光电子的发展态势分析及应用_光电子技术发展及应用

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光电子技术的发展态势分析及应用

摘要：光电子技术的重要性在于它既是现代信息技术的基石，又是矗立于该领域之中并控制全局的制高点。与此双重地位相对应，它在信息技术领域中起着两大作用，即“支撑”和“革命”的作用。关键词：光电子 发展 态势 应用

0 引言

21世纪，信息产业将是信息经济时代的支柱产业.如果说微电子技术推动了计算机、因特网、光纤通信为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用.可以断言，光电子技术将继微电子技术之后，再次推动人类科学技术的发展.当今信息系统的显著特征是信息的采集、存取、处理和应用的高速化，宽带化以及大容量化.在这样的信息系统中，关键器件己非光电子器件莫属.光电子器件是典型的高技术产品，今后的发展也必然以高技术为后盾

光电子技术确切称为信息光电子技术。20世纪60年代激光问世以来，最初应用于激光测距等少数应用，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，到70年代，由于有了室温下连续工作的半导体激光器和传输损耗很低的光纤，光电子技术才迅速发展起来。现在全世界敷设的通信光纤总长超过1000万公里，主要用于建设宽带综合业务数字通信网。以光盘为代表的信息存储和激光打印机、复印机和发光二极管大屏幕现实为代表的信息显示技术称为市场最大的电子产品。人们对光电神经网络计算机技术抱有很大希望，希望获得功耗的、响应带宽很大，噪音低的光电子技术。

光电子技术的重要性在于它既是现代信息技术的基石，又是矗立于该领域之中、可资控制全局的制高点。与此双重地位相对应，它在信息技术领域中起着两大作用，即“支撑”和“革命”的作用。作为基石，它以其一砖一石支撑着这个信息技术的高楼大厦；作为制高点，它又以其一个接一个奇妙莫测的进步执导着信息技术领域中一次又一次里程碑式的革命。今天信息技术的突飞猛进已足以证明了这一点。微 电子和光电子技术的重要性几乎不言而喻的，而较之微电子，光电子技术的重要性有过之而无不及。当今信息系统的显著特征是信息采集、存取、处理、传输和应用的高速化、宽带化和大容量化。在这样的信息系统当中，关键器件已非光电子器件莫属。试想一下，如果没有光电子器件，那里会有光纤通信系统？而没有光纤通信系统，信息高速公路又从何谈起？再试想一下，如果没有光电子器件，哪里会有光盘？进而又何谈超大容量信息存储？因而，我们完全有理由说，没有光电子技术，信息技术就如同一片荒原，信息产业就成为无源之水，无本之木，信息社会也便成为“空中楼阁”。换言之，光电子技术必定是支撑未来信息技术的脊梁，必定是支撑未来信息产业的支柱，进而必定是支撑未来信息社会的基石。

正因为光电子在技术领域基石和制高点作用,决定了它在一个国家中的战略地位,光电子技术已不是一般国家生产力的概念，而是一个国家的战略技术。光电

子的发展水平不仅仅是一个国家的科技实力的体现,更是一个国家综合实力的体现。光电子技术的发展态势分析

1.1 国内发展动态

我国光电子行业在科研上起步较早，也有一批水平较高的应用成果，其中光纤通信的发展尤快。在国防上的应用也开展较早，如靶场用的激光、红外、电视等光测设备，以及红外导引装置、红外热像仪、激光测距仪、微光夜视仪等。但民用市场开发较晚，真正能形成较大生产规模的产品不多。我国在“八五”计划期间对一些光电器件企业进行了技术改造，已在“九五”计划中产生了效益。例如，12英寸彩色液晶显示屏已经在1996年投产。国家重大成套通信设备2.5Gbps同步数字系列（SDH）光通信系统，于1997年研制开发成功，现已广泛应用于国家通信骨干网的建设。

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。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

2001年7月，原国家计委正式发文批复，同意在武汉东湖国家高新区建立国家光电子产业基地，也就是“中国光谷”。经过近5年的发展，在光电子产业的研究与开发方面已跻身世界光电子产业领军集团。1.2 国外发展动态

面对光电子产业迅猛的发展局势和广阔的发展前景，各国正加速光电子产业的发展，美国、德国、日本、英国、法国等竞相将光电子技术引入国家发展计划，形成了全方位的竞争格局。

