《光電子技術(shù)》課程教學(xué)大綱（本科）

1、光電子技術(shù)(Optoelectronic Technology)課程代碼：03410047學(xué)分：2學(xué)時(shí)：32 （其中：課堂教學(xué)學(xué)時(shí)：32實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：0上機(jī)學(xué)時(shí)：0課程實(shí)踐學(xué)時(shí)：0 ）先修課程：大學(xué)物理、光學(xué)適用專業(yè)：光電信息科學(xué)與工程專業(yè)教材：計(jì)算光子學(xué)Matlab導(dǎo)論；Marek S.Wartak主編，吳宗森等譯；科學(xué)出版社；2015.5一、課程性質(zhì)與課程目標(biāo)（-）課程性質(zhì)（需說明課程對(duì)人才培養(yǎng)方面的貢獻(xiàn)）光電子技術(shù)是高等學(xué)校光電信息類專業(yè)的專業(yè)必修課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握 光學(xué)、電磁學(xué)的基本理論、基本知識(shí)，了解光子學(xué)及計(jì)算光子學(xué)的內(nèi)涵，了解光電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng) 域以及光電信息行業(yè)的發(fā)

2、展現(xiàn)狀和前沿趨勢(shì)，掌握平板波導(dǎo)的射線光學(xué)，使用電介質(zhì)波導(dǎo)的電磁學(xué) 理論處理一維及二維波導(dǎo)問題，了解光纖的相關(guān)概念，掌握柱坐標(biāo)中的光纖模式的求解，了解基本 線性脈沖信號(hào)，掌握半導(dǎo)體激光器的調(diào)制方法以及脈沖傳播的分析方法，掌握光檢測(cè)器與接收器的 分析方法，能夠?qū)⒐庾訉W(xué)問題歸結(jié)為數(shù)值求解問題并完成數(shù)值計(jì)算和實(shí)現(xiàn)圖形顯示功能，為將來從 事光電器件設(shè)計(jì)工作奠定必要的基礎(chǔ)。（二）課程目標(biāo)（根據(jù)課程特點(diǎn)和對(duì)畢業(yè)要求的貢獻(xiàn)，確定課程目標(biāo)。應(yīng)包括知識(shí)目標(biāo)和能力目標(biāo)。） 課程目標(biāo)1:掌握光學(xué)、電磁學(xué)的基本理論、基本知識(shí)，了解光電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域以及光電 信息行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和前沿趨勢(shì)。課程目標(biāo)2：能夠?qū)⒐庾訉W(xué)問題歸

3、結(jié)為數(shù)值求解問題并完成數(shù)值計(jì)算和實(shí)現(xiàn)圖形顯示功能。（三）課程目標(biāo)與專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中畢業(yè)要求1、畢業(yè)要求2：.畢業(yè)要求l-3o具有光電信息科學(xué)與工程專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)及其應(yīng)用能力，并了解光電信息行業(yè) 的前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)。占該指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度的10%；2.畢業(yè)要求2-k能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)基本原理運(yùn)用于光電信息工程問題的表述，占該指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度的10%。目標(biāo)畢業(yè)要求指課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2畢業(yè)要求1-3V畢業(yè)要求2-1V二、課程內(nèi)容與教學(xué)要求第一章緒言（一）課程內(nèi)容（1）什么是光子學(xué)（2）什么是計(jì)算光子學(xué)（3）光電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域（4）光電信息行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和前沿趨勢(shì)（二）

4、教學(xué)要求了解并掌握光子學(xué)的基本概念及包含內(nèi)容；了解光子學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域；了解計(jì)算光子學(xué)的概念及研究方法；了解本課程的性質(zhì)、研究對(duì)象與方法、任務(wù)（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）計(jì)算光子學(xué)的研究方法第二章誤差的基本性質(zhì)與處理（-）課程內(nèi)容（1）幾何光學(xué)A.射線理論及其應(yīng)用B.臨界角C.透鏡D.折射率梯度變化系統(tǒng)（2）波動(dòng)光學(xué)A.相速度B.群速度C.斯托克斯關(guān)系D.電介質(zhì)薄膜中的干涉E.平板中光束的多次干涉F.法布里-珀羅干涉儀（二）教學(xué)要求（1）掌握射線理論與臨界角的概念；（2）理解并掌握透鏡、折射率梯度變化系統(tǒng)；（3）掌握相速度、群速度、斯托克斯關(guān)系的概念及公式；（4）掌握電介質(zhì)薄膜中的干涉的光程差公式；（5

