光学光电子概念精选(九篇)

第1篇：光学光电子概念范文

[关键词]比较法； 光电子学； 教学； 双语课程

中图分类号：H319 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0001-02

概述

《Optoelectronics》课程是光电信息科学与工程等专业一门重要的专业基础课程，主要讲述光的产生、光的探测、光的调制的基本原理。在高校专业课程教学中，为了让学生接触到本专业的一些前沿知识和最新研究进展，同时也是为了提高学生阅读外文科技书籍和资料的能力，课程采用外文原版教材和中英文参考书[1-3]，使用双语教学，学生刚接触该课程时出现畏难情绪，缺乏兴趣和主动性。为调动学生学习的积极性，提高教学效率和效果，在教学中应用比较法，不仅使学生在前修课程或本课程前面章节已学的知识点得到巩固和深化，而且使新知识点的教学事半功倍。

比较法的应用

比较法能够开拓学生的思维空间，在分析鉴别中把握知识的重点，较正确地把握概念、原理、结构、计算方法之间的联系与区别。将比较法如何运用于教学中呢？比较法教学，就是把内容或形式上有联系的知识点进行对比、分析，指出其相同点、不同点的教学方法[4]。其主要方法：

（一）求同比较。就是将相同的知识，或性质相似的知识点放在一起加以比较。这样通过相同点的比较，学生把握两组或多组知识点的内涵，能够使理解深入并真正掌握。

（二）求异比较。事物之间存在差异，这是极普遍的现象。在教学实践中，求异比较是启发学生尽量多地寻找出不同点，通过两组或多组知识点间差异的比较，抓住其本质区别，激发学生拓宽对知识点的理解的广度，并可使学生获得更新的结构、性能的设计思路。

高校教学中，在前修课程的基础上，通过专业基础课的学习，为后面的专业课程打下牢固的基础。《Optoelectronics》着重于与光通信技术相关的光电子器件，知识点教学主要分为概念、原理、结构和特性参量的教学。

一、比较法用于关键概念的教学

《Optoelectronics》双语课程中新概念多，仔细归类，发现可作比较的概念不少，如：带间跃迁和带内跃迁、损耗和增益等。在关键概念的教学中，引导学生与前修课程或本课程前面已学的相关概念进行比较，或者直接将两个并列的概念同时引入，比较其异同点。

如图1的PPT所示，在1.6节引入带内跃迁（Intraband transitions）时，与前面已学的1.4节中的带间跃迁通过示意图、条件、跃迁前后状态的变化以及各自应用进行比较，学生不仅很快理解了“带内跃迁”新概念，而且对“带间跃迁”掌握得更深刻。

自发辐射和受激辐射是4.2节中同时引入的概念，教学中：

先给出定义。在热平衡下，如果在半导体的导带与价带中分别有一定数量的电子与空穴，导带中电子以一定的几率与价带中空穴复合并以光子形式放出复合所产生的能量的过程称为自发发射跃迁；导带电子与价带空穴复合过程在适当能量的光子激励下进行的，由复合产生的光子与激发该过程的光子有完全相同的特性（包括频率、相位和传播方向等），这种跃迁过程称为受激发射。

再进行求同比较和求异比较。相同点如图2所示，两种过程前后的状态变化都是导带电子与价带空穴复合发出光子。不同点主要是条件不同，一个是自发的，一个必须有光子激励且光子能量等于禁带宽度；发出的光子的特性不同，自发辐射发出的光子是非相干的，对应半导体发光二极管（LED）的工作原理；受激辐射发出的光子是全同光子，是相干光，对应

半导体激光器（LD）、半导体光放大器（SOA）的工作原理。

通过这样的教学步骤，学生易于理解并在比较中牢固掌握概念，在后续器件原理的学习中，能够熟练应用概念，结合器件结构易于理解工作原理。

二、比较法用于基本原理的教学

基本原理是各课程的重点和基础。在《Optoelectronics》双语课程中，主要是各种器件的工作原理，如检测器原理与光源原理；各种工作模式的原理，如小信号调制、大信号调制和脉码调制。

《Optoelectronics》双语课程的第二章主要阐述了光电检测器――PIN和雪崩二极管（APD），第三章的重点是LED，第四章着重于LD的静态。那么在第四章教学的开始，如图3所示，将课程中光电子器件的两大类――检测器（PIN、APD）和光源（LED、LD）从整体上进行比较。首先找出共同点，无论检测器还是光源都是换能器（Transmitter），只不过检测器是将光能转换成电能，而光源是将电能转换成光能，这样的相同之处就可以引导学生学习第四章时类比前两章的方法。然后找不同点，主要是结构和偏置状态不同，检测器反向偏置，光源正向偏置，这样就可归结于前修课程中的不同偏置下的半导体PN结的工作原理，所以第四章中的很多公式的推导和分析只要抓住结构和偏置的不同，借鉴已有的知识和方法，难点就迎刃而解了。

类似的原理用比较法讲解，也起到了很好的效果，如图4所示，在5.2节引入LD的三种直接调制方式的原理时，通过三种调制方式输入输出波形的比较，让学生直观明了地理解了这三种调制方式，学生当堂能自己作分析比较：小信号调制和脉码调制本质上属于一类，输入脉冲信号都在阈值之上，所不同的仅在于输入信号在阈值之上的调制幅度的大小；大信号调制，并不是输入信号大，而是指输入信号在阈值的上下变化，因此响应速度是最慢的。

三、比较法用于核心器件结构的教学

前面已提到课程中涉及的光电子器件主要是检测器PIN、APD和光源LED、LD，差别主要在于结构，所以本课程中引入新结构的时候，一般都会与前面同一类型的结构进行比较，如PIN和APD、面发射和边发射LED、增益导引型和折射率导引型LD等。

在2.7节引入APD的典型结构时，与2.6节的PIN的结构比较，如图5所示。找出它们的异同，发现最外的两层都是重掺杂而且很薄，吸收区都很厚，区别在于APD多加了一层，这层作为雪崩区，电场强度大而且尽量保持均匀，因此接下来的教学主要围绕这层高场强的雪崩区展开，这样重点突出而且引入快，也引起学生的兴趣第3.5节阐述LED的先进结构，其中边发射和面发射的结构如图6中左边的两个结构图所示，应用比较法，突出主要异同点：都有异质PN结；不同之处以如图6中右边两个简图所示，边发射LED顶面是条形电极，侧边发光，类似LD的发光方式；面发射LED为了得到准直的光束，在顶面电极开口处放置微透镜聚焦。运用对比的方法，并化繁为简，画出简图，能让学生一目了然，对结构特点也易掌握。

