光電專業實驗創新思維模式探索

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是光電技術與實踐結合非常緊密的學科，學生要掌握光電領域前沿問題，不僅要學習光學基礎課，包括應用光學、物理光學、信息光學、激光原理與技術等，還要完成許多光電專業實驗，掌握先進實驗方法，并且具備科學的創新思維。國內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實踐教學體系進行研究，分層闡述了實踐教學體系的內容、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，為培養創新型人才奠定基礎[6]。

遼寧科技大學光電信息科學與工程專業十分重視光電專業實驗創新思維模式建設，經過多年的實驗建設，完善了涵蓋四年的實驗教學體系，能夠滿足本專業對光電專業實驗教學的基本要求。結合筆者對光電專業實驗的教學經驗，探索出適用于本專業的一些光電實驗相關的創新思維內容，該內容擬對光電實驗創新思維的培養有所助益。

1 光電專業實驗教學基本內容

光電專業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、物理光學相關儀器和實驗裝置的調節和搭建，掌握激光器的出光調節、調Q、倍頻等的搭建和調節，熟悉光纖的基本參數和測量方法，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容。實驗內容專業性較強，能夠使學生充分掌握光電專業相關基本器件原理，并鍛煉學生動手操作能力的培養。

2 光電實驗創新思維模式探索

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律，采用自準直法和二次成像法測量薄透鏡焦距等內容，本實驗與應用光學及工程光學所學理論知識緊密相關，實驗教學尤其要強調動手能力培養，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節光路的能力。

對于幾何光學實驗的創新思維，完全可以通過動手來加強，比如，調節透鏡時可以觀測成像是倒立還是直立，在哪個位置實現的，還有望遠鏡、顯微鏡系統的原理是如何實現的，等等。學生需發揮創新思維來研究理論與實驗，看如何能構造出適合其他實驗要求的光學系統，是否可以擴展其他光學系統，如何優化器件結構的知識，同時教師應注重啟發學生光學系統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容，因與物理光學理論知識緊密相關，干涉、衍射、偏振等實驗現象都能通過學生的動手操作來實現，通過實踐來強化他們的理論水平。

創新思維的培養這里可以有很多，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域的作用，怎樣實現測量波長等內容。衍射現象理論公式較多，但生活中卻無時無刻不在發生著衍射現象，可以讓學生創新性地去設計衍射光路，體會到能夠實現自己想法的勝利感。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域，還是否可以擴展全新的應用領域。讓學生創新性地思考實現干涉后的光是否可再發生衍射或偏振，把三者中的兩者結合會有哪些現象，可以增強學生的創新思維，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象，從而讓學生掌握光譜響應的相關理論及應用。

其次，對光柵單色儀的理解，一定要結合器件構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節的理解，更加強單色儀原理及應用的理解，啟發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，則可通過創新性的結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、光纖數值孔徑、損耗測量、幾何參數測量等內容，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容。

創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別及聯系，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。通過這里調節，學生更好理解光纖通信原理以及要解決的技術困難等內容。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，可明顯區分出是哪種光纖，是他們充分掌握光纖的結構，并于理論聯系起來，為將來從事光纖方面的工作打好基礎。

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、電流傳感器等內容，馬赫曾德干涉實驗是物理光學實驗中非常經典的實驗，其純物理光學方法搭建實現比較困難，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和半光纖實現他們的現象是一致的，但搭建難度可不一樣。同時創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、光纖損耗等內容的掌握，為將來從事相關工作做好理論及實踐基礎。

2.6 液晶空間光調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，掌握液晶空間光調制器（SLM）原理及使用，利用SLM對光進行振幅調制及相位調制等內容。

創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構以及液晶分子的結構，所以學生會對液晶顯示技術更加充分理解。通過SLM調制光信號，可以讓學生充分了解光調制技術，讓同學積極思考調制后的光變成什么樣子，調制后光信號是否衰減，等等問題，這里的圓孔衍射及圓環衍射，可以通過空間光調制器實現并與之前物理光學實驗中純器件實現的衍射圖相對比，也要與理論衍射圖想對比，學生更能加強理解衍射相關理論知識。

3 結語

本專業光電專業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Q實驗，He—Ne激光模式選擇實驗等等，這些已經在一些相關課程中開展。光電專業實驗后續應該開展一些更有利于學生就業的實驗內容，例如激光打標、激光焊接、紫外激光實驗等內容，會對學生相關企業就業創新思維模式的培養更有幫助。本實驗中的創新思維模式培養已培養近兩屆畢業班，用人單位反饋比較良好。當然，對光電創新性實驗要更進一步開發與研究，培養學生更多的、更新的創新思維。