時間：2022-11-30 16:51:46
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇光電技術，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：光電互感器；羅夫斯基線圈；泡克而斯效應；法拉第效應
中圖分類號：TP183文獻標識碼：Adoi:10.3969/j.issn.1003-6970.2010.10.006
The Analysis of Optical Transformer Technology
Lv PengHuang YuanliangJin Zhuoyun
(Electric automatization institute of Jinan University, Zhuhai,519070)
Abstract：Optical Transformer bases on Photonics technology and optical fiber sensing technology, it is fit for the constantly developing and progressing of the voltage degree and current quality in electrical industry due to its perfect performance. In addition, it will take the place of traditional transformer gradually. Optical transformer is constituted of Optical Current Transformer, Optical Voltage Transformer and the Combined Optical Transformer. This paper mainly introduces the principle, current problems, solutions and the usage of Optical Transformer, and prospecting the future develop trend.
Key words: Optical Transformer; Rogowski coil; Pockels effect; Faraday effect
1．引 言
光電互感器是利用光電子技術和光纖傳感技術來實現電力系統電壓、電流測量的新型互感器它是光學電壓互感器、光學電流互感器、組合式光學互感器等各種光學互感器的通稱。隨著電力工業的不斷發展，電網電壓等級的不斷提高，電力工業對電壓、電流的測量要求也在不斷提高。互感器作為輸電線路中最基本最重要的檢測設備，其暴露出來的一系列缺點迫使一種安全、可靠、理論完善性能優越的新方法來實現高電壓和高電流的測量。基于光學傳感技術的光學電流互感器（Optical Current Transformer, OCT)和光學電壓互感器（Optical Voltage Transformer, OVT)能有效地克服傳統電磁式互感器所固有的缺點，同時更適應電力系統的智能化，并為計算機高速網絡在實時系統中的開發利用，為變電站信息的采集、傳輸實現數字化處理提供了條件。光電互感器的諸多優點，近三十年來引起了世界各國的關注，尤其美國、法國、日本和中國的學者和工程技術人員都進行了深入的研究。
2.光電互感器的產生與歷史
早在20世紀60十年代，國外的諸多電氣公司就開始了對光電互感器的相互研究，最早研制成功的是美國的西屋電氣公司。但當時研制的基于法拉第光效應（電流互感器）和電光效應（電壓互感器）的光電互感器還僅僅是純光學式的光電元件，他受到溫度限制無法達到戶外環境下0.2級精度的要求。到了60年代，在世界范圍內興起了對光電式電流互感器應用的研究，70年代一度形成，但當時仍處于初級階段，溫度等影響仍未得到較好的解決，精度比較低。直到上世紀80年代，隨著電子技術的飛速發展，光電子技術、PC微機、單片機及數字處理器技術的興起與成熟，為研制出高性能的光電互感器奠定了堅實的基礎，電子式光電互感器得以研制成功，并逐漸開始投入使用。
1992年ABB公司的光電互感器在巴西電力系統投入應用，至今運行良好。SIMENS、ALSTOM等公司也相繼研制成功并投入運行。到2000年，ABB公司已經研制出可用于69kV到765kV電壓等級的光電電流互感器，測量電流范圍為5A~2000A，準確度達到±0.2%。同時，他們研制了用于GIS中的復合電子式電壓、電流互感器，電流測量范圍為5A~2000A，電壓測量范圍為69~500kV，準確度都達到±0.2%，電壓測量是直接使用電容環測量，不用分壓器。法國的Alstom公司利用Faraday效應研制了一套電子式電流互感器，在-30~50℃的范圍內準確度達到±0.2%。
我國最早對光電互感器的研究是在20世紀80年代的一些大學進行的，當時也是以光學式的光電互感器為研究方向，目前已改為主攻電子式的光電互感器。盡管一些高科技公司的某些產品已經進入掛網試運階段，但是對光電互感器的研究仍處于初級階段，與國外還有一定的距離。國內許多科研機構和大專院校的研究人員也正致力于新型光電互感器的研究，從事這方面的主要研究單位有清華大學、華中科技大學、上海大學、西安同維公司、廣州偉鈺光電科技有限公司等，經過幾年的努力，研制工作已逐步向實用化階段發展。光電互感器的高壓以及電氣絕緣特性使得它更加適合我國電力工業的發展，在將來的超高壓以及特高壓系統中將發揮巨大的作用。
3. 光電互感器的工作原理及其分類[1]
簡單的來說OCT工作原理是Faraday磁光效應，OVT工作原理是Pockels線性電光效應，光學電流傳感頭和光學電壓傳感頭位于絕緣套管的高壓區，控制室內的發光二極管發出光信號經絕緣材料制成的光纜傳輸至兩個傳感頭，經高壓母線和電壓調制后，光信號又經光纜從高壓區傳輸回主控室，最后經光電轉換、數據采集和信號處理系統得出被測電流、電壓信號。根據高壓部分是否采用有源器件將光電互感器分為兩類：高壓部分不采用有源器件的稱為無源型光電電流（電壓）互感器，采用有源器件的稱為有源型光電電流（電壓）互感器。
3.1 有源型OCT工作原理[2]
有源型OCT又稱混合式光學電流互感器，它的原理是利用有源器件調制技術,把羅夫斯基線圈測量出的信號經過積分運算得出電流模擬信號,模/數轉換(A/D)電路將積分器輸出的信號轉換成數字信號,然后通過電一光轉換裝置將電信號轉換成光信號,再通過光纖傳輸。到互感器低壓側信號處理電路,有源型OCT原理示意圖如圖1所示。
有源型OCT的關鍵部件為羅夫斯基線圈及積分器。羅夫斯基線圈是一種繞制在非磁性骨架上的空心線圈,具有精度高、穩定性好、抗干擾能力強、動態范圍寬、體積小、重量輕、造價低廉、線性度好等一系列優點。其工作原理如圖2所示。
羅夫斯基線圈直接套在被測量的導體上,從而導體中流過的交流電流在導體周圍產生一個交替變化的磁場,從而在線圈兩端感應出一個與電流變化成比例的交流電壓信號e(t):
其中,di/dt則是電流的變化率, 而L為線圈的電感,i(t)為還原電流,通過對交流電壓信號積分并運算得出所要測量的電流值,其數學表達式為:
有源型OCT的傳感器和A/D轉換部件是需要電源供電的,目前常用的供能方式主要有利用特制電流互感器(CT)或電容分壓器從母線上取電能,激光供能,太陽能供電及蓄電池供電等。
3.2 無源型OCT的工作原理
無源型OCT與有源型OCT不同,其傳感器部分無需電源供電。無源型OCT以法拉第磁光效應理論為基礎,其實質是光波在通過磁光材料時,電流產生的磁場使光波在通過磁光材料時其偏振面會發生旋轉,測量其旋轉角度的大小即可確定被測電流。法拉第旋轉角θF的表達式為：
其中,V為代表光纖材料特性的維爾德常數；H為光傳播方向上的磁場強度；L為光路長度線；μ0為磁導率；N為繞載流體的光圈數；I為被測電流。
無源型電流互感器的存在問題是其本身的光學系統折射效應隨環境因素而變化,光學傳感頭中存在著各種形式的雙折射,影響了整個系統的精度和穩定性。
3.3 有源型OVT工作原理
有源型OVT的傳感頭部分仍采用傳統的傳感技術,即電容分壓技術。如圖3所示,被測對象通過電容分壓測量單元后形成一較低的電壓,刀轉換單元對電容分壓測量單元的輸出信號進行模擬量與數字量的轉換,形成光電信號,由于電容分壓測量單元和A/D轉換單元都需要供電模塊提供工作電源,有源型OVT的名稱由此而來。
有源型是當前掛網運行時間最長而且最為常見的光電電壓互感器,一方面其原理相對簡單,與傳統的電壓互感器結構相近,容易實現另一方面其生產成本較低,便于制造。但是這種型式的光電互感器只是把傳感器的模擬信號轉換為光電信號,不是真正意義上的光電化產品,它一方面沒有充分體現光學傳感的優越性,另一方面電容分壓器的長期運行會引進額外的測量誤差,因此具有一定的局限性,是一種為了實現光電信號傳輸的過渡性產品。
3.4 無源型OVT
無源型的原理是將高電壓直接加在電光晶體上,應用先進的光學傳感原理一效應來測量電壓的全光纖型光電電壓互感器“泡克爾斯效應”是描述電場對透明晶體影響的電光效應,某些透明的光學介質也稱壓電晶體在外加電場作用下,晶體將變為各向異性的雙軸晶體,從而導致其折射率和通過晶體的偏振光特性發生變化,產生雙折射,使一束光變為兩束相位不同的直線偏振光。圖4為無源型的原理圖,一束線性偏振光照射到壓電晶體表面時分裂成振動方向相互垂直的兩束光,其相位差大小與所加電壓和材料有關。
雙折射后兩束偏振光的相位差可用以下公式計算：
其中：U=Usinωt,λ為入射光波波長；n0為晶體的折射率孔, γ41為晶體(BGO)線性電光系數口為被測電壓是電壓幅值。ω是角頻率。
通常利用偏光干涉的方法將轉變為輸出光強的變化來檢測它,利用1/4波片使兩束光的相位差增加90°,總的相位差為δ+π/2。出射光強可以表示為：
其中,I0是入射光強,U0為半波電壓。
可見,利用出射光強和電壓的關系,通過光電變換和信號處理就能得到被測電壓。
3.5 光學組合式互感器工作原理
光學組合式互感器是基于電光晶體的Pockels效應和磁光玻璃的Faraday效應研制出的可以同時測量高壓輸電線電流及電壓的組合式互感器。它絕緣結構簡單，電壓測量與電流測量間無相互干擾。非線性誤差小于0.3%，在24～33℃溫度范圍電壓傳感器24h內的波動在±0.3%內。
4.光電互感器的優點[3]
與常規的電磁式互感器相比較,光電互感器的突出優點是：
(1)高低壓完全隔離,安全性高,具有優良的絕緣性能和優越的性價比
由于光電互感器是通過由絕緣材料制成的光導纖維將高壓信號傳輸到二次設備，巧妙的避開了傳統互感器絕緣性能差的缺點，大大簡化了絕緣結構，節省資源的同時，提高了互感器電氣絕緣性能。它的適合高壓的特性使它在不斷提高電壓的電力工業中顯示出越來越高的性價比。利用光纜代替電纜作為信號傳輸工具,又實現了高低壓的徹底隔離,不存在電壓互感器二次回路短路或電流互感器二次開路給設備和人身造成的危害,安全性和可靠性也大大地提高。
(2)沒有鐵芯,不存在磁飽和鐵磁諧振等現象
光電互感器在原理上與傳統互感器有著本質的區別,它一般不用鐵芯完成磁藕合,因此,不存在傳統互感器磁飽和及鐵磁諧振現象,使得互感器運行暫態響應好,穩定性好,確保了系統運行的高可靠性。
(3)功能齊全，可靠性高
光電互感器能不但可以用于電壓電流測量，還可以用作保護功能。不必使用多個不同用途的鐵芯線圈,便可同時滿足計量和繼電保護的需要,同時還可以將電壓、電流組合在一起,構成組合式光電互感器。這些對于傳統互感器是無法達到的。目前,光電互感器的測量精度最高可以達到0.2級和0.2S級。
(4)頻率響應寬，動態范圍大
光電互感器傳感頭部分的頻率響應取決于光纖在傳感頭上的渡越時間,實際能測量的頻率范圍主要決定于電子線路部分。光學傳感部件已經用于測量高壓電力線路上的諧波和脈沖暫態電壓。
(5)沒有因充油而潛在的易燃、易爆等危險
由于光電互感器的絕緣結構相對簡單,一般不采用油作為絕緣介質,不會引起火災、爆炸等危險.
