光电化学技术篇1
黄焰
[摘要]针对高职（光电探测与处理技术）课程，编写适合高职教学的教材，以典型实用电路作为项目引导，以学生动手完成实践项目作为学习任务，并将课程知识重点贯穿其中。学生分组完成实践项目，学习项目对应的课程知识点，达到知识与技能双提高的人才培养要求，同时锻炼学生的团队合作能力。
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关键词]项目化教学；光电探测；分组实践；课程设计
中图分类号：G642文献标识码：a文章编号：1671-0568(2014)35-0077-02
基金项目：本文系2011年武汉市市属高校科研课题“光电子技术专业核心课程‘光电探测与处理技术’的项目化课程改革”(编号：2011102)的科研成果。
《光电探测与处理技术》课程是高职院校光电子技术专业的职业核心课程。该课程围绕各种光电探测器件的工作原理，介绍各种器件的特性参数和使用方法。以往在讲授这门课程时，任课教师一般会着重讲解理论知识，并辅以课内实践教学。由于课程讲授内容与企业生产实际脱节，学生实践技能锻炼有限，这种教学方式已无法适应当前职业教育的要求。因此，笔者与教学团队的教师在承担该课程教学时，大胆采用项目驱动、分组教学的方式，编写了适合高职教学使用的教材，搭建了实践教学平台，同时增大实践技能学习在课程中所占比例，取得了较好的教学效果。
一、项目教学，教材先导
高职光电子技术专业办学历程较短，很多专业课程没有匹配教材，只能选用本科教材。《光电探测与处理技术》课程的本科教材都是大篇幅地介绍器件工作原理，相关参数的计算等，而对于器件实际应用的内容比较少，高职学生在学习时往往感觉内容枯燥、理解困难，导致学习效果较差。
为适应职业教育的要求，笔者与教学团队的教师编写了一本适合高职教学、以实践项目为引导的项目化教学教材——《光电探测技术及应用》。教材以使用各种光电探测器件组成的实用型电路为项目，见图1，针对各个项目中使用的光电探测器件展开课程教学。
选取教材中项目二内容进行具体说明：
项目名称：光敏电阻控制的夜明灯电路
项目分析：完成光敏电阻控制的夜明灯电路，了解光敏电阻在电路中的作用及控制方法。
相关知识：光敏电阻的工作原理、检测方法、特性参数。由光敏电阻组成的其他电路及分析。
在该项目中，首先以常见的夜明灯电路为例，介绍了光敏电阻在电路中所起到的控制作用。学生通过完成该电路的制作，可掌握光敏电阻在受光照与不受光照时对整个电路起到的作用。教材中选取的实践项目都是由易到难，突出实用效果。例如，在项目二中以直流控制的夜明灯介绍到交流电控制的夜明灯，并给学生留下开发空间，如何加入声控和温控的装置改进电路。学生在完善电路的过程中，既掌握了光敏电阻的工作原理，又掌握了其使用方法，还会在使用过程中对其进行检测，参数测量，将枯燥的理论教学融入实践教学，让学生更容易接受和掌握。
目前，教学团队还在开发与本教材配套的实践平台，将一些常见的电路集成化、模块化，让学生能够用最短的时间掌握器件使用方法，并且能够在该平台的基础上扩展其他的功能，将课本知识融会贯通，牢固掌握。
二、分组实践，小组测评
在课堂上以具体的实践项目作为课程学习引导，可以极大限度地调动学生的学习积极性，同时也可以将枯燥的光电探测器件工作原理的知识融入各种光控电路之中。《光电探测与处理技术》这门课程本来就是研究各种光电探测器件的实用性，以实现光控制电路和光测量电路。学生就业的对口企业大多以生产光电探测器件为主，而生产制造光控制电路和光测量电路的企业则比较分散，难以从对口企业中寻找合适的实践项目。教师在教学过程中，以光控制电路和光测量电路的基础电路为起点，并要求学生在实践平台的基础上扩展电路，实现其他的功能。表1为课程教学中建议学生完成的几组拓展性课程设计项目。
这八个拓展性课程设计项目使用了常见的光电探测器件，并实现了光控、测量、机械控制、显示等实用的功能。教师在课程初期将学生进行分组，要求学生根据课内实践项目，自主选取合适的课程设计，并自主完成电路。在实践的过程中，可参考教材中光电探测器件的选取规则及特性参数，并加以应用及功能扩展。
教师在课上仅给出课程设计项目的要求及达到的效果，不提供具体的电路图和器件参数，要求小组成员自己查找相关电路并进行设计。例如，第三个项目光控自动跟踪玩具小车电路，教师仅提出电路的设计指标，要求使用光敏三极管，完成小车行进过程中循迹功能。学生在自己设计电路的过程中，根据课上内容和相关资料中的光电探测器件特性参数的列表，选取合适的材料，实现电路功能。完成课程设计项目的过程，实际上就设计了一个小型光控电路，了解光控电路的基本组成和功能。有的小组还在教师要求的基础电路上实现创新功能，如有的小组还加上了热释电器件，做出了小车避人功能等，如图2所示为学生自主完成的一个智能小车，他们发挥自己想想象力，在小车上添加了各种功能，由简单的项目中做出创新，从复杂的项目中领会新知，极大限度地调动了学生的积极性，并能够全局把握，灵活运用各种光电探测器件。
由于现在课程教学仍然实行的是大班教学，教师将班级人员划分成四到五个小组，每个小组七至八名成员。每个小组每次理论课完成后要自行进行讨论，总结学到知识和遇到的问题，并由组长负责总结。课堂实践时，也是以小组为单位，每次完成相应的实践项目，并记录数据。课程设计项目由小组成员讨论，选择自己所要完成的设计项目。小组长进行分工，安排成员负责采购器件、查阅相关资料、完成电路设计及制作、检测的工作，最后以小组为单位进行总结报告。完成课内实践项目及课程设计项目必须由小组成员互相合作，每个成员必须按时完成自己的任务。
实践类项目的最终结果作为小组各个成员总评成绩的重要考核指标。每个实践类项目最终是否完成，或者是否实现全部的功能并不能作为最重要的考核标准。学生选择的课程设计项目有难有易，关键要看学生能否掌握光电探测器件的应用，是否有一定的创新与创造能力。同时，团队协作的能力也非常重要。
课程设计项目完成后，最重要的环节是要求学生以小组为单位进行讨论，并对自己完成的项目成功与否、成败关键在全班同学面前做出汇报总结。任课教师及其他小组的同学，针对其汇报内容及课程设计项目的完成情况为每个小组打分。每个小组的成员都要以背靠背的形式为自己组的成员进行评分。最终的评分成绩作为小组成员的平时成绩、实践成绩的参考依据。小组的每个成员对课程设计项目所做的贡献多少，付出多少，都会在小组互评之中得到体现。在完成课程设计项目的同时，巩固了在课堂上学习的理论知识，也锻炼了团队协作能力。
三、课程延伸，学生受益
通过课程中大量实践的锻炼，学生逐渐掌握了各种光电探测器件的应用方法，并且具备了一定的自主设计电路、制造电路的能力。有的学生将课堂上课程设计的热情延续到课后，自己在完成本组课程设计项目后，还做出了不少其他的光控电路，在日后完成毕业设计的过程中更为得心应手。图3为学生将课程中完成的智能小车进行改造，添加蓝牙无线遥控功能后的新型智能小车。在完成毕业设计的过程中，学生还自主学习了各种机械控制方法及编程语言，将本课程中并未涉及的知识，全方位的综合性进行应用。有的学生将自己完成的光控电路设计作品在自己的求职简历中进行展示，作为他们自主动手能力的佐证，这为
另外，在小组分工合作的过程中，锻炼了学生的团队协作能力，各取所长，努力完成实践项目的过程中增进了学生之间的感情，同时让他们知道自己在小组中承担的责任，这为他们将来走上工作岗位，如何与工作伙伴协作共处，打下了基础。
四、初见成效，持续改进
应该说，在项目化的教材引导下，学生能够由浅入深的接触到各种光电探测器件、光控电路、光测量电路；而分组课程设计的过程中，能够最大限度地发挥各个学生的主观能动性，将书本的内容融会贯通于各个实用的项目之中，让学生真正学会使用各种光电探测器件。课程教学的过程中，既锻炼了学生的动手能力，同时也增强了他们自主解决问题的能力，完成一个完整课程设计项目的过程也让学生收获颇丰。
光电化学技术篇2
关键词教材建设；项目化教学；立体化教材
中图分类号：G712文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2014）02-0065-02
ResearchonHigherVocationalteachingmaterialConstructionofphotovoltaicpowerengineeringtechnology//ZhanXinsheng，JiZhi
abstractthenecessityofteachingmaterialphotovoltaicpowerengineeringtechnologyconstructionisanalyzed.thecontent，basicideas，compilationprinciplesandthethree-dimensionalteachingconstructionoftextbookarestatedinthispaper.
