《光电子学》课程教学大纲

《光电子学》课程教学大纲一、《光电子学》课程说明（一）课程代码：08131012（二）课程英文名称：Optoelectronics（三）开课对象：应用物理学专业本科生（四）课程性质：光电子学为应用物理学专业本科生的专业选修课程，其预修课程有普通物理、电动力学、固体物理等。本课程的目的在于使学生了解光电子学的概念，熟悉光电子学的基础知识以及实际应用。（五）教学目的：课程系统介绍了光电子学的基本概念、基本原理和基础理论，并阐明各种效应间的内在联系，以便学生掌握光电子学基本概念、基本原理与基础理论，并对光电子技术的全貌有清晰的了解，为进一步学习激光原理、微波与导波光学、光纤技术、光纤通信等课程奠立必要的基础，为今后从事光通信、光信息处理、光传感等方面的研究开发工作提供必要的基础知识，培养出适应本世纪科技发展方向、掌握较为系统、深入的光电子基础理论和实践能力的高级工程技术人才。（六）教学内容：本课程主要包括光学基础知识、光与物质的相互作用、激光原理、光的电磁理论和波动光学、光波导理论、光调制、光的探测和显示和光无源器件等几个部分。（七）学时数、学分数及学时数具体分配（五号宋体加粗）学时数：72学时分数：4学分学时数具体分配：教学内容讲授实验/实践合计第一章绪论44第二章光学基础知识66第三章光与物质相互作用1010第四章光源——激光原理88第五章光的电磁理论与波动光学88第六章光波导理论1010第七章光调制1414第八章光的探测与显示66第九章光无源器件66合计7272（八）教学方式以课堂讲授为主要授课方式（九）考核方式和成绩记载说明考核方式为考试。严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40%，期末成绩占60%。二、讲授大纲与各章的基本要求第一章绪论教学要点：通过本章学习，使学生掌握光电子学的历史沿革、发展动态，重点掌握光电子学各研究内容及其发展动态，对光电子学应用领域、本课程的总体结构等有一个概括的了解。1.了解光电子学的发展史。2.明确光电子学的研究内容及其发展动态。3.明确光电子学的应用领域。4.了解光电子课程的总体结构。教学时数：4学时教学内容：第一节光电子学及其发展历史第二节光电子学研究内容及相关发展动态第三节光电子学的应用领域第四节光电子学课程体系考核要求：1.1光电子学及其发展历史1.1.1光电子学的发展史（了解）1.2光电子学研究内容及相关发展动态1.2.1光电子学研究内容及相关发展动态（明确）1.3光电子学的应用领域1.3.1光电子学的应用领域（明确）1.4光电子学课程体系1.4.1光电子学课程体系（了解）第二章光学基础知识教学要点：要求学生对学习本课程应具备的基本光学基础知识融会贯通。重点掌握体现光的粒子性与波动性的各种物理现象及相关概念与理论分析，掌握光学基础知识，包括光的基本属性，了解有关光度学知识。1.掌握光的波粒二象性。2.了解光度学知识。教学时数：6学时教学内容：第一节光的基本属性第二节光的粒子性第三节光的波动性第四节光度学知识考核要求：2.1光的基本属性2.1.1光的本性（识记）2.1.2光的基本属性（识记）2.2光的粒子性2.2.1光的粒子性体现（识记）2.3光的波动性2.3.1光波动的体现（识记）2.4光度学知识2.4.1光的能量及量度单位（识记）2.4.2光强、光通量和照度的单位（识记）第三章光与物质相互作用教学要点：本章为全书的理论核心之一，要求对全章内容特别是光与物质相互作用的基本概念、基础理论深入掌握并能熟练应用于后续章节的学习。1.掌握光与物质相互作用的概念。2.掌握和应用光与物质相互作用的基础理论。