材料與社會(huì)發(fā)展-第十講

2024/3/61材料與社會(huì)發(fā)展第十講材料與信息技術(shù)材料學(xué)院王林軍信息時(shí)代信息技術(shù)信息材料2024/3/622024/3/63信息時(shí)代農(nóng)業(yè)時(shí)代工業(yè)時(shí)代信息時(shí)代人類社會(huì)時(shí)代變遷：勞動(dòng)，土地密集機(jī)器、工廠為主不再以體能和機(jī)械能為主，而是以智能為主2024/3/64是人類的一切生存活動(dòng)和自然存在所傳達(dá)出來的信號(hào)和消息。它一般泛指我們所說的消息、情報(bào)、指令、數(shù)據(jù)及信號(hào)等周圍環(huán)境的知識(shí)。信息、物質(zhì)（材料）和能源構(gòu)成世界的三大要素信息:

可傳遞性和共享性信息必須依附于載體信息的可處理性信息的時(shí)效性信息的主要特征2024/3/65信息時(shí)代的特征信息量大爆炸信息傳遞非?？旖菪畔⑻幚硎盅杆倭炕瘶?biāo)志為3T光通信速率：>1Tbits/s計(jì)算機(jī)速度：>1Tbits/s光盤存儲(chǔ)密度：>1Tbits/in2光電子學(xué)光子學(xué)2024/3/66信息成為最為重要的戰(zhàn)略資源信息產(chǎn)業(yè)上升為最重要的產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)成為社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)非對(duì)稱性

微軟蘋果WTO全球化一體化地球村2024/3/671992年，前美國(guó)副總統(tǒng)阿爾·戈?duì)柼岢雒绹?guó)信息高速公路法案。1993年9月，美國(guó)政府宣布實(shí)施一項(xiàng)新的高科技計(jì)劃――“國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施”（NII），旨在以因特網(wǎng)為雛形，興建信息時(shí)代的高速公路――“信息高速公路”，使所有的美國(guó)人方便地共享海量的信息資源。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(shí)提供大量信息，由通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)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(jì)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。信息高速公?InformationHighway)2024/3/68信息技術(shù)是指信息的獲取、處理、傳輸、存儲(chǔ)和顯示的技術(shù)，即人們對(duì)信息的獲取、處理和應(yīng)用的能力。信息技術(shù):

信息技術(shù)信息獲取技術(shù)信息處理技術(shù)信息傳輸技術(shù)信息存儲(chǔ)技術(shù)信息顯示技術(shù)人類史上的五次信息技術(shù)革命2024/3/69語言的使用造紙術(shù)和印刷術(shù)的應(yīng)用文字的使用電報(bào)、電話、廣播、電視的發(fā)明與普及應(yīng)用計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用和計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代通信技術(shù)的結(jié)合口耳相傳便于信息傳輸和收集易于存儲(chǔ)克服時(shí)間局限存儲(chǔ)空間傳播范圍速度容量時(shí)空界限信息技術(shù)的應(yīng)用2024/3/610網(wǎng)上學(xué)校、現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育信息高速公路、“地球村”自動(dòng)取款機(jī)、可視電話、遠(yuǎn)程診療網(wǎng)上購(gòu)物、信息檢索、電子郵件2024/3/61120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)

信息的載體電子

光電子學(xué)技術(shù)

信息的載體電子和光子

光子學(xué)技術(shù)

信息的載體光子

2024/3/612信息材料概述能源、信息和材料是現(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)。存儲(chǔ)器材料的變遷大致可分為四個(gè)階段：由1955年的存儲(chǔ)器為水銀延遲線

1963年的存儲(chǔ)器為具有方形磁滯特性的鐵氧體磁心

1970年涂敷的氧化鐵粉（磁盤）

近10年光存儲(chǔ)技術(shù)（可擦寫光盤的介質(zhì)材料有磁光型和相變型兩類）光通信系統(tǒng)材料:低損耗光纖（光導(dǎo)纖維：高純石英摻雜P、Ge等元素→氟化物玻璃光導(dǎo)纖維）、化合物半導(dǎo)體激光器、大屏幕顯示等相關(guān)材料的研制是其發(fā)展的基礎(chǔ)和核心。電子工業(yè)數(shù)千億的全球市場(chǎng)，90%的市場(chǎng)份額是硬件及其相關(guān)材料。

2024/3/613新能源技術(shù)：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，很大程度上取決于新材料研制和開發(fā)。

