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1、关于光电子学第关于光电子学第现在学习的是第1页,共26页1、光电子学发展史、光电子学发展史 光学:是研究光的行为和性质,以及光和光学: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,以及电电子学:研究电子的特性和行为,以及电子器件的物理学科子器件的物理学科 光电子学(光电子学(Optoelectronics):):光子学。激光的诞生使古老的光学获得了新的光子学。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与电子学进一步结合而形成了
2、一门新兴的交叉学科学科光电子学光电子学现在学习的是第2页,共26页1、光电子学发展史、光电子学发展史 光电子学定义光电子学定义 包括光电转换器件的设计、制造和特性描述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核心是光与物质的相互作用 影响广泛影响广泛现在学习的是第3页,共26页1、光电子学发展史、光电子学发展史 在光学方面,光电子学涉及几何光学、生在光学方面,光电子学涉及几何光学、生理光学、物理光学、量子光学、应用光学理光学、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在电子学方面,光电子学
3、涉及到电操纵的辐射源的调制和控制,录像和成像管的驱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其广泛和多方面的现在学习的是第4页,共26页1、光电子学发展史、光电子学发展史 光学与电子学融合的三个阶段光学与电子学融合的三个阶段第一阶段:第一阶段:19世纪世纪60年代,年代,Maxwell提出光提出光也是电磁波也是电磁波第二阶段:第二阶段:19世纪末世纪末20世纪初,光电效应世纪初,光电效应的实验和理
4、论发展的实验和理论发展第三阶段:第三阶段:1960年第一台激光器的诞生,它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,也是是光学发展史上的一项重大的革命,也是20世世纪最主要的重大发现之一,它将人类带入了光纪最主要的重大发现之一,它将人类带入了光子时代子时代现在学习的是第5页,共26页1、光电子学发展史、光电子学发展史 光电效应光电效应光电效应就是由光产生电的效应,也称作光生光电效应就是由光产生电的效应,也称作光生电子效应,或光生伏特效应电子效应,或光生伏特效应Heinrich Hertz( l8571894) 光电效应实验装置光电效应实验装置Albert Einstein(187
5、9 - 1955) 现在学习的是第6页,共26页1、光电子学发展史、光电子学发展史现在学习的是第7页,共26页1、光电子学发展史、光电子学发展史 1961年年8月,我国第一台激光器研制成功月,我国第一台激光器研制成功 “中国激光之父中国激光之父”王之江教授王之江教授 激发效率高激发效率高现在学习的是第8页,共26页1、光电子学发展史、光电子学发展史 年,我国第一台激光测距仪又研年,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和地震预报研究提供了一种长距离测距的新仪器新仪器 年,我国首创了医用高功率激光年,我
6、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气化肿瘤装置,为治疗癌症提供了一个新手段手段 年,世界上第一张立体图像卡拉年,世界上第一张立体图像卡拉OK激光视盘在我国问世激光视盘在我国问世现在学习的是第9页,共26页1、光电子学发展史、光电子学发展史 1970年美国研制成功损耗为年美国研制成功损耗为20dB/km的的石英光纤和在室温连续运转的半导体激光石英光纤和在室温连续运转的半导体激光器器 导致光通信、光纤传感、光盘信息存储与导致光通信、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显示及光信息处理等为代表的激光信息技术蓬勃发展术蓬勃发展 极大促进了相应各学科,如半
7、导体光电子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,如纤维光学技术等了边缘学科的发展,如纤维光学技术等现在学习的是第10页,共26页1、光电子学发展史、光电子学发展史 dB(Decibel,分贝)及,分贝)及dBm的意义的意义dB是一种纯计数表示方法,没有单位,是把一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个很大或者很小的数比较简短地表示出来现在学习的是第11页,共26页1、光电子学发展史、光电子学发展史 dB(Decibel,分贝)及,分贝)及dBm的意义的意义dBm是功率为
8、毫瓦的另一种表示方法是功率为毫瓦的另一种表示方法现在学习的是第12页,共26页1、光电子学发展史、光电子学发展史 20世纪世纪80年代年代对超晶格量子阱结构材料非线性光学研究,导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致超大功率量子阱阵列激光器光纤物理特性的深入研究,出现了利用光纤的光纤物理特性的深入研究,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成了光弧子的概念,进一步推动了对特种光纤的研究的研究年代初,日
