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光學與光電技術范文1

【關鍵詞】 光電子技術 光醫學 光保健 學科現狀 發展趨勢

一 引言

生物醫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生、發展開辟了新的途徑，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，是光醫學（光診斷和光治療）的理論基礎。經過40多年的發展，激光與光電子技術在人類的保健、醫療以及生命科學中產生了很大影響。

在醫學領域，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的關節內窺鏡進行微損膝關節修復等，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”監控等。激光在醫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展的光譜技術有望在診斷醫學中得到應用。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。隨著醫學診斷方法向無損化方向發展，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“生物醫學光學”優先資助領域戰略研究報告中分別指出：近年來生物醫學光學與光子學的迅猛興起，令人矚目，并因而引發出一門新興的學科－生物醫學光子學（Biomedophotonics）。研究報告選定了近期優先研究領域包括生物光子學、醫學光子學基礎研究、醫學臨床的光學診斷和激光醫學中的重要課題等諸方面。

福建師范大學在1974年成立了“醫用激光及其應用技術”研究組，以激光與光電子技術為基礎，圍繞激光醫學應用的核心技術開展研究與開發。至二十世紀九十年代，跟隨該領域的國際走向，轉入激光醫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手術的實施手段，并為醫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學光學的論文專集。SPIE亦于1996年創辦了期刊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，發達國家普遍對生物醫學光子學學科給予了高度重視。例如，在美國國家衛生研究院（NIH）新成立的國家生物醫學影像與生物工程研究所（NIBIB）中，生物醫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、臨床監測、新光學成像方法的驗證、系統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次關于生物醫學光子學研究（Biophotonics Partnership Initiative）的招標指南。“9.11”事件后，美國國防部啟動了“應激狀態下的認知活動”(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學光子學會議。除疾病早期診斷、生理參數監測外，在基因表達、蛋白質―蛋白質相互作用、新藥研發和藥效評價等研究中，特別是近年來的Science, Nature, PNAS等國際權威刊物發表的論文表明，光子學技術也正在發揮至關重要的作用。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學應用的試驗階段，包括控制糖尿病所進行的無損血糖監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，和采用傳輸探針的簡單系統。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。許多生物醫學光子學技術已經在臨床上應用于早期疾病監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，對于精確定位醫療儀器在三維手術空間的位置具有重要的作用。基于分子探針的光子技術可以識別發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，但生物醫學光子學是一門正在興起和不斷發展的學科，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 “生物醫學光子學與醫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，并在生物醫學光學成像（如OCT、光聲光譜成像、雙光子激發熒光成像、二次諧波成像、光學層析成像等）、組織光學理論及光子醫學診斷、分子光子學（包括成像與分析）、生物醫學光譜、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。發表了許多研究論文，申請了許多發明專利，有些已經獲得產業化。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起并承辦的全國光子生物學與光子醫學學術研討會已經舉辦了六屆。這對我國生物醫學光子學學科的發展起到了積極的推動作用。在我國近年所召開的亞太地區光子學會議中，有關生物醫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，科研隊伍規模不大，原創性的科研成果與國外有較大差距。和國外的發展水平相比，我國的生物醫學光子學發展還存在以下問題：

（1）盡管從事生物醫學光子學的科研單位很多，但取得突破性、創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）缺乏研究成果產業化的引導機制。

三 醫學光電科學與技術（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展的一個基礎平臺。實驗室已有30年發展歷史，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。他們規劃、指導并檢查本學科實驗室的建設與發展。

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、光學工程專業博導、全國勞動模范，是我國醫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秀博士后研究員。重點實驗室擁有穩定的可持續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位全國優秀教師、2位福建省優秀教師和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、天津醫科大學、上海市激光醫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境。現有面積近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展將有力促進我國醫學光電科學與相關學科的發展，為廣大民眾的身心健康，為海峽西岸的科技、社會與經濟發展做出重大貢獻。

四 發展趨勢和展望

光子學及其技術已廣泛應用或滲透到生物科學和醫學的諸多方面，被科學界所認同和重視。生物醫學光學已經成為國際光學學科重要發展方向之一。生物醫學光子學的發展，將為現代醫學和生命科學帶進嶄新的時代。本學科的發展將繼續體現了多學科交叉的特點，研究領域涉及到了生物學、醫學、和光學，還有化學等不同大學科的方方面面。技術開發與臨床應用研究的結合將越來越密切。一般認為，光學領域未來發展的重點是將各種復雜的光學系統和技術更加廣泛地應用于保健和醫療。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。基于現代激光與光電子技術的生物醫學光子學技術將為生命科學研究帶來具有原始性創新的重要科研成果，并可望形成有重大社會影響和經濟效益的產業。

在醫學領域，光子學技術正在改變著藥物療法和常規手術的實施手段,并為醫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學應用的試驗階段,包括控制糖尿病所進行的無損血糖監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/脈沖光源、脈沖持續時間等）和個體差異（年齡、性別、臨床癥狀、發病史、發病時間等）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，還在不斷開發新的實用于不同疾病的診斷、治療和監測技術。

值得關注的是，國外從事“生物醫學光學”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。

今后若干年內醫學光電科技學科需關注的重大科學問題和優先研究領域如下：

（一）醫學光子學基礎

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和完善等。組織光學是醫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：繼續開發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，發展非穩態的光傳輸的蒙特卡羅模擬方法也是一個重要的研究方向，從中可以獲得比穩態條件下更多的信息。

