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光电前沿技术范文1
关键词：光通信；光电子器件；市场前景；技术；安全性能；使用寿命
一、光通信光电子器件的技术发展
作为光通信的核心部件，光器件与光电子器件的安全性能高，具有良好的市场应用前景。在这方面我国企业的研发和生产能力排在国际主流位置。我国企业生产的各种发光器件、光检测器件的芯片、组件和模块，各种光放大器，各种无源器件包括光衰减器、光可变衰减器（VOA）、光分支器件、DWDM/去复用器件、连接器、隔离器、滤光器、准直器、环形器、起偏器、色度色散补偿器、偏正模色散（PMD）补偿器、光分插复用器等，不仅提供给国内的设备制造企业，还出口到美国、日本和欧洲等发达国家和地区，在国际上享有一定知名度。光电子器件的发展主要经历了三代。第一代传统光电器件主要以气体激光器、反射镜等元件为主要代表。其中的光电系统主要是通过性能可靠地光电器件固定在大型的底盘上组成的。第二代主要是指微光电子器件，主要包括激光二极管、多模光纤等，通过对脉冲光电子器件体积的缩小，促使不同的微光电子器件按照一定的方式进行组装，形成可靠的系统，实际操作过程中的组装难度大。第三代光电子器件主要是指波分复用器、单模光纤、各种光纤放大器等。这些器件构成的光通信系统主要的特点是：（1）主要的理论基础是平面光波导，使用过程中可以利用磁光、热效应等对光信号进行有效地调制；（2）主要的加工工艺为集成化晶圆；（3）体积小、集成化程度高；（4）节能效果好，有利于实现产品的大规模生产[1]。
二、光通信光电子器件的市场前景
在未来的发展领域中，由各种光电子器件组成的光通信网络，包含着长距离干线网、各种环形区域网及终端接入网，可以广泛地应用于不同行业的网络建设中。像移动通信网、互联网、卫星通信网等专有网络，都对光通信网络的依赖程度高，需要相关的技术人员结合生产现场的实际概况，合理地构建光通信网络，为社会各行业生产力的不断提高奠定坚实的基础。在早期的光通信发展过程中，市场份额占据比例较大的是光缆，成本价格相对较高。在未来光通信光电子器件发展的过程中，在密集波分复用技术与全光交互网络的支持下，光缆的市场占有率将会逐渐地降低，电信业务与其它互联网业务在各种光电子器件的作用下将会逐渐地进入高速发展阶段，住宅小区的宽带业务也将不断地扩大。结合目前光通信光电子器件的发展现状，可知西方的一些信息技术发展速度较快的国家正在加快光纤到户的建设步伐。在具体的建设过程中，需要大量的光电子器件，为这些器件广泛地推广带来了重要的保障作用。现阶段很多质量可靠的光电子集成正在不断地渗入相关行业的生产过程中，像常见的集成光分路器、密集波分复用器、光电收发一体化模块等。这些集成器件业务范围的扩大，将会给光电子器件生产制造商带来更多的经济效益，也会推动光通信技术及光通信网络的快速发展。我国作为全球重要的网络通信市场，实际的光传输网络在实际的应用中取得了许多重要的成果，各种技术已经达到了世界领先水平。与此同时，我国的光通信光电子器件的生产规模正在不断地扩大。在未来的发展领域中，这些光电子器件将会广泛地应用于信息高速公路建设、城市环形城域网的配套升级工程建设过程中。在现代光通信网络的应用过程中，集成光电子器件将会发挥出更大的优势。这些方面的不同内容，客观地说明了光通信光电子器件良好的市场前景[2]。
结束语
做好光通信光电子器件的技术发展与市场前景的研究工作，可以为我国国民经济发展水平的不断提高带来重要的保障作用。目前光电子技术的应用范围正在不断地扩大，客观地体现了这种技术的先进性与适用性。因此，需要对光电子技术的相关内容进行深入地分析，从不同的方面对这种技术的市场前景进行必要地探讨，以便为相关的研究工作开展提供一定的参考依据。
参考文献
[1]孙莉丹.新时期光电子器件及其技术发展史研究[D].哈尔滨工业大学,2015,06:12-25.
