導(dǎo)語：如何才能寫好一篇光學(xué)光電子概念，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：光電子技術(shù)；理論教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

Study on the teaching method in the optoelectronic technology course of electronic information engineering major

Luo Binbin, Zhao Mingfu, She Li, Zhou Dengyi, Cao Yang, Quan Xiaoli

Chongqing university of technology, Chongqing, 400054, China

Abstract: The importance of the optoelectronic technology course in electronic information engineering major is elaborated in this paper, and then according to author’s teaching experience of many years, the content, method and means of theoretical and experimental teaching of optoelectronic technology course in electronic information engineering major are discussed in details.

Key words: optoelectronic technology; theoretical teaching; experimental teaching

電子信息工程專業(yè)是一個(gè)包含電子科學(xué)技術(shù)、信息與通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)設(shè)計(jì)、研究、應(yīng)用與開發(fā)，電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的工程專業(yè)。當(dāng)代信息技術(shù)的高速發(fā)展離不開電子信息科學(xué)技術(shù)，但是當(dāng)今很多高端的信息技術(shù)成果融合了微電子學(xué)、光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)工程及通信工程等多門學(xué)科的交叉知識(shí)。而且，目前很多具有良好基礎(chǔ)的電子信息工程專業(yè)的學(xué)生在他們的碩士和博士階段，通常會(huì)選擇光電子技術(shù)的相關(guān)研究方向，而具備了良好電子學(xué)知識(shí)的學(xué)生更容易將電子學(xué)中的概念移植到光頻段中，如果在本科階段也修習(xí)了光電子技術(shù)這門基礎(chǔ)課程，那么在他們的深造階段將會(huì)更容易進(jìn)入光電子相關(guān)領(lǐng)域的課題研究。因此，電子信息工程專業(yè)的學(xué)生除了需要掌握本專業(yè)的課程知識(shí)以外，也應(yīng)該熟悉現(xiàn)代信息技術(shù)的其他相關(guān)知識(shí)，如光電子技術(shù)。然而根據(jù)筆者的調(diào)研，雖然目前很多重點(diǎn)大學(xué)及二本院校的電子信息工程專業(yè)都意識(shí)到光電子技術(shù)的重要性，但很少開設(shè)光電子技術(shù)這門課程。本文從光電子技術(shù)的研究?jī)?nèi)容、應(yīng)用及發(fā)展等方面說明其在電子信息工程專業(yè)教育中的重要性，并研討電子信息工程專業(yè)中的光電子課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

1 光電子技術(shù)簡(jiǎn)介

早在19世紀(jì)，人們就已經(jīng)用麥克斯韋(Maxwell)的經(jīng)典電磁理論對(duì)光的本質(zhì)進(jìn)行了研究，認(rèn)為光是波動(dòng)的電磁場(chǎng)，關(guān)于光的吸收和輻射，1917年愛因斯坦(Einstein)建立了系統(tǒng)的光電子學(xué)理論，使人們認(rèn)識(shí)了光的波粒二相性。但是直到20世紀(jì)60年代之前，光學(xué)和電子學(xué)仍然是兩門獨(dú)立的學(xué)科。1960年世界上第一臺(tái)激光器研制成功，這標(biāo)志著光學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新階段。隨后在對(duì)激光器和激光應(yīng)用的廣泛研究中，電子學(xué)發(fā)揮了重要的作用，光學(xué)和電子學(xué)的研究有了廣泛的交叉領(lǐng)域，形成了激光物理、非線性光學(xué)、波導(dǎo)光學(xué)等新學(xué)科。20世紀(jì)70年代以來, 由于半導(dǎo)體激光器和光纖技術(shù)的重要突破，推動(dòng)了以光纖傳感、光纖傳輸、光盤信息存儲(chǔ)與顯示、光計(jì)算以及光信息處理等技術(shù)的蓬勃發(fā)展，從深度和廣度上促進(jìn)了光學(xué)和電子學(xué)及其他相應(yīng)學(xué)科(數(shù)學(xué)、物理、材料等)之間的相互滲透，形成了一個(gè)邊緣的研究領(lǐng)域。光電子學(xué)一經(jīng)出現(xiàn)就引起了人們的廣泛關(guān)注，反過來又進(jìn)一步促進(jìn)了光電子學(xué)及光電子技術(shù)的發(fā)展。光電子技術(shù)包括光的產(chǎn)生、傳輸、調(diào)制、放大、頻率轉(zhuǎn)換和檢測(cè)以及光信息存儲(chǔ)和處理等。

因此，可以這么說，現(xiàn)代信息技術(shù)的支撐學(xué)科是微電子學(xué)和光學(xué)，光電子學(xué)則是由電子學(xué)和光學(xué)交叉形成的新興學(xué)科，對(duì)信息技術(shù)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。光電子技術(shù)是光頻段的電子技術(shù)，是電子技術(shù)與光學(xué)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，光電子技術(shù)是光電信息產(chǎn)業(yè)的支柱與基礎(chǔ)，涉及光電子學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等前沿學(xué)科理論，是多學(xué)科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術(shù)學(xué)科，其技術(shù)廣泛應(yīng)用于光電探測(cè)、光通信、光存儲(chǔ)、光顯示、光處理等高新技術(shù)光電信息產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，隨著生物醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)等新興學(xué)科的發(fā)展，其中的信息獲取手段對(duì)光電子技術(shù)的依賴程度越來越高，加快了這些學(xué)科之間的交叉融合，從而誕生了很多邊緣學(xué)科，比如生物光子學(xué)、光醫(yī)學(xué)等。

綜上所述，可見光電子技術(shù)在現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)中的重要地位，因此，光電子技術(shù)這門課程不僅是光學(xué)工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，也應(yīng)該作為電子信息工程專業(yè)的專業(yè)選修課程來開設(shè)。

2 光電子技術(shù)課程教學(xué)研究

2.1 光電子技術(shù)課程的理論教學(xué)

篇2

一、光電子的產(chǎn)生

金屬及其化合物在光的照射下釋放出電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)現(xiàn)象，釋放出來的電子叫光電子。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律必須用愛因斯坦光子理論解釋。在教學(xué)中經(jīng)常遇到學(xué)生提問：吸收光子的電子是金屬中的什么電子？是束縛電子還是自由電子？這個(gè)問題值得考慮。

吸收光子的電子應(yīng)該是金屬中的自由電子，而非束縛電子。分析如下，如果是束縛電子，根據(jù)能量守恒定律，其光電效應(yīng)方程應(yīng)為：

式中W是電子越過金屬表面時(shí)克服表面勢(shì)壘所做的功，E是束縛在某殼層上的電子電離出來所需的能量。實(shí)際上，許多金屬的逸出功的值約為2.0—7.0eV，比E的值要小得多，而和W相當(dāng)。例如銫的最低電離能約為3.9eV，其逸出功約為1.9eV，如用1.9—3.9eV的光子入能使銫產(chǎn)生光電效應(yīng)，而不能使銫的束縛電子電離。很顯然逸出的光電子并非是束縛態(tài)的電子。那么電子克服表面勢(shì)壘所做的功W與逸出的功的關(guān)系怎樣？在金屬表面附近，由于垂直于表面的晶體周期性中斷，作用在表面原子內(nèi)外兩側(cè)的力失去平衡，相應(yīng)的電子密度分布也發(fā)生變化，通過表面原子和電子自洽相互作用，使得表面原子和電子分布趨向新的平衡，在表面區(qū)出現(xiàn)電偶極層，電子穿越該層區(qū)逸出表面時(shí)要克服電場(chǎng)力做功。此功與逸出功的值正好相當(dāng)。

由上述可知，光電效應(yīng)中光電子是金屬中自由電子吸收了光子的能量而產(chǎn)生的。當(dāng)然，如果光子能量大于原子的電離能，則束縛電子也可以成為光電子。由于普通光電效應(yīng)中入射光子的能量并非很高，因此不可能使束縛電子逸出。如若電子能量過高，則會(huì)發(fā)生康普頓效應(yīng)而非光電效應(yīng)。因?yàn)椴煌軈^(qū)的光子與金屬發(fā)生相互作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的效應(yīng)。當(dāng)入射光子的能量較低時(shí)（hv10MeV)，光子可產(chǎn)生正負(fù)電子對(duì)；入射光子能量介于以上能區(qū)之間時(shí)，其能量的衰減主要取決于康普頓散射。

二、金屬的極限頻率

在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，每種金屬都存在一個(gè)極限頻率，當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時(shí)，不管入射光多強(qiáng)，都不會(huì)有光電子逸出；只有當(dāng)入射光的頻率高于極限頻率時(shí)，金屬才會(huì)發(fā)射光電子，產(chǎn)生光電效應(yīng)。

上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以用光子理論解釋。電子由金屬逸出，至少需做一定量的功W，稱為此金屬的逸出功。光照在金屬上。電子一次吸收一個(gè)光子的能量hv。如果hv

如果電子能夠?qū)⒐庾幽芰糠e聚起來，即電子吸收一個(gè)光子后待一段時(shí)間再吸收一個(gè)光子，或者一個(gè)電子能同時(shí)吸收兩個(gè)甚至更多個(gè)光子，則光子理論就無法解釋為什么會(huì)存在極限頻率。因?yàn)椋粋€(gè)光子的能量若小于逸出功，那么多個(gè)光子的能量總和可以高于逸出功，所以無論什么頻率的光都可以產(chǎn)生光電效應(yīng)，不可能出現(xiàn)極限頻率。

所謂電子積聚能量，是指電子獲得一個(gè)光子后，將能量保存下來，直到再吸收一個(gè)光子。事實(shí)上，當(dāng)電子吸收光子后，它的能量便高于周圍的電子和原子核而處于非熱平衡狀態(tài)。根據(jù)熱力學(xué)原理，不平衡系統(tǒng)會(huì)通過各種方式趨于平衡，電子便會(huì)把所得能量向四周圍粒子傳遞，實(shí)驗(yàn)證明，這個(gè)傳遞時(shí)間非常短，不超過10-8秒。而在這么短的時(shí)間內(nèi)電子再吸收一個(gè)光子的可能性究竟有多大呢？

