光学及光电子技术的发展与应用1课件.ppt

1、现代光学及光电子技术发展和应用现代光学及光电子技术发展和应用报报 告告 人：人：举办单位：电子与通信工程系举办单位：电子与通信工程系举办时间：举办时间：2013-92013-9引言引言20092009年年1010月月6 6日，瑞典皇家科学院宣布，将日，瑞典皇家科学院宣布，将20092009年诺贝尔物理年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家学奖授予英国华裔科学家高锟高锟以及美国科学家以及美国科学家威拉德威拉德博伊尔博伊尔和和乔治乔治史密斯史密斯。引言引言高锟：高锟：“光纤之父光纤之父”，香港中文大学第，香港中文大学第3 3任校任校长，因在长，因在“有关光在纤维中的传输以用有关光在纤维中的传输以用于光

2、学通信方面于光学通信方面”做出了突破性成就而做出了突破性成就而获诺贝尔奖。获诺贝尔奖。由于他的杰出贡献，中国科学院紫金山天文台由于他的杰出贡献，中国科学院紫金山天文台将一颗编号为将一颗编号为“3463”3463”的小行星命名为的小行星命名为“高锟高锟星星”。威拉德威拉德博伊尔和乔治博伊尔和乔治史密斯史密斯 因因发明电荷耦合器件（发明电荷耦合器件（CCDCCD）图像传感器）图像传感器而得诺贝尔奖。而得诺贝尔奖。引言引言近年来，以光通信、光显示、光照近年来，以光通信、光显示、光照明、太阳能光伏等为代表的光学、明、太阳能光伏等为代表的光学、光电子、光子科学与技术突飞猛进，光电子、光子科学与技术突飞猛

3、进，是是2121世纪最尖端的科学技术！世纪最尖端的科学技术！电气电气时代时代微电子微电子时代时代光电子光电子时代时代蒸汽蒸汽时代时代2121世纪世纪2020世纪世纪1919世纪世纪1818世纪世纪信息时代信息时代人类社会发展历程人类社会发展历程光子技术将继电子技术之后再次推动人类科学技术的革命！光子技术将继电子技术之后再次推动人类科学技术的革命！光子技术将引起一场超过电子技术的产业革命！光子技术将引起一场超过电子技术的产业革命！光子技术将给工业和社会带来比电子技术更为巨大的冲击！光子技术将给工业和社会带来比电子技术更为巨大的冲击！光子时代已经到来光子时代已经到来!现代光学及光电子技术发展和应用

4、现代光学及光电子技术发展和应用报报 告告 人：人：举办单位：电子与通信工程系举办单位：电子与通信工程系举办时间：举办时间：2013-92013-9内容概要内容概要现代光学与光电子学概述现代光学与光电子学概述现代光学与光电子技术的发展前景现代光学与光电子技术的发展前景光与光学光与光学现代光学与光电子技术发展现状与成就现代光学与光电子技术发展现状与成就光电子产业的发展现状与前景光电子产业的发展现状与前景第一篇：光与光学第一篇：光与光学光是什么？光是什么？惠更斯惠更斯波动说波动说牛顿牛顿微粒说微粒说爱因斯坦爱因斯坦光子说光子说光既是粒子，光既是粒子，又是电磁波，又是电磁波，具有波、粒双具有波、粒双重

5、特征。重特征。可见光可见光:波长为波长为390nm390nm至至760nm760nm光是一定波长范围的电磁波！光是一定波长范围的电磁波！光学是什么？光学是什么？早期早期狭义狭义光和视见的科学光和视见的科学，描述与眼睛和视见描述与眼睛和视见相联系的事物相联系的事物今天今天广义广义研究从微波、红外线、研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到可见光、紫外线直到X X射线波段的关于电射线波段的关于电磁辐射的发生、传播、磁辐射的发生、传播、接收、显示以及与物接收、显示以及与物质相互作用的科学。质相互作用的科学。萌芽时期：萌芽时期：远古至十六世纪初远古至十六世纪初几何光学时期：十六世纪中叶至十八世纪初几何光

6、学时期：十六世纪中叶至十八世纪初波动光学时期：十九世纪初至十九世纪末波动光学时期：十九世纪初至十九世纪末量子光学时期：十九世纪末至二十世纪初量子光学时期：十九世纪末至二十世纪初现代光学时期：二十世纪六十年代至今现代光学时期：二十世纪六十年代至今181720192116世纪轴世纪轴远古萌芽萌芽几何光学几何光学现代光学现代光学过渡时期：过渡时期：直线传播占主导，波直线传播占主导，波动理论逐惭形成动理论逐惭形成量子光学量子光学波动光学波动光学光学发展简史光学发展简史光学的发展历史光学的发展历史萌芽时期萌芽时期1111世纪阿拉伯人伊本世纪阿拉伯人伊本海赛木发明海赛木发明透镜透镜1717世纪初，詹森发明