四、比较法用于重要特性参量计算的教学

比较法不仅适用于定性知识的教学，对器件特性的定量计算也起到触类旁通的效果。

2.4节和2.6节中都有光电流的计算，可通过比较法，在2.4节的基础上便捷地推导出2.6节中的光电流。如图7中上面的能带图所示，当光入射到反向偏置的PN结中，产生的光电流包括P区和N区中的扩散电流以及耗尽区的漂移电流；而当光入射反向偏置的PIN检测器，如图7中下面的能带图所示，P和N都很薄，扩散电流可忽略，而I区的厚度比PN结中的耗尽区的厚度大得多，所以计算其中的漂移电流时，积分号中的产生率不能近似为常数。

课程中最重要的参量计算是围绕器件的转换效率，如图8所示，在第二章虽然反复强调PIN和APD的转换效率、输入光子流、输出电流三者的互算关系，但在作业中有不少同学没有理解，只是背公式，因此出现不少错误。在第三章中再次提到LED的转换效率、输入光子流、输出电流三者的互算关系时，利用比较法，抓住共同点都是换能器，输入量乘以转换效率得到输出量，这样大多数学生能马上领会到效率在等式中的位置对于检测器和光源是不同的，因为两者的输入输出量正好相反。

教学法应用体会

实践表明， 充分利用比较法进行课程教学， 可以帮助学生理解新概念、基本原理、器件结构以及特性参量的计算方法，并巩固原有知识，激发学生的学习兴趣，主动在比较中寻找规律，以达到触类旁通，充分培养学生综合分析能力，提高教学效果。

参考文献

[1] Jasprit Singh. 半导体光电子学（英文版）[M].纽约：McGraw-Hill出版社， 1995.

[2] S. O. Kasap.光电学与光子学（英文版）[M]. 伦敦：Prentice Hall出版社， 2001.

[3]黄德修.半导体光电子学[M].成都：电子科技大学出版社，2013.

第2篇：光学光电子概念范文

【中图分类号】G630

论文概述：本文概述了物理模型的定义和它的理论基础，详细介绍了物理模型的构建对物理学发展和物理思维训练起的作用，及其如何在高中物理课堂教学中构建物理模型，最终达到培养学生物理创造性思维的目的。

一、物理模型的概述

物理模型是理论知识的一种初级形式，就是将我们研究的物理对象或物理过程、情境通过抽象、理想化、简化、和类比等方法，进行“去次取主”、“化繁为简”的处理，把反应研究对象的本质特征抽象出来，构成一个概念或实物的体系，就形成物理模型。物理模型既源于实践，而又高于实践，在我们的生活、生产、科技领域中带有普遍的共性特征，具有一定的抽象概括性。物理模型的构建是一种重要的科学思维方法，通过对物理现象或过程，从而寻找出反映物理现象或物理过程的内在本质及内在规律达到认识问题的目的。

物理模型的构建是建立在建构主义的基石上的。建构主义对学习的解释主要有以下几点：1、学习是一种建构的过程。知识来之于人们与环境的交互过程中。学习者在学习新的知识单元时，不是通过教师的传授而获得知识，而是通过个体对知识单元的经验解释从而将知识变成了自己的内部表述。因此，教学的目标是使学生形成对知识的深刻理解，即"为理解而学习"。2、学习是一种活动的过程。学习过程并非是一种机械的接受过程，在知识的传递过程中，学习者是一个极活跃的因素。教学的过程就是引导学生的高级思维活动来解决问题的过程，即"通过问题解决来学习"。这就要求教学要引导学生不断思考，不断地对各种信息和观念进行加工和转换，通过新、旧知识经验的相互作用完成对知识的建构。3、学习必须处于真实的情境中。学习发生的最佳情境不应该是简单抽象的，相反，只有在真实世界的情境中才能使学习变得更为有效。学习的目的不仅仅是要让学生懂得某些知识，而且要让学生能真正运用所学知识去解决现实世界中的实际问题。

二、构建物理模型的作用

1、物理模型是物理规律和理论赖以建立的基础。

物理学的目的是探索自然界广泛存在的各种最基本的运动形态、物质的结构及其相互作用，为自然界物质的运动、结构及相互作用提供一幅绚丽多彩、结构严谨的图画，以便人们认识世界和改造世界。要达到这样的目的，必须得出反映物理现象、物理过程在一定条件下必然发生、发展和变化的规律，揭示物理事物本质属性之间的联系，此即物理规律，并要求在此基础上形成系统的、自洽的、严密的物理理论。而由于自然界物质的复杂性和多样性，完全按照物理客体的本来面目进行研究，问题将变得很复杂，很难得出定量的物理规律和系统的物理理论，这就要求我们对其进行抽象，得出反映物理客体本质属性的物理模型。

法拉第在1852年，对带电体、磁体周围空间存在的物质，设想出电场线、磁场线一类力线的模型，并用铁粉显示了磁棒周围的磁力线分布形状，从而建立了场的概念，对当前的传统观念是一个重大的突破。1905年爱因斯坦受普朗克量子假设的启发，大胆地建立了光子模型，并提出著名的爱因斯坦光电效应方程，圆满地解释了光电效应现象。卢瑟福以特有的洞察力和直觉，抓住α粒子轰击金箔有大角度偏转这一反常现象，从原子内存在强电场的思想出发，于1911年构思出原子的核式结构模型。“哈勃定律”所反映的大爆炸宇宙模型，指出了我们周围的宇宙并不是静态的、恒定的、而是动态的、膨胀的。从而冲破了传统观念的束缚，为研究宇宙的起源和演化扫清了道路。

