Chap1 緒論.ppt

1、光電子技術(shù)基礎(chǔ),第一章 緒論,1.1 光電子技術(shù) 1.2光電子技術(shù)發(fā)展簡史 1.3 信息光電子技術(shù)與器件 1.4 光電子技術(shù)應(yīng)用,1.1 光電子技術(shù),光電子技術(shù)是光子技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合而形成的一門技術(shù),光子技術(shù)的研究對象,光子的特性,光子與物質(zhì)的相互作用,光子在自由空間或物質(zhì)中的運動與控制,電子技術(shù)的研究對象,電子的特性,電子與物質(zhì)的相互作用,電子在自由空間或物質(zhì)中的運動與控制,光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換 的相關(guān)技術(shù),也是光波段的電子技術(shù),光電子技術(shù)的研究對象,光波段(紅外線、可見光、紫外線和軟X射線),1.2 光電子技術(shù)發(fā)展簡史,第一階段 光電探測器問世,1873年 英國W.

2、R.史密斯發(fā)現(xiàn)了硒的光電導(dǎo)特性 (內(nèi)光電效應(yīng)),1888年 德國H.R.赫茲觀察到紫外線照射到金屬上時, 能使金屬發(fā)射帶電粒子,1890年 勒納對帶電粒子的電荷質(zhì)比的測定,證明它們 是電子,由此弄清了外光電效應(yīng)的實質(zhì),1929年 L.R.科勒制成銀氧銫光電陰極,出現(xiàn)光電管,1939年 蘇聯(lián)V.K.茲沃雷制成實用的光電倍增管,1.2 光電子技術(shù)發(fā)展簡史,40年代 出現(xiàn)了用半導(dǎo)體材料制成的溫差型紅外探測器和測輻射熱計,50年代中 可見光波段的硫化鎘(CdS),硒化鎘(CdSe)光敏電阻和 短波紅外硫化鋁光電探測器投入使用,1958年 英國勞森等發(fā)明鎘汞(MCT)紅外探測器,紅外探測器自60年代以來

3、快速發(fā)展,40多年來美、英、法等大力開發(fā)了 中波(35m)和長波(814m)紅外多元探測器,并廣泛應(yīng)用于夜視、 偵察和制導(dǎo)系統(tǒng)等領(lǐng)域,1992年起 各國用紅外焦平面陣列在各種成像技術(shù)中取代多元探測組件,30年代末 PbS紅外探測器問世,室溫下探測到3m,50年代末 美國將探測器用于代號為響尾蛇的空空導(dǎo)彈,1.2光電子技術(shù)發(fā)展簡史,激光器誕生及發(fā)展,1916年 愛因斯坦在關(guān)于輻射的量子理論中,提出了光的受激輻射 及光放大的概念,這為激光器的產(chǎn)生提供了理論基礎(chǔ),1954年 美國湯斯以制冷的氨分子作為工作物質(zhì),研制成了微波激射器 稍后,蘇聯(lián)巴索夫和普洛霍洛夫以氟化銫為工作物質(zhì)制成了微 波激射器,19

4、58年 湯斯和肖諾將微波受激輻射的原理推廣到紅外和可見光波段, 引入了激光的概念,1960年 梅曼研制成功了世界的一臺激光器紅寶石激光器.隨后, 各種固體、氣體、液體、半導(dǎo)體激光器相繼出現(xiàn).同時從第一 臺激光器誕生之日起,人們就開始探索激光的應(yīng)用.激光的軍事 應(yīng)用被優(yōu)先考慮,1961年 第一臺激光測距儀問世,第二階段,紅寶石激光器,望遠(yuǎn)鏡式激光測距儀,1.2光電子技術(shù)發(fā)展簡史,第三階段 低損耗光纖問世,1966年 英籍華人高錕等提出了實現(xiàn)低損耗光纖的可能,1970年 美國研制出損耗為20dB/KM的石英光纖和室溫下連續(xù)工作 的激光二極管,使光纖通信成為現(xiàn)實,這一年被公認(rèn)為“光纖 通信元年”,9

5、0年代初 光纖放大和波分復(fù)用技術(shù)誕生,80年代初 日本,美國,英國相繼建成全國干線光纖通信網(wǎng),1.2光電子技術(shù)發(fā)展簡史,光纖傳感技術(shù)源于80代初.90年代初中期光纖激光器、光纖光柵等光 纖元件嶄露頭角,光纖激光器,光纖光柵,利用啁啾合波長同時可調(diào)諧的光纖光柵,1.2光電子技術(shù)發(fā)展簡史,光存儲技術(shù)發(fā)展很快.1972年荷蘭飛利浦公司演示了模擬式激光視盤. 1982年飛利浦公司同日本索尼公司合作,推出了第一臺數(shù)字式激光唱機(jī). CD,VCD,DVD迅速進(jìn)入千家萬戶,1.3 信息光電子技術(shù)與器件,按信息傳遞的各各環(huán)節(jié)劃分,光源,信息加載 或光控制,光傳輸,處理 存儲,光信號 接收,光源器件,光調(diào)制器件,

