时间：2022-11-30 16:51:46
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇光电技术，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：光电互感器；罗夫斯基线圈；泡克而斯效应；法拉第效应
中图分类号：TP183文献标识码：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
光电互感器是利用光电子技术和光纤传感技术来实现电力系统电压、电流测量的新型互感器它是光学电压互感器、光学电流互感器、组合式光学互感器等各种光学互感器的通称。随着电力工业的不断发展，电网电压等级的不断提高，电力工业对电压、电流的测量要求也在不断提高。互感器作为输电线路中最基本最重要的检测设备，其暴露出来的一系列缺点迫使一种安全、可靠、理论完善性能优越的新方法来实现高电压和高电流的测量。基于光学传感技术的光学电流互感器（Optical Current Transformer, OCT)和光学电压互感器（Optical Voltage Transformer, OVT)能有效地克服传统电磁式互感器所固有的缺点，同时更适应电力系统的智能化，并为计算机高速网络在实时系统中的开发利用，为变电站信息的采集、传输实现数字化处理提供了条件。光电互感器的诸多优点，近三十年来引起了世界各国的关注，尤其美国、法国、日本和中国的学者和工程技术人员都进行了深入的研究。
2.光电互感器的产生与历史
早在20世纪60十年代，国外的诸多电气公司就开始了对光电互感器的相互研究，最早研制成功的是美国的西屋电气公司。但当时研制的基于法拉第光效应（电流互感器）和电光效应（电压互感器）的光电互感器还仅仅是纯光学式的光电元件，他受到温度限制无法达到户外环境下0.2级精度的要求。到了60年代，在世界范围内兴起了对光电式电流互感器应用的研究，70年代一度形成，但当时仍处于初级阶段，温度等影响仍未得到较好的解决，精度比较低。直到上世纪80年代，随着电子技术的飞速发展，光电子技术、PC微机、单片机及数字处理器技术的兴起与成熟，为研制出高性能的光电互感器奠定了坚实的基础，电子式光电互感器得以研制成功，并逐渐开始投入使用。
1992年ABB公司的光电互感器在巴西电力系统投入应用，至今运行良好。SIMENS、ALSTOM等公司也相继研制成功并投入运行。到2000年，ABB公司已经研制出可用于69kV到765kV电压等级的光电电流互感器，测量电流范围为5A~2000A，准确度达到±0.2%。同时，他们研制了用于GIS中的复合电子式电压、电流互感器，电流测量范围为5A~2000A，电压测量范围为69~500kV，准确度都达到±0.2%，电压测量是直接使用电容环测量，不用分压器。法国的Alstom公司利用Faraday效应研制了一套电子式电流互感器，在-30~50℃的范围内准确度达到±0.2%。
我国最早对光电互感器的研究是在20世纪80年代的一些大学进行的，当时也是以光学式的光电互感器为研究方向，目前已改为主攻电子式的光电互感器。尽管一些高科技公司的某些产品已经进入挂网试运阶段，但是对光电互感器的研究仍处于初级阶段，与国外还有一定的距离。国内许多科研机构和大专院校的研究人员也正致力于新型光电互感器的研究，从事这方面的主要研究单位有清华大学、华中科技大学、上海大学、西安同维公司、广州伟钰光电科技有限公司等，经过几年的努力，研制工作已逐步向实用化阶段发展。光电互感器的高压以及电气绝缘特性使得它更加适合我国电力工业的发展，在将来的超高压以及特高压系统中将发挥巨大的作用。
3. 光电互感器的工作原理及其分类[1]
简单的来说OCT工作原理是Faraday磁光效应，OVT工作原理是Pockels线性电光效应，光学电流传感头和光学电压传感头位于绝缘套管的高压区，控制室内的发光二极管发出光信号经绝缘材料制成的光缆传输至两个传感头，经高压母线和电压调制后，光信号又经光缆从高压区传输回主控室，最后经光电转换、数据采集和信号处理系统得出被测电流、电压信号。根据高压部分是否采用有源器件将光电互感器分为两类：高压部分不采用有源器件的称为无源型光电电流（电压）互感器，采用有源器件的称为有源型光电电流（电压）互感器。
3.1 有源型OCT工作原理[2]
有源型OCT又称混合式光学电流互感器，它的原理是利用有源器件调制技术,把罗夫斯基线圈测量出的信号经过积分运算得出电流模拟信号,模/数转换(A/D)电路将积分器输出的信号转换成数字信号,然后通过电一光转换装置将电信号转换成光信号,再通过光纤传输。到互感器低压侧信号处理电路,有源型OCT原理示意图如图1所示。
有源型OCT的关键部件为罗夫斯基线圈及积分器。罗夫斯基线圈是一种绕制在非磁性骨架上的空心线圈,具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强、动态范围宽、体积小、重量轻、造价低廉、线性度好等一系列优点。其工作原理如图2所示。
罗夫斯基线圈直接套在被测量的导体上,从而导体中流过的交流电流在导体周围产生一个交替变化的磁场,从而在线圈两端感应出一个与电流变化成比例的交流电压信号e(t):
其中,di/dt则是电流的变化率, 而L为线圈的电感,i(t)为还原电流,通过对交流电压信号积分并运算得出所要测量的电流值,其数学表达式为:
有源型OCT的传感器和A/D转换部件是需要电源供电的,目前常用的供能方式主要有利用特制电流互感器(CT)或电容分压器从母线上取电能,激光供能,太阳能供电及蓄电池供电等。
3.2 无源型OCT的工作原理
无源型OCT与有源型OCT不同,其传感器部分无需电源供电。无源型OCT以法拉第磁光效应理论为基础,其实质是光波在通过磁光材料时,电流产生的磁场使光波在通过磁光材料时其偏振面会发生旋转,测量其旋转角度的大小即可确定被测电流。法拉第旋转角θF的表达式为：
其中,V为代表光纤材料特性的维尔德常数；H为光传播方向上的磁场强度；L为光路长度线；μ0为磁导率；N为绕载流体的光圈数；I为被测电流。
无源型电流互感器的存在问题是其本身的光学系统折射效应随环境因素而变化,光学传感头中存在着各种形式的双折射,影响了整个系统的精度和稳定性。
3.3 有源型OVT工作原理
有源型OVT的传感头部分仍采用传统的传感技术,即电容分压技术。如图3所示,被测对象通过电容分压测量单元后形成一较低的电压,刀转换单元对电容分压测量单元的输出信号进行模拟量与数字量的转换,形成光电信号,由于电容分压测量单元和A/D转换单元都需要供电模块提供工作电源,有源型OVT的名称由此而来。
有源型是当前挂网运行时间最长而且最为常见的光电电压互感器,一方面其原理相对简单,与传统的电压互感器结构相近,容易实现另一方面其生产成本较低,便于制造。但是这种型式的光电互感器只是把传感器的模拟信号转换为光电信号,不是真正意义上的光电化产品,它一方面没有充分体现光学传感的优越性,另一方面电容分压器的长期运行会引进额外的测量误差,因此具有一定的局限性,是一种为了实现光电信号传输的过渡性产品。
3.4 无源型OVT
无源型的原理是将高电压直接加在电光晶体上,应用先进的光学传感原理一效应来测量电压的全光纤型光电电压互感器“泡克尔斯效应”是描述电场对透明晶体影响的电光效应,某些透明的光学介质也称压电晶体在外加电场作用下,晶体将变为各向异性的双轴晶体,从而导致其折射率和通过晶体的偏振光特性发生变化,产生双折射,使一束光变为两束相位不同的直线偏振光。图4为无源型的原理图,一束线性偏振光照射到压电晶体表面时分裂成振动方向相互垂直的两束光,其相位差大小与所加电压和材料有关。
双折射后两束偏振光的相位差可用以下公式计算：
其中：U=Usinωt,λ为入射光波波长；n0为晶体的折射率孔, γ41为晶体(BGO)线性电光系数口为被测电压是电压幅值。ω是角频率。
通常利用偏光干涉的方法将转变为输出光强的变化来检测它,利用1/4波片使两束光的相位差增加90°,总的相位差为δ+π/2。出射光强可以表示为：
其中,I0是入射光强,U0为半波电压。
可见,利用出射光强和电压的关系,通过光电变换和信号处理就能得到被测电压。
3.5 光学组合式互感器工作原理
光学组合式互感器是基于电光晶体的Pockels效应和磁光玻璃的Faraday效应研制出的可以同时测量高压输电线电流及电压的组合式互感器。它绝缘结构简单，电压测量与电流测量间无相互干扰。非线性误差小于0.3%，在24～33℃温度范围电压传感器24h内的波动在±0.3%内。
4.光电互感器的优点[3]
与常规的电磁式互感器相比较,光电互感器的突出优点是：
(1)高低压完全隔离,安全性高,具有优良的绝缘性能和优越的性价比
由于光电互感器是通过由绝缘材料制成的光导纤维将高压信号传输到二次设备，巧妙的避开了传统互感器绝缘性能差的缺点，大大简化了绝缘结构，节省资源的同时，提高了互感器电气绝缘性能。它的适合高压的特性使它在不断提高电压的电力工业中显示出越来越高的性价比。利用光缆代替电缆作为信号传输工具,又实现了高低压的彻底隔离,不存在电压互感器二次回路短路或电流互感器二次开路给设备和人身造成的危害,安全性和可靠性也大大地提高。
(2)没有铁芯,不存在磁饱和铁磁谐振等现象
光电互感器在原理上与传统互感器有着本质的区别,它一般不用铁芯完成磁藕合,因此,不存在传统互感器磁饱和及铁磁谐振现象,使得互感器运行暂态响应好,稳定性好,确保了系统运行的高可靠性。
(3)功能齐全，可靠性高
光电互感器能不但可以用于电压电流测量，还可以用作保护功能。不必使用多个不同用途的铁芯线圈,便可同时满足计量和继电保护的需要,同时还可以将电压、电流组合在一起,构成组合式光电互感器。这些对于传统互感器是无法达到的。目前,光电互感器的测量精度最高可以达到0.2级和0.2S级。
(4)频率响应宽，动态范围大
光电互感器传感头部分的频率响应取决于光纤在传感头上的渡越时间,实际能测量的频率范围主要决定于电子线路部分。光学传感部件已经用于测量高压电力线路上的谐波和脉冲暂态电压。
(5)没有因充油而潜在的易燃、易爆等危险
由于光电互感器的绝缘结构相对简单,一般不采用油作为绝缘介质,不会引起火灾、爆炸等危险.
