“新工科”背景下光电类专业工程数学课程的教学问题及对策

基于工程教育更加重视数学和科学教育的“新工科”理念,系统思考了新时期工程数学课程的教学定位、教学问题和教学策略。从一线教学实践的角度出发,文章指出了工程数学教学的若干问题,即课程应用目标不明确、课程内容艰涩抽象和课时压缩等现实问题。针对上述典型问题,分别提出了目标导向式教学方法、数学软件可视化教学方法、线上和线下课堂混合式教学模式等解决方案。研究结果有助于光电类专业教师更好地开展工程数学等大类基础课程,亦有助于大类基础课程在专业交叉的复合型人才培养中发挥重要作用。

新工科大学生创新能力培养的挑战与路径选择

工程科技的进步和创新将成为推动人类社会发展的重要引擎,面对新一轮科技革命和产业变革所带来的挑战和机遇,新工科大学生的创新能力培养至关重要。当前,大学生创新能力培养在价值引领、师资力量、课程体系、保障机制等方面存在问题。高校可以从坚持价值塑造的思政引领,优化专兼一体的师资队伍,完善包含融合性、前沿性、实践性三大属性的创新课程体系,构建科学高效的资源共享、多方协同、能力评价、创新激励四大保障机制等方面构建大学生创新能力培养的“一二三四”新路径。

新工科背景下光电子技术课程思政教学模式探索与实践

为贯彻落实教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》,全面落实立德树人根本任务,发挥课程建设“主战场”、课堂教学“主渠道”作用,光电子技术课程在新工科背景下,紧密对接地方产业链、创新链。聚焦课程建设主战场,创建“双融合”课程思政内涵建设范式,聚焦课堂教学主渠道,构建“三混合”课程思政教学模式,采用多种形式开展课程思政,促进课程思政教学形式多样化。

CCD像元光电转换率不一致性补偿技术

从理论上分析了CCD像元光电转换率不一致性产生的多种原因。提出了一种简易实用的方法对不一致性进行修正:用照度均匀的光照射CCD,测出每个像元上的光电转换信号大小,计算出像元间的差异,从而得到每个像元的修正系数。对实际CCD的测量值进行这样的修正后使得CCD各像元的光电转换率在表观上达到一致。实验结果表明:通过修正后可以有效地减少像元光电转换率的不一致性,误差均方根提高了一个数量级。

光学课程蕴含的科学精神与科学方法

以立德树人为根本宗旨,强化“课程思政”和“专业思政”,围绕“思想引领、知识传授、能力提升”三位一体课程建设目标,从科学精神和科学方法的角度,挖掘光学专业课程的德育内涵和元素。

用于印刷品的宽幅面高光谱颜色测量系统研究

光照环境变化、印刷材质差异、相机彩色滤光片曲线或色彩响应偏差容易影响相机检测印刷色度测量值,而高光谱成像仪可获取物体的自身反射率曲线并配合色度算法有效提升色度测量的准确性,并可得到各种光照环境条件下的色度值。基于印刷品色差检测需求,提出以印刷品三原色混合反射率为基础建立成像色度测量系统各指标的三刺激值影响分析模型,重要指标有信噪比、光谱分辨率、谱线弯曲、色畸变等。为降低非均匀性、噪声及辐射标准传递影响,摒弃传统成像光谱仪相对辐射定标、绝对辐射定标而采用均匀间隔分布的标准漫反射板来直接建立物体反射率和仪器探测器像元响应的物理关系。基于Offner型分光组件研制了推扫式宽幅色度成像装置(PBCID),具有低谱线弯曲和色畸变的分光组件减免了校正处理,并由分析模型和CIEDE2000色差公式得到该装置各指标引起的色差均小于0.3。对比PBCID和参照仪器CM-700d测量24色标准色卡的颜色结果,光谱精度和色度精度能够达到分辨精细印刷品色差的要求。反射率定标后狭缝视场内光谱辐射响应均匀,色度测量均匀性良好,最大色差为1.02。不同光源照明时PBCID测得各色块的平均色差为1.56,表明使用研制的PBCID测量颜色时不受光源的影响。本文提出的色度测量仪器指标影响分析模型和基于反射率板的定标流程为开发在线式宽幅成像色度仪器提供了设计依据和技术基础。

AlGaN基深紫外LED的外延生长及光电性能研究

AlGaN基材料作为带隙可调的直接带隙宽禁带半导体材料,是制备紫外光电子器件的理想材料。在无法获得大尺寸、低成本的同质衬底的情况下,高质量AlN薄膜的异质外延是促进紫外光电子器件发展的关键。本文中,通过调节蓝宝石衬底上AlN的金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长模式产生高密度纳米级孔洞,利用纳米级孔洞降低AlN的位错,并在此基础上外延了AlGaN量子阱结构,得到了275 nm波段的深紫外LED薄膜,并制备了开启电压约为4.8 V,反向漏电电流仅为2.23μA(-3.0 V电压时)的深紫外LED器件。