(6)體積小、重量輕、減少占地面積
因無鐵芯及絕緣油等，光電互感器的重量一般只有電磁式CT、VT重量的1/10，且體積小，占地面積小，便于運輸和安裝。
(7)無污染、無噪音，具有優越的環保性能
由于光電互感器中信號是通過光來傳輸的,因此不會產生噪音、電磁波等污染源,同時,可采用硅橡膠絕緣子和SF6氣體作為絕緣介質,替代傳統的磁套絕緣子和絕緣油,甚至可以做成無油無氣的OCT,這樣可大大降低這些配套設備生產過程中帶來的環境污染,具有優越的環保性能。
(8)適應了電力系統數字化、智能化和網絡化的需要
光電互感器可以根據需要輸出低壓模擬量和數字量,這可直接用于微機保護和電子式計量設備,而且能實現在線檢測和故障診斷,在變電站綜合自動化中具有明顯的應用優勢。綜上所述,光電互感器以其優越的特性以及明顯的經濟效益和社會效益,使得它在電力工業中占據了一席之地，同時對于保證日益龐大和復雜的電力系統安全可靠運行,并提高其自動化程度具有深遠的意義。光電互感器是世紀電力系統的更新換代產品,盡快使其實用化已經成為電力系統發展的迫切需要。
5.光電互感器的缺點及目前的改進方法
5.1OCT的缺點[4]
根據我國第一臺OCT掛網運行數據顯示，在小電流時OCT輸出的讀數波動較大，線性度較差，準確度也略超出計量要求。一方面是由于小電流引起的法拉第旋轉角非常小，有限的傳感器靈敏度導致被測信號被噪聲所淹沒；另一方面機械振動、溫度變化以及由于光纖偏振特性等因素使得輸出光強的變化，降低了檢測的靈敏度，不過可以通過檢測電路的交直流分離等辦法消除此影響。然而對于有兩種特殊情況會使光強發生很大的變化，因而會對測量產生很大的影響：1.光強波動較快時，直流通道的響應時間遠遠慢于交流通道,采用交流除以直流的方法明顯存在不同步的問題2.當光強急劇下降衰減而超過PIN光電管的探測靈敏度時,OCT無法正常工作。
5.2OCT的改進方法
針對以上諸多影響光電互感器的不利因素，我國許多研究人員做了大量的工作，并取得了一定的成果。
降低溫度影響：為了克服溫度對互感器帶來的影響，清華大學對種8國產光學玻璃磁光系數和溫度特性進行了深入的研究，ZF6在降低溫度影響方面最能滿足OCT的要求。
提高系統抗外場干擾能力：在提高系統抗外場干擾方面有幾種方法，改進由Sato等人提出的雙正交反射方案，將原光路設計中的第三角上第一次反射由向上改為向下（見圖4），使傳感頭內光路在小載流導體平行及垂直的兩個面上的投影形成閉合回路來改善系統抗外場干擾能力。相比而言，鍍膜技術在此方面具有的優點是簡化傳感頭使之易于加工，同時光路在任何平面內的投影均及接近完全閉合，傳感頭厚度比雙正交反射方案減小一半以上。目前的保偏膜有兩種：多層介質膜和單層介質膜，多層介質膜可以有效的解決相移問題，但對傳感頭的加工與安裝需十分精細，單層介質膜在具有鍍膜技術的共同有點之外，相比多層介質膜，更節省膜材料和膜加工所需時間，但此方法對膜厚度的控制要求更高的鍍膜工藝。利用多模光纖的消偏與消除相干擾性能，同時結合選用低相干光源，可以有效的一直有振動引起的光線中的噪聲干擾。
Rogowski線圈在OCT中的應用：Rogowski線圈能夠很好的解決以上由于溫度、外場以及振動引起的光電互感器靈敏度以及準確度降低等問題。國內外都已有0.2級Rogowski線圈，清華大學開發了以DSP為核心，集合光纖、通信、微機技術的實用化設計方案。OCT集電流測量和諧波分析于一體,同時還提供遠程計算機接口和繼電保護接口。試驗表明,此種結構簡單、安裝方便、抗干擾能力強和準確度高（優于0.5%）。
5.3OVT的缺點
光電電壓互感器晚于光電電流互感器，經過各國的不斷努力，在理論上和技術上都取得了很大的進展，與光電電流互感器類似，光電電壓互感器也遇到了溫度影響穩定性問題，和長期運行的可靠性問題。其中運行環境的溫度變化是影響光電電壓互感器穩定性和可靠性的重要因素。
5.4OVT的改進方法
目前主要采用雙光路檢測技術來消除熱力效應對光電電壓互感器的溫度穩定性的影響，但是仍然存在無法改變晶體的熱光效應。晶體的熱光效應使得互感器在工作溫度范圍內的準確度只有2.1%，距離實用所需的1%要求還有一段距離。為了避免因晶體的旋光性和自然雙折射會直接對光波引入的附加相位差，目前一般選用立方晶體的BGO材料，它穩定性好，無旋光性和自然雙折射。研究發現，BOG晶體的純度越高，光電電壓互感器的穩定性越好。對于光源發射的光波波長由溫度影響而造成的系統穩定性減弱情況，采用軟件補償技術消除波長變化的影響，明顯的提高了光電電壓互感器的穩定性。通過對光線受到振動和其他機械擾動產生線性雙折射，且單模光纖產生噪聲更為嚴重的現象發現，光線的芯徑越大，噪聲越小，通過使用低相干光源和線偏振光沿光纖的偏振軸輸入，來達到有效抑制噪聲對系統穩定性帶來的嚴重影響
6. 光電互感器在電力工業中的應用[8]
基于西昌地區多高耗能用戶,該類用戶的電爐設備功率大,負荷波動大,產生大量大功率低次諧波污染,同時沖擊電流造成電磁式互感器鐵心飽和,有可能造成繼保誤動作,并使二次電流、電壓產生畸變,影響計量的準確性等情況，2006年4月，安裝了35kV數字式光電互感器及其保護和計量裝置及其二次系統的設計、安裝、運行和運行效果的對比分析,來為西昌地區尋找一條可靠先進的電網技術革新之路。將該組光電互感器安裝于一個對電鐵及高耗能工業園區供電的110kV變電站內一條35kV出線間隔,該線路對冶煉企業供電,日均負荷為1.2萬KW。該線路原裝有電磁式電流互感器,準確級0.2級。35kV母線電壓互感器亦采用JDJJ2-35型電磁式電壓互感器。在出線間隔安裝了一組組合式光電電流電壓互感器,并裝配一套線路保護和一塊具有光纖以太網接口的電能表,以便將光電互感器的采集數據與電磁式互感器采集的模擬量在數據采集、電量及所接保護功能等方面進行對比。同時,南自廠在合并器報文讀取中加進了諧波分析部分,采集了當地的諧波污染情況。截止2007年的數據顯示，該組光電互感器運行狀況良好。
母線保護由于其保護特殊性,需要接入大量的交流量。基于OET700數字式光電互感器的母線保護采用光纖接入來自多個合并器的電流量、電壓量。開入量(接入母線保護的隔離刀閘輔助接點、失靈啟動開入節點等)和開出量(包括出口跳閘接點、信號接點等)則仍采用傳統的輸入輸出方案,如圖2所示。
若一次系統采用光TV,則電壓模擬量同電流輸入類似。若采用光TA與傳統電磁式混用則通過合并器進行采集一并打包給保護。在技術成熟條件下,開關量輸入、開關量輸出也可通過光纖進行傳輸,以實現整個變電站全部設備的數字化。
同傳統的微機母線保護一樣,基于光電互感的母線保護配置以下保護:差動保護、母聯失靈保護、母聯死區保護、母聯充電保護、母聯過流保護、母聯非全相保護、斷路器失靈保護、復合電壓閉鎖等。所有保護功能均為邏輯圖設計,保護流程可視化、圖形化、模塊化。可根據系統接線要求進行選擇配置,配置和維護方便靈活。
7. 光電互感器的發展趨勢
隨著電力系統智能化、數字化的產生和發展，人們對所采集數據的準確度要求越來越高，新型的OCT都將向著靈敏度更高的方向發展，同時更簡單更節約能源。全反射結構的OCT比相同尺寸的金屬膜結構OCT的輸出響應更加靈敏。全光纖結構的OCT將是未來發展的方向，目前，日本已經開發出0.3級的全光纖OCT。
光電電壓互感器的主要發展方向也是新型全光纖OVT，因為不論從穩定性準確性以及能源的節省和環境的保護方面，它都較傳統電壓互感器有很大的優勢。采用石英晶體和光纖作為敏感元件，通過光纖來檢測和傳輸信號，生產工藝更為簡單，不再需要自動聚焦透鏡、起（檢）偏器、波片、電光晶體等光學元件，節省資源的同時提高了系統的穩定性。全光纖OVT的諸多有點引起了廣泛的關注，在光電互感器方面起領頭作用ABB公司已經開發出類似的產品，我國很多高校也投入了積極的研究。
8. 結 語
經過三十余年的發展，國內的光電互感技術不斷進步。但是相比于國外上世紀60年代就開始研究，90年代就開始掛網運行并將產品推廣到市場還有很長的一段路要走。隨著現代電力工業對電壓級別、電流強度要求的不斷提高，光電互感技術作為一種新技術越來越引起研究人員的關注。電力系統的數字化、智能化、網絡化也都促進了光電互感技術的快速發展。當然光電互感技術目前還存在著很多問題，但隨著測量要求逐步提高，測量技術的逐漸成熟，光電互感技術必定有著非常廣闊的發展空間。光電互感器將作為下一代互感器的主流產品，其不可替代的技術優勢和價格優勢已經凸現出來，隨著當前光電互感器的市場化進程，必將帶來電力系統測量、保護和監控的革命性變化。
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[關鍵詞]雷達；光電子技術；要點；前景；方法；分析
中圖分類號：TU584.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）15-0043-01
光電子技術與其他的電子信息技術合成能夠形成信息產業新的核心技術，并廣泛應用于光存儲、光顯示和激光等領域。光電子技術在雷達中的應用改變傳統雷達應用模式，充分發揮了光電子技術信息化、科技化和先進化的優勢。關于現代雷達中的光電子技術應用主要可以分為以下幾個方面：
（一）信號傳輸
光電子技術在雷達中的應用可以通過光纖鏈路的組成，完成光纖、二極管等要素的調制，在進行信號傳輸時可以在光波調制中將微波信號傳輸上，完成這些工作以后需要使用光纖模擬傳輸微波信號。光纖鏈路在雷達信號傳輸中的應用對現代雷達技術應用和信號光纖傳輸具有重要意義，這項技術在國外發展相對成熟，顯示意義明顯。雷達傳輸中使用光纖，傳輸消耗和傳輸頻率相較于電纜傳輸較低，并且在這種頻段下，光w產生的調制信號和傳輸消耗具有一致性，從而進一步促進雷達信號傳輸，達到對雷達系統遠程控制的目的。[1]
由于使用的雷達天線還含有一個輻射源，在受到反輻射的影響時，控制中心和天線之間的距離應該設置好。通常情況下，使用同軸電纜傳輸信號消耗較大，傳輸指令與天線之間的距離也要控制好，而關于電纜銅量的消耗，會隨著頻率平方根的增大而增大。同軸電纜傳輸微波信號的前期，需要在一定的頻率范圍內完成轉變，將信號電平在線路放大器內進行放大，指令中心傳輸的信號則不需要進行變頻，線路放大器不使用也能使信號電平提高，光濾波器和光纖的使用效率也能夠提高。要進一步保證其基本的使用性能，增強雷達的抗電磁能力可以通過光纜改變電纜，保證雷達天線遠程傳輸的功能。這種應用方法在軍事上具有重要使用作用，提升經濟效益的同時創造軍事價值。此外，光纖重量輕、體積小，靈活度高，在一些限定空間或場合使用方便，保證雷達信號的傳輸有效。[2]
（二）信號處理
雷達信號處理一般是利用光纖延遲線，其主要構成要素包括調制器和激光器等，屬于新型的信號處理器件，在微波射頻領域應用較多，光纖延遲線的使用能夠促使多種不同信號處理器件的生成。例如在橫向匹配濾波器和編碼發生器以及相關處理器中可以通過雷達系統的處理充分發揮帶寬極寬系統的作用，聲波器表面頻率較高，功能優越性明顯，在雷達信號處理中要控制其頻率需要同步使用信號處理器，提升雷達信號處理效果。處理寬帶雷達信號時由于雷達信號接收機的分辨率較高，電子情報信號處理時，可以選用大時間的帶寬積器件，使用成本相對較低，體聲濾器件和同軸電纜也可以用于雷達信號的處理。光纖延遲線不同于其他延遲線，性能更先進，并且同時具有工作頻率高和任何延時的特點，其中延遲的介質是單模石英光纖，成本低、性能高，使用價值較高，并且具有綜合性優勢。因而在雷達信號處理過程中使用光纖延遲線能夠充分發揮其在不同處理器件中的構件作用，雷達系統中使用光纖延遲線實現價值最大化，不僅能夠在海洋衛星雷達和隨機程序發生器中應用，同時還能夠在雷達信號處理系統和相控陣天線系統中應用。因而雷達信號處理中使用光纖、光電子技術能夠充分發揮信號處理器件和通信系統的實際價值，使用過程中的經濟效用顯著，總體應用前景較好。[3]
（三）達波束光控制
相控陣雷達系統在控制雷達的達波束光時要使用有源單位，繼而形成一種具有跟蹤效用的尖銳波束，這種波束對電子調控方法具有一定的控制作用，并且能夠將輻射單位予以改變，保證相對相位的實現。由于單個單元的控制器件屬于電子移相器，這種類型的器件在傳統意義上的使用通常可以分為鐵氧體移相器和二極管。二極管的工作頻率相對比較低，而鐵氧移相器的工作頻率則較高。鐵氧移相器和二極管的體積較大，因而產生的損耗量也比較大，但是在相位連續控制上和在線性度上仍舊存在較大的差異。分配射頻功率可以使用光學方法來進一步完成相移，這種優勢比較明顯。[4]
