光電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用最新學(xué)習(xí)資料

1、光電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用院系： 電氣信息工程學(xué)院專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)0941姓名： 鄭義學(xué)號(hào)： 200910711102日期： 2012 年 12 月 10 日光電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用摘要：電子技術(shù)是繼微電子技術(shù)之后近 30 年來(lái)迅猛發(fā)展的綜合性高新技術(shù)，它是以紅外、微光、激光等光電子器件為基礎(chǔ)，由光學(xué)技術(shù)、電子技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等密切結(jié)合而形成的一項(xiàng)綜合技術(shù)。 主要包括激光技術(shù)、 紅外技術(shù)、光纖通訊技術(shù)、太陽(yáng)能光伏技術(shù)、固體照明技術(shù)、集成光學(xué)技術(shù)、光計(jì)算技術(shù)、光學(xué)傳感器和光電顯示技術(shù)等。引言：2008 年北京奧運(yùn)會(huì)上，“水立方”以其絢爛夢(mèng)幻的視覺效果，令世人驚嘆。夜幕降臨時(shí)，在“水立

2、方”南側(cè)立面周圍的人們就會(huì)看到一幅如夢(mèng)似幻的景觀：一群群色彩艷麗的熱帶魚在“水立方”的“水泡泡”里輕盈地游弋，時(shí)而又變成波濤洶涌的巨浪呼之欲出，時(shí)而又化為一團(tuán)奧運(yùn)圣火熊熊燃燒。而這一切，正是由光電子技術(shù)為“水立方”量身打造的幔態(tài)LED才得以實(shí)現(xiàn) 1 。當(dāng)今全球范圍內(nèi)，已經(jīng)公認(rèn)光電子產(chǎn)業(yè)是本世紀(jì)的第一主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制高點(diǎn)，光電子產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略地位是不言而喻的2 。鑒于此，光電子技術(shù)應(yīng)用的開發(fā)被世界各國(guó)所關(guān)注， 新的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷發(fā)現(xiàn)中。本文主要分析了光電子技術(shù)的發(fā)展歷程與在國(guó)防，生活中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞光電子技術(shù)、光電子材料、發(fā)展、應(yīng)用1 光電子技術(shù)的介紹光電子技術(shù)確切稱為信息光電子技術(shù)。20

3、 世紀(jì) 60 年代激光問世以來(lái)，最初應(yīng)用于激光測(cè)距等少數(shù)應(yīng)用，光電子技術(shù)是繼微電子技術(shù)之后近30 年來(lái)迅猛發(fā)展的綜合性高新技術(shù)。1962 年半導(dǎo)體激光器的誕生是近代科學(xué)技術(shù)史上一個(gè)重大事件。經(jīng)歷十多年的初期探索，到70 年代，由于有了室溫下連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器和傳輸損耗很低的光纖，光電子技術(shù)才迅速發(fā)展起來(lái)?，F(xiàn)在全世界敷設(shè)的通信光纖總長(zhǎng)超過1000 萬(wàn)公里， 主要用于建設(shè)寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)。以光盤為代表的信息存儲(chǔ)和激光打印機(jī)、復(fù)印機(jī)和發(fā)光二極管大屏幕現(xiàn)實(shí)為代表的信息顯示技術(shù)稱為市場(chǎng)最大的電子產(chǎn)品。人們對(duì)光電神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)抱有很大希望，希望獲得功耗的、響應(yīng)帶寬很大，噪音低的光電子技術(shù)。光

4、電子技術(shù)是一個(gè)比較龐大的體系，它包括信息傳輸，如光纖通信、空間和海底光通信等；信息處理，如計(jì)算機(jī)光互連、光計(jì)算、光交換等；信息獲取，如光學(xué)傳感和遙感、 光纖傳感等；信息存儲(chǔ)，如光盤、全息存儲(chǔ)技術(shù)等； 信息顯示，如大屏幕平板顯示、 激光打印和印刷等。 其中信息光電子技術(shù)是光電子學(xué)領(lǐng)域中最為活躍的分支。 在信息技術(shù)發(fā)展過程中， 電子作為信息的載體作出了巨大的貢獻(xiàn)。但它也在速率、 容量和空間相容性等方面受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 采用光子作為信息的載體，其響應(yīng)速度可達(dá)到飛秒量級(jí)、 比電子快三個(gè)數(shù)量級(jí)以上， 加之光子的高度并行處理能力， 不存在電磁串?dāng)_和路徑延遲等缺點(diǎn)， 使其具有超出電子的信息容量與處理速度的潛

