量子通信论文模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇量子通信论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

2量子通信网络基础链路的信道建立速率

在基于纠缠态的量子通信网络中,将可以直接通过纠缠粒子分发建立量子信道的节点称为相邻节点,相邻两节点间通过纠缠粒子形成的量子通路称为基础链路.不存在基础链路的节点之间可以通过中继节点之间的基础链路建立量子信道.文献[25]对基础链路上的信道建立速率进行了分析.基础链路上的一个节点由于内部纠缠粒子的存储空间有限,所以节点产生纠缠粒子对的频率也受到限制.假设节点光子产生纠缠粒子操作的频率为,节点按成功概率生一定保真度的纠缠粒子对,为两节点之间的距离,为光速,则相邻两节点之间成功得到一个纠缠光子对的平均时间。

3中继长链路的量子信道建立速率分析

非相邻两节点间如果可以通过中继节点建立量子信道,则两节点间的量子通路称为中继长链路.相邻节点之间可以直接生成量子纠缠对以传递量子信息,但中继长链路上需要各中继节点通过纠缠连接,消耗中继节点上的量子纠缠对,从而在源节点和目的节点之间得到高保真度的量子纠缠对,建立量子信道.图2为仅有一个中继节点的三节点中继长链路,假设节点Alice为源节点,节点Carol为目的节点,节点Bob为中继节点,节点Bob和相邻节点Alice,Carol分别共享量子纠缠对A1-B1和B2-C1.该过程中,节点Bob对位于本节点的量子比特B1和B2执行贝尔基测量,即可得知A1,C1的纠缠状态.在最大纠缠态情形下,纠缠连接即形成.在非最大纠缠态情形下,纠缠连接概率性形成,。由于各基础链路上纠缠粒子生成和纠缠连接操作的顺序不同,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对应不同的量子信道建立速率.我们对逐点和分段两种量子信道建立方法所对应的量子信道建立速率进行分析.如图3所示,假设一条中继长链路由个节点和1条基础链路所构成,设源节点编号为1,目的节点的编号为,链路上的节点和基础链路依次编号.假设节点1和之间已建立量子信道,节点和节点之间也已建立量子信道,对某节点进行纠缠连接操作,可得建立该量子信道的速率。如图4所示,逐点量子信道建立方法中各个中继节点上的纠缠生成和纠缠连接操作依次进行,其步骤如下:1)生成中继节点2与源节点1之间的纠缠粒子对;2)生成中继节点2和下一中继节点3之间的纠缠粒子对,中继节点2进行纠缠连接,使得源节点1与中继节点3建立量子信道;3)生成中继节点3和中继节点4之间纠缠粒子对,中继节点3进行纠缠连接,使得源节点1与中继节点4建立量子信道;4)逐点进行,最后生成中继节点(1)和中继节点间纠缠粒子对,中继节点(1)进行纠缠连接,建立源节点1和目的节点间建立量子信道.逐点量子信道建立方法需要在2个中继节点上进行不相互独立的纠缠连接操作.基础链路的信道建立速率由量子纠缠分发速率决定.纠缠光子经由光纤或自由空间信道传输,再经过本地操作实现量子纠缠分发,该过程所需时间设为常数。

4基于逾渗模型的二维量子通信网络量子信道建立速率

量子通信网络的模型与传统通信网络模型类似,都可建模为个节点利用传输信道进行信息传递,所不同之处在于传统无线通信网络使用的是传统无线或者有线信道,而基于纠缠态的量子通信网络使用的是纠缠粒子构成的量子信道.与经典无线通信网络的网格划分相似,可采用逾渗模型对整个网络特性进行分析.逾渗模型证明通过适当的网络网格划分可保证整个网络的连通性,使得网络中的任意源节点和任意目的节点总可找到一条中继链路相连,整个网络中将形成高速公路(highway),高速公路可为其他不在高速公路上的节点提供中继[16].将图1中节点数目为的量子通信网络平面划分为边长为的正方形网格,若某个网格中至少含有一个节点,该节点可为相邻网格中的节点提供中继,则这个网格视为连通的.由单位密度泊松点过程的概率分布规律,网格中至少含有一个节点的概率为(si1)=1e2,其中si代表单个网格中的节点数.网格边长足够大时,可保证网格中至少有一个节点的概率足够大.当网格连通概率大于二维正方形逾渗的逾渗阈值时,将会出现无限大连通集团,整个量子通信网络必然是连通的,即网络中任意两个节点间存在直接量子信道或者由多个中继节点组成的量子信道.当网格连通概率大于二维正方形逾渗的逾渗阈值时,将在水平方向和垂直方向由连通的网格依次相连形成大规模的连通链路,这种连通链路的拓扑结构称为高速公路.高速公路上分布着大量的中继节点,且这些相邻中继节点之间的最远距离由网格的边长决定,使得基础链路的长度最长不超过网格对角线长.高速公路存在于网络水平方向和垂直方向,源节点找到离自己最近的高速公路入口节点,然后在水平方向的高速公路找到与目的节点垂直距离最近的节点,接着通过该节点沿着垂直方向的高速公路找到与目的节点最近的出口节点.由于高速公路的存在,若源节点和目的节点都在高速公路上,则这两个节点可直接利用高速公路的中继作用建立量子信道,若源节点和目的节点至少有一个不在高速公路上,则应先找到最近的高速公路入口节点或出口节点,再通过高速公路中继,从而建立量子信道。由此可知,高速公路上的基础链路的量子信道建立速率仅与节点的量子存储空间、网格划分的对角线长度、给定的量子信息保真度有关,与总节点个数无关,故相对于为常数阶.不在高速公路上的节点要先找到离它最近的高速公路节点作为入口节点或者出口节点,源节点与入口节点之间以及目的节点与出口节点之间存在基础链路,该基础链路的量子信道建立速率与总节点个数有关,由于不在高速路的点与最近的高速公路节点的距离不大于log+22[21],故该基础链路的速率。因此对中继长链路而言,分段量子信道建立方法的量子信道建立速率更高.因此我们对长链路上使用分段量子信道建立方法进行分析.根据源节点和目的节点分布不同,可分为以下两种场景.场景1:若源节点和目的节点都在高速公路上,则对于有Ω()个节点的这条长中继链路,基础链路的最长距离由网格划分的边长决定,此时基础链路上的量子信道建立速率为常数阶,源节点和目的节点成功得到量子纠缠对的速率。所以当量子通信网络的节点都利用逾渗模型所指出的高速公路进行长链路的中继通信,且采用分段量子信道建立方法时,整个量子通信网络的量子信道建立速率为Ω(1/).由于场景2的量子信道建立速率小于场景1的量子信道建立速率,整个量子信息网络的量子信道建立速率上限值由两者的较小值所决定的,故量子通信网络的量子信道建立速率为Ω(1/).

篇2

早在数年前，星地量子通信的中国梦已引发了世界的关注。

2012年8月9日，国际权威学术期刊《自然》杂志以封面标题形式发表了中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟团队的研究成果：他们在国际上首次成功实现了百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发。

这一成果不仅刷新世界纪录，有望成为远距离量子通信的“里程碑”，而且为发射全球首颗“量子科学实验卫星”奠定了技术基础。该成果入选《自然》杂志公布的“2012年度全球十大新闻亮点”。

同年12月6日，《自然》杂志为该成果专门撰写了长篇新闻特稿《数据隐形传输：量子太空竞赛》，详细报道了这场激烈的量子太空竞赛。

建立“量子互联网”

2009年，潘建伟和他的中国科大物理学家团队从位于北京北部丘陵的长城附近的实验点，将激光瞄准了16公里之外的屋顶上的探测器，然后利用激光光子的量子特性将信息“瞬移”过去。

这个距离刷新了当时量子隐形传态的世界纪录，他们朝着团队的终极目标――将光子信息隐形传送到卫星上――迈进了重要的一步。

如果这一目标实现，将会建立起“量子互联网”的第一个链接，这个网络将是运用亚原子尺度物理规律创建的一个超级安全的全球通信网络。这也证实了中国在量子领域的不断崛起，从十几年前并不起眼的角色发展为现在的世界劲旅。

2016年，中国领先欧洲和北美，发射了一颗致力于量子科学实验的卫星。

这为物理学家提供了一个测试量子理论基础，以及探索如何融合量子理论与广义相对论（是爱因斯坦关于空间、时间和引力所提出的截然不同的理论）的全新平台。

这也标志着潘建伟与维也纳大学物理学家Anton Zeilinger之间的友谊（虽然存在激烈竞争）达到高峰。

Zeilinger曾是潘建伟的博士生导师；之后的七年，二人在远距离量子隐形传态研究的赛跑中棋逢对手；此后他们又建立了合作关系。卫星发射成功之后，两位物理学家将创建第一个洲际量子加密网络，通过卫星连接亚洲和欧洲。

“我们有句老话，一日为师终身为父，”潘建伟说，“科研上，Zeilinger和我平等合作，但在情感上，我一直把他当作我尊敬的长辈。”

迅速崛起

2001年，潘建伟建立了中国第一个光量子操纵实验室；2003年，他提出了量子卫星计划。那时的他才30岁出头。2011年，41岁的潘建伟成为当时最年轻的中科院院士。

潘建伟小组的成员陈宇翱说：“他几乎单枪匹马地把这个项目推进下去，并使中国在量子领域有了立足之地。”

潘建伟为何有如此动力？这要追溯到上世纪80年代后期他在中国科大的本科读书经历。

那时，他第一次接触到了原子领域一些“奇怪”的概念。微观客体可以处于多个状态的迭加态：例如，一个粒子可以同时处在顺时针自旋状态和逆时针自旋状态，或者可以同时存在于两个地方。这种多重的个性在数学上用波函数来描述，波函数给出了粒子处于每个状态的概率。只有在粒子的某一特性被测量时，波函数才会坍塌，相应的粒子才会处于一个确定地点的确定状态。至关重要的是，即使在原则上都无法预言单次实验的结果，粒子处于每个状态的概率仅表现为一个统计分布，并且只有通过多次重复实验才能得到。

