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光电子器件范文1
论文摘要：纳米光电子技术是一门新兴的技术，近年来越来越受到世界各国的重视，而随着该技术产生的纳米光电子器件更是成为了人们关注的焦点。主要介绍了纳米光电子器件的发展现状。
1纳米导线激光器
2001年，美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员在只及人的头发丝千分之一的纳米光导线上制造出世界最小的激光器-纳米激光器。这种激光器不仅能发射紫外激光，经过调整后还能发射从蓝色到深紫外的激光。研究人员使用一种称为取向附生的标准技术，用纯氧化锌晶体制造了这种激光器。他们先是"培养"纳米导线，即在金层上形成直径为20nm～150nm，长度为10000nm的纯氧化锌导线。然后，当研究人员在温室下用另一种激光将纳米导线中的纯氧化锌晶体激活时，纯氧化锌晶体会发射波长只有17nm的激光。这种纳米激光器最终有可能被用于鉴别化学物质，提高计算机磁盘和光子计算机的信息存储量。
2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成了室温纳米激光器。这种氧化锌纳米激光器在光激励下能发射线宽小于0.3nm、波长为385nm的激光，被认为是世界上最小的激光器，也是采用纳米技术制造的首批实际器件之一。在开发的初始阶段，研究人员就预言这种ZnO纳米激光器容易制作、亮度高、体积小，性能等同甚至优于GaN蓝光激光器。由于能制作高密度纳米线阵列，所以，ZnO纳米激光器可以进入许多今天的GaAs器件不可能涉及的应用领域。为了生长这种激光器，ZnO纳米线要用催化外延晶体生长的气相输运法合成。首先，在蓝宝石衬底上涂敷一层1 nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一个氧化铝舟上，将材料和衬底在氨气流中加热到880℃~905℃，产生Zn蒸汽，再将Zn蒸汽输运到衬底上，在2min~10min的生长过程内生成截面积为六边形的2μm~10μm的纳米线。研究人员发现，ZnO纳米线形成天然的激光腔，其直径为20nm~150nm，其大部分（95％）直径在70nm~100nm。为了研究纳米线的受激发射，研究人员用Nd:YAG激光器（266nm波长，3ns脉宽）的四次谐波输出在温室下对样品进行光泵浦。在发射光谱演变期间，光随泵浦功率的增大而激射，当激射超过ZnO纳米线的阈值（约为40kW／cm）时，发射光谱中会出现最高点，这些最高点的线宽小于0.3nm，比阈值以下自发射顶点的线宽小1/50以上。这些窄的线宽及发射强度的迅速提高使研究人员得出结论：受激发射的确发生在这些纳米线中。因此，这种纳米线阵列可以作为天然的谐振腔，进而成为理想的微型激光光源。研究人员相信，这种短波长纳米激光器可应用在光计算、信息存储和纳米分析仪等领域中。
3量子阱激光器
2010年前后，蚀刻在半导体片上的线路宽度将达到100nm以下，在电路中移动的将只有少数几个电子，一个电子的增加和减少都会给电路的运行造成很大影响。为了解决这一问题，量子阱激光器就诞生了。在量子力学中，把能够对电子的运动产生约束并使其量子化的势场称之成为量子阱。而利用这种量子约束在半导体激光器的有源层中形成量子能级，使能级之间的电子跃迁支配激光器的受激辐射，这就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有两种类型：量子线激光器和量子点激光器。
3.1 量子线激光器
近日，科学家研制出功率比传统激光器大1000倍的量子线激光器，从而向创造速度更快的计算机和通信设备迈进了一大步。这种激光器可以提高音频、视频、因特网及其他采用光纤网络的通信方式的速度，它是由来自耶鲁大学、位于新泽西洲的朗讯科技公司贝尔实验室及德国德累斯顿马克斯·普朗克物理研究所的科学家们共同研制的。这些较高功率的激光器会减少对昂贵的中继器的要求，因为这些中继器在通信线路中每隔80km（50mile）安装一个，再次产生激光脉冲，脉冲在光纤中传播时强度会减弱（中继器）。
3.2 量子点激光器
由直径小于20nm的一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量子效应冲突。科学家们希望用量子点代替量子线获得更大的收获，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，通过改变材料使量子点能够更牢地约束电子，日本电子技术实验室的松本和斯坦福大学的詹姆斯和哈里斯等少数几位工程师最近已制成可在室温下工作的单电子晶体管。但很多问题仍有待解决，开关速度不高，偶然的电能容易使单个电子脱离预定的路线。因此，大多数科学家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的计算机设计量子装置。
4 微腔激光器
微腔激光器是当代半导体研究领域的热点之一，它采用了现代超精细加工技术和超薄材料加工技术，具有高集成度、低噪声的特点，其功耗低的特点尤为显著，100万个激光器同时工作，功耗只有5W。 转贴于
该激光器主要的类型就是微碟激光器，即一种形如碟型的微腔激光器，最早由贝尔实验室开发成功。其内部为采用先进的蚀刻工艺蚀刻出的直径只有几微米、厚度只有100nm的极薄的微型园碟，园碟的周围是空气，下面靠一个微小的底座支撑。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折射，这种激光器的工作效率很高、能量阈值很低，工作时只需大约100μA的电流。
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从经典量子电动力学理论出发研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反应离子刻蚀和选择化学腐蚀等微细加工技术制备出直径为9.5μm、低温光抽运InGaAs／InGaAsP多量子阱碟状微腔激光器。它在光通讯、光互联和光信息处理等方面有着很好的应用前景，可用作信息高速公路中最理想的光源。