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）醫學光子學光譜診斷技術

醫學光子學光譜（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、激發與發射熒光譜以及各種波長激光激發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。需要開展激光激發生物組織和細胞內物質的機理研究，探討激光誘發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波長等方面的研究，以期獲得極其穩定、可靠的特征數據，為診斷技術的發展提供科學依據。

近年來，拉曼光譜技術應用于醫學中已顯示出它在靈敏度、分辨率、無損傷等方面的優勢。應開發并完善重要醫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用拉曼光譜儀和診斷儀將在醫學臨床獲得更廣泛的應用。

超快時間分辨光譜比穩態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學受到廣泛重視，其一，應發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，解決醫學光子學中基礎測量問題開辟一條新徑。

（三）醫學光子學成像診斷技術

發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、且能監測活體組織內部處于自然狀態化學成分等特點的醫療診斷設備。主要的醫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，所發出熒光的壽命取決于熒光團的分子種類及其所處的微環境，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點，研究工作重點是擴展成像技術在生物醫學領域的應用范圍，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，至今未能用西醫的形態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。可以利用已發展的生物醫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學中的重大問題。

4.醫用激光治療技術（激光醫學）

強激光治療：是當前激光醫學中最成熟和最重要的領域。隨著新型醫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；規范臨床治療參數與操作等。

光動力學治療（PDT）是當前激光醫學中最具活力且發展迅速的領域。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、類風濕性關節炎等常規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展等，其應用領域得到很大的延伸和擴展。這些都說明發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及相應激光器的產業化，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

醫學光子學及其技術的學科發展，對生命科學有重要且積極的意義。在醫學領域，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。

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〔8〕R.R. Alfano, Advances in optical biopsy and optical mammography, Published by the New York Academy of Sciences, 1998.

〔9〕R.R. Anderson, J.A. Parrish, Science, 1983, 220:524-527.

〔10〕 謝樹森，龔瑋，李暉，光電子激光，2004，15（10）：1260-1262.

〔11〕 R. Christian, G. Barbel, etal, Lasers Srug Med,2003;, 32:78-87.

〔12〕范滇元 中國激光技術發展回顧與展望 《2000高技術發展報告》 2000.

〔13〕 世界激光醫學發展簡史 2004.

〔14〕 李蘭 我國激光醫學現狀發展戰略――問題與對策《科技日報》2002.07.

〔15〕 Wei Gong, Shusen Xie, Hui Li. Photorejuvenation:still not a fully established clinical tool for cosmetic treatment. ICO20: Biomedical Optics, Proc. of SPIE Vol. 6026, 602604, (2006).

〔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 醫學光電科學與技術教育部重點實驗室

光學與光電技術范文2

關鍵詞：小學英語；信息技術；字母教學

中圖分類號：G623.3？搖 文獻標志碼：B 文章編號：1674-9324（2013）06-0208-02

字母教學是英語基礎教學中的一個重要組成部分，是PEP教材2～3冊的重點教學內容之一。這一階段的教學，教師應給予足夠的重視，通過各種教學組織形式使這一階段的學習得以很好的落實。學好26個字母對學生以后的發音、拼讀和記憶單詞都起著至關重要的作用。因此，在學習字母階段，我們要利用一切可利用的資源。每個字母都有其特定的讀音和書寫形式。是否能教好英語字母影響著小學英語教學總體目標的實現，這是字母本身的特點和重要性所決定的。本文結合自己的教學實踐經驗，就信息技術為小學英語字母教學另辟新徑做初步的探索。信息技術集圖、文、音、像、畫等功能于一體，利用信息技術設計的教授學生學習字母的好方法，能給課堂教學注入新的生機與活力，能促進學生積極思維、主動參與語言實踐，使教學效率達到最優化，從而有效提高課堂教學效果和學生的英語水平與能力。

1.勾勒意境，學習單詞。教學中，為了使學生能對字母做到“印象深刻”，我特地利用信息技術勾勒所要學習字母的意境，并有目的地教授日常交際用語。如：在教學字母“dog”時，我利用PPT呈現“狗”的圖片，然后做畫畫狀，對學生說：“Draw a dog，please”之后，帶領學生一起讀詞，讀字母，用不同顏色的粉筆在四線格上示范書寫字母“D”和“d”，并出示字母卡片，引出本節課所要學習的字母。

2.人機交互，準確發音。在意境中引出字母后，教師請學生聽錄音，聽幾遍之后，讓學生模仿錄音，讀出字母音，教師要鼓勵每個學生大聲讀，可全班“開火車”讀，或小組“one by one、two by two”地讀，使每個學生都能掌握準確的發音。為了及時了解每個學生的掌握情況，可以設計課件提供錄音功能，讓學生對著課件畫面發音，錄下每個人的發音，并將他們每個人的發音音波與標準音波圖相比較，不斷糾正發音，反復練習，直到正確無誤。這樣既能充分體現現代信息技術的交互性，也凸現了以學生為主體的教學方式。

3.看嘴形，糾正發音。對于比較難發音的字母，教師除了為學生示范標準的發音外，還要請學生觀察自己的嘴形，以幫助學生減輕難度，讀準字母，糾正自己不規范的發音。在學完26個字母發音后，教師可利用動畫幫助學生糾正發音，可將每個字母的口形，舌頭出不來，唇形開合的大小、圓扁等情況生動形象地演示出來，配上聲音，整個過程可以重復播放，直到學生輕松有效地完全掌握字母的發音。

