光学工程学科导论
光学工程专业描述
光学工程专业描述光学工程专业是应用光学原理和技术进行研究和实践的学科，主要涉及光学器件的设计、制造和应用等方面。
光学工程专业在现代科学和技术的发展中起着重要的作用。
本文将从光学工程的概念、发展历程、应用领域和前景等方面进行详细阐述。
光学工程是一门研究光学器件和系统的学科，它通过应用光学原理和技术，设计和制造各种光学器件和系统，以满足人们对光学性能和功能的要求。
光学工程学科的发展可以追溯到19世纪中叶，当时人们开始研究光的传播和变换规律，并将其应用于实际工程中。
随着科学技术的不断进步，光学工程的研究内容也不断扩大和深化。
光学工程的主要研究内容包括光学系统的设计和优化、光学器件的制造和测试、光学成像和显示技术、光通信和光存储技术等。
在光学系统的设计和优化方面，光学工程师需要考虑光线的传播和变换规律，以及光学材料的特性，通过优化设计参数，实现光学系统的性能和功能的最佳化。
在光学器件的制造和测试方面，光学工程师需要掌握先进的制造技术和测试方法，确保光学器件的质量和性能符合要求。
光学工程的应用领域非常广泛，涵盖了很多重要的科学和工程领域。
在光学通信领域，光学工程师设计和制造光纤、光纤连接器和光纤耦合器等光学器件，实现高速、大容量的信息传输。
在光学成像和显示领域，光学工程师设计和制造各种光学成像系统和显示器件，实现高清晰度、高亮度的图像和视频显示。
在光学传感和测量领域，光学工程师设计和制造各种光学传感器和测量设备，实现对物理量和化学量的高灵敏度、高精度的测量。
光学工程专业的发展前景非常广阔。
随着科学技术的不断进步，人们对光学器件和系统的需求也越来越高。
光学工程专业的毕业生可以在科研院所、高新技术企业和大型工程项目等单位就业，从事光学器件和系统的设计、制造和应用等工作。
同时，光学工程专业的毕业生也可以选择继续深造，攻读硕士或博士学位，从事科学研究和教学工作。
光学工程是一门应用光学原理和技术的学科，涉及光学器件和系统的设计、制造和应用等方面。
光学工程知识点总结
光学工程知识点总结1. 光学基础知识光学是物理学中研究光及其相互作用的科学。
在光学领域，我们需要了解光的传播规律、光的波动性质、光的折射、反射、散射等基本知识。
光学的基础知识为光学工程师设计光学系统提供了理论基础。
2. 光学系统设计光学系统设计是光学工程的核心内容之一。
光学系统通常包括光源、透镜、反射镜、光栅等光学元件，以及对光进行探测和分析的部件。
光学系统设计需要考虑光学元件的性能参数、光路的布局、系统成像质量等因素，以实现特定的光学功能。
3. 光学材料光学材料是构成光学系统的重要组成部分。
不同的应用领域对光学材料的性能要求各不相同。
光学材料通常需要具有良好的透明性、高折射率、低散射率等特点，以适应不同的光学系统设计需求。
4. 光学器件制造技术光学器件制造技术是光学工程的重要组成部分。
光学器件通常需要具有高精度、高表面质量和良好的光学性能。
常见的光学器件制造技术包括光学表面精加工、光学薄膜涂覆、光学玻璃加工等。
5. 光学系统测试光学系统测试是保证光学系统性能的重要手段。
光学系统测试需要考虑光学成像、光学畸变、光学材料特性等问题，以验证系统设计和制造过程中的各项性能指标是否符合要求。
6. 光学工程应用光学工程在各个领域都有广泛的应用。
例如，光学通信系统是当今信息传输中最主要的传输方式，光学显微镜在生物科学中有重要的应用，激光技术在材料加工、医疗治疗等领域也有重要应用。
总的来说，光学工程是一门重要的交叉学科，它涉及了光学原理、材料科学、光学器件制造技术等多个领域。
光学工程的发展为现代科技领域的发展提供了重要支撑，也为人类社会的发展带来了诸多便利。
希望本文的介绍能够让读者更好地了解光学工程的相关知识，对此领域有更深入的认识。
光学工程课程
光学工程课程
光学工程是一门涉及设计、制造和应用光学系统和设备的学科，旨在利用光的性质来解决各种工程问题。
以下是一些可能包含在光学工程课程中的主题：
1.光学基础：光的波动性、粒子性、传播规律等基础知识。
2.几何光学：光线的传播、反射、折射等，光学元件如透镜和镜片的设计和分析。
3.物理光学：光的波动性质、衍射、干涉等现象的理论和应用。
