光电子技术教学大纲.docx
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光电子技术教学大纲
光电子技术教学大纲(总9页)
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)OptoelectronicsTechnology
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。
第五节发光二极管
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。
第二节光热探测器
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DLP投影显示
1了解DLP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所示:
图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。
红光距离(cm)
10
8
6
4
2
光生电流(uA)
绿光距离(cm)
10
8
6
4
2
光生电流(uA)
蓝光距离(cm)
10
8
6
4
2
光生电流(uA)
(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;
红光距离(cm)
10
8
6
4
2
开路电压(mV)
绿光距离(cm)
10
8
6
4
2
开路电压(mV)
蓝光距离(cm)
10
8
6
4
2
开路电压(mV)
(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-)以及测温模块的输出VOut,并记录在下表中:
温度
V+-V-
VOut
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
(一)总体学时分配
教学内容
课堂
授课
实验
上机
作业
其它
合计
第一章光电系统的常用光源
4
4
第二章光辐射的调制
4
4
第三章光辐射探测器
8
8
16
第四章光电成像器件
8
8
16
第五章光存储器
4
4
第六章平板显示器件
4
4
合计
32
16
48
(二)实验项目及学时分配
序号
实验项目名称
实验
学时
每组
人数
实验
属性
实验
类别
实验
要求
1
光功率计设计实验
4
2
专业基础
验证性
必做
2
颜色识别系统设计实验
4
2
专业基础
验证性
必做
3
光电报警设计实验
4
2
专业基础
验证性
必做
4
红外体温计设计实验
4
2
专业基础
验证性
必做
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: