信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

121人類對(duì)信息領(lǐng)域的全面進(jìn)入信息不是物質(zhì)，能量也不是能量，而是世界上的一個(gè)重要因素。直到上世紀(jì)末至本世紀(jì)初,人們才開始比較深入地認(rèn)識(shí)信息資料,并把它轉(zhuǎn)化為智慧和知識(shí),成為一種新的生產(chǎn)工具,可以極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,使社會(huì)生產(chǎn)力得到重大的發(fā)展,信息時(shí)代開始展現(xiàn)在人們的眼前。20世紀(jì)中葉以來,信息領(lǐng)域取得巨大進(jìn)展。由于信息技術(shù)具有軍民兼容和倍增國(guó)力的功能,各國(guó)都制定了本國(guó)信息技術(shù)的發(fā)展計(jì)劃。許多人認(rèn)為,21世紀(jì)人類將全面進(jìn)入信息時(shí)代,全球信息量的增長(zhǎng)速度會(huì)越來越快。進(jìn)入21世紀(jì)我們面對(duì)要處理、傳輸和存儲(chǔ)超高信息容量,達(dá)太(兆兆)數(shù)字位(Tb,1012bits)和超高速信息流,達(dá)每秒太位(Tb/s),所以我們進(jìn)入了太位信息時(shí)代。2信息技術(shù)的概念信息技術(shù)的幾個(gè)主要環(huán)節(jié)(獲取、傳輸、存儲(chǔ)、顯示、處理)在20世紀(jì)后葉獲得了巨大的發(fā)展,成為現(xiàn)代社會(huì)中的關(guān)鍵技術(shù)。從1946年世界上誕生了第一臺(tái)存儲(chǔ)程序式的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)以后。計(jì)算機(jī)獲得了驚人的發(fā)展,它已從一種單純的快速計(jì)算工具發(fā)展成為能高速處理一切數(shù)字、符號(hào)、文字、語音、圖象以至知識(shí)等的強(qiáng)大手段。其應(yīng)用領(lǐng)域已覆蓋社會(huì)全方位。計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為人類社會(huì)巨大的生產(chǎn)力。計(jì)算機(jī)與通信的結(jié)合更深刻地影響與改善人類的生產(chǎn)與生活方式,大大促進(jìn)人類文明的進(jìn)步。計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信結(jié)合的形式,體現(xiàn)在今后信息時(shí)代,信息技術(shù)將成為社會(huì)運(yùn)作的核心。本世紀(jì)以來,信息技術(shù)是依靠電子學(xué)和微電子學(xué)技術(shù),如通信是從無線電到微波,存儲(chǔ)是從磁芯到半導(dǎo)體集成,運(yùn)算是發(fā)展從電子管到大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的電子計(jì)算機(jī)等等,所以,目前談到信息技術(shù)都稱為電子信息技術(shù)。從技術(shù)發(fā)展的階段而言,我們正處于電子信息時(shí)代,其特征是信息的載體是電子。電子學(xué)技術(shù),特別是微電子學(xué)技術(shù),仍然是當(dāng)前信息技術(shù)的主要支撐。當(dāng)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中,信息的容量日益驟增,隨著高容量和高速度的信息發(fā)展,電子學(xué)(electronics)和微電子學(xué)(microelectronics)遇到其局限性。由于光子的速度比電子速度快得多,光的頻率比無線電的頻率高得多,為提高傳輸速度和載波密度,信息的載體由電子到光子是發(fā)展必然趨勢(shì),它會(huì)使信息技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生突破。目前,信息的探測(cè)、傳輸、存儲(chǔ)、顯示、運(yùn)算和處理已由光子和電子共同參與來完成,產(chǎn)生的光電子學(xué)(optoelectronics)技術(shù)已應(yīng)用在信息領(lǐng)域。光通信、光存儲(chǔ)和光電顯示技術(shù)的興起和它們?cè)诮陙淼娘w快發(fā)展,已使人們認(rèn)識(shí)到光電子學(xué)技術(shù)的重要性和它廣闊的發(fā)展前景。今后將更注意光子的作用,繼光電子學(xué)后光子學(xué)(Photonics)技術(shù)正在崛起。如美國(guó)把“電子和光子材料”,“微電子學(xué)和光電子學(xué)”列為國(guó)家關(guān)鍵技術(shù),認(rèn)為“光子學(xué)在國(guó)家安全與經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)方面有著深遠(yuǎn)的意義和潛力”,“通信與計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展的未來屬于光子學(xué)領(lǐng)域?！睆碾娮訉W(xué)到光電子學(xué)和光子學(xué)是跨世紀(jì)的發(fā)展。所以可以認(rèn)為,適應(yīng)今后信息技術(shù)發(fā)展,微電子材料是最重要的信息材料,光電子材料是發(fā)展最快的信息材料,而光子材料是最有前途的信息材料。3信息技術(shù)的形成過程主要依靠材料和器件在信息技術(shù)領(lǐng)域中,材料和元器件是很難截然分開的。信息技術(shù)的幾個(gè)主要環(huán)節(jié)的發(fā)展很大程度依靠材料和元器件的發(fā)展。信息材料是信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。