7、世纪初，詹森发明显微镜显微镜墨子墨子世界摄影光学之父世界摄影光学之父公元前公元前400400年，年，墨经墨经记录记录光直光直线传播、小孔成像、球面镜成像等线传播、小孔成像、球面镜成像等欧几里德欧几里德在其著作在其著作 光学光学一书中一书中提出提出 触须触须学说学说.光学的发展历史光学的发展历史几何光学时期几何光学时期1717世纪上半叶，斯涅耳得出世纪上半叶，斯涅耳得出光的反射和折射定律。光的反射和折射定律。光的折射光的折射光的反射光的反射牛顿：光的微粒说牛顿：光的微粒说光是由发光物体发出的遵循力学规律的粒子流。光是由发光物体发出的遵循力学规律的粒子流。光学的发展历史光学的发展历史波动光学时期波

8、动光学时期惠更斯，惠更斯，菲涅耳，菲涅耳，波动学说波动学说光是机械波，在弹性介质光是机械波，在弹性介质“以太以太”中传播。中传播。托马斯托马斯.杨，夫琅和费杨，夫琅和费 光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光学的发展历史光学的发展历史波动光学时期波动光学时期马吕斯，布儒斯特马吕斯，布儒斯特光的偏振现象光的偏振现象麦克斯韦，赫兹麦克斯韦，赫兹光是电磁波光是电磁波光波是横波光波是横波光是电磁波光是电磁波光学的发展历史光学的发展历史量子光学时期量子光学时期普朗克普朗克量子假说，解释了黑体辐射量子假说，解释了黑体辐射爱因斯坦爱因斯坦 密立根密立根光量子说，解释了光电效应光量子说，解释了光电效应狭义相对论，

9、解决运动物体的光学问题狭义相对论，解决运动物体的光学问题玻尔，玻尔，诠释诠释元素光谱元素光谱 康普顿，康普顿，康普顿效应康普顿效应证实了光量子说证实了光量子说 310量子光学量子光学波动光学波动光学几何光学几何光学以光本质上是一种波长较以光本质上是一种波长较短的电磁波为基础短的电磁波为基础,采用采用简谐振动中的正弦简谐振动中的正弦(或余或余弦弦)规律来描述规律来描述,研究光的研究光的波动性波动性以光线的概念为基本以光线的概念为基本观点观点,采用几何方法采用几何方法来研究来研究,只研究光传只研究光传播的几何规律播的几何规律以光本质上是一份一份的能以光本质上是一份一份的能量子量子光子为基础光子为基

10、础,采用采用波函数描述波函数描述各理论所适用的研究尺度各理论所适用的研究尺度 1917年，爱因斯坦论文年，爱因斯坦论文关于辐射的量子理论关于辐射的量子理论，确立了受激辐射理论。确立了受激辐射理论。1960年年 梅曼制成了梅曼制成了世界上第一台激光世界上第一台激光器器红宝石激光器。红宝石激光器。希奥多希奥多梅曼梅曼美国物理学家美国物理学家；世界激光之父；世界激光之父；光电产业之父；光电产业之父；光学的发展历史光学的发展历史现代光学与光子学时期现代光学与光子学时期激光和全息术的问世标志着现代光学和光子学的开始，为光学发展激光和全息术的问世标志着现代光学和光子学的开始，为光学发展的里程碑！的里程碑！

11、19481948年，伽柏提出波面再年，伽柏提出波面再现原理（现原理（全息术全息术理论），理论），得诺贝尔物理学奖（得诺贝尔物理学奖（19711971）第二篇：现代光学与光电子学概述第二篇：现代光学与光电子学概述人类在二十世纪有四项重大发明，猜猜是什么？人类在二十世纪有四项重大发明，猜猜是什么？生物技术；生物技术；激光技术；激光技术；计算机技术；计算机技术；原子能技术；原子能技术；激光的英文名是什么？激光的英文名是什么？这个英文名的由来？这个英文名的由来？Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 受激发射的光放大受激发射的光放

