《光学与光电子基础实验》课程实验教学大纲
课程编号： | B0402033S | 课程名称： | 光学与光电子基础实验 |
课内总学时： | 32 | 实验学时： | 32 |
实验类别：□通识基础 □学科基础 ■专业基础 □专业
一、实验课程目的和任务
性质：本课程是为光电信息科学与工程专业开设的一门专业基础课，是本科教学中重要的实践环节。
目的和任务：本实验课程对物理光学、光电子学课程中所涉及到的部分基础理论知识作了验证。通过实验，加深学生对理论知识的理解，让学生熟练掌握光学和光电子方面的基本知识、基本原理。培养学生使用光学和光电子实验设备的能力以及运用实验方法解决实际问题的能力。
二、实验内容、学时分配及基本要求
序号 | 实验项目名称 | 学时 | 实验内容及要求 | 开出 组数 | 每组人数 | 实验 类型 | 选 做 | 必 做 | 备注 |
1 | 用法布里—珀罗干涉仪测量钠黄双线的波长差 | 4 | 内容： 用法布里—珀罗干涉仪测量钠黄双线的波长差。 要求： 了解F-P干涉仪的结构，掌握调节与使用F-P干涉仪的方法，掌握调节要点，熟练掌握用法布里—珀罗干涉仪测量钠黄双线的波长差的方法，并与理论值相比较，分析误差产生的原因。 | 16 | 2 | 验证 | | √ | |
2 | 偏振光实验 | 4 | 内容： 测量布儒斯特角，验证马吕斯定律，半波片的作用，1/4波片的作用及位相延迟角检测。 要求： 复习偏振光的相关知识，加深对布儒斯特角定义和马吕斯定律的理解。测出黑玻璃的布儒斯特角，验证马吕斯定律，了解半波片和1/4波片的作用，通过检测1/4波片位相延迟角，熟悉偏振光的干涉原理。 | 16 | 2 | 综合 | | √ | 参见附录1 |
3 | 阿贝成像和空间滤波 | 3 | 内容： 认识各类光学元器件。搭建光路，验证阿贝成像原理，掌握傅里叶变换的基本性质和有关定理。 要求： 了解透镜孔径对成像的影响和两种简单的空间滤波，掌握在相干光条件下调节多透镜系统的共轴，验证和演示阿贝成像原理，加深对傅里叶光学中空间频谱和空间滤波概念的理解，初步了解简单的空间滤波在光信息处理中的实际应用。 | 8 | 4 | 验证 | | √ | |
4 | 衍射光强实验（上） | 2 | 内容： 计算狭缝宽度，测绘夫朗禾费单缝衍射光强分布图。 要求： 复习夫朗禾费衍射的相关知识，加深夫朗禾费单缝衍射的理解，测出夫朗禾费单缝衍射光强分布图，并与理论计算的位置和光强进行比较。 | 16 | 2 | 验证 | | √ | |
5 | 衍射光强实验（下） | 3 | 内容： 计算狭缝宽度，测绘夫朗禾费多缝和圆孔衍射光强分布图。 要求： 加深夫朗禾费多缝和圆孔衍射的理解，测出夫朗禾费多缝和圆孔衍射光强分布图，并与理论计算的位置和光强进行比较。 | 16 | 2 | 验证 | | √ | |
6 | 电光调制实验 | 3 | 内容： 观察电光调制现象，测量电光调制特性曲线、半波电压，计算电光晶体的消光比和透射率。 要求： 掌握电光调制器的工作原理与性能，理解电光调制的主要性能参数的含义，熟练掌握半波电压、消光比、透射率的测量方法。 | 16 | 2 | 验证 | | √ | |
7 | 磁光调制实验 | 3 | 内容： 观察磁光调制现象，测量直流磁场对磁光介质的影响。 要求： 了解磁光调制实验原理，研究磁场与光场相互作用的物理过程，了解磁光介质，通过交流磁光调制和直流磁光调制实验测量直流磁光效应的旋光特性。 | 16 | 2 | 验证 | | √ | |
8 | 声光调制实验 | 4 | 内容： 观察声光调制实验现象，测试声光调制幅度特性、频率偏转特性及声光调制器的衍射效率，计算超声波波速。 要求： 了解声光调制实验原理，研究声场与光场相互作用的物理过程，理解布拉格衍射的条件，熟练掌握测试声光调制幅度特性、频率偏转特性的方法，掌握声光调制器的衍射效率、超声波波速的计算方法。 | 16 | 2 | 综合 | | √ | 参见附录2 |
9 | LD/LED的P-I-V 特性曲线测试 | 3 | 内容： 测LD/LED的P-I特性曲线和V-I特性曲线。 要求： 了解激光二极管LD和发光二极管LED结构的区别，掌握激光二极管LD及发光二极管LED重要特性参量的测试方法，计算LD阈值电流和外微分量子效率，并理解它们的含义。 | 16 | 2 | 验证 | | √ | |
10 | 光电探测原理实验 | 3 | 内容： 光照度测试，测试光电二极管的光电特性和伏安特性，测试光电池的光电特性和伏安特性。 要求： 认识光电探测原理实验箱，了解光照度基本知识和光照度的测量方法，了解光电二极管的工作原理和使用方法，掌握光电二极管的光照度特性、伏安特性及测试方法，根据实验电路图，连接电路。了解光电池的工作原理和使用方法，掌握光电池的光照度特性、伏安特性及测试方法，掌握光电池的开路电压特性、短路电流特性和输出电流与电压随负载变化的关系。 | 16 | 2 | 验证 | | √ | |
