0803光學工程一級學科簡介

1、0803光學工程一級學科簡介0803光學工程一級學科簡介一級學科（中文）名稱：光學工程（英文）名稱： Optical Engine ering一、學科概況光學工程是一門歷史悠久而又與現(xiàn)代科學與時俱進的學科，它的發(fā)展表征著人類文明的進程，它的理論基礎(chǔ)一一光學，作為物理學的 主干學科經(jīng)歷了漫長的發(fā)展道路，鑄就了幾何光學、波動光學、量 子光學及非線性光學，揭示了光的產(chǎn)生和傳播的規(guī)律以及光與物質(zhì) 相互作用的關(guān)系。在早期，主要是基于幾何光學和波動光學拓寬人 的視覺能力，建立了以望遠鏡、顯微鏡、照相機、光譜儀和干涉儀 等為典型產(chǎn)品的光學儀器工業(yè)。這些技術(shù)和產(chǎn)業(yè)至今仍然發(fā)揮著重 要作用。上世紀中葉，產(chǎn)生了全

2、息術(shù)和以傅里葉光學為基礎(chǔ)的光學 信息處理理論和技術(shù)，特別是上世紀六十年代初第一臺激光器的問 世，實現(xiàn)了高亮度和高時空相干度的光源，使光子不僅成為了信息 的相干載體而且成為了能量的有效載體。隨著激光技術(shù)和光電子技 術(shù)的發(fā)展，光學工程已發(fā)展成為以光學為主，并與信息科學、能源 科學、材料科學、生命科學、空間科學、精密機械與制造、計算機 科學及電子技術(shù)等學科緊密交叉和相互滲透的學科。它包含了許多 重要的新興學科分支，如激光技術(shù)、光通信、光存儲與記錄、光學 信息處理、光電顯示、全息和三維成像、生物光子學、微納光子 學、薄膜和集成光學、光電子和光子技術(shù)、激光制造技術(shù)、弱光與 紅外熱成像技術(shù)、光電傳感與測量

3、、光纖光學、自適應(yīng)光學、光電 子材料與器件、太赫茲光子學、光電子儀器與技術(shù)、空間與光學遙 感技術(shù)以及綜合光學工程技術(shù)等。這些分支不僅使光學工程產(chǎn)生了 質(zhì)的躍變，而且推動建立了一個規(guī)模迅速擴大的前所未有的現(xiàn)代光 電子產(chǎn)業(yè)和光子產(chǎn)業(yè)，這些產(chǎn)業(yè)的主體集中在光信息獲取、傳輸、處 理、記錄，存儲、顯示和傳感等光電信息領(lǐng)域，具有數(shù)字化、集成 化和微結(jié)構(gòu)化等技術(shù)特征。新世紀以來，傳統(tǒng)的光學系統(tǒng)不斷地向智能化和自動化發(fā)展，繼續(xù)發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)代光學大踏步地向光子學邁進， 使光學進入光子 學時代。它是研究光子的產(chǎn)生、傳輸、控制（光開關(guān)、光放大、光調(diào) 制、光變頻、光波復(fù)用、光限制、光振蕩等）、探測及其與物質(zhì)（光

4、子本身、電子、原子、分子、激子、極化子等）相互作用的科學。在 先進制造和國防技術(shù)等領(lǐng)域，以能量為主要特征的光子學，正在發(fā)揮 巨大的作用。光學在空間探索中的應(yīng)用促生的新學科方向一一空間光 學，以及集傳感、處理和執(zhí)行功能于一體的微光學系統(tǒng)和光子學技術(shù) 在信息科學中的應(yīng)用，將成為今后光學工程學科的重要發(fā)展方向。 此 外，結(jié)合“新科技革命”，光學工程學科必將在能源與資源（如太陽 能發(fā)電、激光核聚變、地下水下能源探測等）、信息技術(shù)（如無線光 通信、光計算、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等）、先進制造（如激光加工、微納 加工等）重要基礎(chǔ)科學（如對宇宙認識，對生命，對腦認知與研究等） 等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。二、學科內(nèi)涵1 .

5、研究對象光學工程學科主要研究1）以光作為信息傳遞的媒介，對客觀事 物與現(xiàn)象進行認識與探索，特別是以光作為視覺及其它人身感官的 延伸，包括圖像及多維時空信息的傳輸、存儲、處理、顯示等；2）光的產(chǎn)生，如激光、LED及其它各種光源等；3）光與物質(zhì)相互作用 的應(yīng)用，如光敏探測器件、光刻蝕、光化工等；或以光作為能量的 媒介及應(yīng)用手段，如激光加工、激光核聚變、激光武器、能量光學 等；4）利用光學等效原理進行圖像及多維時空結(jié)構(gòu)的觀察及處理， 如微光夜視技術(shù)、變像管與高速攝影等。2 .理論作為一門理工交叉的學科，光學工程學科的理論體系得到不斷 地完善，其中包括以光作為信息傳遞的媒介，光電成像及光電信息 的傳輸

