光電子技術論文

光電子技術論文1

　　摘要：電子技術是始于十九世紀末，發展于二十世紀的一門新興技術，是近代科學技術發展的一個重要標志。電子技術主要是研究電子器件及其應用，因此隨著電子技術的飛速發展，各種新型電子器件和產品層出不窮。從而使電子技術在人們生活中得到更多的應用，滿足人們的生成和生活需求，也促進了社會建設和經濟發展。

　　關鍵詞：電子技術;發展;應用

　　引言

　　二十一世紀，人類進入以微電子技術、電子計算機和因特網為標志的信息時代，而電子電路是信息產生、存儲、傳輸和處理的物理基礎，因此電子技術在促進人類社會各個方面的發展起到愈來愈重要的作用。電子技術是研究電子器件、電子電路及其應用的科學技術，是其他高新技術發展的基礎，因而電子技術的飛速發展是帶動社會生成力水平提高的重要源動力。

　　1、電子技術發展歷程

　　電子技術是十九世紀末、二十世紀初發展起來的一種新興技術。由于物理學的重大突破，使得電子技術得以迅猛發展和廣泛應用，并促使人類科學技術水平上了一個新臺階。

　　1883年美國發明家愛迪生發現了熱電子效應，隨后在1904年J.A.Fleming利用這個效應制成了電子二極管，并證實了電子管具有“閥門”作用，其首先被用于無線電檢波中。1906年美國的L.D.Forest在Fleming的二極管中加入了第三個電極――柵極而發明了電子三極管，從而樹立了早期電子技術上最重要的里程碑，即使人類進入了電子管時代。

　　由于電子管制造成本高、體積大、能耗高、壽命短、噪聲大，并且制造工藝也十分復雜。為了解決這些問題，科學家們進行了各種嘗試。1948年美國貝爾實驗室的布拉頓、巴丁和肖克利所在的研究小組發明了一種點接觸晶體管。這是一種全新的半導體器件，它體積小，電性能穩定，功耗低。這項發明自從1948年公布于世起，很快就應用于通信、電視、計算機等領域，促進了電氣和電子工程技術的飛速發展，從而使人類進入了晶體管時代。

　　1958年，利用單晶硅材料，世界上第一片集成電路(Integrated Circuit，IC)在美國德克薩斯州誕生了，使人類進入了集成電路時代。到20世紀60年代末，在大約四分之一英寸見方的小硅片上可以集成6800個晶體管和數千個其他元件。從20世紀70年代起，集成電路技術飛速發展，各種大規模集成電路(Large Intereated Circuit)和超大規模集成電路(Very Large Intereated Circuit)層出不窮。至今集成電路的集成度已提高了500萬倍，特征尺寸縮小200倍，單個器件成本下降100萬倍。由于集成電路成本低、尺寸小、可靠性高、電性能優良等優點，從而引起了工業系統、通信系統、控制系統、計算機系統、測量系統以及生物醫學系統的革命性發展。

　　2、電子技術的發展現狀

　　現階段電子技術的發展狀況主要是以下三種技術為主：

　　(1)DSP技術

　　數字信號處理(Digital Signal Processing簡稱DSP) 是指將模擬信號通過采樣進行數字化后的信號進行分析、處理，它側重于理論、算法及軟件實現。要實現這些算法，特別是要實時的完成某些算法就需要有特殊的硬件支持，這就是數字信號處理器 (Digital Signal Processor)。DSP是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科，隨著計算機和信息技術的飛速發展，數字信號處理技術應運而生并得到迅速的發展，特別是數字信號處理已經在通信等領域得到極為廣泛的應用。數字信號處理是利用計算機或專用處理設備，以數字形式對信號進行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。DSP產品將向著高性能、低功耗、加強融合和拓展多種應用的趨勢發展，DSP芯片將越來越多地滲透到各種電子產品當中，成為各種電子產品尤其是通信類電子產品的技術核心。

