光电信息技术
光电信息技术
光电信息技术是将电子学与光学浑然一体的技术，是光与电子转换及其应用的技术。
从广义上讲，光电信息技术就是在光频段的微电子技术，它将光学技术与电子技术相结合实现信息获取、加工、传输、控制、处理、存储于显示。
检测是通过一定的物理方式，分辨出被测参数量并归属到某一范围带，以此来判别被测参数是否合格或参数量是否存在。
测量是将被测的未知量与同性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。
光电检测系统具有光发射机、光学信道和光接收机这一基本环节。
通常分为主动式和被动式两类。
光接收机分为功率检测接收机和外差接收机，功率检测接收机也称作直接检测接收机或非相干接收机。
光载波与被测对象相互作用而将被测量载荷到光载波上，称为光学变换。
光学变换可用各种调制方法来实现。
光信息经光电器件来实现由光向电的信息转换，称为光电转换。
广电系统：光源--光学系统--被测对象--光学变换--光电转换--电信号处理--存储、显示、控制。
光电效应分为外光电效应与内光电效应。
光生伏特效应：由于光照而在PN结两端出现的电动势。
光热效应：某些物质在收到光照射后，由于温度变化而造成材料性质发生变化的现象。
热电检测器件有热释电检测器、热敏电阻、热电偶、热电堆。
特点：1.响应波长无选择性。
2.响应慢。
光电检测器件的特点：1.响应波长有选择性2.响应快。
光电检测器件的特性参数：1.响应度2.光谱响应度3.积分响应度 4.响应时间5.频率响应6.热噪声7.散粒噪声8.信噪比 9.线性度10.工作温度。
光敏电阻设计原则：由于光敏电阻在微弱辐射作用情况下光电导灵敏度Sg与光敏电阻两电极间距离L的平方成反比，在强辐射作用情况下光电导灵敏度Sg与光敏电阻两电极间距离L的二分之三次方成反比，因此Sg与两极间距离L有关。
为了提高光敏电阻的光电灵敏度Sg，要尽可能的缩短光敏电阻两极间的距离L。
光电电阻特点：1.光谱响应度范围相当宽。
2.工作电流大，可达数毫安。
光电信息技术简介
光电信息技术简介光电信息技术是由光学、光电子、微电子等技术结合而成的多学科综合技术,涉及光信息的辐射、传输、探测以及光电信息的转换、存储、处理与显示等众多的内容。
光电信息技术广泛应用于国民经济和国防建设的各行各业。
信息技术是一种综合技术,它包括四个基本内容,即感测技术、通信技术、人工智能与计算机技术和控制技术。
感测技术包括传感技术和测量技术以及遥感、遥测技术;它使人类能更好的从外部世界获取各种有用的信息。
通信技术:它的作用是传递、交换和分配信息,可以消除或克服空间上的限制,使人们能更有效的利用信息资源。
人工智能与计算机技术:它使人们能更好的加工和再生信息。
控制技术:它的作用是根据输入的指令,对外部事务的运动状态实施干预。
因此一切与信息的收集、加工、存储、传输有关的各种技术可成为信息技术。
在当今时代,信息技术包括微电子信息技术、光电子信息技术和光信息技术等。
作为核心的微电子信息技术是在传统的电子技术的基础上发展起来的一种渗透性最强大、影响面最广的电子技术,它通过控制固体内电子的微观运动来实现对信息的加工处理,并在固体的微区(小到几个晶格的数量级)内进行,可以把一个电子功能部件,甚至一个系统集成在一个很小的芯片上。
光子信息技术和微电子技术一样,是一种渗透性极强的综合技术,使以光集成技术为核心的有关光学元、器件制造的应用技术。
