本文作者：羅彬彬 趙明富 舍麗 周登義 曹陽 全曉莉 單位：重慶理工大學電子信息工程與自動化學院

20世紀70年代以來,由于半導(dǎo)體激光器和光纖技術(shù)的重要突破，推動了以光纖傳感、光纖傳輸、光盤信息存儲與顯示、光計算以及光信息處理等技術(shù)的蓬勃發(fā)展，從深度和廣度上促進了光學和電子學及其他相應(yīng)學科(數(shù)學、物理、材料等)之間的相互滲透，形成了一個邊緣的研究領(lǐng)域。光電子學一經(jīng)出現(xiàn)就引起了人們的廣泛關(guān)注，反過來又進一步促進了光電子學及光電子技術(shù)的發(fā)展。光電子技術(shù)包括光的產(chǎn)生、傳輸、調(diào)制、放大、頻率轉(zhuǎn)換和檢測以及光信息存儲和處理等。因此，可以這么說，現(xiàn)代信息技術(shù)的支撐學科是微電子學和光學，光電子學則是由電子學和光學交叉形成的新興學科，對信息技術(shù)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。光電子技術(shù)是光頻段的電子技術(shù)，是電子技術(shù)與光學技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，光電子技術(shù)是光電信息產(chǎn)業(yè)的支柱與基礎(chǔ)，涉及光電子學、光學、電子學、計算機技術(shù)等前沿學科理論，是多學科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術(shù)學科，其技術(shù)廣泛應(yīng)用于光電探測、光通信、光存儲、光顯示、光處理等高新技術(shù)光電信息產(chǎn)業(yè)。同時，隨著生物醫(yī)學、生命科學等新興學科的發(fā)展，其中的信息獲取手段對光電子技術(shù)的依賴程度越來越高，加快了這些學科之間的交叉融合，從而誕生了很多邊緣學科，比如生物光子學、光醫(yī)學等。綜上所述，可見光電子技術(shù)在現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)中的重要地位，因此，光電子技術(shù)這門課程不僅是光學工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，也應(yīng)該作為電子信息工程專業(yè)的專業(yè)選修課程來開設(shè)。

電子信息工程專業(yè)的光電子技術(shù)課程的基礎(chǔ)理論知識包括：光度學基本知識、光輻射傳播、光束調(diào)制與解調(diào)、光輻射探測技術(shù)等。其中，光度學基本知識是最基礎(chǔ)的內(nèi)容，包括：電磁波波譜、輻射度學、光度學、熱輻射基本定律、激光原理、典型激光器等。光輻射傳播包括：光輻射的電磁理論、光波在大氣中的傳播規(guī)律與特性、光波在電光晶體中的傳播規(guī)律與特性、光波在聲光晶體中的傳播規(guī)律與特性、光波在磁光晶體中的傳播規(guī)律與特性、光波在光纖波導(dǎo)中的傳播規(guī)律與特性、光波在水中的傳播特性、光波在非線性介質(zhì)中的傳播等。光度學基本知識和光輻射傳播這兩個基礎(chǔ)內(nèi)容可以說是光電子技術(shù)課程基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，而對于電子信息工程專業(yè)的學生來說，這些知識點比較抽象，為了便于該專業(yè)學生對光電知識的接受和激發(fā)他們的興趣，因此，在課堂上有必要多花時間重點講解這部分的知識點，同時在制作PPT教案時盡可能使用圖片或動畫描述一些原理性的知識。

比如：在講解激光是如何產(chǎn)生的時候，可制作動畫描述自發(fā)輻射、受激吸收、受激輻射的原理；在講解激光器的結(jié)構(gòu)和工作原理時，可制作多色圖片對激光在各種光學諧振腔中的受激放大過程進行描述；在介紹各種典型的激光器時，最好收集到它們的實物照片進行講解；在講解光波在各種光學晶體中的傳播特性與規(guī)律時，最好能制作三維立體的圖片描述光學晶體的各向異性的特性，相應(yīng)的公式表達盡量簡潔化，然后結(jié)合動畫描述光波在其中傳播時所發(fā)生的變化。光束的調(diào)制、掃描和解調(diào)技術(shù)的理論教學內(nèi)容包括：光束調(diào)制的基本原理、電光調(diào)制技術(shù)、聲光調(diào)制技術(shù)、磁光調(diào)制技術(shù)、直接調(diào)制技術(shù)、光束機械掃描技術(shù)、光束電光掃描技術(shù)、光束聲光掃描技術(shù)、空間光調(diào)制器等。這些知識點的理論基礎(chǔ)都是“光輻射在光學晶體中的傳播規(guī)律和特性”。其中光束調(diào)制的基本原理移植了微電子學中微波調(diào)制中的很多概念，電子信息工程專業(yè)的學生易于理解，但是光束調(diào)制和掃描的實現(xiàn)技術(shù)中，除了需要使用各種光學晶體以外，還需要使用半波片、全波片、起偏器、檢偏器共同組成一個系統(tǒng)完成光束的調(diào)制和掃描。這些光學器件對于沒有光學工程基礎(chǔ)的電子信息工程專業(yè)的學生來說比較陌生，因此，在講解過程中應(yīng)該通過動畫或圖片等手段形象地描繪線偏振光、橢圓偏振光、圓偏振光等基本光學概念，并借用相關(guān)的光學參考資料對這些光學器件的功能和原理進行簡單介紹。

