光电子(共9篇)
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。
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大会开幕式上,中国电子学会副理事长兼秘书长刘汝林致词并指出,光电子和量子电子技术是下一代信息技术发展的重要突破点,大力推动该领域技术是我们国家非常重要的战略性任务,希望本次大会能为此发挥重要作用和积极贡献。工业和信息化部综合规划司韦俊副司长就“十二五”国家电子信息战略新兴产业发展面临的问题和“三个着力”途径作重要讲话。中国电子学会常务理事、本届大会主席周寿桓院士着重阐述了我国光电子与量子电子学技术“热点”问题和未来发展方向。国家自然科学基金委信息科学部张兆田副主任、北京航空航天大学电子信息工程学院王祖林院长等分别作了大会发言。
会上,围绕“二十一世纪先进光电子技术和量子电子学技术”的主题,中国科学院院士王占国做了“第三代半导体太阳能光伏电池研究进展”、中国工程院院士方家雄做了“特种红外传感器”、中国科学院院士郭光灿做了“量子信息科学”、北京大学郭弘教授做了“量子密码的实际安全性”、清华大学范守善院士、姜开利教授做了“碳纳米管-从材料研究到应用探索”等主题报告。中国工程院院士张钟华做了“二十一世纪的计量科学”、香港理工大学靳伟教授做了“光子晶体光纤传感器技术”、燕山大学红外光纤与传感研究所所长侯兰田教授做了“光纤激光器的发展与应用”的大会报告。与会代表普遍反映主题报告和大会报告涵盖了重要技术热点领域,内容具有重要的指导意义。
会议围绕激光技术、红外与紫外技术、光电器件与光电显示技术、光通信与光传感技术、量子信息与量子器件、原子钟与量子频标等6个领域举行了分组会议,来自全国各地高校和科研院所的代表踊跃发言,展开了热烈的学术交流。包括新泽西理工学院Ken K. Chin教授关于太阳能电池器件理论的发言在内的一批报告引起了与会者的积极关注和讨论。
作为本届会议的特别论坛——光电产业高峰论坛也同期召开。陈良惠院士做了题为“我国固态照明产业发展”、中国电子信息产业发展研究院科技委副主任陈新研究员做了题为“电子信息产业与未来发展思路”的专题研究报告。我国光电产业有代表性的高科技企业的有关产业领袖及光电子专家也做了报告,如阿波罗太阳能科技有限公司总经理潘锦功博士的“薄膜太阳能光伏电池技术的发展与性能比较”、雷曼光电科技股份有限公司李漫铁总经理的“中国LED封装产业的现状与未来发展”、中兴通讯王加莹博士的“100G WDM系统及对超100G的考虑”、国科世纪激光石朝辉经理的“全固态皮秒激光的关键技术和发展状况”等的报告,对产业与技术的热点问题的深入探讨受到与会代表和专家们的高度评价。
本次大会受到学术界与产业界的广泛关注和响应,会议共录用论文140余篇,其中大会特邀报告8篇,分组邀请报告 43篇,分组报告近百篇。
光电子技术,是电子和光子结合的一门技术。自从激光器的发明,解决了光频载波的产生问题,从此电子技术的各种基本概念(如放大与振荡、调制与解调、直接探测与外差探测、倍频、和频与差频等)几乎都一直到了光频段。电子学与光学之间鸿沟在概念上消失了,产生了光频段的电子技术,习惯说简称为光电子技术。当然由于波段拨通,电子波段和光波段在相应器件的结构上完全不同了。
经过一学期的学习与训练,使我从概念上理解了光电子技术这门课程的意义以及其广泛的应用。为了更好的熟悉这门课程,学院领导开放了实验室,提供了“电子技术实验”这门实验课程,对于我们这些学子来说,无疑是最美好的事情。有了这门实验课程,可以让我们从繁琐的书籍中解脱,加入到际、加具体、加容易让人感受的实验中去。我们在“电子技术实验”中,我们能将理论知识与实际实验过程相结合,在过程中加深对理论知识的理解与认识,在知识的牵引下体会在科技上的应用。
在“光敏二极管特性实验”与“硅光电池实验”中,了解到了光电实验电路模块的概念,还有ZY13OFSens12SB 主机箱的强大功能。据我了解,它是由湖北众友公司生产的光电传感器试验台。ZY13OFSens12SB 型光电传感器实验台,集中了目前常用的光敏元件和传感器,采用模块式组合构造。
在“光纤位移传感器实验”和“纤温度传感系统特性实验”中,让我认识到光电子技术在光纤传感器上的应用。作为光纤传感器,它让一些以前我们无法直接测量的物理量,通过电光的转换,实现了物理量的代换测量,使得我们对测量技术的发展有了显著的提升。
在CCD光电传感实验系列里,我们先了解到了CCD的组成以及其工作原理。之后,又进行实际操作测量CCD的主要特性参数,了解CCD的一些特征,接着运用CCD,对光电信号的二值化以及其测量上的运用。从这里可以看出,CCD器件除了最主要的光电成像以外,还在测量物理量的领域上也有着显著的作用。
实验的最后,我们又学习使用了电光、磁光调制的原理以及其对信号的处理效果的展示。通过实际操作和实际结果,更容易让我们接受以及理解调制的知识。
总的来说,总过实验,让我们学会了合理的选择传感器的原理和方法,培养了我们的动手能力,对新型光电子仪器有了更深的认识以及理解。
在这里,个人的一观点:
这次实验除了学到的东西外,还有个让人有点不能接受的地方,就是实验仪器的老旧化。由于仪器年代有点久远,导致大部分实验的仪器有损坏而不能使用,从而不能保证每位同学都能亲手操作到,这是我们进行实验时非常遗憾的事。当然,能有机会进入实验室,亲自进行实验,也是非常难得的机会。
电 子
技 术 发 展
态 势 及 应
光电子技术发展态势及应用
1.光电子学的出现和发展
