光信息科学与技术概论

1、1 给本科新生讲授 怎样学好光信息科学与技 术课程 光信息科学与技术（光电信息科学与技术） 概论 2011.10 安徽师范大学物理与电子信息学院 这门课程是新开设的课程 一、为什么要开设本课程 . 是满足现代大学生特点的需要 . 是该专业自身特点的需要 二、开设本课程的目的 . 了解该专业课程体系及相互之间的关系 . 增强同学们学好本专业各门课程的信心，激 发学习本专业的兴趣 . 在学习过程中，少走弯路 安徽师范大学物理与电子信息学院2 为什么由我讲授这门课程 . 申请者2004年申请 . 职责 专业负责人（兼职） . 学习经历本科：物理硕士：原子分子物 理博士：光学 . 科研经历承担多项省部

2、级和国家级科研课 题 . 教学经历承担过多门本科生课程的教学任 务，是原子分子物理专业和光学 专业的硕士生导师，光学专业博 士生导师 . 兴趣期望能为同学们的后期学习做一 些有益的准备工作 . 不足普通话水平poor 安徽师范大学物理与电子信息学院3 本科程的主要内容（学时） . 光信息科学与技术的研究对象 2. 光信息科学与技术各学科分类 3. 光信息科学与技术各学科内容简介 4. 光信息科学与技术各学科之间的相互关系 5. 如何看待数学在光信息科学与技术中的地位 6. 实验技术在光信息科学与技术中的重要地位 . 几点供参考的建议 安徽师范大学物理与电子信息学院4 引言 该专业是第三届招生的

3、新兴交叉学科专业该专业是第三届招生的新兴交叉学科专业 为什么要开设此专业为什么要开设此专业 一、国内外光信息科学与技术的发展现状国内外光信息科学与技术的发展现状 1 光信息科学与技术的展望光信息科学与技术的展望 光信息科学和技术是光学和光电子学的一个分支光信息科学和技术是光学和光电子学的一个分支 。从光学与光电子学的发展即可看到该学科的发展态 势，20世纪六十年代初出现的激光和激光科学技术， 以其强大的生命力推动着光信息科学与技术的发展， 至今光电子（光子）技术的应用已遍及科技、经济、 军事和社会发展的各个领域。人们普遍认为，光电子 产业将成为21世纪的支柱产业之一。 安徽师范大学物理与电子信

4、息学院5 光电子（光子）技术主要是研究光（特别是相干光）的产生、传输、控 制和探测的科学技术。通过光电子技术与微电子技术的结合，以及在各 种科学和技术领域的应用，产生并形成了一系列新的交叉学科和应用技 术领域，如信息光电子技术信息光电子技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术， 激光检测与计量技术，激光全息技术激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学激光光谱分析技术，非线性光学 ，超快光子学，激光化学激光化学，量子光学，激光（测污）雷达，激光制导， 激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等不胜枚举。这些技术 应用的快速发展及向其它科技领域的渗透，形成了许多市场可观、发展 潜力巨大的光电子

5、产业，包括光纤通讯产业、光显示产业、光存储光纤通讯产业、光显示产业、光存储-光盘光盘 产业、产业、光机电一体化、激光材料加工和合成产业、办公自动化与商用光 电子产业、激光医疗器械产业、激光器件产业、激光全息产业、光电子 材料产业、光电子检测产业和军用光电子产业。预计未来具有重大发展 前景的光（电）子产业有：光子计算与光信息处理产业、全光光子通信光子计算与光信息处理产业、全光光子通信 产业、产业、光子集成器件产业、聚合物光纤光缆产业、聚合物光电器件产业 和光子传感器产业等。 综上所述，光电子产业大致可分为五大类：光电子材料与元件产业 、光信息（资讯）产业、传统光学（光学器材）产业、光通信产业、激

6、 光器与激光应用（能量、医疗）产业。 安徽师范大学物理与电子信息学院6 2 21世纪世纪光子学年代光子学年代 “20世纪是电子学的年代”，这是对电子学为人类所作的贡献的一个恰如其 分的评价。 特别是20世纪40年代以后，电子学使工业化达到顶峰，又和光子 学一道促成了工业化向信息化的转变。“21世纪是光子学的年代”，在21世 纪光子学发展it的目标归结为3t，即信息传输和交换容量都将达到b/s量级 ，信息存储容量要达到tb量级， 这是信息化社会所需的信息量所决定的。 面对如此艰巨的任务，以硅材料为基础的电子学将会遇到两个问题：一是硅 材料本身的电子迁移率（单位电场强度下电子的漂移速度）为4 00

7、0 cm/（ s）已达到极限，启用更高电子迁移率的材料（如gaas）将受限于成本和工 艺；二是依靠缩尺效应来提高微电子器件的处理速度以提高信息传输和交换 容量也将逐渐趋于极限。 一般认为，0.05 靘 的ic极限特征尺寸可能会在 2010年出现（目前这一特征尺寸为0.13 靘）。 因此在解决信息供需矛盾上电 子学逐渐显得力不从心而表现出所谓“电子学瓶颈”。 相反，光子学对面临 的“3t”任务却显示出强劲的优势。 例如，用光纤来传输信息，它拥有70 thz以上可利用的带宽，而我们目前所利用的带宽还不足其万分之一；同样 有tb/s信息交换带宽潜力的全光交换还刚开始；被誉为“海量存储”的光盘 ，随着

8、激射波长越来越短的半导体激光器的实用化，存储量成倍地增加。 安徽师范大学物理与电子信息学院7 尽管光子学一开始就瞄准了信息科学作为它的应用对 象，光子是作为信息载体而出现的。 然而电子、光子 和其他微观粒子一样同属具有粒子性和波动性的“量 子”，用普朗克常数与其频率之积(hv)表示量子的能 量。 原子、电子、光子都可作能量的载体。 特别是 激光出现后，更是利用其作能量载体广泛应用于工业 加工，这比电子束用于材料加工的应用要广泛得多。 光子学的发展除极大地推动它的嫡系信息光子学 外，还辐射到其他科学领域而形成一系列其他分支光 子学，如包括量子光学、分子光学、非线性光学、超 快光学等在内的基础光子

