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光学与光电技术范文1
【关键词】 光电子技术 光医学 光保健 学科现状 发展趋势
一 引言
生物医学光学与光子学是光学或者说光子学现展的一个分支学科。由于光学与光子学是具有极强应用背景的学科，所以“生物医学光子技术”这一多学科交叉的新兴研究领域在20世纪末叶也随之应运而生。
激光技术作为一项重大的科技成就，为研究生命科技和疾病的发生、发展开辟了新的途径，为保健和临床诊疗提供了崭新的手段,推动人类科学技术进入新的发展阶段。
可以把与光的产生、传播、操纵、探测和利用有关的物理现象和技术包括在内的科学及工程笼统地简称为光学。用光学最广的含义来概括各研究领域及其相关交叉分支时必然包括了激光和光电子技术。运用光学及其技术研究光与人体组织的相互作用问题可归之于“组织光学”范畴。它是研究光辐射能量在生物组织体内的传播规律以及有关组织光学特性的测量方法的一门新兴交叉学科，是光医学（光诊断和光治疗）的理论基础。经过40多年的发展，激光与光电子技术在人类的保健、医疗以及生命科学中产生了很大影响。
在医学领域，光电子技术使各种新疗法，包括从激光心脏手术到用光学图像系统的关节内窥镜进行微损膝关节修复等，成为可能或得以实现。目前，科学家们正致力于研究光学技术在非侵入式诊断和检测上的应用，如乳腺癌的早期探查、糖尿病患者葡萄糖的“无针”监控等。激光在医学上的最早应用虽然集中在治疗方面，然而在80年代初期起便开始了光诊断技术的探索。指望无损害地获得诊断信息是这些研究的驱动力之一，其中在物理学中高度发展的光谱技术有望在诊断医学中得到应用。利用光纤把光传输到身体内部的能力，可以完成膀胱、结肠和肺等器官的检查。随着医学诊断方法向无损化方向发展，利用光电子学技术对组织体进行鉴别和诊断，有可能更早期、更精确地诊断各种疾病。近年来，人们开始把这种诊断方法称之为“光活检”。
随着现代医学模式的转变、健康概念的更新以及人民生活水平的提高，从20世纪80年代后期起，“激光美容术”在世界各地包括在我国各大城市逐渐地开展。保健美容是光电子技术应用越来越活跃的领域。激光技术应用于美容外科的起步较早，使得一些在美容整形外科很棘手的疾病，如太田痣、血管瘤等治疗变得简易有效。到20世纪末，人们又开发了一种称为光子嫩肤术的新美容技术。它基于选择性的光热解作用，有效地改善肌肤的质地和弹性，达到美容的效果。之所以用激光或强脉冲光进行非消融性的嫩肤或治疗越来越流行，是因为这类手术具有无损、不必住院、几乎无副作用和无疼痛，从而使受术者容易接受的优点。
国家自然科学基金委员会先后二次在“光子学与光子技术”以及“生物医学光学”优先资助领域战略研究报告中分别指出：近年来生物医学光学与光子学的迅猛兴起，令人瞩目，并因而引发出一门新兴的学科－生物医学光子学（Biomedophotonics）。研究报告选定了近期优先研究领域包括生物光子学、医学光子学基础研究、医学临床的光学诊断和激光医学中的重要课题等诸方面。
福建师范大学在1974年成立了“医用激光及其应用技术”研究组，以激光与光电子技术为基础，围绕激光医学应用的核心技术开展研究与开发。至二十世纪九十年代，跟随该领域的国际走向，转入激光医学技术的基础理论研究工作，在国内率先开展了生物组织光学与光剂量学的研究。伴随研究工作的深入开展，逐步形成了我们有特色的若干前沿研究方向，并于2005年获准立项建设医学光电科学与技术教育部重点实验室。
二 国内外现状
光学在生命科学中的应用，在经历了一个缓慢的发展阶段后，由于激光与新颖的光子技术的介入，进入了一个迅速发展的新阶段。与光学有关的技术冲击着人类健康领域，正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段，并为医疗诊断提供了革命性的新方法。特别在近十多年来，与蓬勃的学术研究活动相对应，国际上出现了专门的研究性学术杂志，如：Laurin 出版公司于1991年发行了“Bio-Photonics”新杂志。美国光学学会重要的会刊之一“Applied Optics”也于1996年将其“Optical Technology”栏目扩充为“ Optical Technology and Biomedical Optics”，并定期出版有关生物医学光学的论文专集。SPIE亦于1996年创办了期刊Journal of Biomedical Optics，且声誉日隆。到2004年，该刊的SCI影响因子已达3.541。当前，发达国家普遍对生物医学光子学学科给予了高度重视。例如，在美国国家卫生研究院（NIH）新成立的国家生物医学影像与生物工程研究所（NIBIB）中，生物医学光子学也成为其主要资助的领域。近三年中，美国NIH已经召开过4次研讨会，认为新的在体生物光子学方法可用于癌症和其它疾病的早期检测、诊断和治疗。新一代的在体光学成像技术正处在从实验室转向癌症临床应用的重要时刻。在NIH的支持下，美国国家癌症研究所（NCI）正在计划5年投资1800万美元，招标建立“在体光学成像和/或光谱技术转化研究网络（NTROI）”，其研究内容主要包括：光学成像对比度的产生机理、在体光学成像技术与方法、临床监测、新光学成像方法的验证、系统研制与集成等五个方面。2000年底，在美国NIBIB的首批支持项目中，光学成像方法约占30%。2000年7月，美国NIH投资2000万美元，开展小动物成像方法项目（SAIRPs）研究，受到生命科学界的高度关注，其中光学成像方法是研究重点之一。美国国家科学基金会（NSF）在2000-2002年了4次关于生物医学光子学研究（Biophotonics Partnership Initiative）的招标指南。