《光电子学》课程教学大纲

《光电子学》课程教学大纲课程名称：光电子学课程编号：F098091621英文名称：Optoelectronics学时：48学时 学分：3学分开课学期：第6学期适用专业：光电信息科学与工程/应用物理学课程类别：选修课程课程性质：专业核心课/专业方向与拓展课先修课程：电磁学、光学、量子力学一、课程的性质及任务光电子技术是光子技术与电子技术相结合而形成的一门技术，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（光纤）化、手段电子化、现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征，是一门新兴的综合性交叉学科。学习本课程的主要目的是：为学生今后从事现代信息光学、激光技术、光纤技术、光通信技术、光信号探测技术、光信息存储与处理技术、显示技术及光计算等方面学习与工作打下基础。依据河北工程大学应用物理学专业培养计划，本课程需要培养学生的能力是：掌握电光调制原理和方法，能够对光电相关器件或功能实现进行设计。掌握平面介质波导中模式数计算、单模波导厚度设计和圆柱形介质波导单模条件及数值孔径与最大入射角计算，能够进行单模波导厚度设计。掌握几种典型光电探测器结构和工作原理，能够进行光电相关器件或功能实现进行设计；掌握电光效应和发光机制，能够进行原理分析。掌握光纤连接器主要指标和影响插损因素；掌握光衰减器工作原理，分析和设计液晶型光衰减器。掌握光信息存储新技术的发展方向，能够对电子俘获光存储技术原理进行分析。二、课程目标与要求2.1课程目标理解光电子技术概念，了解光电子技术的发展史，了解光电子器件及光电子技术的应用。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。了解光学基础知识；掌握麦克斯韦方程、电介质的特性；掌握电介质的特性和分类；理解波动方程的推导过程；掌握各种光波的电磁表示和高斯光束的特性。掌握平面介质光波导中光场特性；掌握电磁场在三层波导中的分布情况；掌握得出光波导中光导波传播情况的方法；掌握光纤的结构参数，掌握光纤中光波导的线光学分析；掌握光纤中光波导的线光学分析；掌握阶跃光纤光导波物理分析方法和了解光纤色散与脉冲展宽；掌握平面介质波导中模式数计算、单模波导厚度设计和圆柱形介质波导单模条件及数值孔径与最大入射角计算。了解晶体的基本性质；掌握晶体光学特性的几何表示；掌握电光调制原理及方法；掌握电光调制原理及方法；掌握声光调制的原理及方法；理解磁光调制的原理。掌握光电探测器的性能参数；理解光电探测方式；掌握光电探测器的物理效应；掌握几种典型光电探测器结构和工作原理；掌握光探测器性能参数和部分光电探测器应用。了解光电显示基础；掌握阴极射线显示原理、阴极射线管结构及其各部分在显示中的作用；了解液晶的分类及特性；掌握液晶电光效应；了解气体放电物理基础、等离子体显示原理及其显示器结构与功用；了解场致发光显示分类；掌握OLED的发光机制。掌握光纤连接器主要指标和影响插损的因素；了解连接器类型和改进回波损耗的方法；了解光耦合器特性参数与模式变化；掌握光衰减器工作原理；了解光衰减器性能；了解光耦合器特性参数与模式变化；了解光波分复用器特性和工作原理；了解光隔离器特性和工作原理；了解光开关特性参数和类型。了解光存储与光盘特点、只读存储光盘存储原理与光盘制备；了解一次写入光盘写入方式、对存储介质的要求和其存储原理；掌握可擦重写光盘存储原理；了解光盘衬盘材料；掌握光信息存储新技术的发展方向；理解光信息存储新技术基本原理，但掌握电子俘获光存储技术原理。