一般光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)所用的光源是普通光源，普通光源其發(fā)光機(jī)制以自發(fā)輻射為主，光強(qiáng)較弱。我們不妨設(shè)入射光的強(qiáng)度為100瓦/厘米2（在普通光源中光強(qiáng)很高了），頻率為6.0×1014赫的光在10－8秒內(nèi)流過每平方厘米的光子數(shù)為：

個(gè)/厘米2

金屬原子間距離的數(shù)量級(jí)為10－8厘米，若每個(gè)原子提供一個(gè)電子的話，每平方厘米就有1016個(gè)電子，以電子能夠吸收到一個(gè)原子大小范圍內(nèi)的光子計(jì)算，則吸收到一個(gè)光子的概率是轉(zhuǎn)貼于

而在10－8秒內(nèi)一個(gè)電子連續(xù)吸收兩個(gè)光子的概率是(2.5×10-4)2=6.25×10-8

可見普通光源照射下的雙光子吸收概率是非常小的，以致于在實(shí)驗(yàn)中無法觀察到。那么，多光子吸收是否可能發(fā)生呢？回答是肯定的，但要在強(qiáng)光下的光電效應(yīng)中。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)用激光作光源進(jìn)行光電效應(yīng)時(shí)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了雙光子、三光子吸收。多光子吸收在理論上（非線性光學(xué)）已經(jīng)證明也是可以實(shí)現(xiàn)的。因此，對(duì)于光電效應(yīng)所得的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，特別是每種金屬存在極限頻率，以及愛因斯坦光電效應(yīng)方程等，都是在弱光（線性光學(xué)）范疇內(nèi)適用，而對(duì)強(qiáng)光（非線性光學(xué)）則不適用。即適用于單光子吸收情形，不適用雙光子或多光子吸收情形。

三、 光電流與光強(qiáng)

在高中物理教材中介紹光電效應(yīng)規(guī)律時(shí)，并未對(duì)光電流和光強(qiáng)這兩個(gè)概念作進(jìn)一步說明。尤其是光強(qiáng)。實(shí)踐表明：學(xué)生能否全面正確理解光電效應(yīng)規(guī)律，正確理解光電流與光強(qiáng)的概念是關(guān)鍵之一。

正因?yàn)槿绱耍虒W(xué)中向?qū)W生指明光電子仍是通常意義上的物體內(nèi)部的電子，只是由于受光的照射而激發(fā)出來才叫光電子。把由光電子在外電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的電流叫光電流。在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時(shí)，用頻率一定，強(qiáng)度不同的光照射，實(shí)驗(yàn)得到的是光電流的最大值（飽和光電流）按正比關(guān)系隨入射光強(qiáng)度增大而增大。因此教材中的“光電流強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比”，應(yīng)理解為入射光頻率一定時(shí)，飽和光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。

教材中沒有給出入射光強(qiáng)度的定義，我們可以借鑒聲強(qiáng)定義，給光強(qiáng)下個(gè)定義。按照光子的觀點(diǎn)，一束光實(shí)際上是一群以光速沿著光的傳播方向運(yùn)動(dòng)的光子流，每個(gè)光子的能量為hv，因而光強(qiáng)可定義為：?jiǎn)挝粫r(shí)間里垂直于光的傳播方向上的單位面積內(nèi)通過該面積的光子的能量總和。由此可知，單色光的光強(qiáng)公式為：I=Nhv。

式中N為單位時(shí)間內(nèi)通過垂直光傳播的方向上單位面積上的光子總數(shù)。據(jù)此，單色光的光強(qiáng)應(yīng)由光的頻率和光子的發(fā)射率兩個(gè)因素共同決定的。

當(dāng)光的頻率一定時(shí)，飽和光電流Im=ne（n為單位時(shí)間內(nèi)從金屬中逸出的光電子數(shù)，e為電子電量）與入射光強(qiáng)度成正比。入射光強(qiáng)度越大，單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)金屬表面的光子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)就越多。可見單位時(shí)間內(nèi)從金屬逸出的光電子數(shù)與入射光強(qiáng)度成正比。實(shí)際上，與入射光強(qiáng)成正比的正是單位時(shí)間內(nèi)從金屬中逸出的光電子數(shù)，而非光電流強(qiáng)度。

四、一個(gè)中學(xué)不宜討論的問題

在許多的資料中經(jīng)常出現(xiàn)如下問題：用強(qiáng)度相同、頻率不同的光分別照射同一金屬，比較相同時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)多少。

這個(gè)問題在中學(xué)不宜比較。

前文講到，光子與電子的作用結(jié)果有多種不同情況。例如，用紫光照射某金屬可發(fā)生光電效應(yīng)，如改用同強(qiáng)度的X射線照射，此時(shí)主要表現(xiàn)為康普頓效應(yīng)，而光電效應(yīng)幾乎可以忽略。因?yàn)閄射線光子能量遠(yuǎn)大于電子的束縛能，此時(shí)電子可視為自由電子，當(dāng)光子與這種電子作用時(shí)，電子只能獲得光子部分能量，變成反沖電子，很難發(fā)生光電效應(yīng)。

篇3

一、主要內(nèi)容

本章內(nèi)容包括光的直線傳播、棱鏡、光的色散、光的反射、光的折射、法線、折射率、全反射、臨界角、透鏡(凸、凹)的焦點(diǎn)及焦距、光的干涉、光的衍射、光譜、紅外線、紫外線、X射線、y射線、電磁波譜、光電子、光子、光電效應(yīng)、等基本概念，以及反射定律、折射定律、透鏡成像公式、放大率計(jì)算式，光的波粒二象性等基本規(guī)律，還有光本性學(xué)說的發(fā)展簡(jiǎn)史。

二、基本方法

本章涉及到的方法有：運(yùn)用光路作圖法理解平面鏡、凸透鏡、凹透鏡等的成像原理，并能運(yùn)用作圖法解題;根據(jù)透鏡成像規(guī)律，運(yùn)用邏輯推理的方法判斷物象變化情況。

篇4

Abstract： There is more emphasis on scientific research than teaching in current universities. In fact， teaching and research reinforceeach other. This article briefly analyzes the reasons why most universities focus on scientific research and underestimate teaching. Some methods on reinforcing teaching and research mutually are provided based on teaching of optoelectronics-related courses in Huaihai Institute of Technology. Initial teaching results show several methods on integrating scientific research into teaching can improve the training of the talents of the photoelectric information technology. Meanwhile， the teaching process has brought a lot of inspiration to the teachers' scientific research. To a certain extent， we obtain the improvement on scientific research and teaching at the same time.

關(guān)鍵詞：教研相長(zhǎng)；方法；例子；光電子類課程

Key words： reinforcing teaching and research mutually；methods；example；optoelectronics-related courses

中圖分類號(hào)：G640 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2015）30-0172-02

0 引言

中國近代力學(xué)之父、著名的科學(xué)家錢偉長(zhǎng)院士在談?wù)摻虒W(xué)與科研的關(guān)系時(shí)說：“大學(xué)必須拆除教學(xué)與科研之間的高墻，教學(xué)沒有科研做底蘊(yùn)，就是一種沒有觀點(diǎn)的教育，沒有靈魂的教育。”教學(xué)是科研的前提和基礎(chǔ)條件，科研是提高教育質(zhì)量和層次的關(guān)鍵，二者相互支撐、相輔相成。但是，當(dāng)前對(duì)于大部分高校來說，教學(xué)和科研之間存在的主要問題在于過于重視科研。本文首先簡(jiǎn)單分析造成這種重科研、輕教學(xué)的原因，然后以淮海工學(xué)院電子工程學(xué)院的光電子類課程教學(xué)為例初步探討教研相長(zhǎng)的具體實(shí)現(xiàn)途徑。相應(yīng)的研究成果可以在其他工科專業(yè)教師中推廣，以幫助他們?cè)诮虒W(xué)方面和科研方面都取得好的效果。

1 重科研、輕教學(xué)原因分析

目前造成大部分高校重科研、輕教學(xué)的原因是多方面的，大致可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

1.1 與大學(xué)教師所處的大環(huán)境有關(guān)

“目前社會(huì)上有很多人認(rèn)為，我國高校和世界一流大學(xué)的差距主要是科研水平低、師資差。包括時(shí)下流行各種“高校排行榜”，也多以科研為主要指標(biāo)”[1]，而教學(xué)的實(shí)際效果對(duì)于學(xué)校的綜合排名則無足輕重。如，時(shí)下流行的“武書連2015中國734所大學(xué)教師學(xué)術(shù)水平排行榜”[2]。那些科研搞得好、綜合排名靠前的高校，其知名度也高。在這種情況下，高校為了自身的生存與發(fā)展，學(xué)校投入大量人力、財(cái)力力爭(zhēng)在科研上有所突破。作為高校一分子的大學(xué)教師自然也不可能置身世外。

1.2 與我國現(xiàn)行的職稱評(píng)審制度有關(guān)

目前我國大學(xué)教師的職稱評(píng)審，實(shí)際上主要依據(jù)的是科研， 包括有沒有科研論文、論著，有沒有科研立項(xiàng)和科研成果。如評(píng)講師、副教授、教授要多少篇論文，什么級(jí)別的論文，論著要有多少字，什么級(jí)別的立項(xiàng)和成果等。教學(xué)在職稱評(píng)審中雖然也受重視，作了許多規(guī)定，但大都顯得籠統(tǒng)模糊，而且缺乏可操作性。教學(xué)水平的高低和教學(xué)效果的好壞對(duì)教師職稱的評(píng)審幾乎沒有什么影響。

1.3 與學(xué)校的實(shí)際情況有關(guān)

有一部分教師，尤其是青年教師，幾乎很少主持或參與科研工作，這在淮海工學(xué)院非常普遍。不參與科研工作則容易造成理論與實(shí)踐脫節(jié)，除了不能提高自己的科研能力，也不利于教學(xué)能力和教學(xué)效果的提高[3]。這其中部分原因是由于這些教師教學(xué)任務(wù)繁重，還有一些承擔(dān)行政工作；同時(shí)沒有良好的科研團(tuán)隊(duì)，形不成一個(gè)良好的科研氛圍，而不能提供有效的科研條件讓他們從事科研工作。