2、利用物理模型可解释物理现象和实验定律。

利用物理模型，可得出一些是实验事实相符合的理论结果，从而解释物理现象和实验定律。例如爱因斯坦建立光的波粒二象性模型来解释光电效应实验事实。光电效应是当光照射到金属上时，有电子从金属中逸出。这种电子称为光电子。实验证明，只有当光的频率大于一定值时，才有光电子发射出来；如果光的频率低于这个值，则不论光的强度多大，照射时间多长，都没有光电子产生；光电子能量只与光的频率有关，而与光的强度无关，光的频率越高，光电子的能量就越大；光的强度只影响光电子的数目，强度增大，光电子的数目就增多。按照爱因斯坦光的波、粒二象性模型，当光照射到金属表面时，能量为hγ的光子被电子吸收。电子把这个能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力做功（逸出功），另一部分就是电子离开金属表面后的动能。这个能量关系可写为 。这样就利用爱因斯坦光的波粒二象性对光电效应的实验结果作出了完美的解释。

3、利用物理模型可作出科学的预言。

作为对物理事物简化描述的物理模型，不仅能够解释物理现象和实验定律，而且也常常能够作出科学的预言，指明进一步研究的方向。

4、教学中物理模型的构建实质上就是培养物理的创造性思维。

所谓物理创造性思维，就是物理思维结果具有新奇性、独创性、目的性和价值性的物理思维活动。

三、在高中物理教学中如何建模？

在研究物理问题当中，将物理对象、物理过程或物理情境处理成简单的模型后进行分析与计算十分常见。

1、对物理概念建模。

物理概念是客观事物的物理共同属性和本质特征在人们头脑中的反映，是物理事物的抽象，是观察、实验和物理思维的产物。任何物理概念的形成都离不开物理思维。

2、对物理过程建模。

在中学物理中建立的理想化的物理过程有匀速直线运动、匀变速直线运动、自由落体运动、平抛运动、匀速圆周运动、简谐运动、简谐波、绝热过程等。它们从不同的侧面和角度描述和揭示了各种问题中实际过程的特征，也标志着物理学研究的深化。

3、对物理情境建模。

“情境”教学是建构主义当然也是物理教学别提倡的，让学生在情境中学，能给枯燥的学习生活带来活力，尤其是从学生喜闻乐见的生活实际出发，以图画、情境、过程展现出来，使学生亲身体验物理就在生活当中，物理就在我们身边，给学生提供充分动手操作，自主探索和交流的机会，让学生主动研究充满物理规律的实际问题，思维能力，情感态度等方面都得到进步。在创设情境中要注意情境的生活化、现实性。

第3篇：光学光电子概念范文

物理模型是理论知识的一种初级形式，就是将我们研究的物理对象或物理过程、情境通过抽象、理想化、简化、和类比等方法，进行“去次取主”、“化繁为简”的处理，把反应研究对象的本质特征抽象出来，构成一个概念或实物的体系，就形成物理模型。物理模型既源于实践，而又高于实践，在我们的生活、生产、科技领域中带有普遍的共性特征，具有一定的抽象概括性。物理模型的构建是一种重要的科学思维方法，通过对物理现象或过程，从而寻找出反映物理现象或物理过程的内在本质及内在规律达到认识问题的目的。

物理模型的构建是建立在建构主义的基石上的。建构主义对学习的解释主要有以下几点：1、学习是一种建构的过程。知识来之于人们与环境的交互过程中。学习者在学习新的知识单元时，不是通过教师的传授而获得知识，而是通过个体对知识单元的经验解释从而将知识变成了自己的内部表述。因此，教学的目标是使学生形成对知识的深刻理解，即“为理解而学习”。2、学习是一种活动的过程。学习过程并非是一种机械的接受过程，在知识的传递过程中，学习者是一个极活跃的因素。教学的过程就是引导学生的高级思维活动来解决问题的过程，即“通过问题解决来学习”。

二、构建物理模型的作用

1.物理模型是物理规律和理论赖以建立的基础

物理学的目的是探索自然界广泛存在的各种最基本的运动形态、物质的结构及其相互作用，为自然界物质的运动、结构及相互作用提供一幅绚丽多彩、结构严谨的图画，以便人们认识世界和改造世界。要达到这样的目的，必须得出反映物理现象、物理过程在一定条件下必然发生、发展和变化的规律，揭示物理事物本质属性之间的联系，此即物理规律，并要求在此基础上形成系统的、自洽的、严密的物理理论。而由于自然界物质的复杂性和多样性，完全按照物理客体的本来面目进行研究，问题将变得很复杂，很难得出定量的物理规律和系统的物理理论，这就要求我们对其进行抽象，得出反映物理客体本质属性的物理模型。

法拉第在1852年，对带电体、磁体周围空间存在的物质，设想出电场线、磁场线一类力线的模型，并用铁粉显示了磁棒周围的磁力线分布形状，从而建立了场的概念，对当前的传统观念是一个重大的突破。1905年爱因斯坦受普朗克量子假设的启发，大胆地建立了光子模型，并提出著名的爱因斯坦光电效应方程，圆满地解释了光电效应现象。卢瑟福以特有的洞察力和直觉，抓住α粒子轰击金箔有大角度偏转这一反常现象，从原子内存在强电场的思想出发，于1911年构思出原子的核式结构模型。“哈勃定律”所反映的大爆炸宇宙模型，指出了我们周围的宇宙并不是静态的、恒定的、而是动态的、膨胀的。从而冲破了传统观念的束缚，为研究宇宙的起源和演化扫清了道路。

2.利用物理模型可解释物理现象和实验定律

利用物理模型，可得出一些是实验事实相符合的理论结果，从而解释物理现象和实验定律。例如爱因斯坦建立光的波粒二象性模型来解释光电效应实验事实。光电效应是当光照射到金属上时，有电子从金属中逸出。这种电子称为光电子。实验证明，只有当光的频率大于一定值时，才有光电子发射出来；如果光的频率低于这个值，则不论光的强度多大，照射时间多长，都没有光电子产生；光电子能量只与光的频率有关，而与光的强度无关，光的频率越高，光电子的能量就越大；光的强度只影响光电子的数目，强度增大，光电子的数目就增多。按照爱因斯坦光的波、粒二象性模型，当光照射到金属表面时，能量为hγ的光子被电子吸收。电子把这个能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力做功（逸出功），另一部分就是电子离开金属表面后的动能。这个能量关系可写为。这样就利用爱因斯坦光的波粒二象性对光电效应的实验结果作出了完美的解释。

