光電子器件報告

1、光電子器件及設計報告2015年6月12日光電子概述一、簡介：由光的作用產生的電叫光電photoelectricity。以光電子學為基礎，綜合利用光學、精密機械、電子學和計算機技術解決各種工程應用課題的技術學科。信息載體正在由電磁波段擴展到光波段，從而使光電科學與光機電一體化技術集中在光信息獲取、傳輸、處理、記錄、存儲、顯示和傳感等的光電信息產業(yè)上。光電領域的主要應用集中在精密檢測與光學成像方面。以光子計算機為理想代表的光波應用是光電最吸引人的地方，但是要達到這一目標，還需時日。國內高校光電專業(yè)較好的有浙江大學、清華大學、天津大學、華中科技大學、長春理工大學、電子科技大學等。政府在武漢投資數億正

2、在統(tǒng)籌建設光電國家實驗室。光電涉及的范圍光電行業(yè)在近代發(fā)展的很快涉及面也逐漸擴散，在光通訊、激光、光電顯示、光學、太陽能光伏、電子工程、物流網等領域發(fā)展的比較明顯；逐漸融入更廣的空間。二、光電效應：光照射到某些物質上，引起物質的電性質發(fā)生變化。這類光致電變的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應。金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應，發(fā)射出來的電子叫做光電子。光波長小于某一臨界值時方能發(fā)射電子，即極限波長，對應的光的頻率叫做極限頻率。臨界值取決于金屬材料，而發(fā)射電子的能量取決于光的波長而與光強度無關，這一點無法用光的波動性解釋。還有一點與光的波動性相矛盾，即光電效應的瞬時性，按波動性理論，如果入射光較弱，照

3、射的時間要長一些，金屬中的電子才能積累住足夠的能量，飛出金屬表面。可事實是，只要光的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度無論強弱，光子的產生都幾乎是瞬時的，不超過十的負九次方秒。正確的解釋是光必定是由與波長有關的嚴格規(guī)定的能量單位(即光子或光量子)所組成。這種解釋為愛因斯坦所提出。光電效應由德國物理學家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)，對發(fā)展量子理論起了根本性作用，在光的照射下，使物體中的電子脫出的現(xiàn)象叫做光電效應(Photoelectric effect)。 光電效應分為光電子發(fā)射、光電導效應和光生伏打效應。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱外光電效應。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內部，稱為內光電效應。光電效應里，電子

4、的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金屬表面射出，與光照方向無關 ,光是電磁波，但是光是高頻震蕩的正交電磁場，振幅很小，不會對電子射出方向產生影響.三、作用：光電作用即E光，作為美容行業(yè)新興的一種儀器，是利用光的熱和穿透作用達到促進新陳代謝，加快血液循環(huán)的效果，美化皮膚，使皮膚更光滑。 通過雙極射頻增加對深層組織的作用，以強光預熱導向，再用射頻電流治療的一種系統(tǒng)。E光技術充分結合了光能(IPL)和射頻(Radio Frequency)的特點優(yōu)勢，是目前最新的美容治療系統(tǒng)。四、波拉皮光電波拉皮的緊膚原理是通過電波高頻進入皮下組織使皮下組織的自然電阻運動產生熱能，當溫度達到攝氏68至72度

5、臨介點，膠原質產生立即性收縮的同時，刺激真皮層分泌更多的新的膠原質來填補收縮和流失的膠原質的空缺，從而再次托起皮膚的支架，恢復皮膚彈性。光電波拉皮技術不僅強化了單純射頻儀的治療效果，還增添了強光引入從而消除了治療的副反應。強光能量與射頻能量的共同作用，使皮膚內的分子因摩擦而產生熱能，而這個熱能是操作醫(yī)生完全可以控制的。治療過程中，借著熱能，膠原質產生立即性收縮，同時，刺激真皮層分泌更多的新的膠原質，來填補收縮和流失的膠原質的空缺。并隨著持續(xù)治療不斷的再生、重組，源源不斷產生膠原質時，皮膚真皮層的厚度和密度就會增加，再次托起皮膚的支架，填平皺紋，消除疤痕，恢復皮膚彈性和光澤，呈現(xiàn)出緊致白皙嫩滑的