光电子学课程教学大纲数理科学与工程学院本科课程教学大纲PAGE16PAGE2932.2课程目标与毕业要求对应关系课程目标毕业要求二级指标毕业要求12345678●●●●●掌握介质特性、光电探测器结构和工作原理、电光调制原理和方法等内容，能够对光电相关器件或功能实现进行设计。1.能够运用电光调制原理和方法设计光电相关器件或功能实。●掌握平面介质波导中模式数计算、单模波导厚度设计和圆柱形介质波导单模条件及数值孔径与最大入射角计算，能够进行单模波导厚度设计。2.能够应用数学、自然科学基本原理，进行平面介质波导模式、圆柱形介质波导单模条件及数值孔径与最大入射角计算，能够进行单模波导厚度设计。●掌握电光效应和发光机制，能够进行原理分析。电光效应和发光机制，能够进行原理分析●掌握光纤连接器主要指标和影响插损因素；掌握光衰减器工作原理，分析和设计液晶型光衰减器。5.能够运用光纤连接器主要指标和影响插损因素分析相关光纤连接器问题；能够依据光衰减器工作原理分析和设计液晶型光衰减器。●掌握光信息存储新技术的发展方向，能够对电子俘获光存储技术原理进行分析。6.通过对光信息存储新技术的发展方向充分认识，能够对电子俘获光存储技术原理进行分析。2.3课程目标与培养环节对应矩阵序号 课程目标 理论教学课后作业1理解光电子技术概念，了解发展史、光电子器件和光电子技术的应用。HM2了解光学基础知识；掌握麦克斯韦方程、电介质的特性；掌握电介质的特性和分类；理解波动方程的推导过程；掌握各种光波的电磁表示和高斯光束的特性。HM、L3掌握平面介质光波导中光场特性；掌握电磁场在三层波导中的分布情况；掌握得出光波导中光导波传播情况的方法；掌握光纤的结构参数，掌握光纤中光波导的线光学分析；掌握光纤中光波导的线光学分析；掌握阶跃光纤光导波的物理分析方法和了解光纤色散与脉冲展宽；掌握平面介质波导中模式数计算、单模波导厚度设计和圆柱形介质波导单模条件以及数值孔径与最大入射角计算。H、MH、M4了解晶体的基本性质；掌握晶体光学特性的几何表示；掌握电光调制原理及方法；掌握电光调制原理及方法；掌握声光调制的原理及方法；理解磁光调制的原理。H、MH、M5掌握光电探测器的性能参数；理解光电探测方式；掌握光电探测器的物理效应；掌握几种典型光电探测器结构和工作原理；掌握光探测器性能参数和部分光电探测器应用。H、MH、M6了解光电显示基础；掌握阴极射线显示原理、阴极射线管结构及其各部分在显示中的作用；了解液晶的分类及特性；掌握液晶电光效应；了解气体放电物理基础、等离子体显示原理及其显示器结构与功用；了解场致发光显示分类；掌握OLED的发光机制。H、ML7掌握光纤连接器主要指标和影响插损的因素；了解连接器类型和改进回波损耗的方法；了解光耦合器特性参数与模式变化；掌握光衰减器工作原理；了解光衰减器性能；了解光耦合器特性参数与模式变化；了解光波分复用器特性和工作原理；了解光隔离器特性和工作原理；了解光开关特性参数和类型。H、MM、L8了解光存储与光盘特点、只读存储光盘存储原理与光盘制备；了解一次写入光盘写入方式、对存储介质的要求和其存储原理；掌握可擦重写光盘存储原理；了解光盘衬盘材料；掌握光信息存储新技术的发展方向；理解光信息存储新技术基本原理，但掌握电子俘获光存储技术原理。H注：H表示该能力的在此环节重点培养；M表示该能力在此环节有应用要求；L表示该能力在此环节有所涉及。光电检测技术课程教学大纲数理学院本科教学大纲PAGE16PAGE3152.4目标达成度的评价课程目标1、2、3、4、5、6、7、8主要通过理论教学环节进行培养，在课后作业中有所涉及。主要通过课堂授课与讨论、课后作业和期末考试中常识性、概念性、原理性、计算型等题目进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。课程目标1主要通过理论教学环节进行培养。主要通过期末考试中光电子器件分类以及应用等题目进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。课程目标2主要通过理论教学环节进行培养，在课后作业有能力和应用要求。