电子信息科学与技术导论 第十章 光电信息技术
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“光学工程”是一级学科，其下未设二级学科，但设置有 多个与之相关的本科专业，如：光信息科学与技术（理科）、 光电子技术科学（理科）和光信息工程（工科）、信息显示 与光电技术（工科）、光源与照明（工科）等。该学科与物 理学、电子科学与技术、信息与通信工程、仪器科学与技术、 计算机科学与技术、材料科学、控制科学与工程、机械工程、 生物医学工程等领域有紧密联系。
6
10.1 神奇的激光
一、 激光的发明
从研究受激辐射微波
受激辐射激光
1960年美国休斯公司年轻的物理学家Maiman发明 了世界上第一台红宝石激光器，光的亮度是太阳表 面的4倍。从此世界进入了光电信息技术技术的新的 时代。
梅曼(Maiman)美国物理学 家(1927-2007)
1. 激光原理 激光的英文：
激光的发明
开创 新的学科-光学工程
光通信
激光与光 电工程
集成光学 光电器件
光纤与光 纤传感
光信息 处理
（2）激光器改变了传统产业
He-Ne激光器
CO2激光器
染料激光器
GaAs半导体激光器
小功率半导体激光器
四通道光电探测器
激光器诞生后的四十多年中，激光器种类越来越多， 开发出了各种激光应用的激光器，对电子产业、机 械加工、武器装备等产生了重大影响。大功率激光 器已达几兆瓦，已广泛应用于激光焊接、激光切割、 激光武器、激光制导等。
（3）激光引起照明技术革命
激光技术已引发一场 照明技术革命。半导 体照明以其节能、环 保等符合当今时代主 题的特性，半导体照 明将逐步替代白炽灯 和荧光灯，进入普通 照明领域。
二、 激光的特性
1，高方向性
保证聚焦到极高功率密度，将 激光器用于精细加工和雕刻， 生成大功率激光束的基础。
激
2，单色性
受激辐射光是人造光，它与自然光相比有不同的特性。
2. 激光发明的背景
1916
1951
1958
1960
3. 发明激光的意义
激光是20世纪以来继原子能、计算机、半导体之后人类的又一个重大发明，被 誉为最快的刀、最准的尺、最亮的光和神奇的激光。
实验室激光研究装置
（1）激光对学科发展的影响 激光的发明在科学技术界形成了一个新的”光学工程”学科，设立了“光通信”、“激 光与光电工程”、“集成光学与光电子器件”、“光纤与光纤传感技术”、“光信息处 理”等多个研究方向，开辟了光电产业的广阔领域，产生了众多产业集群。
激光切割机床
6. 激光测距
（1） 激光雷达 (LiDAR：LightLaser Detection and Ranging)
发展史：LIDAR源自1970年美国航天局（NASA）的激光测绘技术、空载 激光扫瞄技术、全球定位系统（GPS：Global Positioning System）及惯 性导航系统（INS: InertialInertiNavigation System）。德国于1988到 1993年间将激光扫描技术与实时定位定姿系统两者结合，形成空载激光扫 描仪（Ackermann-19）即激光雷达。
几乎只产生单一波长的激光
光
特
激光束经透镜聚焦，能产生数
性
3，高亮度
千度乃至上万度的高温，使任
何材料被烧熔、汽化。
4，高相干性
是提取光波流中的相位信息， 是激光信息处理的物理基础。
激光的上述特性是普通光源所不具有的！
三、无处不在的激光应用 1. 光通信
激光用于通信成为现代光纤通信系统最主要的光源，改变了世界通信骨
本章主要介绍激光的特性、激光的应用和光纤、光纤通信、 光电信息处理、红外成像、微光夜视仪以及LED照明的基本 概念与应用等内容。
第十章 光电信息技术
101.1 神奇的激光
102.2 光纤通信
10.3 自由空间光通信 3
10.4 红外成像与微光夜视仪
4
10.5光电信息处理来自105.6 LED照明
10.7 光电技术研究新进展
《电子信息科学与技术导论》
第十章 光电信息技术
前言
激光的发明开辟了“光学工程”学科的新时代，光学技术 与电子信息技术相结合，产生了新的光电信息技术和产业。 光电信息产业将成为21世纪的支柱产业，并将成为电子信息 产业的主体。光电子技术将是继微电子技术之后再一次推动 人类科学技术进步的主要动力之一。
激光照排机