光电前沿技术范文2
【关键词】 光纤通信 技术特点 发展趋势
一、光纤通信技术的特点
1.1 通信容量大
由于光纤通信使用的光波具有很高的频率，因此光纤通信具有很大的通信容量。目前实用水平为每对光纤传输480000多路电话信号，比同轴电缆3600路的通信容量大得多。
1.2 损耗低，中继距离长
由于光纤的衰减很低，所以能够实现很长的中继距离。目前，实际使用的光纤是石英光纤，和目前使用的其他传输介质相比损耗是最低的，最大中继距离可达200km以上。如果将来使用非石英介质的极低损耗光纤，理论上传输的损耗还可以降到更低的水平，则光纤通信系统的中继距离可以达到数千、甚至数万千米。
1.3 抗电磁干扰能力强，传输质量佳
石英有很强的抗腐蚀性，而且绝缘性好。它还有一个重要的特性就是抗电磁干扰的能力很强，不受外部环境的影响，也不受人为架设的电缆等干扰。这一点对于在强电领域的通信应用特别有用，而且在军事上也大有用处。
1.4 信号串扰小，保密性能好
在电波传输的过程中，电磁波的传播容易泄露，保密性差。而光波在光纤中传播，不会发生串扰的现象，保密性强。
二、光纤通信技术的发展趋势
光通信技术作为一种新兴的通信技术，具有广阔的发展前景和强大的生命力。目前学术界的研究工作主要集中在以下几个方面：
（1）超大容量、超长距离传输技术。
波分复用技术。波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量，目前1.6Tbit /s的WDM 系统已经投入使用，同时全光传输距离也在大幅扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用（OTDM）技术，OTDM技术是通过提高单信道速率来提高传输容量，其实现的单信道最高速率达640Gbit/s。仅靠OTDM 和WDM 来提高光通信系统的容量毕竟有限，可以把多个OTDM信号进行波分复用，从而大幅提高传输容量。偏振复用（PDM）技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零（RZ）编码信号在超高速通信系统中占空较小，降低了对色散管理分布的要求，且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散（PMD）的适应能力较强，因此现在的超大容量WDM/OTDM通信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM/OTDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM通信系统的关键技术中。
（2）光孤子通信。
光孤子是一种特殊的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无畸变的通信。
（3）全光网络的发展。
未来的高速通信网将是全光网络。全光网络是光纤通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段。传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍采用电器件，限制了目前通信网干线总容量的进一步提高。随着光放技术的发展，超长距离的光域传输已经没有障碍，以自动交换光网络（ASON）为代表的光交换技术使得业务的上下和交换可以在光域进行，而无源光网络（PON）技术使得城域网的接入层最终可以实现光纤化。全光网络以光节点代替电节点，节点之间也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由。目前，全光网络的发展仍处于初期阶段，但它已显示出了良好的发展前景。从未来的应用来看，光网络将向着服务多元化和资源配置的方向发展。
（4） 光纤通信技术的智能化。
