量子通信論文模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇量子通信論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

2量子通信網絡基礎鏈路的信道建立速率

在基于糾纏態的量子通信網絡中,將可以直接通過糾纏粒子分發建立量子信道的節點稱為相鄰節點,相鄰兩節點間通過糾纏粒子形成的量子通路稱為基礎鏈路.不存在基礎鏈路的節點之間可以通過中繼節點之間的基礎鏈路建立量子信道.文獻[25]對基礎鏈路上的信道建立速率進行了分析.基礎鏈路上的一個節點由于內部糾纏粒子的存儲空間有限,所以節點產生糾纏粒子對的頻率也受到限制.假設節點光子產生糾纏粒子操作的頻率為,節點按成功概率生一定保真度的糾纏粒子對,為兩節點之間的距離,為光速,則相鄰兩節點之間成功得到一個糾纏光子對的平均時間。

3中繼長鏈路的量子信道建立速率分析

非相鄰兩節點間如果可以通過中繼節點建立量子信道,則兩節點間的量子通路稱為中繼長鏈路.相鄰節點之間可以直接生成量子糾纏對以傳遞量子信息,但中繼長鏈路上需要各中繼節點通過糾纏連接,消耗中繼節點上的量子糾纏對,從而在源節點和目的節點之間得到高保真度的量子糾纏對,建立量子信道.圖2為僅有一個中繼節點的三節點中繼長鏈路,假設節點Alice為源節點,節點Carol為目的節點,節點Bob為中繼節點,節點Bob和相鄰節點Alice,Carol分別共享量子糾纏對A1-B1和B2-C1.該過程中,節點Bob對位于本節點的量子比特B1和B2執行貝爾基測量,即可得知A1,C1的糾纏狀態.在最大糾纏態情形下,糾纏連接即形成.在非最大糾纏態情形下,糾纏連接概率性形成,。由于各基礎鏈路上糾纏粒子生成和糾纏連接操作的順序不同,可以得到不同的量子信道建立方法,不同的量子信道建立方法對應不同的量子信道建立速率.我們對逐點和分段兩種量子信道建立方法所對應的量子信道建立速率進行分析.如圖3所示,假設一條中繼長鏈路由個節點和1條基礎鏈路所構成,設源節點編號為1,目的節點的編號為,鏈路上的節點和基礎鏈路依次編號.假設節點1和之間已建立量子信道,節點和節點之間也已建立量子信道,對某節點進行糾纏連接操作,可得建立該量子信道的速率。如圖4所示,逐點量子信道建立方法中各個中繼節點上的糾纏生成和糾纏連接操作依次進行,其步驟如下:1)生成中繼節點2與源節點1之間的糾纏粒子對;2)生成中繼節點2和下一中繼節點3之間的糾纏粒子對,中繼節點2進行糾纏連接,使得源節點1與中繼節點3建立量子信道;3)生成中繼節點3和中繼節點4之間糾纏粒子對,中繼節點3進行糾纏連接,使得源節點1與中繼節點4建立量子信道;4)逐點進行,最后生成中繼節點(1)和中繼節點間糾纏粒子對,中繼節點(1)進行糾纏連接,建立源節點1和目的節點間建立量子信道.逐點量子信道建立方法需要在2個中繼節點上進行不相互獨立的糾纏連接操作.基礎鏈路的信道建立速率由量子糾纏分發速率決定.糾纏光子經由光纖或自由空間信道傳輸,再經過本地操作實現量子糾纏分發,該過程所需時間設為常數。

4基于逾滲模型的二維量子通信網絡量子信道建立速率

量子通信網絡的模型與傳統通信網絡模型類似,都可建模為個節點利用傳輸信道進行信息傳遞,所不同之處在于傳統無線通信網絡使用的是傳統無線或者有線信道,而基于糾纏態的量子通信網絡使用的是糾纏粒子構成的量子信道.與經典無線通信網絡的網格劃分相似,可采用逾滲模型對整個網絡特性進行分析.逾滲模型證明通過適當的網絡網格劃分可保證整個網絡的連通性,使得網絡中的任意源節點和任意目的節點總可找到一條中繼鏈路相連,整個網絡中將形成高速公路(highway),高速公路可為其他不在高速公路上的節點提供中繼[16].將圖1中節點數目為的量子通信網絡平面劃分為邊長為的正方形網格,若某個網格中至少含有一個節點,該節點可為相鄰網格中的節點提供中繼,則這個網格視為連通的.由單位密度泊松點過程的概率分布規律,網格中至少含有一個節點的概率為(si1)=1e2,其中si代表單個網格中的節點數.網格邊長足夠大時,可保證網格中至少有一個節點的概率足夠大.當網格連通概率大于二維正方形逾滲的逾滲閾值時,將會出現無限大連通集團,整個量子通信網絡必然是連通的,即網絡中任意兩個節點間存在直接量子信道或者由多個中繼節點組成的量子信道.當網格連通概率大于二維正方形逾滲的逾滲閾值時,將在水平方向和垂直方向由連通的網格依次相連形成大規模的連通鏈路,這種連通鏈路的拓撲結構稱為高速公路.高速公路上分布著大量的中繼節點,且這些相鄰中繼節點之間的最遠距離由網格的邊長決定,使得基礎鏈路的長度最長不超過網格對角線長.高速公路存在于網絡水平方向和垂直方向,源節點找到離自己最近的高速公路入口節點,然后在水平方向的高速公路找到與目的節點垂直距離最近的節點,接著通過該節點沿著垂直方向的高速公路找到與目的節點最近的出口節點.由于高速公路的存在,若源節點和目的節點都在高速公路上,則這兩個節點可直接利用高速公路的中繼作用建立量子信道,若源節點和目的節點至少有一個不在高速公路上,則應先找到最近的高速公路入口節點或出口節點,再通過高速公路中繼,從而建立量子信道。由此可知,高速公路上的基礎鏈路的量子信道建立速率僅與節點的量子存儲空間、網格劃分的對角線長度、給定的量子信息保真度有關,與總節點個數無關,故相對于為常數階.不在高速公路上的節點要先找到離它最近的高速公路節點作為入口節點或者出口節點,源節點與入口節點之間以及目的節點與出口節點之間存在基礎鏈路,該基礎鏈路的量子信道建立速率與總節點個數有關,由于不在高速路的點與最近的高速公路節點的距離不大于log+22[21],故該基礎鏈路的速率。因此對中繼長鏈路而言,分段量子信道建立方法的量子信道建立速率更高.因此我們對長鏈路上使用分段量子信道建立方法進行分析.根據源節點和目的節點分布不同,可分為以下兩種場景.場景1:若源節點和目的節點都在高速公路上,則對于有Ω()個節點的這條長中繼鏈路,基礎鏈路的最長距離由網格劃分的邊長決定,此時基礎鏈路上的量子信道建立速率為常數階,源節點和目的節點成功得到量子糾纏對的速率。所以當量子通信網絡的節點都利用逾滲模型所指出的高速公路進行長鏈路的中繼通信,且采用分段量子信道建立方法時,整個量子通信網絡的量子信道建立速率為Ω(1/).由于場景2的量子信道建立速率小于場景1的量子信道建立速率,整個量子信息網絡的量子信道建立速率上限值由兩者的較小值所決定的,故量子通信網絡的量子信道建立速率為Ω(1/).

篇2

早在數年前，星地量子通信的中國夢已引發了世界的關注。

2012年8月9日，國際權威學術期刊《自然》雜志以封面標題形式發表了中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室潘建偉團隊的研究成果：他們在國際上首次成功實現了百公里量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發。

這一成果不僅刷新世界紀錄，有望成為遠距離量子通信的“里程碑”，而且為發射全球首顆“量子科學實驗衛星”奠定了技術基礎。該成果入選《自然》雜志公布的“2012年度全球十大新聞亮點”。

同年12月6日，《自然》雜志為該成果專門撰寫了長篇新聞特稿《數據隱形傳輸：量子太空競賽》，詳細報道了這場激烈的量子太空競賽。

建立“量子互聯網”

2009年，潘建偉和他的中國科大物理學家團隊從位于北京北部丘陵的長城附近的實驗點，將激光瞄準了16公里之外的屋頂上的探測器，然后利用激光光子的量子特性將信息“瞬移”過去。

這個距離刷新了當時量子隱形傳態的世界紀錄，他們朝著團隊的終極目標――將光子信息隱形傳送到衛星上――邁進了重要的一步。

如果這一目標實現，將會建立起“量子互聯網”的第一個鏈接，這個網絡將是運用亞原子尺度物理規律創建的一個超級安全的全球通信網絡。這也證實了中國在量子領域的不斷崛起，從十幾年前并不起眼的角色發展為現在的世界勁旅。

2016年，中國領先歐洲和北美，發射了一顆致力于量子科學實驗的衛星。

這為物理學家提供了一個測試量子理論基礎，以及探索如何融合量子理論與廣義相對論（是愛因斯坦關于空間、時間和引力所提出的截然不同的理論）的全新平臺。

這也標志著潘建偉與維也納大學物理學家Anton Zeilinger之間的友誼（雖然存在激烈競爭）達到高峰。

Zeilinger曾是潘建偉的博士生導師；之后的七年，二人在遠距離量子隱形傳態研究的賽跑中棋逢對手；此后他們又建立了合作關系。衛星發射成功之后，兩位物理學家將創建第一個洲際量子加密網絡，通過衛星連接亞洲和歐洲。

“我們有句老話，一日為師終身為父，”潘建偉說，“科研上，Zeilinger和我平等合作，但在情感上，我一直把他當作我尊敬的長輩。”

迅速崛起

2001年，潘建偉建立了中國第一個光量子操縱實驗室；2003年，他提出了量子衛星計劃。那時的他才30歲出頭。2011年，41歲的潘建偉成為當時最年輕的中科院院士。

潘建偉小組的成員陳宇翱說：“他幾乎單槍匹馬地把這個項目推進下去，并使中國在量子領域有了立足之地。”

潘建偉為何有如此動力？這要追溯到上世紀80年代后期他在中國科大的本科讀書經歷。

那時，他第一次接觸到了原子領域一些“奇怪”的概念。微觀客體可以處于多個狀態的迭加態：例如，一個粒子可以同時處在順時針自旋狀態和逆時針自旋狀態，或者可以同時存在于兩個地方。這種多重的個性在數學上用波函數來描述，波函數給出了粒子處于每個狀態的概率。只有在粒子的某一特性被測量時，波函數才會坍塌，相應的粒子才會處于一個確定地點的確定狀態。至關重要的是，即使在原則上都無法預言單次實驗的結果，粒子處于每個狀態的概率僅表現為一個統計分布，并且只有通過多次重復實驗才能得到。

