高 亮 賈紅寶 王 茜 牛冰冰 盧春玲

（遼寧科技大學(xué)理學(xué)院，遼寧 鞍山 114051）

0 引言

光電信息科學(xué)與工程專業(yè)是光電技術(shù)與實(shí)踐結(jié)合非常緊密的學(xué)科，學(xué)生要掌握光電領(lǐng)域前沿問題，不僅要學(xué)習(xí)光學(xué)基礎(chǔ)課，包括應(yīng)用光學(xué)、物理光學(xué)、信息光學(xué)、激光原理與技術(shù)等，還要完成許多光電專業(yè)實(shí)驗(yàn)，掌握先進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，并且具備科學(xué)的創(chuàng)新思維。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者都對(duì)光電實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究[1-4]。王吉明等對(duì)光電信息科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行研究，分層闡述了實(shí)踐教學(xué)體系的內(nèi)容、運(yùn)行方式和實(shí)際效果[5]。陶鵬程等探索光了光電實(shí)驗(yàn)的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，該方法可有效激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)和學(xué)習(xí)能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)[6]。

遼寧科技大學(xué)光電信息科學(xué)與工程專業(yè)十分重視光電專業(yè)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思維模式建設(shè)，經(jīng)過多年的實(shí)驗(yàn)建設(shè)，完善了涵蓋四年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，能夠滿足本專業(yè)對(duì)光電專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求。結(jié)合筆者對(duì)光電專業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，探索出適用于本專業(yè)的一些光電實(shí)驗(yàn)相關(guān)的創(chuàng)新思維內(nèi)容，該內(nèi)容擬對(duì)光電實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思維的培養(yǎng)有所助益。

1 光電專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本內(nèi)容

光電專業(yè)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)大綱中為實(shí)驗(yàn)必修課，是在大四秋季即第七學(xué)期開展的實(shí)驗(yàn)課程，本課程為48學(xué)時(shí)，學(xué)分是2.5分。要求學(xué)生掌握幾何光學(xué)、物理光學(xué)相關(guān)儀器和實(shí)驗(yàn)裝置的調(diào)節(jié)和搭建，掌握激光器的出光調(diào)節(jié)、調(diào)Q、倍頻等的搭建和調(diào)節(jié)，熟悉光纖的基本參數(shù)和測(cè)量方法，掌握光纖傳感器的設(shè)計(jì)原理和搭建，了解光譜儀的使用以及弱信號(hào)測(cè)量等內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容專業(yè)性較強(qiáng)，能夠使學(xué)生充分掌握光電專業(yè)相關(guān)基本器件原理，并鍛煉學(xué)生動(dòng)手操作能力的培養(yǎng)。

2 光電實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思維模式探索

2.1 幾何光學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握薄透鏡的成像規(guī)律，采用自準(zhǔn)直法和二次成像法測(cè)量薄透鏡焦距等內(nèi)容，本實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用光學(xué)及工程光學(xué)所學(xué)理論知識(shí)緊密相關(guān)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤其要強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力培養(yǎng)，讓學(xué)生充分掌握透鏡、平行光管、顯微鏡及望遠(yuǎn)鏡等知識(shí)，不僅強(qiáng)化理論還要增強(qiáng)動(dòng)手調(diào)節(jié)光路的能力。

對(duì)于幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新思維，完全可以通過動(dòng)手來加強(qiáng)，比如，調(diào)節(jié)透鏡時(shí)可以觀測(cè)成像是倒立還是直立，在哪個(gè)位置實(shí)現(xiàn)的，還有望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡系統(tǒng)的原理是如何實(shí)現(xiàn)的，等等。學(xué)生需發(fā)揮創(chuàng)新思維來研究理論與實(shí)驗(yàn)，看如何能構(gòu)造出適合其他實(shí)驗(yàn)要求的光學(xué)系統(tǒng)，是否可以擴(kuò)展其他光學(xué)系統(tǒng)，如何優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)的知識(shí)，同時(shí)教師應(yīng)注重啟發(fā)學(xué)生光學(xué)系統(tǒng)在科學(xué)研究中的重要作用。