随着业务需求的多样化和IP化，光纤通信的发展不仅要突破距离的限制，更要向智能化迈进。对于日益庞大的传输容量和日益繁忙的调度需求，随着光纤网络建设规模的不断扩大，网络的安全性、高效性、复杂性都对网络的管理维护提出了很高的要求，基于密集波分复用（DWDM）的光传送网（OTN）技术、适应下一代网络（NGN）的自动交换光网络（ASON）技术，正是为了适应未来的智能光网络（ION）的需要而得到飞速的发展。
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关键词：光纤通信技术特点发展趋势光纤链路现场测试
1光纤通信技术
光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。光纤由内芯和包层组成，内芯一般为几十微米或几微米，比一根头发丝还细；外面层称为包层，包层的作用就是保护光纤。实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。由于玻璃材料是制作光纤的主要材料，它是电气绝缘体，因而不需要担心接地回路；光波在光纤中传输，不会发生信息传播中的信息泄露现象；光纤很细，占用的体积小，这就解决了实施的空间问题。
2光纤通信技术的特点
2.1频带极宽，通信容量大。光纤的传输带宽比铜线或电缆大得多。对于单波长光纤通信系统，由于终端设备的限制往往发挥不出带宽大的优势。因此需要技术来增加传输的容量，密集波分复用技术就能解决这个问题。
2.2损耗低，中继距离长。目前，商品石英光纤和其它传输介质相比的损耗是最低的；如果将来使用非石英极低损耗传输介质，理论上传输的损耗还可以降到更低的水平。这就表明通过光纤通信系统可以减少系统的施工成本，带来更好的经济效益。
2.3抗电磁干扰能力强。石英有很强的抗腐蚀性，而且绝缘性好。而且它还有一个重要的特性就是抗电磁干扰的能力很强，它不受外部环境的影响，也不受人为架设的电缆等干扰。这一点对于在强电领域的通讯应用特别有用，而且在军事上也大有用处。
2.4无串音干扰，保密性好。在电波传输的过程中，电磁波的传播容易泄露，保密性差。而光波在光纤中传播，不会发生串扰的现象，保密性强。除以上特点之外，还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设；光纤的原材料资源丰富，成本低；温度稳定性好、寿命长。正是因为光纤的这些优点，光纤的应用范围越来越广。
3不断发展的光纤通信技术
3.1SDH系统光通信从一开始就是为传送基于电路交换的信息的，所以客户信号一般是TDM的连续码流，如PDH、SDH等。伴随着科技的进步，特别是计算机网络技术的发展，传输数据也越来越大。分组信号与连续码流的特点完全不同，它具有不确定性，因此传送这种信号，是光通信技术需要解决的难题。而且两种传送设备也是有很大区别的。
3.2不断增加的信道容量光通信系统能从PDH发展到SDH，从155Mb/s发展到lOGb/s，近来，4OGB/s已实现商品化。专家们在研究更大容量的，如160Gb/s(单波道)系统已经试验成功，目前还在为其制定相应的标准。此外，科学家还在研究系统容量更大的通讯技术。
3.3光纤传输距离从宏观上说，光纤的传输距离是越远越好，因此研究光纤的研究人员们，一直在这方面努力。在光纤放大器投入使用后，不断有对光纤传输距离的突破，为增大无再生中继距离创造了条件。
3.4向城域网发展光传输目前正从骨干网向城域网发展，光传输逐渐靠近业务节点。而人们通常认为光传输作为一种传输信息的手段还不适应城域网。作为业务节点，既接近用户，又能保证信息的安全传输，而用户还希望光传输能带来更多的便利服务。
3.5互联网发展需求与下一代全光网络发展趋势近年来，互联网业发展迅速，IP业务也随之火爆。研究表明，随着IP业的迅速发展，通信业将面临“洗牌”，并孕育着新技术的出现。随着软件控制的进一步开发和发展，现代的光通信正逐步向智能化发展，它能灵活的让营运者自由的管理光传输。而且还会有更多的相关应用应运而生，为人们的使用带来更多的方便。综上所述，以高速光传输技术、宽带光接入技术、节点光交换技术、智能光联网技术为核心，并面向IP互联网应用的光波技术是目前光纤传输的研究热点，而在以后，科学家还会继续对这一领域的研究和开发。从未来的应用来看，光网络将向着服务多元化和资源配置的方向发展，为了满足客户的需求，光纤通信的发展不仅要突破距离的限制，更要向智能化迈进。
