《光电技术原理》课程教学大纲（双语）Principle of Opto-electronics Technology（Optoelectronics and Photonics）

《光电技术原理（双语课程）》教学大纲 一、课程基本情况（中英文对照） 课程名称：光电技术原理，Principle of Opto-electronics Technology(0 ptoelectronics and Photonics) 课程编号： 课程总学时：40（其中，讲课32，实验8一，上机，实习 课程学分：2.5 课程分类：（填必修或选修） 必修 开课学期：（填秋或春或夏 开课单位： 工 学院 机电 芳 教研 室) 适用专业：测控技术与仪器 所需先修课：电子技术，物理（光学部分）》 课程负责人：周 强 二、课程内容简介（中英文对照） (包括课程性质、任务、主要内容、重点及深度等，字数约300-500字) 光电技术原理课程是测控技术与仪器专业光-机-电信息一体化课程体系中光电技术课 程模块的技术基础课。它的任务是为光电技术课程模块的其它专业课程奠定光电信息、信号 的采集、传输、处理和加工的理论基础。其主要课程内容包括：光波传输的介电特性、介电 波导与光学纤维、半导体科学与光发射二极管(LED)、受激辐射与激光器件、光电探测 器、光伏器件、光的偏振与调制共七部分。课程的重点在于使学生了解和掌握：光波在介质 中传播的波群特征和相干特性，阶梯型光纤波导的模数、扩散与传输光电带宽，半导体的补 赏掺杂对LED性能影响，半导体激光器件原理与特殊激光器件，光电探测器的量子效率、响 应特性和内增益雪崩效应，光伏器件的伏安特性和太阳能电池原理，利用双折射原理的电光 效应调制方法。课程的教学深度保证在使学生掌握各部分光电课程内容知识点的概念以及知 识面的理论描述和物理意义的理解，获得光电技术的原理内涵。 "Principle of Opto-electronics Technology"is a basic course of opto-electronic technology in the curriculum of integrated opto-mechano-electronic-information for Measurement Control Technology and Instruments Speciality.The task is to present a theoretical knowledge system about the opto-electronic technology curriculums. The main curricular contents involves seven sections:1.WAVe NATURE OF LIGHT:2.DIELECTRIC WAVEGUIDES AND OPTICAL FIBERS:3.SEMICONDUCTOR SCIENCE AND LIGHT EMITTING DIODES:4.STIMULATED EMISSION DEVICES LASERS:5. PHOTODETECTORS:6.PHOTOVOLTAIC DEVICES:7.POLARIZATION AND MODULATION OF LIGHT

《光电技术原理（双语课程）》教学大纲 一、课程基本情况（中英文对照） 课程名称：光电技术原理，Principle of Opto-electronics Technology（Optoelectronics and Photonics） 课程编号： 课程总学时： 40 (其中，讲课 32 ，实验 8 ，上机   ，实习    ) 课程学分：2.5 课程分类：（填必修或选修）    必修    开课学期：（填秋或春或夏）    春    开课单位：（    工   学院    机电    系             教研 室） 适用专业： 测控技术与仪器 所需先修课：电子技术，物理（光学部分） 课程负责人：周 强 二、课程内容简介（中英文对照） （包括课程性质、任务、主要内容、重点及深度等，字数约300-500字） 光电技术原理课程是测控技术与仪器专业光-机-电-信息一体化课程体系中光电技术课 程模块的技术基础课。它的任务是为光电技术课程模块的其它专业课程奠定光电信息、信号 的采集、传输、处理和加工的理论基础。其主要课程内容包括：光波传输的介电特性、介电 波导与光学纤维、半导体科学与光发射二极管（LED）、受激辐射与激光器件、光电探测 器、光伏器件、光的偏振与调制共七部分。课程的重点在于使学生了解和掌握：光波在介质 中传播的波群特征和相干特性，阶梯型光纤波导的模数、扩散与传输光电带宽，半导体的补 赏掺杂对LED性能影响，半导体激光器件原理与特殊激光器件，光电探测器的量子效率、响 应特性和内增益雪崩效应，光伏器件的伏安特性和太阳能电池原理，利用双折射原理的电光 效应调制方法。课程的教学深度保证在使学生掌握各部分光电课程内容知识点的概念以及知 识面的理论描述和物理意义的理解，获得光电技术的原理内涵。 "Principle of Opto-electronics Technology" is a basic course of opto-electronic technology in the curriculum of integrated opto- mechano- electronic- information for Measurement & Control Technology and Instruments Speciality. The task is to present a theoretical knowledge system about the opto-electronic technology curriculums. The main curricular contents involves seven sections: 1. WAVE NATURE OF LIGHT；2. DIELECTRIC WAVEGUIDES AND OPTICAL FIBERS；3. SEMICONDUCTOR SCIENCE AND LIGHT EMITTING DIODES；4. STIMULATED EMISSION DEVICES LASERS；5. PHOTODETECTORS；6. PHOTOVOLTAIC DEVICES； 7. POLARIZATION AND MODULATION OF LIGHT

