1、光丸技術(shù)課程教學(xué)大綱一、課程的基本信息適應(yīng)對象：光電信息科學(xué)與工程、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科課程代碼:42E00415 （光電）、25E01826 （電子）學(xué)時分配：76學(xué)時二54 （理論）+16 （實(shí)驗(yàn)）賦予學(xué)分：4學(xué)分先修課程：電路分析、信號與系統(tǒng)、半導(dǎo)體物理學(xué)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)后續(xù)課程：光電測試技術(shù)、光電圖像處理、光纖通信、光電子材料與器件、光電子技術(shù)進(jìn)展、光 電技術(shù)實(shí)訓(xùn)二 課程性質(zhì)與任務(wù)光電技術(shù)課程是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)本科生必修的專業(yè)課程、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 本科生專業(yè)選修課，是一門以光電子學(xué)為基礎(chǔ)，綜合利用光學(xué)、精密機(jī)械、電子學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù), 解決各種工程應(yīng)用課題的技術(shù)科

2、學(xué)，它是光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的開展方向。本課程的內(nèi)容限 定在光學(xué)系統(tǒng)和電子學(xué)的連接點(diǎn)。主要講述各種光電效應(yīng)、與光電信號變換有關(guān)的光電探測器件、 光電接口電路、信號變換原理以及典型光電系統(tǒng)的應(yīng)用。三、教學(xué)目的與要求通過本課程的學(xué)習(xí)，到達(dá)以下教學(xué)要求：（1） 了解典型光電探測器件的原理和特點(diǎn)，掌握常 用光電探測器件的性能，使用要點(diǎn)和選用原那么。（2） 了解光電監(jiān)測電路的設(shè)計(jì)和參數(shù)估算法，能 設(shè)計(jì)和調(diào)試簡單的光電檢測電路。（3） 了解和掌握常用光電信號變換方法，能對實(shí)際工程問題獨(dú) 立的提出采用光電方法的技術(shù)方案或?qū)σ延泄怆娤到y(tǒng)進(jìn)行分析。四 教學(xué)內(nèi)容與安排（一）理論教學(xué)內(nèi)容與安排緒論（2學(xué)時）教學(xué)內(nèi)

3、容：1、光電技術(shù)與信息技術(shù)2、光電系統(tǒng)3、光電技術(shù)的應(yīng)用教學(xué)要求：重點(diǎn)：光電系統(tǒng)的組成。難點(diǎn)：實(shí)際光電探測過程中的光子、電子的轉(zhuǎn)換以及光子和光電子的概念區(qū)別。第一章光輻射探測的理論基礎(chǔ)（8學(xué)時）教學(xué)內(nèi)容：2、了解光電測距傳感器的基本特性3、掌握光電測距傳感器的應(yīng)用4、熟悉和掌握單片機(jī)的原理及應(yīng)用5、熟悉和掌握CPLD的原理及應(yīng)用6、熟悉和掌握虛擬儀器開發(fā)的原理及應(yīng)用根據(jù)教學(xué)情況并結(jié)合光電子課程綜合實(shí)訓(xùn)平臺運(yùn)行情況每學(xué)期選擇開展4個實(shí)驗(yàn)工程。五 教學(xué)設(shè)備與設(shè)施使用多媒體投影、傳統(tǒng)粉筆黑板、光電實(shí)驗(yàn)室六 課程考核與評估本課程考核形式為閉卷考試，考試時間為100分鐘，成績評定方法為：期評成績=期末考

