第一篇：论文光电子开课题
目录
引言
第一章 电光调制的基本理论..............................................1.1 电光调制..........................................................1.2 电光调制的物理基础................................................1.2.1 电光效应的概述................................................1.2.2 线性电光效应..................................................1.2.3 电光效应描述方法..............................................1.3 电光调制系统的总体设计............................................1.3.1 工作原理......................................................1.3.2 激光器和激光器电源............................................1.3.3 铌酸锂电光晶体....1.3.4 信号源........................................................1.4 电光强度调制......................................................1.5 电光相位调制......................................................1.6 电光调制的发展和应用.............................................1.6.1 电光调制技术的发展...........................................1.6.2 电光调制及其应用.............................................第二章 纵向电光强度调制.....................................2.1 强度调制.........................................................2.2 纵向电光强度调制原理.............................................2.2.1 工作原理.....................................................2.2.2 调制信号很弱时分析...........................................2.3 防止输出光强畸变的方法...........................................2.3.1 加直流电压...................................................2.3.2 在光路中加以1/4波片.........................................2.4 KDP晶体纵向强度调制.............................................2.5 纵向调制的特点及注意点...........................................第三章 横向电光强度调制...............................................3.1 调制原理.........................................................3.1.1 以KDP类晶体为例分析.........................................3.1.2 以3LiTaO晶体为例分析........................................3.2 LN(3LiNbO)晶体的横向运用........................................3.3 横向电光调制的均匀性.............................................3.3.1 折射率椭球模型...............................................3.3.2 调制均匀性...................................................3.4 横向电光强度调制应用.............................................3.4.1 通信用高功率高速率3LiNbO电光调制器..........................3.4.2 立方氮化硼横向电光调制半波电压的测量.........................结论..................................................................参考文献..............................................................引言
