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现代光学测量技术范文1
【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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现代光学测量技术范文2
关键词：现代工程测量技术；发展；应用
一、现代工程测量技术的发展现状
1．八十年代之后的工程测量技术
上个世纪八十年代出现激光技术之后，由于它具有一些适用于测量工作的特点，很快引用到工程测量领域中来，使工程测量技术不断改新、发展迅速，在我国测绘行业起着重要作用。当时主要使用光学经纬仪、水准仪、电子经纬仪、数字水准仪、陀螺经纬仪、电磁波测距仪等测量仪器。
2．九十年代之后的工程测量技术
上个世纪九十年代之后，随着空间卫星定位技术和导航技术的引进，使计算机网络信息、空间信息技术和工程测量技术融合起来，给工程测量技术的发展增添了强大的动力，使工程测量技术长期使用光学经纬仪、水准仪等主体的传统的测量技术，已经正在逐步被全站仪、GPS(全球卫星定位系统)测量技术所代替．
二、现代工程测量技术的应用概括
1．摄影测量技术的应用
由于传感器的更新和完善，机器定位系统和数据搜索功能得到提高，使摄影测量技术广泛应用。摄影测量技术将数码拍摄技术、数字测量技术、信息文化技术相融合，给测量工程提供了一个既不用接触到物体，又能快速多样的得到结果的测量方式。这种方式的测量技术可以用在高空测量大面积工程、大比例尺寸的土地形状测量以及土地的位置和大小的测量等。
2．GPS(全球卫星定位系统)测量技术的应用
GPS测量技术是美国研发的一种子午仪卫星定位系统方法，利用GPS卫星星座轨道在全球内准确计算空间到地面点的距离并得到坐标位置，随着全球卫星定位系统GPS发展和进一步更新，使GPS测量的应用广泛深入各个领域，如国家军事、交通、水利、测绘、邮电、城市建设、资源开发、山体滑坡、形变监测以及农业、金融等部门及各个行业等广泛满足使用GPS技术。GPS测量的定位方法主要分静态定位和动态定位两大类，GPS静态定位和动态定位方法根据工作需要选择不同的方法分类标准。GPS静态定位是利用GPS接收机进行定位测量，主要用于大地控制测量和建立各种控制网定位测量。
3变形监测技术的应用
(1)变形监测的意义
工程变形监测是一门科学专业，它随着我国城镇建设及资源开发迅速发展，兴建很多高大建筑物及开发地下资源进行的工程设施等，但随时间推移都会产生变形，就会影响建筑物的正常使用，严重会危及建筑物的安全。所以，必须对它进行变形监视观测。变形监测分静态变形监测和动态变形监测：静态变形通过周期性测量得到的，动态变形通过连续监测得到。
(2)建筑变形观测布置及设计方案
建筑变形观测主要是以基础的沉降观测和建筑物本身的变形观测。拟定沉淀观测点的布置，一般由设计部门提出要求，由施工单位编制实施技术设计布置方案，根据不同的建筑物选择不同的测量方法和不同的设备仪器。首先是基准点选择和控制网的布设，并依据国家有关规定要求，确定观测网的精度质量标准。变形监测有水平位移、垂直位移监测，倾斜、绕度、弯曲、扭转、震动、裂缝等测量，一般主要布置方法垂直位移观测的基准点布置和水平位移观测布置两种，在基准点进行变形观测，是为了减小测量误差，保证基准点的稳定性，根据观测得到可靠安全数据，为设计、施工、管理和科学研究工作者提供可靠资料。
(3)变形监测的主要方法
变形监测的主要方法有：常规的大地测量方法，专门的测量手段和技术，空间测量技术，摄影测量和激光测距扫描技术。①常规的大地测量方法有精密高程测量、精密距离测量、角度测量等，变形监测技术以全站仪为基础，其它有光学精密经纬仪、精密水准仪等测量工具。②专门的测量手段和技术主要有液体静力水准测量、准直测量、应变测量、倾斜测量等，主要用于观测河堤、大坝、桥梁、及各种基础的沉陷和倾斜监测，为解决各种工程变形的自动监测或运营中的测量任务提供了使用很好的技术手段。③空间测量技术是指GPS卫星定位测量和InSAR技术，GPS测量导航技术与现代通信技术相结合，用GPS监测可采用静态相对定位和动态相对定位两种数据处理方法进行观测，观测数据绝对和相对精度能到到米级、厘米级甚至亚毫米级，现在数据解算和分析已提出了更高要求。