4.光学仪器：不同类型的光学仪器，如望远镜、显微镜、激光器等的原理和设计。
5.激光技术：激光的产生、性质、应用，激光系统的设计与应用。
6.光学材料：光学器件所使用的材料的选择、特性和制备技术。
7.光学成像：光学成像系统的原理、设计和优化，包括相机、摄像机等。
8.光学信号处理：光学信号的获取、处理和分析，如光学传感器的应用。
9.光学通信：光纤通信系统的原理、组成和性能优化。
10.光学系统设计：教授学生如何设计符合特定要求的光学系统，包括光学元件的选取和系统的优化。
11.光学工程实验：提供学生实际动手操作，加深他们对光学原理和技术的理解。
12.光学应用：光学在医学、军事、环境监测等领域的实际应用案例。
这些课程内容可能在光学工程的本科和研究生课程中涵盖，具体课程设置可能因学校和课程要求而有所不同。
光学工程导论-课后习题答案
光学工程导论习题集第一章 几何光学基础1、 何谓几何光学？工程光学为什么以几何光学为基础？答：几何光学就是用几何学的概念(点、线、面等)来描述光学现象。
几何光学是为了适应工程技术的需要而对光的性质的近似描述。
这种近似又恰恰能满足工程技术的基本要求。
因此工程光学以几何光学为基础。
2、 可见光的波段范围是什么？就你所知，现代光学工程研究的波段范围又是什么？答：可见光的波段范围：400~ 760nm ；现代光学工程研究的波段范围是从远红外到伽马射线(10−14~10−3m)。
3、 几何光学的基本定律主要有哪些？为什么说反射定律是折射定律的特例？答：光的直线传播定律，折射和反射定律，可逆性，互不干扰定律，费马原理等。
对于折射定律1122sin sin n I n I =， 设n 2 = −n 1，则I 2 = −I 1，即反射定律。
所以说反射定律是折射定律的特例。
4、 分别举出几个表现光的波动性、粒子性的例子。
答：光的波动性：光的反射、折射、干涉、衍射、偏振等；光的粒子性：光的发射、吸收、荧光、光电效应、光的受激发射等。
5、 某人通过放在特定位置的反射镜窥视另一个人，他以为那个人看不见他，可那个人一下子就发现了他，这是为什么？答：在几何光学中，光的可逆性。
6、 针孔照相原理是什么？画图说明之。
答：针孔照相的原理：光的直线传播（图略）。
7、 水池底部有一块石头，一个人在与水平面成60o 下观察它，估计它与水面的垂直距离为0.5m ，该水池的实际深度大约是多少？ 答：由题意可知，i = 30o ，n =1，n ' = 1.333 根据折射定律：n sin i = n 'sin i '，1/2 1.333sin 'i =，sin '2.666i ，i ' = 22.03o ，tan i ' = 0.405设水池的实际深度为h ，如图所示：0.5tan tan 'i h i =，0.405)0.7m h =⨯=。
光学工程课程
光学工程课程摘要：一、光学工程简介1.光学工程定义2.光学工程发展历程3.光学工程的应用领域二、光学工程的基本原理1.光的性质和行为2.光的传播和成像3.光学元件和器件三、光学工程的主要技术1.光学设计2.光学制造3.光学检测四、光学工程的应用前景1.信息技术2.能源技术3.生物医学4.空间探索正文：光学工程是一门研究光的产生、传播、接收、转换和控制的学科，涉及物理学、材料科学、电子工程等多个领域。
它的发展历程可以追溯到古希腊时期，经过数百年的发展，光学工程已经成为现代科技领域中的重要组成部分。
光学工程的基本原理包括光的性质和行为、光的传播和成像以及光学元件和器件。
光具有电磁波和粒子的双重性，其在时间和空间上的传播具有波动性和粒子性。
光的传播和成像涉及到光的折射、反射、散射等现象，光学元件和器件则包括透镜、反射镜、光纤等。
光学工程的主要技术包括光学设计、光学制造和光学检测。
光学设计是根据光学原理进行光学系统的分析和设计，以满足特定应用需求。
光学制造则是将光学设计转化为实际的光学产品，涉及到材料、工艺和加工等方面。
光学检测是对光学产品进行性能测试和质量控制，确保其满足设计要求。
光学工程的应用前景十分广阔，涉及到信息技术、能源技术、生物医学和空间探索等多个领域。
在信息技术领域，光学工程可以应用于光通信、光存储和光计算等方面。
在能源技术领域，光学工程可以应用于太阳能光伏、光热发电和光催化等方面。
