量子計(jì)算基本原理精選(九篇)

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第1篇：量子計(jì)算基本原理范文

本書將從物理、技術(shù)和設(shè)備操作方面對(duì)使用硅及相關(guān)合金制備的光子器件進(jìn)行概述，包括以下內(nèi)容：1硅光子學(xué)概述，從介紹VLSI的發(fā)展過程以及存在的問題出發(fā)引出本書將要講述的內(nèi)容；2硅的基本性能，介紹了硅能帶結(jié)構(gòu)、狀態(tài)密度函數(shù)和雜質(zhì)，并講述了硅基異質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)；3量子結(jié)構(gòu)，對(duì)量子阱、量子線和點(diǎn)、超晶格、Si基量子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了講述；4光學(xué)過程，主要講述了半導(dǎo)體中相關(guān)光學(xué)過程基本理論，包括光學(xué)常數(shù)、基本概念以及光吸收、發(fā)射等理論；5量子結(jié)構(gòu)中的光學(xué)過程，主要講述量子井、量子線和量子點(diǎn)這些納米結(jié)構(gòu)中的光學(xué)過程的基本原理；6硅光發(fā)射器，主要講述了半導(dǎo)體發(fā)光基本原理，以及具體半導(dǎo)體光發(fā)射器，并對(duì)激發(fā)光發(fā)射進(jìn)行展望；7硅光調(diào)制器，主要講述了光調(diào)制相關(guān)的一些基本物理效應(yīng)以及硅的電折射效應(yīng)和熱光效應(yīng)，介紹了光調(diào)制器一些特性以及相關(guān)的光、電結(jié)構(gòu)，最后講述了高帶寬光調(diào)制器；8硅光電檢測(cè)器，介紹了光電檢測(cè)器原理以及重要性質(zhì)，講述了一些具體的光電檢測(cè)器；9拉曼激光，主要講述了拉曼激光的概念、簡(jiǎn)化理論、硅的拉曼效應(yīng)，并對(duì)拉曼系數(shù)進(jìn)行了介紹，最后具體講述了一種連續(xù)波拉曼激光；10導(dǎo)光波導(dǎo)言，介紹了光導(dǎo)的射線光理論以及反射系數(shù)，講述了集中具體的波導(dǎo)：平面波導(dǎo)模型、光導(dǎo)波理論、3D光波導(dǎo)，最后講述了波導(dǎo)損耗、波導(dǎo)與光器件的耦合；11平面波導(dǎo)器件原理，講述了平面波導(dǎo)耦合模型、直接耦合器、分布式布拉格反射鏡，并具體講述了一些平面波導(dǎo)器件；12用于密集波分復(fù)用系統(tǒng)的波導(dǎo)，主要講述了陣列波導(dǎo)光柵的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性，介紹了提高陣列波導(dǎo)光柵性能的方法，列舉了具體應(yīng)用；13制備工藝及材料系統(tǒng)，主要講述了光電子器件制備的主要工藝及材料處理方法。

本書描繪了硅光子學(xué)器件的基本工作原理和結(jié)構(gòu)，并深入講述了硅光子學(xué)現(xiàn)在發(fā)展以及展望了硅光子學(xué)未來，可以作為高等院校高年級(jí)本科生和研究生的教材和參考書，也可作為半導(dǎo)體光子學(xué)、光電集成、光電子器件、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)光互連及相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的科研人員、工程技術(shù)人員的參考書。

作者M(jìn). Jamal Deen是加拿大McMaster大學(xué)的教授， IEEE Transactions on Electron Devices的編輯，F(xiàn)luctuations and Noise Letters的執(zhí)行編輯，加拿大皇家學(xué)會(huì)會(huì)士，加拿大工程院院士， IEEE院士， 美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)士。他目前的研究領(lǐng)域是：微米納米電子學(xué)、光電子學(xué)及其在生命和環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用。

第2篇：量子計(jì)算基本原理范文

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；教學(xué)探索；普通高校

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）50-0212-02

一、概論

量子力學(xué)從建立伊始就得到了迅速的發(fā)展，并很快融合其他學(xué)科，發(fā)展建立了量子化學(xué)、分子生物學(xué)等眾多新興學(xué)科。曾謹(jǐn)言曾說過，量子力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，也許會(huì)對(duì)21世紀(jì)人類的物質(zhì)文明有更深遠(yuǎn)的影響[1]。

地處西部地區(qū)的貴州省，基礎(chǔ)教育水平相對(duì)落后。表1列出了2005年到2012年來的貴州省高考二本理科錄取分?jǐn)?shù)線，從中可知：自2009年起二本線已經(jīng)低于60%的及格線，并呈顯越來越低的趨勢(shì)。對(duì)于地方性新升本的普通本科學(xué)校來講，其生源質(zhì)量相對(duì)較低。同時(shí)，在物理學(xué)（師范）專業(yè)大部分學(xué)生畢業(yè)后的出路主要是中學(xué)教師、事業(yè)單位一般工作人員及公務(wù)員，對(duì)量子力學(xué)的直接需求并不急切。再加上量子力學(xué)的“曲高和寡”，學(xué)生長(zhǎng)期以來形成學(xué)之無用的觀念，學(xué)習(xí)意愿很低。在課時(shí)安排上，隨著近年教育改革的推進(jìn)，提倡重視實(shí)習(xí)實(shí)踐課程、注重學(xué)生能力培養(yǎng)的觀念的深入，各門課程的教學(xué)時(shí)數(shù)被壓縮，量子力學(xué)課程課時(shí)從72壓縮至54學(xué)時(shí)，課時(shí)被壓縮25%。

總之，在學(xué)校生源質(zhì)量逐年下降、學(xué)生學(xué)習(xí)意愿逐年降低，且課時(shí)量大幅減少的情況下，教師的教學(xué)難度進(jìn)一步增大。以下本人結(jié)合從2005至10級(jí)《量子力學(xué)》的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，談一下教學(xué)方面的思考。

二、依據(jù)學(xué)生情況，合理安排教學(xué)內(nèi)容

1.根據(jù)班級(jí)的基礎(chǔ)區(qū)別化對(duì)待，微調(diào)課程內(nèi)容?？紤]到我校學(xué)生的實(shí)際情況和需要，教學(xué)難度應(yīng)與重點(diǎn)院校學(xué)生有差別。同時(shí)，通過前一屆的教學(xué)積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)后續(xù)教學(xué)應(yīng)有小的調(diào)整。在備課時(shí)，通過微調(diào)教學(xué)內(nèi)容來適應(yīng)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和能力不同的學(xué)生。比如，通過課堂教學(xué)及作業(yè)的反饋，了解該班學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，再根據(jù)班級(jí)學(xué)習(xí)狀況的不同，進(jìn)行后續(xù)課程內(nèi)容的微調(diào)。教學(xué)中注重量子力學(xué)基本概念、規(guī)律和物理思想的展開，降低教學(xué)內(nèi)容的深度，注重面上的擴(kuò)展，進(jìn)行全方位拓寬、覆蓋，特別是降低困難題目在解題方面要求，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)的畏難心理。

2.照顧班內(nèi)大多數(shù)，適當(dāng)降低數(shù)學(xué)推導(dǎo)難度。對(duì)于教學(xué)過程中將要碰到的數(shù)學(xué)問題，可采取提前布置作業(yè)的方法，讓學(xué)生主動(dòng)去復(fù)習(xí)，再輔以教師課堂講解復(fù)習(xí)，以解決學(xué)生因?yàn)閿?shù)學(xué)基礎(chǔ)差而造成的理解困難。同時(shí)，可以通過補(bǔ)充相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)，細(xì)化推導(dǎo)過程，降低推導(dǎo)難度來解決。比如：在講解態(tài)和力學(xué)量的表象時(shí)[2]，要求學(xué)生提前復(fù)習(xí)線性代數(shù)中矩陣特征值、特征向量求解及特征向量的斯密特正交化方法。使學(xué)生掌握相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)，這對(duì)理解算符本征方程的本征值和本征函數(shù)起了很大的推動(dòng)作用。

3.注重量子論思想的培養(yǎng)。量子論的出現(xiàn)，推動(dòng)了哲學(xué)的發(fā)展，給傳統(tǒng)的時(shí)空觀、物質(zhì)觀等帶來了巨大的沖擊，舊的世界觀在它革命性的沖擊下分崩離析，新的世界觀逐漸形成。量子力學(xué)給出了一套全新的思維模式和解決問題的方法，它的思維模式跟人們的直覺和常識(shí)格格不入，一切不再連續(xù)變化，而是以“量子”的模式一份一份的增加或減少。地方高校的學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差，不愿意動(dòng)手推導(dǎo)，學(xué)習(xí)興趣較低，量子力學(xué)的教學(xué)，對(duì)學(xué)生量子論思維方式的培養(yǎng)就顯得尤為重要。為了完成從經(jīng)典理論到量子理論思維模式的轉(zhuǎn)變，概念的思維方式是基礎(chǔ)、是重中之重。通過教師的講解，使學(xué)生理解量子力學(xué)的思考方式，并把經(jīng)典物理中機(jī)械唯物主義的絕對(duì)的觀念和量子力學(xué)中的概率的觀念相聯(lián)系起來，在生活中能夠利用量子力學(xué)的思維方式思考問題，從而達(dá)到學(xué)以致用的目的。

