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第1篇：光學電子技術范文

關鍵詞：光電子技術；理論教學；實驗教學

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)是一個包含電子科學技術、信息與通信工程、計算機科學與技術設計、研究、應用與開發(fā)，電子設備和信息系統(tǒng)的工程專業(yè)。當代信息技術的高速發(fā)展離不開電子信息科學技術，但是當今很多高端的信息技術成果融合了微電子學、光電子學、計算機工程及通信工程等多門學科的交叉知識。而且，目前很多具有良好基礎的電子信息工程專業(yè)的學生在他們的碩士和博士階段，通常會選擇光電子技術的相關研究方向，而具備了良好電子學知識的學生更容易將電子學中的概念移植到光頻段中，如果在本科階段也修習了光電子技術這門基礎課程，那么在他們的深造階段將會更容易進入光電子相關領域的課題研究。因此，電子信息工程專業(yè)的學生除了需要掌握本專業(yè)的課程知識以外，也應該熟悉現代信息技術的其他相關知識，如光電子技術。然而根據筆者的調研，雖然目前很多重點大學及二本院校的電子信息工程專業(yè)都意識到光電子技術的重要性，但很少開設光電子技術這門課程。本文從光電子技術的研究內容、應用及發(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驗教學方法。

1 光電子技術簡介

早在19世紀，人們就已經用麥克斯韋(Maxwell)的經典電磁理論對光的本質進行了研究，認為光是波動的電磁場，關于光的吸收和輻射，1917年愛因斯坦(Einstein)建立了系統(tǒng)的光電子學理論，使人們認識了光的波粒二相性。但是直到20世紀60年代之前，光學和電子學仍然是兩門獨立的學科。1960年世界上第一臺激光器研制成功，這標志著光學的發(fā)展進入了一個新階段。隨后在對激光器和激光應用的廣泛研究中，電子學發(fā)揮了重要的作用，光學和電子學的研究有了廣泛的交叉領域，形成了激光物理、非線性光學、波導光學等新學科。20世紀70年代以來, 由于半導體激光器和光纖技術的重要突破，推動了以光纖傳感、光纖傳輸、光盤信息存儲與顯示、光計算以及光信息處理等技術的蓬勃發(fā)展，從深度和廣度上促進了光學和電子學及其他相應學科(數學、物理、材料等)之間的相互滲透，形成了一個邊緣的研究領域。光電子學一經出現就引起了人們的廣泛關注，反過來又進一步促進了光電子學及光電子技術的發(fā)展。光電子技術包括光的產生、傳輸、調制、放大、頻率轉換和檢測以及光信息存儲和處理等。

因此，可以這么說，現代信息技術的支撐學科是微電子學和光學，光電子學則是由電子學和光學交叉形成的新興學科，對信息技術的發(fā)展起著至關重要的作用。光電子技術是光頻段的電子技術，是電子技術與光學技術相結合的產物，光電子技術是光電信息產業(yè)的支柱與基礎，涉及光電子學、光學、電子學、計算機技術等前沿學科理論，是多學科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術學科，其技術廣泛應用于光電探測、光通信、光存儲、光顯示、光處理等高新技術光電信息產業(yè)。同時，隨著生物醫(yī)學、生命科學等新興學科的發(fā)展，其中的信息獲取手段對光電子技術的依賴程度越來越高，加快了這些學科之間的交叉融合，從而誕生了很多邊緣學科，比如生物光子學、光醫(yī)學等。

綜上所述，可見光電子技術在現代信息產業(yè)技術中的重要地位，因此，光電子技術這門課程不僅是光學工程專業(yè)的基礎必修課程，也應該作為電子信息工程專業(yè)的專業(yè)選修課程來開設。

2 光電子技術課程教學研究

2.1 光電子技術課程的理論教學

第2篇：光學電子技術范文

桂林電子科技大學座落在世界的風景游覽城市和中國歷史文化名城——廣西壯族自治區(qū)桂林市。學校始建于1960年，1980年經國務院批準成立桂林電子工業(yè)學院，2000年管理體制轉為中央與地方共建、以地方管理為主，2006年更名為桂林電子科技大學，是工業(yè)和信息化部與廣西區(qū)政府共建院校，是廣西區(qū)政府重點建設的五所大學之一，是一所以工為主，電子信息學科優(yōu)勢突出，特色鮮明，多學科相互滲透，協(xié)調發(fā)展的大學。

學?，F有博士后科研流動站1個;一級學科博士學位授權點3個;一級學科碩士學位授權點11個、一級學科未覆蓋的二級學科碩士學位授權點3個;工程、工商管理、會計、法律、翻譯等5個碩士專業(yè)學位授權點，其中，工程碩士授權領域11個，本科專業(yè)62個，有全日制本、碩、博學生及高職生、留學生近30000人。學?，F有教職員工2600余人。教師隊伍中有“長江學者”特聘教授1人、國家杰出青年基金獲得者4人、國家百千萬人才工程人選4人、全國杰出專業(yè)技術人才1人、全國優(yōu)秀科技工作者2人、國務院特殊津貼專家34人、中科院“百人計劃”人選4人、教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”人選4人、廣西“八桂學者”7人、廣西優(yōu)秀專家7人、廣西特聘專家3人、廣西教學名師10人等。有教學團隊2個、自治區(qū)級教學團隊10個;廣西人才小高地3個、廣西高校創(chuàng)新團隊3個。教師中有教育部高等學校本科教學指導委員會副主任委員1人、委員6人。

藝術與設計學院于1985年開始招收設計類學生，是全國最早開設設計藝術教育的高等院校之一。現有工業(yè)設計、產品設計、視覺傳達設計、動畫、環(huán)境設計、服裝與服飾設計、書法、數字媒體技術等本科專業(yè)，工業(yè)設計和數字化藝術與設計兩個自主設置二級學科碩士點。

學院現有本科學生1400余人，研究生36人，擁有一支結構合理、業(yè)務精湛的專業(yè)師資隊伍，現有專任教師 74人，包括教授、副教授36人，高級實驗師2人，講師27人，碩士生導師18人，35歲以下的青年教師具有碩士以上學位的占80%以上。

學院是廣西的設計藝術人才培養(yǎng)基地之一，學院的設計學一級學科為廣西重點學科，工業(yè)設計專業(yè)為廣西特色、優(yōu)質專業(yè)，數字媒體專業(yè)群(含數字媒體技術、動畫、視覺傳達設計等三個專業(yè))為廣西優(yōu)勢特色專業(yè)群，動畫創(chuàng)作實驗中心是廣西自治區(qū)級實驗教學示范中心;學院還是廣西工業(yè)設計人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)、廣西動漫人才培養(yǎng)基地、廣西區(qū)優(yōu)秀室內設計教育機構。

近3年來，學院獲廣西教學成果三等獎2項;獲全國多媒體教學課件大賽一等獎6項;出版專著13部，教材15部，其中國家“十二五”規(guī)劃教材1部和中國電子教育學會優(yōu)秀教材1部。學院教師主持、省部級科研項目16項、地方政府和企業(yè)委托項目110項，科研經費合計達500多萬元，獲得實用新型和外觀專利50余項;15件教師藝術作品被廣西民族博物館及各級美術館收藏。

學院注重應用型人才培養(yǎng)，實施實踐動手能力與創(chuàng)新能力并重的設計人才培養(yǎng)方案，效果良好，就業(yè)率每年都保持在92%以上。學生積極參加包括全國大學生廣告設計大賽、國際旅游小姐全國總決賽等重大賽事在內的各類專業(yè)比賽，并獲得獎項超過900項，是全國同類院校中獲獎數目、層次較高的院校之一。

一、招生專業(yè)及計劃

科類

招生專業(yè)

專業(yè)代碼

招考方向

招生人數

考試科目

專業(yè)滿分

設計學

產品設計

130504

無

90

素描、色彩

100

影視與戲曲

動畫

130310

無

60

素描、色彩

100

設計學

視覺傳達設計

130502

無

90

素描、色彩

100

設計學

環(huán)境設計

130503

無

90

素描、色彩

100

設計學

服裝與服飾設計

130505

設計方向

30

素描、色彩

100

表演

服裝與服飾設計

130505

服裝設計與表演方向

30

才藝表演、面試

100

二、招生范圍

面向廣西、廣東、浙江、江蘇、安徽、河北、貴州、河南、云南、山東、山西、遼寧、黑龍江、福建、陜西等省招生。

三、報考須知

1、招生對象：高中畢業(yè)生、中等藝術學校應屆畢業(yè)生或同等學歷者。

2、報考條件：

(1)熱愛祖國、遵紀守法、身體健康，符合國家招生規(guī)定,通過本省美術類聯考并取得合格證。

(2)報考我校藝術類各專業(yè)要求無色盲、色弱。

(3)產品設計、動畫專業(yè)招收文史類和理工類考生，其他專業(yè)只招收文史類考生。

(4)服裝與服飾設計專業(yè)(服裝設計與表演方向)報名要求：要求男生身高不低于178cm，女生身高不低于166cm。五官端正、身材勻稱，腿型要粗細均勻，中線筆直。

3、報名方式：嚴格按各省考點報名要求報名。具體報名時間、考試時間、考試地點將于近期公布，敬請關注桂林電子科技大學招生網。

4、報名所需材料：

(1)本人18位數字的身份證原件;

(2)戶口所在地招生辦提供的普通高考準考證或報名號;

(3)考點規(guī)定的其他材料。

5、考試成績查詢： 我校將于4月中旬前通過學校招生信息網提供考試成績查詢，專業(yè)考試合格者，由學校按相關規(guī)定的比例寄發(fā)合格證;專業(yè)成績不合格者不另發(fā)通知，合格考生須在戶口所在地的普通高校招生辦公室報名，參加普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試。(專業(yè)考試時未填寫本省高考考生號者，請于3月底前將本人高考考生號電話告之我校0773-2290400)

6、入學復查： 新生入學后三個月內進行全面復查，凡不符合錄取規(guī)定及弄虛作假者，取消入學資格。

四、錄取原則

符合教育部和考生生源所在地省級招生部門關于美術類專業(yè)的投檔規(guī)定，政治思想品德考核、體檢及專業(yè)課考試成績合格、文化成績達到所在省(市、區(qū))藝術類本科控制分數線者，參照其專業(yè)志愿。

我校藝術類專業(yè)錄取以綜合分〔綜合分=專業(yè)分(按比例折合成百分制)×60%+文化分(按比例折合成百分制)×40%〕從高分到低分擇優(yōu)錄取。

五、聯系方法

1、桂林電子科技大學地址：廣西桂林市金雞路1號;郵政編碼：541004

2、學校網址：guet.edu.cn

第3篇：光學電子技術范文

關鍵字：自動焦度計；16點數學模型；FPGA；面陣CCD

焦度儀主要用于測量眼鏡鏡片(包括角膜接觸鏡片和多焦點鏡片)的頂焦度、柱鏡度、棱鏡度、光學中心及確定眼鏡鏡片的散光軸位方向等，在未切邊的眼鏡鏡片上打印標記，并可檢查眼鏡鏡片是否正確安裝在鏡架中的精密光學計量儀器。焦度儀又稱屈光度計、鏡片測度儀，廣泛應用于醫(yī)院眼科、眼鏡店和鏡片廠家。

