对“空间光通信创新实验”课程进行教学研究型改革与实践的探索

以"空间光通信创新实验"课程为例,依托电子科技大学物理电子学院光通信工程技术研究中心建设的大学生创新实践平台,教学团队通过对《空间光通信创新设计》和《光学天线设计》教材的立体化、教学力量的多元化组合以及研究驱动型实践教学,着力于培养大学生创新型人才.     

光学仿真设计与挑战性创新训练教学方法研讨

教学团队本着"理论建模、可视仿真、创新实践、前沿挑战"的培养理念,重点落实电子科技大学"应用物理强基计划"培养目标,对"光学系统设计"、"光通信技术"、"数学物理方法"等本科生专业核心课程群实施了教学模式改革.在教学手段上,将抽象、复杂、繁琐的理论模型通过三维可视化仿真,生动、形象地表现出来,使大学生更易于理解;在编程训练环节,对光学系统进行创新性设计和三维重构,培养大学生编程实践能力;在挑战性实践环节,构建光学实验的虚拟仿真平台,加强大学生创新挑战思维的启发.该教学方法对培养具有编程仿真能力和挑战性创新实践能力的研究型人才取得了显著教学效果,为国家战略需求领域科学与工程技术研究提供人才储备.     

光学仿真设计实践能力培养训练的思考与探索

教学团队本着"重理论建模、强仿真设计、突创新实践、促科学探索"的教育理念,依托"数学物理方法与仿真"和"空间光通信创新实验"两门课程,重点开展了小班教学大学生光学仿真设计实践能力培养训练的思考与探索,通过近几年的教学研究与实践,其构建的光学仿真设计"阶梯次"能力训练教学实践培养模式,对培养大学生具有"宽泛的专业知识、科学的探索能力、仿真设计能力强和综合素质能力高"的创新型设计人才具有突出教学效果.     

研究生光学仿真实践教学与科学探索能力培养

本团队结合光学系统设计、光通信前沿技术、高等光学等研究生课程建设,通过仿真实践综合训练,强化科研促进教学的理念,将光学学科前沿科研项目纳入到研究生教学和科研训练中,开展重理论基础、强创新实践、突科教融合的创新实践教学改革,通过基础光学、现代光学、综合应用三个层次的挑战性实践案例,将基础理论和仿真实践相融合,科学研究与工程应用相融合,加强研究生仿真实践能力和科学探索能力的培养.     

光通信实习教学改革建议

光通信实习模块是光电信息工程专业学生的第一门光通信方面的的实践课程。实践课程不仅能训练学生的基本实验技能,扩大知识面,而且还能培养学生创造性地解决实际问题的综合能力。以培养学生的实践能力为出发点,根据企业的需求,探讨了开设这门课程的实验工作平台。     

一种新的基于空间图案信号的多进制无线光通信技术

提出了一种新的多进制无线光通信技术,其基本原理是用一组相互易区分的空间图案代替传统无线通信中的会聚光斑传递信息.分析了该通信方案的信道容量,结果表明无线光通信系统存在未被利用的空间自由度,其大小与系统收发孔径和光波波长有关,与光场空间分布无关.通过合理设置系统的结构参数和设计信号图案,可以利用无线光通信系统的空间自由度增加信道容量.提出了一种实现该技术的光电系统方案,其关键组成部分为空间光调制器和图象相关器.详细描述了信号处理过程,具体包括二维相关处理、比较判决和进制转换三部分.分析了该方案的误码性能,得到了平均误码率的估算公式,分析得到了可降低误码率的信号设计基本规则.最后用一个透镜阵列处理器通过实验验证了该通信方案.     

一种新的基于空间图案信号的多进制无线光通信技术

提出了一种新的多进制无线光通信技术,其基本原理是用一组相互易区分的空间图案代替传统无线通信中的会聚光斑传递信息.分析了该通信方案的信道容量,结果表明无线光通信系统存在未被利用的空间自由度,其大小与系统收发孔径和光波波长有关,与光场空间分布无关.通过合理设置系统的结构参数和设计信号图案,可以利用无线光通信系统的空间自由度增加信道容量.提出了一种实现该技术的光电系统方案,其关键组成部分为空间光调制器和图象相关器.详细描述了信号处理过程,具体包括二维相关处理、比较判决和进制转换三部分.分析了该方案的误码性能,得到了平均误码率的估算公式,分析得到了可降低误码率的信号设计基本规则.最后用一个透镜阵列处理器通过实验验证了该通信方案.     