“9.11”事件后，美国国防部启动了“应激状态下的认知活动”(Cognition under stress)项目，采用的研究方法就是光学成像技术。美国加州大学Davis分校于2002年10月宣布：未来10年内，将投资5200万美元建立生物医学光子学科学技术中心（The Center for Biophotonics Science and Technology），其中4000万美元由NSF支持。在学术交流活动方面，国际光学界规模最大西部光子学会议（Photonics West）上，每年的四个大分会之一即是生物医学光学会议（BiOS），论文均超过大会总数的三分之一，如，2003年关于BiOS的专题为19个，占整个会议的19/52=36.5%；2004年，IBOS会议专题为20个，占整个会议的20/55=36.4%。另外，每年还召开欧洲生物医学光子学会议。除疾病早期诊断、生理参数监测外，在基因表达、蛋白质―蛋白质相互作用、新药研发和药效评价等研究中，特别是近年来的Science, Nature, PNAS等国际权威刊物发表的论文表明，光子学技术也正在发挥至关重要的作用。在某些领域，如眼科，光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现，并以最小的无损或微损疗法代替外科手术，如膝关节的修复。现在，用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段，包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。光学技术还为生物学研究提供了新的手段，如人体内部造影、测量、分析和处理等。共焦激光扫描显微镜能将详细的生物结构的三维图象展现出来，在亚细胞层次监测化学组成和蛋白质相互作用空间和时间特征。以双光子激发荧光技术为代表的非线性成像方法，不仅可以改善荧光成像方法的探测深度、降低对生物体的损伤，而且还开辟了在细胞内进行高度定位的光化学疗法。近场技术将分辨率提高到衍射极限以上，可以探测细胞膜上生物分子的相互作用、离子通道等等。激光器已成为确定DNA化学结构排序系统的关键组成部分。光学在生物技术方面的其它应用还包括采用“DNA芯片”的高级复杂系统，和采用传输探针的简单系统。激光钳提供了一种在显微镜下方能看见的一种新奇的、前所未有的操作方法，能够在生物环境中实现细胞或微观粒子的操纵与控制，或在10-12m范围内实现力学参数的测量。结合光子学和纳米技术已经可以探测细胞机械活动，揭示细胞水平上隐秘的生命过程，利用纳米器件甚至可以检测和操纵原子和分子，这可以应用在细胞水平的医学领域。高技术的进步，如：微芯片极大地加速了生物光子学的发展进程。集成电路、传感器元件和相连电路的小型化、集成化促使在体和体外测量分子、组织和器官图像成为可能。许多生物医学光子学技术已经在临床上应用于早期疾病监测或生理参量的测量，如血压，血液化学，pH，温度，或测量病理生物体或临床上有重要意义的生化物种的存在与否。描述不同光谱特性（如荧光，散射，反射和光学相干成像）的各种光学概念出现在功能成像的重要领域。从大脑到窦体再到腹部，精确导位和追踪，对于精确定位医疗仪器在三维手术空间的位置具有重要的作用。基于分子探针的光子技术可以识别发生疾病时产生的分子报警，将真正实现令人激动的、个人的、分子水平的医学。
我国的研究基础与条件虽然相对落后，研究投入不足，但生物医学光子学是一门正在兴起和不断发展的学科，在这一新兴交叉学科上国内外处于一个起跑线上。近年来，在国家自然科学基金委、省部委以及其它基金项目的资助下，我国在生物医学光子学的研究中取得了很大的进展，尤其是2000年第152次主题为 “生物医学光子学与医学成像若干前沿问题”、第217次主题为“生物分子光子学”的香山会议后，有许多学校和科研单位开展了生物医学光子学的研究工作，并初步建成了几个具有代表性的、具有自己研究特色和明确科研方向的研究机构或实验室，并在生物医学光学成像（如OCT、光声光谱成像、双光子激发荧光成像、二次谐波成像、光学层析成像等）、组织光学理论及光子医学诊断、分子光子学（包括成像与分析）、生物医学光谱、X射线相衬成像、光学功能成像、认知光学成像、PDT光剂量学、高时空谱探测技术及仪器研究等方面取得了显著的研究成果。发表了许多研究论文，申请了许多发明专利，有些已经获得产业化。国家自然科学基金委员会生命科学部与信息科学部联合发起并承办的全国光子生物学与光子医学学术研讨会已经举办了六届。这对我国生物医学光子学学科的发展起到了积极的推动作用。在我国近年所召开的亚太地区光子学会议中，有关生物医学光子学的内容已大幅增加，成为主要的研讨专题。我国的生物医学光子学研究和学术活动也方兴未艾，呈现与国际同步的态势。在基础研究、应用基础研究以及对新技术的掌握方面跟踪国际先进水平，但国内科研经费的投入相对较小，科研队伍规模不大，原创性的科研成果与国外有较大差距。和国外的发展水平相比，我国的生物医学光子学发展还存在以下问题：
（1）尽管从事生物医学光子学的科研单位很多，但取得突破性、创新性的研究成果很少，主要是由于我们的科研队伍在组织、组成上还不合理，过于分散、开展的内容繁杂，难以将有限的资金投入到一些有利于国计民生的及上水平的研究方向上；另外许多单位的研究重复，缺乏合作，导致水平低下；
（2）和国外相比，研究经费无论在绝对值还是相对值上均投入十分不够；
（3）缺乏研究成果产业化的引导机制。
三 医学光电科学与技术（福建师范大学）教育部重点实验室概况
“医学光电科学与技术”教育部重点实验室设立于福建师范大学物理与光电信息科技学院（激光与光电子技术研究所）内，作为本学科开展科研研究和实施建设与发展的一个基础平台。实验室已有30年发展历史，1973年成立福建师范学院物理系激光实验室，1984年成为福建师范大学激光研究所实验室，1995年为福建省首期211重点学科《应用光子学》学科实验室，2003年5月26日经福建省科技厅批准成立“光子技术福建省重点实验室”，2005年7月28日经教育部批准立项建设教育部重点实验室。实验室座落于福建师范大学长安山校园内。