在生物医学领域，光学工程可以应用于医学成像、生物传感和解剖导航等方面。
在空间探索领域，光学工程可以应用于遥感、天文观测和星际通信等方面。
总之，光学工程是一门具有广泛应用前景的学科，其在科学研究、产业发展和国家战略等方面都具有重要意义。
光学工程基础
光学工程基础光学工程是一门很有价值的学科，它是在物理基础上发展起来的工程学科。
光学工程涉及到的领域非常广泛，包括光学元器件的设计、制造和测试，光学成像系统的设计和制造以及光学测量和控制系统的设计和开发等。
在光学工程中，最重要的就是光学元器件的设计与制造。
光学元器件是将光线控制和转换成特定的方向和形状的装置。
它们可以设计成透镜、棱镜、波片等形式，以完成不同的光学任务。
在光学元器件的制造中，可以使用各种不同的材料，包括玻璃、塑料、金属等。
设计光学元器件的时候，需要考虑到很多因素，如形状、光学效率、镀膜、波前畸变等等。
除了光学元器件的设计与制造外，还有很重要的一部分就是光学成像系统的设计。
光学成像系统的设计要求能够实现高质量的成像，以便对各种物体进行观测和测试。
在光学成像系统的设计中，需要考虑到很多因素，如光学透镜组的设计、接收器的选择、成像距离等等。
同时，还需要根据实际的应用场景，设计不同的成像系统。
例如，对于生物医学领域，需要设计出具有高分辨率和高清晰度的成像系统，以便在研究细胞组织的时候能够更加精准地观测到细节。
在光学工程中，光学测量和控制系统也是非常重要的。
它们可以用来测量光线的波长、频率、强度等物理量，并且可以对光线进行控制和调节。
这种系统应用非常广泛，可以用于高精度的测量和控制、天文观测、激光导航、光纤通讯等方面。
在光学测量和控制系统的设计和制造中，需要考虑到很多因素，如灵敏度、分辨率、稳定性等等，以便实现高精度的测量和控制。
总的来说，光学工程是一门既有理论又有实践的学科。
通过对光学现象及其特性的研究与探索，可以实现对光线控制和转换的目的，从而为各个领域提供更有效和优质的解决方案。
同时，光学工程在国防、生物医学、信息通信等许多行业中都有广泛的应用，因此也是一门非常具有前景和发展潜力的学科。
光学工程中，光学元器件是至关重要的一部分。
光学元器件主要包括透镜、棱镜、波片、滤波器等等，它们的设计和制造对于光学系统的性能和效率具有决定性的影响。
光学工程 专业课
光学工程专业课光学工程专业课光学工程是一门研究光的产生、传播、控制和应用的学科，是光学领域中的重要学科之一。
光学工程专业课是光学工程专业的核心课程，涵盖了光学原理、光学器件、光学系统等内容，旨在培养学生掌握光学基础知识和工程实践能力。
光学工程专业课的学习主要分为理论学习和实践操作两个方面。
在理论学习方面，学生需要掌握光的基本性质、光的传播规律、光的相干性等基本理论知识。
同时，学生还需学习光学器件的原理及其应用，如透镜、棱镜、光栅等。
此外，光学系统的设计与分析也是光学工程专业课的重要内容，学生需要学习光学系统的光学设计原理、光学成像原理等。
在实践操作方面，学生需要进行实验操作，通过实验来验证理论知识的正确性，并培养学生的实际操作能力。
光学工程专业课的学习对于学生的能力培养具有重要意义。
首先，光学工程专业课的学习可以培养学生的抽象思维能力和逻辑思维能力。
在学习光学原理和光学系统设计的过程中，学生需要进行抽象思维，将抽象的理论知识与具体的实际问题相结合，进行问题的分析和解决。
其次，光学工程专业课的学习可以培养学生的实践能力和创新能力。
在实验操作和光学系统设计的过程中，学生需要运用所学的理论知识，进行实际的操作和设计，并通过不断的实践和探索，提高自己的实践能力和创新能力。
此外，光学工程专业课的学习还可以培养学生的团队协作能力和沟通能力。
在实验和实践过程中，学生需要与同学进行合作，共同完成实验和项目，培养自己的团队协作能力和沟通能力。
光学工程专业课的学习还具有一定的实际意义。
光学工程是一门应用广泛的学科，在现代科学技术和工程技术中有着广泛的应用。
通过学习光学工程专业课，可以为学生今后从事相关领域的工作打下坚实的基础。
例如，在光学仪器制造和光学通信领域，光学工程专业课的学习可以使学生掌握光学器件的设计和制造技术，从而为相关行业提供人才支持。
