级波。介质的电极化强度P与入射光的场强E成幂级数关系[3]：

其中：

P（1）= 为线性电极化强度，对应着经典光学现象。

为二阶非线性极化强度。

为三阶非线性极化强度，依次类推。

在高强度的激光的作用下，由于光的电场强度极大，非线性项的作用就不能忽略，如二次项产生倍频光，便可以实际观测到。这些与强激光有关的效应，称为非线性光学效应，具有非线性光学效应的介质称为非线性光学材料。非线性光学频率转换效应包括倍频、和频以及差频等方面，用于拓宽激光波长的范围。

物质是由分子构成的，分子是一个带电体系，分子中的每个电荷都可想象成集中于一点，即“电荷的重心”。如果分子的正负电荷重心是重合的，则称此类分子为非极性分子；反之，称极性分子。极性分子在外场作用E下将发生极化，这是分子取向和变形的结果。各种无机晶体等电介质，在外电场的作用下表面或内部也会出现电荷，发生极化现象。同样，光是一种频率很高的电磁波，当它通过透明介质时将引起介质中原子（分子）的极化。由于光波场是交变的电磁场，故原子（分子）的极化也是交变的，从而形成极化波，并由极化波发射同频率的次级电磁波，其极化强度同入射光波场的强度、介质的结构密切相关。这种相互关系产生了两种本质不同的介质极化状态，即线性极化和非线性极化。物质在弱光电场（比原子核和电子之间的电场弱得多）作用下，只能产生线性极化，由振荡偶极子产生与光波电场频率相同的极化波，从而辐射同频率的次级电磁波。其表观特征为不同单色平面波服从独立传播原理；当它们在介质中相遇时，服从线性叠加原理。当物质在很强的光波（能与原子核和电子之间的电场相比拟）作用下，在产生线性极化的同时，出现二次、三次等非线性极化。由于非线性光学在现代激光技术、光学通讯、数据储存、光信息处理等方面显示出诱人的应用前景，因而国内外关于非线性光学晶体材料的研究一直非常活跃。近几十年来寻找非线性光学特性强而响应速度极快的新型材料成为非线性光学领域的主要研究课题之一[4]。

2、非线性光学的发展过程

1961年到1970年是非线性光学发展的早期十年，1961年Franken将红宝石激光束入射到石英片上，发现出射的光束中不仅有红宝石的 694.3nm 光束，在紫外区还存在另一条波长为347.2nm 的光谱线，其波长正好是红宝石激光波长的一半，这个实验结果揭开了非线性光学研究史上的第一页。此后，许多重要的非线性光学现象，如和频与差频的产生、光学参量振荡、受激散射与自相位调制等相继在实验中被观测到[5]。

自1971年至1990年，是非线性光学深入发展的时期。在这20年中，许多新的非线性光学效应相继被发现。新型的非线性光学晶体材料的试制成功，微秒激光器件的广泛使用以及飞秒激光器的研制进展，使得利用超快脉冲进行非线性光学的研究得到重大推进。

90年代以后，非线性光学在几个方面取得了重大的进展。最引人注目的进展之一是基于80年代皮秒（ps）和飞秒（fs）全固态激光器的研制成功及高质量非线性光学晶体的发现，光学参量振荡（OPO）和光学参量放大（OPA）技术在ps 和fs 调谐激光及连续波调谐激光方面得到实际应用。第二个引人注目的进展是由于fs激光器的研制成功，可利用非线性光学效应来研究各种材料中的超快过程，另外利用fs 激光还可研究化学反应中的超快动力学过程和生物学中光合作用的原初过程。除此之外，90年代以来，高分子和纳米材料的研究、时间和空间分辨的非线性光学测试技术等方面都取得一定的进展。

3、非线性光学在光学教学中的建议

进入21世纪，光学已成为现代物理学和现代科学技术最活跃的

学科之一，但目前高等学校基础物理学的光学教学，还远远落后速发展的形势[6]，光学教材的内容基本上是以经典光学知识为主，引入现代光学知识较少，非线性光学的引入也是只做简单的介绍或者给出复杂的公式推导，学生很难有个整体的把握。因此，在光学教学中，要适当处理好经典光学理论与现代光学科技知识的关系，做到既强化基础理论和基本技能的训练，又要使学生较多地了解现代光学前沿课题，对于非线性光学的知识，可以较浅显地介绍其原理，多介绍发展历程和其中产生的一些有趣的物理现象和研究课题，从而达到激发学生的学习兴趣，培养学生的科研意识和以后的科研创新能力，使光学教学紧跟现代科技发展的步伐，为国家培养更多的具有较高素质的科技人才。