与微电子技术类似,它利用外延、扩散、竹茹、蒸发工艺,把各种有缘何无源光学器件(激光器、光耦合器、光分路器、光调制器、光检测器等)集成在一起,构成能完成光学信息获取、处理和存储等功能的系统。
光电信息技术是将电子学与光学浑然一体的技术,是光与电子转换及其应用的技术。
从广义上讲,光电信息技术就是在光频段的微电子技术,它将光学技术和电子技术相结合实现信息的获取、加工、传输、控制、处理、存储与显示。
它将光的快速(世界上运动最快的物质光)与电子信息处理的方便快速相结合,因而具有很多无可比拟的优点。
光电信息技术的未来发展趋势
光电信息技术的未来发展趋势在当今科技飞速发展的时代，光电信息技术作为一门融合了光学、电子学和信息技术的交叉学科，正以前所未有的速度改变着我们的生活和社会。
从通信领域到医疗诊断，从工业制造到航空航天，光电信息技术的应用无处不在。
那么，在未来，这一技术又将呈现出怎样的发展趋势呢？首先，我们来谈谈光通信技术的发展。
随着互联网的普及和数据流量的爆炸式增长，对通信速度和容量的需求日益迫切。
未来，光通信将朝着更高的传输速率、更长的传输距离和更低的能耗方向发展。
多芯光纤、空分复用等技术将得到更广泛的应用，大幅提升光通信的容量。
同时，新型的光调制格式和信号处理算法也将不断涌现，以提高频谱效率和降低误码率。
此外，全光网络的实现将是未来光通信的重要目标之一，这意味着信息在传输过程中始终以光的形式存在，无需进行光电转换，从而大大减少了信号延迟和能耗。
在显示技术方面，光电信息技术也将带来革命性的变化。
有机发光二极管（OLED）和量子点发光二极管（QLED）等新型显示技术已经逐渐崭露头角，并有望在未来取代传统的液晶显示技术。
OLED 和QLED 具有自发光、色彩鲜艳、对比度高、响应速度快等优点，能够为用户带来更加逼真和震撼的视觉体验。
同时，柔性显示技术的发展也将使显示屏更加轻薄、柔韧，可以应用于可穿戴设备、折叠手机等创新产品中。
此外，虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的不断成熟，也将对显示技术提出更高的要求，例如更高的分辨率、更低的延迟和更广的视角，这将进一步推动光电显示技术的发展。
在激光技术领域，未来的发展趋势主要集中在高功率、高光束质量和超短脉冲激光方面。
高功率激光在工业加工、材料处理和能源领域有着广泛的应用前景。
例如，激光切割、焊接和表面处理等工艺将更加高效和精确，能够加工更加复杂的形状和材料。
高光束质量的激光则在激光通信、激光雷达和激光武器等领域具有重要意义，可以实现更远的传输距离和更高的精度。
超短脉冲激光的发展将为微纳加工、生物医学和超快科学研究等提供强大的工具，能够实现对物质的精细操控和超快过程的探测。
光电信息技术的发展与应用
光电信息技术的发展与应用第一章：光电信息技术的概述光电信息技术是一门集光学、电子、计算机、通信等多学科知识于一身的高科技领域，其核心理论是基于半导体材料的光电子技术。
随着电子信息技术的进步和计算能力的提升，光电信息技术逐渐成为了信息技术的新焦点。
它广泛应用于通信、医疗、生物、材料等领域，受到了全球范围内的高度关注。
第二章：光电信息技术的发展历程20世纪初，人们开始研究光电效应，创建了光电子学这门学科，为光电信息技术奠定了基础。
20世纪60年代，光纤通信技术的出现使得光电信息技术得以实现长距离的信息传输，同时半导体发光器件的发明也为光纤通信技术提供了重要的基础。