由于量子糾纏的特性，當考慮兩個或更多個粒子時，情況變得更加“古怪”了。多粒子系統可以被制備到某種狀態：即使粒子間距離遙遠，即使粒子的物理性質僅當其被測量時才會存在確定的值，對于每個粒子某個物理性質的測量結果之間總是會存在某種關聯性。

這種怪異性就好比分別位于維也納和北京的兩位物理學家同時擲硬幣，他們會發現每次結果都是正面朝上，或者都是反面朝上。

“我對這些奇怪的量子特性感到著迷。”潘建偉說，“它們幾乎使我無法分心去學習其它東西。”他想驗證這些不可思議的理論，但是在當時的中國，他找不到合適的量子物理實驗室。

20世紀90年代中期，Zeilinger在奧地利因斯布魯克大學建立了自己的量子實驗室，并且需要一名學生來檢驗他的一些實驗猜想。潘建偉認為這是一個理想的選擇。于是，與大多數中國學生的選擇不同，潘建偉來到奧地利師從Zeilinger，與Zeilinger開始了一段決定二人此后二十年間事業上并駕齊驅的關系。

當潘建偉在Zeilinger實驗室施展他的專業才華時，世界各地的物理學家開始慢慢認識到，曾令潘建偉著迷的、深奧難懂的量子特性可以被用來創造比如量子計算機。

由于一個量子比特可以同時存在于0和1的疊加，它可能會建立起更快、更強大、能夠將多個量子比特糾纏起來的量子計算機，并能以驚人的速度并行執行某些運算。

另一個新興的概念是極度安全的量子加密，可應用在比如銀行交易等方面。其中的關鍵是測量一個量子系統會不可避免地破壞這個系統。因此，發報方（通常稱為“Alice”）和信息的接收方（通常稱為“Bob”）兩個人能夠產生并共享一套量子密鑰，其安全性在于來自竊聽者的任何干擾都會留下痕跡。

2001年，潘建偉回到中國的時候，量子技術的潛力已經得到公認，并吸引了中國科學院和中國國家自然科學基金委員會的財政支持。

“幸運的是，2000年中國的經濟開始增長，因此當時立即迎來了從事科研工作的好時機。”潘建偉說。他全身心投入到了夢想中的實驗室的建設當中。與此同時，在奧地利，Zeilinger轉到維也納大學。在那里，因為他的遠見卓識，Zeilinger繼續創造著量子紀錄。他最著名的實驗之一表明，巴基球（含有60個碳原子的富勒烯分子）可以表現出波粒二象性，這是一個奇特的量子效應，很多人曾認為在如此大的分子中不可能存在這種效應。

“每個人都在談論可以用小的雙原子分子來嘗試一下這個實驗。”Zeilinger回憶說，“我說，‘不，伙伴們，不要只是思考前面的一兩步，請思考一下我們如何能實現一個超出所有人想象的大跳躍。’”

這使潘建偉深受教益。世界各地的物理學家們開始構思，如何利用尚未實現的量子計算機來連接未來的量子互聯網。當大多數人仍滿足于在實驗臺上安全地得到量子信息時，潘建偉已經開始思考如何能夠在太空中實現信息的隱形傳送。

紐約IBM的計算機科學家Charles Bennett和他的同事在1993年首次提出“量子隱形傳態”的概念，之所以有此名稱，陳宇翱說：它就像來自于《星際旅行》一樣，它使得關于一個量子客體的全部信息在某個地點被掃描輸入，并在一個新的地點重構出來。這其中的關鍵就是糾纏：因為對處于糾纏態的其中一個粒子的操作會影響到另一個粒子。不管兩個粒子距離多遠，它們可以像一條量子電話線兩端的電話機那樣控，在兩個相距甚遠的地點之間傳送量子信息。

當同時產生的糾纏粒子被發送到電話線連接的兩端時，問題就出現了。傳遞過程中充滿著噪音、散射相互作用和各種形式的其它干擾，任何一種干擾都會破壞隱形傳態所必需的精巧的量子關聯。例如，目前糾纏光子是通過光纖傳輸，但是光纖會吸收光，這使得光子的傳輸距離僅限于幾百公里。標準的放大器起不到作用，因為放大過程會破壞量子信息。陳宇翱說：“要在城域距離之外實現隱形傳態，我們需要衛星的幫助。”

但是當光子通過地球湍流的大氣層一直向上，到達幾百公里的衛星時，糾纏會不會繼續保持？為了回答這個問題，潘建偉的研究團隊于2005年開展了晴空下傳輸距離不斷擴大的地基可行性實驗，探究光子與空氣分子發生碰撞后能否繼續維持糾纏性質。但他們還需要建立一個靶標探測器，這個探測器必須小到能夠裝配到衛星上，并且靈敏度必須足以從背景光中篩選出被傳送的光子，而且還得保證，他們可以將光子束足夠聚焦，讓其能夠打到探測器。

這個工作激起了Zeilinger的競爭意識。“中國人在做了，因此我們想，為什么我們不試試呢？一些友好的競爭總是好的。”

競爭促使光子傳輸距離的世界紀錄不斷被刷新。在接下來的七年中，中國的研究團隊通過在合肥、北京長城以及在青海開展的一系列實驗，將隱形傳態的距離越推越遠，直到它超過97公里。

2012年5月，他們將成果張貼在物理預印本服務器ArXiv上。這讓奧地利團隊十分懊惱，因為他們正在撰寫在加那利群島之間隱形傳態光子的實驗論文。

8天后，他們在ArXiv上貼出了論文，報道他們的隱形傳態取得了143公里的新紀錄。兩篇文章最終先后發表在《自然》雜志上。

“我認為這可以表明一個事實，即每個實驗都有不同以及互補的價值。”維也納大學物理學家、奧地利團隊成員馬曉松說。

在自由空間量子通信領域，中國團隊和奧地利團隊之間不斷競爭，從糾纏光子的分發到量子隱形傳態，創造了一個又一個的里程碑。

兩支團隊都認為，向衛星進行隱形傳態在科學原理上已不存在問題。他們亟需的是一顆衛星來裝載功能齊備的有效載荷設備，開展相關的量子實驗檢驗。Zeilinger的研究組一直在與歐洲空間局（ESA）商討建立量子衛星計劃，但這些努力因拖延而漸漸告吹。

Zeilinger說：“它的運行機制太慢了，以至于沒有做出任何決策。”一方面是歐空局的猶豫，另一方面中國國家航天局緊抓機會，得以擴大領先優勢。在此當中，潘建偉起到了決定性的推進作用。“量子衛星”的發射使得潘建偉在量子空間競賽中處于領先地位，他的研究團隊將著手開展大量的科學實驗。

成功的關鍵

如果沒有通信對象，開發全球首個量子通信網絡就失去了意義。因此，潘建偉邀請他從前的競爭對手加入這個項目。他們的第一個共同目標是在北京和維也納之間生成和共享一個安全的量子密鑰。

“總之，任何一個小組都無法獨立完成向衛星隱形傳態這一極其艱巨的任務。”馬曉松說。盡管政府的主要興趣在于它可以推進技術前沿，但許多物理學家對這個衛星項目如此著迷卻是因為其它原因。“作為一名科學家，驅使我不斷前行的動力在于進一步探尋物理學的基礎。”陳宇翱表示。

迄今為止，量子理論的奇妙之處在實驗室里被不斷重復檢驗，但這些檢驗卻從未在太空尺度中進行過。而且有理論認為，如果量子理論可能會在某處遭遇挑戰，那必然是太空。大尺度是由另一個基本物理理論所掌控：廣義相對論。相對論將時間作為另一種維度與三維空間交織，從而創造一個四維時空結構，包括宇宙。在巨大的物體如太陽周圍，這種可塑結構將發生彎曲，表現為引力，引力將較小質量的物體如行星拉向巨大物體。

目前的挑戰是，量子理論和廣義相對論對時空概念有著完全不同的理解，物理學家們一直致力于將它們融入一個統一的量子引力理論框架。在愛因斯坦的繪景里，即使在無窮小尺度上，時空都是完全光滑的。然而，量子不確定性卻意味著不可能在如此小的距離上測量空間性質。目前尚不清楚是量子理論還是廣義相對論需要進行修正，抑或二者都要進行修正。

而衛星實驗可以幫助測試量子理論的規則在引力牽引不能被忽略的尺度上是否仍然適用。

一個明顯的問題是，量子糾纏是否可以延伸到地球和衛星之間。為了回答這個問題，研究組計劃在衛星上制備一系列糾纏粒子對，將每對中的兩個粒子分別發送到兩個地面站，然后測量兩個粒子的性質以驗證它們是否仍然存在關聯――而且設備運轉良好。

“如果糾纏不再存在，我們就不得不尋找另一種理論來代替量子理論。”研究向衛星進行隱形傳態方案的瑞士日內瓦大學理論物理學家Nicolas Brunner說。

該衛星還可更進一步，檢驗一些候選的量子引力理論對時空結構的預言。比如，所有這些理論都預測，如果科學家能以某種方式在10～35米（即普朗克長度）這一尺度觀測，空間、時間將呈現為顆粒狀。如果事實確實如此，那么光子從衛星沿著這條顆粒感的道路的穿梭將會輕微減速，而且偏振方向將有一個微小、隨機的偏轉――這些效應應該足以被地面站記錄下來。

篇3

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）06-0091-02

筆者已從事本科生“通信與電子信息專業英語”課程教學多年。近五年來，筆者對該課程的教學內容和教學方法進行了多次改革，在相關文獻中進行了詳細的介紹[1-2]。其核心是以培養學生的綜合能力為目標，改變以科技文獻閱讀、翻譯為主的教學模式到綜合性更強的教學模式。文獻3中最后一部分內容即從文獻檢索、科技文獻撰寫和制作講稿和匯報角度介紹了相關教學內容[3]。閆麗萍等在文獻4中詳細介紹了電子類專業英文摘要的寫作培養實踐過程[4]。