The emphasis of this course for teaching is to promote the students master following knowledge:the wavegroup characteristics and coherence property of light in the propagation;the model,dispersion,opto-electronic bandwidth of step index fiber waveguide;the effect of semiconductor compensation doping on LED property;the principle of semiconductor Laser device and the special Laser devices;the quantum efficiency,responsivity,and internal gain avalanche effect;the I-A property of photovoltaic device and the solar cell principle;the electro-optic modulation of light using the birefringent principle. The teaching of this course should reach this level that the students fully master the principle concepts,theoretical depiction and physical significance understanding about the knowledge of the opto-electronic technology. 三、各部分教学纲要（无实验、实习的课程，不写以下第2部分；纯实验、实习课程，不写以下第1部 分) 1、课堂讲授部分教学内容要点、基本要求及学时数等： 第-一章光的波动性(Wave Nature of Light)：6学时. 1.I均匀介质中的光波(Light Wave in a Homogeneous Medium) A.平面电磁波(Plane electromagnetic wave) 了解平面电磁波的传播方程()，以及传播常数（波数）、相位、波前、波矢、相位速度等概 念 B.麦克斯韦尔波动方程和发散波(Maxwell's wave equation and diverging wave) 了解麦克斯韦尔电磁波动方程(5)，以及球面波、光学发散、光束直径、腰径、光斑尺寸、 光束发散等概念。 1.2折时率(Refractive Index) 了解折射率的物理意义和定义，以及光学各向同性和光学各向异性的概念。 1.3波群速率与波群指数(Group Velocity and Group I 了解光波包络、波群速率、介质的波群指数、扩散介质等概念， I.4磁场，辐照度，Poynting矢量(Magnetic Field,Irradiance,.and Poynting Vector) 了解光波的磁场和电场分量以及它们的关系，认识光能的表示参量s及其(Poynting)矢量的意 义，辐照度、瞬时辐照度、平均辐照度的意义与关系。 L,5斯仍尔定律及全内反射(and Tota TR 了解折射光的产生，S's定律的表达与意义，临界角c、全内反射的意义与定义 L.6佛里斯乃尔方程(Fresnel's Equations) A.幅值反射和传输系数(Amplitude reflection and transmission coefficients) 了解幅值反射、传输系数、横向电场、横向磁场、偏振光、内反射、外反射等概念！ B.强度、反射率和传输系数(Intensity,reflectance,and transmittance) 了解光的强度、反射率和传输系数的意义 7多重干涉和光学谐振器(Multiple Interference and Optical Resonators) 了解光学谐振器及其谐振频率、谐振腔模式、自由光谱范围、光谱宽度、精细度等概念与意义

The emphasis of this course for teaching is to promote the students master following knowledge: the wavegroup characteristics and coherence property of light in the propagation; the model, dispersion, opto-electronic bandwidth of step index fiber waveguide; the effect of semiconductor compensation doping on LED property; the principle of semiconductor Laser device and the special Laser devices; the quantum efficiency, responsivity, and internal gain avalanche effect; the I-A property of photovoltaic device and the solar cell principle; the electro-optic modulation of light using the birefringent principle. The teaching of this course should reach this level that the students fully master the principle concepts, theoretical depiction and physical significance understanding about the knowledge of the opto-electronic technology. 三、各部分教学纲要(无实验、实习的课程，不写以下第2部分；纯实验、实习课程，不写以下第1部 分) 1、课堂讲授部分教学内容要点、基本要求及学时数等； 第一章 光的波动性（Wave Nature of Light）： 6学时。 1．1 均匀介质中的光波（Light Wave in a Homogeneous Medium） A. 平面电磁波( Plane electromagnetic wave ) 了解平面电磁波的传播方程（1），以及传播常数（波数）、相位、波前、波矢、相位速度等概 念。 B. 麦克斯韦尔波动方程和发散波( Maxwell’s wave equation and diverging wave ) 了解麦克斯韦尔电磁波动方程（5），以及球面波、光学发散、光束直径、腰径、光斑尺寸、 光束发散等概念。 1．2 折射率（Refractive Index） 了解折射率的物理意义和定义，以及光学各向同性和光学各向异性的概念。 1．3 波群速率与波群指数( Group Velocity and Group Index ) 了解光波包络、波群速率、介质的波群指数、扩散介质等概念。 1．4 磁场，辐照度，Poynting 矢量（Magnetic Field, Irradiance, and Poynting Vector） 了解光波的磁场和电场分量以及它们的关系，认识光能的表示参量S 及其（Poynting）矢量的意 义，辐照度、瞬时辐照度、平均辐照度的意义与关系。 1．5 斯乃尔定律及全内反射 ( Snell’s Law and Total Internal Reflection—TIR ) 了解折射光的产生，Snell’s 定律的表达与意义，临界角qc、全内反射的意义与定义。 1．6 佛里斯乃尔方程( Fresnel’s Equations ) A. 幅值反射和传输系数 (Amplitude reflection and transmission coefficients ) 了解幅值反射、传输系数、横向电场、横向磁场、偏振光、内反射、外反射等概念。 B. 强度、反射率和传输系数 (Intensity, reflectance, and transmittance ) 了解光的强度、反射率和传输系数的意义。 1．7 多重干涉和光学谐振器（Multiple Interference and Optical Resonators） 了解光学谐振器及其谐振频率、谐振腔模式、自由光谱范围、光谱宽度、精细度等概念与意义

I.8古斯-汉克位移与光学调谐(Goos-Hanchen Shift and Optical Tunneling) 了解虚拟反射的Goos-Hanchen位移、光学调谐、失效全内反射的概念与意义。 10时间知空间招干T心 ce 了解全相干、相干时间、相干长度、相干光谱宽度、时间相干、空间相干等概念。 1.l0衍射原理(Diffraction Principles)[略] 第二章电介质波导与光学纤维(Dielectronic Waveguides and Optical Fibers):6学时。 2.I对称平面电介质平板波导(Dielectronic Waveguides) A.波导条件(Vaveguide condition) 了解电介质波导的结构和原理，掌握波导条件方程；根据图2.6，掌握光的波导传播模式和模 数的概念和意义 B.单模与多模波导(Single and multimode waveguide】 了解模数m必须满足的条件，以及V数(V参数、标准化厚度、标准化频率)的概念与意义。 C.横向电场和横向磁场的模式(TE and TM modes)) (略) 2.2平面波导中模式及波导的扩散(Modal and Waveguide Dispersion in the Planar Waveguide) A.波导扩散图(Waveguide dispersion diagram) B.模间扩散(Intermodal dispersion) C.模内扩散(Intramodal dispersion) 综合A,B,C,根据图2.10所示的扩散图，理解波导扩散的模间扩散和模内扩散，掌握摸内扩散 的波导扩散、 材料扩散等内容。 2.3阶梯型折射率光纤(Step Index Fiber) 根据图2.12所示的光纤结构，理解标准化折射率差△的概念与意义，了解子午线和螺旋线入射 光束的传播波特征，以及入射光束的线性偏振现象，及其基本模式（图2.12）。 2.4数值孔径(Numerical Aperture) 依据图2.16，理解光纤的数值孔径N4以及最大接受角cmax的意义和表达。 2.5单模光纤中的扩散(Dispersion in Single Mode Fibers)) A.材料扩散(Material dispersion) 了解材料扩散、材料扩散系数及意义，以及其所导致的波群延迟g。 B.波导扩散(Waveguide dispersion) 了解波导扩散以及波导扩散系数，及其物理意义。 C.色散或总扩散(Chromatic dispersion or total dispersion) 了解色散及色散系数，以及其所决定的散位移光纤 D.轮廓及偏振扩散效应(Profile and polarization dispersion effects) 了解轮廓扩散、轮廓扩散系数，偏振扩散及其产生条件。 E.平滑扩散光纤(Dispersion flattened fibers) 依据图2.20，理解平滑扩散光纤及其意义