例如在實現微波相移的過程中可以使用線性連續的方法，在此過程中還能夠將相位的體積予以減少，保證及能耗度降低，促進波束的靈活控制。在一般的大型相控陣天線使用中需要多個MMIC收發模塊來完成雷達達波束光控制，在一定的自由空間內能夠與振蕩器形成不同模塊的主振蕩器鎖定，關于參考信號的改動則需要使用同軸電纜的光纖鏈路，這種有利于在很大程度上減少體積和降低重量。光電技術在雷達達波束光控制中具有重要的使用意義，并且能夠促進雷達電子器件的使用功能進一步完善，總體應用前景廣闊，在此過程中使用光電子技術促進了新時期下雷達技術變革、發展和使用的經濟效益提升。[5]
結語：
從目前情況分析來看，光電子技術應用在微波領域主要以光纖通信為主，且這種應用技術已經相對普及，但是在雷達中的應用尚且不如通信光纖應用普及程度高，隨著我國光電子技術研究、發展水平不斷提高，將進一步在現代雷達中實現充分使用，總體應用前景樂觀。其中光電集成電路和光纖等在雷達數據處理、雷達信號處理、多基地雷達和相控陣天線中使用具有高互聯性等多重優點。光電子技術在現代雷達中的應用包括雷達信號傳輸、雷達信號處理和雷達達波束光控制等幾個重要的方面，體現了現代雷達應用光電子技術的先進性和必要性。
參考文獻：
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論文摘要摘要：光電子器件和部件廣泛應用于長距離大容量光纖通信、光存儲、光顯示、光互聯、光信息處理、激光加工、激光醫療和軍事武器裝備，預期還會在未來的光計算中發揮重要功能。本文將介紹國內外光電子技術及光電子產業的發展。
假如說微電子技術推動了以計算機、因特網、光纖通信等為代表的信息技術的高速發展，改變了人們的生活方式，使得知識經濟初見端倪，那么隨著信息技術的發展，大容量光纖通信網絡的建設，光電子技術將起到越來越重要的功能。美國商務部指出摘要：“90年代，全世界的光子產業以比微電子產業高得多的速度發展，誰在光電子產業方面取得主動權，誰就將在21世紀的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評論摘要：“21世紀具有代表意義的主導產業，第一是光電子產業，第二是信息通信產業，第三是健康和福利產業……”，可以斷言，光電子技術將繼微電子技術之后再次推動人類科學技術的革命。
1世界光電子技術和產業的發展
光纖通信技術的發展速度遠遠超過當初人們的預料，光纖已經成為通信網的重要傳輸媒介，現在世界上大約有60%的通信業務經光纖傳輸，到20世紀末將達到85%，但從目前光纖通信的整體水平來看，仍處于初級階段，光纖通信的巨大潛力還沒有完全開發出來。目前，各種新技術層出不窮，密集波分復用技術（DWDM，在同一根光纖內傳輸多路不同波長的光信號，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術（EDFA，可將光信號直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優點）已取得突破性進展并得到廣泛的應用。現在DWDM系統和光傳輸設備中，光電技術的比例將從過去比重不到10%達到90%。一種全新的、無需進行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復用技術和摻鉺光纖放大器技術的進展，也日趨成熟，將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統上首次使用，給全球的通信業帶來蓬勃生氣。為此提供支撐的就是半導體光電子器件和部件。光電子器件和技術已形成一個快速增長的、巨大的光電子產業，對國民經濟的發展起著越來越大的功能。美國光電子產業振興協會估計，到2003年，光電子產業的總產值將達2000億美元。
Internet應用的飛速增長對電信骨干網帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長，人們可以鋪設更多的光纖，或靠提高單路光的信息運載量（現在主干網可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設備）。但更主要的方法卻是靠發展波分復用技術，增加光纖內通光的路數（光波分復用的實驗記錄已經達到2.64Tbps）。波分復用技術的普遍運用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長的市場。無限戰略公司的報告指出摘要：“信號傳輸用1.31μm和1.55μm激光器市場1999年達到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號放大用激光器1999年市場份額達到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號放大用激光器銷售額達2.9億美元，比去年增長121%。整個激光器市場的份額1999年達18億美元，預期2003年將達到30億美元”。美國通信工業探究公司（CIR）的探究猜測，北美市場光電子部件的市場規模將由目前的28億美元增長到2003年的61億美元，約每年增長18.5%。密集波分復用設備銷售額也將從1998年的22億美元增加到2004年的94億美元。報告稱雖然10年內全光通信還不會全面商業化，但是全光交換將在幾年內成為市場主流，報告也指出盡管光學部件市場被大公司所占據，但仍有創新性公司進入的可能。
2我國的光電子技術和產業
近10年來我國光電子技術探究在國家“863”計劃和有關部門的支持下有了突飛猛進的進展，在很多領域同國外先進國家只有兩三年的距離，個別領域還處于世界領先地位。
國內光電子有關產業基地在光電子器件、部件和子系統（如激光器、探測器、光收發模塊、EDFA、無源光器件）等已經占領了國內較大的市場份額，初步具備同國外大公司競爭的能力，在毫無市場保護的情況下，靠自己的力量爭得了一席之地，市場營銷逐年有較大的增長，個別產品還取得國際市場相關產品中的銷量最大的成績。我國相應探究發展基地和本領域高技術公司的許多產品填補了國內相關產品的空白，打破國外產品在市場上的壟斷地位，同時爭取進入國際市場。
摻鉺光纖放大器（EDFA）是高速大容量光纖通信系統必需的關鍵部件，國內企業產品占國內市場40%的份額。我國也是目前國際上少數幾個有能力研制PIC和OEIC的國家。808nm大功率激光器及其泵浦的固體綠光激光器，670nm紅光激光器已產品化和商品化并批量占領國際市場。國內移動通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國產器件，國產1.55μmDFB激光器戰勝了國外器件，占領了100%的國內市場。
但是，我們應當熟悉到在我國光電子技術發展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲等高技術產業的關鍵部分，但在整個系統和設備成本中所占的比重較小，其產值較低，目前科研開發主要處于跟蹤和小批量生產階段，光電子產業所需的規模化、產業化生產技術目前還未有實質突破；國內探究生產的光電器件和部件有相當部分還未能滿足整機和系統的要求，導致國外器件占據國內市場相當多的份額；在機制上仍未擺脫科研、生產、市場相互脫離的狀況。
關鍵詞：自動化儀表測量；光電技術；具體應用
引言
近年來，隨著微電子技術與計算機技術的高速發展，自動化儀表的測量技術也獲得了較大的發展空間，光電技術作為自動化儀表智能化技術內容的重要組成部分，其自身技術的熟練程度對自動化儀表的測量工作具有重要的影響。文章通過對自動化測量儀表中光電技術的應用原理進行了研究，并對光電技術在自動化儀表測量過程中的相關問題展開了具體分析。
1 自動化儀表測量與光電技術的相關原理
1.1 自動化儀表工作原理
由于不同類型的工業其自身的加工種類也不盡相同，因此各種參數儀表的測量原理也有所不同，但對測量儀表的具體組成進行分析可知，一般的測量儀表均是由檢測環節、傳送放大環節以及顯示環節三個部分組成的，其中，檢測環節直接檢測需要被測量的相關參數，并將其轉變成適合于測量的具體信號；而自動化儀表的傳送環節則將接受到的信號進行放大，并傳送到儀表的顯示端，最終將數據呈現給儀表的操作者。由上文可知，自動化儀表測量原理可以總結為儀表將被檢測的信號進行一次或者多次的形式變換，并最后以數字、圖形或者指針的形式顯示出來[1]。
1.2 光電技術在自動化儀表測量中的原理
1.2.1 分辨率較高的CCD的應用
要想實現相關測量參數的自動化，首先要研發出可以代替人眼功能的儀器來代替人眼的測量工作，且該儀器應該具備較高的性能和瞄準度。CCD即電荷耦合元件是一種半導體的器件，且能夠將光學信號轉化為相應的數字信號，因此通過不斷提高CCD器件的質量并使其逐步代替人眼在自動化儀表測量中的工作，可以較好地實現測量參數的自動化。將光電技術中的CCD應用到自動化儀表測量工作中主要是通過其自身的遠心光學系統將測量儀表的指針與表盤映射到該電荷耦合元件的表面，并在驅動器的作用下，CCD器件將指針與表盤的相關信號傳送到器件的模擬數據采集系統進行相應的轉換，且在傳輸的過程中，數據以矩陣的形式被存儲起來，從而方便計算機對數據進行相應的識別，并將其顯示到儀表的顯示終端[2]。
1.2.2 微機控制技術
作為光電技術中的重要組成部分，微機控制技術對于實現儀表的智能化與自動化測量具有重要的作用和意義。現階段的微機控制技術主要分為兩種類型，一種是以VC語言作為整體操作平臺，并與數據庫的管理系統互相結合從而構成完整的計算機控制系統軟件，其對測量參數具體的控制原理為：利用計算機對需要檢測的儀表指針的測試點進行相關設置，并在其對標準源發出信號后，從而使儀表中的電流進行平穩上升，當指針與表盤中的單位刻度數相吻合時，再次向標準源發出信號，并繼續測量第二個單位刻度數，以此類推，將儀表中不同位置的數據參數以證書的形式打印出來，從而實現儀表的自動化測量。首先，計算機通過對儀表的指針信號與表盤刻度信號進行相關處理，并應用中值波率與高斯波率處理噪聲信號，從而將收集到的信號存儲到數據庫中；其次，計算機利用Caany算子對噪聲進行相應的降噪處理，從而提高數據的準確性；最后，計算機通過在圖像擬合加工工序過程中加入最小二乘法，從而使信號達到較高精度的擬合度，并顯示到儀表終端[3]。
1.3 交流標準源控制系統的應用
在自動化儀表的測量過程中，通過引入三相交流標準源，可以為儀表提供標準的電壓、電流、頻率以及相位和功率信號，從而提高儀表數據的精準度。其中，作為整個標準源信號交換的基準，數據源以其高度穩定的性能調節著數據在儀表的各個傳輸環節中的精準度。由于傳統的電流、電壓控制器對儀表功率負載的最高承受額度是20W，而基于數據源技術的三相交流標準院系統則通過應用前饋控制技術對數據進行無差別調節，從而避免了由于負載變化而引起的跟蹤信號基準不穩定的現象，在大幅度提高了儀表數據準確度的同時，也保證了相關工業生產的安全性[4]。
2 光電技術應用于自動化儀表測量中所出現的問題及解決措施
2.1 發射電路的供電問題解決措施
由于應用到儀表自動化測量過程中的多種光電技術系統均需要相應的有源設備，因此高壓端口的供電電壓是否穩定直接影響到傳輸系統運行的可靠性。我國光電系統高壓側的供電形式主要分為三種：利用高壓母線進行傳輸供電、將低壓側電能轉化為光能并利用光纖傳送到高壓端口、通過高壓電池進行供電。在利用高壓母線進行傳輸供電的過程中，一旦流經母線內的電流過小，則會使得信號的傳輸電路無法得到正常的供電，但如果母線內的電流過大，又會使整個光電系統受到沖擊，容易出現電路損壞的情況，因此為了確保傳輸電路可以獲得穩定的電壓，在利用高壓母線進行傳輸供電時，可以在母線端口或光電系統前端增設變壓器，從而對流經電路的電流進行有效控制，提高系統電壓的穩定性。而在利用光纖將低壓側的電能轉化為光能并傳送到高壓側時，雖然可以保持輸出電壓的穩定性，但是卻比較容易受到激光輸出功率影響，特別是受到光電轉化效率的影響。基于上述原因，在應用光纖將低壓側電能轉化為光能并傳送高壓側時，則需要采取相應的光電轉化保護手段，例如增設光纜線路等，進而通過提高光電轉化效率的方法，保證相關信息傳輸的準確性。最后，在應用高壓電池進行光電系統的傳輸供電時，由于經常受到電池電量影響，使得相關人員在進行光電系統電路設計的過程中必須考慮到電路控制，為線路的建造帶來了諸多不便，對于上述問題，國家相關部門應該給予相應的支持力度，并加大多種新型能源在光電系統供電過程中的應用力度，例如風力供電、水力供電等，從而在提高供電效率的同時，增加傳輸數據的可靠性與準確性[5]。
