對光電子技術的理解范文

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關鍵詞：光電子學；教學方法；教學改革；實踐環節

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）11-0138-02

一、介紹

光電子技術是由光信息技術和電子技術的相互結合而形成的新的光電子技術，涉及光信息處理、光纖通信、激光技術等領域，是未來社會發展和進步的核心技術。光電子技術不僅研究內容非常廣泛，而且也是未來信息技術中的重要推動力量，它包含光信號的產生、光信息的傳遞、光電信號的轉換和處理和光電功能材料相關的內容，如：光電功能材料的發光機理、制備方法和工藝應用范圍、光電器件的加工與制作和光電系統的集成等一系列從基礎理論到實際工程應用等各個領域的研究。涉及光子學、光信息科學、電子學、材料科學、計算機技術等前沿學科理論，它是由多個學科之間的交叉而形成的一門高新技術學科。

光電子技術在經歷上述學科之間的交叉滲透后，其技術水平和工程應用技術取得了很多突破，在社會發展中以及社會信息化中起著越來越重要的作用，光電子技術的相關產品也越來越多地影響我們的生活。目前，國內外正掀起一股光電子技術和光電子產業的研究和發展的熱潮。一些國家把大量資金投入光電子學和光電子技術的研究和開發中，許多以光電子技術為研究方向的研究中心、實驗室和公司越來越多的建立起來。光電子技術的發展決定了未來產業的發展方向，將給工業和社會帶來比電子技術更大的技術沖擊。光電子技術和產業在國家經濟建設和科學持續發展中起到至關重要的作用。

因此，光電子學基礎是光電子專業學生必備的基礎知識，也是未來光電子產業需求的人才中需要掌握的重要基礎知識。

二、課程特點及專業培養目標

光電子學基礎是整個專業中的基礎專業課程，在學生專業思想和未來培養目標及要求的實現上發揮重要的作用，也是未來該專業研究生必需的基礎課程儲備。該課程注重理論聯系實際，注重對學習者能力的培養，重點培養學生綜合分析、解決問題能力，為將來從事光電技術領域的科研、開發和應用工作奠定基礎。

我們的培養目標為：培養在光電子技術科學領域具有深厚的理論基礎、扎實的專業知識和熟練的實驗技能，德、智、體全面發展的高級光電子技術科學人才，使學生具有在光學、光電子學、光通信技術、激光科學、光波導與光電集成技術、光信息處理技術、計算機應用技術等領域開展創新性基礎理論研究以及從事設計、開發應用和管理等工作應具備的理論和技術基礎。因此，基于我們的專業培養目標和光電子學基礎課程的自身特點，我們在教學過程中進行了改革探索。

三、教學改革探索

1.教學內容改革。①授課體系和講授重點。該課程根據學生培養需要，從光電子器件和光電子技術在未來工程應用的需要的角度出發，研究原理及系統構成在光電檢測技術、光纖通訊領域中的常用光電器件的技術。重點講述光學基礎、光纖通訊的構成、半導體物理、光纖器件、光電子現象和光電轉換器件，重點講解光電子器件的結構、工作機理、工作特性和在工程技術上的具體應用。為了更好地將所學應用到未來的技術發展上，對各類光電器件的系統集成、信號的調制、解調技術也作了詳細的講解，同時給出在工程中的實際例子。②課堂教學內容緊跟科學發展的步伐。光電子課程的教材對于快速發展的光電子技術來說，既是基本的原理內容，但又是滯后的技術，若授課時只是按照教材內容講解，往往會帶來知識不新、內容與技術發展脫節的后果，易使學生對該課程的學習積極性和興趣下降。因此，在教學過程中補充和及時更新教學內容，增加一部分現代光電子技術的發展前沿、新出現的技術及需求，從而能給學生提供更多的學習探索和求真的空間。③加強該課程與應用技術之間的聯系。專業基礎課程的基本功能是讓學生了解和掌握所學專業的發展方向，培養的學生能在以后的學習中、工作中涉及光電子技術方面上進行繼續學習和鉆研。因此在給同學們講解課程中的內容時，要與現代信息技術的發展緊密結合。針對在光電檢測技術、激光應用技術、光纖通訊技術等內容進行重點講解，結合當前社會已有的需求的技術發展進行講解，使該專業的學生明確所學課程內容在技術應用、研究發展及市場前景，對未來的從事的專業充滿信心。④為了更加與國際接軌，嘗試了雙語教學。在平時提供給學生光電子相關的外文讀物和論文，指導學生學習專業詞匯，在課堂中進行講解，開闊同學們的視野，引導學生進行初步科研潛力的培養和學習，調動學生的積極性，引導他們進行文獻學習，進一步了解國外光電子技術的發展現狀，激發興趣。⑤教學內容與市場技術應用及需求的結合。結合本校本地區特點，系統規劃、組織，實施產、學、研一體化模式。針對光電子技術和光電子產業市場密切聯系的特點，在課程內容上跟上市場技術需求，結合本地區經濟發展的實際情況，培養既有專業知識和跨學科知識，又有極強的實際操作能力、適應性強的學生，全面提升學生的理論素養和實踐能力，增強學生在未來光電子產業上的競爭力。

