光电技术 引言

王庆有老光学—光学与精密机械结合新光学—光学、精密机械、电子技术和计算机技术的结合。光电技术它属于跨理、工两大学科多方向的技术。光电技术的特征：光源激光化、传输波导化、手段电子化、电子学中的理论模式和处理方法光学化。光电技术的发展史20世纪60年代以前，光学与电子学仍是两门独立的学科；1960年，美国梅曼成功研制第一台激光器：红宝石激光器，引起连锁反应；1961年，第一台激光测距机问世，随后各种激光武器装备相继研制成功；20世纪70年代，低损耗的光纤、半导体激光器的出现、CCD问世，导致光信息技术蓬勃发展；20世纪80年代，对量子阱材料等其他材料的深入研究，导致一些新的光电器件的产生与应用；20世纪90年代，光电技术在通信领域和光存储方面取得了极大成功；21世纪是信息化的世纪，信息与信息交换的爆炸性增长对信息的采集、传输、处理、存储与显示提出了严峻的挑战。光电测量的简要回顾月球距离实验—LunarRangingExperiment1969年，阿波罗11号将1m见方的反射棱镜阵带上月球调Q的红宝石激光器五台望远镜，三台接到信号—10个光子精度30cm1997年“火星探测者”激光测高仪测量高度400Km，像素100m×100m，高度精度10m半导体泵浦调Q的Nd:YAG激光器，50cm望远镜接收2010年“嫦娥二号”激光测高仪测量高度：100Km；高度精度：5m测量周期：5Hz激光测距仪长距离测量—大地测量中的常规仪器军用飞机的标准配置民用汽车的防撞系统短距离测量—测量精度最高的技术激光雷达—LIDAR(激光识别和测距仪)测量污染测量光谱信息温度速度激光陀螺仪1962年利用He-Ne激光器1980年以后，民航班机导航系统的心脏精度0.001°/h光纤陀螺仪—FOG1990年，安放到通信卫星上光信息技术、光电信息工程是基于光与电信息的相互变换基础。其中光通信，光电能量转换,机器视觉技术，安防监控，道路交通的管理、控制与自动收费系统，宇航技术，气象技术与工程，农业选种与农产品深加工，物流和医药卫生等方面的发展都属于光电信息技术必须涉足与技术进步不可或缺的。表明光电信息技术在相当广泛的领域发挥着巨大作用。光电企业概况1.光电企业类型与发展概况（1）能源类能源类企业分为2大类，太阳能电池直接为人类提供清洁能源是一类，LED光源是另一类。LED生产厂商更多，遍布全国。能源类型光电企业群是当前规模最大、产值最高的光电产业，它涉及绿色能源和节能两方面，尤其在核能出现安全问题后，发展风电和光电成为未来能源的发展方向。（2）显示类LCD、LED显示器设计与生产型企业正在迅猛发展。显示类光电企业将随着新型平面显示材料的研发、生产的发展，进入飞速发展阶段。（3）监控类光电自动收费系统与“物联网”将为这类企业带来新的生机与发展机遇。（4）测控类测控类光电信息技术型企业近些年发展很快，它们服务于钢铁、线材、纺织、电子产品加工和印染等等生产型企业。帮助他们非接触精确测出各部件形位尺寸，淘汰残、次品或控制生产加工过程的尺寸，提高产品合格率与生产效率。（5）探测与分析类光谱探测与分析类光电企业服务于食品、饮料、果蔬、医药、金属与非金属材料等的成分与材质分析，地、矿分析，农、林业领域对植物生长过程的分析与研究；借助于不同波段（波长）辐射扫描获取特征图像，完成遥感、遥测、分析、鉴别与分选等操作，市场前景非常广阔，相关企业将得到飞速发展，需要具备光、机、电和算结合型的高素质人才，任务与课题都较难。（6）光纤传感与光纤通讯类光纤传感器及其应用技术是近些年发展起来的新技术，该项技术已经应用到很多行业。人才需要量也随之向高端、高技术方向发展。（7）光电子.激光技术类量子光学、物理光学、红外、太赫兹与激光技术是光电信息技术发展的前沿科学和亮点。其中激光焊接、激光加工、激光扫描、激光打印、激光跟踪与制导等技术发展迅速，已经深入更多的行业，例如激光陀螺与陀螺稳定平台在国防与国民经济中起到非常重要的作用；量子光学、红外技术与太赫兹技术研究与应用的发展也极其需要这方面的人才，需要潜心钻研的高水平、高技术人才。