材料與社會發(fā)展-第十講

1、2021-11-31材 料 與 社 會 發(fā) 展第十講第十講 材料與信息技術(shù)材料與信息技術(shù) 信息時代信息時代 信息技術(shù)信息技術(shù) 信息材料信息材料2021-11-322021-11-33信息時代信息時代農(nóng)業(yè)時代農(nóng)業(yè)時代工業(yè)時代工業(yè)時代信息時代信息時代 人類社會時代變遷：人類社會時代變遷：勞動，土地密集勞動，土地密集 機(jī)器、工廠為主機(jī)器、工廠為主 不再以體能和機(jī)械能為主，不再以體能和機(jī)械能為主，而是以智能為主而是以智能為主2021-11-34是人類的一切生存活動和自然存在所是人類的一切生存活動和自然存在所傳達(dá)出來的信號和消息。它一般泛指傳達(dá)出來的信號和消息。它一般泛指我們所說的消息、情報、指令、數(shù)據(jù)

2、我們所說的消息、情報、指令、數(shù)據(jù)及信號等周圍環(huán)境的知識。及信號等周圍環(huán)境的知識。信息信息、物質(zhì)（材料）物質(zhì)（材料）和和能源能源構(gòu)成世界的三大要素構(gòu)成世界的三大要素信息信息: :l 可傳遞性和共享性可傳遞性和共享性l 信息必須依附于載體信息必須依附于載體l 信息的可處理性信息的可處理性 l 信息的時效性信息的時效性信息的主要特征信息的主要特征2021-11-35信息時代的特征信息時代的特征l 信息量大爆炸信息量大爆炸l 信息傳遞非?？旖菪畔鬟f非?？旖輑 信息處理十分迅速信息處理十分迅速量化標(biāo)志為量化標(biāo)志為3T3Tl 光通信速率：光通信速率： 1T bits/sl 計算機(jī)速度：計算機(jī)速度： 1T

3、 bits/sl 光盤存儲密度：光盤存儲密度：1T bits/in2光電子學(xué)光電子學(xué)光子學(xué)光子學(xué)2021-11-36n 信息成為最為重要的戰(zhàn)略資源信息成為最為重要的戰(zhàn)略資源n 信息產(chǎn)業(yè)上升為最重要的產(chǎn)業(yè)信息產(chǎn)業(yè)上升為最重要的產(chǎn)業(yè)n 信息網(wǎng)絡(luò)成為社會的基礎(chǔ)設(shè)施信息網(wǎng)絡(luò)成為社會的基礎(chǔ)設(shè)施伊拉克戰(zhàn)爭伊拉克戰(zhàn)爭 非對稱性非對稱性 微軟微軟 蘋果蘋果WTO WTO 全球化全球化 一體化一體化 地球村地球村2021-11-37n 1992年，前美國副總統(tǒng)年，前美國副總統(tǒng)阿爾阿爾戈?duì)柛隊(duì)柼岢雒绹畔⒏咚俟贩ò浮Ｌ岢雒绹畔⒏咚俟贩ò?。n 1993年年9月，美國政府宣布實(shí)施一項(xiàng)新的高科技計劃月，美國政府宣

4、布實(shí)施一項(xiàng)新的高科技計劃“國家信息國家信息基礎(chǔ)設(shè)施基礎(chǔ)設(shè)施”（NII），旨在以因特網(wǎng)為雛形，興建信息時代的高速公），旨在以因特網(wǎng)為雛形，興建信息時代的高速公路路“信息高速公路信息高速公路”，使所有的美國人方便地共享海量的信息資，使所有的美國人方便地共享海量的信息資源。源。 n 信息高速公路實(shí)質(zhì)上是高速信息電子網(wǎng)絡(luò)：能給用戶隨時提供大量信息高速公路實(shí)質(zhì)上是高速信息電子網(wǎng)絡(luò)：能給用戶隨時提供大量信息，由通信網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)、數(shù)據(jù)庫以及日用電子產(chǎn)品組成的完備信息，由通信網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)、數(shù)據(jù)庫以及日用電子產(chǎn)品組成的完備網(wǎng)絡(luò)體系。開發(fā)和實(shí)施信息高速公路計劃，不僅促進(jìn)信息科學(xué)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)體系。開發(fā)和實(shí)施信息高速公路

5、計劃，不僅促進(jìn)信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，而且有助于改變?nèi)藗兊纳?、工作和交往方式。的發(fā)展，而且有助于改變?nèi)藗兊纳?、工作和交往方式?信息高速公路信息高速公路(Information Highway)2021-11-38信息技術(shù)信息技術(shù)是指信息的是指信息的獲取、處理、傳輸、獲取、處理、傳輸、存儲和顯示存儲和顯示的技術(shù)，即人們對信的技術(shù)，即人們對信息的獲取、處理和應(yīng)用的能力。息的獲取、處理和應(yīng)用的能力。信息技術(shù)信息技術(shù): : 信息技術(shù)信息技術(shù) 信息獲取技術(shù)信息獲取技術(shù)信息處理技術(shù)信息處理技術(shù)信息傳輸技術(shù)信息傳輸技術(shù)信息存儲技術(shù)信息存儲技術(shù)信息顯示技術(shù)信息顯示技術(shù)人類史上的五次信息技術(shù)革命2021-11

6、-39語言的使用語言的使用造紙術(shù)和印刷術(shù)的應(yīng)用造紙術(shù)和印刷術(shù)的應(yīng)用文字文字的使用的使用電報、電話、廣播、電視的發(fā)明與普及應(yīng)用電報、電話、廣播、電視的發(fā)明與普及應(yīng)用計算機(jī)的普及應(yīng)用和計算機(jī)與現(xiàn)代通信技術(shù)的結(jié)合計算機(jī)的普及應(yīng)用和計算機(jī)與現(xiàn)代通信技術(shù)的結(jié)合口耳相傳口耳相傳 便于信息傳輸和收集便于信息傳輸和收集易于存儲易于存儲 克服時間局限克服時間局限存儲空間存儲空間 傳播范圍傳播范圍速度速度 容量容量 時空界限時空界限信息技術(shù)的應(yīng)用2021-11-310n 網(wǎng)上學(xué)校、現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育網(wǎng)上學(xué)校、現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育n 信息高速公路、信息高速公路、 “地球村地球村”n 自動取款機(jī)、可視電話、遠(yuǎn)程診療自動取款機(jī)、可視

7、電話、遠(yuǎn)程診療n 網(wǎng)上購物、信息檢索、電子郵件網(wǎng)上購物、信息檢索、電子郵件2021-11-31120世紀(jì)以來，信息技術(shù)經(jīng)歷：世紀(jì)以來，信息技術(shù)經(jīng)歷： 電子學(xué)和微電子學(xué)技術(shù)電子學(xué)和微電子學(xué)技術(shù) 信息的載體 電子電子 光電子學(xué)技術(shù)光電子學(xué)技術(shù) 信息的載體 電子和光子電子和光子 光子學(xué)技術(shù)光子學(xué)技術(shù) 信息的載體 光子光子 2021-11-312信息材料信息材料概述概述能源能源、信息信息和和材料材料是現(xiàn)代文明的三大支柱，是現(xiàn)代文明的三大支柱，而材料又是一切技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。而材料又是一切技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。n 存儲器材料存儲器材料的變遷大致可分為四個階段：由的變遷大致可分為四個階段：由1955年的存

