光学应用技术范文1

1 光电子技术科学的概述

1.1 光电子技术科学的概念

光电子技术自从在20世纪60年代诞生开始之后，在各个领域中得到了广泛的应用。具体来说，光电子技术科学是一项将光子、电子两项技术进行有效结合的高新技术科学，与微电子技术相对，光电子技术具有一定的优点。而光电子技术科学包括了光电子学、电子学、光学和计算机技术等众多学科，其将各学科进行相互的融合、渗透，是光电信息产业的基本和核心。

1.2 我国光电子技术科学的发展现状

随着我国信息技术产业的不断发展和规模的扩大，在各地中大量的兴建产业园区，为国家经济结构的调整起到了保障的作用，尤其是在我国加入了 WTO之后，对于光电信息产业的发展和规模提出了更加严峻的考验。目前在我国的各个地域中都建立了具有合理性的光电子产业园区，使我国的光电子产业格局得到初步的确定，但是对于光电子产业园区来说，其仍然处在发展阶段中。在时代和社会不断发展的环境下，尤其是信息时代的来临，光电子技术在众多领域中起到了重要的作用，并且对我国的科技水平和综合国力具有非常重要的意义。

2 光电子技术科学的实际应用(见图1)

图1 光电子技术科学的应用

2.1 光电子技术科学应用于民用领域

(1)液晶显示器。利用光电子技术对有源阵列液晶显示器进行制造，其主要是利用光刻技术，对薄膜晶体管着、色滤波器的阵列进行制作，并且通过对光学检测技术的利用，对显示器产品进行最后的监视。在显示器的制作中，光电子技术一直贯穿着整个过程，尤其是在诊断工艺的时候，对微粒的控制和检测则利用光学之后，还利用紫外光解决液晶在密封上的问题，最后，在对加工中存在的缺陷问题上利用了激光对其进行查找定位、处理。(2)信息储存。在进行信息储存的时候，主要采用的是DVD、CD等方式，其主要采用的技术就是利用光储存信号来进行储存的，而储存的容量大小则需要由写入的光源来进行决定，光盘储存量则和光斑之间具有反比的关系。从刚开始的时候，对于光电子激光器来说，主要采取的是气体激光器，随着社会的发展，逐渐发展成为半导体激光器。此时，当写入的光源产生的光斑则会与激光波的平方产生反比例的关系，使VCD、CD的储存量得到有效扩大。(3)通信技术。在通信技术领域中，应用光电子技术具有保密性高、信号容量大、结构轻便、通信距离远等优点，主要是利用激光技术，将信息都加载于激光束之上，利用激光束快速传播的方式来进行通信，与无线电技术相比，激光通信多了光电和光电转换过程，经由信号的转变其，将已有的影像、声音等进行转换，使其转成为电信号之后，将信号利用调制器进行调制成为一束激光，由于此调制成的激光参数会受到信号控制的影响，从而使信号在激光上得到加载。此时将激光利用发射端进行发射，在接收端进行接收，利用光检测器对电信号检测，最终使用调节器对信号进行还原。

2.2 光电子技术科学应用于军事领域

(1)激光测距仪。在飞机、坦克、火炮和舰艇中，激光测距仪是这些武器装备的重要组成技术装备，使各战术武器装备在系统上具有更强的攻击力，并且具有更高的准确性。通常情况下，能够使其首发的命中率高于80%，使各武器装备能够充分发挥自身的作用。(2)热摄像仪。在目前的热摄像仪中，GaAlAs/GaAa QW IRFPA是热摄像仪应用最为广泛的技术，而非制冷IRFPA的热摄像技术，不仅使在极度低温冷却的工作问题得到解决，而且还使热像仪在密度和成本上更具优势。在目前，非制冷热像仪主要应用在低中挡的传感器中，其所采用的阵列主要分为640×480、320×240，其可以进行探测的温差为0.05K。(3)预警和干扰设备。利用飞机对目标进行一系列的侦测，其主要利用的是加载在飞机上的光电子预警设备，其可以对空间坐标、技术参数等进行确定和侦测，经过相关判断之后，对存在的危险目标进行预警。其主要是利用在不同的物质上、背景上所产生的光电子电磁波存在不一致的反射，将四周反射出来的电磁波与目标进行差异性的比较，以此来得以识别和发现目标之后对其进行跟踪、预警。目前在火箭、导弹中的红外预警器得到应用。

