光電子技術的發展綜述及其應用論文
摘要：光電子技術的應用十分廣泛,如其在現代通訊技術、先進製造技術、資訊科技和國防領域中的應用。本文在對國內外光電技術發展現狀研究的基礎上,提出了光電子技術在鐳射、太陽能和LED產業中的應用,並對其應用前景進行了展望。
1 引言
當今人類處於資訊時代，資訊滲透於農業生產、商業活動、醫療衛生、國防軍事乃至日常生活的哥哥方面。在空間科學、生命科學、遙感測繪等領域中都擁有大量科學資訊要求在有限的時間、空間、甚至實時的進行準確處理。資訊科技的支撐學科是電子學和光學;光電子學則是由光學和電子學交叉形成的新興學科，對資訊科技的發展將起到至關重要的作用。
光電子學是光學技術和電子學技術的融合，靠光子和電子的共同行為來執行其功能，是世紀之交繼微電子技術之後迅速興起的一個高科技領域，在當今資訊時代愈發佔有重要的關鍵地位。
2 光電子技術的出現和發展
光學的發展歷程古老又漫長，電子學的發展則相對較短。光電子學作為這兩個學科的交叉點是一門新型的學科。19世紀麥克斯韋的經典電磁理論證明了光的電磁性。1917年愛因斯坦提出了光的輻射與吸收。在20世紀60年代以前光學與電子學仍然是兩門獨立的學科。直到1960年世界第一臺鐳射器誕生，鐳射的發明對人類的社會活動產生了廣泛而深刻的影響。作為高技術的研究成果，它不僅廣泛應用於科學技術研究的各個前沿領域，而且已經在人類和生活的許多方面得到了大量的應用，與鐳射相關的產業已經在全球形成了超過千億美元的年產值。[1]70年代以來，半導體鐳射器和光纖技術的突破，促進了光線感測、光纖傳輸、光碟資訊儲存與顯示、光計算以及光資訊處理等技術的蓬勃發展，從深度和廣度上促進了光學和電子學及其他相應學科之間的相互滲透，形成了一個邊沿的研究領域，即光電子學。
3 光電子技術的方向和熱點
光電子學一經出現就引起了人們的廣泛關注，反過來又進一步促進了光電子技術及光電子技術的發展。光電子技術包括光的產生、傳輸、調製、放大、頻率轉換和檢測以及光資訊處理等。光電子技術不斷地向前發展，特別是近年來，出現了很多新的發展趨勢和研究熱點。
3.1 鐳射及全息技術
多年來，鐳射技術與應用發展迅猛，已與多個學科相結合形成了多個應用技術領域，比如光電技術、鐳射醫療與光子生物學、鐳射加工技術、鐳射檢測與計量技術、鐳射全息技術、鐳射光譜分析技術、非線性光學、超快鐳射學、鐳射化學、量子光學、鐳射雷達、鐳射制導、鐳射分離同位素、鐳射可控核聚變、鐳射武器等。這些交叉技術與新的學科的出現，大大地推動了傳統產業和新興產業的發展[2]。鐳射全息三維影象的研究已經進行了40多年，在經濟、生活領域已具有多種應用。 傳統的全息攝影技術本質上是一種模擬的非實時性的繁瑣的純光學技術，近年來興起的數字資訊處理技術及有關器件裝置(計算機、數碼攝像機、CCD器件、新型液晶顯示屏、空間光調製器、因特網等)和自動化控制技術不斷衝擊著傳統的全息攝影技術，一些全息公司(如美國斑馬影象公司等)推出了數字鐳射全息圖，使它有了新的發展[3]。
3.2 大容量光儲存技術
現代化資訊社會對大容量、高速度的儲存系統有著日益增長的需求。傳統儲存使用的磁碟技術發展相當成熟，但是它遇到兩方面的困難：一是尺寸限制，二是信噪比難以提高。
光碟作為儲存介質和光電子技術的使用，是大幅度提高儲存容量的出路。採用短波長的半導體鐳射器，可以大幅度降低介質寫讀斑的大小，提高儲存容量。
