光电子应用及发展

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1、摘要 光电子技术指利用光子激发电子或电子跃迁产生光子的物理现象所 能提供的手段和方法。作为具有比电子更高频率和速度的信息载体以 其不存在电磁串扰和路径延迟的优点，光电子技术在信息领域的应用 无可替代。本文首先对光电子技术的优越性做简单介绍，然后阐述了 光电子技术在世界及中国的发展历程，接着叙述了光电子技术在纺织 工业，数据的超速传输和获取图像信息方面等方面巨大的应用前景， 表现了光电子技术在当今信息时代愈发占有重要的关键地位。AbstractOptoelectronic technology means and method of physical phenomena using photon

2、 excited electronic or electronic transitions of photon can provide. As the information carrier has a higher frequency and speed than the electron to the electromagnetic crosstalk delay does not exist advantages and irreplaceable path, application of optoelectronic technology in information field. F

3、irstly, the superiority of the optoelectronic technology are briefly introduced, and then describes the development process and China optoelectronic technology in the world, and then describes the photoelectron technology in textile industry, the application prospect of speeding data transmission an

4、d acquisition of image information such as great, the performance of optoelectronic technology increasingly occupy a key position and important in todays information age.关键词光电子技术发展应用 纺织业硅 图像获取Key wordTextileOptoelectronic technology Development Applicationindustry Silicon Image acquisition目录光电子技术的介绍

5、1光电子技术的分类2光电子技术在我国的发展5光电子技术的应用6光电子技术在纺织业的应用6以硅为材料的光电子技术的应用7利用光电子技术获取图像信息7总结 7参考文献8光电子技术的发展及应用光电子技术的介绍光电子技术指利用光子激发电子或电子跃迁产生光子的物理现 象所能提供的手段和方法。它的核心内容是实现光电和电光转换。当代社会和经济发展中，信息的容量日益聚增，随着高容量和高 速度的信息发展，电子学和微电子学遇到其局限性，而光作为更高频 率和速度的信息载体，会使信息技术的发展产生突破，信息的探测， 传输，存储，显示，运算和处理将由光子和电子共同参与来完成，所 以，光电子技术的主要应用在信息领域。光电

6、子技术属于信息技术的关键“硬件设备”之一，提供把全世 界计算机联系起来的可能，甚至可以和卫星或外星球组成网络，目前 成为组成覆盖范围巨大的因特网的支柱技术1。在信息技术发展过程中，电子作为信息的载体作出了巨大的贡 献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。采用 光子作为信息的载体，其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数 量级以上，加之光子的高度并行处理能力，不存在电磁串扰和路径延 迟等缺点，使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地 综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，必将大大改善电 子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。光电子技术的总体发展在光盘技术的促进

7、下，近年来可见光半导体激光二极管和发光二 级管得到了较快的发展。蓝绿光可见光半导体激光二级管（LD）和 蓝绿光半导体发光二极管、黄橙红光可见光激光二极管和髙亮度黄橙 红绿光发光二极管都已商品化。今后的发展需要继续解决提髙亮度， 降低价格，提髙使用寿命等问题。近红外半导体激光和发光二极管的发射波长为0.81.0pm。近红 外半导体激光二极管主要用于光纤通信和作为固体激光器的泵浦源 （替代闪光灯泵浦源）。在1.3pm和1.55pm近红外半导体激光二极 管商品化之后，其发展势头受到很大影响，甚至出现了停止发展的迹 象。随着短距离局域网和二极管泵浦固体激光器的迅猛发展，又出现 了新的发展。目前研究开发

8、主要集中在单频工作、模式稳定以及提髙 输出功率等方面。近红外发光二极管主要有超发光二极管和谐振腔发 光二极管。超发光二极管是光纤陀螺仪的最佳自选光源，与一般的发 光二极管相比，可提供较髙的输出功率和相对窄的发射谱。目前，在 50mA工作电流下，单管超辐射输出功率的研究水平最髙达50MW, 最窄谱宽为15n m。谐振腔发光二极管是一种有前途的发光二极管， 其实验和理论效率比传统发光二极管髙510倍。1.3pm和1.55pm近红外半导体激光和发光二极管是现行通信系 统、髙速光纤通信系统的重要光器件，已成为广为研究开发的光源。 日本NEC已开发出在单晶片上制造不同发射波长的近红外激光二极 管，采用它