30年多来，实验室在生物组织光学、医学光谱与光学成像技术、光诊断及光诊疗技术、信息技术光学及其生物医学应用等四个主要方向上努力开拓，承担并完成了数十项国家与省部重点、重大项目课题，取得一批代表我国本领域研究水平的科研成果，其中十五以来获省部级科技进步一等奖1项，二等奖2项，三等奖2项，其它省级以上奖励12项。在国内外重要刊物发表的论文以及被SCI、EI收录的论文均超过100篇。
实验室目前承担着国家与省级重要课题50余项，科研经费超过2000万元。其中国家自然科学基金项目11项，国家教育部、科技部、卫生部项目9项，福建省科技重大专项1项，其它省级重要项目近30项。
中科院半导体研究所原所长王启明院士任重点实验室学术委员会主任，副主任由黄尚廉院士和谢树森教授担任。另有九位国内外著名的激光、光电子与医学学科交叉的院士、专家或资深教授担任委员，其中海外委员两人。他们规划、指导并检查本学科实验室的建设与发展。
重点实验室主要学术带头人、实验室学术委员会常务副主任谢树森教授是中国光学学会副理事长、福建省光学学会理事长、国家有突出贡献的中青年专家、光学工程专业博导、全国劳动模范，是我国医学光电科学与技术领域的学术带头人与开拓者。实验室主任陈荣教授、副主任李晖教授均为国务院特殊津贴专家，实验室常务副主任陈建新教授来自于北京大学的优秀博士后研究员。重点实验室拥有稳定的可持续开展高水平科研的学术梯队，其中的中青年学术带头人或学术骨干包括1位闽江学者特聘教授、1位福建师范大学特聘教授、3位国务院特殊津贴专家、2位全国优秀教师、2位福建省优秀教师和15位博士。
重点实验室与国内外学术界建立了并保持着广泛的联系。重点实验室已设立面向国内外的开放课题基金。已批准并实施来自浙江大学、厦门大学、上海光机所、西安交通大学、华南师范大学、天津医科大学、上海市激光医学研究中心等单位知名学者的开放课题。
重点实验室已具备良好的科研软硬件环境。现有面积近5000平方米，仪器设备原值2500多万元。重点实验室各项管理制度健全。
“医学光电科学与技术”重点实验室，在我国现代科学技术领域特色鲜明，在我国相关学科处于领头地位，有较大影响。重点实验室建设将有力促进福建省科技创新能力建设，促使福建师范大学迅速向高水平、有特色、开放型的综合性大学迈进。同时，重点实验室的建设与发展将有力促进我国医学光电科学与相关学科的发展，为广大民众的身心健康，为海峡西岸的科技、社会与经济发展做出重大贡献。
四 发展趋势和展望
光子学及其技术已广泛应用或渗透到生物科学和医学的诸多方面，被科学界所认同和重视。生物医学光学已经成为国际光学学科重要发展方向之一。生物医学光子学的发展，将为现代医学和生命科学带进崭新的时代。本学科的发展将继续体现了多学科交叉的特点，研究领域涉及到了生物学、医学、和光学，还有化学等不同大学科的方方面面。技术开发与临床应用研究的结合将越来越密切。一般认为，光学领域未来发展的重点是将各种复杂的光学系统和技术更加广泛地应用于保健和医疗。当今世界中,与光子学有关的技术冲击着人类对生命体的认知及人类健康领域。基于现代激光与光电子技术的生物医学光子学技术将为生命科学研究带来具有原始性创新的重要科研成果，并可望形成有重大社会影响和经济效益的产业。
在医学领域，光子学技术正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段,并为医疗诊断提供了新方法。在某些领域,如眼科,光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现,并以无损或微损疗法代替外科手术,如膝关节的修复。现在,用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段,包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。
在基础研究方面，研究重点在于从细胞，甚至是亚细胞尺度层次揭示病变组织与正常组织之间的差异，为新技术开发以及应用提供理论依据。另一方面，研究光与人体组织之间的相互作用以及所产生的光化学、光热和光机械效应。在技术的应用方面，研究重点转向比较各种技术中光源（相干光源/非相干光源、波长、功率密度、偏振性、连续/脉冲光源、脉冲持续时间等）和个体差异（年龄、性别、临床症状、发病史、发病时间等）对诊断或治疗结果的影响，在确定各种技术临床适应症的同时，进一步实用化各种技术。此外，还在不断开发新的实用于不同疾病的诊断、治疗和监测技术。
值得关注的是，国外从事“生物医学光学”领域研究的高校或研究机构中，来自大陆的中国学者的数量越来越多。这有助于使国内外的学术交流更加有效，并可以预期国内与国外在该领域的研究水平差距将不断缩小。
今后若干年内医学光电科技学科需关注的重大科学问题和优先研究领域如下：
（一）医学光子学基础
在组织光学方面，其中最主要的有光在组织体内传播的特殊方式、组织光学性质的描述以及有关实验技术的开发和完善等。组织光学是医学光子技术的理论基础。光在生物组织中的运动学（如光的传播）问题和动力学（如光的探测）问题是研究的主要内容，目的是要研究生物组织的光学性质和确定某靶位单位面积上的光能流率。应优先解决测量技术和实验精度的问题，利用近场光学显微技术、光镊技术测量活体组织的光学参量。在理论建模方面，建立生物组织中光的传输理论和数值模拟方法。具体开展的研究工作应包括：1）光在生物组织中传输理论：要用更复杂的理论来描述生物组织的光学性质以及光在其中的传播行为。建立准确的组织光学模型，使之能反映生物组织空间结构及其尺寸分布情况、组织各个部分的散射与吸收特性以及折射率在一定条件下的变化情况；改造传输方程，使之适应新的条件，并能在某些情况下求出光在生物组织中传输的基本性质。2）光传输的蒙特卡罗模拟：继续开发新的更为有效的算法以适应生物组织的多样性和复杂性的要求。除了了解光在组织中的分布，还在探索从大量数字模拟中得到生物组织中光的宏观分布与其光学性质基本参量之间的经验关系。另外，发展非稳态的光传输的蒙特卡罗模拟方法也是一个重要的研究方向，从中可以获得比稳态条件下更多的信息。