中学物理实践活动的研究与思考

1 中学开展物理实践活动的意义 全面启动的新一轮课程改革,强调培养学生的创新精神和实践能力,关注学生的全面发展.然而,"授-受"式的教学模式却一直是我们向学生传授知识的主要方式.这种模式与培养具有实践能力的创造型人才的形势不相适应.为了适应新时期人才培养的要求,探索符合素质教育规律的教学模式,我们在2000年开展了"中学物理实践活动"的研究,并于当年被确立为省级重点教育研究课题.     

物理教学中创新教育的实践与思考

"创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力".21世纪是创新教育的世纪,华夏大地如要重现辉煌,就必须持续创新,关键在于首先要唤醒学生的创新意识,培养学生的创新精神,提高学生的创造能力,使他们想创新、敢创新、会创新.下面谈谈在教学实践中进行创新教育的实践与思考.     

基于IYPT的YPT评价模式以及培养学生创新思维的认识与探索

创新思维的培养历来是教育的重点和难点.本文从近年引入中国的IYPT的赛制出发,结合作者参加CUPT以及JSYPT相关工作经历,在梳理YPT评价模式、探讨其特点基础上对培养学生创新思维的实施进行了探索.并以2014年JSYPT决赛"磁制动"比赛分析为例探讨了YPT评价模式用于培养学生创新思维的实践策略.     

空间光通信ATP系统设计中的基本概念及关键参数探讨

空间光捕获、跟踪、对准(ATP)技术的采用是为了保证空间光通信系统建立可取通信链路，它是实现空间光通信需要首先突破和解决的关键技术。空间光通信ATP子系统中的瞄准误差等关键参数直接影响系统总体性能以及对总体设计指标的确定，在一定程度上还决定了空间光通信系统的重量、体积以及系统制作的复杂程度。因此，开展对ATP技术的研究对实现空间光通信有着重要的现实意义。简单介绍ATP系统的典型结构，分析ATP系统瞄准误差的产生、计算以及ATP跟瞄精度对系统整体设计的影响，同时给出对ATP系统的部分仿真结果。     

月地光通信的链路设计(英文)

光通信技术可以满足未来深空探测对较大带宽的需求,因此光通信技术具有很好的应用前景.本文主要对月地光通信的链路进行了设计,从而实现月地通信链路中数据的大容量传输.首先,文中对月地光通信系统链路中主要参数设计进行仿真分析,主要包括信号光的接收功率、链路容量,以及收发天线增益和信息空间损耗的近似计算.另外还对脉冲位置调制下的信息传输效率和带宽利用率进行了仿真分析.结果表明,收发天线的直径和信息帧的时隙数对通信的影响较大,在通信的过程中需要对其进行优化设计,并且光源波长的选择也要合理.因此,本文的研究对实际的月地光通信链路设计具有一定的理论指导意义.     

结构光场编译码通信研究进展

结构光场是一类对光波空间结构进行剪裁的特殊光场。广义的结构光场包括具有空间变化的幅度、相位、偏振分布和空间阵列分布的光场。结构光场因其独特性而在光学操控、显微、成像、计量、传感、非线性光学、天文学、量子科学和光通信等领域获得了广泛应用。基于结构光场的光通信技术包括复用通信和编译码通信。本文回顾了结构光场编译码通信的研究进展,全面综述了结构光场的产生方法以及不同空间模式(轨道角动量模式、无衍射贝塞尔模式、线偏振模式、矢量模式、空间阵列)、不同编码方式(直接模式编码、高速映射)和不同应用场景(光子芯片、自由空间、光纤)的结构光场的编译码通信,并对其未来发展趋势进行了分析和展望。结构光场编译码通信开发了光场空间域维度资源,有望为解决光通信新容量危机和实现光通信可持续扩容提供潜在的解决方案。     

学生创新精神与实践能力的培养

培养学生的创新精神和实践能力是二十一世纪教学改革、素质教育的具体体现,也是社会进步、民族生存的必须.培养学生的创新精神和实践能力的途径很多,其中课堂教学是培养学生创新精神和实践能力的最根本的有效途径.如何在课堂教学中培养学生的创新精神和实践能力呢?     

