光电检测技术课程教学大纲

PAGEPAGE10《光电检测技术》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称光电检测技术课程编号310050032课程性质选修课课程类别专业选修课开课单位测控教研室授课学期第6学期学分/学时2/32课内学时32理论授课26上机学时0课内实践0实验学时6课外学时32适用专业测控技术与仪器是否双语否先修课程工程光学、模拟电子技术、数字电子技术、电路原理后续课程数字图像处理二、课程简介《光电检测技术》是测控技术与仪器本科专业的专业选修课，为理论性、实践性较强的一门课程。本课程任务是介绍光电检测技术的基础理论、常见光电传感器的工作原理与特性、典型光电传感器应用技术和发展趋势等。通过本课程的教学，让学生掌握光电检测技术的专业知识，能针对不同的测量要求，进行基本的光电信息系统设计，并为后续的专业课学习打下理论和实验的基础。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标课程目标1：知识目标能理解光电检测技术基础理论；能利用数学理论、物理和电路的基本定律等分析常用各类光电传感器的工作原理、测量电路；能解释各类光电传感器的典型工程应用，并能使用传感器进行简单的测量。课程目标2：能力目标具备常用传感器的识别与测量能力；能够识别电路图原理，并能在实验台上正确连接电路；具备通过文献研究等方式对光电检测系统进行有效、合理的分析，获得科学合理的结论的能力；能够运用传感器工作原理、测量电路等专业知识对光电检测系统中复杂工程问题的解决方案进行分析，并尝试改进；能够选用恰当的技术，用于光电检测系统的设计、开发、解决复杂系统问题；体现认真负责的工作态度及严谨细致的工作作风。课程目标3：素质目标能够识别工程问题的综合特征，综合运用光电检测系统相关原理，对复杂光电工程问题，选取正确的技术路线，设计切实可行的仿真和实验研究方案；体现积极进取、勇于创新的时代精神和服务社会的意识。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标11.3学习专业基础知识，掌握解决复杂测控系统工程问题的基本思路和方法。1-工程知识课程目标22.2能够将相关基础理论和基本原理综合应用于复杂工程问题的表述，对复杂工程问题的解决途径进行分析、对比并试图改进；3.3能够设计满足特定需求的测控模块、系统或仪器，并体现创新意识；9.1能够理解多学科背景下的团队中个体与团队的关系，并在团队中发挥有效的作用。2-问题分析3-设计/开发解决方案9-个人和团队课程目标31.3学习专业基础知识，掌握解决复杂测控系统工程问题的基本思路和方法；3.3能够设计满足特定需求的测控模块、系统或仪器，并体现创新意识。1-工程知识3-设计/开发解决方案四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元概述（学时数：1学时）1.课程主要内容理解光电检测技术及光电传感器的基本概念；掌握光电检测系统的组成和特点；了解光电检测技术的发展及应用。2.重点和难点重点：光电传感器的基本概念；光电检测系统的组成和特点。难点：光电检测技术的发展及应用。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验。4.学生学习预期成果能够识记光电传感器、光电检测技术的概念；能够理解光电检测系统的组成、基本功能。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标3第二单元光电传感器技术基础（学时数：3学时）1.课程主要内容了解光度量参数与辐射度量参数相关概念；理解光度量参数与辐射度量参数的关系；理解半导体对光的吸收；掌握各光电效应的概念、原理。2.重点和难点重点：辐射度学与光度学的基本物理量；半导体对光的吸收；光电效应。难点：辐强度（发光强度）、辐亮度（光亮度）、辐射度量与光度量关系；光电导效应、光伏效应。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、随堂测验。4.学生学习预期成果能够理解辐射度量参数与光度量参数的基本概念以及两者之间的关系；能够识记半导体对光的吸收方式；会分析本征吸收、杂质吸收的基本原理；能够理解并解释光电效应、光电导效应、光生伏特效应、光电发射效应等基本概念。5.支撑课程目标课程目标1。第三单元光源（学时数：4学时）1.课程主要内容了解光源的分类；了解气体放电灯、金属蒸汽灯的机理与基本特性；理解半导体发光二极管光源的发光机理；掌握钨丝灯的分类和基本特性；掌握发光二极管的基本特性；掌握激光的产生机理和基本特性。2.重点和难点重点：发光二极管的工作原理。难点：同质和异质结发光二极管工作原理。