光电子技术论文范文

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Internet应用的飞速增长对电信骨干网带宽提出越来越高的需求，为满足需求的增长，人们可以铺设更多的光纤，或靠提高单路光的信息运载量（现在主干网可以分别工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性设备）。但更主要的方法却是靠发展波分复用技术，增加光纤内通光的路数（光波分复用的实验记录已经达到2.64Tbps）。波分复用技术的普遍运用为光电子器件和部件提供了广阔的、快速增长的市场。无限战略公司的报告指出：“信号传输用1.31μm和1.55μm激光器市场1999年达到13亿美元，比去年增加23%；1.48μm信号放大用激光器1999年市场份额达到1.6亿美元，比去年增加33%；980nm信号放大用激光器销售额达2.9亿美元，比去年增长121%。整个激光器市场的份额1999年达18亿美元，预期2003年将达到30亿美元”。美国通信工业研究公司（CIR）的研究预测，北美市场光电子部件的市场规模将由目前的28亿美元增长到2003年的61亿美元，约每年增长18.5%。密集波分复用设备销售额也将从1998年的22亿美元增加到2004年的94亿美元。报告称虽然10年内全光通信还不会全面商业化，但是全光交换将在几年内成为市场主流，报告也指出尽管光学部件市场被大公司所占据，但仍有创新性公司进入的可能。

2我国的光电子技术和产业

近10年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的进展，在很多领域同国外先进国家只有两三年的距离，个别领域还处于世界领先地位。

国内光电子有关产业基地在光电子器件、部件和子系统（如激光器、探测器、光收发模块、EDFA、无源光器件）等已经占领了国内较大的市场份额，初步具备同国外大公司竞争的能力，在毫无市场保护的情况下，靠自己的力量争得了一席之地，市场营销逐年有较大的增长，个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩。我国相应研究发展基地和本领域高技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白，打破国外产品在市场上的垄断地位，同时争取进入国际市场。

掺铒光纤放大器（EDFA）是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件，国内企业产品占国内市场40%的份额。我国也是目前国际上少数几个有能力研制PIC和OEIC的国家。808nm大功率激光器及其泵浦的固体绿光激光器，670nm红光激光器已产品化和商品化并批量占领国际市场。国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件，90%使用国产器件，国产1.55μmDFB激光器战胜了国外器件，占领了100%的国内市场。

但是，我们应当认识到在我国光电子技术发展中，光电子器件、部件虽是光通信、光显示、光存储等高技术产业的关键部分，但在整个系统和设备成本中所占的比重较小，其产值较低，目前科研开发主要处于跟踪和小批量生产阶段，光电子产业所需的规模化、产业化生产技术目前还未有实质突破；国内研究生产的光电器件和部件有相当部分还未能满足整机和系统的要求，导致国外器件占据国内市场相当多的份额；在机制上仍未摆脱科研、生产、市场相互脱离的状况。

我国在光电子技术方面是与国际水平差距相对较小的一个领域，与世界发达国家几乎同时起步。但是我们应该清醒地认识到我国制造技术的落后和材料水平有限，而国际上光电子产业已经进入加速发展阶段，留给我们的时间只有三到五年，如果我们不在目前产业化的技术发展阶段进入，就会失去大好时机。机不可失，时不再来，到产业化后期时将要花数倍的力量才能弥补，也许会彻底失去时机，受制于人。

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2广播电视系统中数字技术分析

广播电视系统中应用的数字发射覆盖技术以ATSC技术、DVB技术、ISDB技术与DMB-T技术为主。ATSC技术服务广播电视系统主要是依靠自身组成层面、构成层级的清晰配合实现，第一层定像层确定图像形式，第二层依照MPEG模式压缩图像，第三层完成信号数据传输，前两层图像数据最终由第三层完成发射覆盖。DVB技术是典型的欧洲技术，利用卫星、地面数据交换机数字电视完成信号发射与覆盖，不仅能够接收传送音视频文件信号，还可接收传送图标图像及TRD等节目，不过DVB业务传送条件受限制，需支付一定费用，其业务开展有利有弊，国内参考该技术对广播电视系统进行了改造，为用户提供了更好的服务。ISDB技术来源于日本，核心在于利用计算机与无线信息网络技术为广播电视系统信号传输覆盖提供更加多元化的服务，尤其是在3G、4G业务方面有出众表现。DMB-T技术在我国广播电视系统中的应用可更好的实现数字信号的传导与接收，其采用的FJL技术促使数字电视传输网络逐步向多载波技术领域发展，可在多径时拖延信号扩散避免来自乱码的干扰，保证信号传输的准确与顺畅，其采用的循环前缀填充技术可有效实现保护间隔，并极大的提升了数字电视信号发射覆盖的效率。实现了20dB以上同步保护增益，对于促使我国广播电视行业更好的发展有积极意义。

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相比较而言，数字音频技术优于其他音频技术的一点是其数字化技术，数字化技术能够全面突破传统音频技术工作方式存在的不足之处。数字化音频技术管理与计算机数据存储器类似，能够实现音频资源的存储和共享，不仅能够方便使用者快速找到自己需要的信息，还能够加强对音频信息的管理，实现广播电视现代化管理。因此，数字化广播电视工程必将成为未来电视广播领域的重要发展趋势。

（二）广播系统

数字音频技术中的数字广播系统方面的技术，主要涉及到压缩编码数字、无线传输以及运用组网等，压缩编码数字音频信号主要是依据人耳的特点，对音频码率进行调整和优化，我们的耳朵在受到强度差别较大的音频信号的影响过程中，对音频较低的信号反应并不强烈。因此，将这种特性应用到数字音频广播传输系统中，能够有效避免电视广播工作中的问题，为电视广播工作可持续发展奠定基础。

二、广播电视工程数字音频技术的应用发展

（一）数字调音台

数字调音台作为现代电视广播工程中的重要组成部分，对广播电视节目具有十分重要的作用。因此，在数字调音台处理过程中，不仅要确保原有功能，提高广播电视节目的整体质量，避免电视节目中耳朵噪音、串音等问题的出现，还要将数字技术融入到调音台中，发展新型数字调音台，增加切换模块等功能，丰富数字调音台功能，促使数字调音台能够适应更多的环境，满足个性化需求，发挥通路多，且体积小的作用。

（二）音频嵌入技术的应用

音频嵌入技术以其独特的优势在广播电视节目制作过程中得到了广泛应用，通过运用数字音频技术并建立数字音频工作站，不仅能够有效提高节目制作质量，还能够节约大量时间和人力，提高电视广播工作效率。在视频数据信息传输过程中，音频信号仅能够在特定范围内进行信号传输，也就是嵌入音频。因此，嵌入音频主要是指将数据信息嵌入到特定范围之中，在进行视频传输过程中，通过嵌入音频技术，能够实现声音与画面同步进行，在提高电视节目质量过程中具有十分重要的作用。目前，嵌入音频技术主要应用于电视节目的前期与后期制作过程中，随着科学技术的不断发展，为电视广播工作提供了更多帮助，促使广播电视技术的发展逐渐细化，电视节目制作也会实现数字化建设，并将嵌入音频技术推广和普及。另外，广播电视的管理过程中，要结合自身实际情况与未来发展目标，制定科学、合理的发展战略，建立以嵌入音频技术为基础的管理系统，通过这种方式，不仅能够实现实时监督和控制，还能够确保数据信息的完整性和准确性。从而推动我国广播电视进一步发展。

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二、有线电视接入网技术发展趋势

（一）融合与统一

从根本上说，融合与统一是有线电视接入网发展的必然趋势。由DOCSIS逐渐升级为DOCSIS3.1，由EPOC+EPON逐渐升级为Epoc，EPOC又和DOCSIS3.1中的PHY不断融合与统一。科学技术的迅猛发展对其融合与统一具有促进作用，例如SDR，促使本来极为困难或者说几乎是不可能的互通与融合——各个技术简单化融合。很多厂商与网络运营商都希望统一与同和，这对成本与风险的降低、市场的扩大极为有利，其成本也包括运维成本与设备成本。然而，以往技术通常难以实现统一化，所以急需一种统一架构。统一架构设想:前端多种技术本身属于一个集成统一平台，而CCAP就是其中最为典型的一个例子；基本能够统一光节点中所含的光电转换装置，即：EPOC中继架构与C-DOCSIS2.0中所含PHY架构、C-DOCSIS2.0在OFDM参数与编码调制方式方面具有相近或者一致性，且从设备与芯片生产应用视角来看有完全统一的可能性。

（二）最需要的架构

一般系统速率等级均为下小上大，该系统具体到接入网，始终希望接入网局端设备速率比设备终端大。且各级速率总容量始终为下大上小，将其收敛、汇聚的特点充分体现出来，FCU一方面起到电与光之间相互转换的作用，另一方面还起到1G-10G相互转换的作用。在已知网络条件下，FCU中各个支路能够频率复用，由此EPOC频谱需求就能够得到完全解决。此外，EPOC局端并未设1G阶段，而无法规模部署10GEPON的重中之重就是ONU光模块有着过高的价格，10GEPOC同样会出现类似性问题，所以10G与1G之间的转换具有必要性。一般由若干个64MHZ的子信道共同组成1GEPOC，这样不仅能够对FBC技术予以采用，同时还能够通过绑定技术实现，而且子信道带宽是终端速率的标准。