9、可大大降低多波长长途通信设备的价格。近年来，国外又 相继开发出半导体孤子激光器、量子阱线或点激光器和垂直腔表面发 射激光器等新型半导体激光二极管。激光技术是一项前沿科学技术发展不可缺少的支柱。作为光电子 主导产品的激光器的发展，经历了原理上的四次变革，体积日益变小， 功率不断增大，可靠性和功率得到了很大的提髙。半导体二级管激光 器和固体激光器技术和发展十分迅速，其中最为突出的进展是固态 化。现今，固体激光器的平均输出功率已从百瓦级提髙到了千瓦级。 半导体激光器的功率也有很大提髙，其结构和其他性能也正在经历重 大变化。与此同时，还开发出了实用价值髙的新波长和宽带可调谐激 光器，包括对人眼无伤害的

10、1.54pm和2pm的激光器、蓝光激光器 和X光激光器。光纤是随着光通信的发展而不断发展的，各种结构和类型的光纤 支持着光通信产业的发展。目前，单根光纤传输的信息量已达到万亿 位。光纤作为光通信信息传输的介质，它的色散和损耗将直接影响到 通信系统的传输容量和中继距离，而常规的单模光纤已不能满足新一 代通信技术的要求，因此光纤技术又有了新的发展。迄今，光纤已经 经历了由短波长（0.85pm）到长波长（1.31.55pm），由多模到单 模光纤以及特种光纤的发展过程，并开发出了色散移位光纤、非零色 散光纤和色散补偿光纤。平板显示（FPD）技术包括液晶显示（LCD）、等离子体显示 （PDP）、电致发光

11、显示（EL）、真空荧光显示（VFD）和发光二 极管显示（LED）等，除在民用领域的广泛应用外，已在虚拟显示、 髙清晰度显示、语言和图形识别等军用领域应用。近年来，液晶显示 以及其他平板显示器件和技术正在大力地改进，如为解决等离子体显 示发光效率、亮度、寿命、光串扰和对比度等问题，正在进行诸如大 面积精细图形制作和保护层等工艺方面的改进，并取得了较快进展。 从整体来说，平板显示技术将继续向着彩色化、髙分辨率、髙亮度、 髙可靠、髙成品率和廉价方向发展。随着半导体技术的迅速发展，各种类型的光电探测器，如电荷耦 合器件、光位置敏感器件、光敏阵列探测器等应运而生，取得了重大 进展。进入90年代，光电探测

12、器的发展方向除了开发髙速响应光电 探测器外，其重点是开发焦平面阵列为代表的光电成像器件。红外焦 平面阵列制作技术的日臻完善，使红外探测技术进入了第二代。当前， 降低成本是红外探测器在民用领域得到广泛应用的关键。21世纪， 红外焦平面阵列开发方向，一是在现有基础上提髙分辨率，二是开发 多功能和智能化焦平面阵列。随着光通信、光信息处理、光计算等技术的发展，加之材料科学 和制造技术的进展，使得在单一结构或单片衬底上集成光学、光电和 电子元器件成为可能，形成具有单一功能或多功能的光电子集成回路 (OEIC)和集成光路(I0C)。目前，商品化的集成光路产品有调 制器、开关和分路器以及采用集成光路相干通信

13、系统、光纤陀螺、激 光光纤多普勒干涉仪等系统，以及用于光纤传输试验的单片集成光电 子集成回路。预计到2020年，光电子集成回路和集成光路的发展速 度将相当于20世纪70年代的微电子技术，多功能集成光学器件和 光电子集成器件将系列化，集成光学信号处理速度将达到1 GHz。光电子技术在我国的发展我国在光电子技术的科研方面起步较早，也有一批水平较高的应 用成果，其中光纤通信的发展尤快。在国防上的应用也开展较早，如 靶场用的激光、红外、电视等光测设备，以及红外导引装置、红外热 像仪、激光测距仪、微光夜视仪等。但民用市场开发较晚，真正能形 成较大生产规模的产品不多。我国在八五计划期间对一些光电器 件企业

14、进行了技术改造，已在九五计划中产生了效益。例如，12 英寸彩色液晶显示屏已经在1996年投产。国家重大成套通信设备 2.5Gbps同步数字系列（SDH）光通信系统，于1997年研制开发成 功，现已广泛应用于国家通信骨干网的建设。我国光电子技术和发展，从“六五”起步，开始发展以激光技术 为主的光电子技术。1987年科技部把信息光电子列入“863”计划， 给予支持，激光科学技术的研究和发展受到国家的很大重视，在国防 建设和社会应用上起了重要作用。我国光电子产业的原始基础是军事 光学，军用光电子学和红外技术2。自60年代以来，我国依靠自己 的力量，研制出“神龙”髙功率激光装置，激光分离同位素装置，军