4.跟蹤科學(xué)前沿，隨時(shí)更新科研進(jìn)展。科學(xué)是不斷向前發(fā)展的，而教材自從編好之后多年不再變化，致使本領(lǐng)域的最新研究成果，不能在教材中得到及時(shí)體現(xiàn)。而發(fā)生在眼下的事件，最新的東西才是學(xué)生感興趣的。因此，我們可以利用學(xué)生的這種心理，通過跟蹤科學(xué)前沿，及時(shí)補(bǔ)充量子力學(xué)進(jìn)展到教學(xué)內(nèi)容中的方式，來提高學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣。教師利用量子力學(xué)基本原理解釋當(dāng)下最具轟動(dòng)性的科技新聞，提高量子力學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)的機(jī)會(huì)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生利用基本原理解釋現(xiàn)實(shí)問題，從而培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

三、更新教學(xué)手段，提高教學(xué)效率

1.拓展手段，量子力學(xué)可視化。早在上世紀(jì)90年代初，兩位德國(guó)人就編制完成了名為IQ的量子力學(xué)輔助教學(xué)軟件，并在此基礎(chǔ)上出版了《圖解量子力學(xué)》。該書采用二維網(wǎng)格圖形和動(dòng)畫技術(shù)，形象地表述量子力學(xué)的基本內(nèi)容，推動(dòng)了量子力學(xué)可視化的前進(jìn)。近幾年計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的迅速提高，將計(jì)算物理學(xué)方法和動(dòng)畫技術(shù)相結(jié)合，再輔以數(shù)學(xué)工具模擬，應(yīng)用到量子力學(xué)教學(xué)的輔助表述上，使量子力學(xué)可視化。通過基本概念和原理形象逼真的表述，學(xué)生理解起來必將更加輕松，其理解能力也會(huì)得到提高。

2.適當(dāng)引入英語詞匯。在一些漢語解釋不是特別清楚的概念上，可以引入英文的原文，使學(xué)生更清晰的理解原理所表述的含義。例如，在講解測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系時(shí)，初學(xué)者往往覺得它很難理解。由于這個(gè)原理和已經(jīng)深入人心經(jīng)典物理概念格格不入，因此初學(xué)者往往缺乏全面、正確的認(rèn)識(shí)。有學(xué)生根據(jù)漢語的字面意思認(rèn)為，測(cè)量了才有不確定度，不測(cè)量就不存在不確定。這時(shí)教師引入英文“Uncertainty principle”可使學(xué)生通過英文原意“不確定原理”知道，這個(gè)原理與“測(cè)量”這個(gè)動(dòng)作的實(shí)施與否并沒有絕對(duì)關(guān)系，也就是說并不是測(cè)量了力學(xué)量之間才有不確定度，不測(cè)量就不存在，而是源于量子力學(xué)中物質(zhì)的波粒二象性的基本原理。

3.提出問題，引導(dǎo)學(xué)生探究。對(duì)于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，適當(dāng)引入思考題，并指導(dǎo)他們解決問題，從而使學(xué)生得到基本的科研訓(xùn)練。比如，在講解氫原子一級(jí)斯塔克效應(yīng)時(shí)，提到“通常的外電場(chǎng)強(qiáng)度比起原子內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度來說是很小的”[2]。這時(shí)引入思考題：當(dāng)氫原子能級(jí)主量子數(shù)n增大時(shí)，微擾論是否還適用？在哪種情況下可以使用，精確度為多少？當(dāng)確定精度要求后，微擾論在討論較高激發(fā)態(tài)時(shí)，這個(gè)n能達(dá)到多少？學(xué)生通過對(duì)問題的主動(dòng)探索解決，將進(jìn)一步熟悉微擾論這個(gè)近似方法的基本過程，理解這種近似方法的精神。這樣不僅可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，還可以得到基本的科研訓(xùn)練，從而引導(dǎo)學(xué)生走上科研的道路。

4.師生全面溝通，及時(shí)教學(xué)反饋。教學(xué)反饋是教學(xué)系統(tǒng)有效運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它對(duì)教和學(xué)雙方都具有激發(fā)新動(dòng)機(jī)的作用。比如：通過課堂提問及觀察學(xué)生表情變化的方式老師能夠及時(shí)掌握學(xué)生是否理解教師所講的內(nèi)容，若不清楚可以當(dāng)堂糾正。由此建立起良好的師生互動(dòng)，改變單純的灌輸式教學(xué)，在動(dòng)態(tài)交流中建立良好的教學(xué)模式，及時(shí)調(diào)整自己的教學(xué)行為。利用好課程結(jié)束前5分鐘，進(jìn)行本次課程主要內(nèi)容的回顧，及時(shí)反饋總結(jié)。通過及時(shí)批改課后作業(yè)，了解整個(gè)班級(jí)相關(guān)知識(shí)及解題方法的掌握情況。依據(jù)反饋信息，對(duì)后續(xù)課程進(jìn)行修訂。

通過雙方的反饋信息，教師可以根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)中的反饋信息分析、判定學(xué)生學(xué)習(xí)的效果，學(xué)生也可以根據(jù)教師的反饋，分析自己的學(xué)習(xí)效率，檢測(cè)自己的學(xué)習(xí)態(tài)度、水平和效果。同時(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)行為活動(dòng)和結(jié)果的反饋是教師自我調(diào)控和對(duì)整個(gè)教學(xué)過程進(jìn)行有效調(diào)控的依據(jù)[6]。

四、結(jié)論

量子力學(xué)作為傳統(tǒng)的“難課”，一直是學(xué)生感到學(xué)起來很困難的課程。特別是高校大擴(kuò)招的背景下，很多二本高校都面臨著招生生源質(zhì)量下降、學(xué)生學(xué)習(xí)意愿不高的現(xiàn)狀，造成了教師教學(xué)難度進(jìn)一步增大。要增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，教師不僅要遵循高等教育的教學(xué)規(guī)律，不斷加強(qiáng)自身的學(xué)術(shù)水平，講課技能，適時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，采取與之相對(duì)應(yīng)的教學(xué)手段，還需要做好教學(xué)反饋，加強(qiáng)與學(xué)生的溝通交流，了解學(xué)生的真實(shí)想法，并有針對(duì)性的引入與生活、現(xiàn)實(shí)相關(guān)的事例，提高學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾謹(jǐn)言.量子力學(xué)教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].物理，2000，（29）：436.

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[4]常少梅.利用Mathematica研究量子力學(xué)中氫原子問題[J].科技信息，2011，（26）：012.

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第3篇：量子計(jì)算基本原理范文

關(guān)鍵詞：量子密碼　量子通信

中圖分類號(hào)：TN91　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　文章編號(hào)：1007-3973(2011)002-059-01

量子理論誕生以來，科學(xué)家就試圖利用量子效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、無時(shí)延、“絕對(duì)安全”的通信，量子通信將成為人類通信技術(shù)史上的又一次革命。

1　量子通信技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1　基本量子理論

量子態(tài)是指原子、中子、質(zhì)子等粒子的狀態(tài)，它可表征粒子的能量、旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)、磁場(chǎng)以及其他的物理特性。量子理論主要包括量子糾纏和量子測(cè)不準(zhǔn)原理，是現(xiàn)代物理學(xué)的核心理論。

量子糾纏指的是在量子力學(xué)中，有共同來源的兩個(gè)微觀粒子之間存在著某種糾纏關(guān)系，不管它們被分開多遠(yuǎn)，只要一個(gè)粒子發(fā)生變化，另一個(gè)粒子的狀態(tài)也會(huì)立刻發(fā)生相同的變化，這也是利用量子效應(yīng)傳遞密碼的基礎(chǔ)。

Heisenberg量子測(cè)不準(zhǔn)原理是量子力學(xué)的基本原理，指在同一時(shí)刻以相同精度測(cè)定量子的位置與動(dòng)量是不可能的，只能精確測(cè)定兩者之一。

1.2　量子通信的原理

量子通信是利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型通信方式。在量子通信系統(tǒng)中，信息的發(fā)送方和接收方共享兩個(gè)糾纏在一起的幾乎完全一致的成對(duì)光子。當(dāng)發(fā)送方將信息賦予一個(gè)光子時(shí)，接收方的糾纏光子就會(huì)幾乎同時(shí)發(fā)生一致的變化，從而實(shí)現(xiàn)用不加外力的方式傳輸信息，傳輸?shù)闹皇潜磉_(dá)量子信息的“狀態(tài)”，作為信息載體的光子本身并不被傳輸。在這一過程中，發(fā)送和接受方需要糾纏光子的數(shù)量取決于報(bào)文的長(zhǎng)度。

量子通信系統(tǒng)的基本部件包括量子態(tài)發(fā)生器、量子通道和量子測(cè)量裝置。量子通信的主要應(yīng)用在于量子密碼的傳輸，與傳統(tǒng)通信的唯一區(qū)別在于，量子通信采用了一種新的密碼生成方式，而且密碼不可能被第三方獲取。

1.3　量子密碼技術(shù)

