Тема 2 Источники оптического излучения Источник излучения как звено ОЭП. Классификация источников излучения. Тема 6 Приемники оптического излучения Тепловые приемники оптического излучения.


Учебная программа составлена на основе учебной программы,
утвержденной
регистрационный номер



Рассмотрена и рекомендована к утверждению в качестве рабочего варианта на заседании кафедры оптики

___ __________ 200_ г., протокол № __

Заведующий кафедрой
доцент ____________ Н.А. Алешкевич

Одобрена и рекомендована к утверждению Методическим советом физического факультета


___ __________ 20__ г., протокол № __

Председатель
доцент ____________ Е.А. Дей





















ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Оптоэлектронные приборы получили широкое применение в современной науке и технике, в системах сбора, обработки и анализа информации, в бытовых приборах и устройствах. Наряду с традиционными опто-электронными приборами, использующими вакуумные электронные элементы (фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, электронно-лучевые приборы) и полупроводниковые устройства, получили распространение приборы оптоэлектроники, характерным признаком которых является наличие оптической связи (оптроника). Оптоэлектронные приборы применяются для изучения свойств различных сред и объектов различной природы, в метрологии, бытовой технике, биологии и медицине; в преподавании физики и специальных дисциплин и в других областях. Профессиональное использование опто-электронных приборов невозможно без понимания принципов их работы, знания устройства оптоэлектронных приборов различного типа, их основных параметров и характеристик, информационных возможностей, методов и методик их юстировки, грамотной и безопасной эксплуатации. Изучение оптоэлектронных приборов является необходимым при подготовке специалистов со специализацией в области лазерной физики и спектроскопии.
Целью спецкурса «Оптоэлектронные приборы» является овладение студентами принципами действия наиболее важных типов оптоэлектронных приборов и их структурных элементов и методами определения их основных параметров и характеристик.
Задачами спецкурса являются:
- ознакомление студентов с физическими идеями, положенными в основу работы оптоэлектронных приборов;
- усвоение информации об устройстве, принципах действия и практическом использовании источников, приемников оптического излучения различного типа, оптических системах оптоэлектронных приборов;
- сравнительный анализ параметров и характеристик функционально одинаковых элементов оптоэлектронных приборов;
- овладение методами экспериментального исследования параметров и характеристик элементов оптоэлектронных приборов;
- формирование умений и навыков практического использования Оптоэлектронных приборов для практических целей.
Материал спецкурса основывается на ранее полученных студентами знаниях по таким учебным курсам как «Молекулярная физика», «Электричество и магнетизм», «Оптика», «Физика атома и атомных явлений.
В результате изучения спецкурса:
студент должен знать:
основные понятия, используемые для характеристики оптоэлектронных приборов и их структурных элементов, и их физический смысл;
основные элементы оптоэлектронных приборов, их назначение, параметры и характеристики;
режимы работы оптоэлектронных приборов;
основные методы выделения, преобразований и анализа оптических сигналов;
этапы, виды и алгоритмы расчетов, выполняемых при конструировании Оптоэлектронных приборов;
классификацию оптоэлектронных приборов по различным признакам;
правила безопасной эксплуатации оптоэлектронных приборов различного типа;
студент должен уметь:
- осуществлять поиск современной научно-технической информации и анализировать её;
- пользоваться научным оборудованием и аппаратурой, предназначенной для юстировки оптоэлектронных приборов, измерения их параметров и характеристик, выполнения исследовательской работы с применением оптоэлектронных приборов;
- юстировать оптические системы оптоэлектронных приборов и согласовывать их с передающей и принимающей системами;
- измерять основные параметры и характеристики оптоэлектронных приборов и устройств различного типа;
- применять методы статистического анализа в физических исследованиях;
студент должен владеть:
- навыками юстировки оптических систем оптоэлектронных приборов;
- навыками измерения основных параметров и характеристик оптоэлектронных приборов и устройств различного типа;
- навыками статистической обработки результатов измерений параметров и характеристик оптоэлектронных устройств.
Спецкурс «Оптоэлектронные приборы» изучается студентами 4 курса специальности 1-31 04 01 02 «Физика (производственная деятельность)» специализации 1-31 04 01 02 05 «Лазерная физика и спектроскопия» в объеме 56 часов (из них 24 часа лекционных, 10 часов практических учебных занятий, 22 часа лабораторных учебных занятий).



СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


Тема 1. Введение в спецкурс
Предмет, задачи и содержание спецкурса. Исторический очерк развития оптоэлектронного приборостроения. Оптоэлектронные приборы (ОЭП): определение, обобщенная схема и методы работы. Значение оптоэлектронных приборов в современной науке и технике

Тема 2 Источники оптического излучения
Источник излучения как звено ОЭП. Классификация источников излучения. Параметры и характеристики источников. Основные виды источников: тепловые, газоразрядные, лазерные, полупроводниковые источники.


Тема 3 Источники оптического излучения
Светодиоды, их конструкция, основные параметры и характеристики. Светодиоды монохроматического и белого свечения. Перспективы совершенствования и применения излучателей-диодов.