光学的发展历程古老而又漫长,电子学的发展则相对较短。光子学和光子技术可以认为是从1960年激光器诞生才开始出现的一门新型科学与技术。电子学和电子技术是20世纪发展起来的科学技术,现已处于高度发展的水平,广泛的应用于社会各个领域,并且已渗透到日常生活之中,目前正由微电子学与技术向纳米电子学与技术、分子电子学与技术发展。光电子学作为这两个学科的交叉点是一门新兴的学科。关于光的电磁性质及其在介质中的行为,早在19世纪就已经用麦克斯韦(Maxwell)的经典电磁理论进行了研究,关于光的吸收和辐射,在1017年爱因斯坦(Einstein)就建立了系统的理论。但是直到20世纪60年代之前,光学和电子学仍然是两门独立的学科。
1960年世界上第一台激光器研制成功,这标志着光学的发展进入了一个新阶段。随后在对激光器和激光应用的广泛研究中,电子学发挥了重要的作用,光学和电子学的研究有了广泛的交叉,形成了激光物理、非线性光学、波导光学等新学科。70年代以来,由于半导体激光器和光纤技术的重要突破,导致了以光纤传感、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、材料等学科)之间的相互渗透,形成了一个边沿的研究领域。为此需要引进一个名词来覆盖这一非常广泛的应用研究领域,学术界曾经使用的名词有电光学(Electo-optics)、光电子学(Optoelectronics)、量子电子学(Quanumelectronics)、光波技术(LightWaveTechnology)、光子学(Photonics)等【1】。随着时间的推移,现在用的较多的名词是“光电子学(Optoelectronics)”和“光子学(Photonics)”。光电子学沿用电子学的有关理论,主要研究有光参与的电子器件和系统。光子学是把光子作为信息的载体和能量的载体来研究,包括光的产生、传输、调制、放大、频率转换和检测等。事实上,光电子学和光子学其本质是一致的,只不过其强调的重点不一样,光电子学强调电子的作用,光子学强调光子的作用。
2.光电子技术的应用
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处理等。光电子技术应用涉及范围极其广泛,包括天文、地理、物理、化学、计量、生物、医学、工业、农业、军事等各个领域。目前其应用已进入到家庭。
2.1办公现代化设备的应用
办公现代化设备主要是随计算机迅速普及而发展起来的高技术产业, 各国厂商正在竞争中不断开发新一代产品。美日的苹果、兄弟、惠普、佳能、富士通、数据产品、国际商用机器等30余家厂商的主攻产品是激光打印机,推出了几十种高中低档产品。激光打印机兼负现代文书和管理文件打印、轻印刷系统和台式出版系统的排版任务, 配合计算机的一部分功能, 是各国众多公司竞相发展的热门产品之一。随着微机日益普及, 我国对作为重要外围设备之一的激光打印机需求量正迅速增长。目前国内市场的激光打印机均为进口或国内组装产品, 尚无国产。2.2 材料加工的发展
在工业先进国家, 激光加工的地位很高,衡量一个国家工业生产效率及其在发达国家中的位置, 很大程度上取决于其工业用激光器的制造及其引入生产的进度。激光焊接、打孔、切割、微加工等多方面工业应用, 效益同样非常可观。这些方面在国外加工中占据主要地位, 由于国内材料加工业的技术改造资金来源受体制影响有极大困难, 因而没有形成有影响的产业, 只有通过体制改革发展我国的激光材料加工业。
2.3 激光医学应用
激光在医学中的应用是众所共知的具有最好社会效益和经济效益的热门应用。国外激光医疗器械朝着眼科治疗、显微手术、微血管吻合、血管阻塞疏通等高精细手术装置发展, 而国内生产单位仍固守体表治疗、激光针灸和穴位治疗、气功信息治疗等具有中医特色的简易激光器械生产, 高精细手术用的激光器械, 或因销售情况不佳, 或因技术条件不足, 或因资金较为困难, 没有产品上市, 市场只好拱手让给美日厂商,国内的激光医疗器械市场极大的。
2.4 通信、存储领域中的应用
光电子技术在这类热点应用中潜力很大, 如通信、存储、条码扫描、质量检验、全息照相、激光刻蚀和绘画、娱乐设备等, 都充当了重要角色。激光和光电子在其它消费类应用中的份额, 在世界市场上也呈逐年增长的趋势。
2.5 矿井安全中的应用
随着光电技术, 尤其是光电子器件的发展, 红外型传感器用于各种危险场合气体成分的检测已逐渐成为现实。红外线瓦斯传感器工作稳定, 可满足不同地点、不同精度的要求, 并且易维护, 使用寿命长, 适应性强。光纤传感器具有一些常规传感器无可比拟的优点, 如灵敏度高, 响应速度快, 动态范围大,防电磁干扰, 超高绝缘, 无源性, 防燃防爆, 适于远距离遥测, 体积小, 可灵活柔性挠曲等, 很适于在恶劣和危险环境中应用, 因而得到广泛重视。分布式光纤传感利用光导纤维具有的传输双重特性,实现对待测场光纤分布的多点甚至连续点测量,以达到取代多台独立点传感器的目的。
3.光电子技术研究的几个方向和热点
光电子技术不断地向前发展,特别是近年来,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 激光器是光电子技术的核心,正是激光器的问世与发展促使了光电子学的兴起与发展。在光电子技术的发展中,激光器也得到了迅速的发展。近年来各种新型激光器的不断涌现,又为光电子学和光电子技术的进一步发展注入了新的活力。半导体激光器又称为二极管激光器,广泛地应用于各个领域,尤其是与计算机、通信技术和军事技术应用紧密结合,因此其技术和市场一直呈高速增长的趋势【2】,半导体激光器已经成为激光器的主流。量子阱超晶格人工改性新结构、新材料的出现及能带工程的成功应用推动了光电子器件和半导体激光器的发展,半导体激光器的研究向宽带宽、大功率、短波长以及中远红外波长发展。随着半导体激光器的发展,全固化固体激光器将以更优异的性能取代传统泵浦方式的固体激光器,成为固体激光器发展的主流。其他激光器如原子激光器的研究等也取得了进展。
