光电子技术发展态势及应用

光电子技术发展态势及应用姓名：刘鹏学号：200910711234摘要：当今社会正在从工业化社会向信息化社会过渡，在这个社会大变革时期，光电子技术迅速发展，不断渗透到国民经济的各个方面，成为信息社会的支柱之一。

本文讨论了光电子的发展历程以及光电子在不同时期的重要发明与应用，同时对光电子技术今后的发展态势做了展望。

引言：光电子技术又名信息光电子技术，是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。

20世纪60年代激光问世以来应用于光纤通信、激光、LED.等诸多领域，经历十多年的初期探索，随着半导体光电子器件和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破，光子技术与电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。

关键词：光电子技术发展历程应用展望一、光电子技术的概念光电子技术是光子技术与电子技术相结合而形成的一门技术【1】。

激光器的发明，解决了光频载波的产生问题，从此电子技术的各种基本概念几乎都移植到了光频段。

电子学与光学之间的鸿沟在概念上消失了，产生了光频段的电子技术，习惯上简称为光电子技术。

从电子学频段扩展的意义上讲，光电子技术就是电子技术在光波段的开拓和发展；从光学发展的角度讲，光电子技术发展需求的牵引，大大促进了相干光学技术的信息化进步。

所以，光电子技术也是光电子技术与光学技术相结合的产物。

二、光电子技术的发展历程最早出现的光电子器件是光电探测器，而光电探测器的基础是光电效应的发现和研究。

1888年，德国H.R.赫兹观察到紫外线照射到金属上时，能使金属发射带电粒子，当时无法解释。

1890年，P.勒纳通过对带电粒子的电荷质量比的测定，证明它们是电子，由此弄清了光电效应的实质【2】。

1900年，德国物理学家普朗克在黑体辐射研究中引入能量量子，提出了著名的描述黑体辐射现象的普朗克公式，为量子论坚定了基础。

1929年，L.R.科勒制成银氧铯光电阴极，出现了光电管。

1939年，前苏联V.K.兹沃雷金制成实用的光电倍增管。

20世纪30年代末，硫化铅（PbS）红外探测器问世，它可探测到3μm辐射。

40年代出现用半导体材料制成的温差电型红外探测器和测辐射热计。

50年代中期，可见光波段的硫化镉（CdS）、硒化镉（CdSe）、光敏电阻和短波红外硫化铅光电探测器投入使用。

1958年，英国劳森等发明碲镉汞（HgCdTe）红外探测器。

在军事需求牵引和半导体工艺等技术发展的推动下，红外探测器自60年代以来迅速发展。

尽管光电子技术历史可追溯到19世纪70年代，但那时期到1960年，光学和电子学仍然是两门独立的学科，因而只能算作光电子学与光电子技术的孕育期，20世纪60年代激光问世开创了光电子技术的新纪元。

