第00章光电技术绪论.ppt

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1、光电子技术光电技术光电技术课程的地位：课程的地位：光光电电技技术术基础物理学（光学）基础物理学（光学）模拟电子技术模拟电子技术应用光学应用光学数字电子技术数字电子技术激光原理与技术激光原理与技术光电探测技术光电探测技术光电成像技术光电成像技术光纤通信原理光纤通信原理光电显示技术光电显示技术光电信息与技术实验光电信息与技术实验传感技术原理传感技术原理 课程主要内容四大部分：课程主要内容四大部分：理论基础理论基础光电信号光电信号变换与处理变换与处理光辐射源光辐射源光电探测器光电探测器光电系统光电系统分析设计分析设计绪绪 论论1光电技术研究什么？光电技术研究什么？2光电技术与光电探测光电技术与光电探

2、测4怎样学好光电技术？怎样学好光电技术？3光电技术的应用及发展光电技术的应用及发展21 世纪的人类社会将是一个高度信息化的社。世纪的人类社会将是一个高度信息化的社。社会社会对信息量的要求将以太比特对信息量的要求将以太比特/秒秒(1Tbit/s=1012 bit/s)为为起点呈现超越摩尔定律的爆炸性增长，物理学家又称起点呈现超越摩尔定律的爆炸性增长，物理学家又称它为它为三三“T”高度信息化社会高度信息化社会，即，即Tb/s 的信息传输容量，的信息传输容量，TB 位元的信息存储密度和位元的信息存储密度和1/T 秒的信息处理速度秒的信息处理速度半导体光电子学家半导体光电子学家中国科学院院士中国科学院

3、院士 -王启明王启明高度信息化需要高度信息化需要“电电与与光光”融合融合 1光电技术研究什么？光电技术研究什么？1.1 1.1 光电技术与信息技术光电技术与信息技术光光 交通信号交通信号 天体恒星光学频移天体恒星光学频移 化学物质光谱分析化学物质光谱分析电电 电话电话 电视电视 电子计算机电子计算机1光电技术研究什么？光电技术研究什么？1.1 1.1 光电技术与信息技术光电技术与信息技术“光光”和和“电电”彼此间渗透和彼此间渗透和结合结合=光电混合系统光电混合系统电电光：光：电信号的放大、振荡、编码、调制等移植电信号的放大、振荡、编码、调制等移植 到光学系统；传统光学仪器电子技术，到光学系统；

4、传统光学仪器电子技术，智能光电仪器；智能光电仪器；电子信息载体的电子信息载体的“瓶颈瓶颈”光光电：电：高精度测量、图像技术、高精度测量、图像技术、10-710-6m 数量级，超精细加工等数量级，超精细加工等-（简称）（简称）光电系统光电系统1.2 1.2 光电系统光电系统研究大功率光辐射的产生、控制、研究大功率光辐射的产生、控制、利用和转换利用和转换-光电能量系统光电能量系统以光辐射和电子流为信息载体，通以光辐射和电子流为信息载体，通过光电或电光相互变换方法，进行过光电或电光相互变换方法，进行相关的信息处理相关的信息处理-光电信息系统光电信息系统1.2 1.2 光电系统光电系统激光武器激光武器

5、-是一种利用定向发是一种利用定向发射的激光束直接毁伤射的激光束直接毁伤目标或使之失效的定目标或使之失效的定向能武器。向能武器。美国、俄罗斯、法美国、俄罗斯、法国、以色列等国都成国、以色列等国都成功进行了各种激光打功进行了各种激光打靶试验。靶试验。美机载激光武器成功击美机载激光武器成功击中地面移动目标中地面移动目标(模拟图模拟图)1.2 1.2 光电系统光电系统-光电能量系统光电能量系统高速光纤通信系统原理：高速光纤通信系统原理：1.2 1.2 光电系统光电系统-光电信息系统光电信息系统语音语音图像图像数据数据语音语音图像图像数据数据光光电电电电1光电技术研究什么？光电技术研究什么？1.2 1.