三、结论

非线性光学是现代光学的前沿知识，随着超快激光器的飞速发展使得利用超快脉冲进行非线性光学的研究得到重大推进。在普通物理光学的教学中，教师应该适当增加非线性光学知识的介绍，通过介绍非线性光学的原理以及发展历程，使学生对这个领域有一个整体的把握，激发学习兴趣，切忌太深入太枯燥或者太浮浅。本文通过简要介绍非线性光学的原理以及其发展过程，给出了非线性光学在光学教学中的一点建议，期望对初学者以及教育工作者有指导作用。

参考文献

[1]Franken，P.A.；Hill，A.E；Peters，C.W.；Weinreich，G.，Generationofoptical harmonics.Physical Review Letters 1961，7，118—119.

[2] Maker，P.；Terhune，R.；Nisenoff，M；Savage，C，Effects of dispersion and focusing on the production of optical harmonics Physical Review Letters 1962，8（1），21—22.

[3] Zernike，I.；Midwinter，J.F.Applied nonliner optics. John Willy Press，1971.

[4] 张克从，王希敏著 非线性光学晶体材料科学（第二版）.科学出版社，2005 79.

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光学信息科学与技术国际学术会议1997年8月26至30口在莫斯科召开来自22个国家的210多位科学家，分别在大会、分会和专题讨论会上266篇。分会的主题是光学存储和神经网络，光学生物电子学和生物计算，光存储机制和材料，计算机光学和衍射光学元件。随着信息时代的发展，对信息的获取、存储、处理、传输与显示的方法和技术提出了越来越高的要求。

为满足这些要求，在发展现代电子和电子计算机科学与技术的同时，人们对光学信息科学与技术也有极大的兴趣。这是因为，由光束、光波或光子作为信息的载体时，不仅信息容量大、传播速度快，而且并行性高、互连能力强，存在着巨大的潜在优势。在这次会议上，近三分之一的论文是关于光学存储和神经网络的。大会主席、俄罗斯科学院的A.IJ.Mik。!边n院士在大会报告“全息存储、现状与预期应用”中综述了俄罗斯以及国际上在这个领域的研究状况。

在分会报告中也充分反映了这一领域非常活跃。例如，美国加州理工学院的D‘Psaltis教授介绍了他们在一立方厘米大小的光折变品体中存人10()()0幅图像的基础上，所完成的小型化光学全息存储器，引起与会者的极大兴趣。该存储器的存储容量高达1TB(即10(j0GB)，已接近实用化。由于是按页并行存取信息，读写速率比现在的CDR()M高出2一3个数量级。人们认为这将是继综合孔径雷达(光学信息处理)、光纤通信(信息传输)、光盘‘存储)和激光打印机与激光电视(显示)之后，光学信息技术的又一重大突破。义如，英国Heriot一wat:大学的B.Wherrett教授为解决芯片与芯片间通信速度瓶颈而设计的光互连灵巧像素阵列(SmartPixelArrays)。该器件的使用可使芯片间的数据传输速率超过1TBPs(即xTeraBit。perSeeond)。神经网络方面的论文也很多，主要是关于神经网络光电混合硬件系统和神经网络模式识别方面的，这是神经网络得以推广应用的关键。笔者报道了基于液晶神经元阵列和光互连的神经网络系统，受到会议的重视。该文除了和其他论文一样在SPIE论文集上发表外，大会主席Mikealian院士还在会后通过e一mail要求我将该报告写得更详细些，在他所主编的国际学术刊物<()ptiealMemoryandNeuralNetworks》上发表。与光学存储密切相关的领域是光存储机制和材料研究，这个分会上发表的论文也占三分之一左右。

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光信专业考研相关信息如下：

1、研究方向：微光红外与紫外成像技术、虚拟现实与增强现实技术、光电雷达探测成像与对抗技术、图像工程与颜色科学、现代光学设计与工艺光刻技术及精密仪器工程、光电信息获取显示与处理技术；

