《光电检测原理与技术》课程教学大纲
课程代码：090641005
课程英文名称：Photo-electric Detection Principle and Technology 课程总学时：48 讲课：48 实验：0 上机：0 适用专业：光电信息科学与工程专业 大纲编写（修订）时间：2017.10
一、大纲使用说明
（一）课程的地位及教学目标 《光电检测原理与技术》是光电信息科学与工程专业光电子技术方向的一门专业学位课，主要讲授光电检测技术的基本原理、基本技术及其应用。它是进一步学习后继课程、毕业设计的基础。本课程在教学内容方面除基本知识、基本理论和基本方法的教学外，还培养学生的设计思维和设计能力。
通过本课程的学习，学生将达到以下要求：
1. 了解光电检测器件、热电检测器件、发光与耦合器件、光电成像器件等光电、电光器件的工作原理并正确地选择与使用这些器件；
2. 掌握基本的光电检测原理及光电信号变换检测技术； 3. 了解光电检测技术的典型应用；
4. 具有一定设计相应的光电检测方法的能力； 5. 了解光电检测原理与技术的新发展。 （二） 知识、能力及技能方面的基本要求
1. 基本知识：掌握光电检测的一般知识，包括各类光电、电光器件的工作原理、基本特性。光电检测的基本原理。
2. 基本理论和方法：掌握光电检测的基本原理与技术，重点掌握时变光信号的直接检测及调制检测的原理与方法；简单光学目标的形、位检测及复杂光学图像扫描的原理与方法；几何变换与物理变换的光电检测方法；光电编码器与莫尔条纹的工作原理等。
3. 基本技能：掌握缓变光信号检测电路的设计；掌握交变光信号检测电路的设计；了解光电检测电路的频率特性；掌握检测电路的噪声等效处理方法；了解前置放大器的低噪声设计；了解检测器件和放大电路的连接，从而具有一定设计相应的光电检测方法的能力。
（三）实施说明
1．教学方法：课堂讲授中要重点加强对基本概念、基本理论与方法、光电检测技术、方法的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过自学和实践获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；注意培养学生灵活应用光电检测原理的能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新意识。
2．教学手段：本课程属于专业课，在教学中采用课堂讲授、课堂讨论及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。 3. 教师在授课中可酌情安排各部分的学时，课程学时总体分配表仅供参考。
（四）对先修课的要求
本课程的教学需在完成先修课程之后进行。本课程主要的先修课程有《光电子学》等。本课程将为与光电检测相关的专业课、课程设计以及毕业设计的学习打下良好基础。
（五）对习题课、实践环节的要求
1．对重点、难点章节（如：光电探测器件的工作原理与基本特性、基本光电信号检测电路
的设计、连续波的幅度及频率调制、直线率检波及相敏检波、双频光相干的检测方法等）应安排习题课，例题的选择以培养学生消化与巩固所学知识并能解决实际问题为目的。
2．课后作业要少而精，内容要多样化，作业题内容必须包括基本概念、基本理论及设计方面的内容，作业要能起到巩固理论、掌握计算方法与技巧，提高分析问题、解决问题能力等作用，对作业中的重点、难点，课堂上应做必要的提示并适当安排课内讲评作业。学生必须独立、按时完成课外习题和作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。
3．本课程的课程设计单独设课，单独考核，具体要求参见相应的课程设计教学大纲。
（六）课程考核方式 1．考核方式：考试。
