《光电信息实验1》课程教学大纲

《光电信息实验1》教学大纲课程名称：光电信息实验（1） 课程编号：F098093752英文名称：PhotoelectricInformationExperiment(1)学时：48学时 学分：1.5学分开课学期：第6学期适用专业：光电信息科学与工程专业课程类别：实验课课程性质：专业方向与拓展课先修课程：电磁场理论，物理光学、工程光学，数字电子技术基础，模拟电子技术基础一、课程的性质及任务光电信息实验是为光电信息科学与工程专业学生在第六学期开设的一门专业方向与拓展课程，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。二、课程目标与要求2.1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。知识目标：掌握相关实验方法，了解光学的主要应用领域及其原理；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。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。电磁场理论课程教学大纲数理科学与工程学院本科课程教学大纲.3课程目标与培养环节对应矩阵表2课程目标与培养环节对应矩阵序号课程目标理论教学实验教学课后作业1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。HHL2掌握相关实验方法，了解光学的主要应用领域及其原理HHL3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HHL4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。HHL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。2.4目标达成度的评价课程目标1通过理论教学和实验教学环节进行培养,在课后作业中有应用要求。主要通过课堂授课，实例印证，课堂讨论及实验，课后实验报告和资料查询等方式进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。课程目标2，3，4主要通过实验教学环节进行培养，在理论教学和课后作业中有应用要求。主要通过课堂实验进行考核。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，针对实验设计、实验原理、实验内容以及实验步骤的讲解；实验教学强调将各种光电实验的理论特性与工程实现的实际情况紧密联系，面向知识的理论基础和实践应用。四、课程的基本内容与教学要求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。五、课内实验内容及要求5.1课内实验内容及要求表3课内实验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射线衍射测试晶体结构实验原理。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;理解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。5.2教学文件及教学形式教学文件：自编《实验指导书》。教学形式主要包括：预习、课堂指导与实验操作、撰写实验报告。实验报告学生自拟。实验报告包括：描述实验目的、实验用设备及工具，详细叙述实验步骤，要有完整的实验数据或用图表表示的实验结果，总结实验中出现的问题及解决方法。六、课程学时分配表4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123648七、课程考核与成绩评定考核环节包括实验表现和实验报告，其中实验表现占总成绩的60%，实验报告占总成绩的40%。考核细则如下。表5成绩评定方式表考核环节分值考核/评价细则实验表现（60）60无迟到、早退现象，态度端正，与同组同学配合认真完成实验电路硬件连接及调试，实验结束后，按要求整理工作台。45有迟到、早退现象或实验过程不够认真。25有迟到、早退现象且实验过程不认真。10有迟到、早退现象，实验过程不动手，浑水摸鱼。0旷课实验报告（40）40有完整正确的实验原理图，实验过程叙述内容完整，正确记录实验数据，图形绘制清晰合理，结论正确，书写认真。30有实验原理图，实验过程叙述内容较完整，正确记录实验数据，图形绘制清晰较合理，结论正确，书写较认真。20实验过程叙述内容较完整，记录实验数据的有错误，图形绘制不够清晰，结论不准确，书写不够认真。10实验过程叙述内容较完整，记录实验数据的有错误，没有绘制相关图形曲线，无结论分析，书写不够认真。0没有提交实验报告。八、课程评价与持续改进8.1课程评价课程评价周期定为每1年评价一次。设置达成情况目标值，采用成绩分析法进行评价。课程达成评价根据光电信息科学与工程专业课程达成评价方法进行计算，评价结果用于持续改进。光电系负责人组织教师实施课程评价，制定持续改进措施