一.总体介绍
光电信息科学与工程专业,设在精密仪器与光电子工程学院。依托国家重点学科光学工程一级学科。在历届教育部学科评估中,光学工程学科均名列前三。信息技术是衡量一个国家现代化水平的重要标志,我国把信息技术列为21世纪发展战略计划的首位。本专业以家国情怀为引领,以“宽口径、厚基础、重素质、求创新”为指导思想,构建学生为中心的通专融合教育体系。以培养具有天大品格、深厚数理基础和实践能力、国际化视野的一流人才为目标,依托光电器件、光子学技术、光电信息技术等优势学科基础,培养具备科学与工程思维相结合、跨学科专业的交流能力,能胜任相关领域科学研究、产品开发应用和工程技术管理工作的复合型光电信息学科创新人才。
01专业背景
本专业起源于1958年天津大学精密仪器系的“光学仪器”专业,是国务院学位委员会首批批准建立的硕士、博士学位授予单位之一,设有博士后流动站。该专业曾先后更名为“测控技术”和“光电技术与仪器”专业。1999年更名为“信息工程(光电信息工程方向)”专业,2013年更名为“光电信息科学与工程”专业。
02专业特色
坚持“宽口径、厚基础、重素质、求创新”的人才培养理念,以A类光学工程国家重点学科为依托,以国家级实验教学示范中心,国家级虚拟仿真实验教学中心,光纤传感通信国家创新引智基地,两个省部级重点实验室(光电信息技术教育部重点实验室、天津市集成光电子技术与器件重点实验室)、多个大学生创新实验室及校外实践基地为支撑,以2011年获批的“全国改革试点学院”为契机,以“课程质量提升计划”为手段,培养具备专业知识、实践能力和创新精神的复合型人才,形成“师资雄厚、严谨治学、人才辈出、社会声誉好”的优势。
03培养目标
以家国情怀为引领,依托光电器件、光子学技术、光电信息技术等优势学科基础,培养具备科学与工程思维相结合、跨学科专业的交流能力,能胜任相关领域科学研究、产品开发应用和工程技术管理工作,具有天大品格、深厚数理基础和实践能力、国际化视野的复合型光电信息学科创新人才。
04毕业去向
本专业毕业生能在科研单位、高等院校、各类企事业单位及有关公司,从事光电信息工程与技术、光电信号检测、光电子技术、光通讯技术、光电测量与控制、精密工程、信息电子技术、激光技术、生物医学信息检测、医学仪器等领域的研究、设计、开发应用和管理等工作。
05师资力量
本专业师资力量雄厚。现有教学科研人员共48名,其中,教授20名、副教授15名。具有博士学位的中青年教师45名。专业科技力量强大,仪器设备先进。历年来承担并完成国家重点基础研究发展计划(973计划)、国家重大仪器设备开发专项项目、科技攻关、“863”高技术、国家自然科学基金、部委基金、省市自然科学基金和横向科技协作等百余项科研任务,并获得多项国家、教育部和省市级科技进步奖。
06科研成果与能力
本专业教师团队在天津大学新工科建设布局之下,主要从事光电成像与检测技术、光纤传感技术、太赫兹科学与技术、高速光通信、微纳光子学、集成光子学、量子光学、光学系统设计等方面的基础和应用研究,形成多种光学/光电仪器投入生产应用,取得国内外公认的学术成果,总体达到国际领先水平。此外,本专业还注重与机械、电子、计算机、人工智能等领域的交叉,开辟智能交通等新的研究方向。
二.研究成果
01光纤力热复合测试仪
在人工智能,万物互联时代到来之际,优质的数据将更好地保证人工智能进行机器学习。在这之中,传感器扮演着至关重要的角色,未来将会有许多应用,小到穿戴设备,室内导航,大到新型基础设施建设,自动驾驶等,都需要在精确传感测量的基础上实现。
光纤传感研究团队曾主持承担我国唯一一个光纤传感领域国家重点基础研究发展计划(973计划)项目,长期致力于新型光纤感知机制、方法和技术的研究,采用分立式和分布式传感方法感知各类物理、化学参量,相关成果于2016年获国家技术发明二等奖。
在光纤传感技术研发的基础之上,该团队受国家重大科学仪器设备开发专项项目的继续支持,面向国家“三深”领域(深空、深海、深地)及石化、电力等重要行业的重大需求,研制了光纤力热复合测试仪,实现了温度、应变、压力、声振动四种参量的复合测试,在光纤传感领域形成了从基础研究,到工程化应用,再到产业推广的全链条研究。
// 光纤里热复合测试仪
该仪器完成了航空航天领域力热参数的融合检测、低气压声探测和大气压力传感,电力领域新能源电力设备的环境监测等,为上述领域的试验测试工作提供了新的技术方案和仪器设备。
该团队的研究工作,在推动了光纤传感应用于多个国民经济重要领域的同时,也为学生创造了面向实际产业应用,学习研究,创新发展的舞台。
// 航空航天等多领域的光纤力热测试应用
02太赫兹光子学