3.2 硅基光电子技术的研究 我们知道,硅和锗是微电子学中最重要的基质材料,在硅材料上发展起来的集成电路已对电子计算机、通信和自动控制等信息技术起了关键的作用。随着信息技术的日益发展,对信息的传递速度、存储能力、处理能力提出了更高的要求。但是硅集成电路受到尺寸和硅质材料中电子运动速度的限制,很难满足发展的要求。如果能在硅芯片中引入光电子技术,用光波代替电子作为信息载体,则可大大地提高信息传输速度和处理能力。由于硅和锗都是间接带隙材料,电子不能直接由导带底跃迁到价带顶发出光子,为了满足动量守恒定律,它只能通过发射或吸收一个声子,间接跃迁到价带顶。这是一种多体效应,跃迁几率很小【3】,因此硅和锗都是发光效率低的材料。为了克服硅材料发光效率低的问题,实现在一块硅片上集成电子器件和发光器件,也为了发展硅基光电子技术,国外研究人员进行了不懈的努力,为了提高硅(或锗)的发光效率,提出和研究了多种硅基发光材料,如掺铒硅、多孔硅、纳米硅、硅基异质外延、超晶格和量子阱材料等,并取得了一定的成果。Kimerling等人【4】采用标准的集成电路工艺,在SOI(Si-on-insulator)上将侧面光发射的掺铒硅发光管与硅波导集成在一起。Ksybeskov等人【5】和Hirschman等人【6】采用硅微电子制备工艺将双极晶体管和多孔硅发光管集成在一个硅片上。另据报道,英国的一个科研小组最近研究出了一种在室温下能发光的全硅的发光二极管(LED)。我们相信,将来有可能出现一种全硅的激光器。硅基光电子技术正向集成化发展。一旦实现了全硅光电集成,将对光电子技术其他方面的发展具有重要的意义。
3.3 有机聚合物光电子材料的研究 随着材料科学的发展,有机聚合物材料的日趋成熟,聚合物光电子学日益为人们所重视。据1993年I BM公司的Almaden研究中心报道,他们使用聚合物电光调制器和832nm半导体激光器实现了6个模拟电视信号的同时传输和接收,第一次在模拟信号传输中使用聚合物调制器并获得较高的信噪比。由于有机聚合物的合成、加工、器件制备方面相对容易、价格低廉,而且它们有相对低的介电常数,因而有更高的调制频率和较低的驱动功率,并且容易与半导体器件和光纤传输集成,具有响应性能快、非线性光学系数大等优点,引起了人们的广泛兴趣。聚合物热光开关的工作原理是这样的:当DC或A C电流通过薄金属层时,加热引起的聚合物的线性膨胀,使得聚合物的折射率降低。与电光开关的情况相比,热光调制引起的折射率要大得多,最高可以达到0.01。现在AKZONOBEL公司已经批量生产聚合物热光开关【7】。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。聚合物光电子材料的应用前景十分诱人。
3.4光互连、光计算技术的研究 在因特网迅速发展的今天,信息快速入网和出网的分派能力决定系统所传输的巨大信息量能实时利用的有效性。相对于光信息传输器件来说,光信息交换互连技术器件的发展不如光信息传输的发展快【8】,因此有必要加强对光交换技术的研究。光互连技术的内容主要包括光交换网络和电子计算机的光互连,这是在信息光学中最有广泛应用前景的研究领域。在光交换网络的光互连中,还应多研究在集成光学中的光波导交换开关、自由空间光学中的多级交换网络。在电子计算机的光互连中,还应多研究芯片间的自由空间和波导光互连,插件板之间的自由空间和波导光互连,多处理器之间的自由空间或光纤互连及并行计算机的光学总成等。以数值计算为目的的光计算研究分为专用性的光计算系统和通用性的光计算系统两大领域,数值的光学处理又分为模拟量编码和数字量编码两种。专用性计算系统主要包括以光学矩阵运算为主导的光学代数运算器通用的光计算系统的算法和体系,主要借助于已有的并行计算机的算法和体系。在光互连和光计算领域的研究方面,国外的研究人员已经开始研究在路由器中用全光学矩阵开关来取代原有的电开关,并在光计算方面也取得了进展。
3.5大容量光存储的研究
现代化信息社会对大容量、快速存取时间的存储系统有着日益增长的要求。传统使用的存储采用磁盘技术,这一技术发展相当成熟,磁盘的存储容量大(可以达到几十G)、存取时间短(0.1ms)、存储时间长并且可擦写。但是它遇到两方面的困难:一是尺寸限制,二是信噪比难以提高。传统的磁盘存储方法由于其存储素元难以进一步缩小,很难提高其存储容量了。而光盘作为存储介质和光子技术的使用,是大幅度提高存储容量的出路。光盘的存储量决定于记录介质写入位尺寸和写读斑的大小。采用短波长的半导体激光器,可以大幅度降低介质光斑的大小,提高存储容量。目前选用波长为780nm和640nm的激光器,采用复膜技术及双光头读写技术,已使存储容量达到数G b范围。为进一步提高存储容量,一方面使用更短波长的激光器并进行光斑压缩;另一方面,也可通过改变存储介质和存储方法来提高存储量。与此同时,发展新型的集成激光器面阵和高密度半导体低维结构高速空间光调制器也将促进高密度存储技术的发展。今年4月23日至25日在美国召开的“光学数据存储2001年会”上,日本的东芝、三菱电子、NEC等三家大公司同时报道了光盘单面存储密度为25~32GB的实验结果。近场光学存储,以超衍射分辨为特征,从根本上克服了点存储的密度极限限制,无疑是光盘存储的重要发展方向。其技术难点集中在近场距离的控制上,通过适当的技术手段,保持头盘间距能够限制在近场范围之内,近场存储就有望成为下一代盘式存储的主要技术手段【9】。
3.6生物医学中的光电子技术