由于量子纠缠的特性，当考虑两个或更多个粒子时，情况变得更加“古怪”了。多粒子系统可以被制备到某种状态：即使粒子间距离遥远，即使粒子的物理性质仅当其被测量时才会存在确定的值，对于每个粒子某个物理性质的测量结果之间总是会存在某种关联性。

这种怪异性就好比分别位于维也纳和北京的两位物理学家同时掷硬币，他们会发现每次结果都是正面朝上，或者都是反面朝上。

“我对这些奇怪的量子特性感到着迷。”潘建伟说，“它们几乎使我无法分心去学习其它东西。”他想验证这些不可思议的理论，但是在当时的中国，他找不到合适的量子物理实验室。

20世纪90年代中期，Zeilinger在奥地利因斯布鲁克大学建立了自己的量子实验室，并且需要一名学生来检验他的一些实验猜想。潘建伟认为这是一个理想的选择。于是，与大多数中国学生的选择不同，潘建伟来到奥地利师从Zeilinger，与Zeilinger开始了一段决定二人此后二十年间事业上并驾齐驱的关系。

当潘建伟在Zeilinger实验室施展他的专业才华时，世界各地的物理学家开始慢慢认识到，曾令潘建伟着迷的、深奥难懂的量子特性可以被用来创造比如量子计算机。

由于一个量子比特可以同时存在于0和1的叠加，它可能会建立起更快、更强大、能够将多个量子比特纠缠起来的量子计算机，并能以惊人的速度并行执行某些运算。

另一个新兴的概念是极度安全的量子加密，可应用在比如银行交易等方面。其中的关键是测量一个量子系统会不可避免地破坏这个系统。因此，发报方（通常称为“Alice”）和信息的接收方（通常称为“Bob”）两个人能够产生并共享一套量子密钥，其安全性在于来自窃听者的任何干扰都会留下痕迹。

2001年，潘建伟回到中国的时候，量子技术的潜力已经得到公认，并吸引了中国科学院和中国国家自然科学基金委员会的财政支持。

“幸运的是，2000年中国的经济开始增长，因此当时立即迎来了从事科研工作的好时机。”潘建伟说。他全身心投入到了梦想中的实验室的建设当中。与此同时，在奥地利，Zeilinger转到维也纳大学。在那里，因为他的远见卓识，Zeilinger继续创造着量子纪录。他最著名的实验之一表明，巴基球（含有60个碳原子的富勒烯分子）可以表现出波粒二象性，这是一个奇特的量子效应，很多人曾认为在如此大的分子中不可能存在这种效应。

“每个人都在谈论可以用小的双原子分子来尝试一下这个实验。”Zeilinger回忆说，“我说，‘不，伙伴们，不要只是思考前面的一两步，请思考一下我们如何能实现一个超出所有人想象的大跳跃。’”

这使潘建伟深受教益。世界各地的物理学家们开始构思，如何利用尚未实现的量子计算机来连接未来的量子互联网。当大多数人仍满足于在实验台上安全地得到量子信息时，潘建伟已经开始思考如何能够在太空中实现信息的隐形传送。

纽约IBM的计算机科学家Charles Bennett和他的同事在1993年首次提出“量子隐形传态”的概念，之所以有此名称，陈宇翱说：它就像来自于《星际旅行》一样，它使得关于一个量子客体的全部信息在某个地点被扫描输入，并在一个新的地点重构出来。这其中的关键就是纠缠：因为对处于纠缠态的其中一个粒子的操作会影响到另一个粒子。不管两个粒子距离多远，它们可以像一条量子电话线两端的电话机那样控，在两个相距甚远的地点之间传送量子信息。

当同时产生的纠缠粒子被发送到电话线连接的两端时，问题就出现了。传递过程中充满着噪音、散射相互作用和各种形式的其它干扰，任何一种干扰都会破坏隐形传态所必需的精巧的量子关联。例如，目前纠缠光子是通过光纤传输，但是光纤会吸收光，这使得光子的传输距离仅限于几百公里。标准的放大器起不到作用，因为放大过程会破坏量子信息。陈宇翱说：“要在城域距离之外实现隐形传态，我们需要卫星的帮助。”

但是当光子通过地球湍流的大气层一直向上，到达几百公里的卫星时，纠缠会不会继续保持？为了回答这个问题，潘建伟的研究团队于2005年开展了晴空下传输距离不断扩大的地基可行性实验，探究光子与空气分子发生碰撞后能否继续维持纠缠性质。但他们还需要建立一个靶标探测器，这个探测器必须小到能够装配到卫星上，并且灵敏度必须足以从背景光中筛选出被传送的光子，而且还得保证，他们可以将光子束足够聚焦，让其能够打到探测器。

这个工作激起了Zeilinger的竞争意识。“中国人在做了，因此我们想，为什么我们不试试呢？一些友好的竞争总是好的。”

竞争促使光子传输距离的世界纪录不断被刷新。在接下来的七年中，中国的研究团队通过在合肥、北京长城以及在青海开展的一系列实验，将隐形传态的距离越推越远，直到它超过97公里。

2012年5月，他们将成果张贴在物理预印本服务器ArXiv上。这让奥地利团队十分懊恼，因为他们正在撰写在加那利群岛之间隐形传态光子的实验论文。

8天后，他们在ArXiv上贴出了论文，报道他们的隐形传态取得了143公里的新纪录。两篇文章最终先后发表在《自然》杂志上。

“我认为这可以表明一个事实，即每个实验都有不同以及互补的价值。”维也纳大学物理学家、奥地利团队成员马晓松说。

在自由空间量子通信领域，中国团队和奥地利团队之间不断竞争，从纠缠光子的分发到量子隐形传态，创造了一个又一个的里程碑。

两支团队都认为，向卫星进行隐形传态在科学原理上已不存在问题。他们亟需的是一颗卫星来装载功能齐备的有效载荷设备，开展相关的量子实验检验。Zeilinger的研究组一直在与欧洲空间局（ESA）商讨建立量子卫星计划，但这些努力因拖延而渐渐告吹。

Zeilinger说：“它的运行机制太慢了，以至于没有做出任何决策。”一方面是欧空局的犹豫，另一方面中国国家航天局紧抓机会，得以扩大领先优势。在此当中，潘建伟起到了决定性的推进作用。“量子卫星”的发射使得潘建伟在量子空间竞赛中处于领先地位，他的研究团队将着手开展大量的科学实验。

成功的关键

如果没有通信对象，开发全球首个量子通信网络就失去了意义。因此，潘建伟邀请他从前的竞争对手加入这个项目。他们的第一个共同目标是在北京和维也纳之间生成和共享一个安全的量子密钥。

“总之，任何一个小组都无法独立完成向卫星隐形传态这一极其艰巨的任务。”马晓松说。尽管政府的主要兴趣在于它可以推进技术前沿，但许多物理学家对这个卫星项目如此着迷却是因为其它原因。“作为一名科学家，驱使我不断前行的动力在于进一步探寻物理学的基础。”陈宇翱表示。

迄今为止，量子理论的奇妙之处在实验室里被不断重复检验，但这些检验却从未在太空尺度中进行过。而且有理论认为，如果量子理论可能会在某处遭遇挑战，那必然是太空。大尺度是由另一个基本物理理论所掌控：广义相对论。相对论将时间作为另一种维度与三维空间交织，从而创造一个四维时空结构，包括宇宙。在巨大的物体如太阳周围，这种可塑结构将发生弯曲，表现为引力，引力将较小质量的物体如行星拉向巨大物体。

目前的挑战是，量子理论和广义相对论对时空概念有着完全不同的理解，物理学家们一直致力于将它们融入一个统一的量子引力理论框架。在爱因斯坦的绘景里，即使在无穷小尺度上，时空都是完全光滑的。然而，量子不确定性却意味着不可能在如此小的距离上测量空间性质。目前尚不清楚是量子理论还是广义相对论需要进行修正，抑或二者都要进行修正。

而卫星实验可以帮助测试量子理论的规则在引力牵引不能被忽略的尺度上是否仍然适用。

一个明显的问题是，量子纠缠是否可以延伸到地球和卫星之间。为了回答这个问题，研究组计划在卫星上制备一系列纠缠粒子对，将每对中的两个粒子分别发送到两个地面站，然后测量两个粒子的性质以验证它们是否仍然存在关联――而且设备运转良好。

“如果纠缠不再存在，我们就不得不寻找另一种理论来代替量子理论。”研究向卫星进行隐形传态方案的瑞士日内瓦大学理论物理学家Nicolas Brunner说。

该卫星还可更进一步，检验一些候选的量子引力理论对时空结构的预言。比如，所有这些理论都预测，如果科学家能以某种方式在10～35米（即普朗克长度）这一尺度观测，空间、时间将呈现为颗粒状。如果事实确实如此，那么光子从卫星沿着这条颗粒感的道路的穿梭将会轻微减速，而且偏振方向将有一个微小、随机的偏转――这些效应应该足以被地面站记录下来。

篇3

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）06-0091-02

笔者已从事本科生“通信与电子信息专业英语”课程教学多年。近五年来，笔者对该课程的教学内容和教学方法进行了多次改革，在相关文献中进行了详细的介绍[1-2]。其核心是以培养学生的综合能力为目标，改变以科技文献阅读、翻译为主的教学模式到综合性更强的教学模式。文献3中最后一部分内容即从文献检索、科技文献撰写和制作讲稿和汇报角度介绍了相关教学内容[3]。闫丽萍等在文献4中详细介绍了电子类专业英文摘要的写作培养实践过程[4]。

在2013-2014年度的课程教学中，笔者尝试通过为每位学生布置不同的作业，包括翻译文献、检索文献、撰写文献综述、为相关领域的视频撰写摘要等各类项目，训练学生的综合能力，并收到了较好的效果，避免同类作业抄袭的弊端。但笔者发现仍存在问题，主要集中在两点：1）由于选课人数多，作业内容和主题与往年的重复率较高。每年该课程的选课人数大致在80～110人之间，因此要做到每年更新所有题目有较大难度；2）学生的课堂参与度较低、互动性小。由于大多数作业无需在课堂上进行汇报，因此学生的参与度不高，师生之间、学生之间的互动很少。

