1、专业先导实验（光电信息专业方向） 课程教学大纲 课程编码：SC11203501，SC11207700 课程名称：专业先导实验（光电信息专业方向） 课程英文名称：INTRODUCTORY EXPERIMENTS OF PHOTOELECTRIC INFORMATION 总学时：80 讲课学时：0 实验学时：80 上机学时：0 课外辅导学时：0 学分：4.0 开课单位：理学院物理系 授课对象：光电信息专业本科生 开课学期：3 春 先修课程：信息光学、激光原理与技术 主要参考书： （1）丁卫强. 光信息实验技术. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社. 2010 年. （2）自编讲义 一、课程教学目的 本课
2、程是物理系光电信息专业本科生的重要专业基础课之一。 当今高水平的科技人才必 须同时具有深广的理论基础，和从事现代科学实验的能力，并富有开拓和创新精神。在系统 学习了本专业相关的理论课程后，结合当前科技发展趋势，精心设计实验项目，将所学理论 知识用于实际全面培养学生的科学实验能力。 本课程不仅加深了学生对所学的理论知识的理 解，还为以后的工作和进一步的科学研究奠定基础。 本大纲按照加强基础理论、基本知识和基本技能训练的要求，根据培养目标和教学计划 规定的学时安排了内容，课程涉及激光、光信息处理、波导光纤、光电子学等方面，从不同 的方面全面训练学生的专业素质和科学实验技能。 实验课程涉及到众多先进
3、实验仪器和实验 原理，使学生在仪器操作，动手能力，分析解决问题能力方面得到极大的提高。学习近代科 技中典型的方法和手段；学习复杂仪器的操作和使用；学习从复杂实验现象中发现和解决本 质问题的能力；培养学生端正的科学态度，严肃认真的科学作风，团结合作共同进取的良好 品德。 二、 教学内容及基本要求 1. 基本要求： （1）学习高精度数字干涉测量原理，以及测量仪器的使用；掌握衍射测量原理和方法；掌 握光学付立叶变换和逆变换，4F 系统实验光路。 （2）学习正确设计和搭建实验光路的方法，正确使用光纤连接器搭建光路；理解并掌握半 导体激光器、探测器、耦合器等常用器件的特性及重要参数。 （3）了解光纤通信
4、中的 WDM 技术，理解光纤中的非线性效应。 2. 教学内容： 本课程教学内容包括：自主设计性实验 68 学时，DIY 研究性实验 6 学时和物理创新实 验 6 学时。具体实验项目从下面列表中选取。 实验类型 实验学时数要求 自主设计性实验 在“自主设计性实验”列表中选择 68 学时 DIY 研究性实验 在“DIY 研究性实验”列表中选择 6学时 物理创新实验 在“物理创新实验”列表中选择 6学时 “自主设计性实验”列表： 序 号 实验名称 实验简介与要求 实验 时数 1 光波导法测量 薄膜厚度和折 射率 熟悉光波导结构和衰减全反射技术，学习介质平板波导理论， 设计实验采用光波导法进行测量薄膜
5、厚度和折射率测量。 4 2 布拉格光纤光 栅传感实验 学习光折变效应和布拉格光纤光栅的原理、影响光栅特性的因 素及其在传感器技术中的应用，利用布拉格光纤光栅进行温度 和应变量的测量，设计基于布拉格光纤光栅的温度传感器。 4 3 光时域反射测 学习光纤损耗机制与光时域反射原理，设计光时域反射测量光 4 量实验 路，构建光时域反射实验系统测量光纤的长度及损耗特性。 4 光泵磁共振实 验 学习光泵磁共振的基本原理，掌握利用光探测的高灵敏度和磁 共振的高分辨率特点的实验方法。 4 5 白光彩色编码 成像实验 学习白光信息处理的理论，掌握位相调制假彩色编码原理和光 学傅立叶变换原理， 利用线性、非线性位
6、相调制技术，进行假 彩色编码解码，掌握假彩色编码仪的调节使用方法及感光板的 后处理方法。 4 6 激光模式测量 与分析 学习半导体激光器工作原理与特性，了解半导体激光器的各种 模式及其影响因素，自主设计激光器远场模式的测量方案并进 行实验。 4 7 微弱光探测技 术实验 了解微弱光信号探测器技术，使用光电倍增管等器具进行弱光 信号检测。 4 8 Kerr 效应实验 了解磁光 Kerr 效应的基本原理，搭建管路，进行 Kerr 效应测 量。 4 9 法拉第效应实 验 了解法拉第效应的机理，搭建磁光调制器进行实验，测量不同 磁场下的旋转角。 4 10 数字干涉测量 原理与应用 学习泰曼-格林干涉系
7、统原理和激光数字干涉计数的原理和实 验方法，掌握精密位移的光学干涉测量方法，自主选择实验样 品，利用数字干涉测量技术完成实际测量。 4 11 光学衍射测量 熟悉巴俾特互补原理，掌握缝宽、微孔直径和细丝直径的激光 衍射测量方法，设计实验方案，探究激光光束对测量精度的影 响。 4 12 光学傅立叶变 换与滤波 学习薄透镜的傅立叶变换性质及其对入射波前的相位调制原 理，应用光学频谱分析系统观察常见图形的傅里叶（FT）频谱， 深入理解傅立叶光学的有关概念， 掌握利用 4F系统进行光学 信息处理的方法，针对不同的图像处理要求，设计滤波器的使 用方案并进行实验验证。 4 13 调制空间假 彩色编码 学习调