2.2 傳輸過程中的干擾問題
雖然與自動化儀表測量中的傳統傳輸系統相比，光電系統具有較高的抗電磁干擾的能力，但是對于光電系統自身而言，由于其是由發射電路、接收電路與光線三部分組成的，因此上述三個環節中任一環節出現問題，都會影響數據傳輸的準確性。
3 結束語
文章通過對自動化儀表的工作原理進行分析，引出了以CCD技術與微機控制技術為代表的光電技術在儀表自動化測量中的相關原理，并從光電技術的成像系統、系統軟件的控制系統與交流標準源的控制系統等方面對光電技術在儀表自動化測量中的應用做出了具體的分析，可見，未來加強儀表自動化測量中光電技術的應用力度對于促進我國的計算機與微電子技術的發展、實現工業生產的高效性具有重要的歷史作用和現實意義。
參考文獻
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關鍵詞：光電信息 特種設備 節能
1 概述
光電信息技術是由光學、光電子、微電子、超聲波、紅外線遙感等技術結合而成的多學科綜合技術，涉及光信息的輻射、傳輸、探測以及光電信息的轉換、存儲、處理與顯示等眾多的內容。光電信息技術廣泛應用于國民經濟和國防建設的各行各業。近年來，隨著光電信息技術產業的迅速發展，對人們的生產生活提供了更多的便捷，尤其是在特種設備上，更好地提高了其安全性能，包括節能與可操作性。
所謂的特種設備指的是涉及生命安全、危險性較大的鍋爐、壓力容器（含氣瓶，下同）、壓力管道、電梯、起重機械、客運索道、大型游樂設施。其中鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道為承壓類特種設備；電梯、起重機械、客運索道、大型游樂設施為機電類特種設備。特種設備已經在推動經濟的發展中起著不可或缺的作用，但是其也存在一定危險性：
例：2013年6月3日清晨，吉林寶源豐禽業公司發生火災，本次事故系廠房氨氣爆炸引發火災。從德惠市米沙子鎮寶源豐禽業有限公司火災現場救援指揮部獲悉，截至6月10日，共造成121人遇難，76人受傷，直接經濟損失1.8億。
因此特種設備的安全使用已經不止是影響到個人的生命財產健康，更加影響到企業的生存和國民經濟的健康發展，本文將從光電信息技術的角度論述其在特種設備上的優勢。
2 鍋爐上的雙色液位計的運用
例：2003年10月23日，長沙市星沙開發區某廠發生一起重大鍋爐事故，該廠一臺江蘇無錫鍋爐廠2001年1月生產編號為01015， 直編號為L-02的SHL20-2.45/400-AⅡ雙鍋筒橫置式鏈條爐排鍋爐因缺水干燒造成大面積水冷壁管、對流管、過熱器管燒壞，直接經濟損失達60余萬，因停產等造成的間接損失更是無法估量。
上例的事故最主要的原因則是因為該鍋爐水位表面不清晰，水位表閥門無法開啟，水位自動控制系統、水位系統失靈，是導致事故發生的重要原因。水位計失靈將會導致司爐工無法了解鍋筒內水位變化，在運行中就會發生缺水或滿水事故。比如電接點水位計往往存在以下的缺陷：①電接點水位計是分段顯示，沒有精度可言；②損壞率高，由于電極在水中腐蝕或結垢，一般在半年左右就必須更換。③存在假水位和誤報警的現象，鍋爐中的水經常處于翻滾狀態，水汽混合物對電接點水位計形成誤顯示和誤報警現象。④密封點多，導線多，維護工作量大。雙色水位計。相比較之下，鍋爐雙色液位計，選用優質不銹鋼及進口電子元件制造，顯示部位采用高亮度LED雙色發光管，組成柱狀顯示屏，通過LED光柱的紅綠變化來檢測所測液位的高低；顯示亮度高，可視距離遠，標尺清晰，顯示角度大，產品更具系列化，智能化。全過程測量防雨防雷，防腐防爆，可耐高溫、高壓，高密封、防泄露、無盲區，顯示醒目，讀數直觀，且測量范圍磊，適用于各種塔、罐、槽球形容器及鍋爐等設備的介質液位測量。
3 自動扶梯上的紅外遙感技術的運用
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隨著近年來房地產行業的高速發展，自動扶梯的使用頻率越來越高，如何采用高效節能的電梯控制技術成為了各商家及用戶十分關注的話題。在此紅外線傳感技術發揮其優勢。上圖中，當人走過裝在電梯首尾處時，觸動首尾兩端的紅外線傳感開關，使電梯的變頻器加速到高速頻率，電梯在高速運轉時，變頻器內置計時器開始計時，如果在設定內的時間段內再無乘客通過電梯，計時將結束，變頻器自動切換到低速頻率，低速運行。如果在計時器計時期間，有乘客重新觸發紅外線傳感器開關，計時器將重新計時。對電梯的上行和下行，控制采用開關互鎖，從而確保扶梯系統能夠正常工作。為消耗扶梯下行或者制動過程中產生的多余能量，還需要在變頻器上加裝制動電阻。
通過紅外線遙感的控制能夠保證電梯在無人乘坐的情況下保持低速運行或者靜止狀態，從而降低能耗，減少扶梯運行過程中的磨損。
4 電梯安全光幕的紅外技術及其內LED燈的運用
電梯安全光幕是一種利用光線感應原理而制成的電梯門安全保護裝置，適用于所有電梯，保護進出電梯乘客的安全。電梯光幕是由安裝在電梯轎門兩側的紅外發射器和接收器和專用柔性電纜三大部分組成。出于環保和節能需要，越來越多的電梯已經省卻了電源盒。光幕發射端內有若干個紅外發射管，在MCU的控制下，發射接收管依此打開，自上而下連續掃描轎門區域，形成一個密集的紅外線保護光幕。當其中任何一束光線被阻擋時，控制系統立即輸出開門信號，轎門即停止關閉并反轉開啟，直至乘客或阻擋物離開警戒區域后電梯門方可正常關閉，從而達到安全保護目的，這樣可避免電梯夾人事故的發生。
LED發光二極管是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能。發光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發光二極管加上正向電壓后，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴復合，產生自發輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發出的光的波長越短。常用的是發紅光、綠光或黃光的二極管。
使用LED發光二極管更新電梯轎廂常規使用的白熾燈、日光燈等照明燈具，可節約照明用量90%左右，燈具壽命是常規燈具的30～50倍。LED燈具功率一般僅為1W，無熱量，而且能實現各種外形設計和光學效果，美觀大方。
5 結語
除此之外還有很多裝置也采用了光電信息技術，如光電平層開關，紅外線遙感操控器等等，這里就不一一例舉。
相信隨著科學技術水平地不斷發展進步，光電信息技術方面將會有更大突破，會有更多的技術與生產相結合，制造出更多安全性能高、操作使用方便、節能低廉的特種設備，從而更好地服務于群眾，服務于社會主義現代化事業建設。
參考文獻：
[1]楊永才，馬軍山.光電信息技術[M].出版時間：2009年04月.
關鍵詞 光電子技術；發展態勢；應用實踐；信息技術
中圖分類號：TN2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0005-02
光電子技術學科涉及了光學、電子學、光電子學、計算機等技術理論，是一種由多學科相互交叉并滲透形成的一項技術。光電子技術是將光子學為研究核心，電子學為研究支撐的新型技術，兼容了電子技術，而且還具有微電子技術不能相比的優越性，有了更廣闊的應用領域和發展空間。21世紀是一個光電子共同作用的時代，光電子技術的高效發展有利于促進世界相關技術的融合、滲透，有利于各科學技術之間相互作用，更好的為社會經濟發展做貢獻。
1 光電子技術概述
光電子技術更加確切的應該稱為光電子信息技術，實現光能與電能的轉換是它的核心內容，是指利用光子激發電子或者電子躍遷來產生光子物理現象所提供的一種技術方法。光電子技術是信息技術中一個重要的硬件設備，加大了把全世界計算機進行聯系的可能性，也給和衛星或外星聯系組成網絡提供了希望，是因特網的支柱技術。光電子技術從20世紀60年代產生以來，在眾多高新技術發展中它的發展最為迅速，在我國的眾多領域內均已被應用、推廣。
隨著社會經濟的快速發展，時代的信息容量不斷增加，反映出了信息發展的高容量性以及高速度性在電子學與微電子學技術發展上的局限，而光的高頻率與高速度的信息處理特點逐漸在信息技術發展中取得突破性的發展，將信息的探測、傳輸、顯示、運算、儲存和處理都使用光子與電子技術相結合來參與完成，確定了光電子技術在信息領域的地位。
2 光電子技術的發展態勢與應用實踐
1）在傳統領域中，光電子技術的發展與應用。光電子技術對改造我國傳統產業技術和發展新興技術產業都有積極作用，對產業結構優化也有促進作用。光電子技術具有準確、快速、精密、高效等優勢，能夠有效的提高產業的加工水平，增加產業的競爭力和附加值。以激光加工技術為例分析，激光加工技術通常應用在我國重點發展領域，飛機、航天、汽車、通信等領域，其生產特點有加工效率高、速度快、變形小、質量高、易控制，有助于實現自動化生產。能夠很大程度的降低生產成本，提高產品的質量，對提高國際競爭力也有重要的積極作用。
2）現代能源結構中，光電子技術的發展與應用。在美國、日本等眾多國家都制定了光伏技術的長久發展計劃。各國將提高光電池轉換效率與穩定性為技術開發方向，逐漸降低產品的生產成本，提高產業效率，擴大產業發展。目前在世界范圍內，商業化和半商業化的生產模式已經有80多個國家和地區形成，增長值已經達到16%，市場的開拓也從空間開拓轉向了地面的系統應用，甚至在驅動交通工具的領域也逐漸被應用。據相關報道，在世界發展中，對太陽能住宅的建造投資已經達到了600億美元，光電子技術在建造太陽能住宅中主要是將用光伏技術制作的光電池作為住宅屋頂、墻面、窗戶等建材，隨著經濟和技術的發展，這種新型能源的應用規模也在不斷擴大，相關人員分析到2016年，在太陽能住宅的投資規模會擴大一倍，投資將達1300億
美元。
太陽能光伏技術的應用形成了一種新型能源，太陽能光纖技術發電系統主要是利用太陽電池半導體材料的一種光纖效應，主要是將太陽光輻射能轉化為電能的新型的一種發電系統。因世界經濟的快速發展，能源出現供不應求現象，經濟發展與能源短缺之間的矛盾越來越嚴重，于是世界各國逐漸的將發展目標統一轉向了光伏發電，制定了長期的光伏技術發展計劃。光電子技術為光伏發電創造了高性能的材料與電子元件，很大程度的提高了光能的轉化率。光電子技術的不斷發展擴大了光伏發電的應用范圍，上到航天器，下到家用電器，大到兆瓦級電站，小到兒童玩具，都充滿著光伏電源，21世紀注定了是光伏技術的發展時代。
3）軍事領域中，光電子技術的發展與應用。光電子技術的獨特優勢可以應用在毀滅性武器、精密制導、監測、瞄準、頻譜分析等技術領域。光電子技術能夠提高國防的反應能力和準確攻擊的能力，為軍事領域提供又準又快的信息。光電子技術目前已經成為了軍事領域發展的主流技術，逐漸成為了國防軍事現代化的發展支柱。
在軍事領域，光電子技術的發展主要體現在兩個方面：①激光聚變的應用。激光聚變是一種未來能源，它有巨大的軍用價值，它能夠模仿氫彈爆炸的過程，代替了成本高、危險性大的空中或地下核試驗，有效解決了改進核武器的性能的難題。到目前為止，激光致盲武器已經逐漸裝備到部隊，艦載與機載激光反導器也已經走出了實驗室；②電光技術目前已經發展成為了軍方的核心技術。隨著世界光電子技術的快速發展，美國國防防務水平也呈遞增的形勢發展，美國平均每年用在防務光電技術開發上的費用就能達到50億美元。
4）在硅材料中，光電子技術的發展與應用。把硅當材料制造的光電子元器件稱為硅光電子學，這是一門新興技術，具有很大的發展前景。用硅晶體當作材料制造的光電二極管有量子效率高、響應快、噪聲低、體積小、動態工作范圍大、壽命長等優勢，通常被應用在微弱、快速光信號探測等方面。硅光電子學技術的應用能夠給世界帶來更先進的數字設備，在性能方面能得到前所未有的突破，硅光電子學是未來發展的重點。
5）在尖端科學技術領域中，光電子的發展與應用。光電子技術對科學技術的發展有積極作用，光電子技術所涉及到的科學領域都是未來發展的尖端科技，如兆兆紀元，這是1996年由惠普公司提出的，是為了滿足人類在信息時代的不斷增加的新需求，是人們想要在10到15年內實現的一個夢想。具體兆兆紀元技術在傳輸技術上，每秒兆兆位千線，運用遠程的傳輸網絡；處理技術上，每秒運算萬億次計算；存儲技術上，有兆兆字節的數據庫，有數兆兆字節的盤片驅動和數千兆位的記憶芯片。光纖傳輸的容量、光處理的能力和光儲存的密度都在快速提高，光電子技術的發展態勢能夠充分實現這個夢想，