2、硕士研究生入学考试科目：101思想政治理论、201英语一或202俄语或203日语或244德语、301数学一、811电子技术或819物理光学或820应用光学。

（来源：文章屋网 ）

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关键词：光学薄膜 薄膜应用 薄膜制备

中图分类号：G633.91 文献标识码： C 文章编号：1672-1578（2013）04-0178-01

光学薄膜的应用始于20世纪30年代。现代，光学薄膜已广泛用于光学和光电子技术领域，制造各种光学仪器。光学薄膜的特点是：表面光滑，膜层之间的界面呈几何分割；膜层的折射率在界面上可以发生跃变，但在膜层内是连续的；可以是透明介质，也可以是吸收介质；可以是法向均匀的，也可以是法向不均匀的。本文依据光学薄膜的性质特点，介绍了不同作用的光学薄膜在以下几个仪器设备中的的应用。

1 望远镜上的光学薄膜

常见的望远镜镜头上呈蓝色或红黄色。当膜是蓝色的它属于单层氟化镁，它的折射率N=1.38，相对于基质玻璃的折射率N=1.5较小（目前还找不到射率N=1.22的材料） ，膜层材料折射率小于基质折射率，膜就会产生增透的效果。而当膜层材料折射率大于基质折射率时，膜就会产生增反的效果。由于它是针对人眼敏感的黄绿光（λ=550nm）设计的λ/4光学厚膜，对在离开550nm波长稍远的光波，此膜所产生的反射率增大，因此我们看到这种膜为蓝色（λ=400nm）或紫红色（λ=380nm及780nm）。同样道理，如果把允许通过的光波范围设计在偏离红黄的区域，这种增透膜会对红黄色光谱的增透作用将略为降低，而对非红黄的蓝光真正增透，我们就会看到一种反射为红黄色的膜，即此膜对红黄色的光反射略为强。

在实际中，分别采用蓝膜和红膜的两架望远镜进行观察比较，就会发现：蓝膜镜观察到的景物略呈红黄色，红膜望远镜镜观察到的景物呈淡蓝色，就是上述这个道理。

2 光学薄膜在摄像机、照相机上的应用

摄像机镜头，是让可见光范围内全部光谱最大限度透过，即透过波带要尽量的宽，从而获得真实地反映自然界色彩的效果，采用了三层膜系结构。

当基质玻璃折射率Ng1.65时，用λ/4-λ/4-λ/4形式。这种分层膜系，由于在更多的波谱处追求反射率为零，增透波带变宽，某些反射率不为零的色光被反射的情况相对突出起来，所以这种膜系更是五彩纷呈（如有绿红带黄的，以及其它一些色彩）。再者，由于薄膜对于入射白光的选择性反射，也因入射光的角度变化而发生相应变化，所以我们从不同的角度观察这些光学表面时，将会看到不同的色彩反光。通常，入射角度越大，红光的反射越大，所以侧面看镜头时多呈红黄色。

为了与彩色显示设备中的三原色还原系统标准相一致，光电式彩色摄像机中所用的彩色分光系统，也是利用薄膜对光波的选择性透反作用，将白色光分离成三束原色光进入信号记录仪，以备在相应制式的放映系统中播放使用。

3 光学薄膜在显微上的应用

显微镜是用来观察极细微物质的光学系统，除了要对极其细微的物质充分照亮外，它的成像光学系统其必须尽可能地提高光通量，以减少光能反射损失，由于显微镜的光学系统较为复杂，光学表面多达20个左右，如不采取增透措施，其光通量可能降到30%，同时较强的反射光还会使杂散光增加，从而影响像的衬度、损害像的质量，所以它的镜片表面所镀的起增透作用的膜是必要的。

我们常见的显微镜物镜和目镜光学表面呈蓝色或紫红色，这是为了让波长为λ=550 nm的黄绿光有利通过，而在镜片上镀上氟化镁的效果，其光学厚度为λ/4根据透射对光谱的选择性曲线，在红光区及紫光区反射相对增加，因此所见的薄膜成紫红色或蓝色。

4 光学薄膜在眼镜镜片上的应用

如果镜片表面没有镀膜，会使观察者看戴镜者眼睛时，看到的却是镜片表面的一片白光或者是观察者的像。拍照时，这种反光还会严重影响戴镜者的美观。再者，由于屈光镜片的前后表面的曲率不同，它们之间会产生内反射光，内反射光会在远点球面附近产生虚像，也就是在视网膜的像点附近产生虚像点既“鬼影”。所以高折射率的镜片如果没有减反射膜，反射光会对戴镜者带来的不适感比较强烈。增透膜就利用了这个原理，在镜片的表面镀上增透膜，使得膜层前后表面产生的反射光相消干涉，达到增透的效果。