（三）逆向思维的EPOC

就现阶段来说，实现EPOC的关键与难点是可变速率和固定频谱的同轴怎样与固定速率光纤相匹配。逆向思维：与固定速率条件相满足，通过可变频谱同轴，同时和同轴信道相适应所导致的速率与调制效率的改变。无线通信与模拟通信是固定频谱信道主要来源，对无线电的感知，势必需要与可变频谱相适应。同轴本身属于一种处于封闭状态的本地信道，能够对频谱进行充分挖掘与灵活配置。数字化，尤其是在进一步深入光纤后，以太网中的同轴信道能且应换一种思路，确保以太网频谱、速率具有可变性，而TDO则在可变频谱更为适用。所有FCU均与一个调制简表相对应：统一对下行进行调制，下行调制后保证速率固定，且匹配于10GEPON速率，根据该FCU应用场景最差的情况对频谱进行配置。如果宽带有多余，可作他用，例如：低等级、非实时的应用。由此光纤段与同轴段相同，均为固定码率，而频谱宽带与调制指数两者可有所不同。在准动态或者静态对上下行宽带进行配置的情况下，FDO和TDD也无根本性差别。基于FTTB(光纤到楼)，除一些频段高端损耗比较大或者有干扰外，设计SNR的指标可超过45dB，能够为调制率最高要求提供有利保障。就算是有太大损耗的频谱，若未受到干扰，那么其信噪比是相对较为平稳的，只是无法上升至调制率要求最高值，然而，基本上调制率处于稳定状态。所以，频谱需求一般不会有特别大的改变。对OLT进行进一步扩展：其中一部分与10GEPON相对应，其速率从头到尾处于固定状态；另一部分则对可变速率技术予以绑定且扩展，像HPAV或者HiNoc。在调制后具有不恒定速率的条件下，同轴段由信道频谱中将(10GEPON)速率通道划分出来，此为固定通道，其余为可变通道。由此能够与EOC演进相适应，同时与前后代技术两者具有兼容性与共存性。一般由OAM统一调度频谱资源。

（四）高度分散与高度集中

由于存储容量、计算能力及传输宽带的不断增大，控制、调度及业务平台逐渐向云端集中，且应用处理与选择也逐渐向终端分散，其中间逐渐简约化，层次也逐渐变少，仅仅剩透明管道。此为有线电视接入网技术高度分散与高度集中的必然发展趋势。首先，接入网部分会出现高度集成，即：功能下降大约2个数量级，基层度上升大约2个数量级，其成本同样会相应下降。某企业在CCBN领域所展出CCAP板卡容量为64(频点)×50(IPQAM)+32(频点)×50Mbit/s×8(DOCSIS3.0端口)=16Gbit/s。如果根据户均静态宽带计算，那么一块板卡就能够支持1301户。如果一个机架有80块板卡的容量，那么一个机架就能够支持大约10万户。就算是静态宽带箱100Mbit/s升级，一个机架也能够支持1万户，这样计算得出，一个10m2的计算机房间能够支持大约10万户。若根据20%的静态宽带渗透率计算，如果一个机架能够为5万户地区服务，那么一个面积为10m2左右的机房就能够为50万户地区服务。由于以太网高度集中带来业务平台与技术平台的不断统一与融合、高度分散所引发的终端融合具有其发展必然性。

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在相同的电视信号覆盖范围内，在发射功率上数字化电视信号要比传统的电视信号低一个数量级，在整个的环节中，数字化电视信号全部转化为数字的信号，所以其并不受在电视节目编辑、传输、转播和接收的过程中外界因素的影响。一般性的SDTV数字电视节目都可以做到DVD播放质量，电视用户在观看HDTV节目时，其电视的清晰度能够达到传统电视的4倍以上。

2.电视信号的抗干扰力强。

数字化电视信号的出现解决了传统模拟电视信号接受后的重影、亮色互换以及闪烁的技术问题。同时还可以实现电视信号的移动接受以及各项增值数据业务，以此方便用户进行视频点播等各种互动性的电视业务，在这个过程中为了保证用户的利益，还可实现加密和加扰的功能。

3.在数字电视信号中保留了传统模拟电视格式。

目前的数字电视信号中依旧可以接收以前的模拟电视信号，这样的话电视用户就可以在原来的基础上加装一个数字电视机顶盒，就可以直接接收数字电视信号，通过这样的设计，有利于由传统模拟电视信号向数字电视信号的平稳过渡，以此可以减少电视用户的经济负担。

4.数字电视系统运用开放式的中间件技术。

在数字电视中采用中间件技术，其优势在于可以实现各种交互式的信号的应用，这样就可以与计算机和互联网等进行互通互联。通过这种中间件技术，对于组建“三网合一”的信息基层的设施提供了便利的条件。

5.数字化的电视信号比较容易实现信号的存储。

将信号进行数字化的处理之后，可以实现信号的无限期的存储，更重要的是存储的时间与信号的特性没有任何的关系，通过这样的方式有利于展开其他多种增值的电视业务。

6.在数字化下多种媒体相互融合。

数字化的广播电视让各种形式的信息（如：声音、文字、图像等数据）变成有0和1两个符号元素，这样就实现了将声音、电视、数据广播电视和电子杂志、网络等各种新式媒体进行融合。这样就带来了所有的相关媒体之间的相互渗透和激烈竞争。目前，通过数字化的广播电视技术，让广电的数据业务、网络业务以及宽带业务里的电视信号等等都已经实现，使得电视媒体将有单一型迈向综合型，最终会导致广播电视与电信等网络媒体行业之间的区别变得越来越模糊，最后也可能将数字广播电视全部融汇到信息化的大家庭中。

7.数字电视除了前面说将的优势以外，还是存在一定的局限性，也就是存在一些弱点。

比如：在电视制作前期的素材采集过程中，受到压缩编码或者量化误差的影响，其信号质量会受到损伤。在电视节目的制作或者传输过程中出现的一些小的问题，这些都是可以通过技术手段进行修复，其并不会直接影响到电视画面的质量。当然这与数字电视所带来的优势相比较，这些不足都是可以被忽略的。

二、数字电视信号在发展中遇到的瓶颈

我国的数字电视技术在近几年的不断探索中，其研发与推广效果显著，已经初步形成了能够适应我国实际情况的广播电视数字化发展之路。但是在这几年的发展应用中也遇到一些困难。

（一）数字电视定位不明确

在目前的行政体制下，广播电视机构的节目制作和播出其主要的任务是进行宣传任务，其实数字广播电视的内容及网络产业都具有强烈的经济价值。由于当前各种数字电视的定位还不是很明确，这就成为广播电视数字化发展进程中的最大的瓶颈。

（二）数字电视用户需求开发不足

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如果说微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。美国商务部指出：“90年代，全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。日本《呼声》月刊也有类似的评论：“21世纪具有代表意义的主导产业，第一是光电子产业，第二是信息通信产业，第三是健康和福利产业……”，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。

1世界光电子技术和产业的发展

光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料，光纤已经成为通信网的重要传输媒介，现在世界上大约有60%的通信业务经光纤传输，到20世纪末将达到85%，但从目前光纤通信的整体水平来看，仍处于初级阶段，光纤通信的巨大潜力还没有完全开发出来。目前，各种新技术层出不穷，密集波分复用技术（DWDM，在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力）、掺铒光纤放大器技术（EDFA，可将光信号直接放大，具有输出功率高、噪声小，增益带宽等优点）已取得突破性进展并得到广泛的应用。现在DWDM系统和光传输设备中，光电技术的比例将从过去比重不到10%达到90%。一种全新的、无需进行任何光电变换的光波通信——“全光通信”，由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展，也日趋成熟，将在横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用，给全球的通信业带来蓬勃生机。为此提供支撑的就是半导体光电子器件和部件。光电子器件和技术已形成一个快速增长的、巨大的光电子产业，对国民经济的发展起着越来越大的作用。美国光电子产业振兴协会估计，到2003年，光电子产业的总产值将达2000亿美元。

Internet应用的飞速增长对电信骨干网带宽提出越来越高的需求，为满足需求的增长，人们可以铺设更多的光纤，或靠提高单路光的信息运载量（现在主干网可以分别工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性设备）。但更主要的方法却是靠发展波分复用技术，增加光纤内通光的路数（光波分复用的实验记录已经达到2.64Tbps）。波分复用技术的普遍运用为光电子器件和部件提供了广阔的、快速增长的市场。无限战略公司的报告指出：“信号传输用1.31μm和1.55μm激光器市场1999年达到13亿美元，比去年增加23%；1.48μm信号放大用激光器1999年市场份额达到1.6亿美元，比去年增加33%；980nm信号放大用激光器销售额达2.9亿美元，比去年增长121%。整个激光器市场的份额1999年达18亿美元，预期2003年将达到30亿美元”。美国通信工业研究公司（CIR）的研究预测，北美市场光电子部件的市场规模将由目前的28亿美元增长到2003年的61亿美元，约每年增长18.5%。密集波分复用设备销售额也将从1998年的22亿美元增加到2004年的94亿美元。报告称虽然10年内全光通信还不会全面商业化，但是全光交换将在几年内成为市场主流，报告也指出尽管光学部件市场被大公司所占据，但仍有创新性公司进入的可能。

2我国的光电子技术和产业

近10年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的进展，在很多领域同国外先进国家只有两三年的距离，个别领域还处于世界领先地位国内光电子有关产业基地在光电子器件、部件和子系统（如激光器、探测器、光收发模块、EDFA、无源光器件）等已经占领了国内较大的市场份额，初步具备同国外大公司竞争的能力，在毫无市场保护的情况下，靠自己的力量争得了一席之地，市场营销逐年有较大的增长，个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩。我国相应研究发展基地和本领域高技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白，打破国外产品在市场上的垄断地位，同时争取进入国际市场。

掺铒光纤放大器（EDFA）是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件，国内企业产品占国内市场40%的份额。我国也是目前国际上少数几个有能力研制PIC和OEIC的国家。808nm大功率激光器及其泵浦的固体绿光激光器，670nm红光激光器已产品化和商品化并批量占领国际市场。国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件，90%使用国产器件，国产1.55μmDFB激光器战胜了国外器件，占领了100%的国内市场。

