光电技术论文范文第1篇
喷墨印刷光电功能材料墨水
喷墨印刷光电功能材料墨水一般是由功能填料、溶剂和分散剂组成。其中，功能填料决定了墨水在应用中的性能。如今，市场中喷墨印刷光电功能材料墨水的功能填料主要有两类：有机印刷电子材料和无机印刷电子材料。
1.有机印刷电子材料
按照材料的电学性能，有机印刷电子材料可以分为导体、半导体、电介质材料。
有机导电材料主要是指导电高分子。导电高分子除了具有导电性外，还保持了聚合物所特有的成膜性、透明性、黏着性等特点，能加工成各种所需的形状。而根据导电高分子材料的结构特征和导电机理，还可以分成复合型和结构性。复合型导电高分子是在本身不具有导电性的高分子材料中掺混入大量的导电物质来制备;结构型导电高分子主要通过化学、光化学或者电化学合成的方法制备，其导电性能与其化学结构和掺杂状态有直接关系。目前，在喷墨印刷电子领域应用的导电高分子材料很多，如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯以及掺混了金、银、铜或炭黑的高分子等，但应用最为广泛的导电高分子材料是聚3，4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)。本征态的PEDOT导电性能很差，且不溶不熔，经过聚根阴离子(PSS)掺杂的PEDOT可以很好地分散在水溶液中，形成稳定的PEDOT∶PSS悬浮液。该悬浮液可以使用喷墨印刷的方法在塑料或玻璃基底上形成一种淡蓝色的PEDOT∶PSS透明导电薄膜。此种导电薄膜不仅易于加工，而且还具有电导率高、透光性好、耐热、绿色环保等优点，主要应用于有机发光二极管、有机太阳能电池、有机薄膜晶体管、超级电容器等电子传输层和电极。德国拜耳公司掌握着PEDOT∶PSS单体PEDOT的专利，并开发出了具有不同电导率的聚合物溶液产品。但PEDOT∶PSS还存在着一些缺陷，如纳米级薄膜电导率较低、高温下易分解等。因此，科研人员开始采用各种物理方法(如紫外线处理、工艺改进、热处理、电处理和共混掺杂等)对PEDOT∶PSS进行优化处理以提高该材料制成墨水的性能。
有機半导体材料按相对分子质量可以分为有机小分子化合物和高分子聚合物。有机小分子化合物主要有稠环类芳香化合物、含硫杂环化合物以及噻吩齐聚物等。这类有机小分子材料易于提纯，能够减少杂质对晶体完整性的破坏，从而达到喷墨墨水所要求的纯度;一定的平面结构大大降低了分子势垒，有利于载流子高速迁移;易于形成自组装多晶膜，能够降低晶格缺陷，提高有效重叠;较容易得到单晶，更是极大地提高了场效应迁移率。但是，有机小分子溶液黏度普遍较低，制备成的墨水不易于形成高质量的薄膜，且多数有机小分子半导体对环境较为敏感。高分子聚合物主要有含硫杂环化聚合物、含苯环聚合物以及梯形聚合物、非梯形聚合物等。高分子聚合物具有优异的机械性能。良好的柔韧性使其制备成的墨水易于在柔性衬底上构筑器件。其次是高分子聚合物制备的墨水具有良好的成膜性能。但是高分子聚合物还存在迁移率低、稳定性差的问题，需要进一步提高。半导体材料是电子器件的核心，有机半导体材料同样是有机印刷电子领域的主要研究对象。有机半导体材料的电导率、载流子迁移率和能带间隙等方面的性质和应用领域与传统的无机半导体材料相似。但是有机半导体材料又具有很多不同于无机半导体材料的新特点：①有机化合物种类繁多，分子结构可以通过分子设计来改变或剪裁，从而为有机半导体材料的选择提供丰富的资源;②可以选择完全不同于无机器件的加工方法，如分子自组装、成膜技术等，制备工艺简单，成本低;③基于有机半导体材料的器件与柔性衬底相兼容，有利于大面积的喷墨印刷制备。有机半导体材料的这些独特性质使其在有机发光二极管、有机太阳能电池及有机薄膜晶体管等领域得到了广发的应用与研究。
电介质材料包括有机介电材料和有机传感材料。目前应用较广的介电材料主要有聚酰亚胺、苯并环丁烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯等。它们具有很多优点：材料种类丰富;表面粗糙度低;表面陷阱密度低;杂质密度低;与有机半导体及柔性衬底有良好的相容性;能应用于低成本的印刷电子工艺。这些优点使有机介电材料在印刷电子领域中显示出极大的潜力。常用的有机传感材料除共轭聚合物外，还有聚苯撑乙烯、聚对苯撑以及聚苯撑乙炔等。有机传感材料与无机半导体和金属氧化物传感材料相比，具有以下优点：①容易加工，尤其适合制备成墨水进行喷墨印刷制备;②设计、合成新结构和新功能的自由度大，可以实现传感材料的多样性和传感目标的专一性;③可实现多种无机传感材料难以实现的识别功能。
喷墨印刷工艺需要将有机电子材料经过处理，制成具有高性能的喷墨墨水，然后通过喷墨印刷技术制成各种功能的电子器件，这就要求有机电子材料除了材料本身的良好性能外，制成的墨水还必须具有良好的印刷适性。因此，还需要大力解决有机电子材料制成的功能墨水环境稳定性差、成膜质量不高等问题。但是，有机电子材料具有成本低、制造工艺简单、可实现大面积柔性应用等优点，制成墨水与喷墨印刷技术相结合，可以大面积批量制备电子器件，具有很好的产业化应用前景。
