【关键词】量子理论；原子冷却；冷却温度
20世纪70年代中期开始的激光冷却与捕陷中性原子技术的研究，使人类进入了一个空前的超低温（10-4-10-9K）领域。在这个新领域中人们实现了新的物态（气态原子的波色-爱因斯坦凝聚，BEC），发现了一系列新的物理现象，一些新的学科（即所谓的超冷原子物理、原子光学）也随之兴起。操纵、控制孤立的原子一直是物理学家追求的目标。由于原子不停地热运动，要想实现操纵、控制的目的，必须使原子“冷”下来，即降低其速度至极低，这样才能方便地将原子控制在某个小区域中。
有关这个领域的理论和实验研究已有多篇文章评述[1-12]，其中文献[8-12]有相当全面地论述。
本文应用含保守系统和非保守系统的薛定谔方程[13]研究了激光冷却机制，从量子理论的角度很好的解释了原子激光冷却，并且预言原子激光冷却的温度和原子的角频率成正比，这和最近在Nature发表的实验结果符合相当好[19]。
1.含非保守力的薛定谔方程
在激光场中，原子受到的力可以写成[14-15]：
（1）
其中，是原子的速度，是原子的位矢，k是激光场中原子的阻尼系数，是弹性恢复系数。第一项-k激光冷却原子受到的非保守力，而第二项是激光捕获原子的保守力，这个力和势能相对应。
下面，我们将运用费曼的路径积分拓展薛定谔方程，使其既适用保守系统也能适用于非保守系统。路径积分的公式为[16-18]：
（2）
通过计算，我们得到了拓展后的薛定谔方程，具体形式：
（3）
其中：
2.原子激光冷却的量子理论
由方程（3），我们可以对激光冷却用纯量子理论方法进行研究。冷却原子受到的力为F=-k-k，第一项-k激光冷却中原子受到的非保守力，而第二项是-k激光捕获原子的保守力，这个力和势能相对应，所以方程（3）可以写成：
（4）
经推导，方程（4）的特解是：
（5）
原子的速度算符为：
（6）
速度算符在态下的平均值为：
（7）
分量的平均值为：
=0 （8）
的平均值：
（9）
所以，我们发现随着t的增加，和分别趋于零，也就是说随着时间t增加激光场中的原子被冷却了。
由于：
（10）
可以得到：
（11）
方程（13）是激光冷却的温度方程，由此我们可以得到原子冷却的温度。
3.数值分析
下面我们给出原子激光冷却温度的数值分析。方程（13）是超越方程，再结合下面这两个方程：
（14）
（15）
可以得到原子冷却温度。
主要的输入参数：普朗克常数=1.05×10-34JS，波尔兹曼常数kB=1.38×10-23JK-1。在激光场中，原子的振动频率大概几百千赫兹。可以得到，冷却温度T和振动频率成正比，满足关系式：T=4.334×10-3。最近，A.D.Oconnell等人在Nature上[19]，他们发现：当振动频率=6.175GHz时，对应冷却温度T=25mK。由我们的关系式T=4.334×10-3，计算得到T=25mK，可见这结果和实验结果符合相当好。通过降低振动频率，我们可以得到更低的冷却温度。
参考文献
[1]Ashkin A.Applications of laser radiation pressure.Science，1980，210：1081.
[2]Adams C S，Riis E.Laser cooling and trapping of neutral atoms.Prog Quant Electr，1997，21：1.
[3]Balykin V I，Mingin V G，Letokhov V S.Electromagnetic trapping of cold atoms.Rep.Prog.Phys.，2000，63：1429.
[4]X..Y.Wu，B.J.Zhang，H.B.Li，X.J.Liu，J.W.Li，and Y.Q.Guo，Int.J.Theor.Phys.48，2027（2009）.
[5]D.W.Sesko，T.G.Walker，and C.E.Wieman，J.Opt.Soc.Am.B 946 1991.
[6]A.M.Steane，M.Chowdhury，and C.J.Foot，J.Opt.Soc.Am.B2142 1992.
[7]R.P.Feynman，Rev.Mod.Phys.，20（1948）：367.
关键词：激光原理；教学实践；教学体系
南京航空航天大学以育人为本，不断丰富和发展办学指导思想。树立并践行“三个为本，三个促进”的办学理念，即“以育人为本，促进人才辈出；以学术为本，促进学术繁荣；以航空为本，促进特色发展”。 把提高质量作为学校教育改革发展最核心最紧迫的任务，坚定不移地走有特色、高水平、内涵式发展道路，形成人才培养新优势，努力出名师、育英才、创一流，在加快建设高水平研究型大学的进程中取得新的更大的成就。
学校学生来自全国各地。长三角地区光电子行业非常发达，考虑到这些因素，对本课程，定位为光电信息科学与技术专业的专业课程，目标是使学生掌握激光器运转的基本物理原理，为后续专业课程的进一步学习奠定基础，为今后在光电子学及相关的电子信息科学等领域从事学术研究和教学工作奠定扎实的理论基础，服务江苏，兼顾长三角，播及全国。
1、教学方法与教学手段
《激光原理》是高等院校光电子技术和有关专业的一门极其重要的专业基础课程[1]。是学习相关课程“激光器件”、“激光技术”、“激光应用”的基础，也是学习光电子学、激光化学、激光生物学、激光光谱学、非线性光学等新的交叉学科的重要基础[2]。为此，除严格的课堂教学以外，我们还配合一些课程设计、专题课堂讨论及前沿学术动态讲座等多种形式。在介绍课程的学习意义时，采用启发式的教学方式[3]。从激光发展历史和相关技术入手，介绍了激光科学技术近50年的发展，其应用遍及科技、经济、军事和社会发展的许多领域。本课程制定了详细的教学内容，明确了教学目标。讲述激光器基本原理、开放式谐振腔理论，讲授激光振荡和放大理论。经过系统地学习，使学生掌握产生激光的基本原理和处理激光问题的基本理论和基本方法[2]。
2、课程的重点、难点及解决办法
本课程是一门理论性较强的课程。主要阐述激光器的基本原理和理论。本课程的重点，是要掌握激光器的基本原理、光谐振腔理论、激光振荡理论。光和物质的共振相互作用是激光振荡和放大的物理基础，这一部分的重点放在阐明光和物质的共振相互作用的基本物理过程和主要理论分析方法方面，课程的难点也在此处[4]。采取多样灵活的教学手段。课堂教学包括：课堂讲解、PowerPoint幻灯片课件、课堂小测验、课堂提问、笔记检查、课后作业、作业及课堂小测验讲评等。十分重视该专业学生英文水平的提高，并一直坚持在讲课中尽量向学生介绍英文的专业词汇。教会学生正确的学习方法。要学好本课程，学生们要建立一套适应于理论知识学习的科学的学习方法，更重要的是，掌握基本物理过程和主要理论分析方法，要求学生必须通过对知识的理解和消化来学习和掌握知识，培养知识的实际运用能力。针对教学内容中的重点和难点内容，采取重点授课，讲解细致、详尽，增加学生的实践机会等措施，使学生真正理解和掌握重点、难点内容。
3、教学资料与实践
我们采用的教材是高等学校电子信息类规划教材“《激光原理》” （第五版），由清华大学周炳琨院士担任主编。一方面，补充一些基本知识，例如学生没有学习过原子物理的有关知识，在介绍激光基本知识时，加入了有关能级的一些知识点，有利于学生对后面内容的了解和掌握[5]。另一方面，随着激光科学的发展，主讲教师在授课中不断及时补充内容，及时反映国内外激光科学的最新进展，使学生及时了解该学科的发展动向；吸纳兄弟院校本课程的教学经验，取各家之长，丰富我们的教学内容。与《激光原理》课程配套的激光专业实验教学日趋完善，目前已经开设了高斯光束参数测量及透镜变换实验、半导体激光器系列实验、连续激光相位调制实验、激光散斑干涉计量、激光全息干涉振动分析、脉冲调Q Nd：YAG倍频激光器实验、氦氖激光器模式分析实验[6]。随着激光原理和相关科学技术的发展，实验室老师正在筹建新的激光实验，并撰写了现代光学实验指导用书。新的实验设备已经编入211工程学科建设预算，正在采购中。专业实验室面积扩大到250平方米[7]。。我们还与南京东方激光、南京煜宸激光科技、南京激光仪器厂、江苏恒达激光图像、江苏联正利惠激光科技等企业有长期稳定的教研合作关系，经常派学生去实习，或请对方专家来学校交流指导学生。
4、总结。依据教研融合、开放共享和体现特色与水平的原则，以理论与实践结合为特色，阐述了激光原理教学体系建立和完善的经验。目前，已完成了激光原理的课程建设，包括课程教学内容项目建设、实验课程建设等。本课程紧密跟踪学科前沿，一贯坚持把前沿研究内容及时充实到课堂教学活动中，引导学生接触前沿学科知识，保持课程内容的先进性。教学科研互促共进。教学手段丰富灵活。
参考文献：
[1] 周炳琨，等. 激光原理[M]. 北京：国防工业出版社，2009.