3.1納米器件的設(shè)計(jì)和制造基于大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ),以中央處理器(CPU)為核心的電子計(jì)算機(jī)技術(shù)仍是信息處理的主要技術(shù)。要求電子計(jì)算機(jī)處理信息的速度和容量越來越高,因此CPU的中心頻率和內(nèi)存的要求也愈高,隨之要求芯片的集成度也更高。表1列舉了隨機(jī)動(dòng)態(tài)儲(chǔ)器(DRAM)的發(fā)展,光刻的線寬進(jìn)一步縮小,趨向納米尺寸。以硅材料為核心的集成電路在過去40年里得到迅速發(fā)展,它占集成電路的90%以上,可以預(yù)見,進(jìn)入21世紀(jì)它的核心地位仍不會(huì)動(dòng)搖。硅集成電路自1958年問世以來,至今器件已縮小100萬倍,單位價(jià)格下降了100萬倍,這主要是靠了光刻線寬的縮小,收得率的提高,而單晶硅片的尺寸增大和質(zhì)量提高也起到了重要的作用。如表1所示,今后硅單晶的尺寸、缺陷尺寸、表面粗糙度和雜質(zhì)含量等要求將不斷提高。目前大規(guī)模硅集成電路以CMOS(MetalonSillicon)為主流技術(shù)。21世紀(jì)將迎來深亞微米(0.1μm)硅微電子技術(shù),那時(shí)器件最小溝道長(zhǎng)度將縮小到30～50nm,柵氧化層厚度為2nm,它將面臨一系列來自器件工作原理和工藝技術(shù)的問題,如強(qiáng)場(chǎng)效應(yīng),絕緣氧化物量子隧穿,溝道摻雜原子統(tǒng)計(jì)漲落、互連時(shí)間常數(shù)與功耗和光刻技術(shù)等限制,一般稱硅微電子技術(shù)的“極限”。小于0.1μm的線條就屬于納米范疇。它的線寬就已與電子的德布羅意數(shù)相近。電子在器件內(nèi)部的輸運(yùn)散射也將會(huì)呈現(xiàn)量子化特性,因而器件的設(shè)計(jì)也將要利用量子力學(xué)的諸多特點(diǎn)來進(jìn)行了?；诹孔恿W(xué)效應(yīng)(如量子尺寸效應(yīng),量子相干,量子隧穿,庫侖阻塞和非線性光學(xué)效應(yīng)等)和單個(gè)分子及大分子結(jié)構(gòu)特有性質(zhì)的固態(tài)納米電子器件和分子電子學(xué)器件等受到了廣泛重視。固態(tài)納米電子器件可按照電子在固體中受限的具體情況分為三類:量子點(diǎn)器件(人造原子),共振隧穿器件(共振隧穿二極管RTD’S和共振隧穿晶體管SEM’S)以及基于庫侖阻塞效應(yīng)的單電子器件(單電子晶體管SET’S和單電子存儲(chǔ)器SEM’S)。納米電子器件的一個(gè)共同特征是它們都有一個(gè)尺寸在5nm～100nm之間的由半導(dǎo)體或金屬材料組成的“小島”,行為類似于FET器件的溝道,島被勢(shì)壘所包圍,以阻止電子進(jìn)入“島區(qū)”。固體量子器件研制都采用III-V族化合物半導(dǎo)體材料(易獲得高晶體質(zhì)量和原子級(jí)平滑界面的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料和高的電子遷移率),但考慮到缺乏理想的絕緣介質(zhì)和頂層表面暴露大氣而導(dǎo)致的氧化或雜質(zhì)污染等不易克服的困難,人們又把希望轉(zhuǎn)向發(fā)展硅基材料體系,特別是近年來高質(zhì)量GeSi/Si材料研制成功和走向?qū)嵱没?為發(fā)展硅基固態(tài)納米電子器件和電路提供了一個(gè)很好的機(jī)遇。1998年出現(xiàn)絕緣層上硅材料(SOI,silicaoninsulator),它對(duì)微電子技術(shù)是一個(gè)新的推動(dòng)。與硅材料和器件相比較,由于避免了器件與襯底間的寄生效應(yīng),SOI具有許多優(yōu)越性,例如,高的開關(guān)速度、高密度、抗輻射、無閉鎖效應(yīng)等。以CMOS器件為例,與體硅CMOS技術(shù)相比,SOI技術(shù)使芯片的功能提高35%,因此要發(fā)展有競(jìng)爭(zhēng)力的SOI材料的制備技術(shù)。光信息處理和計(jì)算早已被提出。因?yàn)楫?dāng)電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算的速度要高于100億次浮點(diǎn)以上時(shí),就考慮用光信息處理,它可以并行操作,而且電信號(hào)的傳輸速度還只有光速的0.5%。新一代的電子計(jì)算機(jī)也依靠于并行的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和適合于并行處理的軟件。光學(xué)信息處理就充分發(fā)揮了并列處理的優(yōu)點(diǎn),它有高速地處理信號(hào)的能力。以圖象為對(duì)象的光學(xué)信息處理已進(jìn)行了多年工作,目前講的全光計(jì)算機(jī)為目標(biāo)的,用光學(xué)系統(tǒng)完成一維或多維的數(shù)據(jù)的數(shù)字計(jì)算,目前處于探索階段。它利用眾所周知的并列處理和高速處理的特點(diǎn),使光在其信息處理中發(fā)揮大容量和高速的優(yōu)點(diǎn)。研制出高效低功耗的光子器件及相應(yīng)的材料仍然是關(guān)鍵所在。在并列處理中首先要有面陣列的光子集成器件。高密度垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的光子集成回路是二維光信息實(shí)時(shí)處理和圖形識(shí)別的關(guān)鍵器件。目前研制出的高密度對(duì)稱反射式自電光效應(yīng)(SR-SEED)無腔面的光雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)集成面陣,可在光功耗極低(<10fj/μm2)下對(duì)光信息進(jìn)行多路和二維的處理,它為光邏輯運(yùn)算打下基礎(chǔ),有可能達(dá)到開關(guān)時(shí)間在納秒,每秒億次的光學(xué)數(shù)字處理器。電子計(jì)算機(jī)由子電路中不可避免的存在電阻和電容、電信號(hào)和傳遞速度受到RC弛豫時(shí)間的限制,以及“時(shí)鐘歪斜”,互連擁擠,電子信號(hào)很容易自身干擾等問題。