再如HIV免疫系統的檢測技術。相關人員已經使用光學生物醫學儀器在研究艾滋病病毒上取得了巨大成果，有利于研制出能夠有效抵抗艾滋病病毒的新藥。在尖端的生物學實驗室中應用光學探測，比如研究定量衍生的DNA與定量化的聚合酶鏈反應PCR，對人類抵抗HIV病毒有非常重要的作用。
3 結束語
光電子技術在這個信息化時代的作用越來越重要，現如今，光電子學的應用已經發展到了經濟、軍事、科技與社會發展的各個領域，信息的傳輸、探測、運算、顯示、處理與存儲等都需要光子技術與電子技術共同參與完成。在世界范圍內，光電子技術現已被確定為是未來經濟發展的制高點，是未來經濟建設中推動傳統產業的技術改造工程、結構優化和新產的發展的關鍵力量，所以各國要加強對光電子技術的研究，推動光電子技術在各個領域中的應用范圍，促進世界經濟現代化的發展
進程。
關鍵詞：光電傳感器；自動控制；技術
1 光電傳感器的種類
1.1 對射式
對射式傳感器是指分開放置傳感器與發射器，待發射器打開并發出紅外光以后，通常會經過一段距離的傳輸，最后才能抵達接收器的所在位置，同時和接收器形成一個通路，當設定的檢測對象經過對射式光源傳感器的時候，檢測物體就會被光路所阻擋，接收器會馬上做出反應，同時輸出一個開關的控制信號，通常情況下，經過發射器發出的光束，只能跨越感應距離一次，所以在使用環境中如粉塵污染較為嚴重的情況下，或者是室外應用對射式光電傳感器都比較適合。
1.2 漫反射式
漫反射式的檢測頭內部，也含有發射器及接收器，但其中并沒裝置反光板，通常情況接收器是不能夠接受到發射器發出的光，當設定的檢測對象經過漫反射式光源傳感器的時候，其光線就被檢測對象所遮擋，同時檢測對象會將光線折射回去，這時接收器就能夠接收到光信號，同時輸出一個開關的控制信號，這種光電傳感器基本上都使用在自動沖水系統里。
1.3 反射式
在同一個接頭裝置的內部中，裝置發射器、反光板以及接受器，在發射原理的作用下，發射器發出的光電會反射到接收器中，此種廣電控制就是光電板反射式的光電開關。一般狀態下，發射器會將所發射的光都是由反光板進行反折射回去，這種情況是接收器可以接收到的，當被檢測的物體被遮擋，那么接收器就不能接收到光路，開關就會起作用。
1.4 槽型傳感器
這種傳感器通常情況下也被稱作是U型光電開關，在其兩側裝有發射器和接收器，讓兩個儀器在平面上形成一個光軸，當需要檢測的物體經過U型傳感器時，光軸會被傳感器隔斷，此時，設置好的光電開關就會發生反應，同時對開關量信號進行輸出。這種光電開關的安全系數和穩定性較之其他都很高，所以，在透明物體和半透明物體的檢測中經常會使用。
1.5 光線式
光線式的光電傳感器實質上就是用光纖將光源處的光連接到監測點，連接過去的光會和檢測的物體產生作用，對光的光學性質進行改變，讓檢測物體都能檢測到該位置的光源信號，從而演變成了光線式光電開關。
2 光電傳感器的優勢
2.1 檢測距離較一般傳感器長
相對于其他的檢測手段，光電傳感器的檢測距離相對大一些，如對射型保留大于十米的檢測距離，可以實現一般傳感器都不能達到的檢測距離。
2.2 種類較多
光電傳感器對待檢測物體的限制相對較少，其檢測原理是利用待測物體的反光或者遮擋進行檢測，所以待測物不局限于金屬，所有可以進行光的反射的物體都可以被檢測，比如玻璃，木材。液體或者塑料，幾乎涵蓋了所有物體。
2.3 檢測時間短
光電傳感器在檢測的過程中，都是由電子原件進行檢測，沒有機械性的工作時間，光電的速度非常快，所以檢測響應的時間就非常短。
2.4 分辨率高
可以通過高級設計技術，讓光束集中在一個小區域，或者一個光點，通過構成特殊受光的一種光學系統來實現高分辨率，在進行微笑無題的檢測時，可以減少誤差，精確檢測位置。
2.5 非機械性接觸
對物體進行檢測時，傳統的檢測方式可能要接觸被測物，對檢測結果的精確度造成影響，但是光電檢測不會接觸被測物，從而保證被測物在檢測的過程中完好無損，延長使用壽命。
2.6 進行顏色的判別
不同顏色的光的反射率和吸收率是不同的，利用光電傳感器進行檢測時，可以通過檢測物的反射率和吸收率來計算出物體的顏色，可以判定顏色是否合格和顏色的差異。
2.7 便于調整
在對可視光的投射過程中，進行投光的光束是可視光，可以方便工作人員對被測物體進行適當的調整，保證檢測結果的精準。
3 光電傳感器在自動控制中的具體應用
3.1 自動印刷
在印刷的過程中使用反射式的光電傳感器進行開關的設置，可以對印刷機的斷紙工作，在印刷時，紙帶處于正常工作的狀態，反射式傳感器就可以將反射回來的光檢測到，通過信號判別是否有紙帶的不正常或是有斷紙的情況發生。若是反射器接收不到發射的信號，那么可能紙帶的情況不正常，這時工作人員就可以采取相應的措施，將印刷裝置離壓，機器停止工作。使用光電傳感器還可以對單張紙進行檢測，使用透射式的方式，檢測在印刷的過程中，紙張的厚薄對光的通透是有一定影響的，在紙張通過光電傳感器時，電路保持在通路的狀態中，在后續經過互鎖，離壓和離水等工序，印刷機會逐漸降低運轉速度，完成單張紙的膠印工作。
3.2 光電色質的檢測
在對光電色質進行檢測時，最開始的應用是分選方面，或者是糧食加工方面，例如在進行糧食的分選時，根據顏色進行分類就要使用到光電傳感器。在被測物中，不同的材質有著不同的光學特性，光電技術就是根據這些差異性進行工作，將顆粒物中不同顏色的糧食進行分類處理，機器種類有大米色選機或是雜糧色選機等。進行產品的包裝之前，可以先應用色選機對糧食進行檢測，當發現被測物的顏色有差異時，就會接通電源，使用壓縮空氣將顏色有差異的物品分離。
3.3 光電轉速傳感器
在檢測之前，我們可以在待檢測的轉軸上安裝一個轉速調制盤，在盤上打一個小孔，這時，白熾燈的光在轉速盤的另一面產生了恒定光，當轉速達到檢測要求的時候，這些恒定光就會達到光敏二極管，形成光電轉換器。此時，這些光和發光二極管之間若是存在遮擋，光電傳感器就會進行低電平輸出，也就是一個脈沖。若是在光電傳感器的尾部加一個電動機，在尾部裝置一個多孔的電動轉盤，在轉盤轉動的過程中就會形成很多的脈沖，將這些數據進行計算，就會得到轉速。
3.4 自動門的傳感設置
將光電傳感器在地鐵或電梯的自動門中加以運用。分別將發射器和接收器裝置在對射距離內，調整好高度和位置，對光軸上的直徑大于三十毫米的不透明物體進行檢測，當乘客或是大件物品遮擋住了光線，接收器就接收不到信號，將物體判定為障礙，同時門不會關閉并發出信號。在設置的過程中，將不同組別的傳感器發射信號調制不同的頻率，以免相互影響。
4 結束語
綜上所述，對光電傳感器的N類進行了介紹，后文分析了光電傳感器的主要優勢和應用范圍，對光電傳感器在自動控制方面的應用進行了舉例介紹。信息時代的背景下，光電傳感器已經成為了自然和生產中不可或缺的一項技術手段，推動了我國的科技發展，為我國的科技事業發揮了重要的作用。相對其他檢測方式，光電傳感器在自動控制中精度高，形式多樣，結構簡單，相信在全行業的共同努力下，光電傳感器會愈發先進，使用范圍也愈發廣泛。
參考文獻
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[2]鄧建云.光電傳感器在自動控制中的應用[J].電子世界，2012（9）：159-160.
關鍵詞：光電著艦引導 陀螺穩定 伺服控制系統
中圖分類號：V249 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）09-0104-02
1、引言
艦載機的著艦有很大的風險性，首先飛機的甲板長度有限，艦載機必須保證以一定的著艦高度、一定的降落角和合適的姿態降落到甲板上，同時要求著艦點的位置要求非常準確，這樣在著艦時才能鉤住阻攔索，其次，航母由于受到海浪的影響，其甲板會產生艏搖、橫搖、縱搖和升沉的運動，這樣的運動會使艦載機的理想著艦點位置發生變化，為了保證艦載機安全著艦，現代的航母都裝備一套完整的著艦引導系統，向飛機提供精確的著艦引導數據。
目前，國內用于艦載的光電跟蹤設備很多，但真正用于艦載機引導的光電跟蹤設備還很少，作為用于著艦引導的光電跟蹤設備，為了能夠準確安全的引導艦載機著艦，光電經緯儀必須采用高精度的視軸穩定控制方法，克服船搖的影響，從飛機進場到安全著艦的過程中穩定跟蹤飛機。
2、光電著艦引導系統
光電著艦引導系統是集可見、中波、測距功能于一體的光電跟蹤設備，具有隨動跟蹤、單站定位的功能。由光電跟蹤轉臺和機下控制臺組成，光電跟蹤轉臺上安裝了激光測距機、變焦距可見電視和中波紅外三個傳感器系統。這3個傳感器組合在一起，可實現對遠、近距離目標的捕獲、跟蹤和測量。變焦距可見電視焦距變化范圍大，可實現對近距離目標的捕獲、跟蹤；中波紅外系統的探測器的波長為3-5μm，主要實現低能見度時對目標的捕獲、跟蹤和測量；激光測距系統的激光波長為1.57μm，為人眼安全的激光波長，可實現對目標距離的測量，實現光電跟蹤測量系統單站定位的功能。其光電跟蹤轉臺的設計效果如圖1所示。
3、視軸穩定跟蹤技術
安裝在艦船上的跟蹤設備，為使設備正常工作，必須采用穩定控制方法，從穩定技術角度看，目前采用的方法可分為機械平臺和視軸自穩定控制。
光電著艦引導系統采用視軸穩定技術是陀螺穩定技術，屬于視軸自穩定控制方法，將兩個互相垂直的單自由度的陀螺安裝在俯仰框上，兩個陀螺分別敏感經緯儀在方位和俯仰方向相對于慣性空間的運動，并將此信號作為速度反饋實現陀螺穩定。其兩軸陀螺穩定伺服機構組成框圖如圖2所示。
從控制原理的角度上看，視軸自穩定控制技術有兩種方法，第一種方法為船搖速度前饋法，第二種方法為速率陀螺反饋法。
3.1 船搖速度前饋法
利用船上慣導系統或其它穩定基準實時測量船搖運動的橫搖、縱搖、艏搖角度和角速度，經過計算機平滑處理和解算外推，求出船搖速度前饋量。分別輸入到伺服控制系統方位和高低回路，進一步補償船搖擾動引起的指向誤差[2]。
3.2 速率陀螺反饋法
速率陀螺反饋法，即將兩個正交速率陀螺安裝在天線俯仰支臂上，分別敏感船搖運動在天線橫向及俯仰軸向引起的擾動信號，并負反饋到角伺服控制系統各只路中組成各自的穩定回路。這種方法已經在我所研制的設備上得到了應用。
其伺服控制結構有兩種如圖3、4所示。
比較兩種方法可知，前者由于在陀螺反饋穩定回路中除包含基座機械諧振頻率外，還存在速率陀螺本身的閉環諧振頻率，因此對穩定回路的穩定性影響較大，使陀螺穩定回路頻率展寬受到限制，對高頻擾動的隔離度降低，但它設計、調試比較容易。后者在穩定回路內少了一個陀螺諧振環節，使穩定回路頻帶可做得更高，它對高頻船搖擾動隔離效果更好，但設計與調試的技術難度大[4]。
本論文采用以編碼器測速組成了速度內環，陀螺反饋作為速度穩定外環組成雙速度環穩定控制的方法。內環包含了驅動電機及負載平臺，主要作用是克服控制對象非線性和摩擦力矩對跟蹤精度的影響；在速度穩定外環中，速率陀螺測量出框架相對于慣性空間的轉速，主要用于敏感載體擾動，通過伺服控制實現視軸穩定，這樣的控制方法把抗摩擦力矩干擾功能和隔離載體干擾功能采用分層設計。
3.3 控制方法的抗干擾性分析
為了顯示雙速度穩定環在抗干擾方面的優越性，本文接下來分別采用船搖前饋的控制方法、采用陀螺反饋的單速度環的控制方法和采用陀螺反饋的雙速度環的控制方法對光電經緯儀的伺服控制器進行了設計。并對三種控制器的抗干擾性能進行分析。抗干擾性的分析方法是在船搖擾動的輸入處施加與艦船搖運動相近周期和幅值的正弦干擾信號，然后比較經緯儀角度輸出端處的響應[3]。輸入的干擾信號如圖5所示，圖6為三種控制方法對干擾的輸出響應曲線。通過三個輸出響應曲線我們可以得到如下結論：采用陀螺反饋的雙速度環的視軸控制方法對干擾的抑制能力最強，采用速度前饋的控制方法對干擾的抑制能力最差。
4、結語
本文針對艦載機著艦過程的復雜性和危險性，設計了一套光電著艦引導系統，用于在艦載機著艦的過程中向飛行員提供精確的著艦引導數據。同時針對其視軸穩定這一關鍵技術進行了研究，采用基于陀螺的雙速度環的控制方法對伺服控制系統進行了設計，通過對抗干擾性能的分析，表明此控制方法有效可行，可以提高系統的隔離度。
參考文獻
[1]鄭峰嬰.艦載機著艦引導技術研究[D].南京：南京航空航天大學，2007.
[2]王鳳英.船載電視跟蹤儀自穩定問題研究.大連海事大學，碩士論文，2005.
