光电子技术绪论

1、光电子技术绪论10121016 l20世纪-电子学世纪 21世纪-光子学世纪 光子学的提出，光子学的若干重要学科分支光电子学包含：l激光与红外物理学l非线性光学:强光光学效应、电光效应、磁光效应、弹(声)光效应l半导体光电子学：光电转换效应、发光效应、非线性光学效应l导波光学：非线性光学效应介质导波效应l傅立叶光学 二、光电子技术二、光电子技术【optoelectronic technology】 1、定义：、定义：是电子技术与光子技术相结合而形成的一门新兴的综合性是电子技术与光子技术相结合而形成的一门新兴的综合性的交叉学科，主要研究光与物质中的电子相互作用及其能的交叉学科，主要研究光与物质中

2、的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术。量相互转换的相关技术。光电子技术又是一个非常宽泛的概念，它围绕着光信号的光电子技术又是一个非常宽泛的概念，它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新型发光感光产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新型发光感光材料，材料，非线性光学材料非线性光学材料，衬底材料、传输材料和人工材料，衬底材料、传输材料和人工材料的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。光电子技术科学是光电信息列从基础到应用的各个领域。光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础，涉及光产业的支柱与

3、基础，涉及光电子学电子学、光学、电子学、计算机、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。高新技术学科。 光电子技术发展史光电子技术发展史l19世纪世纪70年代到年代到1960年以前，光学与电子学仍是两门独立的学科。年以前，光学与电子学仍是两门独立的学科。l1960年，美国梅曼成功研制第一台激光器红宝石激光器，引起连锁反应。年，美国梅曼成功研制第一台激光器红宝石激光器，引起连锁反应。l1961年，第一台激光测距机问世，随后各种激光武器相继研制成功。年，第一台激光测距机问世，随后各种激光武器相继研

4、制成功。l20世纪世纪70年代，低损耗的光纤、常温下半导体激光器的成熟、年代，低损耗的光纤、常温下半导体激光器的成熟、CCD问世，导致光问世，导致光信息技术蓬勃发展。信息技术蓬勃发展。l20世纪世纪80年代，对量子阱材料等其他材料的深入研究，导致一些新的光电子年代，对量子阱材料等其他材料的深入研究，导致一些新的光电子器件的产生与应用。器件的产生与应用。l20世纪世纪90年代，光电子技术在通信领域和光存储方面取得了极大成功。年代，光电子技术在通信领域和光存储方面取得了极大成功。l21世纪是信息化的世纪，信息与信息交换的爆炸性增长对信息的采集、世纪是信息化的世纪，信息与信息交换的爆炸性增长对信息的

5、采集、传输、处理、存储与显示提出了严峻的挑战。传输、处理、存储与显示提出了严峻的挑战。光电子技术分类光电子技术分类l包括两大类技术包括两大类技术: l 光电子信息技术光电子信息技术:l激光激光在电子信息技术中的应用形成的技术。包在电子信息技术中的应用形成的技术。包含：光电检测与信息处理含：光电检测与信息处理;光通信光通信;光存储光存储;光显光显示等等。示等等。l 光电子能量科学技术：光电子能量科学技术： l 太阳能的利用太阳能的利用; 高效节能光源；高效节能光源；l 高功率激光器；激光加工；激光生命科学高功率激光器；激光加工；激光生命科学l2.特征: 光源激光化l 传输波导化l 手段电子化l现

6、代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化l3.重要性：信息技术的两大重要支柱之一光电子技术与微电子技术共同构成了信息技术的两大重要支柱。光电子技术与微电子技术共同构成了信息技术的两大重要支柱。l4.重要趋势：集成光电子技术l5.特点：1） 频谱宽l 2） 信息容量大l 3） 传输速度快l 4） 抗电磁干扰能力强信息光电子技术包含：l光载波源：激光、调Q、锁模、移频、混频l光信号加载：开关、偏转、调制、传感、复用l光信号传输：波导、耦合、隔离、偏振、中继、反馈l光信号处理：解调、整形、补偿、放大、延迟、卷积、滤波、存储l光信号接收探测、显示3 光电子信息产业的重要性光电子信息产业的重要性 随着

7、现代信息技术的发展，光子以其独特的优点，具有极快的响应速度随着现代信息技术的发展，光子以其独特的优点，具有极快的响应速度，极大的频宽，信息容量和极高的信息效率推动信息科学技术的发展，具有，极大的频宽，信息容量和极高的信息效率推动信息科学技术的发展，具有越来越大的竞争力，光电信息产业在市场的份额逐年增加。光子技术与微电越来越大的竞争力，光电信息产业在市场的份额逐年增加。光子技术与微电子技术结合，相互交叉、相互渗透与补充已经成为信息科学技术的主体之一子技术结合，相互交叉、相互渗透与补充已经成为信息科学技术的主体之一，光子和微电子是现代信息产业的基础和核心，光电信息产业已成为世界上，光子和微电子是现