利用人眼敏感度较高的波长为555nm光波。膜层厚度应为基准光的1/4波长，当时，对于增透膜层，当镀膜的厚度过薄，反射光会显出浅棕黄色，如果呈蓝色则表示镀膜的厚度过厚。镀减反射膜层的目的是为了减少光线的反射，并不可能完全做到没有反射光线。镜片的表面也总会有残留的颜色，残留颜色哪种是最好的，其实并没有标准，目前主要是以个人对颜色的喜好为主，较多的绿系。

同样，染色镜片或变色镜片的透光量会降低，但镜片表面的反射光依然存在，产生的鬼影和眩光依然会干扰视觉，影响戴镜者视物的清晰度和舒适性。所以染色镜片和变色镜片也是需要镀增透膜的。

5 光学薄膜在照明设备上的应用

利用光学薄膜的干涉特性，选择性地吸收，反射或透射照明光源中的红外辐射能量，已成为近年热性能光学控制薄膜的一个重要应用领域。其中对可见光具有很高透过率的红外高反射薄膜，用于白炽灯、卤素灯、低压钠灯等照明光源上，即可提高能量利用率，又能改变光源光谱的能量分布，满足特定照明的需求。红外高反射薄膜中用途较广的是金属――介质复合膜和全介质多层干涉膜。

金属――介质复合膜最典型的薄膜，以较简单的结构实现了可见光透过红外高反射的目的，该薄膜的光学特性曲线。

采用膜系结构的金属――介质复合膜，用热蒸发方法镀制于白炽灯玻壳内表面，可使白炽灯的相对光谱能量分布中红外辐射能量几近为零，而可见光的光谱能量却较未镀膜时有所增加，使相同功率的镀膜白炽灯输出光通量较普通灯泡为大，起到了一定的节能作用。

参考文献：

[1]王文梁等.光学薄膜消偏振技术及进展[J].光学仪器.2007，9.

[2]显微技术与光学薄膜[J].现代显示.2007.3，10-16.

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关键词： 光学设计； 日盲紫外； 紫外告警； 光学系统

中图分类号： TN 23 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2017.02.008

文章编号： 1005-5630（2017）02-0043-05

引 言

在现代化的战场中，地空、空空导弹对战机的威胁日趋严重，这使得导弹告警系统成为各国重要的研究课题。导弹告警系统通常可分为雷达告警、红外告警和紫外告警3种方式，同前两者相比紫外告警具有虚警率低、灵敏度高、隐蔽性强、无需制冷、功耗低和质量轻等优点[1-4]。大气层中的臭氧层对位于太阳光中240～280 nm的紫外波段会产生强烈吸收，形成所谓的日盲紫外区，紫外告警系统对来袭导弹的探测正是利用大气的“日盲紫外”特性来实现的。紫外告警系统从技术上可分为以光电倍增管为核心元件的第一代系统和以像增强器为核心探测器的第二代系统[5]。从探测器类型的角度可分为真空探测器件和固体探测器件[6]。

本文针对日盲紫外告警系统的成像系统要求，设计了一款系统焦距为160 mm、F数为3.5的日盲紫外光学系统。

1 光学系统设计

1.1 系统设计要求

基于用户要求，该镜头的结构参数为：焦距为160 mm，波段范围为240～280 nm，半像高为9 mm，F数为3.5，接收器紫外CCD的像素尺寸为25 μm×25 μm。要求在CCD接收面范围内，光能接收大于85%，光学总长控制在155 mm以内，畸变小于3%。

1.2 材料选择

由于紫外波段穿过普通光学玻璃时透过率很低，因此在紫外光学系统中不能采用普通光学玻璃，而一些光学晶体在日盲紫外波段具有较好的透过性能，所以在工程上大多采用光学晶体。根据材料的机械强度、耐热性、热膨胀系数及加工性能等，实际可用的材料仅有氟化钙、氟化镁和熔石英3种，由于氟化镁具有双折射，所以本文最终选择了熔石英和氟化钙2种材料，两者的性能参数如表1所示。紫外滤光片主要是用来屏蔽日盲紫外以外的波段，而常用的日盲紫外滤光片主要有干涉型、声光型、组合型和吸收型几种形式[7]。