目前，國內生產的自動焦度計主要基于兩種測量原理：自動調焦原理和投影原理?；谧詣诱{焦原理的焦度計多采用高分辨率、雙線陣CCD獲取光路信號，通過數字信號處理系統(tǒng)進行信號采集、分析和計算，并驅動步進電機進行自動對焦，從而得到鏡片的相關參數。基于投影原理的自動焦度計采用高分辨率面陣CCD獲取圖像，通過FPGA對圖像位置形狀進行處理，得到被測鏡片的相關參數。與基于自動調焦原理的焦度計相比，投影式自動焦度計具有測量速度快、加工成本低等優(yōu)點。但是，該焦度計采用四個測量點建立數學模型，光學系統(tǒng)的容錯能力較差。光路中一旦存在障礙物，如分劃板上落有灰塵，系統(tǒng)會出現錯誤的測量結果或停止測量。

文中所研究的焦度計是基于投影原理的自動焦度計。但是，與國內同類產品不同的是，本文所研究的自動焦度計采用了一種新的測量圖像建立數學模型，其測量精度和穩(wěn)定性較國內同類產品有了較大的提高。

1全自動焦度計光學算法推導

1.1全自動焦度計的工作原理

圖1為自動焦度計的光路原理圖。點光源發(fā)出的光，經準直鏡準直，照射到被測眼鏡片上發(fā)生偏折，再經過分光光闌和測量透鏡投射到CCD上，在CCD上得到含有數學模型的圖像。由于被測鏡片的屈光狀態(tài)不一樣，在CCD上所成像的大小、位置和形狀會發(fā)生變化，通過CCD接收和微機對圖像位置形狀的處理，可得到被測鏡片的相關參數。

1.2 16點數學模型

圖2 為無測量鏡片，即0D時，CCD上的成像分布圖。當被測鏡片為負球面鏡時，十六個光斑相對于初始位置對稱地擴張；當被測鏡片為正球面鏡時，十六個光斑相對于初始位置對稱地收縮。將16個光斑按圖3虛線所示分成四組。分別求出X方向或者Y方向上兩個像點之間的距離，即可得到被測球鏡的頂焦度S值。設四組光斑求出的頂焦度值為S1、S2、S3和S4，則S值為

當被測鏡片為柱面鏡時，CCD上的光斑分布圖如3所示。由于柱面鏡含有兩個主頂焦度，因此，16個光斑成不對稱分布?，F以其中一組光斑(4個測量點)為例推導柱面鏡主頂焦度的計算方法。設A點與C點在X軸方向上的距離為x2，在Y軸方向上的距離為y1；設B點與D點在X軸方向上的距離為x1，在Y軸方向上的距離為y2。假設D1、D2分別為柱面鏡的兩個主頂焦度，θ為柱面鏡的軸角。有以下方程成立

D1+D2=x2+y2(2)

D12+D22=x12+x22+y12+y22(3)

x1=-y1=sinθcosθ(D1-D2)(4)

由方程(1)、(2)、(3)可推出

其余三組光斑的計算方法同上，在這里不再累述。不防設四組光斑計算出的柱面鏡頂焦度值為C1、C2、C3和C4，軸角為θ1、θ2、θ3和θ4，則柱面鏡的頂焦度C值和軸角為

2 全自動焦度計的圖像處理系統(tǒng)

根據自動焦度計的工作原理以及系統(tǒng)所要實現的功能設計出硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)由兩大部分組成：數據采集系統(tǒng)和數據處理系統(tǒng)。數據采集系統(tǒng)由CCD、A/D、AVR單片機和FIFO存儲器組成，主要負責采集數據并將數據存儲到FIFO存儲器；數據處理系統(tǒng)由FPGA、LCD、FIFO存儲器、鍵盤、和LED光源組成，主要負責對采集的數據進行分析和計算，并將計算結果輸出顯示或打印。

CCD是面陣敏感元件，在積分的時間內，CCD敏感元件上積累電荷，當積分完畢，將電荷數據依次移出。由于電荷數據是微弱的模擬量，須經信號放大，再經A/D轉換得到本系統(tǒng)所需的數字量。為了減小對FPGA的CPU的占用率，在CCD采樣板上設置一存儲器，將轉換完的數據暫存一下，以供FPGA系統(tǒng)讀取。當光路中無測量鏡片時，FPGA讀取CCD的采集數據，計算出光斑的中心位置，并將計算結果作為系統(tǒng)的初始參數。當光路中插入被測鏡片時，分劃板在CCD上的成像位置將發(fā)生變化，位置的變化量與被測鏡片的球鏡度和柱鏡度有相互對應的比例關系。FPGA接收像的位置信息經變換后計算出被測鏡片的相關參數。

3 圖像的二值化處理

由上述系統(tǒng)可以看出，圖像處理的好壞會直接影響測量的精度和穩(wěn)定性。由于圖像采集設備CCD采用PAL制，所以系統(tǒng)要求FPGA處理一幀圖像的時間不超過20ms。圖像二值化算法的選擇標準為簡單有效，易于實現。故本系統(tǒng)采用最大類間方差閾值分割算法。最大類間方差法的基本思想是把圖像中的像素按灰度值用閾值t分成兩類A和B。A由灰度值在0－t之間的像素組成，B由灰度值在t+1―L-1(L為圖像灰度級數)之間的像素組成，按下式計算A和B之間的類間方差

δ2(t)=wA(t)[uA(t)-u(t)]2+wB(t)[uB(t)-u(t)]2(11)

式中wA(t)為A中所包含的像素數，wB(t)為B中所包含的像素數。uA(t)為A中所有像素的平均灰度值，uB(t)為B中所有像素的平均灰度值。u(t)為全圖的平均灰度值。

從0到L―1依次改變t值，取使δ(t)為最大的t值作為最佳閡值T。

通常一個光斑的中心坐標應為該光斑的圓心。但是，經過FPGA處理后的圖像由于離散化，已不是規(guī)則排列，故采用質心計算法求出光斑的中心。首先設光斑由n個像素組成，每個像素對應的空間坐標為(xi，yi)，灰度值為p(xi，yi)，則該光斑的質心坐標為

由于xi和yi是FPGA內存圖像的質心坐標，通過一定的當量換算可折算成實際圖像中光斑的中心坐標。將各點的中心坐標帶入式(7)-(10)，即可求出被測鏡片的相關參數。

4結束語

文中提出了一種新的全自動焦度計的測量圖像，并建立了相應的計算方法。運用該系統(tǒng)測量系列標準鏡片，技術指標已達到國家相關檢驗標準。 與國內同類產品相比較，該測量系統(tǒng)具有以下3個優(yōu)點：

(1)16個點同時參與測量，可瞬間獲取以前三倍的數據量，提高了焦度計的精度等級；

(2)多點測量提高了光學系統(tǒng)的容錯能力，即使光學系統(tǒng)中存在一些障礙物，也不容易出現測量誤差；

(3)多點測量擴大了鏡片的測量范圍，特別是在測量多焦點鏡片時，更容易找到最高度數的位置。

目前，自動焦度計正朝著全自動、多功能、高精準的方向發(fā)展。進一步提高產品的精度等級及智能化水平將成為今后自動焦度計的研究方向。

第4篇：光學電子技術范文

關鍵詞：教學改革；實踐環(huán)節(jié)；光電子；弱勢學科

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1671―1580（2014）03―0049―02

工科專業(yè)直接面向工礦企業(yè)研發(fā)生產，具有很強的實際應用背景，尤其是包括光電子技術在內的電子科學與技術這樣的前沿學科，具有專業(yè)知識更新快、理論基礎要求高、實踐應用范圍廣等特點，對社會高新技術發(fā)展具有深遠影響。因而，培養(yǎng)既具備理論基礎又掌握實踐技能的復合應用型人才成為社會發(fā)展的迫切需要。

一、我系光電子專業(yè)方向概況

近年來，許多高校先后開設與光電子相關的專業(yè)或專業(yè)方向，但受客觀辦學條件和主觀重視程度的影響，各個院校的光電子專業(yè)（方向）發(fā)展參差不齊。中國礦業(yè)大學作為以礦業(yè)為特色的高等院校，在與煤炭能源相關的領域形成了優(yōu)勢學科，但“電子科學與技術”學科起步較晚且基礎薄弱，1998年獲批設置本科專業(yè)，2011年3月獲批碩士學位授權一級學科點，目前有近500在校生。本文以礦業(yè)院校背景下光電子專業(yè)方向的相關實踐教學改革為例，探討如何更好地解決實踐教學環(huán)節(jié)這個專業(yè)發(fā)展的軟肋。

本系學生在第一、二學年已系統(tǒng)學習通識教育課程、專業(yè)大類課程；第三學年通過自主選擇由專業(yè)類轉入具體專業(yè)學習，包括微電子和光電子兩個專業(yè)方向，主要開設的專業(yè)核心課程有《激光原理與技術》《半導體物理基礎》《光電子技術》等；第四學年則加入了若干專業(yè)課程供選修，其中與光電子相關的有《光電檢測技術》《半導體光電子器件》《微波技術》《學科講座》，這些課程全部或部分承接《光電子技術》，主要任務是進一步加深和拓寬專業(yè)知識體系。相對于微電子方向的課程內容較固定單一、本科階段無需配套硬件實驗等情況，光電子方向所面臨的問題要復雜和困難得多，其研究領域“廣”、相關課程“雜”、所需硬件“多”，因而其實踐環(huán)節(jié)的作用就顯得格外突出，需要合理規(guī)劃和大力建設。為此，我們制定了“厚基礎、寬口徑、重能力、偏應用”的教學原則，特別是“重能力、偏應用”主要靠實踐環(huán)節(jié)來加強。

二、光電子專業(yè)方向的實踐環(huán)節(jié)教學改革

針對光電子方向的“廣、雜、多”特點，我們從人才培養(yǎng)和學科發(fā)展兩方面考慮，根據我系目前光電子技術相關專業(yè)課程設置做好實踐環(huán)節(jié)改革和建設，以實現既“厚基礎、寬口徑”又“重能力、偏應用”的教學原則和培養(yǎng)目標。以此為思路，主要從以下三方面入手，做好實踐環(huán)節(jié)教學工作。