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如果说微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。美国商务部指出：“90年代，全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。日本《呼声》月刊也有类似的评论：“21世纪具有代表意义 的主导产业，第一是光电子产业，第二是信息通信产业，第三是健康和福利产业……”，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。

1 世界光电子技术和产业的发展

光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料，光纤已经成为通信网的重要传输媒介，现在世界上大约有60%的通信业务经光纤传输，到20世纪末将达到85%，但从目前光纤通信的整体水平来看，仍处于初级阶段，光纤通信的巨大潜力还没有完全开发出来。目前，各种新技术层出不穷，密集波分复用技术（DWDM，在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力）、掺铒光纤放大器技术（EDFA，可将光信号直接放大，具有输出功率高、噪声小，增益带宽等优点）已取得突破性进展并得到广泛的应用。现在DWDM系统和光传输设备中，光电技术的比例将从过去比重不到10%达到90%。一种全新的、无需进行任何光电变换的光波通信——“全光通信”，由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展，也日趋成熟，将在横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用，给全球的通信业带来蓬勃生机。为此提供支撑的就是半导体光电子器件和部件。光电子器件和技术已形成一个快速增长的、巨大的光电子产业，对国民经济的发展起着越来越大的作用。美国光电子产业振兴协会估计，到2003年，光电子产业的总产值将达2000亿美元。

Internet应用的飞速增长对电信骨干网带宽提出越来越高的需求，为满足需求的增长，人们可以铺设更多的光纤，或靠提高单路光的信息运载量（现在主干网可以分别工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性设备）。但更主要的方法却是靠发展波分复用技术，增加光纤内通光的路数（光波分复用的实验记录已经达到2.64Tbps）。波分复用技术的普遍运用为光电子器件和部件提供了广阔的、快速增长的市场。无限战略公司的报告指出：“信号传输用 1.31μm和1.55μm激光器市场1999年达到13亿美元，比去年增加23%；1.48μm信号放大用激 光器1999年市场份额达到1.6亿美元，比去年增加33%；980nm信号放大用激光器销售额达2.9 亿美元，比去年增长121%。整个激光器市场的份额1999年达18亿美元，预期2003年将达到30 亿美元”。美国通信工业研究公司（CIR）的研究预测，北美市场光电子部件的市场规模将由目前的28亿美元增长到2003年的61亿美元，约每年增长18.5%。密集波分复用设备销售额也将从1998年的22亿美元增加到2004年的94亿美元。报告称虽然10年内全光通信还不会全面商业化，但是全光交换将在几年内成为市场主流，报告也指出尽管光学部件市场被大公司所占据，但仍有创新性公司进入的可能。

2 我国的光电子技术和产业

近10年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的进展，在很多领域同国外先进国家只有两三年的距离，个别领域还处于世界领先地位。

国内光电子有关产业基地在光电子器件、部件和子系统（如激光器、探测器、光收发模块、EDFA、无源光器件）等已经占领了国内较大的市场份额，初步具备同国外大公司竞争的能力，在毫无市场保护的情况下，靠自己的力量争得了一席之地，市场营销逐年有较大的增长，个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩。我国相应研究发展基地和本领域高 技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白，打破国外产品在市场上的垄断地位，同时争取进入国际市场。

掺铒光纤放大器（EDFA）是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件，国内企业产品占国内市场40%的份额。我国也是目前国际上少数几个有能力研制PIC和OEIC的国家。808nm大功率激 光器及其泵浦的固体绿光激光器，670nm红光激光器已产品化和商品化并批量占领国际市场。国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件，90%使用国产器件，国产1.55μmDFB激光器 战胜了国外器件，占领了100%的国内市场。

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据了解，完成这项科研成果的牵头单位，是中科院半导体研究所微波光电子团队，由祝宁华研究员组建于1998年，是集成光电子学国家联合重点实验室和中国科学院固态光信息技术实验室的重要组成部分，目前有核心成员16人，在读博士和硕士研究生30余人，主要致力于光电子技术相关领域的研究。

可以说，这是一支硕果累累的研究团队――至今为止，他们研制的高速激光器、高速探测器、窄线宽激光器等系列产品在中国电科集团、航天集团等50余家大型知名企业成功应用，好评连连；他们在高速模拟直调激光器的研究上已经达到了国际领先水平；他们出版了3部专著，发表了200余篇高质量学术论文，仅获得的国家授权发明专利就有近百项。

也可以说，这是一支低调的科研队伍――在有点事儿就要“上热搜”、“上头条”的今天，他们瞄准国家重大任务需求，专注探索前沿基础科学和高新技术。就连这次获奖，除了象征性地发了通稿之外，媒体上就再没见关于他们的过多描述。

这种“犹抱琵琶半遮面”的神秘感，更是增加了人们的好奇和猜测，他们为什么如此低调？他们究竟在研究什么？

瞄准行业缺口

事实上，微波光电子团队的研究对象―微波光电子技术、高速光电子技术―并不像人们想象的那样神秘，严格来说都属于光电子技术的交叉方向，目前在很多领域都有广泛应用。而这种交叉融合的方式，也是近年来光电子技术的发展趋势。

光电子技术，确切地应该称为信息光电子技术，是光子技术和电子技术结合而成的高新技术，涉及光显示、光储存、激光等领域，是未来信息产业的核心技术，也是我国的先导产业，在国防工业、能源、汽车、信息技术等产业的发展中发挥着战略性的作用。

1998年，受中科院“百人计划”感召，祝宁华举家从德国回到中国，并在中科院半导体所组建微波光电子研究团队。此后近20年，这支队伍在祝宁华的带领下，逐渐成为我国光电子技术领域的代表性研究团队之一，并在高速半导体激光器等光电子器件及应用研究领域不断取得创新突破，有效提高了我国光电子器件及应用技术的发展水平。

最为称道的成绩之一，是他们提出了高速光电子器件动态特性精确测试方法。祝宁华表示，芯片高频特性的精确测试，一直是困扰业界的老大难问题之一。“因为光电子芯片的尺寸非常小，长度仅有200～300微米，波导宽度仅有2～6微米，这使得芯片与测试夹具尺度之间相差了数百倍，并且芯片与测试仪器本身还存在严重的阻抗失配（激光器3～8欧，探测器和调制器数百欧），所以在原来的技术水平下，要想实现精确测试难度非常大。”

微波光电子团队在祝宁华带领下，针对这一难题开展研究攻关，有效解决了微波矢量网络分析仪校准中的相位不确定性、校准方程相关性、频率限制等关键问题。这一突破让扣除测试仪器和夹具的影响变为可能，为获得较为准确的高频特性参数奠定了基础。

据悉，光电子器件高频响应测试主要分为两类―采用微波网络分析仪测量器件在某一驱动信号幅度和不同频率下的响应特性，以及采用误码分析仪测量器件在不同驱动信号幅度和某一速率时的响应特性。

据祝宁华介绍，一直以来，业界都没有能适用于不同频率和不同驱动幅度下响应特性的测试方法和分析模型。意识到这一需求缺口，微波光电子团队在前期所获突破的基础上继续展开研究，首次提出了激光器动态P-I特性曲线/曲面的概念，并给出了相应的测试方法。一系列测试证明，采用该方法商用仪器能够获得器件特性的直观描述，从理论上解决了工作参数优选的问题，为获得最佳高频响应特性提供了技术保证。

大胆决策创新

正所谓“蛇无头而不行，鸟无翅而不飞”，每个队伍都有其灵魂人物，并且作为队伍的核心，其实力也极其重要。对于微波光电子团队来说，这个人无疑是祝宁华，他专注科研、淡泊名利的精神一直感染着团队里的每一个人。

在从事高速光电子学理论、器件及系统研究的30多年里，祝宁华修正了光电子器件的模场理论，建立了器件优化设计分析模型，提出了一系列测试和封装设计方法，组织了光电子领域发展战略规划的研究和实施，为我国光电子学的发展作出了重要贡献。

多年来，微波光电子团队之所以能够频频在光电子研究领域取得创新和突破，一定程度上与祝宁华这个带头人多次敢为人先的大胆决策息息相关，封装技术的创新就是一个很好的例子。

封装技术，是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术，也可以是指半导体集成电路芯片用的外壳，发挥着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，同时也是沟通芯片内部与外部的桥梁―芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此，对于很多集成电路产品而言，封装技术是非常关键的一环。

TO封装是激光器比较常用的一种成本较低的封装技术，一直以来业界普遍认为，这项技术只适合封装低速率半导体激光器。祝宁华却不这么认为，他向863专家组提出了研制高速TO激光器的大胆建议。

随后，他带领团队展开攻关，提出了一种光电子芯片本征动态特性参数提取方法，可以扣除芯片电极和封装所引入寄生参数的影响。同时，他们还提出了封装设计潜在带宽分析的概念，据此发展了封装寄生参数影响的综合评估技术，为芯片及模块的优化设计提供了有效手段。

这些创新的设计思路后来被微波光电子团队成功应用于激光器、探测器和调制器的封装设计中，研制出10Gb/s和40Gb/s数字通信激光器模块，并与华为、中兴、光迅、海信等公司合作，开发了一系列高速光收发模块，近五年累计创造了近20亿元的新增销售。

与此同时，祝宁华长期从事高速激光器的理论和实验研究，在意识到这一光电子器件的发展前景时，他在我国率先提出了研究高速激光器的建议，并从1998年开始，先后主持研制了2.5GHz、10GHz、18GHz高速激光器相关项目，使我国在该领域的技术水平从起步到跟踪发展再到国际领先，为我国多个重大型号任务中核心元器件的自主可控做出了贡献，相关成果获2013年度国家技术发明二等奖。他将这些研究整理成《光电子器件微波封装和测试》、《光纤光学前沿》等专著并出版，为我国光电子器件产业的发展提供了指导和借鉴。