8、年的存儲器為水銀延遲線儲器為水銀延遲線1963年的存儲器為具有方形磁滯特年的存儲器為具有方形磁滯特性的鐵氧體磁心性的鐵氧體磁心1970年涂敷的氧化鐵粉（磁盤）年涂敷的氧化鐵粉（磁盤）近近10年光存儲技術(shù)年光存儲技術(shù)（可擦寫光盤的介質(zhì)材料有磁光型和相（可擦寫光盤的介質(zhì)材料有磁光型和相變型兩類）變型兩類）n 光通信系統(tǒng)材料光通信系統(tǒng)材料: 低損耗光纖（光導(dǎo)纖維：高純石英摻低損耗光纖（光導(dǎo)纖維：高純石英摻雜雜P、Ge等元素等元素氟化物玻璃光導(dǎo)纖維）、化合物半導(dǎo)氟化物玻璃光導(dǎo)纖維）、化合物半導(dǎo)體激光器、大屏幕顯示體激光器、大屏幕顯示等相關(guān)材料的研制是其發(fā)展的基等相關(guān)材料的研制是其發(fā)展的基礎(chǔ)和核心。礎(chǔ)和

9、核心。n 電子工業(yè)數(shù)千億的全球市場，電子工業(yè)數(shù)千億的全球市場，90%的市場份額是硬件及的市場份額是硬件及其相關(guān)材料。其相關(guān)材料。 2021-11-313n 新能源技術(shù)：新能源技術(shù)：如受控核聚變、太陽能利用、地?zé)岚l(fā)電、如受控核聚變、太陽能利用、地?zé)岚l(fā)電、磁流體發(fā)電、氫能貯存等方面的發(fā)展，很大程度上取決磁流體發(fā)電、氫能貯存等方面的發(fā)展，很大程度上取決于新材料研制和開發(fā)。于新材料研制和開發(fā)。 n 例：太陽能是目前人類受惠最大的自然資源。但太陽能例：太陽能是目前人類受惠最大的自然資源。但太陽能是低值能源，只能達(dá)到是低值能源，只能達(dá)到1KW/m2,且轉(zhuǎn)換率只且轉(zhuǎn)換率只10-20%。要。要提高發(fā)電效率提高

10、發(fā)電效率,必須從集熱體、半導(dǎo)體材料方向進(jìn)行突破。必須從集熱體、半導(dǎo)體材料方向進(jìn)行突破。（太陽能電池材料中目前最大量應(yīng)用的是硅太陽能電池。（太陽能電池材料中目前最大量應(yīng)用的是硅太陽能電池。單晶硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率高，但材料價格較貴。多晶單晶硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率高，但材料價格較貴。多晶硅光電池效率只達(dá)硅光電池效率只達(dá)13，半導(dǎo)體，半導(dǎo)體GaAs的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)2028。采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，通過選擇性吸收涂層和。采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，通過選擇性吸收涂層和光譜轉(zhuǎn)換涂層可進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率。光譜轉(zhuǎn)換涂層可進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率。IBM公司研制的公司研制的多層復(fù)合太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)多層復(fù)合太陽能電

11、池，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)40）2021-11-3142021-11-315n 人們早就知道了人們早就知道了噴氣航空發(fā)動機(jī)噴氣航空發(fā)動機(jī)比螺旋槳航空發(fā)動機(jī)有比螺旋槳航空發(fā)動機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于沒有材料能承受噴射出燃?xì)獾母邷?，很多?yōu)點(diǎn)，但由于沒有材料能承受噴射出燃?xì)獾母邷兀惯@種理想只能是空中樓閣。直到使這種理想只能是空中樓閣。直到1942年制成了年制成了鎳基耐鎳基耐熱合金熱合金這種新材料，才使噴氣發(fā)動機(jī)的制造得以實(shí)現(xiàn)。這種新材料，才使噴氣發(fā)動機(jī)的制造得以實(shí)現(xiàn)。n 同樣，如果沒有同樣，如果沒有1970年制成的使光強(qiáng)度衰減降低到可以年制成的使光強(qiáng)度衰減降低到可以實(shí)用的實(shí)用的光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維，也不會有現(xiàn)代的光

12、通信；，也不會有現(xiàn)代的光通信；n 如果不能制成高純度大直徑的如果不能制成高純度大直徑的硅單晶硅單晶，就不會有高度發(fā)，就不會有高度發(fā)展的集成電路，也不會有今天如此先進(jìn)的計算機(jī)和一切展的集成電路，也不會有今天如此先進(jìn)的計算機(jī)和一切電子設(shè)備（如電子設(shè)備（如iphone手機(jī)）。手機(jī)）。2021-11-316v生態(tài)環(huán)境不斷惡化生態(tài)環(huán)境不斷惡化v資源加速枯竭資源加速枯竭v世界人口迅速增長世界人口迅速增長材料是材料是現(xiàn)代文現(xiàn)代文明的重明的重要支柱要支柱v科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展v人類生活水平進(jìn)一步提高人類生活水平進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)材料功能材料2021/11/317利用其力學(xué)性質(zhì)，要求在使用條件下能承

13、受一定的載荷。通過光、電、磁、聲、熱、濕、氣、生物等特性而完成特定功能的材料。材料分類材料的功能性材料的功能性 光學(xué)功能材料光學(xué)功能材料 電學(xué)功能材料電學(xué)功能材料 磁學(xué)功能材料磁學(xué)功能材料 聲學(xué)功能材料聲學(xué)功能材料 熱學(xué)功能材料熱學(xué)功能材料 生物醫(yī)學(xué)功能材料生物醫(yī)學(xué)功能材料2021/11/3182021-11-319信息材料信息材料指用于信息的指用于信息的獲取、存儲、處理、傳輸和顯示獲取、存儲、處理、傳輸和顯示的微電子的微電子材料和光電子材料，是信息技術(shù)基礎(chǔ)和先導(dǎo)。信息材料材料和光電子材料，是信息技術(shù)基礎(chǔ)和先導(dǎo)。信息材料領(lǐng)域的每一次創(chuàng)新都會推動信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。領(lǐng)域的每一次創(chuàng)新都會推動信

14、息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。信息材料信息材料 信息獲取材料信息獲取材料信息處理材料信息處理材料信息傳輸材料信息傳輸材料信息存儲材料信息存儲材料信息顯示材料信息顯示材料2021-11-320信息處理技術(shù)及材料信息處理技術(shù)及材料信息處理工具信息處理工具古代：中國古代：中國簡單的計算工具：簡單的計算工具：算籌算籌算盤算盤西方：計算尺是主要的計算工具，西方：計算尺是主要的計算工具，機(jī)械式計算機(jī)機(jī)械式計算機(jī)穿孔卡片計算穿孔卡片計算機(jī)機(jī)繼電器計算機(jī)繼電器計算機(jī)1946年電年電子計算機(jī)的誕生。子計算機(jī)的誕生。2021-11-321信息處理材料主要指用于對電信號或光信號進(jìn)行信息處理材料主要指用于對電信號或光信號進(jìn)行

15、檢波、倍頻、檢波、倍頻、混頻、限幅、開關(guān)、放大混頻、限幅、開關(guān)、放大等信號處理的器件的一類信息材料，等信號處理的器件的一類信息材料，包括微電子信息處理材料和光電子信息處理材料。包括微電子信息處理材料和光電子信息處理材料。微電子信息處理微電子信息處理即對電子電路中的信息電流、電壓等信號進(jìn)即對電子電路中的信息電流、電壓等信號進(jìn)行接收、發(fā)射、轉(zhuǎn)換、放大、調(diào)制、解調(diào)、運(yùn)算、分析等處行接收、發(fā)射、轉(zhuǎn)換、放大、調(diào)制、解調(diào)、運(yùn)算、分析等處理，以獲取有用的信息。理，以獲取有用的信息。光電子信息處理光電子信息處理包括光的發(fā)射、傳輸、調(diào)制、轉(zhuǎn)換和探測等，包括光的發(fā)射、傳輸、調(diào)制、轉(zhuǎn)換和探測等，而光電子信息處理材料