在光学成像和光学测量领域，光学工程专业课的学习可以使学生掌握光学成像和测量原理，为相关行业的研发和应用提供技术支持。
光学工程_精品文档
光学工程简介光学工程是一门研究光的产生、传播、控制和应用的学科，它涉及到光学元件的设计、光学系统的构建以及光学设备的制造和应用等方面。
光学工程的发展与现代科技的进步密不可分，它在通信、医学、军事、航天等领域都有广泛的应用。
光的特性及传播光是电磁波的一种，具有波粒二象性，既可以作为波动的现象进行描述，也可以看作是由光子组成的微粒进行处理。
光的特性主要包括光的干涉、衍射、透射等现象。
光的传播遵循几何光学理论，可以用射线的形式简化描述。
在光学中，光线与光线之间相互交叉叠加，会发生干涉现象。
光的衍射现象是指当光通过一个孔或者绕过一个物体时，会出现扩散和弯曲现象。
透射是指光通过材料或物体时，光线的传播路径会发生改变。
光学元件与系统设计光学元件包括镜头、棱镜、滤波器、分束器等部件，它们在光学系统中起到控制和调整光线的作用。
光学元件的设计是光学工程中的重要环节之一，它需要考虑光的入射角度、折射率、透过率等因素，以满足特定的光学需求。
光学系统是由多个光学元件组成的整体，它们协同工作以完成特定的光学功能。
光学系统的设计需要考虑光学元件的选择、位置和接口等因素，以达到设计要求。
常见的光学系统包括相机镜头、显微镜、望远镜等。
光学设备制造与应用光学设备的制造涉及到光学元件的加工、装配和调试等过程。
常用的光学加工方法包括精密研磨、激光切割和光刻等技术，以实现高精度的光学元件制造。
光学设备的装配和调试包括元件的定位和对准等操作，以保证光学系统的正常运行。
光学工程在各个领域都有广泛的应用。
在通信领域，光学工程带来了光纤通信和光网络技术，实现了高速、远距离的信息传输。
在医学领域，光学工程应用于激光治疗、光学显微镜等医疗设备的研发和制造。
在军事领域，光学工程应用于光电探测、导航、目标识别等方面。
在航天领域，光学工程带来了卫星通信、遥感、导航等技术的发展。
结论光学工程作为一门研究光的产生、传播、控制和应用的学科，在现代科技发展中具有重要的地位和作用。
第一章 光学导论
22
四、平面电磁波及其性质
（一）波动方程的平面波解 1、方程求解： 设光波沿z轴正向传播
z y
v
＝x 0
y0 z0 x y z z0 z
x
23
结果： E
2
1 2E v
z
A plane EM wave travelling alongz, has the same E x (or B y) at any point in a given xy plane. All electric field vectors in a givenxy plane are therefore in phase. The xy planes are of infinite extent in the x and y directions.
其认为发光物体都发射光微粒，这些微粒可 在真空或透明介质中以巨大速度沿直线运动。 微粒说可解释光的直线传播、光的反射现象， 亦可勉强解释光的折射。但对实验中相继发 现的大量光的干涉、衍射和偏振现象却无法 解释。
9
波动说是有胡克（R. Hooke）和惠更斯（C. Huygens）提出的。
其认为光是一种波动，光的传播不是微粒的运 动，而是运动能量按波的形式迁移的过程。 波动说能更简单地解释光的反射、折射现象。
高斯定理： S D ds Q
D: 电感强度 B: 磁感强度 E：电场强度 H：磁场强度
17
S B ds 0 l E dl 0
安培定则： l H dl I
2、麦克斯韦方程组的积分形式
高斯定理： S D ds Q
光学分析导论54页PPT
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
光学分析导论
ห้องสมุดไป่ตู้ 46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
光学工程导论
課程名稱:光電工程導論(Introduction to Photo-Electric Engineering) 授課對象:日四技二、夜四技三負責老師:張銘鋒副教授、陳茂盛講師課程目的:1.使學生瞭解光電工程的基本概念。