主要通过课后作业和期末考试中麦克斯韦方程、电介质的特性和分类、各种光波的电磁表示和高斯光束的特性等题目进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。课程目标3主要通过理论教学环节进行培养，在课后作业有能力要求。主要通过课堂讨论、课后作业和期末考试中平面介质光波平面介质波导中模式数计算、单模波导厚度设计和圆柱形介质波导单模条件及数值孔径与最大入射角计算。等题目进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。课程目标4主要通过理论教学环节进行培养，在课后作业有能力和应用要求。主要通过课后作业和期末考试中电光调制原理、概念等题目进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。课程目标5主要通过理论教学环节进行培养，在课后作业有能力和应用要求。主要通过课堂讨论、课后作业和期末考试中光电探测器的性能参数、光电探测器的物理效应、光电探测器结构和工作原理、部分光电探测器应用等题目进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。课程目标6主要通过理论教学环节进行培养，主要通过课堂讨论和期末考试中液晶电光效应、OLED的发光机制等内容进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。课程目标7主要通过理论教学环节进行培养，主要通过课堂讨论和期末考试中光纤连接器主要指标和影响插损的因素、光衰减器工作原理等内容进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。课程目标8主要通过理论教学环节进行培养，主要通过课堂讨论和期末考试中光信息存储新技术、电子俘获光存储技术原理等内容进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。三、教学方法及手段理论教学以课堂讲授为主，面向基础知识的准确、扎实掌握，突出对原理的分析、对方法的总结以及理论体系的完整建立。部分课时采取讨论的方法，预留思考题，组织学生进行充分的研讨。课程强调学生的自主学习，强调通过自学的方式消化、吸收课程的庞大知识量，并在此基础上举一反三。四、课程的基本内容与教学要求第1章绪论[教学目的与要求]：理解光电子技术概念，了解发展史、光电子器件和光电子技术的应用。[本章主要内容]：1-1光电子技术（支撑课程目标1）。1-2光电子技术发展史（支撑课程目标1）。1-3信息光电子技术器件（支撑课程目标1）。1-4光电子技术应用（支撑课程目标1）。[本章重点]：光电子技术概念、发展史、光电子器件和光电子技术的应用。量子力学研究的对象及特点。掌握德布罗意关于自由粒子的德布罗意波。[本章难点]：信息光电子器件。第2章光学基础知识和光场传播规律[教学目的与要求]：了解光学基础知识；掌握麦克斯韦方程、电介质的特性；掌握电介质的特性和分类；理解波动方程的推导过程；掌握各种光波的电磁表示和高斯光束的特性。[本章主要内容]：2-1光学基础知识（支撑课程目标2）。2-2麦克斯韦方程（支撑课程目标2）。2-3电介质（支撑课程目标2）。2-4波动方程（支撑课程目标2）。2-5光波的表示与传播特性（支撑课程目标2）。2-6高斯光束（支撑课程目标2）。[本章重点]：麦克斯韦方程、电介质。电介质的特性和分类；理解波动方程的推导过程。各种光波的表示与特性、高斯光束的特性。[本章难点]：麦克斯韦方程、电介质。波动方程的推导过程。高斯光束的特性。第4章光波导技术基础[教学目的与要求]：掌握平面介质光波导中光场特性；掌握电磁场在三层波导中的分布情况；掌握得出光波导中光导波传播情况的方法；掌握光纤的结构参数，掌握光纤中光波导的线光学分析；掌握光纤中光波导的线光学分析；掌握阶跃光纤光导波的物理分析方法和了解光纤色散与脉冲展宽；掌握平面介质波导中模式数计算、单模波导厚度设计和圆柱形介质波导单模条件以及数值孔径与最大入射角计算。