天津大学网络教育学院专科毕业论文题目：现代光电技术的发展及探讨完成期限：2013年7 月5 日至2013年11 月5 日学习中心福建共赢年级专业光电子技术指导教师姓名学号112211473011摘要光电子是指光波波段，即红外线、可见光、紫外线和软X射线（频率范围3×1011Hz~3×1016Hz或波长范围1mm~10nm）波段的电子。

在经过80年代与其相关技术相互交叉渗透之后，90年代，其技术和应用取得了飞速发展，在社会信息化中起着越来越重要的作用。

本篇论文以光电子技术作为核心，阐述了光电子产生的原理，光电子在现代技术的应用以及近年光电子技术的新的研究与发现。

最后对现代光电子技术在未来的发展方向进行了思考和探讨。

关键字：光电子；技术；应用；发展现代光电技术的发展及探讨一、光电子（一）光电子产生的原理光（电磁波）束具有粒子性而电子流（尤其是高能电子流）具有波动性，所以光电子的传播方式大致与光的传播方式相同。

所以我首先总结一下光的传播[1]。

从波动性的方面讲：1. 光的传播是首先一种横波的传播，电场、磁场的振动方向与传播方向两两正交由右手螺旋定则确定，由此导致了光的偏振性；2. 光的传播满足费马的最快路径原理，由此导致了折射定律，也就有了光电子技术中常用的晶体双折射现象；3. 光的波动性决定了光能够干涉衍射。

从粒子性的方面讲：1. 光子有能量，有质量，有动量，所以在扭曲的引力场中会弯曲，并且在内光电效应中会有一个最小频率以及反向截止电压；2. 光子有自旋，且自旋的量子数为整数。

从光子与电子传播的区别方面：最关键的区别在于光的传播不必有介质且可在非金属导体中传播而电子的传播必须有金属导体传导。

光孤子是光电子，孤立波的特性就是传播很远的距离而不减弱。

我们数学中最常用的两个例子是神经中信号的传导由Hudgkin-Huxley Equation确定界面是孤立子以及浅水波KdV (Kortweg-de Vries)的界面也是孤立子。

在光纤的反常色散区，由于色散和非线性效应相互作用，可产生一种非常引人注目的现象－光学孤子。

孤子是一种特别的波，它可以传输很长的距离而不变形，特别适用于超长距离、超高速的光纤通信系统[2]。

（二）光电子种类和光电子学光电子是光子和电子的结合的一种电磁波，电磁波可以按照频率由小到大划分为以无线电波、微波、紫外线、可见光、红外线、x射线、γ射线等。

光波代替无线电波作为信息载体，实现光发射、控制、测量和显示等。

通常有关无线电频率的几乎所有的传统电子学概念、理论和技术，如放大、振荡、倍频、分频、调制、信息处理、通信、雷达、计算机等，原则上都可延伸到光波段。

由光学和电子学相结合而形成的新技术学科。

电磁波范围包括X射线、紫外线、可见光和红外线。

它涉及将这些辐射的光图像、信号或能量转换成电信号或电能，并进行处理或传送；有时则将电信号再转换成光信号或光图像。

它以光波代替无线电波作为信息载体，实现光发射、控制、测量和显示等。

通常有关无线电频率的几乎所有的传统电子学概念、理论和技术，如放大、振荡、倍频、分频、调制、信息处理、通信、雷达、计算机等，原则上都可以延伸到光波段。

在激光领域中，激光器提供光频的相干电磁振荡源，光电子学是指光频电子学。

光电子学有时也狭义地专指光- 电转换器件及其应用的领域。

光电子学还包括光电子能谱学。

它是利用光电子发射带出的信息来研究固体内部和表面的成分和电子结构，如X射线光电子能谱学和紫外光电子能谱学。

（三）光电效应光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。

这类光变致电的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。

光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应，又称光生伏特效应。

前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。

后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应[3]。

1、外光电效应在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象叫做外光电效应[4]。

2、内光电效应当光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。

分为光电导效应和光生伏特效应（光伏效应）[5]（1）光电导效应在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化。

当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大。

基于这种效应的光电器件有光敏电阻。

（2）光生伏特效应“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。

指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。

它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。

有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流的回路。

光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。

太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。

因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电池是阳光发电的关键。

简单来说就是在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。

基于该效应的器件有光电池和光敏二极管、三极管。

（3）光子牵引效应当光子与半导体中的自由载流子作用时，光子把动量传递给自由载流子，自由载流子将顺着光线的传播方向做相对于晶格的运动。

结果，在开路的情况下，半导体样品将产生电场，它阻止载流子的运动。

这个现象被称为光子牵引效应。

二、光电子技术光电子技术[optoelectronic technology] 激光在电子信息技术中的应用形成的技术。

光电子技术确切称为信息光电子技术[4]。

光电子技术又是一个非常宽泛的概念，它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新型发光感光材料，非线性光学材料，衬底材料、传输材料和人工材料的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。