9、、美、英等国的光纤通信骨干年代初,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网相继建成,其他各国也开始建设光纤网络现在学习的是第13页,共26页1、光电子学发展史、光电子学发展史 超晶格材料超晶格材料 IBM实验室的江崎和朱兆祥提出超晶格的概念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,每层材料的厚度在构,每层材料的厚度在100nm以下,事实上就是特以下,事实上就是特定形式的层状精细复合材料定形式的层状精细复合材料双超晶格结构双超晶格结构主要用于:主要用于: 场效应管、激光器工作物
10、场效应管、激光器工作物质、传感器、光波导质、传感器、光波导现在学习的是第14页,共26页1、光电子学发展史、光电子学发展史 20世纪世纪90年代年代光电子技术在通信领域取得极大成功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、各国新形成了光纤通信产业,海底光缆铺设、各国新铺设的通信骨干网纷纷实现光纤化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
11、化,大大扩展了通器、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光纤光栅研究取得重大进展现在学习的是第15页,共26页2、信息光电子技术与器件、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
12、的控制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信号的接收和处理装置等几个基本部分现在学习的是第16页,共26页2、信息光电子技术与器件、信息光电子技术与器件 光源主要是各种激光器,光源主要是各种激光器,特别是半导体激光器特别是半导体激光器 光调制器件有开关、偏光调制器件有开关、偏转、调制、传感等功能转、调制、传感等功能 光探测和显示技术涉及光探测和显示技术涉及光信号的调制、整形、光信号的调制、整形、放大、探测和显示等放大、探测和显示等现在学习的是第17页,共26页2、信息光电子技术与器件、信息
13、光电子技术与器件光线在光纤中传光线在光纤中传 光纤光纤光开关光开关光探测器光探测器光存储器光存储器现在学习的是第18页,共26页3、光电子技术应用、光电子技术应用 军事应用优先考虑军事应用优先考虑20世纪世纪50年代末,美军将光电探测器用于年代末,美军将光电探测器用于“响尾蛇响尾蛇”空空导弹空空导弹美、英、法等国相继开发了中波(美、英、法等国相继开发了中波(m m)和长波(和长波(m m)红外多元探测器、红外)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、焦平面阵列等,广泛用于夜视、侦查、观瞄、火控、制导等系统火控、制导等系统20世纪世纪70年代,美军在越南战争中使用激光年代,美
14、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有炸毁的一座大桥现在学习的是第19页,共26页3、光电子技术应用、光电子技术应用现在学习的是第20页,共26页3、光电子技术应用、光电子技术应用 光纤通信:光波与电波相比近乎无限的带光纤通信: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,使得其在宽,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长距离、大容量、超高速通信和信息处理中成为主体中成为主体 光存储:半导体激光器小巧、驱动功率小光存储: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
15、光斑,可以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、三维图像信息的存并行性又有利于二维、三维图像信息的存储与处理储与处理现在学习的是第21页,共26页3、光电子技术应用、光电子技术应用 光计算:利用弱光激发三次非线性等现象光计算: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有电磁
16、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、固体等测量的危险,易燃、易爆的气体、固体等测量现在学习的是第22页,共26页3、光电子技术应用、光电子技术应用 激光医学:光纤耐热、耐潮性高、芯径细激光医学: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、激光为可能;焦点小,适合做角膜焊接、激光矿
17、石等;热效应好,适合做穴位治疗等矿石等;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焊接等。高强激光还可用于激光可控核聚变等变等 军事应用:精密制导、瞄准、跟踪、监测军事应用:精密制导、瞄准、跟踪、监测现在学习的是第23页,共26页3、光电子技术应用、光电子技术应用 遥测遥感:激光不仅可以改变振幅、相位遥测遥感:激光不仅可以改变振幅、相位偏振,而且可以改变频率,因而可以进行偏振,而且可以改变频率,因而可以进行物质的光谱分析,以此进行遥感测量物质的光谱分析,以此进行遥感测量 光传感:利用光波的直线传播性质、光调光传感:利用光波的直线传播性质、光调制的非接触性以及各种调制性质,可以制制的非接触性以及各种调制性质,可以制作温度、湿度、位移、加速度光传感器,作温度、湿度、位移、加速度光传感器,特别是小型轻便的光纤型传感器特别是小型轻便的光纤型传感器 精密计量:光波长为微米量级,就此可以精密计量:光波长为微米量级,就此可以进行长度、时间等精密计量进行长度、时间等精密计量现在学习的是第24页,共26页谢谢!谢谢!现在学习的是第25页,共26页感谢大家观看感谢大家观看9/4/2022现在学习的是第26页,共26页
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