近期，市場投資者對LED照明企業勤上光電的可見光通訊技術關注度升溫。該公司公告稱，近日，研發部門成功攻克可見光通訊又一技術難關——成功在COB光源上實現信號傳輸。
所謂可見光通訊，即利用快速的光脈沖無線傳輸信息。其原理為通過在LED燈中植入芯片，讓LED燈變成無線AP．利用快速的光脈沖，無線傳輸二進制編碼，而達到通信的目的。其具有私密性強，安全性高、不會對人體健康造成影響等多種優勢。
據公司介紹，相比于DOB光源．COB光源是目前LED照明應用領域使用范圍最廣的技術之一，這一技術難關的突破，意味著公司在可見光通訊研發領域的領先優勢得到進一步鞏固，同時將可見光通訊的應用領域再次擴展，并降低了通訊丟包率，通信速率和通信距離均得到了進一步提升。目前，公司與中國科學院半導體照明研究所獨家合作，雙方利用的資金、技術研發優勢展開產學研全面合作，并已經研發出可見光通訊實驗室設備樣機。
關鍵詞：主動防護 激光告警 紫外告警 紅外標示 激光壓制 激光相控陣雷達
車輛主動防護系統是一種具備探測威脅、識別威脅、消除威脅功能的防護系統。實施主動防護首先要對威脅目標進行探測，再對各種戰場數據綜合分析，進行威脅性質和威脅程度的識別，然后對威脅目標進行硬殺傷或軟殺傷反擊。對威脅目標進行探測、定位與鑒別，除了毫米波雷達外，離不開光電系統。光電系統對目標定位精度高，響應速度快，波譜豐富（從紫外到遠紅外），可全向探測（360°），抗干擾性能好。在消除威脅方面，除了彈藥的硬殺傷攻擊和煙霧劑的被動防護外，光電裝備也是常用的防護手段。光電探測系統可連續和重復使用，可對目標進行軟殺傷和硬殺傷。無論是探測還是反擊，光電技術都可在主動防護系統的三個環節中發揮它特有的作用。
一、車輛主動防護系統中的光電技術
（一）威脅探測技術
光電探測技術分為主動和被動兩種，主動探測技術不受目標輻射特性影響，探測距離遠，可靠性高。被動探測技術不易被敵方發現，可以探測目標性質、方位和威脅程度。實踐中兩種技術結合使用，取長補短，可以準確地探測目標的距離、位置、方向和性質。對威脅探測的光電技術主要有：激光告警器、紅外告警器、紫外告警器、激光成像雷達和近程激光雷達。
（二）威脅主動反擊技術
光電主動反擊技術主要指對敵方光學制導導彈和觀瞄儀器進行激光干擾、致盲，紅外干擾等軟殺傷技術，以及直接采用強激光將彈藥燒蝕摧毀的技術。由于光電反擊裝備可以反復使用，所以一直受到世界各國大力研究與開發。對威脅主動反擊技術主要有：激光干擾機、激光觀瞄壓制儀和車載戰術激光武器。
（三）車載激光制導武器中的光電技術
車載激光制導武器中的光電裝備主要指激光目標指示器和激光駕束制導儀，這兩種激光儀器技術已經很成熟，但是目前沒有作為反導武器來使用。對于敵方的激光制導武器，可以使用車載激光制導彈藥摧毀敵方的制導站或制導車，使來襲彈藥失去控制而偏離正常彈道。
二、光電技術在車輛主動防護系統中的應用
多層防御和全程對抗是構建車輛主動防護系統的出發點，但被防護對象重要程度不同和防護對象不同，應該合理取舍，突出重點，在“萬無一失”與成本之間取得高度平衡。目前，對車輛的主要威脅武器很多，下面重點從光電技術方面分析車輛主動防護系統的配置情況。
（一）經濟型主動防護系統
經濟型系統針對的防護對象是激光制導導彈，配置有激光告警器、激光干擾機和煙幕彈，早期的主動防護系統大多是這種配置。激光告警器探測到激光駕束制導反坦克導彈或激光半主動末制導導彈威脅后，經對探測信息的處理，判別出威脅的性質和程度，選擇反擊方式反擊。對于激光駕束制導導彈施放紅外煙幕彈，對于激光半主動制導導彈，采用激光干擾機去反擊，也可施放煙幕彈反擊。由于煙幕彈數量有限，在來襲導彈距離較遠時，用激光干擾機反擊。
（二）典型主動防護系統
典型系統針對的防護對象是各種導彈和大部分普通炮彈，包括激光、紅外、電視、GPS制導的導彈和坦克炮彈、火箭彈等，基本配置為毫米波雷達和紅外告警器，也有再增加激光告警器或紫外告警器。
（三）高速反應主動防護系統
主動防護系統的反應時間越短，防護威脅目標的能力越強，車輛的防護性能越高，車輛越安全。在城市作戰中，敵方人員可能在很近的距離上發射導彈，通常的防護系統根本來不及響應，所以提出了高速主動防護系統的要求，同時也要求威脅目標傳感器具有極快的響應速度，這種高速傳感器非光電探測器莫屬。
（四）全譜主動防護主動防護系統
全譜主動防護系統可以對付所有目標，根據遠、中、近距離實行多層防御，配置多種軟硬殺傷武器，同時按系統要求配置多種威脅目標探測、跟蹤與識別傳感器，包括光電傳感器。用于遠近距離的目標探測與跟蹤，主動防護系統離不開毫米波雷達，隨著技術的進步，激光相控陣雷達具有更大的優勢，可以替代毫米波雷達。用于近距離反擊或高速動能彈的反擊，全譜主動防護系統也包含高速反應系統的配置。
三、需要解決的光電系統關鍵技術
（一）多傳感器信息融合技術
不同的傳感器有不同的功能和使用特點，它們可以有機組合，優勢互補，發揮最大的目標感知效果。而要做到這一點，需要明確各種傳感器在系統中的作用，將它們按功能、作用距離、響應速度、判別目標的能力進行分工，按分工充分獲取威脅目標的各種信息，然后將這些信息進行融合，識別、跟蹤目標，確定反擊的方式和時機。
（二）戰場信息共享技術
戰場信息指衛星、戰場偵察系統、友鄰車輛獲得的敵方戰場態勢信息和敵方攻擊的武器信息，包括武器類型、射程、威力、飛行速度、發射平臺等，這些信息有助于主動防護系統對威脅目標提早預警，準確判斷、迅速出擊。信息共享需要建立硬件的和軟件的通信、信息處理和分享系統，信息化作戰系統應該包含主動防護系統要求的信息共享內容。
（三）光電傳感器與平臺結合技術
出于分辨率的考慮，光電傳感器探測視場一般都不大，光電傳感器要搜索和跟蹤目標，激光觀瞄壓制儀要精確攻擊對方的光學窗口，都必須有自動穩瞄平臺配合。無論是激光雷達還是激光觀瞄壓制儀，相對于車載的穩瞄平臺而言，體積都比較大，重量也重，所以，針對主動防護系統的穩瞄平臺需要結合車載的整個光電系統改進設計。
參考文獻：
[1]李云霞，等.光電對抗原理與應用.西安電子科技大學出版社， 2009.
關鍵詞：光電信息；教學實踐；創新能力；教育教學模式
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）17-0237-02
一、工程實踐教學模式現狀分析
光電信息技術是光學工程、激光、光電檢測、光電子學、信息光學、信號處理、電子學、通信和計算機技術互相滲透而形成的一門高新技術學科，是實踐性很強的學科領域。加強教學的實踐環節、強調工程設計的基本能力訓練、引領學生的創新傾向是培養光電人才的關鍵。以設計為導向的實踐環節在專業課程教學中必不可少，而且起著相當重要的作用。1989年，麻省理工學院提出了“回歸工程”新觀念，很快就得到了包括世界大學的普遍認同。回歸工程主要指將普通工科高校的一切工作回到以技術創新為中心的素質教育。與國外大學相比，目前我國工程類專業的培養模式和課程設置體系存在諸多缺陷，突出表現在學生工程訓練不足、學生學習被動等方面，對實踐課程的認知和重視程度欠缺，而且普遍缺乏校內和校外實習基地。因此，學校教育與行業、企業對人才的需求脫節。為了改變這一現狀，實現先進的教育理念，培養具有廣闊視野和學科前瞻性的創造型人才，以設計為導向的實踐教學在國內的專業課程教學越來越得到廣泛重視。清華大學和浙江大學分別于1996年和1998年開展了大學生科研訓練計劃，之后，已有多所大學把培養創新型人才作為重要舉措。就深圳大學而言，近兩年來我校和學院每年均有大量經費投入，每年均有創新項目和各類設計項目立項，給一部分學生創造了進一步參與訓練的機會，這對于本科生較早進入研究和設計領域，鍛煉自己的實踐能力、團隊合作能力與創造能力具有不可或缺的作用。
二、關于光電信息技術教學模式的初步設想
光電信息技術是光電信息工程專業本科生需要掌握的基本專業技術，光電信息工程專業目前開設內容以工程光學、光電子技術、激光原理、光電檢測、成像與顯示技術等課程作為核心點構成光電信息工程的專業知識體系。大學一、二年級學生，尤其是一年級學生，在思想上和發展方向上，正處于一個轉變期，這個階段的學生開始獨立的生活和學習，急需盡快適應大學學習生活，確立能實現自身價值的目標，找到適合自己的學習方法和生活方式。按照他們所接觸和感興趣的事物的不同，學生的關注點和發展方向開始出現向多方向分化的趨勢。而通常專業教學計劃中大學二、三年級仍然以公共基礎課和專業基礎為主，這些課程是最佳知識結構的重要基石。但是，這些課程一時還不能夠體現社會的實際需要和專業知識的特色。為了在這一轉型時期使學生把基礎課與專業課銜接好，盡快明確專業技術的學習目標，激發學習動力和興趣，對光電信息技術有基本的認識，產生學習的興趣和自信心，激發學生自主學習的熱情，并指導學生今后在專業上的發展，我們結合課程教學適時開展以設計為導向的光電信息技術科研訓練。主要是引導學生了解專業技術的特點，建立對工程和科技的認知，了解專業領域研究的一些技術手段，研究方法和儀器設備，增加學生的感性認識，以期提高學生的綜合素質和實踐能力。具體做法是，教師結合自身的科研和研究體會，讓學生們真切的感受到實際的創新過程，實現科研成果盡早進課堂。通過以設計為導向的教學實踐，使同學們學會將知識融會貫通，提升創新思維，活躍學習氛圍，增加學習興趣，啟發和發現學生的非常規思維，萌發創新的念頭。為了適應本科生的能力和認知程度，把科研項目中一些與專業基礎課程內容的聯系提取出來，向學生提出問題，引領學生思考。如果學生能夠提出一些合理方案和新想法，都可以作為創新的思路加以培養，并可以讓學生帶著問題進入專業課學習。由于本項目參與的學生年級低，所以要引導學生逐步認識科學實踐的過程和基本素質要求，其次體現在對設計、實驗方法的指導。通過引導、啟發學生，多指方向、辦法，少給答案，讓學生主動進行多方面的學習，積極思考，綜合分析。
三、以設計為導向的教學模式探索與實踐
實踐教學中，圍繞超快光電信號的探測分析為主題，以QUANTELYAG皮秒激光器為信號源，選取學生熟悉的CCD攝像機圖像信息技術為背景，通過講解、實驗、制作、科技寫作和展示等五個需要學生動腦思維，動手制作的教學環節，從思想、興趣和學習方法等各個方面對學生加以引導和教育，鼓勵學生認真學好第一階段的課程，掌握必要的知識。主要包括以下幾個方面。
1.選擇所要了解和研究的光電信息探測分析技術專題。學生獨立完成科技創新活動的第一步就是選題，這要求學生具備初步的專業常識，并要掌握一定的實際工作方法和手段，綜合運用自身的智力和能力。
2.相關文獻檢索和綜述。在教師指導下，學生通過檢索閱讀有關的文獻資料，學習和補充與選題相關的理論知識和技術，在閱讀文獻的基礎之上了解在所選題目領域中的科技動態及發展現狀。在這一環節中，學生應能學習到文獻檢索方法、歸納判斷能力和靈活運用知識的能力。
3.方案對比、論證和確定。學生首先要清楚光電檢測方案的基本思想，提出幾個檢測備選方案，然后通過對比，對選題的可行性、可實現性以及選題的實際意義進行論述。學生經過在學習中討論，能夠增長知識，提高自學能力。在選定題目后，指導教師重點指導學生經過分類、甄別、遴選查閱檢索與光電信息技術研究課題相關的文獻資料，初步提出一些自己的研究設想。
4.設計、計算及仿真。在本環節中，學生按照教師的指導和講授，對光電探測器件的各種參數進行必要的計算或仿真，將設計方案落實到實際可用的具體成果。
5.實驗。教師幫助學生進行理論模擬和實驗，但注意充分發揮學生的創造性和主觀能動性。依據實驗框圖、光路圖和軟件流程圖，學生自己動手，完成一系列的原始試驗和原理演示驗證實驗。在實驗過程中，體會學習知識點，發現問題，記錄工作的過程和實驗數據，并對實驗結果進行分析和判斷。并對結果進行分析處理，運用分析、比較、歸納等思維方法，從而得出具有意義的研究結論。
【關鍵詞】 光電子技術 光醫學 光保健 學科現狀 發展趨勢
一 引言
生物醫學光學與光子學是光學或者說光子學現展的一個分支學科。由于光學與光子學是具有極強應用背景的學科，所以“生物醫學光子技術”這一多學科交叉的新興研究領域在20世紀末葉也隨之應運而生。
激光技術作為一項重大的科技成就，為研究生命科技和疾病的發生、發展開辟了新的途徑，為保健和臨床診療提供了嶄新的手段,推動人類科學技術進入新的發展階段。