教学时数：10学时教学内容第一节光与原子的相互作用第二节光的吸收与辐射第三节晶体光学考核要求：3.1光与原子的相互作用3.1.1光与原子的相互作用的概念（识记）3.1.2光与原子的相互作用的理论（应用）3.2光的吸收与辐射3.2.1光的吸收（领会）3.2.2光的自发辐射（识记）3.2.3光的受激辐射（识记）3.3晶体光学3.3.1晶体的各向同性及各向异性（识记）6.3.2光在晶体中传播的特点（识记）第四章光源——激光原理教学要点：本章要求重点掌握激光器工作的基本原理，包括激光产生的基本物理机理、光学谐振腔与激光器模式、粒子数反转与光放大分析；掌握激光的性质、各种类型的激光器及其典型特点与参数；了解具体激光器的结构、工作条件、发展方向等。1.掌握激光器工作的基本原理。2.掌握激光的性质。3.了解具体激光器的结构、工作条件、发展方向。4.掌握激光的性质、各种类型的激光器及其典型特点与参数。教学时数：8学时教学内容：第一节粒子数反转与光放大第二节光学谐振腔第三节阈值条件与激光器输出第四节激光特性第五节激光器件考核要求：4.1粒子数反转与光放大4.1.1激光产生的条件（识记）4.1.2粒子数反转的定义（识记）4.1.3光放大的原理（应用）4.2光学谐振腔4.2.1光学谐振腔的结构特点（识记）4.2.2激光器的模式（识记）4.2.3激光器的振荡特性（领会）4.3阈值条件与激光器输出4.3.1激光产生的阈值条件（识记）4.3.2激光器的输出特性（识记）4.4激光特性4.4.1激光的特性（识记）4.4.2高斯光束及其光学变换（应用）4.5激光器件4.5.1常见的激光器件（识记）4.5.2常见激光器件的工作特点（领会）第五章光的电磁理论与波动光学教学要点：要求掌握从麦克斯韦方程出发导出波动方程，在特定条件下导出波动光学的有关知识，掌握电磁波特性，波的模式场，并了解光的量子理论。1.掌握波动方程。2.掌握电磁波特性。3.掌握波的模式场。4.了解光的量子理论。教学时数：8学时教学内容：第一节光的电磁理论第二节波动光学第三节光的量子理论初步考核要求：5.1光的电磁理论5.1.1光的电磁本性（领会）5.1.2光的电磁理论（应用）5.2波动光学5.2.1光的波动方程（领会）5.2.2电磁波的特性（识记）5.2.3波的模式场（领会）5.3光的量子理论初步5.3.1光子的概念（识记）5.3.2光子的能量（识记）5.3.3光电效应（领会）第六章光波导理论教学要点：要求掌握平板波导与光纤中光传播的基本概念与基本理论。重点掌握导波形成原理、平板波导与阶跃光纤中的场分布推导及其特性分析；掌握导引波、消逝波与导波的基本概念，光纤色散与脉冲展宽的基本理论，平面波导和光纤中导波的线光学分析；了解光纤通信的有关基础知识。1.掌握平板波导与光纤中光传播的基本概念与基本理论。2.掌握导波形成原理、平板波导与阶跃光纤中的场分布推导及其特性分析。3.掌握导引波、消逝波与导波的基本概念。4.掌握光纤色散与脉冲展宽的基本理论。5.掌握平面波导和光纤中导波的线光学分析。6.了解光纤通信的有关基础知识。教学时数：10学时教学内容：第一节光波导基础第二节平板光波导第三节光纤中光导波第四节光纤色散与孤子通信第五节光纤通信基础考核要求：6.1光波导基础6.1.1光波导的概念（识记）6.1.2光波导的基本理论（应用）6.2.3导引波、消逝波与导波的基本概念（识记）6.2平板光波导6.2.1平板波导的基本概念（识记）6.2.2平板波导的基本理论（应用）6.2.3平板波导中的光场分布推导及其特性分析（领会）6.2.4平面波导的线光学分析6.3光纤中光导波6.3.1光纤中光导波的性质（识记）6.3.2阶跃光纤中的场分布推导及其特性分析（领会）6.3.3光纤中导波的线光学分析（领会）6.4光纤色散与孤子通信6.4.1光纤色散与脉冲展宽的基本理论（应用）6.4.2光孤子的定义（识记）6.4.3光孤子的通信的特点（领会）6.5光纤通信基础6.5.1光纤通信的优点（识记）6.5.2光纤通信的基础设施（领会）第七章光调制教学要点：要求掌握晶体的基本性质，几种典型光调制的物理基础、调制机理、调制器结构与工作原理；重点掌握电光与声光调制有关内容；了解各种调制器的发展现状与动态。