9、学、生物医学光子学等。 在 21世纪，光学和光子学将渗透到各个学科领域，将成 为诸多学科中的“领头雁”。 安徽师范大学物理与电子信息学院8 3 国外光子产业的发展现状国外光子产业的发展现状 从20世纪90年代开始，人类开始迈入信息社会。 特别是1993年美国提出 国家信息基础设施（nii）和其后不久的全球信息基础设施（gii），使信 息技术出现了勃勃生机。 1995年波分复用（wdm）和掺铒光纤放大器（ edfa）进入实用，开创了大容量光纤通信的新局面，也开创了光子学发 展的新纪元。 到20世纪90年代后期，信息业务迅速发展，特别是因特网 业务呈爆炸性增涨，惟有光子学才能提供这种巨大的信息带宽

10、。 光纤通 信网络将无可辩驳地成为整个信息网络的核心和平台。 现在光纤通信的 容量，以每12个月翻一番的速度向前发展。 随着人们对信息需求量指数 增长，这种信息爆炸的形势会愈演愈烈。 特别是信息家电的发展，远程 教育、远程医疗、家庭办公、电子商务、交互式视频业务等信息业务的 风起云涌，信息爆炸的高潮将在10年左右时间内形成。 到时每个家庭将 会形成一个占有带约100 mb/s的家庭信息网络（homenet），则主干网上 的带宽将达到数十tb/s。 包括信息传输与交换的整个信息网络都处在光 子学领域或在电子学支持下的光子学领域。 在本世纪，光子学必将成为 包括信息科学在内的诸多学科的“领头雁”。

11、 像20世纪的电子学一样， 一个强大的光子产业必将在未来1020年内形成，驱动着第五个经济长波 的发展。 而且几年来的实际证明，光电子的潜在大市场是不言而喻的。 安徽师范大学物理与电子信息学院9 4 我国光子产业的发展现状我国光子产业的发展现状 我国的激光和光电子技术的发展起步不晚，几乎与世 界同步，尤其是近十几年来，由于改革开放政策的威力威力 ，以及积极利用投资环境和消费市场的优势，中国的光 电子产品市场的年增长率，始终保持在两位数的高速增 长势头。国家863计划为我国发展信息光电子产业打下 了很好的基础。目前，中国已成为光电子产品的重要市 场，为今后发展带来了很好的机遇。 目前，建立和健全

12、国家的风险投资资金体系，实行国 家、企业、个人风险共担，有利于促进涉及我国创新光 电子技术产品项目的开发。金融部门的积极投资，可使 我国先进光电子产品迅速达到规模生产，增强产品的国 际市场竞争地位。 安徽师范大学物理与电子信息学院10 扩大融资、纳资渠道也是我国光电子企业发展的必 由之路。目前我国大约有50家上市的企业集团公司 经营光电，光电股对股民有很大的吸引力，而且， 海外资本看好中国大陆的这块光电市场，按技术股 和资金等方式纷纷进入中国大陆的光电子产品市场 ，尤其是光纤和光通信行业市场，如长江通信参股 武汉长飞光纤光缆有限公司，阿尔卡特与深圳特发 信息股份有限公司，澳大利亚国家光子研究中

13、心与 江苏法尔胜组成法尔胜光子有限公司，日本藤仓株 式会社和台湾华新丽华与南京新港高科技股份有限 合资公司的华新藤仓光通信有限公司等。去年全球 最大的光纤通信器件公司-美国jdsu，全资并购福 建华科光电子有限公司，推开了世界跨国公司进驻 我国光电园区的序幕。 安徽师范大学物理与电子信息学院11 面对中国在wto及国际市场的巨大压力和挑战， 我国政府和各级地方政府在制定“十一五规划时， 均把发展光电子技术产业列入今后重中之重，选择 有条件的地区建立光电子技术产业基地。这是我国 迎接21世纪国际经济竟争和挑战的一项重要举措。 自2000年以来，称之为武汉中国光谷、 广东中 国光谷 、长春中国光谷

14、等国家级光电子科技产 业发展园区相继筹建，上海、西安、福州、南昌、 无锡、合肥、宁波、重庆、北京通州等地的光谷- -光电子科技产业园区的筹建也在加速进行中。这 些光电子科技产业园区具有优良的投资环境，将吸 引大批技术产品项目、资金、人才落户园区。 安徽师范大学物理与电子信息学院12 国内主要城市光电子产业发展比较国内主要城市光电子产业发展比较 1 地域强势领域科研教育实力 2001年 产值 优势与特点 上海光通信产业 光显示产业 微电子产业 光通信和激光技术基础雄 厚，有上海光机所，上海 交通大学、复旦大学等在 光电子技术方面处于国内 领先的院校。 约 210亿 rmb 漕河泾、嘉定、松江等地

15、区的 光电子企业相对较集中，已初 步形成上海光电子产业链，光 通信和光显示产业在国内具有 相对优势。 武汉光通信产业 激光加工产业 光通信和激光技术基础雄 厚，有武汉邮科院，华中 科技大学等在光电子技术 方面处于国内领先的院校 。 约 187亿 rmb( 含软 件) 长飞(连续十年光纤光缆产销量 全国同行业第一)楚天激光(全 国最大的专业激光产品制造商) ；华工科技(具高校背景的上市 公司，拥有“华工图象”等多 个知名品牌)。 广州光显示产业 光电材料产业 光储存产业 有中山大学、华南师大、 华南理工大学、暨南大学 、广东工业大学、广州大 学等在光电子技术方面处 于国内领先的院校。 约 120

