光電子技術(shù)教學大綱

1、 理論（含課實驗）課程教學大綱模板光電子技術(shù) 教學大綱一、課程基本信息1、課程名稱:光電子技術(shù)：全稱（英文）Optoelectronics Technology2、課程代碼：B13090643、課程管理：數(shù)理學院應用物理教研室4、教學對象：應用物理5、教學時數(shù)：總時數(shù) 48 學時，其中理論教學32學時，實驗實訓 16 學時。6、課程學分：37、課程性質(zhì)：專業(yè)選修課程8、課程銜接：（1）先修課程：光學、電磁學、原子物理學、量子力學、模擬電子技術(shù)（2）后續(xù)課程：二、課程簡介光電子技術(shù)是由電子技術(shù)和光子技術(shù)互相滲透、優(yōu)勢結(jié)合而產(chǎn)生的，是一門新興的綜合性交叉學科，已經(jīng)成為現(xiàn)代信息科學的一個極為重要的組

2、成部分，以光電子學為基礎(chǔ)的光電信息技術(shù)是當前最為活躍的高新技術(shù)之一。該課程介紹光電子技術(shù)的理論和應用基礎(chǔ)，介紹光電子系統(tǒng)中關(guān)鍵器件的原理、結(jié)構(gòu)、應用技術(shù)和新的發(fā)展。該課程在闡明基本原理的同時，突出應用技術(shù)，使學生能夠把握光電子技術(shù)的總體框架，有興趣、有信心投入實踐和創(chuàng)新活動。三、教學容及要求第一章 光電系統(tǒng)的常用光源（一）教學目標掌握常用的光源及光度學的基本知識；了解發(fā)光二級管的新進展。（二）教學節(jié)次及要求第一節(jié) 輻射度學和光度學的基礎(chǔ)知識1、掌握輻射度學和光度學的基礎(chǔ)知識；2、了解輻射度學和光度學之間的關(guān)系與聯(lián)系。第二節(jié) 熱輻射光源1、掌握熱輻射光源的基本原理；2、了解黑體輻射器、白熾燈和鹵

3、鎢燈的原理。第三節(jié) 氣體放電光源1、掌握氣體放電光源；2、了解氣體放電光源的特點以及各種不同類型的氣體放電光源。第四節(jié) 激光器1、掌握激光器的基本原理以及半導體激光器的結(jié)構(gòu)；2、了解各種不同的激光器的發(fā)光機理。第五節(jié) 發(fā)光二極管1、掌握發(fā)光二極管的基本原理；2、了解發(fā)光二極管的工作特性。（三）教學重點與難點1、教學重點：光度學的基礎(chǔ)知識、常用光源2、教學難點：激光器（四）教學方法與手段課堂講授、多媒體輔助教學。（五）教學時數(shù)4學時第二章 光輻射的調(diào)制（一）教學目標了解電光調(diào)制、聲光調(diào)制、磁光調(diào)制的基本概念；掌握電光調(diào)制的基本過程。（二）教學節(jié)次及要求第一節(jié) 機械調(diào)制1、了解光輻射調(diào)制的分類；2

4、、了解機械調(diào)制的優(yōu)缺點。第二節(jié) 電光調(diào)制1、掌握電光調(diào)制的基本過程；2、了解電光調(diào)制的頻率特性。第三節(jié) 聲光調(diào)制1、 掌握聲光調(diào)制的基本過程。2、 了解什么是聲光效應以及其分類。第四節(jié) 磁光調(diào)制1、掌握磁光調(diào)制的基本過程；2、了解什么是磁光效應、法拉第效應和克爾效應。（三）教學重點與難點1、教學重點：電光調(diào)制的基本過程2、教學難點：聲光調(diào)制（四）教學方法與手段課堂講授、多媒體輔助教學。（五）教學時數(shù)4學時第三章 光輻射探測器（一）教學目標掌握半導體型光電探測器件的基本原理（光電池、半導體光電二極管、紅外探測器）；了解光電倍增管的結(jié)構(gòu)與原理。（二）教學節(jié)次及要求第一節(jié) 光輻射探測器的理論基礎(chǔ)1、

