导波光学教学中加强创新教育的几点探讨

导波 光学 是现 代光 电子 器件 、 集成光 学 、 光 通信 等 领域
的重要课程 ， 是光信息科学 、 光通信 、 光电子等专业 的特色 课程 。传 统 的导波 光学 教学 内容 和 教学 方法偏 向于基 本原 理 阐述 、理论 公式 推导 等 ，对学 生创 新 能力 的培 养显 得不 足。 随着现代创新实践教育的形式需求 ， 导波光学作为一门 专业 前 沿课 程有必 要从 教 学 内容 、教学 方法 等方 面着 手 改
创 新意识
导波 光学 是一 ｆ 一 １ － ＃业前 沿课 程 ，与 导波 光学 有 关 的现 代前 沿研 究 问题 颇多 ， 在 课 堂教 学 中 ， 教 师将 导 波光 学 有关 的最新前 沿研 究 问题 介绍 给学 生 ，将会 激 发学 生 的兴 趣 和 部 分学 生 的科研 热情 ， 培养 学生 的创 新意 识 。 例如， Ｓ ｌ ｏ ｔ 波导 为两个 条形 波导 靠得 很 近时 ， 条 形波 导 间的 间隙 处 （ 或 者是 低 折射 率 区域 ） 的场强 将得 到很 大 的增强 ， 这有 利 于光 与 物 质 相互 作用 。其 原理 可 以用 电磁 场 的边界 连续 性 条件 给 出 解释 ， 通 过类 似这 类 问题 的介绍 ， 学生 对 电磁理 论 方法 处理 导波 问题 及其 存实 际 中的应 用 的认识 将从 理性 升 华 到感 性 的 高度 。 另外 ， 还 可 以对光 子 晶体及 光 子 晶体 波 导这 类导 波 光学 高级 应用 进行 实例 介 绍 ，光 子 晶体效 应会 使 得某 个 频 率范 围的光 完全不 能通 过 介质 ，而 光 子晶体 波导 则 可 以实
【 教 改创 新 】
导波光学教学 中加强创新教育 的几点探 讨
卜 胜 利
（ 上 海理工 大学 理学院， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ３ ）
摘要 ： 导 波光 学是 光 学有 关 专 业 的一 门重要 前 沿课 程 ， 传 统 的教 学 内容 和 教 学 方 法 不利 于现 代 创 新 实践 教 学 的 需 求 。 本 文 结合 笔 者 实 际教 学和 科研 工作 经验 ， 从 教 学 方法 、 教 学 内容等 方面探 讨 如 何 在 导 波光 学的课 堂教 学 中融入 创 新教 育 ，
导波 光 学 的处 理方 法 包 括几 何 光学 理 论 和 电磁 理论 ，
概念 、 模场分布等有更加直观的印象， 进而激发了学生 的学 习兴趣。 因此 ， 在导波光学 中引入模拟计算是专业前沿课程 中进行 创 新教 育 的一种 有益 尝试 。
四、 将现 代 前沿 研究 问题 引入 课 堂教学 中 ， 培 养 学 生的
一
比较烦 琐 ，学 生学 习过 程 中容 易 出现疲倦 、失 去兴趣 等 情 况。 大多 数情 况 下 ， 导波 光学 中所 求解 的模 式本 征方 程是 一
种超越方程 ， 无法给 出解析解 ， 通常需要通过数值计算 才能 得 出模 式 的具 体情 况 。 教 师在教 学 的过 程 中 ， 可以通 过 示范 数值求解过程和步骤 、 点 明方法 ， 引导学生 自行编程求解 ， 或 者作 为课 后作 业 的形式 布置 给学 生 自行 完成 。 另外 ， 导模 的场分 布 ， 根 据 电磁 场 的数学 形式 很难 感 受到 其实 际 分布
情 景 ，而 通过 Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ 等软 件 能够 将 场 分布 的形式 直 观 地显 现 出来 。通过这些计算 、 模拟的实践 ， 能够培养学生数值求 解、 理论 模拟 问题 的 能力 ， 这 也是今 后 从事 相关 创新 活 动 的 基 本技 能 ， 同时学 生 可 以从 中感 受 到成 功 的喜悦 ， 对模 式 的
革， 使 得创 新教 育融 入专 业 知识 的讲授 中。 笔者 根据 近几 年 的导波光学教学积累、 结合相关专业研究经验 ， 探讨分析如 何 在导 波光 学 的教学 中加 强学 生 的创新 教育 。 紧扣 主线 ， 形散神 不散 模 式是 导波 光学 中一个非 常重 要 的概念 ，对本 科 生来
、
Hale Waihona Puke Baidu
说， 也 是 一个 比较全 新 的概 念 ， 学 生在 学 习 的过 程 中 ’ 冈 ０ 开 始有个理解 、 接受的过程。这就要求教师在讲授内容时 ， 要 循 序 渐进 、 不 时提 醒 、 重 点强 调 。虽然 导波 光学 的研 究 内容 比较 广泛 ， 但 对各 种 问题 的求 解分析 ， 主要 归结 为建 立 模式 本征 方程 、 求 解 分析模 式 本征 方程 。例 如 ： 从波 导 的结 构来 看， 有平板波导 、 矩形 波导 、 条形波导 ， 脊形波导等 ， 三层波 导、 多层 波 导 、 金 属包 覆波 导等 ； 从 波导 的折 射率 分 布来 看 ， 有 均匀 折射率 分 布波 导 、 渐 变折 射率 分 布波 导 、 ｗ型折 射 率 分 布波 导等 。 表面 上看 起来 这些 波导 形式 多样 ， 但实 际处 理 问题 的思路 和方 法基 本类 似 。 教 师在 讲授 时应 从思 路 人手 ， 引 导学 生利 用 已学知 识 ， 借鉴 其 他类 型波 导 的处 理 方法 ， 试 探 自行 分析 求解 ， 激 发创 新 思维 。 这样 学生 也易 于抓 住导 波 光 学 的主要 内容 和处 理 问题 的方法 ， 形成 融会 贯通 ， 为今 后 相关方 向的创新打好扎实的基础知识 、训练过硬的专业技 能。 二、 善 于归纳 总 结、 分 析对 比 。 概 念 明确
提 高学生的学习积极性和对有关科 学问题 的兴趣 ， 培养创新 意识。
关键词 ： 导渡光学； 创 新教 育 ； 波 导 中图 分 类号 ： Ｇ ６ ４ ０ 文献 标 志码 ： Ａ 文 章 编号 ： １ ６ ７ ４ — ９ ３ ２ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ４ ７ — ０ ０ ２ ８ 一 （ １ ２