【摘要】光電子技術(shù)由光子技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合而成的新技術(shù)，涉及光顯示、 光存儲(chǔ)、激光等領(lǐng)域，是未來信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)。光電子技術(shù)激光在電子信息技術(shù)中的應(yīng)用形成的技術(shù)。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(cè)距等少數(shù)應(yīng)用，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。全世界鋪設(shè)的通信光纖總長(zhǎng)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(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，希望獲得功耗低、響應(yīng)帶寬很大，噪音低的光電子技術(shù)。 

  【關(guān)鍵詞】：光電子、信息、光纖、光顯示、光儲(chǔ)存、光機(jī)電一體化。

引言

隨著科學(xué)的進(jìn)步，光電子技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展。他不僅由多科學(xué) 互相融合和互相滲透，而且在各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也十分廣泛，如信息光電子技術(shù)、通信光電子技術(shù)、生物科學(xué)和醫(yī)用光電子技術(shù)、軍用光電子技術(shù)等。隨著光電子技術(shù)應(yīng)用的快速發(fā)展以及在其他科技領(lǐng)域的滲透，又形成了許多

    市場(chǎng)可觀、發(fā)展?jié)摿薮蟮墓怆娮赢a(chǎn)業(yè)，它包括光纖通信產(chǎn)業(yè)、光顯示產(chǎn)業(yè)、光儲(chǔ)存產(chǎn)業(yè)、光電子材料產(chǎn)業(yè)、光電子檢測(cè)產(chǎn)業(yè)、軍用光電子產(chǎn)業(yè)以及光機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)。毋庸置疑，光電子技術(shù)對(duì)推動(dòng)21世紀(jì)信息技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。

一 光電子技術(shù)的概念和內(nèi)容  

   光電子技術(shù)又是一個(gè)非常寬泛的概念，它圍繞著光信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸、處理和接收，涵蓋了新材料（新型發(fā)光感光材料，非線性光學(xué)材料，襯底材料、傳輸材料和人工材料的微結(jié)構(gòu)等）、微加工和微機(jī)電、器件和系統(tǒng)集成等一系列從基礎(chǔ)到應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域。光電子技術(shù)科學(xué)是光電信息產(chǎn)業(yè)的支柱與基礎(chǔ)，涉及光電子學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等前沿學(xué)科理論，是多學(xué)科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術(shù)學(xué)科。 

   光子學(xué)也可稱光電子學(xué)，它是研究以光子作為信息載體和能量載體的科學(xué)，主要研究光子是如何產(chǎn)生及其運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化的規(guī)律。所謂光子技術(shù)，主要是研究光子的產(chǎn)生、傳輸、控制和探測(cè)的科學(xué)技術(shù)。現(xiàn)在光子學(xué)和光子技術(shù)在信息、能源、材料、航空航天、生命科學(xué)和環(huán)境科學(xué)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，必將促進(jìn)光子產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。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(zhǎng)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(huì)信息化中起著越來越重要的作用。光電子技術(shù)研究熱點(diǎn)是在光通信領(lǐng)域，這對(duì)全球的信息高速公路的建設(shè)以及國(guó)家經(jīng)濟(jì)和科技持續(xù)發(fā)展起著舉足輕重的推動(dòng)作用。國(guó)內(nèi)外正掀起一股光子學(xué)和光子產(chǎn)業(yè)的熱潮。光電子技術(shù)是光學(xué)技術(shù)和電子學(xué)技術(shù)的融合，靠光子和電子的共同行為來執(zhí)行其功能，是世紀(jì)之交繼微電子技術(shù)之后迅速興起的一個(gè)高科技領(lǐng)域，在當(dāng)今信息時(shí)代愈發(fā)占有重要的關(guān)鍵地位。它圍繞著光信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸、處理和接收，涵蓋了新材料（新型發(fā)光感光材料，非線性光學(xué)材料，襯底材料、傳輸材料和人工材料的微結(jié)構(gòu)等）、微加工和微機(jī)電、器件和系統(tǒng)集成等一系列從基礎(chǔ)到應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域。光電子技術(shù)科學(xué)是光電信息產(chǎn)業(yè)的支柱與基礎(chǔ)，涉及光電子學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等前沿學(xué)科理論，是多學(xué)科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術(shù)學(xué)科。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(gè)重大事件。經(jīng)歷十多年的初期探索，從70年代后期起，隨著半導(dǎo)體光電子器件和硅基光導(dǎo)纖維兩大基礎(chǔ)元件在原理和制造工藝上的突破，光子技術(shù)與電子技術(shù)開始結(jié)合并形成了具有強(qiáng)大生命力的信息光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。