5、掌握光熱效應、光電導效應、光伏效應、光電發(fā)射效應；2、了解半導體中的載流子的擴散與飄移；3、了解光探測器的噪聲。第二節(jié) 光熱探測器1、掌握熱釋電探測器的基本原理；2、了解熱敏電阻。第三節(jié) 光電探測器1、掌握光電探測器的基本原理、特性，會利用光敏電阻設(shè)計光控開關(guān)，會分析計算光二極管、光電三極管、光電倍增管在電路中的各項參數(shù)；2、了解集成光電器件、光電倍增管的原理和結(jié)構(gòu)。（三）教學重點與難點1、教學重點：光熱探測器、光電探測器2、教學難點：光電探測器（四）教學方法與手段課堂講授、多媒體輔助教學。（五）教學時數(shù)12學時第四章 光電成像器件（一）教學目標了解攝像器件性能參數(shù)，了解CMOS圖像傳感器的最

6、新進展。（二）教學節(jié)次及要求第一節(jié) 攝像管1、掌握攝像管的基本功能和工作過程；2、了解攝像管的歷史和發(fā)展。第二節(jié) 攝像器件的性能參數(shù)1、了解攝像器件的性能參數(shù)。第三節(jié) 電荷耦合器件1、掌握CCD的結(jié)構(gòu)和工作原理；2、了解CCD的發(fā)展過程和應用。第四節(jié) CMOS圖像傳感器1、 了解CMOS圖像傳感器的歷史背景及發(fā)展趨勢；2、 了解CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。第五節(jié) 圖像增強器了解圖像增強器的作用，結(jié)構(gòu)和發(fā)展過程。（三）教學重點與難點1、教學重點：電荷耦合器件、CMOS圖像傳感器2、教學難點：電荷耦合器件（四）教學方法與手段課堂講授、多媒體輔助教學。（五）教學時數(shù)10學時第五章 光存儲器（一）教學目

7、標了解光盤存儲器的工作原理，了解光盤存儲技術(shù)的發(fā)展（二）教學節(jié)次及要求第一節(jié) 存儲器概述1、了解存儲器的發(fā)展；2、了解光盤的發(fā)展和性能參數(shù)。第二節(jié) 光盤存儲器的工作原理1、掌握光盤存儲器的工作原理；第三節(jié) CD、VCD、DVD、可擦寫光盤1、了解CD、VCD、DVD、可擦寫光盤的發(fā)展和大致的工作制作過程。第四節(jié) 光盤存儲技術(shù)的發(fā)展1、了解光盤存儲技術(shù)的發(fā)展。（三）教學重點與難點1、教學重點：CD、VCD、DVD、可擦寫光盤、光盤存儲器的工作原理2、教學難點：光盤存儲原理（四）教學方法與手段課堂講授、多媒體輔助教學。（五）教學時數(shù)4學時第六章 平板顯示器件（一）教學目標了解光電子技術(shù)領(lǐng)域中LED

8、、液晶等顯示技術(shù)。（二）教學節(jié)次及要求（按節(jié)次逐一列出要點，每一節(jié)用“了解”、“理解”、“知道”、“懂得”、“學會”、“掌握”、“訓練”、“培養(yǎng)”、“形成”等作為教學要求。）第一節(jié) 液晶顯示器1、掌握液晶顯示器的顯示過程；2、了解液晶顯示器的分類和發(fā)展。第二節(jié) LED顯示器1、了解LED顯示器的發(fā)光過程及其特點。第三節(jié) 等離子體顯示器1、了解等離子體顯示器的工作原理。第四節(jié) DLP投影顯示1了解DLP投影顯示的工作原理。（三）教學重點與難點1、教學重點：液晶顯示器（LCD）、LED顯示器2、教學難點：液晶顯示器（四）教學方法與手段課堂講授、多媒體輔助教學。（五）教學時數(shù)4學時四、實驗教學容與基

9、本要求實驗一 光功率計設(shè)計實驗1、目的要求（1）了解和掌握光硅光電探測器在光功率計上的應用原理（2）了解和掌握光功率計結(jié)構(gòu)原理（3）了解和掌握光功率計電路設(shè)計原理（二）實驗容（1）光功率計測量光照度實驗（2）光功率計設(shè)計實性驗（三） 所需實驗設(shè)施設(shè)備（1）光電創(chuàng)新實驗儀主機箱（2）光照度計&光功率計設(shè)計模塊（3）功率計探頭（4）連接線（5）萬用表（四） 教學形式及過程（1）教學形式：講授（2）教學過程1、功率計探頭紅黑插座對應接到實驗模塊上輸入端“+”“-”。2、萬用表紅黑表筆對應接到實驗模塊上輸出端“+”“-”。3、放大倍數(shù)切換開關(guān)撥至X1擋，向上撥。4、打開電源開關(guān)，觀察萬用表指示