InSAR技术就是干涉雷达测量方法，是依据同一地区的几种SAR图像为基本处理数据，通过求取几种SAR图像的相位差，获取了干涉图像，然后经过相位解缠，再从干涉条纹中获取到地形高程数据的观测新技术。利用InSAR新技术从而达到监测点变形监测目的。④摄影测量和激光测距扫描技术：利用摄影测量技术进行变形监测，就是通过象片测量方法，确定观测点在空间坐标位置，将起始点的或设计的数据值相比较，按照需要任务要求，确定观测物的安全性、稳定性。激光测距扫描测量它的原理是将激光相位测距装置与光学转动装置集成的一种仪器，能够对周围环境进行二维扫描并且自动记录，并具有测量精度高、测量速度快的优点。
4．数字化测量技术的应用
为了使工程测量效率和工作质量得到有效提升，我们可以把现代自动化、数字化信息技术和图片处理技术同工程测量技术融合在一起，以此满足老旧的测量技术。同时，要开发更先进的全站仪、无人机、GPS等技术系统，就要把数据搜索系统和数控绘图系统等有关技术融合一起，这样才能方便收集数据完成一个自动化测量系统。自动化测量技术不是孤立永存的，重要的是将其同其他测量技术融合，从而产生符合工程测量的自动化体系。这种工程测量技术首要对准城市大比例测量和工程地势等研究的绘制图表方式。
三、结语
虽然现代科学技术还在不断更新和进步，还要工程技术人员继续做进一步的探索研究，为了工程测量技术能有更稳定、更先进的自动化、数字化和智能化系统发展，也为了工程测量技术测量的数据更加标准和精确，才能促进社会发展需要。
参考文献：
［1］姜金彪解析现代工程测量技术发展与应用［J］－城市建设理论研究(电子版)2014(31)
现代光学测量技术范文3
【关键词】 精密仪器;CAD/CAM/CAT技术;精密机械制造
Review of the development of precision instrument
Ling zhenbao Liu shuainan Xu chuanbin Zhang qilin
Abstract： in this paper，according to the characteristics and application fields of each stage of precision instruments， research overall development trend for the development of precision instrument. High precision two-dimensional image measuring instrument and high-end three coordinate measuring machine based on the simple stage projector stage，and the use of "CAD/CAM/CAT" design，The measuring unit miniaturization and intelligent measurement 。
Keywords：precision instrument;CAD/CAM/CAT technology; precision machinery manufacturing
精密仪器主要研究现代精密仪器及智能、微小型机电系统。现代科学仪器及设备是机、电、光、计算机、材料科学、物理、化学、生物学等先进技术的高度综合，它即是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主体内容之一。
一、精密仪器的发展过程
精密仪器的发展经历了三个阶段，分别是简单的投影仪阶段，高精度二维影像测量仪阶段与高端三坐标测量机阶段。
简单的投影仪：为了适应市场的发展需求，为现代工业的发展提供检测的依据，20世纪90年代，精密检测仪器正式进入了我们中国的国内市场，成为一个新兴的以检测为主的产业。其主要的性能指标包括光输出、水平扫描频率（行频）、垂直扫描频率（场频）、视频带宽、分辨率、CRT管的聚焦性能、会聚。是一种早期的光学仪器。