超前布局规划

多年来，微波光电子团队都能够在激烈竞争中抢占先机，对所处行业未来的发展趋势进行预判，并提早部署研究计划。这已经成为他们的制胜法宝。最具代表性的，就是他们对光电子发展趋势的预判。

众所周知，全球已经步入信息经济时代，信息产业成为了许多国家的支柱产业。而光电子技术的发展在很大程度上决定着信息产业的发展水平。祝宁华介绍说，高速光电子器件在光通信系统的各个层次都有重要应用，如高速光传输、大容量光交换、宽带光接入和微波光子技术等，是实现高速光信息生产、传输、放大、探测、处理等功能的器件，是宽带通信网络的核心，而激光器则是光通信系统的“心脏”。

祝宁华很早之前就曾指出，随着光网络和光通信技术向大容量、低功耗和智能化方向发展，为实现更高速、更宽带光通信传输系统，光电子集成将会成为高速光电子器件的发展趋势之一，同时也是突破速率和能耗两大制约光通信技术未来发展瓶颈的有效途径，而高速激光器的研制也会成为行业焦点。

意识到这一发展方向的重要性，2009年左右，祝宁华组织实施了“信息光电子学”系列研讨会，以及863计划和基金委“十二五”、“十三五”光电子领域发展战略规划研究，促成了多个863主题项目和国家基金委重大项目的立项，积极推动了高速光电子集成芯片的发展。

不仅如此，祝宁华还带领微波光电子团队针对高速光电子集成器件在国内率先开展深入探索研究，取得了突破性进展。他们提出了光电子集成芯片阵列三维封装技术，解决了光电子集成芯片封装过程中面临的微波阻抗严重失配、模场失配和串扰等难题。美国光学学会刊物OPN以《中国光子集成》为题对微波光电子团队的相关研究进展做了大篇幅封面报道，进一步提升了我国在这一前沿领域的国际影响。

成绩证明实力

在过去的近20年，祝宁华带领的这支队伍在高速光电子器件领域的研究中，为我国实现了一个又一个创新突破，但他们却很少对外提及。对他们来说，科研需要沉浸其中，而他们有限的时间只够用来投入研究，再无暇顾及其他。所以这些年，这支队伍证明自己实力的方式“简单”、“粗暴”―不断创新、不断突破，不断刷新成果记录：

他们在光通信和光网络的核心器件高速光波导调制器的研制方面，采用保角变换法和点匹配法，很好地解决了以有限元为代表的常用数值计算法难以精确描述光调制器电极边缘效应的难题，确保了光波和微波传输特性测试分析的精确度，为器件设计和制备提供了有效保证。

他们首次将变分理论用于光波导传输特性分析，有效解决了采用数值分析法进行优化设计时面临的异常困难，建立了光波导基膜和高阶模场分布的解析表达式，并在此基础上获得了导模数目和模式传播常数等参数，在不同结构的光波导分析中成功应用，相关成果荣获中国科学院自然科学三等奖。业内评价称：“该方法表达式简单、参数确定方便、精确度高，为完善光波导理论体系作出了重要贡献。”

他们创新性地提出基于频率分束法的光外差技术，将光谱结构分析从光域转到电域，解决了传统Michelson干涉仪光谱分析法存在的光束发散、透镜振动等限制问题，将光谱分辨率由105提高到了1017。借助这一方法，他们研究了光波列（构成光谱的基本单元）的线宽和长度，以及时间和频率分布规律，建立了半导体激光器超精细光谱结构模型。同时，基于该理论，他们还提出了非对称耦合腔的单片集成激光器机构，能够将线宽压榨到35KHz以下，比常规DFB激光器小了2个量级。航天五院测试后确认其满足航天定标要求，意味着我国在该类核心器件的研发上实现了自主可控。

他们还大胆提出频率相干性概念，完善了波长不同的两束光相干性描述，明确双光束拍频产生微波信号的频谱线宽取决于光束相干性，与光束本身光谱线宽无关，以及两个单片集成激光器的输出光也具有频率相干性，并首次实现了基于微波光子技术的单片集成窄线宽微波源芯片，具有体积小、调谐范围大、不需要微谐振器等特点。

这种可调谐激光器在5微秒内实现了DC～40GHz的快速扫频，与传统电子学微波源技术相比，大大拓宽了频带快读，扫频速率提高了3个量级。这一突出成果一经发表，便立刻获得了UrekAlert和总参某部的高度关注，认为该方法为实现高效电子对抗装置及系统提供了可能。

…………

在科研上，这支队伍的表现其实很高调―提出大胆建议的是他们，提前判断发展趋势的是他们，打破国外禁运限制的也是他们，这些华丽的成果是他们非凡实力的最佳佐证。低调，只是为了屏蔽一切干扰和杂念，心无旁骛地沉浸在科研的世界中。

篇9

1.1人才培养模式的改革探讨

社会的发展对高校人才的发展提出新的挑战，要培养适应现代社会发展需要的高素质、应用型的复合人才，就必须改革人才的培养模式.结合蚌埠学院的特点，构建适合社会发展、学生发展的人才培养模式，成为专业建设中的首要问题.随着科学与技术的发展，各种学科之间的相互渗透已成为学科发展的主要趋势.面向21世纪，我校提出了加强基础，拓宽知识面，注重培养创新精神和实践能力，增强适应性和竞争性的总体要求，推进学科建设.实现专业与基础的结合，理论与实际的结合，相邻、相关学科的交叉、渗透和融合.其目的就是培养具有坚实基础和创新能力的复合型人才.致力于光电子学在信息领域的科学研究与技术应用，结合本校特点，本专业办学指导思想是：实基础、适口径、重应用、强素质、理工结合.培养学生具有坚定的社会主义政治方向、较强的创新意识、良好的职业道德和身心素质，并系统掌握光信息科学与技术的基本理论和基本知识，受到电子技术实训、光信息专业的基础实验和课程设计、毕业设计等方面的基本训练，具备从事光电子、光信息、光电技术及其相关学科工作的基本能力.本专业的培养目标是：培养适应经济社会发展需要的德智体美全面发展的，具备光信息科学与技术的基本理论、基本知识、基本技能和专业知识，能在光电子学、光通信、光学信息处理、光电检测、光电信息显示与存储，以及相关的电子信息科学、计算机科学等技术领域，从事产品设计与开发、生产制造与管理、科学研究、教学工作的应用型高级专门人才.按照社会需求，结合学生兴趣和学院办学定位和人才培养规格等，我们需要努力不断探讨和改革人才培养模式，以培养应用型人才.

1.2合理构建课程体系，优化教学内容

由于光信息科学与技术专业在国家目录上编列的时间不长以及社会日新月异的需求，目前课程体系中还存在一些问题，例如课程大纲、教材内容不统一和怎样符合不同学校的办学特色，不同课程内容相互重复，课程设置时课程先后顺序、学时分配的矛盾等.合理构建课程体系，优化教学内容，对人才培养具有决定性的作用，因此要以知识全面性和学习者为中心，结合学校办学特色来设计课程和培养环节，要合理安排通识课程、专业课程以及其它诸如实验课程等的比例，安排应突出学生知识、能力、素质结构的优化组合，强化学生应用和工程意识，另外要更多渠道优化，为学生研究性学习和创新能力的培养提供较大的时间和空间，诸如校选课制、网络课堂等.光信息科学与技术更新和发展飞速，在课程建设方面，我们要以构建“适应需求为导向的课程体系”为龙头，带动教学内容的更新，合理动态更新教学内容，淘汰过时的，促进课程质量的提高；其次根据课程设置对光学和光电子技术系列课程进行修订、整合，使课程体系少重复、层次清晰、拓宽知识面；再次为了反映当代科技的重大成就和前沿，我们除了完善光通信原理、光电子技术、激光原理与技术等专业基础课，还考虑研究生课程打通，考虑实际应用，增设了光信息科学与技术方面的选修课，如激光光谱技术、非线性光学、信号与系统、光信息存储与现实、MATLAB光学模拟技术、太阳能基础、传感器与检测技术等，以适应国内外迅速发展的光电子技术的要求，培养“理实交融”的复合型的光信息科学与技术人才.另外，由于光信息科学与技术属于应用面广,实战性强的专业，建立光学与光电子技术实验课程新体系也尤为重要.围绕本专业培养目标和市场对人才需求的特点，结合本院学科特点，经过反复调研、酝酿和会议讨论，我们设置光信息科学与技术专业的主要课程为高等数学、大学物理、物理光学、应用光学、电磁场与电磁波、模拟电子技术、数字电子技术、原子物理、量子力学、数学物理方法、光电子学、信息光学、光通信原理、光电子技术、光电检测技术及应用等.学位课程中的专业基础课、专业课，从以上主要课程中选取.

1.3实验与实践教学光信息科学与技术专业科学和技术关系密切

理论知识与实践能力并重，所以围绕专业方向和培养目标，以深化实验教学和实践教学以及实践锻炼、注重实验和实践能力、鼓励创新能力作为指导思想，加强校内外教学和实践环节的实效性，注重建立高素质的实验和实践教师队伍和教学考核办法，努力构建创新人才培养的实验与实践教学体系[1,6,7].围绕本专业培养目标和市场对人才需求的特点，根据本专业特点以及我校专业实验室建设指导思想和发展目标，全面考虑主要实验课程包括大学物理实验、光学基础实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验、数字图像处理实验、光电子技术实验、光通信与光信息技术实验、激光原理与技术实验和光电检测技术及应用实验，精心设计实验内容和创建实验室.实验室要建出特色、建出水平、形成优势，发挥示范作用.基础课实验室要提高建设水平和教学质量，同时重视专业实验室建设，重视用高新技术提高实验室建设水平，强度基础性和完整性建设的同时，增加有利于学生动手能力培养的设计性、探究性、创新性类实验项目.我们利用已有光学实验室、数学建模实验室、电子技术实验室，强化建设信号与系统、EDA、电子工艺设计、近代光学实验、信息光学实验、激光实验室、光通信实验室、电子线路实验、光电技术实验等专业基础实验室，需要努力争取校领导及各职能部门的支持，确保经费到位，计划1年内基本建成，可以满足新专业教学和研究工作的需要.本专业主要实践教学环节包括军事训练、社会实践、金工实习、电工电子实习、光信息专业基础实验、光电子学课程设计、光通信原理课程设计、光电检测课程设计、毕业实习、毕业设计（论文）等.我们需要进一步努力在原有校内、外实习基地的基础上，通过更多知名光电信息企业和重点实验室争取建立实践能力强、技术前沿以及管理一流的实习基地，主动与相关企业联系调研，理论联系实际，实现学校培养与市场需求的有机结合.此外，争取实施校园网进教室和实验室计划，增加图书馆馆藏文献资料数量，丰富教学手段，激发学生兴趣和创新动力.

