光電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

1、光電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用摘要全世界光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模己達(dá) 1萬(wàn)億美元。 國(guó)外光電子產(chǎn)業(yè)主要在美國(guó)、 西歐和日 本。近十年來(lái)， 中國(guó)的光電子技術(shù)產(chǎn)品市場(chǎng)的年增長(zhǎng)率， 始終保持在兩位數(shù)的高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。 隨著信息光電子技術(shù)、激光加工技術(shù)、激光醫(yī)療與光子生物學(xué)、激光全息、光電傳感、顯示 技術(shù)等光電技術(shù)的快速發(fā)展以及光電科技與數(shù)字技術(shù)、 多媒體技術(shù)、 機(jī)電技術(shù)等領(lǐng)域的結(jié)合 與滲透，我國(guó)已經(jīng)形成以下市場(chǎng)可觀、發(fā)展?jié)摿薮蟮墓怆娮赢a(chǎn)業(yè)。引言光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè) 是由光子技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合而成的新技術(shù)， 是我國(guó)的先導(dǎo)產(chǎn) 業(yè) , 對(duì)我國(guó)國(guó)防工業(yè)、 太陽(yáng)能能源產(chǎn)業(yè)、 汽車產(chǎn)業(yè)和信息技術(shù)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重 要戰(zhàn)略影響。

2、光電技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)目前，人們都傾向認(rèn)為光電子技術(shù)的發(fā)展歷史應(yīng)從 1960 年激光器的誕生算起。 盡管其歷史可追溯到 19 世紀(jì) 70 年代，但那時(shí)期到 1960 年，光學(xué)和電子學(xué)仍然 是兩門獨(dú)立的學(xué)科，因而只能算作光電子學(xué)與光電子技術(shù)的孕育期。最早出現(xiàn)的光電子器件是光電探測(cè)器，而光電探測(cè)器的基礎(chǔ)是光電效應(yīng) 的發(fā)現(xiàn)和研究。 1888年，德國(guó) H.R. 赫茲觀察到紫外線照射到金屬上時(shí)，能使金 屬發(fā)射帶電粒子，當(dāng)時(shí)無(wú)法解釋。1890年，P.勒納通過(guò)對(duì)帶電粒子的電荷質(zhì)量 比的測(cè)定，證明它們是電子，由此弄清了光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)。 1900年，德國(guó)物理 學(xué)家普朗克在黑體輻射研究中引入能量量子， 提出了著名的描

3、述黑體輻射現(xiàn)象的 普朗克公式，為量子論堅(jiān)定了基礎(chǔ)。 1929年， L.R. 科勒制成銀氧銫光電陰極， 出現(xiàn)了光電管。 1939年，前蘇聯(lián) V.K. 茲沃雷金制成實(shí)用的光電倍增管。 20世紀(jì) 30年代末，硫化鉛（PbS紅外探測(cè)器問(wèn)世，它可探測(cè)到3卩啡畐射。40年代出現(xiàn) 用半導(dǎo)體材料制成的溫差電型紅外探測(cè)器和測(cè)輻射熱計(jì)。 50年代中期，可見(jiàn)光 波段的硫化鎘（CdS、硒化鎘（CdSe、光敏電阻和短波紅外硫化鉛光電探測(cè) 器投入使用。 50 年代末，美國(guó)軍隊(duì)將探測(cè)器用于代號(hào)為“響尾蛇”的空空導(dǎo)彈， 取得明顯作戰(zhàn)效果。 1958年，英國(guó)勞森等發(fā)明碲鎘汞（ HgCdTe 紅外探測(cè)器。 在軍事需求牽引和半導(dǎo)體

4、工藝等技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，紅外探測(cè)器自 60年代以來(lái) 迅速發(fā)展1. 世界光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 光纖通信技術(shù)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)初人們的預(yù)料 , 光纖已經(jīng)成為通信網(wǎng)的重 要傳輸媒介 , 現(xiàn)在世界上大約有 60% 的通信業(yè)務(wù)經(jīng)光纖傳輸 ,到20 世紀(jì)末將達(dá)到 85%,但從目前光纖通信的整體水平來(lái)看 ,仍處于初級(jí)階段 , 光纖通信的巨大潛力 還沒(méi)有完全開(kāi)發(fā)出來(lái)。目前 , 各種新技術(shù)層出不窮 ,密集波分復(fù)用技術(shù) （ D WD M, 在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào) ,以提高單根光纖的傳輸能力 ）、摻鉺 光纖放大器技術(shù) （ E D F A , 可將光信號(hào)直接放大 ,具有輸出功率高、噪聲小 ,增 益