微腔光子技术，如微腔探测器、微腔谐振器、微腔光晶体管、微腔放大器及其集成技术研究的突破，可使超大规模集成光子回路成为现实。因此，包括美国在内的一些发达国家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。长春光机与物理所的科技人员打破常规，用光刻方法实现了碟型微腔激光器件的图形转移，用湿法及干法刻蚀技术制作出碟型微腔结构，在国内首次研制出直径分别为8μm、4.5μm和2μm的光泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器。其中，2μm直径的微碟激光器在77K温度下的激射阔值功率为5μW，是目前国际上报道中的最好水平。此外，他们还在国内首次研制出激射波长为1.55μm，激射阈值电流为2.3mA，在77K下激射直径为10μm的电泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器以及国际上首个带有引出电极结构的电泵浦微柱激光器。值得一提的是，这种微碟激光器具有高集成度、低阈值、低功耗、低噪声、极高的响应、可动态模式工作等优点，在光通信、光互连、光信息处理等方面的应用前景广阔，可用于大规模光子器件集成光路，并可与光纤通信网络和大规模、超大规模集成电路匹配，组成光电子信息集成网络，是当代信息高速公路技术中最理想的光源；同时，可以和其他光电子元件实现单元集成，用于逻辑运算、光网络中的光互连等。
光电子器件范文2
摘要：用YAG 激光束照射硅样品表面形成小孔，在孔内的侧壁上出现较规则的网孔状结构；用拉曼荧光光谱仪检测该结构有很强的光致荧光，其强度比样品的瑞利散射强，加工时间不同其强度有明显的差异，当激光辐照时间为9s时，孔洞侧壁上的网孔状结构较稳定，且有较强的光致荧光，本文解释了PL峰较强的形成机理，认为氧化程度（主要是Si=O双键的数目）在其中起重要作用。在无氧化的环境里用激光加工出的硅样品几乎无发光，这证实了氧确实在光致荧光增强上起着重要作用。用冷等离子体波模型来解释孔侧壁网孔状结构形成的机理，并用量子受限-发光中心模型来解释纳米网孔壁结构的强荧光效应。
关键词：激光辐照 纳米结构 局域态 氧化
1 引言
单晶硅是现代半导体器件和大规模集成电路的支柱。然而，硅的禁带宽度(约为1.12eV)窄小，又是间接带隙，这就限制了硅基材料在光电子器件中的应用。自从1990年Canham 发现多孔硅室温下强光致发光现象以来，许多专家学者用不同的方法形成硅基上的低维结构来模仿多孔硅的发光，并成功获得多孔硅稳定、肉眼可见的蓝光发射[2]，这一发现为多孔硅的全硅光电子集成带来了希望。在应用方面，人们已初步研制出多孔硅发光二极管、多孔硅光电探测器等。但对纳米硅基材料发光机理却众说纷纭，出现了各种各样的物理模型，各有优缺点。总体上看，目前主要存在以下五种发光机理解释模型：(1)量子限制发光模型；(2)界面层中的激子效应发光模型；(3)与氧有关的缺陷发光模型；(4)量子限制效应―发光中心发光模型；(5)直接跃迁发光模型。
目前,迫切需要解决的问题是在硅样品上生成稳定的低维结构并有较强且稳定的PL 发光。 最近的研究表明:无论是纳米硅晶发光还是多孔硅发光，其发光机理都与氧化硅层相关, 即所谓的纳米硅晶的光泵作用与氧化硅层发光中心的亚稳态激射。传统的生成纳米硅晶和氧化硅层二体系统结构的方法有:经高温退火在富硅氧化层中形成硅原子团簇，或用溅射法将硅离子注入氧化层， 但其加工质量和稳定性都不理想。我们认为：用激光辐照手段生成纳米硅晶和氧化硅层二体结构应该是最有希望的方法, 包括:在氧化层中用激光诱导硅离子游离与凝聚、用激光辐照生成低维结构并使其表面氧化等。
本文选择用激光辐照的方法在单晶硅样品上加工出具有较强的、稳定的PL 发光特性的氧化低维结构, 采取对样品加工不同的时间来控制氧化程度和在不同的环境中来加工样品, 并从物理层面上研究氧化低维结构的行成机理, 分析激光与硅材料的相互作用过程，建立激光诱导的冷等离子体波作用模型，从而指导激光加工的优化过程。参照QCLC 模型[3],建立量子受限-晶体与氧化物界面态综合模型来解释PL 发光的增强效应，并设法从低维纳米晶体量子受限态与氧化硅界面态的相对位置来构造PL 发光增强效应的阈值分布结构。
2 实验
样品采用(100)取向的10 - 20Ωcm 的P型硅晶片。先对样品作预处理：用酒精清洗其表面，用氢氟酸溶液（NH4F（质量分数49%）与HF 以10:1的体积比混合）清除样品表面在大气中生成的天然氧化物，再用去离子水浸泡30s。吹干后，用YAG脉冲激光(波长: 1064nm；脉冲宽度约8ns，束斑直径0.045mm)照射样品。激光束强度大约5 x 108 W cm-2 ,照射斑点直径大约30μm。将单晶硅样品直接放在空气中进行不同时间的激光辐照加工：加工时间分别为1s、5s、8s、9s、10s；将单晶硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中进行激光辐照加工。这样，将激光与硅样品的作用过程和检测过程均隔离于无氧化的环境中。先在514nm的激发光作用下,分析样品的PL光谱；用电子扫描探针（EPMA―1600型，日本岛津公司制造）的二次电子和背散射电子成像技术观察与分析样品的表面形貌结构。
3 分析与讨论
当脉冲激光照射在硅样品上，形成一种网孔结构，如图1 ( a)所示。该结构来自激光与半导体样品相互作用产生等离子体波[4]，在孔洞中形成谐频驻波，我们用该模型来解释洞壁上的网状低维结构的形成机理。其形成机理为：高强度的连续激光照射在硅材料上，激发出的电子-空穴对构成等离子体系统，其局部的迁移形成内部的电场和磁场。在内部的电磁场作用下，电子-空穴对等离子体产生振荡形成等离子体波，其频率为[5]：ω = e ( n /mε)