Keywordsteachingmaterialconstruction；projectteaching；three-dimensionalteachingmaterial
1引言
光伏产业是一个潜力无限的新兴产业。在追求低碳社会的今天，社会越来越重视清洁的可再生源——太阳能，光伏技术和光伏产业已越来越受到世界各国的重视。我国光伏专业教育还比较滞后，部分高职院校开设了光伏发电技术及相关专业，但国内系统介绍光伏发电技术的高职高专类教材还比较缺乏，且现用教材多为科普类或理论性很强的专业研究书籍。教材建设是高职院校学科建设、课程建设的重要组成部分，教材建设的好坏直接影响教学质量，直接关系到人才培养的质量[1]。为了满足高等职业教育发展要求，提升光伏发电技术类专业学生的光伏发电工程技术理论知识、实践操作技能和综合素质，现以《光伏发电工程技术》教材建设为例，谈谈笔者对该教材的一些看法。
2根据人才培养要求确定教学（教材）内容
通过对企业进行调研，可知企业对光伏系统集成工程技术人员的要求（仅作参考）：具备扎实的光伏发电工程技术的理论知识和光伏发电系统设计及施工等方面基本技能；具有光伏发电系统设计、安装施工、系统调试、系统维护等能力。光伏发电工程技术这门课是光伏发电技术专业的一门核心课程，根据企业对人才的要求确定该门课程的教学目标：理解光伏发电原理；掌握光伏发电系统的组成、设计过程、施工技术、运行维护等；能够运用光伏工程技术相关知识进行光伏发电系统的设计、施工、运行维护、故障排除等。由此确定教材的编写内容包括光伏发电原理，光伏发电系统组成及原理，光伏发电系统设计，光伏发电系统的运行、维护及故障排除等。
3教材编写的基本思路
教材建设的基本思想：进一步明确光伏发电工程技术课程的能力目标，以实际光伏发电工程实例（如3kwp光伏发电系统设计、施工、运行维护等）为主线，按照以完成项目（或任务）为中心、相关知识为支撑的思路进行编写。
通过对高职光伏发电技术类专业学生的职业岗位能力分析，光伏发电工程技术课程能力要求如下：能识别光伏发电系统（或光伏电站）的主要部件，分析其工作原理；能画出实用光伏发电系统的设计流程图，说明设计内容、思路及应考虑的问题；能对光伏组件、蓄电池容量、逆变器、控制器进行选型；能分析控制器电路和逆变器电路的工作过程；能进行光伏发电系统防雷及光伏阵列支架的设计；能对光伏发电系统进行安装施工（支架、组件、逆变器、控制器、交直流配电柜、汇流箱等安装，防雷和接地施工）；能对光伏发电系统运前进行检查、运行维护、故障维修等。
“项目化教学”是目前高等职业教育中应用比较多的一种教学方法，它是将一个相对独立的项目或任务交给学生独立去完成，教师在项目实施中起到咨询、指导和解疑答惑的作用。这种教学方法能充分调动学生学习的积极性，让学生带着问题去学习，提高学生学习的积极性，使学生在“学中做，做中学”，从而掌握知识，形成技能。
根据光伏发电工程技术教学内容、教学要求，确定该教材的编写项目。该教材共包括4个项目：光伏发电系统组成及分析；光伏发电系统的设计（包括光伏组件的选型、光伏控制器的选型、光伏逆变器的选型、防雷及光伏阵列支架的设计）；光伏发电系统的施工；光伏发电系统的运行、维护及故障排除等。每个项目中又包括若干个任务。
4教材编写的原则
校企合作共同编写2010年颁布的《教育部财政部关于进一步推进“国家示范性高等职业院校建设计划”实施工作的通知》提出，企业应通过直接参与教学过程、校企合作共同开发课程和教材，以及共建校内外实训基地等措施促进校、企的深度融合。高职教育的培养目标要求高职专业教材的开发应由企业工程技术人员和高职院校一线教师共同开发[2]。由于光伏发电技术专业建设相对较晚，其专业教师大多是由电气技术、电子技术、自动化技术等专业转来的，很少到光伏企业一线学习或实践锻炼，对企业生产这一部分相对不太熟悉。而光伏发电的工程技术人员具有光伏电站设计施工、现场管理和操作的经验。为了使编写的教材更贴近生产实际，确保教材实用性、先进性，该教材的编写应由学校的教师与光伏企业工程技术人员共同编写。校企合作共建教材，还便于借鉴企业相关技术资料，如光伏发电工程实践（案例）、企业操作规程、质量管理和工程验收标准，从而保证编写的教材内容符合行业标准和技术规范。
按照行业领域工作过程的逻辑确定教学单元教材的编写应按照光伏发电工程技术流程安排教学单元，教学单元完整且符合生产实际。光伏发电工程技术流程：光伏发电系统的设计（光伏组件的选型，控制器和逆变器选型，蓄电池的选型，防雷及光伏阵列支架的设计，并网系统设计等）光伏发电系统安装施工光伏发电系统的运行、维护及故障排除。
教材的编写应符合高职学生学习习惯根据学生的认知特点和课程内容的特点，合理编排内容顺序；编写时尽量以图代文、以表代文，能用图或表格表达清楚的尽量不用文字表述，淡化示意图，增加实物图，从而便于学生理解和接受；多增加一些工程案例或光伏发电在生活、工作中应用的知识等，提高学生学习兴趣。
体现“任务引领”的职业教育教学特色采用“项目—任务”的模式编写教材。每个项目里面有若干个任务，在任务中有任务目标、相关知识、任务实施等环节。任务目标给出本次任务的教学要求，相关知识主要阐述完成本次任务所需的相关任务知识，任务实施就是实践操作（完成任务）。这样编排将实践操作（任务实施）和理论知识有机地结合起来，便于进行理实一体化教学。
5加强立体化教材的建设
教材建设不只是纸质教科书的建设，纸质教材只是教材建设中一部分。现阶段的高职学生大多为“90后”，习惯于声、光、电、影像、图片、网络等多形式、多渠道认识新事物，这给教材建设提出更高的要求。立体化教材是指依托现代教育技术，以能力培养为目标，以纸质教材为基础，以多媒介、多形态、多用途及多层次的教学资源和多种教学服务为内容的结构性配套教学出版物的集合[3]。立体化教材以其多样性、个性化、实用性、交互性的特点，最大限度地满足了教学的需要。
光伏发电工程技术立体化教材主要包括主教材、实验实训教材、电子教案（或多媒体课件）、网络教材、视频资源、动画资源、图片资源等。
6结束语
随着光伏技术和光伏行业的蓬勃发展，光伏企业对人才的需求也将越来越多，质量也越来越高。加强光伏发电工程技术教材的建设，将有利于该课程的教学改革，有利于提高该专业教学质量，为光伏企业培养出更多优秀技术技能型专门人才。
参考文献
[1]彭中权，熊顺林.高职学院教材建设的分析及思考[J].教育界，2011（30）：19.