6、2 光电系统光电系统太阳能发电太阳能发电激光医疗激光医疗激光核聚变激光核聚变激光武器激光武器DVDDVD设备设备激光测距激光测距 光电信息系统，光电信息系统，简称简称 光电系统光电系统光电技术的主要研究内容：光电技术的主要研究内容：光电技术是光电技术是研究研究光电系统光电系统中光电信号的中光电信号的形成、传输、采集、变换及处理方法的形成、传输、采集、变换及处理方法的技术学科。技术学科。1光电技术研究什么？光电技术研究什么？信息信息光学的光学的电学的电学的其它非其它非光学的光学的光光载载波波 信息处理信息处理（光学（光学或或电学）电学）光电系统的主要类型光电系统的主要类型光光-电型电型电电-光光

7、-电电 型型光光-电电-光型光型光电混合型光电混合型 光路有源化光路有源化电光混合型电光混合型 光学晶体管光学晶体管 光学计算机光学计算机电视监控系统电视监控系统光纤通信系统光纤通信系统红外测温系统红外测温系统光电系统的主要类型光电系统的主要类型光光-电型电型电电-光光-电电 型型光光-电电-光型光型光电混合型光电混合型 光路有源化光路有源化电光混合型电光混合型 光学晶体管光学晶体管 光学计算机光学计算机光电探测系统光电探测系统光光-电型电型绪绪 论论1光电技术研究什么？光电技术研究什么？2光电技术与光电探测光电技术与光电探测4怎样学好光电技术？怎样学好光电技术？3光电技术的应用及发展光电技术

8、的应用及发展绪绪 论论2光电技术与光电探测光电技术与光电探测光光电型电型光电探测（系统）光电探测（系统）光电探测系统：光电探测系统：被动被动探测系统探测系统 主动主动探测系统探测系统激光测距激光测距一种内置激光测距仪的坦克炮手瞄准器 手持式激光测距仪手持式激光测距仪2光电技术与光电探测光电技术与光电探测激光测距激光测距 光纤通信光纤通信2光电技术与光电探测光电技术与光电探测光源、光学系统、调制器、传输介质、光电探光源、光学系统、调制器、传输介质、光电探测器和电子系统等基本环节。测器和电子系统等基本环节。光电探测系统光电探测系统的基本组成：的基本组成：绪绪 论论1光电技术研究什么？光电技术研究什

9、么？2光电技术与光电探测光电技术与光电探测4怎样学好光电技术？怎样学好光电技术？3光电技术的应用及发展光电技术的应用及发展绪绪 论论3光电技术的应用及发展光电技术的应用及发展根据实现功能的不同，应用可以分为：根据实现功能的不同，应用可以分为：（1 1）测量检查测量检查（2 2）控制跟踪控制跟踪（3 3）图像分析图像分析绪绪 论论3光电技术的应用及发展光电技术的应用及发展例例1 1激光陀螺激光陀螺 激光陀螺是一种利用环激光陀螺是一种利用环形激光腔内正反两个方形激光腔内正反两个方向的激光频差来向的激光频差来测量转测量转动角速度动角速度（或角度）的（或角度）的特种光电传感器。特种光电传感器。惯导系统

10、与中国精确战术制导武器惯导系统与中国精确战术制导武器 02年珠海航展惯导产品年珠海航展惯导产品托起精确制导的臂膀小记珠海航展惯导产品俄罗斯改进空地制导武器俄罗斯改进空地制导武器 中国激光陀螺捷联惯导系统中国激光陀螺捷联惯导系统 三一重工课题三一重工课题油缸圆度检测油缸圆度检测:误差误差 50m，如果圆度达不到要，如果圆度达不到要求，油缸与活塞密封不良，出现求，油缸与活塞密封不良，出现漏油，漏油，泵车不能载荷泵车不能载荷。例例2.2.环形激光深孔内膛形貌检测系统环形激光深孔内膛形貌检测系统-测量检查：测量检查：几何尺寸、运动参数、几何尺寸、运动参数、光学参数、电磁参量等光学参数、电磁参量等例例2

11、.2.环形激光环形激光深孔内膛形貌检测系统深孔内膛形貌检测系统油缸尺寸内径：油缸尺寸内径：10500mm长度：长度：210m测量精度：测量精度：100m例例3.AIM-9M红外制导导弹红外制导导弹绪绪 论论例例4 半主动激光制导半主动激光制导-控制跟踪：控制跟踪：激光制导、飞行物自动跟踪、激光制导、飞行物自动跟踪、精密工作台自动定位、精密工作台自动定位、有视觉能力的机器人有视觉能力的机器人 等等例例5.5.印制电路板光学检测系统印制电路板光学检测系统l高分辨率成像高分辨率成像l高精度运动控制系统高精度运动控制系统l多种算法图像处理多种算法图像处理 例例6.6.待发段火箭姿态图像实时识别处理系统

