光电科学与技术的前景范文

导语：如何才能写好一篇光电科学与技术的前景，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：光电子技术；技术应用；发展态势

前言

光电子技术是一项非常复杂的技术，其涉及的学科领域非常多，如电子学、光学、光电子学、计算机学等。光电子技术作为当代科技的重要内容之一，其在社会信息化过程中发挥着举足轻重的作用。光电子技术作为推动社会向前发展的力量，其存在意义重大，值得各国投入大量的资本进行研究。伴随着光电子技术应用的广泛化，国内外学者都加大了对光电子技术的研究，推动着光电子技术的不断创新与发展。加强光电子技术的应用，对于促进社会经济的发展有着非常重大的影响。

1光电子技术的发展概述

光电子技术是由光子技术和电子技术相结合而成的新技术，是信息技术中的一个重要的硬件设备，是未来信息产业的核心技术。

1.1国外光电子技术的发展

由于国外技术水平相对较高，因此国外光电子技术发展的较为成熟。目前，国外光电子技术发展较为迅速的地区主要集中在北美和欧洲[1]。欧洲地区以德国为首也已经加大了对光电子技术的研究，积累了一定的研究理论，取得了重大的研究成果。日本作为亚洲地区的发达国家，其经济水平较高，对于新技术的发展具有一定的前瞻性，在光电子技术方面也取得了一定的成绩。通过对国外光电子技术的应用情况分析发现，国外光电子技术主要应用在了信息光电子技术上。随着光纤通讯网的开发与完善，目前信息光电子技术已经得到了迅速的发展，促进了国外一些国家通信传输量和通讯速度的提高，加速了国外信息产业的发展。

1.2国内光电子技术的发展

尽管我国的科学技术与发达国家相比较有一定的差距，但是随着近几年我国经济的不断发展，我国的光电子技术水平也得到了很大的提高。随着我国对光电子技术研究与应用力度的不断加大，目前我国形成了几大光电子技术发展较为领先的地区：京津地区、长三角地区、珠三角地区和华中地区[2]。由于每个地区发展速度及方向的不同，其依托的企业各具特色。以京津地区为例，其在发展光电子技术上主要以北京的高校、研究所为主要研究主体，以企业的应用为发展动力，在半导体激光器、光学仪器方面都有着较为深入的研究，并且取得了一定的成绩。

2光电子技术的实际应用

2.1信息领域

二十一世纪已经进入到计算机时代，网络应用逐渐普及化，渗透到社会生活的各个领域，如教学领域、医学领域、商业领域等。网络应用在社会中发挥着越来越重要的作用，因此高容量和高速度成为人们对网络提出的新的时代要求。传统的电子技术已经无法满足新时代对网络提出的要求，如何对网络技术进行革新成为新的社会问题。光电子技术的应用，恰好以光子的快速性提高了网络信息的传输速度，解决了人们对于网络信息的要求。随着光存储密度的不断提高，光电子技术在信息领域的应用程度得以加大，并且已经取得了一定的应用效果。

2.2能源领域

随着各国工业化进程的加快，对于能源的需求越来越大，随着不可再生能源储备的不断减少，对于新能源的开发成为人类研究的重大课题之一。高效、清洁的能源成为社会发展的宠儿，因此如何对高效、清洁能源进行开发成为研究的重点。太阳能作为一种新型的能源，受到各国的高度关注。在开发太阳能的过程中，光电子技术的应用能够提高太阳能再向电能转化的过程中的效率和稳定性，因此受到人们的广泛关注。为了促进太阳能的开发，目前众多国家纷纷制定了光伏技术发展计划，加大光电子技术在能源领域的应用。

2.3军事领域

随着军事武器的不断现代化，光电子技术在军事领域中同样具有很大的发展空间。目前光电子技术在军事领域主要应用在提高国防反应能力和准确攻击能力方面，一些发达国家针对激光制导武器已经展开了大量的研究，另外各国针对光电子技术在军事单兵作战武器中的应用也加大了力度[3]。随着光电子技术的不断发展，该项技术已经发展成为军事领域的核心技术。对于激光聚变在军事领域应用的研究，在未来将成为拥有重大价值的军事能源。

3光电子技术的发展前景

从光电子技术的发展状态和应用情况来看，光电子技术拥有很大的发展空间。近几年，随着激光技术的发展与应用，使得光电子技术在多个领域的发展速度得以加快，促进了光电子产业的发展。随着光纤网络在国内的不断发展与应用，光电子技术在信息领域的应用程度得以加深。伴随着光电子技术的不断发展，光电子技术将包含更多的内容。随着研究学者对光电子技术的不断研究，在光电子技术研究领域已经出现了很多新的发展趋势和研究热点。

3.1各种新型激光器的研究

光电子技术的核心是激光器，正是激光器的产生和发展促进了光电子学的兴起与发展。随着激光器的不断创新，为光电子学和光电子技术的发展注入了新的发展动力。随着半导体激光器在各领域的广泛应用，使其技术呈现出高速增长的趋势。正是由于半导体激光器的发展，才促进了其他各种类型激光器的发展。

3.2生物医学中的光电子技术

随着生命科学在科技领域的发展，为光电子技术的应用提供了新的空间。目前，生物医学中的光电子技术研究的主要内容包括两个方面：一是生物系统中产生的光子及其反映的生命过程，以及这种光子在生物学研究、医学诊断、农业、环境、甚至食品品质检查方面的重要应用，利用光电子技术对生物系统进行检测、治疗、加工与改造等。二是医学光电子学基础和技术，包括组织光学、医学光谱技术、医学成像技术、新颖的激光诊断和激光医疗技术及其作用机理的研究[4]。

3.3有机聚合物光电子材料的研究

随着材料科学的发展，有机聚合物材料作为一种新型的材料发展越来越成熟，聚合物光电子学逐渐被人们所认识和重视。为了对聚合物光电子学有更进一步的认识，人们开展了聚合物超快全光开关的研究，并取得了一定进展。聚合物电光调制器在CATV、高比特网络、相阵列系统和计算机平行互联等方面的研究也取得了很大的进展[5]。聚合物光电子材料的应用前景十分诱人。

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关键词：光电子学；教学方法；教学改革；实践环节

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）11-0138-02

一、介绍

光电子技术是由光信息技术和电子技术的相互结合而形成的新的光电子技术，涉及光信息处理、光纤通信、激光技术等领域，是未来社会发展和进步的核心技术。光电子技术不仅研究内容非常广泛，而且也是未来信息技术中的重要推动力量，它包含光信号的产生、光信息的传递、光电信号的转换和处理和光电功能材料相关的内容，如：光电功能材料的发光机理、制备方法和工艺应用范围、光电器件的加工与制作和光电系统的集成等一系列从基础理论到实际工程应用等各个领域的研究。涉及光子学、光信息科学、电子学、材料科学、计算机技术等前沿学科理论，它是由多个学科之间的交叉而形成的一门高新技术学科。

光电子技术在经历上述学科之间的交叉渗透后，其技术水平和工程应用技术取得了很多突破，在社会发展中以及社会信息化中起着越来越重要的作用，光电子技术的相关产品也越来越多地影响我们的生活。目前，国内外正掀起一股光电子技术和光电子产业的研究和发展的热潮。一些国家把大量资金投入光电子学和光电子技术的研究和开发中，许多以光电子技术为研究方向的研究中心、实验室和公司越来越多的建立起来。光电子技术的发展决定了未来产业的发展方向，将给工业和社会带来比电子技术更大的技术冲击。光电子技术和产业在国家经济建设和科学持续发展中起到至关重要的作用。

