《光電子學》課程教學大綱

《光電子學》課程教學大綱課程名稱：光電子學課程編號：F098091621英文名稱：Optoelectronics學時：48學時 學分：3學分開課學期：第6學期適用專業(yè)：光電信息科學與工程/應用物理學課程類別：選修課程課程性質(zhì)：專業(yè)核心課/專業(yè)方向與拓展課先修課程：電磁學、光學、量子力學一、課程的性質(zhì)及任務光電子技術是光子技術與電子技術相結合而形成的一門技術，主要研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換的相關技術，以光源激光化、傳輸波導（光纖）化、手段電子化、現(xiàn)代電子學中的理論模式和電子學處理方法光學化為特征，是一門新興的綜合性交叉學科。學習本課程的主要目的是：為學生今后從事現(xiàn)代信息光學、激光技術、光纖技術、光通信技術、光信號探測技術、光信息存儲與處理技術、顯示技術及光計算等方面學習與工作打下基礎。依據(jù)河北工程大學應用物理學專業(yè)培養(yǎng)計劃，本課程需要培養(yǎng)學生的能力是：掌握電光調(diào)制原理和方法，能夠?qū)怆娤嚓P器件或功能實現(xiàn)進行設計。掌握平面介質(zhì)波導中模式數(shù)計算、單模波導厚度設計和圓柱形介質(zhì)波導單模條件及數(shù)值孔徑與最大入射角計算，能夠進行單模波導厚度設計。掌握幾種典型光電探測器結構和工作原理，能夠進行光電相關器件或功能實現(xiàn)進行設計；掌握電光效應和發(fā)光機制，能夠進行原理分析。掌握光纖連接器主要指標和影響插損因素；掌握光衰減器工作原理，分析和設計液晶型光衰減器。掌握光信息存儲新技術的發(fā)展方向，能夠?qū)﹄娮臃@光存儲技術原理進行分析。二、課程目標與要求2.1課程目標理解光電子技術概念，了解光電子技術的發(fā)展史，了解光電子器件及光電子技術的應用。強化科學倫理教育，注重科學思維方法訓練和科學精神培養(yǎng)，提高學生分析問題和解決問題的的能力，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。了解光學基礎知識；掌握麥克斯韋方程、電介質(zhì)的特性；掌握電介質(zhì)的特性和分類；理解波動方程的推導過程；掌握各種光波的電磁表示和高斯光束的特性。掌握平面介質(zhì)光波導中光場特性；掌握電磁場在三層波導中的分布情況；掌握得出光波導中光導波傳播情況的方法；掌握光纖的結構參數(shù)，掌握光纖中光波導的線光學分析；掌握光纖中光波導的線光學分析；掌握階躍光纖光導波物理分析方法和了解光纖色散與脈沖展寬；掌握平面介質(zhì)波導中模式數(shù)計算、單模波導厚度設計和圓柱形介質(zhì)波導單模條件及數(shù)值孔徑與最大入射角計算。了解晶體的基本性質(zhì)；掌握晶體光學特性的幾何表示；掌握電光調(diào)制原理及方法；掌握電光調(diào)制原理及方法；掌握聲光調(diào)制的原理及方法；理解磁光調(diào)制的原理。掌握光電探測器的性能參數(shù)；理解光電探測方式；掌握光電探測器的物理效應；掌握幾種典型光電探測器結構和工作原理；掌握光探測器性能參數(shù)和部分光電探測器應用。了解光電顯示基礎；掌握陰極射線顯示原理、陰極射線管結構及其各部分在顯示中的作用；了解液晶的分類及特性；掌握液晶電光效應；了解氣體放電物理基礎、等離子體顯示原理及其顯示器結構與功用；了解場致發(fā)光顯示分類；掌握OLED的發(fā)光機制。掌握光纖連接器主要指標和影響插損的因素；了解連接器類型和改進回波損耗的方法；了解光耦合器特性參數(shù)與模式變化；掌握光衰減器工作原理；了解光衰減器性能；了解光耦合器特性參數(shù)與模式變化；了解光波分復用器特性和工作原理；了解光隔離器特性和工作原理；了解光開關特性參數(shù)和類型。了解光存儲與光盤特點、只讀存儲光盤存儲原理與光盤制備；了解一次寫入光盤寫入方式、對存儲介質(zhì)的要求和其存儲原理；掌握可擦重寫光盤存儲原理；了解光盤襯盤材料；掌握光信息存儲新技術的發(fā)展方向；理解光信息存儲新技術基本原理，但掌握電子俘獲光存儲技術原理。