2.使學生瞭解幾何光學的基本原理與現象。
3.使學生瞭解雷射基本原理及結構、發光原理與特性。
4.使學生熟悉光電於產業界的工程應用與需求。
課程大綱:1.光電科技的應用2.光學發展史簡介3.光譜特性介紹4.幾何光學基本原理4-1 光的直線運動定律4-2 光的反射定律4-3 光的折射定律5.成像理論與分析5-1 成像理論分析5-2 球面鏡理論分析5-3 球面介質理論分析5-4 透鏡理論分析6.雷射原理理論分析6-1 雷射基本原理模式6-2 雷射主要結構理論分析6-3 雷射種類及應用分析7. 光纖簡介7-1 光纖的構造7-2 光纖光學原理7-3 光纖的種類課程內容:第一章:光電科技的應用本章主要介紹光電科技相關的基礎學科與相關科技領域、光電技術與應用的發展沿革、光電產業的特性、光電名詞的由來、光電科技的分類、光電科技與相關產業科技之關係、及國內相關研究單位、及光電科技與光電應用。
使學生對光電科技與光電應用有充分的概念。
第二章:光學發展史簡介本章主要介紹光學發展史，共分五個時期來說明：啟蒙時期、幾何光學時期、光的波動時期、量子時期、現代光學時期；以粒子學說理論、波動學說理論、電磁波理論、光量子理論、物質波理論來說明。
第三章:光譜特性介紹本章主要介紹電磁波光譜分佈圖，使學生瞭解可見光，紫外光、紅外光、微波、X-Ray、 -Ray等基本特性。
第四章:幾何光學基本原理本章主要介紹幾何光學基本四大基本原理，包括光的直線傳播定理、光的獨立傳播定理、光的反射定理、光的折射定理、光速如何測定、日常生活看到的光學應用、凸面鏡與凹透鏡的應用、全反射、色散、光學平行平板、折射稜鏡與反射稜鏡的應用與原理等。
第五章:成像理論與分析本章主要介紹面鏡與透鏡的成像原理，造鏡者公式推論說明、成像理論分析、球面鏡理論分析、球面介質理論分析、透鏡理論分析，面鏡與透鏡成像作圖法說明，使學生充分瞭解成像原理。
光学工程_精品文档
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光电技术
太阳能电池板、光电探测器等器 件的研制和应用涉及光学工程领 域的知识。
生物医学
光学成像技术如荧光显微镜、共 聚焦显微镜等在生物医学研究中 发挥重要作用。
02
光学基础知识
Chapter
光的本质与特性
01
02
03
03
调制器
调制器是一种能够改变光波振幅、频 率或相位的器件，常用于光通信、光 传感等领域。常见的调制器有电光调 制器、声光调制器等。
光纤通信关键器件
光纤
光缆
光纤是一种能够传输光信号 的细长介质，具有传输损耗 低、带宽宽等优点。常见的 光纤有单模光纤和多模光纤
。
光缆是由多根光纤组成的传 输线路，用于实现长距离、
系统性能评价与优化
调制传递函数（MTF）：描述光学系统传递图像信息 的能力，MTF越高，系统成像质量越好。
输标02入题
点列图与星点检验：通过点列图或星点检验评价系统 的成像质量，观察点列图的形状和分布可判断系统是 否存在像差。
01
03
优化算法与软件工具：采用遗传算法、模拟退火等优 化算法对光学系统进行优化，同时可借助Zemax、 Code V等光学设计软件进行辅助设计和优化。
发展历程
光学工程起源于17世纪的几何光学，随着科学技术 的进步，逐渐发展出物理光学、波动光学、量子光 学等分支，并在现代科技中发挥着越来越重要的作 用。
研究领域及分支
研究光的波动性质，包括光的干 涉、衍射、偏振等现象，以及光 的相干性、光谱分析等内容。
研究光与物质相互作用的量子效 应，包括光的量子化、量子纠缠 、量子通信等。
光工专业导论与前沿知识讲座报告
光工专业导论与前沿知识讲座报告光工专业导论与前沿知识讲座报告一、引言光工专业是近年来兴起的一门新兴学科，它涉及到光学、光电子技术、激光技术等多个领域。
本次讲座旨在介绍光工专业的基本概念和前沿知识，帮助大家更好地了解这门学科的重要性和发展趋势。
二、光工专业概述光工专业是一门研究利用光学原理和技术进行信息传输、能量转换和材料加工等方面的学科。
它主要包括以下几个方面的内容：1. 光学基础知识：包括几何光学、物理光学和波动光学等基础理论，以及相关实验技术。