4、試 成績X6O%+實(shí)驗(yàn)成績X2O%+平時成績X20%,其中平時成績包括作業(yè)、出勤、課堂表現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)成績 為單次實(shí)驗(yàn)成績的平均值，單次實(shí)驗(yàn)成績=實(shí)驗(yàn)操作x50%+實(shí)驗(yàn)報告x50%。七教材及主要參考書教材：江文杰.光電技術(shù)（第二版）.科學(xué)出版社，2014.參考書：.江月松.光電技術(shù)與實(shí)驗(yàn).北京理工大學(xué)出版社，2008.雷玉堂.光電檢測技術(shù).中國計(jì)量出版社，2009.浦昭邦.光電測試技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2008.王慶有主.光電技術(shù).電子工業(yè)出版社，2010.1-1輻射度學(xué)與光度學(xué)的基礎(chǔ)知識知識點(diǎn)：知識點(diǎn)：1)2)3)4)知識點(diǎn)：1)2)知識點(diǎn)：1)2)3)4)1-2半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識知識點(diǎn)：1）能帶理論

5、2）熱平衡狀態(tài)下的載流子3）半導(dǎo)體對光的吸收4）非平衡狀態(tài)下的載流子5）載流子的擴(kuò)散與漂移6） PN 結(jié)1-3黑體輻射和光輻射源知識點(diǎn)：1）基爾霍夫定律2）普朗克輻射定律3）維恩位移定律4）斯蒂芬玻爾茲曼定律。1-4典型光輻射源知識點(diǎn)：1）光源的基本特性參數(shù)2）太陽的光譜能量分布曲線3）激光二極管4）發(fā)光二極管教學(xué)要求：重點(diǎn)：電磁波波譜、光子的能量公式、PN結(jié)形成和加正反向電壓后PN結(jié)的伏安特性、黑體 輻射四大定律。難點(diǎn)：輻射度學(xué)與光度學(xué)兩種單位之間的轉(zhuǎn)換及區(qū)別和聯(lián)系；半導(dǎo)體載流子的擴(kuò)散與漂移; 本證吸收與非本征吸收；載流子壽命；黑體輻射四大定律的理解和運(yùn)用。第二章 光電探測器概述（4學(xué)時）教

6、學(xué)內(nèi)容：2-1半導(dǎo)體光電效應(yīng)知識點(diǎn)：1）光電導(dǎo)效應(yīng)、光伏效應(yīng)、光電子發(fā)射效應(yīng) 2）光電轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律。2-2光電探測器噪聲知識點(diǎn)：1）熱噪聲（Johnson噪聲）。2）散粒噪聲。3）產(chǎn)生一復(fù)合噪聲1/f噪聲5）溫度噪聲2-3光電探測器的特性參數(shù)知識點(diǎn)：1）光電特性。2）靈敏度與光譜特性3）等效噪聲功率和比探測率4）響應(yīng)時間與頻率特性教學(xué)要求：重點(diǎn)：三種半導(dǎo)體光電效應(yīng)、光電探測器噪聲分類和產(chǎn)生的原因、等效噪聲功率和比探測率。難點(diǎn)：量子效率、光電轉(zhuǎn)換的兩個基本規(guī)律、探測率和比探測率的區(qū)別。第三章光電導(dǎo)探測器（4學(xué)時）教學(xué)內(nèi)容：3-1光電導(dǎo)探測器的基本原理知識點(diǎn)：1）材料及分類2）光電導(dǎo)響應(yīng)3）原理

7、和結(jié)構(gòu)主要特性參數(shù)知識點(diǎn)：1）光電特性和丫值2）光電導(dǎo)靈敏度3）響應(yīng)時間和頻率特性4）光譜特性5）溫度噪聲6）前歷效應(yīng)7）伏安特性8）噪聲特性偏置電路和應(yīng)用知識點(diǎn)：1）基本偏置電路及直流參數(shù)的計(jì)算2）計(jì)算 Ub,RL3）計(jì)算對應(yīng)的輸出電壓4）幾種典型偏置電路教學(xué)要求：重點(diǎn)：本征型和雜質(zhì)型光電導(dǎo)探測器工作溫度、和響應(yīng)光譜特性的差異。光敏電阻的光敏面 做成蛇形結(jié)構(gòu)的原因。難點(diǎn)：光電導(dǎo)靈敏度、前歷效應(yīng)、響應(yīng)時間概念的理解和偏置電路的設(shè)計(jì)。第四章光伏探測器（6學(xué)時）教學(xué)內(nèi)容：原理和特性知識點(diǎn)：1）伏安特性2）暗電流3）等效電路4）光譜特性5）響應(yīng)時間和頻率特性6）開路電壓Uoc和短路電流Isc.7）噪