可以把與光的產生、傳播、操縱、探測和利用有關的物理現象和技術包括在內的科學及工程籠統地簡稱為光學。用光學最廣的含義來概括各研究領域及其相關交叉分支時必然包括了激光和光電子技術。運用光學及其技術研究光與人體組織的相互作用問題可歸之于“組織光學”范疇。它是研究光輻射能量在生物組織體內的傳播規律以及有關組織光學特性的測量方法的一門新興交叉學科，是光醫學（光診斷和光治療）的理論基礎。經過40多年的發展，激光與光電子技術在人類的保健、醫療以及生命科學中產生了很大影響。
在醫學領域，光電子技術使各種新療法，包括從激光心臟手術到用光學圖像系統的關節內窺鏡進行微損膝關節修復等，成為可能或得以實現。目前，科學家們正致力于研究光學技術在非侵入式診斷和檢測上的應用，如乳腺癌的早期探查、糖尿病患者葡萄糖的“無針”監控等。激光在醫學上的最早應用雖然集中在治療方面，然而在80年代初期起便開始了光診斷技術的探索。指望無損害地獲得診斷信息是這些研究的驅動力之一，其中在物理學中高度發展的光譜技術有望在診斷醫學中得到應用。利用光纖把光傳輸到身體內部的能力，可以完成膀胱、結腸和肺等器官的檢查。隨著醫學診斷方法向無損化方向發展，利用光電子學技術對組織體進行鑒別和診斷，有可能更早期、更精確地診斷各種疾病。近年來，人們開始把這種診斷方法稱之為“光活檢”。
隨著現代醫學模式的轉變、健康概念的更新以及人民生活水平的提高，從20世紀80年代后期起，“激光美容術”在世界各地包括在我國各大城市逐漸地開展。保健美容是光電子技術應用越來越活躍的領域。激光技術應用于美容外科的起步較早，使得一些在美容整形外科很棘手的疾病，如太田痣、血管瘤等治療變得簡易有效。到20世紀末，人們又開發了一種稱為光子嫩膚術的新美容技術。它基于選擇性的光熱解作用，有效地改善肌膚的質地和彈性，達到美容的效果。之所以用激光或強脈沖光進行非消融性的嫩膚或治療越來越流行，是因為這類手術具有無損、不必住院、幾乎無副作用和無疼痛，從而使受術者容易接受的優點。
國家自然科學基金委員會先后二次在“光子學與光子技術”以及“生物醫學光學”優先資助領域戰略研究報告中分別指出：近年來生物醫學光學與光子學的迅猛興起，令人矚目，并因而引發出一門新興的學科－生物醫學光子學（Biomedophotonics）。研究報告選定了近期優先研究領域包括生物光子學、醫學光子學基礎研究、醫學臨床的光學診斷和激光醫學中的重要課題等諸方面。
福建師范大學在1974年成立了“醫用激光及其應用技術”研究組，以激光與光電子技術為基礎，圍繞激光醫學應用的核心技術開展研究與開發。至二十世紀九十年代，跟隨該領域的國際走向，轉入激光醫學技術的基礎理論研究工作，在國內率先開展了生物組織光學與光劑量學的研究。伴隨研究工作的深入開展，逐步形成了我們有特色的若干前沿研究方向，并于2005年獲準立項建設醫學光電科學與技術教育部重點實驗室。
二 國內外現狀
光學在生命科學中的應用，在經歷了一個緩慢的發展階段后，由于激光與新穎的光子技術的介入，進入了一個迅速發展的新階段。與光學有關的技術沖擊著人類健康領域，正在改變著藥物療法和常規手術的實施手段，并為醫療診斷提供了革命性的新方法。特別在近十多年來，與蓬勃的學術研究活動相對應，國際上出現了專門的研究性學術雜志，如：Laurin 出版公司于1991年發行了“Bio-Photonics”新雜志。美國光學學會重要的會刊之一“Applied Optics”也于1996年將其“Optical Technology”欄目擴充為“ Optical Technology and Biomedical Optics”，并定期出版有關生物醫學光學的論文專集。SPIE亦于1996年創辦了期刊Journal of Biomedical Optics，且聲譽日隆。到2004年，該刊的SCI影響因子已達3.541。當前，發達國家普遍對生物醫學光子學學科給予了高度重視。例如，在美國國家衛生研究院（NIH）新成立的國家生物醫學影像與生物工程研究所（NIBIB）中，生物醫學光子學也成為其主要資助的領域。近三年中，美國NIH已經召開過4次研討會，認為新的在體生物光子學方法可用于癌癥和其它疾病的早期檢測、診斷和治療。新一代的在體光學成像技術正處在從實驗室轉向癌癥臨床應用的重要時刻。在NIH的支持下，美國國家癌癥研究所（NCI）正在計劃5年投資1800萬美元，招標建立“在體光學成像和/或光譜技術轉化研究網絡（NTROI）”，其研究內容主要包括：光學成像對比度的產生機理、在體光學成像技術與方法、臨床監測、新光學成像方法的驗證、系統研制與集成等五個方面。2000年底，在美國NIBIB的首批支持項目中，光學成像方法約占30%。2000年7月，美國NIH投資2000萬美元，開展小動物成像方法項目（SAIRPs）研究，受到生命科學界的高度關注，其中光學成像方法是研究重點之一。美國國家科學基金會（NSF）在2000-2002年了4次關于生物醫學光子學研究（Biophotonics Partnership Initiative）的招標指南。“9.11”事件后，美國國防部啟動了“應激狀態下的認知活動”(Cognition under stress)項目，采用的研究方法就是光學成像技術。美國加州大學Davis分校于2002年10月宣布：未來10年內，將投資5200萬美元建立生物醫學光子學科學技術中心（The Center for Biophotonics Science and Technology），其中4000萬美元由NSF支持。在學術交流活動方面，國際光學界規模最大西部光子學會議（Photonics West）上，每年的四個大分會之一即是生物醫學光學會議（BiOS），論文均超過大會總數的三分之一，如，2003年關于BiOS的專題為19個，占整個會議的19/52=36.5%；2004年，IBOS會議專題為20個，占整個會議的20/55=36.4%。另外，每年還召開歐洲生物醫學光子學會議。除疾病早期診斷、生理參數監測外，在基因表達、蛋白質―蛋白質相互作用、新藥研發和藥效評價等研究中，特別是近年來的Science, Nature, PNAS等國際權威刊物發表的論文表明，光子學技術也正在發揮至關重要的作用。在某些領域，如眼科，光學和激光技術已成熟地應用于臨床實踐。激光還使治療腎結石和皮膚病的新療法得以實現，并以最小的無損或微損療法代替外科手術，如膝關節的修復。現在，用激光技術和光激勵的藥物相結合可治好某些癌癥。以光學診斷技術為基礎的流動血細胞測量儀可用于監測愛滋病患者體內的病毒攜帶量。還有一些光學技術正處于無損醫學應用的試驗階段，包括控制糖尿病所進行的無損血糖監測和乳腺癌的早期診斷等。光學技術還為生物學研究提供了新的手段，如人體內部造影、測量、分析和處理等。共焦激光掃描顯微鏡能將詳細的生物結構的三維圖象展現出來，在亞細胞層次監測化學組成和蛋白質相互作用空間和時間特征。以雙光子激發熒光技術為代表的非線性成像方法，不僅可以改善熒光成像方法的探測深度、降低對生物體的損傷，而且還開辟了在細胞內進行高度定位的光化學療法。近場技術將分辨率提高到衍射極限以上，可以探測細胞膜上生物分子的相互作用、離子通道等等。激光器已成為確定DNA化學結構排序系統的關鍵組成部分。光學在生物技術方面的其它應用還包括采用“DNA芯片”的高級復雜系統，和采用傳輸探針的簡單系統。激光鉗提供了一種在顯微鏡下方能看見的一種新奇的、前所未有的操作方法，能夠在生物環境中實現細胞或微觀粒子的操縱與控制，或在10-12m范圍內實現力學參數的測量。結合光子學和納米技術已經可以探測細胞機械活動，揭示細胞水平上隱秘的生命過程，利用納米器件甚至可以檢測和操縱原子和分子，這可以應用在細胞水平的醫學領域。高技術的進步，如：微芯片極大地加速了生物光子學的發展進程。集成電路、傳感器元件和相連電路的小型化、集成化促使在體和體外測量分子、組織和器官圖像成為可能。許多生物醫學光子學技術已經在臨床上應用于早期疾病監測或生理參量的測量，如血壓，血液化學，pH，溫度，或測量病理生物體或臨床上有重要意義的生化物種的存在與否。描述不同光譜特性（如熒光，散射，反射和光學相干成像）的各種光學概念出現在功能成像的重要領域。從大腦到竇體再到腹部，精確導位和追蹤，對于精確定位醫療儀器在三維手術空間的位置具有重要的作用。基于分子探針的光子技術可以識別發生疾病時產生的分子報警，將真正實現令人激動的、個人的、分子水平的醫學。
我國的研究基礎與條件雖然相對落后，研究投入不足，但生物醫學光子學是一門正在興起和不斷發展的學科，在這一新興交叉學科上國內外處于一個起跑線上。近年來，在國家自然科學基金委、省部委以及其它基金項目的資助下，我國在生物醫學光子學的研究中取得了很大的進展，尤其是2000年第152次主題為 “生物醫學光子學與醫學成像若干前沿問題”、第217次主題為“生物分子光子學”的香山會議后，有許多學校和科研單位開展了生物醫學光子學的研究工作，并初步建成了幾個具有代表性的、具有自己研究特色和明確科研方向的研究機構或實驗室，并在生物醫學光學成像（如OCT、光聲光譜成像、雙光子激發熒光成像、二次諧波成像、光學層析成像等）、組織光學理論及光子醫學診斷、分子光子學（包括成像與分析）、生物醫學光譜、X射線相襯成像、光學功能成像、認知光學成像、PDT光劑量學、高時空譜探測技術及儀器研究等方面取得了顯著的研究成果。發表了許多研究論文，申請了許多發明專利，有些已經獲得產業化。國家自然科學基金委員會生命科學部與信息科學部聯合發起并承辦的全國光子生物學與光子醫學學術研討會已經舉辦了六屆。這對我國生物醫學光子學學科的發展起到了積極的推動作用。在我國近年所召開的亞太地區光子學會議中，有關生物醫學光子學的內容已大幅增加，成為主要的研討專題。我國的生物醫學光子學研究和學術活動也方興未艾，呈現與國際同步的態勢。在基礎研究、應用基礎研究以及對新技術的掌握方面跟蹤國際先進水平，但國內科研經費的投入相對較小，科研隊伍規模不大，原創性的科研成果與國外有較大差距。和國外的發展水平相比，我國的生物醫學光子學發展還存在以下問題：
（1）盡管從事生物醫學光子學的科研單位很多，但取得突破性、創新性的研究成果很少，主要是由于我們的科研隊伍在組織、組成上還不合理，過于分散、開展的內容繁雜，難以將有限的資金投入到一些有利于國計民生的及上水平的研究方向上；另外許多單位的研究重復，缺乏合作，導致水平低下；
（2）和國外相比，研究經費無論在絕對值還是相對值上均投入十分不夠；
（3）缺乏研究成果產業化的引導機制。
三 醫學光電科學與技術（福建師范大學）教育部重點實驗室概況
“醫學光電科學與技術”教育部重點實驗室設立于福建師范大學物理與光電信息科技學院（激光與光電子技術研究所）內，作為本學科開展科研研究和實施建設與發展的一個基礎平臺。實驗室已有30年發展歷史，1973年成立福建師范學院物理系激光實驗室，1984年成為福建師范大學激光研究所實驗室，1995年為福建省首期211重點學科《應用光子學》學科實驗室，2003年5月26日經福建省科技廳批準成立“光子技術福建省重點實驗室”，2005年7月28日經教育部批準立項建設教育部重點實驗室。實驗室座落于福建師范大學長安山校園內。
30年多來，實驗室在生物組織光學、醫學光譜與光學成像技術、光診斷及光診療技術、信息技術光學及其生物醫學應用等四個主要方向上努力開拓，承擔并完成了數十項國家與省部重點、重大項目課題，取得一批代表我國本領域研究水平的科研成果，其中十五以來獲省部級科技進步一等獎1項，二等獎2項，三等獎2項，其它省級以上獎勵12項。在國內外重要刊物發表的論文以及被SCI、EI收錄的論文均超過100篇。
實驗室目前承擔著國家與省級重要課題50余項，科研經費超過2000萬元。其中國家自然科學基金項目11項，國家教育部、科技部、衛生部項目9項，福建省科技重大專項1項，其它省級重要項目近30項。
中科院半導體研究所原所長王啟明院士任重點實驗室學術委員會主任，副主任由黃尚廉院士和謝樹森教授擔任。另有九位國內外著名的激光、光電子與醫學學科交叉的院士、專家或資深教授擔任委員，其中海外委員兩人。他們規劃、指導并檢查本學科實驗室的建設與發展。
重點實驗室主要學術帶頭人、實驗室學術委員會常務副主任謝樹森教授是中國光學學會副理事長、福建省光學學會理事長、國家有突出貢獻的中青年專家、光學工程專業博導、全國勞動模范，是我國醫學光電科學與技術領域的學術帶頭人與開拓者。實驗室主任陳榮教授、副主任李暉教授均為國務院特殊津貼專家，實驗室常務副主任陳建新教授來自于北京大學的優秀博士后研究員。重點實驗室擁有穩定的可持續開展高水平科研的學術梯隊，其中的中青年學術帶頭人或學術骨干包括1位閩江學者特聘教授、1位福建師范大學特聘教授、3位國務院特殊津貼專家、2位全國優秀教師、2位福建省優秀教師和15位博士。