2. 光电子技术：研究如何利用电子器件控制和处理光信号，包括传感器、放大器、调制器等设备。
3. 激光技术：研究如何产生、放大和控制激光束，以及激光在通信、医疗和材料加工等领域的应用。
4. 光纤通信：研究如何利用光纤传输信息，包括光纤的制备、连接和调制等技术。
三、光工专业的重要性光工专业在现代科技领域中具有重要的地位和作用。
它在以下几个方面发挥着重要作用：1. 光通信：随着互联网的普及和数据传输量的增加，光通信成为了一种高效、快速和稳定的数据传输方式。
光工专业研究如何利用光纤传输信息，提高通信速度和带宽。
2. 激光技术应用：激光技术在医疗、材料加工、测量等领域有广泛的应用。
通过掌握激光技术，可以实现精确治疗、高效加工和精密测量。
3. 光电子器件：随着电子设备的发展，对于更小、更快、更稳定的器件需求不断增加。
光电子器件具有快速响应、大容量等优点，在信息处理领域有广泛应用。
四、光工专业前沿知识光工专业作为一门新兴学科，不断涌现出各种前沿知识和技术。
以下是几个光工专业的前沿研究方向：1. 光子晶体：光子晶体是一种具有周期性折射率分布的材料，可以用于制备光学器件和控制光传输。
研究人员正在探索如何利用光子晶体实现高效能量转换和信息处理。
2. 纳米光学：纳米光学是研究纳米尺度下的光与物质相互作用的学科。
通过调控纳米结构，可以实现超分辨率成像、单分子检测等应用。
3. 光电子器件集成：随着电子器件的不断发展，对于更小、更快、更稳定的器件需求不断增加。
光学工程学科导论
光学工程学科导论专业：光学工程姓名：姬应科学号：S315110082 日期：2017年9月光纤传感技术是一种有别于传统传感技术的新科技，它是以光为被测量的载体，又通过光纤来传输光线，近年来得到了迅猛发展。
在光纤中传播的光自身拥有一系列的光波参数，如光强、频率、波长、相位等，外界参数对光的影响，最终会体现在这些光波参数的改变上，而这也正是光纤传感技术的工作原理，即——通过测量波长、光强、偏振等光的本征参数，来间接得到温度、压强、折射率、应变等期望测量到的物理量的真实数据。
比起传统传感器来，光纤传感器具有高灵敏度、耐腐蚀、抗电磁干扰、体积小、重量轻，传输损耗小等显著优势，已被广泛应用于温度、折射率、液位深度、压力，应变、振动等多种物理、化学变量的测量。
并且由于它是非金属、质量轻、不会产生电火花等独特优势，更适合一些对电磁干扰、火花有严格要求的特殊工作场合，这一点是传统传感器所不能比的。
因此，推动光纤传感器的深入研究，具有重大的经济利益与社会效益。
光纤传感器的工作原理，是将光源发出的具有特定光波参数的光，经光纤引入到敏感区，被测量于此处对光产生直接作用，使得光的一系列参数——光强、频率、波长、相位等——发生变化，变化后的光束被引入到光学仪器进进行检测，通过对上述的光波参数进行测量而测得外界物理量（温度、折射率、液位深度、压力，应变、振动等）的实际值。
光纤传感器主要分为以下几类：基于传感信号具有不同的调制方式，一般把光纤传感器分为按强度、按相位和按偏振态三种方式进行调制。
其中使用领域最广的一种，是传感器的信号按强度调制这种类型，它往往应用于对传感精度没有特殊要求的普通场合。
而当对测量精度要求较高时往往采用另外两种调制法。
但是一般来说，能被光学仪器直接检测到的只有光信号的强度变化，而相位与偏振态的参数变化往往需要转换为光强信号才能被仪器所检测。
但是光学参数的变化又从来不是孤立的，一种参数的变化经常耦合着另外几种参数混在里面，因此，选择适当的检测参量在光纤传感器设计中就显得非常重要。
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理学院
光学工程学科导论
学号：
专业：光学工程
学生姓名：
指导教师：
2017年9月
光学工程学科导论
1.前言
光学工程是一门历史悠久而又年轻的学科。
它的发展表征着人类文明的进程。
它的理论基础——光学，作为物理学的主干学科经历了漫长而曲折的发展道路，铸造了几何光学、波动光学、量子光学及非线性光学，揭示了光的产生和传播的规律和与物质相互作用的关系。
1997年，在我国光学界泰斗王大珩院士的建议下，国务院学位委员会同意将光学工程列为工学一级学科。
