电子科学及其技术与导论4

第十章光电信息技术《电子信息科学与技术导论》（第三版）激光的发明开辟了“光学工程”的新时代。我国教育部研究生培养目录中，设置有一级学科“光学工程”。光学是涉及理科和工科的多个学科领域的综合学科。

以“光学”为背景设置的本科专业有：光信息科学与技术（理科）、光电子技术科学（理科）、光信息工程（工科）、信息显示与光电技术（工科）、光源与照明（工科）等。

光学工程还涉及仪器仪表、材料、控制科学与工程、机械工程、生物医学等学科等领域。光学技术与电子信息技术相结合，产生了新的光电信息技术和产业，其中光纤、光通信、红外成像、夜视仪、LED显示屏等，都是光学和电子信息科学技术相结合的重要内容。

本章主要介绍激光的特性、激光的应用和光纤、光纤通信、光电信息处理、红外成像、微光夜视仪以及LED照明的基本概念与应用等内容。前言第十章光电信息技术6123410.1神奇的激光10.2光纤通信10.3无线光通信10.4红外和可见光隐身510.5红外成像与微光夜视仪10.6光电信息处理10.7发光二极管（LED）及应用10.1.1激光的发明10.1神奇的激光梅曼(Maiman)美国物理学家(1927-2007)1960年美国休斯公司年轻的物理学家Maiman发明了世界上第一台红宝石激光器，光的亮度是太阳表面的4倍。从此世界进入了光电信息技术技术的新的时代。从研究受激辐射微波受激辐射激光1.激光原理译名：受激辐射光放大-LASER(镭射)激光的英文：LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation1964年按照我国著名科学家钱学森的建议将“镭射”定名为“激光”。何谓“受激辐射”？爱因斯坦从量子论观点出发，于1916年提出了一套全新理论，包括原子自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。其中受激辐射过程是产生激光的物理基础。1，激光原理受激辐射示意图受激辐射光是人造光，它与自然光相比有不同的特性。受激辐射最重要的特点是相干性，与自发辐射相比较，受激辐射光子与入射光子属于同一光子态，即受激辐射场与入射辐射场具有相同的频率、相位、传播方向和偏振态(该现象即称为“相干”)，所以受激辐射产生的光具有极强的相干性。2.激光发明的背景受激辐射跃迁爱因斯坦微波激射器汤斯(Townes)开放式谐振腔汤斯、肖洛红宝石激光器梅曼19161951195819603.发明激光的意义激光是20世纪以来继原子能、计算机、半导体之后人类的又一个重大发明，被誉为最快的刀、最准的尺、最亮的光和神奇的激光。实验室激光研究装置（1）激光对学科发展的影响激光的发明开创新的学科-光学工程光通信激光与光电工程集成光学光电器件光纤与光纤传感光信息处理激光的发明在科学技术界形成了一个新的”光学工程”学科，设立了“光通信”、“激光与光电工程”、“集成光学与光电子器件”、“光纤与光纤传感技术”、“光信息处理”等多个研究方向，开辟了光电产业的广阔领域，产生了众多产业集群。（2）激光器改变了传统产业He-Ne激光器CO2激光器染料激光器GaAs半导体激光器

激光器诞生后的四十多年中，激光器种类越来越多，开发出了各种激光应用的激光器，对电子产业、机械加工、武器装备等产生了重大影响。大功率激光器已达几兆瓦，已广泛应用于激光焊接、激光切割、激光武器、激光制导等。小功率半导体激光器四通道光电探测器（3）激光引起照明技术革命激光技术已引发一场照明技术革命。半导体照明以其节能、环保等符合当今时代主题的特性，半导体照明将逐步替代白炽灯和荧光灯，进入普通照明领域。

