光子學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱

課程教學(xué)大綱(通信)目錄號(hào)4.1.2.4PAGEPAGE3《光子學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱課程編號(hào)課程名稱（中文）光子學(xué)基礎(chǔ)（英文）FundamentalsofPhotonics課程基本情況1．學(xué)分：4學(xué)時(shí)：40（課內(nèi)學(xué)時(shí)：40實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：0）2．課程性質(zhì)：選修課3．適用專業(yè)：通信與信息工程學(xué)院通信工程系各專業(yè) 適用對(duì)象：本科4．先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、大學(xué)物理。5．首選教材：“光子學(xué)與光通信導(dǎo)論”,黃肇明編著上海大學(xué)出版社2001二選教材：“光電子學(xué)導(dǎo)論”,(美)A.雅里夫科學(xué)出版社1983參考書目：“Optics,OptoelectronicsandPhotonicsEngineeringPrinciplesandApplications”，AlanBillings,PRENTICEHALL,1993.YarivOpticalWavesinCrystalsJohnWiley&Son,Inc.N.Y.19846．考核形式：平時(shí)成績占25%,小論文占25%,筆試點(diǎn)50%7．教學(xué)環(huán)境：多媒體教室課程教學(xué)目的及要求本課程是通信工程系的選修課程。目的：在于對(duì)光子學(xué)的基本物理概念的正確理解，并掌握幾個(gè)光子學(xué)基本方法。在了解了激光的產(chǎn)生、光束在自由空間與波導(dǎo)(光纖)中傳輸、光的調(diào)制、光的放大與檢測(cè)等物理概念的基礎(chǔ)上，掌握幾個(gè)光子學(xué)基本計(jì)算和設(shè)計(jì)的方法，為今后學(xué)習(xí)光子學(xué)和光通信技術(shù)的高深課程打下牢固的基礎(chǔ)。要求：學(xué)生必須拚棄絕對(duì)的時(shí)空觀，樹立現(xiàn)代的相對(duì)論時(shí)空觀。對(duì)光和物質(zhì)的波粒二象性和測(cè)不準(zhǔn)原理等重要物理概念有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)，。本課程要求充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。每章配有大量有趣的思考題，以啟發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和引起討論，并要求學(xué)生獨(dú)立地完成各章的習(xí)題以加深對(duì)內(nèi)容的理解。在期末要求學(xué)生撰寫一篇自行命題的小論文，進(jìn)一步激勵(lì)學(xué)習(xí)的自主性。本課程要求教師盡量多用CAI軟件和演示實(shí)驗(yàn)及課堂討論等形式，來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和加深理解，并改變應(yīng)試教育的考試方法，著重于能力培養(yǎng)。課程內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配課程內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配（一）緒論 ( 2學(xué)時(shí)) 通信技術(shù)受到電子“瓶頸”限制之后，下一步通信技術(shù)該向何處發(fā)展呢？本章的目的就在于指出電子之后，用什么基本粒子作為信息與能量載體。比較各種基本粒子之后，顯然是光子。 既然光子選作為電子之后的信息與能量的載體，接著就是討論光子不同于電子的特點(diǎn)。光是波還是粒子，直到20世紀(jì)初，光的波粒二象性才被充分地揭示出來。光作為粒子，它不同于牛頓的經(jīng)典粒子，在宏觀宇宙中光子會(huì)受到引力場(chǎng)的作用而偏轉(zhuǎn)，因此就必須授予正確的相對(duì)論的時(shí)空觀。在微觀世界，光的粒子性的表現(xiàn)，將在第二章講解。 光子學(xué)雖已經(jīng)有了長足的發(fā)展，但是，學(xué)生必需對(duì)電子學(xué)與光子學(xué)相互結(jié)合、相互依存的關(guān)系有一個(gè)正確的理解，不可偏頗。（二）光的波粒二象性與測(cè)不準(zhǔn)原理 4學(xué)時(shí)第一節(jié)光是波，也是粒子引入重要的波粒關(guān)系式之后、著重指出光粒子的量子本性幾率波概念。