电子科学与技术专业光电子实验室建设

吴旭峰,朱 利

(东南大学电子科学与工程学院,江苏南京 210096）

电子科学与技术专业光电子实验室建设

吴旭峰,朱 利

(东南大学电子科学与工程学院,江苏南京 210096）

我院根据教学需要,建设了专门为电子科学与技术专业本科教学服务的光电子实验室。本文从实验内容、实验仪器的设计和制作、实验环境的建设和实验教材编写等方面介绍了实验室建设情况。本实验室已经为本校相关专业的教学提供了良好的教学服务。根据实验教学的发展趋势和本校的实际情况,文中提出了下一步实验室建设的思路。

电子科学与技术;光电子;实验室建设

随着专业课程改革,我校电子学院原有的真空、激光、电子器件、微波和微电子等相关专业已经合并为电子科学与技术一个宽口径本科专业,并制订了统一的教学计划。光学光电子学科一直是我们院的一个重要的研究方向,拥有物理电子学和光学工程的硕士点、博士点和博士后流动站。由于该学科应用面广和实践性强,实验教学在专业人才培养中占有重要的地位[1-2]。

1 实验项目的设置

我院以激光光电子的基础验证性实验为主建设了光电子实验室,设计制作了实验设备。我们根据本院的实际情况,仔细讨论研究确定了所要建设的实验项目。“光电子物理基础”课程内实验4学时,项目确定为激光增益的测量、激光纵横模的测量和激光线宽的测量;“光电子技术”课程内实验4学时,项目确定为电光调制技术、激光调Q和倍频技术。

2 实验仪器的设计和制作

我们通过调研,了解国内几所高校的光电子实验状况。我们确定了实验室配置设备的基本方案。

针对激光增益的测量,国内各高校的实验方法各异。有些高校采用放大法,一台激光器输出的激光通过一个放大器,分别测试输入和放大器输出的光强大小,求出增益系数。有一些高校采用内损耗法来测试增益系数,即在腔内插入损耗输出片,随着损耗片的旋转,该损耗片上光的反射率发生变化,通过测量损耗片上输出光强与旋转角度的变化关系曲线,可以求出小信号增益系数,同时还可以求出腔内损耗和饱和光强等参数。该方法测试机构相对复杂一些,数据处理工作量大。我们确定采用后一种内损耗法来测试激光增益。

许多高校激光调Q采用染料调Q方法,我们考虑目前工业生产中激光应用现状和调Q稳定性,采用电光调Q技术[3-5],我们确立所需建设电光调Q实验基本原理和方法。

在确定了实验设备方案基础上,我们根据使用情况,确定实验设备的基本参数和测量精度,进行新仪器设备的结构设计工作,根据实际使用对某些结构做了改进。比如内损耗法测试激光增益的时候,损耗片旋转θ角度,反射光束则旋转2θ角度,因此光探测器不能与损耗片放置在一个旋转驱动轴上,目前大部分的实验装置中通过一套齿轮系统来保证损耗片旋转过程中与反射光束探测器同步。而我们新设计的装置中直接选用一个长条形的光电池来测试反射光,只要保证损耗片旋转过程中,反射光束都落在光电池上就可以了。从而简化了实验装置,节约了制作成本。另外激光横模的测量、激光纵模的测量和激光线宽的测量三套装置的空间都不大,且使用同一种激光源(He-Ne激光),我们设计时将它们集成在一个实验箱内,由光反射器将激光分别引到各自测试光路中,节省了实验空间。

我们在设计新的实验装置时,将原有设备中用函数记录仪记录实验数据的全部改为微机采集测试。比如增益测量中损耗片上反射光强与旋转角度的关系曲线和激光横模测量中光强分布曲线测试中,通过计算机程序控制步进电机运动,光探测器测得的光强数据经模数转换由串口输入计算机,显示出曲线,同时生成数据表文件,实验完成以后,学生可以将数据拷贝回去进行处理,方便于学生进行数据读取并应用计算机进行分析处理。这样既可提高实验数据的可靠性和精度,还能熟悉Origin和Matlab等相关软件的使用。再如用多光束干涉法测量激光线宽时获得的干涉环,以前的实验中是使用感光底片拍照来记录的。我们新设计的实验装置直接用CCD成像,输入计算机,读出显示,生成图形文件,由相应程序读出干涉环的内外径,提高了实验测试的精度。

实验装置设计制作中,我们适度增加趣味性的实验项目。在电光调制实验中,学生可先调节电光晶体上所加偏压测得电光调制曲线,随后加上正弦信号,调节直流偏压观察信号失真情况。在这之后,我们设计用MP3播放器将一些流行歌曲的音频信号加到电光晶体上,光接收器收到的音频信号经过放大由扬声器播放出来,在这个过程中学生可以感受到简单的光通讯过程,直接感受到直流偏压变化或旋转1/4波片时的信号失真情况。

3 目前使用情况

实验室教学主要针对我院电子科学与技术专业本科生的两门课程开放。经过实验过程的训练,学生通过动手操作,掌握了基本的实验技巧和方法。本实验室还为本校物理系的光信息科学与技术专业开设“现代光学实验”课程,为物理学和应用物理学专业的激光原理课程开设实验。在完成教学任务的基础上,本实验室还为大学生研究计划SRTP提供一定的帮助。我们还将有些实验设备进行简单的改造,帮助研究生完成相关课题研究。如将电光调制技术实验系统进行简单的改造,进行了混沌信号光通讯的研究;利用脉冲调Q激光器,完成激光烧蚀制备纳米材料的实验研究。

4 下一步建设设想

目前,光电子实验室只设计了一些基础性的实验项目。根据教学计划的安排,电子科学与技术专业本科必选课“现代光学基础”也将设置一些实验项目,置于本实验室平台内。该实验项目内容的设置有别于普通物理实验,更多地考虑本校电子专业的特点,涉及显示光学技术、眼视光学和光电检测等实验项目。我们准备设立新型激光器件应用和光纤通讯等创新型的实验项目,可让学生选修。

[1] 黄冲,欧阳艳东.创新能力的培养与光学实验教学[J].兰州:高等理科教育,2001,6(40):50-52

[2] 明海,陈博,章江英.大力加强光学专业学生的素质教育和创新能力培养[J].合肥:光电子技术与信息,2004,17(4):15-18

[3] 高以智.激光实验选编[M].北京:电子工业出版社,1988.5

[4] 屠钦澧,张自襄.激光实验原理和方法[M].北京:北京工业学院出版社,1988.6

[5] 黄植文,黄显玲.激光实验[M].北京:北京大学出版社,1996.9

Construction of Optoelectronic Laboratory for the Electronic Science and Technology Specialty

WU Xu-feng,ZHU Li

(Schoolo f E lectronic Science and Eng ineering,SoutheastUniversity,Nanj ing 210096,China)

Against the background of curriculum reform and enrollment expansion,according to teaching plan,the optoelectronic laboratory for undergraduate of electronic science and technology specialty is constructed.The laboratory construction details are introduced,including experimental content,design and manufacture of experim ental instruments,construction of experimentalenvironment,and compile of textbook.The lab has p rovided w ell teaching condition for undergraduate.According to the developing trend of experimental teaching and the factsofour university,the next laboratory construction plan is conceived.

electronic science and technology specialty;optoelectronics;laboratory construction

G482

A

1008-0686(2011)02-0048-02

2010-08-02;

2011-01-06

吴旭峰(1973-),男,博士,副教授,主要从事光电子技术与应用的研究,E-m ail:w uxf@seu.edu.cn