5、力。 充分地綜合利用電子和光子兩大微觀信息載體各自的優(yōu)點(diǎn)，必將大大改善電子通信設(shè)備、電子計(jì)算機(jī)和電子儀器的性能。在微電子技術(shù)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)可以利用光電各自的優(yōu)勢(shì)來(lái)為我們服務(wù)。比如激光器，光電探測(cè)器，太陽(yáng)電池如等方面都需要光電結(jié)合。這就是早期的光電子學(xué)。 隨著光電子學(xué)的發(fā)展， 人們研究完全利用光來(lái)處理信息，于是誕生了光子學(xué)。所以可以說，先有了光電子學(xué)，又有了光子學(xué)。而最終的發(fā)展會(huì)是光電的再次統(tǒng)一， 即更高一個(gè)層次上的光電子學(xué)。 現(xiàn)在正在發(fā)展單電子技術(shù)和單光子技術(shù)，那時(shí)信息的載體不再是束流， 而是單個(gè)的粒子。 光子和電子都是利用量子力學(xué)的概念， 區(qū)別只是波長(zhǎng)不同而已。 我想我們?cè)诙皇?/p>

6、紀(jì)肯定會(huì)走到這一步。那時(shí)既不能叫光子信息技術(shù)， 也不能叫電子信息技術(shù)， 應(yīng)該叫量子信息技術(shù)。由于光子具有電子所不具備的許多特性所以光子學(xué)有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 尤其在信息領(lǐng)域。比如通信，我們現(xiàn)在大部分主干網(wǎng)用的都是光纖， 信息的載體都是光。由于密集波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展， 一根頭發(fā)絲粗細(xì)的光纖就可以傳輸一億門電話線路。這是電纜無(wú)法比擬的 。再如信息存儲(chǔ)技術(shù)，光盤由 VCD 發(fā)展到 DVD ，容量增大了好幾倍， 未來(lái)如果研制出能夠商用的藍(lán)光激光器， 采用藍(lán)光波段的光來(lái)作為信息的載體， 就又可以使同樣大小的光盤的容量增大近十倍。 而且光具有相干性，可以實(shí)現(xiàn)全息存儲(chǔ)， 在不到一個(gè)平方厘米的芯片上， 我們可以把

7、北京圖書館的所有的書都存進(jìn)去。在計(jì)算機(jī)方面，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是光要進(jìn)入計(jì)算機(jī)中，發(fā)揮光子的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)開關(guān)的互聯(lián)，利用光來(lái)消除電子傳輸帶來(lái)的瓶頸效應(yīng)。2 光電子技術(shù)的發(fā)展光電子技術(shù)是繼微電子技術(shù)之后近 30 年來(lái)迅猛發(fā)展的綜合性高新技術(shù)。 1962 年半導(dǎo)體激光器的誕生是近代科學(xué)技術(shù)史上一個(gè)重大事件。 經(jīng)歷十多年的初期探索，從 70 年代后期起，隨著半導(dǎo)體光電子器件和硅基光導(dǎo)纖維兩大基礎(chǔ)元件在原理和制造工藝上的突破， 光子技術(shù)與電子技術(shù)開始結(jié)合并形成了具有強(qiáng)大生命力的信息光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。 二十一世紀(jì)的光電子技術(shù)正在快速地發(fā)展， 結(jié)合眾多工藝與技術(shù)，如光電子學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)等，光電子技術(shù)現(xiàn)在

