电子信息科学与技术导论 第十章 光电信息技术(1).pptx

第士章光电信息技术

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《电子信息科学与技术导论》

激光的发明开辟了“光学工程”学科的新时代，光学技术与电子信息技术相结合，产生了新的光电信息技术和产业。

光电信息产业将成为21世纪的支柱产业，并将成为电子信息

产业的主体。光电子技术将是继微电子技术之后再一次推动人类科学技术进步的主要动力之一。

“光学工程”是一级学科，其下未设二级学科，但设置有多个与之相关的本科专业，如：光信息科学与技术(理科)、光电子技术科学(理科)和光信息工程(工科)、信息显示与光电技术(工科)、光源与照明(工科)等。该学科与物理学、电子科学与技术、信息与通信工程、仪器科学与技术、

计算机科学与技术、材料科学、控制科学与工程、机械工程、

生物医学工程等领域有紧密联系。

本章主要介绍激光的特性、激光的应用和光纤、光纤通信、光电信息处理、红外成像、微光夜视仪以及LED照明的基本概念与应用等内容。

前言

第十章光电信息技术

10.1神奇的激光

10.2光纤通信

10.3自由空间光通信

10.4红外成像与微光夜视仪

10.5光电信息处理

10.6LED照明

10.7光电技术研究新进展

1960年美国休斯公司年轻的物理学家Maiman发明了世界上第一台红宝石激光器，光的亮度是太阳表面的4倍。从此世界进入了光电信息技术技术的新的时代。

梅曼(Maiman)美国物理学

家(1927-2007)

一、激光的发明

爱因斯坦从量子论观点出发，于1916年提出了一套全新理论，包括

原子自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。其中受激辐射过程是产生激光的物理基础。

1.激光原理

激光的英文：

译名：受激辐射光放大-LASER(镭射)

何谓“受激辐射”?

受激辐射最重要的特点是相干性，与自发辐射相比较，受激辐射光子与入射光子属于同一光子态，即受激辐射场与入射辐射场具有相同的频率、相位、传播方向和偏振态(该现象即称为“相干”),所以受激辐射产生的光具有极强的相干性。

受激辐射光是人造光，它与自然光相比有不同的特性。

1,激光原理

受激辐射示意图

E₂

E=hy=E₂-E

-E

E=hy=E₂-E

AN

2N

2.激光发明的背景

图

1916

1960

1951

1958

受

3.发明激光的意义

激光是20世纪以来继原子能、计算机、半导体之后人类的又一个重大发明，被誉为最快的刀、最准的尺、最亮的光和神奇的激光。

实验室激光研究装置

(1)激光对学科发展的影响

激光的发明在科学技术界形成了一个新的”光学工程”学科，设立了“光通信”、“激光与光电工程”、“集成光学与光电子器件”、“光纤与光纤传感技术”、“光信息处理”等多个研究方向，开辟了光电产业的广阔领域，产生了众多产业集群。

激光的发明

开创

新的学科-光学工程

集成光学光电器件

光纤与光纤传感

激光与光电工程

光信息处理

光通信

(2)激光器改变了传统产业

GaAs半导体激光器

He-Ne激光器

CO2激光器

染料激光器

激光器诞生后的四十多年中，激光器种类越来越多开发出了各种激光应用的激光器，对电子产业、机械加工、武器装备等产生了重大影响。大功率激光器已达几兆瓦，已广泛应用于激光焊接、激光切割、激光武器、激光制导等。

小功率半导体激光器

四通道光电探测器

激光技术已引发一场

照明技术革命。半导

体照明以其节能、环

保等符合当今时代主

题的特性，半导体照

明将逐步替代白炽灯

和荧光灯，进入普通

照明领域。

EmittedLight

Beams

Dlode

Transparent

PlasticCase

TerminalPins

Insidea

LightEmittingDiode

(3)激光引起照明技术革命

保证聚焦到极高功率密度，将激光器用于精细加工和雕刻，生成大功率激光束的基础。

几乎只产生单一波长的激光

激光束经透镜聚焦，能产生数干度乃至上万度的高温，使任何材料被烧熔、汽化。

二、激光的特性

1,高方向性

2,单色性

3,高亮度

激光的上述特性是普通光源所不具有的!

是提取光波流中的相位信息，是激光信息处理的物理基础。

4,高相干性

激光特性

三、无处不在的激光应用

1.光通信

激光用于通信成为现代光纤通信系统最主要的光源，改变了世界通信骨

干网的状况。激光为现代通信提供了优质的信息载体，成就了有巨大市

场的光通信产业。

光通信类型

2

光在大气或者宇宙中传输

1

光在光纤

中传输

3

光在水下传输

自由空间光通信

水下

光通信

光纤

通