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1KW/m2,且轉(zhuǎn)換率只10-20%。要提高發(fā)電效率,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。單晶硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率高，但材料價(jià)格較貴。多晶硅光電池效率只達(dá)13％，半導(dǎo)體GaAs的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)20％～28％。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。IBM公司研制的多層復(fù)合太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)40％）2024/3/6142024/3/615人們?cè)缇椭懒藝姎夂娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)比螺旋槳航空發(fā)動(dòng)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?，使這種理想只能是空中樓閣。直到1942年制成了鎳基耐熱合金這種新材料，才使噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的制造得以實(shí)現(xiàn)。同樣，如果沒有1970年制成的使光強(qiáng)度衰減降低到可以實(shí)用的光導(dǎo)纖維，也不會(huì)有現(xiàn)代的光通信；如果不能制成高純度大直徑的硅單晶，就不會(huì)有高度發(fā)展的集成電路，也不會(huì)有今天如此先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和一切電子設(shè)備（如iphone手機(jī)）。2024/3/616生態(tài)環(huán)境不斷惡化資源加速枯竭世界人口迅速增長(zhǎng)材料是現(xiàn)代文明的重要支柱科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展人類生活水平進(jìn)一步提高對(duì)材料科學(xué)領(lǐng)域提出了更高的要求結(jié)構(gòu)材料功能材料2024/3/617利用其力學(xué)性質(zhì)，要求在使用條件下能承受一定的載荷。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光學(xué)功能材料電學(xué)功能材料磁學(xué)功能材料聲學(xué)功能材料熱學(xué)功能材料生物醫(yī)學(xué)功能材料2024/3/6182024/3/619信息材料指用于信息的獲取、存儲(chǔ)、處理、傳輸和顯示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)。信息材料領(lǐng)域的每一次創(chuàng)新都會(huì)推動(dòng)信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。信息材料信息獲取材料信息處理材料信息傳輸材料信息存儲(chǔ)材料信息顯示材料2024/3/620信息處理技術(shù)及材料信息處理工具古代：中國(guó)——簡(jiǎn)單的計(jì)算工具：算籌——算盤西方：計(jì)算尺是主要的計(jì)算工具，機(jī)械式計(jì)算機(jī)——穿孔卡片計(jì)算機(jī)——繼電器計(jì)算機(jī)——1946年電子計(jì)算機(jī)的誕生。2024/3/621信息處理材料主要指用于對(duì)電信號(hào)或光信號(hào)進(jìn)行檢波、倍頻、混頻、限幅、開關(guān)、放大等信號(hào)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。微電子信息處理即對(duì)電子電路中的信息電流、電壓等信號(hào)進(jìn)行接收、發(fā)射、轉(zhuǎn)換、放大、調(diào)制、解調(diào)、運(yùn)算、分析等處理，以獲取有用的信息。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(cè)等，而光電子信息處理材料則是基于光信號(hào)的發(fā)射、傳輸、調(diào)制、轉(zhuǎn)換和探測(cè)的一類材料。信息處理材料2024/3/622世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)埃尼阿克（ENIAC）。