1.4务必拥有自己的核心资源

开办新专业仅有良好的课程设置和合理的实验室建设是不够的，还需要优良的师资队伍建设.进一步加强教师队伍建设，教师队伍的数量、结构、素质、水平达到较高先进水平.计划到2014年，在学历结构上，教师中具有博士学位的比例达到30%左右；35岁以下专任教师中具有硕士学位的占90%以上.在职称结构上，教授占教师总数20%以上，副教授占教师总数40%以上.全力推进科学研究工作，以科研促教学，走产学研相结合的路子.充分发挥学科带头人的作用，多出一些高质量的研究成果.深入到蚌埠市及周边地区的企业，了解他们在生产中碰到的技术难题，寻找一些我们可以解决的问题作为研究课题，进行合作研究，为地方经济建设服务.同时建立与本地区科研院所的联系，加强合作，共同申报科研课题.建立科研激励机制，培养合理的科研梯队.广泛开展学术研讨、学术交流活动，形成浓厚的学术氛围，加大科技开发和成果转化力度.目前存在一个问题是该专业课教师数量不够，迫切需要加入新生力量充实教师队伍，加强教学和科研实力，还要注重在职教师的教学和学术进修.光信息科学与技术的建设必须拥有大量的人才资源，包括高素质的师资队伍、各种教辅人员、高效精干的行政管理人员.必须拥有较好的办学“硬件设施”和“软件平台”，包括教学和科研设施和服务、与外界交流的各种平台和渠道，以及各项政策法规、规章制度等.

篇10

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）30-0070-02

21世纪被称为信息时代，电子科学与技术在信息、能源、材料、航天、生命、环境、军事和民用等科技领域将获得更广泛的应用，必然导致电子科学与技术产业的迅猛发展。这种产业化趋势反过来对本专业的巩固、深化、提高和发展起到积极的促进作用，也对人才的培养提出了更高的要求。因此，本文从人才的社会需求出发，结合我校实际情况，进行了本科专业培养方案的改革探索，并详细介绍了培养方案的制定情况。

一、人才的社会需求情况

目前，我校电子科学与技术专业的本科毕业生主要面向长三角地区庞大的微电子、光电子、光伏和新能源行业，市场对专业人才的需求基本上是供不应求的。但是也应该注意到电子科学与技术产业的分布不均，分类较细，且发展变化较快。另外，电子科学与技术产业结构具有多样性，既有劳动密集型的大型企业、大公司，更多的是小公司和小企业；既有国有企业和私营企业，更有合资、独资的外企。因此，社会需求与本专业毕业生的供需矛盾还会继续存在。

二、专业的培养目标和定位

本专业培养具备微电子、光电子领域的宽厚专业基础知识，熟练实验技能，能掌握电子材料、电子器件、微电子和光电子系统的新工艺、新技术研究开发和设计技能，有较强的工程实践能力，能够在该领域从事各种电子材料、元器件、光电材料及器件、集成电路的设计、制造和相应的新产品、新技术、新工艺的研究、开发和管理工作工程技术人才。并且结合我校“大工程观”人才培养特色，依据“卓越工程师”教育理念下工程技术型人才培养的原则，培养适应微电子和新兴光电行业乃至区域社会经济建设需求的工程技术型人才。

三、本科培养方案制定的思路

电子科学与技术专业培养方案参照工程教育认证的要求，以及专业下设微电子、光电子材料与器件两个本科培养方向的思路制定。注重培养学生的专业基础知识和实践工程能力，使毕业生能满足长三角地区微电子、光电子和新能源行业发展的需求。微电子方向的课程设置专注于电子材料与电子器件、集成电路与系统设计方面，光电子材料与器件方向则偏向于光电信息、光电材料与光电器件方面。

四、本科培养方案的改革探索

要实现电子科学与技术专业的培养目标，适应电子信息产业的不断发展，并结合我校学科发展方向和特色，对电子科学与技术专业本科人才培养方案进行了研究，并对省内外几所高校电子科学与技术专业的培养方案进行调研，最终形成了富有特色的电子科学与技术专业人才培养方案，主要内容如下：

1.培养方案的模块化设计。在设计电子科学与技术专业本科培养方案的整体框架时，根据“加强基础、拓宽专业、培养能力”和培养工程技术型人才的办学理念下，专业培养方案分人文与社会科学、专业基础和专业课三个模块，下设微电子和光电子材料与器件两个专业方向。学生在前两年学习相同的课程，到大三时根据自己的兴趣选择专业方向，选修各自方向的专业课。由于两个方向的不同培养要求，因此在专业基础选修课、专业必修课和专业选修课方面设置限选模块，每个专业方向必须修满相应的学分才能毕业。

2.改革专业基础课程。专业基础课程是为专业课程奠定基础，因此，在保留了原有电子信息类专业通常所开设的电子类课程外，增加了与专业相关的课程，如EDA技术、通信原理、数字信号处理、物理光学、应用光学、激光原理与技术等课程，删减了原先与物理类相关的一些课程，如物理学史、原子物理、热力学与统计物理学等，并删减了一些计算机软件类课程，如C++程序设计、计算机在材料科学中的应用等。专业基础选修课程分方向限选模块，两个专业方向对应有不同的专业基础选修课程。

3.优化专业课程。专业课程是整个专业教育中的主干部分，微电子方向的课程设置紧紧围绕半导体和集成电路设计方向，开设有集成电路设计、微电子工艺原理与技术、工艺与器件可靠性分析、半导体测试技术、现代电子材料及元器件、集成电路工艺与器件模拟等课程。光电子材料与器件方向围绕光电材料和光纤通信方向，开设光电子材料与器件、光电检测原理与技术、太阳能电池原理与技术、光纤传感原理与技术、光纤通信技术等课程。另外专业课程里面还设置有专业实验，通过加强实验环节，训练学生的动手操作能力，增强学生的理论知识。

五、与省内外专业人才培养的区别

具有电子科学与技术专业的各大高校分布在不同的地区，服务于不同的区域经济，这就要求专业学生的培养具有区域化、差异化。我们分析了杭州电子科技大学、浙江工业大学、苏州大学、南京理工大学和徐州工程学院这五所不同地区、不同层次高校的电子科学与技术专业的培养方案。不仅使我们能学习到其他高校的先进办学理念、合理的课程设置体系，也可以发现与其他高校之间的差异。具体表现为以下几个方面：

1.专业定位。各个学校的电子科学与技术专业依据自身的师资力量、办学条件、区域经济要求确定专业的发展定位。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业依托1个教育部重点实验室、2个国家级实验教学示范中心、3个省部级重点实验室，人才培养定位于能从事电子元器件、电子电路乃至电子集成系统的设计和开发等方面工作的工程技术人才。浙江工业大学的电子科学与技术专业主要培养光通信、电子电路系统、集成电路设计等方面的人才。苏州大学的电子科学与技术专业定位在培养能够在电路与系统、集成电路与系统等领域从事各类系统级、板级和芯片级研发工作的高级工程技术人才。南京理工大学的电子科学与技术专业主要是突出光电技术和微电子与信息处理学科的交叉和融合，以光电成像探测理论与技术及微电子理论与技术为专业特色。徐州工程学院的电子科学与技术专业主要定位在培养能从事光电子材料与器件开发的工程技术人才。而我校的电子科学与技术专业定位于服务长三角地区半导体和新能源行业，培养能从事集成电路设计与开发、光电子材料与器件的研发等工作的工程技术人才。

2.课程体系。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业培养学生设计、开发电子元器件、电子电路系统、电子集成系统的能力，在课程设置上开设了通信电子电路、EDA技术、薄膜物理与技术、电子材料与电子器件、电子系统设计与实践、集成电路设计、嵌入式系统原理和应用、现代DSP技术及应用等专业课程。浙江工业大学的电子科学与技术专业培养学生设计、开发电子电路系统、集成电路系统的能力，开设了电路原理、模电数电、通信电子线路、集成电路设计、光纤通信原理、光网络技术、数字信号处理等专业课程，以及电子线路CAD实验、单片机综合实验、通信原理实验、通信电子线路大型实验、微电子基础实验、半导体器件仿真大型实验、集成电路设计大型实验等实验类课程。苏州大学的电子科学与技术专业培养学生设计与开发电路与系统、集成电路与系统，从事各类系统级、板级和芯片级研发工作的能力，开设了信号与系统、电磁场与电磁波、高频电路设计与制作、电子线路CAD、CMOS模拟集成电路设计、VLSI设计基础等专业课程，以及电子技术基础实验、信号与电路基础实验、电子线路实验、电子系统综合设计实验等实验类课程。南京理工大学培养学生从事光电子器件、光电系统和集成电路的设计、开发、应用的能力，开设了信号与系统、光学、光电信号处理、光辐射测量、光电子器件、光电成像技术、超大规模集成电路设计、光电子技术、显示技术、光电检测技术、数字图像处理、半导体集成电路、集成电路测试技术、微电子技术、光电子线路、电视原理等专业课程。徐州工程学院的电子科学与技术专业培养学生设计与开发光电子材料与器件的能力，开设有信号与系统、光电子学、光电子技术、激光原理与技术、光伏材料等专业课程，以及模拟电路课程设计、数字电路课程设计、单片机原理课程设计等实践性课程。我校的电子科学与技术专业主要培养学生集成电路设计、光电子材料与器件的设计与制备能力，开设有半导体物理学、半导体器件原理、MEMS技术、微电子工艺原理与技术、薄膜材料及制备技术、工艺与器件可靠性分析、集成电路工艺与器件模拟、EDA技术、通信原理、数字信号处理、光电子材料与器件、光电检测原理与技术、太阳能电池原理与技术、光纤通信技术等专业课程，以及近代物理实验、专业实验等实验类课程。

