《光电世界》教学大纲

开课单位：物理系                    课程负责人：赵国忠

联合授课教师：    赵国忠,张  岩，何敬锁，崔海林

苏  波，王新柯, 冯胜飞, 赵源萌

课程代码：3062302                    课程名称：光电世界

课程英文名称：World of Optoelectronics and Information Technology

学分：2           学时：32          先修课程：高等数学,普通物理,计算机基础

课程简介

本课程分为十二个专题进行教学，内容涉及当前光电技术领域一些重要的成果与进展，同时也是光电信息工程专业若干重要课程的导论。这些专题如下：（1）光电世界导论；（2）太赫兹波谱与成像；（3）信息传递的载体-电和光；（4）光学信息处理；（5）微电子技术；（6）通信网技术；（7）太阳能光伏技术；（8）LED应用技术；（9）固态成像器件与应用；（10）激光技术与应用；（11）光信息存储技术；（12）虚拟仪器技术。

课程目的

本课程的目的在于让学生了解目前光电领域知识基础、研究和开发的一些主要技术及其应用，获得一些科普性的认识和对这个领域的一个大致的了解。

教学内容、授课教师和课时分配

    本课程由于涉猎面较广，将以专题讲座形式授课，由多位专业课骨干教师联合授课。具体授课教师、学时分配和教学内容如下：

专题名：光电世界导论

教师：赵国忠教授（博士）

课时：2学时

教学内容：

本专题是“光电世界”这门课的第一讲，是本课程的导论课。拟从电磁波谱的讲授出发，介绍光和电的共性与联系，再分别从光和电各自的角度谈它们的个性以及主要应用。具体内容包括光电技术发展的历史和现状，传统和现代科技在光电领域的成就和发展，特别是太赫兹电磁辐射在电子学与光子学之间架起一座“桥梁”，突出我校太赫兹光电子学研究方面一些情况介绍，包括太赫兹波简介、太赫兹波的性质、太赫兹辐射的产生与探测及其光谱、成像和通信研究简介。最后，本讲也将介绍这门课程各个专题的要点内容。

专题名：太赫兹波谱与成像

教师：赵国忠教授（博士）

课时：2学时

教学内容：

本专题将介绍太赫兹波的基本概念和性质，太赫兹辐射的应用前景和发展现状，太赫兹辐射的产生与探测方法，重点介绍太赫兹光谱技术和成像技术。

专题名：信息传递的载体---电和光

教师：何敬锁副教授（博士）

课时：2+2=4学时

教学内容：

本专题主要在通信技术所用频段的分析基础上讲述电通信和光通信的主要技术的特征和发展情况。包括：

（1）    电通信的发展历程，电信号的分类，电信号的基本分析方法（时域，频域），调制的基本概念。

（2）    通信系统的基本模型。

（3）    光通信系统的发展历程和趋势。

（4）    光纤的分类及特点。

（5）    各种各样的光通信器件。

（6）    近年来发展起来的光通信技术

（7）    光通信网络（选讲）

专题名：光学信息处理

教师：张岩研究员（博士）

课时：2学时

教学内容：

光学信息处理介绍利用光学的方法进行图像的处理、相关识别、图像隐藏等操作的基本方法及其应用，以及数字全息和计算全息以及衍射光学元件的基本原理和应用。主要内容有:

（1）   线性系统与傅立叶变换，

（2）   光的衍射与透镜的傅立叶变换，

（3）   光学图像的傅立叶频谱分析、空间滤波，

（4）   光学相关识别与图像加密，

（5）   全息基本原理，

（6）   计算全息及应用，

（7）  数字全息及应用。

专题名：微电子技术

教师：崔海林讲师（博士）

课时：2+2学时

教学内容：

微电子技术是现代电子信息技术的直接基础。微电子技术的发展将人类带入了电子时代。

本专题将介绍如下内容：

（1）    介绍半导体技术、微电子技术从50年代至今的发展历史及标志性事件。

（2）    介绍半导体材料、微电子器件的基本概念。

（3）    介绍集成电路、大规模集成电路基本知识、工艺制程、封装技术、可靠性技术。

（4）    介绍微电子技术的应用领域。

（5）    介绍微电子产业的全球发展现状与我国情况。

（6）    介绍微电子技术的未来发展方向。

专题名：通信网技术

教师：崔海林讲师（博士）

课时：2学时

教学内容：

随着通信技术及Internet的迅速发展，通信网络不断演进，网络带宽越来越高，各种新技术不断发展。本专题将介绍如下内容：

（1）  介绍通信网络的基本概念、交换技术、协议体系、组帧技术。

（2）  通信协议体系。

（3）  接入网技术。

（4）  光纤接入技术。

（5）  高速光传输骨干网的关键技术及应用。

专题名：太阳能光伏技术

教师：苏波副教授（博士）

课时：2+2学时

教学内容：

（1）    太阳能光伏电池的工作原理与结构

（2）    太阳能光伏电池的生产流程

（3）    太阳能光伏电池的分类

（4）    太阳能光伏电池元件的阵列结构

（5）    太阳能光伏电池的应用系统

（6）    国内外太阳能光伏发电技术现状及发展趋势

专题名：LED应用技术

教师：苏波副教授（博士）

课时：2学时

教学内容：

（1）   LED的结构及发光原理

（2）    LED的发展历程及应用领域

（3）    LED光源的特点

（4）    LED照明技术的发展

（5）    LED驱动技术

（6）    8段LED数码管驱动实例

专题名：固态成像器件与应用

教师：赵源萌讲师（博士）

课时：2学时

教学内容：

固态成像器件已成为图像获取的不可缺少的手段，并在从科学研究到消费电子领域的广泛应用。

本专题涉及固态成像器件的结构及原理，基本特点，信号读出方式，降噪，不同的阵列类型；及固态成像器件的应用。

专题名：激光技术与应用

教师：王新柯副教授（博士）

课时：2学时

教学内容：

本专题将介绍激光技术的发展历史和现状，激光技术的若干主要研究与应用领域，特别是激光技术在制造工业、测距与遥感、红外技术、超快光电子学和光谱学等方面的应用。讲授内容包括：

（1）激光的发展历史概况；

（2）激光的神奇特性（重点和难点）；

（3）教材和参考书，以及考核方式介绍。

要求学生了解激光的发展历史概况，从伟大科学家的探索过程中吸取宝贵经验和获得教益；掌握激光的独特特征，从而对激光及这门课有一个整体的认识。本专题将介绍激光技术的发展历史和现状，激光技术的若干主要研究与应用领域，特别是激光技术在制造工业、测距与遥感、红外技术、超快光电子学和光谱学等方面的应用。

专题名：光电信息存储技术与应用

教师：冯胜飞副教授（博士）

课时：2学时

教学内容：

    本讲介绍光电信息存储技术及其主要应用,首先介绍人类信息存储技术的发展简史,然后重点介绍光存储技术,包括光盘存储技术和全息存储技术,最后介绍光存储科学的前沿,包括近场光学存储技术、体全息光学存储技术、双光子双稳态三维数字存储技术和光谱烧孔存储技术等。

专题名：虚拟仪器技术

教师：赵国忠教授（博士）

课时：2学时

教学内容：

本专题介绍虚拟仪器的基本概念和构建方案，基于计算机的自动化测量与控制技术演化与进展，虚拟仪器与传统仪器相比较所体现的优势，虚拟仪器的软硬件架构和图形化编程方法，重点介绍虚拟仪器技术在教学、科研、自动化测控、工业生产、网络监控和航空航天与铁路通信等领域的应用。

课程要求

1、本课程是通识必修课，学生应按时到课，要记考勤；

2、每一讲结束后老师将留下1-2个思考题，作为期末考试要求的相关内容；

3、期末统一开卷考试，考试内容以上述思考题为考核范围；

4、课程结束时完成一个开放题目小论文，开放题目是：光电信息技术新进展及感想。要求不少于2500字，最后一次课提交书面报告，不接受打印稿。

参考书目

1、刘建宇，魏巍主编，《光电世界》，国防工业出版社，2004年

2、《光的世界》编写组，《光的世界》，世界图书出版公司，2010年。

3、萧泽新，《现代光电仪器共性技术与系统集成》，电子工业出版社，2009；

4、郭瑜茹，张朴，杨野平，王东军，《光电子技术及其应用》，化学工业出版社，2006；

5、王庆有主编，《光电技术》，电子工业出版社，2008；

6、张记龙，《光电信息技术与应用》，国防工业出版社，2008；

7、何兆湘，《光电信号处理》，华中科技大学出版社，2008

8. 雷玉堂，《光电信息技术》, 电子工业出版社，2011

选课指导：

    本课程由物理系光电信息专业教师集体开设，面向全校学生的科技类选修课。主要介绍光电信息技术的若干基本概念、发展情况、主要应用和相关的一些基础知识。

    特别建议数学、物理学、化学、生物学、光电信息专业、电子信息工程专业、应用数学专业、教育技术专业和地理信息专业本科生选修此课，有关内容将作为今后若干专业课程的导论课，后续课程有所衔接。