(6)体积小、重量轻、减少占地面积
因无铁芯及绝缘油等，光电互感器的重量一般只有电磁式CT、VT重量的1/10，且体积小，占地面积小，便于运输和安装。
(7)无污染、无噪音，具有优越的环保性能
由于光电互感器中信号是通过光来传输的,因此不会产生噪音、电磁波等污染源,同时,可采用硅橡胶绝缘子和SF6气体作为绝缘介质,替代传统的磁套绝缘子和绝缘油,甚至可以做成无油无气的OCT,这样可大大降低这些配套设备生产过程中带来的环境污染,具有优越的环保性能。
(8)适应了电力系统数字化、智能化和网络化的需要
光电互感器可以根据需要输出低压模拟量和数字量,这可直接用于微机保护和电子式计量设备,而且能实现在线检测和故障诊断,在变电站综合自动化中具有明显的应用优势。综上所述,光电互感器以其优越的特性以及明显的经济效益和社会效益,使得它在电力工业中占据了一席之地，同时对于保证日益庞大和复杂的电力系统安全可靠运行,并提高其自动化程度具有深远的意义。光电互感器是世纪电力系统的更新换代产品,尽快使其实用化已经成为电力系统发展的迫切需要。
5.光电互感器的缺点及目前的改进方法
5.1OCT的缺点[4]
根据我国第一台OCT挂网运行数据显示，在小电流时OCT输出的读数波动较大，线性度较差，准确度也略超出计量要求。一方面是由于小电流引起的法拉第旋转角非常小，有限的传感器灵敏度导致被测信号被噪声所淹没；另一方面机械振动、温度变化以及由于光纤偏振特性等因素使得输出光强的变化，降低了检测的灵敏度，不过可以通过检测电路的交直流分离等办法消除此影响。然而对于有两种特殊情况会使光强发生很大的变化，因而会对测量产生很大的影响：1.光强波动较快时，直流通道的响应时间远远慢于交流通道,采用交流除以直流的方法明显存在不同步的问题2.当光强急剧下降衰减而超过PIN光电管的探测灵敏度时,OCT无法正常工作。
5.2OCT的改进方法
针对以上诸多影响光电互感器的不利因素，我国许多研究人员做了大量的工作，并取得了一定的成果。
降低温度影响：为了克服温度对互感器带来的影响，清华大学对种8国产光学玻璃磁光系数和温度特性进行了深入的研究，ZF6在降低温度影响方面最能满足OCT的要求。
提高系统抗外场干扰能力：在提高系统抗外场干扰方面有几种方法，改进由Sato等人提出的双正交反射方案，将原光路设计中的第三角上第一次反射由向上改为向下（见图4），使传感头内光路在小载流导体平行及垂直的两个面上的投影形成闭合回路来改善系统抗外场干扰能力。相比而言，镀膜技术在此方面具有的优点是简化传感头使之易于加工，同时光路在任何平面内的投影均及接近完全闭合，传感头厚度比双正交反射方案减小一半以上。目前的保偏膜有两种：多层介质膜和单层介质膜，多层介质膜可以有效的解决相移问题，但对传感头的加工与安装需十分精细，单层介质膜在具有镀膜技术的共同有点之外，相比多层介质膜，更节省膜材料和膜加工所需时间，但此方法对膜厚度的控制要求更高的镀膜工艺。利用多模光纤的消偏与消除相干扰性能，同时结合选用低相干光源，可以有效的一直有振动引起的光线中的噪声干扰。
Rogowski线圈在OCT中的应用：Rogowski线圈能够很好的解决以上由于温度、外场以及振动引起的光电互感器灵敏度以及准确度降低等问题。国内外都已有0.2级Rogowski线圈，清华大学开发了以DSP为核心，集合光纤、通信、微机技术的实用化设计方案。OCT集电流测量和谐波分析于一体,同时还提供远程计算机接口和继电保护接口。试验表明,此种结构简单、安装方便、抗干扰能力强和准确度高（优于0.5%）。
5.3OVT的缺点
光电电压互感器晚于光电电流互感器，经过各国的不断努力，在理论上和技术上都取得了很大的进展，与光电电流互感器类似，光电电压互感器也遇到了温度影响稳定性问题，和长期运行的可靠性问题。其中运行环境的温度变化是影响光电电压互感器稳定性和可靠性的重要因素。
5.4OVT的改进方法
目前主要采用双光路检测技术来消除热力效应对光电电压互感器的温度稳定性的影响，但是仍然存在无法改变晶体的热光效应。晶体的热光效应使得互感器在工作温度范围内的准确度只有2.1%，距离实用所需的1%要求还有一段距离。为了避免因晶体的旋光性和自然双折射会直接对光波引入的附加相位差，目前一般选用立方晶体的BGO材料，它稳定性好，无旋光性和自然双折射。研究发现，BOG晶体的纯度越高，光电电压互感器的稳定性越好。对于光源发射的光波波长由温度影响而造成的系统稳定性减弱情况，采用软件补偿技术消除波长变化的影响，明显的提高了光电电压互感器的稳定性。通过对光线受到振动和其他机械扰动产生线性双折射，且单模光纤产生噪声更为严重的现象发现，光线的芯径越大，噪声越小，通过使用低相干光源和线偏振光沿光纤的偏振轴输入，来达到有效抑制噪声对系统稳定性带来的严重影响
6. 光电互感器在电力工业中的应用[8]
基于西昌地区多高耗能用户,该类用户的电炉设备功率大,负荷波动大,产生大量大功率低次谐波污染,同时冲击电流造成电磁式互感器铁心饱和,有可能造成继保误动作,并使二次电流、电压产生畸变,影响计量的准确性等情况，2006年4月，安装了35kV数字式光电互感器及其保护和计量装置及其二次系统的设计、安装、运行和运行效果的对比分析,来为西昌地区寻找一条可靠先进的电网技术革新之路。将该组光电互感器安装于一个对电铁及高耗能工业园区供电的110kV变电站内一条35kV出线间隔,该线路对冶炼企业供电,日均负荷为1.2万KW。该线路原装有电磁式电流互感器,准确级0.2级。35kV母线电压互感器亦采用JDJJ2-35型电磁式电压互感器。在出线间隔安装了一组组合式光电电流电压互感器,并装配一套线路保护和一块具有光纤以太网接口的电能表,以便将光电互感器的采集数据与电磁式互感器采集的模拟量在数据采集、电量及所接保护功能等方面进行对比。同时,南自厂在合并器报文读取中加进了谐波分析部分,采集了当地的谐波污染情况。截止2007年的数据显示，该组光电互感器运行状况良好。
母线保护由于其保护特殊性,需要接入大量的交流量。基于OET700数字式光电互感器的母线保护采用光纤接入来自多个合并器的电流量、电压量。开入量(接入母线保护的隔离刀闸辅助接点、失灵启动开入节点等)和开出量(包括出口跳闸接点、信号接点等)则仍采用传统的输入输出方案,如图2所示。
若一次系统采用光TV,则电压模拟量同电流输入类似。若采用光TA与传统电磁式混用则通过合并器进行采集一并打包给保护。在技术成熟条件下,开关量输入、开关量输出也可通过光纤进行传输,以实现整个变电站全部设备的数字化。
同传统的微机母线保护一样,基于光电互感的母线保护配置以下保护:差动保护、母联失灵保护、母联死区保护、母联充电保护、母联过流保护、母联非全相保护、断路器失灵保护、复合电压闭锁等。所有保护功能均为逻辑图设计,保护流程可视化、图形化、模块化。可根据系统接线要求进行选择配置,配置和维护方便灵活。
7. 光电互感器的发展趋势
随着电力系统智能化、数字化的产生和发展，人们对所采集数据的准确度要求越来越高，新型的OCT都将向着灵敏度更高的方向发展，同时更简单更节约能源。全反射结构的OCT比相同尺寸的金属膜结构OCT的输出响应更加灵敏。全光纤结构的OCT将是未来发展的方向，目前，日本已经开发出0.3级的全光纤OCT。
