光電子學

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光電子學是一個科技名詞。

中華文明是一種獨特的文明，其文字也是非常獨特的。在世界上所有的國家中，只有中國由於其民族文化強大的包容性與同化性而始終沒有間斷過的文化傳承，這使漢字成為世界上較少的沒有間斷過的文字形式。約公元前14世紀殷商後期出現的甲骨文被廣泛認為是漢字的第一種形式，一直發展到今日，有三四千年的歷史。

目錄

名詞解釋

由光學和電子學結合形成的技術學科。電磁波範圍包括X射線、紫外光、可見光和紅外線。光電子學涉及將這些輻射的光圖像、信號或能量轉換成電信號或電能，並進行處理或傳送；有時則是將電信號再轉換成光信號或光圖像。

基本介紹

以光波代替無線電波作為信息載體，實現光發射、控制、測量和顯示等。通常有關無線電頻率的幾乎所有的傳統電子學概念、理論和技術，如放大、振盪、倍頻、分頻、調製、信息處理、通信、雷達、計算機等，原則上都可延伸到光波段。在激光領域中，激光器提供光頻的相干電磁振盪源，光電子學是指光頻電子學。光電子學有時也狹義地指光-電轉換器件及其應用的領域。光電子學還包括光電子能譜學，它利用光電子發射帶出的信息研究固體內部和表面的成分和電子結構。光電子學及其系統的發展，依賴於光-電和電-光轉換、光學傳輸、加工處理和存儲等技術的發展，其關鍵是光電子器件。光電子器件主要有作為信息載體的光源（半導體發光二極管、半導體激光器等）、輻射探測器(各種光-電和光-光轉換器)、控制與處理用的元器件（各種反射鏡、透鏡、稜鏡、光束分離器，濾光片、光柵、偏振片、斬光器、電光晶體和液晶等）、光學纖維（一維信息傳輸光纖波導、二維圖像傳輸光纖束、光能傳輸光纖束、光纖傳感器等）以及各種顯示顯像器件（低壓熒光管、電子束管、白熾燈泡、發光二極管、場致發光屏、等離子體和液晶顯示器件等）。將各類元器件按各種可能方式組合起來可構成各種具有重大應用價值的光電子學系統，如光通信系統、電視系統、微光夜視系統等。

由光學和電子學相結合而形成的新技術學科。電磁波範圍包括 X射線、紫外線、可見光和紅外線。它涉及將這些輻射的光圖像、信號或能量轉換成電信號或電能，並進行處理或傳送；有時則將電信號再轉換成光信號或光圖像。它以光波代替無線電波作為信息載體，實現光發射、控制、測量和顯示等。通常有關無線電頻率的幾乎所有的傳統電子學概念、理論和技術，如放大、振盪、倍頻、分頻、調製、信息處理、通信、雷達、計算機等，原則上都可以延伸到光波段。在激光領域中，激光器提供光頻的相干電磁振盪源，光電子學是指光頻電子學。光電子學有時也狹義地專指光- 電轉換器件及其應用的領域。光電子學還包括光電子能譜學。它是利用光電子發射帶出的信息來研究固體內部和表面的成分和電子結構，如X射線光電子能譜學和紫外光電子能譜學。

器件類別

光電子器件主要有作為信息載體的光源、輻射探測器、控制與處理用元件器件、光學纖維、顯示顯像器件。

作為信息載體的光源，熱輻射的過程是很難進行快速控制的，但可以對它發出的光束加以調製、濾波或其他處理，使光束在傳播途中帶上信息。熱輻射以外的發光光源自然也可以在傳播過程中帶上信息，但更主要的是在發射過程中就帶上信息。通常，採用低壓即可驅動的半導體PN結髮光二極管，尤其是高亮度半導體發光二極管和半導體激光器。它們具有反應快、易調製、體積小和光強大等優點。激光具有良好的單色性、相干性、方向性和高光強，這些性能有利於光通信和其他應用。

