光学工程论文

光学工程论文（通用8篇）

光学工程论文 篇1

首先我先说明一下，传统光学工程学科的老牌名校并不多，不像其他机械、电子等学校那么多，我是浙大光学工程毕业的，再给你讲我做了解的就业情况，如果你是一般学校的，你就能有参照性了。

我是光学工程硕士毕业，目前在某研究所工作，根据我及从朋友的去处等等所了解的情况来看，光学本科生毕业的百分之七十基本上都转行了，有的本科毕业就去华为或者其他不从事专业方面的公司，还有的即使在光学领域工作个一两年也都转行了，去搞电、通信、单片机等；读硕士的同学就业基本上来说跟硕士期间所做的课题有着密切的联系，有做软件的、硬件的、图像处理算法的、光学设计的、镀膜的、加工检测的等等。基本上做软件硬件的即使是拿到光工的硕士，工作也是自然转行了的，图像处理的算是在做光学方面的图像处理，半转行状态，光学设计、镀膜、加工检测方向的我的同学还是沿着光学的道路继续走着。谈到研究生的对口企业，我不得不说光学工程的就业面相对机械、电子还是非常窄的啊，而且越走越窄，读到博士更窄了。究其原因，主要是因为国内的光学方向还不够发达，搞这个方向的多在研究所，长春光机所、上海光机所、成都光电所、西安光机所、上海技物所、安徽光机所国内只有这几个研究所是以光学为主的研究所，算是完全对口，本人就是在其中之一里面工作。公司多数都集中在北京、深圳、上海，杭州、苏州、成都、西安、武汉也都还有一些光学公司企业，其他城市几乎很少了或者没有。但是机械、电子、电气呢这些专业哪个城市都有大把的公司企业啊。关键的是光学的公司基本也都是为广电产业服务的公司，很少有利用光学优势专注于发展自己的方向的公司。比如光学镀膜公司、光学平台零件制造公司、光电仪器生产公司、液晶面板生产公司等。总之一句话，对口企业相比来说还是很少的了。

就业前景问题呢，横向上我只能说光学工程可选择的研究所和公司较少，就业面显得窄一些，相比之下不如机械、电子等的好就业。但是纵向上来看，我硕士的同学基本上也都就业了，感觉也都还好，进光学研究所和公司的难度也并不比电子和机械大，这么来看其实也都还可以。况且，同学毕业了有不少去华为的，你既然问到了华为中兴这样的企业对口不对口，说实话，这种单位招人看的是个人素质，而不是专业背景，我朋友纯搞理论物理的照样去华为的。在这种考验素质的单位面前，光学工程和机械、电子等专业学生机遇是平等的，学光学工程完全不影响你进华为，但重要的是读研期间你能学到些什么，自我有个怎么样的提高。

光学工程论文 篇2

工程光学是测控专业一门重要的专业技术基础课。通过该课程的学习，学生应具备分析和解决工程技术上常见的光学问题的能力。考虑到工程光学课程的重要性, 根据该课程理论性较强、概念较抽象的特点, 我们从教学内容的调整、现代教学手段的运用以及实践环节的加强等方面, 对工程光学进行了教学改革[1]。实践证明, 这些措施的综合采用有助于提高教学质量和提升学生独立思考和解决实际问题的能力, 提高了学生学习工程光学的积极性。

1 教材的选择和教学内容的调整

教材的选择应具有测控专业特色，较高精度的测控仪器设备都具有光学系统，后续专业课程如“传感器”、“检测技术”等要求学生具备坚实的光学基础。经过考虑，我们将原教材更换为“十五”国家级规划教材机械工业出版社出版郁道银主编的“工程光学”(第二版)。

根据教学大纲的要求并考虑学时少的限制，我们对该教材的内容做了如下调整：保证基础内容的前提下，压缩了经典光学的内容[2]，删除了与普通物理学课程重复的内容(如光的干涉与衍射)，为增加现代光学内容(如激光测量)赢得了时间，创造了条件。

结合测控专业特点，突出知识体系的重点和难点，对与测控精度联系紧密的光学放大和干涉技术等内容重点介绍。

重视教学和科研的结合并拓展学生的知识面，比如介绍典型光学系统内容时，提出“基于人眼虹膜的身份识别系统研制”科研课题。讲授广角物镜时介绍电影拍摄中气势恢宏的战争场面的摄制。

2 充分运用现代教学手段合理使用教具

工程光学课程的特点是公式多，光路图多，以往的光学教学中，教师在黑板画光路图，图形缺乏立体感[3]，无法动态反映光路的成像过程，繁琐的公式推导常使教学过程枯燥，学生提不起兴趣。

我们在教学时穿插一些演示实验，使平面的图形立体化、动态化。比如用氦氖激光器将光的干涉图样打在墙上，让学生对干涉条纹的形状看的很清楚。对概念的引入、公式的推导采用多媒体教学课件教学。多媒体课件的引入使枯燥的内容生动起来，能够充分激发学生的学习兴趣，活跃课堂气氛。对一些成像过程，采用动画进行演示(见图1)，让学生对复杂的过程有一个直观的把握。

介绍一些光学零件特性时，作为教具及时展示，使书本上的图形符号和实物对应起来，增强教学的直观性并提高学生的学习效果。必要时可用一些光学零件搭建典型的光学系统，进一步提高教学效果，比如用一片透镜做放大镜，解释其视觉放大率;用两片透镜搭建显微镜和望远镜，解释两者的成像原理及其放大率公式的推导。

3 开发新实验项目，加强实践教学

为促进学生对课堂知识的消化吸收，加强学生的动手能力、创新意识并拓展知识面，设置实验环节。

我们在课堂教学中引入一些生动的演示实验，比如讲授平面系统时演示“隔镜吹灯”的魔术，实验器材由一块透明平板玻璃和两支蜡烛组成。玻璃平板垂直桌面布置，两支蜡烛直立于平板两侧并关于玻璃平板对称，演示者两手同时打火并点燃两支蜡烛，然后，不可思议的事情发生了，演示者竟能从玻璃一侧同时吹灭两支蜡烛。原来，玻璃后面的蜡烛并没点燃，只是前面蜡烛的火焰通过平面镜(玻璃)成像于后面蜡烛上，造成了后面蜡烛也被点燃的假象，如此“隔镜吹灯”也就理所当然了。

通过实验室中学生自己动手接触光学仪器并搭建实验系统，增强学生的测试技能、动手能力及实际问题的分析能力。比如利用光具座搭建变焦摄影系统[4]，能够将深奥的变焦理论变得生动起来，避免枯燥的公式推导，提高教学效果。

4 加强师生沟通，及时反馈改革效果

我们采用口头交流，书面不记名问卷调查，网上测评的方式，加强与学生的沟通和互动，及时发现问题及时改进。教和学两方面的互动能激发学生和教师的积极性，显著提高教学效果。调查结果显示，我们的初步改革是比较成功的，得到了学生的认可。

5 结束语

通过测控专业工程光学课程的改革，我们总结了教学过程中的经验和教训，在充分调动学生学习积极性的基础上，把这项改革不断推向深入，最终取得比较圆满的结果，为培养测控专业新世纪的高级专门人才作出贡献。

摘要：当前工程光学教学存在与测控专业的应用相脱节的问题, 在课程改革中我们坚持提高学生专业素质和综合应用能力, 吸收利用最新教学研究成果, 同时介绍光学在测控领域最新研究动态, 合理调整教学内容, 充分运用现代教学手段。从而提高了课程的专业应用性, 增强了学生的工程设计能力和创新能力。

关键词：测控专业,工程光学,课程改革

参考文献

[1]蔡怀宇等“.工程光学”国家精品课程的建设与改革[J].高等理科教育, 2006 (2) :35-40.

[2]吴现成.光学课程教学初探[J].高等理科教育, 2001 (4) :35-38.