依據(jù)Heisenberg的量子測(cè)不準(zhǔn)原理，通過竊聽不能得到確定的有效信息。同時(shí)，任何針對(duì)量子信號(hào)的竊聽都將不可避免的留下痕跡，從而被通信方所警覺。量子密碼技術(shù)就是利用這一原理來判斷是否有人竊取傳輸?shù)拿艽a信息，從而實(shí)現(xiàn)密碼的絕對(duì)安全。

量子密鑰分配原理來源于光子偏振的原理。光子任意時(shí)刻的偏振方向具有隨機(jī)性，在兩個(gè)糾纏光子之間設(shè)置偏振片。當(dāng)光子的偏振方向與偏振偏振片的傾斜方向的夾角很小時(shí)，光子改變偏振方向并通過偏振濾光器的概率大，否則就小。特別是當(dāng)=90°，其概率為0：=45°時(shí)，其概率為0.5；=0°，其概率為1°通過公開渠道告知對(duì)方是如何旋轉(zhuǎn)的，把檢測(cè)到一個(gè)光子記為“1”，沒有檢測(cè)到記為“0”，雙方都能記錄到相同的一組二進(jìn)制數(shù)列，以作為密碼。如果有人在半路監(jiān)聽，同樣需要放置偏振片，就不可避免改變光子的偏振方向，使發(fā)送者和接受者記錄的數(shù)列產(chǎn)生差異。

2　量子通信的發(fā)展動(dòng)態(tài)及應(yīng)用

1926年量子力學(xué)誕生，成為人類認(rèn)識(shí)微觀世界的理論基礎(chǔ)。1935年，愛因斯坦、波多爾基斯和羅森論證了量子力學(xué)和相對(duì)論之間的不相容性。1964年，約翰?貝爾提出了貝爾理論，闡明用實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)超光速響應(yīng)的可能性。1982年阿斯派克等人證明了超光速響應(yīng)的存在。1984年，有人提出了用單光子偏振態(tài)編碼量子密碼技術(shù)方案，開始了量子密碼的研究。1989年，量子密鑰傳輸?shù)谝淮窝菔精@得成功。1997年，奧地利蔡林格小組在室內(nèi)首次完成了量子態(tài)隱形傳輸?shù)脑硇詫?shí)驗(yàn)驗(yàn)證；2004年，該小組利用多瑙河底的光纖信道，成功的將量子態(tài)隱形傳輸距離提高到600米。

我國(guó)的量子通信技術(shù)發(fā)展迅速，位居世界前列。2007年開始，中國(guó)科大-清華大學(xué)聯(lián)合研究小組開始在北京八達(dá)嶺與河北懷來之間架設(shè)長(zhǎng)達(dá)16公里的自由空間量子信道，并取得了一系列關(guān)鍵技術(shù)突破，最終在2009年成功實(shí)現(xiàn)了世界上最遠(yuǎn)距離的量子隱形傳態(tài)，這一距離是目前國(guó)際上自由空間糾纏光子分發(fā)的最遠(yuǎn)距離，也是目前國(guó)際上沒有竊聽漏洞的量子密鑰分發(fā)的最大距離。中國(guó)科學(xué)家在自由空間量子通信方 向上的一系列工作引起了國(guó)際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。英國(guó)的《新科學(xué)家》、美國(guó)的《今日物理》等多家學(xué)術(shù)新聞媒體均對(duì)這些工作進(jìn)行了報(bào)道。下一步科學(xué)家們正在計(jì)劃通過自由空間實(shí)現(xiàn)幾百公里的量子通信，超越光纖傳輸?shù)臉O限。

量子通信比較傳統(tǒng)通信技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)：抗干擾能力強(qiáng)，不需要借助傳統(tǒng)信道；量子密碼幾乎不可能被破譯，保密性強(qiáng)；線路時(shí)延幾乎為零，傳輸速度快。

第4篇：量子計(jì)算基本原理范文

《工程光學(xué)》是我校機(jī)電與信息工程學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)單獨(dú)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該專業(yè)主要研究信息的獲取和處理，以及對(duì)相關(guān)要素進(jìn)行控制的理論與技術(shù)；是電子、光學(xué)、精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)、信息與控制技術(shù)多學(xué)科互相滲透而形成的一門高新技術(shù)密集型綜合學(xué)科。

《工程光學(xué)》課程教學(xué)內(nèi)容分為幾何光學(xué)和物理光學(xué)兩部分[1]，其教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用相關(guān)理論分析和解決測(cè)控工程中“工程光學(xué)”問題的能力。該課程在測(cè)控技術(shù)與儀器學(xué)科中有重要地位，起承上啟下的作用，是學(xué)好后續(xù)的專業(yè)課程的基礎(chǔ)。

2.基于特色專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

2.1工程光學(xué)的基本內(nèi)容

光學(xué)可分為幾何光學(xué)、物理光學(xué)和量子光學(xué)。幾何光學(xué)是從幾個(gè)由實(shí)驗(yàn)得來的基本原理出發(fā)，研究光的傳播問題的學(xué)科。物理光學(xué)是從光的波動(dòng)性出發(fā)研究光在傳播過程中所發(fā)生的現(xiàn)象的學(xué)科，所以也稱為波動(dòng)光學(xué)。量子光學(xué)是從光子的性質(zhì)出發(fā)，研究光與物質(zhì)相互作用的學(xué)科即為量子光學(xué)。它的基礎(chǔ)主要是量子力學(xué)和量子電動(dòng)力學(xué)。

結(jié)合測(cè)控專業(yè)的需要，在工程光學(xué)課程主要內(nèi)容幾何光學(xué)與物理光學(xué)兩部分，讓學(xué)生掌握經(jīng)典光學(xué)和現(xiàn)代光學(xué)的基本知識(shí)。

2.2教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

對(duì)于本科教學(xué)而言教材的選擇非常重要。我們面向的教學(xué)對(duì)象是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)，測(cè)控技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)是光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)一體化，光學(xué)在信息獲取、傳輸、處理、存儲(chǔ)等四個(gè)重要環(huán)節(jié)中占據(jù)越來越重要的位置，高精度的測(cè)控儀器設(shè)備都具有光學(xué)系統(tǒng)，且后續(xù)專業(yè)課程如“光電檢測(cè)技術(shù)”等要求學(xué)生具備堅(jiān)實(shí)的光學(xué)基礎(chǔ)。

經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐，我深感該課程教學(xué)內(nèi)容分布多，涉及面廣，概念多、數(shù)學(xué)推導(dǎo)復(fù)雜，講解完之后學(xué)生總覺得內(nèi)容稍顯陳舊且難以理解，有點(diǎn)脫離實(shí)際[2]。我們對(duì)該教材的內(nèi)容做了如下調(diào)整：結(jié)合測(cè)控專業(yè)特點(diǎn)，突出知識(shí)體系的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在保證基礎(chǔ)內(nèi)容的前提下，壓縮經(jīng)典光學(xué)的內(nèi)容，刪除與普通物理學(xué)課程重復(fù)的內(nèi)容[3]，增加現(xiàn)代光學(xué)內(nèi)容的同時(shí)結(jié)合礦業(yè)工程中的科技前沿。

2.1.1幾何光學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

在幾何光學(xué)部分，第一章中壓縮幾何光學(xué)基本定律的內(nèi)容，以球面成像系統(tǒng)為重點(diǎn)。第二章理想光學(xué)系統(tǒng)是重點(diǎn)，第三章與第四章分別是結(jié)合實(shí)際對(duì)第二章的補(bǔ)充。刪除教材中第五章光度學(xué)和色度學(xué)基礎(chǔ)的部分內(nèi)容，把光學(xué)量和光照度等內(nèi)容結(jié)合第七章典型光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行講解。第七章補(bǔ)充光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并把現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)放在課程最后重點(diǎn)講解。把第六章與第八章整合。

2.2.2物理光學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

在物理光學(xué)部分，刪除與普通物理重疊的第九章光的電磁理論基礎(chǔ)，以光的干涉、光的衍射、光的偏振為教學(xué)重點(diǎn)，重視基本原理、定律的介紹，淡化公式推導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)概念的物理意義及其應(yīng)用。這樣使學(xué)生既掌握理論的發(fā)展，了解各物理參量的影響規(guī)律，又結(jié)合工程實(shí)際，做到理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)起來也相對(duì)輕松。例如光的衍射中，詳細(xì)介紹衍射理論的發(fā)展過程，淡化公式推導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)每一種理論的近似條件，重點(diǎn)介紹公式中影響衍射場(chǎng)上光的復(fù)振幅分布的每一項(xiàng)的物理意義。用圓孔衍射的結(jié)論分析光學(xué)成像系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)，由單縫衍射引申到雙縫衍射，推出多縫衍射得到光柵的衍射，如圖1所示。