應(yīng)用光互連集成回路可以解決上述問題,若干光學(xué)開關(guān)和存儲(chǔ)器以及光電轉(zhuǎn)換元件用波導(dǎo)方式連成回路。這時(shí)信息處理器是光電混合型的。通過發(fā)展可尋址的光源陣列、光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)門陣列、全息衍射光柵和檢測(cè)器陣列,并行通道達(dá)106數(shù)量級(jí)。進(jìn)一步發(fā)展光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、光計(jì)算算法和結(jié)構(gòu)及高密度交叉光互連等技術(shù),逐步發(fā)展成全光數(shù)字計(jì)算機(jī)。以上光子學(xué)器件大都還立足于III-V族半導(dǎo)體化合物材料,需要有高質(zhì)量結(jié)構(gòu)完整的材料利用材料的量子尺寸效應(yīng),做成量子阱,量子線和量子點(diǎn)。開拓硅基材料,如SiGe/Si的量子化材料也是很有前途的,利用硅微電子器件工藝,容易實(shí)用化。3.2采用光纖耦合器和光復(fù)用技術(shù)的光纖模擬技術(shù)信息傳遞技術(shù)自80年代以來有飛快的發(fā)展。移動(dòng)電話、衛(wèi)星通信、無線通信和光纖通信將形成一個(gè)陸?？樟Ⅲw的通信網(wǎng)。寬帶化、個(gè)人化、多媒體化的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)獲得很快發(fā)展。有線通信始終是量大面寬的信息傳遞手段。由于因特網(wǎng)和多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展,線路上的通信容量驟增,數(shù)字電信量這幾年以年增長(zhǎng)35%的速度上升。把光子作為信息載體,是20世紀(jì)中的一個(gè)劃時(shí)代變化,就是用光纖通信代替電纜和微波通信,簡(jiǎn)言之,信息的傳輸發(fā)生了本質(zhì)性變革。本世紀(jì)七十年代初由于低損耗的熔石英光纖和長(zhǎng)壽命的半導(dǎo)體激光器的研制成功,使光通信成為現(xiàn)實(shí)的可能。1978年前一條10公里長(zhǎng)的光纖,最高傳輸率不到100Mb/s,稱為第一代光纖通信;三年以后第二代光纖通信由于應(yīng)用了單模光纖和處于熔石英光纖最低色散波長(zhǎng)(1.3μm)的半導(dǎo)體激光器和探測(cè)器,光信號(hào)可以在光纖內(nèi)以均勻速度傳播,傳輸容量增加了近10倍;第三代光纖通信由于應(yīng)用熔石英光纖的最低損耗波長(zhǎng)(1.55μm),配上該波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器,使無中繼傳輸距離和傳輸容量又有好幾倍的提高。由此可見光纖材料和半導(dǎo)體激光器的發(fā)展對(duì)光纖通信的推動(dòng)作用。應(yīng)用光纖耦合器和光延時(shí)線可以實(shí)現(xiàn)光時(shí)分復(fù)用(OTDM),即一根光纖上劃分多個(gè)時(shí)隙,傳輸多個(gè)數(shù)字化信號(hào),從而增加通信容量。在本世紀(jì)末期由于光子學(xué)技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)生了光學(xué)放大器,特別是半導(dǎo)體激光器光泵的摻鉺的光纖放大器(EDFA),由于光信號(hào)的直接放大,放大率達(dá)到30dB以上,不受信號(hào)偏振方向的影響,有很好的保真度,就很快地達(dá)到實(shí)用價(jià)值。另一項(xiàng)有重大實(shí)用價(jià)值的光纖通信的突破是波分復(fù)用技術(shù),即同一路光纖中傳輸若干個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)。用外調(diào)制的分布反饋激光器(DFB)達(dá)到高的信號(hào)傳輸率,用光纖寬帶耦合器將N種波長(zhǎng)的激光信號(hào)耦合入一條公用傳輸光纖,在信號(hào)終端用光纖光柵濾光器,分離出N個(gè)波長(zhǎng)的載波激光,經(jīng)檢波器將信息解出。這種波分復(fù)用(WDM)技術(shù),使信息傳輸率增加了N倍。在光子集成回路再加入寬增益頻帶的摻鉺光纖放大器,就可以達(dá)到高傳輸容量(100Gb/S)和無中繼長(zhǎng)距離(>100Km)的光纖通信系統(tǒng),可稱為第四代光纖通信。表2列舉了目前超大容量光纖通信系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)水平,將在21世紀(jì)初逐步實(shí)用化。今后通信光纖將代替通信電纜從主干線逐步進(jìn)入通信網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層次:進(jìn)入?yún)^(qū)域(fibertothezone,FTTZ),進(jìn)入路邊(fibertothecurb,FTTC),進(jìn)入家庭(fibertothehome,FTTH)和公寓(fibertotheapartment,FTTA)。從傳統(tǒng)的以光強(qiáng)度調(diào)制方式和直接檢測(cè)方式的非相干光光纖通信改換成以相位調(diào)制方式和差分檢測(cè)方式的相干光光纖通信,可使信號(hào)傳遞得更遠(yuǎn)。在相干光通信中需要有頻率和相位十分穩(wěn)定的激光光源。成功的相干光通信可使信息傳遞距離邁入1000公里紀(jì)元。在一條理想的光纖內(nèi),“孤立子”(Soliton)可以無限遠(yuǎn)地傳播。在光纖中孤立子的形狀是由克爾效應(yīng)和色散效應(yīng)的補(bǔ)償來保持。孤立子的強(qiáng)度衰減用光纖放大器來補(bǔ)償。用皮秒(10-12)激光脈沖,使孤立子彼此間不互相重疊。