光电子学论文.doc

光电子技术的发展和作用 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。 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。 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。 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。 光电子技术 光电子学是指光波波段，即红外线、可见光、紫外线和软 X 射线（频率范 围 3×1011Hz~3×1016Hz 或波长范围 1mm~10nm）波段的电子学。光电子技术 在经过 80 年代与其相关技术相互交叉渗透之后，90 年代，其技术和应用取得了 飞速发展，在社会信息化中起着越来越重要的作用。 在光盘技术的促进下， 近年来可见光半导体激光二极管和发光二级管得到了 较快的发展。蓝绿光可见光半导体激光二级管（LD）和蓝绿光半导体发光二极 管、黄橙红光可见光激光二极管和高亮度黄橙红绿光发光二极管都已商品化。今 后的发展需要继续解决提高亮度，降低价格，提高使用寿命等问题。 近红外半导体激光和发光二极管的发射波长为 0.8~1.0μm。 近红外半导体激 光二极管主要用于光纤通信和作为固体激光器的泵浦源（替代闪光灯泵浦源）。 在 1.3μm 和 1.55μm 近红外半导体激光二极管商品化之后，其发展势头受到很 大影响，甚至出现了停止发展的迹象。随着短距离局域网和二极管泵浦固体激光 器的迅猛发展，又出现了新的发展。目前研究开发主要集中在单频工作、模式稳 定以及提高输出功率等方面。 近红外发光二极管主要有超发光二极管和谐振腔发 光二极管。超发光二极管是光纤陀螺仪的最佳自选光源，与一般的发光二极管相 比，可提供较高的输出功率和相对窄的发射谱。目前，在 50mA 工作电流下， 单管超辐射输出功率的研究水平最高达到 50MW，最窄谱宽为 15nm。谐振腔发 光二极管是一种有前途的发光二极管，其实验和理论效率比传统发光二极管高