3.利用物理模型可作出科学的预言

作为对物理事物简化描述的物理模型，不仅能够解释物理现象和实验定律，而且也常常能够作出科学的预言，指明进一步研究的方向。

教学中物理模型的构建实质上就是培养物理的创造性思维。

三、在高中物理教学中如何建模？

在研究物理问题当中，将物理对象、物理过程或物理情境处理成简单的模型后进行分析与计算十分常见。

1.对物理概念建模

物理概念是客观事物的物理共同属性和本质特征在人们头脑中的反映，是物理事物的抽象，是观察、实验和物理思维的产物。任何物理概念的形成都离不开物理思维。

2.对物理过程建模

在中学物理中建立的理想化的物理过程有匀速直线运动、匀变速直线运动、自由落体运动、平抛运动、匀速圆周运动、简谐运动、简谐波、绝热过程等。它们从不同的侧面和角度描述和揭示了各种问题中实际过程的特征，也标志着物理学研究的深化。

3.对物理情境建模

“情境”教学是建构主义当然也是物理教学别提倡的，让学生在情境中，能给枯燥的学习生活带来活力，尤其是从学生喜闻乐见的生活实际出发，以图画、情境、过程展现出来，使学生亲身体验物理就在生活当中，物理就在我们身边，给学生提供充分动手操作，自主探索和交流的机会，让学生主动研究充满物理规律的实际问题，思维能力，情感态度等方面都得到进步。在创设情境中要注意情境的生活化、现实性。

第4篇：光学光电子概念范文

物理概念教学也是物理教学的重要内容之一，新课程改革也涉及了高中物理概念教学，因此，需要正确认识高中物理概念教学，提高教学质量。那么，如何进行高中物理概念教学呢？笔者总结几点论述如下。

一、通过列举事实进行概念教学

在日常生活中，其实有很多事物和现象都和物理概念相关，为了帮助学生顺利掌握物理概念，可以恰当地列举生活中的典型事例，唤起学生已有的感性认识，帮助学生形成正确的物理概念。例如，教师在教授“惯性”概念时，可以利用学生坐公交车的经历帮助他们理解“公交车启动的时候，人会向后仰，刹车的时候，人会向前倾”的现象。这样学生就能理解“物体有保持原来运动状态的性质”。

再如，在讲授“质点”时，学生很难理解这个概念，简单地说质点就是忽视物体的大小和形状，只计其质量的点。然而，在什么情况下，可以将其看着是质点呢？这时，教师可以利用地理知识进行举例，使质点的说法形象化。我们都知道地球在自转的同时还围绕太阳进行公转，因此地球距离太阳的位置不停地发生变化，如果说地球到太阳的距离为1.5×108km，而地球的直径只有1.3×104km，还不到它与太阳距离的万分之一。这就是说如果在研究地球的公转时，由于地球运动而引起地球上面物体运动存在的差异，可以忽略不计，即可以忽略地球的大小和形状，把地球看成一个质点。但是如果要研究地球的自转，就不能忽略地球的形状和大小，把它看成一个质点。又如，行驶在轨道上面的火车，它的内部结构很复杂，特别是发动机、传动机构等的运动，但如果只研究整列火车的运动，就不需要考虑火车的内部运动，而把火车看成一个质点在运动。

总之，在物理概念教学中，可以结合实际生活中的例子，引导学生形成物理概念。

二、通过物理实验进行概念教学

通过实验演示相关物理现象和过程，可以帮助学生较好地理解有关概念的内涵和外延。

例如，学习“弹力”时，弹力产生的原因是由于物体发生了弹性形变。学生对用手拉橡皮筋或者用手压弹簧有较好的感性认识。但是如果用手压铁块、玻璃瓶或者其他比较坚硬的物体，它们也会发生形变吗？这时，可以设置这样一个实验，如图所示，在一个水平的桌子上，放两个平行平面镜，将一束激光射到一个平面镜M上，就会看到光被反射到墙上形成光斑。如果用力压桌子，桌子就会发生形变，墙上的光斑就会发生移动，用力越大，光斑移动越显著，不压桌子后，光斑又恢复原位。通过这些感性材料，让学生亲眼看到坚硬物体也会发生形变，知道了“弹力是由于施力物体发生弹性形变产生的”。

总之，教师要尽量使用多种教学手段，让直观形象的感性材料和抽象的物理概念产生直接的联系，让学生在感性认识的基础上建立抽象的物理概念。

三、通过类比进行概念教学

物理教学中有很多概念都是抽象、难以理解的，但是可以利用类比法进行讲授分析，这样有利于学生掌握。例如，在教授电源的作用时，可保持导体两端的电势差，从而使电路中有持续的电流，这是个非常抽象的物理概念，也没有其他实验或者工具能够直观展示整个过程，单纯讲解、分析，学生听起来非常吃力。但是，如果利用抽水机的工作原理进行类比，就有助于学生理解电源的作用。

通过类比，学生比较容易理解电流形成的条件，也就容易理解电压的概念及作用。

四、结语

总之，优化高中物理概念教学，旨在以最少（时间、精力、物力）的投入求得最大的产出（效果、质量）。当然，这种优化是在新课程改革理念下进行的，应遵循教学原则和教学规律。学校、教师和学生都要尽量去优化课堂，以提高教学效率。



参考文献

[1]郑淳，郭定和.新课程理念下高中物理概念课的有效教学策略[J].教育与教学研究，2009（11）.