组织光学参数的测量方法和技术方面，尚未获得人体各种组织的可靠实验数据。发展和完善活体的无损检测尤为重要。在这方面，时间分辨率与频率分辨率的测量方法引人注目。
（二）医学光子学光谱诊断技术
医学光子学光谱（非成像）诊断技术实质上是利用从组织体反射、散射、发射出来的光，经过适当的放大、探测以及信号处理，来获取组织内部的病变信息，从而达到诊断疾病的目的。
生物组织的自体荧光与药物荧光光谱技术，内容涉及光敏剂的吸收谱、激发与发射荧光谱以及各种波长激光激发下正常组织与病变组织内源性荧光基团特征光谱等。现在人们所谓的特征荧光峰实际上只是卟啉分子的荧光峰。客观和科学地判断激光荧光光谱对肿瘤的诊断标准是十分必要的。目前，某些癌瘤的药物荧光诊断已进入临床试用，自体荧光的应用尚处于摸索之中。需要开展激光激发生物组织和细胞内物质的机理研究，探讨激光诱发组织自体荧光与癌组织病理类型的相关性以及新型光敏剂的荧光谱、荧光产额和最佳激发波长等方面的研究，以期获得极其稳定、可靠的特征数据，为诊断技术的发展提供科学依据。
近年来，拉曼光谱技术应用于医学中已显示出它在灵敏度、分辨率、无损伤等方面的优势。应开发并完善重要医学物质拉曼光谱数据库，并使基于拉曼光谱分析的小型、高效、适用于体表与体内的医用拉曼光谱仪和诊断仪将在医学临床获得更广泛的应用。
超快时间分辨光谱比稳态光谱在技术上更灵敏、更客观和更具有选择性。因此，将脉宽为ps、fs量级的超短激光脉冲光源用于医学受到广泛重视，其一，应发展超快时间分辨荧光光谱技术，用于测量生物组织及生物分子的荧光衰变时间，分析癌组织分子驰豫动力学性质等，为进一步研究自体荧光法诊断恶性肿瘤提供基础数据；其二，应发展超快时间分辨漫反射（透射）光谱技术。以时域的角度测量组织的漫反射，从而间接确定组织的光学特征。这是一种全新的、适用于活体的、无损和实时的测量方法，为确知光与生物组织的相互作用，解决医学光子学中基础测量问题开辟一条新径。
（三）医学光子学成像诊断技术
发展出具有无辐射损伤、高分辨率、非侵入、实时、安全的光子学成像诊断技术，并具有经济、小型、且能监测活体组织内部处于自然状态化学成分等特点的医疗诊断设备。主要的医学光子学成像诊断技术包括：
超快时间分辨成像技术：以超短脉冲激光作为光源，根据光脉冲在组织内传播时的时间分辨特性，使用门控技术分离出漫反射脉冲中未被散射的所谓早期光，进行成像。正在研究的典型时间门有条纹照相机、克尔门、电子全息等。
散射成像技术：包括光子密度波散射层析成像、组织深度光谱测量以及复合成像等，利用红外光源，光子密度波在生物组织中的穿透深度可达几个毫米，在低散射的人脑组织中甚至可达30mm。
红外热成像：红外热成像是利用红外探测器测量人体和动物的正常与病变组织的温度差异来诊断病变及其位置，现已在医学诊断中得到广泛的应用，如乳腺肿瘤的诊断。
光学相干层析成像技术：一种非侵入式无损成像技术，并且可以与显微镜、手持探针、内窥镜、医用导管、腹腔镜等相结合使用，从而具有广阔的应用领域。而且，OCT能进行众多功能成像，如分光镜OCT、多普勒OCT、偏振OCT：也可以与众多成像技术结合使用，如荧光、双光子、二次谐波成像等技术。
荧光寿命成像：受超短光脉冲激发后，荧光团，包括自体荧光团如NADH、FAD等和外源荧光团，如有机荧光染料、荧光蛋白等，所发出荧光的寿命取决于荧光团的分子种类及其所处的微环境，如pH、离子浓度（如Ca2+、Na+等）、氧压等，因此荧光寿命的测量和成像，有助于提供生物组织的功能信息。和内窥镜结合，可用于胃癌、食道癌等疾病的早期诊断，是一种很有前途的具有高灵敏度、高特异性以及高诊断准确性的早期癌症诊断方法。
光声作用成像：利用超声场在生物组织中的优良传输特性和激光在生物组织中的选择性吸收特性,将超声定位技术和光学高灵敏度检测技术结合,以实现无损伤临床医学的结构和功能层析诊断。预期成像深度远好于目前的光学成像方法,对于较厚生物组织成像及临床应用特别具有吸引力,可为及早发现一些特殊病变提供一种无损、有效、高准确度的方法。
非线性光学成像：双光子激发荧光显微成像、二次谐波等成像技术由于具有三维高空间分辨率，对比度高、对生物组织的损伤小等优点，研究工作重点是扩展成像技术在生物医学领域的应用范围，重点解决研制小型化内窥型诊断设备所面临的相关技术问题。
人体经络的光学表征及其调控功能：已经用不少事实证明了经脉循行路线的现象，也初步显示了人体体表沿十四经脉路线存在的红外辐射轨迹。然而，至今未能用西医的形态学或生理学方法证明它的存在，也不能明晰地阐明“经络”的实质。可以利用已发展的生物医学光子学诸多成像技术为工具，研究这个具有中国特色的中医学中的重大问题。
4.医用激光治疗技术（激光医学）
强激光治疗：是当前激光医学中最成熟和最重要的领域。随着新型医用激光器的不时出现，如：钛激光、铒激光、准分子激光等，强激光治疗技术的临床用途也逐渐增多，提出一些新的问题。关于这些新型激光器及新的工作方式对人体组织的作用特点的认识还相对不足，基本没有适合国人组织特性的治疗参数。为此需加强研究激光与生物组织间的作用关系，特别是在诸多有效疗法中已获得重要应用的激光与生物组织间的作用关系；研究不同激光参数（包括波长、功率密度、能量密度与运转方式等）对不同生物组织、人体器官组织及病变组织的作用关系，取得系统的数据，同时也有必要加强新型激光器及新的工作方式的临床适应证的研究。