光电电压互感器的主要发展方向也是新型全光纤OVT，因为不论从稳定性准确性以及能源的节省和环境的保护方面，它都较传统电压互感器有很大的优势。采用石英晶体和光纤作为敏感元件，通过光纤来检测和传输信号，生产工艺更为简单，不再需要自动聚焦透镜、起（检）偏器、波片、电光晶体等光学元件，节省资源的同时提高了系统的稳定性。全光纤OVT的诸多有点引起了广泛的关注，在光电互感器方面起领头作用ABB公司已经开发出类似的产品，我国很多高校也投入了积极的研究。
8. 结 语
经过三十余年的发展，国内的光电互感技术不断进步。但是相比于国外上世纪60年代就开始研究，90年代就开始挂网运行并将产品推广到市场还有很长的一段路要走。随着现代电力工业对电压级别、电流强度要求的不断提高，光电互感技术作为一种新技术越来越引起研究人员的关注。电力系统的数字化、智能化、网络化也都促进了光电互感技术的快速发展。当然光电互感技术目前还存在着很多问题，但随着测量要求逐步提高，测量技术的逐渐成熟，光电互感技术必定有着非常广阔的发展空间。光电互感器将作为下一代互感器的主流产品，其不可替代的技术优势和价格优势已经凸现出来，随着当前光电互感器的市场化进程，必将带来电力系统测量、保护和监控的革命性变化。
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[关键词]雷达；光电子技术；要点；前景；方法；分析
中图分类号：TU584.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）15-0043-01
光电子技术与其他的电子信息技术合成能够形成信息产业新的核心技术，并广泛应用于光存储、光显示和激光等领域。光电子技术在雷达中的应用改变传统雷达应用模式，充分发挥了光电子技术信息化、科技化和先进化的优势。关于现代雷达中的光电子技术应用主要可以分为以下几个方面：
（一）信号传输
光电子技术在雷达中的应用可以通过光纤链路的组成，完成光纤、二极管等要素的调制，在进行信号传输时可以在光波调制中将微波信号传输上，完成这些工作以后需要使用光纤模拟传输微波信号。光纤链路在雷达信号传输中的应用对现代雷达技术应用和信号光纤传输具有重要意义，这项技术在国外发展相对成熟，显示意义明显。雷达传输中使用光纤，传输消耗和传输频率相较于电缆传输较低，并且在这种频段下，光w产生的调制信号和传输消耗具有一致性，从而进一步促进雷达信号传输，达到对雷达系统远程控制的目的。[1]
由于使用的雷达天线还含有一个辐射源，在受到反辐射的影响时，控制中心和天线之间的距离应该设置好。通常情况下，使用同轴电缆传输信号消耗较大，传输指令与天线之间的距离也要控制好，而关于电缆铜量的消耗，会随着频率平方根的增大而增大。同轴电缆传输微波信号的前期，需要在一定的频率范围内完成转变，将信号电平在线路放大器内进行放大，指令中心传输的信号则不需要进行变频，线路放大器不使用也能使信号电平提高，光滤波器和光纤的使用效率也能够提高。要进一步保证其基本的使用性能，增强雷达的抗电磁能力可以通过光缆改变电缆，保证雷达天线远程传输的功能。这种应用方法在军事上具有重要使用作用，提升经济效益的同时创造军事价值。此外，光纤重量轻、体积小，灵活度高，在一些限定空间或场合使用方便，保证雷达信号的传输有效。[2]
（二）信号处理
雷达信号处理一般是利用光纤延迟线，其主要构成要素包括调制器和激光器等，属于新型的信号处理器件，在微波射频领域应用较多，光纤延迟线的使用能够促使多种不同信号处理器件的生成。例如在横向匹配滤波器和编码发生器以及相关处理器中可以通过雷达系统的处理充分发挥带宽极宽系统的作用，声波器表面频率较高，功能优越性明显，在雷达信号处理中要控制其频率需要同步使用信号处理器，提升雷达信号处理效果。处理宽带雷达信号时由于雷达信号接收机的分辨率较高，电子情报信号处理时，可以选用大时间的带宽积器件，使用成本相对较低，体声滤器件和同轴电缆也可以用于雷达信号的处理。光纤延迟线不同于其他延迟线，性能更先进，并且同时具有工作频率高和任何延时的特点，其中延迟的介质是单模石英光纤，成本低、性能高，使用价值较高，并且具有综合性优势。因而在雷达信号处理过程中使用光纤延迟线能够充分发挥其在不同处理器件中的构件作用，雷达系统中使用光纤延迟线实现价值最大化，不仅能够在海洋卫星雷达和随机程序发生器中应用，同时还能够在雷达信号处理系统和相控阵天线系统中应用。因而雷达信号处理中使用光纤、光电子技术能够充分发挥信号处理器件和通信系统的实际价值，使用过程中的经济效用显著，总体应用前景较好。[3]
（三）达波束光控制
相控阵雷达系统在控制雷达的达波束光时要使用有源单位，继而形成一种具有跟踪效用的尖锐波束，这种波束对电子调控方法具有一定的控制作用，并且能够将辐射单位予以改变，保证相对相位的实现。由于单个单元的控制器件属于电子移相器，这种类型的器件在传统意义上的使用通常可以分为铁氧体移相器和二极管。二极管的工作频率相对比较低，而铁氧移相器的工作频率则较高。铁氧移相器和二极管的体积较大，因而产生的损耗量也比较大，但是在相位连续控制上和在线性度上仍旧存在较大的差异。分配射频功率可以使用光学方法来进一步完成相移，这种优势比较明显。[4]
例如在实现微波相移的过程中可以使用线性连续的方法，在此过程中还能够将相位的体积予以减少，保证及能耗度降低，促进波束的灵活控制。在一般的大型相控阵天线使用中需要多个MMIC收发模块来完成雷达达波束光控制，在一定的自由空间内能够与振荡器形成不同模块的主振荡器锁定，关于参考信号的改动则需要使用同轴电缆的光纤链路，这种有利于在很大程度上减少体积和降低重量。光电技术在雷达达波束光控制中具有重要的使用意义，并且能够促进雷达电子器件的使用功能进一步完善，总体应用前景广阔，在此过程中使用光电子技术促进了新时期下雷达技术变革、发展和使用的经济效益提升。[5]
结语：
从目前情况分析来看，光电子技术应用在微波领域主要以光纤通信为主，且这种应用技术已经相对普及，但是在雷达中的应用尚且不如通信光纤应用普及程度高，随着我国光电子技术研究、发展水平不断提高，将进一步在现代雷达中实现充分使用，总体应用前景乐观。其中光电集成电路和光纤等在雷达数据处理、雷达信号处理、多基地雷达和相控阵天线中使用具有高互联性等多重优点。光电子技术在现代雷达中的应用包括雷达信号传输、雷达信号处理和雷达达波束光控制等几个重要的方面，体现了现代雷达应用光电子技术的先进性和必要性。
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论文摘要摘要：光电子器件和部件广泛应用于长距离大容量光纤通信、光存储、光显示、光互联、光信息处理、激光加工、激光医疗和军事武器装备，预期还会在未来的光计算中发挥重要功能。本文将介绍国内外光电子技术及光电子产业的发展。
