光电技术实验

光电技术实验（共12篇）

光电技术实验 篇1

实验教学是高等理工科院校教学工作的重要组成部分, 也是培养学生创新意识, 使其理论联系实际, 提高工程素质的重要实践环节。在整个教学过程中具有重要的地位和作用。通过实验教学加强学生的基本技能训练, 提高学生理论联系实际, 综合分析问题、解决问题的能力, 以提高学生的工程素质。相对于理论教学, 它具有直观性、综合性、探索性和启发性的特点。具有理论课教学和其他教学环节难以代替的作用[1]。光电信息技术是光子技术与电子技术相结合的一门全新的、交叉性学科。它的特点是:理工复合、注重基础;应用面广、实践性强[2,3]。而且这门课程的知识发展非常迅速, 因而, 光电信息技术实验教学环节的建设对该门课程的教学有着非常重要的意义, 直接影响和决定着该专业学生的能力、素质的培养。本文基于我们一线教学的实践经验, 从以下几个方面对光电信息技术实验教学环节建设进行探索。

一、系列实验独立性与课程实验辅助性

我校光电信息技术实验教学环节课程建设时, 始终坚持以学生的实践能力和创新能力培养为核心, 以增加综合性实验、设计性实验、研究创新型实验为指导思想。已经把相关的基础课打通, 按照光电信息类专业的培养目标和所需技能要求, 把各门课程的实验提炼整合, 去重、去肿, 形成光电信息技术系列实验。该课程独立设课, 具有独立的学分, 教学时间往往比光电信息技术理论教学晚一个学期。通过系列实验的设置, 引导学生从实验的角度去认识了解一门专业课程或某个光学领域的基本技术和基本技能, 循序渐进地掌握实验技能, 通过对实验现象的剖析, 逐步上升到分析、解决普遍问题的能力层次上来。系列实验环节的设立也没有完全抛开理论教学, 并行地穿插开设了以认知性和验证性为主的实验课程, 与理论课程相辅相成, 以增强教学效果。为了适应交叉学科的发展, 还开设了跨专业选修课, 激发了同学的兴趣和热情。

二、系列实验内容设计

在设计系列实验内容的时候, 充分考虑到内容的完整性、相关性和先进性。光电信息技术就是一门利用光电转换器件把光信号转换成相应的电信号, 并对该电信号进行后续处理以达到一定的实用目的的技术。其知识环环相扣, 逐渐深入。因此, 我们把实验内容分成三大块, 第一块是基础性实验, 对常见光电器件性能进行学习;第二块是综合性实验, 对常见光电器件的实际应用进行学习;第三块是设计性实验, 利用光电器件进行一定功能的实践学习。在基础性实验中, 我们选择最常见的光电器件, 通过对它们各自的光谱特性、伏安特性、光敏特性等进行研究, 了解各自的使用特点。在综合性实验中, 通过一些工程实际中使用的一些常规的光电信号处理电路的学习, 初步了解光电转换、信号处理等基础知识。例如图1就是一些常见的用于数控机床、电控平移台中的辨向控制电路。

两个光电耦合器4N25 A和4N25 B是光电转换器件, 进行光电信号的转换, 得到的电信号经过反相、触发等后续的处理, 最后通过LED灯作为显示。在设计性实验中, 要求学生先提出课题的基本思路, 教师则与其共同讨论完善方案。在遇到问题时, 要求学生自行提出解决方法, 教师则帮助分析这些方法的合理性。通过学生为主、教师为辅的实验教学方法, 逐步培养学生的独立工作能力。在光电信息技术设计实验中, 我们要求学生二人一组, 自主选题, 必须包括光电检测功能, 要有新意, 有特色。电路设计必须包括光电转换功能, 模拟电路, 数字电路, 控制电路, 显示电路, 用给定器件表中的器件实现, 原理图、印刷板图必须用Protel99绘制, 实验报告参照本科毕业设计论文格式书写打印, 实验时间为8学时, 完成与设计相符的实验结果。

三、实验教师队伍建设

人的因素是实验室建设的关键因素。光电信息技术课程涉及到光、机、电和控制多学科专业知识, 这就对光电信息技术实验的师资队伍提出了更高的要求。因此要建设成一个高水平、高效益的光电信息技术专业实验室, 必须建设一支业务精、素质好、爱岗敬业的实验室人员队伍。

1. 加强力量, 教师参与实验室工作, 学术带头人进实

验室, 参与实验室建设的总体规划和教学大纲修订, 形成一支结构合理的队伍。

2. 量化管理, 奖罚分明, 提高实验室人员的工作积极性。

按教学、科研和管理三方面对实验室人员进行综合考评和评聘制度。

四、建设实践与效果

经过几年的教学实践, 光电信息实验教学深受学生的欢迎。表现在以下几个方面。

1. 参与实验室建设, 自己动手开发新实验。

例如在光通信系列实验的综合设计性实验中, 学生对实验仪器进行二次开发, 自己设计制作了光纤通信电话语音双向传输接口模块, 从电路设计到制板、从外形设计到安装调试都由学生独立完成。

2. 在设计型实验中, 鼓励同学进行创造性思维思考问

题, 涌现出许多奇思妙想, 不少设计不仅获得了学校创新基金的鼓励, 还申请了发明专利。例如“光学棱镜组合密码锁”、“自动脉搏测试仪”、“利用柱面镜的安全光幕”等。

3. 积极参加各种设计性竞赛。

在全国大学生设计大赛、全国数学建模大赛、中国国际发明奖展览会等都获得了优秀的成绩。

参考文献

[1]陈丽华, 周骥平.通过实验教学提高学生的综合素质[J].实验室研究与探索, 2003, 22 (3) :12-15.

[2]周金运, 裴文彦, 胡义华.电子技术类专业设置光子技术类课程的研究[J].电气电子教学学报, 2004, 26 (3) :40-43.

[3]何国兴.厚基础、宽口径、理工复合培养光电信息技术人才[J].光电子技术与信息, 2005, 18 (3) :95-97.

光电技术实验 篇2

一、国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心简介

2007年11月16日，国家科技部下发文件（国科发计字[2007]675号），正式批复依托兰州交通大学和兰州大成自动化工程有限公司共同组建“国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心”，组建期为三年，组建经费预算4200万元。

中心主要从事真空复合镀膜技术与装备的工程技术研发、装备制造与生产、开放与咨询服务，转化、辐射和推广技术成果。为进一步发挥中心为经济建设的作用，深化科技体制改革，实现中心人才、技术和经济运行的良性循环，2007年11月28日，经国家科技部批准，国家工商总局核准，在国家工程中心平台上，依托单位兰州交通大学和兰州大成自动化工程有限公司在兰州高新技术产业开发区注册成立了“兰州交大国家绿色镀膜工程中心有限责任公司”（简称“国家绿色镀膜中心公司（NGDC）”），具有独立法人资格，按照现代企业制度承担“中心”的经济运行职责，主要是“中心”的科技成果孵化、中试和产业化培育，“中心公司”与“中心”相互依托，互动成长，分工明确，资产明晰。

中心的两个依托单位兰州交通大学和兰州大成自动化工程有限公司是我省技术创新力量和高新技术产业化的优秀代表。两个依托单位是产学研战略联盟，具有很强的综合技术实力和优势互补能力，在绿色镀膜技术与装备研究开发方面积累了一批高水平的科研成果，具有先进的技术开发手段和设施，培养了一支高素质的科研队伍，具备承担国家、省部级重大科技攻关项目的能力以及成果转化、推广、辐射与产业化的能力。2007年，两个依托单位共同承担的“超大容积高端汽车灯具镀膜系列装备与工艺研发及产业化”项目已经列入到国家科技进步二等奖建议授奖名单，在我国汽车灯具行业高端市场占有率已达65.9%。

我中心完成的科研项目“超大容积高端汽车灯具镀膜系列装备与工艺研发及产业化”荣获2007国家科学技术进步奖二等奖，是甘肃省属高校中惟一获此殊荣的学校，也是我校建校以来以第一单位主持完成的科研项目荣获国家级奖励的最高奖项。项目负责人范多旺教授应邀出席大会，代表学校接受了党和国家领导人的颁奖。国家绿色镀膜工程中心的组建将进一步增强我国特别是我省大型真空镀膜技术与工业化装备的研究开发能力和产业化能力，在推动行业技术进步、辐射和推广绿色镀膜技术成果、节能减排、降耗增效等方面发挥更加重要的作用，具有重要的经济和社会意义。经过三年的建设，国家绿色镀膜工程中心将成为国内一流、国际先进的绿色镀膜技术研究开发和技术创新基地、工程技术咨询与信息服务中心、工程技术及管理人才的培养和培训基地、绿色镀膜装备产业化示范基地、绿色镀膜技术检验与测试基地。“中心”将以一流的硬件设施、一流的科技创新环境、先进的创新机制、高效的经营管理，实现“出一流人才、创一流技术、造一流装备”，支撑“中心”可持续研发能力，成为我国镀膜行业先进技术的集散地和辐射源，推动镀膜产业升级发展，引领镀膜行业技术发展。

二、光电技术与智能控制教育部重点实验室简介

光电技术与智能控制教育部重点实验室于 2003 年 12 月经国家教育部批准，在 1998 年建立的铁道部“通信与自动化”重点实验室的基础上，主要依托兰州交通大学自动控制研究所、光电技术研究所及计算电磁学与计算光学研究所进行建设，同时正式对外开放，是国内尤其是西北地区光电技术和智能控制领域研究课题覆盖面较广、理论与实践密切结合的具有一定特色的重要研究基地。实验室现设有1个博士后流动站，交通信息工程及控制博士点和9个硕士点。国内著名匡定波院士、薛永琪院士、钱清泉院士、卢秉恒被聘为本实验室的学术委员和兼职教授。从国外归来的博士后也为实验室注入了新鲜活力。

2003年以来，实验室共承担各类项目近40项，其中承担的国家级、省部级等重大项目11项。获得国家科技进步二等奖 2项，甘肃省科技进步一等奖2项、二等奖2项，发表科技论文300多篇，出版专著7部。经部级鉴定达到国际领先或先进水平的技术成果9项，获得授权专利5项。实验室与兰州大成自动化工程有限公司合作完成的两项主要产品“计算机全电子联锁系统”和“大型全自动控制汽车灯具真空镀膜机”，属于国内首创，其技术达到了国际先进水平，目前创新成果已在全国十八个区市得到转化与推广，对引领相关领域科技进步、促进区域经济发展和技术创新能力做出了卓越的贡献。2007年8月7至9日，2007年8月7日，联合体成功组织了由学校与清华大学、北京大学、美国加州大学伯克利分校、日本东京大学举办2007纳米光电子学国际会议。省委常委、副省长冯健身出席开幕式并讲话，范多旺教授担任会议联合主席，来自中国、法国、德国、日本、韩国、俄罗斯、瑞典和美国的100余名专家学者参加了会议，与会专家针对纳米光电子学这一关键领域进行导向性的演讲，讨论了纳米半导体工艺及合成技术、可调光电特性的新物理学、先进的表征技术以及具有新功能的创新设备等。2007纳米光电子学国际会议是我校建校史上规模最大、层次最高、国外参会专家最多的一次高水平学术会议，进一步提升了我校的国际影响力和知名度。实验室定位于应用基础研究，主要研究方向确定为：大型专用真空光电子技术与装备；光电技术与系统；智能控制系统；计算电磁学与光电子学。2007年1月25日，教育部发文公布，重点实验室创新团队正式入选“教育部长江学者和创新团队发展计划”创新团队，获得300万元项目资助，以此为标志我们创新团队已进入国家队的行列。实验室具备良好的科研条件。实验用房面积 4700平方米。研究仪器比较齐全，拥有大型真空镀膜机、联想高性能并行计算机、激光快速成型等总价值超过3000万元的先进的仪器设备。实验室非常重视国际合作研究，近年来，有近20名国内外学者作为高级访问学者或客座教授先后来实验室进行合作研究，与国内外许多著名大学和研究机构建立了长期的合作关系。在国内非常重视与对国民经济有重要影响的大企业集团的合作，促进了该室的学科建设和发展，推动了光电技术与智能控制在各个领域的应用，为国民经济的发展做出了贡献。正在承担的项目