低强度激光治疗：非热或低强度激光辐射可作为一种辅助治疗手段，其作用机理尚不清楚。对弱激光治疗机理的认识有待于整个基础医学的提高，如充分认识细胞基因表达与调控、细胞代谢的调控、免疫反应的调控等，同时还需研究不同弱激光剂量对这些调控的影响，这才能提高弱激光治疗的针对性和疗效。针对目前临床上盲目夸大疗效、照射剂量严重混乱的局面，建议重点扶持2-3个弱激光研究中心，集中财力与人力进行弱激光的细胞生物学效应研究；弱激光生物调节作用和细胞生物学现象（基因调控和细胞凋亡）的量效关系、弱激光镇痛的分子生物学机制以及弱激光与细胞免疫（抗菌、抗毒素、抗病毒等）的关系及其机制。寻求弱激光生物刺激效应的可能机制与量效关系；规范临床治疗参数与操作等。
光动力学治疗（PDT）是当前激光医学中最具活力且发展迅速的领域。光动力疗法具备了诊断和治疗肿瘤、心脑血管病等人类重大疾病的潜力。光动力疗法在鲜红斑痣、老年性眼底黄斑病变、某些顽固性皮肤病、类风湿性关节炎等常规手段难以奏效的良性疾病的治疗研究中取得一系列进展，并结合内镜技术的发展等，其应用领域得到很大的延伸和扩展。这些都说明发展光动力疗法具有重要的社会和经济效益。应当重点资助PDT相关产品的国产化，扶持新一代国产光敏剂的开发及相应激光器的产业化，资助新一代光敏剂光动力学治疗的机理研究。作用机理、光动力疗法各要素对光动力学效应的影响、建立数学模型、新型光敏剂光动力学效应的研究，为开拓光动力疗法新的应用领域取得系统的数据。
激光美容与光子嫩肤术：利用激光或强脉冲光照射皮肤后的选择性光热解效应，即靶组织（病灶）和正常组织对光的吸收率的差别，使激光在损伤靶组织的同时避免正常组织的损伤这一原则，达到去皱、去文身、脱毛和治疗各种皮肤病或达到美容的效果。
五 结论
医学光子学及其技术的学科发展，对生命科学有重要且积极的意义。在医学领域，将为解决长期困扰人类的疑难顽疾如心血管疾病和癌症的早期诊治提供可能性，从而提高人类的生存价值和意义，其中的重大突破将起到类似X射线和CT技术在人类文明进步史上的重要推动作用，在知识经济崛起的时代还可能产生和带动一批高新技术产业。
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课题组成员：
1.谢树森：教授、博士导师，中国光学学会副理事长，福建省光学学会理事长
2.李 晖：福建师范大学 医学光电科学与技术教育部重点实验室
3.陈 荣：福建师范大学 医学光电科学与技术教育部重点实验室
光学与光电技术范文2
关键词：小学英语；信息技术；字母教学
中图分类号：G623.3？摇 文献标志码：B 文章编号：1674-9324（2013）06-0208-02
字母教学是英语基础教学中的一个重要组成部分，是PEP教材2～3册的重点教学内容之一。这一阶段的教学，教师应给予足够的重视，通过各种教学组织形式使这一阶段的学习得以很好的落实。学好26个字母对学生以后的发音、拼读和记忆单词都起着至关重要的作用。因此，在学习字母阶段，我们要利用一切可利用的资源。每个字母都有其特定的读音和书写形式。是否能教好英语字母影响着小学英语教学总体目标的实现，这是字母本身的特点和重要性所决定的。本文结合自己的教学实践经验，就信息技术为小学英语字母教学另辟新径做初步的探索。信息技术集图、文、音、像、画等功能于一体，利用信息技术设计的教授学生学习字母的好方法，能给课堂教学注入新的生机与活力，能促进学生积极思维、主动参与语言实践，使教学效率达到最优化，从而有效提高课堂教学效果和学生的英语水平与能力。
1.勾勒意境，学习单词。教学中，为了使学生能对字母做到“印象深刻”，我特地利用信息技术勾勒所要学习字母的意境，并有目的地教授日常交际用语。如：在教学字母“dog”时，我利用PPT呈现“狗”的图片，然后做画画状，对学生说：“Draw a dog，please”之后，带领学生一起读词，读字母，用不同颜色的粉笔在四线格上示范书写字母“D”和“d”，并出示字母卡片，引出本节课所要学习的字母。
2.人机交互，准确发音。在意境中引出字母后，教师请学生听录音，听几遍之后，让学生模仿录音，读出字母音，教师要鼓励每个学生大声读，可全班“开火车”读，或小组“one by one、two by two”地读，使每个学生都能掌握准确的发音。为了及时了解每个学生的掌握情况，可以设计课件提供录音功能，让学生对着课件画面发音，录下每个人的发音，并将他们每个人的发音音波与标准音波图相比较，不断纠正发音，反复练习，直到正确无误。这样既能充分体现现代信息技术的交互性，也凸现了以学生为主体的教学方式。
3.看嘴形，纠正发音。对于比较难发音的字母，教师除了为学生示范标准的发音外，还要请学生观察自己的嘴形，以帮助学生减轻难度，读准字母，纠正自己不规范的发音。在学完26个字母发音后，教师可利用动画帮助学生纠正发音，可将每个字母的口形，舌头出不来，唇形开合的大小、圆扁等情况生动形象地演示出来，配上声音，整个过程可以重复播放，直到学生轻松有效地完全掌握字母的发音。
4.字母单词，串一串。在学习字母时教师会有意识地将字母放在单词中进行教学，让学生读词记字母。这样学生不仅仅是学习一个字母而是以这个字母为首字母的一些单词。这样做不仅很好帮助学生将单词和字母串在一起，还有利于拼读，记忆单词，更主要的是通过读单词能发现字母在单词中的不同发音。如：教学字母“a”时，PPT同时出现“泰晤士河”、“蛋糕”、“苹果”图片及与之对应的3个英语单词“Take”、“Thames”、“Apple”，配上读音，让学生在听读过程中了解到Take中的字母“a”发字母本身音[ei]；“Thames”中的字母“a”没读字母名称音ei]，而读的是唇形稍扁的[e]；而“apple”中的字母“a”读的是口形开得大的[？]。