4.字母單詞，串一串。在學習字母時教師會有意識地將字母放在單詞中進行教學，讓學生讀詞記字母。這樣學生不僅僅是學習一個字母而是以這個字母為首字母的一些單詞。這樣做不僅很好幫助學生將單詞和字母串在一起，還有利于拼讀，記憶單詞，更主要的是通過讀單詞能發現字母在單詞中的不同發音。如：教學字母“a”時，PPT同時出現“泰晤士河”、“蛋糕”、“蘋果”圖片及與之對應的3個英語單詞“Take”、“Thames”、“Apple”，配上讀音，讓學生在聽讀過程中了解到Take中的字母“a”發字母本身音[ei]；“Thames”中的字母“a”沒讀字母名稱音ei]，而讀的是唇形稍扁的[e]；而“apple”中的字母“a”讀的是口形開得大的[？]。

5.看動畫演示，學寫字母。字母的書寫是學生必須掌握的英語學習工具，不掌握字母的書寫英語學習也無從談起。在學習字母的書寫時，教師可以出示四線三格的字母卡片，或在黑板上畫出四線三格，讓學生看教師示范書寫，另外我們也可以借助信息技術。如：學習字母“A”時，可以利用FLASH，優美的畫面上顯示要學的字母“A”，字母下有幾個按紐：字音、字形、筆畫筆順。點擊按紐“筆畫筆順”，課件動態演示“A”字的筆畫筆順，并在書寫每一筆畫時標出該筆畫在整個字母中的筆畫順序和在四線格中的位置，全部筆畫書寫后，讀出該字母的發音。將字母的筆畫、筆順教學過程動態、完整地展示出來，而且可以反復播放，不僅有利于課堂教學，而且對學生自學也非常有好處。

6.對比記字母，輕松又快樂。英語字母中有些形近、音近的字母，為了使學生清楚它們的不同之處，教師可以利用信息技術讓學生對比記字母。如：小寫字母“p”和“q”，學生易混，可以利用優美的畫面配上朗朗上口的歌謠（圈右b，圈左q）與字母卡片“p”和“q”，幫助學生記憶，學生不僅學得輕松，而且能在學習中感受到快樂，不至于乏味、枯燥。

7.趣味游戲，巧記字母。活動字母教學中利用信息技術的特點可以設計許多有趣有效的活動和游戲競賽活動，既能激發學生們學習的興趣，又能強化學習效果。常用的有以下幾種：（1）字母排隊。以小組為活動單位，派代表參加。屏幕上出示26個字母，利用鼠標移動字母卡片，按順序排列，看誰用的時間少。（2）聽音找字母。CAI課件播放字母讀音，讓學生用鼠標點擊相應的字母，電腦直接判斷對錯，點對時便會聽到掌聲，點錯時會說“try again”。（3）摘果子。PPT呈現蘋果樹，每個蘋果上都寫有一個字母，以小組為活動單位，移動鼠標把蘋果摘到對應的字母大小的筐里。比一比誰用的時間少。（4）什么字母不見了。教師利用課件給學生們出示一些字母卡片（如10個字母），讓學生們認讀后，教師任意消失一個字母后，依次讓學生猜，猜對的得10分，然后教師再任意消失一個字母讓學生們猜，最后看誰得分多。（5）我來比劃你來猜。學生兩人合作，一學生看屏幕上的字母比劃，背對著屏幕的學生看比劃猜字母。如：學生伸直兩臂，再伸直一條腿，就呈現了字母“E”。（6）聽音連圖。以小組為活動單位，派代表參加。小組代表根據聽到的字母連線，所讀字母并不按字母表順序，由此檢測學生對字母的聽辯能力，最后把聽到的字母連成一圖形；或由小組合作按順序連出所有字母，組成一幅圖畫。（7）接龍。電腦呈現不同的字母，每出現一個字母，便請其他學生依次接著說出該字母后的一個字母，一直到全部字母結束。（8）“火眼金睛”找字母。課件出示一幅場景圖，圖中有很多大小寫字母，讓學生放大眼睛找一找，學生每找一個就用鼠標點擊檢測，比一比誰找的字母多。

盡管信息技術在英語教學中已經得到廣泛應用，但我們仍要清醒地意識到它的局限性，因為系統的英語教學，不僅包含語言交際和操練，還包含語法教學，而系統地講語法知識，單靠信息技術是不夠的。因此教學中要充分發揮信息技術的“激進作用”，以多種方式整合信息技術與英語學科教學，促進英語教學質量的全面提高。

參考文獻：

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[2]龔亞夫.如何教兒童學習英語——語言習得研究對外語教學的啟示[J].中小學英語活頁文選，2001，（8）.

[3]馬旭.英語字母的大小寫[J].良師，2004，（12）.

光學與光電技術范文3

【關鍵詞】光信息科學與技術專業 畢業設計 能力培養

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006－9682（2011）10－0083－01

重慶郵電大學于2001年設立光信息科學與技術專業，多年來為社會培養了一大批光信息技術人才。用人單位對光信息科學與技術專業本科畢業生的要求更趨于全面，不僅要求具有扎實的專業理論知識，而且要求具有更好的動手能力、創新能力、適應能力以及與人合作的能力。畢業設計作為本科教學中至關重要的最后一個環節，要求學生在教師的指導下，將本科階段所學的知識、理論、技能進行綜合應用，將理論和實踐進行充分結合，完成一個獨立的設計或實現一個完整的實驗項目，真正實現知識向現實成果的轉化。可以說，畢業設計是一扇窗口，其成果是對一個學校本科教學質量的全面綜合檢驗，同時也是用人單位選拔人才的重要依據之一。［1］因此，如何針對畢業設計中存在的問題采取措施提高本科畢業設計質量已成為新時代高等教育的一個重要課題。

