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1、X2013级学生光电技X派术课程设计派穴穴穴穴穴穴穴穴穴国分子近光电技术课程设计报告书课题名称光电转换技术的发展及应用姓名*院系航空工程学院专业电子信息科学与技术专业学号1314指导教师*摘要光具有极快的速度、极大的频宽、极高的信息容量，在现代信息技术中得到了广泛应用。现代光电信息技术是光学技术、光电子技术、微电子技术，信息技术、光信息技术、计算机技术、图像处理技术等相互交叉、相互渗透和相互结合的产物，是多学科综合技术它研究以光波为信息的载体，通过对光波实施控制、调制、传感、转换、存储、处理和显示等技术方法，获取所需要的信息，其研究内容包括光的辐射、传输、探测、光与物质的相互作用以及光电信息的
2、转换、存储、处理与显示等众多领域。光对于我们来说即熟悉又神秘，人们无时无刻不在接触它、利用它，但光的一些特性却令人困惑不解。光速不变、光的波粒二象性、光的干涉和衍射、红移等，尽管有各种解释理论，但一些矛盾依然存在。从光子自身的角度来说，它同样会认为自己是一个静止的粒子，内部有正负电性的作用，其能量在内部封闭循环。但从物质所处的空间观察，光子的内部运动能量都平直地展布在我们的空间里，相当于光子的两种对立能量（如正电与负电）衔接融合起来与我们的空间（能量）形成振荡对立，是光子作为一个能量体与我们的空间（能量）不平衡而互相交换能量。所以，我们观察到的光速，是空间能的传递速度，也是极限速度，这个速度，
3、我们已经习惯将其称之为“光速”。光子在传播中遇到其它物质时，它的形态必然会逐渐聚拢收缩，最终可能被原子吸收、反射或透射。如果聚拢后光子的电场与当地电场方向正好相同，因同性相斥则被反射，如果相反则被吸收。折射应该是光子因电性环境改变而作出的方向改变。光的干涉、衍射目前的原理观点是相位极大值重叠会形成亮纹，相反则形成暗纹。光的直线传播，是一个看似最简单的现象，但实际上它隐含着复杂的道理。关键词：光电转换、红外、辐射、激光目录1 .光电转换技术的发展31.1 光电转换技术的理论基础31.2 光电转换技术的发展起源41.3 光电子器件方面的发展简况42 .光电转换技术的发展方向42.1 激光武器52.
4、2 光通信52.3 信息存储72.4 显示技术82.5 半导体器件82.6 集成电路83 .光电转换技术的发展趋势93.1 国防军事103.2 医疗卫生103.3 生产生活114 .红外传感器的应用124.1 红外传感器简介124.2 信号采集电路124.3 信号处理电路134.4 循迹控制134.5 自动门控制系统145 .总结14.光电转换技术的发展主要分为四个部分：理论基础、发展起源、发展方向、发展趋势光电转换技术的理论基础光电转换技术的理论基础源于光电效应，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。光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。
5、这类光变致电的现象被人们统称为光电效应（Photoelectriceffect）。光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应，又称光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应（金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子）。光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限波长，对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属材料，而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关，这一点无法用光的波动性解释。还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论
6、，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面。可事实是，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方秒。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位（即光子或光量子）所组成。光电效应里电子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金属表面射出，与光照方向无关。光是电磁波，但是光是高频震荡的正交电磁场，振幅很小，不会对电子射出方向产生影响。只要光的频率超过某一极限频率，受光照射的金属表面立即就会逸出光电子，发生光电效应。当在金属外面加一个闭合电路，加上正向电源，这些逸出的光电子全部到达阳极便形成所
7、谓的光电流。在入射光一定时，增大光电管两极的正向电压，提高光电子的动能，光电流会随之增大。但光电流不会无限增大，要受到光电子数量的约束，有一个最大值，这个值就是饱和电流。所以，当入射光强度增大时，根据光子假设，入射光的强度（即单位时间内通过单位垂直面积的光能）决定于单位时间里通过单位垂直面积的光子数，单位时间里通过金属表面的光子数也就增多，于是，光子与金属中的电子碰撞次数也增多，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也增多，饱和电流也随之增大。光电转换技术的发展起源在微电子技术蓬勃发展的同时，人们发现可以利用光电各自的优势来为我们服务。比如激光器，光电探测器，太阳电池如等方面都需要光电结合。这就
8、是早期的光电子学。随着光电子学的发展，人们研究完全利用光来处理信息，于是诞生了光子学。所以可以说，先有了光电子学，又有了光子学。而最终的发展会是光电的再次统一，即更高一个层次上的光电子学。现在正在发展单电子技术和单光子技术，那时信息的载体不再是束流，而是单个的粒子。光子和电子都是利用量子力学的概念，区别只是波长不同而已。光电子器件方面的发展简况光源和发光器件方面，最具里程碑意义的是20世纪60年代激光器的发明，近年来，激光已广泛用于通信、雷达、测距、定位、制导、遥感、工业生产和科学研究中，用以传递信息合各种测量与控制。板显示器技术以液晶显示器发展最快。1964年，美国RCA公司发现了液晶的多种
