学科前沿讲座

人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座1主讲:刘玉波齐鲁工业大学理学院人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座2人类迈进了信息时代1光电子技术的主要进展2什么是光电子技术3光电子技术发展趋势4主要内容人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座3人类迈进了信息时代信息生命能源材料高新技术的代表信息科技最活跃、发展最迅速、影响最广泛最深刻、经济效益最明显的科技领域。21世纪将是信息时代，人类迈入了信息社会。人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座41.看看今天社会的快速变化：通信事业迅速发展：•电缆通信、微波通信、光纤通信、卫星通信、水底通信、空间通信•固定通信、移动通信、个人通信多媒体技术广泛应用：•声音、图像、文件、数据、文字三网合一和三电一体将实现：•电话网、有线电视网（CATV）、计算机网统一营运；•电脑、电器、电信产品的功能将融为一体，实现智能化、数字化。人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座5•信息高速公路迅速在全球兴起，带动高新技术和交叉学科发展使计算机网络进入千家万户，迅速改变人们的工作方式、思维方式和生活方式。国际互连（Internet）网宽带综合业务网（B-ISDN）人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座6信息产业(IT)占国民生产总值(GNP)的比例越来越大：InformationTechnology:信息技术与设备制造业信息服务业发达国家：40～60％；新兴工业化国家：25～40％；发展中国家：25％以下；我国(2008)：～25以上％。人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座7人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座82什么是信息？特征是什么？信息是客观世界中各种事物的特征及其发展变化的反映。信息消息！！！人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座9信息有以下特征：信息是客观的，不是臆想的；信息和物质、能量一样是一种重要的资源，可供人们利用；信息有共享性，大家都可采集、接收和利用；信息有动态性、可扩充性(可以增加或减少)；信息可压缩性和被解压，可对繁杂的信息进行整理、概括。信息具有可传递性。信息是可以严格定量计算和测量的物理量。人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座10•信息量I被定义为以2为为底的同等概率事件数目N的对数：I=log2N单位：bit(比特)•例如，转动硬币后，只有正和反两种同等概率事件，故I=1bit。人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座11不同时代生产力、资源、工具的比较人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座123.信息社会的主要特征：从传统工业为主的社会转向信息产业为主社会。信息资源充分利用信息技术迅猛发展和应用信息产业巨大发展大大提高工作学习效率和创新能力大大提高物质文明和精神文明水平使社会和生活发生巨大变革。人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座13光电子技术的主要进展1883年，爱迪生在一次改进电灯的实验中，将一根金属线密封在发热灯丝附近，通电后意外地发现，电流居然穿过了灯丝与金属线之间的空隙。1884年，他取得了该发明的专利权。这是人类第一次控制了电子的运动，这一现象的发现，为20世纪蓬勃发展的电子学提供了生长点。爱迪生名下拥有1093项专利，包括美国、英国、法国和德国等。人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座14光电子技术的主要进展这一生长点上的第一只蓓芽就是弗莱明发明的整流器。他把爱迪生及马可尼两位大师的发明成果结合起来，着手研究真空电流的效应。1904年，他发明了真空二级管整流器。(Fleming,SirJohnAmbrose1849～1945)发明真空二级管整流器人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座15光电子技术的主要进展1910年，德福累斯特首次把它用于声音的传送系统。1916年，在他的主持下，建立了第一个广播电台，开始了新闻广播。到本世纪的20年代，真空电子器件已经成为广播事业与电子工业的心脏，它推动着无线电、雷达、电视、电信、电子控制设备、电子信息处理等整个电子技术群的迅速发展。1906年，美国人德弗雷斯特在弗莱明的二极管中又加入一块栅极，制成可以用于整流，还可以用于放大的真空三极管。在研究中发现，三极管可以通过级联使放大倍数大增，这使得三极管的实用价值大大提高，从而促成了无线电通信技术的迅速发展。人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座16光电子技术的主要进展1899年马可尼发送的无线电信号穿过了英吉利海峡，接着又成功穿越大西洋，从英国传到加拿大的纽芬兰省。“无线电之父”马可尼无线电通信的发明，也是日后无线电广播、电视甚至手机的先兆。1909年马可尼获得诺贝尔物理学奖。人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座17光电子技术的主要进展1958年，半导体集成电路问世，不仅使高速计算机得以实现，还促使电子工业与近代信息处理技术发生天翻地覆的变化。肖克莱、巴丁、布拉顿电子学与信息技术的第一次重大变革发生在上世纪50年代。肖克莱由于他的半导体理论而导致了晶体管的发明，揭开了电子革命崭新的一页。他本人也由于这一重大贡献，和科学家巴丁、布拉顿一起领受了最高的科学奖——诺贝尔物理学奖。人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座18光电子技术的主要进展19-20世纪，电磁学得到了飞跃的发展．不断开发了各种电的应用技术。电能作为能源具有瞬时移动性和可控制性广泛用于照明、动力等方面电子学正是研究电信号的控制、记录、传递及其应用的一门科学。人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座19光电子技术的主要进展电子电路不能在同一点重叠相交，这种空间的不共容性限制了密集度的提高；集成电路的平面结构只适用于串列处理，要在信息存贮和数据处理上有突破性进展，要使信息贮存密集度再提高4个数量级，实现非定址的联想记忆(associativemomery)，以发展人工智能，必须发展三维并列处理机构。