在2013-2014年度的課程教學中，筆者嘗試通過為每位學生布置不同的作業，包括翻譯文獻、檢索文獻、撰寫文獻綜述、為相關領域的視頻撰寫摘要等各類項目，訓練學生的綜合能力，并收到了較好的效果，避免同類作業抄襲的弊端。但筆者發現仍存在問題，主要集中在兩點：1）由于選課人數多，作業內容和主題與往年的重復率較高。每年該課程的選課人數大致在80～110人之間，因此要做到每年更新所有題目有較大難度；2）學生的課堂參與度較低、互動性小。由于大多數作業無需在課堂上進行匯報，因此學生的參與度不高，師生之間、學生之間的互動很少。

針對上述存在的問題，筆者在2014-2015年度的“通信與電子信息專業英語”課程教學中改進了已有的作業模式，設計和實施了綜合型更強的作業，達到全面培養并考核學生能力的教學目標。下面，筆者將從該課程綜合型作業的設計與實施、教學效果等方面詳細介紹。

1.通信與電子信息專業英語綜合型作業的設計

1.1綜合型作業的內容

“通信與電子信息專業英語”的教學目標包括培養學生下述能力：科技文獻檢索、文獻閱讀、文獻翻譯、初步的科技英語寫作和口頭報告等。課程往屆作業主題涉及面很廣，但不夠精，因此本年度，筆者選擇了少量的精選主題，并根據最新技術，更新了部分舊主題。

筆者圍繞教學目標，設計的綜合型作業內容如下：

作業主題共36個，包括電子與電路、通信理論、信號處理、模式識別、人工智能、機器學習、圖像處理與計算機視覺、數據挖掘、傳感器技術、工程編程語言軟件等領域的最新技術熱點，包括深度學習及應用、智能穿戴、大數據及應用、無線充電、3D打印、無人機、量子計算機、車聯網等。需完成的任務包括：

1）文獻檢索：根據主題，搜集相關文獻資料（中英文均應包括，以英文為主，數量不少于10），需給出詳細的檢索式、關鍵詞、使用的數據庫/網絡數據庫等重要信息，并將整個檢索過程記入說明文檔，并保存所有文獻資料的原文文檔。

2）文獻閱讀：閱讀收集的文獻資料。

3）文獻綜述：根據對文獻的理解，撰寫關于給定主題的綜述報告。

4）制作講稿：以文獻綜述為基礎，制作主題相關的講稿。

此外，按照本科生畢業設計論文的格式規范，筆者給出詳細的作業文檔格式要求，同時要求檢索到的科技文獻需下載并全部提交。

1.2 完成作業的形式

本次教學實踐中，筆者變以個人為單位完成作業形式為小組形式，即將選課學生按照隨機組合的方法分為2人一組（共72人，兩個自然班，本次共36組），共同完成上述綜合型作業任務，并增加學生匯報的人次，讓盡可能多的學生參與到課堂教學過程中。

由于是兩人一組共同完成一項綜合型作業，為體現各自的工作量，在匯報環節中要求一人負責匯報文獻檢索的過程，給出詳細的檢索式以及檢索的結果，另一人負責進行主題匯報。

2.通信與電子信息專業英語綜合作業的實施過程與教學效果

2.1 綜合作業的實施過程

筆者在該課程教學初布置好綜合型作業任務，并選擇部分小組進行課堂匯報，收到了較好效果。其中部分小組結合視頻、圖像、動畫、實際應用等手段介紹相關主題。例如，選擇“量子計算機”的小組，結合“優酷”上的一段視頻詳細介紹量子計算機的基本原理、存在的問題等，達到了為其他同學科普相關知識的目標，在整個主題介紹過程中，將量子計算機領域涉及的重要詞匯一一介紹；報告“深度學習及應用”的小組以視覺信息處理為切入口，介紹了相關理論和研究進展；“選擇超大規模集成電路”的小組結合自身參與上海市大學生科技創新活動中接觸到的各類集成電路介紹主題內容；而選擇“智能手機中的傳感器”主題的小組，結合自己使用的智能手機介紹其中的各類傳感器及其基本原理、發展現狀等。多數報告小組的匯報過程生動、有趣，參與課堂教學的積極性較高，師生、學生之間的互動性加強了。通過本次綜合作業的訓練，學生的綜合能力得以提升。

但該過程中，筆者也發現存在的問題，主要集中在：

1）文獻檢索過程嚴重依賴于網絡，特別是百度，對專業電子數據庫的使用仍不熟練；這是筆者教學多年中一直存在的問題。在2014-2015學年的教學實踐中，仍有接近半數的報告小組在文獻檢索過程中首選百度檢索相關資料，而不是把專業數據庫作為首選。當然，對某些特定主題而言，各位搜索引擎相比專業電子數據庫更有效，這一點，筆者在教學過程中也做了詳細的介紹和說明，指導學生分層次的解決文獻檢索中的問題。

2）英文文獻閱讀能力有待加強；在小組報告中筆者發現，由于專業文獻專業性強且較長，學生普遍怕看英文文獻，在滿足綜合作業的基本要求基礎上，多以閱讀中文文獻閱讀為主，沒有達到課程綜合訓練的目標之一，即英文專業文獻的閱讀訓練。這一點與學生的閱讀習慣、英文水平有較大關系，需要在今后教學中加強引導。

3）小組成員的合作精神有待提高。由于本次教學實踐第一次嘗試將學生隨機組合為小組來協作完成綜合作業，因此面對綜合作業復雜的任務時，如何分配任務、如何合作是學生面臨的首要問題。考慮到今后就業后學生需具備合作精神，因此，筆者設計了隨機組合的形式。總體上，各小組的表現良好，但也出現了部分團隊合作完成作業過程中相互推脫責任，作業完成效果不佳。結合本次教學效果和學生的建議，今后筆者仍將繼續對此進行改進。

4）綜合作業的文檔格式不規范。本次教學實踐中，筆者給出了詳細的文檔提交格式要求，這是按照本科生畢業論文的格式規范制定的，以此訓練學生文檔撰寫的規范性，為今后畢業設計論文及大學生科技創新項目報告的撰寫等做準備。由于之前對文檔格式不作要求，學生對格式一向不重視，造成畢業論文或創新項目中格式問題頻出，需要不斷的糾正。因此筆者在布置綜合作業時給出了詳細的格式要求，以加強訓練，培養學生養成良好習慣，為今后的論文、項目報告或各類競賽論文的撰寫打下基礎。

2.2 綜合作業教學效果及評價

為今后改進綜合作業的質量和教學效果，筆者在課程結束時，設計了綜合作業問卷，讓學生對本次綜合作業的教學效果進行評價，統計情況見表1（參與本次教學的72名本科生參與了問卷）。

表1：綜合作業教學效果評價統計表

從上述表格中可見，學生對本次綜合作業的整體評價較好，普遍認為收獲較大。因此，今后筆者仍將繼續探索相關教學模式。同時，我們也注意到，學生平時閱讀專業文獻的比例很低，今后需給予積極的引導。此外，筆者還對學生會選擇哪些環節作為綜合作業的內容進行了問卷調查，排序由高到低依次為：制作講稿并進行匯報、文獻檢索、文獻綜述、文獻翻譯，由此可見，學生參與教學過程的積極性很高。綜合型作業的實施對教學效果的提升是顯著的。

3.今后的工作

隨著通信與電子信息技術的發展，需對專業英語課程綜合型作業的內容進行不斷的更新。同時，綜合型作業的實施形式仍待進一步探索。

參考文獻：

[1]任蕾. 利用多元化教學資源豐富專業英語教學內容[J].南京：電氣電子教學學報，2014年第36卷第3期，64-66

[2]任蕾，古海云，周薇娜.通信與電子信息專業英語教學探討[J] .南京：電氣電子教學學報，2009年第31卷第4期，110-111

[3]李霞，王娟主編.電子與通信專業英語（第3版）[M].北京：電子工業出版社，2014年7月

[4]閆麗萍，余艷梅，劉長軍，黃卡瑪. 電子類專業英文摘要寫作能力的培養[J].南京：電氣電子教學學報，2014年第36卷第2期，48-50

作者簡介：

篇4

一、引言

近年來，隨著通信系統及其用戶數量大幅增加，移動通信系統中的無源互調產物，已成為影響系統通信質量的重要寄生干擾之一。因此科學有效的分析無源互調機理及測量其產物對提高整個通信系統的通信質量將具有重要的意義。為了比較全面地理解無源互調干擾問題，我們有必要首先了解無源互調的產生機理。在大功率衛星通信系統和移動通信系統中，微波器件的PIM干擾主要來自兩種無源非線性：接觸非線性和材料非線性。前者指的是具有非線性電流電壓特性的任何金屬接觸； 后者指的是具有固有非線性導電特性的鐵磁材料、碳纖維和鐵鎳鈷合金。需要特別指出的是，除了上述兩種無源非線性機理外，還可能存在一些其他的非線性效應，這對無源互調的產生也有一定的貢獻。

二、無源互調的幾種重要的機理分析

（一）接觸非線性機理

接觸非線性主要包括由材料結構和時間相關現象引起的非線性效應。由材料結構引起的非線性產生機理主要包括：由接合面上的點接觸引起的機械效應；由點電子接觸引起的電子效應；由點電子接觸和局部大電流引起的熱效應。由時間相關現象引起的非線性主要包括：斑點尺寸隨著電流的通過而增大；由強直流電流引起的金屬導體中離子的電遷移；引起接觸面相對運動的熱循環；引起接觸面相對運動的振動和磨損；不同熱膨脹系數的器件接觸引起的熱循環；金屬接觸的松動和滑動以及氧化層或污染物的增加。

1.量子隧穿與熱電子發射效應

根據經典的理論，“金屬-絕緣體-金屬”（MIM）式的結構是無法實現電流傳導的。但是，量子理論表明，對于表面氧化層很薄的情形，金屬中的電子可以通過隧道效應穿過勢壘，從一個金屬到達另一個金屬。從上個世紀五六十年代以來，人們對于MIM結構的導電機理做了大量的研究，研究結果表明：量子隧穿和熱電子發射效應是金屬-金屬接觸中產生PIM的兩個重要因素。如果金屬中的電子具有足夠的能量越過介質形成的勢壘從而形成金屬之間的電流傳導，則稱這種現象為熱電子發射電流；反之，當金屬中的電子能量不太高且介質形成的勢壘厚度較薄時，電子將通過量子隧穿效應實現電流傳導。圖1顯示了薄勢壘MIM結構的能帶圖及其相應的導電機理。

