光电子学-第1章.ppt

1、光电子学第一章,大连工业大学信息工程学院 高英明,内容提要,光电子学发展史 光电子技术与器件 光电子技术的应用,1、光电子学发展史,光学：是研究光的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科 电子学：研究电子的特性和行为，以及电子器件的物理学科 光电子学（Optoelectronics）： 光子学。激光的诞生使古老的光学获得了新的活力，激光在信息电子技术中的应用，使光学与电子学进一步结合而形成了一门新兴的交叉学科光电子学,1、光电子学发展史,光电子学定义 包括光电转换器件的设计、制造和特性描述 核心是光与物质的相互作用 影响广泛,1、光电子学发展史,在光学方面，光电子学涉及几何光学、生理光学、

2、物理光学、量子光学、应用光学以及将来可能出现的集成光学领域 在电子学方面，光电子学涉及到电操纵的辐射源的调制和控制，录像和成像管的驱动和偏转电路，以及对光电转换器产生的电信号进一步处理和评价 如上所述，光电子学的领域及其应用是极其广泛和多方面的,1、光电子学发展史,光学与电子学融合的三个阶段 第一阶段：19世纪60年代，Maxwell提出光也是电磁波 第二阶段：19世纪末20世纪初，光电效应的实验和理论发展 第三阶段：1960年第一台激光器的诞生，它是光学发展史上的一项重大的革命，也是20世纪最主要的重大发现之一，它将人类带入了光子时代,1、光电子学发展史,光电效应 光电效应就是由光产生电的效

3、应，也称作光生电子效应，或光生伏特效应,Heinrich Hertz（l8571894）,光电效应实验装置,Albert Einstein（1879 - 1955）,1、光电子学发展史,1、光电子学发展史,1961年8月，我国第一台激光器研制成功 “中国激光之父”王之江教授 激发效率高,1、光电子学发展史,年，我国第一台激光测距仪又研制成功，它的研制成功，为我国大地测量和地震预报研究提供了一种长距离测距的新仪器 年，我国首创了医用高功率激光气化肿瘤装置，为治疗癌症提供了一个新手段 年，世界上第一张立体图像卡拉OK激光视盘在我国问世,1、光电子学发展史,1970年美国研制成功损耗为20dB/km

4、的石英光纤和在室温连续运转的半导体激光器 导致光通信、光纤传感、光盘信息存储与显示及光信息处理等为代表的激光信息技术蓬勃发展 极大促进了相应各学科，如半导体光电子学、导波光学和非线性光学的发展。形成了边缘学科的发展，如纤维光学技术等,1、光电子学发展史,dB（Decibel，分贝）及dBm的意义 dB是一种纯计数表示方法，没有单位，是把一个很大或者很小的数比较简短地表示出来,1、光电子学发展史,dB（Decibel，分贝）及dBm的意义 dBm是功率为毫瓦的另一种表示方法,1、光电子学发展史,20世纪80年代 对超晶格量子阱结构材料非线性光学研究，导致超大功率量子阱阵列激光器 光纤物理特性的深

5、入研究，出现了利用光纤的偏振和相位敏感特性制作的光纤传感器 对光纤非线性光学效应和色散特性的研究，形成了光弧子的概念，进一步推动了对特种光纤的研究 年代初，日、美、英等国的光纤通信骨干网相继建成，其他各国也开始建设光纤网络,1、光电子学发展史,超晶格材料 IBM实验室的江崎和朱兆祥提出超晶格的概念 两种晶格匹配很好的半导体材料交替地生长周期性结构，每层材料的厚度在100nm以下，事实上就是特定形式的层状精细复合材料,双超晶格结构,主要用于： 场效应管、激光器工作物质、传感器、光波导,1、光电子学发展史,20世纪90年代 光电子技术在通信领域取得极大成功 形成了光纤通信产业，海底光缆铺设、各国新

6、铺设的通信骨干网纷纷实现光纤化 光电子器件取得了实质进展，半导体激光器走向产业化，出现了分布反馈式激光器 光无源器件取得长足发展，光纤耦合器、衰减器、放大器、隔离器等实用化，大大扩展了通信容量及光通信在通信领域的份额 光纤光栅研究取得重大进展,2、信息光电子技术与器件,电子技术经过多年的发展己产生了完善的电子器件，高度的集成化 光电子技术多年历史，有关器件尚不完善，集成化仅在探索中，发展空间很大 按光电子系统信息传递的各个环节，光电子技术器件包括光电子发射源、光的控制或信号加载模块、光信号的传输体系、光信号的接收和处理装置等几个基本部分,2、信息光电子技术与器件,光源主要是各种激光器，特别是半

7、导体激光器 光调制器件有开关、偏转、调制、传感等功能 光探测和显示技术涉及光信号的调制、整形、放大、探测和显示等,2、信息光电子技术与器件,光开关,光探测器,光存储器,3、光电子技术应用,军事应用优先考虑 20世纪50年代末，美军将光电探测器用于“响尾蛇”空空导弹 美、英、法等国相继开发了中波（m）和长波（m）红外多元探测器、红外焦平面阵列等，广泛用于夜视、侦查、观瞄、火控、制导等系统 20世纪70年代，美军在越南战争中使用激光制导炸弹，炸毁了普通炸弹付出很大代价都没有炸毁的一座大桥,3、光电子技术应用,3、光电子技术应用,光纤通信：光波与电波相比近乎无限的带宽，以及光纤微小的传输损耗，使得其

8、在长距离、大容量、超高速通信和信息处理中成为主体 光存储：半导体激光器小巧、驱动功率小可以聚焦到衍射极限大小的微光斑，可以制成小型、大容量的光存储装置，而光的并行性又有利于二维、三维图像信息的存储与处理,3、光电子技术应用,光计算：利用弱光激发三次非线性等现象实现光学双稳，在光计算上有重要价值 在线检测：利用光波具有直线传播性质和定向性进行非接触式测量和控制，即使在有电磁场噪声的环境中也可以进行有效的传输、测量和控制，并可实现在线检测 危险环境测量：利用光纤直接对机器进行信息的传输、测量和控制，没有火花放电的危险，易燃、易爆的气体、固体等测量,3、光电子技术应用,激光医学：光纤耐热、耐潮性高、芯径细柔性好，使得人体血管、内脏内部测量成为可能；焦点小，适合做角膜焊接、激光矿石等；热效应好，适合做穴位治疗等 激光加工：激光的方向性好，能量密度高可以方便实现激光加工，进行切割、打孔焊接等。高强激光还可用于激光可控核聚变等 军事应用：精密制导、瞄准、跟踪、监测,3、光电子技术应用,遥测遥感：激光不仅可以改变振幅、相位偏振，而