[本章主要内容]：4-1平面介质光波导中的光传播与导引波、消逝波、波导（支撑课程目标3）。4-2平面介质光波导中光导模的几何光学分析（支撑课程目标3）。4-3平面介质光波导中的物理光学分析（支撑课程目标3）。4-4圆柱介质光波导（支撑课程目标3）。4-5光纤中光导波的线光学分析（支撑课程目标3）。4-6阶跃光纤光导波的物理分析方法（支撑课程目标3）。4-7光纤色散与脉冲展宽（支撑课程目标3）。[本章重点]：平面介质中的导引波、消逝波、波导；平面介质光波导中光导模的几何光学分析。光波导中光导波传播情况；光纤的结构参数；光纤中光波导的线光学分析。光纤中光波导的线光学分析；阶跃光纤光导波的物理分析方法。单模平面介质波导厚度设计、圆柱形介质波导单模条件。[本章难点]：导波、消逝波、光导模的几何光学分析；平面介质光波导中的物理光学分析。平面介质光波导中的物理光学分析；光纤中光波导的线光学分析。光纤中光波导的线光学分析；阶跃光纤光导波的物理分析方法。单模平面介质波导厚度设计、圆柱形介质波导单模条件。第5章光调制技术——光信息系统的信号加载与控制[教学目的与要求]：了解晶体的基本性质；掌握晶体光学特性的几何表示；掌握电光调制原理及方法；掌握电光调制原理及方法；掌握声光调制的原理及方法；理解磁光调制的原理。[本章主要内容]：5-1晶体光学基础（支撑课程目标4）。5-2光在晶体中的传播（支撑课程目标4）。5-3电光调制（支撑课程目标4）。5-4声光调制（支撑课程目标4）。5-5磁光调制（支撑课程目标4）。本章重点]：晶体极化率与介电系数、晶体光学特性的几何表示.。电光调制原理及方法。电光调制原理及方法；声光调制的原理及方法。[本章难点]：晶体光学特性的几何表示。电光调制原理及方法。电光调制原理及方法；声光调制的原理及方法。第6章光电探测技术[教学目的与要求]：掌握光电探测器的性能参数；理解光电探测方式；掌握光电探测器的物理效应；掌握几种典型光电探测器结构和工作原理；掌握光探测器性能参数和部分光电探测器应用。[本章主要内容]：6-1光探测器性能参数（支撑课程目标5）。6-2光电探测方式（支撑课程目标5）。6-3光电探测的物理效应（支撑课程目标5）。6-4光电探测器（支撑课程目标5）。[本章重点]：光电探测器的物理效应中内光电效应。光敏电阻、光电倍增管和雪崩光电二极管的工作原理及工作特性。[本章难点]：光电探测器的物理效应中内光电效应。光敏电阻、光电倍增管和雪崩光电二极管的工作原理及工作特性。第7章光电显示技术[教学目的与要求]：了解光电显示基础；掌握阴极射线显示原理、阴极射线管结构及其各部分在显示中的作用；了解液晶的分类及特性；掌握液晶电光效应；了解气体放电物理基础、等离子体显示原理及其显示器结构与功用；了解场致发光显示分类；掌握OLED的发光机制。[本章主要内容]：7-1光电显示基础（支撑课程目标6）。7-2阴极射线显示（支撑课程目标6）。7-3液晶显示（支撑课程目标6）。7-4等离子体显示（支撑课程目标6）。7-5场致发光显示（支撑课程目标6）。[本章重点]：阴极射线显示原理、发光机理。液晶电光效应；等离子体显示原理。OLED的发光机制。光探测器性能参数和部分光电探测器应用。[本章难点]：阴极射线显示原理、发光机理。液晶电光效应；等离子体显示原理。OLED的发光机制。部分光电探测器应用。第8章光通信无源器件技术[教学目的与要求]：掌握光纤连接器主要指标和影响插损的因素；了解连接器类型和改进回波损耗的方法；了解光耦合器特性参数与模式变化；掌握光衰减器工作原理；了解光衰减器性能；了解光耦合器特性参数与模式变化；了解光波分复用器特性和工作原理；了解光隔离器特性和工作原理；了解光开关特性参数和类型。[本章主要内容]：8-1光纤连接器（支撑课程目标7）。8-2光衰减器（支撑课程目标6、7）。8-3光耦合器（支撑课程目标7）。