上述幾種情況造成科研與教學(xué)分離，更難做到相輔相成，共同進(jìn)步。作為一名普通的高校教師，自然無法去改變整個(gè)社會(huì)的大環(huán)境，也無法撼動(dòng)現(xiàn)有的職稱評(píng)審制度，但從大學(xué)教師的自身職責(zé)來看，我們不僅需要承擔(dān)教書育人的工作，還需要承擔(dān)一定的科研任務(wù)。同時(shí)做好科研與教學(xué)是每一位高校教師的職責(zé)所在。因此教學(xué)和科研孰重孰輕，如何處理好教學(xué)工作和科研工作的關(guān)系以及如何把自己的科研和教學(xué)很好地結(jié)合，對(duì)于教師自身非常重要。

2 教研相長(zhǎng)途徑初步探索

本節(jié)從普通高校教師角度出發(fā)，探索如何處理好教學(xué)與科研之間的關(guān)系，如何把科學(xué)研究應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐，以做到教研相長(zhǎng)。下面分別從專業(yè)建設(shè)、人才培養(yǎng)及教師的教學(xué)和科研能力提高三個(gè)方面，以淮海工學(xué)院電子工程學(xué)院光電子類課程教學(xué)為例探討教學(xué)相長(zhǎng)的方法和途徑。

2.1 專業(yè)建設(shè)方面

目前淮海工學(xué)院電子工程學(xué)院的電子科學(xué)與技術(shù)、測(cè)控技術(shù)與儀器等專業(yè)僅有7年的歷史，雖已初具規(guī)模，但課程體系與專業(yè)建設(shè)仍需進(jìn)一步完善和優(yōu)化。以光波為信息載體的檢測(cè)、控制技術(shù)、儀器系統(tǒng)、精密測(cè)試等內(nèi)容是電子科學(xué)與技術(shù)、儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科中的重要內(nèi)容。

根據(jù)相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域教師的科研基礎(chǔ)，本課題組首先對(duì)電子工程學(xué)院的光電子類課程（光電子技術(shù)基礎(chǔ)、光電傳感與檢測(cè)技術(shù)、光纖通信技術(shù)等）實(shí)施了教改研究，包括課程體系與教學(xué)大綱完善，加深了理論與實(shí)踐的結(jié)合，即將教師的科研新成果融入理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并利用教師科研條件進(jìn)行直觀教學(xué)，這樣既培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手能力，也促進(jìn)了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)學(xué)習(xí)的興趣。

如，電子工程學(xué)院建有自適應(yīng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室，是相關(guān)任課教師的科研平臺(tái)。自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)是一門可以讓光波適應(yīng)外界變化而被能動(dòng)控制的技術(shù)，也可以理解為光學(xué)中的自動(dòng)化技術(shù)，集科學(xué)性和工程性為一體。相關(guān)專業(yè)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過自動(dòng)控制原理，對(duì)常規(guī)的液位、流量等過程控制非常熟悉，但對(duì)“光波”這樣一個(gè)看得見摸不著的物理現(xiàn)象該如何完成控制呢？學(xué)生們非常好奇。通過分批次帶領(lǐng)相關(guān)專業(yè)學(xué)生親自動(dòng)手完成光電成像校正實(shí)驗(yàn)，學(xué)生既加深了對(duì)光信號(hào)傳輸、光電信息轉(zhuǎn)換及光電檢測(cè)等方面知識(shí)的理解，又鞏固和拓展了以前學(xué)習(xí)的自動(dòng)控制相關(guān)理論知識(shí)的應(yīng)用，學(xué)習(xí)到了教材中沒有學(xué)到的內(nèi)容，進(jìn)一步擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面，學(xué)生反饋非常好。

對(duì)于一些不具備實(shí)驗(yàn)條件的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，由于實(shí)驗(yàn)條件比較苛刻，部分光電現(xiàn)象在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中不明顯，難以觀察；另外也因?yàn)閷?shí)驗(yàn)儀器有限，學(xué)生無法通過實(shí)驗(yàn)觀察到所有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。針對(duì)這種現(xiàn)狀，利用了科研過程中獲得的數(shù)值仿真能力，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)。

2.2 人才培養(yǎng)方面

通過科研與教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，提高高等學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量，從而培養(yǎng)出新形勢(shì)下的“綜合型、應(yīng)用型”人才。注重因材施教，將學(xué)有所長(zhǎng)的學(xué)生引入到教師的科研項(xiàng)目中。通過教學(xué)改革，重點(diǎn)突出相關(guān)專業(yè)中的光電檢測(cè)方法、光電系統(tǒng)研制與工程應(yīng)用的能力培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力與創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，使之成為應(yīng)用型和創(chuàng)新型高級(jí)人才。在這個(gè)過程當(dāng)中，學(xué)生除了實(shí)踐書本知識(shí)外，還能在科研小組中學(xué)會(huì)分工及團(tuán)隊(duì)協(xié)作，為將來攻讀研究生或進(jìn)入相關(guān)企業(yè)累積經(jīng)驗(yàn)。

本課題組已承擔(dān)和參與國家及省市級(jí)科研項(xiàng)目多項(xiàng)，通過光電檢測(cè)和光電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，已有相關(guān)專業(yè)的多名學(xué)生主動(dòng)要求參與到教師的科研項(xiàng)目中來。喜歡編程的學(xué)生讓他們完成實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軟件建設(shè)，喜歡擺弄光電子器件的學(xué)生讓他們完成硬件平臺(tái)的搭建，愛動(dòng)腦筋的學(xué)生讓他們直接參與到教師科研課題的實(shí)驗(yàn)，和相關(guān)教師一起分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題并解決它們。通過相關(guān)科研項(xiàng)目的訓(xùn)練，將科研滲透到教學(xué)內(nèi)容中，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力、創(chuàng)新精神以及科研素養(yǎng)。

在2013-2015期間，多名相關(guān)專業(yè)學(xué)生有了參與教師科研項(xiàng)目的經(jīng)歷之后，積極申報(bào)各級(jí)創(chuàng)新項(xiàng)目。目前，已有多個(gè)光電子之創(chuàng)新項(xiàng)目獲得校內(nèi)立項(xiàng)。同時(shí)，淮海工學(xué)院電子工程學(xué)院已有多名畢業(yè)生進(jìn)入光電專業(yè)研究生階段的學(xué)習(xí)，如太原理工大學(xué)物電學(xué)院、中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所等，開始了他們?nèi)松碌钠隆?/p>

2.3 提升教師教學(xué)與科研能力方面

教師一方面通過專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)、關(guān)注本領(lǐng)域最新研究成果來提高自身業(yè)務(wù)能力，又通過教學(xué)工作，學(xué)習(xí)最新研究成果并有意識(shí)地積累未知問題、認(rèn)真思考教學(xué)過程中學(xué)生所提出的疑問，進(jìn)一步激發(fā)科研熱情，并幫助了科研選題。

教學(xué)內(nèi)容的主體是“基本理論、基本知識(shí)、基本技能”，但是，課堂教學(xué)除了圍繞基本理論和概念進(jìn)行外，還要注重科研成果和科技最新發(fā)展動(dòng)態(tài)的滲透。讓學(xué)生了解學(xué)科前沿的概況及其發(fā)展動(dòng)態(tài)，開闊視野，啟迪思維，進(jìn)一步拓寬學(xué)生的知識(shí)面。并且使學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)到，基礎(chǔ)知識(shí)不僅僅是概念理論和公式，更是實(shí)際應(yīng)用中的產(chǎn)品和解決實(shí)踐問題的手段，以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)使學(xué)生更容易接受抽象的理論知識(shí)。

如，教師分別在每學(xué)期開始和結(jié)束時(shí)舉辦了激光和光電子領(lǐng)域的最新研究成果或相關(guān)專題講座，既提升了自身的業(yè)務(wù)能力，又達(dá)到了教書育人的效果。開學(xué)初的專題講座有助于引領(lǐng)學(xué)生對(duì)光電子技術(shù)領(lǐng)域的興趣，講座的內(nèi)容從圍繞人們把光波作為一種載波進(jìn)行信息傳遞開始一直到現(xiàn)階段的激光通信、激光武器等。講座結(jié)束，學(xué)生對(duì)光電子技術(shù)充滿了好奇，這為學(xué)生學(xué)好光電子課程打下了良好的基礎(chǔ)。學(xué)期結(jié)束時(shí)專門對(duì)學(xué)生比較感興趣的以及近期比較熱門的激光3D打印技術(shù)從原理到應(yīng)用及未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了一次專題講座，擴(kuò)大了學(xué)生的視野。

又如，基于光電子類課程涵蓋知識(shí)面廣、理論與應(yīng)用相結(jié)合的特點(diǎn)，針對(duì)一些典型知識(shí)點(diǎn)，為加深學(xué)生理解，設(shè)置專題討論課，鼓勵(lì)學(xué)生課前主動(dòng)查找相關(guān)文獻(xiàn)，讓學(xué)生事先做好研討準(zhǔn)備，寫好研討提綱。在課堂上進(jìn)行交流、討論，培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力、思維能力、分析能力，讓學(xué)生充分發(fā)表不同意見。學(xué)期過程中，這樣的專題討論課進(jìn)行了2次，學(xué)生提出的問題給了相關(guān)教師的科研很大的啟發(fā)。

專題講座和討論形式的授課方式深受學(xué)生歡迎，教學(xué)效果好，學(xué)生評(píng)教均在90分以上，學(xué)生深受其益。課題組教師通過上述教學(xué)活動(dòng)充分認(rèn)識(shí)到要通過高水平科學(xué)研究苦練真功夫，又要通過鉆研教學(xué)規(guī)律來加強(qiáng)組織教學(xué)的能力，從而真正做到科學(xué)研究和教學(xué)育人互相促進(jìn)。

3 結(jié)束語

“教研相長(zhǎng)”雖是一個(gè)老話題，但目前社會(huì)大環(huán)境中面臨的“重研輕教”現(xiàn)象使得我們有必要對(duì)這個(gè)老話題展開新的研究。如何加強(qiáng)教學(xué)與科研的聯(lián)系、在科學(xué)研究中如何開展教學(xué)活動(dòng)以使得科研成果能夠支持教學(xué)改革、并使得教學(xué)與科研互相促進(jìn)是每一個(gè)高校教師的職責(zé)。本文以淮海工學(xué)院電子工程學(xué)院光電子類課程教改為例，分別從專業(yè)課程建設(shè)、人才培養(yǎng)、教學(xué)和科研能力提升等方面初步探討了實(shí)現(xiàn)教研相長(zhǎng)的一般化途徑。改革的結(jié)果表明以上為今后存在這方面困惑的青年教師提供有價(jià)值的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]張志峰，楊婷.“重研輕教”不可取（關(guān)注“朱淼華現(xiàn)象”）[N].人民日?qǐng)?bào)，2005-11-28（11）.