假如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功能。美国商务部指出摘要：“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摘要：“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气。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功能。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摘要：“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”。美国通信工业探究公司（CIR）的探究猜测，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探究在国家“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。我国相应探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，我们应当熟悉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；国内探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。
关键词：自动化仪表测量；光电技术；具体应用
引言
近年来，随着微电子技术与计算机技术的高速发展，自动化仪表的测量技术也获得了较大的发展空间，光电技术作为自动化仪表智能化技术内容的重要组成部分，其自身技术的熟练程度对自动化仪表的测量工作具有重要的影响。文章通过对自动化测量仪表中光电技术的应用原理进行了研究，并对光电技术在自动化仪表测量过程中的相关问题展开了具体分析。
1 自动化仪表测量与光电技术的相关原理
1.1 自动化仪表工作原理
由于不同类型的工业其自身的加工种类也不尽相同，因此各种参数仪表的测量原理也有所不同，但对测量仪表的具体组成进行分析可知，一般的测量仪表均是由检测环节、传送放大环节以及显示环节三个部分组成的，其中，检测环节直接检测需要被测量的相关参数，并将其转变成适合于测量的具体信号；而自动化仪表的传送环节则将接受到的信号进行放大，并传送到仪表的显示端，最终将数据呈现给仪表的操作者。由上文可知，自动化仪表测量原理可以总结为仪表将被检测的信号进行一次或者多次的形式变换，并最后以数字、图形或者指针的形式显示出来[1]。
1.2 光电技术在自动化仪表测量中的原理
1.2.1 分辨率较高的CCD的应用
要想实现相关测量参数的自动化，首先要研发出可以代替人眼功能的仪器来代替人眼的测量工作，且该仪器应该具备较高的性能和瞄准度。CCD即电荷耦合元件是一种半导体的器件，且能够将光学信号转化为相应的数字信号，因此通过不断提高CCD器件的质量并使其逐步代替人眼在自动化仪表测量中的工作，可以较好地实现测量参数的自动化。将光电技术中的CCD应用到自动化仪表测量工作中主要是通过其自身的远心光学系统将测量仪表的指针与表盘映射到该电荷耦合元件的表面，并在驱动器的作用下，CCD器件将指针与表盘的相关信号传送到器件的模拟数据采集系统进行相应的转换，且在传输的过程中，数据以矩阵的形式被存储起来，从而方便计算机对数据进行相应的识别，并将其显示到仪表的显示终端[2]。
1.2.2 微机控制技术
作为光电技术中的重要组成部分，微机控制技术对于实现仪表的智能化与自动化测量具有重要的作用和意义。现阶段的微机控制技术主要分为两种类型，一种是以VC语言作为整体操作平台，并与数据库的管理系统互相结合从而构成完整的计算机控制系统软件，其对测量参数具体的控制原理为：利用计算机对需要检测的仪表指针的测试点进行相关设置，并在其对标准源发出信号后，从而使仪表中的电流进行平稳上升，当指针与表盘中的单位刻度数相吻合时，再次向标准源发出信号，并继续测量第二个单位刻度数，以此类推，将仪表中不同位置的数据参数以证书的形式打印出来，从而实现仪表的自动化测量。首先，计算机通过对仪表的指针信号与表盘刻度信号进行相关处理，并应用中值波率与高斯波率处理噪声信号，从而将收集到的信号存储到数据库中；其次，计算机利用Caany算子对噪声进行相应的降噪处理，从而提高数据的准确性；最后，计算机通过在图像拟合加工工序过程中加入最小二乘法，从而使信号达到较高精度的拟合度，并显示到仪表终端[3]。
1.3 交流标准源控制系统的应用
在自动化仪表的测量过程中，通过引入三相交流标准源，可以为仪表提供标准的电压、电流、频率以及相位和功率信号，从而提高仪表数据的精准度。其中，作为整个标准源信号交换的基准，数据源以其高度稳定的性能调节着数据在仪表的各个传输环节中的精准度。由于传统的电流、电压控制器对仪表功率负载的最高承受额度是20W，而基于数据源技术的三相交流标准院系统则通过应用前馈控制技术对数据进行无差别调节，从而避免了由于负载变化而引起的跟踪信号基准不稳定的现象，在大幅度提高了仪表数据准确度的同时，也保证了相关工业生产的安全性[4]。
2 光电技术应用于自动化仪表测量中所出现的问题及解决措施
2.1 发射电路的供电问题解决措施
由于应用到仪表自动化测量过程中的多种光电技术系统均需要相应的有源设备，因此高压端口的供电电压是否稳定直接影响到传输系统运行的可靠性。我国光电系统高压侧的供电形式主要分为三种：利用高压母线进行传输供电、将低压侧电能转化为光能并利用光纤传送到高压端口、通过高压电池进行供电。在利用高压母线进行传输供电的过程中，一旦流经母线内的电流过小，则会使得信号的传输电路无法得到正常的供电，但如果母线内的电流过大，又会使整个光电系统受到冲击，容易出现电路损坏的情况，因此为了确保传输电路可以获得稳定的电压，在利用高压母线进行传输供电时，可以在母线端口或光电系统前端增设变压器，从而对流经电路的电流进行有效控制，提高系统电压的稳定性。而在利用光纤将低压侧的电能转化为光能并传送到高压侧时，虽然可以保持输出电压的稳定性，但是却比较容易受到激光输出功率影响，特别是受到光电转化效率的影响。基于上述原因，在应用光纤将低压侧电能转化为光能并传送高压侧时，则需要采取相应的光电转化保护手段，例如增设光缆线路等，进而通过提高光电转化效率的方法，保证相关信息传输的准确性。最后，在应用高压电池进行光电系统的传输供电时，由于经常受到电池电量影响，使得相关人员在进行光电系统电路设计的过程中必须考虑到电路控制，为线路的建造带来了诸多不便，对于上述问题，国家相关部门应该给予相应的支持力度，并加大多种新型能源在光电系统供电过程中的应用力度，例如风力供电、水力供电等，从而在提高供电效率的同时，增加传输数据的可靠性与准确性[5]。
2.2 传输过程中的干扰问题
虽然与自动化仪表测量中的传统传输系统相比，光电系统具有较高的抗电磁干扰的能力，但是对于光电系统自身而言，由于其是由发射电路、接收电路与光线三部分组成的，因此上述三个环节中任一环节出现问题，都会影响数据传输的准确性。
3 结束语
文章通过对自动化仪表的工作原理进行分析，引出了以CCD技术与微机控制技术为代表的光电技术在仪表自动化测量中的相关原理，并从光电技术的成像系统、系统软件的控制系统与交流标准源的控制系统等方面对光电技术在仪表自动化测量中的应用做出了具体的分析，可见，未来加强仪表自动化测量中光电技术的应用力度对于促进我国的计算机与微电子技术的发展、实现工业生产的高效性具有重要的历史作用和现实意义。
参考文献
[1]汪 .光电技术在自动化测量检测中的应用分析[J].科技传播，2013，07（12）：194.
[2]自动化技术、计算机技术[J].中国无线电电子学文摘，2007，3（9）：183-248.
[3]孙元.软测量模型自适应校正与高温场软测量方法研究[D].中南大学，2012.
