光电子技术发展态势分析及应用论文

光电子应用姓名：朱志恒学号：200910711219摘要：随着科学的进步，光电子技术得到了蓬勃的发展。他不仅由多科学互相融合和互相渗透，而且在各个科学领域的应用也十分广泛，光电子技术指利用光子激发电子或电子跃迁产生光子的物理现象所能提供的手段和方法。本文主要研究了光电子技术的前世今生、发展历程、发展态势、重要应用以及光电子技术今后的发展应用和展望。通过本研究，我们可以更进一步地了解光电子技术的含义，熟悉光电子技术的发展历史、重要应用和所研究的方向、领域。引言随着社会科学的加速发展，光电子技术的应用越来越深入到社会生活的各个方面。今天，各种电子高科技产品太多源于光电子技术，可以说，没有光电子技术的加速发展就没有我们现在的美好生活。相信在以后的生活中，光电子技术会得到更普遍的应用，得到更多的人重视。自1960年世界第一台红宝石激光器的诞生起，光电技术的发展步伐明显加速，仪器、技术等更新频繁。目前，人们都倾向认为光电子技术的发展历史应从1960年激光器的诞生算起。尽管其历史可追溯到19世纪70年代，但那时期到1960年，光学和电子学仍然是两门独立的学科，因而只能算作光电子学与光电子技术的孕育期。光电子技术是光学技术和电子学技术的融合，靠光子和电子的的共同行为来执行其功能，是世纪之交继微电子技术之后迅速兴起的一个高技术领域，在当今信息时代愈发占有重要的关键地位。20世纪60年代初出现的激光和激光科学技术，以其强大的生命力推动着光电子技术与产业的发展，至今光电子技术的应用已涉及科学、经济、军事和社会发展的各个领域，信息的探测、传输、存储、显示、运算和处理已由光电子和电子共同参与来完成。21世纪是光电子发挥作用的时代，光电子技术的发展，极大地推动了众多相关科学技术的相互渗透和相互作用，并由此形成了规模宏大，内容丰富的光电子产业。最早出现的光电子器件是光电探测器，而光电探测器的基础是光电效应的发现和研究。1888年，德国H.R.赫兹观察到紫外线照射到金属上时，能使金属发射带电粒子，当时无法解释。1890年，P.勒纳通过对带电粒子的电荷质量比的测定，证明它们是电子，由此弄清了光电效应的实质。1900年，德国物理学家普朗克在黑体辐射研究中引入能量量子，提出了著名的描述黑体辐射现象的普朗克公式，为量子论坚定了基础。1929年，L.R.科勒制成银氧铯光电阴极，出现了光电管。1939年，前苏联V.K.兹沃雷金制成实用的光电倍增管。20世纪30年代末，硫化铅红外探测器问世，它可探测到3颇辐射。40年代出现用半导体材料制成的温差电型红外探测器和测辐射热计。50年代中期，可见光波段的硫化镉、硒化镉、光敏电阻和短波红外硫化铅光电探测器投入使用。50年代末，美国军队将探测器用于代号为“响尾蛇”的空空导弹，取得明显作战效果。1958年，英国劳森等发明碲镉汞红外探测器。在军事需求牵引和半导体工艺等技术发展的推动下，红外探测器自60年代以来迅速发展。随着1960年激光的出现，光电子技术有了一个强有力的研究武器，从而开始了其日新月异的发展。一光电子技术的概念和内容当代社会和经济发展中，信息的容量日益聚增，随着高容量和高速度的信息发展，电子学和微电子学遇到其局限性，而光作为更高频率和速度的信息载体，会使信息技术的发展产生突破，信息的探测，传输，存储，显示，运算和处理将由光子和电子共同参与来完成。光电子技术是光学技术和电子学技术的融合，靠光子和电子的共同行为来执行其功能，是世纪之交继微电子技术之后迅速兴起的一个高科技领域，在当今信息时代愈发占有重要的关键地位。它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收涵盖了新材料、新型发光感光材料、非线性光学材料、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，涉及光电子学、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、相互交叉而形成的高新技术学科。光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，从70年代后期起，随着半导体光电子器件和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破，光子技术与电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。