篇5

劉文清雖年過花甲，但眼睛仍清澈如洗。在他的領(lǐng)導(dǎo)下，中科院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所（以下簡(jiǎn)稱安徽光機(jī)所）立意高遠(yuǎn)，自行研制出諸多的系列環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備，滿足我國環(huán)境保護(hù)的戰(zhàn)略需求，“炮筒”長(zhǎng)程差分吸收光譜儀就是其中之一。

發(fā)展我國獨(dú)立自主的環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)裝備，劉文清的目光遠(yuǎn)大而且犀利。

滿足于向上交差的工作我不做

當(dāng)年，時(shí)任中科院院長(zhǎng)的路甬祥到安徽光機(jī)所考察，他在臨別之際關(guān)切地問劉文清回國之后的感受，劉文清回答：“近幾年，我們開展知識(shí)創(chuàng)新工程，搭建了很好的科研平臺(tái)，我在國外已學(xué)到一些東西，是該回來報(bào)效祖國了。”

1978年，劉文清從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系畢業(yè)，分配到合肥西郊董鋪島上的中科院安徽光機(jī)所，島上的生活枯寂、單調(diào)，這恰恰給他提供了潛心科研和學(xué)習(xí)的寧靜環(huán)境。

愛喝咖啡的劉文清說：“搞科研和喝咖啡有點(diǎn)類似，總是先苦后甜，適合于坐科研冷板凳的人。”

劉文清需要“咖啡伴侶”。他將激光應(yīng)用小組和目標(biāo)光學(xué)小組合并，沙里淘金，“淘”出近十位優(yōu)秀科技人員。環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)涉及多個(gè)交叉學(xué)科，劉建國等幾位同事都成為他很好的合作伙伴。

1999年，劉文清領(lǐng)導(dǎo)的環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)研究室得到20萬元啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)，研制二氧化硫的空氣監(jiān)測(cè)儀。他說：“只滿足于向上交差的工作我不做，走形式向國家打報(bào)告要錢的工作我也不做，科研項(xiàng)目必須面向國家戰(zhàn)略需求，要做就得在高起點(diǎn)上做好。”

2000年5月，“環(huán)境污染高靈敏光譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究”等一批瞄準(zhǔn)國家需求的項(xiàng)目啟動(dòng)，劉文清帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不但完成了這個(gè)項(xiàng)目，而且做得很漂亮。

劉文清最滿意的事情，是向納稅人交出圓滿答卷。現(xiàn)在每當(dāng)他坐在電視機(jī)屏幕前，看到全國各大城市的環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)，用的都是他們提供技術(shù)的產(chǎn)品，就別有一番愉悅在心頭。

環(huán)境光學(xué)對(duì)軍民都十分有用

1998年，中科院和國家環(huán)保總局的領(lǐng)導(dǎo)商談提出，中科院可在環(huán)境光學(xué)研究方面提供科技支撐。

劉文清等曾先后邀請(qǐng)王大珩等多位院士來研究所，指導(dǎo)開展環(huán)境光學(xué)的科研布局及建設(shè)。2000年4月，由兩院院士組成的“先進(jìn)環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域?qū)ｎ}組”，向國家提供了一份《先進(jìn)環(huán)保技術(shù)咨詢報(bào)告》，肯定了他們開發(fā)的多種環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，建議把“DOAS空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”“紫外差分煙道在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”“機(jī)動(dòng)車尾氣遙測(cè)系統(tǒng)”等列為國家重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。

劉文清帶著他的同事，成功研制出城市監(jiān)測(cè)環(huán)境大氣污染的儀器，由國家環(huán)保總局推廣生產(chǎn)，其產(chǎn)品價(jià)格低于國外進(jìn)口產(chǎn)品的50%。美國一家公司看好中國市場(chǎng)，意欲前來推銷同類產(chǎn)品，當(dāng)他們被告知中國已有了“劉氏”產(chǎn)品后，感到意外的同時(shí)更帶有敬佩：“這是從哪兒半途突然殺出的‘野馬’？”

國家高分重大科技專項(xiàng)GF-5環(huán)境衛(wèi)星，劉文清是三個(gè)有效載荷的總設(shè)計(jì)師，他還主持并出色完成了國家“863”計(jì)劃相關(guān)項(xiàng)目以及中科院自主創(chuàng)新等一批科研任務(wù)。作為主帥扛起大旗，他更注重在帶領(lǐng)科研隊(duì)伍中把握好戰(zhàn)略方向。

任安徽光機(jī)所所長(zhǎng)多年，劉文清深知帶團(tuán)隊(duì)的重要性，每年面試研究生總說：“讓新導(dǎo)師先挑學(xué)生吧，‘團(tuán)長(zhǎng)挑完師長(zhǎng)挑’。”

年輕導(dǎo)師被劉文清這番話所感動(dòng)，在科研歷練中也都已成長(zhǎng)起來。

企業(yè)最好買只雞回去就能下蛋

劉文清早年當(dāng)過五年鉗工，懂得什么是企業(yè)，什么是商品，他說：“企業(yè)最好買只雞回去就能下蛋，不能把那些不成熟的科技成果賣給他們，我們要積極尋找成果轉(zhuǎn)化的途徑。”

安徽光機(jī)所與銅陵三佳電子集團(tuán)等合作，劉文清以技術(shù)入股，占股權(quán)的12%，三方共同成立了注冊(cè)資金為3600萬元的銅陵藍(lán)盾光電子有限公司，承擔(dān)起科技項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作，如今藍(lán)盾光電子公司已成為環(huán)境光學(xué)先進(jìn)技術(shù)帶動(dòng)企業(yè)發(fā)展的典范。

由安徽光機(jī)所提供技術(shù)，成功研制的空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)子站，早年首先在廣西桂林、北海的空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站運(yùn)行，并通過中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的驗(yàn)收。

劉文清說道：“我們更多是考慮國家層面的利益，牢牢抓住基礎(chǔ)性的創(chuàng)新源頭，這是科研發(fā)展的根本所在；下游和后續(xù)的產(chǎn)業(yè)化工作，要積極配合藍(lán)盾光電子公司這樣的企業(yè)。企業(yè)科研立項(xiàng)時(shí)就先期介入，產(chǎn)品下線或者調(diào)試，我們也會(huì)去現(xiàn)場(chǎng)解決疑難問題。”

國家環(huán)保部門決策，把空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)子站部署到全國2000個(gè)城市，劉文清帶領(lǐng)安徽光機(jī)所審時(shí)度勢(shì)，積極進(jìn)行策應(yīng)，使得研制的監(jiān)測(cè)設(shè)備在全國遍地開花，目前已在20多個(gè)省市安裝700余套，參與國家空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)與預(yù)報(bào)工作。

目前，由劉文清領(lǐng)銜，開展汽車尾氣道邊快速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究，監(jiān)測(cè)設(shè)備已在30多個(gè)城市應(yīng)用200多套。除美國，只有我國擁有該監(jiān)測(cè)技術(shù)。

舍不得孩子就套不住狼

劉文清領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，爭(zhēng)取國家“863”資源環(huán)境領(lǐng)域重大課題和國家自然科學(xué)基金等國家任務(wù)，研發(fā)的“城市空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及集成設(shè)備研制”“基于激光技術(shù)的大氣污染光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”等，不僅獲得42項(xiàng)發(fā)明專利授權(quán)，還形成系列環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，系統(tǒng)集成了大氣污染立體監(jiān)測(cè)技術(shù)并進(jìn)行應(yīng)用示范，開拓了我國環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)新領(lǐng)域。

劉文清有一句口頭禪是“舍不得孩子就套不住狼”。他還說：“要做成一件人們往往認(rèn)為做不成的難事，就得有前瞻性的眼光，舍得進(jìn)行必要的投資。”

早年劉文清剛參加工作，夏日董鋪島蚊蠅滋生，他買了一雙長(zhǎng)靴套住腿躲在蚊帳里學(xué)英語，幾冊(cè)《新概念》書本背得滾瓜爛熟，而他的腳丫也快被捂爛了。“磚頭”錄音機(jī)可分期付款購置，他每月的工資是50多元，若逐月從工資里扣10元，要三年才能還清，但他還是咬緊牙買了下來，用它每天練口語。

“不是我要刻意追趕‘新潮’，而是科研手段必須跟上。”回憶當(dāng)年懸梁刺股的日子，劉文清說，“現(xiàn)在我們的科研布局，也必須‘舍得孩子’才能套住‘狼’。”

正是得益于劉文清的戰(zhàn)略眼光，捕捉2007年“好運(yùn)北京”、2008年北京奧運(yùn)、2010年上海世博、2012年廣州亞運(yùn)等重大活動(dòng)的難逢機(jī)遇，安徽光機(jī)所不負(fù)眾望，得以大顯身手。

依托安徽光機(jī)所的“國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，經(jīng)過4年的組建，在2011年通過環(huán)保部組織的驗(yàn)收。