10.1.2激光的特性1，高方向性

2，单色性

3，高亮度

激光特性4，高相干性

保证聚焦到极高功率密度，将激光器用于精细加工和雕刻，生成大功率激光束的基础。几乎只产生单一波长的激光激光束经透镜聚焦，能产生数千度乃至上万度的高温，使任何材料被烧熔、汽化。是提取光波流中的相位信息，是激光信息处理的物理基础。激光的上述特性是普通光源所不具有的！10.1.3无处不在的激光应用1.光通信激光用于通信成为现代光纤通信系统最主要的光源，改变了世界通信骨干网的状况。激光为现代通信提供了优质的信息载体，成就了有巨大市场的光通信产业。光通信类型3

水下光通信光在水下传输2自由空间

光通信光在大气或者宇宙中传输光纤通信1光在光纤

中传输2.光存储激光唱片机(CD机)是利用光存储的产品，是由电子线路、电子机械和激光头构成的综合电子系统。

激光影碟机（VCD/DVD）等。激光影碟机激光唱片机利用激光存储信息的巨大能力已开发出了多种电子产品，如激光唱机、影碟机、电子图书和电子图书馆等。而信息都是存储在激光盘片上，例如LVD激光影碟、CD激光唱片、DVD盘片等。3.激光照排技术激光照排是印刷技术的一次革命性进步。它是将文字通过计算机分解为点阵，然后控制激光在感光底片上扫描，用曝光点的点阵组成文字和图像。现在我国已广泛应用的汉字排版技术就采用了激光照排，它比古老的铅字排版工效至少提高5倍。激光照排机4.在医学上的应用（1）激光手术刀（2）眼科手术器械（3）癌症治疗（4）激光美容一、神奇的激光激光采血仪激光气化仪激光手术刀5.激光机械加工有：激光焊接、激光切割、激光打孔、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。激光切割机床6.激光测距（1）激光雷达的历史LIDAR源自1970年美国航天局（NASA）的激光测绘技术、空载激光扫瞄技术、全球定位系统（GPS：GlobalPositioningSystem）及惯性导航系统（INS:InertialInertiNavigationSystem）。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与实时定位定姿系统两者结合，形成空载激光扫描仪（Ackermann-19）即激光雷达。空载激光扫瞄仪约从1995年开始商用，之后发展快速，目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪。（2）激光雷达的原理及类型探测技术分类：直接探测型相干探测型功能分类：跟踪雷达运动目标指示雷达流速测量雷达风剪切探测雷达目标识别雷达成像雷达振动传感雷达原理：由激光发射机、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成，是一种集激光，全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术于一身的综合系统。是从激光回波中获得被照射目标位置、运动速度、几何尺寸等数据。激光雷达的应用：直升机障碍物规避激光雷达、化学战剂探测激光雷达、机载海洋激光雷达、成像激光雷达、激光气象雷达、自动驾驶技术等等。机载激光雷达设备激光多普勒雷达测速系统（3）激光雷达的应用激光散射测量雷达系统激光雷达（可用于气象、环保及遥感等）通过激光雷达、视频摄像头和激光测距器，对车辆周围环境进行精准识别，自主避让前方障碍物，进行自动转向。在车辆的行驶过程中，采用计算机自主学习、高精度地图、定位、激光雷达等技术，利用环境感知，根据决策规划出目标轨迹。（4）手持激光测距仪手持激光测距仪的工作原理类似激光雷达，主要用于测距，它已成为野外施工、房屋装修与日常家用，可以替代卷尺的一种简便测距工具。7.激光武器激光武器类型按发射位置分天基陆基舰载车载机载按用途

分战术型战略型激光枪前苏联反卫、反导系统示意安装有激光武器的战车机头安装有激光武器的波音747美国陆基反卫、反导激光装置示意图

光纤通信优点BECDA通信容量大传输频带宽传输损耗小抗电磁干扰能力强光纤资源丰富、便宜10.2光纤通信光纤己取代架空明线、微波中继通信方式。

光纤通信实例：2008年10月投入运营的连接亚洲（上海）和美洲大陆的兆兆级(Tb/s)海底光缆通信系统能容纳1920万人同时通电话，或者同时传递16万路高清数字电视节目。其它通信方式要实现如此大的通信容量是无法想象的。

