光电子技术的发展与应用.doc

光电子技术的发展与应用摘要全世界光电子技术产业的市场规模己达1万亿美元。国外光电子产业主要在美国、西欧和日本。近十年来，中国的光电子技术产品市场的年增长率，始终保持在两位数的高速增长势头。随着信息光电子技术、激光加工技术、激光医疗与光子生物学、激光全息、光电传感、显示技术等光电技术的快速发展以及光电科技与数字技术、多媒体技术、机电技术等领域的结合与渗透，我国已经形成以下市场可观、发展潜力巨大的光电子产业。引言光电子技术产业是由光子技术和电子技术结合而成的新技术，是我国的先导产业, 对我国国防工业、太阳能能源产业、汽车产业和信息技术等产业发展具有重要战略影响。光电技术的发展态势目前，人们都倾向认为光电子技术的发展历史应从1960年激光器的诞生算起。尽管其历史可追溯到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。 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。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3m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。50年代末，美国军队将探测器用于代号为“响尾蛇”的空空导弹，取得明显作战效果。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1.世界光电子技术和产业的发展光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料,光纤已经成为通信网的重要传输媒介,现在世界上大约有60% 的通信业务经光纤传输,到20 世纪末将达到85%,但从目前光纤通信的整体水平来看,仍处于初级阶段,光纤通信的巨大潜力还没有完全开发出来。目前,各种新技术层出不穷,密集波分复用技术( D W D M , 在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号,以提高单根光纤的传输能力)、掺铒光纤放大器技术( E D F A ,可将光信号直接放大,具有输出功率高、噪声小,增益带宽等优点)已取得突破性进展并得到广泛的应用。现在D W D M 系统和光传输设备中, 光电技术的比例将从过去比重不到10% 达到90%。一种全新的、无需进行任何光 电变换的光波通信-“全光通信”,由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展,也日趋成熟,将在横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用,给全球的通信业带来蓬勃生机。为此提供支撑的就是半导体光电子器件和部件。 光电子器件和技术已形成一个快速增长的、巨大的光电子产业, 对国民经济的发展起着越来越大的作用。波分复用技术的普遍运用为光电子器件和部件提供了广阔的、快增长的市场。无限战略公司的报告指出:“信号传输用 1.31 m 和1.55 m 激光器市场1999 年达到13 亿美元,比去年增23%;1.48 m 信号放大用激 光器1999 年市场份额达到1.6 亿美元,比去年增33%;980nm 信号放大用激光器销售额达2.9 亿美元,比去年增121%。2 我国的光电子技术和产业的发展我国的光学与光电子材料研究已进入应用和产业化的发展阶段。 其中：在半导体光电子材料方面：在我国，用于集成电路（IC）和太阳能电池单晶硅（Si）年产量约为400吨。用于光电子器件的GaAs单晶、用于LED和LD的InP单晶和用于红、绿色LED的GaP芯片材料已实用化。用于蓝光LD和蓝、绿光LED和GaN、SiC等宽禁带半导体材料正在研发中。在激光晶体材料方面：华北光电技术研究所研制的Nd:YAG晶坯性能指标达到国际先进水平。华博技术有限公司的YAG激光棒年批量生产能力为3000根。中国已成为矾酸钇（YVO4）晶体的生产出口大国。中国科学院福建物质结构研究所研制成大尺寸YVO4单晶，并加工成偏振晶体器件。北京烁光特晶体科技有限公司已建成年产200公斤YVO4 单晶生产线。上海光机所研制的掺钛蓝宝石激光晶体也已经出口美国、日本、俄罗斯等国家。我国研制的Nd:YAG和Nd:YVO4激光晶体，其主要技术指标达到国际先进水平，出口产品数量约占国际市场13。在非线性光学晶体方面：我国研制的偏硼酸钡（BBO）、三硼酸锂（LBO）等优质的非线性光学材料，系国际首创，用于激光光源在可见光区的频率转换。用于激光倍频、光参量振荡、电光调Q和声光、电光器件的铌酸锂（LN）单晶中国的年生产能力约为10 吨。光电子材料发展的重点为：高功率、可调谐、LD泵浦和新波长激光晶体等；超高亮度（LED）、半导体激光器（LD）用GaAs ,Gap,GaN基外延材料等；STN，TFT显示器用液晶材料等；用于密集波分复系统的G.655非零色散位移光纤及大尺寸光纤预制棒等。光电子技术的应用一、办公现代化设备的应用办公现代化设备主要是随计算机迅速普及而发展起来的高技术产业, 各国厂商正在竞争中不断开发新一代产品。