光电子技术教学大纲格式

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1、光电子技术课程教学大纲课程代码：17121232课程类别：专业必修课程授课对象：电子科学与技术、微电子学开课学期：第7学期学 分：3学分主讲教师：邵卫东等指定教材：江文杰，光电技术，科学出版社，2009年一、教学目的：“光电技术课程”是光电工程专业、光信息科学与技术专业或其他相近专业本科生的一门专业必修课。本课程主要介绍光电技术的理论及应用基础，讲述常用光电器件的原理、应用技术和光电信号的变换与处理技术。主要内容包括：光辐射探测的理论基础，常用光辐射源，光电探测器、热探测器、图像传感器等光电器件的结构原理及应用技术，光学信号的调制与解调技术，直接探测和相干探测技术，光电检测电路及信号处理技术，

2、典型光电系统的分析与设计。通过课堂教学、课程实验等教学环节，培养学生具备系统的光电技术基础知识、光电工程实践能力和创新能力，为将来学生从事光电信息科学与工程类专业方向的教学、科研或者工程设计等工作打下良好的基础。二、课程内容第一章 光辐射探测器的理论基础1、教学内容 本章首先介绍了辐射度学和光度学的基础知识，着重介绍与半导体光辐射探测器有关的基本概念和理论，如能带理论、PN结理论、光电效应等。此外，本章还介绍各种探测器中普遍存在的噪声和它们的主要特性参数。该内容是后续章节所述具体探测器的理论基础，对于正确理解和掌握各种探测器的原理、性能和使用都是十分重要的。2、教学要点 （1）光电技术所涉及的

3、光学谱区波长范围为0.011000m。光辐射度量有辐射度量和光度量两套参量单位，分别对应整个电磁波谱和可见光波谱。 （2）半导体是制作光电器件的主要材料；半导体对光的吸收分为本征吸收和非本征吸收；弱注入条件下，载流子寿命在一定温度下是一个常数。 （3）光电效应包括光电导效应、光伏效应和光电子发射效应等。 （4）光电探测器的主要噪声有散粒噪声、热噪声、产生复合噪声、温度噪声和电流噪声。 （5）光电探测器的主要特性参数，包括光电特性、灵敏度、光谱响应、噪声等效功率、比探测率和响应时间等。 第二章 常用光辐射源1、教学内容 本章首先介绍了黑体辐射的几个定律：发射率和基尔霍夫定律、普朗克辐射公式、维恩

4、位移定律和斯蒂芬波尔兹曼定律。介绍了热辐射源的发光机理，重点讨论了激光器和发光二极管的发光机理、主要特性和应用。2、教学要点 （1）光电技术中常用的有热辐射光源、气体放电光源、激光器和发光二极管等几类光源。 （2）光电技术中可将大多数辐射源近似看成灰体，其辐射特性具有与黑体类似的规律。 （3）色温为2858K的白炽灯可作为可见光区和近红外区的标准光源；500K的黑体可作为红外光谱区的标准光源。 （4）激光器具有高亮度、高方向性、高单色性和高度的时间空间相干性等特点，为光电探测系统提供了极好的光源。 第三章 光电导探测器1、教学内容 本章主要介绍了光电导探测器材料结构原理，光电导探测器的主要特性

5、参数以及光电导探测器的偏置电路和应用。2、教学要点 （1）本征光电导探测器一般在室温下工作，适用于可见光和近红外辐射探测器；杂质光电导探测器通常必须在低温下工作，常用于中、远红外辐射探测。 （2）光电导探测器在弱光照射下，光电流与光照具有良好的线性关系；强光照射下则为非线性关系。 （3）表征光电导探测器响应速度的参量为上限截止频率或响应时间。线性光电导的响应时间等于光生载流子寿命且为常数。 （4）光电导探测器的主要噪声包括：热噪声、产生复合噪声和1/f噪声。降低器件温度可以大大减少噪声。 （5）光电导探测器的偏置电路可采用恒流、恒压等主要偏置方式。光电导探测器增益较大而响应较慢，一般适用于受光