圖1 光的衍射主要教學(xué)內(nèi)容

2.2.3現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)的補(bǔ)充

激光具有相干性好、方向性強(qiáng)、單色性好的特點(diǎn)，在測(cè)控技術(shù)及儀器中被廣泛采用。重點(diǎn)講解激光的傳播特性，準(zhǔn)直與聚焦的方法。補(bǔ)充介紹激光器的結(jié)構(gòu)、種類，各類激光的特點(diǎn)、選用原則。介紹光電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成及原理如圖2所示[4]，以紅外測(cè)溫儀、液壓油污染顆粒光電檢測(cè)系統(tǒng)為例，用干涉原理開發(fā)的激光測(cè)距儀；利用光柵測(cè)量原理進(jìn)行開發(fā)的用于煤礦井下頂板離層及兩幫變形的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；光的偏振原理研制的光彈儀，等等。

圖2 光電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理框圖

3.教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革

3.1編制多媒體教學(xué)課件

由于“工程光學(xué)”課程知識(shí)面廣、光路圖多、數(shù)學(xué)推導(dǎo)復(fù)雜[5]，如果教師僅用傳統(tǒng)教學(xué)方法在黑板畫光路圖，因圖形缺乏立體感，則對(duì)一些抽象的光學(xué)名詞，如漸暈光闌、入瞳與出瞳等，學(xué)生很難理解；繁瑣的公式推導(dǎo)常使教學(xué)過程冗長(zhǎng)、枯燥，學(xué)生失去興趣。充分運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)手段，投入了很多精力編制“工程光學(xué)”多媒體教學(xué)課件。課件重點(diǎn)突出、層次分明、目的明確、形象生動(dòng)，使學(xué)生易于理解，強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果。

3.2歸納總結(jié)與對(duì)比教學(xué)法法

在教學(xué)過程中突出重點(diǎn)和難點(diǎn)，每章結(jié)束時(shí)會(huì)對(duì)本章內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)、歸納，讓學(xué)生對(duì)本章有總體把握，以便學(xué)生復(fù)習(xí)。并把本章的重點(diǎn)和難點(diǎn)以選擇題的方式呈現(xiàn)，與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，促使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)在系統(tǒng)歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上加以理解，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和分析問題的能力。

第5篇：量子計(jì)算基本原理范文

0引言

當(dāng)高功率的脈沖激光聚焦于液體中時(shí)，在聚焦區(qū)域液體分子被脈沖激光產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)電離，產(chǎn)生電子．在這個(gè)復(fù)雜的物理過程中，有的過程會(huì)產(chǎn)生自由電子，有的過程會(huì)抑制自由電子的產(chǎn)生，其結(jié)果導(dǎo)致存在一個(gè)激光強(qiáng)度閾值，當(dāng)脈沖激光光強(qiáng)超過液體擊穿閾值時(shí)，自由電子密度成指數(shù)速率增長(zhǎng)；當(dāng)電子達(dá)到一定濃度時(shí)就可以形成等離子體，由于等離子體具有很大的光吸收系數(shù)，使腔體進(jìn)一步吸收激光能量，進(jìn)而發(fā)生爆炸式膨脹，該過程便被稱為液體中的光擊穿．近年來，隨著光擊穿效應(yīng)在眼科激光手術(shù)中的應(yīng)用［1］，人們對(duì)液體中的光擊穿效應(yīng)也越來越關(guān)注，尤其是短脈沖激光器（如飛秒激光器）的誕生，進(jìn)一步激起了人們對(duì)激光與液體相互作用的研究熱情［2－5］．本文從自由電子密度速率方程出發(fā)，通過等離子體橢球模型，借助中子擴(kuò)散方程，推導(dǎo)出液體中電子擴(kuò)散速率的表達(dá)式，進(jìn)而得出水的擊穿閾值，并將理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較和分析，結(jié)果表明等離子體橢球模型更符合實(shí)際情況．等離子體橢球模型的建立為光擊穿效應(yīng)應(yīng)用于眼內(nèi)介質(zhì)、含水介質(zhì)或其他含水生物組織，以及短脈沖激光在眼科激光手術(shù)上的應(yīng)用提供一些理論參考．

1等離子體密度演化的速率方程

為了確定液體中發(fā)生光擊穿的脈沖激光強(qiáng)度閾值，需要計(jì)算出在脈沖激光作用下的自由電子密度演化情況．用來描述等離子體中自由電子密度演化過程的速率方程為［6－7］式中dρ／（dt）m為多光子電離產(chǎn)生的電子；ηcascρ為雪崩電離產(chǎn)生的電子，ηcasc為雪崩電離速率；gρ為擴(kuò)散到聚焦區(qū)域以外的電子，g為電子擴(kuò)散損失率；ηrecρ2為電子的復(fù)合損失，ηrec為電子復(fù)合速率．

2等離子體橢球模型的應(yīng)用

2．1等離子體橢球模型當(dāng)高功率脈沖激光聚焦區(qū)域的介質(zhì)被電離產(chǎn)生電子后，該區(qū)域與脈沖激光聚焦區(qū)域外的電子濃度出現(xiàn)差異，進(jìn)而電子發(fā)生擴(kuò)散，這種擴(kuò)散對(duì)激光聚焦區(qū)域較小的液體介質(zhì)的光擊穿影響很大．等離子體橢球模型：當(dāng)脈沖激光束聚焦到液體中，考慮到脈沖激光在聚焦區(qū)域的特征以及液體中光擊穿的實(shí)驗(yàn)情況，可將脈沖激光的聚焦區(qū)域形狀視為橢球．如圖1所示，橢球的半長(zhǎng)軸a，與激光束的能量相關(guān)，半短軸b，與激光束照射區(qū)域相關(guān)．

2．2電子擴(kuò)散速率的計(jì)算根據(jù)量子力學(xué)的基本原理，借助中子擴(kuò)散方程，令等離子體橢球中電子的擴(kuò)散長(zhǎng)度Λ＝B－1g，其中Bg為橢球的“幾何曲率”，在穩(wěn)態(tài)情況下，Bg是波動(dòng)方程解的最小本征值．式中，s是包括外推長(zhǎng)度在內(nèi)的橢球表面．

2．3擊穿閾值為了確保雪崩電離的啟動(dòng)，焦點(diǎn)區(qū)域Vf內(nèi)至少得有10個(gè)“種子”電子，尤其是在皮秒和飛秒脈沖的情況下．由此可見，焦點(diǎn)區(qū)域的變化對(duì)雪崩電離的啟動(dòng)也會(huì)有相應(yīng)的影響．此時(shí)，電子的雪崩電離速率表達(dá)式為式中：M為液體介質(zhì)的分子質(zhì)量，ω為角頻率，Vf＝4／3πa2b為橢球體的體積．利用式（16），將不同的光強(qiáng)值Imax代入式（1）中求解，直到數(shù)值解出的最大自由電子密度ρmax等于光擊穿的臨界電子密度ρcr（2×1021cm－3）［8，12］，此時(shí)的光強(qiáng)值Imax就是所要求的擊穿閾值光強(qiáng)．

3結(jié)果與比較

利用上述公式，使用不同波長(zhǎng)、脈寬、焦點(diǎn)半徑的激光脈沖，計(jì)算出水的擊穿閾值，并將計(jì)算的結(jié)果與已知的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)［8－10］和其他模型進(jìn)行比較，如表1所示．通過比較發(fā)現(xiàn)等離子體橢球模型得出的擊穿閾值更接近于實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

第6篇：量子計(jì)算基本原理范文

【關(guān)鍵詞】中學(xué) 化學(xué)教學(xué) 量子空間論

【中圖分類號(hào)】G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2013）10-0154-01

（小敘）：課篇第一章節(jié)細(xì)讀、研讀、探透性知識(shí)點(diǎn)。

1.尋找研究方法 2.課題的研究?jī)?nèi)容

3.課題研究的一些成果 4.鞏固建筑語錄

【序言】

化學(xué)是在分子、原子層次上研究物質(zhì)性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)與變化規(guī)律的科學(xué)。化學(xué)不斷地發(fā)展著，目前，人們發(fā)現(xiàn)和合成的物質(zhì)已有幾千萬種，其中很多是自然界中原本不存在的；這極大地改善了人類的生存和發(fā)展條件，豐富了人們的生活。

例如：

1.納米銅（1nm=10?9m ）具有超塑延展性，在室溫下可拉長(zhǎng)50多倍而不出現(xiàn)裂紋。

2.用隔水透氣的高分子薄膜做的鳥籠。

3.單晶硅為信息技術(shù)和新能源開發(fā)提供了基礎(chǔ)材料。

4.用玻璃鋼制成的船體。

總之，作為實(shí)用的、富于創(chuàng)造性的中心學(xué)科，化學(xué)在能源、材料、醫(yī)藥、信息、環(huán)境和生命科學(xué)等研究領(lǐng)域以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著其他學(xué)科所不能替代的重要潛質(zhì)作用。近年來，“綠色化學(xué)”的提出，使更多的化學(xué)生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品向著環(huán)境友好的方向發(fā)展，化學(xué)必將使世界變得更加絢麗光彩。

【尋找研究方法】

第一單元 走進(jìn)化學(xué)世界；

1.物質(zhì)的變化和性質(zhì)

2.化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)

3.走進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室

第二、三單元 我們周圍的空氣與自然界的水；空氣、氧氣（氧氣的制取）、水的組成、分子和原子、水的凈化。“愛護(hù)水資源”。

第四、五單元 物質(zhì)構(gòu)成的奧妙、簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)應(yīng)用；原子的構(gòu)成、元素、離子、化學(xué)式與化合價(jià) ：