1946年誕生于美國(guó)的賓夕法尼亞大學(xué)。重達(dá)30噸，占地170多平方米，全機(jī)用了18000多個(gè)電子管，5000多個(gè)繼電器，10000多只電容器，7000多個(gè)電阻，功率150千瓦，運(yùn)算速度每秒鐘5000次。它的耗電量超過174千瓦小時(shí)，據(jù)說在使用時(shí)全鎮(zhèn)的電燈都會(huì)變暗；而且它的電子管平均每隔15分鐘就要燒壞一只。目前，以大規(guī)模集成電路（硅材料）為基礎(chǔ)，以中央處理器（CPU）為核心的電子計(jì)算機(jī)技術(shù)是主要的信息處理技術(shù)。2024/3/623集成電路（integratedcircuit，簡(jiǎn)稱IC）是將電路中的有源元件（二極管、晶體管等）、無源元件（電阻、電容等）以及他們之間的互聯(lián)引線等一起制作在半導(dǎo)體襯底上，形成一塊獨(dú)立的不可分的整體電路，集成電路的各個(gè)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。1952年，英國(guó)皇家雷達(dá)研究所的G.W.Dummer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)備可以在一個(gè)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。1958年美國(guó)德克薩斯儀器公司J.S.Kilby和1959年仙童半導(dǎo)體公司的R.Noyce分別發(fā)明了世界上第一塊鍺集成電路和硅集成電路，開創(chuàng)了集成電路時(shí)代。集成電路2024/3/6241958年第一塊集成電路：TI公司的Kilby，12個(gè)器件，Ge晶片獲得2000年Nobel物理獎(jiǎng)集成電路的發(fā)明年份事件1947點(diǎn)接觸型晶體管誕生，微電子技術(shù)發(fā)展的第一個(gè)里程碑1950結(jié)型晶體管誕生1951場(chǎng)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1960光刻技術(shù)發(fā)明1962MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管誕生1964摩爾定律提出，預(yù)測(cè)晶體管集成度每十八個(gè)月增加一番1971Intel推出1kB動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM），標(biāo)志大規(guī)模集成電路（LSI）出現(xiàn)197816kB的DRAM誕生，標(biāo)志進(jìn)入超大規(guī)模集成電路（VLSD）階段1979Intel推出5MHz的8088微處理器，之后推出全球第一臺(tái)個(gè)人電腦198520MHz的80386微處理器誕生198816M的DRAM誕生，標(biāo)志進(jìn)入甚大規(guī)模集成電路（ULSI）階段198925MHz483微處理器誕生，采用1μm工藝，后來采用0.8μm工藝199366MHz的Pentium處理器推出，采用0.6μm工藝1997300MHz的PentiumⅡ處理器推出，采用0.25μm工藝1999450MHz的PentiumⅢ處理器推出，采用0.25μm工藝，后采用0.18μm工藝20001.5GHz的PentiumⅣ處理器推出，采用0.18μm工藝2001Intel宣布采用0.13μm工藝2024/3/6252024/3/626半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器容量和硅單晶的發(fā)展2024/3/627摩爾定律是由英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（GordonMoore）于1965年提出來的。其內(nèi)容為：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)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18個(gè)月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。GordonMoore2024/3/628信息傳輸技術(shù)及材料

移動(dòng)電話衛(wèi)星通信無線通信

光纖通信

低損耗的熔石英光纖長(zhǎng)壽命的半導(dǎo)體激光器摻鉺光纖放大器纖芯包層保護(hù)套2024/3/629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（1010Hz）和毫米波（1011Hz）高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。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，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)域里得到了應(yīng)用。光電子學(xué)的發(fā)展與材料研究1960年美國(guó)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)：He-Ne激光器、CO2激光器等。緊接著，美國(guó)麻省理工學(xué)院利用He-Ne激光器和CO2激光器，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)—具有“靠天吃飯”的通信方式的致命弱點(diǎn)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(zhǎng)，但在不良天氣，通信極不穩(wěn)定甚至中斷，不能做到“全天候”通信，這點(diǎn)是一個(gè)好的通信系統(tǒng)不能允許的。

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(duì)光波能量的吸收和散射，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)重影響通信的穩(wěn)定性和可靠性。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：