该等离子体振荡频率正比于载荷子密度n 的平方根，而载荷子密度n 又正比于激光脉冲的辐照能量。控制激光加工的功率和时间等参量，使等离子体波的波长对于孔洞线径尺寸满足谐振条件，在孔洞中便有等离子体波的谐频驻波产生，该驻波在孔洞侧面上形成的驻波节线构筑起网孔状结构的纳米尺度孔壁(量子线) ，该结构有很强的PL 发光效应。由上述可知，控制激光照射到样品上的能量是形成该结构的关键。在优化激光加工条件时要考虑的另一因素是氧化程度随着激光辐照时间和辐照能量等的变化。上述的低维结构表面都有一层氧化硅包裹，在这层氧化硅中镶嵌有纳米硅晶体团簇，氧化硅层的厚度会影响纳晶团簇的尺寸。
将1s、5s、8s、9s, 10s的加工样品做比较,发现9s时,其706nm处的PL峰强度最大,如图1（b）所示。随着加工时间的改变，其PL峰仍在706nm附近，没有发现移动，不能用量子受限效应来预测发光峰，这就说明该峰与纳晶硅尺寸没有关系。该峰的光子能量为1.756eV，远大于纯硅的禁带宽度1.12eV。而Si=O双键的形成所需的能量较小且不需要太多的原子，所以我们认为此发散来自纳晶硅表面的Si=O双键陷阱态，其电子―空穴对的复合能量比纳晶硅的禁带宽带要小。它不受纳晶硅尺寸空间量子效应的限制，同时纳晶硅表面的低值氧化物也具有相同的能量，能俘获电子而发光。该过程可以描述为：电子从价带顶被激发到展宽了的导带底，然后迅速遂穿到纳晶硅表面的氧化界面态，由于该能态电子具有较长的寿命，从而形成粒子数反转，跃迁到价带顶形成受激辐射。激光的辐照有两方面的作用：其一是诱导在纳米尺度的氧化层中生成越来越多的硅纳米团簇，激光辐照时间变长和能量的增加会促进该过程的进行；其二是氧化硅层的厚度随着激光辐照时间和能量的增加而增加，其中镶嵌的纳晶团簇的尺寸也跟随变大，从而影响PL发光的强度。随着加工时间的增加，氧的含量增加，在开始的时候Si=O的数目增加或低值氧化物增加，形成较多的氧化界面态，这些氧化界面态能更有效的俘获电子形成较多的发光中心，这样发光强度就随着加工时间的增加而增强，该过程对应实验中时间从1s增加到9s的过程；随着加工时间的继续延长，氧化程度进一步加深，Si=O双键的数目继续增多，表面氧化层增厚，硅纳米颗粒减少甚至被彻底氧化，电子的遂穿变得困难同时电子的非辐射跃迁增强，导致PL强度变弱，该过程对应实验中的加工时间大于9s时的过程。所以加工时间存在一个最佳的时间9s，这就为硅基的低维结构发光提供一个依据，控制加工时间，达到控制氧化程度（主要控制Si=O数目）的目的，从而得到较强的PL发光，这对硅基的全光集成具有重要的意义。
为了进一步证明氧化界面态在其中的重要作用，我们设计了下面的对照实验。将单晶硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中进行激光辐照加工。这样，将激光与硅样品的作用过程和检测过程均隔离于无氧化的环境中。将浸入酒精、氢氟酸和水中激光加工的样品处于浸泡状态检查PL 发光的比较，如图2所示。浸入酒精（ethanol）和氢氟酸（HF）中用激光加工的硅样品表面基本没有氧化，故几乎没有PL 发光，而水中有于有氧离子的存在，有微弱的发光，这就进一步证明了氧在其中的重要作用。
激光辐照加工样品PL光谱的比较
我们建立量子受限―晶体与氧化物界面态综合模型来解释PL 发光的增强效应,该模型参照了QCLC 模型，模型认为低维纳米结构由于量子受限效应展宽纳晶硅的禁带宽度，只要这种低维纳米结构对应的量子受限能隙宽度大于氧化界面态的能隙宽度，如图3(a) 所示，受限跃迁的电子便能被氧化界面态俘获，就可能实现受激辐射，从而有较强的PL 发光，这种氧化硅界面态形成的亚稳态分布与低维纳晶受限态分布的相对位置结构便构造了受激发光的阈值区间；而当低维纳米结构的尺寸变化，其对应的量子受限能隙宽度小于氧化界面态的能隙宽度时，跃迁的电子不能跳到氧化界面的亚稳态上，如图3 ( b) 所示,只能发生较弱的自发辐射。
我们认为，无论氧化纳晶的尺度大小,只要满足图3(a)的条件,既展宽的能隙中出现陷阱态，就有PL 发光增强效应出现，并伴随频率钉扎现象。不同的晶体与氧化物界面态，有不同能隙，故出现不同的PL谱。用该模型能够解释本文实验的结果。 纳晶硅表面形成氧化硅层，由于量子受限作用展宽了纳晶硅能隙，氧化界面态出现在展宽的能隙中，当电子被激发到导带后，便很快弛豫到1.756eV附近的氧化界面态上，形成粒子数反转，从而在706nm处形成增强的PL发光峰。
4 结果
我们用激光辐照来形成硅的网状结构,它的形成机制可以由激光打孔时的等离子体产生谐波驻波的理论来解释。控制激光加工的时间，可以在硅量子点表面形成一定数量的Si=O双键，实验发现当加工时间为9s时，具有较强的PL峰，能形成密度合适的Si=O双键。并仔细分析了不同加工时间对PL强度的影响机理，认为氧化程度起重要作用。将单晶硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中进行激光辐照加工，浸入酒精和氢氟酸中用激光加工的硅样品表面基本没有氧化，故几乎没有PL 发光，而浸入水中被轻微氧化，有叫微弱的PL发光，这一结果证实了氧在PL发光中的重要作用。在纳晶硅上,用量子受限效应和纳晶硅与氧化硅之间的陷阱态效应可以解释多孔氧化硅结构上的受激辐射机理。这为研发多孔硅激光器奠定了基础。
参考文献：
[1]Canham LT. App lied Physics Letters 1990,57,1046
[2]富笑男,李新建,贾瑜等.蓝光发射多孔硅RTO过程中的尺寸分离效应.物理学报. 2000,49(6).1180-1184
[3]Qin G G,Liu X S,Ma S Y,et al.Photoluminescence mechanism forblu-light-emitting porous silicon.Phys Rev B,1997,55:12876
[4]HUANGWEIQ I,L IU SH IRONG.Self2assembled germanium nanostructures by laserassisted oxidation[J].Chin.Phys.2006,15(2).389 -393.