世纪更替，随着科学技术的不断发展，经济全球化和社会信息化趋势日益明显。以IP为代表的数据业务量呈井喷式增长，加上新型业务不断涌现，导致人们对通信的带宽需求越来越巨大，全球通信网络主导业务也正在由以话音业务为中心向以数据业务为中心过渡。与此同时，网络体系架构也正在向高速大容量服务方向飞速发展，追使电信运营商和通信研究人员不断寻找新的技术发展思路。当电子设备逐步达到其物理极限时，以光纤为传播媒质的时分复用和波分复用等技术以其独有的技术优势和多波长特性，吸引着人们越来越多的眼光，展示着巨大潜力和光辉前景。
光传输系统的光源从最初的第一代的系统(大约在70年代)中所用的850nm范围内的LED发展到我们现在所使用的半导体激光器，而它还在进一步发展。除了一些短程的和低速的系统的应用外几乎所有的光传输系统都使用半导体激光器作为光源。但是要实现光通信，除了要有良好的光源和传输介质以外，还要有良好的技术对传输系统光源进行光频载波调制。所谓光调制，是指改变光波的振幅、强度、频率、相位、偏振等参数使之携带信息的过程。光调制除了在光通信方面必不可少外，它在光信息处理、光学测量以及光脉冲发生与控制等许多方面起着越来越重要的作用。
实现光调制的方法很多，按其调制机理的不同可划分为激励功率调制、吸收调制、频谱调制、机光调制和电光调制等，各种调制机理对应的调制方式也常有不同。光调制还有另外一种分类方法，平常我们所说的内、外调制，是指将调制器件置于激光腔内、腔外而言；所谓直接调制，是指不用调制器件，直接调制激光器激励源而言。电光调制是光频调制诸方法中最重要的方法之一，电光调制的物理基础是电光效应，所谓电光效应是指晶体光学折射率因外加电场而发生变化的一种效应。人们根据其特点将这种效应分为两类。电光调制器除了作为一种关键器件已被应用于高速光纤通信网络，此外它还被用于光纤传感器、光谱展宽、电光开关、光纤陀螺、电压测型以及光波偏振态测量叫等方面。电光调制光标记法也是利用电光晶体的电光效应实现光标记的产生，利用光的干涉原理来实现光标记的提取。因此本论文主要讲述电光调制的物理基础即电光效应和电光调制两方面来分析和讲述。
第一章 电光调制的基本理论
1.1 电光调制
实际上，不仅可以在晶体上加直流电压，而且也可以加交流电压。当电压为交变调制信号时，晶体中相应的要形成交流电场，从而晶体的折射率也将随着信号频率而交替地变化。当光波通过折射率变化的晶体时，出射光的强度也可能随调制信号而变化，或者出射光的位相载有调制信号的信息。具有前者特性的光学装置称为电光强度调制器，后者称为电光相位调制器。
电光调制是利用某些晶体材料在外加电场作用下折射率发生变化的电光效应而进行工作的。根据加在晶体上电场的方向与光束在晶体中传播的方向不同，可分为纵向调制和横向调制。电场方向与光的传播方向平行，称为纵向电光调制；电场方向与光的传播方向垂直，称为横向电光调制。横向电光调制的优点是半波电压低、驱动功率小，应用较为广泛。
沿Z方向加电场，通光方向沿感应主轴'y方向，经起偏器后光的振动方向与Z轴的夹角为45°。光进入晶体后，将分解为沿'X和Z方向振动的两个分量，两者之间的折射率之差为)()(21xnxn，假定通光方向上的晶体长度为l，厚度为d（即两级之间的距离），则外加电压为dEVz时，从晶体出射的两光束的相位差为：
])1(21)[(263200Vd nlnne
（1-1）由上式可以看出，只要晶体和通过波长确定之后，相位差的大小取决于外加电压V，改变外加电压V就能使相位差随电压V成比例变化。
1.2 电光调制的物理基础
电光调制的物理基础是电光效应。所谓电光效应是指某些介质的折射率在外加电场的作用下而发生变化的一种现象。一般可表示为：
20bEaEnn
（1-2）
式中，n，b为电光系数，0n为未加电场时的折射率，aE为线性电光效应(普克耳斯效
第二篇：光电子技术(论文)
光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，从70年代后期起，随着半导体光电子器件和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破，光子技术与电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。
光电子技术是一个比较庞大的体系，它包括信息传输，如光纤通信、空间和海底光通信等；信息处理，如计算机光互连、光计算、光交换等；信息获取，如光学传感和遥感、光纤传感等；信息存储，如光盘、全息存储技术等；信息显示，如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。其中信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。在信息技术发展过程中，电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。采用光子作为信息的载体，其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上，加之光子的高度并行处理能力，不存在电磁串扰和路径延迟等缺点，使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。