Тема 4 Оптическая система спектральных ОЭП
Оптическая система ОЭП, ее назначение, элементы и их характеристики. Конденсоры и объективы их функции в передающей и приемной системе ОЭП. Модуляторы оптического излучения. Виды диспергирующих устройств и их характеристики

Тема 5 Приемники оптического излучения
Приемник излучения как звено ОЭП. Классификация приемников излучения по механизму преобразования энергии, по используемым материалам, по количеству используемых элементов. Параметры и характеристики фотоприемников. Фоторезисторы, фотодиоды; фоточувствительные МДП-приборы; фототранзисторы; фототиристоры.

Тема 6 Приемники оптического излучения
Тепловые приемники оптического излучения. Термоэлементы, болометры, пироэлектрические приемники. Фотоприемники на основе внешнего фотоэффекта: вакуумный фотоэлемент, газонаполненные фотоэлементы, фотоэлектронные умножители.

Тема 7 Оптроны и оптоэлектронные микросхемы
Оптрон как электронный прибор. Структурные схемы и классификация оптронов. Основные параметры оптронов. Резисторные, диодные, транзисторные, тиристорные оптопары; оптоэлектронные микросхемы.



Тема 8 Использование оптоэлектронных приборов
Требования, предъявляемые к усилительным устройствам оптоэлектронных приборов. Согласование приемника излучения с электронной системой оптоэлектронного прибора.

Тема 9 Использование оптоэлектронных приборов
Критерии качества оптоэлектронных приборов. Сканирование в оптоэлектронных приборах. Модуляция и демодуляция сигнала в оптоэлектронном приборе.

Тема 10 Использование оптоэлектронных приборов
Схемы включения фоторезисторов. Схемы включения фотодиодных датчиков. Особенности применения лавинных фотодиодов. Схемы на фототранзисторах. Фотоприемные устройства на пироэлектрических приемниках излучения.


Тема 11 Порядок расчета типового спектрального ОЭП
Основные этапы расчета ОЭП. Виды расчетов, выполняемых при конструировании ОЭП. Энергетические, точностные, габаритные, аберрационные расчеты, расчеты динамических параметров

Тема 12 Применение оптоэлектронных приборов
Применение позиционно-чувствительных приемников излучения в оптоэлектронных приборах. Согласование приемника с источником излучения и оптической системой оптоэлектронного прибора.



УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА

Номер раздела, темы, занятия
Название раздела, темы, занятия;
перечень изучаемых вопросов
Всего часов
Количество аудиторных
часов
Материальное обеспечение занятия (наглядные, методические пособия и др.)

Литература

Формы контроля знаний




лекции
практические
(семинарские)
занятия

лабораторные
занятия
СУРС




1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

1
Введение в спецкурс
Предмет, задачи и содержание спецкурса.
Исторический очерк развития оптоэлектронного приборостроения.
Оптоэлектронные приборы (ОЭП)
Значение оптоэлектронных приборов в современной науке и технике

4
2
-
2
-
-
[6]
[3]



2
Источники оптического излучения
Источник излучения как звено ОЭП.
Классификация источников излучения.
Параметры и характеристики источников.
Основные виды источников.

8
2
2
4
-
Лабораторная установка
[1]
[5]
Защита отчета по лаб. работе

3
Источники оптического излучения
Светодиоды.
Светодиоды монохроматического и белого свечения.
Перспективы совершенствования.
4
-
2
-
2
-
[1]
[2]
Групповая консультация

4
Оптическая система спектральных ОЭП
Оптическая система ОЭП.
Конденсоры и объективы.
Модуляторы оптического излучения.
Виды диспергирующих устройств

8
2
2
4
-
Лабораторная установка
[4]
[3]
Защита отчета по лаб. работе

5
Приемники оптического излучения
Приемник излучения как звено ОЭП.
Классификация приемников излучения..
Параметры и характеристики фотоприемников.

8
2
2
4
-
Лабораторная установка
[9]
Защита отчета по лаб. работе

6
Приемники оптического излучения
Тепловые приемники оптического излучения.
Пироэлектрические приемники.
Фотоприемники на основе внешнего фотоэффекта
2
-
-
-
2
-
[1]
[4]

Групповая консультация

7
Оптроны и оптоэлектронные микросхемы
Оптрон как электронный прибор.
Структурные схемы и классификация оптронов.
Основные параметры оптронов.
6
2
-
4
-
Лабораторная установка
[1]
[5]

Защита отчета по лаб. работе

8
Использование оптоэлектронных приборов
Требования, предъявляемые к усилительным устройствам оптоэлектронных приборов.
Согласование приемника излучения с электронной системой оптоэлектронного прибора.
6
2
-
4
-
Лабораторная установка
[3]
[5]

Защита отчета по лаб. работе.

