光電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用光電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用摘要：

主要介紹國(guó)內(nèi)外近幾年光電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)用及應(yīng)用領(lǐng)域。

引言：

光電子技術(shù)確切稱(chēng)為信息光電子技術(shù)。20世紀(jì)60年代激光問(wèn)世以來(lái)，最初應(yīng)用于激光測(cè)距等少數(shù)應(yīng)用，光電子技術(shù)是繼微電子技術(shù)之后近30年來(lái)迅猛發(fā)展的綜合性高新技術(shù)。1962年半導(dǎo)體激光器的誕生是近代科學(xué)技術(shù)史上一個(gè)重大事件。經(jīng)歷十多年的初期探索，到70年代，由于有了室溫下連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器和傳輸損耗很低的光纖，光電子技術(shù)才迅速發(fā)展起來(lái)?，F(xiàn)在全世界敷設(shè)的通信光纖總長(zhǎng)超過(guò)1000萬(wàn)公里，主要用于建設(shè)寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)。以光盤(pán)為代表的信息存儲(chǔ)和激光打印機(jī)、復(fù)印機(jī)和發(fā)光二極管大屏幕現(xiàn)實(shí)為代表的信息顯示技術(shù)稱(chēng)為市場(chǎng)最大的電子產(chǎn)品。人們對(duì)光電神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)抱有很大希望，希望獲得功耗的、響應(yīng)帶寬很大，噪音低的光電子技術(shù)。如果說(shuō)微電子技術(shù)推動(dòng)了以計(jì)算機(jī),因特網(wǎng),光纖通信等為代表的信息技術(shù)的高速發(fā)展,改變了人們的生活方式,使得知識(shí)經(jīng)濟(jì)初見(jiàn)端倪,那么隨著信息技術(shù)的發(fā)展,大容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),光電子技術(shù)將起到越來(lái)越重要的作用.美國(guó)商務(wù)部指出:"90年代,全世界的光子產(chǎn)業(yè)以比微電子產(chǎn)業(yè)高得多的速度發(fā)展,誰(shuí)在光電子產(chǎn)業(yè)方面取得主動(dòng)權(quán),誰(shuí)就將在21世紀(jì)的尖端科技較量中奪魁".日本《呼聲》月刊也有類(lèi)似的評(píng)論:"21世紀(jì)具有代表意義的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),第一是光電子產(chǎn)業(yè),第二是信息通信產(chǎn)業(yè),第三是健康和福利產(chǎn)業(yè)……",可以斷言,光電子技術(shù)將繼微電子技術(shù)之后再次推動(dòng)人類(lèi)科學(xué)技術(shù)的革命.1世界光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展光纖通信技術(shù)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)初人們的預(yù)料,光纖已經(jīng)成為通信網(wǎng)的重要傳輸媒介,現(xiàn)在世界上大約有60%的通信業(yè)務(wù)經(jīng)光纖傳輸,到20世紀(jì)末將達(dá)到85%,但從目前光纖通信的整體水平來(lái)看,仍處于初級(jí)階段,光纖通信的巨大潛力還沒(méi)有完全開(kāi)發(fā)出來(lái).目前,各種新技術(shù)層出不窮,密集波分復(fù)用技術(shù)(DWDM,在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào),以提高單根光纖的傳輸能力),摻鉺光纖放大器技術(shù)(EDFA,可將光信號(hào)直接放大,具有輸出功率高,噪聲小,增益帶寬等優(yōu)點(diǎn))已取得突破性進(jìn)展并得到廣泛的應(yīng)用.現(xiàn)在DWDM系統(tǒng)和光傳輸設(shè)備中,光電技術(shù)的比例將從過(guò)去比重不到10%達(dá)到90%.一種全新的,無(wú)需進(jìn)行任何光電變換的光波通信——"全光通信",由于波分復(fù)用技術(shù)和摻鉺光纖放大器技術(shù)的進(jìn)展,也日趨成熟,將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統(tǒng)上首次使用,給全球的通信業(yè)帶來(lái)蓬勃生機(jī).為此提供支撐的就是半導(dǎo)體光電子器件和部件.光電子器件和技術(shù)已形成一個(gè)快速增長(zhǎng)的,巨大的光電子產(chǎn)業(yè),對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著越來(lái)越大的作用.

光電子技術(shù)是一個(gè)比較龐大的體系，它包括信息傳輸，如光纖通信、空間和海底光通信等；信息處理，如計(jì)算機(jī)光互連、光計(jì)算、光交換等；信息獲取，如光學(xué)傳感和遙感、光纖傳感等；信息存儲(chǔ)，如光盤(pán)、全息存儲(chǔ)技術(shù)等；信息顯示，如大屏幕平板顯示、激光打印和印刷等。其中信息光電子技術(shù)是光電子學(xué)領(lǐng)域中最為活躍的分支。在信息技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，電子作為信息的載體作出了巨大的貢獻(xiàn)。但它也在速率、容量和空間相容性等方面受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。采用光子作為信息的載體，其響應(yīng)速度可達(dá)到飛秒量級(jí)、比電子快三個(gè)數(shù)量級(jí)以上，加之光子的高度并行處理能力，不存在電磁串?dāng)_和路徑延遲等缺點(diǎn)，使其具有超出電子的信息容量與處理速度的潛力。充分地綜合利用電子和光子兩大微觀(guān)信息載體各自的優(yōu)點(diǎn)，必將大大改善電子通信設(shè)備、電子計(jì)算機(jī)和電子儀器的性能。