2.教學方法探索。①充分利用多媒體技術進行教學，利用多媒體課件在表達上形象直觀、方便，在效率上和容量上很大的特點和優勢。既能使課程中的各種圖片資料得到清晰展示，還能節約課程上的時間，從而能在課堂教學中講解更多的課程內容，較大地提升了授課中課堂的信息量。因此我們認真積極地制作教學課件，充分利用網絡上豐富的信息資源，并與兄弟院校的老師展開課程教學交流，共享多媒體課件。極大地激發學生對該門課程的學習興趣。②采用課堂教學和專題講座結合的教學方法。在進行課堂理論教學的同時，利用其他時間安排、組織團隊教師舉辦《光電子技術專題講座》，開展光電子技術專題研究，如液晶顯示、光電轉換及系統集成、光纖傳感及應用和近場光學中的探測技術等，既能強化學生所學的基礎理論，又能激發學習興趣，培養學生的科研意識。吸引學生參與到大學生訓練計劃和參與到老師研究的課題中，提前打下科學研究基礎。③在方法改革中，在富有開放性的問題情境中進行實驗探究。對參與到老師研究的課題或參加大學生訓練計劃的老師，幫助學生制定合理的研究計劃，選擇合適的研究方案和方法，積極發動研究光電子技術的老師，為這些同學們提供必要的實驗條件，由學生自己動手去實驗，考證研究方法和方案，來尋求實驗結果中的答案。這時，教師起到的是一個組織者的角色，指導、規范學生的探索過程。這樣的過程，不僅僅是要讓學生學量的知識，更重要的是要學習科學研究的過程或方法。

3.教學實踐環節探索。在光電子學基礎課程中，本來并沒有設置時間環節，而且多數放置在大三或大四學習，實驗環節很少開始。我們為了能夠更好地提升學生實踐技能和掌握技術設備的結合，先在原有課程體系中安排三分之一的時間來安排實踐環節，開設具體的、有針對性的實驗內容，讓同學們能更有效地了解、認識和掌握知識和技能。在普通物理實驗、電子實驗和光學實驗的基礎上，開設如固體光電子耦合器件、熱電耦器件、發光器件及光子器件。對光通訊系統的傳輸和光電子器件的作用有了直觀的認識和理解。在此基礎上，結合地方實際，聯系相關光電子產業中的企業，組織學生進行參觀學習，從而讓學生自己體會從書本上理論到實驗實際，再從實驗實際再到光電子技術，從光電子技術再到光電子商品的過程，能一下子把整個知識到技術到效益的過程展現在同學們的內心中，從而更能培養和激發學生興趣，也能將培養目標中的產業式人才完成，彌補普通高等教育中最缺失的人才與市場的不對接的不足。

4.教學目標實現探索。在光電子學基礎課程改革中，把教學目標從以知識教育為主轉變為實現人才培養和科學人才需求的融合，培養具有創新、探索精神的新時代新型人才。長時間以來，我們在教學過程和專業培養中，存在著理論與實際技術需求的相脫離的現象，造成理工科學生對于市場技術需求常識缺乏。我們把教學內容、教學方法和教學實踐環節都做了有意義的初步探索。進一步增強了理論學習到實踐環節、實踐環節到市場技術發展的學習過程，極大地激發和培養學生的學習興趣，為將來從事該專業打下堅實的基礎和牢固的信心。在近三年中，我們培養的本科畢業生就業率95%以上，該專業畢業生考研成功率30%以上，使光信息科學與工程專業的學生形成了良好的學習氛圍，形成了爭趕超的局面。同時，針對光信息科學和工程專業的學生，我們注意在進行科學知識教育的同時注重培養市場技術需求方面的培養，增加了企業參觀及動手實踐等環節，同時講授在科學研究中人文素養培養的重要性，從而使之潛移默化地對學生進行自然的而不是勉強的人文教育。

參考文獻：

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關鍵詞：光電子技術；實驗教學改革；教學方法

作者簡介：李忠洋（1983-），男，山東棗莊人，華北水利水電學院電力學院，講師；邴丕彬（1982-），男，山東青島人，華北水利水電學院電力學院，講師。（河南 鄭州 450011）

基金項目：本文系華北水利水電學院2011年教學改革重點項目的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）10-0165-02

光電子技術是激光技術、微電子技術、光纖傳感、光纖通信等眾多領域的交叉學科，它以電磁波為基本信息載體，通過對電磁波的控制、調制、接收、存儲、處理和顯示等技術，獲取所需要的信息?！肮怆娮蛹夹g”課程是電子科學與技術專業的基礎課，承擔著鞏固基本原理、拓寬專業知識、培養學生創新能力的重要作用。通過對本課程的學習，學生能夠建立起有關光電子技術的基本概念，獲得與光電子技術相關的基本理論和基本技能，為學生后續專業課程的學習及今后從事本專業的工程技術工作和科學研究打下堅實的基礎?！肮怆娮蛹夹g”實驗教學可以使學生加深對“光電子技術”理論知識的理解和鞏固，通過對實物的觀察和研究，增強學生的感性認識，深化對光電子技術深層次規律的理解和領悟。開展“光電子技術”實驗對培養學生提出問題、做出假設、設計實驗、觀察記錄、分析推理等方面的能力十分有利。然而現在面臨的情況是一方面隨著科學技術的日新月異，光電子技術信息量成爆炸式增加；另一方面由于電子科學與技術專業教學計劃的改革，使“光電子技術”實驗課程的學時數進一步減少。這種矛盾的出現，要求教師必須及時對實驗內容、實驗方法、實驗手段等進行改革與優化，努力提高實驗教學效果，以便在有限的教學時間內，將豐富的信息傳遞給學生，提高學生的動手能力，保質保量地完成實驗教學任務。

一、當前“光電子技術”課程實驗教學存在的問題及原因分析

目前，隨著國內高校高級教育人才的不斷引進，“光電子技術”實驗課程的教學質量不斷提高，但是隨著研究的深入發現該實驗課程仍然存在著一些問題。

1.對實驗教學的重要性認識不夠

部分學院領導受傳統“應試教育”思想的影響，長期以來重視理論教學，輕視實驗教學和學生實踐能力的培養。認為實驗教學僅是作為理論知識的驗證，是理論教學的附屬品。基于上述錯誤認識，學校對實驗教學的學時越壓越少。從實驗教師的角度來講，實驗教學相對于理論教學難度大，實驗教學不但需要教材，而且需要實驗器材；不但需要動腦，而且需要動手；不但需要與校內各部門打交道，而且有時還需要聯系校外有關單位。另外，實驗教師在評優、評職稱等方面機會較少、難度很大，因此很多教師沒有在實驗教學上投入較多精力。