[2] 苏红. “激光原理”课程的专题研究型教学方案探讨[J]. 电气电子教学学报，2011， 31（3）： 34.
[3] 苏红. 《激光原理》教学方法的初探与实践[J]. 中国校外教育，2009， 08： 90.
关键词：激光物理；受激辐射；离子束反转
中国分类号：G633.7
20世纪中叶以后由于量子电子学的发展而出现了一个新的分支，以研究激光物理机制，探索新型激光器而形成了专门的科学，即激光物理。激光物理是20世纪量子理论、无线电电子学、微波波谱学以及固体物理学的综合产物，也是科学技术、理论与实践紧密结合的灿烂成果。激光物理的发展已经半个世纪有余，在这短短的时间里，激光物理不仅推动了近代物理的快速发展，同时也大大加快了各个学科的发展进程。
一、光量子理论的提出
光量子理论是爱因斯坦为了解释光电效应现象，受普朗克能量子理论启发而提出的。
l895年。德国实验物理学家维恩（W.Wien.1864-l928）在研究黑体辐射时，假设电磁辐射遵循麦克斯韦（J.C.Maxwell.l83l- l879）气体分子分布规律，推导出一个著名的辐射能量分布公式。但此式在频率较高、温度较低时，理论值与实验值比较符合，但在频率较低的长波区域，则理论值与实验值出现较大偏差。1900年，英国人瑞利（ Rayleig.1842-1919）在研究黑体辐射时，利用麦克斯韦的能量均分定律及电磁波辐射可能形成驻波理论提出另一个热辐射分布律，后经金斯（J.H.Jeans.l877-l946）修正成为瑞利-金斯公式，当频率较低时，瑞利一金斯公式理论值与实验结果比较符合。但当频率较高时，就与实验结果表现出很大的差异。为了解决这个问题，从1894年就把注意力转向黑体辐射的德国物理学家普朗克（M.Planck.1858-1947）在维恩与瑞利-金斯定律相应的热力学表达式之间进行内插，得到了新的辐射公式，与实验符合的很好。于是他提出一个以频率v振动的谐振子只能取v、2v、3v…这样分离的能级，他引入E=hv的能量子概念，这是谐振子能够吸收和发射的最小能量值，即谐振子的能量取不连续hv的整数倍的定值，不像经典理论所描述的连续任意的能量值。这样就圆满的解释了黑体辐射。
二、爱因斯坦受激辐射理论的提出
在普朗克的启发下，爱因斯坦在光量子概念的基础上解释了光电效应实验。所谓“光电效应”是指在光的照射下金属表面发射电子的现象。最早观察到光电效应的是德国物理学家赫兹（H.N.Hertz.1857-1894），1887年，他在进行电磁波实验时，注意到电极之间的放电，会受到光辐射影响。经过极其细致的观察和分析后，赫兹发表了题为《紫外光对放电的影响》一文，这是发现光电效应的最早记录。
爱因斯坦认为分子的分立能态的稳定分布是靠分子与辐射不断进行能量交换来维持的，即使在平衡条件下也会有分子与辐射场之间的能量交换所引起的涨落。并假定气体分子（普朗克谐振子）能态之间的跃迁是以三种基本作用进行的：（1）自发辐射，（2）受激吸收，（3）受激辐射。
自发辐射是指处于上能级的原子按一定的辐射跃迁定则向下能级跃迁并伴随着辐射出一个能量为 的光子。物质的这种发光过程是在没有任何外界作用的情况下完全自发和独立进行的。
受激吸收不是自发产生的，必须吸收外来光子才会发生，该过程的发生不仅与原子本身的性质有关，还与趋近它的光场和原子密度有关。
受激辐射是指处于上能级E2的原子，若有一频率满足 的外来光子趋近它，入射光子就能以一定得几率驱使原子从能级E2到能级E1，并释放出能量为 的光辐射，叠加到入射光场上。受激辐射产生的光子与引起这种辐射的原来光子的性质与状态完全相同，同属一个光子态，即具有相同的频率、方向和偏振态，对大量的光子而言，还可以证明他们的相位也是几乎相同的。
所以，由受激吸收与受激辐射的特点可以看出，当同样的光辐射作用在同一个原子体系时，受激吸收使原来的光辐射有所减弱，而受激辐射则使得原来的光辐射有所增强，两种过程同时存在，彼此互相竞争。当原子受激辐射过程占主导地位时，光通过原子体系后呈现放大现象。由此可见，受激辐射是产生激光的最基本过程。
三、离子束反转-产生激光的必要条件
爱因斯坦靠思维的洞察力，肯定了观测仪器尚未发现的受激辐射现象的存在。遗憾的是，对这个大胆的科学构想，并没有引起物理界的广泛注意，甚至还遭到了一些怀疑和批评。因为激光必须产生在激发的原子与辐射的相互过程中，产生的速率正比于光源中高能态的密度。然而，正常的能态分布是由玻耳兹曼分布决定的，在热平衡的条件下，处于两个能级E1和E2上的原子密度（单位体积中的原子数）N1和N2按能级分布的玻耳兹曼公式是： ，其中，T是热平衡时气体的绝对温度。所以，从上式可得，上能级的原子密度总是小于下能级的原子密度，上下能级间的能量差（E2-E1）越大，或者气体的温度越低，上能级的原子密度就越小。因此受激态E2原子在受激发射中所产生的光子未来得及辐射出去就已被大量基态E1原子吸收了，受激发射过程被同时发生的大量吸收过程完全淹没。要使受激发射压倒受激吸收，即使受激态E2能量原子密度大于基态能量E1，就必须使式子 反过来，即温度T就要取负值，实现离子束反转。
对科学结论如果没有科学的态度，一味盲目的听从、偏听偏信、不加分析、固执己见，则一切结论都将成为传统的偏见和顽固的保守主义，这对科学发展，和会进步都是有害无益的。所以，在科研工作中要始终保持冷静的头脑，相信科学、相信真理、不盲从权威和接受指导、学习别人的辩证关系，以充分发挥自己的特长。
参考文献
[1] 王较过， 郑荣平. 光量子理论的确立和发展[J]. 咸阳师范学院报，2005.