激光器是光波短的相干辐射源。

它的理论基础是爱恩斯坦在1916年奠定的。

当时，爱恩斯坦提出光的发射与吸收可以经过受激吸收，受激辐射和自发辐射三种基本过程的假设。

但是，直到1954年，美国C.H.汤斯才根据这个假设，以制冷的氨分子作为工作介质，研制成微波激射器。

不久，前苏联科学家巴索夫和普罗洛夫研制成以氟化铯为工作介质的微波激射器。

1966年，光纤技术开始发展。

当年英籍华人科学家高锟等提出了实现低损耗光学纤维的可能性，为光纤通信开辟了道路【3】。

20世纪70年代，光电子技术领域的标志性成果是低损耗光纤的实现，半导体激光器的成熟以及CCD的问世。

1970年，美国研制出损耗为20dB/km的石英光纤和室温下连续工作的半导体激光器，使光纤通信成为实现可能。

这一年被公认为“光纤通信元年”。

自此，光纤通信得到迅猛发展。

技术发展的同时，应用也在展开。

70年代初，美国激光制导炸弹投入使用，1972年，荷兰飞利浦公司演示了其模拟式激光视盘。

70年代中后期，日本、美国、英国开始建设光纤通信骨干网。

20世纪80年代，人们对超晶格量子阱结构材料和工艺的深入研究，导致了超大功率量子阱阵列激光器的出现；对量子阱结构材料的非线性光学研究，使得以往只有在激光作用下的介电材料中才能观测到的非线性光学效应，发展到在弱光激发的量子阱材料中也可以观察到很强的三次非线性，从而导致半导体光学双稳态功能器件的迅速发展；对光纤物理特性的深入研究，出现了利用光纤的偏振和相位敏感特性制作的光纤传感器；对光纤非线性光学效应和色散特性的研究，形成了光孤子的概念，进一步推动了对特种光纤的研究，并于80年代末研制成功了参稀土的光纤放大器与光纤激光器【4】。

20世纪90年代，光电子技术在通信领域取得了极大成功，无论是器件还是系统，均有大量产品走出实验室，形成了光纤通信产业。

另外，光电子技术在光储存方面也取得了很大进展，光盘已成为计算机储存的重要手段，CD、VCD已深入到千家万户，DVD也于90年代中期走进了家庭。

光计算机的研究也开展了起来，加拿大多伦多大学等都报道了其光计算机研究的重大进展。

三、光电子技术的应用随着光电子技术的发展，当今社会正在从工业社会向信息社会过渡，国民经济和人们生活对信息的需求和依赖急剧增长，不仅要求信息的时效好、数量大，并且要求质量高、成本低。

在这个社会大变革时期，光电子技术已经渗透到国民经济个每个方面，成为信息社会的支柱技术之一。

下面从7个方面介绍光电子技术在国民经济和军事中的应用：(1) 光纤通信光纤通信从研究到应用、发展非常迅速，技术上不断更新换代，通信能力不断提高，应用范围不断扩大【5】。

同时，其出现和发展，在通信发展史上具有深远意义，被认为是通信史上一次根本性的变革，在未来的信息化社会中，光纤通信将占有主宰地位，大量的信息交换将由光纤通信网路承担。

(2) 激光雷达随着无线电通信转向激光通信，人们把雷达发展的目光也转向了激光领域。

经过多年努力，已在激光跟踪雷达，激光制导雷达、激光成像雷达、多普勒激光雷达、激光障碍回避雷达等方面取得了可喜效果、激光的高度方向性，使波束发散角很小，分辨率大大提高，同时激光雷达单色性好、脉宽小、分辨率高，对于国防事业的发展具有里程碑的意义。

(3) 激光制导激光制导具有弹上系统简单、精度高、抗干扰性能好、机构简单、成本较低、可与其他的系统兼容的特点，主要用于超低空防控，也可用于反坦克，可以车载也可以单兵肩射。

自20世纪60年代以来，发展的激光半主动制导武器主要有三类：激光半主动制导航空炸弹、导弹和炮弹。

(4) 红外遥感遥感技术是20世纪60年代发展起来的一门新兴科学技术【6】。

现代遥感技术之所以能发挥如此广泛的作用是由于它具有一系列优点：信息丰富，真实客观；视野开阔；具有时间和空间的连续性；不受国界和地理条件的限制，可以遥感地面任何角落；效率高，效率快，精度高，成本低。