圖1 薄勢壘MIM結構的能帶圖及其導電機理

量子隧穿電流通常對勢壘高度、外加偏壓和介質層厚度等參數非常敏感，且具有很強的非線性特性。依據Simmons的研究成果，可由下式計算：

（1-1）

式中，

式中為勢壘高度，單位為eV；為介質層厚度，單位為?；為MIM結構的偏壓，單位為V；為電流密度，單位為A/cm2；為介質層的相對介電常數。

而熱電子發射電流計算公式為：

（1-2）

式中T為溫度，單位為K；k為波爾茲曼常數。

利用式（1-1）和式（1-2），在不同的參數條件下，可以對MIM結構的量子隧穿電流和熱電子發射電流進行計算。結果表明：勢壘高度、外加偏壓、介質層厚度及相對介電常數這四個參數對量子隧穿電流和熱電子發射電流的影響趨勢是一致的，而且熱電子發射電流還強烈地依賴于溫度。這樣，當MIM結構本身的參數相同時，可以通過調節溫度的大小來控制MIM結構的主要導電過程。

2.微放電機理

微放電是在真空條件下大功率強微波電場作用下發生的一種射頻擊穿放電現象。為了簡要描述微放電機理，我們以真空中的平行板為例。假設電子數為N的很多電子在時從一個極板（）發射（如圖2），在RF電場驅動下到達另一極板（）。通過撞擊，發射許多電子（數目為），為這次特別撞擊的二次電子倍增系數，它是撞擊能量和表面材料的函數。如果在狹縫中的飛行時間約等于RF周期的，或者等于RF周期的奇數倍，那么新發射的二次電子就可能被加速，直到再次撞擊的極板，引發個二次電子的發射，式中是第二次撞擊的二次電子發射系數。經過n次撞擊后，放電后的電子數為。圖2是時的微放電示意圖。

圖2 微放電示意圖材料非線性機理

（二）材料非線性機理

1. 鐵磁效應

鐵磁材料具有很大的磁導率，在強磁場下會產生飽和，并隨磁場非線性變化，顯示出磁滯特性。鐵、鎳、鈷及其合金、鑭系元素（如稀土）等都是鐵磁材料，它們能引起很強的PIM產物。鐵磁非線性是由含有鐵磁材料的金屬器件在導電時因隨電流流動使導體電路磁導率產生變化引起的，這和一個電路電感的非線性變化非常相似，它導致兩個或兩個以上信號產生非常強的PIM產物。這種非線性是一種磁飽和畸變的形式，且不隨時間而變化，通常情況下比普通的接觸非線性好得多（如圖3所示）。

圖3 鐵磁非線性

2. 電熱效應

近期的一些研究報導了微帶傳輸線上電熱引起的PIM產物。電熱引起電導率的調制是傳輸線上PIM的支配性的物理機理，PIM的產生是由電流相關的非線性引起的。電熱效應的基本過程是：導體中電流產生焦耳熱，產生的熱將跟蹤電信號的包絡，熱的變化引起溫度的變化，進而引起電導率變化，而電導率的變化反過來會影響導體中的電流，電流的變化必然導致焦耳熱的變化，并進一步影響到電導率。這是一個不斷反饋的過程，這種變化會在集總微波終端和衰減器上產生PIM失真。

（三）其他非線性效應

1. 表面效應

金屬表面的磨損或污染可能會引起PIM失真，這種現象叫做表面效應。雖然人們普遍接受銅越粗糙產生的PIM電平越高的觀點，但相關聯的物理機理仍很模糊。表面焊接層對PIM的影響如圖4所示。由圖可知，缺少焊接層會引起更高的PIM產物，這是由于銅輕微地粘在基板上，降低了接口質量。

圖4 三氟甲基焊接對PIM的影響

金屬表面的磨損也會影響PIM的產生。在表面粗糙度的測試中，相對于電流方向做橫向和縱向的擦磨處理。當殘余PIM電平為-144dBm時，橫向擦磨可使PIM電平增加13-22dB，而縱向擦磨使PIM電平增大1-4dB。綜上所述，表面效應對PIM的產生是有貢獻的。

三、無源互調的抑制措施

研究了無源非線性的類型和機理以后，為了盡量避免PIM產物帶來的影響，我們可以采取若干措施使通信系統中的無源互調產物降到最低。其抑制措施主要包括以下幾個方面：

（1）在通信系統中輻射信號能夠到達的地方或者附近，盡量不要使用鐵氧體、鈷、鎳、不銹鋼等鐵磁材料。如果必須使用，那么必須涂上一定厚度的銀板或銅板。

（2）將金屬接觸減至最少，特別是松動接觸和轉動連接。如果確實不可避免，那么在這些接觸或連接上應提供絕緣或可能的替代電流路徑。

（3）在電流路徑中要避免使用調諧螺釘或金屬-金屬接觸的活動器件，如果非用不可，應將它們放在低電流密度區域。

（4）保持熱循環盡可能小，因為材料和金屬結的膨脹和收縮能夠引起較大的PIM干擾。

（5）提高線性材料的連接工藝。若有可能就用捆綁連接，但要確保這些連接是可靠的，無非線性材料、無裂縫、無污染或無腐蝕。

（6）在傳導路徑中應使用較大的導體或金屬之間有更大的接觸面積來保持低的電流密度。盡量減少粗糙表面和尖銳邊緣暴露在輻射信號區域。

（7）使用同軸電纜時，最好選用剛性屏蔽電纜。當使用編織電纜時，應選用最高填充因子的編織物。編織物不能用鐵磁材料制造，銅鍍銀是最好的編織材料。電纜長度應盡量減至最短，特別是使用軟波導或軟電纜時。

（8）非線性元件，如集總虛擬負載、環形器、隔離器和某些半導體器件的使用應減至最少。

（9）高功率發射信號和低電平接收信號之間應由濾波器和物理分離法達到良好的隔離。如果將這兩路信號設計成各自獨立的信道，獨立的發射、接收天線，則PIM產物可以得到很好的控制。

（10）頻率計劃應考慮高階PIM產物，因為它們在某些通信系統中可能是潛在干擾信號。

（11）如果高低功率信號不可避免地要使用一個公共信道，那么降低PIM的出發點是合理地選擇發射頻率和接收頻率。在多通道通信系統中，完全分離收發頻率是不可能的。因此減小PIM干擾的最佳途徑是把收發頻率盡可能離得遠些。

（12）采用合理的焊接，且盡量保證焊接面光滑，如果焊接面不光滑或有毛刺時也會導致PIM的產生。

（13）防止通信系統各種器件的銹蝕，盡量不要用手觸摸元器件。在使用同軸電纜之前應從端器件開始逐一清理干凈，接插件接頭在每次使用后均應清洗。切記不要將接插件浸入液體清洗劑中，因為這樣會使污染物進入其內死角。

除了上述措施外，良好的工藝、仔細的計劃、嚴格的質量控制和高標準的操作維護措施同樣非常重要。應注意的是，雖然在設計和制作階段適當注意細節可以大大降低PIM電平，但是一個完全沒有PIM干擾的通信系統是不可能存在的。

四、結論

通過對無源互調干擾的產生機理及其抑制措施的研究，我們明白了微波器件的PIM干擾主要來自兩種無源非線性：接觸非線性和材料非線性。接觸非線性指的是任何具有非線性電流電壓行為的接觸引起的非線性；材料非線性指的是具有固有非線性導電特性的材料引起的非線性。從接觸非線性機理、材料非線性機理和其他非線性效應三個方面，對無源互調的產生機理進行了分析和討論。最后給出了通信系統中無源互調干擾的主要抑制措施。這將為下一步無源互調的分析與測量研究打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]張世全. 微波與射頻頻段無源互調干擾研究[D]：[博士學位論文]. 西安：電子科技大學，2004.

[2]Lui P. L. Passive intermodulation interference in communication systems. IEE Electronics & Communication Engineering Journal， 1990， 2（3）： 109-118.

[3]Helme B. G. M. Passive intermodulation of ICT components. IEE Colloquium on Screening Effectiveness Measurements. London， 1998， 1/1-1/8.

篇5

1納米導線激光器

2001年，美國加利福尼亞大學伯克利分校的研究人員在只及人的頭發絲千分之一的納米光導線上制造出世界最小的激光器-納米激光器。這種激光器不僅能發射紫外激光，經過調整后還能發射從藍色到深紫外的激光。研究人員使用一種稱為取向附生的標準技術，用純氧化鋅晶體制造了這種激光器。他們先是"培養"納米導線，即在金層上形成直徑為20nm～150nm，長度為10000nm的純氧化鋅導線。然后，當研究人員在溫室下用另一種激光將納米導線中的純氧化鋅晶體激活時，純氧化鋅晶體會發射波長只有17nm的激光。這種納米激光器最終有可能被用于鑒別化學物質，提高計算機磁盤和光子計算機的信息存儲量。

2紫外納米激光器

繼微型激光器、微碟激光器、微環激光器、量子雪崩激光器問世后，美國加利福尼亞伯克利大學的化學家楊佩東及其同事制成了室溫納米激光器。這種氧化鋅納米激光器在光激勵下能發射線寬小于0.3nm、波長為385nm的激光，被認為是世界上最小的激光器，也是采用納米技術制造的首批實際器件之一。在開發的初始階段，研究人員就預言這種ZnO納米激光器容易制作、亮度高、體積小，性能等同甚至優于GaN藍光激光器。由于能制作高密度納米線陣列，所以，ZnO納米激光器可以進入許多今天的GaAs器件不可能涉及的應用領域。為了生長這種激光器，ZnO納米線要用催化外延晶體生長的氣相輸運法合成。首先，在藍寶石襯底上涂敷一層1 nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一個氧化鋁舟上，將材料和襯底在氨氣流中加熱到880℃~905℃，產生Zn蒸汽，再將Zn蒸汽輸運到襯底上，在2min~10min的生長過程內生成截面積為六邊形的2μm~10μm的納米線。研究人員發現，ZnO納米線形成天然的激光腔，其直徑為20nm~150nm，其大部分（95％）直徑在70nm~100nm。為了研究納米線的受激發射，研究人員用Nd:YAG激光器（266nm波長，3ns脈寬）的四次諧波輸出在溫室下對樣品進行光泵浦。在發射光譜演變期間，光隨泵浦功率的增大而激射，當激射超過ZnO納米線的閾值（約為40kW／cm）時，發射光譜中會出現最高點，這些最高點的線寬小于0.3nm，比閾值以下自發射頂點的線寬小1/50以上。這些窄的線寬及發射強度的迅速提高使研究人員得出結論：受激發射的確發生在這些納米線中。因此，這種納米線陣列可以作為天然的諧振腔，進而成為理想的微型激光光源。研究人員相信，這種短波長納米激光器可應用在光計算、信息存儲和納米分析儀等領域中。