在“零誤碼”情況下,孤立子可以在光纖中傳遞萬里之遠(yuǎn)。孤立子傳輸中同樣可以用波分復(fù)用來增大傳遞信息的容量。把光通信窗口波長(zhǎng)移向更長(zhǎng)波段(2μm～5μm),使光纖的散射損耗更低,應(yīng)用非氧化物玻璃光纖可實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)波長(zhǎng)的超長(zhǎng)距離的無中繼放大的光纖通信。相干光通信、孤立子光通信和超長(zhǎng)波長(zhǎng)紅外光通信是可展望的第五代光通信,是跨入下世紀(jì)的光纖通信。發(fā)展新材料始終是光通信中的核心問題。以光纖材料而言,隨著通信容量的增加,注入光纖中的功率也增高。由于光纖的芯直徑很細(xì),芯中的能量密度很高,從而產(chǎn)生如:受激布里淵散射、受激拉曼散射、四波混頻、自位相調(diào)制等非線性現(xiàn)象,使在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)受到損傷和干擾。近來有人研制大有效面積的新型光纖,如真波光纖(TrueWaveFiber)、葉狀光纖(LeafFiber)等,企圖提高光纖的利用率。此外,光纖中的色散對(duì)高速信號(hào)也有嚴(yán)重的影響。要想充分發(fā)揮光纖大容量的作用,還要克服光纖的色散,如采用色散補(bǔ)償光纖等。隨著波分復(fù)用技術(shù)的提高,光纖放大器材料要滿足高的寬頻帶增益,并能應(yīng)用于不同的通信窗口(1.3μm,1.55μm等)。其他諸如高穩(wěn)定波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器(如MQW-DFB-LD)材料,高速光調(diào)制器(如LiNbO3調(diào)制器,EA半導(dǎo)體吸收型光調(diào)制器等)材料,光濾波器(如光纖光柵,干涉濾波器,光柵波導(dǎo)陳列AWG等)材料和各種無源光器件(光耦合器,色散補(bǔ)償器等)材料。要發(fā)展新的光纖通信系統(tǒng),必需首先發(fā)展光器件和材料。3.3磁存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展數(shù)字化信息存儲(chǔ)的要求為:高存儲(chǔ)密度、高數(shù)據(jù)傳輸率、高存儲(chǔ)壽命、高的擦寫次數(shù)、低價(jià)格設(shè)備投資和低價(jià)格信息位。以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)為例,存儲(chǔ)方式分為:隨機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)、在線外存儲(chǔ)、離線外存儲(chǔ)和脫機(jī)存儲(chǔ)。隨機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器要求集成度高,數(shù)據(jù)速度快,一直以大規(guī)模集成的微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)為主。隨著大規(guī)模集成度的提高,光刻線度的不斷縮小,存儲(chǔ)容量也不斷提高,DRAM芯片的價(jià)值也大幅度下降,256MB的DRAM芯片已開始大規(guī)模生產(chǎn),用多塊內(nèi)存芯片的聯(lián)接,使內(nèi)存擴(kuò)容至1GB也已開始實(shí)用化,所以PC的內(nèi)存會(huì)更大。但隨之而來的帶寬瓶頸問題就更為突出。因此發(fā)展各種內(nèi)存技術(shù),如時(shí)鐘同步(Synchronize)SDRAM,芯片對(duì)接口(Rambus)RDRAM等。最近發(fā)展的固體(閃)存儲(chǔ)器(flashmemory)是不揮發(fā)可擦寫的存儲(chǔ)器,基于半導(dǎo)體二極管的集成線路,比較緊湊和堅(jiān)固,可以在內(nèi)存與外存間插入使用,它的缺點(diǎn)是存儲(chǔ)量小和價(jià)格高。目前從閃存儲(chǔ)芯片的結(jié)構(gòu)、操作和組裝上改進(jìn),以增加存儲(chǔ)密度,例如目前可以在38mm×33mm×33mm尺寸的閃存卡上存儲(chǔ)64MB,并且60片閃存芯片可以連接起來。在現(xiàn)代數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)外存儲(chǔ)中磁存儲(chǔ)技術(shù)早已先入為主。磁帶、軟磁盤和硬磁盤已普遍應(yīng)用,形成了巨大的產(chǎn)業(yè),而磁存儲(chǔ)技術(shù)近年來仍然很迅速地發(fā)展著。磁存儲(chǔ)介質(zhì)的主要形式為磁帶、軟磁盤和硬磁盤。磁存儲(chǔ)介質(zhì)的存儲(chǔ)密度在近二十年中有飛快的發(fā)展,差不多每5年增加10倍。磁存儲(chǔ)密度的提高主要依賴于磁介質(zhì)材料的改進(jìn)。在七十年代主要應(yīng)用磁性氧化物(如氧化鐵等),在塑料薄膜和金屬薄片上用涂布的方法制成磁帶和磁盤,存儲(chǔ)密度比較低,每平方英寸只有幾兆位(Mb),以后改進(jìn)了磁性氧化物的磁矯頑力,采用超細(xì)磁性氧化物粉末,以及應(yīng)用薄膜氧化物磁頭,使存儲(chǔ)密度有所提高,八十年代達(dá)到每平方英寸幾百千位的水平(這也是目前一般軟磁盤的水平)。九十年代后硬磁盤存儲(chǔ)密度的提高主要采用了連續(xù)磁性薄膜介質(zhì),用磁控濺射的方法制備薄膜,因此減小了顆粒間界面,主要采用的磁性合金為CoCrPt,CoCrTa等,磁存儲(chǔ)的位密度有很大的提高(>105b/in)。同時(shí)采用薄膜磁頭,減小磁頭和磁盤的距離,從而增加了道密度(～104道/in)。為了進(jìn)一步提高硬磁盤的存儲(chǔ)密度(>1Gb/in2),就要探索高矯頑力(>240kA/m)的連續(xù)縱向納米晶粒磁性介質(zhì)。為了減小記錄和讀出噪音,采用納米晶粒,由此也帶來了熱穩(wěn)定性問題。同時(shí),如果要實(shí)現(xiàn)磁垂直存儲(chǔ),要求磁性介質(zhì)具有高的磁各向異性(Ku>4×106erg/cm2)。