生命科学是当今世界科技发展的最大热点之一,也是光电子技术的一个重要应用领。近年来,生物医学中的光电子技术研究十分活跃,发展十分迅速,它将开拓生命科学的一个新领域。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。
参考文献
【1】殷一贤。关于光电子学与光子学【J】。激光杂志19 98,1 9(1):12 0。【3】陈维德。21世纪的光学和光电子学讲座(第二讲):硅基发光材料和器件研究 【J】。物理,2000,2 8(12):74 1-745。
【4】Kimerling LC,Kolenbrander KD,MichelJetal。SolidStatePhys,19 97,5 0:3 33341。【7 】Keil N,Yao H,ZawadzkiC。Integrated Photonics Research【Z】。1998 Technical DigestSeries,Canada :Vactoria。353-355。
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会议宗旨: 会议宗旨:二十一世纪将是微电子、光电子共同发挥重要作用的 时代。作为信息技术赖以迅猛发展的基础和关键技术,微电子、光电 子不仅仅是高科技的体现,更具有战略意义。因此重视微电子、光电 子技术的研发和产业化,对提升深圳的高新技术产业、优化产业结构 具有极大的重要性。“2009 深圳市微电子光电子发展战略研讨会”上,学术权威与企 业精英将共聚一堂,共同探讨微电子、光电子发展战略,高素质专业 人才培养基地建设,积极推进深圳市微电子、光电子事业发展,为信 息产业做出更大贡献。主办单位: 主办单位:深圳大学、中国科学院信息技术科学部 承办单位: 承办单位:深圳大学电子科学与技术学院、深圳市南山区科学技 术协会、深圳市光学学会 协办单位: 协办单位:深圳中国科学院院士活动基地、深圳市微纳光子信息 技术重点实验室、深圳市激光工程重点实验室、深圳市半导体行业协 会 会议时间: 会议时间:2009 年 9 月 10 日 会议地点:、深圳大学图书馆 会议地点:深圳大学科技楼一号报告厅(上午)二楼会议室(下午)
会议日程: 会议日程: 日期 时间 内容 合影 开 幕 式 9:00—12:00 9 月 10 日 12:00--13:00 院士报告与 科技楼一号报 电子科学与技 告厅 术学院介绍 校教工餐厅二 午餐 楼 院士、专 图书馆二楼会 13:30--18:00 特邀报告 议室 精英、领 导、师生 家、企业界 校外来宾 领导、科 技 楼 一 号 报 贵宾致辞 告厅 院士、专 家、企业界 精英、领 导、师生 地点 科技楼北侧台 阶 参加人
2009 深圳市微电子光电子发展战略研讨会议程
时间:2009 年 9 月 10 日
一、开幕式(9:00—9:50)地点:科技楼一号报告厅(1)全体合影(2)介绍来宾(3)校领导致辞(4)贵宾讲话
二、院士报告与学院介绍(10:00—12:00)地点:科技楼一号报告厅(1)沈绪榜院士:并行计算的芯片技术演变(2)祝世宁院士:介电体超晶格--从材料到应用(3)徐平院长: 深圳大学电子科学与技术学院介绍
三、特邀报告(13:30—18:00)地点:图书馆二楼会议室(1)北京 Cadence 公司资深技术经理陈春章博士: Challenges of the implementation of low power chip design on silicon wafer(硅晶圆上实现低功耗芯片设计的挑战)(2)ZTE 微电子研究院院长冯海洲博士: 通讯 IC 设计的挑战与机遇(3)深圳飞通光电股份有限公司副总裁陈波博士: PLC 器件在光通信中的应用(4)泉芯微电子技术公司总经理黄朝刚博士: LED 驱动技术
《光电子技术》主要刊登国内外光电子领域的学术论文、研究报告和综述文章, 及时报道该领域的新工艺、新材料、新产品以及有关器件、整机的应用。
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邮政编码:210016 联系电话:025-86858163
活动简介
“光电子及自动化探索实验”活动充分利用华中科技大学大学生创新人才培养基地——启明学院的科技教育资源,通过安排营员们分组参与5类探索项目,让营员们分别在启明学院各创新团队体验科研与实践,加深营员对大学生课外科技创新活动的认识和了解,增强营员对科学的兴趣与探究热情,鼓励他们立志从事科学研究事业,培养科学精神、创新意识和实践能力。
活动基本程序
第一阶段 启明学院副院长刘玉教授作了主题为《华中大的创新人才培养——让大学生活过得不一样》的专题讲座。她以“什么是人才”、“在座各位是人才吗”等问题引导营员们深入思考。然后指出,启明学院需要的是有好奇心,能主动走向困难,愿意为改变他人命运而奋斗、不服输的人才。
第二阶段 分5个团队分别开展活动。由各团队辅导教师先为营员们讲解本项目的原理、实验方法及注意事项;然后各团队营员们进行分组研讨、自主设计、动手制作并完成实验样品组装与调试;之后各团队内部进行成果展示或比赛,选出本团队的优秀实验作品。
第三阶段 优秀作品展示与表彰会。各团队选出的优秀作品在大会上进行成果展示,团队成员代表在会上介绍本团队实验的原理与创新实验过程,并交流参与特色活动的经验、体会与收获。主办单位为优秀实验作品创作组成员颁发奖品。
活动内容
“光电子及自动化探索实验”活动设计了5类创新探索实验项目,内容涉及机械制造、光电子科学、自动化、计算机软件等。
萝卜头机器人
由机械科技创新基地项目导师指导同学们将机械结构、传感器模块等进行手动搭建,组合成机器人本体,并通过图形化编程软件控制机器人完成一定的动作或任务。让营员了解、掌握机器人的基本知识和技能,培养营员良好的工程素养、创新精神和实践能力。