3 结语

综上所述，光电子技术科学作为一项新兴的高新技术，其是在微电子技术之后进行发展的，可以说，光电子技术科学主要的重心点和中心点是光子学的研究，而为其进行支撑的则是电子学的研究。由于光电子技术科学的产生能够促进产业结构和技术的调整和改造，因此在民用领域和军用领域中得到普遍的应用，对社会经济发展、军事现代化作战中起到了促进作用。

光学应用技术范文2

关键词：光学相干层析成像（OCT）；频域；多普勒效应

1.前言

量显微成像技术已经发展了很长时间了。为了观察生物组织、微生物组织和了解材料的结构，人们发展了多种成像技术，例如：X光技术及层析技术、核磁共振技术、超声、正电子辐射层析技术及光学层析成像技术OT（Optical tomography）等。上世纪90年代初期，人们结合上述技术并利用宽带光源的低相干特性对生物活体组织的内部微观结构进行了非侵入式的层析成像，这种新的技术被称为光学相干层析技术（Optical CohereneeTomography OCT）[1]，这种成像技术具有许多其他成像方法所不具有的优点，其原理是利用宽带光源的低相干特性，通过测量样品背向散射光的干涉信号，对生物组织内部微观结构进行高分辨率层析三维成像。

2.OCT系统的基本原理

OCT系统的核心结构是迈克尔逊干涉仪如图1所示。从光源发出的低相干光由分束镜分为两束，一束光由反射镜反射后按原路返回并透射过分束镜后到达探测器；另一束通过聚焦透镜聚焦成一个点照射到物体后，其后向散射光按原路返回经分光镜反射后到达探测器，并与参考臂到达探测器的光发生干涉，干涉图（光强信号）由探测器接收。由于低相干光具有极短的相干长度，因此只有在参考臂与信号臂的光程差匹配时才能发生强干涉，这样经反射镜的扫描运动后可得到物体内部各个点的不同强度的干涉信号，其干涉信号的强弱反映了物体内部的结构，通过计算机仿真进行图像重构，可以得到物体内部的层析图像。

3.OCT系统成像研究

建立自1991年MIT的Huang[2]等人在Science上发表题为“Optical Coherence Tomography”的文章以来，OCT技术一直被关注，这项技术最初是在时域中以时域低相干干涉测量技术为基础，出现了时域OCT成像系统[3-5]。

在1993年，Fercher与Swanson等[6-7]发表了人的角膜组织立体成像OCT图。随着横向快速可调谐激光器和CCD技术的发展，频域OCT出现了，由Fercher等[8]（1995）最早构造了自由空间频域OCT系统进行眼内距离的。在频域OCT系统中，深度信号是是通过参考臂与样品臂的相干光谱进行傅立叶变换直接获得，因此可以得到深度方向的全部信息从而从根本上提高了采集速度。

Everett等（1998）[9]与Schoenenberger等[10]（1998）使用偏振OCT测量组织的双折射特性进行探测并获得猪的心肌双折射图像。Hitzenberger等（2001）[11]利用偏振OCT系统获取了鸡心肌的包含相位延迟与快轴方向的OCT图像。偏振OCT可以通过改变光的偏振态而获得传统OCT不能反映的组织信息，包括双折射特性，衰减特性，扰频特性等，为临床确诊提供更加可靠的依据。

功能OCT另一个发展领域是利用多普勒效应与OCT原理相结合衍生出多普勒OCT（DOCT），它源于流动颗粒散射的光与参考光发生干涉的原理，它可以提供生物组织内部高分辨血管分布和速度分布图像。

4.OCT的应用研究

4.1在医学方面的应用

a）眼科诊断

OCT可用于检测诸如青光眼、糖尿病水肿等需要定量测试视网膜变化的疾病，也可以很好的观察眼球前部病变，探测深度可达2cm，OCT对眼底结构观察的清晰度远高于其它检查方法。

b）牙科诊断

在1992年，Fujimoto等[12]就提出了偏振敏感OCT的概念（PS-OCT），在PS-OCT中，使用样品对背散射光双折射的大小成像，对于具有较明显的双折射效应的生物组织来说，PS-OCT能够获得一些重要的结构信息，而这些是传统的OCT做不到的。A.Z.Freitas[13]最近用OCT得到牙齿微结构的三维图像、对口腔的健康状况。

c）内窥应用

内窥OCT可用于执行生物活检、监测人体器官的功能状态、引导手术或其它治疗、监测术后恢复过程等。在医学实践中，活检切除部位的选择通常基于视觉诊察或较大组织区域内生物化学数据，但可能导致错误的临床结果。OCT能精确表示结构变化区域的边界，因此，能提供活检切除部位的精确示意图。