4光纤链路的现场测试
4.1现场测试的目的对光纤安装现场测试是光纤链路安装的必须措施，是保证电缆支持网络协议的重要方式。它的目的在于检测光纤连接的质量是否符合标准，并且减少故障因素。
4.2现场测试标准目前光纤链路现场测试标准分为两大类：光纤系统标准和应用系统标准。①光纤系统标准：光纤系统标准是独立于应用的光纤链路现场测试标准。对于不同的光纤系统，它的标准也不同。目前大多数的光纤链路现场检测应用的就是这个标准。②光纤应用系统标准：光纤应用系统标准是基于安装光纤的特定应用的光纤链路现场测试标准。这种测试的标准是固定的，不会因为光纤系统的不同而改变。
4.3光纤链路现场测试光纤通信应用的是光传输，它不会受到磁场等外界因素的干扰，所以对它的测试不同于对普通的铜线电缆的测试。在光纤的测试中，虽然光纤的种类很多，但它们的测试参数都是基本一致的。在光纤链路现场测试中，主要是对光纤的光学特性和传输特性进行测试。光纤的光学特性和传输特性对光纤通信系统对光纤的传输质量有重大的影响。但由于光纤的特性不受安装的影响，因此在安装时不需测试，而是由生产商在生产时进行测试。
4.4现场测试工具①光源：目前的光源主要有LED（发光二极管）光源和激光光源两种。②光功率计：光功率计是测量光纤上传送的信号强度的设备，用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。在光纤系统中，测量光功率是最基本的。光功率计的原理非常像电子学中的万用表，只不过万用表测量的是电子，而光功率计测量的是光。通过测量发射端机或光网络的绝对功率，一台光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定光源组合使用，组成光损失测试器，则能够测量连接损耗、检验连续性，并帮助评估光纤链路传输质量。③光时域反射计：OTDR根据光的后向散射原理制作，利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等。从某种意义上来说，光时域反射计(OTDR)的作用类似于在电缆测试中使用的时域反射计（TDR），只不过TDR测量的是由阻抗引起的信号反射，而OTDR测量的则是由光子的反向散射引起的信号反射。反向散射是对所有光纤都有影响的一种现象，是由于光子在光纤中发生反射所引起的。
虽然目前光通信的容量已经非常大，但仍有大量应用能力闲置，伴随着社会经济和科学技术的进一步发展，对信息的需求也会随之增加，并会超过现在的网络承载能力，因此我们必须进一步努力研究更加先进的光传输手段。因此，在经济社会发展的推动下，光通信一定会有更加长久的发展。
参考文献：
[1]王磊，裴丽.光纤通信的发展现状和未来[J].中国科技信息.2006.(4).
[2]何淑贞，王晓梅.光通信技术的新飞跃[J].网络电信.2004.(2).
光电前沿技术范文4
机电一体化技术可以将其理解为机械电子技术同计算机技术的深层结合，随着相关领域技术的不断发展完善，将微控电子技术、信息技术和自动化等技术集于一身的一种新型技术。根据相关理论研究可以将其理解为结合系统功能特性，对各个部分组成要素进行全面整体的研究，将其有机的结合，能够有效的进行工作的开展，系统中信息流动对微电子系统程序的控制，进而形成有规律的物质和能量运动形式。高精度、高质量以及低能耗的多种技术集合形式，多种功能复合的系统工程技术。
2机电一体化发展进程