2.實驗室建設問題

實驗儀器落后陳舊，科技含量普遍較低；實驗室面積不足，使得目前實驗條件難以滿足實驗教學的需求。以華北水利水電學院電力學院為例，光電子技術實驗室面積不足40平方米，實驗臺只有4個，每次只能滿足8位同學同時做實驗，而一個年級光電子技術專業的學生有120余人，所以實驗室面積的不足嚴重限制了實驗教學效果。另外，有些光電子技術實驗需要使用激光器、光學探測器、光譜分析儀等貴重儀器，而實驗室沒有足夠的經費購買這些儀器，因此實驗器材的短缺嚴重制約了實驗教學的正常開展。

3.實驗教學的組織管理和考核問題

實驗教學的管理制度不夠完善，因此出現了實驗教學多個部門都管而實際上誰都管理不善的現象。教學質量評價體系不夠健全，學生實驗課成績考核不夠細致，對實驗教學的要求遠沒有對理論教學要求的嚴格，使得實驗教學的質量難以保證。

由于上述各方面的因素，高?，F行的實驗教學理念、教學方法，以及各種實驗教學配套設施等都存在著與現代社會對高素質人才要求不相適應的地方。為適應社會發展的需要，培養創新型、高素質人才必須重視和強化實驗教學改革。

二、“光電子技術”課程實驗教學改革的對策分析

華北水利水電學院的“光電子技術”課程實驗由電力學院電子教研室承擔，在教學過程中，該教研室積極響應教改要求，從自身水利水電的特色出發，針對上述問題積極探索新的實驗教學模式，對如何提高教學質量進行了深入探討，逐步形成了一套自己的實驗教學方法。

1.加強實驗室建設

實驗教學效果的好壞在一定程度上取決于實驗教學設施的優劣。提高實驗教學效果，必須加大投入，加強實驗室基礎設施建設，爭取讓每一個學生都有實驗的機會和平臺。在設施精良的實驗環境中培養學生的主動探索能力，無疑會極大地激發學生的學習積極性，更好地培養學生的動手能力，因此實驗室基礎設施建設對于實驗教學的重要性不言而喻。對于實驗室的建設，一方面可依托學科基礎，積極申請實驗室建設資金，通過項目資助的方式逐步推進實驗室建設；另一方面可積極尋求與相關單位的合作，以項目合作的形式取得雙方共贏，在鍛煉學生實驗能力的同時，也促進了實驗室建設。學校有關職能部門要把好關，根據學校的開課情況做好實驗室建設規劃，提前落實實驗教學的各項措施。實驗教師要千方百計的提高實驗室利用率，避免資源閑置和浪費。

2.構建一支精良的實驗教師隊伍

一支高水平的實驗教師隊伍是提高實驗教學質量的關鍵所在，因此建設一支理論水平高、實驗技術精湛、年齡結構合理、責任心強、具有奉獻精神的實驗教學隊伍刻不容緩?；诖?，高校在引進教師時應盡可能引進既具有較高專業理論知識又有較強實踐能力的綜合型人才。對剛參加工作的青年教師進行職業道德和實驗技能培訓，使青年教師樹立職業道德觀念，提升業務水平；聘請業內知名專家對青年教師進行業務培訓，使青年教師學習新思想、新方法，掌握新設備、新技術，提高青年教師的實驗教學水平。改善和提高從事實驗教學工作教師的待遇，提高廣大實驗教師的積極性，吸引廣大教師尤其是高職稱教師積極參與實驗教學，使實驗教學崗位成為能夠吸引人才和留住人才的崗位。

3.創新實驗方法，精煉實驗內容

在實驗教學中，改變傳統的“教師講，學生聽、教師演示，學生觀看”的方法，以新穎的實驗內容，激發學生探索未知世界的興趣。如在講到非線性光學頻率變換技術時，先提出問題：一束不可見的激光在一定條件下能不能產生各種顏色的可見光，這樣會激起學生的興趣，使學生集中精力繼續聽下去；然后通過教師的實驗演示可看到在不同的實驗條件下，不可見光可以轉換成紅橙黃綠青藍紫各種顏色的光。這樣在強烈興趣的引導下，學生會迫不及待的探索實驗、了解實驗原理，因此好的實驗內容和創新的實驗方法會起到事半功倍的作用。

4.以興趣帶動教學，培養學生創新能力

在人才教育中，培養學生的學習興趣尤為重要。興趣在學習和認識過程中起著巨大的內驅作用。在實驗教學中要想方設法地激發學生學習的興趣，讓學生主動參與實驗的全過程，并在參與中體會到學習的樂趣和成功的喜悅，真正調動起學生自主學習的熱情。通過參加實驗設計給學生提供自我展示的平臺，充分調動學生的主觀能動性，培養學生的創新能力。為了給學生提供更多的實驗機會，華北水利水電學院光電子實驗室設立了激光開放實驗室、光纖傳感開放實驗室、光譜分析開放實驗室、光學探測開放實驗室，為學生在課外時間提供了廣闊的實驗平臺，吸引了一大批學生進入到各個開放實驗室，在實驗教師的指導下主動探索未知領域，在鞏固理論知識的同時又鍛煉了學生們的實際動手能力。在近幾年學校組織的光電子類和機電類的競賽中華北水利水電學院取得了較優異的成績。