因此，光电子学基础是光电子专业学生必备的基础知识，也是未来光电子产业需求的人才中需要掌握的重要基础知识。

二、课程特点及专业培养目标

光电子学基础是整个专业中的基础专业课程，在学生专业思想和未来培养目标及要求的实现上发挥重要的作用，也是未来该专业研究生必需的基础课程储备。该课程注重理论联系实际，注重对学习者能力的培养，重点培养学生综合分析、解决问题能力，为将来从事光电技术领域的科研、开发和应用工作奠定基础。

我们的培养目标为：培养在光电子技术科学领域具有深厚的理论基础、扎实的专业知识和熟练的实验技能，德、智、体全面发展的高级光电子技术科学人才，使学生具有在光学、光电子学、光通信技术、激光科学、光波导与光电集成技术、光信息处理技术、计算机应用技术等领域开展创新性基础理论研究以及从事设计、开发应用和管理等工作应具备的理论和技术基础。因此，基于我们的专业培养目标和光电子学基础课程的自身特点，我们在教学过程中进行了改革探索。

三、教学改革探索

1.教学内容改革。①授课体系和讲授重点。该课程根据学生培养需要，从光电子器件和光电子技术在未来工程应用的需要的角度出发，研究原理及系统构成在光电检测技术、光纤通讯领域中的常用光电器件的技术。重点讲述光学基础、光纤通讯的构成、半导体物理、光纤器件、光电子现象和光电转换器件，重点讲解光电子器件的结构、工作机理、工作特性和在工程技术上的具体应用。为了更好地将所学应用到未来的技术发展上，对各类光电器件的系统集成、信号的调制、解调技术也作了详细的讲解，同时给出在工程中的实际例子。②课堂教学内容紧跟科学发展的步伐。光电子课程的教材对于快速发展的光电子技术来说，既是基本的原理内容，但又是滞后的技术，若授课时只是按照教材内容讲解，往往会带来知识不新、内容与技术发展脱节的后果，易使学生对该课程的学习积极性和兴趣下降。因此，在教学过程中补充和及时更新教学内容，增加一部分现代光电子技术的发展前沿、新出现的技术及需求，从而能给学生提供更多的学习探索和求真的空间。③加强该课程与应用技术之间的联系。专业基础课程的基本功能是让学生了解和掌握所学专业的发展方向，培养的学生能在以后的学习中、工作中涉及光电子技术方面上进行继续学习和钻研。因此在给同学们讲解课程中的内容时，要与现代信息技术的发展紧密结合。针对在光电检测技术、激光应用技术、光纤通讯技术等内容进行重点讲解，结合当前社会已有的需求的技术发展进行讲解，使该专业的学生明确所学课程内容在技术应用、研究发展及市场前景，对未来的从事的专业充满信心。④为了更加与国际接轨，尝试了双语教学。在平时提供给学生光电子相关的外文读物和论文，指导学生学习专业词汇，在课堂中进行讲解，开阔同学们的视野，引导学生进行初步科研潜力的培养和学习，调动学生的积极性，引导他们进行文献学习，进一步了解国外光电子技术的发展现状，激发兴趣。⑤教学内容与市场技术应用及需求的结合。结合本校本地区特点，系统规划、组织，实施产、学、研一体化模式。针对光电子技术和光电子产业市场密切联系的特点，在课程内容上跟上市场技术需求，结合本地区经济发展的实际情况，培养既有专业知识和跨学科知识，又有极强的实际操作能力、适应性强的学生，全面提升学生的理论素养和实践能力，增强学生在未来光电子产业上的竞争力。

2.教学方法探索。①充分利用多媒体技术进行教学，利用多媒体课件在表达上形象直观、方便，在效率上和容量上很大的特点和优势。既能使课程中的各种图片资料得到清晰展示，还能节约课程上的时间，从而能在课堂教学中讲解更多的课程内容，较大地提升了授课中课堂的信息量。因此我们认真积极地制作教学课件，充分利用网络上丰富的信息资源，并与兄弟院校的老师展开课程教学交流，共享多媒体课件。极大地激发学生对该门课程的学习兴趣。②采用课堂教学和专题讲座结合的教学方法。在进行课堂理论教学的同时，利用其他时间安排、组织团队教师举办《光电子技术专题讲座》，开展光电子技术专题研究，如液晶显示、光电转换及系统集成、光纤传感及应用和近场光学中的探测技术等，既能强化学生所学的基础理论，又能激发学习兴趣，培养学生的科研意识。吸引学生参与到大学生训练计划和参与到老师研究的课题中，提前打下科学研究基础。③在方法改革中，在富有开放性的问题情境中进行实验探究。对参与到老师研究的课题或参加大学生训练计划的老师，帮助学生制定合理的研究计划，选择合适的研究方案和方法，积极发动研究光电子技术的老师，为这些同学们提供必要的实验条件，由学生自己动手去实验，考证研究方法和方案，来寻求实验结果中的答案。这时，教师起到的是一个组织者的角色，指导、规范学生的探索过程。这样的过程，不仅仅是要让学生学量的知识，更重要的是要学习科学研究的过程或方法。

3.教学实践环节探索。在光电子学基础课程中，本来并没有设置时间环节，而且多数放置在大三或大四学习，实验环节很少开始。我们为了能够更好地提升学生实践技能和掌握技术设备的结合，先在原有课程体系中安排三分之一的时间来安排实践环节，开设具体的、有针对性的实验内容，让同学们能更有效地了解、认识和掌握知识和技能。在普通物理实验、电子实验和光学实验的基础上，开设如固体光电子耦合器件、热电耦器件、发光器件及光子器件。对光通讯系统的传输和光电子器件的作用有了直观的认识和理解。在此基础上，结合地方实际，联系相关光电子产业中的企业，组织学生进行参观学习，从而让学生自己体会从书本上理论到实验实际，再从实验实际再到光电子技术，从光电子技术再到光电子商品的过程，能一下子把整个知识到技术到效益的过程展现在同学们的内心中，从而更能培养和激发学生兴趣，也能将培养目标中的产业式人才完成，弥补普通高等教育中最缺失的人才与市场的不对接的不足。

4.教学目标实现探索。在光电子学基础课程改革中，把教学目标从以知识教育为主转变为实现人才培养和科学人才需求的融合，培养具有创新、探索精神的新时代新型人才。长时间以来，我们在教学过程和专业培养中，存在着理论与实际技术需求的相脱离的现象，造成理工科学生对于市场技术需求常识缺乏。我们把教学内容、教学方法和教学实践环节都做了有意义的初步探索。进一步增强了理论学习到实践环节、实践环节到市场技术发展的学习过程，极大地激发和培养学生的学习兴趣，为将来从事该专业打下坚实的基础和牢固的信心。在近三年中，我们培养的本科毕业生就业率95%以上，该专业毕业生考研成功率30%以上，使光信息科学与工程专业的学生形成了良好的学习氛围，形成了争赶超的局面。同时，针对光信息科学和工程专业的学生，我们注意在进行科学知识教育的同时注重培养市场技术需求方面的培养，增加了企业参观及动手实践等环节，同时讲授在科学研究中人文素养培养的重要性，从而使之潜移默化地对学生进行自然的而不是勉强的人文教育。

参考文献：

[1]陶然，王越，单涛.信息对抗技术专业人才培养模式研究[J].中国电子教育，2008，（4）3：9-43.