5、帶寬等優(yōu)點(diǎn) ） 已取得突破性進(jìn)展并得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在D WD M系統(tǒng)和光傳輸設(shè)備中,光電技術(shù)的比例將從過(guò)去比重不到10%達(dá) 到90%。一種全新的、無(wú)需進(jìn)行任何光 電變換的光波通信 - “全光通信” , 由于 波分復(fù)用技術(shù)和摻鉺光纖放大器技術(shù)的進(jìn)展 ,也日趨成熟 ,將在橫跨太平洋和大 西洋的通信系統(tǒng)上首次使用 , 給全球的通信業(yè)帶來(lái)蓬勃生機(jī)。為此提供支撐的就 是半導(dǎo)體光電子器件和部件。 光電子器件和技術(shù)已形成一個(gè)快速增長(zhǎng)的、 巨大的光電子產(chǎn)業(yè) , 對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著越來(lái)越大的作用。波分復(fù)用技術(shù)的普遍運(yùn)用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快增長(zhǎng)的市場(chǎng)。無(wú)限戰(zhàn)略公司的報(bào)告指出：“信號(hào)傳輸用1.31

6、卩m和1.55卩m激光器市 場(chǎng)1999年達(dá)到13億美元,比去年增23%;1.48卩m信號(hào)放大用激 光器1999年 市場(chǎng)份額達(dá)到1.6億美元，比去年增33%;98Onm信號(hào)放大用激光器銷售額達(dá)2.9 億美元, 比去年增 121%。2 我國(guó)的光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 我國(guó)的光學(xué)與光電子材料研究已進(jìn)入應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展階段。 其中：在半導(dǎo)體光電子材料方面：在我國(guó)，用于集成電路（IC）和太陽(yáng)能電池單晶硅（Si）年產(chǎn)量約為400噸。用于光電子器件的 GaAs單晶、用于LED和LD的InP單晶和用于紅、綠色 LED勺GaP 芯片材料已實(shí)用化。 用于藍(lán)光LD和藍(lán)、綠光LED和 GaN SiC等寬禁帶半導(dǎo)體材料

7、正在研發(fā)中。 在激光晶體材料方面：華北光電技術(shù)研究所研制的Nd:YAG晶坯性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。華博技術(shù)有限公司的 YAG激光棒年批量生產(chǎn)能力為 3000根。中國(guó)已成為磯酸釔（YVO4晶體 的生產(chǎn)出口大國(guó)。中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所研制成大尺寸 YVO單晶，并加工成偏振晶 體器件。北京爍光特晶體科技有限公司已建成年產(chǎn) 200公斤YVO4單晶生產(chǎn)線。上海光機(jī)所研 制的摻鈦藍(lán)寶石激光晶體也已經(jīng)出口美國(guó)、日本、俄羅斯等國(guó)家。我國(guó)研制的Nd:YAG和Nd:YV 04激光晶體，其主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，出口產(chǎn)品數(shù)量約占國(guó)際市場(chǎng)1/ 3。在非線性光學(xué)晶體方面：我國(guó)研制的偏硼酸鋇（BBO、三硼酸

8、鋰（LBO等優(yōu)質(zhì)的非線性光學(xué)材料，系國(guó)際首創(chuàng)，用于激光光源在可見(jiàn)光區(qū)的頻率轉(zhuǎn)換。用于激光倍頻、光參量振蕩、 電光調(diào)C和聲光、電光器件的鈮酸鋰（LN）單晶中國(guó)的年生產(chǎn)能力約為 10噸。光電子材料發(fā)展的重點(diǎn)為： 高功率、可調(diào)諧、LD泵浦和新波長(zhǎng)激光晶體等； 超高亮度（LED）、 半導(dǎo)體激光器（LD）用GaAs ,Gap,GaN基外延材料等；STN TFT顯示器用液晶材料等；用于 密集波分復(fù)系統(tǒng)的G.655非零色散位移光纖及大尺寸光纖預(yù)制棒等。光電子技術(shù)的應(yīng)用一、辦公現(xiàn)代化設(shè)備的應(yīng)用 辦公現(xiàn)代化設(shè)備主要是隨計(jì)算機(jī)迅速普及而發(fā)展起來(lái)的高技術(shù)產(chǎn)業(yè) , 各國(guó)廠商正在競(jìng)爭(zhēng)中不斷開(kāi)發(fā)新一代產(chǎn)品。美日的蘋(píng)果、兄