8-4光波分复用器（支撑课程目标7）。8-5光隔离器（支撑课程目标7）。8-6光开关（支撑课程目标7）。[本章重点]：回波损耗的定义液晶型光衰减器工作原理；光耦合器中模式变化。光波分复用器工作原理、光隔离器工作原理。[本章难点]：光耦合器中模式变化。光波分复用器工作原理。第9章光盘与光存储技术[教学目的与要求]：了解光存储与光盘特点、只读存储光盘存储原理与光盘制备；了解一次写入光盘写入方式、对存储介质的要求和其存储原理；掌握可擦重写光盘存储原理；了解光盘衬盘材料；掌握光信息存储新技术的发展方向；理解光信息存储新技术基本原理，但掌握电子俘获光存储技术原理。[本章主要内容]：9-1光存储与光盘（支撑课程目标8）。9-2只读存储光盘（支撑课程目标8）。9-3一次写入光盘（支撑课程目标8）。9.4可擦重写光盘（支撑课程目标8）。9.5光盘衬盘材料（支撑课程目标8）。9.6光信息存储新技术（支撑课程目标8）。[本章重点]：只读存储光盘存储原理与光盘制备；一次写入光盘写入方式、对存储介质的要求和其存储原理。激光热致相变可擦重写光存储；可擦重写磁光光盘存储。持续光谱烧孔和三维光信息存储；电子俘获光存储技术；全息信息存储；光致变色存储[本章难点]：光波分复用器工作原理。只读存储光盘制备；一次写入光盘写入方式和其存储原理。可擦重写磁光光盘存储。俘获光存储技术；全息信息存储；光致变色存储。五、课程学时分配教学课次教学内容教学环节与计划时数教学环节计划时数1Chp1绪论§1-1光电子技术；§1-2光电子技术发展史；§1-3光电子器件；§1-4光电子技术的应用；理论课22Chp2光学基础知识与光场传播规律§2-1光学基础知识；§2-2麦克斯韦方程理论课23§2-3电介质；§2-4波动方程；理论课24§2-5光波的表示与传播；§2-6高斯光束；理论课25Chp4光波导技术基础§4-1平面介质光波导中的光传播与导引波、消逝波、波导；§4-2平面介质光波导中光导膜的几何光学分析；理论课26§4-3平面介质光波导中光导波的物理光学分析;§4-4圆柱介质光波导；理论课27§4-5光纤中光导波的线光学分析§4-6阶跃光纤中的光导波§4-7光纤色散与脉冲展宽理论课28习题与讨论理论课29Chp5光调制技术§5-1晶体光学基础；§5-2光在晶体中的传播；理论课210§5-3电光调制；理论课211§5-4声光调制；§5-5磁光调制；理论课212Chp6光电探测技术§6-1光探测器性能参数；§6-2光电探测方式；理论课213§6-3光电探测的物理效应；§6-4光电探测器；理论课214Chp7光电显示技术§7-1光电显示基础；§7-2阴极射线显示；理论课215§7-3液晶显示；§7-4等离子体显示；理论课216§7-5场致发光显示；理论课217习题与讨论理论课218Chp8光通信无源器件技术§8-1光纤连接器；理论课219§8-2光衰减器；§8-3光耦合器；理论课220§8-4光波分复用器；§8-5光隔离器；§8-6光开关；理论课221Chp9光盘与光存储技术§9-1光存储与光盘§9-2只读存储光盘；§9-3一次写入光盘理论课222§9.4可擦重写光盘；§9.5光盘衬盘材料理论课223§9.6光信息存储新技术理论课224复习与总结理论课2六、课程考核与成绩评定6.1考核方式考核环节包括课程学习过程考核和期末考试，其中课程过程考核占总成绩的20%，分别由课堂表现、课后作业进行评定；期末考试成绩占总成绩的80%。各环节的比重如下。考核环节比重合计过程考核（平时成绩）课堂表现10%20%作业10%期末成绩期末测试80%80%总计100%100%6.2考核内容及要求本课程为考试课。考核内容及分值分配如下。考核方式考核内容分值课程目标总分值期末考试80%器件和效应分类、性能参数等25目标1、2、3、4、6、7、8100分原理、机理、效应等20～30目标4、5、6、7、8设计类题目10～20目标4、5计算类