光电子技术的发展态势分析及应用

光电技术的发展态势分析及应用

学校：

班级：

学号：

姓名：

指导老师：

时间：

摘要

光电子技术指利用光子激发电子或电子跃迁产生光子的物理现象所能提供的手段和方法。作为具有比电子更高频率和速度的信息载体以其不存在电磁串扰和路径延迟的优点，光电子技术在信息领域的应用无可替代。本文首先对光电子技术的优越性做简单介绍，然后阐述了光电子技术在世界及中国的发展历程，接着叙述了光电子技术在纺织工业，数据的超速传输和获取图像信息方面等方面巨大的应用前景，表现了光电子技术在当今信息时代愈发占有重要的关键地位。

关键词：光电子技术；发展；应用

II

引言

当今全球范围内，已经公认光电子产业是本世纪的第一主导产业，是经济发展的制高点，光电子产业的战略地位是不言而喻的。鉴于此，光电子技术应用的开发被世界各国所关注，新的应用领域也在不断发现中。

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，是由光学技术和电子学技术相结合而形成的。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。可以说光电子学技术是电子学技术在光频波段的延伸与扩展。

我国光电子技术和发展，从“六五”起步，开始发展以激光技术为主的光电子技术。1987年科技部把信息光电子列入“863”计划，给予支持，激光科学技术的研究和发展受到国家的很大重视，在国防建设和社会应用上起了重要作用。我国光电子产业的原始基础是军事光学，军用光电子学和红外技术。自60年代以来，我国依靠自己的力量，研制出“神龙”高功率激光装置，激光分离同位素装置，军用靶场激光经纬仪，激光卫星测距仪，高速摄影机，红外扫描仪等重要的军用光电子设备，并在此过程中，形成了实力雄厚的10多个光电子技术研究基地。70年代末，光纤通信的研究和开发也在我国兴起。80年代中期光盘技术和光电平面显示技术也得到发展。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。

总之，我国的光电子技术经过“七五”入轨，“八五”攻坚和“九五”拼搏，在信息光电子方面取得了可喜的成绩。而我国光电子技术理论的迅速发展，更为该领域的可持续发展奠定了坚实的基础。理论是发展的基础，发展是理论的延续。对于较新兴的技术领域更是如此。2000-2005年，我国光电子技术理论论文发表数量从812篇增加到3103篇，6年间增长了282.14%，论文年平均增长率在光电子技术领域的所有专业中最高，这为光电子技术的进一步发展和产业化奠定了厚实的基础。

III

一光电子产业——21世纪的主导产业

1.子及光电子产业概况

今天，光电子已不再局限传统意义上的用于光发射、光调制、光传输、光传感等的电子学的一个分支，同时还包容了部分电光学、光子学和光学成分。主要光电子器件集中体现在各类半导体LED、LD，各类光探测器，收发集成模块,光放大器，调制器，波长变换器等。此外，还包括和上述器件相关的各类光波导等无源器件。光电子产业也不是以单一形式存在，它是一个由相关的基础设施和基础技术支撑的多类产业的结合体，可形象地比做一棵参天大树。滋养这棵大树的土壤是：制造设施，研究机构，技术力量，政府基金，风险投资，研发资源等。支撑这棵大树的脊梁是光电子技术，包括LD/LED，光探测器，图像传感器，光调制器，MOEMS，光纤，光纤连接器，光放大器，无源光器件等。这棵大树结出的丰硕果实就是光电子产业，包括光通讯，光显示，光存储，影像，光信号/照明，太阳能电池等。用一个简单的分类方法，可以把光电子产业分为信息光电子、能量光电子、娱乐光电子等部分;信息光电子包括光纤光缆、光器件、光通信设备等产品，能量光电子包括激光器、激光加工成套设备、激光医疗设备及测控仪表等,而娱乐光电子包括日常消费品制造如VCD，DVD等等。光电子市场主要集中在通信、显示、存储和影像等四个领域。

1

二光电子的地位与作用

2.1),光电子的“基石”和“制高点”地位与“支撑”和“革命”的作用

二十世纪微电子出尽了风头, 人们无时无刻不感受到微电子给人类社会带来的辉煌。本世纪后期崭露头角的光电子给人类社会带来了新的希望和期盼，并以比微电子更快的发展速度冲向新世纪。专家们预言：二十一世纪将是微电子和光电子协同作战共同发挥作用的时代，微电子和光电子是信息技术赖以迅猛发展的两个车轮子，缺一不可。 1999年全球光电子产品市场总值达1800亿美元，并以每年15%的速度增长；同年我国光电子产品的市场总值也达到50亿美元。美国商务部指出：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。科学界预言：光电子产业在十年内将形成5万亿美元的产值，成为全球最大的产业。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。二十一世纪没有微电子是不可想象的，同样，没有光电子更是不可接受的。光电子目前的成就和它巨大的发展潜力已让人们无可置疑：二十一世纪一定需要光电子.