5.改革實驗考核方式，促進實驗教學發展

傳統的考試題型和方式只適合對學生進行理論知識的評價，而實驗能力則是學生將理論知識應用于實踐的綜合能力，傳統的題型和方式顯然無法勝任評價任務，因此對實驗教學的考核要探索新的方式。為了使學生畢業后能更好地適應當前社會對高素質人才的需求，在探索實驗考核的新方式時一定要注意與社會職業技能鑒定接軌，要建立起基本技能、專業技能及綜合技能考核體系，鼓勵學生參加各種職業技術能力考試，取得社會公認的職業技能資格考試證書。另外，還要培養學生良好的從業規范和職業素質，使其在畢業時能達到勞動準入制度所要求的相關技能等級。

三、教學效果

本文通過分析“光電子技術”實驗課程存在的問題，從實驗室建設、教師隊伍建設、實驗方法、實驗內容、實驗考核等多個環節對“光電子技術”實驗教學改革進行了深入分析，提出了改革方案。實踐證明，改革后的實驗教學能夠有效激發學生的興趣，使學生在鞏固理論知識的同時又鍛煉了動手能力，有效提高了“光電子技術”實驗課程的教學質量。

參考文獻：

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關鍵詞：微電子；二元光學器件；制作工藝

隨著二元光學技術的發展，二元光學器件已經廣泛用于光學傳感、光通信、光計算、數據存儲等諸多領域。這類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鏡的一個面上刻蝕衍射圖案，實現折射和衍射混合消像差和較寬波段上的消色差。此外，二元光學器件能產生任意波面以實現許多特殊功能，從而具有重要的應用價值。

1.二元光學器件及其發展概述

二元光學是基于光波衍射理論發展起來的一個新興光學分支，是光學與微電子技術相互滲透、交叉而形成的前沿學科?；谟嬎銠C輔助設計和微米級加工技術制成的平面浮雕型二元光學器件具有重量輕、易復制、造價低等特點，并能實現傳統光學難以完成的微小、陣列、集成及任意波面變換等新功能，從而使光學工程與技術在諸如空間技術、激光加工、計算技術與信息處理、光纖通信及生物醫學等現代國防科技與工業的眾多領域中顯示出前所未有的重要作用及廣闊的應用前景。

隨著近代光學和光電子技術的迅速發展，光電子儀器及其元件都發生了深刻而巨大的變化。光學零件已經不僅僅是折射透鏡、棱鏡和反射鏡。諸如微透鏡陣列、全息透鏡、衍射光學元件和梯度折射率透鏡等新型光學元件也越來越多地應用在各種光電子儀器中，使光電子儀器及其零部件更加小型化、陣列化和集成化。微光學元件是制造小型光電子系統的關鍵元件，它具有體積小、質量輕、造價低等優點，并且能夠實現普通光學元件難以實現的微小、陣列、集成、成像和波面轉換等新功能。

2.二元光學器件的應用現狀

隨著二元光學技術的發展，二元光學元件已廣泛用于光學傳感、光通信、光計算、數據存儲、激光醫學、娛樂消費以及其他特殊的系統中。也許可以說，它的發展已經經歷了三代。第一代，人們采用二元光學技術來改進傳統的折射光學元件，以提高它們的常規性能，并實現普通光學元件無法實現的特殊功能。這類元件主 要用于相差校正和消色差。通常是在球面折射透鏡的一個面上刻蝕衍射圖案，實現折/衍復合消像差和較寬波段上的消色差。此外，二元光學元件能產生任意波面以實現許多特殊功能，而具有重要的應用價值。如材料加工和表面熱處理中的光束整形元件、光學并行處理系統中的光互連元件以及輻射聚焦器等。

目前，二元光學瞄準了多層或三維集成微光學，在成像和復雜的光互連中進行光束變換和控制。多層微光學能夠將光的變換、探測和處理集成在一體，構成一種多功能的集成化光電處理器，這一進展將使一種能按不同光強進行適應性調整、探測出目標的運動并自動確定目標在背景中的位置的圖像傳感器成為可能。這是一種焦平面預處理技術，它以二元光學元件提供靈活反饋和非線性預處理能力。探測器硅基片上的微透鏡陣列將入射信號光聚焦到陣列探測器的激活區，該基片的集成電路則利用會聚光激發砷化鎵銦二極管發光，其發射光波第二層平面石英基底兩面的衍射元件引導到第三層面硅基底的陣列探測器上，最終得到處理后的信號。這種多層焦平面預處理器的每一層之間則利用微光學陣列實現互連耦合，它為傳感器的微型化、集成化和智能化開辟了新的途徑。發展趨勢二元光學是建立在衍射理論、計算機輔助設計和微細加工技術基礎上的光學領域的前沿科學之一，超精細結構衍射元件的設計與加工是發展二元光學的關鍵技術。二元光學的發展不僅使光學系統的設計和加工工藝發生深刻的變革，而且其總體發展趨勢是未來微光學、微電子學和微機械的集成技術和高性能的集成系統

3.二元光學器件的制作工藝

3.1二元光學器件的制作原理

二元光學元件的設計問題十分類似于光學變換系統中的相位恢復問題：已知成像系統中入射場和輸出平面上光場分布，如何計算輸入平面上相位調制元件的相 位分布，使得它正確地調制入射波場，高精度地給出預期輸出圖樣，實現所需功能。近幾年來，隨著制作工藝水平的發展和衍射元件應用領域的擴展，二元光學元件 特征尺寸進一步縮小，其設計理論已逐漸從標量衍射理論向矢量衍射理論發展。通常情況下，當二元光學元件的衍射特征尺寸大于光波波長時，可以采用標量衍射理 論進行設計。計算全息就是利用光的標量衍射理論和傅里葉光學進行分析的，關于二元光學元件衍射效率與相位階數之間的數學表達式也是標量衍射理論的結果。在 此范圍內，可將二元光學元件的設計看作是一個逆衍射問題，即由給定的入射光場和所要求的出射光場求衍射屏的透過率函數。