4. 在医学上的应用一、神奇的激光
（1）激光手术刀 （2）眼科手术器械 （3）癌症治疗 （4）激光美容
激光采血仪
激光气化仪
激光手术刀
5. 激光机械加工
有：激光焊接、激光切割、激光打孔、激光淬火、激光热处理、激光打标、 玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、 激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。
干网的状况。激光为现代通信提供了优质的信息载体，成就了有巨大市
场的光通信产业。
1
光在光纤 中传输
2
光在大气或者 宇宙中传输
3
光在水 下传输
光纤 通信
自由空间 光通信
光通信类型
水下 光通信
2. 光存储
利用激光存储信息的巨大能力已开发出了多种电子产品，如激光唱机、影碟 机、电子图书和电子图书馆等。而信息都是存储在激光盘片上，例如LVD激 光影碟、CD激光唱片、DVD盘片等。
激光唱片机(CD机)是利用光 存储的产品，是由电子线路、 电子机械和激光头构成的综 合电子系统。
激光影碟机（VCD/DVD） 等。
激光唱片机
激光影碟机
3. 激光照排技术
激光照排是印刷技术的 一次革命性进步。它是将 文字通过计算机分解为点 阵，然后控制激光在感光 底片上扫描，用曝光点的 点阵组成文字和图像。现 在我国已广泛应用的汉字 排版技术就采用了激光照 排，它比古老的铅字排版 工效至少提高5倍。
1， 激光原理
受激辐射示意图
E h E2 E1
E2
E h E2 E1
E1
受激辐射最重要的特点是相干性，与自发辐射相比较，受激辐射光 子与入射光子属于同一光子态，即受激辐射场与入射辐射场具有相 同的频率、相位、传播方向和偏振态(该现象即称为“相干”)，所 以受激辐射产生的光具有极强的相干性。
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 译名：受激辐射光放大-LASER(镭射) 1964年按照我国著名科学家钱学森的建议将“镭射”定名为“激 光”。
何谓“受激辐射”？
爱因斯坦从量子论观点出发，于1916年提出了一套全新理论，包括 原子自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。其中 受激辐射过程是产生激光的物理基础。
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10.1 神奇的激光
一、 激光的发明
从研究受激辐射微波
受激辐射激光
1960年美国休斯公司年轻的物理学家Maiman发明 了世界上第一台红宝石激光器，光的亮度是太阳表 面的4倍。从此世界进入了光电信息技术技术的新的 时代。
梅曼(Maiman)美国物理学 家(1927-2007)
1. 激光原理 激光的英文：
激光的发明
开创 新的学科-光学工程
光通信
激光与光 电工程
集成光学 光电器件
光纤与光 纤传感
光信息 处理
（2）激光器改变了传统产业
He-Ne激光器
CO2激光器
染料激光器
GaAs半导体激光器
小功率半导体激光器
四通道光电探测器
激光器诞生后的四十多年中，激光器种类越来越多， 开发出了各种激光应用的激光器，对电子产业、机 械加工、武器装备等产生了重大影响。大功率激光 器已达几兆瓦，已广泛应用于激光焊接、激光切割、 激光武器、激光制导等。
（3）激光引起照明技术革命
激光技术已引发一场 照明技术革命。半导 体照明以其节能、环 保等符合当今时代主 题的特性，半导体照 明将逐步替代白炽灯 和荧光灯，进入普通 照明领域。
二、 激光的特性
1，高方向性
保证聚焦到极高功率密度，将 激光器用于精细加工和雕刻， 生成大功率激光束的基础。
激
2，单色性
受激辐射光是人造光，它与自然光相比有不同的特性。
2. 激光发明的背景
1916
1951
1958
1960
3. 发明激光的意义
激光是20世纪以来继原子能、计算机、半导体之后人类的又一个重大发明，被 誉为最快的刀、最准的尺、最亮的光和神奇的激光。
实验室激光研究装置
（1）激光对学科发展的影响 激光的发明在科学技术界形成了一个新的”光学工程”学科，设立了“光通信”、“激 光与光电工程”、“集成光学与光电子器件”、“光纤与光纤传感技术”、“光信息处 理”等多个研究方向，开辟了光电产业的广阔领域，产生了众多产业集群。
