美国电子工程之光学与电子专业解析

发布时间：2015-09-29     来源：美国留学

 一、概念

光电专业在美国不属于一门非常成熟的学科，所以光电的学校还是很少的。光电相关的研究有的电子与电气工程系，有的在物理系。EE偏重于工程应用领域的研究，如Optical Communications，Optoelectronic Devices等，Physics的集中于理论的研究，例如Quantum Optics，Nonlinear Optics等。

二、光电涵盖领域

1、Fiber Optics：这个领域的研究主要集中在研究光纤性能和光纤材料，在光通信(Fiber Optic Communication)、光传感(Fiber Optic Sensing)以及光纤网络(Fiber Optic Networks)等领域有重要应用。

2、Nonlinear Optics Quantumn Optics：这个领域的研究主要集中在研究非线性光学材料(Nonlinear Optical Materials)，非线性光学器件(Nonlinear Guided Waves & Fibers)，光谱学(Spectroscopy)，周期性结构中的量子光学(Nonlinear Optics in Periodic Structures)以及孤子(Solitons)等方向的研究，应用体现在量子通信(Quantum Communication & Information)等领域。

3、Semiconductor Integrated Optics：这个领域可以说是光电领域最纷繁复杂的一块，其研究领域有LED(LEDs & Laser Diodes)，光电半导体器件(Optoelectronics)，集成光电器件(Integrated Optics)，纳米光学(Nanophotonics)，外延生长(Eptiaxial Growth)，硅光子学(Silicon Photonics)，光伏(Photovoltaics)，量子点和纳米结构(Quantum Dots & Nanostructures)周期性结构以及光子晶体(Periodic Structures & Photonic Crystals)，Plasmonics等方向的研究。其应用非常广泛，在光通信(Optical Communication)，光信号处理(Optical Signal Processing)以及能源(Solar Energy Applications)等诸多领域都有广泛应用。

4、Imaging，Sensing Display：这个领域的研究有光电成像(Including Millimeter & THz Technology)，液晶显示(Liquid Crystals Displays)，应用非常广泛。

5、Lasers：顾名思义，这个领域主要是研究激光器，研究的方向包括各种激光器，有固态激光器(Solid State Lasers)、陶瓷激光器(Ceramic Lasers)、半导体激光器(Semiconductor Lasers)、高能激光器(High Power Lasers)、超快激光器(Ultrafast Lasers)、X光激光器(EUV X-ray Lasers)、光频梳(Optical Frequency Combs)等等。应用主要集中在Laser Fabrication & Lithography，Laser Material Processing，Lasers in Medicine。

三、EE涵盖领域

美国大学EE专业一直是美国大学申请中较受关注的热门专业，在工作中我发现对学生们来说，申请中最大的问题就是只注重经典的国内的学科研究范畴，而忽略了国外的学科设置情况。

例如传统的国内教授认为EE应该是以system为主要核心，主要原因就在于没有那么多科研的经费投到device，material层面去研究，认为这些方面的研究不能直接产生经济效益;而system层面的研究得到的回报比较迅速。当然这样的观点国内这几年也有所改观。而美国的EE的faculty认为 EE应该是以device为核心，向上向下分别延伸，称为system，material。或者换句话说：EE就应该是以物理层面为主要的，虽然传统国内理解的Communication，Signal Processing等方面前几年比较热，这只是因为他们的应用市场、产业前景非常好，但这并不是EE的主流。

对于美国大学EE的学科大致有11个分支方向，和光电相关的是光子学与光学Photons and optics。

从研究角度来看，在美国大学，光子学与光学属于电气电子系的关键方向之一。本方向包括光电子学装置，超快电子学，非线性光学，微光子学，三维视觉，光通讯，软 X　光与远紫外线光学，光印刷学，光数据处理，光通讯，光计算，光数据存储，光系统设计与全息摄影，体全息摄影研究，复合光数字数据处理，图象处理与材料光学特性研究。

从录取难度分析，与物理方向有交叉，很多物理专业的学生也竞相申请，竞争相对激烈。但物理学的纯光学研究，主要研究光的基本性质;电子工程的光学主要研究通信类激光，区别还是很大的。本科和研究生期间的方向是集成光学和光纤通信器件以及信息与电子工程学系的非常适合申请。具有专业背景和数学功底很重要。有着较为扎实的数学基础，对于和信息科学相关的学科和科研工作是很重要的。因为21世纪是信息技术的世纪，而信息的处理、分析和传输离不开数学方法和数学工具的应用。