1.掌握晶体的基本性质。2.掌握几种典型光调制的物理基础、调制机理、调制器结构与工作原理。3.掌握电光与声光调制有关内容。4.了解各种调制器的发展现状与动态。教学时数：14学时教学内容：第一节晶体的基本特性第二节光在晶体中的传播第三节电光效应与电光调制第四节声光效应与声光调制第五节磁光效应与磁光调制第六节光折变效应与全光调制考核要求：7.1晶体的基本特性7.1.1几种晶体的结构特点（领会）7.1.2晶体的基本特性（识记）7.2光在晶体中的传播7.2.1光在晶体中的传播特点（识记）7.2.2光在晶体中传播的双折射（领会）7.3电光效应与电光调制7.3.1电光效应的定义（领会）7.3.2电光调制（领会）7.4声光效应与声光调制7.4.1声光效应的定义（领会）7.4.2声光调制（领会）7.5磁光效应与磁光调制7.5.1磁光效应的定义（领会）7.5.2磁光调制（领会）7.6光折变效应与全光调制7.6.1光折变效应的定义（领会）7.6.2全光调制（领会）第八章光的探测与显示教学要点：要求掌握光电探测与光电显示的基本概念与基础知识；重点掌握几种常见光电探测器结构与工作原理，主动与被动光显示器件结构及工作原理；了解探测与显示器件的发展趋势。1.掌握光电探测与光电显示的基本概念与基础知识。2.掌握几种常见光电探测器结构与工作原理。3.掌握主动与被动光显示器件结构及工作原理。4.了解探测与显示器件的发展趋势。教学时数：6学时教学内容：第一节光探测器基础第二节常见光电子探测器第三节光探测器与显示器未来考核要求：8.1光探测器基础8.1.1光电探测与光电显示的基本概念（识记）8.1.2光探测器的基本工作原理（应用）8.2常见光电子探测器8.2.1几种常见光电探测器结构（领会）8.2.2几种常见光电探测器的工作原理（应用）8.2.3几种常见光电探测器的工作特点（领会）8.3光探测器与显示器未来8.3.1主动与被动光显示器件结构及工作原理（领会）8.3.2探测与显示器件的发展趋势（识记）第九章光无源器件教学要点：要求掌握光电子领域几种常见的无源器件的结构、工作原理和设计思想1.掌握几种常见的无源器件的结构。2.掌握几种常见的无源器件的工作原理。3.掌握几种常见的无源器件的设计思想。教学时数：6学时教学内容：第一节光连接器与光耦合器第二节光开关第三节光波分复用器第四节光学滤波器第五节光学隔离器考核要求：9.1光连接器与光耦合器9.1.1光连接器与光耦合器的概念（识记）9.1.2光连接器与光耦合器的结构、工作原理及设计思想（领会）9.2光开关9.2.1光开关的概念及作用（领会）9.2.2光开关的结构、工作原理及设计思想（领会）9.3光波分复用器9.3.1光波分复用器的定义及用途（识记）9.3.2光波分复用器的结构、工作原理及设计思想（领会）9.4光学滤波器9.4.1光学滤波器的定义及用途（识记）9.4.2光学滤波器的结构、工作原理及设计思想（领会）9.5光学隔离器9.5.1光学隔离器的定义及用途（识记）9.5.2光学隔离器的结构、工作原理及设计思想（领会）三、推荐教材和参考书目《光电子学基础》，朱京平主编，科学出版社，2004《光电子技术基础》，彭江德主著，清华大学出版社，1988《光电子技术》，潘英俊，邹建，重庆大学出版社，2000