激光切割机床
6. 激光测距
（1） 激光雷达 (LiDAR：LightLaser Detection and Ranging)
发展史：LIDAR源自1970年美国航天局（NASA）的激光测绘技术、空载 激光扫瞄技术、全球定位系统（GPS：Global Positioning System）及惯 性导航系统（INS: InertialInertiNavigation System）。德国于1988到 1993年间将激光扫描技术与实时定位定姿系统两者结合，形成空载激光扫 描仪（Ackermann-19）即激光雷达。
几乎只产生单一波长的激光
光
特
激光束经透镜聚焦，能产生数
性
3，高亮度
千度乃至上万度的高温，使任
何材料被烧熔、汽化。
4，高相干性
是提取光波流中的相位信息， 是激光信息处理的物理基础。
激光的上述特性是普通光源所不具有的！
三、无处不在的激光应用 1. 光通信
激光用于通信成为现代光纤通信系统最主要的光源，改变了世界通信骨
本章主要介绍激光的特性、激光的应用和光纤、光纤通信、 光电信息处理、红外成像、微光夜视仪以及LED照明的基本 概念与应用等内容。
第十章 光电信息技术
101.1 神奇的激光
102.2 光纤通信
10.3 自由空间光通信 3
10.4 红外成像与微光夜视仪
4
10.5光电信息处理来自105.6 LED照明
10.7 光电技术研究新进展
《电子信息科学与技术导论》
第十章 光电信息技术
前言
激光的发明开辟了“光学工程”学科的新时代，光学技术 与电子信息技术相结合，产生了新的光电信息技术和产业。 光电信息产业将成为21世纪的支柱产业，并将成为电子信息 产业的主体。光电子技术将是继微电子技术之后再一次推动 人类科学技术进步的主要动力之一。
激光照排机
4. 在医学上的应用一、神奇的激光
（1）激光手术刀 （2）眼科手术器械 （3）癌症治疗 （4）激光美容
激光采血仪
激光气化仪
激光手术刀
5. 激光机械加工
有：激光焊接、激光切割、激光打孔、激光淬火、激光热处理、激光打标、 玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、 激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。
干网的状况。激光为现代通信提供了优质的信息载体，成就了有巨大市
场的光通信产业。
1
光在光纤 中传输
2
光在大气或者 宇宙中传输
3
光在水 下传输
光纤 通信
自由空间 光通信
光通信类型
水下 光通信
2. 光存储
利用激光存储信息的巨大能力已开发出了多种电子产品，如激光唱机、影碟 机、电子图书和电子图书馆等。而信息都是存储在激光盘片上，例如LVD激 光影碟、CD激光唱片、DVD盘片等。
激光唱片机(CD机)是利用光 存储的产品，是由电子线路、 电子机械和激光头构成的综 合电子系统。
激光影碟机（VCD/DVD） 等。
激光唱片机
激光影碟机
3. 激光照排技术
激光照排是印刷技术的 一次革命性进步。它是将 文字通过计算机分解为点 阵，然后控制激光在感光 底片上扫描，用曝光点的 点阵组成文字和图像。现 在我国已广泛应用的汉字 排版技术就采用了激光照 排，它比古老的铅字排版 工效至少提高5倍。
1， 激光原理
受激辐射示意图
E h E2 E1
E2
E h E2 E1
E1
受激辐射最重要的特点是相干性，与自发辐射相比较，受激辐射光 子与入射光子属于同一光子态，即受激辐射场与入射辐射场具有相 同的频率、相位、传播方向和偏振态(该现象即称为“相干”)，所 以受激辐射产生的光具有极强的相干性。
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 译名：受激辐射光放大-LASER(镭射) 1964年按照我国著名科学家钱学森的建议将“镭射”定名为“激 光”。
何谓“受激辐射”？
爱因斯坦从量子论观点出发，于1916年提出了一套全新理论，包括 原子自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。其中 受激辐射过程是产生激光的物理基础。