光学工程专业介绍

（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，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等基础理论体系，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，为促进人类进步与科学发展做出重大贡献。早期，几何光学和波动光学拓宽了人的视觉能力，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，至今仍然发挥着重要作用。20世纪中叶，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20世纪60年代初激光器的发明，实现了高亮度和高时空相干性的光源，使光子不仅成为了信息的有效载体，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、生物医学、空间科学、精密机械与制造、计算机科学及电子科学与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、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、生物医学光子学、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、弱光与红外热成像技术、光电传感与测量、光纤光学、自适应光学、超快光学、视光学、光电子材料与器件、非线性光学、太赫兹光子学、光场调控、光电仪器与技术、计算光学、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而又前所未有的现代光电产业，其主体集中在光的产生、获取、传输、处理、记录、存储、显示等光电信息领域，以及光电仪器、激光加工、智能制造、光通信、光电显示、太阳能利用、固体照明、光感知等主干产业，具有数字化、集成化和微结构化等技术特征，从而形成了独立的学科体系。

20世纪以来，传统的光学系统不断地向智能化和自动化方向发展，并继续发挥着重要作用。而光学在空间和海洋探索中的应用催生了新的学科方向——空间光学和海洋光学。与此同时，现代光学正大踏步地向光子学迈进，使光学进入了光子学时代，主要研究光子的产生、传输、交换、控制（光开关、光放大、光调制、光变频、光波复用、光限幅、光振荡等)、探测及其与物质（光子本身、电子、原子、分子、声子、激子等）的相互作用。在先进制造和国防技术等领城，以能量为主要特征的光子学，正在发挥巨大的作用。集传感、处理和执行功能于一体的微纳光电系统和光子学技术，将成为光学工程学科新的重要发展方向。此外，结合“新科技革命”，光学工程学科必将在新能源（如太阳能发电、激光核聚变等）、生态环境与资源勘测（如光学遥感等）、生物医学（如健康监测、生物医学光学成像等）、信息技术（如光通信、光计算、光电融合、人工智能、集成电路与集成微系统、物联网等）、先进制造（如激光加工、微纳加工、光刻机等）、以及重要基础科学研究（如量子信息、物质科学、天文物理与深空探索、对生命与脑的认知与研究等）等领域发挥重要作用。

（二）学科内涵

1.研究对象

（1）光的产生与传输，如激光、LED等光源以及光在各种媒介中的传输特性等；

（2）光与物质相互作用机理及其应用，如光电转换、光调制、光刻等；或以光作为能量的媒介及其应用，如激光加工、激光核聚变、光伏发电等；

（3）以光作为信息传递的载体，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，包括图像及多维时空信息的获取、传输、交换、存储、处理、显示及其应用等；

（4）光电原理与技术在工业、能源、信息、医学以及国防等领域的应用，如光电仪器、光电成像技术、光电检测技术，光通信等。

2.理论体系

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完善，其中包括光的产生、光的传输、控制及光量子信息探测等理论；以光作为信息传递的载体，实现光电信息的获取、存储、处理、显示等理论；以光子作为能量载体，以光与物质的相互作用为基础，研究光子与物质相互作用的理论及光能转换理论等。

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载体的光电信息工程，以光与物质相互作用为基础的光子学与光电子技术。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、光谱学、光学信息处理、光通信技术、红外与夜视技术、激光原理、光电子技术、光子学理论、光波导理论、生物光子学理论、光电子材料与器件、非线性光学、微纳光学等是光学工程学科的专业基础。光学工程学科是光学与工程相结合的学科，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，它紧密地与物理、计算机科学、信息科学、微电子科学、环境科学、化学与材料科学联系在一起，因此，除光学工程学科的相关工程和技术科学基础知识外，还应有人工智能、生物医学、电子信息、计算机、仪器、集成电路、精密机械与制造、材料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的特征，尤其当前的光电子技术、光子技术等关系到科技、工业、农业和国防发展，它的研究成果在改变观世界的同时，不同程度地推进人类社会的文明与进步，因此，从事光学工程学科的学习与研究，需要有人文社会科学知识基础。