针对上述存在的问题，笔者在2014-2015年度的“通信与电子信息专业英语”课程教学中改进了已有的作业模式，设计和实施了综合型更强的作业，达到全面培养并考核学生能力的教学目标。下面，笔者将从该课程综合型作业的设计与实施、教学效果等方面详细介绍。

1.通信与电子信息专业英语综合型作业的设计

1.1综合型作业的内容

“通信与电子信息专业英语”的教学目标包括培养学生下述能力：科技文献检索、文献阅读、文献翻译、初步的科技英语写作和口头报告等。课程往届作业主题涉及面很广，但不够精，因此本年度，笔者选择了少量的精选主题，并根据最新技术，更新了部分旧主题。

笔者围绕教学目标，设计的综合型作业内容如下：

作业主题共36个，包括电子与电路、通信理论、信号处理、模式识别、人工智能、机器学习、图像处理与计算机视觉、数据挖掘、传感器技术、工程编程语言软件等领域的最新技术热点，包括深度学习及应用、智能穿戴、大数据及应用、无线充电、3D打印、无人机、量子计算机、车联网等。需完成的任务包括：

1）文献检索：根据主题，搜集相关文献资料（中英文均应包括，以英文为主，数量不少于10），需给出详细的检索式、关键词、使用的数据库/网络数据库等重要信息，并将整个检索过程记入说明文档，并保存所有文献资料的原文文档。

2）文献阅读：阅读收集的文献资料。

3）文献综述：根据对文献的理解，撰写关于给定主题的综述报告。

4）制作讲稿：以文献综述为基础，制作主题相关的讲稿。

此外，按照本科生毕业设计论文的格式规范，笔者给出详细的作业文档格式要求，同时要求检索到的科技文献需下载并全部提交。

1.2 完成作业的形式

本次教学实践中，笔者变以个人为单位完成作业形式为小组形式，即将选课学生按照随机组合的方法分为2人一组（共72人，两个自然班，本次共36组），共同完成上述综合型作业任务，并增加学生汇报的人次，让尽可能多的学生参与到课堂教学过程中。

由于是两人一组共同完成一项综合型作业，为体现各自的工作量，在汇报环节中要求一人负责汇报文献检索的过程，给出详细的检索式以及检索的结果，另一人负责进行主题汇报。

2.通信与电子信息专业英语综合作业的实施过程与教学效果

2.1 综合作业的实施过程

笔者在该课程教学初布置好综合型作业任务，并选择部分小组进行课堂汇报，收到了较好效果。其中部分小组结合视频、图像、动画、实际应用等手段介绍相关主题。例如，选择“量子计算机”的小组，结合“优酷”上的一段视频详细介绍量子计算机的基本原理、存在的问题等，达到了为其他同学科普相关知识的目标，在整个主题介绍过程中，将量子计算机领域涉及的重要词汇一一介绍；报告“深度学习及应用”的小组以视觉信息处理为切入口，介绍了相关理论和研究进展；“选择超大规模集成电路”的小组结合自身参与上海市大学生科技创新活动中接触到的各类集成电路介绍主题内容；而选择“智能手机中的传感器”主题的小组，结合自己使用的智能手机介绍其中的各类传感器及其基本原理、发展现状等。多数报告小组的汇报过程生动、有趣，参与课堂教学的积极性较高，师生、学生之间的互动性加强了。通过本次综合作业的训练，学生的综合能力得以提升。

但该过程中，笔者也发现存在的问题，主要集中在：

1）文献检索过程严重依赖于网络，特别是百度，对专业电子数据库的使用仍不熟练；这是笔者教学多年中一直存在的问题。在2014-2015学年的教学实践中，仍有接近半数的报告小组在文献检索过程中首选百度检索相关资料，而不是把专业数据库作为首选。当然，对某些特定主题而言，各位搜索引擎相比专业电子数据库更有效，这一点，笔者在教学过程中也做了详细的介绍和说明，指导学生分层次的解决文献检索中的问题。

2）英文文献阅读能力有待加强；在小组报告中笔者发现，由于专业文献专业性强且较长，学生普遍怕看英文文献，在满足综合作业的基本要求基础上，多以阅读中文文献阅读为主，没有达到课程综合训练的目标之一，即英文专业文献的阅读训练。这一点与学生的阅读习惯、英文水平有较大关系，需要在今后教学中加强引导。

3）小组成员的合作精神有待提高。由于本次教学实践第一次尝试将学生随机组合为小组来协作完成综合作业，因此面对综合作业复杂的任务时，如何分配任务、如何合作是学生面临的首要问题。考虑到今后就业后学生需具备合作精神，因此，笔者设计了随机组合的形式。总体上，各小组的表现良好，但也出现了部分团队合作完成作业过程中相互推脱责任，作业完成效果不佳。结合本次教学效果和学生的建议，今后笔者仍将继续对此进行改进。

4）综合作业的文档格式不规范。本次教学实践中，笔者给出了详细的文档提交格式要求，这是按照本科生毕业论文的格式规范制定的，以此训练学生文档撰写的规范性，为今后毕业设计论文及大学生科技创新项目报告的撰写等做准备。由于之前对文档格式不作要求，学生对格式一向不重视，造成毕业论文或创新项目中格式问题频出，需要不断的纠正。因此笔者在布置综合作业时给出了详细的格式要求，以加强训练，培养学生养成良好习惯，为今后的论文、项目报告或各类竞赛论文的撰写打下基础。

2.2 综合作业教学效果及评价

为今后改进综合作业的质量和教学效果，笔者在课程结束时，设计了综合作业问卷，让学生对本次综合作业的教学效果进行评价，统计情况见表1（参与本次教学的72名本科生参与了问卷）。

表1：综合作业教学效果评价统计表

从上述表格中可见，学生对本次综合作业的整体评价较好，普遍认为收获较大。因此，今后笔者仍将继续探索相关教学模式。同时，我们也注意到，学生平时阅读专业文献的比例很低，今后需给予积极的引导。此外，笔者还对学生会选择哪些环节作为综合作业的内容进行了问卷调查，排序由高到低依次为：制作讲稿并进行汇报、文献检索、文献综述、文献翻译，由此可见，学生参与教学过程的积极性很高。综合型作业的实施对教学效果的提升是显著的。

3.今后的工作

随着通信与电子信息技术的发展，需对专业英语课程综合型作业的内容进行不断的更新。同时，综合型作业的实施形式仍待进一步探索。

参考文献：

[1]任蕾. 利用多元化教学资源丰富专业英语教学内容[J].南京：电气电子教学学报，2014年第36卷第3期，64-66

[2]任蕾，古海云，周薇娜.通信与电子信息专业英语教学探讨[J] .南京：电气电子教学学报，2009年第31卷第4期，110-111

[3]李霞，王娟主编.电子与通信专业英语（第3版）[M].北京：电子工业出版社，2014年7月

[4]闫丽萍，余艳梅，刘长军，黄卡玛. 电子类专业英文摘要写作能力的培养[J].南京：电气电子教学学报，2014年第36卷第2期，48-50

作者简介：

篇4

一、引言

近年来，随着通信系统及其用户数量大幅增加，移动通信系统中的无源互调产物，已成为影响系统通信质量的重要寄生干扰之一。因此科学有效的分析无源互调机理及测量其产物对提高整个通信系统的通信质量将具有重要的意义。为了比较全面地理解无源互调干扰问题，我们有必要首先了解无源互调的产生机理。在大功率卫星通信系统和移动通信系统中，微波器件的PIM干扰主要来自两种无源非线性：接触非线性和材料非线性。前者指的是具有非线性电流电压特性的任何金属接触； 后者指的是具有固有非线性导电特性的铁磁材料、碳纤维和铁镍钴合金。需要特别指出的是，除了上述两种无源非线性机理外，还可能存在一些其他的非线性效应，这对无源互调的产生也有一定的贡献。

二、无源互调的几种重要的机理分析

（一）接触非线性机理

接触非线性主要包括由材料结构和时间相关现象引起的非线性效应。由材料结构引起的非线性产生机理主要包括：由接合面上的点接触引起的机械效应；由点电子接触引起的电子效应；由点电子接触和局部大电流引起的热效应。由时间相关现象引起的非线性主要包括：斑点尺寸随着电流的通过而增大；由强直流电流引起的金属导体中离子的电迁移；引起接触面相对运动的热循环；引起接触面相对运动的振动和磨损；不同热膨胀系数的器件接触引起的热循环；金属接触的松动和滑动以及氧化层或污染物的增加。

1.量子隧穿与热电子发射效应

根据经典的理论，“金属-绝缘体-金属”（MIM）式的结构是无法实现电流传导的。但是，量子理论表明，对于表面氧化层很薄的情形，金属中的电子可以通过隧道效应穿过势垒，从一个金属到达另一个金属。从上个世纪五六十年代以来，人们对于MIM结构的导电机理做了大量的研究，研究结果表明：量子隧穿和热电子发射效应是金属-金属接触中产生PIM的两个重要因素。如果金属中的电子具有足够的能量越过介质形成的势垒从而形成金属之间的电流传导，则称这种现象为热电子发射电流；反之，当金属中的电子能量不太高且介质形成的势垒厚度较薄时，电子将通过量子隧穿效应实现电流传导。图1显示了薄势垒MIM结构的能带图及其相应的导电机理。