关键词：电子科学与技术 光电子材料与器件 理论教学 实验教学
中图分类号：G423 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（b）-0154-02
电子科学与技术（以下简称“电科”）专业是以培养具备微电子、光电子、集成电路等领域宽厚理论基础、实验能力和专业知识，能在电子科学与技术及相关领域从事各种电子材料、元器件、集成电路、电子系统、光电子系统的设计、制造、科技开发，以及科学研究、教学和生产管理工作的复合型专业人才为目标的工程专业。作为电科专业教育中重要内容的光电子技术，不仅是当代信息技术两大支柱之一，而且随着现代科学技术的发展持续焕发着生命活力。而让光电子技术保持如此强劲发展势头的主要原因之一，正是光电子材料与器件的广泛应用，例如激光器与新型光电探测器的应用的人你还。另外，诸如纳米光电材料与器件、光子晶体及相关器件、超材料及相关器件与表面等离子体激元及器件等新型光电子材料与器件的研究与应用，是目前国际上光学与光电子学研究领域的前沿热门方向。由此可见，学习光电子材料与器件的相关知识，不仅对电科学生知识体系的构建与就业方向的确定具有积极的影响，也为那些将来希望从事新型光电子材料与器件科研工作的学生，提供了坚实的理论基础与知识储备。然而，根据笔者的调研，虽然国内许多重点大学的电科专业都开设了光电子技术课程，但很少有大学专门开设光电子材料与器件这门课程。而由于光电子技术的内容多、涉及知识面广，教学课时又往往有限（一般为32或48个学时），因此在光电子技术的实际教学过程中，讲授教师往往重视光电子技术基本概念与理论知识的教学，而轻视光电子材料与器件的教学。该文从光电子材料与器件的研究内容、应用及发展等方面说明其在电科专业教育中的重要性，并结合自身光电子材料与器件课程的教学经验，研讨电科专业中光电子材料与器件的教学方法。
1 光电子材料与器件简介
光电子材料是指能产生、转换、传输、处理、存储光电子信号的材料。光电子器件是指能实现光辐射能量与信号之间转换功能或光电信号传输、处理和存储等功能的器件。自1960年美国科学家梅曼发明世界上第一台红宝石激光器以来，光电子材料与器件如雨后春笋般发展迅速。在短短的50多年里，光电子材料与器件经历了从红宝石激光器的发明，到半导体激光器、CCD器件及低损耗光纤的相继问世；从各种光无源器件、光调制器件、探测与显示器件的小规模应用到系统级集成制造实用化阶段；从大功率量子阱阵列激光器的出现再到光纤激光器、光纤放大器和光纤传感器的诞生。光电子材料与器件从未停止过发展的脚步，并正在不断深刻影响着人类社会的方方面面。在实际需求的引导下，各种新型光电子材料与器件层出不穷，性能也不断提高。尤其是近年来，随着微米及纳米级加工技术的成熟，新型的微纳光电子材料与器件的研究异常活跃。纳米光电材料、光子晶体、超材料、表面等离子体器件等领域的研究成果丰硕，为未来光电子器件的微型化、集成化发展奠定了坚实的基础。
综上所述，光电子材料与器件在当代信息产业与科学技术中具有极其重要的地位，因此，光电子材料与器件这门课程不仅应当单独作为一门课程独立教学，而且应该作为重视工程教育的电科专业的核心课程。
2 光电子材料与器件课程教学研究
2.1 光电子材料与器件课程的教学形式、课时安排与教材选择
光电子材料与器件课程不仅包含丰富的理论知识，例如光电子材料的物理特性以及光电子器件的工作原理等，而且与实际应用结合精密，因此，本课程宜采取理论教学与实验教学相结合的教学形式。
在课时安排方面，作为电科专业的一门核心专业课程，光电子材料与器件课程的总课时应不低于32学时（2学分），理论课学时不低于26学时，实验课不低于6学时。
另外，在教材选择方面，由于光电子材料与器件是光电子技术中的一部分内容，而目前国内关于光电子技术方向的参考书籍很多，其中亦不乏一些光电子技术课程的经典教材，例如西安电子科技大学安毓英主编的《光电子技术》[1]，西安交通大学朱京平主编的《光电子技术基础》[2]等。虽然这些光电子技术参考书中或多或少都会介绍与光电子技术相关的材料与器件，但是，目前专门介绍光电子材料与器件方向的教科书却是少之又少，市面上仅有国防工业出版社2012年出版的侯宏录主编的《光电子材料与器件》[3]一书。加之，该书中所涉及的理论知识较深，基础浅薄的本科生很难驾驭。由此可见，对于光电子材料与器件这门新兴课程而言，设立统一的教材并不合适。因此，笔者建议该课程的讲授教师根据理论教学与实验教学的内容，自行编写该课程的讲义与课件。
2.2 光电子材料与器件课程的理论教学
按照电科专业的专业定位以及培养目标，光电子材料与器件课程的理论教学也应该突出“工程”内容。传统的光电子技术教学中所重视的原理、定律与规律等内容，在光电子材料与器件教学中要弱化；而传统光电子技术教学中往往被弱化乃至忽视的光电子材料与光电子器件的相关知识，要在光电子材料与器件课程教学中占主体地位。如此才能保证在有限理论课时的前提下，让学生对光电子材料与器件有一个全面的认识。
在教学内容的设置方面，由于光电子材料与器件主要应用于光电子技术之中，因此，为了便于学生的理解与知识体系的构建，笔者建议光电子材料与器件课程理论教学的章节设置按照光电子技术的章节设置进行。以笔者讲授光电子材料与器件理论课程（共26学时）为例，该理论课程共被分成了绪论（2学时）、激光原理与典型激光器（5学时）、太阳能电池（4学时）、光通信器件与材料（5学时）、光探测器件（5学时）、光电显示器件（3学时）与光存储器件（2学时）等七个章节，这七章内容基本囊括了光电子技术中光产生、光转化、光传输、光探测、光显示以及光存储等各个重要环节中最为典型的器件以及所用到的材料。另外，在每章内容的设置上，也尽可能突出“工程”内容，弱化“理论”知识。下面，笔者将详细介绍笔者在光电子材料与器件教学中各章的教学内容。
第一章绪论主要包括光电子材料与器件课程简介以及光电子技术的基本知识简介。在光电子材料与器件课程简介中，向学生介绍课程设置的目的和意义、课程的主要内容、教学与考试方式与参考资料等。通过这部分内容的介绍，让学生对本课程的意义、内容、侧重点有一定的认识。在光电子技术基础知识简介中，重点向学生介绍光电子材料与器件与光电子技术的关系，并通过对光电子技术的概念、特征、发展等方面的介绍，让学生对光电子技术以及光电子材料与器件有一个整体的认识。
第二章激光原理与激光器重点介绍几种典型激光器的材料、结构与工作特性，其主要内容包括三个部分：激光原理简述、典型激光器与激光器的应用。在激光原理简述部分，由于多数电科专业在学习光电子材料与器件课程之前已经修过激光原理等类似课程，所以该部分内容为简略介绍的内容，主要帮助学生回顾激光的特征、历史与光辐射理论等知识点。而第二部分内容典型激光器是本章内容的重中之重，在该部分内容中，将依次向学生介绍固体、气体、液体与半导体这四大类激光器中的典型激光器的结构、特征与工作特性等知识。由于发光二极管与半导体激光器结构与工作原理上的相似，在介绍完半导体激光器后，可以顺理成章地介绍发光二极管的结构与特征。另外，本章最后还简单介绍了激光器的几种常见应用。
太阳能电池虽然是光电探测器中光伏效应的一种特殊应用，但是由于它在现如今光电子技术产业以及光电子器件中的重要地位以及良好的发展趋势，该部分内容被独立成一章。在第三章太阳能电池中，主要分两小节给学生介绍，第一小节介绍当今能源与环境问题以及太阳能的开发和利用，让学生了解当今能源资源的现状以及新能源研究与应用的迫切需求，然后介绍太阳能利用的历史以及发展趋势；第二小节正式介绍太阳能电池的工作原理、结构以及特性等知识。