12、待发段火箭姿态图像实时识别处理系统 该系统已成功应用于该系统已成功应用于“神舟三号神舟三号”至至“神舟六号神舟六号”任任务，为航天员提供了可靠的安全保障。务，为航天员提供了可靠的安全保障。倾角差小于倾角差小于10“黄色告警线黄色告警线”“红色逃逸线红色逃逸线”例例6.6.待发段火箭姿态图像实时识别处理系统待发段火箭姿态图像实时识别处理系统 倾角差小于倾角差小于10“黄色告警线黄色告警线”“红色逃逸线红色逃逸线”图像分析：图像分析：记录和再现目标图像并进行判读、识别记录和再现目标图像并进行判读、识别 或图像的运算处理或图像的运算处理光机电算混合型光机电算混合型 例例7.7.红外夜视仪红外夜视仪红

13、外光红外光电子流电子流可见光象可见光象例例8.8.激光雷达激光雷达 德国：德国：“VTB1型型”遥测激光雷达，利用微遥测激光雷达，利用微分吸收光谱学原理遥测分吸收光谱学原理遥测化学战剂，可实时地远化学战剂，可实时地远距探测并确定毒剂气溶距探测并确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、胶云的斜距、中心厚度、中心角坐标以及毒剂相中心角坐标以及毒剂相关参数等。关参数等。例例9.9.卫星遥感农作物产量卫星遥感农作物产量几种土壤及植物的反射特性几种土壤及植物的反射特性根据对太阳光的反射光谱根据对太阳光的反射光谱 探测庄稼的病虫害、产量等。美国利用资源卫星探测庄稼的病虫害、产量等。美国利用资源卫星上的上的多光谱

14、扫描仪多光谱扫描仪估计小麦产量，与实际产量的误差小于估计小麦产量，与实际产量的误差小于3 3-控制跟踪：控制跟踪：激光制导、飞行物自动跟踪、激光制导、飞行物自动跟踪、精密工作台自动定位、精密工作台自动定位、有视觉能力的机器人有视觉能力的机器人 等等-测量检查：测量检查：几何尺寸、运动参数、几何尺寸、运动参数、光学参数、电磁参量光学参数、电磁参量 等等-图像分析：图像分析：记录和再现目标图像并进行判读、识别记录和再现目标图像并进行判读、识别 或图像的运算处理或图像的运算处理光机电算混合型光机电算混合型 3光电技术的应用及发展光电技术的应用及发展绪绪 论论绪绪 论论3光电技术的应用及发展光电技术的

15、应用及发展发展趋势：发展趋势：光电技术将电子技术和光学技术结合，光电技术将电子技术和光学技术结合，已成为已成为2121世纪信息技术发展的最大特点。美世纪信息技术发展的最大特点。美国商务部指出，国商务部指出，“谁在光电产业方面取得主谁在光电产业方面取得主动权，谁就将在动权，谁就将在2121世纪的尖端科技较量中夺世纪的尖端科技较量中夺魁魁”。科学界曾预言，光电子产业在。科学界曾预言，光电子产业在1010年内年内将形成将形成5 5万亿美元万亿美元的产值，成为全球最大的的产值，成为全球最大的产业。产业。绪绪 论论3光电技术的应用及发展光电技术的应用及发展发展趋势：发展趋势：u “光子挑战电子，电子联盟

16、光子光子挑战电子，电子联盟光子”u 光电子材料与器件的发展光电子材料与器件的发展 u 光电探测技术的发展光电探测技术的发展 u 光机电一体化微结构技术发展光机电一体化微结构技术发展 u 军事和民用领域的发展军事和民用领域的发展 最近国外研制的一种最近国外研制的一种MOEMS结构的胶囊型内窥镜结构的胶囊型内窥镜，直径，直径0.90cm、长、长2.3cm，胶囊型内窥镜采用，胶囊型内窥镜采用CCD或或CMOS作为图作为图像传感器，电能由自身电池或从体外用微波形式送入器件，像传感器，电能由自身电池或从体外用微波形式送入器件，运行速度和方向均由体外控制器控制。病人吞下后，可在食运行速度和方向均由体外控制器控制。病人吞下后，可在食道、胃、肠等处拍摄各个方位的图像。道、胃、肠等处拍摄各个方位的图像。绪绪 论论1光电技术研究什么？光电技术研究什么？2光电技术与光电探测光电技术与光电探测4怎样学好光电技术？怎样学好光电技术？3光电技术的应用及发展光电技术的应用及发展绪绪 论论4怎样学好光电技术？怎样学好光电技术？光电技术光电技术是一门以光电子学为基础，综合利用传统是一门以光电子学为基础，综合利用传统光学