光电子技术教学大纲教材

理论（含课内实验）课程教学大纲模板

《光电子技术》教学大纲

一、课程基本信息

1、课程名称:光电子技术：全称（英文）Optoelectronics Technology

2、课程代码：B1309064

3、课程管理：数理学院应用物理教研室

4、教学对象：应用物理

5、教学时数：总时数48 学时，其中理论教学32学时，实验实训16 学时。

6、课程学分：3

7、课程性质：专业选修课程

8、课程衔接：

（1）先修课程：光学、电磁学、原子物理学、量子力学、模拟电子技术

（2）后续课程：

二、课程简介

光电子技术是由电子技术和光子技术互相渗透、优势结合而产生的，是一门新兴的综合性交叉学科，已经成为现代信息科学的一个极为重要的组成部分，以光电子学为基础的光电信息技术是当前最为活跃的高新技术之一。该课程介绍光电子技术的理论和应用基础，介绍光电子系统中关键器件的原理、结构、应用技术和新的发展。该课程在阐明基本原理的同时，突出应用技术，使学生能够把握光电子技术的总体框架，有兴趣、有信心投入实践和创新活动。

三、教学内容及要求

第一章光电系统的常用光源

（一）教学目标

掌握常用的光源及光度学的基本知识；了解发光二级管的新进展。

（二）教学节次及要求

第一节辐射度学和光度学的基础知识

1、掌握辐射度学和光度学的基础知识；

2、了解辐射度学和光度学之间的关系与联系。

第二节热辐射光源

1、掌握热辐射光源的基本原理；

2、了解黑体辐射器、白炽灯和卤钨灯的原理。

第三节气体放电光源

1、掌握气体放电光源；

2、了解气体放电光源的特点以及各种不同类型的气体放电光源。

第四节激光器

1、掌握激光器的基本原理以及半导体激光器的结构；

2、了解各种不同的激光器的发光机理。

1、掌握发光二极管的基本原理；

2、了解发光二极管的工作特性。

（三）教学重点与难点

1、教学重点：光度学的基础知识、常用光源

2、教学难点：激光器

（四）教学方法与手段

课堂讲授、多媒体辅助教学。

（五）教学时数4学时

第二章光辐射的调制

（一）教学目标

了解电光调制、声光调制、磁光调制的基本概念；掌握电光调制的基本过程。

（二）教学节次及要求

第一节机械调制

1、了解光辐射调制的分类；

2、了解机械调制的优缺点。

第二节电光调制

1、掌握电光调制的基本过程；

2、了解电光调制的频率特性。

第三节声光调制

1、掌握声光调制的基本过程。

2、了解什么是声光效应以及其分类。

第四节磁光调制

1、掌握磁光调制的基本过程；

2、了解什么是磁光效应、法拉第效应和克尔效应。

（三）教学重点与难点

1、教学重点：电光调制的基本过程

2、教学难点：声光调制

（四）教学方法与手段

课堂讲授、多媒体辅助教学。

（五）教学时数4学时

第三章光辐射探测器

（一）教学目标

掌握半导体型光电探测器件的基本原理（光电池、半导体光电二极管、红外探测器）；了解光电倍增管的结构与原理。

（二）教学节次及要求

第一节光辐射探测器的理论基础

1、掌握光热效应、光电导效应、光伏效应、光电发射效应；

2、了解半导体中的载流子的扩散与飘移；

3、了解光探测器的噪声。

1、掌握热释电探测器的基本原理；

2、了解热敏电阻。

第三节光电探测器

1、掌握光电探测器的基本原理、特性，会利用光敏电阻设计光控开关，会分析计算光

二极管、光电三极管、光电倍增管在电路中的各项参数；

2、了解集成光电器件、光电倍增管的原理和结构。

（三）教学重点与难点

1、教学重点：光热探测器、光电探测器

2、教学难点：光电探测器

（四）教学方法与手段

课堂讲授、多媒体辅助教学。

（五）教学时数12学时

第四章光电成像器件

（一）教学目标

了解摄像器件性能参数，了解CMOS图像传感器的最新进展。

（二）教学节次及要求

第一节摄像管

1、掌握摄像管的基本功能和工作过程；

2、了解摄像管的历史和发展。

第二节摄像器件的性能参数

1、了解摄像器件的性能参数。

第三节电荷耦合器件

1、掌握CCD的结构和工作原理；

2、了解CCD的发展过程和应用。

第四节CMOS图像传感器

1、了解CMOS图像传感器的历史背景及发展趋势；

2、了解CMOS图像传感器的结构。

第五节图像增强器