第四章光通信器件与材料主要介绍的是光通信系统中所用到的有源与无源光器件。本章内容共分为两小节：第一小节介绍光纤通信的基础知识，包括光纤通信的定义，光纤的结构、导光原理、发展历史，以及光纤通信系统的组成与特点。第二小节正式介绍光纤通信系统中所用到的各类光电子器件以及构成这些器件的核心材料。在光纤通信中，最重要的器件当属光纤，所以，本节开始就着重介绍光纤的相关知识，包括它的结构、原理、分类、特征参数与传输特性。然后，又将光纤通信系统中的其它光电子器件分为有源与无源器件两类，并分别介绍了这两类光器件中的代表器件：掺铒光纤放大器与波分复用与解复用器。最后，在本章结尾还介绍了光纤通信系统中其它几种常用光器件，例如光耦合器、光衰减器、光环行器等。
第五章光探测器首先介绍了光电探测器的物理效应、性能参数、噪声；其次，按照光电探测器物理效应的不同一一介绍了几种典型的外光电效应探测器（光电管与光电倍增管）与内光电效应探测器（光电导、光电池与光电二极管）。教学的重心仍然放在对探测器结构、工作原理以及特性等方面。
第六章光显示器件重点介绍四种光显示器：阴极射线管、液晶显示器、等离子显示器与电致发光显示器。
第七章光存储器件主要介绍了现如今最常用的一种光存储系统―― 光盘系统以及其中最总要的器件光盘。
2.3 光电子材料与器件课程的实验教学
光电子材料与器件实验课程的教学要与理论教学紧密相连，并重点介绍理论课上讲解过的光电子材料与器件，实验课程的学时应不低于6学时，开设的时间最好在理论教学完成之后，以保证学生在实验前已对实验器件与实验原理有一定的了解。在实验项目的设定方面，既要保证与理论课程内容的相辅相成，又要尽量避免与其它课程实验项目的重复，造成资源的浪费。例如，许多大学的电科专业都已经将激光原理一课作为该专业的核心专业课程，并配备了相应的激光器实验。在这种情况下，如果在光电子材料与器件实验教学中再次引入激光器的实验内容，不仅消耗了宝贵的实验时间，实验效果也会大大降低。
下面跟大家简单介绍笔者在光电子材料与器件实验教学（6学时）中的实验安排。
（1）实验内容：共包含六个实验项目，它们分别是：光控开关实验、光照度计实验、红外遥控实验、PSD位移测试实验、太阳能充电实验与光纤位移测量系统实验（每个实验1学时）。各实验中都应用到了一个或几个核心光电子器件，这些光电子器件基本涵盖了学生在理论课程中所学到的最为重要的几类器件，例如光控开关实验应用到了光电探测器中的光敏电阻作为核心元器件；而红外遥控实验中用到了发光二极管光源与红外探测器等光电子器件。
（2）实验要求：以往的光电子技术实验往往重视现象的观察与定性分析，但经笔者调研，这种实验方法很难最大限度激发学生的求知欲与动手能力，因此，在对原有的实验指导书进行改良后，笔者自行编写了实验的指导书，并在每个实验项目中加入了一些测量与定量分析的实验内容。例如太阳能充电实验，原来的实验指导书只是观察太阳能充电的效果，但是，在新改良的实验指导书中，要求同学测量不同光源照射下太阳能电池的输出电压与输出电流，并要求学生分析比较其差别。通过这种方式，充分调动学生的实验积极性，在具体的实验教学中也取得了很好的效果。
（3）实验方式：分组实验，共同撰写实验报告。这样，不仅提高实验效率，还能够锻炼学生的团队协作意识。
（4）考核方式：根据每位学生实验完成的情况与实验报告撰写的情况综合评分。
3 结语
光电子材料与器件在信息产业的发展与现代科学的研究中都具有举足轻重的地位。它不仅是电科专业知识体系中的重要环节，也为电科专业学生提供着良好的就业竞争力与科研基础。本文通过对电子科学与技术专业特点与光电子材料与器件课程内容的分析，讨论了光电子材料与器件在电科专业教育中的重要性，并根据笔者自身的授课经验，提出了光电子材料与器件在电科专业中的教学形式、课时安排、教材选择以及理论与实验课程内容设置的一些意见与建议。
参考文献
[1] 安毓英，刘继芳，李庆辉.光电子技术[M].3版.北京：电子工业出版社，2013.
【关键词】教学改革;激光课程;军校专业特点
【中图分类号】G420 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2010)02―0070―04
引言
军队院校培养的人才必须适应部队需求,专业具有较强的针对性和军事特色,近年,部分军事院校针对自己的专业特点进行了教学改革和探索[12]。我院激光测距与激光制导课程是典型的装备教学,激光原理与激光技术(以下简称激光课程)等专业基础课的教学质量直接影响激光仪器的装备教学,最终将影响军校培养军事技术人才的质量,所以激光课程等专业基础课的教学质量和教学改革备受关注。激光课程是我院光学工程教研室(以下简称我室)军用光电工程本科专业的重要专业基础课,是激光测距仪器、激光制导仪器等专业课的理论基础,贯穿本科乃至研究生学员培养的全过程,在我室教学工作中占有很大比重。由于激光课程内容多,概念抽象,加上传统的“灌输式”教学的弊端,学员积极性不高,教学质量长期得不到提高。近两年,我室借鉴地方院校的成功经验[3-5],结合军校的专业特点,在该课程上积极寻找突破。2006年,我室光学工程学科获全军2110工程资助,2007年,我院参加全军教学工作评价,面对机遇和使命,我室在“重基础,抓实验,贴装备”教学思想的指导下,多渠道、全方位对激光课程进行教学改革,经过近三年多的努力,改革取得一定成效,并且圆满完成教学工作评价的各项指标。本文介绍教员队伍建设、课堂教学、实验教学以及课外实习教学等7个方面的改革工作内容。
一 改革内容
1关于教员队伍建设
(1) 教员层次结构的完善。积极引进外校一流大学的硕士及博士生来充实教员队伍。2006年和2007年接收了国防科技大学硕士生1名、博士生2名,2008年接收了北京理工大学的军工专业的优秀博士生1名,极大地活跃了教学组气氛。积极选派有能力的教员进修和学习,2007年,选派了2名教员到上海交通大学进修,2008年以“强军计划”的方式选送一名青年教员到清华大学攻读博士学位。
(2) 选用优秀年轻教员担任主讲教员。年轻教员与老教授相比,虽然经验和学识少一些,但年轻教员有自己的优势:年轻教员上课有活力、有激情、有干劲;科班出身的年轻教员基础扎实,工作在科研一线,既有较强的理论基础,又了解前沿,熟悉科研的具体细节工作,授课中能做到一丝不苟,解决工程实际问题;年轻教员与学员年纪相差无几,有共同语言,有感染力,有助于学员学习积极性的提高。
2 关于教材与课程内容
(1) 选用英语参考教材,逐步开展双语教学。随着时代的发展,双语教学在院校中逐步兴起,这是发展趋势。由于开设双语教学并无经验,我们实施了“谨慎”的双语教学,即用中文教材,另外选用英语参考教材,课堂授课部分内容使用英文。随着不断地学习和经验的积累,今后将逐步扩大英语讲述内容的比例,提高双语授课水平。我们注重思维和创造能力的培养,所以在双语教学中重要概念和物理思想用英语讲述,背景知识和数学推导用汉语讲述,值得一提的是,在双语教学中,年轻教员的英语特长得到了发挥。
(2) 课程内容整合。我室本科激光课程包括激光原理、激光技术和激光器件三部分,激光原理讲述激光特性、激光器组成、光和物质相互作用、谐振腔内光场分布和高斯光束传输特性等基本概念和基本原理,激光技术讲述改善激光光束质量(压缩脉宽、提高峰值功率、单模输出、稳定频率等)所作的技术调整(调Q、锁模、选模、稳频等),激光器件贴近工程,讲述不同种类激光器(气体、固体、半导体激光器等)的器件组成及其特性。这三部分是统一的整体,我们对激光课程进行了整合,把三部分合成一门课,激光原理是重点,激光技术次之,器件部分穿插在前两部分中,内容整合突出了重点,加强了基础教学,体现了“重基础”的教学思想。
3 关于课堂教学