5.看动画演示，学写字母。字母的书写是学生必须掌握的英语学习工具，不掌握字母的书写英语学习也无从谈起。在学习字母的书写时，教师可以出示四线三格的字母卡片，或在黑板上画出四线三格，让学生看教师示范书写，另外我们也可以借助信息技术。如：学习字母“A”时，可以利用FLASH，优美的画面上显示要学的字母“A”，字母下有几个按纽：字音、字形、笔画笔顺。点击按纽“笔画笔顺”，课件动态演示“A”字的笔画笔顺，并在书写每一笔画时标出该笔画在整个字母中的笔画顺序和在四线格中的位置，全部笔画书写后，读出该字母的发音。将字母的笔画、笔顺教学过程动态、完整地展示出来，而且可以反复播放，不仅有利于课堂教学，而且对学生自学也非常有好处。
6.对比记字母，轻松又快乐。英语字母中有些形近、音近的字母，为了使学生清楚它们的不同之处，教师可以利用信息技术让学生对比记字母。如：小写字母“p”和“q”，学生易混，可以利用优美的画面配上朗朗上口的歌谣（圈右b，圈左q）与字母卡片“p”和“q”，帮助学生记忆，学生不仅学得轻松，而且能在学习中感受到快乐，不至于乏味、枯燥。
7.趣味游戏，巧记字母。活动字母教学中利用信息技术的特点可以设计许多有趣有效的活动和游戏竞赛活动，既能激发学生们学习的兴趣，又能强化学习效果。常用的有以下几种：（1）字母排队。以小组为活动单位，派代表参加。屏幕上出示26个字母，利用鼠标移动字母卡片，按顺序排列，看谁用的时间少。（2）听音找字母。CAI课件播放字母读音，让学生用鼠标点击相应的字母，电脑直接判断对错，点对时便会听到掌声，点错时会说“try again”。（3）摘果子。PPT呈现苹果树，每个苹果上都写有一个字母，以小组为活动单位，移动鼠标把苹果摘到对应的字母大小的筐里。比一比谁用的时间少。（4）什么字母不见了。教师利用课件给学生们出示一些字母卡片（如10个字母），让学生们认读后，教师任意消失一个字母后，依次让学生猜，猜对的得10分，然后教师再任意消失一个字母让学生们猜，最后看谁得分多。（5）我来比划你来猜。学生两人合作，一学生看屏幕上的字母比划，背对着屏幕的学生看比划猜字母。如：学生伸直两臂，再伸直一条腿，就呈现了字母“E”。（6）听音连图。以小组为活动单位，派代表参加。小组代表根据听到的字母连线，所读字母并不按字母表顺序，由此检测学生对字母的听辩能力，最后把听到的字母连成一图形；或由小组合作按顺序连出所有字母，组成一幅图画。（7）接龙。电脑呈现不同的字母，每出现一个字母，便请其他学生依次接着说出该字母后的一个字母，一直到全部字母结束。（8）“火眼金睛”找字母。课件出示一幅场景图，图中有很多大小写字母，让学生放大眼睛找一找，学生每找一个就用鼠标点击检测，比一比谁找的字母多。
尽管信息技术在英语教学中已经得到广泛应用，但我们仍要清醒地意识到它的局限性，因为系统的英语教学，不仅包含语言交际和操练，还包含语法教学，而系统地讲语法知识，单靠信息技术是不够的。因此教学中要充分发挥信息技术的“激进作用”，以多种方式整合信息技术与英语学科教学，促进英语教学质量的全面提高。
参考文献：
[1]何克抗.“e-Learning的本质——信息技术与学科课程的整合”[J].电化教育研究，2002，（1）.
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[3]马旭.英语字母的大小写[J].良师，2004，（12）.
光学与光电技术范文3
【关键词】光信息科学与技术专业 毕业设计 能力培养
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2011）10－0083－01
重庆邮电大学于2001年设立光信息科学与技术专业，多年来为社会培养了一大批光信息技术人才。用人单位对光信息科学与技术专业本科毕业生的要求更趋于全面，不仅要求具有扎实的专业理论知识，而且要求具有更好的动手能力、创新能力、适应能力以及与人合作的能力。毕业设计作为本科教学中至关重要的最后一个环节，要求学生在教师的指导下，将本科阶段所学的知识、理论、技能进行综合应用，将理论和实践进行充分结合，完成一个独立的设计或实现一个完整的实验项目，真正实现知识向现实成果的转化。可以说，毕业设计是一扇窗口，其成果是对一个学校本科教学质量的全面综合检验，同时也是用人单位选拔人才的重要依据之一。［1］因此，如何针对毕业设计中存在的问题采取措施提高本科毕业设计质量已成为新时代高等教育的一个重要课题。
一、目前光信息科学与技术专业毕业设计存在的问题
1．学习主动性不够
部分学生认为毕业设计的好坏与就业无关，在思想上没有给予足够的重视；缺乏主动学习、自主获取知识、广泛汲取百家观点并形成自己观点的意识。同时，随着就业压力的日益增大，部分学生利用相对自由的校内毕业设计时间找工作、准备公务员考试或者研究生复试，在时间上很难保证毕业设计工作的深入开展。
2．学生综合素质不高
学生专业知识学得不扎实，锻炼机会相对较少，撰写毕业论文时，由于专业知识不精、能力缺乏造成设计没有深度和新意，只是照搬别人的观点，更有甚者连基本写作格式都不懂，写出的文章内容不连贯，逻辑混乱。部分学生不知道在哪里查找专业文献，看到外文文献就喊头疼，稍有新知识就感到无从下手，在文献检索、外文翻译、学习能力、写作及语言表达等方面素质的欠缺，限制了学生创新思维的发展，学生分析问题、解决问题的能力薄弱。
3．选题与实际结合不紧密
本教学部一共9个专职教师，而每届的毕业生数量则在120人以上，由于学生数量与教师数量不成比例，通常一位教师要带8位甚至更多的学生。教学计划中要求每位学生独立完成一个毕业设计题目，每年教师都要出大量的题目，要做到均来自于实际的科研项目是不可能的。因此，部分选题重理论、轻技能，涉及的实际问题较少。即便是选题来源于工程实际，教师提供详细的任务书和设计指导书，明确设计要求，给定大致的设计方案，学生对教师给定的有关设计条件理解不够深人，毕业设计只是在预定条件下的一次练习，与工程实际不能很好的结合起来，不利于学生整体素质和创新能力的培养。