项目导师首先用生动的PPT讲解机器人分类。人形机器人组的任务是组装大白机器人,组装好的大白机器人可以随着指令跳舞、讲故事,很是有趣;乐高积木组是组装一辆会随指令向前移动的小车,由马达驱动,因为小车连接有光敏材料,营员们用灯光一照,小车就会迅速自动停下来。
Wi-Fi智能小车
由智能机器人及智能系统仿真科技创新基地项目导师结合目前火热的智能硬件及移动互联网技术,让各组成员在完成小车组装的基础上,使之能用手机通过Wi-Fi进行控制避障。
40名营员首先参观了智能机器人及智能系统仿真科技创新基地。随后分为8组动手组装Wi-Fi智能小车。创新基地人员从电路的广泛应用价值、开源电子原型平台Arduino、电路安装及组装时要注意的问题等方面加以讲解。营员们制作与调试过程中,创新基地人员及科学营志愿者为营员们提供悉心指导和出谋划策。为了检测8个小组的小车性能,调试完成后营员们还开展了主题为“奔跑吧,旋风冲锋号!”的比赛。
LED显示屏的秘密
由Dian团队项目导师指导。营员通过参与该项目,学习、掌握LED点阵的基本原理,通过动手实践,学会辨识、测量LED阵列的方法;学习LED阵列的显示原理,利用小引脚数单片机在一块8×8 LED阵列上完成图案的显示。
辅导教师先介绍了LED显示屏原理、电路与应用、LED技术的优缺点、数码管与LED阵列等。然后指导营员们观察元器件,利用导线测试出每一坐标的二极管所对应的两个引脚、记录编号。之后辅导教师继续讲解有关控制二极管发光的编程,并具体指导营员们设计出自己的LED显示画面。营员们利用自己学过的物理、数学知识,积极探索,大胆提问,最后各组成功亮起了由发光二极管组成的美妙图案。
趣味电子小制作
由电子电工科技创新基地项目导师指导营员通过手工制作一个带有蓝牙输入的音频功放电路,实现将手机、电脑等电子设备的声音通过蓝牙功能播放。其中蓝牙接收部分采用现成的模块,功放部分则需手工设计制作完成。
导师先是向营员介绍电工基地,然后带领营员认识各种电子元件,当经历手工绘制电路图、洗板、打孔等多道工序后,悠扬的歌声从喇叭里响起时,大家脸上都有了掩饰不住的欣喜。
基于Unity的移动开发
由GNG团队项目导师指导营员利用Unity 3D开发工具开发一款可以运行在手机或其他移动设备上的游戏,使营员们熟悉Unity开发工具的安装、基本使用和游戏部署。
上午,导师首先介绍了关于Unity软件的知识,营员们了解了Unity界面和基本操作,并制作一个简单的游戏场景。下午的重点就是设计制作一款完整的游戏,有“绿色沼泽”、“飞机大战”、“Flappy Bird”、“对对碰”4款游戏可供选择,当然也鼓励大家完全创新独立的操作。建立游戏项目基础构架、添加角色、添加脚本都是完成游戏制作必不可少的步骤。大部分营员都对这个接地气的项目充满兴趣,极个别对游戏操作不太熟悉的女生也在助教的帮助下完成了游戏制作。
活动总结
本次“光电子及自动化探索实验”活动,通过各项目组成员一遍又一遍的重复探索与动手实验,磨炼了同学们的意志,增强了营员们对科学的兴趣与探究热情,初步培养了营员们严谨求实与团队协作的精神。通过打破区域界线、根据营员兴趣进行实验分组,使营员们有更多与外校同学交流学习的机会。看到营员们兴奋地用手机拍下实验过程还有自己参与完成的作品,相信这必是他们宝贵而又难忘的科学创新体验。
“LED的编程更是让我觉得成就感剧增,刘玉教授的Dian团队不用过多介绍,在全国都是出了名的,而我们要完成的LED的编程正是Dian团队的主导课程。在经历了用掉脑细胞和草稿纸之后,终于成功地将二进制数字转化成十六进制数字,又将十六进制的数字转化成二进制数字,编好了一大长串的程序,让我们的LED显示屏上出现了我们想要得到的滚动字幕。我和张诗贺最终做成的字幕是“Bliss HUST”。Bliss是“天赐的幸福”,HUST是华科大的英语简称,合在一起就是把最美好的祝福送给华科大和华科大的所有营员及志愿者们。”
实习题目:晶体管超外差收音机(原理、装配、调试)
学生姓名:==
学号:=======
指导教师:
专业班级:光电子技术科学
提交日期: 2008年10月
一、实习内容:
(1)学习识别简单的电子元件与电子线路;
(2)学习并掌握收音机的工作原理;
(3)按照图纸焊接元件,组装一台收音机,并掌握其调试方法。
二、实习器材介绍:
(1)电烙铁:由于焊接的元件多,所以使用的是外热式电烙铁,功率为30 w,烙铁头是铜制。
(2)螺丝刀、镊子等必备工具。
(3)松香和锡,由于锡它的熔点低,焊接时,焊锡能迅速散步在金属表面焊接牢固,焊点光亮美观。
(4)两节5号电池。
三、实习目的:
电子技术实习的主要目的就是培养我们的动手能力,同金工实习的意义是一样的,金工实习要求我们都日常的机械车床,劳动工具能够熟练使用,能够自己动手做出一个像样的东西来。而电子技术实习就要我们对电子元器件识别,相应工具的操作,相关仪器的使用,电子设备制作、装调的全过程,掌握查找及排除电子电路故障的常用方法有个更加详实的体验,不能在面对这样的东西时还像以前那样一筹莫展。有助于我们对理论知识的理解,帮助我们学习专业知识。使我们对电子元件及收音机的装机与调试有一定的感性和理性认识,打好日后深入学习电子技术基础。同时实习使我获得了收音机的实际生产知识和装配技能,培养理论联系实际的能力,提高分析问题和解决问题的能力,增强独立工作的能力。同时也培养同学之间的团队合作、共同探讨、共同前进的精神。
具体目的如下:
1.熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理。
2.基本掌握手工电烙铁的焊接技术,能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程。
