电子信息导论第十章光电信息技术应用

1、电子信息导论第十章光电信息技术应用第十章第十章 光电信息技术光电信息技术1234一、神奇的激光一、神奇的激光二、光纤通信二、光纤通信三、自由空间光通信三、自由空间光通信四、激光雷达四、激光雷达5五、光电信息处理五、光电信息处理六、我国的光电子科学与技术六、我国的光电子科学与技术提纲提纲 小结小结一、一、 神奇的激光神奇的激光（一）激光的发明（一）激光的发明（二）激光的特性（二）激光的特性（三）无处不在的激光应用（三）无处不在的激光应用19601960年美国休斯公司年轻的物理学家年美国休斯公司年轻的物理学家MaimanMaiman发发明了世界上第一台红宝石激光器，光的亮度是明了世界上第一台红宝石

2、激光器，光的亮度是太阳表面的太阳表面的4 4倍。倍。从此世界进入了光电信息技术从此世界进入了光电信息技术技术的新的时代。技术的新的时代。（一）（一） 激光的发明激光的发明一、神奇的激光一、神奇的激光梅曼（梅曼（Maiman)一、神奇的激光一、神奇的激光1. 激光原理激光原理 激光的英文：激光的英文：译名：受激辐射光放大译名：受激辐射光放大-LASER(镭射镭射)Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation1964年按照我国著名科学家钱学森的建议将年按照我国著名科学家钱学森的建议将“镭射镭射”定名为定名为“激激光光”。（一）（一）

3、 激光的发明激光的发明何谓何谓“受激辐射受激辐射”？爱因斯坦从量子论观点出发，于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。受激辐射过程是产生激光的物理基础。21EhEE21EhEE1E2E一、神奇的激光一、神奇的激光（一）（一） 激光的发明激光的发明受激辐射示意图受激辐射示意图受激辐射光是人造光，它与自然光相比有受激辐射光是人造光，它与自然光相比有不同的特性。不同的特性。 2. 激光发明的背景激光发明

4、的背景受激辐射跃迁受激辐射跃迁爱因斯坦爱因斯坦微波激射器微波激射器汤斯汤斯(Townes)开放式谐振腔开放式谐振腔汤斯、肖洛汤斯、肖洛红宝石激光器红宝石激光器梅曼梅曼1916195419581960一、神奇的激光一、神奇的激光（一）（一） 激光的发明激光的发明3. 发明激光的意义发明激光的意义激光是激光是2020世纪以来人类的世纪以来人类的又一个重大发明，又一个重大发明，被誉为被誉为最快的刀、最准的尺、最最快的刀、最准的尺、最亮的光和神奇的激光。亮的光和神奇的激光。一、神奇的激光一、神奇的激光（一）（一） 激光的发明激光的发明v 激光的发明对学科建设的影响激光的发明对学科建设的影响开创开创新的

5、学科新的学科光学工程光学工程光通信光通信激光与光激光与光电工程电工程集成光学集成光学光电器件光电器件光纤与光光纤与光纤传感纤传感光信息光信息处理处理一、神奇的激光一、神奇的激光（一）（一） 激光的发明激光的发明v 激光器的发展激光器的发展1961年年He-Ne激光器激光器1963年二氧化碳激光器年二氧化碳激光器一、神奇的激光一、神奇的激光（一）（一） 激光的发明激光的发明1970年年GaAs半导体激光器半导体激光器1966年染料激光器年染料激光器一、神奇的激光一、神奇的激光（一）（一） 激光的发明激光的发明v 激光的出现引起照明技术革命激光的出现引起照明技术革命半导体照明取半导体照明取代传统照

6、明方代传统照明方式，具有节能、式，具有节能、环保等诸多优环保等诸多优点。这是照明点。这是照明产业发展的必产业发展的必然趋势。然趋势。一、神奇的激光一、神奇的激光（一）（一） 激光的发明激光的发明1. 高方向性高方向性激光光束发散度极小，只有，接近于平行光，激光的高方向性使其激光光束发散度极小，只有，接近于平行光，激光的高方向性使其在传播过程中始终像一条笔直的线，不易发散。一束激光射在传播过程中始终像一条笔直的线，不易发散。一束激光射20km远远的光斑只有碗口大。的光斑只有碗口大。v 应用应用(1)科学家与科学家与1962年测出了地球与月球的精确距离。年测出了地球与月球的精确距离。(2)高方向性