4.2工业材料的检测

工程聚合物现有检测方法有超声检测和显微镜表面检测，前者分辨率低为亚毫米量级，而后者只能对表面高精度检测，看不到材料生产过程中所关心的内部结构信息。而OCT方法则克服了上述两种方法的缺陷，做到了具有一定深度的高分辨率检测。下图2为OCT对一种工业聚合物材料的检测结果，图中亮度代表光强。

光学应用技术范文3

[关键词] 化学发光免疫分析技术；研究进展；应用

章编号：1004-7484（2014）-03-1787-01

化学发光免疫分析起源于1977年，化学发光免疫分析主要利用了化学发光测定技术和免疫反应，化学发光测定技术有着非常高的灵敏性同时免疫反应有着非常高的特异性，通过两者的结合使得化学发光免疫技术成为现今最新的免疫分析技术。化学发光免疫分析技术较其他免疫分析技术而言拥有着高灵敏度、价格低以及操作简便等多种优点，正因为这些优点使得化学发光免疫分析技术被广泛的运用。

1 化学发光免疫分析技术的基本原理

化学发光免疫分析最关键的步骤就是化学发光以及免疫，免疫分析技术就是对分析的抗原进行标记，而化学发光分析技术就是对所产生的微观反应进行检测，以此来达到分析的目的。免疫分析就是利用抗原与抗体之间的特异性结合所产生的明显现象来检测所检测物质，而采用标记免疫分析就是通过对抗原进行放射性的标记，这样就能够更好的检测微观物质所发生的化学反应[1]。化学发光技术则是化学反应中的一种现象，化学反应必然伴随着能量的迁移，而具备能量的分子为了达到稳定的状态就要释放多余的能量，能量则是通过光形式释放出来，对所发出的光和能量迁移进行分析便可以知道内部所发生的化学变化。

2 化学发光免疫分析技术的应用

由于化学发光免疫分析技术不仅拥有较好的灵敏度以及较高的自动化程度，而且其还有较高的精密程度，所以得到了较多的应用。化学发光免疫分析技术在兽医学、临床医学以及食品分析中都得到了相当多的应用，下面将进行详细介绍。

2.1 化学发光免疫分析技术在兽医学中的应用 化学发光免疫分析技术在兽医学中的应用还处于早期阶段，因此没有得到较多的应用。主要原因则是化学发光免疫分析技术在兽医学的应用中会跨越化学、兽医以及生物学科方面的知识，而这样加大了化学发光免疫分析技术的应用难度，因此没有在兽医学中得到较多的应用。但是化学发光免疫分析技术仍然是兽医学中一项疾病快速检测的方法，即通过化学发光免疫分析技术可以精准快速的判定动物所发生疾病的原因，而且通过这项技术的运用还可以监测动物体内的疾病发生概率[2]。化学发光免疫分析技术在我国没有较多的应用到兽医学中，而且技术也没有国外先进，这进一步制约了化学发光免疫分析技术在我国的应用。国外化学发光免疫分析技术在兽医学中的应用较多，比如国外利用化学发光免疫分析技术来进行动物肠道病毒检测试验、猪肉中沙门菌抗体检测以及评价胰岛素浓度对奶牛繁殖性能的影响，并且取得了较好的成果。

2.2 化学发光免疫分析技术在临床医学中的应用 化学发光免疫分析技术在临床医学中有较多的应用，比在兽医学中的应用要更加广泛，而且在临床医学的应用中非常重要。美国通过对化学发光免疫分析技术进行改进，使得其具备更好的灵敏性以及精准性，现今化学发光免疫分析技术在临床医学中主要用来检测甲状腺系统、性腺系统、血液系统以及心血管系统中激素浓度。后来有科学家利用金刚烷衍生物在碱性磷酸酶的条件下可产生长时间辉光的特性将其运用到化学发光免疫分析技术中，即通过碱性磷酸酶来作为标记物，完善后的化学发光免疫分析技术科用来检测心脏病、传染病、糖尿病以及过敏症状，另外还可以用于血液系统和胰岛素的检测中。现今将化学发光免疫分析技术运用的最好的就是Roche公司，其所创造的ECL分析系统可以检测到及其细微的反应信号，并且特异性反应极为强烈，操作过程也非常快捷。