12、大 激光名称的由来激光名称的由来 1964年前，年前，LASER还没统一的中文名字。中国人叫它还没统一的中文名字。中国人叫它“莱塞莱塞”、“雷射雷射”等。等。1964年年12月，钱学森教授建议将其命名为月，钱学森教授建议将其命名为“激光激光”LASER“最快的刀最快的刀”；“最准的尺最准的尺”；“最亮的光最亮的光”；“神光神光”；激光自激光自19601960年问世以来，便成为人类年问世以来，便成为人类探索和改造自然的强有力工具。探索和改造自然的强有力工具。激光、全息术的问世激光、全息术的问世经典光学向现代光学过渡的标志经典光学向现代光学过渡的标志 2020世纪最后十年，电子产业是全球经济增长的

13、重要动力。世纪最后十年，电子产业是全球经济增长的重要动力。而光子技术成为而光子技术成为2121世纪推动经济发展的核心技术。世纪推动经济发展的核心技术。光子学成为近代光学重要研究内容。光子学成为近代光学重要研究内容。现代光学和光子学现代光学和光子学光子学与光子技术将与电子技术一样作为光子学与光子技术将与电子技术一样作为信息载体信息载体或作为或作为能量载体能量载体在应用技术和工程方面发挥越来越重要的作用。在应用技术和工程方面发挥越来越重要的作用。形成的学科分支形成的学科分支如激光光学、激光光谱学、非线性光学、自适应光学如激光光学、激光光谱学、非线性光学、自适应光学全息光学、信息光学、光纤光学、波导

14、光学全息光学、信息光学、光纤光学、波导光学红外光学、红外光学、紫外光学、紫外光学、X X射线光学、量子光学射线光学、量子光学强光光学、微光光学、集成光学强光光学、微光光学、集成光学成像光学、天文光学、瞬态光学、遥感技术、声光学成像光学、天文光学、瞬态光学、遥感技术、声光学现代光学和光子学形成的学科分支现代光学和光子学形成的学科分支应用范围非常广泛。应用范围非常广泛。空间、能源、材料、微电子、空间、能源、材料、微电子、生命科学、生物工程、化学工生命科学、生物工程、化学工程、医疗、环境、遥感、精密程、医疗、环境、遥感、精密加工、计量、通信、印刷以及加工、计量、通信、印刷以及军事等领域军事等领域对其

15、他学科有很强的渗透力。对其他学科有很强的渗透力。光子说光子说医学医学光子说光子说化学化学光子说光子说生物生物光子说光子说物理物理激光物理学激光物理学量子光学量子光学光化学光化学激光生物学激光生物学生物光学生物光学激光医学激光医学现代光学和光子学的特点现代光学和光子学的特点现代光学发展的特点现代光学发展的特点作为能量、加作为能量、加工的手段工的手段信息载体信息载体光纤通信；空间激光通讯等光纤通信；空间激光通讯等静态到瞬态静态到瞬态宏大到微小宏大到微小如研究纳秒、皮秒、飞秒等超快速现象；如研究纳秒、皮秒、飞秒等超快速现象；天文望远镜到微透镜；天文望远镜到微透镜；波谱拓宽波谱拓宽光学的研究从可见光扩

16、展到光学的研究从可见光扩展到X X射线、紫外、近红外、中红射线、紫外、近红外、中红外、直到远红外等不可见的电子波谱段。外、直到远红外等不可见的电子波谱段。“光、机、电光、机、电、算、算”一体化一体化光学、精密机械、电子、计算机相结合光学、精密机械、电子、计算机相结合激光热聚变；激光焊接，激光打孔等激光热聚变；激光焊接，激光打孔等现代光学和光子学的重要研究领域现代光学和光子学的重要研究领域重要研究领域重要研究领域激光和激光的应用激光和激光的应用激光的高亮度激光的高亮度激光的高方向性激光的高方向性激光的高单色性激光的高单色性激光的高相干性激光的高相干性光通信光通信光的频谱范围宽光的频谱范围宽抗干扰

17、能力强抗干扰能力强光波波长短，分辨率高光波波长短，分辨率高光速快，因而处理速度快光速快，因而处理速度快这些特点使光学和光子学在这些特点使光学和光子学在2121世纪将会得到更大的发展。世纪将会得到更大的发展。利用激光准直，在利用激光准直，在3 3公里的长度上的准直误差不超过公里的长度上的准直误差不超过0.20.2毫米毫米利用激光测距，测利用激光测距，测80008000公里的卫星，误差不超过公里的卫星，误差不超过2 2厘米厘米第三篇：现代光学与光电子技术发第三篇：现代光学与光电子技术发展现状与成就展现状与成就光学研究十大现状和成就光学研究十大现状和成就对基础科学的贡献对基础科学的贡献对电子学的贡献

