2021-2022学年高二物理竞赛课件：光电技术绪论

1、光电技术绪论课程介绍光电子技术简介光电子技术简介 2022/9/6 光电子技术的概念与特征信息技术的发展光子传递信息的特点光电子技术发展史与发展趋势各国光电子技术的发展现状光电子技术简介光电子技术的概念 2022/9/6 光电子技术：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量相互转换的相关技术。 电子技术：包括真空电子技术、气体电子技术、固体电子技术等，主要研究电子的特性与行为及其在真空或物质中的运动与控制。 光子技术:研究光子的特性与行为及其与物质的相互作用以及光子在自由空间或物质中的运动和控制。光电子技术的概念 2022/9/6

2、电子技术光子技术光电子技术光电子技术的特征 2022/9/6 光电子技术特征：光源激光化、传输波导化、手段电子化、电子学中的理论模式和处理方法光学化。光电子技术将电子学使用的电磁波频率提高到光频波段，产生了电子学所不可能实现的许多功能，与微电子技术共同构成信息技术的两大重要支柱。光电子技术是21世纪先进科学技术之一，在现代社会中起着举足轻重的作用，它的发展对国民经济及国防建设有着巨大的推动作用。2022/9/6 三次科技革命 第一次（18世纪30年代18世纪末）以纺织机的改革为起点，蒸汽机的发明和使用为标志，开创了人类工业文明时代第二次（始于19世纪中叶）以电力的广泛应用为标志，诞生了许多发明

3、家，开创了人类电气时代第三次（始于20世纪中叶）以原子能技术、航天技术、电子计算机、通信技术的应用为代表， 开创了人类信息时代2022/9/6 信息技术的发展趋势第一阶段电子信息技术 电子信息技术：主要研究电子的特性与行为及其在真空或物质中的运动与控制。以半导体器件为代表的微电子技术是信息社会的第一次重大革命（微型化）其特征是：信息的载体是电子 代表：半导体，计算机等 现代化发展，使各学科所拥有的信息量逐日猛增，微电子在实现超高速，超大容量，超低功耗方面遇到了极大的困难。2022/9/6 信息技术的发展趋势第二阶段光电子信息技术 光电信息技术是光子技术与微电子技术的结合，是现代信息技术的核心，

4、已广泛应用于各行各业。其特征是：光子技术和电子技术相结合代表：激光器，光纤等2022/9/6 信息技术的发展趋势第三阶段光子信息技术光子技术：研究光子的特性与行为及其与物质的相互作用以及光子在自由空间或物质中的运动和控制。其特征是：以光子作为信息的载体代表：全光通信，光计算机等为什么信息的载体从电子发展到光子是技术的进步？ 2022/9/6 特征电子光子静止质量m00运动质量mhv/c2传播速度cc时间特性时间不可逆性时间可逆性空间特性具有高度空间局域性不具有高度空间局域性粒子特性费米子玻色子电荷-e（1.610-19库仑）0（不带电）电子 vs 光子 2022/9/6 （1）极快的响应时间，

5、可用于超高速、宽带通信： 光子响应时间可短达1015秒，即fs量级，而电子器件及系统最快的响应时间为109秒，即ns量级，两者相差100万倍。这在将来的光计算机等关键技术中将发挥巨大作用。光子传递信息的特点（2）传输信息容量大： 光波的频谱范围比电波的频谱范围宽，可以获得极大的传输容量。这就是为什么光缆比电缆的信息传输容量大的原因。 目前光纤通信正从第二代1.31微米波段零色散单模光纤向第三代1.55微米波段低损耗色散单模光纤作换代发展。传输容量从1978年的10Gb/s.km以每年10倍速度提高，86年1Tb/s.km。 理论已证明，一个光子在室温下可携带30bit的信息量并随温度的下降而以指数形式增加，以至达到无限值。所以，理论上可以讲“光子通信有望借助一个光子将无穷多信息传输给无穷多受信者”。 2022/9/6 光子传递信息的特点（3）信息传输过程中失真小: 光子传输信息时具有时间