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第四章? 当代高新技术 第六节 光电子技术与激光技术 　 ?? 激光被誉为20世纪下半叶堪与原子弹、半导体、计算机相媲美的四项重大发明之一。自1960年第一台红宝石激光器问世以来,激光理论和技术迅速发展,光电子技术也随之蓬勃发展起来,与激光和光电子技术有关的新产业正在不断形成和扩大。在未来高技术特别是信息高技术领域,光电子技术将占据极为重要的地位,成为推动信息技术革命的生力军。 一、光电子技术 ?? 光电子学一词出现于20世纪50年代,它用来表明光学与电子学相结合的新科学领域。光电子技术以光电子学理论为基础,以光电子元器件为主体,综合利用光、电、机、计算机和材料技术,以实现具有一定功能而且实用的仪器、设备和系统。光电子技术包括许多种,激光技术是其中重要的一部分。?? 随着光学及其技术的发展,特别是激光器的出现,科学家们发现在许多情况下电子所做的事情如果由光子来做效果会好得多,或者电子做不到的事光子能做到,于是以有关光子的产生和吸收、光子传递能量和传递信息、光子探测等的理论研究和应用开发为内容的光子学和光子技术发展起来。而光电子技术作为电子技术与光子技术的自然结合与扩展,不仅拓展了传统电子技术的功能,使之有更强的适应性,而且与其他技术相结合,已在社会各个领域发挥越来越大的作用。?? 光电子技术现已渗透到各行各业,特别是在科学研究和技术开发、军事装备、工业自动化、农业育种、交通、电信、天文观测、地质勘探、医疗、卫生等国民经济各个部门发挥着重要的作用(其总的应用可参见图4-2)。它影响深远,所产生的经济效益也远远超过光电子产业本身的产值。比如,用光纤作载波,使现代通讯手段产生了一次飞跃;用光电器件制成的光计算机比现有计算机速度快上千倍;用激光分离同位素,耗电量仅为传统的扩散法分离同位素的1/24,估计仅此每年就可节约资金几十亿美元。?? 当前,在光电子技术应用研究和开发中,发展最为迅速、影响最为深远的要算它在信息技术领域中的应用技术,包括光通信和计算机光互连等信息传输技术、光学传感器和光纤传感等信息获取技术、光盘和全息存储等信息存储技术、激光打印和大屏幕显示等信息显示技术。信息光电子技术将成为21世纪信息高技术的关键支柱,并极有可能成为推动一次信息技术革命的生力军。目前光通信、光盘存储技术的成就已充分揭示出光电子技术的巨大潜力。比如光通信技术除了第一节中讲到的光纤通信外,空间光通信 （如卫星激光通信)也是很有发展前途的一种通信方式。激光1瓦的发射功率相当于微波1百万瓦的发射功率,天线直径可在几十厘米以下,通信信号在接近于真空里传输不会衰减,不受电磁信号干扰;而功能相同的卫星地面站的微波天线,直径需要有十几米至几十米,重量达几十吨至上百吨,同时卫星通信微波频段拥挤,且不能适应卫星  中继的需要。所以,采用激光代替微波进行激光卫星通信较微波卫星通信具有不可比拟的优点。它可以大大减少卫星的体积和重量,使通信容量成万倍地增加,并且通信干扰小,性能稳定,通信距离远,信息传输时延小。?? 光盘技术是70年代发展起来的,在信息存贮上的应用已经相当成熟。它采用光盘作为信息存贮介质,进行光学信息存贮,存储密度极高,信息存贮容量之大远非磁盘可比,同时又具有成本低、信息存取速度快、便于与计算机联机、无磨损、存贮寿命长等优点。目前,一张直径12厘米的光盘可以存储500兆字节信息,这相当于20万页文字材料。家用音频(CD唱片)、视频光盘(VCD)已较普及。但作为信息高技术的要求,光盘的存储密度仍需进一步提高。现在已用氮化镓、硒化锌等材料成功地研制出蓝光半导体激光器件,并有可能用宽带隙材料研制出紫光甚至紫外光半导体激光器。那时,光盘存储密度就可能提高到100亿字节的水平,逐步逼近人的大脑的存储密度,一张光盘就可能成为一个名符其实的电子图书馆了。 二、激光技术 ?? 激光是受激辐射过程中产生并被放大了的光的简称,其英号文名是Laser,所以又音译为“镭射。它是由迄今最先进的人造光电源——激光器发出的,在本性上与普通光源发射的光没什么不同,但在具体性质和应用上却大相径庭。(一)激光的产生和特性?? 激光的产生需要四个基本条件：(1)受激辐射。按照现代物理学的理论,原子或分子系统所具有的内部能量是量子化的,即原子或分子只能处在若干确定的能态上,在没有外界电磁辐射作用的情况下,高能态原子可以自发地向低能态(后者更为稳定 ）跃迁,与此同时发射散乱的光子,这是自发跃迁引发的自发辐射。而受激辐射是在外界辐射场的作用下,处于高激发态的原子和分子发射出与外界入射电磁波(激励光波)具有同一光子态的光波而跃迁到低能态的现象。受激辐射光波具有与激励光波相同的频率、相位、波矢和偏振状态,因而是相干的。激光产生的物理过程就是基于受激辐射相干性这一基本特性。(