2.3 化学发光免疫分析技术在食品分析上中的应用 现今食品安全已成为人们越来越关注的问题，检测食品中含有的违规成分也有一定的难度。但是通过化学发光免疫分析技术的运用可以快速精确的测定食品中违规成分的含量，使得食品检测部门可以更好的测定食品中含有成分的含量。化学发光免疫分析技术可以用于鸡肉样品中CAP的检测以及牛奶中黄曲霉毒素的检测，国外科学家还利用化学发光免疫分析技术来测定牛奶、牛肉以及鸡蛋中肉毒梭菌毒素A的含量，由于化学发光免疫分析技术有着较高的灵敏度，所以所测定的结果非常准确，而且极大的节省了测试所需要的时间[3]。Yang M等科学家将增强型化学发光免疫检测技术以及电荷耦合器件结合起来创造了检测食品中葡萄球菌肠毒素B的技术，其灵敏度非常高、方法实用而且检测成本非常低。

3 化学发光免疫分析技术的新研究进展

3.1 新的标记物 化学发光免疫分析技术运用的重点就是检测内部微观化学反应的情况，而为了达到更好的检测效果就需要发光物质发光时间更加持久发光更加明亮，而这可以通过标记新的标记物来得以实现。各国科学家都致力于研究标记物的发光时间以及发光强度，标记物发光需要特定酶的催化，这需要科学家通过长时间的实践才能够证明哪一种标记物在哪一种酶的催化下才能够达到长时间的发光以及高强度的发光，另外对于标记物发光过程还需要较高的稳定性。目前科学家通过大量实验得到luminol-H2O2在HRP2A的催化下可以发出高强度而且长时间的光，而且发光的稳定性非常好。化学发光免疫分析技术能够快速、灵敏、精准的测定非常细微的物质含量，对于医学检测以及食品安全检测都有着较多的应用，通过不断的研究会使得该技术得到更广泛的运用。

参考文献

[1] 魏光伟，余永鹏，魏文康.化学发光免疫分析技术及其应用研究进展[J].动物医学进展，2010-03-20.

[2] 农天雷.常用化学发光免疫分析技术及其特点[J].现代医药卫生，2011-07-30.

光学应用技术范文4

关键词：三维建模 教学 光电设备 模拟训练

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（c）-0144-03

Abstract： With virtual three dimension modeling technique， this paper aim to solve the conflict of limited teaching device and training time in the course of optoelectronic device teaching which is considerably difficult for junior cadet. Application requirements of this technique and process of designing and developing are introduced. Finally， this technique is used to simulate trouble shooting training of optoelectronic device.

Key Words： Three dimension modeling； Teaching； Optoelectronic device； Simulation training

随着装备信息化程度的不断提高，基于前沿探测技术和干扰技术的光电设备越来越多地得到应用。光电设备具有功能模块单元多、光路结构精密以及装配连接复杂等特点，因而对光电设备的教学训练提出了更高的要求。

目前士官技师作为装备和技术保障的一线人才，存在着专业领域较窄、知识面不够宽广、前沿技术了解不够等突出问题。由于光电设备对光电技术原理基础要求较高，士官技师对于新型光电装备普遍不熟悉、不敢用、不会用，因而光电设备相关的院校教学和任职培训面临任务紧、需求大的现实要求。针对上述矛盾需求，该文提出采用虚拟三维建模技术来解决光电设备教学中所面临的现实难题。

1 虚拟三维建模技术在光电设备教学中的应用需求分析

目前对于光电设备教学培训面临着较大困难，主要表现在如下几个方面。

（1）目前使用的光电设备普遍价格昂贵，配发供教学使用的数量有限，学员在校学习期间安排的操作使用课时较少。在岗技师的装备学习往往仅凭借设备技术说明书和相关培训文档，在没有系统教学和指导的条件下，在岗位工作中重新学习认识设备单元及其器件，降低了学员培养的效益。