6、面较大，光电流与暗电流之比也较大的情况。 第四章 光伏探测器1、教学内容 本章重点分析和讨论光电池、光电二极管和光电三极管等几个典型器件的结构原理性能特点，介绍了PIN光电二极管、雪崩光电二极管（APD）、光电耦合器等一些特殊结构的光伏探测器。2、教学要点 （1）光伏探测器常用的有光电池、光电二极管、PIN光电二极管、雪崩光电二极管（APD）和光电三极管等单元光伏探测器，以及光电耦合器、象限探测器和位置探测器等集成结型器件。其中，PIN光电二极管和雪崩光电二极管是高响应速度的光伏探测器、光电三极管和雪崩光电二极管是具有内增益的光伏探测器。 （2）光伏探测器可有光电导和光伏两种工作模式，即分别对

7、应反向偏压和自偏压两种状态；光电二极管多工作在光电导模式；而光电池大多工作在光伏模式。 （3）光伏探测器的主要噪声有器件中光电流的散粒噪声、暗电流的散粒噪声和器件的热噪声。 （4）光伏探测器的偏置电路有自偏置电路、零伏偏置电路和反向偏置电路三种形式。 （5）光伏探测器与光电导探测器的比较。 第五章 光电子发射器件1、教学内容 本章首先光电子发射器件中的阴极材料，重点介绍了光电倍增管的结构、原理，光电倍增管的主要特性参数，光电倍增管的工作电路及应用。2、教学要点 （1）光电阴极材料大都是半导体材料，有常规光电阴极和负电子亲和势阴极两大类；而大多数金属只能用作对紫外灵敏的光电探测器。 （2）倍增管

8、的主要特性参数有灵敏度、电流增益、光谱特性、响应时间和疲劳特性等。倍增管的噪声主要是散粒噪声，包括阴极电流的散粒噪声和各级倍增极的散粒噪声。 （3）倍增管的工作电路可分为高压供电电路和信号输出电路。 （4）光电倍增管与雪崩光电二极管比较。 第七章 光电成像器件1、教学内容 本章分别介绍像管、电真空摄像管和固体摄像器件中常见的光电器件的结构原理、主要特性参数以及典型应用。重点讲述了像管和CCD成像器件。2、教学要点 （1）光电成像器件是一类能够输出图像信息的功能器件，按工作方式分为直视型和摄像型光电成像器件两大类。 （2）像管又分为变像管和像增强器两种。变像管是一种将不可见的光学图像变换为可见光

9、图像的成像器件；像增强是一种能够将量度很低的光学图像增强到足够亮度的成像器件。 （3）电荷耦合器件的结构与工作原理、CCD的主要特性参数。 第八章 光学信号的调制1、教学内容 本章介绍了光学信号调制的分类和作用，着重介绍了光信号调制的基本原理、光信号调制的基本方法以及光调制信号的解调。2、教学要点 （1）光学调制不仅可以将信息加载到光载波上，还可以改善系统的工作品质，如抑制背景噪声、扩大目标定位系统的视场和搜索范围等。 （2）连续波调制、脉冲波调制和编码调制是典型的时间调制方式。 （3）光学信号的调制可以分为强度、相位、频率和振幅等调制。 （4）解调的方法有光学法和电子法。 第九章 直接探测和

10、相干探测1、教学内容 本章讨论如何利用光-电信号变换的方法得到光载波所载荷的这些信息。通常的变换方法有直接探测和相反探测两种。本章分别讲述它们的基本原理，方法和典型应用。 2、教学要点 （1）直接探测是用探测器直接测量信号光的强度，其主要性能指标为信噪比、视场以及作用距离。直接探测系统的结构简单，应用广泛。相干探测是利用信号光和参考光在探测器上混合产生拍频信号来实现信号的测量。相干探测系统结构复杂，可用于光学波段的测量。 （2）直接探测和相干探测比较。三、各章课时分配表 章序号章内容学时数0绪论31光辐射探测器的理论基础92常用光辐射源63光电导探测器44光伏探测器75光电子发射探测器47光电成像器件68光学信号的调制99直接探测和相干探测6总 计54参考书目：【1】 朱京平 编著 光电子技术基础（第二版） 科学出版社 2009.【2】 安毓英 等编著 光电子技术（第三版） 电子工业出版社 2011.【3】 石顺祥 刘继芳 编著 光电子技术与应用 科学出版社 2010.【4】 郭培源 付杨 编著 光电检测技术与应用（第二版） 北京航空航天大学出版社 2011. 执笔人：邵卫东 2012-5-21