[3]郑志华等.应用光学课程建设与教学改革探讨[J].机械管理开发, 2007 (12) :137-138.

高职工程光学课程教学改革的思考 篇3

【关键词】教学改革；教学内容；教学方法

工程光学是高职光电类专业一门重要的专业必修基础课，该课程一个最大特色就是教学内容分布多，涉及面广，理论、应用、实践一应俱全。如果照搬传统本科光电院校的做法，教学效果势必定大打折扣。因此，需要从教学内容、方法和手段等方面进行改革。

一、教学内容的改革

（一）光学基础理论模块

（1）注重与后续课程的衔接问题。工程光学课程一个最大特色就是内容非常丰富，为了保证在有限的教学时间内，既要加强基础理论教学，又要注重实践应用能力，要注重与后续课程的衔接问题。由于光电子专业开设了多门光学课程，比如激光原理与技术、激光工艺与设备、光纤技术与应用等。所以在理论课程在讲授过程中，既要在讲述原理的时候提到相关原理的扩展应用，又要注意把握讲课的深度，避免重复。工程光学基础理论包含几何光学、物理光学两大块。几何光学模块主要讲授：几何光学基本定律与成像概念、理想光学系统、平面系统、光束限制与像差概论、典型光学系统。将光度学移至光电探测课程，而将像质评价、光学设计等内容在编写光学设计与光学零件加工教材中，这样安排有利于避免相同内容的重复讲授。物理光学模块主要讲授：光的干涉、衍射、偏振与晶体光学。由于光电子专业有激光原理、光纤技术等后续课程，可以将导波光学、光的辐射和吸收、激光等内容移除。选择这些教学内容可以使得教师能够集中时间和精力成体系的深入讲授物理光学的重点内容，使学生的光学知识达到必需、够用。（2）开设选修内容。学生在完成必修模块规定的教学任务外，还可根据专业特点，选修部分模块的内容。选修模块的教学可以在完成必修模块的教学后进行，可将它与必修模块的相应内容结合进行。如x射线衍射、全息照相等内容，可以编入课程中选修部分，根据课时和专业选择性教学。

（二）光学实验模块

在传统的工程光学教学过程中，先上理论课，再上实验课，实验与理论课相隔时间太长，削弱了实验对理论认识的提高作用。其次，工程光学课程容量大，不将理论与实验整合，就会出现课时紧张现象。因此，有必要进行理实一体化教学。例如，薄透镜的成像知识，我们将理论与实验结合起来，先由学生通过实验、分析和归纳出薄透镜成像规律，随之就在实验室讲薄透镜的组合理论，这样既可以加强学生动手能力，又可以节省理论课时。

（三）光学实训模块

根据高职学生特点，摒除传统的“以教师为中心、教室为中心、教材为中心”教学模式，强调“以学生为中心，实训基地为中心，技能为中心”。在实训内容教学中，注重工学结合，知识和技能相结合。（1）构建基于工作过程的光学零件加工工艺实训课程。工程光学实训是基于光学零件制造工艺的特点及一般过程，使学生通过学习平面镜、凸面镜、棱镜的上盘及研磨来学习光学零件的粗磨成型工艺、光学零件的细磨工艺、光学零件的抛光工艺、光学零件的定心磨边工艺和检测的全套生产流程。基于生产过程的光学零件加工工艺实训基本流程如图1所示：

从实训流程可以看到，每一工序对应企业的具体岗位，实训基地尽量和企业的真实环境一致，从而使学生具备较好的实践动手能力，毕业后很受企业的欢迎。（2）加强光学类软件的学习。计算机技术可以提高学生的动手能力和学习兴趣。例如可以利用AutoCAD、CATIA等绘制光学硬件系统，可以利用Zemax等光学软件进行光路仿真，也可以用于光学设计。合理介绍这些软件系统可以弥补高职学生理论水平的不足，符合高职学生的学习特点。（3）实践训练基地化。本课程在校内建立了“光学零件加工工艺”实训室，100余平米的车间，可以进行粗磨、精磨、抛光、焦距、折射率测量等10余个实践项目。同时，要积极加强和校外企业的联系与合作，立足光谷圈、依托光电行业和面向经济发达的苏杭等地区建立校外生产实习基地，使学生与市场的主体企业紧结合，实现学以致用。目前，关于本课程的校外实训基地还有待加强，与“双向基地、双向培养、双向订单”的深度校企合作模式还有相当差距。

二、教学条件的改革

1．编制多媒体教学课件。根据工程光学课程图多、知识面广、数学推导复杂等特点，投入精力编制一套工程光学教学课件，精心编排课件内容，使课件满足学生对于专业基础知识的掌握。

2．增设了开放性实验室。增设了开放性实验室，让学生在课余时间能够根据自己的兴趣而选择完成相关实验实训，让学生直接参与探讨及解决实验中存在的问题，能大大提高他们的学习主动性和积极性，培养了学生动手能力。实验室开放有利于学生实验兴趣的提高大增和动手能力的增强。

三、教学方法和教学手段的改革

1．光学课堂教学需注意理论联系实际。光学是一门对数学基础要求比较严格的学科，教学过程中涉及大量既复杂又抽象的理论公式。教师应根据高职学生特点，减少公式推导，注重培养学生的形象化思维，加强与实际技术的连接。如可以列举激光器聚光腔椭圆柱体结构讲授费马原理的实际应用，可以通过增透膜、增反膜等讲解光波干涉加强和减弱的应用。

2．开展启发讨论式教学。教师在课堂上不仅仅要讲解新知识，还要用创设和谐欢快的教学氛围，精心设计一些具有启发性、趣味性和实际意义的问题，激发起学生探索其中奥秘的强烈欲望。例如可以在课程中设计一些光学趣味性问题，如汽车身上的光学、交通灯的颜色、红外探测和隐身技术等等，这些问题学生们是比较感兴趣的，可以加强学生的学习兴趣。

3．“以赛促学、以考促教”加强专业技能培养。以赛促学是快速提高学生各项基本技能的一种行之有效的教学模式。做好以考促教，全力推进课程改革，建立多层次的考核体系，形成以过程考核为导向，以实践考核为主体的模式。鼓励学生参加岗位技能国家资格考试，教师也要及时了解学生参加技能考试的情况，对教法进行调整，对教学内容进行改进。据我所知，职业学院对于光学加工考证还是空白的，今后可以往这个方向努力，开发出具有行业标准的资格证书。

总之，必须要根据高职课程特点，以“必需、够用”为度，注重“理实一体性、岗位针对性、校企结合性”，在教学内容、教学条件、教学方法和手段等方面不断改进，培养学生应用光学的能力。

参考文献

[1]张军，陈哲钟，金钢．《光电信息工程专业基础课工程光学的教学方法研究》[J]．《科技信息（学术版）》．2008（22）

[2]钱义先，程晓薇，彭保进．《基于任务驱动突出实践特色的工程光学教学改革探索》[J]．《中国西部科技》．2010（26）

工程光学实验报告及程序完美总结 篇4

一、实验目的

通过使用一定的处理工具，用软件方式实现光束入射到介质界面上的反射和折射特性模拟。通过程序实现自定参数以及随机获取参数的光路显示。最终通过该实验使得自己对光学的折反射定律有更深的了解。

二、实验原理及方法

原理1（光的反射定律）：在反射现象中，反射光线，入射光线和法线都在同一个平面内；反射光线，入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角；(“三线共面，两线分居，两角相等”)。

原理2（光的折射定律）：在折射现象中，折射光线位于有入射光线和发现所决定的平面内；折射角的正弦与入射角的正下按之比与入射角大小无关，仅有两种介质的性质决定。对于一定波长的光线而言，在一定温度和压力下，该比值是一常数，等于入射光所在介质的折射率n与折射光所在介质n’之比，即：n’sinI’=nsinI(其中I,I’分别为入射角与折射角大小)。