（2）光电设备属精密仪器设备，其中的光路和光学器件精密复杂，且一般需要密封安装，难以进行实物拆开单元讲解。而从事技术保障岗位的士官技师，对于设备实物特别是内部单元结构认识较浅，难以判断故障及其成因，因而无法对设备进行修理和有效维护。

（3）教学参考资料往往是机械设计二维平面图纸，对于复杂结构的光电设备没有空间可视性，教学使用不直观，也不便于空间想象力差的学员理解。而任职培训课时紧、信息量大，难以在有限的课堂教学时间内，达到使学员深入透彻理解前沿技术和设备的教学效果。

（4）教学训练缺乏对抗性和实战情景。通过虚拟技术虚拟对抗目标和对抗手段，可以设置交互性较强的对抗训练内容；立体维度包含声光视觉效果的情景能够有效地模拟实战环境，促进学员实战环境的认知和适应性。

随着虚拟现实、三维建模和仿真交互等技术的不断发展与应用，在传统课堂的演讲式教学方法基础上，辅以各种形式的现代教育技术，正逐步形成新的教学手段。采用计算机虚拟三维建模技术可以克服目前教学实装少、缺口大的问题，同时三维模型使得教学的内容更直观、更具启发性，虚拟现实技术还可以有效地帮助学员进行操作维护训练和对抗训练，因而可以有效地提高教学授课的效率与操作训练的质量。

2 光电设备虚拟三维模型设计开发与实现

这里以光电设备配电箱为例，介绍虚拟三维模型教学库的设计开发与实现过程：采用SolidWorks和CAD等建模软件建立设备单元与环境单元模型库（包括该配电箱的按钮、液晶屏显示、空气开关、拨动开关单元等），根据该设备结构以及训练科目要求采用虚拟现实软件3D-quest建立原型模型，然后添加设备运行数据以及环境和视觉合成数据到虚拟引擎中（如按钮和空气开关的拨动以及屏幕的数码显示等），最后采用桌面式虚拟现实集成系统来模拟设备工作状态，通过系统调试后，将不同的训练科目以及相关的数据进行存储归档便于后续的开发和应用，即可完成光电设备教学三维模型库的开发，如图1所示。

根据该开发流程进行光电设备配电箱的设计开发效果如图2所示。基于该模型即可以直观地进行该配电箱结构和功能模块以及操作流程的讲解，并可以结合3D-quest等虚拟现实软件引擎进行开关机流程及运行操作训练，使学员在虚拟模拟器上熟练掌握装备的操作要领。

3 模拟训练光电设备内部故障维修

采用虚拟三维模型技术并结合虚拟引擎可实现设备故障及维护维修训练。通过在光电设备各个单元的数据库中建立较为典型和常见的故障现象，在虚拟环境下利用动画视频、声音合成、仪表指示、对话框提示等方式来模拟操作维护及其效果，通过反复自主训练使学员能够掌握光电设备故障现象和排除方法的一般规律和特点。

光路传输装置一般结构复杂精密，表面密封，难以进行拆卸练习。图3为光路传输装置的虚拟三维模型，通过虚拟三维模型来模拟其详细的内部结构，使学员通过模型熟练掌握设备单元的内部结构及其主要特点，可模拟其中光电器件单元装配和维护的顺序、方法以及注意事项，通过反复自主的训练使学员掌握拆卸方法、器件特点以及维护要领。

如图4所示，可对其中的电机及轴连接部件设置故障现象并进行分析排故训练，通过模拟训练，可以熟练掌握设备各功能单元的常见故障现象及处理方法，从而能有效判断故障成因并进行针对性的修理和日常维护。

4 结语

针对目前光电设备教学中存在的教学条件限制与岗位任职能力要求之间的矛盾问题，提出了采用虚拟三维模型技术来进行光电设备的教学和模拟训练，有效提升了教学质量和学员岗位任职能力，为培养学生成为光电设备保障和维护技师打下良好基础。

参考文献

[1] 涂望明，魏友国，谢存，等.可视化教学系统在装备教学中的应用[J].科技创新导报，2008（30）：244-245.

[2] 胡亚敏，邓斌，方其庆，等.装备教学中分布式交互模式的设计[J].空军预警学院学报，2014，28（6）：447-450.