為進一步提高儲存容量，一方面使用更短波長的'的鐳射器進行光斑壓縮;另一方面，也可透過改變儲存介質和儲存方法來提高儲存量。與此同時，發展新型的整合鐳射器面陣和高密度半導體低維結構高速空間光調製器也將促進高密度儲存技術的發展。近場光學儲存，以超衍射分辨為特徵，從根本上克服了點儲存的密度極限限制，無疑是光碟儲存的重要發展方向。其技術難點集中在近場距離的控制上，透過適當的技術手段，保持頭盤間距能夠限制在近場範圍之內，近場儲存有望成為下一代盤式儲存的主要技術手段。[4]
3.3 光互連、光計算技術
在因特網迅速發展的今天，資訊快速入網和出網的分派能力決定系統所傳輸的巨大資訊量能實時利用的有效性。相對於光資訊傳輸器件來說，光資訊交換互連技術器件的發展不如光資訊傳輸的發展快，因此有必要加強對光交換技術的研究。
光互連技術的內容主要包括光交換網路和電子計算機的光互連，這是在資訊光學中最有廣泛應用前景的研究領域。在光交換網路的光互連中，還應多研究在整合光學中的光波導交換開關、自由空間光學中的多級交換網路。
在電子計算機的光互連中，還應多研究晶片間的自由空間和波導光互連，外掛板之間的自由空間和波導光互連，多處理器之間的自由空間或光纖互連及平行計算機的光學總成等。
以數值計算為目的的光計算研究分為專用性的光計算系統和通用性的光計算系統兩大領域，數值的光學處理又分為模擬量編碼和數字量編碼兩種。專用性計算系統主要包括以光學矩陣運算為主導的光學代數運算器通用的光計算系統的演算法和體系，主要藉助於已有的平行計算機的演算法和體系。
在光互連和光計算領域的研究方面，國外的研究人員已經開始研究在路由器中用全光學矩陣開關來取代原有的電開關，並在光計算方面也取得了進展。
4 光電子技術的應用和創新
光電子技術具有精密、準確、快速、高效等特點，對傳統產業的技術改造、新興產業的發展、產業結構的調整最佳化起著巨大的促進作用，大幅度提高附加值及競爭能力。
4.1 光電子技術在能源領域的應用
美、日、歐和發展中國家都制定出龐大的光伏技術發展計劃，開發方向是大幅度提高光電池轉換效率和穩定性，降低成本，不斷擴大產業。目前已有80多個國家和地區形成商業化、半商業化生產能力，年均增長達16%，市場開拓從空間轉向地面系統應用。甚至用於驅動交通工具。據報道，全球發展、建造太陽能住宅(光電池作屋頂、外牆、窗戶等建材用)投資規模為600億美元，到2012年還會再翻一倍達l200億美元，光伏技術製作的光電池有望成為21世紀的新能源。
4.2 光電子技術在軍事領域的應用
光電子技術使國防軍事具有快速反應和難確攻擊的能力，它能為軍事提供既快又準的資訊，使己方看得更清、反應更快、打得更準、生存能力更強。因此光電子技術被認為是軍事領域的主流技術，國防軍事現代化的重要支柱。
鐳射聚變不僅可以作為未來能源，它還有重要的軍事應用價值。它可以模擬氫彈的爆炸過程，代替既費錢又不安全的空中或地下核試驗，達到改進核武器的效能。目前鐳射致盲武器已裝備部隊，艦載和機載鐳射反導器已開始走出實驗室。
4.3 光電子技術在醫療領域的應用
用光學生物醫學儀器研究艾滋病己取得重要進展，如利用自動化基因順序測定器、掃描鐳射熒光計，科學家能夠對艾滋病毒的全部基因作順序測定。下一代艾滋病診斷技術將集中於測定外周血流中自由HIV的濃度，即病毒負荷。這種診斷測量對於發展有前途的抗艾滋病病毒新藥、蛋白酶抑制劑以及涉及聯合這些抗病毒藥物治療確定其有效性是非常重要的。