雖然研究成果“空氣質(zhì)量和污染源環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)與應(yīng)用”“大氣環(huán)境綜合立體監(jiān)測(cè)技術(shù)研發(fā)、系統(tǒng)應(yīng)用及設(shè)備產(chǎn)業(yè)化”和“大氣細(xì)顆粒物在線監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”，已分別榮獲2007年、2011年和2015年國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，為改變我國長(zhǎng)期以來環(huán)境自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備依賴國外的局面起到了帶動(dòng)作用，但劉文清帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)絲毫沒有松懈斗志。

篇6

英文名稱：Photographic Science and Photochemistry

主管單位：中國科學(xué)院

主辦單位：中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所;中國感光學(xué)會(huì)

出版周期：雙月刊

出版地址：北京市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號(hào)：1674-0475

國內(nèi)刊號(hào)：11-5604/O6

郵發(fā)代號(hào)：2-383

發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行

創(chuàng)刊時(shí)間：1983

期刊收錄：

CA 化學(xué)文摘(美)(2009)

Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)

中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

中文核心期刊(1992)

期刊榮譽(yù)：

中科雙百期刊

聯(lián)系方式

期刊簡(jiǎn)介

《影像科學(xué)與光化學(xué)》是由中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所與中國感光學(xué)會(huì)聯(lián)合主辦的學(xué)報(bào)．讀者對(duì)象是科研部門和生產(chǎn)單位的科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員以及大專院校有關(guān)專業(yè)的教師和學(xué)生。本刊為雙月刊，向國內(nèi)外公開發(fā)行．學(xué)報(bào)現(xiàn)已被國外，如：《Chemical Abstracts》（CA，核心期刊）、《劍橋科學(xué)文摘》（CSA）、Scopus數(shù)據(jù)庫（Elsevier）、《Imaging Abstracts》（IA）、俄羅斯《文摘雜志》（AJ）等，以及國內(nèi)各主要檢索機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫收錄，是中國科技核心期刊，被列入《中文核心期刊要目總覽》化學(xué)類核心期刊，中華人民共和國新聞出版署頒評(píng)的“雙百期刊”。

篇7

【關(guān)鍵詞】光學(xué)；光學(xué)教育；光學(xué)現(xiàn)狀；光學(xué)發(fā)展

1.前言

隨著科技的發(fā)展，光學(xué)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，新的光學(xué)分支不斷涌現(xiàn)，光學(xué)知識(shí)不斷擴(kuò)展，必然對(duì)光學(xué)教學(xué)產(chǎn)生沖擊，而為了適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)教學(xué)必須要教學(xué)內(nèi)容不斷更新、知識(shí)面要不斷擴(kuò)展等特點(diǎn)。為我國培養(yǎng)出具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的科技人才。

2.我國光學(xué)教育的發(fā)展歷程

2.1 萌芽時(shí)期

2.1.1 從上一輩直接傳承到下一輩

當(dāng)時(shí)的人們把有關(guān)光學(xué)方面的知識(shí)、技巧和工藝應(yīng)用在了謀生和生活上，他們沒有真正意義上的老師，都是從上一代怎樣制造與光學(xué)有關(guān)的器具。這僅僅是為了生活，然而卻在潛意識(shí)下產(chǎn)生了“光學(xué)”的應(yīng)用和教學(xué)的過程。

2.1.2 從研讀古書到寫書撰寫

從西周開始，就出現(xiàn)了大量有關(guān)于光學(xué)知識(shí)的書籍。在這個(gè)時(shí)代，人們把自己對(duì)于光學(xué)知識(shí)的理解編撰成書，供后人學(xué)習(xí)和研究。當(dāng)時(shí)的人們已經(jīng)開始觀察與光有關(guān)的現(xiàn)象，并記錄下來；還有些手工業(yè)者也把自己的光學(xué)工藝制造技術(shù)記錄成冊(cè)。而后人將這些知識(shí)和工藝方法進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)充和傳承。

2.2 形成和發(fā)展時(shí)期

這段時(shí)期是由明末開始到1937年。在這段時(shí)期里，中國的光學(xué)發(fā)展開始經(jīng)歷一個(gè)形成和發(fā)展的過程。也就是這一時(shí)期光學(xué)教育真正開始進(jìn)入課堂。由于傳教士來到中國傳教，把西方的光學(xué)知識(shí)傳入到中國，也就是這時(shí)，開始進(jìn)入光學(xué)教育的形成時(shí)期。

2.3 戰(zhàn)爭(zhēng)維持時(shí)期

戰(zhàn)爭(zhēng)的出現(xiàn)不僅沒把光學(xué)教育停滯，反而在西北地區(qū)有所發(fā)展。

2.4 空前繁榮時(shí)期

進(jìn)入21世紀(jì)，科技的進(jìn)步，對(duì)于光學(xué)的發(fā)展是迅猛的，達(dá)到了以前沒有達(dá)到的高度。

3.光學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀

3.1 光學(xué)教育中出現(xiàn)的問題

3.1.1 光學(xué)教學(xué)內(nèi)容的更新跟不上光學(xué)應(yīng)用的步伐

光學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷的擴(kuò)大，不再僅僅局限于視光學(xué)和精密測(cè)量于加工領(lǐng)域，而是發(fā)展的越來越深入，與我國的工農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)以及人類的生活的領(lǐng)域都密切相關(guān)。然而先進(jìn)的光學(xué)教育內(nèi)容更新卻跟不上光學(xué)應(yīng)用的步伐。部分學(xué)校的教學(xué)內(nèi)容還與幾十年前的內(nèi)容一樣，整個(gè)教學(xué)內(nèi)容體系完全落后于實(shí)際科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。學(xué)生無法從課本學(xué)到與生活、生產(chǎn)緊密相連的光學(xué)技術(shù)。

3.1.2 專業(yè)需求導(dǎo)致光學(xué)教學(xué)內(nèi)容被局限

目前，很多高校的非物理專業(yè)的大學(xué)物理光學(xué)教學(xué)越來越偏中于與自己專業(yè)相關(guān)的光學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)，而對(duì)于與本專業(yè)無關(guān)的光學(xué)內(nèi)容則進(jìn)行了刪減。有的光學(xué)內(nèi)容過偏或者過簡(jiǎn)都會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)光學(xué)知識(shí)只有一個(gè)片面的了解，使他們學(xué)不到真正的光學(xué)知識(shí)并失去興趣。

3.1.3 光學(xué)目標(biāo)的歧義化

課堂教學(xué)是光學(xué)教學(xué)的主要形式。而由于目前大學(xué)的教育模式和考核制度，使得學(xué)生把更多的注意力集中在與結(jié)課有關(guān)的光學(xué)內(nèi)容和試題，而不是由興趣出發(fā)而主動(dòng)的去了解和學(xué)習(xí)。

3.1.4 現(xiàn)代光學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)過少甚至被忽略

雖然當(dāng)今的光學(xué)技術(shù)發(fā)展迅猛，光學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)展，但是部分高校對(duì)于現(xiàn)代光學(xué)知識(shí)的內(nèi)容知識(shí)淺嘗輒止或者不涉及，缺乏時(shí)代信息，與現(xiàn)代光學(xué)內(nèi)容幾乎沒有關(guān)系。

3.1.5 光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在問題

在實(shí)驗(yàn)課時(shí)，學(xué)生知識(shí)根據(jù)課本的知識(shí)來完成實(shí)驗(yàn)，并不會(huì)去了解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想。由于理論與實(shí)驗(yàn)的不同步，使得學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室對(duì)實(shí)驗(yàn)的步驟不明，不了解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的物理意義。

3.2 光學(xué)教學(xué)中出現(xiàn)的困難

3.2.1 光學(xué)教學(xué)面臨著學(xué)生規(guī)模的不斷擴(kuò)充，而高校的教學(xué)資源很難達(dá)到要求的困難。

由于光學(xué)專業(yè)的學(xué)生的隊(duì)伍每年都在擴(kuò)大，使得部分高校的教學(xué)資源的升級(jí)很難與學(xué)生規(guī)模擴(kuò)大的步伐同步，這就使得很難做到每個(gè)學(xué)生都充分了解光學(xué)內(nèi)涵。

3.2.2 在光學(xué)教學(xué)中，很難更正學(xué)生之前對(duì)光學(xué)概念或現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤，這也給光學(xué)教育帶來了難度。

學(xué)生從出生大長(zhǎng)大通過自己的眼睛觀察這個(gè)世界，并形成了自己的世界觀，但往往他們所認(rèn)識(shí)的都是表像，但是這種已經(jīng)形成的觀點(diǎn)一旦形成就很難更正。在課堂上老師講解完知識(shí)后，由于學(xué)生眾多，很難對(duì)每個(gè)學(xué)生是否正確掌握光學(xué)知識(shí)做一一了解的并更正，而錯(cuò)誤的理解會(huì)導(dǎo)致對(duì)某個(gè)光學(xué)體系的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，影響學(xué)習(xí)光學(xué)。

3.2.3 光學(xué)課堂上，教師與學(xué)生之間缺乏交流。

由于光學(xué)的內(nèi)容偏向于物理，比較枯燥和抽象，而教師在教學(xué)的過程中，很難引起學(xué)生的共鳴，使老師不能及時(shí)里了解學(xué)生的理解狀態(tài)，只能在課后通過考試時(shí)才能得到部分反饋的信息。

3.2.4 部分高校對(duì)光學(xué)的教學(xué)仍以傳統(tǒng)教學(xué)為主。

在部分高校光學(xué)課堂上應(yīng)用的現(xiàn)代化的教學(xué)手段，但教學(xué)的內(nèi)容比較局限，不新穎，而且都是通過PPT呈現(xiàn)在學(xué)生面前，運(yùn)用模型的時(shí)候很少，使學(xué)生不能直觀的感受到光學(xué)內(nèi)容，而只能在腦海中想象。