重點實驗室與國內外學術界建立了并保持著廣泛的聯系。重點實驗室已設立面向國內外的開放課題基金。已批準并實施來自浙江大學、廈門大學、上海光機所、西安交通大學、華南師范大學、天津醫科大學、上海市激光醫學研究中心等單位知名學者的開放課題。
重點實驗室已具備良好的科研軟硬件環境。現有面積近5000平方米，儀器設備原值2500多萬元。重點實驗室各項管理制度健全。
“醫學光電科學與技術”重點實驗室，在我國現代科學技術領域特色鮮明，在我國相關學科處于領頭地位，有較大影響。重點實驗室建設將有力促進福建省科技創新能力建設，促使福建師范大學迅速向高水平、有特色、開放型的綜合性大學邁進。同時，重點實驗室的建設與發展將有力促進我國醫學光電科學與相關學科的發展，為廣大民眾的身心健康，為海峽西岸的科技、社會與經濟發展做出重大貢獻。
四 發展趨勢和展望
光子學及其技術已廣泛應用或滲透到生物科學和醫學的諸多方面，被科學界所認同和重視。生物醫學光學已經成為國際光學學科重要發展方向之一。生物醫學光子學的發展，將為現代醫學和生命科學帶進嶄新的時代。本學科的發展將繼續體現了多學科交叉的特點，研究領域涉及到了生物學、醫學、和光學，還有化學等不同大學科的方方面面。技術開發與臨床應用研究的結合將越來越密切。一般認為，光學領域未來發展的重點是將各種復雜的光學系統和技術更加廣泛地應用于保健和醫療。當今世界中,與光子學有關的技術沖擊著人類對生命體的認知及人類健康領域。基于現代激光與光電子技術的生物醫學光子學技術將為生命科學研究帶來具有原始性創新的重要科研成果，并可望形成有重大社會影響和經濟效益的產業。
在醫學領域，光子學技術正在改變著藥物療法和常規手術的實施手段,并為醫療診斷提供了新方法。在某些領域,如眼科,光學和激光技術已成熟地應用于臨床實踐。激光還使治療腎結石和皮膚病的新療法得以實現,并以無損或微損療法代替外科手術,如膝關節的修復。現在,用激光技術和光激勵的藥物相結合可治好某些癌癥。以光學診斷技術為基礎的流動血細胞測量儀可用于監測愛滋病患者體內的病毒攜帶量。還有一些光學技術正處于無損醫學應用的試驗階段,包括控制糖尿病所進行的無損血糖監測和乳腺癌的早期診斷等。
在基礎研究方面，研究重點在于從細胞，甚至是亞細胞尺度層次揭示病變組織與正常組織之間的差異，為新技術開發以及應用提供理論依據。另一方面，研究光與人體組織之間的相互作用以及所產生的光化學、光熱和光機械效應。在技術的應用方面，研究重點轉向比較各種技術中光源（相干光源/非相干光源、波長、功率密度、偏振性、連續/脈沖光源、脈沖持續時間等）和個體差異（年齡、性別、臨床癥狀、發病史、發病時間等）對診斷或治療結果的影響，在確定各種技術臨床適應癥的同時，進一步實用化各種技術。此外，還在不斷開發新的實用于不同疾病的診斷、治療和監測技術。
值得關注的是，國外從事“生物醫學光學”領域研究的高校或研究機構中，來自大陸的中國學者的數量越來越多。這有助于使國內外的學術交流更加有效，并可以預期國內與國外在該領域的研究水平差距將不斷縮小。
今后若干年內醫學光電科技學科需關注的重大科學問題和優先研究領域如下：
（一）醫學光子學基礎
在組織光學方面，其中最主要的有光在組織體內傳播的特殊方式、組織光學性質的描述以及有關實驗技術的開發和完善等。組織光學是醫學光子技術的理論基礎。光在生物組織中的運動學（如光的傳播）問題和動力學（如光的探測）問題是研究的主要內容，目的是要研究生物組織的光學性質和確定某靶位單位面積上的光能流率。應優先解決測量技術和實驗精度的問題，利用近場光學顯微技術、光鑷技術測量活體組織的光學參量。在理論建模方面，建立生物組織中光的傳輸理論和數值模擬方法。具體開展的研究工作應包括：1）光在生物組織中傳輸理論：要用更復雜的理論來描述生物組織的光學性質以及光在其中的傳播行為。建立準確的組織光學模型，使之能反映生物組織空間結構及其尺寸分布情況、組織各個部分的散射與吸收特性以及折射率在一定條件下的變化情況；改造傳輸方程，使之適應新的條件，并能在某些情況下求出光在生物組織中傳輸的基本性質。2）光傳輸的蒙特卡羅模擬：繼續開發新的更為有效的算法以適應生物組織的多樣性和復雜性的要求。除了了解光在組織中的分布，還在探索從大量數字模擬中得到生物組織中光的宏觀分布與其光學性質基本參量之間的經驗關系。另外，發展非穩態的光傳輸的蒙特卡羅模擬方法也是一個重要的研究方向，從中可以獲得比穩態條件下更多的信息。
組織光學參數的測量方法和技術方面，尚未獲得人體各種組織的可靠實驗數據。發展和完善活體的無損檢測尤為重要。在這方面，時間分辨率與頻率分辨率的測量方法引人注目。
（二）醫學光子學光譜診斷技術
醫學光子學光譜（非成像）診斷技術實質上是利用從組織體反射、散射、發射出來的光，經過適當的放大、探測以及信號處理，來獲取組織內部的病變信息，從而達到診斷疾病的目的。
生物組織的自體熒光與藥物熒光光譜技術，內容涉及光敏劑的吸收譜、激發與發射熒光譜以及各種波長激光激發下正常組織與病變組織內源性熒光基團特征光譜等。現在人們所謂的特征熒光峰實際上只是卟啉分子的熒光峰。客觀和科學地判斷激光熒光光譜對腫瘤的診斷標準是十分必要的。目前，某些癌瘤的藥物熒光診斷已進入臨床試用，自體熒光的應用尚處于摸索之中。需要開展激光激發生物組織和細胞內物質的機理研究，探討激光誘發組織自體熒光與癌組織病理類型的相關性以及新型光敏劑的熒光譜、熒光產額和最佳激發波長等方面的研究，以期獲得極其穩定、可靠的特征數據，為診斷技術的發展提供科學依據。
近年來，拉曼光譜技術應用于醫學中已顯示出它在靈敏度、分辨率、無損傷等方面的優勢。應開發并完善重要醫學物質拉曼光譜數據庫，并使基于拉曼光譜分析的小型、高效、適用于體表與體內的醫用拉曼光譜儀和診斷儀將在醫學臨床獲得更廣泛的應用。
超快時間分辨光譜比穩態光譜在技術上更靈敏、更客觀和更具有選擇性。因此，將脈寬為ps、fs量級的超短激光脈沖光源用于醫學受到廣泛重視，其一，應發展超快時間分辨熒光光譜技術，用于測量生物組織及生物分子的熒光衰變時間，分析癌組織分子馳豫動力學性質等，為進一步研究自體熒光法診斷惡性腫瘤提供基礎數據；其二，應發展超快時間分辨漫反射（透射）光譜技術。以時域的角度測量組織的漫反射，從而間接確定組織的光學特征。這是一種全新的、適用于活體的、無損和實時的測量方法，為確知光與生物組織的相互作用，解決醫學光子學中基礎測量問題開辟一條新徑。
（三）醫學光子學成像診斷技術
發展出具有無輻射損傷、高分辨率、非侵入、實時、安全的光子學成像診斷技術，并具有經濟、小型、且能監測活體組織內部處于自然狀態化學成分等特點的醫療診斷設備。主要的醫學光子學成像診斷技術包括：
超快時間分辨成像技術：以超短脈沖激光作為光源，根據光脈沖在組織內傳播時的時間分辨特性，使用門控技術分離出漫反射脈沖中未被散射的所謂早期光，進行成像。正在研究的典型時間門有條紋照相機、克爾門、電子全息等。
散射成像技術：包括光子密度波散射層析成像、組織深度光譜測量以及復合成像等，利用紅外光源，光子密度波在生物組織中的穿透深度可達幾個毫米，在低散射的人腦組織中甚至可達30mm。
紅外熱成像：紅外熱成像是利用紅外探測器測量人體和動物的正常與病變組織的溫度差異來診斷病變及其位置，現已在醫學診斷中得到廣泛的應用，如乳腺腫瘤的診斷。
光學相干層析成像技術：一種非侵入式無損成像技術，并且可以與顯微鏡、手持探針、內窺鏡、醫用導管、腹腔鏡等相結合使用，從而具有廣闊的應用領域。而且，OCT能進行眾多功能成像，如分光鏡OCT、多普勒OCT、偏振OCT：也可以與眾多成像技術結合使用，如熒光、雙光子、二次諧波成像等技術。
熒光壽命成像：受超短光脈沖激發后，熒光團，包括自體熒光團如NADH、FAD等和外源熒光團，如有機熒光染料、熒光蛋白等，所發出熒光的壽命取決于熒光團的分子種類及其所處的微環境，如pH、離子濃度（如Ca2+、Na+等）、氧壓等，因此熒光壽命的測量和成像，有助于提供生物組織的功能信息。和內窺鏡結合，可用于胃癌、食道癌等疾病的早期診斷，是一種很有前途的具有高靈敏度、高特異性以及高診斷準確性的早期癌癥診斷方法。
光聲作用成像：利用超聲場在生物組織中的優良傳輸特性和激光在生物組織中的選擇性吸收特性,將超聲定位技術和光學高靈敏度檢測技術結合,以實現無損傷臨床醫學的結構和功能層析診斷。預期成像深度遠好于目前的光學成像方法,對于較厚生物組織成像及臨床應用特別具有吸引力,可為及早發現一些特殊病變提供一種無損、有效、高準確度的方法。
非線性光學成像：雙光子激發熒光顯微成像、二次諧波等成像技術由于具有三維高空間分辨率，對比度高、對生物組織的損傷小等優點，研究工作重點是擴展成像技術在生物醫學領域的應用范圍，重點解決研制小型化內窺型診斷設備所面臨的相關技術問題。
人體經絡的光學表征及其調控功能：已經用不少事實證明了經脈循行路線的現象，也初步顯示了人體體表沿十四經脈路線存在的紅外輻射軌跡。然而，至今未能用西醫的形態學或生理學方法證明它的存在，也不能明晰地闡明“經絡”的實質。可以利用已發展的生物醫學光子學諸多成像技術為工具，研究這個具有中國特色的中醫學中的重大問題。
4.醫用激光治療技術（激光醫學）
強激光治療：是當前激光醫學中最成熟和最重要的領域。隨著新型醫用激光器的不時出現，如：鈦激光、鉺激光、準分子激光等，強激光治療技術的臨床用途也逐漸增多，提出一些新的問題。關于這些新型激光器及新的工作方式對人體組織的作用特點的認識還相對不足，基本沒有適合國人組織特性的治療參數。為此需加強研究激光與生物組織間的作用關系，特別是在諸多有效療法中已獲得重要應用的激光與生物組織間的作用關系；研究不同激光參數（包括波長、功率密度、能量密度與運轉方式等）對不同生物組織、人體器官組織及病變組織的作用關系，取得系統的數據，同時也有必要加強新型激光器及新的工作方式的臨床適應證的研究。
低強度激光治療：非熱或低強度激光輻射可作為一種輔助治療手段，其作用機理尚不清楚。對弱激光治療機理的認識有待于整個基礎醫學的提高，如充分認識細胞基因表達與調控、細胞代謝的調控、免疫反應的調控等，同時還需研究不同弱激光劑量對這些調控的影響，這才能提高弱激光治療的針對性和療效。針對目前臨床上盲目夸大療效、照射劑量嚴重混亂的局面，建議重點扶持2-3個弱激光研究中心，集中財力與人力進行弱激光的細胞生物學效應研究；弱激光生物調節作用和細胞生物學現象（基因調控和細胞凋亡）的量效關系、弱激光鎮痛的分子生物學機制以及弱激光與細胞免疫（抗菌、抗毒素、抗病毒等）的關系及其機制。尋求弱激光生物刺激效應的可能機制與量效關系；規范臨床治療參數與操作等。
光動力學治療（PDT）是當前激光醫學中最具活力且發展迅速的領域。光動力療法具備了診斷和治療腫瘤、心腦血管病等人類重大疾病的潛力。光動力療法在鮮紅斑痣、老年性眼底黃斑病變、某些頑固性皮膚病、類風濕性關節炎等常規手段難以奏效的良性疾病的治療研究中取得一系列進展，并結合內鏡技術的發展等，其應用領域得到很大的延伸和擴展。這些都說明發展光動力療法具有重要的社會和經濟效益。應當重點資助PDT相關產品的國產化，扶持新一代國產光敏劑的開發及相應激光器的產業化，資助新一代光敏劑光動力學治療的機理研究。作用機理、光動力療法各要素對光動力學效應的影響、建立數學模型、新型光敏劑光動力學效應的研究，為開拓光動力療法新的應用領域取得系統的數據。
激光美容與光子嫩膚術：利用激光或強脈沖光照射皮膚后的選擇性光熱解效應，即靶組織（病灶）和正常組織對光的吸收率的差別，使激光在損傷靶組織的同時避免正常組織的損傷這一原則，達到去皺、去文身、脫毛和治療各種皮膚病或達到美容的效果。
五 結論
醫學光子學及其技術的學科發展，對生命科學有重要且積極的意義。在醫學領域，將為解決長期困擾人類的疑難頑疾如心血管疾病和癌癥的早期診治提供可能性，從而提高人類的生存價值和意義，其中的重大突破將起到類似X射線和CT技術在人類文明進步史上的重要推動作用，在知識經濟崛起的時代還可能產生和帶動一批高新技術產業。
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〔16〕 Hongqin Yan, Shusen Xie, Hui Li et al. Optical imaging method.
課題組成員：
1.謝樹森：教授、博士導師，中國光學學會副理事長，福建省光學學會理事長
2.李 暉：福建師范大學 醫學光電科學與技術教育部重點實驗室
3.陳 榮：福建師范大學 醫學光電科學與技術教育部重點實驗室