[5]黄伟其、吴克跃、许丽等.激光加工形成硅基上的氧化低维纳米结构的PL 发光.半导体学报，2008，29（1）：116―122
光电子器件范文3
20世纪70年代以来,由于半导体激光器和光纤技术的重要突破，推动了以光纤传感、光纤传输、光盘信息存储与显示、光计算以及光信息处理等技术的蓬勃发展，从深度和广度上促进了光学和电子学及其他相应学科(数学、物理、材料等)之间的相互渗透，形成了一个边缘的研究领域。光电子学一经出现就引起了人们的广泛关注，反过来又进一步促进了光电子学及光电子技术的发展。光电子技术包括光的产生、传输、调制、放大、频率转换和检测以及光信息存储和处理等。因此，可以这么说，现代信息技术的支撑学科是微电子学和光学，光电子学则是由电子学和光学交叉形成的新兴学科，对信息技术的发展起着至关重要的作用。光电子技术是光频段的电子技术，是电子技术与光学技术相结合的产物，光电子技术是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科，其技术广泛应用于光电探测、光通信、光存储、光显示、光处理等高新技术光电信息产业。同时，随着生物医学、生命科学等新兴学科的发展，其中的信息获取手段对光电子技术的依赖程度越来越高，加快了这些学科之间的交叉融合，从而诞生了很多边缘学科，比如生物光子学、光医学等。综上所述，可见光电子技术在现代信息产业技术中的重要地位，因此，光电子技术这门课程不仅是光学工程专业的基础必修课程，也应该作为电子信息工程专业的专业选修课程来开设。
电子信息工程专业的光电子技术课程的基础理论知识包括：光度学基本知识、光辐射传播、光束调制与解调、光辐射探测技术等。其中，光度学基本知识是最基础的内容，包括：电磁波波谱、辐射度学、光度学、热辐射基本定律、激光原理、典型激光器等。光辐射传播包括：光辐射的电磁理论、光波在大气中的传播规律与特性、光波在电光晶体中的传播规律与特性、光波在声光晶体中的传播规律与特性、光波在磁光晶体中的传播规律与特性、光波在光纤波导中的传播规律与特性、光波在水中的传播特性、光波在非线性介质中的传播等。光度学基本知识和光辐射传播这两个基础内容可以说是光电子技术课程基础中的基础，而对于电子信息工程专业的学生来说，这些知识点比较抽象，为了便于该专业学生对光电知识的接受和激发他们的兴趣，因此，在课堂上有必要多花时间重点讲解这部分的知识点，同时在制作PPT教案时尽可能使用图片或动画描述一些原理性的知识。
比如：在讲解激光是如何产生的时候，可制作动画描述自发辐射、受激吸收、受激辐射的原理；在讲解激光器的结构和工作原理时，可制作多色图片对激光在各种光学谐振腔中的受激放大过程进行描述；在介绍各种典型的激光器时，最好收集到它们的实物照片进行讲解；在讲解光波在各种光学晶体中的传播特性与规律时，最好能制作三维立体的图片描述光学晶体的各向异性的特性，相应的公式表达尽量简洁化，然后结合动画描述光波在其中传播时所发生的变化。光束的调制、扫描和解调技术的理论教学内容包括：光束调制的基本原理、电光调制技术、声光调制技术、磁光调制技术、直接调制技术、光束机械扫描技术、光束电光扫描技术、光束声光扫描技术、空间光调制器等。这些知识点的理论基础都是“光辐射在光学晶体中的传播规律和特性”。其中光束调制的基本原理移植了微电子学中微波调制中的很多概念，电子信息工程专业的学生易于理解，但是光束调制和扫描的实现技术中，除了需要使用各种光学晶体以外，还需要使用半波片、全波片、起偏器、检偏器共同组成一个系统完成光束的调制和扫描。这些光学器件对于没有光学工程基础的电子信息工程专业的学生来说比较陌生，因此，在讲解过程中应该通过动画或图片等手段形象地描绘线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光等基本光学概念，并借用相关的光学参考资料对这些光学器件的功能和原理进行简单介绍。
只有这样，才有利于电子信息工程专业的学生深刻理解光束的调制、扫描、解调等技术。光辐射探测技术的理论教学内容主要包括：光电探测的物理效应、光电探测器的性能参数、光电探测器的噪声、光电导探测器—光敏电阻、PN结光伏探测器的工作模式、硅光探测器、光电二极管、光热探测器、直接光电探测系统、光频外差探测的基本原理等。由于电子信息工程专业的学生已经具备了较好的半导体器件理论基础知识，而光电子器件本身也属于半导体器件，因此学生只要掌握了爱因斯坦的光电效应原理，就很容易理解各种光电子器件的工作原理、性能特点及应用领域。该部分所介绍的各种光电半导体器件很可能会在学生将来从事信息产业技术的相关工作中用到，也可能会在将来某些学生跨到光电信息或光学工程相关专业进一步深造时从事相关科研课题研究时用到，比如：PN结光伏探测器、光敏电阻、光电二极管、光电三极管等，都会经常用到。因此，建议在理论教学过程中，除了结合图片等多媒体教学手段介绍相关光电子器件的工作原理外，最好能够给学生展示光电子器件的实物，以便给学生一些感官认识。电子信息工程专业光电子技术课程的系统方面的知识点包括：光电成像系统、光电显示系统等。