8、聲、信噪比和噪聲等效功率典型光伏探測器知識點(diǎn)：1）硅光電池2）硅光電二極管3） PIN光電二極管4）雪崩光電二極管4.3偏置電路知識點(diǎn)：1）自偏、零偏、反偏三種偏置電路特點(diǎn)和設(shè)計(jì)2）計(jì)算 Ub,RL3）拐點(diǎn)電壓和開路電壓和短路電流教學(xué)要求：重點(diǎn)：PN光電效應(yīng)的過程，光照下PN結(jié)的伏安特性。不同光伏探測器的工作象限。難點(diǎn)：自偏、零偏、反偏三種偏置電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。第五章光電子發(fā)射探測器（6學(xué)時）教學(xué)內(nèi)容：光電陰極知識點(diǎn)：1）常用的光電陰極材料2）負(fù)電子親和勢陰極結(jié)構(gòu)、原理、優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)原理知識點(diǎn)：1）光窗、光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)（電子透鏡）、電子倍增系統(tǒng)、陽極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作 用主要特性參數(shù)知識點(diǎn)：1）伏

9、安特性和光電特性2）暗電流和電流增益3）疲勞特性4）光譜特性5）時間特性6）靈敏度7）噪聲與噪聲等效功率工作電路及應(yīng)用知識點(diǎn)：1）高壓供電電路2）計(jì)算分壓電阻、并聯(lián)電容、高壓電源、接地方式確實(shí)定3）信號輸出電路教學(xué)要求：重點(diǎn)：PMT光電子發(fā)射效應(yīng)的過程，光電陰極的材料特點(diǎn)、負(fù)電子親和勢光電陰極是如何實(shí) 現(xiàn)的及其優(yōu)點(diǎn)。倍增原理、二次電子發(fā)射。難點(diǎn)：光電流與增益M,幾個時間特性參數(shù)的理解，偏置電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。第六章熱探測器（5學(xué)時）教學(xué)內(nèi)容：6. 1原理及特性 知識點(diǎn)：6. 1原理及特性 知識點(diǎn)：1)2)3)4)5)6)7)6. 2測輻射熱計(jì) 知識點(diǎn)：1)2)熱力學(xué)分析模型和熱流方程熱探測器的溫

10、升溫度靈敏度熱導(dǎo)極限值光譜特性平坦性 熱敏電阻結(jié)構(gòu)和工作原理金屬和半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)熱電偶和熱電堆知識點(diǎn)：1)熱電偶(Thermocouple)工作原理2)結(jié)構(gòu)熱釋電探測器知識點(diǎn)：1)熱釋電效應(yīng)原理2)熱釋電探測器主要特性參數(shù)定3)熱釋電探測器應(yīng)用舉例教學(xué)要求：重點(diǎn)：如何提高熱探測器的溫度靈敏度，熱探測器的光譜響應(yīng)范圍款且平坦的原因，熱釋電 效應(yīng)、居里溫度。難點(diǎn)：熱力學(xué)分析模型、熱釋電探測器的工作原理.第七章光電成像器件(5學(xué)時)教學(xué)內(nèi)容：光電成像器件概述知識點(diǎn)：1)光電成像器件分類2)像管3)攝像管4)電視掃描制式直視型光電成像器件知識點(diǎn)：1)像管和像增強(qiáng)管的結(jié)構(gòu)和工作原理2)熒光屏7.