在本次实验中，为了实现对光的折反射的模拟，我们采用了Matlab软件，进行仿真。利用Matlab中的GUI界面，进行效果的显示。

三、实验内容及步骤

首先通过开启Matlab软件，打开其中的GUI窗口，效果如图1.1所示

图1.1 GUI开启界面图

然后通过适当地增添所需按键及选项，绘制如图1.2所示的GUI窗口图。

在图1.2中，ni,nt,thi,thr,tht分别表示入射介质的折射率，折射介质的折射率，入射角大小，反射角大小以及折射角大小。

S1按键的作用：按下S1前需要手动在为“EditText”类型的ni,nt,thi中输入三个参数，当按下S1时，在界面“axes1”中将显示满足上述三个参数的入射光线反射光线以及折射光线，并且会在其更新显示各个“Edit Text”类型中的值。

S2按键的作用：按下S2按键后，将自动获取“Edit Text”类型中ni,nt,thi三个参数，并且将thi进行8等分，将入射光线，反射光线，折射光线进行动态显示，并且更新显示结果。

S3按键的作用：按下S3按键后，用鼠标在“axes1”界面中的区域内（当前由于程序的设定，只能获取鼠标在0

在其中按键“Update”作用不大，仅仅是在对界面进行初始化（没有这一按键也可，因为在S1,S2,S3按键中，都有初始化了）。可以适当删除不需要的按键。

图1.2 GUI仿真界面图

当将一些要实现的功能定好后，就可以通过GUI所产生的M-file进行编程了。可以通过右击GUI仿真界面图，如图1.3所示。

图1.3 GUI进入M-file编辑示意图 进入M-file后，如图1.4所示。可以通过各个按键的函数进行编程，并且各个函数之间通过句柄（类似C语言中的指针）进行相互之间的访问以及数据的调用。

图1.4 M-file编辑界面图

最后通过适当的调节与不断的修该，可以达到较好的仿真效果。

四、实验结果

当按下S1按键后，结果如图1.5所示。

图1.5 S1按键后结果显示效果图

当按下S2按键后，结果如图1.6（其中动态显示一步的截图）所示。

图1.6 S2按键后结果的效果显示图

当按下S3按键后，结果如图1.6所示。

图1.6 S3按键后结果的效果显示图

在实验过程中，通过三个按键可以进行自定参数以及随机参数的选择，并且将所得参数进行显示以及绘制光路。在按下S1按键时，实现自定参数的画图，所以需要先在左上角输入3个参数（在实验内容中已有介绍），在参数的输入中，入射角要求小于90度，否则虽然有显示，但是显示出错。在按下S3按键时，实现随机获取参数的画图，可以自动获取鼠标的位置坐标，但是对鼠标的放置的位置范围有要求（在实验内容中已有介绍），这是由于在绘制光线的过程中的程序设定所限制的。否则当鼠标的位置超出所设定的要求范围时，将自动按输入的入射角为0度处理（这也是程序设定的）。这样设定的目的是为了方便一般的视觉视图，左上部分是入射光线，右上部分是反射光线，右下部分是折射光线。

五、实验分析

在本次实验中，遇到的主要问题有以下几个：

问题

1、参数的限定条件。在实验过程中，按下S1按键后，只能通过设定3个参数（ni,nt,thi）进行定参数的光线光路绘制，而不能通过其他参数的设定如ni,nt,tht或者ni,thi,tht等进行光路的绘制。

问题

2、光路中的箭头表示。在仿真图中，当入射角度过大（或者说折射角过大时），出现在折射光线上的箭头很小甚至消失。现象如图1.7所示。

图1.7 箭头问题示意图

可以看到，在图1.7中，折射光线上的箭头已经看不见了。

对于问题1的解决方法可以在GUI界面中增加按键进行指定参数的选择，这个问题并不能反应多少实质性的光路问题，所以没有对该问题进行过多的探讨。有时间可以通过增加按键进行参数的设定选择。

对于问题2的解决方法，因为光是矢量，没有方向就不能称之为光线，所以应该对其进行详细的解决。目前由于没有做过合适的检测，只能是通过优化矢量函数quiver()来对达到预初效果。修改如图1.8 所示。

图1.8 箭头问题修改后光路图

可以明显看到修改后在入射角56.0257（图1.7中的入射角为54.9841）比之前的入射角还大的情况下，折射光线的箭头很明显可以观察到。这是因为在处理问题2中，利用了quiver()进行了优化处理。为详化分析有必要将此函数进行简单说明。

quiver（x,y,u,v,n,’m’)函数，是画二维矢量的函数，其中x,y,表示矢量的起点；u,v分别表示在矢量方向上的x,y方向上的增量；n表示对u,v的增量，并且该参数影响箭头显示的大小，系统默认是1（实际上是0.9），可以通过调节n的值进行箭头大小的调节，m表示进行矢量画线的颜色（b表示蓝色，r表示红色等等）。该函数使用的效果不理想的最终原因就是因为在选定n以后，对于不同的u,v给出的箭头大小不理想，而如何优化箭头大小以及箭头显示的位置成了一对矛盾的统一体。

由于该函数没有确定终点，所以在进行画线的时候没有办法准确定好箭头所在的位置，当u,v较小时，如果(x,y)离（5，5）也很近，此时会使得箭头接近折射光线的起点，使得箭头看起来不明显，效果如图1.9所示。

图1.9 变量偏小时的问题示意图

当然，在增量u,v(此处指u,v的绝对值)较大的情况下，虽然(x,y)离(5,5)较近时会有较明显的效果，但是当(x,y)离(5,5)在远离一点点，便会发生很大的偏差，可能突然就没有了箭头。不过，在此次编写的程序中，我们固定了折射光线的起点，即选择(x,y)=(5,5)进行折射光的光路绘制。显然，当u,v有较大的值，即在程序中折射角过大时，容易产生图1.7中的现象，所以，我们选择了在不同的角度下，选择不同的矢量增量，即优化了u,v的选择，以及在不同的u,v情况下，对n给予不同的值，防止箭头在某些情况下过大或者过小。当然解决问题2的方法有很多，这只是其中的一种，也可以使用annotation()函数，但是由于该函数需要对GUI窗口进行归一化，难以建立鼠标坐标与GUI窗口的对应关系，所以没有用该方法。对问题2的细节描述在程序中都有较详细的说明（可以在M-file文件中的232至236即pushbutton4的Callback函数中查看）。

六、实验总结

光学工程论文 篇5

随着光学技术的开展，对光学仪器和光电仪器设计的请求也越来越高，这就请求设计者具备扎实的理论根底、较高的设计技巧和现代光学系统设计计算才能。目前，社会上对光学设计的专业人才有着越发迫切的需求，为此，高校肩负着培育具有良好光学设计才能的工程型人才的重担。

为了协助学生稳固应用光学专业根底学问，控制评价光学系统的根本办法，进步学生对光学系统的应用才能和设计才能，该校在光学工程学科研讨生教学中开设了“光学工程与系统设计”课程。该课程在本科工程光学的根底上，系统、全面地解说光学工程的理论、应用和系统设计办法，协助学生进步在工程应用中处理实践问题的才能。

“光学工程与系统设计”课程针对光学工程学科研讨生开设，请求学生具有一定的光学工程根底学问，教学目的是培育光学工程的高级应用人才。授课内容除注重于根本概念的解说和根本原理的剖析外，拟经过大量丰厚的光学系统应用实例，培育和进步学生发现和处理工程问题的才能。

因而，该门课程在较短的课时内，既要有对专业根底学问的深化了解，又要结合工程消费理论，以处理实践设计问题为目的，使学生在系统、全面地控制光学设计理论和设计办法根底上，可以独立完成大多数典型光学部件和系统的设计工作。因而，要到达较好的授课效果，对授课教员提出了较高的请求。

