2）举例二：法拉第电磁感应定律
在科学发展史上，换位思考的例子也是不胜枚举。法拉第发现电磁感应定律是一个很典型的例子。1820年，着名的物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，即电场可以产生磁场。安培、法拉第等人，采用换位思考的思路认为，将因果倒置，既然电场能产生磁场，那么磁场也应该能够产生电场。经过多年的努力，法拉第在1831年提出了着名的电磁感应定律，并根据这一定律发明了世界上第一台发电装置。
3）举例三：德布罗意波
在科学发展史上另一个换位思考的例子，是德布罗意波的发现。随着对于光本性的深入研究，光具有波粒二象性被广泛的承认。德布罗意采用换位思考，既然具有波动性的光也具有微粒性，那么具有微粒性的粒子是否也具有波动性？顺着这个思路做下去，德布罗意终于发现了粒子的相干波。
3.缺点逆用思维法
这种方法是指利用事物的缺点，将缺点变为可利用的东西，化被动为主动，化不利为有利，“坏事变好事”的思维发明方法。这种方法并不以克服事物的缺点为目的；相反，它是将缺点化弊为利，开拓新的技术领域。
1）举例一：散斑技术
散斑也称斑纹。自1960年激光器问世后不久，人们就观察到了一种现象：被激光照明的物体，其表面呈现颗粒状结构。这种颗粒状态被取名为“激光散斑”。
散斑现象早在牛顿时代就被人们所认识。1877年K埃克斯纳研究散射光干涉现象时，在夫琅和费衍射亮环内观察到辐射颗粒状散斑图样，这种辐射状是光源单色性不够引起的。1914年劳厄发表的夫琅和费照片更清楚地显示了辐射颗粒状结构，并讨论了它的统计特性。激光器出现之后，散斑现象更加明显突出。散斑现象使图像观察变得模糊，降低了图像质量，不利于对物体表面的观察。
近年来，随着对散斑现象大量深入的研究，人们发现虽然散斑会影响图像的质量，但是却可以反映表面许多物理性质，获得了日益广泛的应用。
（1）在全息技术上的应用。
激光器用于全息照相后，人们发现了激光形成的散斑，但它最初被认为是一种带着无用信息的特殊噪声，限制了成像系统的分辨率。为此，人们曾致力于把散斑效应减至最小的研究，但是进展不大。
在研究如何减弱散斑的影响的过程中，发现散斑携带了光束和光束所通过的物体的许多信息，于是产生了许多的应用。
1966年，Bruch和Ennos在实验中发现，散斑具有可测的强度和确定的相位，从而为散斑的应用奠定了基础。
（2）在测量技术上的应用。
Groh把散斑引入计量领域，他用散斑图样作为测量疲劳断裂的阴影模板，结果表明这是一种非常灵敏的测量表面位移的方法。1969年，在国际光学会议上，Leendertz提出了散斑相关干涉计量术（SPCI），成为散斑计量术的重要发展。
2）举例二：光纤光栅传感器
光纤光栅是一种用紫外光或者CO2激光器在光纤照射形成的沿着传输方向的周期性结构。这种周期性结构有很好的滤波性能，并可以通过调节周期的变化制成许多光纤器件，如制作色散补偿器件等。它的研究初衷是为光纤通信服务的。经过多年的努力，各种结构的光纤光栅都被研制出来了。但是在使用时发现，其透光特性很容易受到环境的影响，为了稳定其性能，人们大伤脑筋。
利用逆向思维，利用它环境敏感的特点，恰恰可以用来制作传感器，而且它是直接在光纤上制作的，具有体积小、重量轻、耐腐蚀、高灵敏度、无源、不受电磁干扰及传输距离远传等优点。光纤光栅易受到外界环境的影响，如温度、压力等，从而导致传输光的强度、相位、频率、偏振态等光波量发生变化，通过监测这些量的变化可以获得相应的物理量。因此光纤光栅传感器得到了广泛应用，成为当代传感器的主流。
3.7 计算机辅助设计、仿真与数字化方法
在技术研发的过程中，技术方案的选择和优化是十分重要的。为此，需要进行大量的工程计算并绘制很多幅设计图纸，这不仅耗费了大量的脑力劳动，而且这些冗长繁杂的计算，拖长了设计周期，降低了设计质量，甚至由于计算错误，导致设计失败。一个光学系统的设计方案往往需要反复进行演算、实验与测试，以验证方案的合理性，但由于实验仪器设备昂贵，工艺制作费工费时，如果对方案参数的每一次修正都直接用真实系统进行实验，显然是极大的浪费。解决上述问题的有效方法是计算机辅助设计与仿真方法。
此外，利用数字技术可以改造我们的光学系统，将模拟的光学系统改造成数字光学系统，使得原本很难解决的模拟光学系统的加工制造问题分解成一个个小的数字光学单元的加工问题，并大大提升光学系统的可控性。这时，计算机本身也成为光学系统的一部分，甚至成为关键技术。因此，利用数字技术提升现有光学系统的性能，也是一种重要的技术研发方法。
3.7.1 计算机辅助设计与仿真方法简介
计算机辅助设计与仿真方法最为典型的例子是用于机械设计。从最初的在绘图板上进行手工设计发展到计算机辅助的自动设计，大大降低了人的脑力劳动，缩短了设计时间，提高了设计质量。计算机辅助设计将人的创造力和计算机的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断力很好地结合起来，将以往由人工完成的计算、数据存储和制图等各项工作由计算机替代完成，产生设计结果，并可快速给出图形显示，使设计人员能及时对设计做出判断和修改。利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验研究的方法，具有经济、安全、可靠、灵活、直观、可多次重复使用的优点，已经成为对许多复杂系统进行设计、分析、试验、评估所必不可缺少的手段。