16、亿 rmb 科学城成为国内外知名的光电 子产业园区。吸引大批外资或 合资企业，如光宝、依利安达 、恒光电子、高科通信等，形 成了光显示、光存储产业群。 深圳光通信产业 激光加工产业 集中了全国各地的光电子 人才，有深圳大学等从事 光电子技术研究和开发的 院校。 约 120亿 rmb 全国最大的光通信产业基地， 拥有一批著名的本土企业，如 华为、中兴等等；另外，激光 方面有大族。 续上表续上表 2 地域强势领域科研教育实力2001 年产 值 优势与特点 长春 光显示、激光设备 、传统光学精密仪 器设备产业 军用光电子领域 光电子基础雄厚，有长春 光机所、长春理工大学、 （原长春光机学院）等光 电

17、子专业院校。 约 70亿 rmb 全国主要的液晶生产基地；全国最 大的光电编码器生产基地；是世界 生产532nm全固态绿激光器系列产品 最大供应商，激光加工设备、军用 光电设备力量雄厚。 北京微电子、数控机床 、智能仪器仪表、 医疗设备、电子专 用设备、激光技术 、机器人等产业 光通信和激光技术基础雄 厚，有中国科学院、清华 大学、北京大学等在光电 子技术方面处于国内领先 的院校。 科研院所、高校集中，在半导体激 光器、光学仪器、光通信器件、激 光加工等方面拥有优势，有“大恒 光电子”等上市公司。 南京苏州 昆山（江 苏） 光通信、光显示产 业 光电子学、激光技术基础 雄厚，东南大学、苏州大

18、学等在光电子技术方面处 于国内领先的院校。 台湾、日本、韩国等光显示、光存 储企业搬至南京、苏州、昆山。如 三星、lg、友达、法尔胜等。 宁波温州 萧山（浙 江） 光通信、光器件、 光材料产业 光学仪器仪表产业 光电子学、激光技术雄厚 ，有浙江大学等在国内光 电子技术方面处于国内领 先的院校 逐步形成富有特色的光电子产业特 色园区，如富阳市的光信息传输材 料产业、宁波的光电子器件出口加 工业、萧山的光材料产业、浙西的 光配件产业、温州的光电能产业等 。 武汉光谷武汉光谷 “武汉光谷武汉光谷”位于武汉东湖高新技术产业开发区位于武汉东湖高新技术产业开发区 内，内，20012001年被国家计委批为全

19、国唯一的年被国家计委批为全国唯一的“国家光国家光 电子产业基地电子产业基地”。 目前占地面积目前占地面积3030多平方公里，计划扩展到多平方公里，计划扩展到5050平方平方 公里。在光纤光缆、光电器件、激光、通信系统公里。在光纤光缆、光电器件、激光、通信系统 、软件等几方面均有很好的产业基础，培养了一、软件等几方面均有很好的产业基础，培养了一 批骨干企业，如长飞、烽火、武汉电信器件公司批骨干企业，如长飞、烽火、武汉电信器件公司 、太空通信、华工科技、楚天激光、团结激光。、太空通信、华工科技、楚天激光、团结激光。 据开发区管委会经济发展局提供的数据，目前据开发区管委会经济发展局提供的数据，目前“

20、 武汉光谷武汉光谷”的光电子信息企业达的光电子信息企业达480480多家，多家，20012001 年产业产值年产业产值120120亿元，比亿元，比20002000年增长年增长50.8%。 长春光谷长春光谷 长春的光电子产业带主要由华禹光谷股份有限长春的光电子产业带主要由华禹光谷股份有限 公司和中科院长春光电子产业园区组成，重点公司和中科院长春光电子产业园区组成，重点 发展以液晶显示为主的光显示、光仪器仪表、发展以液晶显示为主的光显示、光仪器仪表、 激光器。激光器。 虽然长春的光电子企业还在起步阶段，产业水虽然长春的光电子企业还在起步阶段，产业水 平（不包括军工部分）较低，但由于具有强大平（不包

21、括军工部分）较低，但由于具有强大 的研发实力和现有的产业基础，如吉林彩晶的的研发实力和现有的产业基础，如吉林彩晶的 年产年产36万片万片tftlcd生产线、吉林紫晶的生产线、吉林紫晶的 stnlcd液晶模块生产线、长春半导体拥有液晶模块生产线、长春半导体拥有 全国最大的发光二极管生产规模、新产业光电全国最大的发光二极管生产规模、新产业光电 子公司的蓝绿激光器，因此长春的光电子产业子公司的蓝绿激光器，因此长春的光电子产业 发展潜力还是很大的。发展潜力还是很大的。 上海的光电子产业上海的光电子产业 上海的光电子产业主要集中在漕河泾新兴技术开发区内，上海的光电子产业主要集中在漕河泾新兴技术开发区内，

22、 以发展光机电、光纤通信和激光产业为主，以发展光机电、光纤通信和激光产业为主，2001年，开发年，开发 区的光电子产业销售收入达区的光电子产业销售收入达48.9亿元，占开发区销售额近三亿元，占开发区销售额近三 分之一。分之一。 区内共吸纳了光通信公司、晶谷微电子、杜邦光掩膜、美区内共吸纳了光通信公司、晶谷微电子、杜邦光掩膜、美 国朗讯等国内外近百家光电子企业和研究机构。国朗讯等国内外近百家光电子企业和研究机构。 开发区正规划建设面积为开发区正规划建设面积为2.2万平方米的光电子有源器件企万平方米的光电子有源器件企 业基地，促使有源器件关键技术从研发阶段走向规模化生业基地，促使有源器件关键技术从