15、 用靶场激光经纬仪，激光卫星测距仪，髙速摄影机，红外扫描仪等重 要的军用光电子设备，并在此过程中，形成了实力雄厚的10多个光 电子技术研究基地。70年代末，光纤通信的研究和开发也在我国兴 起。80年代中期光盘技术和光电平面显示技术也得到发展。我国在 八五计划期间对一些光电器件企业进行了技术改造，已在九五计 划中产生了效益。例如，12英寸彩色液晶显示屏已经在1996年投产。 国家重大成套通信设备2.5Gbps同步数字系列（SDH）光通信系统， 于1997年研制开发成功，现已广泛应用于国家通信骨干网的建设。总之，我国的光电子技术经过“七五”入轨，“八五”攻坚和“九 五”拼搏，在信息光电子方面取得了

16、可喜的成绩3。而我国光电子技 术理论的迅速发展，更为该领域的可持续发展奠定了坚实的基础。理 论是发展的基础，发展是理论的延续。对于较新兴的技术领域更是如 此。 2000-2005 年，我国光电子技术理论论文发表数量从812篇增加 到3103篇， 6年间增长了282.14%，论文年平均增长率在光电子技术 领域的所有专业中最高4，这为光电子技术的进一步发展和产业化奠 定了厚实的基础。光电子技术的应用光电子技术在纺织业的应用光电子技术与数字信号处理技术及计算机视觉技术相结合可以 大大提高纺织工业的自动化生产水平。在纺织生产设备中引入光电检 测设备可以随时追踪工厂的生产状况，并通过工厂的控制网络将各工

17、 序的生产质量、产量、效率等信息及时报告给相关技术人员和管理人 员，为工艺调整和生产管理提供大量可靠的数据， 同时为企业新产 品的生产提供各类跟踪数据，缩短新品的开发生产进程 引入光电检 测技术，必将提高整个纺织生产系统的加工、监测、检验、管理的自 动化、智能化及精确化水平，使纺织产品的质量得到有效控制和提 高同时降低工人的劳动强度，提高工厂的生产效率，降低生产成本， 提高产品质量和产量，使纺织工业向现代化、自动化、无人化方向发 展。以硅为材料的光电子技术的应用硅光电子学（用硅做材料制造的光电子元器件），作为一项新兴 技术，其应用前景令人振奋。数据的超速传输对未来的众核技术能够 以更低的成本提

18、供更高速的主流计算能力。这些硅光电子学技术将为 世界带来全新的数字设备，实现难以想象的性能突破。这种光感应器 通过探测微弱光信号并将其放大而拥有卓越的灵敏度。此项技术也可 以应用于对带宽需求髙的远程医疗核3D虚拟世界等未来数据密集型 计算领域5。利用光电子技术获取图像信息人类获取视觉信息有多种手段，但最常见的是各种光学系统。为 了进一步扩展视觉功能，就要借助于光电子技术。利用光电子技术人 们不仅可随时看见遥远的目标和微小的目标，还可以看见人眼不可感 知的微弱目标及各种辐射，甚至还可看清各种超快过程6。目前，用于信息获取的光电子技术已广泛应用于各个领域：如超 快现象诊断，生物医学诊断以及军事应用

19、等。利用光电子技术可获得 各种辐射的图像信息，具有灵敏度髙，响应时间快，空间分辨率髙， 并可实现遥感等特点。随着其工艺的不断改进，其产业化进程的不断 推进，该技术在信息时代必将发挥更大的作用。总结总之，光电子技术在当今信息时代愈发占有重要的关键地位，至今光电子技术的应用已涉及科技，经济，军事和社会发展的各领域。 信息的探测，传输，存储，显示，运算和处理已由光子和电子共同参 与来完成。21 世纪是光电子发挥作用的时代，我国也将在这方面一 步步向前迈进，为把我国的光电子技术形成规模宏大的产业而不懈奋 斗！参考文献1）王希军，陈丹.工业技术经济.2006, V25（ll）： 118-1212）干福熹.光电子技术和产业的发展J.中国科学院院报.1996,V5： 366-3673）徐小田.“十五”期间中国光电子技术产业发展战略J.电子质量.142-1434）何文瑶.光电子技术发展态势分析J.科技进步与对策.2008，V25（9）： 1945）刘华.英特尔实现硅光电子学重大技术突破J.中国数字医学.2008， 236）牛憨笨.图像信息获取中的光电子技术J.深圳大学学报（理工版）.2001， V18（3）： 75-86