2021-2022学年高二物理竞赛课件：光电技术绪论.pptx

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1、光电技术绪论光电技术绪论u课程介绍课程介绍u光电子技术简介光电子技术简介光电子技术简介光电子技术简介 2022/10/29 1.光电子技术的概念与特征光电子技术的概念与特征2.信息技术的发展信息技术的发展3.光子传递信息的特点光子传递信息的特点4.光电子技术发展史与发展趋势光电子技术发展史与发展趋势5.各国光电子技术的发展现状各国光电子技术的发展现状光电子技术简介光电子技术简介光电子技术的概念光电子技术的概念 2022/10/29 光光电电子子技技术术：是是电电子子技技术术与与光光子子技技术术相相结结合合而而形形成成的的一一门门新新兴兴的的综综合合性性的的交交叉叉学学科科，主主要要研研究究光光

2、与与物物质质中中的的电电子子相相互互作作用用及及其其能能量量相相互互转转换换的的相相关技术。关技术。电电子子技技术术：包包括括真真空空电电子子技技术术、气气体体电电子子技技术术、固固体体电电子子技技术术等等，主主要要研研究究电电子子的的特特性性与与行行为为及及其在真空或物质中的运动与控制。其在真空或物质中的运动与控制。光光子子技技术术:研研究究光光子子的的特特性性与与行行为为及及其其与与物物质质的的相相互互作作用用以以及及光光子子在在自自由由空空间间或或物物质质中中的的运运动动和和控制。控制。光电子技术的概念光电子技术的概念 2022/10/29 电电子子技技术术光光子子技技术术光光电电子子技

3、技术术光电子技术的特征光电子技术的特征 2022/10/29 光光电电子子技技术术特特征征：光光源源激激光光化化、传传输输波波导导化化、手手段段电电子化子化、电子学中的理论模式和处理方法、电子学中的理论模式和处理方法光学化光学化。光电子技术光电子技术将电子学使用的电磁波频率提高到光频波将电子学使用的电磁波频率提高到光频波段，段，产生了电子学所不可能实现的许多功能，与产生了电子学所不可能实现的许多功能，与微电子微电子技术技术共同构成共同构成信息技术信息技术的两大重要支柱。的两大重要支柱。光电子技术光电子技术是是21世纪先进科学技术之一，在现代社会世纪先进科学技术之一，在现代社会中起着举足轻重的作

4、用，它的发展对国民经济及国防建中起着举足轻重的作用，它的发展对国民经济及国防建设有着巨大的推动作用。设有着巨大的推动作用。2022/10/29 三次科技革命三次科技革命 第一次（第一次（18世纪世纪30年代年代18世纪末）世纪末）以以纺纺织织机机的的改改革革为为起起点点，蒸蒸汽汽机机的的发发明明和和使使用用为为标标志志，开开创创了了人人类类工业文明时代工业文明时代第二次（始于第二次（始于19世纪中叶）世纪中叶）以以电电力力的的广广泛泛应应用用为为标标志志，诞诞生生了了许许多多发发明明家家，开开创创了了人人类类电电气气时时代代第三次（始于第三次（始于20世纪中叶）世纪中叶）以以原原子子能能技技术

5、术、航航天天技技术术、电电子子计计算算机机、通通信信技技术术的的应应用用为为代代表表，开创了人类开创了人类信息时代信息时代 2022/10/29 信息技术的发展趋势信息技术的发展趋势第一阶段第一阶段电子信息技术电子信息技术 电子信息技术：主要研究电子的特性与行为及其电子信息技术：主要研究电子的特性与行为及其在真空或物质中的运动与控制。以半导体器件为在真空或物质中的运动与控制。以半导体器件为代表的微电子技术是信息社会的第一次重大革命代表的微电子技术是信息社会的第一次重大革命（微型化）（微型化）其特征是：信息的载体是其特征是：信息的载体是电子电子 代表：半导体，计算机等代表：半导体，计算机等 现现