光电化学技术篇3
电力系统是一个集发电、变电、输电、配电为一体的复杂的系统。为了对电力系统进行科学高效的管理，我国现在正在推动智能电网的建设。而智能电网其中一项重要的内容就是智能化的电力通信系统。这个智能化的电力通信系统具有网络化、信息化、一体化、高效化的特点，对于保障电力运行系统的安全和高效管理具有重要的意义。因此、我们需要运用具有现代化的方式进行电力通信系统的建设。而光通信技术就是这样一个具有科学化、现代化的技术。所以，我们需要对于光通信技术在电力通信系统运用的意义及应用的方法进行科学研究。
1、光通信技术在电力通信系统中的应用意义
现在我国主要应用的是一种新型的aSon光通信技术，它是集传递信号与交换信号为一体的一种技术，对于保障电力通信系统的安全、处理各种线路问题提供了有力的技术支持。除此之外，这种新型的光通信技术还具有网络布置的优点，可以有效的提高我国光传输电网的应用功能与应用质量，全面的为广大的用电群体提供更好的服务。
2、光通信技术在电力通信系统中的应用方法
2.1制定科学的组网方案
光通信技术在电力通信系统中的应用方法是制定出科学的光通信组网方案，实现光通信技术的有效应用。具体的方案主要有两种。第一种方案，利用现代的网络通信技术进行对于目前使用的电力传输网络进行科学化与标准化的改进，融入先进的光通信技术、比如：aSon技术，实现科学化现代化的电力网络通信的建立与完善，形成良好的电力通信系统，全力保障电力的科学运行。第二种方案，利用现代的网路科技对于目前应用的网络传输平面进行网络化的升级与改造，全面的保障电网的有效运行。总之，电力工作人员需要从实际出发、具体问题具体分析，对于需要进行光通信技术应用的地方进行权衡利弊的科学规划，创建一个高效的网络电力通信系统运行模式。
2.2精心挑选光通信技术设施设备
精心挑选光通信技术设备设施也是进行光通信技术在电力通信系统中应用的一个重要方法。目前我国主要进行光通信技术设施设备生产的厂家有华为公司、中兴公司。我们进行现代化、标准化的光通信技术的网络应用，需要从这些知名公司生产的优质产品中进行设施与设备的挑选，以保障质量与应用的要求。同时，进行这些设备与设施的挑选时需要注意以下几个方面。第一，设备设施的网络节点槽位数量規模要很大，总线路带涉及的范围要很广。第二，设施设备要具有良好的安全性能与通用性能，为今后的智能化电力通信系统的建设提供有力的保障。第三，电力工作人员对于卡板的挑选要使其可以保障现阶段工程的要求。第四，卡板要具有热备份的功能。第五，光通信技术应用的设备设施要与低阶业务交叉调度项目的基本要求相适应，保障这些设施设备可以投入到正常运行。第六，在电力通信系统中，多方向线路的应用要尽量在多个业务卡板中，使整个的业务运行出现事故的概率大大降低。
2.3进行高效的业务规划分析
光通信技术在电力通信系统中应用的又一个方法是进行高效的业务规划分析。首先，进行高效的业务分析与规划，拉近业务与业务之间的距离。其次，进行科学的规划、使网络跳数出现的次数要少。再次，进行有效规划、保证网络负载均衡。最后，对于光通信技术的应用情况进行有效的观察与监督，使规划分析的业务与实际的落实情况一致，最大限度的保障光通信技术的功能得以有效发挥。同时，对于光通信技术的应用进行高效规划，对于促进我国经济的发展与保障人民的用电需求也具有重要作用。
3、光通信的发展技术
3.1Son技术
所谓的aSon其实和其它的光信息网络体制一样，就是利用aSon技术来完成信息传输的新型网络。其技术核心是，在光传输信息网络平台上利用aSon技术进人控制平台，以实现网络资源的实时分配计划和按需分配计划。简答的来说，它是一种具有交换功能的新时代电网。aSon技术是可以进行网络连接和自动交换功能的新一代光网技术。传统的网元只具有两个层面：设备层面、网管层面。而aSon加你个控制层面引人其中构成了三个层面。并且将网管层面功能转移到控制层面，采用了分布式的控制将传输、数据和交换结合起来。
3.2otn
技术。otn技术是在对SHD技术的借鉴之上，引人了开销理念。在其中otn技术定义了三个光层概念：oCH、omSn、otSn。定义了域内和域间的网络接口。运用了FeC技术增强了线路容差。wDm基础下的otn技术拥有一套完善的体制结构，其体制内容包括：第一，规定otn机制下的光层与电层具有网络生存机制。第二，对所有客户进行任意的透明传输。第三，提供FeC纠错能力。第四，otn技术下的网组具有分级管理特征，对各个层级都具有特定的管理体制。
3.3epon技术的组网方式
epon技术的组网方式的组网方式主要是对局端和分散器的连接方式进行改变。其中将局端和分散器的连接方式变为一条光纤，这样减少了局端到用户之间不必要的成本并且提高了传输效率。利用epon技术的组网方式拥有着维护简单、供高带宽、网络覆盖面积大范围广、网络可靠性高及简化网络乘此的特点。
结语
对于光通信技术在电力通信系统中的应用问题进行科学的研究与实施，可以有效地促进电力通信系统朝着现代化、科技化、信息化、一体化的目标迈进，保障我国智能电网的建设与完善。
【参考文献】：
[1]蒋新平.光通信技术在电力通信系统中的应用与组网方案研究[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2015，12：265-266
[2]陈启明.光通信技术在电力通信系统的应用[J].通讯世界，2015，21：4-5
[3]郭颂.光通信技术在电力通信系统中的应用与组网方案研究[J].通讯世界，2015，21：43-44
[4]张静.光通信技术在电力通信系统中的应用研究[J].科学中国人，2015，21：66
光电化学技术篇4
关键词：光机电一体化技术趋势
近些年来，光机电一体化技术得到迅猛发展，在民用工业和军事领域得到广泛地应用。因此，光机电一体化技术成为当今机械工业技术发展的一个主要趋势。
一、光机电一体化技术特征
光机电一体化系统主要由动力、机构、执行器、计算机和传感器五个部分组成，相互构成一个功能完善的柔性自动化系统。其中计算机软硬件和传感器是光机电一体化技术的重要组成要素。与传统的机械产品比较，光机电一体化产品具有以下技术特征。
1、体积小，重量轻，适应性强，操作更方便
光机电一体化技术使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节后频繁紧张地进行单调重复操作的工作方式，可以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序，任何一台光机电一体化装置的动作，可由预设的程序一步一步控制实现，甚至实现操作全自动化和智能化。
2、功能增加，精度大幅提高
光机电一体化系统包括以激光、电脑等现代技术集成开发的自动化、智能化机构设备、仪器仪表和元器件。电子技术的采用使得包馈控制?水平提高，运算速度加快，通过电子自动控制系统可精确按预设动作，其自行诊断、校正、补偿功能可减少误差，达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。同时，由于机械传动部件减少，机械磨损及配合间隙等引起的误差也大大减小。
3、部分硬件实现软件化，智能化程度提高
传统机械设备一般不具有自维修或自诊断功能。光机电一体化技术使得电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序，指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能，使机械控制功能内容的确定和变化趋势向“软件化”和“智能化”。
4、?产品可靠性得到提高，使用寿命增长
传统的机械装置的运动部分，一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差，导致可动摩擦、撞击、振动等加重，严格影响装置寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用，使装置的可动部件减少，磨损也大为减少，像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此，装置的寿命提高，故障率降低，从而提高了产品的可靠性和稳定性。
5、?产品系统性增强，各部分系统间协调性要求提高
光机电一体化是一门学科的边缘科学技术，多种技术的综合及多个部分的组合，使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求，这就要求各种技术扬长避短，提高系统协调性。
二、研究现状和发展趋势
1、研究现状
自从我国实行改革开放以来，科技领域急起直追，我国的光机电一体化技术已取得明显的成效，数控产品有了很大的提高，尤其是经济型灵敏数控装置发展很快，是我国特有的经济实用产品，不但适用国内市场的需要，部分产品还随主机配套出口。国内的机械产品采用可编程控制器（pC）和微电子技术控制设备也越来越多，覆盖面也日益扩大，从纺织机械、轴承加工设备、机床、注塑机到橡胶轮胎成型机、重型机械、轻工业机械都是如此，我国自行研制和生产的光机电设备，在质量上也有重大突破，为今后的推广应用打下了良好的基础。
2、发展趋势
光机电一体化技术已经渗透到各个学科、领域，成为一种新兴的学科，并逐渐成为一种产业，而这些产业作为新的经济增长点越来越受到高度重视。?从世界科学技术的发展情况来看，光机电一体化技术的未来技术热点主要包括。
（1）激光技术
1）高单色性，利用激光高单色性作精密测量时，可极大地提高测量精度和量程。
2）高方向性，因具有很远距离传输光能和传输控制指令的能力，从而可以进行远距离激光通信、激光测距、激光雷达、激光导航以及遥控。
3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦点附近可产生几千到几万度的高温，可使照射点物体熔化或汽化，对各种各样材料和产品进行特种加工。
4）相干性，由于激光速频率单一、相位方向相同。适用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光学计算机的研制，而在实际运用中也会通过一些激光技术改变激光辐射的特性，应用范围更广。
（2）传感检测技术
1）激光准直，能够测量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三维空间的基准测量。
2）激光测距，其探测距离远，测距精度高，抗干扰性强，体积小，重量轻，但受天然影响大。
3）光纤探测器，在目标很小，间隔受限或危险的环境中，最常选用的是光纤探测器。
其他还有激光打孔、刻槽=标记、光化学沉积等加工技术。
（3）激光快速成型技术