1960197019801990至今高琨(C.K.Kao)康宁公司(CoringCorp.)提出石英玻璃纤维可将光波约束在其内进行光信号传输理论研制出损耗为20dB/Km的光纤光纤损耗不断下降，达到0.2dB/Km各种特种光纤不断涌现，光纤损耗接近理论极限值10.2.1光纤的发明光纤：全称光导纤维(opticalfiber)，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导器件。光纤的发明是先有理论，是在理论指导下的发明。光纤之父----高琨（C.K.Kao）高琨：1933年出生于上海，后来随父母移居香港，1965年在伦敦大学获博士学位。1987年到1996年从英国回到香港，出任香港中文大学校长，1996年当选为中国科学院外籍院士。由于他的杰出贡献，中国科学院紫金山天文台于1996年将一颗新发现的小行星命名为“高锟星”。2009年获诺贝尔物理学奖。1.光纤的结构和分类（1）光纤结构由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和表面涂覆层组成园柱形光缆。10.2.2光纤特性采用芯包结构的原因：引导激光在纤芯中传播；可减小散射损耗；增加光纤机械强度；防止与外界接触时纤芯受到的污染；表面涂覆层便于操作和保护光纤内部玻璃表面，防止刮痕或其它机械损伤，进一步增加光纤机械强度。（2）光纤的分类（a）按光纤中传播模式数量分类—单模光纤、多模光纤单模光纤多模光纤光纤中传播的光波模式只存在一个模式可容纳多个模式纤芯直径大小采用的光源半导体激光器(LD)发光二极管(LED)用途长途骨干网接入网或其它特定领域4-12

50-100典型值62.5

（b）按光纤纤芯折射率径向分布分类：阶跃折射率光纤渐变折射率光纤2.光纤的导光原理（1）分析方法光线理论：基于几何光学原理，可以较好的理解多模光纤的导光原理和特性，当纤芯直径较大时是一种较好的近似分析方法。导波模式理论：当纤芯直径与光波波长可比拟时需基于导波光学理论，采用模式理论分析。（2）几何光学析阶跃折射率导光模型3.光纤的传输特性（1）损耗

光纤在波长为1550nm处的损耗已经降到0.2dB/Km。光纤的损耗曲线1998年朗讯（Lucent）发展了一种全波(Allwave)光纤，在1250-1650nm共400nm的超宽波长范围内均具有较低损耗。光纤损耗的理论极限值0.15dB/Km。光波在光纤中传播时，随着传输距离的增加其光能量逐渐减弱，即光波能量产生损耗。光纤的损耗是限制光纤通信系统传输距离的重要因素。（2）色散

色散使光脉冲沿着光纤传播后展宽，脉冲展宽使相邻脉冲相互重叠，当重叠达到一定程度后在接收端将无法将相邻的脉冲分开，使接收端无法确定传送的是“1”？还是“0”，即判决输出会产生误码。色散：不同波长的光信号在光纤中传输速度不同的物理现象称之为色散。由于光纤通信系统中光源输出的信号总具有一定的谱线宽度，不同波长分量的光波具有不同的传播速度，这就使得在光纤入射端同时出发的光信号通过一定距离的传输后不同波长分量抵达接收端的时间不同。色散使光脉冲展宽（3）非线性效应