作为一门理工交叉的学科，光学工程学科的理论体系得到了不断地完善与发展，如今光学工程已发展为以光学为主，并与信息科学、能源科学、材料科学、生命科学、空间科学、精密机械与制造、计算机科学及微电子技术等学科紧密交叉和相互渗透的学科。
它包含了许多重要的新兴学科分支，如激光技术、光纤通信、光存储与记录、光学信息处理、光电显示、全息和三维成像、薄膜和集成光学、光学与光纤传感、光探测、激光材料处理和加工、弱光与红外热成像、光电测量、现代光学和光电子仪器及器件、光学遥感技术以及综合光学工程技术等。
这些分支不仅使光学工程学科产生了质的飞跃，而且推动建立了一个规模迅速扩大的前所未有的现代光学和光电子产业。
在早期，主要是基于几何光学和波动光学拓宽人的视觉能力，建立了以望远镜、显微镜、照相机、光谱仪和干涉仪等为典型产品的光学仪器工业。
这些技术和工业至今仍然发挥着重要作用。
20世纪中叶，产生了全息术和以傅里叶光学为基础的光学信息处理的理论和技术。
特别是六十年代初第一台激光器的问世，实现了高亮度和高时空相干度的光源，使光子不仅成为了信息的相干载体而且成为了能量的有效载体，随着激光技术和光电子技术的崛起，光学工程已发展为光学为主的，并与信息科学、能源科学、材料科学、生命科学、空间科学、精密机械与制造、计算机科学及微电子技术等学科紧密交叉和相互渗透的学科。
它包含了许多重要的新兴学科分支，如激光技术、光通信、光存储与记录、光学信息处理、光电显示、全息和三维成像薄膜和集成光学、光电子和光子技术、激光材料处理和加工、弱光与红外热成像技术、光电测量、光纤光学、现代光学和光电子仪器及器件、光学遥感技术以及综合光学工程技术等。
2.主要研究内容
（1）以光作为信息传递的媒介，进行对客观事物的认知与了解，特别是作为视觉及其他人身感官的延伸，包括图像及多维时空信息的传输、存储、处理、显示
等。
（2）光的产生，如激光、发光光源等。
（3）光对物质相互作用的应用，如光敏探测器件、光刻蚀、光化学等、或以光能量作为加工手段，如激光加工、激光核聚变、光能应用等。
（4）利用光学等原理进行图像及多维时空结构的观察及处理，如微光夜视技术、变像管高速摄影等。
3.学科发展方向
近些年来，在一些重要的领域，信息载体正在由电磁波段扩展到光波段，从而使现代光学产业的主体集中在光信息获取、传输、处理、记录、存储、显示和传感等的光电信息产业上。
这些产业一般具有数字化、集成化和微结构化等技术特征。
在传统的光学系统经不断地智能化和自动化，从而仍然能够发挥重要作用的同时，对集传感、处理和执行功能于一体的微光学系统的研究和开拓光子在信息科学中作用的研究，将成为今后光学工程学科的重要发展方向。
（1）平板显示技术与器件
平板显示（FPD）是采用平板显示器件辅以逻辑电路来实现显示的。
由于其电压低、重量轻、体积小、显示质量优异，无论在民用领域还是在军用领域都将获得广泛应用。
该方向主要从事发光与信息显示前沿科学问题。
既包括发光显示材料（有机材料、无机材料及其相关复合等材料），又包括诸多（场发射、等离子体、发光二极管、液晶及电致发光等）显示器件等方面的研究。
LCD、PDP、OLED是现在和未来发展的三大主流FPD技术。
LCD是一种被动发光器件，具有低功耗、高分辨率、薄型化、长寿命、尺寸变化灵活等优点。
LCD技术相当成熟，是目前和将来相当长时间的最主要的平板显示器件，但LCD 存在视角窄、响应慢、制造工艺复杂、成本高等问题，从长远看，不是一种最理想的大尺寸FPD器件。
PDP是一种主动发光器件，具有视角宽、响应快、高对比度、工艺比较简单、易于实现大尺寸显示等优点，是将来大尺寸显示的主流产品，但PDP存在发光效率低、驱动电压高、功耗大、分辨率低等缺点，不适宜用于制造40英寸以下的FPD器件。
OLED也是一种主动发光显示器件，具有低功耗、高亮度、高对比度、高分辨率、宽视角、快响应、宽温度范围、可以实现柔软显示及工艺简单等优点，从长远来看，是一种极为理想的显示器件，目前OLED 技术还不是很成熟，材料的发光效率、寿命、色纯度还不高，器件制造工艺技术，特别是LTPSTFT驱动技术、喷墨打印技术、彩色化技术还在进一步开发中，设
备还需要进一步改进。
（2）全光信号处理及网络应用技术