其中，光电成像系统的基本器件是电荷耦合摄像器件(CCD)，CMOS摄像器件和电荷注入器件(CID)。目前，CCD摄像器件的应用最为成熟和广泛，主要包括线阵CCD和面阵CCD等，其原理基础仍然是光电半导体器件和两相或三相电极电路的结合。因此，教学中应结合脉冲数字电路知识重点讲解CCD的原理和特点。光电成像系统的内容包括：系统基本结构、基本参数、红外成像系统、红外成像中的信号处理及综合特性等。其中红外成像系统涉及很多应用光学方面的知识，这对没有应用光学基础知识的电子信息工程专业的学生来说比较陌生，而且属于光学工程专业学生的研究方向之一，因此，这部分内容简单介绍即可。而红外成像中的信号处理都涉及电子电路方面的知识，属于电子信息工程专业的范畴，这部分内容可以重点讲解。光电显示系统包括阴极射线管原理、液晶显示原理、等离子体显示原理、电致发光显示原理及多色激光显示原理等，其中前三类显示技术的应用已很广泛和成熟，可以重点讲解，而后两类显示技术比较前沿，可以简单介绍，以便让电子信息工程专业的学生了解当今光电显示技术的发展趋势。电子信息工程专业光电子技术课程应用方面的内容包括：光纤通信、激光雷达、激光制导、红外遥感、红外跟踪制导、光纤传感技术等。这些应用技术可以分别举一个相应的实际应用系统进行介绍，让学生体会到光电子技术的重要性和广泛性，激发他们对这门技术的兴趣。#p#分页标题#e#
对于电子信息工程本科专业而言，毕竟培养的学生不属于光学工程或光电子技术领域的人才，而且电子信息工程专业已有很多属于本专业的实验课程及课程设计，笔者认为光电子技术课程的实验教学应根据该专业学生的理论基础和将来他们最可能需要的工程能力而设置。在该课程中，各种光电子器件和原理、功能及应用最易于电子信息工程专业的学生理解，而且也是电子信息工程师应该具备的基本知识，因此，笔者建议开设一些光电子器件的相关实验课。由于光电子技术课程的总学时设置为48学时，所以建议理论教学为40学时，8学时为实验教学(共4个实验)。
光电子器件范文4
关键词：光纤通信技术应用发展
光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输媒介的通信方式。具有频带极宽，通信容量大；损耗低，中继距离长；抗电磁干扰能力强；无串音干扰，保密性好；体积小重量轻，易于敷设；原材料资源丰富，可节约金属材料，成本低等独特优点，决定了它在通信技术里的主导地位。但任何一种技术体系都必须不断的发展，来满足用户不断的需求，光纤通信技术也不例外。有人认为：光纤通信的传输能力已经达到10Tbps，几乎用不完，而且现在大干线已经建设得差不多，埋地的剩余光纤还很多，光纤通信技术不需要更多的发展，但我认为它还具有很大的发展空间，会有很大的需求和市场。主要体现在：单纤双向传输技术、 光纤到户（FTTH）接入技术、骨干节点的光交换技术和研发集成光电子器件等方面。
1单纤双向传输技术
单纤双向传输技术是相对于双纤双向传输来讲的，双纤传输时，收发信号分别在不同的两根光纤里传输，而单纤传输时，收发信号被调制在不同的波段后在同一根光纤里传输。以前为了节约光纤资源，我们不断在光纤传输容量上下工夫，从PDH的8M，34M，140M 到 SDH 的 155M，622M，2.5G，10G 再到 WDM 的320G，1600G等，光纤的传输容量不断增大，从理论上讲光纤的传输容量是无限的，但受到设备器件的限制，传输容量大大降低，达不到理论效果。目前光纤通信传送网都是通过双纤双向传输的，假如改用单纤双向传输技术就可以节约一半的光纤资源。对于现存的无数个庞大的光纤通信传送网来说，可以节约的光纤资源是可想而知的。研发出成熟的单纤双向传输技术具有划时代意义。目前单纤双向传输技术已有实用，但主要用在光纤末端接入设备：PON无源光网络、单纤光收发器等设备，骨干传送网上暂时还没有用到这个技术。从这个方面来讲，这也是光纤通信技术发展的一个方向。
2光纤到户（FTTH）接入技术
根据社会发展形势，HDTV高清数字电视是将来的主流业务，怎么实现，就要靠带宽丰富的FTTH技术。FTTH是一种全透明全光纤的光接入网，适用于引进新业务，对传输制式、带宽和波长等基本上没有限制，并且ONU安装在用户处，供电、维护、升级更新都比较方便。可以认为HDTV是FTTH的主要推动力，即HDTV业务到来时，非FTTH不可。而且在FTTH建成后可以逐步实现三网合一，即宽带上网接入、有线电视接入和传统固定电话接入。
FTTH的解决方案通常有P2P点对点或点对多点和PON无源光网络两大类。
P2P方案――优点：各用户独立传输，互不影响，体制变动灵活；可以采用廉价的低速光电子模块；传输距离长。缺点：为了减少用户直接到局的光纤和管道，需要在用户区安置一个汇总用户的有源节点。
PON方案――优点：无源网络维护简单；原则上可以节省光电子器件和光纤。缺点：需要采用昂贵的高速光电子模块；需要采用区分用户距离不同的电子模块，以避免各用户上行信号互相冲突；传输距离受PON分比而缩短；各用户的下行带宽互相占用，如果用户带宽得不到保证时，不单是要网络扩容，还需要更换PON和更换用户模块来解决。PON有多种，一般有如下几种：(1)APON：即ATM-PON，适合ATM交换网络。(2)BPON：即宽带的PON。(3) OPON：采用通用帧处理的OFP-PON。(4)EPON：采用以太网技术的PON，GEPON是千兆毕以太网的PON。(5)WDM-PON：采用波分复用来区分用户的PON，由于用户与波长有关，使维护不便，在FTTH中很少采用。
值得一提的是，近来，无线接入技术发展迅速。可用作WLAN的IEEE802.11协议，传输带宽可达54Mbps，覆盖范围达100米以上，目前已商用。如果采用无线接入WLAN作用户的数据传输，包括：上下行数据和点播电视VOD的上行数据，对于一般用户其上行不大，IEEE802.11是可以满足的。而采用光纤的FTTH主要是解决HDTV宽带视频的下行传输，当然在需要时也可包含一些下行数据。这就形成“光纤到户+无线接入”(FTTH+无线接入)的家庭网络。这种家庭网络，如果采用PON，就特别简单，因为此PON无上行信号，就不需要测距的电子模块，成本大大降低，维护简单。如果，所属PON的用户群体，被无线城域网覆盖而可利用，那么可不必建设专用的WLAN，只需靠密布于用户临近的光纤网来支撑就可实现，与FTTH相差无几。FTTH+无线接入也是未来的发展方向。