（8）光学加工类很多光电产品离不开光学系统的支持，依然需要光学加工型企业，但是，规模大、利润高的光学加工企业集团为数不多，小型光学加工企业由于员工年龄趋于老龄化，设备也多年没有发展，继续下去将制约测控类与分析类光电企业的发展。主要内容光电技术基础—基本概念和原理光电导器件—光敏电阻光生伏特器件—光电二极管光电发射器件—光电倍增管热辐射探测器件—热敏电阻，热释电器件发光器件与光电耦合器件—半导体激光器，光耦光电信息转换——光电测量技术图象信息的光电转换——光电成像光电信号的数据采集与计算机接口技术光电信息变换技术的典型应用光电技术的新发展主要内容光电技术重点与要点1.光度参数与辐射度参数（一）光电技术理论基础2.光谱辐射分布与量子流速率3.半导体对光的吸收4.光电效应1.光电传感器原理与特性掌握光电传感器的原理与特性,这是能够应用光电传感器进行工程设计的基础与关键。2.光电变换电路由于各种光电器件的变换电路不具有统一性，应该分别掌握几类光电传感器的变换电路。对于同一类型的光电器件掌握一种基本变换电路即可。（二）光电传感器3.典型应用各类光电传感器都有着不同的应用领域，介绍每种传感器的典型应用以便学生深入理解器件的特性。掌握它们在能量与信息变换中的作用。尤其重要的是通过实践（自己搭建的实验）掌握变换电路的特性、特点与应用更为重要。让学生通过搭建变换电路，变换电路参数，观察信息变化，获得课上很难得到的实践知识。4.光电传感器的分类光电传感器种类很多，特性各异。将其按性能分类，进行比较，重点掌握一些常用、有代表性和必须掌握的器件是非常重要的。分类有多种方法，常从集成度方面分有集成光电传感器与单元光电传感器；从信息、能量转换角度分为太阳能电池与硅光电池等PN结。5、单元光电传感器单元光电传感器的内容很多，重点是半导体光电传感器，其中光电二极管、光电三极管和硅光电池等PN结器件更为常用；光敏电阻已经处于接近被淘汰的位置；热释电器件，PSD器件，PMT光电倍增管等可作为特殊器件处理，掌握它们的主要特性和典型应用。对于重点器件，要求除掌握原理、特性和典型应用外，还要掌握它们的一些应用技术问题，需要通过使学生动手、动脑的实验进行学习掌握。6、图像传感器图像传感器——CCD与CMOS器件为重点内容，CCD的质量是近期CMOS无法比拟的，其工作原理较为复杂，尤其是器件外必须通过A/D转换器等数据采集系统才能获得数字信号，而CMOS则简单得多，应该将线、面阵CCD放在重要位置，使学生尽可能多地掌握。深入学习CCD的数据采集与计算机接口技术，了解图像传感器与计算机相连接的技术，为将来给机器安装“眼睛”与“大脑”打下良好基础。（三）光源、发光器件与光电耦合器件1.光源点、线和面光源有着各自的应用，掌握这些光源的特性与典型应用对于指导今后的科学实践有着非常重要的作用。2.LED光源掌握它的特点、特性与特性测量方法，尤其是光谱特性的测试方法，掌握用LED构成点、线和面光源（远心照明光源与均匀面光源）的基本方法。3、发光器件与光源根据机器视觉技术、光电通讯与信息显示技术的需要而出现各种发光器件和各具特色的光源。4、光电耦合器件（四）信息变换技术1.信息传递光电耦合器的基本扩展，光纤通信系统是典型案例。2.尺寸信息变换技术非接触测量各种物理尺寸，其中线阵CCD具有独特的优势。3.图像、图形的信息变换将光学图像或空间图像变换成时序电信息，便于送入计算机进行数字处理、运算、存储、传输和再现显示。这方面CCD占有绝对优势。（五）A/D与计算机接口技术其中以A/D、存储器、计算机接口方式为重点逻辑内容进行讲解。当今阶段，数字电路设计方法与计算机软件基础等已经成为科研工作者必须掌握的工具。希望引起足够的重视。图2微型线阵CCD数据采集系统内含线阵CCD的驱动，放大器、A/D数据采集系统、数据存储器、电源变换器和USB接口系统等；DSP线阵CCD数据采集处理板参考书籍光电技术，缪家鼎等，浙江大学出版社，1995安毓英等，光电子技术，电子工业出版光电仪器：激光传感与测量，（意）西尔瓦诺·多纳特著，赵宏等译，西安交通大学出版社，2006