1.1 光电子学和光电子技术简介
光电子学是光学与电子学相结合的产物。就光学而言，它是一门古老的学科，它的发展也经历了漫长的历史。其中，关于光的电磁性质和光在介质中的行为，早在19世纪就已经用麦克斯韦（Maxwell）的经典电磁理论对其进行了研究；关于光的吸收和辐射，在20世纪初期（1917年）爱因斯坦就建立了系统的理论。但是，电子学的发展历史则相对较短。在20世纪60年代之前，光学和电子学还是两门独立的学科，因此，光电子学也常称为现代光电子学。
1960年世界上第一台激光器研制成功，使得光学的发展进入了一个新阶段。随着激光的深入研究和广泛应用，大大扩展了以前人们对电磁波理论与微观物质世界的认识，光学和电子学的研究也因此有了广泛的交叉，形成了激光物理、非线性光学、波导光学等新学科。还有，在那同时期几个关键的重大技术突破，如异质结（两种不同半导体材料构成的PN结，体积小、效应高）半导体激光器的研制成功，激光传输低损耗介质——光导纤维的获得，液晶显示器、电荷耦合器件（CCD器件）以及半导体发光二极管的研制成功，都促进了以光纤传感、光纤传输、光盘信息存储与显示、光计算和光信息处理等技术的蓬勃发展，从深度和广度上又进一步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，形成了一些新的研究领域，为光电子技术的发展起到了非常重要的作用。
为此，学术界曾经使用的名词有电光学（elect-optics）、光电子学（optoelectronics）、量子电子学（quantum electronics）、光波技术（light wave technology）、光子学（photonics）等，目前常用的是“光电子学”和“光子学”。
当把光电子学称为光子学时，它是研究以光子作为信息载体和能量载体的技术科学。光子作为信息载体突破了电子学发展的瓶颈限制，使响应时间从10-9s提高到10-15s，工作频率从1011Hz提高到1014Hz，从而使高速、大容量的信息系统得以实现。光子作为能量载体可提供极高功率密度的光能，形成极短的光脉冲或极精细的光束，创造出极端的物理条件：极高的温度、极高的压强、极低的温度、极精密的刻划和极精细的加工，从而在信息、能源、材料、航天航空、生命科学与环境科学以及国防军事等领域中得以广泛应用。而光电子学沿用电子学的有关理论，主要研究与光相关的（有光参与的）电子器件和系统。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。
光电子学的出现是科学进步的体现，同时，科学进步又进一步促进了光电子学及光电子技术的发展。如随着科学进步，量子电子学、非线性光子学、光纤光学、导波光学、半导体集成光电子学、超高速光子学、声波与微波光学、薄膜光学、真空与表面分析科学、微光学元件技术等都得到了蓬勃的发展。
应该说，光电子学发展的巨大推动力是应用，而且光电子学的应用极为广泛，如图1-1所示。光电子学的应用技术被通称为光电子技术，表1-1列出了光电子技术的基本种类和产品。光电子技术包括光子的产生、传输、控制和探测。光电子技术的应用主要有两个方面：一方面是光子作为信息的载体，应用于信息的探测、传输、存储、处理和运算；另一方面是光子作为能量的载体，作为高能量和高功率的束流（主要是激光束），应用于材料加工、医学治疗、太阳能转换、核聚变等。针对这两种不同的应用，分别称为信息光电子技术和能量光电子技术。信息光电子技术包括光的产生、传输、调制、放大、频率转换、检测和光信息处理等，即各种光电子器件及其应用技术（图1-2）。光电子技术主要有以下器件及技术：激光器及其应用、红外探测器及其应用、CCD成像器件及其应用、光纤光缆、光电子器件及其应用、平板显示器件及其应用、光存储技术、集成光路和光电子集成技术。
图1-1 光电子产业及其应用
表1-1 光电子技术的基本种类和产品
图1-2 光电子器件及其应用技术
由此可见，光电子技术对推动21世纪信息技术的发展至关重要，光通信、光盘技术的成就已充分揭示出光子技术的巨大潜力。
这里应该强调的一点是，与光电子学和光电子技术一起发展起来的还有光机电一体化技术。光机电一体化技术是光电子技术向机械工业领域渗透过程中逐渐形成并发展起来的一门综合性交叉学科。经过几十年的发展，它已从最初的机械电子化、机械电脑化逐渐发展到光机电一体化，使得机电一体化的内涵和外延得到不断的丰富和拓宽。从某种角度讲，光电子技术是光机电一体化的一个重要组成与支撑部分。回顾机电一体化的发展历程，可以看到，数控机床的问世，揭开了机电一体化的第一页；微电子技术为机电一体化的发展带来蓬勃生机，可编程控制器和电力电子的发展为机电一体化提供了坚实的基础，而激光技术、信息技术使机电一体化技术整体上了一个新台阶。越来越多的光学元件被应用到机电一体化系统中，导致了机电一体化的一个重要分支——光机电一体化的诞生。
光机电一体化技术的特征如图1-3所示，它是在机电一体化概念的基础上强调了光、光电子、激光和光纤通信等技术的作用，属于21世纪应用领域更为宽阔的机电一体化技术。
图1-3 光机电一体化技术的多学科交叉
光机电一体化产业目前有四个主要领域：先进制造装备；仪器仪表装备；先进印刷装备；医疗装备。
其中，先进制造装备包括工业机器人、数控机床、激光加工设备、激光三维快速成形设备，表1-2给出了光机电一体化先进制造技术设备列表；仪器仪表装备包括激光测振仪、激光测速仪、电子经纬仪、GPS接收机、微光夜视仪、扫描隧道显微镜等；先进印刷装备包括高速激光打印机、胶印机等；医疗装备包括X射线诊断仪、心血管造影系统、红外治疗设备、医用电子直线加速器等。
表1-2 光机电一体化先进制造技术设备列表
机电一体化产业的关键技术既包括产业自身存在的需要突破的技术，也包括电力电子、激光等上游技术环节需要突破的技术，同时还包括：先进制造装备中的计算机辅助设计、计算机辅助制造、管理信息系统计算机辅助工艺过程设计；仪器仪表装备中的自动测试技术、信息处理技术、传感器技术、现场总线技术；先进印刷装备中的数字印刷技术、制版技术；以及先进医疗装备中的信息处理技术、图像处理技术、影像显示技术、医用激光技术。
光机电一体化技术使机械传动部件减少，因而使机械磨损、配合间隙和受力变形等所引起的动作误差大大减小，同时由于采用电子技术，反馈控制水平的提高并能进行高速处理，可通过电子自动控制系统精确地按预设量使相应机构动作，因各种干扰因素造成的误差，可通过自动控制系统自行诊断、校正、补偿去达到工作要求。不仅精度提高，而且功能增加。一旦产品实现光机电一体化，便具有很高的功能水平和附加价值，可提高企业的效益和竞争力。