《光電子器件》課程教學(xué)大綱

《光電子器件》課程設(shè)計教學(xué)大綱光電子器件課程英文名稱OptoelectronicDevices課程編號19151302課程類別□公共必修課□公選課□院級限選課□學(xué)科基礎(chǔ)課□專業(yè)基礎(chǔ)課□專業(yè)限選課■專業(yè)任選課總學(xué)時24講授學(xué)時24實驗學(xué)時總學(xué)分1.5開課單位理學(xué)院開課系所物理授課對象電子科學(xué)與技術(shù)本科生先修課程《大學(xué)物理》、《高等數(shù)學(xué)》《量子力學(xué)》《應(yīng)用光學(xué)》一、課程概況二、課程簡介《光電子器件》是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的專業(yè)任選課，采用國防工業(yè)出版社《光電子器件》教材，基本課時為24理論學(xué)時。課程定位是使學(xué)生掌握光電器件特別是高端成像器件的基本工作原理和基本技術(shù)，熟悉各種光電器件，達到能熟練使用這些器件的目的。通過課堂理論教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題的能力，使學(xué)生具備扎實的理論基礎(chǔ)，為將來畢業(yè)后從事有關(guān)光電子與光通信領(lǐng)域的科研、教學(xué)、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售等工作打下堅實的基礎(chǔ)。三、課程性質(zhì)本課程是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)任選課。該課程以光電子學(xué)為基礎(chǔ)，涵蓋了量子力學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)等學(xué)科知識，應(yīng)用性強，可作為電子、通訊類專業(yè)的選修課。四、課程教學(xué)目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握光電子器件的基本工作原理及應(yīng)用領(lǐng)域?；菊莆斩喾N光電子器件特別是一些高端的成像器件的工作原理和評價參數(shù)，為以后學(xué)生畢業(yè)在光電子領(lǐng)域工作打下基礎(chǔ)。五、理論教學(xué)內(nèi)容及要求第一部分查漏補缺【教學(xué)目標(biāo)】（1）了解：常用的光電導(dǎo)探測器，結(jié)型光電探測器和光電管及光電倍增管；（2）理解：常用光電探測器的工作原理；（3）掌握：各種探測器的評價參數(shù)的含義?！緦W(xué)時分配】3學(xué)時?！臼谡n方式】講授3學(xué)時?！臼谡n內(nèi)容】第1章光電導(dǎo)探測器1.1光電子器件的基本特性1.1.1光譜響應(yīng)率和響應(yīng)率1.1.2最小可探測輻射功率和探測率1.1.3光吸收系數(shù)1.2光電導(dǎo)探測器原理1.2.1光電導(dǎo)效應(yīng)1.2.2光電導(dǎo)電流1.2.3光電導(dǎo)增益1.2.4光電導(dǎo)靈敏度1.2.5光電導(dǎo)惰性和響應(yīng)時間1.2.6光電導(dǎo)的光譜響應(yīng)特性1.2.7電壓響應(yīng)率1.2.8探測率1.3光敏電阻1.3.1光敏電阻的結(jié)構(gòu)1.3.2光敏電阻的特性第2章結(jié)型光電探測器2.1光生伏特效應(yīng)2.1.1PN結(jié)2.1.2PN結(jié)電壓電流公式2.1.3PN結(jié)光生伏特效應(yīng)2.1.4光照平行結(jié)的定態(tài)情況2.1.5光照垂直于PN結(jié)的定態(tài)情況2.1.6光照垂直于NP結(jié)的定態(tài)情況2.2光電池2.2.1光電池的結(jié)構(gòu)2.2.2光電池的電流與電壓2.2.3光電池的主要特性2