18、对电子学的贡献光电通信技术发展光电通信技术发展传统光学工程化传统光学工程化光子学发展光子学发展光学材料的发展光学材料的发展光信息理论与实践光信息理论与实践薄膜光学与二元光学薄膜光学与二元光学自适应光学自适应光学近代基础光学近代基础光学光的研究中产生的成就之一光的研究中产生的成就之一对基础科学的贡献对基础科学的贡献量子力学和相对论量子力学和相对论都是以光学实验为都是以光学实验为出发点。出发点。相对论相对论麦克逊干麦克逊干涉实验涉实验量子理论量子理论黑体辐黑体辐射测量射测量光谱学一直是量子光谱学一直是量子物理的实验根据，物理的实验根据，已成为物质分析的已成为物质分析的主要手段；主要手段；光化学，成

19、为化学光化学，成为化学反应的催化手段。反应的催化手段。激光为研究物激光为研究物质运动，包括化学质运动，包括化学反应提供了新的手反应提供了新的手段。段。光的电光的电磁波论磁波论发现无发现无线电波线电波无线电无线电通讯通讯无线电无线电电子学电子学电子学专业电子学专业工程学科工程学科光的研究中产生的成就之二光的研究中产生的成就之二对电子学的贡献对电子学的贡献光的研究中产生的成就之三光的研究中产生的成就之三传统光学工程化传统光学工程化光学设备的精密化光学设备的精密化常用光学仪器的规模化生产常用光学仪器的规模化生产重大光学工程的创建重大光学工程的创建降低了生产成本降低了生产成本精密仪器精密仪器为认识和改

20、造世界创造了条件为认识和改造世界创造了条件l 大型天文望远镜进光口径从大型天文望远镜进光口径从2m2m，4m4m，5m 5m 以至于达到以至于达到10m10m；l 超高分辨率空间对地观察相机孔径为超高分辨率空间对地观察相机孔径为0.6m 0.6m ，1.5m 1.5m ，3m3m；6.5m詹姆斯詹姆斯韦伯太空望远镜韦伯太空望远镜 哈勃太空望远镜哈勃太空望远镜 主镜口径主镜口径2.42.4米米 昴星团（日本）昴星团（日本）8米望远镜（米望远镜（SUBARU）8.38.3米主米主鏡鏡是目前世界上最大的是目前世界上最大的單單一一鏡鏡片光片光學學望望遠鏡遠鏡 霍比霍比-埃伯利望远镜埃伯利望远镜9.2m

21、Keck I&II 望远镜望远镜整体镜面直径为整体镜面直径为10米，米，8层层楼高楼高 ，当前投入工作的最，当前投入工作的最大口径光学望远镜。大口径光学望远镜。加那列大型望远镜加那列大型望远镜 最大的地面基础望远镜最大的地面基础望远镜10.4m“大麦哲伦大麦哲伦”,直径直径8.4米米,2016年将落成智利年将落成智利 阿雷西波阿雷西波 无线电波望远镜，无线电波望远镜，300m 世界迄今最大单口径射电望远镜世界迄今最大单口径射电望远镜，500mFAST工程，工程，2008年年12月月26日在贵州省平塘县一片名为日在贵州省平塘县一片名为“大窝凼大窝凼”的喀斯特洼地中正式启动，预计工期的喀斯特洼地中

22、正式启动，预计工期5年半年半 光的研究中产生的成就之四光的研究中产生的成就之四光子学的发展光子学的发展波长的扩展波长的扩展微波、远红外、红外、可见光、微波、远红外、红外、可见光、紫外、远紫外、软紫外、远紫外、软X X光波段；光波段；激光的问世激光的问世电子学与量子物理的结合，电子学与量子物理的结合，光学技术的重大革命；光学技术的重大革命；光刻、半导体发光器件，光敏光刻、半导体发光器件，光敏器件等器件等促进了半导体和微电子促进了半导体和微电子技术发展技术发展远距离图像传输远距离图像传输，例如电视，例如电视，大大改善了人类的生活面貌；大大改善了人类的生活面貌；光子学成为战略高技术之一！光子学成为战