2.无机印刷电子材料
从电子技术出现以来，无机电子材料一直是这个领域的主体和核心功能材料。随着印刷电子的发展，越来越多的无机电子材料被做成功能墨水应用于喷墨印刷，制备各种印刷电子器件。无机电子材料多种多样，但常用的大致可以分为：金属材料、碳材料、透明氧化物以及复合介电材料。
理想的金属功能墨水要求价格低廉，易于制备和储存，具有较好的印刷适性，后处理工艺简单，同时有很高的导电性。因此，市场上应用最广泛的金属功能墨水中，功能填料主要为金、银、铜等。金化学稳定性好、导电性高，在所有金属中综合性能最好，但受限于昂贵的价格只在有特殊要求的电子油墨中有所应用。银墨水是先进性能最好、最实用的功能墨水，具有导电性高、抗氧化、易制备等优点。但是，银墨水通常在印刷后需要进行烧结。由于纳米银和新型银化合物的应用，目前很多银墨水的烧结温度已经低至150℃，甚至可以室温活化，而且也缩短了烧结时间。银墨水的另一个缺点是银价格较高，影响了其广泛应用。铜是替代银的一种选择，铜的电阻率非常接近于银，但铜易氧化，它的氧化物是不导电的。为防止氧化，铜墨水制备工艺比银墨水要复杂的多;而且印刷后的铜墨水需要在真空或惰性气氛中烧结，烧结温度也较高。但是铜的价格较低，这有利于它的推广使用。
碳材料墨水是另一种替代银墨水的选择，碳材料墨水性能非常稳定，且附着力强，尤其是固化后的膜层耐酸耐碱，不易被腐蚀和氧化，而且价格要低很多。但是这类墨水的耐湿性较差，而且对很多应用而言碳墨水的导电性达不到要求。目前，很多研究人员开始应用像单臂碳纳米管、石墨烯等新型碳材料来制备碳材料功能墨水，来提高墨水的性能，尤其是石墨烯。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维新型碳材料，它被称为“黑金”，是“新材料之王”。石墨烯有非常好的电、热性质，以及非常高的电子迁移率，是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。但如今，石墨烯的产量较低，造成它的价格较高。
透明氧化物是一类带隙大于3.1 eV的半导体材料，它们具有很好的性质，如高迁移率、对可见光透明、环境稳定、处理温度相对较低等。因为这些优点，透明氧化物被认为是一类非常重要的半导体电子材料，制成墨水后可以广泛应用于显示屏、太阳能电池、集成电路等印刷制备领域。
新兴的柔性印刷电子技术需要使用工艺简单、低成本的可印刷介电材料。复合介电材料就是将无机介电材料和聚合物复合制成的可印刷介电墨水。目前，常用的无机介电材料有AL2O3、Ta2O5、锐钛矿TiO2、金红石TiO2、HfO2、CeO2、ZrO2等。此外，以BaTiO3为代表的钙钛矿结构的复杂氧化物也具有很高的介电常数。无机纳米颗粒/聚合物的复合介电材料综合了无机纳米颗粒介电常数高以及聚合物机械性好、致密、平整的优点，成为实际应用中常用的一类高介电可印刷材料。
目前在可印刷低成本高导电性导体、太阳能电池、量子点器件和高迁移率的晶体管等领域的应用开发都是基于无机电子材料。无机电子材料虽然种类繁多、性质各异，但应用于喷墨印刷电子技术中时有很多共同的问题和一些共通之处，如无机电子材料溶液化较难、不易成膜、存在晶界以及通常需要后处理等缺点，使得无机电子材料的印刷电子技術还面临巨大的挑战。但随着纳米颗粒的广泛使用和新型可溶型化合物的开发，无机电子材料喷墨用墨水的热处理温度和时间在不断地降低和缩短，此外颗粒分散也更容易。
喷墨印刷光电功能材料墨水在光电子器件制备中的应用
喷墨印刷可以实现大面积复杂的复合功能性材料的图案化，制备工艺简单、成本低廉，而且喷墨印刷比传统电子制造方式更快，更便宜和生态友好。此外，喷墨印刷也非常适合大面积制造电子产品，使其在有机功能器件的制备中受到了广泛的关注。得益于数字化、非接触式的优势，理论上基于功能材料墨水的喷墨印刷技术适用于几乎所有可以印刷的电子器件，包括超级电容器、薄膜晶体管、太阳能电池、射频电子标签、发光与显示器件等，均有通过喷墨印刷进行制备的报道。
1.超级电容器
超级电容器具有功率密度高、超长的循环寿命长、快速充放电、容量大、安全等特点，并且在宽温度范围内也表现出快速的充放电特性和良好的性能。因此，超级电容器被广泛应用于军事国防、电动汽车、航空航天、可穿戴电子产品等领域，被认为是能够支持下一代电子产品最有潜力的一种能量储存设备。超级电容器的传统制备方式工艺复杂、成本高，而利用喷墨印刷技术，使用功能材料墨水来制备超级电容器可以解决这些问题。例如，K. H. Choi等人在纸上展示了全喷墨印刷的固态微型超级电容器，如图1所示，先引入一层纳米纤维作为底漆层，来提高A4纸上的印刷分辨率。再将制备的碳纳米管/银复合功能墨水，喷墨印刷成超级电容器，然后退火。印刷的微型超级电容器在0.2mA cm-2的电流密度下提供 100mF cm-2的面积电容，且在1万次循环后基本不变，拥有良好的性能。
2.薄膜晶体管
