光电子技术基础前沿.ppt

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1、第一章 绪论,1.1 光电子技术1.2 光电子技术发展简史1.3 信息光电子技术与器件1.4 光电子技术应用,1.1 光电子技术,光电子技术是光子技术与电子技术相结合而形成的一门技术。,光子技术的研究对象,光子的特性,光子与物质的相互作用,光子在自由空间或物质中的运动与控制,电子技术的研究对象,电子的特性,电子与物质的相互作用,电子在自由空间或物质中的运动与控制,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,也是光波段的电子技术。,光电子技术的研究对象,光波段(红外线、可见光、紫外线和软X射线),1.2 光电子技术发展简史,第一阶段 光电探测器问世,1873年 英国W.R.史密斯发现了硒

2、的光电导特性(内光 电效应),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特性(外光电效应),1890年 勒纳对带电粒子的电荷质比的测定，证明它 们是电子，由此弄清了外光电效应的实质。,1929年 L.R.科勒制成银氧铯光电阴极，出现光电管。,1939年 苏联V.K.兹沃雷制成实用的光电倍增管。,40年代 出现用半导体材料制成的温差红外探测器和测辐射热计,50年代中 可见光波段的硫化镉(CdS),硒化镉(CdSe)光敏电阻和短 波红外硫化铝光电探测器投入使用,1958年 英国劳森等发明镉汞(MCT)红外探测器,60年代以来 红外探测器快速发展,美、英、法等大力开

3、发了 中波(35m)和长波(814m)红外多元探测器,并 广泛应用于 夜视、侦察和制导系统等领域,1992年起 各国用红外焦平面阵列在取代多元探测组件进行成像应用,30年代末 PbS红外探测器问世,室温下探测到3m,50年代末 美国将探测器用于代号为响尾蛇的空空导弹,第二阶段 激光器的诞生及发展,光的电磁理论和光电效应理论从19世纪中叶的麦克斯韦到20世纪初叶的爱因斯坦光学与电子学仍作为两门独立的学科被研究。,1916年 爱因斯坦在关于辐射的量子理论中,提出了光 的受激辐射及光放大的概念,这为激光器的产生提供了理论基础。,1954年 美国汤斯以制冷的氨分子作为工作物质，研制成了微波激射器。稍后

4、,苏联巴索夫和普洛霍洛夫以氟化铯为工作物质制成了微波激射器。,1958年 汤斯和肖诺将微波受激辐射的原理推广到红外和可见光波段,引入了激光的概念。,1960年 梅曼研制成功了世界的一台激光器红宝石激光器。随后,各种固体、气体、液体、半导体激光器相继出现.同 时从第一台激光器诞生之日起,人们就开始探索 激光器的应用。激光的军事应用被优先考虑。,红宝石激光器,半导体光电子学 波导光学 导致了 激光物理学 相干光学 非线性光学等新学科涌现学科之间交叉。,激光的出现，对光与物质相互作用过程的研究变得异常活跃，,1966年 英籍华人高锟等提出了实现低损耗光纤的可能。,1970年 美国研制出损耗为20dB

5、/KM的石英光纤和室温下 连续工作的激光二极管,使光纤通信成为现实，这一年被公认为“光纤通信元年”。,90年代初 光纤放大和波分复用技术诞生。,80年代初 日本,美国,英国相继建成全国干线光纤通信网。,第三阶段 低损耗光纤问世,光纤传感技术 源于80代初，90年代初中期光纤激光器、光纤光栅等光纤元件崭露头角。,光纤激光器,光纤光栅,利用啁啾合波长同时可调谐的光纤光栅,光存储技术发展很快。1972年荷兰飞利浦公司演示了模拟式激光视盘。1982年飞利浦公司同日本索尼公司合作,推出了第一台数字式激光唱机。CD,VCD,DVD迅速进入千家万户。,1.3 信息光电子技术与器件,按信息传递的各个环节划分,

6、光源,信息加载 或光控制,光传输,处理 存储,光信号接收,光源器件,光调制器件,光传输器件,光探测器件,光显示器件,测距，敌我识别，通信，制导,1.4 光电子技术应用,1、军事方面的应用,激光制导导弹,19951996年的波黑战争中,北约部队的战场无人侦察机频繁出动,它装备了合成孔径雷达和高分辨率CCD摄像机。,一种无人侦察机,2.激光器及其应用,(1)激光通信,(2)激光加工（打孔、打标、焊接、切割）,(3)激光医学（激光诊断、激光治疗）,(4)激光核聚变,(1)文字阅读与图像识别,条码识别,货币识别,传真机。,(2)遥感系统,地球表面监视,地球资源勘探,气象和环境监测等。,(3)天文学应用

7、,空间望远镜,陆基望远镜,跟踪行星，进行天文观察，探测宇宙射线，监视黑洞，探索空间奥秘。,(4)水下应用,探索海洋奥秘,探测和开采海底矿藏,监视鱼群动向等。,3.CCD器件及其应用,(7)交通监控应用,(5)医学应用 医用内窥镜，数字化X射线摄像,(6)工业检测和机器人视觉,医用内窥镜,机器人,以光盘为代表的光学存储技术飞速发展。光带、光卡是很有希望的光存储技术。,如果记录数据量不高，一般的光盘都能满足要求.但是某些领域，记录数据量要大很多。美国宇航局早在80年代末就开始了星载光盘数据采集记录系统的研究计划，记录数据量达20GB。,4.光纤技术及其应用,(1)光纤传感器,(2)光纤图像传输内窥镜,5.光存储,6.光电显示,