23、略高技术之一！加速器产生的同步辐射加速器产生的同步辐射，可作为，可作为高亮度观测和微细加工的手段高亮度观测和微细加工的手段 。光光子子学学光的研究中产生的成就之五光的研究中产生的成就之五光纤通讯技术发展光纤通讯技术发展原始概念：原始概念：从半导体提纯技术取得高透明介质进行远距离传输。从半导体提纯技术取得高透明介质进行远距离传输。应用：应用：全球性网络，包括越洋传输的光缆。全球性网络，包括越洋传输的光缆。性能：性能：传输率作为商品已达传输率作为商品已达10GB10GB，前沿已达，前沿已达60GB60GB；它在经济上比空间卫星全球通讯系统更具竞争力。它在经济上比空间卫星全球通讯系统更具竞争力。信息

24、传输：头发粗的光纤，可同时传输几万路电话；信息传输：头发粗的光纤，可同时传输几万路电话；信息存储：信息存储：30cm30cm直径光盘，可存储直径光盘，可存储8080万页中文字；万页中文字；光的研究中产生的成就之六光的研究中产生的成就之六光信息理论与实践光信息理论与实践 光学传递函数光学传递函数为复杂的光学成像链提供了为复杂的光学成像链提供了方便的质量评估手段。方便的质量评估手段。光学信息处理光学信息处理可在复杂的背景中提炼出所需可在复杂的背景中提炼出所需要的特征图像，例如图像识别。要的特征图像，例如图像识别。遥感技术是以这个理论为依据遥感技术是以这个理论为依据遥感技术遥感技术光信息理论在遥感技

25、术中的应用光信息理论在遥感技术中的应用光的研究中产生的成就之六光的研究中产生的成就之六光信息理论与实践光信息理论与实践 光学信息理论在医疗技术上的重大贡献光学信息理论在医疗技术上的重大贡献X X射射线线透透视视X X光光CTCT核磁共振核磁共振CTCT差温层析仪差温层析仪光学信息传输的发展为高清晰电视和可视电话的信息压光学信息传输的发展为高清晰电视和可视电话的信息压缩技术奠定了基础；缩技术奠定了基础；全息光学技术是当前迅速储存光学图像的一种新手段，它全息光学技术是当前迅速储存光学图像的一种新手段，它以点位相储存的方式代替了几何轮廓的储存方法。这个新以点位相储存的方式代替了几何轮廓的储存方法。这

26、个新概念使得多景的图像可以叠加在一起，使用时靠衍射原理概念使得多景的图像可以叠加在一起，使用时靠衍射原理分开；这个概念给信息技术一个新的启示，特别是在生物分开；这个概念给信息技术一个新的启示，特别是在生物信息方面。信息方面。光的研究中产生的成就之七光的研究中产生的成就之七薄膜光学和二元光学薄膜光学和二元光学 薄膜光学和二元光学薄膜光学和二元光学光的研究中产生的成就之八光的研究中产生的成就之八自适应光学自适应光学 应用应用 用于激光光学系统。由于激光漂移所引至的相位误差能够用于激光光学系统。由于激光漂移所引至的相位误差能够得到补偿，因此可以提高大功率激光的光学质量；得到补偿，因此可以提高大功率激

27、光的光学质量；也可以用于补偿光学系统成像的缺陷，例如热形变效应等也可以用于补偿光学系统成像的缺陷，例如热形变效应等等；等；基本概念基本概念光学传输穿过可抖动或漂移的介质，进行实时光学相位补光学传输穿过可抖动或漂移的介质，进行实时光学相位补偿以提高成像的质量偿以提高成像的质量光的研究中产生的成就之九光的研究中产生的成就之九近代基础光学的形成近代基础光学的形成非线性光学非线性光学。获取。获取倍频、差频、和频、倍频、差频、和频、等效果；等效果；强激光光学和等离强激光光学和等离子体物理光学子体物理光学成为成为研究激光核聚变作研究激光核聚变作为能源的基础科学；为能源的基础科学；量子信息量子信息作为迅速作

28、为迅速传输手段，具有信传输手段，具有信息传输密要的优点，息传输密要的优点，用于研究量子计算用于研究量子计算机机激光技术激光技术促进了微促进了微观动力学领域的发观动力学领域的发展，应用前景极为展，应用前景极为广阔。广阔。光的研究中产生的成就之十光的研究中产生的成就之十光学材料得到发展光学材料得到发展人工晶体人工晶体非线性晶体非线性晶体线性晶体线性晶体激光工作激光工作物质物质光学玻璃光学玻璃新工艺新工艺光学材料光学材料第四篇：现代光学与光电子技术发第四篇：现代光学与光电子技术发展前景展前景2121世纪应是光学大发展的时期世纪应是光学大发展的时期光学作为信息载体光学作为信息载体-信息光子技术信息光子

