光电子技术教案-第09讲.doc

光电子技术课程设计背景介绍光电子技术是一门集电学、光学、材料学、信息科学等多学科于一身的交叉学科，应用广泛，对现代科技发展有着举足轻重的影响。

本次课程设计旨在通过实践，让学生深入了解光电子技术的相关概念、基本原理和实际应用，提高学生的科学研究能力和技术创新能力。

设计内容本次课程设计分为三个部分，分别是：光电检测实验、激光控制实验和光纤通信实验。

下面分别进行介绍。

光电检测实验光电检测是利用半导体、热释电、硅光电探测器、PIN光电二极管等光电器件来检测和测量光信号的科技。

在实验中，需要使用DAQ数据采集卡、锁相放大器等设备，进行光电信号的放大和测量，在测量过程中需要注意光电器件的灵敏度和线性度，确保测量的准确性。

激光控制实验激光控制是通过对激光的控制和调节，实现对光束形态、光束质量等参数的调节和控制的技术。

在实验中，需要使用激光器、激光光学器件、电脑控制设备等设备，进行激光光源的成像、调节和控制，在控制过程中需要注意激光光束的稳定性和形态的可控性，确保控制的准确性。

光纤通信实验光纤通信是利用光纤来传输信息的技术，具有传输距离远、传输速度快、噪声小等优点，在现代通信系统中得到了广泛的应用。

在实验中，需要使用光源、光纤、接收器等设备，进行信号的发射和接收，在传输过程中需要注意信号的衰减和干扰问题，确保传输的可靠性。

设计流程本次课程设计的流程如下：1.充分了解光电子技术的相关概念和基本原理，选择合适的实验设计方案；2.准备实验设备和器材，搭建实验平台；3.进行实验测试，并记录实验数据；4.对实验数据进行分析和处理，得到实验结果；5.根据实验结果，总结实验所得到的结论和认识；6.撰写实验报告，并进行口头汇报和展示。

实验要求1.本次课程设计需要采用团体合作的方式完成，每个团队人数不少于3人；2.每个团队需要选择其中一项实验进行设计和实施；3.实验过程中需要组织好团队的分工合作，确保实验进度和安全；4.实验数据需要及时记录和处理，确保实验结果的可靠性；5.实验报告需要包含实验的设计、实施、结果分析等内容，并注意表述清晰、准确，格式规范。

《光电子技术》课程教学大纲课程代码：ABJD0511课程中文名称:光电子技术课程英文名称：PhotonicsTechno1ogy课程性质：必修课程学分数：2.5学分课程学时数：40学时授课对象：电子科学与技术专业本课程的前导课程：大学物理、高等数学、半导体物理一、课程简介《光电子技术》是电子科学与技术专业设立的一门核心专业课。

本课程旨在系统介绍光电子学基本概念、基本原理和基础理论，并阐明各种效应间的内在联系，分析几种常用光电器件的工作原理，以便学生掌握光电子学基本概念、基本原理与基础理论，对光电子技术的全貌有比较全面、系统的认识，培养学生分析和解决工程技术问题的能力，为进一步学习相关专业课打下基础。

二、教学基本内容和要求1、绪论了解光电子学的历史沿革、发展动态、应用领域等，重点掌握光电子学研究内容及其发展动态2、光学基础知识与光场传播规律教学内容：光学基础知识（光的基本属性，反射、折射，偏振，干涉，衍射），光的电磁理论和波动光学的相关知识（麦克斯韦方程，波动方程，高斯光束）。

重点：光的基本属性，波动方程，高斯光束。

难点：波动方程，高斯光束。

教学要求：复习掌握光学基础知识（光的基本属性，反射、折射，偏振，干涉，衍射）；掌握光的电磁波理论；理解和掌握麦克斯韦方程、波动方程、高斯光束的概念与应用。

3、激光原理与技术教学内容：激光原理（光与物质相互作用的经典和量子理论，激光产生的条件及激光的特点，激光器的基本结构及输出特性，激光器的种类）和激光技术（脉冲技术、选模技术、稳频技术等）。

重点：光与物质相互作用的基本理论;；激光产生的条件；调Q和锁模技术。

难点：光与物质相互作用的基本理论；激光产生的条件。

教学要求：掌握激光原理，包括光与物质相互作用的经典和量子理论，激光产生的条件及激光的特点，激光器的基本结构及输出特性，激光器的种类；掌握激光技术包括脉冲技术、选模技术、稳频技术等。

4、光波导技术基础教学内容：光波导基础、平板光波导射线光学分析、平板光波导中光导波的物理光学分析、光纤中光导波的射线光学分析、光纤中光导波的物理光学分析、光纤通信基础。