23、研发阶段走向规模化生 产。产。 上海市政府已决定在嘉定国家级高新区创建上海光电子科上海市政府已决定在嘉定国家级高新区创建上海光电子科 技产业园，规划面积为技产业园，规划面积为4.8平方公里，由科研开发区和光电平方公里，由科研开发区和光电 子产业区两部分组成，主要吸纳光显示、光通讯、光存储子产业区两部分组成，主要吸纳光显示、光通讯、光存储 、特种光纤光缆、激光加工和激光医疗等光电信息产业项、特种光纤光缆、激光加工和激光医疗等光电信息产业项 目，注重与中科院合作，重点吸引台湾光电子产业和创业目，注重与中科院合作，重点吸引台湾光电子产业和创业 投资者落户。投资者落户。 2001年，上海光电子产业总产

24、值约年，上海光电子产业总产值约210亿元人民币。亿元人民币。 浙江的光电子产业浙江的光电子产业 浙江的光电子产业近年来以平均浙江的光电子产业近年来以平均30%的增长率快速发展的增长率快速发展 ，目前已成为我国光电子产业大省。现从事光电子产品，目前已成为我国光电子产业大省。现从事光电子产品 生产的企业已有生产的企业已有200多家，多家，2001年的光电子产业总产值超年的光电子产业总产值超 过过40亿元。亿元。 浙江正逐步形成富有特色的光电子产业特色园区，如富浙江正逐步形成富有特色的光电子产业特色园区，如富 阳市的光信息传输材料产业、宁波的光电子器件出口加阳市的光信息传输材料产业、宁波的光电子器件

25、出口加 工业、萧山的光原材料产业、浙西的光配件产业、温州工业、萧山的光原材料产业、浙西的光配件产业、温州 的光电能产业等等。的光电能产业等等。 浙江在光通信、光器件、光材料以及光能量转换器等方浙江在光通信、光器件、光材料以及光能量转换器等方 面已形成系列产品。其中光纤光缆生产企业数量和规模面已形成系列产品。其中光纤光缆生产企业数量和规模 居全国第居全国第2位，位，2001年总产值超过年总产值超过10亿元。亿元。 在光学仪器与光学加工产业领域，浙江具有国内领先的在光学仪器与光学加工产业领域，浙江具有国内领先的 规模，中低档照相机镜头占世界市场的一半以上份额。规模，中低档照相机镜头占世界市场的一半

26、以上份额。 北京光机电一体化产业基地北京光机电一体化产业基地 北京在通州区为主的开发区建立光机电一体化北京在通州区为主的开发区建立光机电一体化 产业基地，计划投资产业基地，计划投资200亿元，其中亿元，其中100亿元用亿元用 于基地、园区和项目建设，于基地、园区和项目建设，100亿元用于科技亿元用于科技 攻关、产品开发和技术引进、合资合作等，达攻关、产品开发和技术引进、合资合作等，达 到年产到年产240亿元的规模。重点发展微电子、数亿元的规模。重点发展微电子、数 控机床、印刷机械、智能仪器仪表、医疗设备控机床、印刷机械、智能仪器仪表、医疗设备 、电子专用设备、激光技术、机器人等产业。、电子专用

27、设备、激光技术、机器人等产业。 山东光电子产业山东光电子产业 在山东省自行研制投产的光电子材料、光通信产品中在山东省自行研制投产的光电子材料、光通信产品中 ，不少是国内独家生产、世界上只有少数几个国家能，不少是国内独家生产、世界上只有少数几个国家能 够生产的产品。如由蒋民华院士研究开发的高亮度、够生产的产品。如由蒋民华院士研究开发的高亮度、 超高亮度发光二极管系列新材料，覆盖了红、橙、黄超高亮度发光二极管系列新材料，覆盖了红、橙、黄 、绿波段，技术指标达到国际先进水平；、绿波段，技术指标达到国际先进水平； 激光偏光器件产品的主要技术指标不仅达到当前世界激光偏光器件产品的主要技术指标不仅达到当前

28、世界 同类产品的先进水平，而且实现了产品的标准化、系同类产品的先进水平，而且实现了产品的标准化、系 列化和商品化，几乎承担了我国高科技发展所需要激列化和商品化，几乎承担了我国高科技发展所需要激 光偏光器件的全部供应任务；研发的光纤光缆、光通光偏光器件的全部供应任务；研发的光纤光缆、光通 信器件、光端机等产品主要指标均达到国际先进水平信器件、光端机等产品主要指标均达到国际先进水平 ，尤其是自主研发的光电转换器件，性能指标达到世，尤其是自主研发的光电转换器件，性能指标达到世 界同类产品的领先水平。界同类产品的领先水平。 山东省正在积极建设一批大项目山东省正在积极建设一批大项目 山东省的华光光电子股

29、份有限公司投资山东省的华光光电子股份有限公司投资7330万元建设国内万元建设国内 最大的高亮度发光二极管外延和管芯科研生产基地，今年最大的高亮度发光二极管外延和管芯科研生产基地，今年 可形成年产红色、橙色、黄色、绿色高亮度发光器件外延可形成年产红色、橙色、黄色、绿色高亮度发光器件外延 片万片、管芯亿粒的批量生产能力；片万片、管芯亿粒的批量生产能力； 国内最大的发光二极管后封装企业之一的鲁星工贸有限公国内最大的发光二极管后封装企业之一的鲁星工贸有限公 司，今年正在建设年产司，今年正在建设年产8640万只蓝光二极管生产基地；万只蓝光二极管生产基地； 阳谷电缆集团投资阳谷电缆集团投资4.5亿元，正在

30、建设国内最大的光纤预制亿元，正在建设国内最大的光纤预制 棒和光纤丝生产基地；棒和光纤丝生产基地； 星海电子设备有限公司正在抓紧建设国内唯一的光电转换星海电子设备有限公司正在抓紧建设国内唯一的光电转换 器件生产基地；器件生产基地； 青鸟华光科技股份有限公司正建设光端机生产基地，这是青鸟华光科技股份有限公司正建设光端机生产基地，这是 目前光通信领域技术最先进的产品之一目前光通信领域技术最先进的产品之一。 重庆的光电子技术与产业重庆的光电子技术与产业 重庆将在该市的北部建立以光电子、新 材料等新技术产业的科技新城，已被科 技部批准为国家西部开发的重点项目。 计划投资100亿元，2010年时达到500