[2]张向华.专业课教学应遵循的教学规律[J].辽宁教育学院学报，2014，（4）：71.

[3]陈小刚，陈俊风，林善明.《光电子技术》课程设计改革的探索[A].光电技术与系统文选[C].2005.

[4]梁红兵.提速光电子技术与产业[N].中国电子报，2001.

[5]柴金华.《光电子学基础》课程“两结合”与“三要素”教学内容的研究与实践[A].中国光学学会，2010年光学大会论文集[C].2010.

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电子信息类专业涵盖较广，主要的专业有电子信息工程、电子科学与技术、电子信息科学与技术、通信工程、光信息科学与技术。这些专业看上去近似，又不尽相同，下面我们通过各专业的课程设置、培养方向、就业方向来进行了解。

电子信息工程、电子科学与技术、电子信息科学与技术：傻傻分不清楚

不少同学面对“电子信息工程”“电子科学与技术”“电子信息科学与技术”这三个非常相近的专业名词时，会感到迷惑。作为“电子”相关的专业，就像是三胞胎一样，在一些院校被俗称为“三电”。相对于通信工程和光信息科学与技术而言，它们都是较宽口径专业，所学的专业知识更广，当然就业面也会更广。通信工程和光信息科学与技术专业，所学的专业知识更有针对性，更加深入，也比较精细。现如今，高校开设“三电”专业的大学非常多，一般的理工类院校和综合性大学几乎都有，甚至一些文科类大学也开始尝试开设。那么这三个专业到底有什么区别呢？

首先，从教授的课程来看，这三个专业在大一、大二、大三上学期所学的基础课程基本一样，只是在大三下学期、大四开设的专业课程有不同的侧重点――电子信息工程重“信息”，即信号处理，学习硬件电路、软件编程；电子科学与技术重“电子”，即硬件电路设计，学习物理电子、光电子和微电子学；电子信息科学与技术重电路设计，跟电子科学与技术专业最为接近，它作为后者的子专业，学习范围更广，包括电子、计算机、信息技术三大知识板块，可以说是集电子信息工程、电子科学与技术于一体。

其次，从就业来看，电子信息工程专业的学生毕业以后可以当软件工程师（设计开发各种软件）、电子工程设计师（设计开发一些电子、通信器件）。电子科学与技术专业的学生毕业以后可以从事开发计算机硬件工作，当电路设计工程师（这个专业主要有两个就业方向，一是集成电路生产企业，二是集成电路设计企业）。电子信息科学与技术专业的学生就业口径最宽，有着“万金油”之称，电子方面，可以做电路设计工程师；信息方面，可以做电信工程师；计算机方面，可以开发软件、硬件。

【推荐院校】清华大学、北京大学、南京大学、复旦大学、南开大学、上海交通大学、华南理工大学、北京邮电大学、南京邮电大学、西安电子科技大学、杭州电子科技大学、中国科学技术大学

通信工程：“信息”中的王牌专业

通信工程具有极广阔的发展前景，也是人才严重短缺的专业之一。通信行业涉及领域广，可以说是横跨了电子和计算机行业。而通信工程专业跟前文介绍的“三电”专业不同之处在于，通信工程专业知识更加有针对性，侧重于“信息”，理论学习更加深入，课程难度大，可以达到“基本掌握”。而同样是侧重于“信息”的电子信息工程专业，只能说是“基本了解”。主干课程中，如程控交换技术、移动通讯、计算机网络通讯、光纤通讯等，都是“三电”专业不会开设的。该专业要求毕业生掌握通讯技术和计算机技术的基本理论与设计方法及程控交换技术、光纤通讯、移动通讯和计算机网络通讯的基本原理及应用方法。

通信工程专业在本文提及的所有专业中，开设最早，招生的分数线最高，得益于通信行业的高速发展，一直是非常热门的“王牌专业”。因为其在信息、信号处理方面专业知识学习比较深入，毕业生选择考研，特别是报考信号处理、无线电波等方向优势会比较明显。当然，就业也非常不错，在通信领域中从事研究、设计、制造、运营的工作及在国民经济各部门和国防工业中从事开发、应用通信技术与设备的高级工程技术的工作。比如选择去电子信息类技术研发的相关科研院所，中兴、华为、大唐、富士康等设备制造商，摩托罗拉、三星、贝尔等外资企业；也可以去通信运营商，如中国电信、中国移动、中国联通等，从事信号处理类的研发、设计工作。随着现在国家大力推广的3G移动通信技术，通信工程专业的毕业生专业优势明显，专业对口，相信在就业时，可以得到更多被青睐的机会。

【推荐院校】清华大学、北京大学、北京邮电大学、北京航空航天大学、北京理工大学、上海交通大学、东南大学、国防科学技术大学、哈尔滨工业大学、西安电子科技大学

光信息科学与技术：徜徉在光的海洋

光信息科学与技术，这个名字听起来很抽象，其实却实实在在地存在于你我的日常生活之中：我们同美国亲友之间的越洋电话联系，依靠的是太平洋海底长长的光纤；我们上网所用的宽带、用超大规模彩色LED（液晶）显示器欣赏色彩艳丽的画面，都是对光信息技术最直接的体验。

本专业培养具备光信息科学与技术的基本理论、基本知识和基本技能，能在应用光学、光电子学及相关的电子信息科学、计算机科学等领域（特别是光机电算一体化产业）从事科学研究、教学、产品设计、生产技术或管理工作的光信息科学与技术高级人才。本专业学生主要学习光信息科学与技术的基本理论和技术，熟悉光学、电子学技术和计算机技术。

光信息科学与技术专业一般设在电子工程系或通信工程系。随着光电子技术的发展与兴起，一些院校已逐步将这一专业单独分出成系，这也充分显示了该专业良好的发展前景。不过，对物理学、量子力学、波动光学等几科的要求都相当高。如果你对物理、数学很感兴趣，有比较好的逻辑思维和抽象思维能力，以及比较强的理解力，不妨报考这个专业，光的海洋会让你受益匪浅。

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【关键词】光电复用技术 多站时差接收

1 引言

随着光电技术，尤其是光调制解调和微波光子学的发展，在光纤中复用多路光波长传输微波的方法获得了广泛的应用。本文将光电复用技术应用于多站时差接收机的设计，使用光纤连接前端和总站，采用微波光电复用实现前端和总站之间微波信号传输与定标，获得了布站灵活，时差测量精度高，电磁兼容性强，成本相对低廉的光电接收机系统。具有很强的社会效应和市场价值。在机场Ⅲ级综合交通监视与引导系统，即MLAT多点定位系统中有较强的应用前景。

2 系统设计与实现

基于光电技术的分布式时差接收机结构原理图如图1所示。如图1所示，该接收机由12个分布式接收前端，一个数据接收和处理总站，以及传输光缆组成。以1号接收前端为例，主要由耦合器、光调制器、光解调器、光波分复用器，各接收前端的结构完全相同。集中式接收与处理主站由12个接收后端、A/D与时间测量、脉冲调制定标源和基准与采样时钟组成，每个接收后端对应一个接收前端。以1号接收后端为例，由光复用器、光调制器、光解调器和对数检波器组成，各接收后端结构相同。接收前端和相应的接收后端构成一条接收链路。其中，接收前端中光调制器的工作波长为1550nm，光解调器的工作波长为1310nm；接收前端中光解调器的工作波长为1550nm，光调制器的工作波长为1310nm；传输光缆内的光纤为标准单模光纤，截止波长为1200nm。整个接收机的射频工作频率为1090MHz。图二分别是总站，一个接收前端和传输光缆的实物照片。