随着银墨水制备工艺的完善和喷墨印刷技术的不断发展，喷墨印刷不仅能够在柔性衬底和刚性衬底表面构建各种图案化的电极阵列，而且能够构建晶体管器件以及逻辑电路等。Zhao等人用喷墨印刷的方法在柔性衬底和硅衬底表面构建银电极阵列和简单的震荡电路。构建的有机半导体薄膜不仅能够正常工作，而且表现出优越的电性能。如图2所示，Haruya Okimoto等人用高速离心分离后的碳纳米管二甲基甲酰胺墨水通过喷墨印刷方法在二氧化硅衬底表面打印100次以后得到碳纳米管薄膜电极，并构建出全印刷碳纳米管薄膜晶体管，器件也表现出优越的电性能。
3.射频电子标签
太阳能电池或光伏电池是通过光伏效应将光能直接转化为电能的电子器件，太阳能电池能够将环境可持续能源持续转化为电能，因而能够提供更多的持续能源。喷墨印刷具有很高的印刷分辨率，而且使用喷墨印刷工艺制备的太阳能电池可以比传统的太阳能电池更便宜、更轻，因此在制备具有复杂结构的太阳能电池时具有独特的优势。如图3所示，Kuo等人展示了具有自组装的纳米晶量子点簇，且具有相对提高光子转换效率为10.9%的喷墨印刷薄膜Cu(In，Ga)Se2(CIGS)太阳能电池。大量的文献表明，喷墨印刷是一种有吸引力的数字印刷技术，可以在基底上进行低成本、环保的印刷光伏电池。
4.发光与显示器件
射频识别标签(RFID)是一种非接触式的自动识别技术，当前发展了NFC电子标签技术，该技术通过射频信号自动识别目标对象，获取相关信息数据，由标签、阅读器、天线3个部分构成。传统制备电子标签的方法一般是由金属线缠绕法或蚀刻法，利用喷墨印刷技术快速大批量制备射频识别(RFID)电子标签具有重要应用价值。美国加州大学伯克利分校的Subramanian小组喷墨打印银纳米墨水用于射频识别(RFID)电子标签的制作，他们研究了银纳米粒子表面稳定剂的链长对RFID天线的导电性的影响，使得该制备方法适用于各种塑料基底。韩国延世大学 Moon课题组利用密堆积理论，将不同粒径的银纳米粒子和铜纳米粒子按一定的比例混合制备了一种新型复合纳米导电墨水，小粒子可以填充到大粒子形成的空隙中间，从而改善线路在较低温度下的导电性。喷墨印刷的电路经200℃烧结后，其导电率在23.6μΩ·cm左右，如图4所示，其可以用于RFID电子标签的制备。
5.发光与显示器件
有机发光二极管(OLED)作为新型的发光与显示器件，与传统主流液晶显示相比，具有显色效果更好、自发光、器件结构简单、视角广、响应快、节能、轻薄、耐低温、抗震、可在柔性衬底上大面積印刷制备等一系列优点，被尊称为新一代“梦幻显示”技术。相比于传统旋涂工艺，使用喷墨印刷的方式制备OLED在像素分辨率、图形精确度和降低生产成本等方面具有明显优势。如图5所示，曹镛院士课题组制备了可喷墨印刷的纳米银墨水和水醇溶性的界面材料聚[9，9-二辛基芴-9，9-双(N，N-二甲基胺丙基)芴](PFNR2)，实现了可全喷墨印刷的显示屏的制备。Lee等通过对基板进行紫外/臭氧等方法处理以控制液滴在基板上的润湿状态，精确对准和多层印刷使得各像素点能够重复多层沉积并控制薄膜的形貌和厚度)。用喷墨打印的方法沉积的PEDOT∶PSS薄膜作为空穴注入层和MEH-PPV作为发光层成功地制备了OLED器件。
挑战与机遇
目前，喷墨印刷因其成本低、环保、印刷分辨率高、可以快速大面积制备等优点，在电子制造领域广泛应用。本文总结了喷墨印刷用功能材料墨水的分类及应用，各种各样的功能材料被制成高性能的功能墨水，通过喷墨印刷制备出各种电子器件，取得了极大的成就。但是喷墨印刷用功能墨水的仍然存在许多问题和机遇。比如，发现的新材料应用到喷墨功能墨水中，对墨水的性能的改变存在者无数的可能;其次，还需要继续提高功能墨水的导电性、导热性以及发光等性能，降低功能墨水的成本也是重中之重;最后，制备的喷墨印刷用功能墨水也要对其溶解性、分散性、黏度、表面张力以及环保性能进行充分考虑。总之，印刷电子市场的无限广大的市场前景以及喷墨印刷的独特优势，喷墨印刷用功能墨水的市场也将随之扩大，应用领域也会越来越宽广。
作者单位：齐鲁工业大学轻工学部印刷与包装工程学院
光电技术论文范文第2篇
【关键词】光电信息科学与工程;发展;前景;规划
一、我国光电信息科学与工程发展现状分析
我国的光电信息科学与工程技术虽然在稳步向前发展，但是与国际水平相较还存在一定的差距，发展也较为缓慢，技术应用方面也有所欠缺，这种现象的发生，有着多方面的原因，而阻碍光电信息科学与工程发展的因素主要有以下几点：
（1）技术人员的局限性。虽然在我国技术人员的数量很多，可是大多存在局限性，能够或者是想细致钻研并带来创新的人才非常稀缺，导致了专业型的人才严重缺少，即使现有的技术人员，也存在知识面不广，专业基础薄弱的问题，无法与时俱进，固有思想和国际先进思想差距较大，造成了光电信息科学与工程发展缓慢。
（2）科研资金投入不大。科研人员无法专心持续的进行学术研究的另一个方面，光电信息科学与工程的成果并不很明显，但是却需要大量的投入，国家对于光电信息科学与工程研发投入资金有限，甚至是长期的忽视，让光电信息科学与工程的发展异常缓慢。
二、光电信息科学与工程的发展前景
