光電專業(yè)實驗創(chuàng)新思維模式探索

高 亮 賈紅寶 王 茜 牛冰冰 盧春玲

（遼寧科技大學理學院，遼寧 鞍山 114051）

0 引言

光電信息科學與工程專業(yè)是光電技術(shù)與實踐結(jié)合非常緊密的學科，學生要掌握光電領(lǐng)域前沿問題，不僅要學習光學基礎(chǔ)課，包括應用光學、物理光學、信息光學、激光原理與技術(shù)等，還要完成許多光電專業(yè)實驗，掌握先進實驗方法，并且具備科學的創(chuàng)新思維。國內(nèi)很多學者都對光電實驗進行了研究[1-4]。王吉明等對光電信息科學與工程專業(yè)實踐教學體系進行研究，分層闡述了實踐教學體系的內(nèi)容、運行方式和實際效果[5]。陶鵬程等探索光了光電實驗的自主設計實驗教學模式，該方法可有效激發(fā)學生的實驗興趣，提高學生主動學習意識和學習能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)[6]。

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

1 光電專業(yè)實驗教學基本內(nèi)容

光電專業(yè)實驗在教學大綱中為實驗必修課，是在大四秋季即第七學期開展的實驗課程，本課程為48學時，學分是2.5分。要求學生掌握幾何光學、物理光學相關(guān)儀器和實驗裝置的調(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)和測量方法，掌握光纖傳感器的設計原理和搭建，了解光譜儀的使用以及弱信號測量等內(nèi)容。實驗內(nèi)容專業(yè)性較強，能夠使學生充分掌握光電專業(yè)相關(guān)基本器件原理，并鍛煉學生動手操作能力的培養(yǎng)。

2 光電實驗創(chuàng)新思維模式探索

2.1 幾何光學綜合實驗

本實驗要求學生掌握薄透鏡的成像規(guī)律，采用自準直法和二次成像法測量薄透鏡焦距等內(nèi)容，本實驗與應用光學及工程光學所學理論知識緊密相關(guān)，實驗教學尤其要強調(diào)動手能力培養(yǎng)，讓學生充分掌握透鏡、平行光管、顯微鏡及望遠鏡等知識，不僅強化理論還要增強動手調(diào)節(jié)光路的能力。

對于幾何光學實驗的創(chuàng)新思維，完全可以通過動手來加強，比如，調(diào)節(jié)透鏡時可以觀測成像是倒立還是直立，在哪個位置實現(xiàn)的，還有望遠鏡、顯微鏡系統(tǒng)的原理是如何實現(xiàn)的，等等。學生需發(fā)揮創(chuàng)新思維來研究理論與實驗，看如何能構(gòu)造出適合其他實驗要求的光學系統(tǒng)，是否可以擴展其他光學系統(tǒng)，如何優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)的知識，同時教師應注重啟發(fā)學生光學系統(tǒng)在科學研究中的重要作用。

2.2 物理光學綜合實驗

本實驗要求學生掌握楊氏雙縫和馬赫—曾德干涉實驗，菲涅爾衍射和夫瑯禾費衍射實驗等內(nèi)容，因與物理光學理論知識緊密相關(guān)，干涉、衍射、偏振等實驗現(xiàn)象都能通過學生的動手操作來實現(xiàn)，通過實踐來強化他們的理論水平。

創(chuàng)新思維的培養(yǎng)這里可以有很多，可以讓學生通過干涉的實驗操作及課上講解的原理來探討干涉在工程領(lǐng)域的作用，怎樣實現(xiàn)測量波長等內(nèi)容。衍射現(xiàn)象理論公式較多，但生活中卻無時無刻不在發(fā)生著衍射現(xiàn)象，可以讓學生創(chuàng)新性地去設計衍射光路，體會到能夠?qū)崿F(xiàn)自己想法的勝利感。對于偏振實驗，可以讓學生思考偏振片原理，偏振可以應用在哪些領(lǐng)域，還是否可以擴展全新的應用領(lǐng)域。讓學生創(chuàng)新性地思考實現(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)合會有哪些現(xiàn)象，可以增強學生的創(chuàng)新思維，同時也會大大提高他們的學習興趣。

2.3 光電探測器特性測量實驗

本實驗要求學生完成光電探測器光譜響應特性和響應時間的測試實驗，以及光電倍增管及其特性測試實驗。這里需用到光柵單色儀，學生往往對這個器件了解較少，但實際應用價值很大。

首先，可以對硅光電二極管和熱釋電探測器進行比較，相互進行光譜響應特性實驗，有對照則會有不同現(xiàn)象，從而讓學生掌握光譜響應的相關(guān)理論及應用。

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

最后，加深其對光電倍增管的理解，實驗中大多學生能測到弱光信號及放大的光信號，但由于器件密封，他們對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驗方法，來增強學生對光電倍增管原理及應用的理解。

2.4 光纖參數(shù)測量與應用綜合實驗

本實驗要求學生掌握光纖耦合效率、光纖數(shù)值孔徑、損耗測量、幾何參數(shù)測量等內(nèi)容，通過本實驗，學生完全學會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，學生可以通過單模和多模光纖對比進行實驗測量，這樣可以明確知道單模和多模光纖的區(qū)別及聯(lián)系，尤其在光纖通信實驗里，明顯若要歌曲傳輸無噪聲，單模光纖通信時必須要準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，讓同學對單模和多模光纖橫截面進行比較，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 光纖傳感綜合實驗

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

2.6 液晶空間光調(diào)制器及微光學研究實驗

本實驗要求學生對液晶分子有較明確的認識，掌握液晶空間光調(diào)制器（SLM）原理及使用，利用SLM對光進行振幅調(diào)制及相位調(diào)制等內(nèi)容。

創(chuàng)新性讓同學們對液晶分子進行觀測，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)，所以學生會對液晶顯示技術(shù)更加充分理解。通過SLM調(diào)制光信號，可以讓學生充分了解光調(diào)制技術(shù)，讓同學積極思考調(diào)制后的光變成什么樣子，調(diào)制后光信號是否衰減，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)制器實現(xiàn)并與之前物理光學實驗中純器件實現(xiàn)的衍射圖相對比，也要與理論衍射圖想對比，學生更能加強理解衍射相關(guān)理論知識。

3 結(jié)語

本專業(yè)光電專業(yè)實驗開展光學類實驗較多，所以學生學起來比較困難，必須在理論課全部完成的情況才能進行，當然還有一些其他的實驗，例如Nd：YAG固體激光原理及調(diào)Q實驗，He—Ne激光模式選擇實驗等等，這些已經(jīng)在一些相關(guān)課程中開展。光電專業(yè)實驗后續(xù)應該開展一些更有利于學生就業(yè)的實驗內(nèi)容，例如激光打標、激光焊接、紫外激光實驗等內(nèi)容，會對學生相關(guān)企業(yè)就業(yè)創(chuàng)新思維模式的培養(yǎng)更有幫助。本實驗中的創(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。當然，對光電創(chuàng)新性實驗要更進一步開發(fā)與研究，培養(yǎng)學生更多的、更新的創(chuàng)新思維。