一、目前光信息科學與技術專業畢業設計存在的問題

1．學習主動性不夠

部分學生認為畢業設計的好壞與就業無關，在思想上沒有給予足夠的重視；缺乏主動學習、自主獲取知識、廣泛汲取百家觀點并形成自己觀點的意識。同時，隨著就業壓力的日益增大，部分學生利用相對自由的校內畢業設計時間找工作、準備公務員考試或者研究生復試，在時間上很難保證畢業設計工作的深入開展。

2．學生綜合素質不高

學生專業知識學得不扎實，鍛煉機會相對較少，撰寫畢業論文時，由于專業知識不精、能力缺乏造成設計沒有深度和新意，只是照搬別人的觀點，更有甚者連基本寫作格式都不懂，寫出的文章內容不連貫，邏輯混亂。部分學生不知道在哪里查找專業文獻，看到外文文獻就喊頭疼，稍有新知識就感到無從下手，在文獻檢索、外文翻譯、學習能力、寫作及語言表達等方面素質的欠缺，限制了學生創新思維的發展，學生分析問題、解決問題的能力薄弱。

3．選題與實際結合不緊密

本教學部一共9個專職教師，而每屆的畢業生數量則在120人以上，由于學生數量與教師數量不成比例，通常一位教師要帶8位甚至更多的學生。教學計劃中要求每位學生獨立完成一個畢業設計題目，每年教師都要出大量的題目，要做到均來自于實際的科研項目是不可能的。因此，部分選題重理論、輕技能，涉及的實際問題較少。即便是選題來源于工程實際，教師提供詳細的任務書和設計指導書，明確設計要求，給定大致的設計方案，學生對教師給定的有關設計條件理解不夠深人，畢業設計只是在預定條件下的一次練習，與工程實際不能很好的結合起來，不利于學生整體素質和創新能力的培養。

二、提高畢業設計質量的措施

1．合理選題

選題階段是整個畢業設計過程的關鍵，課題選擇是否合適是畢業設計工作能否順利完成的先決條件。因此，提出畢業設計題目是指導教師開始畢業設計的第一項重要工作。指導教師應該緊密結合專業培養方向，提出的課題應該具有一定的理論深度，難易適中，盡可能聯系工程應用、生產實際和科學研究，［2］并對題目進行詳細的說明，如題目的類型、研究內容、實現方法、學生必須具備的專業知識和參考書目等，然后經院學術委員會審查后公布在網上。選題一定要公開、實行雙向選擇，為了避免多個學生選報同一個題目，要求每個學生填報三個選題志愿，最終由指導教師及全體教師權衡后進行分配。學生和老師的雙向選擇，最大限度的提高了選題的公正度和滿意度。

2．認真開題

選好題目后，指導教師下達課題任務。學生收到任務書后，開始查閱教師指定的參考資料，在深入消化的基礎上，提出設計方案或設計思路，并進行全面細致的論證，撰寫開題報告。針對課題任務，指導教師應引導學生利用所學知識多角度思考，尋求解決問題的不同方法，鼓勵學生不固守現有的概念，積極探索創新。認真做好開題工作，不僅可以激發學生的主觀能動性，而且能夠及時發現問題和不足，提高了畢業設計的質量和效率。

3．悉心指導

指導教師應幫助學生樹立正確的學習態度，把畢業設計工作放在重要位置。整個畢業設計期間，老師與學生應有定期的見面會，老師要詢問檢查學生畢業設計的具體進展情況，學生要向老師匯報自己的做法和存在的困難，教師針對學生存在的問題給予具體指導，及時指出學生沒有發現的不正確、不嚴密的地方，以及如何克服和改正錯誤的方法和途徑。要善于啟發學生獨立思考，啟發學生善于發現問題，鼓勵學生敢于發表自己的見解，開展相互討論和交流，并能針對一些重點問題進行深入鉆研。加強對學生畢業論文撰寫能力的培養，雖然各高校較詳細地規定了畢業設計論文的格式，但學生由于缺乏科技論文寫作方面的訓練，寫出的畢業設計論文在中英文摘要、結論撰寫、整體結構、專業術語運用等方面存在著較多問題，這就要求指導教師在畢業設計過程中有針對性的進行輔導，提高學生的科技論文寫作能力。

光學與光電技術范文4

對，都出現了鏡子。從本質上說，都和光學有關。

大到探月的嫦娥衛星，小到日常生活中的單反相機、CD光盤，無論是國家進步，還是你我的生活質量，都與光學工程息息相關。由于光學工程的應用實踐要求十分嚴格，相關本科專業的畢業生往往無力承擔與光學工程科學技術研究直接相關的工作。因此，每年有大量相關專業的本科畢業生選擇考研。

由于光學工程是一門高層次、高門檻的學科，相較于機械工程、計算機科學與技術等專業，開設此專業的院校并不多。總體看來，光學工程專業的考研競爭比較激烈，尤其是在一些光學工程名校之中，2012年浙江大學光學工程的報錄比就曾高達17∶1。

目前，我國具有光學工程博士一級授予資格的高校共38所。具有光學工程國家重點學科的高校共有清華大學、北京理工大學、南開大學、天津大學、長春理工大學、南京理工大學、浙江大學、華中科技大學、國防科學技術大學等9所，具有國家重點（培育）學科的高校有上海理工大學、電子科技大學兩所，具有博士培養資格的中國科學院相關研究院所主要有長春光機所、西安光機所、上海光機所、上海技術物理所、安徽光機所、成都光電所等6所。