序号项目名称项目来源

1国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心组建项目 国家科技部

2铁路车站全电子控制关键技术与成套装备 国家863计划

3微结构异质界面柔软太阳能电池及其制造工艺 国家863计划（与西安交大合作）4紫外发光材料的合成及其稳定性的研究 国家自然科学基金

5用于聚合物太阳能电池的多骈噻吩芳环共轭高分子的合成与表征 国家自然科学基金

6太阳能电池p-n异质结界面的三维微结构压印成形 国家自然科学基金（与西安交大合作）7镁合金防护与连接工程技术研究开发

国家十一五科技支撑计划

8青藏铁路运营保障研究国家十一五科技支撑计划 9V1800立式镀膜机 国家重点新产品计划 10铁路车站应急联锁系统 国家重点新产品计划

11全电子计算机联锁系统

国家重点新产品计划

12DLZ系列大型快速等离子轰击清洁设备

国家中小企业创新基金

三、硕士研究生导师简介

3.1范多旺：男，1955年3月出生，甘肃省永靖县人，中国共产党员，现任国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心主任、光电技术与智能控制教育部重点实验室主任、甘肃省特聘科技专家、甘肃工业交通自动化工程技术研究中心常务副主任、甘肃省高原交通信息工程及控制重点实验室主任、兰州交通大学“交通信息工程及控制”学科责任教授、博士生导师、兰州大成自动化工程有限公司总经理、法人代表。范多旺教授在二十几年的科研创新工作中共完成了各种科研项目30余项，全部得到了应用，先后获一项国家科技进步二等奖、八项甘肃省科技进步奖和一项兰州市科技进步一等奖，主持完成的“超大容积高端汽车灯具镀膜系列装备与工艺研发及产业化”获2007年国家科技进步二等奖；合作完成的“ZR-1416-8大型铝板翅式换热器真空钎接设备”获国家科技进步二等奖；主持完成的“超大型系列铝真空钎接炉计算机测控系统”获甘肃省科技进步一等奖；主持研制的“大型真空钎焊炉微机测控系统” 获省科技进步二等奖；主持研制的“新型系列汽车灯具真空镀膜设备计算机控制系统”获省科技进步二等奖；主持研制的“铁路车站全电子化模块高原适应性研究”获省科技进步二等奖。主持承担的信息产业部电子信息产业发展基金项目“铁路车站智能化控制嵌入式软件及成套设备的开发与应用”获“信息产业部优秀项目”奖。范多旺教授在我国铁路自动化领域和真空钎焊及真空镀膜计算机测控领域卓有建树，进行了一系列开创性工作，多项科技成果达到国际、国内先进水平，并以第一完成人先后申请8项发明专利和4项实用新型专利。范多旺教授主持完成的“计算机联锁全电子执行单元”通过铁道部鉴定，鉴定意见：技术先进，属国内首创，达到了当前国际先进水平。” 主持完成的科技部攻关项目“超大容积汽车灯具真空镀膜成套设备的研制及其镀膜工艺研究”已通过科技部验收和鉴定, 验收意见为：该成果填补了高端镀膜机的国内空白，达到国际先进水平。主持的甘肃省科技攻关计划“大型立式全自动控制真空镀膜机研究”研发成功并通过甘肃省科技厅鉴定，鉴定意见为：填补了立式全自动控制复合镀膜机的国内空白，整体技术达到了国际先进水平。范多旺教授1998年获全国“五一劳动奖章”、2005年获“第二届中国科协西部开发突出贡献奖”、“兰州市科技功臣奖”；先后被评为“全国优秀科技工作者”、全国高等学校优秀骨干教师”、“铁道部有突出贡献的中青年科技专家”、“国务院特贴专家”、“甘肃省劳动模范”、“全路新长征突击手”、”甘肃省十大杰出青年”、“兰州市先进科技工作者”。3.2王晓明：男，教授，博士生导师，现任兰州交通大学常务副校长, 省工程中心技术带头人。王晓明教授长期从事自动控制、计算机应用、可视编程技术领域的工程技术研究开发工作。先后发表高水平论文十余篇，获甘肃省科技成果二等奖、甘肃省青年教师成才奖和铁道部电务局中青年电务专家称号，主持研究的一项科研成果被列入“国家级科技成果重点推广计划”。

3.3任恩恩：男，教授，博士生导师，现任兰州交通大学校长，省工程中心主任、技术带头人。任恩恩教授长期从事自动控制、机电一体化领域的工程技术开发与管理工作，目前主持和承担国家十一五科技支撑计划课题、铁道部科技开发计划重点项目等3项，获得甘肃省科技进步奖3项。

3.4逯 迈：教授、博士后，现任光电技术与智能控制教育部重点实验室（兰州交通大学）副主任、学术带头人。1991年6月从兰州交通大学工业电气自动化专业获得学士学位，1996年6月毕业于兰州大学无线电物理专业，获得硕士学位，1999年6月从兰州大学凝聚态物理专业毕业，获得博士学位。1999年8月至2001年8月，在兰州大学化学博士后流动站微波化学方向做博士后，2001年2月至2004年1月，在英国BATH大学电子与电气工程系计算电磁学方向做博士后（Post-Doctor Research Officer），目前在瑞典CHALMERS工业大学信号与系统系生物电磁学方向做博士后（Post-Doctor Fellow）。1998年获得“宝钢教育奖”，1999年获得“铁道部科技拔尖人才”，2004年获得“甘肃省第十一届高校青年教师成才奖”。主要研究领域是在跨学科的基础上，通过数值计算环节在无线电物理的电磁场与微波技术、凝聚态物理的磁学与磁性材料研究方向上开展基础研究工作。具体研究内容有：计算电磁学、计算微磁学与磁滞建模、生物电磁学等。参与英国EPSRC资助的主项目1项，参与国家自然科学基金国际合作项目1项，目前正在进行的国际合作项目1项、甘肃省科技攻关项目1项。通过上述研究,已在国际学术刊物、国际会议上发表论文47篇，其中被SCI收录32篇。3.5郑小平：教授，博士后，1990年6月兰州大学物理系磁学专业毕业，获理学学士学位；1994年6月获兰州大学磁学与磁性材料专业硕士学位；2001年6月至2002年6月在加拿大Manitoba 大学物理系作为高级访问学者；2002年6月毕业于兰州大学物理系凝聚态物理专业，获理学博士学位；2002年9月—2005年1月在 兰州大学化学与化工学院从事博士后研究。2004年2月被聘为兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室“大型专用真空光电技术与装备”研究方向学术带头人。主要从事Kinetic Monte Carlo模拟薄膜生长机理及其制备工艺领域的研究。近年来已发表各类相关学术论文20余篇，有8篇在国家级核心期刊上发表，有13篇在英国、韩国、德国、荷兰等国际期刊上刊登，有13篇被全球最权威的科技论文检索系统SCI、EI收录，并参加14th CANADIAN MATERIALS SCIENCE CONFERENCE、第十一届全国磁学与磁性材料会议、全国固体物理与Mössbauer会议等国内外学术会议，并在大会上作学术报告.3.6汪洋：教授、博士后，1989年哈尔滨师范大学毕业获得物理学士学位，1999年日本奈良教育大学毕业，获得物质科学硕士学位，2002年，日本奈良女子大学毕业获得金属材料博士学位，2003年3月—2005年3月，在浙江大学材料与化工学院金属研究所从事了3年的博士后研究。2004年6月作为甘肃省引进人才被聘为兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室副主任，材料学学科带头人，任职教授。汪洋教授长期从事多年金属材料的研究，在其科研领域首次研究成功Al-Ni-Co准晶晶体, 代替准晶粉末状态,为准晶研究提供便利条件，属于国内外首创.另外,利用国内最先进的产业真空镀膜机,蒸镀了高熔点TiO2薄膜, 为国内首创.目前主持一项建设部项目“利用太阳能研究废气在金属表面吸附和脱附”(项目编号No.2005110)，一项甘肃省国际合作项目。近几年来发表论文20余篇，已有7篇被SCI、EI收录。

3.7俞天智：博士后，1995年6月毕业于兰州大学离子交换平衡及动力学专业，获得硕士学位。2003年6月毕业于兰州大学稀土配位化学专业，获得理学博士学位。2003年8月至2005年7月在中科院长春光学精密机械与物理研究所激发态重点实验室从事博士后科研工作。主要从事荧光光谱分析和色谱—质谱联用技术及药物、发光材料的合成、表征及应用的研究。近年来，发表相关论文10余篇，其中3篇被SCI收录。作为主要合作者参与《新型植物生长调节剂的合成研究》和《草酸二乙酯的合成与分析研究》，为甘肃省环保所承担《蔬菜及土壤中农药残留量分析研究》项目的测试工作，建立起一整套相关农药的分析测试方法。现已完成了中科院长春光学精密机械与物理研究所青年创新基金一项，参与中科院长春光学精密机械与物理研究所激发态重点实验室承担的国家自然科学基金重大研究计划——Eu配合物电致发光效率及寿命提高研究（项目号：90201012）。2005年5月任兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室材料学学术带头人。主要研究方向为高效紫外光、蓝光有机电致发光器件的研究，包括发光材料的合成和高效发光器件的研制二个方向。

3.8魏宗寿：男，汉族，1954年7月生，72年3月参加工作。82年3月广播电视大学电子专业毕业，在兰州铁道学院电信系自控教研所工作，90年晋升为工程师，95年晋升为高级工程师，2001年被学校低职高聘为研究员至今。行政上担任自动控制研究所副所长，甘肃省高原交通信息工程及控制重点实验室学术带头人。任现职以来主要专业技术成绩：发表论文6篇，完成项目（不含获奖项目）四项：成果获奖五项，申请发明专利六项。“超大容积高端汽车灯具镀膜系列装备与工艺研发及产业化”获2007年国家科技进步二等奖；“ZR-1416-8大型铝板翅式换热器真空钎接设备”1998年12月获国家科技进步贰等奖。“超大型系列铝真空钎接炉计算机测控系统”1997年5月，获省科技进步壹等奖。“发电机参数监测综合信息显示系统”1997年5月，获省科技进步贰等奖。“新型系列汽车灯具真空镀膜设备计算机控制系统”2000年3月获省科技进步贰等奖，本人名排名2/6，承担系统硬件设计，控制监测软件设计。