3骨干节点的光交换技术
光交换实际上可表示为：光纤通信传输+交换。
光纤只是解决传输问题，还需要解决光信号交换问题。过去，通信网都是由金属线缆构成的，传输的是电子信号，交换是采用电子交换机。现在，通信网除了用户末端一小段外，都是光纤，传输的是光信号，而交换的还是电信号。真正合理的方法应该采用光交换的。但目前，由于光开关器件不成熟，只能采用的是 “光―电―光“方式来解决光网的交换，即把光信号变成电信号，待电子交换后，再变换成光信号。显然这是不合理的办法，效率不高且不经济。现在正在开发大容量的光开关器件，用来实现光交换网络，具有代表性的是ASON-自动交换光网络。
通常在光网络里传输的信息，一般速度都是高速的，电子开关不能胜任，只能在低次群中实现电子交换。而光交换可实现高速信号的交换。当然，也不是说，一切都要用光交换，特别是低速，颗粒小的信号的交换，应采用成熟的电子交换技术，没有必要采用不成熟的大容量的光交换技术。当前，在数据网中，信号以 “包”的形式出现，采用所谓“包交换”。包的颗粒比较小，可采用电子交换。然而，在一些骨干节点，它们承担的是业务汇聚任务，信号速率高，应该考虑采用容量大的光交换。
目前，少通道大容量的光交换已有实用。如用于保护、下路和小量通路调度等，一般采用机械光开关、热光开关来实现。由于这些光开关的体积、功耗和集成度的限制，通路数一般在8―16个。
电子交换一般有“空分” 和“时分”方式，在光交换中有“空分”“时分”和“波长交换”方式。光纤通信很少采用光时分交换。
光空分交换：采用光开关把光信号从某一光纤转到另一光纤。空分的光开关有机械的、半导体的和热光开关等。近来，采用集成技术，开发出MEM微电机光开关，其体积小到mm。已开发出1296x1296MEM光交换机(Lucent)，但属于试验性质的。
光波长交换：是对各交换对象赋于一个特定的波长。于是，发送某一特定波长就可与某特定对象进行通信。实现光波长交换的关键是需要开发实用化的可变波长的光源，光滤波器和集成的低功耗的可靠的光开关阵列等。现已开发出640x640半导体光开关+AWG的空分与波长相结合的交叉连接试验系统(corning) 。采用光空分和光波分可构成非常灵活的光交换网。
技术成熟的自动交换的光网络ASON，是光纤通信技术进一步发展的方向。
4研发集成光电子器件
如同电子器件那样，光电子器件也要走向集成化。虽然不是所有的光电子器件都要集成，但会有相当的一部分是需要而且是可以集成的。目前正在发展的PLC-平面光波导线路，如同一块印刷电路板，可以把光电子器件，如DFB和DBR半导体激光器、量子阱半导体激光器、波长可调谐半导体激光器、波长可调谐光器、光开关器件、无源光器件、光逻辑器件等需要的器件组装于其上，也可以直接集成为一个光电子器件。
日本NTT采用PLO技术研制出16x16热光开关；1x128热光开关阵列；用集成和混合集成工艺把32通路的AWG+可变光衰减器+光功率监测集成在一起；8波长每波速率为10Gbps的WDM的复用和去复用分别集成在一块芯片上，尺寸仅15x7mm 。NTT采用以上集成器件构成32通路的OADM 其中有些已经商用。近几年，集成光电子器件有比较大的改进。
我国的集成光电子器件也有一定进展。集成的小通道光开关和属于PLO技术的AWG有所突破。但与发达国家尚有较大差距。如果我们不迎头赶上，就会重复如同微电子落后的被动局面。要实现单纤双向传输也好，FTTH也好，ASON也好，都需要有新的、体积小的、廉价的、集成化的光电子器件来支撑，集成光器件的研发成为光纤通信技术发展必不可少的环节。
5结束语
事实证明光纤通信技术不仅应用在通信的主干线路中，还可以应用在电力通信控制系统中进行监测、控制等，而且在军事领域的用途也越来越广泛。为了能在这些领域发挥出其更出色的作用，我们的光纤通信技术就要不断的更新发展，研究出更经济、更实用、更方便的光纤通信技术。
参考文献：
光电子器件范文5
本文的主角――陕西师范大学材料科学与工程学院特聘教授胡鉴勇，是国内有机光电子材料研究领域的新生代杰出代表。以有机电致发光二极管（OLED）、有机场效应晶体管（OFET）和有机太阳能电池（OPV）为代表的有机光电子材料和器件是研究的热点，胡鉴勇博士长期致力于应用于高性能有机光电子器件的新型有机/高分子半导体材料的开发和研究，在高效稳定的有机光电子材料的设计、合成、性能表征及其在有机光电子元器件的应用方面开展了大量创新性研究，取得了一系列原创性成果，逐渐成长为有机光电子材料领域的骨干力量。
勤奋钻研，铸就科研里程碑
早1995年大学毕业后，胡鉴勇在家乡的一所中学担任了9年的化学教师；2004年留学于日本佐贺大学获得工学博士学位，随后进入日本山形大学有机光电子研究中心，OLED研究世界权威科学家城户淳二教授（Prof. Junji Kido）研究室进行博士后研究，并在日本世界级科研中心-日本理化学研究所RIKEN，跟随著名有机半导体材料科学家龙宫和男教授（Prof. Kazuo Takimiya）从事特别研究员工作；2015年由陕西师范大学以海外高层次人才-陕西省“百人计划”特聘教授身份引进到陕师大材料科学与工程学院工作。