光電子學課程教學大綱數(shù)理科學與工程學院本科課程教學大綱PAGE16PAGE2932.2課程目標與畢業(yè)要求對應關系課程目標畢業(yè)要求二級指標畢業(yè)要求12345678●●●●●掌握介質(zhì)特性、光電探測器結構和工作原理、電光調(diào)制原理和方法等內(nèi)容，能夠?qū)怆娤嚓P器件或功能實現(xiàn)進行設計。1.能夠運用電光調(diào)制原理和方法設計光電相關器件或功能實?！裾莆掌矫娼橘|(zhì)波導中模式數(shù)計算、單模波導厚度設計和圓柱形介質(zhì)波導單模條件及數(shù)值孔徑與最大入射角計算，能夠進行單模波導厚度設計。2.能夠應用數(shù)學、自然科學基本原理，進行平面介質(zhì)波導模式、圓柱形介質(zhì)波導單模條件及數(shù)值孔徑與最大入射角計算，能夠進行單模波導厚度設計?！裾莆针姽庑桶l(fā)光機制，能夠進行原理分析。電光效應和發(fā)光機制，能夠進行原理分析●掌握光纖連接器主要指標和影響插損因素；掌握光衰減器工作原理，分析和設計液晶型光衰減器。5.能夠運用光纖連接器主要指標和影響插損因素分析相關光纖連接器問題；能夠依據(jù)光衰減器工作原理分析和設計液晶型光衰減器?！裾莆展庑畔⒋鎯π录夹g的發(fā)展方向，能夠?qū)﹄娮臃@光存儲技術原理進行分析。6.通過對光信息存儲新技術的發(fā)展方向充分認識，能夠?qū)﹄娮臃@光存儲技術原理進行分析。2.3課程目標與培養(yǎng)環(huán)節(jié)對應矩陣序號 課程目標 理論教學課后作業(yè)1理解光電子技術概念，了解發(fā)展史、光電子器件和光電子技術的應用。HM2了解光學基礎知識；掌握麥克斯韋方程、電介質(zhì)的特性；掌握電介質(zhì)的特性和分類；理解波動方程的推導過程；掌握各種光波的電磁表示和高斯光束的特性。HM、L3掌握平面介質(zhì)光波導中光場特性；掌握電磁場在三層波導中的分布情況；掌握得出光波導中光導波傳播情況的方法；掌握光纖的結構參數(shù)，掌握光纖中光波導的線光學分析；掌握光纖中光波導的線光學分析；掌握階躍光纖光導波的物理分析方法和了解光纖色散與脈沖展寬；掌握平面介質(zhì)波導中模式數(shù)計算、單模波導厚度設計和圓柱形介質(zhì)波導單模條件以及數(shù)值孔徑與最大入射角計算。H、MH、M4了解晶體的基本性質(zhì)；掌握晶體光學特性的幾何表示；掌握電光調(diào)制原理及方法；掌握電光調(diào)制原理及方法；掌握聲光調(diào)制的原理及方法；理解磁光調(diào)制的原理。H、MH、M5掌握光電探測器的性能參數(shù)；理解光電探測方式；掌握光電探測器的物理效應；掌握幾種典型光電探測器結構和工作原理；掌握光探測器性能參數(shù)和部分光電探測器應用。H、MH、M6了解光電顯示基礎；掌握陰極射線顯示原理、陰極射線管結構及其各部分在顯示中的作用；了解液晶的分類及特性；掌握液晶電光效應；了解氣體放電物理基礎、等離子體顯示原理及其顯示器結構與功用；了解場致發(fā)光顯示分類；掌握OLED的發(fā)光機制。H、ML7掌握光纖連接器主要指標和影響插損的因素；了解連接器類型和改進回波損耗的方法；了解光耦合器特性參數(shù)與模式變化；掌握光衰減器工作原理；了解光衰減器性能；了解光耦合器特性參數(shù)與模式變化；了解光波分復用器特性和工作原理；了解光隔離器特性和工作原理；了解光開關特性參數(shù)和類型。