7、保证聚焦到极高功率密度，可将激光器用于精细加工、雕高方向性保证聚焦到极高功率密度，可将激光器用于精细加工、雕刻等工艺中，还可制造高能激光武器，生成大功率激光束。刻等工艺中，还可制造高能激光武器，生成大功率激光束。（二）（二） 激光的特性激光的特性一、神奇的激光一、神奇的激光地球至月球地球至月球38万公里万公里月球上光斑直径约2Km大功率激光束发大功率激光束发射实验的照片。射实验的照片。一、神奇的激光一、神奇的激光（二）（二） 激光的特性激光的特性1. 高方向性高方向性2. 单色性单色性v 单色光源单色光源光的颜色由光的波长或频率决定，一定的波长对应一定的颜色，发光的颜色由光的波长或频率决定，一

8、定的波长对应一定的颜色，发射单种颜色光的光源称为单色光源。氦灯、氪灯、氢灯等都是典型射单种颜色光的光源称为单色光源。氦灯、氪灯、氢灯等都是典型单色光源。单色光源。v 激光的单色性激光的单色性激光波长分布范围窄，颜色极纯，其单色性远远超过任何一个普通激光波长分布范围窄，颜色极纯，其单色性远远超过任何一个普通单色光源，可看做近似单波长的性能极佳的单色光源。单色光源，可看做近似单波长的性能极佳的单色光源。一、神奇的激光一、神奇的激光（二）（二） 激光的特性激光的特性3. 高亮度高亮度 高亮度激光束经透镜聚焦后，高亮度激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高

9、温，使任何材料被烧熔、万度的高温，使任何材料被烧熔、汽化。因而可用于加工、切割，汽化。因而可用于加工、切割，或用于激光武器。或用于激光武器。一、神奇的激光一、神奇的激光（二）（二） 激光的特性激光的特性美美国国陆陆基基反反导导激激光光装装置置4. 高相干性高相干性 相干性很好的激光，才能把相干性很好的激光，才能把它聚焦成极细的光束，也才能它聚焦成极细的光束，也才能提取光波流中的相位信息，才提取光波流中的相位信息，才有激光信息处理的强大功能。有激光信息处理的强大功能。一、神奇的激光（三）无处不在的激光应用（三）无处不在的激光应用1. 光通信光通信 激光为现代通信提供了优质的信息载体，成就了有巨大

10、市场的光通信产业。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。光通信类型光通信类型3 水下水下光通信光通信光在水光在水下传输下传输2自由空间自由空间 光通信光通信光在大气或者光在大气或者宇宙中传输宇宙中传输光纤光纤通信通信1光在光纤光在光纤 中传输中传输2. 光存储光存储 激光唱片机激光唱片机(CD机机)是利用是利用光存储的产品，光存储的产品，是由电子线是由电子线路、电子机械和激光头构成路、电子机械和激光头构成的综合电子系统。的综合电子系统。 激光影碟机（激光影碟机（VCD/DVD）等。等。一、神奇的激光激光影碟机激光影碟机激光唱片机激光唱片机3. 激光照排技术激光照排技

11、术 激光照排是印刷技术的激光照排是印刷技术的一次革命性进步。它是将一次革命性进步。它是将文字通过计算机分解为点文字通过计算机分解为点阵，然后控制激光在感光阵，然后控制激光在感光底片上扫描，用曝光点的底片上扫描，用曝光点的点阵组成文字和图像。现点阵组成文字和图像。现在我国已广泛应用的汉字在我国已广泛应用的汉字排版技术就采用了激光照排版技术就采用了激光照排。排。 一、神奇的激光一、神奇的激光（三）无处不在的激光应用（三）无处不在的激光应用激光照排机激光照排机4. 在医学上的应用在医学上的应用v 外科手术中的激光刀外科手术中的激光刀v 在眼科上的精细应用在眼科上的精细应用v 癌症的诊断和治疗癌症的诊

12、断和治疗v 激光医疗、激光美容激光医疗、激光美容一、神奇的激光一、神奇的激光（三）无处不在的激光应用（三）无处不在的激光应用5. 激光武器激光武器激光武器激光武器 类型类型一、神奇的激光一、神奇的激光（三）无处不在的激光应用（三）无处不在的激光应用按发射按发射位置分位置分天基天基陆基陆基舰载舰载车载车载机载机载按用途按用途 分分战术型战术型战略型战略型v 战术激光武器战术激光武器一、神奇的激光一、神奇的激光（三）无处不在的激光应用（三）无处不在的激光应用激光枪激光枪v 战略激光武器战略激光武器前苏联反卫、反导系统示意前苏联反卫、反导系统示意7. 激光机械加工激光机械加工 目前激光已广泛应用到激