二、提高毕业设计质量的措施
1．合理选题
选题阶段是整个毕业设计过程的关键，课题选择是否合适是毕业设计工作能否顺利完成的先决条件。因此，提出毕业设计题目是指导教师开始毕业设计的第一项重要工作。指导教师应该紧密结合专业培养方向，提出的课题应该具有一定的理论深度，难易适中，尽可能联系工程应用、生产实际和科学研究，［2］并对题目进行详细的说明，如题目的类型、研究内容、实现方法、学生必须具备的专业知识和参考书目等，然后经院学术委员会审查后公布在网上。选题一定要公开、实行双向选择，为了避免多个学生选报同一个题目，要求每个学生填报三个选题志愿，最终由指导教师及全体教师权衡后进行分配。学生和老师的双向选择，最大限度的提高了选题的公正度和满意度。
2．认真开题
选好题目后，指导教师下达课题任务。学生收到任务书后，开始查阅教师指定的参考资料，在深入消化的基础上，提出设计方案或设计思路，并进行全面细致的论证，撰写开题报告。针对课题任务，指导教师应引导学生利用所学知识多角度思考，寻求解决问题的不同方法，鼓励学生不固守现有的概念，积极探索创新。认真做好开题工作，不仅可以激发学生的主观能动性，而且能够及时发现问题和不足，提高了毕业设计的质量和效率。
3．悉心指导
指导教师应帮助学生树立正确的学习态度，把毕业设计工作放在重要位置。整个毕业设计期间，老师与学生应有定期的见面会，老师要询问检查学生毕业设计的具体进展情况，学生要向老师汇报自己的做法和存在的困难，教师针对学生存在的问题给予具体指导，及时指出学生没有发现的不正确、不严密的地方，以及如何克服和改正错误的方法和途径。要善于启发学生独立思考，启发学生善于发现问题，鼓励学生敢于发表自己的见解，开展相互讨论和交流，并能针对一些重点问题进行深入钻研。加强对学生毕业论文撰写能力的培养，虽然各高校较详细地规定了毕业设计论文的格式，但学生由于缺乏科技论文写作方面的训练，写出的毕业设计论文在中英文摘要、结论撰写、整体结构、专业术语运用等方面存在着较多问题，这就要求指导教师在毕业设计过程中有针对性的进行辅导，提高学生的科技论文写作能力。
光学与光电技术范文4
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。
光学与光电技术范文5
*是中国光学科技的发源地，经过几十年的建设，*已成为中国光电子领域科研、产业和人才快速发展的地区，被誉为中国光学科技和光电人才培养的摇篮。2*年*月，*被国家批准为光电子产业基地。20*年8月，*市成功承办了第二十届国际光学大会。*光电子产业的独特优势和市场前景为投资者提供了巨大商机。
*具有促进光电子技术及产业发展的创新能力。*有27所高等院校，98个研究院所，19个国家重点科研开放实验室，41万名各类专业技术人员。在光电子领域，有3个国家重点实验室，设置35个相关的学科，拥有全国最大的光电子研究所和全国唯一的以光电子专业为主要学科的大学，在光显示技术、发光学、现代应用光学、光学工程等优势学科领域积累了丰富经验，取得了一批具有自主知识产权的创新成果。
*的光电子信息产业已形成良好的势头。*的光电信息产业是以实现自主创新的技术成果产业化为基础发展起来的，目前投放市场的500多种光电子产品中，80%是自主研发的技术。2000年以来，*平均每年有30种光电子及信息技术产品问世，这些产品主要集中在光显示器件及上下游产品、光电子器件与材料、光电仪器仪表与设备、汽车电子、嵌入式软件等领域。在光显示器件及上下游产品方面，*拥有一支从事平板显示技术开发和产品生产的优秀团队，产品覆盖了TFT-LCD、CSTN-LCD、OLED、PLED、白光二极管、发光材料等领域。*建成了中国第一条TFT-LCD生产线，是中国开展液晶技术研发的重要基地；在光电子器件与基础材料方面，研制和生产全固体激光器，光电编码器，指纹识别模块，紫外写入光栅，彩色光学玻璃，光学晶体及镀膜材料，荧光粉及电致发光材料等100多种产品，其中90%在国内处于领先，部分技术在国际上达到先进水平；在光电仪器仪表与设备方面，主要研制和生产光电医疗仪器设备、电化学仪器、地学仪器、高温金相显微镜、MPT光谱仪、夜视仪、指纹识别仪、车用仪器仪表、COG绑定机、激光调阻机等产品；在汽车电子方面，以车身电子系统、车载电子系统、车辆控制系统等为重点的汽车电子产业成为*光电子产业的发展重点；在软件方面，生物识别、信息安全、车载通讯及与光电子技术和汽车电子技术相融合的嵌入式软件等领域的产品已成为国产软件的知名品牌。围绕五个优势领域的发展，*将在研发中心及产品检测中心等公共平台建设、重大技术成果的产业化、风险投资及终端产品制造商的引进等方面对外开放，外商可通过各种方式开展独资、合资和合作。
*具有良好的投资环境。*作为国家光电子产业基地，可以享受国家的专项扶持政策和振兴东北老工业基地的特殊政策。20*年*月，国家实施振兴东北老工业基地战略，东北地区工业企业的固定资产，可在现行规定的折旧年限基础上，按不高于40%的比例缩短折旧年限以及增值税抵扣政策。20*年，国家实施了扶持液晶产业政策，包括：进口TFT材料免征关税、净化器材免征关税和增值税、允许三年折旧以及液晶产品出口退税由13%提高到17%等。20*年*月，*市把光电信息产业确定为未来五年重点扶持的三个主导产业之一，以开发区为主体，为投资者建设完备的配套环境、服务环境，让投资者享受到国家级高新技术产业政策和经济技术产业政策。