2．考核目标：在考核学生对光电检测基本知识、基本原理与技术的基础上，重点考核学生的分析能力、光电检测设计能力及相应的计算能力。
3．成绩构成：本课程的总成绩主要由三部分组成：平时成绩（包括出勤情况、上课表现、提问情况、作业情况等）占20%，期中随堂测试占10%，期末闭卷考试成绩占70%。
平时成绩由任课教师根据出勤情况、上课表现、提问情况、作业成绩等情况按百分制给出，出勤情况若有四次以上旷课的学生，则取消期末考试资格，总成绩直接以不及格计。
（七）主要参考书目 《光电检测技术》（第2版），雷玉堂主编，中国计量出版社，2012.7
《光电技术》，王庆有主编、蓝天等编著，电子工业出版社，2005.4 《光电检测技术》，曾光宇、张志伟、张存林主编，清华大学出版社，2005.9
二、中文摘要
本课程是光电信息科学与工程专业学生必修的一门实践性较强的专业学位课程。通过对光电检测原理与技术等内容的讲授，使学生掌握光电检测的基本知识、基本原理与基本技术并具有一定设计光电检测方法的能力。课程主要内容包括：光电检测器件、热电检测器件、发光与耦合器件、光电成像器件等的工作原理及其特性、应用等。本课程将为后续课程的学习以及相关的课程设计、毕业设计等奠定重要的基础。
三、课程学时分配表
序号 1 1.1 1.2 1.3 1.4 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 教学内容 光电检测技术基础及各类光电与电光检测器件 光电检测技术基础 光电检测器件的基本工作原理、主要特性及其应用 热电检测器的基本工作原理、主要特性及其应用 发光器件、光电耦合器件、成像器件的基本工作原理、主要特性及其应用 基本光电信号检测电路的设计 缓变光信号检测电路的设计 交变光信号检测电路的设计 光信号检测电路的噪声估算 光电信号的放大电路 光电信号的二值化处理，光电信号的量化学时 10 16 讲课 10 2 4 2 2 16 4 4 2 2 2 实验 上机 处理 2.6 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 习题课；期中测试 基本的光电变换检测技术与方法 时变光信号的直接检测 时变光信号的调制检测 简单光学目标的形位检测，复杂光学图像的扫描检测 光电变换的基本形式与类型，几何变换的光电检测方法 物理变换的光电检测方法，包括单频光相干的条纹检测法 双频光相干的自差式、互差式的检测方法及其典型应用 双频光相干的外差式检测方法及其典型应用；光电衍射检测方法的原理及其典型应用；光电编码器一般分类，莫尔条纹的工作原理及其典型应用 光电检测技术的典型应用 总复习 光电测绘技术，微弱光信号检测技术 习题课：设计长度、速度、面积、角度等常用物理量的光电检测方法，总复习 合计 18 1+1 18 2 4 2 2 2 2 3.7 4 4 4.1 4.2 4 48 4 2 2 48 四、教学内容及基本要求
第1部分 光电检测技术基础及各类光电与电光检测器件
总学时(单位：学时):10 讲课：10 实验:0 上机:0 第1.1部分 光电检测技术基础（讲课2学时） 具体内容:
1) 明确本课程的内容、性质和任务；
2) 掌握常用的辐射度量与光度量的概念及其计算；
3) 了解半导体的特性、载流子的运动、半导体对光的吸收等半导体物理知识； 4) 掌握光电效应的机理。 重 点:
1) 常用的辐射度量与光度量的概念及其计算； 2) 光电效应的机理。 难 点:
常用的辐射度量与光度量的计算。 习 题:
说明并计算各个光辐射度量与光度量。
第1.2部分 光电检测器件基本工作原理、主要特性及其应用（讲课4学时）
具体内容:
1) 掌握光电检测器件的基本特性参数；
2) 掌握真空光电探测器件的基本工作原理、主要特性及其应用； 3) 掌握半导体光电探测器件的基本工作原理、主要特性及其应用；
4) 光电检测器件的特性比较。 重 点:
各类光电检测器件的基本工作原理、主要特性。 习 题:
1) 光电效应的主要特点，计算光生伏特器件的开路电压；
2) 光电倍增管、光敏电阻等各种光电器件的基本原理及其特性。 第1.3部分 热电检测器件（讲课2学时）
具体内容:
1) 掌握热电检测器件的基本原理；
2) 掌握热电偶与热电堆的基本工作原理、主要特性及其应用； 3) 掌握热敏电阻的基本工作原理、主要特性及其应用；
4) 掌握热释电探测器件的基本工作原理、主要特性及其应用。 重 点:
各类热电检测器件的基本工作原理、主要特性。 习 题:
各类热电检测器件的基本工作原理及其特性。
第1.4部分 发光器件、光电耦合器件、成像器件基本工作原理、主要特性及其应用（讲课2学时）
具体内容:
1) 掌握发光二极管的基本作原理、主要特性及其应用； 2) 掌握光电耦合器件的基本工作原理、主要特性及其应用；
3) 掌握像管、视像管及电荷耦合器等成像器件的基本工作原理、主要特性及其应用。 重 点:
光电耦合器件、电荷耦合器的基本工作原理及主要特性。 难 点:
电荷耦合器的基本工作原理。 习 题:
发光二极管、电荷耦合器的工作原理与特性。 第2部分 基本光电信号检测电路的设计
总学时(单位：学时):16 讲课：15 期中测试：1 实验:0 上机:0 第2.1部分 缓变光信号检测电路的设计（讲课4学时）
具体内容:
1) 掌握恒流源型光电检测电路的静态计算方法； 2) 掌握光伏型光电检测电路的静态计算方法； 3) 掌握可变电阻型光电检测电路的静态计算方法。 重 点:
1) 恒流源型光电检测电路的静态计算方法； 2) 光伏型光电检测电路的静态计算方法； 难 点:
恒流源型光电检测电路的静态计算方法。 习 题:
硅光电池等器件光电检测电路的静态计算。
第2.2部分 交变光信号检测电路的设计（讲课4学时）
具体内容:
1) 掌握交变光信号检测电路的动态计算方法；
2) 了解光电检测电路的频率特性，讨论不同的工作状态。 重 点:
交变光信号检测电路的动态计算方法。 难 点:
交变光信号检测电路的动态计算方法。 习 题:
硅光电池等器件光电检测电路的动态计算。
第2.3部分 光信号检测电路的噪声估算（讲课2学时）
具体内容:
1) 掌握内部噪声的主要来源及其计算； 2) 掌握检测电路的噪声等效处理方法； 3) 了解前置放大器的低噪声设计。 重 点:
检测电路的噪声等效处理方法。
第2.4部分 光电信号的放大电路（讲课2学时）
具体内容:
1） 掌握放大器噪声电压—电流模型的建立；
2) 掌握放大器噪声系数的概念，掌握最佳源电阻及最小噪声系数的计算； 3) 了解光电检测器件与放大电路的连接。 重 点:
放大器噪声电压—电流模型的建立。
第2.5部分 光电信号的二值化处理（讲课2学时）
具体内容:
1) 掌握一般光电信号及视频信号的二值化处理的基本方法； 2) 掌握光电信号量化处理的基本方法。 重 点:
光电信号的二值化处理的基本方法。
第2.6部分 习题课；期中测试（讲课：1学时，期中测试：1学时）
具体内容:
1) 总结上述光电、热电、发光、成像器件的基本工作原理、主要特性及其应用； 2) 整理用解析法分析缓变、交变光信号检测电路的基本思路； 3) 针对上述的重点、难点进行期中测试。 重 点:
1) 光电、热电、发光、成像器件的基本工作原理、主要特性； 2) 用解析法分析缓变、交变光信号检测电路。 难 点:
用解析法分析缓变、交变光信号检测电路。 第3部分 基本的光电变换检测技术与方法
总学时(单位：学时):18 讲课:18 实验:0 上机:0 第3.1部分 时变光信号的直接检测（讲课2学时）
具体内容:
1) 掌握用单通道直读法、指零法及双通道差动法、比较法、交替比较法测量光通量的幅度；2) 掌握光通量的波数、频率、相位和时间的测量。
《光电检测原理与技术》教学大纲