我們如何在為數不多的頂級名校或科研院所中選擇一所最適合自己的院校呢？

第一，重視院校綜合實力，避免依賴單一數據。

各種評估結果中的得分、排名等數據往往只能反映院校的宏觀指標，且不同機構均有不一樣的標準，很難客觀真實地反映院校的全部情況。各院校的研究方向獨具特色，互有長短，具體到每個研究方向，實力強弱更不相同，比如，光學設計這一領域，普遍認為實力強弱依次為清華大學、北京理工大學、浙江大學、天津大學等。同樣的道理，單純地看重院校的院士、長江學者數量、實驗室規模、研究經費等指標也是不科學的。院校研究水平的高低并不能直接反映研究生教育質量的好壞，院校的導師構成、地理區位與就業環境、同學本科來源的層次與學術氛圍等軟實力也不是量化指標可以衡量的，然而這些因素對研究生階段的學術成就以及未來的職業發展，往往比宏觀數據具備更大的影響，萬萬不可忽視。

第二，光學工程不是什么院校都能“玩得轉”。

在考生中廣泛存在“211高校未必比985高校差”的思想，從而選擇考研難度相對較小的“211工程”院校深造。不可否認，一些“211工程”院校在其傳統優勢學科上的確不比“985院校”差，甚至更有優勢。但是，光學工程是一門“高富帥”的學科，只有高層次的院校才能承載光學工程這門學科，而優秀的光學工程人才往往也出自優秀的院校。主要原因體現在兩個方面：第一，光學工程精密程度非常高，對實驗儀器設備和資金的依賴性比較強，缺少國家重視和資金上的傾斜，院校很難承擔昂貴的實驗儀器設備，從而限制研究生的發展；第二，“985”院校導師的視野更加開闊，對研究生的基本要求更加嚴格、培養目標更高，甚至某些院校的本科生在導師的指導和嚴格要求下也能在諸如Optical Letters等國際頂級光學期刊上。此外，高層次的院校學術氛圍更加濃厚，出國深造、就業等方面也具備更大的優勢。

在此背景下，有必要對光學工程相關院校及其考研情況進行深度解讀。本文將以擁有國家重點學科的浙江大學、華中科技大學、天津大學、南開大學，以及中國科學院的上海光機所為例進行具體分析。

浙江大學：為強者而生

學科地位：浙江大學光學工程學科設立于光電信息工程學系內，該系前身為浙江大學光學儀器專業，是中國光學工程學科的誕生地，具有雄厚的學科實力。在2007―2009年、2010―2012年教育部學科評估中均排名第一。

學科特色：有現代光學儀器國家重點實驗室、國家光學儀器工程技術研究中心、國防重點學科實驗室等國家級研究基地。目前設置有光學工程研究所、光電信息及檢測技術研究所、光電子技術研究所、光電顯示技術研究所、先進納米光子學研究所和光及電磁波研究中心、光學慣性技術工程研究中心等機構。

研究領域：浙江大學光學工程主要研究領域十分寬廣，包括微納光學與介觀光學與器件、光學光電子薄膜、光電顯示技術、高精度光纖傳感、光電成像技術、微納米精密檢測技術、生物光子學、新型激光與光電子技術、光電子集成器件與系統，光通信技術與系統和新穎人工光電介質等。

師資力量：光及電磁波研究中心以長江計劃特聘教授何賽靈為領軍人物，大部分導師均為杰出“海歸”或外籍教授，在光子學和電磁波的理論和實驗研究領域開展了大量工作，獲得了許多具有國際影響的學術成果。

地理區位：長江三角洲地區具有規模龐大的光電產業集群，具有國際化、起點高的特點，相較于珠三角地區以封裝、為主的光電―半導體產業而言具有廣闊的發展前景。

競爭情況：浙江大學就讀光學工程的研究生中超過半數來自于浙江大學、天津大學、南開大學等名校的推免生。考研競爭極為激烈，從近年報錄比便可見一斑。

考試特色：浙江大學光學工程考研參考書為郁道銀、談恒英著的《工程光學》。浙江大學光學工程的專業課考試較其他學校包括的內容更多，報考的同學需要復習幾何像差、傅里葉光學等本科階段較為薄弱的知識板塊。此外，也會考查一定的激光原理知識。

華中科技大學：光谷傳奇

學科地位：華中科技大學光學工程近年來發展迅速，實力雄厚。尤其是在籌的武漢光電國家實驗室是我國目前僅有的幾個國家實驗室之一，學科地位非同一般。華中科技大學在2010―2012年教育部學科評估中與浙江大學并列第一。

學科特色：光學與電子信息學院設有武漢光電國家實驗室、激光加工技術國家工程研究中心、下一代互聯網接入系統國家工程實驗室、國家集成電路人才培養基地、教育部電子信息功能材料重點實驗室（B類）、教育部敏感陶瓷工程中心等研究機構。其中武漢光電國家實驗室是由教育部、湖北省和武漢市共建，依托于華中科技大學，聯合武漢郵電科學研究院、中國科學院武漢物理與數學研究所、中國船舶重工集團公司第七一七研究所共同組建，已投入4億多元建立了12個科學研究平臺以及1個光電公共測試平臺。

研究領域：華中科技大學主要研究方向為光電測控技術、光電信息存儲、光通信技術、基礎光子學、激光科學與工程、光電子器件與集成、納米光電子學、生物醫學光子學、能源光子學、太赫茲技術。