[3] 胡晓琴，李晓峰，焦晓丽.视频反馈在士官雷达装备教学中的应用[J].空军预警学院学报，2014，29（4）：307-309.

[4] 周建钊，王斌，胡成贺.虚拟现实技术在机械课程教学中的应用[J].机械管理开发，2011（3）：177-183.

[5] 张平霞，朱永强.虚拟现实技术在《汽车造》教学中的应用研究[J].拖拉机与农用运输车，2010，37（2）：78-79.

[6] 郭光立，段雪涛，刘万强，等.采用三维软件Solidworks的工程图学教学实践[J].科技资讯，2009（32）：149-150.

[7] 印松，童梁，陈竞新，等.基于Solidworks的机器人离线示教方法[J].上海电机学院学报，2012，15（2）：111-114.

光学应用技术范文5

关键词：仿真技术光纤通信实验技术应用

随着通信技术的迅猛发展，光纤通信作为通信专业的一门重要必修课程，在培养通信人才能力的角色中扮演着越来越重要的作用[1]。光纤通信是一门物理学和通信学的交叉学科，其中涉及很多物理学和通信学科的基础理论和基础知识，这给学生学习掌握好这门课程带来很大的挑战。

光纤通信作为一门工程学科，不仅仅教授理论内容，其实践内容也占有非常重要的地位。由于资金的限制，电信级的设备无法购入，因此光纤通信实验课基本以试验箱为主，再配合其他测试仪器完成实验教学，这种模式存在诸多问题，比如实验设备具有使用寿命、易老化；实验项目方法单一、缺乏灵活性；很难进行综合性开发、二次开发；难以深入了解其内部工作原理等。随着计算机仿真技术的发展，国内外高校越来越重视该技术在实验教学中的应用，目前各大高校已经陆续开始建设虚拟仿真实验室。本文将Optisystem和Matlab联合仿真技术引入光纤通信实验教学中，不仅克服了传统实验教学的弊端，还带来了实验开设的便利性、重复性、精准性等优势，取得了良好的教学效果。

1.Optisystem仿真系统

Optisystem是加拿大Optiwave公司推出的一款计算机仿真系统[2]，主要用于光纤通信系统的器件仿真、系统设计等。Optisystem提供了良好的可扩展性，可与Matlab进行联合仿真，只需要在仿真系统中添加一个Matlab组件即可，使用起来方便简单[3]。在使用Optisystem与Matlab协同仿真的时候，首先要了解Optisystem的信号输入Matlab工作空间的格式。

其数据格式如图1所示。

图1Matlab空间数据格式

由图1（a）可以看出，Optisystem的信号格式包括“TypeSignal”，字符类型，表示该信号的类型为光信号、电信号或二进制信号；“Sampled”，结构体，Optisystem的信号就包含在该字段当中。“Parameterized”，结构体，参数化字段，表示一些与时间平均有关的量，如平均功率、中心波长、偏振态等；“Noise”，结构体，表示噪声数据；“Channels”，表示该信号的波长，是指中心波长。

如果选择的是频率抽样信号，则Sampled的数据格式如图1（b）所示。如果选择的是时间抽样信号，则Sampled的数据格式如图1（c）所示。到底是时间信号还是频率信号，由具体问题决定。使用Matlab在时域对信号处理时，就选择时域抽样，否则，选择频域抽样。由图1（b）、图1（c）看出，Smapled包含两个字段，一个是Signal字段，该字段是信号在抽样点的值，另一个是Frequency或Time字段，该字段是抽样点的频点或时间点。

2.频域的Optisystem与Matlab联合仿真

为了进一步说明Optisystem与Matlab联合仿真技术在光纤通信实验教学中的应用，用以下例子做说明。本部分是频域的联合仿真，第3部分是时域的联合仿真。在本部分的例子中，我们使用Matlab代码，对连续波激光器的输出光谱进行右移1THz的操作。其搭建的Optisystem系统如图2所示。

图2光谱右移Optisystem系统

图2中，连续波激光器发出的激光，输入Matlab组件，使用Matlab组件对其进行频移操作。注意：需要把Matlab组件中的“Sampledsignaldomain”设置为“Frequency”，表示在频域采集信号。把Matlab组件中的“RunCommand”设置为Matlab脚本的名字。以下是编写的Matlab脚本代码，名字为frequench_shift.m