31、亿 元科工贸收入。 光电子产业包括光通讯技术及网络产品 、图像、光机电一体化产品，光电材料 与元器件、光存储等。 西安、福州、南昌、无锡、芜湖、合肥西安、福州、南昌、无锡、芜湖、合肥 西安计划开发40多个项目，投资30亿元，重点 发展光电一体化仪器，光电转化和光通讯技术 。 福州光电园区，重点是光通讯器件； 南昌的全套led生产基地； 无锡的石英晶片生产基地； 芜湖三安光电的光伏和led产业基地、德豪润达 led产业基地、华东光电特种显示研发基地； 合肥的光子科学岛等。 二、设置光信息科学和技术专业的必要性设置光信息科学和技术专业的必要性 1 我国光电子产业的发展势头强劲我国光电子产业的发展势

32、头强劲 长春中国光谷-在长春高新技术产业开发区和长春经济技术 开发区规划30平方公里土地，用于开发光电子产业。中科院长 春光电子产业园和中国长春光电子技术产业园及其骨干项目已 于2000年破土动工，二个园区一期工程总投资为249亿元，投 产后可实现产值460亿元。预计十五计划之后，长春的光电 子产业将成为仅次于汽车行业的主导行业，年销售收入可实现 800亿元。长春的光电子产业基地建设，将发挥本地优势，重 点发展光材料，发光器件、光显示、激光技术和光电仪器，其 中正在进行的项目有投资2.9亿元的微光夜视仪工程，投资5亿 元的当代最先进发光显示器（如液晶显示屏导光板等）生产项 目，以及首批投资13

33、.5亿元的生产第三代手机、数码相机、高 亮度发光外延片及芯片、笔记本电脑用的镁合金外壳材料项目 工程等。 安徽师范大学物理与电子信息学院24 武汉中国光谷-建立在武汉东湖高新技术开发区内，计划在十 五计划期间建成国际一流、国内第一的占地50平方公里的国家光电 子产业基地，年销售额实现一千亿元，形成一批企业集团，发展大 中型企业。将在四大领域十六大类项目预计投资240亿元：（1）信 息光电子：预计投资135亿元，形成590亿元的产业规模，其主要项 目：光纤光缆、光通信器件及组件、光通信系统及设备、ip网络设 备、移动通信系统及设备、全球卫星定位系统和智能交通系统。（2 ）能量光电子：预计投资45

34、亿元，形成190亿元的产业规模，其主要 项目：工业激光设备与应用、激光生物医学技术及设备、光学元器 件和光电测量仪器。（3）信息存贮及传感光电子：预计投资40亿元 ，形成160亿产业规模，其主要项目：光纤传感器、电源和可视电话 。（4）软件与电子商务：预计投资20亿元 ，形成110亿元的产业规 模，其主要项目：软件、网络与电子商务应用系统。 安徽师范大学物理与电子信息学院25 “广东中国光谷”-建在广州市东部的广 州科学城。“广东中国光谷”建设已列入 广东省“十一五发展规划中，作为发展 高新技术产业的重中之重项目。力争在 5年内，将广东光谷光电子产业成为广 东省的支柱产业。广东光谷的核心产业

35、将以光通信技术产品及光通信系统软件 为主。 安徽师范大学物理与电子信息学院 26 上海光电子产业发展基地-坐落在上海浦东新区、漕河泾 开发区、嘉定高科技园区、松江区等高新技术区域内。 在上述区域内已有许多光电子方面的企业、研发中心、 孵化基地。今后上海将采取更强有力的措施，不失时机 地推动光电子技术和产业超常发展，用五到十年的时间 建成国内领先、国际一流的具有相当规模和核心竞争力 的光电子产业基地。目前上海确定的光电子产业基地发 展领域包括：光通信、光显示、光存储、光学整机和系 统、关键的光电子元器件，其中重点是光通信和光显示 等。例如最近在漕河开发区正规划建设面积为2.2万平方 米的光电子有

36、源器件基地；嘉定国家级高科技园区最近 确立产业定位，重点发展光电子科学和光机电一体化技 术及其产品。 安徽师范大学物理与电子信息学院27 西安光电子科技产业园-位于西安高新技术产业 开发区，占地900余亩，计划开发40多个项目，总投资 30亿元，重点发展以光电一体化的仪器设备、光电转 化和光通信技术为重点的光电产业。 浙江光电子产业发展专项计划：此项计划的实施 的目的是使光电子产业尽快形成产业化规模优势，重 点项目产品是光纤预制棒及扩大基于宽带技术的光纤 生产规模，以适应宽带信息网络的建设的需要。目前 浙江省新建的和在建的光电子项目，投资超过10亿元 ，其中重点项目17个，总投资约9亿元。今年

37、将重点抓 好3-5个光电子产业园区的规划和培育，为十五期间 培育10个光电子产业园区打好基地。例如，正在宁波 保税区建设的半导体光电科技工业园，占地面积1万余 平方米，已有浙江大学单晶硅项目（总投资5亿元）和 意大利多晶硅项目（投资1500万美元）等落户园区。 安徽师范大学物理与电子信息学院28 福州光通信产业基地-光电园区座落在福州晋安区鼓山镇。去 年全球最大的光纤通信器件公司-美国jdsu公司，全资并购福建华科 光电有限公司，推开了世界跨国公司投资我国光电园区的序幕。随 后，apring公司落户园区，以及康顺、宏大等光电企业加盟。据称 去年该园区企业总销售额约1.2亿美元。 重庆光谷-重庆

