光电仪器设计技术基础教学大纲

光电技术教学⼤纲《光电技术》教学⼤纲课程编号：课程名称：光电技术/ Optoelectronic Technology学时/学分：40/2.5先修课程：⼤学物理、模拟电⼦技术基础、数字电⼦技术基础适⽤专业：光信息科学与技术开课学院（部）、系(教研室)：理学院物理系⼀、课程的性质与任务光电技术属于专业必修课，它是将传统的光学技术与现代微电⼦技术和计算机技术紧密结合在⼀起的⼀门⾼新技术，是获取光信息或借助光来提取其它信息，如⼒、温度、声⾳、电流、⽣物的重要⼿段。

通过本课程的学习，要使学⽣获得：1.辐射度学与光度学的基础知识；2.光电导器件的原理与应⽤；3. 光⽣伏特器件的原理与应⽤；4.光电发射器件的原理与应⽤；5. 发光器件与光电耦合器件；6. 光信息的变换；7. 图像信息的光电变换；8. 光电信号的数据采集与计算机接⼝技术。

等⽅⾯的基本概念、基本理论和技术。

掌握各种光电转换器件的基本结构原理、特性和参数，为实际应⽤这些光电探测器打下基础。

⼆、课程的教学内容、基本要求及学时分配（⼀）教学内容1. 光电技术基础辐射度的基本物理量；光度的基本物理量；辐射度与光度中的基本定律；⿊体辐射；半导体对光的吸收和光电效应。

2. 光电导器件光敏电阻的⼯作原理；光敏电阻的主要特性参数；常⽤的光敏电阻；光敏电阻的基本偏置电路和噪声；应⽤举例。

3. 光⽣伏特器件结型光电器件原理；光电池；硅光电⼆极管和硅光电三极管；特殊光电⼆极管(PIN,APD)；象限探测器和光电位置传感器；光⽣伏特器件的偏置电路。

4. 光电发射器件光电阴极；光电管与光电倍增管的⼯作原理；光电倍增管的主要特性参数；光电倍增管的供电和信号输出电路；微通道板光电倍增管；光电倍增管的应⽤。

5. 发光器件与光电耦合器件发光⼆极管的⼯作原理与应⽤；半导体激光器；光耦合器件与应⽤。

6. 光信息变换光电信息变换的分类；光电变换电路的分类；⼏何光学⽅法的光电信息变换；物理光学⽅法的光电信息变换和时变光电信息的调制。

《光电仪器设计》实验教学大纲《光电仪器设计》实验教学大纲一、课程的基本信息课程编号：01210112 课程性质：专业课学时： 8 学分：0.5开课单位：光电与机械工程系适用专业：光电信息工程先修课程：机械制图、机械原理、公差与技术测量、传感器技术二、实验教学目的与基本要求1、实验教学的目的：通过本实验，使学生得到光电仪器设计的基本训练。

能够利用AutoCAD软件绘制出光学系统的光路图、光电仪器装配图、光学零件图及仪器的机械零件图。

掌握光电仪器设计中光学镜头设计的全过程。

2、实验教学的基本要求：通过本实验，学生应基本掌握光电仪器设计中光学镜头设计的基本方法。

掌握绘制光学系统图的基本规则、光学零件图的基本格式、光学镜头机械设计的步骤、方法及从装配图拆绘机械零件图的方法与技巧。

三、实验课程教学内容和学时分配（一）实验学时分配序号实验项目名称实验类别实验性质学时人/组验证综合设计必做选做1 光学系统光路图的绘制√√2 42 光学系统光学零件图的绘制√√ 2 43 光学镜头装配图的设计√√ 2 44 光学镜头机械零的设计√√ 2 45 精密位移量测量实验√√ 2 46 巴俾特原理及细丝直径测量实验√√ 2 4合计 4 2 4 2 12 24 （二）实验内容实验一：光学系统光路图的绘制实验目的和要求：利用AutoCAD软件绘制出光学系统的光路图实验内容：1、看懂光学系统数据的意义。