1．8 古斯-汉克位移与光学调谐（Goos-Hanchen Shift and Optical Tunneling） 了解虚拟反射的Goos-Hanchen位移、光学调谐、失效全内反射的概念与意义。 1．9 时间和空间相干(Temporal and Spatial Coherence) 了解全相干、相干时间、相干长度、相干光谱宽度、时间相干、空间相干等概念。 1．10 衍射原理 (Diffraction Principles) [略] 第二章 电介质波导与光学纤维（Dielectronic Waveguides and Optical Fibers）： 6学时。 2．1 对称平面电介质平板波导（Dielectronic Waveguides） A. 波导条件（Waveguide condition） 了解电介质波导的结构和原理，掌握波导条件方程；根据图2.6，掌握光的波导传播模式和模 数的概念和意义。 B. 单模与多模波导（Single and multimode waveguide） 了解模数m必须满足的条件，以及V-数（V-参数、标准化厚度、标准化频率）的概念与意义。 C. 横向电场和横向磁场的模式（TE and TM modes） （略） 2．2 平面波导中模式及波导的扩散（Modal and Waveguide Dispersion in the Planar Waveguide） A. 波导扩散图（Waveguide dispersion diagram） B. 模间扩散（Intermodal dispersion） C. 模内扩散（Intramodal dispersion） 综合A, B, C, 根据图2.10所示的扩散图，理解波导扩散的模间扩散和模内扩散，掌握模内扩散 的波导扩散、材料扩散等内容。 2．3 阶梯型折射率光纤（Step Index Fiber） 根据图2.12所示的光纤结构，理解标准化折射率差D的概念与意义，了解子午线和螺旋线入射 光束的传播波特征，以及入射光束的线性偏振现象，及其基本模式（图2.12）。 2．4 数值孔径（Numerical Aperture） 依据图2.16，理解光纤的数值孔径NA以及最大接受角amax的意义和表达。 2．5 单模光纤中的扩散（Dispersion in Single Mode Fibers） A. 材料扩散（Material dispersion） 了解材料扩散、材料扩散系数及意义，以及其所导致的波群延迟tg。 B. 波导扩散（Waveguide dispersion） 了解波导扩散以及波导扩散系数，及其物理意义。 C. 色散或总扩散（Chromatic dispersion or total dispersion） 了解色散及色散系数，以及其所决定的扩散位移光纤。 D. 轮廓及偏振扩散效应（Profile and polarization dispersion effects） 了解轮廓扩散、轮廓扩散系数，偏振扩散及其产生条件。 E. 平滑扩散光纤（Dispersion flattened fibers） 依据图2. 20，理解平滑扩散光纤及其意义

2.6字节速率、扩散，电和光带宽(Bit-Rate,Dispersion,Electrical and Optical Bandwidth) A.字节速率和扩散(Bit-Rate and Dispersion) 根据图2.22，理解光纤通讯中的字节速率和扩散效应，了解半功率波形全宽（WHP)以及最 大字节速率B的概念和意义：根据图2.23，理解回零字节速率（数据率）和非回零字节速率的概念与 意义。 B.电和光波的带宽(Electrical and Optical Bandwidth) 根据图2.24，理解光纤通讯中由于带宽导致的扩散效应 2.7梯度折射率光纤(The graded Index Optical Fiber) 了解梯度折射率光纤的概念、意义及作用。 2.8光吸收与散射(Light Absorption and Seattering）) 了解晶格吸收和瑞利散射概念与意义。 2.9光纤中的衰减(Attenuation in Optical Fibers) 了解光纤的衰减系数，结合图2-31了解硅基光纤的最小衰减波段及其应用意义，结合图2-32了解硅 基光纤的微弯曲损失及其意义 2.10光纤制造(F ber r Manufacture) 了解光线制造中纤心拉制(Fiber Drawing)和薄层气相沉积(Outside Vapor Deposition- OVD)制造方法。 第三章半导体科学与光发射二极管(Semiconductor Science and Light Emitting Diodes):4学 时 3.I半导体概念与能带(Semiconductor Concepts and Energy Bands) A.能带图(Energy B nd Diagram) 依据图31,3-2，理解半导体的能带和带隙，以及光子对电子的激发条件，电子和空穴的产生 和复合。 B.半导体统计学(Semiconductor Statistics)) (略) C.本征半导体(Intrinsic Semiconduct 了解型半导体、p-型半导体，以及电子和空穴的迁移率，少数载流子和多数载流子的概念与 意义。 D.补偿掺杂(Compensation Doping) 理解补偿掺杂的概念意义与目的。 E.退化和非退化半导体(Degenerate and Non-degenerate Semiconductors) 了解退化与非退化半导体的 既念与意义 E施加电场的能带图(Energy Band Diagram Field) 结合图3.9了解电场作用下的半号体能带特征。 3.2直接与间接带隙半导体(Direct and Indirect Band-gap Semiconductors:E-k diagrams) 了解量子力学理论的薛定格方程，和B1loch波函数，依据图3.12了解直接带隙半导体和间接带隙半 导体的概念、意义与作用

