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題目：
光電子技術(shù)的發(fā)展歷程和展望
系別
物理系
專業(yè)
物理（光電）
班級(jí)
物理10-2
學(xué)生姓名
寧土榮
指導(dǎo)教師
朱偉玲
完成時(shí)間
2012
年 11
月
2 日
光電子技術(shù)的發(fā)展歷程和展望
摘
要
隨著社會(huì)科學(xué)的加速發(fā)展，光電子技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越深入到社會(huì)生活的各個(gè)方面。今天，各種電子高科技產(chǎn)品太多源于光電子技術(shù)，可以說(shuō)，沒(méi)有光電子技術(shù)的加速發(fā)展就沒(méi)有我們現(xiàn)在的美好生活。相信在以后的生活中，光電子技術(shù)會(huì)得到更普遍的應(yīng)用，得到更多的人重視。自1960年世界第一臺(tái)紅寶石激光器的誕生起，光電技術(shù)的發(fā)展步伐明顯加速，儀器、技術(shù)等更新頻繁。激光器作為一種有效的工具，極大地推動(dòng)了光電子技術(shù)的發(fā)展！本文討論了光電子技術(shù)的前世今生、發(fā)展歷程、在各個(gè)時(shí)期的重要發(fā)明與應(yīng)用和光電子技術(shù)今后的發(fā)展方向和展望。通過(guò)本文的學(xué)習(xí)，我們可以更進(jìn)一步地了解光電子技術(shù)的含義，熟悉光電子技術(shù)的發(fā)展歷史和所研究的方向、領(lǐng)域，為將來(lái)打算從事該方面的研究工作打下基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：光電子技術(shù)；激光器；應(yīng)用；展望
一、光電子技術(shù)的概念
光電子技術(shù)是光子技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合而形成的一門技術(shù)。電子技術(shù)研究電子的特性與行為及其在真空或物質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)與控制；而光子技術(shù)研究光子的特性及其與物質(zhì)的相互作用以及光子在自由空間或物質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)與控制。兩者相結(jié)合的光電子技術(shù)主要研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換的相關(guān)技術(shù)，與光源激光劃、傳輸光纖化、手段電子化、現(xiàn)代電子理論的光學(xué)化為特征，是一門新興的綜合性交叉學(xué)科。它將電子學(xué)使用的電磁波頻率提高到光頻波段，產(chǎn)生了電子學(xué)所不能實(shí)現(xiàn)的很多功能，成為繼微電子技術(shù)之后興起的又一門高新科技，并與微電子技術(shù)共同構(gòu)成信息技術(shù)的兩大重要支柱。
二、光電子技術(shù)的發(fā)展史
目前，人們都傾向認(rèn)為光電子技術(shù)的發(fā)展歷史應(yīng)從1960年激光器的誕生算起。盡管其歷史可追溯到19世紀(jì)70年代，但那時(shí)期到1960年，光學(xué)和電子學(xué)仍然是兩門獨(dú)立的學(xué)科，因而只能算作光電子學(xué)與光電子技術(shù)的孕育期。
最早出現(xiàn)的光電子器件是光電探測(cè)器，而光電探測(cè)器的基礎(chǔ)是光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和研究。1888年，德國(guó)H.R.赫茲觀察到紫外線照射到金屬上時(shí)，能使金屬發(fā)射帶電粒子，當(dāng)時(shí)無(wú)法解釋。1890年，P.勒納通過(guò)對(duì)帶電粒子的電荷質(zhì)量比的測(cè)定，證明它們是電子，由此弄清了光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)。1900年，德國(guó)物理學(xué)家普朗克在黑體輻射研究中引入能量量子，提出了著名的描述黑體輻射現(xiàn)象的普朗克公式，為量子論堅(jiān)定了基礎(chǔ)。1929年，L.R.