“勤奋、刻苦、创新、突破”是胡鉴勇博士的特点，在日本求学工作期间，他参与过一项日本国家研发课题（高效有机电子器件研发），承担过日本文部科学省、日本新能源和产业技术开发机构（NEDO）和日本科学技术振兴机构（JST）资助的多项研究课题。
在有机深蓝荧光材料的研究方面胡鉴勇博士贡献卓著。高效率的深蓝发光能最大限度地提高全彩显示品质或照明的显色指数，有效降低OLED显示器的功耗，开发性能好的蓝光材料，尤其是具有高的发光效率和CIE色度坐标Y值小于0.10的深蓝光材料对于实现高性能的OLED器件意义重大，胡鉴勇博士设计合成了一类新的蒽类衍生物―基于双蒽的D-A型深蓝延迟荧光材料，通过对传统的蓝光始祖材料蒽分子进行一系列结构上的修饰，包括采取苯基为中心桥链和pi共轭阻隔基团，在其对位上分别引入以单蒽为核的电子供体单元（D）和电子受体单元（A），形成了具有独特的双蒽结构的D-A型材料分子，以该类材料为发光体，成功实现了满足高清晰度电视（HDTV）蓝光标准的高效率器件，对实现高性能OLED器件具有“里程碑”式的创新意义。该工作发表在材料领域国际顶尖期刊《先进功能材料》上（Adv. Funct. Mater. 2014， 24， 2064），并入选SCI高被引论文（top 1%）。
在空气稳定的、高迁移率的双极性有机半导体材料的研究方面胡鉴勇博士成绩斐然。开发空气稳定的、高迁移率的n型和双极性有机半导体材料，是实现高性能OFET的前提。胡鉴勇博士和团队成员一起合作开发了一种全新的电子受体单元―萘并二噻吩二酰亚胺（NDTI），以其为共聚电子受体中心的D-A型聚合物实现了空气稳定的，高迁移率的n型和双极性有机场效应晶体管，该成果发表在美国化学会上（J. Am. Chem. Soc. 2013， 135， 11445），并入选SCI高被引论文（top 1%）。以此为契机，胡鉴勇博士进一步基于NDTI发展了新型双极性有机小分子材料，并实现了空气稳定的、可溶液加工的、高迁移率的双极性有机场效应晶体管和互补逻辑电路（J. Mater. Chem. C， 2015， 3， 4244； Chem. Mater. 2015， 27， 6418）。
在非富勒烯受体材料的研究方面胡鉴勇博士成效显著。近些年来，以聚合物电子给体和富勒烯电子受体材料为活性层的本体异质结太阳能电池取得了巨大的进步，但由于富勒烯价格昂贵、吸收光谱和能级调制较为困难，开发高效的n型聚合物电子受体材料来替代富勒烯备受业界关注。胡鉴勇博士开发的基于NDTI的有机小分子和聚合物，作为非富勒烯受体材料，在全聚合物OPV器件中取得了较好的光电转换效率（ACS Macro Lett. 2014， 3， 872）。
迄今为止，胡鉴勇博士以第一作者或通讯作者在Adv. Funct. Mater.； J. Am. Chem. Soc.； Chem. Commun.； Org. Lett.； J. Mater. Chem. C.； Chem. Eur. J.；和J. Org. Chem.等国际著名学术期刊上共发表SCI论文30余篇，受邀撰写英文论著1章， 在国际学术会议上作讲演报告20余次，多次受邀在国内著名大学和学会上做学术交流报告，申请日本专利多项，已授权2项。多年来作为一名有机光电子材料领域的科研人员，胡鉴勇博士兢兢业业、孜孜以求，以自己的实际行动为铸就科研力量不断添砖加瓦。
迎接挑战，提升人生新高度
“十年弹指一挥间”，十年前为了提升人生高度，丰富人生阅历，胡鉴勇博士以34岁的“高龄”选择自费出国留学路，付出了常人难以想象的的艰辛和努力；十年后怀揣着拳拳赤子之心，胡鉴勇博士毅然谢绝多家日本和国内公司的诚意邀请，选择了陕西师范大学作为自己事业发展的新平台。
为了进一步提升有机光电子材料研究新高度，拓展以有机电致发光二极管（OLED）、有机场效应晶体管（OFET）和有机太阳能电池（OPV）为代表的有机光电子材料和器件在新型信息显示、绿色节能固体照明和新能源等技术领域的应用前景，胡鉴勇博士争取到了多项科研课题，在不到一年的时间里，成功打造了一个环境优美、设备一流的先进实验室和一个小而精致的科研创新团队，以期在OLED跻身最具发展前景的下一代显示技术和固态照明技术产业化，OFET应用于有机传感器、有源矩阵显示、射频标签、电子纸等新兴产业，OPV技术光电转换效率实用化等领域大显身手，开展更深入、更细致的高端研究工作。
光电子器件范文6
关键词：微电子；二元光学器件；制作工艺
随着二元光学技术的发展，二元光学器件已经广泛用于光学传感、光通信、光计算、数据存储等诸多领域。这类器件主要用于像差校正和消色差，通常的方法是在球面折射镜的一个面上刻蚀衍射图案，实现折射和衍射混合消像差和较宽波段上的消色差。此外，二元光学器件能产生任意波面以实现许多特殊功能，从而具有重要的应用价值。
1.二元光学器件及其发展概述
二元光学是基于光波衍射理论发展起来的一个新兴光学分支，是光学与微电子技术相互渗透、交叉而形成的前沿学科。基于计算机辅助设计和微米级加工技术制成的平面浮雕型二元光学器件具有重量轻、易复制、造价低等特点，并能实现传统光学难以完成的微小、阵列、集成及任意波面变换等新功能，从而使光学工程与技术在诸如空间技术、激光加工、计算技术与信息处理、光纤通信及生物医学等现代国防科技与工业的众多领域中显示出前所未有的重要作用及广阔的应用前景。