在“光学工程与系统设计”的授课中，如何将理论与实践相结合，充沛调动学生学习兴趣，使学生逐渐顺应从习气于科学理论、理想假定的学习者到光学工程专业技术人员的转变，培育和进步学生发现和处理工程问题的才能，是重点思索的问题。该文将对教学中遇到的问题及经历进行做出总结。“光学工程与系统设计”教学中面临的主要问题

在该课程的教学过程中，主要存在的问题有以下几点。

1.1 学时少，相应配套课程不完善，学生根底学问程度不平衡

“光学工程与系统设计”课程涵盖光学成像理论、典型现代光学系统的构造原理和光学特性、光学系统设计办法等等方面，触及学问内容十分普遍。在有限的学时内，要完成一切的教学内容，到达使学生系统、全面地控制光学设计理论和办法，进步学生现代光学系统设计才能，培育学生工程素质的目的，对学生的根底学问、综合才能的请求都较高。而在实践教学中，由于学生可能来自于不同的本科专业，在光学工程类根底课程方面的学问程度表现出很不平衡，相应的配套课程也不够完善。因而，如何在本课程的教学中，如何缓这些矛盾，补偿这些缺陷，到达好的授课效果，对教员提出了很大应战。

1.2 学生工程认识淡薄，入手才能差，不能将理论与实践相结合学生对工程设计的特性仍旧缺乏认识，对工程问题较为陌生，工程认识十分淡薄，因而形成了入手才能差，不能将所学的理论学问与实践应用有机结合的问题。而本课程正是以培育具有良好光学设计才能的工程型人才为目的，因而，如何理论结合实践，在对实践问题的剖析与讨论中，培育学生学习与开展的才能和发明性处理工程问题的才能，是重点要处理的一个问题。

1.3 学生的学习积极性问题

教育学以为：兴趣是学习最好的教师。学生对所学习的课程产生了兴趣，才干愈加认真、愈加投入地吸取课程的学问，更好地发挥思想和智力的潜能，做出发明和创造。正是由于本课程触及内容普遍，学生根底学问程度不平衡，假如不可以采取合理措施，将理论与理论相结合，充沛调动起学生学习的主动性，就更容易形成局部学生对课程丧失兴趣，消极学习。因而，作为专业课程教师，怎样培育学生的学习兴趣，不使学生觉得学习过程无聊、无用而索然无味，是授课教员必需认真考虑的问题。教学变革理论与探究

针对以上问题，我们在教学过程中，从教学体系、教材、课件、教学办法等多方面进行变革探究，以完善教学内容、创新教学办法为动身点，从进步学生兴趣，增强师生互动，解说深化浅出，理论结合实践，融入科研内容等多方面着手，改善教学效果，获得了较好的效果。主要采用了以下手腕后。

2.1 精心规划授课内容，留意衔接，对症下药

该课程许多内容触及到几何光学、物理光学、激光原理等根底课程学问，希望学生可以具有一定的相关根底，在授课时才干产生较好的效果。但是，如前所述，在教学中存在学生根底学问程度不平衡，配套课程不够完善的问题。为处理这一矛盾，在授课体系与授课内容方面，进行了精心的规划，力图合理。

首先，在授课内容方面，注重教材内容的科学组织，在内容的编排上留意学问自身的内在规律性、系统性及互相联络，加强课程各个局部之间的逻辑性，对症下药，从而俭省学时，处理课程容量大与学时有限的矛盾。其次，在讲授必要内容的根底上，留意与前期课程的衔接，但并不完整依赖于前期课程学问的控制，而是注重启示、引导学生自主的温习、控制、扩展原有学问，例如经过布置考虑标题、提供参考文献、课上讨论等方式，协助和鼓舞学生经过主动学习，来处理根底学问程度不平衡的问题。同时，在授课中并不简单的依照教材施教，而是及时结合科研项目，充沛应用与课程有关的最新研讨成果，补充身手域的前沿技术。经过合理的规划授课内容，并在授课过程中，留意衔接，对症下药，鼓励学生课下主动学习的方式，进步了教学质量。

2.2 理论结合实践，重在才能培育

本课程除了具有学问的系统性、理论性强的特性外，更重要的特性是应用性强。在工程设计中，需求灵敏地运用学过的理论学问，用理论指导理论，才干使设计朝着胜利的方向行进。当设计过程呈现问题时，怎样应用理论学问和理论经历，来有效地进行修正，最终得到满足运用请求的系统设计，这种处理工程问题的才能的进步，是本课程最中心要处理的问题。

为此，我们在根底理论讲授后，经过抛出一个或几个实践工程设计问题，引导学生进行深化考虑与讨论，完成自主设计。例如在学习了像差理论及典型显微光学系统后，请求学生设计一款高倍率显微系统，针对该系统设计过程中发作的各种问题，包括怎样从低倍率系统逐渐过渡到高倍率系统，怎样完成复消色差，以及工程实践中如何完成系统装调等等问题，逐个进行讨论和剖析，经过引导学生发现问题，鼓舞学生自主剖析处理问题，进步学生的理论才能。

这样的理论与实践相结合的过程，深受学生好评，学生们分歧以为，经过这样的练习，不但加深了对理论学问的了解，更大大进步了他们发现和处理工程问题的才能。

2.3 创新授课办法，刺激学生主动学习

由于授课内容的更新以及理论与实践相结合的请求，教员在授课办法上也必需进行相应的创新，才干够到达预期的效果。学生是课堂教学的主体，只要激起学生求知的动力，课堂教学才有可能胜利。除了传统的讲授方式外，在本课程的授课过程中，愈加注重启示式教学和讨论式教学。启示式教学办法，是指经过具有启示式的发问，鼓励学生学习的兴趣，从而培育学生的发明性思想才能。讨论式教学办法，是指经过讨论问题，积极引导学生进行独立考虑，培育学生的自主学习才能。

在详细做法上，除了采用布置考虑标题，引荐参考文献的方式外，还经过将学生分为协作小组，针对某一任务进行组内协作，然后组织各小组就各自研讨成果在全班进行交流，鼓舞学生之间就技术问题进行讨论、质疑与争辩，加深了解。

经过启示式与讨论式教学办法的引入，加强了师生互动，进步了学生的学习兴趣，刺激学生主动学习的愿望。结语

光学工程论文 篇6

基金项目：军械工程学院教学研究课题（jxlx12w41）

作者简介：李莉（1981-），女，河北大学光学专业，硕士学历，现为中国人民解放军军械工程学院讲师。

应用光学课程是光学专业人才培养方案中非常重要的一门专业基础课程，课程包含了工科院校光学专业学员所需必备的光学基础知识，为后续专业课程奠定理论基础和应用基础。如何充分发挥各种信息化教学方法手段上好《应用光学》课程是专业课程建设和学员能力培养的关键问题之一。随着信息技术的发展，信息化教学模式的优势越来越显著，各种信息化教学方法手段被广泛应用到教学中来[1]。因此要瞄准课程建设需要以及信息化教学改革的需要，将光学设计软件引入到教学中来，利用先进的光学设计软件进行教学实例以及仿真实验的建设，推动应用光学课程的信息化建设进程。

