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光电材料是指用于制造各种光电设备（主要包括各种主、被动光电传感器光信息处理和存储装置及光通信等）的材料，主要包括红外材料、激光材料、光纤材料、非线性光学材料等。

红外探测材料

包括硫化铅、锑化铟、锗掺杂（金、汞）、碲锡铅、碲镉汞、硫酸三甘酞、钽酸锂、锗酸铅、氧化镁等一系列材料，锑化铟和碲镉汞是目前军用红外光电系统采用的主要红外探测材料，特别是碲镉汞（Hg-Cd-Te）材料，是当前较成熟也是各国侧重研究发展的主要红外材料。它可应用于从近红外、中红外、到远红外很宽的波长范围，还具有以光电导、光伏特及光磁电等多种工作方式工作的优点，但该材料也存在化学稳定性差、难于制成大尺寸单晶、大面积均匀性差等缺点，Hg-Cd-Te现已进入薄膜材料研制和应用阶段，为了克服该材料上述的缺点，国际上探索了新的技术途径： （1）用各种薄膜外延技术制备大尺寸晶片，这些技术包括分子束外延（MBE）、液相外延（LPE）和金属有机化合物气相淀积（MOCVD）等。特别是用MOCVD可以制出大面积、组分均匀、表面状态好的Hg-Cd-Te薄膜，用于制备大面积焦平面阵列红外探测器。国外用MOCVD法已制成面积大于5cm2、均匀性良好、Δx=0.2±0.005、工艺重复性好的碲镉汞单晶薄膜，64×64焦平面器件已用于型号系统、512×512已有样品。 （2）寻找高性能新红外材料取代Hg-Cd-Te，主要包括：①Hg-Mn-Te和Hg-Zn-Te，美国和乌克兰等国从80年代中就开展了这方面的研究，研究表明，Hg1-xZnxTe和Hg1-x CdxZnyTe的光学特性和碲镉汞很相似，但较容易获得大尺寸、低缺陷的单晶，化学稳定性也更高。Hg1-xMnxTe是磁性半导体材料，在磁场中的光伏特性与碲镉汞几乎相同，但它克服了Hg-Te弱键引起的问题。②高温超导材料，现处于研究开发阶段，已有开发成功的产品。 ③Ⅲ-V超晶格量子阱化合物材料，可用于8～14μm远红外探测器，如：InAs/GaSb（应变层超晶格）、GaAs/AlGaAs（量子阱结构）等。 ④SiGe材料，由于SiGe材料具有许多独特的物理性质和重要的应用价值，又与Si平面工艺相容，因此引起了微电子及光电子产业的高度重视。SiGe材料通过控制层厚、组分、应变等，可自由调节材料的光电性能，开辟了硅材料人工设计和能带工程的新纪元，形成国际性研究热潮。Si/GeSi异质结构应用于红外探测器有如下优点：截止波长可在3～30μm较大范围内调节，能保证截止波长有利于优化响应和探测器的冷却要求。Si/GeSi材料的缺点在于量子效率很低，目前利用多个SiGe层来解决这一问题。 〔6〕1996年美国国防部国防技术领域计划将开发先进红外焦平面阵列的工作重点确定为：研制在各种情况下应用（包括监视和夜间/不利气象条件下使用的红外焦平面阵列）的红外探测器材料，其中包括以如下三种材料为基础的薄膜和结构：具有芯片上处理能力的GgCdTe单片薄膜、InAs/GaSb超晶格和SiGe（肖特基势垒器件）。这三种材料也正是当前红外探测材料发展和研究的热点。