不是人們?yōu)榱俗非箝L(zhǎng)距離大容量的一種理想的通信方式。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質(zhì)。透鏡波導(dǎo)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(gè)玻璃透鏡，通過透鏡的作用將光波限制在管道內(nèi)傳輸以達(dá)到光波通信的目的。光波通信轉(zhuǎn)人地下反射鏡波導(dǎo)反射鏡波導(dǎo)的原理與透鏡波導(dǎo)相似，不同之處是一個(gè)用會(huì)聚透鏡，一個(gè)用反射鏡。上述傳輸方式完全可以消除大氣對(duì)光波傳輸?shù)母鞣N干擾。理論上：兩種波導(dǎo)都可行。實(shí)際應(yīng)用時(shí)：遇到許多不可克服的困難。施工復(fù)雜：對(duì)透鏡或反射鏡進(jìn)行嚴(yán)格校準(zhǔn)和牢固安裝；將波導(dǎo)深埋，或選擇人、車稀少的地區(qū)：防止地面對(duì)波導(dǎo)的影響；轉(zhuǎn)彎時(shí)，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(jià)昂貴，并且調(diào)整、測(cè)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)用意義的。光波通信轉(zhuǎn)人地下在“天空”和“地下”都不能理想地傳輸光波的情況下，有人對(duì)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。1965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“冷門”。1965年，光波通信的研究轉(zhuǎn)入低潮高錕（K.C.Kao）博士：英籍華人，1933年生，上海。1966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(jiǎn)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，光也應(yīng)能沿著可以導(dǎo)光的玻璃纖維傳輸。在當(dāng)時(shí)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的。1966年，高錕首次提出低損耗的光導(dǎo)纖維（簡(jiǎn)稱光纖）的概念高錕（K.C.Kao）博士：英籍華人，1933年生，上海。2009年10月6日瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予英國(guó)華裔科學(xué)家高錕以及美國(guó)科學(xué)家威拉德·博伊爾和喬治·史密斯。瑞典皇家科學(xué)院說，高錕在“有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面”取得了突破性成就，他將獲得物理學(xué)獎(jiǎng)一半的獎(jiǎng)金，共500萬瑞典克朗（約合70萬美元）；博伊爾和史密斯發(fā)明了半導(dǎo)體成像器件——電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器，將分享物理學(xué)獎(jiǎng)另一半獎(jiǎng)金。在高輥理論的指導(dǎo)下，美國(guó)康寧公司馬勒博士等三人的研究小組，終于在1970年8月首次研制成功損耗為20dB／km（光波沿光纖傳輸1km后，光能損耗為原來的1％）的石英光纖。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，又能防止大氣對(duì)光波的干擾，是一種理想的傳輸介質(zhì)。1970年，美國(guó)康寧公司研制成功損耗為20dB/km的石英光纖2024/3/639年份貢獻(xiàn)1879年最先發(fā)明并制造出玻璃燈泡，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，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，使光纖通信得以廣泛應(yīng)用。美國(guó)康寧公司2024/3/640信息存儲(chǔ)技術(shù)及材料信息存儲(chǔ)的概念：將數(shù)據(jù)、文字、聲音、圖象等有用信息通過寫入裝置暫時(shí)或永久地記錄在某種存儲(chǔ)介質(zhì)中，并可利用讀出裝置將信息從存儲(chǔ)介質(zhì)中重新再現(xiàn)的技術(shù)總合。信息存儲(chǔ)的作用：允許保存電子數(shù)據(jù)；為防止數(shù)據(jù)丟失而提供備份保護(hù)；防止因丟失數(shù)據(jù)帶來的費(fèi)用；允許現(xiàn)場(chǎng)或非現(xiàn)場(chǎng)文檔的存儲(chǔ)。數(shù)字信息存儲(chǔ)要求：高存儲(chǔ)密度、高數(shù)據(jù)傳輸率、高存儲(chǔ)壽命、高擦寫次數(shù)、低設(shè)備投資和低價(jià)格。2024/3/641存儲(chǔ)方式內(nèi)存儲(chǔ)外存儲(chǔ)CPU可以直接訪問內(nèi)存，提取時(shí)間短（ns），容量一般在512Mb以上。只讀存儲(chǔ)器ROM（Read-OnlyMemory）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM（RandomAccessMemory）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(chǔ)：磁帶、軟磁盤、硬磁盤光存儲(chǔ)：CD、VCD、DVD等信息存儲(chǔ)技術(shù)經(jīng)歷的階段：紙張書寫縮微照片機(jī)械唱盤磁帶磁盤光學(xué)存儲(chǔ)磁存儲(chǔ)信息存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展方向磁光存儲(chǔ)全光存儲(chǔ)光盤存儲(chǔ)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)一張120mm直徑的光盤可存儲(chǔ)1Gb以上，為硬磁盤的幾十倍，軟盤的幾百倍。存儲(chǔ)密度高存儲(chǔ)密度：指記錄介質(zhì)單位長(zhǎng)度或單位面積內(nèi)所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制位數(shù)B。前者稱線密度，后者稱面密度。光盤的線密度一般是103B/mm。面密度一般為105～106B/mm2。光盤存儲(chǔ)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)壽命很長(zhǎng)，一般在10年以上。存儲(chǔ)壽命長(zhǎng)光記錄中，記錄介質(zhì)薄膜封入兩層保護(hù)膜之中，激光的寫入和讀出都是無接觸過程。非接觸式讀、寫、擦光頭與光盤相距1~2mm，不會(huì)磨損盤片。信息的載噪比（CNR）高光盤CNR在50dB以上。多次讀出也不降低。