高精度二维影像测量仪：随着社会的不断发展，简单的投影仪已经无法满足市场和行业的需求，在这种情况下，二次元影像测量仪就成为了行业发展的必然产品。影像测量仪是一种由高解析度CCD彩色摄像器、连续变倍物镜、彩色显示器、视频十字线发生器、精密光学尺、多功能数据处理器、2D数据测量软件与高精密工作台结构组成的高精度光学影像测量仪器。采用彩色CCD摄像机;由二坐标工作台、光栅尺与数据箱组成数字测量及数据处理系统;该仪器具有多种数据处理、显示、输入、输出功能;与电脑连接后，采用专门测量软件可对测量图形进行处理。如图为高精度二维影像测量仪机械结构图。
高精度二维影像测量仪机械结构图
高端三坐标测量机：进入21世纪，更多的产品需要提供三维检测，才能更好的为现代社会的发展提供服务，过意国内的精密检测企业就在二次元影像仪的基础上研发生产了三坐标测量机，从而实现更高端的产品的三维检测任务。如下表为高端三坐标测量机测量结果与传统测量技术对比值。
表 三坐标测量机与传统测量技术对比效率
二、精密仪器发展趋势及展望
随着现代制造业的发展，测量仪器技术面临着新的技术要求和发展动向。由传统微米、亚微米精度向着纳米量级精度方向发展;测量方式也由原接触式测量向非接触式测量过渡：此外，信息技术与测量技术的集成，即CAD/CAM/CAT的技术应用也将是未来精密测量技术发展的方向。由此将精密仪器带入另一个发展阶段。
目前，二次元影像仪和三坐标测量机通过软件技术、机器视觉技术以及电子技术的高度融合，形成一整套综合检测设备，已广泛运用于各行业中，它能同时测量多种参数。今后精密仪器的发展，会跟随着现在社会发展需要而不断的发展，并与不断产生的新的信息技术和其它科学技术综合起来的新的精密仪器。
本文针对精密仪器的发展研究，从简单的投影仪到三坐标测量机的发展过程，提出了对位未来精密仪器的发展展望。以计算机为代表的控制系统和测量机测头的发展也是一个重要的发展方向。另外譬如DMIS的软件技术的革新，也是对精密仪器优化的重要步骤。
现代光学测量技术范文4
关键词：莫尔测试法 物理教学 光电三维 轮廓测量
一、研究课题的意义和背景
光电三维面行测技术是现代的高科技成果，它是在激光技术、视频技术、电子技术、信息与图像处理技术、干涉计量技术、精密仪器等技术的基础上的一项新测量技术。物体三位轮廓、变形、震动、位移等参量的方法测量，以其非接触、无损、高精度、高灵敏度以及现实自动测量等优点，被广泛的应用于航空、航汽、航海、机器制造等领域。由于光学测量的诸多好处，从上世纪六七十年代研究这就在运用各种各样的方式进行检测，一度检测的手段不断的涌现。
最早光电三维测量技术是采用的人工测量方法，这种方式非常的慢，信息的获得也很难全面。于是人们开始研究提高测量精度的传感探头，也就有了光栅元件传感器的三维坐标测量机，它的测量范围可达到2000×200×800毫米，测量的精度可以达到几十微米到几微米。这个年代人们开始用激光探头代替原有的机械探头，虽然这中改进有了一定的进步，但是远远不能达到最小化误差的要求，在人们的不断探索中，发展到一种基于粗光栅阴影莫尔测量技术，这种技术可以测量出物体表面的凸凹面，最早报道是在1874年，直到1970年提出莫尔等高线法，莫尔测量技术引起了高度的重视。接着一批学者发表了一下关于测量技术和设备的论文，从而让莫尔技术走向了实用化的方向迈进。例如，医疗、解剖、放射、口腔、汽车模型、单晶硅片等。莫尔技术虽然带来了一定进步但还是存在一些缺陷，在图形自动分析上还是不那么完美，上世纪80年代以后，莫尔测量方面进行了很多研究，研究的重点主要的图形的大量数据与计算机处理速度之间的矛盾，从最初的PC-XT到Pentium2，速度提高了上百倍，莫尔技术向更精确使用的角度转变。
二、莫尔条纹的产生
莫尔结构条纹图是指两个周期性光栅结构叠加在一起，在一定条件下，叠加图包括新结构图，会产生一个新的周期结构图，通常这个新的结构图不原来的要大，容易观察这个新的图像就称为莫尔条纹图，用来表述莫尔条文的方程称为莫尔条纹方程。莫尔条纹图可分为相干型莫尔条纹和不相关型莫尔条纹图，在激光技术中，一些莫尔图通过光学滤波可以获得。根据结构的叠加方式，叠加可以分为和型和积型条纹。
从生成莫尔条纹的几种方式入手，分结构间平行和有一定夹角两种情况，较全面而详细地研究了影响此种莫尔信息的几种因素――频率、相位、幅值、背景光强、结构间夹角等。得出了正确应用莫尔信息的一般原则。
三、阴影莫尔测量
