光電探測(cè)緒論

光電技術(shù)：是由光學(xué)技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合而形成的一門(mén)嶄新的技術(shù)。它的主要內(nèi)容是以光波（輻射）為基本信息載體，利用光電結(jié)合的原理和方法，實(shí)現(xiàn)信息的獲取、發(fā)送、探測(cè)、傳輸、變換、存儲(chǔ)、處理和重現(xiàn)等。1.1背景介紹(1)光波波長(zhǎng)比電波波長(zhǎng)短，用光電子技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)和顯示可以獲得更高的分辨率和清晰度；用它存儲(chǔ)信息，信息密度很大，光盤(pán)的大容量就是證明；用它來(lái)處理信息，速度會(huì)更快。(2)光波的頻譜范圍比電波的頻譜范圍寬，可以獲得極大的傳輸容量。這就是為什么光纜比電纜的信息傳輸容量大的原因。發(fā)展短波長(zhǎng)（藍(lán)光或紫光）半導(dǎo)體激光器來(lái)提高光盤(pán)存儲(chǔ)密度和容量光電技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：(3)光波抗電磁干擾，其傳輸質(zhì)量之高，是目前任何傳輸媒介無(wú)法比擬的。

高錕——光纖之父博伊爾&史密斯——發(fā)明CCD圖像傳感器2009年諾貝爾獎(jiǎng)物理學(xué)獎(jiǎng)得主均為光電領(lǐng)域研究學(xué)者！臺(tái)灣光電科技工業(yè)協(xié)進(jìn)會(huì)PIDA，2005國(guó)際光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)9%光電元件24%光存儲(chǔ)28%光電顯示13%光通信5%激光21%光輸出入

2010年全球光電子產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值達(dá)5407億美元，比2004年近2000億美元的光電子產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值增長(zhǎng)近150%，2015將達(dá)9631億美元。光電子產(chǎn)業(yè)可能會(huì)取代傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè)，成為21世紀(jì)最大的產(chǎn)業(yè)，并成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。日本光電子產(chǎn)業(yè)與技術(shù)振興協(xié)會(huì)2005國(guó)際光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)光存儲(chǔ)與光顯示潛力無(wú)窮固態(tài)照明擁有光明未來(lái)光通信與光網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新不斷

信息存儲(chǔ)與顯示是人類(lèi)應(yīng)用信息最基本的環(huán)節(jié)。預(yù)計(jì)15年內(nèi)信息存儲(chǔ)量將增長(zhǎng)近300倍；顯示系統(tǒng)的清晰度將提高10倍。

美國(guó)能源部預(yù)測(cè)，2010年美國(guó)55%的白熾燈和熒光燈被半導(dǎo)體燈替代，節(jié)約電費(fèi)350億美元/年，并將形成500億美元的大產(chǎn)業(yè)。中國(guó)的白熾燈只要1/3被取代，將節(jié)電1000億度，相當(dāng)于再造一個(gè)三峽工程。生物醫(yī)學(xué)光電子產(chǎn)業(yè)生機(jī)勃勃年增長(zhǎng)31%，2006年達(dá)到110億美元。2016年預(yù)計(jì)將達(dá)到1330億美元。/pub/1190814.html