美日的苹果、兄弟、惠普、佳能、富士通、数据产品、国际商用机器等30余家厂商的主攻产是激光打印机, 推出了几十种高中低档产品。激光打印机兼负现代文书和管理文件打印、轻印刷系统和台式出版系统的排版任务, 配合计算机的一部分功能, 是各国众多公司竞相发展的热门产品之一。随着微机日益普及, 我国对作为重要外围设备之一的激光打印机需求量正迅速增长。目前国内市场的激光打印机均为进口或国内组装产品, 尚无国产。【2】二、材料加工的发展在工业先进国家, 激光加工的地位很高,衡量一个国家工业生产效率及其在发达国家中的位置, 很大程度上取决于其工业用激光器的制造及其引入生产的进度。美、日西欧等各国激光加工产业化已经形成, 建成激光加工业体系, 每年以百分之几的速度增长。美国“ 战略防御倡议” 计划、西欧“ 尤里卡” 计划, 都把激光加工列为发展项目之一。我国“ 七五” 攻关计划中, 已完成西安内燃机配件厂的拖拉机发动机缸套激光热处理、长春一汽汽车发动机缸体激光热处理、大连机车车辆厂弹性软轴节主簧片激光热处理、重庆纺织厂锭尖激光热处理等四条中试线的现场鉴定与验收。以上中试线采用激光淬火, 提高了某些机械零件耐磨性能, 延长使用寿命, 经济效益十分显著。激光焊接、打孔、切割、微加工等多方面工业应用, 效益同样非常可观。这些方面在国外加工中占据主要地位, 由于国内材料加工业的技术改造资金来源受体制影响有极大困难, 因而没有形成有影响的产业, 只有通过体制改革发展我国的激光材料加工业。三、激光器件及应用（光学、物理光学、非线性光学、激光原理和技术、光信息处理等）包括激光器件（光纤，半导体、固体、气体、准分子及其它），激光加工，激光全息，激光医疗仪器，激光测距，激光雷达，激光跟踪，激光制导，光学陀螺仪，交通控制系统，光导航设备与系统，目标指示器，干扰发射机和通信设备等。目前我国从事激光技术研究、激光应用产品研制生产的单位约有400余家（不含激光音像设备生产单位），全国激光产品市场年销售额约为32.4亿元人民币（此数据不包括激光音像设备、激光通信工程、激光条码检测及激光二次效益如激光医疗收入等）。四、通信、存储领域中的应用光电子技术在这类热点应用中潜力很大, 如通信、存储、条码扫描、质量检验、全息照相、激光刻蚀和绘画、娱乐设备等, 都充当了重要角色。激光和光电子在其它消费类应用中的份额, 在世界市场上也呈逐年增长的趋势。如日本光纤电子公司,1989年的利润为2.26 亿美元, 销售额为23.73亿美元,这一优异成绩归功于激光视盘影碟机 、激光机, 激光器则是其关键元件。我国这一市场的潜力巨大, 开发应用方兴未艾。我国两亿多个家庭有一部分已步入小康, 家电市场的激光视盘、cd唱机ok 机需求量日益增加, 激光和光电子技术正是大有作为的黄金时期。五、矿井安全中的应用1红外型瓦斯传感器传统的瓦斯传感器是采用黑白催化元件和热导元件监测矿井中的瓦斯浓度。黑白元件只能监测4%以下的瓦斯浓度, 但监测误差较大,经常出现零点漂移, 每隔一周必须调试一次。热导元件的监测误差也较大, 在低浓度条件下不能使用。这两种元件都难以准确监测瓦斯的异常变化和突出瓦斯的瞬时大幅度变化, 对分析研究突出和瓦斯涌出的规律性不能提供可靠的科学依据和数据。随着光电技术, 尤其是光电子器件的发展, 红外型传感器用于各种危险场合气体成分的检测已逐渐成为现实。红外线瓦斯传感器工作稳定, 可满足不同地点、不同精度的要求, 并且易维护, 使用寿命长, 适应性强。GJG10H 型智能红外甲烷传感器, 采用国际最新非色散红外探测技术, 是煤矿预防瓦斯突出和瓦斯爆炸的更新换代产品。可以实现井下瓦斯浓度的实时测量就地显示和超限声光报警等功能, 并且能够连续自动地将井下瓦斯浓度转换成标准电信号输送给关联设备。在检测原理上使用的是完全不同于传统催化原理的红外线检测技术, 克服了催化原理传感器标。【3】2.光通信与光纤传感器件这里可包括光纤光缆，光电子材料，集成光电子器件，光电元、器件，光纤通信器件（光纤无源器件，光纤有源器件），光纤传感器件，光纤激光器，光端机，光纤通讯机及设备，光纤数据传输设备；光纤陀螺仪；光纤控制的相控阵雷达，光纤地面和卫星通信系统等等。我国现有光纤通信企业320余家，其中光纤光缆193家，光电器件46家，光缆材料和配套件企业22家，通信专用仪表9家，光通信传输设备50家。产值240亿元，销售额262亿元。“十五”期间中国光通信产业发展重点为光传输、光接入、光传送网产品、光纤光缆和光电器件五个方面。结论:二十世纪六十年代激光问世以来，光电子技术的发展变得迅猛起来。光电子技术是一门很有用的技术，目前的发展空间还是很广阔的。尤其是在我们中国，由于发展水平相对靠后，更需要我们刻苦的学习与钻研。光电子广泛的应用领域，已经无形的影响着国家的发展。大到军工领域，航天领域，国防领域，安全工程领域，医疗领域小到家用电器的信号传递以及灯光照明。我们没有理由不去关注光电子技术，不去了解光电子技术，不去学习光电子技术。只要贯彻有“有所为,有所不为”的方针, 狠抓创新和高技术成果转化,打破行业界限,按市场机制联合国内相关研究和开发单位,共同作好光电子产业化的工作,就一定能发展我国的光电子事业,有望在研究上取得突破,在产业上形成规经济,取得我国在该领域