29、技术光学作为能源光学作为能源-能源光子技术能源光子技术现代光学和光电子技术的发展前景现代光学和光电子技术的发展前景 信息光子技术信息光子技术光纤通信光纤通信60GB60GBTBTB光信号调制采用光电技术光信号调制采用光电技术1010-8-8秒秒纯光学调制（如光干涉）纯光学调制（如光干涉）光纤传输光纤传输光纤通信光纤通信用激光束作为信息载体进行空间用激光束作为信息载体进行空间通信通信。激光激光 VS VS 微波微波频带宽频带宽高度相干性高度相干性空间定向性空间定向性 优势优势通信容量大通信容量大保密性高保密性高功耗小功耗小体积小，重量轻体积小，重量轻 信息光子技术信息光子技术空间激光通信空间激光

30、通信需要研制大孔径的观察需要研制大孔径的观察相机相机空间对地观察空间对地观察我国空间对地观测的能我国空间对地观测的能力还很落后力还很落后卫星观察下的长沙卫星观察下的长沙学院教学楼学院教学楼摘自Google Earth0303年伊拉克战争前，美国年伊拉克战争前，美国的对地观测能观察到巴格的对地观测能观察到巴格达街头摊位上的苹果达街头摊位上的苹果 信息光子技术信息光子技术空间对地观察空间对地观察利用量子信息的传输正在探索过程中。利用量子信息的传输正在探索过程中。量子通信量子通信用量子态作为信息载体，通过量用量子态作为信息载体，通过量子态传送完成大容量信息传输。子态传送完成大容量信息传输。信息光子技

31、术信息光子技术量子通信量子通信超分辨率观测和监控体系。超分辨率观测和监控体系。“TEAM 0.5”“TEAM 0.5”显微镜显微镜 分辨率达到分辨率达到0.50.5埃埃 信息光子技术信息光子技术超分辨率观测超分辨率观测信息光子技术信息光子技术光显示光显示 薄膜晶体管液晶显示器（薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）等离子体显示器（等离子体显示器（PDP）发光二极管发光二极管显示器（显示器（LED）有机有机发光二极管发光二极管显示器（显示器（OLED）3D显示显示三代光存储：三代光存储：1.光盘存储光盘存储2维（表面）光存储维（表面）光存储2.双光子光存储双光子光存储 3 维（体）光存储维（体）

32、光存储3.金属纳米杆光存储金属纳米杆光存储 5 维（维（+2 偏振）光存储偏振）光存储信息光子技术信息光子技术光存储光存储（1）极快的响应时间可用于超高速、宽带通信）极快的响应时间可用于超高速、宽带通信：光子静止质量为零、在真空中以光速运动，光子响应时间短达1015秒；而电子器件及系统最快的响应时间为109秒，两者相差100万倍。这在将来的光计算机等关键技术中将发挥巨大作用。（2）传输信息容量大）传输信息容量大：光子传输信息时具有时间可逆性、不具有高度空间局域性。（3 3）高抗干扰、高可靠性：）高抗干扰、高可靠性：光子不带电荷，光纤不和受外界电磁波相互作用，光纤通信具有高抗干扰、高可靠性。(4

33、)(4)光储存具有储存量大、速度快、密度高、误码率低的优点光储存具有储存量大、速度快、密度高、误码率低的优点 信息光子技术的优势信息光子技术的优势电子信息技术电子信息技术光子信息技术光子信息技术通信技术通信技术有线通信（电话、电视）有线通信（电话、电视）无线通信（手机、电视）无线通信（手机、电视）光纤通信光纤通信空间光通信空间光通信 计算技术计算技术二进制电子计算机二进制电子计算机模拟、数字光计算模拟、数字光计算输入输入/输出输出机械、电子打印机械、电子打印激光打印、扫描、复印激光打印、扫描、复印显示技术显示技术电子显象管电子显象管液晶，等离子体，场效应，液晶，等离子体，场效应，LEDLED存

34、储技术存储技术磁盘，电子录像、摄像机磁盘，电子录像、摄像机光盘，全息，光盘，全息，DVDDVD，数码相机，数码相机传感技术传感技术半导体传感器半导体传感器光纤光栅传感器光纤光栅传感器遥感技术遥感技术电子测距、雷达电子测距、雷达激光测距、雷达激光测距、雷达器件集成器件集成晶体管等电子器件集成晶体管等电子器件集成激光器、光开关等光子器件集成激光器、光开关等光子器件集成信息光子技术信息光子技术VSVS信息电子技术信息电子技术激光核聚变激光核聚变 利用激光照射核燃料使之发生核聚变反应。利用激光照射核燃料使之发生核聚变反应。核聚变核聚变氢弹、太阳氢弹、太阳能量巨大能量巨大条件苛刻条件苛刻高温，高温，高压