2.2),二十一世纪光电子的表现

那么，光电子在二十一世纪会有何出色表现呢？请看： A,光电子与微电子一起将支撑起光通信这个摩天大厦光电子技术最初在通信领域找到了破口，并一直以信息光电子为龙头得以迅速发展。随着信息时代的到来，人们对信息的追求已进入了如痴如醉的境地，而传输如此海量的信息，必然要占用越来越大的通信带宽。那么，在未来几年人类对信息的需求是什么样的呢，请看A.A.Bergh 的预测。从这个预测可以看到，语音服务的增长率为5%/年，数据服务为30%/年，Internet为200-300%/年，按着这样的增长速率，到2000-2002间，通信速率就需要达到Tb/s以上。靠什么样的技术才能支撑起增长如此迅速的通信带宽呢？在有线通信方面，由于导线的、传输损耗正比于传输频率及传输距离，

2

普通双绞线上传输的信息的带宽仅为几十KHz，只能用来传输话音和文字信息，这样的带宽用来传输静止的图像已有捉襟见肘之感；同轴电缆的传输带宽可达几百MHz，目前这样的带宽对于大多数个人用户也许已经够用，但要支撑起包含成千上万用户的信息网络，显然也是无能为力的。众所周知，在无线通信（包括卫星通信）方面，所有带宽资源都已各有其主。何以构筑起这样一个每天吞噬着海量信息的巨大网络大厦呢？回答只能是：光通信。而光通信赖以生存和发展的技术就是：光电子技术。B,光电子将有可能引发一场照明技术的革命。五十年代发展起来的以半导体为核心的固态电子学及微电子学的成就引发了世界范围的第一次信息革命,已成为当代计算机科学技术、无线电电子技术、自动控制技术取得巨大成就的关键基础。这数得上是二十世纪最重要的技术革命。那么，半导体引起的下一个技术革命将是什么呢？那就是将逐步取代电真空的灯泡和日光灯管的半导体灯（信号灯，照明灯）。进入九十年代以来，随着半导体科学技术的发展，宽禁带的氮化镓、炭化硅等的材料生长技术，器件制造技术的突破和改善，超高亮度得兰绿色发光二极管随之出现。蓝光二极管的出现，不仅仅只是丰富了色彩，有了红橙黄绿青篮紫全色，更重要的意义是出现了白色光—半导体灯。目前，世界上生产蓝光二极管的半导体公司纷纷和老牌灯泡制造商结盟，抢占这个可以说是未来最大的市场。譬如美国惠普公司联合日本日亚和德国西门子，美国克雷公司、德国西门子又和奥斯林联合，美国EMCORE公司和通用公司联合等。因此，目前，半导体照明灯已对传统的白帜灯发起了挑战。半导体灯小巧、可靠、寿命长、低压、省电、节能占尽了优点。半导体灯和普通照明光源相比，可以节省80-90%的能源。目前最大的问题是价格还太贵。2cd 的白光发光二极管定价在1美元左右。但是价格只是时间问题。从IC 的发展及其降价规律，就可以预言，半导体灯达到普通人家可以接受的价格为期不远了。专家认为这是跨世纪值得关注的电子革命大事，它既是科技专家争先抢占的高技术领域的制高点，也是企业家获得巨大利润的战场。C,现代军事和国防需要点亮现代武器的眼睛科索沃战争，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）。D,人类丰富多彩的生活需要光电子来装扮。光电子已渗透人类生活的各个领域，复印机，激光打印机，数字摄像机等等。

3

三我国的光电子发展

中国“光谷”、光电子产业园区的建设，是国家进行经济结构调整、重视发展高新技术产业，对光电行业进行深刻机制改革、开放的结果，也是中国迎接21世纪加入WTO后的激烈国际经济竞争和挑战，所采取的一项战略性措施。上述国家级和地方区域性的“光谷”和光电子产业发展园区的建设，“十五”计划期间共投入资金将超过数千亿元人民币，必将为振兴中国光电子技术和产业，促进光电子技术和产业的持续快速发展，起到重大的推动作用。