红外透波材料

主要用作红外探测器和飞行器中的窗口、头罩或整流罩等，它的最新进展和发展方向如下：（1）目前，在中红外波段采用的红外透过材料有锗盐玻璃、人工多晶锗、氟化镁（MgF2）、人工蓝宝石和氮酸铝等，特别是多晶氟化镁，被认为是综合性能比较好的材料。远红外材料是红外透过材料当前研究发展的重点之一，8～14μm长波红外透过材料有：硫化锌（ZnS）、硒化锌（ZnSe）、硫化镧钙（CaLa2S4）、砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）和锗（Ge）等。ZnS被认为是一种较好的远红外透过材料，在3～12μm范围，厚2mm时，平均透过率大于70%，无吸收峰，采取特殊措施，最大红外透过率达95.8%。国外已采用ZnS作为远红外窗口和头罩材料，象美国的LANTRIRN红外吊舱窗口，Learjel飞机窗口等。美国Norton国际公司先进材料部每年生产上千个ZnS头罩。ZnS多晶体的制备方法主要有两种：热压法与化学气相淀积法（CVD），CVD法制备的材料性能较好。 红外透过材料发展的另一个重要方向是：耐高温红外透过材料的研究。高速飞行器在飞行过程中会对红外窗口和罩材产生高温、高压、强烈的风砂雨水的冲刷和浸蚀，影响红外透过材料的性能，因此需要一系列新型的耐高温、具有综合光学、物理、机械、化学性能的新材料。这些条件下使用的理想材料从室温到1000℃应具有下列特性：在使用波段内具有高透过，低热辐射、散射及双折射，高强度，高导热系数，低热膨胀系数，抗风砂雨水的冲击和浸蚀，耐超声波辐射等。最近研究较多的耐高温红外透过材料有镁铝尖晶石、兰宝石、氧化钇、镧增强氧化钇和铝氧氮化物ALON等。镁铝尖晶石是近年来研究最多的最优秀的红外光学材料之一，它能在高温、高湿、高压、雨水、风砂冲击及太阳暴晒下仍保持其性质，因而是优先选用的耐高温红外透过材料，它可透过200nm到6μm的紫外、可见光及红外光。单晶监宝石也是一种耐高温红外材料，它可透过从远紫外0.17μm到6.5μm的红外光，用新研制的热交换法晶体生长过程可以制造直径达25cm的大尺寸蓝宝石。氧化钇和镧增强氧化钇的透过波长为8μm，在氧化钇中掺入氧化镧，材料强度提高30%，光学特性不变。由于高温下具有很高的硬度，所以它具有很好的抗冲击、抗浸蚀性能。严格的说到目前还没有一种理想的材料能完全满足上述要求。但包括上述材料在内的不少材料具有较理想的综合性质。红外透过材料的第三个发展方向是：红外/毫米波双模材料，这是为适应红外/毫米波双模复合材料制导技术的需要。目前，还没有一种材料能满足红外/毫米波双模材料既要有高的远红外透过率又有小的介电常数和损耗角正切的要求，高性能的红外/毫米波双模材料尚待进一步研究发展。红外材料的应用：包括各种导d的制导、红外预警（包括探测、识别和跟踪、预警卫星、预警飞机、各种侦察机等）、观察瞄准（高能束拦截武器等）。

编辑本段激光材料

目前固体激光器正寻求在可见和近可见光谱范围波长可调，为此而发现的可调谐激光晶体已有30多种，其中，Cr3 离子掺杂新晶体具有较高受激辐射截面和低饱和能量密度，它们的波长范围是：Cr3 :LiCaAlF3为0.72～0.84μm、Cr3 :LiSrAlF6为0.78～1.01μm，特别是Cr:LiSAF，它的饱和能量密度为5J/cm2，在激光调谐范围，荧光寿命、激光效率、热透镜效应等方面具有良好的性能。

编辑本段军事应用

军用光电材料研究的目的是将研究成果应用于新一代高技术光电子装备系统，提高电子进攻和防卫综合电子战的能力。军用光电材料是军用光电子技术的重要基础，对军用光电子装备系统有重要的赋能和倍增作用。以红外材料为基础的光电成像夜视技术能增强坦克、装甲车、飞机、军舰及步兵的夜战能力，为航空、卫星侦察、预警提供重要手段，成像制导技术可大大提高导d的命中率和抗干扰能力。以新型固体激光材料为基础的激光测距、激光致盲武器和火控制系统等使作战能力大大加强。可调谐激光晶体为从可见光到红外波段可调谐激光系统提供工作物质可提高激光雷达、空中传感和水下探测等军用激光系统的领域监视、侦察能力。利用光纤材料、宽带、抗电磁和强核电磁脉冲干扰、保密、体积小、环境适应性强和抗辐照等优点，可实现地面武器系统无人远距离传感阵和有人控制站之间的GB/s级信息传输；舰船指挥可以通过光纤为远距离舰队发送信号，进行指挥；飞机将能发射光纤携绳的机载无人加强飞机或靶机；以往的武器有线制导将被光纤制导所取代；军用运载体的惯性导航系统将被光纤陀螺所取代；战略武器发射的C3I系统也将启用光纤C3I网络等等。总之，军用光纤系统的应用，将远远超越话音和低速率数据通信的范围，而进入传感、海上或空中武器平台及各种高速率传输系统。