8、代信息产业的基础和核心，光电信息产业已成为世界上发达国家的主导产业。发达国家的主导产业。一些国家把大量资金投入光子学和光子技术的研究和开发，许多以光子学命名的研一些国家把大量资金投入光子学和光子技术的研究和开发，许多以光子学命名的研究中心、实验室和公司如雨后春笋般地建立起来。可以毫不夸张地说，一个国究中心、实验室和公司如雨后春笋般地建立起来。可以毫不夸张地说，一个国家对光子学的投资以及在这一领域从事研究工作的人数直接反映着这个国家科家对光子学的投资以及在这一领域从事研究工作的人数直接反映着这个国家科学技术发展的水平。国际知名的科学家已经预言：光子时代已经到来，光子技学技术发展的水平。国际知名的

9、科学家已经预言：光子时代已经到来，光子技术将引起一场超过电子技术的产业革命，将给工业和社会带来比电子技术更大术将引起一场超过电子技术的产业革命，将给工业和社会带来比电子技术更大的冲击。光电子技术和产业在国家的冲击。光电子技术和产业在国家经济建设经济建设和科学持续发展中的作用。和科学持续发展中的作用。 美国政府已将光子学与光子技术列为国家发展的重点，认为该领域美国政府已将光子学与光子技术列为国家发展的重点，认为该领域“在国家安全与经济竞争在国家安全与经济竞争方面有深远的意义和潜力方面有深远的意义和潜力”，并肯定，并肯定“通信和计算机研究与发展的未来世界属于光子学领通信和计算机研究与发展的未来世界

10、属于光子学领域域”， 美国商务部指出：美国商务部指出： “9090年代，全世界光子产业以比微电子产业高得多的速度年代，全世界光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光子产业方面取得主动权，谁就将在发展，谁在光子产业方面取得主动权，谁就将在2121世纪的尖端科技的较量中夺魁世纪的尖端科技的较量中夺魁”。在德国，政府已确定光子学是本世纪初。在德国，政府已确定光子学是本世纪初“对保持德国在国际技术市场上的对保持德国在国际技术市场上的先进地位至关重要的关键技术之一先进地位至关重要的关键技术之一” 。在日本有评论认为。在日本有评论认为“2121世纪具有代世纪具有代表意义的主导业，第一是光子产业，第二

11、是信息通信产业表意义的主导业，第一是光子产业，第二是信息通信产业”。 我国政府十分重视光电子技术和产业的发展，已将它列入国民经济优先我国政府十分重视光电子技术和产业的发展，已将它列入国民经济优先发展的领域，把光电子产业列为国家重点发展计划，继发展的领域，把光电子产业列为国家重点发展计划，继19861986年年3 3月王大珩等四月王大珩等四位专家倡导的位专家倡导的“863863计划计划”之后，在此基础上开始了之后，在此基础上开始了“973973计划计划”，这两个高科，这两个高科技计划的技计划的重点是光电子产业。受信息化、数字化、网络化浪潮的推动，中国的光重点是光电子产业。受信息化、数字化、网络化

12、浪潮的推动，中国的光电信息市场和产业也呈现出高速增长态势，成为拉动整个国民经济增长的第一支柱电信息市场和产业也呈现出高速增长态势，成为拉动整个国民经济增长的第一支柱行业。行业。1999年底全国范围内建成了年底全国范围内建成了“八横八纵八横八纵”的光缆网武汉、广东和长春的光缆网武汉、广东和长春等地提出了建设中国光谷的规划。等地提出了建设中国光谷的规划。4 光电子技术的应用光电子技术的应用 光纤通信光纤通信 光存储光存储 光计算光计算 在线检测在线检测 危险环境测量危险环境测量 激光医学激光医学 激光加工激光加工 军事应用军事应用 遥感测量遥感测量 光传感光传感 精密计量精密计量 技术领域技术领域

13、 应应 用用 空间光学望远镜：美国2.4m口径哈勃望远镜 大型天文望远镜：口径为25m的天文望远镜在筹建中 光光 学学 激光器 激光系统 发光与显示 激光加工（打孔、切割、焊接、表面处理等） 机机 械械 激光光刻与微细加工（0.30.5m） X 射线光刻（ 0.3 m ） 光化学三维模型制作 光纤通信 信信 息息 光电子传感（包括光纤传感） 激光印刷与照排 光盘存储 技术领域技术领域 应应 用用 激光核聚变 能能 源源 激光分离铀同位素；美国每年为铀的浓缩开支约20亿美元 太阳能电池 生物工程生物工程 激光诱导细胞融合 激光显微切割染色体 医医 疗疗 激光光谱诊断、治癌 激光临床医疗 化学工程化学工程 激光引发化学反应 光化学沉淀，激光化学提纯 激光货标扫描器 流通领域流通领域 全息商标、全息饰物 激光标记、纸币防伪标识 环境保护环境保护 大气污染激光监测 技术领域技术领域 应应 用用 地地 理理 遥感、遥测 计计 量量 无接触测速、测长、测经等 计量标准；激光波长已是国际长度标准 光学材料、非线性光学材料 材材 料料 光电子功能材料 激光法低维材料的生长 光学跟踪、寻的、图象