1、0803 光学工程一级学科简介 0803 光学工程一级学科简介 一级学科（中文）名称：光学工程 （英文）名称： Optical Engine ering 一、学科概况 光学工程是一门历史悠久而又与现代科学与时俱进的学科， 它的 发展表征着人类文明的进程， 它的理论基础光学，作为物理学的 主干学科经历了漫长的发展道路，铸就了几何光学、波动光学、量 子光学及非线性光学，揭示了光的产生和传播的规律以及光与物质 相互作用的关系。在早期，主要是基于几何光学和波动光学拓宽人 的视觉能力，建立了以望远镜、显微镜、照相机、光谱仪和干涉仪 等为典型产品的光学仪器工业。这些技术和产业至今仍然发挥着重 要作用。上世
2、纪中叶，产生了全息术和以傅里叶光学为基础的光学 信息处理理论和技术，特别是上世纪六十年代初第一台激光器的问 世，实现了高亮度和高时空相干度的光源，使光子不仅成为了信息 的相干载体而且成为了能量的有效载体。随着激光技术和光电子技 术的发展，光学工程已发展成为以光学为主，并与信息科学、能源 科学、材料科学、生命科学、空间科学、精密机械与制造、计算机 科学及电子技术等学科紧密交叉和相互渗透的学科。它包含了许多 重要的新兴学科分支，如激光技术、光通信、光存储与记录、光学 信息处理、光电显示、全息和三维成像、生物光子学、微纳光子 学、薄膜和集成光学、光电子和光子技术、激光制造技术、弱光与 ***热成像技术
3、、光电传感与测量、光纤光学、自适应光学、光电 子材料与器件、太赫兹光子学、光电子仪器与技术、空间与光学遥 感技术以及综合光学工程技术等。这些分支不仅使光学工程产生了 质的跃变，而且推动建立了一个规模迅速扩大的前所未有的现代光 电子产业和光子产业， 这些产业的主体集中在光信息获取、传输、处 理、记录，存储、显示和传感等光电信息领域，具有数字化、集成 化和微结构化等技术特征。 新世纪以来， 传统的光学系统不断地向智能化和自动化发展， 继 续发挥重要作用。 现代光学大踏步地向光子学迈进， 使光学进入光子 学时代。它是研究光子的产生、传输、控制（光开关、光放大、光调 制、光变频、光波复用、光***、光振
4、荡等） 、探测及其与物质（光 子本身、电子、原子、分子、激子、极化子等）相互作用的科学。在 先进制造和国防技术等领域， 以能量为主要特征的光子学， 正在发挥 巨大的作用。光学在空间探索中的应用促生的新学科方向空间光 学，以及集传感、 处理和执行功能于一体的微光学系统和光子学技术 在信息科学中的应用， 将成为今后光学工程学科的重要发展方向。 此 外，结合“新科技***” ，光学工程学科必将在能源与资源（如太阳 能发电、激光核聚变、地下水下能源探测等） 、信息技术（如无线光 通信、光计算、云计算、物联网等） 、先进制造（如激光加工、微纳 加工等）重要基础科学（如对宇宙认识， 对生命，对脑认知与研究等
5、） 等领域发挥重要作用。 二、学科内涵 1/ 研究对象 光学工程学科主要研究 1）以光作为信息传递的媒介，对客观事 物与现象进行认识与探索，特别是以光作为视觉及其它人身感官的 延伸，包括图像及***时空信息的传输、存储、处理、显示等；2） 光的产生，如激光、 LED 及其它各种光源等； 3）光与物质相互作用 的应用，如光敏探测器件、光刻蚀、光化工等；或以光作为能量的 媒介及应用手段，如激光加工、激光核聚变、激光***、能量光学 等； 4）利用光学等效原理进行图像及***时空结构的观察及处理， 如微光夜视技术、变像管与高速摄影等。 2/ 理论 作为一门理工交叉的学科，光学工程学科的理论体系得到不断 地
6、完善，其中包括以光作为信息传递的媒介，光电成像及光电信息 的传输、存储、处理、显示理论；以光与物质的相互作用为基础， 光的产生、光的传输、控制及光信息探测理论与技术；以光子作为 能量载体，光子与物质的相互作用理论及光能转换理论与技术等。 3/ 知识基础 光学工程学科在长期的发展过程中形成了支撑学科体系的两大 知识基础，即以光作为信息传递媒介的光电信息技术与工程；以光 与物质相互作用为基础的光电子技术与光子学。光学与光电子技术 原理是光学工程学科的必备入门知识，光电成像原理、光电探测理 论、光度学与色度学、光学信息处理、光通信技术、***与夜视技 术、激光原理、光电子技术、光子学理论、生物光子学理
7、论、光电 子材料与器件等是光学工程学科的专业基础。更重要的是光学工程 学科应高度重视系统分析与解决复杂光学工程问题的能力培养，即 获取知识的能力、应用知识的能力和创新能力。 光学工程学科是光学与工程相结合的学科，而光学是物理学的 重要分支之一，因此从事光学工程学科的学习和研究，必不可少地 需要坚实的数理基础知识； 光学工程学科具有鲜明的学科交叉性和 科技前沿性，它紧密地与计算机科学、信息科学、微电子科***系 在一起，因此，除光学工程学科的相关工程和技术科学基础知识 外，还应有电子信息技术、计算机科学技术、仪器科学技术、微电 子技术等工程与技术科学基础知识； 光学工程学科具有明显的推动 社会进步