8、制法假彩色编码的原理，加深对阿贝二次成像理论和 空间频率滤波的理解，掌握用调制法进行空间假彩色编码的 方法，自行设计制作二维调制片，进行实验观测。 4 14 白光光学信息 处理 学习白光光学信息处理的理论知识，搭建相干光学信息处理系 统光路结构，实现白光光学信息处理。 4 15 光纤无源器件 参数测量； 了解各种光纤无源器件的各种原理和使用，搭建光路测量不同 光纤耦合器的特性参数，设计测量光纤耦合器输入端回波损耗 和确定光纤断点位置的实验方案并进行实验验证。 ， 4 16 光纤波分复用 技术 学习光纤波分复用技术的基本原理，了解模拟及数字光信号调 制和传输原理，利用光纤复用技术进行视频和音频信
9、号的同时 传输，设计使用两套设备在单根光纤中进行双向可视电话传输 的光路并进行实验验证。 4 17 语音图像信号 的 WDM 传输 设计实验方案，采用 WDM 技术进行语音和图像信号的同步传输 演示。 4 18 掺铒光纤的放 大特性测量 了解掺铒光纤放大器 （EDFA） 的工作原理与工作特性， 测量 EDFA 的增益-功率特性、瞬态响应特性和增益谱，设计使用 EDFA的 光通信实验。 4 19 光纤色散特性 与测量 学习光纤色散机理与色散特性基础知识，熟悉光纤色散特性测 量的主要方法，采用脉冲时延法测量光纤色散系数。 4 20 光纤光栅器件 学习光纤光栅的基本原理，掌握光纤光栅参数测量方法，设
10、计 实验，研究光纤光栅在不同温度环境中的性能，搭建光纤光栅 温度传感器。 4 “DIY 研究性实验”列表 序 号 实验名称 实验简介与要求 实验 时数 1 电磁混合磁悬浮 实验 内容：自行搭建电磁混合磁悬浮实验系统， 要求：自制多谐振动器、脉宽调制器、桥式驱动器等，系统 调试、总装，实现稳定悬浮 6 2 磁耦合共振式无 线电力传输实验 内容：自行搭建实验系统，研究频率和距离对无线传输的效 率的影响 要求：自制发射电路、接收电路以及增强器 6 3 表面等离子体浓 度传感器实验 内容：搭建实验系统，研究表面等离子体共振条件和溶液浓 度的关系 要求：自制液体传感部件，编制数据分析元件。 6 4 盖革
11、计数管二线 制应用电路实验 内容：自组装探测设备，调试，探测 6 5 基于全息技术的 三维图像记录系 统 内容：数字全息图的记录和再现采用数字化过程实现 要求：搭建数字化全息实验系统，提取强度和位相信息，进 行算法研究，数字化再现立体图像。 6 6 衰减全反射法测 量微小位移 内容： 利用衰减全反射法构造制作出一个实时微小长度测量 传感器 要求：完成实验系统，测量结果. 6 “物理创新实验”列表 序 号 实验名称 实验简介与要求 实验 时数 1 基于火焰燃料 电池的炊具干 烧报警技术 研究基于氧离子导体电解质的固体氧化物燃料电池在火焰 中的工作特性，使用热电偶进行炊具表面温度的测量，并用 单片
12、机根据温度值及其变化率在发生干烧条件的判断； 系统 的电能完全由火焰燃料电池提供。 6 2 应用拉曼光谱分 析法检测果蔬农 药残留 拉曼光谱是借助分子的振动谱来识别物质的。 不同农药的分 子结构不同其振动谱也会不同。 因而可将其作为 “分子指纹” 来识别不同的农药。 更重要的意义在于拉曼光谱仪是用光子 做探针，测试时对样品无直接接触无损坏。不需像其他测试 方法那样对样品进行彻底破坏及复杂费时的样品前处理。 6 3 利用散射介质增 长光程的低成本 小型化智能红外 气体浓度传感器 吸收光谱技术是一种应用广泛的气体传感技术。 本实验运用 可调谐半导体激光器吸收光谱技术(TDLAS) 对气体吸收光 谱
13、进行研究。 6 4 基于全息技术的 三维图像记录系 统 全息投影技术是全息摄影技术的逆向展示， 本质上是通过在 空气或者特殊的立体镜片上形成立体的影像。不同于平面银 幕投影仅仅在二维表面通过透视、阴影等效果实现立体感，全 息投影技术是真正呈现 3D 的影像，可以从 360的任何角度 观看影像的不同侧面。 6 5 激光通信 来源于军口“863”课题，开设于 2013 年。涉及光的发射、 调制和接收，利用 1550波段连续光实现声音和视频信号的 远距离传输。 6 6 体全息存储基础 实验 来源于“十五”和“十一五”的国防基础科研项目，开设于 2012 年。涉及存储介质的制备、光路的搭建、单点复用技 术以及图像再现的质量评价。 6 7 激光雷达测距 来源于军口“863”课题和总装预研课题，开设于 2010 年。 利用示波器研究光发射与接收的时间差， 由此计算得出测量 6 距离，并学会误差分析。 三、其它教学环节 无 四、考试权重 实验报告 80%，实验表现 20%。 大纲撰写人：王建 大纲审核人：丁卫强