如果说微电子技术推动了以计算机,因特网,光纤通信等为代表的信息技术的高速 发展,改变了人们的生活方式,使得知识 经济 初见端倪,那么随着信息技术的发展,大容 量光纤通信 网络 的建设,光电子技术将起到越来越重要的作用.美国商务部指出: “90 年 代, 全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展, 谁在光电子产业方面取得主动权, 谁就将在 21 世纪的尖端科技较量中夺魁”.日本《呼声》月刊也有类似的评论: “21 世纪具 有代表意义 的主导产业,第一是光电子产业,第二是信息通信产业,第三是健康和福利产 业……” ,可以断言,光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类 科学 技术的革命.1 世界光电子技术和产业的发展 光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料, 光纤已经成为通信网的重要传输媒 介,现在世界上大约有 60%的通信业务经光纤传输,到 20 世纪末将达到 85%,但从目前光 纤通信的整体水平来看, 仍处于初级阶段, 光纤通信的巨大潜力还没有完全开发出来.目前, 各种新技术层出不穷,密集波分复用技术(DWDM,在同一根光纤内传输多路不同波长的光 信号,以提高单根光纤的传输能力),掺铒光纤放大器技术(EDFA,可将光信号直接放大, 具有输出功率高,噪声小,增益带宽等优点)已取得突破性进展并得到广泛的应用.现在 DWDM 系统和光传输设备中,光电技术的比例将从过去比重不到 10%达到 90%.一种全新 的,无需进行任何光电变换的光波通信——“全光通信” ,由于波分复用技术和掺铒光纤放 大器技术的进展,也日趋成熟,将在横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用,给全球的 通信业带来蓬勃生机.为此提供支撑的就是半导体光电子器件和部件.光电子器件和技术已 形成一个快速增长的,巨大的光电子产业,对国民经济的发展起着越来越大的作用.美国光 电子产业振兴协会估计,到 2003 年,光电子产业的总产值将达 2000 亿美元.Internet 应用的飞速增长对电信骨干网带宽提出越来越高的需求,为满足需求的增长, 人们可以铺设更多的光纤,或靠提高单路光的信息运载量(现在主干网可以分别工作在 2.5Gbps 和 10Gbps, 并已有 40Gbps 的演示性设备)但更主要的方法却是靠发展波分复用技.术,增加光纤内通光的路数(光波分复用的实验记录已经达到 2.64Tbps).报告称虽然 10 年内全光通信还不会全面商业化,但是全光交换将在几年内成为市场主流,报告也指出尽管光学部件市场被大公司所占据,但仍有创新性公司进入的可能.2 我国的光电子技术和产业近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 进展,在很多领域同国外先进国家只有两三年的距离,个别领域还处于世界领先地位.国内光 电子 有关产业基地在光电子器件,部件和子系统(如激光器,探测器,光收 发模块,EDFA,无源光器件)等已经占领了国内较大的市场份额,初步具备同国外大公司 竞争的能力,在毫无市场保护的情况下,靠自己的力量争得了一席之地,市场营销逐年有较 大的增长, 个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩.我国相应研究 发展 基 地和本领域高 技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白,打破国外产品在市场上的 垄断地位,同时争取进入国际市场.中国盟掺铒光纤放大器(EDFA)是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件,国内 企业 产 品占国内市场 40%的份额.我国也是目前国际上少数几个有能力研制 PIC 和 OEIC 的国家.808nm 大功率激 光器及其泵浦的固体绿光激光器, 670nm 红光激光器已产品化和商品化并 批量占领国际市场.国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件,90%使用国产器件,国 产 1.55mDFB 激光器 战胜了国外器件,占领了 100%的国内市场.但是,我们应当认识到在我国光电子技术发展中,光电子器件,部件虽是光通信,光显 示,光存储等高技术产业的关键部分,但在整个系统和设备成本中所占的比重较小,其产值 较低,目前科研开发主要处于跟踪和小批量生产阶段,光电子产业所需的规模化,产业化生 产技术目前还未有实质突破;国内研究生产的光电器件和部件有相当部分还未能满足整机和 系统的要求,导致国外器件占据国内市场相当多的份额;在机制上仍未摆脱科研,生产,市 场相互脱离的状况.我国在光电子技术方面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.但是我们应该清醒地认识到我国制造技术的落后和材料水平有限, 而国际上光电子 产业已经进入加速发展阶段, 留给我们的时间只有三到五年, 如果我们不在目前产业化的技 术发展阶段进入,就会失去大好时机.机不可失,时不再来,到产业化后期时将要花数倍的 力量才能弥补,也许会彻底失去时机,受制于人.如果一个国家在一代元件上没有足够的投资以发展自主能力, 就会给外国竞争者提供进 入并占领下几代技术市场的机会.因而在关键器件,部件等方面,要通过引进社会资金和风 险投资,知识产权入股,开发人员持股等方式加快我国光电子成果的产业化步伐,鼓励科研 人员成果转化.只要贯彻有“有所为,有所不为”的方针,狠抓创新和高技术成果转化,打破 行业界限,按市场机制联合国内相关研究和开发单位,共同作好光电子产业化的工作,就一 定能发展我国的光电子事业,有望在研究上取得突破,在产业上形成规模 经济 ,取得我国 在该领域应有的市场份额.1