信息位價(jià)格低光盤可容易大量復(fù)制，其信息位價(jià)格比磁記錄價(jià)格低幾十倍。光盤存儲(chǔ)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)：驅(qū)動(dòng)器比磁帶機(jī)或磁盤驅(qū)動(dòng)器要復(fù)雜。傳輸速率：驅(qū)動(dòng)器的信息或數(shù)據(jù)傳輸速率目前比硬盤驅(qū)動(dòng)器低，平均數(shù)據(jù)存取時(shí)間在20~100ms之間。光盤存儲(chǔ)技術(shù)的不足光盤存儲(chǔ)原理光盤—圓盤狀信息存儲(chǔ)器件利用受調(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(chǔ)的數(shù)據(jù)。當(dāng)用激光束照射介質(zhì)時(shí)，依靠各信息點(diǎn)處光學(xué)特性的不同提取出被存信息。寫讀光盤記錄系統(tǒng)（在光盤上寫入信息的裝置）光盤重放系統(tǒng)（在光盤上讀出數(shù)據(jù)的裝置）如：視頻光盤放像機(jī)光驅(qū)讀盤原理光盤存儲(chǔ)原理只讀型光盤磁光型光盤全光型光盤只讀型光盤存儲(chǔ)原理CD-ROM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)制于聚碳酸酯（PC）的光盤基片上?？坑涗洶伎优c周圍的反射率不同作為讀出信號(hào)?？抗鉄嵝?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(cè)光的偏振面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)（即克爾角），并以此作為讀出信號(hào)。磁光型（MO）光盤存儲(chǔ)原理2024/3/652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(dòng)形成了電流，該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，使每個(gè)基元都相當(dāng)于一個(gè)微小的磁體，由大量基元組成一個(gè)集團(tuán)結(jié)構(gòu)，集團(tuán)中所有基元產(chǎn)生的磁場(chǎng)都同方向整齊排列，這樣的集團(tuán)叫做磁疇。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)，磁矩的方向不同，使得晶體總的磁化強(qiáng)度為零。磁光型（MO）光盤存儲(chǔ)原理磁疇的概念靠光熱效應(yīng)在晶態(tài)與非晶態(tài)之間產(chǎn)生可逆相變，記錄下晶態(tài)與非晶態(tài)不同的反射率，作為探測(cè)信號(hào)?？赡孀兓姆€(wěn)定性決定了可擦重寫的次數(shù)，一般要求達(dá)百萬次。全光（相變）型光盤存儲(chǔ)原理全光（相變）型光盤存儲(chǔ)原理相變光盤存儲(chǔ)技術(shù)：20多年發(fā)展，具有比MO存儲(chǔ)密度高、記錄成本低、介質(zhì)壽命長(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、讀出信號(hào)信噪比高和不受外界磁場(chǎng)環(huán)境影響等突出優(yōu)點(diǎn)；相變光盤存儲(chǔ)器能向下兼容CD-ROM和CD-R，已成為光存儲(chǔ)技術(shù)中的主流技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

光盤存儲(chǔ)介質(zhì)一次性寫入光盤是利用激光光斑在存儲(chǔ)介質(zhì)中形成不可逆變化的微區(qū)，這些微區(qū)就記錄下信息?？刹林貙懝獗P是利用記錄介質(zhì)在兩個(gè)穩(wěn)定態(tài)之間可逆變化（如I

II相變狀態(tài)），從而實(shí)現(xiàn)可反復(fù)擦寫。燒蝕型起泡型熔線型合金化型相變型一次性寫入光盤存儲(chǔ)介質(zhì)材料通常用的光盤：以聚甲苯丙烯酸甲酯（PMMA）為襯底（厚度1.2mm），上面濺射一層介質(zhì)薄層，用激光聚焦在1~2