H、MM、L8了解光存儲與光盤特點、只讀存儲光盤存儲原理與光盤制備；了解一次寫入光盤寫入方式、對存儲介質(zhì)的要求和其存儲原理；掌握可擦重寫光盤存儲原理；了解光盤襯盤材料；掌握光信息存儲新技術的發(fā)展方向；理解光信息存儲新技術基本原理，但掌握電子俘獲光存儲技術原理。H注：H表示該能力的在此環(huán)節(jié)重點培養(yǎng)；M表示該能力在此環(huán)節(jié)有應用要求；L表示該能力在此環(huán)節(jié)有所涉及。光電檢測技術課程教學大綱數(shù)理學院本科教學大綱PAGE16PAGE3152.4目標達成度的評價課程目標1、2、3、4、5、6、7、8主要通過理論教學環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)，在課后作業(yè)中有所涉及。主要通過課堂授課與討論、課后作業(yè)和期末考試中常識性、概念性、原理性、計算型等題目進行考核。目標達成綜合以上內(nèi)容進行評價。課程目標1主要通過理論教學環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)。主要通過期末考試中光電子器件分類以及應用等題目進行考核。目標達成綜合以上內(nèi)容進行評價。課程目標2主要通過理論教學環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)，在課后作業(yè)有能力和應用要求。主要通過課后作業(yè)和期末考試中麥克斯韋方程、電介質(zhì)的特性和分類、各種光波的電磁表示和高斯光束的特性等題目進行考核。目標達成綜合以上內(nèi)容進行評價。課程目標3主要通過理論教學環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)，在課后作業(yè)有能力要求。主要通過課堂討論、課后作業(yè)和期末考試中平面介質(zhì)光波平面介質(zhì)波導中模式數(shù)計算、單模波導厚度設計和圓柱形介質(zhì)波導單模條件及數(shù)值孔徑與最大入射角計算。等題目進行考核。目標達成綜合以上內(nèi)容進行評價。課程目標4主要通過理論教學環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)，在課后作業(yè)有能力和應用要求。主要通過課后作業(yè)和期末考試中電光調(diào)制原理、概念等題目進行考核。目標達成綜合以上內(nèi)容進行評價。課程目標5主要通過理論教學環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)，在課后作業(yè)有能力和應用要求。主要通過課堂討論、課后作業(yè)和期末考試中光電探測器的性能參數(shù)、光電探測器的物理效應、光電探測器結構和工作原理、部分光電探測器應用等題目進行考核。目標達成綜合以上內(nèi)容進行評價。課程目標6主要通過理論教學環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)，主要通過課堂討論和期末考試中液晶電光效應、OLED的發(fā)光機制等內(nèi)容進行考核。目標達成綜合以上內(nèi)容進行評價。課程目標7主要通過理論教學環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)，主要通過課堂討論和期末考試中光纖連接器主要指標和影響插損的因素、光衰減器工作原理等內(nèi)容進行考核。目標達成綜合以上內(nèi)容進行評價。