　　(2)EDA技術

　　電子設計技術的核心就是EDA技術。EDA技術即電子設計自動( Electronic Design Automation)技術，是以大規模可編程邏輯器件為設計載體，以硬件描述語言為系統邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規模可編程邏輯器件的開發軟件及實驗開發系統為設計工具，通過有關的開發軟件，自動完成用軟件的方式設計電子系統到硬件系統的一門技術。EDA技術是一種實現電子系統或電子產品自動化設計的技術，與電子技術、微電子技術的發展密切相關。同時它吸收了計算機科學領域的大多數最新研究成果，以計算機作為基本工作平臺，利用計算機圖形學、拓撲邏輯學、計算數學等多種計算機應用學科的最新成果而開發出來的一整套電子CAD通用軟件工具，是一種幫助電子設計工程師從事電子組件產品和系統設計的綜合技術。EDA技術的出現，為電子系統設計帶來了一場革命性的變化。

　　(3)嵌入式技術

　　嵌入式是一種專用的計算機系統，是作為裝置或設備的一部分。通常，嵌入式系統是一個控制程序存儲在ROM中的嵌入式控制器。事實上，所有具有數字接口的設備都使用了嵌入式系統，有些嵌入式系統還包含操作系統，但大多數嵌入式系統是由單個程序實現整個控制邏輯。嵌入控制器因其體積小、可靠性高、功能強、靈活方便等許多優點，其應用已深入到工業、農業、教育、國防、科研以及日常生活等各個領域，對各行各業的技術改造、產品更新換代、提高生產率等方面起到了極其重要的推動作用。

　　3、未來電子技術的發展趨勢

　　隨著科學技術的發展，人們開始從多個方面來發展半導體技術，通過發展電子技術來滿足社會生產的需要，而不僅僅局限于提高現有的工藝。這些途經有：SOC技術、MEMS(微電子機械系統)技術等。

　　SOC(System on Chip)這一概念是從整個系統的角度出發，把處理機制、模擬算法、軟件、芯片結構、各層次電路直至器件的設計都緊密結合起來，用一塊芯片實現以往由多塊芯片組成的一個電子系統的功能。SOC的出現，使得電子技術由電路集成轉向系統集成發展。由于SOC技術能綜合并全盤考慮整個系統的各個情況，因此與傳統的多芯片的電路系統相比，在性能相當時能降低電路的復雜性，從而使得電路成本下降，可靠性提高。所以，SOC是電子技術發展的新途徑。

　　MEMS則是微電子技術與其他學科結合的典型。其將傳感器、執行機構和相應的處理電路集成在一起。MEMS將電子系統與外界環境聯系起來，系統不僅能感應到外界的信號，同時能處理這些信號并做出相應的操作。MEMS是微電子技術的拓寬和延伸，它將微電子技術與精密加工技術結合起來，實現了微電子與機械融為一體。MEMS技術及其產品開辟了一個全新的領域和產業，它們不僅能降低機電系統的成本，而且還能完成許多大尺寸機電系統所無法完成的任務。

　　結束語

　　隨著生產和科學技術發展的需要，電子技術得到高度發展和廣泛應用，它對于社會生產力的發展，也起著變革性的推動作用。電子技術水準是現代化的一個重要標志，是實現現代化的重要物質技術基礎。

　　[參考文獻]

　　[1]梁石鋒.淺析電子工程的現代化技術[J];電子世界，20xx年11期.

　　[2]譚會生.EDA技術及應用[M];西安： 西安電子科技大學出版社，20xx.

　　[3]符意德.嵌入式系統設計原理及應用[M];北京：清華大學出版社，20xx.

光電子技術論文2

　　摘要：自上世紀六十年代光電子技術誕生至今, 光電子技術的高速發展使其在各個領域中得到了廣泛的應用, 極大的推動了世界經濟發展。對光電子技術的研究進展及發展態勢進行探析, 有助于明確光電子技術的未來研究方向, 促進未來信息產業形成。文章分析光電子技術在各個方面的研究進展及其發展態勢。

　　關鍵詞：光電子技術; 研究進展; 發展態勢;

　　1 光電子技術

　　光電子技術又被稱之為光電子信息技術, 是一種實現光能與電能之間相互轉換的新型技術。近些年, 光電子技術的迅速發展使其在國內諸多領域中的應用越來越廣泛, 由于信息容量增長與社會經濟的雙重需要, 使微電子學與電子學在高速度與高容量特征的局限性變得越來越突出, 這也使其難以滿足時代對技術的發展需求。而光在信息處理中具備的高速度與高頻率優勢也使光電子技術越來越受到人們的關注, 將存儲、數據傳輸、顯示及信息檢測等功能與光電子技術進行融合, 也已經成為當下人們對光電子技術進行深入研究的熱點課題。