（三）学科范围

光学工程一级学科下设光电信息工程、光子学与光电子技术两个二级学科，既各有侧重，又有交叉。

1.光电信息工程

以光作为信息传递的载体，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他人身感官的延伸，涉及图像及多维时空信息的探测、成像、传输、交换、存储、处理、显示和传感等；利用光与物质的相互作用，采用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多维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、红外与夜视技术、光通信技术与器件、导波光学与技术、环境光学与技术、视光学技术等。

2.光子学与光电子技术

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。以光子和电子的相互转换与操控为主题，研究光电融合集成机理及其技术。其主要研究内容为：激光与光子学技术、激光应用技术、非线性光学、微纳光子学与技术、生物医学光子学、光电材料与器件、集成光子学与光电子学、光电融合集成芯片与集成微系统、能源光子学、紫外与X射线光学、红外光学、太赫兹与微波光子学、量子光学与器件等。

（四）培养目标

1.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独立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，初步具有独立进行理论和实验研究的能力及从事技术开发的能力，有严谨求实的科学作风，良好的沟通交流能力，掌握一门外国语，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，成为身心健康、具有家国情怀、德智体美劳全面发展的新时代中国特色社会主义建设者和接班人。

2.博士学位

应具有光学工程有关领域的宽广而扎实的理论基础，并能将光学领域的相关原理与技术相互结合并交叉应用于科学研究或工程实践中。系统深入地了解本学科相关范围的研究现状和发展趋势，掌握现代分析测试和工程设计的方法和技术。具有独立承担科研任务的能力，以及严谨求实的科学态度和作风。独立从事光学领域创新性的研究工作和解决实际问题。至少掌握一门外国语，并熟练地阅读本专业的外文资料。具有一定的写作能力和进行国际学术交流的能力。能独立承担科研、技术开发、教学和管理工作，成为身心健康、具有家国情怀、德智体美劳全面发展的新时代中国特色社会主义建设者和接班人。

（五）相关学科

物理学、仪器科学与技术、电子科学与技术、信息与通信工程、材料科学与工程、智能科学与技术、集成电路科学与工程、生物医学工程、机械工程、纳米科学与工程。

硕士学位基本要求

（一）获本一级学科硕士学位应掌握的基本知识

本学科硕士生应具备较坚实的数学、物理学、化学基础理论知识;掌握较宽广的专业基础理论知识,包括电子信息技术、控制科学与技术、光学（几何光学、物理光学）、光电子技术、激光技术等；较深入地掌握光电检原理、光学信息处理、光通信技术、非线性光学等专业知识。此外,还应掌握计算机技术、外语、管理类等工具知识。

（二）获本一级学科硕士学位应具备的基本素质

1.学术素养

崇尚科学精神,热爱科学,对学术研究怀有浓厚的兴趣,能够自觉地钻研科学现象中蕴藏的科学规律。具备良好的学术潜力和较强的创新意识,能承担光学工程领域的基础理论与工程技术研究,具备发现问题、分析问题和解决问题的基本能力。掌握并尊重与本学科相关的知识产权,在研究过程中,要对本领域相关研究的发明权、相关观点的发现权准确表述,合理引用。遵循学术研究伦理,具有高度的社会责任感,借助学科知识服务于社会发展和科技进步。

2.学术道德

本学科硕士生应恪守学术道德规范,实事求是,学风严谨,避免各种形式的学术不端行为。遵守国家各项法律、法规和道德规范。尊重知识产权,严禁以任何方式漠视、淡化、曲解乃至剽窃他人成果。

（三）获本一级学科硕士学位应具备的基本学术能力

1.获取知识的能力

本学科硕士生应通过查阅资料、学术交流和实际调研等方式了解本学科领域或某一研究方向中的学术前沿问题,包括国内外光学工程领域或某一研究方向的最新发展动向,以及国内外学者在本学科领域或某一研究方向的最新研究成果等。本学科硕士生通过相关课程的学习和工程实践的锻炼以及相关课题的研究,能有效地获取专业知识和相应研究方法的能力。本学科硕士生应掌握相关的数学、物理方法,对本学科的研究进行数学、物理模型的描述与分析;掌握系统的科学方法,具备从个体到整体进行系统的整体优化能力。