在學(xué)生可以接受的范圍內(nèi)，介紹了國際上相關(guān)的最新科學(xué)成果，例如基于激光冷卻原子的“光學(xué)粘膠”和基于玻色—愛因斯坦凝聚的“原子激光”等前沿學(xué)科。第二節(jié)物質(zhì)的粒子性指出物質(zhì)粒子也存在波的本性，因此波粒二象性是物理世界中普遍存在的。測(cè)不準(zhǔn)原理從幾率波的概念引出測(cè)不準(zhǔn)原理。 第四節(jié)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式的應(yīng)用在光通信技術(shù)中量子噪聲和量子的檢測(cè)與估值的統(tǒng)計(jì)特性均來源于物質(zhì)的量子本性。（三）激光的產(chǎn)生與激光性質(zhì) 6學(xué)時(shí)受激輻射的愛因斯坦理論激光振蕩原理泵浦技術(shù)法布里--珀羅諧振腔幾種常見的激光器激光的性質(zhì)基木要求：本章從黑體輻射的討論入手，引出光受激輻射的愛因斯坦理論。然后，通過激光振蕩條件、泵浦方法、F-P光學(xué)諧振腔等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，掌握激光產(chǎn)生的基本概念和方法。用幾個(gè)常見激光器的討論來印證理論并初步掌握這幾種激光器的性能與應(yīng)用。最后，學(xué)習(xí)激光的性質(zhì)，了解這些性質(zhì)在科學(xué)技術(shù)特別是光通信技術(shù)中的重要性。（四）光的傳輸 6學(xué)時(shí)射線矩陣光學(xué)透鏡波導(dǎo)與諧振腔、腔的穩(wěn)定性均勻介質(zhì)的高斯光束高斯光束變換的應(yīng)用實(shí)例高斯光束的傳播的ABCD定律諧振腔的自洽性均勻介質(zhì)的高階高斯?；疽螅菏紫日J(rèn)識(shí)熱輻射的近軸光線與激光(高斯)光束的差異。掌握射線光學(xué)的ABCD矩陣方法和激光高斯光束的傳播與變換的ABCD定律方法。其次，了解激光高斯光束的形成、模的概念、諧振腔的穩(wěn)定性與自洽性等物理原理。利用CAI軟件了解激光衍射自洽形成高斯形光束的過程，小孔限模的原理以及高階高斯模的光斑花樣等。（五）光波導(dǎo)與光纖 6學(xué)時(shí)平面光波導(dǎo)光纖波導(dǎo)特種光纖基木要求：平面光波導(dǎo)是光電子器件的基礎(chǔ)構(gòu)件，光纖是當(dāng)前光纖通信的傳輸介質(zhì)，光波導(dǎo)與光纖均十分重要。本章通過平面光波導(dǎo)引入一些基本概念、術(shù)語，簡要地給出處理波導(dǎo)問題的基本方法。光纖是圓波導(dǎo)，它的損耗與色散對(duì)光通信具有根本的重要性，所以給予專門的討論。最后給出特種光纖的初步論述以開闊讀者視野。（六）光的調(diào)制 6學(xué)時(shí)光的內(nèi)調(diào)制技術(shù)光的外調(diào)制技術(shù)基木要求：本章系統(tǒng)的給出了晶體電光效應(yīng)和磁光法拉第效應(yīng)的物理原理和處理方法。分別介紹了電光調(diào)制器、偏轉(zhuǎn)器和磁光隔離器和環(huán)行器的原理、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用技術(shù)。（七）光的放大與光的檢測(cè) 6學(xué)時(shí)光纖放大器EDFA半導(dǎo)體光電二極管噪聲問題光源起伏的噪聲 基木要求：本章分兩部分，一.光放大器的物理原理和結(jié)構(gòu)，以及在現(xiàn)代光纖通信中的應(yīng)用。二.半導(dǎo)體光電探測(cè)器，對(duì)PN結(jié)二極管、PIN光電二極管和雪崩光電二極管(APD)的工作原理、性能特點(diǎn)及使用方法作了詳細(xì)的介紹。最后對(duì)光電探測(cè)器的噪聲問題作了簡要的敘述并以一個(gè)光通信接收系統(tǒng)為例子，介紹了光電探測(cè)器的設(shè)計(jì)實(shí)例。本章重點(diǎn)在于掌握EDFA的光放大器的原理和應(yīng)用。掌握設(shè)計(jì)光電探測(cè)器的設(shè)計(jì)方法。（八）光子學(xué)應(yīng)用舉例 4學(xué)時(shí)光纖通信光存儲(chǔ)技木光纖傳感技術(shù)基木要求：簡要介紹了光子學(xué)在光纖通信、光信息存儲(chǔ)和光纖傳感技術(shù)中的應(yīng)用和發(fā)展情況。配套實(shí)踐環(huán)節(jié)本課程采用CAI軟件和演示實(shí)驗(yàn)及課堂討論等形式1.方孔與圓孔的二維傅立葉變換;2.幾率波的演示;3,激光諧振腔的衍射自洽模場(chǎng)4.小孔選模5.TEMlm模式的演示6.光纖模式的演示說明大綱編寫責(zé)任人通信工程教研室（簽名）年月日系審核意見通信工程系（簽名）