关键词：光电信息 特种设备 节能
1 概述
光电信息技术是由光学、光电子、微电子、超声波、红外线遥感等技术结合而成的多学科综合技术，涉及光信息的辐射、传输、探测以及光电信息的转换、存储、处理与显示等众多的内容。光电信息技术广泛应用于国民经济和国防建设的各行各业。近年来，随着光电信息技术产业的迅速发展，对人们的生产生活提供了更多的便捷，尤其是在特种设备上，更好地提高了其安全性能，包括节能与可操作性。
所谓的特种设备指的是涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（含气瓶，下同）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施。其中锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道为承压类特种设备；电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施为机电类特种设备。特种设备已经在推动经济的发展中起着不可或缺的作用，但是其也存在一定危险性：
例：2013年6月3日清晨，吉林宝源丰禽业公司发生火灾，本次事故系厂房氨气爆炸引发火灾。从德惠市米沙子镇宝源丰禽业有限公司火灾现场救援指挥部获悉，截至6月10日，共造成121人遇难，76人受伤，直接经济损失1.8亿。
因此特种设备的安全使用已经不止是影响到个人的生命财产健康，更加影响到企业的生存和国民经济的健康发展，本文将从光电信息技术的角度论述其在特种设备上的优势。
2 锅炉上的双色液位计的运用
例：2003年10月23日，长沙市星沙开发区某厂发生一起重大锅炉事故，该厂一台江苏无锡锅炉厂2001年1月生产编号为01015， 直编号为L-02的SHL20-2.45/400-AⅡ双锅筒横置式链条炉排锅炉因缺水干烧造成大面积水冷壁管、对流管、过热器管烧坏，直接经济损失达60余万，因停产等造成的间接损失更是无法估量。
上例的事故最主要的原因则是因为该锅炉水位表面不清晰，水位表阀门无法开启，水位自动控制系统、水位系统失灵，是导致事故发生的重要原因。水位计失灵将会导致司炉工无法了解锅筒内水位变化，在运行中就会发生缺水或满水事故。比如电接点水位计往往存在以下的缺陷：①电接点水位计是分段显示，没有精度可言；②损坏率高，由于电极在水中腐蚀或结垢，一般在半年左右就必须更换。③存在假水位和误报警的现象，锅炉中的水经常处于翻滚状态，水汽混合物对电接点水位计形成误显示和误报警现象。④密封点多，导线多，维护工作量大。双色水位计。相比较之下，锅炉双色液位计，选用优质不锈钢及进口电子元件制造，显示部位采用高亮度LED双色发光管，组成柱状显示屏，通过LED光柱的红绿变化来检测所测液位的高低；显示亮度高，可视距离远，标尺清晰，显示角度大，产品更具系列化，智能化。全过程测量防雨防雷，防腐防爆，可耐高温、高压，高密封、防泄露、无盲区，显示醒目，读数直观，且测量范围磊，适用于各种塔、罐、槽球形容器及锅炉等设备的介质液位测量。
3 自动扶梯上的红外遥感技术的运用
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随着近年来房地产行业的高速发展，自动扶梯的使用频率越来越高，如何采用高效节能的电梯控制技术成为了各商家及用户十分关注的话题。在此红外线传感技术发挥其优势。上图中，当人走过装在电梯首尾处时，触动首尾两端的红外线传感开关，使电梯的变频器加速到高速频率，电梯在高速运转时，变频器内置计时器开始计时，如果在设定内的时间段内再无乘客通过电梯，计时将结束，变频器自动切换到低速频率，低速运行。如果在计时器计时期间，有乘客重新触发红外线传感器开关，计时器将重新计时。对电梯的上行和下行，控制采用开关互锁，从而确保扶梯系统能够正常工作。为消耗扶梯下行或者制动过程中产生的多余能量，还需要在变频器上加装制动电阻。
通过红外线遥感的控制能够保证电梯在无人乘坐的情况下保持低速运行或者静止状态，从而降低能耗，减少扶梯运行过程中的磨损。
4 电梯安全光幕的红外技术及其内LED灯的运用
电梯安全光幕是一种利用光线感应原理而制成的电梯门安全保护装置，适用于所有电梯，保护进出电梯乘客的安全。电梯光幕是由安装在电梯轿门两侧的红外发射器和接收器和专用柔性电缆三大部分组成。出于环保和节能需要，越来越多的电梯已经省却了电源盒。光幕发射端内有若干个红外发射管，在MCU的控制下，发射接收管依此打开，自上而下连续扫描轿门区域，形成一个密集的红外线保护光幕。当其中任何一束光线被阻挡时，控制系统立即输出开门信号，轿门即停止关闭并反转开启，直至乘客或阻挡物离开警戒区域后电梯门方可正常关闭，从而达到安全保护目的，这样可避免电梯夹人事故的发生。
LED发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
使用LED发光二极管更新电梯轿厢常规使用的白炽灯、日光灯等照明灯具，可节约照明用量90%左右，灯具寿命是常规灯具的30～50倍。LED灯具功率一般仅为1W，无热量，而且能实现各种外形设计和光学效果，美观大方。
5 结语
除此之外还有很多装置也采用了光电信息技术，如光电平层开关，红外线遥感操控器等等，这里就不一一例举。
相信随着科学技术水平地不断发展进步，光电信息技术方面将会有更大突破，会有更多的技术与生产相结合，制造出更多安全性能高、操作使用方便、节能低廉的特种设备，从而更好地服务于群众，服务于社会主义现代化事业建设。
参考文献：
[1]杨永才，马军山.光电信息技术[M].出版时间：2009年04月.
关键词 光电子技术；发展态势；应用实践；信息技术
中图分类号：TN2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0005-02
光电子技术学科涉及了光学、电子学、光电子学、计算机等技术理论，是一种由多学科相互交叉并渗透形成的一项技术。光电子技术是将光子学为研究核心，电子学为研究支撑的新型技术，兼容了电子技术，而且还具有微电子技术不能相比的优越性，有了更广阔的应用领域和发展空间。21世纪是一个光电子共同作用的时代，光电子技术的高效发展有利于促进世界相关技术的融合、渗透，有利于各科学技术之间相互作用，更好的为社会经济发展做贡献。
1 光电子技术概述
光电子技术更加确切的应该称为光电子信息技术，实现光能与电能的转换是它的核心内容，是指利用光子激发电子或者电子跃迁来产生光子物理现象所提供的一种技术方法。光电子技术是信息技术中一个重要的硬件设备，加大了把全世界计算机进行联系的可能性，也给和卫星或外星联系组成网络提供了希望，是因特网的支柱技术。光电子技术从20世纪60年代产生以来，在众多高新技术发展中它的发展最为迅速，在我国的众多领域内均已被应用、推广。
随着社会经济的快速发展，时代的信息容量不断增加，反映出了信息发展的高容量性以及高速度性在电子学与微电子学技术发展上的局限，而光的高频率与高速度的信息处理特点逐渐在信息技术发展中取得突破性的发展，将信息的探测、传输、显示、运算、储存和处理都使用光子与电子技术相结合来参与完成，确定了光电子技术在信息领域的地位。
2 光电子技术的发展态势与应用实践
1）在传统领域中，光电子技术的发展与应用。光电子技术对改造我国传统产业技术和发展新兴技术产业都有积极作用，对产业结构优化也有促进作用。光电子技术具有准确、快速、精密、高效等优势，能够有效的提高产业的加工水平，增加产业的竞争力和附加值。以激光加工技术为例分析，激光加工技术通常应用在我国重点发展领域，飞机、航天、汽车、通信等领域，其生产特点有加工效率高、速度快、变形小、质量高、易控制，有助于实现自动化生产。能够很大程度的降低生产成本，提高产品的质量，对提高国际竞争力也有重要的积极作用。
2）现代能源结构中，光电子技术的发展与应用。在美国、日本等众多国家都制定了光伏技术的长久发展计划。各国将提高光电池转换效率与稳定性为技术开发方向，逐渐降低产品的生产成本，提高产业效率，扩大产业发展。目前在世界范围内，商业化和半商业化的生产模式已经有80多个国家和地区形成，增长值已经达到16%，市场的开拓也从空间开拓转向了地面的系统应用，甚至在驱动交通工具的领域也逐渐被应用。据相关报道，在世界发展中，对太阳能住宅的建造投资已经达到了600亿美元，光电子技术在建造太阳能住宅中主要是将用光伏技术制作的光电池作为住宅屋顶、墙面、窗户等建材，随着经济和技术的发展，这种新型能源的应用规模也在不断扩大，相关人员分析到2016年，在太阳能住宅的投资规模会扩大一倍，投资将达1300亿
美元。
太阳能光伏技术的应用形成了一种新型能源，太阳能光纤技术发电系统主要是利用太阳电池半导体材料的一种光纤效应，主要是将太阳光辐射能转化为电能的新型的一种发电系统。因世界经济的快速发展，能源出现供不应求现象，经济发展与能源短缺之间的矛盾越来越严重，于是世界各国逐渐的将发展目标统一转向了光伏发电，制定了长期的光伏技术发展计划。光电子技术为光伏发电创造了高性能的材料与电子元件，很大程度的提高了光能的转化率。光电子技术的不断发展扩大了光伏发电的应用范围，上到航天器，下到家用电器，大到兆瓦级电站，小到儿童玩具，都充满着光伏电源，21世纪注定了是光伏技术的发展时代。