分辨出其中各个光学零件的形状、朝向及Ｒ、Ｄ数据。

2、找出每个零件之间的位置关系，尤其象面的位置和光栏位置。

3、严格按比例绘出光路图，并标注出关键尺寸。

4、按制图标准填写技术要求及标题栏主要实验仪器与器材：电脑，AutoCAD软件所在实验室：安装AutoCAD软件的机房。

实验二：光学系统光学零件图的绘制实验目的和要求：利用AutoCAD软件绘制出光学系统的光学零件图实验内容：1、根据光路图拆出并绘制出光学零件图。

并填写必要的技术要求。

光电技术教学大纲一、课程简介本课程旨在引导学生深入了解光和电的相互作用原理，掌握光电技术的基本原理和应用，培养学生的创新思维和实践能力。

二、教学目标1.理解光电效应及其应用；2.掌握光电检测与测量技术；3.学会运用光电技术解决工程实际问题；4.具备对光电故障进行诊断和维修的能力；5.培养创新思维和实践能力。

三、教学内容第一讲：光电效应及其应用1.光电效应的基本原理；2.光电效应在太阳能应用中的作用；3.光电效应在光电检测中的应用；4.光电效应在数字存储领域的应用。

第二讲：光电检测与测量技术1.光电传感器的种类和原理；2.光电传感器的检测与测量方法；3.光电解调技术；4.光纤传感技术。

第三讲：光电技术在工程实践中的应用1.光电技术在制造业中的应用；2.光电技术在医疗卫生领域中的应用；3.光电技术在交通运输中的应用；4.光电技术在军事领域中的应用。

第四讲：光电故障诊断与维修1.光电故障的分类和特点；2.光电故障的诊断和排除方法；3.光电故障的维修技术。

第五讲：光电技术的创新与实践1.光电技术的前沿发展；2.光电技术的实践应用；3.光电技术的创新思维；4.光电技术的创新应用实践。

四、教学方法1.理论讲授；2.实验学习；3.课程设计；4.职业技能培训。

五、考核要求1.日常考核：50分；2.实验考核：20分；3.课程设计：20分；4.考试：10分。

六、参考教材1.《光电技术基础》；2.《现代光电技术》；3.《光电测量技术》；4.《DigiTech-光电技术实践教程》。

七、教学资料1.课件资料；2.相关实验文档；3.操作手册及实验器材清单；4.自主学习资料。

八、教学进度本课程共分为五次教学，每次教学分别对应一讲内容，具体安排如下：1.第一讲：光电效应及其应用；2.第二讲：光电检测与测量技术；3.第三讲：光电技术在工程实践中的应用；4.第四讲：光电故障诊断与维修；5.第五讲：光电技术的创新与实践。

九、教学评价本课程采用科学、客观的测评方法进行应用，重视对学生的日常表现和课程实践能力的考查。

《光电仪器设计课程设计任务书》一、题目: 钢板厚度测试仪该仪器是用于对钢板轧制进行在线测量的一种测试仪器。

二、技术要求1.方法：非接触式测量；2.钢板厚度：5±3.测量精度：±1%；4.测量状态：在线测量；5.测量环境：钢板冷却后；6.超出厚度公差要有报警功能。

三、设计任务对该仪器进行总体设计，具体任务如下：1.设计任务分析；2.方案论证；3.系统设计（含局部单元设计）；4.精度估算。

四、设计要求1.设计说明书一份(不少于5000字)；2.时间：；3.参考文献：自定目录《光电仪器设计课程设计任务书》 (1)一、题目: 钢板厚度测试仪 (1)二、技术要求 (1)三、设计任务 (1)四、设计要求 (1)第一章引言 (1)§研究的背景和意义 (1)§国内外研究现状 (2)第二章测量原理和方案论证 (4)设计任务分析 (4)§方案一：激光三角法 (4)§方案二：激光扫描测径 (10)§方案三：激光倾斜照明法 (12)§方案论证 (14)第三章系统设计 (16)§光系统设计 (16)§机械结构设计 (18)§步进电机的驱动 (18)§测量部分的设计 (19)§电子系统设计 (20)§驱动电路设计 (20)§数据采集系统的设计 (21)§报警电路设计 (22)§,4图像坐标系 (23)图测量系统摄像机参数的确定 (24)第四章精度分析 (27)§原理误差 (27)§激光源产生的误差 (27)§光学成像系统误差 (28)§ CCD及信号处理电路误差 (28)第五章总结 (29)参考文献 (31)第一章引言§研究的背景和意义传统的测量方法开始于接触式测量，这种测量方法检测效率低，劳动强度大，而且会使测量仪器的检测头发生磨损，从而造成仪器的测量精度下降。