6、肌膚質感。 其實，光電波拉皮的治療效果等于電波拉皮與光子嫩膚共同作用的效果。而在光電無痛電波拉皮技術發(fā)明之前，電波拉皮與光子嫩膚這兩種治療是不可能同時進行的。五、光通信光通信就是以光波為載波的通信。增加光路帶寬的方法有兩種：一是提高光纖的單信道傳輸速率；二是增加單光纖中傳輸的波長數，即波分復用技術（WDM）事實上，光通信設備只適合在最后幾公里的距離用。對光通信來說，其技術基本成熟，而業(yè)務需求相對不足。以被譽為“寬帶接入最終目標”的FTTH為例，其實現(xiàn)技術EPON已經完全成熟，但由于普通用戶上網需要的帶寬不高，使FTTH的商用只限于一些試點地區(qū)。但是，在2006年，隨著IPTV等三重播放業(yè)務開展

7、，運營商提供的帶寬已經不能滿足用戶對高清晰電視的要求，隨之FTTH的部署也提上了日程。無獨有偶，ASON對傳輸網絡控制靈活，可為企業(yè)客戶提供個性化服務，不少運營商為發(fā)展和維系企業(yè)客戶，不惜重金投資建設ASON。六、光電開關光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，光電開關是光電學的一個重要研究領域，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號射出，接收器再根據接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。安防系統(tǒng)中常見的光電開關煙霧報警器，工業(yè)中經常用它來計數機械臂的運動次數

8、。光電開關是傳感器的一種，它把發(fā)射端和接收端之間光的強光電開關弱變化轉化為電流的變化以達到探測的目的。由于光電開關輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場合得到應用。采用集成電路技術和SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開關器件，具有延時、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開關是一種采用脈沖調制的主動式光電探測系統(tǒng)型電子開關，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍色光等，可非接觸，無損傷地迅速和控制各種固體、液體、透明體、黑體、柔軟體和煙霧等物質的狀態(tài)和動作。具有體積小、功能多、壽命長、精度高、響應速度快、檢測距離遠以

9、及抗光、電、磁干擾能力強的優(yōu)點。光電開關已被用作物位檢測、液位控制、產品計數、寬度判別、速度檢測、定長剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標檢出、沖床和剪切機以及安全防護等諸多領域。此外，利用紅外線的隱蔽性，還可在銀行、倉庫、商店、辦公室以及其它需要的場合作為防盜警戒之用。常用的紅外線光電開關，是利用物體對近紅外線光束的反射原理，由同步回路感應反射回來的光的強弱而檢測物體的存在與否來實現(xiàn)功能的，光電傳感器首先發(fā)出紅外線光束到達或透過物體或鏡面對紅外線光束進行反射，光電傳感器接收反射回來的光束，根據光束的強弱判斷物體的存在。紅外光電開關的種類也非常的多，一般來說有鏡反射式光電開關、漫反射式、

10、槽式、對射式、光纖式等幾個主要種類。光電開關快易優(yōu)自動化選型有收錄。在不同的場合使用不同的光電開關，例如在電磁振動供料器上經常使用光纖式光電開關，在間歇式包裝機包裝膜的供送中經常使用漫反射式光電開關，在連續(xù)式高速包裝機中經常使用槽式光電開關。下圖所示是反射式光電開關的工作原理框圖。圖中，由振蕩回路產生的調制脈沖經反射電路后，然后用數字積分光電開關或RC積分方式排除干擾，最后經延時（或不延時）觸發(fā)驅動器輸出光電開關控制信號。利用光學元件，在傳播媒介中間使光束發(fā)生變化；利用光束來反射物體；使光束發(fā)射經過長距離后瞬間返回。光電開關是由發(fā)射器、接收器和檢測電路三部分組成。發(fā)射器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的

11、光束一般來源于發(fā)光二極管（LED）和激光二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。受脈沖調制的光束輻射強度在發(fā)射中經過多次選擇，朝著目標不間接地運行。接收器有光電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面的是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光

