光电子技术的发展动态
【摘要】：随着科学的进步，光电子技术得到了蓬勃的发展。他不仅由多科学互相融合和互相渗透，而且在各个科学领域的应用也十分广泛，如信息光电子技术、通信光电子技术、生物科学和医用光电子技术、军用光电子技术等。随着光电子技术应用的快速发展以及在其他科技领域的渗透，又形成了许多市场可观、发展潜力巨大的光电子产业，它包括光纤通信产业、光显示产业、光储存产业、光电子材料产业、光电子检测产业、军用光电子产业以及光机电一体化产业。毋庸置疑，光电子技术对推动21世纪信息技术的发展至关重要。
【关键词】：光电子、信息、光纤、光显示、光储存、光机电一体化。
一，光电子技术的概念和内容
光电子技术是光学技术和电子学技术的融合，靠光子和电子的共同行为来执行其功能，是世纪之交继微电子技术之后迅速兴起的一个高科技领域，在当今信息时代愈发占有重要的关键地位。它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新型发光感光材料，非线性光学材料，衬底材料、传输材料和人工材料的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。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，光电子材料的类型及发展
光电子材料是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。
作为光电子技术的系统集成，光通信，光存储，光电显示，光电输入和输出系统技术的兴起和它们在近20年来飞快发展，已使人们认识到光电子技术的重要性和它广阔的发展前景，并且成为光电子领域的支柱产业。2001年世界光电子的硬件(材料，器件和设备)产业已达1700亿美元，估计到2003年超过2000亿美元。以上四个方面的产业约各占20%左右。我国大陆和台湾近几年光电子产业的上升速度都达50%，各有近100亿美元的产值，占世界市场的10%。
三，激光技术的应用
激光的产生是光电技术发展到新的阶段的重要标志。激光是一门跨学科的新技术，是一门既属于电子学又属于光学的光电子技术。激光技术最显著的特征，是他对其他技术的广泛渗透性。激光的发明，为科学技术的发展提供了新的推动力，为人类世界的文明进程提供了新的推动力。激光的产生获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。激光有如下的特点：（1）方向性好，亮度高：由于激光的发射能力强和能量的高度集中，所以亮度很高，它比普通光源高亿万倍，比太阳表面的亮度高几百亿倍。（2）单色性好 ：光的颜色由光的不同波长决定，不同的颜色，是不同波长的光作用于人的视觉的不同而反映出来。激光的波长基本一致，谱线宽度很窄，颜色很纯，单色性很好。由于这个特性，激光在通信技术中应用很广。 （3）相干性好 ：相干性是所有波的共性，但由于各种光波的品质不同，导致它们的相干性也有高低之分。普通光是自发辐射光，不会产生干涉现象。激光不同于普通光源，它是受激辐射光，具有极强的相干性，所以称为相干光。激光器具有广阔的发展方向，1，高功率高光束质量兼容发展；2，激光器的固态化趋势；3，发展新波长和波长可调谐技术。
四，光电显示技术的成熟
光电子技术在平板显示技术上得到体现。目前显示技术主要有两种方式:阴极射线管和平板显示。从技术发展水平看，阴极射线管每个像素的性能价格比要比其它显示器件高得多。每当阴极射线管采用新技术，就能提高它的附加价值，因此它不会在短期内消失。平板显示种类较多，按实现媒质和工作原理分为:液晶显示(LCD)、等离子体显示(PDP)、电致发光显示( ELD)等。LCD主要在微型和中小屏幕占优，PDP由于制作工艺相对简单，易于制作大屏幕，是发展多媒体显示，壁挂式电视和高清晰度电视最有竞争力的显示技术。
LCD显示是一种采用液晶为材料的显示器。液晶是介于固态和液态间的有机化合物。将其加热会变成透明液态，冷却后会变成结晶的混浊固态。在电场作用下，液晶分子会发生排列上的变化，从而影响通过其的光线变化，这种光线的变化通过偏光片的作用可以表现为明暗的变化。就这样，人们通过对电场的控制最终控制了光线的明暗变化，从而达到显示图像的目的。
PDP显示是一种利用气体放电的显示技术，其工作原理与日光灯很相似。它采用了等离子管作为发光元件，屏幕上每一个等离子管对应一个像素，屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离，四周经气密性封接形成一个个放电空间。放电空间内充入氖、氙等混合惰性气体作为工作媒质。在两块玻璃基板的内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励电极。当向电极上加入电压，放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象。气体等离子体放电产生紫外线，紫外线激发荧光屏，荧光屏发射出可见光，显现出图像。