數(shù)據(jù)化、寬帶化、綜合化已成當(dāng)前通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，通信網(wǎng)絡(luò)則向更加智能化、多業(yè)務(wù)、高性能、低成本、兼容性、靈活性和高可靠性方向發(fā)展。近年來(lái)，盡管光纖通信業(yè)界動(dòng)蕩，但技術(shù)改進(jìn)從未停滯。發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視光電科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視光電科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展將光電子確定為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)。建立以亞利桑那大學(xué)為中心的“美國(guó)光谷”及若干光子學(xué)技術(shù)中心世界光電子產(chǎn)業(yè)頭號(hào)大國(guó)。制定和實(shí)施了一系列科技領(lǐng)先戰(zhàn)略與基礎(chǔ)研究計(jì)劃。如《激光五年計(jì)劃》“光學(xué)技術(shù)—德國(guó)制造”技術(shù)計(jì)劃，包括下一代光學(xué)系統(tǒng)和生命光電子“光之都”計(jì)劃(在2010年使光州成為光之都，并成為全球第五大光電先進(jìn)國(guó))建立國(guó)家級(jí)光電子技術(shù)基地(光谷)，成為國(guó)際先進(jìn)水平的研究與開(kāi)發(fā)中心美國(guó)日本德國(guó)韓國(guó)法國(guó)國(guó)家“十二五”發(fā)展規(guī)劃中的光電子重大專(zhuān)項(xiàng)攻克關(guān)鍵技術(shù)超前部署前沿技術(shù)研究新一代寬帶無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)、極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝信息技術(shù)/研究新一代網(wǎng)絡(luò)與通信關(guān)鍵技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)與智能信息處理技術(shù)以及新型開(kāi)放式架構(gòu)核心路由器、服務(wù)器和低成本網(wǎng)絡(luò)信息終端生物和醫(yī)藥技術(shù)/生物納米技術(shù)/…突破若干重大疾病預(yù)防和診治的關(guān)鍵技術(shù)信息技術(shù)/發(fā)展微電子與光電子技術(shù)、先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、先進(jìn)傳感技術(shù)、寬帶無(wú)線移動(dòng)通信等技術(shù)新材料技術(shù)/光電信息與特種功能材料/半導(dǎo)體照明工程武漢·中國(guó)光谷的發(fā)展現(xiàn)狀和優(yōu)勢(shì)各地已建的和正在興建的“光谷”、光電子產(chǎn)業(yè)園區(qū)已超過(guò)18個(gè).（武漢、北京、上海、長(zhǎng)春、深圳、廣州、石家莊、合肥、西安、重慶等），各有特色。武漢·中國(guó)光谷的優(yōu)勢(shì)和特色：優(yōu)勢(shì)：技術(shù)優(yōu)勢(shì):

傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)（光通信：國(guó)內(nèi)第一條光纖通信線路；激光：全國(guó)第一個(gè)激光國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和國(guó)家工程中心）自主創(chuàng)新（國(guó)際電聯(lián)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)；光谷每年申請(qǐng)的專(zhuān)利在1000項(xiàng)以上）人才和基地優(yōu)勢(shì)：

1個(gè)光電領(lǐng)域國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、13個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、13個(gè)國(guó)家工程技術(shù)中心、

42所各類(lèi)高等院校、56個(gè)國(guó)家級(jí)科研所、700多個(gè)技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)；50名兩院院士，其中有13名院士是光電子信息技術(shù)的學(xué)科帶頭人，20多萬(wàn)各類(lèi)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員和50多萬(wàn)在校大學(xué)生。特色：●國(guó)內(nèi)最大的光纖光纜生產(chǎn)研發(fā)基地●國(guó)內(nèi)最大的光電器件生產(chǎn)研發(fā)基地●國(guó)內(nèi)最大的光通信產(chǎn)品研發(fā)基地●國(guó)內(nèi)最大的激光產(chǎn)業(yè)基地“武漢·中國(guó)光谷”是我國(guó)光電子行業(yè)的主力軍！是我國(guó)在光電子信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域參與全球競(jìng)爭(zhēng)的標(biāo)志性品牌！10Gb/s光電器件與模塊分布式喇曼光纖放大器和寬帶光纖放大器模塊40通道AWG芯片、模塊和測(cè)試光譜信息光電子通過(guò)設(shè)計(jì)特殊的噴嘴，采用2000W的激光功率就可以切割厚鋼板，鋼板的最大厚度達(dá)到55mm，最大切割速度可達(dá)350mm/min激光切割厚板典型實(shí)例激光切割彈簧鋼片焊接微型聲納傳感器焊接微型噴嘴焊接鈦管

激光焊、MIG焊及復(fù)合焊接熔深對(duì)比，復(fù)合焊接的焊接速度和熔深分別提高了60％和170。激光－電弧復(fù)合焊接大大提高了焊接的效率和最大焊接深度。激光切割技術(shù)激光焊接技術(shù)金屬零件的快速原型制造技術(shù)激光熔覆快速原型制造三維金屬漢字“?！奔す馊鄹埠腿S快速原型制造用的三斗自送粉器能量（源）光電子外延芯片封裝模組應(yīng)用半導(dǎo)體照明光源腦功能光電活動(dòng)聯(lián)合檢測(cè)