莫尔轮廓主要有阴影莫尔和投影莫尔，由于投影莫尔要两个光栅，很多研究主要倾向于直接分析投影在物体上的变形广场，而不是分析莫尔条纹图。莫尔测量简单，实用性强，可根据测量对象不同，采用不同参数的数据结构系统。虽然在发展过程中也发现了其他的测量方法，如三角测量法、立体测量法等方法，但对阴影莫尔测量始终都没有停止过，事实证明该方法有一定的优势和发展空间。
四、阴影莫尔的原理
阴影莫尔是利用光栅阴影和光栅本身形成的莫尔图来测量的，可以用几何公式来解释。设c为无限长的光源，光栅平行与线光源。
从c点发出的光线通过光栅到达投影平面形成亮线，在观察d点，能看到亮线，同一序数的亮点，在处于离开光栅相同距离的平面上，同一序数点连接成弦是离开光栅同一深度的等高线，称为莫尔等高线。条纹深度可以由从c发出的光线，由于不同的物体凸凹程度，在物体表面就形成了变形光栅，从d点可以来观察光栅的变化，有了基本光栅和变形的光栅形成的莫尔条纹等高线，相应的通过计算就能得到条纹深度。
阴影莫尔法原理制做的三维形状测量仪在实际生活中的应用，主要设置有光栅、设置光栅移送部、光束分离器部、光栅照射第一照明、或者使通过光栅被反射的测量对象物的反射图、成像区、控制区、分别对成像中学的各个部分进行设置，形成的反射图像是由多个摄像部摄像时接受反射图像以测量对象的三维形状，根据对象的形状控制多高照明部和接通和关闭。这个装置，更详细的说明了，可以用这个装置测量三维的形状。投影三维测量装置A部，工作台D、投影B处、旋转I处、成像F处、控制G处、G处控制，主要是控制整个装置三维形状的测量，为了更精确的测量三维图像，在操作中利用成像b拍摄的反图像对测量物C的三维形状进行测量，为了测量对象物C的三维形象，将物体对象C移送到测量的位置，工作台D由固定装置E上，测量对像C的驱动机H,在固定装置的E上面有投影B,旋转I和成像F，这是用来测量物体被移动上的装置对其进行的三维形状的测量。摄像K主要有光源L和光栅移动机构M组成、投影透镜N和过滤器O组成。在操作的过程中将光源L,产生的光通过投影光栅M、N、O等投影，在测量对象C的一方照射光栅，光栅的光照映射在测量对象C2上，为了让成像F对反射的图像进行摄像，在这里成像F，主要由透镜N和K组成。成像F测量照射在对象物C2上的光栅，为了让成像C2对测量对象C的另一个影像进行测量，只能让投影B顺时针转动，为了能让投影M旋转，在投影M的下方设置旋转I2，这里的I2是由支撑件P和旋转I3组成。在P上的一侧有一个贯穿P1的槽，在I3的另一侧有另一个槽P3,这是为了在M产生的光栅图像能够照射到像物C上。通过上面是试验可以发现，三维形状的测量还存在以下问题，必须根据测量对象的形状将投影的部分来回，进行三维的立体测量，对于不规则的图像处理将会更加繁琐。另外，现有的投影莫尔法三维测量装置由于光栅的位置在投影上面。因此，还存在必须根据投影的设置个数，在投影上设置光栅和移送光栅的光栅设备问题。
五、总结
集成电路的应用范围和生产，是当今医疗、军事、工业、农业等最为普遍使用的，虽然工业生产集成电路在一定程度上依赖于成品率，随着技术的进步，传统测量方式必将被代替，提高产品的效率和精确度，也将成为我们奋斗的目标。阴影莫尔测量法将提供一个可靠、精确、高效的自动化测量设备，虽然在本次设计中解决了一些问题，但还是有很多不足之处，希望通过本次研究进一步加深对莫尔三维测量的认识，在未来的道路上继续探索。
参考文献：
现代光学测量技术范文5
Abstract: According to the characteristics of the engineering optics and technology course, combined with the practical teaching experience, take the improvement of the students'' interest in learning and the cultivation of the students'' practice ability into consideration, this paper puts forward some suggestions and measures to change the teaching method.