三、考核及实验报告
（一）考核
本课程独立设课、独立评分。考核成绩由平时成绩（50%）和实验考核成绩（50%）构成。 平时成绩以每项实验的现场操作评定成绩（20%）及实验后提交的实验报告成绩（30%）作为依据。其中，综合性实验报告的成绩是由预习报告和实验后提交的报告成绩综合评定，实验考核成绩以学期末进行笔试考核打分评定。
（二）实习报告
实验报告内容：
实验题目（写明该次实验题目）；实验日期；实验内容（实验操作的步骤或实验过程，要求步骤完整）；实验数据记录；实验小结（实验中遇到的问题及解决方法）。
实验报告要求：
原理完整、数据及分析完整、书写规范、文字简练、语句通顺、图表清晰。实验报告以书面形式递交。
四、主要仪器设备
硬件：
1、F-P干涉仪，钠光灯，测量望远镜。
2、光具座，氦氖激光器，偏振片，1/2波片，1/4波片，光电探测器。
3、光学平台，氦氖激光器，安全灯，薄透镜若干，溴钨灯（12V，50W）及直流电源，方向滤波器，光栅（正交及θ调制各一），网格字。
4、光具座，氦氖激光器，可调单缝，光栅，光电探测器。
5、光具座，氦氖激光器，多缝板，多孔板，光栅，光电探测器。
6、半导体激光器及电源，LiNbo，电光调制器，电光调制器驱动电源，偏振器件，双踪示波器，光电检流计，1/4波片（λ= 632.8nm），光具座。
7、半导体激光器及电源，起偏器，电磁铁及励磁电源，样品（铽玻璃，重火石玻璃），检偏器，光电转换器，光电检流计。
8、半导体激光器及电源，声光调制实验仪，光电接收器，声光调制晶体。
9、LD/LED光源特性测试实验仪，光纤。
10、光电探测综合实验仪，连接线，示波器。
软件：无
五、教材及参考书
教材
[1] 丁松峰，张胜，沈骁，孙晓芸，张莉．光学与光电子基础实验．南京邮电大学光电工程学院（自编）
参考书
[1] 石顺祥, 王学恩, 马琳．物理光学与应用光学【M】．第3版．西安：西安电子科技大学出版社，2014
[2] 梁铨廷．物理光学【M】．第4版．北京：电子工业出版社，2012
[3] 黄德修．半导体光电子学【M】．第2版．北京：电子工业出版社，2013
六、说明
无
执笔人：丁松峰 审核人：张胜 实验院长：胡芳仁
附录1：
《偏振光实验》综合性实验大纲
一、实验目的
复习偏振光的相关知识，加深对布儒斯特角定义和马吕斯定律的理解。测出黑玻璃的布儒斯特角，验证马吕斯定律，了解半波片和1/4波片的作用，通过检测1/4波片位相延迟角，熟悉偏振光的干涉原理。
二、实验内容
测量布儒斯特角，验证马吕斯定律，半波片的作用，1/4波片的作用及位相延迟角检测。
三、实验要求
连接好实验仪器，使光路准直，测出黑玻璃的布儒斯特角。验证马吕斯定律，画出光强～夹角的关系曲线。测试半波片和1/4波片的作用。检测1/4波片位相延迟角。
四、实验报告
1、简洁明了的叙述说明实验名称、目的、任务；对实验内容、原理、方法和过程要有详细的描述。
2、在报告中要附上使用实验数据作出的关系曲线图，关系曲线图必须作在坐标纸上。
3、结合课程相关知识，对实验结果深入分析。
4、总结在整个实验过程所遇到的问题和困难，谈出自己的经验和体会。
五、思考题
1、已知黑玻璃的布儒斯特角为56.7度，如何利用布儒斯特实验确定一偏振片的偏振方向？
2、如何利用一块检偏器，鉴别线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光？
附录2：
《声光调制实验》综合性实验大纲
一、实验目的
了解声光调制实验原理，研究声场与光场相互作用的物理过程，理解布拉格衍射的条件，熟练掌握测试声光调制幅度特性、频率偏转特性的方法，掌握声光调制器的衍射效率、超声波波速的计算方法。
二、实验内容
观察声光调制实验现象，测试声光调制幅度特性、频率偏转特性及声光调制器的衍射效率，计算超声波波速。
三、实验要求
连接好实验仪器，使光路准直，使声光调制器运转在布拉格条件下。测试声光调制的幅度特性，画出光强～调制电压的关系曲线。测试声光调制频率偏转特性，画出偏转角～调制频率的关系曲线。测量声光调制器的衍射效率和超声波的波速。
四、实验报告
1、简洁明了的叙述说明实验名称、目的、任务；对实验内容、原理、方法和过程要有详细的描述，
2、在报告中要附上使用实验数据作出的关系曲线图，关系曲线图必须作在坐标纸上。
3、结合课程相关知识，对实验结果深入分析。
4、总结在整个实验过程所遇到的问题和困难，谈出自己的经验和体会。
五、思考题
1、叙述声光衍射的基本原理，说明布拉格衍射和喇曼-奈斯衍射的区别。
2、为什么在测试声光调制频率偏转特性实验中的衍射光强时，当声波频率改变后需要重新调整声光调制器的转向？