課程目標8主要通過理論教學環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)，主要通過課堂討論和期末考試中光信息存儲新技術、電子俘獲光存儲技術原理等內(nèi)容進行考核。目標達成綜合以上內(nèi)容進行評價。三、教學方法及手段理論教學以課堂講授為主，面向基礎知識的準確、扎實掌握，突出對原理的分析、對方法的總結以及理論體系的完整建立。部分課時采取討論的方法，預留思考題，組織學生進行充分的研討。課程強調(diào)學生的自主學習，強調(diào)通過自學的方式消化、吸收課程的龐大知識量，并在此基礎上舉一反三。四、課程的基本內(nèi)容與教學要求第1章緒論[教學目的與要求]：理解光電子技術概念，了解發(fā)展史、光電子器件和光電子技術的應用。[本章主要內(nèi)容]：1-1光電子技術（支撐課程目標1）。1-2光電子技術發(fā)展史（支撐課程目標1）。1-3信息光電子技術器件（支撐課程目標1）。1-4光電子技術應用（支撐課程目標1）。[本章重點]：光電子技術概念、發(fā)展史、光電子器件和光電子技術的應用。量子力學研究的對象及特點。掌握德布羅意關于自由粒子的德布羅意波。[本章難點]：信息光電子器件。第2章光學基礎知識和光場傳播規(guī)律[教學目的與要求]：了解光學基礎知識；掌握麥克斯韋方程、電介質(zhì)的特性；掌握電介質(zhì)的特性和分類；理解波動方程的推導過程；掌握各種光波的電磁表示和高斯光束的特性。[本章主要內(nèi)容]：2-1光學基礎知識（支撐課程目標2）。2-2麥克斯韋方程（支撐課程目標2）。2-3電介質(zhì)（支撐課程目標2）。2-4波動方程（支撐課程目標2）。2-5光波的表示與傳播特性（支撐課程目標2）。2-6高斯光束（支撐課程目標2）。[本章重點]：麥克斯韋方程、電介質(zhì)。電介質(zhì)的特性和分類；理解波動方程的推導過程。各種光波的表示與特性、高斯光束的特性。[本章難點]：麥克斯韋方程、電介質(zhì)。波動方程的推導過程。高斯光束的特性。第4章光波導技術基礎[教學目的與要求]：掌握平面介質(zhì)光波導中光場特性；掌握電磁場在三層波導中的分布情況；掌握得出光波導中光導波傳播情況的方法；掌握光纖的結構參數(shù)，掌握光纖中光波導的線光學分析；掌握光纖中光波導的線光學分析；掌握階躍光纖光導波的物理分析方法和了解光纖色散與脈沖展寬；掌握平面介質(zhì)波導中模式數(shù)計算、單模波導厚度設計和圓柱形介質(zhì)波導單模條件以及數(shù)值孔徑與最大入射角計算。[本章主要內(nèi)容]：4-1平面介質(zhì)光波導中的光傳播與導引波、消逝波、波導（支撐課程目標3）。4-2平面介質(zhì)光波導中光導模的幾何光學分析（支撐課程目標3）。4-3平面介質(zhì)光波導中的物理光學分析（支撐課程目標3）。4-4圓柱介質(zhì)光波導（支撐課程目標3）。4-5光纖中光導波的線光學分析（支撐課程目標3）。4-6階躍光纖光導波的物理分析方法（支撐課程目標3）。4-7光纖色散與脈沖展寬（支撐課程目標3）。[本章重點]：平面介質(zhì)中的導引波、消逝波、波導；平面介質(zhì)光波導中光導模的幾何光學分析。光波導中光導波傳播情況；光纖的結構參數(shù)；光纖中光波導的線光學分析。光纖中光波導的線光學分析；階躍光纖光導波的物理分析方法。單模平面介質(zhì)波導厚度設計、圓柱形介質(zhì)波導單模條件。[本章難點]：導波、消逝波、光導模的幾何光學分析；平面介質(zhì)光波導中的物理光學分析。平面介質(zhì)光波導中的物理光學分析；光纖中光波導的線光學分析。光纖中光波導的線光學分析；階躍光纖光導波的物理分析方法。單模平面介質(zhì)波導厚度設計、圓柱形介質(zhì)波導單模條件。