色散现象是限制光纤传输速率和传输距离的最主要因素！光纤传输的非线性效应包含多种现象，比如折射率随功率变化，比如产生新的波长，比如产生光学谐波，倍频，受激散射，双光子吸收，饱和吸收，自聚焦，自散焦等。1，光纤在强光作用下介质呈现非线性极化2，光纤对于传送一个光子和传送一百万个光子的物理过程不完全相同非线性效应物理原因非线性效应的影响：产生光波的杂散分量，造成干扰，使波分复用系统的波长间隔不能太小。4.光纤的制造以石英玻璃为主，通过掺入不同的杂质成分使光纤纤芯和包层介面折射率产生细微的差别，满足光纤的导光原理。（1）光纤材料（2）光纤制作步骤（a）预制棒的制作（b）拉丝光纤拉丝设备原理图光纤预制棒的结构1.光发射机光发射机功能：（1）将携带信息的电信号调制成光信号，（2）将光信号耦合进传输光纤中。其组成框图如下所示：10.2.3光发射机与光接收机光发射机光发射机组成：由光源、调制器和信道耦合器组成。2.光接收机光接收机：在光纤的末端将光信号转换成电信号。二、光纤通信耦合器：将光信号耦合到光电二极管上；光电二极管将从光纤中接收到的已调光信号还原成电信号，然后送到解调器；解调器对光电二极管输出的电信号进行判决，恢复出电信号的原始数据。光接收机框图10.2.4光波分复用1.波分复用(WDM:WaveDivisionMultiplex)的基本概念波分复用：在一根光纤中同时传输多个波长的光信号，目的是提高光纤利用率。波分复用原理图密集波分复用(DWDM:DenseWDM，）波长间隔为0.2-1.2nm，典型值为0.8nm。2.波分复用技术的特点波分复用技术的优点：结构简单，体积小，可靠性高；充分利用光纤的巨大带宽资源；可同时传输多种不同类型的信号；可更灵活的进行光纤通信组网。3，可同时传输多种不同类型的信号2，充分利用光纤的巨大带宽资源1，结构简单、体积小、可靠性高机器码：[x]补＝011014，可更灵活的进行光纤通信组网波分复用技术的优点3.密集波分复用优缺点DWDM：优点：提高了光纤频带的利用率。缺点：增加了该技术的复杂程度；增大了传输功率，因而光纤的非线性效应对DWDM系统性能的影响也越来越大，必须通过增加光纤有效传光面积、减小光纤色散等方法来减小DWDM系统中非线性的影响。波分复用器波分复用模块10.2.5光纤通信器件1.光放大：直接对光信号进行放大光放大器使得WDM系统成为可能。光放大器类型：半导体光放大器光纤光放大器非线性光放大器掺稀土元素光放大器半导体光放大器2.其它光器件光纤光栅、光滤波器、光开关等3.集成光通信器件薄膜铌酸锂调制器片上光通信系统1.光纤骨干网我国建设了能通达全国各县级城市的光纤骨干网。电话、互联网数据都是通过光纤骨干网传送的。当前光纤骨干网是采用IPoverSDH/PDH的技术体制。正进入光纤到户的发展新阶段。10.2.6光纤网络2.无源光网络(PON)宽带无源光网络(PON:PassiveOpticalNetwork)技术在是实现光纤到户的主要技术。典型的PON系统：基于ATM的PON(APON)、以太网PON(EPON)、采用通用成帧规程的GPON三种类型。光纤到户PON连接PON系统结构示意图无源光网络(PON)10.3无线光通信10.3.1自由空间光通信1.发展背景自由空间光通信(FreeSpaceOpticalCommunication，FSO)又称为无线光通信，包括：大气空间光通信和宇宙空间光通信。宇宙光通信：星际通信、深空通信的主要手段。空间光通信：未来卫星通信的主要手段。用于空间卫星组网、星地通信、星潜（艇）通信等。2.技术特点及应用（1）技术特点(a)信道容量大，射定向性好。(b)功耗低，体积小，重量轻，容量价格比高。(c)宇宙空间没有大气层对光传播的影响。(d)通信架设机构灵活，对市政建设影响较小。(e)便于和地面光纤网络连接，运行协议兼容性好(f)采用蓝绿激光解决星—潜艇之通信难题自由空间光通信技术特点自由空间光通信，尤其是星际（卫星）间光通信在迅速发展中。（2）应用1998年Lucent制造了一套10Gb/s的FSO实验系统，并与2000年商用。Lightpointe公司、Airfiber公司和Canon公司均可提供具有电信等级传输质量的FSO设备。国内桂林三十四所、中科院成都光电技术研究所等单位先后推出了自己的FSO样机，2003年上海铁通引入FSO设备，是我国电信运营商对于FSO设备的首次规模应用。1.大气对地面空间光通信传输的影响信号质量随着传输距离增加而迅速恶化，大气作用主要包括大气的折射引起的波前失真、导致光束信号的闪烁、弯曲和扩散。普遍采用多发多收分集接收技术。FSO四发四收光天线10.3.2自由空间光通信的技术问题2.对天气状况敏感晴天通信效果较好，而雨、雾和雪对传输质量的影响较大。其中雾的影响最大。需增大发射功率。3.大风和地震的影响由于FSO设备通常安装在高楼上，大风和地震引起建筑物的晃动会造成光路的偏移，系统需采用光链路瞄准、捕获和跟踪等自动控制策略。4.激光的安全问题超过一定功率的激光可能对人眼产生伤害，人体也可能被激光系统释放的能量伤害。所以产品要符合眼睛安全标准。10.3.3光无线接入）随着无线通信技术的发展，Wi-Fi（WirelessFidelity）技术已成为现阶段无线数据传输的主要技术，但该技术使用射频无线电信号，存在着射频频谱有限、上网速度不够快、无线信号不稳定、网络安全性差等缺点。为了解决这一问题，人们想到利用光波来进行信号的无线传输，即LiFi技术。LiFi是“LightFidelity”的简称，是利用快速的光脉冲来进行信息无线传输的全新的无线数据传输技术。2011年德国物理学家HeraldHaas和他的团队在从事光通信研究的过程中发现利用LED作为光源发出的可见光脉冲可以较好的实现信息的无线传输，提出了LiFi这一全新术语。由于使用的是可见光，因此LiFi又被称为可见光无线通信（VLC，VisibleLightCommunicatoin）。1.LiFi的基本概念（1）