1.根據已有專業(yè)課程體系，合理配置實驗硬件設備

這一方面是硬件條件基礎，既需國家和學校的大力支持，更要自己精打細算，在資金有限的情況下合理配置。作為學校的弱勢學科，光電子的實驗多年來一直是教學方面的軟肋，特別是其中的光學、光電儀器一般比較精密和昂貴，添置與使用都要耗費大量經費和人力，因而應當貴精不在多。根據我系光電子技術相關專業(yè)課程的實驗要求，兼顧專業(yè)綜合實踐、畢業(yè)設計等，我們配置了系統(tǒng)類、器件類的多套綜合設備，涵蓋激光原理、光纖通信、光電信息、光電檢測與成像等光電子的主要領域，所購置設備盡量滿足模塊化、易組合、可替換、可綜合等要求，除了保證驗證性實驗功能，更應讓師生自主設計、開發(fā)新的實驗功能。目前所配置的光電子儀器設備已可滿足相關課程的實驗教學，其中“光纖信息與光通信綜合實驗平臺”既可提供完整的系統(tǒng)級傳輸、通信實驗，也可提供光纖、無源光器件、有源光器件、波分復用、光纖光柵傳感等器件級功能驗證、測試實驗；“大功率氦氖氣體激光器”、“半導體泵浦激光原理與技術綜合實驗系統(tǒng)”等可提供激光原理相關實驗、研究的設備支持；“光電技術綜合實驗系統(tǒng)”既能提供幾何光學、物理光學、光電檢測（含光電成像）等基本的器件級實驗，也可搭建創(chuàng)新性的系統(tǒng)級實驗。

2.引導學生實現教學相長，保證實踐環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣

這一方面是具體實施過程，需要師生合力完成。我系與光電子相關的實踐環(huán)節(jié)中，固定的是《光電子技術》等專業(yè)核心課程和《光電檢測技術》等專業(yè)選修課程的課堂實驗和課后設計，可選的是《專業(yè)綜合實踐II（微波與光電子）》、畢業(yè)設計。此外，諸如電子技術綜合設計等其他課程也會有部分學生選擇光電子方面的題目。另外，一些學生還主動將這些知識應用于各類大學生科技競賽和畢業(yè)設計。這樣從第5學期至第7學期乃至畢業(yè)，從課堂到課后甚至課外，都有光電子的實踐內容。在上述各種實踐環(huán)節(jié)中，課堂實驗是重中之重，也是師生互動最多的一環(huán)。實用性強是光電子方向專業(yè)課的顯著特點，無論從課堂教學效果還是學生未來就業(yè)來看，都需要配套實驗。從課堂教學看，光電子技術知識中大部分采用光學微觀視角，僅理論闡述而無實驗演示，學生難以親身體會具體的光電物理現象和觀察測試指標數據，只能被動地聽講和接受，難有動力思考和交流；相反，若能通過實驗展示其中有趣的物理現象和高效的處理手段，則可激發(fā)學生的探索興趣。從多年教學實踐看，絕大多數學生喜歡用實驗去學習體會知識，也愿意在實驗中和老師交流，往往還能提出很好的想法，實現師生間教學相長。從學生就業(yè)看，只有平時接觸過實物和進行過操作，才能避免眼高手低，防止理論與實踐脫節(jié)，增加就業(yè)競爭力，更快更好地適應實際工作。

3.積極尋求高新企業(yè)合作，建設生產實習實踐基地

最后這一方面是完善提高途徑，需要社會力量的參與。人才的培養(yǎng)是面向社會需求的，我國的光電子產業(yè)正處速發(fā)展階段，需要大量的光電子技術人才。因而，與相關企業(yè)進行密切合作交流是將人才培養(yǎng)和社會需求接軌的有效手段。從國內光電產業(yè)來看，已形成環(huán)渤海、長三角、珠三角、中西部等四大區(qū)域。我校所在的江蘇省徐州市位于環(huán)渤海和長三角兩大區(qū)域之間，可向這些區(qū)域中的光電企業(yè)尋求合作交流，目前已建立合作關系的企業(yè)有天津拓普、天津耀輝、大恒等知名光電企業(yè)。同時，還應在本地積極尋求建立實習實踐基地，目前已和本市的江煤集團共建“礦大信電學院――江煤集團大學生創(chuàng)新實踐基地”，每年暑期可安排全系學生進行生產實習，參與企業(yè)研發(fā)、生產、管理、企業(yè)文化等諸多方面，體驗光電傳感等設備、安全監(jiān)控等系統(tǒng)的生產過程。

三、結論

總之，像我系這樣的弱勢學科，發(fā)展光電子專業(yè)方向的實踐教學環(huán)節(jié)，需要從硬件條件基礎、具體實施過程、完善提高途徑多方面著手解決。通過做好實踐環(huán)節(jié)的教學工作，本系本學科的發(fā)展獲得了極大的推動，正在穩(wěn)步實現“寬口徑、厚基礎、重能力、偏應用”的符合社會需要的復合應用型人才的培養(yǎng)目標。

[參考文獻]

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第5篇：光學電子技術范文

[關鍵詞]電子技術 應用領域 發(fā)展趨勢

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：B 文章編號：1009-914X（2016）10-0297-01

一、電子科學與技術概述

電子技術是依據電子學的基本原理，利用電子元器件設計和制造某種特定功能的電路以解決實際問題的科學，它主要概括為：信息電子功能材料和器件、超大規(guī)模系統(tǒng)集成芯片設計，納米電子器件，電子離子光學與帶電粒子束物理，信息顯示器件與技術，光電子材料與器件，現代信息光子學與技術等。本學科在電子陶瓷與器件、鐵電薄膜與器件、納米電子器件、儲能與能量轉換材料與器件、電子離子光學現論與系統(tǒng)、信息顯示器件、超快速光電子學、超大規(guī)模集成物理與電路設計等。目前，電子技術在各行各業(yè)都有著非常重要的價值，它所包含的內容逐漸豐富，現如今其技術已經日趨完善，迎來發(fā)展的高峰期。

二、電子技術在行業(yè)中的應用

1、傳統(tǒng)領域中的應用

在傳統(tǒng)的工業(yè)領域中，應用廣泛的主要是交直流電動權，直流電動機具有較強的調速功能，為其供電的可控整流電源或者是直流電源，多數采用的是電力電子裝置。伴隨著科學技術的不斷進步，電力電子變頻技術迅速發(fā)展并成熟，它使得交流電機的調速性能得到了很大的提升，并且逐步取代直流電機，占據市場的主要地位。在工業(yè)生產中，交流電機廣泛應用于不同載荷的軋鋼機和數控機床上，發(fā)揮著重要的作用和良好的性能。為了避免在設備啟動中引起電流沖擊，一些不需要采用電力電子裝置的設備也開始廣泛取該裝置設備。同時，在電鍍裝置中也安裝使用了整流電源，冶金工業(yè)中的高頻，中頻感應加熱電源也廣泛使用電力電子技術，電力電子技術的使用范圍和規(guī)模在日益擴大。

2、通信工程的應用

從工程技術角度來看，電子技術與通信工程相結合，在社會生活的各種應用迅速的發(fā)展，它包括：移動通信與個人通信、衛(wèi)星通信、光通信、寬帶通信與寬事通信網、多媒體通信、語音處理及人機交互、圖像處理與圖像通信、信號處理及其應用技術、集成電路設計與制造，電子設計自動化技術及其應用，通信與測量系統(tǒng)的電路技術，微波技術及其應用，微波傳輸。輻射及散射，微波電路，微波元器件，微波工程，光電子學與光纖通信工程，信息光電子工程，電子束，離子柬及顯示工程，真空電子工程，電子與光電子器件，微電子系統(tǒng)設計與制備，納米材料與技術等。

3、在交通領域中的應用

電子技術在交通領域中的應用主要為交通系統(tǒng)應用，電力機車目前正在由傳統(tǒng)直流電機傳動向交流電機傳統(tǒng)轉變。主要采用GTO控制器件，整流和逆變用PWM控制，所以可使輸入電流為正弦波。目前，很多國家在研制采用直線同步電機驅動的磁懸浮列車，一旦該技術成熟并成功應用的話，將會為交通帶來一次變革，不僅有利于縮短時間還對節(jié)能減排做出重要貢獻，電機技術還可以用于汽車的發(fā)動機。在現代汽車上，機械式機電混合式燃油噴射系統(tǒng)已趨于淘汰，電控的燃油噴射裝置因其性能卓越而被廣泛應用。通過電子噴油裝置可以自動地保證發(fā)動機始終在最佳工作狀態(tài)。使其輸出功率在一定的條件下最大限度地節(jié)油和凈化空氣，同時通過實驗獲得最佳的工作條件，并輸入存儲器中，當發(fā)動機開始工作時，根據傳感器測得的空氣流量、排氣管中的含氧量等參數，按照事先編號的運算程序進行，然后控制發(fā)動機在最佳工況下。

4、在電力系統(tǒng)中的應用

電力電子技術是電工技術中的一個新興技術，已經在國民經濟和社會建設中發(fā)揮著巨大的作用，對于未來輸電系統(tǒng)的性能也有顯著的影響。目前，電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用已經涉及到諸多方面，例如：發(fā)電環(huán)節(jié)、輸配電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)等。在配電系統(tǒng)中，電力電子裝置可以用于防止電網的瞬間停電、瞬間電壓跌落和閃變等情況，便于進行電能的質量控制，改善輸供電的質量。電子技術還可以應用于變電所中，在變電所中主要是給操作系統(tǒng)提供可靠穩(wěn)定的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電子裝置。

5、在醫(yī)學中的應用

電子技術在醫(yī)學中的應用主要有電子病歷、生物芯片、便攜式醫(yī)療電子檢測儀、遠程診療系統(tǒng)等。電子病歷是電子技術和網絡技術的結合?？梢詾獒t(yī)療機構提供適時的醫(yī)療信息，是系統(tǒng)化的居民健康檔案。也可以為醫(yī)療責任提供證據；利用傳感器的生物芯片，可以對人體進行DNA的檢測，快速處理相關信息，親子鑒定等；電子技術應用于便攜式醫(yī)療電子檢測儀，可以通過微控制器，連接醫(yī)療機構網絡，實現醫(yī)生對患者的后期診療觀察，有利于醫(yī)療效果的發(fā)揮；同時，利用醫(yī)學與網絡技術、微電子技術等，可以達到醫(yī)學的遠程診療，實現醫(yī)學資源的共享，有利于偏遠地共的醫(yī)學診療。

三、電子科學與技術的發(fā)展趨勢

現在電子科學與技術的發(fā)展，以及現代電子技術的不斷普及，在不斷的改變著人們的日常生活方式和方法。而隨著計算機技術、網絡技術和材料技術的發(fā)展，現代電子技術也在逐步走向學科集成化的發(fā)展傾向，將逐步呈現出以下的發(fā)展趨勢。