13、光焊接、激光切割、激光打孔、激光淬火、目前激光已广泛应用到激光焊接、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。光清洗等。8. 激光在电子工业、核能、生物学等方面得到广泛应用激光在电子工业、核能、生物学等方面得到广泛应用一、神奇的激光一、神奇的激光（三）无处不在的激光应用（三）无处不在的激光应用二、二、 光纤通信光纤通信（一）光纤（一）光纤（二）光通信器件（二）光通信器

14、件（三）光波分复用（三）光波分复用（四）光通信器件（四）光通信器件（五）光纤网络（五）光纤网络 通信容量大通信容量大传输频带宽传输频带宽传输损耗小传输损耗小抗电磁干扰抗电磁干扰能力强能力强光纤资源丰光纤资源丰富、便宜富、便宜二、二、 光纤通信光纤通信（一）光纤通信的优点（一）光纤通信的优点与传统电通信比较，与传统电通信比较，光纤通信的优点如光纤通信的优点如图：图：光纤已取代架空明线、微波中继通原流行通信方式。光纤已取代架空明线、微波中继通原流行通信方式。亚洲和美洲太平洋海底光缆连接图亚洲和美洲太平洋海底光缆连接图二、二、 光纤通信光纤通信2008年年10月投入运营的连接亚洲（上海）和美洲大陆的

15、兆兆级月投入运营的连接亚洲（上海）和美洲大陆的兆兆级(Tbit/s)海底光缆通信系统能容纳海底光缆通信系统能容纳1920万人同时通万人同时通 ，或者同时传递，或者同时传递16万路高万路高清数字电视节目。其他通信方式要实现如此大的通信容量是无法想象的。清数字电视节目。其他通信方式要实现如此大的通信容量是无法想象的。光纤全称光导纤维光纤全称光导纤维(optical fiber)，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤，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。维中的全反射原理而达成的光传导器件。1960197019801990至今至今高琨高琨(C.K.Kao)康宁公司康宁公司

16、(Coring Corp.)提出石英玻璃提出石英玻璃纤维可将光波纤维可将光波约束在其内进约束在其内进行光信号传输行光信号传输研制出损耗为研制出损耗为20dB/km的光的光纤纤光纤损耗不断光纤损耗不断下降，达到下降，达到各种特种光纤各种特种光纤不断涌现，光不断涌现，光纤损耗接近理纤损耗接近理论极限值论极限值（二）（二） 光纤光纤二、二、 光纤通信光纤通信1. 光纤的结构和分类光纤的结构和分类v 光纤圆柱形结构光纤圆柱形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。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。二、二、 光纤通信光纤通信（二）（二） 光纤光纤采用芯包结构的原因：

17、引导激光在纤芯中传播；可减小散射损耗；增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。加光纤机械强度；防止与外界接触时纤芯受到的污染。v 光纤的分类光纤的分类按光纤中传播模式数量来分按光纤中传播模式数量来分单模光纤、多模光纤单模光纤、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他特定领域4 12m mm50 100典型值 二、二、 光纤通信光纤通信（二）（二） 光纤光纤按光纤纤芯折射率径向分布来分：按光纤纤芯折射率径向分

18、布来分：二、二、 光纤通信光纤通信（二）（二） 光纤光纤v 光纤的分类光纤的分类阶跃折射率光纤阶跃折射率光纤渐变折射率光纤渐变折射率光纤2. 光纤的导光原理光纤的导光原理v 两种分析方法两种分析方法 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。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采用导波光学理论，所导波模式理论：当纤芯直径与光波波长可比拟时需采用导波光学理论，所以单模光纤常采用模式理论来分析。以单模光纤常采用模式

19、理论来分析。二、二、 光纤通信光纤通信（二）（二） 光纤光纤v 用光线理论分析阶跃折射率光纤导光原理用光线理论分析阶跃折射率光纤导光原理3. 光纤的传输特性光纤的传输特性v 损耗损耗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。量产生损耗。光纤的损耗是限制光纤通信系统光纤的损耗是限制光纤通信系统传输距离的重要因素。传输距离的重要因素。目前光纤在波长为目前光纤在波长为1550nm处的处的损耗已经降到。损耗已经降到。二、二、 光纤通信光纤通信（二）（二） 光纤光纤光纤的损耗曲线光纤的损耗曲线v 色散色散光