光电信息技术的发展，更加大的对专业人才的需求，也同时对人才的专业知识掌握提出了更高的要求。光电信息技术具有频宽更宽、信息容量更大、响应速度更快、信息效率的分辨率更高的优点，使其在光电信息产业扩大了在市场上的份额，推动着现代信息技术产业的发展。在发达国家，广泛应用的光电信息技术以及相关的产业，已经占有国民经济总值的百分之五十以上，专业人才竞争力越来越激烈。因此，我们要加快对光电信息技术领域的发展步伐。
1、擁有优秀的技术人才
要想光电信息工程发展的好，其中重要的一个环节就是大力引用优秀人才并对人才进行培养，在光电信息研发及开展过程中，都需要人才的参与，电子信息是一个技术性质的工程、是走在技术前列的大工程，必须是走在技术尖端的人才才能胜任这一工作。所以，发展光电信息工程就必须要选对人才，建立起人才培养机制，让人才成为推动该领域发展的重要动力。而人才的培养则需要从学校做起，校内应提高教学质量，开展光电信息技术培养课程，提高学生们在电子信息方面的了解。企业也应该长期坚持对人才的培养，不断提升人力资源管理的能力，最好将每位人才的才能都激发出来，使效用得到最大化。随着国家对光电领域重视，在人才方面的培养力度也越来越大，所以在不久的将来，中国光电领域的优秀人才会越来越多。
2、光电信息科学与工程拥有良好的市场环境
拥有良好的市场环境对于光电信息的发展是至关重要的，在市场的环境中少不了政府的干预，所以市场环境和政策环境的好坏直接影响了光电信息的发展。在政策环境方面，政府应该出台相关法律法规，用法律法规来规范企业在市场中的行为，为其树立标杆，做到个人信息被保护，专利被保护，并加强对数据托管方面的规范管理。在市场环境中，企业应该努力创新，开发属于自己的专利技术，不要一味的依赖于国外的技术，做到创新型和自主化共同发展，争取拥有自己的核心技术。当然还需要大量的宣传为光电信息工程创造良好的条件。在许多的发达国家，与光电技术有关联的企业已经越来越多，这是在政府与市场共同作用下获得的成果，已经成为国家经济来源的很大一部分。
3、创新性光电信息工程发展迅速
创新是一个事物永垂不朽的源泉，光电信息的发展不仅要依靠人才培养，市场环境，足够的资金，创新也是必不可少的。光电信息技术不能一直依赖于国外，总要有属于自己的东西、建立自己的标志，所以在研发过程中，一定要注意加大创新力度，企业可以适当提供奖励，激发出人才的创新能力，为其创新提供动力，从而提高企业在光电信息技术研发上的地位。我国现在已经是能够依靠自己创新技术的国家，我相信未来在光电领域的创新会更加高效。
三、对我国光电信息科学与工程的人才培养设计与规划
1、优化课程结构，构建适应行业发展的课程体系
在产教融合视域下，课程体系的优化应根据产业人才培养需求而非教师能力设置，确立夯实基础、构建模块化的理论教学课程体系，能力培养导向构建“课程群”，形成人才培养的多层次、立体化课程体系。光电信息科学与工程是多门学科的交叉，涉及的知识面广、知识点多，因此课堂教学内容应该精心组织，各知识点之间的关系要理清楚，要形成一个相对完整的知识体系。在各个理论知识点的讲解上，要注重介绍它在整个检测系统中所起的作用，与其他知识点之间的区别和联系。例如在讲解各类光电检测器件时，应先介绍其作用，再讲解各类光电检测器件的原理、结构、特性及其应用，并与其他检测器件进行对比，最后讲解它们的输入电路。光电检测与信号处理课程内容多，学时短。在有限的学时内完成教学任务，应对教材内容进行合理的取舍和偏重，保留教材中经典内容，删除与其他课程重复内容，并突出重点内容。例如光电检测系统是该课程的重点，各类光电检测器件的原理、结构、特性及应用，光电检测电路的静态和动态设计、噪声与抑制、前置放大电路等，可以结合具体的案例详细讲述，但光纤传感检测以及光电信号的数据采集，由于已在其他相关课程中已经涉及，可以略讲或者不讲。
2、以人才需求为导向，准确改进教学方法目标
开展启发式教学能够激发学生的学习兴趣，充分调动他们的主观能动性。例如在讲解授光电耦合器时，可以先提供一些光电耦合器用于智能汽车导航的具体案例，让学生思考其工作原理，然后引导他们掌握相关的知识。为使学生了解光电检测技术的最新研究进展，可结合本专业特点和学生的兴趣，设置若干专题，让学生利用课余时间进行调研和撰写报告，并在课堂上展开讨论。这种方法有利于提高学生表达能力，挖掘学生学习潜力。此外，可以充分利用网络教学的便利条件，将电子版讲义、习题答案以及补充的内容发布到网上，多让学生自主学习，同时教师多发起网上讨论和答疑，及时了解学生学习动态。这种方法可以引导学生由被动学习方式向主动学习方式的转变。
结语：在国际上，光电信息科学与工程已经成为相对成熟的领域，而我国相比之下还受到很多限制，没有提起足够的重视和思考，相关的技术和科研人员不能仅仅止步于学习和借鉴的层面，更应在国际水平的基础上，对我国的光电信息科学与工程的相关技术进行更好的拓展。重视对技术人才的培养，国家对于科研项目加大投入力度，创造一个良好的市场环境，并且相关技术和科研人员不断创新，为我国光电信息科学与工程技术的发展做出贡献。
参考文献：
[1]齐沛良.浅谈光电信息科学与工程的发展前景[J].信息记录材料，2018，19（2）：16-17.