(1) 以非课程因素带动课堂教学。所谓非课程因素是与激光教学内容无关的,但有利于提高教学质量的因素,包括师生感情、教员个人魅力的塑造、“以人为本”的素质教育思想等。这些不是教学过程的重点,但影响重点,不能忽视,应该充分利用这些因素带动课堂教学。在这方面,年轻教员有明显优势,因为年轻教员更了解学员所想。笔者作为一线教员,真切感受到:当非课程因素发挥作用时,学员喜欢任课教员,喜欢上激光课,学习积极性大大提高。
(2) 营造和谐的课堂环境。我们在课堂教学中努力做到以学员为中心,增进沟通,加强交流,增强互动,充分调动学员的积极性,打破以往沉闷、死板的课堂气氛,营造轻松和谐的课堂环境。我们努力把抽象的物理概念与生活中的事相联系,与学员感兴趣的事相联系,让知识在“笑谈”之间进入学员的头脑。例如讲介质对光增益一节中把“增益饱和”比作“科学发展观”,解决了光强不断增强和稳定输出的矛盾。通过这样的比喻,能紧紧抓住学员的注意力,同时也把课讲活了。
(3) 树立良好心态,利用“两大法宝”热情高涨地投入教学。“态度决定一切”,作为年轻教员,要有良好的心态,即不浮躁,对教学漠不关心,又不好高骛远,对教学急于求成。只有脚踏实地地深入教学,才能在教学中发现乐趣,提高教学水平,增强成就感,进而把成绩作为进一步提高教学的动力,形成良性循环,在讲台上实现自我价值。在教学实践中,笔者认为:上好课的两大法宝是:自信和学习。只有自信地站在讲台上,授课才有感染力和说服力,才能做到落落大方,举一反三,侃侃而谈,授课才能游刃有余,才能充分调动学员的积极性,提高课堂的互动层次。当然自信是建立在对课程内容非常熟悉,对整个课程有一定把握,对学科有一定学术水平的基础上,年轻教员多数具有硕士以上学历,具备这样的基本素质。学习是上好课的另一法宝,这里的学习是向有经验的老教员学习,多听老教授的课,多向老教授请教,多听老教授意见,耳濡目染、仿效改进,这些必定会对自己有潜移默化的影响,这样的强化学习能够在短期内大幅度提高授课质量,逐渐形成自己的教学风格。
4 关于军校教学保障制度
军校比较地方院校,多一份严肃,强调整齐划一,强调纪律性。我室制定了教学保障制度,为提高课堂教学质量提供强有力保障。第一,岗前试讲制度。本着教员、学员双负责的原则,坚持年轻教员岗前试讲制度,一方面让其他有经验的教员进行指导,一方面严把上岗关,确保了授课质量;第二,听查课制度。教研室主任和激光组组长听查课率不低于10%,从军容风纪、内容、课件、课堂气氛以及学员意见等各方面严格把关,及时发现和改进教学实施中存在的问题;第三,教学观摩制度。激光组一线教员每学期至少组织两次教学观摩活动;第四,导师制度。为一线年轻教员指定经验丰富的老教授作为教学导师,导师定期指导,严把军纪关、教案关、课件关、板书关、语言关等。这些制度规范了教学,提高了教员的授课水平,保证了课堂教学质量。
5 关于实验教学
(1) 实验课程设置改革。打破以往先激光理论课、后激光实验课的传统课程设置,采取理论课与实验课同时开,交叉上的课程设置,即把理论课和实验课开在同一学期,学完一部分理论,做与之相关的激光实验。真正做到理论与实践相结合,这对加强学员对理论的理解是很有帮助的。学员反馈信息,都有共同的感觉:课堂上没听懂的东西,在做实验时豁然开朗,有一种柳暗花明的感觉。这种课程设置也增强了学员的自信心和成就感。
(2) 实验室硬件建设。在2110工程经费的支持下,激光组抓住机遇,经过多方调研和论证,购置大量先进实验仪器,建成激光原理实验和激光技术实验两个教学实验室,并瞄准前沿,组建了激光与物质相互作用实验室,作为研究生教学和科研实验室。利用先进的实验仪器,课程组努力发掘与课本理论联系密切但又高于课本、贴近前沿的实验题目。
(3) 发掘军研口的实验带动教学。以实验室硬件为平台,以教员军队科研项目为牵引,积极发掘以军研口为背景的基础实验或原理实验,例如高功率激光器成为定向能技术的研究热点,实验室搭建了固体热容激光器(Solid State Heat Capacity Laser,SSHCL)、LD泵浦板条激光(DPSL)、光纤激光器相干组束(Fiber Laser coherent beam combination)等原理性实验平台,这些都是国内外光电子领域研究的热点,让学员通过实验了解前沿,以此带动学习的积极性,激发学员的科研潜力。例如当今激光领域研究的热门之一:光纤激光器相干耦合技术。利用耦合器把两个光纤激光器耦合,输出功率约是这两个光纤激光器功率和的2倍,让学员产生疑问,主动思考,查阅文献。虽然这些原理实验不能包含太多的学术价值,但对学员来说是在教材和一般实验中未见到的,对于培养学员的创新精神是有益的。另外,我们还设置了起点较高的自助设计实验,利用长春理工大学研制的自组装电光调Q固体脉冲激光实验平台,学员可自主设计感兴趣的实验,这些对科研能力和创新能力的培养是非常有益的。
(4) 以科研和学术带动教学。让有能力的好苗子尽早地参与科研实验和学术论文的创作,不但有助于课本教材的深化学习,还有助于培养学员的科研和学术能力。笔者从2007年开始尝试带学员,指导学员查阅文献,消化前人工作,在现有实验条件下进行创新性实验。笔者发现,部分学员兴趣已经形成,潜力已经发掘出来,他们在教员的指导下很快掌握了学术论文的写作技巧,参与撰写的诸文已经在学术期刊上发表[6-9],反过来,这些极大地鼓励了学员,形成良性教育过程。
(5) 实验管理制度改革。以往实验仪器少,学员多,只能多人一组,轮流做,教学效率和质量大打折扣,现在基本做到2人一组,学员动手率100%。为了充分利用实验室,调动学员积极性和体现“以人为本”教育思想,实行开放式实验管理。我们研发了实验网上预约系统,对课上没有做完或者感兴趣的实验进行预约,负责实验室的教员及时安排,并进行指导,预约系统和开放式实验管理方便了学员,受到学员的普遍欢迎。另外,为了加强纪律,增强学员爱护实验仪器的意识,实验室建立了实验签名制度,对学员起到一定监督约束作用。
6 关于课外教学活动
(1) 激光装备故障检查。激光理论课和实验课是激光测距与激光制导等专业课的基础,我们重基础,抓实验,同时也紧紧围绕装备开展教学,教研室配备了我军装备的大部分型号的单体激光测距机(与大型武器平台上的激光测距系统相区别),可为学员学习训练使用。为了提高学员的动手能力,我们对装备设置一些故障点,让学员查明原因并进行修理,这些活动极大的调动了学员的积极性。
(2) 军工厂参观学习。为了加深学员对所学知识的认识,我们制定了学员参观实习制,确保每名军用光电工程专业的学员都有到军工厂参观实习的机会。由于我院与军工厂科研业务联系密切,我室与诸多军工光学仪器厂签订参观实习协议,这为课外教学活动的开展提供了有力保证。2006年、2007年和2008年,笔者组织学员分别到焦作平原光电仪器厂、江苏曙光光电仪器有限公司、南阳中光学集团进行短期(一般在20天内)的参观实习,在工厂允许情况下,学员进行了部分生产环节的操作,对激光器零部件的设计、加工、检测、组装、调试以及军检等方面有了深刻的认识,这些活动在一定程度上增强了学员的工程意识,对学员今后从事军械保障工作不无裨益。
7 关于考核评定体系
(1) 实行多种考核与课终考试相结合的方式。鼓励学员参与教学、参加科技竞赛等活动,对制作多媒体课件、写实习感受、参与科研等活动的积极分子进行加分。多种考核方式使被动的“灌输式”学习变成主动的“发掘式”学习,有助于培养学员的创新能力,是素质教育思想的重要体现。笔者于2007年和2008年分别组织了以“神奇的激光”和“激光在军事上的应用”为主题的征文活动,并印制优秀论文集,在学员间传阅,还对录选论文集的学员进行加分。学员对活动反响强烈,这些措施不但激发了学员查阅资料和学习的积极性,也培养了学员的自学能力。