如何正確書寫化學(xué)方程式”？利用化學(xué)方程式的簡(jiǎn)單計(jì)算？

第六、七單元 C與C的氧化物燃料及其利用；

分析：金剛石、石墨和C60 （1.CO2 的制取？ 2.CO2 與CO的區(qū)別、聯(lián)系？）

應(yīng)用：燃燒和滅火？燃料和熱量？

環(huán)保問題：“燃料對(duì)環(huán)境的影響”

自留田地：“石油和煤的綜合利用？”

第八、九單元 金屬與溶液的問題；

熟記、認(rèn)識(shí)：金屬、金屬材料、金屬的化學(xué)性質(zhì)；

金屬資源的利用和保護(hù)、溶液的形成；

溶解度、溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

第十、十一、十二單元 酸與堿 、鹽與化肥 、“化學(xué)與生活”。

生活中常見的：1.酸與堿

2.酸與堿之間會(huì)發(fā)生什么反應(yīng)

3.鹽

4.化學(xué)肥料

人體：1.人類重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

2.化學(xué)元素與人體健康

3.有機(jī)合成材料

學(xué)生自認(rèn)化學(xué)常用儀器。學(xué)習(xí)“附錄”相關(guān)記錄 。

【課題的研究?jī)?nèi)容】

無機(jī)化學(xué)中量子（分子、原子）力學(xué)論

量子化學(xué)（Quantum chemistry）是理論化學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，是應(yīng)用量子力學(xué)的基礎(chǔ)原理和方法研究化學(xué)問題的一門基礎(chǔ)科學(xué)。研究范圍包括穩(wěn)定和不穩(wěn)定分子的結(jié)構(gòu)、性能及其結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系；分子與分子之間的相互碰撞和相互反應(yīng)等問題。

量子化學(xué)是理論化學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，是應(yīng)用量子力學(xué)的基本原理和方法，研究化學(xué)問題的一門基礎(chǔ)科學(xué)。

1927年海特勒和倫敦用量子力學(xué)基礎(chǔ)原理討論氫分子結(jié)構(gòu)問題，說明了兩個(gè)氫原子能夠結(jié)合成一個(gè)穩(wěn)定的氫分子的原因，并且利用相當(dāng)近似的計(jì)算方法，算出其結(jié)合能。由此，使人們認(rèn)識(shí)到可以用量子力學(xué)原理討論分子結(jié)構(gòu)問題，從而逐漸形成了量子化學(xué)這一分支學(xué)科。

【課題研究的一些成果】

生物大分子體系的量子化學(xué)計(jì)算一直是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學(xué)可以在分子、電子水平上對(duì)體系進(jìn)行精細(xì)的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關(guān)酶的催化作用、基因的復(fù)制與突變、藥物與受體之間的識(shí)別與結(jié)合過程及作用方式等，都很有必要運(yùn)用量子化學(xué)的方法對(duì)這些生物大分子體系進(jìn)行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調(diào)控酶的催化作用，甚至可以有目的地修飾酶的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧妙，進(jìn)而調(diào)控基因的復(fù)制與突變，使之造福于人類；可以根據(jù)藥物與受體的結(jié)合過程和作用特點(diǎn)設(shè)計(jì)高效低毒的新藥等等，可見運(yùn)用量子化學(xué)的手段來研究生命現(xiàn)象是十分有意義的。

【鞏固建筑語錄】

化學(xué)中常見“離子反應(yīng)”包括：“酸、堿、鹽在水溶液中的電離”和“離子反應(yīng)及其發(fā)生的條件”兩部分。

無機(jī)化學(xué)中最關(guān)鍵的是要有實(shí)觀性：基礎(chǔ)高層次的“化學(xué)方程式”們。

其次，稀土元素中的各種化學(xué)量變、質(zhì)變及各種物理、化學(xué)性反應(yīng)。

再次，金屬的利用、及高等積存用途。

還有，就是氣體的大力層存在行式。如同：水、陸、空，人類的生活方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]初中九年級(jí)化學(xué)上、下冊(cè)課本，人民出版社出版，2011年版。

第7篇：量子計(jì)算基本原理范文

[關(guān)鍵詞]船載定向天線；控制系統(tǒng)；子系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TN927.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）04-0258-01

一、船載定向天線控制系統(tǒng)的概述

1.船載定向天線控制系統(tǒng)的目的

船載定向天線控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的目的就是使艦船與電臺(tái)進(jìn)行連續(xù)且穩(wěn)定的通訊。電臺(tái)發(fā)射的是全方位的微波信號(hào)，所以只要使船體上的微帶定向天線的指向始終對(duì)準(zhǔn)電臺(tái)，就能達(dá)到艦船與電臺(tái)通信的目的。

2.影響因素

安裝在運(yùn)動(dòng)載體上的天線的指向受到兩種干擾影響：一種是運(yùn)動(dòng)載體的角運(yùn)動(dòng)；另一種是載體長(zhǎng)距離離線運(yùn)動(dòng)。這兩種干擾都會(huì)使天線的指向偏離電臺(tái)，使其無法接收電臺(tái)信號(hào)。所以船載定向天線控制系統(tǒng)必須隔離這兩種干擾的影響，穩(wěn)定天線的指向。該天線控制系統(tǒng)要利用姿態(tài)測(cè)量傳感器采集的運(yùn)動(dòng)載體航姿信息和位置信息，通過坐標(biāo)變化、公式計(jì)算獲得定向天線的目標(biāo)指向。使用轉(zhuǎn)臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變天線指向位置以補(bǔ)償載體運(yùn)動(dòng)對(duì)天線指向的影響，使天線實(shí)際指向快速跟近或達(dá)到天線的目標(biāo)指向，并跟隨目標(biāo)指向的變化而變化，從而保證天線始終對(duì)電臺(tái)，確保通信正常。

姿態(tài)測(cè)量子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)載體航姿信息和位置信息的實(shí)時(shí)測(cè)量，為計(jì)算天線目標(biāo)指向提供數(shù)據(jù)。操作平臺(tái)子系統(tǒng)主要完成控制系統(tǒng)初始化信息的輸入和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的顯示。主控子系統(tǒng)收集其它子系統(tǒng)信息，經(jīng)過事件判斷，數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出天線目標(biāo)指向，并將天線目標(biāo)指向發(fā)送給天線執(zhí)行機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)臺(tái)控制子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能是根據(jù)天線目標(biāo)指向驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，使天線對(duì)準(zhǔn)電臺(tái)：實(shí)現(xiàn)電機(jī)位置反饋和轉(zhuǎn)臺(tái)零位檢測(cè)。轉(zhuǎn)臺(tái)和天線固聯(lián)在一起，轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)天線旋轉(zhuǎn)。電源部分為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作電壓。

二、姿態(tài)測(cè)量子系統(tǒng)的概況

姿態(tài)測(cè)量子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能是完成運(yùn)動(dòng)載體的姿態(tài)測(cè)量。子系統(tǒng)由GPS、電子羅盤和傾角傳感器構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)載體姿態(tài)測(cè)量的功能。

要想定向天線指向電臺(tái)必須獲得電臺(tái)的位置坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)載體的位置坐標(biāo)和載體的航向角。GPS具有運(yùn)動(dòng)載體經(jīng)緯度、速度、航向角輸出功能。通過GPS航向角測(cè)量原理可知，GPS在速度接近零和靜止時(shí)沒有航向角輸出。因此，要選用數(shù)字電子羅盤測(cè)量航向角，以填補(bǔ)GPS測(cè)量盲區(qū)，并選用兩軸傾角傳感器對(duì)電子羅盤進(jìn)行角度補(bǔ)償。

在姿態(tài)測(cè)量子系統(tǒng)中，GPS測(cè)量運(yùn)動(dòng)載體經(jīng)緯度，即載置信息。載體航向角由GPS和電子羅盤組合測(cè)量得到，在運(yùn)動(dòng)載體速度小于一定值時(shí)，采用電力羅盤測(cè)量航向角，速度大于一定值時(shí)，由GPS測(cè)量。由于載體運(yùn)動(dòng)而是電子羅盤處于非水平狀態(tài)，使其測(cè)量的航向角有誤差，采用傾角傳感器測(cè)量的縱搖角（P）和橫滾角（R）對(duì)其進(jìn)行角度補(bǔ)償。由GPS、電子羅盤和傾角傳感器組成的姿態(tài)測(cè)量子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了船置信息和航向角的精確測(cè)量，為天線目標(biāo)指向的確定提供了計(jì)算數(shù)據(jù)。

三、主控子系統(tǒng)分析

主控子系統(tǒng)使整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，也是各個(gè)子系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)中心。它匯集各個(gè)子系統(tǒng)的信息，進(jìn)行分析處理、計(jì)算、判斷，然后對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)作出相應(yīng)的反應(yīng)。主要實(shí)現(xiàn)三方面的功能，具有如下：

第一，接收操作平臺(tái)子系統(tǒng)的指令信息，并根據(jù)指令所需的數(shù)據(jù)回饋給操作平臺(tái)。

第二，接收姿態(tài)傳感器測(cè)量的船體姿態(tài)信息，計(jì)算出天線的目標(biāo)指向，并將其發(fā)送給轉(zhuǎn)臺(tái)控制子系統(tǒng)。