随着近代光学和光电子技术的迅速发展，光电子仪器及其元件都发生了深刻而巨大的变化。光学零件已经不仅仅是折射透镜、棱镜和反射镜。诸如微透镜阵列、全息透镜、衍射光学元件和梯度折射率透镜等新型光学元件也越来越多地应用在各种光电子仪器中，使光电子仪器及其零部件更加小型化、阵列化和集成化。微光学元件是制造小型光电子系统的关键元件，它具有体积小、质量轻、造价低等优点，并且能够实现普通光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功能。
2.二元光学器件的应用现状
随着二元光学技术的发展，二元光学元件已广泛用于光学传感、光通信、光计算、数据存储、激光医学、娱乐消费以及其他特殊的系统中。也许可以说，它的发展已经经历了三代。第一代，人们采用二元光学技术来改进传统的折射光学元件，以提高它们的常规性能，并实现普通光学元件无法实现的特殊功能。这类元件主 要用于相差校正和消色差。通常是在球面折射透镜的一个面上刻蚀衍射图案，实现折/衍复合消像差和较宽波段上的消色差。此外，二元光学元件能产生任意波面以实现许多特殊功能，而具有重要的应用价值。如材料加工和表面热处理中的光束整形元件、光学并行处理系统中的光互连元件以及辐射聚焦器等。
目前，二元光学瞄准了多层或三维集成微光学，在成像和复杂的光互连中进行光束变换和控制。多层微光学能够将光的变换、探测和处理集成在一体，构成一种多功能的集成化光电处理器，这一进展将使一种能按不同光强进行适应性调整、探测出目标的运动并自动确定目标在背景中的位置的图像传感器成为可能。这是一种焦平面预处理技术，它以二元光学元件提供灵活反馈和非线性预处理能力。探测器硅基片上的微透镜阵列将入射信号光聚焦到阵列探测器的激活区，该基片的集成电路则利用会聚光激发砷化镓铟二极管发光，其发射光波第二层平面石英基底两面的衍射元件引导到第三层面硅基底的阵列探测器上，最终得到处理后的信号。这种多层焦平面预处理器的每一层之间则利用微光学阵列实现互连耦合，它为传感器的微型化、集成化和智能化开辟了新的途径。发展趋势二元光学是建立在衍射理论、计算机辅助设计和微细加工技术基础上的光学领域的前沿科学之一，超精细结构衍射元件的设计与加工是发展二元光学的关键技术。二元光学的发展不仅使光学系统的设计和加工工艺发生深刻的变革，而且其总体发展趋势是未来微光学、微电子学和微机械的集成技术和高性能的集成系统
3.二元光学器件的制作工艺
3.1二元光学器件的制作原理
二元光学元件的设计问题十分类似于光学变换系统中的相位恢复问题：已知成像系统中入射场和输出平面上光场分布，如何计算输入平面上相位调制元件的相 位分布，使得它正确地调制入射波场，高精度地给出预期输出图样，实现所需功能。近几年来，随着制作工艺水平的发展和衍射元件应用领域的扩展，二元光学元件 特征尺寸进一步缩小，其设计理论已逐渐从标量衍射理论向矢量衍射理论发展。通常情况下，当二元光学元件的衍射特征尺寸大于光波波长时，可以采用标量衍射理 论进行设计。计算全息就是利用光的标量衍射理论和傅里叶光学进行分析的，关于二元光学元件衍射效率与相位阶数之间的数学表达式也是标量衍射理论的结果。在 此范围内，可将二元光学元件的设计看作是一个逆衍射问题，即由给定的入射光场和所要求的出射光场求衍射屏的透过率函数。
二元光学元件的特征 尺寸为波长量级或亚波长量级，刻蚀深度也较大（达到几个波长量级），标量衍射理论中的假设和近似便不再成立，此时，光波的偏振性质和不同偏振光之间的相互 作用对光的衍射结果起着重大作用，必须发展严格的矢量衍射理论及其设计方法。矢量衍射理论基于电磁场理论，须在适当的边界条件上严格地求解麦克斯韦方程 组，已经发展几种有关的设计理论，如积分法、微分法、模态法和耦合波法。前两种方法虽然可以得到精确的结果，但是很难理解和实现，并需要复杂的数值计算； 比较起来，模态法和耦合波法的数学过程相对简单些，实现也较容易
3.2二元光学器件的制作工艺
二元光学元件的基本制作工艺是超大规模集成电路中的微电子加工技术。但是，微电子加工属薄膜图形加工，主要需控制的是二维的薄膜图形；而二元光学元件则是一种表面三维浮雕结构，需要同时控制平面图形的精细尺寸和纵向深度，其加工难度更大。近几年来，在VLSI加工技术、电子、离子刻蚀技术发展的推动 下，二元光学制作工艺方面取得的进展集中表现在：从二值化相位元件向多阶相位元件、甚至连续分布相位元件发展；从掩模套刻技术向无掩模直写技术发展。最早的二元光学制作工艺是用图形发生器和VLSI技术制作二阶相位型衍射光学元件。
随着高分辨率掩模版制作技术的发展，掩模套刻、多次沉积薄膜的对中精度的提高，可以制作多阶相位二元光学元件，大大提高了衍射效率。但是离散化的相位以及掩模的对准误差，仍影响二元光学元件的制作精度和衍射效率的提高。由直写技术的应用，省去掩模制作工序，直接利用激光和电子束在基底材料上写入所需的二维或三维浮雕图案。利用这种直写技术，通过控制电子束在不同位置处的曝光量，或调制激光束强度，可以刻蚀多阶相位乃至连续分布的表面浮雕结构。无掩模直写技术较适于制作单件的二元或多阶相位元件，或简单的连续轮廓，而利用激光掩模和套刻制作更适合于复杂轮廓和成批生产。在掩模图案的刻蚀技术中，主要采用高分辨率的反应离子刻蚀、薄膜沉积技术。其中离子束刻蚀的分辨率高达0.1μm，且图案边缘陡直准确，是一种较为理想的加工手段。
结束语：
随着二元光学技术的发展，二元光学器件已经广泛用于光学传感、光通信、光计算、数据存储等诸多领域。这种技术的应用使得很多领域得到了快速的发展，为社会的进步做出了很大贡献。总之，我国的发展要依靠科技的进步，所以国家还要进一步的发展科技，最终实现我国社会主义现代化建设的伟大宏愿。
参考文献：
[1] 雷刚.数字光刻制作微光学器件的评价研究[D].南昌：南昌航空大学，2011