3.熟悉印制电路板设计的步骤和方法,熟悉手工制作印制电板的工艺流程,能够根据电路原理图,元器件实物设计并制作印制电路板。
4.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围,能查阅有关的电子器件图书。
5.能够正确识别和选用常用的电子器件,并且能够熟练使用普通万用表和数字万用表。
6.了解电子产品的焊接、调试与维修方法。
四、原理简述:
ZX-921型收音机是由8个三极管和2个二极管组成的,其中BG1为变频三极管,BG2、BG3为中频放大三极管,BG4为检波三极管,BG5、BG6组成阻容耦合式前置低频放大器,BG7、BG8组成变压器耦合推挽低频功率放大器。该机的主要技术指标为:
频率范围:中波530~1605kHz
中频:465kHz
灵敏度:小于lmV/m
选择性:大于16dB
输出功率: 56mW~140mW
电源:1.5V(1.5V干电池一节)
ZX-921型收音机电路原理图
(一)调谐、变频电路
L1(线圈)从磁性天线(磁棒)上感应出的电台信号,经由L1和Cl-A(双联电容)组成的输入调谐回路选择后,只剩下需要的电台信号,该信号耦合给L2(线圈),并由L2送BG1的基极和发射极。由于调谐回路阻抗高,约为100kΩ,三极管输入阻抗低,约为1~2kΩ。要使它们的阻抗匹配,使信号输出最大,就必须适当选择L1与L2的圈数比,一般取L1为60~80圈,L2取L1的十分之一左右。以改变输人回路的高端谐振频率,使之始终低于本机振荡频率465kHz。所以微调电容C主要用于调整波段高端的接收灵敏度。相反,微调电容C对波段低端接收灵敏度的影响极小,这是因为在波段低端双连可变电容器Cl-A几乎全部旋进,这时Cl-A的电容量很大,约为200多微微法,微调电容器C的电容量的变化对它来说便可忽略不计。来自L2经输入调谐回路选择的信号电压一端接BG1的基极,另一端经C2旁路到地,再由地经本振回路B2次级下半绕组,然后由C3耦合送BG1的发射极。与此同时,来自本机振荡回路的本机振荡信号由本振线圈次级抽头B2输出,经电容C3耦合后注入BG1的发射极;本机振荡信号的另一端,即本振线圈次级另一端,经地由C2耦合到L2的一端,并经L2送BG1的基极。由于L2线圈只有几匝,电感量很少,它对本机振荡信号的感抗可忽略不计。
因此,可认为由C2耦合的本振信号是直送BG1基极,这样在BG1三极管的发射结同时加有两个信号,它们的频率分别为f振、f外。只要适当地调整BG1的上偏置电阻R,使BG。的发射结工作在非线性区(这时对应BG1集电极电流IC为O.2~0.4mA),则f振、f外信号经BG1混频放大后将由集电极输出各种频率成分的信号。由B3中频变压器初级绕组与电容组成的465kHz并联谐振电路,选出465kHz中频信号,并将之经中频变压器耦合至次级绕组,输出送中频放大电路进行中频信号放大处理。在本机振荡回路中可变电容C1-B(或简
称振荡连)两端并接一个微调电容器,它的主要作用是调整收音机波段高端的覆盖范围,其功能与输入调谐回路中的电容一样。收音机波段低端的覆盖范围调整是调节B2本机振荡线圈的磁心,当将B2中的磁心越往下旋(用无感螺丝刀顺时针转动磁心),线圈的电感量就越大,这时本机振荡频率就越低,对应接收的信号频率也越低。
(二)中频放大电路
中频放大电路的主要任务是放大来自变频级的465kHz中频信号。收音机的灵敏度、选择性等技术指标主要取决于中频放大器,一般收音机的中频放大倍数要达到1000倍,因此,中放三极管的放大倍数取β=70左右。β值不能取得太高,否则将引起中频放大器自激啸叫。B3、B4和B5分别是第一中频变压器、第二中频变压器和第三中频变压器,它们都是单调谐中频变压器,初级绕组分别与各自电容器组成并联谐振电路,谐振频率为465kHz。在电路中它们主要起选频、中频信号耦合和阻抗匹配作用。来自变频三极管BGl集电极的中频信号,经B3选频后,由B3次级绕组输出,一端经电容C4、C5后送往BG2的发射极,另一端送往BG2的基极。该信号经BG2放大后由集电极输出,并再经B4选频进一步滤除非中频信号后由B4次级绕组耦合输出:同样,B4输出的中频信号一端送往BG3的基极,另一端经C6、R8后送往BG3的发射极,中频信号经BG3再一次放大后由集电极输出送往B5中频变压器。来自BG3集电极已经过两级中频放大的中频信号,经B5再一次选频后,由B5次级绕组输出,送往检波电路进行解调处理。在上述的两级中频放大电路中,各极工作状态的确定要考虑到不同的需要。
(三)检波器及自动增益控制电路
检波电路主要由检波三极管BG4、滤波电容C8和检波电阻R9、W组成。来自B5次级经中频放大器放大的中频信号送往三极管BG4的基极和发射极,发射结相当于二极管,检波后输出信号的变化规律和高频调幅波包络线基本一致。收音机的检波输出音频信号强度也能自动地在一定范围内保持不变。
(四)低频前置放大与功率放大电路
来自音量电位器W中心滑片的音频信号,经C10耦合到BG5的基极,通过由BG5、BG6组成的阻容耦合低频前置放大器放大后,由BG6集电极送往输入变压器B6的初级。为了保证前置放大器有较大的功率增益和较小的失真,取BG6的集电极静态工作电流为 2~3mA。来自BG6集电极的音频信号经输入变压器阻抗变换后,耦合输出两组相位差互为180O的音频信号,然后分别送往BG7、BG8的基极和发射极,BG7、BG8组成变压器耦合推挽低频功率放大器。由于电路上下是完全对称的,来自输入变压器的音频信号,经BG7、BG8功率放大后送往喇叭。R15是交流负反馈电阻,其作用是改善低频放大器的音质。
五、实习步骤:
(一)熟悉电路元件,掌握烙笔的使用方法