38、光电产业园位于重庆北部新区，是由国家科技 部批准列为国家西部开发的重点项目。重庆光谷将建设成以光电子 产业（包括光通信技术及网络产品、图像产品、光机电一体化产品 、光电材料与元器件、光存储等 ）、新材料、环保、生物生化工程 等新技术产业并存的科技新城。建成后的技工贸收入将达到500亿元 。该光电园区力争用8-10年时间，建成国内技术领先、国际上有较大 影响的光电子产业生产制造中心、产品集散地、研究开发和人才培 养基地。该园建设需投资约100亿元。计划分三个发展阶段：2001- 2002年：以规划编审、基础设施建设、产品招商为重点；2003-2005 年：主导产品开发、集中招商和大规模建设开发，

39、形成一定规模； 2006-2010年：以产业扩张为主，通过体制创新、环境优化，全面实 现规划目标。 安徽师范大学物理与电子信息学院29 此外，正在兴建光电子产业园区的还有 ：北京通州的北京市光机电一体化产业 基地（“十一五期间将投资500亿元，重 点发展：数控机床、智能仪表、激光技 术、机器人等）；安徽合肥光子科学岛 ；江西南昌以联创光电科技股份有限公 司-建成目前国内唯一具有led全工序生 产技术和实现led外延片规模化生产 led的基地；无锡新区光电产业基地将 成为目前国内一流的最大石英晶片生产 基地，年生产晶片72亿颗，年生产能达 3000万美元。 安徽师范大学物理与电子信息学院30 2

40、、我国光学与光电子学发展中存我国光学与光电子学发展中存 在的问题在的问题 近40年来我国光学与光电子学的科研 工作取得了较好的进展。在基础研究方 面，在某些学科点上做出了达到国际水 平的科研成果；在高技术方面、建立了 相应的技术基础。在很广的面上开展了 跟踪研究；在为国民经济和国防建设服 务方面，建国以来的各个时期，为解决 有关科学技术问题提供科学试验装备 ，作出了积极的贡献。 安徽师范大学物理与电子信息学院31 但是，我国光学与光电户学研究的总体水平还是显著落后于 国际水平：在基础研究方面，做出具有国际水平成果的只在 少数学科点上，尚没有一个学科领域，全面进入国际竞争行 列。在重要的国际学术

41、会议上发表的论文、我们一 般仅占3-4 而且只分布在少数几个专题中。在一般以上的学科领域 拿不出可到国际会议上交流的论文。在高技术和应用研究 方面技术基础还比较薄弱，特别是元器件的研制水平较低 ，例如，发展光电子技术的关键是半导体光电子器件；而与 国外相比在器件性能指标如波段覆盖、域值电流输出功 率、寿命，器件可靠性、互换性、封装以及工艺、测试手段 等方面都有很大差距。在光产业方面，国内生产的光学与光 电子产品，档次低，产品质量相性能价格比差。国家每年要 花费大量外汇进口光学与光电子元器件与仪器。光学仪器虽 也有出口，但还是以低档劳动密集型产品为主。 安徽师范大学物理与电子信息学院32 造成上

42、述现象的主要原因有： 1)科技人员的素质需要提高。有此人基本训练不足， 理论根底不深；不少人知识老化知识面不广，学术 上缺乏开创性，掌握实验技木不全面难以胜任技术 复杂的科学实验。加之科技人员待遇低，影响队伍稳 定。 2)科研经费严重不足。由于经费短缺有些虽有学术 意义和应用前景的课题无法开展；已有课题难以维持 或开展深人一步的工作。由于经费不足，实验室仪器 设备不配套，仪器性能不先进，在实验条件远远落后 于先进国家的情况下，很难做出具有国际水平的科研 成果。应用研究部门的技术改造不及时设备陈旧。 缺乏高精度加工和进行现代化装配与检测的条件。这 些都是亟待解决的问题。 安徽师范大学物理与电子信

43、息学院33 3 我国光信息科学和技术人才资我国光信息科学和技术人才资 源不足源不足 据了解，近年来光电子技术已成为信息技术时代进一步发展 的主导方向，要想在世纪尖端科技较量中夺魁，主要在 于能否取得光电子技术及产业发展中的主动权。近年来，一 股光电子产业建设热潮席卷全国，武汉、长春、重庆、广东 、山东等省市在发展自己光电子产业的同时，纷纷争建“光 谷”。 一项测算显示，如果一个区域的光谷要达到年产值超过 亿元，那么相应的人才则需要万。然而，我国目前 光电子从业人员仅为十几万，远远无法满足这一需求。人才 短缺已成为阻碍这一产业快速发展的瓶颈。 安徽师范大学物理与电子信息学院34 国内有关部门的一

44、项研究预测表明，随着我国经济与 社会的发展，今后10年内我国对人才的需要将有较大 的变化。从技术和产业发展的角度来说，今后几年我 国将大力发展六大技术领域：生物技术；信息技术； 新材料技术；新能源技术；空间技术；海洋技术。六 大技术可以形成9个高科技产业：生物工程、生物医药 、光电子信息光电子信息、智能机械、软件、超导体、太阳能、 空间产业、海洋产业。 按照国家人事部的有关统计预测，我国今后几年急需 的人才主要是以下八大类：以电子技术、生物工程、 航天技术、海洋利用、新能源新材料为代表的高新技 术人才；信息技术人才信息技术人才；机电一体化专业人才；农业 科技人才；环境保护技术人才；生物工程研究

45、与开发 人才；国际经贸人才；律师人才。 安徽师范大学物理与电子信息学院35 三、学院开设该专业的条件 1 相近专业的建设情况相近专业的建设情况 光信息科学与技术专业是一门多学科交叉专业，它与光信息科学与技术专业是一门多学科交叉专业，它与 物理、电子科学与技术学科、通信技术、自动化技术有物理、电子科学与技术学科、通信技术、自动化技术有 着紧密的联系，而我校物理与电子信息学院具备了这一着紧密的联系，而我校物理与电子信息学院具备了这一 有利的条件，物理系物理专业是我校最早建立的师范本有利的条件，物理系物理专业是我校最早建立的师范本 科专业，该专业的特点是培养出来的学生具有扎实的专科专业，该专业的特点

