现代光电信息技术的发展及应用

现代光电信息技术的发展及应用光具有极快的速度、极大的频宽、极高的信息容量，在现代信息技术中得到了广泛的应用。现代光电信息技术是光学技术、光电子技术、微电子技术，信息技术、光信息技术、计算机技术、图像处理技术等相互交叉、相互渗透和相互结合的产物，是多学科综合技术，它研究以光波为信息的载体，通过对光波实施控制、调制、传感、转换、存储、处理和显示等技术方法，获取所需要的信息，其研究内容包括光的辐射、传输、探测、光与物质的相互作用以及光电信息的转换、存储、处理与显示等众多领域。现代光电信息技术具有如下特点：其一，有效延伸人眼的视觉功能，使其探测阈值达到光子探测的极限水平，而探测的光谱范围在长波方向达到了亚毫米波段，在短波限则延伸到紫外线、x射线、y射线乃至高能粒子；其二，以光为信息载体，结合计算机的研究成果，极大地提高了光电系统的响应速度、带宽和信息容量。使超快速现象（核爆炸、火箭发射等）可以在纳秒（ns）、皮秒（ps）甚至飞秒（fs）量级得以记录，利用光网络的多台计算机传输和处理海量信息得以实现。正是光电信息技术的上述两个重要的特点推动着信息科学技术的迅速发展。一、光电信息技术的发展1.光电信息技术的发展简况1873年发现了硒的光电导性（内光电效应）1888年德国的H.R.赫兹观察到紫外线照在金属上时，能使金属发射带电粒子1890年P.勒纳通过对带电粒子电荷质量比的测定，证明它们是电子1900年，M.普朗克提出黑体辐射能量分布的普遍公式1929年，L.R.科勒制成银氧铯（Ag-O-Cs）光电阴极,出现了光电管1939年，苏联的V.K.兹沃雷金制成实用的光电倍增管20世纪30年代末，硫化铅（PbS）红外探测器问世40年代出现用半导体材料制成的温差型红外探测器和测辐射热计50年代中期，可见光波段的硫化镉（CdS）、硒化镉（CdSe）光敏电阻和短波红外硫化铅光电探测器投入使用20世纪60年代之后的几十年间，红外探测器及红外探测系统得到迅速发展2.光电子器件方面的发展简况光源和发光器件方面，最具里程碑意义的是20世纪60年代激光器的发明,近年来，激光已广泛用于通信、雷达、测距、定位、制导、遥感、工业生产和科学研究中，用以传递信息合各种测量与控制。光纤技术的发展起源于1966年:当年英籍华人高锟等提出实现低损耗光学纤维的可能性，1970年，美国研制出损耗为20dB/km的石英光纤和室温连续工作的激光二极管,使光纤通信成为现实可能。这一年被公认为“光纤通信元年”。光存储技术的历史较短，而发展很快。1972年，荷兰飞利浦公司演示了模拟式激光视盘。1982年，飞利浦公司同日本索尼公司合作，推出了第一台数字式激光唱机。板显示器技术以液晶显示器发展最快。1964年，美国RCA公司发现了液晶的多种光电效应：宾主效应、动态散射效应和相移存储效应，为液晶显示器、液晶光阀等器件的研制奠定了基础。以上发展简况表明，尽管光电效应，受激发射原理等早已被发现或提出，但相应的光电子器件的出现和发展及其应用却滞后得多，光电子器件和技术的大发展已是20世纪50年代以后的事。事实上，光电子器件的发展离不开材料技术、半导体技术、微电子技术和精密仪器设备，因而只能同其他高新技术互相促进，共同发展。同时，在光电信息技术领域内，各个技术分支之间也存在互相驱动、互相牵引的关系。二、光电信息技术的应用21世纪被称为“光电子信息时代”。一个世界性的“光谷”正在流行。不仅是国民经济和人们生活对光电信息技术的需求急剧增长，而且军事和国防对光电信息技术的需求显得更为突出。特别是全球范围内的利益追求，各国都把光电信息技术作为本国军事高新技术发展的关键技术来重视。不但要求信息的时效好，数量大，还要求质量高、成本低。这里从以下几个方面说明光电信息技术的地位和作用1.光通信光通信的源头其实还是来源于无线电通信。光通信是一种以光波为传输媒质的通信方式。光波和无线电波同属电磁波，但光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长短。因此，它具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。现如今光波逐步代替有线通信的电流和无线通信的无线电波成为有线通信和无线通信中的中坚媒介。2.光电对抗光电对抗指敌对双方在光波段范围内，利用光电设备和器材，对敌方光电制导武器和光电侦察设备等光电武器进行侦察告警并实施干扰，使敌方的光电武器削弱、降低或丧失作战效能；同时利用光电设备和器材，有效地保护己方光电设备和人员免遭敌方的侦察告警和干扰。3.激光武器激光武器(LaserWeapon)是一种利用沿一定方向发射的激光束攻击目标的定向能武器，具有快速、灵活、精确和抗电磁干扰等优异性能，在光电对抗、防空和战略防御中可发挥独特作用。它分为战术激光武器和战略激光武器两种。它将是一种常规威慑力量。由于激光武器的速度是光速，因此在使用时一般不需要提前量，但因激光易受天气的影响，所以时至今日激光武器也没有得到普及。4.遥感遥感，狭义的来说就是人类通过各种技术手段，获得另一个地方的包括地形地貌、气候条件、建筑环境之类的基本情况。但不论通过什么方式，最后探测的结果终究要通过遥感图像呈现在人的眼前。一副图像能够包括数千文字所表达的信息，这种大容量、高效率的优势使得光电原理这一成像的关键技术成为了影响和制约遥感技术的关键因素。因此，光电信息技术是视觉成像的基础，是遥感探测之中机器重要的支持技术之一，其技术的发展以及周围设备的技术变革同时也为遥感技术的发展提供了前提。5.其他除了上述所列得几个主要应用领域外，光电信息技术在日常生活（如办公自动化、音像娱乐）、安全防卫（如电视监控、条形码技术等）、科学研究、诊断和医疗、先进制造技术、军事（如军事演习、模拟训练、靶场测量等）等方面的应用需求将越来越多，对社会发挥的作用也越来越大。三、光电信息技术应用的发展趋势：随着光电子器件的多样化、微型化和各种功能和技术指标的发展，光电子技术的应用将会花样翻新、层出不穷，对国民经济和军事的影响将日益深刻和巨大。1.产品不断更新换代和推广应用：如民用光纤入户、军用光电制导向智能化、光陀螺微型化等2.各类高新枝术结合开拓新的技术和应用：如光生物学、生物光电子学、纳米技术同光电信息技术相结合发展等等3.促进新型武器装备的出现：如激光武器、激光雷达、无人驾驶飞机和战场机器人、信息共享、光纤智能蒙皮等.光电信息技术的发展不仅改变了人们的工作、学习和生活方式，而且推动了新的产业革命、军事变革以及新兴学科的形成，具有越来越大的竞争力。因此，在科学技术日益发展的今天，作为光信息科学与技术专业的我们更应该对光电信息技术进行深入、科学地学习，才能在将来更好地适应社会，满足社会对我们的要求。