3）军事领域中，光电子技术的发展与应用。光电子技术的独特优势可以应用在毁灭性武器、精密制导、监测、瞄准、频谱分析等技术领域。光电子技术能够提高国防的反应能力和准确攻击的能力，为军事领域提供又准又快的信息。光电子技术目前已经成为了军事领域发展的主流技术，逐渐成为了国防军事现代化的发展支柱。
在军事领域，光电子技术的发展主要体现在两个方面：①激光聚变的应用。激光聚变是一种未来能源，它有巨大的军用价值，它能够模仿氢弹爆炸的过程，代替了成本高、危险性大的空中或地下核试验，有效解决了改进核武器的性能的难题。到目前为止，激光致盲武器已经逐渐装备到部队，舰载与机载激光反导器也已经走出了实验室；②电光技术目前已经发展成为了军方的核心技术。随着世界光电子技术的快速发展，美国国防防务水平也呈递增的形势发展，美国平均每年用在防务光电技术开发上的费用就能达到50亿美元。
4）在硅材料中，光电子技术的发展与应用。把硅当材料制造的光电子元器件称为硅光电子学，这是一门新兴技术，具有很大的发展前景。用硅晶体当作材料制造的光电二极管有量子效率高、响应快、噪声低、体积小、动态工作范围大、寿命长等优势，通常被应用在微弱、快速光信号探测等方面。硅光电子学技术的应用能够给世界带来更先进的数字设备，在性能方面能得到前所未有的突破，硅光电子学是未来发展的重点。
5）在尖端科学技术领域中，光电子的发展与应用。光电子技术对科学技术的发展有积极作用，光电子技术所涉及到的科学领域都是未来发展的尖端科技，如兆兆纪元，这是1996年由惠普公司提出的，是为了满足人类在信息时代的不断增加的新需求，是人们想要在10到15年内实现的一个梦想。具体兆兆纪元技术在传输技术上，每秒兆兆位千线，运用远程的传输网络；处理技术上，每秒运算万亿次计算；存储技术上，有兆兆字节的数据库，有数兆兆字节的盘片驱动和数千兆位的记忆芯片。光纤传输的容量、光处理的能力和光储存的密度都在快速提高，光电子技术的发展态势能够充分实现这个梦想，
再如HIV免疫系统的检测技术。相关人员已经使用光学生物医学仪器在研究艾滋病病毒上取得了巨大成果，有利于研制出能够有效抵抗艾滋病病毒的新药。在尖端的生物学实验室中应用光学探测，比如研究定量衍生的DNA与定量化的聚合酶链反应PCR，对人类抵抗HIV病毒有非常重要的作用。
3 结束语
光电子技术在这个信息化时代的作用越来越重要，现如今，光电子学的应用已经发展到了经济、军事、科技与社会发展的各个领域，信息的传输、探测、运算、显示、处理与存储等都需要光子技术与电子技术共同参与完成。在世界范围内，光电子技术现已被确定为是未来经济发展的制高点，是未来经济建设中推动传统产业的技术改造工程、结构优化和新产的发展的关键力量，所以各国要加强对光电子技术的研究，推动光电子技术在各个领域中的应用范围，促进世界经济现代化的发展
进程。
关键词：光电传感器；自动控制；技术
1 光电传感器的种类
1.1 对射式
对射式传感器是指分开放置传感器与发射器，待发射器打开并发出红外光以后，通常会经过一段距离的传输，最后才能抵达接收器的所在位置，同时和接收器形成一个通路，当设定的检测对象经过对射式光源传感器的时候，检测物体就会被光路所阻挡，接收器会马上做出反应，同时输出一个开关的控制信号，通常情况下，经过发射器发出的光束，只能跨越感应距离一次，所以在使用环境中如粉尘污染较为严重的情况下，或者是室外应用对射式光电传感器都比较适合。
1.2 漫反射式
漫反射式的检测头内部，也含有发射器及接收器，但其中并没装置反光板，通常情况接收器是不能够接受到发射器发出的光，当设定的检测对象经过漫反射式光源传感器的时候，其光线就被检测对象所遮挡，同时检测对象会将光线折射回去，这时接收器就能够接收到光信号，同时输出一个开关的控制信号，这种光电传感器基本上都使用在自动冲水系统里。
1.3 反射式
在同一个接头装置的内部中，装置发射器、反光板以及接受器，在发射原理的作用下，发射器发出的光电会反射到接收器中，此种广电控制就是光电板反射式的光电开关。一般状态下，发射器会将所发射的光都是由反光板进行反折射回去，这种情况是接收器可以接收到的，当被检测的物体被遮挡，那么接收器就不能接收到光路，开关就会起作用。
1.4 槽型传感器
这种传感器通常情况下也被称作是U型光电开关，在其两侧装有发射器和接收器，让两个仪器在平面上形成一个光轴，当需要检测的物体经过U型传感器时，光轴会被传感器隔断，此时，设置好的光电开关就会发生反应，同时对开关量信号进行输出。这种光电开关的安全系数和稳定性较之其他都很高，所以，在透明物体和半透明物体的检测中经常会使用。
1.5 光线式
光线式的光电传感器实质上就是用光纤将光源处的光连接到监测点，连接过去的光会和检测的物体产生作用，对光的光学性质进行改变，让检测物体都能检测到该位置的光源信号，从而演变成了光线式光电开关。
2 光电传感器的优势
2.1 检测距离较一般传感器长
相对于其他的检测手段，光电传感器的检测距离相对大一些，如对射型保留大于十米的检测距离，可以实现一般传感器都不能达到的检测距离。
2.2 种类较多
光电传感器对待检测物体的限制相对较少，其检测原理是利用待测物体的反光或者遮挡进行检测，所以待测物不局限于金属，所有可以进行光的反射的物体都可以被检测，比如玻璃，木材。液体或者塑料，几乎涵盖了所有物体。
2.3 检测时间短
光电传感器在检测的过程中，都是由电子原件进行检测，没有机械性的工作时间，光电的速度非常快，所以检测响应的时间就非常短。
2.4 分辨率高
可以通过高级设计技术，让光束集中在一个小区域，或者一个光点，通过构成特殊受光的一种光学系统来实现高分辨率，在进行微笑无题的检测时，可以减少误差，精确检测位置。
2.5 非机械性接触
对物体进行检测时，传统的检测方式可能要接触被测物，对检测结果的精确度造成影响，但是光电检测不会接触被测物，从而保证被测物在检测的过程中完好无损，延长使用寿命。
2.6 进行颜色的判别
不同颜色的光的反射率和吸收率是不同的，利用光电传感器进行检测时，可以通过检测物的反射率和吸收率来计算出物体的颜色，可以判定颜色是否合格和颜色的差异。
2.7 便于调整
在对可视光的投射过程中，进行投光的光束是可视光，可以方便工作人员对被测物体进行适当的调整，保证检测结果的精准。
3 光电传感器在自动控制中的具体应用
3.1 自动印刷
在印刷的过程中使用反射式的光电传感器进行开关的设置，可以对印刷机的断纸工作，在印刷时，纸带处于正常工作的状态，反射式传感器就可以将反射回来的光检测到，通过信号判别是否有纸带的不正常或是有断纸的情况发生。若是反射器接收不到发射的信号，那么可能纸带的情况不正常，这时工作人员就可以采取相应的措施，将印刷装置离压，机器停止工作。使用光电传感器还可以对单张纸进行检测，使用透射式的方式，检测在印刷的过程中，纸张的厚薄对光的通透是有一定影响的，在纸张通过光电传感器时，电路保持在通路的状态中，在后续经过互锁，离压和离水等工序，印刷机会逐渐降低运转速度，完成单张纸的胶印工作。
3.2 光电色质的检测
在对光电色质进行检测时，最开始的应用是分选方面，或者是粮食加工方面，例如在进行粮食的分选时，根据颜色进行分类就要使用到光电传感器。在被测物中，不同的材质有着不同的光学特性，光电技术就是根据这些差异性进行工作，将颗粒物中不同颜色的粮食进行分类处理，机器种类有大米色选机或是杂粮色选机等。进行产品的包装之前，可以先应用色选机对粮食进行检测，当发现被测物的颜色有差异时，就会接通电源，使用压缩空气将颜色有差异的物品分离。
3.3 光电转速传感器
在检测之前，我们可以在待检测的转轴上安装一个转速调制盘，在盘上打一个小孔，这时，白炽灯的光在转速盘的另一面产生了恒定光，当转速达到检测要求的时候，这些恒定光就会达到光敏二极管，形成光电转换器。此时，这些光和发光二极管之间若是存在遮挡，光电传感器就会进行低电平输出，也就是一个脉冲。若是在光电传感器的尾部加一个电动机，在尾部装置一个多孔的电动转盘，在转盘转动的过程中就会形成很多的脉冲，将这些数据进行计算，就会得到转速。
3.4 自动门的传感设置
将光电传感器在地铁或电梯的自动门中加以运用。分别将发射器和接收器装置在对射距离内，调整好高度和位置，对光轴上的直径大于三十毫米的不透明物体进行检测，当乘客或是大件物品遮挡住了光线，接收器就接收不到信号，将物体判定为障碍，同时门不会关闭并发出信号。在设置的过程中，将不同组别的传感器发射信号调制不同的频率，以免相互影响。
4 结束语
综上所述，对光电传感器的N类进行了介绍，后文分析了光电传感器的主要优势和应用范围，对光电传感器在自动控制方面的应用进行了举例介绍。信息时代的背景下，光电传感器已经成为了自然和生产中不可或缺的一项技术手段，推动了我国的科技发展，为我国的科技事业发挥了重要的作用。相对其他检测方式，光电传感器在自动控制中精度高，形式多样，结构简单，相信在全行业的共同努力下，光电传感器会愈发先进，使用范围也愈发广泛。
参考文献
[1]张敏.自动控制中光电传感器的应用探讨[J].大科技，2014（16）：343-344.
[2]邓建云.光电传感器在自动控制中的应用[J].电子世界，2012（9）：159-160.