《光电技术》课程教学大纲课程编号：20811310总学时数：64总学分数：4课程性质：必修适用专业：应用物理学一、课程的任务和基本要求：21世纪被称为“光电子信息时代”。

光电信息技术的飞跃发展及其在各行各业的广泛应用不仅改变了人们的工作、学习和生活方式，而且推动了新产业技术革命。

由新材料、新工艺、新技术支撑的光电子信息产业正蓬勃发展。

本课程是为电子科学与技术、光学信息与技术、应用物理学等专业学生需要编写的，并系统介绍了光电子技术的基本原理与应用基础，对光电子器件的应用做了讲解。

通过本课程的讲解，使学生理解掌握辐射度与光度学，光信息转换物理基础，半导体光电器件，光电导器件，光生伏特器件，光电发射器件，热辐射探测器，磁光声光电光调制技术，光盘存储技术，平板显示技术等，让学生了解现代光电器件的具体应用。

通过该课程的学习可以激发学生对光电技术的兴趣，了解学科发展现状，扩大视野，培养学生科学素质，为以后的学习和工作打下基础。

二、基本内容和要求：绪论目的和要求:了解光电子技术发展过程，光电子技术的特点、地位和作用。

第1章辐射度和光度学基础1.1 辐射度学量与光度学量1.2 辐射度学与光度学中的基本定律1.3 辐射能的传输基础目的和要求：掌握辐射度和光度学的基本物理量以及辐射规律。

第2章光电信息转换的物理基础2.1 能带理论2.2 非平衡态下的载流子2.3 PN结2.4 半导体异质结与肖特基势垒2.5 光电效应目的和要求：掌握半导体基本理论，为学习光电器件原理打下基础。

第3章光电导器件3.1 光敏电阻的原理与结构3.2 光敏电阻的基本特征3.3 光敏电阻的变换电路3.4 光敏电阻的应用实例目的和要求：掌握光电导器件结构和工作原理。

第4章光生伏特器件4.1 硅光电二极管4.2 其他类型的光生伏特器件4.3 光生伏特器件的偏置电路4.4 半导体光电器件的特性参数与选择目的和要求：掌握光生伏特器件结构和工作原理。

第5章光电发射器件5.1 光电发射阴极5.2 真空光电管与光电倍增管的工作原理5.3 光电倍增管的基本特性5.4 光电倍增管的供电电路5.5 光电倍增管的典型应用目的和要求：掌握光电发射器件结构和工作原理。

光电仪器设计课程设计一、教学目标本课程旨在让学生掌握光电仪器设计的基本原理和方法，培养学生运用光电知识解决实际问题的能力。

通过本课程的学习，学生将能够：1.了解光电仪器的基本原理和组成；2.掌握光电检测、信号处理和显示技术；3.学会光电仪器的设计方法和步骤；4.能够运用所学知识解决实际光电仪器设计问题。

同时，培养学生团队合作、创新意识和工程实践能力，提高学生对光电仪器的兴趣和热情。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括光电仪器的基本原理、光电检测技术、信号处理和显示技术、光电仪器的设计方法和步骤。

具体包括以下几个部分：1.光电仪器的基本原理：光的传播、光电效应、光的检测；2.光电检测技术：光电探测器、信号处理电路、显示技术；3.光电仪器的设计方法和步骤：设计原理、设计方法、设计实践；4.光电仪器案例分析：分析实际光电仪器的工作原理和设计方法。