3 工作过程

该接收机工作时，由各接收前端接收频率为1090MHz的电信号，通过耦合器传送到光调制器，转换为波长为1550nm的光信号，该光信号通过光复用器送到传输光纤，光信号到达相应接收后端中的波分复用器，被送至光解调器进行光电解调，把光信号恢复为频率为1090MHz的电信号，然后由对数检波器对该电信号进行检波，获得脉冲信号并送到A/D与时间测量器。在实际应用中，可通过对来自不同接收前端的信号到达前沿时间进行分析、计算，获取目标空间位置等信息。基准与采样时钟为A/D与时间测量提供采样时钟。

此外，由于不同的接收链路对回波时间测量存在一定的误差，该接收机还提供了校准方法。集中式接收与处理主站中的基准与采样时钟为脉冲调制定标源提供基准时钟，产生一串载频与工作频率相同的脉冲信号源，分成12路，分别送至12个接收后端。以其中一路为例，定标信号由光调制器变换成波长为1310nm的光信号，经光复用器由传输光纤送至相应接收前端。光复用器将激光送到光解调器，将该光信号恢复成定标电信号送至耦合器耦合进入耦合器公共端，该信号经由探测模式下相同的路径，最后在A/D与时间测量模块中对通道时间测量误差进行定标。

4 工作结果

我们对接收机的各项指标进行了测试，12个接收前端内的光调制器在无调制情况下输出的光波长为均约为1550nm，光功率均值为5.5dBm，起伏约为0.25dBm；12个接收后端内的光调制器在无调制情况下输出的光波长为均约为1310nm，光功率均值为6dBm，起伏约为0.25dBm。光缆损耗经标定为1dB/km，这一损耗包含了光缆接头的损耗。从上述指标可以看出，系统的光路一致性良好。

在测试过程中我们重点关注光纤延迟对射频信号传输的影响。图4为光缆长度为5 km时测得的信号延迟。图中的黄线表示信号源发出的脉冲信号经对数检波之后的波形，信号脉冲宽度为10us，脉冲重复周期为1s，载频频率为1090MHz；红线为经电光-光电变换和对数检波后的信号。经验估计5km的光缆延时在25us左右，实际测得的延迟为23.3us，与估计基本相符。同时，经过长距离传输和变换后，信号的波形并未发生大的畸变。

在光缆传输长度均为2km的情况下我们以12条链路的延迟时间不一致性，此时延迟时间约为10 us。测试结果表明，12条链路的延迟时间不一致的均值约为6.86ns，最大值为12.94ns，最小值为5.31ns。

5 结束语

本文提出了一种基于光电技术的多站时差接收机的设计方法。系统采用光纤在总站和各接收子站中高速传输电信号，远程、低损传输微波信号；由于光纤传输多波长激光的能力，该系统可以方便的进行自校正功能，最终获得了时差测量精度高，电磁兼容性强，成本相对低廉的基于光电技术的分布式时差接收机系统样机。这一系统典型应用于无源探测雷达，如机场综合交通与引导雷达系统。

参考文献

[1]Djafar K.Mynbaev and Lowell L.Scheiner，光纤通信技术（英文影印版）[M].北京：科学出版社，2002

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前言：在科技改变生活的时代，作为现代化信息技术发展关键的光纤通信技术被应用的越来越广泛，尤其是在计算机通信网的建设和完善上，光纤通信技术成为最为主要的通信传输技术。它有着其他通信技术难以企及的优势。但同时也不可能否认，它的应用也存在着一些问题值得去改进。本文通过对具体的光纤技术应用的分析，希望可以有效提升此技术的运用效果，更好的让它造福社会，造福于国民。

1.浅析光纤通信技术的特点

1.1 排除串音干扰

在电波的传输过程中，电磁波的传送很容易出现泄漏的情况。而使用光纤进行传送，由于包裹光纤的是不透明的塑料膜，可吸收泄漏的电磁波射线，这便很好的规避了这样的状况，同时也使得通信的保密性大大增强，信息的安全性大大增加。在多条光纤电缆设备同处于一条电缆的情形之下，光纤的特性也可以保证不串音，排除了串音的干扰。

1.2 抗干扰能力强

制作光纤电缆的材料一般是石英，石英具备良好的绝缘性和耐腐蚀性，作为通信设备极佳。另外，它不易受到外部环境中电磁的干扰，性能稳定，甚至可以与高压线平行建立，在大多数通信领域，甚至是军事通信领域都是运用极为广泛的。

1.3 损耗低

通信是花费高回报率低的技术领域，所以如何能够最大限度的降低成本从而相对提高收益是不得不去考虑的问题。现在大多数的光纤电缆材料时石英，它不仅有很强的绝缘性、耐腐蚀性和抗电磁干扰能力，它还是相对低损耗的传输介质，这可以最大限度的提升通信的效率。在广泛运用石英之前，通信需要建立大量的中继站，这耗费了许多不必要的人力、物力、财力，增加了成本。而在使用石英材料之后，中继站可以只需要建设很少的一部分，这节约了许多资源。若能够发现更加低损耗的材料，则能够进一步提升传播的效率，这是科学家们正在不断探索的课题。

2.光纤通信传输技术的应用现状

2.1 光纤接入技术

随着社会经济的迅猛发展，计算机普及率提升快速，现在越来越多的行业都需要全天候使用计算机，这对于通信的流畅度和速度都提出了较高的要求。另外计算机通信网的建设也很重要，这将纳入越来越多的设备，完善整个通信网。而在军事领域，使用的计算机对通信技术的要求则更高，跟普通用户相比，又多出了信息的容量、保密性等多个方面的需要。目前使用很广泛的光纤接入技术较传统的用户接入方式多出了许多优点。传统所使用的接入方式主要是铜线接入，它损耗大，极度影响使用网络的速度，并且抗干扰能力差，保密性差，不适用于许多领域的应用。现在的光纤接入方式大大提升了网络的速度，拓宽了传输的带宽，更令网络故障发生频率降低，大大便利了人们的日常生活和工作学习。为信息高速公路的建设提供了必要的技术支持。光纤接入技术势必要成为光纤技术发展过程中的主流。

2.2 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。目前，由于技术水平尚欠缺，我国使用最多的是双纤传输。

而单纤传输仅仅在光纤末端接入设备、单纤光收发器等设备上得到了使用，在骨干传输网中还尚未使用，这还远远不够。单纤传输相比于双纤传输能够节约一半的宝贵光纤资源，单是设备上的更新完善就可以达到惊人的成果，大大降低成本，这使得从事相关业务的技术人员认识到单纤传输是必须要推广使用的技术，是双纤传输技术普及之后必然的更新趋势。