3.9邓志杰：男，兰州交通大学教授，省工程中心技术带头人，教育部“长江学者和创新团队发展计划”创新团队骨干成员，现任兰州大成自动化工程有限公司副总经理。邓志杰教授长期从事真空镀膜、自动控制领域的工程技术开发，特别是真空镀膜技术装备的设计与开发，积累了丰富的工程化实践经验，近年来共主持或参加纵向科研项目9项，其中国家级科研项目4项，承担企业委托技术开发项目22项。先后获1项国家科技进步二等奖和6项省科技进步奖，获得发明专利1项，实用新型专利4项。

3.10陈光武：男，副教授，在读博士，硕士生导师，现任甘肃省高原交通工程及控制重点实验室副主任，兰州交通大学自动控制研究所副所长，教育部“长江学者和创新团队发展计划”创新团队骨干成员。陈光武副教授从事铁路信号、容错计算机系统等领域的工程技术开发工作，目前参与国家863项目1项，主持承担甘肃省科技攻关项目1项。获得甘肃省科技进步奖一等奖2项，甘肃省科技进步奖二等奖1项，甘肃省高校科技进步二等奖2项，主持完成甘肃省自然科学基金项目1项。发表EI论文2篇，核心刊物论文6篇。

3.11王成龙：男，在读博士，兰州交通大学副教授，被聘为省工程中心技术骨干、高级工程师，教育部“长江学者和创新团队发展计划”创新团队梯队成员，兰州大成自动化工程有限公司真空研发部副主任。王成龙副教授主要从事真空镀膜工艺的系统开发及检测试验，近两年承担企业委托技术开发任务6项，参加国家863计划项目1项，参加国家十一五科技支撑计划项目1项，发表相关学术论文6篇，申请发明专利2项。

3.12魏文军：男，1971.12.10生，副教授，在读博士。参与了“超大容积高端汽车灯具镀膜系列装备与工艺研发及产业化”、“铁路车站全电子计算机联锁仿真开发系统”、“LDJLZ-II型计算机联锁全电子执行单元”、“铁路车站全电子执行机冗余系统开发仿真平台”、“多通道电液伺服协调加载系统”和“铁路车站信号应急联锁系统”等多项科研项目的开发其中参与的项目获得国家科技进步二等奖一次、甘肃省科技一等奖一次、甘肃省高校科技二等奖两次、通过省部级科研成果鉴定6次，指导的一名研究生获得了2006年甘肃省大学生挑战杯科技竞赛特等奖。公开发表论文多篇，合作出版专业教材一本。

3.13何涛：男，1977年12月出生于内蒙古商都县，副教授，在读博士，硕士生导师，光电与智能控制教育部重点实验室副主任。1999年毕业于兰州铁道学院（现兰州交通大学）自动控制专业，2002年毕业于兰州铁道学院（现兰州交通大学）交通信息工程及控制专业。2000年至兰州交通大学自动控制研究所工作。2004年晋升讲师，2006年低职高聘副教授，主要从事铁路信号自动控制系统方向的研究。完成的主要科研成果有：铁路车站全电子化模块高原适应性研究，2004年获甘肃省科技进步二等奖；青藏线全电子模块控制单元故障-安全及系统冗余的研究与试验，铁道部科技研究开发计划，2004年通过验收；铁路车站信号应急联锁系统，2005年获郑州铁路局科技进步一等奖；铁路车站智能化控制成套设备及嵌入式软件的开发与应用，2005年获信息产业部优秀项目奖；LDJLZ-II型计算机联锁全电子执行单元，2005年通过铁道部科技成果鉴定；铁路车站全电子计算机联锁仿真开发系统，2006年获甘肃省高校科技进步二等奖；智能交通铁路车站信号数字化应急联锁系统，电子信息产业发展基金项目，2007年通过验收；铁路车站全电子执行机冗余系统开发仿真平台，2007年获甘肃省科技进步一等奖。主要论文有“铁路车站信号计算机联锁全电子执行单元研究”（铁道学报）、“25 Hz相敏轨道电路接收器的电子化研究”（兰州交通大学学报）等。目前承担的主要科研项目有高可靠容错专用计算机系统（甘肃省科技攻关计划）、青藏铁路综合安全监控系统研究（国家科技支撑计划）。

四、2008年硕士生招生规模 40人左右。

五、招生专业 序号 专业名称 交通信息工程及控制2 控制理论与控制技术3 电力电子与电力传动4 计算机软件与理论5 检测技术与自动化装置6 模式识别与智能控制7 通 信8 电路与系统9 系统分析与集成

六、硕士生导师名单

序号导师姓名 职称

1.任恩恩 教授/博导2.王晓明 教授3.范多旺 教授/博导4.邓志杰 教授5.汪 洋 教授6.魏宗寿 研究员7.郑小平教授8.逯 迈 教授9.魏文军 副教授10.俞天智 副教授11.陈光武 副教授12.何 涛 副教授13.王成龙 副教授14.夏养君 副教授 1.交通专用通信系统的理论及应用

本研究方向主要开展包括铁路、公路、水路、机场、码头等领域在内的专用移动通信系统体制、系统设计和产品开发等方面的研究。在该方向已获得联合国ITU国际合作研究资助、铁道部和教育部的资助等，参加了美国IEEE-VT铁路通信标准组工作和铁道部铁路移动通信网络设计等研究工作。

2.交通运输自动化控制系统

本方向主要从事铁路及城市轨道交通的信号自动控制的研究开发，该研究方向的特色是：采用计算机技术、现代通信技术、可靠性技术及铁路信号技术研制新型交通运输自动化控制系统，提高运输效率，保证行车安全。本方向1996年以来完成科研项目总经费900多万元，获得了省级科技进步奖等多项奖励。3.交通运输信息系统研究与开发

本方向主要开展多种类型、不同层次的铁路运输信息系统与信息系统的安全和保密技术的研究与开发。主持了国家“九五”科技攻关项目“高速试验列车旅客信息系统的研究”，参与的铁道部重点项目“全路客票发售和预定系统总体设计”获得了1999年铁道部科技进步三等奖。这些项目的完成和推广，为铁路信息化建设做出了巨大的贡献。

4.城市交通信息工程及控制系统的研究

光电技术实验 篇3

〔中图分类号〕 G633.7

〔文献标识码〕 C

〔文章编号〕 1004—0463（2007）12（B）—0053—01

1.实验介绍

教材对光电效应演示实验设计如下:

把一块擦得很亮的锌板连接在验电器上,用弧光灯照射锌板,如图1,验电器的指针就张开了。这表示锌板带了电,进一步的检验表明锌板带的是正电。

2.疑难分析

教材对实验的设计,反映了教学思想,符合教学理念,但增大了实验的难度。在实际教学中,照此做法,无论用弧光灯或为提高光源频率使用的紫光灯照射,也无论照射时间多长,以及如何探究锌板,总不见验电器指针有张开的情形。

3.原因分析

物理实验离不开物理理论的指导,疑难原因要从物理学的原理去分析发现。我们知道,锌板受到紫光照射后有电子飞出,锌板就带上了正电,在周围就形成了一个电场,这个电场对电子的飞出起阻碍作用。开始时飞出的电子数不多,这个电场并不能阻止电子的飞出,但随着电子的陆续飞出,锌板所带电荷增多,电位升高,周围电场增强,对电子飞出的阻碍作用增大,直到电子飞出时的最大初动能与电子在这个电场中的电势能相等时,电子就无法飞离锌板,锌板的电位也就不再升高,达到平衡状态。

说明:此方案中为使效果显著,P1、P2的面积应适当大些，使当移走P2 时电容器电容C有较大的变化。

方案二:增大锌板带电量,从而增大锌板电位。实验器材在课本要求的基础上,再增加一块丝绸和一根玻璃棒。实验时让紫外线照射到锌板上,由于锌板带电荷较少,电位较低,箔片不张开;把用丝绸摩擦过的玻璃棒(带正电)靠近锌板,验电器箔片张开,少等一会儿,移走玻璃棒,验电器指针明显张开,说明锌板带了电,原理是带正电的有机玻璃棒在其周围有一个很强的电场,它与锌板产生的电场相反,对电子的飞出起加速作用,可使锌板带电量增多,电位迅速提高(可达近千伏),从而使验电器箔片张开较大角度,成功地演示了光电效应。

说明:此方案中由于带电玻璃棒周围电场很强,应注意玻璃棒靠近锌板时不可太近,导致空气放电,箔片合拢。同时还应做如下检验：不使弧光灯照射锌板,移近带电玻璃棒,由于静电感应,指针张开一定角度,移走后张角合拢,说明锌板不带电;照射后,移走玻璃棒,张开一定角度,说明锌板带电,从而排除静电感应的影响。

光电技术实验 篇4

鉴于此, 本文结合光纤通信与光电子技术实验这门课程, 立足于现有的硬件平台, 从学生的身心发展角度出发, 讨论了高等教育教学模式改革中实验课教学存在的问题与不足, 并针对这些问题, 提出了人性化的改进方法。

1 现状及存在的问题

光纤通信与光电子技术实验, 是光信息科学与技术专业的专业实验课, 旨在帮助学生建立和掌握关于光纤各类参数测量技术的专业基础知识, 为学生将来从事相关的工作打下一个坚实基础。

在实际教学中, 笔者发现目前的实验课教学中存在以下问题:

1.1 前期准备不充分

a.教师备课不充分

实验课同理论课存在一个很大的区别在于, 实验课堂问题层出不穷, 原因也是千奇百怪。因此要求从事实验教学的老师对实验原理的完全准确的把握, 和对实验仪器的熟练操作。只有教师对整个实验达到了一种融会贯通的境界。才能正确恰当的处理实验过程中的“不理想”情况。而现实中部分教师的课前准备工作尚待提高。

b.学生课前不准备

该实验课程面向的是, 有一定专业基础的学生。通常情况下, 本实验课程的设置是同理论课程《光纤测量技术》同步进行。这样安排的初衷为了让学生将理论同实践结合起来。然而, 实际在实验课中, 出现了学生在实验课前对实验不进行准备的情况。即便是进行了准备, 也是走马观花式的。这种情况的存在通常导致以下结果: (1) 在实验课开始一段时间, 无法快速进入课堂。 (2) 为了在规定的课时能拿到“理想”数据, “严格”按照实验装置图机械式地进行物理连接。 (3) 不知道进行实验的目的及意义, 纯粹为了得到理论课中得到的“预期”结果。

由于学生的准备不充分, 同样对实验课效果的影响很大的。我们应该知道, 学生因为准备不充分, 导致无法快速进入课堂, 这个问题可以通过教师来进行弥补尚且可行, 但是由于其准备工作不充分, 进而在试验中造成的损耗, 这个是无法估计的。

1.2 教学过于“包办”

随着科技的发展, 电子产品的迅猛普及。作为科技最前沿的高校, 特别作为信息科技的光纤通信学科自然站在了科技的最前沿。因此, 实验器材, 实验方案的设计无疑变得更“省事”。实验器材大都采用高度集成化, 操作系统采用人机友好界面, 实验方案流程也相当详尽, 基本可以作为操作手册来用。

本实验课的目的即为进一步加深对教学内容的理解、巩固与提高。实验器材的高度集成, “黑匣子化”, 使得学生在实验过程中仅仅需要进行简单的连接, 便可得到“理想”结果。使得实验课的价值大打折扣, 也使得学生有理由不用在实验前做准备。对于教师而言, 一旦实验器材出现问题, 分析来自然是困难重重, 这样无疑造成很多不必要的麻烦。