科勒制成銀氧銫光電陰極，出現(xiàn)了光電管。1939年，前蘇聯(lián)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，硫化鉛（PbS）紅外探測(cè)器問(wèn)世，它可探測(cè)到3μm輻射。40年代出現(xiàn)用半導(dǎo)體材料制成的溫差電型紅外探測(cè)器和測(cè)輻射熱計(jì)。50年代中期，可見(jiàn)光波段的硫化鎘（CdS）、硒化鎘（CdSe）、光敏電阻和短波紅外硫化鉛光電探測(cè)器投入使用。50年代末，美國(guó)軍隊(duì)將探測(cè)器用于代號(hào)為“響尾蛇”的空空導(dǎo)彈，取得明顯作戰(zhàn)效果。1958年，英國(guó)勞森等發(fā)明碲鎘汞（HgCdTe）紅外探測(cè)器。在軍事需求牽引和半導(dǎo)體工藝等技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，紅外探測(cè)器自60年代以來(lái)迅速發(fā)展。
隨著1960年激光的出現(xiàn)，光電子技術(shù)有了一個(gè)強(qiáng)有力的研究武器，從而開始了其日新月異的發(fā)展。
激光器是光波短的相干輻射源。它的理論基礎(chǔ)是愛(ài)恩斯坦在1916年奠定的。當(dāng)時(shí)，愛(ài)恩斯坦提出光的發(fā)射與吸收可以經(jīng)過(guò)受激吸收，受激輻射和自發(fā)輻射三種基本過(guò)程的假設(shè)。但是，直到1954年，美國(guó)C.H.湯斯才根據(jù)這個(gè)假設(shè)，以制冷的氨分子作為工作介質(zhì)，研制成微波激射器。不久，前蘇聯(lián)科學(xué)家巴索夫和普羅洛夫研制成以氟化銫為工作介質(zhì)的微波激射器。1958年，美國(guó)C.H.湯斯與A.L.肖洛將微波受激輻射的原理推廣到紅外和可見(jiàn)光波段，引入了激光的概念。1960年，美國(guó)T.H.梅曼研制成紅寶石激光器——世界上第一臺(tái)激光器。這個(gè)突破在科學(xué)上引起了轟動(dòng)，并形成連鎖反應(yīng)。在短短幾年之內(nèi)，氦氖激光器、半導(dǎo)體激光器、釹玻璃激光器、氬離子激光器、CO2激光器、YAG激光器、化學(xué)激光器、染料激光器等固體、氣體、液體、半導(dǎo)體激光器相繼出現(xiàn)。這些激光器為光與物質(zhì)相互作用的研究提供了一個(gè)嶄新的、極其有效的工具，極大地推動(dòng)了光電子技術(shù)的發(fā)展。幾乎在第一臺(tái)激光器誕生之時(shí)起，人們就開始探索激光的應(yīng)用，特別優(yōu)先考慮激光的軍事應(yīng)用。1961年，第一臺(tái)激光測(cè)距儀出現(xiàn)，其后，各種激光制導(dǎo)武器、激光致盲武器、激光毀滅性武器等相繼研制成功，激光可控核聚變等也在不斷成熟中。
1964年，美國(guó)RCA公司發(fā)現(xiàn)了液晶的多種光電效應(yīng)、賓主效應(yīng)、動(dòng)態(tài)散射效應(yīng)和相移存儲(chǔ)效應(yīng)，為液晶顯示器、液晶光閥等器件的研制奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。自從，平板顯示器技術(shù)以液晶顯示器發(fā)展最快，其他平板顯示器，包括等離子體顯示器、有機(jī)電致發(fā)光顯示器等許多品種也相繼問(wèn)世并不斷發(fā)展。
1966年，光纖技術(shù)開始發(fā)展。當(dāng)年英籍華人科學(xué)家高錕等提出了實(shí)現(xiàn)低損耗光學(xué)纖維的可能性，為光纖通信開辟了道路。
20世紀(jì)70年代，光電子技術(shù)領(lǐng)域的標(biāo)志性成果是低損耗光纖的實(shí)現(xiàn)，半導(dǎo)體激光器的成熟以及CCD的問(wèn)世。1970年，美國(guó)研制出損耗為20dB/km的石英光纖和室溫下連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器，使光纖通信成為實(shí)現(xiàn)可能。這一年被公認(rèn)為“光纖通信元年”。自此，光纖通信得到迅猛發(fā)展。技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，應(yīng)用也在展開。70年代初，美國(guó)激光制導(dǎo)炸彈投入使用，1972年，荷蘭飛利浦公司演示了其模擬式激光視盤。70年代中后期，日本、美國(guó)、英國(guó)開始建設(shè)光纖通信骨干網(wǎng)。
