spContent=通过本课程的学习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较全面和系统的认识,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。该课程目的是使学生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、光电显示技术等基本概念及技术。
通过本课程的学习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较全面和系统的认识,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。该课程目的是使学生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、光电显示技术等基本概念及技术。
—— 课程团队
课程概述
《光电子技术》是光电信息科学与工程等专业方向的专业必修课,该课程归属于电子科学与技术类知识体系。通过本课程的学习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和系统的认识,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。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,以光源激光化、传输波导化、手段电子化、处理光学化为特征,成为光电信息技术最为活跃的高新技术之一。该课程目的是使学生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。
授课目标
通过该课程学习,培养学生在光电子器件技术与光电信息处理技术等方面具有一定的基本理论和基本知识,并系统接受光电子器件和光电子信息系统的分析、设计和研究方法等方面的基本训练,能具有分析问题、解决问题、组织管理、合作交流和自主学习的能力,能在光电工程及其相关领域从事生产运行与技术管理、工程设计、技术开发和科学研究等工作,能解决光电子器件复杂工程问题。
课程大纲
一、导论
课时目标:光辐射的基本定律、激光原理和典型激光器的结构和原理等内容。
二、光辐射与激光原理
课时目标:1、识 记:电磁波谱、光辐射、辐射量、光度量、基尔霍夫辐射定律、激光、激光器等。2、领 会:普朗克公式、斯忒藩-波耳兹曼定律、强相干光的产生等。3、简单应用:可见光、紫外光和红外光的辐射范围,辐射通量、辐射强度的计算、光子的能量与质量的计算等。4、综合应用:不规则形状的辐射亮度、光子的简并度等。
2.1电磁波谱与光辐射
2.2辐射度与光度学基本知识
2.3激光原理
三、光束的传播
课时目标:1、识 记:大气衰减、大气窗口、电光效应、纵向电光、半波电压、相位光栅、拉曼纳斯衍射、布拉格衍射、法拉第旋光效应、弱导条件、阶跃光纤、渐变光纤、子午光线。2、领 会:大气湍流、光纤传输的损耗和色散、非线性电极化率、光混频和倍频技术。3、简单应用:大气衰减因子、半波电压涉及参数、光纤弱导条件的应用等。4、综合应用:电光晶体的纵向调制、拉曼纳斯衍射、布拉格衍射在不同条件下的衍射强度。
3.1光波在大气中的传播
3.2光束在电光晶体中的传播
3.3光波在声光晶体中的传播
3.4光波在磁光介质中的传播
3.5光波在光纤波导中的传播
3.6光波在非线性介质中的传播
四、光束的调制与扫描技术
课时目标:1、识 记:内调制、外调制、振幅调制、角度调制、强度调制、脉冲调制、抽样、编码、电光晶体透过率、线性电光调制判据、横向电光调制、渡越时间、电声换能器、布拉格衍射效率、调制带宽、声光匹配、直接调制、模拟调制。2、领 会:电光调制器的电学性能,电光波导调制器,声光波导调制器,半导体光源的脉冲编码数字调制,泡克尔读出光调制器的工作原理。3、简单应用:纵向电光调制器的强度调制计算。4、综合应用:声光调制器的布拉格衍射效率。
4.1光束调制的原理
4.2电光调制
4.3声光调制
4.4磁光调制
4.5直接调制
4.6光束扫描相关技术
五、光电探测技术
课时目标:1、识 记:光子效应、光热效应、光电发射效应、光电导效应、光伏效应、温差电效应、热释电效应、灵敏度、量子效率、归一化探测度、通量阈、噪声等效功率、散粒噪声、电阻热噪声、光照特性、伏安特性、时间响应特性、短路电流、开路电压、最佳负载电阻、扩散时间、漂移时间、结电容效应、电压灵敏度、阻抗特性、平方律特性、输出噪声功率。2、领 会:归一化探测度,三极管,噪声统计平均。3、简单应用:比较光子探测器与光热探测器在作用机理、性能等异同,光电探测器选用的一般原则。4、综合应用:用光敏电阻设计路灯自动点亮器,硅光电池的应用,光敏二极管的应用。
5.1光电探测器效应
5.2光电探测器的探测特征
5.3光敏电阻
5.4光伏探测器
5.5光热探测器
5.6直接探测系统的性能分析
5.7光频外差探测的基本原理
六、光电成像系统
课时目标:1、识 记:电荷耦合器件、CMOS器件、CID器件、势阱、电荷转移、浮置扩散区、线阵、面阵、光敏区、转移栅、转移效率、不均匀度、暗电流、动态范围、无源像素、扫描效率、滞留时间、渐晕光阑、消杂光光阑、调制传递函数、噪声等效温差、最小可分辨温差、最小可探测温差、像增强器。2、领 会:彩色CCD的工作原理,红外焦平面器件的工作条件、分类和结构,光学系统的像差,通频带选择,提高图像质量的计算机处理方法。3、简单应用:CCD电荷存储、转移和输出的基本原理。4、综合应用:红外成像系统的成像质量,光学系统的传递函数。
6.1电荷耦合摄像器件
6.2CMOS的摄像系统
6.3光电成像基本原理
6.4红外成像光学系统
6.5红外成像技术
6.6夜视技术
七、显示技术
课时目标:1、识 记:亮度、对比度和灰度、分辨率、余辉时间、响应时间、色域、电子枪、液晶、有序特征、向列相、近晶相、胆甾相、扭曲向列型液晶、超扭曲向列型液晶、二端有源矩阵液晶、气体辉光放电、书写脉冲、擦出脉冲。2、领 会:CRT的电子枪工作模式,超扭曲向列型液晶的工作模式,等离子体辉光放电过程。3、简单应用:电子枪的作用,液晶属性,等离子体的特点。4、综合应用:液晶的双折射特性,扭曲向列型液晶显示的电光特性。
7.1 阴极射线管
7.2液晶显示
7.3等离子体显示
7.4电致发光显示
7.5其他显示技术
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预备知识
了解部分光电子技术中的基本概念、基本方法、基本材料、基本技术和基本器件,具备一定的分析和解决光电工程技术问题的能力。
参考资料
教材
1.《光电子技术及应用》,周自刚,胡秀珍,电子工业出版社,2017年9月
2.《光电子技术基础》,周自刚,范宗学,冯杰,电子工业出版社,2015年1月
参考书
1.《光电子技术》,张永林主编,高等教育出版社,2005年3月
2.《光电子技术实验》,周骏主编,化学工业出版社,2007年7月
3.《光电子技术与产业》, 池上彻彦主编,科学出版社,2002年12月
4.《光电子技术及其应用》,石顺祥主编,科学出版社,2010年8月
常见问题
Q : 我在学习过程中遇到问题了,怎么办?
A : 您可以通过以下几种方式获取帮助:
(1)在课程群聊中发布求助信息,说不定和你一起学习这门课的小伙伴就能够解决你的问题
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Q : 课程会不会很难、很枯燥?
A :
(1)我们的课程都是老师经过精心设计拍摄制作而成,并且由于是MOOC的方式,所以课程拆分成了不同的知识点,学习起来一点也不费劲。
(2)我们的课程多采取理论结合实际的授课方式,课程中也有许多案例的呈现,相信会给学习者带来诸多方面的启发。我们也将力求做到深入浅出,支持学习者将研究发现转化为实践,改进自身教学。