35、高压能量释放能量释放太猛列太猛列如何诱发如何诱发?怎么控制？怎么控制？用激光照射核燃料使之发生核聚变反应用激光照射核燃料使之发生核聚变反应 可控聚变能电站可控聚变能电站 氘大量存在于海水的重水之中氘大量存在于海水的重水之中 提供提供50005000万年之久的能源！万年之久的能源！能源光子技术能源光子技术激光核聚变激光核聚变 激光武器激光武器沿一定方向发射的激光束攻击目标的定向能武器沿一定方向发射的激光束攻击目标的定向能武器 利用激光的高方向性和能量高度集中的特点。利用激光的高方向性和能量高度集中的特点。受环境因素大受环境因素大装备笨重装备笨重要求精密要求精密光速光速无污染无污染能量高能量高度集

36、中度集中优点优点灵活灵活变向变向抗电磁抗电磁干扰干扰9191年海湾战争，激光制导炸弹，从地下室的通气口准确进入。年海湾战争，激光制导炸弹，从地下室的通气口准确进入。能源光子技术能源光子技术激光武器激光武器 激光热加工激光热加工u激光焊接激光焊接u激光打孔激光打孔u激光切割激光切割u激光打标激光打标u表面改性表面改性u微加工微加工 高亮度、高方向性、高单色性和高相干性高亮度、高方向性、高单色性和高相干性 无接触加工，对工件无冲击，无接触加工，对工件无冲击，因此无机械变形，无因此无机械变形，无 刀具刀具 磨损；磨损；加工速度快，对非激光照射部位影响极小。加工速度快，对非激光照射部位影响极小。能源光

37、子技术能源光子技术激光热加工激光热加工 人类经历过人类经历过2次照明革命：次照明革命：火火白炽灯、荧光灯白炽灯、荧光灯半导体光源（半导体光源（LED）(20世纪世纪)(21世纪世纪)LED光源的优点：光源的优点：1)高效节能：高效节能：减少全球照明用电减少全球照明用电5050和总耗电和总耗电1010;2)节约经费：节约经费：节约灯、灯具、电费的开支每年节约灯、灯具、电费的开支每年25002500亿美元亿美元;3)绿色环保：绿色环保：可以减少可以减少COCO2 2和和SOSO2 2的排放量达到的排放量达到3.53.5万吨万吨;4)长寿命：长寿命：LEDLED光源比白炽灯寿命长光源比白炽灯寿命长1

38、00100倍；比荧光灯长倍；比荧光灯长5 5倍。倍。n 半导体光照明（半导体光照明（LED）能源光子技术能源光子技术半导体光照明半导体光照明 LEDLED光源与传统光源的比较光源与传统光源的比较太阳能优点太阳能优点：1）太阳能是最丰富的能源）太阳能是最丰富的能源 2）太阳能是最洁净的能源）太阳能是最洁净的能源 3）太阳能不需运输可就地开发）太阳能不需运输可就地开发 4）太阳电池产品国际年增长率：达到）太阳电池产品国际年增长率：达到50%。5）光伏发电提供全球电能：现在）光伏发电提供全球电能：现在2%，2040年达到年达到25%各各种种能能源源耗耗尽尽的的年年份份能源光子技术能源光子技术太阳能电

39、池技术太阳能电池技术 第五篇：光电子产业的发展现状与第五篇：光电子产业的发展现状与前景前景光电子产业在全世界的产值光电子产业在全世界的产值1400亿美元1400亿美元1800亿美元1800亿美元4500亿美元4500亿美元0 010001000200020003000300040004000500050001998年1998年2000年2000年2010年2010年 光电子产业将成为光电子产业将成为2121世纪最大产业！世纪最大产业！美国商务部指出：美国商务部指出：“谁在光电产业方面取得主动权，谁就将在谁在光电产业方面取得主动权，谁就将在2121世纪尖端科世纪尖端科技较量中夺魁技较量中夺魁”。