1.3 光学系统初始结构的确定

初始结构的确定对实现最终的设计非常重要，如果初始结构选择不恰当，在后期仅仅依赖于光学设计软件是无法对结构做出突破性的改变[8]。本文根据设计要求查找文献得到如图1所示的初始结构，基本结构参数是：焦距为150 mm，波长范围为240～280 nm，F数为4，视场角为8°，光学总长为158 mm。

1.4 光学系统的优化设计

初始结构的焦距与本文的要求不同，所以需对初始结构进行焦距缩放使焦距达到160 mm，并在后面的优化中通过操作数EFFL来控制系统的焦距。由于选用的紫外材料的色散系数差别不大，而消色差的基本原则是负透镜选择阿贝数小的材料，正透镜选用阿贝数大的材料[9]。根据表1所示的材料特性，负透镜选熔石英较为合适，正透镜选氟化钙较为合适。图1所示的系统存在着较大的球差和色差，MTF曲线很差。由于后组的第1片透镜较厚，因而采用分裂透镜的方法增加1片透镜，以减小球差[10]。采用Zemax中默认评价函数RMS+Wavefront+Centroid，并合理设置默认评价函数的权重[11]。由于刚开始系统的像差较大，所以总长先放宽到160 mm，并在优化过程中用TOTR与OPLT这2个操作数共同控制系统总长，同时合理控制系统的边界条件，在优化过程中反复地对边界条件进行考察修改。初步优化的结果如图2所示。

在初步优化的结果上进一步将光学系统总长缩小到154 mm，再对其进行优化。在优化过程中有些轴外光线对像质的影响较大，可设置一些渐晕将对成像质量不利的边缘光线拦掉，同时要保证边缘相对照度不能小于70%。在优化中还对几何像差LONA、AXCL、TARY、DIMX进行控制，优化后期，使用MTFT、MTFS控制系统轴外的MTF，这对像质的提升有所帮助。

1.5 像质评价

经优化后的光学系统结构如图3所示，图4～8为该光学系统的各种特性曲线。

由图3可知光学系统共用了6片透镜，其中紫外滤光片离石英保护玻璃的距离大于7 mm，符合系统大于4.5 mm的要求，系统结构简单合理。由图4可知系统在20 lp/mm处全视场光学传递函数都大于0.8。从图5能量集中度曲线可以看出在紫外CCD接收面龋能量集中度大于90%。从图6中可见，全视场均方根半径均小于7.4 μm即小于CCD的最小像元直径，成像质量良好。从图7中可见系统的全视场的相对照度大于70%。从图8中可知系统的场曲校正到0.26 mm以内，畸变小于2%。

根据照相物镜的波像差小于λ/2时视为像质优良的原则，常把波像差小于λ/2～λ作为照相物镜轴上球差的公差标准[12]。相应的初级球差公差表示如下：

图9为系统的球差曲线图，由图可知，该系统主波长的实际球差最大值为0.262 mm，在边光初级球差公差要求范围内，轴向色差为0.1 mm。由此可见，该光学系统各项指标均满足设计要求，可用于日盲紫外导弹告警系统以及其他紫外光电探测设备。

2 公差分析

基于目前的加工工艺，对紫外光学系统进行公差分配时通过分析各项公差参数在特征频率20 lp/mm处MTF的下降情况，确定最终的公差分配值。鉴于此将元件的倾斜公差设置为±0.015 mm，有些较为敏感的元件设为±0.01 mm；元件的厚度或空气间隔公差TTHI设为±0.05 mm，有些较为敏感的设为±0.02 mm；折射率公差TIND设为±0.001，较为敏感的元件设为±0.000 7；偏心公差Decenter设为±0.015 mm，较为敏感的设为±0.01 mm；元件曲率半径公差TFRN设置为±4个光圈；透镜面型局部误差ΔN设为0.4个光圈。灵敏度分析及蒙特卡罗分析对MTF下降的结果如表2、表3所示，蒙特卡_分析的结果显示该紫外光学系统的90%以上的蒙特卡罗样本在20 lp/mm处的MTF值大于0.485。由表2可知第4片透镜的空气间隔比较敏感，折射率公差0.000 7，属于中等，总共有00、0、1、2、3、4类别，0.000 7属于2类，00类最高，为0.000 2，在加工生产时要严格控制。根据系统的要求及相应的公差分析最后得出系统的公差分配情况如表4所示。