2.1微电子技术发展我国对于机电一体化的研究起始于上个世纪八十年代，同西方国家相比，发展较晚，并且尚未形成科学合理的引导机制。在机电一体化发展之前，我国的集成电子技术刚刚起步，至今半个世纪之久，形成了较为完善的理论体系和实践经验。微电子技术中包括对产品的设计、生产制造以及对产品的再加工为一体的体系结构。21世纪是电子时代，现代化的微电子技术发展基础是我国对于集成电路的研究和完善，形成较为科学全面的系统。同以往的传统技术工艺相比，现代化微电子技术广泛应用在各个行业领域，诸如数控机床的发展汽车制造业的电子技术应用，促进了汽车制造行业的革命创新。我国目前汽车制造行业技术水准已经逐步赶超西方国家，达到国际汽车制造的标准，形成现代化汽车制造产业创新。
2.2数控机床发展数控机床技术起源较早，是在上个世纪中期的美国诞生，同我国建国时间相差无几、尽管数控机床技术在上个世纪中期就已经在美国诞生，但是由于当时历史局限性和技术条件的限制，并未能广泛应用在各个行业领域。直到上个世纪七八十年代，全球经济呈稳步发展趋势，世界各国之间的经济往来愈加密切，数控机床技术的突出作用才逐渐被各个行业发现，并投入大量资金予以建设。由此，数控机床技术才真正的得到发展，并呈现快速增长态势，应用在各个领域上。
2.3可编程序控制器应用上个世纪六十年代末期可编程控制器首次尝试应用在工业生产控制方面，尽管技术还不够成熟，但为可编程控制器发展完善提供了实践经验和理论基础。随后，美国在此基础上创新研发了一种更为完善的编程控制器，在汽车制造行业进行应用研究。其自身显著的优势被逐步开发，对其设计研究投入大量资金，在汽车行业得到广泛应用。针对汽车行业应用的典型事例，其他行业争相将其应用在工业生产领域，极大的推动产业结构升级。
2.4信息技术等新技术的结合随着社会的发展和科学技术的进步，各种创新技术不断涌现，信息技术以及激光等技术以其自身独有特质受到各个行业领域的追捧，并广泛将其应用在生产中。光电技术作为时代前沿创新技术的代表，其融合了多种技术为一体，应用在不同的行业领域。
3机电一体化智能化发展趋势
机电一体化经过多年的发展完善，融合了较为前沿的技术，不断的创新朝着智能化发展。其智能化是通过智能系统对生产过程的操控和生产过程所产生的信息进行收集整理，对信息数据进一步分析，促使整个机电一体化系统能够保持最为完整状态。其模仿人类智能的一种操控系统，运用大量的相关知识来解决问题，以一种类似人类思想的方法对收集的信息进行分析和学习。机电一体化未来发展方向必然朝着更为智能方向发展，对于智能技术的开发应用得到各个行业人士的重视，目前机电一体化的智能化系统手段相互联系，协调来保持系统的正常运行。可以看出，智能化是机电一体化新时期发展的必然选择，将其应用在各个行业领域，能够较好的提升工作效率，推动产业发展。
4结论
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关键词传感器；轨道检测；线路养护
中图分类号：U213.2文献标识码：A 文章编号：
一、系统组成及功能
轨道几何状态检测系统主要由模拟信号处理系统和数字信号处理系统两部分组成。模拟信号处理系统由各路传感器、信号处理装置和信号处理单元、功率放大装置、调制/解调器和电源等组成。数字信号处理系统由数据采集和处理计算机、数据应用计算机、网络打印机、交换机等组成。
轨道几何检测系统的基本工作原理为各种传感器将需要检测的位移、速度、加速度等物理量转换为相应的电模信号，通过信号转接及监视单元输入到信号处理单元。信号处理单元将信号放大和模拟滤波处理后再经过信号转接及监视单元输入到数据采集和处理计算机。该计算机对输入模拟信号进行A/D模数转换、存储、数字滤波、修正以及补偿处理，然后经过综合运算，合成得到所需轨道几何参数，并在其显示器上实时显示轨道几何波形图。另外，轨道集合状态参数通过网络传输给数据应用计算机，由该计算机将轨道几何参数及超限数据存放到数据库中，同时显示轨道几何波形，或显示超限数据并可对超限数据进行编辑。最后，可由网络打印机打印出轨道集合参数的超限数据报表或波形图。
二、各种传感器
1、传感器的安装位置