微型化

微型化的提出，是以納米技術作為現代電子科學與技術的發(fā)展的基礎。并由此延伸出了納米電子學，其主要則是在納米的尺度之下，對事物運動的規(guī)律和特性進行深入的研究，從而利用納米級的事物專屬特性對其進行開發(fā)和利用，主要利用與生物科技以及醫(yī)療工程中，納米檢測儀器，納米電器件等將逐漸被廣泛使用，再一次收發(fā)電子器件的變革。

智能化

智能化作為現代電子科學與技術發(fā)展的必然趨勢，在很大的程度上對其進行使用，從而代替了各種不同危險的、枯燥的工作。如現代制造中的智能焊接、智能車載和智能機器人，都是對電子科學與技術的不斷應用，而未來電子技術智能化的應用，將使得人們的勞動力由繁重的體力勞動中解放出來，讓人們有空閑進行更加輕松、安全的工作，比如智能組裝流水線。智能礦脈探測等都是智能化電子技術的應用范疇。

精確化

技術的進步和經濟的發(fā)展，使得人們開始從原始的勞力勞動中解放，開始轉向信息更為流傳的精確程度，現代電子科學與技術可以應用于各種觀測，傳達室輸性行業(yè)，如氣象預測、信息傳輸、醫(yī)療檢測等更多方面軍。提高觀測精確度，做到在最小程度內的信息精確，做到最小的信息傳達輸損耗。

平民化

截止到目前為止，大部分的電子科學與技術開始被逐步應用在了特定的人員、特定的地點和特定的階段，如在醫(yī)療中不斷使用的B超技術，在氣象通信中使用的氣象預測衛(wèi)星等。而這些技術已經完備，但是，在很大程度上還屬于少數人在開始使用。而為更好的促進全民使用電子設備，小型化、平民化趨勢正在成為未來發(fā)展的新起點和新方向。如現代的血糖測試儀、灑精測試器等也開始逐步實現平民化，從而可以適當降低精確度，大加幅度縮小體積。降低操作難度，提高產品安全系數，降低材料成本，做到平民化與高科技化兩種等級，盡量面向更多人群開放。

5、光電子技術產業(yè)化

光電子技術涉內容：光子產生、控制的激光技術及其相關應用技術；光子傳輸的波導技術；光子探測和分析的光子檢測技術；光計算和信息處理技術；光子存儲信息的光存儲技術；光子顯示技術；利用光子加工與物質相互作用的光子加工與光子生物技術。由以上技術形成的光電子行業(yè)的五大類產業(yè)格局：光電子材料與元件產業(yè)、光信息（資訊）產業(yè)、傳統(tǒng)光學（光學器材）產業(yè)、光通信產業(yè)、激光器與激光應用（能量、醫(yī)療）產業(yè)。

結語

隨著現代科學技術的飛速發(fā)展，人類歷史即將進入一個嶄新的時代，電子科學技術的發(fā)展和更新在隨著時間的步伐，在不斷的改變。并在逐步的廣大化，電子科學技術與其它技術結合有利于促進社會科學技術的進步，無論是生活還是科學研究，電子技術都不必不可少的獨立技術，電子科學與技術對于國家經濟發(fā)展、科技進步和國防建設都具有重要的戰(zhàn)略意義。

第6篇：光學電子技術范文

中國科學院半導體研究所“寬帶微波信號產生與傳輸的光子技術”項目摘得2016年中國光學工程學會科技創(chuàng)新獎一等獎的桂冠。消息一出，人們在關注和熱議這項創(chuàng)新成果的同時，對于其背后的科研團隊，也是好奇心泛濫。

據了解，完成這項科研成果的牽頭單位，是中科院半導體研究所微波光電子團隊，由祝寧華研究員組建于1998年，是集成光電子學國家聯合重點實驗室和中國科學院固態(tài)光信息技術實驗室的重要組成部分，目前有核心成員16人，在讀博士和碩士研究生30余人，主要致力于光電子技術相關領域的研究。

可以說，這是一支碩果累累的研究團隊――至今為止，他們研制的高速激光器、高速探測器、窄線寬激光器等系列產品在中國電科集團、航天集團等50余家大型知名企業(yè)成功應用，好評連連；他們在高速模擬直調激光器的研究上已經達到了國際領先水平；他們出版了3部專著，發(fā)表了200余篇高質量學術論文，僅獲得的國家授權發(fā)明專利就有近百項。

也可以說，這是一支低調的科研隊伍――在有點事兒就要“上熱搜”、“上頭條”的今天，他們瞄準國家重大任務需求，專注探索前沿基礎科學和高新技術。就連這次獲獎，除了象征性地發(fā)了通稿之外，媒體上就再沒見關于他們的過多描述。

這種“猶抱琵琶半遮面”的神秘感，更是增加了人們的好奇和猜測，他們?yōu)槭裁慈绱说驼{？他們究竟在研究什么？

瞄準行業(yè)缺口

事實上，微波光電子團隊的研究對象―微波光電子技術、高速光電子技術―并不像人們想象的那樣神秘，嚴格來說都屬于光電子技術的交叉方向，目前在很多領域都有廣泛應用。而這種交叉融合的方式，也是近年來光電子技術的發(fā)展趨勢。

光電子技術，確切地應該稱為信息光電子技術，是光子技術和電子技術結合而成的高新技術，涉及光顯示、光儲存、激光等領域，是未來信息產業(yè)的核心技術，也是我國的先導產業(yè)，在國防工業(yè)、能源、汽車、信息技術等產業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著戰(zhàn)略性的作用。

1998年，受中科院“百人計劃”感召，祝寧華舉家從德國回到中國，并在中科院半導體所組建微波光電子研究團隊。此后近20年，這支隊伍在祝寧華的帶領下，逐漸成為我國光電子技術領域的代表性研究團隊之一，并在高速半導體激光器等光電子器件及應用研究領域不斷取得創(chuàng)新突破，有效提高了我國光電子器件及應用技術的發(fā)展水平。

最為稱道的成績之一，是他們提出了高速光電子器件動態(tài)特性精確測試方法。祝寧華表示，芯片高頻特性的精確測試，一直是困擾業(yè)界的老大難問題之一。“因為光電子芯片的尺寸非常小，長度僅有200～300微米，波導寬度僅有2～6微米，這使得芯片與測試夾具尺度之間相差了數百倍，并且芯片與測試儀器本身還存在嚴重的阻抗失配（激光器3～8歐，探測器和調制器數百歐），所以在原來的技術水平下，要想實現精確測試難度非常大。”

微波光電子團隊在祝寧華帶領下，針對這一難題開展研究攻關，有效解決了微波矢量網絡分析儀校準中的相位不確定性、校準方程相關性、頻率限制等關鍵問題。這一突破讓扣除測試儀器和夾具的影響變?yōu)榭赡埽瑸楂@得較為準確的高頻特性參數奠定了基礎。

據悉，光電子器件高頻響應測試主要分為兩類―采用微波網絡分析儀測量器件在某一驅動信號幅度和不同頻率下的響應特性，以及采用誤碼分析儀測量器件在不同驅動信號幅度和某一速率時的響應特性。

據祝寧華介紹，一直以來，業(yè)界都沒有能適用于不同頻率和不同驅動幅度下響應特性的測試方法和分析模型。意識到這一需求缺口，微波光電子團隊在前期所獲突破的基礎上繼續(xù)展開研究，首次提出了激光器動態(tài)P-I特性曲線/曲面的概念，并給出了相應的測試方法。一系列測試證明，采用該方法商用儀器能夠獲得器件特性的直觀描述，從理論上解決了工作參數優(yōu)選的問題，為獲得最佳高頻響應特性提供了技術保證。

大膽決策創(chuàng)新

正所謂“蛇無頭而不行，鳥無翅而不飛”，每個隊伍都有其靈魂人物，并且作為隊伍的核心，其實力也極其重要。對于微波光電子團隊來說，這個人無疑是祝寧華，他專注科研、淡泊名利的精神一直感染著團隊里的每一個人。

在從事高速光電子學理論、器件及系統(tǒng)研究的30多年里，祝寧華修正了光電子器件的模場理論，建立了器件優(yōu)化設計分析模型，提出了一系列測試和封裝設計方法，組織了光電子領域發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的研究和實施，為我國光電子學的發(fā)展作出了重要貢獻。

多年來，微波光電子團隊之所以能夠頻頻在光電子研究領域取得創(chuàng)新和突破，一定程度上與祝寧華這個帶頭人多次敢為人先的大膽決策息息相關，封裝技術的創(chuàng)新就是一個很好的例子。

封裝技術，是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術，也可以是指半導體集成電路芯片用的外殼，發(fā)揮著安放、固定、密封、保護芯片和增強導熱性能的作用，同時也是溝通芯片內部與外部的橋梁―芯片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導線與其他器件建立連接。因此，對于很多集成電路產品而言，封裝技術是非常關鍵的一環(huán)。

TO封裝是激光器比較常用的一種成本較低的封裝技術，一直以來業(yè)界普遍認為，這項技術只適合封裝低速率半導體激光器。祝寧華卻不這么認為，他向863專家組提出了研制高速TO激光器的大膽建議。

隨后，他帶領團隊展開攻關，提出了一種光電子芯片本征動態(tài)特性參數提取方法，可以扣除芯片電極和封裝所引入寄生參數的影響。同時，他們還提出了封裝設計潛在帶寬分析的概念，據此發(fā)展了封裝寄生參數影響的綜合評估技術，為芯片及模塊的優(yōu)化設計提供了有效手段。

這些創(chuàng)新的設計思路后來被微波光電子團隊成功應用于激光器、探測器和調制器的封裝設計中，研制出10Gb/s和40Gb/s數字通信激光器模塊，并與華為、中興、光迅、海信等公司合作，開發(fā)了一系列高速光收發(fā)模塊，近五年累計創(chuàng)造了近20億元的新增銷售。

與此同時，祝寧華長期從事高速激光器的理論和實驗研究，在意識到這一光電子器件的發(fā)展前景時，他在我國率先提出了研究高速激光器的建議，并從1998年開始，先后主持研制了2.5GHz、10GHz、18GHz高速激光器相關項目，使我國在該領域的技術水平從起步到跟蹤發(fā)展再到國際領先，為我國多個重大型號任務中核心元器件的自主可控做出了貢獻，相關成果獲2013年度國家技術發(fā)明二等獎。他將這些研究整理成《光電子器件微波封裝和測試》、《光纖光學前沿》等專著并出版，為我國光電子器件產業(yè)的發(fā)展提供了指導和借鑒。

超前布局規(guī)劃

多年來，微波光電子團隊都能夠在激烈競爭中搶占先機，對所處行業(yè)未來的發(fā)展趨勢進行預判，并提早部署研究計劃。這已經成為他們的制勝法寶。最具代表性的，就是他們對光電子發(fā)展趨勢的預判。