　　2 光電子技術的研究進展

　　2.1 新型激光器方面的研究進展

　　光電子技術的應用核心便是激光器, 激光器的發展帶動了光電子技術的興起, 這也使人們紛紛致力于新型激光器的研發。而半導體激光器便是重要的研究成果之一, 并已經在各個領域中得到了廣泛的應用。科研人員還對激光器的新材料新結構進行研究, 這也促使半導體激光器開始向著大功率、中遠紅外波長、寬帶寬及短波長的方向進行發展。而全固化固體激光器的出現使其成功取代了傳統的固體激光器, 另外在原子激光器等其他類型的新型激光器研究中也取得了較大的研究進展[1]。

　　2.2 硅基光電子技術的研究進展

　　在硅基光電子技術的研究中, 國外研發出了許多種硅基發光材料, 例如超晶格、摻鉺硅、硅基異質外延、量子阱材料、多孔硅等, 這也使硅與鍺的發光效率得到了不斷提高。Kimerling等人在SOI中成功實現了對硅波導與摻鉺硅發光管的集成。Hirschman等人則實現了在同一硅片中利用硅微電子工藝對多孔硅發光館與雙極晶體館進行了集成。此外, 英國科研學者還研制出一種能夠在室溫環境中發光的全硅LED二極管, 這也使光電技術越來越向著全硅光電集成的方向進行發展。

　　2.3 光電子材料方面的研究進展

　　1993年, IBM公司的科研人員利用半導體激光器與聚合物電光調制器對六個電視信號進行了同時傳輸與接收, 并通過聚合物調制器取得了較高信噪比。在有機聚合物合成、加工方面, AKZO NOBEL公司實現了對聚合物熱光開關的批量生產, 同時, 在聚合物超快全光開關中的研究也取得了一系列的成果。此外, 聚合物電光調制器則在計算機平行互聯、CATV、相陣列系統及高比物網絡中也獲得了很大突破。

　　2.4 光計算與光互連方面的研究進展

　　在光互連方面, 科研人員對計算機光互聯、光交換網絡這兩個方面進行研究, 在光計算研究中, 針對通用性與專業性光計算系統的研究, 并在系統算法與體系的研究中取得了一定的進展。國外在光計算與光互連方面則已經開始了對路由器中原有的電開關采用全光學矩陣開關進行代替的研究, 同時, 國外在光計算方面也取得了較大的研究進展[2]。

　　2.5 光存儲方面的研究進展

　　在光存儲方面, 科研人員集中在提升光存儲容量方面的研究, 并通過雙光頭讀寫技術與復膜技術使光存儲的容量提升到了數Gb范圍。同時還對光調制器與集成激光器面陣進行了研究, 并成功解決了光存儲中點存儲密度極限問題。如今, 科研人員對光存儲方面的研究主要集中在近場控制上, 這也使近場存儲技術有望成為盤式存儲中的一大關鍵技術[3]。

　　3 光電子技術的發展態勢探析

　　如今, 光電子技術已經在硅材料、太陽能光伏發電、生物醫學及液晶顯示屏中呈現出迅猛發展態勢, 在硅材料中, 通過硅晶體來制造光電二極管, 能夠生產出更多的先進數字設備, 提高設備性能, 使其響應速度更快、量子效率更高、工作范圍更大, 這也使硅光電子技術成為未來光電子技術的重要發展方向。在太能陽光伏發電中, 太陽能電池的半導體材料是實現光能與電能轉換的重要元件, 由于能源緊缺形式, 科研人員已經開始將光電子技術應用到太陽能電池的生產當中, 通過更多電子元件與材料的制造來提高光電轉化效率, 這也使光電子技術在太陽能光伏發電中具備極為廣闊的發展前景。在其他尖端技術的發展中, 光電子技術也呈現出高速發展態勢, 如光互連、光計算、光存儲等方面, 這些都將在不久的將來得以實現, 并且在運算速度、存儲容量等也將得到大幅度的提升。在生物醫藥領域中, 光電子技術也成功在諸多生物醫療儀器中得以應用, 實現了對生物醫學的光學探測, 如HIV病毒檢測等。在液晶顯示屏中, 光電子技術的應用實現了有源陣列液晶顯示屏的生產。光電子技術還能通過光刻技術對色濾波器陣列與薄膜晶體管陣列進行制造, 并且還能通過光學檢測技術對顯示器產品進行監視, 正是這些作用, 使光電子技術貫穿于液晶顯示器的整個生產流程, 在液晶顯示屏制造領域中正發揮著越來越重要的作用, 這也使光電子技術在液晶顯示屏制造中具備良好的發展態勢。

　　參考文獻

　　[1]舒浩文, 蘇昭棠, 王興軍, 等.面向中紅外應用的硅基光電子學最近研究進展[J].電信科學, 20xx, 31 (10) :29-42.