技术背景LiFi工作环境示意图首先需要给普通LED光源加装微芯片，即该光源变成了类似WiFi中的AP设备，利用该光源发出明暗闪烁的可见光信号，LED亮了就代表1、灭了就代表0，该光信号的闪烁速度非常快达到每秒数百万次，可以快速进行二进制编码，从而实现信息的传输。2015年美国亚利桑那州立大学研究人员研制出一种新奇的纳米薄片，该半导体大小仅为头发丝的五分之一、厚度仅为头发丝厚度的千分之一，拥有三个平行部分，每部分能发出红绿蓝三原色中的一种颜色的激光，整个设备能发射所有可见光的激光，当三原色相遇时就出现了白色的激光。白色激光的研制成功让激光代替LED称为主流光源成为可能，在LiFi技术中能够得到更好的应用。（2）LiFi的主要特点a.LiFi采用的是可见光信号，频谱宽度是WiFi的射频频谱的一万倍，即其通信带宽更高、通信速率更快。b.LiFi采用的信号光位于可见光波段，对人眼没有损害，与传统红外通信相比对光源的发射功率大小没有限制。c.LiFi采用LED照明光源作为信号源，只要光源照得到的地方均可进行通信，没有通信盲区，方便快捷。d.无需申请无线电频谱。e.LiFi不会产生电磁波，可以很好的应用在对电磁波要求非常严格的场所。f.安全性高。由于LiFi使用可见光信号，可见光只能沿直线进行传播，只有处在光线传播的直线上的人才有可能截获信息，因此LiFi具有比WiFi更高的安全性。（3）

发展现状三星在2010年就开始利用搭载LED背光的LCD平面显示器试验可见光通讯，西门子在2010年通过白色LED可见光通信，实现了最高500Mbps的通信速度。2013年，通过改进智能手机上的LED（如摄像头、屏幕、闪光灯等），是LiFi走向大众消费市场的最快路径。哈斯与其他研究人员一起创建了一家可见光通信公司，并研发出一款智能手机应用，该应用使一对iPhone实现了低速率的数据传输。在拉斯维加斯举行的2012年消费电子展览会上，卡西欧发布了两部使用可见光进行数据传输的智能手机。2013年10月，我国复旦大学计算机科学技术学院在实验室成功实现可见光传输网络信号技术。研究人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠，灯光下的4台电脑即可上网，最高速率可达3.25G，平均上网速率达到150M，堪称世界最快的“灯光上网”。2.LiFi的关键技术3频率响应能力2无线信道传输技术1光在光纤光信号的发送与接收技术3.LiFi存在的问题(a)反向通信(b)外界干扰(c)通信链路(d)通信网络的接入(e)标准化LiFi存在的问题Li-Fi目前以实验室研究为主，和Wi-Fi相比它所具有的诸多优点使得这一概念刚一提出就得到了全球研究人员的密切关注，Li-Fi技术还存在以下问题需要解决。在现有技术条件下，LiFi和WiFi不是竞争对手，而是一对好朋友。它们技术上互相补充，共同实现无线通信系统的更完美工作。10.4红外和可见光隐身10.4.1隐身原理1.电磁波的波谱