11、3電荷耦合器件知識點(diǎn)：1)CCD的結(jié)構(gòu)與工作原理CCD的主要特性參數(shù)CCD攝像器件教學(xué)要求：重點(diǎn)：像增強(qiáng)管和變像管的區(qū)別，CCD的結(jié)構(gòu)與工作原理，熱釋電效應(yīng)、熒光屏的作用。難點(diǎn)：視頻信號的輸出、CCD的電荷包的存儲、轉(zhuǎn)移的工作原理，為何CCD工作在非平衡態(tài)第八章光學(xué)信號的調(diào)制（6學(xué)時）教學(xué)內(nèi)容：光信號調(diào)制的概述知識點(diǎn)：1）載波的特征參數(shù)2）調(diào)制3）調(diào)制的意義光信號調(diào)制的基本原理知識點(diǎn)：1）連續(xù)波調(diào)制2）脈沖調(diào)制3）編碼調(diào)制光信號調(diào)制的基本方法知識點(diǎn)：1）光信號強(qiáng)度的調(diào)制2）光信號相位的調(diào)制3）光信號頻率的調(diào)制4）光信號偏振的調(diào)制調(diào)制信號的解調(diào)知識點(diǎn)：1）直線律檢波與調(diào)幅信號的解調(diào)2）相敏檢波與

12、調(diào)相信號的解調(diào)教學(xué)要求：重點(diǎn)：振幅調(diào)制（AM）的原理，調(diào)幅波的帶寬、編碼調(diào)制的步驟。難點(diǎn)：光調(diào)制信號的解調(diào)、相敏檢波與調(diào)相信號的解調(diào)第九章 直接探測和相干探測（4學(xué)時）教學(xué)內(nèi)容：直接探測知識點(diǎn)：1）直接探測的基本原理2）直接探測的應(yīng)用舉例相干探測知識點(diǎn)：1）相干探測的基本原理2）相干探測的條件3）相干探測的應(yīng)用舉例教學(xué)要求：重點(diǎn)：直接探測和相干探測的工作原理、相干探測的優(yōu)點(diǎn)。難點(diǎn)：相干探測的物理過程第十章 光電檢測電路與信號處理（2學(xué)時）教學(xué)內(nèi)容：10. 1光電檢測電路的帶寬和頻率特性知識點(diǎn)：1）檢測電路的基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求2）檢測電路的帶寬10.2光電檢測電路的低噪聲設(shè)計(jì)知識點(diǎn)：1）提高系統(tǒng)

13、信噪比途徑2）噪聲系數(shù)3）提高系統(tǒng)信噪比途徑教學(xué)要求：重點(diǎn)：帶寬的含義，帶寬對信號質(zhì)量的影響。難點(diǎn)：如何確定檢測電路帶寬？第十一章典型光電系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)（2學(xué)時）教學(xué)內(nèi)容：分布式光纖測溫系統(tǒng)知識點(diǎn)：1）空間位置：光學(xué)時域反射定位2）溫度數(shù)值：拉曼散射一溫度效應(yīng)3）測溫原理CCD尺寸測量知識點(diǎn)：1）CCD尺寸測量系統(tǒng)的工作原理；2）特點(diǎn)教學(xué)要求：重點(diǎn)：分布式光纖測溫、CCD尺寸測量系統(tǒng)的工作原理。難點(diǎn)：分布式光纖測溫系統(tǒng)中的信號光和參考光的關(guān)系，CCD尺寸測量系統(tǒng)的特點(diǎn)。（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與安排實(shí)驗(yàn)一光敏電阻特性測試及其變換電路（4學(xué)時）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、光敏電阻的暗電阻、暗電流測試實(shí)驗(yàn)2、光敏電