主要研究光通信网络、光纤传感及生物医学光子学领域的前沿课题——光分组交换全光网的网络技术及支撑光分组交换的全光信号处理技术，如光弹性分组环光纤通信网、全光缓存技术、光开关、光逻辑、光信头识别、分布式光纤传感系统、光纤性能在线检测、光纤技术在生物医学光子学中的应用等。
全光信号处理是利用全光的方法对光信号进行处理，包括功率放大、光束变换、信息提取、信息运算等，其特征是用光来控制光，避免光-电和电-光转换，对光载波上携带的信息进行处理，通常用光学方法对另一个光信号的振幅、相位或频谱信息进行变换和控制。
目前涉及的关键技术有全光波长转换、全光3R再生（包括时钟提取）、全光逻辑及其运算、全光缓存、全光采样、全光解复用/全光分插复用、全光时域信号/空域信号转换、全光模拟信号/数字信号转换、全光OTDM信号/DWDM信号转换等等。
（3）光电检测技术
在当前信息化社会中，光电技术已成为获取光学信息或提取他信息的手段。
它是人类能更有效地扩展自身能力，使视觉的长波延长到亚毫米波，短波延伸至X射线、γ射线，乃至高能粒子。
并且可以在飞秒级记录超快速现象，如核反应、航空器发射等的变化过程。
而且光电检测技术是一种非接触测量的高新技术，是光电技术的核心和重要组成部分。
通过光电检测器件对载荷有被检测物体信息的光辐射进行检测，并转换为电信号，经检测电路、A/D变换接口输入微型计算机进行运算、处理，最后得出所需检测物的几何量或物理量等参数。
因此，光电检测技术是现代检测技术的重要手段和方法，是计量技术的一个重要发展方向。
主要研究先进制造技术、轨道交通等工程领域内各种几何及物理量的光电检测机理、方法、技术与实现途径，并采用各种信息与信号处理方法与技术来获得各种评价参数，最终实现对重要零部件与设备关键参数及缺陷的实时检测与故障诊断，确保其运行安全。
（4）生物分子光探测技术
采用先进光电子学技术，以朊病毒、HIV等重要病毒为模型，开展病毒与细胞的相互作用机制、免疫保护机制研究，开展生物大分子的探测、分子相互作用识别等先进技术研究，发展快速检测技术。
开展新型病毒载体、真核表达载体技术的研究。
开发新型疫苗和药物。
近20年来，光学探测方法有了长足的进步。
在80年代出现并逐渐成熟起来的近场显微术为超衍射极限分辨成像提供了基本手段，同时也使光学显微术进入了纳米科学的领域。
而共焦显微术不仅突破传统光学的衍射极限，而且为光学探测引入了第三维空间信息，使光学探测具有了层析能力，实现了真正的空间三维成像。
超短脉冲激光技术直接导致了多光子荧光显微术的成功。
尤其是飞秒激光激发的荧光显微术，对于提取时间分辨的信息是有力的工具。
这种荧光单分子探测(SMD-single molecules detection)及单分子光谱探测(SMS-single-molecules spectroscopy)与其数据处理方法的组合，形成了荧光共振能量转移(FRET-Fluorescent resonance energy transfer)的探测方法。
通过该方法可以获得2纳米～8纳米的空间分辨率的构像信息，达到光学方法上最高的分辨率。
以上近场、共焦、荧光显微术和荧光共振能量转移四种基本技术构成了目前活跃的生物单分子探测的光学平台。
（5）光电子材料与器件
光电子材料是指在光电子技术领域应用的以光子、电子为载体，处理、存储和传递信息的特种材料。
目前已使用的光电子材料主要分为光学功能材料、激光材料、发光材料、光电信息传输材料（主要是光导纤维）、光电存储材料、光电转换材料、光电显示材料（如电致发光材料、液晶显示材料）和光电集成材料等，它们被广泛应用于高科技领域。
信息时代的“信息爆炸”要求计算机有更快的处理速度和更大的信息存储量，这些问题都可以用新型的光电材料芯片和光存储材料来解决。
再如能源危机促使人民越来越注重对更干净、更环保的太阳能和氢能开发上，而新兴的光电转换材料和储氢材料的开发将使这些清洁能源的利用和存储成为可能。
太阳能电池技术，主要研究先进的晶硅太阳电池工艺，以及单晶硅/非晶硅异质结（HIT）太阳电池技术、非晶硅薄膜太阳电池技术、有机薄膜太阳电池技术、染料敏化太阳电池技术、宽带吸收增强太阳电池技术等。
研究稀土发光、半导体发光、白光LED照明、无汞荧光灯、光学薄膜基本设计、光存储、光电探测等材料及光电器件，研究这些材料和器件的新技术和新工艺以及它们的应用。