2.隐身原理

“隐身”是当今光电信息技术的研究热点之一，也是军事技术的研究热点。隐身飞机、隐身舰船、隐身伪装斗篷等都与军事应用有关粉红色物体似乎消失在被置于水下并受到绿光照射的大块方解石后面人们之所以能看见物体是由于物体对光有反射，如果阻止光在一个物体表面发生反射，而将光线折射到其它地方，人眼就无法看到这个物体。

10.4.2隐身斗篷《哈里·波特》系列电影中，主人公每次遇到紧急情况都披上隐形斗篷瞬间遁形，这也是这部科幻小说中最令人羡慕的情节之一。最近，美国与新加坡科学家组成的一个科研小组在隐形斗篷的研制上迈出了新的一步，使我们拥有一件哈利·波特式隐形衣的梦想不再遥远。《哈里·波特》隐形斗篷隐身斗篷的基本原理是：将斗篷周围的光线弯曲，而使自身以及斗篷内部的物体从视线中隐藏出来。然而，要弯曲光线，就要制造一种小于可见光的波长的人工粒子，因此要制作可见光隐身斗篷，关键是材料。美国塔夫茨大学和波士顿大学的研究人员在2010年的《新型材料》杂志上发表的一篇研究报告中称，他们利用从蚕丝中提取的物质并在其表面上涂抹了一层黄金图层后得到的新兴材料，制造出了一件穿着之后能使人隐形的斗篷。加州大学伯克利分校的科学家设计出两种新材料，既不吸收光、也不反射光，而是使光纤沿原路前进，这种隐身衣的原理是折射作用。我国也十分重视隐身材料的研究工作，2010年由南京航空航天大学的3名研究生设计了在物体外包裹一层特殊铁电体材料，使物体隐身不被发现。2013年浙江大学研制出了可见光隐身“器件”，降低了对隐身器件材料的要求，从而降低了隐身衣的设计和实现难度，被专家称为该研究领域“真正的进步”。可见光隐身效果图10.4.3隐身的进一步研究第一类：地毯式隐身器件。主要是基于光线的反射，要求物体不离开地面，材料相对容易实现。第二类：可以脱离地面移动的隐身衣。要求光线能够从外层绕过中间的隐身区域，这种材料的研究更有难度。10.5红外成像与微光夜视仪10.5.1红外成像1.红外成像原理

红外线是所有温度处在绝对零度（-273℃）以上的物体都要向外辐射的一种能量形式，这就是红外线。

红外线具有与可见光相同的光学性质，用一种特制的透镜，能够将视野内物体发出的红外线汇聚起来，加载到红外线敏感元件上，大约只需1/30秒就能生成红外图像，称为温谱图。对红外图像的处理过程、技术同一般摄像机完全相同，因而红外照像机（夜视仪）可以做得和一般照像机、摄像机在外形上毫无区别。热像仪中的主要构成部件有：光学系统、扫描器组件、模数转换电路、信号处理电路和专用软件等。红外摄像机红外照像机2.红外成像的类型、特性（1）主动式用红外探照灯照射目标，接收反射的红外辐射形成图像。具有成像清晰、制作简单等特点缺点：红外探照灯的红外光会被红外探测装置发现，隐避性不好。（2）被动式不发射红外线，依靠目标自身的红外辐射形成“热图像”不易被敌发现，隐避性好，并具有透过雾、雨等进行观察的能力。缺点：成像质量较差。类型特点优点缺点3.热成像应用（1）工业应用工业用热像仪（2）热成像医疗应用热像仪用于医疗，能直观反映病情，可以将全身病变及功能性改变的情况清楚地反映出来，它与临床的检查CT、X光、B超、磁共振等的结果对比，符合率高。医用热像仪与测温表（3）军用军用热像仪采用第二代红外热成像技术，也称之为红外夜视仪，工作波段３～５微米。可用电子和机械方式使阵列在两个方向上扫瞄，能获得与６４０×４８０元阵列相近的图像分辨率；使用了大量的数字信号处理器和“CPU处理器。热成像仪是红外跟踪、红外瞄准的核心装备，也是野战装备之一。野外红外成像10.5.2微光夜视仪1，微光夜视仪的特点