轨道几何检测系统共有21个传感器，主要技术参数（见图1），车体底板上安装有1,2,5,6,7,11,12,13,14共9个传感器。车体与构架间安装有8,9,10共3个传感器，第四轴的轴箱上方的构架安装有3,4共2个传感器，车体尾部转向架上安装有17共1个传感器，车体尾部横向检测梁上安装有15,16,18,19,20,21共6个传感器。
图1：传感器的主要技术参数
2、传感器的标定
2.1轨距
① 调整左（右）轨距位移计的零点与增益。
A． 关闭轨距伺服电源开关，将光电传感器移到伺服机构的中心位置，监测LCAL（ RCAL）板的TP1，调整R3直至监测得的电压值为0.0±0.005伏。在此基础上将光电传感器向里或向外移动50mm。
B． 监测LCAL（RCAL）板的TP1，调整R1直至监测的电压值为4.0±0.005伏。
C． 重复几次上述过程，做进一步确认。
② FIELD STOP位调整
将左（右）光电传感器移到伺服机构的最外侧，调整GF板的R2（R4）直到FIELD STOP指示灯D1（D3）点亮。再使R2（R4）多转1/2圈。
③ GAGE STOP位调整
将左（右）光电传感器向里移动，同时监测PATCH PANEL的B-14(B-16)处电压值，直至电压值达到-1.5V为止（位移计设在-1.5V）。调整GF板的R1（R3）直至GAGE STOP指示灯D2（D4）点亮，再使R1（R3）多转1/2圈。将伺服托架保持在GAGE STOP位置以便进行下一步标定。
④ 提起位置调整
监测LCAL（RCAL）的TP2，调整R2直至监测的电压值为0.0±0.005伏。
⑤ 将峰峰1.5V、频率1Hz的正弦波分别加到左右误差放大板中，分别让左右伺服机构以正弦波运动起来，用示波器观察LGDT和RGDT波形，波形光滑无异常，证明LGDT和RGDT传感器没有问题。
⑥ 调节LHKAM和RHKAM通道的零点，使左右轨距光点处于合适的高度。
⑦ 轨距标定检查
2.2左高低拉弦位移计
①把一短路插头插入到PATCH PANEL A排LPDT处。
②监测PATCH PANEL D-8处的输出，调整LPDT板上的R2直至监测电压值为0.000±0.005伏。
③把短路插头从PATCH PANEL的短路插头处去掉。
④将拉弦拉远50mm之后，监测PATCH PANEL上D-8处的输出，调整LPDT板上的R1直至监测电压差值为4.00±0.10伏。
⑤记录LPDT的输出。
初始值（v） 缩回50mm后的测量值（v） 差值（v）
0.380 -3.632 4.012
2.3、右高低拉弦位移计
①把一短路插头插入到PATCH PANEL A排RPDT处。
②监测PATCH PANEL D-9处的输出，调整RPDT板上的R2直至监测电压值为0.000±0.005伏。
③把短路插头从PATCH PANEL的短路插头处去掉。
④将拉弦拉远50mm之后，监测PATCH PANEL上D-9处的输出，调整RPDT板上的R1直至监测电压差值为4.00±0.10伏。
⑤记录RPDT的输出。
初始值（v） 缩回50mm后的测量值（v） 差值（v）
0.11 -3.87 3.98
三、结语
传感器作为现在科技的前沿技术，被认为是现代信息技术的三大支柱之一，也是国内外公认的最具有发展前途的高科技技术产业和朝阳产业，随着时代进步和发展，传感器的应用已经普及到各行各业。其在轨检系统中的应用也是城市轨道交通中不可或缺的，是保障行车安全、平稳、舒适和指导轨道养护维修的重要工具。根据轨检车的记录,可以发现轨道平顺状态不良的地点,以便采取紧急补修或限速措施，并确定应进行计划维修的里程段落，编制维修作业计划。此外，根据轨检车的记录也可评定轨道的养护水平和整修作业质量。
参考文献：
（1） 中国铁道科学研究院基础设施检测研究所.南京地铁网轨检测车轨检系统原理说明.
（2） 吴建平.《传感器的原理及应用》.机械工业出版社.2009.1.
（3） 党安明.《传感器与检测技术》.北京大学出版社.2011.8.
