光電技術(shù)01緒論.ppt

1、,光電子技術(shù),徐州工程學(xué)院 滕道祥,1883年，愛迪生在一次改進(jìn)電燈的實(shí)驗(yàn)中，將一根金屬線密封在發(fā)熱燈絲附近，通電后意外地發(fā)現(xiàn)，電流居然穿過了燈絲與金屬線之間的空隙。 1884年，他取得了該發(fā)明的專利權(quán)。這是人類第一次控制了電子的運(yùn)動(dòng)，這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，為20世紀(jì)蓬勃發(fā)展的電子學(xué)提供了生長(zhǎng)點(diǎn)。,一.光電子學(xué),緒論,愛迪生名下?lián)碛?093項(xiàng)專利，包括美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)和德國(guó)等。,這一生長(zhǎng)點(diǎn)上的第一只蓓芽就是弗萊明發(fā)明的整流器。他把愛迪生及馬可尼兩位大師的發(fā)明成果結(jié)合起來，著手研究真空電流的效應(yīng)。1904年，他發(fā)明了真空二級(jí)管整流器。,(Fleming, Sir John Ambrose 184919

2、45),發(fā)明了真空二級(jí)管整流器,把220v交流電整流成直流，,1910年，首次把它用于聲音的傳送系統(tǒng)。1916年，建立了第一個(gè)廣播電臺(tái)，開始了新聞廣播。 到本世紀(jì)的 20年代，真空電子器件已經(jīng)成為廣播事業(yè)與電子工業(yè)的心臟，它推動(dòng)著無線電、雷達(dá)、電視、電信、電子控制設(shè)備、電子信息處理等整個(gè)電子技術(shù)群的迅速發(fā)展。,1906年，美國(guó)人德弗雷斯特在弗萊明的二極管中又加入一塊柵極，制成可以用于整流，還可以用于放大的真空三極管。 三極管可以通過級(jí)聯(lián)使放大倍數(shù)大增，從而促成了無線電通信技術(shù)的迅速發(fā)展。,1899年馬可尼發(fā)送的無線電信號(hào)穿過了英吉利海峽，接著又成功穿越大西洋，從英國(guó)傳到加拿大的紐芬蘭省。,“無

3、線電之父”馬可尼,無線電通信的發(fā)明，也是日后無線電廣播、電視甚至手機(jī)的先兆。1909年馬可尼獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,1958年，半導(dǎo)體集成電路問世，不僅使高速計(jì)算機(jī)得以實(shí)現(xiàn)，還促使電子工業(yè)與近代信息處理技術(shù)發(fā)生天翻地覆的變化。,肖克萊、巴丁、布拉頓,電子學(xué)與信息技術(shù)的第一次重大變革發(fā)生在本世紀(jì)50年代。,肖克萊由于他的半導(dǎo)體理論而導(dǎo)致了晶體管的發(fā)明，揭開了電子革命嶄新的一頁。,由于這一重大貢獻(xiàn)，和科學(xué)家巴丁、布拉頓一起領(lǐng)受了最高的科學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,19-20世紀(jì)，電磁學(xué)得到了飛躍的發(fā)展不斷開發(fā)了各種電的應(yīng)用技術(shù)。,電能作為能源具有瞬時(shí)移動(dòng)性和可控制性,廣泛用于照明、動(dòng)力等方面,電子學(xué)正是研

4、究電信號(hào)的控制、記錄、傳遞及其應(yīng)用的一門科學(xué)。,電子電路不能在同一點(diǎn)重疊相交，這種空間的不共容性限制了密集度的提高；集成電路的平面結(jié)構(gòu)只適用于串列處理，要在信息存貯和數(shù)據(jù)處理上有突破性進(jìn)展，要使信息貯存密集度再提高4個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)非定址的聯(lián)想記憶(associative momery)，以發(fā)展人工智能，必須發(fā)展三維并列處理機(jī)構(gòu)。,電子學(xué)已經(jīng)出現(xiàn)不能適應(yīng)新的要求的征兆?,上世紀(jì)第一個(gè)10年，真空管問世，促使電子學(xué)誕生； 從20年代到60年代，電子器件從真空管過渡到固體三極管， 隨之實(shí)現(xiàn)了集成化，在促進(jìn)電子學(xué)大發(fā)展的同時(shí)，光電子學(xué)、量子電子學(xué)也隨之建立和發(fā)展起來，它們形成了現(xiàn)代電子學(xué)的學(xué)科群體；,