(5) 光纤传感光纤传感器就是利用光纤将待测量对光纤内传输的光波参量进行调制，并对被调至过的光波信号进行解调检测，从而获得待测量值的一种装置。

光纤传感器在多样性、环境适应性（不受电磁干扰、耐腐蚀、体积小、便于使用等）以及可靠性等方面都具有特色。

自20世纪70年代以来，光纤传感器技术已获得了飞速的进步，也有不少成果达到实用的商品化水平，其技术及经济效益十分明显。

(6) 音像娱乐电视是信息传播的重要媒介。

世界上任何地方的新闻通过电视迅速传遍全球。

娱乐业越来越多地采用光电子技术。

如激光演示（舞台、卡拉OK厅、激光唱盘（CD）、激光视盘（VCD、DVD）、激光音乐）等技术已是家喻户晓，产品很多进入家庭，形成很大的市场。

(7) 诊断医疗光成像技术，包括可见光和红外成像技术已在肿瘤等各科疾病的临床诊断以及外科手术等许多医疗领域中得到广泛应用。

还有许多利用光电子技术的诊断和医疗技术正在研究或临床试用。

光电子技术将在医疗保健方面越来越多的造福人类。

四、光电子技术发展展望光电子技术是21世纪的尖端科学技术，它将对整个科学技术的发展起着巨大的推动作用。

当前光电子技术已经渗透到许多科学领域。

例如，激光技术、光电信息技术、红外与微光技术、光子技术、生物医学光学、光电对抗技术、光电探测技术、光电跟踪技术、光存储技术。

以及基础研究中的光电元器件、光电材料和制造技术等领域。

同时它本身涵盖了众多的科学技术，它的发展也带动了众多科学技术的发展，并在交流与发展的过程中，形成了巨大的光电产业。

光电产业是21世纪全球高科技竞争的焦点。

在高科技产业中，光电产业处于特殊的地位，光电子技术和微电子技术是现代高科技产业发展的两大核心技术。

同时，光电产业的产业关联性强，发展潜力大，因此，无论是发达国家还是发展中国家都把光电产业作为产业发展的重点。

（1）光电子器件的发展趋势a.固态化、小型化、集成化和廉价化目前，在各类光电子器件中固态化最差的是激光器。

军事上用量最大的固态激光器还使用效率较低、寿命较短的抽运灯，有时还要带一个冷却冰箱，很累赘。

20世纪80年代以来，出现了可以代替抽运灯的大功率激光二极管阵列。

预期在不久的将来，固态化将成为激光器的主流。

平板显示器素有“巨型微电子器件”之称。

以平板显示器取代阴极射线管作为仪器设备的显示器，可以显著减小整机的体积、质量和功耗，避免电磁辐射的影响。

b.工作波段范围扩大和响应速度加快激光器是光波段的相干辐射源，然而迄今为止，只有一些为数不多的固定波长器件和覆盖了较宽范围而功率不大的可调谐器件，不能适应不同应用对波长的需求。

为了满足形形色色的使用要求，人们正在利用各种途径研制特定波长的激光器，包括探索新的激光工作介质和利用非线性光学效应产生新波段或新的可调谐波段。

光电探测器覆盖的波段已很宽，但是许多探测器响应速度还较慢，或在快响应时灵敏度变差。

为此，人们正在研究快速响应单元、多元和面阵光电探测器，首先将攻克若干特定波长的快响应高灵敏度探测器以及高速CCD。

c.更加适应恶劣环境光电子器件从实验室走向应用现场，包括工业环境、战场环境乃至太空环境，必须经受严酷的环境考验。

为此，有很多工作要做。

为适应高、低温环境，采用保温、恒温、散热和制冷技术；为了抗核辐射和宇宙射线辐射，采用抗辐射加固技术。

此外，一些基于新的工作原理、具有更好环境适应性的光电子器件不久将会问世。

（2）光电子技术应用的发展趋势光电子技术法杖的巨大推动作用是应用。

光电子技术的应用是一大类目前最复杂、最精度、最快速，而且相互渗透、互相支持的技术。

a.产品不断更新换代和推广应用已有的光电子技术，比如光纤通信、光存储、图像信息的获取、图像的显示、光纤传感、激光加工、激光医疗、激光硬拷贝等技术，将由于有关光电子器件的固态化、集成化和廉价化而不断升级换代，并更广、更快地推广应用。

比如，光纤进入千家万户，集新闻、通信、娱乐、教育、购物、办公、求医和理财于一体，深刻改变着人们的工作和生活方式。

在军事上，已有的光电子装备，如光电火控、光电制导、光电遥感、光电侦查、光电对抗等技术，也将由于光电子器件功能和指标的提高而不断升级换代，作用距离更远，对目标的识别、分辨本领更强，可靠性更高，体积更小，质量更轻，从而大大提高武器装备的威力。