另外10个方向如下：

1、信号处理Image, video, audio, and speech processing

研究内容：信号处理技术是现代电气电子工程的基础。包括声音与语言信号处理，图象与视频信号处理，生物医学成像与可视化，成像阵列与阵列信号处理，自适应与随时间变化的信号处理，信号处理理论，大规模集成电路(VLSI)体系结构，实时软件，统计信号处理，非线性信号处理与非线性系统标识，滤波器库与小波变换理论，无序信号处理，分形与形态信号处理。

未来就业前景：就业前景比较广泛，因为该方向中各个分支都具有很强的应用性，可以应用在制造业，航空航天业，医学界，以及军事领域等等。

录取难度分析：这个方向对于申请者的研究和实践经历比较看中，取得AD的比较多，拿到RA/TA Fellow 的中国学生很少，主要要求有一定从业基础以及应用实践经验，中国学生申请这个方向的学生比较缺乏经验因此获取奖学金的机会也不多。同样对于申请者的研究和实践经历比较看中,以去年一位申请者为例，本科，T：627+5.0, G：1290, GPA 3.4/4.0, 并且之前有不少相关研究经历，最后拿到了一个Auburn University(2006 US news综合排名86)的PhD录取，可见竞争的激烈程度.

2、通讯与网络Telecommunication systems and computer networks

研究内容：通讯与网络是目前很热门的学科方向之一，主要包括无线网络与光网络，移动网络，量子与光通讯，信息理论，网络安全，网络协议与体系结构，交互式通讯，INTERNET运行性能建模与分析，开放式可编程网络，路由算法，多点传送协议，网络电话学，网络中的差错控制理论及应用，多维信息与通讯理论，网络仿真工具，网络分析，神经网络;信息的特征提取、传送、存储及各种介质下的信息网络化问题，包括大气、空间、光钎、电缆等介质等。本方向与信号处理，计算机，控制与光学等广泛交叉。

未来就业前景：就业前景非常不错，可以在电信通信部门，电信通信设备制造业找到工作

录取难度分析：EE下最热的方向，竞争异常激烈，可以不夸张的说，10个申请者里差不多有5个是申请此方向的。除了在GPA，G/T上有竞争力外(T高于580，G高于1100， GPA高于3.0可以说是申请TOP100学校的基本录取硬件条件)，此外，还需要有相关的研究背景和实力。此方向与信号处理，计算机，控制与光学等广泛交叉。适合有以上相关背景的人申请。

3、计算机工程与科学Computer science engineering

研究角度：计算机科学与工程涉及领域较宽广，包括计算机图形学，计算机视觉技术，口语系统，医学机器人，医学视觉，移动机器人学，应用人工智能，有生物灵感的机器人及其模型。医疗决策系统，计算机辅助自动化，计算机体系结构，网络与移动系统，并行与分布式操作系统，编程方法学，可编程系统研究，超级计算技术，复杂性理论，计算与生物学，密码学与信息安全，分布式系统理论，先进网络体系结构，并行编辑器与运行时间系统;并行输入输出与磁盘结构，并行系统、分布式数据库和交易系统，在线分析处理与数据开采中的性能分析。

录取难度分析：与CS广泛交叉，很多在国内学习计算机的学生也竞相申请，此方向更倾向于机器人，AI，以及密码学与信息安全方面，这些方向招收的国际学生较少，所以前期陶瓷很重要，问清楚教授是否招收国际学生。

4、电子与集成电路Electronics & integrate circuit

研究内容：本领域包括微电子学与微机械学，纳电子学(Nan electronics)，超导电路，电路仿真与装置建模，集成电路(IC)设计，大规模集成电路中的信号处理，易于制造的集成电路设计，集成电路设计方法学，A/D与D/A转换器，数字与模拟电路，数字无线系统，RF电路，高电子迁移三极管，雪崩光电管，声控电荷传输装置，封装技术，材料生长及其特征化。