第5篇：光学光电子概念范文

【关键词】光存储电磁感生透明暗态极化声子绝热相干操控

一、全光型光纤通信技术的发展现状

二十一世纪是信息高度发展的世纪，信息技术已经逐渐渗透到人们日常生活中的各个方面，并发挥着不可替代的作用。随着人们对于信息技术的需求不断增加，信息传递技术的创新迫在眉睫，如何才能满足信息量日益增多的现状成为信息传递首要解决的难题。根据生产经验而言，激光是满足日益复杂信息传递的最佳工具，因此催生了全光通信技术的发展。

目前研究的重点就是利用何种技术结合先进的光学材料来实现对于光信号的随意控制。上世纪末美国率先解决了对于光脉冲群速度的随意控制难题，实现了对于光信息的人工控制，这意味着光存储已经实现。

二、电磁感生透明及原子介质中的光群速减慢

电磁感生透明也是由美国科学家提出的新概念，电磁感生透明是种量子干涉效效应，电磁感生透明的意思是指在光吸收的介质中，假设用两个具有轻微失谐的光脉冲共同作用于该介质，在共振的情况下，光吸收介质就变为了光透明介质。一旦出现电磁感生透明现象，光脉冲的群速度也会相应降低，而且降低的幅度也比较大，并且可以将光信息以原子态的形式储存。现阶段研究人员提出要想实现电磁感生透明现象，必须要满足两个基本条件，其一就是必须有两束光，而且相位和频率必须固定，一束光作为控制光线，一般情况下都是脉宽比较宽的脉冲，另外一束则为信号光束，其光束的强度比控制光束的强度要小很多。再者两束光线必须都能与三能级原子介质发生相互作用，还必须满足共振条件。上述两种条件都能满足的光束能够使原子处于暗态，进而提高光介质的透明率。换句话说调整光的强度就能够控制原子介质的投射率，也就是色散情况，进而实现对于光脉冲信号群速度的控制。

电磁感生透明现象的发现，最为重要的应用就是控制光脉冲的速度，在此之前已经能够将光脉冲的群速度降低，但是降低的幅度较小，还不能满足人们生活生产的需要，电磁感生透明技术能够有效降低光脉冲的群速度，并且通过进一步的研究发现，利用相干操控技术，光脉冲群速度与慢光之间还能进行相互转化。

光存储的暗态极化声子理论及原子介质中的光存储

随着电磁感生透明技术的发展，人们不仅要控制光脉冲群速度，而且要让其完全停下来。如果能够将光脉冲的群速度完全的停止下来，就能实现全光通信中的光储存。经过人们不懈努力，现在终于能够通过冷原子和热原子实现将光脉冲的群速度完全的控制下来，光储存技术的关键就是要创设合适的环境，也就是说在对光脉冲群速度的完全停止过程中，绝热地关掉，并打开控制光束，对于绝热开关的过程其实就是光储存的过程。

目前德国科学家又提出一个新的概念叫做暗态极化声子，该概念已经能够定量的计算出操控光脉冲群速度并且将信息储存的具体方式，主要方法就是将光脉冲函数与原子函数共同组成一个波函数，当进行光储存过程时，在两束光束处于暗态的前提下，光脉冲与原子脉冲组成的新粒子将会稳定的传递，这其中最为关键的就是光脉冲携带的信息和原子态可以通过光强的改变而被人工控制，随着暗态极化声子技术的出现，大大缩短了人们研究光储存的时间，很快就有研究人员表示能够实现光脉冲的储存和自由释放，时间长达一毫秒甚至是两百微秒，并且随着研究的不断深入，光储存的时间还会更长。现阶段人们不单单是研究其他介质的光储存，而且将研究对象转向了固体介质中的光储存，并且已经在常温晶体中取得了较为明显的成就。

我国在光储存及光脉冲群速度的控制研究中，一直处于世界前列。对于电磁感生透明技术为代表的量子干涉技术的研究也一直在不断的深入中。我国率先提出了将电磁感生透明技术以量子形式储存应用在全光通信中这一概念。并且已经开始致力与研究多能级构型的原子介质中不同光束的相干控制及稀有气体原子的电磁感生透明现象，而且已经实现了长达二十五微秒的光储存。随着量子技术的发展，人们的研究范围也将突破现有的光脉冲储存，进一步扩大到远距离量子通信技术的研究。

三、总结语

现阶段人类在量子光学研究尤其是量子干涉中已经取得了巨大的成就，为全光通信的实现提供了技术可能，但是还有很长的研究之路要走，我们要在现有的基础上，继续深入研究量子干涉技术，争取早日实现全光通信。

参考文献

[1]罗有华.冷原子在静电势阱中的量子力学效应[J].物理学报. 2002

第6篇：光学光电子概念范文

abstract： this paper improves the teaching system and interactive teaching methods, scientifically organizes the assorted knowledge points, makes abstract concept into materialization, and infiltrate knowledge of course frontier in the teaching of optical thin film technology, and pays attention to teaching using a variety of forms in the classroom, ultimately explores a kind of teaching methods which suits independent institute.

关键词： 光学薄膜技术；教学体系；主动式教学；教学方法

key words： the optical thin film technology; teaching system; active teaching；teaching methods

0 引言

《光学薄膜技术》这门课程是我院光电类专业必修的一门专业课，但现有的这门课的教学方法并不适用于独立学院的学生，并且这方面发表的论文也很少。本文对本课程的内容组织方式和传授方法进行适当的改进[1-2]，以加强知识内容组织的严密性和课堂教学讲授的生动性，调动学生课堂学习的主动性。其目的就是要用合理的课程体系组织教学内容，以互动式教学方法让学生主动地参与到课堂教学中来，重视课堂上实际教学效率，最终实现教学质量的提高。

1 课程体系的构建

《光学薄膜技术》课程综合了物理光学、大学物理以及材料科学基础等诸多课程[3]。各部分内容之间层层递进、环环相扣，但是学生在上课时一些相关基础课大多数同学都未曾学过，这样许多重要的概念大家都不能很好地理解，致使教学效果大打折扣，也严重影响了授课进度。比如，在讲授薄膜的物理气相沉积工艺时，涉及到辉光放电，但是学生并没有接触过关于等离子体物理方面内容等等。

因此在教学内容编排上，从光学薄膜设计的基础出发，到真空科学与技术，然后讲述薄膜制备和工艺的基本方法，再介绍几类典型的薄膜材料，最后讲授薄膜的生长机制和表征手段[4]。整个课程的教学目标清晰，构建合理完善的课程体系，科学合理地构建就是要准确地归纳、提炼课程中包含的概念，形成一个完整的课程体系，正确的概念是科学判断和推理的基础。

2 主动式教学法

因为并不是每个人都对推理过程紧凑、公式化的表现形式都能敏感，都能接受，那么即使再严密的逻辑，再科学的表达，如果仅仅是枯燥呆板地平铺直叙，那么由于表现形式的面目可憎，也达不到理想的教学效果。运用适当的技术去刺激鼓励指导学生的思考和自动学习，亦应视学生的学习兴趣需要、能力和教材的内容，甚至教学的环境等，决定采用的教学方法。在教学实践中也总结并提炼了一些认识，并在课堂上已经取得了一些颇有意义的效果简列如下：