第三篇：光电子技术论文
新型光电子器件概述
【摘要】本文主要论述了一些新型光电子器件及其发展方向 【关键词】： 新型光电子器件 发展方向 应用
【前言】所谓光电子器件，广义上讲是指通过以光电互相转换为主要形式的光效应完成信息或能量转换的功能性器件它是光电系统及其应用的基础它是光学和光电子学与其应用之间以及与其它学科之间联系的重要纽带因此它对光学和光电子以及相关学科的发展起着关键性促进作用。光电子器件的种类有很多，本文重点论述了纳米光电子器件、光通信光电子器件、光显示用光电子器件等
1、纳米光电子器件： 1.1紫外纳米激光器
继微型激光器、微碟激光器、微环激光器、量子雪崩激光器问世之后，美国加利福尼亚伯克利大学的化学家杨佩东及其同事制作成室温纳米激光器。它在光激励下，发射线宽小于0．3nm，波长385nm的激光。这种氧化锌(ZnO)纳米激光器被认为时世界上最小的激光器，也是纳米技术的首批实际器件之一。由于能制作高密度纳米线阵列，所以ZnO纳米激光器能开发许多今天的GaAs器件不可能涉及的应用领域。这种短波长纳米激光器可应用于光计算、信息存储和纳米分析领域。
1.2 微型激光器
2010年左右，蚀刻到半导体上线条的宽度将窄到100nm以下。在这些电路中穿行的将只有少数几个电子，因此增加一个或者减少一个电子都会造成很大差异，这就明确地把片制造商放到了量子世界中。
1.3量子阱激光器
由直径小于20rim的一堆堆物质构成或者相当于60个硅原子排成一串的长度的量子点，可以控制非常小的电子群的运动而不与怪异的量子效应冲突。量子阱激光器是由两层其他材料夹着一层超薄的半导体材料制成的。处在中间的电子被圈在一个量子平原上，只能够在两堆空间中移动。这使得为产生激光而向这些电子注入能量变得容易一些。其结果是，用较少的能量可以产生较多的激光。1.4量子点激光器
科学家们希望用量子点方法代替量子线方法来获得更大的收获，但是研究人员已制成的量子点激光器却不尽人意。原因是多方面的，包括制造一些大小几乎完全相同的电子群有困难。大多数量子装置要在极低的温度条件下工作。甚至微小的热量也会使电子变得难以控制，并且陷入量子效应的困境。但是，最近已制成可在室温下工作的单电子晶体管。不过很多问题仍有待解决。因此，大多数科学家正在努力研制全新的方法，而不是试图仿照目前的计算机设计量子装置。
专家预言，有朝一日数以十亿计的量子点可能会堆在平常传统的硅片上，这有望成为一台尖端的超级计算机。这一前景使得量子点激光器成为最热门的研究开发课题。1.5 微碟激光器
微碟激光器是贝尔实验室的Richart E．Slusber及其同事们开发出来的。运用先进的腐蚀工艺，刻出了直径只有几微米、厚度只有lOOnm的极薄的微碟。这些半导体碟的周围是空气，下面靠一个微小的底座支撑(类似于制造计算机芯片 时使用的光刻技术)。由于半导体和空气的折射率相差很大，微碟内产生的光在此结构内发射，直到所产生的光波积累足够多的能量后，沿着它的边缘掠射出去，这种激光器工作效率很高、能量阈值很低，工作时只需大约100llA的电 流。微控激光器时当代半导体研究领域的热点之一，半导体激光器的应用覆盖了整个光电子学领域。已成为当今光电子科学的核心技术。忧郁半导体激光器阵列在军事领域的重要作用，该类激光器阵列在工业、医疗、信息显示等领域具有广泛的应用前景，也可以用于军事上的跟踪、制导、武器模拟、点火引爆、雷达等诸多方面。
长春光学精密机械学院高功率半导体激光国家重点实验室和中国科学院北京半导体研究所制成了InGaAs／InGaAsP多量子阱碟状微控激光器。长春光机与物理所的科技人员在国内首次研制出直径分别为8IJm，4．5lJm和2 um的光泵浦 InGaAs／InGaAsP微碟激光器，其中2 ll m直径的微碟激光器在77K温度下激射阙值功率为5lI W，是目前国际上报道的最好水平；他们还在国际上首次研制出带有引出电极结构的电泵。1.6新型纳米激光器
这种新型激光器实际上是以半导体硫化镉为原料制成的纳米线，直径仅一万分之一毫米。研究人员将硫化镉纳米线安装在涂有硅材料的基底上，制成一个回路。接通电源后，研究人员观察到，在一定电压下，电流通过硅材料流向硫化镉纳米线，纳米线的另一端随即发出蓝绿色的光。随着电流强度增大，光的颜色变得单一。波长也相当短。由于白炽灯泡和二极管发出的光波长都很好，因此研究人员断定硫化镉纳米线发出的光是激光。新型纳米激光器的技术关键就在于，它具备电子自动开关的性能，无需借助外力激活。由于光纤激光技术目前广泛应用于信息通讯领域，这一新的技术成果无疑会使纳米激光 器的实用性大为增强。
2、光通信光电子器件
光纤通信作为当今世界走向信息社会的重要支柱产业，随着信息网络化的发展，对传输容量的要求不断提高，密集波分复用技术与时分复用技术的结合，已成为光纤通信发展的主流技术。