5、）理解平板中光束多次干涉的反射率、透射率公式。（6）掌握法布里-珀羅干涉儀精細(xì)度系數(shù)與透射率公式（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（若不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）（1）能夠正確理解相速度與群速度的概念，并區(qū)分二者的內(nèi)涵;（2）正確推導(dǎo)平板中光束多次干涉的反射率、透射率公式第三章電磁學(xué)基礎(chǔ)（-）課程內(nèi)容（1）麥克斯韋方程組（2）邊界條件A.電場(chǎng)邊界條件B.磁場(chǎng)邊界條件（3）波動(dòng)方程（4）時(shí)諧場(chǎng)（5）偏振波A.線偏振波B.圓偏振和橢圓偏振波（6）菲涅耳系數(shù)和相位TE偏振TM偏振（7）電介質(zhì)界面反射造成的偏振（8）抗反射涂層（9）布拉格鏡（10）古斯-漢欣位移（11）坡印亭定理（二）教學(xué)要求（1）熟練掌握麥克

6、斯韋方程組及邊界條件；（2）掌握波動(dòng)方程及時(shí)諧場(chǎng)右手定則；（3）理解偏振波；（4）掌握菲涅爾系數(shù)公式；（5）理解并掌握布儒斯特角公式；（6） 了解抗反射涂層；（7）掌握布拉格反射鏡的工作原理。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（若不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）（1）麥克斯韋方程組及邊界條件；（2）偏振波的各種情形；（3）菲涅爾系數(shù)和相位；（4）布儒斯特角；（5）布拉格鏡第四章平板波導(dǎo)（一）課程內(nèi)容（1）平板波導(dǎo)的射線光學(xué)A.數(shù)值孔徑B.導(dǎo)波模式C.橫向共振條件D.橫向條件-歸一化形式（2）電介質(zhì)波導(dǎo)的電磁學(xué)理論基礎(chǔ)A. 一般性討論B.通用方程的簡(jiǎn)約形式（3）平面寬波導(dǎo)的波動(dòng)方程（4）三層對(duì)稱的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)（T

7、E模式）一維任意三層不對(duì)稱平面波導(dǎo)的模式TE模式TE模式的場(chǎng)分布（6）二維結(jié)構(gòu)（二）教學(xué)要求（1）理解并掌握數(shù)值孔徑的概念及公式（2）理解并掌握有效導(dǎo)波系數(shù)的概念及公式（3）理解并掌握橫向共振條件及橫向條件-歸一化形式的概念及公式了解電介質(zhì)波導(dǎo)的主要模式（5）掌握一維任意三層不對(duì)稱平面波導(dǎo)的模式的求解（6）掌握二維結(jié)構(gòu)有效指數(shù)法的求解（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（若不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）一維任意三層不對(duì)稱平面波導(dǎo)的模式；(2)二維結(jié)構(gòu)有效指數(shù)法第五章線性光纖和信號(hào)退化(一)課程內(nèi)容(1)幾何光學(xué)概述A.數(shù)值孔徑(NA)B.多路徑色散C.光纖的信息運(yùn)載能力D.硅光纖的損耗機(jī)制E.固有損耗F.外

8、在損耗(2)柱坐標(biāo)中的光纖模式A.柱坐標(biāo)中的麥克斯韋方程B.柱坐標(biāo)的波動(dòng)方程C.柱坐標(biāo)中波動(dòng)方程的解D.邊界條件和模式方程E.模式分類F. m=0時(shí)的模式G.弱導(dǎo)波近似(wga)H.統(tǒng)一表達(dá)式.基本模式HE11的通用關(guān)系J.單模光纖K.截止條件(3)色散A.群延時(shí)的概論.材料色散：謝米爾方程C.波導(dǎo)色散(4)傳播中的脈沖色散(二)教學(xué)要求了解數(shù)值孔徑、多路徑色散的概念以及硅光纖的損耗機(jī)制;(2)掌握柱坐標(biāo)中的光纖模式相關(guān)方程的求解；(3)理解色散的分類及相關(guān)概念。(三)重點(diǎn)與難點(diǎn)(若不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明)(1)柱坐標(biāo)中波動(dòng)方程的求解；(2)幾種導(dǎo)波模式和它們的特征方程第六章線性脈

9、沖的傳播(-)課程內(nèi)容(1)基本脈沖A.矩形脈沖B.高斯脈沖C.超高斯脈沖D.例啾高斯脈沖(2)半導(dǎo)體激光器的調(diào)制A.調(diào)制制式B.波形的建立(3)存在色散時(shí)脈沖傳播方程的簡(jiǎn)單推導(dǎo)(4)線性脈沖的數(shù)學(xué)理論(5)脈沖的傳播A.例啾高斯脈沖傳播的分析B.傅里葉變換的數(shù)值方法C.傅里葉分步變換法(二)教學(xué)要求(1)掌握矩形脈沖、高斯脈沖、超高斯脈沖、例啾高斯脈沖的公式及圖形;(2)掌握半導(dǎo)體激光器的兩種調(diào)制制式；(3)掌握存在色散時(shí)脈沖傳播方程的簡(jiǎn)單推導(dǎo)；(4)掌握脈沖傳播的分析方法。(三)重點(diǎn)與難點(diǎn)(若不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明)(1)存在色散時(shí)脈沖傳播方程的簡(jiǎn)單推導(dǎo)；(2)脈沖的傳播第七章