(2) 制定严格的考试出题和阅卷制度。为了体现公平、公正的原则,激光课程考试实行教考分离制,即任课教员不参加出题和阅卷。2006年,激光教学组建设了激光原理与激光技术试题库,并录入学院考试组卷系统,考试前2天由非任课教员到考试中心组卷出题,考试结束后由非任课教员阅卷,3天内上交成绩。这些制度的实施改善了学习风气,学员出勤率提高了,上课瞌睡现象减少了,作业完成质量显著提高了。
(3) 成绩与分配去向挂钩。为了提高学员素质,增加学员的紧迫感,形成比学习、比成绩的良好学风,教研室与学员队(军校管理学员的大队)充分沟通,把专业课成绩与分配去向挂钩,一定程度上改善了以往军队院校学员坐、等、靠的懒惰思想,改善学习风气。
二 改革成效
激光课程教学改革近三年来,无论是教员还是学员都感到身上担子不轻、责任重大,功夫不负有心人,改革取得明显成效,主要体现在:1、教员方面:教员教学能力提高,授课质量提高,2008年笔者以激光原理中“激光产生的基本原理”为授课内容参加了学院组织的优质授课评比获得第6名的好成绩,并在总装备部举办的院校优质授课评比中获得三等奖。2、学员方面:学员积极性明显提高,学习成绩明显高于往届,学员考研率明显增加,说明学员产生了对科学研究的兴趣,主动积极要求深造。在我们对2006和2007届学员做的问卷调查中,80%以上的学员对激光教学改革工作给予了充分的肯定。2008届毕业学员闫宗群、黄富瑜利用实验室平台搭建的全光纤激光相干合成系统[10-11]进行实验研究获得学校电子设计大赛一等奖,两人在全国的数学建模竞赛中获得二等奖,在他们的获奖感言中说道:建模二等奖的获得得益于在激光多普勒测速实验中数据采集的编程训练。
另外,我们完善了教学过程中的各种规章制度和教学评价体系;组建了现代化实验室,完善了实验室规章和资料体系;建立了网上预约实验系统;制作了一套符合我院专业特点的激光多媒体课件和教案;针对激光课程的教学研究也取得一定成绩[12,13]。在2007年的全军教学工作评价中,激光课程达到评价要求的各项指标,且在专家的抽查课中受到专家的好评。
总而言之,我们注重基础理论教学,狠抓实验教学,仅仅围绕装备开展课外实习教学,教学改革取得阶段性成绩。当然,改革需要循序渐进,改革中也出现了新的问题。
三 问题和努力的方向
1 年轻教员经验不足,要达到一定的教学艺术水平,还有待进一步学习提高。
2 双语教学对教员和学员都有一定难度,对于英语所占的比例还应具体情况具体分析,双语教学需要长期教学经验的积累,才不至于成为教学过程中的负担,真正促进教学改革。
3 急需一本适合我院特色的激光课程教材,突出“重基础,抓实验,贴装备”的教学特色,现在,我们激光教学组正在着手调研,组织编写。
4 创办激光网络课程,方便学员自学。
参考文献
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Teaching Reform Exploration in Laser Course Aiming at Professional Features of Military College
SHEN Hong-binLI GangHU Wen-gang WANG Yuan-bo
(Department of Optics and Electronic Engineering, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang, Hebei, 050003, China)
关键词：时空演化 旋波近似 偶极近似 麦克斯韦-布洛赫方程
激光与物质的相互作用一直是人们感兴趣的课题，在实际中有广泛的应用。自20 世纪80年代后期以来，超短光脉冲的产生及放大技术得到了迅速发展。超快、超高强 度的飞秒脉冲的出现使得量子系统(如原子、分子) 在与其的相互作用过程中，在不被 电离的条件下承受着极强的光场辐射，从而产生了许多不同于纳秒、皮秒时域的非线性光学效应，为物理、化学、生物学和材料等学科领域提供了广阔的发展前景。因此，超短脉冲激光与原子和分子的相互作用引起了人们的广泛关注。
当激光脉冲在材料中传播时，由于激光与介质的相互作用，激光脉冲的形状和传 播速度将会产生明显的改变。这种激光脉冲的改变会带来明显的物理效应，如自感应透明效应，脉冲的分裂、延迟以及峰值的放大等。在实验测量中，测量的结果反映了激光与物质相互作用后的情况。因此，为了解释实验结果，需要研究激光和介质相互作用的动力学过程。
一、超短激光脉冲概述及相关应用
超短脉冲激光技术，当前达到的水平大体如下：固体激光器直接产生的脉冲宽 度已缩小到5fs（1fs=10-15s），经压缩的最短脉冲为4fs；出现了用半导体激光器（LD） 泵浦的全固体化飞秒激光器，使飞秒激光器体积更小、工作更稳定、寿命更长、使用 更方便；开放了多种激光介质和放大介质；发展了宽调谐的飞秒激光系参量振荡（OPO） 及参量放大（OPA），扩宽了飞秒激光的波长可调谐范围，从而获得了相干可调谐的已 进入水窗范围的X射线。
目前飞秒激光技术发展趋势是：向更短的脉宽迈进。如试图获得Ti:Sapphire的3fs 的极限脉宽；寻求新的介质、机理和技术，向阿秒时域迈进；发展半导体激光器（LD） 泵浦的全固体飞秒激光器，包括飞秒光纤激光器和高功率的系统。研制端面发射飞秒 LD列阵器件，完善DFB激光器；发展桌面型十太瓦（TW）可调谐飞秒激光系统，为 在普通实验室开展强场物理及惯性约束快点火创造条件；扩展飞秒激光器的波长范围，利用各种方法，包括变换激光介质，使用多种频率变换技术，把飞秒激光的波长向软 X射线及中红外、甚至远红外方向发展，以适应多种学科的使用要求。其发展直接带动物理、化学、生物、材料与信息科学的研究进入微观超快过程领域，并开创一些全新的研究领域，如飞秒化学、量子控制化学、半导体相干光谱等。
二、有机分子材料的特性
众所周知，有机分子材料具有丰富的光电性质。由于有机非线性光学材料具有宽的响应波段、良好的柔韧性、高的光损伤阈值和较低成本，以及易于合成、可以进行 裁剪和修饰等特点，从而成为目前实验和理论工作者非常关注的非线性光学材料。已有的研究工作表明，有机聚合物材料具有较强的非线性光学特性,特别是强的双光子吸收特性。在实验工作中,人们通过测量入射激光能量与透射激光能量的关系，来展现分 子材料的光限幅特性，从而来表征分子的双光子吸收性能，寻找具有好的光限幅性能 的分子材料。在目前的理论工作中，主要是在第一性原理的基础上计算分子的双光子吸收截面，从而表征分子的非线性光学性质，但数值模拟光限幅性能的理论研究较少。
传统的固态非线性光学材料主要是以KDP 和LN 等为代表的氧化物和铁电晶体，它们的光学非线性源于材料的电子特性，而已被广泛关注的第三类材料有机聚合物材料的光学非线性则主要与其分子的结构性质有关。与无机非线性材料相比，有机非线性材料最突出的优点是人们能在分子的水平上对其进行结构设计，从而获得最佳的光学非线性响应和其他特定的光电性质，它们已经成为人们重点研究的对象。
三、研究脉冲激光传播的基本方法
目前无论从理论还是实验方面，人们都开展了大量的超短脉冲激光与原子和分子相互作用的研究工作。 在实验方面,人们利用超快激光来研究有机分子和生物分子等 量子体系中的各种超快过程以及测量分子的内禀属性，如分子的双光子吸收截面等。在理论方面，人们建立理论模型研究了超短脉冲在介质中的传播过程，得到了一些新 的脉冲传播性质，为超短脉冲激光技术的发展和实验结果的解释打下了理论基础，目 前的大部分理论工作是针对二能级原子体系。