2.1 将抽象的概念具体化 高深的理论之所以难懂，就是因为包含众多抽象晦涩的概念。人的思维往往对于一些具体的直观的事物有着良好的亲和性，那么为什么不将一些抽象的概念具体化呢？比如定位辉光等离子体[5]，从霓虹灯说明辉光等离子体的具体应用，这样学生就能够很好地接受抽象的概念。

2.2 采用多种语言丰富表达形式 思想内容的表达可以采纳多种表现形式，利用形体语言往往可以取得意想不到的表现效果，例如形容磁控溅射靶表面电子的跑道式运动方向，可以形容成刘翔跨栏的动作，并用肢体语言表示，学生更容易理解和接受。

2.3 适当吸纳前沿科研经验充实教学内容 多数情况下，学生对课堂讲授内容缺乏理解，往往就是因为没有形成相关概念的正确认识。在每一讲中穿插一些研究实践的体会，学生在张弛有度地学到了学习内容。比如，在讲授类金刚石等先进薄膜材料时，学生对类金刚石材料这一范畴的属性概念非常模糊，对非晶金刚石的概念在行业中也没有统一的定义。那么就从这一研究领域中最权威最主流最有影响力的刊物、专著， 充分考虑多数专家学者的建议，对非晶金刚石明确界定科学的定义。非晶金刚石是薄膜中四配位杂化含量超过50%的无氢类金刚石碳[6]。上课的时候，可以通过sp2-sp3-h三元相图明确不同类金刚石范畴的划分。再比如，在讲授等离子增强化学气相沉积时，学生对等离子辅助沉积能够降低界面反应温度的物理过程不能理解。上课的时候，从辉光放电产生等离子体着手，基于等离子的物理特性，解析反应气氛中的物理过程，通过演绎推理阐明等离子激发能够降低界面反应温度的本质[7]。

2.4 实践教学 实验室镀膜过程录像的内容，使学生进一步了解薄膜镀制的过程。在薄膜设计中，增加薄膜设计软件的教学，使学生熟悉计算机完成膜系设计的过程。

2.5 课后练习 课后布置适当数量的作业，定期批改。最终使学生了解薄膜科学和技术科研具体过程，培养独立思维能力。

2.6 课堂演讲 针对重点、难点内容组织课堂讨论，拟定若干薄膜技术研究和应用中具体问题，由同学自主选择，让学生查阅相关文献，独立解决问题，课堂宣读。充分发挥学生的主观能动性。

3 结论

《光学薄膜技术》的教学实践中利用科学合理地组织教学内容，积极的调动学生参与课堂教学的主动性，探索了更适合独立学院光电类专业学生教学方法，促进教学质量的提高。

参考文献：

[1]唐晋发等．现代光学薄膜技术[m]．浙江：浙江大学出版社，2006．

[2]卢进军，刘卫国.光学薄膜技术[m]．西安：西北工业大学出版社，2005．

[3]洪冬梅等．中红外激光薄膜的研究与特性分析[j]．光学仪器印刷世界，2008，30（5）：80-82．

[4]spfer g．flexible display[j]，displaysearch, an npd group company，2006，359．

[5]付秀梅．红外增透与保护技术的研究[j]．激光与红外，2006，36（12）：63-64．

第7篇：光学光电子概念范文

一、主要内容

本章内容包括光的直线传播、棱镜、光的色散、光的反射、光的折射、法线、折射率、全反射、临界角、透镜(凸、凹)的焦点及焦距、光的干涉、光的衍射、光谱、红外线、紫外线、X射线、y射线、电磁波谱、光电子、光子、光电效应、等基本概念，以及反射定律、折射定律、透镜成像公式、放大率计算式，光的波粒二象性等基本规律，还有光本性学说的发展简史。

二、基本方法

本章涉及到的方法有：运用光路作图法理解平面镜、凸透镜、凹透镜等的成像原理，并能运用作图法解题;根据透镜成像规律，运用逻辑推理的方法判断物象变化情况。

第8篇：光学光电子概念范文

 

一、前言

 

作为一门实验科学，化学中的基本理论和概念大都源自缜密的实验观察和详细的实验记录。同时，化学基本理论和概念对化学实验方法的设计又具有重要的指导意义。在大一无机化学理论课程教学中开展化学实验研究，不仅锻炼了学生的动手能力，更是对学生脑力的训练;不仅能够帮助学生巩固、加深对所学理论知识的理解，更能使学生深刻体会理论和方法对化学实验的指导作用。教师在“理论与实践的互动”过程中应起到推动和助力作用。

 

本文从钴(III)氨配合物的合成入手，介绍了我们在指导学生运用化学基本理论和方法进行实验设计和改进等方面的实践。钴(III)氨配合物主要包括三种：[Co(NH3)5Cl]Cl2、[Co(NH3)6]Cl3和[Co(NH3)5H2O]Cl3晶体，其内外界结构和光学性质对制备条件相当敏感，不仅是材料科学研究领域的热点[1-3]，而且其合成和组成分析属于大学无机化学实验的经典实验[4-7]。该实验涉及配合物的晶体场理论、光谱化学序列等基本概念和理论，组成分析过程中还包括酸碱滴定、络合滴定和沉淀滴定等基本方法，“理论与实践的互动”贯穿实验的始终，在样品合成方案的设计、钴氨配合物的组成分析和目标产物的形成机理研究等方面均有体现。

 

二、氧化还原电极电势对实验方案设计的指导

 

传统实验教材中以CoCl2晶体作为制备钴氨配合物的钴源，在氨水环境中，加入H2O2作为Co(II)的氧化剂、使用浓HCl以促进含氯离子配合物的结晶，实验操作环境比较恶劣[6]。由于实验教学面对的学生已经完成了大学无机化学课程的学习，掌握了氧化—还原电极电势的基本概念，因此在实验设计阶段，我们有意识地引导学生利用理论课程中学习的Nernst方程，考虑溶液的酸碱性、离子浓度和操作环境等因素，计算了Co(NH3)63+/Co(NH3)62+、NO3-/NO2-、O2/OH-等相关电对的电极电势，设计了新的样品合成方案。具体如下：将7.276gCo(NO3)2·6H2O和一定量的NH4Cl固体置于三口烧瓶中，加入7mL水，在65℃恒温水浴中搅拌回流20分钟，混液由淡紫红色逐渐转变为深蓝色。