1.3 实验设计过于验证性实验

光纤通信与光电子技术实验指导书中的实验绝大多数都是验证性实验, 基于实验器材的高度集成, 操作误差的减小, 使得实验结果能够很好的被预测。这样就大大减小了学生操作的难度, 降低了学生思考的机会。当实验结果同理论值存在偏差时, 学生关注更多的是不是设备操作不当, 而不是考虑是什么原因导致了这样的结果。这样已经失去了实验的意义。

1.4 注重考试, 忽略过程

实验课, 是一个考察动手操作能力的一门学科。但是它仍旧是一门需要考察的课程, 现有的考评方式较大的因素取决于最后考试时的表现, 由于实验本身的不确定性, 以及一些其他问题, 导致了实验结果预期的存在较大的偏差, 甚至是没得到实验结果, 这样有可能使得学生的分数大打折扣, 这样导致了学生一味的重复老师所要求的实验, 严格点说就是学生只关注了所谓的考点。至于实验课的目的和意义他们是不会关心的。

2 实验教学改革

针对光纤通信与光电子技术实验中存在的问题, 适应高等教育由精英教育向大众教育转变的模式, 我们可以在现有硬件资源的情况下, 做如下调整, 以实现物有所值, 学有所用的目的。

2.1 严把课前准备关

针对实验课前期准备不充分的情况, 需要老师和学生共同做起。老师首先要对实验原理和器材做到百分之百的熟悉掌握。在此基础之上对学生前期准备工作进行严格把关, 对于不能进行准备的同学进行推迟或者延期实验。但是由于实验课时的限制, 可以安排在后续时间内进行补做。

只有充分的准备工作, 才能够做到实验的有的放矢, 进而为创新性实验打下坚实的基础。有了前期的准备工作, 基于学生希望被认可的性格特点, 老师的主导地位自然会被学生所取代, 可以在学生不知情的情况下, 成功的实现传统教育模式向现代学生主导教育模式的转变。在此基础之上, 老师可以适当引导, 设计出富有创新性更贴近工程应用的实验。

2.2 实验分组成绩共享

实验课程开始前, 将全部学生进行分组, 遵从自愿结合, “强弱”搭配的原则。实现小组化管理模式。小组整个阶段为一个小的团队, 小组的成绩就为每个队员的成绩。通过小组化教育, 有利于学生间的交流、探讨, 更有助于他们团队协作能力的培养。同时淡化了过分注重期末考试的情况, 使得考评方式更加合理化, 人性化。

2.3 新生代教师

在实际教学过程中, 通过小组化管理模式后, 发现几乎每个班中, 总有几个小组表现异常优秀。通过同他们交流发现, 通常情况下, 这样的小组中都有一个理解问题比较深刻又善于表达的同学, 当其他成员遇到问题时, 他总能用“学生的语言”进行交流, 其他成员总能第一时间, 理解问题。基于此, 可以将该方法在较大的范围内进行推广, 使得优秀资源大家共享, 先进想法共同学习。遵从劳有所得的原则, 对于这种学生, 在年终考评时, 视情况给予奖励。

2.4 结合前沿学科交叉

光纤通信与光电子技术实验是对《光纤测量技术》课程的拓展与实验验证, 该学科为一门朝阳行业, 具有蓬勃的发展前景[5], 和很多的前沿课题。基于前面实验分组、新生代教师的基础上, 可以大胆的发挥学生睿智的大脑, 让他们大胆的设想, 去设计实验。形成:学生提想法→教师提建议→学生修改→学生写实验方案→教师审核→进行实验→年终奖励, 的一个创新模式。

同时鼓励学生进行学科交叉的思考模式, 该门实验课程面对的学生, 绝大部分都是具备电路知识的同学, 如果他们只从光纤测量角度出发, 面对高度集成的实验台时, 它就是一个“黑匣子”, 这个时间鼓励他们从信号处理、电路的角度去考虑这个“黑匣子”。当实验结果出现偏差时, 能够从客观全面的角度发现问题, 分析问题, 解决问题, 进而为今后在工作中遇到问题、解决问题做好储备。在一定程度和意义上可以制定同电工实验相结合的方案, 这样无疑将大大降低学生培养经费的整体投入。

3 小结

在高校教育由精英教育向大众教育模式转变, 实验室有限的硬件平台日益高度集成化的背景下, 针对光纤通信与光电子技术实验中存在和出现的问题, 本文结合近几年的教学实践提出如下解决方案:1.严把课前准备关, 2.实验分组成绩共享, 3.新生代老师, 4.结合前沿学科交叉的方法。该方案能够有效的将学生送上主导课堂的位置, 发挥他们的主观能动性, 激发他们自主创新的意识, 培养他们团队合作的精神, 从而有效的抑制注重考试, 忽略过程的教育难题;也能够成功克服实验器材的高度集成带来的众多不便。

参考文献

[1]贺秋芳.当代高等教育形势下的高校实验教学改革[J].新课程研究, 2011, 213 (2) :88-90.

光电子课程设计实验心得 篇5

以前没有接触过焊接，都不知道电烙铁和吸锡器如何使用，通过课设使用到了作为电子信息专业的学生以后会用到的工具，对以后有很多帮助。焊接电路板和安装调试中难免会遇到很多困难，但不应想到放弃，必须坚持做下去，才能最终得到正确的结果。在设计过程中还发现了自己的很多不足之处，应该以积极的心态去改正。

此外，这次课程设计与我们的日常生活是息息相关的，以前只知道学习书本知识，都不知道我们将来毕业会从事什么工作。这次课设使我知道我们将来或许可以做出比楼道声光控制灯更加智能更加灵敏的现代科技产品，我很期待也很兴奋，我觉得学好专业课学好一技之长非常重要。

在这次的学习过程中，让我了解要多思考、多比较和多尝试把所学的书本知识应用于实际，培养自己的动手能力。所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

这次，我们是第二个完成的，虽然没有第一组快。但是我们的板子很漂亮、布线也很整齐。

光电对抗技术分析 篇6

【关键词】光电对抗；红外制导；激光制导；复合制导

1.引言

光电对抗是指敌对双方在紫外、可见光、红外波段范围内，利用光电设备和器材对敌方光电制导武器和光电侦测设备等光电武器装备进行侦察干扰，使敌方光电制导武器和光电侦测设备等光电武器装备失去或降低其作战技能，并保护己方光电设备和人员免遭敌方的侦察干扰，正常发挥作用所采取的各种战术技术措施的总称。

在军事应用中，光电精确制导技术和光电侦测技术发展迅速；应用广泛，目前已形成较完善的装备体系。许多现代军事作战平台（飞机、舰船、坦克及装甲车等），普遍装备了前视红外系统、红外热像仪、激光测距机、微光夜视仪等光电侦测设备，使现代战争没有了白天和黑夜之分。同时，在军事平台中还装备了激光制导导弹和炸弹、电视制导导弹和炸弹以及红外制导导弹等光电精确制导武器，这些光电精确制导武器具有命中精度高、全天候、全时段使用的特点，使得现代战争作战模式发生了巨大的变革。

光电对抗的作战对象主要是来袭光电制导武器和敌方光电侦测设备。光电制导武器和光电侦测设备都有两个敏感单元：信息获取单元（光电传感器）和信息处理单元（计算机），这就像是人的眼睛和大脑。光电对抗技术就是针对敌方光电制导武器和光电侦测设备的“眼睛”和“大脑”，采用强光致盲、致眩干扰使其“眼睛”变瞎，采用烟雾遮蔽干扰使其“眼睛”看不见目标，采用光电迷惑干扰使其“大脑”无法识别目标，采用光电欺骗干扰使其“大脑”产生错误判断而攻击假目标，从而有效对抗敌方光电制导武器和光电侦测设备。

2.光电对抗的内涵和作用

2.1 光电对抗的内涵

光电对抗是指为削弱、破坏敌方光电设备的使用效能.保护己方光电设备正常发挥效能而采取的各种措施和行动的统称。具体而言，就是指敌对双方在光波段范嗣内，利用光电设备和器材.对敌方的光电武器进行侦察告警并实施干扰，使敌方的光电武器削弱、降低或丧失作战效能；同时利用光电设备和器材，有效地保护己方光电设备和人员免遭敌方的侦察告警和干扰。通常，光电对抗按波段分类包括激光对抗、红外对抗和可见光对抗；按平台分类包括车载光电对抗装备、机载光电对抗装备、舰载光电对抗装备。

2.2 光电对抗的地位及其作用

随着红外和激光技术在军事上的应用，特别是光电探测和光电制导技术的发展。光电对抗技术和装备在现代战争中发挥着越来越重要的作用，各军事强国在光电对抗领域的竞争也日愈激烈。有军事分析家预言：“在未来战争中。谁失去制谱权。就必将失去制空权、制海权，处于被动挨打、任人宰割的境地；谁先夺取制光电权，谁就将夺取制空权、制海权、制夜权.由此也可以认为，谁拥有

了更先进的光电对抗技术和装备，谁就掌握了战场的主动权。光电对抗在军事上的作用主要表现在：

1）为防御及对抗提供及时的告警和威胁源的精确信息

实现有效防御的前提是及时发现威胁。光电侦察告警设备能够查明和收集敌方军事光电情报.为及时采取正确的军事行动、实施有效干扰或火力摧毁提供依据。美军非常重视战场信息采集及综合處理技术的研究，已连续多年把它列为国防关键技术和重点研究内容，并且在大的军事项目中加以应用。

2）扰乱、迷惑和破坏敌光电探测设备和光电制导系统的正常工作

通过有效的干扰使它们降低效能或完全失效，以保障己方装备和人员免遭敌方光电侦察、干扰或火力摧毁，为己方的对抗行动创造条件。光电干扰技术和装备作为对抗敌方光电探测和制导的有效手段，是各军事强国重点研究的内容。

3.电对抗的基本特征

光电对抗是否有效必须符合如下4个基本特征：光电频谱匹配性、干扰视场相关性、最佳距离有效性和干扰时机实时性。

3.1 光电频谱匹配性

在此指干扰光电频谱必须覆盖或等同被干扰目标的光电频谱。如对没有明显红外辐射特征的地面重点目标防护，一般容易受到具有目标指示功能的激光制导武器的攻击，因此激光欺骗干扰和激光致盲干扰都选用1.06微米和10.6微米来对抗相应的敌方激光装备；对具有明显红外辐射特征的动目标（如飞机）一般受到红外制导导弹的攻击，红外诱饵及红外有源干扰波段与红外制导光电频谱相同，一般选在l～3微米和3～5微米。

3.2 干扰视场相关性

光电侦察、光电制导和光电对抗均具有方向性较好的光学视场，干扰信号必须在被对抗的敌方装备光学视场范围内，否则敌方光电装备探测不到干扰信号，干扰将是无效的。尤其是激光对抗，由于激光的方向性好，导致对抗的难度非常大。例如在激光欺骗干扰中，激光假目标的布设距离必须根据激光导引头视场范围而设定。

3.3 最佳距离有效性

光电对抗最佳的干扰效果就是将来袭光电制导武器引偏，使光电制导武器导引头在其视场内看不到被攻击的目标。在一定引偏距离内是否引偏至导引头视场之外，主要取决于距来袭光电制导武器的距离，因此干扰距离的选择也是能否有效干扰的关键问题。例如红外干扰导弹在距来袭红外制导导弹一定距离范围内发射才具有最佳的诱骗干扰效果。

3.4 干扰时机实时性

战术光电制导导弹末段制导距离一般在几公里至十公里范围内，而导弹速度很快，一般在l～2.5马赫左右，从告警到实施有效干扰时间必须在很短的时间内完成，否则敌方来袭导弹将在未形成有效干扰前就已命中目标，因此对光电对抗要求的实时性要求比较强。

4.结束语

本文对光电对抗的内涵及在战争中作用的主要表现进行了论述。对光电对抗的光电频谱匹配性、干扰视场相关性、最佳距离有效性和干扰时机实时性这4个基本信息进行了详细的说明，为光电对抗武器的研发和使用提供了一定的理论基础。

参考文献

[1]黄泽贵.光电对抗新技术的应用与展望[J].电子对抗技术，2002（4）：39-40.