16、則是基于光信號的發(fā)射、傳輸、調(diào)制、而光電子信息處理材料則是基于光信號的發(fā)射、傳輸、調(diào)制、轉(zhuǎn)換和探測的一類材料。轉(zhuǎn)換和探測的一類材料。信息處理材料信息處理材料2021-11-322世界上第一臺電子計算機(jī)世界上第一臺電子計算機(jī)埃 尼 阿 克 （埃 尼 阿 克 （ E N I A C ） 。） 。1946年誕生于美國的賓夕法年誕生于美國的賓夕法尼亞大學(xué)。尼亞大學(xué)。重達(dá)重達(dá)30噸，占地噸，占地170多平方米，全機(jī)用了多平方米，全機(jī)用了18000多個電子管，多個電子管，5000多個繼電器，多個繼電器，10000多只電容器，多只電容器，7000多個電阻，功率多個電阻，功率150千瓦，千瓦，運(yùn)算速度每秒鐘運(yùn)

17、算速度每秒鐘5000次。次。它的耗電量超過它的耗電量超過174千瓦小時，據(jù)說在千瓦小時，據(jù)說在使用時全鎮(zhèn)的電燈都會變暗；而且它的電子管平均每隔使用時全鎮(zhèn)的電燈都會變暗；而且它的電子管平均每隔15分鐘就分鐘就要燒壞一只。要燒壞一只。 目前，以大規(guī)模集成電路目前，以大規(guī)模集成電路（硅材料）（硅材料）為基礎(chǔ)，以中央處理器為基礎(chǔ)，以中央處理器（CPU）為核心的電子計算機(jī)技術(shù)是主要的信息處理技術(shù)。）為核心的電子計算機(jī)技術(shù)是主要的信息處理技術(shù)。2021-11-323集成電路（集成電路（integrated circuit，簡稱，簡稱IC）是將電路中的）是將電路中的有源元件有源元件（二極管、晶體管等）、（二

18、極管、晶體管等）、無源元件無源元件（電阻、電容等）以及他們之間（電阻、電容等）以及他們之間的的互聯(lián)引線互聯(lián)引線等一起制作在等一起制作在半導(dǎo)體襯底半導(dǎo)體襯底上，形成一塊獨(dú)立的不可分的上，形成一塊獨(dú)立的不可分的整體電路，集成電路的各個引出端（又稱管腳）就是該電路的輸入、整體電路，集成電路的各個引出端（又稱管腳）就是該電路的輸入、輸出、電源和接地等的接線端。輸出、電源和接地等的接線端。1952年，英國皇家雷達(dá)研究所的年，英國皇家雷達(dá)研究所的G. W. Dummer首次提出集成電路首次提出集成電路的設(shè)想。他認(rèn)為，隨著晶體管和一般半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，電子設(shè)備的設(shè)想。他認(rèn)為，隨著晶體管和一般半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展

19、，電子設(shè)備可以在一個固體塊上實(shí)現(xiàn)，而不需連接線。這種固體塊由絕緣體、可以在一個固體塊上實(shí)現(xiàn)，而不需連接線。這種固體塊由絕緣體、導(dǎo)體、整流、放大等材料層組成。導(dǎo)體、整流、放大等材料層組成。1958年美國德克薩斯儀器公司年美國德克薩斯儀器公司J. S. Kilby和和1959年仙童半導(dǎo)體公司的年仙童半導(dǎo)體公司的R. Noyce分別發(fā)明了世界上分別發(fā)明了世界上第一塊第一塊鍺集成電路鍺集成電路和和硅集成電路硅集成電路，開創(chuàng)了集成電路時代。，開創(chuàng)了集成電路時代。集成電路集成電路2021-11-32419581958年第一塊集成電路：年第一塊集成電路：TITI公司的公司的KilbyKilby，1212個器

20、件，個器件，GeGe晶片晶片年份年份事件事件1947點(diǎn)接觸型晶體管誕生，微電子技術(shù)發(fā)展的第一個里程碑點(diǎn)接觸型晶體管誕生，微電子技術(shù)發(fā)展的第一個里程碑1950結(jié)型晶體管誕生結(jié)型晶體管誕生1951場效應(yīng)晶體管發(fā)明場效應(yīng)晶體管發(fā)明1958集成電路發(fā)明，開創(chuàng)了微電子學(xué)的歷史集成電路發(fā)明，開創(chuàng)了微電子學(xué)的歷史1960光刻技術(shù)發(fā)明光刻技術(shù)發(fā)明1962MOS場效應(yīng)晶體管誕生場效應(yīng)晶體管誕生1964摩爾定律提出，預(yù)測晶體管集成度每十八個月增加一番摩爾定律提出，預(yù)測晶體管集成度每十八個月增加一番1971Intel推出推出1kB動態(tài)隨機(jī)存儲器（動態(tài)隨機(jī)存儲器（DRAM），標(biāo)志大規(guī)模集成電路（），標(biāo)志大規(guī)模集成電路

21、（LSI）出現(xiàn)）出現(xiàn)197816kB的的DRAM誕生，標(biāo)志進(jìn)入超大規(guī)模集成電路（誕生，標(biāo)志進(jìn)入超大規(guī)模集成電路（VLSD）階段）階段1979Intel推出推出5MHz的的8088微處理器，之后推出全球第一臺個人電腦微處理器，之后推出全球第一臺個人電腦198520MHz的的80386微處理器誕生微處理器誕生198816M的的DRAM誕生，標(biāo)志進(jìn)入甚大規(guī)模集成電路（誕生，標(biāo)志進(jìn)入甚大規(guī)模集成電路（ULSI）階段）階段198925MHz483微處理器誕生，采用微處理器誕生，采用1m工藝，后來采用工藝，后來采用0.8 m工藝工藝199366MHz的的Pentium處理器推出，采用處理器推出，采用0.6

22、 m工藝工藝1997300MHz的的Pentium 處理器推出，采用處理器推出，采用0.25 0.25 m工藝工藝1999450MHz的的Pentium 處理器推出，采用處理器推出，采用0.25 0.25 m工藝，后采用工藝，后采用0.18 m工藝工藝20001.5GHz的的Pentium 處理器推出，采用處理器推出，采用0.18 m工藝工藝2001Intel宣布采用宣布采用0.13 m工藝工藝2021-11-3252021-11-326半導(dǎo)體動態(tài)隨機(jī)存儲器容量和硅單晶的發(fā)展半導(dǎo)體動態(tài)隨機(jī)存儲器容量和硅單晶的發(fā)展2021-11-327摩爾定律是由英特爾（摩爾定律是由英特爾（Intel）創(chuàng)始人之

23、一戈登）創(chuàng)始人之一戈登摩爾摩爾（Gordon Moore）于）于1965年提出來的。其內(nèi)容為：年提出來的。其內(nèi)容為：當(dāng)價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約當(dāng)價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個個月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。Gordon Moore2021-11-328信息傳輸技術(shù)及材料信息傳輸技術(shù)及材料u 移動電話移動電話u 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通

24、信u 無線通信無線通信u 光纖通信光纖通信 低損耗的熔石英光纖低損耗的熔石英光纖 長壽命的半導(dǎo)體激光器長壽命的半導(dǎo)體激光器 摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器纖芯纖芯包層包層保護(hù)套保護(hù)套2021-11-329光纖通信系統(tǒng)發(fā)展階段及其主要進(jìn)展光纖通信系統(tǒng)發(fā)展階段及其主要進(jìn)展光波頻率比微波（光波頻率比微波（1010Hz）和毫米波（）和毫米波（1011Hz）高幾個數(shù)量級。激光）高幾個數(shù)量級。激光的出現(xiàn)，相當(dāng)于從毫米波向更高頻率的發(fā)展，可以極大地增加通信容量，的出現(xiàn)，相當(dāng)于從毫米波向更高頻率的發(fā)展，可以極大地增加通信容量，從而引起了通信研究工作者的極大興趣，使激光很快在通信領(lǐng)域里得到從而引起了通信研究工作者

