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，揭示了光的產生和傳播的規(guī)律以及光與物質 相互作用的關系。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 等為典型產品的光學儀器工業(yè)。這些技術和產業(yè)至今仍然發(fā)揮著重 要作用。上世紀中葉，產生了全

2、息術和以傅里葉光學為基礎的光學 信息處理理論和技術，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。隨著激光技術和光電子技 術的發(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、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、激光制造技術、弱光與 紅外熱成像技術、光電傳感與測量

3、、光纖光學、自適應光學、光電 子材料與器件、太赫茲光子學、光電子儀器與技術、空間與光學遙 感技術以及綜合光學工程技術等。這些分支不僅使光學工程產生了 質的躍變，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 電子產業(yè)和光子產業(yè)，這些產業(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域，具有數(shù)字化、集成 化和微結構化等技術特征。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。它是研究光子的產生、傳輸、控制（光開關、光放大、光調 制、光變頻、光波復用、光限制、光振蕩等）、探測及其與物質（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等領域，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 在信息科學中的應用，將成為今后光學工程學科的重要發(fā)展方向。 此 外，結合“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（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）重要基礎科學（如對宇宙認識，對生命，對腦認知與研究等） 等領域發(fā)揮重要作用。二、學科內涵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）光的產生，如激光、LED及其它各種光源等；3）光與物質相互作用 的應用，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構的觀察及處理， 如微光夜視技術、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；以光與物質的相互作用為基礎， 光的產生、光的傳輸、控制及光信息探測理論與技術；以光子作為 能量載體，光子與物質的相互作用理論及光能轉換理論與技術等。3 .知識基礎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，即以光作為信息傳遞媒介的光電信息技術與工程；以光 與物質相互作用為基礎的光電子技術與光子學。光學與光電子技術 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、紅外與夜視技 術、激光原理、光電子技術、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。更重要的是光學工程

7、 學科應高度重視系統(tǒng)分析與解決復雜光學工程問題的能力培養(yǎng)，即 獲取知識的能力、應用知識的能力和創(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工程和技術科學基礎知識 外，還應有電子信息技術、計算機科學技術、儀器科學技術、微電 子技術等工程與技術科學基礎知識；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、光子技術等關系到現(xiàn)代 科技、工業(yè)、農業(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。4 .研究方法在光學工程學科產生和發(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 有方法論性質的主要方法有：1）數(shù)學物理方法：任何一個光學工程領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 的仿真分析中總結出指導實際光電器件和系統(tǒng)設計、開發(fā)和應用的 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)的設計過程 中，影響因素極其復雜，有時甚至達到無從下手的程度，此時應抓 住主要矛盾，忽略次要因素的影響是解決問題的關鍵；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、微觀相結合的方法：光學工程領域研究的問題既涉及 宏觀的器件及所構成的復雜大系統(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）為主要基礎的交叉綜合學科，其知識領域涉及物理 學（特別是光學）、數(shù)學、電子技術、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 晶。這就必然要求從事該領域研究工作的人員應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 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。這就要求從事該領域研究工作的人員應該把握哲學的 思維方法，能深刻理解矛盾的雙重性以及相互轉化的方式和條件。 三、學科范圍光學工程一級學科現(xiàn)下設光電信息技術與工程、光電子技術與 光子學兩個重要學科分支，既有側重點，又有交叉，主要研究方向 有：1 .光電信息技術與工程光電信息技術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；利用光與物質的相互作用，產生光敏器件進行 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構的觀 察與處理等。其主要

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

13、其主要研究內容為：激光與光子學技術，激光應用技術，微納 光子學與技術，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，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)基礎知識，較強的綜 合和分析能力，能夠從事光學工程領域相關工作的專門優(yōu)秀人才。 具體包括：應在光學工程學科領域具有較扎實的理論基礎和較寬廣 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。學士學位獲得者應能從事本專業(yè)或專業(yè)方向方面的科學研 究、工程設計、技術開發(fā)和

14、技術管理等工作。碩士學位：具有光學工程學科系統(tǒng)、扎實的專業(yè)基礎知識，具 有學術研究的基本能力和獨立從事光學工程領域研究、開發(fā)工作的 創(chuàng)新型人才。具體包括：應在光學工程學科領域具有堅實的專業(yè)理 論基礎和系統(tǒng)的專門知識。熟悉本學科領域的發(fā)展方向和學術研究 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，碩士學位獲得者應能承擔本專業(yè)或相近專業(yè)的科研、教 學、工程技術和管理工作。博士學位：具有全面、扎實的專業(yè)基礎知識，在某一領域或方 向上有深入而系統(tǒng)的研究，具備獨立從事光學工程領域學術研究和 教學能力的高層次人才。具體包括：應在光學工程學科的研究領域 中具有堅實而寬廣的理論基礎和系統(tǒng)深入的專