光電子應(yīng)用及發(fā)展

1、摘要光電子技術(shù)指利用光子激發(fā)電子或電子躍遷產(chǎn)生光子的物理現(xiàn)象所能提供的手段和方法。作為具有比電子更高頻率和速度的信息載體以其不存在電磁串擾和路徑延遲的優(yōu)點，光電子技術(shù)在信息領(lǐng)域的應(yīng)用無可替代。本文首先對光電子技術(shù)的優(yōu)越性做簡單介紹，然后闡述了光電子技術(shù)在世界及中國的發(fā)展歷程，接著敘述了光電子技術(shù)在紡織工業(yè)，數(shù)據(jù)的超速傳輸和獲取圖像信息方面等方面巨大的應(yīng)用前景，表現(xiàn)了光電子技術(shù)在當今信息時代愈發(fā)占有重要的關(guān)鍵地位。AbstractOptoelectronictechnologymeansandmethodofphysicalphenomenausingphotonexcitedelectroni

2、corelectronictransitionsofphotoncanprovide.Astheinformationcarrierhasahigherfrequencyandspeedthantheelectrontotheelectromagneticcrosstalkdelaydoesnotexistadvantagesandirreplaceablepath,applicationofoptoelectronictechnologyininformationfield.Firstly,thesuperiorityoftheoptoelectronictechnologyarebrief

3、lyintroduced,andthendescribesthedevelopmentprocessandChinaoptoelectronictechnologyintheworld,andthendescribesthephotoelectrontechnologyintextileindustry,theapplicationprospectofspeedingdatatransmissionandacquisitionofimageinformationsuchasgreat,theperformanceofoptoelectronictechnologyincreasinglyocc

4、upyakeypositionandimportantintoday'sinformationage.關(guān)鍵詞光電子技術(shù)發(fā)展應(yīng)用紡織業(yè)硅圖像獲取KeywordTextileOptoelectronictechnologyDevelopmentApplicationindustrySiliconImageacquisition3目錄光電子技術(shù)的介紹1光電子技術(shù)的分類2光電子技術(shù)在我國的發(fā)展5光電子技術(shù)的應(yīng)用6光電子技術(shù)在紡織業(yè)的應(yīng)用6以硅為材料的光電子技術(shù)的應(yīng)用7利用光電子技術(shù)獲取圖像信息7總結(jié)7參考文獻8光電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用光電子技術(shù)的介紹光電子技術(shù)指利用光子激發(fā)電子或電子躍遷產(chǎn)生光子

5、的物理現(xiàn)象所能提供的手段和方法。它的核心內(nèi)容是實現(xiàn)光電和電光轉(zhuǎn)換。當代社會和經(jīng)濟發(fā)展中，信息的容量日益聚增，隨著高容量和高速度的信息發(fā)展，電子學(xué)和微電子學(xué)遇到其局限性，而光作為更高頻率和速度的信息載體，會使信息技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生突破，信息的探測，傳輸，存儲，顯示，運算和處理將由光子和電子共同參與來完成，所以，光電子技術(shù)的主要應(yīng)用在信息領(lǐng)域。光電子技術(shù)屬于信息技術(shù)的關(guān)鍵“硬件設(shè)備”之一，提供把全世界計算機聯(lián)系起來的可能，甚至可以和衛(wèi)星或外星球組成網(wǎng)絡(luò)，目前成為組成覆蓋范圍巨大的因特網(wǎng)的支柱技術(shù)1。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。但它也在速率、容量和空間相容性等方面受到嚴峻的

6、挑戰(zhàn)。采用光子作為信息的載體，其響應(yīng)速度可達到飛秒量級、比電子快三個數(shù)量級以上，加之光子的高度并行處理能力，不存在電磁串擾和路徑延遲等缺點，使其具有超出電子的信息容量與處理速度的潛力。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，必將大大改善電子通信設(shè)備、電子計算機和電子儀器的性能。光電子技術(shù)的總體發(fā)展在光盤技術(shù)的促進下，近年來可見光半導(dǎo)體激光二極管和發(fā)光二級管得到了較快的發(fā)展。藍綠光可見光半導(dǎo)體激光二級管（LD）和藍綠光半導(dǎo)體發(fā)光二極管、黃橙紅光可見光激光二極管和髙亮度黃橙紅綠光發(fā)光二極管都已商品化。今后的發(fā)展需要繼續(xù)解決提髙亮度，降低價格，提髙使用壽命等問題。近紅外半導(dǎo)體激光和發(fā)光二