3 结 论

基于用户需求，设计了一款日盲紫外光学系统。该系统的工作波段在240～280 nm，采用6片标准球面透镜，其焦距为160 mm，F数为3.5，总长为154 mm。从点列图、能量分布曲线图、MTF曲线图及公差分析情况来看该系统成像质量良好，满足导弹告警系统的使用要求。

参考文献：

[1] 付伟.导弹逼近紫外告警系统的新发展[J].航空兵器，2002（5）：4144.

[2] 付伟.紫外型导弹逼近告警系统的发展[J].光电子技术与信息，1997，10（2）：15.

[3] 张洁.紫外告警设备的组成及工作特点[J].航天电子对抗，2002（5）：3436.

[4] 曹慧.紫外成像告警技术的研究[D].长春：长春理工大学，2010：12.

[5] 宋珊珊，林丽娜，王文生.日盲紫外告警光学系统设计[J].激光与光电子学进展，2013，50（10）：102203.

[6] 李炳军，江文杰，梁永辉.基于导弹羽烟紫外辐射的日盲型探测器[J].航天电子对抗，2006，22（6）：710.

[7] 王保华，李妥妥，郑国宪.日盲紫外探测系统研究[J].激光与光电子学进展，2014，51（2）：22202.

[8] 李晓彤.几何光学・像差・光学设计[M].杭州：浙江大学出版社，2014：246.

[9] 陈姣，焦明印，常伟军，等.紫外-可见宽光谱显微成像光学系统的设计[J].应用光学，2011，32（2）：195199.

[10] 庄振锋，王敏，陈荣.0.25×高分辨力视频显微镜设计[J].光学仪器，2008，30（1）：6365.

篇10

【关键词】ITO；TCO；AZO；电导率

由于薄膜产品特别是各种光电产品薄膜，在太阳能电池、等离子技术、光学薄膜期间、微电子器件等方面有着广泛应用，因此收到光学材料界的高度重视。能否准备无误测量出各种薄膜的光学厚度也成为人们关注的焦点，尤其是在光电子产业的生产中，薄膜的光电特性参数――膜厚多少直接关系到薄膜产品是否能正常工作，能否对镀膜工艺有所改进等诸多问题，可见膜厚测量的重要性。而椭偏技术在测量薄膜的厚度和介质折射率等参数方面得到了广泛应用。在现代科学技术中，薄膜有着广泛的应用，因此测量薄膜的技术也有了很大的发展。膜厚的测量方法有电阻法、放电电压法、电容法、激光衍射法、光纤位移传感器法、椭偏法以及超声共振法等等。随着由于电子计算机的广泛应用而发展起来的目前已有的测量薄膜的最精确的方法之一就是椭偏法。膜厚测量方法一般是从两个角度出发，要么从光学理论出发，用光的波动性包括干涉、衍射、偏振等方法来测量膜厚；要么从具体实际出发，根据测量厚膜的实验环境和条件不同，例如根据光源的不同，是激光源进行测量还是用普通白光源进行测量等等，选用不同的测量方法。不同的测量方法所带来的膜厚测量的精确度也不一样。

一、椭偏技术原理

当振幅为A的面偏振光入射到石英晶体做成的1/4波片时，若振动方向与波片光轴夹角为θ，o光和e光的振幅分别为A0=Asinθ和Ae=Acosθ。从波片出射后的o光和e光的合振动方程为椭圆方程，合振动矢量的端点轨迹一般为椭圆，即获得椭圆偏振光，再将其经过待测薄膜产品表面反射，反射光是线偏振光。由之前的椭偏到后来的线偏，光振动的相位和振幅发生了改变，通过这些参数变化即可判定薄膜产品的表面光学特性。