25、的極大興趣，使激光很快在通信領(lǐng)域里得到了應(yīng)用。了應(yīng)用。光電子學(xué)的發(fā)展與材料研究光電子學(xué)的發(fā)展與材料研究p 1960年美國人梅曼發(fā)明紅寶石激光器后不久，各種不同年美國人梅曼發(fā)明紅寶石激光器后不久，各種不同材料的激光器相繼出現(xiàn)：材料的激光器相繼出現(xiàn)：He-Ne激光器、激光器、CO2激光器等。激光器等。p 緊接著，美國麻省理工學(xué)院利用緊接著，美國麻省理工學(xué)院利用He-Ne激光器和激光器和CO2激光激光器，模擬無線電通信進(jìn)行了器，模擬無線電通信進(jìn)行了激光大氣傳輸試驗(yàn)激光大氣傳輸試驗(yàn)。激光大氣傳輸試驗(yàn)激光大氣傳輸試驗(yàn)具有具有“靠天吃飯靠天吃飯”的通信方式的致命弱點(diǎn)的通信方式的致命弱點(diǎn)反復(fù)試驗(yàn)的結(jié)果表明：

26、晴朗天氣，通信穩(wěn)定可靠，距離較長，但在不良天反復(fù)試驗(yàn)的結(jié)果表明：晴朗天氣，通信穩(wěn)定可靠，距離較長，但在不良天氣，通信極不穩(wěn)定甚至中斷，不能做到氣，通信極不穩(wěn)定甚至中斷，不能做到“全天候全天候”通信，這點(diǎn)是一個好的通通信，這點(diǎn)是一個好的通信系統(tǒng)不能允許的。信系統(tǒng)不能允許的。 大氣光波通信不穩(wěn)定的主要原因：大氣光波通信不穩(wěn)定的主要原因：光波在大氣中傳輸受到大氣層中光波在大氣中傳輸受到大氣層中變化無常的氣候條件所影響，光波能量損失嚴(yán)重。變化無常的氣候條件所影響，光波能量損失嚴(yán)重。如：大氣湍流、雨、霧、雪、大氣灰塵和自然輻射對光波能量的吸收和散如：大氣湍流、雨、霧、雪、大氣灰塵和自然輻射對光波能量的吸

27、收和散射，天空中的鳥類和各種飛行物，使光波在傳輸過程中能量迅速衰減，嚴(yán)射，天空中的鳥類和各種飛行物，使光波在傳輸過程中能量迅速衰減，嚴(yán)重影響通信的穩(wěn)定性和可靠性。重影響通信的穩(wěn)定性和可靠性。光波通信轉(zhuǎn)人地下：光波通信轉(zhuǎn)人地下： 為了使光波不受大氣層中各種因素的干擾，人們將光波的為了使光波不受大氣層中各種因素的干擾，人們將光波的傳輸轉(zhuǎn)入了地下，進(jìn)行了光波地下傳輸?shù)母鞣N試驗(yàn)。傳輸轉(zhuǎn)入了地下，進(jìn)行了光波地下傳輸?shù)母鞣N試驗(yàn)。開發(fā)了透開發(fā)了透鏡波導(dǎo)和反射鏡波導(dǎo)的光波傳輸系統(tǒng)。鏡波導(dǎo)和反射鏡波導(dǎo)的光波傳輸系統(tǒng)。光波大氣通信：光波大氣通信： 不是人們?yōu)榱俗非箝L距離大容量的一種理想的通信方式。不是人們?yōu)榱俗非?/p>

28、長距離大容量的一種理想的通信方式。然然而，光波通信的許多優(yōu)越性驅(qū)使人們?nèi)ミM(jìn)一步探索新的傳輸介而，光波通信的許多優(yōu)越性驅(qū)使人們?nèi)ミM(jìn)一步探索新的傳輸介質(zhì)。質(zhì)。透鏡波導(dǎo)透鏡波導(dǎo)透鏡波導(dǎo)是在金屬或水泥管道透鏡波導(dǎo)是在金屬或水泥管道內(nèi)，每隔一定距離安裝一個玻璃內(nèi)，每隔一定距離安裝一個玻璃透鏡，通過透鏡的作用將光波限透鏡，通過透鏡的作用將光波限制在管道內(nèi)傳輸以達(dá)到光波通信制在管道內(nèi)傳輸以達(dá)到光波通信的目的。的目的。光波通信轉(zhuǎn)人地下光波通信轉(zhuǎn)人地下反射鏡波導(dǎo)反射鏡波導(dǎo)反射鏡波導(dǎo)的原理與透鏡波反射鏡波導(dǎo)的原理與透鏡波導(dǎo)相似，不同之處是一個用會聚導(dǎo)相似，不同之處是一個用會聚透鏡，一個用反射鏡。透鏡，一個用反射鏡

29、。上述傳輸方式完全可以消除大氣對光波傳輸?shù)母鞣N干擾。上述傳輸方式完全可以消除大氣對光波傳輸?shù)母鞣N干擾。理論上：理論上：兩種波導(dǎo)都可行。兩種波導(dǎo)都可行。實(shí)際應(yīng)用時：實(shí)際應(yīng)用時：遇到許多不可克服的困難。遇到許多不可克服的困難。n 施工復(fù)雜：對透鏡或反射鏡進(jìn)行嚴(yán)格校準(zhǔn)和牢固安裝；施工復(fù)雜：對透鏡或反射鏡進(jìn)行嚴(yán)格校準(zhǔn)和牢固安裝；n 將波導(dǎo)深埋，或選擇人、車稀少的地區(qū)：防止地面對波導(dǎo)的影響；將波導(dǎo)深埋，或選擇人、車稀少的地區(qū)：防止地面對波導(dǎo)的影響；n 轉(zhuǎn)彎時，需增加透鏡或反射鏡：彎度越大，增加越多，光能損耗也就轉(zhuǎn)彎時，需增加透鏡或反射鏡：彎度越大，增加越多，光能損耗也就越大。自然使系統(tǒng)造價昂貴，并且調(diào)整

30、、測試、維修都很困難。越大。自然使系統(tǒng)造價昂貴，并且調(diào)整、測試、維修都很困難。由此可見，這種地下的透鏡波導(dǎo)和反射鏡波導(dǎo)是無實(shí)由此可見，這種地下的透鏡波導(dǎo)和反射鏡波導(dǎo)是無實(shí)用意義的。用意義的。光波通信轉(zhuǎn)人地下光波通信轉(zhuǎn)人地下在在“天空天空”和和“地下地下”都不能理想地傳輸光波的情都不能理想地傳輸光波的情況下，有人對光波通信產(chǎn)生了悲觀情緒，甚至有人況下，有人對光波通信產(chǎn)生了悲觀情緒，甚至有人主張放棄光波通信的研究。主張放棄光波通信的研究。1965年左右，光波通信的研究轉(zhuǎn)入低潮。成了年左右，光波通信的研究轉(zhuǎn)入低潮。成了不為人們所重視的不為人們所重視的“冷門冷門”。1965年，年，光波通信的研究轉(zhuǎn)入低

31、潮光波通信的研究轉(zhuǎn)入低潮p 高錕（高錕（K. C. Kao）博士：博士：英籍華人，英籍華人，1933年生，上海。年生，上海。p1966年，高錕首次利用無線電波導(dǎo)通信的原理，年，高錕首次利用無線電波導(dǎo)通信的原理，提出了低損耗的光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）的概念。提出了低損耗的光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）的概念。認(rèn)為：電可以沿著導(dǎo)電的金屬導(dǎo)線遠(yuǎn)距離傳輸，認(rèn)為：電可以沿著導(dǎo)電的金屬導(dǎo)線遠(yuǎn)距離傳輸，光也應(yīng)能沿著可以導(dǎo)光的玻璃纖維傳輸。光也應(yīng)能沿著可以導(dǎo)光的玻璃纖維傳輸。p在當(dāng)時最好的玻璃，其損耗還處于每公里為在當(dāng)時最好的玻璃，其損耗還處于每公里為1000dB左右的情況下，他預(yù)見到，只要設(shè)法消除左右的情況下，他預(yù)見到，