最近發(fā)展CoSm或Fe/Pt多層膜。磁頭的改進(jìn)也需要新的磁性材料。寫入頭要求更高的磁矩而讀出頭要求高的磁電阻。因此,巨磁阻效應(yīng)的研究對(duì)發(fā)展磁存儲(chǔ)就有重要的意義。Fe/Cr和Co/Cu多層膜的室溫ΔR/R值分別為25%和70%(其中R為零磁場(chǎng)的電阻值,ΔR為零場(chǎng)和加場(chǎng)時(shí)的電阻差值),但是要求的外加磁場(chǎng)高(分別為2000kA/m和800kA/m),限制了實(shí)際應(yīng)用。最近發(fā)現(xiàn)La-Ca-Mn-O薄膜在低溫(77K)時(shí)具有超巨大磁阻(ΔR/R～99%,4800kA/m),還有NiFe/Cu/NiFe/FeMn多層膜,雖然巨磁阻效應(yīng)不太大,但外加磁場(chǎng)較小,具有應(yīng)用前景。光存儲(chǔ)最早的形式為縮微照相,從本世紀(jì)初開始,經(jīng)歷了較長(zhǎng)的時(shí)間,成為文檔資料長(zhǎng)期保存的主要形式。六十年代初激光出現(xiàn)后,激光全息技術(shù)受人注目,因?yàn)樗軐?shí)現(xiàn)三維圖像存儲(chǔ),具有更大的存儲(chǔ)容量。但是,由于不能進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存取,并和計(jì)算機(jī)不能聯(lián)機(jī),因此皆不能與磁存儲(chǔ)相比。光盤存儲(chǔ)技術(shù)是本世紀(jì)七十年代開拓出來的。光盤存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展到八十年代,便在聲視領(lǐng)域內(nèi)促成了激光唱片(包括聲響唱片CD和激光視盤LD)和激光唱機(jī)產(chǎn)業(yè)的興起。發(fā)展之迅速,出乎人們的預(yù)料。與磁存儲(chǔ)技術(shù)相比,光盤存儲(chǔ)技術(shù)具有以下特點(diǎn):(1)存儲(chǔ)壽命長(zhǎng)。一般壽命在10年以上,而磁存儲(chǔ)的信息一般只能保存3到5年。(2)非接觸式讀/寫和擦。光頭不會(huì)磨損或劃傷盤面,因此光盤可以自由更換。而高密度的磁盤機(jī),由于磁頭飛行高度(幾個(gè)微米)的限制,較難更換磁盤。(3)信息的載噪比(CNR)高。光盤的載噪比可達(dá)到50dB以上,而且經(jīng)多次讀寫不降低。(4)信息位的價(jià)格低。光盤存儲(chǔ)技術(shù)當(dāng)然目前還有它的不足之處,如光盤機(jī)(或稱驅(qū)動(dòng)器)比磁帶機(jī)或磁盤驅(qū)動(dòng)器要復(fù)雜一些,因此價(jià)格目前還較貴。光盤機(jī)的信息或數(shù)據(jù)傳輸速率目前比磁盤機(jī)低,平均數(shù)據(jù)存取時(shí)間在20ms到100ms之間?？梢灶A(yù)測(cè),今后十年內(nèi)磁存儲(chǔ)和光盤存儲(chǔ)仍為高密度信息外存儲(chǔ)的主要手段。今后高性能的硬盤(1GB/in2,100MB/s)主要為計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)在線存儲(chǔ),以計(jì)算機(jī)專業(yè)用為主。高性能光盤(0.5GB/in2,10MB/s)為脫機(jī)可卸式海量存儲(chǔ)和信息分配存儲(chǔ),以消費(fèi)用為主。數(shù)字光盤存儲(chǔ)技術(shù)也向更高存儲(chǔ)密度和更高存取速度方向發(fā)展。在遠(yuǎn)場(chǎng)光存儲(chǔ)的情況下,主要通過縮短記錄激光的波長(zhǎng)和提高聚焦物鏡的數(shù)值孔徑。最近藍(lán)光半導(dǎo)體激光(GaN)有新的突破,適用于光盤存儲(chǔ)讀寫用激光器將很快能實(shí)用化。因此到下世紀(jì),比現(xiàn)有存儲(chǔ)密度高10倍(5英寸光盤可存儲(chǔ)100億比特)和存取速度高10倍(每秒1億比特)的可以擦除重寫的光盤商品將獲得應(yīng)用。圖1表示各類光盤的發(fā)展以及它們的應(yīng)用范圍的擴(kuò)展。光盤存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展在很大程度上決定于存儲(chǔ)介質(zhì)的進(jìn)展,特別是可錄和可擦重寫的光盤和驅(qū)動(dòng)器(或稱光盤機(jī)),它們的結(jié)構(gòu)決定于存儲(chǔ)介質(zhì)的存儲(chǔ)機(jī)理,如磁光型或相變型等。短波長(zhǎng)記錄的高密度光盤存儲(chǔ)介質(zhì)經(jīng)過近年來多方面的試驗(yàn),大概有以下幾類:1)有希望能實(shí)用化的短波長(zhǎng)磁光存儲(chǔ)介質(zhì),包括成分調(diào)制的金屬多層膜,比較典型的為Pt/Co多層膜;在450nm～750nm具有很大的磁光優(yōu)值的摻雜的MnBiAl膜;稀土摻雜的釔鐵柘榴石薄膜等。2)相變型存儲(chǔ)介質(zhì)。幾種典型的無機(jī)相變材料如Ge-Te-Sb,In-Sb-Ag-Te等,晶態(tài)與非晶態(tài)的復(fù)式折射率差值在短波長(zhǎng)仍較大,還可以應(yīng)用。3)隨著工作波長(zhǎng)的縮短,尋找吸收范圍在500nm～600nm區(qū)域,甚至更短波長(zhǎng)的有機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)顯得越來越有意義。酞菁化合物、菁化合物、螺環(huán)化合物、俘精酸酐化合物等有機(jī)材料在500nm～600nm區(qū)域有較大吸收,但這些化合物對(duì)光和熱的穩(wěn)定性較差,而且結(jié)構(gòu)變化和光致變色的時(shí)間響應(yīng)較慢,還需作更多的深入研究,探索新的化合物。隨著光子學(xué)技術(shù)的進(jìn)展,目前的熱記錄方式將向光子記錄方式發(fā)展。