[2]付伟.光电无源干扰技术的发展现状[J].应用光学，2000，2l（6）：l-5.

[3]叶盛祥，谢德林，杨虎等.光电对抗技术[J].光电工程，2001，28（1）：67-72.

[4]赵广福.光电对抗技术评述[J].红外技术，1996，18（2）：13-19.

[5]樊祥，刘勇波，马东辉等.光电对抗技术的现状及发展趋势[J].电子对抗技术，2003，18（6）：l0-15.

光电技术实验 篇7

随着科技的发展, 光电信息处理越发显得重要, 光电信息转换、光电信息处理是每个学生必须掌握的技能。因此, 为使专业课程理论与专业实践紧密结合, 增强学生的感性认识, 增加专业实验教学投入十分必要, 同时, 正确描述光电转换基本机理并通过实验进行验证, 利用现代化的手段完成光电信息处理, 进一步实现理论的工程化应用迫切需要工科高等院校研制出具有专业特色、符合专业技术发展趋势的光电信息处理综合实验平台。

一、传统的光电信息综合实验平台的弊端

调研表明, 目前工科高等院校实验室已有的光电信息处理实验平台存在各种各样的弊端, 综合起来, 主要体现在以下几个方面:

1. 所能开设的实验种类单一。

目前, 工科高等院校专业实验教学主要包括四类:验证性实验教学、设计性实验教学、综合性实验教学、演示性实验教学。其中, 验证性实验教学的目的在于帮助学生理解和掌握基础理论;设计性实验教学的目的在于发挥学生的主观能动性, 培养学生的创新意识和创新能力;综合性实验、演示性实验教学的目的在于开阔学生的视野, 促进多学科交叉, 培养学生的综合性素质。传统的光电信息综合实验平台只能开设简单的有限数目的验证性实验, 学生在此实验平台上只能验证和掌握光电检测的基础理论和基本技能, 限制了学生的创造性思维和创新能力的发挥。

2. 无法实现对学生的系统培训。

一个学生从进入学校的一刻起到走出校门, 要经历基础级——系统级——综合级三个不同层次的专业训练, 只有这样, 高校才能培养出符合社会需求的高科技人才。因此, 传统的基础级光电实验平台功能单一, 无法实现对学生的系统级和综合级的专业训练;而对于传统的系统级和综合级的实验平台而言, 学生们则需要浪费大量的时间去熟悉和使用它, 课时的压缩无法保证学生拥有充足的时间, 这就导致了大部分学生失去了系统级和综合级的专业训练机会。

3. 学生无法体验知识的连贯性。

一个完整的光电信息综合实验平台的设计须体现从龙头 (传感器) 实现光电信息检测——龙的心脏 (CPU) 实现光电信息处理——龙尾实现光电信息传输的一条龙的专业训练理念, 而传统的光电信息实验平台功能比较单一, 只是片面的体现某一方面的训练, 导致学生知其然而不知其所以然, 无法实现学生的全方位训练。

4. 灵活性和可扩展性差。

传统的光电信息实验平台功能具有局限性, 可扩展的模块很少, 使用起来很不方便。无法为学生提供较宽的知识基础和再学习环境, 无法培养学生在工程平台上解决实际问题的能力。

5. 造成了工科高等院校资金的浪费。

在传统的专业实验教学的开展过程中, 不同级别的专业训练需要添置不同的实验设备, 而不同的实验设备中常常集成了相同的资源模块, 如电源、显示器、键盘等。所以, 设备采购的数目越多意味着资金的浪费情况越严重。

6. 造成了高校师资的短缺。

高校的实验室管理中, 分门别类, 不同级别的实验室需要不同的实验教师去管理;新出现的“实验室开放”的概念, 意味着需要更多的教师参与实验室的管理和学生的答疑工作。

二、现代光电信息处理综合实验平台的设计

本设计克服了传统的光电信息综合实验平台的种种弊端, 立足于学生和高等院校的实际情况, 适应21世纪专业人才培养目标和模式, 同步实验教学方法和实验教学手段的改革, 为学生提供了实验再学习的环境, 促进学生解决实际问题和创新能力的培养。

现代光电信息处理综合实验平台采用先进的模块化总体设计方法, 选用新型单片机——AVR单片机作为智能化信息处理的核心, CPU背板式结构保证了实验平台的更新换代。同时, 设计时综合考虑传统的电子技术、光电检测技术等基础知识相结合, 既发挥新技术的优势又加强了基础知识的训练, 较好的培养了学生的综合能力。该实验平台实验电路原理清楚、要点突出、实验内容丰富、电路设计新颖、技术先进、具有代表性, 既可以用于学生的基本实验教学, 又可用于设计性和综合性实验教学, 利用配套的演示实验还可以扩展学生的知识面, 提高学生的综合素质。现代光电信息处理综合实验平台的结构示意图如图1所示。

现代光电信息处理综合实验平台研制过程中已开发配套的8块实验插板:1.热释电特性实验插板;2.光电二极管、光电池、光敏电阻特性实验插板;3.光电池、光敏电阻、光电三极管、对射、反射式光电开关实验插板;4.光电式直流电机测速、稳速实验插板;5.光变频率实验插板;6.线阵CCD特性实验插板;7.工件尺寸测量实验插板;8.红外遥控遥测实验插板。由于该实验平台提供总线模块, 所以学生可在此平台基础上根据自身需求设计任一插板, 均可插在总线模块的VME插座上, 实现功能上的扩展和实验平台的灵活应用。

三、现代光电信息处理综合实验平台的特点

1. 本实验平台结构紧凑, 操作方便、简单, 所完成实验深入浅出, 趣味性、实用性强;

2. 在突出光电转换物理特性的同时注重光电信息处理技术, 兼顾了基础训练与专业综合训练, 体现了“重基础、讲特色、跟前沿”的实验教学风格;

3. 采用新型数字电路及新型单片机, C编程的光电信息处理模式, 体现了现代编程新理念;

4. 由光电信息转换、获取到光电信息处理、显示的系统化实验教学为学生展宽视野、扩展知识面;

5. 总线式与模块化的设计, 提高了系统的可扩展性与综合应用价值, 使其具有极高的性能/价格比。

四、现代光电信息处理综合实验平台的适用对象

1. 适用课程

光电检测、光电信息处理技术、光电技术、光电系统课程设计、专业综合实验等。

2. 适用人员

电子信息类、光电检测类专科生、本科生、研究生及从事电子信息科学与技术、光电信息与处理技术等领域的科研和工程开发人员。

3. 可开设实验

(1) 光源与光度辐射度参数测量实验

(2) 光敏电阻特性实验

(3) 光电池特性实验

(4) 光电二极管特性实验

(5) 光电三极管特性实验

(6) 热释电红外报警实验

(7) 光电开关特性——光电式直流电机测速实验

(8) 线阵CCD测量物体外形尺寸实验

(9) 光电密码锁 (五种光电传感器开关特性应用)

(10) 线阵CCD驱动与信号二值化

(11) 红外遥控遥测

(12) 基于虚拟仪器的光照度测量

(13) 光电式直流电机闭环稳速

(14) 线阵CCD信号采集、传输与处理

五、结束语

现代光电信息处理综合实验平台是电子信息技术、光电技术、计算机应用技术的综合应用实验平台。该实验平台突出了电子信息的精髓和光信息技术的应用, 兼顾了基础级——系统级——综合级的专业训练, 体现了由光电信息转换、获取到光电信息处理、显示的系统化一条龙实验教学理念, 全新的总线插板式、背板式结构与模块化设计提高了系统的可扩展性与综合应用价值, 具有极高的性能/价格比和广阔的应用前景。

摘要：分析了传统的光电信息处理综合实验平台的弊端, 提出全新的总线插板式、背板式结构与模块化设计理念, 开发研制了一套现代光电信息处理综合实验平台。实验证明, 该实验平台兼顾了对学生的基础级—系统级—综合级的专业训练, 体现了由光电信息转换、获取到光电信息处理、显示的系统化训练过程, 性价比高, 应用前景广阔。

关键词：总线插板,背板,光电信息处理

参考文献

[1]龙青云, 李富全, 张昌莘, 等.光电信息技术实验教学改革的思考[J].高校实验室工作研究, 2007, 3

[2]杨应平, 曾延安.光电信息类实验教学改革及实验教学体系[J].理工高教研究, 2006, 2

光电技术实验 篇8

关键词：光电传感器,物理实验,应用

1 引言

随着传感、采集技术日新月异的发展, 几乎每一种科学技术的发展在一定程度上都得到传感器技术的支持。在中学物理实验中, 传统的实验教学只能静态地呈现物理实验内容, 制约着中学物理教学水平的提高, 现如今随着新课程理念的提出, 尤其重视以传感器技术为基础来实现信息技术与传统实验的整合[1], 因此, 传感器技术的应用逐渐渗透到中学物理实验教学中去, 且其地位越来越重要。与传统的实验仪器相比, 传感器更具有品种多、技术新、功能强、发展快、性能可靠等优势。利用传感器代替传统的实验仪表, 将实验数据采集后交由计算机分析处理, 能够大大地减小实验误差, 提高实验的速度和精确度, 使物理规律的探索更加方便与准确。

2 光电传感器简介

光电式传感器是一种将被测量通过光量的变化再转换为电量的传感器, 它的物理基础是光电效应[3]。光电式传感器一般由光源、光学元件和光电元件三部分组成, 组成框图见图1。光源发射出一定光通量的光线, 由光电元件接受。在检测时, 被测量使光源发射出的光通量变化, 因而使接受光通量的光电元件的输出电量也作相应的变化, 最后用电量来表示被测量的大小。其输出的电量可以是模拟量, 也可以是数字量。

光电开关是利用感光元件接收变化的入射光, 并进行光电转换, 同时加以某种形式的放大和控制, 从而获得最终的控制输出“开”、“关”信号的器件。图2为典型的光电开关的结构示意图。

图2 (A) 是一种透射式的光电开关, 它的发光元件和接收元件的光轴是重合的。当不透明的物体位于或经过它们之间时, 会阻断光路, 使接收元件接收不到来自发光元件的光, 这样就起到了检测作用。图2 (B) 是一种反射式的光电开关, 它的发光元件和接收元件的光轴在同一平面且以某一角度相交, 交点一般为待测物所在处。当有物体经过时, 接收元件将接收到从物体表面反射的光, 没有物体时则接收不到。