图1 薄势垒MIM结构的能带图及其导电机理

量子隧穿电流通常对势垒高度、外加偏压和介质层厚度等参数非常敏感，且具有很强的非线性特性。依据Simmons的研究成果，可由下式计算：

（1-1）

式中，

式中为势垒高度，单位为eV；为介质层厚度，单位为?；为MIM结构的偏压，单位为V；为电流密度，单位为A/cm2；为介质层的相对介电常数。

而热电子发射电流计算公式为：

（1-2）

式中T为温度，单位为K；k为波尔兹曼常数。

利用式（1-1）和式（1-2），在不同的参数条件下，可以对MIM结构的量子隧穿电流和热电子发射电流进行计算。结果表明：势垒高度、外加偏压、介质层厚度及相对介电常数这四个参数对量子隧穿电流和热电子发射电流的影响趋势是一致的，而且热电子发射电流还强烈地依赖于温度。这样，当MIM结构本身的参数相同时，可以通过调节温度的大小来控制MIM结构的主要导电过程。

2.微放电机理

微放电是在真空条件下大功率强微波电场作用下发生的一种射频击穿放电现象。为了简要描述微放电机理，我们以真空中的平行板为例。假设电子数为N的很多电子在时从一个极板（）发射（如图2），在RF电场驱动下到达另一极板（）。通过撞击，发射许多电子（数目为），为这次特别撞击的二次电子倍增系数，它是撞击能量和表面材料的函数。如果在狭缝中的飞行时间约等于RF周期的，或者等于RF周期的奇数倍，那么新发射的二次电子就可能被加速，直到再次撞击的极板，引发个二次电子的发射，式中是第二次撞击的二次电子发射系数。经过n次撞击后，放电后的电子数为。图2是时的微放电示意图。

图2 微放电示意图材料非线性机理

（二）材料非线性机理

1. 铁磁效应

铁磁材料具有很大的磁导率，在强磁场下会产生饱和，并随磁场非线性变化，显示出磁滞特性。铁、镍、钴及其合金、镧系元素（如稀土）等都是铁磁材料，它们能引起很强的PIM产物。铁磁非线性是由含有铁磁材料的金属器件在导电时因随电流流动使导体电路磁导率产生变化引起的，这和一个电路电感的非线性变化非常相似，它导致两个或两个以上信号产生非常强的PIM产物。这种非线性是一种磁饱和畸变的形式，且不随时间而变化，通常情况下比普通的接触非线性好得多（如图3所示）。

图3 铁磁非线性

2. 电热效应

近期的一些研究报导了微带传输线上电热引起的PIM产物。电热引起电导率的调制是传输线上PIM的支配性的物理机理，PIM的产生是由电流相关的非线性引起的。电热效应的基本过程是：导体中电流产生焦耳热，产生的热将跟踪电信号的包络，热的变化引起温度的变化，进而引起电导率变化，而电导率的变化反过来会影响导体中的电流，电流的变化必然导致焦耳热的变化，并进一步影响到电导率。这是一个不断反馈的过程，这种变化会在集总微波终端和衰减器上产生PIM失真。

（三）其他非线性效应

1. 表面效应

金属表面的磨损或污染可能会引起PIM失真，这种现象叫做表面效应。虽然人们普遍接受铜越粗糙产生的PIM电平越高的观点，但相关联的物理机理仍很模糊。表面焊接层对PIM的影响如图4所示。由图可知，缺少焊接层会引起更高的PIM产物，这是由于铜轻微地粘在基板上，降低了接口质量。

图4 三氟甲基焊接对PIM的影响

金属表面的磨损也会影响PIM的产生。在表面粗糙度的测试中，相对于电流方向做横向和纵向的擦磨处理。当残余PIM电平为-144dBm时，横向擦磨可使PIM电平增加13-22dB，而纵向擦磨使PIM电平增大1-4dB。综上所述，表面效应对PIM的产生是有贡献的。

三、无源互调的抑制措施

研究了无源非线性的类型和机理以后，为了尽量避免PIM产物带来的影响，我们可以采取若干措施使通信系统中的无源互调产物降到最低。其抑制措施主要包括以下几个方面：

（1）在通信系统中辐射信号能够到达的地方或者附近，尽量不要使用铁氧体、钴、镍、不锈钢等铁磁材料。如果必须使用，那么必须涂上一定厚度的银板或铜板。

（2）将金属接触减至最少，特别是松动接触和转动连接。如果确实不可避免，那么在这些接触或连接上应提供绝缘或可能的替代电流路径。

（3）在电流路径中要避免使用调谐螺钉或金属-金属接触的活动器件，如果非用不可，应将它们放在低电流密度区域。

（4）保持热循环尽可能小，因为材料和金属结的膨胀和收缩能够引起较大的PIM干扰。

（5）提高线性材料的连接工艺。若有可能就用捆绑连接，但要确保这些连接是可靠的，无非线性材料、无裂缝、无污染或无腐蚀。

（6）在传导路径中应使用较大的导体或金属之间有更大的接触面积来保持低的电流密度。尽量减少粗糙表面和尖锐边缘暴露在辐射信号区域。

（7）使用同轴电缆时，最好选用刚性屏蔽电缆。当使用编织电缆时，应选用最高填充因子的编织物。编织物不能用铁磁材料制造，铜镀银是最好的编织材料。电缆长度应尽量减至最短，特别是使用软波导或软电缆时。

（8）非线性元件，如集总虚拟负载、环形器、隔离器和某些半导体器件的使用应减至最少。

（9）高功率发射信号和低电平接收信号之间应由滤波器和物理分离法达到良好的隔离。如果将这两路信号设计成各自独立的信道，独立的发射、接收天线，则PIM产物可以得到很好的控制。

（10）频率计划应考虑高阶PIM产物，因为它们在某些通信系统中可能是潜在干扰信号。

（11）如果高低功率信号不可避免地要使用一个公共信道，那么降低PIM的出发点是合理地选择发射频率和接收频率。在多通道通信系统中，完全分离收发频率是不可能的。因此减小PIM干扰的最佳途径是把收发频率尽可能离得远些。

（12）采用合理的焊接，且尽量保证焊接面光滑，如果焊接面不光滑或有毛刺时也会导致PIM的产生。

（13）防止通信系统各种器件的锈蚀，尽量不要用手触摸元器件。在使用同轴电缆之前应从端器件开始逐一清理干净，接插件接头在每次使用后均应清洗。切记不要将接插件浸入液体清洗剂中，因为这样会使污染物进入其内死角。

除了上述措施外，良好的工艺、仔细的计划、严格的质量控制和高标准的操作维护措施同样非常重要。应注意的是，虽然在设计和制作阶段适当注意细节可以大大降低PIM电平，但是一个完全没有PIM干扰的通信系统是不可能存在的。

四、结论

通过对无源互调干扰的产生机理及其抑制措施的研究，我们明白了微波器件的PIM干扰主要来自两种无源非线性：接触非线性和材料非线性。接触非线性指的是任何具有非线性电流电压行为的接触引起的非线性；材料非线性指的是具有固有非线性导电特性的材料引起的非线性。从接触非线性机理、材料非线性机理和其他非线性效应三个方面，对无源互调的产生机理进行了分析和讨论。最后给出了通信系统中无源互调干扰的主要抑制措施。这将为下一步无源互调的分析与测量研究打下坚实的基础。

参考文献：

[1]张世全. 微波与射频频段无源互调干扰研究[D]：[博士学位论文]. 西安：电子科技大学，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纳米导线激光器

2001年，美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员在只及人的头发丝千分之一的纳米光导线上制造出世界最小的激光器-纳米激光器。这种激光器不仅能发射紫外激光，经过调整后还能发射从蓝色到深紫外的激光。研究人员使用一种称为取向附生的标准技术，用纯氧化锌晶体制造了这种激光器。他们先是"培养"纳米导线，即在金层上形成直径为20nm～150nm，长度为10000nm的纯氧化锌导线。然后，当研究人员在温室下用另一种激光将纳米导线中的纯氧化锌晶体激活时，纯氧化锌晶体会发射波长只有17nm的激光。这种纳米激光器最终有可能被用于鉴别化学物质，提高计算机磁盘和光子计算机的信息存储量。

2紫外纳米激光器

继微型激光器、微碟激光器、微环激光器、量子雪崩激光器问世后，美国加利福尼亚伯克利大学的化学家杨佩东及其同事制成了室温纳米激光器。这种氧化锌纳米激光器在光激励下能发射线宽小于0.3nm、波长为385nm的激光，被认为是世界上最小的激光器，也是采用纳米技术制造的首批实际器件之一。在开发的初始阶段，研究人员就预言这种ZnO纳米激光器容易制作、亮度高、体积小，性能等同甚至优于GaN蓝光激光器。由于能制作高密度纳米线阵列，所以，ZnO纳米激光器可以进入许多今天的GaAs器件不可能涉及的应用领域。为了生长这种激光器，ZnO纳米线要用催化外延晶体生长的气相输运法合成。首先，在蓝宝石衬底上涂敷一层1 nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一个氧化铝舟上，将材料和衬底在氨气流中加热到880℃~905℃，产生Zn蒸汽，再将Zn蒸汽输运到衬底上，在2min~10min的生长过程内生成截面积为六边形的2μm~10μm的纳米线。研究人员发现，ZnO纳米线形成天然的激光腔，其直径为20nm~150nm，其大部分（95％）直径在70nm~100nm。为了研究纳米线的受激发射，研究人员用Nd:YAG激光器（266nm波长，3ns脉宽）的四次谐波输出在温室下对样品进行光泵浦。在发射光谱演变期间，光随泵浦功率的增大而激射，当激射超过ZnO纳米线的阈值（约为40kW／cm）时，发射光谱中会出现最高点，这些最高点的线宽小于0.3nm，比阈值以下自发射顶点的线宽小1/50以上。这些窄的线宽及发射强度的迅速提高使研究人员得出结论：受激发射的确发生在这些纳米线中。因此，这种纳米线阵列可以作为天然的谐振腔，进而成为理想的微型激光光源。研究人员相信，这种短波长纳米激光器可应用在光计算、信息存储和纳米分析仪等领域中。