LED构造的核心是利用磷化稼或砷化稼等半导体发光材料芯片组成的PN 结。半导体照明产业也是21 世纪最具发展前景的产业之一,被称为光明产业。半导体照明等采用发光二极管作为新光源,耗电率仅为普通白炽灯的1/10 ,但寿命却可以延长100 倍,此外还具有环保和免维护等特点。如果以半导体灯代替传统的白炽灯和荧光灯,将会对能源和环保产生巨大的影响。高亮度L ED 被广泛用于汽车工业、交通信号显示、手机及笔记本电脑的背光源和直接代替白炽灯。尽管目前大多数国内企业尚处在研究和小批试制阶段,但因其技术日趋成熟,市场日渐稳定,故其发展速度较快,尤其是珠三角地区,己有相当LED数量的企业存在。
五，光通信的发展活跃
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、比电子快三个数量级以上，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。光通信技术是光电子技术的一个主要方面，分无线光通信和光纤通信。无线光通信技术应用于空-空，地-空，地-地光通信以及星际光通信网，主要为军用和专业用。光纤通信技术在长距离和主干线应用上已趋完善，今后光纤通信主要应用于局域网络，计算机网络和多媒体通信进入家庭。
当前发展光纤通信技术的主要目标之一为开发价格低廉和高性能的有源和无源器件并实现光电集成化，推动光纤通信到区域和用户。激光器和探测器为光纤通信有源器件的主要部分，而Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物(如GaAs，GaSb，InP等)为激光器和探测器的主要材料。为适应密集型光波复用的需求，除了进一步提高分布反馈半导体激光器和垂直面发射激光器和多波长光源。提高响应速度和灵敏度，发展探测器始终是重要的任务。首先要将半导体激光器，探测器和电源，电路实现光电集成化，做成芯片和模块。密集型光波复用需要宽波段(C，L，S波段，1.3-1.6mm)的光纤放大器，因此制备掺不同稀土元素(Er，Tm，Pr等)的石英玻璃和复合氧化玻璃单模光纤就十分重要。半导体光放大器将应用到探测器的前端和激光器的后端放大。无源器件主要包括分波/合波器，可调谐光滤波器，光隔离器，光调制器以及色散补偿器等。光纤光栅和列阵波导光栅是最近新发展的主要无源器件。无源器件主要要光学集成化，组成全光纤光子集成器件和波导光子集成器件。对光纤通信用玻璃光纤，在降低损耗方面当前消除红外1.4mm左右的羟基谐波吸收是最大的进展，从而拓宽了波分复用的应用波段。此外，色散补偿，偏振补偿和非线性补偿都是提高石英玻璃通信光纤性能的主要方面。
六，光机电一体化
光机电一体化技术是由机械技术与激光－微电子等技术揉合融汇在一起的新兴技术。它与传统的机械产品比较，有很大的不
同。光机电一体化是一门跨学科的边缘科学，它是激光技术、微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术结合而成的综合性高技术。 其各个组成部分如机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感技术、电力电子技术、接口技术、模拟量与数字量交换技术以及软件技术等在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求，这就需要取长补短，不断向理想化方向发展。
光机电一体化是一个总的技术指导思想，它不仅体现在一些机电一体化的单机产品之中， 而且贯穿于工程系统设计之中。从简单的单台光机电一体化产品，到现代工业中的柔性加工系统；从简单的单参数显示，到复杂的多参数、多级控制；从机械零部件连续自动热处理生产线，到各种现代高速重型机械自动化生产线等，光机电一体化技术都有不同层次、覆盖面很广的应用领域。对于工程系统，需成套地进行开发和制造。对于光机电一体化单机产品(设备)，应采用简繁并举、高低级并存的多层次发展途径。可发展功能附加型的低级产品；也可发展功能替代型的中级产品；还可发展机电融合型的高级产品，成为前所未有的新一代产品。
开发光机电一体化产品有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰当地引入电子技术，产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产品一旦实现光机电一体化，便具有很高的功能水平和附加价值，将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益，从而造福于人民，有利于国家。
参考文献：
1，《光电子技术》，第二版，安毓英编，电子工业出版社。
2，《光电子技术及其应用》，郭瑜茹编，化学工业出版社。
3，《光电子技术-信息装备的新秀》，梅遂生编，国防工业出版社。
