光电子技术及应用

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在光电子技术领域应用的,以光子、电子为载体,处理、存储和传递信息的材料。光电子技术是结合光学和电子学技术而发展起来的一门新技术,主要应用于信息领域,也用于能源和国防领域。已使用的光电子材料主要分为光学功能材料、激光材料、发光材料、光电信息传输材料(主要是光导纤维)、光电存储材料、光电转换材料、光电显示材料(如电致发光材料和液晶显示材料)和光电集成材料。 
光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索,从70年代后期起,随着半导体光电子器件和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破,光子技术与电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。二十一世纪的光电子技术正在快速地发展,结合众多工艺与技术,如光电子学、力学、电子学、材料学等,光电子技术现在已成为国防、航空宇宙、光学加工、电子、通讯、显示、测试仪器等领域发展的基础。2004年全球光电产业产值预计为2268亿美元,到2010年,全球光电行业市场容量更将达到4500亿美元之巨。光电子技术是一个比较庞大的体系,它包括信息传输,如光纤通信、
空间和海底光通信等;信息处理,如计算机光互连、光计算、光交换等;信息获取,如光学传感和遥感、光纤传感等;信息存储,如光盘、全息存储技术等;信息显示,如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。其中信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。在信息技术发展过程中,电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。采用光子作为信息的载体,其响应速度可达到飞秒量级、比电子个数量级以上,加之光子的高度并行处理能力,不存在电磁串扰和路径延迟等缺点,使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点,必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。 
      其中随着半导体技术的迅速发展,各种类型的光电探测器,如电荷耦合器件、光位置敏感器件、光敏阵列探测器等应运而生,取得了重大进展。进入90年代,光电探测器的发展方向除了开发高速响应光电 探测器外,其重点是开发焦平面阵列为代表的光电成像器件。红外焦平面阵列制作技术的日臻完善,使红外探测技术进入了第二代。当前,降低成本是红外探测器在民用领域得到广泛应用的关键。21世纪,红外焦平面阵列开发方向,一是在现有基础上提高分辨率,二是开发多功能和智能化焦平面阵列。 
      而随着光通信、光信息处理、光计算等技术的发展,加之材料科学和制造技术的进展,使得在单一结构或单片衬底上集成光学、光电和电子元器件成为可能,形成具有单一功能或多功能的光电子集成回路(OEIC)和集成光路(IOC)。目前,商品化的集成光路产品有调制器、开关和分路器以及采用集成光路相干通信系统、光纤陀螺、激光光纤多普勒干涉仪等系统,以及用于光纤传输试验的单片集成光电子集成回路。预计到2020年,光电子集成回路和集成光路的发展速度将相当于20世纪70年代的微电子技术,多功能集成光学器件和光电子集成器件将系列化,集成光学信号处理速度将达到1GHz。 
    近20多年来,中国的改革开放,使中国的光电子产业和技术取得了长足发展和前所未有的进步。在多项国家级战略性科技计划中,光电子、激光、光显示等技术均受到相当重视。"863" 计划七大领域中就有光电子技术和激光技术。同时伴随着全球市场的转移,信息技术和制造在中国的发展为光电子行业的壮大铺平了道路。中国政府已把光电子产业作为10大优先发展产业之一,并给予重点扶持。根据中国科学技术协会的统计,中国光电子产业年增长率为10-20%,去年的光电子产值高达100亿美元。 
    由于光电子器件是信息光电子技术应用系统的核心和关键,所以863计划中将光电子器京城寻访
件及其集成技术选为信息领域的四个主题之一,即863-307主题。经过863计划的支持,光电子主题取得了重大的进展。根据国内外的发展态势,光电子主题专家组强调要做到“两个转移、一个新突破”,即:将已取得的科研开发成果,特别是重大项目的成果向规模化生产转移;将关键技术的研究中已取得突破的技术向发展目标产品转移;继续抓创新和关键技术的研究、实现在光子集成技术上的新突破。
    863计划实施以来,光电子主题取得了多方面的成绩。在技术方面实现了量子阱材料和器件的突破,完成了用于高速光通信、光存储和光显示的几十种关键器件的研制和商品化,结束了半导体激光器和光纤放大器国外产品的垄断局面。 
美丽会说话    光电子技术的应用 。由于光子具有电子所不具备的许多特性所以光子学有它独特的优势。尤其在信息领域。比如通信,我们现在大部分主干网用的都是光纤,信息的载体都是光。由于密集波分复用技术的发展,一根头发丝粗细的光纤就可以传输一亿门电话线路。这是电缆无法比拟的 。再如信息存储技术,光盘由VCD发展到DVD,容量增大了好几倍,未来如果研制出能够商用的蓝光激光器,采用蓝光波段的光来作为信息的载体,就又可以使同样大小的光盘的容量增大近十倍。而且光具有相干性,可以实现全息存储,在不到一
个平方厘米的芯片上,我们可以把北京图书馆的所有的书都存进去。在计算机方面,未来的发展趋势是光要进入计算机中,发挥光子的优势实现开关的互联,利用光来消除电子传输带来的瓶颈效应。例如在“2.5gb/s sdh光纤通信系统”及其在海南省的海口——三亚试验工程和“8×2.5gb/s wdm实验系统”两个307主题重大项目当中,本主题研制的掺铒光纤放大器(edfa)、2.5gb/s高灵敏度光接收模块和光波长转换模块等以优于国外同类产品的性能和相对低廉的价格,为系统研制的成功起到关键的作用;系统的监控部分也全部采用本主题的量子阱激光器和探测器。另外如808nm大功率激光器及其泵浦的绿光固体激光器、670nm红光激光器已实现了产品化和商品化并批量出口占领国际市场;国内移动通讯系统的光纤直放站所用的光电器件中,90%均使用的是国产器件。与此相关的是促进产业化的工作。在最大限度地把科技成果转化为生产力,促进国内光电子产业的形成和发展壮大方面,光电子主题取得了很有价值的经验,并形成多种形式的成果转化模式,其中包括: 成果转化基地内部转化。如武汉邮电科学研究院的光纤放大器在重大研究课题的基础上,自己筹资建立生产线,开始了规模化的生产。向企业进行技术转让,形成光电子产业新的增长点。如清华大学的光纤放大器和绿光固体激光器等成果分别转让两个生产单位,有力支持了后续的科学研究。 
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  吸引投资成立新的产业实体。如中科院长春光机所通过融资800万元成立高新技术公司建成绿光固体激光器生产线,主要销往国际市场,形成了国际上这一类产品的龙头企业。
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本文发布于:2024-09-20 11:32:24,感谢您对本站的认可!

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