二元光學元件的特征 尺寸為波長量級或亞波長量級，刻蝕深度也較大（達到幾個波長量級），標量衍射理論中的假設和近似便不再成立，此時，光波的偏振性質和不同偏振光之間的相互 作用對光的衍射結果起著重大作用，必須發展嚴格的矢量衍射理論及其設計方法。矢量衍射理論基于電磁場理論，須在適當的邊界條件上嚴格地求解麥克斯韋方程 組，已經發展幾種有關的設計理論，如積分法、微分法、模態法和耦合波法。前兩種方法雖然可以得到精確的結果，但是很難理解和實現，并需要復雜的數值計算； 比較起來，模態法和耦合波法的數學過程相對簡單些，實現也較容易

3.2二元光學器件的制作工藝

二元光學元件的基本制作工藝是超大規模集成電路中的微電子加工技術。但是，微電子加工屬薄膜圖形加工，主要需控制的是二維的薄膜圖形；而二元光學元件則是一種表面三維浮雕結構，需要同時控制平面圖形的精細尺寸和縱向深度，其加工難度更大。近幾年來，在VLSI加工技術、電子、離子刻蝕技術發展的推動 下，二元光學制作工藝方面取得的進展集中表現在：從二值化相位元件向多階相位元件、甚至連續分布相位元件發展；從掩模套刻技術向無掩模直寫技術發展。最早的二元光學制作工藝是用圖形發生器和VLSI技術制作二階相位型衍射光學元件。

隨著高分辨率掩模版制作技術的發展，掩模套刻、多次沉積薄膜的對中精度的提高，可以制作多階相位二元光學元件，大大提高了衍射效率。但是離散化的相位以及掩模的對準誤差，仍影響二元光學元件的制作精度和衍射效率的提高。由直寫技術的應用，省去掩模制作工序，直接利用激光和電子束在基底材料上寫入所需的二維或三維浮雕圖案。利用這種直寫技術，通過控制電子束在不同位置處的曝光量，或調制激光束強度，可以刻蝕多階相位乃至連續分布的表面浮雕結構。無掩模直寫技術較適于制作單件的二元或多階相位元件，或簡單的連續輪廓，而利用激光掩模和套刻制作更適合于復雜輪廓和成批生產。在掩模圖案的刻蝕技術中，主要采用高分辨率的反應離子刻蝕、薄膜沉積技術。其中離子束刻蝕的分辨率高達0.1μm，且圖案邊緣陡直準確，是一種較為理想的加工手段。

結束語：

隨著二元光學技術的發展，二元光學器件已經廣泛用于光學傳感、光通信、光計算、數據存儲等諸多領域。這種技術的應用使得很多領域得到了快速的發展，為社會的進步做出了很大貢獻?？傊覈陌l展要依靠科技的進步，所以國家還要進一步的發展科技，最終實現我國社會主義現代化建設的偉大宏愿。

參考文獻：

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自1970年美國康寧公司研制成功第一根低損耗光纖以來，光纖通信得到了飛速發展，光纖通信新技術不斷涌現。我國已經建成了“八縱八橫”國家一級光纜通信網，現正在大力發展FTTH。在我國，以光纖光纜生產為上游，以通信用光器件制造為中游，以光交換和光網絡設備制造為下游的光纖通信行業已經形成，國內涉及光纖通信的企業已達千家。隨著光纖通信在我國的快速發展，光纖通信行業對既懂得光纖通信基本理論，又掌握相關實用技術的人才的需求日益增長。因此，各大學的光信息科學與技術、通信工程、網絡工程、光電子技術、電子信息科學與技術等專業都開設了光纖通信方面的專業課程。2007年，教育部的1、2號文件提出了實施“高等學校本科教學質量與教學改革工程”，要求進一步改革教學內容和教學方法，培養學生的實踐能力和創新精神。2010年的《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010－2020年）》中指出“改革教學內容、方法、手段，建設現代學校制度”和“支持學生參與科學研究，強化實踐教學環節”。根據文件精神結合我校電子信息科學與技術專業的光纖通信課程的教學實踐，我校的光纖通信實驗教學在實驗儀器和實驗內容、教學方法方面作了以下改革。

1實驗儀器的選擇和實驗內容的設計

光纖通信課程內容主要包括：光纖和光纜的結構和類型；光纖的傳輸原理和特性，光纖特性的測量；光源、光檢測器和光無源器件的類型、原理和性質；光端機的組成和特性；數字光纖通信系統；模擬光纖通信系統；光纖通信的若干新技術；光纖通信網絡等［1］。從課程的內容可以看出，光纖通信是一門實驗性很強的課程，除了理論教學之外，還需要實驗教學與之配合。很多大學都較早地開設了光纖通信課程，但當時光纖通信的實驗器材都很貴，教學主要是課堂理論教學。近幾年國內的光纖通信產品的制作技術逐步成熟，價格逐漸降低，光纖通信實驗教學才逐步開始。由于受學時和實驗條件限制，光纖通信課程中實驗教學的學時大多數集中在8～12學時。實驗教學內容的選取既要與理論教學內容相互協調，又要便于學生操作實驗或者進行演示實驗；既要兼顧基礎性，又要具有系統性和先進性，使學生在實驗中通過驗證、觀察、分析、操作、運用及科研等實踐，掌握光纖通信課程的基本概念、基本理論和基本技術，為進一步學習相關專業課程及從事通信技術類工作奠定一定的基礎［2］。我們把光纖通信綜合實驗箱、工程用光纖通信儀器、工程用光纖通信產品、OptiSystem軟件等作為實驗教學工具，根據各自特點來設計實驗教學內容。