激光快速成型是利用计算机将复杂的三维物体转化为二维层，将热塑性塑料粉末或胶粘衬底片材纸张烧结，由点、线构造零件的面（层），然后逐层成型。激光快速成型技术可使新产品及早投放市场，极大地提高了汽车生产企业对市场的适应能力和产品的竞争能力。
（4）光能驱动技术
利用光致变形材料可制作光致动器和光机器人。现已研制成功一种光致动器，其工作原理是将光照在形状记忆合金上，反复地通、断使材料伸缩，再利用感温磁性体的温度特性，将材料末端吸附在衬底上。利用材料本身的伸缩和端部的吸附特性，加上光的通断便能实现所要求的动作。实验验证，该致动器能可在顶面步行。这种状态目标处于初级阶段，如果能发现具有优异光作用特性的动态物质，则可使光能驱动技术广泛应用。
3.结语
技术上的改革和与之相配套的技术支持是创新技术的基础。开发光机电一体化产品有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰当地引入电子技术，产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产品一旦实现光机电一体化，便具有很高的功能水平和附加价值，将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益。超级秘书网：
参考文献
[1]?宋云夺编译.?光机电一体化业的未来.?光机电信息，2003（12）
光电化学技术篇5
关键词：光电检测技术；培养目标；教学改革
作者简介：闫俊红（1978-），女，内蒙古包头人，内蒙古科技大学信息工程学院，讲师；李文涛（1963-），女，内蒙古包头人，内蒙古科技大学信息工程学院，教授。（内蒙古包头014010）
基金项目：本文系内蒙古科技大学教改项目（项目编号：JY2011021）的研究成果。
中图分类号：G642.0文献标识码：a文章编号：1007-0079（2013）04-0056-02
一、“光电检测技术”课程教学现状
光电检测技术在科学技术的发展史上占有重要的地位，“光电检测技术”的教学和研究也越来越得到国内外高等院校和科研机构的重视。目前国内开设“光电检测技术”课程的高等院校达50多所，专业覆盖了测控技术与仪器、光电信息工程、光信息科学与技术、电子信息工程、通信工程、应用物理、探测制导与控制、生物医学工程等。[1-3]
内蒙古科技大学（以下简称“我校”）测控技术与仪器专业充分结合教育教学背景及教学资源，以培养宽口径、综合实践型人才为目标，以光机电算一体化为主体，以光电为特色，开设了“光电检测技术”课程，对于培养具有创新能力的综合实践型人才具有良好的促进作用。该课程衔接了“工程光学基础”、“单片机原理及应用”、“智能仪器”等，不仅能够使学生了解光电领域新技术的发展和应用，更有利于培养学生的综合实践能力和创新能力，拓宽测控技术与仪器专业的就业口径。“光电检测技术”课程具有内容多、应用性强、发展快等特点。如何通过课程教学与实践，使学生熟练掌握各种光电检测系统的设计，提高学生的综合实践能力，各高校测控技术与仪器专业都做了很多探索。[4，5]本文根据自身的教学实践和对我校测控技术与仪器专业的教学开展情况，结合我校的培养目标对“光电检测技术”课程的理论教学与实践教学做出了改革探索，提高课程的教学质量。
二、“光电检测技术”课程改革思路
“光电检测技术”课程是我校测控技术与仪器专业一门重要的专业基础课。该课程内容丰富、实践性较强，着重培养学生计算机应用、测量与自动控制、智能仪器设计等领域的综合实践能力。根据培养目标和专业设置的变化，我校“光电检测技术”课程经历了几次改革。第一，为适应光电检测技术的蓬勃发展和学生就业的需要，开设了本课程，共50学时，包含了光电子和光电检测两部分，课程的内容主要是光电传感、检测原理及光电检测系统等几部分。第二，由于测控技术与仪器专业培养目标及培养方案的调整，为满足我校学生的就业需求，将该课程的教学内容及教学学时数进行了改革，内容上着重光电检测及光电检测系统的设计，学时更改为32学时。第三，为突出本校的办学特色及教育教学优势，在教学过程中不仅注重基础理论的讲授，更注重对学生综合实践能力的培养，对“光电检测技术”课程教学环节及实践环节进行改革，以培养工程实践型人才为目标，充分培养学生创新思维和综合实践能力，满足社会对高层次检测技术人才的需要。
三、“光电检测技术”课程教学改革实践
1.教学内容改革
由于开设“光电检测技术”课程专业的多样性，应根据各个专业的培养要求合理选择教学内容。结合我校测控技术与仪器专业的培养目标，对“光电检测技术”课程的教学内容进行了改革，目的在于使学生通过课程的学习，既了解光电检测技术的发展前景、光电器件的工作原理及光电检测的基本方法，又能对光电检测系统的设计有整体的把握，达到课程的教学目的。具体改革方案如下：
（1）注重基础，突出重点难点，合理安排教学内容。目前“光电检测技术”教材内容各有优缺点，有些教材较注重基础理论、基本原理，而对光电检测系统设计的内容介绍较少；有些教材兼顾理论教学与实践教学，但对于光电检测领域新技术、新发展的介绍较少，使教材内容落后于光电产业的发展；有些英文教材在光电检测技术新发展方面的编写较为突出，但对光电检测技术及光电检测系统的整体性上把握较差，且与教学大纲不符。因此必须结合本专业需求，合理选择“光电检测技术”课程教材内容，做到基础知识重点讲授，难点重点精讲细讲。例如光电检测器件是光电检测技术的重要内容，在教学中着重讲解光电器件的工作原理、结构、性能参数及应用范例，而对于光电检测器件的偏置电路、前置放大电路、匹配滤波等前期课程中已经涉及的内容进行略讲。光电探测器分为光电效应型和热电效应型，由于热电器件在“热工测量仪表”课程中为重要学习内容，在本课程的教学中将热电器件一章改为自学。而涉及计算机接口等内容由于在“单片机原理及应用”中详细讲解，在本门课程中将其删去。
（2）结合测控技术与仪器专业的培养目标及专业设置，补充反映专业特色的内容。结合我校冶金背景、测控技术与仪器专业的培养目标及学生的就业需求，加强本课程与其他专业课程的衔接，对光电检测的新理论、新技术、新应用和新成果进行了补充。例如在光电检测方法的讲解过程中以智能机器人定位技术为例介绍光电器件的应用，激发学生自主学习的动力。在讲解光电位置传感器时，以光电位置传感器用于智能汽车防追尾系统为具体案例，启发学生认真思考，激发学生的学习兴趣。在讲解激光器、光电耦合器件CCD的过程中，结合器件的应用背景，把器件最新的制作工艺、应用前景介绍给学生，并将光电耦合器件CCD的成像原理与手机采用CmoS的成像原理进行对比，激发学生的学习兴趣。根据学生的就业需求，在课程的教授过程中补充与冶金企业生产过程密切相关的光电检测系统。例如基于CCD的锅炉燃烧控制系统，以光电耦合器件CCD获取锅炉内部燃烧图像，用图像信息确定炉膛内部的温度分布，确定锅炉内部燃烧机理，及时有效控制锅炉燃烧效率，达到锅炉温度控制目标。结合科研课题“基于CCD的比色测温研究”，将CCD的应用领域进行拓展，使学生系统全面地掌握光电系统的设计，培养学生的工程实践能力。
（3）立足培养综合实践型人才，加强光电检测实践教学环节。实践教学有利于培养学生的综合实践能力和创新精神，该教学环节学时有限，如何在有限的学时内完成预期的目标，必须对基础验证型实验、综合型实验及创新型实验的比例作出调整。光电检测实践教学以我校光电检测实验室为基础，秋实科技创新实验室为媒介，构建实用型光电检测实验教学平台。在具体实践教学中，采用基于项目设计的实验教学方法，合理保证基础验证型实验，并结合集中演示的方式进行教学，提高综合型及创新型实验的比例。我校光电检测实验室的主要实验设备有CSY-2000型光电检测实验台，包含光电传感器模块、信号采集模块、信号处理及自动控制模块等。在实验室内不仅可以完成光电探测用光源、光电探测器原理及特性等验证性实验，还可以根据具体的对象搭建实用的光电检测系统。秋实电子实验室致力于鼓励大学生完成科技创新活动，在光电检测实验平台的基础上，结合秋实电子实验室现有设备，可以完成综合设计型实验，例如智能机器人视觉系统、智能小车竞速系统、智能小车防追尾系统等设计，帮助学生在完成“光电检测技术”基础知识、系统理论学习的同时，提高学生的实践动手能力，使学生通过实践环节的学习，达到培养工程实践型人才的目标，并结合科研课题增设创新型实验，以具体的科研项目拓展实验教学内容，及时反映光电检测的最新发展情况，培养学生的科研创新能力。
2.教学方法改革
“光电检测技术”是一门多学科交叉科学，如何提高教学质量、提升教学效果，使学生既能有效地掌握基础理论、基本方法，又能灵活运用基本原理。传统的以课堂教学为主、实验教学为辅的教学模式必须进行改革。
（1）有效地将课堂教学、实践教学相结合，引入多元化教学方式，增强教学效果。如讲解光电效应的过程中，采用图文并茂的多媒体课件形式，制作动画效果，将涉及半导体理论的抽象原理直观形象地演示出来，并以日常生活中光电探测器的应用为实例，激发学生的学习兴趣，拓展学生的视野。在讲授光电器件的性能参数过程中，量子转化效率、光电响应度、光谱响应范围、光电响应时间等性能参数均为抽象的物理参数，而光电器件的性能参数又是光电检测系统设计的关键，在讲授中以光电检测系统中光电器件性能参数变化对系统测量结果产生的影响为例进行讲解，以直观的数据将抽象的物理参数简单化。
（2）充分发挥学生的主观能动性，提高学习效果。在课堂教学过程中，充分发挥学生的学习积极性，加强学生与教师的互动，活跃课堂气氛，提高学生的学习效果。如绪论部分引入光电产业的发展前景，以日常生活中的小故事为例，引出光电产业的背景及发展趋势；以创新型实验为例，鼓励学生根据日常生活中的测量参数设计光电检测系统，发挥学生的主观能动性，培养学生的综合实践能力。
（3）改变考核手段，注重培养学生的综合能力。课程考核是评价课程教学质量的重要手段，传统的考核方式均采用卷面形式，具有一定的局限性。本课程采用卷面考核成绩、课堂提问、综合设计作业成绩相结合的考核方式。其中课堂提问成绩根据课堂提问结果给出，及时考查学生对所学知识的掌握程度。综合设计作业成绩以学生所完成的综合型创新型实验报告书给出，全面考查学生的综合能力。将三部分成绩结合起来，合理反映学生对于本门课程的学习情况。实践表明这种方式极大地调动了学生的学习积极性，取得了良好的效果。
四、结论
结合我校测控技术与仪器专业的培养目标及学生的就业情况，对“光电检测技术”课程教学进行改革，首先对课程教学内容体系进行了优化，接着采用项目教学法对原有实践教学环节进行改革，加大综合型创新型实验的比例，最后对教学方法进行改革，以有效的教学方式达到预期的教学效果。实践结果表明，课程内容体系改革、实践教学改革和教学方法改革提高了本课程的教学效果和人才培养质量。
参考文献：
[1]罗先河，等.光电检测技术[m].北京：北京航空航天大学出版社，
1994.