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　　[3]任政企.光電子技術發展態勢及實踐探究[J].硅谷, 20xx, 7 (13) :5-6.

光電子技術論文3

　　摘要：光電子技術的應用十分廣泛,如其在現代通訊技術、先進制造技術、信息技術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激光、太陽能和LED產業中的應用,并對其應用前景進行了展望。

　　1 引言

　　當今人類處于信息時代，信息滲透于農業生產、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信息要求在有限的時間、空間、甚至實時的進行準確處理。信息技術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，對信息技術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后迅速興起的一個高科技領域，在當今信息時代愈發占有重要的關鍵地位。

　　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年世界第一臺激光器誕生，激光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，它不僅廣泛應用于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，與激光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，半導體激光器和光纖技術的突破，促進了光線傳感、光纖傳輸、光盤信息存儲與顯示、光計算以及光信息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、調制、放大、頻率轉換和檢測以及光信息處理等。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 激光及全息技術

　　多年來，激光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、激光醫療與光子生物學、激光加工技術、激光檢測與計量技術、激光全息技術、激光光譜分析技術、非線性光學、超快激光學、激光化學、量子光學、激光雷達、激光制導、激光分離同位素、激光可控核聚變、激光武器等。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]。激光全息三維圖像的研究已經進行了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，近年來興起的數字信息處理技術及有關器件設備(計算機、數碼攝像機、CCD器件、新型液晶顯示屏、空間光調制器、因特網等)和自動化控制技術不斷沖擊著傳統的全息攝影技術，一些全息公司(如美國斑馬圖像公司等)推出了數字激光全息圖，使它有了新的發展[3]。

　　3.2 大容量光存儲技術

　　現代化信息社會對大容量、高速度的存儲系統有著日益增長的需求。傳統存儲使用的磁盤技術發展相當成熟，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。

　　光盤作為存儲介質和光電子技術的使用，是大幅度提高存儲容量的出路。采用短波長的半導體激光器，可以大幅度降低介質寫讀斑的大小，提高存儲容量。

　　為進一步提高存儲容量，一方面使用更短波長的的激光器進行光斑壓縮;另一方面，也可通過改變存儲介質和存儲方法來提高存儲量。與此同時，發展新型的集成激光器面陣和高密度半導體低維結構高速空間光調制器也將促進高密度存儲技術的發展。近場光學存儲，以超衍射分辨為特征，從根本上克服了點存儲的密度極限限制，無疑是光盤存儲的重要發展方向。其技術難點集中在近場距離的控制上，通過適當的技術手段，保持頭盤間距能夠限制在近場范圍之內，近場存儲有望成為下一代盤式存儲的主要技術手段。[4]

　　3.3 光互連、光計算技術

　　在因特網迅速發展的今天，信息快速入網和出網的分派能力決定系統所傳輸的巨大信息量能實時利用的有效性。相對于光信息傳輸器件來說，光信息交換互連技術器件的發展不如光信息傳輸的發展快，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絡和電子計算機的光互連，這是在信息光學中最有廣泛應用前景的研究領域。在光交換網絡的光互連中，還應多研究在集成光學中的光波導交換開關、自由空間光學中的多級交換網絡。

　　在電子計算機的光互連中，還應多研究芯片間的自由空間和波導光互連，插件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并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算法和體系，主要借助于已有的并行計算機的算法和體系。

　　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，并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、產業結構的調整優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。甚至用于驅動交通工具。據報道，全球發展、建造太陽能住宅(光電池作屋頂、外墻、窗戶等建材用)投資規模為600億美元，到20xx年還會再翻一倍達l200億美元，光伏技術制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信息，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。

　　激光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，達到改進核武器的性能。目前激光致盲武器已裝備部隊，艦載和機載激光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、掃描激光熒光計，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于測定外周血流中自由HIV的濃度，即病毒負荷。這種診斷測量對于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。