1．1光纖通信綜合實驗箱隨著光纖通信課程的開展，國內教學儀器生產企業開發、升級各自設計的光纖通信實驗箱產品，實驗箱的功能不斷完善，性能不斷提高。光纖通信實驗箱配合光功率計、示波器、2M誤碼儀等可以完成光發送機實驗、光接收機實驗、光纖線路實驗、光纖通信系統實驗等光纖通信實驗內容［3］。由于實驗箱封裝性強、集成化程度高，在實驗教學方面存在不足［4－6］。

1．2工程用光纖通信儀器隨著國內光纖通信技術的發展，一些工程用儀器儀表實現了國產化，產品性能完全滿足施工的要求，產品價格也逐漸降低。我校光電子實驗室就購買了中國電子科技集團公司第四十一研究所生產的光纖熔接機、光時域反射計、光纖多用表等產品，再配置橫向開纜刀、縱向開纜刀等施工工具，可以完成光纖熔接實驗、光時域反射計（OTDR）測光纖鏈路特性和插入法測光纖的衰減系數實驗等。光纖熔接機、光時域反射計比較貴重（每臺套的價格在4．5萬元左右），我們在學生實驗前集中進行使用方法的講解，近幾年的實驗教學中沒有出現儀器損壞的現象。通過實驗可以使學生掌握這些光纖通信行業常用儀表的使用方法和光纖的特性參數，還可以鼓勵學生應用這些產品進行光纖彎曲損耗的研究［7］。

1．3工程用光纖通信產品光纖通信實驗箱的實驗方法與實際工程的測試方法有一些區別，通過已開設的實驗，學生難以真正掌握實際工程的測試方法［8］。隨著光纖通信產品制作技術的成熟，一些產品實現了國產化，價格也比較低。我們的實驗室陸續購買了杭州億邦的數字視頻光端機、光纖收發器、北京的室內4芯光纜、富通集團的G．652B光纖、光纖跳線、4芯／6芯中心束管式光纜、光纜終端盒、光纜接續盒等。工程用產品和儀表結合可以開展簡單的工程實踐活動，讓學生體會光纖通信的優點和施工，更深刻地理解一些器件的參數，如光源波長、插入損耗、回波損耗、光纖損耗系數、接收靈敏度等。在實驗教學中可以讓學生對比實驗箱和數字視頻光端機的圖像傳輸的異同、對比實驗箱與光纖收發器的數據傳輸的異同。配置光隔離器、光環行器等光無源器件，可以豐富實驗測試內容。

1．4OptiSystem軟件OptiSystem軟件是一款光纖通信仿真軟件，它集設計、測試和優化各種類型寬帶光網絡物理層的虛擬光連接等功能于一身，從長距離通信系統到LAN和MAN都能使用。軟件具有強大的模擬環境和真實的器件、系統的分級定義，它有15個器件庫、200多種元件模型。由于受實驗教學經費的限制，高校不可能購買光示波器、光譜分析儀、光波分復用分析儀等昂貴的工程用儀器來進行實驗教學，但在學生具備了一定的實驗經驗的基礎上，可以應用OptiSystem軟件來進行仿真實驗。燕山大學、長春理工大學等高校已經把這個軟件用于科研和教學工作中［9］。充分利用OptiSys－tem軟件的功能，可以開展仿真實驗、課程設計、科研實踐等教學活動，例如可以進行光波分復用系統設計、EDFA的增益優化、對基于SOA全光波長變換進行模擬等研究［10］。

2教學方法的研究與改革光纖通信課程起源于工程實踐的需要，我們在教學中把實驗教學與理論教學、工程實踐、科研實踐三者有機地結合起來，可以達到很好的教學效果。

2．1實驗教學和理論教學相結合可以利用上面提到的實驗儀器設計出很多的實驗題目，但是不可把實驗教學和理論教學完全分開［11］，要根據教學內容的特點來合理安排理論教學和實驗教學，例如：對光源、光檢測器、光發射機、光接收機等內容在理論教學時進行了詳細的討論，在實驗教學時通過光發送機實驗、光接收機實驗來進行驗證，從而加深對這部分內容的理解和掌握；光纜的結構和類型、光無源器件的參數和測量方法等內容更適合實驗教學，在理論教學時作簡單介紹，實驗教學的效果會更好；對EDFA、WDM、全光波長變換、光孤子通信等光纖通信新技術內容的教學，可以理論教學和OptiSystem軟件仿真實驗相結合，這將提高學生的學習興趣，能達到很好的教學效果。對實驗中出現的現象和問題要鼓勵學生用理論來分析和解釋。

2．2實驗教學和工程實踐相結合把通信工程用產品和儀表引入光纖通信實驗教學中，使實驗教學和工程實踐結合起來，學生可以體會實驗教學和工程實踐的異同，極大地提高了學生學習光纖通信課程的積極性。例如我們可以用光纜、尾纖、攝像頭、監視器、光端機來進行樓宇安全監控的工程實踐。在光纖熔接實驗中，先讓學生熟練掌握涂敷光纖的熔接，再完成6芯中心束管式光纜在光纜終端盒（或光纜接續盒）中的連接。當地光纜接續的施工價格30元／芯。把1km長的4芯中心束管式光纜兩端的光纖進行熔接或活動連接，學生使用光時域反射計（OT－DR）完成相關測試。學生在用4路視頻光端機傳輸信號時，用可變光衰減器改變光纖鏈路的損耗，觀察到了視頻信號通路的切換現象，繼而分析了4路電視信號的復用方式。在實驗教學中要讓學生學會閱讀光纖通信產品的使用說明書，如數字視頻光端機、光纖收發器、AgilentHFBR系列光收發模塊的使用說明書等，提高學生自學能力，培養參與工程實踐的能力。在使用光纖通信產品時，我們不僅講解產品的性能和使用方法，還要介紹該產品生產企業的基本情況，以及產品的研發、生產、銷售等各個環節，讓學生了解生產企業和各種職業崗位，更好地幫助學生確定職業理想，做好職業生涯規劃，使學生適應用人單位的要求，提高學生的就業能力和創業能力。招聘企業對我校應屆畢業生會使用光纖熔接機、光時域反射計表示驚訝和認可。通過全新設計和工程實踐緊密結合的實驗內容的教學改革實踐，使學生對光纖通信課程的學習興趣明顯增強［12］。