光电前沿技术范文6
关键词：物理光学；应用光学；教学实践；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）21-0077-02
“物理光学与应用光学”是信息光学的重要技术基础，是电子信息科学与技术专业的学科基础课。物理光学从光的电磁理论出发讲述了光在各向同性介质、各向异性介质中的传播规律，光的干涉、衍射、偏振特性。应用光学不涉及光的波动本性，以光的直线、独立传播、折射、反射等实验定律为基础，研究受限光束的成像，特殊光电传播过程的规律；在光学系统中进行光路追迹，研究光学系统成像特性、应用及初步设计。通过“物理光学与应用光学”课程的学习不仅使学生建立起有关光的电磁理论的完整体系，能够运用光的电磁理论分析光的波动性、光在不同介质（包括物理光学元件和几何光学元件）中的传播和控制问题，能够解决光电工程中的基本光学技术问题；同时还能使学生了解现代光学的发展和前沿，以及在光电技术中的应用；为“光电子技术”“激光原理”“光纤通信”等后续课程的学习打下基础。因此，“物理光学与应用光学”课程是“现代光电子”“光学信息处理”“光纤通信”“光电传感技术”等课程的重要基础理论课程，也是光通信、光电子、光信息、光学工程类专业的考研课程。
一、“物理光学与应用光学”课程的内容及特点
内蒙古工业大学电子信息科学与技术专业从2006级学生开始开设“物理光学与应用光学”课，其内容包括：光在各向同性介质、各向异性介质中的传播规律，光的干涉、光的衍射，几何光学基础，理想光学系统，光学系统的象差基础，光学仪器等。从教学中发现学生学习该课程时感到很吃力，通过调查发现主要因为以下几个方面：一是由于中学的光学知识少而简单，与大学“物理光学与应用光学”知识跨度很大；二是物理光学部分涉及到的理论用到的数学知识太难；三是应用光学部分概念、公式多且抽象难记；四是本课程数学公式推导繁杂使学生望而生畏，难以提起兴趣；五是内蒙古工业大学的“物理光学与应用光学”课程纯理论，无相应的实验；六是教材和课堂教学与实际应用、当今光学领域的前沿技术脱节，学生对光学的运用和前景感到迷茫。因此，加强对“物理光学与应用光学”基础课的教学研究、适应教学要求和学生学习要求，充分调动学生的学习积极性，提高教学质量十分必要。
二、教学内容及方法的改进
考虑到“物理光学与应用光学”课程的重要性，根据该课程理论性较强、概念较抽象的特点，为了提高学生学习“物理光学与应用光学”课程的积极性，从教学内容、教学方法、教学手段、教学课件、加强实践性教学环节等方面进行了调整。
第一，从教学内容上进行调整。自2007级学生开始，增加了ZEMAX光学设计软件的介绍。ZEMAX是一套综合性的光学设计仿真软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射、折射等光学模型，并结合优化、公差等分析功能。通过该部分内容的学习，学生能够初步设计出简单的单镜头及双单镜头，增强了学生的动手能力，可以适当辅助对概念的理解。
第二，在教学方法上进行适当调整。在物理光学部分适当减少繁杂的数学推导，注重物理思想的讲解；物理光学部分数学推导往往是繁杂、冗长和枯燥的，要耗费大量的课堂教学时间，而且容易使学生望而生畏。简化数学推导，以光学中的光学定律和物理问题为线索，让学生了解光学定律的适用范围可以提高学生的学习积极性。比如光的电磁理论部分菲涅耳公式的数学推导比较繁琐，而且公式难记，为此在教学中不要求学生掌握推导公式，而要求学生会用公式分析反射系数、透射系数及反射率、透射率与入射角和界面两边折射率的关系即可。在教学过程中注重对比，如在讲解迈克尔逊干涉仪、马赫泽德干涉仪及法布里干涉仪时，对三种干涉仪的工作原理及应用进行比较，学生掌握起来更容易；在讲解衍射问题时将单峰衍射、圆孔衍射、矩孔衍射及多缝衍射的实验装置，衍射图样的特点及亮暗条纹的位置，条纹宽度等对比讲解，学生在对比基础上理解记忆的效果更好。在几何光学的成像问题中，将单球面折射、球面反射及透镜的成像进行对比，包括成像公式、焦距的表达式及放大率的公式进行对比，在光学仪器部分将放大镜、显微镜及望远镜的放大率进行对比，这样更有利于学生对公式的理解记忆及应用。