第三，根據(jù)操作平臺(tái)子系統(tǒng)發(fā)送命令向轉(zhuǎn)臺(tái)控制子系統(tǒng)發(fā)送查詢指令和控制指令。

1.主控子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

主控子系統(tǒng)由于計(jì)算量大，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)多，程序龐大，所以選用Philip51系列的P89C61X2芯片控制該系統(tǒng)的CPU。主控子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要由串口擴(kuò)展電路、串口切換電路、RS232通信接口、RS485通信借口等組成。RS485通信接口原理和電路與操作平臺(tái)子系統(tǒng)完全相同。

（1）串口擴(kuò)展電路

主控CPU除一個(gè)串行中段源被占用外，還有兩個(gè)外部中斷源INT0和INT1沒有使用，因此，可以利用這兩個(gè)外部中斷來擴(kuò)展兩路串口。串口擴(kuò)展芯片SC16C2550用于串行通信的2通道通用異步收發(fā)器，它的基本功能是實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)和串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，可處理高達(dá)5Mbit/s的串行數(shù)據(jù)。該芯片一旦接收到總線上的數(shù)據(jù)立即輸出一個(gè)低電平脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)接收完成。將該信號(hào)引入CPU的外部中斷輸入接口，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展串口的中斷接收模式。

（2）串口切換電路

串口切換電路是為了實(shí)現(xiàn)主控CPU的一路串口同時(shí)與傳感器微處理器和GPS通信。基本原理是將單片機(jī)本身具有的一個(gè)串口分時(shí)復(fù)用。操作方法是：系統(tǒng)上電初始化時(shí)，將切換電路轉(zhuǎn)至GPS，系統(tǒng)接收到GPS的數(shù)據(jù)后，將切換電路轉(zhuǎn)到傳感器微處理器，去接收電子羅盤和傾角傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)。

（3）TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換電路

GPS是按照RS232電平串行輸出，主控CPU的串口是TTL電平輸出。TTL邏輯0的電平為0V，邏輯1的電平為5V，而RS232的邏輯0的電平為+5―+15V，邏輯1的電平為-5―-15V。所以要實(shí)現(xiàn)兩者之間的串行通信，需要實(shí)現(xiàn)TTL與RS232之間電平的轉(zhuǎn)換?？梢圆捎肕AX232芯片來實(shí)現(xiàn)TTL-RS232的電平轉(zhuǎn)換。它可以轉(zhuǎn)化兩路信號(hào)，一般只會(huì)遇到其中一路。

（2）通訊協(xié)議

由主控子系統(tǒng)組成框圖可以看出，與主控子系統(tǒng)進(jìn)行串行通信的有轉(zhuǎn)臺(tái)控制子系統(tǒng)、傳感器微處理器、操作平臺(tái)子系統(tǒng)和GPS。與GPS通信主要接收GPS發(fā)送的RMC數(shù)據(jù)幀。

主控子系統(tǒng)與轉(zhuǎn)臺(tái)控制子系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)格式主要由幀頭、操作碼、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)碼和幀尾組成。通信波特率9600pbs。

四、轉(zhuǎn)臺(tái)控制子系統(tǒng)

轉(zhuǎn)臺(tái)控制子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)天線良好的位置控制，關(guān)鍵在于執(zhí)行部件的選擇、步進(jìn)電機(jī)丟步和過沖現(xiàn)象的避免以及電機(jī)位置反饋的設(shè)計(jì)。

轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)由天線轉(zhuǎn)臺(tái)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、減速器和密封合體等組成。轉(zhuǎn)臺(tái)通過一支架與天線相連接。轉(zhuǎn)臺(tái)零位位置安裝一個(gè)接近開關(guān)傳感器，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)到零位，接近開關(guān)傳感器輸出高電平信號(hào)，此時(shí)天線的波束指向應(yīng)與船頭方向一致。電機(jī)通過小齒輪與主軸大齒輪嚙合，單級(jí)傳動(dòng)，速比7.5。光電編碼器通過聯(lián)軸節(jié)安裝于電機(jī)下端。

電機(jī)和觀點(diǎn)編碼器等都安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)下方的密封盒體內(nèi)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器放置在密封盒體內(nèi)右側(cè)壁上，主控和轉(zhuǎn)臺(tái)控制子系統(tǒng)印制板放置在密封盒體正面蓋板內(nèi)側(cè)，蓋板可以拆卸，便于電氣裝置和線纜的安裝與維修。姿態(tài)測(cè)量子系統(tǒng)除GPS外均安裝于一密封支架上，支架固連在轉(zhuǎn)臺(tái)密封盒體外的左側(cè)壁上，通信線直接通過支架引入轉(zhuǎn)臺(tái)密封艙內(nèi)。GPS模塊固定在密封艙底部，GPS天線從左側(cè)過孔引出。所有外部引線通過一個(gè)七芯航空連接器與內(nèi)部連接。

參考文獻(xiàn)

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第8篇：量子計(jì)算基本原理范文

關(guān)鍵詞：激光測(cè)距；DSP；FFT；相位法

激光在檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，技術(shù)含量十分豐富，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和生活的影響也十分明顯。激光測(cè)距是激光最早的應(yīng)用之一，這是由于激光具有方向性強(qiáng)、亮度高、單色性好等許多優(yōu)點(diǎn)。其中利用相位法來測(cè)距的方法精度高、實(shí)時(shí)性好，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)相位法的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是FFT，當(dāng)前實(shí)現(xiàn)FFT的算法已經(jīng)成熟，在DSP上實(shí)現(xiàn)的FFT可以滿足大多數(shù)的實(shí)時(shí)性產(chǎn)品。

1 激光測(cè)距原理

激光測(cè)距一般分為激光飛行時(shí)間測(cè)距和非飛行時(shí)間測(cè)距[1]，前者的基本原理是利用光在發(fā)射點(diǎn)到目標(biāo)物之間的反射時(shí)間乘以光速，得到的就是兩倍的測(cè)距，空氣中光速是固定的，所以測(cè)量出光的往返時(shí)間就測(cè)量出距離了。后者是不需要測(cè)量光的飛行時(shí)間，而是通過光子計(jì)數(shù)或者數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法來得到與目標(biāo)物之間的距離。一般情況下，非飛行時(shí)間測(cè)距技術(shù)應(yīng)用范圍比較有限，僅僅用在一些特定情況下；飛行時(shí)間測(cè)量技術(shù)應(yīng)用就很廣泛，而其中的相位測(cè)距法依靠其測(cè)距距離遠(yuǎn)，誤差低，體積小和實(shí)時(shí)性高的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于日常生活中。

相位法測(cè)距的基本原理是將調(diào)制以后的激光發(fā)射出去，到目標(biāo)物反射回來之后測(cè)量與發(fā)射前信號(hào)的相位差，通過相位差間接的測(cè)量出光的飛行時(shí)間，進(jìn)而得到距離[2]，這種方法的誤差非常小，原理框圖如圖1所示。

圖1中，t為激光發(fā)射出去到接受回來所經(jīng)歷的時(shí)間，D為發(fā)射探頭到目標(biāo)物的距離，Ф為激光信號(hào)在2D距離中的相位，λ為激光信號(hào)的波長(zhǎng)，Δψ為接受信號(hào)與發(fā)射信號(hào)之間的相位差。

設(shè)調(diào)制光幅度為A，角頻率為w，相位為ψ，那么調(diào)制光信號(hào)可以表達(dá)為

在本測(cè)距系統(tǒng)中，選取合適的采樣頻率fs樣點(diǎn)數(shù)N，能夠剛好對(duì)主振信號(hào)和本振信號(hào)進(jìn)行整周期采樣，作FFT運(yùn)算，其結(jié)果必定是只有單條譜線，這是就可以很方便的求出兩路信號(hào)的相位差。

3 FFT原理及實(shí)現(xiàn)

3.1 FFT的原理

FFT是一種DFT的高效算法，基本思想就是利用旋轉(zhuǎn)因子的周期性和對(duì)稱性來減小運(yùn)算量，由此提出的一種算法稱作FFT算法。

N點(diǎn)DFT的計(jì)算公式為

利用旋轉(zhuǎn)因子的周期性和對(duì)稱性可將上式的一個(gè)N點(diǎn)DFT化為兩個(gè)N/2點(diǎn)的DFT

X1（k）和X2（k）分別是X（k）的偶數(shù)點(diǎn)N/2點(diǎn)DFT和奇數(shù)點(diǎn)N/2點(diǎn)DFT，于是推出后N/2點(diǎn)的結(jié)果為

上述過程可以用一個(gè)流程圖[4]來表示。

如圖2所示，取N=8時(shí)的例子，當(dāng)N不等于2的冪的時(shí)候，可以在后面補(bǔ)零。因?yàn)閯澐值脑?，輸入需要用逆序的方式，此時(shí)輸出就是正常序，如果輸入是正常序，那么輸出就是逆序。

3.2 FFT在DSP上的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)選擇的硬件是DSP，在硬件上實(shí)現(xiàn)FFT，由于輸入的是實(shí)數(shù)系列，可以將2N點(diǎn)實(shí)數(shù)系列組合成N點(diǎn)復(fù)數(shù)系列，偶數(shù)點(diǎn)作為實(shí)部，奇數(shù)點(diǎn)作為虛部，由此得出的結(jié)果再經(jīng)過整合就得到最終的結(jié)果，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省了一半的時(shí)間，提高了實(shí)時(shí)性。

該算法總共分四步[5]來實(shí)現(xiàn)。

第一步，輸入數(shù)據(jù)的組合和位倒序.