地理區位：華中科技大學地處著名的武漢光谷，當地產業集群形成的產學研體系研究水平很高，產業價值巨大，尤其在光通信、激光等領域具有較大優勢，就業前景看好。

競爭情況：華中科技大學工學復試分數線2013年為330分、2012年為340分、2011年為330分。招生人數60人左右，隨當年推免生比例有所波動。

考試特色：華中科技大學光學工程專業課考試偏向物理光學、電子學、激光原理相關知識。需要注意的是有兩個單位可以接收光學工程的碩士生，分別是光電學院和武漢光電國家實驗室。

天津大學：精益求精

學科地位：天津大學光學工程學科設立在天津大學精密儀器與光電子工程學院，是我國較早設立光學工程的高校之一。天津大學光學工程在2007―2009年教育部學科評估中名列第二，2010―2012年教育部學科評估中名列第三。此外，天津大學精密儀器與光電子工程學院也是教育部“教育教學改革特別試驗區”的15個全國試點學院之一。

學科特色：所在學院設有精密測試技術及儀器國家重點實驗室、光電信息技術科學教育部重點實驗室、精密儀器中心、現代光學研究所、光電子研究中心、傳感工程研究所、照明技術研究所、光電測控技術研究所、激光與光電子技術研究所、生物光學研究所、安全防偽技術研究中心等研究和開發機構。

研究方向：超快激光理論與應用研究、光學信息處理及其應用、光學技術在計算機科學中的應用、數字圖像處理技術、光學傳感器技術、先進固體激光及非線性頻率變化技術、光電子學與光通信技術、激光與光電子應用技術等。

師資力量：中國科學院院士1人，中國工程院院士1人，長江計劃特聘教授4人。天津大學光學工程的師資隊伍配置十分合理，老中青年教師比例合理。老年教授如姚建銓院士、王清月教授等可以保證該學科的頂級實力，中年學科骨干如劉鐵根教授近年來在光纖傳感領域碩果累累，超快激光實驗室的胡明列教授是天津大學最年輕的教授，學術前景十分光明。

地理區位：既緊挨近年來得到長足發展的天津濱海新區，又毗鄰首都北京，就業環境較為優越。

競爭情況：就讀于天津大學的研究生中，本校生源占有較大比例。天津大學工學復試分數線2013年為330分，2012年為335分，2009―2011光學工程報錄比如下：

考試特色：天津大學考研參考書目為郁道銀、談恒英著的《工程光學》和周炳著的《激光原理》，建議欲報考的同學參考天津大學蔡懷宇教授編寫的《工程光學復習指導與習題解答》。

南開大學：雖小而精

學科地位：南開大學光學工程設立于南開大學現代光學研究所內，隸屬于電子信息與光學工程學院。現代光學研究所由光學工程元老母國光院士創建，是全國高校中最早取得光學和光學工程兩個學科博士學位授予權的單位。在2010―2012年教育部學科評估中，南開大學光學工程名列第五。

學科特色：設有教育部光電信息技術科學重點實驗室以及博士后流動站。

師資力量：南開大學光學工程規模較小，共有教師28人，教授、研究員18人，副教授8人，其中有院士1人，特聘教授1人，博士生導師13人，但導師隊伍水平相當優秀，哈佛大學、劍橋大學等歐美名校留學、訪問研究的經歷非常普遍，近年來在Nature、Science等國際最頂尖期刊發表多篇論文，令國內同行為之拜服。較為出色的是青年教師劉海濤教授，在Nature發表兩篇論文，在Physical Review Letters發表兩篇論文，主要研究方向為表面等離子體等微納光學的相關理論。

培養模式：南開大學光學工程招生規模較小，幾乎與導師人數平齊，每個研究生均能得到導師的大量指導，研究生教育接近于精英教育。需要注意的是，南開大學光學工程的專業型碩士培養計劃與學術型碩士培養計劃基本相同，這與其他學校的培養模式有所區別。

研究領域：相比其他高校，南開大學光學工程的研究方向的理論特色較為明顯，其研究領域主要有：光學/數字圖象處理科學與技術、光學處理與光計算技術、激光與非線性光學科學與技術、現代光通信技術、光波電子學、光子技術、眼視覺光學和共焦顯微技術、飛秒激光技術、微納光學。

地理區位：與天津大學相同。

競爭情況：南開大學近年來考研報錄情況如下所示，可見相較于其他院校，南開大學光學工程的性價比較高。

考試特色：南開大學光學工程往年專業課參考書是趙凱華、鐘錫華編著的《光學》，專業課考試風格自2013年起有所變化，并且2014年考研沒有提供參考書目，需要考生注意。

中國科學院上海光機所：臥虎藏龍

學科地位：上海光機所是我國建立最早、規模最大的激光專業研究所。

學科特色：上海光機所現設8個研究室，分別是：強場激光物理國家重點實驗室、中科院量子光學重點實驗室、中科院強激光材料重點實驗室、高功率激光物理聯合實驗室、空間激光信息技術研究中心（含：中科院空間激光通信及檢驗技術重點實驗室、上海市全固態激光器與應用技術重點實驗室）、信息光學與光電技術實驗室、高密度光存儲技術實驗室、高功率激光單元技術研究與發展中心。

值得一提的是，上海光機所建成了國內僅有國際上也為數不多的“神光”系列高功率大型激光裝置，用于激光分離同位素的激光與光學系統、超短超強激光系統、激光原子冷卻裝置、空間全固態激光器研制平臺。在各種新型、高性能激光器件、激光與光電子功能材料的研制方面，也進入了國際先進水平，是我國現代光學和激光與光電子領域取得研究成果最多的單位之一。