2.3 光交换技术

一个高速高效率的光纤通信技术应当是全程采用光信号，这对于各种器件的要求是很高的。过去我国大多采用电子器件，而电子器件只能接收传送电信号，不能传送光信号。随着光纤技术的进步，光信号越来越普及，但是传统的电子器件却没有随之发展，导致目前我国光纤技术应用中的尴尬局面――“光―电―光”即发出光信号，在到达电子器件时需要转换成为电信号，通过电子器件发出后再转为光信号继续发送。显而易见，这样的信号传输方式导致了资源的严重浪费，并且增添了许多额外的不必要的成本和损耗，大大制约了我国光纤通信技术的发展。

3.光纤通信传输技术发展前景分析

3.1 解决研发集成光电子器件的难题

提升通信速度和容量要必然达到的目标是体积不能因此扩大，反而要缩小，效率要提升。所以，光电子器件应当朝着集成化的方向发展。在互联网飞速发展的时代大背景之下，现有的光电子器件已经不能满足使用，更无法支撑起互联网的进一步发展。所以使其集成化已经迫在眉睫。提升光电子器件集成化有很多途径，其中主要的方法是使用全新且成熟的制作工艺，在硅衬底之上进行光学器件的制作，包括波导与光纤耦合器等重要的无源器件，在一块硅芯片之上实现全部光学器件模块的集成处理。这样，便能够大大提升其集成化。为了达到这一目标，应当积极引进先进设备和进行人才培养，让科技的发展进步能够可持续化，切实提升应用水平。

3.2 致力于实现全光网络

全光网络的实现对于计算机通信网有着巨大的现实意义。可以将通信速度提高不止一倍。实现全光网络需要许多技术的共同进步――电子器件的升级与换代、因特网的进一步发展、移动通信网的进一步普及等等。可喜的是，我国的4G网络得到了普及，不久又将会出现5G网络，这大大促使了传统的电子器件的淘汰，并引进新的光学器件，为致力于实现全光网络扫清了一大障碍。总之，我们都不可否认，实现全光网络是一个过程，并非一蹴而就，但同时是可以带来巨大经济社会效益且不可避免的提升光纤通信技术水平的必由之路。

4.结语

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关键词：电子信息；技术内涵；应用特征；发展前景

前言

有关传统社会生产技术已经难以迎合时代规范诉求，因此电子信息技术获取全新发展机遇，持续至今，已经成为校验认证国家实力的关键性指标，所以说尽快强化电子信息技术改革应用进程，显得十分必要。毕竟电子信息技术的确为社会大众日常生活、生产活动，以及企业生产技术改革提供诸多便利条件。面对各个领域应用电子信息技术推动经济发展的状况，我们当下要做的，就是尽量科学合理地发展电子信息技术，以谋求日后产业更加理想化地改革升级成就。

1 电子信息技术的内涵

所谓电子信息技术，即电子信息控制和处理技术的有机融合结果，在信息加工处理工序中影响地位非凡，有助于在第一时间内获取并处理产业机构急需的信息，促成电子设备、信息系统的完善化设计应用结果。长此以往，为日后电力、电子、化工仪表、计算机等行业，提供电子测量、多媒体、自动化、未处理、程序设计等技术功能特性。细致地讲，电子信息技术，顾名思义，需要凭借电子计算机作为基础性依托媒介，保证在较短时间范围内自动化地完成信息收集整合、校验解析、加工处理、存储和传输等工序，毫无疑问是当代社会推进信息化发展进程的关键技术方式。为了避免在综合国力上和西方发达国家产生较大距离，我国应主动强化电子信息技术的改革应用力度，同时借助电子信息技术推广沿用促进产业创新升级结果。

2 电子信息技术的应用特征

自从我国顺利步入信息时代过后，涉及社会活动内部衍生的数据信息量极为庞大，至此电子信息技术便实现了登上历史舞台的夙愿，并且一度被认定为是社会大众生活、学习和工作中不可缺少的技术处理模式。透过这类技术实际的应用特征角度观察，其应用空间范畴极为广阔，通常集中锁定在高新产业领域之中，属于现代生命活力和影响效应最为强劲的科学项目之一，可以确保愈加理想化地改善信息处理、加工、利用实效基础上，全面缩减信息处理的难度和过多的成本投入数量。透过现状观察分析，电子信息技术的应用时刻呈现出智能、网络、便利化特征。如在工业生产领域中贯穿融入后，便顺利贯彻落实预设的自动和智能化生产目标，更全面降低现场操作强度、提升实际生产效率、缩减大规模成本投入数量。再如在电力工业内部沿用过后，可以大幅度改善电力系统运行的安全性并加快智能电力系统的构建进程。

归结来讲，电子信息技术在电力系统内部的沿用，可以完成对相关电力设备实际运行状态和故障的实时性检测、控制任务，特别是在针对电流、电压、频率等实施同步科学化调试之后，避免相关故障的重复衍生，最终令电力设备整体运行可靠与稳定性得到保障。另外，电子信息技术还能够实现企业整体运营发展的网络化目标，无形之中给企业参与市场竞争提供更多的支持服务动力，令其商务活动效率得到前所未有地提升。

3 今后电子信息技术的发展前景

透过上述内容观察，我们可以清晰观察到现代社会中推广沿用电子信息技术的现实意义，并且可以肯定其对于我国日后经济改革发展，有着不可小觑的推动力。

首先，透过电子信息技术改革发展方向层面审视，今后电子信息和计算机技术彼此的关联将变得愈加缜密，并且呈现出愈加显著化的交互式发展迹象。在此期间，电子信息技术成为助推计算机行业发展的原动力，而计算机技术则长期扮演电子信息技术的运行的基础性操作媒介。计算机发展进程全面加快，有关内部各类软硬件资源也都得到更高层次的升级机遇，特别是处理器纳米工艺变得愈加高端完善，这些结果都为日后电子信息技术可持续发展，奠定基础。今后电子信息技术竞争发展的主要形式就是微处理，因为现代硬件技术全面革新且集成度更高、体积更小，使得电子信息技术介入到纳米加工时代的步伐骤然加快。

其次，借助处理器设计工艺角度窥探，涉及22、14、12nm技术已然接近成熟状态，同步状况下更带动微处理技术向更高等级层次改革发展。而随着日后arm等嵌入式微电子产品的纷纷问世，有关更小纳米技术的投入显得势在必行，所以说，微处理器理所当然成为当下电子信息技术改革发展的主流助推收。另外，电子信息技术还存在数据化的发展趋势，特别是在大数据理念全面衍生和推广过后，许多学者认定人类目前已然步入大数据时代，有关大数据和电子信息技术的融合，是时代进步的必然结果。在这类信息爆炸的时代风暴之下，社会活动信息量自然持续增大、数据形式也愈加多元化，涉及传统信息处理技术明显已经不足以迎合相关用户应用要求。相比之下，大数据技术的贯穿沿用，则有助于针对大规模数据信息加以灵活化处理加工，进一步将电子信息技术效能予以科学人性化地发挥。

最后，光电子技术将过渡转化成为现代电子信息处理技术的核心。透过当前形势观察，电子信息技术研究过程中普遍都在进行光电子技术融入，无形之中令电子信息技术整体发展速率全面加快，如数据传输、加工和处理速度的加快，使得电子信息技术很快介入一类全新发展历程。其间该类技术含量愈来愈高、应有优势异常显著，逐渐转变成为促进经济发展的重要技术内容。

4 结束语

综上所述，电子信息技术的长期革新发展，一时间令高新技术产业发展速率和格局发生翻天覆地的变化结果，因此，积极主动发展电子信息技术，存在一定的现实意义，即有助于推动产业转型升级进程、提升日常生产效率、缩减生产工序中消耗的成本数量。日后我国要竭尽全力强化电子信息技术的研究力度，力求在今后全方位促进信息技术的应用，最终顺利提升这类技术的综合性开发应用水平。

参考文献

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（19）：77-86.

