光电技术4版课件2018 (27)[19页]
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同时它本身涵盖了众多的科学技术，它的发展带动了众多科 学技术的发展，并在交流与发展的过程中，形成了巨大的光电 子产业。 11.3.1 光电技术的若干进展 近年来光电技术在以下几方面取得新的进展。
1. 光电子材料与器件
（1）量子阱与超晶格材料与器件 量子阱激光器的阈值电流达到了亚毫安，调制带宽达几十
（5）20世纪60年代激光问世以来，空间光通信曾兴盛一时， 历时不久便陷入低潮。
随着光电技术及空间技术的发展，空间光通信又成为下一 代光通信的重要发展领域。空间光通信包括星际间、卫星间、 卫星与地面站以及地面站之间的激光通信和地面无线光通信等。
在通信方面，由于激光与微波相比具有独特的优点以及空 间通信诸多问题的解决，可以预见激光通信将逐步取代微波通 信成为星际通信的主要手段，而量子保密通信也将得到应用。 11.3.2 光电技术的应用
④ 自动寻的能力。自动寻的精确制导兵器要成为有效的武器， 除了高精度外，还必须实现自动捕获、自动识别目标要害部位的 能力，这是保证高效摧毁目标的必要条件。
⑤ 高抗干扰能力。现代战争最大的特点之一就是对制电磁权 的激烈竞争，敌对双方都竭力采用各种电磁对抗手段，如主动的、 被动的和隐身技术等。因此，武器系统必须具有良好的对抗能力， 在复杂的战争环境条件下，导引武器精确命中目标。
（2）廉价多功能城域网与同类产品比较，节省96％楼层空 间，省电93％。
（3）光电转换技术能够保证网络的可靠性，并能提供灵活 的信号路由平台，克服纯电子交换形成的容量瓶颈，省去光电 转换的笨重庞大设备，进而大大节省建网和网络升级的成本。
（4）光孤子通信能克服色散的制约，可使光纤的带宽增加 10~100倍，极大地提高传输容量和传输距离，从根本上改变现 有通信中的光电器件和光纤耦合所带来的损耗及不便，是21世 纪最有发展前途的通信方式之一。
（4）光子晶体研究的进展
光子晶体具有折射率呈波长量级周期性分布的结构，并具有 光子频率禁带，能控制光子的行为，可以构成功能性光子器件。
它能提高LED的发光效率、功率和频率纯度等性能； 制造微型激光谐振腔和控制原子的自发辐射，实现无阈值激 光振荡；制造高增益低损耗天线和极高性能的光子滤波器。 对于光子存储、光子频率变换和光子信息处理等方面的应用 研究，均有实质性进展。 光子晶体半导体新型光子器件、有机聚合物光子晶体、光子 晶体光纤和光子晶体光纤放大器均取得一定的进展。 由光子晶体光纤产生的宽带超连续谱获得了超高分辨率的层 析成像，对生物组织层析纵向分辨率达1.3微米[10]。
11.3 光电技术的发展趋势
光电技术是21世纪的尖端科学技术，对整个科学技术的发展 起着巨大的推动作用。
光电技术已经渗透到许多科学领域，例如激光技术、光电信 息技术、红外与微光技术、光子技术、生物医学光学、光电对 抗技术、光电探测技术、光电跟踪技术、光存储技术以及基础 研究中的光电元器件、光电材料和制造技术等领域。
（3）半导体量子点的实验研究 电子和激子在量子阱中受尺寸的限制，导致介质的光学非线
性效应增强。在一、二和三维都有同样的效果。 二维情况称为量子线，三维称为零维量子点。 量子点中能态密度非常低，实验证明，可以制成单光子器件。 随着量子线和量子点的制造工艺的进一步完善，利用量子线
和量子点体系中的激子非线性效应可能实现更为理想的非线性 光学器件。
（6）固体激光器 固体激光技术、材料与器件的研究都取得丰硕的成果和进展。
（7）纳米技术 中国科技大学研制的“纳米光ห้องสมุดไป่ตู้系统”，通过鉴定。该装
置可在三维空间对细胞和生物大分子的复杂组合进行操控。标 志着纳米光镊技术获重大进展。
2.光通信
（1）各种类型S、C、L波段光纤放大器、阵列波导光栅 （AWG）等。开发集成收发模块，包括平面波导＋LD＋WDM 功能，用于突发模式（Burst Mode）。