眾所周知，全球已經步入信息經濟時代，信息產業(yè)成為了許多國家的支柱產業(yè)。而光電子技術的發(fā)展在很大程度上決定著信息產業(yè)的發(fā)展水平。祝寧華介紹說，高速光電子器件在光通信系統(tǒng)的各個層次都有重要應用，如高速光傳輸、大容量光交換、寬帶光接入和微波光子技術等，是實現高速光信息生產、傳輸、放大、探測、處理等功能的器件，是寬帶通信網絡的核心，而激光器則是光通信系統(tǒng)的“心臟”。

祝寧華很早之前就曾指出，隨著光網絡和光通信技術向大容量、低功耗和智能化方向發(fā)展，為實現更高速、更寬帶光通信傳輸系統(tǒng)，光電子集成將會成為高速光電子器件的發(fā)展趨勢之一，同時也是突破速率和能耗兩大制約光通信技術未來發(fā)展瓶頸的有效途徑，而高速激光器的研制也會成為行業(yè)焦點。

意識到這一發(fā)展方向的重要性，2009年左右，祝寧華組織實施了“信息光電子學”系列研討會，以及863計劃和基金委“十二五”、“十三五”光電子領域發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃研究，促成了多個863主題項目和國家基金委重大項目的立項，積極推動了高速光電子集成芯片的發(fā)展。

不僅如此，祝寧華還帶領微波光電子團隊針對高速光電子集成器件在國內率先開展深入探索研究，取得了突破性進展。他們提出了光電子集成芯片陣列三維封裝技術，解決了光電子集成芯片封裝過程中面臨的微波阻抗嚴重失配、模場失配和串擾等難題。美國光學學會刊物OPN以《中國光子集成》為題對微波光電子團隊的相關研究進展做了大篇幅封面報道，進一步提升了我國在這一前沿領域的國際影響。

成績證明實力

在過去的近20年，祝寧華帶領的這支隊伍在高速光電子器件領域的研究中，為我國實現了一個又一個創(chuàng)新突破，但他們卻很少對外提及。對他們來說，科研需要沉浸其中，而他們有限的時間只夠用來投入研究，再無暇顧及其他。所以這些年，這支隊伍證明自己實力的方式“簡單”、“粗暴”―不斷創(chuàng)新、不斷突破，不斷刷新成果記錄：

他們在光通信和光網絡的核心器件高速光波導調制器的研制方面，采用保角變換法和點匹配法，很好地解決了以有限元為代表的常用數值計算法難以精確描述光調制器電極邊緣效應的難題，確保了光波和微波傳輸特性測試分析的精確度，為器件設計和制備提供了有效保證。

他們首次將變分理論用于光波導傳輸特性分析，有效解決了采用數值分析法進行優(yōu)化設計時面臨的異常困難，建立了光波導基膜和高階模場分布的解析表達式，并在此基礎上獲得了導模數目和模式傳播常數等參數，在不同結構的光波導分析中成功應用，相關成果榮獲中國科學院自然科學三等獎。業(yè)內評價稱：“該方法表達式簡單、參數確定方便、精確度高，為完善光波導理論體系作出了重要貢獻?！?/p>

他們創(chuàng)新性地提出基于頻率分束法的光外差技術，將光譜結構分析從光域轉到電域，解決了傳統(tǒng)Michelson干涉儀光譜分析法存在的光束發(fā)散、透鏡振動等限制問題，將光譜分辨率由105提高到了1017。借助這一方法，他們研究了光波列（構成光譜的基本單元）的線寬和長度，以及時間和頻率分布規(guī)律，建立了半導體激光器超精細光譜結構模型。同時，基于該理論，他們還提出了非對稱耦合腔的單片集成激光器機構，能夠將線寬壓榨到35KHz以下，比常規(guī)DFB激光器小了2個量級。航天五院測試后確認其滿足航天定標要求，意味著我國在該類核心器件的研發(fā)上實現了自主可控。

他們還大膽提出頻率相干性概念，完善了波長不同的兩束光相干性描述，明確雙光束拍頻產生微波信號的頻譜線寬取決于光束相干性，與光束本身光譜線寬無關，以及兩個單片集成激光器的輸出光也具有頻率相干性，并首次實現了基于微波光子技術的單片集成窄線寬微波源芯片，具有體積小、調諧范圍大、不需要微諧振器等特點。

這種可調諧激光器在5微秒內實現了DC～40GHz的快速掃頻，與傳統(tǒng)電子學微波源技術相比，大大拓寬了頻帶快讀，掃頻速率提高了3個量級。這一突出成果一經發(fā)表，便立刻獲得了UrekAlert和總參某部的高度關注，認為該方法為實現高效電子對抗裝置及系統(tǒng)提供了可能。

…………

在科研上，這支隊伍的表現其實很高調―提出大膽建議的是他們，提前判斷發(fā)展趨勢的是他們，打破國外禁運限制的也是他們，這些華麗的成果是他們非凡實力的最佳佐證。低調，只是為了屏蔽一切干擾和雜念，心無旁騖地沉浸在科研的世界中。

對于光電子技術的未來，祝寧華表示，光電子技術發(fā)展至今，已經對國家的發(fā)展產生了重要影響，大到軍工、航天、國防等領域，小到家用電器的信號傳遞、燈光照明等。全球光電子技術產業(yè)的市場規(guī)模已超1萬億美元，我國的光電子技術產品市場也始終保持著兩位數的高速增長，市場可觀、潛力巨大。

第7篇：光學電子技術范文

【關鍵詞】 光電子技術 光醫(yī)學 光保健 學科現狀 發(fā)展趨勢

一 引言

生物醫(yī)學光學與光子學是光學或者說光子學現展的一個分支學科。由于光學與光子學是具有極強應用背景的學科，所以“生物醫(yī)學光子技術”這一多學科交叉的新興研究領域在20世紀末葉也隨之應運而生。

激光技術作為一項重大的科技成就，為研究生命科技和疾病的發(fā)生、發(fā)展開辟了新的途徑，為保健和臨床診療提供了嶄新的手段,推動人類科學技術進入新的發(fā)展階段。

可以把與光的產生、傳播、操縱、探測和利用有關的物理現象和技術包括在內的科學及工程籠統(tǒng)地簡稱為光學。用光學最廣的含義來概括各研究領域及其相關交叉分支時必然包括了激光和光電子技術。運用光學及其技術研究光與人體組織的相互作用問題可歸之于“組織光學”范疇。它是研究光輻射能量在生物組織體內的傳播規(guī)律以及有關組織光學特性的測量方法的一門新興交叉學科，是光醫(yī)學（光診斷和光治療）的理論基礎。經過40多年的發(fā)展，激光與光電子技術在人類的保健、醫(yī)療以及生命科學中產生了很大影響。

在醫(yī)學領域，光電子技術使各種新療法，包括從激光心臟手術到用光學圖像系統(tǒng)的關節(jié)內窺鏡進行微損膝關節(jié)修復等，成為可能或得以實現。目前，科學家們正致力于研究光學技術在非侵入式診斷和檢測上的應用，如乳腺癌的早期探查、糖尿病患者葡萄糖的“無針”監(jiān)控等。激光在醫(yī)學上的最早應用雖然集中在治療方面，然而在80年代初期起便開始了光診斷技術的探索。指望無損害地獲得診斷信息是這些研究的驅動力之一，其中在物理學中高度發(fā)展的光譜技術有望在診斷醫(yī)學中得到應用。利用光纖把光傳輸到身體內部的能力，可以完成膀胱、結腸和肺等器官的檢查。隨著醫(yī)學診斷方法向無損化方向發(fā)展，利用光電子學技術對組織體進行鑒別和診斷，有可能更早期、更精確地診斷各種疾病。近年來，人們開始把這種診斷方法稱之為“光活檢”。

隨著現代醫(yī)學模式的轉變、健康概念的更新以及人民生活水平的提高，從20世紀80年代后期起，“激光美容術”在世界各地包括在我國各大城市逐漸地開展。保健美容是光電子技術應用越來越活躍的領域。激光技術應用于美容外科的起步較早，使得一些在美容整形外科很棘手的疾病，如太田痣、血管瘤等治療變得簡易有效。到20世紀末，人們又開發(fā)了一種稱為光子嫩膚術的新美容技術。它基于選擇性的光熱解作用，有效地改善肌膚的質地和彈性，達到美容的效果。之所以用激光或強脈沖光進行非消融性的嫩膚或治療越來越流行，是因為這類手術具有無損、不必住院、幾乎無副作用和無疼痛，從而使受術者容易接受的優(yōu)點。

國家自然科學基金委員會先后二次在“光子學與光子技術”以及“生物醫(yī)學光學”優(yōu)先資助領域戰(zhàn)略研究報告中分別指出：近年來生物醫(yī)學光學與光子學的迅猛興起，令人矚目，并因而引發(fā)出一門新興的學科－生物醫(yī)學光子學（Biomedophotonics）。研究報告選定了近期優(yōu)先研究領域包括生物光子學、醫(yī)學光子學基礎研究、醫(yī)學臨床的光學診斷和激光醫(yī)學中的重要課題等諸方面。

福建師范大學在1974年成立了“醫(yī)用激光及其應用技術”研究組，以激光與光電子技術為基礎，圍繞激光醫(yī)學應用的核心技術開展研究與開發(fā)。至二十世紀九十年代，跟隨該領域的國際走向，轉入激光醫(yī)學技術的基礎理論研究工作，在國內率先開展了生物組織光學與光劑量學的研究。伴隨研究工作的深入開展，逐步形成了我們有特色的若干前沿研究方向，并于2005年獲準立項建設醫(yī)學光電科學與技術教育部重點實驗室。