[2]李珣.光电信息技术的应用及发展前景分析[J].无线互联科技，2017（16）：142-143.
（作者单位：汉口学院）
光电技术论文范文第3篇
【摘要】 信息技术的快速发展为各行业领域注入新鲜的活力，以其中电子信息技术为典型代表，其本身以自身网络化、智能化等优势得到社会各行业的青睐，并致力于向更高端方向发展。本文主要以电子信息技术为基点，对其基本内涵、应用特征以及未来发展方向进行探析。
【关键词】 电子信息技术 应用特征 发展方向
前言：在市场经济快速发展背景下，无论企业或个人都需依托于信息技术完成较多生产生活活动，如在通信设备领域、IT产业以及人们日常生活方式中，都可发现有信息技术的存在，充分说明电子信息技术能够对社会发展起到很大的推动作用。因此，本文对电子信息技术特征与发展趋势研究具有十分重要的意义。
一、电子信息技术的相关概述
关于电子信息技术的内涵，首先可从“信息”的概念进行分析，其主要指描述事物形态的重要形式，如数据、文字等，其都可作为被传递与处理的内容。在此基础上便可引申出电子信息技术的基本概念，其可理解为以计算机技术为依托形成的用于传递与处理信息的技术，包括信息或信号处理、传感以及通信等技术。
从目前电子信息应用现状看，其在微电子制造业、计算机技术领域、通信行业以及的制造业等方面都有所涉及。而且在科学技术的推动下，电子信息技术将以会不断创新与突破，更好的为各行业领域提供技术支撑[1]。
二、电子信息技术应用特征研究
2.1网络化与快捷化特征
目前，电子信息技术应用中多以网络数字结构的形式呈现出现，如无线通信技术、光纤通信技术等都可作为网络化的重要体现。而且有较多网络平台与系统如云数据平台等，其都可通过网络技术帮助用户进行信息的存储与使用。同时，电子信息技术网络化特征也表现在较多沟通交流工具方面，用户仅需利用相关软件便可达到信息传输的目标。
另外，在快捷化特征方面，电子信息技术本身表现为速度快、效率高等优势上，无论在信息处理或传感技术的应用等方面都极为快捷，如现代智能手机、平板电脑，为人们生活带来较多便利。
2.2微型化与集成化特征
在半导体技术高速发展的背景下，电子信息技术开始呈现出集成化的特征，如电网建设中对于电路的设计多以集成电路为主。再如传感器的设计，其要求将更多高端技术与复合材料引入其中，整个传感器结构在体积上减小许多，如毫米级传感器，成为现代传感器的典型代表。另外，从计算机制造看，当前应用较为广泛的技术主要以纳米技术为主，尽管计算机在体积上较小，但却容纳较多的技术能力。这些都可充分说明，当前电子信息技术具有集成化、微型化等特征。
2.3数字化与智能化特征
智能化作为现代电子信息技术的重要特征体现，在许多应用技术上都有所体现，如云技术、自动导航技术，都表现出明显的智能化特点，既可使用户工作量减少，同时使数据信息的安全系数得以增加。再如智能传感器的应用，其改变传统信息获取中耗时多、用户工作量大等难题，能够在信息传输后第一时间进行获取。另外，现代电子信息技术应用中，对于各行业领域中累积的数据，都可进行高效处理与存储，如云计算平台等，仅需保证相关数据转化为系统或平台可接受的形式，便能达到存储与处理的目标[2]。
三、电子信息技术发展趋势分析
电子信息技术在未来发展中将表现在多核方向、高集成化方向、光电子技术等方面。其中多核方向，主要表现在处理器由单核向多核过渡，多核心将逐渐取代单核心，且其他技术如图像处理、语言识别以及多媒体技术等都将以人工智能作为核心。而在高集成化方向方面，纳米加工将逐步取代原有的集成电路技术，22nm与32nm等纳米级技术也开始投入使用。
在光电子技术方面，目前大多发达国家致力于对光电子技术给入较多投入，如激光器的设计，其在工业、农业以及医疗行业等许多领域都有所涉及。再如常见的LED灯具，其是优化高耗能照明系统的重要体现。此外，通信技术方面也将趋向于高效化特征，如CDMA数字通信，其成为现代数字移动通信的典型代表[3]。
四、结论
电子信息技术以其自身的优势被广泛用于现代各行业领域中。从其现代应用特征看，多表现在智能化、网络化、集成化以及微型化等特征上，能够为人们的生产生活带来极大便利。
而在科学技术的推动下，电子信息技术也将向多核方向、高集成化方向以及光电子技术等方面发展，可为现代生产生活活动提供更多优质服务，推动社会的全面发展。
参 考 文 献
[1]方静. 试论电子信息技术的应用特点与未来发展趋势[J]. 信息与电脑（理论版），2011，01：167.
[2]龚成. 论电子信息技术的应用特点与未来发展趋势[J]. 网络安全技术与应用，2014，08：197-198.
[3]罗宇文. 探究电子信息技术的应用特点和发展方向[J]. 通讯世界，2013，09：23-24.