7、極管的發(fā)射波長為0.81.0pm。近紅外半導(dǎo)體激光二極管主要用于光纖通信和作為固體激光器的泵浦源（替代閃光燈泵浦源）。在1.3pm和1.55pm近紅外半導(dǎo)體激光二極管商品化之后，其發(fā)展勢頭受到很大影響，甚至出現(xiàn)了停止發(fā)展的跡象。隨著短距離局域網(wǎng)和二極管泵浦固體激光器的迅猛發(fā)展，又出現(xiàn)了新的發(fā)展。目前研究開發(fā)主要集中在單頻工作、模式穩(wěn)定以及提髙輸出功率等方面。近紅外發(fā)光二極管主要有超發(fā)光二極管和諧振腔發(fā)光二極管。超發(fā)光二極管是光纖陀螺儀的最佳自選光源，與一般的發(fā)光二極管相比，可提供較髙的輸出功率和相對窄的發(fā)射譜。目前，在50mA工作電流下，單管超輻射輸出功率的研究水平最髙達50MW,最窄譜寬為1

8、5nm。諧振腔發(fā)光二極管是一種有前途的發(fā)光二極管，其實驗和理論效率比傳統(tǒng)發(fā)光二極管髙510倍。1.3pm和1.55pm近紅外半導(dǎo)體激光和發(fā)光二極管是現(xiàn)行通信系統(tǒng)、髙速光纖通信系統(tǒng)的重要光器件，已成為廣為研究開發(fā)的光源。日本NEC已開發(fā)出在單晶片上制造不同發(fā)射波長的近紅外激光二極管，采用它可大大降低多波長長途通信設(shè)備的價格。近年來，國外又相繼開發(fā)出半導(dǎo)體孤子激光器、量子阱線或點激光器和垂直腔表面發(fā)射激光器等新型半導(dǎo)體激光二極管。激光技術(shù)是一項前沿科學(xué)技術(shù)發(fā)展不可缺少的支柱。作為光電子主導(dǎo)產(chǎn)品的激光器的發(fā)展，經(jīng)歷了原理上的四次變革，體積日益變小，功率不斷增大，可靠性和功率得到了很大的提髙。半導(dǎo)體二

9、級管激光器和固體激光器技術(shù)和發(fā)展十分迅速，其中最為突出的進展是固態(tài)化?，F(xiàn)今，固體激光器的平均輸出功率已從百瓦級提髙到了千瓦級。半導(dǎo)體激光器的功率也有很大提髙，其結(jié)構(gòu)和其他性能也正在經(jīng)歷重大變化。與此同時，還開發(fā)出了實用價值髙的新波長和寬帶可調(diào)諧激光器，包括對人眼無傷害的1.54pm和2pm的激光器、藍光激光器和X光激光器。光纖是隨著光通信的發(fā)展而不斷發(fā)展的，各種結(jié)構(gòu)和類型的光纖支持著光通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，單根光纖傳輸?shù)男畔⒘恳堰_到萬億位。光纖作為光通信信息傳輸?shù)慕橘|(zhì)，它的色散和損耗將直接影響到通信系統(tǒng)的傳輸容量和中繼距離，而常規(guī)的單模光纖已不能滿足新一代通信技術(shù)的要求，因此光纖技術(shù)又有了新的