2．6 字节速率、扩散，电和光带宽（Bit-Rate, Dispersion, Electrical and Optical Bandwidth） A. 字节速率和扩散（Bit-Rate and Dispersion） 根据图2. 22, 理解光纤通讯中的字节速率和扩散效应，了解半功率波形全宽（FWHP）以及最 大字节速率B的概念和意义；根据图2. 23, 理解回零字节速率（数据率）和非回零字节速率的概念与 意义。 B. 电和光波的带宽（Electrical and Optical Bandwidth） 根据图2. 24, 理解光纤通讯中由于带宽导致的扩散效应。 2．7 梯度折射率光纤（The graded Index Optical Fiber） 了解梯度折射率光纤的概念、意义及作用。 2．8 光吸收与散射（Light Absorption and Scattering） 了解晶格吸收和瑞利散射概念与意义。 2．9 光纤中的衰减（Attenuation in Optical Fibers） 了解光纤的衰减系数，结合图2-31了解硅基光纤的最小衰减波段及其应用意义，结合图2-32了解硅 基光纤的微弯曲损失及其意义。 2．10 光纤制造（Fiber Manufacture） 了解光线制造中纤心拉制（Fiber Drawing）和薄层气相沉积（Outside Vapor Deposition— OVD）制造方法。 第三章 半导体科学与光发射二极管（Semiconductor Science and Light Emitting Diodes）： 4学 时。 3．1 半导体概念与能带（Semiconductor Concepts and Energy Bands） A. 能带图（Energy Band Diagram） 依据图3-1，3-2，理解半导体的能带和带隙，以及光子对电子的激发条件，电子和空穴的产生 和复合。 B. 半导体统计学（Semiconductor Statistics） （略） C. 本征半导体（Intrinsic Semiconductors） 了解n-型半导体、p-型半导体，以及电子和空穴的迁移率，少数载流子和多数载流子的概念与 意义。 D. 补偿掺杂（Compensation Doping） 理解补偿掺杂的概念意义与目的。 E. 退化和非退化半导体（Degenerate and Non-degenerate Semiconductors） 了解退化与非退化半导体的概念与意义。 F. 施加电场的能带图（Energy Band Diagram in an Applied Field） 结合图3.9 了解电场作用下的半导体能带特征。 3．2 直接与间接带隙半导体（Direct and Indirect Band-gap Semiconductors：E-k diagrams） 了解量子力学理论的薛定格方程，和Bloch波函数，依据图3.12 了解直接带隙半导体和间接带隙半 导体的概念、意义与作用

3.3pn-结原理(pn-Junction Principles) A开路状态(Open Ciicuit 了解开路半导体p结的特性，以及空间荷电层、耗尽区、自建电场等概念 B.正偏状态(Forword Bias) 依据图3.14，理解n-结正向偏压状态下的工作原理，以及少数载流子注入过程和意义作用，并 依据图3.16理解"平均空穴复合时间"、"平均电子复合时间"等概念。 C.反偏状态(Reverse Bias) 依据图3.18，理解n-结反向偏压状态下的工作原理以及反偏状态下的空穴电场变化：了解反向 饱和电流密度、电子空穴对的平均产生时间等概念。 D.耗尽层电容(Depletion Layer Capacity) 了解耗尽层电容的定义和意义。 E.复合寿命(Recombination Lifetime) 了解过剩少数载流子复合寿命的概念与意义。 结合能开”正和版的”能带国，了手于耗尽区电子空六对的 结合图3.2 产生所导致的反向电流。 3.5光发射二极管(Light Emission Diodes) 了解光发射二极管的原理、结构与材料类型，以及活性区、注入电发光等概念与意义。 3.6光发射二极管材料(LED Materials) 了解-V族元素组成的三元合金以及其掺杂的合金的能带与带隙，了解等电杂质、外光电效率 等概念与意义 3.7异质结高强度发光二 官 (Hetero-junction High Intensity LEDs) 结合图3-26，了解异质结的概念，以及异质结器件、双异质结构等。 3.8发光二极管的特性(LED Characteristics) 结合图3-28，了解发光二极管输出光谱的线宽、接通电压等特性。 3.9光纤通讯用的发光二极管(LEDs for Optical Fiber Communications)) 了解表面发射和侧部发射的LED,以及其与光纤耦合的球型透镜、梯度折射率棒型透镜等方 式。 第四章受激辐射器件激光器(Stimulated Emission Devices Lasers)：6学时。 4.1受激发射与光子放大(Stimulated Emission and Photon Amplification) 结合图4-1，了解受激发射的原理以及聚集数反转的意义，结合图4-2理解光学泵浦的意义与作 用，以及受激发射的光放大过程。 4.2受激发射速率与爱因斯t坦系数(Stimulated Emission Rate and Einstein Coefficient) 了解受激辐射速率关系式，以及爱因斯坦系数的表达与意义 4.3光纤放大器(Optical Fiber Amplifiers) 了解铒掺杂的光纤放大器的作用原理，并结合图44理解光放大作用过程。 4.4气体激光器：氨氖激光(Gas Laser:The He-Ne Laser)

