《光电技术实验1》课程教学大纲

《光电技术实验1》教学大纲课程名称：光电信息实验（1）英文名称：PhotoelectricInformationExperiment(1)课程编号：F047093692学分：1.5总学时/课内实践学时：48课程性质：选修课程开课单位：数理科学与工程学院物理系基层教学组织适应对象：应用物理学、光电信息科学与工程专业课程简介光电信息实验是为应用物理学专业学生在第六学期开设的一门选修课程，总课时48课时，1.5学分，该课程为考查课，考核方式为课堂成绩加实验报告成绩。本门课程借助于国家虚拟仿真实验平台涵盖了光镊、光刻、光纤激光、光的偏振等多种光的应用及原理学习。通过本门课程的学习能够加强学生对基础知识的准备，增强科学素养，提高实践动手能力。Photoelectricinformationexperimentisanelectivecourseforstudentsmajoringinphotoelectricinformationscienceandengineeringinthesixthsemester,withatotalclasstimeof48hoursand1.5credits.Thiscourseisanexaminationcourse,andtheassessmentmethodisclassroomresultsplusexperimentalreportresults.Withthehelpofthenationalvirtualsimulationexperimentplatform,thiscoursecoverstheapplicationandprinciplelearningofopticaltweezers,lithography,fiberlaser,polarizationoflight,etc.Throughthestudyofthiscourse,studentscanstrengthenthepreparationofbasicknowledge,enhancescientificliteracy,andimprovepracticalability.课程目标思政目标：强化科学伦理教育，注重科学思维方法训练和科学精神培养，提高学生分析问题和解决问题的的能力，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。Ideologicalandpoliticalgoals:Strengthentheeducationofscientificethics,payattentiontothetrainingofscientificthinkingmethodsandthecultivationofscientificspirit,improvestudents'abilitytoanalyzeandsolveproblems,andstimulatestudents'feelingsandmissionofservingthecountrythroughscienceandtechnology.知识目标：掌握相关实验方法，了光学的主要应用领域及其原理；Knowledgegoal:mastertherelevantexperimentalmethods,themainapplicationfieldsandprinciplesofoptics;能力目标：训练学生，分析问题、归纳问题的能力，动手实践能力，独立思考能力；Abilitygoal:trainstudentstoanalyzeandsummarizeproblems,practiceandthinkindependently;素质目标：培养学生的团队合作精神、语言表达能力、自学能力、竞争意识、爱国情怀等综合素质。Qualitygoal:tocultivatestudents'teamworkspirit,languageexpressionability,self-learningability,competitiveconsciousness,patrioticfeelingsandothercomprehensivequalities.三、课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对计算机科学与技术专业毕业要求指标点的支撑情况如表1所示：表1课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求1：①具有爱国主义情操，尊重生命，关爱他人，主张正义，具有人文知识、思辨能力、处世能力和科学精神。②了解国情，理解社会主义核心价值观，维护国家利益，具有推动民族复兴和社会进步的责任感。1毕业要求2：①掌握电子电路、单片机原理及接口等工程基础知识，能将其用于解决电子电路相关的工程问题，具备从事光信息处理、光电检测和处理系统技术工作的能力。②掌握应用物理学专业基础知识，并能将其用于解决光信息处理、光电检测和处理工程领域的综合性工程实践和复杂工程问题。2毕业要求3：①应用应用物理学专业所需的数学、自然科学知识，具备对系统进行识别和分析的能力。②掌握应用物理学专业领域所需的专业基础知识和基本原理，具备选择合适工程技术，分析具体问题的能力。3毕业要求4：①了解专业的国内外技术现状，具有就光电信息科学与工程复杂问题能与业界同行及社会公众进行有效沟通、交流与协作，能够结合复杂工程问题撰写报告、设计文稿，清晰陈述观点和回答问题的能力。②具有自主学习和终身学习的意识，能够持续跟踪应用物理学专业学科前沿的发展动态，具有自主学习和终身学习的能力。4课程教学安排课程共有6项教学内容，具体安排如下。