3量子阱激光器

2010年前后，蚀刻在半导体片上的线路宽度将达到100nm以下，在电路中移动的将只有少数几个电子，一个电子的增加和减少都会给电路的运行造成很大影响。为了解决这一问题，量子阱激光器就诞生了。在量子力学中，把能够对电子的运动产生约束并使其量子化的势场称之成为量子阱。而利用这种量子约束在半导体激光器的有源层中形成量子能级，使能级之间的电子跃迁支配激光器的受激辐射，这就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有两种类型：量子线激光器和量子点激光器。

3.1 量子线激光器

近日，科学家研制出功率比传统激光器大1000倍的量子线激光器，从而向创造速度更快的计算机和通信设备迈进了一大步。这种激光器可以提高音频、视频、因特网及其他采用光纤网络的通信方式的速度，它是由来自耶鲁大学、位于新泽西洲的朗讯科技公司贝尔实验室及德国德累斯顿马克斯·普朗克物理研究所的科学家们共同研制的。这些较高功率的激光器会减少对昂贵的中继器的要求，因为这些中继器在通信线路中每隔80km（50mile）安装一个，再次产生激光脉冲，脉冲在光纤中传播时强度会减弱（中继器）。

3.2 量子点激光器

由直径小于20nm的一堆物质构成或者相当于60个硅原子排成一串的长度的量子点，可以控制非常小的电子群的运动而不与量子效应冲突。科学家们希望用量子点代替量子线获得更大的收获，但是，研究人员已制成的量子点激光器却不尽人意。原因是多方面的，包括制造一些大小几乎完全相同的电子群有困难。大多数量子装置要在极低的温度条件下工作，甚至微小的热量也会使电子变得难以控制，并且陷入量子效应的困境。但是，通过改变材料使量子点能够更牢地约束电子，日本电子技术实验室的松本和斯坦福大学的詹姆斯和哈里斯等少数几位工程师最近已制成可在室温下工作的单电子晶体管。但很多问题仍有待解决，开关速度不高，偶然的电能容易使单个电子脱离预定的路线。因此，大多数科学家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的计算机设计量子装置。

4 微腔激光器

微腔激光器是当代半导体研究领域的热点之一，它采用了现代超精细加工技术和超薄材料加工技术，具有高集成度、低噪声的特点，其功耗低的特点尤为显著，100万个激光器同时工作，功耗只有5W。 转贴于

该激光器主要的类型就是微碟激光器，即一种形如碟型的微腔激光器，最早由贝尔实验室开发成功。其内部为采用先进的蚀刻工艺蚀刻出的直径只有几微米、厚度只有100nm的极薄的微型园碟，园碟的周围是空气，下面靠一个微小的底座支撑。由于半导体和空气的折射率相差很大，微碟内产生的光在此结构内发射，直到所产生的光波积累足够多的能量后沿着它的边缘折射，这种激光器的工作效率很高、能量阈值很低，工作时只需大约100μA的电流。

长春光学精密机械学院高功率半导体激光国家重点实验室和中国科学院北京半导体研究所从经典量子电动力学理论出发研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反应离子刻蚀和选择化学腐蚀等微细加工技术制备出直径为9.5μm、低温光抽运InGaAs／InGaAsP多量子阱碟状微腔激光器。它在光通讯、光互联和光信息处理等方面有着很好的应用前景，可用作信息高速公路中最理想的光源。

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2紫外纳米激光器

继微型激光器、微碟激光器、微环激光器、量子雪崩激光器问世后，美国加利福尼亚伯克利大学的化学家杨佩东及其同事制成了室温纳米激光器。这种氧化锌纳米激光器在光激励下能发射线宽小于0.3nm、波长为385nm的激光，被认为是世界上最小的激光器，也是采用纳米技术制造的首批实际器件之一。在开发的初始阶段，研究人员就预言这种ZnO纳米激光器容易制作、亮度高、体积小，性能等同甚至优于GaN蓝光激光器。由于能制作高密度纳米线阵列，所以，ZnO纳米激光器可以进入许多今天的GaAs器件不可能涉及的应用领域。为了生长这种激光器，ZnO纳米线要用催化外延晶体生长的气相输运法合成。首先，在蓝宝石衬底上涂敷一层1nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一个氧化铝舟上，将材料和衬底在氨气流中加热到880℃~905℃，产生Zn蒸汽，再将Zn蒸汽输运到衬底上，在2min~10min的生长过程内生成截面积为六边形的2μm~10μm的纳米线。研究人员发现，ZnO纳米线形成天然的激光腔，其直径为20nm~150nm，其大部分（95％）直径在70nm~100nm。为了研究纳米线的受激发射，研究人员用Nd:YAG激光器（266nm波长，3ns脉宽）的四次谐波输出在温室下对样品进行光泵浦。在发射光谱演变期间，光随泵浦功率的增大而激射，当激射超过ZnO纳米线的阈值（约为40kW／cm）时，发射光谱中会出现最高点，这些最高点的线宽小于0.3nm，比阈值以下自发射顶点的线宽小1/50以上。这些窄的线宽及发射强度的迅速提高使研究人员得出结论：受激发射的确发生在这些纳米线中。因此，这种纳米线阵列可以作为天然的谐振腔，进而成为理想的微型激光光源。研究人员相信，这种短波长纳米激光器可应用在光计算、信息存储和纳米分析仪等领域中。

3量子阱激光器

2010年前后，蚀刻在半导体片上的线路宽度将达到100nm以下，在电路中移动的将只有少数几个电子，一个电子的增加和减少都会给电路的运行造成很大影响。为了解决这一问题，量子阱激光器就诞生了。在量子力学中，把能够对电子的运动产生约束并使其量子化的势场称之成为量子阱。而利用这种量子约束在半导体激光器的有源层中形成量子能级，使能级之间的电子跃迁支配激光器的受激辐射，这就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有两种类型：量子线激光器和量子点激光器。

3.1量子线激光器

近日，科学家研制出功率比传统激光器大1000倍的量子线激光器，从而向创造速度更快的计算机和通信设备迈进了一大步。这种激光器可以提高音频、视频、因特网及其他采用光纤网络的通信方式的速度，它是由来自耶鲁大学、位于新泽西洲的朗讯科技公司贝尔实验室及德国德累斯顿马克斯·普朗克物理研究所的科学家们共同研制的。这些较高功率的激光器会减少对昂贵的中继器的要求，因为这些中继器在通信线路中每隔80km（50mile）安装一个，再次产生激光脉冲，脉冲在光纤中传播时强度会减弱（中继器）。

3.2量子点激光器

由直径小于20nm的一堆物质构成或者相当于60个硅原子排成一串的长度的量子点，可以控制非常小的电子群的运动而不与量子效应冲突。科学家们希望用量子点代替量子线获得更大的收获，但是，研究人员已制成的量子点激光器却不尽人意。原因是多方面的，包括制造一些大小几乎完全相同的电子群有困难。大多数量子装置要在极低的温度条件下工作，甚至微小的热量也会使电子变得难以控制，并且陷入量子效应的困境。但是，通过改变材料使量子点能够更牢地约束电子，日本电子技术实验室的松本和斯坦福大学的詹姆斯和哈里斯等少数几位工程师最近已制成可在室温下工作的单电子晶体管。但很多问题仍有待解决，开关速度不高，偶然的电能容易使单个电子脱离预定的路线。因此，大多数科学家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的计算机设计量子装置。

4微腔激光器

微腔激光器是当代半导体研究领域的热点之一，它采用了现代超精细加工技术和超薄材料加工技术，具有高集成度、低噪声的特点，其功耗低的特点尤为显著，100万个激光器同时工作，功耗只有5W。

该激光器主要的类型就是微碟激光器，即一种形如碟型的微腔激光器，最早由贝尔实验室开发成功。其内部为采用先进的蚀刻工艺蚀刻出的直径只有几微米、厚度只有100nm的极薄的微型园碟，园碟的周围是空气，下面靠一个微小的底座支撑。由于半导体和空气的折射率相差很大，微碟内产生的光在此结构内发射，直到所产生的光波积累足够多的能量后沿着它的边缘折射，这种激光器的工作效率很高、能量阈值很低，工作时只需大约100μA的电流。

长春光学精密机械学院高功率半导体激光国家重点实验室和中国科学院北京半导体研究所从经典量子电动力学理论出发研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反应离子刻蚀和选择化学腐蚀等微细加工技术制备出直径为9.5μm、低温光抽运InGaAs／InGaAsP多量子阱碟状微腔激光器。它在光通讯、光互联和光信息处理等方面有着很好的应用前景，可用作信息高速公路中最理想的光源。

微腔光子技术，如微腔探测器、微腔谐振器、微腔光晶体管、微腔放大器及其集成技术研究的突破，可使超大规模集成光子回路成为现实。因此，包括美国在内的一些发达国家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。长春光机与物理所的科技人员打破常规，用光刻方法实现了碟型微腔激光器件的图形转移，用湿法及干法刻蚀技术制作出碟型微腔结构，在国内首次研制出直径分别为8μm、4.5μm和2μm的光泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器。其中，2μm直径的微碟激光器在77K温度下的激射阔值功率为5μW，是目前国际上报道中的最好水平。此外，他们还在国内首次研制出激射波长为1.55μm，激射阈值电流为2.3mA，在77K下激射直径为10μm的电泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器以及国际上首个带有引出电极结构的电泵浦微柱激光器。值得一提的是，这种微碟激光器具有高集成度、低阈值、低功耗、低噪声、极高的响应、可动态模式工作等优点，在光通信、光互连、光信息处理等方面的应用前景广阔，可用于大规模光子器件集成光路，并可与光纤通信网络和大规模、超大规模集成电路匹配，组成光电子信息集成网络，是当代信息高速公路技术中最理想的光源；同时，可以和其他光电子元件实现单元集成，用于逻辑运算、光网络中的光互连等。

5新型纳米激光器

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

中图分类号：TU71文献标识码：A 文章编号：

0 引 言

由于缺乏相应的软、硬件测试手段，无法模拟现场的各种工况，难以发现低压集抄系统的产品质量隐患，亟需研制一种面向低压集抄系统的检测装置，对低压集抄系统各组件的功能和性能进行一体化测试。