10、發(fā)展。迄今，光纖已經(jīng)經(jīng)歷了由短波長（0.85pm）到長波長（1.31.55pm），由多模到單模光纖以及特種光纖的發(fā)展過程，并開發(fā)出了色散移位光纖、非零色散光纖和色散補償光纖。平板顯示（FPD）技術(shù)包括液晶顯示（LCD）、等離子體顯示（PDP）、電致發(fā)光顯示（EL）、真空熒光顯示（VFD）和發(fā)光二極管顯示（LED）等，除在民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用外，已在虛擬顯示、髙清晰度顯示、語言和圖形識別等軍用領(lǐng)域應(yīng)用。近年來，液晶顯示以及其他平板顯示器件和技術(shù)正在大力地改進，如為解決等離子體顯示發(fā)光效率、亮度、壽命、光串擾和對比度等問題，正在進行諸如大面積精細圖形制作和保護層等工藝方面的改進，并取得了較快進展。從

11、整體來說，平板顯示技術(shù)將繼續(xù)向著彩色化、髙分辨率、髙亮度、髙可靠、髙成品率和廉價方向發(fā)展。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，各種類型的光電探測器，如電荷耦合器件、光位置敏感器件、光敏陣列探測器等應(yīng)運而生，取得了重大進展。進入90年代，光電探測器的發(fā)展方向除了開發(fā)髙速響應(yīng)光電探測器外，其重點是開發(fā)焦平面陣列為代表的光電成像器件。紅外焦平面陣列制作技術(shù)的日臻完善，使紅外探測技術(shù)進入了第二代。當前，降低成本是紅外探測器在民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。21世紀，紅外焦平面陣列開發(fā)方向，一是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提髙分辨率，二是開發(fā)多功能和智能化焦平面陣列。隨著光通信、光信息處理、光計算等技術(shù)的發(fā)展，加之材料科學(xué)和制造技術(shù)

12、的進展，使得在單一結(jié)構(gòu)或單片襯底上集成光學(xué)、光電和電子元器件成為可能，形成具有單一功能或多功能的光電子集成回路(OEIC)和集成光路(I0C)。目前，商品化的集成光路產(chǎn)品有調(diào)制器、開關(guān)和分路器以及采用集成光路相干通信系統(tǒng)、光纖陀螺、激光光纖多普勒干涉儀等系統(tǒng)，以及用于光纖傳輸試驗的單片集成光電子集成回路。預(yù)計到2020年，光電子集成回路和集成光路的發(fā)展速度將相當于20世紀70年代的微電子技術(shù)，多功能集成光學(xué)器件和光電子集成器件將系列化，集成光學(xué)信號處理速度將達到1GHz。3光電子技術(shù)在我國的發(fā)展我國在光電子技術(shù)的科研方面起步較早，也有一批水平較高的應(yīng)用成果，其中光纖通信的發(fā)展尤快。在國防上的應(yīng)

13、用也開展較早，如靶場用的激光、紅外、電視等光測設(shè)備，以及紅外導(dǎo)引裝置、紅外熱像儀、激光測距儀、微光夜視儀等。但民用市場開發(fā)較晚，真正能形成較大生產(chǎn)規(guī)模的產(chǎn)品不多。我國在"八五"計劃期間對一些光電器件企業(yè)進行了技術(shù)改造，已在"九五"計劃中產(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)用于國家通信骨干網(wǎng)的建設(shè)。我國光電子技術(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”計劃，給予支持，

14、激光科學(xué)技術(shù)的研究和發(fā)展受到國家的很大重視，在國防建設(shè)和社會應(yīng)用上起了重要作用。我國光電子產(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)2。自60年代以來，我國依靠自己的力量，研制出“神龍”髙功率激光裝置，激光分離同位素裝置，軍用靶場激光經(jīng)緯儀，激光衛(wèi)星測距儀，髙速攝影機，紅外掃描儀等重要的軍用光電子設(shè)備，并在此過程中，形成了實力雄厚的10多個光電子技術(shù)研究基地。70年代末，光纖通信的研究和開發(fā)也在我國興起。80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。我國在"八五"計劃期間對一些光電器件企業(yè)進行了技術(shù)改造，已在"九五"計劃中產(chǎn)生了效益。例如，12

