光电信息技术实验
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spContent=你了解发光二极管为什么具有如此高的发光效率吗?你知道激光技术为什么会有如此广泛的应用吗?无时无地的互联互通技术又是如何实现的?为什么全息技术就会如梦如幻呢?《光电信息技术实验》在线课程,将通过理论知识的讲授和实验操作的演示,让你形象、生动、直观地厘清问题,消除困扰。
—— 课程团队
课程概述

从白炽灯到节能灯,再到发光二极管,照明光源的效率不断提高;从日常生活中的影碟机到工业生产中的打标机,再到军事领域的制导反导术,激光技术的应用无处不在;从可携式木箱照相机到数码照相机,再到如梦如幻般的全息术,照相技术的发展日新月异;从固定电话到移动电话,再到移动互联网,通讯技术的载体不断翻新;你只需轻轻触动手机屏幕,就可以与家人互联互通,就可以浏览世界各地的新闻趣事;光电信息技术的发展与应用不胜枚举。《光电信息技术实验》在线课程,精选与光电信息技术密切相关的11个实验,通过对每一个实验文字介绍、幻灯片演示、理论知识讲授和实验操作演示,带你形象、生动、直观地厘清问题,消除困扰。

授课目标
通过在线浏览和在线学习,受众能轻松获得供其学习或参考的各种资源;获得轻松、快乐、高效的学习效果,达到预期的学习目标。能够满足学生对实验预习、实验操作和实验总结阶段对实验资料的需求,能够提高学生预习实验的效果,促进学生开展实验的效率,在学生撰写实验报告阶段具有很好的参考价值。
课程大纲

本课程由包括绪论在内的四个以讲授为主的单元和九个以实验为主的单元构成,各单元具体内容如下:

第01单元:光电信息技术实验绪论

一、教学目标

1、掌握实验在自然科学发展中的意义,以及光电信息技术实验在塑造专业方面的重要意义。

2、明确光电信息技术实验教学的目的和任务,深刻理解实验教学的重要性,建立端正的实验学习态度。

3、掌握开展光电信息技术实验的具体要求。

二、教学课型

理论讲授

三、教学课时

1学时

四、教学重点

1、实验在自然科学发展中的贡献与意义。

2、光电信息技术实验在塑造专业、就业等方面的重要意义。

3、光电信息技术实验教学的目的和任务。

4、开展光电信息技术实验的具体要求。

六、教学难点

如何让学生理解实验教学的重要性,建立端正的实验学习态度。

第02单元:光电信息技术实验报告撰写要求

一、教学目标

结合科技论文的写作,掌握光电信息技术实验报告的撰写要素与撰写要素。

二、教学课型

讲授(新授课)