第二次世界大战后的50年代，百废俱兴，在摆脱战争的阴霾后，人类天生的不断挑战自我、挑战极限的创造性精神又开始闪耀火花——许多新事物、新思想、新理论纷纷在这个年代面世。其中，人类追求地面物理速度和 *** 控极限的F1赛车世界锦标赛和开启计算机时代纪元的集成电路都不约而同选择这个年代开启历史征程。

所谓F1即Formula One的缩写，是指对赛车汽缸容量等指标在一个共同的方程式限制下进行的比赛，想要单纯靠加大发动机排量、减轻车身重量等手段在F1赛场是行不通的，所以F1在当时是公认对赛车工程技术、设计手段、财力以及人类驾驶技巧和勇气的极端考验。尽管在1950年的国际汽联在英国的银石赛道举办的F1世界锦标赛算不上是第一个采用Formula One限制的比赛，但她作为首个世界范围内包含6个欧洲大奖赛的Formula One规则比赛，开启了一级方程式（Formula One）的新纪元，所以从现代F1历史上都把1950年的F1世界锦标赛视为现代F1 赛事的开端。

早期的F1大奖赛延续1947 FIA制订的规则，搭载4.5L非涡轮增压或1.5L涡轮增压发动机，到了1954年采用了最大排量为2.5L非增压发动机或最大排量0.75L的增压发动机的新规则。由于对于发动机限制愈加苛刻，F1赛车性能提升也非常快，车厂们也开始注意通过其它方式提升赛车的性能、 *** 控性和安全性，1954年梅塞德斯首次在F1赛车上引入了流线型车身设计，减少赛车的风阻；1956年Vanwall则首次在F1赛车上安装了碟式刹车改善了赛车的制动能力；而1959年Cooper-Climax赛车首先采用了后置发动机的设计，是F1历史上的一次技术革命。

进入60年代，F1的规则又进行了修改，最终确定为1500cc带有压缩装置或者3000cc无压缩引擎，最小重量500公斤的限制指标。赛车各种技术改进也是络绎不绝。1962年许多新技术引入到了F1赛车，更轻的单体结构车架、赛车前部空气动力学投影面积缩减、燃油喷射、以及直径更小的方向盘等，同时也催生了新的赛车王者，60年代的F1赛场被最初的几年被Lotus25统治。

1965年BRM车队启用的首部四轮驱动赛车，使用了Honda的12缸发动机，轮胎也变得更为宽阔低矮。J.Clark驾驶着她所向披靡，赢得了本年度七站中的六站冠军，不过因为66年方程式改革，所以该车实际只在F1跑道上出现了一年。

1968年是F1发展历程中不可磨灭的一年，空气动力翼和扰流板被首次引入了F1赛车，即赛车的空气动力学设计也成为一门学问，不过由于早期的缺乏空气动力学计算理论，在60年代末由于风翼撕裂还引发过一些事故，大家在一起讨论限制风翼的尺寸、结构以及离地间距。同时在六十年代末，Lotus, Matra 以及McLaren都开始恢复了对四驱赛车的实验，因为权衡四驱带来的好处和增重、复杂性后，大家都放弃了开发。

和F1传承汽车工业近半世纪的发展相比，50年代末集成电路的发明也同样吸取着前人的研究遗产，在在此期间，半导体产业在探索中前进。1959年在前人发明晶体管并开始大量商用的基础上，晶体管发明人肖克利的弟子诺伊斯和同门师兄基尔比发明的集成电路冥冥中已经开启了半导体产业的新纪元。同时，作为更具商业价值的平面工艺集成电路的发明人诺伊斯，让半导体产业一举从“发明时代”步入“商用时代”，冥冥中一家足以改变世界产业格局的半导体企业已经在诺伊斯憧憬形成，人们已经嗅到了日后处理器巨人Intel种子萌动的气息。在近十年后的1968年，格鲁夫、诺伊斯和摩尔共同创建了Intel公司，只不过公司当时的主营业务是半导体存储器，而日后开创微处理器产业还是进入70年代以后的事情。

在50—60年代，计算机从电子管时代进入晶体管时代，微处理器还未面世，晶体管计算机和超级计算机造价高昂，美国国防部、宇航局和人口调查机构才是能当时主要消费者，汽车工业并不知道这些用电的计算机能为自己带来什么益处，此时F1赛车的设计和改进主要是依靠人工设计，更依赖于设计师的经验和能力，不过历史的轨迹已经注定这两项伟大的事业会在未来碰撞出惊人的推动力！

1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器），其中4004（上图）包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm×4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。

