光电专业实验创新思维模式探索

分类:论文范文 发表时间:2022-06-07 09:01

  【摘要】光电专业实验是光电信息科学与工程专业的必修课,传统的教学方法即让学生按照实验方案做实验、分析实验现象、得出实验结论,为了提高学生的创新能力,文章依次对几何光学综合实验、物理光学综合实验、光电探测器特性测量实验等综合实验内容进行探讨,研究出适合每个实验的创新思维模式,为培养光电类创新型思维人才提供帮助。

  【关键词】光电专业实验;光电信息科学与工程;创新思维

  0引言

  光电信息科学与工程专业是光电技术与实践结合非常紧密的学科,学生要掌握光电领域前沿问题,不仅要学习光学基础课,包括应用光学、物理光学、信息光学、激光原理与技术等,还要完成许多光电专业实验,掌握先进实验方法,并且具备科学的创新思维。国内很多学者都对光电实验进行了研究[1-4]。王吉明等对光电信息科学与工程专业实践教学体系进行研究,分层阐述了实践教学体系的内容、运行方式和实际效果[5]。陶鹏程等探索光了光电实验的自主设计实验教学模式,该方法可有效激发学生的实验兴趣,提高学生主动学习意识和学习能力,为培养创新型人才奠定基础[6]。辽宁科技大学光电信息科学与工程专业十分重视光电专业实验创新思维模式建设,经过多年的实验建设,完善了涵盖四年的实验教学体系,能够满足本专业对光电专业实验教学的基本要求。结合笔者对光电专业实验的教学经验,探索出适用于本专业的一些光电实验相关的创新思维内容,该内容拟对光电实验创新思维的培养有所助益。

光电专业实验创新思维模式探索

  1光电专业实验教学基本内容

  光电专业实验在教学大纲中为实验必修课,是在大四秋季即第七学期开展的实验课程,本课程为48学时,学分是2.5分。要求学生掌握几何光学、物理光学相关仪器和实验装置的调节和搭建,掌握激光器的出光调节、调Q、倍频等的搭建和调节,熟悉光纤的基本参数和测量方法,掌握光纤传感器的设计原理和搭建,了解光谱仪的使用以及弱信号测量等内容。实验内容专业性较强,能够使学生充分掌握光电专业相关基本器件原理,并锻炼学生动手操作能力的培养。

  2光电实验创新思维模式探索

  2.1几何光学综合实验

  本实验要求学生掌握薄透镜的成像规律,采用自准直法和二次成像法测量薄透镜焦距等内容,本实验与应用光学及工程光学所学理论知识紧密相关,实验教学尤其要强调动手能力培养,让学生充分掌握透镜、平行光管、显微镜及望远镜等知识,不仅强化理论还要增强动手调节光路的能力。对于几何光学实验的创新思维,完全可以通过动手来加强,比如,调节透镜时可以观测成像是倒立还是直立,在哪个位置实现的,还有望远镜、显微镜系统的原理是如何实现的,等等。学生需发挥创新思维来研究理论与实验,看如何能构造出适合其他实验要求的光学系统,是否可以扩展其他光学系统,如何优化器件结构的知识,同时教师应注重启发学生光学系统在科学研究中的重要作用。

  2.2物理光学综合实验

  本实验要求学生掌握杨氏双缝和马赫—曾德干涉实验,菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射实验等内容,因与物理光学理论知识紧密相关,干涉、衍射、偏振等实验现象都能通过学生的动手操作来实现,通过实践来强化他们的理论水平。创新思维的培养这里可以有很多,可以让学生通过干涉的实验操作及课上讲解的原理来探讨干涉在工程领域的作用,怎样实现测量波长等内容。衍射现象理论公式较多,但生活中却无时无刻不在发生着衍射现象,可以让学生创新性地去设计衍射光路,体会到能够实现自己想法的胜利感。对于偏振实验,可以让学生思考偏振片原理,偏振可以应用在哪些领域,还是否可以扩展全新的应用领域。让学生创新性地思考实现干涉后的光是否可再发生衍射或偏振,把三者中的两者结合会有哪些现象,可以增强学生的创新思维,同时也会大大提高他们的学习兴趣。