关键词： 工程光学；课程改革；实践能力；学习兴趣
Key words: engineering optics；curriculum reform；practice ability；learning interest
中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）03-0215-01
0 引言
工程光学与技术课程作为东北石油大学测控技术与仪器专业的一门专业必修课，自2006年面向本科生授课至今已开设了6轮。课程的教学任务是使学生在掌握基本概念、基本定理之后，具备一定的光学精密仪器仪表的设计与开发能力。此课程理论与实践结合紧密，工程应用性较强，因此，课程教学质量的好坏将直接影响学生在以后科研和工作中的实践能力。但是，由于本课程在教授过程中涉及的理论知识较多，且晦涩难懂，在课堂上学生时常出现厌学现象，课堂效果不尽如人意。针对以上问题，本文将从如何激发学生的学习兴趣、提高学习效率和加强实践能力等方面进行教学改革探索。
1 重视绪论课，明确课程的重要性
万事开头难，讲好一门课程的绪论课的确不是一件轻而易举的事情。如何上好绪论课，引起学生对该门课程的学习兴趣，这确实是个既严肃又颇具艺术性的问题。对教师，这是能否上好一门课的首要问题；对学生，是愿不愿意学和能不能学好的感性基础。因此，绪论课不仅可以培养学生的学习兴趣，而且能够为教学工作取得良好的教学效果起到的积极作用。
浓厚的学习兴趣是影响学生学习积极性的重要因素，对于这门课的绪论建议首先从学生所熟知的小孔成像、海市蜃楼等光学现象入手讲解，这样，既可以第一时间激发学生的学习兴趣，与学生产生共鸣，增加课堂的互动性，还可以避开一些让学生听不太懂的专业术语。而后，循序渐进的引出课程将要学习的教学内容，让学生能够对学习要点有一个初步的认识。最后，明确学习这门课程的必要性和重要性。对于测控技术与仪器本科专业的学生，学好这门课程对于以后从事光学精密仪器制造、光电检测技术、超精密测量等工程领域的科研工作大有帮助。
2 转变授课方式，突出课程的实用性
工程光学与技术课程理论性较强，概念较为抽象，公式推导繁杂。传统的“填鸭式”教学方式难以取得良好的教学效果。这是因为一方面，学生对于抽象的光学概念没有一个具体的认识，对复杂的数学公式推导容易产生畏惧心理，从而降低了学习的兴趣；另一方面，在教师授课过程中过于重视课本上的理论知识讲解，大多采用灌输式教学方式。虽然课堂信息量较大，但是学生对于光学知识的理解仍然停留在表面，无法应用理论知识去解决实际的问题，最终，导致理论教学与实际应用存在严重的脱离现象。
在堂课教学中，教师务必向学生传授基础理论和实际应用两者之间的联系，从而培养学生具有理论联系实际的本领，明确教学的目的。例如：在第三章平面系统里介绍折射棱镜一节时，大多数教科书都是开门见山的介绍折射棱镜的基本概念。而后，在折射棱镜的两个工作面内分别按照光的传播路径利用折射定律列方程，最后结合主截面内的几何关系和繁杂的数学关系式，推导出最小偏向角、折射角、棱镜折射率三者之间的函数关系式。对于这部分教学内容，我们可以从仪器设计的角度以“启发式”教学方式进行讲解。教师向学生说明在一个非共轴光学系统中，折射棱镜利用自身的特性可以有效地对光路进行折转，此外，同一折射棱镜对不同波长的可见光所对应的折射角度不同，在一些科研场所使用的光谱分析仪就是基于折射棱镜的分光特性所设计的。另外，我们可以从参数测量的角度采用“讨论式”教学方式，让学生发挥想象力，提出如何找到一个能够测量出未知透明固体介质折射率的可行性方案。只要学生能够准确地找出该介质折射率与棱镜的最小偏向角、折射角的之间的函数关系，就意味着找到了解决问题的方法。