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近年来,人们在畅享信息网络技术所带来的便利的同时,越来越明显的感受到通信容量与传输速度的制约。西安飞讯光电有限公司研发的“650nm塑料光纤传输系统”,突破了信息传输和存储领域“电光网”时代容量与速度上的瓶颈。以独特的性能和良好的应用前景,昭示着“全光网”时代的到来,开创了全光网络信息时代新纪元。

该系统的问世,实现了核心技术的重大突破,对于“全光网”、“三网融合”的发展将产生积极的推动作用。西安飞讯光电公司董事长兼总经理缪立山指出,“650nm塑料光纤传输系统”使信息传输领域从主干线到末端、终端“三分天下”的不协调局面得以彻底改观,并在根本上解决了信息转输领域最后一公里末端“瓶颈”的历史性难题,具有明显的经济效益和社会效益,将派生出一个具有战略意义的产业。

据了解,西安飞讯光电有限公司是一家集科研、生产为一体的高科技企业,由江苏华山光电有限公司和中国科学院西安光学精密机械研究所共同投资兴建。公司主要致力于“650nm塑料光纤传输系统”的研发、生产与推广。该系统是由“OBH型波长转换器”、“OEJH型650nm光以太网交换机”、“OZJ型650nm光中继器”、“OWK型650nm光网卡”、“ODH型650nm\RJ45光电转换器”、“650nm塑料光纤光缆”和“光连接器”等九个产品组成,是一个系统配套齐全、功能完善的新型局域网系统。

作为拳头产品,“650nm塑料光纤传输系统”先后通过了信息产业部和总参通信部组织的科技成果鉴定,该项目各项指标达到了国际同类产品的先进水平,填补了国内空白,同时该项目已申请国家发明和实用新型专利40余项。缪立山总经理信志满满的告诉《中国科技财富》:现在,公司正在为“650nm塑料光纤传输系统”起草国家标准进行基础性研究。

“全光网”助推器

目前的宽带网速理论上可达到100兆,但实际受传输介质的限制,实际上最多为10兆。此外,以铜为导体的接入方式保密性差,容易受干扰、被窃听,而且成果也非常高。为此,目前世界各国正在研究开发用于广大用户接入网上的光纤通信系统。相关国家都希望通过光纤通信系统的成功研发,从信息化中获取巨大的经济利益和社会效益,确保在国际竞争中的领先优势。

“650nm塑料光纤传输系统”系统是我国第一个实现以650nm塑料光纤为传输介质的局域网系统,可让宽带网实现真正的100兆。“650nm塑料光纤传输系统”优势显著,是一项全新的替代性技术。该系统采用2Gbps高速存储交流技术现实网络交换,具有传输频道带宽、保密性能好、抗干扰能力强的特点。相对于以铜为介质的传统五类线系统,具有高带宽、保密性能好、抗干扰能力强、防雷击、重量轻、韧性好、施工简便、节省铜资源等特点;相对于石英光纤系统,具有施工和接续简单、光源便宜、综合成本低等特点。

“650nm塑料光纤传输系统”的成功产业化符合信息网络行业“光进铜退”的大趋势,实现了“以塑代铜,以光代电”。即用塑料光纤取代铜芯电缆,可为国家节约大量的铜资源。铜作为不可再生资源,价格日益昂贵,而塑料却拥有制造成本低,价格低廉等优势,以塑代铜可为企业和国家节约大量资源与资金,降低产业成本,增加附加值。而用光信号取代了电信号,可实现网络信息全光高速传输。

“全光网”时代的到来是科技进步下的必然结果。“650nm塑料光纤传输系统”的问世,实现了塑料光纤为传输介质,以光信号为信息载体,使光信息流在网络的传输及交换时始终以光的形式存在,为光纤到桌面,光纤到终端提供了一种比较理想的技术支持。解决了通信系统全光网络中“最后一公里”的瓶颈,为“全光网”时代的早日到来,打下了坚实的基础。

新兴的朝阳产业

目前“电光网”时代,世界各国大力发展下,信息高速公路主干网线已具有相当规模,主要采用有较好传输特性的石英光纤。但由于石英光纤存在材质较脆易断、接续维护不便等缺陷,因此用户接入网线末端只能采用铜线电接入方式,这已成为一种国际惯例。

而这种方式同样存在诸多问题:首先由于铜线本身存在的电阻率等问题,造成信息传输速度慢、容量小,光信息流进入终端前一刻不得不变成电信息流,这种转化使信息转输速度大为降低,成为难以满足人们对信息通信技术的传输速度、容量等主面的高要求的世界性难题。

“650nm塑料光纤传输系统”通过技术创新,全面解决了上述难题。而且,在技术设计研发充分考虑客户需求,使用起来方便简单,充分体现了智能化与集成化。该系统让人“一看就懂、一点就知、一学就会”;同时,系统维护起来也简单便捷。

明显的技术优势,人性化的设计,再加上强有力的技术支撑;使“650nm塑料光纤传输系统”具有广阔的应用前景,在宠大的市场面前占领了先机。该系统可广泛用于各类公司、专用局域网,特别适用于短距离和对保密及环境有特殊要求的场合,例如机载、车载、舰船内部通信网络,工业控制网络等高速数据传输领域,是短距离、多接点通信网络的理想设备。

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裸眼3D是未来显示技术发展的必然趋势与终极方向，随着光栅、指向光源、全息、体显示等裸眼3D技术的快速发展，为人们带来了全新的视觉体验与消费方式，同时手机、广告、展览、军事、医疗等先行行业对于裸眼3D显示也有着极其迫切强烈的应用需求。

而究竟何为裸眼3D，缘何如此吸引大众关注呢？

南昌大学机电工程学院副教授梁发云解释说：裸眼3D技术是一种采用视差障壁技术、柱状透镜技术或者够通过一定间隔重叠的两块液晶面板MLD技术，实现在不使用专用眼镜的情况下，观看图像及文字时呈现突出屏幕的3D效果。裸眼3D技术可以广泛应用于台式计算机显示器、笔记本计算机显示器、3D广告机、移动3D电视、手机、平板电脑等领域，具有巨大的市场价值。

立足国需 服务产业

梁发云2005年毕业于合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，先后在国营企业、船舶重工集团研究所、高新技术企业任职。随后在南昌大学机电工程学院从事教学科研工作。其研究团队在裸眼3D技术、机器人立体视觉交互技术等领域做出了出色的成绩，获得多项科技成果奖，并承担国家自然科学基金、省部级科技项目的研究工作。近20多篇，获得国家专利10余项。

2012年12月16日，江西省教育部门在南昌组织有关专家召开了“裸眼3D技术理论及应用研究”科技成果鉴定会。鉴定结论为，项目研究内容及成果丰富，创新性明显，在裸眼3D技术参数评价方法和自动多视点技术研究方面达到了国内领先水平，具有重要的理论意义和实际应用价值。