二 國內外現狀

光學在生命科學中的應用，在經歷了一個緩慢的發(fā)展階段后，由于激光與新穎的光子技術的介入，進入了一個迅速發(fā)展的新階段。與光學有關的技術沖擊著人類健康領域，正在改變著藥物療法和常規(guī)手術的實施手段，并為醫(yī)療診斷提供了革命性的新方法。特別在近十多年來，與蓬勃的學術研究活動相對應，國際上出現了專門的研究性學術雜志，如：Laurin 出版公司于1991年發(fā)行了“Bio-Photonics”新雜志。美國光學學會重要的會刊之一“Applied Optics”也于1996年將其“Optical Technology”欄目擴充為“ Optical Technology and Biomedical Optics”，并定期出版有關生物醫(yī)學光學的論文專集。SPIE亦于1996年創(chuàng)辦了期刊Journal of Biomedical Optics，且聲譽日隆。到2004年，該刊的SCI影響因子已達3.541。當前，發(fā)達國家普遍對生物醫(yī)學光子學學科給予了高度重視。例如，在美國國家衛(wèi)生研究院（NIH）新成立的國家生物醫(yī)學影像與生物工程研究所（NIBIB）中，生物醫(yī)學光子學也成為其主要資助的領域。近三年中，美國NIH已經召開過4次研討會，認為新的在體生物光子學方法可用于癌癥和其它疾病的早期檢測、診斷和治療。新一代的在體光學成像技術正處在從實驗室轉向癌癥臨床應用的重要時刻。在NIH的支持下，美國國家癌癥研究所（NCI）正在計劃5年投資1800萬美元，招標建立“在體光學成像和/或光譜技術轉化研究網絡（NTROI）”，其研究內容主要包括：光學成像對比度的產生機理、在體光學成像技術與方法、臨床監(jiān)測、新光學成像方法的驗證、系統(tǒng)研制與集成等五個方面。2000年底，在美國NIBIB的首批支持項目中，光學成像方法約占30%。2000年7月，美國NIH投資2000萬美元，開展小動物成像方法項目（SAIRPs）研究，受到生命科學界的高度關注，其中光學成像方法是研究重點之一。美國國家科學基金會（NSF）在2000-2002年了4次關于生物醫(yī)學光子學研究（Biophotonics Partnership Initiative）的招標指南?！?.11”事件后，美國國防部啟動了“應激狀態(tài)下的認知活動”(Cognition under stress)項目，采用的研究方法就是光學成像技術。美國加州大學Davis分校于2002年10月宣布：未來10年內，將投資5200萬美元建立生物醫(yī)學光子學科學技術中心（The Center for Biophotonics Science and Technology），其中4000萬美元由NSF支持。在學術交流活動方面，國際光學界規(guī)模最大西部光子學會議（Photonics West）上，每年的四個大分會之一即是生物醫(yī)學光學會議（BiOS），論文均超過大會總數的三分之一，如，2003年關于BiOS的專題為19個，占整個會議的19/52=36.5%；2004年，IBOS會議專題為20個，占整個會議的20/55=36.4%。另外，每年還召開歐洲生物醫(yī)學光子學會議。除疾病早期診斷、生理參數監(jiān)測外，在基因表達、蛋白質―蛋白質相互作用、新藥研發(fā)和藥效評價等研究中，特別是近年來的Science, Nature, PNAS等國際權威刊物發(fā)表的論文表明，光子學技術也正在發(fā)揮至關重要的作用。在某些領域，如眼科，光學和激光技術已成熟地應用于臨床實踐。激光還使治療腎結石和皮膚病的新療法得以實現，并以最小的無損或微損療法代替外科手術，如膝關節(jié)的修復。現在，用激光技術和光激勵的藥物相結合可治好某些癌癥。以光學診斷技術為基礎的流動血細胞測量儀可用于監(jiān)測愛滋病患者體內的病毒攜帶量。還有一些光學技術正處于無損醫(yī)學應用的試驗階段，包括控制糖尿病所進行的無損血糖監(jiān)測和乳腺癌的早期診斷等。光學技術還為生物學研究提供了新的手段，如人體內部造影、測量、分析和處理等。共焦激光掃描顯微鏡能將詳細的生物結構的三維圖象展現出來，在亞細胞層次監(jiān)測化學組成和蛋白質相互作用空間和時間特征。以雙光子激發(fā)熒光技術為代表的非線性成像方法，不僅可以改善熒光成像方法的探測深度、降低對生物體的損傷，而且還開辟了在細胞內進行高度定位的光化學療法。近場技術將分辨率提高到衍射極限以上，可以探測細胞膜上生物分子的相互作用、離子通道等等。激光器已成為確定DNA化學結構排序系統(tǒng)的關鍵組成部分。光學在生物技術方面的其它應用還包括采用“DNA芯片”的高級復雜系統(tǒng)，和采用傳輸探針的簡單系統(tǒng)。激光鉗提供了一種在顯微鏡下方能看見的一種新奇的、前所未有的操作方法，能夠在生物環(huán)境中實現細胞或微觀粒子的操縱與控制，或在10-12m范圍內實現力學參數的測量。結合光子學和納米技術已經可以探測細胞機械活動，揭示細胞水平上隱秘的生命過程，利用納米器件甚至可以檢測和操縱原子和分子，這可以應用在細胞水平的醫(yī)學領域。高技術的進步，如：微芯片極大地加速了生物光子學的發(fā)展進程。集成電路、傳感器元件和相連電路的小型化、集成化促使在體和體外測量分子、組織和器官圖像成為可能。許多生物醫(yī)學光子學技術已經在臨床上應用于早期疾病監(jiān)測或生理參量的測量，如血壓，血液化學，pH，溫度，或測量病理生物體或臨床上有重要意義的生化物種的存在與否。描述不同光譜特性（如熒光，散射，反射和光學相干成像）的各種光學概念出現在功能成像的重要領域。從大腦到竇體再到腹部，精確導位和追蹤，對于精確定位醫(yī)療儀器在三維手術空間的位置具有重要的作用?；诜肿犹结樀墓庾蛹夹g可以識別發(fā)生疾病時產生的分子報警，將真正實現令人激動的、個人的、分子水平的醫(yī)學。

我國的研究基礎與條件雖然相對落后，研究投入不足，但生物醫(yī)學光子學是一門正在興起和不斷發(fā)展的學科，在這一新興交叉學科上國內外處于一個起跑線上。近年來，在國家自然科學基金委、省部委以及其它基金項目的資助下，我國在生物醫(yī)學光子學的研究中取得了很大的進展，尤其是2000年第152次主題為 “生物醫(yī)學光子學與醫(yī)學成像若干前沿問題”、第217次主題為“生物分子光子學”的香山會議后，有許多學校和科研單位開展了生物醫(yī)學光子學的研究工作，并初步建成了幾個具有代表性的、具有自己研究特色和明確科研方向的研究機構或實驗室，并在生物醫(yī)學光學成像（如OCT、光聲光譜成像、雙光子激發(fā)熒光成像、二次諧波成像、光學層析成像等）、組織光學理論及光子醫(yī)學診斷、分子光子學（包括成像與分析）、生物醫(yī)學光譜、X射線相襯成像、光學功能成像、認知光學成像、PDT光劑量學、高時空譜探測技術及儀器研究等方面取得了顯著的研究成果。發(fā)表了許多研究論文，申請了許多發(fā)明專利，有些已經獲得產業(yè)化。國家自然科學基金委員會生命科學部與信息科學部聯合發(fā)起并承辦的全國光子生物學與光子醫(yī)學學術研討會已經舉辦了六屆。這對我國生物醫(yī)學光子學學科的發(fā)展起到了積極的推動作用。在我國近年所召開的亞太地區(qū)光子學會議中，有關生物醫(yī)學光子學的內容已大幅增加，成為主要的研討專題。我國的生物醫(yī)學光子學研究和學術活動也方興未艾，呈現與國際同步的態(tài)勢。在基礎研究、應用基礎研究以及對新技術的掌握方面跟蹤國際先進水平，但國內科研經費的投入相對較小，科研隊伍規(guī)模不大，原創(chuàng)性的科研成果與國外有較大差距。和國外的發(fā)展水平相比，我國的生物醫(yī)學光子學發(fā)展還存在以下問題：

（1）盡管從事生物醫(yī)學光子學的科研單位很多，但取得突破性、創(chuàng)新性的研究成果很少，主要是由于我們的科研隊伍在組織、組成上還不合理，過于分散、開展的內容繁雜，難以將有限的資金投入到一些有利于國計民生的及上水平的研究方向上；另外許多單位的研究重復，缺乏合作，導致水平低下；

（2）和國外相比，研究經費無論在絕對值還是相對值上均投入十分不夠；

（3）缺乏研究成果產業(yè)化的引導機制。

三 醫(yī)學光電科學與技術（福建師范大學）教育部重點實驗室概況

“醫(yī)學光電科學與技術”教育部重點實驗室設立于福建師范大學物理與光電信息科技學院（激光與光電子技術研究所）內，作為本學科開展科研研究和實施建設與發(fā)展的一個基礎平臺。實驗室已有30年發(fā)展歷史，1973年成立福建師范學院物理系激光實驗室，1984年成為福建師范大學激光研究所實驗室，1995年為福建省首期211重點學科《應用光子學》學科實驗室，2003年5月26日經福建省科技廳批準成立“光子技術福建省重點實驗室”，2005年7月28日經教育部批準立項建設教育部重點實驗室。實驗室座落于福建師范大學長安山校園內。

30年多來，實驗室在生物組織光學、醫(yī)學光譜與光學成像技術、光診斷及光診療技術、信息技術光學及其生物醫(yī)學應用等四個主要方向上努力開拓，承擔并完成了數十項國家與省部重點、重大項目課題，取得一批代表我國本領域研究水平的科研成果，其中十五以來獲省部級科技進步一等獎1項，二等獎2項，三等獎2項，其它省級以上獎勵12項。在國內外重要刊物發(fā)表的論文以及被SCI、EI收錄的論文均超過100篇。

實驗室目前承擔著國家與省級重要課題50余項，科研經費超過2000萬元。其中國家自然科學基金項目11項，國家教育部、科技部、衛(wèi)生部項目9項，福建省科技重大專項1項，其它省級重要項目近30項。

中科院半導體研究所原所長王啟明院士任重點實驗室學術委員會主任，副主任由黃尚廉院士和謝樹森教授擔任。另有九位國內外著名的激光、光電子與醫(yī)學學科交叉的院士、專家或資深教授擔任委員，其中海外委員兩人。他們規(guī)劃、指導并檢查本學科實驗室的建設與發(fā)展。

重點實驗室主要學術帶頭人、實驗室學術委員會常務副主任謝樹森教授是中國光學學會副理事長、福建省光學學會理事長、國家有突出貢獻的中青年專家、光學工程專業(yè)博導、全國勞動模范，是我國醫(yī)學光電科學與技術領域的學術帶頭人與開拓者。實驗室主任陳榮教授、副主任李暉教授均為國務院特殊津貼專家，實驗室常務副主任陳建新教授來自于北京大學的優(yōu)秀博士后研究員。重點實驗室擁有穩(wěn)定的可持續(xù)開展高水平科研的學術梯隊，其中的中青年學術帶頭人或學術骨干包括1位閩江學者特聘教授、1位福建師范大學特聘教授、3位國務院特殊津貼專家、2位全國優(yōu)秀教師、2位福建省優(yōu)秀教師和15位博士。

重點實驗室與國內外學術界建立了并保持著廣泛的聯系。重點實驗室已設立面向國內外的開放課題基金。已批準并實施來自浙江大學、廈門大學、上海光機所、西安交通大學、華南師范大學、天津醫(yī)科大學、上海市激光醫(yī)學研究中心等單位知名學者的開放課題。

重點實驗室已具備良好的科研軟硬件環(huán)境?，F有面積近5000平方米，儀器設備原值2500多萬元。重點實驗室各項管理制度健全。

“醫(yī)學光電科學與技術”重點實驗室，在我國現代科學技術領域特色鮮明，在我國相關學科處于領頭地位，有較大影響。重點實驗室建設將有力促進福建省科技創(chuàng)新能力建設，促使福建師范大學迅速向高水平、有特色、開放型的綜合性大學邁進。同時，重點實驗室的建設與發(fā)展將有力促進我國醫(yī)學光電科學與相關學科的發(fā)展，為廣大民眾的身心健康，為海峽西岸的科技、社會與經濟發(fā)展做出重大貢獻。

