4670 光电检测技术.docx

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1、湖北省高等教育自学考试大纲课程名称：光电检测技术课程代号：7084一、课程性质与设置目的（-）课程性质和特点光电检测技术是高等教育自学考试光信息科学与技术专业的一门基础专业课，它既有自身的理论体 系，又有很强的实践性。本课程的主要任务是使学生获得光电检测技术方面的基本理论，基本知识和基本技能，培养学生分析 问题和解决问题的能力。通过本课程的学习，使学生具备应用光电检测技术的能力。（二）本课程的基本要求1、熟悉以下基本概念：辐（射）能和光能辐（射）通量和光通量 辐（射）出（射）度和光出（射）度辐（射）强度和发光强度辐（射）亮 度和亮度 辐（射）效率与发光效率 辐照度与照度 辐照量与曝光量 光谱辐

2、射分布与量子流速率 黑体 普朗 克辐射定律 斯忒藩一波耳兹曼定律 维恩位移定律 人眼的视觉灵敏度 人眼的光谱光视效能 本征吸收 杂质吸收内光电效应 光电导效应 光生伏特效应 丹培效应 光磁电效应 光子牵引效应 光电发射效应 光电特性 伏安特性 温度特性 时间响应 噪声特性 光谱响应PSD灵敏度 量子效率 暗电流 电流放大倍 数（增益）暗电流 热释电效应自发辐射与受激辐射 粒子数反转（分布反转）谐振腔 光电信息变换CCD 电荷存储 电荷耦合图像增强管变像管CMOS固定阈值 浮动阈值。2、正确理解以下基本原理：1）光电效应。2）光电导器件（光敏电阻）工作原理。3）光生伏特器件（光电二极管、光电三极

3、管、光电池、PIN光电二极管、雪崩光电二极管、光电位置 传感器PSD）的工作原理。4）光电发射器件（光电管、光电倍增管）的工作原理。5）热辐射探测器（热敏电阻、热释电器件）的工作原理。6）发光器件与光电耦合器件的工作原理。7）光电信息变换的基本理论。8）图像信息变换器件（真空摄像管、CCD/CMOS,红外热成像、图像增强管和变象管）的工作原理。9）光电信号的数据采集与计算机接口技术的工作原理。3、正确运用下列光电探测器件1）光敏电阻。2）光电二极管、光电三极管、光电池、PIN型光电二极管、雪崩光电二极管和光电位置传感器。3）光电倍增管。4）热敏电阻与热释电器件。1 .真空摄像管 红外热成像图像

4、的增强与变像(1)识记：氧化铅摄像管的结构、氧化铅靶结构、热释电热像仪、像增强器和变像器。(2)领会：真空摄像管、图像的增强器与变像器的工作原理。2 .电荷耦合器件(1)识记：CCD图像传感器及结构、电荷转移效率与损失率、驱动频率。(2)领会：电荷存储、电荷耦合CCD的电极结构、电荷的注入和检测。3 . CMOS图像传感器(1)识记：CMOS图像传感器及组成(2)领会：CMOS图像传感器工作原理、CMOS图像传感器像敏单元结构。(3)简单应用：能分析线阵CCD和CMOS像敏单元结构的工作原理。第九章 光电信号的数据采集与计算机接口技术(-)学习目的与要求掌握光电信号的数据采集与计算机接口技术的

5、基本原理及简单应用。(二)课程内容第一节光电信号的二值化处理单元光电信号的二值化处理序列光电信号的二值化处理第二节光电信号的二值化数据采集与接口硬件二值化数据采集电路 边沿送数法二值化数据电路第三节光电信号的量化处理与A/D数据采集单元光电信号的量化处理 单元光电信号的A/D数据采集 序列光电信号的量化处理 (三)考核知识点1 .光电信号的二值化处理2 .光电信号的二值化数据采集与接口3 .光电信号的量化处理与A/D数据采集(四)考核要求1 .光电信号的二值化处理(1)识记：固定阈值法二值化处理电路和浮动阈值法二值化处理电路。(2)领会：固定阈值法二值化处理、浮动阈值法二值化处理和微分法实现的

6、二值化处理。2 .光电信号的二值化数据采集与接口(1)识记：硬件二值化数据采集、边沿送数法二值化数据采集方框图。(2)领会：硬件二值化数据采集、边沿送数法二值化数据的工作原理。3 .光电信号的量化处理与A/D数据采集识记：单元光电信号的量化处理、序列光电信号的量化处理。三、关于大纲的说明与考核实施要求（-）自学考试大纲的目的和作用课程自学考试大纲是根据专业自学考试计划的要求，结合自学考试的特点而确定。其目的是对个人自 学、社会助学和课程考试命题进行指导和规定。课程自学考试大纲明确了课程学习的内容以及深广度，规定了课程自学考试的范围和标准。因此，它 是编写自学考试教材、掌握课程内容知识范围和程度

