《光电子技术》课程教学大纲（本科）.docx

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1、光电子技术(Optoelectronic Technology)课程代码：03410047学分：2学时：32 （其中：课堂教学学时：32实验学时：0上机学时：0课程实践学时：0 ）先修课程：大学物理、光学适用专业：光电信息科学与工程专业教材：计算光子学Matlab导论；Marek S.Wartak主编，吴宗森等译；科学出版社；2015.5一、课程性质与课程目标（-）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）光电子技术是高等学校光电信息类专业的专业必修课程。通过本课程的学习，使学生掌握 光学、电磁学的基本理论、基本知识，了解光子学及计算光子学的内涵，了解光电子技术的应用领 域以及光电信息行业的发

2、展现状和前沿趋势，掌握平板波导的射线光学，使用电介质波导的电磁学 理论处理一维及二维波导问题，了解光纤的相关概念，掌握柱坐标中的光纤模式的求解，了解基本 线性脉冲信号，掌握半导体激光器的调制方法以及脉冲传播的分析方法，掌握光检测器与接收器的 分析方法，能够将光子学问题归结为数值求解问题并完成数值计算和实现图形显示功能，为将来从 事光电器件设计工作奠定必要的基础。（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。应包括知识目标和能力目标。） 课程目标1:掌握光学、电磁学的基本理论、基本知识，了解光电子技术的应用领域以及光电 信息行业的发展现状和前沿趋势。课程目标2：能够将光子学问题归

3、结为数值求解问题并完成数值计算和实现图形显示功能。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求1、毕业要求2：1 .毕业要求l-3o具有光电信息科学与工程专业基础知识及其应用能力，并了解光电信息行业 的前沿发展现状和趋势。占该指标点达成度的10%；2.毕业要求2-k能够将数学、自然科学基本原理运用于光电信息工程问题的表述，占该指标点达成度的10%。目标毕业要求指课程目标1课程目标2毕业要求1-3V毕业要求2-1V二、课程内容与教学要求第一章绪言（一）课程内容（1）什么是光子学（2）什么是计算光子学（3）光电子技术的应用领域（4）光电信息行业的发展现状和前沿趋势（

4、二）教学要求了解并掌握光子学的基本概念及包含内容；（1） 了解光子学的应用领域；了解计算光子学的概念及研究方法；（2） 了解本课程的性质、研究对象与方法、任务（三）重点与难点（1）计算光子学的研究方法第二章误差的基本性质与处理（-）课程内容（1）几何光学A.射线理论及其应用B.临界角C.透镜D.折射率梯度变化系统（2）波动光学A.相速度B.群速度C.斯托克斯关系D.电介质薄膜中的干涉E.平板中光束的多次干涉F.法布里-珀罗干涉仪（二）教学要求（1）掌握射线理论与临界角的概念；（2）理解并掌握透镜、折射率梯度变化系统；（3）掌握相速度、群速度、斯托克斯关系的概念及公式；（4）掌握电介质薄膜中的干

5、涉的光程差公式；（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-珀罗干涉仪精细度系数与透射率公式（三）重点与难点（若不单独列出，需在教学要求中适当注明）（1）能够正确理解相速度与群速度的概念，并区分二者的内涵;（2）正确推导平板中光束多次干涉的反射率、透射率公式第三章电磁学基础（-）课程内容（1）麦克斯韦方程组（2）边界条件A.电场边界条件B.磁场边界条件（3）波动方程（4）时谐场（5）偏振波A.线偏振波B.圆偏振和椭圆偏振波（6）菲涅耳系数和相位A. TE偏振TM偏振（7）电介质界面反射造成的偏振（8）抗反射涂层（9）布拉格镜（10）古斯-汉欣位移（11）坡印亭定理（二）

6、教学要求（1）熟练掌握麦克斯韦方程组及边界条件；（2）掌握波动方程及时谐场右手定则；（3）理解偏振波；（4）掌握菲涅尔系数公式；（5）理解并掌握布儒斯特角公式；（6） 了解抗反射涂层；（7）掌握布拉格反射镜的工作原理。（三）重点与难点（若不单独列出，需在教学要求中适当注明）（1）麦克斯韦方程组及边界条件；（2）偏振波的各种情形；（3）菲涅尔系数和相位；（4）布儒斯特角；（5）布拉格镜第四章平板波导（一）课程内容（1）平板波导的射线光学A.数值孔径B.导波模式C.横向共振条件D.横向条件-归一化形式（2）电介质波导的电磁学理论基础A. 一般性讨论B.通用方程的简约形式（3）平面宽波导的波动方程（

7、4）三层对称的导波结构（TE模式）（3） 一维任意三层不对称平面波导的模式TE模式A. TE模式的场分布（6）二维结构（二）教学要求（1）理解并掌握数值孔径的概念及公式（2）理解并掌握有效导波系数的概念及公式（3）理解并掌握横向共振条件及横向条件-归一化形式的概念及公式（4） 了解电介质波导的主要模式（5）掌握一维任意三层不对称平面波导的模式的求解（6）掌握二维结构有效指数法的求解（三）重点与难点（若不单独列出，需在教学要求中适当注明）（1） 一维任意三层不对称平面波导的模式；(2)二维结构有效指数法第五章线性光纤和信号退化(一)课程内容(1)几何光学概述A.数值孔径(NA)B.多路径色散C.