 

二，光電子材料的類型及發(fā)展 

   光電子材料是在光電子技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的，以光子、電子為載體，處理、存儲(chǔ)和傳遞信息的材料。光電子技術(shù)是結(jié)合光學(xué)和電子學(xué)技術(shù)而發(fā)展起來的一門新技術(shù)，主要應(yīng)用于信息領(lǐng)域，也用于能源和國(guó)防領(lǐng)域。已使用的光電子材料主要分為光學(xué)功能材料、激光材料、發(fā)光材料、光電信息傳輸材料（主要是光導(dǎo)纖維）、光電存儲(chǔ)材料、光電轉(zhuǎn)換材料、光電顯示材料（如電致發(fā)光材料和液晶顯示材料）和光電集成材料。 

   作為光電子技術(shù)的系統(tǒng)集成，光通信，光存儲(chǔ)，光電顯示，光電輸入和輸出系統(tǒng)技術(shù)的興起和它們?cè)诮?0年來飛快發(fā)展，已使人們認(rèn)識(shí)到光電子技術(shù)的重要性和它廣闊的發(fā)展前景，并且成為光電子領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)。2001年世界光電子的硬件(材料，器件和設(shè)備)產(chǎn)業(yè)已達(dá)1700億美元，估計(jì)到2003年超過2000億美元。以上四個(gè)方面的產(chǎn)業(yè)約各占20%左右。我國(guó)大陸和臺(tái)灣近幾年光電子產(chǎn)業(yè)的上升速度都達(dá)50%，各有近100億美元的產(chǎn)值，占世界市場(chǎng)的10%。

 三，激光技術(shù)的應(yīng)用 

激光的產(chǎn)生是光電技術(shù)發(fā)展到新的階段的重要標(biāo)志。激光是一門跨學(xué)科的新技術(shù)，是一門既屬于電子學(xué)又屬于光學(xué)的光電子技術(shù)。激光技術(shù)最顯著的特征，是他對(duì)其他技術(shù)的廣泛滲透性。激光的發(fā)明，為科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了新的推動(dòng)力，為人類世界的文明進(jìn)程提供了新的推動(dòng)力。激光的產(chǎn)生獲得了異乎尋常的飛快發(fā)展，激光的發(fā)展不僅使古老的光學(xué)科學(xué)和光學(xué)技術(shù)獲得了新生，而且導(dǎo)致整個(gè)一門新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)。激光有如下的特點(diǎn)：（1）方向性好，亮度高：由于激光的發(fā)射能力強(qiáng)和能量的高度集中，所以亮度很高，它比普通光源高億萬倍，比太陽表面的亮度高幾百億倍。（2）單色性好 ：光的顏色由光的不同波長(zhǎng)決定，不同的顏色，是不同波長(zhǎng)的光作用于人的視覺的不同而反映出來。激光的波長(zhǎng)基本一致，譜線寬度很窄，顏色很純，單色性很好。由于這個(gè)特性，激光在通信技術(shù)中應(yīng)用很廣。 （3）相干性好 ：相干性是所有波的共性，但由于各種光波的品質(zhì)不同，導(dǎo)致它們的相干性也有高低之分。普通光是自發(fā)輻射光，不會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。激光不同于普通光源，它是受激輻射光，具有極強(qiáng)的相干性，所以稱為相干光。激光器具有廣闊的發(fā)展方向，1，高功率高光束質(zhì)量兼容發(fā)展；2，激光器的固態(tài)化趨勢(shì)；3，發(fā)展新波長(zhǎng)和波長(zhǎng)可調(diào)諧技術(shù)。 