15、英寸彩色液晶顯示屏已經(jīng)在1996年投產(chǎn)。國家重大成套通信設(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)用于國家通信骨干網(wǎng)的建設(shè)。總之，我國的光電子技術(shù)經(jīng)過“七五”入軌，“八五”攻堅和“九五”拼搏，在信息光電子方面取得了可喜的成績3。而我國光電子技術(shù)理論的迅速發(fā)展，更為該領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。理論是發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展是理論的延續(xù)。對于較新興的技術(shù)領(lǐng)域更是如此。2000-2005年，我國光電子技術(shù)理論論文發(fā)表數(shù)量從812篇增加到3103篇，6年間增長了282.14%，論文年平均增長率在光電子技術(shù)領(lǐng)域的所有專業(yè)中最高4，這為光電子技術(shù)的進一步發(fā)展和

16、產(chǎn)業(yè)化奠定了厚實的基礎(chǔ)。光電子技術(shù)的應(yīng)用光電子技術(shù)在紡織業(yè)的應(yīng)用光電子技術(shù)與數(shù)字信號處理技術(shù)及計算機視覺技術(shù)相結(jié)合可以大大提高紡織工業(yè)的自動化生產(chǎn)水平。在紡織生產(chǎn)設(shè)備中引入光電檢測設(shè)備可以隨時追蹤工廠的生產(chǎn)狀況，并通過工廠的控制網(wǎng)絡(luò)將各工序的生產(chǎn)質(zhì)量、產(chǎn)量、效率等信息及時報告給相關(guān)技術(shù)人員和管理人員，為工藝調(diào)整和生產(chǎn)管理提供大量可靠的數(shù)據(jù)，同時為企業(yè)新產(chǎn)品的生產(chǎn)提供各類跟蹤數(shù)據(jù)，縮短新品的開發(fā)生產(chǎn)進程引入光電檢測技術(shù)，必將提高整個紡織生產(chǎn)系統(tǒng)的加工、監(jiān)測、檢驗、管理的自動化、智能化及精確化水平，使紡織產(chǎn)品的質(zhì)量得到有效控制和提高同時降低工人的勞動強度，提高工廠的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品

17、質(zhì)量和產(chǎn)量，使紡織工業(yè)向現(xiàn)代化、自動化、無人化方向發(fā)展。以硅為材料的光電子技術(shù)的應(yīng)用硅光電子學(xué)（用硅做材料制造的光電子元器件），作為一項新興技術(shù)，其應(yīng)用前景令人振奮。數(shù)據(jù)的超速傳輸對未來的眾核技術(shù)能夠以更低的成本提供更高速的主流計算能力。這些硅光電子學(xué)技術(shù)將為世界帶來全新的數(shù)字設(shè)備，實現(xiàn)難以想象的性能突破。這種光感應(yīng)器通過探測微弱光信號并將其放大而擁有卓越的靈敏度。此項技術(shù)也可以應(yīng)用于對帶寬需求髙的遠程醫(yī)療核3D虛擬世界等未來數(shù)據(jù)密集型計算領(lǐng)域5。利用光電子技術(shù)獲取圖像信息人類獲取視覺信息有多種手段，但最常見的是各種光學(xué)系統(tǒng)。為了進一步擴展視覺功能，就要借助于光電子技術(shù)。利用光電子技術(shù)人們不僅

18、可隨時看見遙遠的目標和微小的目標，還可以看見人眼不可感知的微弱目標及各種輻射，甚至還可看清各種超快過程6。目前，用于信息獲取的光電子技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域：如超快現(xiàn)象診斷，生物醫(yī)學(xué)診斷以及軍事應(yīng)用等。利用光電子技術(shù)可獲得各種輻射的圖像信息，具有靈敏度髙，響應(yīng)時間快，空間分辨率髙，并可實現(xiàn)遙感等特點。隨著其工藝的不斷改進，其產(chǎn)業(yè)化進程的不斷推進，該技術(shù)在信息時代必將發(fā)揮更大的作用?？偨Y(jié)總之，光電子技術(shù)在當今信息時代愈發(fā)占有重要的關(guān)鍵地位，至今光電子技術(shù)的應(yīng)用已涉及科技，經(jīng)濟，軍事和社會發(fā)展的各領(lǐng)域。信息的探測，傳輸，存儲，顯示，運算和處理已由光子和電子共同參與來完成。21世紀是光電子發(fā)揮作用的時代，我國也將在這方面