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1、光电器件及应用,吉林大学 通信工程学院厉 茜2011年9月,考核方式,平时表现：20 作业、出勤、课堂提问期末考核：80 大作业或考试,参考书目雷玉堂、王庆有,光电检测技术,中国计量出版社,1997江文杰、曾学文、施建华，光电技术，科学出版社，2009王庆有,光电技术,电子工业出版社,2005宋丰华,现代光电器件技术及应用,国防工业出版社,2004姚建铨、于意仲,光电子技术,高等教育出版社,2006向世明,倪国强,光电子成像器件原理,国防工业出版社,1999,第一章 绪论,一、光电子技术 包括光学、电子学、精密机械、计算机科学知识高度集 中的一门新学科-光学精密机械电子学，即光电技术。二、光电
2、器件的分类 根据转换信号的不同可以把光电器件分为两大类：光-电器件：把光信息转变成电信息的光电器件；电-光器件：把电信息转变成光信息的光电器件；,根据光电器件的用途将其大致分为：作为信息载体的光源；光电探测器件；光电控制器件；光通信器件；光电子成像器件；,三、光电器件的物理基础 物理基础-固体的光电效应 固体中决定其电学性质的电子系统直接吸收入射光能，使固体的电学性质发生改变的现象。例如，光电子发射效应、光生伏特效应等等。直接-因为光体中也有一些过程不是电子系统直接吸收光能，而是间接地把光信息转变成电信息。即物体吸收光能，直接效果是物体的温度上升，温度的上升在引起物体电子系统运动变化，即引起物
3、体电学性质的改变。,四、光电器件的主要应用 当前光电器件已经渗透到许多科学领域。例如，光电信息技术、光电探测技术、光电成像技术、光存储技术、生物医学光学、光电对抗技术等等。1.21世纪的照明技术 超亮度短波长发光二极管 全色显示发光半导体 白色半导体,半导体灯的优缺点：优点-寿命长、节能、可靠性好、安全性高 缺点-价格较高，应用受限制 随着制造工艺的提升、生产规模的扩大，半导体灯的成本将大幅降低到可接受的水平,2.生物医学上的应用 由现代光电器件构成的现代光电系统已被应用到生物医学的检测、辅助诊断、病理分析等方面。例如，生物光电分析芯片 光检测器 电阻加热器 温度传感器胶囊型内窥镜,3.光电成
4、像 光电成像将来自景物一定波段电磁辐射的时-空分布信息，经中间介质的衰减，借助于光学系统成像于相应的探测或成像器件的光敏面上，再经过光电转换、增强、处理和显示，提供给自动控制执行机构所需的时域电信号或空域光图像。我们这里所说的光电成像主要指的是空域可见光图像。成像过程可以概括为：景物、介质、光学系统、光电图像传感器、放大器、显示器和末端执行机构。,光电图像传感器 光电图像传感器是将光学图像转换成一维时序信号的光电器件。它包括真空管图像传感器电子束摄像管像增管变相管半导体集成图像传感器 CCD-Charge Coupled Device CMOSComplementary Metal-Oxide
5、 Semiconductor Field Effect Transistor扫描型图像传感器,CCD和CMOS进行比较 CMOS的缺点 图像噪声较大、像敏单元尺寸小、填充率低、响应速度慢 CMOS的改进 出现了“主动像敏单元”结构。它不仅有光敏元件和像敏单元寻址开关，而且还有信号放大和处理电路，提高了CMOS的光电灵敏度，减小了噪声，扩大了动态范围，使它的一些性能参数与CCD相近。,光电图像显示器 图像显示器是各类光电子成像系统的末端图像再现器件，它能把人们不能直接感觉到的景物的信息内容，以可见光图像的形式提供给人眼进行判断和分析。机理-图像显示是基于各类电子能级跃迁发光的机理。根据发光过程中
6、激励电子跃迁的能源不同，可把发光过程分为：光致发光 场致发光电致发光 磁致发光 化学发光 等离子发光,光电显示器分类-根据发光机理可将显示器分为：a.电子束显示器件像管、其他电子束器件中的荧光屏 b.大屏幕显示器件光阀显示、激光显示、投影显示 c.平板显示器件等离子体发光显示、液晶显示 d.立体显示器件双目视差再现、全息摄影显示 e.专门用来显示数字符号的数字显示器件发光二极管 显示、荧光数码管显示,4.光纤通信 光纤通信主要是指利用激光作为信息载体波信号并通过光导纤维传递信息的通信系统。光纤通信的优点 传输容量大。理论上，可同上亿门话路或上万套电视。不受电磁干扰，保密性好，不怕雷击。耐高温、
7、高压，抗腐蚀，不受潮，工作十分可靠。光纤材料来源丰富，可节约大量有色金属，且直径小、重量轻、可挠性好。,5.光存储 光存储技术是以光盘为记录介质，以激光为信息载体实现信息存储的。它具有存储量大、密度高、寿命长、可靠性高、价格低廉和使用方便的特点。广泛应用在计算机存储、数字家电、网络通讯、广播电视等领域。例如:CDROM、VCD、DVD6.其它应用 此外，光电元器件还被广泛应用到军事伪装、军事对抗、精良制导兵器，航空目标光电探测，印刷出版业，长度、速度测量等方面。,五、光电器件的发展趋势 科学家们开拓了一门集光学、光电子学、纳米光学与纳米电子学相结合的崭新学科-纳米光电子学，并研制出新型的光电子
8、器件-纳米光电子器件。量子点红外光电探测器 CMOS/SEED 光电子集成器件 聚光物发光二极管 谐振腔增强型光电探测器 纳米级薄膜制作的红外摄像器件,纳米光电子器件研究方向：以Si和CaAs为主的固体电子器件尺寸继续小下 去；与基于化学有机高分子和生物学材料组装功能 材料尺度大起来，功能允许尺寸达到纳米量级（1-100nm）的集成器件不再遵循传统电子学的基本运行规律，电子的波动性、量子效应等将在此类器件中起重要作用。,以纳米技术制造的纳米电子器件具有以下特点：工作速度快，纳米电子器件的工作速度是硅器 件的1000倍；功耗低，纳米电子器件的功耗仅为硅器件的1/1000；信息存储量大，在一张不足手掌大的13cm光盘 上，至少可以存储30个北京图书馆的全部藏书；体积小，重量轻，可使各类电子产品体积和重量 大大减小。,
