光电子学基础 教学大纲
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光电子学基础
一、课程说明
课程编号： 080907Z10
课程名称（中/英文）：光电子学基础／Fundamentals of Optoelectronics
课程类别：专业选修课
学时/学分：32／2
先修课程：大学物理，半导体物理
适用专业： 微电子制造工程
教材、教学参考书：
1. Bahaa E.A Saleh.《Fundamentals of Photonics》, Wiley-Interscience
Publication，2005年
2. 朱京平主编，《光电子学基础》，科学出版社，2004年
二、课程设置的目的意义
微电子制造技术与装备专业本科生的专业选修课。
本课程的目的在于使学生掌握光电子学的基本概念和基础知识，了解光电子技术的全貌及在各个领域的应用等。为今后从事微电子光电子制造、精密微光机械、光信息处理、光传感等方面的研究开发工作提供必要的基础知识，培养出适应本世纪科技发展方向、掌握较为系统的光电子基础理论和实践能力的高级工程技术人才。
三、课程的基本要求
本课程将给予学生在光电子学领域的最基础的专业教育与训练，要求学生掌握半导体物理的概念、激光振荡和放大的理论、激光技术、波导和光纤的基本特性，以及典型光电器件和光电系统的作用特性。通过物理概念和工程应用实例的介绍，以及课后的实践，培养学生综合分析、解决问题和动手的能力，为将来从事光机电技术领域的科研、开发和应用工作奠定知识基础。
四、教学内容、重点难点及教学设计
章节 教学内容 总学时 学时分配
教学重点 教学
难点 教学方案设计（含教学方法、教学手段） 讲课
(含研讨) 实践
第1章 光电子学简介 2 2 多媒体
第2章 光学基础 4 4 多媒体
第3章 光学谐振腔和高斯光束 4 4 高斯光束，聚焦与准直 光腔理论 多媒体
第4章 激光基本原理及振荡与辐射 6 6 激光产生的物理过爱因斯坦公式 多媒体 2
章节 教学内容 总学时 学时分配
教学重点 教学
难点 教学方案设计（含教学方法、教学手段） 讲课
(含研讨) 实践
程 及其物理意义
第5章 光在介质波导中的传输 4 4 多媒体
第6章 调制、探测技术 4 4 调制原理，干涉强度调制 晶体的电光效应 多媒体
第7章 半导体光学性质及光电器件 6 6 典型半导体光通信器件的原理与 制造 半导体中的光辐射和光吸收现象 多媒体
第8章 复习与讨论 2 2 多媒体
第1章 课程介绍 (2学时)
讲授光电子的发展与趋势介绍本课程的授课内容，给出讲课大纲；
第2章 光学基础 (4学时)
学习本课程应具备的最基本光学基础知识融会贯通。重点复习掌握体现光的粒子性与波动性的各种物理现象及相关概念与理论分析，掌握光学基础知识，包括光的基本属性。
第3章 高斯光束和光学谐振腔 (4学时)
(1)重点与难点：高斯光束：高斯光束的基本性质；高斯光束q参数的变换规律(ABCD法则)；高斯光束的聚焦与准直；高斯光束的自再现变换与稳定球面腔；高斯光束模式的匹配。
(2)难点：光腔理论的一般问题：光学谐振腔与模(纵模与横模)的基本概念；共轴腔的稳定性条件；光腔的损耗；
(3)熟悉稳定球面腔：对称共焦腔的自再现模及其行波场，一般稳定球面腔的模式特征。
(4)了解非稳腔基本概念。
第4章 激光振荡原理及辐射特性（6学时）
重点：以辐射与原子系统的相互作用的基本理论为基础，介绍激光产生的物理过程。
掌握内容：①玻尔假说；②玻尔兹曼分布律；③自发辐射、受激辐射和受激吸收的过程及概念；④能级的寿命；⑤激光器的基本结构；⑥形成激光的基本条件；⑦粒子数反转分布；⑧阈值条件。
熟悉内容：①粒子数正常分布；②爱因斯坦公式及其物理意义；③三、四能级系统工作原理；④激光纵模与横模的概念；⑤几种典型的激光器；⑥费密能级。
了解内容：①激光器的应用；②LED的特性及应用领域。
难点：①爱因斯坦公式及其物理意义；②费密能级；③激光纵模与横模。
第5章 光波在介质波导中的传播 （4学时） 3
了解光在介质分界面上的反射与折射；掌握介质平板波导的射线分析方法，了解光纤的射线分析方法和光纤中的电磁波模式理论；了解光纤损耗和色散的分类。
第6章 光波调制与探测解调（4学时）
掌握信号的内调制和外调制原理；熟悉电光效应，在外电场作用下晶体中光传播的特性；
理解光辐射探测的基本物理效应和探测过程中产生的噪声的概念和特性。
熟悉内容：①高频电光调制；②电光开关原理；③光电效应；④光电探测器相关指标；⑤光波的解调方法；
重点内容：①调制原理；②干涉强度调制；
难点内容：晶体的电光效应
第7章 半导体光学性质及光电器件（6学时）
重点：了解典型半导体光通信器件的原理与制造。
难点：光与物质相互作用的半经典理论为基础，介绍半导体中的光辐射和光吸收现象。
介绍光电二极管的工作原理，发光二极管的工作原理，半导体激光二极管的工作原理等。
第8章 总复习与讨论课 （2学时）
五、实践教学内容和基本要求
六、考核方式及成绩评定
考核方式采用平时考核和期末考试相结合；成绩评定平时成绩占50%，期末成绩占50%。
考核内容 考核方式 成绩比例（%） 备注
课堂 到堂情况，每次课随机考勤 10
课后作业及报告 作业及报告 40
期末考试 闭卷 50
七、大纲主撰人： 大纲审核人：
