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光学传感器的发展和应用

作者:admin 来源:天工 时间:2022-07-23 阅读:162 次

光学无处不在,太阳能的利用,蓝光的发光,激光的焊接和切割,电影的放映,光纤通信,光合作用,X光的应用和显微镜的应用等等。光学仪器已在人们日常生活中起着无可替代的作用。列举一个最熟悉的例子,我们每天都在使用的手机就使用了三十多项光学的技术:光学玻璃、激光切割光滑的玻璃表面、激光打标、OLED 和液晶显示、挡光版、背光照明、实现彩色的偏振片和滤光片、增加清晰度的增透膜、照相的镜头、成像的CCD、芯片的制造、光刻技术的应用、通过光纤进行信息的传输、蓝牙无线红外通信、光纤传感和投影等。


光学是物理学中古老的学科,又是当前科学研究中最活跃的学科之一,推动着人类对自然的认知和人类社会的进步。


光是现代科技的重要驱动力,光学与信息、先进制造、能源、健康和国家安全密切相关,推动人类社会的发展。 


1 光与信息:光纤通信、光开光、光全息、CCD成像、光量子通信、立体电影、光纤胃镜,计算机等等,都能体现光与信息的关系。以互联网计算机为例,如果将光的作用去掉,依赖光纤通信的计算机信息传输和依赖光刻的芯片加工将不复存在,整个信息时代就消失了。光信息传播是以0、1信息先编码,传输后再解码来输出信号,那么光开关决定了信息的通过,有光通过为1,无光通过为0,光开光的响应速度决定了信息传输的快慢。现在新兴的自动驾驶的感知也是依赖光学,车辆的行驶路线、周边的物体避让和路况环境的确定等,都是通过光学信息的采集和处理来实现的,光和信息始终紧密地联系在一起。 


2 光与先进制造:光刻技术已经将波长越做越小,现在可做到几纳米的量级和精度,甚至可以制造纳米和微米尺度的微结构,广泛应用于生命科学和医疗等领域。激光打标、激光切割、3D打印等应用也无处不在。例如,现在百分之七十以上的汽车构造都是用激光焊接的技术完成,焊接效果几乎与原型一致,增加了车体的稳定性和安全性。 


3 光与能源:LED 光源由于其电压低,能耗低,安全性高,目前已经得到普及使用。激光分离铀同位素、激光聚变、太阳能的利用等能源领域都是光学重要的应用体现。 


4 光与健康:X光的发现深刻地影响了医学领域的发展,DNA双螺旋结构就是科学家应用X光解析出来,引发了医学领域颠覆性的变革。光学显微镜的出现,使得人们可以观测细胞、染色体等,随着观测精度进一步提高到百纳米量级,更可观测高分辨荧光蛋白的细微结构,对生物物理的发展起到了极大的推进作用。激光美容、激光眼部手术已经是成熟的技术,被广泛地应用在美容医疗领域。 


5 激光与国家安全:激光安检、激光武器、激光制导、激光测距、激光导航等,激光几乎是安全和国防等研究领域的必备利器。