光电子技术

[定义] 光电子技术包括工作于光波段的各种光电子器件，利用这些器件进行信息获取、传输、处理和重现的技术，以及利用这些器件进行能量转换和与物质相互作用的技术。     该技术主要涉及光电探测器、激光器件、纤维光学、光信号处理、集成光学。 [国外概况] 近30年来，光电子技术迅速发展并渗透到各种军事平台和武器装备中，成为现代高技术条件下局部战争中举足轻重的因素之一。光电子技术大大扩展了获取信息的频谱并具有很高的分辨率，提供了夜视能力，提高了对目标的探测精度和识别能力；以及光电子与微电子相结合，将为信息设备的小型化、高速化、廉价化提供了巨大的可能性。     美国很重视光电子技术的发展，美国国防部1987～1991财年用于光电子技术的经费达7.10亿美元，1992～1997财年的年预算在1.80亿美元左右。美国国防部预计1997、1998、1999财年在光电子技术方面的投资将分别达到2.03亿美元、1.94亿美元、1.76亿美元。国防部有关光电子技术发展的重点体现在光电子器件和光电子传感器两个方面。     在光电子器件方面：     （1）生产更好的和经济上可承受的光电器件。例如，将继续进行提高有机金属化学汽相淀积工艺技术工作，这项工艺已使激光二极管效率提高3~5倍，并使这种二极管的费用/瓦数比降低至1/100。     （2）研制多光谱焦平面阵列。在近期（2000年前），研制具有芯片上处理能力的多光谱红外焦平面阵列，以便改善信号和图象处理、自动化目标瞄准功能，减少扑获时间，降低虚警率。在远期（2000年～2005年），可探测遮蔽的和伪装的目标，尤其是处在背景杂波中的这种目标。     （3）先进光学显示器。正在确认并在必要时研制能够集成到高性能、轻型、头部安装的视觉系统中的传感器和显示器技术。这一技术将极大地改善士兵对战场态势的了解。这种技术也可应用于装甲和航空平台。     在光电传感器方面，主要目标将是提供经济可承受的传感器，使美国部队在执行战术目标探测、识别、捕获、交战和机动任务中保持决定性作战优势。主要研制工作有：     （1）开发多传感器系统。将以多传感器方式综合利用第二代热成象仪、毫米波雷达和多功能激光系统，提供测距、目标指示和目标识别能力，对暴露的目标可使作战目标捕获距离提高67％，对部分暴露目标则提高50％，同时使对坦克的扑获时间缩短60～80％。     （2）研制战区导弹防御用的先进红外搜索与跟踪系统。这项工作将采用先进热传感器和数字信号处理技术，开发战区导弹防御和巡航导弹/飞机探测用的红外搜索与跟踪系统。不同的军种可利用共同的部件和分系统，地面车辆侧重利用它在运动中进行防空作战，固定翼飞机侧重利用它进行反空袭作战以及距离超过500公里的战区导弹防御。     （3）开发多功能传感器。力图通过单一的系统就能提供战场所需的多种能力，从而无需开发多种系统。多波长多功能激光器就是这样的设备，其途径是采用嵌入系统中的单一激光源来完成多种功能，如探测、指示、识别等，因此改善了经济可承受性和平台容量。     目前，由于夜视管和传感器的最新发展，将来的夜视系统的性能会进一步提高，甚至会出现彩色夜视系统。例如，俄罗斯正在研究通过把不同红外频率的光转变为彩色可见光的方法实现彩色夜视。美国德夫特传感器系统公司利用两个具有不同光谱响应的图象增强管观测同一场景，并借助光谱滤波和特殊的电子处理技术来产生彩色夜视效果。图5显示的就是该公司得到的彩色图象（右）和标准单色显示器图象的对比情况，彩色图象可以发现单色图象几乎看不到的目标。用彩色图象进行目标识别，识别时间要快30％，识别误差降低60％。
[影响] 光电子技术虽然早已在国防应用和商业应用中占重要地位，但只是在最近20～30年，才研究与发展了许多必要的光电子关键设备和能力，使这项技术进入了创新应用阶段。其优点是：     （1）与雷达相比，光电子探测器探测精度高，图象清晰，且具有抗电磁干扰的能力，可在强电磁干扰环境中工作。     （2）与电缆相比，光纤的信息传输容量提高1万倍，能量损耗降至1/100，误差率仅1/10，尺寸小，重量轻，能抗电磁干扰，可在核环境与其他苛刻环境下使用，而成本只有电缆的1/10～1/100。     （3）光电子器件固有并行体系结构和高开关速度，可成数量级地提高信号处理速度，并提供优异的抗核电磁脉冲和抗核辐射能力。     （4）集成光学技术可产生微调稳定、导波易于控制、不受电磁干扰、运行速度快、体积小、重量轻的高性能光电系统。