20世紀(jì)80年代，人們對(duì)超晶格量子阱結(jié)構(gòu)材料和工藝的深入研究，導(dǎo)致了超大功率量子阱陣列激光器的出現(xiàn)；對(duì)量子阱結(jié)構(gòu)材料的非線性光學(xué)研究，使得以往只有在激光作用下的介電材料中才能觀測(cè)到的非線性光學(xué)效應(yīng)，發(fā)展到在弱光激發(fā)的量子阱材料中也可以觀察到很強(qiáng)的三次非線性，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)功能器件的迅速發(fā)展；對(duì)光纖物理特性的深入研究，出現(xiàn)了利用光纖的偏振和相位敏感特性制作的光纖傳感器；對(duì)光纖非線性光學(xué)效應(yīng)和色散特性的研究，形成了光孤子的概念，進(jìn)一步推動(dòng)了對(duì)特種光纖的研究，并于80年代末研制成功了參稀土的光纖放大器與光纖激光器。應(yīng)用方面，80年代初，日、美、英等國(guó)的光纖通信骨干網(wǎng)相繼建成，其他國(guó)家也競(jìng)相開始自己的光纖干線網(wǎng)建設(shè)；1982年，第一臺(tái)數(shù)字式激光唱機(jī)誕生。
20世紀(jì)90年代，光電子技術(shù)在通信領(lǐng)域取得了極大成功，無(wú)論是器件還是系統(tǒng)，均有大量產(chǎn)品走出實(shí)驗(yàn)室，形成了光纖通信產(chǎn)業(yè)。另外，光電子技術(shù)在光儲(chǔ)存方面也取得了很大進(jìn)展，光盤已成為計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存的重要手段，CD、VCD已深入到千家萬(wàn)戶，DVD也于90年代中期走進(jìn)了家庭。光計(jì)算機(jī)的研究也開展了起來(lái)，加拿大多倫多大學(xué)等都報(bào)道了其光計(jì)算機(jī)研究的重大進(jìn)展。
三、光電子技術(shù)的應(yīng)用
從光電子技術(shù)研究初期開始，人們就在不停地探索其應(yīng)用價(jià)值，而且軍事應(yīng)用被優(yōu)先考慮，并投入了大量的人力、物力和財(cái)力。隨著光電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)正在從工業(yè)社會(huì)向信息社會(huì)過(guò)渡，國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人們生活對(duì)信息的需求和依賴急劇增長(zhǎng)，不僅要求信息的時(shí)效好、數(shù)量大，并且要求質(zhì)量高、成本低。在這個(gè)社會(huì)大變革時(shí)期，光電子技術(shù)已經(jīng)滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)個(gè)每個(gè)方面，成為信息社會(huì)的支柱技術(shù)之一。總之，光電子技術(shù)具有許多優(yōu)異的性能特征，這使得它具有很大的實(shí)用價(jià)值，主要表現(xiàn)在下面的和方面應(yīng)用。
1）光纖通信：光纖通信技術(shù)從1970年開始研究，1980年開始實(shí)用化，發(fā)展異常迅速。光波與電波相比近乎無(wú)線寬帶，以及光纖微小的傳輸損耗，使得其在長(zhǎng)距離、大容量、超高速通信和信息處理中成為主體。目前，光纜幾乎遍布全球，光纖已敷設(shè)到路邊，甚至許多城鎮(zhèn)居民的門口。
2）科學(xué)研究：科學(xué)研究的發(fā)展要求越來(lái)越精密的測(cè)量技術(shù)，而光電子技術(shù)正好能提供最精密、最靈敏、最快速的測(cè)量手段，為當(dāng)今天文學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、計(jì)量科學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。
3）診斷醫(yī)療：光成像技術(shù)，包括可見(jiàn)光和紅外成像技術(shù)已在腫瘤等各科疾病的臨床診斷以及外科手術(shù)等許多醫(yī)療領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。還有許多利用光電子技術(shù)的診斷和醫(yī)療技術(shù)正在研究或臨床試用。光電子技術(shù)將在醫(yī)療保健方面越來(lái)越多的造福人類。