三、教学课时

1学时

四、教学重点

1、以实验为内容的科技论文写作要素及写作方法。

2、光电信息技术实验报告的撰写要素及写作方法。

五、教学难点

借鉴科技论文写作方法,学会撰写具有科技论文写作风格的实验报告。

第03单元:工具软件在实验数据处理中的应用

一、教学目标

1、掌握应用工具软件处理实验数据的重要性。

2、了解实验数据处理中常用的几种工具软件。

3、掌握用Origin软件处理实验数据。

二、教学课型

新授课、理论讲授、软件演示

三、教学课时

4学时

四、教学重点

1、实验数据处理中常用的数据处理方法。

2、列表法、作图法在实验数据处理中的应用及其注意事项。

3、实验数据处理中常用的几种数据处理软件。

4、演示Origin软件在实验数据处理中的具体应用。

五、教学难点

Origin软件在实验数据处理中的具体应用。

第04单元:光电信息技术实验基础知识

一、教学目标

1、掌握光电技术实验的一些基本操作要点。

2、了解光电信息技术实验中常用的光学元件与组合。

3、了解光电信息技术实验中常用的机械部件及其制作。

4、掌握光学仪器的操作规范与常见问题处理

二、教学课型

新授课

三、教学课时

4学时

四、教学重点

1、光电技术实验的操作要点,主要讲授光电技术实验操作中需要注意的零位调整、水平调整、视差消除、共轴调整、角度、高度协调法以及先定性后定量的原则等。

2、光电信息技术实验中常用的光学元件与组合,主要介绍光电信息技术实验中要用到的平面反射镜、分束镜、光栅等基本光学元件及其主要参数等。

3、光电信息技术实验中常用的机械部件及其制作,主要介绍光学平台和光学调整架等的结构、设计方法以及使用时的注意事项。

4、光学仪器的操作规范与常见问题处理,着重介绍对常用镜片污染的处理方法。

五、教学难点

光学平台的结构。

第05单元:磁致旋光实验

一、教学目标

1、通过教师讲授,要求学生掌握磁致旋光效应的实验原理。

2、通过实验操作,得出磁场强度与旋光角之间的关系,确定旋光物质的Verdet常数。

3、学会用软件处理实验数据。

二、教学课型

实验课

三、教学课时

理论讲授3学时,实验操作3学时

四、教学重点

    1、光的偏振性和旋光性。

     2、与光的偏振性、旋光性相关的验证马吕斯定律、旋光仪测量液体浓度以及液晶电光效应等实验。

3、磁致旋光效应实验与之前所接触到旋光性实验的区别。

4、磁致旋光效应的实验内容及操作。

五、教学难点

光的旋光效应的理论解释

第06单元:全息照相实验

一、教学目标

1、通过教师讲授,要求学生掌握了解全息照相的基本原理,掌握握全息照相的基本实验技术以及全息照相再现物像的性质与观察方法。

2、完成一个完整的全息照相操作并获得清晰的拍摄图像。

3、掌握在光学平台上搭建实验系统并获得实验结果的实验技能。

二、教学课型

实验课:理论讲授与实验操作相结合

三、教学课时

理论讲授1学时,实验操作3学时

四、教学重点

1、照像与照相的区别。

2、全息术的发展及其对光源的要求与实现。

3、全息照相的基本过程及拍好全息图的关键技术。

五、教学难点

全息照相与普通照像的不同之处,为什么全息照相能记录相位信息而普通照像不能。

第07单元:振动及压电陶瓷特性实验

一、教学目标

1、掌握什么是压电效应以及压电材料的压电特性。

2、熟练掌握迈克尔逊干涉的原理以及用迈克尔逊干涉法测量微小位移原理与方法。

3、掌握压电材料压电常数的测量方法。

二、教学课型

实验课:理论讲授与实验操作相结合

三、教学课时

理论讲授1学时,实验操作3学时

四、教学重点

1、压电材料的压电特性,正压电效应与逆压电效应。

2、迈克逊干涉仪的工作原理。

3、迈克尔逊干涉仪中动静的调节,压电陶瓷在迈克尔逊干涉仪中调节动静的应用。

4、激光干涉法测量压电陶瓷振动特性的原理和方法。

五、教学难点

激光干涉法测量微尺度的原理与方法以及信号的提取与处理。

第08单元:阿贝成像和θ调制实验

一、教学目标

1、了解付里叶光学基本原理的物理意义。

2、加深对光学中的空间频谱和空间滤波等概念的理解。

3、对光学空间谱和滤波、调制等光学信息处理手段有一定感性认识。

4、进一步了解空间滤波的概念和了解颜色合成的一种方法。

5、通过实验观察到经光栅后得到的彩色图像。

二、教学课型

实验课:理论讲授与实验操作相结合

三、教学课时

理论讲授1学时,实验操作3学时