微光夜视仪：利用夜间目标反射的低亮度的夜天光、星月光、大气辉光等自然光，将其增强放大到几十万倍，从而达到适于肉眼夜间进行观察、瞄准和其它作业。微光夜视仪优点：被动式工作，能较好的隐藏自己，图像清晰度较好。适用于特殊工作的部门，如军事、刑侦、辑私、夜晚监控、保卫和守猎等。微光夜视仪图微光夜视仪图像微光夜视仪已成为单兵和众多机械化装备的基本设备。在1982年英军马岛战争、美军伊拉克战争中，有很多借助夜视器材的成功战例。夜视仪已使战争无白天黑夜之别。2，微光夜视仪的关键技术灵敏度极高的光电阴极将光子转化为电子，再将电子倍增使得夜视仪的光电增益提高了一个数量级。光学纤维面板将多个上述结构的图像增强管串联起来，将光线逐级放大，使得极其微弱光线下的物体放大到了人眼可以清晰观看的程度，才能实现了无须照明的微光观测。微光夜视仪是电子器件、光电信息处理、图像处理等的现代高科技集成产品。将对红外光有反应的纳米颗粒植入老鼠的眼睛，使它们具有生物红外光视觉。10.6光电信息处理光电信息处理是光学信息处理的一个分支。光学信息可以是一维的、二维或者是三维立体信息。光信息处理覆盖了电子信息、光电信息、物理电子和计算机技术等领域，应用现代光学基本原理、思想方法来研究信息获取、传递、存储和处理，是对电子信息学科发展，是信息科学一个重要组成部分。光学信息处理是一种全光系统，它是在傅里叶光学基础上发展起来的，研究对各种光学信息进行综合性处理的技术。光学信息处理的发展目标是“光计算”，但目前理论和技术都还在发展中。光电信息处理光信息传输光信息探测光信息转换光电信息处理光电信息处理的组成10.6.1激光全息技术及应用1.激光全息图像（1）定义光全息技术于1948年由英籍匈牙利科学家盖伯(DennisGabor)发明（获得了诺贝尔物理学奖）：设想记录一张不经任何透镜，用物体衍射的电子波制作照片，该照片能保持物体的全部信息(即全息图)。激光全息图像示例历史的印迹从1948年获得第一代激光全息图1962年发明离轴全息技术，进入第二代全息成像1960年发明激光全息高相干光源（2）全息术的发展……激光全息技术应用全息干涉计量、全息存储、计算全息、数字全息等2.激光全息技术的应用物探防伪

医疗诊断

激光全息技术应用10.6.2光电信息处理的应用1大规模存储231复杂目标三维

复现光电侦察（军）导引和识别（军）10.7发光二极管（LED）

及应用10.7.1LED发光原理1.物理原理发光二极管原理示意图LED是由特殊半导体，如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等制成，其核心是PN结，它具有一般半导体二极管中PN结的特性，即正向导通，反向截止和反向击穿。所谓PN结中P型半导体中有很多带正电的空穴、N型半导体中有很多带负电的电子，在正向电压作用下电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。当空穴与电子结合时就释放出光子而发光。由于不同的半导体材料中，电子在同空穴复合后所释放的能量大小不同，而会发出不同波长的可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），从而制造不同颜色的发光二极管。2.LED电源驱动电路发光二极管特性曲线LED驱动电路原理框图LED工作在2V（左右）的