光电子技术的应用和发展前景

光电子技术的应用和发展前景

摘要：光电子技术确切称为信息光电子技术，本文论述了一些新型光电子器件及其发展方向

关键词：光电子技术新型光电子器件发展方向应用

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。

目录

（一），光电子与光电子产业概况

（二），光电子的地位与作用

（三），二十一世纪信息光电子产业将成为支柱产业

（四），国际光电子领域的发展趋势

（五）光电子的应用

（一），光电子及光电子产业概况

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。图中给出了98年度世界各类光电子产品所占的市场份额。那么，光电子元器件所占市场份额比例是多少呢,我们目前还拿不到世界范围内的数据。不过,通过日本的光电子产业调查也可可见一斑。97年为30.6%,98年为30.1%，99年预计为30.6%。这样看来,光电子元器件占整个光电子市场份额30%左右。

光电子产业的发展速度是惊人的，从日本工业来看，近年一直呈现出一路增长的势头，98年年增长率为6.6%，99年预计年增长率为10.4%。有关预测表明，未来几年全球光电产业将有更大的增长幅度，增长速度比较快的是WDM市场，预计年增长率为23%，其中，用于WDM的LD年增长率将在50%以上，放大器为43%左右。在微电子技术蓬勃发展的同时，人们发现可以利用光电各自的优势来为我们服务。比如激光器，光电探测器，太阳电池如等方面都需要光电结合。这就是早期的光电子学。随着光电子学的发展，人们研究完全利用光来处理信息，于是诞生了光子学。所以可以说，先有了光电子学，又有了光子学。而最终的发展会是光电的再次统一，即更高一个层次上的光电子学。现在正在发展单电子技术和单光子技术，那时信息的载体不再是束流，而是单个的粒子。光子和电子都是利用量子力学的概念，区别只是波长不同而已。我想我们在二十一世纪肯定会走到这一步。那时既不能叫光子信息技术，也不能叫电子信息技术，应该叫量子信息技术。

（二）光电子的地位与作用

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。，光电子的地位与作用

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。

（三）二十一世纪信息光电子产业将成为支柱产业

在微电子技术蓬勃发展的同时，人们发现可以利用光电各自的优势来为我们服务。比如激光器，光电探测器，太阳电池如等方面都需要光电结合。这就是早期的光电子学。随着光电子学的发展，人们研究完全利用光来处理信息，于是诞生了光子学。所以可以说，先有了光电子学，又有了光子学。而最终的发展会是光电的再次统一，即更高一个层次上的光电子学。现在正在发展单电子技术和单光子技术，那时信息的载体不再是束流，而是单个的粒子。光子和电子都是利用量子力学的概念，区别只是波长不同而已。我想我们在二十一世纪肯定会走到这一步。那时既不能叫光子信息技术，也不能叫电子信息技术，应该叫量子信息技术。

国际公认:21世纪是光电子与微电子紧密结合发挥作用的时代,以光通信为龙头的信息光电子产业将成为21世纪的明星产业和支柱产业。

日本工业调查会总经理志村幸雄在述及21世纪的主导产业时指出，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，第四是环境和新能源产业。同时指出“光电子产业”对其它许多产业而言，无疑将起到“基础材料”的作用。

信息产业已成为我国第一支柱产业，光电子产品在信息产业中占有很大比重，据有关方面统计，我国的显示器、彩电和激光视频机等几种光电子产品的产量已占世界总产量的一半以上。

我国光电子产业的迅速发展是在国际信息产业的不断增长带动下形成的。中国工程院院士许祖彦在接受《中国电子报》记者采访时强调，在“国家中长期科学和技术发展规划纲要”启动之际，我们应当在促进信息化与工业化良性互动的科学发展观指导下，本着建设创新型国家的理念，发展我国的光电子产业，抓住光电子技术更新换代迅猛发展中的机遇，寻找突破口，提高我国光电产业的竞争力。例如显示技术从上世纪30年代起，历经黑白显示、彩色显示，到现在的数字显示，基本解决了高清晰视频图像的获取、处理、存储、传输和再现技术，但还没有涉及颜色的高还原性问题，大色域覆盖率的激光显示近年的快速发展有可能促进显示产品的更新换代，形成新一代显示技术。

未来光电子产业还将继续蓬勃发展。就市场需要而言，专家认为，光电子产业主要在以下几方面可能有比较大的增长空间：光网络和光接入网，如光纤到户(FTTH)；光存储中的蓝光光盘存储、光全息存储；光显示中的大尺寸LCD显示器、OLED显示器；半导体照明及太阳能电池利用；此外，在光纤传感、医疗领域也有比较大的增长空间。

发展高清晰视频业务对光存储产业的发展很重要。中国科学院院士周炳琨介绍说，现在的DVD的容量已经很大，如果要满足消费者对更高存储量介质的需求，就必须在增加播放内容清晰度的同时降低成本。如果能够早日进入三维视频时代，光存储的市场潜力将会进一步增加。

未来社会能源缺乏，这也是光电子产业发展的契机。“平板显示、半导体照明在节约能源上非常有优势。此外，随着生活水平的提高，对于清晰度高、易于携