研究領域：強激光技術、強場物理與強光光學、信息光學、量子光學、激光與光電子器件、光學材料等。顯而易見的是，上海光機所的研究方向非常偏向于理論研究，因而十分適合于光學工程理論方向的深造。

地理區位：地處長三角的核心上海，地理區位優勢相當明顯。

競爭情況：每年有許多來自清華大學、浙江大學等頂尖學府的畢業生通過推免進入上海光機所，研究所人才濟濟。近年來上海光機所光學工程的復試分數線為：2013年320分，2012年325分，2011年330分。每年招生人數在40―50人，隨當年推免比例有所浮動。

培養模式：上海光機所的專業型碩士與學術型碩士培養計劃相近，且第一年是在安徽合肥的中國科學技術大學培養。

光學與光電技術范文5

*是中國光學科技的發源地，經過幾十年的建設，*已成為中國光電子領域科研、產業和人才快速發展的地區，被譽為中國光學科技和光電人才培養的搖籃。2*年*月，*被國家批準為光電子產業基地。20*年8月，*市成功承辦了第二十屆國際光學大會。*光電子產業的獨特優勢和市場前景為投資者提供了巨大商機。

*具有促進光電子技術及產業發展的創新能力。*有27所高等院校，98個研究院所，19個國家重點科研開放實驗室，41萬名各類專業技術人員。在光電子領域，有3個國家重點實驗室，設置35個相關的學科，擁有全國最大的光電子研究所和全國唯一的以光電子專業為主要學科的大學，在光顯示技術、發光學、現代應用光學、光學工程等優勢學科領域積累了豐富經驗，取得了一批具有自主知識產權的創新成果。

*的光電子信息產業已形成良好的勢頭。*的光電信息產業是以實現自主創新的技術成果產業化為基礎發展起來的，目前投放市場的500多種光電子產品中，80%是自主研發的技術。2000年以來，*平均每年有30種光電子及信息技術產品問世，這些產品主要集中在光顯示器件及上下游產品、光電子器件與材料、光電儀器儀表與設備、汽車電子、嵌入式軟件等領域。在光顯示器件及上下游產品方面，*擁有一支從事平板顯示技術開發和產品生產的優秀團隊，產品覆蓋了TFT-LCD、CSTN-LCD、OLED、PLED、白光二極管、發光材料等領域。*建成了中國第一條TFT-LCD生產線，是中國開展液晶技術研發的重要基地；在光電子器件與基礎材料方面，研制和生產全固體激光器，光電編碼器，指紋識別模塊，紫外寫入光柵，彩色光學玻璃，光學晶體及鍍膜材料，熒光粉及電致發光材料等100多種產品，其中90%在國內處于領先，部分技術在國際上達到先進水平；在光電儀器儀表與設備方面，主要研制和生產光電醫療儀器設備、電化學儀器、地學儀器、高溫金相顯微鏡、MPT光譜儀、夜視儀、指紋識別儀、車用儀器儀表、COG綁定機、激光調阻機等產品；在汽車電子方面，以車身電子系統、車載電子系統、車輛控制系統等為重點的汽車電子產業成為*光電子產業的發展重點；在軟件方面，生物識別、信息安全、車載通訊及與光電子技術和汽車電子技術相融合的嵌入式軟件等領域的產品已成為國產軟件的知名品牌。圍繞五個優勢領域的發展，*將在研發中心及產品檢測中心等公共平臺建設、重大技術成果的產業化、風險投資及終端產品制造商的引進等方面對外開放，外商可通過各種方式開展獨資、合資和合作。

*具有良好的投資環境。*作為國家光電子產業基地，可以享受國家的專項扶持政策和振興東北老工業基地的特殊政策。20*年*月，國家實施振興東北老工業基地戰略，東北地區工業企業的固定資產，可在現行規定的折舊年限基礎上，按不高于40%的比例縮短折舊年限以及增值稅抵扣政策。20*年，國家實施了扶持液晶產業政策，包括：進口TFT材料免征關稅、凈化器材免征關稅和增值稅、允許三年折舊以及液晶產品出口退稅由13%提高到17%等。20*年*月，*市把光電信息產業確定為未來五年重點扶持的三個主導產業之一，以開發區為主體，為投資者建設完備的配套環境、服務環境，讓投資者享受到國家級高新技術產業政策和經濟技術產業政策。

20*年年初，組建了*國家光電子產業基地發展股份有限公司，會同高新、凈月、汽車、經開等開發區，整合調配各類資源，編制了光電子、汽車電子嵌入式軟件工程中心、光電子產業基地工程中心和*國家汽車電子產業園區規劃等可研報告，并正式向國家信息產業部申報國家汽車電子產業園區，目前正在審評中。為推動基地與園區建設，分別與高新、凈月、汽車等開發區和吉大科技園就光電信息產業發展的投融資體系、風險投資機制、中小企業擔保、企業孵化中心建設等問題進行了探討和論證。形成了以高新區磐谷國際商務港為總部，以經開區中科院光機與物理所為產業化孵化器，以凈月啟明工業園、汽車區汽車電子工業園、高新區吉大科技園、軟件園為依托的*國家光電子產業基地總體方案，編制了申請國家開行資金支持的項目可研。目前，該平臺項目正在申報中。綜合技術服務平臺項目啟動后，將進一步推動國內外光電信息企業和項目向向*國家光電子產業基地集聚。