14、阻的亮電阻、亮電流測試實(shí)驗(yàn)3、光敏電阻光電流測試實(shí)驗(yàn)；4、光敏電阻的伏安特性測試實(shí)驗(yàn)5、光敏電阻的光電特性測試實(shí)驗(yàn)6、光敏電阻的光譜特性測試實(shí)驗(yàn)7、光敏電阻的時間響應(yīng)特性測試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：1、學(xué)習(xí)掌握光敏電阻工作原理2、學(xué)習(xí)掌握光敏電阻的基本特性3、掌握光敏電阻特性測試的方法4、了解光敏電阻的基本應(yīng)用實(shí)驗(yàn)二光電倍增管特性測試及微弱光發(fā)生與測量實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、光電倍增管暗電流測試實(shí)驗(yàn)2、光電倍增管陽極靈敏度測試實(shí)驗(yàn)3、光電倍增管陽極光電特性測試實(shí)驗(yàn)4、光電倍增管陽極伏安特性測試實(shí)驗(yàn)5、光電倍增管時間特性測試實(shí)驗(yàn)6、光電倍增管光譜特性測試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：1、掌握光電倍增管結(jié)構(gòu)以及工作原理

15、。2、學(xué)習(xí)掌握光電倍增管基本特性。3、學(xué)習(xí)掌握光電倍增管基本參數(shù)的測量方法。4、了解光電倍增管的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)三APD光電二極管特性測試（4學(xué)時）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、APD光電二極管暗電流測試實(shí)驗(yàn)2、APD光電二極管光電流測試實(shí)驗(yàn)3、APD光電二極管伏安特性測試實(shí)驗(yàn)4、APD光電二極管雪崩電壓測試實(shí)驗(yàn)5、APD光電二極管光電特性測試實(shí)驗(yàn)6、APD光電二極管時間響應(yīng)特性測試實(shí)驗(yàn)7、APD光電二極管光譜特性測試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：1、學(xué)習(xí)掌握APD光電二極管的工作原理2、學(xué)習(xí)掌握APD光電二極管的基本特性3、掌握APD光電二極管特性測試方法4、了解APD光電二極管的基本應(yīng)用實(shí)驗(yàn)四熱釋電探測器及光電照明燈控制實(shí)驗(yàn)（

16、4學(xué)時）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：熱釋電探測器實(shí)驗(yàn)、光電照明燈控制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)要求：1、了解熱釋電傳感器的工作原理及其特性2、了解并掌握熱釋電傳感器信號處理方法及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)五PIN光電二極管特性測試及其變換電路（4學(xué)時）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、PIN光電二極管暗電流測試實(shí)驗(yàn)2、PIN光電二極管光電流測試實(shí)驗(yàn)3、PIN光電二極管伏安特性測試實(shí)驗(yàn)4、PIN光電二極管光電特性測試實(shí)驗(yàn)5、PIN光電二極管時間響應(yīng)特性測試實(shí)驗(yàn)6、PIN光電二極管光譜特性測試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：1、學(xué)習(xí)掌握PIN光電二極管的工作原理2、學(xué)習(xí)掌握PIN光電二極管的基本特性3、掌握PIN光電二極管特性測試的方法4、了解PIN光電二極管的基本應(yīng)用實(shí)驗(yàn)六硅光電池特性測試及其變換電路（4學(xué)時）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、硅光電池短路電流測試實(shí)驗(yàn)2、硅光電池開路電壓測試實(shí)驗(yàn)3、硅光電池光電特性測試實(shí)驗(yàn)4、硅光電池伏安特性測試實(shí)驗(yàn)5、硅光電池負(fù)載特性測試實(shí)驗(yàn)6、硅光電池時間響應(yīng)測試實(shí)驗(yàn)7、硅光電池光譜特性測試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：.1、學(xué)習(xí)掌握硅光電池的工作原理2、學(xué)習(xí)掌握硅光電池的基本特性3、掌握硅光電池基本特性測試方法4、了解硅光電池的基本應(yīng)用實(shí)瞼七 太陽能電池實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時）實(shí)