6、光傳輸器件,光探測器件,光顯示器件,1.4 光電子技術(shù)應(yīng)用,光電子技術(shù)像其它高新技術(shù)一樣,始終收到軍方的高度重視.在軍事方面 的應(yīng)用不可忽視,1.軍事方面的應(yīng)用,1983年,美國總統(tǒng)提出的戰(zhàn)略防御倡議(SDI),包括高能激光武器,基于紅 外焦平面陣列的星載預(yù)警系統(tǒng),以及許多光電子器件和整機(jī)系統(tǒng),1991年的海灣戰(zhàn)爭,以美國為首的多國部隊廣泛使用了各種星載、機(jī)載和 車載光電子裝備,包括高分辨可見光和紅外偵察照相機(jī)、激光半主動制導(dǎo)航彈、 紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈、電視和紅外制導(dǎo)航彈、紅外夜視、夜間低空導(dǎo)航和目標(biāo)偵 察紅外系統(tǒng)、激光測距和目標(biāo)指示器、激光致盲武器、激光光點跟蹤器、激光 告警器、紅外對抗裝置等

7、,激光制導(dǎo)導(dǎo)彈,紅外夜視儀,1.4 光電子技術(shù)應(yīng)用,19951996年的波黑戰(zhàn)爭中,北約部隊的戰(zhàn)場無人偵察機(jī)頻繁出動,它裝備了合成孔徑雷達(dá)和高分辨率CCD攝像機(jī)。,一種無人偵察機(jī),1.4 光電子技術(shù)應(yīng)用,2. 激光器及其應(yīng)用,(1)激光通信,(2)激光加工,(3)激光醫(yī)學(xué),(4)激光核聚變,原子能的獲得有兩種方法,一種是重原子核的裂變,如鈾235的裂變 (原子彈和核電站);一種是輕原子核的聚變,主要是氫原子同位素氘的聚變 反應(yīng)(氫彈,太陽內(nèi)部運動),氘存在于海水中.利用高能脈沖激光并聚焦在直徑百分之幾到千分之 幾毫米范圍內(nèi),產(chǎn)生幾百萬度高溫、幾百萬個大氣壓和每平方厘米幾千萬 伏的強(qiáng)電場,要采用

8、多束這樣的高能激光來實現(xiàn)點火條件,美國科學(xué)院建議建造“諾瓦”升級系統(tǒng),稱為國家點火計劃(NIF).該計 劃于1996年啟動,預(yù)計2021年將開始建造演示反應(yīng)堆.這中間的關(guān)鍵技術(shù) 就是更高水平的激光技術(shù),1.4 光電子技術(shù)應(yīng)用 3.CCD器件及其應(yīng)用,(1)文字閱讀與圖像識別,條碼識別,貨幣識別,傳真機(jī),(2)遙感系統(tǒng),地球表面監(jiān)視,地球資源勘探,氣象和環(huán)境監(jiān)測等,(3)天文學(xué)應(yīng)用,空間望遠(yuǎn)鏡,陸基望遠(yuǎn)鏡,跟蹤行星,進(jìn)行天文觀察,探測宇宙射線,監(jiān)視黑洞,探索空間奧秘,(4)水下應(yīng)用,探索海洋奧秘,探測和開采海底礦藏,監(jiān)視魚群動向等,1985聯(lián)美國和法國的聯(lián)合水下探險隊在海下4000米深處發(fā)現(xiàn)鈦礦

9、,1991年意大利使用水下電視攝像機(jī),變焦鏡頭彩色攝像機(jī)等在水下 拍攝到1980年因空難墜毀于地中海331.78米海底的一架意大利民用客 機(jī)的殘骸碎片圖像,1.4 光電子技術(shù)應(yīng)用3,(7)交通監(jiān)控應(yīng)用,(5)醫(yī)學(xué)應(yīng)用 醫(yī)用內(nèi)窺鏡,數(shù)字化X射線攝像,(6)工業(yè)檢測和機(jī)器人視覺,醫(yī)用內(nèi)窺鏡,機(jī)器人,1.4 光電子技術(shù)應(yīng)用,4. 光纖技術(shù)及其應(yīng)用,(1)光纖傳感器,(2)光纖圖像傳輸 內(nèi)窺鏡,5. 光存儲,以光盤為代表的光學(xué)存儲技術(shù)飛速發(fā)展.光帶、光卡是很有希望的光 存儲技術(shù),如果記錄數(shù)據(jù)量不高,一般的光盤都能滿足要求.但是某些領(lǐng)域,記錄數(shù) 據(jù)量要大很多.美國宇航局早在80年代末就開始了星載光盤數(shù)據(jù)采集記錄 系統(tǒng)的研究計劃.記錄數(shù)據(jù)量達(dá)20GB,目前,