把輸入系列作位倒序是為了在整個(gè)運(yùn)算最后的輸出得到的系列是正常序。首先將原2N點(diǎn)實(shí)序列當(dāng)成N點(diǎn)復(fù)序列。偶數(shù)點(diǎn)作實(shí)部，奇數(shù)點(diǎn)作虛部，然后復(fù)數(shù)系列經(jīng)過位倒序，存儲(chǔ)在指定數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)。

第二步，N點(diǎn)復(fù)數(shù)FF。

在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)里進(jìn)行N點(diǎn)復(fù)數(shù)FFT運(yùn)算。由于在FFT運(yùn)算中要用到旋轉(zhuǎn)因子，它是一個(gè)復(fù)數(shù)，把它分為正弦和余弦部分，用Q15格式存儲(chǔ)，根據(jù)式7來計(jì)算FFT運(yùn)算，沒作一次運(yùn)算將結(jié)果存放在原輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)里，以節(jié)省內(nèi)存。

第三步，分離復(fù)數(shù)FFT的輸出為奇部分和偶部分。

分離FFT輸出為RP、RM、IP和IM四個(gè)系列，即偶實(shí)數(shù)、奇實(shí)數(shù)、偶虛數(shù)和奇虛數(shù)四個(gè)部分。

如果想看功率譜，那么就要將第四步之后得到的結(jié)果進(jìn)行平方和運(yùn)算，由于本次目的是要求初始相位，到第四步之后就直接取出有效數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，求得相位。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及誤差

4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

因?yàn)楸疚难芯康氖荈FT在激光測(cè)距系統(tǒng)中的作用，只對(duì)采樣之后的信號(hào)作一定的處理，測(cè)試的時(shí)候模擬一個(gè)采樣好了的正弦波信號(hào)，對(duì)之作FFT運(yùn)算。模擬信號(hào)頻率為1KHz，采樣率為16KHz，對(duì)信號(hào)作64點(diǎn)FFT運(yùn)算，根據(jù)式5可以得知有效數(shù)據(jù)出現(xiàn)在功率譜的第4條譜線上，計(jì)算功率譜之前的第8個(gè)數(shù)據(jù)是實(shí)部，第9個(gè)數(shù)據(jù)是虛部，取出來相除再作反正切。由于用的是正弦波，F(xiàn)FT中的相位是按照余弦來得的，按照這個(gè)求得的結(jié)果需要加上90°才是正確的結(jié)果，下面是測(cè)試數(shù)據(jù)。

4.2 誤差來源及改進(jìn)

⑴首先FFT自身就有數(shù)據(jù)截?cái)嗪蜕崛胝`差，F(xiàn)FT的運(yùn)算過程中有許多小數(shù)計(jì)算，DSP是采用定點(diǎn)來計(jì)算的，這中間就會(huì)有一定的誤差，如果采用浮點(diǎn)型器件，誤差會(huì)小很多，但是同時(shí)造成成本上的上升，考慮到這項(xiàng)誤差對(duì)結(jié)果影響不大，可以忽略。

⑵FFT固有的頻譜泄露和柵欄效應(yīng)誤差[6]，改善的辦法就是選取合適的窗函數(shù)，適當(dāng)?shù)脑黾硬蓸狱c(diǎn)數(shù)并且保證整周期截取。

⑶前端信號(hào)所帶來的噪聲，由于本系統(tǒng)前端信號(hào)要經(jīng)過混頻，相加，采樣之后才送到DSP里作FFT運(yùn)算，這中間必然會(huì)帶來一些噪聲，更重要的是會(huì)造成信號(hào)的相位延時(shí)，由于FFT運(yùn)算本來就對(duì)噪聲有一定的抑制，所以主要是相位延時(shí)。由于要作的是兩路信號(hào)的相位差，所以如果兩路信號(hào)的延時(shí)效果相差不大，作差運(yùn)算之后就會(huì)抵消這種誤差，但是要求就是電路板布線的時(shí)候盡量將兩路信號(hào)線布成一樣長(zhǎng)，這樣會(huì)大大減少誤差。

5 結(jié)語

文章介紹了FFT在測(cè)距系統(tǒng)中的作用，實(shí)現(xiàn)原理以及方法，在已有的高精度結(jié)果中進(jìn)一步分析，給出誤差來源以及減小誤差的方法。由于本系統(tǒng)中DSP的低功耗，非常適合應(yīng)用于便攜式激光測(cè)距儀，具有很好的應(yīng)用前景。

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第9篇：量子計(jì)算基本原理范文

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)；結(jié)構(gòu)化學(xué)；教學(xué)內(nèi)容

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）18-0032-02

湘潭大學(xué)目前除了化學(xué)專業(yè)、應(yīng)用化學(xué)專業(yè)開設(shè)結(jié)構(gòu)化學(xué)之外，材料物理、材料化學(xué)、材料科學(xué)與工程這3個(gè)材料科學(xué)類的專業(yè)也開設(shè)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程，5個(gè)專業(yè)使用的教材均為周公度、段連運(yùn)先生編著，北京大學(xué)出版社出版的結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)（第4版）一書。根據(jù)近幾年來材料科學(xué)類結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)實(shí)踐情況，考慮到材料科學(xué)學(xué)科與化學(xué)學(xué)科之間的差異，根據(jù)材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制訂的高等學(xué)校材料物理、材料化學(xué)專業(yè)規(guī)范，優(yōu)化適合于材料科學(xué)類3個(gè)專業(yè)的結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容實(shí)有必要。

一、結(jié)構(gòu)化學(xué)的內(nèi)容和課程的任務(wù)

結(jié)構(gòu)化學(xué)是研究原子在空間相互結(jié)合成分子或化學(xué)實(shí)體的方式（結(jié)構(gòu)）、依據(jù)（化學(xué)鍵本質(zhì)）、規(guī)律及結(jié)構(gòu)與性能間的聯(lián)系，它是聯(lián)系材料宏觀與微觀的橋梁，是材料設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)化學(xué)以在分子水平上研究自然科學(xué)問題為其主要目標(biāo)與特征，這決定了它不僅是研究化學(xué)反應(yīng)機(jī)制、化學(xué)的內(nèi)在規(guī)律性、各類化學(xué)體系立體構(gòu)型、鍵型及構(gòu)效關(guān)系的指南，而且已成為材料科學(xué)、分子生物學(xué)、金屬有機(jī)化學(xué)等新興、邊緣或綜合學(xué)科發(fā)展的支柱。結(jié)構(gòu)化學(xué)不僅與化學(xué)各分支學(xué)科，而且與材料科學(xué)、物理學(xué)、地學(xué)、生命科學(xué)、冶金學(xué)等學(xué)科有廣泛的橫向聯(lián)系與交叉。結(jié)構(gòu)化學(xué)的另一個(gè)重要內(nèi)容就是與合成化學(xué)、理論化學(xué)以及材料科學(xué)、生命科學(xué)、固體物理等相鄰學(xué)科一起，建立分子工程學(xué)、晶體工程學(xué)等學(xué)科。

結(jié)構(gòu)化學(xué)課程是材料科學(xué)類的一門基礎(chǔ)課，其任務(wù)是使學(xué)生深刻掌握微觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，獲得原子、分子和晶體結(jié)構(gòu)的基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)，深入掌握物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性能的相互關(guān)系，牢固樹立結(jié)構(gòu)決定性能的觀點(diǎn)，了解研究分子和晶體結(jié)構(gòu)的近代物理方法。通過這門課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生從結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)分析問題和解決問題的能力。結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)對(duì)于鍛煉學(xué)生思維、開發(fā)學(xué)生智力、發(fā)展學(xué)生能力、提高學(xué)生綜合素質(zhì)有著極其重要的作用。凡具有較好理論基礎(chǔ)的大學(xué)畢業(yè)生，適應(yīng)能力強(qiáng)，后勁足，結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)起著十分重要的作用。

二、材料科學(xué)的特征

材料科學(xué)與工程正在發(fā)生深刻的變化，其研究已深入到原子尺度，突出特征表現(xiàn)在3個(gè)方面。第一，材料科學(xué)技術(shù)化，材料技術(shù)科學(xué)化，材料科學(xué)與工程技術(shù)日益融合，相互促進(jìn)；第二，新材料、新技術(shù)、新工藝相互結(jié)合，為各個(gè)工程領(lǐng)域開拓了新的研究?jī)?nèi)容，帶來了新的生命力和發(fā)展前景；最后，學(xué)科之間的相互交叉滲透，使得各學(xué)科之間的關(guān)系日益密切，難以分割?；A(chǔ)科學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)的新成果也和材料科學(xué)與工程的發(fā)展交織在一起。