四 發(fā)展趨勢和展望

光子學及其技術已廣泛應用或滲透到生物科學和醫(yī)學的諸多方面，被科學界所認同和重視。生物醫(yī)學光學已經成為國際光學學科重要發(fā)展方向之一。生物醫(yī)學光子學的發(fā)展，將為現代醫(yī)學和生命科學帶進嶄新的時代。本學科的發(fā)展將繼續(xù)體現了多學科交叉的特點，研究領域涉及到了生物學、醫(yī)學、和光學，還有化學等不同大學科的方方面面。技術開發(fā)與臨床應用研究的結合將越來越密切。一般認為，光學領域未來發(fā)展的重點是將各種復雜的光學系統(tǒng)和技術更加廣泛地應用于保健和醫(yī)療。當今世界中,與光子學有關的技術沖擊著人類對生命體的認知及人類健康領域?；诂F代激光與光電子技術的生物醫(yī)學光子學技術將為生命科學研究帶來具有原始性創(chuàng)新的重要科研成果，并可望形成有重大社會影響和經濟效益的產業(yè)。

在醫(yī)學領域，光子學技術正在改變著藥物療法和常規(guī)手術的實施手段,并為醫(yī)療診斷提供了新方法。在某些領域,如眼科,光學和激光技術已成熟地應用于臨床實踐。激光還使治療腎結石和皮膚病的新療法得以實現,并以無損或微損療法代替外科手術,如膝關節(jié)的修復。現在,用激光技術和光激勵的藥物相結合可治好某些癌癥。以光學診斷技術為基礎的流動血細胞測量儀可用于監(jiān)測愛滋病患者體內的病毒攜帶量。還有一些光學技術正處于無損醫(yī)學應用的試驗階段,包括控制糖尿病所進行的無損血糖監(jiān)測和乳腺癌的早期診斷等。

在基礎研究方面，研究重點在于從細胞，甚至是亞細胞尺度層次揭示病變組織與正常組織之間的差異，為新技術開發(fā)以及應用提供理論依據。另一方面，研究光與人體組織之間的相互作用以及所產生的光化學、光熱和光機械效應。在技術的應用方面，研究重點轉向比較各種技術中光源（相干光源/非相干光源、波長、功率密度、偏振性、連續(xù)/脈沖光源、脈沖持續(xù)時間等）和個體差異（年齡、性別、臨床癥狀、發(fā)病史、發(fā)病時間等）對診斷或治療結果的影響，在確定各種技術臨床適應癥的同時，進一步實用化各種技術。此外，還在不斷開發(fā)新的實用于不同疾病的診斷、治療和監(jiān)測技術。

值得關注的是，國外從事“生物醫(yī)學光學”領域研究的高校或研究機構中，來自大陸的中國學者的數量越來越多。這有助于使國內外的學術交流更加有效，并可以預期國內與國外在該領域的研究水平差距將不斷縮小。

今后若干年內醫(yī)學光電科技學科需關注的重大科學問題和優(yōu)先研究領域如下：

（一）醫(yī)學光子學基礎

在組織光學方面，其中最主要的有光在組織體內傳播的特殊方式、組織光學性質的描述以及有關實驗技術的開發(fā)和完善等。組織光學是醫(yī)學光子技術的理論基礎。光在生物組織中的運動學（如光的傳播）問題和動力學（如光的探測）問題是研究的主要內容，目的是要研究生物組織的光學性質和確定某靶位單位面積上的光能流率。應優(yōu)先解決測量技術和實驗精度的問題，利用近場光學顯微技術、光鑷技術測量活體組織的光學參量。在理論建模方面，建立生物組織中光的傳輸理論和數值模擬方法。具體開展的研究工作應包括：1）光在生物組織中傳輸理論：要用更復雜的理論來描述生物組織的光學性質以及光在其中的傳播行為。建立準確的組織光學模型，使之能反映生物組織空間結構及其尺寸分布情況、組織各個部分的散射與吸收特性以及折射率在一定條件下的變化情況；改造傳輸方程，使之適應新的條件，并能在某些情況下求出光在生物組織中傳輸的基本性質。2）光傳輸的蒙特卡羅模擬：繼續(xù)開發(fā)新的更為有效的算法以適應生物組織的多樣性和復雜性的要求。除了了解光在組織中的分布，還在探索從大量數字模擬中得到生物組織中光的宏觀分布與其光學性質基本參量之間的經驗關系。另外，發(fā)展非穩(wěn)態(tài)的光傳輸的蒙特卡羅模擬方法也是一個重要的研究方向，從中可以獲得比穩(wěn)態(tài)條件下更多的信息。

組織光學參數的測量方法和技術方面，尚未獲得人體各種組織的可靠實驗數據。發(fā)展和完善活體的無損檢測尤為重要。在這方面，時間分辨率與頻率分辨率的測量方法引人注目。

（二）醫(yī)學光子學光譜診斷技術

醫(yī)學光子學光譜（非成像）診斷技術實質上是利用從組織體反射、散射、發(fā)射出來的光，經過適當的放大、探測以及信號處理，來獲取組織內部的病變信息，從而達到診斷疾病的目的。

生物組織的自體熒光與藥物熒光光譜技術，內容涉及光敏劑的吸收譜、激發(fā)與發(fā)射熒光譜以及各種波長激光激發(fā)下正常組織與病變組織內源性熒光基團特征光譜等。現在人們所謂的特征熒光峰實際上只是卟啉分子的熒光峰。客觀和科學地判斷激光熒光光譜對腫瘤的診斷標準是十分必要的。目前，某些癌瘤的藥物熒光診斷已進入臨床試用，自體熒光的應用尚處于摸索之中。需要開展激光激發(fā)生物組織和細胞內物質的機理研究，探討激光誘發(fā)組織自體熒光與癌組織病理類型的相關性以及新型光敏劑的熒光譜、熒光產額和最佳激發(fā)波長等方面的研究，以期獲得極其穩(wěn)定、可靠的特征數據，為診斷技術的發(fā)展提供科學依據。

近年來，拉曼光譜技術應用于醫(yī)學中已顯示出它在靈敏度、分辨率、無損傷等方面的優(yōu)勢。應開發(fā)并完善重要醫(yī)學物質拉曼光譜數據庫，并使基于拉曼光譜分析的小型、高效、適用于體表與體內的醫(yī)用拉曼光譜儀和診斷儀將在醫(yī)學臨床獲得更廣泛的應用。

超快時間分辨光譜比穩(wěn)態(tài)光譜在技術上更靈敏、更客觀和更具有選擇性。因此，將脈寬為ps、fs量級的超短激光脈沖光源用于醫(yī)學受到廣泛重視，其一，應發(fā)展超快時間分辨熒光光譜技術，用于測量生物組織及生物分子的熒光衰變時間，分析癌組織分子馳豫動力學性質等，為進一步研究自體熒光法診斷惡性腫瘤提供基礎數據；其二，應發(fā)展超快時間分辨漫反射（透射）光譜技術。以時域的角度測量組織的漫反射，從而間接確定組織的光學特征。這是一種全新的、適用于活體的、無損和實時的測量方法，為確知光與生物組織的相互作用，解決醫(yī)學光子學中基礎測量問題開辟一條新徑。

（三）醫(yī)學光子學成像診斷技術

發(fā)展出具有無輻射損傷、高分辨率、非侵入、實時、安全的光子學成像診斷技術，并具有經濟、小型、且能監(jiān)測活體組織內部處于自然狀態(tài)化學成分等特點的醫(yī)療診斷設備。主要的醫(yī)學光子學成像診斷技術包括：

超快時間分辨成像技術：以超短脈沖激光作為光源，根據光脈沖在組織內傳播時的時間分辨特性，使用門控技術分離出漫反射脈沖中未被散射的所謂早期光，進行成像。正在研究的典型時間門有條紋照相機、克爾門、電子全息等。

散射成像技術：包括光子密度波散射層析成像、組織深度光譜測量以及復合成像等，利用紅外光源，光子密度波在生物組織中的穿透深度可達幾個毫米，在低散射的人腦組織中甚至可達30mm。

紅外熱成像：紅外熱成像是利用紅外探測器測量人體和動物的正常與病變組織的溫度差異來診斷病變及其位置，現已在醫(yī)學診斷中得到廣泛的應用，如乳腺腫瘤的診斷。

光學相干層析成像技術：一種非侵入式無損成像技術，并且可以與顯微鏡、手持探針、內窺鏡、醫(yī)用導管、腹腔鏡等相結合使用，從而具有廣闊的應用領域。而且，OCT能進行眾多功能成像，如分光鏡OCT、多普勒OCT、偏振OCT：也可以與眾多成像技術結合使用，如熒光、雙光子、二次諧波成像等技術。

熒光壽命成像：受超短光脈沖激發(fā)后，熒光團，包括自體熒光團如NADH、FAD等和外源熒光團，如有機熒光染料、熒光蛋白等，所發(fā)出熒光的壽命取決于熒光團的分子種類及其所處的微環(huán)境，如pH、離子濃度（如Ca2+、Na+等）、氧壓等，因此熒光壽命的測量和成像，有助于提供生物組織的功能信息。和內窺鏡結合，可用于胃癌、食道癌等疾病的早期診斷，是一種很有前途的具有高靈敏度、高特異性以及高診斷準確性的早期癌癥診斷方法。

光聲作用成像：利用超聲場在生物組織中的優(yōu)良傳輸特性和激光在生物組織中的選擇性吸收特性,將超聲定位技術和光學高靈敏度檢測技術結合,以實現無損傷臨床醫(yī)學的結構和功能層析診斷。預期成像深度遠好于目前的光學成像方法,對于較厚生物組織成像及臨床應用特別具有吸引力,可為及早發(fā)現一些特殊病變提供一種無損、有效、高準確度的方法。

非線性光學成像：雙光子激發(fā)熒光顯微成像、二次諧波等成像技術由于具有三維高空間分辨率，對比度高、對生物組織的損傷小等優(yōu)點，研究工作重點是擴展成像技術在生物醫(yī)學領域的應用范圍，重點解決研制小型化內窺型診斷設備所面臨的相關技術問題。

人體經絡的光學表征及其調控功能：已經用不少事實證明了經脈循行路線的現象，也初步顯示了人體體表沿十四經脈路線存在的紅外輻射軌跡。然而，至今未能用西醫(yī)的形態(tài)學或生理學方法證明它的存在，也不能明晰地闡明“經絡”的實質?？梢岳靡寻l(fā)展的生物醫(yī)學光子學諸多成像技術為工具，研究這個具有中國特色的中醫(yī)學中的重大問題。