9、光电效应：宾主效应、动态散射效应和相移存储效应，为液晶显示器、液晶光阀等器件的研制奠定了基础。以上发展简况表明，尽管光电效应，受激发射原理等早已被发现或提出，但相应的光电子器件的出现和发展及其应用却滞后得多，光电子器件和技术的大发展已是20世纪50年代以后的事。事实上，光电子器件的发展离不开材料技术、半导体技术、微电子技术和精密仪器设备，因而只能同其他高新技术互相促进，共同发展。同时，在光电信息技术领域内，各分支之间也存在互相驱动、互相牵引的关系。.光电转换技术的发展方向21世纪被称为“光电子信息时代”一个世界性的“光谷”正在流行。不仅是国民经济和人们生活对光电信息技术的需求急剧增长，而且军事
10、和国防对光电信息技术的需求显得更为突出。特别是全球范围内的利益追求，各国都把光电信息技术作为本国军事高新技术发展的关键技术来重视。不但要求信息的时效好，数量大，还要求质量高、成本低。这里从以下几个方面说明光电信息技术的地位和作用。激光武器激光武器（LaserWeapon）是一种利用沿一定方向发射的激光束攻击目标的定向能武器，具有快速、灵活、精确和抗电磁干扰等优异性能，在光电对抗、防空和战略防御中可发挥独特作用。它分为战术激光武器和战略激光武器两种。它将是一种常规威慑力量。由于激光武器的速度是光速，因此在使用时一般不需要提前量，但因激光易受天气的影响，所以时至今日激光武器也没有得到普及。激光加工
11、：激光雕刻加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理，大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光雕刻切割、表面改性、激光镭射、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指激光束照射到物体，借助高密度激光高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。包括光化学沉积、立体光刻、激光雕刻刻蚀等。激光全息：目前，这项信息存储技术是通过将缩微胶片上的影像转变为光信息，然后制出存储密度更大的全息图的方法实现的。与缩微影像不同，全息图是由干涉条纹组成的影像。该条纹影像记录了入射光线（物光）的全部信息-振幅和相位
12、，故称全息图。在阅读还原时，需在激光的照射下，利用条纹影像的衍射原理使其再现。全息数据存储在光敏光学材料上通过非光学相干图样来记录信息。一束激光首先被分成两部分，产生暗像素和亮像素。通过调整参考光的角度、波长和介质的位置，理论上可以在同一个空间记录下数千比特张全息图像。数据存储密度的极限是几十TB/立方厘米。2006年，Inphace科技发表了一份白皮书，称他们已经实现了500Gb/平方英寸的存储密度。据此我们可以推测出一张普通的光盘（写入半径大约4厘米）可以存储约3896.6Gb的信息。光通信光通信的源头其实还是来源于无线电通信。光通信是一种以光波为传输媒质的通信方式。光波和无线电波同属电磁
13、波，但光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长短。因此，它具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。现如今光波逐步代替有线通信的电流和无线通信的无线电波成为有线通信和无线通信中的中坚媒介。光纤：光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。传输原理是光的全反射。前香港中文大学校长高银和George首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高银因此获得2009年诺贝尔物理学奖。微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。通常光纤与光缆
14、两个名词会被混淆。多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。光纤外层的保护层和绝缘层可防止周围环境对光纤的伤害，如水、火、电击等。光缆分为：光纤，缓冲层及披覆。光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径是50仙m和62.5mm两种，大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为Sm-IOni以使光线保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆，易断裂，因此需要外加一层保护层。红外：红外是红外线的简称，它是一种电磁波。它可以
15、实现数据的无线传输。自1800年被发现以来，得到很普遍的应用，如红外线鼠标，红外线打印机，红外线键盘等等。红外的特征：红外传输是一种点对点的传输方式，无线，不能离的太远，要对准方向，且中间不能有障碍物也就是不能穿墙而过，几乎无法控制信息传输的进度；IrDA已经是一套标准，IR收/发的组件也是标准化产品。自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对温度（-273C）就存在分子和原子无规则的运动，具表面就不断地辐射红外线。红外线是一种电磁波，它的波长范围为760nm1mm,不为人眼所见。红外成像设备就是探测这种物体表面辐射的不为人眼所见的红外线的设备。它反映物体表面的红外辐射场，即温度场。对于电力设备
16、，红外检测与故障诊断的基本原理就是通过探测被诊断设备表面的红外辐射信号，从而获得设备的热状态特征，并根据这种热状态及适当的判据，做出设备有无故障及故障属性、出现位置和严重程度的诊断判别。为了深入理解电力设备故障的红外诊断原理，更好的检测设备故障，下面将初步讨论一下电力设备热状态与其产生的红外辐射信号之间的关系和规律、影响因素和DL500E的工作原理。信息存储光存储技术是采用激光照射介质，激光与介质相互作用，导致介质的性质发生变化而将信息存储下来的。读出信息是用激光扫描介质，识别出存储单元性质的变化。在实际操作中，通常都是以二进制数据存储信息的，所以首先要将信息转化为二进制数据。写入时，将主机送来的数据