-ACV-ACV+ACV+ACV+ACV+ACV+ACV+ACVACC-M-GFPACC-M-TK-GFPA.6daysB.6daysC.12daysD.25daysE.30daysF.35daysG.40daysH.40days腫瘤TK基因治療的在體熒光成像基于n-back作業(yè)范式的工作記憶研究隨機(jī)掃描顯微功能成像生物醫(yī)學(xué)光電子光電探測(cè)系統(tǒng)本課程從光學(xué)（信息）變換、光電變換、電路處理三方面，講授光電探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理。1.2課程簡(jiǎn)介光學(xué)變換：（1）時(shí)域變換：調(diào)制振幅、頻率、相位、脈寬。（2）空域變換：光學(xué)掃描。（3）光學(xué)參量調(diào)制：光強(qiáng)、波長(zhǎng)、相位、偏振。任務(wù)：形成能被光電探測(cè)器接收、便于后續(xù)電學(xué)處理的光學(xué)信息。

光電變換：光電器件、變換電路、前置放大。任務(wù)：將光信息變?yōu)槟軌蝌?qū)動(dòng)電路處理系統(tǒng)的電信息。電路處理：放大、濾波、調(diào)制、解調(diào)、A/D、D/A、計(jì)算和接口。任務(wù)：獲取所需信息，達(dá)到最終目的?？蓞⒖荚滩牡牡谌?/p>

增加的內(nèi)容可參考原教材的第四章可參考原教材的第二章本課程共分五章講授：第一章：緒論，2學(xué)時(shí)

課程簡(jiǎn)介及光電探測(cè)系統(tǒng)的整體認(rèn)識(shí)；第二章：光電探測(cè)器的物理基礎(chǔ)，8學(xué)時(shí)2.1半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)2.2光電效應(yīng)與熱電效應(yīng)2.3常用光源2.4光輻射與度量2.5光電探測(cè)器的特性參數(shù)2.6光電探測(cè)器的噪聲第三章：光電探測(cè)器，24學(xué)時(shí)重點(diǎn)掌握目前常用的各類(lèi)光電探測(cè)器的工作原理和外部特征，如光電倍增管、光電導(dǎo)探測(cè)器、光伏器件和光電成像器件（CMOS和CCD）第四章：光電信號(hào)處理（電路處理），8學(xué)時(shí)

主要介紹光電器件的偏置電路，低噪聲放大及微弱信號(hào)檢測(cè)方法。重點(diǎn)是光電探測(cè)器前置放大器的偏置和放大器的設(shè)計(jì)和計(jì)算，低噪聲前置放大器的設(shè)計(jì)，鎖定放大器原理；第五章：信息的光學(xué)變換（光學(xué)變換），6學(xué)時(shí)

重點(diǎn)是對(duì)信息調(diào)制到光載波上的理解和各類(lèi)調(diào)制方法。1.3探測(cè)器發(fā)展歷史1873年，英國(guó)的W.R.史密斯發(fā)現(xiàn)硒的光電導(dǎo)性（內(nèi)光電效應(yīng)）；1888年，德國(guó)的H.R.赫茲觀察到紫外線照射金屬可發(fā)射帶電粒子；1890年，P.勒納證明帶電粒子是電子，發(fā)現(xiàn)外光電效應(yīng)；1900年，M.普朗克提出量子物理概念和黑體輻射公式；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)的V.K.茲沃雷金制成實(shí)用的光電倍增管；20世紀(jì)30年代末，PbS紅外探測(cè)器問(wèn)世；20世紀(jì)40年代，用半導(dǎo)體材料制成的溫差型紅外探測(cè)器和測(cè)輻射熱計(jì)；20世紀(jì)50年代中期，可見(jiàn)光波段的CdS、CdSe光敏電阻投入使用；1958年，英國(guó)勞森發(fā)明碲鎘汞（HgCdTe）紅外探測(cè)器；20世紀(jì)60年代之后幾十年，應(yīng)夜視觀察、制導(dǎo)、遙感等需求而開(kāi)發(fā)的中波（3～5um）和長(zhǎng)波（8～12um）紅外探測(cè)器；1992年起，紅外焦平面成像技術(shù)取代多元探測(cè)組件，電子掃描代替光機(jī)掃描，發(fā)展凝視紅外成像技術(shù)；21世紀(jì)初，第一代線陣列發(fā)展到二維TDI和大型凝視焦平面陣列，朝高密度、小象元、高性能、多色和低成本發(fā)展。單元多元陣列探測(cè)器或探測(cè)器系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)：探測(cè)器已從單元發(fā)展到多元，從多元發(fā)展到陣列。固態(tài)化、輕小型化、集成化和廉價(jià)化。非致冷、集成式、大面陣的高效探測(cè)器將是今后的發(fā)展方向。2010(第19屆)北京HAMAMATSU技術(shù)交流會(huì)