基于双路光电反馈下光注入半导体激光器的高性能线性调频信号产生

提出了一种基于双路光电反馈下,光注入半导体激光器的高性能微波线性调频信号产生方案,并进行了实验验证.在合适的注入参数下,光注入半导体激光器可工作于单周期振荡态,生成频率由注入强度和失谐频率决定的可调谐微波信号.通过加载波形为类三角波的电压信号控制注入强度,光注入半导体激光器可生成宽带微波线性调频信号.进一步通过引入延时匹配的双路光电反馈环路,来提升光注入半导体激光器生成线性调频信号的质量:分别基于傅里叶域模式锁定原理和自注入锁定技术,引入短环光电反馈和长环光电反馈,以同时实现线性调频信号的梳齿信噪比提升和线宽窄化.在验证实验中,本方案产生了带宽为8 GHz(18—26 GHz)的线性调频信号,其梳齿信噪比达到40 dB,梳齿线宽为1 kHz.实验结果证明了本方案能够生成同时具有大带宽、高梳齿信噪比、窄线宽且相位关系稳定的高性能微波线性调频信号.

新工科背景下大学生双创能力培养研究

从工科大学生的具体教学特点出发,结合教育部推进新工科建设与实践的战略思想,提出针对电子类工科专业的“全程双创导师制”的教学理念,并展开本科生创新创业能力培养的研究。从第二课堂导师制的教学目的、教学方法、培养模式、教学目标等方面入手,探索针对新工科背景下的本科生导师制的有效施行方案,进一步推动本科生培养模式在新工科背景下的深化改革,建立针对工科生大学四年的全程创新创业导师制,进而更好地提高工科院系的本科生创新创业能力。“全程双创导师制”的实施,不仅激发学生的学习兴趣,而且大大加深学生对专业课程知识的理解,使学生更多参与到学科竞赛和创新创业项目中,并在一定程度上提高学校在学科竞赛和各类本科生项目申报中的教学成绩。

基于时间演化算符的高保真度量子操控的逆向工程

为了克服不完美物理系统中存在的多个限制性因素对量子操控的影响,提出一种在三能级系统中创建非绝热高保真度量子操控的理论方案。其原理是基于一组辅助态构建系统的时间演化算符,同时在光脉冲中引入多个自由度参数,来逆向求解出系统的哈密顿量。该方案不仅可以消除量子比特能级之间的直接耦合微波场,而且可以通过优化自由度参数,使光脉冲对在一定频率范围分布的系综量子比特取得高保真度的量子操控,同时抑制对附近频域内其它量子比特的干扰激发。该方案适用于依靠频率寻址的量子系统。

朋辈心理辅导在大学生心理健康教育工作中的应用

学生步入大学,融入新的学习环境、应对新的人际关系时会产生各种心理压力,乃至出现心理健康问题。如何在大学生群体中正确开展心理健康教育,为他们提供有效的心理健康教育,是当前社会普遍关心的问题。助推高校心理服务体系建设完善,应充分发挥大学生的主体性作用,促使大学生实现自我教育,与专业力量共同形成育人合力。以朋辈心理辅导为切入点,探讨其在大学生心理咨询和心理健康教育方面的重要作用,探索制定朋辈心理辅导实践应用方案,助推大学生心理健康教育工作多元化发展。

大学光学课程的项目教学法设计与探讨

项目教学法在《光学》课程中的应用可以打破传统灌输式教学模式,从而培养学生的创新精神、合作意识以及提高学生的综合素质。然而,"项目"式教学效果优劣与项目课题设立、实施方法等有密切关系。本文提出"关联性、先进性、吸引性"的项目课题设计原则,并通过三个实例具体阐述《光学》课程中项目设计、实施和展示的方法,对信息类大学课程中项目教学法的应用有一定指导意义。

新工科背景下光学工程学科仿真软件课程体系构建探讨

文章首先阐述了新工科背景下光学工程学科仿真软件课程体系构建的意义,然后论述了新工科背景下光学工程学科仿真软件课程体系构建的路径,最后提出了新工科背景下光学工程学科仿真软件课程体系构建的注意事项。

工程教育专业认证背景下《高频电路》 课程教学的探索

工程教育专业认证是高等教育质量保障体系的一项重要组成部分。在苏州大学光电科学与工程学院的电子信息类专业拟进行工程教育专业认证的背景下,论文针对电子信息类专业的专业核心课程《高频电路》的教学现状、课程内容及特点进行了分析,并结合作者教学实践中的体会,对该教学课程的教学方法提出了具体的改革方案。因此,本文分析了我校光电科学与工程学院在工程教育专业认证背景下,《高频电路》课程的建设与发展,提出了相应的教学改革方案,以期通过该课程培养学生的学习研究能力和工程实践能力等综合素质,提升其综合竞争力。

浅谈调动工科学生学习专业课的主动性

文章以如何提高"测控技术与仪器"专业学生学习《电子测量》课程的主动性为例,简要分析高校教师如何以学生为中心,优化教学方法与课堂组织形式,将抽象、死板的工科知识讲解转化为能有效吸引学生注意力、引发学生主动思考的问题讨论,将工科专业大学生被动学习状态转换为主动要学的精神面貌。