20*年年初，组建了*国家光电子产业基地发展股份有限公司，会同高新、净月、汽车、经开等开发区，整合调配各类资源，编制了光电子、汽车电子嵌入式软件工程中心、光电子产业基地工程中心和*国家汽车电子产业园区规划等可研报告，并正式向国家信息产业部申报国家汽车电子产业园区，目前正在审评中。为推动基地与园区建设，分别与高新、净月、汽车等开发区和吉大科技园就光电信息产业发展的投融资体系、风险投资机制、中小企业担保、企业孵化中心建设等问题进行了探讨和论证。形成了以高新区磐谷国际商务港为总部，以经开区中科院光机与物理所为产业化孵化器，以净月启明工业园、汽车区汽车电子工业园、高新区吉大科技园、软件园为依托的*国家光电子产业基地总体方案，编制了申请国家开行资金支持的项目可研。目前，该平台项目正在申报中。综合技术服务平台项目启动后，将进一步推动国内外光电信息企业和项目向向*国家光电子产业基地集聚。
光学与光电技术范文6
关键词：有限元模型；仿真结果与讨论；光电系统
中图分类号：TP211 文献标识码：A
光电技术是以激光、红外和微电子技术为基础，由光学、电子、精密机械和计算机技术相结合而形成的一个高新技术领域。光电经纬仪或其它地基光电跟踪设备，在结构系统、伺服控制系统和光学系统设计等方面，均形成了较为完整的理论。而机载光电系统不仅包括精密仪器的设计，还要考虑精密仪器的载机环境，尤其是高低温环境的适应性问题。光机系统中的光学基座设计，作为光电元器件的承载平台，不仅要考虑安装在其上的光电元器件的安全性，保证光机系统的高精度与可靠性，还要考虑自身在机载环境下的热变形和温度场分布是否满足设计要求，实现系统在机载高低温环境中，清晰稳定成像跟踪需求。
目前，机载设备的高低温环境适应性问题主要通过两种途径解决，一种是采取改善环境或减缓环境影响的措施，通过添加辅助设备，如环控系统来改善光机所处的机载环境；另一种是选用耐环境能力强的结构、材料、元器件或工艺等，即通过改善系统的结构设计，提高光机系统的耐环境能力。本文主要通过第二种途径的研究，来提升光机系统高低温环境适应性。计算机数值仿真，可在设计初期就获取丰富的分析数据，对设计进行优化，且周期短、成本低，便于实现。
为此，基于ABAQUS结构分析模块对某机载光电系统光学基座高低温环境适应性进行了数值仿真研究。通过光学基座的数值仿真分析，在综合考虑结构热形变、强度、重量、及加工工艺等因素下，经过设计改进，获取一个满足系统要求的光学基座设计方案。
1 结构有限元模型建立
建立有限元分析模型包括三维结构模型的简化、网格划分、材料属性设置。之后依据具体分析类型，进行约束与载荷施加，选择计算类型进行仿真，分析结果。
1.1 模型简化
根据结构热传导、热对流，以及热辐射等方面的理论依据，结合具体的分析对象和分析内容简化有限元分析模型，确定被分析部件的简化方式与程度。本文研究光学基座的高低温环境适应性，所以文中光学基座为详细模型，其上光电元件均简化为等效质量块，系统有限元模型如图1所示。
1.2 网格划分
该系统三维模型简化后，以iges格式导入ABAQUS中，采用四面体网格和六面体网格进行划分。三个光学基座方案的网格划分结果如图2（a）～（c）所示。
1.3 材料属性
本文中设计方案的材料主要有铟36，硬铝合金7075，以及各简化部件的等效材料，见表1。由于各光学支路的镜座和光电器件的安装支架均采用硬铝合金材质，所以等效材料时，使用重量等效原理，与铝合金的材料性能相近。
1.4 边界与载荷施加
机载高低温环境有限元仿真的工况边界与载荷见表2。系统通过6个安装点处的不锈钢螺栓与机体固定约束，所以在结构热分析中，将根据不同材料的热膨胀系数不同，将该约束处理为螺纹孔内壁的平面内约束。光学基座的下表面安装光电元器件，上表面有载机提供的5℃气源吹过进行强迫对流，所以光学基座上表面的结构设计会影响整个系统的散热效率。
2 仿真结果与讨论
该光电系统正常工作时受载机高低温环境影响，可能会出现成像质量差，不能稳定跟踪与瞄准等，甚至结构的破坏。对于三种方案的结构热分析结果见表3。
该光电系统机载环境温度范围-55℃～ 70℃：系统设计之初光学系统对光机座热变形要求严苛，因此方案一选用了线膨胀系数较小的铟36钢材料。但该材料密度较大，经详细减重设计后，即使在结构局部加强筋仅2mm厚，且局部热应力已超过材料许用应力的情况下，其重量仍不满足要求，具体分析结果见表3。
方案一中的铟钢光机座虽热膨胀系数小，但其热传导性也差，温度场分布不均匀，温度梯度大，产生较大的热应力集中。且其重量超过了20kg的设计限制，固不满足设计要求。因此在方案一的基础上，综合材料力学和热力学特性，选用硬铝7075。该种材料是一种高强度的铝合金，尤其在T6状态下，可加工性好，且性价比高。方案二着重减小温度梯度和重量，使温度场更为均匀，重量满足设计要求。但是由于铝合金热膨胀系数较大，导致其最大热形变值达到0.42mm，超过0.2mm的设计要求，固亦不满足设计要求。
在方案二的基础上，针对热形变较大的问题，对光学基座的上表面加强筋进行了散热优化设计。并进一步进行减重设计和提高加工工艺性，减轻加工应力对光机座精度的影响，最终完成了方案三的设计。有限元结构70℃环境下的热分析温度场和热形变结果如图3所示。
综合以上三种方案，最终选择各方面满足设计要求的方案三，开展该光电系统的光学基座设计。该基座在满足最大热形变小于0.2mm的情况下，比原设计指标减重2.3kg，说明有限元分析手段是结构在严酷环境下设计和优化的有效途径。
结语
综上所述，本文使用有限元分析手段，对光电系统中的光机座进行有限元高低温环境下的有限元分析，根据分析结果，得出在有强迫对流的条件下，热膨胀系数小不是降低热形变的唯一途径，根据流场情况，进行合理的导热部件结构设计是降低设备重量和热变形的良好选择。且确定最终方案进行指导设计，样机在高低温试验中，可靠稳定工作。
参考文献
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