5、歷史似乎是在重演。,而60年代，紅寶石激光器的問世，又促使了光子學(xué)的誕生。 從60年代到90年代，激光器從諧振腔體型向著固體半導(dǎo)體激光器過渡， 隨之實(shí)現(xiàn)了光子器件的集成化，不僅促使了光子學(xué)的大發(fā)展，非線性光學(xué)、纖維光學(xué)、集成光學(xué)、激光光譜學(xué)、量子光學(xué)與全息光學(xué)也形成了現(xiàn)代光子學(xué)的學(xué)科群體，目前它們正在蓬勃發(fā)展之中。,電子學(xué)領(lǐng)域中幾乎所有的概念、方法無一不在光子學(xué)領(lǐng)域中重新出現(xiàn)。,光子學(xué)的信息荷載量要大得多，光的焦點(diǎn)尺寸與波長(zhǎng)成反比，光波波長(zhǎng)比無線電波、微波短得多，經(jīng)二次諧波產(chǎn)生倍頻，激光可使光盤存貯信息量大幅度增加。,當(dāng)電子通信容量達(dá)到最大限度而不能繼續(xù)擴(kuò)大時(shí)，人們很自然地把目光轉(zhuǎn)向波長(zhǎng)更短的

6、光波。,然而，歷史卻并沒有簡(jiǎn)單地重演。,電子開關(guān)的響應(yīng)最短為10-710-9秒，而光子開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間可以達(dá)到飛秒數(shù)量級(jí)。光子屬于玻色子，不帶電荷，不易發(fā)生相互作用，因而光束可以交叉。光子過程一般也不受電磁干擾。,光場(chǎng)之間的相互作用極弱，不會(huì)引起傳遞過程中信號(hào)的相互干擾。這些優(yōu)點(diǎn)為光子學(xué)器件的三維互連、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用開拓了光明前景。,1970年半導(dǎo)體激光器在室溫環(huán)境下的連續(xù)激射獲得成功。,在通信史上，跳過了為增大信息傳輸量而開發(fā)的毫米波通信階段，直接由微波通信轉(zhuǎn)移到光纖通信。,正在這時(shí)候，低損耗的光導(dǎo)纖維的試制又獲得了成功，光纖通信成為現(xiàn)實(shí)。,光纖通信技術(shù)的開發(fā)促進(jìn)了,作為光源的激光器 作為接收

7、器件光探測(cè)器的發(fā)展,光調(diào)制器、光波導(dǎo)、光開關(guān)、光放大器以及光隔離器等各種光學(xué)部件的發(fā)展。,在電子學(xué)技術(shù)中采用小尺寸的光學(xué)零部件的組合。,光通信原理示意圖,光技術(shù)的發(fā)展沒能夠超過電子技術(shù)的發(fā)展,期待著在電子學(xué)中采用光技術(shù)。,想得到更多的信息量、更高的演算速度，用現(xiàn)存電子技術(shù)是不可能實(shí)現(xiàn)的。,光信號(hào)傳輸方式要比用電布線好得多， 超并行計(jì)算機(jī)的配線方式，,光電子學(xué)是在電子學(xué)的基礎(chǔ)上吸收了光技術(shù)而形成的一門新興學(xué)科。,提高了電子設(shè)備的性能。,使電子學(xué)至今未能實(shí)現(xiàn)的功能獲得了實(shí)現(xiàn)。,激光出現(xiàn)，對(duì)光與物質(zhì)相互作用過程的研究變得異?；钴S， 半導(dǎo)體光電子學(xué) 波導(dǎo)光學(xué) 導(dǎo)致了 激光物理學(xué) 相干光學(xué) 非線性光學(xué)等