OutputPort1=InputPort1；

f=InputPort1.Sampled.Frequency；%输入光信号的频谱

OutputPort1.Sampled.Frequency=f+1e+12；%输出光谱频率右移1THz

使用光谱仪分别测试连续波激光器的输出光谱和经过Matlab组件处理过后的光谱，分别如图3（a）和（b）所示。

（a）（b）

图3（a）连续波激光器光谱；（b）Matlab组件输出光谱

通过比较图3（a）和（b）可以看出，连续波激光器的输出光谱中心频率位于193.1THz处，而Matlab组件的输出光谱位于194.1THz处，这说明光谱被Matlab组件右移了1THz。仅仅使用了三行Matlab代码即实现了频移操作，非常简洁方便有效。

3.时域的Optisystem与Matlab联合仿真

在时域的Optisystem与Matlab联合仿真中，以光信号的幅度调制为例。搭建的Optisystem系统如图4所示。

图4Matlab实现的光信号幅度调制

在图4中，连续波激光器输出的光信号和调制信号输入Matlab组件，Matlab组件完成对信号的光幅度调制。搭建Matlab组件时，需要设置两个输入端口，其中一个电端口，一个光端口。调制信号采用1Gbit/s的伪随机序列，使用NRZ模块产生1Gbit/s的NRZ格式的伪随机序列。把伪随机序列和连续波激光器输出的光信号同时输入Matlab组件，用来产生幅度调制光信号。对于光信号的幅度调制，其数学表达式为：

Eout（t）=Ein（t）.[modulation（t）]1/2

其中Eout（t）是输出的光幅度调制信号，Ein（t）是输入的连续波光信号，modulation（t）是调制电信号。

Matlab脚本代码如下，名字为am.m

OutputPort1=InputPort1；

[is，cs]=size（InputPort1.Sampled）；

len=length（InputPort1.Sampled）；

forcounter=1：cs

OutputPort1.Sampled（1，counter）.Signal=...

InputPort1.Sampled（1，counter）.Signal.*...

sqrt（InputPort2.Sampled（1，counter）.Signal）；

end

（a）（b）

图5（a）伪随机序列时域波形；（b）光幅度调制时域波形

运行Optisystem系统，进行仿真，仿真结束，使用电域示波器（OscilloscopeVisualizer）观测1Gbit/s的伪随机序列NRZ码时域波形。使用光域示波器（OpticalTimeDomainVisualizer）观测Matlab组件的输出时域波形，如图5所示。

其中图5（a）是伪随机序列的时域波形，图5（b）是经过Matlab处理之后的光幅度调制时域波形。通过对比图5（a）和（b）可以知道，使用Matlab组件实现的幅度调制器，能够正常地把伪随机序列码调制到光波上，从而实现数字光信号的幅度调制。

4.结语

本文以Optisystem和Matlab联合仿真为例，介绍了仿真技术在光纤通信实验教学中的应用。通过频域联合仿真和时域联合仿真两个实例，分析了在Optisystem中如何使用Matlab组件进行联合仿真。使用联合仿真技术，可以大大拓展Optisystem的使用范围，学生通过使用仿真技术，不仅能够把课堂上学习的理论知识应用于实践，知其然也知其所以然，还能够巩固学习效果，提高能力，为培养应用型人才打下良好的基础。

参考文献：

[1]王秋光，张亚林，胡彩云，赵莹琦. OptiSystem仿真在光纤通信实验教学中的应用[J].实验室科学，2015（2）.

[2]韩力，李莉，卢杰.基于Optisystem的单模光纤WDM系统性能仿真[J].大学物理实验，2015（10）.