 

向混合溶液中持续通入高纯氮气20分钟后，分多次加入一定量的浓氨水，溶液的温度维持在65℃左右，溶液的颜色逐渐由深蓝变为深紫红色。氮气保护下继续搅拌、回流40分钟，即产生大量紫红色沉淀。过滤后用无水乙醇洗涤、干燥，得到目标产物。该方案以Co(NO3)2·6H2O代替CoCl2和H2O2，利用Co(NO3)2自身的氧化能力氧化Co(II)，避免使用额外的氧化剂，减少了浓盐酸的使用，符合绿色化学的理念。

 

三、组分分析中学生解决问题能力的培养

 

有意义学习的层级由低到高依次为代表性学习、概念学习、命题学习、概念和命题的运用、解决问题和创造性[9]。化学实验教学是在概念和命题学习的基础上，训练学生运用概念和命题、解决问题和培养创造性的重要途径。

 

通过理论教学，学生已经习得了各种滴定方法，将理论教学与实验教学相结合，这样才能使学生在感性认识的基础上学会运用不同的滴定方法，深刻理解滴定技术的含义，才有可能进一步发生创造性的学习。教育学基本理论认为，试图通过短期训练来提升学生解决问题的能力是不现实的，但是，学生解决问题能力完全可以随着教师结合学科内容运用的一系列策略来进行训练、发展和提高。

 

当学生想知道自己所合成的样品的组成时，所面临的是一个崭新的、需要学生自己解决的问题。这不同于以往的实验操作练习，他需要在大脑中对理论课程中所学的各种滴定技术进行筛选和重新组合，找出测定钴氨配合物中Co、NH3和Cl的含量所适用的方法，并将这些方法通过自己的实验操作转化为实验数据。样品的测试结果与[Co(NH3)5Cl]Cl2的理论组成几乎完全一致，表明改进的实验方案能够成功制得目标产物。

 

此时，学生的喜悦溢于言表。因为他们看到了滴定技术将看不到、摸不着的配合物真实地展示在眼前，他们意识到了化学基本理论对化学实验的指导意义，他们也会将这些正向、积极的情绪反馈到后续的理论学习过程中。化学实验教学肩负着培养学生创造性的重任，学生从理论课堂上得到的大多是间接经验，它们是前人发现或总结的、对人类社会来说具有首创性的成果。

 

教育学理论家吉尔福特认为，“真创造”和“类创造”中表现出来的思维和认知能力在本质上是相同的，创造性不仅局限于少数天才，还潜在地分布在整个人口中间。因此，创造性并不神秘，在学生解决问题的过程中，总是或多或少的带有创造性的行为。总之，钴氨配合物的组成分析涉及酸碱滴定、配位滴定和沉淀滴定，是实现理论与实践互动、培养学生创造性能力的优秀范例。

 

四、目标产物形成机理研究中的理论与实践

 

1.X射线粉末衍射技术的应用。建立在严格的理论基础上的现代测试技术可使抽象的理论形象化，能够为我们提供可重现的、精确的实验数据。基于这些实验数据的分析过程逻辑缜密，能极大地激发学生的科研兴趣，对培养学生的逻辑思维能力、形成科学的思维方式有巨大裨益。

 

在钴氨配合物的合成实验中，利用X射线粉末衍射技术对产物进行了表征，与文献[8]制备的样品和JCPDS标准卡片No.74-0344进行比对，说明以Co(NO3)2·6H2O晶体为原料、在NH3-NH4Cl体系中，不必添加诸如O2、H2O2等其他氧化剂，利用硝酸盐的自身氧化能力即可得到纯净、结晶良好的配合物[Co(NH3)5Cl]Cl2晶体。

 

2.紫外可见光谱技术对实验机理研究的指导。紫外可见光谱技术可以跟踪反应过程，使原本看不到的反应过程形象地显示在学生面前。我们分别测试了原料、中间产物和目标产物的紫外—可见吸收光谱，根据原料中间产物目标产物的吸收光谱的变化，研究反应机理。学生们清晰地观察到了Cl-离子和NH3分子依次进入钴配合物内界所带来的电子吸收光谱的红移和蓝移，并推导出了晶体场理论教学中学习的光谱化学序列NH3>H2O>Cl。

 

3.晶体场理论对实验机理研究的指导。钴氨配合物[Co(NH3)5Cl]Cl2的形成过程中发生了氧化和配体置换两个过程。在教师的指导下，学生从Co原子的价电子构型入手，利用晶体场理论，计算了Co(II)和Co(III)在八面体场中的晶体场稳定化能，分析了它们稳定性的差异，结合紫外可见光谱的数据，得出弱场中的Co(II)(电子构型为dε5dγ2)，经过强场中的Co(II)(电子构型为dε6dγ1)，最终转化为强场中的Co(III)(电子构型为dε6)是能量最低的途径。

 

五、结论

 

本科生的理论课教学和实验教学不能孤立进行，高校化学化工专业培养的既不是纸上谈兵的理论家，也不是照方抓药的操作工。实验教学中，教师需有意识地引导学生应用理论教学成果去解释实验现象，分析实验数据，以揭示隐藏在背后的客观规律。

第9篇：光学光电子概念范文

关键词 概念和规律；生成过程；高中物理；课堂教学效率

高中物理难学，这是很多高中学生的共识。其原因主要有以下几点：（1）高中物理概念多，而且抽象。例如：高一物理中的加速度概念，很多学生从学加速度开始就对高中物理产生恐惧。（2）高中物理规律多，而且相似性很强。例如：动能定理和动量定理、机械能守恒定律和动量守恒定律。（3）高中物理前后知识的关联性很强，例如：力电结合问题。（4）高中物理数学知识应用广泛。例如：用图象法处理物理问题、极值问题的讨论、三角函数和几何知识的应用等等。要解决这些问题，关键在于提高课堂教学效率。物理教学具有三大特色:以观察和实验为基础；以形成物理概念和掌握知识结构为中心；以物理教学紧密联系实际为原则。这就要求教师在教学中要充分发挥实验的作用，重视物理概念和规律的生成过程，让学生从根本上理解物理概念和规律，自主构建知识、掌握方法，并最终建立起高中物理的知识体系，使学生在物理学习过程中越学越清晰，而不是越学越糊涂。