大气环境对激光通信系统的影响(英文)

为了保证光通信精确度,有效地提高光通信系统性能,分析了导致接收光束能量损失,接收信号减弱的成因,找到适合光通信的方法.首先,通过光通信对大气信道衰减的敏感性,分析了光通信在大气传输时所受到的大气环境如雾、雨、雪、大气湍流因素的影响.其次,对大气环境中的雾、雨、雪和大气湍流中光强起伏、光束漂移等因素对光通信的影响做了详细分析.最后,通过数据分析得出适合光通信的大气环境,在合理使用大气激光通信设备的前提下,可以保证光通信的质量.     

关于教学行为创新的两个教学片段

"教学行为创新"是当前教学研究中比较热门的话题,也是广大教师在课堂教学中努力追求的目标之一.但是,从课堂教学实践中反映出的是,我们的教师并不清楚什么是教学行为的创新,在这一问题上出现了许多困惑和误区.因此,教师们在对待教学行为创新上容易产生畏难情绪,有所作为的教师凤毛麟角.     

同谱段异频点高稳定四路集成激光器模块

面向高速空间相干光通信的应用需求,研制了一种同谱段异频点高稳定的四路集成激光器模块,并采用了梯度反馈控制方法,该反馈方法根据温度反馈值将控制事件分为五种层级,按照优先级顺序梯次调控每路温度和电流,降低了温度漂移和电流抖动,从而有效降低了伺服系统对激光器线宽的影响.将该方法应用到模块控制中,为了给它提供更加精确的温度反馈值,在硬件方面采用温度被动反馈放大电路,消除了电流分量引起的误差,实验测得温度漂移低于0.001℃,电流抖动低于0.6μA.采用外腔半导体激光器,集成为模块后四路激光器洛伦兹线宽在4.5~7.5kHz之间,阿伦方差均小于4×10~(-9).将该激光器模块应用到空间光通信中,测试了四种调制格式下的误码率,并演示验证了4×50Gb/s16QAM超高速空间相干光通信,结果表明该模块在空间光通信中具有良好的应用前景.     

直线运动型无线光通信中振动对光接收功率的影响分析

对直线运动型无线光通信中的光束偏转进行了分析,给出了不同运动距离与光斑半径、光接收功率的关系;不同偏转角度与光接收功率、像点偏移量的关系.在直线轨道上,进行了发射端静止、接收端运动,发射端运动、接收端静止两种情况下的光功率接收实验,并分别比较大孔径光纤和实心耦合光锥的空间光接收性能,提出采用实心光锥作为空间光耦合接收元件.实验结果表明:在运动距离最远为80 m的情况下,实心耦合光锥能有效接收光束偏移后的聚焦光信号,适用于直线运动型无线光通信.     

基于SPGD算法的少模光纤耦合解复用系统动态湍流补偿仿真

在空间光通信系统中,激光在大气中传输时容易受湍流效应影响,且接收端往往使用模场半径极小的单模光纤进行空间光耦合,导致光纤耦合效率降低,影响通信系统性能.为了提高接收端光纤耦合效率,结合随机并行梯度下降(SPGD)算法和少模光纤耦合解复用系统对动态湍流所引起的波前相位畸变进行补偿校正,并实现了传输距离为5 km的空间光通信数值仿真.仿真结果表明:在不同的湍流强度和风速条件下,未经SPGD算法校正时,两模光纤的耦合效率比单模光纤提高了0.5 dB～1.5 dB,相对标准差降低了0.03～0.4;经过SPGD算法校正后,两模光纤的耦合效率比单模光纤提高了0.4 dB～2.2 dB,中强湍流下,相对标准差降低了0.1～0.2.因此在空间光通信中,采用少模光纤进行耦合接收比单模光纤具有更好的耦合效果,有利于提高通信系统稳定性.     

基于创新实践能力培养的研究性实验教学改革探索

论述了创新实践能力和研究性实验教学的内涵,从创新人才培养角度分析了当前大学实验教学中存在的问题,介绍了基于创新实践能力培养的研究性实验教学改革的做法和体会.