这一成果研究的光学差分式裸眼3D技术可以作为图像、视频、文字的视觉接口，广泛应用于图文显示设备。在攻关过程中，梁发云团队使用光学差分板固定在液晶显示屏的前面（或后面）构成前置式与后置式的裸眼3D液晶屏，液晶屏是用TFT-LCD作为图像显示单元，左右眼图像分别显示在奇列和偶列构成的亚屏幕上，其光学差分组件改变图像显示单元上的左右眼图像传输光线，在观看区域会聚后形成左右眼独立视区，双眼接收到各自独立的互不干扰的图像，从而获得立体视觉效果。

技术的关键在于裸眼3D光学机理的研究、光学差分组件参数的计算仿真及其设计加工和组装。成果中的光学差分组件使用液晶技术加工制造，液晶层的厚度控制在8微米，使用电极上的动态驱动信号使液晶分子产生扭转形成电子光栅，从而产生3D光学差分效应。而在电极无驱动信号时，光学差分组件处于不工作状态，不对光线进行调制，使得LCD屏兼容于2D显示。

通过攻关，他们提出了亚屏幕分区、独立视区及其空间分布特征等理论，完善了裸眼3D技术的光学机理研究；探索了立体度参数及相应测试方法，完成裸眼式3D显示器的质量评价和视觉特性测试研究；提出一种具有特色的不同于柱透镜原理的自动多视点技术实现方法，在眼睛识别与跟踪算法和播放软件等方面进行了深入研究；设计并研制了视差分离光学板，开发了前置式和后置式的多种规格尺寸的裸眼3D显示器样机：样机能形成左右眼图像完全分离的独立视区，满足裸眼观看3D影像的要求。

他们的成果完善了裸眼3D技术的光学研究，研制了裸眼3D显示器，具有良好的3D视觉效果；研究了裸眼式3D显示器的技术质量评价方法及测试仪器，为技术质量测试和建立国家标准提供了依据；自动多视点技术的研究充实了裸眼3D技术研究的内涵。

“裸眼3D技术理论及应用”研究在光学机理、技术质量评价及测试、自动多视点技术等方面的研究成果，对新型显示技术的发展做出了一定的贡献。技术性的研究成果可产业化推广，与光电显示技术公司合作开发适用产品，服务于社会经济建设。”

创新前沿 领航发展

裸眼3D技术是光电显示的重要研究领域，在多行业有重要的应用，为了凝聚研究方向，在光学机理、评价标准和测试方法、视觉特性、3D图像与视屏信号处理方法、微电子3D电路、3D传感器、虚拟图像、3D人机交互等领域加强研究，梁发云组建了裸眼3D技术与虚拟现实技术研究中心。

中心目前承担了厅委重点科技项目和产学研科技项目的研究开发工作，在产业化应用方面承担了中小企业创新基金支持的产业化研究。为此，研究团队成立了南昌兴亚光电科技发展有限公司，专门从事裸眼3D技术的成果转化及产业化工作。

身为科技领军人的梁发云，不仅是一名孜孜不倦的垦荒者，在科技创新上持之以恒，克服经费和设备短缺等困难，坚持研以之致用，在科学技术的原野上无惧无畏地探索与开拓；而且是一名传道授业解惑的良师，因为他深知要想有长久不竭的发展动力，技术能力和真才实学在人才培养中至关重要。梁发云在科研中着重培养研究生的实践能力和创新创业意识，目前已毕业的8名硕士研究生都就职于大型企业和研究所，6名在读研究生继续钻研3D技术的纵深问题。

“裸眼3D技术是新型显示技术领域的重点发展方向，科技部“十二五”计划专门规划了其理论和应用的发展目标。3D技术已经进入产业化阶段，特别在消费电子领域具有巨大的市场前景。裸眼3D技术在平板电脑、手机、监控、广告机、车载等产业方面具有重要应用。市场容量巨大，产业链的产值每年上千亿。”梁发云说。

最后，他向我们描绘了裸眼3D的蓝图：随着3D市场的启动和逐步普及，3D影视作品将加快生产步伐，使大部分的影视剧及视频节目开始采用3D技术拍摄发行，3D动漫领域也将形成巨大的产能。裸眼3D技术的影像产品适合于中小尺寸的家庭电视机、电脑显示器、监控设备、楼宇广告设备、车载影像设备、便携娱乐影音设备、通讯设备等，产品模块化、标准化的发展趋势日益明显。裸眼3D技术的应用体系非常广泛，可以形成不同尺寸规格、功能多样化的技术产品，丰富用户需求，促进产业链发展。

篇9

本文重点对半导体硅材料，GaAs和InP单晶材料，半导体超晶格、量子阱材料，一维量子线、零维量子点半导体微结构材料，宽带隙半导体材料，光子晶体材料，量子比特构建与材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。最后，提出了发展我国半导体材料的建议。

关键词 半导体 材料 量子线 量子点 材料 光子晶体

1半导体材料的战略地位

上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。

2几种主要半导体材料的发展现状与趋势

2.1硅材料

从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。

从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smart cut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。

理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。

2.2 GaAs和InP单晶材料

GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。

目前，世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生长的2－3英寸的导电GaAs衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的SI－GaAs发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI－GaAs集成电路生产线。InP具有比GaAs更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。

GaAs和InP单晶的发展趋势是：

（1）。增大晶体直径，目前4英寸的SI－GaAs已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI－GaAs也将投入工业应用。

（2）。提高材料的电学和光学微区均匀性。

（3）。降低单晶的缺陷密度，特别是位错。

（4）。GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。

2.3半导体超晶格、量子阱材料

半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。

（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。

GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管（HEMT），赝配高电子迁移率晶体管（P－HEMT）器件最好水平已达fmax=600GHz，输出功率58mW，功率增益6.4db；双异质结双极晶体管（HBT）的最高频率fmax也已高达500GHz，HEMT逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1.5μm分布反馈（DFB）激光器和电吸收（EA）调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键，在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km的实验。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。

虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件，但由于其有源区极薄（～0.01μm）端面光电灾变损伤，大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年，就研制成功980nm InGaAs带间量子级联激光器，输出功率达5W以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。

为克服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制，1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器，突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年InGaAs／InAIAs／InP量子级联激光器（QCLs）发明以来，Bell实验室等的科学家，在过去的7年多的时间里，QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士Neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9.1μm的QCLs的工作温度高达312K，连续输出功率3mW.量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K 5μm和250K 8μm的量子级联激光器；中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器，使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英国卡迪夫的MOCVD中心，法国的Picogiga MBE基地，美国的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。

（2）硅基应变异质结构材料。

硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米Si／SiO2），硅基SiGeC体系的Si1－yCy/Si1－xGex低维结构，Ge／Si量子点和量子点超晶格材料，Si／SiC量子点材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。

另一方面，GeSi／Si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSi MODFET和MOSFET的最高截止频率已达200GHz，HBT最高振荡频率为160GHz，噪音在10GHz下为0.9db，其性能可与GaAs器件相媲美。

尽管GaAs／Si和InP／Si是实现光电子集成理想的材料体系，但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效，防碍着它的使用化。最近，Motolora等公司宣称，他们在12英寸的硅衬底上，用钛酸锶作协变层（柔性层），成功的生长了器件级的GaAs外延薄膜，取得了突破性的进展。

2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料

基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。

目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子点激光器，工作波长lμm左右，单管室温连续输出功率高达3.6～4W.特别应当指出的是我国上述的MBE小组，2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层，抑制了缺陷和位错的产生，提高了量子点激光器的工作寿命，室温下连续输出功率为1W时工作寿命超过5000小时，这是大功率激光器的一个关键参数，至今未见国外报道。