電子管事業(yè)部近期研發(fā)出了全球首款采用MEMS技術(shù)的微光電倍增管(即microμPMT)，該產(chǎn)品只有大拇指大小，長(zhǎng)7mm，寬5mm，厚2mm，其制作工藝是通過(guò)MEMS技術(shù)在硅底板上形成光電面及電子倍增部(倍增電極)，用兩張玻璃底板將其夾住形成，這種構(gòu)造的最大特點(diǎn)是可輕松進(jìn)行批量生產(chǎn)。μPMT的工作原理與原來(lái)的PMT相同，性能方面也毫不遜色。預(yù)計(jì)該產(chǎn)品將從2011年1月開(kāi)始樣品供貨，主要面向利用μPMT進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)用途的用戶。

日本濱松研發(fā)出的微光電倍增管(microμPMT)

(a)Resistortypen-wellmicrobolometerfrom16x16array(b)Singlepixeldiodetypen-wellmicrobolometer(underneath)(c)Diodetypen-welldetectorsfrom128x128array(d)Diodetypen-wellmicrobolometersfrom128x128array(underneath).tr

半導(dǎo)體電子致冷元件——熱電致冷器（ThermoElectriccooling，簡(jiǎn)稱(chēng)TEC）氣體致冷工作波段范圍擴(kuò)大，響應(yīng)速度加快。探測(cè)器的工作波段從紫外擴(kuò)展到遠(yuǎn)紅外，從單波段向多波段發(fā)展。例如：在大氣環(huán)境中，目標(biāo)的紅外輻射只能在1～2.5微米、3～5微米和8～14微米三個(gè)窗口內(nèi)有效傳輸。如果一個(gè)熱成象系統(tǒng)能同時(shí)在其中兩個(gè)波段獲取目標(biāo)信息，就可對(duì)復(fù)雜的背景進(jìn)行抑制，提高對(duì)目標(biāo)的探測(cè)效果，在預(yù)警、搜索和跟蹤系統(tǒng)中能明顯的降低虛警率，顯著地提高系統(tǒng)的性能和在各種武器平臺(tái)上的通用性，滿足各軍、兵種、特別是空軍、海軍對(duì)熱象系統(tǒng)的需求。高（超、全）光譜成像1.4學(xué)習(xí)目的（一）了解典型光電器件的原理和應(yīng)用，掌握常用器件的性能和選用方法。例如：學(xué)會(huì)看器件的datasheet，掌握關(guān)鍵參數(shù)對(duì)應(yīng)不同的波長(zhǎng)應(yīng)選用什么探測(cè)器？對(duì)應(yīng)光信號(hào)的快慢應(yīng)選用什么探測(cè)器？對(duì)應(yīng)光信號(hào)的強(qiáng)弱應(yīng)選用什么探測(cè)器？應(yīng)用鍺（Ge）：0.8-1.8μm硒化鉛（PbSe)：2-6μm

熱電堆新型紫外探測(cè)器讓狙擊手現(xiàn)出原形

紫外探測(cè)器光功率計(jì)紅外測(cè)溫儀激光功率能量探頭應(yīng)用1.4學(xué)習(xí)目的（二）了解常用光電信號(hào)變換技巧，能對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題提出初步的解決方法。

例如：如何使包含所需信息的光信號(hào)能易于探測(cè)？如何識(shí)別目標(biāo)，不被干擾圖像所迷惑？（光學(xué)調(diào)制盤(pán)）如何利用光信號(hào)探測(cè)實(shí)際工程對(duì)象？（激光測(cè)距、光纖傳感器、光外差探測(cè)）光學(xué)調(diào)制盤(pán)光接收電端機(jī)信號(hào)入信號(hào)出光發(fā)送光傳輸功率放大器線路放大器前置放大器光源光調(diào)制器光檢測(cè)器電端機(jī)SMPI-SR基本光纖通信系統(tǒng)MPI-R激光測(cè)距應(yīng)用應(yīng)用1.4學(xué)習(xí)目的（三）了解光電探測(cè)電路的設(shè)計(jì)方法，能調(diào)試簡(jiǎn)單的光電探測(cè)電路。

例如：如何設(shè)計(jì)使探測(cè)器正常工作并滿足實(shí)際信號(hào)要求的偏置電路？（恒流偏置、恒壓偏