9、弟、惠普、佳能、富士通、 數(shù)據(jù)產(chǎn)品、國(guó)際商用機(jī)器等 30余家廠商的主攻產(chǎn)是激光打印機(jī) , 推出了幾十種 高中低檔產(chǎn)品。 激光打印機(jī)兼負(fù)現(xiàn)代文書(shū)和管理文件打印、 輕印刷系統(tǒng)和臺(tái)式出 版系統(tǒng)的排版任務(wù) , 配合計(jì)算機(jī)的一部分功能 , 是各國(guó)眾多公司競(jìng)相發(fā)展的熱 門產(chǎn)品之一。隨著微機(jī)日益普及 , 我國(guó)對(duì)作為重要外圍設(shè)備之一的激光打印機(jī)需 求量正迅速增長(zhǎng)。 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的激光打印機(jī)均為進(jìn)口或國(guó)內(nèi)組裝產(chǎn)品 , 尚無(wú)國(guó) 產(chǎn)。【 2】二、材料加工的發(fā)展在工業(yè)先進(jìn)國(guó)家 , 激光加工的地位很高 , 衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)效率及其在 發(fā)達(dá)國(guó)家中的位置 , 很大程度上取決于其工業(yè)用激光器的制造及其引入生產(chǎn)的 進(jìn)度。美

10、、日西歐等各國(guó)激光加工產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)形成 , 建成激光加工業(yè)體系 , 每年 以百分之幾的速度增長(zhǎng)。 美國(guó)“ 戰(zhàn)略防御倡議” 計(jì)劃、西歐“ 尤里卡” 計(jì)劃, 都把激光加工列為發(fā)展項(xiàng)目之一。 我國(guó)“ 七五” 攻關(guān)計(jì)劃中 , 已完成西安內(nèi)燃 機(jī)配件廠的拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)缸套激光熱處理、長(zhǎng)春一汽汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體激光熱處 理、大連機(jī)車車輛廠彈性軟軸節(jié)主簧片激光熱處理、 重慶紡織廠錠尖激光熱處理 等四條中試線的現(xiàn)場(chǎng)鑒定與驗(yàn)收。 以上中試線采用激光淬火 , 提高了某些機(jī)械零 件耐磨性能 , 延長(zhǎng)使用壽命 , 經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。激光焊接、打孔、切割、微加 工等多方面工業(yè)應(yīng)用 , 效益同樣非?？捎^。 這些方面在國(guó)外加工中占

11、據(jù)主要地位 由于國(guó)內(nèi)材料加工業(yè)的技術(shù)改造資金來(lái)源受體制影響有極大困難 , 因而沒(méi)有形 成有影響的產(chǎn)業(yè) , 只有通過(guò)體制改革發(fā)展我國(guó)的激光材料加工業(yè)。三、激光器件及應(yīng)用（光學(xué)、物理光學(xué)、非線性光學(xué)、激光原理和技術(shù)、光信 息處理等） 包括激光器件（光纖，半導(dǎo)體、固體、氣體、準(zhǔn)分子及其它） ，激光加工，激光 全息，激光醫(yī)療儀器， 激光測(cè)距，激光雷達(dá)， 激光跟蹤，激光制導(dǎo)，光學(xué)陀螺儀， 交通控制系統(tǒng)，光導(dǎo)航設(shè)備與系統(tǒng)，目標(biāo)指示器，干擾發(fā)射機(jī)和通信設(shè)備等。目 前我國(guó)從事激光技術(shù)研究、激光應(yīng)用產(chǎn)品研制生產(chǎn)的單位約有400余家（不含激光音像設(shè)備生產(chǎn)單位） ，全國(guó)激光產(chǎn)品市場(chǎng)年銷售額約為 32.4億元人民幣（

12、此數(shù) 據(jù)不包括激光音像設(shè)備、 激光通信工程、 激光條碼檢測(cè)及激光二次效益如激光醫(yī) 療收入等）。四、通信、存儲(chǔ)領(lǐng)域中的應(yīng)用光電子技術(shù)在這類熱點(diǎn)應(yīng)用中潛力很大 , 如通信、存儲(chǔ)、條碼掃描、質(zhì)量檢驗(yàn)、 全息照相、激光刻蝕和繪畫(huà)、 娛樂(lè)設(shè)備等 , 都充當(dāng)了重要角色。 激光和光電子在 其它消費(fèi)類應(yīng)用中的份額 , 在世界市場(chǎng)上也呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。 如日本光纖電子 公司,1989 2.26 億美元, 銷售額為 23.73億美元, 這一優(yōu)異成績(jī)歸 、激光機(jī) , 激光器則是其關(guān)鍵元件。我國(guó)這一市場(chǎng)的 潛力巨大 , 開(kāi)發(fā)應(yīng)用方興未艾。 我國(guó)兩億多個(gè)家庭有一部分已步入小康 , 家電市 場(chǎng)的激光視盤、cd唱機(jī)ok機(jī)需