8、光纤的信息运载能力D.硅光纤的损耗机制E.固有损耗F.外在损耗(2)柱坐标中的光纤模式A.柱坐标中的麦克斯韦方程B.柱坐标的波动方程C.柱坐标中波动方程的解D.边界条件和模式方程E.模式分类F. m=0时的模式G.弱导波近似(wga)H.统一表达式1 .基本模式HE11的通用关系J.单模光纤K.截止条件(3)色散A.群延时的概论.材料色散：谢米尔方程C.波导色散(4)传播中的脉冲色散(二)教学要求了解数值孔径、多路径色散的概念以及硅光纤的损耗机制;(2)掌握柱坐标中的光纤模式相关方程的求解；(3)理解色散的分类及相关概念。(三)重点与难点(若不单独列出，需在教学要求中适当注明)(1)柱坐标中波

9、动方程的求解；(2)几种导波模式和它们的特征方程第六章线性脉冲的传播(-)课程内容(1)基本脉冲A.矩形脉冲B.高斯脉冲C.超高斯脉冲D.例啾高斯脉冲(2)半导体激光器的调制A.调制制式B.波形的建立(3)存在色散时脉冲传播方程的简单推导(4)线性脉冲的数学理论(5)脉冲的传播A.例啾高斯脉冲传播的分析B.傅里叶变换的数值方法C.傅里叶分步变换法(二)教学要求(1)掌握矩形脉冲、高斯脉冲、超高斯脉冲、例啾高斯脉冲的公式及图形;(2)掌握半导体激光器的两种调制制式；(3)掌握存在色散时脉冲传播方程的简单推导；(4)掌握脉冲传播的分析方法。(三)重点与难点(若不单独列出，需在教学要求中适当注明)(

10、1)存在色散时脉冲传播方程的简单推导；(2)脉冲的传播第七章光接收器件(一)课程内容(1)主要特征A.接收器灵敏度B.动态范围C.比特率透明度D.比特图的独立性(2)光检测器A.光检测原理B.光检测器的性能参数C.光检测器噪声D.检测器的设计（3）接收器之分析A.理想光接收器的比特误差B.接收器的误差概率C.比特率和高斯噪声（4）光电接收器的建模（二）教学要求（1）掌握光检测器的相关内容，包括光检测原理、性能参数、噪声及设计。（2）掌握接收器的相关内容，包括接收器的比特误差、误差概率、比特误码率和高斯噪声。（三）重点与难点（若不单独列出，需在教学要求中适当注明）（1）光检测原理；（2）光接收器

11、的比特误码率和高斯噪声三、本课程开设的实验项目无四、学时分配及教学方法章（按序填 写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂 教学实 验上 机课程 实践小 计第一章22讲授法、演示法、问题式目标1第二章33讲授法、演示法、问题式目标1、2第三章44讲授法、演示法、问题式目标1、2第四章66讲授法、演示法、问题式目标1、2第五章77讲授法、演示法、问题式目标1、2第八早55讲授法、演示法、问题式目标1、2第七章55讲授法、演示法、问题式目标1、2合计3232注：1 .课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例

12、等教学方法）等。五、课程考核六、课程目标达成度评价考核形式考核要求考核权 重支撑的课 程目标备注课堂表现以随机的形式，在每章内容进行中或结束后，随堂测 试1-3题，主要考核学生课堂的听课效果和课后及时 复习消化本章知识的能力，结合平时的随机点名，进 行综合考核。10%目标1、2平时作业课后完成15-25个习题，主要考核学生对每章知识点 的复习、理解和掌握程度,计算全部作业的平均成绩。15%目标1、2期末考试采用闭卷考试，试卷题型包括简答题、计算题和程序 题等，其中考核光学及电磁学基础知识型题目占 30%,包括几何光学与波动光学基础知识占10%,电 磁学理论在光子学的运用占20%；考核针对光电子

13、器 件综合分析与计算的能力题目占70%o75%目标1、2课程目标达成度计算表如下:课程目标对应考核形式实际评测结果（学生达到的平均水平）对应总分达成度课程目标1平时成绩、期末 考试（课堂表现xl0%+平时作业xl5%） /2+期末考试对应试题平均分x75%25/2+期末考试对应试题总 分 x75%达成度=实际 测评结果/对 应总分课程目标2平时成绩、期末 考试（课堂表现xl0%+平时作业xl5%）/2+期末考试对应试题平均分x75%25/2+期末考试对应试题总 分 x75%达成度=实际 测评结果/对 应总分七、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）1 .沙定国主编误差分析与测

14、量不确定度评定，中国计量出版社，20032 .刘智敏著不确定度原理，中国计量出版社，19931 .廖延彪著光纤光学，清华大学出版社，20062 .曹庄琪著导波光学，科学出版社，20073 .张彤主编光电子物理及应用，东南大学出版社，2015年4 .宋贵才主编光波导原理与器件，清华大学出版社，2016年八、大纲说明（内容可包括课程基本要求、习题要求及其它一些必要的说明）1、把握主线，引导学生掌握光学、电磁学的基本理论、基本知识，并据此针对光学器件的工作 原理、工作模式，将光子学问题归结为数值求解问题，完成光子学问题的仿真计算并给出图形化的 显示结果。2、采用多媒体教学手段，穿插播放国外高校教学视频片段及相关领域科技前沿资讯，配合例题 的讲解及适当的思考题，保证讲课进度的同时，注意学生的掌握程度和课堂的气氛。2017年09月26日