3.人才培养特色。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业的人才培养特色是注重集成电路设计、系统集成方面能力的培养。浙江工业大学的人才培养注重光纤通信、集成电路设计方面能力的培养。苏州大学的人才培养注重电路与系统设计、集成电路与系统设计方面能力的培养。南京理工大学的人才培养注重光电技术和微电子与信息处理学科的交叉和融合，以光电成像探测理论与技术及微电子理论与技术为专业特色。徐州工程学院的人才培养注重光电材料与器件方面能力的培养。我校的人才培养注重电子材料与电子器件的设计与开发、集成电路设计方面能力的培养。

参考文献：

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T016 高校化学工程学报

B003 高校应用数学学报

R037 高压电器

C056 高压物理学报

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V021 给水排水

N105 工程爆破

E360 工程地质学报

S712 工程管理学报

N049 工程机械

V030 工程勘察

V033 工程抗震与加固改造

C002 工程力学

C073 工程热物理学报

N590 工程设计学报

B031 工程数学学报

T003 工程塑料应用

N064 工具技术

K018 工矿自动化

T563 工业催化

J057 工业工程

N110 工业工程与管理

P009 工业加热

V010 工业建筑

P005 工业炉

Z013 工业水处理

F030 工业微生物

G025 工业卫生与职业病

N037 工业仪表与自动化装置

Z032 工业用水与废水

G207 公共卫生与预防医学

X579 公路

X022 公路工程

X047 公路交通技术

N039 功能材料

M502 功能材料与器件学报

D503 功能高分子学报

E601 古地理学报

E304 古脊椎动物学报

E022 古生物学报

G478 骨科

R047 固体电子学研究与进展

Y013 固体火箭技术

C103 固体力学学报

W007 管理工程学报

W018 管理科学

W008 管理科学学报

W025 管理评论

W016 管理学报

H226 灌溉排水学报

R026 光电工程

R061 光电子•激光

R082 光电子技术

C091 光谱学与光谱分析

C097 光散射学报

R031 光通信技术

N015 光学技术

N033 光学精密工程

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一 引言

生物医学光学与光子学是光学或者说光子学现展的一个分支学科。由于光学与光子学是具有极强应用背景的学科，所以“生物医学光子技术”这一多学科交叉的新兴研究领域在20世纪末叶也随之应运而生。

激光技术作为一项重大的科技成就，为研究生命科技和疾病的发生、发展开辟了新的途径，为保健和临床诊疗提供了崭新的手段,推动人类科学技术进入新的发展阶段。

可以把与光的产生、传播、操纵、探测和利用有关的物理现象和技术包括在内的科学及工程笼统地简称为光学。用光学最广的含义来概括各研究领域及其相关交叉分支时必然包括了激光和光电子技术。运用光学及其技术研究光与人体组织的相互作用问题可归之于“组织光学”范畴。它是研究光辐射能量在生物组织体内的传播规律以及有关组织光学特性的测量方法的一门新兴交叉学科，是光医学（光诊断和光治疗）的理论基础。经过40多年的发展，激光与光电子技术在人类的保健、医疗以及生命科学中产生了很大影响。

在医学领域，光电子技术使各种新疗法，包括从激光心脏手术到用光学图像系统的关节内窥镜进行微损膝关节修复等，成为可能或得以实现。目前，科学家们正致力于研究光学技术在非侵入式诊断和检测上的应用，如乳腺癌的早期探查、糖尿病患者葡萄糖的“无针”监控等。激光在医学上的最早应用虽然集中在治疗方面，然而在80年代初期起便开始了光诊断技术的探索。指望无损害地获得诊断信息是这些研究的驱动力之一，其中在物理学中高度发展的光谱技术有望在诊断医学中得到应用。利用光纤把光传输到身体内部的能力，可以完成膀胱、结肠和肺等器官的检查。随着医学诊断方法向无损化方向发展，利用光电子学技术对组织体进行鉴别和诊断，有可能更早期、更精确地诊断各种疾病。近年来，人们开始把这种诊断方法称之为“光活检”。

随着现代医学模式的转变、健康概念的更新以及人民生活水平的提高，从20世纪80年代后期起，“激光美容术”在世界各地包括在我国各大城市逐渐地开展。保健美容是光电子技术应用越来越活跃的领域。激光技术应用于美容外科的起步较早，使得一些在美容整形外科很棘手的疾病，如太田痣、血管瘤等治疗变得简易有效。到20世纪末，人们又开发了一种称为光子嫩肤术的新美容技术。它基于选择性的光热解作用，有效地改善肌肤的质地和弹性，达到美容的效果。之所以用激光或强脉冲光进行非消融性的嫩肤或治疗越来越流行，是因为这类手术具有无损、不必住院、几乎无副作用和无疼痛，从而使受术者容易接受的优点。

国家自然科学基金委员会先后二次在“光子学与光子技术”以及“生物医学光学”优先资助领域战略研究报告中分别指出：近年来生物医学光学与光子学的迅猛兴起，令人瞩目，并因而引发出一门新兴的学科－生物医学光子学（Biomedophotonics）。研究报告选定了近期优先研究领域包括生物光子学、医学光子学基础研究、医学临床的光学诊断和激光医学中的重要课题等诸方面。

福建师范大学在1974年成立了“医用激光及其应用技术”研究组，以激光与光电子技术为基础，围绕激光医学应用的核心技术开展研究与开发。至二十世纪九十年代，跟随该领域的国际走向，转入激光医学技术的基础理论研究工作，在国内率先开展了生物组织光学与光剂量学的研究。伴随研究工作的深入开展，逐步形成了我们有特色的若干前沿研究方向，并于2005年获准立项建设医学光电科学与技术教育部重点实验室。

二 国内外现状

光学在生命科学中的应用，在经历了一个缓慢的发展阶段后，由于激光与新颖的光子技术的介入，进入了一个迅速发展的新阶段。与光学有关的技术冲击着人类健康领域，正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段，并为医疗诊断提供了革命性的新方法。特别在近十多年来，与蓬勃的学术研究活动相对应，国际上出现了专门的研究性学术杂志，如：Laurin 出版公司于1991年发行了“Bio-Photonics”新杂志。美国光学学会重要的会刊之一“Applied Optics”也于1996年将其“Optical Technology”栏目扩充为“ Optical Technology and Biomedical Optics”，并定期出版有关生物医学光学的论文专集。SPIE亦于1996年创办了期刊Journal of Biomedical Optics，且声誉日隆。到2004年，该刊的SCI影响因子已达3.541。当前，发达国家普遍对生物医学光子学学科给予了高度重视。例如，在美国国家卫生研究院（NIH）新成立的国家生物医学影像与生物工程研究所（NIBIB）中，生物医学光子学也成为其主要资助的领域。近三年中，美国NIH已经召开过4次研讨会，认为新的在体生物光子学方法可用于癌症和其它疾病的早期检测、诊断和治疗。新一代的在体光学成像技术正处在从实验室转向癌症临床应用的重要时刻。在NIH的支持下，美国国家癌症研究所（NCI）正在计划5年投资1800万美元，招标建立“在体光学成像和/或光谱技术转化研究网络（NTROI）”，其研究内容主要包括：光学成像对比度的产生机理、在体光学成像技术与方法、临床监测、新光学成像方法的验证、系统研制与集成等五个方面。2000年底，在美国NIBIB的首批支持项目中，光学成像方法约占30%。2000年7月，美国NIH投资2000万美元，开展小动物成像方法项目（SAIRPs）研究，受到生命科学界的高度关注，其中光学成像方法是研究重点之一。美国国家科学基金会（NSF）在2000-2002年了4次关于生物医学光子学研究（Biophotonics Partnership Initiative）的招标指南。“9.11”事件后，美国国防部启动了“应激状态下的认知活动”(Cognition under stress)项目，采用的研究方法就是光学成像技术。美国加州大学Davis分校于2002年10月宣布：未来10年内，将投资5200万美元建立生物医学光子学科学技术中心（The Center for Biophotonics Science and Technology），其中4000万美元由NSF支持。在学术交流活动方面，国际光学界规模最大西部光子学会议（Photonics West）上，每年的四个大分会之一即是生物医学光学会议（BiOS），论文均超过大会总数的三分之一，如，2003年关于BiOS的专题为19个，占整个会议的19/52=36.5%；2004年，IBOS会议专题为20个，占整个会议的20/55=36.4%。另外，每年还召开欧洲生物医学光子学会议。除疾病早期诊断、生理参数监测外，在基因表达、蛋白质―蛋白质相互作用、新药研发和药效评价等研究中，特别是近年来的Science, Nature, PNAS等国际权威刊物发表的论文表明，光子学技术也正在发挥至关重要的作用。在某些领域，如眼科，光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现，并以最小的无损或微损疗法代替外科手术，如膝关节的修复。现在，用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段，包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。光学技术还为生物学研究提供了新的手段，如人体内部造影、测量、分析和处理等。共焦激光扫描显微镜能将详细的生物结构的三维图象展现出来，在亚细胞层次监测化学组成和蛋白质相互作用空间和时间特征。以双光子激发荧光技术为代表的非线性成像方法，不仅可以改善荧光成像方法的探测深度、降低对生物体的损伤，而且还开辟了在细胞内进行高度定位的光化学疗法。近场技术将分辨率提高到衍射极限以上，可以探测细胞膜上生物分子的相互作用、离子通道等等。激光器已成为确定DNA化学结构排序系统的关键组成部分。光学在生物技术方面的其它应用还包括采用“DNA芯片”的高级复杂系统，和采用传输探针的简单系统。激光钳提供了一种在显微镜下方能看见的一种新奇的、前所未有的操作方法，能够在生物环境中实现细胞或微观粒子的操纵与控制，或在10-12m范围内实现力学参数的测量。结合光子学和纳米技术已经可以探测细胞机械活动，揭示细胞水平上隐秘的生命过程，利用纳米器件甚至可以检测和操纵原子和分子，这可以应用在细胞水平的医学领域。高技术的进步，如：微芯片极大地加速了生物光子学的发展进程。集成电路、传感器元件和相连电路的小型化、集成化促使在体和体外测量分子、组织和器官图像成为可能。许多生物医学光子学技术已经在临床上应用于早期疾病监测或生理参量的测量，如血压，血液化学，pH，温度，或测量病理生物体或临床上有重要意义的生化物种的存在与否。描述不同光谱特性（如荧光，散射，反射和光学相干成像）的各种光学概念出现在功能成像的重要领域。从大脑到窦体再到腹部，精确导位和追踪，对于精确定位医疗仪器在三维手术空间的位置具有重要的作用。基于分子探针的光子技术可以识别发生疾病时产生的分子报警，将真正实现令人激动的、个人的、分子水平的医学。