6、、存儲、處理、顯示理論；以光與物質(zhì)的相互作用為基礎(chǔ)， 光的產(chǎn)生、光的傳輸、控制及光信息探測理論與技術(shù)；以光子作為 能量載體，光子與物質(zhì)的相互作用理論及光能轉(zhuǎn)換理論與技術(shù)等。3 .知識基礎(chǔ)光學工程學科在長期的發(fā)展過程中形成了支撐學科體系的兩大 知識基礎(chǔ)，即以光作為信息傳遞媒介的光電信息技術(shù)與工程；以光 與物質(zhì)相互作用為基礎(chǔ)的光電子技術(shù)與光子學。光學與光電子技術(shù) 原理是光學工程學科的必備入門知識，光電成像原理、光電探測理 論、光度學與色度學、光學信息處理、光通信技術(shù)、紅外與夜視技 術(shù)、激光原理、光電子技術(shù)、光子學理論、生物光子學理論、光電 子材料與器件等是光學工程學科的專業(yè)基礎(chǔ)。更重要的是光學工程

7、 學科應(yīng)高度重視系統(tǒng)分析與解決復(fù)雜光學工程問題的能力培養(yǎng)，即 獲取知識的能力、應(yīng)用知識的能力和創(chuàng)新能力。光學工程學科是光學與工程相結(jié)合的學科，而光學是物理學的 重要分支之一，因此從事光學工程學科的學習和研究，必不可少地 需要堅實的數(shù)理基礎(chǔ)知識；光學工程學科具有鮮明的學科交叉性和科技前沿性，它緊密地與計算機科學、信息科學、微電子科學聯(lián)系 在一起，因此，除光學工程學科的相關(guān)工程和技術(shù)科學基礎(chǔ)知識 外，還應(yīng)有電子信息技術(shù)、計算機科學技術(shù)、儀器科學技術(shù)、微電 子技術(shù)等工程與技術(shù)科學基礎(chǔ)知識；光學工程學科具有明顯的推動社會進步的特征，尤其當前的光電子技術(shù)、光子技術(shù)等關(guān)系到現(xiàn)代 科技、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防科技

8、的發(fā)展，它的每一項研究成果都將在 改變客觀世界的同時，不同程度地推進人類社會的文明與進步，因 此需要有人文社會科學知識基礎(chǔ)。4 .研究方法在光學工程學科產(chǎn)生和發(fā)展的過程中，出現(xiàn)了重要的科學方法 與科學思想，不僅推動了光學工程學科自身的發(fā)展，也使得它成為 最具方法論性質(zhì)的學科之一。光學工程學科在科學研究過程中，具 有方法論性質(zhì)的主要方法有：1）數(shù)學物理方法：任何一個光學工程領(lǐng)域研究的問題都可以通 過建立一個數(shù)學物理模型進行描述、分析，也可以從數(shù)學物理模型 的仿真分析中總結(jié)出指導實際光電器件和系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)和應(yīng)用的 基本規(guī)律，從而減少盲目性。2）系統(tǒng)科學方法：在光學工程學科的研究中，其核心是將研究

9、 的對象看成一個整體，以使思維對應(yīng)于適當?shù)某橄蠹墑e上，抓主要矛 盾，力爭系統(tǒng)的整體優(yōu)化。首先從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，考慮其組成部 分或整個系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用；其次，在光學系統(tǒng)的設(shè)計過程 中，影響因素極其復(fù)雜，有時甚至達到無從下手的程度，此時應(yīng)抓 住主要矛盾，忽略次要因素的影響是解決問題的關(guān)鍵；另外，追求 光學系統(tǒng)的單項優(yōu)化指標，勢必會造成加工困難、成本昂貴，但利 用系統(tǒng)各部分優(yōu)缺點的相互補償，可得到最低成本下最優(yōu)化方案。3）宏觀、微觀相結(jié)合的方法：光學工程領(lǐng)域研究的問題既涉及 宏觀的器件及所構(gòu)成的復(fù)雜大系統(tǒng)，又涉及微觀光子-電子之間的 相互作用。因此，要求從事該領(lǐng)域研究工作的人員必須具備從宏觀 到

10、微觀，再從微觀到宏觀的研究、分析和解決問題的方法。4）多學科融合、綜合集成方法：光學工程是以物理學一級學科 中的光學（技術(shù)）為主要基礎(chǔ)的交叉綜合學科，其知識領(lǐng)域涉及物理 學（特別是光學）、數(shù)學、電子技術(shù)、計算機科學、材料科學、精密 機械、電子信息工程、控制科學、通信等多學科，因此，任何一個 光學工程研究的對象都是多學科知識交叉、融合、綜合集成的結(jié) 晶。這就必然要求從事該領(lǐng)域研究工作的人員應(yīng)該具備多學科交叉的知識和綜合集成的方法。5）哲學的思維方法：從哲學的角度觀察，可以發(fā)現(xiàn)光學工程領(lǐng) 域研究的問題很多都蘊涵著樸素的哲學原理和方法，如對光的波粒 二像性理解、采用光學手段偵察對方的同時也為對方反偵