4.醫(yī)用激光治療技術（激光醫(yī)學）

強激光治療：是當前激光醫(yī)學中最成熟和最重要的領域。隨著新型醫(yī)用激光器的不時出現，如：鈦激光、鉺激光、準分子激光等，強激光治療技術的臨床用途也逐漸增多，提出一些新的問題。關于這些新型激光器及新的工作方式對人體組織的作用特點的認識還相對不足，基本沒有適合國人組織特性的治療參數。為此需加強研究激光與生物組織間的作用關系，特別是在諸多有效療法中已獲得重要應用的激光與生物組織間的作用關系；研究不同激光參數（包括波長、功率密度、能量密度與運轉方式等）對不同生物組織、人體器官組織及病變組織的作用關系，取得系統(tǒng)的數據，同時也有必要加強新型激光器及新的工作方式的臨床適應證的研究。

低強度激光治療：非熱或低強度激光輻射可作為一種輔助治療手段，其作用機理尚不清楚。對弱激光治療機理的認識有待于整個基礎醫(yī)學的提高，如充分認識細胞基因表達與調控、細胞代謝的調控、免疫反應的調控等，同時還需研究不同弱激光劑量對這些調控的影響，這才能提高弱激光治療的針對性和療效。針對目前臨床上盲目夸大療效、照射劑量嚴重混亂的局面，建議重點扶持2-3個弱激光研究中心，集中財力與人力進行弱激光的細胞生物學效應研究；弱激光生物調節(jié)作用和細胞生物學現象（基因調控和細胞凋亡）的量效關系、弱激光鎮(zhèn)痛的分子生物學機制以及弱激光與細胞免疫（抗菌、抗毒素、抗病毒等）的關系及其機制。尋求弱激光生物刺激效應的可能機制與量效關系；規(guī)范臨床治療參數與操作等。

光動力學治療（PDT）是當前激光醫(yī)學中最具活力且發(fā)展迅速的領域。光動力療法具備了診斷和治療腫瘤、心腦血管病等人類重大疾病的潛力。光動力療法在鮮紅斑痣、老年性眼底黃斑病變、某些頑固性皮膚病、類風濕性關節(jié)炎等常規(guī)手段難以奏效的良性疾病的治療研究中取得一系列進展，并結合內鏡技術的發(fā)展等，其應用領域得到很大的延伸和擴展。這些都說明發(fā)展光動力療法具有重要的社會和經濟效益。應當重點資助PDT相關產品的國產化，扶持新一代國產光敏劑的開發(fā)及相應激光器的產業(yè)化，資助新一代光敏劑光動力學治療的機理研究。作用機理、光動力療法各要素對光動力學效應的影響、建立數學模型、新型光敏劑光動力學效應的研究，為開拓光動力療法新的應用領域取得系統(tǒng)的數據。

激光美容與光子嫩膚術：利用激光或強脈沖光照射皮膚后的選擇性光熱解效應，即靶組織（病灶）和正常組織對光的吸收率的差別，使激光在損傷靶組織的同時避免正常組織的損傷這一原則，達到去皺、去文身、脫毛和治療各種皮膚病或達到美容的效果。

五 結論

醫(yī)學光子學及其技術的學科發(fā)展，對生命科學有重要且積極的意義。在醫(yī)學領域，將為解決長期困擾人類的疑難頑疾如心血管疾病和癌癥的早期診治提供可能性，從而提高人類的生存價值和意義，其中的重大突破將起到類似X射線和CT技術在人類文明進步史上的重要推動作用，在知識經濟崛起的時代還可能產生和帶動一批高新技術產業(yè)。

參考文獻

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〔16〕 Hongqin Yan, Shusen Xie, Hui Li et al. Optical imaging method.

課題組成員：

1.謝樹森：教授、博士導師，中國光學學會副理事長，福建省光學學會理事長

2.李 暉：福建師范大學 醫(yī)學光電科學與技術教育部重點實驗室

3.陳 榮：福建師范大學 醫(yī)學光電科學與技術教育部重點實驗室

第8篇：光學電子技術范文

1.1專業(yè)的創(chuàng)新性、前沿性有待提高

物理電子技術專業(yè)是一個與時俱進的專業(yè)，其涉及的范圍之廣、內容之多是我們無法描述的，尤其是該專業(yè)的創(chuàng)新性和前沿性方面仍然存在巨大的問題和挑戰(zhàn)。由于該專業(yè)涉及到的知識有很多仍然處在不斷的發(fā)展和探索的階段，而且這些技術都是直接推動社會生產力發(fā)展的直接動因，有著很強的應用性和實踐性，涉及到科技前沿的方面比較多，我國在物理電子技術專業(yè)方面還缺乏相應的創(chuàng)新性、前沿性研究。

1.2高校對該專業(yè)發(fā)展的重視和引導還不夠

我國社會的各個方面都進行了相關的改革，為了發(fā)展經濟，提高人民的生活水平，黨和國家進行了很多努力，其中最重要的原因就是我國實行了社會主義市場經濟體制，在這種經濟體制的引導下，大家更多的是關注眼前的經濟利益。在高校的改革中也存在這樣的問題，高校更多的注重自己學校的財政問題，更注重發(fā)展那些低成本、高回報的學科，對于物理電子技術專業(yè)這樣專業(yè)性很強的學科，很多高校缺乏資金上政策上的支持和引導，沒有發(fā)現物理電子技術專業(yè)的重要意義。

1.3教學的方式還存在問題

由于物理電子技術專業(yè)是一個專業(yè)性和學科性很強的專業(yè)，其內容復雜而且一直處于知識的革命階段，因此，我國高校在物理電子技術專業(yè)的教學方面還存在很多的問題。首先，教師水平無法適應一直更新的知識體系；其次，教學方法陳舊落后，無法滿足學生學習的需要；最后，由于資金等方面的問題，我國物理電子技術專業(yè)的實踐教學資源和條件嚴重缺乏，造成學生只能紙上談兵。

2.物理電子技術專業(yè)的發(fā)展對策

2.1優(yōu)化完善物理電子技術專業(yè)的專業(yè)設置

教育部門要充分的認識目前我國高校中物理電子技術專業(yè)在專業(yè)設置方面的缺陷和不足，相關部門要引起足夠的重視并采取有效的措施對目前我國的物理電子技術專業(yè)的專業(yè)設置進行有效的重塑，要實現真空物理、薄膜物理與技術、陰極電子學、氣體放電與物理、表面物理與科學、電子光學與儀器、微波器件、光電顯示器件、聲學物理與器件、電光源等技術領域的全面覆蓋，而且要實現物理電子技術專業(yè)設置的廣泛化，應該讓更多的學生有機會接受物理電子技術專業(yè)學習機會，只有這樣我國的物理電子技術專業(yè)才能取得長足的發(fā)展和進步。

2.2提高物理電子技術專業(yè)的創(chuàng)新性、前沿性

改革創(chuàng)新是我國現階段發(fā)展的直接動力，也是我國改革開放30年來總結出來的促進我國發(fā)展的基本經驗。同樣學科或者專業(yè)的發(fā)展也需要改革創(chuàng)新作為支撐其進步的不懈動力。因此，我們在進行物理電子技術專業(yè)的探索中要注重改革的力量，要重視創(chuàng)新思維，我們只有運用創(chuàng)新思維打開禁錮我們思想的繩索，不斷的對物理電子技術專業(yè)的發(fā)展進行探索，不斷的去揭示物理電子技術專業(yè)的發(fā)展前沿，保持一種對于新知識的渴望才能實現我國物理電子技術專業(yè)的不斷完善。

2.3高校要重視對于物理電子技術專業(yè)發(fā)展的引導

物理電子技術專業(yè)要想實現自身的發(fā)展必須依賴高校的引導和重視，相關的高校應該給與一定的政策傾斜和資金支持，以此來促進物理電子技術專業(yè)的學科建設，完善物理電子技術專業(yè)的學科設置。只有高校對物理電子技術專業(yè)有了足夠的重視才能制定出更加有效的發(fā)展方式來促進物理電子技術專業(yè)的不斷進步。

2.4改革現有的物理電子技術專業(yè)教學現狀

物理電子技術專業(yè)的發(fā)展歸根結底需要依賴學校組織的教學活動推動其發(fā)展，因此，我們必須改變物理電子技術專業(yè)現階段的教學現狀。首先，高校應該充分的重視物理電子技術專業(yè)優(yōu)秀教師隊伍的打造，提高其整體素質；其次，高校要不斷的改革和創(chuàng)新教學方法，實現教學方式的逐步優(yōu)化；最后，高校和有關部門要加大資金支持力度，逐步完善物理電子技術專業(yè)實踐教學的場地和基礎設施，以此來滿足物理電子技術專業(yè)的實踐教學。

3.結論

第9篇：光學電子技術范文

    20世紀60年代以來,人們利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能后,刺激了機械產品與電子技術的結合。計算機技術、控制技術、通信技術的發(fā)展,為機電一體化的發(fā)展更進一步奠定了技術基礎。20世紀80年代末期,機電一體化技術和產品得到了極大發(fā)展。各國均開始對機電一體化技術和產品給以很大的關注和支持,20世紀90年代后期,開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段,機電一體化進入了深入發(fā)展時期。光學、通信技術等進入了機電一體化,微細加工技術也在機電一體化中展露頭腳,出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支。我國從20世紀80年代開始開展機電一體化研究和應用。取得了一定成果,它的發(fā)展和進步依賴并促進相關技術的發(fā)展和進步。機電一體化已成為一門有著自身體系的新型學科,隨著科學技術的不斷發(fā)展,還將被賦予新的內容。

    二、機電一體化的發(fā)展現狀

    機電一體化的發(fā)展大體可以分為3個階段。20世紀60年代以前為第一階段,這一階段稱為初級階段。在這一時期,人們利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間,戰(zhàn)爭刺激了機械產品與電子技術的結合,這些機電結合的軍用技術,戰(zhàn)后轉為民用,對戰(zhàn)后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當時電子技術的發(fā)展尚未達到一定水平,機械技術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發(fā)展,已經開發(fā)的產品也無法大量推廣。

    20世紀70年代~80年代為第二階段,可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時期,計算機技術、控制技術、通信技術的發(fā)展,為機電一體化的發(fā)展奠定了技術基礎。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機的迅猛發(fā)展,為機電一體化的發(fā)展提供了充分的物質基礎。

    20世紀90年代后期,開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段,機電一體化進入深入發(fā)展時期。一方面,光學、通信技術等進入了機電一體化,微細加工技術也在機電一體化中展露頭腳,出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支;另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法、機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時,由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步,更為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究,將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列為“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構及一些大中型企業(yè)對這一技術的發(fā)展及應用也做了大量的工作,雖然取得了一定成果,但與日本等先進國家相比仍有相當差距。

    三、機電一體化的發(fā)展趨勢