现在，计算机辅助设计与仿真方法已在电子电气、软件开发、机械制造、服装设计、土木建筑、地质气象、军事医学、经济管理、航空航天、光学设计、通信工程等各个领域的科学研究与工程设计中得到广泛应用，可极大提高研究设计质量，减轻研发人员的劳动，缩短研究周期，降低研发成本，使创新的研究思路能够得以实现，为开发新产品和新工艺创造了有利条件。
计算机辅助设计与仿真方法的实现过程如下。
1.明确设计目标
以多种学科的理论为基础，并通常利用归纳法、演绎法、移植法、交叉法、螺旋上升法、逆向思维法、集成法等多种创新方法构思出新的技术方案，明确设计或仿真所要达到的主要技术指标。
2.建立数学模型及模块化设计
对于需要研究的对象或问题，计算机是不能直接认知和处理的。首先需要根据设计或仿真所要达到的目的抽象出一个确定的系统，并且给出这个系统的边界条件和约束条件。之后利用各种相关学科的知识，把所抽象出来的系统用数学的表达式描述出来，描述的内容就是所谓的“数学模型”。这个模型既反映了所研究对象的实质，又易于被计算机处理，是进行计算机辅助设计与仿真的核心。此外，对于复杂系统，需要进行模块化处理，使各个模块相对独立，并界定好他们的功能联系和参数关系。
3.数学模型程序化
对上一步抽象出来的数学模型通过各种适当的算法和计算机语言转换成计算机能够处理的形式，即编制程序。有些模块可以利用已有的设计分析软件，而其他模块则需要自行编程处理，获得源代码。到此已能解决特定问题，再进行功能扩展，使之成为成熟的软件，并能对许多共性问题进行辅助设计及仿真。
4.实际运行相关设计与仿真软件解决具体问题
经过多年的发展，一大批经过实践考验的行之有效的设计与仿真工具软件已经形成，并在各行各业得以应用。设计工具软件从来源上可分为商用软件和内部设计软件。
商用软件可直接在市场上购买；内部软件仅供企业、研发单位等内部人员使用，是多年设计经验的积累。这些设计软件均是计算机辅助设计与仿真方法运用的最终体现。
对于使用设计与仿真软件进行技术研发的人员来说，尽快地熟悉这些软件并能灵活运用，是缩短研发过程的有效途径，也是个人就业竞争力的体现，还是提升企业竞争力的重要途径，非常重要。应用于光学技术领域的设计仿真软件不同于一般的通用计算机软件，带有很强的专业特点，且相关参考书籍少之又少，人们只能从软件的使用说明书中粗略了解一些程序原理及使用方法。因此，要熟练成功地运用它们，不仅需要扎实的专业知识和丰富的实际经验，更需要不断的实践与探索，才能对软件的数学模型、功能及使用对象有充分的了解，才能使软件所提供的更多功能物尽其用。
由于工具软件的实践性非常强，课上教学的效果非常有限，仅仅靠听课不能解决问题。这正如学车必须上车、学游泳必须下水一样，学习这些软件，主要靠自己实践。在使用这些软件过程中出现的任何错误，都不至于使它失效，也不至于损坏计算机，因此每个学习者可以大胆试验。“Try，Try，Try”就是主要的学习方法。一般商业化的设计软件功能强大，可以解决很多问题，若想将所有内容全部快速掌握，并不容易，可以从最为基本的功能入手，针对某一特定问题，边做设计，边学习软件，将理论知识与操作设计实践相结合，就会事半功倍。此外，要充分利用网络的便利，与其他使用者多探讨，多学习，多实践。
3.7.2 计算机辅助设计与仿真方法在光信息技术中的应用
光学的计算机辅助设计与仿真方法最早是用于光学镜头的设计。在计算机普及之前，为了设计一个光学镜头，设计人员要进行手工计算、追迹光线、计算像差等一系列工作，从而要花费相当长的时间。例如，设计一个有6片镜片的镜头，每个镜片表面要计算200条光线，整个镜头就要计算上千条光线，要3个月才能完成全部计算，并且每修改一个参数将重复进行计算，而设计结果的优劣在很大程度上依靠设计人员的经验。
罗切斯特大学光学学院教授，Fiber.Optics Communications Systems的作者Govind P.Agrawal博士就曾表示：“随着光学系统变得越来越复杂，科学家和工程师更加必须采用先进的软件设计仿真技术作为解决设计问题的必要辅助手段。”现在，光学计算机辅助设计与仿真方法已经用于光信息科学与技术研究中的各个领域，主要体现在光学仪器设计、光通信元件及系统设计、激光器设计以及照明与显示设计中。
1.计算机辅助设计方法在光学镜头设计中的应用
根据前面所给出的计算机辅助设计与仿真方法的实现过程，来看一下如何将该方法应用于光学镜头设计之中。首先是明确镜头设计的基本要求与关键参数，如焦距、放大率、各种像差等成像质量要求。光学镜头设计的任务就是依据这些要求来确定最为适合的各个光学元件的结构参数，包括各个透镜的曲率半径、厚度、间隔、折射率等。
在明确总体要求之后，第二步是建立数学模型，将镜头设计工作抽象为一个数学关系。我们知道，光学系统的成像质量是随着组成系统的各个光学元件的结构参数的变化而变化的，每个结构参数的改变，都会使得整个系统的成像质量发生变化。因此，成像质量与结构参数之间存在着某种形式的函数关系。
这个多变量的函数关系，就是镜头系统设计的数学模型。镜头设计问题就此转化为方程组的求解问题。