13、求量日益增加，激光和光電子技術(shù)正是大有作為 的黃金時(shí)期。五、礦井安全中的應(yīng)用1紅外型瓦斯傳感器傳統(tǒng)的瓦斯傳感器是采用黑白催化元件和熱導(dǎo)元件監(jiān)測(cè)礦井中的瓦斯?jié)舛取?黑 白元件只能監(jiān)測(cè) 4%以下的瓦斯?jié)舛?, 但監(jiān)測(cè)誤差較大 , 經(jīng)常出現(xiàn)零點(diǎn)漂移 , 每 隔一周必須調(diào)試一次。熱導(dǎo)元件的監(jiān)測(cè)誤差也較大 , 在低濃度條件下不能 使用。這兩種元件都難以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)瓦斯的異常變化和突出瓦斯的瞬時(shí)大幅度變化 對(duì)分析研究突出和瓦斯涌出的規(guī)律性不能提供可靠的科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)。 隨著光電 技術(shù), 尤其是光電子器件的發(fā)展 , 紅外型傳感器用于各種危險(xiǎn)場(chǎng)合氣體成分的 檢測(cè)已逐漸成為現(xiàn)實(shí)。 紅外線瓦斯傳感器工作穩(wěn)定 , 可滿

14、足不同地點(diǎn)、 不同精度 的要求, 并且易維護(hù) , 使用壽命長(zhǎng) , 適應(yīng)性強(qiáng)。GJG10H 型智能紅外甲烷傳感器 , 采用國(guó)際最新非色散紅外探測(cè)技術(shù) , 是煤 礦預(yù)防瓦斯突出和瓦斯爆炸的更新?lián)Q代產(chǎn)品。 可以實(shí)現(xiàn)井下瓦斯?jié)舛鹊膶?shí)時(shí)測(cè)量 就地顯示和超限聲光報(bào)警等功能 , 并且能夠連續(xù)自動(dòng)地將井下瓦斯?jié)舛绒D(zhuǎn)換成 標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸送給關(guān)聯(lián)設(shè)備。 在檢測(cè)原理上使用的是完全不同于傳統(tǒng)催化原理的 紅外線檢測(cè)技術(shù) , 克服了催化原理傳感器標(biāo)?！?3】2.光通信與光纖傳感器件 這里可包括光纖光纜，光電子材料，集成光電子器件，光電元、器件，光纖通信 器件（光纖無(wú)源器件，光纖有源器件） ，光纖傳感器件，光纖激光器，光端機(jī)

15、， 光纖通訊機(jī)及設(shè)備，光纖數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備；光纖陀螺儀；光纖控制的相控陣?yán)走_(dá)， 光纖地面和衛(wèi)星通信系統(tǒng)等等。我國(guó)現(xiàn)有光纖通信企業(yè) 320余家，其中光纖光纜 193家，光電器件 46家，光纜材料和配套件企業(yè) 22家，通信專用儀表 9家，光通信 傳輸設(shè)備 50家。產(chǎn)值240億元，銷售額 262億元。“十五”期間中國(guó)光通信產(chǎn)業(yè)發(fā) 展重點(diǎn)為光傳輸、光接入、光傳送網(wǎng)產(chǎn)品、光纖光纜和光電器件五個(gè)方面。結(jié)論: 二十世紀(jì)六十年代激光問(wèn)世以來(lái)，光電子技術(shù)的發(fā)展變得迅猛起來(lái)。 光電子技術(shù)是一門很有用的技術(shù)， 目前的發(fā)展空間還是很廣闊的。 尤其是在我們 中國(guó)，由于發(fā)展水平相對(duì)靠后， 更需要我們刻苦的學(xué)習(xí)與鉆研。 光電子廣泛的應(yīng) 用領(lǐng)域，已經(jīng)無(wú)形的影響著國(guó)家的發(fā)展。大到軍工領(lǐng)域，航天領(lǐng)域，國(guó)防領(lǐng)域， 安全工程領(lǐng)域， 醫(yī)療領(lǐng)域小到家用電器的信號(hào)傳遞以及燈光照明。 我們沒(méi)有理由 不去關(guān)注光電子技術(shù)， 不去了解光電子技術(shù)， 不去學(xué)習(xí)光電子技術(shù)。 只要貫徹有 “有所為 ,有所不為”的方針 , 狠抓創(chuàng)新和高技術(shù)成果轉(zhuǎn)化 ,打破行業(yè)界限 , 按市 場(chǎng)機(jī)制聯(lián)合國(guó)內(nèi)相關(guān)研究和開(kāi)發(fā)單位 , 共同作好光電子產(chǎn)業(yè)化的工作 , 就一定能 發(fā)展我國(guó)的光電子事業(yè) , 有望在研究上取得突破 , 在產(chǎn)業(yè)上形成規(guī)經(jīng)