电子学已经出现不能适应新的要求的征兆???人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座20光电子技术的主要进展上世纪第一个10年，真空管问世，促使电子学的诞生；从20年代到60年代，电子器件从真空管过渡到固体三极管，随之实现了集成化，在促进电子学大发展的同时，光电子学、量子电子学也随之建立和发展起来，它们形成了现代电子学的学科群体；历史似乎是在重演。而60年代，红宝石激光器的问世，又促使了光子学的诞生。从60年代到90年代，激光器从谐振腔体型向着固体半导体激光器过渡，随之实现了光子器件的集成化，不仅促使了光子学的大发展，非线性光学、纤维光学、集成光学、激光光谱学、量子光学与全息光学也形成了现代光子学的学科群体，目前它们正在蓬勃发展之中。电子学领域中几乎所有的概念、方法无一不在光子学领域中重新出现。人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座21光电子技术的主要进展光子学的信息荷载量要大得多，光的焦点尺寸与波长成反比，光波波长比无线电波、微波短得多，经二次谐波产生倍频，激光可使光盘存贮信息量大幅度增加。当电子通信容量达到最大限度而不能继续扩大时，人们很自然地把目光转向波长更短的光波。然而，历史却并没有简单地重演。电子开关的响应最短为10-7～10-9秒，而光子开关的响应时间可以达到飞秒数量级。光子属于玻色子，不带电荷，不易发生相互作用，因而光束可以交叉。光子过程一般也不受电磁干扰。光场之间的相互作用极弱，不会引起传递过程中信号的相互干扰。这些优点为光子学器件的三维互连、神经网络等应用开拓了光明前景。人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座22光电子技术的主要进展1970年．半导体激光器在室温环境下的连续激射获得成功。在通信史上，跳过了为增大信息传输量而开发的毫米波通信阶段，直接由微波通信转移到光纤通信。正在这时候，低损耗的光导纤维的试制又获得了成功，光纤通信成为现实。人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座23光电子技术的主要进展光纤通信技术的开发促进了作为光源的激光器作为接收器件光探测器的发展光调制器、光波导、光开关、光放大器．以及光隔离器等各种光学部件的发展。在光子学技术中采用小尺寸的光学零部件的组合。人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座24光电子技术的主要进展光技术的发展没能够超过电子技术的发展期待着在电子学中采用光技术。想得到更多的信息量、更高的演算速度，用现存电子技术是不可能实现的。光信号传输方式要比用电布线好得多，超并行计算机的配线方式，人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座251960年激光的诞生使古老的光学获得了新的活力。激光在信息电子技术中的应用，是光学与电子学进一步相互结合而形成了一门新兴的交叉学科—光电子学。1、光与电打交道可分为三个回合第一回合是19世纪60年代，Maxwell提出：光也是电磁波；第二个回合，19世纪末－20世纪初，光电效应的实验和理论发展。第三个回合是1960年第一台激光器的诞生，它是光学发展史上的一项重大的革命。也是20世纪最主要的重大发现之一。它将人类带入了一个光子时代。光电子技术的主要进展人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座26光电子大量应用是20世纪50年代以后，100多年以前出现的光电子器件是光电探测器1873年，英国W.R.史密斯发现了硒的光电导性。1888年，紫外线照射到金属上时使金属发射带电粒子。1890年，P.勒纳通过对带电粒子的电荷质量比的测定，证明它们是电子，弄清了外光电效应的实质。1929年，L.R.科勒制成银氧色光电阴极，出现了光电管。1939年，制成实用的导体材料制光电倍增管。20世纪30年代末，硫化铅探测器线可探测到3µm辐射。40年代初制成的温差型红外探测器和测辐射热计。2、光电探测器50年代中期，可见光波段的硫化硒、硫化镉光敏电阻荷短波红外硫化铅光电探测器投入使用。50年代末，美军将探测器用于代号为响尾蛇的空—空导弹，取得明显作战效果.1958年英国劳森等发明碲镉汞红外探测器。直到20世纪90年代，美、英、法等国大力发展了中波（3~5µm）和长波（8~14µm）红外多元器组件，广泛用于夜视、侦查、观瞄、火控和制导系统。1992年西方各国又用成熟起来的红外平面阵列在各种成成像技术中取代多元探测器组件。光电子技术的主要进展人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座27光物理的基础研究孕育了激光器的诞生19世纪的科学家们进行了关于电磁波的卓越的研究1905年爱因斯坦提出了光量子和光电效应的概念，揭示了辐射的波粒二象性1916年爱因斯坦提出了受激辐射的概念1900年普朗克引入的能量量子的概念基础性、探索性研究3、激光器是光波段的相干辐射源光电子技术的主要进展人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座28激光走向新技术的开发和工程应用阶段1954年研制成第一台微波激射器1958年美国的汤斯和苏联的巴索夫及普罗霍洛夫等人提出了激光的概念和理论设计1960年美国的梅曼研制成功第一台红宝石激光器；贾万等人研制成氦氖激光器。我国的第一台激光器于1961年在长春光机所创制成功光电子技术的主要进展人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座29激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响激光的特性使之在光学应用领域带来了革命性的变化：方向性单色性相干性高亮度光电子技术的主要进展人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座302020/2/3四十多年来，激光器的品种迅速增加：固体激光器半导体激光器固体激光器（半导体激光泵浦）化学激光器（HF/DF激光、氧碘化学激光器、CO2激光、燃料激光、氦氖激光）激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响光电子技术的主要进展人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座31自由电子激光器x射线激光器准分子激光器金属蒸气激光器等。铜蒸气激光激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响光电子技术的主要进展人类迈进了信息时代光电子技术进展学科前沿讲座32激光器的输出水平不断提高：中、小功率器件高功率、高能量激光器；脉冲体制从连续波、准连