10、數(shù)值。5、改變不同光照度和放大倍數(shù)，觀察萬用表指示數(shù)值變化。6、關(guān)閉電源。實驗二 熱釋電報警器設(shè)計實驗1、目的要求（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用（3）了解并掌握超低頻前置放大器的設(shè)計（二）實驗容（1）熱釋電傳感器系統(tǒng)安裝調(diào)試實驗（2）熱釋電傳感器信號處理實驗（3）設(shè)計性實驗（三） 所需實驗設(shè)施設(shè)備（1）光電創(chuàng)新實驗儀主機箱（2）熱釋電報警器模塊（3）連接線（4）萬用表（四） 教學形式及過程（1）教學形式：講授（2）教學過程1、將實驗模塊上的金色插孔“D”“S”和 “G”對應用導線連接（熱釋電傳感器接入電路，D為熱釋電傳感器供電端，S為熱

11、釋電傳感器輸出端，G為熱釋電傳感器地）， “O1”為熱釋電傳感器輸出信號測試點，“O2”為超低頻放大電路輸出端，“VH”“VL”分別為窗口比較電路上下限電壓測試點，“O3”為窗口比較電路輸出信號測試點，“O4”為延時電路輸出信號測試點。2、數(shù)字萬用表黑色表筆接地（GND），紅色表筆接熱釋電紅外探頭“O1”端，選擇直流電壓2V檔。打開實驗箱電源，觀察萬用表數(shù)值變化，約2分鐘左右，直至數(shù)值趨于穩(wěn)定，實驗儀開始正常工作。3、用手在紅外熱釋電探頭端面晃動時，探頭有微弱的電壓變化信號輸出（可用萬用表測量）。經(jīng)超低頻放大電路放大后，萬用表選擇直流電壓20V檔，通過萬用表可檢測到“O2”輸出端輸出的電壓變化

12、較大。再經(jīng)電壓比較器構(gòu)成的開關(guān)電路和延時電路（延時時間可以通過電位器調(diào)節(jié)），使指示燈點亮。觀察這個現(xiàn)象過程。通過調(diào)節(jié)“靈敏度調(diào)節(jié)”電位器，可以調(diào)整熱釋電紅外探頭的感應距離。實驗三 顏色識別系統(tǒng)設(shè)計實驗1、目的要求（1）了解顏色傳感器的組成及工作原理（2）了解顏色傳感器的基本特性（3）掌握顏色傳感器的應用（二）實驗容（1）顏色傳感器短路電流測試實驗（2）顏色傳感器開路電壓測試實驗（3）顏色傳感器顏色識別實驗（4）設(shè)計實驗：顏色傳感器顏色識別設(shè)計實驗（三） 所需實驗設(shè)施設(shè)備（1）光電創(chuàng)新實驗儀主機箱（2）顏色識別系統(tǒng)設(shè)計模塊（3）萬用表（4）連接線（四） 教學形式及過程（1）教學形式：講授（2）教

13、學過程1、顏色傳感器短路電流特性測試顏色傳感器后端蓋如圖13.6所示： 圖13.6 顏色傳感器光源及探測器的后端蓋示意圖（1）組裝好光通路組件，將光源部分與顏色識別系統(tǒng)設(shè)計模塊連接起來，即黑色插座與J1相連，紅綠藍與J2、J3、J4任意連接；（2）將光源與探測器都置于導軌上，發(fā)光方向要正對探測器方向；（3）打開電源，觀察光源是否點亮；（4）滑動雙刀雙擲開關(guān)S3,觀察光源發(fā)光變化；（5）將光源與探測器的距離由10cm開始逐漸調(diào)近，每隔2cm用萬用表測量一次顏色傳感器各個部分（即紅黑、藍黑和綠黑）的電流值，并記錄下來，填入下表，然后通過S3切換到不同的光源，重復上述測量并記錄數(shù)值，關(guān)閉電源。紅光