7、的依据，也是进行自学考试命题的依据。（-）课程自学考试大纲与教材的关系课程自学考试大纲是进行学习和考核的依据，教材是学习掌握课程知识的基本内容与范围，教材的内 容是大纲所规定的课程知识和内容的扩展和发挥。本大纲与教材所体现的课程内容一致；大纲里面的课程内容和考核知识点与教材里面相关内容一致。 反过来教材里有的内容，大纲里就不一定体现。（三）关于自学教材与主要参考书1 .使用教材：光电技术编者：缪家鼎等编出版社：浙江大学出版社（暂定）2 .推荐教材.：光电技术（第五版）（2006年）编者：王庆有主编出版社：电子工业出版社（四）关于自学要求和自学方法的指导本大纲的课程基本要求是依据专业考试计划和专

8、业培养目标而确定的。课程基本要求还明确了课程的 基本内容，以及对基本内容掌握的程度。基本要求中的知识点构成了课程内容的主体部分。因此，课程基 本内容掌握程度、课程考核知识点是高等教育自学考试考核的主要内容。在自学要求中，对各部分内容掌握程度的要求由低到高分为四个层次，其表达用语依次为：了解、知 道；理解、清楚；掌握、会用；熟练掌握。为了有效地指导个人自学和社会助学，本大纲已指明了课程的重点和难点，在各章节的基本要求中也 指明了各章内容的重点和难点。本课程共4学分。为了使学生能够更好地适应自学，达到预期效果，希望学生在自学过程中注意以下几点：1、在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一

9、章的考核知识点及对知识点的能力层次 要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。2、阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须彻底弄清,对基本方法必须牢固掌握。3、在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整 理，这可从中加深对问题的认识、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自 学能力。4、完成书后作业和适当的辅导练习是了理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题及提 高能力的重要环节，在做练习之前，应认真阅读教材，按考核目标所要求的不同层次，掌握教材内容, 在练习过程中对所学知识进

10、行合理的回顾与发挥，注重理论联系实际和具体问题具体分析，解题时应 注意培养逻辑性，针对问题围绕相关知识点进行层次（步骤）分明的论述或推导，明确各层次（步骤） 间的逻辑关系。（五）对社会助学的要求本课程共4学分，建议总课时72学时，助学理论课时分配如下：章次内容学时1光电技术基础62光电导器件63光生伏特器件144光电发射器件85热辐射探测器件66发光器件与光电耦合器件47光电信息变换88图像信息的光电变换129光电信号的数据采集与计算机接 口技术8合 计72在助学活动中：1 .应熟知考试大纲对课程所提出的总的要求和各章的知识点。2 .应掌握各知识点要求达到的层次，并深刻理解各知识点的考核要求。

11、3 .辅导时，应注意联系实际，对学生的学习进行指导。4 .注意引导学生注重基本概念、基本原理、基本方法的掌握。5 .注意培养学生的自学能力，引导学生学会独立学习、独立思考，解决问题。（六）对考核内容和考核目标的说明1 .本课程要求考生学习和掌握的知识点内容都作为考核的内容。课程中各章的内容均由若干知识点组 成，在自学考试中成为考核知识点。因此，课程自学考试大纲中所规定的考试内容是以分解为考核知识点 的方式给出的。由于各知识点在课程中地位、作用以及知识自身的特点不同，自学考试将对各知识点分别 按四个认知（或叫能力）层次确定其考核要求。2 .四个能力层次由低到高依次是：识记、领会、简单应用、综合应

12、用。识记：要求考生能够对大纲中的知识点，如定义、定理、公式、性质、法则等有清晰准确的认识，并能做出正确的判断和选择。领会：要求考生能够对大纲中的概念、定理、公式、法则等有一定的解释，清楚它与有关知识点的联 系与区别，并能做出正确的表述和解释。简单应用：要求考生能够运用本大纲中各部分的少数几个知识点，解决简单的计算、证明或应用问题。综合应用：要求考生对大纲中的概念、定理、公式、法则熟悉和理解的基础上，会运用多个知识点， 分析、计算或推导解决稍复杂的一些问题。（七）关于考试命题的若干规定1 .考试方式为闭卷，笔试，考试时间为150分钟，评分采用百分制，60分及格，考试时允许带钢笔、 铅笔、直尺、橡