人们期望有机分子材料在光波范围内具有较强的非线性光学性质，为此实验室设 计和合成了大量有机分子材料。 这些有机分子材料是包含以供电体和受电体为官能 团的π共轭分子体系，其最低的几个激发态往往处于紫外和可见光范围。最近实验室 合成了一系列具有强的非线性光学特性的分子材料 。这些分子材料在可见光范围内具 有较大的单光子和双光子吸收特性。在结构上，该类分子是由具有离域电子的中心体 (称为π中心) 、给电子或吸电子基团组成的一维分子。量化计算结果表明 ，这些分子 在可见光区域内只有一个电荷转移态,其单光子吸收过程主要发生在基态和电荷转移态之间。因此在研究激光和该类分子相互作用时，可以把该类分子看作两能级体系。本文选择非线性分子材料4 ,4’―二甲氨基二苯乙烯作为对象，研究了脉冲激光与其 相互作用的动力学过程。在计算中将样品视作光学厚介质，即同时需考虑光场对分子 的激发和分子的相干作用过程对光场的影响，并考虑上能级到下能级的自发辐射。假设脉冲在垂直于传播方向上光强是均匀分布的，然后利用耦合布洛赫―麦克斯韦方程，建立了与时间和空间变量有关的二能级理论模型。
参考文献：
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[2]车会生.飞秒激光及其应用[J].激光与光电子学进展,2003(8):5
关键词 绝对静止空间；相对性原理；光速；激光原理；光学谐振腔
中图分类号O4 文献标识码A 文章编号 1674—6708（2012）76—0092—06
对于人类而言，或许再也没有比探索我们所处的这个自然的真实，而更能安慰那蓄积在心底的至尊好奇了。长期以来，人类正是借助于这份难得的好奇与百折不挠的探索精神，才逐步地了解了自然；而且也正是这种了解，方使得我们人类在利用和顺应了自然的前提下，争取到了愈来愈有意义的存在权。
绝对静止空间问题是一个历久而弥新的问题，也是一个一直困扰着人类思维的问题，它直接关系到我们对于自然最终极层面上的认识。在本质上，对于绝对静止空间是否存在的探索，与长期以来人们对于以太的探索、对于相对性原理是否正确的探索、对于是否存在着绝对静止参照系的探索等等都是一致的。而若非要对绝对静止空间下一个定义的话，那就是：即在认定真空本身为由一种特殊物质构成的前提下，指与局部区域性的该特殊物质刚连着的空间参照体系。
在爱因斯坦推出相对论之前的十九世纪末和二十世纪初这段时期，是人类通过实验手段企图探明绝对静止空间是否存在之活动的一个比较集中的时期；然而，尽管有诸多学者费尽心思地开展了不少著名实验（如布拉德雷、阿拉果的光行差实验；斐索、霍克等人的部分曳引实验；法拉第等人的偏振面旋转实验；迈克尔逊—莫雷的干涉仪实验；洛奇的转盘实验；瑞利、布雷斯的双折射实验；特劳顿与诺伯尔的电容器扭转试验等等），但是无一例外的、确是没有任何一项实验能够不容置疑地去证明绝对静止空间的存在；而这，也恰正为爱因斯坦创建和推出相对论提供了绝佳的机遇。事实上，不仅仅是相对论，就连随后逐步建立起来的量子理论，也是不承认有绝对静止空间存在的，尽管它不像相对论所表现得那样坚决；可是，如果假设一下，即假设确实存在着绝对静止空间的话，那么我们立即就会发现，它与量子理论之间也是存在着不可调和之矛盾的。虽然从相对论与量子理论创立至今，依旧是尚无一例实验能够证明绝对静止空间的存在，反倒是有不少实验好像更加坚定地证明了它们的正确，但是基于相对论与量子理论确实存在着诸多难以解释的问题，因此一直以来，人们并没有停止过对于二者的质疑，也更没有停止过对于绝对静止空间的探索。而这，由近期欧洲一个研究团队所宣称之“疑似中微子超光速事件”（尽管仍以乌龙事件收场）引起的全球性轰动效应，便可略见一斑。
我们亦怀疑相对论与量子论理论，至少是怀疑它们在本质上的完全正确性。通过长期研究，即在认定存在绝对静止空间的前提下，我们已经建立起了一套新的光传播理论；为了在一定程度上揭示出自然的真实面目，也好判明相对论与量子理论那赖以为建的基础是否正确，于是，我们根据新的光传播理论也设计出了一套用以探明绝对静止空间是否存在的方案。本实验方案以现代激光技术为基础，利用的是激光器谐振腔与其内部光振荡之复杂关联特性，并通过改变该光学系统所对应普通惯性参照系的状态、便就有可能会影响到谐振腔内部之光振荡情形的方式，而打算去揭示出相对性原理的错误。尽管同样是利用光干涉方法去设计的实验，但是必须提前指明的是，根据本实验方案的设计思路，则实验结果的预期表现，将不再会是传统实验方案所追求的那种光干涉图样的“吞进或喷出”类变化，而将会表现为光干涉图样的“快速跳变”现象。可以说，只要本实验的结果表现出了对于相对性原理的违背且与我们的理论预期一致，那也就等于是直接证明了绝对静止空间的存在。而且是，由于本实验运用的是激光设备和采用的是光干涉方法去展示的实验现象，因此只要能够证明绝对静止空间的存在，便事实上也就等于是一起否定掉了爱因斯坦的光速不变原理，以及那激光器谐振腔的传统光驻波理论；并从而一举证明了我们所建立的至少是相关光传播理论的正确。
1 实验设备与实验原理
电子科学与技术（以下简称“电科”）专业是以培养具备微电子、光电子、集成电路等领域宽厚理论基础、实验能力和专业知识，能在电子科学与技术及相关领域从事各种电子材料、元器件、集成电路、电子系统、光电子系统的设计、制造、科技开发，以及科学研究、教学和生产管理工作的复合型专业人才为目标的工程专业。作为电科专业教育中重要内容的光电子技术，不仅是当代信息技术两大支柱之一，而且随着现代科学技术的发展持续焕发着生命活力。而让光电子技术保持如此强劲发展势头的主要原因之一，正是光电子材料与器件的广泛应用，例如激光器与新型光电探测器的应用的人你还。另外，诸如纳米光电材料与器件、光子晶体及相关器件、超材料及相关器件与表面等离子体激元及器件等新型光电子材料与器件的研究与应用，是目前国际上光学与光电子学研究领域的前沿热门方向。由此可见，学习光电子材料与器件的相关知识，不仅对电科学生知识体系的构建与就业方向的确定具有积极的影响，也为那些将来希望从事新型光电子材料与器件科研工作的学生，提供了坚实的理论基础与知识储备。然而，根据笔者的调研，虽然国内许多重点大学的电科专业都开设了光电子技术课程，但很少有大学专门开设光电子材料与器件这门课程。而由于光电子技术的内容多、涉及知识面广，教学课时又往往有限（一般为32或48个学时），因此在光电子技术的实际教学过程中，讲授教师往往重视光电子技术基本概念与理论知识的教学，而轻视光电子材料与器件的教学。该文从光电子材料与器件的研究内容、应用及发展等方面说明其在电科专业教育中的重要性，并结合自身光电子材料与器件课程的教学经验，研讨电科专业中光电子材料与器件的教学方法。
1 光电子材料与器件简介
光电子材料是指能产生、转换、传输、处理、存储光电子信号的材料。光电子器件是指能实现光辐射能量与信号之间转换功能或光电信号传输、处理和存储等功能的器件。自1960年美国科学家梅曼发明世界上第一台红宝石激光器以来，光电子材料与器件如雨后春笋般发展迅速。在短短的50多年里，光电子材料与器件经历了从红宝石激光器的发明，到半导体激光器、CCD器件及低损耗光纤的相继问世；从各种光无源器件、光调制器件、探测与显示器件的小规模应用到系统级集成制造实用化阶段；从大功率量子阱阵列激光器的出现再到光纤激光器、光纤放大器和光纤传感器的诞生。光电子材料与器件从未停止过发展的脚步，并正在不断深刻影响着人类社会的方方面面。在实际需求的引导下，各种新型光电子材料与器件层出不穷，性能也不断提高。尤其是近年来，随着微米及纳米级加工技术的成熟，新型的微纳光电子材料与器件的研究异常活跃。纳米光电材料、光子晶体、超材料、表面等离子体器件等领域的研究成果丰硕，为未来光电子器件的微型化、集成化发展奠定了坚实的基础。
综上所述，光电子材料与器件在当代信息产业与科学技术中具有极其重要的地位，因此，光电子材料与器件这门课程不仅应当单独作为一门课程独立教学，而且应该作为重视工程教育的电科专业的核心课程。
2 光电子材料与器件课程教学研究
2.1 光电子材料与器件课程的教学形式、课时安排与教材选择