美国将光电子确定为国家重点发展技术，建立了若干个光子学技术中心，以及位于亚利桑那大学的“美国光谷”；

法国国家科研中心、法国电信公司和阿尔卡特公司在巴黎南部联合建立了国家级光电子技术基地，成为法国光电子技术领域具有国际先进水平的研究与开发中心；

德国确定光电子是21世纪初保持德国在国际市场上的先进地位至关重要的九大关键技术之一；

英国实施阿维尔计划，意图抢占光电子信息制高点；

日本通产省联合十多家大公司组建了光子技术研究所；

澳大利亚成立了光子联合研究中心，重点开拓信息技术和新产品； 1.3 光电子的发展趋势

世界光电子产业正呈现出新的发展趋势：

光通信向超大容量、高速率和全光网方向发展，超大容量DWDM的全光网络将

成为主要的发展趋势；

光显示向真彩色、高分辨率、高清晰度、大屏幕和平面化方向发展；

光存储将更多地采用新技术和新材料，开发出新一代高密度、高速光存储技术和系统；

光输出入产品向多功能、高速化、低成本方向发展；

光器件的发展趋势是小型化、高可靠性、多功能、模块化和集成化；

激光技术向全固化、超短波长、微加工和高可靠性等方向发展，激光技术与其它学科的融合以及应用领域范围不断扩大；

光子计算与光信息处理产业、全光电子通信产业、光子集成器件产业、聚合物光纤光缆产业、聚合物光电器件产业和光子传感器产业等，将成为未来光电子产业发展的重要组成。

科学界预测，到2005年，光电子产业的产值将达到电子产业产值水平；到2010年，以光电子信息技术为主导的信息产业将形成5万亿美元的产业规模；2010年至2015年，光电子产业可能会取代传统电子产业，成为21世纪最大的产业，并成为衡量一个国家经济发展和综合国力的重要标志。光电子技术的应用

光电子技术是最近十多年中继微电子技术之后，迅速发展起来的一个新兴高技术领域，它集中了固体物理、导波光学、材料科学、微细加工和半导体科学技术的科研成就，成为与电子技术结合并具有强烈应用背景的新兴交叉学科。光电子技术以光子学研究为核心，以电子学研究为支撑，它不仅全面兼容电子技术，而且具有微电子无法比拟的优越性能和更广阔的应用范围，主要体现在以下几个方面。

2.1 光电子技术在传统产业领域的应用

光电子技术是最先进的技术，对传统产业的技术改造、新兴产业的发展、产业结构的调整优化起着巨大的促进作用。光电子技术具有精密、准确、快速、高效等特点，它有助干全面提高工业产品的高、精、尖加工水平，并大幅度提高附加值及竞争能力。以激光加工技术为例，它应用于汽车、航空、航天、通信、微电子等工业，具有加工速度快、效率高、质量好、变形小、控制方便和易于实现自动化生产等优点，对提高产品质量、降低生产成本、提高国际市场竞争能力具有重要作用。2.1.1 汽车制造

光电子技术在汽车制造行业的应用极大地推进了汽车工业的发展，首先是高功率的激光器被用作为切割、焊接的材料的处理工艺，其次是机械视觉系统正在汽车制造加工中被广泛地应用，并通过产生的信息来调整制造加工工艺，并由此提高产品的质量；而利用激光超声对固体材料进行非破坏性测试也显示了在汽车制造业中极大的应用潜力。2.1.2 制作有源阵列液晶显示器

第一步是使用光刻技术产生薄膜晶体管阵列及色滤波器阵列。然后是光学监测被用来监视裸衬板、色滤波器阵列及最后的显示器产品，工艺过程中的诊断，利用光学对微粒实行控制，紫外光常被用来解决液晶单元的密封问题。最后激光常被用来定位及修补制造加工中的缺陷。2.1.3 太阳能光伏技术改变传统能源结构

美、日、欧和发展中国家都制定出庞大的光伏技术发展计划，开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性，降低成本，不断扩大产业。目前已有80多个国家和地区形成商业化、半商业化生产能力，年均增长达l6％，市场开拓从空间转向地面系统应用。甚至用于驱动交通工具。据报道，全球发展、建造太阳能住宅(光电池作屋顶、外墙、窗户等建材用)投资规模为6O0亿美元，到20l2年还会再翻一倍达12OO亿美元，光伏技术制作的光电池有望成为2l世纪的新能源。2.2 光电子技术在军事领域的应用

光电子科学技术使国防军事具有快速反应和难确攻击的能力，它能为军事提供既快又准的信息，使己方看得更清、反应更快、打得更准、生存能力更强。因此光电子技术被认为是军事领域的主流技术，国防军事现代化的重要支柱。