一、光学设计软件在应用光学课程教学中的应用意义

经过多年的《应用光学》课程教学实践，已经发现传统的教学手段，如黑板、粉笔、多媒体示意图等还存在很多不足[2]。比如，在理论教学时，大量复杂的光路图、光学系统结构图以及实用的光学元器件图等等都不同于一般的示意图，要求准确度很高，而且有时还涉及到空间光线，大大地增加了课堂讲授难度，同时也影响了教学效果。在针对光学系统成像过程的讲授时，传统的教学手段也不能给出实际的成像装置及成像过程，遇到复杂的光学系统时，更是不能定量地画出光路图，也不能给出其动态的成像过程。又比如，在实践教学时，为了能够进一步获得深层次的理性认识，必须在感性认识的基础之上，通过实践，培养出学员实验的逻辑思维方法和训练出解决实际问题的能力。然而，众所周知，光学实验的条件要求非常高，实验现象可以用弱、精、微来总结，在课堂上由于条件的限制很多将难以演示或呈现出便于观察、正确的结果。这些非常成熟，但又显露出相对落后的传统教学手段，造成了光学理论与实验在教学时间和空间上的不匹配，已经非常明显地影响了应用光学的教学效果，急需进行教学方法手段的改进。

我们利用先进的光学设计软件进行教学实例以及仿真实验的建设，凸出意义有以下三点。

1.利用专业的光学设计软件可以将课程中涉及到的光路、光学元件进而到光学系统，甚至实用化到光学仪器，以三维实体的方式精准地构建出来（这是光学设计软件的基本功能之一），这些构建实例相比于传统教学中使用的二维示意图，准确度大大提高，甚至上升到了光学量级，加上高度的形象化和精密的准确性可以确保虚拟仿真的效果并极大地增强教学效果。

2.随着教改的进行，新的专业人才培养方案中，加入了很多新的课程，也整合了很多原有课程，应用光学课程的学时进行了缩减，而要想在更为有限的课时中，加入并很好地开展各种实验，将比较困难。通过将光学设计软件与应用光学课程有机结合，以软件为平台，将各种抽象的或难以演示的光学实验模拟仿真出来后运用于课堂教学中，紧密结合抽象理论与直观实验，将很好地加深学员对理论知识的理解，提高学员对科学实验的认知，实现理论与实验实时结合的课堂一体化教学。

3. 光学设计软件作为光学领域专业的工程软件，在科研、生产工作中应用非常广泛，教员将它引入到教学建设中，同样也是引入到学员的学习过程中，也就意味着为学员提供了一个培养创新意识和锻炼工程能力的平台，可以实现所学应用光学知识在光学系统、光学仪器甚至光电仪器中的实际应用，使教学、科研充分衔接，适应工程实践需求[3]。

二、具体建设内容与应用实践

信息化条件下基于光学设计软件的应用光学课程建设可以从以下几个方面进行。

1.教学实例的计算机仿真建设，推进信息化教学方法手段的应用。()教学实例的计算机仿真建设由来已久，在原有的课程资源中，已经制作了比较多的简单多媒体应用，比如简单的示意图、静态照片图片，也包括一些Flash简单示意动画，这些还远远不够，利用专业的光学设计软件模拟出具有光学精度的交互式三维实体模型[4]取而代之以推进信息化教学方法手段的应用。例如，对于光学元件以及由光学元件组成的典型成像光学系统的建模及仿真分析，可以采用业内目前流通非常广泛的ZEMAX光学设计软件来完成；而光度学、色度学部分中涉及到的非成像、照明光学系统的建模分析可以采用以照明分析见长的TracePro软件来完成。

2.虚拟仿真光学实验建设，促进理论与实验课堂一体教学。众所周知，虚拟仿真实验是计算机仿真技术应用于实验教学而形成的一种现代实验教学手段，在很多理工科课程中均已有应用。其优点在于不受实验条件的限制，使得很多现实不易完成的实验均可借助虚拟技术实现。通过建设与课程内容匹配的几何光学、典型光学系统（如显微系统与望远系统的比较、两类望远系统的比较），甚至一部分物理光学的虚拟仿真实验（如理想光学系统与实际光学系统的.分辨率），可以有效地解决课时受限、实验条件受限的困境，使学员更好地掌握基本的光学理论知识的同时，加深对典型的光学系统的认识。

3.学员科研训练基地建设，课堂教学与工程实践并重。1989年麻省理工学院提出“回归工程”的新观念后得到了包括世界一流大学和一般大学的普遍认同，回归工程主要指将普通工科高校的一切工作回到以技术创新为中心的素质教育上来[5]。在人才培养方案中，应用光学属于专业基础课程，它与其他专业课相比，有着更广的内容，也与基础学科（如数学、物理）和相关学科（如仪器科学、测量科学）有着更为广泛的联系，更容易知识的综合与学科的交叉。因此，将光学设计软件引入到教学建设中来，就是引入到学员当前的学习、未来的工作中来，通过分解提取一些与应用光学课程内容有联系的科研创作。如像质良好放大镜的设计、简单望远镜的设计、相机取景器的设计等等，培养一些优秀学员，成为研究型教学的对象，做到课堂教学与工程实践并重。

在以上建设内容完成的前提之下，将建设成果合理地引入到应用光学课程的教学实践中来，才能体现出其价值，并带来效益，具体应用实践如下。

1.利用建设的教学实例进行理论教学。经专业光学设计软件模拟出的具有光学精度的三维实体模型实例可以应用于理论教学过程中，例如，在讲授光阑的选择这部分内容时，仅利用课本、示意图将很难讲解清楚，利用Zemax光学设计软件建立的望远系统实例，通过逐一选择不同的光学零件作为孔径光阑，学员们可以清楚地看到透镜数据栏中各个零件的口径大小（精确到0.001mm），也可以直观地通过三维图查看设计的望远系统外形，合理与否一目了然。这样的实例，可以加快、加深学员对相关知识的理解。

2.上机实践与课程的理论学习相结合。可以通过安排一定的上机时间，让学员直接进行软件操作学习，学以致用，真正体会“应用光学”应用性的所在，加上应用光学是光学设计的基础，通过初步掌握光学设计软件Zemax的使用方法，还可以使学员更多地了解有关光学设计的知识，促进学员向着更深的专业领域中去钻研。另外，双语教学虽然还没有开始开展，但是，也已经成为普遍的趋势，而Zemax恰是国外引进的专业软件，为全英文界面，所用术语均与专业领域相同，因此学员在利用该软件进行课程学习的同时，也是不断提高专业英语的过程，可以说采用光学设计软件与应用光学课程相结合的教学手段，加强实践环节的建设，不仅可以巩固和加深对应用光学基础理论的理解，而且通过必要的设计实践使学员掌握对光学系统进行初步设计的知识，逐步具备解决工程实际问题的能力。

3.总结成果形成实用的配套资料。将建设的教学实例以及上机实践科目整理总结，形成供教员教学以及学员学习的课程配套资料，并通过每年的讲授加以不断地完善，形成常态，永无止境地追求教学效果的提高。另一个原因，虽然目前光学设计软件Zemax所占有的市场份额较高，用户较广，但是有关Zemax的中英文对照教材还不多，国内独家代理公司虽然每年有培训班、培训资料，但对课程的针对性不强，这些不利于学员很快的入门，所以，将教员每年的教学经验积累起来，将相应建设内容汇集起来，形成完整、系统且实用又有针对性的教与学配套资料，并不断应用到实践中来，达到良性循环。

三、结束语

应用光学课程本身具备理论与实际相结合、应用性强的特点，在培养学员科学的思维方式，综合运用基础理论知识分析并解决实际光学仪器问题的能力，以及知识的梳理和扩展学习的能力方面作用重大。我们对该课程的建设进行了有益的探索与实践，并将继续努力加以完善。

参考文献：

[1]王寅龙，李前进，李志祥，王希武，林克成。信息化教学设计的过程、方法及评价要点探究[J]. 中国教育信息化，，（06）：15-18.

[2]张军，陈哲，钟金钢。ASAP软件在光学原理等课程教学中的应用[J].中国电力教育，，（130）：85-86.

[3]冷玉国，应用光学教育发展现状分析及研究[J].长春理工大学学报：高教版，，2（3）：91-93.

[4]岑兆丰，李晓彤，刘向东。浙江大学应用光学课程的发展和改革[J].光学技术，2007，（33）：268-271.