光电子技术的发展动态
【摘要】：随着科学的进步，光电子技术得到了蓬勃的发展。他不仅由多科学互相融合和互相渗透，而且在各个科学领域的应用也十分广泛，如信息光电子技术、通信光电子技术、生物科学和医用光电子技术、军用光电子技术等。随着光电子技术应用的快速发展以及在其他科技领域的渗透，又形成了许多市场可观、发展潜力巨大的光电子产业，它包括光纤通信产业、光显示产业、光储存产业、光电子材料产业、光电子检测产业、军用光电子产业以及光机电一体化产业。毋庸置疑，光电子技术对推动21世纪信息技术的发展至关重要。
【关键词】：光电子、信息、光纤、光显示、光储存、光机电一体化。
一，光电子技术的概念和内容
光电子技术是光学技术和电子学技术的融合，靠光子和电子的共同行为来执行其功能，是世纪之交继微电子技术之后迅速兴起的一个高科技领域，在当今信息时代愈发占有重要的关键地位。它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新型发光感光材料，非线性光学材料，衬底材料、传输材料和人工材料的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。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，光电子材料的类型及发展
光电子材料是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。
作为光电子技术的系统集成，光通信，光存储，光电显示，光电输入和输出系统技术的兴起和它们在近20年来飞快发展，已使人们认识到光电子技术的重要性和它广阔的发展前景，并且成为光电子领域的支柱产业。2001年世界光电子的硬件(材料，器件和设备)产业已达1700亿美元，估计到2003年超过2000亿美元。以上四个方面的产业约各占20%左右。我国大陆和台湾近几年光电子产业的上升速度都达50%，各有近100亿美元的产值，占世界市场的10%。
三，激光技术的应用
激光的产生是光电技术发展到新的阶段的重要标志。激光是一门跨学科的新技术，是一门既属于电子学又属于光学的光电子技术。激光技术最显著的特征，是他对其他技术的广泛渗透性。激光的发明，为科学技术的发展提供了新的推动力，为人类世界的文明进程提供了新的推动力。激光的产生获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。激光有如下的特点：（1）方向性好，亮度高：由于激光的发射能力强和能量的高度集中，所以亮度很高，它比普通光源高亿万倍，比太阳表面的亮度高几百亿倍。（2）单色性好 ：光的颜色由光的不同波长决定，不同的颜色，是不同波长的光作用于人的视觉的不同而反映出来。激光的波长基本一致，谱线宽度很窄，颜色很纯，单色性很好。由于这个特性，激光在通信技术中应用很广。 （3）相干性好 ：相干性是所有波的共性，但由于各种光波的品质不同，导致它们的相干性也有高低之分。普通光是自发辐射光，不会产生干涉现象。激光不同于普通光源，它是受激辐射光，具有极强的相干性，所以称为相干光。激光器具有广阔的发展方向，1，高功率高光束质量兼容发展；2，激光器的固态化趋势；3，发展新波长和波长可调谐技术。
四，光电显示技术的成熟
光电子技术在平板显示技术上得到体现。目前显示技术主要有两种方式:阴极射线管和平板显示。从技术发展水平看，阴极射线管每个像素的性能价格比要比其它显示器件高得多。每当阴极射线管采用新技术，就能提高它的附加价值，因此它不会在短期内消失。平板显示种类较多，按实现媒质和工作原理分为:液晶显示(LCD)、等离子体显示(PDP)、电致发光显示( ELD)等。LCD主要在微型和中小屏幕占优，PDP由于制作工艺相对简单，易于制作大屏幕，是发展多媒体显示，壁挂式电视和高清晰度电视最有竞争力的显示技术。
LCD显示是一种采用液晶为材料的显示器。液晶是介于固态和液态间的有机化合物。将其加热会变成透明液态，冷却后会变成结晶的混浊固态。在电场作用下，液晶分子会发生排列上的变化，从而影响通过其的光线变化，这种光线的变化通过偏光片的作用可以表现为明暗的变化。就这样，人们通过对电场的控制最终控制了光线的明暗变化，从而达到显示图像的目的。
PDP显示是一种利用气体放电的显示技术，其工作原理与日光灯很相似。它采用了等离子管作为发光元件，屏幕上每一个等离子管对应一个像素，屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离，四周经气密性封接形成一个个放电空间。放电空间内充入氖、氙等混合惰性气体作为工作媒质。在两块玻璃基板的内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励电极。当向电极上加入电压，放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象。气体等离子体放电产生紫外线，紫外线激发荧光屏，荧光屏发射出可见光，显现出图像。