4.光學(xué)教育的發(fā)展對(duì)策

4.1 光學(xué)課程的改革

光學(xué)課程是學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的基本課程。在光學(xué)教育改革中，應(yīng)該把學(xué)習(xí)知識(shí)的教育內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)橐钥茖W(xué)素質(zhì)教育為主的課堂教育內(nèi)容，著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和自主學(xué)習(xí)能力。在課程上利用近幾年的教學(xué)研究成果，是課堂知識(shí)和現(xiàn)代的光學(xué)技術(shù)發(fā)展掛鉤，使知識(shí)不陳舊，能引起學(xué)生的興趣，主動(dòng)去了解并去學(xué)習(xí)有關(guān)光學(xué)的知識(shí)，為學(xué)生的知識(shí)、能力、素質(zhì)的發(fā)展提供條件。

4.2 加強(qiáng)相關(guān)專業(yè)的配合

學(xué)生學(xué)習(xí)光學(xué)知識(shí)，不應(yīng)局限于僅僅學(xué)習(xí)光學(xué)知識(shí)，應(yīng)跟上時(shí)代科技的發(fā)展，學(xué)習(xí)光學(xué)技術(shù)發(fā)展中產(chǎn)生的新分支和與其他專業(yè)的相關(guān)性，擴(kuò)充自己的知識(shí)面，為我國的科技發(fā)展做貢獻(xiàn)。

4.3 光學(xué)問題向?qū)綄W(xué)習(xí)

4.3.1 問題向?qū)浇虒W(xué)的概念和模式

4.3.1.1 問題向?qū)浇虒W(xué)的概念

問題向?qū)浇虒W(xué)是指在課堂教學(xué)時(shí)，教師根據(jù)所要講述的教材內(nèi)容，引出相關(guān)內(nèi)容和概念時(shí)，向?qū)W生進(jìn)行提問，引發(fā)學(xué)生的思考與理解。

4.3.1.2 問題向?qū)Ы虒W(xué)的模式

①一問一答模式。一問一答模式可以是教師提問，引導(dǎo)學(xué)生思考而回答問題；也可以是學(xué)生提問，老師回答問題來解決學(xué)生在學(xué)習(xí)光學(xué)是的疑問；還可以是學(xué)生通過計(jì)算機(jī)作為中介向老師提問或回答問題。

②集體辯論模式。它是指在課堂上后者課后，教師組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)生與學(xué)生之間的相互問答模式。通過這種模式，可以讓學(xué)生進(jìn)行交流并把自己所理解的光學(xué)知識(shí)滲透該對(duì)方，提高學(xué)生對(duì)光學(xué)知識(shí)的理解，并在這一過程中提升學(xué)習(xí)的興趣。同時(shí)加強(qiáng)學(xué)生之間的交流，增強(qiáng)集體感。

4.3.2 問題向?qū)浇虒W(xué)的作用

①提高師生間互動(dòng)的頻率。由于光學(xué)知識(shí)是枯燥乏味的，而課堂上的沉寂使師生之間缺乏交流。而通過這種模式，可以增加師生間的交流。在交流的過程中，師生間相互了解、互相認(rèn)可，不但提高了教學(xué)質(zhì)量，增進(jìn)了師生間的友誼還達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

②培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力。學(xué)生在參加辯論時(shí)，通過提問和回答問題，把自己的思想觀點(diǎn)說出來并進(jìn)行探討，也對(duì)別人的問題進(jìn)行探討，是其不再拘泥與過去的思考模式。

參考文獻(xiàn)

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篇8

關(guān)鍵詞半導(dǎo)體材料量子線量子點(diǎn)材料光子晶體

1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位

上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息時(shí)代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設(shè)計(jì)思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強(qiáng)大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局和軍事對(duì)抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發(fā)展的總趨勢(shì)。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC’s）技術(shù)正處在由實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。目前300mm，0．18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已經(jīng)投入生產(chǎn)，300mm,0．13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評(píng)估。18英寸重達(dá)414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實(shí)驗(yàn)室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進(jìn)一步提高硅IC’S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會(huì)成為硅材料發(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發(fā)展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開發(fā)中。

理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應(yīng)對(duì)現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統(tǒng)集成芯片技術(shù)等來提高ULSI的集成度、運(yùn)算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對(duì)更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計(jì)算和DNA生物計(jì)算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導(dǎo)體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點(diǎn)材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導(dǎo)體材料研發(fā)的重點(diǎn)。

2.2GaAs和InP單晶材料

GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點(diǎn)；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過200噸，其中以低位錯(cuò)密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長(zhǎng)的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動(dòng)通信的迫切需求，大直徑（4,6和8英寸）的SI－GaAs發(fā)展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產(chǎn)線。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，價(jià)格居高不下。

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢(shì)是：（1）．增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計(jì)本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業(yè)應(yīng)用。(2)．提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)均勻性。（3）．降低單晶的缺陷密度，特別是位錯(cuò)。（4）．GaAs和InP單晶的VGF生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展很快，很有可能成為主流技術(shù)。

2.3半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料

半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進(jìn)生長(zhǎng)技術(shù)（MBE，MOCVD）的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計(jì)思想，出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)材料。

(1)Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應(yīng)變補(bǔ)償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管(HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達(dá)fmax=600GHz，輸出功率58mW,功率增益6.4db;雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達(dá)500GHz,HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很快。基于上述材料體系的光通信用1．3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測(cè)器，紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達(dá)到或接近達(dá)到實(shí)用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1．5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動(dòng)電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵，在實(shí)驗(yàn)室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實(shí)驗(yàn)。另外，用于制造準(zhǔn)連續(xù)兆瓦級(jí)大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)端面發(fā)射激光器是目前光電子領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極薄(～0．01μm）端面光電災(zāi)變損傷，大電流電熱燒毀和光束質(zhì)量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子級(jí)聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級(jí)聯(lián)激光器，輸出功率達(dá)5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報(bào)道了單個(gè)激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過10瓦好結(jié)果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質(zhì)量的新型激光器，在未來光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。

為克服PN結(jié)半導(dǎo)體激光器的能隙對(duì)激光器波長(zhǎng)范圍的限制，1994年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級(jí)聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對(duì)波長(zhǎng)的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級(jí)聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實(shí)驗(yàn)室等的科學(xué)家，在過去的7年多的時(shí)間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進(jìn)展。2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科學(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)使波長(zhǎng)為9．1μm的QCLs的工作溫度高達(dá)312K，連續(xù)輸出功率3mW。量子級(jí)聯(lián)激光器的工作波長(zhǎng)已覆蓋近紅外到遠(yuǎn)紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調(diào)制器和無線光學(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前景。中科院上海微系統(tǒng)和信息技術(shù)研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級(jí)聯(lián)激光器；中科院半導(dǎo)體研究所于2000年又研制成功3．7μm室溫準(zhǔn)連續(xù)應(yīng)變補(bǔ)償量子級(jí)聯(lián)激光器，使我國成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個(gè)國家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺(tái)年生產(chǎn)能力可高達(dá)3．75×104片4英寸或1．5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進(jìn)襯底材料設(shè)備和材料評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展。

(2)硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標(biāo)。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個(gè)亟待解決的問題。雖經(jīng)多年研究，但進(jìn)展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結(jié)構(gòu)，Ge／Si量子點(diǎn)和量子點(diǎn)超晶格材料，Si／SiC量子點(diǎn)材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大現(xiàn)象的報(bào)道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應(yīng)變層超晶格材料，因其在新一代移動(dòng)通信上的重要應(yīng)用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達(dá)200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0．9db，其性能可與GaAs器件相媲美。

盡管GaAs／Si和InP／Si是實(shí)現(xiàn)光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數(shù)等不同造成的高密度失配位錯(cuò)而導(dǎo)致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們?cè)?2英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長(zhǎng)了器件級(jí)的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進(jìn)展。

2.4一維量子線、零維量子點(diǎn)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料

基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)和庫侖阻效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)等的低維半導(dǎo)體材料是一種人工構(gòu)造（通過能帶工程實(shí)施）的新型半導(dǎo)體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎(chǔ)。它的發(fā)展與應(yīng)用，極有可能觸發(fā)新的技術(shù)革命。

目前低維半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)與制備主要集中在幾個(gè)比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP,InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進(jìn)展。俄羅斯約飛技術(shù)物理所MBE小組，柏林的俄德聯(lián)合研制小組和中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點(diǎn)激光器，工作波長(zhǎng)lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達(dá)3．6～4W。特別應(yīng)當(dāng)指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點(diǎn)激光器的有源區(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯(cuò)的產(chǎn)生，提高了量子點(diǎn)激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時(shí)工作壽命超過5000小時(shí)，這是大功率激光器的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，至今未見國外報(bào)道。

在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進(jìn)展，1994年日本NTT就研制成功溝道長(zhǎng)度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報(bào)道了可在室溫工作的單電子開關(guān)器件，1998年Yauo等人采用0．25微米工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機(jī)的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應(yīng)用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前，基于量子點(diǎn)的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，單光子源和應(yīng)用于量子計(jì)算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進(jìn)行中。

與半導(dǎo)體超晶格和量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)制備相比，高度有序的半導(dǎo)體量子線的制備技術(shù)難度較大。中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)和SK生長(zhǎng)模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對(duì)準(zhǔn)（垂直或斜對(duì)準(zhǔn)）的物理起因和生長(zhǎng)控制進(jìn)行了研究，取得了較大進(jìn)展。

王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的喬治亞理工大學(xué)的材料科學(xué)與工程系和化學(xué)與生物化學(xué)系的研究小組，基于無催化劑、控制生長(zhǎng)條件的氧化物粉末的熱蒸發(fā)技術(shù)，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導(dǎo)體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對(duì)稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現(xiàn)出高純、結(jié)構(gòu)均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯(cuò)；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個(gè)理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運(yùn)現(xiàn)象和基于它的功能器件制造。香港城市大學(xué)李述湯教授和瑞典隆德大學(xué)固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導(dǎo)體量子線超晶格結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)制各方面也取得了重要進(jìn)展。

低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備的方法很多，主要有：微結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)和精細(xì)加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點(diǎn)材料生長(zhǎng)技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長(zhǎng)技術(shù)，單原子操縱和加工技術(shù)，納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù)，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學(xué)方法制備量子點(diǎn)和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢(shì)是尋找原子級(jí)無損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長(zhǎng)技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結(jié)構(gòu)。