14、距離（cm）108642光生電流（uA）綠光 距離（cm）108642光生電流（uA）藍光 距離（cm）108642光生電流（uA）（6）上表中所測得的電流值即為顏色傳感器不同光照度下的短路電流。（7）實驗完畢，關(guān)閉電源，拆除所有連線。2、顏色傳感器開路電壓特性測試（1）組裝好光通路組件，將光源部分按照實驗1中連接好；（2）將實驗1中測電流改為測電壓，其它步驟不變，將數(shù)據(jù)記錄在下表中；紅光 距離（cm）108642開路電壓（mV）綠光 距離（cm）108642開路電壓（mV）藍光 距離（cm）108642開路電壓（mV）（3）上表中所測得的電壓值即為顏色傳感器不同光照度下的開路電壓。（4）實驗

15、完畢，關(guān)閉電源，拆除所有連線。3、顏色傳感器顏色識別實驗根據(jù)實驗1和2所測數(shù)據(jù)，對顏色傳感器已經(jīng)有了一定的了解，下面進行顏色識別的實驗：（1）連接好光路組件，光源和探測器盡量靠近，光源部分按照實驗1中連接，探測器部分紅色插座連J5,綠色插座連J6，藍色插座連J7，黑色插座連J8;（2）打開電源，打開紅色光源，測量J9、J10測試點的電壓值，調(diào)節(jié)電位器W1，使閾值電壓大于J10并且小于J9處的電壓值;（3）關(guān)閉電源，用跌插頭對連接J9與J9、J10與J10、J11與J11;（4）打開電源，切換不同顏色的光源，觀察D5、D6、D7的變化。（5）關(guān)閉電源，拆除所有連線。實驗四 紅外體溫計設(shè)計實驗1、

16、目的要求（1）了解紅外體溫計設(shè)計的組成及工作原理（2）了解紅外測溫傳感器的基本特性（3）掌握紅外測溫傳感器的應用（二）實驗容（1）系統(tǒng)組裝實驗（2）紅外測溫傳感器特性實驗（3）紅外測溫傳感器的應用實驗（三） 所需實驗設(shè)施設(shè)備（1）光電創(chuàng)新實驗儀主機箱（2）紅外體溫計系統(tǒng)設(shè)計模塊（3）紅外體溫計探測器組件（4）探測器數(shù)據(jù)連接線（5）萬用表（6）連接線（四） 教學形式及過程（1）教學形式：講授（2）教學過程1、紅外體溫計系統(tǒng)的組裝實驗紅外體溫計實驗由主機箱、紅外測溫模塊以及溫度源三大部分組成，首先認識這些部件，然后學會如何組裝。2、測溫距離標定實驗根據(jù)傳感器的輸出特性表，找一個合適的溫度源，調(diào)試溫

17、度源與傳感器之間的距離，使傳感器的輸出與表格中的輸出一致，并記錄此時溫度源與傳感器的距離值。3、紅外測溫傳感器的特性測量實驗根據(jù)實驗2中的標定距離，用傳感器測試不同的溫度源，記錄傳感器的輸出(V+V-)以及測溫模塊的輸出V Out，并記錄在下表中：溫度V+V-V Out4、溫度超限報警實驗根據(jù)紅外測溫傳感器的特性，我們已經(jīng)知道某個溫度下傳感器的輸出以及測溫模塊的輸出，這樣我們可以設(shè)定超過一定溫度即超過一定電信號輸出就報警。在實驗中可以通過調(diào)節(jié)W1來設(shè)計不同的電信號閾值，從而達到設(shè)定不同的溫度的目的。當測溫模塊輸出超過設(shè)定的閾值時，報警燈D3就會發(fā)光。五、課程時數(shù)分配表（一）總體學時分配教 學 容課堂授課實驗上機作業(yè)其它合計第一章 光電系統(tǒng)的常用光源44第二章 光輻射的調(diào)制44第三章 光輻射探測器8816第四章 光電成像器件8816第五章 光存儲器44第六章 平板顯示器件44合 計321648（二）實驗項目及學時分配序號實驗項目名稱實驗學時每組人數(shù)實驗屬性實驗類別實驗要求1光功率計設(shè)計實驗42專業(yè)基礎(chǔ)驗證性必做2顏色識別系統(tǒng)設(shè)計實驗42專業(yè)基礎(chǔ)驗證性必做3光電