2.科学研究能力

开展学术研究和工程设计是本学科硕士生必备的能力之一。开展学术研究和工程设计主要包括独立查询资料、独立调查、独立思考、独立进行理论分析、独立进行科学实验和工程设计、独立撰写学位论文等方面。本学科硕士生应具备学习、分析和综述前人研究成果的能力,以及具有发现和解决问题的能力。此外,本学科硕士生还应具备较强的协作与团队意识。

3.实践能力

本学科硕士生应具有较强的工程实践能力,较强的获取知识和相关研究领域最新信息的能力。为更好地解决光学工程领域的某一工程实际问题,应具有较强的动手能力、实验及工程研究能力,独立撰写学位论文、独立进行学术交流和学术咨询的能力。能胜任科研、教学、技术开发和管理工作。

4.学术交流能力

学术交流是本学科硕士生发现问题、获取信息、获得思路、掌握学术前沿动态的重要途径和基本能力之一。本学科硕士生还应当善于表达设计思路和学术思想,展示学术成果。设计思路和学术思想的表达主要体现在运用特定的语言进行准确、清晰而富有层次的口头表达和文字表达。学术成果的展示主要体现在学术期刊、学术网站、学术研讨会、学术咨询等平台公开发表研究成果。

5.其他能力

硕士生应熟练使用必要的现代化信息工具和软件,如网络、计算机、数据处理等。具备健康的体魄和心理素质以应对未来的各种挑战。具备较好的团队合作精神和沟通协调能力。

（四）学位论文基本要求

1.规范性要求

本学科硕士学位论文应当严格遵守学术规范和学位授予单位规定的学位论文基本格式。学位论文规范性包括论文写作、文献引用和综述、理论分析、实验数据及分析等多方面。

（1）学位论文写作应符合科技论文写作规范,结构合理、层次清晰、逻辑严密、语言流畅;公式、符号、单位和图表等均要符合规范。

（2）学位论文一般应包括论文课题的研究背景和任务,国内外在该研究领域的研究情况和发展趋势,必要的理论分析和原理阐述,应对实验或仿真结果有分析和总结,以及对全文工作的总结、展望和参考文献列表等内容。

（3）学位论文文献引用要准确、恰当,要引述具有代表性的文献,还要注意找到最原始的文献,避免过多的转引。文献引用要有必要性,所列文献的观点或材料应当与论文内容匹配,避免虚列;文献综述和评价应客观、公正,不抬高、不贬低。

（4）学位论文理论分析应系统而深入,原理阐述准确而清晰。

（5）实验方法要合理,实验数据要可靠,要对实验结果有深入分析和明确的结论。

2.质量要求

本一级学科学术型硕士的创新成果应体现学位申请人在本学科（领域）掌握坚实的基础理论和系统的专门知识，且具有从事科学研究工作或独立担负专门技术工作的能力。硕士学位论文研究通常可划分为基础理论研究、技术创新研究和工程应用研究三类。以基础理论研究为主的硕士学位论文,必须至少提出或明显改进一个理论命题。对所提出的理论命题首先要清晰表述,其次进行详细论证。需要给出例证的,要举出例子。对于不同类型的理论命题,可以是严密的形式逻辑证明,也可以是系统地归纳论证。不论什么方式论证,都必须语言明晰、无歧义,注意区分充分性条件、必要性条件和充分必要性条件,要言之有度。对命题的成立条件必须有明确的论述。关于所提命题的科学意义要恰当陈述。

以技术或方法创新研究为主的硕士学位论文,对所提技术或方法一是必须给出可操作性描述,二是要进行理论依据论证,三是要对技术或方法的效果或优劣做出分析性说明。对于在已有技术或方法上的改进,要论证改进的效果;对于提出与已有技术或方法不同的新技术或新方法,必须论证比已有技术或方法先进在何处。另外,要给出方法具体应用的例证。

以工程应用研究为主的硕士学位论文,围绕工程实际项目进行设计、优化及开发,关键是解决实际问题。

本学科硕士论文一般应含有能说明其获得自主知识产权的研究成果，包括但不限于学术论文、专利、软件著作权、报告等。