8、新學(xué)科涌現(xiàn) 學(xué)科之間交叉。,光的電磁理論和光電效應(yīng)理論 從19世紀(jì)中葉的麥克斯韋到20世紀(jì)初葉的愛因斯坦 光學(xué)與電子學(xué)仍作為兩門獨(dú)立的學(xué)科被研究。,半導(dǎo)體光電子學(xué) 非線性光學(xué) 波導(dǎo)光學(xué),20世紀(jì)70年代以來， 半導(dǎo)體激光器和光導(dǎo)纖維技術(shù)的重要突破導(dǎo)致以,光纖通訊 光纖傳感 光盤信息存儲(chǔ) 顯示 光信息處理,深度和廣度上蓬勃發(fā)展,特別,互相滲透，而且還與數(shù)學(xué)、物理、材料等基礎(chǔ)學(xué)科交叉形成新的邊沿領(lǐng)域。,激光朝著超快、超強(qiáng)、短波長(zhǎng)、寬調(diào)諧和小型化的方向發(fā)展。 遠(yuǎn)紫外的X光波段激光器,在 生物學(xué) 化學(xué) 物理結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體器件光刻應(yīng)用開拓上。 將獲得重大進(jìn)展,可調(diào)諧激光在 激光分離同位素 化學(xué) 生物學(xué) 材

9、料科學(xué) 醫(yī)學(xué)上有重要應(yīng)用。,例如,半導(dǎo)體超晶格材料和量子阱結(jié)構(gòu)與器件的研究,量子阱超晶格材料由于存在室溫激子，使量子效應(yīng)器件具有重要的非線性光學(xué)特性，可制作,使量子阱激光器的閾值電源電流密度從103A/cm2下降到10-4/cm2量級(jí)，極大地降低了功耗；,光開關(guān) 光存儲(chǔ) 光邏輯等多種功能的量子效應(yīng)器件。,非線性導(dǎo)波光學(xué)的發(fā)展，在光纖通信上導(dǎo)致幾項(xiàng)重大成果： 摻稀土光纖放大器 光纖孤子通信 高密度波分復(fù)用(DWDM)技術(shù) 光纖光柵技術(shù)，采用全光通信系統(tǒng)，傳輸速率可達(dá)100Gbit/s以上。,光導(dǎo)纖維最初僅作為光傳輸介質(zhì)用于光通訊系統(tǒng)， 利用光纖的偏振和相位敏感特性制成的光纖傳感器， 又進(jìn)一步推動(dòng)

10、了對(duì)特種光纖的研究，并成功地制成了光纖激光器。,單晶光纖，有可能將有源和無源光電子功能器件與光纖波導(dǎo)融為一體。,光子晶體和光子材料可制成各種光子控制器件。,在對(duì)光子的控制上，光的壓縮態(tài)和光子數(shù)態(tài)是將噪音壓縮到低于量子噪聲，為超高精度，超微弱信號(hào)測(cè)量和保密通信帶來新的前景。,激光熱核聚變和激光對(duì)原子的冷卻為物理學(xué)提供了極端物理參數(shù)： 極高的溫度(2億萬K) 極高的壓力(18千億個(gè)大氣壓) 極低的溫度(20nK)。,重大進(jìn)展使美籍華人朱棣文和李遠(yuǎn)哲分別獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。,分子束的激光探測(cè)為化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究提供重要手段,1997年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)斯坦福大學(xué)物理教授朱棣文,以