12、敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓型、集成電路型等。工作原理在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而產生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉換。由振蕩回路產生的調制脈沖經反射電路后，由發(fā)光管GL輻射出光脈沖。當被測物體進入受光器作用范圍時，被反射回來的光脈沖進入光敏三極管DU。光電開光快易優(yōu)自動化選型有收錄，并在接收電路中將光脈沖解調為電脈沖信號，再經放大器放大和同步選通整形，然后用數字積分或RC積分方式排除干擾，最后經延時（或不延時）觸發(fā)驅動器輸出光電開關控制信號。 光電開關一般都具有良好的回差特

13、性，因而即使被檢測物在小范圍內晃動也不會影響驅動器的輸出狀態(tài)，從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。同時，自診斷系統(tǒng)還可以顯示受光狀態(tài)和穩(wěn)定工作區(qū)，以隨時監(jiān)視光電開關的工作。結構分類光電開關按結構可分為放大器分離型、放大器內藏型和電源內藏型三類。放大器分離型是將放大器與傳感器分離，并采用專用集成電路和混合安裝工藝制成，由于傳感器具有超小型和多品種的特點，而放大器的功能較多。因此，該類型采用端子臺連接方式，并可交、直流電源通用。具有接通和斷開延時功能，可設置亮、音動切換開關，能控制6種輸出狀態(tài)，兼有接點和電平兩種輸出方式。放大器內藏型是將放大器與傳感一體化，采用專用集成電路和表面安裝工藝制成，使用直流電源

14、工作。其響應速度局面（有0.1ms和1ms兩種），能檢測狹小和高速運動的物體。改變電源極性可轉換亮、暗動，并可設置自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示燈。兼有電壓和電流兩種輸出方式，能防止相互干擾，在系統(tǒng)安裝中十分方便。電源內藏型是將放大器、傳感器與電源裝置一體化，采用專用集成電路和表面安裝工藝制成。它一般使用交流電源，適用于在生產現(xiàn)場取代接觸式行程開關，可直接用于強電控制電路。也可自行設置自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示燈，輸出備有SSR固態(tài)繼電器或繼電器常開、常閉接點，可防止相互干擾，并可緊密安裝在系統(tǒng)中。檢測方式分類按檢測方式可分為漫射式、對射式、鏡面反射式、槽式光電開關和.光纖式光電開關對射型由發(fā)射器和接收器組成

15、，結構上是兩者相互分離的，在光束被中斷的情況下會產生一個開關信號變化，典型的方式是位于同一軸線上的光電開關可以相互分開達50米。特征：辨別不透明的反光物體；有效距離大，因為光束跨越感應距離的時間僅一次；不易受干擾，可以可靠合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中；裝置的消耗高，兩個單元都必須敷設電纜。漫反射型是當開關發(fā)射光束時，目標產生漫反射，發(fā)射器和接收器構成單個的標準部件，當有足夠的組合光返回接收器時，開關狀態(tài)發(fā)生變化，作用距離的典型值一直到3米。特征：有效作用距離是由目標的反射能力決定，由目標表面性質和和顏色決定；較小的裝配開支，當開關由單個元件組成時，通常是可以達到粗定位；采用背景抑制功能調

16、節(jié)測量距離；對目標上的灰塵敏感和對目標變化了的反射性能敏感。鏡面反射由發(fā)射器和接收器構成的情況是一種標準配置，從發(fā)射器發(fā)出的光束在對面的反射鏡被反射，即返回接收器，當光束被中斷時會產生一個開關信號的變化。光的通過時間是兩倍的信號持續(xù)時間，有效作用距離從0.1米至20米。特征：辨別不透明的物體；借助反射鏡部件，形成高的有效距離范圍；不易受干擾，可以可靠合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中。槽式光電開關通常是標準的U字型結構，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當被檢測物體經過U型槽且阻斷光軸時，光電開關就產生了檢測到的開關量信號。槽式光電開關比較安全可靠的適合檢測高速變化，分辨透明與半透明物體。光纖式光電開關采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導光線，以實現(xiàn)被檢測物體不在相近區(qū)域的檢測。通常光纖傳感器分為對射式和漫反射式。7、 結束語光電子學是繼微電子學之后發(fā)展起來的一門邊沿學科，其中有許多研究的