了解图像增强器的作用，结构和发展过程。

（三）教学重点与难点

1、教学重点：电荷耦合器件、CMOS图像传感器

2、教学难点：电荷耦合器件

（四）教学方法与手段

课堂讲授、多媒体辅助教学。

（五）教学时数10学时

第五章光存储器

（一）教学目标

了解光盘存储器的工作原理，了解光盘存储技术的发展

（二）教学节次及要求

第一节存储器概述

1、了解存储器的发展；

2、了解光盘的发展和性能参数。

第二节光盘存储器的工作原理

1、掌握光盘存储器的工作原理；

第三节CD、VCD、DVD、可擦写光盘

1、了解CD、VCD、DVD、可擦写光盘的发展和大致的工作制作过程。

第四节光盘存储技术的发展

1、了解光盘存储技术的发展。

（三）教学重点与难点

1、教学重点：CD、VCD、DVD、可擦写光盘、光盘存储器的工作原理

2、教学难点：光盘存储原理

（四）教学方法与手段

课堂讲授、多媒体辅助教学。

（五）教学时数4学时

第六章平板显示器件

（一）教学目标

了解光电子技术领域中LED、液晶等显示技术。

（二）教学节次及要求（按节次逐一列出要点，每一节用“了解”、“理解”、“知道”、“懂得”、“学会”、“掌握”、“训练”、“培养”、“形成”等作为教学要求。）

第一节液晶显示器

1、掌握液晶显示器的显示过程；

2、了解液晶显示器的分类和发展。

第二节LED显示器

1、了解LED显示器的发光过程及其特点。

第三节等离子体显示器

1、了解等离子体显示器的工作原理。

第四节DL P投影显示

1了解DL P投影显示的工作原理。

（三）教学重点与难点

1、教学重点：液晶显示器（LCD）、LED显示器

2、教学难点：液晶显示器

（四）教学方法与手段

课堂讲授、多媒体辅助教学。

（五）教学时数4学时

四、实验教学内容与基本要求

实验一光功率计设计实验

1、目的要求

（1）了解和掌握光硅光电探测器在光功率计上的应用原理

（2）了解和掌握光功率计结构原理

（3）了解和掌握光功率计电路设计原理

（二）实验内容

（1）光功率计测量光照度实验

（2）光功率计设计实性验

（三）所需实验设施设备

（1）光电创新实验仪主机箱

（2）光照度计&光功率计设计模块

（3）功率计探头

（4）连接线

（5）万用表

（四）教学形式及过程

（1）教学形式：讲授

（2）教学过程

1、功率计探头红黑插座对应接到实验模块上输入端“+”“-”。

2、万用表红黑表笔对应接到实验模块上输出端“+”“-”。

3、放大倍数切换开关拨至X1挡，向上拨。

4、打开电源开关，观察万用表指示数值。

5、改变不同光照度和放大倍数，观察万用表指示数值变化。

6、关闭电源。

实验二热释电报警器设计实验

1、目的要求

（1）了解热释电传感器的工作原理及其特性

（2）了解并掌握热释电传感器信号处理方法及其应用

（3）了解并掌握超低频前置放大器的设计

（二）实验内容

（1）热释电传感器系统安装调试实验

（2）热释电传感器信号处理实验

（3）设计性实验

（三）所需实验设施设备

（1）光电创新实验仪主机箱

（2）热释电报警器模块

（3）连接线

（4）万用表

（四）教学形式及过程

（1）教学形式：讲授

（2）教学过程

1、将实验模块上的金色插孔“D”“S”和“G”对应用导线连接（热释电传感器接入电路，D为热释电传感器供电端，S为热释电传感器输出端，G为热释电传感器地），“O1”为热释电传感器输出信号测试点，“O2”为超低频放大电路输出端，“VH”“VL”分别为窗口比较电路上下限电压测试点，“O3”为窗口比较电路输出信号测试点，“O4”为延时电路输出信号测试点。

2、数字万用表黑色表笔接地（GND），红色表笔接热释电红外探头“O1”端，选择直流电压2V档。打开实验箱电源，观察万用表数值变化，约2分钟左右，直至数值趋于稳定，实验仪开始正常工作。

3、用手在红外热释电探头端面晃动时，探头有微弱的电压变化信号输出（可用万用表测量）。

经超低频放大电路放大后，万用表选择直流电压20V档，通过万用表可检测到“O2”输出端输出的电压变化较大。再经电压比较器构成的开关电路和延时电路（延时时间可以通过电位器调节），使指示灯点亮。观察这个现象过程。通过调节“灵敏度调节”电位器，可以调整热释电红外探头的感应距离。