F—P腔1.3um半导体激光器已成为常规商品，正在想可靠性低价位方向发展。在1.55umDFB激光器与1.3um大功率高线性度DFB激光分别在高速大容量光纤通信和CATV中得到广泛应用，特别的是用作
DWDM的光源DFB激光器，在同一芯片上的多波长DFB-LD光源也在发展中。还应该提到的是，GaALInas激光器的发展使器件的温度特性得到很大的改善，目前温度特性已经达到125k。
3、光显示用光电子器件
显示技术是光电子技术应用范围最广产值最大的一个领域而半 导体发光二极管则是光显示技术中最活跃的分支。
近年来AlGaInP材料的应用可以制备出重650nm到560nm的红、橙、绿LED。在最求显示的完美境界---全色显示中，长期以来受干扰的是蓝光的缺失。从禁带能量相宜而入选的材料有ZnSSe系和GaN系材料，前者在P-掺杂和降低位错方面有重大突破，但是因为可靠性问题而终难实现。后者则发展迅速，主要技术突破有岑迪的选择、双流生长MOCVD技术、超晶格缓冲层、横向外延OVERGROWTH等.4、其他
除了上面提到的光电子器件意外，还有很多其他种类的光电子器件，如新型光电存储器、新型光电探测器、光学计算机、二维平板光子晶体、电驱动量子点单光子发射器件等
【结论】新型光电子器件的种类非常的多、其应用领域时分广泛，潜力巨大。未来光电子器件将向着低功率、高效率、高集成度、高可靠性等方向发展。
参考文献：
【1】 干福熹 光盘存储技术、应用及产业的发展 激光与光电子学进展 1955年第4期
【2】 董孝义 吕学身 光电子器件的发展 光电子.激光 1990年4月 【3】 张瑞华 光电子技术及光电子器件的趋势 MSN 【4】 量子点光电子器件及其研究进展 彭英才 ZHAO Xiaowei 马蕾 固体电子学研究与进展 2008年 第26卷 第2期
【5】 陈良惠 光电子器件大聚焦 光电子器件 1999年12月
第四篇：光电子总结
周口师范学院2013~2014学第二学期期末考试
《光电子学基础 》试卷
物理与机电工程学院 光电子技术科学专业 李洁 201105100039
激光器的种类和应用
激光器的种类
按功率分:超大功率、大功率、中功率、小功率激光器.按输出激光连续性状况分：连续激光器、脉冲激光器；按泵浦方法分：光泵浦激光器、电泵浦激光器等。一般按激光工作物质的类型来划分:气体.液体.固体.半导体激光器
气体激光器
以气体为工作物质的激光器。
目前应用最广泛的一类激光器：小功率He-Ne激光器，大功率二氧化碳激光器等。大多数能连续工作，激励过程中涉及能级较固定，采用气体放电中的电子碰撞激发。根据能级跃迁类型，又分为原子、离子、分子、准分子型气体激光器。
1.原子气体激光器
工作物质：中性气体原子。
典型代表：He-Ne激光器。其激活介质按He:Ne=1:10填充，氖提供激光跃迁能级
2.离子气体激光器
工作物质：离子气体。
输出波长：大多在紫外和可见光区域，输出功率比原子气体激光器高。
3.分子气体激光器
工作物质：中性气体分子的激光器。
代表: CO2激光器，其能级与分子的振动和转动有关。充气：
又可分为直流放电型、横向放电大气压(TEA)型和波导型
4.准分子激光器
工作物质：稀有气体或稀有气体与卤素气体的混合气体，液体激光器
激光工作物质：液体。
可分为无机液体激光器和有机液体激光器。染料激光器最有代表性，典型例子：若丹明6G染料激光器。
固体激光器
激光工作物质：生长期间人为掺入杂质原子的晶体。
特点：体积小，结构稳，易维护，输出功率大且适于调Q产生高功率脉冲、锁模产生超短脉冲
典型例子：红宝石激光器、Nd:YAG（掺钕的钇铝石榴石激光器）、钛蓝宝石激光器等。半导体激光器
工作物质：半导体材料（主要是化合物半导体）
泵浦：电流注入
激光器的应用
继固体激光器后, 气体激光器、化学激光器、染料激光器、原子激光器、离子激光器、半导体激光器、X 射线激光器和光纤激光器相继问世, 运用范畴也扩展到比如电子、轻工、包装、礼物、小五金工业、医疗器械、汽车、机械制作、钢铁、冶金、石油等, 为传统工业的技能改造和制作业的现代化供给领先的技能装备。
激光与通常光对比有4个特性即: 单色性(单一波长)、相干性、方向性和高光强。激光束易于传输, 其时刻特性和空间特功用够别离操控, 经集合后可得到极小的光斑, 具有极高功率密度的激光光束能够熔化、气化任何资料, 也可对资料的有些区域进行精细疾速加工。加工过程中输入工件的热量小,热影响区和热变形小;加工功率高;易于完成自动化。激光技能是一门归纳性高新技能, 触及光学、机械学、电子学等学科。一样, 激光加工设备也触及到很多学科, 因此决议了它的高科技性和高收益率。纵观世界和国内激光运用状况经过多年的研讨开发和完善, 今世的激光器和激光加工技能与设备已适当老练, 形成了系列激光加工技能。
我们来介绍激光加工技能在金属切开、焊接方面的运用状况。激光切开的特色及运用
激光切开是当时各国运用最多的激光加工技能, 在国外许多范畴, 例如, 汽车制作业和机床制作业都选用激光切开进行钣金零部件的加工。跟着大功率激光器光束质量的不断提高, 激光切开的加工目标规划将愈加广泛, 简直包含了一切的金属和非金属资料。例如能够运用激光对高硬度、高脆性、高熔点的资料进行形状杂乱的三维立体零件切开, 这也正是激光切开的优势地点。