13、皮、计算器。2 .本大纲各章所规定的基本要求、知识点及知识点下的知识细目，都属于考核的内容。考试命题覆盖 到章，并适当考虑课程重点、章节重点，加大重点内容的覆盖度。3 .命题不应有超出大纲中考核知识点范围的题，考核目标不得高于大纲中所规定的相应的最高能力层 次要求。命题应着重考核自学者对基本概念、基本知识和基本理论是否了解或掌握，对基本方法是否会用 或熟练。不应出与基本要求不符的偏题或怪题。4 .本课程在试卷中对各能力层次要求的分数比例大致为：识记占20%,领会占30%,简单应用占30%, 综合应用占20%。5 .要合理安排试题的难易程度，试题难度可分为：易、较易、较难和难四个等级，每份试卷中

14、不同难 度试题分数比例一般为：2： 3： 3： 2O6 .主要题型一般有：名词解释、单项选择题、填空题、简答题、计算题等。附录题型举例（一）、名词解释光通量（二八单项选择题硅光电池在 情况下有最大的功率输出。A开路 B自偏置 C零伏偏置D反向偏置（三）、填空题本征半导体的禁带宽度为Eg,能发生本征吸收的光波波限是 o（四八简答题光生伏特器件有几种偏置电路？各有什么特点？（五八计算题光电倍增管GDB44F的阴极光照灵敏度为0. 5 u A/lm,阳极灵敏度为50A/lm,要求长期使用时阳极允 13许电流限制在2 uA以内。求：（1）阴极面上允许的最大光通量。（2）当阳极电阻为75KQ时，最大的输

15、出电压。（3）若已知该光电倍增管为12级的Cs3sb倍增极，其倍增系数5 = 0.2（。）。实计算它的供电电压。（4）当要求输出信号的稳定度为1%时，求高压电源电压的稳定度。5）发光器件与光电耦合器件。6）电荷耦合器件CCD与CMOS图像传感器。（三）本课程与相关课程的联系、分工本课程是高等教育自学考试光信息科学与技术专业的一门专业基础课。本课程的先修课程是物理、 电路理论、模拟电子电路和微型计算机原理与接口技术。物理阐述了半导体器件的一些物理 概念，电路理论解决模拟电子理论分析与计算问题。模拟电子电路解决模拟电子技术的基本分析方 法、基本理论和电子电路的实践技能问题，微型计算机原理与接口技术

16、解决计算机原理与接口技术问 题，本课程主要解决将光信息转换为电信息的主要光电器件及电信息如何检测等问题。二、课程内容与考核目标第一章光电技术基础（-）学习目的与要求要求学生掌握光的基本度量方法和度量参数基础、物体热辐射的基本定律和光与物质作用产生的光电 效应。重点理解光辐射的度量和光电效应。（二）课程内容第一节光辐射的度量与光源有关的辐射度参数与光度参数与接收器有关的辐射度参数与光度参数第二节光谱辐射分布与量子流速率光源的光谱辐射分布参量量子流速率第三节物体热辐射黑体辐射定律 辐射体的分类及其温度表示第四节辐射度参数与光度参数的关系人眼的视觉灵敏度人眼的光谱光视效能第五节半导体对光的吸收物质对

17、光吸收的一般规律半导体对光的吸收第六节光电效应内光电效应光电发射效应（三）考核知识点1 .辐射度参数和光度参数的若干基本参数2 .物体热辐射的若干定律3 .半导体对光的吸收及光电效应（四）考核要求1 .辐射度参数和光度参数的若干基本参数（1）识记：辐（射）能和光能 辐（射）通量 辐（射）出（射）度和光出（射）度 辐（射）强度 辐（射）亮度和亮 度辐（射）效率与发光效率辐照度与照度人眼的光谱光视效能。（2）领会：光通量 发光强度 人眼的视觉灵敏度.（3）简单应用：光谱辐射与光通量间的换算2 .物体热辐射的若干定律（1）识记：普朗克辐射定律（2）简单应用：根据斯忒藩一波耳兹曼定律和维恩位移定律计算