表2：课程教学安排表序号教学内容思政元素课堂教学学时实验/实践教学学时学时小计1工业化单晶硅太阳电池制备工艺优化虚拟仿真实验科学精神培养、职业教育2682紫外高速激光直写光刻系统虚拟仿真实验培养学生爱国主义精神1343光镊原理及应用虚拟仿真实验培养学生精益求精的大国工匠精神39124光纤激光相干合束虚拟仿真实验2685光的偏振及其应用虚拟仿真实验2686X射线衍射及结构相变原位表征虚拟仿真实验项目创新教育268合计123648教学安排1.工业化单晶硅太阳电池制备工艺优化虚拟仿真实验教学要求：熟悉半导体材料基本原理以及单晶硅太阳电池工作原理;熟悉现代工业化单晶硅太阳电池制备设备结构以及基本操作;掌握制备工艺原理及优化工艺参数的方法:掌握单晶硅太阳电池制备基本流程;掌握影响单晶硅太阳电池性能主要指标与测试技术。教学内容：工业化单晶硅太阳电池制备工艺优化实验原理与操作重点难点：工业化单晶硅太阳电池制备工艺优化实验原理思政元素：通过本虚拟仿真实验训练，发挥“产学研”相结合的人才培养优势学生可以直接进入光伏产业行业工作。2.紫外高速激光直写光刻系统虚拟仿真实验教学要求：掌握紫外高速激光直写光刻机的基本工作原理和直写操作方法；熟练掌握紫外高速激光直写光刻工艺的全过程；掌握无膜光刻实验过程中的安全案项和关键参数设置，为真实的光刻实验提供优化的参数，指导实际的实验操作，实现虚实结合。教学内容：紫外高速激光直写光刻机的基本工作原理和直写操作方流程和方法。重点难点：紫外高速激光直写光刻机的基本工作原理和直写操作方法。思政元素：由光刻机引入我国芯片行业发展，培养学生的爱国主义精神。3.光镊原理及应用虚拟仿真实验教学要求：了解激光束的基本特性;掌握光镊形成的基本原理;掌握构成光镊系统的多种光学仪器和器件的功能及特性;掌握光镊对微观粒子的操作功能和方法;明确光镊捕获力的测定方法;了解光纤光镊的构建原理;培养知识应用能力、综合实践能力、思维判断与分析能力、跨学科思维能力、对新技术的学习能力;教学内容：传统光镊系统搭建与测试；光纤光镊系统搭建与测试。重点难点：光镊原理。思政元素：培养学生团队意识、创新精神、科学严谨的工作态度。4.光纤激光相干合束虚拟仿真实验教学要求：掌握光的远场衍射与相干叠加原理及应用；了解光纤激光合束原理和合束装置结构；结合衍射理论，掌握相干合束效果的评价方法。理解多光束相干合束的相位控制原理，熟悉影响控制效果的因素；理解大气传输对相于合束远场光斑的影响效果，了解利用远场光斑回波强度控制相位提升合束效果的方法；学习高能光纤激光相于合束在科学技术以及国防领域中的应用分析方法。教学内容：多路光纤激光相干合束原理实验；多路光纤激光排布与控制相干合束实验；多路光纤激光相干合束大气传输实验。重点难点：多路光纤激光相干合束原理5.光的偏振及其应用虚拟仿真实验教学要求：掌握自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光以及椭圆偏振光等概念，理解布儒斯特定律和马吕斯定律，掌握偏振分光棱镜、偏振片、四分之一波片、二分之一波片、索里尔-巴比涅相位补偿器的设计原理、功能和作用，理解溶液旋光性以及偏振3D成像的原理。教学内容：偏振光综合实验；偏振光的应用探究实验。重点难点：自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光以及椭圆偏振光等识别与理解。6.X射线衍射及结构相变原位表征虚拟仿真实验项目教学要求：了解X射线的发现及其在物理、材料科学、医学等领域的重要应用;了解X射线衍射仪(德拜照相、粉末衍射、旋转单晶)的基本构造及主要参数调节;掌握X射线产生过程及其探测晶体结构的基本原理。教学内容：X射线在晶体中的衍射原理；X射线衍射测试晶体结构实验原理。重点难点：X射线在晶体中的衍射原理。思政元素：通过讲解当前我国科学仪器的发展与国际先进实验仪器的差别，对学生进行创新创造教育。课内实践教学内容及要求表3：课内实践教学内容及要求序号教学类型教学内容教学要求1工业化单晶硅太阳电池制备工艺优化虚拟仿真实验工业化单晶硅太阳电池制备工艺优化实验原理与操作了解半导体材料基本原理以及单晶硅太阳电池工作原理;理解现代工业化单晶硅太阳电池制备设备结构以及基本操作;掌握制备工艺原理及优化工艺参数的方法:掌握单晶硅太阳电池制备基本流程;掌握影响单晶硅太阳电池性能主要指标与测试技术。2紫外高速激光直写光刻系统虚拟仿真实验紫外高速激光直写光刻机的基本工作原理和直写操作方流程和方法。了解紫外高速激光直写光刻机的基本工作原理和直写操作方法；理解紫外高速激光直写光刻工艺的全过程；掌握无膜光刻实验过程中的安全案项和关键参数设置，为真实的光刻实验提供优化的参数，指导实际的实验操作，实现虚实结合。3光镊原理及应用虚拟仿真实验传统光镊系统搭建与测试；光纤光镊系统搭建与测试。了解激光束的基本特性;了解光纤光镊的构建原理;理解光镊捕获力的测定方法;掌握光镊形成的基本原理;掌握构成光镊系统的多种光学仪器和器件的功能及特性;掌握光镊对微观粒子的操作功能和方法;培养知识应用能力、综合实践能力、思维判断与分析能力、跨学科思维能力、对新技术的学习能力;4光纤激光相干合束虚拟仿真实验多路光纤激光相干合束原理实验；多路光纤激光排布与控制相干合束实验；多路光纤激光相干合束大气传输实验。了解光纤激光合束原理和合束装置结构，了解利用远场光斑回波强度控制相位提升合束效果的方法；理解多光束相干合束的相位控制原理，熟悉影响控制效果的因素；理解大气传输对相于合束远场光斑的影响效果；学习高能光纤激光相于合束在科学技术以及国防领域中的应用分析方法；掌握光的远场衍射与相干叠加原理及应用；结合衍射理论，掌握相干合束效果的评价方法。5光的偏振及其应用虚拟仿真实验偏振光综合实验；偏振光的应用探究实验。了解布儒斯特定律和马吕斯定律；理解溶液旋光性以及偏振3D成像的原理；掌握自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光以及椭圆偏振光等概念，掌握偏振分光棱镜、偏振片、四分之一波片、二分之一波片、索里尔-巴比涅相位补偿器的设计原理、功能和作用。6X射线衍射及结构相变原位表征虚拟仿真实验项目X射线在晶体中的衍射原理；X射线