光电子技术课程介绍教材：课程定制参考书：•《光电子技术》，梅遂生，国防工业出版社，2008•《光电子技术》姚建铨，于意仲主编，高等教育出版社，2006•《光纤通信系统》，顾皖仪，北京邮电大学出版社，2006•《光电子器件和组件》，黄章勇编著，北京邮电大学出版社，2001课程目录第1章半导体发光器件§1 半导体能带理论§2 光源概述§3 LED照明技术§4 光源驱动技术第2章激光技术及应用§1 激光原理和谐振腔技术§2 半导体激光器§3 激光应用技术（1）§4 激光技术与应用（2）第3章光纤通信器件§1 光有源器件§2 光无源器件§3 光纤光栅器件第4章光电传感与成像器件§1 光电探测器件§2 光纤传感器§3 光电成像器件§4 光电图像信号采集与处理第5章光电显示技术§1 显示技术基础§2 LED显示屏§3 液晶显示技术§4 触摸屏§5 投影显示技术一 光电子技术所涉及的范围激光技术及应用：二氧化碳激光器、YAG:Nd激光器、半导体激光器；（激光在各个领域有广泛的应用）光通信：光发射和光接收机、光调制器、光纤、光放大器、光耦合器和光开关等各种光无源器件；光电显示：LCD、PDP、触摸屏、大屏幕LED显示屏和投影显示等；光电照明：各种电光源，半导体照明；光存储：光驱、光盘、全息存储；光传感：CCD及图像信号采集设备（数码相机、摄像头、扫描仪、热像仪和夜视仪）、激光打印机。

其它： 集成光电子学——在一个芯片上的光发射、光接收、光传导、光调制和解调、光放大、光处理。

二 光电子技术与电子技术的关系区别：电子技术是研究电子的运动规律，并应用于电子器件、电子电路和设备的技术。

光电子技术则是同时研究光与电、即光子或光波与电子的相互作用的一门技术，它包括光电子能源技术和光电子信息技术。

光电子技术 课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解光电子技术的概念、原理及其在现实生活中的应用；2. 掌握光电子器件的基本结构、工作原理及性能指标；3. 了解光电子技术领域的发展趋势及国家相关政策。

技能目标：1. 能够运用所学知识分析、解决光电子技术相关问题；2. 能够设计简单光电子实验，进行数据采集、处理和分析；3. 能够运用科学方法，对光电子技术领域的研究进行初步探索。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对光电子技术的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生的创新意识，提高实践能力；3. 增强学生的团队合作精神，培养合作意识；4. 培养学生关注国家科技发展，树立社会责任感。

课程性质分析：本课程属于高中物理选修课程，旨在拓展学生对现代科技领域的认识，提高科学素养。

学生特点分析：高中学生具有一定的物理基础，对现代科技充满好奇，具备一定的自主学习能力和探究精神。

教学要求：1. 注重理论与实践相结合，提高学生的实践操作能力；2. 创设情境，引导学生主动参与，激发学习兴趣；3. 突出学生主体地位，注重培养学生的创新精神和团队合作能力；4. 结合国家政策，关注光电子技术领域的发展动态，提高学生的社会责任感。

二、教学内容1. 光电子技术基本概念：光电子器件、光电效应、光电器件的应用；2. 光电子器件原理：光源、光探测器、光调制器等；3. 光电效应及其应用：光电导、光伏效应、光生伏特效应；4. 光电子技术实验：光电池实验、光电开关实验、光纤通信实验；5. 光电子技术发展现状与趋势：国内外光电子技术发展动态、国家相关政策；6. 光电子技术在生活中的应用：通信、医疗、能源、显示等领域。

教学大纲安排：第一周：光电子技术基本概念、光电效应；第二周：光电子器件原理、光电子技术实验；第三周：光电子技术发展现状与趋势、光电子技术在生活中的应用；第四周：课程总结与评价。

教材章节及内容：第一章：光电子技术概述，包括光电子技术基本概念、发展历程；第二章：光电子器件，包括光源、光探测器、光调制器等；第三章：光电效应及其应用，包括光电导、光伏效应等；第四章：光电子技术实验，包括实验原理、操作方法等；第五章：光电子技术发展现状与趋势，包括国内外发展动态、政策分析；第六章：光电子技术应用实例，涉及通信、医疗、能源等领域的应用。

通信系统组成送信道信道：信号传输媒介噪声：各种干扰信号接收机：完成发送机的反变换（滤波，放大，解调）信宿：完成原始电信号原始消息一：光纤通信发展史1.光纤通信概念：以光载波运送信息，以光纤为传媒的通信。