② 高制导精度。自寻的精确制导武器最本质的特征就是通过 高精度命中来提高武器系统的作战效能，是提高现代武器系统生 存能力和作战能力的关键。
③ 多功能化。精确制导武器必须具备对付多种目标的能力。 新型的精确制导武器应遵循多功能化发展原则，使武器系统适用 于各种不同的战争目标环境，以提高杀伤效果和自我生存能力。
（5）有机发光材料与器件 有机发光材料为新一代的显示与照明技术，受到广泛重视。 与液晶相比，有机电致发光器件具有主动发光、超轻、超
薄、对比度好、视觉宽、响应速度快、发光效率高、温度适应 性好、生产工艺简单、驱动电压低、耗能低和成本低等特点。
目前，世界上有80多家大公司和许多科学研究机构在从事 有机发光材料和器件的研究开发，并取得丰益的成果。
光电技术发展的巨大推动力是应用。 光电技术应用是一大群目前最复杂、最精密、最快速、最 先进、而且互相渗透、互相支持的技术，通称光电技术。
1.光电技术在军事上的应用及发展趋势 光电技术为军事科学的发展热点，武器装备中的光电产品 越来越具有系统性，已经逐步形成现代军用光电技术的特点。 （1）光电伪装技术 ① 迷彩伪装 ② 遮障伪装 ③ 烟幕伪装 ④ 示假伪装 （2）精确制导兵器 ① 作用距离远。增大射程是各种精确制导武器在发展过程 中一直追求的重要目标。现代精确制导武器的射程因型号而异， 例如反坦克导弹，轻型系统射程可达2～3km，重型系统可达 5km，乃至10～15km以上。
GHz，极大地降低了功耗。 采用了量子阱结构的半导体光放大器，仅用不同阱宽，不
同数量的量子阱就可得到超过70nm平坦增益带宽的放大器。 量子阱超晶格材料因存在室温激子，使量子效应器件具有
较强的非线性光学特性，已制作了光开关、光存储、光逻辑等 多种功能的量子效应器件。 （2）垂直腔面发射激光器（VC－SEL）
量子阱结构使垂直腔面发射激光器得以实现。 它使得在1cm2 芯片上制作 100 万个激光器成为可能。它有 利于发挥光子的并行操作能力，对光通信、图像处理、模式识 别、神经网络、激光打印、读/写光源、光互连和光显示等方面 的发展起重大影响。
从光驱到多维光导网络，从DVD 播放器到动作感应装置， 从信息技术到工业生产乃至激光医疗等的应用中VC-SEL都能发 挥出重大的作用。
1. 光电子材料与器件
（1）量子阱与超晶格材料与器件 量子阱激光器的阈值电流达到了亚毫安，调制带宽达几十
（5）20世纪60年代激光问世以来，空间光通信曾兴盛一时， 历时不久便陷入低潮。
随着光电技术及空间技术的发展，空间光通信又成为下一 代光通信的重要发展领域。空间光通信包括星际间、卫星间、 卫星与地面站以及地面站之间的激光通信和地面无线光通信等。
在通信方面，由于激光与微波相比具有独特的优点以及空 间通信诸多问题的解决，可以预见激光通信将逐步取代微波通 信成为星际通信的主要手段，而量子保密通信也将得到应用。 11.3.2 光电技术的应用
④ 自动寻的能力。自动寻的精确制导兵器要成为有效的武器， 除了高精度外，还必须实现自动捕获、自动识别目标要害部位的 能力，这是保证高效摧毁目标的必要条件。
⑤ 高抗干扰能力。现代战争最大的特点之一就是对制电磁权 的激烈竞争，敌对双方都竭力采用各种电磁对抗手段，如主动的、 被动的和隐身技术等。因此，武器系统必须具有良好的对抗能力， 在复杂的战争环境条件下，导引武器精确命中目标。
（2）廉价多功能城域网与同类产品比较，节省96％楼层空 间，省电93％。
（3）光电转换技术能够保证网络的可靠性，并能提供灵活 的信号路由平台，克服纯电子交换形成的容量瓶颈，省去光电 转换的笨重庞大设备，进而大大节省建网和网络升级的成本。
（4）光孤子通信能克服色散的制约，可使光纤的带宽增加 10~100倍，极大地提高传输容量和传输距离，从根本上改变现 有通信中的光电器件和光纤耦合所带来的损耗及不便，是21世 纪最有发展前途的通信方式之一。
（4）光子晶体研究的进展
光子晶体具有折射率呈波长量级周期性分布的结构，并具有 光子频率禁带，能控制光子的行为，可以构成功能性光子器件。