9
Использование оптоэлектронных приборов
Критерии качества оптоэлектронных приборов.
Сканирование в оптоэлектронных приборах.
Модуляция и демодуляция сигнала в оптоэлектронном приборе.
2
-
-
-
2
-
[3]
[5]

Групповая консультация

10
Использование оптоэлектронных приборов
Схемы включения фоторезисторов.
Схемы включения фотодиодных датчиков.
Особенности применения лавинных фотодиодов.
2
2
-
-
-
-
[3]
[8]


11
Порядок расчета типового спектрального ОЭП
Основные этапы расчета ОЭП.
Виды расчетов, выполняемых при конструировании ОЭП.
Энергетические, точностные, габаритные, аберрационные расчеты.

4
-
2
-
2
-
[3]
[8,9]
Групповая консультация

12
Применение оптоэлектронных приборов
Применение позиционно-чувствительных приемников излучения в оптоэлектронных приборах.
Согласование приемника с источником излучения и оптической системой оптоэлектронного прибора.
2
2
-
-
-
-
[3]
[5,7]



Всего часов:
56
16
10
22
8






ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Наименование тем практических занятий,
их содержание, объем в часах

Тема 1 Источники оптического излучения
Параметры и характеристики источников. Светодиоды, их конструкция, основные параметры и характеристики. Лазерное изучение и его свойства.

Тема 2 Оптическая система спектральных ОЭП
Оптические элементы ОЭП и их характеристики. Виды диспергирующих устройств и их характеристики: преломляющие призмы, дифракционные решетки, интерферометры. Угловая и линейная дисперсия, разрешающая способность диспергирующего устройства.

Тема 3Приемники оптического излучения
Параметры и характеристики фотоприемников. Согласование приемника с источником излучения и оптической системой оптоэлектронного прибора.

Тема 4 Классификация помех в ОЭП и методы борьбы с ними
Шумы в оптоэлектронных приборах: фотонный, температурный, тепловой; дробовой, генерационно-рекомбинационый, токовый; микрофонный.

Тема 5 Использование оптоэлектронных приборов
Согласование приемника излучения с электронной системой оптоэлектронного прибора. Критерии качества оптоэлектронных приборов. Схемы включения фоторезисторов, фотодиодных датчиков. Особенности применения лавинных фотодиодов. Схемы на фототранзисторах. Фотоприемные устройства на пироэлектрических приемниках излучения.

Перечень лабораторных работ

Исследование прохождения света в различных средах
Исследование характеристик фотоприемников
Исследование характеристик светоизлучающих диодов
Определение числовой апертуры световода
Исследование характеристик оптронов
Исследование характеристик солнечных фотопреобразователей

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1 Астайкин, А.И. Основы оптоэлектроники: учеб. пособие / А.И. Астайкин, М.К. Смирнов. – М.: Высш. шк., 2007. – 277 с.
Якушенков, Ю.Г. Теория и расчет Оптоэлектронных приборов: учебник для вузов / Ю.Г. Якушенков. – М.: Сов. Радио, 1980. – 392 с.
Игнатов, А.Н. Оптоэлектронные приборы и устройства: учеб. пособие / А.Н. Игнатов. – М.: Эко-Трендз, 2006. – 272 с.
Смирнов, А.Г. Квантовая электроника и оптоэлектроника / А.Г. Смирнов. – Мн: Вышэйшая школа, 1967. – 196 с.
5 Зайдель, А.Н. Техника и практика спектроскопии / А.Н. Зайдель, Г.В. Островская, Ю.И. Островский. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-матем. лит., 1976. – 392 с.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

Ахманов, С.А. Физическая оптика / С.А, Ахманов, С.Ю. Никитин. – М.: Наука, 2004. – 656 с.
Розеншер, Э. Оптоэлектроника / Э. Розеншер, Б. Винтер,– М.: Техносфера, 2006. – 592 с.
Самохвалов, М.К. Элементы и устройства оптоэлектроники: учеб. пособие. / М.К. Самохвалов. - Ульяновск: УлГТУ, 2003. – 125 с.
Биберман, Л.М. Растры в электрооптических системах / Л.М. Биберман,– М.: Энергия, 1969. – 161 с.
Вафиади, В.Г. Фотоэлектрическая автоматика / В.Г. Вафиади.– Минск: Высшая школа, 1966. – 208 с.
Гудмен, Дж. Введение в Фурье-оптику / Дж. Гудмен; под ред. Г.И. Косоурова .– М.: Мир, 1970. – 364 с.
Зотов, В.Д. Полупроводниковые устройства восприятия оптической информации / В.Д. Зотов. – М.: Энергия, 1976. – 152 с.
Волоконная оптика и приборостроение / М.М. Бутусов и др.; под общ. ред. М.М, Бутусова. – Л.: Машиностроение, 1987. – 327 с.
Пихтин, А.Н. Оптическая и квантовая электроника / А.Н. Пихтин. – М.: Высш. школа, 2001. – 573 с.
Заголовок 1 Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 4 Заголовок 5 Заголовок 6 Заголовок 7 Заголовок 8 Заголовок 915

Приложенные файлы

  • doc 2516011
    Размер файла: 823 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий