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)用光電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用摘要：

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

引言：

光電子技術(shù)確切稱為信息光電子技術(shù)。20世紀(jì)60年代激光問世以來，最初應(yīng)用于激光測距等少數(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?，F(xiàn)在全世界敷設(shè)的通信光纖總長超過1000萬公里，主要用于建設(shè)寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)。以光盤為代表的信息存儲和激光打印機、復(fù)印機和發(fā)光二極管大屏幕現(xiàn)實為代表的信息顯示技術(shù)稱為市場最大的電子產(chǎn)品。人們對光電神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機技術(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)。如果說微電子技術(shù)推動了以計算機,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,使得知識經(jīng)濟初見端倪,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)將起到越來越重要的作用.美國商務(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,誰在光電子產(chǎn)業(yè)方面取得主動權(quán),誰就將在21世紀(jì)的尖端科技較量中奪魁".日本《呼聲》月刊也有類似的評論:"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)之后再次推動人類科學(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)展速度遠遠超過當(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)末將達到85%,但從目前光纖通信的整體水平來看,仍處于初級階段,光纖通信的巨大潛力還沒有完全開發(fā)出來.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)傳輸多路不同波長的光信號,以提高單根光纖的傳輸能力),摻鉺光纖放大器技術(shù)(EDFA,可將光信號直接放大,具有輸出功率高,噪聲小,增益帶寬等優(yōu)點)已取得突破性進展并得到廣泛的應(yīng)用.現(xiàn)在DWDM系統(tǒng)和光傳輸設(shè)備中,光電技術(shù)的比例將從過去比重不到10%達到90%.一種全新的,無需進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)帶來蓬勃生機.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)已形成一個快速增長的,巨大的光電子產(chǎn)業(yè),對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著越來越大的作用.

光電子技術(shù)是一個比較龐大的體系，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，如計算機光互連、光計算、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，如光盤、全息存儲技術(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)展過程中，電子作為信息的載體作出了巨大的貢獻。但它也在速率、容量和空間相容性等方面受到嚴峻的挑戰(zhàn)。采用光子作為信息的載體，其響應(yīng)速度可達到飛秒量級、比電子快三個數(shù)量級以上，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，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信息載體各自的優(yōu)點，必將大大改善電子通信設(shè)備、電子計算機和電子儀器的性能。

在微電子技術(shù)蓬勃發(fā)展的同時，人們發(fā)現(xiàn)可以利用光電各自的優(yōu)勢來為我們服務(wù)。比如激光器，光電探測器，太陽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處理信息，于是誕生了光子學(xué)。所以可以說，先有了光電子學(xué)，又有了光子學(xué)。而最終的發(fā)展會是光電的再次統(tǒng)一，即更高一個層次上的光電子學(xué)?，F(xiàn)在正在發(fā)展單電子技術(shù)和單光子技術(shù)，那時信息的載體不再是束流，而是單個的粒子。光子和電子都是利用量子力學(xué)的概念，區(qū)別只是波長不同而已。我想我們在二十一世紀(jì)肯定會走到這一步。那時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)有它獨特的優(yōu)勢。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)絲粗細的光纖就可以傳輸一億門電話線路。這是電纜無法比擬的

。再如信息存儲技術(shù)，光盤由VCD發(fā)展到DVD，容量增大了好幾倍，未來如果研制出能夠商用的藍光激光器，采用藍光波段的光來作為信息的載體，就又可以使同樣大小的光盤的容量增大近十倍。而且光具有相干性，可以實現(xiàn)全息存儲，在不到一個平方厘米的芯片上，我們可以把北京圖書館的所有的書都存進去。在計算機方面，未來的發(fā)展趨勢是光要進入計算機中，發(fā)揮光子的優(yōu)勢實現(xiàn)開關(guān)的互聯(lián)，利用光來消除電子傳輸帶來的瓶頸效應(yīng)。

光電子技術(shù)

光電子學(xué)是指光波波段，即紅外線、可見光、紫外線和軟X射線（頻率范圍3×1011Hz~3×1016Hz或波長范圍1mm~10nm）波段的電子學(xué)。光電子技術(shù)在經(jīng)過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，在社會信息化中起著越來越重要的作用。

在光盤技術(shù)的促進下，近年來可見光半導(dǎo)體激光二極管和發(fā)光二級管得到了較快的發(fā)展。藍綠光可見光半導(dǎo)體激光二級管（LD）和藍綠光半導(dǎo)體發(fā)光二極管、黃橙紅光可見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，降低價格，提高使用壽命等問題。

近紅外半導(dǎo)體激光和發(fā)光二極管的發(fā)射波長為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到50MW，最窄譜寬為15nm。諧振腔發(fā)光二極