激光切开的几项关键技能是光、机、电一体化的归纳技能。激光光束的参数、机器与数控体系的功用和精度都直接影响激光切开的功率和质量。激光切开的精准度、功率和质量因不一样的参数而改动, 如切开功率、速度、频率、资料厚度及原料等, 故操作人员的丰厚经历特别重要。
激光切开的首要长处
(1)切开质量好: 切断宽度窄，精度高、切断外表粗糙度好, 切缝通常不需求二次加工即可焊接。
(2)切开速度快, 例如选用2kW激光功率, 厚度8mm的碳钢切开速度为1.6m/min;厚度2mm的不锈钢切开速度为3.5m/min, 热影响区小, 变形极小。
(3)清洗、安全、无污染, 大大改进了操作人员的作业环境。
激光切开归于非触摸光学热加工, 被誉为“永不磨损的全能东西”。工件能够进行恣意方法的严密排料或套裁, 使原资料得到充分运用。因为对错触摸加工, 加工后的零件的歪曲表象降至最低并减少了磨损量。
其实激光切开亦有其不足之处, 就精度和切断外表粗度而言, 激光切开未能超越电加工, 就切开厚度而言难以达到火焰和等离子切开的水准。别的它亦不能像转塔冲床一样进行成型、攻牙及折边等。
激光切开的典型运用汽车范畴的运用
领先的三维激光设备, 不光能够完成车体零件的切开, 还可完成整个轿车车身全体的切开、焊接、热处理、熔覆、乃至三维丈量, 然后完成惯例加工无法完成的技能需求。德国通快公司的三维激光设备在奔、通用公司、福特公司、雷诺公司、SKODA公司、欧宝公司、SAAB公司、VOLVO公司和戴姆勒一克莱斯勒公司成功地运用多年。航空范畴的广泛运用
世界上很多的航空发动机公司选用三维激光设备进行燃烧器段的高温合金资料的切开和打孔使命, 在军用和民用航空器的铝合金资料或特别资料的激光切开都获得了成功。
2.激光焊接的特色及运用
激光焊接是一种高速度、非触摸、变形极小的焊接方法, 十分合适很多而接连的在线加工。跟着激光设备和加工技能的开展, 激光焊接才能也在不断增强。当前, 运用4kW的C02激光器焊接1mm的板材, 焊接速度高达20m/min, 例如, 汽车职业的轿车箱底的大板拼接焊接作业等。激光焊接的方法首要有传导焊和穿透焊2 种。当前全球的激光运用首要以穿透焊为主。近些年来, 高功率万瓦级激光器在机械、汽车、钢铁等工业部门获得了日益广泛的运用。
激光焊接机与其他焊接技能对比, 首要长处是:
(1)激光焊接速度快, 焊缝深宽比很大(可达5~10), 变形小。
(2)合适于精细件、箱体件和有密封需求焊接件的加工。激光束经集合后可获得很小的光斑, 能精细定位, 可运用于大批量自动化出产, 不只出产功率大大提高, 且热影响区小, 焊点无污染, 大大提高了焊接的质量。
(3)激光焊缝机械功用好, 通常焊缝的机械功用均强于母材。
激光焊接的典型运用激光焊接汽车用大板拼接的运用
为了满意汽车职业对宽幅钢板和特别功用钢板的需求, 经过激光焊接进行大板拼接, 满意汽车厂大型三维功用冲压件的需求。全球汽车制作商都已完成此类部件的激光焊接运用。例如, 奔驰、宝马、通用、丰田、欧宝SAAB、戴姆勒一克莱斯勒等很多公司都早已运用。能够把1m宽的冷轧钢板, 经过激光焊接, 拼成2m 宽的钢板。激光焊接在齿轮加工方面的运用
激光焊接齿轮的技能从根本上改动了传统的描绘和制作理念, 为齿轮箱体类部件的加工供给了非常好的经济性和更为紧凑的布局。运用激光焊接齿轮技能, 需求先加工整个环状长齿圈, 然后截成若干个齿圈, 再别离依据齿轮箱的需求焊在传动轴上
激光加工技能已在很多范畴得到广泛运用, 跟着激光加工技能、设备、技能研讨的不断深入, 将具有更宽广的运用远景。
第五篇：光电子技术
光电子技术
1.世界上第一台激光器，由修斯研究室的梅曼研制，并最终在1960年成功运转。（红宝石激光器）
2.黑体：能够完全吸收任何波长的电磁辐射。
3.跃迁：原子中的电子在特定的轨道上运动，并具有能量，各能量级能量不连续，当原子从某一能级吸收或释放了能量，转移到另一能级时，就称为跃迁。4.自发辐射：处于高能级E2上的原子自发的向低能级E1跃迁，并发射一个频率v=（E2-E1）/h的光子的过程称为自发辐射跃迁。5.受激辐射：处于高能级E2上的原子在频率为v=（E2-E1）/h的辐射场激励作用下或在频率为v=（E2-E1）/h的光子诱发下，向低能级E1跃迁并辐射出一个与激励辐射场光子或诱发光子的状态(包括频率、运动方向、相位等)完全相同的光子的过程称为受激辐射跃迁。
6.受激吸收：受激辐射的反过程为受激吸收过程，一般也称作吸收。
7.激光产生的基本原理：在受激辐射跃迁的过程中，一个诱发光子可以使处在上能级上的发光粒子产生一个与该光子状态完全相同的光子，这两个光子又可以去诱发其他发光粒子，从而产生更多状态相同的光子。必要条件：使激光工作物质处于粒子束反转状态。粒子束反转：采用诸如光照、放电等方法从外界不断地向发光物质输入能量，把处于下能级的发光粒子激发到上能级去，便可使上能级E2的粒子数密度超过下能级E1的粒子数密度的状态。此时，受激辐射大于受激吸收。
8.激光器构造：由三部分构成，包括激光工作物质(基质与激活粒子)、泵浦源（对激光工作物质进行激励）和光学谐振腔（得到稳定、持续、有一定功率的高质量激光输出）。9.激光粒子的能级系统：1三能级系统2四能级系统（P9页）
10.光学谐振腔：是常用激光器的三个主要组成部分之一。它是在激活物质两端适当位置放置两个反射镜组成。主要作用：1.提供光学正反馈作用。2.产生对振荡光束的控制作用。11.谐振腔的Q值：品质因数Q=ωW/ρ,式中ω为角频率，W为存储在谐振腔内的能量，ρ为每秒损失的能量。（P21页）12.横模：激光光束横截面上稳定的光场分布称之为横模。
