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光电子技术绪论(修改).ppt

光电子技术绪论(修改)

精品课件
2019-02-21 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《光电子技术绪论(修改)ppt》,可适用于高等教育领域

光电子技术ELECTRONICTECNOLOGY暨南大学课程类别:选修课教学对象:电子系本科生总学时数:学时学分数:学分教材:《光电子技术》张永林、狄红卫编著高等教育出版社年第版课程简介:光电子技术是光学、光电子科学中一门重要的专业基础课。本课程介绍光电子技术的理论和应用基础介绍光电子系统中关键器件的原理、结构、应用技术和新的发展。通过课堂教学和实践环节使学生掌握光电子技术的基本知识和实用技术能够正确地选择和应用光电子器件来建立合适的光电系统培养运用光电子技术解决实际问题的能力。绪论第章光电系统中的常用光源第章光辐射的调制第章光辐射探测器第章光电成像器件第章光存储器第章平板显示器件本书主要内容参考教材1、安毓英等光电子技术电子工业出版光电子技术大纲2、黄德修半导体光电子学机械工业出版社3、朱京平光电子技术基础(第二版)科学出版社4、周炳坤激光原理国防工业出版社5、刘德明等光纤技术及其应用电子科技大学出版社、姚建铨等光电子技术高等教育出版社绪论§、问题的提出及概述§、光电子学与光电子技术简介§、光电子信息产业的重要性§、光电子技术的应用§、本课程的主要内容§、本课程学习方法、要求§、问题的提出及概述什么是“光电子学”•什么是“光电子技术”•什么是“光电子技术基础”光电子技术光通信光传感宽带、高速、长距离(干线点对点)无线光通信量子通信城域网无线接入网光纤传感医疗诊断生物信息环境监测安全监测其它:光盘、存储、条形码、加工、武器……波分复用光通信系统WavelengthDivisionMultiplexing(WDM)ErbiumDopedFiberAmplifier(EDFA)信号发射机λnλ光放大器功放复用器解复用器预放λλn接收机信号光通信:光波频率~Hz,允许高频调制目前商用水平:每波长~Gbs通信容量大不受电磁干扰发展趋势:路数增多信道间隔加密传输距离加长这个系统中都包含了哪些功能?这些功能都是怎样实现的?电视系统(CATV)电视台演播室EDFA中继放大EDFA功放小区(楼)接收用户树状系统广播式这个系统中都包含了哪些功能?这些功能都是怎样实现的?利用光纤光栅测量应变应力造成光栅移频、展宽应力造成光栅移频、展宽Raman光谱技术测量人体胡萝卜素nmmWsmm光斑GasSensor对燃烧过程的监测通过对光吸收的测量确定燃烧过程产生的CO、NO、HO、CO等气体的浓度•对激光器进行调谐可以测量吸收谱•通过吸收的比例可以判断燃烧室的温度•“借用”波分复用技术可以同时测量多个参量。安全监测太赫兹波(THz):GHz~THz分辨率比X光要高基本器件激光器•光放大器•调制器•光隔离器•探测器•环形器•光纤•光衰减器•光栅•光滤波器•分光器•显示器•光开关•移频器•波分复用耦合器•……•波长转换器了解和认识这些器件需要多方面的基础和专业知识实现和应用这些系统需要多方面的知识和技能。与这些领域相关的技术就是光电子技术支持这些技术的学科就是光电子学。光电子学包含:激光与红外物理学非线性光学:强光光学效应、电光效应、磁光效应、弹(声)光效应半导体光电子学:光电转换效应、发光效应、非线性光学效应导波光学:非线性光学效应介质导波效应傅立叶光学光电子技术分类包括两大类技术:光电子信息技术:激光在电子信息技术中的应用形成的技术。包含:光电检测与信息处理光通信光存储光显示等等。光电子能量科学技术:太阳能的利用高效节能光源高功率激光器激光加工激光生命科学什么是“光电子”•什么是“光电子技术”•什么是“光电子技术基础”•什么是“光电子技术基础”基础:各种技术共同的基本规律••在外场作用下光和物质的相互作用外场:电场、磁场、强光场、超声(应变)场等物理效应:电光效应、磁光效应、强光非线性光学效应、声光效应共同的基本规律入射光场电偶极子振动辐射次波(频率相同)相干叠加光的传播规律(线性)外场和入射光场共同作用改变了电偶极子振动频率辐射次波和入射波频率不同光的传播规律(非线性)物理过程:绪论§光电子学与光电子技术简介一.光电子学定义:光学和电子学相结合而形成的一门新的学科电子学Electronics(年)包括真空电子技术、气体电子技术、固体电子技术等主要研究电子的特性与行为及其在真空或物质中的运动与控制。研究电波的振荡、传播电信号的产生、放大、变换频率的稳定混合检波等等半导体微电子学集成电路。