18、相应的物理量3 .半导体对光的吸收及光电效应4 1）识记：本征吸收杂质吸收激子吸收光电导效应光生伏特效应单培效应光磁电效应光 子牵引效应 光电发射效应5 2）简单应用 根据本征吸收、杂质吸收或光电发射效应计算相应的物理量第二章光电导效应（-）学习目的与要求要求学生掌握光敏电阻的基本原理、基本特性。重点掌握光敏电阻的变换电路及其分析方法。（-）课程内容第一节光敏电阻的原理与结构光敏电阻的基本原理 光敏电阻的基本结构 典型光敏电阻第二节光敏电阻的基本特性光电特性伏安特性温度特性时间响应噪声特性光谱响应第三节光敏电阻的变换电路基本偏置电路 恒流电路 恒压电路第四节光敏电阻的应用举例（三）考核知识点1

19、 .光敏电阻的原理与基本特性2 .光敏电阻的变换电路（四）考核要求1 .光敏电阻的原理与基本特性（1）识记：光电特性 伏安特性 温度特性 时间响应 噪声特性 光谱响应。（2）领会：光敏电阻的原理。2 .光敏电阻的变换电路（1）领会：基本偏置电路（2）综合应用：根据具体电路（恒流电路、恒压电路）计算输出信号入射光敏电阻光通量之间关系。第三章 光生伏特器件（-）学习目的与要求要求学生了解光生伏特器件的基本知识，理解光生伏特器件PN结的形成及特性，掌握光电二极管、 光电三极管、光电池、PIN光电二极管、雪崩光电二极管光电位置传感器的物理结构、工作原理、特性曲 线和主要参数，掌握这些器件的基本电路及其

20、分析方法。（二）课程内容第一节硅光电二极管硅光电二极管的工作原理光电二极管的基本特性第二节其他类型的光生伏特器件PIN型光电二极管 雪崩光电二极管 硅光电池 光电三极管 光电位置敏感器件（PSD）第三节光生伏特器件的偏置电路反向偏置电路 零伏偏置电路第四节半导体光电器件的特性参数与选择半导体光电器件的特性参数半导体光电器件的应用选择（三）考核知识点1 .硅光电二极管、光电三极管的工作原理与基本特性2 .光电池的工作原理3 .特殊光电光电器件4 .光生伏特器件的偏置电路（四）考核要求1 .硅光电二极管、光电三极管的工作原理与基本特性(1)识记：光电二(三)极管的基本结构、光电二(三)极管的灵敏度

21、、光谱响应、时间响应、噪声。领会：硅光电二极管、光电三极管的工作原理。简单应用：应用光电二极管的电流方程进行简单计算。2 .光电池的工作原理(1)识记：光电池的基本结构。(2)领会：光电池的工作原理、硅光电池的输出功率。(3)简单应用：会应用电流方程计算开路电压、短路电流。3 .特殊光电器件识记：PIN型光电二极管、雪崩光电二极管和光电位置敏感器件的基本结构。领会：PIN型光电二极管、雪崩光电二极管和光电位置敏感器件的工作原理。简单应用：会根据电流倍增系数进行简单计算。4 .光生伏特器件的偏置电路识记：反向偏置电路、零偏置电路。(2)简单应用：会应用输出电流、电压与辐射量间的关系进行简单计算。

22、第四章光电发射器件(-)学习目的与要求要求掌握光电倍增管的结构、工作原理，理解光电倍增管的灵敏度、电流放大倍数，重点掌握光电倍 增管的工作原理，能计算光电倍增管的主要特性参数。(二)课程内容第一节光电发射阴极光电发射阴极的主耍特性参数 光电阴极材料第二节 真空光电管与光电倍增管的工作原理真空光电管的原理 光电倍增管第三节光电倍增管的基本特性灵敏度 电流放大倍数(增益)暗电流噪声伏安特性线性疲劳与衰老第四节光电倍增管的供电电路电阻分压式供电电路 末级的并联电容 电源电压的稳定度第五节光电倍增管的典型应用光谱探测领域的应用时间分辨荧光免疫分析中的应用(三)考核知识点1 .光电发射阴极的主要特性参数

23、2 .光电倍增管的工作原理3 .光电倍增管的基本特性4 .光电倍增管的供电电路(四)考核要求1 .光电发射阴极的主要特性参数(1)识记：光电阴极的光谱灵敏度、积分灵敏度、光谱响应和暗电流，常用的光电阴极材料。领会：量子效率。2 .光电倍增管的工作原理识记：光电倍增管的结构。领会：光电倍增管的工作原理。3 .光电倍增管的基本特性(1)识记：阴极灵敏度、阳极灵敏度、暗电流、噪声、伏安特性、线性和疲劳与衰老。领会：电流放大倍数。4 .光电倍增管的供电电路识记：电阻分压式供电电路。(2)领会：电源电压的稳定度。(3)综合应用：光电倍增管电路相关物理量的计算。第五章热辐射探测器件(-)学习目的与要求要求