  2.3光电探测器特性测量实验

  本实验要求学生完成光电探测器光谱响应特性和响应时间的测试实验,以及光电倍增管及其特性测试实验。这里需用到光栅单色仪,学生往往对这个器件了解较少,但实际应用价值很大。首先,可以对硅光电二极管和热释电探测器进行比较,相互进行光谱响应特性实验,有对照则会有不同现象,从而让学生掌握光谱响应的相关理论及应用。其次,对光栅单色仪的理解,一定要结合器件构造让他们看到不同波长(即颜色)的光输出,加深其对单波长光的调节的理解,更加强单色仪原理及应用的理解,启发学生思考单色仪的广泛用途。最后,加深其对光电倍增管的理解,实验中大多学生能测到弱光信号及放大的光信号,但由于器件密封,他们对真空光电倍增管原理理解不透彻,则可通过创新性的结合原理图与观察器件比较的实验方法,来增强学生对光电倍增管原理及应用的理解。

  2.4光纤参数测量与应用综合实验

  本实验要求学生掌握光纤耦合效率、光纤数值孔径、损耗测量、几何参数测量等内容,通过本实验,学生完全学会光纤传输基本原理及光纤耦合等内容。创新性思维在这里面也涉及许多,学生可以通过单模和多模光纤对比进行实验测量,这样可以明确知道单模和多模光纤的区别及联系,尤其在光纤通信实验里,明显若要歌曲传输无噪声,单模光纤通信时必须要准确找到耦合效率最大的位置,而多模却无须特别精确。通过这里调节,学生更好理解光纤通信原理以及要解决的技术困难等内容。在观察光纤端面时,让同学对单模和多模光纤横截面进行比较,可明显区分出是哪种光纤,是他们充分掌握光纤的结构,并于理论联系起来,为将来从事光纤方面的工作打好基础。

  2.5光纤传感综合实验

  本实验要求学生搭建出半光纤、全光纤马赫曾德干涉实验,掌握光纤位移传感器、微弯传感器、电流传感器等内容,马赫曾德干涉实验是物理光学实验中非常经典的实验,其纯物理光学方法搭建实现比较困难,那么在这里可与之对比,搭建过程会依靠光纤,干涉效果更明显,而且通过全光纤实现和半光纤实现他们的现象是一致的,但搭建难度可不一样。同时创新性使学生掌握光纤位移及微弯传感器原理以及测量,探讨他们的应用,能更加增强学生对光纤传输、光纤损耗等内容的掌握,为将来从事相关工作做好理论及实践基础。

  2.6液晶空间光调制器及微光学研究实验

  本实验要求学生对液晶分子有较明确的认识,掌握液晶空间光调制器(SLM)原理及使用,利用SLM对光进行振幅调制及相位调制等内容。创新性让同学们对液晶分子进行观测,显微显示出液晶分子表面结构以及液晶分子的结构,所以学生会对液晶显示技术更加充分理解。通过SLM调制光信号,可以让学生充分了解光调制技术,让同学积极思考调制后的光变成什么样子,调制后光信号是否衰减,等等问题,这里的圆孔衍射及圆环衍射,可以通过空间光调制器实现并与之前物理光学实验中纯器件实现的衍射图相对比,也要与理论衍射图想对比,学生更能加强理解衍射相关理论知识。

  3结语

  本专业光电专业实验开展光学类实验较多,所以学生学起来比较困难,必须在理论课全部完成的情况才能进行,当然还有一些其他的实验,例如Nd:YAG固体激光原理及调Q实验,He—Ne激光模式选择实验等等,这些已经在一些相关课程中开展。光电专业实验后续应该开展一些更有利于学生就业的实验内容,例如激光打标、激光焊接、紫外激光实验等内容,会对学生相关企业就业创新思维模式的培养更有帮助。本实验中的创新思维模式培养已培养近两届毕业班,用人单位反馈比较良好。当然,对光电创新性实验要更进一步开发与研究,培养学生更多的、更新的创新思维。

  【参考文献】

  [1]李传亮,邱选兵,李晋红,等.工科类院校光电实验教学改革探索:以太原科技大学为例[J].教育现代化,2019,6(47):41-43.

  [2]张思佳.光电信息科学与工程的发展前景和规划探究[J].教育现代化,2019,6(31):21-22.

  [3]隋国荣,王宁,贾宏志,等.光电信息科学与工程专业的实践教学探索[J].大学教育,2020(9):90-92.

  [4]沈洪斌,李刚,胡文刚,等.突出军校专业特色建设现代光学实验中心[J].实验室研究与探索,2011,30(2):91-94.

  [5]王吉明,吴彤,阚彩俠,等.光电信息科学与工程专业实践教学体系研究[J].实验科学与技术,2019,14(7):40-43.

  [6]陶鹏程,周新磊,陈珂,等.光电信息科学与工程自主设计实验教学模式探索[J].2021,24(1):94-97.

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