下世紀(jì)的超高密度超快速光存儲(chǔ)主要向以下幾個(gè)方面發(fā)展:1)利用近場(chǎng)光學(xué)掃描顯微鏡NSOM進(jìn)行超高密度信息存儲(chǔ),記錄點(diǎn)的尺寸可以到納米量級(jí)。2)運(yùn)用角度多功、波長(zhǎng)多功、空間多功與移動(dòng)多功等的多維全息數(shù)字存儲(chǔ),可以作為緩沖海量信息存儲(chǔ),存儲(chǔ)密度可達(dá)到100Gb/cm3。關(guān)鍵在于探索對(duì)激光有快速響應(yīng)和有長(zhǎng)存儲(chǔ)壽命的光子存儲(chǔ)材料。3)發(fā)展三維存儲(chǔ)技術(shù),如光子引發(fā)的電子俘獲三維存儲(chǔ)光盤和光譜燒孔存儲(chǔ)等高密度光存儲(chǔ)。能高速高密度地執(zhí)行讀、寫、擦功能,實(shí)現(xiàn)能在室溫下燒孔存儲(chǔ)的光譜燒孔多維存儲(chǔ)。3.4顯示技術(shù)crt、爾雅、led各種形式的信息,如文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖象和活動(dòng)圖象作用于人和視覺而獲得感知的一種手段為信息顯示技術(shù)。靜止信息的顯示手段最常用的如打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)和掃描機(jī)等,一般稱為信息的輸出和輸入設(shè)備。為提高分辨率以及輸入和輸出的速度,需要發(fā)展高靈敏和穩(wěn)定的感光材料。例如激光打印機(jī)和復(fù)印機(jī)上的感光鼓的材料,目前使用的無機(jī)的硒合金和有機(jī)的酞菁染料還需不斷提高,并且要發(fā)展新的感光材料。自本世紀(jì)初出現(xiàn)陰極射管(CRT)以來,一直是作為活動(dòng)圖象的主要顯示手段。CRT技術(shù)一直在發(fā)展,種類不斷增多,性能不斷提高,特別在擴(kuò)大尺寸和提高分辯率方面作出顯著的進(jìn)展,至今它還是活動(dòng)圖象顯示的主要手段。傳統(tǒng)的陰極射線發(fā)光材料,如紅色(Y2O2S:Eu),藍(lán)色(ZnS:Ag)和綠色(ZnS:Cu,Al)在亮和色的純度上還需提高。近20至30年來,平板顯示技術(shù)有較快的發(fā)展,主要避免了CRT的龐大的體積。平板顯示技術(shù)主要指液晶顯示技術(shù)(LCD)、場(chǎng)致放射顯示技術(shù)(FED)、等離子體顯示技術(shù)(PDP)和發(fā)光二極管顯示技術(shù)(LED)等。隨著高清晰度電視、電視電話、計(jì)算機(jī)(臺(tái)式或可移動(dòng)式)顯示器、汽車用及個(gè)人數(shù)字化終端顯示等應(yīng)用目標(biāo)的推動(dòng),顯示技術(shù)正向高分辨率、大顯示容量、平板化、大型化方向發(fā)展。CRT不再是一枝獨(dú)秀,而是形成與各種平板顯示器百花爭(zhēng)艷的局面。液晶顯示的主要優(yōu)點(diǎn)為功耗低、工作電壓低、體積小易于攜帶,屬非自發(fā)光型顯示,易于彩色化。其不足之處為顯示視覺小,對(duì)比度和亮度受環(huán)境的影響較大,響應(yīng)速度較慢。目前以有源矩陣型(AML)、雙端裝置型(TTD)和薄膜晶體管(TFT)液晶顯示器為主,其中TFT-LCD的對(duì)角線尺寸已可以做到30英寸和40英寸。液晶材料一直是關(guān)注的對(duì)象,從雙扭向列型(TN)液晶發(fā)展到超雙扭向列型(SRN)液晶,為提高響應(yīng)速度,相繼開發(fā)鐵電型(FE)液晶,響應(yīng)時(shí)間在微秒級(jí),鐵電液晶的穩(wěn)定性差,用分支法(side-chain)來改進(jìn)。目前也趨向開發(fā)反鐵電液晶,它們的穩(wěn)定性較高。場(chǎng)致發(fā)射顯示(FED)是將真空微電子管應(yīng)用于顯示的技術(shù)。它具有CRT和LCD兩方面的優(yōu)點(diǎn),即視角寬、功耗低、響應(yīng)速度快、光效率和分辨率高。目前的應(yīng)用限制在于較難擴(kuò)大顯示面積,只能用在較小的顯示器上。用類金剛石材料作冷陰極和稀土離子摻雜的氧化物作發(fā)光材料,推動(dòng)FED的發(fā)展。等離子體顯示(PDP)的出現(xiàn)比場(chǎng)致發(fā)射顯示(FED)遲一點(diǎn),由于PDP電極發(fā)射面積比FED容易做大,所以也容易做成大屏幕的顯示器,它的不足之處為驅(qū)動(dòng)電壓高,功耗大。FED和PDP的發(fā)光材料、電極材料以及電介質(zhì)材料(低熔點(diǎn)玻璃等)等仍需不斷改進(jìn)和提高,從而提高發(fā)光效率和發(fā)光亮度,降低功耗,實(shí)現(xiàn)全色化和多級(jí)灰度顯示等。圖2表示CRT、FED、PDP及LCD四種顯示器在功耗、價(jià)值、色彩、亮度和可攜帶性五個(gè)方面的比較。當(dāng)跨入21世紀(jì),平板顯示器的布局可以是這樣的:LCD主要在小屏幕,袖珍攜帶式:平板CRT為中屏幕彩色顯示;PDP為大屏幕,壁掛式。發(fā)光二極管(LED)顯示技術(shù)出現(xiàn)較早,但由于價(jià)格高,制成大面積列陣比較困難,主要應(yīng)用于大型顯示板,作為規(guī)模生產(chǎn)較大的顯示器遲遲未很快發(fā)展起來。近年來,電致發(fā)光的有機(jī)材料(OLED)有新的進(jìn)展,它容易制成列陣所以比較引人注目。主要有兩類:1987年柯達(dá)公司(Kodak)小組發(fā)現(xiàn)的有機(jī)分子,如A1q和雙胺,用蒸鍍法制成異質(zhì)結(jié)構(gòu),當(dāng)時(shí)達(dá)到在10v操作電壓下,有大于1%的量子效率;另一組是由劍橋大學(xué)卡文迪希(CalvendishLab)實(shí)驗(yàn)室于1990年用共軛聚合物聚對(duì)苯乙炔(PPV)用溶液旋鍍法制成的。在更低的電壓下(<10v),也獲得1%的量子效率。經(jīng)過這幾年的努力,有機(jī)發(fā)光二極管的特性列舉于表3。1997年日本Pioneer公司已試制成功彩色顯示,這是跨入21世紀(jì)的很有前途的顯示器和材料,但仍需要在發(fā)光亮度和量子效率、穩(wěn)定性和耐用性、膜層減薄以及尋找藍(lán)色和紅色發(fā)光材料等方面不斷提高和改進(jìn)。