輻射探測器

即光-電和光-光轉換器，分為利用光電效應的和熱效應的兩類。

①光電效應：分為外光電效應和內光電效應。外光電效應就是光電子發射效應，利用這種效應的器件都是真空電子器件。例如，光電倍增管，其光電陰極能將光信號轉換成一維（時間）電子信號,經多次次級發射,電子倍增電極把信號增強後從陽極輸出。這種器件的靈敏度高，甚至可用它組成光子計數器，用以探測單個光子。已研製成二維（空間）光子計數器，用以檢測極微弱的光信息。又如像增強管，將 X射線或紫外線轉換成光電陰極敏感的光，或採用對紅外線靈敏的光電陰極，它使成像光電陰極上的光圖像發射出相應的光電子，這些光電子經加速並成像後轟擊熒光屏，輸出可見光，發出更亮的光圖像。它是一種光－光轉換器件。這就是 X射線或紫外線像增強管和紅外變像管的工作原理。這種器件能起擴展人眼對電磁波波段敏感範圍的作用。利用內光電效應的器件，都是半導體器件。其主要原理是光電導和光生電動勢兩種效應。光電導型探測器由單一半導體製成，或製成二極管，稱為半導體光電二極管。受光照時，其電阻發生變化。其中光電二極管通常在反向偏壓條件下工作。如果反向偏壓足夠高，載流子通過PN結的電流直接反映出單位時間內探測器所接收的光能。光電二極管也可在不加偏壓的條件下工作。這時，輻射的照射將使PN結的兩端產生電動勢，其短路電流正比於所接受的輻射功率。紅外熱成像系統的探測器通常是光電導型。常用的有碲鎘汞、碲錫鉛、鍺摻汞探測器等。它們都必須在低溫下工作，以降低探測器的熱噪聲。

②熱效應：利用熱效應的探測器通稱為熱敏型探測器，主要是利用物體因受輻射照射後溫度升高所引起的電阻的改變、溫差電動勢的產生、自發極化的改變等效應來測量輻射功率。這類探測器都用在紅外波段，優點是響應率與波長無關,在室溫下也能探測長波輻射等,但響應時間比光電型探測器長得多。

控制與處理用元器件

光的主要特徵有強度、光譜、偏振、發光時間和相干性等。光束在傳播中，則有方向性、發散或會聚等特徵。控制元件的功能在於改變光的這些特徵。為了使光束偏轉、聚焦和準直等，常使用反射鏡、透鏡、稜鏡和光束分離器等。反射鏡常使用金屬膜或介質膜，後者的反射係數高並具有選擇性。利用全反射可製成反射鏡，用於倒像、轉像、分束和全反射等。為改變光束的其他特徵，常用的元件有濾光片、稜鏡、光柵、偏振片、斬光器、受電場控制的電光晶體和液晶等。

電光開關不僅可以改變光強和偏振，還可控制光通過的持續時間，是廣泛應用的一種器件。其結構是在相互正交的兩塊偏振片之間放進一塊雙折射晶體，在晶體上加一電場，則通過晶體的光偏振方向將發生旋轉，轉角的大小決定於電場的強度。因此，調節電場的強度就可以改變透射光的強度；改變電場的作用時間則可調製光的持續時間。

利用聲波對光的衍射效應，可控制光束的頻率、光強和傳播方向。在接近布喇格衍射的條件下，聲光的相互作用使光束偏轉。聲頻改變時，偏轉角也相應地按比例變化。在衍射效應較小時，衍射光的強度與聲波的強度成正比。利用信息調製聲波的強度，就可以通過這種比例關係調製衍射光的強度。這種控制方法已在光的傳播、顯示和信息處理方面得到廣泛應用。

在光數字處理系統中，關鍵是研製光學晶體管或光學雙穩態器件。已研製出的光學雙穩態器件，大體上可分為兩類：本徵型或稱全光學型和光電混合型。一般地說，這種器件由非線性介質、反饋系統和光源三部分組成。可以把出射光強的高態和低態，相應地視為「開」和「關」狀態。光晶體管可進行光放大、調製、限幅和整形，並可構成光邏輯門。

光存儲器包括光盤和全息超微存儲底片等，可用於光錄像電視和大容量信息存儲，也可用於圖書資料存儲。