光电技术论文范文第4篇
关键词：光电信息工程专业;教学改革;物理光学;计算机仿真
随着信息技术与信息产业的蓬勃发展，光电子产业已成为全球战略产业。加快建设我国的光电子产业和培养高层次光电子人才，是现代社会信息技术发展的需要，也是未来光电子产业的需要。为了适应光电子产业日益增长的人才需求，国内越来越多的高校开设了光电信息工程专业(简称光电专业)。光电信息工程作为教育部本科专业目录中的重点学科，涉及光学、光电子、微电子、通信等高新核心技術。光电专业与其他专业一样，侧重于培养理论基础扎实，实践能力较强，具有人文精神和创新意识的应用型、复合型人才，为我国经济建设和社会发展服务。
一、物理光学的课程特点与教学现状
物理光学是光电信息工程、电子科学与技术等本科专业的一门重要的专业必修课，起着承上启下的衔接作用。其先修课程主要为高等数学、大学物理、应用光学、电磁理论等基础课程。后续的专业课程则包括激光原理与技术、激光加工、光电检测技术、光纤光学、信息光学、光纤通信等。该课程以光的电磁理论为理论基础，讲述光在各向同性和异性介质中的传播规律，光的干涉、衍射、偏振特性以及光的吸收、色散和散射等内容。专业的物理光学在大三第一学期开设，总学时为96学时，其中理论为72学时，实验为24学时。该课程内容概念繁多，物理规律较为抽象，光学现象与规律讲授难以生动形象。物理光学内容包含大量的原理推导和数学公式，学生往往容易记住公式却忘记了公式背后的物理意义和分析方法，无法举一反三、学以致用。课堂中，如果采用填鸭式的方法将传播条件与规律告诉学生，显然没有明显的说服力。该教学方法既影响学生对课程内容的理解掌握，也会影响学生的学习和探索兴趣，阻碍学生创新能力和探究能力的培养。
二、课程建设改革的实践与探索
针对物理光学在光电专业课程体系中的特殊地位，近几年我校光电系对该课程的课堂教学内容、教学方法和教学手段等方面进行了一系列的实践和探索，取得了积极的效果。
1.一条红线，八大现象。学生在经历了高中物理基础和大学物理课程学习之后，对光的认识上升到了一个新的科学高度。对于光的波动现象等理论，学生开始接受并有似懂非懂之感。物理光学的课程中，则是采用数学的方法描述光波的传播特性。因此，在授课过程中可删繁就简，遇到重复的内容可一带而过。物理光学课程内容繁多，在学习该课程时，需谨记一条红线，即光波的传播。光波在同性或异性介质，自由或半自由空间传播时呈现的八大传播现象，即反射、折射、干涉、衍射、偏振、吸收、色散与散射现象。在进行课堂讲述时，先由光波的传播现象，引出光波发生此现象的条件，进而总结光波的传播规律。为了理论知识与实际问题密切联系，着重介绍光波理论的理论和所涉及的行业领域，通过丰富的课程内容让学生真实地感触知识的应用。
2.问题导入式的教学方法。物理光学作为一门专业基础课，具有抽象性强、枯燥乏味等特点。同时，物理光学也具有较强的专业性，该学科的创建均来源于对实际光学问题的解释。在介绍一个知识点之前，为了理论联系实际，我们首先要有目的地设置问题。通过一步一步地启发学生，让学生带着问题思考解决的方法与思路，进而解决问题。例如，我们讲授光波的衍射时，首先从白光通过指缝的衍射现象出发，提出产生衍射的条件。如果采用单色光源，指缝转变为圆孔、矩形孔或不规则孔，衍射条纹如何变化?引导学生思考如果采用多缝或透射光栅，衍射条纹又将如何变化?从而引出影响衍射现象的因素和采用数学模型描述衍射现象的问题。实践证明，这种以实际问题为先导的模式，激发学生的思考和学习兴趣，培养学生分析和解决问题的能力，得到了良好的教学效果。
3.充分利用多媒体教学。多媒体教学在许多方面是传统教学模式所无法比拟的，具有直观性强、图文声像并茂、信息量大、生动活泼等特点。但运用不当，也会适得其反。为了弥补两方面的不足，我们采用了多媒体课件与传统板书相结合的教学方法。在物理光学课程中，采用PPT课件形式与FLASH动画结合，生动描述光波的传播现象与规律。多媒体课件重点介绍物理概念及方法，而大量的公式推导可在课后参考教材或其他课本。制作这种多媒体课件的教学方法不仅给学生留下深刻的印象，而且还给教师留下充足的时间来强调重点、难点和核心内容。
4.利用计算机虚拟仿真技术提高教学效果。在课堂教学之余，训练学生利用计算机仿真技术处理物理光学相关问题。利用现代计算机辅助手段，加深学生对光学现象的理解，发现学习中的盲区和误区，提高教学的针对性。计算机虚拟仿真技术将抽象难懂的光学规律和概念形象直观展现给学生，激发学生的求知欲。光学仿真设计软件有很多种，MATLAB、TracePro、Zemax、Fred、OptiSystem，分别应用于不同的光学领域。MATLAB是Mathworks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，具有数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示等功能，是工程界最流行的软件工具，在大学理工课程教学中的应用亦渐成热点。目前，已有众多文献采用MATLAB软件模拟光波发生干涉、衍射现象后光强度的分布。MATLAB软件中的图形用户界面(Graphical User Interfaces，GUI)，可以实现交互式模拟。采用交互式滚动条动态地展现各物理量对衍射结果的影响，有利于加深学生对物理规律的理解和认识。TracePro是一款基于蒙特卡罗法的非序列光线追迹软件，为美国Lambda Research公司开发。TracePro以实体对象来构建光路系统，通过计算反射、折射、散热、吸收和衍射等行为来模拟光线与实体表面的作用，对真实场景进行计算和显示。TracePro图形使用界面简单，且具有强大的仿真功能，能对光学镜头、背光板、照明灯具、投影显示器、医疗仪器等进行光学模拟及分析。目前，在校学生已采用TracePro仿真软件成功对偏振棱镜、衍射光栅进行了模拟仿真，采用光线追迹方法形象直观地展现光波传播过程及特性的变化，加深对光波传播规律的认识和理解。