三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。

1.讲授法：通过讲解光电仪器的基本原理和设计方法，使学生掌握光电仪器的理论知识；2.讨论法：学生进行小组讨论，培养学生的团队合作能力和创新意识；3.案例分析法：分析实际光电仪器的设计案例，使学生了解光电仪器的实际应用；4.实验法：进行光电仪器的设计和实验，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：选用《光电仪器设计》作为主教材，系统介绍光电仪器的理论知识；2.参考书：推荐《光电检测技术》、《信号处理与显示》等参考书，供学生深入学习；3.多媒体资料：制作光电仪器设计的PPT、视频等多媒体资料，帮助学生更好地理解光电仪器的原理和设计方法；4.实验设备：准备光电仪器设计所需的实验设备和器材，进行实际操作和实验。

五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业和考试三个部分，以保证评估的客观性和公正性，全面反映学生的学习成果。

《光电综合技术课程设计》课程教学大纲课程中文名称：光电综合技术课程设计课程英文名称：Optical and Electronical Synthesis Technique课程编号：ZF17402课程性质：专业方向课学时：（总学时20、理论课学时0、实验课学时20）学分：1适用对象：电子科学与技术专业本科学生先修课程：工程光学、光纤通信、传感技术、光电子技术等课程简介：本课程是光电仪器设计的辅助教学手段，是培养光电子专业学生深入掌握课堂教学内容、培养学生综合运用光学、精密机械和电子学知识及动手能力的重要教学环节。

通过该实验使学生了解光电仪器中几种常用的典型的内调焦望远系统、军用瞄准系统、激光定向系统、显微定位系统、光学读数系统安放系统、测距系统、光电读数系统的结构、工作原理与应用，掌握这些典型系统的精度分析与设计方法。

培养学生分析问题和动手能力。

一、教学目标及任务要求学生在实验前，阅读实验指导书，并了解各项实验内容、实验方法、步骤、操作要领及注意事项。

瞄准系统、激光定向系统、周视望远系统、光学读数系统、显微定位系统等五个实验由学生独立完成为主，教师指导为辅；光栅传感系统、轴角编码器、测距系统和经纬仪等四个实验在以教师指导为主的条件下，由学生完成。

实验中应严格按实验指导书的要求和步骤，进行操作。

认真计算处理实验数据，填写实验报告。

二、学时分配三、教学内容及教学要求实验一瞄准系统（4学时）教学要求：1．理解瞄准系统的工作原理；2．理解分划板在瞄准系统中的作用和应用；教学重点与难点：1．瞄准系统的工作原理；2．瞄准系统的组装；教学内容：1．瞄准系统的工作原理；2．瞄准系统的组装；实验二激光定向系统光纤（4学时）教学要求：1．理解激光准直系统的原理及作用；2．了解光电池在激光定向系统中的应用和作用；教学重点与难点：1．理解激光准直系统的原理及作用；2．了解光电池在激光定向系统中的应用和作用；教学内容：1．激光准直系统的原理及作用；2．激光定向系统中的组装及调试；实验三周视望远系统（4学时）教学要求：1．理解周视望远系统中转像原理及应用；2．掌握周视望远系统的组装；教学重点与难点：1．周视望远系统中转像原理及应用；2．周视望远系统的组装；教学内容：1．周视望远系统中转像原理及应用；2．周视望远系统的组装；3. 周视望远系统的工作原理；实验三光学读数系统（4学时）教学要求：1．理解光学读数系统中对准精度；2．光学读数系统的组装和调试；教学重点与难点：1．光学读数系统中对准精度；2．光学读数系统的组装和调试；教学内容：1．光学读数系统中对准精度的含义及读数；2．光学读数系统的组装和调试；实验五光栅传感系统（4学时）教学要求：1．理解光栅传感系统的工作原理；2．理解莫尔条纹技术的产生和原理；3．莫尔条纹的调试和观测；教学重点与难点：1．光栅传感系统的工作原理；2．莫尔条纹技术的产生和原理；3．莫尔条纹的调试和观测；教学内容：1．理解光栅传感系统的工作原理；2．理解莫尔条纹技术的产生和原理；3．莫尔条纹的调试和观测；四、考核方式及要求按照相关教学计划，本课程为考查课程；采用平时作业、考勤、实验综合考核的模式分A、B、C、D、E五档进行评价。