未来就业前景：主要可以从事芯片开发，电子产品研发方面的工作，就业前景乐观，在以生产商为代表的电子产品生产领域拥有着广阔的就业空间。

录取难度分析：可能其主要理解还是VLSI为主。国外不少做这个方向的faculty是CS的，所以有的把这个也归在CS里。应该说纯粹去 IC design这个只是非常应用的技术，而不是研究所应该做的工作，上了研究生或者是工作从事IC设计话这个体会应该比较深刻，或者ASIC那边的话。总之 IC是十足的工程，基础是半导体和微电子. 基础不突破，上面的VLSI也只能是小打小闹。主要可以从事芯片开发，电子产品研发方面的工作，就业前景乐观，以手机生产商为代表的电子产品生产领域拥有着广阔的就业空间。招生量比较大，但生源一般，因此竞争并不是非常激烈。

5、系统控制System control

研究角度：系统控制包括鲁棒与最优控制，鲁棒多变量控制系统，大规模动态系统，多变量系统的标识，制造系统，最小最大控制与动态游戏，用于控制与信号处理的自适应系统，随机系统，线性与非线性评估的设计，随机与自适应控制等等。

录取难度分析：偏理论的研究方向，生员比较生源比较差，很少有申请这个方向。这是个偏理论的研究方向，相对比较枯燥乏味，申请者相对较少。竞争相对不是很激烈。

6、电力技术Electric power tech

研究角度：此方面主要包括电气材料学与半导体学，电力电子及装置，电机，电动车辆，电力系统动态及稳定性，电力系统经济性运行，实时控制，电能转换，高电压工程等。

录取难度分析：取得AD的比较多，拿到RA/TA 的中国学生很少，主要要求有一定从业基础以及应用实践经验!

7、电磁学Electromagnetics

研究角度：本方面包括卫星通讯，微波电子学，遥感，射电天文学，雷达天线，电磁波理论及应用，无线电与光系统，光学与量子电子学，短波激光，光信息处理，超导电子学，微波磁学，电磁场与生物媒介的相互作用，微波与毫米波电路，微波数字电路设计，用于地球遥感的卫星成像处理，子毫米波大气成像辐射线测定(Submillimeter-Wave Atmospheric Imaging Radiometry)，矢量有限元，材料电气特性测量方法，金属零件缺陷定位。

录取难度分析：比较枯燥的专业.相对其他的专业.这个专业的竞争不是那么激烈,但是同样的生源也比较少,所以这个专业如果想申请的话成功的机会还是挺高的.

8、微结构Microstructure

研究角度：作为微电子学革命的发源学科，固体电子学技术现在又产生了另一个新的重要的技术领域_微机电系统 Micro-Electro-Mechanical Systems MEMS。MEMS是一个极端多学科交叉的领域，对许多工程与科学领域有重大影响，尤其是电气工程，机械工程，生物工程等等。最近的研究表明微加工 (Micromaching)为推动化学工程、材料工程、生物学、物理化学的前沿发展提供了强大的工具。MEMS的最基础方面是微制备技术的加工知识，制造微小结构的方法。正是MEMS技术使我们能够制造超声微喷流(Microjet)和微米尺度电机。

录取难度分析：经典的分支方向,也是比较容易找工作的专业.现在也比较缺这方面的人才.所以很正常的这个专业的竞争已经日益激烈了.但是毕竟还是有胜出者的.那些成功的人基本上都有相关的研究背景和比较高的G/T,GPA也很重要.

9、材料与装置Material and equipment

研究角度：电气电子材料及其装置是美欧大学电气学科中的重要学科方向之一。这一学科包括光电子装置仿真，纳结构电子学，半导体与微电子学，磁性材料、介电材料与光材料及其装置，固态物理及其应用，小型机械结构及其激励器，微机械与纳机械装置 (Micromechanical and Nanomechanical Devices)，物理、化学和生物传感器，装置物理学及其特征化，设备建模与仿真，纳米制备(Nanofabrication)与新装置，微细加工(Microfabrication)，超导电子学。

录取难度分析：这个专业可以说是材料工程的相关专业，所以这两个是可以相互转换的。也就是说对于那些学材料的人来说有了更多的选择。这个专业相对来说FUNDS还是比较多的。所以申请奖学金的机会比较多。增强你的研究经历更有机会。