20、纤色散是指携带光信号的不同波长成分在光纤中传输速度不同的物光纤色散是指携带光信号的不同波长成分在光纤中传输速度不同的物理现象理现象(因为在可见光中，光波的颜色和波长是一一对应的，所以将此因为在可见光中，光波的颜色和波长是一一对应的，所以将此现象称为色散现象称为色散)。随着通信速率的不断提高，色散对光纤传输速率和传输距离限制作用开始随着通信速率的不断提高，色散对光纤传输速率和传输距离限制作用开始显现，成为影响通信系统传输特性的主要因素。显现，成为影响通信系统传输特性的主要因素。二、二、 光纤通信光纤通信（二）（二） 光纤光纤v 非线性效应非线性效应光纤结构使得光波以较高能量在较长的传输距离中被限

21、制在很小的区光纤结构使得光波以较高能量在较长的传输距离中被限制在很小的区域内，形成十分不利的非线性现象。域内，形成十分不利的非线性现象。4. 光纤的制造光纤的制造制造光纤的材料以石英玻璃为主，制造光纤的材料以石英玻璃为主，通过掺入不同的杂质成分是的光通过掺入不同的杂质成分是的光纤纤芯和包层部分折射率有细微纤纤芯和包层部分折射率有细微的差别，满足光纤的导光原理。的差别，满足光纤的导光原理。v 光纤制造所用材料光纤制造所用材料v 光纤制作分为两步光纤制作分为两步预制棒的制作预制棒的制作拉丝拉丝二、二、 光纤通信光纤通信（二）（二） 光纤光纤光纤拉丝设备原理图光纤拉丝设备原理图1. 光发射机光发射机

22、光发射机的作用是将携带信息的电信号转换成光信号，将光信号耦光发射机的作用是将携带信息的电信号转换成光信号，将光信号耦合进传输光纤中。其组成框图如下所示：合进传输光纤中。其组成框图如下所示：（三）（三） 光通信器件光通信器件二、二、 光纤通信光纤通信核心部分是光源，通常采用半核心部分是光源，通常采用半导体激光器或发光二极管，通导体激光器或发光二极管，通过电信号对光载波进行调制，过电信号对光载波进行调制，实现电光转换。实现电光转换。光发射机光发射机2. 光放大器光放大器v 定义定义直接对光信号进行放大直接对光信号进行放大光放大器概念的提出及其基本器光放大器概念的提出及其基本器件的研制成功是光纤通信

23、历史上件的研制成功是光纤通信历史上的重要突破，使得的重要突破，使得WDM系统成为系统成为可能。可能。全光放大器取代传统中继器，使得全光放大器取代传统中继器，使得通信系统的中继距离得到极大的增通信系统的中继距离得到极大的增加。加。二、二、 光纤通信光纤通信（三）（三） 光通信器件光通信器件半导体光纤放大器图片半导体光纤放大器图片3. 光接收机光接收机光接收机是在光纤的末端将通过传输链路接收到的光信号转换成电光接收机是在光纤的末端将通过传输链路接收到的光信号转换成电信号的设备，其组成框图如下：信号的设备，其组成框图如下：二、二、 光纤通信光纤通信（三）（三） 光通信器件光通信器件4. 其它光器件其

24、它光器件除了光耦合器、光隔离器、光衰减器等传统的光电器件外，还有除了光耦合器、光隔离器、光衰减器等传统的光电器件外，还有光纤光栅、光滤波器、光开关等新型光电器件。光纤光栅、光滤波器、光开关等新型光电器件。针对如何增加通信系统带宽、提高系统性能、提高现有网络的通信能针对如何增加通信系统带宽、提高系统性能、提高现有网络的通信能力，波分复用是其中最有价值的解决方案。力，波分复用是其中最有价值的解决方案。波分复用波分复用(WDM, Wave Division Multiplex)（四）（四） 光波分复用光波分复用二、二、 光纤通信光纤通信波分复用：波分复用：利用一根光纤同时传输多个不同波长的光信号。把