13.激光纵模：激光器谐振腔内获得振荡的几种波形（波长稍微不同）沿光轴方向的分布。14.纵模的选择:1短腔法：两个相邻纵模间的频率差Δνq=νq-νq-1=c/2L’
(L’=(L-l)+nL表示谐振腔的光学长度；n晶体折射率，L物理长度，l晶体长度，c表示真空中的光速）例：在氦氖激光器中，其荧光谱线ΔνF约为1500MHZ。若激光器腔长为10cm，则纵模间隔Δνq为Δνq= c/2L’=3*108m/s /2*1*10*10-2m=1500MHZ 15.稳频技术:通常讲的频率的稳定性包括两方面：一是“稳定度”，指的是激光器在连续工作期间内它的频率该变量Δν’在振荡频率ν中所占的比例，即
Δν’/ν。二是“复现度”，指的是同样设计、同样方法制成的激光器在同样条件下使用时相互之间的频率偏差，或是在完全不同设计、和不同条件下，用相同的能级跃迁所制成的激光器，其振荡频率与与原子跃迁中心频率的偏差，如果这方面的偏差用Δν表示，则其在ν中所占比例Δν’’/ν称为复现度。
16.固体激光器：一般采用光激励（泵浦灯），其能量转换环节多，所以效率低。（光的激励能量大部分转换为热能）。气体激光器：一般采用电激励，其效率高、寿命长，长采用连续方式。
17.掺钕钇铝石榴激光器（YAG）：典型的四能级系统，激光波长为1.0641μm，优点是阈值功率低，可以做成连续激光器，输出功率已达千瓦量级。激光输出为多纵模。每次脉冲
’’输出功率在几千瓦以上。
18.红宝石激光器：属于三能级激光器，是最早的一种激光器。它的效率比较低，但由于它发射694.3nm的红光且能得到相干性好的单模输出，当研究顺便过程的全息照相时，作为可见光脉冲光源是比较合适的。
19.尖峰振荡效应：不加任何特殊装置的固体脉冲激光器，在一次输出中，激光脉冲的宽度大约是ms数量级。经过仔细的观察和分析会发现，这个脉冲并不是平滑的，而是包含着很多宽度更窄的短脉冲序列。而且随着激励的增强，短脉冲的时间间隔会更小。这种现象被称做弛豫振荡效应或尖峰振荡效应。其定性解释：一个短脉冲形成和消失，可以由激光系统反转粒子数密度的增减变化来解释。造成系统反转粒子数密度增加的因素是光泵浦，其增加速率在一个短脉冲序列的消长过程中可以看成是不变的。是反转粒子数密度减少的因素是受激辐射，其减少速率则是因腔内光子数密度的多少而变化。20.调Q技术原理：初期它处于关闭状态（Q值很低），抑制受激辐射的作用，在泵浦抽运工作一段时间后，突然将Q值提高（Q开关导通），上能级粒子瞬间释放，获得高功率巨脉冲。（腔内储存的能量通过受激辐射一下释放出来，瞬间达到获得高功率巨脉冲的目的）。
21.电光调Q激光器 ：（电光效应：对于某些晶体经过特殊方向的切割后，如果在某个特定的方向上外加电压，就可以通过它的线偏振光改变振动方向。）原理流程图如下（P60页）
22.声光Q开关原理：声光介质在超声波的作用下，介质的折射率会发生周期性的变化，使介质变成为正弦相位光栅，当光通过此介质时，由于衍射会造成光的偏折。如果这个装置放在激光器腔内，就会增加损耗改变腔的Q值。
其流程如下：（Ｐ６１页）
23.三基色：本质是三基色具有独立性，三基色中任何一色都不能用其余两种色彩合成。三基色具有最大的混合色域，其他色彩可由三基色按一定的比例混合出来，并且混合后得到颜色数目最多。红、绿、蓝为色光三基色。为了统一认识，１９３１年国际照明委员会规定了三基色的波长：红光为７００．０ｎｍ，绿光５４６．１ｎｍ，蓝光为４３５．８ｎｍ。
24.相加混色原理 ：由两种或两种以上的色光相混合时，会同时或者在极短时间内连续刺激人的视觉器官，使人产生一种新的色彩感觉。称这种色光混合为加色混合。这种由两种以上色光相混合，呈现一种色光的方法称为色光加色法。
25.激光显示技术：分三种类型；第一种是激光阴极射线管LCRT（laser cathode tube）,其基本原理是用半导体激光器代替阴极射线显像管荧光屏的一种新型显示器件；第二种是激光光阀显示，基本原理是激光束仅用来改变某些材料（如液晶等）的光学参数（如折射率或透过率）而再用另外的光源使这种光学参数变化而形成的像投射到屏幕上，从而实现图像显示；第三种是直观式（点扫描）电视激光显示，它是将经过信号调制过的RGB三色激光束直接通过机械扫描方法偏转扫描到显示屏上。
26.德国 Jenoptik 公司ＲＧＢ全固态激光器光路图：Oscillator振荡器；Amplifier放大器；SHG倍频，频率增加一倍，波长减少一半;SFM和频;OPO（Optical Parametric Oscillation）光学参量振荡器；AOM（Acoustic Optical Modulator）声光调制器；KTA crystal（KTA晶体，砷酸钛氧钾）；LBO晶体（三硼酸锂）；流程图如下：（p113页）
27.光电探测器的物理效应：通常分为两大类：光子效应和光热效应。光子效应：指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应，对光波频率表现出选择性，在光子直接与电子相互作用的情况下，其影响速度一般比较快。（光电效应：在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流。）光热效应：指材料收到光照射后，光子能量与晶格相互作用，振动加剧，温度升高，由于温度的变化而造成物质的电学特性变化。
