吳旭峰,朱 利

(東南大學電子科學與工程學院,江蘇南京 210096）

電子科學與技術專業(yè)光電子實驗室建設

吳旭峰,朱 利

(東南大學電子科學與工程學院,江蘇南京 210096）

我院根據(jù)教學需要,建設了專門為電子科學與技術專業(yè)本科教學服務的光電子實驗室。本文從實驗內(nèi)容、實驗儀器的設計和制作、實驗環(huán)境的建設和實驗教材編寫等方面介紹了實驗室建設情況。本實驗室已經(jīng)為本校相關專業(yè)的教學提供了良好的教學服務。根據(jù)實驗教學的發(fā)展趨勢和本校的實際情況,文中提出了下一步實驗室建設的思路。

電子科學與技術;光電子;實驗室建設

隨著專業(yè)課程改革,我校電子學院原有的真空、激光、電子器件、微波和微電子等相關專業(yè)已經(jīng)合并為電子科學與技術一個寬口徑本科專業(yè),并制訂了統(tǒng)一的教學計劃。光學光電子學科一直是我們院的一個重要的研究方向,擁有物理電子學和光學工程的碩士點、博士點和博士后流動站。由于該學科應用面廣和實踐性強,實驗教學在專業(yè)人才培養(yǎng)中占有重要的地位[1-2]。

1 實驗項目的設置

我院以激光光電子的基礎驗證性實驗為主建設了光電子實驗室,設計制作了實驗設備。我們根據(jù)本院的實際情況,仔細討論研究確定了所要建設的實驗項目?！肮怆娮游锢砘A”課程內(nèi)實驗4學時,項目確定為激光增益的測量、激光縱橫模的測量和激光線寬的測量;“光電子技術”課程內(nèi)實驗4學時,項目確定為電光調(diào)制技術、激光調(diào)Q和倍頻技術。

2 實驗儀器的設計和制作

我們通過調(diào)研,了解國內(nèi)幾所高校的光電子實驗狀況。我們確定了實驗室配置設備的基本方案。

針對激光增益的測量,國內(nèi)各高校的實驗方法各異。有些高校采用放大法,一臺激光器輸出的激光通過一個放大器,分別測試輸入和放大器輸出的光強大小,求出增益系數(shù)。有一些高校采用內(nèi)損耗法來測試增益系數(shù),即在腔內(nèi)插入損耗輸出片,隨著損耗片的旋轉,該損耗片上光的反射率發(fā)生變化,通過測量損耗片上輸出光強與旋轉角度的變化關系曲線,可以求出小信號增益系數(shù),同時還可以求出腔內(nèi)損耗和飽和光強等參數(shù)。該方法測試機構相對復雜一些,數(shù)據(jù)處理工作量大。我們確定采用后一種內(nèi)損耗法來測試激光增益。

許多高校激光調(diào)Q采用染料調(diào)Q方法,我們考慮目前工業(yè)生產(chǎn)中激光應用現(xiàn)狀和調(diào)Q穩(wěn)定性,采用電光調(diào)Q技術[3-5],我們確立所需建設電光調(diào)Q實驗基本原理和方法。

在確定了實驗設備方案基礎上,我們根據(jù)使用情況,確定實驗設備的基本參數(shù)和測量精度,進行新儀器設備的結構設計工作,根據(jù)實際使用對某些結構做了改進。比如內(nèi)損耗法測試激光增益的時候,損耗片旋轉θ角度,反射光束則旋轉2θ角度,因此光探測器不能與損耗片放置在一個旋轉驅動軸上,目前大部分的實驗裝置中通過一套齒輪系統(tǒng)來保證損耗片旋轉過程中與反射光束探測器同步。而我們新設計的裝置中直接選用一個長條形的光電池來測試反射光,只要保證損耗片旋轉過程中,反射光束都落在光電池上就可以了。從而簡化了實驗裝置,節(jié)約了制作成本。另外激光橫模的測量、激光縱模的測量和激光線寬的測量三套裝置的空間都不大,且使用同一種激光源(He-Ne激光),我們設計時將它們集成在一個實驗箱內(nèi),由光反射器將激光分別引到各自測試光路中,節(jié)省了實驗空間。

