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1、光丸技术课程教学大纲一、课程的基本信息适应对象：光电信息科学与工程、电子科学与技术专业本科课程代码:42E00415 （光电）、25E01826 （电子）学时分配：76学时二54 （理论）+16 （实验）赋予学分：4学分先修课程：电路分析、信号与系统、半导体物理学、模拟电子技术、数字电子技术后续课程：光电测试技术、光电图像处理、光纤通信、光电子材料与器件、光电子技术进展、光 电技术实训二 课程性质与任务光电技术课程是光电信息科学与工程专业本科生必修的专业课程、电子科学与技术专业 本科生专业选修课，是一门以光电子学为基础，综合利用光学、精密机械、电子学和计算机技术, 解决各种工程应用课题的技术科
2、学，它是光学技术实现机电一体化的开展方向。本课程的内容限 定在光学系统和电子学的连接点。主要讲述各种光电效应、与光电信号变换有关的光电探测器件、 光电接口电路、信号变换原理以及典型光电系统的应用。三、教学目的与要求通过本课程的学习，到达以下教学要求：（1） 了解典型光电探测器件的原理和特点，掌握常 用光电探测器件的性能，使用要点和选用原那么。（2） 了解光电监测电路的设计和参数估算法，能 设计和调试简单的光电检测电路。（3） 了解和掌握常用光电信号变换方法，能对实际工程问题独 立的提出采用光电方法的技术方案或对已有光电系统进行分析。四 教学内容与安排（一）理论教学内容与安排绪论（2学时）教学内
3、容：1、光电技术与信息技术2、光电系统3、光电技术的应用教学要求：重点：光电系统的组成。难点：实际光电探测过程中的光子、电子的转换以及光子和光电子的概念区别。第一章光辐射探测的理论基础（8学时）教学内容：2、了解光电测距传感器的基本特性3、掌握光电测距传感器的应用4、熟悉和掌握单片机的原理及应用5、熟悉和掌握CPLD的原理及应用6、熟悉和掌握虚拟仪器开发的原理及应用根据教学情况并结合光电子课程综合实训平台运行情况每学期选择开展4个实验工程。五 教学设备与设施使用多媒体投影、传统粉笔黑板、光电实验室六 课程考核与评估本课程考核形式为闭卷考试，考试时间为100分钟，成绩评定方法为：期评成绩=期末考
4、试 成绩X6O%+实验成绩X2O%+平时成绩X20%,其中平时成绩包括作业、出勤、课堂表现，实验成绩 为单次实验成绩的平均值，单次实验成绩=实验操作x50%+实验报告x50%。七教材及主要参考书教材：江文杰.光电技术（第二版）.科学出版社，2014.参考书：1 .江月松.光电技术与实验.北京理工大学出版社，2008.2 .雷玉堂.光电检测技术.中国计量出版社，2009.3 .浦昭邦.光电测试技术.机械工业出版社，2008.4 .王庆有主.光电技术.电子工业出版社，2010.1-1辐射度学与光度学的基础知识知识点：1)2)3)4)知识点：1)2)3)4)光的基本概念 辐射度量 光度量两条基本定律
5、1-2半导体基础知识知识点：1）能带理论2）热平衡状态下的载流子3）半导体对光的吸收4）非平衡状态下的载流子5）载流子的扩散与漂移6） PN 结1-3黑体辐射和光辐射源知识点：1）基尔霍夫定律2）普朗克辐射定律3）维恩位移定律4）斯蒂芬玻尔兹曼定律。1-4典型光辐射源知识点：1）光源的基本特性参数2）太阳的光谱能量分布曲线3）激光二极管4）发光二极管教学要求：重点：电磁波波谱、光子的能量公式、PN结形成和加正反向电压后PN结的伏安特性、黑体 辐射四大定律。难点：辐射度学与光度学两种单位之间的转换及区别和联系；半导体载流子的扩散与漂移; 本证吸收与非本征吸收；载流子寿命；黑体辐射四大定律的理解和
6、运用。第二章 光电探测器概述（4学时）教学内容：2-1半导体光电效应知识点：1）光电导效应、光伏效应、光电子发射效应 2）光电转换的基本规律。2-2光电探测器噪声知识点：1）热噪声（Johnson噪声）。2）散粒噪声。3）产生一复合噪声1/f噪声5）温度噪声2-3光电探测器的特性参数知识点：1）光电特性。2）灵敏度与光谱特性3）等效噪声功率和比探测率4）响应时间与频率特性教学要求：重点：三种半导体光电效应、光电探测器噪声分类和产生的原因、等效噪声功率和比探测率。难点：量子效率、光电转换的两个基本规律、探测率和比探测率的区别。第三章光电导探测器（4学时）教学内容：3-1光电导探测器的基本原理知识