F1的80年代是一个空前的伟大车手云集年代，包括了巴西人Nelson Pequet，Ayrton Senna，法国人Alain Prost和Briton Nigel Mansell。他们之间展开了最激烈的争夺。比赛精彩不断。

车队方面，由Prost和Senna驾驶的Mclaren赛车赢得了80年代里的5个车手总冠军和4个车队总冠军。特别是1988年，也是Senna的第一个车手总冠军年里，Mclaren惊异地赢得了16个分站赛中15个冠军！Ferrari车队赢得了1988年的Monza大奖赛的胜利。

但赛车技术的竞争从未停止，1981 FIA决定禁止大包围结构，于是导入了车底离地距离不能小于60mm的规定。但是Brabham工程师们很快就找到了对策，发明了一种计算机控制的液压悬挂系统，能够在高速时降低离地间隙，但是在停车或者慢行时又恢复了高度。然后基本上所有车队都采用了这样的方法，这也是计算机作为直接部件首次进入到F1赛车内部。同年，Lotus 88这款双龙骨底盘设计赛车的出现。

1985

这个赛季我们同样带来一些技术革新，新的规则产生了地盘前端碰撞试验，新位置的尾翼设计。同时FISA禁止了冰冻固体的燃料和行进间加油，完善了220升油箱限制。于是个个车队只能通过电子化控制手段来控制油耗，降低涡轮增压得压力级别调整燃料混合状态等。在安全和比赛精彩的双重要求下，一项重要的革新被采用，就是自动测量纪录系统，可以纪录赛手的 *** 作过程。

1987

在这一年出现的Brabham-BMW BT55 是一部代表未来趋势的赛车，具有更为低矮和修长的车身，发动机倾斜安装，同时还使用了一个特别的变速箱，这些设计经验都被后来著名的无敌赛车 McLaren 1988继承。

主动式悬挂（1987）

在1987年一项伟大的革新被Lotus引入，就是一年四季都适用的主动悬挂系统，紧接着Williams也发布了自己的主动悬挂系统，大大提高了赛车的适应性。

1988

1988年F1的规则再次更改，涡轮增压发动机的增压被降低到2,5 bar, 大家都认为这样的指标有利于自然进气和涡轮增压发动机的公平竞争，但没人聊到McLaren 和Honda 创造出一台功率和消耗完美的新型号，也就是McLaren 1988，当时唯一有抵抗能力的也只有新款的March 881,使用了高前机鼻和优异的空气动力学车体设计。

现代F1赛车的设计过程，经过试运行的零件以及经过验证的某些设想会像拼图一样一步一步地被添加到电脑模拟中。通过计算机辅助设计软件（CAD）人们可以进一步进行调整。经过高精度的计算，人们可以运用特殊的软件描绘出新软件以及新款赛车的精确3D图像。 其它的一些软件系统譬如电脑模拟流体动力学软件（CFD）就可以模拟出赛车在风洞中的表现以及不同环境下各种不同因素对赛车的影响。在一个赛季中，本赛季的成绩和数据会作为设计来年新车的参照物。如果某个零件的整体设计已经完成并且在样车上进行过测试，那么这样的信息就会反馈到计算机辅助制造（CAM）软件当中。在CAM软件的帮助下，几乎所有零件都全采用自动化加工的成品。

在研发制造的同时，对于赛车测试，数据收集也是必须的，如今几乎每一部F1赛车上都装备了先进的数据采集系统，在三百多公里时速下将所有运动中发生的数据发射到车库，再用无线发射到车队的总部分析，然后结果反馈到赛车上，调整车况，赛车就像一部极速无线发射接收机计算机。

同时，各个车队的技术分部也不约而同地将全年的工作中也分为三个部门：一个部门专门负责正在参赛的赛车，一个部门负责改进现有的赛车，另外一个部门则负责开发下个赛季的新款赛车。最佳的切入时机一般都是在赛季刚刚结束的时候。此时人们通常会逐步在旧款赛车上做一些小改动，这样原赛车的稳定性不会发生太大的变化。经历了试运行和风洞检测之后，新赛季开赛前的两个月是新款赛车的最佳测试期。这期间整个车队的目标就是在保持新款赛车的稳定性的同时让它跑得更快。在新赛季揭幕之前的那一刻，车队的设计师们就开始酝酿来年的新车设计思路了。F1也就这样年复一年地重复着技术的革新。而在背后起到关键支撑作用的，就是现在强大的计算机能力，它们能保证24小时，365天不间断的实时分析数据、验证新的创意，可以肯定的是每一个车队背后都会有一个非常POWER的计算机集群支持！

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