8、的特征，尤其当前的光电子技术、光子技术等关系到现代 科技、工业、农业和国防科技的发展，它的每一项研究成果都将在 改变客观世界的同时，不同程度地推进人类社会的文明与进步，因 此需要有人文社会科学知识基础。 4/ 研究方法 在光学工程学科产生和发展的过程中，出现了重要的科学方法 与科学思想，不仅推动了光学工程学科自身的发展，也使得它成为 最具方***性质的学科之一。光学工程学科在科学研究过程中，具 有方***性质的主要方法有： 1）数学物理方法：任何一个光学工程领域研究的问题都可以通 过建立一个数学物理模型进行描述、分析，也可以从数学物理模型 的仿真分析中总结出指导实际光电器件和系统设计、开发和应用的
9、 基本规律，从而减少盲目性。 2）系统科学方法：在光学工程学科的研究中，其核心是将研究 的对象看成一个整体 / 以使思维对应于适当的抽象级别上 / 抓主要矛 盾，力争系统的整体优化。首先从系统的观点出发，考虑其组成部 分或整个系统与环境的相互作用；其次，在光学系统的设计过程 中，影响因素极其复杂，有时甚至达到无从下手的程度，此时应抓 住主要矛盾，忽略次要因素的影响是解决问题的关键；另外，追求 光学系统的单项优化指标，势必会造成加工困难、成本昂贵，但利 用系统各部分优缺点的相互补偿，可得到最低成本下最优化方案。 3）宏观、微观相结合的方法：光学工程领域研究的问题既涉及 宏观的器件及所构成的复杂大
10、系统，又涉及微观光子电子之间的 相互作用。因此，要求从事该领域研究工作的人员必须具备从宏观 到微观，再从微观到宏观的研究、分析和解决问题的方法。 4）多学科融合、综合集成方法：光学工程是以物理学一级学科 中的光学（技术）为主要基础的交叉综合学科，其知识领域涉及物理 学（特别是光学） 、数学、电子技术、计算机科学、材料科学、精密 机械、电子信息工程、控制科学、通信等多学科，因此，任何一个 光学工程研究的对象都是多学科知识交叉、融合、综合集成的结 晶。这就必然要求从事该领域研究工作的人员应该具备多学科交叉 的知识和综合集成的方法。 5）哲学的思维方法：从哲学的角度观察，可以发现光学工程领 域研究的
11、问题很多都蕴涵着朴素的哲学原理和方法，如对光的波粒 二像性理解、采用光学手段侦察对方的同时也为对方反侦察提供了 可能，等等。这就要求从事该领域研究工作的人员应该把握哲学的 思维方法，能深刻理解矛盾的双重性以及相互转化的方式和条件。 三、学科范围 光学工程一级学科现下设光电信息技术与工程、光电子技术与 光子学两个重要学科分支，既有侧重点，又有交叉，主要研究方向 有： 1/ 光电信息技术与工程 光电信息技术与工程学科分支以光作为信息传递的媒介，对客 观事物与现象进行认识与探索，特别是光作为视觉及其它人身感官 的延伸，涉及图像及***时空信息的探测、成像、传输、存储、处 理、显示和传感等；利用光与物质
12、的相互作用，产生光敏器件进行 光电信息探测；利用光的等效性原理进行图像及***时空结构的观 察与处理等。 其主要研究内容为：光电仪器，光电成像技术与系统，光电检 测与光电传感，光学技术与制造，辐射度学、色度学与光谱技术， 光电材料与器件，大气光学与自适应光学，空间与海洋光学，光信 息处理技术，光存储与显示技术，***与夜视探测技术，光通信技 术与器件，光纤光学与技术，环境光学与技术，视光学技术等。 2/ 光电子技术与光子学 光电子技术与光子学学科分支以光与物质的相互作用为基础， 研究光子的产生、传输以及控制，如激光与发光光源，光放大与光 的非线性效应等；研究光能转换形式，如激光制造技术，激光核聚
13、变和光能应用等。以光子作为信息载体，研究光子与物质的相互作 用机理及其相关技术，如微结构光学与光集成，各类光子器件等。 其主要研究内容为：激光与光子学技术，激光应用技术，微纳 光子学与技术，生物与医学光子学，光电子材料与器件，超快光子 学，能量光子学与技术，紫外与 X 射线光学，微波光子学，量子光 学与器件，***与太赫兹光子学等。 四、培养目标 学士学位：具有光学工程学科扎实的专业基础知识，较强的综 合和分析能力，能够从事光学工程领域相关工作的专门优秀人才。 具体包括：应在光学工程学科领域具有较扎实的理论基础和较宽广 的专业知识，了解本专业的发展方向和学科前沿。有较强的工程实 践能力和工程创新
14、能力，有严谨求实的科学作风，初步掌握一门外 国语。学士学位获得者应能从事本专业或专业方向方面的科学研 究、工程设计、技术开发和技术管理等工作。 硕士学位：具有光学工程学科系统、扎实的专业基础知识，具 有学术研究的基本能力和***从事光学工程领域研究、开发工作的 创新型人才。具体包括：应在光学工程学科领域具有坚实的专业理 论基础和系统的专门知识。熟悉本学科领域的发展方向和学术研究 前沿，有较扎实的工程实践能力，有***进行理论和实验研究的初 步能力和从事技术开发的能力，有严谨求实的科学作风，掌握一门 外国语，硕士学位获得者应能承担本专业或相近专业的科研、教 学、工程技术和管理工作。 博士学位：具有全面、扎实的专业基础知识，在某一领域或方 向上有深入而系统的研究，具备***从事光学工程领域学术研究和 教学能力的***次人才。具体包括：应在光学工程学科的研究领域 中具有坚实而宽广的理论基础和系统深入的专
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