1 技术方案

1．1 检测装置的结构

采用一柜一挂表架的分体式结构，数字信号源、功率放大器、标准电能表装在柜中，其余部分不在挂表架中。挂表架采用两排结构，上排设置12个单相电能表表位，下排设置2个集中器位、2个采集器位、3个三相电能表表位。电流接线采用压接式，其余采用插座接线的方式。三相平衡设计。总体框图如图l所示。每个电能表位置提供1个电能表校验脉冲输入接

图1检测装置总体框图

口，1个时钟信号输入接口，2~RS485通信接口。配置各类专用的虚拟电能表，支持通过RS485和电力线载波接口与集中器和采集器的通讯，并且可根据用户需要，扩充支持微功耗无线和蓝牙方式。配置测试各种集中器所需的以太网、RS232接口、GPRS／CDMA调制解调器、PSTN调制解调器和PSTN换机。

1．2 检测装置具备的功能

检测装置不仅可按照集中器上行通信规约和电能表通信规约进行系统通信规约的检测，而且可以对集中器、采集器、用户电能表等设备实时走字，测试集抄系统运行工况。能对集中器、采集器、用户电能表进行时钟准确度测试。能依据GPS时钟对集中器、采集器、用户电能表进行授时。

采用数字化程控信号源，模拟出集抄系统运行环境，通过加快时钟节拍，利用虚拟电能表产生测试所需的电能表数据，配合可设置的测试策略，使得系统历史数据的测试时间大为缩短，提高测试效率。

2 硬件单元

检测系统主要由数字信号源、功率放大器、标准电能表、误差处理系统、虚拟多功能电能表、GPS时钟频率源、功耗测试仪、运行环境模拟电路、通信线路、IDE测试环境和PC机等组成。

2．1 分布式MCU控制系统

整个检测装置属于一个分布式控制系统，是多个MCU系统的集成，核心主控CPU由PC机承担，装置控制部分MCU的通信关系如图2所示。

图2 控制部分CPU通信关系图

DSP信号源的MCU为TMS320F2407A；控制及通信部分的MCU为P89LV51RB2，通过外扩四路UART接口分别连接输入脉冲切换电路、表位485接线切换电路、误差处理电路和标准表。电表485通信板的MCU为AT89S52。

以上各功能模块之间通过RS232C和CAN总线进行通信。

2．2 高精度数字信号源

采用高速DSP和高速D／A转换器实现直接波形输出，波形输出的工作过程完全由DSP程序和算法控制，当DSP收到需要调节输出量的指令后，重新计算和刷新该量的输出量波形表，采用AD587来保证参考电压的稳定。并根据l6位A／D转换器的高精度输入采样值进行分析调整，以实现闭环控制。利用DSP强大的实时运算能力，实现数字信号源的各种功能，包括谐波、升降控制、相控波形和波群控制、电压跌落和中断等功能。

2．3 功率放大器

采用成熟稳定的工频精密AB类功率放大器，它是专门为放大校验用电压、电流信号设计的电路，具有较窄的通频带(40Hz-lkHz)，输大的时间常数和输深的反馈量，适合放大稳态信号，具有很高的稳定性和准确度。

功放管采用的是10对安森美公司的MJ15024和MJ15025，主要通过精确设计和升流器(升压器)的匹配、继电器动作时序、末级输出管的过流保护、反电势吸收等来保证可靠性。若发生电压短路和电流开路，则输入波形和输出波形有较大的差值，反映在差值检测电路上，就能输出保护信号给CPU，CPU就能进行相应的操作实现保护。

2．4 测试方式切换电路

由于既具有电力线载波集抄测试功能，又具有电能表误差测试功能。因而检测装置须对单相电能表校表状态、三相电能表校表状态、集抄系统测试状态进行切换。同时依照集中器、采集器、电能表之间的接线和从属关系，也经由切换电路进行设置。运行环境模拟切换电路主要分两部分，如图3所示。

图3 测试方式切换电路框图

2．4．1 电压、电流接线方式切换

通过四常开四常闭的220V接触器切换电路实现：

(1)抄表系统测试时所有电压接通，使载波通道可以建立物理连接；

(2)校表状态时，隔离电压互感器接入，电流回路串联，实现高精度误差测试。

2．4．2 小信号切换

通过小信号继电器切换电路，选择用户电能表或虚拟电能表的RS485接口与选定的集中器、采集器相连。

2．5 时钟频率源

GPS卫星上都安装有铯原子钟，因而具有很高的频率准确度和时间准确度，本装置的GPS接收模块采用RS232与PC机相联， 通讯协议是标准的NMEA-0183。对GPS接收模块送出的内容进行解码，就可以得到所需的时钟信息，可以用于对外接设备进行授时和比对，授时精度

2．6 通信电路

由两块8口的MOXA工业级多串口卡、RS232-RS485转换电路、PSTN交换机、PSTN调制解调器、GPRS调制解调器、以太网交换机等组成。

3 测试原理

测试方法有实际运行方式与虚拟运行方式两种。

3．1 实际运行方式

检测装置提供了12只单相电能表位置和3只三相电能表位置，并提供2只采集器位置和2只集中器位置，通过不同的连接线配置测试所需的应用环境，通过软件控制信号源的电压、电流、相位，测试软件通过GPRS无线公网对集中器抄读电能表运行数据，完成集抄系统实际运行方式的测试。

3．2 虚拟运行方式

检测装置用软件模拟现场运行的电能表，通过集中器、采集器与虚拟电能表进行通信，虚拟电能表的数据通信协议遵循DL／T645规约。完成集抄系统虚拟运行方式的测试。

虚拟电能表硬件部分，通过共6个串行口与外部进行数据交换。其中2个串行口转换成RS485接口用于模拟台区总表，接人到集中器台区总表接口；2个串行口转换成RS485接口用于模拟用户RS485电能表，接入到采集器的RS485口；另2个串行口分别通过青岛东软的PRO-II型抄控器和北京晓程的DEMO-PL3201调试器转换成两种不同的载波接口，用于模拟用户载波电能表，接入到集中器的电源线。

用虚拟电能表软件包模拟l至n块电能表，通过当前调置的电压电流和相位值，缩放比率，起始时间等参数自动进行走字。

试验时发送消息，调用计电量子程序，计时终止时，再发送消息，关闭计电量子程序，如果是运行期间跳过某个阶段，只需再加送一次结束时间，虚拟电能表会自动计算跳过的某个阶段的电量，并实现电量的累加，使得在现场需运行很长时间，在虚拟电能表模块可以在较短的时间内完成。还可以通过时钟加速运转方法进行加速走字，加速的电量自动计算更新。

4 结束语

检测装置提供集中器上行通信、集中器下行通信的通信方式。

参考文献：

篇8

1、赫兹是国际单位制中频率的单位，它是每秒中的周期性变动重复次数的计量。赫兹的名字来自于德国物理学家海因里希·鲁道夫·赫兹，符号是Hz。

2、海因里希·鲁道夫·赫兹（1857~1894），德国物理学家，于1887年首先用实验证实了电磁波的存在，并于1888年发表了论文。他对电磁学有很大的贡献，故频率的国际单位制单位赫兹以他的名字命名。

3、电（电压或电流），有直流和交流之分。在通信应用中，用作信号传输的一般都是交流电。

4、赫兹用实验证明电磁波是存在的，且电磁波的传播速度相当于光速，赫兹实验为无线电、雷达和电视等无线电电子技术的发展开拓了创新途径。他对紫外光对火花放电的影响进行了研究，并从中发现了光电效应，认为在光的照射下物体能够释放电子，这个发现成为爱因斯坦建立光量子理论的基础。

（来源：文章屋网 ）

篇9

2016年三位教师“感动中国”

支月英

19岁的南昌姑娘不顾家人反对，只身离家坚守深山36载

学校：江西奉新泥洋小学教师

颁奖词：芳兰振蕙叶

你跋涉了许多路，总是围绕着大山；吃了很多苦，但给孩子们的都是甜。坚守才有希望，这是你的信念。36年，绚烂了两代人的童年，花白了你的麻花辫。

坚守深山36载的乡村教师

1980年江西奉新县边远山村教师奇缺，19岁的南昌姑娘支月英不顾家人反对，只身到离家两百多公里、海拔近千米且路不通的泥洋小学教书，成为一名深山女教师。

“山里的孩子们与外界接触很少，掌握知识是他们走出大山的希望。” 这是支撑支月英留守深山的精神支柱。为了让山村孩子也能享受到好的教育，她坚守深山36载。

这些年，各级领导去看望她，多次提出给她调换工作，但她都婉言谢绝。

2012年，比泥洋小学更偏远的白洋教学点学生家长，联名要求支月英老师去白洋任教。她毫不犹豫地答应了，成了这个教学点第一位公办教师。

别的教师都是往山外走，可她却往深山里去，家里人很不理解，担心她的身体。但是支月英认为，“山里需要我！总要有人做出牺牲，为什么不能是我呢？”

在山区从教数十年，支月英也落下了一身病：一只眼睛几乎看不见，一只耳朵的听力衰弱严重，嗓子经常痛得发不出声。另外，甲减和糖尿病让她每天不离药。

已到了法定的退休年龄，支老师的去留一直是村民最关心的问题。可支月英似乎还没把退休提上议事日程，她放不下山里的孩子，担心没有新的老师愿意来。

岁月如梭，支月英以36年的爱与执着，以培育深山两代人的实际行动，谱写了一名人民教师的光荣诗篇。2016年，她被评为感动中国人物，为老师的坚守点赞！

郭小平

医院院长的“爱心小课堂”，终为艾滋病患儿撑起一片天

学校：临汾红丝带学校

颁奖词：暖带入春风

瘦弱的孩子需要关爱，这间病房改成的教室，是温暖的避难所。你用12年艰辛，呵护孩子，也融化人心，郭校长，你是风雨中张开羽翼的强者。

“爱心小课堂”终成“红丝带学校”