实验三颜色识别系统设计实验

1、目的要求

（1）了解颜色传感器的组成及工作原理

（2）了解颜色传感器的基本特性

（3）掌握颜色传感器的应用

（二）实验内容

（1）颜色传感器短路电流测试实验

（2）颜色传感器开路电压测试实验

（3）颜色传感器颜色识别实验

（4）设计实验：颜色传感器颜色识别设计实验

（三）所需实验设施设备

（1）光电创新实验仪主机箱

（2）颜色识别系统设计模块

（3）万用表

（4）连接线

（四）教学形式及过程

（1）教学形式：讲授

（2）教学过程

1、颜色传感器短路电流特性测试

颜色传感器后端盖如图13.6所示：

图13.6 颜色传感器光源及探测器的后端盖示意图

（1）组装好光通路组件，将光源部分与颜色识别系统设计模块连接起来，即黑色插座与J1相连，红绿蓝与J2、J3、J4任意连接；

（2）将光源与探测器都置于导轨上，发光方向要正对探测器方向；

（3）打开电源，观察光源是否点亮；

（4）滑动双刀双掷开关S3,观察光源发光变化；

（5）将光源与探测器的距离由10cm开始逐渐调近，每隔2cm用万用表测量一次颜色传感器各个部分（即红黑、蓝黑和绿黑）的电流值，并记录下来，填入下表，然后通过S3切换到不同的光源，重复上述测量并记录数值，关闭电源。

（6）上表中所测得的电流值即为颜色传感器不同光照度下的短路电流。

（7）实验完毕，关闭电源，拆除所有连线。

2、颜色传感器开路电压特性测试

（1）组装好光通路组件，将光源部分按照实验1中连接好；

（2）将实验1中测电流改为测电压，其它步骤不变，将数据记录在下表中；

（3）上表中所测得的电压值即为颜色传感器不同光照度下的开路电压。

（4）实验完毕，关闭电源，拆除所有连线。

3、颜色传感器颜色识别实验

根据实验1和2所测数据，对颜色传感器已经有了一定的了解，下面进行颜色识别的实验：

（1）连接好光路组件，光源和探测器尽量靠近，光源部分按照实验1中连接，探测器部分红色插座连J5,绿色插座连J6，蓝色插座连J7，黑色插座连J8;

（2）打开电源，打开红色光源，测量J9、J10测试点的电压值，调节电位器W1，使阈值电压大于J10并且小于J9处的电压值;

（3）关闭电源，用跌插头对连接J9与J9’、J10与J10’、J11与J11’;

（4）打开电源，切换不同颜色的光源，观察D5、D6、D7的变化。

（5）关闭电源，拆除所有连线。

实验四红外体温计设计实验

1、目的要求

（1）了解红外体温计设计的组成及工作原理

（2）了解红外测温传感器的基本特性

（3）掌握红外测温传感器的应用

（二）实验内容

（1）系统组装实验

（2）红外测温传感器特性实验

（3）红外测温传感器的应用实验

（三）所需实验设施设备

（1）光电创新实验仪主机箱

（2）红外体温计系统设计模块

（3）红外体温计探测器组件

（4）探测器数据连接线

（5）万用表

（6）连接线

（四）教学形式及过程

（1）教学形式：讲授

（2）教学过程

1、红外体温计系统的组装实验

红外体温计实验由主机箱、红外测温模块以及温度源三大部分组成，首先认识这些部件，然后学会如何组装。

2、测温距离标定实验

根据传感器的输出特性表，找一个合适的温度源，调试温度源与传感器之间的距离，使传感器的输出与表格中的输出一致，并记录此时温度源与传感器的距离值。

3、红外测温传感器的特性测量实验

根据实验2中的标定距离，用传感器测试不同的温度源，记录传感器的输出(V+－V-)

4、温度超限报警实验

根据红外测温传感器的特性，我们已经知道某个温度下传感器的输出以及测温模块的输出，这样我们可以设定超过一定温度即超过一定电信号输出就报警。在实验中可以通过调节W1来设计不同的电信号阈值，从而达到设定不同的温度的目的。当测温模块输出超过设定的阈值时，报警灯D3就会发光。

五、课程时数分配表

（二）实验项目及学时分配

六、考核方式

1、课程的考核方式：闭卷

2、课程考核成绩确定方法：

（作业、考勤、课堂讨论等）占30%，期末考核占70%。

七、建议教材及教学参考书

1、教材及参考书

使用教材：张永林，狄红卫《光电子技术》,高等教育出版社,2005年5月出版主要参考书:

（1）姚建铨，于壹仲《光电子技术》，著高等教育出版社,2006年5月出版（2）《光电子技术基础》朱京平，科学出版社，2003年9月出版

（3）王静怀《光电子学》马养武，，浙江大学出版社，2004年3月出版

2、实践指导书(格式同上)

执笔人：教研室负责人审核：教学院长审核：