11、表彰他們發(fā)明了用激光冷卻進(jìn)行低溫下俘獲原子的方法。,1986年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者,李遠(yuǎn)哲對(duì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)、動(dòng)態(tài)學(xué)、鐳射化學(xué)等物理化學(xué)領(lǐng)域均有卓越成就。,在這種多學(xué)科綜合發(fā)展的推動(dòng)下，一門新的綜合性交叉學(xué)科便從現(xiàn)代信息科學(xué)中脫穎而出，這就是。,光電子學(xué)是研究 光頻電磁波場(chǎng)與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換的學(xué)科， 一般理解為“利用光的電子學(xué)”。,光電子學(xué)是研究紅外光、可見光、紫外光、X-射線直至射線波段范圍內(nèi)的光波、電子的科學(xué)，是研究運(yùn)用光子、電子的特性，通過一定媒介實(shí)現(xiàn)信息與能量轉(zhuǎn)換、傳遞、處理及應(yīng)用的一門科學(xué)。,光的吸收和發(fā)射 激光 光輻射的控制 光輻射的探測(cè) 光波導(dǎo) 光電子集成 光電子應(yīng)

12、用,光電子學(xué),融入了信息流的各個(gè)環(huán)節(jié)中, 正是這種結(jié)合為光電子信息產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生與發(fā)展提供了廣闊的天地。,信息的采集、處理、傳輸、顯示等環(huán)節(jié)中不可缺少的重要技術(shù)支撐,光電子學(xué)是電子技術(shù)在光頻波段的延續(xù)與發(fā)展。 現(xiàn)代化發(fā)展，使各學(xué)科所擁有的信息量逐日猛增，微電子在實(shí)現(xiàn) 超高速，超大容量，超低功耗方面遇到了極大的困難。,二電子向光子的過渡,20世紀(jì), 電子學(xué)和微電子學(xué)技術(shù)發(fā)展促進(jìn)了計(jì)算機(jī)、通信及其他電子信息技術(shù)的更新?lián)Q代,(一). 光電子的產(chǎn)生,信息量與日俱增, 高容量和高速度信息的發(fā)展,已顯示出電子學(xué)和微電子學(xué)的不足。 光子的速度比電子的速度快,光的頻率比無線電(如微波)的頻率高, 為提高傳輸速度和

13、載波密度,運(yùn)算的器件從電子管-大規(guī)模集成電路。,通信從長(zhǎng)波-微波,存儲(chǔ)從磁芯-半導(dǎo)體集成,信息的載體必然由電子發(fā)展到光子。,21世紀(jì),一個(gè)新的詞匯“光谷”,作為信息和能量載體的光電子,在光顯示、光存儲(chǔ)和激光上, 對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)變革、國(guó)家安全及整個(gè)社會(huì)發(fā)展起著難以估量的關(guān)鍵作用。,“硅谷”代表微電子信息產(chǎn)業(yè), “光谷”代表光電子信息產(chǎn)業(yè)。,電子具有質(zhì)量，負(fù)電荷, 電子統(tǒng)計(jì)分布屬于費(fèi)米子特性。 速度要比光速小很多。 頻率可達(dá)到10的11次方赫茲，波長(zhǎng)相當(dāng)于1000微米。電子是很好的信息載體,也受到一些限制。 帶有電荷受到電場(chǎng)干擾， 傳輸?shù)臅r(shí)候會(huì)受到電阻、電容的時(shí)延，它傳輸?shù)念l率會(huì)受到限制。,對(duì)電

14、子來說,電子和光子。為什么從電子發(fā)展到光子是一個(gè)技術(shù)的進(jìn)步，而且也是技術(shù)發(fā)展的趨向？,對(duì)光子來說,它是一個(gè)最小的能量單位， 沒有凈質(zhì)量， 不帶電荷，幾乎很難受電磁場(chǎng)的影響 速度在真空里面是每秒三十萬公里。 光的頻率范圍：31011到31015，比電子頻率高大概四個(gè)數(shù)量級(jí)，一萬倍。 在作為信息載體的時(shí)候，它的能力有可能高出一萬倍，相應(yīng)光子的波長(zhǎng)要小一萬倍。,光子是怎么產(chǎn)生的？,三種現(xiàn)象在物理上看起來是很簡(jiǎn)單，但是他們了不起。,LED發(fā)光二極管,光電探測(cè)器，把光照到器件上就可以變成電流。,激光的工作基本原理,E2-E1=h,基于以上原理的這些效應(yīng)稱之為光電子效應(yīng)。 但實(shí)際我們感興趣不是這個(gè)電子，而