3 光电传感器在中学物理实验——牛顿第二定律的应用

传统的验证牛顿第二定律的实验装置如图3所示, 两个相同的小车放在光滑的水平板上, 前端各系一条细绳, 绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘, 盘中放砝码。实验时, 小盘和砝码牵引小车, 使小车做匀加速运动的力近似等同于小盘和砝码的重力。因此, 增减小盘中的砝码就可以改变小车受到的合力。小车后的拖线, 可用夹子夹住, 放松或夹紧拖线, 可对两小车同时起动或制动。当研究加速度和作用力的关系时, 使两小车质量相同, 小车A的作用力为小车B的作用力的2倍, 通过夹子使两小车同时起动和制动, 可测得小车A通过的距离为小车B的2倍。根据初速为零的匀变速直线运动规律, 在相等时间内通过的距离和加速度成正比, 即s1∶s2=a1∶a2, 可得质量相同时加速度和作用力成正比。研究加速度和质量的关系时, 使作用在两小车上的外力相同, 并使小车A的质量为小车B的质量的2倍, 仍按上述方法使两小车同时起动, 同时停止。通过位移的比可知, 作用力相同时, 加速度和质量成反比。

这种演示实验, 用两个运动物体在相等时间内通过的位移作比较, 直接由比较得出a、F和m的比例关系。这种方法演示时间短, 实验误差比较大, 只能定性地说明实验所需要的结果。如果将光电传感器引入验证牛顿第二定律的实验中, 可以解决传统实验中存在的问题。用光电传感器验证牛顿第二定律的实验装置如图4所示。

实验从两个方面来进行, 一是研究加速度与外力的关系。即保持物体的质量一定, 改变所施加的外力, 测量同一物体在不同外力作用下的加速度, 探索加速度与外力的关系。二是研究加速度与质量的关系。即保持所施加的外力一定, 改变物体的质量, 测量同一外力施加在不同质量的物体上时物体的加速度, 探索加速度与质量的关系。

所施加的变化的外力可以用增减硬币的数量来实现。物体的加速度的测量可以用图4所示的装置完成。G1、G2为光电门, 其所在的位置确定了滑块运动的始末位置。利用光电门可以测量滑块通过的时间, 已知挡光片之间的距离Δs, 可根据瞬时速度的概念v=Δ/Δt计算出滑块通过光电门时的瞬时速度。如果用两个光电门, 再确定两个光电门之间的距离s, 则加速度可由公式 (1) 计算得到[6]。

最后用MATLAB软件对数据进行处理, 并拟合出直线来反映加速度与外力之间的关系及加速度与质量之间的关系。实验取挡光片Δs为10mm, 两个光电门之间的距离s为0.5m, 滑块和挡光片的总质量m为530.22g, 外力F为0.036N。分别对加速度与外力的关系和加速度与质量的关系进行了分析。加速度与外力关系的实验数据见表1, 拟合的曲线如图5所示, 方程为:a=1.886F+0.0016, 从而可以确定F/a=1/K=530.22g=m, 即满足牛顿第二定律中力和加速度的关系:F=ma;加速度与质量关系的实验数据见表2, 拟合的曲线如图6所示, 直线方程为:

从而可以确定, 同样地也可以得出牛顿第二定律的公式。

从而可以确定undefined, 同样地也可以得出牛顿第二定律的公式。

4 分析与讨论

在两个实验中, 直线的相关系数R分别为0.998和0.997, 说明实验的结果是非常准确的。从上面的实验结果可知:当物体的质量一定时, 加速度与所施加外力成正比;当所施加外力一定时, 加速度与物体质量成反比。因此, 利用光电传感器验证牛顿第二定律的实验, 直接测量出了物体运动过程中受到的外力—加速度及质量—加速度的数值, 并利用计算机绘制出了外力—加速度及质量—加速度的对应的关系图像, 从图像的数据中可以直接得出牛顿第二定律的公式, 提高了实验的直观性和课堂教学的效率。而传统的实验方法在验证牛顿第二定律时, 近似认为小车所受的水平拉力的大小等于砝码所受重力的大小, 再加上桌面粗糙程度的忽略等等, 实验存在很大的误差, 所以传统的实验方法只适合做基本的演示实验。比起传统的实验方法, 利用光电传感器做牛顿第二定律的实验更能够清晰地展示物理现象。且这种新型的实验方式拓宽了学生的视野, 激发了他们对物理学习的兴趣。

5结束语

上面的两组实验对比显示了传感器技术应用于中学物理实验的优势。研究牛顿第二定律时, 传统的实验是很直观的, 但是比较粗略, 只能定性说明。利用先进的传感器技术, 采用光电门进行数据采集, 再利用编程手段, 完成了数据处理, 从而实现了物理规律的定量研究, 直接得出了运动状态变化的物理量与加速度之间的定量关系。比起传统的实验方法, 利用光电传感器做牛顿第二定律的实验更能够清晰地展示物理现象。研究重力加速度的测量时, 利用光电传感器测量比打点计时器更能够缩小实验的误差, 提高测量的速度和精确度。

传感器技术应用于中学物理实验教学是一次教学手段的革新, 是教育技术的进步。利用光电传感器技术做中学物理实验, 能够使学生在掌握知识的基础上了解现代实验技术和手段, 培养实验能力, 使他们学习物理的热情和积极性得到进一步的提高。而且, 随着传感器技术在物理实验中越来越广泛的应用, 并利用计算机强大的计算功能, 通过仿真, 模拟理想化的实验环境, 帮助学生建立理想化的物理模型, 得出物理规律, 实验效率获得大幅度提高。在这样的环境下探究物理规律, 更有利于提高学生的科学素质。

参考文献

[1]林玉伦.传感器技术在中学物理实验中的应用[J].教学仪器与实验, 2005, 21 (3) :17-18.

[2]黄贤武, 郑筱霞.传感器原理与应用[M].北京:高等教育出版社, 2004:131-132.

[3]何道清.传感器与传感器技术[M].北京:科学出版社, 2005:231.

[4]刘克哲.物理学[M].北京:高等教育出版社, 2002:28.

[5]张雄, 王黎智.物理实验设计与研究[M].北京:科学出版社, 2003:162-163.

光电技术实验 篇9

1 光电导开关 (PCSS) 的基本原理

1.1 光电导开关的结构

光电导开关的结构, 如图1所示, EL2:GaAs半导体基片有一对平行欧姆接触的电极, 电极之间留有宽度约1 mm缝隙。电极与微带传输线和同轴电缆相连形成开关的输入输出端, 即光电导芯片的一端通过一段微带传输线与一直流电源相连形成直流偏置, 另一端通过微带传输线与一匹配负载相连。当激光脉冲照射到直流偏置的光电导开关的电极缝隙上时, 光电导材料吸收入射光子, 使价带或深层能级的电子激发到导带, 开关内部将产生自由运动的光生载流子, 载流子在偏置电场的作用下定向运动, 光电导开关导通。

光电导开关有两种类型:横向光电导开关和纵向光电导开关。横向开关的激励光脉冲入射方向与偏置电场方向相互垂直;纵向开关中激励光脉冲入射方向和偏置电场方向平行。由于横向光电导开关具有较大的光照面积和电导通道, 实验研究采用横向光电导开关[1]。

1.2 光导开关的两种工作模式

当激励光脉冲能量和偏置电压中的任一参量低于其阈值条件时, 光电导开关输出电脉冲与激励光脉冲具有相似的波形, 即呈线性变化关系, 称光电导开关的这种工作模式为线性工作模式。在线性工作模式下, 开关的闭合与关断由光脉冲时变特性决定, 激励光脉冲产生的光生载流子的时变特性决定开关的工作状态[2]。光电导开关输出电脉冲的上升时间主要取决于触发光脉冲的上升时间, 其下降时间主要取决于光导材料介质弛豫时间和光生载流子的寿命以及载流子渡越开关间隙所消耗的时间。图2是在直流偏置电压为200 V, 用平均功率45 W, 脉宽为113 ns的半导体激光器触发光电导开关产生的线性电脉冲波形, 脉冲脉宽4.6 ms, 幅值162 mV。

当激励光脉冲能量和偏置电压参量同时高于某阈值条件时, 光电导开关一旦导通, 即使激励光脉冲消失, 只要偏置电压维持在某一高压, 光电导开关仍处于导通状态。此时开关的工作状态不再由激励光脉冲时变特性决定, 激励光脉冲只起触发开关导通的作用, 这种工作模式即为光电导开关的非线性工作模式。偏置电压为2 000 V, 50 dB信号衰减时, 用平均功率45 W, 脉宽为113 ns的半导体激光器触发开关得到的非线性电脉冲波型, 如图3所示。非线性电脉冲脉宽0.32 μs, 幅值4.1 V。

2 实验研究

实验中的光电导开关用电阻率大于108 Ω·cm的EL2 补偿高阻砷化镓 GaAs (EL2:GaAs) 材料制成, 电极间隙为1.5 mm。它并非有意掺杂, 而是本身具有EL2 缺陷, 其浓度一般为1×1016～2×1016 cm-3[3]。实验装置的基本结构, 如图4所示。激励光源为半导体激光器, 可输出脉冲间隔可调的十个脉冲组成的脉冲串, 输出波长904 nm, 峰值功率45 W, 单脉冲宽度100 ns左右。JAY-2A型直流高压电源作为光电导开关的直流偏置, 输出电压在100～5 000 V可调。光电导开关输出的电信号经50 dB衰减, 由LECROY 6100示波器观察, 其采样速率1 GHz。观测到的线性和非线性波形, 如图5所示。

为了研究光电导开关非线性产生的电阈值特性, 实验中保持触发激光脉冲能量、脉宽、脉冲串长度和脉冲间隔不变, 实验研究直流偏置随非线性输出次数之间的关系, 并实际测量比较产生非线性输出前后光电导开关的暗电阻。

(1) 实验中首次出现非线性电脉冲直流偏置电压为2 180 V, 产生电信号经50 dB衰减器衰减, 如图6所示。关闭电源及一切设备后, 等待若干小时再次实验, 再次出现非线性电脉冲直流偏置电压降低到1 750 V, 产生的电信号经50 dB衰减器衰减, 如图7所示。重复上述过程, 在更低的直流偏置电压1 630 V下, 产生非线性电脉冲经50 dB信号衰减, 如图8所示。3次试验均采用连续10个脉冲的激光脉冲串触发光电导开关, 脉冲间隔为1 μs。实验表明, 同一光导开关非线性电脉冲会随着电阈值的降低而出现;

(2) 基于上述实验, 又对不同的光导开关重复上述实验过程, 同样观测到产生非线性电阈值不断降低的现象。为探究电阈值降低的原因, 对产生非线性前、后光电导开关的暗电阻进行参数测定。图9为试验前光导开关的伏-安特性曲线。图10是相同的实验条件下共出现6次非线性现象试验后的伏-安特性曲线。图11为试验前、后的伏-安特性对比曲线, 实线为试验前特性曲线, 虚线为实验后特性曲线, 两者对比可见试验后暗电阻明显低于试验前。

3 实验结论

暗电阻的降低属于一种损伤, 激光与半导体光电材料相互作用以及非线性的产生都会使材料表面和其内部发生一系列物理、化学变化。

(1) 激光反复触发光导开关时砷化镓 (GaAs) 材料吸收激光并积累热量, 材料吸收光能转化成热量使得材料内部温度不断升高。反复的激光触发会引起材料表面形态发生变化, 原来光滑平坦的材料表面变得粗糙扭曲, 材料表面形态开始发生变化、引发损伤, 从而使开关性能发生改变;

(2) 在制备和加工过程中, 由于存在制备加工水平有限, EL2 补偿高阻砷化镓 GaAs材料中存在大量的微观缺陷, 这些微观缺陷具有比材料本征吸收大得多的吸收率, 导致材料损伤阈值降低。在材料与激光脉冲相互作用过程中, 缺陷吸收占主导地位使材料内形成局部高温, 热量积累达到一定程度就会造成材料缺陷处发生热损伤过程;

(3) 光电导开关工作于非线性模式时, 通过对其发射的红外荧光拍摄图像可以观测到开关中存在电流丝, 实验测得电流丝的传播速度约为 (2±1) ×109 cm/s, 是室温下高纯GaAs中电子最大漂移速度的100倍。电流丝中载流子浓度约为5×1018 cm-3[4], 高电流密度的电流丝必然有高的热效应, 给光电导开关带来内部损伤。

参考文献

[1]Mikulics M, Zheng X, Adam R, et al.High-Speed Photoconductive Switch Based on Low-Temperature GaAs[J].IEEE Photonics Technology Letters, 2003, 15 (4) :528-530.