3 加强实践环节，培养学生的动手能力
如何将教科书的理论知识更直观的展示出来？如何培养学生的实践应用能力，适应以后的工程实践要求？这些是每位任课教师都会面临的问题。而实验环节的设置则刚好能够满足这些需要。一个好的实验项目，不仅可能培养学生的动手能力，还能够培养学生的创新能力和科研能力。
工程光学与技术实验课程主要讲授光学仪器的设计方法和光学系统的光路构建及计算方法两大类，我系实验室在此基础上又将实验项目分为验证性、设计性和综合性实验三大类。例如：在迈克尔逊干涉仪中，三个学生一个小组共同使用一张HLD－JQS系列激光全息实验台，从开始动手搭建光学系统的光路到最终观察实验现象，只要完全参照实验讲义中的实验步骤即可完成实验。这样的实验，为学生提供了充分的思考空间和自主实验空间，充分调动了学生的学习热情，使其真正的融入到实验去。不仅培养了学生的动手能力，还培养了学生的团队精神。
4 结束语
本文提出的课程改革内容都是源于长期的教学实践经验和课堂反馈意见。经过几年的教学探索，我们在课程建设和教学效果上虽然取得了一些成绩，但还有一些不足，这需要在以后的教学环节中不断的完善，使得教学效果进一步提高。
参考文献：
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[2]李丽.工程光学教学改革探索，实验室技术与管理[J].2009，26（8）：129-131.
现代光学测量技术范文6
关键词：课程设置；实践；能动性；学习兴趣
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0109-03
一、前言
大气气溶胶是指大气与大气中的各种固态和液态粒子组成的混合体系，狭义上特指各种固态（干）和液态（湿）粒子。自上个世纪第二次世界大战以来，气溶胶因对环境以及气候变化产生了深刻的影响而广受关注。气溶胶严重污染人类赖以生存的大气环境，影响大气物理与大气化学过程，对大气辐射、大气光学现象和电学过程都有较大影响，因此，大气科学和环境相关专业的学生有必要学习和普及大气气溶胶相关知识。
然而，各大高校大气科学以及环境相关专业很少专门针对大气气溶胶科学设置相关课程。实际上，自18世纪工业革命以来，气溶胶相关研究已成为基础和应用科学中的一项特殊课题，吸引了物理学、化学和气象学等多学科专家的关注，进而推动了该学科的发展[1]。1955年，前苏联学者[2]出版了《气溶胶力学》，为气溶胶科学奠定了理论基础。20世纪中后期，各国高速发展的经济造成了环境的严重污染，世界性环境问题日益严重，学科发展对气溶胶测量技术提出了新的要求，伴随着各种微电子、激光以及计算机技术、现代分析化学和分析电镜技术的介入，气溶胶科学得以快速发展。
南京信息工程大学针对大气科学与大气环境相关专业本科生和研究生开设了《大气气溶胶》特色专业课，课程内容与当前全球面临的气候变化与环境问题密切相关，课程涉及到的气溶胶基础知识、研究方法以及基本理论为深入研究气候效应和环境问题奠定了基础，相关知识还广泛应用在军事、卫生、工业和农业等领域。该课程侧重气溶胶动力学、光学理论知识学习，同时还要求学生能理解和掌握气溶胶相应测量技术。在讲授过程中，通过结合实际问题，设置与理论知识相关的研究课题，引导学生动手实践，提高学习乐趣，从而做到实践与理论学习相结合，提高教学质量，培养学生研究素质[3，4]。
二、课程设置