2.古老光通信：烽火台，交通灯，光电话/880，贝尔实验室。

3.三个主要技术：光源: 1960 红宝石激光器1962 LED1977Bell实验室成功研制100HLD光纤：1966 高锟严格论证从人类玻璃中祛除杂质可制成低衰减光纤。

1970公司制出20dB/km1973 Bell实验室制成1dB/km，现在02dB/km以下。

1973 日本解决接续问题。

1974活动连接器光检测器：70年代研制成功。

1．三个阶段：第一阶段：1970-1979：光源，光纤检测器研制成功。

由美国，亚特兰大，第一个光纤通信系统建成。

第二阶段：光纤技术突破：衰减降02dB以下。

79-89 年：多模单模光系统建设高潮第三阶段：89年至今：光系统PDH SDH过渡。

传输速率提高，光纤放大器问世，给光纤通信技术带来巨大变革。

光纤传输光放大光集成，光分播复用，光交叉相连，光交换的全光网时代。

将来:宇宙星际光通信，可能实现。

2.光在电磁波谱中位置：可见光：λ039—076μm近线外：λ 0.76—15μm中线外：λ 15 —25μm远线外：λ25—300μm光纤通信：λ0.8—1.8μm f:1.67—3.75*10短波长：0.8~0.9μm长波长：1.0~1.8μm超长波长：>2μm二：光纤通信类型及特点1．按信号类型分：光纤模拟通信系统：广播，电视光纤数字通信系统：PCM数字信号2．按光调制分：直接调制光纤系统：电信号对光源强变调制外差调制光纤系统：电信号对光源发出光载波调制。

3．按光纤特性分：多模光纤通信系统：140Mbit/s以下单模光纤通信系统4．工作波长分：短波长：0.85μm局域网，用户接入网，中继短，中继距离长长波长：1.3—1.5μm超长波长：>2μm2000пm衰减低至0.10—0.0001dB/km，1000km无中继站研制阶段。

光电子技术科学专业技术方案
第一部分：引言
光电子技术是一门涉及光学和电子学领域的交叉学科，旨在利用光与电子的相
互作用来实现各种技术应用。

随着科技的不断发展，光电子技术在通信、传感、图像处理等领域起到了至关重要的作用。

本文将介绍光电子技术科学专业的技术方案。

第二部分：专业概况
光电子技术科学专业是培养具备光电子技术理论和实践能力的专业人才的学科
方向。

学生将学习光学、电子学、信号处理、光纤通信等知识，掌握光电子设备的研发、设计和运用。

第三部分：培养目标
本专业旨在培养具备光电子领域理论和实践技能的高级技术人才。

学生将掌握
光电子材料、光电器件的设计与制造、光通信系统的构建等技能，并具备扎实的数理基础和独立解决实际问题的能力。

第四部分：课程设置
1.光电子技术基础
2.光学原理与技术
3.半导体光电子学
4.光通信原理
5.光纤传感技术
6.光电器件制造与测试
第五部分：实验实训
学生将参与光电子技术实验，学习各种光电子设备的调试、测试和运用，培养
动手能力和实际技能。

实验项目包括光纤通信系统搭建、光电器件性能测试等。

第六部分：毕业设计
毕业设计是学生综合运用所学光电子技术知识，独立完成开题到设计、实验和
论文撰写等全过程的实践环节。

通过毕业设计，学生将深入理解光电子技术应用，并对未来职业发展有所规划。

结语
光电子技术是当今科技发展的重要方向之一，专业人才的培养对推动光电子技术的发展有着不可替代的作用。

希望本文所述光电子技术科学专业技术方案能为相关学习者提供一定的参考和帮助。

2.7光波在非线性介质中的传播激光出现后，强光场足以展现物质对光场的非线性响应。

这种与光强有关的光学效应通常称为非线性光学效应。

将非线性光学介质中感应极化强度P展开为外光场E的幂级数形式，即+++=3)3(2)2()1(ˆˆˆE E E P χχχ(2.7-l) 1. 非线性电极化率介质的感应极化强度克表示为NL L NL L P E P P P+=+=χεˆ0，取)ˆ1(ˆ0L χεε+=，则有 220220ˆt P t EE NL ∂∂-∂∂-=⨯∇⨯∇ μεμ (2.7-2) “物理光学”用经典线性谐振子模型导出了线性极化率的表达式ωγωωωχi m Ne 2)(1)(ˆ2202--= (2.7-3) 非简谐运动方程为)(2220t E meAr r r r -=+++ωγ (2.7-4) 当给定电场E (t )，解出r ，由感应极化强度P =Ner 及P 和电场E 的幂级数形式，就可求出P 和电极化率χˆ。