关键词：光电着舰引导 陀螺稳定 伺服控制系统
中图分类号：V249 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）09-0104-02
1、引言
舰载机的着舰有很大的风险性，首先飞机的甲板长度有限，舰载机必须保证以一定的着舰高度、一定的降落角和合适的姿态降落到甲板上，同时要求着舰点的位置要求非常准确，这样在着舰时才能钩住阻拦索，其次，航母由于受到海浪的影响，其甲板会产生艏摇、横摇、纵摇和升沉的运动，这样的运动会使舰载机的理想着舰点位置发生变化，为了保证舰载机安全着舰，现代的航母都装备一套完整的着舰引导系统，向飞机提供精确的着舰引导数据。
目前，国内用于舰载的光电跟踪设备很多，但真正用于舰载机引导的光电跟踪设备还很少，作为用于着舰引导的光电跟踪设备，为了能够准确安全的引导舰载机着舰，光电经纬仪必须采用高精度的视轴稳定控制方法，克服船摇的影响，从飞机进场到安全着舰的过程中稳定跟踪飞机。
2、光电着舰引导系统
光电着舰引导系统是集可见、中波、测距功能于一体的光电跟踪设备，具有随动跟踪、单站定位的功能。由光电跟踪转台和机下控制台组成，光电跟踪转台上安装了激光测距机、变焦距可见电视和中波红外三个传感器系统。这3个传感器组合在一起，可实现对远、近距离目标的捕获、跟踪和测量。变焦距可见电视焦距变化范围大，可实现对近距离目标的捕获、跟踪；中波红外系统的探测器的波长为3-5μm，主要实现低能见度时对目标的捕获、跟踪和测量；激光测距系统的激光波长为1.57μm，为人眼安全的激光波长，可实现对目标距离的测量，实现光电跟踪测量系统单站定位的功能。其光电跟踪转台的设计效果如图1所示。
3、视轴稳定跟踪技术
安装在舰船上的跟踪设备，为使设备正常工作，必须采用稳定控制方法，从稳定技术角度看，目前采用的方法可分为机械平台和视轴自稳定控制。
光电着舰引导系统采用视轴稳定技术是陀螺稳定技术，属于视轴自稳定控制方法，将两个互相垂直的单自由度的陀螺安装在俯仰框上，两个陀螺分别敏感经纬仪在方位和俯仰方向相对于惯性空间的运动，并将此信号作为速度反馈实现陀螺稳定。其两轴陀螺稳定伺服机构组成框图如图2所示。
从控制原理的角度上看，视轴自稳定控制技术有两种方法，第一种方法为船摇速度前馈法，第二种方法为速率陀螺反馈法。
3.1 船摇速度前馈法
利用船上惯导系统或其它稳定基准实时测量船摇运动的横摇、纵摇、艏摇角度和角速度，经过计算机平滑处理和解算外推，求出船摇速度前馈量。分别输入到伺服控制系统方位和高低回路，进一步补偿船摇扰动引起的指向误差[2]。
3.2 速率陀螺反馈法
速率陀螺反馈法，即将两个正交速率陀螺安装在天线俯仰支臂上，分别敏感船摇运动在天线横向及俯仰轴向引起的扰动信号，并负反馈到角伺服控制系统各只路中组成各自的稳定回路。这种方法已经在我所研制的设备上得到了应用。
其伺服控制结构有两种如图3、4所示。
比较两种方法可知，前者由于在陀螺反馈稳定回路中除包含基座机械谐振频率外，还存在速率陀螺本身的闭环谐振频率，因此对稳定回路的稳定性影响较大，使陀螺稳定回路频率展宽受到限制，对高频扰动的隔离度降低，但它设计、调试比较容易。后者在稳定回路内少了一个陀螺谐振环节，使稳定回路频带可做得更高，它对高频船摇扰动隔离效果更好，但设计与调试的技术难度大[4]。
本论文采用以编码器测速组成了速度内环，陀螺反馈作为速度稳定外环组成双速度环稳定控制的方法。内环包含了驱动电机及负载平台，主要作用是克服控制对象非线性和摩擦力矩对跟踪精度的影响；在速度稳定外环中，速率陀螺测量出框架相对于惯性空间的转速，主要用于敏感载体扰动，通过伺服控制实现视轴稳定，这样的控制方法把抗摩擦力矩干扰功能和隔离载体干扰功能采用分层设计。
3.3 控制方法的抗干扰性分析
为了显示双速度稳定环在抗干扰方面的优越性，本文接下来分别采用船摇前馈的控制方法、采用陀螺反馈的单速度环的控制方法和采用陀螺反馈的双速度环的控制方法对光电经纬仪的伺服控制器进行了设计。并对三种控制器的抗干扰性能进行分析。抗干扰性的分析方法是在船摇扰动的输入处施加与舰船摇运动相近周期和幅值的正弦干扰信号，然后比较经纬仪角度输出端处的响应[3]。输入的干扰信号如图5所示，图6为三种控制方法对干扰的输出响应曲线。通过三个输出响应曲线我们可以得到如下结论：采用陀螺反馈的双速度环的视轴控制方法对干扰的抑制能力最强，采用速度前馈的控制方法对干扰的抑制能力最差。
4、结语
本文针对舰载机着舰过程的复杂性和危险性，设计了一套光电着舰引导系统，用于在舰载机着舰的过程中向飞行员提供精确的着舰引导数据。同时针对其视轴稳定这一关键技术进行了研究，采用基于陀螺的双速度环的控制方法对伺服控制系统进行了设计，通过对抗干扰性能的分析，表明此控制方法有效可行，可以提高系统的隔离度。
参考文献
[1]郑峰婴.舰载机着舰引导技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2007.
[2]王凤英.船载电视跟踪仪自稳定问题研究.大连海事大学，硕士论文，2005.
近期，市场投资者对LED照明企业勤上光电的可见光通讯技术关注度升温。该公司公告称，近日，研发部门成功攻克可见光通讯又一技术难关——成功在COB光源上实现信号传输。
所谓可见光通讯，即利用快速的光脉冲无线传输信息。其原理为通过在LED灯中植入芯片，让LED灯变成无线AP．利用快速的光脉冲，无线传输二进制编码，而达到通信的目的。其具有私密性强，安全性高、不会对人体健康造成影响等多种优势。
据公司介绍，相比于DOB光源．COB光源是目前LED照明应用领域使用范围最广的技术之一，这一技术难关的突破，意味着公司在可见光通讯研发领域的领先优势得到进一步巩固，同时将可见光通讯的应用领域再次扩展，并降低了通讯丢包率，通信速率和通信距离均得到了进一步提升。目前，公司与中国科学院半导体照明研究所独家合作，双方利用的资金、技术研发优势展开产学研全面合作，并已经研发出可见光通讯实验室设备样机。
关键词：主动防护 激光告警 紫外告警 红外标示 激光压制 激光相控阵雷达
车辆主动防护系统是一种具备探测威胁、识别威胁、消除威胁功能的防护系统。实施主动防护首先要对威胁目标进行探测，再对各种战场数据综合分析，进行威胁性质和威胁程度的识别，然后对威胁目标进行硬杀伤或软杀伤反击。对威胁目标进行探测、定位与鉴别，除了毫米波雷达外，离不开光电系统。光电系统对目标定位精度高，响应速度快，波谱丰富（从紫外到远红外），可全向探测（360°），抗干扰性能好。在消除威胁方面，除了弹药的硬杀伤攻击和烟雾剂的被动防护外，光电装备也是常用的防护手段。光电探测系统可连续和重复使用，可对目标进行软杀伤和硬杀伤。无论是探测还是反击，光电技术都可在主动防护系统的三个环节中发挥它特有的作用。
一、车辆主动防护系统中的光电技术
（一）威胁探测技术
光电探测技术分为主动和被动两种，主动探测技术不受目标辐射特性影响，探测距离远，可靠性高。被动探测技术不易被敌方发现，可以探测目标性质、方位和威胁程度。实践中两种技术结合使用，取长补短，可以准确地探测目标的距离、位置、方向和性质。对威胁探测的光电技术主要有：激光告警器、红外告警器、紫外告警器、激光成像雷达和近程激光雷达。
（二）威胁主动反击技术
光电主动反击技术主要指对敌方光学制导导弹和观瞄仪器进行激光干扰、致盲，红外干扰等软杀伤技术，以及直接采用强激光将弹药烧蚀摧毁的技术。由于光电反击装备可以反复使用，所以一直受到世界各国大力研究与开发。对威胁主动反击技术主要有：激光干扰机、激光观瞄压制仪和车载战术激光武器。
（三）车载激光制导武器中的光电技术
车载激光制导武器中的光电装备主要指激光目标指示器和激光驾束制导仪，这两种激光仪器技术已经很成熟，但是目前没有作为反导武器来使用。对于敌方的激光制导武器，可以使用车载激光制导弹药摧毁敌方的制导站或制导车，使来袭弹药失去控制而偏离正常弹道。
二、光电技术在车辆主动防护系统中的应用
多层防御和全程对抗是构建车辆主动防护系统的出发点，但被防护对象重要程度不同和防护对象不同，应该合理取舍，突出重点，在“万无一失”与成本之间取得高度平衡。目前，对车辆的主要威胁武器很多，下面重点从光电技术方面分析车辆主动防护系统的配置情况。
（一）经济型主动防护系统
经济型系统针对的防护对象是激光制导导弹，配置有激光告警器、激光干扰机和烟幕弹，早期的主动防护系统大多是这种配置。激光告警器探测到激光驾束制导反坦克导弹或激光半主动末制导导弹威胁后，经对探测信息的处理，判别出威胁的性质和程度，选择反击方式反击。对于激光驾束制导导弹施放红外烟幕弹，对于激光半主动制导导弹，采用激光干扰机去反击，也可施放烟幕弹反击。由于烟幕弹数量有限，在来袭导弹距离较远时，用激光干扰机反击。