只有這樣，才有利于電子信息工程專業(yè)的學生深刻理解光束的調(diào)制、掃描、解調(diào)等技術(shù)。光輻射探測技術(shù)的理論教學內(nèi)容主要包括：光電探測的物理效應(yīng)、光電探測器的性能參數(shù)、光電探測器的噪聲、光電導(dǎo)探測器—光敏電阻、PN結(jié)光伏探測器的工作模式、硅光探測器、光電二極管、光熱探測器、直接光電探測系統(tǒng)、光頻外差探測的基本原理等。由于電子信息工程專業(yè)的學生已經(jīng)具備了較好的半導(dǎo)體器件理論基礎(chǔ)知識，而光電子器件本身也屬于半導(dǎo)體器件，因此學生只要掌握了愛因斯坦的光電效應(yīng)原理，就很容易理解各種光電子器件的工作原理、性能特點及應(yīng)用領(lǐng)域。該部分所介紹的各種光電半導(dǎo)體器件很可能會在學生將來從事信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的相關(guān)工作中用到，也可能會在將來某些學生跨到光電信息或光學工程相關(guān)專業(yè)進一步深造時從事相關(guān)科研課題研究時用到，比如：PN結(jié)光伏探測器、光敏電阻、光電二極管、光電三極管等，都會經(jīng)常用到。因此，建議在理論教學過程中，除了結(jié)合圖片等多媒體教學手段介紹相關(guān)光電子器件的工作原理外，最好能夠給學生展示光電子器件的實物，以便給學生一些感官認識。電子信息工程專業(yè)光電子技術(shù)課程的系統(tǒng)方面的知識點包括：光電成像系統(tǒng)、光電顯示系統(tǒng)等。

其中，光電成像系統(tǒng)的基本器件是電荷耦合攝像器件(CCD)，CMOS攝像器件和電荷注入器件(CID)。目前，CCD攝像器件的應(yīng)用最為成熟和廣泛，主要包括線陣CCD和面陣CCD等，其原理基礎(chǔ)仍然是光電半導(dǎo)體器件和兩相或三相電極電路的結(jié)合。因此，教學中應(yīng)結(jié)合脈沖數(shù)字電路知識重點講解CCD的原理和特點。光電成像系統(tǒng)的內(nèi)容包括：系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)、基本參數(shù)、紅外成像系統(tǒng)、紅外成像中的信號處理及綜合特性等。其中紅外成像系統(tǒng)涉及很多應(yīng)用光學方面的知識，這對沒有應(yīng)用光學基礎(chǔ)知識的電子信息工程專業(yè)的學生來說比較陌生，而且屬于光學工程專業(yè)學生的研究方向之一，因此，這部分內(nèi)容簡單介紹即可。而紅外成像中的信號處理都涉及電子電路方面的知識，屬于電子信息工程專業(yè)的范疇，這部分內(nèi)容可以重點講解。光電顯示系統(tǒng)包括陰極射線管原理、液晶顯示原理、等離子體顯示原理、電致發(fā)光顯示原理及多色激光顯示原理等，其中前三類顯示技術(shù)的應(yīng)用已很廣泛和成熟，可以重點講解，而后兩類顯示技術(shù)比較前沿，可以簡單介紹，以便讓電子信息工程專業(yè)的學生了解當今光電顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢。電子信息工程專業(yè)光電子技術(shù)課程應(yīng)用方面的內(nèi)容包括：光纖通信、激光雷達、激光制導(dǎo)、紅外遙感、紅外跟蹤制導(dǎo)、光纖傳感技術(shù)等。這些應(yīng)用技術(shù)可以分別舉一個相應(yīng)的實際應(yīng)用系統(tǒng)進行介紹，讓學生體會到光電子技術(shù)的重要性和廣泛性，激發(fā)他們對這門技術(shù)的興趣。