电子技术发展的历史年福雷斯特的三极电子管的发明:使电信号的产生、放大、检测等功能成为可能拉开了现代电子学时代的序幕年晶体管诞生:约翰·巴丁(JohnBardeen)电子技术由此实现了“固体化”这个具有革新意义的第二次飞跃年以后集成电路产生:杰克·基尔比(JackKilby)首创集成电路(IC)被誉为信息时代最为重要的发明之一电子技术进入半导体微电子技术时代电子技术的发展遵循:信息处理经济学原理:更快的速度、更微小的耗能、处理更多的信息这也是世纪信息技术发展的方向光学Optics传统光学: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)。现代光学: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(新型光源、光电效应、光探测器等)。电磁波谱光是一种电磁波X射线、射线也都是电磁波。它们的电磁特性相同只是频率或波长不同而已。将电磁波按其频率或波长的次序排列成谱则称为电磁波谱。通常所说的光学区域或光学频谱包括:红外线、可见光和紫外线。由于光的频率极高~Hz一般采用波长表征光谱区域的波长范围约从mm到nm。远红外(mm~m)红外线(mm~m)中红外(m~m)近红外(m~m)红色(nm~nm)橙色(nm~nm)黄色(nm~nm)可见光(~nm)绿色(nm~nm)青色(nm~nm)蓝色(nm~nm)紫色(nm~nm)近紫外(nm~nm)紫外光(~nm)中紫外(nm~nm)真空紫外(nm~nm)光子学Photonics()它是研究以光子作为信息载体和能量载体的科学主要研究光子是如何产生及其运动和转化的规律。所谓光子技术主要是研究光子的产生、传输、控制和探测的科学技术。现在光子学和光子技术在信息、能源、材料、航空航天、生命科学和环境科学技术中的广泛应用必将促进光子产业的迅猛发展。“从电子学类推光子学一词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。光电子学Optoelectronics()光学与电子学相结合的产物。光电子学是指光波波段即红外线、可见光、紫外线和软X射线(频率范围×~Hz或波长范围mm~nm)波段的电子学。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学研究光子与束缚电子的相互作用是光子学的第一个阶段。激光器的发明(年)是世纪的重大成就之一是继原子能、半导体、计算机后的又一重大发明计算机延伸了人的大脑而激光延伸了人的五官 是探索大自然奥秘的超级“探针”激光开始了光学一场新的革命它的诞生标志着量子光学由学术走向技术它使近代光学和电子学联姻诞生了光电子学使传统光学、近代光学进入现代光学和光子学的新世纪激光已经改变和正在改变我们的生活。如果世纪没有光学的迅猛发展即 没有世纪初光的本性的认识促进了   相对论和量子力学理论的形成没有年代激光的发明没有年代光通信的出现没有年代大存储量的光盘的发展也就不可能有今天的互联网时代人类也不可能进入世纪的信息社会。世纪不能想象没有光学光子学的突破年LEsaki和RTsu提出半导体超晶格概念和理论以来超晶格和量子阱异质结构的研究得到飞速发展谐振腔量子电动力学效应的发现和垂直腔面发射激光器的问世是光子学发展过程中在理论和器件上的一大突破导波光学、非线性导波光学的发展在光纤通讯上导致了三项重要成果:掺铒光纤放大器、孤子激光器和光孤子的传输、波分复用技术非线性光学及非线性材料、器件的飞速发展初步奠定了光子学发展的物质基础光子集成已看到曙光一些现代光子、光学理论的建立有助于光子学理论体系的建立。世纪电子学世纪世纪光子学世纪光子学的提出光子学的若干重要学科分支光电子学包含:激光与红外物理学非线性光学:强光光学效应、电光效应、磁光效应、弹(声)光效应半导体光电子学:光电转换效应、发光效应、非线性光学效应导波光学:非线性光学效应介质导波效应傅立叶光学二、光电子技术【optoelectronictechnology】、定义:是电子技术与光子技术相结合而形成的一门新兴的综合性的交叉学科主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术。光电子技术又是一个非常宽泛的概念它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收涵盖了新材料(新型发光感光材料非线性光学材料衬底材料、传输材料和人工材料的微结构等)、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。光电子技术发展史世纪年代到年以前光学与电子学仍是两门独立的学科。年美国梅曼成功研制第一台激光器--红宝石激光器引起连锁反应。