（二）典型主动防护系统
典型系统针对的防护对象是各种导弹和大部分普通炮弹，包括激光、红外、电视、GPS制导的导弹和坦克炮弹、火箭弹等，基本配置为毫米波雷达和红外告警器，也有再增加激光告警器或紫外告警器。
（三）高速反应主动防护系统
主动防护系统的反应时间越短，防护威胁目标的能力越强，车辆的防护性能越高，车辆越安全。在城市作战中，敌方人员可能在很近的距离上发射导弹，通常的防护系统根本来不及响应，所以提出了高速主动防护系统的要求，同时也要求威胁目标传感器具有极快的响应速度，这种高速传感器非光电探测器莫属。
（四）全谱主动防护主动防护系统
全谱主动防护系统可以对付所有目标，根据远、中、近距离实行多层防御，配置多种软硬杀伤武器，同时按系统要求配置多种威胁目标探测、跟踪与识别传感器，包括光电传感器。用于远近距离的目标探测与跟踪，主动防护系统离不开毫米波雷达，随着技术的进步，激光相控阵雷达具有更大的优势，可以替代毫米波雷达。用于近距离反击或高速动能弹的反击，全谱主动防护系统也包含高速反应系统的配置。
三、需要解决的光电系统关键技术
（一）多传感器信息融合技术
不同的传感器有不同的功能和使用特点，它们可以有机组合，优势互补，发挥最大的目标感知效果。而要做到这一点，需要明确各种传感器在系统中的作用，将它们按功能、作用距离、响应速度、判别目标的能力进行分工，按分工充分获取威胁目标的各种信息，然后将这些信息进行融合，识别、跟踪目标，确定反击的方式和时机。
（二）战场信息共享技术
战场信息指卫星、战场侦察系统、友邻车辆获得的敌方战场态势信息和敌方攻击的武器信息，包括武器类型、射程、威力、飞行速度、发射平台等，这些信息有助于主动防护系统对威胁目标提早预警，准确判断、迅速出击。信息共享需要建立硬件的和软件的通信、信息处理和分享系统，信息化作战系统应该包含主动防护系统要求的信息共享内容。
（三）光电传感器与平台结合技术
出于分辨率的考虑，光电传感器探测视场一般都不大，光电传感器要搜索和跟踪目标，激光观瞄压制仪要精确攻击对方的光学窗口，都必须有自动稳瞄平台配合。无论是激光雷达还是激光观瞄压制仪，相对于车载的稳瞄平台而言，体积都比较大，重量也重，所以，针对主动防护系统的稳瞄平台需要结合车载的整个光电系统改进设计。
参考文献：
[1]李云霞，等.光电对抗原理与应用.西安电子科技大学出版社， 2009.
关键词：光电信息；教学实践；创新能力；教育教学模式
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）17-0237-02
一、工程实践教学模式现状分析
光电信息技术是光学工程、激光、光电检测、光电子学、信息光学、信号处理、电子学、通信和计算机技术互相渗透而形成的一门高新技术学科，是实践性很强的学科领域。加强教学的实践环节、强调工程设计的基本能力训练、引领学生的创新倾向是培养光电人才的关键。以设计为导向的实践环节在专业课程教学中必不可少，而且起着相当重要的作用。1989年，麻省理工学院提出了“回归工程”新观念，很快就得到了包括世界大学的普遍认同。回归工程主要指将普通工科高校的一切工作回到以技术创新为中心的素质教育。与国外大学相比，目前我国工程类专业的培养模式和课程设置体系存在诸多缺陷，突出表现在学生工程训练不足、学生学习被动等方面，对实践课程的认知和重视程度欠缺，而且普遍缺乏校内和校外实习基地。因此，学校教育与行业、企业对人才的需求脱节。为了改变这一现状，实现先进的教育理念，培养具有广阔视野和学科前瞻性的创造型人才，以设计为导向的实践教学在国内的专业课程教学越来越得到广泛重视。清华大学和浙江大学分别于1996年和1998年开展了大学生科研训练计划，之后，已有多所大学把培养创新型人才作为重要举措。就深圳大学而言，近两年来我校和学院每年均有大量经费投入，每年均有创新项目和各类设计项目立项，给一部分学生创造了进一步参与训练的机会，这对于本科生较早进入研究和设计领域，锻炼自己的实践能力、团队合作能力与创造能力具有不可或缺的作用。
二、关于光电信息技术教学模式的初步设想
光电信息技术是光电信息工程专业本科生需要掌握的基本专业技术，光电信息工程专业目前开设内容以工程光学、光电子技术、激光原理、光电检测、成像与显示技术等课程作为核心点构成光电信息工程的专业知识体系。大学一、二年级学生，尤其是一年级学生，在思想上和发展方向上，正处于一个转变期，这个阶段的学生开始独立的生活和学习，急需尽快适应大学学习生活，确立能实现自身价值的目标，找到适合自己的学习方法和生活方式。按照他们所接触和感兴趣的事物的不同，学生的关注点和发展方向开始出现向多方向分化的趋势。而通常专业教学计划中大学二、三年级仍然以公共基础课和专业基础为主，这些课程是最佳知识结构的重要基石。但是，这些课程一时还不能够体现社会的实际需要和专业知识的特色。为了在这一转型时期使学生把基础课与专业课衔接好，尽快明确专业技术的学习目标，激发学习动力和兴趣，对光电信息技术有基本的认识，产生学习的兴趣和自信心，激发学生自主学习的热情，并指导学生今后在专业上的发展，我们结合课程教学适时开展以设计为导向的光电信息技术科研训练。主要是引导学生了解专业技术的特点，建立对工程和科技的认知，了解专业领域研究的一些技术手段，研究方法和仪器设备，增加学生的感性认识，以期提高学生的综合素质和实践能力。具体做法是，教师结合自身的科研和研究体会，让学生们真切的感受到实际的创新过程，实现科研成果尽早进课堂。通过以设计为导向的教学实践，使同学们学会将知识融会贯通，提升创新思维，活跃学习氛围，增加学习兴趣，启发和发现学生的非常规思维，萌发创新的念头。为了适应本科生的能力和认知程度，把科研项目中一些与专业基础课程内容的联系提取出来，向学生提出问题，引领学生思考。如果学生能够提出一些合理方案和新想法，都可以作为创新的思路加以培养，并可以让学生带着问题进入专业课学习。由于本项目参与的学生年级低，所以要引导学生逐步认识科学实践的过程和基本素质要求，其次体现在对设计、实验方法的指导。通过引导、启发学生，多指方向、办法，少给答案，让学生主动进行多方面的学习，积极思考，综合分析。
三、以设计为导向的教学模式探索与实践
实践教学中，围绕超快光电信号的探测分析为主题，以QUANTELYAG皮秒激光器为信号源，选取学生熟悉的CCD摄像机图像信息技术为背景，通过讲解、实验、制作、科技写作和展示等五个需要学生动脑思维，动手制作的教学环节，从思想、兴趣和学习方法等各个方面对学生加以引导和教育，鼓励学生认真学好第一阶段的课程，掌握必要的知识。主要包括以下几个方面。
1.选择所要了解和研究的光电信息探测分析技术专题。学生独立完成科技创新活动的第一步就是选题，这要求学生具备初步的专业常识，并要掌握一定的实际工作方法和手段，综合运用自身的智力和能力。
2.相关文献检索和综述。在教师指导下，学生通过检索阅读有关的文献资料，学习和补充与选题相关的理论知识和技术，在阅读文献的基础之上了解在所选题目领域中的科技动态及发展现状。在这一环节中，学生应能学习到文献检索方法、归纳判断能力和灵活运用知识的能力。
3.方案对比、论证和确定。学生首先要清楚光电检测方案的基本思想，提出几个检测备选方案，然后通过对比，对选题的可行性、可实现性以及选题的实际意义进行论述。学生经过在学习中讨论，能够增长知识，提高自学能力。在选定题目后，指导教师重点指导学生经过分类、甄别、遴选查阅检索与光电信息技术研究课题相关的文献资料，初步提出一些自己的研究设想。
4.设计、计算及仿真。在本环节中，学生按照教师的指导和讲授，对光电探测器件的各种参数进行必要的计算或仿真，将设计方案落实到实际可用的具体成果。
5.实验。教师帮助学生进行理论模拟和实验，但注意充分发挥学生的创造性和主观能动性。依据实验框图、光路图和软件流程图，学生自己动手，完成一系列的原始试验和原理演示验证实验。在实验过程中，体会学习知识点，发现问题，记录工作的过程和实验数据，并对实验结果进行分析和判断。并对结果进行分析处理，运用分析、比较、归纳等思维方法，从而得出具有意义的研究结论。
【关键词】 光电子技术 光医学 光保健 学科现状 发展趋势
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
3.陈 荣：福建师范大学 医学光电科学与技术教育部重点实验室