.3光電二極管2.3.1PN結(jié)型光電二極管2.3.2PIN型光電二極管2.3.3雪崩型光電二極管(APD)2.4光電三極管2.4.1光電三極管結(jié)構(gòu)和工作原理2.4.2光電三極管的主要性能參數(shù)第3章光電陰極與光電倍增管3.1光電發(fā)射過程3.1.1外光電效應(yīng)3.1.2金屬的光譜響應(yīng)3.1.3半導(dǎo)體光電發(fā)射過程3.1.4實用光電陰極3.2負(fù)電子親和勢光電陰極3.2.1負(fù)電子親和勢光電陰極的原理3.2.2NEA光電陰極中的電子傳輸過程3.2.3NEA陰極的量子產(chǎn)額3.2.4負(fù)電子親和勢陰極的工藝及結(jié)構(gòu)3.3真空光電管3.3.1真空光電管工作原理3.3.2真空光電管的主要特性3.4光電倍增管3.4.1光電倍增管結(jié)構(gòu)和工作原理3.4.2光電倍增管主要特性和參數(shù)3.4.3光電倍增管的供電電路第二部分光電成像器件【教學(xué)目標(biāo)】（1）了解：微光像增強器，攝像管，紅外紫外等成像器件；（2）理解：常用的光電成像器件的工作原理；（3）掌握：各種光電成像器件的評價參數(shù)。【學(xué)時分配】21學(xué)時。【授課方式】講授21學(xué)時?！臼谡n內(nèi)容】第4章微光像增強器4學(xué)時4.1像管的基本原理和結(jié)構(gòu)4.1.1光電陰極4.1.2電子光學(xué)系統(tǒng)4.1.3熒光屏4.1.4光學(xué)纖維面板4.2像管主要特性分析4.2.1像管的光譜響應(yīng)特性4.2.2像管的增益特性4.2.3像管的光傳遞特性4.2.4像管的背景特性4.2.5像管的傳像特性4.2.6像管的時間響應(yīng)特性4.2.7空間分辨特性4.3紅外變像管4.3.1玻璃管型的紅外變像管4.3.2金屬型紅外變像管4.4第一代微光像增強器4.5微通道板4.5.1通道電子倍增器4.5.2微通道板的增益特性4.5.3電流傳遞特性4.5.4微通道板的噪聲4.5.5微通道板的噪聲因子4.6第二代微光像增強器4.6.1近貼式MCP像增強器4.6.2靜電聚焦式MCP像增強器4.6.3第二代微光像增強器的優(yōu)點4.6.4第二代微光像增強器的缺點4.7第三代微光像增強器4.8第四代微光像增強器第5章攝像管3學(xué)時5.1攝像管的工作方式5.2攝像管的性能指標(biāo)與評定5.2.1攝像管的靈敏度5.2.2攝像管的光電轉(zhuǎn)換5.2.3攝像管的分辨率5.2.4攝像管的惰性5.2.5攝像管的灰度5.3氧化鉛光電導(dǎo)視像管5.3.1氧化鉛靶結(jié)構(gòu)5.3.2視像管的結(jié)構(gòu)5.3.3視像管的工作原理5.3.4氧化鉛視像管特性第6章CCD和CMOS成像器件（避免重復(fù)，相當(dāng)于復(fù)習(xí)2學(xué)時）6.1電荷耦合器件的基本原理6.1.1MOS結(jié)構(gòu)特征6.1.2CCD的勢阱深度和存儲電荷能力6.1.3電荷耦合原理6.1.4電荷耦合的機理6.2電荷耦合器件基本結(jié)構(gòu)6.2.1轉(zhuǎn)移電極結(jié)構(gòu)6.2.2轉(zhuǎn)移信道結(jié)構(gòu)6.2.3通道的橫向限制6.2.4輸入結(jié)構(gòu)6.2.5輸出結(jié)構(gòu)6.3CCD的主要特性6.4電荷耦合成像器件6.4.1線陣電荷耦合成像器件6.4.2面陣電荷耦合成像器件(ACCID)6.4.3兩種面型結(jié)構(gòu)成像器件的比較6.4.4掃描方式與讀出轉(zhuǎn)移動作6.5彩色CCD成像器件6.5.1補色濾光片結(jié)構(gòu)6.5.2Bayer濾光片結(jié)構(gòu)6.6CMOS型成像器件的像素構(gòu)造6.6.1PN結(jié)光電二極管方式6.6.2MOS光電門方式6.6.3掩埋型光電二極管方式6.7CMOS成像器件的彩色像素6.8CMOS與CCD圖像器件的比較第7章致冷型紅外成像器件4學(xué)時7.1SPRITE紅外探測器7.1.1碲鎘汞的性質(zhì)7.1.2SPRITE探測器的工作原理與結(jié)構(gòu)7.1.3SPRITE探測器的響應(yīng)率7.2紅外焦平面陣列的結(jié)構(gòu)和工作原理7.2.1紅外探測的原理7.2.2紅外焦平面陣列特點7.2.3紅外焦平面陣列的材料7.2.4混合式IRFPA之倒裝式結(jié)構(gòu)7.2.5混合式IRFPA之Z平面結(jié)構(gòu)7.2.6單片式陣列之PtSi肖特基勢壘IRFPA7.2.7單片式陣列之異質(zhì)結(jié)探測元IRFPA7.2.8單片式陣列之MIS像元IRFPA7.2.9準(zhǔn)單片式陣列結(jié)構(gòu)7.3IRFPA的性能參數(shù)7.3.1光伏型紅外探測器的電壓響應(yīng)率7.3.2光伏型紅外探測器的噪聲和探測率7.3.3光子探測器的背景輻射限制7.3.4IRFPA的其他特性簡述7.4紅外成像器件與材料的制備7.4.1材料制備技術(shù)7.4.2襯底的選擇與制備7.4.3PN結(jié)的制作第8章略第9章熱釋電探測器和成像器件4學(xué)時9.1熱釋電探測器的基本原理9.1.1熱釋電效應(yīng)9.1.2熱釋電探測器特性分析9.2熱釋電材料和探測器9.2.1熱釋電材料9.2.2熱釋電探測器的結(jié)構(gòu)形式9.2.3熱釋電探測器的特點9.3混合型熱釋電成像器件的設(shè)計9.3.1熱隔離以提高溫度響應(yīng)9.3.2像素間熱隔離以改進MTF9.3.3斬波器的結(jié)構(gòu)9.4單片熱釋電成像器件9.4.1熱釋電薄膜材料9.4.2隔離結(jié)構(gòu)9.4.3微機械加工傳感器的制作流程設(shè)計9.4.4熱釋電成像器件的集成電路第10章紫外探測與成像器件略第11章X射線探測與成像器件（4）11.1X射線的特性11.1.1X射線的產(chǎn)生11.1.2X射線透過和吸收特性11.1.3X射線量的表征11.2X射線探測與成像器件的分類11.2.1X射線成像器件的分類11.2.2X射線計算機斷層掃描技術(shù)11.3X射線成像器件系統(tǒng)的性能指標(biāo)11.4CsI/MCP反射式X射線光電陰極11.4.1反射式X光陰極的物理過程11.4.2反射式X光陰極的量子效率11.5窗材料/陰極透射式X光陰極11.5.1窗材料/陰極透射式X光陰極物理過程11.5.2窗材料/陰極透射式X光陰極的量子效率11.6X射線像增強器11.6.1X射線像增強器的基本結(jié)構(gòu)11.6.2近貼型X射線像增強器11.7X射線影像光電二極管陣列成像器件11.8直接數(shù)字X射線影像器件11.8.1光電導(dǎo)體X射線的吸收11.8.2電子—空穴對產(chǎn)生能11.8.3電荷傳輸和移動距離11.8.4X射線光電導(dǎo)體材料11.8.5非晶Se的性質(zhì)11.8.6樣品制備11.8.7動態(tài)成像的直接轉(zhuǎn)換探測器的結(jié)構(gòu)11.8.8動態(tài)成像的直接轉(zhuǎn)換探測器的工作原理11.8.9直接轉(zhuǎn)換成像器件的分辨本領(lǐng)11.8.10動態(tài)成像的直接轉(zhuǎn)換探測器的靈敏度【教學(xué)重點和難點】重點：各種光電成像器件的工作原理和基本結(jié)構(gòu)。難點：特殊光電成像器件的工作原理?！臼谡n方法與手段】（1）教學(xué)方法：采用講授式教學(xué)方法。（2）教學(xué)手段：采用多媒體、板書結(jié)合的方式?！菊n外學(xué)習(xí)指導(dǎo)的要求】作業(yè)與思考題利用互聯(lián)網(wǎng)查找典型光電子器件并記錄對應(yīng)的參數(shù)；搜索國內(nèi)主要光電子器件生產(chǎn)企業(yè)，特別是光電成像器件生產(chǎn)企業(yè)，列出廣東省相關(guān)企業(yè)的具體地址及聯(lián)系方式。六、課程考核要求1、考核主要環(huán)節(jié)：包括考勤、作業(yè)、課程論文、課程考試2、考核方式