4）激光加工：激光的方向性好，能量密度極高，可以方便的實(shí)現(xiàn)激光加工，進(jìn)行切割、打孔、焊接等。超高強(qiáng)激光還可以用于激光可控核聚變等。
5）軍事應(yīng)用：光電子技術(shù)可用于精密制導(dǎo)、毀滅性武器、瞄準(zhǔn)、跟蹤、監(jiān)測(cè)、頻譜分析等等。
6）音像娛樂(lè)：電視是信息傳播的重要媒介。世界上任何地方的新聞通過(guò)電視迅速傳遍全球。娛樂(lè)業(yè)越來(lái)越多地采用光電子技術(shù)。如激光演示（舞臺(tái)、卡拉OK廳、激光唱盤（CD）、激光視盤（VCD、DVD）、激光音樂(lè)）等技術(shù)已是家喻戶曉，產(chǎn)品很多進(jìn)入家庭，形成很大的市場(chǎng)。
7）測(cè)繪遙感：工程建設(shè)和繪制地圖需要對(duì)地形進(jìn)行精確測(cè)繪。用激光測(cè)距儀或激光經(jīng)緯儀測(cè)繪比傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀要快得多和精確得多，已經(jīng)廣泛應(yīng)用。
8）精密計(jì)量：光波長(zhǎng)為微米量級(jí)，就此可以進(jìn)行長(zhǎng)度、時(shí)間等精密測(cè)量。
9）安全防衛(wèi)：電視監(jiān)視、紅外報(bào)警和激光報(bào)警已廣泛應(yīng)用于安全防衛(wèi)。采用光電子技術(shù)對(duì)指紋、眼球、手形和臉進(jìn)行特征識(shí)別已用于偵破案件和進(jìn)入特備警戒地區(qū)的識(shí)別手段。
四、光電子技術(shù)的發(fā)展展望
（1）光電子器件的發(fā)展趨勢(shì)
光電子器件的發(fā)展將是多樣化的，其品種和規(guī)格的數(shù)量將不亞于電子器件，其發(fā)展趨勢(shì)大致如下。
1）固態(tài)化、小型化、集成化和廉價(jià)化
目前，在各類光電子器件中固態(tài)化最差的是激光器。軍事上用量最大的固態(tài)激光器還使用效率較低、壽命較短的抽運(yùn)燈，有時(shí)還要帶一個(gè)冷卻冰箱，很累贅。20世紀(jì)80年代以來(lái)，出現(xiàn)了可以代替抽運(yùn)燈的大功率激光二極管陣列。預(yù)期在不久的將來(lái)，固態(tài)化將成為激光器的主流。
平板顯示器素有“巨型微電子器件”之稱。以平板顯示器取代陰極射線管作為儀器設(shè)備的顯示器，可以顯著減小整機(jī)的體積、質(zhì)量和功耗，避免電磁輻射的影響。
2）工作波段范圍擴(kuò)大和響應(yīng)速度加快
激光器是光波段的相干輻射源，然而迄今為止，只有一些為數(shù)不多的固定波長(zhǎng)器件和覆蓋了較寬范圍而功率不大的可調(diào)諧器件，不能適應(yīng)不同應(yīng)用對(duì)波長(zhǎng)的需求。為了滿足形形色色的使用要求，人們正在利用各種途徑研制特定波長(zhǎng)的激光器，包括探索新的激光工作介質(zhì)和利用非線性光學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生新波段或新的可調(diào)諧波段。
光電探測(cè)器覆蓋的波段已很寬，但是許多探測(cè)器響應(yīng)速度還較慢，或在快響應(yīng)時(shí)靈敏度變差。為此，人們正在研究快速響應(yīng)單元、多元和面陣光電探測(cè)器，首先將攻克若干特定波長(zhǎng)的快響應(yīng)高靈敏度探測(cè)器以及高速CCD。
3）更加適應(yīng)惡劣環(huán)境
光電子器件從實(shí)驗(yàn)室走向應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，包括工業(yè)環(huán)境、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境乃至太空環(huán)境，必須經(jīng)受嚴(yán)酷的環(huán)境考驗(yàn)。為此，有很多工作要做。為適應(yīng)高、低溫環(huán)境，采用保溫、恒溫、散熱和制冷技術(shù)；為了抗核輻射和宇宙射線輻射，采用抗輻射加固技術(shù)。此外，一些基于新的工作原理、具有更好環(huán)境適應(yīng)性的光電子器件不久將會(huì)問(wèn)世。