32、只要設(shè)法消除玻璃中的各種雜質(zhì)，可使光的吸收減到非常小，玻璃中的各種雜質(zhì)，可使光的吸收減到非常小，生產(chǎn)出一種有實(shí)用意義的低損耗光纖是完全可能生產(chǎn)出一種有實(shí)用意義的低損耗光纖是完全可能的。的。1966年，年，高錕首次提出低損耗的光導(dǎo)纖維（簡高錕首次提出低損耗的光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）的概念稱光纖）的概念p 高錕（高錕（K. C. Kao）博士：博士：英籍華人，英籍華人，1933年生，上海。年生，上海。 2009年年10月月6日瑞典皇家科學(xué)院宣布，將日瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2009年諾貝爾物理學(xué)獎年諾貝爾物理學(xué)獎授予英國華裔科學(xué)家高錕以及美國科學(xué)家威拉德授予英國華裔科學(xué)家高錕以及美國科學(xué)家威拉德博伊爾和

33、喬治博伊爾和喬治史密斯。史密斯。瑞典皇家科學(xué)院說，高錕在瑞典皇家科學(xué)院說，高錕在“有關(guān)光在纖維中的傳輸以有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面用于光學(xué)通信方面”取得了取得了突破性成就，他將獲得物理突破性成就，他將獲得物理學(xué)獎一半的獎金，共學(xué)獎一半的獎金，共500萬萬瑞典克朗（約合瑞典克朗（約合70萬美元）；萬美元）；博伊爾和史密斯發(fā)明了半導(dǎo)博伊爾和史密斯發(fā)明了半導(dǎo)體成像器件體成像器件電荷耦合器電荷耦合器件（件（CCD）圖像傳感器，將）圖像傳感器，將分享物理學(xué)獎另一半獎金。分享物理學(xué)獎另一半獎金。 p 在高輥理論的指導(dǎo)下，美國康寧公司馬勒博士等三人的研究小在高輥理論的指導(dǎo)下，美國康寧公司馬勒博士

34、等三人的研究小組，終于在組，終于在1970年年8月首次研制成功損耗為月首次研制成功損耗為20dBkm（光波沿光波沿光纖傳輸光纖傳輸1km后，光能損耗為原來的后，光能損耗為原來的1）的石英光纖。）的石英光纖。p 光纖直徑很小，只有人的頭發(fā)絲那么細(xì)，并且柔軟可撓。它的光纖直徑很小，只有人的頭發(fā)絲那么細(xì)，并且柔軟可撓。它的出現(xiàn)，既克服了地下透鏡波導(dǎo)或反射鏡波導(dǎo)存在的問題，又能出現(xiàn)，既克服了地下透鏡波導(dǎo)或反射鏡波導(dǎo)存在的問題，又能防止大氣對光波的干擾，是一種理想的傳輸介質(zhì)。防止大氣對光波的干擾，是一種理想的傳輸介質(zhì)。1970年，年，美國康寧公司研制成功損耗為美國康寧公司研制成功損耗為20dB/km的石

35、英光纖的石英光纖2021-11-339年份年份貢獻(xiàn)貢獻(xiàn)1879年最先發(fā)明并制造出玻璃燈泡玻璃燈泡，使愛迪生的發(fā)明成為現(xiàn)實(shí)。1947年最先發(fā)明并大規(guī)模制造出電視顯像管電視顯像管，使電視進(jìn)入千家萬戶。1970年最先發(fā)明并制造出世界第一根光纖第一根光纖，使光纖通信得以廣泛應(yīng)用。美國康寧公司美國康寧公司2021-11-340信息存儲技術(shù)及材料信息存儲技術(shù)及材料n信息存儲的概念：信息存儲的概念：將數(shù)據(jù)、文字、聲音、圖象等有用信息通過將數(shù)據(jù)、文字、聲音、圖象等有用信息通過寫入裝置暫時或永久地記錄在某種寫入裝置暫時或永久地記錄在某種存儲介質(zhì)存儲介質(zhì)中，并可利用讀出裝置中，并可利用讀出裝置將信息從存儲介質(zhì)中重

36、新再現(xiàn)的技術(shù)總合。將信息從存儲介質(zhì)中重新再現(xiàn)的技術(shù)總合。n信息存儲的作用：信息存儲的作用：允許保存電子數(shù)據(jù)；允許保存電子數(shù)據(jù)； 為防止數(shù)據(jù)丟失而提供為防止數(shù)據(jù)丟失而提供備份保護(hù)；備份保護(hù)； 防止因丟失數(shù)據(jù)帶來的費(fèi)用；允許現(xiàn)場或非現(xiàn)場文檔的防止因丟失數(shù)據(jù)帶來的費(fèi)用；允許現(xiàn)場或非現(xiàn)場文檔的存儲。存儲。n數(shù)字信息存儲要求：數(shù)字信息存儲要求：高存儲密度、高數(shù)據(jù)傳輸率、高存儲壽命、高存儲密度、高數(shù)據(jù)傳輸率、高存儲壽命、高擦寫次數(shù)、低設(shè)備投資和低價格。高擦寫次數(shù)、低設(shè)備投資和低價格。2021-11-341存儲方式存儲方式內(nèi)存儲內(nèi)存儲外存儲外存儲CPU可以直接訪問內(nèi)存，提取時間短（ns），容量一般在512M

37、b以上。只讀存儲器只讀存儲器ROM（Read-Only Memory）隨機(jī)存取存儲器隨機(jī)存取存儲器RAM（Random Access Memory）一般不直接與微處理器打交道，外存中的數(shù)據(jù)應(yīng)先調(diào)入內(nèi)存，再由微處理器進(jìn)行處理。磁存儲：磁帶、軟磁盤、硬磁盤磁存儲：磁帶、軟磁盤、硬磁盤光存儲：光存儲：CD、VCD、DVD等等信息存儲技術(shù)經(jīng)歷的階段：信息存儲技術(shù)經(jīng)歷的階段：紙張書寫紙張書寫 縮微照片縮微照片 機(jī)械唱盤機(jī)械唱盤 磁帶磁帶磁盤磁盤 光學(xué)存儲光學(xué)存儲磁存儲磁存儲信息存儲技術(shù)發(fā)展方向信息存儲技術(shù)發(fā)展方向磁光存儲磁光存儲全光存儲全光存儲光盤存儲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)光盤存儲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)p一張一張120mm直徑

38、的光直徑的光盤可存儲盤可存儲1Gb以上，以上，為硬磁盤的幾十倍，為硬磁盤的幾十倍，軟盤的幾百倍。軟盤的幾百倍。存儲密度高p存儲密度：存儲密度：指記錄介質(zhì)單位指記錄介質(zhì)單位長度或單位面積內(nèi)所能存儲長度或單位面積內(nèi)所能存儲的二進(jìn)制位數(shù)的二進(jìn)制位數(shù)B。前者稱線。前者稱線密度，后者稱面密度。密度，后者稱面密度。p光盤的線密度一般是光盤的線密度一般是103B /mm。p面密度一般為面密度一般為105106B /mm2。光盤存儲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)光盤存儲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)壽命很長，一般在壽命很長，一般在10年以上。年以上。存儲壽命長p光記錄中，記錄介質(zhì)薄膜封光記錄中，記錄介質(zhì)薄膜封入兩層保護(hù)膜之中，激光的入兩層保護(hù)膜之中