2004年，山西临汾第三人民医院院长郭小平见艾滋病区几个孩子到年龄却没法上学，便办起“爱心小课堂”，在这些孩子接受治疗的同时，能够让他们学习知识。

后在各界支持下，临汾红丝带学校挂牌成立。建学校让郭小平饱受争议，但他仍坚持，说只愿有一天艾滋患儿能到正常学校上学！

渐渐地，这所特殊的小学引起了社会各界的关注，省、市相关部门领导多次来看望慰问住院治疗的患者和孩子们，学校也建起了综合教学楼，治疗条件和教学条件都大为改观。

在郭小平6年的坚持和努力下，2011年，临汾红丝带学校正式挂牌成立，纳入国民教育系列。 “红丝带学校”身份终于合法化，郭小平多年的愿望终于实现。

这里目前生活着33个年龄不同的孩子，因为感染艾滋病，他们失去了父母、亲人，也因为携带艾滋病毒，他们在误解和歧视中被迫离开家乡。

为艾滋病孩子办学校，有人说好，有人说不好，在争议中，靠着一腔热血，以及对感染艾滋病孩子不离不弃的信念，郭小平用自己瘦弱的身躯为这些孩子们营造了一个温暖的家。

医疗技术逐渐发展，但是人们的意识还没有完全跟上，对于艾滋病的歧视依旧在我们身边蔓延。为艾滋患儿建学校让郭小平饱受争议，但是总有人要去面对、去带领，他说只愿有一天艾滋患儿能到正常学校上学。

潘建伟

在世界最前排和宇宙对话，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”首席科学家

学校：中国科技大学

颁奖词：曙色满东方

嗅每一片落叶的味道，对世界保持着孩童般的好奇。只是和科学纠缠，保持与名利的距离。站在世界的最前排，和宇宙对话，以先贤的名义，做前无古人的事业。

他的梦想是在中国建一个世界一流的量子物理实验室

在奥地利留学时，潘建伟告诉导师，他的梦想是在中国建一个世界一流的量子物理实验室。

1997年以来，潘建伟在世界上系统地开创了量子通信的实验研究领域，在量子信息论和量子基础研究领域取得突出的、具有国际广泛影响的成果。

1998年潘建伟与爱因斯坦等21位世界著名科学家的论文一道入选了《自然》杂志物理学百年经典。

热爱祖国，献身科学。尽管国外很多科研机构极力挽留，但潘建伟像钱学森、严济慈、郭永怀等前辈一样克服困难毅然回国。2000年他回到中国科学技术大学。潘建伟说：“我只有一个单纯的身份，那就是中国科学技术大学教授。”

2016年8月16日，中国自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功l射，它在世界上首次实现卫星和地面间的量子通信，该项目首席科学家正是潘建伟。

潘建伟除了担负国家量子信息所研究工作外还是博导，他认为，科研和教学最大的不同是科研需要创新，保持在国际市场争第一。但教学是把自己所学的东西和体会传授给学生。

教学过程中，他注重学生创造力的培养，善于用浅显的语言讲授复杂的知识，他说：“学生了解越深刻，创造力越提升，我就会觉得非常高兴。这种高兴跟做出了一个很好的实验工作是完全一样的。培养学生对永久增加科研动力非常重要。”

为什么年年都有教师入选感动中国年度人物

回顾历年感动中国，几乎每年都有老师的身影，他们大多来自一线，大多默默无闻，但他们还是用自己的行动感动了中国。

为什么年年都有老师感动中国？为什么老师最容易感动中国？这背后体现了教师这个职业哪些特点和光荣？小编这就带您来盘一盘他们的“感动点”在哪里！

1希望

他感动中国，因为给人以希望

2015年感动中国年度十大人物：“化缘校长” 莫振高用自己微薄的工资资助近300名贫困生，为了让学生顺利进入大学，他还不惜一切到企业、工地为贫困学子“化缘”。近10年来，莫振高先后筹集3000多万元善款，资助1.8万名贫困生圆了大学梦。

2009年感动中国年度十大人物：“80后”教师李灵，自筹经费在家乡周口淮阳许湾乡创办希望小学，李灵为建学校已挪用家中20万元，并欠下8万元外债，她用微薄的身躯挑起孩子沉甸甸的梦想。

2008年感动中国年度十大人物：从汉族地区来的李桂林、陆建芬夫妻在梁山北部峡谷绝壁上的彝寨扎根18年，把知识的种子播种在彝寨，为村民走出彝寨架起“云梯”。

探因：他们在最崎岖的路上点亮了知识的火把，照亮学生的前程

教师，从来都是一个充满希望的称呼――教书育人，以为人师。

无论是“化缘校长”莫振高，“80后”教师李灵，还是李桂林、陆建芬夫妇，他们都在最崎岖的路上点亮了知识的火把，照亮学生的前程，给予学生最温暖的希望。每一个希望的接受者也终究会成为希望的传播者，一个又一个、一代又一代。教师传播的希望种子所到之处遍地开花。

2坚守

他们感动中国，因为他们一直在那里

2013年感动中国年度十大人物：格桑德从河北师范大学毕业后回到墨脱从事教学工作，为了劝学、为了孩子不停课、为了学生安全回家，她常常在满是泥石流、山体滑坡的道路上频繁往返。因为坚守在大山深处的工作岗位，她常年不回家，连女儿都难见上几面。

2016年感动中国年度十大人物：为了让山村孩子也能享受到好的教育，支月英坚守深山36载。从最初的“支姐姐”，到后来的“支妈妈”，再到现在的“支奶奶”。她用自己的默默坚守绚烂大山几代人的童年。

探因：为学生辛劳、为教育奔走，几十年如一日，个中辛酸谁人知

为学生辛劳、为教育奔走，几十年如一日，需要的是恒心，付出的是心血。这些老师有着苍翠挺拔的骨干、有着迷人傲骨的风姿。他们的身上是沉甸甸的责任感，负重行走慢慢长路，营造一片天地成就学生的岁月静好。

3舍弃

他们感动中国，因为他们为教育而放弃的勇气

2014年感动中国年度十大人物：外交官朱敏才和妻子孙丽娜，得知家乡师资严重缺乏，退休后放弃在北京悠闲自在的生活，去山区义务支教。他们义务支教不拿一份报酬还积极为学校争取各界的支持和帮助，使山寨的学校面貌焕然一新。

2011年感动中国年度十大人物：云胡忠、谢晓君离开苍老的父母，离开成都的学校，离开物质丰富的城市生活，带着3岁的女儿到四川藏区福利学校支教。

探因：他们放弃的只是外物，攀得的是精神的家园

或许有人说，人往高处走，水往低处流，这些抛弃舒适生活的老师太傻太傻。但殊不知，他们放弃的只是外物，攀得的是精神的家园。

为了教育，为了孩子，他们能够舍得，这便值得我们为之点赞。

4大爱

他们感动中国，因为关键时刻做出了心的选择

2012年感动中国年度十大人物：停在路边的客车猛地向学生冲过来，张丽莉老师在危急时刻，向前一扑，将车前吓傻的学生用力推到一边，自己却被无情的车轮碾压，导致双腿高位截肢。

2010年感动中国年度十大人物：5名幼童在房间里嬉戏误用打火机不慎着火，王茂华老师和岳父谭良才得知火情之后，奋不顾身地数次冲进火海，成功救出5名孩子，却被严重烧伤。

探因：他们满怀无私无畏的大爱，在危急中绽放出耀眼夺目的生命之光

都说，人在瞬间的反应直指内心，这是一个人下意识的反应。无论是张丽莉老师还是王茂华老师和岳父，他们都做出了心的选择。他们满怀无私无畏的大爱，在危急刹那间如化茧成蝶般绽放出了耀眼夺目的生命之光。

5使命感

他们感动中国，因为他们始终放不下自己的那桩使命

2007年感动中国年度十大人物：入伍20多年来，方永刚先后出版16部政治理论专著，完成10项国家和军队重点科研项目，被誉为“平民教授”“大众学者”和“科普专家”。他躺在病床上完成了对3名研究生的学期教学和毕业论文写作辅导任务。

2016年感动中国年度十大人物：热爱祖国，献身科学。潘建伟留学后毅然回到祖国，成为国内开辟量子信息实验学科的先驱之一。2016年中国自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射，它在世界上首次实现卫星和地面间的量子通信，该项目首席科学家正是潘建伟。

篇10

1背景

智能科学与技术是人工智能方向的重点交叉学科，是一个包含了认知科学、脑科学、计算机科学的新兴学科。按照教育部学科专业目录，智能科学与技术是一级学科计算机科学与技术下的二级学科。如何在4年的本科教学过程中，既立足于计算机学科内容，又突出智能专业的特点，体现该专业区别于计算机科学专业的特色，培养一流的智能人才，是众多智能专业积极探索的问题。

本着帮助学生建立宽广厚实的知识基础，使学生将来能向本专业任何一个分支方向发展，并能掌握本学科发展的最新动态和发展趋势，深刻领会本学科与其他相关学科区别的目标，厦门大学智能科学与技术系于2012年合理调整了专业培养方案，制定了一套突出专业特色和个性的教学大纲，课程体系分为学科通修课程、专业必修课程、专业选修课程。其中，专业必修课程细分为智能基础类课程、软件理论类课程及硬件基础类课程3个不同类别。在智能基础类课程中，开设非经典计算课程。该课程是厦门大学智能科学与设计系最具特色的课程。

该课程以软件理论类课程算法设计与分析为先导课程，在本科三年级的第一学期先讲授算法知识，在同一学年度第三学期讲授非经典计算的内容。教师首先介绍经典算法设计与分析中的各种传统算法，借由经典算法发展过程中遇到的困境问题引出非经典计算的内容，前后呼应，有助于学生在智能计算上获得完整的系统学习。