m范圍內(nèi)燒蝕出坑孔而記下信息。一次性寫入光盤存儲(chǔ)介質(zhì)燒蝕型（利用孔與無孔反射率差異）利用激光熱效應(yīng)在存儲(chǔ)介質(zhì)上燒蝕出信息坑孔。存儲(chǔ)介質(zhì)由聚合物—高熔點(diǎn)金屬膜層組成。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。通常用的CD-R記錄介質(zhì)為花箐或酞箐。一次性寫入光盤存儲(chǔ)介質(zhì)起泡型（利用泡與無泡反射率差異）存儲(chǔ)介質(zhì)：用離子刻蝕的硅薄膜，表面呈絨面結(jié)構(gòu)，反射很弱。當(dāng)激光光斑照射在絨面上時(shí)熔成鏡面，形成反差，而達(dá)到信息的存儲(chǔ)和讀出。一次性寫入光盤存儲(chǔ)介質(zhì)熔線型（利用絨面與鏡面的反射率差異）一次性寫入光盤存儲(chǔ)介質(zhì)合金化型（利用合金與非合金反射率差異）記錄介質(zhì)：Pt-Si，Rh-Si或Au-Si制成雙層結(jié)構(gòu)激光加熱的微區(qū)將二薄層熔成合金，形成反差記錄。存儲(chǔ)介質(zhì)：硫?qū)倩衔锘蚪饘俸辖鹬瞥杀∧だ眉す鉄嵝?yīng)和光效應(yīng)使照射的微區(qū)發(fā)生相變，形成反差。一次性寫入光盤存儲(chǔ)介質(zhì)相變型（利用相變前后反射率差異）GeTe-Sb2Te4合金：用8mw、50ns的激光可使100nm厚的GeSb2Te5薄膜結(jié)晶，可以重復(fù)讀寫105次。1997年初，這種可擦除的相變光盤產(chǎn)品已推出，如Canon公司和菲利浦公司。TbFeCo合金：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(cè)光的偏振面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)（即克爾角），并以此作為讀出信號(hào)?？刹林貙懭牍獗P存儲(chǔ)介質(zhì)高密信息存儲(chǔ)技術(shù)目前光盤存儲(chǔ)技術(shù)中，載有信息的調(diào)制激光束通過物鏡聚焦于光盤存儲(chǔ)介質(zhì)層上記錄，屬于遠(yuǎn)場(chǎng)光記錄。存儲(chǔ)密度正比于：記錄點(diǎn)的尺寸決定于聚焦點(diǎn)的衍射極限：提高光盤存儲(chǔ)密度的措施激光的短波化、大數(shù)值孔徑。采用錐形光纖光學(xué)實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)記錄。模擬量數(shù)字化、數(shù)字量高壓縮比化。光盤存儲(chǔ)密度和數(shù)據(jù)傳輸速率的發(fā)展趨勢(shì)提高光盤存儲(chǔ)密度的措施縮短記錄激光波長(zhǎng)能縮小記錄點(diǎn)。根據(jù)不同的半導(dǎo)體激光波長(zhǎng)，將光盤存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展分為三代。提高光盤存儲(chǔ)密度的措施高密（紅光）DVD技術(shù)DVD：DigitalVideoDisk，數(shù)字音像盤采用模擬量（音頻信號(hào)、視頻信號(hào)）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)據(jù)高倍壓縮。采用短波激光。如從780nm

635nm、650nm。提高數(shù)值孔徑。如0.45

0.6。DVD：DigitalVideoDisk，數(shù)字音像盤4種物理結(jié)構(gòu)：?jiǎn)蚊鎲螌?、單面雙層、雙面單層和雙面雙層，分別被命名為DVD-5（容量為4.7GB）、DVD-9（容量為8.5GB）、DVD-10（容量為9.4GB）和DVD-18（容量為17GB）。

3種規(guī)格：先鋒領(lǐng)銜的DVD-RW陣營(yíng)、飛利浦領(lǐng)銜的DVD+RW聯(lián)盟和松下領(lǐng)銜的DVD-RAM陣營(yíng)。