8、已成為國(guó)防、航空宇宙、光學(xué)加工、電子、通訊、顯示、測(cè)試儀器等領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ)。2.1 光電子的產(chǎn)業(yè)分類光電子技術(shù)是一個(gè)比較龐大的體系， 它包括信息傳輸、 信息處理、 信息獲取、信息存儲(chǔ)、信息顯示等。 采用光子作為信息的載體， 其響應(yīng)速度比電子快三個(gè)數(shù)量級(jí)以上，使其具有超出電子的信息容量與處理速度的潛力。盡管各國(guó)對(duì)光電子產(chǎn)業(yè)的分類不同， 但通常的分類方法有兩種： 一種按照應(yīng)用領(lǐng)域，把光電子產(chǎn)業(yè)劃分為信息光電子、能量光電子和娛樂（消費(fèi)）光電子三類產(chǎn)業(yè)；另一種按照國(guó)際產(chǎn)品產(chǎn)值統(tǒng)計(jì)及產(chǎn)業(yè)層次， 把光電子產(chǎn)業(yè)劃分為與光電子技術(shù)有關(guān)的六類產(chǎn)業(yè)，即光電子材料與元件、光電顯示、光輸入 / 出、光存儲(chǔ)、光通信、激

9、光及其它光電應(yīng)用。2.2 光電子產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)需求全球光電子產(chǎn)業(yè)始于上世紀(jì) 70 年代， 90 年代獲得了高速增長(zhǎng)。進(jìn)入新世紀(jì)后，受全球經(jīng)濟(jì)景氣持續(xù)探底沖擊， 2001 年與 2002 年全球光電子產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值連續(xù)出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)， 2003 年在全球經(jīng)濟(jì)景氣回春情況下獲得微幅增長(zhǎng)。據(jù) PIDA統(tǒng)計(jì)， 2004 年光電子產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步走向復(fù)蘇，其市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 1980 億美元（較 2003 年增長(zhǎng) 13），2005 年順利突破 2000 億美元。日本光電子產(chǎn)業(yè)與技術(shù)振興協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)， 2010 年光電子產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值達(dá) 5407 億美元， 2015 年將達(dá) 9631 億美元，光電子產(chǎn)業(yè)可能會(huì)取代傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè)，成為 21

10、世紀(jì)最大的產(chǎn)業(yè)，并成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。2.3光電子產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)總的來(lái)看，光電子產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域呈現(xiàn)出以下發(fā)展態(tài)勢(shì)：光器件向小型化、高可靠、多功能、模塊化和集成化方向發(fā)展； 光顯示向真彩色、 高分辨率、高清晰度、大屏幕和平面化方向發(fā)展； 光輸出 / 入產(chǎn)品向多功能、 高速化、低成本方向發(fā)展；光存儲(chǔ)將更多地采用新技術(shù)和新材料， 開發(fā)新一代高密度、高速存儲(chǔ)技術(shù)和系統(tǒng)；光通信向超大容量、高速率和全光網(wǎng)方向發(fā)展，特別是超大容量 DWDM智能光網(wǎng)將成為主要的發(fā)展趨勢(shì)； 激光技術(shù)向全固化、 超短波長(zhǎng)、 微加工和高可靠性等方向發(fā)展，激光技術(shù)與其它學(xué)科的融合以及應(yīng)用領(lǐng)域范圍將不斷擴(kuò)大。

11、2.4光電子在我國(guó)的發(fā)展我國(guó)光電子技術(shù)和發(fā)展，從“六五”起步，開始發(fā)展以激光技術(shù)為主的光電子技術(shù)。 1987 年科技部把信息光電子列入“ 863”計(jì)劃，給予支持，激光科學(xué)技術(shù)的研究和發(fā)展受到國(guó)家的很大重視，在國(guó)防建設(shè)和社會(huì)應(yīng)用上起了重要作用。我國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)的原始基礎(chǔ)是軍事光學(xué)，軍用光電子學(xué)和紅外技術(shù) 4 。自 60 年代以來(lái)，我國(guó)依靠自己的力量，研制出“神龍”高功率激光裝置，激光分離同位素裝置，軍用靶場(chǎng)激光經(jīng)緯儀，激光衛(wèi)星測(cè)距儀，高速攝影機(jī)，紅外掃描儀等重要的軍用光電子設(shè)備，并在此過程中，形成了實(shí)力雄厚的 10 多個(gè)光電子技術(shù)研究基地。 70 年代末，光纖通信的研究和開發(fā)也在我國(guó)興起。 80