太赫兹科学与技术被誉为21世纪重大的新型科学技术领域之一,在许多重要领域,如宽带通讯、雷达和成像等,均具有独特优越性和巨大应用前景。天津大学精仪学院太赫兹研究中心瞄准国际前沿,主要从事超快太赫兹产生与探测、基于人工电磁微结构的太赫兹操控、以及太赫兹与物质相互作用等方面的研究。团队一直坚持基础研究和应用研究并进,取得了多项研究成果:自主研发了多种不同功能类型的太赫兹时域光谱系统,可用于物质探索、光谱成像、器件表征等,相关系统在清华大学、南京大学等单位均取得了很好的应用效果;研制了多种新型人工微结构太赫兹功能器件,可调控太赫兹波振幅、相位、色散、偏振和波前等参数,为太赫兹科学与技术走向实际应用奠定了基础;最近,在前期研究基础上,又开拓了基于纳米超结构的太赫兹有源非线性器件和太赫兹表面等离子激元器件方面的研究,对于实现小型化太赫兹系统具有重要意义。相关成果发表在《Nature Physics》、 《Nature Communications》、 《Physical Review Letters》、《Advanced Materials》等著名国际学术刊物上。
03新型高速光通信光子系统
通信网络已成为现代社会基础设施,像水和电一样通向千家万户。随着5G时代的到来,每个终端都将大量数据汇入骨干通信网中,高速通信光网络的带宽需求正快速增长。但是,光纤网络的容量正逼近其物理极限,预计2022年之后,现有光通信系统的容量将无法满足带宽需求。采用基于空分复用技术的新型光纤是为容量带来数量级提升的唯一可行方案。光子系统实验室团队建立了空分复用系统的通用模型,以此分析了几种典型复用系统的线性容量极限,以及在相同的系统资源(空间-带宽乘积)条件下的传输效率、总容量和总复用维度,入选2015年中国光学十大进展。
// 通信系统通用模型
空分复用系统中需要利用MIMO算法解决模式串扰问题,但因为计算量巨大,目前无法实时完成。强耦合光纤、多芯少模光纤和频域算法是三种可大幅度降低计算量、实现实时传输的方案。光子系统实验室团队的研究表明相邻模式间传播常数差相同"梯子"光纤配合一个光栅就能实现所有模式的强耦合。同时,采用频域递归最小二乘算法,可有效加快数字信号处理的收敛速度,实现较低计算复杂度。这些成果将支撑未来实时空分复用系统的实现,并最终使人们能够重新定义通信用光纤网络的技术参数,为未来20年大容量光纤通信网奠定其规格指标。
// 光电信息处理技术相结合的低复杂度空分复用技术
芯片集成的光子器件在未来的光通信、传感、成像和计算等信息技术和智能技术中扮演着越来越重要的作用。微纳光学结构为控制光波的基本特性(包括损耗、色散、非线性和双折射等经典光学参数和量子光学参数)提供了新的机遇。光子系统实验室团队建立和发展了基于纳米结构的宽带色散平坦化的新机理,从而用来实现芯片上超宽带光源;同时,微纳光子器件在弱光探测、光力、空间光场调控和智能光电子学方面都展示了独特的优势。
// 芯片集成的宽带光频梳光源
三.培养方案
01培养阶段
光电信息科学与工程专业对学生的培养分为3个阶段:(1)“通识培养阶段”,全面提升人文与科学素养,数学、物理基础,注重工程认知、专业与科研兴趣培养等;(2)“专业培养阶段”,学生完成通识教育并达到专业准入标准后进入“专业培养阶段”,着重提升专业素养和能力,重点培养学生严谨的工程态度、分析和决策能力、系统的设计和建造能力,初步形成解决光学/光电领域复杂工程问题的能力,以及工程创造和创新能力;(3)“综合培养阶段”,学生可根据自己的兴趣或未来想从事的专业方向,修习多种个性化选修课程模块,满足自身成长需要,同时通过各类项目,培养解决复杂工程问题的能力,以及工程创造和创新能力,成为能够在光学/光电仪器相关领域从事研究、开发和管理等工作的卓越专业人才。
在第二和第三阶段,有三种培养路径可供选择:(1)学生可以参与各类科研训练或选修课程,为今后继续深造打下坚实基础;(2)学生还可通过选修就业创业课程、参与创新创业项目,为今后走上职场或独立创业奠定基础。
02课程模块
光电信息科学与工程专业的课程分为六大类,包括:人文与社会科学类、数学与自然科学类、学科基础与专业类、集中实践类、创新与研修类等。
1)人文与社会科学类课程包括:思想政治理论课、外语课、文化素质教育课程、专项教育课程和通识选修课程等;
2)数学与自然科学类课程包括一系列数学课程、物理课程等;
3)学科基础与专业类课程包括:学科基础课(工程光学、电路信号与系统、电子技术基础等),专业核心课(光电仪器设计、光电图像处理、光电检测技术及系统),专业选修课(20余门,包含前沿光学模块,应用光学模块,机电设计模块,光电交叉模块等);
4)集中实践类课程包括:项目设计类课程、实习与毕业设计等;
5)创新与研修类课程包括:创新创业课程与实践、课外实践课程等;
图文来源:天津大学招生办
责任编辑:王雨楠