2.5寬帶隙半導(dǎo)體材料

寬帶隙半導(dǎo)體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點(diǎn)，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍(lán)、綠光發(fā)光二極管（LED)和紫、藍(lán)、綠光激光器（LD）以及紫外探測(cè)器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍(lán)綠光發(fā)光材料的研究熱點(diǎn)。目前，GaN基藍(lán)綠光發(fā)光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0．5W。在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達(dá)140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測(cè)器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業(yè)有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學(xué)方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動(dòng)藍(lán)光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN,GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)陂L(zhǎng)波長(zhǎng)光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應(yīng)用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進(jìn)展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍(lán)綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)帯Ｆ渌鸖iC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價(jià)格昂貴。

II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。1991年3M公司利用MBE技術(shù)率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時(shí)，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發(fā)展和應(yīng)用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整性，特別是要降低由非化學(xué)配比導(dǎo)致的點(diǎn)缺陷密度和進(jìn)一步降低失配位錯(cuò)和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問題。

寬帶隙半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所謂大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對(duì)稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍(lán)寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯(cuò)和缺陷的產(chǎn)生，極大地影響著微結(jié)構(gòu)材料的光電性能及其器件應(yīng)用。如何避免和消除這一負(fù)面影響，是目前材料制備中的一個(gè)迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。這個(gè)問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍(lán)光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在實(shí)驗(yàn)室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)鍵問題,如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長(zhǎng)與N型摻雜，II－VI族材料的退化機(jī)理等仍是制約這些材料實(shí)用化的關(guān)鍵問題，國內(nèi)外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶體

光子晶體是一種人工微結(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長(zhǎng)相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個(gè)光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來描述三維周期介電結(jié)構(gòu)中光波的傳播，相應(yīng)光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會(huì)引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態(tài)密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質(zhì)量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可見光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個(gè)理想的3－5μm和1．5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進(jìn)展，但三維光子晶體的研究，仍是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進(jìn)展。

4量子比特構(gòu)建與材料

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無法滿足人類對(duì)更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)是21世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。1994年Shor基于量子態(tài)疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。

所謂量子計(jì)算機(jī)是應(yīng)用量子力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)算的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)有更快的運(yùn)算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計(jì)算機(jī)理想極限。實(shí)現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計(jì)算機(jī)的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個(gè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進(jìn)行信息編碼，通過外加電場(chǎng)控制核自旋間相互作用實(shí)現(xiàn)其邏輯運(yùn)算，自旋測(cè)量是由自旋極化電子電流來完成，計(jì)算機(jī)要工作在mK的低溫下。

這種量子計(jì)算機(jī)的最終實(shí)現(xiàn)依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術(shù)的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質(zhì)對(duì)磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質(zhì)）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲(chǔ)過程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經(jīng)典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計(jì)算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計(jì)算機(jī)走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。

5發(fā)展我國半導(dǎo)體材料的幾點(diǎn)建議

鑒于我國目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國力和半導(dǎo)體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)展建議供參考。

5.1硅單晶和外延材料

硅材料作為微電子技術(shù)的主導(dǎo)地位至少到本世紀(jì)中葉都不會(huì)改變，至今國內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進(jìn)口。目前國內(nèi)雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產(chǎn)6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，更談不上規(guī)模生產(chǎn)。建議國家集中人力和財(cái)力，首先開展8英寸硅單晶實(shí)用化和6英寸硅外延片研究開發(fā)，在“十五”的后期，爭(zhēng)取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國產(chǎn)化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應(yīng)有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規(guī)模生產(chǎn)能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應(yīng)及時(shí)布點(diǎn)研制。另外，硅多晶材料生產(chǎn)基地及其相配套的高純石英、氣體和化學(xué)試劑等也必需同時(shí)給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術(shù)的落后局面，進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國家之林。

5.2GaAs及其有關(guān)化合物半導(dǎo)體單晶

材料發(fā)展建議

GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒有形成生產(chǎn)能力。相信在國家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭(zhēng)取企業(yè)介入，建立我國自己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長(zhǎng)，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進(jìn)水平是可能的。要達(dá)到上述目的，到“十五”末應(yīng)形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿足我國不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需術(shù)。到2010年，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導(dǎo)體

微結(jié)構(gòu)材料的建議

(1)超晶格、量子阱材料

從目前我國國力和我們已有的基礎(chǔ)出發(fā)，應(yīng)以三基色（超高亮度紅、綠和藍(lán)光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強(qiáng)MBE和MOCVD兩個(gè)基地的建設(shè)，引進(jìn)必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設(shè)備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP,GaN基藍(lán)綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實(shí)用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭(zhēng)取在“十五”末，能滿足國內(nèi)2、3和4英寸GaAs生產(chǎn)線所需要的異質(zhì)結(jié)材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)能力。達(dá)到本世紀(jì)初的國際水平。

寬帶隙高溫半導(dǎo)體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應(yīng)擇優(yōu)布點(diǎn)，分別做好研究與開發(fā)工作。

(2)一維和零維半導(dǎo)體材料的發(fā)展設(shè)想。基于低維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的固態(tài)納米量子器件，目前雖然仍處在預(yù)研階段，但極其重要，極有可能觸發(fā)微電子、光電子技術(shù)新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)和納米加工技術(shù)的進(jìn)步，而納米結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量又很大程度上取決于生長(zhǎng)和制備技術(shù)的水平。因而，集中人力、物力建設(shè)我國自己的納米科學(xué)與技術(shù)研究發(fā)展中心就成為了成敗的關(guān)鍵。具體目標(biāo)是，“十五”末，在半導(dǎo)體量子線、量子點(diǎn)材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個(gè)重要研究方向接近當(dāng)時(shí)的國際先進(jìn)水平；2010年在有實(shí)用化前景的量子點(diǎn)激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達(dá)到國際先進(jìn)水平，并在國際該領(lǐng)域占有一席之地。可以預(yù)料，它的實(shí)施必將極大地增強(qiáng)我國的經(jīng)濟(jì)和國防實(shí)力。

篇9

這是一套完整的基于硅實(shí)現(xiàn)了光信息發(fā)射、傳輸與放大接收的裝置,它將使得電腦設(shè)備之間通過光互連實(shí)現(xiàn)高速傳輸真正成為可能,昂貴的光通信行業(yè)也終于在經(jīng)歷了千難萬險(xiǎn)之后,與英特爾的老本行――硅制造成功“嫁接”。

創(chuàng)新模塊完成“總裝”

英特爾視硅光電為戰(zhàn)略性研究,并投入已久。其立足點(diǎn)就在于舍棄成本高昂的稀有材料,以價(jià)格便宜的硅為基礎(chǔ)開發(fā)光子器件,并與英特爾的制造工藝相結(jié)合,在現(xiàn)有的晶圓廠中,采用標(biāo)準(zhǔn)工藝進(jìn)行批量生產(chǎn)制造。目前,英特爾研究院擁有一支一流的硅光電研究團(tuán)隊(duì),連續(xù)數(shù)年都取得了階段性創(chuàng)新成果,刷新了當(dāng)時(shí)的技術(shù)記錄。《中國計(jì)算機(jī)報(bào)》曾發(fā)表文章《光腦漸近》對(duì)英特爾的突破性研究成果進(jìn)行過報(bào)道,因?yàn)楣韫庾悠骷⑹抢^集成電路之后最有應(yīng)用前景的實(shí)用元器件。

與此次公布的最新成果不同的是,英特爾之前的研究成果大多是一些創(chuàng)新模塊,聚焦在光源、傳輸、控制、檢測(cè)等多個(gè)重要環(huán)節(jié),分別克服不同環(huán)節(jié)的技術(shù)障礙。這一次則不同,據(jù)英特爾研究院副總裁、電路與系統(tǒng)研究院總監(jiān)王文漢介紹,這次的成果是第一個(gè)具備集成激光器的硅基光電的數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)系統(tǒng),它把過去的構(gòu)建模塊全部集成在一起。“我們能有今天的成果,并不是一步登天的,而是基于過去十多年來不斷積累的研究成果。” 王文漢說。

這個(gè)過程就好比神舟飛船,是一個(gè)浩大的系統(tǒng)工程,單有飛行器還不夠,運(yùn)載、控制、通信等所有環(huán)節(jié)都要跟上,直到總裝調(diào)試完畢,才能發(fā)射向太空。英特爾在硅光電領(lǐng)域解決了光源、傳輸路徑(光波導(dǎo))、光調(diào)制、光探測(cè)等一系列關(guān)鍵問題之后,具備了完整的終端到終端光信號(hào)收發(fā)的能力。現(xiàn)在的研究就處于 “總裝”階段,距離產(chǎn)業(yè)化僅一步之遙。

王文漢認(rèn)為,通過這項(xiàng)技術(shù),英特爾將把光通信引入到所有計(jì)算平臺(tái)。大趨勢(shì)表明,在未來的電腦中,光束完全可以代替電子來傳輸數(shù)據(jù)。使用超細(xì)超輕的光纖替代銅線,讓計(jì)算機(jī)在更長(zhǎng)的距離傳輸更多的數(shù)據(jù),將從根本上改變未來電腦的設(shè)計(jì)模式,以及未來數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建方式,引發(fā)應(yīng)用和架構(gòu)的雙重革命

短距離光傳輸大勢(shì)所趨

光傳輸不是新鮮名詞,它最早被應(yīng)用在橫跨世界各大洋的光纖電纜上,而后被用于全國性的、本地的超高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。英特爾大力研究大批量、低成本的硅光器件,就可以實(shí)現(xiàn)把光傳輸引入更短距離,比如設(shè)備間、設(shè)備內(nèi),甚至芯片級(jí)。