10、光接收器件(一)課程內(nèi)容(1)主要特征A.接收器靈敏度B.動(dòng)態(tài)范圍C.比特率透明度D.比特圖的獨(dú)立性(2)光檢測(cè)器A.光檢測(cè)原理B.光檢測(cè)器的性能參數(shù)C.光檢測(cè)器噪聲D.檢測(cè)器的設(shè)計(jì)（3）接收器之分析A.理想光接收器的比特誤差B.接收器的誤差概率C.比特率和高斯噪聲（4）光電接收器的建模（二）教學(xué)要求（1）掌握光檢測(cè)器的相關(guān)內(nèi)容，包括光檢測(cè)原理、性能參數(shù)、噪聲及設(shè)計(jì)。（2）掌握接收器的相關(guān)內(nèi)容，包括接收器的比特誤差、誤差概率、比特誤碼率和高斯噪聲。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（若不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）（1）光檢測(cè)原理；（2）光接收器的比特誤碼率和高斯噪聲三、本課程開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目無四、學(xué)時(shí)分配

11、及教學(xué)方法章（按序填 寫）教學(xué)形式及學(xué)時(shí)分配主要教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)課堂 教學(xué)實(shí) 驗(yàn)上 機(jī)課程 實(shí)踐小 計(jì)第一章22講授法、演示法、問題式目標(biāo)1第二章33講授法、演示法、問題式目標(biāo)1、2第三章44講授法、演示法、問題式目標(biāo)1、2第四章66講授法、演示法、問題式目標(biāo)1、2第五章77講授法、演示法、問題式目標(biāo)1、2第八早55講授法、演示法、問題式目標(biāo)1、2第七章55講授法、演示法、問題式目標(biāo)1、2合計(jì)3232注：1 .課程實(shí)踐學(xué)時(shí)按相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃列入表格；2.主要教學(xué)方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學(xué)方法（基于問題、項(xiàng)目、案例等教學(xué)方法）等。五、課程考核六、課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)考核形式考

12、核要求考核權(quán) 重支撐的課 程目標(biāo)備注課堂表現(xiàn)以隨機(jī)的形式，在每章內(nèi)容進(jìn)行中或結(jié)束后，隨堂測(cè) 試1-3題，主要考核學(xué)生課堂的聽課效果和課后及時(shí) 復(fù)習(xí)消化本章知識(shí)的能力，結(jié)合平時(shí)的隨機(jī)點(diǎn)名，進(jìn) 行綜合考核。10%目標(biāo)1、2平時(shí)作業(yè)課后完成15-25個(gè)習(xí)題，主要考核學(xué)生對(duì)每章知識(shí)點(diǎn) 的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度,計(jì)算全部作業(yè)的平均成績(jī)。15%目標(biāo)1、2期末考試采用閉卷考試，試卷題型包括簡(jiǎn)答題、計(jì)算題和程序 題等，其中考核光學(xué)及電磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)型題目占 30%,包括幾何光學(xué)與波動(dòng)光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)占10%,電 磁學(xué)理論在光子學(xué)的運(yùn)用占20%；考核針對(duì)光電子器 件綜合分析與計(jì)算的能力題目占70%o75%目標(biāo)1、2課程

13、目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算表如下:課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)考核形式實(shí)際評(píng)測(cè)結(jié)果（學(xué)生達(dá)到的平均水平）對(duì)應(yīng)總分達(dá)成度課程目標(biāo)1平時(shí)成績(jī)、期末 考試（課堂表現(xiàn)xl0%+平時(shí)作業(yè)xl5%） /2+期末考試對(duì)應(yīng)試題平均分x75%25/2+期末考試對(duì)應(yīng)試題總 分 x75%達(dá)成度=實(shí)際 測(cè)評(píng)結(jié)果/對(duì) 應(yīng)總分課程目標(biāo)2平時(shí)成績(jī)、期末 考試（課堂表現(xiàn)xl0%+平時(shí)作業(yè)xl5%）/2+期末考試對(duì)應(yīng)試題平均分x75%25/2+期末考試對(duì)應(yīng)試題總 分 x75%達(dá)成度=實(shí)際 測(cè)評(píng)結(jié)果/對(duì) 應(yīng)總分七、參考書目及學(xué)習(xí)資料（書名，主編，出版社，出版時(shí)間及版次）.沙定國(guó)主編誤差分析與測(cè)量不確定度評(píng)定，中國(guó)計(jì)量出版社，2003.劉智敏著不確定度原理，中國(guó)計(jì)量出版社，1993.廖延彪著光纖光學(xué)，清華大學(xué)出版社，2006.曹莊琪著導(dǎo)波光學(xué)，科學(xué)出版社，2007.張彤主編光電子物理及應(yīng)用，東南大學(xué)出版社，2015年.宋貴才主編光波導(dǎo)原理與器件，清華大學(xué)出版社，2016年八、大綱說明