25、光纤可能应利用一根光纤同时传输多个不同波长的光信号。把光纤可能应用的波长范围划分为若干个波长，每一个波长作为一个独立的通道传输光信用的波长范围划分为若干个波长，每一个波长作为一个独立的通道传输光信号，即在一根光纤中同时传输多个波长的光信号可成倍提高光纤利用率。号，即在一根光纤中同时传输多个波长的光信号可成倍提高光纤利用率。波分复用器波分复用器波分复用模块波分复用模块二、二、 光纤通信光纤通信（四）（四） 光波分复用光波分复用波分复用技术的优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：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

26、灵活的进行光纤通巨大带宽资源；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。信组网。1. 光纤骨干网光纤骨干网在现代数据业务急剧增加以及各种新型业务不断涌现所引起的巨大带宽需在现代数据业务急剧增加以及各种新型业务不断涌现所引起的巨大带宽需求下，只有光纤通信技术才能为现有带宽业务提供强有力的发展平台。求下，只有光纤通信技术才能为现有带宽业务提供强有力的发展平台。20世纪世纪90年代以来，随着互联网高速发展，同步网络都将向年代以来，随着互联网高速发展，同步网络都将向IP网转化，光网转化，光纤骨干网是采用纤骨干网是采用IP over SDH/PDH的技术体制，有利于这一转化。的技术体制，

27、有利于这一转化。（五）（五） 光纤网络光纤网络二、二、 光纤通信光纤通信2. 无源光网络无源光网络(PON)对于高速宽带业务的接入，接入网的最终目标是实现光纤到户，从长远发对于高速宽带业务的接入，接入网的最终目标是实现光纤到户，从长远发展开看，宽带无源光网络展开看，宽带无源光网络(PON,Passive Optical Network)技术在未来实现光技术在未来实现光纤到户方面具有较好的发展前景。纤到户方面具有较好的发展前景。典型的典型的PON系统包括基于系统包括基于ATM的的PON(APON)、以太网、以太网PON(EPON)、采用、采用通用成帧规程的通用成帧规程的GPON三种类型。三种类型

28、。最后一千米的最后一千米的PONPON系统示意图系统示意图二、二、 光纤通信光纤通信（五）（五） 光纤网络光纤网络三、三、 自由空间光通信自由空间光通信（一）空间光通信的发展背景和特点（一）空间光通信的发展背景和特点（二）地面空间光通信的技术问题（二）地面空间光通信的技术问题（三）国内外研究状况（三）国内外研究状况1. 发展背景发展背景自由空间光通信自由空间光通信(Free Space Optical Communication，FSO)又称为无线光又称为无线光通信，包括大气空间光通信和宇宙空间光通信。通信，包括大气空间光通信和宇宙空间光通信。20世纪世纪80年代后，随着空间卫星通信的飞速发展

29、，空间光通信成了未来卫年代后，随着空间卫星通信的飞速发展，空间光通信成了未来卫星通行的主要手段。近来各国重新开始了对星通行的主要手段。近来各国重新开始了对FSO的研究，使得的研究，使得FSO开始应开始应用于公用电信网，接入家庭和个人用户。用于公用电信网，接入家庭和个人用户。（一）空间光通信的发展背景和特点（一）空间光通信的发展背景和特点三、三、 自由空间光通信自由空间光通信2. 技术特点技术特点(1) 空间光通信信道容量大，光发射定向性好。空间光通信信道容量大，光发射定向性好。(2) 空间激光通信系统具有功耗低，体积小，重量轻，容量价格比高。空间激光通信系统具有功耗低，体积小，重量轻，容量价格

30、比高。(3) 宇宙空间光通信没有地球大气层对激光传播的的影响。宇宙空间光通信没有地球大气层对激光传播的的影响。(4) 空间光通信架设机构灵活，对市政建设影响较小。空间光通信架设机构灵活，对市政建设影响较小。(5) 自由空间光通信系统便于和地面光纤网络连接，运行的协议透明，自由空间光通信系统便于和地面光纤网络连接，运行的协议透明，能使用多种现有协议体制。能使用多种现有协议体制。三、三、 自由空间光通信自由空间光通信（一）空间光通信的发展背景和特点（一）空间光通信的发展背景和特点1. 大气对地面空间光通信传输的影响大气对地面空间光通信传输的影响信号质量随着传输距信号质量随着传输距离增加而迅速恶化，