7、点：1）材料及分类2）光电导响应3）原理和结构主要特性参数知识点：1）光电特性和丫值2）光电导灵敏度3）响应时间和频率特性4）光谱特性5）温度噪声6）前历效应7）伏安特性8）噪声特性偏置电路和应用知识点：1）基本偏置电路及直流参数的计算2）计算 Ub,RL3）计算对应的输出电压4）几种典型偏置电路教学要求：重点：本征型和杂质型光电导探测器工作温度、和响应光谱特性的差异。光敏电阻的光敏面 做成蛇形结构的原因。难点：光电导灵敏度、前历效应、响应时间概念的理解和偏置电路的设计。第四章光伏探测器（6学时）教学内容：4.1 原理和特性知识点：1）伏安特性2）暗电流3）等效电路4）光谱特性5）响应时间和频
8、率特性6）开路电压Uoc和短路电流Isc.7）噪声、信噪比和噪声等效功率典型光伏探测器知识点：1）硅光电池2）硅光电二极管3） PIN光电二极管4）雪崩光电二极管4.3偏置电路知识点：1）自偏、零偏、反偏三种偏置电路特点和设计2）计算 Ub,RL3）拐点电压和开路电压和短路电流教学要求：重点：PN光电效应的过程，光照下PN结的伏安特性。不同光伏探测器的工作象限。难点：自偏、零偏、反偏三种偏置电路的设计与应用。第五章光电子发射探测器（6学时）教学内容：5.1 光电阴极知识点：1）常用的光电阴极材料2）负电子亲和势阴极结构、原理、优点结构原理知识点：1）光窗、光电阴极、电子光学系统（电子透镜）、电
9、子倍增系统、阳极结构特点作 用主要特性参数知识点：1）伏安特性和光电特性2）暗电流和电流增益3）疲劳特性4）光谱特性5）时间特性6）灵敏度7）噪声与噪声等效功率工作电路及应用知识点：1）高压供电电路2）计算分压电阻、并联电容、高压电源、接地方式确实定3）信号输出电路教学要求：重点：PMT光电子发射效应的过程，光电阴极的材料特点、负电子亲和势光电阴极是如何实 现的及其优点。倍增原理、二次电子发射。难点：光电流与增益M,几个时间特性参数的理解，偏置电路的设计与应用。第六章热探测器（5学时）教学内容：6. 1原理及特性 知识点：1)2)3)4)5)6)7)6. 2测辐射热计 知识点：1)2)光热效应
10、温差电效应热力学分析模型和热流方程热探测器的温升温度灵敏度热导极限值光谱特性平坦性 热敏电阻结构和工作原理金属和半导体的电阻温度系数6.3 热电偶和热电堆知识点：1)热电偶(Thermocouple)工作原理2)结构热释电探测器知识点：1)热释电效应原理2)热释电探测器主要特性参数定3)热释电探测器应用举例教学要求：重点：如何提高热探测器的温度灵敏度，热探测器的光谱响应范围款且平坦的原因，热释电 效应、居里温度。难点：热力学分析模型、热释电探测器的工作原理.第七章光电成像器件(5学时)教学内容：7.1 光电成像器件概述知识点：1)光电成像器件分类2)像管3)摄像管4)电视扫描制式直视型光电成像
11、器件知识点：1)像管和像增强管的结构和工作原理2)荧光屏7. 3电荷耦合器件知识点：1)CCD的结构与工作原理1.1 CCD的主要特性参数CCD摄像器件教学要求：重点：像增强管和变像管的区别，CCD的结构与工作原理，热释电效应、荧光屏的作用。难点：视频信号的输出、CCD的电荷包的存储、转移的工作原理，为何CCD工作在非平衡态第八章光学信号的调制（6学时）教学内容：8.1 光信号调制的概述知识点：1）载波的特征参数2）调制3）调制的意义8.2 光信号调制的基本原理知识点：1）连续波调制2）脉冲调制3）编码调制8.3 光信号调制的基本方法知识点：1）光信号强度的调制2）光信号相位的调制3）光信号频
12、率的调制4）光信号偏振的调制调制信号的解调知识点：1）直线律检波与调幅信号的解调2）相敏检波与调相信号的解调教学要求：重点：振幅调制（AM）的原理，调幅波的带宽、编码调制的步骤。难点：光调制信号的解调、相敏检波与调相信号的解调第九章 直接探测和相干探测（4学时）教学内容：9.1 直接探测知识点：1）直接探测的基本原理2）直接探测的应用举例相干探测知识点：1）相干探测的基本原理2）相干探测的条件3）相干探测的应用举例教学要求：重点：直接探测和相干探测的工作原理、相干探测的优点。难点：相干探测的物理过程第十章 光电检测电路与信号处理（2学时）教学内容：10. 1光电检测电路的带宽和频率特性知识点：