《大气气溶胶》课程要求学生能全面掌握气溶胶基本概念、分类、尺度谱、主要形成机制等基础知识，并且能够从动力学理论出发，理解Brown运动、Stokes定律、Brown运动碰并、切变、重力沉降等内容，熟悉气溶胶粒子的一般动力学方程，理解干沉降和湿沉降过程，并在大气气溶胶消光原理基础上，理解气溶胶对辐射传输过程的影响，进而在辐射强迫和气候效应概念基础上，熟悉气溶胶辐射强迫特征，最后从测量分析方法上，要求学生掌握气溶胶浓度、光学特性以及化学成分测量分析的基本方法。
该课程分别从大气气溶胶基础知识、大气气溶胶的来源与化学特征、气溶胶粒子动力学、对流层气溶胶、平流层气溶胶、大气气溶胶光学特性、气溶胶气候效应以及气溶胶测量与分析8个章节开展研究性学习的实践模式教学。
前3章内容主要介绍气溶胶相关基础知识。其中，绪论内容要求学生掌握大气气溶胶概念，理解大气气溶胶研究意义，了解大气气溶胶的研究历史和研究方法。大气气溶胶基础知识内容要求学生掌握大气气溶胶的尺度、分类和浓度的表示方法，利用气溶胶谱观测资料画图，熟悉三模态气溶胶数浓度分布特征、常用的几类谱分布函数，理解气溶胶粒子谱分布特征参量，了解谱分布函数应用现状。大气气溶胶的来源与化学特征内容中，需掌握大气气溶胶粒子的主要形成机制、几种常用的源解析方法，熟悉大气气溶胶的主要化学组成特征，理解不同来源的气溶胶尺度分布特征，了解全球气溶胶产生率。
气溶胶粒子动力学是本课程的重要基础理论，包括单个气溶胶粒子动力学和粒子群动力学。单个粒子动力学内容中，要求学生掌握平均自由程、Stokes定律和重力沉降等概念，理解Brown运动和相关概念（扩散、迁移），了解外力场单粒子运动。气溶胶粒子群动力学内容要求学生掌握Brown运动碰并、层流切变和湍流中的聚合、重力沉降聚合，熟悉气溶胶粒子一般动力学方程，了解外力场对粒子聚合的作用。
对流层气溶胶内容要求学生掌握干湿沉降过程、气溶胶标高、沉降速度概念，熟悉典型气溶胶类型垂直分布特征、干沉降速度测量方法、湿沉降清除系数，理解干沉降阻力模型、云内清除和云下清除过程，了解大气气溶胶分布的时间变化特征、滞留时间。
平流层气溶胶内容需要学生掌握平流层气溶胶基本特征，熟悉火山气溶胶主要成分、极地平流层云形成过程，理解平流层气溶胶与对流层气溶胶特征差异，了解全球平流层气溶胶研究进展。
大气气溶胶的光学特性相关内容中，要求学生掌握大气气溶胶的消光原理和相关表征参量（消光系数、单次散射反照率、相函数等），熟悉大、小尺度粒子的散射特征，大气能见度与消光系数的关系，理解气溶胶对辐射传输过程的影响及其参数化，了解全球和区域气溶胶光学特征。大气气溶胶的气候效应内容中，掌握大气气溶胶辐射强迫基本概念及分类，熟悉气溶胶直接辐射强迫过程，理解对流层和平流层辐射强迫效应，了解云的辐射强迫。
大气气溶胶的测量和分析教学内容中，需要学生掌握气溶胶浓度、光学特性以及化学成分测量分析的常用方法，熟悉气溶胶空气动力学和光学测量原理，理解气溶胶遥感探测技术，了解全球大气气溶胶遥感探测资料及相关产品。
三、实践教学内容
理论课程教学过程中，需要同时结合实践教学才能达到较好的教学效果[5-7]。《大气气溶胶》基础知识的授课内容中，讲授气溶胶粒子尺度、分类及其谱相关知识时，可结合不同类型气溶胶粒子谱仪观测资料，对各种等效直径、气溶胶粒子谱相关知识开展实践教学，增强学生对气溶胶基本概念的理解。如，可利用气溶胶宽范围粒子谱仪（WPS）的电迁移率和光学计数测量对不同粒径数浓度进行对比分析，指出空气动力学等效直径与光学等效直径的差别；还可利用该仪器观测资料，作出尺度在0.01～10μm范围的粒子谱分布，增强学生对不同模态气溶胶谱分布特征的形象认识，从而调动学生学习的积极性。