（2）光電子技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)
隨著光電子器件的多樣化、微型化和各種功能和技術(shù)指標(biāo)的發(fā)展，光電子技術(shù)的應(yīng)用將更加廣泛，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和軍事的影響更日益深刻和巨大。
1）產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代和推廣應(yīng)用
已有的光電子技術(shù)，比如光纖通信、光存儲(chǔ)、圖像信息的獲取、圖像的顯示、光纖傳感、激光加工、激光醫(yī)療、激光硬拷貝等技術(shù)，將由于有關(guān)光電子器件的固態(tài)化、集成化和廉價(jià)化而不斷升級(jí)換代，并更廣、更快地推廣應(yīng)用。比如，光纖進(jìn)入千家萬(wàn)戶，集新聞、通信、娛樂(lè)、教育、購(gòu)物、辦公、求醫(yī)和理財(cái)于一體，深刻改變著人們的工作和生活方式。在軍事上，已有的光電子裝備，如光電火控、光電制導(dǎo)、光電遙感、光電偵查、光電對(duì)抗等技術(shù)，也將由于光電子器件功能和指標(biāo)的提高而不斷升級(jí)換代，作用距離更遠(yuǎn)，對(duì)目標(biāo)的識(shí)別、分辨本領(lǐng)更強(qiáng)，可靠性更高，體積更小，質(zhì)量更輕，從而大大提高武器裝備的威力。
2）各類高新技術(shù)結(jié)合開拓新的技術(shù)和應(yīng)用
各種高新技術(shù)相互結(jié)合交叉和滲透是必然趨勢(shì)。光電子技術(shù)和微電子技術(shù)的緊密結(jié)合已是常見(jiàn)的事，進(jìn)一步發(fā)展可能難以將它們嚴(yán)格的分開。光電子技術(shù)同生物技術(shù)結(jié)合，已出現(xiàn)光生物學(xué)和生物光電子學(xué)。正興起的納米技術(shù)已同光電子技術(shù)發(fā)生密切關(guān)系。預(yù)期在人類社會(huì)的許多根本性問(wèn)題，如能源、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害預(yù)警、糧食生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生等方面將借助光電子技術(shù)以及光電子技術(shù)同其他高技術(shù)相結(jié)合得到很大的改善。
3）促進(jìn)新型武器裝備的出現(xiàn)
光電子技術(shù)在軍事應(yīng)用上的潛力很大，有的已嶄露頭角，有的還在概念研究階段，恐怕更多的還未被研發(fā)。
例如，激光武器，激光誕生時(shí)就被軍方想到，很快就變成了武器。各種雷達(dá)器件，尤其是軍用雷達(dá)將會(huì)越來(lái)越發(fā)達(dá)，越來(lái)越得到提高。
無(wú)人飛機(jī)、無(wú)人潛艇和戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)器人是當(dāng)前各發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相發(fā)展的新型武器。很多隱形戰(zhàn)機(jī)，超聲速戰(zhàn)機(jī)已經(jīng)問(wèn)世，如美國(guó)的F-22,、F-35；中國(guó)的殲-20、殲-31；俄羅斯的T-50。還有各種空中預(yù)警機(jī)，如中國(guó)的直-10武，里面構(gòu)造器件都是光電子器件的功勞。在一定程度上可以這樣說(shuō)，那個(gè)國(guó)家的光電子技術(shù)發(fā)展的快，那個(gè)國(guó)家的武器裝備就厲害。
在這樣的一個(gè)發(fā)達(dá)的、信息共享的社會(huì)中，光電子技術(shù)發(fā)揮著異常重要的作用，沒(méi)有光電子技術(shù)，在今天的社會(huì)，我們是寸步難行的，我們也不會(huì)有美好的生活。在以后的社會(huì)中，光電子技術(shù)必將越來(lái)越得到普及、得到應(yīng)用，必將會(huì)把我們帶進(jìn)一個(gè)更加神奇的世界！讓我們拭目以待吧！
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