31、离增加而迅速恶化，大气作用主要包括大大气作用主要包括大气的折射引起的波前气的折射引起的波前失真、折射会导致光失真、折射会导致光束信号的闪烁、弯曲束信号的闪烁、弯曲和扩散。采用多发多和扩散。采用多发多收接收技术。收接收技术。FSO四发四收光天线四发四收光天线（二）（二） 地面空间光通信的技术问题地面空间光通信的技术问题三、三、 自由空间光通信自由空间光通信2. 系统性能对天气非常敏感系统性能对天气非常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。解决方法包括增大发射功率，增大发射口径等。影响最大。解决方法包括

32、增大发射功率，增大发射口径等。三、三、 自由空间光通信自由空间光通信（二）（二） 地面空间光通信的技术问题地面空间光通信的技术问题3. 大风和地震的影响大风和地震的影响由于由于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，所以光链路之间的瞄准、捕获和跟踪至关重要。成光路的偏移，所以光链路之间的瞄准、捕获和跟踪至关重要。通常采用自动控制方法，用偏光法和动态跟踪法。通常采用自动控制方法，用偏光法和动态跟踪法。4. 激光的安全问题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超过一定功率的激

33、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。能量伤害。所以产品要符合眼睛安全标准。1. 国外研究现状国外研究现状国外一些大的电信运营商开始试用国外一些大的电信运营商开始试用FSO系统。系统。1998年年Lucent制造了一套制造了一套10Gb/s的的FSO实验系统，并与实验系统，并与2000年商用。年商用。Lightpointe公司可提供具有电信等级传输质量的公司可提供具有电信等级传输质量的FSO设备。设备。Airfiber公司公司2002年发表了融合光和毫米波的无线通信系统。年发表了融合光和毫米波的无线通信系统。Canon公司也在公司也在FSO领域有

34、着较好的发展。领域有着较好的发展。（三）国内外研究状况（三）国内外研究状况三、三、 自由空间光通信自由空间光通信2. 国内研究现状国内研究现状国内国内FSO的发展还基本处于起步阶段，桂林三十四所、中科院成都光电技的发展还基本处于起步阶段，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术研究所等单位先后推出了自己的FSO样机，样机，2003年上海铁通引入年上海铁通引入FSO设设备，是我国电信运营商对于备，是我国电信运营商对于FSO设备的首次规模应用。设备的首次规模应用。（三）国内外研究状况（三）国内外研究状况三、三、 自由空间光通信自由空间光通信自由空间光通信，尤其是星际自由空间光

35、通信，尤其是星际（卫星）间光通信在迅速发展中。（卫星）间光通信在迅速发展中。四、四、 激光雷达激光雷达（一）激光雷达的原理及类型（一）激光雷达的原理及类型（二）激光雷达的应用（二）激光雷达的应用1. 激光雷达原理激光雷达原理激光雷达的基本原理是由雷达发激光雷达的基本原理是由雷达发送一个光信号，经过目标反射后送一个光信号，经过目标反射后被接收机接收，通过测量反射光被接收机接收，通过测量反射光返回的时间来确定与目标的距离；返回的时间来确定与目标的距离；通过测量反射刚的多普勒频移或通过测量反射刚的多普勒频移或测量两个或多个距离来计算目标测量两个或多个距离来计算目标的运动速度。的运动速度。激光雷达激光

36、雷达(LiDAR, Light Laser Detection and Ranging)是激光探测及测距的简称。是激光探测及测距的简称。（一）（一） 激光雷达的原理及类型激光雷达的原理及类型四、四、 激光雷达激光雷达激光雷达模型激光雷达模型2. 激光雷达类型激光雷达类型四、四、 激光雷达激光雷达（一）（一） 激光雷达的原理及类型激光雷达的原理及类型v 按探测技术的不同分类按探测技术的不同分类直接探测型直接探测型相干探测型相干探测型v 按不同功能分类按不同功能分类跟踪雷达跟踪雷达运动目标指示雷达运动目标指示雷达流速测量雷达流速测量雷达风剪切探测雷达风剪切探测雷达目标识别雷达目标识别雷达成像雷达成