四、教学重点

1、付里叶光学基本原理的物理意义。

2、光学中的空间频谱和空间滤波等概念。

    3、空间滤波与颜色合成。

五、教学难点

光学中的空间频谱和空间滤波等概念以及光路的调整。

第09单元:晶体的电光效应与电光调制实验

一、教学目标

1、掌握晶体电光效应的概念,并能用折射率椭球公式对晶体的电光效应做出解释。

2、掌握电光调制、横向电光调制和纵向电光调制的基本概念。

3、实验观察穿过晶体的会聚偏振光的干涉图案,了解电场对晶体的作用机理。

4、实验观察晶体施加不同强度的直流电压时,激光透过晶体的情况,绘制电压与光强的关系曲线,求出系统的特征参数。

5、实验模拟信息对光的调制和传输。

二、教学课型

实验课:理论讲授与实验操作相结合

三、教学课时

理论讲授2学时,实验操作3学时

四、教学重点

    1、晶体电光效应、横向电光效应和纵向电光效应的概念。

    2、折射率椭球公式对晶体电光效应的解释。

    3、晶体电光调制实验的设计原理、内容与操作。

五、教学难点

1、晶体电光调制实验的设计原理。

2、实验光路的搭建与调节。

第10单元:晶体的电光效应与电光调制实验

一、教学目标

1、通过实验操作达到感性掌握激光原理基本知识的目的。

2、在实验中观察普通光与激光的区别。

3、通过实验操作,达到直观掌握组成激光三个基本要素的目的。

4、掌握半导体泵浦固体激光的基本原理和实验装置。

5、实验研究影响半导体泵浦固体激光的因素。

6、观察激光倍频现象,测量不同条件下的倍频效率,通过实验找出最佳相匹配条件。

二、教学课型

实验课:理论讲授与实验操作相结合

三、教学课时

理论讲授2学时,实验操作4学时

四、教学重点

    1、激光原理基础知识,包括光与物质的相互作用,构成激光的三个基本要素。

    2、倍频的基本概念与原理及其在实验中的实现。

    3、组成激光的三个基本要素及其在半导体激光泵浦固体激光的实验中的构成。

    4、半导体激光泵浦固体激光的实验内容及其操作要点。

五、教学难点

1、倍频原理。

2、实验光路的搭建与调节。

第11单元:音频信号的光纤传输实验

一、教学目标

1、掌握发光二级光的工作原理、光电特性。

2、掌握以发光二极管为光源的内调制工作原理。

3、掌握基于发光二极管的内调制音频信号传输实验原理与技术。

二、教学课型

实验课:理论讲授与实验操作相结合

三、教学课时

理论讲授1学时,实验操作3学时

四、教学重点

    1、光辐射的调制技术。

    2、基于发光二极管的内调制技术的原理与方法。

    3、判断信号失真的标准与方法。

    4、基于发光二极管的内调制音频信号传输实验的操作要点与注意事项。

五、教学难点

基于发光二极管的光辐射内调制技术原理与实现。

第12单元:光纤光学与半导体激光器的光电特性实验

一、教学目标

1、掌握半导体激光器的电光特性和阈值电流。

2、掌握光纤的结构、分类以及光在光纤中传输的基本规律。

3、掌握光纤数值孔径的概念、物理意义及其测量方法。

4、掌握基于半导体激光内调制的原理并实现信号的传输与解调。

二、教学课型

实验课:理论讲授与实验操作相结合

三、教学课时

理论讲授1学时,实验操作3学时

四、教学重点

    1、半导体激光器的电光特性和阈值电流。

    2、光纤的结构、分类、结构参数以及光在光纤中传输的基本规律。

    3、光纤数值孔径的概念、物理意义及其测量方法。

    4、基于半导体激光内调制的光纤通信原理、技术与实现。

五、教学难点

基于半导体激光内调制的光纤通信原理。

第13单元:基于Mach-Zehnder光纤干涉的温度及压力传感实验

一、教学目标

1、掌握Mach-Zehnder干涉的基本原理。

2、掌握基于光纤Mach-Zehnder干涉的实验系统构成。

3、掌握基于光纤的Mach-Zehnder干涉系统中,光纤光程变化对条纹移动的影响。

4、掌握基于光纤的Mach-Zehnder干涉测量温度及压力的基本原理与实验系统设计。

二、教学课型

实验课:理论讲授与实验操作相结合

三、教学课时

理论讲授1学时,实验操作4学时

四、教学重点

1、杨氏双孔干涉与光纤杨氏干涉。

2Mach-Zehnder干涉的概念与原理。

3、基于光纤的Mach-Zehnder干涉系统中,光纤参数变化对条纹移动的影响。