15、是產(chǎn)生的光子。所以真正的主角應(yīng)該是光子。,根據(jù)量子力學(xué)的原理， 光子既是一個(gè)粒子又是一個(gè)波，,有的時(shí)候稱之為光子技術(shù),這是它的兩重性,在光通信中也稱之為光波技術(shù),光電子學(xué)的地位與作用和其特征分不開,波長(zhǎng)短(同電子技術(shù)相比)， 亦即頻率高。,它的各種優(yōu)點(diǎn)都同這個(gè)根本特點(diǎn)分不開。,(二).光電子的特征,光波與微波對(duì)比,長(zhǎng)波為1mm和1m， 差3個(gè)量級(jí) 短波為10nm和1mm，差4個(gè)量級(jí)。,光電子涉及的 角分辨率 距離分辨率和 光譜分辨率,比微波高得多。,1角分辨率高,雷達(dá)的角分辨率(最小可分辨角)由下式?jīng)Q定,/2L,波長(zhǎng)5cm的脈沖雷達(dá)，用15m天線時(shí)，其角分辨率約為l。 (00174rad)。,

16、(波長(zhǎng)106m)激光雷達(dá)用106cm天線，其角分辨率l10-4 rad，是微波雷達(dá)的1174，其天線直徑為微波雷達(dá)114。,為雷達(dá)波長(zhǎng)；L為天線口徑尺寸,對(duì)于無源光電探測(cè)系統(tǒng)(紅外系統(tǒng)和可見光CCD攝像系統(tǒng))，基于同樣的理由，角分辨率亦很高。,用小天線得到高的角分辨率，其原因是激光波長(zhǎng)遠(yuǎn)短于微波。,若微波脈沖寬度為l s，則信號(hào)帶寬為lMHz，距離分辨 率為150m。,2距離分辨率高,脈沖雷達(dá)的距離分辨率由下式?jīng)Q定,激光測(cè)距儀來說，一般脈沖寬度約10ns，相當(dāng)于信號(hào)帶寬100MHz，距離分辨率為15m，比微波雷達(dá)高100倍。,Rc/2B,c光速；B雷達(dá)信號(hào)帶寬(脈沖寬度的倒數(shù)),高精度激光測(cè)距

17、系統(tǒng)，其脈沖寬度100ps，信號(hào)帶寬達(dá)10GHz，距離分辨率達(dá)15cm。,對(duì)距離大于6000km的人造衛(wèi)星進(jìn)行激光測(cè)距時(shí)，距離分辨率可優(yōu)于1mm。,光譜學(xué)研究 原子 分子等的能級(jí)結(jié)構(gòu) 能級(jí)壽命 電子組態(tài) 分子幾何形狀 化學(xué)鍵性質(zhì)等,3光譜分辨率高,常規(guī)光譜學(xué)中，光譜線的相對(duì)寬度一般為百萬分之一(10-6)，而且光源強(qiáng)度很弱，限制了光譜研究的深入發(fā)展。,物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)的科學(xué)，也是化學(xué)分析中進(jìn)行定性與定量分析的手段。,譜線的相對(duì)寬度減小了許多量級(jí)， 光源亮度又增加了許多量級(jí)， 形成了具有極高光譜分辨率和極高探測(cè) 靈敏度的激光光譜學(xué)。,若用脈寬為皮秒(ps)或飛秒(fs)級(jí)的超短激光脈沖作光譜光源，