LED构造的核心是利用磷化稼或砷化稼等半导体发光材料芯片组成的PN 结。半导体照明产业也是21 世纪最具发展前景的产业之一,被称为光明产业。半导体照明等采用发光二极管作为新光源,耗电率仅为普通白炽灯的1/10 ,但寿命却可以延长100 倍,此外还具有环保和免维护等特点。如果以半导体灯代替传统的白炽灯和荧光灯,将会对能源和环保产生巨大的影响。高亮度L ED 被广泛用于汽车工业、交通信号显示、手机及笔记本电脑的背光源和直接代替白炽灯。尽管目前大多数国内企业尚处在研究和小批试制阶段,但因其技术日趋成熟,市场日渐稳定,故其发展速度较快,尤其是珠三角地区,己有相当LED数量的企业存在。
五，光通信的发展活跃
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、比电子快三个数量级以上，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。光通信技术是光电子技术的一个主要方面，分无线光通信和光纤通信。无线光通信技术应用于空-空，地-空，地-地光通信以及星际光通信网，主要为军用和专业用。光纤通信技术在长距离和主干线应用上已趋完善，今后光纤通信主要应用于局域网络，计算机网络和多媒体通信进入家庭。
当前发展光纤通信技术的主要目标之一为开发价格低廉和高性能的有源和无源器件并实现光电集成化，推动光纤通信到区域和用户。激光器和探测器为光纤通信有源器件的主要部分，而Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物(如GaAs，GaSb，InP等)为激光器和探测器的主要材料。为适应密集型光波复用的需求，除了进一步提高分布反馈半导体激光器和垂直面发射激光器和多波长光源。提高响应速度和灵敏度，发展探测器始终是重要的任务。首先要将半导体激光器，探测器和电源，电路实现光电集成化，做成芯片和模块。密集型光波复用需要宽波段(C，L，S波段，1.3-1.6mm)的光纤放大器，因此制备掺不同稀土元素(Er，Tm，Pr等)的石英玻璃和复合氧化玻璃单模光纤就十分重要。半导体光放大器将应用到探测器的前端和激光器的后端放大。无源器件主要包括分波/合波器，可调谐光滤波器，光隔离器，光调制器以及色散补偿器等。光纤光栅和列阵波导光栅是最近新发展的主要无源器件。无源器件主要要光学集成化，组成全光纤光子集成器件和波导光子集成器件。对光纤通信用玻璃光纤，在降低损耗方面当前消除红外1.4mm左右的羟基谐波吸收是最大的进展，从而拓宽了波分复用的应用波段。此外，色散补偿，偏振补偿和非线性补偿都是提高石英玻璃通信光纤性能的主要方面。
六，光机电一体化
光机电一体化技术是由机械技术与激光－微电子等技术揉合融汇在一起的新兴技术。它与传统的机械产品比较，有很大的不
同。光机电一体化是一门跨学科的边缘科学，它是激光技术、微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术结合而成的综合性高技术。 其各个组成部分如机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感技术、电力电子技术、接口技术、模拟量与数字量交换技术以及软件技术等在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求，这就需要取长补短，不断向理想化方向发展。
光机电一体化是一个总的技术指导思想，它不仅体现在一些机电一体化的单机产品之中， 而且贯穿于工程系统设计之中。从简单的单台光机电一体化产品，到现代工业中的柔性加工系统；从简单的单参数显示，到复杂的多参数、多级控制；从机械零部件连续自动热处理生产线，到各种现代高速重型机械自动化生产线等，光机电一体化技术都有不同层次、覆盖面很广的应用领域。对于工程系统，需成套地进行开发和制造。对于光机电一体化单机产品(设备)，应采用简繁并举、高低级并存的多层次发展途径。可发展功能附加型的低级产品；也可发展功能替代型的中级产品；还可发展机电融合型的高级产品，成为前所未有的新一代产品。
开发光机电一体化产品有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰当地引入电子技术，产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产品一旦实现光机电一体化，便具有很高的功能水平和附加价值，将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益，从而造福于人民，有利于国家。
参考文献：
1，《光电子技术》，第二版，安毓英编，电子工业出版社。
2，《光电子技术及其应用》，郭瑜茹编，化学工业出版社。
3，《光电子技术-信息装备的新秀》，梅遂生编，国防工业出版社。