光学工程论文 篇7

一、工程光学立体化教材建设

课程是教师、学生、教学材料、教学环境等整合而成的一整套系统,是教师和学生共同探求知识的过程。立体化教材建设是课程建设和改革的重要内容之一,教材建设是课程建设的基础,教材建设涵盖课程体系和教学内容的改革。纸质教材不再是课程知识的唯一载体,教材建设趋于立体化,既有纸质教材,又有通过网络和计算机阅读的多媒体教材[1,2,3]。

(一)主编出版工程光学主教材———全国高等院校测控专业规划教材

近年来,我们致力于工程光学立体化教材建设,2009 年主编出版了反映教改成果,有创新理念的全国测控技术与仪器专业规划教材《工程光学》(北京大学出版社),该教材采取“专题+ 案例+ 重点解析”的编写方式,内容涵盖了工程光学的理论、方法和技术,形成了特色鲜明的课程教学的理论教材。该教材的网络pdf版和配套主教材的ppt电子课件,均可从北京大学出版社教材服务网页下载。2011 年又主编出版了华中科技大学出版社的《工程光学》(第二主编),主要用于天津市及长江流域。

(二)建设自主学习型工程光学网络平台

为了教改的可持续发展,从2005 年开始,工程光学课程开始了课程网络平台建设,开发了教学资源网站(http://210.44.176.183/jxgcxy/gcgx/www/),之后陆续采用“课堂+ 网络”混合教学研究,2007 年6 月,工程光学网络课程通过校级验收。该网络平台在教学模式上进行了创新,通过大量的文本资料、图片、多媒体辅助等手段,为网上学习者展现工程光学的知识要点,通过多种表现手法,化解难点,成功实现了网上集成工程光学理论教学、实验教学、课外辅导三个关键环节,将以学生为主体的学习活动进行了人机融合,既充分发挥了教师的主导作用,又有利于学生个性发展。

该网站内容包括:课程简介、教学大纲、实验大纲、考核大纲、实验指导书、授课电子课件、参考资源、参考习题、历年考研题、光学史话等。建立了一个师生交流,生生互动,协作学习的知识服务平台,如图1 所示。

在专题学习中利用课程立体化教材,将网上、网下协同活动有机组合在一起。使学生既能从专题探究中汲取知识,又能从专题探究中反思不足,不断完善自我,解决了教学模式单一问题。不断将优秀教学案例和教研文献添加到课程立体化教学网,解决了专题探究缺少资源与知识服务问题。学生和教师充分利用E-mail、QQ等多种交流工具协作学习,解决了电子学习交互性弱的问题,为学生提供丰富的学习资源,有力地促进了面向知识服务的课程立体化教学建设。总之,工程光学立体化教学网站,促进了教改可持续发展。

(三)编写与主教材相配套的辅助教材

为了适应课程与教学发展和保持教材内容先进性和可操作性的需求,方便学生进行习题演练,2011 年主编出版了和主教材相配套的辅助教材《工程光学学习辅导与习题详解》(北京大学出版社),成为工程光学立体化教材中的重要组成部分,内容包括:各章节知识要点、典型例题详解、课后习题选解、单元复习测试、十余套模拟试卷等。使用该辅助教材后,学生理解能力、做题速度和做题正确率大幅提高,取得了可喜的成绩,班级平均成绩提高将近10 分。

二、工程光学立体化教学模式的应用

(一)开放式教学理念

在当今知识爆炸的时代,教材永远落后于科技的发展。实行开放式教学理念,使教师的理论讲授及学生对理论的学习都不局限于书本,发挥教师的主导作用,引导学生阅读科技期刊,追根求源,不仅使教学活动处于学科发展的前沿,更重要的是培养了学生自己获取知识的能力,不仅使他们增长了知识,同时也增长了才干[4,5]。

教学设计:按照教学设计方法,引导学生进行教学需求分析和总结,鼓励学生课堂积极讨论,激发学生课堂主动性。教师与学生面对面、小组谈话、讲授,引导与辅助学生完成整个教学活动。通过双向交流,使教师更多更深刻地了解学生,以因材施教。教师通过面对面、小组谈话,关注学生参与教学活动的情感和对相关知识的兴趣。

(二)开放式课堂教学

课堂是教学活动的主要场所,课堂教学有学生的参与,才能活跃气氛,提高课堂教学的质量。实行开放式课堂教学就是打破教师对课堂教学的垄断,提高交互性。为了调动学生参与课堂教学的积极性,教学中,我们在一些知识的关键点,预先设置一些启发性的问题,为了鼓励学生回答问题,凡是参与讨论的,无论正确与否,均有积分,最后计入总成绩。实践证明,这种做法对于调动学生参与课堂教学的积极性是非常有效的,多数学生能够加入课堂讨论活动,使课堂气氛变得十分活跃。

教学反思:每次教学活动结束进行教学反思,采用小组交流和个别面谈形式,充分肯定学生在教学活动中取得的成绩,同时,辅助学生分析存在的问题,引导学生提出解决问题的方法、措施。通过反思提出新问题,以便下一次教学活动中解决,使学生的学习技能不断提升。

三、工程光学立体化课程建设的成效

该课程主讲教师主编的教材与教辅、制作的电子课件以及网络平台建设经历了近8 年的研究与实践,反复讨论,反复修改,较为成熟,完成多项教改项目及相关奖项,受到师生好评,得到了广泛的认可。该成果在近8 年的应用过程中,大大激发了学生学习的积极性,有效地带动了教学改革,并为专业人才培养模式改革奠定了坚实基础。同时完成了工程光学一系列校级教研成果:工程光学课程建设与实践获山东理工大学第三届教学成果一等奖,工程光学教案获山东理工大学第四届教案展览三等奖等,这些成果总结后已申报山东省省级教学成果奖。主讲教师已主持、承担过各类教研和科研课题十余项,发表科研教研论文20 余篇。

通过课堂+ 网络混合学习模式,学生学习成绩明显提高,为专业课的学习奠定了良好基础,并且充分调动了学生探索和研究的潜能。通过学习与实践,目前在主讲教师的指导下,测控0702 班王海同学已分别在《机械设计与制造》(2011.08)和《工具技术》(2011.01)杂志发表2 篇科技论文,并获全额奖学金留学美国密苏里大学;测控0701 班李华宇同学参与完成国家发明专利申请工作。这些教研成果的取得,改进了教学工作,解决了课堂教学和电子学习中的一些问题。通过教研,教师自觉地将课改理念与实际问题结合起来,把研究与行动结合起来,提升了教师的教学科研能力;同时也激发了学生的学习热情,提升了学生的学习与科研实践技能。

《工程光学》(北京大学出版社)教材及教辅已被山东理工大学和烟台大学、山东科技大学、河南科技大学、湖北工业大学、江西理工大学、海南大学、西华大学、南通大学等近20 所相关高校作为测控技术与仪器专业的本科生教材;《工程光学》(华中科技大学出版社)教材也被全国多所高校使用。该教材使用以来,教师讲课方便了,学生对知识的接受和消化吸收也容易了,受到了教师与学生的一致好评。

四、小结

立体化教学模式是我国高等学校课程建设和发展的一个新动向,立体化教材是未来教材的主角。它将为现代化教学提供立体、互动的教学素材,为教师教学和学生学习提供全方位的服务,为促进教学改革和打造精品教材奠定坚实的基础。开放式教学注重培养学生的创新精神和实践能力,激发学生的学习动机,使学生变为知识的主动构建者,很好地调动了学生们的求知欲和主动性,使学生在学习知识的同时,综合素质得到提升;同时,开放式教学也更新了教师的教学理念,提升了教师的科研能力,真正实现了发挥人的潜力、发展人的个性的教育意义。