当然，计算机虚拟仿真技术只是物理光学教学的辅助，不能代替理论教学。学生应该在认真掌握基本物理知识的基础上，逐步学会运用计算机仿真软件，才能达到促进学习的效果。计算机虚拟仿真的实际操作，培养了学生将理论知识应用于分析实际问题的能力，检验了学生专业知识的掌握程度，也为下一阶段的课程教学提供了指导方向。
三、总结
在物理光学课程教学改革实践中，针对课程内容理论性与专业较强，数学公式与物理概念较多等特点，我们对教学内容、教学方法和教学手段等进行了积极探索和实践。在学习过程中，始终围绕光波的传播这条红线，介绍光波的传播规律与现象。采用问题导入式的教学方法，充分利用多媒体教学和计算机虚拟仿真技术的教学手段，加深专业课程的抽象理论形象化。在教学中注重基础理论和知识的应用性，培养学生的独立思考能力和创新意识，促进了学生学习兴趣的提高和发展，增强学习效果，实现学以致用。
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基金项目：华中科技大学文华学院信息之光学术团队建设(编号：j0900740421)。
作者简介：尹娟娟(1984-)，华中科技大学文华学院尹娟娟，女，湖北武汉人，硕士研究生，研究方向：非线性光学。
光电技术论文范文第5篇
1. 引言
大学通识教育阶段应以培养有坚实的科学素质、出色的研究能力和创新精神的高素质人才为目标[1]. 物理学是一门集合思想、方法、实验探索为整体的先导学科,在大学通识教育中具有关键性的作用。但长期以来,我国的物理教学模式主要以理论推导教学为主,辅助验证、操作实验教学. 导致理论教学与实验教学分离;学生发现问题、分析问题、解决问题能力的目标与手段分离的窘境。
大学物理涵括了从最小的基本粒子到最遥远宇宙、提供理解和把握世界知识基础的重要学科,是一个庞大的专业知识和方法的体系,要教给学生所有的物理知识是不现实的,但是可以让学生掌握和理解其中的部分知识,可以让学生领略物理知识与现实世界的紧密联系。21世纪的大学生应成为具备坚实的基础理论、出色的实验能力和创新精神的高素质人才. 大学物理集思想、方法、实验于一体, 在演示实验中适当地提供一些相关科技领域的新信息
发展作为“创新点”,以培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力推动大学物理教学改革。引入学生自主设计低成本、高智慧演示的教学方法,高智慧、低成本的物理实验,丰富教学手段和教学考核手段尤为必要[2]。
2. 现状
目前大多数学生接受传统教学模式－接受式教学,影响很深,习惯处于一种被动学习的状态。但同时又厌倦了接受式教学方法,导致学生普遍的厌学情绪。大学阶段的物理基础课范围跨度广、理论深度大、专业性强、学术性高,在一定程度上讲,课程的难度大,同时不可避免出现抽象、枯燥的状态。在当前的教学改革中,流行多媒体课件代替板书,多媒体动画演示代替实验演示,虚拟仪器实验代替设备操作,造成学生思辨过程缺位,想像过程的空间、时间受压缩,不能联系实际,抽象出问题,分析、解决问题能力普遍下降,使物理的魅力（思想、方法、实验探索集于一体）无法有力发挥,致使学生对物理课的学习热情不高,教学效果较差.因此,促进学生转变学习观念,发挥学习主动性,是大学物理基础课教学改革亟需解决的问题。
而中外教学方法史上源远流长的“快乐学习”教学思想,则为大学物理教学改革指明了方向,为学生自主设计低成本演示实验在大学物理通识教育中作用研究实践提供了有效的理论基础。通过激发学生发现问题、分析问题、解决问题的欲望。在教学中,学生以一种愉快的、主动的、富有个性情感的态度积极地参与探索学习,其教学效果远远好于传统的接受式教学模式。因此国内外对集高智慧、高技术和新思想于一体的低成本演示装置创新设计的实践青睞有加,由于这类实验的趣味性和较少受语言障碍影响的特性,在国际交流场合往往很受欢迎[3]。
3.自主设计低成本演示装置的自我考核和激励作用
大学物理演示教学是指以具有可见度,可呈现性,以定性与半定量方式为主,侧重培养学生的创新意识、开发学生的创造潜能和科学实验能力,其中包括:
(一)通过形象生动的演示实验,消除学生因抽象、枯燥而产生的畏难、厌烦的心理。激发学习兴趣。
(二)通过形象生动的演示实验、以期达到理解知识,理论联系实际,调动感知功能,最提高物理教学效果和效率。
(三)物理演示教学过程,学生处于探索、发现的过程。能激发思维,培养学生的创新意识和创造力。
虽然多媒体的动画很能说明问题,但是明了的实验更具说服力,更能激发学生的探索发现兴趣。由于学生的知识面较窄,缺少生活经验,以致只能被动接受,不能激发想象。而不少具有成本低、高智慧的实验装置具备教学功能包括: (1) 创设教学情境,便于引入物理知识,同时激发学生学习的兴趣和求知愿望;(2) 提供感性素材,帮助学生建立物理概念和认识规律; (3) 通过观察和思维设计,不仅能达到巩固的目的,还能更好地把知识运用到创新中,进一步发展学生的思维能力; (4) 提供典型范例,为学生训练实验技能和科学研究能力创造条件; (5) 有利于发挥教师的情感、思维方法和科学作风等,潜移默化地教育学生.让学生成为学习的主体,提高学生的参与意识,调动主观能动性,是增强学生实验研究能力的有力环节。