高密（紅光）DVD技術(shù)利用錐形光纖光學(xué)頭及近場(chǎng)掃描隧道顯微技術(shù)在記錄介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)幾十nm量級(jí)的信息位。采用波長(zhǎng)更短的激光。如405nm。超高密（藍(lán)光）DVD技術(shù)DVD：DigitalVideoDisk，數(shù)字音像盤錐形光纖光學(xué)頭當(dāng)探針與薄膜距離為10nm時(shí)，可以在記錄介質(zhì)中錄入直徑為幾十nm的二進(jìn)制位。DVD：DigitalVideoDisk，數(shù)字音像盤超高密（藍(lán)光）DVD技術(shù)高密信息存儲(chǔ)技術(shù)中國(guó)光盤產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀生產(chǎn)大國(guó)世界上最大的光盤機(jī)生產(chǎn)和出口基地：占全球市場(chǎng)80％以上。盤片生產(chǎn)線約1200條，生產(chǎn)能力達(dá)80億片，占全球市場(chǎng)20％以上。技術(shù)弱國(guó)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?；?lt;頭>(OPU)土<臉>(DISC)缺<芯>(CHIP)中國(guó)光盤產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀關(guān)鍵技術(shù)，專利：歐美日大公司PLHILIPS,SONY,etc.生產(chǎn)設(shè)備，關(guān)鍵原材料：歐美日制造商SINGULUS,STEAG,M2,CIBA,UNAXIS,etc.關(guān)鍵測(cè)試設(shè)備：歐美日公司PULSETECH,AUDIODEVELOPMENT,Dr.SCHENK,etc.光盤機(jī)，盤片生產(chǎn)：中國(guó)大陸，臺(tái)灣，南亞（高額專利費(fèi)）2024/3/674信息顯示技術(shù)及材料當(dāng)今世界是信息大爆炸的年代，據(jù)測(cè)算，上世紀(jì)末信息的年均增長(zhǎng)率為20％，到2020年將達(dá)到每?jī)蓚€(gè)半月翻一番的驚人速度。在人們經(jīng)各種感覺器官?gòu)耐饨绔@得信息中，視覺占60％，聽覺占20％，觸覺占15％，味覺占3％，嗅覺占2％。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。在我國(guó)，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45％左右?？梢姡@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)。2024/3/675光電顯示分類2024/3/676傳統(tǒng)顯示技術(shù)陰極射線管（CRT）顯示：陰極射線加速后轟擊熒光屏上的熒光材料Y2O2S：Eu（紅色）、ZnS：Ag（藍(lán)色）和ZnS：(Cu，Al）（綠色），發(fā)出各種彩色的光。1953年，日本黑白電視廣播開始1958年，中國(guó)黑白電視廣播開始1960年，日本彩色電視廣播開始1973年，中國(guó)彩色電視廣播開始1996年，日本推出純平CRT彩電1999年，中國(guó)推出純平CRT彩電1897年，布勞恩管發(fā)明，即陰極射線管?？枴べM(fèi)迪南德·布勞恩（1850年6月6日－1918年4月20日），德國(guó)物理學(xué)家，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，陰極射線管發(fā)明者2024/3/677平板顯示技術(shù)等離子體顯示（PDP）：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。液晶顯示（LCD）：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。發(fā)光二極管（LED）顯示：利用載流子在PN結(jié)附近的復(fù)合作用而發(fā)光。有機(jī)電致發(fā)光顯示（OLED）：加入外加偏壓后，電子空穴分別經(jīng)過電子傳輸層與空穴傳輸層后，進(jìn)入一具有發(fā)光特性的有機(jī)物質(zhì)，在其內(nèi)部發(fā)生強(qiáng)相互作用，形成一個(gè)激子，再將能量釋放出來回到基態(tài)，發(fā)出相應(yīng)的光子。2024/3/678平板顯示是顯示產(chǎn)業(yè)升級(jí)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2024/3/679研究熱點(diǎn)：柔性O(shè)LED顯示美國(guó)通用顯示器公司（UniversalDisplay）受美國(guó)陸軍委托研制可佩戴的柔性O(shè)LED顯示器美國(guó)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)境適應(yīng)性強(qiáng)，幾乎完全用塑料材質(zhì)，能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的電腦顯示器2024/3/680有機(jī)電致發(fā)光器件(OLED)是一種新型的平板顯示器件，其特點(diǎn)是自發(fā)光，無需背光，功耗低,高對(duì)比度，高亮度，視角寬，超薄，響應(yīng)速度快。ElectronEnergy2024/3/681上海大學(xué)OLED研究中心；中國(guó)航天科工集團(tuán)和上海大學(xué)聯(lián)合組建“上海航天上大歐德（OLED）科技公司”。該企業(yè)在大陸最先投入未來新型顯示器最熱門的領(lǐng)域，提供比液晶顯示器性能更優(yōu)越的OLED產(chǎn)品。結(jié)合國(guó)家優(yōu)先發(fā)展“高清晰度大屏幕平板顯示技術(shù)”和上海市優(yōu)先發(fā)展“平板顯示”先進(jìn)制造業(yè)的戰(zhàn)略部署，建有“新型顯示技術(shù)及應(yīng)用集成”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，力爭(zhēng)發(fā)展成為我國(guó)信息顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展、人才培養(yǎng)、國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流的重要研究基地。上海廣電－上海大學(xué)平板顯示研究中心。OLED平板顯示材料與器件LED—21世紀(jì)照明新光源照明及其系統(tǒng)從一個(gè)側(cè)面反映一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)昌盛和社會(huì)現(xiàn)代化的程度。照明技術(shù)有賴于新光源開發(fā)、光學(xué)系統(tǒng)研究、燈飾設(shè)計(jì)、電氣控制等，薈萃了材料學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)科技與設(shè)計(jì)的成果。自1880年愛迪生成功地發(fā)明了第一盞商業(yè)化電燈以來，日新月異的科學(xué)技術(shù)把電光源的開發(fā)與研究持續(xù)不斷地向前推進(jìn)。在全球資源日益枯竭和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的當(dāng)今社會(huì)，人們急需尋找一種高效節(jié)能、長(zhǎng)壽命、無污染的綠色光源。白光發(fā)光二極管固體光源的研制，使得人們的這種需求成為可能。LED—21世紀(jì)照明新光源傳統(tǒng)照明的主流白熾燈熒光燈（含日光燈、節(jié)能燈）既發(fā)光又發(fā)熱、效率低、壽命短含有水銀，其廢棄物對(duì)環(huán)境造成汞污染2024/3/6842024/3/6852024/3/6861960s：最早應(yīng)用半導(dǎo)體P-N結(jié)發(fā)光原理制成LED光源。材料：GaAsP，發(fā)紅光（峰值波長(zhǎng)：650nm）。在電流為20mA時(shí)，光通量只有千分之幾個(gè)流明，發(fā)光效率僅約0.1lm/W。1970s：光效提高到1lm/W，發(fā)光顏色：紅，黃，綠。1980s：GaAlAsLED光源，紅光光效達(dá)到10lm/W。1990s：GaAlInP（紅,黃）：100lm/W，InGaN（綠,藍(lán)）：50lm/W。LED的市場(chǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大。數(shù)據(jù)表明，2013年全球LED照明市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到254億美元，LED照明滲透率為18.6%。2014年LED照明市場(chǎng)產(chǎn)值可望達(dá)到353億美元，LED照明滲透率也將提升至32.7%。LED—21世紀(jì)照明新光源單色光LED的發(fā)展1998年白光LED開發(fā)成功，并商品化：將發(fā)藍(lán)光的GaN芯片和發(fā)黃光的釔鋁石榴石(YAG)封裝在一起做成。InGaN/YAG白色LED：通過改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的濃度可獲得各種白光。LED—21世紀(jì)照明新光源白色LED的發(fā)展對(duì)于一般照明而言，人們更需要白色的LEDLED—21世紀(jì)照明新光源白光LED，也可采用將幾種發(fā)不同色光的芯片封裝在一起的方法，通過這些色光的混合，構(gòu)成發(fā)白光的LED。2024/3/690藍(lán)光LED-諾獎(jiǎng)新寵藍(lán)光發(fā)光二極管（LED）近日大放光彩，日本科學(xué)家赤崎勇等因此將2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)收歸囊中。在LED生產(chǎn)第一大國(guó)的中國(guó)，這個(gè)消息也成為刺激產(chǎn)業(yè)的積極信號(hào)。2024/3/691第二次照明革命