3．3 pn-结原理（pn-Junction Principles） A. 开路状态（Open Ciicuit） 了解开路半导体pn-结的特性，以及空间荷电层、耗尽区、自建电场等概念。 B. 正偏状态（Forword Bias） 依据图3.14，理解pn-结正向偏压状态下的工作原理，以及少数载流子注入过程和意义作用，并 依据图3.16 理解"平均空穴复合时间"、"平均电子复合时间"等概念。 C. 反偏状态（Reverse Bias） 依据图3.18, 理解pn-结反向偏压状态下的工作原理以及反偏状态下的空穴电场变化；了解反向 饱和电流密度、电子-空穴对的平均产生时间等概念。 D. 耗尽层电容（Depletion Layer Capacity） 了解耗尽层电容的定义和意义。 E. 复合寿命（Recombination Lifetime） 了解过剩少数载流子复合寿命的概念与意义。 3．4 pn-结能带图（The pn-Junction Band Diagram） 结合图3.20，理解开路、正偏和反偏状态下的pn-结能带图，了解由于耗尽区电子-空穴对的热 产生所导致的反向电流。 3．5 光发射二极管（Light Emission Diodes） 了解光发射二极管的原理、结构与材料类型，以及活性区、注入电发光等概念与意义。 3．6 光发射二极管材料（LED Materials） 了解III-V族元素组成的三元合金以及其掺杂的合金的能带与带隙，了解等电杂质、外光电效率 等概念与意义。 3．7 异质结高强度发光二极管（Hetero-junction High Intensity LEDs） 结合图3-26，了解异质结的概念，以及异质结器件、双异质结构等。 3．8 发光二极管的特性（LED Characteristics） 结合图3-28，了解发光二极管输出光谱的线宽、接通电压等特性。 3．9 光纤通讯用的发光二极管（LEDs for Optical Fiber Communications） 了解表面发射和侧部发射的LED，以及其与光纤耦合的球型透镜、梯度折射率棒型透镜等方 式。 第四章 受激辐射器件——激光器（Stimulated Emission Devices Lasers）： 6学时。 4．1 受激发射与光子放大（Stimulated Emission and Photon Amplification） 结合图4-1，了解受激发射的原理以及聚集数反转的意义，结合图4-2理解光学泵浦的意义与作 用，以及受激发射的光放大过程。 4．2 受激发射速率与爱因斯坦系数（Stimulated Emission Rate and Einstein Coefficient） 了解受激辐射速率关系式，以及爱因斯坦系数的表达与意义。 4．3 光纤放大器（Optical Fiber Amplifiers） 了解铒掺杂的光纤放大器的作用原理，并结合图4-4理解光放大作用过程。 4．4 气体激光器：氦氖激光（Gas Laser: The He-Ne Laser）

了解气体激光器中Hc-Ne气体工作物质的工作原理，并结合图4-6理解He-Ne激光器的四能级工 作原理。 4.5气体激光器的输出光谱(The Output Spectrum of a Gas Laser) 了解由于掺杂效应产生的掺杂剂的展宽线宽作用，并结合图4-8理解掺杂增益所产生的光学增 益线 4.6激光振荡条件(L,aser Oscillation Conditions) A.光学增益系数(Optical Gain Coefficient g) 结合图410，理解激光介质的光学增益以及光学增益系数g。 B.增益阈值(Threshold Gain gth) 了解由于介质的衰减或损失导致的阈值增益gh和阈值群聚翻转及其数学表达。 C.相位条件与激光模式(Phase Condition and Laser Modes) 掌握方程(9)所表示的激光振荡的相位条件，以及方程(11)表示的轴向模式，结合图413 理解激光谐振腔和低阶模式及其强度类型。 4.7激光二极管原理(Principle of the Laser Diode) 结合图4-14理解激光二极管的退化渗杂即 结的能带图，结合图4-16理解同质结激光二极管的结 构，结合图417了解激光二极管的工作参数输出特性。 4.8异质结构激光二极管(Hetero-structure Laser Diodes) 结合图418理解双异质结激光二极管的原理和工作过程。 4.9激光二极管的基本特性(Elementary Laser Diode Characteristics) 结合图421，了解激光二极管的纵向模式和横向模式，输出光谱、温度影响，以及模式的跳跃 现象。 4.I0稳态半导体速率方程(Steady State Semiconductor Rate Equation) (略) 4.ll光纤通讯的光发射器(Light Emitters for Optical Fiber Communication) 结合图426，理解光发射器LED、LD的输出特性差别，以及不同的应用特点。 4.12单频固体激光器(Single Fre cy Solid State Las 结合图4-28，了解单频激光器的单波输出特性，以及实现单波输出的劈裂耦合光腔的激光器结 构。 4.l3量子阱器件(Quantum Well Devices) 结合图430，理解量子阱激光器件的结构、原理和工作特性；结合图431，理解多量子阱激光 器件的结构和原理。 4.14垂直腔表面发射激光器(Verti, 结合院的结的，、收微新的特光器的矩阵结 构。 4.I5光学激光放大器(Optical Laser Amplifiers) 结合图4-34，理解行进波半导体激光器的放大原理。 4.16全息照相(Holography) (略)

了解气体激光器中He-Ne气体工作物质的工作原理，并结合图4-6理解He-Ne激光器的四能级工 作原理。 4．5 气体激光器的输出光谱（The Output Spectrum of a Gas Laser） 了解由于掺杂效应产生的掺杂剂的展宽线宽作用，并结合图4-8理解掺杂增益所产生的光学增 益线型。 4．6 激光振荡条件（Laser Oscillation Conditions） A. 光学增益系数（Optical Gain Coefficient g） 结合图4-10，理解激光介质的光学增益以及光学增益系数g 。 B. 增益阈值（Threshold Gain gth） 了解由于介质的衰减或损失导致的阈值增益gth 和阈值群聚翻转及其数学表达。 C. 相位条件与激光模式（Phase Condition and Laser Modes） 掌握方程（9）所表示的激光振荡的相位条件，以及方程（11）表示的轴向模式，结合图4-13 理解激光谐振腔和低阶模式及其强度类型。 4．7 激光二极管原理（Principle of the Laser Diode） 结合图4-14理解激光二极管的退化掺杂pn-结的能带图，结合图4-16理解同质结激光二极管的结 构，结合图4-17了解激光二极管的工作参数输出特性。 4．8 异质结构激光二极管（Hetero-structure Laser Diodes） 结合图4-18 理解双异质结激光二极管的原理和工作过程。 4．9 激光二极管的基本特性（Elementary Laser Diode Characteristics） 结合图4-21，了解激光二极管的纵向模式和横向模式，输出光谱、温度影响，以及模式的跳跃 现象。 4．10 稳态半导体速率方程（Steady State Semiconductor Rate Equation） （略） 4．11 光纤通讯的光发射器（Light Emitters for Optical Fiber Communication） 结合图4-26，理解光发射器LED、LD的输出特性差别，以及不同的应用特点。 4．12 单频固体激光器（Single Frequency Solid State Lasers） 结合图4-28，了解单频激光器的单波输出特性，以及实现单波输出的劈裂耦合光腔的激光器结 构。 4．13 量子阱器件（Quantum Well Devices） 结合图4-30，理解量子阱激光器件的结构、原理和工作特性；结合图4-31，理解多量子阱激光 器件的结构和原理。 4．14 垂直腔表面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Lasers） 结合图4-43，了解垂直激光腔的结构和原理，以及其微型制造的特点和微型激光器的矩阵结 构。 4．15 光学激光放大器（Optical Laser Amplifiers） 结合图4-34，理解行进波半导体激光器的放大原理。 4．16 全息照相（Holography） （略）