3量子阱激光器

2010年前后，蝕刻在半導體片上的線路寬度將達到100nm以下，在電路中移動的將只有少數幾個電子，一個電子的增加和減少都會給電路的運行造成很大影響。為了解決這一問題，量子阱激光器就誕生了。在量子力學中，把能夠對電子的運動產生約束并使其量子化的勢場稱之成為量子阱。而利用這種量子約束在半導體激光器的有源層中形成量子能級，使能級之間的電子躍遷支配激光器的受激輻射，這就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有兩種類型：量子線激光器和量子點激光器。

3.1 量子線激光器

近日，科學家研制出功率比傳統激光器大1000倍的量子線激光器，從而向創造速度更快的計算機和通信設備邁進了一大步。這種激光器可以提高音頻、視頻、因特網及其他采用光纖網絡的通信方式的速度，它是由來自耶魯大學、位于新澤西洲的朗訊科技公司貝爾實驗室及德國德累斯頓馬克斯·普朗克物理研究所的科學家們共同研制的。這些較高功率的激光器會減少對昂貴的中繼器的要求，因為這些中繼器在通信線路中每隔80km（50mile）安裝一個，再次產生激光脈沖，脈沖在光纖中傳播時強度會減弱（中繼器）。

3.2 量子點激光器

由直徑小于20nm的一堆物質構成或者相當于60個硅原子排成一串的長度的量子點，可以控制非常小的電子群的運動而不與量子效應沖突。科學家們希望用量子點代替量子線獲得更大的收獲，但是，研究人員已制成的量子點激光器卻不盡人意。原因是多方面的，包括制造一些大小幾乎完全相同的電子群有困難。大多數量子裝置要在極低的溫度條件下工作，甚至微小的熱量也會使電子變得難以控制，并且陷入量子效應的困境。但是，通過改變材料使量子點能夠更牢地約束電子，日本電子技術實驗室的松本和斯坦福大學的詹姆斯和哈里斯等少數幾位工程師最近已制成可在室溫下工作的單電子晶體管。但很多問題仍有待解決，開關速度不高，偶然的電能容易使單個電子脫離預定的路線。因此，大多數科學家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的計算機設計量子裝置。

4 微腔激光器

微腔激光器是當代半導體研究領域的熱點之一，它采用了現代超精細加工技術和超薄材料加工技術，具有高集成度、低噪聲的特點，其功耗低的特點尤為顯著，100萬個激光器同時工作，功耗只有5W。 轉貼于

該激光器主要的類型就是微碟激光器，即一種形如碟型的微腔激光器，最早由貝爾實驗室開發成功。其內部為采用先進的蝕刻工藝蝕刻出的直徑只有幾微米、厚度只有100nm的極薄的微型園碟，園碟的周圍是空氣，下面靠一個微小的底座支撐。由于半導體和空氣的折射率相差很大，微碟內產生的光在此結構內發射，直到所產生的光波積累足夠多的能量后沿著它的邊緣折射，這種激光器的工作效率很高、能量閾值很低，工作時只需大約100μA的電流。

長春光學精密機械學院高功率半導體激光國家重點實驗室和中國科學院北京半導體研究所從經典量子電動力學理論出發研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反應離子刻蝕和選擇化學腐蝕等微細加工技術制備出直徑為9.5μm、低溫光抽運InGaAs／InGaAsP多量子阱碟狀微腔激光器。它在光通訊、光互聯和光信息處理等方面有著很好的應用前景，可用作信息高速公路中最理想的光源。

篇6

2紫外納米激光器

繼微型激光器、微碟激光器、微環激光器、量子雪崩激光器問世后，美國加利福尼亞伯克利大學的化學家楊佩東及其同事制成了室溫納米激光器。這種氧化鋅納米激光器在光激勵下能發射線寬小于0.3nm、波長為385nm的激光，被認為是世界上最小的激光器，也是采用納米技術制造的首批實際器件之一。在開發的初始階段，研究人員就預言這種ZnO納米激光器容易制作、亮度高、體積小，性能等同甚至優于GaN藍光激光器。由于能制作高密度納米線陣列，所以，ZnO納米激光器可以進入許多今天的GaAs器件不可能涉及的應用領域。為了生長這種激光器，ZnO納米線要用催化外延晶體生長的氣相輸運法合成。首先，在藍寶石襯底上涂敷一層1nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一個氧化鋁舟上，將材料和襯底在氨氣流中加熱到880℃~905℃，產生Zn蒸汽，再將Zn蒸汽輸運到襯底上，在2min~10min的生長過程內生成截面積為六邊形的2μm~10μm的納米線。研究人員發現，ZnO納米線形成天然的激光腔，其直徑為20nm~150nm，其大部分（95％）直徑在70nm~100nm。為了研究納米線的受激發射，研究人員用Nd:YAG激光器（266nm波長，3ns脈寬）的四次諧波輸出在溫室下對樣品進行光泵浦。在發射光譜演變期間，光隨泵浦功率的增大而激射，當激射超過ZnO納米線的閾值（約為40kW／cm）時，發射光譜中會出現最高點，這些最高點的線寬小于0.3nm，比閾值以下自發射頂點的線寬小1/50以上。這些窄的線寬及發射強度的迅速提高使研究人員得出結論：受激發射的確發生在這些納米線中。因此，這種納米線陣列可以作為天然的諧振腔，進而成為理想的微型激光光源。研究人員相信，這種短波長納米激光器可應用在光計算、信息存儲和納米分析儀等領域中。

3量子阱激光器

2010年前后，蝕刻在半導體片上的線路寬度將達到100nm以下，在電路中移動的將只有少數幾個電子，一個電子的增加和減少都會給電路的運行造成很大影響。為了解決這一問題，量子阱激光器就誕生了。在量子力學中，把能夠對電子的運動產生約束并使其量子化的勢場稱之成為量子阱。而利用這種量子約束在半導體激光器的有源層中形成量子能級，使能級之間的電子躍遷支配激光器的受激輻射，這就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有兩種類型：量子線激光器和量子點激光器。

3.1量子線激光器

近日，科學家研制出功率比傳統激光器大1000倍的量子線激光器，從而向創造速度更快的計算機和通信設備邁進了一大步。這種激光器可以提高音頻、視頻、因特網及其他采用光纖網絡的通信方式的速度，它是由來自耶魯大學、位于新澤西洲的朗訊科技公司貝爾實驗室及德國德累斯頓馬克斯·普朗克物理研究所的科學家們共同研制的。這些較高功率的激光器會減少對昂貴的中繼器的要求，因為這些中繼器在通信線路中每隔80km（50mile）安裝一個，再次產生激光脈沖，脈沖在光纖中傳播時強度會減弱（中繼器）。

3.2量子點激光器

由直徑小于20nm的一堆物質構成或者相當于60個硅原子排成一串的長度的量子點，可以控制非常小的電子群的運動而不與量子效應沖突。科學家們希望用量子點代替量子線獲得更大的收獲，但是，研究人員已制成的量子點激光器卻不盡人意。原因是多方面的，包括制造一些大小幾乎完全相同的電子群有困難。大多數量子裝置要在極低的溫度條件下工作，甚至微小的熱量也會使電子變得難以控制，并且陷入量子效應的困境。但是，通過改變材料使量子點能夠更牢地約束電子，日本電子技術實驗室的松本和斯坦福大學的詹姆斯和哈里斯等少數幾位工程師最近已制成可在室溫下工作的單電子晶體管。但很多問題仍有待解決，開關速度不高，偶然的電能容易使單個電子脫離預定的路線。因此，大多數科學家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的計算機設計量子裝置。

4微腔激光器

微腔激光器是當代半導體研究領域的熱點之一，它采用了現代超精細加工技術和超薄材料加工技術，具有高集成度、低噪聲的特點，其功耗低的特點尤為顯著，100萬個激光器同時工作，功耗只有5W。

該激光器主要的類型就是微碟激光器，即一種形如碟型的微腔激光器，最早由貝爾實驗室開發成功。其內部為采用先進的蝕刻工藝蝕刻出的直徑只有幾微米、厚度只有100nm的極薄的微型園碟，園碟的周圍是空氣，下面靠一個微小的底座支撐。由于半導體和空氣的折射率相差很大，微碟內產生的光在此結構內發射，直到所產生的光波積累足夠多的能量后沿著它的邊緣折射，這種激光器的工作效率很高、能量閾值很低，工作時只需大約100μA的電流。

長春光學精密機械學院高功率半導體激光國家重點實驗室和中國科學院北京半導體研究所從經典量子電動力學理論出發研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反應離子刻蝕和選擇化學腐蝕等微細加工技術制備出直徑為9.5μm、低溫光抽運InGaAs／InGaAsP多量子阱碟狀微腔激光器。它在光通訊、光互聯和光信息處理等方面有著很好的應用前景，可用作信息高速公路中最理想的光源。

微腔光子技術，如微腔探測器、微腔諧振器、微腔光晶體管、微腔放大器及其集成技術研究的突破，可使超大規模集成光子回路成為現實。因此，包括美國在內的一些發達國家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。長春光機與物理所的科技人員打破常規，用光刻方法實現了碟型微腔激光器件的圖形轉移，用濕法及干法刻蝕技術制作出碟型微腔結構，在國內首次研制出直徑分別為8μm、4.5μm和2μm的光泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器。其中，2μm直徑的微碟激光器在77K溫度下的激射闊值功率為5μW，是目前國際上報道中的最好水平。此外，他們還在國內首次研制出激射波長為1.55μm，激射閾值電流為2.3mA，在77K下激射直徑為10μm的電泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器以及國際上首個帶有引出電極結構的電泵浦微柱激光器。值得一提的是，這種微碟激光器具有高集成度、低閾值、低功耗、低噪聲、極高的響應、可動態模式工作等優點，在光通信、光互連、光信息處理等方面的應用前景廣闊，可用于大規模光子器件集成光路，并可與光纖通信網絡和大規模、超大規模集成電路匹配，組成光電子信息集成網絡，是當代信息高速公路技術中最理想的光源；同時，可以和其他光電子元件實現單元集成，用于邏輯運算、光網絡中的光互連等。

5新型納米激光器

篇7

Abstract: in this paper the author introduces the technical scheme of low pressure test device, focuses on the instructions of the principle of two detection methods.