第5章光調(diào)制技術——光信息系統(tǒng)的信號加載與控制[教學目的與要求]：了解晶體的基本性質(zhì)；掌握晶體光學特性的幾何表示；掌握電光調(diào)制原理及方法；掌握電光調(diào)制原理及方法；掌握聲光調(diào)制的原理及方法；理解磁光調(diào)制的原理。[本章主要內(nèi)容]：5-1晶體光學基礎（支撐課程目標4）。5-2光在晶體中的傳播（支撐課程目標4）。5-3電光調(diào)制（支撐課程目標4）。5-4聲光調(diào)制（支撐課程目標4）。5-5磁光調(diào)制（支撐課程目標4）。本章重點]：晶體極化率與介電系數(shù)、晶體光學特性的幾何表示.。電光調(diào)制原理及方法。電光調(diào)制原理及方法；聲光調(diào)制的原理及方法。[本章難點]：晶體光學特性的幾何表示。電光調(diào)制原理及方法。電光調(diào)制原理及方法；聲光調(diào)制的原理及方法。第6章光電探測技術[教學目的與要求]：掌握光電探測器的性能參數(shù)；理解光電探測方式；掌握光電探測器的物理效應；掌握幾種典型光電探測器結構和工作原理；掌握光探測器性能參數(shù)和部分光電探測器應用。[本章主要內(nèi)容]：6-1光探測器性能參數(shù)（支撐課程目標5）。6-2光電探測方式（支撐課程目標5）。6-3光電探測的物理效應（支撐課程目標5）。6-4光電探測器（支撐課程目標5）。[本章重點]：光電探測器的物理效應中內(nèi)光電效應。光敏電阻、光電倍增管和雪崩光電二極管的工作原理及工作特性。[本章難點]：光電探測器的物理效應中內(nèi)光電效應。光敏電阻、光電倍增管和雪崩光電二極管的工作原理及工作特性。第7章光電顯示技術[教學目的與要求]：了解光電顯示基礎；掌握陰極射線顯示原理、陰極射線管結構及其各部分在顯示中的作用；了解液晶的分類及特性；掌握液晶電光效應；了解氣體放電物理基礎、等離子體顯示原理及其顯示器結構與功用；了解場致發(fā)光顯示分類；掌握OLED的發(fā)光機制。[本章主要內(nèi)容]：7-1光電顯示基礎（支撐課程目標6）。7-2陰極射線顯示（支撐課程目標6）。7-3液晶顯示（支撐課程目標6）。7-4等離子體顯示（支撐課程目標6）。7-5場致發(fā)光顯示（支撐課程目標6）。[本章重點]：陰極射線顯示原理、發(fā)光機理。液晶電光效應；等離子體顯示原理。OLED的發(fā)光機制。光探測器性能參數(shù)和部分光電探測器應用。[本章難點]：陰極射線顯示原理、發(fā)光機理。液晶電光效應；等離子體顯示原理。OLED的發(fā)光機制。部分光電探測器應用。第8章光通信無源器件技術[教學目的與要求]：掌握光纖連接器主要指標和影響插損的因素；了解連接器類型和改進回波損耗的方法；了解光耦合器特性參數(shù)與模式變化；掌握光衰減器工作原理；了解光衰減器性能；了解光耦合器特性參數(shù)與模式變化；了解光波分復用器特性和工作原理；了解光隔離器特性和工作原理；了解光開關特性參數(shù)和類型。[本章主要內(nèi)容]：8-1光纖連接器（支撐課程目標7）。8-2光衰減器（支撐課程目標6、7）。8-3光耦合器（支撐課程目標7）。8-4光波分復用器（支撐課程目標7）。8-5光隔離器（支撐課程目標7）。8-6光開關（支撐課程目標7）。[本章重點]：回波損耗的定義液晶型光衰減器工作原理；光耦合器中模式變化。光波分復用器工作原理、光隔離器工作原理。[本章難點]：光耦合器中模式變化。光波分復用器工作原理。第9章光盤與光存儲技術[教學目的與要求]：了解光存儲與光盤特點、只讀存儲光盤存儲原理與光盤制備；了解一次寫入光盤寫入方式、對存儲介質(zhì)的要求和其存儲原理；掌握可擦重寫光盤存儲原理；了解光盤襯盤材料；掌握光信息存儲新技術的發(fā)展方向；理解光信息存儲新技術基本原理，但掌握電子俘獲光存儲技術原理。