從教材角度看材料科學(xué)，具有3個(gè)特征：基礎(chǔ)性、前沿性和應(yīng)用性?；A(chǔ)性，一方面指材料科學(xué)的研究是建立在物理、化學(xué)的基礎(chǔ)上，沒有扎實(shí)的理化基礎(chǔ)從事材料研究與開發(fā)是難以想象的。另一方面，當(dāng)前材料科學(xué)研究顯示出突出的交叉性和綜合性，學(xué)科內(nèi)容及規(guī)模不僅體系龐大而且紛繁蕪雜，沒有扎實(shí)的基礎(chǔ)就難以抓住要害，不能適應(yīng)學(xué)科的變化和發(fā)展，這就要求教材毫不含糊地重視基礎(chǔ)。前沿性是指材料科學(xué)的發(fā)展速度迅猛，只有在教材中恰當(dāng)?shù)胤从尺@些變化，才能使學(xué)生適應(yīng)日后的研究工作。應(yīng)用性是指材料研究的目的而言，是為了實(shí)際應(yīng)用。當(dāng)今材料研究從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化的時(shí)間大大縮短，材料研究與開發(fā)已成為高科技的重要組成部分，要求在教材中有意識(shí)地體現(xiàn)這一特征。

三、結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)的主要內(nèi)容與基本要求

根據(jù)結(jié)構(gòu)化學(xué)的研究?jī)?nèi)容和材料科學(xué)學(xué)科的特征，材料科學(xué)類的結(jié)構(gòu)化學(xué)課程不僅要兼顧物理系的材料物理和化學(xué)系的材料化學(xué)2個(gè)專業(yè)，包含適當(dāng)?shù)牧孔恿W(xué)基礎(chǔ)、固體理論和表面結(jié)構(gòu)化學(xué)，還要適當(dāng)?shù)亟榻B一些的功能材料，不能“有理無物”，而且既要與材料物理課程和材料化學(xué)課程緊密地相聯(lián)系，又要區(qū)別開來，既要與計(jì)算物理課程和計(jì)算化學(xué)課程相聯(lián)系，又要區(qū)別開來，突出材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，簡(jiǎn)要介紹分子設(shè)計(jì)學(xué)。遵循加強(qiáng)基礎(chǔ)、強(qiáng)化能力、整體優(yōu)化、精選內(nèi)容、更新知識(shí)、突出應(yīng)用、反映前沿及簡(jiǎn)明扼要的原則，進(jìn)行教材編寫。

在內(nèi)容的選取上，首先把握更新與精選，處理好“新”與“基”的關(guān)系。在加強(qiáng)基本教學(xué)內(nèi)容的前提下適當(dāng)反映新內(nèi)容，拓寬知識(shí)面，體現(xiàn)“少而精”、“精而新”的原則。不僅要反映現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和學(xué)科的前沿理論，而且應(yīng)注重結(jié)構(gòu)化學(xué)課程對(duì)其他課程和學(xué)科的滲透，提高綜合度。其次充分重視理論聯(lián)系實(shí)際。在不同部分側(cè)重點(diǎn)不同，力求加強(qiáng)宏觀與微觀的聯(lián)系，掌握規(guī)律。第三，注意演繹法和歸納法2種方法的應(yīng)用。RHoffmann曾說：“化學(xué)理論的最主要作用是提供一種思維方式，以總結(jié)更新知識(shí)”。結(jié)構(gòu)化學(xué)作為理論化學(xué)的重要組成部分，要求該課程使學(xué)生在2種思維模式即演繹法和歸納法方面均得到較好的訓(xùn)練。中國(guó)傳統(tǒng)教學(xué)偏重演繹，優(yōu)點(diǎn)是嚴(yán)謹(jǐn)，但缺乏創(chuàng)新意識(shí)，而美國(guó)等國(guó)家在教學(xué)上側(cè)重歸納，優(yōu)點(diǎn)是獨(dú)立思考和創(chuàng)造能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是基礎(chǔ)不夠扎實(shí)。因此，我們力求將2種思維模式在各個(gè)章節(jié)都有所體現(xiàn)，期望學(xué)生受到全面的訓(xùn)練。第四，充分注意習(xí)題的作用。習(xí)題是鍛煉思維的體操，是學(xué)習(xí)過程中的重要一環(huán)，做習(xí)題不僅是理解、掌握知識(shí)，而且是學(xué)會(huì)如何運(yùn)用知識(shí)。雖然做習(xí)題本身不是科學(xué)研究，但對(duì)研究能力的養(yǎng)成有重要作用。許多科學(xué)大師都曾津津樂道于他們?cè)缒暝诹?xí)題中的受益。A Sommerfeld曾寫信給他的學(xué)生W Heisenberg，告誡他：要勤奮地去做練習(xí)，只有這樣，你才會(huì)發(fā)現(xiàn)，哪些你理解了，哪些你還沒有理解。楊振寧也曾回憶他的大學(xué)學(xué)習(xí)：西南聯(lián)大教學(xué)風(fēng)氣是非常認(rèn)真的，我們那時(shí)念的課，一般老師準(zhǔn)備得很好，學(xué)生習(xí)題做得很多。的確，“勤奮地去做練習(xí)”，“習(xí)題做得很多”，往往是達(dá)到成功的一個(gè)階梯。因此例題習(xí)題選編的恰當(dāng)與否直接影響教學(xué)效果，這在內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少、提倡自學(xué)的當(dāng)今時(shí)代顯得尤為重要，對(duì)于結(jié)構(gòu)化學(xué)課程而言更是如此。習(xí)題不能全部簡(jiǎn)單化，我們編寫了一定數(shù)量的綜合訓(xùn)練題。最后，注意課外讀物的作用。課外讀物有利于拓寬學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。閱讀原始研究論文能夠培養(yǎng)學(xué)生良好的思維能力和思考問題的方法，提高他們分析問題和解決問題的能力。在結(jié)構(gòu)化學(xué)中，每一個(gè)基本原理或理論大都對(duì)應(yīng)一位科學(xué)大師，學(xué)習(xí)他們的研究方法及寫作技巧，對(duì)學(xué)生將來從事科研等工作十分有益。

因此，材料科學(xué)類的結(jié)構(gòu)化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包括下列6部分內(nèi)容，各部分的基本要求如下：

1.量子力學(xué)基礎(chǔ)和原子結(jié)構(gòu)。這部分內(nèi)容在第1、2章中講授。要求了解量子力學(xué)的基本假設(shè)，掌握氫原子和類氫離子的薛定諤方程及求解要點(diǎn)，提高對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，深入理解原子軌道的意義、性質(zhì)和空間圖象。了解多電子原子的自恰場(chǎng)方法及中心力場(chǎng)近似法，了解核外電子布居的依據(jù)，了解角動(dòng)量的偶合及原子光譜項(xiàng)的意義。

2.化學(xué)鍵理論和分子結(jié)構(gòu)。這部分內(nèi)容主要在第3、5、6、10章中講授。要求重點(diǎn)掌握化學(xué)鍵的三個(gè)基本理論：分子軌道理論、價(jià)鍵理論和配位場(chǎng)理論。其中第3章要求了解線性變分法處理H2+和H2，了解共價(jià)鍵本質(zhì)及典型的雙原子分子的電子排布。第5章要求掌握價(jià)鍵理論在多原子分子結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，掌握s-p雜化軌道的造法及鍵角公式。要求掌握HMO方法及其在共軛分子中的應(yīng)用，掌握前線軌道理論和能量相關(guān)圖及其應(yīng)用。第6章要求掌握配位場(chǎng)理論在配位化合物結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，π-σ配鍵化合物和過度金屬簇合物的電子結(jié)構(gòu)或成鍵特征與性能。了解分子光譜、電子能譜原理。掌握現(xiàn)代化學(xué)鍵理論在討論非金屬化合物成鍵特征及結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系方面的應(yīng)用。

3.點(diǎn)陣?yán)碚摵途w結(jié)構(gòu)。這部分內(nèi)容主要在第4、7、8、9章中講授。要求根據(jù)分子的幾何構(gòu)型確定分子所屬的點(diǎn)群，初步了解群的表示和特征表的意義。了解偶極矩、旋光性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。要求著重了解X射線衍射等方法所依據(jù)的基本原理，以及在測(cè)定結(jié)構(gòu)中的作用和應(yīng)用范圍，為了解與掌握現(xiàn)代化學(xué)中的重要實(shí)驗(yàn)方法打下初步的理論基礎(chǔ)。掌握描述晶體結(jié)構(gòu)的表達(dá)方法，掌握金屬、離子化合物的晶體結(jié)構(gòu)與性能。了解用結(jié)構(gòu)化學(xué)理論研究固體表面的結(jié)構(gòu)和性能的方法。

4.功能材料結(jié)構(gòu)與性能。這部分內(nèi)容在11章中講授。初步了解幾類重要的功能材料，加深理解結(jié)構(gòu)決定性能的觀點(diǎn)，初步了解功能材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。

5.分子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。這部分內(nèi)容在12章中講授。初步了解分子設(shè)計(jì)的基本原理及其應(yīng)用。