我国的研究基础与条件虽然相对落后，研究投入不足，但生物医学光子学是一门正在兴起和不断发展的学科，在这一新兴交叉学科上国内外处于一个起跑线上。近年来，在国家自然科学基金委、省部委以及其它基金项目的资助下，我国在生物医学光子学的研究中取得了很大的进展，尤其是2000年第152次主题为 “生物医学光子学与医学成像若干前沿问题”、第217次主题为“生物分子光子学”的香山会议后，有许多学校和科研单位开展了生物医学光子学的研究工作，并初步建成了几个具有代表性的、具有自己研究特色和明确科研方向的研究机构或实验室，并在生物医学光学成像（如OCT、光声光谱成像、双光子激发荧光成像、二次谐波成像、光学层析成像等）、组织光学理论及光子医学诊断、分子光子学（包括成像与分析）、生物医学光谱、X射线相衬成像、光学功能成像、认知光学成像、PDT光剂量学、高时空谱探测技术及仪器研究等方面取得了显著的研究成果。发表了许多研究论文，申请了许多发明专利，有些已经获得产业化。国家自然科学基金委员会生命科学部与信息科学部联合发起并承办的全国光子生物学与光子医学学术研讨会已经举办了六届。这对我国生物医学光子学学科的发展起到了积极的推动作用。在我国近年所召开的亚太地区光子学会议中，有关生物医学光子学的内容已大幅增加，成为主要的研讨专题。我国的生物医学光子学研究和学术活动也方兴未艾，呈现与国际同步的态势。在基础研究、应用基础研究以及对新技术的掌握方面跟踪国际先进水平，但国内科研经费的投入相对较小，科研队伍规模不大，原创性的科研成果与国外有较大差距。和国外的发展水平相比，我国的生物医学光子学发展还存在以下问题：

（1）尽管从事生物医学光子学的科研单位很多，但取得突破性、创新性的研究成果很少，主要是由于我们的科研队伍在组织、组成上还不合理，过于分散、开展的内容繁杂，难以将有限的资金投入到一些有利于国计民生的及上水平的研究方向上；另外许多单位的研究重复，缺乏合作，导致水平低下；

（2）和国外相比，研究经费无论在绝对值还是相对值上均投入十分不够；

（3）缺乏研究成果产业化的引导机制。

三 医学光电科学与技术（福建师范大学）教育部重点实验室概况

“医学光电科学与技术”教育部重点实验室设立于福建师范大学物理与光电信息科技学院（激光与光电子技术研究所）内，作为本学科开展科研研究和实施建设与发展的一个基础平台。实验室已有30年发展历史，1973年成立福建师范学院物理系激光实验室，1984年成为福建师范大学激光研究所实验室，1995年为福建省首期211重点学科《应用光子学》学科实验室，2003年5月26日经福建省科技厅批准成立“光子技术福建省重点实验室”，2005年7月28日经教育部批准立项建设教育部重点实验室。实验室座落于福建师范大学长安山校园内。

30年多来，实验室在生物组织光学、医学光谱与光学成像技术、光诊断及光诊疗技术、信息技术光学及其生物医学应用等四个主要方向上努力开拓，承担并完成了数十项国家与省部重点、重大项目课题，取得一批代表我国本领域研究水平的科研成果，其中十五以来获省部级科技进步一等奖1项，二等奖2项，三等奖2项，其它省级以上奖励12项。在国内外重要刊物发表的论文以及被SCI、EI收录的论文均超过100篇。

实验室目前承担着国家与省级重要课题50余项，科研经费超过2000万元。其中国家自然科学基金项目11项，国家教育部、科技部、卫生部项目9项，福建省科技重大专项1项，其它省级重要项目近30项。

中科院半导体研究所原所长王启明院士任重点实验室学术委员会主任，副主任由黄尚廉院士和谢树森教授担任。另有九位国内外著名的激光、光电子与医学学科交叉的院士、专家或资深教授担任委员，其中海外委员两人。他们规划、指导并检查本学科实验室的建设与发展。

重点实验室主要学术带头人、实验室学术委员会常务副主任谢树森教授是中国光学学会副理事长、福建省光学学会理事长、国家有突出贡献的中青年专家、光学工程专业博导、全国劳动模范，是我国医学光电科学与技术领域的学术带头人与开拓者。实验室主任陈荣教授、副主任李晖教授均为国务院特殊津贴专家，实验室常务副主任陈建新教授来自于北京大学的优秀博士后研究员。重点实验室拥有稳定的可持续开展高水平科研的学术梯队，其中的中青年学术带头人或学术骨干包括1位闽江学者特聘教授、1位福建师范大学特聘教授、3位国务院特殊津贴专家、2位全国优秀教师、2位福建省优秀教师和15位博士。

重点实验室与国内外学术界建立了并保持着广泛的联系。重点实验室已设立面向国内外的开放课题基金。已批准并实施来自浙江大学、厦门大学、上海光机所、西安交通大学、华南师范大学、天津医科大学、上海市激光医学研究中心等单位知名学者的开放课题。

重点实验室已具备良好的科研软硬件环境。现有面积近5000平方米，仪器设备原值2500多万元。重点实验室各项管理制度健全。

“医学光电科学与技术”重点实验室，在我国现代科学技术领域特色鲜明，在我国相关学科处于领头地位，有较大影响。重点实验室建设将有力促进福建省科技创新能力建设，促使福建师范大学迅速向高水平、有特色、开放型的综合性大学迈进。同时，重点实验室的建设与发展将有力促进我国医学光电科学与相关学科的发展，为广大民众的身心健康，为海峡西岸的科技、社会与经济发展做出重大贡献。

四 发展趋势和展望

光子学及其技术已广泛应用或渗透到生物科学和医学的诸多方面，被科学界所认同和重视。生物医学光学已经成为国际光学学科重要发展方向之一。生物医学光子学的发展，将为现代医学和生命科学带进崭新的时代。本学科的发展将继续体现了多学科交叉的特点，研究领域涉及到了生物学、医学、和光学，还有化学等不同大学科的方方面面。技术开发与临床应用研究的结合将越来越密切。一般认为，光学领域未来发展的重点是将各种复杂的光学系统和技术更加广泛地应用于保健和医疗。当今世界中,与光子学有关的技术冲击着人类对生命体的认知及人类健康领域。基于现代激光与光电子技术的生物医学光子学技术将为生命科学研究带来具有原始性创新的重要科研成果，并可望形成有重大社会影响和经济效益的产业。

在医学领域，光子学技术正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段,并为医疗诊断提供了新方法。在某些领域,如眼科,光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现,并以无损或微损疗法代替外科手术,如膝关节的修复。现在,用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段,包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。

在基础研究方面，研究重点在于从细胞，甚至是亚细胞尺度层次揭示病变组织与正常组织之间的差异，为新技术开发以及应用提供理论依据。另一方面，研究光与人体组织之间的相互作用以及所产生的光化学、光热和光机械效应。在技术的应用方面，研究重点转向比较各种技术中光源（相干光源/非相干光源、波长、功率密度、偏振性、连续/脉冲光源、脉冲持续时间等）和个体差异（年龄、性别、临床症状、发病史、发病时间等）对诊断或治疗结果的影响，在确定各种技术临床适应症的同时，进一步实用化各种技术。此外，还在不断开发新的实用于不同疾病的诊断、治疗和监测技术。

值得关注的是，国外从事“生物医学光学”领域研究的高校或研究机构中，来自大陆的中国学者的数量越来越多。这有助于使国内外的学术交流更加有效，并可以预期国内与国外在该领域的研究水平差距将不断缩小。