Keywords: low voltage set copy; Detection device

中圖分類號：TU71文獻標識碼：A 文章編號：

0 引 言

由于缺乏相應的軟、硬件測試手段，無法模擬現場的各種工況，難以發現低壓集抄系統的產品質量隱患，亟需研制一種面向低壓集抄系統的檢測裝置，對低壓集抄系統各組件的功能和性能進行一體化測試。

1 技術方案

1．1 檢測裝置的結構

采用一柜一掛表架的分體式結構，數字信號源、功率放大器、標準電能表裝在柜中，其余部分不在掛表架中。掛表架采用兩排結構，上排設置12個單相電能表表位，下排設置2個集中器位、2個采集器位、3個三相電能表表位。電流接線采用壓接式，其余采用插座接線的方式。三相平衡設計。總體框圖如圖l所示。每個電能表位置提供1個電能表校驗脈沖輸入接

圖1檢測裝置總體框圖

口，1個時鐘信號輸入接口，2~RS485通信接口。配置各類專用的虛擬電能表，支持通過RS485和電力線載波接口與集中器和采集器的通訊，并且可根據用戶需要，擴充支持微功耗無線和藍牙方式。配置測試各種集中器所需的以太網、RS232接口、GPRS／CDMA調制解調器、PSTN調制解調器和PSTN換機。

1．2 檢測裝置具備的功能

檢測裝置不僅可按照集中器上行通信規約和電能表通信規約進行系統通信規約的檢測，而且可以對集中器、采集器、用戶電能表等設備實時走字，測試集抄系統運行工況。能對集中器、采集器、用戶電能表進行時鐘準確度測試。能依據GPS時鐘對集中器、采集器、用戶電能表進行授時。

采用數字化程控信號源，模擬出集抄系統運行環境，通過加快時鐘節拍，利用虛擬電能表產生測試所需的電能表數據，配合可設置的測試策略，使得系統歷史數據的測試時間大為縮短，提高測試效率。

2 硬件單元

檢測系統主要由數字信號源、功率放大器、標準電能表、誤差處理系統、虛擬多功能電能表、GPS時鐘頻率源、功耗測試儀、運行環境模擬電路、通信線路、IDE測試環境和PC機等組成。

2．1 分布式MCU控制系統

整個檢測裝置屬于一個分布式控制系統，是多個MCU系統的集成，核心主控CPU由PC機承擔，裝置控制部分MCU的通信關系如圖2所示。

圖2 控制部分CPU通信關系圖

DSP信號源的MCU為TMS320F2407A；控制及通信部分的MCU為P89LV51RB2，通過外擴四路UART接口分別連接輸入脈沖切換電路、表位485接線切換電路、誤差處理電路和標準表。電表485通信板的MCU為AT89S52。

以上各功能模塊之間通過RS232C和CAN總線進行通信。

2．2 高精度數字信號源

采用高速DSP和高速D／A轉換器實現直接波形輸出，波形輸出的工作過程完全由DSP程序和算法控制，當DSP收到需要調節輸出量的指令后，重新計算和刷新該量的輸出量波形表，采用AD587來保證參考電壓的穩定。并根據l6位A／D轉換器的高精度輸入采樣值進行分析調整，以實現閉環控制。利用DSP強大的實時運算能力，實現數字信號源的各種功能，包括諧波、升降控制、相控波形和波群控制、電壓跌落和中斷等功能。

2．3 功率放大器

采用成熟穩定的工頻精密AB類功率放大器，它是專門為放大校驗用電壓、電流信號設計的電路，具有較窄的通頻帶(40Hz-lkHz)，輸大的時間常數和輸深的反饋量，適合放大穩態信號，具有很高的穩定性和準確度。

功放管采用的是10對安森美公司的MJ15024和MJ15025，主要通過精確設計和升流器(升壓器)的匹配、繼電器動作時序、末級輸出管的過流保護、反電勢吸收等來保證可靠性。若發生電壓短路和電流開路，則輸入波形和輸出波形有較大的差值，反映在差值檢測電路上，就能輸出保護信號給CPU，CPU就能進行相應的操作實現保護。

2．4 測試方式切換電路

由于既具有電力線載波集抄測試功能，又具有電能表誤差測試功能。因而檢測裝置須對單相電能表校表狀態、三相電能表校表狀態、集抄系統測試狀態進行切換。同時依照集中器、采集器、電能表之間的接線和從屬關系，也經由切換電路進行設置。運行環境模擬切換電路主要分兩部分，如圖3所示。

圖3 測試方式切換電路框圖

2．4．1 電壓、電流接線方式切換

通過四常開四常閉的220V接觸器切換電路實現：

(1)抄表系統測試時所有電壓接通，使載波通道可以建立物理連接；

(2)校表狀態時，隔離電壓互感器接入，電流回路串聯，實現高精度誤差測試。

2．4．2 小信號切換

通過小信號繼電器切換電路，選擇用戶電能表或虛擬電能表的RS485接口與選定的集中器、采集器相連。

2．5 時鐘頻率源

GPS衛星上都安裝有銫原子鐘，因而具有很高的頻率準確度和時間準確度，本裝置的GPS接收模塊采用RS232與PC機相聯， 通訊協議是標準的NMEA-0183。對GPS接收模塊送出的內容進行解碼，就可以得到所需的時鐘信息，可以用于對外接設備進行授時和比對，授時精度

2．6 通信電路

由兩塊8口的MOXA工業級多串口卡、RS232-RS485轉換電路、PSTN交換機、PSTN調制解調器、GPRS調制解調器、以太網交換機等組成。

3 測試原理

測試方法有實際運行方式與虛擬運行方式兩種。

3．1 實際運行方式

檢測裝置提供了12只單相電能表位置和3只三相電能表位置，并提供2只采集器位置和2只集中器位置，通過不同的連接線配置測試所需的應用環境，通過軟件控制信號源的電壓、電流、相位，測試軟件通過GPRS無線公網對集中器抄讀電能表運行數據，完成集抄系統實際運行方式的測試。

3．2 虛擬運行方式

檢測裝置用軟件模擬現場運行的電能表，通過集中器、采集器與虛擬電能表進行通信，虛擬電能表的數據通信協議遵循DL／T645規約。完成集抄系統虛擬運行方式的測試。

虛擬電能表硬件部分，通過共6個串行口與外部進行數據交換。其中2個串行口轉換成RS485接口用于模擬臺區總表，接人到集中器臺區總表接口；2個串行口轉換成RS485接口用于模擬用戶RS485電能表，接入到采集器的RS485口；另2個串行口分別通過青島東軟的PRO-II型抄控器和北京曉程的DEMO-PL3201調試器轉換成兩種不同的載波接口，用于模擬用戶載波電能表，接入到集中器的電源線。

用虛擬電能表軟件包模擬l至n塊電能表，通過當前調置的電壓電流和相位值，縮放比率，起始時間等參數自動進行走字。

試驗時發送消息，調用計電量子程序，計時終止時，再發送消息，關閉計電量子程序，如果是運行期間跳過某個階段，只需再加送一次結束時間，虛擬電能表會自動計算跳過的某個階段的電量，并實現電量的累加，使得在現場需運行很長時間，在虛擬電能表模塊可以在較短的時間內完成。還可以通過時鐘加速運轉方法進行加速走字，加速的電量自動計算更新。

4 結束語

檢測裝置提供集中器上行通信、集中器下行通信的通信方式。

參考文獻：

篇8

1、赫茲是國際單位制中頻率的單位，它是每秒中的周期性變動重復次數的計量。赫茲的名字來自于德國物理學家海因里希·魯道夫·赫茲，符號是Hz。

2、海因里希·魯道夫·赫茲（1857~1894），德國物理學家，于1887年首先用實驗證實了電磁波的存在，并于1888年發表了論文。他對電磁學有很大的貢獻，故頻率的國際單位制單位赫茲以他的名字命名。

3、電（電壓或電流），有直流和交流之分。在通信應用中，用作信號傳輸的一般都是交流電。

4、赫茲用實驗證明電磁波是存在的，且電磁波的傳播速度相當于光速，赫茲實驗為無線電、雷達和電視等無線電電子技術的發展開拓了創新途徑。他對紫外光對火花放電的影響進行了研究，并從中發現了光電效應，認為在光的照射下物體能夠釋放電子，這個發現成為愛因斯坦建立光量子理論的基礎。

（來源：文章屋網 ）

篇9

2016年三位教師“感動中國”

支月英

19歲的南昌姑娘不顧家人反對，只身離家堅守深山36載

學校：江西奉新泥洋小學教師

頒獎詞：芳蘭振蕙葉

你跋涉了許多路，總是圍繞著大山；吃了很多苦，但給孩子們的都是甜。堅守才有希望，這是你的信念。36年，絢爛了兩代人的童年，花白了你的麻花辮。

堅守深山36載的鄉村教師

1980年江西奉新縣邊遠山村教師奇缺，19歲的南昌姑娘支月英不顧家人反對，只身到離家兩百多公里、海拔近千米且路不通的泥洋小學教書，成為一名深山女教師。

“山里的孩子們與外界接觸很少，掌握知識是他們走出大山的希望。” 這是支撐支月英留守深山的精神支柱。為了讓山村孩子也能享受到好的教育，她堅守深山36載。

這些年，各級領導去看望她，多次提出給她調換工作，但她都婉言謝絕。

2012年，比泥洋小學更偏遠的白洋教學點學生家長，聯名要求支月英老師去白洋任教。她毫不猶豫地答應了，成了這個教學點第一位公辦教師。

別的教師都是往山外走，可她卻往深山里去，家里人很不理解，擔心她的身體。但是支月英認為，“山里需要我！總要有人做出犧牲，為什么不能是我呢？”

在山區從教數十年，支月英也落下了一身病：一只眼睛幾乎看不見，一只耳朵的聽力衰弱嚴重，嗓子經常痛得發不出聲。另外，甲減和糖尿病讓她每天不離藥。

已到了法定的退休年齡，支老師的去留一直是村民最關心的問題。可支月英似乎還沒把退休提上議事日程，她放不下山里的孩子，擔心沒有新的老師愿意來。

歲月如梭，支月英以36年的愛與執著，以培育深山兩代人的實際行動，譜寫了一名人民教師的光榮詩篇。2016年，她被評為感動中國人物，為老師的堅守點贊！

郭小平

醫院院長的“愛心小課堂”，終為艾滋病患兒撐起一片天

學校：臨汾紅絲帶學校

頒獎詞：暖帶入春風

瘦弱的孩子需要關愛，這間病房改成的教室，是溫暖的避難所。你用12年艱辛，呵護孩子，也融化人心，郭校長，你是風雨中張開羽翼的強者。

“愛心小課堂”終成“紅絲帶學校”