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、随堂测验、翻转课堂。4.学生学习预期成果能够理解光源的基本特性参数；会分析热辐射光源、发光二极管光源、激光光源等的发光机理；能够针对测量要求，选用合适的光源。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第四单元光电导器件（学时数：6学时）1.课程主要内容了解光敏电阻的基本结构；理解光敏电阻的基本原理；掌握光敏电阻的基本特性、偏置电路；理解光敏电阻的应用。2.重点和难点重点：光敏电阻的工作原理；主要特性参数；光电探测器的偏置电路。难点：光敏电阻的基本偏置电路和应用。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验、翻转课堂。4.学生学习预期成果会分析光电导探测器的工作原理及输出特性；会分析光敏电阻的偏置电路；会根据照度、输出电压、电压灵敏度之间的关系，进行简单的计算；能够构建光电导器件的典型应用。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第五单元光伏器件（学时数：3学时）1.课程主要内容了解PIN型光敏二极管、雪崩光敏二极管、色敏光生伏特器件、光伏器件组合器件；理解硅光敏二极管、硅光电池、PSD的工作原理；理解光生伏特器件的偏置电路；掌握硅光敏二极管、硅光电池的基本特性；理解光生伏特器件的典型应用。2.重点和难点重点：光电池、光电二极管和光电位置传感器。难点：PIN、APD、QPD、PSD原理与应用；光电器件的光电变换电路分析。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、翻转课堂。4.学生学习预期成果会分析各种类型光伏器件的工作原理；能够理解光伏器件的特性参数；会分析光伏器件的偏置电路；能够构建光伏器件的典型应用。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第六单元光电发射器件（学时数：6学时）1.课程主要内容了解真空光电管的工作原理；理解光电发射阴极的主要参数；理解光电倍增管的工作原理；掌握光电倍增管的基本特性、供电电路；理解光电倍增管的典型应用。2.重点和难点重点：光电阴极、光电倍增管的供电和信号输出电路。难点：负电子亲和势光电阴极、微弱信号的处理。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验、翻转课堂。4.学生学习预期成果能够理解光电发射阴极的特性参数；会分析光电倍增管的工作原理、供电电路；会根据增益、阳极电流、阴极电流、供电电压、极间电圧等参数间关系，进行简单的计算；能够构建光电发射器件的典型应用。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第七单元红外与太赫兹波的探测（学时数：2学时）1.课程主要内容了解热辐射的一般规律；了解热电堆探测器；了解THz探测技术；理解热释电器件的基本工作原理；掌握热敏电阻的基本特性；理解热释电器件的基本应用。2.重点和难点重点：热敏电阻和热释电探测器。难点：温度变化方程、热探测器特性参数、热释电工作原理。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、翻转课堂。4.学生学习预期成果能够解释热释电效应；会分析热敏电阻、热释电器件的工作原理；能够理解红外探测器件的基本特性；能够构建红外探测器件的典型应用。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。第八单元图像扫描与图像显示技术（学时数：1学时）1.课程主要内容了解图像传感器和电视制式的基本知识；掌握逐行扫描和隔行扫描的特点与区别；掌握中国的电视制式。2.重点和难点重点：中国的电视制式；逐行扫描和隔行扫描。难点：逐行扫描和隔行扫描的理解和对比。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、随堂测验。4.学生学习预期成果能够识记中国的电视制式；能够理解逐行扫描和隔行扫描的原理。5.支撑课程目标课程目标1。第九单元CCD图像传感器（学时数：6学时）1.课程主要内容了解CCD电极结构；了解典型线阵CCD和面阵CCD的基本结构；理解线阵CCD的工作原理；掌握电荷存储、电荷耦合、电荷注入和检测的工作过程；掌握CCD光电图像传感器的基本特性参数。2.重点和难点重点：电荷耦合器件工作原理。难点：电荷耦合工作原理。3.教学方法课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验、翻转课堂。