目前全国各地的光电子产业发展势头良好，还有许多省市正在兴建或计划兴建具有地方特色的光电子产业基地或园区。2002年2月国家计委发布了“关于组织实施高技术产业化光电子专项”的公告，决定从2002年开始拟分3年组织实施高技术产业化光电子专项，扶持光电子产业基地的形成。科技部科技型中小企业技术创新基金管理中心2003年重点支持光电子项目包括光机电一体化7种技术产品、LED、人工晶体、光功能陶瓷材料、光电器件和新型激光治疗技术与设备等。2003年7月科技部和商务部共同发布了“鼓励外商投资高新技术产品目录”，其中进一步明确外商投资光电子的领域。2003年国家科技部正在推进的一项重大工程-国家半导体照明工程，将投入100亿用于引导企业突破半导体照明的关键技术，在大连、厦门、上海和南昌建立发展基地，加速形成中国半导体照明产业。中国光电子产业发展已初具规模，但仍处于发展初期，而且发展较快，在全球光电子产值中的比重不断增加。据统计，全球光电子市场总额从1996年的1075亿美元上升到2000年的1766亿美元，相当于微电子产业产值的60％。2001年是1730亿美元，估计中国光电子产业约占全球市场的5％，预计到2010年，全球光电子产值将达4500亿元，我国将有500多亿美元的产值，占全球市场的10％左右。在未来10年，我国光电子产业平均年增长率将达20％。中国将成为全球光电子产业发展的重要基地和重要市场，各地的中国“光谷”、光电产业园区的建设，正在成为吸引海内外人才、资金和技术的“热点”，必将成为海内外投资者创造业绩的新产业园区。

4

四世界光电子发展趋势

光电子产品的市场主要在北美和欧洲，而光电子产品的生产主要在以日本为首的亚洲，日本国内光电子生产规模几乎占了世界市场的三分之一。最近五年来，韩国和中国台湾地区的光电子产业发展迅猛，光盘及光盘机、显示器和光电扫描等产品已取代日本，占国际首位。2003年，台湾地区LED封装、TFT LCD、DSC与光驱等产量都居全球前三位，预计2004年光电子产业总产值为314.6亿美元。我国光电子产业近年来的发展速度也很快，光电子产业约占全球市场的5%，估计到2010年，我国将有450多亿美元的产值，占世界市场的10%左右。各国动态：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；我国在武汉建立的“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。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。

5

五总结

毕业论文的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里 面对无数书本的罗列 最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋心情。看着亲手打出的一字一句 心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布。实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资料的收集中，掌握了很多的知识。让我对我所学过的知识有所巩固和提高。我学到了新知识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。写作毕业论文是我们每个大学生必须经历的一段过程，也是我们毕业前的一段宝贵的回忆。当我们看到自己的努力有收获的时候，总是会有那么一点点自豪和激动。任何事情都是这样子，需要我们脚踏实地的去做，一步一个脚印的完成，认真严谨，有了好的态度才能做好一件事情 ，开始都觉得毕业论文是一个很困难的任务，都难免会有一点畏惧之情，但是经过长时间的努力和积累，经过不断地查找资料后总结，我们都很好的按老师的要求完成了毕业论文的写作，这种收获的喜悦相信每个人都能够体会到。这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，相信对我未来的学习和工作有很大的帮助。学习成绩不是非常好，但我却在学习的过程中收获了很多。随着学习的进步，我不止是学到了公共基础学科知识和很多专业知识，我的心智也有了一个质的飞跃，能较快速的掌握一种新的技术知识。我认为这对于将来很重要。在学习知识这段时间里。我更与老师建立了浓厚的师生情谊。老师们的谆谆教导，使我体会了学习的乐趣。我与身边许多同学，也建立了良好的学习关系，互帮互助，克服难关。现在我已经接近毕业 正在做毕业设计 更锻炼了自我的动手和分析问题能力 受益匪浅。脚踏实地、认真严谨、实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次最大的收益。

在此更要感谢我的专业老师，是你的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的老师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。

6

六参考文献

[1]梁瑞丽.路明，引导光电子产业[J].东方企业文化.2009，V4：42

[2][3]:王希军，陈丹.中外光电子技术产业的发展趋势与对策分析[J].工业技术经济.2006，V25(11)：118-121

[4]:干福熹. 光电子技术和产业的发展[J].中国科学院院报.1996，V5：366-367

[5]徐小田. “十五”期间中国光电子技术产业发展战略[J].电子质量.142-143

[6]何文瑶.光电子技术发展态势分析[J].科技进步与对策.2008，V25(9)：194

[7]刘华.英特尔实现硅光电子学重大技术突破[J].中国数字医学.2008，23

[8]牛憨笨.图像信息获取中的光电子技术[J].深圳大学学报（理工版）.2001，V18(3)：75-86

7