光学应用技术范文6

关键词：高职教育；虚拟实验；光纤熔接

1前言

高职教育就是要培养过硬的实践技能，培养一技之长，实现就业零过渡。通信事业日新月异，《光纤通信》作为通信专业主干课程，近年来也得到了长足发展，培养学生操作能力，掌握光纤技能对于培养高级应用型通信人才有十分重要的意义。光纤通信实践教学中使用的光纤熔接机和OTDR（光是域反射计）等仪器设备都比较昂贵，技术又更新很快。一般院校不会配置很多，这些设备相对学生数量而言是远远不够的，那么人均学生实践时间就更少了。使用虚拟实验辅助实践教学可以提高设备使用效率，实现更好的教学效果。

2虚拟实验

虚拟实验是通过利用计算机输入操作，在计算机上用各种设备模拟虚拟的仪器代替实际操作中的实验仪器设备，再按照实验目的，原理和所需实验仪器组装成一套虚拟的完整的实验系统，并在此系统上进行实验操作和完成实验[1]。我们选用了Flash制作矢量图和动画、用Javascript脚本实现交互，dw编辑网页。制作好的课件安装在服务器，学生在机房里可以通过网页进入虚拟实验操作虚拟仪器，完成实验[2][3]。建立基于网络的虚拟实验室，用虚拟实验配合实验教学不仅可以降低实验成本，还可以提高学生的动手能力和教学效果。以下以光纤的熔接课程为例，具体过程如下：所需设备，工具，材料：光缆熔接机，光纤切割刀，光纤剥线钳，酒精泵，脱脂棉（或无尘纸）第一步：去涂覆层——光纤开剥去掉涂覆层包括去掉二次涂覆层(尼龙)和一次涂覆层(硅树脂)。去掉二次涂覆层可使用光纤剥线钳等工具。一次涂覆层和光纤结合得较牢固，采用机械方法剥离很困难，也容易损坏光纤，所以采用浸透无水酒精或丙酮的纱布（棉球）多次擦拭的方法，如果涂覆层去除不干净会影响光纤切割时端面效果。剥除光纤涂敷层长度大约35mm—50mm。图1光纤熔接课程主界面图2光纤熔接过程第二步：光纤切割光纤的接续，其关键在于光纤端面的制备。光纤端面平滑，没有毛刺或缺陷，熔接机很容易接受确认，并能做出合格的接头，若光纤端面不合格，熔接机会拒绝工作，或者接头损耗很大。切割光纤时，使用端面切割刀要做到切割长度准、动作快、用力巧，确保光纤是被拉断的；取出光纤时，确保端面不碰伤，要避免光纤碰到任何物体。使用切割刀切割光纤时，约保留16mm左右。切割机价格昂贵，要严格按照规程来操作。第三步：光纤接续熔接前光纤的处理对熔接损失值有直接影响，因此熔接前必须留意光纤端面是否切割良好、V型槽是否干净。纤熔接机能自动推定光纤端面位置，自动对芯熔接，通过垂直和水平摄像机画面，可以从两个方向观察光纤的对芯和熔接情况。熔接完成后，熔接机通过图像根据芯轴偏差和倾斜角度估算出熔接损耗，然后在屏幕上显示出来。光纤接续虚拟实验的三种模式：1.演示模式：按操作步骤演示，并配有语音和文字讲解和操作注意事项；2.手把手教学：学生按步骤操作，点击提示时可以单步演示；3.操作模式：学生按步骤操作，没有讲解提示，如果操作错误或操作位置不正确则会提示错误信息。比如光纤切割时长度不规范时会提示：“切割长度不规范应该是16mm左右，请注意V型槽上的刻度！”直到光纤放置到正确位置。

3结论

学生在虚拟平台上练习，掌握后再使用设备操作，虚拟实验与真实实验相结合，可以提高实验教学的效果，提高效率。光纤虚拟实验不仅每年辅助完成学院通信及相关专业的实验、实训和光纤技能鉴定，同时也是我院省级精品课《光纤通信精品课程》中的一部分。经过多年的使用感受如下：1．变相增加设备数量，节省资金2．有助于培养学生的实验技能，提高学生兴趣3．有利于学生快速熟悉操作步骤和注意事项，规范动作。4．可以减少学生分组实验等待的时间，更有效地利用设备5．减少设备使用损耗，节省维护费用6．光缆现场的施工教学场景如果用Vr（虚拟现实）实现，效果更佳。

参考文献

[1]陈传波，张立峰，陈平南一个远程虚拟实验教学平台的研究[J].华中科技大学学报，2002,12(30):12-14

[2]李凌云.基于三层体系结构的网络虚拟实验系统的设计与开发[D].浙江师范大学,2006

[3]刘艳玲.基于Flex的中学化学虚拟实验系统的设计与实现[D].东北师范大学,2010