用于三角测量大数值孔径双远心光学系统设计

测量不确定度是与测量结果紧密相关的重要指标,反映了仪器测量的稳定性。激光三角测量仪器的测量不确定度与成像光学系统数值孔径直接相关,增大数值孔径能够有效降低测量不确定度。为了满足高精度测量需求,应用二维Q-type多项式自由曲面,设计用于线激光三角测量仪的大数值孔径双远心Scheimpflug成像光学系统。首先基于三角测量原理和线激光三角测量仪指标分析成像光学系统参数,然后结合像差灵敏度分析以及自由曲面像差特性,确定成像光学系统中自由曲面的位置和数量并进行优化设计。设计得到系统的数值孔径为0.2,成像范围为10 mm×14 mm,调制传递函数(MTF)优于0.6,最大畸变为0.21%,远心度优于0.3°。该系统具有大孔径、成像质量好、畸变小、双远心的特点,能够满足高精度线激光三角测量仪的应用需求。

基于频谱特征自适应采样的傅里叶单像素成像方法

傅里叶单像素成像(Fourier single-pixel imaging,FSI)中成像效率的提升主要借助优化重构算法和采样方法来实现,但在采样次数有限的情况下,FSI无法准确采样关键频率,导致成像质量差。为解决这一问题,提出一种频谱特征自适应采样策略。首先,研究傅里叶域中能量的集中程度,以此确定低频等距预采样的最优半径。进一步,通过预采样低频分量估计关键频谱位置的方式,测量相应的傅里叶系数,最终实现图像重构。与基于高频方向能量连续性的自适应采样方法相比,该方法可以针对不同频谱特征目标,自适应选择较优采样路径,获取关键傅里叶系数,进而改善成像质量,其峰值信噪比提高2.28 dB,结构相似度提高15.83%。因此,该方法在应对FSI对未知特征目标进行成像时,具有高效空间信息采集的优点,有望在单像素快速实时成像中得到应用。

基于OOK调制的可见光通信视频传输系统

为了降低可见光通信(VLC)系统的误码率,设计了一种基于二进制开关键控(OOK)调制的VLC视频传输系统。该系统采用改进型4B5B编码、后均衡放大电路改善了系统误码性能,拓展了系统的-3 d B带宽,并在自适应阈值判决的基础上分析数据的相关性特征,实现了OOK解调。实验结果表明:系统可以在2 m的距离下实现1080 P高清视频的实时、无失真传输;当传输速率为60 Mb/s时,改进型4B5B编码能将系统无编码时的误码率由2.2×10^(-2)降低至2.81×10^(-6)。

离轴抛物面反射镜的投影畸变校正研究

光学元件在使用基于计算机控制光学表面成形技术(Computer Controlled Optical Surfa-cing,CCOS)的设备进行迭代加工时,需要导入光学干涉测量的面形数据。而使用无像差点法的自准直检测光路测量离轴凹抛物面反射镜时,由光路产生的投影畸变会使检测的面形图发生变形,进而导致工件的面形质量难以快速收敛。针对此问题,本研究提出了一种基于自准直检测光路的离轴凹抛物面镜的畸变校正方法。通过确定干涉仪中CCD测量坐标系和镜面坐标系的投影坐标变换,结合少量标记点的标定,对整个面形进行重构,从而校正投影畸变。针对某大口径离轴四反光学系统的Φ430mm等厚离轴凹抛物面主镜的自准直检测,以畸变校正后的检测数据作为磁流变设备的加工指导,表面面形精度RMS最终达到λ/80(λ=632.8nm)。该方法基于少量标记点实现高精度面形校正,能够有效缩短CCOS迭代加工过程中的畸变校正时间,在保证表面质量要求的情况下提升光学元件加工效率。

基于四焦距相位相干机器视觉的晶体微缺陷检测

针对目前在晶体内部微缺陷研究上的检测精度较低、检测尺度不足的问题,提出了一种基于四焦距相位相干机器视觉的晶体内部微缺陷检测法,并建立了相应的检测系统。本方法通过四焦距相位相干光路,将晶体内部缺陷的相位信息转化为灰度信息,形成晶体内部缺陷特征图像。利用机器视觉算法,提取缺陷特征图像中的相位信息丢失点,并通过滤波算法对这些点进行恢复。然后通过特征提取、灰度分析算法,对缺陷特征图像进行处理分析,最后得出晶体内部缺陷的厚度,完成对晶体内部微缺陷的检测。实验结果表明,利用该方法对有机玻璃表面中心镀60 nm的二氧化硅膜的模拟相位缺陷进行检测,相对误差为1.83%,检测分辨率达到纳米量级。相对于动态泰曼干涉仪检测的2.4%的相对误差以及激光聚焦线扫描法的40μm检测分辨率,有着较大的提升,也证明所提出的方法能够有效运用于晶体内部的微缺陷的检测。