46、是培养出来的学生具有扎实的专 业基础知识，为我国的教育和科研输送了大量的高级人业基础知识，为我国的教育和科研输送了大量的高级人 才，同时经过几十年的努力，我系教师在物理光学、量才，同时经过几十年的努力，我系教师在物理光学、量 子光学、近代光学、激光技术及其应用等研究领域取得子光学、近代光学、激光技术及其应用等研究领域取得 了一批科研成果，在国内外主要学术刊物上发表此领域了一批科研成果，在国内外主要学术刊物上发表此领域 的论文的论文300余篇，并于余篇，并于1993年成功地申请到原子与分子物年成功地申请到原子与分子物 理专业硕士点，理专业硕士点，2003年申请到光学专业硕士点，建立了年申请到光学

47、专业硕士点，建立了 光学学科专业实验室，为设置光信息科学与技术专业打光学学科专业实验室，为设置光信息科学与技术专业打 下了坚实的基础。下了坚实的基础。 安徽师范大学物理与电子信息学院36 同时我校物理与电子信息学院开设了与光信息科学与技术相近的4年制本 科专业电子信息工程和通信工程专业，并成为安徽师范大学重点建设 专业。 这两个专业自成立以来已建成一整套教学体系，在课程设置、教学计划和 教学大纲的制定上都充分考虑到专业的特点以及国家对电子信息和通信工 程方面人才的需求。 在教学计划的实施、教学的安排及配套环境的建设上，该专业也已取得可 喜的成绩。省教育厅和本校近年来已先后投资300余万元新专业

48、建设专款用 于专业建设，建立了与课程体系配套的实验室，配备了必要的实验仪器与 设备。 该两个专业在师资培养、教育管理、教学法研究和教材建设以及实验室建 设等软硬件环境方面均取得长足的进步，办出了特色，毕业生遍及科研机 构、大专院校、工商企业、银行、保险、公安、部队、国家重点骨干企业 等各行各业。 这两个专业的建设为我们开设光信息科学与技术专业积累了宝贵的经验， 从软硬件环境两个方面打下了良好的基础。 另外，我校是省属重点大学，有义务有责任为社会培养急需的光信息科学光信息科学 与技术与技术专业人才。学校历过80多年的发展，已成为较强实力、文理并重的 综合性大学。光信息科学与技术是一个新兴的理、工

49、交叉渗透的综合专业 ，我校可充分发挥学科齐全的优势，以物理、电子信息专业为基础，汇集 数学、材料、化学等方面的师资，办好光信息科学与技术这一本科专业。 安徽师范大学物理与电子信息学院37 2本专业现有师资情况本专业现有师资情况 本专业师资队伍结构合理，现有专业教师42人，其中 教授8人，副教授和高级实验师15人，其中光学专业博 士10人，光学专业硕士生导师10人，光学专业博士生 导师1人，具有丰富的教学经验和很强的科研能力，并 且已探索出一套颇具特色的教学方法。在年龄层次上 构成老、中、青梯队，其中三分之二是中青年教师， 他们在专业上思想敏锐、积极进取、善于接受新的知 识和信息，在工作中勤奋踏

50、实、认真负责，是确保本 专业可持续发展的中坚力量。 安徽师范大学物理与电子信息学院38 3实验设备及图书资料实验设备及图书资料 现已具备光学、高分辨激光光谱、近代物理实验、电子技术、计 算机软件技术、计算机硬件技术等设施完善、性能优良的实验室 ，为新专业的开设提供了必要的前提。实验室现有的大型光学教 学和科研设备包括： 准分子激光器和脉冲染料激光器一套（德国进口）； 飞秒激光系统一套（美国进口） q开关nd:yag激光器和脉冲染料激光器三套（美国进口）； 光学多道高分辨光谱分析系统一套（美国进口）； 激光共振增强多光子电离和激光诱导荧光实验设备一套； 单光子计数、锁相放大器、boxcar平均器

51、、ccd、iccd、pmt| 、mcp等比较齐全的先进光电子探测仪器。 利用上述实验设备，可以开展激光技术、量子光学、非线性光学 、光电子学、高分辨激光光谱、量子电子学、激光全息等方面的 实验教学和科学研究工作。 此外，还有专业图书约12000册，专业期刊杂志5000多册。 安徽师范大学物理与电子信息学院39 4实习基地实习基地 为保证本专业毕业生的实际工作能力，除了要加强师 资队伍、教学与科研、实验室等方面的建设，实习基 地的建设也是一个重要的环节。经过几年的发展，本 学院现已初步完成以下实习基地的建设，为新专业的 开设作好了充分的准备。 (1) 中国科学院安徽光学精密机械研究所； (2)

52、芜湖慧通信息技术有限公司； (3) 华东光电技术研究所； (4) 粤美的公司芜湖分公司； (7) 芜湖国家级经济开发区； (8) 芜湖中外合资易通信息技术有限公司。 安徽师范大学物理与电子信息学院40 41 一.光信息科学与技术研究对象研究对象 光信息科学和技术是光学和光电子学的一个分支。 研究光（特别是相干光）的产生、传输、控制和 探测的科学技术。通过光电子技术与微电子技术 的结合，以及在各种科学和技术领域的应用，产 生并形成了一系列新的交叉学科和应用技术领域， 如信息光电子技术信息光电子技术，激光医疗与光子生物学，激 光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技激光全息技 术术，激光光谱分析