3.1 建立学生关爱周边事物的激情
社会进步,科技发展,与其说是在不断解决问题的过程中促成的,倒不如说是在不断发现、提出问题的过程中促进的,因为,如果不能发现、提出问题,也就谈不上去解决问题。兴趣是学习最好的老师、最好的朋友。因此,只要能够提高学生对物理学的浓厚兴趣,他们就会去关注物理学、去主动学习物理知识,教学效果也就不言而喻。而如何引起、提高和保持学生对物理学的兴趣,一直以来都是物理教师最为关心的问题之一。因此,要培养学生的创造能力,就要培养学生发现、提出问题的能力。发现、提出问题,需要摆脱习惯认识的限制,更富创新性。认真观察周边事物就会成为学生的自我要求提出新发现,提出创新性问题。学生自主设计低成本演示实验装置应具备:学术性 、智慧性、启发性、简单性。低成本物理演示设计更侧重对生活实际的观察,并从中抽象出物理问题。可同时在设计过程中激发学生关爱周边事物的激情,唤起学生学习的主动性和积极性。
3.2 让学生在创新设计活动中培养发散性思维
按思维的智力品质分,可分为再现性思维和创新性思维。学生在学习中,再现式思维是主要的学习方式,相比之下,创新性思维的实践机会则非常有限。如何发展创新性思维,就显得尤为关键。心理学认为,学生的发散性（辐射性）思维方式有利于发展创新能力,当学生通过发散性思维所形成的观念,经过收敛性（辐合性）思维方式的组合,便可以提出新发现,提出创新性的物理问题。低成本物理演示装置的设计需要学生发挥发散性思维能力,即使对同一个物理原理的阐释,皆可产生不同的表现形式和方案[4]。
3.3 建立学生的自尊心
当教学过程形成一种压力,把成绩、名次、评奖等荣誉简单的与分数紧密联系时,学生就会想方设法获得高分,而不会去关注学习要求。一旦可以自由选择,学生们总是趋利避害,把时间和精力花在寻求正确答案的线索上。许多学生由于担心失败,害怕提问题,不愿意直面问题。而遇到问题,或者解决问题失败,等同与缺乏能力,就使得学生把碰到困难归结于智力缺陷,归结于学不好。因为学习带来的仅仅是失望,成绩不理想的学生越多,意味着人生失败的学生也就越多。大学物理教学,低成本物理演示装置的设计可营造一个成功的氛围,树立人人都能成功的信念。反馈给学生的信息中包含学习中成功的地方,同时提出怎样才能进一步提高的建议。
3.4 建立学生的自我评价机制
自我评价,是指学生依据一定的标准,对学习进行自我反醒和调节,以提高学习能力的发展。建构主义学说认为,教学过程是学生建构知识的过程,教师只是指导者,对学生的变化只是起影响作用,而最终起决定作用的应是学生自身。在发展性评价体系中,学生自我评价是不可忽视的一部分,通过自我评价,学生可以及时了解学习状态,及时调整,增强自信,形成自我约束的学习习惯[5]。
低成本物理演示装置设计本身是一个过程性很强的研究实践活动,在评价时采用传统的笔试测验是不行的,而表现性评价却是一种很好的评价方式。表现性评价是通过让学生完成某一特定的任务,来评价学生学习状态的一种方式。与传统评价方式的区别在于,它不仅要评测学生完成任务时的表现,还要对学生在学习过程中的行为进行评价。表现性评价不但能评价学生的知识层次,还能评价学生应用水平,并且可以在实验活动中评价学生的创新精神、实践能力、合作与交流能力、学习态度和习惯。使学生参与对自己的评价,不但改变了学生作为学习者的角色,而且改变了师生关系的性质,使得学生对学习肩负起更多的责任。
3.5 重视不成功的创新方案设计过程
任何创新性设计,都不可能完美无缺,以往的设计实验,教师只顾追求设计的完美而忘记了设计的初衷,既然我们把低成本实验装置设计作为锻炼学生的方法,就应该让他们体会真实的设计研究过程,从不成功的设计中他们学到的会更多. 善于从不成功的创新设计过程中发现“闪光点”,要比一做就成功的实验设计更让学生分享创新性设计的过程, 易于突出物理教学过程的本质,富于创新性,更能激发学生的参与热情,开阔学生的视野,从而从发现问题、提出问题,再到分析问题,直至发展学生解决问题的能力,体会科学研究过程中产生的乐趣[6,7]。
4. 学校在演示教学和学生自主设计中的成果
浙江工业大学的国家级基础物理实验教学示范中心,专门设置了学生自选开放创新实验室,建立了自选开放实验教育平台和探索性物理实验平台。演示实验仪器涵盖物理学领域中的力学、光学、电磁学、热力学、振动与波、等教学内容,将一些抽象的定理、定律研制成直观的演示仪器进行形象化教学。自选开放实验教育平台。以全面开放、自主选择、自主实验的教学思想来构建自选开放实验,并使实验教学内容系统化。采取充分利用旧设备和购置新设备相结合的方式,建设自选开放实验室,为学生提供各个层次的设计性实验和制作性实验60个,使之成为培养学生创新能力的教育基地。探索性物理实验平台,全面开放,并集演示和实验探索于一体来建设探索物理实验基地,使之成为理论课堂教学向实验探索延伸（突破传统课堂演示模式,让学生走进探索实验室并亲自动手设计演示实验）,实验教学向理论探索迈进的桥梁,以改变目前理论与实验教学相脱节的现状,已开设探索性物理实验项目58个。
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作者简介:唐轶峻 (1970－),男,浙江工业大学副教授、博士,主要从事大学物理教学和光电子技术研究。