四，光電顯示技術(shù)的成熟 

光電子技術(shù)在平板顯示技術(shù)上得到體現(xiàn)。目前顯示技術(shù)主要有兩種方式:陰極射線管和平板顯示。從技術(shù)發(fā)展水平看，陰極射線管每個(gè)像素的性能價(jià)格比要比其它顯示器件高得多。每當(dāng)陰極射線管采用新技術(shù)，就能提高它的附加價(jià)值，因此它不會(huì)在短期內(nèi)消失。平板顯示種類較多，按實(shí)現(xiàn)媒質(zhì)和工作原理分為:液晶顯示(LCD)、等離子體顯示(PDP)、電致發(fā)光顯示( ELD)等。LCD主要在微型和中小屏幕占優(yōu)，PDP由于制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，易于制作大屏幕，是發(fā)展多媒體顯示，壁掛式電視和高清晰度電視最有競(jìng)爭(zhēng)力的顯示技術(shù)。 

LCD顯示是一種采用液晶為材料的顯示器。液晶是介于固態(tài)和液態(tài)間的有機(jī)化合物。將其加熱會(huì)變成透明液態(tài)，冷卻后會(huì)變成結(jié)晶的混濁固態(tài)。在電場(chǎng)作用下，液晶分子會(huì)發(fā)生排列上的變化，從而影響通過其的光線變化，這種光線的變化通過偏光片的作用可以表現(xiàn)為明暗的變化。就這樣，人們通過對(duì)電場(chǎng)的控制最終控制了光線的明暗變化，從而達(dá)到顯示圖像的目的。 

   

五，光機(jī)電一體化 

光機(jī)電一體化技術(shù)是由機(jī)械技術(shù)與激光－微電子等技術(shù)揉合融匯在一起的新興技術(shù)。它與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品比較，有很大的不同。光機(jī)電一體化是一門跨學(xué)科的邊緣科學(xué)，它是激光技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)與機(jī)械技術(shù)結(jié)合而成的綜合性高技術(shù)。 其各個(gè)組成部分如機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、模擬量與數(shù)字量交換技術(shù)以及軟件技術(shù)等在綜合成一個(gè)完整的系統(tǒng)中相互配合有嚴(yán)格的要求，這就需要取長(zhǎng)補(bǔ)短，不斷向理想化方向發(fā)展。 光機(jī)電一體化是一個(gè)總的技術(shù)指導(dǎo)思想，它不僅體現(xiàn)在一些機(jī)電一體化的單機(jī)產(chǎn)品之中， 而且貫穿于工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)之中。從簡(jiǎn)單的單臺(tái)光機(jī)電一體化產(chǎn)品，到現(xiàn)代工業(yè)中的柔性加工系統(tǒng)；從簡(jiǎn)單的單參數(shù)顯示，到復(fù)雜的多參數(shù)、多級(jí)控制；從機(jī)械零部件連續(xù)自動(dòng)熱處理生產(chǎn)線，到各種現(xiàn)代高速重型機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)線等，光機(jī)電一體化技術(shù)都有不同層次、覆蓋面很廣的應(yīng)用領(lǐng)域。對(duì)于工程系統(tǒng)，需成套地進(jìn)行開發(fā)和制造。對(duì)于光機(jī)電一體化單機(jī)產(chǎn)品(設(shè)備)，應(yīng)采用簡(jiǎn)繁并舉、高低級(jí)并存的多層次發(fā)展途徑。可發(fā)展功能附加型的低級(jí)產(chǎn)品；也可發(fā)展功能替代型的中級(jí)產(chǎn)品；還可發(fā)展機(jī)電融合型的高級(jí)產(chǎn)品，成為前所未有的新一代產(chǎn)品。 