39、，激光的寫入和讀出都是無接觸過程。寫入和讀出都是無接觸過程。非接觸式讀、寫、擦非接觸式讀、寫、擦光頭與光盤相距光頭與光盤相距12 mm，不會磨損盤片。不會磨損盤片。信息的載噪比（信息的載噪比（CNR）高高光盤光盤CNR在在50dB以上。以上。多次讀出也不降低。多次讀出也不降低。 信息位價格低信息位價格低光盤可容易大量復(fù)制，其信息位光盤可容易大量復(fù)制，其信息位價格比磁記錄價格低幾十倍。價格比磁記錄價格低幾十倍。光盤存儲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)光盤存儲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)p驅(qū)動器結(jié)構(gòu)：驅(qū)動器結(jié)構(gòu)：驅(qū)動器比磁帶機(jī)或磁盤驅(qū)動驅(qū)動器比磁帶機(jī)或磁盤驅(qū)動器要復(fù)雜。器要復(fù)雜。p傳輸速率：傳輸速率：驅(qū)動器的信息或數(shù)據(jù)傳輸速驅(qū)動器的信息

40、或數(shù)據(jù)傳輸速率目前比硬盤驅(qū)動器低，平均數(shù)據(jù)存取率目前比硬盤驅(qū)動器低，平均數(shù)據(jù)存取時間在時間在20100ms之間。之間。光盤存儲技術(shù)的不足光盤存儲技術(shù)的不足光盤存儲原理光盤存儲原理光盤光盤圓盤狀信息存儲器件圓盤狀信息存儲器件利用受調(diào)制的細(xì)束激光改變盤面介質(zhì)不同位利用受調(diào)制的細(xì)束激光改變盤面介質(zhì)不同位置處的光學(xué)性質(zhì)，記錄下待存儲的數(shù)據(jù)。置處的光學(xué)性質(zhì)，記錄下待存儲的數(shù)據(jù)。當(dāng)用激光束照射介質(zhì)時，依靠各信息點(diǎn)處當(dāng)用激光束照射介質(zhì)時，依靠各信息點(diǎn)處光學(xué)特性的不同提取出被存信息。光學(xué)特性的不同提取出被存信息。寫讀光盤記錄系統(tǒng)光盤記錄系統(tǒng)（在光盤上寫入信息的裝置）（在光盤上寫入信息的裝置）光盤重放系統(tǒng)光盤重

41、放系統(tǒng)（在光盤上讀出數(shù)據(jù)的裝置）（在光盤上讀出數(shù)據(jù)的裝置）如：視頻光盤放像機(jī)如：視頻光盤放像機(jī)光驅(qū)光驅(qū) 讀盤原理讀盤原理光盤存儲原理光盤存儲原理只讀型光盤只讀型光盤磁光型光盤磁光型光盤全光型光盤全光型光盤只讀型只讀型光盤存儲原理光盤存儲原理pCD-ROM光盤的信息數(shù)據(jù)是預(yù)刻在光盤母盤上的光盤的信息數(shù)據(jù)是預(yù)刻在光盤母盤上的（形成凹坑），然后制成金屬壓膜，再把凹坑復(fù)（形成凹坑），然后制成金屬壓膜，再把凹坑復(fù)制于聚碳酸酯（制于聚碳酸酯（PC）的光盤基片上。的光盤基片上?？坑涗洶伎涌坑涗洶伎优c周圍的反射率不同作為讀出信號。與周圍的反射率不同作為讀出信號。p靠光熱效應(yīng)使記錄下的靠光熱效應(yīng)使記錄下的磁疇方

42、向產(chǎn)生可逆變化，磁疇方向產(chǎn)生可逆變化，不同方向的磁疇使探測不同方向的磁疇使探測光 的 偏 振 面 產(chǎn) 生 旋 轉(zhuǎn)光 的 偏 振 面 產(chǎn) 生 旋 轉(zhuǎn)（即克爾角）（即克爾角），并以此，并以此作為讀出信號。作為讀出信號。磁光型（磁光型（MO）光盤存儲原理光盤存儲原理2021-11-352l 分子或原子是構(gòu)成物質(zhì)材料的基元，基元中電子繞著原子核的運(yùn)動形成了電流，該電流產(chǎn)生的磁場，使每個基元都相當(dāng)于一個微小的磁體，由大量基元組成一個集團(tuán)結(jié)構(gòu)，集團(tuán)中所有基元產(chǎn)生的磁場都同方向整齊排列，這樣的集團(tuán)叫做磁疇。l 在大塊鐵磁性或亞鐵磁性（見鐵氧體）單晶體（或多 晶體中的晶粒）中，形成很多小區(qū)域，在不同的區(qū)域內(nèi)，

43、磁矩的方向不同，使得晶體總的磁化強(qiáng)度為零。磁光型（磁光型（MO）光盤存儲原理光盤存儲原理磁疇的概念p靠靠光熱效應(yīng)光熱效應(yīng)在晶態(tài)與非晶在晶態(tài)與非晶態(tài)之間產(chǎn)生可逆相變，態(tài)之間產(chǎn)生可逆相變，記記錄下晶態(tài)與非晶態(tài)不同的錄下晶態(tài)與非晶態(tài)不同的反射率，作為探測信號。反射率，作為探測信號。p可逆變化的穩(wěn)定性決定了可逆變化的穩(wěn)定性決定了可擦重寫的次數(shù)，一般要可擦重寫的次數(shù)，一般要求達(dá)百萬次。求達(dá)百萬次。全光（相變）型全光（相變）型光盤存儲原理光盤存儲原理全光（相變）型全光（相變）型光盤存儲原理光盤存儲原理n 相變光盤存儲技術(shù)：相變光盤存儲技術(shù)：20多年發(fā)展，具有比多年發(fā)展，具有比MO存儲密度高、存儲密度高、記

44、錄成本低、介質(zhì)壽命長、驅(qū)動器結(jié)構(gòu)簡單、讀出信號信記錄成本低、介質(zhì)壽命長、驅(qū)動器結(jié)構(gòu)簡單、讀出信號信噪比高和不受外界磁場環(huán)境影響等突出優(yōu)點(diǎn)；噪比高和不受外界磁場環(huán)境影響等突出優(yōu)點(diǎn)；n 相變光盤存儲器能向下兼容相變光盤存儲器能向下兼容CD-ROM和和CD-R，已成為光，已成為光存儲技術(shù)中的主流技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。存儲技術(shù)中的主流技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。 光盤存儲介質(zhì)光盤存儲介質(zhì)一次性寫入光盤一次性寫入光盤是利用激光光斑在是利用激光光斑在存儲介質(zhì)中形成存儲介質(zhì)中形成不不可逆可逆變化的微區(qū)，變化的微區(qū)，這些微區(qū)就記錄下這些微區(qū)就記錄下信息。信息?？刹林貙懝獗P可擦重寫光盤是利用記錄介質(zhì)在兩是利用

45、記錄介質(zhì)在兩個穩(wěn)定態(tài)之間個穩(wěn)定態(tài)之間可逆可逆變變化（如化（如III相變狀相變狀態(tài)），從而實(shí)現(xiàn)可反態(tài)），從而實(shí)現(xiàn)可反復(fù)擦寫。復(fù)擦寫。一次性寫入一次性寫入光盤存儲介質(zhì)材料光盤存儲介質(zhì)材料通常用的光盤：以聚甲苯丙烯通常用的光盤：以聚甲苯丙烯酸甲酯（酸甲酯（PMMA）為襯底為襯底（厚度（厚度1.2mm），），上面濺射一上面濺射一層層介質(zhì)薄層介質(zhì)薄層，用激光聚焦在，用激光聚焦在12 m范圍內(nèi)燒蝕出坑孔而記范圍內(nèi)燒蝕出坑孔而記下信息。下信息。一次性寫入一次性寫入光盤存儲介質(zhì)光盤存儲介質(zhì)燒蝕型燒蝕型（利用孔與無孔反射率差異）（利用孔與無孔反射率差異）p利用激光熱效應(yīng)在存儲介質(zhì)上燒蝕出信息坑孔。利用激光熱效應(yīng)