4、基于光纤Mach-Zehnder干涉的测温及测压实验原理与系统构成。

五、教学难点

         基于光纤Mach-Zehnder干涉的测温及测压实验原理与系统构成。

第14单元:光栅光谱仪的工作原理与光谱测量操作实验

一、教学目标

1、掌握光栅光谱仪器的基本原理及其应用

2、掌握光栅光谱仪的使用方法。

3测绘不同光源的光谱图。

二、教学课型

实验课:理论讲授与实验操作相结合

三、教学课时

理论讲授1学时,实验操作3学时

四、教学重点

1、光栅光谱仪的结构与工作原理。

2、学习使用光栅光谱仪

3、永光栅光谱仪测量不同光源及手机屏幕的光谱分布

五、教学难点

         光栅光谱仪的结构与工作原理

第15单元:太阳能电池原理与工作特性实验

一、教学目标

    1掌握太阳能电池的内部结构和发电原理。

    2、掌握太阳能电池的短路电流、开路电压、最大输出功率等特征参数的测量方法。

    3、了解影响太阳能电池发电的因素及改善方法。

    4、研究太阳能电池在光照下的温度变化及其发电效率的变化。

    5、测量太阳能电池的短路电流、开路电压与相对光强的关系,求解其近似函数关系。

二、教学课型

实验课:理论讲授与实验操作相结合

三、教学课时

理论讲授1学时,实验操作3学时

四、教学重点

1太阳能电池的工作原理。

2、太阳能电池的特征参数及其测量。

五、教学难点

         太阳能电池的工作原理

预备知识

在学习本课程之前,学生应该具备以下知识:

法拉第效应、光的干涉与衍射、光辐射的调制技术、激光器的基本组成与工作原理、晶体的电光效应、压电效应、光纤结构与耦合、M-Z干涉

或学习过以下课程:

应用光学、物理光学、信息光学、激光原理,光电子技术

证书要求

      完成全部的课程学习,实验考勤成绩占10%,实验操作考核成绩占20%,口头汇报(制作PPT就某个实验项目进行汇报)成绩占20%,实验报告成绩占50%。由任课教师签发课程结业证书,其中60≤成绩≤75者获得合格证书,75<成绩≤90者将获得良好证书,成绩>90者将获得优秀证书。

参考资料

1、裴世鑫、崔芬萍,光电信息科学与技术实验,清华大学出版社,2015年。

2、裴世鑫、崔芬萍、孙婷婷,光电子技术原理与应用,国防工业出版社,2013年。

3、陈玉林,徐飞、丁留贯,大学物理实验,科学出版社,2013。

常见问题

Q:如何学好这门课程?

A:这是一门实验课,重点在于实验,要求严格按照实验预习、实验实施和实验总结三个步骤执行,在实验预习阶段,参考视频资料,除了掌握实验原理、实验目的外,对实验系统也要有直观的印象,在实验实施阶段,主要是参考视频资料,结合对实验的预习,准确、有效的开展实验操作,采集实验数据,提升实验动手能力,在实验总结阶段,要根据实验开展的具体情况,认真撰写实验报告,尽可能用自己的语言对实验进行总结,要以撰写科技论文严谨态度,参考科技论文的撰写方法撰写实验报告。



Q:学习这门课程有哪些参考资料可供参考?

A:我们在这么课程的所有教学单元中,都将每一个教学单元的教案、讲稿、教学课件以PDF格式上传,并在每一个教学单元都上传了该教学单元的授课视频,实验部分还上传了有关实验操作的演示视频,除此之外,还列出了基本参考教材,有这些教学资源作参考,足以高质量完成实验项目,达到实验教学的目的。



Q:教材中所涉及到的所有实验项目都要开展吗?

A:不是。我们所采用的教材涉及到四十多个实验项目,涵盖了基础光电实验、近代光电技术实验和光电信息技术实验三门课程,作为本课程,我们现阶段只学习前三章的基础理论知识和第五章所涉及的众多实验项目中的11个实验项目。


Q:课程的学习时间是多长?

A:在南京信息工程大学,为了强化学生对专业的理解,也是为了切实提高学生的实验动手能力以及通过实验对理论知识的内化,这门课程安排了64个学时的教学时间,其中理论知识的讲授大概占三分之一,学生在实验室操作并完成实验的时间占三分之二。


Q:光看视频就可以完成学习任务了吗?

A:可以,但只是部分。这是一门实验课,实验课的主要任务是通过学生完成实验操作,撰写实验报告,达到对理论知识的内化,本课程所提供的视频资料,主要便于学生在预习阶段对实验有个直观的认识,在实验操作阶段有直接的参考对象,在撰写实验报告阶段,有所参考。要通过实验掌握这门课程的内容,还需要线下开展实验操作。如果不能在线下开展相应的实验操作,则应该多次观看实验操作演示视频,从中获得尽可能多的实验操作方面的知识。