它能提高LED的发光效率、功率和频率纯度等性能； 制造微型激光谐振腔和控制原子的自发辐射，实现无阈值激 光振荡；制造高增益低损耗天线和极高性能的光子滤波器。 对于光子存储、光子频率变换和光子信息处理等方面的应用 研究，均有实质性进展。 光子晶体半导体新型光子器件、有机聚合物光子晶体、光子 晶体光纤和光子晶体光纤放大器均取得一定的进展。 由光子晶体光纤产生的宽带超连续谱获得了超高分辨率的层 析成像，对生物组织层析纵向分辨率达1.3微米[10]。
11.3 光电技术的发展趋势
光电技术是21世纪的尖端科学技术，对整个科学技术的发展 起着巨大的推动作用。
光电技术已经渗透到许多科学领域，例如激光技术、光电信 息技术、红外与微光技术、光子技术、生物医学光学、光电对 抗技术、光电探测技术、光电跟踪技术、光存储技术以及基础 研究中的光电元器件、光电材料和制造技术等领域。
（3）半导体量子点的实验研究 电子和激子在量子阱中受尺寸的限制，导致介质的光学非线
性效应增强。在一、二和三维都有同样的效果。 二维情况称为量子线，三维称为零维量子点。 量子点中能态密度非常低，实验证明，可以制成单光子器件。 随着量子线和量子点的制造工艺的进一步完善，利用量子线
和量子点体系中的激子非线性效应可能实现更为理想的非线性 光学器件。
（6）固体激光器 固体激光技术、材料与器件的研究都取得丰硕的成果和进展。
（7）纳米技术 中国科技大学研制的“纳米光ห้องสมุดไป่ตู้系统”，通过鉴定。该装
置可在三维空间对细胞和生物大分子的复杂组合进行操控。标 志着纳米光镊技术获重大进展。
2.光通信
（1）各种类型S、C、L波段光纤放大器、阵列波导光栅 （AWG）等。开发集成收发模块，包括平面波导＋LD＋WDM 功能，用于突发模式（Burst Mode）。
② 高制导精度。自寻的精确制导武器最本质的特征就是通过 高精度命中来提高武器系统的作战效能，是提高现代武器系统生 存能力和作战能力的关键。
③ 多功能化。精确制导武器必须具备对付多种目标的能力。 新型的精确制导武器应遵循多功能化发展原则，使武器系统适用 于各种不同的战争目标环境，以提高杀伤效果和自我生存能力。
（5）有机发光材料与器件 有机发光材料为新一代的显示与照明技术，受到广泛重视。 与液晶相比，有机电致发光器件具有主动发光、超轻、超
薄、对比度好、视觉宽、响应速度快、发光效率高、温度适应 性好、生产工艺简单、驱动电压低、耗能低和成本低等特点。
目前，世界上有80多家大公司和许多科学研究机构在从事 有机发光材料和器件的研究开发，并取得丰益的成果。
光电技术发展的巨大推动力是应用。 光电技术应用是一大群目前最复杂、最精密、最快速、最 先进、而且互相渗透、互相支持的技术，通称光电技术。
1.光电技术在军事上的应用及发展趋势 光电技术为军事科学的发展热点，武器装备中的光电产品 越来越具有系统性，已经逐步形成现代军用光电技术的特点。 （1）光电伪装技术 ① 迷彩伪装 ② 遮障伪装 ③ 烟幕伪装 ④ 示假伪装 （2）精确制导兵器 ① 作用距离远。增大射程是各种精确制导武器在发展过程 中一直追求的重要目标。现代精确制导武器的射程因型号而异， 例如反坦克导弹，轻型系统射程可达2～3km，重型系统可达 5km，乃至10～15km以上。
GHz，极大地降低了功耗。 采用了量子阱结构的半导体光放大器，仅用不同阱宽，不
同数量的量子阱就可得到超过70nm平坦增益带宽的放大器。 量子阱超晶格材料因存在室温激子，使量子效应器件具有
较强的非线性光学特性，已制作了光开关、光存储、光逻辑等 多种功能的量子效应器件。 （2）垂直腔面发射激光器（VC－SEL）
量子阱结构使垂直腔面发射激光器得以实现。 它使得在1cm2 芯片上制作 100 万个激光器成为可能。它有 利于发挥光子的并行操作能力，对光通信、图像处理、模式识 别、神经网络、激光打印、读/写光源、光互连和光显示等方面 的发展起重大影响。
从光驱到多维光导网络，从DVD 播放器到动作感应装置， 从信息技术到工业生产乃至激光医疗等的应用中VC-SEL都能发 挥出重大的作用。