10、生物工程

生物、生命科学是21世纪的最活跃学科之一，利用电气电子技术进行生物生命研究是美欧大学电气学科的特点之一。本方面包括生物仪器，生物传感器，计算神经网络，生物医学超声学，微机电系统(MEMS)，神经系统中信号的传递与编码，高能粒子与生命物质的相互作用，高能粒子束与高能X光在治疗肿瘤中的临床应用，医学成像，生物图象处理，磁共振成像，发射型计算机断层摄影术(PET和SPET)，超声成像，超声成像的三维重建，心脏成像的特征提取，PET/SPET成像中衰减校正，神经微电子界面，血管内的成像，聋瞎病人感官辅助系统，盲人阅读机，自动语言识别等.

五、申请注意

光电专业申请者最好具备以下几个方面的能力：

1. 具有较扎实的自然科学基础、较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力;

2. 较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识。

3. 具有本专业必需的制图、计算、实验、测试、文献检索和基本工艺操作等基本技能;

4. 具有本专业领域内某个专业方向所必要的专业知识，了解其科学前沿发展趋势;

5. 具有初步的科学研究、科技开发及组织管理能力;

6. 具有较强的自学能力和创新意识。

六. 院校推荐

Stanford University 斯坦福大学

CMU 卡耐基梅隆大学

University of South California 南加州大学

UCLA，UCSD，UCSB，UC Davis 加州大学-洛杉矶分校、圣地亚哥分校、圣巴巴拉分校、戴维斯分校

U of Michigan 密歇根大学-安娜堡分校

University of Rochester 罗彻斯特大学

Georgia Institute of Technology 佐治亚理工学院

Lehigh University里海大学

University of Florida 佛罗里达大学

Ohio State University 俄亥俄州立大学

Purdue University 普渡大学

TAMU 德州农工大学

Virginia Tech 弗吉尼亚理工大学

U of Delaware 德拉华大学

University of Dayton 戴顿大学

Arizona State University 亚利桑那州立大学

University of Central Florida 中佛罗里达大学

学校举例说明

三大光学中心：U of Arizona，U of Rochester，U Central Florida，要申请光电专业的申请者最好都细细看看这三个学校的网站。可能你不一定会申请，但是他们网站上对于光学专业的介绍以及指导可能会给你一种醍醐灌顶的感觉。总体而言，U Arizona和U Central Florida偏向Engineering，U Rochester更Theoretical一点，当然不是一概而论，需要看具体的方向和老板。总的来说，U Arizona各个分支都很强，但是大陆的学生本科毕业直接申PHD难度很大;U Rochester历来牛人辈出，理论研究尤其牛，每年也都会在中国大陆招几个人;U Central Florida的光学方向很全，液晶和激光尤其强悍，每年都会留几个名额给中国大陆的学生(但是今年由于funding原因，就招了我一个中国学生)，比较倾向于招浙大的学生。直接进入这三所学校难度较大，很多中国学生都是transfer进去的，有的换系，有的换学校。所以大家如果被拒也不用灰心，录取比例实在比较低，其中有学校为了diversity的目的。所以如果实在非这几个不去，可以考虑曲线救国。

University of Michigan–Ann Arbor

光电专业实力很强，教授多，研究方向也比较全，其中Optoelectronics尤其强。U Michigan的Optoelectronics组规模很大，所以funding不是问题，每年都会招很多学生，不过申请难度也不小。

University of California–Santa Barbara

UCSB的光电集成电路是北美最强的几个集成光电中心之一(有可能是高校中最强的)。主要有四个教授：Coldren，Bowers，Blumenthal，Dagli。前三个教授最近几年每年都有百万计的钱入账，几乎每年都会招人。Bowers每年都会招好几个。Dagli也很牛，但组规模小而精，几年只招一个人。如果想做光电集成电路，UCSB基本是最佳选择之一。还有两个LED的教授：Denbaars和Nakamura，其中Nakamura尤其牛。另外，做 MBE的Gossard和做Quantum Structures and Devices的Petroff以前都是AT&T Bell的骨干。那里所有的博士生都能保证有导师，有funding，科研环境比较宽松，条件也很好。 尤其是electronics photonics方向，有非常充足的钱提供科研。作为三五族半导体的圣地，这里有北美最好的cleanroom 之一，也有(可能是)北美最多的MOCVD和MBE。但是，总体来说UCSB的ECE不像其他学校，没有那么依赖中国人，所以UCSB的申请还是挺难的，photonics方向几年来也几乎没招几个中国人。