24、学生了解热辐射探测器件的工作原理、基本特性、热辐射探测器件的工作电路和典型应用。(二)课程内容第一节热辐射的一般规律第二节热敏电阻与热电堆探测器第三节热释电器件(三)考核知识点1 .热敏电阻2 .热释电器件(四)考核要求1 .热敏电阻识记：热敏电阻的原理、结构及材料，热电偶探测器的工作原理2 .热释电器件(1)识记：热释电效应。(2)领会：热释电器件的基本工作原理。第六章 发光器件与光电耦合器件(-)学习目的与要求要求掌握发光器件与光电耦合器件的工作原理。了解半导体激光器的发光原理。(二)课程内容第一节发光二极管的基本工作原理与特性发光二极管的发光机理基本结构LED的特性参数驱动电路第二节发光

25、二极管的应用数字、文字及图像显示 指示、照明 光源第三节半导体激光器半导体激光器的发光原理半导体激光器的结构第四节光电耦合器件光电耦合器件的结构与电路符号光电耦合器件的特性参数第五节光电耦合器件的应用(三)考核知识点1 .发光二极管的基本工作原理与特性2 .半导体激光器3 .光电耦合器件(四)考核要求1 .发光二极管的基本工作原理与特性(1)识记：发光二极管结构、发光光谱、发光效率、时间响应与温度特性、发光亮度与电流的关系、最 大工作电流和伏安特性。(2)领会：发光二极管工作原理。2 .半导体激光器(1)识记：自发辐射与受激辐射、粒子数反转、谐振腔、半导体激光器结构。(2)领会：半导体激光器的

26、发光原理。3 .光电耦合器件识记：光电耦合器件的结构与电路符合、光电耦合器件的特性参数和光电耦合器件的抗干扰特性。领会：电流传输比。第七章光电信息变换(-)学习目的与要求要求学生熟悉信息存在与光学参量的方法或光学信息的类型，重点掌握光电信息变换的基本方法。(二)课程内容第一节光电信息变换的分类光电信息变换的基本形式光电信息变换的类型第二节光电变换电路的分类模拟光电变换电路 模-数光电变换电路第三节几何光学方法的光电信息变换长、宽尺寸信息的光电变换 位移信息的光电变换 速度信息的光电变换第四节物理光学方法的光电信息变换干涉方法的光电信息变换衍射方法的光电信息变换第五节时变光电信息的调制调制的基本

27、原理与类型 信号的调制 调制信号的解调(三)考核知识点1 .光电信息变换与光电变换电路的分类2 .几何光学方法的光电信息变换3 .物理光学方法的光电信息变换(四)考核要求1 .光电信息变换与光电变换电路的分类(1)识记：光电信息变换器、光电变换。(2)领会：信息载荷于光源的方式信息载荷于透明体的方式 信息载荷于反射光的方式 信息载 荷于遮挡光的方式 信息载荷于光学量化器的方式光通信方式的信息变换各种反馈的特点、模拟 光电变换模数光电变换。2 .几何光学方法的光电信息变换识记：长、宽尺寸信息的光电变换 位移信息的光电变换 速度信息的光电变换。领会：投影放大法激光三角法光学灵敏杠杆法激光扫描法像点

28、轴上偏移检测的光焦点法像 点轴外偏移检测的像偏移法 光电耦合器件（光电开关）测速 利用频闪式转速表测速3 .物理光学方法的光电信息变换识记：干涉方法的光电信息变换 衍射方法的光电信息变换（2）领会：光电干涉测量技术单频光相干的条纹检测双频光相干的差频检测夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费细丝衍射第八章图像信息的光电变换（-）学习目的与要求要求熟悉各种光学图像传感器的基本工作原理，重点掌握电荷耦合器件CCD与CMOS图像传感器的 工作原理、驱动原理及信号的处理。（二）课程内容第一节图像传感器简介第二节光电成像原理与电视制式光电成像原理电视制式第三节真空摄像管氧化铅摄像管的结构其他摄像管的靶面结构摄像管的性能参数第四节电荷耦合器件线阵CCD图像传感器 面阵CCD图像传感器第五节CMOS图像传感器CMOS成像器件的结构原理 典型CMOS图像传感器第六节红外热成像第七节图像的增强与变像（三）考核知识点1 .真空摄像管红外热成像图像的增强与变像2 .电荷耦合器件3 . CMOS图像传感器（四）考核要求