80年代初，人们发明了有源光纤放大器，使得光纤通信技术得以取代传统的电缆传输技术。
此后，光电信息技术不断发展，出现了新型的光电器件，如光电探测器、光纤光栅等，进一步推动了光电信息技术的发展。
第三章：光电信息技术的应用1. 光通信光通信作为光电信息技术的重要应用，已经成为现代通信领域的主流技术。
光通信具有传输速度快、信号干扰小、抗噪声干扰性能强等优点，广泛应用于电话、电视、互联网等领域，极大提高了信息传输速度和可靠性。
2. 光储存光电存储是光电信息技术应用中的又一领域。
它以光敏材料为媒介，采用激光或光电银盐技术，实现了激光、照相、银盐等传统影像技术数字化、网络化的转型，有效提高了图像存储和传输的效率。
3. 生物医学光电信息技术在生物医学领域的应用日益广泛。
利用激光技术对细胞或组织进行检测、治疗和修复，可大大提高治疗效果，同时也减少了手术的创伤和疼痛。
此外，光电信息技术还可用于体积成像、结构成像、功能性成像等方面，帮助医生更加准确地进行疾病诊断和治疗。
4. 太阳能光伏产业光电信息技术在太阳能光伏产业中的应用也十分广泛。
半导体材料的光伏效应可转换太阳能为电能，促进了太阳能光伏产业的发展。
光伏电池技术的不断创新和发展也为太阳能光伏产业的应用提供了更加广泛的可能性。
光电信息技术应用
光电信息技术应用在当今科技飞速发展的时代，光电信息技术作为一门融合了光学、电子学和信息技术的交叉学科，正以惊人的速度改变着我们的生活和社会。
从通信领域到医疗诊断，从工业生产到航空航天，光电信息技术的应用无处不在，为人类带来了前所未有的便利和创新。
光电信息技术的核心在于对光的产生、传输、调制、探测和处理。
其中，激光技术是光电信息技术的重要组成部分。
激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等特点，使其在许多领域发挥着关键作用。
例如，在通信领域，光纤通信利用激光作为信息载体，通过光纤进行高速、大容量的数据传输。
相比传统的电缆通信，光纤通信具有传输损耗低、抗干扰能力强等优势，能够实现远距离、高质量的通信。
如今，我们能够享受流畅的高清视频通话、快速的互联网下载速度，都离不开光纤通信技术的支持。
在工业生产中，光电信息技术也有着广泛的应用。
激光加工就是其中的一个典型例子。
利用激光的高能量密度，可以对各种材料进行精确的切割、焊接、打孔和表面处理。
与传统的机械加工方法相比，激光加工具有加工精度高、速度快、热影响区小等优点，能够满足现代工业对高精度、高效率加工的需求。
此外，光电传感器在工业自动化生产中也扮演着重要角色。
它们可以实时监测生产线上的温度、压力、位移等参数，实现生产过程的自动化控制和质量检测，提高生产效率和产品质量。
在医疗领域，光电信息技术的应用为疾病的诊断和治疗带来了新的突破。
光学相干断层扫描（OCT）技术就是一种先进的医疗成像技术，它利用近红外光对生物组织进行高分辨率的断层扫描，能够清晰地显示眼部、心血管等组织的微观结构，为疾病的早期诊断和治疗提供了重要依据。
激光治疗也是常见的医疗手段之一，如激光近视手术、激光美容等。
此外，生物发光和荧光技术在医学研究和临床诊断中也得到了广泛应用，通过检测生物体内的发光和荧光信号，可以实现对细胞、蛋白质等生物分子的检测和分析。
航空航天领域同样离不开光电信息技术。
卫星通信、遥感技术等都依赖于光电信息的传输和处理。
光电信息技术应用
光电信息技术应用光电信息技术是指利用光电子器件和光电子技术来进行信息的传输、处理和存储的技术。
它是光电子学、信息科学、材料科学和光学等多学科交叉发展的产物，具有广泛的应用前景和巨大的社会经济效益。
一、光电信息技术在通信领域的应用光电信息技术在通信领域有着广泛的应用。
传统的通信方式主要依赖于电信号的传输，而光电信息技术则利用光信号的传输来实现更快速、更稳定的通信。
光纤通信作为光电信息技术的重要应用之一，具有大带宽、低损耗、抗干扰等优势。
光纤通信可以实现远距离高速传输，广泛应用于长途通信、互联网和有线电视等领域。
二、光电信息技术在能源领域的应用光电信息技术在能源领域的应用主要体现在太阳能领域。
太阳能是一种清洁、可再生的能源，而光电信息技术可以将太阳能转化为电能。
太阳能电池是光电信息技术在能源领域的重要应用之一，它利用光电效应将太阳能转化为电能。
太阳能电池具有环保、可靠、寿命长等特点，广泛应用于太阳能发电、太阳能照明和太阳能供电等领域。
三、光电信息技术在医疗领域的应用光电信息技术在医疗领域的应用主要体现在医学成像和光治疗领域。
医学成像技术是通过利用光电子器件和光电子技术来获取人体内部的影像信息。
光电子器件如光电二极管和光电倍增管等可以将光信号转化为电信号，通过电信号的处理和分析可以获得人体的影像信息。
医学成像技术包括X射线成像、CT扫描、MRI等，可以帮助医生做出准确的诊断。
光治疗是利用光的生物学效应来治疗疾病的方法。
光电信息技术可以通过光源的选择和控制来实现对病变组织的治疗。
光治疗广泛应用于皮肤病、癌症和眼科疾病等领域，具有无创、无毒副作用等优势。
四、光电信息技术在安全领域的应用光电信息技术在安全领域的应用主要体现在安防监控和指纹识别等方面。
安防监控系统利用光电子器件和光电子技术来实现对环境的监控和对事件的记录。
光电子器件如光电传感器和光电摄像机等可以实时采集环境的光信号，通过信号的处理和分析可以判断是否存在异常事件。
光电信息相关行业资料
光电信息相关行业资料随着科技的不断发展和进步，光电信息相关行业已经成为了当今世界最重要的产业之一。
从高端科研领域到普通人们的日常生活，光电信息技术已经渗透到各个领域，给我们的生活带来了前所未有的便利和创新。
本文将对光电信息行业的一些重要资料进行深入探讨和分析。
一、光电信息技术的定义与概念光电信息技术广义上指的是通过光和电子技术相结合的方式，将信息以光的方式传输、处理和存储的技术。
狭义上，光电信息技术主要包括光通信技术、光存储技术、光显示技术和光传感技术等领域。
这些技术的发展和应用，不仅推动了整个光电信息产业的发展，也改变了人类社会的方方面面。
二、光电信息行业的发展趋势随着科技的不断进步，光电信息行业也在不断发展和演进。
一方面，随着国家的支持力度不断加大，光电信息行业的研发和生产水平不断提升。
另一方面，人们对高质量生活的需求也不断增长，需要更先进的光电信息技术来满足这些需求。
因此，未来光电信息行业将会呈现以下几个发展趋势：1. 光通信技术的普及化：随着互联网的飞速发展，人们对高速、稳定的网络需求越来越大。
光通信技术作为一种高速、大容量的传输方式，具有巨大的潜力和市场需求。
未来，光通信技术将从高端市场向普通民众渗透，成为人们生活中不可或缺的一部分。
2. 光存储技术的革新：随着数据量的爆发式增长，传统的存储技术已经不能满足人们对存储容量和速度的要求。
光存储技术作为一种具有巨大潜力的存储方式，具有高密度、高速度和光安全性等优势。
未来，光存储技术将会迎来一次革命性的变革，给人们的数据存储带来更多可能性。