4.学生学习预期成果会分析CCD图像传感器的工作原理；能够理解典型线阵CCD、面阵CCD的结构；能够构建图像传感器的典型应用。5.支撑课程目标课程目标1、课程目标2、课程目标3。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元概述课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验课程目标1、311:1第二单元光电传感器技术基础课堂讲授、巡回指导、随堂测验课程目标131:1第三单元光源课堂讲授、巡回指导、随堂测验、翻转课堂课程目标1、2、341:1第四单元光电导器件课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验、翻转课堂课程目标1、2、361:1第五单元光伏器件课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、翻转课堂课程目标1、2、331:1第六单元光电发射器件课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验、翻转课堂课程目标1、2、361:1第七单元红外与太赫兹波的探测课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、翻转课堂课程目标1、2、321:1第八单元图像扫描与图像显示技术课堂讲授、巡回指导、随堂测验课程目标111:1第九单元CCD图像传感器课堂讲授、巡回指导、案例分析、随堂测验、实验、翻转课堂课程目标1、2、361:1合计321:1五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩60%课后作业50共计安排5次作业，主要考核各重点章节知识点。目标分值=0.5×作业平均值。翻转课堂10根据探测器类型数量，对学生进行分组，组内同学分工合作完成一种光电探测器的探究，包括文献资料的归纳总结、PPT制作、课堂讲解等，限时5分钟。根据PPT优劣及课堂讲解质量给学生打分。目标分值=0.1×导图平均值随堂测验30课堂根据需要随时安排测验，客观题为主，主要考核基础知识，每次答题时间控制在15分钟之内。目标分值=0.3×测验平均值出勤和综合表现10按出勤、听课状态、回答问题积极程度、使用手机做与学习无关事情的次数等课堂表现酌情加减分，最终以满分10分折算。实践成绩20%实验100安排3次实验，主要考核光敏电阻、光电倍增管、CCD的特性测试，需提交实验报告，根据数据和报告内容的准确性、详实度按比例折算，满分10分。期末测验20%知识1001.考核范围：所有教学内容2.测验题型：客观题（填空）3.评价细则：客观题100分。（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元概述1-1光电检测技术及其研究内容1-2光电信息系统1-3光电检测技术的应用及发展趋势随堂测验期末测验课程目标1、3第二单元光电传感器技术基础2-1光辐射的度量2-2物体热辐射2-3辐度量参数与光度量参数的关系2-4半导体对光的吸收2-5光电效应随堂测验课后作业期末测验课程目标1、2第三单元光源3-1光源的分类3-2钨丝灯3-3气体放电灯3-4LED光源3-5激光光源3-6光电传感器应用系统中光源与照度随堂测验翻转课堂课后作业期末测验课程目标1、2、3第四单元光电导器件4-1光敏电阻的原理与结构4-2光敏电阻的基本特性4-3光敏电阻的偏置电路4-4光敏电阻的应用实例随堂测验翻转课堂课后作业实验期末测验课程目标1、2、3第五单元光伏器件5-1硅光电二极管5-2其他类型的光伏器件5-3光伏器件的偏置电路随堂测验翻转课堂课后作业期末测验课程目标1、2、3第六单元光电发射器件6-1光电发射阴极6-2真空光电管与光电倍增管的工作原理6-3光电倍增管的基本特性6-4光电倍增管的供电电路6-5光电倍增管的典型应用随堂测验翻转课堂课后作业实验期末测验课程目标1、2、3第七单元红外与太赫兹波的探测7-1热辐射的一般规律7-2热敏电阻与热电堆7-3热释电器件7-4红外与热辐射探测技术7-5太赫兹波的探测技术随堂测验翻转课堂课后作业期末测验课程目标1、2、3第八单元图像扫描与图像显示技术8-1图像解析原理8-2图像的显示与电视制式随堂测验期末测验课程目标1、2、3第九单元CCD图像传感器9-1电荷存储9-1电荷耦合9-3CCD电极结构9-4电荷的注入和检测9-5典型线阵CCD图像传感器9-6典型面阵CCD图像传感器随堂测验翻转课堂实验期末测验课程目标1、2、3六、使用教材、相关推荐书目及课程资源（一）使用教材王庆有主编：《光电传感器应用技术（第2版）修订版》，机械工业出版社，2020.7；（二）相关推荐书目1.