40、20 20世纪是微电子的世纪，世纪是微电子的世纪，2121世纪将是光子的世纪。世纪将是光子的世纪。光光无无源源器器件件光光纤纤与与光光缆缆光光有有源源器器件件光光通通信信测测试试设设备备光光通通信信系系统统设设备备光光学学仪仪器器光光谱谱仪仪器器光光学学零零件件真真空空镀镀膜膜光光学学材材料料光光盘盘与与光光盘盘机机激激光光器器与与发发光光管管显显示示器器打打印印机机与与复复印印机机数数码码相相机机图图像像扫扫描描仪仪图图像像传传感感器器光光电电探探测测器器太太阳阳能能电电池池光光照照明明激激光光雷雷达达测测距距仪仪全全息息照照相相设设备备激激光光加加工工处处理理设设备备激激光光器器系系统统设

41、设备备激激光光医医疗疗设设备备世界光电子产业的发展概况世界光电子产业的发展概况 美国、日本、德国三个国家激光产业的发展代表了当今世界激光产美国、日本、德国三个国家激光产业的发展代表了当今世界激光产业发展趋势。业发展趋势。日本在信息光电子技术方面占首位，日本在信息光电子技术方面占首位，美国在激光医疗及激光检测方面占首位，美国在激光医疗及激光检测方面占首位，德国则在激光材料加工方面占首位。德国则在激光材料加工方面占首位。我国光电子产业年增长我国光电子产业年增长5050，占国际市场的份额，占国际市场的份额55“光谷热光谷热”在中华大地兴起在中华大地兴起 20002000年首先建立年首先建立“武汉武汉

42、 .中国光谷中国光谷”共投入共投入240240亿亿 形成形成10501050亿亿 20002000年年1212月建立月建立“广东光谷广东光谷”我国光电子产业的发展概况我国光电子产业的发展概况 其它省市也纷纷建立其它省市也纷纷建立“光谷光谷”或光电产业基地或光电产业基地 长春长春“光谷光谷”：长春光机所、长春物理所：长春光机所、长春物理所北京北京“中关村中关村”：半导体所、北大、清华：半导体所、北大、清华上海上海“光电工业区光电工业区”：浦东、曹河烴、各所、大学：浦东、曹河烴、各所、大学重庆重庆“光谷光谷”：重庆大学、：重庆大学、4444所等所等山东山东“光电工业区光电工业区”：山东大学：山东大

43、学福州福州“光电工业区光电工业区”：物构所、华科：物构所、华科、光学晶体光学晶体从应用领域从应用领域分类：(1)信息光电子产业：光（纤）通信、光电转换(2)能量光电子产业:大功率激光器和激光加工(3)显示光电子产业：LDE、LEC、摄像、成像(4)医疗光电子产业：各种医疗设备、元器件(5)娱乐光电子产业：各家电、音响、娱乐设备(6)军事光电子产业：各种军用光电设备。从结构领域从结构领域分类：(1)光电材料：光学、半导体、电磁学，光纤.(2)光电元器件：各种有源元件、无源元件(3)光电整机：各种光电器件的整机(4)光电工程系统：由各种光电器件整机组成的工程系统 光电子产业的分类光电子产业的分类结

44、束语结束语对于新世纪光电专业的大学生，要抓住全世界光学繁荣对于新世纪光电专业的大学生，要抓住全世界光学繁荣发展的机会，致力于光学基础研究、产业化和光学高技发展的机会，致力于光学基础研究、产业化和光学高技术工业的建立。在此借用我国光学之父王大衍先生的话术工业的建立。在此借用我国光学之父王大衍先生的话祝福你们：祝福你们：“传承辟新、寻优勇进传承辟新、寻优勇进”光子与电子在性质上的差别光子与电子在性质上的差别 具有能够承载信息的共性具有能够承载信息的共性光的研究中产生的重要成就光的研究中产生的重要成就u量子力学和相对论都是在光的研究中诞生。量子力学和相对论都是在光的研究中诞生。u爱因斯坦于爱因斯坦于

45、19161916年预言了原子的受激辐射，相应技术年预言了原子的受激辐射，相应技术激光激光19601960年，梅曼制出第一台红宝石激光器和氦氖激光器。年，梅曼制出第一台红宝石激光器和氦氖激光器。19621962年，产生第一台半导体激光器。年，产生第一台半导体激光器。19631963年，产生第一台染料激光器。年，产生第一台染料激光器。u19351935年，泽尼克提出位相反衬观察法，制成相衬显微镜，得诺贝年，泽尼克提出位相反衬观察法，制成相衬显微镜，得诺贝尔物理学奖（尔物理学奖（19531953）u19481948年，伽柏提出波面再现原理（年，伽柏提出波面再现原理（全息术全息术理论），得诺贝尔物理理论），得诺贝尔物理学奖（学奖（19711971）