科索沃战争，中国的大使馆被炸，是因为美国的导弹没长眼睛吗？不是，恰恰相反，是它有一只敏锐的“眼睛”---光电子技术。在海湾战争中，盟军以轰炸准确、人员伤亡少而一举改变了人们对战争的认识和定义，那场举世瞩目的“沙漠风暴”固然以电子战为主，但如果要论战功的话，则非光电子武器莫属。人们已经认识到光电子技术在现代国防军事领域的重要性，光电子技术已受到各国军方的高度重视，几乎各发达国家都大力开展基础研究、应用研究和产品开发。

主要应用有：半导体激光雷达，半导体激光测距，半导体激光引信，半导体激 光制导跟踪，半导体激光瞄准和告警，半导体激光武器模拟，半导体激光通信，军 用光纤陀螺，半导体激光照明（夜视）。

(1)激光聚变不仅可以作为未来能源，它还有重要的军事应用价值。它可以模拟氢弹的爆炸过程，代替既费钱又不安全的空中或地下核试验，达到改进核武器的性能。目前激光致盲武器已装备部队，舰载和机载激光反导器已开始走出实验室。

(2)电光技术已成为军方的核心技术，美国的国防防务水平随着电光技术的开发呈现快速增长的势头，美国每年用于防务光电技术的开发费用高达50亿美元。2.3 光电子在尖端科学技术领域的应用

光电子科学在科学技术的发展中起着巨大的推动作用。光电子科学技术涵盖众多学科与技术，特别是基础学科技术：材料科学和技术、计算机科学技术、生命科学及技术等。光电子技术所涉及的科学领域都是2l世纪发展的尖端科学技术。具体表现如下。2.3.1 兆兆纪元

这是惠普公司的J比恩·鲍姆在1996年10月提出的一个梦想。为了满足信息时代的需要，人们期望在l 0～l 5年内实现这个梦想。

传输：每秒兆兆位千线，远程传输网络。

(1)每秒数百千兆位的存取网络，(2)每秒数十千兆位的局域网，(3)每秒lOO0兆位的台式电脑终端。处理：每秒运算兆兆(万亿)次的计算机。

(1)每秒兆兆位开关速度；(2)数千兆赫时钟电路，(3)每秒数百兆字节的互联。存储：兆兆字节数据库。

(1)数兆兆字节的盘片驱动，(2)数千兆位的记忆芯片。

光电子技术的发展趋势完全有可能满足这个设想的要求，光纤传输容量、光处理能力和光存储密度，正以极快的速度在发展，大约1 5年以内，信息技术功能就可以从千兆(109)提高至兆兆(10l2)。2.3.2 HIV的免疫系统监测

用光学生物医学仪器研究艾滋病己取得重要进展，如利用自动化基因顺序测定器、扫描激光荧光计，科学家能够对艾滋病毒的全部基因作顺序测定。下一代艾滋病诊断技术将集中于测定外周血流中自由HIV的浓度，即病毒负荷。这种诊断测量对于发展有前途的抗艾滋病病毒新药、蛋白酶抑制剂以及涉及联合这些抗病毒药物治疗确定其有效性是非常重要的。在这种尖端的分子生物学实验室中如使用光学探测，如定量化的聚合酶链反应PCR和定量化衍生的DNA，将对开展与HIV战斗具有战略影响。结束语

如果说微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。

美国商务部指出：“90年代，全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。日本《呼声》月刊也有类似的评论：“21世纪具有代表意义的主导产业，第一是光电子产业，第二是信息通信产业，第三是健康和福利产业„„”，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。光电子器件和部件广泛应用于长距离大容量光纤通信、光存储、光显示、光互联、光信息处理、激光加工、激光医疗和军事武器装备，预期还会在未来的光计算中发挥重要作用。

进入21 世纪，信息产业已成为先导产业，光电子技术已成为信息产业的支柱学科.从以上的论述可以看出，光电子学的研究、开发和应用的发展相当迅速，几乎年年都会有新的器件，新的系统出现.理论的研究在朝着更本质更精细的方向发展，并会为实际应用提供最大的理论基础。

在不远的将来，光通信里的密集波分复用技术必将会使信息的传输更迅速，更准确.光记录、光处理、激光加工和激光医疗等应用也会迅速兴盛起来.光电子产业将成为国民经济中举足轻重的一个重要部分.人们的生活也会更加紧密地与光电子学联系在一起，更加现代化和智能化。

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