第一章導(dǎo)言光電器件

第一章導(dǎo)言光電器件考核方式平時表現(xiàn)：20％

作業(yè)、出勤、課堂提問期末考核：80％大作業(yè)或考試

參考書目雷玉堂、王慶有,《光電檢測技術(shù)》,中國計量出版社,1997江文杰、曾學(xué)文、施建華，《光電技術(shù)》，科學(xué)出版社，2009王慶有,《光電技術(shù)》,電子工業(yè)出版社,2005宋豐華,《現(xiàn)代光電器件技術(shù)及應(yīng)用》,國防工業(yè)出版社,2004姚建銓、于意仲,《光電子技術(shù)》,高等教育出版社,2006向世明,倪國強(qiáng),《光電子成像器件原理》,國防工業(yè)出版社,1999第一章緒論一、光電子技術(shù)

包括光學(xué)、電子學(xué)、精密機(jī)械、計算機(jī)科學(xué)知識高度集中的一門新學(xué)科----光學(xué)精密機(jī)械電子學(xué)，即光電技術(shù)。二、光電器件的分類根據(jù)轉(zhuǎn)換信號的不同可以把光電器件分為兩大類：⑴光---電器件：把光信息轉(zhuǎn)變成電信息的光電器件；⑵電---光器件：把電信息轉(zhuǎn)變成光信息的光電器件；

根據(jù)光電器件的用途將其大致分為：⑴作為信息載體的光源；⑵光電探測器件；⑶光電控制器件；⑷光通信器件；⑸光電子成像器件；三、光電器件的物理基礎(chǔ)物理基礎(chǔ)---固體的光電效應(yīng)固體中決定其電學(xué)性質(zhì)的電子系統(tǒng)直接吸收入射光能，使固體的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變的現(xiàn)象。例如，光電子發(fā)射效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)等等。

★直接---因?yàn)楣怏w中也有一些過程不是電子系統(tǒng)直接吸收光能，而是間接地把光信息轉(zhuǎn)變成電信息。即物體吸收光能，直接效果是物體的溫度上升，溫度的上升在引起物體電子系統(tǒng)運(yùn)動變化，即引起物體電學(xué)性質(zhì)的改變。

四、光電器件的主要應(yīng)用當(dāng)前光電器件已經(jīng)滲透到許多科學(xué)領(lǐng)域。例如，光電信息技術(shù)、光電探測技術(shù)、光電成像技術(shù)、光存儲技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)光學(xué)、光電對抗技術(shù)等等。1.21世紀(jì)的照明技術(shù)超亮度短波長發(fā)光二極管全色顯示發(fā)光半導(dǎo)體白色半導(dǎo)體半導(dǎo)體燈的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)---壽命長、節(jié)能、可靠性好、安全性高缺點(diǎn)---價格較高，應(yīng)用受限制隨著制造工藝的提升、生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，半導(dǎo)體燈的成本將大幅降低到可接受的水平

2.生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

由現(xiàn)代光電器件構(gòu)成的現(xiàn)代光電系統(tǒng)已被應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)的檢測、輔助診斷、病理分析等方面。例如，生物光電分析芯片光檢測器電阻加熱器溫度傳感器膠囊型內(nèi)窺鏡

3.光電成像

光電成像——將來自景物一定波段電磁輻射的時--空分布信息，經(jīng)中間介質(zhì)的衰減，借助于光學(xué)系統(tǒng)成像于相應(yīng)的探測或成像器件的光敏面上，再經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換、增強(qiáng)、處理和顯示，提供給自動控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的時域電信號或空域光圖像。我們這里所說的光電成像主要指的是空域可見光圖像。成像過程可以概括為：景物、介質(zhì)、光學(xué)系統(tǒng)、光電圖像傳感器、放大器、顯示器和末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

光電圖像傳感器

光電圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成一維時序信號的光電器件。它包括真空管圖像傳感器電子束攝像管像增管變相管半導(dǎo)體集成圖像傳感器

CCD--ChargeCoupledDeviceCMOS—ComplementaryMetal-OxideSemiconductorFieldEffectTransistor掃描型圖像傳感器CCD和CMOS進(jìn)行比較

CMOS的缺點(diǎn)圖像噪聲較大、像敏單元尺寸小、填充率低、響應(yīng)速度慢

CMOS的改進(jìn)出現(xiàn)了“主動像敏單元”結(jié)構(gòu)。它不僅有光敏元件和像敏單元尋址開關(guān)，而且還有信號放大和處理電路，提高了CMOS的光電靈敏度，減小了噪聲，擴(kuò)大了動態(tài)范圍，使它的一些性能參數(shù)與CCD相近。光電圖像顯示器

圖像顯示器是各類光電子成像系統(tǒng)的末端圖像再現(xiàn)器件，它能把人們不能直接感覺到的景物的信息內(nèi)容，以可見光圖像的形式提供給人眼進(jìn)行判斷和分析。⑴機(jī)理---圖像顯示是基于各類電子能級躍遷發(fā)光的機(jī)理。根據(jù)發(fā)光過程中激勵電子躍遷的能源不同，可把發(fā)光過程分為：光致發(fā)光場致發(fā)光電致發(fā)光磁致發(fā)光化學(xué)發(fā)光等離子發(fā)光

⑵光電顯示器分類---根據(jù)發(fā)光機(jī)理可將顯示器分為：

a.電子束顯示器件—像管、其他電子束器件中的熒光屏

b.大屏幕顯示器件—光閥顯示、激光顯示、投影顯示

c.平板顯示器件—等離子體發(fā)光顯示、液晶顯示

d.立體顯示器件—雙目視差再現(xiàn)、全息攝影顯示

e.專門用來顯示數(shù)字符號的數(shù)字顯示器件—發(fā)光二極管顯示、熒光數(shù)碼管顯示4.光纖通信

光纖通信主要是指利用激光作為信息載體波信號并通過光導(dǎo)纖維傳遞信息的通信系統(tǒng)。

★光纖通信的優(yōu)點(diǎn)⑴傳輸容量大。理論上，可同上億門話路或上萬套電視。⑵不受電磁干擾，保密性好，不怕雷擊。⑶耐高溫、高壓，抗腐蝕，不受潮，工作十分可靠。⑷光纖材料來源豐富，可節(jié)約大量有色金屬，且直徑小、重量輕、可撓性好。

5.光存儲

光存儲技術(shù)是以光盤為記錄介質(zhì)，以激光為信息載體實(shí)現(xiàn)信息存儲的。它具有存儲量大、密度高、壽命長、可靠性高、價格低廉和使用方便的特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用在計算機(jī)存儲、數(shù)字家電、網(wǎng)絡(luò)通訊、廣播電視等領(lǐng)域。例如:CD—ROM、VCD、DVD6.其它應(yīng)用此外，光電元器件還被廣泛應(yīng)用到軍事偽裝、軍事對抗、精良制導(dǎo)兵器，航空目標(biāo)光電探測，印刷出版業(yè)，長度、速度測量等方面。納米光電子器件研究方向：①以Si和CaAs為主的固體電子器件尺寸繼續(xù)小下去；②與基于化學(xué)有機(jī)高分子和生物學(xué)材料組裝功能材料尺度大起來，功能允許尺寸達(dá)到納米量級（1-100nm）的集成器件不再遵循傳統(tǒng)電子學(xué)的基本運(yùn)行規(guī)律，電子的波動性、量子效應(yīng)等將在此類器件中起重要作用。

以納米技術(shù)制造的納米電子器件具有以下特點(diǎn)：

①工作速度快，納米電子器件的工作速度是硅器