6、代代化化发发展展，使使各各学学科科所所拥拥有有的的信信息息量量逐逐日日猛猛增增，微微电电子子在在实实现现超超高高速速，超超大大容容量量，超超低低功功耗耗方方面面遇到了极大的困难。遇到了极大的困难。2022/10/29 信息技术的发展趋势信息技术的发展趋势第二阶段第二阶段光电子信息技术光电子信息技术 光电信息技术是光子技术与微电子技术的结合，光电信息技术是光子技术与微电子技术的结合，是现代信息技术的核心，已广泛应用于各行各业。是现代信息技术的核心，已广泛应用于各行各业。其特征是：光子技术和电子技术相结合其特征是：光子技术和电子技术相结合代表：激光器，光纤等代表：激光器，光纤等 2022/10/2

7、9 信息技术的发展趋势信息技术的发展趋势第三阶段第三阶段光子信息技术光子信息技术光子技术：研究光子的特性与行为及其与物质的光子技术：研究光子的特性与行为及其与物质的相互作用以及光子在自由空间或物质中的运动和相互作用以及光子在自由空间或物质中的运动和控制。控制。其特征是：以其特征是：以光子光子作为信息的载体作为信息的载体代表：全光通信，光计算机等代表：全光通信，光计算机等为为什什么么信信息息的的载载体体从从电电子子发发展展到到光光子子是是技技术术的的进步？进步？2022/10/29 特征特征电子电子光子光子静止质量静止质量m00运动质量运动质量mhv/c2传播速度传播速度cc时间特性时间特性时间

8、不可逆性时间不可逆性时间可逆性时间可逆性空间特性空间特性具有高度空间具有高度空间局域性局域性不具有高度空不具有高度空间局域性间局域性粒子特性粒子特性费米子费米子玻色子玻色子电荷电荷-e（1.610-19库仑）库仑）0（不带电）（不带电）电电子子 vs vs 光子光子 2022/10/29 （1 1）极极快快的的响响应应时时间间，可可用用于于超超高高速速、宽宽带带通通信：信：光光子子响响应应时时间间可可短短达达10101515秒秒，即即fsfs量量级级，而而电电子子器器件件及及系系统统最最快快的的响响应应时时间间为为10109 9秒秒，即即nsns量量级级，两两者者相相差差100100万万倍倍。

9、这这在在将将来来的的光光计算机等关键技术中将发挥巨大作用。计算机等关键技术中将发挥巨大作用。光子传递信息的特点光子传递信息的特点（2 2）传输信息容量大：）传输信息容量大：光光波波的的频频谱谱范范围围比比电电波波的的频频谱谱范范围围宽宽，可可以以获获得得极极大大的的传传输输容容量量。这这就就是是为为什什么么光光缆缆比比电电缆缆的信息传输容量大的原因。的信息传输容量大的原因。目目前前光光纤纤通通信信正正从从第第二二代代1.311.31微微米米波波段段零零色色散散单单模模光光纤纤向向第第三三代代1.551.55微微米米波波段段低低损损耗耗色色散散单单模模光光纤纤作作换换代代发发展展。传传输输容容量

10、量从从19781978年年的的10Gb/s.km10Gb/s.km以以每每年年1010倍倍速速度度提提高高，8686年年1Tb/s.km1Tb/s.km。理理论论已已证证明明，一一个个光光子子在在室室温温下下可可携携带带30bit30bit的的信信息息量量并并随随温温度度的的下下降降而而以以指指数数形形式式增增加加，以以至至达达到到无无限限值值。所所以以，理理论论上上可可以以讲讲“光光子子通通信信有有望望借借助助一一个个光光子子将将无无穷穷多多信信息息传传输输给给无无穷穷多多受受信者信者”。2022/10/29 光子传递信息的特点光子传递信息的特点（3 3）信息）信息传输传输过程中失真小过程中失真小:光光子子传传输输信信息息时时具具有有时时间间可可逆逆性性、不不具具有有高高度度空空间间局局域域，使使它它可可以以形形成成向向前前和和向向后后的的共共轭轭波波，以以补补偿偿光光纤纤传传输输中中所所产产生生的的崎崎变变和和失失真真。利用这方法理论上可实现无损耗通信。利用这方法理论上可实现无损耗通信。2022/10/29 光子传递信息的特点光子传递信息的特点