3.5獲取技術(shù)和材料的信息信息的獲取主要用探測(cè)器和傳感器兩種方式。目前光電子學(xué)技術(shù)是獲取信息的主要手段。3.5.1b寬能隙半導(dǎo)體材料光電探測(cè)器按光電轉(zhuǎn)換方式可分為光電導(dǎo)型、光生伏打型(勢(shì)壘型)和熱電偶型。光電轉(zhuǎn)換中根據(jù)探測(cè)的光子波長(zhǎng),分為狹能隙半導(dǎo)體材料(紅外)和寬能隙半導(dǎo)體材料(可見和近紫外)。狹能隙材料以Si、Ge和GaN、A1N等為主,寬能隙半導(dǎo)體材料主要為鉛鹽、碲鎘汞和InSb等。光電探測(cè)器近期最大的進(jìn)展在兩個(gè)方面:1)用超晶格(量子阱)結(jié)構(gòu)提高了量子效率、響應(yīng)時(shí)間和集成度;2)制成了探測(cè)器列陣,可以用作成像的探測(cè)。兩者結(jié)合后最典型的例子為可以制成探測(cè)靈敏度極高的HgCdTe紅外焦平面列陣(FPA),十分成功地應(yīng)用于紅外遙感、成像等。3.5.2光催化氧化法目前應(yīng)用于傳感器的材料主要有兩類:半導(dǎo)體傳感器材料和光纖傳感器材料。低維材料的傳感器體積小,很實(shí)用。在外場(chǎng)(光、熱、電、磁等)作用下半導(dǎo)體的電性能產(chǎn)生變化,由此獲得外場(chǎng)的信息。這要求材料的敏感性好,重復(fù)性好。對(duì)壓力敏感的半導(dǎo)體有由于壓力的影響產(chǎn)生電阻變化的壓阻半導(dǎo)體材料,如Si、Ge、InSb、GaP等;有靠壓電效應(yīng)的II-VI和III-V族半導(dǎo)體化合物以及壓電陶瓷(以BaTiO3為代表)等。對(duì)熱敏感的半導(dǎo)體材料可分正溫度系數(shù)(NTC)和負(fù)溫度系數(shù)(PTC)材料。上述的光電探測(cè)器材料皆屬光敏半導(dǎo)體材料。靠磁電阻效應(yīng)和霍耳效應(yīng),將磁場(chǎng)強(qiáng)度換成電信號(hào)為磁敏半導(dǎo)體材料。由于材料吸收了環(huán)境的氣體、水份和生物分子而改變了材料的表面狀態(tài)和結(jié)構(gòu),由此產(chǎn)生的性質(zhì)的變化,這種材料往往是不同的變價(jià)氧化物,如SnO2、ZnO、Fe2O3、Cr2O3、V2O5等。也有一些是Si、Ge等材料的二極管和場(chǎng)效晶體管,構(gòu)成了氣敏、濕敏、生物敏等傳感器。近來,發(fā)現(xiàn)一些金屬有機(jī)化合物,如酞菁、卟啉、胡蘿卜素等具有優(yōu)良的傳感性質(zhì),通過分子組裝可以發(fā)展成很敏感的傳感器材料。光在光纖中傳輸時(shí),受外場(chǎng)的作用,能引起光的振幅、位相、頻率和偏振態(tài)的變化。采用低損耗的長(zhǎng)光纖,可以把外場(chǎng)引起的光學(xué)變化獲得積累,就提高了對(duì)外場(chǎng)的敏感性。也可以進(jìn)一步制成特殊結(jié)構(gòu)的光纖材料,如旋光材料,保偏光纖,橢圓雙折射光纖,摻雜和涂層光纖等,加強(qiáng)了對(duì)外場(chǎng)變化的靈敏度。光纖已成功地應(yīng)用于壓力、磁場(chǎng)、溫度、電壓等傳感器。3.6激光材料和光功能材料3.6.1gan半導(dǎo)體激光器激光的誕生使人們有了一個(gè)高亮度的相干光源,對(duì)信息技術(shù)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用。在信息技術(shù)的幾個(gè)重要環(huán)節(jié)中,都離不開激光器。當(dāng)前和今后會(huì)迅速發(fā)展的是以下幾類激光器:半導(dǎo)體激光器,半導(dǎo)體激光光泵的固體激光器,可調(diào)諧固體激光器以及光纖激光器和放大器。由此,要相應(yīng)地發(fā)展和開拓新的激光材料。半導(dǎo)體激光器對(duì)信息技術(shù)發(fā)展的作用是人們熟知的。由于有了低閾值、低功耗、長(zhǎng)壽命及快響應(yīng)的半導(dǎo)體激光器,使光纖通信成為現(xiàn)實(shí),并以0.8μm,1.3μm,1.55μm的激光光源形成三個(gè)光通信的窗口。由于有高功率單模半導(dǎo)體激光器,才使光盤存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)用化,并且目前高密度光存儲(chǔ)的發(fā)展以半導(dǎo)體激光波長(zhǎng)的縮短(從0.8μm到0.65μm和0.5μm)為標(biāo)志,形成三代光盤存儲(chǔ)技術(shù)。多量子阱器件、高密度垂直腔面發(fā)射器、量子級(jí)連器件、微腔輻射與微腔光子動(dòng)力學(xué)器件的發(fā)展,可以不斷降低激光閾值、提高激光轉(zhuǎn)換效率與輸出功率、擴(kuò)展波段、改善模式、壓縮線寬、實(shí)現(xiàn)激光光源的陣列化和集成化。值得提出的是短波長(zhǎng)(藍(lán)綠光)半導(dǎo)體激光器和長(zhǎng)波長(zhǎng)(紅外2μm～10μm)半導(dǎo)體激光器的進(jìn)展。GaN是能夠獲得最短波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器,因?yàn)榻麕挾葹?.4eV(360nm)。尋找合適的襯底材料以及生長(zhǎng)出結(jié)構(gòu)完整的GaN薄膜非常關(guān)鍵,最近已有突破。表4列出了GaN半導(dǎo)體激光器的性能,已可應(yīng)用于高密度光存儲(chǔ)的短波激光光源。另一個(gè)進(jìn)展為通過量子阱中的量子級(jí)聯(lián)而發(fā)展了中遠(yuǎn)紅外半導(dǎo)體激光器,它可以替代比較復(fù)雜和龐大的激光固體參量振蕩器和放大器及氣體激光器,在紅外遙感、環(huán)境檢測(cè)等方面有重要應(yīng)用。高功率半導(dǎo)體激光器作為半導(dǎo)體激光器的泵浦源,近來有很快的發(fā)展,單模單頻半導(dǎo)體激光器輸出已接近瓦級(jí),而多模半導(dǎo)體激光器和列陣的輸出已達(dá)幾百瓦。