光电子材料与器件课程不仅包含丰富的理论知识，例如光电子材料的物理特性以及光电子器件的工作原理等，而且与实际应用结合精密，因此，本课程宜采取理论教学与实验教学相结合的教学形式。
在课时安排方面，作为电科专业的一门核心专业课程，光电子材料与器件课程的总课时应不低于32学时（2学分），理论课学时不低于26学时，实验课不低于6学时。
另外，在教材选择方面，由于光电子材料与器件是光电子技术中的一部分内容，而目前国内关于光电子技术方向的参考书籍很多，其中亦不乏一些光电子技术课程的经典教材，例如西安电子科技大学安毓英主编的《光电子技术》[1]，西安交通大学朱京平主编的《光电子技术基础》[2]等。虽然这些光电子技术参考书中或多或少都会介绍与光电子技术相关的材料与器件，但是，目前专门介绍光电子材料与器件方向的教科书却是少之又少，市面上仅有国防工业出版社2012年出版的侯宏录主编的《光电子材料与器件》[3]一书。加之，该书中所涉及的理论知识较深，基础浅薄的本科生很难驾驭。由此可见，对于光电子材料与器件这门新兴课程而言，设立统一的教材并不合适。因此，笔者建议该课程的讲授教师根据理论教学与实验教学的内容，自行编写该课程的讲义与课件。
2.2 光电子材料与器件课程的理论教学
按照电科专业的专业定位以及培养目标，光电子材料与器件课程的理论教学也应该突出“工程”内容。传统的光电子技术教学中所重视的原理、定律与规律等内容，在光电子材料与器件教学中要弱化；而传统光电子技术教学中往往被弱化乃至忽视的光电子材料与光电子器件的相关知识，要在光电子材料与器件课程教学中占主体地位。如此才能保证在有限理论课时的前提下，让学生对光电子材料与器件有一个全面的认识。
在教学内容的设置方面，由于光电子材料与器件主要应用于光电子技术之中，因此，为了便于学生的理解与知识体系的构建，笔者建议光电子材料与器件课程理论教学的章节设置按照光电子技术的章节设置进行。以笔者讲授光电子材料与器件理论课程（共26学时）为例，该理论课程共被分成了绪论（2学时）、激光原理与典型激光器（5学时）、太阳能电池（4学时）、光通信器件与材料（5学时）、光探测器件（5学时）、光电显示器件（3学时）与光存储器件（2学时）等七个章节，这七章内容基本囊括了光电子技术中光产生、光转化、光传输、光探测、光显示以及光存储等各个重要环节中最为典型的器件以及所用到的材料。另外，在每章内容的设置上，也尽可能突出“工程”内容，弱化“理论”知识。下面，笔者将详细介绍笔者在光电子材料与器件教学中各章的教学内容。
第一章绪论主要包括光电子材料与器件课程简介以及光电子技术的基本知识简介。在光电子材料与器件课程简介中，向学生介绍课程设置的目的和意义、课程的主要内容、教学与考试方式与参考资料等。通过这部分内容的介绍，让学生对本课程的意义、内容、侧重点有一定的认识。在光电子技术基础知识简介中，重点向学生介绍光电子材料与器件与光电子技术的关系，并通过对光电子技术的概念、特征、发展等方面的介绍，让学生对光电子技术以及光电子材料与器件有一个整体的认识。
第二章激光原理与激光器重点介绍几种典型激光器的材料、结构与工作特性，其主要内容包括三个部分：激光原理简述、典型激光器与激光器的应用。在激光原理简述部分，由于多数电科专业在学习光电子材料与器件课程之前已经修过激光原理等类似课程，所以该部分内容为简略介绍的内容，主要帮助学生回顾激光的特征、历史与光辐射理论等知识点。而第二部分内容典型激光器是本章内容的重中之重，在该部分内容中，将依次向学生介绍固体、气体、液体与半导体这四大类激光器中的典型激光器的结构、特征与工作特性等知识。由于发光二极管与半导体激光器结构与工作原理上的相似，在介绍完半导体激光器后，可以顺理成章地介绍发光二极管的结构与特征。另外，本章最后还简单介绍了激光器的几种常见应用。
太阳能电池虽然是光电探测器中光伏效应的一种特殊应用，但是由于它在现如今光电子技术产业以及光电子器件中的重要地位以及良好的发展趋势，该部分内容被独立成一章。在第三章太阳能电池中，主要分两小节给学生介绍，第一小节介绍当今能源与环境问题以及太阳能的开发和利用，让学生了解当今能源资源的现状以及新能源研究与应用的迫切需求，然后介绍太阳能利用的历史以及发展趋势；第二小节正式介绍太阳能电池的工作原理、结构以及特性等知识。
第四章光通信器件与材料主要介绍的是光通信系统中所用到的有源与无源光器件。本章内容共分为两小节：第一小节介绍光纤通信的基础知识，包括光纤通信的定义，光纤的结构、导光原理、发展历史，以及光纤通信系统的组成与特点。第二小节正式介绍光纤通信系统中所用到的各类光电子器件以及构成这些器件的核心材料。在光纤通信中，最重要的器件当属光纤，所以，本节开始就着重介绍光纤的相关知识，包括它的结构、原理、分类、特征参数与传输特性。然后，又将光纤通信系统中的其它光电子器件分为有源与无源器件两类，并分别介绍了这两类光器件中的代表器件：掺铒光纤放大器与波分复用与解复用器。最后，在本章结尾还介绍了光纤通信系统中其它几种常用光器件，例如光耦合器、光衰减器、光环行器等。
第五章光探测器首先介绍了光电探测器的物理效应、性能参数、噪声；其次，按照光电探测器物理效应的不同一一介绍了几种典型的外光电效应探测器（光电管与光电倍增管）与内光电效应探测器（光电导、光电池与光电二极管）。教学的重心仍然放在对探测器结构、工作原理以及特性等方面。
第六章光显示器件重点介绍四种光显示器：阴极射线管、液晶显示器、等离子显示器与电致发光显示器。
第七章光存储器件主要介绍了现如今最常用的一种光存储系统―― 光盘系统以及其中最总要的器件光盘。
2.3 光电子材料与器件课程的实验教学
光电子材料与器件实验课程的教学要与理论教学紧密相连，并重点介绍理论课上讲解过的光电子材料与器件，实验课程的学时应不低于6学时，开设的时间最好在理论教学完成之后，以保证学生在实验前已对实验器件与实验原理有一定的了解。在实验项目的设定方面，既要保证与理论课程内容的相辅相成，又要尽量避免与其它课程实验项目的重复，造成资源的浪费。例如，许多大学的电科专业都已经将激光原理一课作为该专业的核心专业课程，并配备了相应的激光器实验。在这种情况下，如果在光电子材料与器件实验教学中再次引入激光器的实验内容，不仅消耗了宝贵的实验时间，实验效果也会大大降低。
下面跟大家简单介绍笔者在光电子材料与器件实验教学（6学时）中的实验安排。
（1）实验内容：共包含六个实验项目，它们分别是：光控开关实验、光照度计实验、红外遥控实验、PSD位移测试实验、太阳能充电实验与光纤位移测量系统实验（每个实验1学时）。各实验中都应用到了一个或几个核心光电子器件，这些光电子器件基本涵盖了学生在理论课程中所学到的最为重要的几类器件，例如光控开关实验应用到了光电探测器中的光敏电阻作为核心元器件；而红外遥控实验中用到了发光二极管光源与红外探测器等光电子器件。
（2）实验要求：以往的光电子技术实验往往重视现象的观察与定性分析，但经笔者调研，这种实验方法很难最大限度激发学生的求知欲与动手能力，因此，在对原有的实验指导书进行改良后，笔者自行编写了实验的指导书，并在每个实验项目中加入了一些测量与定量分析的实验内容。例如太阳能充电实验，原来的实验指导书只是观察太阳能充电的效果，但是，在新改良的实验指导书中，要求同学测量不同光源照射下太阳能电池的输出电压与输出电流，并要求学生分析比较其差别。通过这种方式，充分调动学生的实验积极性，在具体的实验教学中也取得了很好的效果。
（3）实验方式：分组实验，共同撰写实验报告。这样，不仅提高实验效率，还能够锻炼学生的团队协作意识。
（4）考核方式：根据每位学生实验完成的情况与实验报告撰写的情况综合评分。
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