11、察提供了 可能，等等。這就要求從事該領(lǐng)域研究工作的人員應(yīng)該把握哲學的 思維方法，能深刻理解矛盾的雙重性以及相互轉(zhuǎn)化的方式和條件。 三、學科范圍光學工程一級學科現(xiàn)下設(shè)光電信息技術(shù)與工程、光電子技術(shù)與 光子學兩個重要學科分支，既有側(cè)重點，又有交叉，主要研究方向 有：1 .光電信息技術(shù)與工程光電信息技術(shù)與工程學科分支以光作為信息傳遞的媒介，對客 觀事物與現(xiàn)象進行認識與探索，特別是光作為視覺及其它人身感官 的延伸，涉及圖像及多維時空信息的探測、成像、傳輸、存儲、處 理、顯示和傳感等；利用光與物質(zhì)的相互作用，產(chǎn)生光敏器件進行 光電信息探測；利用光的等效性原理進行圖像及多維時空結(jié)構(gòu)的觀 察與處理等。其主要

12、研究內(nèi)容為：光電儀器，光電成像技術(shù)與系統(tǒng)，光電檢 測與光電傳感，光學技術(shù)與制造，輻射度學、色度學與光譜技術(shù)， 光電材料與器件，大氣光學與自適應(yīng)光學，空間與海洋光學，光信 息處理技術(shù)，光存儲與顯示技術(shù)，紅外與夜視探測技術(shù)，光通信技 術(shù)與器件，光纖光學與技術(shù)，環(huán)境光學與技術(shù)，視光學技術(shù)等。2 .光電子技術(shù)與光子學光電子技術(shù)與光子學學科分支以光與物質(zhì)的相互作用為基礎(chǔ)， 研究光子的產(chǎn)生、傳輸以及控制，如激光與發(fā)光光源，光放大與光 的非線性效應(yīng)等；研究光能轉(zhuǎn)換形式，如激光制造技術(shù)，激光核聚 變和光能應(yīng)用等。以光子作為信息載體，研究光子與物質(zhì)的相互作用機理及其相關(guān)技術(shù)，如微結(jié)構(gòu)光學與光集成，各類光子器件等

13、其主要研究內(nèi)容為：激光與光子學技術(shù)，激光應(yīng)用技術(shù)，微納 光子學與技術(shù)，生物與醫(yī)學光子學，光電子材料與器件，超快光子 學，能量光子學與技術(shù)，紫外與 X射線光學，微波光子學，量子光 學與器件，紅外與太赫茲光子學等。四、培養(yǎng)目標學士學位：具有光學工程學科扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識，較強的綜 合和分析能力，能夠從事光學工程領(lǐng)域相關(guān)工作的專門優(yōu)秀人才。 具體包括：應(yīng)在光學工程學科領(lǐng)域具有較扎實的理論基礎(chǔ)和較寬廣 的專業(yè)知識，了解本專業(yè)的發(fā)展方向和學科前沿。有較強的工程實 踐能力和工程創(chuàng)新能力，有嚴謹求實的科學作風，初步掌握一門外 國語。學士學位獲得者應(yīng)能從事本專業(yè)或?qū)I(yè)方向方面的科學研 究、工程設(shè)計、技術(shù)開發(fā)和

14、技術(shù)管理等工作。碩士學位：具有光學工程學科系統(tǒng)、扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識，具 有學術(shù)研究的基本能力和獨立從事光學工程領(lǐng)域研究、開發(fā)工作的 創(chuàng)新型人才。具體包括：應(yīng)在光學工程學科領(lǐng)域具有堅實的專業(yè)理 論基礎(chǔ)和系統(tǒng)的專門知識。熟悉本學科領(lǐng)域的發(fā)展方向和學術(shù)研究 前沿，有較扎實的工程實踐能力，有獨立進行理論和實驗研究的初 步能力和從事技術(shù)開發(fā)的能力，有嚴謹求實的科學作風，掌握一門 外國語，碩士學位獲得者應(yīng)能承擔本專業(yè)或相近專業(yè)的科研、教 學、工程技術(shù)和管理工作。博士學位：具有全面、扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識，在某一領(lǐng)域或方 向上有深入而系統(tǒng)的研究，具備獨立從事光學工程領(lǐng)域?qū)W術(shù)研究和 教學能力的高層次人才。具體包括：應(yīng)在光學工程學科的研究領(lǐng)域 中具有堅實而寬廣的理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)深入的專