[2]林维涛, 阮成礼, 杨宏春.光导开关产生超短电脉冲的实验研究[J].电子科技大学学报, 2003, 32 (6) :131-134.

[3]Amit Garg, Avinashi Kapoor, Tripathi K N.Laser-in-duced Damage Studies in GaAs[J].Optics&Laser Technology, 2003, 35 (1) :21-24.

光电技术实验 篇10

常用处理物理实验数据的方法有逐差法、加权平均法、最小二乘法、作图法等, 但这些方法都不可避免地要进行一系列的人为计算, 进而存在一些人为因素所造成的误差, 随着计算机技术的飞速发展, 应用软件进行实验数据的处理已经得到教学、科研人员的广泛关注。目前常见的方法是使用自编程序或者excel、Origin等软件进行数据处理。但自编软件往往存在功能单一、可视化功能差的不足。Excel软件虽功能强, 但是对实验数据处理的针对性不强, 数据分析能力较弱。经过反复研究和实践, Origin软件比较适合用于对大学物理实验数据的处理、分析和可视化表示。

1 Origin软件简介

Origin软件是由美国Microcal公司推出的, 具有简单易学的特点, 再加上其采用直观、图形化、面向对象的窗口菜单和工具栏操作, 目前已经成为了公认的最快、最灵活、使用最容易的数据分析绘图软件。

Origin软件的功能主要体现在两个方面, 分别是数据分析和绘图。数据分析对工作表和绘图窗口分别提供了不同的功能, 在工作表窗口中提供了数据的排序、调整、计算、统计、相关、卷积、解卷、数据信号处理等功能, 还可用内置的labtalk语言编程对数据集进行操作。Origin的绘图是基于模板的, 本身提供了几十种二维和三维绘图模板, 利用Origin软件可以绘制散点图、点线图、柱形图、条形图、饼图, 以及双Y轴图等。另外, 在绘图窗口中还提供了数学运算、傅里叶变换、图形变换、平滑滤波、各类曲线拟合等功能, 同时Origin还提供了很多的定制功能和各种接口, 如此一来用户可以根据自身的需求选择所需的函数和绘图模板等, 不仅有利于各种数据库软件、办公软件、图像处理软件方便的连接, 也有利于用户的扩展功能和二次开发。

2 实例:Origin软件在“光电效应及普朗克常数测定”实验数据处理中的应用

2.1实验简介

“光电效应及普朗克常数测定”实验原理如下:在实验中, 频率为的光线照射到光电管阴极上, 即有光电子在阴极逸出, 产生光电效应现象。由爱因斯坦光电方程及光电效应的规律, 经推导可得到:

其中, Us是截止电压, h是普朗克常数, e是电子的电量e=1.60×10-19C, v0是“红限”频率, v是入射光频率。试验中, 如果我们用不同频率v的光照射光电阴极K, 分别测出他们的伏安特性曲线, 并且从中找出对应的截止电压Us, 再利用Us作出Us-v关系曲线, 如果得到的是直线, 就验证可爱因斯坦光电方程的正确性, 而且可以根据直线的斜率k求出普朗克常数h, 应用还可以绘制多条曲线同图, 如图1。

2.2用Origin软件对不同波长下的频率与截止电压关系曲线进行线性拟合

用Origin软件可对实验数据作直线拟合, 不用编程, 只要输入测量数据, 简单操作即可获得直线拟合的全部结果, 并能绘制出拟合直线图。

用拐点法在伏安特性曲线上找到不同波长的截止电压。在Origin软件用户界面下, 把数据输入到工作表, 利用菜单栏的“Tool>Linear fit”绘制出线性拟合直线。通过方程各参数及相关系数的最小二乘法计算结果与软件结果比较 (见表1) , 表明该软件的计算结果准确可靠, 教员还可以针对不同学员的进行比较, 从中了解学员的实验情况, 并有针对性地要求学员查找原因、分析影响实验的因素。其中最小二乘法公式如下:

3 小结

应用Origin软件强大的绘图功能和数据分析功能可以很快捷的进行物理实验数据的处理。Origin软件在光电效应及普朗克常数测定实验中的具体应用表明该方法的有效性、便捷性。计算分析过程无需编程和手工计算, 更是减少了人工操作产生的误差。

摘要：首先简要介绍了Origin软件的特点、功能和使用方法, 其次以“光电效应”实验为例, 给出Origin软件进行实验数据处理的具体方法并说明该方法的有效性。

关键词：Origin,数据处理,光电效应

参考文献

[1]胡素梅, 陈海波.基于Origin的牛顿环实验数据处理方法[J].吉首大学学报, 2006, 27 (6) :50-52.

[2]周剑平.精通Origin[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.

光电显示技术　迎来新视觉时代 篇11

一、3D影像显示，生活娱乐更丰富

过去数年好莱坞不断推出3D电影，更预计未来每年都有十部以上的3D电影上映，显见3D影像显示技术已有长足的进步，同时更加深人们对于突破2D平面显示，迈向3D影像生活的可能与需求。3D影像显示不仅更符合人类视觉，也带来更多互动与真实感，因此包括影音娱乐及游戏产业，都相当注重这块市场。而如何让消费者轻松舒适地观赏，就成为技术研发上的一大考验，例如能裸眼观看就是相当吸引人的因素。

1．3D画框与3D数字看板

“3D画框”与“3D数字看板”结合了裸眼式3D显示器与视讯播放器，也就是不需配戴特殊的眼镜，就能够观看到3D的画面。利用倾斜摆设的视差光栅技术，将影像做特殊的排列，使左右眼看到不同的影像，而产生3D立体的显示。

目前在高解析的“3D画框”上，已可达到四倍的Full HD屏幕分辨率，高达3，840×2，160，3D立体分辨率更可达1，280×720，画质更细致清晰，因此适合用在画展、博物馆导览、立体剧院等高分辨率水准要求的场合。而在分辨率较低的“3D数字看板”方面，则是强调影音串流处理的速度，并可达到1，920×1，080的屏幕分辨率，与640×360的3D分辨率，可用在电子看板、户外广告等多媒体视讯的播放，让呈现的影像内容更能吸“睛”。

2．快门眼镜立体3D显示器技术

想用一般的LCD显示器观看3D立体影像，“快门眼镜立体3D显示器技术”是个简便的方法——也就是利用时间差方式，透过配戴特殊设计的快门眼镜，对左右眼快速播送交错切换的画面，形成3D立体的影像。

“快门眼镜立体3D显示器技术”的关键，在于运用了动态背光模块设计及电控技术，消除动态残影，并搭配快门眼镜同步技术，使眼镜与影像同步，因而能产生正确且相当逼真清楚的影像；所见到的分辨率，即为全部的分辨率，可达1，680×1，050，且干扰少、成本低，没有视觉角度的限制。

3．2D转3D影像技术

目前推广3D影像显示的一大问题，在于3D内容不够充足，也因此较难促使消费者购置相关设备。但是利用“2D转3D影像技术”的软件运算，只要透过简单的步骤，就能将一般所拍摄的2D数字照片或影片，经由影像的分析与计算，转换成3D的影像内容，塑造层次感，供3D立体显示器播放；并可针对不同的内容类型，套用不同的算法。“2D转3D影像技术”的运算及转档过程，可以达到全自动化，减少人工编修的需要；以单张数字照片为例，仅约一分钟就能转换完成，并可以无线方式传输，方便快速观看。未来无论是用在立体数字相框、立体显示的手机或相机、虚拟窗户及立体画框等立体显示器上，都能节省不少时间，甚至可即拍即看，营造生活乐趣。

二、轻薄方便的软性显示器

无论是电视、计算机，或是手机、PDA、数字相框等，在现代生活里，很难想象没有显示器存在的日子，也说明了显示器做为获取信息与沟通的重要接口。不过就以当今主流的LCD液晶显示器来说，是采用玻璃材质为基板制造，加上背光模块等组件而成，虽然目前已使用得相当普遍，但其相对较大的体积与重量也是厂商与技术研发单位亟欲克服的问题。

因此，小巧轻便，方便携带、收纳与更换，且耗电量更低，分辨率更高，并能藉由材料与制程的改善设计，降低生产或设备转换的成本，同时增加市场应用的可能，成为光电技术研发的方向。

1．AMOLED可挠曲屏幕

“AMOLED可挠曲屏幕”主要是结合了透明的塑料PI基板取下技术，以及可挠曲硅晶薄膜晶体管技术，并整合有机发光二极管(OLED)显示介质，所开发而成的可挠性主动显示器背板，其特色在于其高影像显示、高反应速率，以及可自发光、耗电少，不需背光模块，重量与厚度也大幅减少，更不易破裂，因此适合播放多媒体影音动态内容，并应用在笔记本电脑、手机、PDA、GPS等可携式及手持装置上。

利用AMOLED的特性，还可为产品进行特殊的设计，例如将屏幕做成卷曲形，需要观看使用时再抽出使用，不仅可节省产品体积，并能维持显示的功能。另外，“AMOLED可挠曲屏幕”能立即与目前的产业制程衔接，以既有的设备，便能进行软性晶体管下板生产。

2．快速反应微流体显示器

提到印刷品，很多人就会联想到油墨；但是到了电子印刷品的阶段，能否还是使用油墨来完成显示?“快速反应微流体显示器”所使用的主要原料只有特殊处理过的油和水，当施加电压时，就会驱使透明的水来推动具有颜色的油，以呈现出不同的影像，更像是本电子书；不止结构简单、成本低廉，同时反射率较反射式的LCD高，与传统LCD显示器的制程兼容性也高，易于厂商转换承接。

“快速反应微流体显示器”因具有反应速度快的特性，适用于消费性电子产品。未来还可搭配喷墨式制程，将RGB三色的显色介质注入同一个面板中，达到彩色显示的功能，无需外加装彩色滤光片，并有机会能改良开发成为软性显示器。

三、LED迈向成熟，技术结合打造多元应用

当夏季来临、电价喊涨，大家都为用电一事苦恼时，改用较省电的电器用品或设备，是最直接有效的方法之一。以日常生活所需的照明来说，LED的应用就是一项颇具未来性的趋势。