13、1）检测电路的基本结构和技术要求2）检测电路的带宽10.2光电检测电路的低噪声设计知识点：1）提高系统信噪比途径2）噪声系数3）提高系统信噪比途径教学要求：重点：带宽的含义，带宽对信号质量的影响。难点：如何确定检测电路带宽？第十一章典型光电系统的分析与设计（2学时）教学内容：11.1 分布式光纤测温系统知识点：1）空间位置：光学时域反射定位2）温度数值：拉曼散射一温度效应3）测温原理11.2 CCD尺寸测量知识点：1）CCD尺寸测量系统的工作原理；2）特点教学要求：重点：分布式光纤测温、CCD尺寸测量系统的工作原理。难点：分布式光纤测温系统中的信号光和参考光的关系，CCD尺寸测量系统的特点。（
14、二）实验教学内容与安排实验一光敏电阻特性测试及其变换电路（4学时）实验内容：1、光敏电阻的暗电阻、暗电流测试实验2、光敏电阻的亮电阻、亮电流测试实验3、光敏电阻光电流测试实验；4、光敏电阻的伏安特性测试实验5、光敏电阻的光电特性测试实验6、光敏电阻的光谱特性测试实验7、光敏电阻的时间响应特性测试实验实验要求：1、学习掌握光敏电阻工作原理2、学习掌握光敏电阻的基本特性3、掌握光敏电阻特性测试的方法4、了解光敏电阻的基本应用实验二光电倍增管特性测试及微弱光发生与测量实验（4学时）实验内容：1、光电倍增管暗电流测试实验2、光电倍增管阳极灵敏度测试实验3、光电倍增管阳极光电特性测试实验4、光电倍增管阳
15、极伏安特性测试实验5、光电倍增管时间特性测试实验6、光电倍增管光谱特性测试实验实验要求：1、掌握光电倍增管结构以及工作原理。2、学习掌握光电倍增管基本特性。3、学习掌握光电倍增管基本参数的测量方法。4、了解光电倍增管的应用。实验三APD光电二极管特性测试（4学时）实验内容：1、APD光电二极管暗电流测试实验2、APD光电二极管光电流测试实验3、APD光电二极管伏安特性测试实验4、APD光电二极管雪崩电压测试实验5、APD光电二极管光电特性测试实验6、APD光电二极管时间响应特性测试实验7、APD光电二极管光谱特性测试实验实验要求：1、学习掌握APD光电二极管的工作原理2、学习掌握APD光电二极
16、管的基本特性3、掌握APD光电二极管特性测试方法4、了解APD光电二极管的基本应用实验四热释电探测器及光电照明灯控制实验（4学时）实验内容：热释电探测器实验、光电照明灯控制实验。实验要求：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实验五PIN光电二极管特性测试及其变换电路（4学时）实验内容：1、PIN光电二极管暗电流测试实验2、PIN光电二极管光电流测试实验3、PIN光电二极管伏安特性测试实验4、PIN光电二极管光电特性测试实验5、PIN光电二极管时间响应特性测试实验6、PIN光电二极管光谱特性测试实验实验要求：1、学习掌握PIN光电二极管的工作原理2
17、、学习掌握PIN光电二极管的基本特性3、掌握PIN光电二极管特性测试的方法4、了解PIN光电二极管的基本应用实验六硅光电池特性测试及其变换电路（4学时）实验内容：1、硅光电池短路电流测试实验2、硅光电池开路电压测试实验3、硅光电池光电特性测试实验4、硅光电池伏安特性测试实验5、硅光电池负载特性测试实验6、硅光电池时间响应测试实验7、硅光电池光谱特性测试实验实验要求：.1、学习掌握硅光电池的工作原理2、学习掌握硅光电池的基本特性3、掌握硅光电池基本特性测试方法4、了解硅光电池的基本应用实睑七 太阳能电池实验（4学时）实验内容：1、太阳能电池伏安特性测试实验2、测量太阳能电池的短路电流,SC、开路电压最大输出功率Rax及填充因子尸尸3、测量太阳能电池的短路电流G。、开路电压与相对光强人的关系，求出它们的近似函 数关系4、太阳能电池负载特性测试实验实验要求：1、了解和掌握太阳能电池原理及应用2、了解并掌握太阳能电池相关特性的测试实验八光电测距实验（4学时）实验内容：1、光电测距传感器的组装实验2、光电传感器的特性测量实验3、光电传感器的应用实验4、单片机的电压测量实验5、单片机的脉冲测量实验实验要求：1、了解光电测距传感器的组成及工作原理