“大气气溶胶来源”相关内容可结合气溶胶单一类型源数值模式开展。如，通过编写沙尘和海盐等单一类型源数值模式估算沙尘和海盐产生通量，实践过程中可增强学生的动手能力，同时调动学生对气溶胶相关科研的认识和兴趣。此外，在对“大气气溶胶化学组分及其来源解析”的教学中，利用离子色谱监测仪气溶胶观测资料，教师课堂演示结合学生课后练习，加深学生对授课内容的理解，同时通过自身实践的成就感提高学生专业学习的兴趣[8，9]。
“气溶胶粒子动力学”相关章节理论性较强，涉及Strokes粒子层流运动、Brown扩散、聚合方程等内容，内容中的理论公式及其推导过程占了很大篇幅，在此情况下，要尽可能结合图形讲授相关公式内涵。如，不同尺度气溶胶粒子对应的聚合系数有较大差别，结合图形能更好地展现粒径尺度与聚合系数之间的关系。在介绍布朗扩散规律时，可对比学生比较熟悉的布朗运动，结合动画课件演示，加深学生对概念的理解。
课程对对流层和平流层气溶胶分布特征展开较详细介绍，结合目前地面和卫星遥感探测资料，全面介绍大气气溶胶垂直分布和全球及其区域分布特征。此外，还可以让学生参与编写和运行干沉降模式，量化评价气溶胶滞留时间和沉降通量特征。在平流层气溶胶中，结合典型的火山气溶胶事例讲授其特征，加深学生对理论知识内涵的把握，从而强化学生的学习效果。
此外，该课程还可对气溶胶光学特性讲授内容开展实践教学。如，可根据浊度仪、太阳光度计等探测资料，讲授单次散射反照率、后向散射系数、气溶胶波长指数等光学参量，使学生通过感性认识能很快掌握相关理论知识。还可以通过简单的一维辐射模式介绍，提高学生对气溶胶光散射与吸收过程的理解。
该课程可结合目前国际上的研究前沿，对大气气溶胶的气候效应开展实践教学。授课内容结合五次联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）评估报告相关内容进行讲授，讲授内容从课堂学习到动手实践，都可与相关研究课题联系起来，使学生在科学研究实践过程中培养专业综合素质，达到高校实践教学目标。研究过程中，各小组成员互相配合，团结合作，既能节省时间，又能高效地解决问题，还能体现每个成员的重要性，从而提升学生团队合作意识，培养学生团队合作精神。
该课程最后章节中，设置了“大气气溶胶的测量和分析技术”教学内容，章节内容全面开展实践教学，从气溶胶样品采集技术、气溶胶浓度测量技术、气溶胶化学组成测量分析方法以及气溶胶光学和遥感探测技术全面开展理论和实践相结合的教学模式，在气溶胶相关测量和分析技术理论知识指导下，开展气溶胶碰撞采样器、气溶胶粒子谱仪器操作、气溶胶光学参量观测等实践环节，使学生形成理性和感性认识，通过自己的亲身实践，增强学习的能动性，从而达到较好的学习效果。
四、小结与展望
本文全面介绍了《大气气溶胶》课程设置和各章节实践教学相关内容，通过气溶胶基础知识、气溶胶动力学、气溶胶光学等理论知识与实践教学相结合，对研究性学习的实践模式进行探索，以加强学生实践能力和理论知识应用能力为目标，培养学生学习兴趣的同时，提高教学质量。
在实践教学过程中，需要注意协调学生课堂和课后练习时间，实际参与的时间不宜过长，要保证学生既能动手实践，又能在有效的时间内完成。此外，还要及时对学生的实践效果进行评价，实践内容较多时，需要学生组成团队合作完成实践课程内容。此时要保证每个成员都能发挥自己的能力，做到各成员间的合作，建立合理的评价标准，让每个学生都感觉到公平合理，从而提高他们的学习积极性。
总之，本课程各章节教学内容都能与大气气溶胶相关科研资源配合开展实践性教学，使学生能更好地理解相关理论知识，增强学生对该学科的研究兴趣，为学生进一步开展气溶胶相关研究和工作奠定基础，达到高校专业课程的教学目标。
参考文献：
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