[2]雷玉堂.光电检测技术[m].第2版.北京：中国计量出版社，2009.
[3]郭培源，付扬.光电检测技术与应用[m].北京：北京航空航天大学出版社，2006.
光电化学技术篇6
1无掩膜电化学微/纳米加工技术无掩膜电化学微/纳米加工技术是基于微/纳米电极针尖或针尖阵列的扫描探针显微镜(Spm)技术，包括电化学扫描隧道显微镜(eC-Stm)和电化学原子力显微镜(eC-aFm)、超短电压脉冲技术(US-Vp)、扫描电化学显微镜(SeCm)、扫描微电解池(SmeC)等，加工的精度由针尖电极的尺寸决定。无掩膜技术的优点在于所加工的三维结构的尺度和精度可以达到微/纳米级别，缺点是材料去除率低以及加工效率低。
1．1电化学扫描探针显微镜(eC-Spm)电化学扫描隧道显微镜由Kolb课题组于1997年提出。与“蘸水笔”技术很类似，首先在Stm探针上沾上带有Cu2+的溶液，再移到金基片上通过电沉积形成铜纳米团簇。此方法的加工精度非常高，团簇的直径一般在亚纳米级别，高度可以控制在几个纳米［7］。然而，由于很多金属的还原电位低于氢析出电位，很难在水溶液中通过电沉积的方法得到纳米团簇或微/纳米结构。最近，厦门大学毛秉伟教授课题组在室温离子液体环境中电沉积得到了活泼金属锌和铁的纳米团簇图案［8-10］。原子力显微镜与电化学联用可以达到类似的结果。虽然单点加工作业效率低，但是由于金属的电沉积速度很快，如果采用阵列Spm探针，可以大幅度提高加工效率。eC-Spm最大的不足在于Spm的扫描行程非常有限，因此加工的尺度范围很小。目前本课题组正在研发大行程(100mm×100mm)的eC-Spm技术。
1．2超短电压脉冲技术Schuster发展了超短电压脉冲技术(USVp)，将微/纳米电极、电极阵列或者带有三维微结构的模板(工具)逼近待加工的导电基底(工件)，然后在针尖与基底之间施以纳秒级电压脉冲。由于电极/溶液界面的时间常数为双电层电容和工具与工件之间溶液的电阻的乘积(τ=RCd)，而后两者与工具和工件之间的距离有关，所以在工件与工具之间施加纳秒级的电势脉冲时，只有距离工具最近的工件部位发生阳极溶解，从而得到尺度可控的微型结构［11］。本质上讲，这种技术具有距离敏感性，加工的精度较高。我国已有研究人员正在开展这种技术的研究［12］。
1．3扫描电化学显微镜扫描电化学显微镜(SeCm)是一种以超微电极或纳米电极为探针的扫描探针技术，由一个三维精密定位系统来控制探针电极与被加工基底之间的距离，通过在针尖与基底之间局部区域激发电化学反应，可以获得各种微结构图案。该技术通过电流反馈原理定位微/纳米电极针尖，与Stm和aFm相比，虽然空间分辨率有所降低，但是化学反应性能得到增强，大大拓展了微/纳米加工的对象，成为一种重要的微/纳米加工技术。SeCm在微/纳米加工中的应用详见文献［13］。
1．4扫描微电解池扫描微电解池(SmeC)是利用毛细管尖端的微液滴与导电工件形成接触，对电极插入到毛细管中与导电的加工基底构成微电解池，并以该微电解池作为扫描探针。由于电化学反应被限制在微液滴中，因此微液滴的尺寸决定了加工的精度［14］。近期的研究结果表明，通过该方法可以制作形状可控的铜纳米线，在微电子元器件的焊接技术中表现出显著的优势［15］。我们课题组采用该方法合成了各种微/纳米晶体或聚合物功能材料，用于构筑电化学功能微器件［16-17］。
2掩膜电化学微/纳米加工技术掩膜微/纳米加工技术包括LiGa技术、eFaB技术、电化学湿印章技术(eC-wetS)和电化学纳米印刷技术。这些加工技术的主要原理都是将电化学反应控制在具有预设微/纳米结构的掩模内。工件通常是导电的，同时也作为电极。LiGa和eFaB技术需要通过光刻在工件上形成微结构，然后通过电沉积方法在其间得到金属微/纳米结构。电化学湿印章技术和电化学纳米压印技术使用的是凝胶或固体电解质模板，模板与工件接触，利用电沉积或刻蚀形的方法形成所需的微/纳米结构。
2．1LiGa技术LiGa(德语Lithographie，Galvanoformung，abformung的缩写)是一种加工高深宽比微/纳米结构的方法［18-20］。先在导电基底上涂覆一层光刻胶，通过光刻曝光后形成高深宽比的微/纳米结构;然后在含有微/纳米结构的光刻胶模板上电沉积金属，去除光刻胶后得到金属微/纳米结构。获得的金属微/纳米结构还可以进一步作为加工塑料和陶瓷材料工件的模板。LiGa加工的深宽比可以达到10～50，粗糙度小于50nm。该技术使用的X射线曝光光源价格昂贵，而紫外曝光工艺又受相对较低的加工深宽比的制约。另外，如何在有较高深宽比的光刻胶微/纳米结构中实现高质量的电铸也是需要解决的问题。
2．2eFaB技术eFaB(electrochemicalFabrication)是由美国南加州大学adamCohan教授提出的一种微/纳米加工方法［21-23］。eFaB技术首先利用CaD将目标三维微/纳米结构分解成容易通过光刻加工的多层二维微/纳米结构;然后将设计好的微/纳米结构层和牺牲层一层一层地沉积于二维光刻胶模板中;去掉光刻胶模板和牺牲层金属就可以得到所需的微/纳米结构。每一个电铸层都要求高度的平坦化，以确保下一步工艺的质量。化学抛光(Cmp)是常用的抛光方法，但是其价格昂贵，大大增加了工艺成本。另外，逐层加工对多层结构之间的精确对准有着很高的要求，任何两层之间的对准错误都将会导致整个微/纳米加工流程失败。2．3电化学湿印章技术Grzybowski提出了一种利用含有刻蚀剂和微结构的凝胶模板来实现导体或半导体材料的化学刻蚀技术［24］。我们课题组采用琼脂糖凝胶模板作为电解质体系，提出了eC-wetS技术，通过电沉积、阳极溶解或化学刻蚀等途径实现微/纳米结构的加工［25］。目前的主要问题是如何控制反应物的侧向扩散，提高反应物在胶体中的扩散速率以及加工的精度。
2．4固体电解质电化学纳米印刷技术agS2是一种具有银离子传输能力的固态超离子导体电解质，Hsu等制备了agS2微/纳米结构模板。当银工件表面接触到超离子导体模板时，在工件上施加一定的电压，银工件表面与模板的连接处将会发生银的阳极溶解，银离子在agS2电解质中迁移，沉积到agS2模板另一侧的对电极上［26-27］。这种方法的主要缺陷是可以用作模板的固体电解质有限，机械强度差，而且，工件表面溶出的阳离子在固体电解质中的扩散速度慢，加工效率低。
3约束刻蚀剂层技术微/纳米加工技术必须满足以下3点要求:微/纳米级加工尺寸，能加工复杂的三维结构以及实现批量化生产。然而非掩膜技术不适合批量生产，掩模技术又难以生产连续曲面等复杂的三维微结构。我们课题组致力于电化学微/纳米加工领域已有20多年，由田昭武院士提出的具有自主知识产权的约束刻蚀剂层技术(CeLt)可以满足对微/纳米加工技术的上述3个基本要求，本节将予以详细介绍。
3．1基本原理约束刻蚀剂层技术是通过一个随后的均相化学反应将电化学、光化学或光电化学产生的刻蚀剂约束至微/纳米级的厚度，从而实现微/纳米精度的加工。约束刻蚀剂层技术主要分为以下3个步骤:①刻蚀剂的生成反应为:Ro+neorR+hvo(+ne)(1)其中R为刻蚀剂前驱体，o为刻蚀剂。CeLt使用的工具既是光/电化学体系的工作电极又是微/纳米加工的模板，即刻蚀剂通过电化学、光化学、光电化学的方法在模板表面产生。由于刻蚀剂在溶液中的扩散，刻蚀剂的形状和厚度很难控制，这取决于刻蚀剂的扩散性质、模板电极的大小和形状。为了确保加工精度，就必须控制刻蚀剂的扩散仅仅发生在模板电极表面微/纳米级的尺度范围以内。②约束反应为:o+SR+YoroY(2)其中S为工作溶液中的约束剂，Y是约束剂S与刻蚀剂o反应的产物或者光/电化学反应生成的自由基衰变产物。由于约束反应的发生，使刻蚀剂的扩散被限制在模板电极表面微/纳米级的尺度范围以内，约束刻蚀剂层的厚度取决于约束反应的速率或自由基o的寿命。约束刻蚀剂层的理论厚度为［28］:μ=(D/Ks)1/2(3)其中μ为约束刻蚀剂层的厚度，D为刻蚀剂在工作溶液中的扩散系数，Ks为约束反应(式(2))的准一级反应速率常数。当Ks为109s－1时，约束刻蚀剂层的厚度将达到1nm。由于刻蚀剂层被约束在微/纳米尺度范围内，刻蚀剂层保持与加工模板一致的形状。因此，约束刻蚀剂层技术的加工精度取决于约束刻蚀剂层的厚度。③刻蚀反应为:o+mR+p(4)式中m为被加工材料，p为刻蚀产物。当模板电极逐渐逼近工件使约束刻蚀剂层与工件表面接触时，工件表面将与刻蚀剂发生化学刻蚀反应，直到在工件表面生成与模板电极三维微/纳米结构互补的微/纳米结构。