2.2 物理光學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握楊氏雙縫和馬赫—曾德干涉實(shí)驗(yàn)，菲涅爾衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容，因與物理光學(xué)理論知識(shí)緊密相關(guān)，干涉、衍射、偏振等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都能通過學(xué)生的動(dòng)手操作來實(shí)現(xiàn)，通過實(shí)踐來強(qiáng)化他們的理論水平。

創(chuàng)新思維的培養(yǎng)這里可以有很多，可以讓學(xué)生通過干涉的實(shí)驗(yàn)操作及課上講解的原理來探討干涉在工程領(lǐng)域的作用，怎樣實(shí)現(xiàn)測(cè)量波長(zhǎng)等內(nèi)容。衍射現(xiàn)象理論公式較多，但生活中卻無時(shí)無刻不在發(fā)生著衍射現(xiàn)象，可以讓學(xué)生創(chuàng)新性地去設(shè)計(jì)衍射光路，體會(huì)到能夠?qū)崿F(xiàn)自己想法的勝利感。對(duì)于偏振實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生思考偏振片原理，偏振可以應(yīng)用在哪些領(lǐng)域，還是否可以擴(kuò)展全新的應(yīng)用領(lǐng)域。讓學(xué)生創(chuàng)新性地思考實(shí)現(xiàn)干涉后的光是否可再發(fā)生衍射或偏振，把三者中的兩者結(jié)合會(huì)有哪些現(xiàn)象，可以增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，同時(shí)也會(huì)大大提高他們的學(xué)習(xí)興趣。

2.3 光電探測(cè)器特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生完成光電探測(cè)器光譜響應(yīng)特性和響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，以及光電倍增管及其特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)。這里需用到光柵單色儀，學(xué)生往往對(duì)這個(gè)器件了解較少，但實(shí)際應(yīng)用價(jià)值很大。

首先，可以對(duì)硅光電二極管和熱釋電探測(cè)器進(jìn)行比較，相互進(jìn)行光譜響應(yīng)特性實(shí)驗(yàn)，有對(duì)照則會(huì)有不同現(xiàn)象，從而讓學(xué)生掌握光譜響應(yīng)的相關(guān)理論及應(yīng)用。

其次，對(duì)光柵單色儀的理解，一定要結(jié)合器件構(gòu)造讓他們看到不同波長(zhǎng)（即顏色）的光輸出，加深其對(duì)單波長(zhǎng)光的調(diào)節(jié)的理解，更加強(qiáng)單色儀原理及應(yīng)用的理解，啟發(fā)學(xué)生思考單色儀的廣泛用途。

最后，加深其對(duì)光電倍增管的理解，實(shí)驗(yàn)中大多學(xué)生能測(cè)到弱光信號(hào)及放大的光信號(hào)，但由于器件密封，他們對(duì)真空光電倍增管原理理解不透徹，則可通過創(chuàng)新性的結(jié)合原理圖與觀察器件比較的實(shí)驗(yàn)方法，來增強(qiáng)學(xué)生對(duì)光電倍增管原理及應(yīng)用的理解。

2.4 光纖參數(shù)測(cè)量與應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握光纖耦合效率、光纖數(shù)值孔徑、損耗測(cè)量、幾何參數(shù)測(cè)量等內(nèi)容，通過本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生完全學(xué)會(huì)光纖傳輸基本原理及光纖耦合等內(nèi)容。