光學與光電技術范文6

關鍵詞：有限元模型；仿真結果與討論；光電系統

中圖分類號：TP211 文獻標識碼：A

光電技術是以激光、紅外和微電子技術為基礎，由光學、電子、精密機械和計算機技術相結合而形成的一個高新技術領域。光電經緯儀或其它地基光電跟蹤設備，在結構系統、伺服控制系統和光學系統設計等方面，均形成了較為完整的理論。而機載光電系統不僅包括精密儀器的設計，還要考慮精密儀器的載機環境，尤其是高低溫環境的適應性問題。光機系統中的光學基座設計，作為光電元器件的承載平臺，不僅要考慮安裝在其上的光電元器件的安全性，保證光機系統的高精度與可靠性，還要考慮自身在機載環境下的熱變形和溫度場分布是否滿足設計要求，實現系統在機載高低溫環境中，清晰穩定成像跟蹤需求。

目前，機載設備的高低溫環境適應性問題主要通過兩種途徑解決，一種是采取改善環境或減緩環境影響的措施，通過添加輔助設備，如環控系統來改善光機所處的機載環境；另一種是選用耐環境能力強的結構、材料、元器件或工藝等，即通過改善系統的結構設計，提高光機系統的耐環境能力。本文主要通過第二種途徑的研究，來提升光機系統高低溫環境適應性。計算機數值仿真，可在設計初期就獲取豐富的分析數據，對設計進行優化，且周期短、成本低，便于實現。

為此，基于ABAQUS結構分析模塊對某機載光電系統光學基座高低溫環境適應性進行了數值仿真研究。通過光學基座的數值仿真分析，在綜合考慮結構熱形變、強度、重量、及加工工藝等因素下，經過設計改進，獲取一個滿足系統要求的光學基座設計方案。

1 結構有限元模型建立

建立有限元分析模型包括三維結構模型的簡化、網格劃分、材料屬性設置。之后依據具體分析類型，進行約束與載荷施加，選擇計算類型進行仿真，分析結果。

1.1 模型簡化

根據結構熱傳導、熱對流，以及熱輻射等方面的理論依據，結合具體的分析對象和分析內容簡化有限元分析模型，確定被分析部件的簡化方式與程度。本文研究光學基座的高低溫環境適應性，所以文中光學基座為詳細模型，其上光電元件均簡化為等效質量塊，系統有限元模型如圖1所示。

1.2 網格劃分

該系統三維模型簡化后，以iges格式導入ABAQUS中，采用四面體網格和六面體網格進行劃分。三個光學基座方案的網格劃分結果如圖2（a）～（c）所示。

1.3 材料屬性

本文中設計方案的材料主要有銦36，硬鋁合金7075，以及各簡化部件的等效材料，見表1。由于各光學支路的鏡座和光電器件的安裝支架均采用硬鋁合金材質，所以等效材料時，使用重量等效原理，與鋁合金的材料性能相近。

1.4 邊界與載荷施加

機載高低溫環境有限元仿真的工況邊界與載荷見表2。系統通過6個安裝點處的不銹鋼螺栓與機體固定約束，所以在結構熱分析中，將根據不同材料的熱膨脹系數不同，將該約束處理為螺紋孔內壁的平面內約束。光學基座的下表面安裝光電元器件，上表面有載機提供的5℃氣源吹過進行強迫對流，所以光學基座上表面的結構設計會影響整個系統的散熱效率。

2 仿真結果與討論

該光電系統正常工作時受載機高低溫環境影響，可能會出現成像質量差，不能穩定跟蹤與瞄準等，甚至結構的破壞。對于三種方案的結構熱分析結果見表3。

該光電系統機載環境溫度范圍-55℃～ 70℃：系統設計之初光學系統對光機座熱變形要求嚴苛，因此方案一選用了線膨脹系數較小的銦36鋼材料。但該材料密度較大，經詳細減重設計后，即使在結構局部加強筋僅2mm厚，且局部熱應力已超過材料許用應力的情況下，其重量仍不滿足要求，具體分析結果見表3。

方案一中的銦鋼光機座雖熱膨脹系數小，但其熱傳導性也差，溫度場分布不均勻，溫度梯度大，產生較大的熱應力集中。且其重量超過了20kg的設計限制，固不滿足設計要求。因此在方案一的基礎上，綜合材料力學和熱力學特性，選用硬鋁7075。該種材料是一種高強度的鋁合金，尤其在T6狀態下，可加工性好，且性價比高。方案二著重減小溫度梯度和重量，使溫度場更為均勻，重量滿足設計要求。但是由于鋁合金熱膨脹系數較大，導致其最大熱形變值達到0.42mm，超過0.2mm的設計要求，固亦不滿足設計要求。

在方案二的基礎上，針對熱形變較大的問題，對光學基座的上表面加強筋進行了散熱優化設計。并進一步進行減重設計和提高加工工藝性，減輕加工應力對光機座精度的影響，最終完成了方案三的設計。有限元結構70℃環境下的熱分析溫度場和熱形變結果如圖3所示。

綜合以上三種方案，最終選擇各方面滿足設計要求的方案三，開展該光電系統的光學基座設計。該基座在滿足最大熱形變小于0.2mm的情況下，比原設計指標減重2.3kg，說明有限元分析手段是結構在嚴酷環境下設計和優化的有效途徑。

結語

綜上所述，本文使用有限元分析手段，對光電系統中的光機座進行有限元高低溫環境下的有限元分析，根據分析結果，得出在有強迫對流的條件下，熱膨脹系數小不是降低熱形變的唯一途徑，根據流場情況，進行合理的導熱部件結構設計是降低設備重量和熱變形的良好選擇。且確定最終方案進行指導設計，樣機在高低溫試驗中，可靠穩定工作。

參考文獻

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