2004年，山西臨汾第三人民醫院院長郭小平見艾滋病區幾個孩子到年齡卻沒法上學，便辦起“愛心小課堂”，在這些孩子接受治療的同時，能夠讓他們學習知識。

后在各界支持下，臨汾紅絲帶學校掛牌成立。建學校讓郭小平飽受爭議，但他仍堅持，說只愿有一天艾滋患兒能到正常學校上學！

漸漸地，這所特殊的小學引起了社會各界的關注，省、市相關部門領導多次來看望慰問住院治療的患者和孩子們，學校也建起了綜合教學樓，治療條件和教學條件都大為改觀。

在郭小平6年的堅持和努力下，2011年，臨汾紅絲帶學校正式掛牌成立，納入國民教育系列。 “紅絲帶學校”身份終于合法化，郭小平多年的愿望終于實現。

這里目前生活著33個年齡不同的孩子，因為感染艾滋病，他們失去了父母、親人，也因為攜帶艾滋病毒，他們在誤解和歧視中被迫離開家鄉。

為艾滋病孩子辦學校，有人說好，有人說不好，在爭議中，靠著一腔熱血，以及對感染艾滋病孩子不離不棄的信念，郭小平用自己瘦弱的身軀為這些孩子們營造了一個溫暖的家。

醫療技術逐漸發展，但是人們的意識還沒有完全跟上，對于艾滋病的歧視依舊在我們身邊蔓延。為艾滋患兒建學校讓郭小平飽受爭議，但是總有人要去面對、去帶領，他說只愿有一天艾滋患兒能到正常學校上學。

潘建偉

在世界最前排和宇宙對話，世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”首席科學家

學校：中國科技大學

頒獎詞：曙色滿東方

嗅每一片落葉的味道，對世界保持著孩童般的好奇。只是和科學糾纏，保持與名利的距離。站在世界的最前排，和宇宙對話，以先賢的名義，做前無古人的事業。

他的夢想是在中國建一個世界一流的量子物理實驗室

在奧地利留學時，潘建偉告訴導師，他的夢想是在中國建一個世界一流的量子物理實驗室。

1997年以來，潘建偉在世界上系統地開創了量子通信的實驗研究領域，在量子信息論和量子基礎研究領域取得突出的、具有國際廣泛影響的成果。

1998年潘建偉與愛因斯坦等21位世界著名科學家的論文一道入選了《自然》雜志物理學百年經典。

熱愛祖國，獻身科學。盡管國外很多科研機構極力挽留，但潘建偉像錢學森、嚴濟慈、郭永懷等前輩一樣克服困難毅然回國。2000年他回到中國科學技術大學。潘建偉說：“我只有一個單純的身份，那就是中國科學技術大學教授。”

2016年8月16日，中國自主研制的世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”成功l射，它在世界上首次實現衛星和地面間的量子通信，該項目首席科學家正是潘建偉。

潘建偉除了擔負國家量子信息所研究工作外還是博導，他認為，科研和教學最大的不同是科研需要創新，保持在國際市場爭第一。但教學是把自己所學的東西和體會傳授給學生。

教學過程中，他注重學生創造力的培養，善于用淺顯的語言講授復雜的知識，他說：“學生了解越深刻，創造力越提升，我就會覺得非常高興。這種高興跟做出了一個很好的實驗工作是完全一樣的。培養學生對永久增加科研動力非常重要。”

為什么年年都有教師入選感動中國年度人物

回顧歷年感動中國，幾乎每年都有老師的身影，他們大多來自一線，大多默默無聞，但他們還是用自己的行動感動了中國。

為什么年年都有老師感動中國？為什么老師最容易感動中國？這背后體現了教師這個職業哪些特點和光榮？小編這就帶您來盤一盤他們的“感動點”在哪里！

1希望

他感動中國，因為給人以希望

2015年感動中國年度十大人物：“化緣校長” 莫振高用自己微薄的工資資助近300名貧困生，為了讓學生順利進入大學，他還不惜一切到企業、工地為貧困學子“化緣”。近10年來，莫振高先后籌集3000多萬元善款，資助1.8萬名貧困生圓了大學夢。

2009年感動中國年度十大人物：“80后”教師李靈，自籌經費在家鄉周口淮陽許灣鄉創辦希望小學，李靈為建學校已挪用家中20萬元，并欠下8萬元外債，她用微薄的身軀挑起孩子沉甸甸的夢想。

2008年感動中國年度十大人物：從漢族地區來的李桂林、陸建芬夫妻在梁山北部峽谷絕壁上的彝寨扎根18年，把知識的種子播種在彝寨，為村民走出彝寨架起“云梯”。

探因：他們在最崎嶇的路上點亮了知識的火把，照亮學生的前程

教師，從來都是一個充滿希望的稱呼――教書育人，以為人師。

無論是“化緣校長”莫振高，“80后”教師李靈，還是李桂林、陸建芬夫婦，他們都在最崎嶇的路上點亮了知識的火把，照亮學生的前程，給予學生最溫暖的希望。每一個希望的接受者也終究會成為希望的傳播者，一個又一個、一代又一代。教師傳播的希望種子所到之處遍地開花。

2堅守

他們感動中國，因為他們一直在那里

2013年感動中國年度十大人物：格桑德從河北師范大學畢業后回到墨脫從事教學工作，為了勸學、為了孩子不停課、為了學生安全回家，她常常在滿是泥石流、山體滑坡的道路上頻繁往返。因為堅守在大山深處的工作崗位，她常年不回家，連女兒都難見上幾面。

2016年感動中國年度十大人物：為了讓山村孩子也能享受到好的教育，支月英堅守深山36載。從最初的“支姐姐”，到后來的“支媽媽”，再到現在的“支奶奶”。她用自己的默默堅守絢爛大山幾代人的童年。

探因：為學生辛勞、為教育奔走，幾十年如一日，個中辛酸誰人知

為學生辛勞、為教育奔走，幾十年如一日，需要的是恒心，付出的是心血。這些老師有著蒼翠挺拔的骨干、有著迷人傲骨的風姿。他們的身上是沉甸甸的責任感，負重行走慢慢長路，營造一片天地成就學生的歲月靜好。

3舍棄

他們感動中國，因為他們為教育而放棄的勇氣

2014年感動中國年度十大人物：外交官朱敏才和妻子孫麗娜，得知家鄉師資嚴重缺乏，退休后放棄在北京悠閑自在的生活，去山區義務支教。他們義務支教不拿一份報酬還積極為學校爭取各界的支持和幫助，使山寨的學校面貌煥然一新。

2011年感動中國年度十大人物：云胡忠、謝曉君離開蒼老的父母，離開成都的學校，離開物質豐富的城市生活，帶著3歲的女兒到四川藏區福利學校支教。

探因：他們放棄的只是外物，攀得的是精神的家園

或許有人說，人往高處走，水往低處流，這些拋棄舒適生活的老師太傻太傻。但殊不知，他們放棄的只是外物，攀得的是精神的家園。

為了教育，為了孩子，他們能夠舍得，這便值得我們為之點贊。

4大愛

他們感動中國，因為關鍵時刻做出了心的選擇

2012年感動中國年度十大人物：停在路邊的客車猛地向學生沖過來，張麗莉老師在危急時刻，向前一撲，將車前嚇傻的學生用力推到一邊，自己卻被無情的車輪碾壓，導致雙腿高位截肢。

2010年感動中國年度十大人物：5名幼童在房間里嬉戲誤用打火機不慎著火，王茂華老師和岳父譚良才得知火情之后，奮不顧身地數次沖進火海，成功救出5名孩子，卻被嚴重燒傷。

探因：他們滿懷無私無畏的大愛，在危急中綻放出耀眼奪目的生命之光

都說，人在瞬間的反應直指內心，這是一個人下意識的反應。無論是張麗莉老師還是王茂華老師和岳父，他們都做出了心的選擇。他們滿懷無私無畏的大愛，在危急剎那間如化繭成蝶般綻放出了耀眼奪目的生命之光。

5使命感

他們感動中國，因為他們始終放不下自己的那樁使命

2007年感動中國年度十大人物：入伍20多年來，方永剛先后出版16部政治理論專著，完成10項國家和軍隊重點科研項目，被譽為“平民教授”“大眾學者”和“科普專家”。他躺在病床上完成了對3名研究生的學期教學和畢業論文寫作輔導任務。

2016年感動中國年度十大人物：熱愛祖國，獻身科學。潘建偉留學后毅然回到祖國，成為國內開辟量子信息實驗學科的先驅之一。2016年中國自主研制的世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”成功發射，它在世界上首次實現衛星和地面間的量子通信，該項目首席科學家正是潘建偉。

篇10

1背景

智能科學與技術是人工智能方向的重點交叉學科，是一個包含了認知科學、腦科學、計算機科學的新興學科。按照教育部學科專業目錄，智能科學與技術是一級學科計算機科學與技術下的二級學科。如何在4年的本科教學過程中，既立足于計算機學科內容，又突出智能專業的特點，體現該專業區別于計算機科學專業的特色，培養一流的智能人才，是眾多智能專業積極探索的問題。

本著幫助學生建立寬廣厚實的知識基礎，使學生將來能向本專業任何一個分支方向發展，并能掌握本學科發展的最新動態和發展趨勢，深刻領會本學科與其他相關學科區別的目標，廈門大學智能科學與技術系于2012年合理調整了專業培養方案，制定了一套突出專業特色和個性的教學大綱，課程體系分為學科通修課程、專業必修課程、專業選修課程。其中，專業必修課程細分為智能基礎類課程、軟件理論類課程及硬件基礎類課程3個不同類別。在智能基礎類課程中，開設非經典計算課程。該課程是廈門大學智能科學與設計系最具特色的課程。

該課程以軟件理論類課程算法設計與分析為先導課程，在本科三年級的第一學期先講授算法知識，在同一學年度第三學期講授非經典計算的內容。教師首先介紹經典算法設計與分析中的各種傳統算法，借由經典算法發展過程中遇到的困境問題引出非經典計算的內容，前后呼應，有助于學生在智能計算上獲得完整的系統學習。