第五章光电探测器(Photo-detectors):4学时. 5.1pn-结光电二极管的原理(Principle of the pn-Junction Photodiode) 结合图5，了解n结光电二极管的原理、结构，以及净的空间电荷密度分布和耗尽区电场 分布，及其在外负载所产生的光生电流 5.2Ramo定理和外光电流(Ramo's Theorem and External Photocurrent) 结合图5.2，了解光生载流子的迁移时间、电流效应，认识Rmo定理的表达形式和意义。 5.3吸收系数和光电二极管材料(Absorption Coefficient and Photodiode Materials) 了解光生电流作用的截至波长及其意义，了解光子吸收系数表示的物理意义和对光生电流的作 用，了解直接带隙和间接带隙的特征及其光子作用的动量分析 5.4量子效率和响应度 E cy and Respon iviy） 理解探测器的量子效率概念和意义，以及外量子效率的概念和意义：了解响应度的意义及其电 流表达和量子表达。 5.5p-i-n结光电二极管(Thep-i-n Photodiodes) 根据图5-6，了解印-i结光电二极管的结构、原理和反偏工作状态，以及结电容、电场、电荷 迁移的表达。 5.6雪崩光电二极管(Aval nche Photodiodes) 结合图5-9，了解雪崩光电二极管的结构特点，结合图5-10理解撞击离子化的雪崩过程内增益机 理，了解雪崩增益因子、雪崩击穿电压等参数的表达。 5.7异质结光电二极管(Hetero-junction Photodiodes) A.分隔吸附与倍增雪崩光电管(Separate Absorption and Multiplication APDs) 结合图5-12 ,了解吸附和倍增 离的雪崩光电二极管的结构、原理，并结合图5-14了解 光子吸附、分级跃迁、雪崩增益分离的雪崩光电二极管的结构、原理。 B.超晶格雪崩光电二极管(Supper-lattice APDs) 结合图5-15，了解多级分步跃迁的超晶格雪崩光电二极管的原理和作为固态光放大器的作用和 意义。 5.8光电三极管(Phototransistors) 结合图5-16，了解光电三极管的结构、工作原理，和光电流放大作用 5.9光电导探测器和光电导增益(Photoce0 luctive Detectors and Photoo ndu ctive Gain) 结合图5-17，了解光电导探测器的原理，以及光电导增益等作用过程和数学表达。 5.10光电探测器的噪声(Noise in Photodetectors)) A.p-n结和pin结光电二极管(The pn Junction and pin Junction Photodetectors) 结合图5-l9,了解p-n结和pin结光电二极管噪声源，及其物理意义与数学表达，掌握探测器的 重要参数：等效噪声功率的概念、意义与定量表达式 B.雪崩光电二极管的噪声(Avalanche Noise in the APDs)) 了解由于雪崩作用导致的量子噪声及其数学表达。 第六章光伏探测器(Photovoltaic Devices):2学时

第五章 光电探测器（Photo-detectors）： 4学时。 5．1 pn-结光电二极管的原理（Principle of the pn-Junction Photodiode ） 结合图5-1，了解pn-结光电二极管的原理、结构，以及净的空间电荷密度分布和耗尽区电场 分布，及其在外负载所产生的光生电流。 5．2 Ramo定理和外光电流（Ramo’s Theorem and External Photocurrent） 结合图5.2，了解光生载流子的迁移时间、电流效应，认识Ramo定理的表达形式和意义。 5．3 吸收系数和光电二极管材料（Absorption Coefficient and Photodiode Materials） 了解光生电流作用的截至波长及其意义，了解光子吸收系数表示的物理意义和对光生电流的作 用，了解直接带隙和间接带隙的特征及其光子作用的动量分析。 5．4 量子效率和响应度（Quantum Efficiency and Responsivity） 理解探测器的量子效率概念和意义，以及外量子效率的概念和意义；了解响应度的意义及其电 流表达和量子表达。 5．5 p-i-n结光电二极管（The p-i-n Photodiodes） 根据图5-6，了解p-i-n结光电二极管的结构、原理和反偏工作状态，以及结电容、电场、电荷 迁移的表达。 5．6 雪崩光电二极管（Avalanche Photodiodes） 结合图5-9，了解雪崩光电二极管的结构特点，结合图5-10理解撞击离子化的雪崩过程内增益机 理，了解雪崩增益因子、雪崩击穿电压等参数的表达。 5．7 异质结光电二极管（Hetero-junction Photodiodes） A. 分隔吸附与倍增雪崩光电管（Separate Absorption and Multiplication APDs） 结合图5-12、5-13，了解吸附和倍增分离的雪崩光电二极管的结构、原理，并结合图5-14了解 光子吸附、分级跃迁、雪崩增益分离的雪崩光电二极管的结构、原理。 B. 超晶格雪崩光电二极管（Supper-lattice APDs） 结合图5-15，了解多级分步跃迁的超晶格雪崩光电二极管的原理和作为固态光放大器的作用和 意义。 5．8 光电三极管（Phototransistors） 结合图5-16，了解光电三极管的结构、工作原理，和光电流放大作用。 5．9 光电导探测器和光电导增益（Photoconductive Detectors and Photoonductive Gain） 结合图5-17，了解光电导探测器的原理，以及光电导增益等作用过程和数学表达。 5．10 光电探测器的噪声（Noise in Photodetectors） A. p-n结和pin结光电二极管（The pn Junction and pin Junction Photodetectors ） 结合图5-19，了解p-n结和pin结光电二极管噪声源，及其物理意义与数学表达，掌握探测器的 重要参数：等效噪声功率的概念、意义与定量表达式。 B. 雪崩光电二极管的噪声（Avalanche Noise in the APDs） 了解由于雪崩作用导致的量子噪声及其数学表达。 第六章 光伏探测器（Photovoltaic Devices）： 2学时