我們在設計新的實驗裝置時,將原有設備中用函數(shù)記錄儀記錄實驗數(shù)據(jù)的全部改為微機采集測試。比如增益測量中損耗片上反射光強與旋轉角度的關系曲線和激光橫模測量中光強分布曲線測試中,通過計算機程序控制步進電機運動,光探測器測得的光強數(shù)據(jù)經(jīng)模數(shù)轉換由串口輸入計算機,顯示出曲線,同時生成數(shù)據(jù)表文件,實驗完成以后,學生可以將數(shù)據(jù)拷貝回去進行處理,方便于學生進行數(shù)據(jù)讀取并應用計算機進行分析處理。這樣既可提高實驗數(shù)據(jù)的可靠性和精度,還能熟悉Origin和Matlab等相關軟件的使用。再如用多光束干涉法測量激光線寬時獲得的干涉環(huán),以前的實驗中是使用感光底片拍照來記錄的。我們新設計的實驗裝置直接用CCD成像,輸入計算機,讀出顯示,生成圖形文件,由相應程序讀出干涉環(huán)的內(nèi)外徑,提高了實驗測試的精度。

實驗裝置設計制作中,我們適度增加趣味性的實驗項目。在電光調(diào)制實驗中,學生可先調(diào)節(jié)電光晶體上所加偏壓測得電光調(diào)制曲線,隨后加上正弦信號,調(diào)節(jié)直流偏壓觀察信號失真情況。在這之后,我們設計用MP3播放器將一些流行歌曲的音頻信號加到電光晶體上,光接收器收到的音頻信號經(jīng)過放大由揚聲器播放出來,在這個過程中學生可以感受到簡單的光通訊過程,直接感受到直流偏壓變化或旋轉1/4波片時的信號失真情況。

3 目前使用情況

實驗室教學主要針對我院電子科學與技術專業(yè)本科生的兩門課程開放。經(jīng)過實驗過程的訓練,學生通過動手操作,掌握了基本的實驗技巧和方法。本實驗室還為本校物理系的光信息科學與技術專業(yè)開設“現(xiàn)代光學實驗”課程,為物理學和應用物理學專業(yè)的激光原理課程開設實驗。在完成教學任務的基礎上,本實驗室還為大學生研究計劃SRTP提供一定的幫助。我們還將有些實驗設備進行簡單的改造,幫助研究生完成相關課題研究。如將電光調(diào)制技術實驗系統(tǒng)進行簡單的改造,進行了混沌信號光通訊的研究;利用脈沖調(diào)Q激光器,完成激光燒蝕制備納米材料的實驗研究。

4 下一步建設設想

目前,光電子實驗室只設計了一些基礎性的實驗項目。根據(jù)教學計劃的安排,電子科學與技術專業(yè)本科必選課“現(xiàn)代光學基礎”也將設置一些實驗項目,置于本實驗室平臺內(nèi)。該實驗項目內(nèi)容的設置有別于普通物理實驗,更多地考慮本校電子專業(yè)的特點,涉及顯示光學技術、眼視光學和光電檢測等實驗項目。我們準備設立新型激光器件應用和光纖通訊等創(chuàng)新型的實驗項目,可讓學生選修。

[1] 黃沖,歐陽艷東.創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與光學實驗教學[J].蘭州:高等理科教育,2001,6(40):50-52

[2] 明海,陳博,章江英.大力加強光學專業(yè)學生的素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].合肥:光電子技術與信息,2004,17(4):15-18

[3] 高以智.激光實驗選編[M].北京:電子工業(yè)出版社,1988.5

[4] 屠欽澧,張自襄.激光實驗原理和方法[M].北京:北京工業(yè)學院出版社,1988.6

[5] 黃植文,黃顯玲.激光實驗[M].北京:北京大學出版社,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

吳旭峰(1973-),男,博士,副教授,主要從事光電子技術與應用的研究,E-m ail:w uxf@seu.edu.cn