3. 光显示技术的创新：随着虚拟现实、增强现实等新兴技术的兴起，对显示技术的要求也在不断提高。
光显示技术作为一种可以呈现更真实、更逼真视觉效果的显示技术，未来将会得到更广泛的应用和发展。
4. 光传感技术的应用拓展：光传感技术作为一种广泛应用于环境监测、物流追踪、智能家居等领域的技术，其应用领域将会不断拓展。
光电信息技术其它
医疗领域
医学影像
利用光电信息技术获取医学影像， 如X光、CT、MRI等。
激光治疗
利用激光进行手术和治疗，如眼科 手术、皮肤科治疗等。
光学仪器
利用光电信息技术制造各种医疗仪 器，如光谱仪、血氧仪等。
农业领域
精准农业
利用光电信息技术实现农业生产 的精准管理，如土壤湿度和养分
检测、作物生长监测等。
设施农业
02
它涉及光学、电子学、计算机科 学等多个学科领域，是现代信息 技术的重要组成部分。
光电信息技术的重要性
光电信息技术在现代通信、医疗、能 源、军事等领域具有广泛的应用，是 推动社会进步和发展的重要力量。
它能够实现高速、大容量、远距离的 信息传输和处理，提高信息技术的整 体性能和水平。
光电信息技术的发展历程
智能电网
利用光电信息技术实现电 网的智能化管理，提高电 网的可靠性和效率。
军事领域
激光雷达
利用激光雷达进行目标探测、定位和 跟踪，在军事侦察和武器制导等领域 有广泛应用。
红外夜视仪
光电对抗
利用光电信息技术进行军事干扰和反 干扰，如激光致盲、红外诱饵等。
利用光电转换技术将红外辐射转换为 可见光图像，用于夜间观察和瞄准。
技术水平
02
光电信息技术产业的技术水平不断提高，新产品、新技术不断
涌现。
产业链结构
03
光电信息技术产业的产业链结构不断完善，从原材料、零部件
到终端产品等各环节都有相应的发展。
光电信息技术产业前景展望
技术创新
随着科技的不断进步，光电信息 技术产业将迎来更多的技术创新 和突破，推动产业持续发展。
市场需求
04 光电信息技术前沿技术
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
能带 重叠
未满带 未满带
满 带
镁 (1s2 2s2 2p6 3s2 ) 晶体能带 3s 电子可分布在 3s 和 3p 能带中
绝缘体的能带
3p 3s 2p 2s 1s
导 带(空) 能隙较 大 价 带(满)
现在考虑这样一种物质， 最高能带即价带是满的， 而且不与下一个全空的 能带重叠,如图所示。
绝缘体能带
光电子学 Opto-electronics (1955)
光学与电子学相结合的产物。将电 子学使用的电磁波频率提高到光频， 产生电子学所不可能产生的许多新功 能。 以前由电子方法实现的任务现在 用光学方法来完成 ——光电子技术。
光子学 Photonics (1970)
关于光子的科学及其应用。描述光子 在信息传输中的应用，包括光子束的产 生、导波、偏转、调制、放大，图象处 理、存储和探测 ”。 激光——光子时代的领衔主角。
实际上，晶体总是含有缺陷和杂质的，半导体的许多特
性是由所含的杂质和缺陷决定的。因此半导体分为两类：
本征半导体：完全纯净和结构完整的半导体 N型半导体(掺有施主杂质原子，有额外的电子) 杂质半导体 P型半导体(掺有受主杂质原子，有额外的空穴)
多数载流子、少数载流子 载流子：晶体中荷载电流（或传导 电流）的粒子。金属中为电子，半 导体中有两种载流子即电子和空穴。
什么叫半导体材料?
怎样知道一个物品是导体还是绝缘体? 半导体中的芯片是什么?