上世紀(jì)90年代，這3名科學(xué)家通過半導(dǎo)體導(dǎo)出藍(lán)色光束，為照明領(lǐng)域的發(fā)展帶來了根本性的轉(zhuǎn)變。藍(lán)光LED的意義：“白熾燈照亮了20世紀(jì)，那么21世紀(jì)將是被LED燈照亮的?！彼{(lán)光LED被人們稱為是愛迪生之后的第二次照明革命。在LED藍(lán)光芯片發(fā)明之前，人們沒法將白光具體應(yīng)用到照明領(lǐng)域。藍(lán)光的出現(xiàn)，使LED真正進(jìn)入家居、戶外道路和景觀照明等大規(guī)模應(yīng)用階段。其壽命長(zhǎng)、能耗低、高亮度、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)，使得LED迅速成為照明行業(yè)的主流產(chǎn)品，同時(shí)也成為國(guó)家提倡、倡導(dǎo)的發(fā)展方向。藍(lán)光LED能夠省電60%-70%，是對(duì)人類的重大貢獻(xiàn)。目前市場(chǎng)上應(yīng)用的LED，已經(jīng)在戶外照明、室內(nèi)照明、景觀照明燈領(lǐng)域普及開來。

2024/3/692信息獲取技術(shù)及材料目前，獲取信息的技術(shù)主要是光電子技術(shù)，運(yùn)用的器件包括探測(cè)器和傳感器。光子探測(cè)器光電導(dǎo)型光生伏特型光磁電型探測(cè)器熱探測(cè)器熱釋電型熱敏電阻型氣體型目前，探測(cè)器由分立器件向焦平面陣列發(fā)展。