創(chuàng)新性思維在這里面也涉及許多，學(xué)生可以通過單模和多模光纖對(duì)比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，這樣可以明確知道單模和多模光纖的區(qū)別及聯(lián)系，尤其在光纖通信實(shí)驗(yàn)里，明顯若要歌曲傳輸無噪聲，單模光纖通信時(shí)必須要準(zhǔn)確找到耦合效率最大的位置，而多模卻無須特別精確。通過這里調(diào)節(jié)，學(xué)生更好理解光纖通信原理以及要解決的技術(shù)困難等內(nèi)容。在觀察光纖端面時(shí)，讓同學(xué)對(duì)單模和多模光纖橫截面進(jìn)行比較，可明顯區(qū)分出是哪種光纖，是他們充分掌握光纖的結(jié)構(gòu)，并于理論聯(lián)系起來，為將來從事光纖方面的工作打好基礎(chǔ)。

2.5 光纖傳感綜合實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生搭建出半光纖、全光纖馬赫曾德干涉實(shí)驗(yàn)，掌握光纖位移傳感器、微彎傳感器、電流傳感器等內(nèi)容，馬赫曾德干涉實(shí)驗(yàn)是物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)中非常經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，其純物理光學(xué)方法搭建實(shí)現(xiàn)比較困難，那么在這里可與之對(duì)比，搭建過程會(huì)依靠光纖，干涉效果更明顯，而且通過全光纖實(shí)現(xiàn)和半光纖實(shí)現(xiàn)他們的現(xiàn)象是一致的，但搭建難度可不一樣。同時(shí)創(chuàng)新性使學(xué)生掌握光纖位移及微彎傳感器原理以及測(cè)量，探討他們的應(yīng)用，能更加增強(qiáng)學(xué)生對(duì)光纖傳輸、光纖損耗等內(nèi)容的掌握，為將來從事相關(guān)工作做好理論及實(shí)踐基礎(chǔ)。

2.6 液晶空間光調(diào)制器及微光學(xué)研究實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生對(duì)液晶分子有較明確的認(rèn)識(shí)，掌握液晶空間光調(diào)制器（SLM）原理及使用，利用SLM對(duì)光進(jìn)行振幅調(diào)制及相位調(diào)制等內(nèi)容。

創(chuàng)新性讓同學(xué)們對(duì)液晶分子進(jìn)行觀測(cè)，顯微顯示出液晶分子表面結(jié)構(gòu)以及液晶分子的結(jié)構(gòu)，所以學(xué)生會(huì)對(duì)液晶顯示技術(shù)更加充分理解。通過SLM調(diào)制光信號(hào)，可以讓學(xué)生充分了解光調(diào)制技術(shù)，讓同學(xué)積極思考調(diào)制后的光變成什么樣子，調(diào)制后光信號(hào)是否衰減，等等問題，這里的圓孔衍射及圓環(huán)衍射，可以通過空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)并與之前物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)中純器件實(shí)現(xiàn)的衍射圖相對(duì)比，也要與理論衍射圖想對(duì)比，學(xué)生更能加強(qiáng)理解衍射相關(guān)理論知識(shí)。

3 結(jié)語

本專業(yè)光電專業(yè)實(shí)驗(yàn)開展光學(xué)類實(shí)驗(yàn)較多，所以學(xué)生學(xué)起來比較困難，必須在理論課全部完成的情況才能進(jìn)行，當(dāng)然還有一些其他的實(shí)驗(yàn)，例如Nd：YAG固體激光原理及調(diào)Q實(shí)驗(yàn)，He—Ne激光模式選擇實(shí)驗(yàn)等等，這些已經(jīng)在一些相關(guān)課程中開展。光電專業(yè)實(shí)驗(yàn)后續(xù)應(yīng)該開展一些更有利于學(xué)生就業(yè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，例如激光打標(biāo)、激光焊接、紫外激光實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容，會(huì)對(duì)學(xué)生相關(guān)企業(yè)就業(yè)創(chuàng)新思維模式的培養(yǎng)更有幫助。本實(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)新思維模式培養(yǎng)已培養(yǎng)近兩屆畢業(yè)班，用人單位反饋比較良好。當(dāng)然，對(duì)光電創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)要更進(jìn)一步開發(fā)與研究，培養(yǎng)學(xué)生更多的、更新的創(chuàng)新思維。