第三，在课件制作上加入phy3D演示。如，讲解凸凹透镜的成像、球面镜的反射成像、玻璃球的成像在推导完成像公式时要进行相应部分的光路图的phy3D演示，这些演示可以任意改变物距、像距或焦距，学生能够直观地观察到这些系统在成像过程中物距、像距和焦距之间的关系，弥补了枯燥的单纯理论计算的缺点。再如，在讲述迈克尔逊干涉仪时通过3D演示，学生可以清楚地看到光的传播过程，通过调整两镜的距离及位置看到干涉图样的变化，有助于加强理解。光的衍射问题向来是学生理解的难点，通过phy3D的演示学生能够清楚地看到障碍物尺寸变化时衍射图样的变化。
第四，加强实践性教学环节。为了培养复合型的实用人才，要求学生必须具有一定的实际工作技能，以便走上工作岗位后能很快地适应工作环境。因此，为锻炼培养学生的实际操作能力，增强学生毕业后的工作适应性，教学中必须高度重视实践教学环节，而毕业设计正好能增强学生的光学设计水平，从而培养出既有理论又有实践水平的高级专门人才。自引入ZEMAX光学设计软件以来，物理系三届毕业生中已有七名学生用ZEMAX光学设计软件完成了毕业设计，且设计效果良好。
第五，改革考试内容和考试方法，命题从以知识立意为主转变为以能力立意为主，加强了概念题、应用题以及与图形结合的判断题，适当出一些开放题、讨论题；改变一卷定总评的情况，采取措施多元化测试学生的能力，比如将学生论文、平时作业成绩、期中考试成绩、期末考试的分数折算计入总评等，每次考试后都坚持进行分析评估，找出教学中的薄弱环节。
三、教学中还存在的问题及今后的计划
第一，“物理光学与应用光学”是内蒙古工业大学电子信息科学与技术专业的学科基础课，目前没有设置相应的专业实验，理论和实践有所脱节，加大了学生对理论理解的难度。
第二，没有将光学的最新发展融入教学。针对以上问题，一是应尽快引入演示实验，利用实验室现有的仪器设备进行演示；通过实验能使学生接触并使用一些典型的光学系统为学生后续专业课程的学习和今后的工作中利用或组合这些光学系统进行创造性工作打下基础。二是增加现代光学基础内容，将光学的最新发展和研究成果融入讲授内容，使学生能紧跟科技发展步伐，这样不但可以扩展学生的基础知识，还可以开阔学生的视野，激发学生的学习兴趣，同时可以使学生了解学科前沿的概况及其发展动态，进一步拓宽学生的知识面，使他们的知识结构更趋合理。三是教学内容的重点和难点应通过课前预留预习作业与课后作业的方式分解消化；上课时应针对重点和难点问题采用讨论式等多种教学手段，以培养学生的创新精神和自主学习的能力。四是充分利用现代信息技术手段，将传统教学手段和辅助教学方式相结合，提高教学效果。针对课堂教学的重点、难点，利用CAI课件、录像、网络资源等增加学生对知识的感性认识，帮助学生掌握教学内容。五是在完成基本教学任务的前提下，针对不同层次学生的需求，适当扩充一些知识，这样既可以巩固所学知识，还可以提高学生的动手动脑能力，为将来的就业打下一定的基础；对有志向考研的学生，可以提前给他们提供一些重点院校的考试真题，让他们有所准备，并能够根据自己的能力选择合适的院校，以免到了大四盲目选择考研院校。
以上是笔者从事“物理光学与应用光学”教学的一些体会、所做的改进与尝试以及下一步努力的方向，希望通过改革使“物理光学与应用光学”课程的教学质量有所提高。
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