37、像雷达振动传感雷达振动传感雷达直升机障碍物规避激光雷达直升机障碍物规避激光雷达机载海洋激光雷达机载海洋激光雷达水下成像激光雷达水下成像激光雷达机载激光雷达设备机载激光雷达设备四、四、 激光雷达激光雷达（一）（一） 激光雷达的原理及类型激光雷达的原理及类型激光多普勒雷达测速系统激光多普勒雷达测速系统四、四、 激光雷达激光雷达（一）（一） 激光雷达的原理及类型激光雷达的原理及类型激光散射测量雷达系统激光散射测量雷达系统四、四、 激光雷达激光雷达（一）（一） 激光雷达的原理及类型激光雷达的原理及类型激光雷达（可用于气象、环保及遥感等）激光雷达（可用于气象、环保及遥感等）四、四、 激光雷达激光雷达（一

38、）（一） 激光雷达的原理及类型激光雷达的原理及类型四、 激光雷达激光雷达应用十分广泛！激光雷达应用十分广泛！激光雷达是光、机、电相结激光雷达是光、机、电相结合的电子信息系统。合的电子信息系统。五、五、 光电信息处理光电信息处理（二）激光全息技术及应用（二）激光全息技术及应用（三）光电信息处理的应用（三）光电信息处理的应用（一）几个概念（一）几个概念光电信息光电信息技术技术光信息光信息传输传输光信息光信息探测探测光信息光信息转换转换光电信光电信息处理息处理五、五、 光电信息处理光电信息处理1，光电信息处理是光电信息技术的重要组成部分光电信息处理是光电信息技术的重要组成部分（一）几个概念（一）几个

39、概念物理电子学物理电子学电子信息电子信息光电信息光电信息计算机技术计算机技术通信技术通信技术五、五、 光电信息处理光电信息处理2 2，光电信息处理的学科组成光电信息处理的学科组成3，光学信息处理光学信息处理光学信息处理是一种全光系统，是在傅里叶光学基础上发展起来的，研究光学信息处理是一种全光系统，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“光光计算计算”，但目前理论和技术都还在发展中。，但目前理论和技术都还在发展中。五、五、 光电信息处理光电信息处理（二）（二） 激光全息技术及应用

40、激光全息技术及应用1. 1. 激光全息照相激光全息照相v 定义定义光全息技术由英籍匈牙利科学家盖伯光全息技术由英籍匈牙利科学家盖伯(Dennis Gabor)发明，设想记录一张发明，设想记录一张不经任何透镜，用物体衍射的电子波制作曝光照片不经任何透镜，用物体衍射的电子波制作曝光照片(即全息图即全息图)，使该全息，使该全息图能保持物体的振幅和相位的全部信息，然后用可见光照明全息图来得到图能保持物体的振幅和相位的全部信息，然后用可见光照明全息图来得到放大的物体像。放大的物体像。（一）几个概念（一）几个概念v 全息术的发展全息术的发展1948年第一代全息图年第一代全息图1960年激光为全息技术提供高

41、相干性光源年激光为全息技术提供高相干性光源1962年离轴全息图的提出，产生第二代全息图年离轴全息图的提出，产生第二代全息图目前全息术得到飞速发展，全息干涉计量、全息存储、计算全息、数字目前全息术得到飞速发展，全息干涉计量、全息存储、计算全息、数字全息等得到了广泛的应用。全息等得到了广泛的应用。五、五、 光电信息处理光电信息处理（二）（二） 激光全息技术及应用激光全息技术及应用1. 1. 激光全息照相激光全息照相五、五、 光电信息处理光电信息处理（二）（二） 激光全息技术及应用激光全息技术及应用2. 激光全息技术的应用激光全息技术的应用1物探物探2防伪防伪商标商标3医疗医疗诊断诊断五、五、 光电

42、信息处理光电信息处理（三）（三） 光电信息处理光电信息处理技术的应用技术的应用1大规模大规模 存储存储4复杂目复杂目标三维标三维 复现复现2光电光电侦察侦察3 导引导引和识别和识别六、我国的光电子科学与技术（一）光电产业（一）光电产业我国已建立六个光电产业基地：我国已建立六个光电产业基地：我国六个我国六个光电产业光电产业基地基地武汉武汉北京北京上海上海石家庄石家庄深圳深圳长春长春光纤、光缆、大功率激光器、各类激光加工机械、激光雷达、光存储、半光纤、光缆、大功率激光器、各类激光加工机械、激光雷达、光存储、半导体发光器件、光全息技术及产品全面发展，部分已具国际竞争力。导体发光器件、光全息技术及产品全面发展，部分已具国际竞争力。2001年在武汉年在武汉建立了国家光建立了国家光电子产业基电子产业基地地“中国光中国光谷谷”，成为中，成为中国光电子企业国光电子企业