2非經典計算在智能科學與技術專業本科教學算法體系中的地位

算法設計是智能科學與技術專業中的核心內容。本科專業4年的專業教學計劃由4門核心課程構成算法體系的主線，包括高級語言程序設計（本科一年級學科通修課程）、數據結構（本科二年級方向必修課程）、算法設計與分析（本科三年級方向必修課程）、非經典計算（本科三年級方向限選課程）。這4門課程的教學內容和組織結構完整地構成了算法體系結構。以圖靈獎獲得者、pascal之父Niklaus Wirth提出的著名公式為參照，即Algorithm+Data Structures=Programs，算法體系以培訓計算機方向學生掌握編程能力，獨立完成分析問題、設計方案、解決問題的綜合能力為主要目標；在這個體系中，程序語言是基礎，數據結構是內涵，算法是框架。

在算法體系中，這4門課程以循序漸進的方式展開，注重對學生算法思維的培訓。

（1）高級語言程序設計講授的是c語言程序設計，通過對C語言的詳細介紹，讓學生掌握程序設計方法和編程技巧。作為初始啟蒙課程，選擇C語言作為程序教學語言，是因為C語言的使用廣泛，擁有嚴格完整的語法結構，適合教學。

（2）數據結構重點講授各種常用的數據表示邏輯結構、存儲結構及其基本的運算操作，并介紹相關算法及效率分析。教師通過在一年級對包括C語言在內的其他程序設計過程的訓練，加人對數據結構中各種數據的邏輯、存儲結構的表示和運算操作，從數據結構的角度闡述典型算法，并簡單介紹算法的效率分析，這是對程序設計訓練的進階內容。

（3）算法設計和分析主要介紹算法設計與分析的基本方法以及算法復雜性理論基礎。我們在本科三年級引入算法設計與分析課程，從算法的抽象角度總結和歸納各種算法思想，包括遞歸與分治法、貪心法、動態規劃法、回溯法、分支定界法、高級圖論算法、線性規劃算法等，最后闡述算法復雜性的分析方法、NP完全性理論基礎等計算復雜性的基本知識及完備性證明概要，重點闡述算法思想，從復雜性角度比較和分析不同的算法。上述（1）、（2）和（3）的內容構成了計算機學科通用算法體系的教學過程。

（4）非經典計算主要討論何為計算的本質以及經典計算在計算能力上遇到的困境，以此為契機討論自然計算――生物計算、集群計算、量子計算等內容。算法設計和分析的最后一個章節是對算法復雜性的分析方法及NP完全性理論基礎的介紹，不可避免地會討論到現代電子數字計算機體系在計算能力上的瓶頸以及由NP完全問題（Non-deterministic Polynomial），號稱世界七大數學難題之一的經典問題，引出對經典計算機體系的深層思考，進一步引導學生思考如何解決計算能力的瓶頸問題。這是教師設計非經典計算課程的出發點，也是對算法體系更完整的補充和更深層次的探討。

此外，我們還需要對授課學期選擇進行考慮。廈門大學實行三學期制度，在第三學期內開設的課程大多是實踐類課程及前沿技術介紹課程。在本科三年級的小學期階段，學生基本完成了智能專業大部分必修課程的學習，擁有了一定的計算機基礎和學科素養。這時，依賴學生已經具有的數據結構與算法的基本知識，可以將學生的學習引向如何理解計算的本質；再從計算本質出發，由易到難，介紹采用非計算機的不同計算媒介和方法，例如DNA計算、元胞自動機、集群計算等知識，結合計算機模擬程序加深認識。在逐步加深學生對非經典方法計算的理解之后，再引入量子信息與量子計算。至此，智能專業關于算法體系的整體構建已基本完成。

3非經典計算課程內容大綱

非經典計算課程的主體課程內容以專題形式展開，分為5個部分。

第一部分：計算本質。從什么是計算人手，列舉各種計算的形式，由數字的計算到命題的證明，由數值計算到符號推導，引出計算本質的廣義定義，“計算是從一個符號串f變換成另一個符號串g”，即從已知符號（串）開始，一步一步地改變符號（串），經過有限步驟，最后得到一個滿足預先規定的符號（串）的變換過程；進一步展開對什么是計算、什么是可計算性的討論，展開介紹計算理論上4個著名的計算模型――般遞歸函數、λ可計算函數、圖靈機和波斯特系統；最后歸結到丘奇?圖靈論點。以上是第一條主線，第二條主線從計算復雜性角度人手，討論在經典算法中難解決的NP完全問題，提出在經典計算體系中隨著輸入數據規模增大而難以計算的瓶頸，從而引發學生對于經典計算的思考。

第二部分：智能計算機的發展。這個部分主要討論計算機硬件的發展歷史，即從原始時期的計算工具，到現代計算機的4個發展階段：史前期、機械式計算機、機電式計算機、電子計算機。教師從模擬型計算機到數字型計算機，闡述馮?諾依曼關于計算機五大基本組成對現代計算機體系結構的影響及其帶來的限制；從硬件角度提出非經典計算機的討論，鼓勵學生對現代智能計算機硬件進行調查。

第三部分：DNA計算。主要闡述DNA計算的基本原理，并以旅行商問題為引子，展開經典計算難解決問題的討論，重點介紹第一個由DNA計算模型解決的問題――L.Adleman構建的7個節點的DHP，并著重指出DNA計算潛在的巨大并行性和待研究的問題；然后介紹R.Lipton用DNA實驗解決的另一個NP問題――可滿足性問題（SAT）；最后將DNA計算與軟計算結合，闡述粘貼模型以及DNA的軟計算模擬與遺傳算法的對比。對于DNA計算強大的并行性，以具體的算法實例加以詳細闡述和說明，教師應指出分子計算的優缺點以及在計算能力上的巨大潛力。

第四部分：細胞自動機和集群計算。這個部分主要討論群體計算，一方面，從細胞自動機的形式化闡述及其所帶來的哲學意義出發，描述細胞自動機在計算機交叉學科上的運用；另一方面，介紹集群計算，以歐盟“藍腦計劃”為出發點，闡述如何從硬件體系和軟件體系上用計算機架構類神經元的協同合作方式。

第五部分：量子計算。從基本的量子力學知識開始，完整闡述量子計算的基本概念、量子信息、量子計算機和量子通信。量子計算機的構建除了要包含最基本的操作外，還需要介紹基本的量子計算機體系結構、計算載體等知識，加深對量子計算的理解，最后介紹的量子通信。這種已經應用在實際生活中的量子計算，更貼合實際。

以上5個專題，結構清晰，分工明確。第一部分討論經典計算的困境，第二部分討論經典計算機的發展瓶頸，從第三部分開始，引入非經典計算模型，分別從生物學和計算機科學的交叉學科DNA計算、細胞自動機和集群計算、量子計算3個方面進行學習。5個專題，完成了對非經典計算中前沿熱門計算模式的闡述，引導了學生對于前沿學科的認識和思考。

4非經典計算課程授課方式

本課程屬于本科三年級第三學期的課程，授課除了上文提到的內容之外，另一個更重要的方面是引導學生對學科前沿以及熱點內容的跟蹤和思考。因此在教學方式上，我們采取了教師授課及學生調查報告相結合的形式。教師上課對應課程的基本內容，學生調查報告對應學科前沿跟蹤與思考。

5個專題內容的授課經過了如下設計。在每個專題的授課結束后，布置相關專題內的一些熱點、難點問題供學生課后查閱、討論和思考。每個專題由學生自主報名，學生需要對相關內容進行跟蹤，查閱近5年的科技文獻，總結出論文綜述，并準備10分鐘左右的課堂報告，教師針對課堂報告指出相關的問題，由學生課后進行進一步的思考和再次的文獻查閱，形成最終報告后提交課程論文。

這樣的課程設計安排，可以很好地實現教學相長。在學生方面，促使學生除了上課聽課，必須主動參與文獻的查詢過程，主動對授課內容或延展部分的概念進行思考。由于提供給學生選擇專題的自由，所以也可以大大提高學生的積極性，讓學生可以從感興趣的角度對本門課程涵蓋的內容進行調查，從而獲得更加深刻的上課體驗。最后，由于每個學生選擇的題目必須提前匯總，不能與別人重復，所以在其聽取其他學生的報告過程中，學生可以更廣地拓展自己的知識面。對于授課教師而言，能夠保持對該門課程研究現狀的實時性跟蹤，更加全面地更新課程內容，還可以將學生查閱的重要理論和知識補充到課程基本內容中，同時促進教師與學生之間的互動，活躍課堂氣氛，提高教學質量。

5關于非經典計算課程的幾點思考

課程從廈門大學智能科學與技術系建系之初開始構思和授課，在授課過程中不斷調整教學內容和課程設計，緊緊圍繞學生的反饋完善課程建設。關于非經典計算課程的幾點教學經驗可以總結如下。

1）增加課時，優化對課程設計的安排。

2015年開始，由于學科教學計劃的調整，非經典計算課程由最初的20課時拓展為30課時，集中在本科三年級第三學期進行講授，一共5周，每周6課時。課時安排上，除了增加教學內容，更加強了對學生的文獻查閱和報告部分的考查。在論文報告環節，爭取做到有目標、有指導、有結論、有總結。學生所做的報告除了在初始選題階段要有區別之外，還要求有一定的文獻查閱難度。從選題確定，到針對報告指出具體的問題，要求學生根據教師指出的問題進行進一步的思考和資料查閱，最后形成論文。這樣的安排貫穿整個課程的全過程，學生的參與度獲得了極大的提高。對于教師而言，在學期末總結學生所做的報告內容，并增加本門課的知識點覆蓋程度，對教學也有比較大的促進作用。

2）課程考核方式上的設計。

非經典課程屬于必修課程，在考核方式上除了提交論文外，也必須要有必要的考試環節。在考試環節中，主要考查學生對教師上課內容的理解。在具體授課中，教師從經典計算到非經典計算進行講解，也從算法角度給出了非經典計算強大計算力帶來的改變，既延續了經典算法課程中對算法的介紹和討論方式，又對比了典型問題在經典算法和非經典算法中的不同解決方式。這樣的授課內容作為對算法體系基本知識點的考查，以閉卷考試內容來設計，是十分合適的。課程延展部分的開放知識點由學生的論文及報告內容進行評分衡量。最后，我們將兩個部分的成績作為本門課程的最終成績。

3）課程教材的選定。