46、在存儲介質(zhì)上燒蝕出信息坑孔。p存儲介質(zhì)由聚合物存儲介質(zhì)由聚合物高熔點(diǎn)金屬膜層高熔點(diǎn)金屬膜層組成。激光照射使聚合物分解排出氣組成。激光照射使聚合物分解排出氣體起泡，致使上層的金屬膜隆起。這體起泡，致使上層的金屬膜隆起。這樣，由信息泡與周圍介質(zhì)膜的反射率樣，由信息泡與周圍介質(zhì)膜的反射率形成的差異而達(dá)到信息的讀出。形成的差異而達(dá)到信息的讀出。p通常用的通常用的CD-R記錄介質(zhì)為花箐或酞記錄介質(zhì)為花箐或酞箐。箐。一次性寫入一次性寫入光盤存儲介質(zhì)光盤存儲介質(zhì)起泡型起泡型（利用泡與無泡反射率差異）（利用泡與無泡反射率差異）l 存儲介質(zhì)：存儲介質(zhì)：用離子刻蝕的硅薄用離子刻蝕的硅薄膜，表面呈絨面結(jié)構(gòu)，反射很膜

47、，表面呈絨面結(jié)構(gòu)，反射很弱。弱。l 當(dāng)激光光斑照射在絨面上時熔當(dāng)激光光斑照射在絨面上時熔成鏡面，形成反差，而達(dá)到信成鏡面，形成反差，而達(dá)到信息的存儲和讀出。息的存儲和讀出。一次性寫入一次性寫入光盤存儲介質(zhì)光盤存儲介質(zhì)熔線型熔線型（利用絨面與鏡面的反射率差異）（利用絨面與鏡面的反射率差異）一次性寫入一次性寫入光盤存儲介質(zhì)光盤存儲介質(zhì)合金化型合金化型（利用合金與非合金反射率差異）（利用合金與非合金反射率差異）l 記錄介質(zhì)：記錄介質(zhì)：Pt-Si，Rh-Si或或Au-Si制成雙層結(jié)構(gòu)制成雙層結(jié)構(gòu)l 激光加熱的微區(qū)將二薄層熔成合激光加熱的微區(qū)將二薄層熔成合金，形成反差記錄。金，形成反差記錄。n存儲介質(zhì)：

48、存儲介質(zhì)：硫?qū)倩衔锘蚪饘倭驅(qū)倩衔锘蚪饘俸辖鹬瞥杀∧ず辖鹬瞥杀∧利用激光熱效應(yīng)和光效應(yīng)使照利用激光熱效應(yīng)和光效應(yīng)使照射的微區(qū)發(fā)生相變，形成反差。射的微區(qū)發(fā)生相變，形成反差。一次性寫入一次性寫入光盤存儲介質(zhì)光盤存儲介質(zhì)相變型相變型（利用相變前后反射率差異）（利用相變前后反射率差異）pGeTe-Sb2Te4合金：合金：用用8mw、50ns的激光可使的激光可使100nm厚的厚的GeSb2Te5薄膜結(jié)晶，可以重復(fù)讀寫薄膜結(jié)晶，可以重復(fù)讀寫105次次。1997年初，這年初，這種可擦除的相變光盤產(chǎn)品已推出，如種可擦除的相變光盤產(chǎn)品已推出，如Canon公司和菲利公司和菲利浦公司浦公司。pTbFeCo合金

49、：合金：靠光熱效應(yīng)使記錄下的磁疇方向產(chǎn)生可逆靠光熱效應(yīng)使記錄下的磁疇方向產(chǎn)生可逆變化，不同方向的磁疇使探測光的偏振面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)（即變化，不同方向的磁疇使探測光的偏振面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)（即克爾角），并以此作為讀出信號?？藸柦牵⒁源俗鳛樽x出信號?？刹林貙懭肟刹林貙懭牍獗P存儲介質(zhì)光盤存儲介質(zhì)目前光盤存儲目前光盤存儲技術(shù)中，載有技術(shù)中，載有信息的調(diào)制激信息的調(diào)制激光束通過物鏡光束通過物鏡聚焦于光盤存聚焦于光盤存儲介質(zhì)層上記儲介質(zhì)層上記錄，屬于錄，屬于遠(yuǎn)場遠(yuǎn)場光記錄光記錄。存儲密度正比于：存儲密度正比于：2NA記錄點(diǎn)的尺寸決定于記錄點(diǎn)的尺寸決定于聚焦點(diǎn)的衍射極限：聚焦點(diǎn)的衍射極限：NAd2提高光盤存儲密度的措

50、施提高光盤存儲密度的措施p激光的短波化、大數(shù)值孔徑。激光的短波化、大數(shù)值孔徑。p采用錐形光纖光學(xué)實(shí)現(xiàn)近場記錄。采用錐形光纖光學(xué)實(shí)現(xiàn)近場記錄。p模擬量數(shù)字化、數(shù)字量高壓縮比化。模擬量數(shù)字化、數(shù)字量高壓縮比化。光盤存儲密度和數(shù)據(jù)傳輸速率的發(fā)展趨勢光盤存儲密度和數(shù)據(jù)傳輸速率的發(fā)展趨勢提高光盤存儲密度的措施提高光盤存儲密度的措施p 縮短記錄激光波長能縮小記錄點(diǎn)。縮短記錄激光波長能縮小記錄點(diǎn)。p 根據(jù)不同的半導(dǎo)體激光波長，將光盤存儲技術(shù)根據(jù)不同的半導(dǎo)體激光波長，將光盤存儲技術(shù)的發(fā)展分為三代。的發(fā)展分為三代。提高光盤存儲密度的措施提高光盤存儲密度的措施高密（紅光）高密（紅光）DVD技術(shù)技術(shù)DVD：Digi

51、tal Video Disk，數(shù)字音像盤數(shù)字音像盤p采用模擬量（音頻信號、視頻信號）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并采用采用模擬量（音頻信號、視頻信號）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并采用MPEG（實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高倍壓縮及解壓的軟件與接口卡）實(shí)現(xiàn)數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高倍壓縮及解壓的軟件與接口卡）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高倍壓縮。據(jù)高倍壓縮。p采用短波激光。如從采用短波激光。如從780nm 635nm、650nm。p提高數(shù)值孔徑。如提高數(shù)值孔徑。如0.45 0.6。DVD：Digital Video Disk，數(shù)字音像盤數(shù)字音像盤p4 4種物理結(jié)構(gòu)：種物理結(jié)構(gòu)：單面單層、單面雙層、雙面單層和雙面單面單層、單面雙層、雙面單層和雙面雙層，分別被命名為雙層，分別被

52、命名為DVD-5（容量為（容量為4.7GB）、）、DVD-9（容量為（容量為8.5GB）、）、DVD-10（容量為（容量為9.4GB）和）和DVD-18（容量為（容量為17GB）。）。 p3 3種規(guī)格：種規(guī)格：先鋒領(lǐng)銜的先鋒領(lǐng)銜的DVD-RW陣營、飛利浦領(lǐng)銜的陣營、飛利浦領(lǐng)銜的DVD+RW聯(lián)盟和松下領(lǐng)銜的聯(lián)盟和松下領(lǐng)銜的DVD-RAM陣營。陣營。 高密（紅光）高密（紅光）DVD技術(shù)技術(shù)p利用錐形光纖光學(xué)頭及近場掃描隧道顯微利用錐形光纖光學(xué)頭及近場掃描隧道顯微技術(shù)在記錄介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)幾十技術(shù)在記錄介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)幾十nm量級的信量級的信息位。息位。p采用波長更短的激光。如采用波長更短的激光。如405nm。