University of California–San Diego

UCSD有个Photonics/Opto-Electronics Program，下面有四个做光电的研究组。分别是High Speed Devices Group，OptoElectronic Computing Group，Ultrafast and Nanoscale Optics Group，Photonic Systems Integration Lab，UCSD Photonic Systems Group，研究实力都还不错，毕竟地处加州。

University of California–Davis

又是一所UC系列的学校，继承了UC学校光电专业的强势。

Georgia Tech

这个学校工科特别大，比较全，所以排名很高。光电来说，基本上做什么方向的都有。不过据说这个学校如果套词没人回信是没有希望的，这个学校审材料的过程是先挑出一些特别好的，其他人的材料就被扔在那里，等着教授自己去拿。如果没有人拿你的材料，他就一直拖着，直到最后小米清理完一起来拒。

Ohio State University

OSU的ECE很大，做的东西很全，做光电的也不少，但是没有做的突出的。这个学校算是中国学生的大众情人校，每年也都会在大陆发不少offer。那边的中国学生和学生也特别多，和PSU情况差不多。

University of Minnesota–Twin Cities

MN将ECE和Physics的从事光学的教授，拿出来成立了一个光学院，光学还做的不错。有不少较牛的教授，集中在做 Nanophotonics和Optoelectronics方向。不过Minnesota 地理位置实在太差，太冷，冬天最低可达零下50度。

Princeton University

该校的光电研究主要集中在Photonic Systems，Non-linear Optics，Nanophotonics以及Quantum Optics，研究组规模都不大，但是属于小而精的类型。

Harvard University

哈佛的ECE和Princeton差不多，都属于小而精的类型。不过哈佛的ECE近年来引进了一批牛人，其中光电和微波方向的不少，似乎要主攻这两个方向。有兴趣的同学可以看看，不过哈佛的申请难度不需赘述了。

University of Colorado–Boulder

又一所光电牛校，这个学校AMO很强。做应用的一般在EE系，跟产业联系很紧密。另外，它有一个 Interdisciplinary Program in Optical Science Engineering，是一个Physics，EE和Chemistry三个系合办的项目，可惜几乎只给美国学生资助.

Virginia Tech

学校的光学中心是全球最大的也是发展最快的光纤传感研究中心之一，在多个方向上都有开创性的工作，创办十多年来累计拿到美国政府和公司赞助的数千万美元研究经费。有研究兴趣相符的同学可以申请试试。

University of Delaware

所综排和专排都在70左右看似不起眼的学校却是太阳能电池研究的牛校。在这里可以做很多工艺方面的东西，导师都很好，funding很足。而且地理位置不错，和工业界结合紧密。

Lehigh University

ECE系里有个研究Photonics and Display Technologies的分支，研究实力还可以，偏重理论研究，主要集中在做NanoPhotonics和 Displays Silicon以及 Silicon Photonics，总体来说申请难度不大。

New Mexico

这个学校一定要拿来好好说下，他授予专门的Optical Science and Engineering PhD，是除三大光学中心之外的一个另类学校，据说光学很不错，分支很全面，可以从ECE和Physics同申这个PhD program。但是需要说一点的是这个学校地理位置一般，而且治安较差，黑人较多。

Okalahoma State University

和New Mexico很像，他授予专门Photonics PhD，据网上说他家也是根据program申请的，Photonics program可以从EE，Physics，Biology申请，钱也可以从这三个学院要。但是他家给留学生的钱很少。申请费狂贵，但是处理速度较快。

Uof Dayton

非常小的教会学校，地处Ohio，他们的光电项目叫Electro-Optics Program。他们的光电研究主要集中在Nonlinear Optics，有个中国教授Prof. Qiwen Zhan在那边，研究组实力还不错，由于学校实力不强，所以不建议申PhD。可以申Master，比较容易获得TA，不过就算没有TA学费也是很便宜的。

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