一般用微扰法对方程逐级近似求解。

考虑频率为ω1和ω2的光场..)]exp()exp([21)(2211c c t i E t i E t E +-+-=ωω (2.7-5)可解得)(2])([12)(12)(1),(ˆ212212022220121202321ωωγωωωγωωωγωωωωωχ+-+-⨯⨯----=i i i m A Ne (2.7-6)由以上各个解看出，非线性响应的特点是频率为ω1和ω2的光场在非线性介质中感应的电极化强度，不仅具有频率ω1和ω2的分量，还具有频率为2ω1，2ω2，ω1±ω2的分量。

这些极化强度分量作为次波辐射源，将辐射出2ω1，2ω2，ω1±ω2的电磁波，这就是非线性光学中的倍频、和频以及差频等光学效应。

2. 光波在非线性介质中的传播设相互作用的光波为单色平面波，则其振幅不随时间而变化。

把非线性激励项作为一种微扰处理。

单色平面波的振幅相对变化很小，即可用慢变化近似。

《光电子技术》课程教学大纲课程英文名称：Optical-Electrical Technology 课程编号：0600420 学分：3 学时：48 一、课程教学对象本课程教学对象为五邑大学应用物理与材料学院应用物理学专业（LED 绿色光源方向）和电子信息工程专业（光电工程方向）的本科学生。

二、课程性质及教学目的光电子技术课程是光电子工程专业的学科核心专业课，通过本课程的学习应使学生对光电子技术中的基本概念、基本技术和基本器件有比较全面、系统的认识，培养学生分析和解决工程技术问题的能力，为进一步学习相关专业课打下基础。

本课程主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术，光电信息技术是以光源激光化、手段电子化、现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征，以光电子学为基础的，是当前最为活跃的高新技术之一。

学生要较好地掌握辐射度学与光度学、光辐射的传播、光束的调制和扫描、光电探测及成像技术、光电显示技术等的基本概念及基本技术，对光电子技术有比较全面、系统的认识和了解。

三、对先修知识的要求学生在学习本课程之前，应先修《高等数学》、《基础物理》、《固体物理》、《物理光学》、《光学》、《半导体物理》等课程。

因此本课程以三年级第一学期开设为宜。

四、课程的主要内容、基本要求和学时分配建议（总学时数:48）知识模块知识点要求学时 学习方式 课外学习要求 1.1辐射度学与光度学的基础知识 A 1 课堂讲授 1.2热辐射光源 A1 课堂讲授 1.3气体放电光源 A 1 课堂讲授 1.4激光器A 2 课堂讲授 1、光电系统的常用光源 1.5发光二极管（LED）A 2 课堂讲授 撰写专题论文2.1机械调制 B 1 课堂讲授 2、光辐射的调制 2.2电光调制A2课堂讲授2.3声光调制 A 2 课堂讲授 2.4磁光调制A 2 课堂讲授3.1 光辐射探测器的理论基础 A 4 课堂讲授 3.2 光热探测器A 2 课堂讲授 3.3 光电探测器 A 4 课堂讲授 3、光辐射探测器 3.4 光电发射器件A 2 课堂讲授 完成综合性作业或设计4.1 摄像管 B 1 课堂讲授 4.2 摄像器件的性能参数B 1 课堂讲授 4.3 电荷耦合器件 A 2 课堂讲授 4.4 CMOS 图像传感器 B 2 课堂讲授 4、光电成像器件 4.5图像增强器B 2 课堂讲授5.1 存储器概述C 1 分组讨论 5.2 光盘存储器的工作原理 C 2 分组讨论 5.3 CD、VCD、DVD、可擦写光盘 C 2 分组讨论 5、光存储器 5.4 光盘存储技术的发展C 1 分组讨论 撰写调研报告并PPT 演示讲解6.1 液晶显示器 B 2 课堂讲授 6.2 LED 显示器B 2 课堂讲授 6.3等离子体显示器（PDP） B 2 课堂讲授 6、平板显示技术 6.4 DLP 投影显示C2课堂讲授撰写专题论文注：知识点中粗体字部分为本课程的重点或难点 五、建议使用教材及参考书教材：《光电子技术》张永林、狄红卫编著，高等教育出版社 2005年第1版 参考书：[1] 《光电子技术》（第二版）[M] .安毓英，刘继芳，李庆辉编著，北京：电子工业出版社，2007[2] 《光电子技术及其应用》 石顺祥等，电子科技大学出版社，2000 [3] 《光电子技术基础》彭江得，清华大学出版社，1988[4] 《光学传感与测量》安毓英，曾小东， 电子工业出版社，2001 [5] 《光电子技术》梅遂生等，国防工业出版社，1999 [6] 《红外系统》杨宜禾等，国防工业出版社，1995六、课程考核方式结合平时的学习态度、课堂表现和期末考核等综合评定成绩。