LED具备耗电量少、发光效率高、寿命长等特性，因此也成为LCD背光源与照明的最佳来源。但事实上，LED在现今的消费市场中却迟迟未能得到广泛的应用。而随着节能减排概念愈加深化，相关技术愈为成熟，LED在家居与室内用途上，已有了更加实用与便利的发展：尤其是Ac LED技术的研发，能让一般灯具更方便地转换使用LED灯，而不需另行购置设备，也减少损坏更换的不便。

1．可挠曲AC LED照明光源

灯光照明的设备，一定都是硬柳梆的吗?作为照明用途，LED堪称是最具多样性的光源。相较于一般灯具仅有固定的外型或角度，缺少变化的灵活特质与弹性，“可挠曲AC LED照明光源”一方面运用了AC LED的技术，无需变压器就可进行操作，增添家用的方便性；同时还以薄型化的AC LED晶粒与单片式导光扩散板，加以薄膜封装技术制成，使其可以挠曲，并将整体封装厚度降至2mm以下，弯曲半径可小于5cm。

现代人对于居家或室内环境的自主性愈来愈高，都希望能有自我风格，“可挠曲AC LED照明光源”可以随家中摆饰或装潢造型进行弯曲贴合，或是配合灯具创意设计任意挠曲，让家中的照明可随环境需求适当地调整，营造出灯光情境与多样化的氛围，也能使灯具的样式更加多元，提供更多的应用。

2．自扩散型光导板／扩散板加工技术

发展LED应用时最常面临的问题之一，就是要克服其“点”光源的特性，使光线能更均匀地扩散，达到照明的效果。“自扩散型光导板／扩散板加工技术”是利用双相动态交联技术，将纳米级高扩散粒子混于透明的高分子材料中，再搭配精密加工射出技术，成为高扩散型导光材料。

运用光导板中的纳米扩散粒子，可将光线进行多向散射，使LED发出的光能均匀扩散到整个透明材质，形成“面”光源，达到“匀光”的效果，甚至可以RGB混光的方式，呈现出不同的颜色与情境。“自扩散型光导板／扩散板加工技术”能广泛应用在LED、面板、及光电相关产品上，包括家具、家电、灯具、装饰，或是3c用品、户外广告、指示看板、商品外壳等。例如与家具结合，就能成为可发光的桌、椅、柜等。

纳米光电测控技术研究 篇12

我国测控领域的科研人员经过四十多年长期探索, 不断研究, 克服了各种困难, 利用光、机、电、算多学科综合, 发展了一整套微/纳米光电测控新技术, 研制出新一代测控仪器, 已经成功地应用于军用、民用很多领域, 取得了明显效果。

一、纳米光电测控技术

纳米光电测控技术以纳米计量光栅为核心元件, 配以光电转换、信号读取、信号处理以及超精机械, 形成各种测量仪器, 可直接用于测量或控制长度、位移等多种几何量。具有测量精度高、量程大、环境适应能力强、稳定性好等优点。该项技术主要由传感器和数显装置两部分组成。利用该项技术所生产的产品具有自动求最大值、最小值、峰峰值、公英制转换、置数、打印、复位、自检等功能, 同时还具有RS232串行通讯接口, 与计算机、单片机等连接后可进行自动测量、自动数据处理和自动控制等优点。纳米测控技术包括纳米级的测量技术和纳米级的定位控制技术两个方面。

1. 纳米测量技术

目前, 纳米级测量技术的主要发展方向有光干涉测量技术和扫描显微技术等, 以表面粗糙度和表面形貌等为测量对象。

(1) 光外差干涉仪

光外差探测是一种对光波振幅、频率和相位调制信号的检波方法, 可以对于光强度调制信号。光外差干涉仪是使用两种不同频率的单色光作为测量光束和参考光束, 通过光电探测器的混频, 输出差频信号 (受光电探测器频响的限制, 频差一般在100兆赫以内) 的仪器。被测物体的变化如位移、振动、转动、大气扰动等引起的光波相位变化或多普勒频移载于此差频上, 经解调即可获得被测数据的仪器。目前, 通常使用的干涉条纹图的测量方法, 在进行纳米级测量时有非常大的局限性。因此利用外差干涉测量技术, 可以得到0。1nm的空间分辨率, 测量范围可达50mm, 促进了纳米技术的进一步发展。

(2) X射线干涉仪

X射线干涉仪以非常稳定的单晶硅晶格作为长度单位, 可以实现亚纳米精度的微位移测量。

可见光和萦外光的干涉条纹间距为数百纳米, 这种间距不易测量。而利用射线的超短波长干涉测量技术, 可以实现0。005nm分辨率的位移测量, 测量范围可达200μm, 是一种测量范围大较易实现的纳米级测量方法。近年来, 又产生了X射线形貌测量仪, 它采用掠人射角的射线来测量超光滑表面形貌。

(3) 激光频率分裂测长

激光频率分裂的值与分裂元件的位移有关。通过测频率测位移, 精度已达到1nm, 进一步稳定激光频率可达到0.01nm, 测量范围为150μm。

(4) 扫描探针显微 (SPM) 技术

SPM实际上是一个很大的家族, 它包括扫描隧道显微镜、原子力显微镜、磁力显微镜、激光力显微镜、光子扫描隧道显微镜及扫描近场光学显微镜等等, 利用它们可以用来测量非导体、磁性物质, 甚至有机生物体的纳米级表面。

扫描探针显微 (SPM) 技术是在扫描隧道显微镜 (STM) 发明取得巨大成就的基础上发展起来的各种新型显微镜。它们的原理都是通过检测一个非常微小的探针 (磁探针、静电力探针、电流探针、力探针) , 与被测表面进行不接触各种相互作用 (电的相互作用、磁的相互作用、力的相互作用等) , 借助纳米级的三维位移定位控制系统, 测出该表面的三维微观立体形貌, 在纳米级的尺度上研究各种物质表面的结构以及各种相关的性质。

扫描探针显微技术 (SPM) 具有以下特点: (1) 具有原子级的高分辨率。STM的横向分辨率可达到0.1nm, 垂直表面方向分辨率可达0.01nm, 这是目前所有显微技术当中分辨率最高的。 (2) 可以观察单个原子层的局部表面结构。STM观察的是表面的一个或两个原子层, 即几个纳米的局域信息, 而不是像光学显微镜和电子束显微镜只能获得平均信息。 (3) STM配合扫描隧道谱 (STS) , 可以得到表面电子结构的有关信息, 可以通过调节隧道结偏压来观察不同位置电子态密度分布, 观察电荷转移的情况, 还可以得到电子结构的信息。 (4) STM可以实时、实空间地观察表面的三维图像。而不像其他, 例如各种衍射方法所得到的只是倒易空间的图像, 不是实空间的, 而且只有进行“傅里叶变换”才能得到实空间图像。 (5) STM可以在不同条件下工作, 例如真空、大气、常温、低温、高温、熔温, 不需要特别的制样技术, 而且探测过程对样品无损伤, 因而扩展了研究对象的范围。 (6) STM不仅可用于成像, 还可以对表面的原子、吸附的原子或分子进行操纵, 从而进行纳米级加工, 这是其他技术所不具备的一种功能。

2. 纳米定位控制技术

在纳米级加工与测量中, 需要纳米级的三维定位与控制。目前, 用一个执行元件来实现大范围的纳米级定位是比较困难的。因此, 实际的定位机构多采用大位移用的执行元件和纳米级定位用的执行元件相结合方式来实现。实现三维定位与控制, 目前普遍采用压电陶瓷致动器件, 它在纳米级的极小范围内, 通过控制系统能实现近似的三维驱动。此外, 利用电致材料、静电或磁轴承式结构, 以及静电致动的高精度定位控制技术, 也向纳米级精度发展, 也可采用摩擦驱动装置及丝杠定位元件, 通过特殊的方法进行纳米级的定位。

二、纳米光电测控技术特点

光电测控技术采用的光电自动测量方法是为适应我国高速发展的测控领域的现状而逐步研究、开发形成的, 并以其独特的优点逐步成为当今世界范围内的一种新型、高精度的测试手段。它采用现代高科技手段, 测试精度涵盖了微米、亚纳米及纳米领域。

这种新型测控技术, 具有许多重要的特点:

(1) 首先, 它的应用覆盖面特别宽, 既可用于微米、亚微米量级, 也可用于纳米量级;既可用于传统机械、传统仪器的更新改造, 又可用于尖端科技的高层突破;

(2) 其次, 技术上综合性很强, 光、机、电、算容为一体, 具备了纯机械、纯电学、纯光学等传统测量技术很难达到的优越性;

(3) 再次, 它的应用范围特别宽广, 军用上, 如常规武器的改造提高;航空航天的各种测控等;民用上, 传统产业上的更新改造、制造业的技术提高等。

三、最近研究成果

目前世界上已出现了一些能达到纳米量级的测量仪器, 但在测量范围和实用性上尚不能完全满足实际要求。中国青旅实业发展有限公司所属标普纳米测控技术有限公司开发的两项科技成果在很大程度上弥补了这一领域存在的不足, 对微/纳米测控技术和相关领域的发展起到了促进作用。这不仅表明我国微/纳米光电测控技术处于世界领先水平, 而且对解决目前制约我国高新技术、传统制造业发展及新材料研制过程中的计量问题, 推动世界精密计量仪器的升级换代也具有重要意义, 同时标志着世界微/纳米测控技术向更精微迈进了重要一步。

“纳米测长仪”是一种通用长度传感器, 它的研制成功表明长度通用量具已经提高到了纳米量级, 并且从静态人工读数发展到数字化自动显示。其数显分辨率达到1纳米, 测量重复性 (标准偏差) 为0.8-1.2nm, 在未作误差修正的前提下, 10mm测量范围内示值误差优于±0.06μm。与国际上同类仪器相比, 它在分辨率、重复性、准确度和短时稳定性等主要技术指标上, 都处于国际领先水平。它用途广泛, 技术独特, 生产成本远低于国外同类产品, 推广应用前景广阔。

“量块快速检测仪”是一种新型的量块检测仪器, 它成功的将纳米测长仪应用到量块检测上, 将直接测量与比较测量结合起来, 对名义尺寸10mm及10mm以下的量块实现了直接测量。该仪器测量分辨率达到1nm, 直接测量范围10mm, 比较测量范围110mm, 与国外同类仪器相比, 主要技术指标达到了国际先进水平。该仪器还可以与计算机连接通讯, 实现数据自动处理, 从而提高了量块检验速度, 减轻了检测人员的劳动强度。由于其对环境温度不敏感, 现有基层计量室不必提高温控要求即可推广使用。该仪器经济实用, 适合基层计量室检测三等及三等以下量块。该科技成果在纳米光栅的制造与检测、纳米光栅的信号读取、光电信号的高质量处理和超精机构的加工改进等四方面均具有独创性, 集光学、机械、电子、计算机多学科于一体, 开发难度大。国内外多家科研单位曾致力于该种仪器的研究, 但都没能取得突破性进展。

四、结论与建议

纳米光电测控技术的应用, 将极大地促进我国新材料技术的研发, 对于各种新型材料的加工、检测及生产高精度新型材料的机械设备的制造等都有着举足轻重的意义。同时, 纳米光电测控技术解决了当代高新技术发展在测控方面面临的十分棘手的难题, 具有划时代的意义。

参考文献

[1]曾令儒.纳米技术[J].宇航计测技术, 1999, 19 (5) :43-45.

[2]荣烈润.面向世纪的高科技——纳米技术[J].机电一体化, 2001, 2:12-14.