18、就可以探測(cè)和研究超快現(xiàn)象，如光合作用這樣在若干皮秒或飛秒內(nèi)發(fā)生的變化。,激光作為光譜光源以來(特別是寬帶可調(diào)諧激光),當(dāng)滿足 光波的電場(chǎng)強(qiáng)度可以同原子、分子或凝聚態(tài)物質(zhì)中束縛電子的庫(kù)侖場(chǎng)相比較時(shí) 可以觀察到物質(zhì)與強(qiáng)相干光相互作用的一系列新的光學(xué)現(xiàn)象，統(tǒng)稱為非線性光學(xué)現(xiàn)象。,4非線性光學(xué)效應(yīng)強(qiáng),1875年克爾效應(yīng)(一種非線性光學(xué)效應(yīng))，但直到激光出現(xiàn)之后，有了強(qiáng)度高和相干性好的光源，,包括光學(xué)二次諧波和高次諧波 光學(xué)和頻與差頻、 光學(xué)參量放大與振蕩 多光子吸收 光束自聚焦 多種受激光散射 非線性光譜效應(yīng) 各種瞬態(tài)相干效應(yīng) 以及光致?lián)舸┑鹊炔⒀芯块_發(fā)出許多非線性光學(xué)器件。,非線性光學(xué)效應(yīng),光子的頻

19、率，與光傳輸?shù)乃俣群凸獾牟ㄩL(zhǎng)有關(guān)。正是由于光子具有很寬范圍的波長(zhǎng)，頻率或者能量，所以它能夠帶的信息量，比電子大得多。,5頻帶寬、通信容量大,利用光子，可用的范圍很廣，現(xiàn)在光纖通信，充其量是從1.2個(gè)微米到1.7個(gè)微米。，僅僅這一段能夠傳輸?shù)男畔⒘恳呀?jīng)不得了，可達(dá)75Tb/s。,長(zhǎng)的電磁波范圍。,一毫米到十納米光波范圍,電磁波譜與可見光范圍,光波頻率比微波頻率大體高10萬倍，它的帶寬與通信容量也相應(yīng)可提高10萬倍。,一個(gè)光波通道帶寬占用光波頻率的百分之一，在光波通道上可通上億路電話，或者是10萬路電視節(jié)目,一個(gè)微波通道帶寬約占據(jù)微波頻率的百分之一。在微波通道上可通過上千路電話和一路彩色電視節(jié)目。

20、,視覺:假如人每一秒鐘可以看到60幅，彩色的、三維空間的，整個(gè)視覺能力可以達(dá)到30Gb/s，,從生物信息角度看，人類需要多少信息?兩個(gè)最重要的感覺，聽覺視覺。,人的聲音大概從幾十赫茲到幾千赫茲，他響應(yīng)的信息量大概可以到達(dá)10.4Gb/s。,聽覺和視覺總需要40.4Gb/s。,十的六次方是兆，十的九次方是千兆，通常用G表示，現(xiàn)在說的Terabit是十的十二次方，用太或T表示。,在21世紀(jì)，人類對(duì)信息的需求到底有多大？,信息的容量今后要達(dá)到十的十二次方的位。 信息傳輸?shù)乃俾蔬_(dá)到每秒太位，即Tb/s。 信息存儲(chǔ)的密度，達(dá)到一個(gè)Tb, 即Tb/cm2。 信號(hào)的頻率要達(dá)到十的十二次方赫茲, 即THz。,

21、如此大的信息量，只有依靠光子技術(shù)的發(fā)展才能實(shí)現(xiàn)。,三光電子學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)關(guān)系,光電子學(xué)既然是光波段的電子學(xué)，它就必然同電子學(xué)和光學(xué)技術(shù)有著十分密切的關(guān)系。,電學(xué) 在19世紀(jì)以電氣化的面貌推動(dòng)著人類社會(huì)的進(jìn)步，繼后在20世紀(jì)又以電子學(xué)和微電子學(xué)為龍頭的學(xué)科技術(shù)將人類帶入信息社會(huì),電學(xué)和光學(xué)都是具有悠久歷史的學(xué)科,光學(xué) 是從20世紀(jì)60年代，激光一經(jīng)問世就對(duì)光學(xué)及其他科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生活產(chǎn)生革命性的影響。,是19世紀(jì)60年代麥克斯韋提出的光的電磁波動(dòng)理論。 麥克斯韋明確提出無線電波和光波都是電磁波譜大家族中的一員。,光與電打交道的第一個(gè)回合,電學(xué)和光學(xué)是緊密相聯(lián)的，兩者有著非常密切的內(nèi)在聯(lián)系。,是