今后若干年内医学光电科技学科需关注的重大科学问题和优先研究领域如下：

（一）医学光子学基础

在组织光学方面，其中最主要的有光在组织体内传播的特殊方式、组织光学性质的描述以及有关实验技术的开发和完善等。组织光学是医学光子技术的理论基础。光在生物组织中的运动学（如光的传播）问题和动力学（如光的探测）问题是研究的主要内容，目的是要研究生物组织的光学性质和确定某靶位单位面积上的光能流率。应优先解决测量技术和实验精度的问题，利用近场光学显微技术、光镊技术测量活体组织的光学参量。在理论建模方面，建立生物组织中光的传输理论和数值模拟方法。具体开展的研究工作应包括：1）光在生物组织中传输理论：要用更复杂的理论来描述生物组织的光学性质以及光在其中的传播行为。建立准确的组织光学模型，使之能反映生物组织空间结构及其尺寸分布情况、组织各个部分的散射与吸收特性以及折射率在一定条件下的变化情况；改造传输方程，使之适应新的条件，并能在某些情况下求出光在生物组织中传输的基本性质。2）光传输的蒙特卡罗模拟：继续开发新的更为有效的算法以适应生物组织的多样性和复杂性的要求。除了了解光在组织中的分布，还在探索从大量数字模拟中得到生物组织中光的宏观分布与其光学性质基本参量之间的经验关系。另外，发展非稳态的光传输的蒙特卡罗模拟方法也是一个重要的研究方向，从中可以获得比稳态条件下更多的信息。

组织光学参数的测量方法和技术方面，尚未获得人体各种组织的可靠实验数据。发展和完善活体的无损检测尤为重要。在这方面，时间分辨率与频率分辨率的测量方法引人注目。

（二）医学光子学光谱诊断技术

医学光子学光谱（非成像）诊断技术实质上是利用从组织体反射、散射、发射出来的光，经过适当的放大、探测以及信号处理，来获取组织内部的病变信息，从而达到诊断疾病的目的。

生物组织的自体荧光与药物荧光光谱技术，内容涉及光敏剂的吸收谱、激发与发射荧光谱以及各种波长激光激发下正常组织与病变组织内源性荧光基团特征光谱等。现在人们所谓的特征荧光峰实际上只是卟啉分子的荧光峰。客观和科学地判断激光荧光光谱对肿瘤的诊断标准是十分必要的。目前，某些癌瘤的药物荧光诊断已进入临床试用，自体荧光的应用尚处于摸索之中。需要开展激光激发生物组织和细胞内物质的机理研究，探讨激光诱发组织自体荧光与癌组织病理类型的相关性以及新型光敏剂的荧光谱、荧光产额和最佳激发波长等方面的研究，以期获得极其稳定、可靠的特征数据，为诊断技术的发展提供科学依据。

近年来，拉曼光谱技术应用于医学中已显示出它在灵敏度、分辨率、无损伤等方面的优势。应开发并完善重要医学物质拉曼光谱数据库，并使基于拉曼光谱分析的小型、高效、适用于体表与体内的医用拉曼光谱仪和诊断仪将在医学临床获得更广泛的应用。

超快时间分辨光谱比稳态光谱在技术上更灵敏、更客观和更具有选择性。因此，将脉宽为ps、fs量级的超短激光脉冲光源用于医学受到广泛重视，其一，应发展超快时间分辨荧光光谱技术，用于测量生物组织及生物分子的荧光衰变时间，分析癌组织分子驰豫动力学性质等，为进一步研究自体荧光法诊断恶性肿瘤提供基础数据；其二，应发展超快时间分辨漫反射（透射）光谱技术。以时域的角度测量组织的漫反射，从而间接确定组织的光学特征。这是一种全新的、适用于活体的、无损和实时的测量方法，为确知光与生物组织的相互作用，解决医学光子学中基础测量问题开辟一条新径。

（三）医学光子学成像诊断技术

发展出具有无辐射损伤、高分辨率、非侵入、实时、安全的光子学成像诊断技术，并具有经济、小型、且能监测活体组织内部处于自然状态化学成分等特点的医疗诊断设备。主要的医学光子学成像诊断技术包括：

超快时间分辨成像技术：以超短脉冲激光作为光源，根据光脉冲在组织内传播时的时间分辨特性，使用门控技术分离出漫反射脉冲中未被散射的所谓早期光，进行成像。正在研究的典型时间门有条纹照相机、克尔门、电子全息等。

散射成像技术：包括光子密度波散射层析成像、组织深度光谱测量以及复合成像等，利用红外光源，光子密度波在生物组织中的穿透深度可达几个毫米，在低散射的人脑组织中甚至可达30mm。

红外热成像：红外热成像是利用红外探测器测量人体和动物的正常与病变组织的温度差异来诊断病变及其位置，现已在医学诊断中得到广泛的应用，如乳腺肿瘤的诊断。

光学相干层析成像技术：一种非侵入式无损成像技术，并且可以与显微镜、手持探针、内窥镜、医用导管、腹腔镜等相结合使用，从而具有广阔的应用领域。而且，OCT能进行众多功能成像，如分光镜OCT、多普勒OCT、偏振OCT：也可以与众多成像技术结合使用，如荧光、双光子、二次谐波成像等技术。

荧光寿命成像：受超短光脉冲激发后，荧光团，包括自体荧光团如NADH、FAD等和外源荧光团，如有机荧光染料、荧光蛋白等，所发出荧光的寿命取决于荧光团的分子种类及其所处的微环境，如pH、离子浓度（如Ca2+、Na+等）、氧压等，因此荧光寿命的测量和成像，有助于提供生物组织的功能信息。和内窥镜结合，可用于胃癌、食道癌等疾病的早期诊断，是一种很有前途的具有高灵敏度、高特异性以及高诊断准确性的早期癌症诊断方法。

光声作用成像：利用超声场在生物组织中的优良传输特性和激光在生物组织中的选择性吸收特性,将超声定位技术和光学高灵敏度检测技术结合,以实现无损伤临床医学的结构和功能层析诊断。预期成像深度远好于目前的光学成像方法,对于较厚生物组织成像及临床应用特别具有吸引力,可为及早发现一些特殊病变提供一种无损、有效、高准确度的方法。

非线性光学成像：双光子激发荧光显微成像、二次谐波等成像技术由于具有三维高空间分辨率，对比度高、对生物组织的损伤小等优点，研究工作重点是扩展成像技术在生物医学领域的应用范围，重点解决研制小型化内窥型诊断设备所面临的相关技术问题。

人体经络的光学表征及其调控功能：已经用不少事实证明了经脉循行路线的现象，也初步显示了人体体表沿十四经脉路线存在的红外辐射轨迹。然而，至今未能用西医的形态学或生理学方法证明它的存在，也不能明晰地阐明“经络”的实质。可以利用已发展的生物医学光子学诸多成像技术为工具，研究这个具有中国特色的中医学中的重大问题。

4.医用激光治疗技术（激光医学）

强激光治疗：是当前激光医学中最成熟和最重要的领域。随着新型医用激光器的不时出现，如：钛激光、铒激光、准分子激光等，强激光治疗技术的临床用途也逐渐增多，提出一些新的问题。关于这些新型激光器及新的工作方式对人体组织的作用特点的认识还相对不足，基本没有适合国人组织特性的治疗参数。为此需加强研究激光与生物组织间的作用关系，特别是在诸多有效疗法中已获得重要应用的激光与生物组织间的作用关系；研究不同激光参数（包括波长、功率密度、能量密度与运转方式等）对不同生物组织、人体器官组织及病变组织的作用关系，取得系统的数据，同时也有必要加强新型激光器及新的工作方式的临床适应证的研究。

低强度激光治疗：非热或低强度激光辐射可作为一种辅助治疗手段，其作用机理尚不清楚。对弱激光治疗机理的认识有待于整个基础医学的提高，如充分认识细胞基因表达与调控、细胞代谢的调控、免疫反应的调控等，同时还需研究不同弱激光剂量对这些调控的影响，这才能提高弱激光治疗的针对性和疗效。针对目前临床上盲目夸大疗效、照射剂量严重混乱的局面，建议重点扶持2-3个弱激光研究中心，集中财力与人力进行弱激光的细胞生物学效应研究；弱激光生物调节作用和细胞生物学现象（基因调控和细胞凋亡）的量效关系、弱激光镇痛的分子生物学机制以及弱激光与细胞免疫（抗菌、抗毒素、抗病毒等）的关系及其机制。寻求弱激光生物刺激效应的可能机制与量效关系；规范临床治疗参数与操作等。

光动力学治疗（PDT）是当前激光医学中最具活力且发展迅速的领域。光动力疗法具备了诊断和治疗肿瘤、心脑血管病等人类重大疾病的潜力。光动力疗法在鲜红斑痣、老年性眼底黄斑病变、某些顽固性皮肤病、类风湿性关节炎等常规手段难以奏效的良性疾病的治疗研究中取得一系列进展，并结合内镜技术的发展等，其应用领域得到很大的延伸和扩展。这些都说明发展光动力疗法具有重要的社会和经济效益。应当重点资助PDT相关产品的国产化，扶持新一代国产光敏剂的开发及相应激光器的产业化，资助新一代光敏剂光动力学治疗的机理研究。作用机理、光动力疗法各要素对光动力学效应的影响、建立数学模型、新型光敏剂光动力学效应的研究，为开拓光动力疗法新的应用领域取得系统的数据。

激光美容与光子嫩肤术：利用激光或强脉冲光照射皮肤后的选择性光热解效应，即靶组织（病灶）和正常组织对光的吸收率的差别，使激光在损伤靶组织的同时避免正常组织的损伤这一原则，达到去皱、去文身、脱毛和治疗各种皮肤病或达到美容的效果。

五 结论

医学光子学及其技术的学科发展，对生命科学有重要且积极的意义。在医学领域，将为解决长期困扰人类的疑难顽疾如心血管疾病和癌症的早期诊治提供可能性，从而提高人类的生存价值和意义，其中的重大突破将起到类似X射线和CT技术在人类文明进步史上的重要推动作用，在知识经济崛起的时代还可能产生和带动一批高新技术产业。

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课题组成员：

1.谢树森：教授、博士导师，中国光学学会副理事长，福建省光学学会理事长

2.李 晖：福建师范大学 医学光电科学与技术教育部重点实验室