3．2微/纳米加工仪器用于微/纳米加工的CeLt仪器主要由电化学工作站、三维微位移控制器、计算机反馈系统三部分构成［29-33］(图1)。电化学工作站用于调控CeLt化学反应体系;三维微位移控制器用于模板工具的定位和进给。控温系统和工作液循环系统等附属系统在这里不做展示。计算机用于CeLt整体系统的信息发送和反馈，以确保整个微/纳米加工过程协同完成。
3．3化学反应体系的筛选对于CeLt而言，首先是要选择合适的化学反应体系。在实验中，我们使用一个柱状微电极作为工具电极来产生针对特定加工材料的刻蚀剂。比如在加工半导体砷化镓时，溴是常用的刻蚀剂，而胱氨酸作为约束剂用以调控刻蚀剂层的厚度［34-39］。整个刻蚀体系的化学反应表示如下:16Br－8Br2+16e(5)5Br2+RSSR+6H2o2RSo3H+10Br－+10H+(6)3Br2+Gaas+3H2o6Br－+aso3－3+Ga3++6H+(7)用于加工砷化镓的CeLt化学体系的循环伏安图见图2(a)［34］。刻蚀剂的生成反应(式(5))是一个可逆的氧化还原反应。由于工作液中胱氨酸(RSSR)与溴的约束反应(式(6))，胱氨酸被氧化为磺酸(RSo3H)，体系的法拉第电流显著增加，这表明约束刻蚀剂层的厚度减小。如图2(c)所示，纳米加工的精度得到良好改善［38］。值得注意的是，约束刻蚀剂层的厚度可以通过改变约束剂的浓度来调节。这对于超光滑表面的加工十分重要，可以根据实际技术要求调整工艺。SeCm可以用来探测工具表面刻蚀剂的浓度分布，并且可以用来获取CeLt化学反应体系的动力学参数，这对于优化CeLt微/纳米加工的技术参数十分重要［40-41］。
3．4复杂三维微结构的CeLt加工CeLt已被证明可以成功地用于金属、合金、半导体、绝缘体表面复杂三维微结构的加工［42-49］。在三维微结构的加工实验中，使用的是具有互补结构的模板电极。模板材料可以是铂铱合金、硅、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)等。在具有三维微结构的硅或pmma模板上首先沉积一层钛，然后再溅射一层铂，以确保模板在加工过程中的导电性和稳定性。在金属或合金基底上加工三维微结构的关键是在工具电极表面产生氢离子作为刻蚀剂，以氢氧化钠作为约束剂。目前，各种三维微结构已经被成功复制在铜［50-51］、镍［51-52］、铝［53］、钛［54］、镍钛合金［55］、ti6al4V［56］、镁合金［57］基底上。对于半导体硅［32，58-62］或砷化镓［34-39］，一般以溴作为刻蚀剂，以胱氨酸为约束剂。图3所示的是采用CeLt在n型砷化镓基底上加工出的三维衍射微透镜阵列，这是CeLt加工出的首例光学微器件［39］。整个微透镜阵列是一个八相位衍射光学器件，每个小微透镜由8个同心圆以及7个台阶位构成。7个台阶位的总高度是1．3μm，每个台阶的平均高度为187nm。添加剂对提高刻蚀产物的溶解性至关重要，在硅微加工中，通常加入氟化钠以避免硅沉淀。最近，由光电化学或光化学生成自由基刻蚀剂也取得了初步进展，例如二乙胺自由基刻蚀铜［63］。
3．5超光滑表面的CeLt加工如果工具模板不是复杂三维结构，而是一个超光滑平面，CeLt能否发展成为一种整平技术呢?由于集成电路和超精密光学器件等领域的巨大市场需求，将CeLt发展成为一种超光滑表面加工技术具有十分重要的意义。最近，我们采用CeLt的基本原理开展了超光滑表面加工的研究工作，该方法有可能代替现有的化学机械抛光技术(Cmp)，用于超大规模集成电路中铜互连结构的整平。初步的研究结果表明CeLt对铜的整平有着良好的效果(图4)。CeLt抛光的关键在于确保约束刻蚀剂层在大面积范围内保持均一的浓度分布。尽管大面积超光滑工具电极的流体力学设计非常必要，但是最简单的方法是使用一个线型工具电极对在加工平台上做旋转运动的工件进行作业。本课题组正在将传统的机械加工作业方式与CeLt进行对接，这无疑将在超光滑表面及其微/纳米二级结构的加工领域发挥更加重要的作用［33］。
光电化学技术篇7
关键词：数字化；变电站；通信技术
中图分类号：tm7文献标识码：a文章编号：1006-8937（2015）26-0085-01
由于我国的电力发展建设加快，对于变电站的建设与应用也在不断地进步，科学技术的应用在变电站中得到了快速的发展，数字化变电站能够最大程度的将电力开发和运输的各项流程都控制起来，提高其运行效率。笔者将根据所学，翻阅相关的数字和资料并结合多年的电力系统实际工作经验，分析和探讨关于数字化变电站通信技术应用的问题。
1数字化变电站的主要技术特征
1.1结构紧凑化
结构紧凑化是指在数字化变电站的技术应用中紧凑型的电力设备按照自动化设计理念进行安装和应用。在我国现阶段的电力事业发展过程中，现代化的技术不断地在变电站中出现，比如，变电站的智能开关，或是变电站的光电式互感器，它们都为变电站的技术化，数字化做出了巨大的贡献。结构紧凑化是数字化变电站的主要技术特征，是新时代下，电力企业在发展中呈现出的新式的特点。
1.2模型标准化
模型标准化是数字化变电站的又一技术特征，对于变电站技术中模型的标准化，能够促进电力企业的信息资源共享，提高变电站内的电力运输效率，完善电力运输情况。另外，模型标准化是将站内的设备与技术进行有效地融合，搭建统一的标准化平台，协调各个工作流程间的配合与合作，促进变电站的数字化。
1.3通信网络化
通信网络化具有可靠、开放、实时、安全的巨大优势。具体来讲，首先，通信网络化就是将变电站的相关设备信息进行联网，实现变电系统网络化，它借助了智能技术的优势，具有可靠性；其次，通信网络化具有开放性，数字化的技术不仅应用于变电站内部，还将用电客户群纳入到变电系统的整体之中；最后，通信网络化的实时性和安全性，通信技术快速的信息传播以及防火墙的设定都对变电站有巨大影响和促进。
2变电站通信技术实施的思路与应用
2.1变电站通信技术实施的基本思路
①变电站实现光纤网络化通信。变电站实现光纤网络化通信是指在变电站内的各个电力流程设备，比如电气量采集，电力设备故障报警系统以及变压器等设备中，采用数字化的智能传输。加强变电站的科学技能性，提高技术应用效率，降低工作人员的实际工作率，这样不仅能够促进电力事业的智能化，标准化发展，还能够提高变电站内的总体运行效率。
②统一的标准化平台。统一的标准化平台是指将变电站内的所有设备进行现代化全自动的监控和保护。具体来讲，就是说在变电站中建立统一的高质量的信息传送，使工作人员在一台电脑上能够观察到整个变电站的电力运输情况，并且对于出现问题的电力设备及时的进行自动保护和维修，对变电站的电力信息进行资源共享。
③通信网络建设。变电站中的通信网络建设主要包括两个方面的内容，一方面是线路光缆建设，线路光缆建设应用了塔杆的优势，并结合了大量的国际先进光纤技术，比如G652D光纤标准，DwDm光纤技术等等进行线路光缆的建设。另一方面是光通信设备建设，光通信设备建设是以光纤网络为核心，在电力企业的运营过程中提高了信息传输的效率，增强了变电站的自动化技能。
2.2变电站通信技术实施的具体应用