2．3實驗教學和科研實踐相結合在教育部2007年的文件中指出：“創造條件，組織學生積極開展社會調查、社會實踐活動，參與科學研究，進行創新性實驗和實踐，提升學生創新精神和創新能力”。培養本科學生的創新精神和創新能力，在專業課程的教學中就可以逐步開展，并不一定需要高水平和高難度的課題。例如：在進行光纖損耗特性測量時，鼓勵學生用電磁場理論分析方法討論精確條件下模式的特征方程和截止條件，用數值模擬各種模式下光纖中的光場分布，從而理解實驗中為何需要擾模器、濾模器和包層模剝除器等；在光纖彎曲損耗的測量實驗中，要求學生分別測量單模、多模光纖在不同傳輸波長、不同彎曲半徑時的損耗，并進行對比和討論，在此基礎上鼓勵學生建立光纖彎曲損耗的理論模型并進行數值模擬，不斷優化理論模型的參數，與“傳感器原理與應用”課程內容結合可以進行光纖傳感器的實驗研究。對光纖通信新技術中的EDFA、SOA等內容，可以讓學生使用OptiSystem軟件來驗證和討論已有的研究結果，逐步培養學生的科研素質和創新能力；光子晶體光纖是近年來的研究熱點，國內僅烽火通信科技股份有限公司有相關產品，學生使用OptiFDTD軟件來分析和設計光子晶體光纖，并與用OptiFiber軟件設計的G．65＊光纖進行對比研究。

篇5

多媒體技術就是通過計算機把文本、圖形、圖像、聲音、動畫和視頻等多種媒體綜合起來，使之建立起邏輯連接，并對它們進行采樣量化、編碼壓縮、編輯修改、存儲傳輸和重建顯示等處理。計算機以其無可比擬的便捷、高效、精確、易于修改和存儲方便等特點不斷刷新各項紀錄。近年來多媒體技術的加速發展，軟件的不斷更新，為計算機在設計表現領域的廣泛應用提供了廣闊前景,不僅以它嶄新的形式給舞臺視覺藝術帶來了一場革命，還促使人們的審美理念發生了很大的變革。在多媒體技術的幫助下，舞美藝術正擺脫手工業時代的封閉性和局限性，將舞臺設計成一個時間藝術和空間藝術的綜合體，既有文學與音樂的時間性、聽覺性，又有繪畫與建筑的空間性、視覺性。在功能上，它不但要擴展人們的視覺范圍，還要擴展人們的思維能力。計算機對于圖形設計及舞美創作方面起重要的主導作用，給我們提供了一條思路，可以把計算機轉換成一種全新的“舞臺語言”，我們有理由相信計算機與舞美的聯姻必將激發更多的靈活性和創作激情。

二、多媒體技術在舞美中的應用

舞臺美術簡稱舞美,包括布景、燈光、服裝、化妝、道具、效果等內容.舞臺美術的主要作用在于運用多種表演藝術手段,營造戲劇環境、渲染舞臺氣氛、塑造人物形象.舞臺美術有其自己的創作藝術規律.可以說它是一種集"平面"、"空間"和"時間"為一體的極具觀賞性的藝術.長期以來，我國的舞臺美術緊跟21世紀時代前進的步伐,不斷發展,不斷創新,并呈現蓬勃發展的喜人態勢.舞美藝術密切滲透于多媒體技術的應用之中。主要表現在以下幾個方面：

（一）虛擬現實技術在舞美中的應用

計算機神奇的表現力使理想形態的創造達到隨心所欲的境地。計算機三維技術有極強的仿真能力和創造力，它可以在虛擬的空間里，創造出極其逼真的世界，又可以憑借想像力創造出大自然的視野，在三維動畫所表現的空間畫面中，以超現實的表現力設計出動態的理想世界，在這里傳統的描繪材料工具及技法都望塵莫及。傳統的舞美設計，總是先要有一個初步構思，畫出草圖，通過與導演和各部門的協商，讓構思具體化，然后畫出效果圖。但是手畫的效果圖是二維空間表現三維空間的，與真實的場景有一定的差距，又很不直觀。另外燈光的效果也無法體現，因為一臺晚會的燈光變化是很多的，不可能每一種變化都要畫一張效果圖。所以，舞美設計的最終面貌還是要到裝臺后才能看到。在舞臺上，燈光布景都裝好后，一旦對光時發現燈光、布景存在什么問題或有什么不足之外的話，想改是很困難的。利用計算機三維技術可以在一定程度上解決這些問題。

特別對于燈光設計效果圖來說，應該充分表現出光與景的關系，表現出不同材質、不同介質的特點，準確地表現光線、包括光線在空間的造型。而利用計算機燈光設計軟件，可在瞬時對顏色、材質、影子、光及大量附加效果進行如意的編輯、強大的動畫工具和快速的圖像生成功能，可以使燈光效果圖更接近現場的效果，達到藝術設計理念的氛圍。當電腦作為對舞臺演出燈光的控制設備時，即可嚴格依照燈光設計者鍵入的編程方案，迅速而準確無誤地調控燈具完成對光色的組合、移動、變化，極大地強化了舞臺燈光的可控性和可塑性，從而拓展了設計者對假定時空的想象和創造及舞臺體現前瞻能力。