據(jù)英特爾研究院光電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室首席工程師劉安勝介紹,這套硅基光電數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)系統(tǒng)的傳輸速度已經(jīng)達(dá)到50Gbps。這個(gè)速度是什么概念呢?打個(gè)比方,以這樣的傳輸速度,一秒鐘時(shí)間你可以從iTunes下載一部高清電影、100小時(shí)數(shù)字音樂或1000張高清照片。劉安勝告訴記者,僅僅通過擴(kuò)展的方式,速度達(dá)到50Gbps的概念設(shè)備的速度就能被提升到100Gbps、400Gbps甚至1TB以上。按照這個(gè)傳輸速度,可以在一分半鐘內(nèi)把美國國會(huì)圖書館全部印刷品下載完畢。

而相比之下,銅纜在10Gbps的傳輸速度上已經(jīng)遇到了挑戰(zhàn),折中考慮距離與速度的,也將耗費(fèi)更多能量。而銅線的最大長(zhǎng)度其實(shí)也限制了計(jì)算機(jī)形態(tài)的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。“光纜傳輸數(shù)據(jù)在任何速度下都可以傳輸更遠(yuǎn),多種信令可以在一根纜線上傳輸,并且又薄又輕還節(jié)能。” 劉安勝表示,在克服了成本和技術(shù)難題之后,光傳輸已經(jīng)相比銅纜有越來越多的優(yōu)越性。“以后電視的高清顯示度可能會(huì)達(dá)到現(xiàn)在的4倍,那時(shí)速度傳輸必須達(dá)到近60Gbps,這樣的速度唯有用光才可以實(shí)現(xiàn)。”劉安勝堅(jiān)信這項(xiàng)技術(shù)將成為明日的主流技術(shù),“龐大的數(shù)據(jù)流動(dòng)無處不在,光傳輸也會(huì)引發(fā)未來互聯(lián)網(wǎng)的新革命。”

設(shè)備間光互連輕松實(shí)現(xiàn)

據(jù)劉安勝介紹,這套系統(tǒng)主要由發(fā)射器、接收器及傳輸光纖組成,單向傳輸,發(fā)射器與接收器芯片都已經(jīng)集成在了線路板上,芯片本身的制造成本很低。每塊芯片上都整合了英特爾的重大技術(shù)突破結(jié)晶,包括全球首款混合硅晶激光器以及2007年推出的高速光學(xué)調(diào)制器和光電探測(cè)器。

篇10

【關(guān)鍵詞】光纖通信；智能電網(wǎng)；應(yīng)用

1.光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀

光纖通信技術(shù)，其促進(jìn)了我省電力系統(tǒng)通信的發(fā)展，當(dāng)前，光纖通信技術(shù)的種類大致可以分為以下幾種：

1.1波分復(fù)用技術(shù)

波分復(fù)用技術(shù)是指將一系列載有信息、但波長(zhǎng)不同的光信號(hào)合成一束，沿著單根光纖傳輸，在接收端將各個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)分開的通信技術(shù)。波分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)具體可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：首先，其充分利用光纖的低損耗波段，增加光纖的傳輸容量，使一根光纖傳送信息的物理限度增加一倍至數(shù)倍。目前我們只是利用了光纖低損耗譜（1310nm-1550nm）極少一部分，波分復(fù)用技術(shù)可以充分利用單模光纖的巨大帶寬約25THz，傳輸帶寬充足。其次，傳送信號(hào)的能力大；它具有在同一根光纖中，可以傳送2個(gè)或數(shù)個(gè)非同步信號(hào)的強(qiáng)大能力，從而有利于數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的兼容。第三，具有較強(qiáng)的靈活性；它可以對(duì)已建光纖系統(tǒng)，尤其早期鋪設(shè)的芯數(shù)不多的光纜，只要原系統(tǒng)有功率余量，就可以進(jìn)一步增容，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多個(gè)單向信號(hào)或雙向信號(hào)的傳送而不用對(duì)原系統(tǒng)作很大的改動(dòng)。第四，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，恢復(fù)的速度快；由于光纖數(shù)量少，一方面大大降低了建設(shè)成本，與此同時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，恢復(fù)起來也迅速方便。第五，由于有源光設(shè)備的共享性，對(duì)多個(gè)信號(hào)的傳送或新業(yè)務(wù)的增加降低了成本。第六，系統(tǒng)的可靠性提高；系統(tǒng)中有源設(shè)備得到大幅減少，這樣在一定程度上就大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

1.2光纖接入技術(shù)

光纖接入技術(shù)是指以光纖作為傳輸介質(zhì)，采用激光傳輸技術(shù)的接入網(wǎng)，泛指本地交換機(jī)或者遠(yuǎn)端設(shè)備與用戶之間采用光纖通信或者部分采用光纖通信的系統(tǒng)。根據(jù)接入網(wǎng)室外傳輸設(shè)施中是否包含有源設(shè)備，其可以分為：無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）。這種光纖所具有的優(yōu)勢(shì)：首先，其具有帶寬優(yōu)勢(shì)，與雙絞線和同軸纜相比，光纖的理論帶寬幾乎是無限的，并且單個(gè)波長(zhǎng)可以傳輸10Gb/s，采用波分復(fù)用可以傳輸更高的速率。其次，長(zhǎng)距離傳輸優(yōu)勢(shì)；衰減很小，增加光放器傳輸距離可達(dá)數(shù)百公里。第三，抗惡劣環(huán)境優(yōu)勢(shì)，其抗腐蝕能力強(qiáng)，而且不受電磁波等因素的干擾。第四，安全性優(yōu)勢(shì)，其盜接線頭困難，不易盜聽。

2.光纖通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用分析

智能電網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)日益成為當(dāng)今國際的共識(shí)，中國的智能電網(wǎng)建設(shè)為順應(yīng)這一國際形勢(shì)，也在如火如荼的緊張進(jìn)行著。目前，電力系統(tǒng)已經(jīng)成功建成了先進(jìn)的電力專用光纖通信網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)傳感器的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展也勢(shì)不可擋，兩者必將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)青海省電力系統(tǒng)智能電網(wǎng)的快速發(fā)展。

2.1光纖通信技術(shù)已經(jīng)成為智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的首選

隨著光纖復(fù)合電壓電纜的成功研制，在智能電網(wǎng)全面建設(shè)中，電力光纖到戶已經(jīng)成為當(dāng)今勢(shì)不可擋的一種發(fā)展趨勢(shì)。

我們都知道智能電網(wǎng)需要一個(gè)高可靠、高帶寬的通信網(wǎng)來推動(dòng)電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展。例如：某省某縣地區(qū)4座供電營(yíng)業(yè)所均已實(shí)現(xiàn)光纖覆蓋，通信采用2M電路方式；但光纖未覆蓋變臺(tái)、用戶表，通信方式主要還以公網(wǎng)GPRS無線通信為主，給日常運(yùn)維帶來極大不便。而我省貴德縣主光纖線路已建設(shè)完成正好具有帶寬高、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比優(yōu)等特點(diǎn)，其它通信技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，因此，建設(shè)智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)是最佳選擇。

2.2光通信和無線通信的融合是未來的發(fā)展趨勢(shì)

眾所周知，光纖通信技術(shù)最大的特點(diǎn)就是高速、穩(wěn)定以及傳輸距離遠(yuǎn)且抗干擾能力強(qiáng)等眾多優(yōu)勢(shì)，而無線最大的特點(diǎn)就是方便靈活，如何將兩者的優(yōu)勢(shì)充分結(jié)合起來一直是技術(shù)人員研究的重點(diǎn)。這種需求隨著視頻通話、多媒體無線接入、P2P文件傳送等大容量需求上升而使其變得更加的緊迫，因此，這就在一定程度上使人們意識(shí)到光纖和無線的結(jié)合必將成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。

2.3 更好的實(shí)現(xiàn)了電力光纖到戶，解決了廣大群眾上網(wǎng)難的問題

電力光纖到戶是一個(gè)非常好的概念和架構(gòu)，它的目的是在接電的同時(shí)，把光纖直接入戶，這在一定程度上將極大地改善了廣大農(nóng)村地區(qū)上網(wǎng)難的問題，我們可以在鋪設(shè)電力線路的同時(shí)，最大可能地實(shí)現(xiàn)光纖的接入，為以后的上網(wǎng)需求提供更為便利的條件，同時(shí)我們也要充分發(fā)揮光纖到戶的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和政策優(yōu)勢(shì)，尤其是在邊遠(yuǎn)地區(qū)，大力推廣電力光纖到戶，一次性地完成成本投入，爭(zhēng)取為以后智能電網(wǎng)在農(nóng)村全面鋪開奠定良好的基礎(chǔ)。

2.4功能完備的傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)電網(wǎng)智能化的重要意義

光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)是通過傳感器來收集信息并借由光纖把相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，然后依托數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)前端傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行離線或?qū)崟r(shí)處理，并依此執(zhí)行后續(xù)工作，如監(jiān)測(cè)或監(jiān)控，如果傳感器布置在輸電線路上，則可以對(duì)輸電線路的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。傳感器網(wǎng)絡(luò)涉功能涉及的方面較多，可能既涉及到光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)，也涉及到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，甚至是二者的融合網(wǎng)絡(luò)，如果這個(gè)網(wǎng)絡(luò)較為完備，那將極大地推進(jìn)智能電網(wǎng)的發(fā)展。例如，分布式光纖溫度傳感技術(shù)的引用。如果在部分地區(qū)發(fā)生雪災(zāi)時(shí)，我們引用這種先進(jìn)的光纖溫度傳感技術(shù)，就能夠做到對(duì)電力系統(tǒng)電纜、鐵塔等設(shè)施的溫度、壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而做到及時(shí)的排險(xiǎn)，減少國家經(jīng)濟(jì)損失。

3.總結(jié)

綜上所述，我們可以得知，光纖技術(shù)作為電力系統(tǒng)中信息傳輸?shù)闹匾M成部分，為電力系統(tǒng)提供了容量大、快捷方便以及距離遠(yuǎn)這種安全可靠的信息傳輸方式，對(duì)我省電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定的運(yùn)行起到的重要的作用。因此，我們應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)光纖通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究，確保光纖通信技術(shù)在信息時(shí)代所占據(jù)重要的戰(zhàn)略地位。

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