该实践研究从人才培养要求出发,紧密结合我国实际情况,在课程体系、教学内容、教材建设和教学方法与手段等方面进行了全方位的创造性改革,对现有课程体系整体结构进行了优化,形成了一种全新课程体系。按照新体系编写了全国高等院校测控技术与仪器专业规划教材和辅助教材,并开发了多媒体教学课件,搭建了网络学习平台,为教学改革与创新人才培养作出了努力,并具有实用性、延展性,对其他相关专业的改革具有借鉴和示范作用。

摘要：为了适应大学课程与教学改革的发展及保持教材内容的先进性和可操作性,从人才培养要求出发,以激发学生学习的主动性和促进学生能力发展为目标,注重教与学的结合,在工程光学课程体系、教学内容、教材建设和教学方法与手段等方面进行了全方位的创造性改革,并提出了工程光学立体化教学模式。

挑战光学极限 篇8

阿秒激光是指激光的持续时间只有阿秒的数量级，因此就可以通过阿秒脉冲控制阿秒时间尺度的物理过程和化学反应。由于阿秒技术的重要性如同第一台激光器被制造一样，能够在一个层次上提高人们对现有科学的认识，因此，其必将给物理、化学领域带来一场革命。

并且，阿秒激光在一定程度上标志着一个国家的尖端科技，因此当今世界上无论欧洲，美国还是日本都有优秀的研究所和大学在探索——研究阿秒激光。中国自然也不例外，中国科学院物理研究所光物理重点实验室就有这样一个团队，他们在超短激光脉冲研究方面具有很强的实力和研究基础，赵昆就是他们当中的一员。

赵昆，中国科学院物理研究所光物理重点实验室副研究员，科研工作主要涉及阿秒光学、强激光场电离、超快动力学、高强度飞秒激光以及激光尾波场电子加速。他在美国期间曾在著名阿秒物理学家常增虎教授的研究小组工作将近六年，参与过广义双光选通方法产生阿秒脉冲的工作，所得的结果是世界上第一个也是至今唯一一个利用不带空心光纤压缩的钛宝石激光器直接产生的单阿秒脉冲。之后，他又主持设计建造了一套基于磁瓶飞行光电子谱仪的阿秒条纹相机，并利用双光选通在此装置上产生并测量了至今仍然是世界纪录的67阿秒最短相干光脉冲，其中，利用相位失配来控制阿秒超连续光谱的方法为产生更短的阿秒脉冲提供了一个有效的手段。

最快的成长是实践

大学毕业后，赵昆一直在美国求学或任职，2009年，他赴堪萨斯州立大学物理系到常增虎教授的科研组做博士后，这是世界一流的阿秒研究组，在组里的六年时间，为赵昆在阿秒光学领域的发展奠定了坚实的基础。

刚进组时，正赶上常增虎教授需要有人来设计并建造一套高精度宽谱阿秒条纹相机，于是赵昆成为了这一项目的负责人。按照常增虎教授的工作习惯，赵昆要先拿出一套全面细致的设计方案。

“好在组里之前有一台旧的条纹相机，也是组里同事自己建造的，我在这台旧的条纹相机上学到了很多东西，他们会告诉我当初为什么这样设计而不是那样设计，他们的经验让我少走了很多弯路。”

可即便是有样可循，该项目的设计方案还是讨论了两个月之久，“常老师的要求非常严格，他会问到每一个细节，他要求我们做事情不仅要‘知其然更要‘知其所以然。”

俗话说，磨刀不误砍柴工。方案确定后，赵昆和同事们仅用了一年半的时间，就完成了这台高精度宽谱阿秒条纹相机的建造，难能可贵的是，这台相机的核心部分——高精度光电子谱仪是赵昆所在研究小组独立设计建造的。

2012年，这台条纹相机已经投入使用，并且通过采用常增虎教授在偏振选通的基础上创新的双光选通产生，并测量得到了至今仍然是世界上最短的相干光脉冲——67阿秒的脉冲。这个结果证明了双光选通可以产生很宽的光谱从而压缩成很短的脉冲。“不仅如此，在实验中我们还总结出对飞秒激光产生的远紫外光谱进行调节和控制的方法，从而可以调节和控制所产生的阿秒脉冲的色散，最终得到在给定实验条件下所能得到的最短脉冲，这也对我们将来进一步拓展光谱，产生更短的阿秒脉冲具有重要的指导意义。”赵昆以第一作者的身份将相关的文章发表在2012年9月的《光学快报》上（Optics Letters），同时被中国《科技日报》、英国广播公司（BBC）、物理世界（Physics World）、美国福克斯广播公司（Fox News）、连线杂志（Wired）等几十家国际媒体用多种文字报道，至今在google scholar上引用已经超过200次，在SCI上也已经超过150次。

虽然高精度宽谱阿秒条纹相机项目给了赵昆很好的成长机会，但是现实还是摆在了他的眼前。

在美国，一个实验室里是不可能有两个科研负责人（Principle Investigator），虽然已经晋升为助理教授，但赵昆终究有一天要离开。“我不愿意像很多年轻教授一样，从拥有大型设备的实验室出来后，因为资金的问题转行到一些相对技术要求不高的方向上，我想在我原有的轨道上走下去。”

这意味着，赵昆需要一个平台，一个能支持他继续阿秒光学研究的平台。

最好的平台在中国

赵昆十分清楚自己需要的平台是什么样子，“在这个平台上我可以继续做我的研究，而不是先花费三五年的时间搭建设备。”赵昆并不是吃不起搭建设备的辛苦，只是以当下科技的发展速度来看，“也许过个三五年，等我的设备终于建造完成了，也已经跟不上技术的发展了，这都是说不准的事情。”

除了硬件实力，平台的技术构成也是赵昆比较关注的。

“虽然我设计建造过整套的设备，在探测器和激光器上也有一定的经验，但是对于物理这样一种复杂的学科来说，一个人是肯定做不成事情的，你一定会需要很多很多不同的技术支持。”

这与物理学的发展有关，“在物理上，定性的讨论已经被很久以前的前辈们讨论过了，如今我们要做的事情应该是把定性的理论推到定量方面，这个过程需要非常关键的、特定的、强大的技术作为支持。而能提供这种技术支持的正是那些规模化的研究组的优势。”

经过一番比较，2014年赵昆决定回国加入中国科学院物理研究所光物理重点实验室魏志义研究组，“魏志义老师搭建了一个非常好的平台，老实说在美国都没有这么好的平台。”

赵昆的评价一点也不为过，这一平台在国内阿秒光学领域首屈一指，曾经测出了阿秒脉冲的脉宽，这个技术至今在国内都无人能及。

该团队负责人魏志义研究员在飞秒激光的整套技术上有非常强的实力，他首次提出并实现了不同固体飞秒激光的被动同步技术；测量并实现了被动同步飞秒激光的载波包络相移（CEO）控制；采用系列新技术研制成功太瓦级的小型化超强超短脉冲激光装置；利用新的技术方案与国外同行一同打破了保持10年之久的超短激光脉冲世界纪录；设计研制成功综合性能先进的系列飞秒激光器件。endprint

“平台最吸引我的地方是，在这里不仅作为负责人的魏老师实力强大，其他老师的技术背景一样厉害。这对我的研究工作有非常大的帮助，我可以在各个方面与他们合作，借鉴他们的经验。”

“比如滕浩老师是飞秒激光器的专家，现在专做阿秒，所以他很清楚如何把这两方面结合起来，我现在的很多工作都是借助他在飞秒上的研究经验；贺新奎老师的研究比较偏向理论和计算，我们整套设备的设计、参数和方案的制定以及数据的分析都是贺老师的专长；还有方少波老师，他的研究方向是相干合成，这一技术是阿秒激光脉冲中非常重要的技术之一”。

“还有好多好多的老师，在我遇到困难的时候我都可以去请教他们，他们也愿意帮助我，这样好的科研氛围真的是可遇而不可求的。”