12、年代中期光盤技術(shù)和光電平面顯示技術(shù)也得到發(fā)展。 我國(guó)在 八五 計(jì)劃期間對(duì)一些光電器件企業(yè)進(jìn)行了技術(shù)改造，已在 九五 計(jì)劃中產(chǎn)生了效益。例如， 12 英寸彩色液晶顯示屏已經(jīng)在 1996 年投產(chǎn)。國(guó)家重大成套通信設(shè)備 2.5Gbps 同步數(shù)字系列（ SDH）光通信系統(tǒng)，于 1997 年研制開發(fā)成功，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于國(guó)家通信骨干網(wǎng)的建設(shè)3 光電子技術(shù)的應(yīng)用：3.1 光電子在信息獲取方面的應(yīng)用就光電信息技術(shù)而言， 在信息獲取方面可分為三大類、 第一類即音視影像類，主要應(yīng)用為照相機(jī)、攝像機(jī)、監(jiān)視器等，以 CCD 和 CMOS 技術(shù)為達(dá)標(biāo)。目前該市場(chǎng)成熟而且巨大， 未來(lái)發(fā)展以高分辨率、 高靈敏度、 高響應(yīng)速

13、度以及低成本為發(fā)展方向； 第二類是工業(yè)傳感器類， 該部分技術(shù)也已經(jīng)比較成熟； 第三類是特種應(yīng)用類，如太赫茲波、紅外、紫外、 X 線的探測(cè)等，這部分技術(shù)未來(lái)將向高靈敏度、高空間分辨率發(fā)展。 另外，同屬于特種應(yīng)用的三維信息的面陣探測(cè)器技術(shù)，可以用以解決圖像制導(dǎo)、 三維成像以及超快診斷等問題， 該技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向?yàn)楦呖臻g分辨率和高時(shí)間分辨率。此外，雪崩管、倍增管、 EMCCD 、MCP 、超導(dǎo)單光子探測(cè)等微弱信號(hào)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也已經(jīng)普遍展開。3.2 光電子在光電傳輸、存儲(chǔ)以及處理技術(shù)方面的應(yīng)用在光電傳輸、存儲(chǔ)以及處理技術(shù)方面，其總體趨勢(shì)為實(shí)現(xiàn)和超過3T 目標(biāo)。就目前現(xiàn)狀來(lái)說，光電信息傳輸技術(shù)

14、中，100G 系統(tǒng)即將商用，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)單根光纖 160 X 80Gbps=12.8Tbps。光電信息的存儲(chǔ)技術(shù)也已經(jīng)達(dá)到了商用單硬盤2TB ，實(shí)驗(yàn)室原理光盤可達(dá)10TB 。目前，光電信息處理的速度已經(jīng)達(dá)到了1.105千萬(wàn)億次。在光電信息技術(shù)方面，目前的熱點(diǎn)技術(shù)包括：無(wú)線移動(dòng)通訊、下一代互聯(lián)網(wǎng) NGN 、超大容量硬盤、固態(tài)存儲(chǔ)器、多核處理器以及大規(guī)模機(jī)群處理和云計(jì)算等。3.3 光電子在光電信息表達(dá)方面的應(yīng)用在光電信息表達(dá)方面， 則以大家最熟悉不過的光電顯示技術(shù)為核心。 目前平板顯示已經(jīng)逐步替換掉了傳統(tǒng)的 CRT 。TFT-LCD 占據(jù)了 85% 的市場(chǎng)，其生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)到了 G11(2950 X 3