在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展，1994年日本NTT就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管，并在150K观察到栅控源－漏电流振荡；1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工艺技术实现了128Mb的单电子存贮器原型样机的制造，这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前，基于量子点的自适应网络计算机，单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。

与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比，高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组，在继利用MBE技术和SK生长模式，成功地制备了高空间有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子线和量子线超晶格结构的基础上，对InAs／InAlAs量子线超晶格的空间自对准（垂直或斜对准）的物理起因和生长控制进行了研究，取得了较大进展。

王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组，基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术，成功地合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半导体氧化物纳米带，它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同，这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位错；纳米线呈矩形截面，典型的宽度为20－300nm，宽厚比为5－10，长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的Lars Samuelson教授领导的小组，分别在SiO2／Si和InAs／InP半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。

低维半导体结构制备的方法很多，主要有：微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法，应变自组装量子线、量子点材料生长技术，图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术，单原子操纵和加工技术，纳米结构的辐照制备技术，及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术，以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。

2.5宽带隙半导体材料

宽带隙半导体材主要指的是金刚石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，III族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LED）和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破，GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前，GaN基蓝绿光发光二极管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大输出功率为0.5W.在微电子器件研制方面，GaN基FET的最高工作频率（fmax）已达140GHz，fT=67 GHz，跨导为260ms／mm；HEMT器件也相继问世，发展很快。此外，256×256 GaN基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是，日本Sumitomo电子工业有限公司2000年宣称，他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN单晶材料，这将有力的推动蓝光激光器和GaN基电子器件的发展。另外，近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重视，这是因为它们在长波长光通信用高T0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。

以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展，2英寸的4H和6H SiC单晶与外延片，以及3英寸的4H SiC单晶己有商品出售；以SiC为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市，并参于与以蓝宝石为衬低的GaN基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。

II－VI族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美国3M公司成功地解决了II－VI族的P型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用MBE技术率先宣布了电注入（Zn，Cd）Se／ZnSe兰光激光器在77K（495nm）脉冲输出功率100mW的消息，开始了II－VI族兰绿光半导体激光（材料）器件研制的。经过多年的努力，目前ZnSe基II－VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速发展和应用，使II－VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。

宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如GaN／蓝宝石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。

目前，除SiC单晶衬低材料，GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题，如GaN衬底，ZnO单晶簿膜制备，P型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂，II－VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶体

光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FIB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜，再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2O3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。

4量子比特构建与材料

随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest，Shamir和Adlman（RSA）体系，引起了人们的广泛重视。

所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置，理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mK的低温下。

这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅单晶；减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。

5发展我国半导体材料的几点建议

鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供参考。

5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位

至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。

5.2 GaAs及其有关化合物半导体单晶材料发展建议

GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的SI－GaAs和3－5吨／年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年，应当实现4英寸GaAs生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。

5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议

（1）超晶格、量子阱材料从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强MBE和MOCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP， GaN基蓝绿光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。

宽带隙高温半导体材料如SiC，GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。

（2）一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。

本文限于篇幅，只讨论了几种最重要的半导体材料，II－VI族宽禁带与II－VI族窄禁带红外半导体材料，高效太阳电池材料Cu（In，Ga）Se2，CuIn（Se，S）等以及发展迅速的有机半导体材料等没有涉及。

篇10

关键词 码盘;稳定性;精度;环境适应性

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）21-0018-02

光电编码器具有广阔的应用前景，其在精密机床数控、精确测角等领域发挥了巨大的作用。随着材料科学的发展，光电编码器码盘材料得到了提高，从而拓宽了光电编码器的应用领域，在恶劣、振动条件下应用范围得到了扩展。

1 结构及工作原理

光电编码器是一个包含光机电三大领域技术的综合系统，由数据采集和数据处理装置组成。

安装时码盘与电机同轴，当电机旋转时，码盘与电机就会相应的同速旋转，经发光、接收管组成的数据采集装置在机械位移中，转换成若干个光电信号，经单片机逻辑处理，输出相应脉冲。

1）主体。采用光、机、电一体，全封闭结构。外壳选择铸铝成型，优点：具有强度高及防腐蚀性能好的特点，如图1所示。

图1 光电编码器整体结构图

2）码盘。光栅盘是在一定直径的金属片上开通若干个等分的长方形孔，以通和不通刻线，分别代表数字量的“1”和“0”。

用玻璃码盘或塑料码盘，导致数据采集装置和数据处理装置不能可靠的接收到光信号，不能准确传递速度反馈信息，使调速系统的信号与实际值出现偏差，导致系统误动作，而引发生产事故。码盘选择低膨胀系数的金属片制成。优点：在高温环境下不变形，并具有抗冲击、抗振动能力，如图2所示。

图2 光电编码器金属码盘

2 技术改进措施

1）获取A、B相信号。将机械轴上的几何位移量，转换成数字信息量的过程，是由光电变换信号产生的，处理光电编码器光电变换过程，是系统重要环节。

①“田”字排列光电接收器。

光敏器件是将光信息转换成电信息（即通过光信号产生受控电信号）的器件。采用光敏器件为田字排列整体封装，如图3所示。

0 90

270 180

图3 双排布局裂相指示光栅示意图。

田字排列的四裂相接收器，在光电编码器应用中，称之为四裂相读取法，在码盘与光源相对位移中，可以准确获取四路各相差90°度正弦信号。其特点是：对照明不均匀有部分补充作用，可以消除轴系晃动、码盘安装偏心、刻划半径不等以及某些不对称变形引起的数据误差。

②安装四相线光电接收器。

本文方法是将一个设计好光路的凸型透镜与四相线光电接收器固定在一基座上，不采用指示光栅，克服了传统光电编码器的易受干扰缺点。

发光管发出的光，通过光栅经透镜，光电接收器上直接裂相，获取四路相差90°度的正弦信号。通过差分放大电路，变成两路相差90°度的正弦SIN与余弦COS波形，如图4所示。

图4 输出波形图

2）获取零位脉冲信号。传统光电编码器莫尔条纹通常是由两块光栅叠加形成的，光栅固定在主轴上随之一起移动，指示光栅与基座固定在一起。由于光束透过光栅及指示光栅过程中，必然存在杂光，所以接收管输出带有不同程度的残余电压，也称之为次峰，在不同环境下，会产生计数错误，造成零位误差。本文是不要指示光栅，而将两个光电接收管粘合，与基座固定在一起。发光管发出的光，通过光栅直接裂相获取两路相差45°的零位脉冲信号。如图5所示。

图5 零位脉冲信号

图6 零位脉冲处理电路

两个光电接收管直接获取最大通光量，接收管输出可达到最大量的效果，所以我们将两路零位脉冲信号，直接用电子学进行逻辑处理，将比较器电路组合成与门逻辑关系如图6所示。

从零位波形图中可以看出，波形斜率在高低温环境下，变化很小，可以准确定位起始点，同时也提高了计数精度。

3 结论

本文通过将光电编码器的码盘改变为金属材质，提高了光电编码器的环境适应性;通过获取A、B相信号及获取零位脉冲信号两方面的改进提高电路的抗干扰性及稳定性。

通过本文的改进措施提高了光电编码器的应用领域，提高了抗恶劣环境的能力。

参考文献

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