图1 （a）光滑下表面 （b）粗糙下表面

如上图，待测件是玻璃薄膜产品。入射光束以某一角度入射，根据菲涅尔公式，光在两种介质的交界面上反射与透射时，垂直纸面的s分量和平行于纸面的p分量可根据r■=■，r■=■计算得到。式中，n■、n■分别为入射介质与折射介质的折射率，θ■、θ■分别为入射角和折射角。而反射系数P=■也是复数，可根据干涉原理计算出来。测量膜厚之前，首先需将根据椭偏技术制成的椭偏仪的光路进行调节，使得光源经过反射镜后成平行光，经过偏振片后得到线偏振光。线偏光入射到待测薄膜表面后所得到的反射光，其偏振状态必将发生变化。可用单色仪将光路分光，再用光电探测器将光信号变成电信号，送入计算机软件分析。测量时，先确定光路经过的第一个偏振片是否放在通光轴为零度的位置，然后将待测薄膜放在起偏器和检骗器的中间，插入1/4玻片并旋转至消光。此时薄膜的快轴与设备的光轴平行。最后将起偏器的通光轴放在45度的地方，开始用软件取样、测量。由计算机分析计算出薄膜各光学性能参数。

二、几种测量方法的比较

（1）根据激光透射法测量膜厚，以光在基体内不产生干涉为前提。用这种方法可以获得相当高精度的膜厚测量，数量级为几nm，能测量膜厚为1到几百nm的薄膜。但由于设备复杂，环境要求高，只能在实验室进行。（2）采用激光反射法测量膜厚，有很大的优势――测量范围大，从微米级到纳米级都可以，但是调试过程繁琐，难于实现。（3）基于白光光源的颜调检测法制成的椭偏仪测量膜厚时，实施起来不难，但不能用来测量均匀膜厚，而只能用来测量不均匀膜厚，测量范围虽和透射法测量膜厚的范围差不多，但精度低，系统误差较大。（4）采用分光光度测量法做成的椭偏仪，测膜厚的效率较高，设备成本也不高，容易实现。测量膜厚范围虽然是微米级别，但精度比较高。（5）采用激光光源进行激光干涉法的椭偏仪中，激光束通过显微镜，入射到放在焦点处的薄膜产品后，薄膜的上面两个表面分别反射出的光在特定的位置发生等倾干涉，在观察面用CCD接收，根据与CCD相连的计算机软件分析干涉图样，即可计算出薄膜产品的膜厚。这种椭偏仪结构简单、测量迅速，很适合在工业生产线上测量10～100um的膜厚，但精度只能达到um数量级。通过上述分析和比较，不难发现，利用薄膜上下两表面反射光干涉原理制成的椭偏仪测量范围适中，但精度很高，而且设备简单，容易在实验室以外的地方实现，适合工业检测。

三、应用

利用椭偏技术作成的椭偏仪在不断发展，测量的光谱范围越来越宽，可以满足不同镀膜材料的测量要求，针对在红外、紫外波段要进行特殊材料的测量要求，也出现了专用椭偏仪；椭偏技术覆盖了半导体、大面积光学薄膜、有机薄膜、金属、玻璃等各种材料的工业实时检测领域。同时随着计算机技术的迅速发展，使得椭偏仪的自动化程度得到提高，也促成了椭偏仪的自动控制系统和计算机的深入结合。由于椭偏测量技术的高精度、高效、设备简单等特点广泛地应用于科学研究与工业生产中，例如对材料的光学性质测量。被测的材料可以是固体或是液体，可以是各向同性或异性。根据菲涅尔公式，椭偏测量技术也可用于不同材料交界面的分析。在微电子与半导体产业中，椭偏测量技术常用于半导体加工或微电子研究中薄膜生长的监控与分析，现代新材料的研究开发也常常使用椭偏技术作为研究手段。在生命科学领域里，椭偏测量技术可用于细胞表面膜相互作用、蛋白质等大分子的测量。

四、结论

随着光电技术以及微电子技术的快速发展，表面和薄膜科学，微电子器件及纳米技术等迅速发展，将使一起开发和检测方法体系研究成为真空镀膜技术中的发展重点。薄膜的应用领域越来越广，各种厚度只有几百甚至数十纳米的单层或多层功能薄膜成为当前材料研究的热点。薄膜的厚度、折射率和消光系数决定了薄膜的投射、反射和吸收等各种光学特性。椭偏法具有无损非接触、高灵敏度、高精度的特点、无需特别制备样品，能对数纳米厚的超薄薄膜测量，无疑是比较可靠的测量方法。当然，在测量膜厚时依然存在某些问题，例如膜厚范围的扩大等，都有待于进一步探索和研究。

参 考 文 献

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