半导体的一些电学特性
①压敏性：有的半导体在受到压力后电阻发生 较大的变化． 用途：制成压敏元件，接入电路，测出电 流变化，以确定压力的变化． ②热敏性：有的半导体在受热后电阻随温度升 高而迅速减小． 用途：制成热敏电阻，用来测量很小范围 内的温度变化．
半导体能带
注意：半导体的能带与绝缘体的能带很相似，只不过价带和导带 之间的能隙比绝缘体的要小得多。因此，半导体是一种绝 缘体，但它们的价带和导带之间的能隙约为1eV或更小。
半导体分类
•完全纯净和结构完整的半导体称为本征 半导体。 •含有缺陷和杂质的半导体称为非本征半 导体。 •半导体的许多特性是由所含的杂质和缺 陷决定的。
本课程学什么？
•介绍光电检测技术的物理基础、电光信息转 换、光电信息转换和光电测控技术的应用。
课程基本情况：
• 1） 学时：授课32, • 2） 学分：2学分 • 3） 相关课程：电工与电子技术、工程光学等
考核评定方式
平时+报告
报告主题：提出一个运用光电技术的方案； 报告评定原则：根据方案实现功能的新颖 性、可行性、性价比，以及参与讨论时的 情况，从而判定学生创新能力和理解掌握 本课程的程度。 报告方式：每组4-6人，PPT，演讲有加分。
思考题：
P型半导体的多数载流子是？N型半导 体的多数载流子是？
能带理论
价带 ：能量最高的被价电子填满 的能带 导带：价带以上的能带基本上是 空的 其中能量最低的能带 禁带：价带与导带之间的区域
导带
禁带
价带
晶体中原子的能带
电子可以在某些整个能带内运动
3p 3s 2p 2s 1s 3s 2p 2s 1s
未填满
填 满 结晶格能带
原子能级
图1.1.1-2 钠原子的能级和结晶格中的能带之比较
金属能带
3p 3s 2p 2s 1s
空 带 半满带
价带内最上面的电子在外 界电场的作用下，可产生 集体运动！
满 带 钠 (1s2 2s2 2p6 3s1 ) 晶体能带
图1.1.1-3导体内的能带
钠是良导体
疑问：如上面的分析，那么Mg(镁)是否属于良导体呢？
3p
未满带
能带重叠
3s 2p
半满带
2s 1s
1.1.1能带理论 原子中电子的能级
E2激发态 E1激发态 E0基态
2P
原子核
用能级表示电子绕 核运动的运动状态
2S 1S
能带是现代物理学描写固体中原子外层电子运 动的一种图象。
导体,半导体,绝缘体的区别是什么？各有什么不同的用途？ 导体绝缘体和半导体能带有何异同? 半导体是什么意思? 导体的导电原理 什么是半导体？
满带 镁 (1s2 2s2 2p6 3s2 ) 晶体能带
结论：实际上由于最高能带可能发生重叠，镁的3S电子可分布在 3S和3P能带中，因此镁应为良导体。对有些物质，它们的 原子具有满充壳层，但是在固体时由于最上面的满带和一 个空带重叠的话，便成为导体，常称这些物质为半金属。
半金属能带
3p 3s 2p 2s 1s
结论：绝缘体最上面的价带是满的，同时和下一个空 带之间有几个电子伏特能隙的固体。
绝缘体能带
3p 3s 2p 2s 1s
导 带(空) 能隙较 大 价 带(满)
绝缘体能带
图1.1.1-5 绝缘体
半导体的能带
现在考虑这样一种物质，该物质的最高能带 是满的，而且不与下一个全空的能带重叠。
导 带(空) 能隙较小 价 带(满)
导体中的能带
3p 3s 2p 2s 1s
空 带 半满带
考虑一种如图所示能带结构的 金属，这种能带结构可能相当 于钠(Z=11)的能级。 又如: Li(1S22S1);Al(1S22S22P63S23P1) Mg(1S22S22P63S2)
满 带 钠 (1s2 2s2 2p6 3s1 ) 晶体能带
结论：具有如图所示那样能带结构的物质应为良导体， 换句话说，良导体(也称金属)是那些最高能带未 被完全填满的固体。
光电信息技术
光学 Optics （古希腊）
以几何光学和物理光学为基础 ——各种光学 仪器和设备（显微镜、望远镜、照相机、经纬仪、 光谱仪）。
以电磁辐射为研究对象（黑体辐射）——以 光与物质相互作用为主要研究内容（光电效应、 光探测器、新型光源）。
电子学 Electronics (1910年)
研究电子运动的各种物理过程和物理现 象并加以广泛利用的科学。 研究电波的振荡、传播，电信号的放大、 变换，频率的稳定，混合，检波等等——半 导体微电子学。
几点要求：
1. 及时和老师沟通，沟通渠道 55271048,changmin@ 2. 有事情提前请假
3. 遵守课堂纪律
第一章：光电信息技术物理基础
§1.1 理论基础 §1.1.1 能带理论 §1.1.2 光电发射效应 §1.1.3 光电导效应 §1.1.4 光伏效应 §1.1.5 热释电效应