22、1905年愛因斯坦將量子論用于解釋光電效應(yīng)。,光與電打交道的第二個(gè)回合.,激光 器(LASER)是電子學(xué)中微波量子放大器(MASER)在波長(zhǎng)上的延伸。,激光器的發(fā)明提供了光頻波段的相干電磁波振蕩源。,光與電打交道的第三個(gè)回合,1917年愛因斯坦在輻射理論中提出受激發(fā)射。是1960年激光的發(fā)明-激光的理論基礎(chǔ):,激光的出現(xiàn)使得,電子學(xué)的基本概念,放大與振蕩 調(diào)制與解調(diào) 直接探測(cè)與外差探測(cè) 倍頻、和頻與差頻 參量放大與振蕩等等,移植到了光電子學(xué)中,無線電波段的振蕩器，直流電為激勵(lì)源，三極管為放大器件，電感線圈和電容器構(gòu)成的槽路作為諧振器。,不過波段不同，無線電波段、微波波段和光波段的器件在結(jié)構(gòu)上差

23、異很大,微波波段的振蕩器 直流電為激勵(lì)源，以磁控管為放大器件，諧振腔也在磁控管里面，形狀是一個(gè)空腔。,光波段的振蕩器， 激勵(lì)源是脈沖氖燈，放大介質(zhì)就是紅寶石晶體， 諧振腔是一對(duì)平行的高反射率板。,以振蕩器為例 各波段都有激勵(lì)源、放大介質(zhì)和諧振腔。,天線也是這樣 無線電各個(gè)波段、 微波各個(gè)波段天線都不一樣， 而光波段的天線基本上是各種經(jīng)典的望遠(yuǎn)鏡,功能相似而結(jié)構(gòu)迥異,調(diào)制器、 解調(diào)器、 倍頻器、 隔離器等等,不同波段的,光電子學(xué)在發(fā)展和應(yīng)用前景上與電子學(xué)占有同樣重要的地位。,光電子學(xué)與電子學(xué)的關(guān)系是繼承與發(fā)展和相互依存的關(guān)系。,在信息科技領(lǐng)域，電子學(xué)作出了巨大的貢獻(xiàn)， 但由于其信息屬性的局限性而

24、使其進(jìn)一步發(fā)展無論在速度、容量還是在空間相容性上都受到限制，而光子的信息屬性卻表現(xiàn)出巨大的無可爭(zhēng)辨的優(yōu)越性。,電子器件的響應(yīng)時(shí)間一般為10-9s， 電子學(xué)頻率:31011Hz,光子間互不干涉，具有并行處理信息的能力，大幅度提高信息的處理速度；提高光存儲(chǔ)的記錄密度。,光子器件可達(dá)10-910-1210-15s;光波頻率在10141015Hz范圍,光子器件通信容量增大1000倍；,光電子器件和系統(tǒng)對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)、光學(xué)工藝和光學(xué)薄膜技術(shù)提出了比經(jīng)典光學(xué)還要嚴(yán)格的要求。,比如，對(duì)激光器諧振腔的反射鏡。,承受很高的功率密度，而不破壞。,在特定波長(zhǎng)上具有極高(99以上)的反射率；,在一個(gè)波長(zhǎng)上有極高反射率，在另一個(gè)波長(zhǎng)上有極高透射率；,整個(gè)鏡面的反射率要符合特定分布等等。,光電子發(fā)展的需求牽引，促