大部分采用多量子阱(MQW)多層膜結(jié)構(gòu)。多層膜的設(shè)計(jì)和制備已很關(guān)鍵。開拓新的襯底和熱沉材料也很重要。由于有了高功率半導(dǎo)體激光器作光泵源,最近出現(xiàn)高效和高質(zhì)量的固體激光器,如輸出功率為10W、倍頻波長(zhǎng)為530nm的摻Nd:YAG和Nd:YVO4激光器;輸出功率為5.1W、波長(zhǎng)在3.4μm附近可調(diào)諧的固體參數(shù)振蕩器(OPO);以及輸出功率為35.5W,波長(zhǎng)在1.1μm單模Yb3+摻雜固體激光器等。這些半導(dǎo)體光泵的固體激光器由于體積縮小,工作穩(wěn)定,激光效率高,可在空間和水下通信、探測(cè)、目標(biāo)跟蹤和制導(dǎo)等方面起重要作用。可調(diào)諧固體激光器對(duì)探測(cè)大氣污染、環(huán)境保護(hù)、空間探測(cè)十分重要,使我們可以獲得大氣和外層空間的信息。近年來,各種摻過渡元素(TM)離子的激光晶體的可調(diào)諧波長(zhǎng)范圍得到擴(kuò)展,摻低價(jià)態(tài)稀土離子的激光晶體(如摻Ce3+,Eu2+等)靠4f-5d躍遷,可以在可見至紫外波段產(chǎn)生可調(diào)諧激光。以摻鈦藍(lán)寶石(Ti3+:Al2O3)為主的可調(diào)諧激光晶體,現(xiàn)在已成為固體調(diào)諧激光器的主要核心。飛秒(10-12s)激光器的出現(xiàn),使臺(tái)式激光器可以產(chǎn)生太瓦(1012)激光。為避免激光材料損傷和獲得高的增益,晶體的結(jié)構(gòu)完整性以及雜質(zhì)和缺陷的研究就十分重要。為覆蓋更寬的可調(diào)諧波長(zhǎng)范圍,開拓新的可調(diào)諧激光晶體也很關(guān)鍵。提高改善光纖放大器一直是光纖通信中的關(guān)鍵問題,特別當(dāng)目前采用波分復(fù)用技術(shù),有效地?cái)U(kuò)大通信容量之際,希望有增益帶寬比較大的光纖放大器。在1.55μm通信窗口,除了改進(jìn)摻鉺(Er3+)的熔石英光纖放大器(EDFA)外,尋找新的基質(zhì)玻璃,如目前在摻Er3+的碲酸鹽玻璃中,獲得寬增益帶的良好結(jié)果。為1.3μm通信窗口,人們還不斷地改進(jìn)摻Pr3+的光纖放大器,如采用低聲子能量的非氧化物玻璃(如InF3為基礎(chǔ)的氟化物玻璃和Ga2S3為基礎(chǔ)的硫化物玻璃),獲得更高的增益系數(shù)。在光纖激光器方面,注意的目標(biāo)集中在用雙光子吸收的頻率上轉(zhuǎn)換機(jī)制在光纖中獲得短波長(zhǎng)的激光輸出。泵浦的光源可采用近紅外高功率半導(dǎo)體激光器。這樣光纖集成的激光器在信息領(lǐng)域是很有用的。為提高能量轉(zhuǎn)換效率,光纖玻璃基質(zhì)也采用低聲子的非氧化物玻璃。3.6.2玻璃材料的選擇在光電子學(xué)技術(shù)中頻率變換(倍頻(SHG)、三倍頻(THG)、參量振蕩(OPO)和參量放大(OPA))、調(diào)制器、Q開關(guān)、鎖模都是十分重要的,是光通信、光存儲(chǔ)和光信息處理中不可缺少的元件。如表5所示,元件的不同功能是依靠于材料的不同性質(zhì)。以往這類材料主要靠無機(jī)非線性光學(xué)晶體,如KTP,BBO,LBO,LiNbO3,K(Ta,Nb)O3等。還不斷地在發(fā)展新的非線性晶體,要求有高的非線性光學(xué)系數(shù)和激光破壞閾值以及高的光學(xué)透過率和寬的波段等。今后在光子學(xué)器件中材料以薄膜和纖維形態(tài)存在而不是體材料,以便于集成化。80～90年代對(duì)有機(jī)非線性光學(xué)材料又獲得進(jìn)一步的研究,特別在電光波導(dǎo)調(diào)制器方面有很好的結(jié)果,如“給體埋入”型聚酰亞腰可在225℃下穩(wěn)定工作1000小時(shí),可以在60GHz高頻下調(diào)制等。三次非線性光學(xué)材料就更多,一些高密度的玻璃具有高的聲光系數(shù)可作為聲光玻璃,如碲酸鹽玻璃和硫系玻璃,作為最常用的聲光調(diào)制器。表6列舉了上述兩種玻璃的聲光品質(zhì)因子及相關(guān)性質(zhì)。高折射率的鉛玻璃具有高的逆磁性,而稀土離子(如Ce3+,Tb3+)含量高的玻璃具有高的順磁性,皆可作為磁光玻璃,用作大尺寸的磁光隔離器以及磁光玻璃光纖可用作光通信線路上的隔離器。表7列舉了幾種磁光玻璃和磁光系數(shù)(Verdet常數(shù))。半導(dǎo)體量子點(diǎn)摻雜的玻璃和有機(jī)-無機(jī)雜交(hybrid)形成的復(fù)合玻璃皆有較高非線性光學(xué)系數(shù),而且可容易制成薄膜是近年來很活躍的研究領(lǐng)域。近年來開拓出來的兩種元件對(duì)鎖模、調(diào)制和頻率變換起了很大的作用。一種為半導(dǎo)體飽和吸收阱(SESAM),由半導(dǎo)體多量子阱組成,選擇不同的半導(dǎo)體材料可以制成適應(yīng)于不同波長(zhǎng)的Q開關(guān)和鎖模器。例如,用SESAM可以產(chǎn)生6.5fs的Ti:Al2O3超短脈沖,50fs的Cr:LiSAF激光和56ps的Nd:YVO4微型激光器等。另一種為將非線性光學(xué)晶體進(jìn)行周期極化(Periodicallypoled),形成微米或亞微米的超晶格。從已經(jīng)制成的周期極化的鈮酸鋰(PPLN)和RPKTP元件應(yīng)用于倍頻、參量振蕩及調(diào)制等方面,取得了良好的結(jié)果。4日本清源產(chǎn)品為單片執(zhí)行的磁記錄技術(shù)信息技術(shù)產(chǎn)品中材料與元器件是很難分的,特別像薄膜材料,往往是多層膜結(jié)構(gòu)而組成器件。具有規(guī)模生產(chǎn)的信息材料和元件產(chǎn)業(yè)大致上可分為以集成電路為基礎(chǔ)的微電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)和以光通信、光存儲(chǔ)、光電顯示為基礎(chǔ)的光電子技術(shù)