一、教师要认识到物理概念和规律在物理学科中的重要地位

整个高中物理是以基本概念和基本规律为主干而构成的一个完整的体系，是由基本概念、基本规律和基本方法及其相互联系构成了学科的基本结构。其中，基本概念是基石，基本规律是中心，基本方法是纽带。要使学生掌握学科的基本结构，就必须使学生学好基本概念和规律。所谓物理知识的应用，主要是指运用物理概念和物理规律解释物理现象、解决物理问题。在高中物理教学中，学生的智力和能力，也主要是在观察、实验、探索和分析物理现象，理解、掌握和运用物理概念和物理规律的过程中，不断发展起来的。所以，我们应当重视概念和规律的生成过程，提高高中物理课堂教学效率。

二、教师要结合学生认知特点设计适合学生概念和规律生成过程的教学

一个好的物理教学设计，在实施的过程中，学生始终围绕一个问题进行探讨，并最终获得知识和方法，而不是简单的顺从教材或老师。学生学习一个新的概念和规律的过程，就经历一个或长或短的探究过程，这样建构起来的知识和方法，学生才能自如应用并降低遗忘的程度。

1.巧妙导入是提高课堂教学效率的第一步

导入是教师在进入新课时，运用建立问题情境的方式，引起学生注意，激发学习兴趣，明确学习目标，形成学习动机的教学行为。

（1）用各种直观教学手段展示丰富的物理现象，并引导学生追究现象的原因。物理是一门以实验为基础的科学，用演示实验来提出问题，引入新课，能体现物理学科特点的同时，又能较好的激发学生的探究意识。

例如，就《带电粒子在匀强电场中的运动》一课，我们可以从演示示波器的作用引入：首先展示一个示波器，介绍它的作用：示波器能展示交变电流随时间的变化关系，是研究交变电流的重要仪器。接着，展示示波管并介绍荧光屏发光的原因：它是利用高速电子流打在荧光屏上使荧光屏发光的。示波器内有一个阴极，并在黑板上画图，然后解说：阴极通电受热后会发出电子，但电子的速度很小，无法打在前端的荧光屏上（在远处画一个荧光屏），如何才能让电子的速度增大呢？这个问题的提出，引发学生去思考：要让电子加速，应当加一个电场，其中最简单的办法就是加匀强电场。如何才能让电子在荧光屏上画出图像呢？在接下来的教学中，学生始终围绕这个目的展开研究和讨论。可见，一个好的引入能激发学生的探究意识，充分发挥学生学习的主动性。

（2）在学生形成概念，掌握规律的过程中，引导学生正确进行科学抽象，由感性认识上升到理性认识阶段，这是形成概念，掌握规律的关键。观察同一个物理现象，不同的学生会得出不同的结论。因为在每一个物理现象中，存在着多种因素的影响。如果把握不住抽象思维的正确方向，就会得出错误的结论。例如，在“马拉车”的问题上，尽管学生把牛顿第三定律背得滚瓜烂熟，思想上总还认为“马对车有拉力，车对马没拉力”或者“马对车的拉力大于车对马的拉力”。学生“最有力的证据”是：反正是马拉着车向前走，而不是车拉着马向后退。学生主要是固执地盯住了马拉车向前走这一直观的表面现象，而没有对车、马的启动过程以及车、马与路面之间的作用力做深入细致地分析。

（3）提出新的问题与旧的处理方法的矛盾。在进行动能定理应用的教学中，我们会专门对变力做功进行研究，虽然不是新课教学，但巧妙的引入也能提高习题课的教学效率。其引入可以从公式W=FScosα的适用条件入手：W=FScosα只适用于恒力做功，对于变力做功，我们应该如何计算呢？然后举出一个具体问题：已知一个小球的质量m=200g，从粗糙曲面上高H=0.8m处由静止释放，小球滑到曲面底端的速度为3m/s，忽略空气阻力，试求下滑过程中小球克服摩擦阻力所做的功？

2.在新课讲授过程中，教师要吃透教材并大胆整合教材，引导学生认识物理概念的引出和物理规律的生成过程，理解其物理意义，进而激发学生主动去建构物理概念，发现、推导物理规律

例如：对《闭合电路欧姆定路律》的教学，教材中中没有对电动势进行定义，仅提到电源没有接入电路时两极间的电压等于电动势。我们在教学过程中针对基础较好的学生可以尝试从认识电源出发，给出电动势的定义，然后再认识闭合电路，逐步推导闭合电路欧姆定律的表达式，具体操作如下：

首先带领学生回忆：在初中利用欧姆定律进行电路计算时，题目上的电路图通常没有画出电源，若补上电源，则构成闭合电路。研究闭合电路要从电源开始。电源的正、负极分别聚集大量的正、负电荷，而这些电荷的聚集不是电场力而是非静电力作用的结果，非静电力做功的过程，就是将其它形式的能转化为电能的过程。（例如干电池，是化学反应的结果，将化学能转化为电能）。我们将非静电力做功与电荷量的比值定义为电源的电动势E。若电源没有内阻，则电源内部从负极到正极，电势升高E，电源外部从正极到负极，电势降低U=E。但电源有内阻，因此电流通过内阻电势降低U内=Ir，则电源外部从正极到负极电势降低U=E-U内。电源没有接入电路时，I=0，U内=0，则U=E（即电源没有接入电路时两极间的电压等于电动势），若外电路为纯电阻电路，则IR=E-Ir，整理得I=■。

经历这样一个概念的引出和规律的推导过程，学生对电动势的定义，教材中电动势大小的描述，闭合电路欧姆定律的成立条件以及电源的作用（包括将其它形式的能转化为电能）从本质上有了深刻的理解，从物理学的内涵出发掌握物理规律。

在自主建构和发现、推导的过程中，学生对概念和规律有了深刻理解，便会灵活应用概念和规律解决物理问题，并大大降低遗忘程度，同时也更大程度的激发了学生学习物理的兴趣。