变电站信息技术实施的具体应用是对变电站通信技术实施具体方案的提出和使用，它主要包括两个方面。首先，星型通信系统，星型通信系统具有极强的针对性以及容易维护的优点，它主要通过光纤对变电站的开关设备进行连接。当然，星型通信系统也存在着一定的缺陷，主要就是连接缆线的实际施工难度过大，不容易广泛的应用，并且其实际效用还有待提高。其次，总线性通信系统，总线性通信系统的应用范围较广，应用的规模较大，在变电站的实际应用中，总线性通信系统会通过一条统一的总线，将站内的保护设备与监控设备进行连接，实现变电站的通信串联。对于变电站通信技术实施的具体应用，能够提高变电站内的工作效率，促进变电站的标准化，自动化和数字化的进步和发展。
3数字化变电站通信技术的自动化
3.1数字化变电站通信技术自动化的优势
数字化变电站通信技术自动化的优势主要有两点：第一，提高变电站的工作效率。变电站的自动化程度主要是依靠先进的科学技术以及有品质保障的配电设备。第二，实现变电站局部向整体的转化。
3.2数字化变电站通信技术自动化的发展
数字化变电站通信技术自动化的发展是一个渐变的过程，反映了我国经济水平的提升以及科学技术的进步。在变电站的发展起步阶段，电力的运输是依靠变电器等必要的运输设备以及大量的电力技术人员来运作维持的。但是，伴随着电力事业的不断发展，变电站的操作和运行也发生着改变。现阶段，我国在自动化的技术控制方面已经有了很大的提高，变电站正朝着技术化，标准化，智能化和全自动化的方向发展。从发展趋势上来看，将来的测控设备还将和变电站中的电力一次设备完全融合，即实现所谓的智能一次设备，每个对象均含有保护、监控、计费、操作、闭锁等一系列功能及信息库，面向自动化的仅是一对通信双绞线。而变电站的整体工作都由少量的技术人员在电脑上进行操作，这不仅提高变电站的电力运输工作效率，保障供电的质量，促进我国电力事业又好又快的发展。
4结语
综上所述，对于变电站通信技术实施的思路主要包括三个方面：第一，就是变电站实现光纤网络化通信，光纤网络化通信能够促进各个电力工作流程间的数字化传输；第二，统一的标准化平台，统一的标准化平台是将变电站内的各个细节，包括电力监视，电力保护等囊括在统一的平台之中，促进其标准化的发展；第三，变电站的通信网络建设，通信网络建设包括光缆建设和光通信网络设备建设两个方面。而在变电站通信技术的实施应用上，主要需要注意的是星型通信系统的方案和总线型通信系统的方案。本文对数字化变电站通信技术应用进行了相关分析和探讨，也许存在不足之处，希望在以后的经济发展和科学技术进步的过程中，相关问题能够得到解决和完善。
参考文献：
光电化学技术篇8
瞬态光伏技术（tpV）能够有效探索半导体功能材料中光生电荷的输运性质，是一种无损检测技术。简述了利用瞬态光伏技术探索半导体功能材料的光电性质，包括分析功能材料的类型、载流子的传输方向、载流子的寿命、分离效率等信息，这对我们理解半导体功能材料的各种光物理过程是非常有益的。
关键词：
瞬态光伏技术；光生电荷；光生电子-空穴对；光生载流子
瞬态光伏技术是微区扫描技术中表面光电压的一种。表面光电压就是半导体的光伏效应，当半导体的表面被大于其带隙能的光照射时，半导体价带（VB）中的电子由于吸收了光子的能量，跃迁到半导体导带（CB），价带中留下空穴，产生光生电子-空穴对，这种光生电荷的空间分离产生的电势差为光伏效应，w.G.adams在1876年最先观察到这一现象。1948年以后，半导体领域的开拓使得光伏效应成为一种检测手段，并应用于半导体材料特征参数的表征上。不同于稳态表面光电压（SpS）检测在连续波长的光激发下的光生载流子（电子或空穴）的分离结果，瞬态光伏技术检测的是在极短的光（纳秒ns或飞秒fs级别）激发后的光生载流子的产生、分离、复合等一系列动力学行为。
1瞬态光伏技术的发展
瞬态光伏的说法源于英文transientphotovoltage。这种检测方法也有许多其他的表达方式，如时间分辨光伏等。最早利用瞬态光伏技术的是e.o.Johanson［1］，1957年Johnson通过此技术探索了多种半导体中少数载流子的寿命。瞬态光伏技术的发展依赖检测仪器中光源的使用，Johnson采用的光源为电火花隙（Sparkgap），它的时间分辨率在微秒范围内。J.Hlavka和R.Svehla［2］使用发光二极管作为光源，将测试装置从等效电路上进行分析，得到的时间分辨率为100ns。这一技术的改进对未来瞬态光伏技术的迅速发展起到了至关重要的推动作用。随着具有超快时间分辨率的脉冲激光器作为光源，瞬态光伏的时间分辨率也逐渐提高，在各类型的半导体材料中都有应用，探索这些半导体材料的光电性质，获得了很多优异的成果。例如2004年，B.mahrov等人研究了空穴导体CuSCn等和电子导体tio2等的瞬态光伏，分析得知不同的半导体类型（空穴或电子导体）导致了电荷注入方式不同［3］。
在利用瞬态光伏技术作为研究手段的工作中，德国th.Dittrich研究小组获得了令人瞩目的成绩。他们不仅检测到时间分辨率为纳秒级的光伏结果，同时研究了不同类型半导体材料的瞬态光伏性质，建立了多种模型［4］。V.Duzhko博士在低电导材料方面也做了大量的工作，从单一的Si器件到现在的复杂器件，如染料敏化的tio2器件、量子点电池器件等［5］。此外，瑞士的andersHagfeldt小组［6］，英国的BrianC.o'Regan小组［7］和日本的Kunioawaga小组［8］也对半导体材料的瞬态光伏性质有卓越的研究。在国内复旦大学应用表面物理国家重点实验室的侯晓远教授课题组和吉林大学光化学与光物理实验室的王德军教授领导的科研小组对瞬态光伏技术的研究都取得非常好的研究成果。侯晓远教授课题组从有机薄膜半导体等瞬态光伏结果发现了极快激子解离过程［9］。王德军教授课题组在研究功能半导体材料，如tio2、Zno、Fe3o4、BiVo4等新兴的半导体材料的瞬态光电性质有重要发现［10-13］。
2瞬态光伏技术的装置及获得的信息
理想的光伏测试技术可以调节不同的参数对半导体功能材料进行测试，例如，调节系统的温度、压力、气氛等一系列参数，也可以选择不同的光源（连续光源或者脉冲激光源）进行瞬态光伏（时间分辨的光电压）的测量，如图1a中所示。作为一种无损检测设备，瞬态光伏系统的搭建通常是按照图1b中的简图自组装搭建。光源为脉冲激光器，测试过程中经过衰减的激光可以通过渐变圆形中性滤光片进行调节，衰减后的激光通过反光镜直接照射到样品池中。样品池的被测信号经过信号放大器，由数字示波器进行检测记录。光生电荷的产生是一个极其快速的过程，相比之下，光生电荷载流子的分离、扩散、转移和复合则较慢，一般时间分辨率在纳秒、微秒甚至更长的时间，光生载流子在不同时间分辨率内的传输动力学行为对半导体功能材料的活性有着重要的影响。例如，半导体的光电转换效率就受到半导体光生电子空穴对的分离程度影响；光生载流子的传输方向影响功能材料的性质及其应用；同时光生载流子的寿命及其具有的能量可以决定体系的氧化还原性等。因此，通过瞬态光伏技术可以获得半导体功能材料光生电荷的分离效率、获得光生载流子（电子或空穴）的扩散方向、光生载流子的扩散寿命等微观动力学信息。通过这些信息，我们可以分析半导体功能材料的物理化学性质，以及这些性质与材料活性之间的关系，这对进一步提高和优化功能材料的性能是非常重要的。
3瞬态光伏获得材料类型和载流子传输方向
利用瞬态光伏技术可以判断功能材料的类型。例如图2所示，2a中为n型Si的瞬态光伏谱图。它显示当材料的表面受到光照以后，n型半导体的瞬态光伏信号为正，光生电子向材料的体相迁移，光生空穴向表面迁移，并在表面大量聚集，因此表现为正信号。2b中p型Si的瞬态光伏信号为负。当p型材料受到光激发以后，光生电子向材料的表面移动，光生空穴向体相移动，因此信号为负［14］。
4瞬态光伏技术比较材料的分离效率及寿命
利用瞬态光伏技术可以分析半导体功能材料的光生电荷分离效率和光生载流子的扩散寿命。在光催化应用中，光生载流子的分离效率及寿命影响着催化剂的活性。光生电子-空穴对的分离效率越高，载流子的寿命越长，说明在光催化降解过程中参与氧化还原反应的载流子越多，催化活性越高。如在C掺杂的tio2材料（C-tio2）中［10］，不同的煅烧温度获得的样品，由于光电性质的不同，催化活性具有明显差异。如图3a所示，瞬态光伏信号在最大值处（p2峰）归因于光生电荷载流子的扩散，与p25的瞬态光电压曲线相比，在130℃、150℃、180℃煅烧温度制备下C掺杂tio2样品p2峰位的响应时间分别是19ms、32ms、30ms，C的掺杂使得样品的扩散光伏寿命明显延长，说明C-tio2的光生载流子的分离效率更高，光生载流子的复合更慢，因此有更多的载流子参与光催化的氧化还原反应，催化活性更高，如图3b。