（二）新型影像設備在舞美中的應用

隨著計算機技術、光學、電子技術、視頻技術的發展,各種影像設備在舞臺演出中的應用也日益增多,促進了舞臺演出藝術的發展。LED電子顯示屏是集光電子技術，視頻技術，計算機技術和微電子技術為一體的科技產品。LED因其強大的功能在現代舞臺演出中得到了廣泛的應用。它的表現力非常豐富：可以模擬實景，再現自然，也可以顯示效果圖像，還可以用來展現資料等等。它有傳統布景所無法比擬的靈活性和虛擬性，又有燈光系統所具備的部分光源特點，如大屏幕是利用發光二極管制作，通過本身的光源性能摸擬出現形態迥異的現實空間造型，還能表現出燈光的光效效果。隨著LED大屏幕在舞臺演出中的使用越來越頻繁和設計者創作觀念的改善，在某些演出中，它已經作為舞臺美術中極其重要的構成元素出現了。在演出中，大屏幕出現與演出節目相匹配畫面，代替了傳統布景功能，而且所營造出的虛擬畫面給了我們想象的空間，比實景更有氣氛。傳統舞美布景是用具體的物質材料構造，具有可視的外部樣式，給觀眾以實體般的感受，但是不便于靈活替換，而且制作成本較高。而LED能播放任何可以想象到的畫面，動態的、靜態的、寫實的、寫意的、內容多姿多彩，效果也更為生動逼真，能夠給觀眾身臨其境的完美享受，進而直接影響觀眾的心理變化，左右觀眾的情緒?？v觀近幾年的春晚歌舞類節目，原本非常不受關注的舞蹈類節目借助形式上的創新和內容上的豐富化，變成了包裝精美，具有吸引力的亮點。在2007年中央電視臺春節聯歡晚會舞蹈類最佳節目評選中，獲得第一名的是將舞蹈藝術與多媒體技術結合起來的《小城雨巷》。悠揚的絲竹聲中，薄薄水霧和著煙雨，頃刻間將觀眾帶到了細雨飄零的江南水鄉；當舞者手執一把紙傘，在空靈的旋律中翩翩起舞時，讓人不禁想到了戴望舒的詩篇《雨巷》。如此美好的畫面，除了舞蹈演員曼妙的舞姿，我們還要歸功于舞臺后方的LED電子顯示屏。整個大屏幕使用動態實景和燈光的變幻烘托江南水鄉的氛圍，很有立體感和縱深感，加上近距離取景，畫面很逼真，有“人在畫中走”的意境。

（三）視聽特技在舞美中的應用

視聽特技在舞美領域的應用非常廣泛，其中舞臺照明和舞臺音響是最重要的兩大板塊。

利用燈光手段為舞臺照明并為人物、景物造型的藝術，稱做舞臺照明。其作用是根據演出要求，按照舞臺美術的整體構思，運用舞臺燈光的技術設備及手段配合演員表演，塑造舞臺上的視覺形象。燈光設計面對如今多樣的節目形式，必須緊扣晚會的主題，對不同的節目內容進行針對性的設計與藝術創作，只有這樣才能實現燈光的表現形式與節目內容的高度統一。通常晚會舞臺的燈光主要是以節目的音樂變化和節奏的變化來控制燈光的亮度與閃光點閃頻速度，燈光的色彩變換主要是以聚焦變化為主，通?？梢灾圃焐实淖兓c亮度和聚焦燈點有交叉影合的絢麗美感，為節目內容增光添彩，渲染氣氛，增強節目電視畫面的視覺效果。在上世紀80年代初，舞臺燈光一直采用人工更換滌綸色紙的方法，這種手動操作模式的繁瑣、不安全，及演出過程中同一盞燈不能換色等問題制約了燈光設計的發展。隨著我國文藝演出逐漸興盛、演出規模日益擴大，燈具的使用數量越來越大，逐漸擺脫了手動換色的局限，讓舞臺變幻出更多更美的色彩，推進了舞臺燈光藝術向更高水平發展。而實現舞臺燈光自動化、智能化和科學化則是一個富有挑戰性的目標，它涉及人們對藝術觀念的認識、照明設備的創新、劇場建筑的配合、演藝制作的工作方式等方面的變革，這是戲劇藝術、劇場建筑、科學技術三者緊密結合的“大系統”工程。

舞臺音響技術也是隨著當代科技的發展而產生的一門嶄新學科。近年來，隨著數字技術的發展，舞臺音響技術也朝著數字化方向呈現出越來越精細的趨勢，其作用也隨著當代傳播方式的數字化及傳播范圍的普泛化而顯得越來越重要。在當代舞臺藝術創作中，即在當代傳媒技術高速發展的形勢下，音響技術已開創了“從技術到藝術”的設計理念,即技術與藝術的完美結合,人性與科技的結合，成為了舞臺表現的重要手段。目前多維數字音響技術這個新概念進入了人們的視野，并被預言將得到進一步創新及普及，這是我們值得探究的新領域。三、多媒體技術在舞美領域的發展前景

在當今國際藝術創作潮流中，舞臺藝術與技術的結合已經成為表演藝術中不可分割的創作體現元素，文藝科技已作為文化藝術創作的重要載體。在發達國家中以高科技聲、光、電等各種先進技術組合體現的舞臺藝術已經獨樹一幟，足以讓人為之振奮，它符合了人們的現代審美理念和文化消費需求，已成為強大的文化產業的基礎。國外舞臺藝術創造運用高科技手段所呈現的表演樣式，在現代科技迅猛發展的形勢下，為優秀舞臺藝術作品的產生和傳播提供了豐富的體現手段。我國的舞臺科技研究開發由原來的單一舞臺科技項目研究，發展到以技術項目的整體綜合。戲劇演出的震撼力，不但在于藝術創作的內涵，還在于充分利用科技手段，使演出更具張力，而且利用與拓展舞臺表演空間，增強劇情氣氛，提升演出表現力與震撼力。我們要使舞臺科技從單一硬件設備、設施的改造走向用于舞臺藝術的互動發展。