2非经典计算在智能科学与技术专业本科教学算法体系中的地位

算法设计是智能科学与技术专业中的核心内容。本科专业4年的专业教学计划由4门核心课程构成算法体系的主线，包括高级语言程序设计（本科一年级学科通修课程）、数据结构（本科二年级方向必修课程）、算法设计与分析（本科三年级方向必修课程）、非经典计算（本科三年级方向限选课程）。这4门课程的教学内容和组织结构完整地构成了算法体系结构。以图灵奖获得者、pascal之父Niklaus Wirth提出的著名公式为参照，即Algorithm+Data Structures=Programs，算法体系以培训计算机方向学生掌握编程能力，独立完成分析问题、设计方案、解决问题的综合能力为主要目标；在这个体系中，程序语言是基础，数据结构是内涵，算法是框架。

在算法体系中，这4门课程以循序渐进的方式展开，注重对学生算法思维的培训。

（1）高级语言程序设计讲授的是c语言程序设计，通过对C语言的详细介绍，让学生掌握程序设计方法和编程技巧。作为初始启蒙课程，选择C语言作为程序教学语言，是因为C语言的使用广泛，拥有严格完整的语法结构，适合教学。

（2）数据结构重点讲授各种常用的数据表示逻辑结构、存储结构及其基本的运算操作，并介绍相关算法及效率分析。教师通过在一年级对包括C语言在内的其他程序设计过程的训练，加人对数据结构中各种数据的逻辑、存储结构的表示和运算操作，从数据结构的角度阐述典型算法，并简单介绍算法的效率分析，这是对程序设计训练的进阶内容。

（3）算法设计和分析主要介绍算法设计与分析的基本方法以及算法复杂性理论基础。我们在本科三年级引入算法设计与分析课程，从算法的抽象角度总结和归纳各种算法思想，包括递归与分治法、贪心法、动态规划法、回溯法、分支定界法、高级图论算法、线性规划算法等，最后阐述算法复杂性的分析方法、NP完全性理论基础等计算复杂性的基本知识及完备性证明概要，重点阐述算法思想，从复杂性角度比较和分析不同的算法。上述（1）、（2）和（3）的内容构成了计算机学科通用算法体系的教学过程。

（4）非经典计算主要讨论何为计算的本质以及经典计算在计算能力上遇到的困境，以此为契机讨论自然计算――生物计算、集群计算、量子计算等内容。算法设计和分析的最后一个章节是对算法复杂性的分析方法及NP完全性理论基础的介绍，不可避免地会讨论到现代电子数字计算机体系在计算能力上的瓶颈以及由NP完全问题（Non-deterministic Polynomial），号称世界七大数学难题之一的经典问题，引出对经典计算机体系的深层思考，进一步引导学生思考如何解决计算能力的瓶颈问题。这是教师设计非经典计算课程的出发点，也是对算法体系更完整的补充和更深层次的探讨。

此外，我们还需要对授课学期选择进行考虑。厦门大学实行三学期制度，在第三学期内开设的课程大多是实践类课程及前沿技术介绍课程。在本科三年级的小学期阶段，学生基本完成了智能专业大部分必修课程的学习，拥有了一定的计算机基础和学科素养。这时，依赖学生已经具有的数据结构与算法的基本知识，可以将学生的学习引向如何理解计算的本质；再从计算本质出发，由易到难，介绍采用非计算机的不同计算媒介和方法，例如DNA计算、元胞自动机、集群计算等知识，结合计算机模拟程序加深认识。在逐步加深学生对非经典方法计算的理解之后，再引入量子信息与量子计算。至此，智能专业关于算法体系的整体构建已基本完成。

3非经典计算课程内容大纲

非经典计算课程的主体课程内容以专题形式展开，分为5个部分。

第一部分：计算本质。从什么是计算人手，列举各种计算的形式，由数字的计算到命题的证明，由数值计算到符号推导，引出计算本质的广义定义，“计算是从一个符号串f变换成另一个符号串g”，即从已知符号（串）开始，一步一步地改变符号（串），经过有限步骤，最后得到一个满足预先规定的符号（串）的变换过程；进一步展开对什么是计算、什么是可计算性的讨论，展开介绍计算理论上4个著名的计算模型――般递归函数、λ可计算函数、图灵机和波斯特系统；最后归结到丘奇・图灵论点。以上是第一条主线，第二条主线从计算复杂性角度人手，讨论在经典算法中难解决的NP完全问题，提出在经典计算体系中随着输入数据规模增大而难以计算的瓶颈，从而引发学生对于经典计算的思考。

第二部分：智能计算机的发展。这个部分主要讨论计算机硬件的发展历史，即从原始时期的计算工具，到现代计算机的4个发展阶段：史前期、机械式计算机、机电式计算机、电子计算机。教师从模拟型计算机到数字型计算机，阐述冯・诺依曼关于计算机五大基本组成对现代计算机体系结构的影响及其带来的限制；从硬件角度提出非经典计算机的讨论，鼓励学生对现代智能计算机硬件进行调查。

第三部分：DNA计算。主要阐述DNA计算的基本原理，并以旅行商问题为引子，展开经典计算难解决问题的讨论，重点介绍第一个由DNA计算模型解决的问题――L.Adleman构建的7个节点的DHP，并着重指出DNA计算潜在的巨大并行性和待研究的问题；然后介绍R.Lipton用DNA实验解决的另一个NP问题――可满足性问题（SAT）；最后将DNA计算与软计算结合，阐述粘贴模型以及DNA的软计算模拟与遗传算法的对比。对于DNA计算强大的并行性，以具体的算法实例加以详细阐述和说明，教师应指出分子计算的优缺点以及在计算能力上的巨大潜力。

第四部分：细胞自动机和集群计算。这个部分主要讨论群体计算，一方面，从细胞自动机的形式化阐述及其所带来的哲学意义出发，描述细胞自动机在计算机交叉学科上的运用；另一方面，介绍集群计算，以欧盟“蓝脑计划”为出发点，阐述如何从硬件体系和软件体系上用计算机架构类神经元的协同合作方式。

第五部分：量子计算。从基本的量子力学知识开始，完整阐述量子计算的基本概念、量子信息、量子计算机和量子通信。量子计算机的构建除了要包含最基本的操作外，还需要介绍基本的量子计算机体系结构、计算载体等知识，加深对量子计算的理解，最后介绍的量子通信。这种已经应用在实际生活中的量子计算，更贴合实际。

以上5个专题，结构清晰，分工明确。第一部分讨论经典计算的困境，第二部分讨论经典计算机的发展瓶颈，从第三部分开始，引入非经典计算模型，分别从生物学和计算机科学的交叉学科DNA计算、细胞自动机和集群计算、量子计算3个方面进行学习。5个专题，完成了对非经典计算中前沿热门计算模式的阐述，引导了学生对于前沿学科的认识和思考。

4非经典计算课程授课方式

本课程属于本科三年级第三学期的课程，授课除了上文提到的内容之外，另一个更重要的方面是引导学生对学科前沿以及热点内容的跟踪和思考。因此在教学方式上，我们采取了教师授课及学生调查报告相结合的形式。教师上课对应课程的基本内容，学生调查报告对应学科前沿跟踪与思考。

5个专题内容的授课经过了如下设计。在每个专题的授课结束后，布置相关专题内的一些热点、难点问题供学生课后查阅、讨论和思考。每个专题由学生自主报名，学生需要对相关内容进行跟踪，查阅近5年的科技文献，总结出论文综述，并准备10分钟左右的课堂报告，教师针对课堂报告指出相关的问题，由学生课后进行进一步的思考和再次的文献查阅，形成最终报告后提交课程论文。

这样的课程设计安排，可以很好地实现教学相长。在学生方面，促使学生除了上课听课，必须主动参与文献的查询过程，主动对授课内容或延展部分的概念进行思考。由于提供给学生选择专题的自由，所以也可以大大提高学生的积极性，让学生可以从感兴趣的角度对本门课程涵盖的内容进行调查，从而获得更加深刻的上课体验。最后，由于每个学生选择的题目必须提前汇总，不能与别人重复，所以在其听取其他学生的报告过程中，学生可以更广地拓展自己的知识面。对于授课教师而言，能够保持对该门课程研究现状的实时性跟踪，更加全面地更新课程内容，还可以将学生查阅的重要理论和知识补充到课程基本内容中，同时促进教师与学生之间的互动，活跃课堂气氛，提高教学质量。

5关于非经典计算课程的几点思考

课程从厦门大学智能科学与技术系建系之初开始构思和授课，在授课过程中不断调整教学内容和课程设计，紧紧围绕学生的反馈完善课程建设。关于非经典计算课程的几点教学经验可以总结如下。

1）增加课时，优化对课程设计的安排。

2015年开始，由于学科教学计划的调整，非经典计算课程由最初的20课时拓展为30课时，集中在本科三年级第三学期进行讲授，一共5周，每周6课时。课时安排上，除了增加教学内容，更加强了对学生的文献查阅和报告部分的考查。在论文报告环节，争取做到有目标、有指导、有结论、有总结。学生所做的报告除了在初始选题阶段要有区别之外，还要求有一定的文献查阅难度。从选题确定，到针对报告指出具体的问题，要求学生根据教师指出的问题进行进一步的思考和资料查阅，最后形成论文。这样的安排贯穿整个课程的全过程，学生的参与度获得了极大的提高。对于教师而言，在学期末总结学生所做的报告内容，并增加本门课的知识点覆盖程度，对教学也有比较大的促进作用。

2）课程考核方式上的设计。

非经典课程属于必修课程，在考核方式上除了提交论文外，也必须要有必要的考试环节。在考试环节中，主要考查学生对教师上课内容的理解。在具体授课中，教师从经典计算到非经典计算进行讲解，也从算法角度给出了非经典计算强大计算力带来的改变，既延续了经典算法课程中对算法的介绍和讨论方式，又对比了典型问题在经典算法和非经典算法中的不同解决方式。这样的授课内容作为对算法体系基本知识点的考查，以闭卷考试内容来设计，是十分合适的。课程延展部分的开放知识点由学生的论文及报告内容进行评分衡量。最后，我们将两个部分的成绩作为本门课程的最终成绩。

3）课程教材的选定。