開發(fā)光機(jī)電一體化產(chǎn)品有不同的層次和靈活的自由度。在機(jī)械技術(shù)中恰當(dāng)?shù)匾腚娮蛹夹g(shù)，產(chǎn)品的面貌和行業(yè)的面貌就可以迅速發(fā)生巨大變化。產(chǎn)品一旦實(shí)現(xiàn)光機(jī)電一體化，便具有很高的功能水平和附加價(jià)值，將給開發(fā)生產(chǎn)者和用戶帶來巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，從而造福于人民，有利于國(guó)家。光電子學(xué)發(fā)展 

一些國(guó)家把大量資金投入光子學(xué)和光子技術(shù)的研究和開發(fā)，許多以光子學(xué)命名的研究中心、實(shí)驗(yàn)室和公司如雨后春筍般地建立起來。可以毫不夸張地說，一個(gè)國(guó)家對(duì)光子學(xué)的投資以及在這一領(lǐng)域從事研究工作的人數(shù)直接反映著這個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的水平。國(guó)際知名的科學(xué)家已經(jīng)預(yù)言：光子時(shí)代已經(jīng)到來，光子技術(shù)將引起一場(chǎng)超過電子技術(shù)的產(chǎn)業(yè)革命，將給工業(yè)和社會(huì)帶來比電子技術(shù)更大的沖擊。光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)在國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)持續(xù)發(fā)展中的作用。

六，光電的發(fā)展及結(jié)論 

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(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。光通信技術(shù)是光電子技術(shù)的一個(gè)主要方面，分無線光通信和光纖通信。無線光通信技術(shù)應(yīng)用于空-空，地-空，地-地光通信以及星際光通信網(wǎng)，主要為軍用和專業(yè)用。光纖通信技術(shù)在長(zhǎng)距離和主干線應(yīng)用上已趨完善，今后光纖通信主要應(yīng)用于局域網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多媒體通信進(jìn)入家庭。 

    當(dāng)前發(fā)展光纖通信技術(shù)的主要目標(biāo)之一為開發(fā)價(jià)格低廉和高性能的有源和無源器件并實(shí)現(xiàn)光電集成化，推動(dòng)光纖通信到區(qū)域和用戶。激光器和探測(cè)器為光纖通信有源器件的主要部分，而Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體化合物(如GaAs，GaSb，InP等)為激光器和探測(cè)器的主要材料。為適應(yīng)密集型光波復(fù)用的需求，除了進(jìn)一步提高分布反饋半導(dǎo)體激光器和垂直面發(fā)射激光器和多波長(zhǎng)光源。提高響應(yīng)速度和靈敏度，發(fā)展探測(cè)器始終是重要的任務(wù)。首先要將半導(dǎo)體激光器，探測(cè)器和電源，電路實(shí)現(xiàn)光電集成化，做成芯片和模塊。密集型光波復(fù)用需要寬波段(C，L，S波段，1.3-1.6mm)的光纖放大器，因此制備摻不同稀土元素(Er，Tm，Pr等)的石英玻璃和復(fù)合氧化玻璃單模光纖就十分重要。半導(dǎo)體光放大器將應(yīng)用到探測(cè)器的前端和激光器的后端放大。無源器件主要包括分波/合波器，可調(diào)諧光濾波器，光隔離器，光調(diào)制器以及色散補(bǔ)償器等。光纖光柵和列陣波導(dǎo)光柵是最近新發(fā)展的主要無源器件。無源器件主要要光學(xué)集成化，組成全光纖光子集成器件和波導(dǎo)光子集成器件。對(duì)光纖通信用玻璃光纖，在降低損耗方面當(dāng)前消除紅外1.4mm左右的羥基諧波吸收是最大的進(jìn)展，從而拓寬了波分復(fù)用的應(yīng)用波段。此外，色散補(bǔ)償，偏振補(bǔ)償和非線性補(bǔ)償都是提高石英玻璃通信光纖性能的主要方面。

參考文獻(xiàn)

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