电子技术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；而光子技术研究光子的特性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与控制。两者相结合的光电子技术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，与光源激光划、传输光纤化、手段电子化、现代电子理论的光学化为特征，是一门新兴的综合性交叉学科。它将电子学使用的电磁波频率提高到光频波段，产生了电子学所不能实现的很多功能，成为继微电子技术之后兴起的又一门高新科技，并与微电子技术共同构成信息技术的两大重要支柱。二光电子技术的发展1光电子技术的发展简述光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术，是由光学技术和电子学技术相结合而形成的。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，从70年代后期起，随着半导体光电子器件和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破，光子技术与电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。可以说光电子学技术是电子学技术在光频波段的延伸与扩展。2光电子技术在我国的发展我国光电子技术和发展，从“六五”起步，开始发展以激光技术为主的光电子技术。1987年科技部把信息光电子列入“863”计划，给予支持，激光科学技术的研究和发展受到国家的很大重视，在国防建设和社会应用上起了重要作用。我国光电子产业的原始基础是军事光学，军用光电子学和红外技术［4］。自60年代以来，我国依靠自己的力量，研制出“神龙”高功率激光装置，激光分离同位素装置，军用靶场激光经纬仪，激光卫星测距仪，高速摄影机，红外扫描仪等重要的军用光电子设备，并在此过程中，形成了实力雄厚的10多个光电子技术研究基地。70年代末，光纤通信的研究和开发也在我国兴起。80年代中期光盘技术和光电平面显示技术也得到发展。我国在〃八五〃计划期间对一些光电器件企业进行了技术改造，已在〃九五〃计划中产生了效益。例如，12英寸彩色液晶显示屏已经在1996年投产。国家重大成套通信设备2.5Gbps同步数字系列（SDH）光通信系统，于1997年研制开发成功，现已广泛应用于国家通信骨干网的建设。3光通信的活跃发展信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。在信息技术发展过程中,电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。采用光子作为信息的载体，其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上，加之光子的高度并行处理能力，不存在电磁串扰和路径延迟等缺点,使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。光通信技术是光电子技术的一个主要方面，分无线光通信和光纤通信。无线光通信技术应用于空-空，地-空,地-地光通信以及星际光通信网，主要为军用和专业用。光纤通信技术在长距离和主干线应用上已趋完善，今后光纤通信主要应用于局域网络，计算机网络和多媒体通信进入家庭。4光电子器件的发展及展望1）固态化、小型化、集成化和廉价化目前，在各类光电子器件中固态化最差的是激光器。军事上用量最大的固态激光器还使用效率较低、寿命较短的抽运灯，有时还要带一个冷却冰箱，很累赘。20世纪80年代以来，出现了可以代替抽运灯的大功率激光二极管阵列。预期在不久的将来，固态化将成为激光器的主流。平板显示器素有“巨型微电子器件”之称。以平板显示器取代阴极射线管作为仪器设备的显示器，可以显著减小整机的体积、质量和功耗，避免电磁辐射的影响。2）工作波段范围扩大和响应速度加快激光器是光波段的相干辐射源，然而迄今为止，只有一些为数不多的固定波长器件和覆盖了较宽范围而功率不大的可调谐器件，不能适应不同应用对波长的需求。为了满足形形色色的使用要求，人们正在利用各种途径研制特定波长的激光器，包括探索新的激光工作介质和利用非线性光学效应产生新波段或新的可调谐波段。光电探测器覆盖的波段已很宽，但是许多探测器响应速度还较慢，或在快响应时灵敏度变差。