6.1太阳能光普(Solar energy spectrum) 结合图6-1，了解太阳能的各大气高度的光谱能量密度特性，并结合图6-2了解光线的入射角度和 散射对照射光强的影响。 6.2光伏器件原理(Photovoltaic Device Principle) 结合图6-3，理解光伏器件的原理、结构，以及开路电压等性能参数，并结合图6-4了解太阳能电 池的指尖电极的结构、特点和作用。 6.3pn-结光伏的伏安特性(pn-Junction Photovoltaic I-V Characteritics) 结合图6-6 了解太阳电池 、光电流、暗电流、外负载等参数，并结合图6-7、6-8理 解和掌握太阳电池的伏安特性以及负载线和最佳工作点的确定。 6.4串连电阻与等效电路(Series Resistance and Equivalent Circuit) 结合图6-9、6-10，了解太阳电池的串联电阻和等效电路。 6.5温度效应(Temperature Effects) 了解温度对太阳电池输出电压和工作效率的影响 6.6太阳电池材料(Solar Cells Materials,Devic and Efficiencies) 结合图6-14了解太阳电池的效率影响因素，结合图6-15了解太阳电池的结构因素，结合图6-16了 解太阳电池的材料组成。 第七章光的偏振与调制(Polarization and Modulation of Light):4学时. 7.1光的偏振(Polarization) A.偏振状态(State of Polarization) 结合图7-1了解线性偏振和平面偏振的概念和特征，结合图7-2、7-4了解正圆偏振和椭圆偏振的 概念和特征。 B.Malus定律(Malus'sLaw) 结合图7-5了解Malus定律的意义和表达。 7.2各向异性介质中光的传播(Light Propagation in Anisotropie Medium::Birefringence) A.光学各向异性(Optical Anisotropy) 结合图7-6理解光学双折射晶体的特征，并了解三折射率晶体的特征。 B.非轴晶体与Fresnel光率体(Uniaxial Crystals and Fresne'sOptical Indicatri) 简单了解无轴晶体的特征，以及Fresnel光率体的特征。 C.方解石的双折射特性(Birefringence of Calcite) 依据图7-11、7-12，了解方解石的双折射率特性及其物理意义。 D.二向色性(Dichroism) 了解各向异性晶体的二向色性。 7.3双折射光学器件(Birefringence Optical Devices)) A延迟板(Retard” lates) 结合图7-13、7-14了解光学延迟板的半波、四分之一波的延迟作用 B.Soleil-Babinet补偿器(Soleil-Babinet Compensator)

6.1 太阳能光谱（Solar Energy Spectrum） 结合图6-1，了解太阳能的各大气高度的光谱能量密度特性，并结合图6-2了解光线的入射角度和 散射对照射光强的影响。 6.2 光伏器件原理（Photovoltaic Device Principle） 结合图6-3，理解光伏器件的原理、结构，以及开路电压等性能参数，并结合图6-4了解太阳能电 池的指尖电极的结构、特点和作用。 6.3 pn-结光伏的伏安特性（pn-Junction Photovoltaic I-V Characteritics） 结合图6-6，了解太阳电池的短路电流、光电流、暗电流、外负载等参数，并结合图6-7、6-8理 解和掌握太阳电池的伏安特性以及负载线和最佳工作点的确定。 6.4 串连电阻与等效电路（Series Resistance and Equivalent Circuit） 结合图6-9、6-10，了解太阳电池的串联电阻和等效电路。 6.5 温度效应（Temperature Effects） 了解温度对太阳电池输出电压和工作效率的影响。 6.6 太阳电池材料（Solar Cells Materials, Devices, and Efficiencies） 结合图6-14了解太阳电池的效率影响因素，结合图6-15了解太阳电池的结构因素，结合图6-16了 解太阳电池的材料组成。 第七章 光的偏振与调制（Polarization and Modulation of Light）： 4学时。 7．1 光的偏振（Polarization） A. 偏振状态（State of Polarization） 结合图7-1了解线性偏振和平面偏振的概念和特征，结合图7-2、7-4了解正圆偏振和椭圆偏振的 概念和特征。 B. Malus定律（Malus’s Law） 结合图7-5了解Malus定律的意义和表达。 7．2 各向异性介质中光的传播（Light Propagation in Anisotropic Medium: Birefringence） A. 光学各向异性（Optical Anisotropy） 结合图7-6理解光学双折射晶体的特征，并了解三折射率晶体的特征。 B. 非轴晶体与Fresnel光率体（Uniaxial Crystals and Fresnel’s Optical Indicatrix） 简单了解无轴晶体的特征，以及Fresnel光率体的特征。 C. 方解石的双折射特性（Birefringence of Calcite） 依据图7-11、7-12，了解方解石的双折射率特性及其物理意义。 D. 二向色性（Dichroism） 了解各向异性晶体的二向色性。 7．3 双折射光学器件（Birefringence Optical Devices） A. 延迟板（Retarding Plates） 结合图7-13、7-14了解光学延迟板的半波、四分之一波的延迟作用。 B. Soleil-Babinet补偿器（Soleil-Babinet Compensator）