15、450 mm 2 )，并出現(xiàn)了 4 倍高清顯示屏（ 4096 X 2160 ）。與此同時(shí)， LED 背光技術(shù)也已經(jīng)流行起來(lái)。另外，等離子顯示器（ PDP ）由于在大尺寸領(lǐng)域非常有優(yōu)勢(shì)，也占據(jù)了 10% 的市場(chǎng)。新型的 OLED 也開始占據(jù)越來(lái)越大的手機(jī)屏市場(chǎng)， 并逐漸向筆記本電腦、 電視機(jī)等市場(chǎng)滲透， 目前也占據(jù)了約 3% 的市場(chǎng)。謝長(zhǎng)生表示，就顯示技術(shù)未來(lái)發(fā)展而言， 3D 立體電視將成為高清平板顯示之后的新一輪競(jìng)爭(zhēng)性技術(shù)。3.4 光電子在光電子材料的應(yīng)用在光電子技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的，以光子、電子為載體，處理、存儲(chǔ)和傳遞信息的材料。光電子技術(shù)是結(jié)合光學(xué)和電子學(xué)技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一門新技術(shù)， 主要應(yīng)用于

16、信息領(lǐng)域，也用于能源和國(guó)防領(lǐng)域。 已使用的光電子材料主要分為光學(xué)功能材料、激光材料、發(fā)光材料、光電信息傳輸材料（主要是光導(dǎo)纖維）、光電存儲(chǔ)材料、光電轉(zhuǎn)換材料、光電顯示材料（如電致發(fā)光材料和液晶顯示材料）和光電集成材料。 A 新型光電子材料及相關(guān)基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵設(shè)備和特種光電子器件大面積 ( 對(duì)角線 14 ) 的定向排列碳納米管或納米棒薄膜生長(zhǎng)的關(guān)鍵技術(shù) ; 等離子體平板顯示用的新型高效熒光粉的關(guān)鍵技術(shù)。3.5 光電子在光能技術(shù)方面的應(yīng)用光能量技術(shù)也一直是國(guó)家科研的重點(diǎn)，在這個(gè)領(lǐng)域出現(xiàn)了新興的技術(shù)應(yīng)用發(fā)展熱點(diǎn)如 LED 、OLED以及太陽(yáng)能光伏技術(shù)等。光能量技術(shù)的發(fā)展將很好的推動(dòng)節(jié)能與環(huán)保，是一項(xiàng)

17、功在當(dāng)代， 利在百年的技術(shù)。 因此，隨著人類發(fā)展的不斷進(jìn)步，節(jié)能是一個(gè)非常重要的課題。目前，照明技術(shù)已經(jīng)由白熾燈進(jìn)化到了 LED照明，未來(lái) OLED照明和可撓式 OLED 照明也將分別于 2010 年以及 2015 年慢慢走入市場(chǎng)。太陽(yáng)能光伏技術(shù)也正向著高效率以及低成本兩個(gè)方向快速的發(fā)展著。多結(jié)太陽(yáng)能電池的理論轉(zhuǎn)換效率可達(dá) 60% ，這是一個(gè)很客觀的數(shù)據(jù)。而如納晶染料等新概念太陽(yáng)能電池的成本，也僅為硅基太陽(yáng)能電池的 1/5-1/10 左右。這些都是太陽(yáng)能未來(lái)發(fā)展的大方向。 除了光伏電池技術(shù)外，并網(wǎng)光伏發(fā)電技術(shù)也是一項(xiàng)不容忽視的重要技術(shù)。在“十二五規(guī)劃”里，光電子產(chǎn)業(yè)已列入七大新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，我國(guó)將本著以光通信、激光、光電器件和 TFT-LCD 為支柱產(chǎn)業(yè)、以半導(dǎo)體照明、移動(dòng)通信、集成電路 IC 為戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)、以光電顯示、太陽(yáng)能光伏、生物醫(yī)療為新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展策略，邁向更加輝煌的明天！參考文獻(xiàn)1 梁瑞麗 . 路明，引導(dǎo)光電子產(chǎn)業(yè) J. 東方企業(yè)文化 .2009 ，V4： 42 23: 王希軍，