光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科[6]。

三、光电子技术的研究现状由光子技术和电子技术结合而成的新技术，涉及光显示、光存储、激光等领域，是未来信息产业的核心技术。

一些国家把大量资金投入光子学和光子技术的研究和开发，许多以光子学命名的研究中心、实验室和公司如雨后春笋般地建立起来。

可以毫不夸张地说，一个国家对光子学的投资以及在这一领域从事研究工作的人数直接反映着这个国家科学技术发展的水平。

国际知名的科学家已经预言：光子时代已经到来，光子技术将引起一场超过电子技术的产业革命，将给工业和社会带来比电子技术更大的冲击。

光电子技术和产业在国家经济建设和科学持续发展中的作用[7]。

1、国外现状日本在半导体激光器、激光打印机、液晶显示器、光盘产业等方面长期处于垄断地位。

日本在光电子领域的这种领先优势，虽然在近几年受到了美国、欧盟以及其它一些新兴的工业化国家及地区(如韩国、中国台湾地区)的挑战而有所削弱，但其领先地位一直没有被动摇，特别是在消费光电子领域，如激光音响、影碟机、激光打印机、传真机、数码相机、平面显示器、光驱、光纤组件系统等。

美国政府将光电子技术列入“美国国家关键技术”、“商务部新兴技术”和“国防部关键技术”的研究计划。

1995年，美国光电子工业发展协会（OIDA）在考察和对比了美国和日本的光电子技术发展情况后，认为美国在光通信产业要注意市场开发，在光电显示领域要加强制造业，在光存储方面要加强研究开发，并制定了5年、10年的发展规划。

如今，美国在光通信和光显示产业等方面已赶上和超过日本。

2、国内现状从上世纪80年代开始，台湾地区便开始积极推动光电子科技产业的发展，20多年来，台湾地区在光电组件、显示器、光通信、光存储、光输出输入、激光器及其应用产品方面都有了迅速的发展。

最近五年来，台湾地区的光电子产业发展尤为迅猛，光盘及光盘机、显示器和光电扫描等产品已取代日本，占国际首位。

光电子产业发展的主要特点是：首先，光电子产品在自主开发研制能力方面相对有限，拥有自主产权的产品甚少，关键零部件都需进口，但在组装应用能力与相关产业的配套方面比较齐全，产品的市场适应性和开拓性较强；其次，中小公司发展目标明确，与光电子研究部门关系密切，并努力开拓有自己特色的产品，例如，在新竹工业园有三分之一的公司制造光电子产品，生产的半导体发光管及激光器居世界前列；最后，注重研发投入，研发经费占收入的比率达到8%～10%左右，开发的新产品能适应各个用户不同的需求。

武汉地区在国内具有不可替代的光电子信息技术优势。

2001年7月6日，原国家计委正式批复武汉东湖高新区为“国家光电子产业基地”。

在东湖开发区内，有23所大学，56家研究机构；有两院院士43名，其中有8名是光电子信息技术的学科带头人；有从事光电子领域研究开发共有科研开发机构38个，其中国家部委属4个，高校属20个；有国家重点学科2个，国家技术/国家技术研究/工程技术研究中心6个，重点实验室6个，专业实验室2个，博士后流动站5个。

涌现出了一批在全国乃至世界领先的优势学科，造就了一批著名的学科带头人，成为我国学科门类齐全、综合研究实力雄厚、独具特色的光电子科研基地。

“广东光谷”是一个区域概念，它由深圳的“光数码城”和“广州科学城”组成。

它的定位着重于研发易于产业化的核心技术，而不是简单地聚集一些搞应用的企业??以深穗为基地，以珠江三角为腹地，最终建成集产学研于一体的光电子产业带及国际生产制造中心。

随着科学城开发面积的扩大，在以科学城为中心发展光电子产业的环境日益成熟。

在这块土地上吸引了来自台湾的光宝电子集团、乐华电子、南方高科等以信息电子、光电子产品为主的企业集团，这为广东光谷的发展打下了坚实的基础。

长春在发光显示器、光电科学仪器等领域有着相对较强的研发和产业化优势，可带动上下游产品形成产业群。

重点培育两个产业链条：一是光显示产业链：在大力发展光电子显示器件的同时，有步骤扩展产业链，上游重点发展驱动电路、背光源、彩膜等，下游推进液晶电视、液晶显示器、笔记本电脑、PC机等产品的产业化规模。

二是二极管照明光源产业链：以科研为基础，从源头的发光外延片及芯片切入，开发以白光二极管为代表的高亮度发光器件，以此为基础向下游扩展各种照明光源、显示屏等最终产品。

总体来说，在光电子技术方面，我国是与国际水平差距相对较小的一个领域，与世界发达国家几乎同时起步。

特别是近10年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的发展，在很多领域同国外先进国家只有两三年的差距，个别领域还处于世界领先地位。

来自中国科学院光电研究院的资料显示，自20世纪90年代初以来，在广东、上海、北京、武汉、西安、吉林等地出现了大量光电子企业，从产能和产量来看，中国已经达到世界级水平。