光電子技術的發展與應用

李昕蔚

摘 要 光電子技術是以光子學作為研究核心，輔助以電子學，并且在現今社會中迅速發展的一門新型技術。該技術具有高效、迅速、準確、精密等特點，且該技術的運用有利于全面提高產品的加工水平，同時有助于產業鏈的發展。本文主要論述了光電子技術的發展以及其在各個領域中的應用情況。

【關鍵詞】光電子技術 光通信 光智能

1 前言

為慶祝人民解放軍建軍九十周年，我國于2017年7月30日在內蒙古舉行了備受世人矚目閱兵儀式。中國軍隊在閱兵式上展示了各樣的先進武器，包含多種車載、機載、艦載的偵察系統。這些偵察系統所應用的主要技術手段就是光電子技術。由此使光電子技術再一次進入人們的視野。

光電子技術是電子信息技術的重要發展領域之一，也是21世紀迅速發展起來的一種新型的電子技術，其涉及到光通訊、光智能、光應用、功能器件等多個應用領域。光電子學以光子學為核心，加上電子學作為輔助學科，同時兼容了電子技術，相比于微電子技術有著不容忽視的優越性。所以，光電子技術成為了最具有廣闊發展空間的研究領域之一。

2 發展進程

自20世紀60年代以來，光電子技術的發展取得極好的成果，其具體發展歷程如表1所示。

3 應用

3.1 功能器件

利用光電子技術制成的功能器件包括太陽能電池以及集成光路等。太陽能電池在我們的生活中應用很是廣泛。太陽能電池是利用光電子技術，通過光電效應或者光化學效應實現光能與電能間直接轉化的材料。第一塊太陽電池于1883年由美國發明家菲特用硒和金成功制得。隨著人們對于半導體的進一步了解，第一個以硅作為主要元素的太陽能電池在1954年誕生在貝爾實驗室。此后太陽能電池被大量應用到人們生產、生活中。因其利用光電子技術這一新興科技，太陽能電池擁有許多傳統電池不具備的優勢，它轉換效率高、工作穩定性較強、使用壽命長、技術發展成熟，另外該裝置在發電時產生的有害物質極少，有望成為未來中國主要的發電途徑之一。除此之外，科研人員們利用太陽能電池制造出的太陽能汽車也是汽車行業最新的技術，該項技術有利于改變傳統的能源結構，利用清潔能源的使用，減少環境污染，做到環境友好。

集成光路是指將傳統的分立光學器件進行微型化以及平面化后形成的一種集成化的光學系統。該系統運用光子進行信息的傳輸和加工處理，這也同樣是利用光電子技術才得以實現的。“集成電路”這一名詞是在20世紀70年代才被提出的，直至當下，雖說集成光路的研究與使用已初見規模，但是它仍處于發展階段。集成光路主要利用光子傳輸和光電信號間的轉化，具有許多傳統集成電路不具備的優勢，比如其傳輸速度和效率遠大于集成電路，傳輸信號準確度高、可靠性強，在未來信息化的社會中具有廣闊的發展前景。

3.2 光通信

光電子技術在光通信方面的應用也十分廣泛。傳真、可視電話、有線電視、廣播等多媒體以及信息的獲取均離不開光電子技術。有線電視作為21世紀獲取信息的新型方式之一，已經完全滲透于各家各戶。有線電視系統利用光電子技術，通過光纜、射頻電纜以及多頻道微波分配系統等技術的相輔相成來完成信息的傳輸，完成聲音、數據以及圖像信號的交換以及分配。

光纖傳輸也是一種運用光電子技術進行信息獲取的技術。該項技術將光導纖維作為僅需數據以及信號傳輸的介質，用來快速傳輸數字信號以及模擬信號，并且達到視頻傳輸的要求。現階段，光纖已經代替銅線，進入各個家庭，為眾多網絡系統提供干線連接，真正地將全世界“緊密連接”在一起。

3.3 RS光應用

光電子技術在RS光應用也一直保持在較高速的發展水平。利用光電子技術的RS光應用可進行例如XRD以及紅外紫外探測等物理性質測試。XRD（X-ray diffraction）即X射線衍射是一項廣泛應用于材料、冶金等學科研究上的基礎測試技術。該技術通過將樣品放入材料X射線衍射儀進行X射線衍射，由此獲得其衍射圖譜，以便進行材料分析，最終得出該樣品的成分、形態以及材料內部分子結構或原子結構等信息。而紅外線、紫外線探測在軍事、國防等方面有著廣泛應用。紅外探測技術在軍事上的主要作用是制成光電傳感器以便獲取信息，利用該項技術獲取信息的質量準確度高且該技術應用場所廣泛，所以在軍事領域占有越來越重要的地位。另外紫外線探測技術還可以用來探測火焰，通過測量紫外光譜來探測火源，以此來獲取火災信息，有效地對其進行防控，以保證安全。以上三種物理性質測試技術都屬于光電子技術在獲取信息方面的特種應用。

光電子技術除了在物理性質測試領域有著較好應用之外，還被廣泛應用于等離子顯示器。顯示器指的是將一定的電子信息通過特定的傳輸設備顯示到屏幕上再反射到人眼的顯示工具。而最新研制出的用于光電信息表達的等離子顯示器則應用了現今正處于快速發展態勢的等離子平面屏幕技術。與傳統液晶顯示器不同，等離子顯示器主要是在通電的條件下，通過氣體產生等離子效應，并由此發射出紫外線，從而達到顯示光電信息的目的。等離子顯示器的對比度較高、屏幕亮度均勻、色彩還原度高且對環境的適應能力較強，雖在現階段尚未投入大量使用，但其在各種顯示器中仍占有重要一席。該顯示器也是以光電子技術作為基礎，再結合已其他產業技術研發而成的。

在醫學方面，光電子技術的應用也改良了不少傳統的醫療方法和技術，比如激光手術刀。激光手術刀主要由一臺激光器和導光系統構成，將激光導到需要實行手術的部位，利用激光將組織汽化，達到切割的目的。激光手術刀極為“鋒利”，減輕了醫生的勞動程度，提高手術效率；激光手術刀對生物組織有熱凝固效應，減少出血，減輕病人痛苦；另外，激光手術刀的體積也比傳統手術刀小了許多，這提高了手術實施的靈活性，有助于醫生完成高難度的手術。

3.4 光智能

光電子技術在光智能方面的應用主要面向于光電子計算機、超高速運算、立體顯示器以及激光測量等方面。激光測量主要是利用二極管對目標發出脈沖，其中脈沖為激光，激光經過目標物的反射后發生散射，部分散射光被傳感器接收并通過光學系統進行成像。成像過程發生在光電二極管上，該二極管由于內部具有光學放大功能的傳感器所以可以對及其微弱的電信號進行檢測。由此對發出脈沖到接收光信號之間的時間進行記錄，并以此達到測量距離的目的。該項技術具有測量速度較快、精度高且對被測物體影響極小的優點。現階段，激光測量已經廣泛應用到激光光譜分析、激光跟蹤、激光測速以及激光掃描等方面。

4 展望

光電子技術如今不僅應用于軍事行業，更是滲入到人們的生活當中，不斷方便并且改變人們的生活。2008年中國北京奧運會，科研人員們利用光電子技術為“水立方”量身定制了LED。而現今光電子技術已被世人認為是21世紀的第一主導產業，該項技術的戰略地位極為重要，代表了現今社會經濟發展的制高點。總而言之，光電子技術的不斷發展也會更加方便人們的生活，更強有力地帶動社會發展。

（指導老師：高彤宇）

參考文獻

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