5瞬态光伏技术的未来及展望
光电化学技术篇9
本书在物理模型和数值分析的基础上,探讨了光电子器件的设计和制模问题,重点放在应用方面。运用数字技术对物理方程求解,演示了如何设计一个新的器件或增强一些现有器件的性能,包括一些半导体的光电子器件,例如:半导体激光二极管(LDs)、电吸收调制器(eams)、半导体光放大器(soas)、超辐射发光二极管(sLeDs)以及它们的集成系统。
本书共12章,分成三部分,第一部分由第2―5章组成,讲述模化光电子器件时,物理方程的推导和说明:1.引言;2.光学模型;3.材料模型i:半导体的带结构;4.材料模型ii:光学增益;5.载体传输及热扩散模型。第二部分由第6―9章组成,讲述控制方程的数字求解技术,以及如何将这些求解技术应用于器件的模拟:6.光学方程式的求解技术;7.材料增益方程的求解技术;8.载体传输及热扩散方程的求解技术;9.器件性能的数值分析。第三部分由第10-12章组成,给出了光电子器件的实际设计、模拟案例:10.半导体激光二极管的设计及模型的案例;11.其它单个光电子器件的设计及制模案例;12.集成的光电子器件的设计和制模案例。
本书作者李洵是加拿大麦克马斯特大学(mcmasterUniversity)电子和计算机工程系的教授。他1988年在北方交通大学获得博士学位,至今共撰写了160篇科技论文,并创建了阿波罗光电公司,开发了该公司的一个主要软件产品“高级激光二极管模拟器”。他是oSa及Spie成员,并且是ieee的资深成员。
光电化学技术篇10
【关键词】薄膜原理应用光电子器件
一、前言
近年来，国内外正掀起“光电子学”和“光电子产业”的热潮，光电子技术已经在信息、能源、材料、航空航天、生命科学、环境科学和军事国防等诸多领域发挥着重要作用。光电子学是从上世纪七十年代，在光学、电子学及相关学科的基础上发展起来的一门科学，光电子器件的小型化、多样化和性能的不断提高是光电子技术发展的重要标志，在这个发展过程中，薄膜技术功不可没。
当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其它二维尺度时，我们将这样的固体或液体称为膜。一般将厚度大于1μm的膜称为厚膜，厚度小于1μm的膜称为薄膜，当然，这种划分具有一定的任意性。薄膜的研究和制备由来已久，但在早期，技术落后使得薄膜的重复性较差，其应用受到限制，仅用于抗腐蚀和制作镜面。自从制备薄膜的真空系统和各种表面分析技术有了长足的进步，以及其他先进工艺（如等离子体技术）的发展，薄膜的应用开始了迅速的拓展。目前，在光电子器件中，薄膜的使用非常普遍，它们中大部分是化合物半导体材料，厚度低至纳米级。
二、薄膜制备技术
薄膜制备方法多种多样，总的说来可以分为两种——物理的和化学的。物理方法指在薄膜的制备过程中，原材料只发生物理的变化，而化学方法中，则要利用到一些化学反应才能得到薄膜。
1.化学气相淀积法(cvd)
目前光电子器件的制备中常用的化学方法主要有等离子体增强化学气相淀积（pecvd）和金属有机物化学气相淀积（mocvd）。
化学气相淀积是制备各种薄膜的常用方法，利用这一技术可以在各种基片上制备多种元素及化合物薄膜。传统的化学气相淀积一般需要在高温下进行，高温常常会使基片受到损坏，而等离子体增强化学气相淀积（pecvd）则能解决这一问题。等离子体的基本作用是促进化学反应，等离子体中的电子的平均能量足以使大多数气体电离或分解。用电子动能代替热能，这就大大降低了薄膜制备环境的温度，采用pecvd技术，一般在1000℃以下。利用pecvd技术可以制备sio2、si3n4、非晶si:h、多晶si、sic等介电和半导体膜，能够满足光电子器件的研发和制备对新型和优质材料的大量需求。
金属有机物化学气相淀积（mocvd）是利用有机金属热分解进行气相外延生长的先进技术，目前主要用于化合物半导体的薄膜气相生长，因此在以化合物半导体为主的光电子器件的制备中，它是一种常用的方法。利用mocvd技术可以合成组分按任意比例组成的人工合成材料，薄膜厚度可以精确控制到原子级，从而可以很方便的得到各种薄膜结构型材料，如量子阱、超晶格等。这种技术使得量子阱结构在激光器和led等器件中得到广泛的应用，大大提高了器件性能。
2.物理气相淀积（pvd）
化学反应一般需要在高温下进行，基片所处的环境温度一般较高，这样也就同时限制了基片材料的选取。相对于化学气相淀积的这些局限性，物理气相淀积（pvd）则显示出其独有的优越性，它对淀积材料和基片材料均没有限制。制备光电子器件的薄膜常用的pvd技术有蒸发冷凝法、溅射法和分子束外延。
蒸发冷凝法是薄膜制备中最为广泛使用的一种技术，它是在真空环境下，给待蒸发物提供足够的热量以获得蒸发所必需的蒸汽压，在适当的温度下，蒸发粒子在基片上凝结，实现薄膜沉积。蒸发冷凝法按加热源的不同有可分为电阻加热法、等离子体加热法、高频感应法、激光加热法和电子束加热法，后两种在光电子器件的制备中比较常用。
电子束加热法是将高速电子束打到待蒸发材料上，电子的动能迅速转换成热能，是材料蒸发。它的优点是可以避免待蒸发材料与坩埚发生反应，从而得到高纯的薄膜材料。近年来人们又研制出具有磁聚焦和磁弯曲的电子束蒸发装置，使用这样的装置，电子束可以被聚焦到位于基片之间的一个或多个支架中的待蒸发物上。
激光蒸发法是一种在高真空下制备薄膜的技术，激光作为热源使待蒸镀材料蒸发。激光源放置在真空室外部，激光光束通过真空室窗口打到待蒸镀材料上使之蒸发，最后沉积在基片上。激光蒸发法具有超清洁、蒸发速度快、容易实现顺序多元蒸发等优点。后来人们使用脉冲激光，可使原材料在很高温度下迅速加热和冷却，瞬间蒸发在靶的某一小区域得以实现。由于脉冲激光可产生高功率脉冲，完全可以创造瞬间蒸发的条件，因此脉冲激光蒸发法对于化合物材料的组元蒸发具有很大优势。使用激光蒸发法可以得到光学性质较好的薄膜材料，包括zno和ge膜等。
溅射是指具有足够高能量的粒子轰击固体表面（靶）使其中的原子或分子发射出来。这些被溅射出来的粒子带有一定的动能，并具有方向性。将溅射出来的物质沉积到基片上形成薄膜的方法成为溅射法，它也是物理气相淀积法的一种。溅射法又分直流溅射、离子溅射、射频溅射和磁控溅射，目前用的比较多的是后两种。在溅射靶上加有射频电压的溅射称为射频溅射，它是适用于各种金属和非金属材料的一种溅射淀积方法。磁控溅射的原理是，溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速称为高能电子，但它们并不直接飞向阴极，而是在电场和磁场的联合作用下进行近似摆线的运动。在运动中高能电子不断地与气体分子发生碰撞，并向后者转移能量，使之电离而本身成为低能电子。这些低能电子沿磁力线漂移到阴极附近的辅助阳极而被吸收，从而避免了高能电子对基片的强烈轰击，同时，电子要经过大约上百米的飞行才能到达阳极，碰撞频率大约为107/s，因此磁控溅射的电离效率高。磁控溅射不仅可以得到很高的溅射速率，而且在溅射金属时还可以避免二次电子轰击而使基板保持接近冷态。
分子束外延（mbe）技术是一种可在原子尺度上精确控制外延厚度、掺杂和界面平整度的超薄层薄膜制备技术。所谓“外延”就是在一定的单晶材料衬底上，沿着衬底的某个指数晶面向外延伸生长一层单晶薄膜。分子束外延是在超高真空条件下，精确控制原材料的分子束强度，把分子束射入被加热的底片上而进行外延生长的。由于其蒸发源、监控系统和分析系统的高性能和真空环境的改善，能够得到极高质量的薄膜单晶体，可以说它是一种以真空蒸镀为基础的一种全新的薄膜生长方法。