为此，人们正在研究快速响应单元、多元和面阵光电探测器，首先将攻克若干特定波长的快响应高灵敏度探测器以及高速CCD。3）更加适应恶劣环境光电子器件从实验室走向应用现场，包括工业环境、战场环境乃至太空环境，必须经受严酷的环境考验。为此，有很多工作要做。为适应高、低温环境，采用保温、恒温、散热和制冷技术；为了抗核辐射和宇宙射线辐射，采用抗辐射加固技术。此外，一些基于新的工作原理、具有更好环境适应性的光电子器件不久将会问世。三光电子技术的应用从光电子技术研究初期开始，人们就在不停地探索其应用价值，而且军事应用被优先考虑，并投入了大量的人力、物力和财力。随着光电子技术的发展，当今社会正在从工业社会向信息社会过渡，国民经济和人们生活对信息的需求和依赖急剧增长，不仅要求信息的时效好、数量大，并且要求质量高、成本低。在这个社会大变革时期，光电子技术已经渗透到国民经济个每个方面，成为信息社会的支柱技术之一。总之，光电子技术具有许多优异的性能特征，这使得它具有很大的实用价值，主要表现在下面的和方面应用。1光电子技术在光纤通信的应用光纤通信技术从1970年开始研究，1980年开始实用化，发展异常迅速。光波与电波相比近乎无线宽带，以及光纤微小的传输损耗，使得其在长距离、大容量、超高速通信和信息处理中成为主体。目前，光缆几乎遍布全球，光纤已敷设到路边，甚至许多城镇居民的门口。2光电子技术在科学研究的应用科学研究的发展要求越来越精密的测量技术，而光电子技术正好能提供最精密、最灵敏、最快速的测量手段，为当今天文学、物理学、化学、生物学、计量科学和材料科学的发展做出了贡献。3光电子技术在诊断医疗的应用光成像技术，包括可见光和红外成像技术已在肿瘤等各科疾病的临床诊断以及外科手术等许多医疗领域中得到广泛应用。还有许多利用光电子技术的诊断和医疗技术正在研究或临床试用。光电子技术将在医疗保健方面越来越多的造福人类。4光电子技术在音响娱乐的应用电视是信息传播的重要媒介。世界上任何地方的新闻通过电视迅速传遍全球。娱乐业越来越多地采用光电子技术。如激光演示（舞台、卡拉OK厅、激光唱盘（CD）、激光视盘（VCD、DVD）、激光音乐）等技术已是家喻户晓，产品很多进入家庭，形成很大的市场。5光电子技术在安全防卫的应用电视监视、红外报警和激光报警已广泛应用于安全防卫。采用光电子技术对指纹、眼球、手形和脸进行特征识别已用于侦破案件和进入特备警戒地区的识别手段。6光电子技术在纺织工业的应用光电子技术与数字信号处理技术及计算机视觉技术相结合可以大大提高纺织工业的自动化生产水平。在纺织生产设备中引入光电检测设备可以随时追踪工厂的生产状况，并通过工厂的控制网络将各工序的生产质量、产量、效率等信息及时报告给相关技术人员和管理人员，为工艺调整和生产管理提供大量可靠的数据，同时为企业新产品的生产提供各类跟踪数据，缩短新品的开发生产进程引入光电检测技术，必将提高整个纺织生产系统的加工、监测、检验、管理的自动化、智能化及精确化水平，使纺织产品的质量得到有效控制和提高同时降低工人的劳动强度，提高工厂的生产效率，降低生产成本，提高产品质量和产量，使纺织工业向现代化、自动化、无人化方向发展7以硅为材料的光电子技术的应用硅光电子学（用硅做材料制造的光电子元器件），作为一项新兴技术，其应用前景令人振奋。数据的超速传输对未来的众核技术能够以更低的成本提供更高速的主流计算能力。这些硅光电子学技术将为世界带来全新的数字设备，实现难以想象的性能突破。这种光感应器通过探测微弱光信号并将其放大而拥有卓越的灵敏度。此项技术也可以应用于对带宽需求高的远程医疗核3D虚拟世界等未来数据密集型计算领域。8利用光电子技术获取图像信息人类获取视觉信息有多种手段，但最常见的是各种光学系统。为了进一步扩展视觉功能，就要借助于光电子技术。利用光电子技术人们不仅可随时看见遥远的目标和微小的目标，还可以看见人眼不可感知的微弱目标及各种辐射，甚至还可看清各种超快过程［8］。目前，用于信息获取的光电子技术已广泛应用于各个领域：如超快现象诊断，生物医学诊断以及军事应用等。利用光电子技术可获得各种辐射的图像信息，具有灵敏度高，响应时间快，空间分辨率高，并可实现遥感等特点。随着其工艺的不断改进，其产业化进程的不断推进，该技术在信息时代必将发挥更大的作用。光电子技术在当今信息时代愈发占有重要的关键地位，至今光电子技术的应用已涉及科技，经济，军事和社会发展的各领域。信息的探测，传输，存储，显示，运算和处理已由光子和电子共同参与来完成。21世纪是光电子发挥作用的时代。在这样的一个