53、超超高密（藍(lán)光）高密（藍(lán)光）DVD技術(shù)技術(shù)DVD：Digital Video Disk，數(shù)字音像盤數(shù)字音像盤錐形光纖光學(xué)頭錐形光纖光學(xué)頭當(dāng) 探 針 與 薄 膜 距 離 為當(dāng) 探 針 與 薄 膜 距 離 為10nm時，可以在記錄介時，可以在記錄介質(zhì)中錄入直徑為幾十質(zhì)中錄入直徑為幾十nm的二進(jìn)制位。的二進(jìn)制位。DVD：Digital Video Disk，數(shù)字音像盤數(shù)字音像盤超超高密（藍(lán)光）高密（藍(lán)光）DVD技術(shù)技術(shù)中國光盤產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀中國光盤產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀p 生產(chǎn)大國生產(chǎn)大國 世界上最大的光盤機(jī)生產(chǎn)和出口基地：占全球市場世界上最大的光盤機(jī)生產(chǎn)和出口基地：占全球市場80以上。以上。 盤片生產(chǎn)線約盤片生產(chǎn)線約

54、1200條，生產(chǎn)能力達(dá)條，生產(chǎn)能力達(dá)80億片，占全球市場億片，占全球市場20以上。以上。p 技術(shù)弱國技術(shù)弱國 關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備、元器件和原材料、高端控制芯片基本上依靠進(jìn)口。關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備、元器件和原材料、高端控制芯片基本上依靠進(jìn)口?；一?OPU) 土土(DISC) 缺缺(CHIP)中國光盤產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀中國光盤產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀p 關(guān)鍵技術(shù)，專利：關(guān)鍵技術(shù)，專利：歐美日大公司歐美日大公司PLHILIPS, SONY, etc.p 生產(chǎn)設(shè)備，關(guān)鍵原材料：生產(chǎn)設(shè)備，關(guān)鍵原材料：歐美日制造商歐美日制造商SINGULUS, STEAG, M2, CIBA, UNAXIS, etc.p 關(guān)鍵測試設(shè)備：關(guān)鍵測試設(shè)備：歐美日

55、公司歐美日公司 PULSETECH, AUDIO DEVELOPMENT, Dr. SCHENK, etc.p 光盤機(jī)，盤片生產(chǎn)：光盤機(jī)，盤片生產(chǎn)：中國大陸，臺灣，南亞中國大陸，臺灣，南亞 （高額專利費(fèi)）（高額專利費(fèi)）2021-11-374信息顯示技術(shù)及材料信息顯示技術(shù)及材料n當(dāng)今世界是信息大爆炸的年代，據(jù)測算，上世紀(jì)末信息的當(dāng)今世界是信息大爆炸的年代，據(jù)測算，上世紀(jì)末信息的年均增長率為年均增長率為2020，到，到20202020年將達(dá)到每兩個半月翻一番的年將達(dá)到每兩個半月翻一番的驚人速度。驚人速度。n在人們經(jīng)各種感覺器官從外界獲得信息中，在人們經(jīng)各種感覺器官從外界獲得信息中，視覺占視覺占60

56、60，聽覺占聽覺占2020，觸覺占，觸覺占1515，味覺占，味覺占3 3，嗅覺占，嗅覺占2 2。n進(jìn)入進(jìn)入21世紀(jì)以來，顯示技術(shù)作為人機(jī)聯(lián)系和信息展示的窗世紀(jì)以來，顯示技術(shù)作為人機(jī)聯(lián)系和信息展示的窗口已應(yīng)用于娛樂、工業(yè)、軍事、交通、教育、航空航天、口已應(yīng)用于娛樂、工業(yè)、軍事、交通、教育、航空航天、衛(wèi)星遙感和醫(yī)療等各方面。衛(wèi)星遙感和醫(yī)療等各方面。在我國，顯示技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)在我國，顯示技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品占信息產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的的產(chǎn)品占信息產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的45左右。左右?？梢?，顯示產(chǎn)業(yè)已可見，顯示產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為電子信息工業(yè)的一大支柱產(chǎn)業(yè)。經(jīng)成為電子信息工業(yè)的一大支柱產(chǎn)業(yè)。2021-11-375光電顯示分類光電

57、顯示分類2021-11-376傳統(tǒng)顯示技術(shù)傳統(tǒng)顯示技術(shù)陰極射線管（陰極射線管（CRT）顯示：陰極射線加速后轟擊熒光屏上的熒）顯示：陰極射線加速后轟擊熒光屏上的熒光材料光材料Y2O2S：Eu（紅色（紅色 ）、）、ZnS：Ag（藍(lán)色）和（藍(lán)色）和ZnS：(Cu，Al）（綠色），發(fā)出各種彩色的光。）（綠色），發(fā)出各種彩色的光。1953年，日本黑白電視廣播開始年，日本黑白電視廣播開始1958年，中國黑白電視廣播開始年，中國黑白電視廣播開始1960年，日本彩色電視廣播開始年，日本彩色電視廣播開始1973年，中國彩色電視廣播開始年，中國彩色電視廣播開始1996年，日本推出純平年，日本推出純平CRT彩電彩電

58、1999年，中國推出純平年，中國推出純平CRT彩電彩電1897年，布勞恩管發(fā)明，即陰極射線管年，布勞恩管發(fā)明，即陰極射線管?？栙M(fèi)迪南德布勞恩（1850年6月6日1918年4月20日），德國物理學(xué)家，諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，陰極射線管發(fā)明者2021-11-377平板顯示技術(shù)平板顯示技術(shù)等離子體顯示（等離子體顯示（PDP）：）：利用等離子產(chǎn)生的紫外線激發(fā)涂有利用等離子產(chǎn)生的紫外線激發(fā)涂有熒光粉的電極而發(fā)出不同的由三基色混合的可見光。熒光粉的電極而發(fā)出不同的由三基色混合的可見光。液晶顯示（液晶顯示（LCD）：）：利用外加電壓或者電流，可以改變液晶利用外加電壓或者電流，可以改變液晶分子取向，從而改變液

59、晶分子的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)分子取向，從而改變液晶分子的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)顯示的目的。顯示的目的。發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED）顯示：）顯示：利用載流子在利用載流子在PN結(jié)附近的復(fù)合結(jié)附近的復(fù)合作用而發(fā)光。作用而發(fā)光。有機(jī)電致發(fā)光顯示（有機(jī)電致發(fā)光顯示（OLED）：）：2021-11-378平板顯示是顯示產(chǎn)業(yè)升級換代所向平板顯示是顯示產(chǎn)業(yè)升級換代所向三星40英寸液晶TV 2.2”O(jiān)LED屏的手機(jī)CRTLCD/PDPOLED70年至90年代90年至今06年以后2021-11-379研究熱點(diǎn)：柔性研究熱點(diǎn)：柔性O(shè)LEDOLED顯示顯示美國通用顯示器公司（美國通用顯示器公司（Univer

60、sal Display）受美國陸軍委托研制可佩戴的）受美國陸軍委托研制可佩戴的柔性柔性O(shè)LED顯示器顯示器美國亞利桑那州立大學(xué)柔性顯示器研究中心，研美國亞利桑那州立大學(xué)柔性顯示器研究中心，研制出一款顯示器雛形，據(jù)說，它生產(chǎn)容易，環(huán)境制出一款顯示器雛形，據(jù)說，它生產(chǎn)容易，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，幾乎完全用塑料材質(zhì)，適應(yīng)性強(qiáng)，幾乎完全用塑料材質(zhì)， 能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的電腦顯示器傳統(tǒng)的電腦顯示器2021-11-380p 有機(jī)電致發(fā)光器件有機(jī)電致發(fā)光器件(OLED)是一種新型的平板顯示器件，其特是一種新型的平板顯示器件，其特點(diǎn)是自發(fā)光，無需背光，功耗低點(diǎn)是自發(fā)光，無需背光，功耗低, 高對比度，高亮度，