结合图7-l5,了解Soleil-Babinet补偿器的延迟控制作用，以及延迟相位的数学描述。 C.双折射棱镜(Birefringence Prisms) 结合图7-16，了解双折射棱镜的组成方式和分光作用原理， 7.4旋光度和双折射摔(Optical Activity and Circular Birefringe ce) 结合图7-17了解旋光晶体对线性偏振光偏振方向的旋转作用，以及左旋、右旋的圆形偏振的双 折射现象 7.5电光效应(Electro-Optic Effects) A.定义(Definition) 了解电致折射率变化的电光效应原理和数学表达。 B.泡克尔效应(Pockels Effeet) 依据电光效应原理，理解和分析泡克尔效应，并结合图7-20、7-21了解横向半波相位调制的原 理和方法 C.Kerr效应(Kerr Effect)) 依据电光效应原理，理解和分析卡尔效应，并结合图7-22了解横向相位调制的原理和方法。 7.6集成光学调制器(teatedOptical Modultors) A.相位与偏振调制(Phase and Polarization Modulation) 依据图7-23，了解集成泡克尔横向相位调制器的结构和工作原理，以及相位与调制电压的主导 影响作用关系。 B.Mach-Zehnderi调制器(Mach-Zehnder Modulators) 依据图7-24，了解集成Mach-Zehnder光强调制器的结构和工作原理。 C.耦合波导调制器(Cou uide Modulat 结合图7-25，了解两个相邻波导的耦合及其结果，依据图7-27了解集成波导直接耦合器的结构 和原理 2、实验、实习部分教学内容与要求：各实验名称、实验类型（演示、验证、综合、设计）、学时 数、内容提要、实验室是否开放：实习内容要点、实习天数、实习报告的撰写要求等。 实验内容与要求：实验均不开放 1.光敏电阻实验。2学时。 进行光敏电阻的光照特性、光谱特性和伏安特性的验证实验。主要测量：亮电阻、暗电阻、光 照度与光电流的关系，给定光照度下电压与电流的关系，光敏电阻与光波长的关系等项目。 2.光敏二极管特性实验。1学时。 进行光敏二极管工作原理以及光伏效应的验证测试。测量：亮电流、暗电流、光照度与不同光 谱的相应关系等项目。 3.光敏三极管特性实验。1学时。 进行光敏三极管的光照特性、光谱特性和伏安特性的验证实验。主要测量：不同光照度下光电 流与光电压的关系，以及不同光波作用下的电流相应。 4.光电池实验。2学时

结合图7-15，了解Soleil-Babinet补偿器的延迟控制作用，以及延迟相位的数学描述。 C. 双折射棱镜（Birefringence Prisms） 结合图7-16，了解双折射棱镜的组成方式和分光作用原理。 7．4 旋光度和双折射率（Optical Activity and Circular Birefringence） 结合图7-17了解旋光晶体对线性偏振光偏振方向的旋转作用，以及左旋、右旋的圆形偏振的双 折射现象。 7．5 电光效应（Electro-Optic Effects） A. 定义（Definition） 了解电致折射率变化的电光效应原理和数学表达。 B. 泡克尔效应（Pockels Effect） 依据电光效应原理，理解和分析泡克尔效应，并结合图7-20、7-21了解横向半波相位调制的原 理和方法。 C. Kerr 效应（Kerr Effect） 依据电光效应原理，理解和分析卡尔效应，并结合图7-22了解横向相位调制的原理和方法。 7．6 集成光学调制器（Integrated Optical Modulators） A. 相位与偏振调制（Phase and Polarization Modulation） 依据图7-23，了解集成泡克尔横向相位调制器的结构和工作原理，以及相位与调制电压的主导 影响作用关系。 B. Mach-Zehnder调制器（Mach-Zehnder Modulators） 依据图7-24，了解集成Mach-Zehnder光强调制器的结构和工作原理。 C. 耦合波导调制器（Coupled Waveguide Modulators） 结合图7-25，了解两个相邻波导的耦合及其结果，依据图7-27 了解集成波导直接耦合器的结构 和原理。 2、实验、实习部分教学内容与要求：各实验名称、实验类型（演示、验证、综合、设计）、学时 数、内容提要、实验室是否开放；实习内容要点、实习天数、实习报告的撰写要求等。 实验内容与要求：实验均不开放。 1． 光敏电阻实验。2学时。 进行光敏电阻的光照特性、光谱特性和伏安特性的验证实验。主要测量：亮电阻、暗电阻、光 照度与光电流的关系，给定光照度下电压与电流的关系，光敏电阻与光波长的关系等项目。 2． 光敏二极管特性实验。1学时。 进行光敏二极管工作原理以及光伏效应的验证测试。测量：亮电流、暗电流、光照度与不同光 谱的相应关系等项目。 3．光敏三极管特性实验。1学时。 进行光敏三极管的光照特性、光谱特性和伏安特性的验证实验。主要测量：不同光照度下光电 流与光电压的关系，以及不同光波作用下的电流相应。 4．光电池实验。2学时

进行光电池的光照特性、光谱特性和伏安特性的验证实验。主要测量：光照作用下光电池的开 路电压、短路电流，不同光波作用下光电池的开路电压、短路电流。 5.光电开关实验。1学时。 进行透射式光电开关原理的实验。测试开关管内的发射与接受的电流效应，以及阻挡效应，和 它用作工业零件计数、控制的作用。 6.红外反射式光电开关实验。1学时： 进行红外光耦光电开关原理的实验。测试开关管内的红外发射以及物体反射的光敏三极管电流 放大效应与自动控制的开关作用。 四、使用教材的名称、主编人、出版社、出版时间及版次及主要参考书名称。 使用引进教材：“Optoelectronics and Photonics-一Principles and Practices”,主编人：Safa Kasap著：出版社：电子工业出版社；出版时间及版次：2003年3月第一版。 主要参考书名称：光电子技术，安毓英编，电子工业出版社出版

进行光电池的光照特性、光谱特性和伏安特性的验证实验。主要测量：光照作用下光电池的开 路电压、短路电流，不同光波作用下光电池的开路电压、短路电流。 5．光电开关实验。1学时。 进行透射式光电开关原理的实验。测试开关管内的发射与接受的电流效应，以及阻挡效应，和 它用作工业零件计数、控制的作用。 6．红外反射式光电开关实验。1学时。 进行红外光耦光电开关原理的实验。测试开关管内的红外发射以及物体反射的光敏三极管电流 放大效应与自动控制的开关作用。 四、使用教材的名称、主编人、出版社、出版时间及版次及主要参考书名称。 使用引进教材： "Optoelectronics and Photonics— Principles and Practices", 主编人：Safa Kasap著；出版社：电子工业出版社; 出版时间及版次：2003年3月第一版。 主要参考书名称：光电子技术，安毓英编，电子工业出版社出版