老师发给我们每人一块电路板,这是别人上一届的学长们做好的电路摸板。老师只是叫我们用烙笔把各种电路元件拆下来,通过拆的过程,使我们熟练掌握烙笔的使用方法,同时使我们熟悉电路元件的焊接过程。
(二)发收音机装配零件,检查和熟悉各种零件
老师让我们多次熟悉收音机的电路图和熟悉电路元件,并调试元器件的好坏。
这一天的工作是相对轻松的,仅仅是熟悉电路图和学习使用常用电子仪器仪表,和识别检测常用的电子元件。
这一天最重要的就是常用电子元件的识别和检测。我们常见的电子元件就是电阻、电容、二极管和三极管。电阻上的色带是就是电阻的色环标记法,通过色环来表示电阻的大小,有效数字、倍率和允许误差。现在见到的电阻的色环有四道和五道的,四道环的有效数字是前两道环所代表,而五道环是由前三道所代表。接着识别电容器,电容用于交流耦合、滤波、隔断直流、交流旁路和组成振荡电路等,电容的标注分为直接标注和色标法。通过学习,我明白了直接标注的电容是用数字直接表示电容量,不标单位。标注1~4位整数时,其单位是pF,标注为小数时,其单位是μF。也有用三位数字表示容量大小,默认单位是pF,前两位是有效数字,第三位是有效倍率(10m),当第三位是9时,则对有效数字乘以0.1。而色标法则同电阻器的标注。检测电容的方法是利用电容的充放电特性,一般用万用表电阻档测试电容的充放电现象,两只表笔触及被测电容的两条引线时,电容将被充电,表针偏转后返回,再将两表笔调换一次测量,表针将再次偏转并返回。用相同的量程测不同的电容器时,表针偏转幅度越大说明容量越大。测试过程中,万用表指针偏转表示充放电正常,指针能回到∞,说明电容没短路,可视为电容完好。现在说明在模拟电路中常见的二极管,通常二极管有整流、检波、稳压、发光、发电、变容、和开关二极管等。检测二极管我们利用的是二极管的正向导电性,正向导通反向截止,可以判断管子的好坏。最后说明三极管的识别和检测,很明显,一般的三极管就是三个管脚,很容易识别,所以识别三极管重要的是识别三极管是 HPH或PNP型,以及各管脚所代表的极性。而这些的判断都需要使用万用表。判断极性:对圆柱型三极管,若管脚处接头有突出物,则将管脚冲上,顺时针依次为EBC极若没有突出物,则管脚根处间隙较大的两跟管脚对向自己,顺时针依次为EBC极。对半圆型三极管,将管脚向上,半圆向自己,顺时针为EBC极。判断三极管的类型:在基于以上极性判断的前提下,NPN管,基极接黑表笔,测得电阻较小。PNP管正好相反。以上就是我对常用电子元件的识别和检测方法。
(三)熟悉收音机的装配图
我们在寝室里认真熟悉收音机的电路板的装配图。
(四)焊接各种零件并交收音机
这一天,我们就真正进入到电子技术实习的操作中去了,以前虽然接触过电烙铁,但毕竟没有实际操作过,总是怀有几分敬畏之心。而电子电路主要是基于电路板的,元器件的连接都需要焊接在电路板上,所以焊接质量的好坏直接关系到以后制作收音机的成败。因此对电烙铁这一关我们是不敢掉以轻心的。
影响焊接质量主要取决于焊接工具、助焊剂、焊料和焊接技术。对焊接工具、助焊剂、焊料这样的物品我们是没任何办法的,唯一可以改善的就是我们的焊接技术,所以焊接技术就直接决定了我们实习的成败。由于我们使用的电烙铁是新的,所以我们就免除了除锈的工序,直接将电烙铁预热,后上锡,以达到最佳焊接效果。
最终我们在这一天的实习中,焊接了十几个元件,起初没经验,将电阻立得老高,这样既不美观也不牢靠容易形成虚焊,之后有了经验就采取卧式法,既美观又牢靠,只是拆卸时稍微麻烦,需要别人帮忙。焊接时虽然胆战心惊,但还是总结出了心得,就是焊锡要用一点点下去,电烙铁要在锡水熔化后产生光亮就拿开,这样就能焊出光亮圆滑的焊点了。
将他们插好后就依次拆卸下来,先焊接电阻,再焊接瓷片电容(由于瓷片电容不分正负极,所以焊接同电阻)。然后是三极管,焊接时注意三极管的极性,管脚要放入相应位置。液体电容在装配时也要注意极性,防止接反,最后就是其他固定位置元件。
在组装收音机中,最重要的就是天线的安装,要将天线绕组区分开,分出匝数多的一侧和匝数少的一侧。用万用表测量匝数多的还是少的,电阻为零为一侧的绕组。将绕组多的焊接在电路板上的a b点上,绕组少的焊接在电路板上的c d点上。
焊接完电路板的电子元件后,就要处理电源同电路板的连接,扬声器同电路板的连接。将电源槽扬声器安装在收音机外壳的对应位置,用焊锡焊接导线在接线柱上。将电源的正负极焊接在电路板对应位置,扬声器的导线不分正负极所以就近焊接,使导线不容易扭曲干扰为佳。接下来就是安装电池,调试收音机了。因为前期安装焊接时谨慎小心,所以安装完电池后,调节双联电容,就可以调节出台了,而且能调出四个电台。调试基本成功。
六、实习小结及心得:
总的来说,我对这门课是热情高涨的。第一,我从小就对这种小制作很感兴趣,那时不懂焊接,却喜欢把东西给拆来装去,但这样一来,这东西就给废了。现在电工电子实习课正是学习如何把东西“装回去”。每次完成一个步骤,我都很有“成就感”。第二,电工电子实习,是以学生自己动手,掌握一定操作技能并亲手设计、制作、组装与调试为特色的。它将基本技能训练,基本工艺知识和创新启蒙有机结合,培养我们的实践能力和创新精神。作为信息时代的大学生,作为国家重点培育的高技能人才,仅会操作鼠标是不够的,基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。通过一个星期的学习,使我们对电子工艺的理论有了初步的系统了解。我们了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、印制电路板图的设计制作与工艺流程、收音机的工作原理与组成元件的作用等。这些知识不仅在课堂上有效,对以后的电子工艺课的学习有很大的指导意义,在日常生活中更是有着现实意义;也对自己的动手能力是个很大的锻炼。实践出真知,纵观古今,所有发明创造无一不是在实践中得到检验的。没有足够的动手能力,就奢谈在未来的科研尤其是实验研究中有所成就。在实习中,我锻炼了自己动手技巧,提高了自己解决问题的能力。比如做收音机组装与调试时,好几个焊盘的间距特别小,稍不留神,就焊在一起了,但是我还是完成了任务。我觉得自己在以下几个方面与有收获:
1、对电子工艺的理论有了初步的系统了解。我们了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、收音机的工作原理与组成元件的作用等。这些知识不仅在课堂上有效,对以后的电子工艺课的学习有很大的指导意义,在日常生活中更是有着现实意义。
2、对自己的动手能力是个很大的锻炼。在实习中,我锻炼了自己动手技巧,提高了自己解决问题的能力。比如在焊接芯片时,怎样把那么多脚分开焊接对我们来说是个难题,可是经过训练后,我们做到了。虽然在实习中会遇到难题,但是从中我学到了很多,使自己的动手能力也有所提高,我想在以后的理论学习中我就能够明白自己的学习方向,增进专业知识的强化
本文摘自: 山水学村(http://)详细出处请参考:
电子技术毕业设计实习报告
一、实习任务:
电子技术的认识与了解
二、实习时间:
2008年2月20日2008年5月30日
三、实习单位:
江苏国光信息产业股份有限公司
四、实习小结:
大四的下学期,随着毕业设计的临近,我有幸到江苏国光信息产业股份有限公司进行了为期4个月的实习。在这4个月的时间里,不仅丰富了自己的专业知识,而且也学到了不少企业文化和社会经验。
首先,在技术人员的帮助下,我开始了解生产所用到的电子元器件、电子材料,学会了在生产中常用测试仪器的操作。在他们的帮助下,常用元件:逻辑笔、二极管、三极管、稳压管、恒流管、单结晶体管、场效应管、功率管、高压硅堆、可控硅、光电开关、霍尔元件、LED二极管、数码管、光敏电阻、光电耦合器、光电开关、辉光数码管、LED点阵显示器、LCD显示屏、真空器件、变压器、电动机、特种开关、继电器、压电陶瓷片、石英晶体、照明灯具、霓虹灯、仪器表头、运算放大器、磁性元件、热敏元件、力敏元件、气敏元件、压敏元件、线性集成元件、各类经典、电源IC、开关电源IC、CD4000的特性、特种电子模块等等,通过学习已经基本上可以识别。
在PCB设计中,布线是完成产品设计的重要步骤,可以说前面的准备工作都是为它而做的,在整个PCB中,以布线的设计过程限定最高,技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种:自动布线和交互式布线。在自动布线之前,可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线,输入端与输出端的边线应避免相邻平行,以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离,两相邻层的布线要互相垂直,平行容易产生寄生耦合。以上问题通过查找相关书籍和网络资源已经基本可以解决,尤其关于PCB的有关说明和资料在网上可以找到很多,但是都是比较粗略的,最好是找一本PROTEL的书籍做参考。这些都是他们教给我的经验和知识,极大的丰富了我的专业知识和技巧。
接着就要进行焊接训练。他们给我介绍电子工艺技术中产生各种不安全因素的原因及防护常识,进行焊接训练,熟悉焊接工具。首先他们教我如何使用电烙铁。电烙铁的烙铁头是紫铜或其他合金制成的,有良好的润湿特性,热容量高导热性好。烙铁头的温度一般在250 度左右时为宜,过热易将烙铁头烧死(氧化),不易挂锡,焊点发黑;不够热时,焊锡不易流动,焊不牢,费时间,发现过热可将烙铁头向外拔出一些,不够热时往里塞一些。烙铁头要经常保持清洁整齐,随时除去上面的黑色氧化物,当有豁口时,应用锉刀进行修整。对于新用或烧死的烙铁均需在烙铁头上锡。上锡过程如下:先清洁烙铁头,然后通电,待温度升高后立即在烙铁头上涂助焊剂然后蘸锡,直至烙铁头顶端部分均挂上了一层焊锡为止,接下来就可以使用烙铁焊接了。烙铁的握法一般有握笔式或拳握式。对于小型的电烙铁宜用握笔式,使用时较为灵活。
完成了前期的准备和训练后,我就进入到车间进行具体实习了。我负责的是一个电池盒板子的LED二极管的焊接工作。一进来我发现实际工作和训练还是有很多不同的,首先工作的时候要求操作很娴熟,而且不能出错,否则因为焊接错误而可能废掉一块板子,而这对于利益至上的公司而言这是绝对不允许的。因此要求我们对手上的工具和产品仔细的进行操作。产品的质量的高低就在在焊接过程中体现出来了,如果技术娴熟的话成品率就很高,而对于我这个新手而言,为了不让公司有所损失就慢慢的进行焊接工作。虽然动作不快,可是我还是因为紧张而手忙脚乱的进行焊接。他们时不时的来看看我焊接的板子,提出了很多建议和意见,真的很宝贵,让我学到了很多东西。
通过这次实习我感觉我们所学习的一些基础课程是非常重要的比如我们的数学.电路.模拟电子技术等等。随着全球经济的发展速度放慢,而且也至少会持续几年的时间,半导体产业目前进入低潮很多公司裁员和亏损.但是技术还是在不断进步,摩尔定律还在起作用,半导体产品的集成度,速度,价格都按摩尔定律在发展.这就要求我们掌握更多的知识,而且还要精通一门技术,比如PCB制板,至于焊接技术随着机械和自动化的发展已不是单纯的焊接问题了,还要牢固的掌握一些基础的编程语言,因为大多数的软件的一些复杂的控制都是通过编程来控制的,像以后要学习的PLC及单片机。这次实习给了我接触实际的机会,亲自完
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