是的，在这里，赵昆找到了他想要的，接下来他坚信能做出他想做的。

最强的方法是交流

赵昆目前的工作集中于更宽光谱的阿秒脉冲的产生、高通量阿秒脉冲的产生以及加强超强超短飞秒激光的研制工作。

现有的阿秒脉冲的波长一般从十几到几纳米。赵昆希望，可以将波长范围向短波方向延伸至1纳米甚至纳米以下。这样阿秒脉冲就进入软X射线波段，不仅有可能产生更短的脉冲，也将会有更加广泛的应用。目前主要通过对现有的阿秒束线进行升级改造，利用现有飞秒激光，并引进他在美国常教授小组时学到的技术，进行消化吸收，首先把阿秒脉冲的中心波长从现在的15纳米左右减至10纳米以下，并增加光谱宽度；同时研制中红外飞秒激光，用来将中心波长进一步减至3至4纳米。

另一方面，目前实验室中产生的阿秒脉冲的主要问题在于其通量太低，就是脉冲中的光子数目或者说总能量太低。这样的低通量脉冲在应用中有诸多的限制，因此产生高通量的阿秒脉冲具有重要的创新和应用的意义。主要手段是通过提高用做驱动源的飞秒激光的脉冲能量来提高阿秒脉冲的通量。这主要有两方面的工作：首先是超强超快飞秒激光的研制，其次是设计建造新一套可以诊断和测量高通量脉冲的阿秒束线。

飞秒激光作为阿秒脉冲的驱动光源，对波长、脉宽、脉冲能量、平均功率等技术指标都提出了越来越高，甚至是越来越苛刻的要求，在这方面的有关激光物理和激光技术的研究工作已经变得异常重要。目前的飞秒激光面临的困境是超强脉冲（高达近200焦耳）不能做短，只能短至25飞秒左右；超短脉冲（可以短至1，2飞秒）不能做强，最多5到10毫焦耳。主要原因是产生超短脉冲使用的充气空心光纤技术在能量上的限制，并且此技术在实用中也有能量损失大、结构复杂、调节困难、稳定性差等诸多问题。而最新的固体材料展宽器则有可能解决这些问题。“以此技术为基础和核心，我们希望在超强又超短的飞秒脉冲产生方面获得突破，为产生高通量的阿秒脉冲建造更强有力的飞秒驱动光源。”

然而做科研不能宅在实验室闷头干，需要走出去与同行们多交流，尤其是我国在阿秒光学方面与欧美国家还有一定差距的时候。在一个国家或地区如果有几个组能够形成规模效益的话，对技术的进步将会有很大的促进作用。像北美，如今已经有六个组开展广泛的阿秒光学的研究工作，他们各有所长，既可以互相交流也可以互相合作。“比如你去一个组参观看到了好的技术和方法你就可以学过来”。赵昆看到，国内的阿秒光学起步较晚，希望进一步推广阿秒光学的研究，让国内更多的研究小组加入阿秒研究的行列，并且增加和国际上高水平研究组交流和互动的机会，未来国内一定会建立这样一个具有规模效益的科研环境。

有机会抓住机会，没有机会创造机会，这是所有科研人必备的品德。为了更好地促进交流活动，中国科学院物理研究所光物理重点实验室魏志义研究组2013年举办了“国际阿秒激光科学研讨会”，2015年又主办了第十届国际超快光学会议”。赵昆说：“我们研究小组未来会争取举办更多的会议，一个会议可以请来上百位国际专家，大家在会上和会下的交流非常多，这样有助于促进国内学科的发展。”的确，目前如果让国内的研究小组自费到国外去参加会议，高昂的费用不是人人都负担得起的，“我们现在把专家请到了国内，咱们国内的同行们都来讨论不是很好吗？”

虽然举办会议比较耗费精力，但是会议的价值是不可估量的，除了会议组里还会经常派学生到国外的研究组学习。“学生去国外的研究组做实验可以学到很多东西，都是书本上学不到的。”实际上，实验技术都是其过程中十分细碎的方法，可能就是习惯性的一个动作就决定了你实验的成败，“这种细碎的经验没人会想到要告诉你，要完全靠你自己去观察，学习和摸索。这个是需要传承的，这也是我们坚持派学生出去学习的初衷。”

最大意义在未来

在如今这样一个物欲横流的年代，科研也往往被与利润挂钩，也经常有人会问到赵昆研究阿秒的意义何在。

赵昆坦率地说：“我的研究没有直接的明显的社会效益。虽然我的研究的结果无法变成产出，但是它在科技发展的推动上的意义是不可限量的。”

当年，赵昆所在的常增虎研究小组做出了刷新世界纪录的67阿秒，在参加会议的时候，常有人问赵昆：“你为什么要研究这个67阿秒呢？它的意义是什么？”每当这个时候，赵昆都会风趣地反问：“刘翔百米跨栏夺金牌的意义是什么呢？”

的确如此，基础研究并不能迅速带来可观的经济效益和商业利润，基础研究的成果显现往往需要较长的时间，少则几年，多则几十年，有的甚至要耗费一个人的毕生精力或要经过几代人坚持不懈的努力。麦克斯韦为探索电磁场理论，整整用去了十多年时间。爱因斯坦思索狭义相对论和广义相对论，各花费了近十年时间，他把自己的后半生全部奉献给了统一场论的研究，可至今仍没有结果。为解决哥德巴赫猜想问题，几代人为之奋斗，但至今仍未攻克这个“堡垒”。从事基础研究的人员，必须要有“十年磨一剑”，“甘坐冷板凳”的精神，要学会“享受寂寞”，漠视金钱，不为名利所动。

换个角度想一想，赵昆说：“如果几年之后，有人发现了一种现象，他要对这种现象做研究，这个研究必须要使用67阿秒的脉冲，那个时候他就可以直接使用我做出来的技术，直接投入研究工作，而不是耗费时间先去做这个67阿秒。所以从这个技术意义的层面来说，技术永远要比目前的需求向前多走一步，只有这样才能达到一个技术储备效果。”

有人可能会问，以后真的会有人用到67阿秒吗？赵昆举了一个例子。

1962年，那是激光发明的第二年，科学家们在一起开会希望可以解开自己的困惑，“那时的激光只是一个正在寻找应用的工具，它被发明出来，却没人知道它将被用在哪里”，但是如今，我们的周围到处都是激光器，手机、电视、光碟机、超市扫描枪哪一个不是激光器的杰作呢？“今天还是曲高和寡的技术，谁知道哪一天就会变成一个应用非常广泛的技术了。所以我们有一个非常明确的目标就是要把阿秒做得更快更强，我们就在这个技术上往前走，至于我们现在发明的这项技术能不能马上应用到实际当中去，这可能确实是个问题。”

难道阿秒光学研究的意义就只能那么“飘忽”吗？

“如果一定要给阿秒研究找个现实意义，我想应该是人才的培养吧。”赵昆说。

在采访中，赵昆强调说，物理学的研究绝不单单是一个人的事情，它的复杂性决定了它需要全方位的技术支持，这也决定了每一位参与者都有机会获得更全面的知识和技能。“这对培养学生的分析能力、总结能力、解决问题的能力是非常有帮助的。”

赵昆认为，对学生在不同阶段的培养应该有不同阶段的要求，比如大学生阶段是获取知识的阶段，基本的状态为“我告诉你要什么，我告诉你怎么做”，大学生只要听从老师的指导，学习怎样做就好；到了研究生阶段，“我告诉你要什么，你告诉我怎么做”就成了应有的状态，要能提出自己的建议，有意识的培养自己解决问题的能力；到了博士博士后阶段，就应该达到“你告诉我要什么，你告诉我怎么做”的标准，因为这个时候你必须具有独立科研的能力。