28.光电发射效应：在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的现象，称为光电发射效应。爱因斯坦方程：Ek=hυ—Eψ，Ek=mv/2是电子离开发射体表面时的动能；m是电子质量；v是电子离开时的速度；hυ是光子能量，Eψ是光电发射体的功率函数。光电发射效应发生的条件：υ≥Eψ/h≡υc（入射光波的截止频率），或用波长表示时：λ≤hc/ Eψ≡λc（截止波长）。
29.光电导效应：在光线作用下，对于半导体材料电导率吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值降低，这种现象称为光电导效应。（P148页）30.光伏效应：如果光导现象是半导体的材料的体效应，那么光伏现象则是半导体材料的“结”
效应。当照射光激发出电子-空穴对时，电势垒的内建电场将把电子-空穴对分开，从而在势垒两侧形成电荷堆积，形成光生伏特效应。（光照零偏PN结产生开路电压的效应，又称光伏效应。）31.温差电效应：当两种不同的配偶材料（可以是金属或半导体）两端并联熔接时，如果两个接头的温度不同，并联回路中就产生电动势，称为温差电动势，回路中就有电流流通。如果把冷端分开并与一个电流表连接，那么当光照熔接端时，熔接端吸收光能使其温度升高，电流表就有相应的电流读数，电流的数值间接反映了光照能量的大小。——用热电偶来探测光能的原理。
232.热释电效应：当强度变化的光打到晶体上，引起材料温度变化——电极化强度发生变化——面电荷发生变化——产生热释电电流。压电晶体：发生压电效应的晶体。压电效应：某些晶体在特定的方向上施加外力，那么就会在某两个表面产生面电荷，当外力消失，晶体回到不带电。
33.量子效率η：灵敏度R从宏观描述了光电探测器的光电、光谱以及频率特性，量子效率则是对同一问题的微观-宏观描述。
η=hυRi/e（Ri电流的灵敏度），光谱量子效率
：ηλ =hcRiλ/eλ
(c是材料的光速)34.归一化探测度D*：
D*大的探测器其探测能力一定好。
35.光电导探测器——光敏电阻：利用光电导效应而工作的探测器。光电导效应是半导体材料的一种体效应，无需形成PN结，故又常称为无结光电探测器。这种元件在光照下会改变自身的电阻率，光照愈强，元件自身的电阻率愈小，因此常常又称光敏电阻或光导管。本征型光敏电阻一般在室温下工作，适用于可见光和近红外辐射探测；非本征型光敏电阻通常必须在低温条件下工作，常用于中、远外辐射探测。由于光敏电阻没有极性，只要把它当做电阻值随光照强度而变化的可变电阻器对待即可，因此在电子电路、仪器仪表、光电控制、计量分析、光电制导、激光外差探测等领域获得了十分广泛的应用。常见的光敏电阻有CdS、CdSe、PbS以及TeCdHg等。其中CdS是工业上应用最多的，而PbS主要用于军事装备。
36.光频外差探测技术：原理：基于两束相干光在探测器光敏面上的相干效应。故也常称为光波的相干探测。相干光：振动方向相同，振动频率相同，相位相同或相位差保持恒定。37.曼莱-罗威关系：公式（P307页）
相互作用中三个光电场光子数的变化关系：ω1和ω3的光子数之和及ω2和ω3的光子数之和在非线性过程中始终保持不变。ω1与ω2光子数之差保持不变。如果频率为ω1与ω2的两个光子同时湮灭，可以产生频率为ω3的一个光子，这就是和频与倍频的情况。反过来ω3光子湮灭，同时产生两个频率为ω1与ω2的光子，这就是参量产生的过程。
38.相位匹配技术：为有效的进行非线性光学频率变换，必须使参与互作用的光波在介质中传播时具有相同的相速度。实现有效频率变换的方法之一是相位匹配技术，利用非线性晶体的双折射与色散特性达到相位匹配。39.单轴晶体的相位匹配条件及匹配角：(折射率)负单轴晶体——n0>ne。正单轴晶体——ne>n0.40.二次谐波的产生：能量守恒和动量守恒（P314页）
41.参量振荡器：光学参量振荡器（OPO）是利用非线性晶体的混频特性来实现频率变换的器件，其中有一个或两个光波具有振荡特性，具有谐振腔。具有调谐范围宽、结构简单及工作可靠等特性。光学参量放大的原理：实质上是一个差频产生的三波混频过程。由曼莱-罗威关系可知，在差频过程中，每湮灭一个最高频率的光子，同时要产生两个低频光子，在此过程中这两个低频获得增益，因此光学参量放大器可作为他们的放大器。如果将非线性晶体置于谐振腔中，并用强的泵浦光照射，当增益超过损耗时，在腔内可以从噪声中建立起相当强的信号光及空闲光。在光学参量振荡器中建立起来的两种频率的光波，任何一个光波都可以称为信号光或者空闲光。
42.参量振荡器的阈值：判断阈值与什么参量有关系？（P331页公式）
式中，k=
；gs为模耦合系数；l为有效参量增益长度；τ为1/e处脉冲半宽度；L=L’+(n-1)l;L’为OPO腔长；l为非线性晶体长度；n为信号输出 100μJ时（定义为阈值临界状态）腔内振荡次数；Pn为阈值处信号波能量；P0为参量量子噪声能量；a为参量光在介质中的场吸收系数；R为腔内各种损耗的总和。
43.光的干涉：用波的叠加而引起强度从新分配的现象。三个必要条件：频率相等，两束光存在相互平行的振动分量，位相差δ（P）恒定。
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