[本章主要內(nèi)容]：9-1光存儲與光盤（支撐課程目標8）。9-2只讀存儲光盤（支撐課程目標8）。9-3一次寫入光盤（支撐課程目標8）。9.4可擦重寫光盤（支撐課程目標8）。9.5光盤襯盤材料（支撐課程目標8）。9.6光信息存儲新技術（支撐課程目標8）。[本章重點]：只讀存儲光盤存儲原理與光盤制備；一次寫入光盤寫入方式、對存儲介質(zhì)的要求和其存儲原理。激光熱致相變可擦重寫光存儲；可擦重寫磁光光盤存儲。持續(xù)光譜燒孔和三維光信息存儲；電子俘獲光存儲技術；全息信息存儲；光致變色存儲[本章難點]：光波分復用器工作原理。只讀存儲光盤制備；一次寫入光盤寫入方式和其存儲原理?？刹林貙懘殴夤獗P存儲。俘獲光存儲技術；全息信息存儲；光致變色存儲。五、課程學時分配教學課次教學內(nèi)容教學環(huán)節(jié)與計劃時數(shù)教學環(huán)節(jié)計劃時數(shù)1Chp1緒論§1-1光電子技術；§1-2光電子技術發(fā)展史；§1-3光電子器件；§1-4光電子技術的應用；理論課22Chp2光學基礎知識與光場傳播規(guī)律§2-1光學基礎知識；§2-2麥克斯韋方程理論課23§2-3電介質(zhì)；§2-4波動方程；理論課24§2-5光波的表示與傳播；§2-6高斯光束；理論課25Chp4光波導技術基礎§4-1平面介質(zhì)光波導中的光傳播與導引波、消逝波、波導；§4-2平面介質(zhì)光波導中光導膜的幾何光學分析；理論課26§4-3平面介質(zhì)光波導中光導波的物理光學分析;§4-4圓柱介質(zhì)光波導；理論課27§4-5光纖中光導波的線光學分析§4-6階躍光纖中的光導波§4-7光纖色散與脈沖展寬理論課28習題與討論理論課29Chp5光調(diào)制技術§5-1晶體光學基礎；§5-2光在晶體中的傳播；理論課210§5-3電光調(diào)制；理論課211§5-4聲光調(diào)制；§5-5磁光調(diào)制；理論課212Chp6光電探測技術§6-1光探測器性能參數(shù)；§6-2光電探測方式；理論課213§6-3光電探測的物理效應；§6-4光電探測器；理論課214Chp7光電顯示技術§7-1光電顯示基礎；§7-2陰極射線顯示；理論課215§7-3液晶顯示；§7-4等離子體顯示；理論課216§7-5場致發(fā)光顯示；理論課217習題與討論理論課218Chp8光通信無源器件技術§8-1光纖連接器；理論課219§8-2光衰減器；§8-3光耦合器；理論課220§8-4光波分復用器；§8-5光隔離器；§8-6光開關；理論課221Chp9光盤與光存儲技術§9-1光存儲與光盤§9-2只讀存儲光盤；§9-3一次寫入光盤理論課222§9.4可擦重寫光盤；§9.5光盤襯盤材料理論課223§9.6光信息存儲新技術理論課224復習與總結理論課2六、課程考核與成績評定6.1考核方式考核環(huán)節(jié)包括課程學習過程考核和期末考試，其中課程過程考核占總成績的20%，分別由課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)進行評定；期末考試成績占總成績的80%。各環(huán)節(jié)的比重如下?？己谁h(huán)節(jié)比重合計過程考核（平時成績）課堂表現(xiàn)10%20%作業(yè)10%期末成績期末測試80%80%總計100%100%6.2考核內(nèi)容及要求本課程為考試課?？己藘?nèi)容及分值分配如下?？己朔绞娇己藘?nèi)容分值課程目標總分值期末考試80%器件和效應分類、性能參數(shù)等25目標1、2、3、4、6、7、8100分原理、機理、效應等20～30目標4、5、6、7、8設計類題目10～20目標4、5計算類