年第一台激光测距机问世随后各种激光武器相继研制成功。世纪年代低损耗的光纤、常温下半导体激光器的成熟、CCD问世导致光信息技术蓬勃发展。世纪年代对量子阱材料等其他材料的深入研究导致一些新的光电子器件的产生与应用。世纪年代光电子技术在通信领域和光存储方面取得了极大成功。世纪是信息化的世纪信息与信息交换的爆炸性增长对信息的采集、传输、处理、存储与显示提出了严峻的挑战。光电子技术分类包括两大类技术:光电子信息技术:激光在电子信息技术中的应用形成的技术。包含:光电检测与信息处理光通信光存储光显示等等。光电子能量科学技术:太阳能的利用高效节能光源高功率激光器激光加工激光生命科学特征:光源激光化传输波导化手段电子化现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化重要性:信息技术的两大重要支柱之一光电子技术与微电子技术共同构成了信息技术的两大重要支柱。重要趋势:集成光电子技术特点:)频谱宽)信息容量大)传输速度快)抗电磁干扰能力强信息光电子技术包含:光载波源:激光、调Q、锁模、移频、混频光信号加载:开关、偏转、调制、传感、复用光信号传输:波导、耦合、隔离、偏振、中继、反馈光信号处理:解调、整形、补偿、放大、延迟、卷积、滤波、存储光信号接收探测、显示§光电子信息产业的重要性随着现代信息技术的发展光子以其独特的优点具有极快的响应速度极大的频宽信息容量和极高的信息效率推动信息科学技术的发展具有越来越大的竞争力光电信息产业在市场的份额逐年增加。光子技术与微电子技术结合相互交叉、相互渗透与补充已经成为信息科学技术的主体之一光子和微电子是现代信息产业的基础和核心光电信息产业已成为世界上发达国家的主导产业。一些国家把大量资金投入光子学和光子技术的研究和开发许多以光子学命名的研究中心、实验室和公司如雨后春笋般地建立起来。可以毫不夸张地说一个国家对光子学的投资以及在这一领域从事研究工作的人数直接反映着这个国家科学技术发展的水平。国际知名的科学家已经预言:光子时代已经到来光子技术将引起一场超过电子技术的产业革命将给工业和社会带来比电子技术更大的冲击。光电子技术和产业在国家经济建设和科学持续发展中的作用。美国政府已将光子学与光子技术列为国家发展的重点认为该领域“在国家安全与经济竞争方面有深远的意义和潜力”并肯定“通信和计算机研究与发展的未来世界属于光子学领域”美国商务部指出:“年代全世界光子产业以比微电子产业高得多的速度发展谁在光子产业方面取得主动权谁就将在世纪的尖端科技的较量中夺魁”。在德国政府已确定光子学是本世纪初“对保持德国在国际技术市场上的先进地位至关重要的关键技术之一”。在日本有评论认为“世纪具有代表意义的主导业第一是光子产业第二是信息通信产业……”。我国政府十分重视光电子技术和产业的发展已将它列入国民经济优先发展的领域把光电子产业列为国家重点发展计划继年月王大珩等四位专家倡导的“计划”之后在此基础上开始了“计划”这两个高科技计划的重点是光电子产业。受信息化、数字化、网络化浪潮的推动中国的光电信息市场和产业也呈现出高速增长态势成为拉动整个国民经济增长的第一支柱行业。年底全国范围内建成了“八横八纵”的光缆网.武汉、广东和长春等地提出了建设中国光谷的规划。§光电子技术的应用光纤通信光存储光计算在线检测危险环境测量激光医学激光加工军事应用遥感测量光传感精密计量技术领域应用空间光学望远镜:美国m口径哈勃望远镜大型天文望远镜:口径为m的天文望远镜在筹建中光学激光器激光系统发光与显示激光加工(打孔、切割、焊接、表面处理等)机械激光光刻与微细加工(-m)X射线光刻(<m)光化学三维模型制作光纤通信信息光电子传感(包括光纤传感)激光印刷与照排光盘存储技术领域应用激光核聚变能源激光分离铀同位素美国每年为铀的浓缩开支约亿美元太阳能电池生物工程激光诱导细胞融合激光显微切割染色体医疗激光光谱诊断、治癌激光临床医疗化学工程激光引发化学反应光化学沉淀激光化学提纯激光货标扫描器流通领域全息商标、全息饰物激光标记、纸币防伪标识环境保护大气污染激光监测技术领域应用地理遥感、遥测计量无接触测速、测长、测经等计量标准激光波长已是国际长度标准光学材料、非线性光学材料材料光电子功能材料激光法低维材料的生长光学跟踪、寻的、图象识别军事射束武器激光致盲训练模拟、激光核爆炸模拟测距、瞄准、制导§本课程的主要内容讲课内容:只介绍光电子信息技术一般信息光电系统的各个组成部分光源、光调制、光探测器、光电成像器件、光存储、光显示理论、器件和应用技术光源传输转运探测成像显示§、本课程学习方法、要求动脑子重概念自己做作业。Thankyouforyourattention谢谢!

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