光电仪器设计课设总第二章测量原理和方案论证设计任务分析于在生产线从加热炉出来，经轧辊机轧制的钢板，温度很高，一般在900℃左右，呈现红色或暗红色。

为了更快更准确的获得钢板尺寸数据，得到最佳的轧制过程及剪切效果，需要实时在线采集钢板尺寸信息，并及时显示出来，以便于操作工人及时调整轧机或者印制尺寸标识。

所以我们根据实际应用需求，要求所设计的测量系统必须可以进行非接触式的在线测量，为了简化设计难度，在设计要求中假设是在钢板冷却后再进行测量。

所需测试的钢板的厚度为5±，精度要求为±1％。

§方案一：激光三角法测厚技术通常都是以非接触式检测方法为主，按照测量原理和使用的传感器类型来分，大致可分为激光三角法、电容法、射线法、超声法等。

激光三角法的基本原理,光源发出的一束激光照射在待测物体平面上 ,通过反射最后在检测器上成像。

物体表面的位置发生改变时,其所成的像在检测器上也发生相应的位移。

通过像移和实际位移之间的关系式 ,真实的物体位移可以对像移的检测和计算得到。

其中：是投影光轴与成像物镜光轴的夹角α；β是光电测试4器受光面与成像物镜光轴的夹角，而s和s’分别是物距和像距,d是传感器上的成像点的偏移 ,而δ为实际的物体表面的偏移。

系统的相关参数为：偏置距离D为从传感器到被测表面参考点的距离;测盘范围为最大能检侧到的物体表面的偏移,即|δ|引的最大值；测量精度,传感器的最小测量单位；分辨率一般指测量的纵向分辨率 ,为测量精度和测量范围之比；横向分辨率为待测物体表面上所取测量点的最小间距。

为了实现完美聚焦 ,光路设计必须满足斯凯普夫拉格条件；成像面、物面和透镜主面必须相交于同一直线 , 如下图中X点所示。

系统的非线性的输人输出函数为：其中：为三角测量系统的固定参数。

当物体偏转δ较小时，以近似为线性关系：5图激光三角法的原理框图激光三角法的另一项重要的参数为线性度,就是三角测量法输人和输出关系线性近似程度。

光学仪器设计与控制技术教学大纲1. 课程简介- 介绍光学仪器设计与控制技术的基础知识和应用领域。

- 探讨光学仪器设计和控制理论与方法的发展历程。

2. 预备知识- 光学基础知识（如光的本质、光的传播、光的干涉与衍射等）。

- 大学物理和数学基础知识。

- 控制理论和方法的基础知识。

3. 光学仪器设计- 光学仪器的分类和基本原理。

- 光学元件选择和组合。

- 光学仪器的成像理论和设计方法。

- 光学仪器的光路设计和光学系统优化。

4. 光学仪器控制- 光学仪器的机械结构设计和控制。

- 光学仪器的自动对准和稳定控制。

- 光学仪器的数据采集和信号处理。

- 光学仪器的远程控制和网络化。

5. 实验和实践- 光学仪器设计案例分析。

- 光学仪器控制软件和硬件的实际应用。

- 光学仪器设计和控制实验。

6. 评估和考核- 平时作业和实验报告（占总成绩的50%）。

- 期中考试（占总成绩的30%）。

- 期末考试（占总成绩的20%）。

7. 参考教材- 《光学设计基础》- 《光学设计与计算机辅助》- 《光学仪器设计与光电系统仿真》8. 课程要求- 通过课堂教学、实验和实践，学生应能掌握光学仪器设计和控制的基本理论和技术。

- 能够运用所学知识设计和控制简单的光学仪器。

- 具备独立解决光学仪器设计和控制问题的能力。

- 具备团队合作和沟通交流的能力。

9. 课程备注- 建议先修课程：光学基础、大学物理。

- 本课程为选修课程，适用于光学、物理、仪器等相关专业的本科生和研究生。

以上是《光学仪器设计与控制技术》的教学大纲。

本课程将培养学生在光学仪器设计和控制领域的基本理论与实际应用能力，并通过实践案例和实验，帮助学生提高问题解决能力和团队合作精神。

希望本课程能为学生在光学领域的发展和应用提供有力支持。