53、技术，非线性光学，激光光谱分析技术，非线性光学，超快光子 学，激光化学激光化学，量子光学，激光（测污）雷达， 激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变， 激光武器等等 。 安徽师范大学物理与电子信息学院 42 这些技术应用的快速发展及向其它科技 领域的渗透，形成了许多市场可观、发 展潜力巨大的光电子产业，包括光纤通光纤通 讯产业、光显示产业、光存储讯产业、光显示产业、光存储-光盘产业、光盘产业、 光机电一体化、激光材料加工和合成产 业、办公自动化与商用光电子产业、激 光医疗器械产业、激光器件产业、激光 全息产业、光电子材料产业、光电子检 测产业和军用光电子产业。 安徽师范大学物理与电子信息学院

54、 43 光子学以信息科学作为它的应用对象，光子是 作为信息载体而出现的。 然而电子、光子和其他微观粒子一样同属具有 粒子性和波动性的“量子”，用普朗克常数与 其频率之积(hv)表示量子的能量。 原子、电子、 光子都可作能量的载体。 特别是激光出现后， 更是利用其作能量载体广泛应用于工业加工， 这比电子束用于材料加工的应用要广泛得多。 光子学的发展除极大地推动它的嫡系信息 光子学外，还辐射到其他科学领域而形成一系 列其他分支光子学，如包括量子光学、分子光 学、非线性光学、超快光学等在内的基础光子 学、生物医学光子学等。 安徽师范大学物理与电子信息学院 44 主要研究激光物理、激光技术、光电子学、

55、 信息光学、全息技术等及其在科学研究、工农 业生产、现代国防等领域的应用。 安徽师范大学物理与电子信息学院 二、光信息科学与技术各学科的 分类 按学科体系划分： 1 、光（特别是相干光）的产生、传输、 控制 2、光信息的获取、检测、处理和显示 按学习顺序来划分： 基础课程、专业课程和自选课程 2021-5-1545安徽师范大学物理与电子信息学院 2.1-1光（相干光）的产生、传输、控制 相干光的产生（普通物理、理论物理、光学 、应用光学、半导体物理、电子技术、量子 电子学、激光原理、量子光学） 相干光的传输、控制（信息光学、光通信原 理、光电子学、激光技术、光纤通信技术、 光通信网络基础、固体

56、光学性质、应用薄膜 光学、半导体光电子器件、微电子技术） 2021-5-1546安徽师范大学物理与电子信息学院 2.1-2光信息的获取、检测、传输、处理和显示 激光光谱技术、光谱技术及应用、光纤传 感原理、信息存储与检索、微弱信号检测 技术、液晶原理及应用、集成光学、激光 加工及应用、数字图像技术、光电子学、 信息光学、半导体光电子器件、近代光学 实验技术等 安徽师范大学物理与电子信息学院47 2.2 -1 专业基础课 普通物理及实验 理论物理（电动力学、量子力学、固体 物理） 电子技术（电子技术基础、数字电路、 计算机应用技术） 光学（应用光学、激光原理、激光光谱 学、近代光学实验技术、 信

57、息科学（图形图像处理技术等） 2021-5-1548安徽师范大学物理与电子信息学院 2.2 -2 专业课 激光技术、信息光学、光电子学、光通 信原理、光谱技术及应用、光纤通信系 统、数字图像技术 2021-5-1549安徽师范大学物理与电子信息学院 2.2 -3 专业自选课程 光学（应用非线性光学、量子光学、集 成光学、 理论物理（电动力学、量子力学、固体 物理） 电子技术（电子技术基础、数字电路、 计算机应用技术） 光学（应用光学、激光原理、激光光谱 学、近代光学实验技术、 信息科学（图形图像处理技术等） 2021-5-1550安徽师范大学物理与电子信息学院 三、光信息科学与技术各学科内容简

58、介 3.1 数学课程 是专业的最基础课程，是基本工具。 3.1.1 高等数学(154学时、9学分）: 通过本课程的学习，要使学生获得：1.函数、极限、连 续；2.一元函数微分学及应用；3.一元函数积分学及应 用； 4.空间解析几何与向量代数；5.多元函数微分学及 应用； 6.多元函数积分学及应用；7.无穷级数； 8.微分 方程等方面的基本知识（基本概念、基本理论、基本方 法）和基本运算技能，为今后学习后续课程及进一步获 得数学知识奠定必要的连续量方面的数学基础。 在传授知识的同时，要通过各个教学环节培养学生 运算能力、空间想象能力、抽象思维能力和逻辑推理能 力，培养学生具有综合运用所学知识去分

59、析问题和解决 问题的能力以及较强的自主学习能力，逐步培养学生的 创新精神和创新能力。 安徽师范大学物理与电子信息学院51 3.1.2 线性代数（51学时、3学分） 线性空间（其中的元素是向量）及其变换是该课 程的主要处理对象，而矩阵运算是处理线性空间 及其变换的主要工具。该课程不只是要让学生分 别掌握线性空间和矩阵的知识，更重要的是要学 会将线性空间的问题通过矩阵的语言建立起数学 模型，利用矩阵运算加以解决。 主要内容有：线性方程组，行列式，矩阵的代数 运算，线性空间的概念，线性映射与线性变换， 矩阵相似的标准形理论，二次型，欧式空间和酉 空间及其变换。 安徽师范大学物理与电子信息学院52 3

60、.1.3 数学物理方法（68学时、3学分） 数学物理方法是物理类专业的必修课和重要基础课 ，也是一门公认的难道大的课程。 本课程包括复变函数论、数学物理方程、特殊函数 、非线性方程和积分方程共四篇的内容。其中，第 一篇复变函数论又含解析函数、解析函数积分、无 穷级数、解析延拓函数和留数理论五章；第二篇数 理方程又包括：定解问题、行波法、分离变量法、 积分变换法和格林函数法五章；第三篇特殊函数又 包括勒让德多项式、贝塞耳函数、斯特姆-刘维本征 值问题三章。 安徽师范大学物理与电子信息学院53 3.2 物理学基础课程 3.2.1 普通物理学（120学时、7学分） 主要内容：力学、热学、电磁学、光学