在微電子技術(shù)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)可以利用光電各自的優(yōu)勢(shì)來(lái)為我們服務(wù)。比如激光器，光電探測(cè)器，太陽(yáng)電池如等方面都需要光電結(jié)合。這就是早期的光電子學(xué)。隨著光電子學(xué)的發(fā)展，人們研究完全利用光來(lái)處理信息，于是誕生了光子學(xué)。所以可以說(shuō)，先有了光電子學(xué)，又有了光子學(xué)。而最終的發(fā)展會(huì)是光電的再次統(tǒng)一，即更高一個(gè)層次上的光電子學(xué)?，F(xiàn)在正在發(fā)展單電子技術(shù)和單光子技術(shù)，那時(shí)信息的載體不再是束流，而是單個(gè)的粒子。光子和電子都是利用量子力學(xué)的概念，區(qū)別只是波長(zhǎng)不同而已。我想我們?cè)诙皇兰o(jì)肯定會(huì)走到這一步。那時(shí)既不能叫光子信息技術(shù)，也不能叫電子信息技術(shù)，應(yīng)該叫量子信息技術(shù)。

由于光子具有電子所不具備的許多特性所以光子學(xué)有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。尤其在信息領(lǐng)域。比如通信，我們現(xiàn)在大部分主干網(wǎng)用的都是光纖，信息的載體都是光。由于密集波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展，一根頭發(fā)絲粗細(xì)的光纖就可以傳輸一億門(mén)電話(huà)線(xiàn)路。這是電纜無(wú)法比擬的

。再如信息存儲(chǔ)技術(shù)，光盤(pán)由VCD發(fā)展到DVD，容量增大了好幾倍，未來(lái)如果研制出能夠商用的藍(lán)光激光器，采用藍(lán)光波段的光來(lái)作為信息的載體，就又可以使同樣大小的光盤(pán)的容量增大近十倍。而且光具有相干性，可以實(shí)現(xiàn)全息存儲(chǔ)，在不到一個(gè)平方厘米的芯片上，我們可以把北京圖書(shū)館的所有的書(shū)都存進(jìn)去。在計(jì)算機(jī)方面，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是光要進(jìn)入計(jì)算機(jī)中，發(fā)揮光子的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的互聯(lián)，利用光來(lái)消除電子傳輸帶來(lái)的瓶頸效應(yīng)。

光電子技術(shù)

光電子學(xué)是指光波波段，即紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)和軟X射線(xiàn)（頻率范圍3×1011Hz~3×1016Hz或波長(zhǎng)范圍1mm~10nm）波段的電子學(xué)。光電子技術(shù)在經(jīng)過(guò)80年代與其相關(guān)技術(shù)相互交叉滲透之后，90年代，其技術(shù)和應(yīng)用取得了飛速發(fā)展，在社會(huì)信息化中起著越來(lái)越重要的作用。

在光盤(pán)技術(shù)的促進(jìn)下，近年來(lái)可見(jiàn)光半導(dǎo)體激光二極管和發(fā)光二級(jí)管得到了較快的發(fā)展。藍(lán)綠光可見(jiàn)光半導(dǎo)體激光二級(jí)管（LD）和藍(lán)綠光半導(dǎo)體發(fā)光二極管、黃橙紅光可見(jiàn)光激光二極管和高亮度黃橙紅綠光發(fā)光二極管都已商品化。今后的發(fā)展需要繼續(xù)解決提高亮度，降低價(jià)格，提高使用壽命等問(wèn)題。

近紅外半導(dǎo)體激光和發(fā)光二極管的發(fā)射波長(zhǎng)為0.8~1.0μm。近紅外半導(dǎo)體激光二極管主要用于光纖通信和作為固體激光器的泵浦源（替代閃光燈泵浦源）。在1.3μm和1.55μm近紅外半導(dǎo)體激光二極管商品化之后，其發(fā)展勢(shì)頭受到很大影響，甚至出現(xiàn)了停止發(fā)展的跡象。隨著短距離局域網(wǎng)和二極管泵浦固體激光器的迅猛發(fā)展，又出現(xiàn)了新的發(fā)展。目前研究開(kāi)發(fā)主要集中在單頻工作、模式穩(wěn)定以及提高輸出功率等方面。近紅外發(fā)光二極管主要有超發(fā)光二極管和諧振腔發(fā)光二極管。超發(fā)光二極管是光纖陀螺儀的最佳自選光源，與一般的發(fā)光二極管相比，可提供較高的輸出功率和相對(duì)窄的發(fā)射譜。目前，在50mA工作電流下，單管超輻射輸出功率的研究水平最高達(dá)到50MW，最窄譜寬為15nm。諧振腔發(fā)光二極