光電子

   

   光電子技術(shù)科學(xué)

     天津大學(xué)南開大學(xué)聯(lián)合辦學(xué)專業(yè)
培養(yǎng)在光電子技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域具有寬厚的理論基礎(chǔ)、扎實的專業(yè)知識和熟練的實驗技能，德、智、體、美全面發(fā)展的高級光電子技術(shù)科學(xué)人才，使學(xué)生具有在光學(xué)、光電子學(xué)、激光科學(xué)、光通信技術(shù)、光波導(dǎo)與光電集成技術(shù)、光信息處理技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等領(lǐng)域開展創(chuàng)新性基礎(chǔ)理論研究以及從事設(shè)計、開發(fā)應(yīng)用和管理等工作應(yīng)具備的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。 本專業(yè)以“國家物理學(xué)基礎(chǔ)人才培養(yǎng)基地”、教育部“光電信息技術(shù)科學(xué)”重點(diǎn)實驗室為學(xué)科依托，學(xué)術(shù)水平高，師資力量雄厚。本專業(yè)現(xiàn)有教授31 名（其中中科院院士2 名，博士生導(dǎo)師20名，“長江學(xué)者獎勵計劃”特聘教授4名）。學(xué)科覆蓋博士點(diǎn)4個、碩士點(diǎn)9個、博士后流動站3個、國家級重點(diǎn)學(xué)科2個，是國家“211工程”和“教育振興計劃”重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科，具有培養(yǎng)理工結(jié)合復(fù)合型光電子技術(shù)科學(xué)人才的優(yōu)越條件。

學(xué)習(xí)的主要專業(yè)課程：光電子技術(shù)、光電子器件及系統(tǒng)、信號與系統(tǒng)、通信原理與技術(shù)、高等光學(xué)、應(yīng)用光學(xué)、光電子學(xué)、計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子電路與技術(shù)、電動力學(xué)、量子力學(xué)、半導(dǎo)體物理等。

畢業(yè)生去向：繼續(xù)攻讀碩士、博士學(xué)位；或到信息產(chǎn)業(yè)部門、中科院及有關(guān)研究所、電信部門、高等院校、企事業(yè)單位及有關(guān)公司，主要從事光學(xué)、光電子學(xué)、光電子技術(shù)科學(xué)、光電信息工程與技術(shù)、光通信工程與技術(shù)、光電信號檢測處理與控制技術(shù)等領(lǐng)域的研究、設(shè)計、開發(fā)、應(yīng)用和管理等工作。

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在微電子技術(shù)蓬勃發(fā)展的同時，人們發(fā)現(xiàn)可以利用光電各自的優(yōu)勢來為我們服務(wù)。比如激光器，光電探測器，太陽電池如等方面都需要光電結(jié)合。這就是早期的光電子學(xué)。隨著光電子學(xué)的發(fā)展，人們研究完全利用光來處理信息，于是誕生了光子學(xué)。所以可以說，先有了光電子學(xué)，又有了光子學(xué)。而最終的發(fā)展會是光電的再次統(tǒng)一，即更高一個層次上的光電子學(xué)�，F(xiàn)在正在發(fā)展單電子技術(shù)和單光子技術(shù)，那時信息的載體不再是束流，而是單個的粒子。光子和電子都是利用量子力學(xué)的概念，區(qū)別只是波長不同而已。我想我們在二十一世紀(jì)肯定會走到這一步。那時既不能叫光子信息技術(shù)，也不能叫電子信息技術(shù)，應(yīng)該叫量子信息技術(shù)。

由于光子具有電子所不具備的許多特性所以光子學(xué)有它獨(dú)特的優(yōu)勢。尤其在信息領(lǐng)域。比如通信，我們現(xiàn)在大部分主干網(wǎng)用的都是光纖，信息的載體都是光。由于密集波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展，一根頭發(fā)絲粗細(xì)的光纖就可以傳輸一億門電話線路。這是電纜無法比擬的 。再如信息存儲技術(shù)，光盤由VCD發(fā)展到DVD，容量增大了好幾倍，未來如果研制出能夠商用的藍(lán)光激光器，采用藍(lán)光波段的光來作為信息的載體，就又可以使同樣大小的光盤的容量增大近十倍。而且光具有相干性，可以實現(xiàn)全息存儲，在不到一個平方厘米的芯片上，我們可以把北京圖書館的所有的書都存進(jìn)去。在計算機(jī)方面，未來的發(fā)展趨勢是光要進(jìn)入計算機(jī)中，發(fā)揮光子的優(yōu)勢實現(xiàn)開關(guān)的互聯(lián)，利用光來消除電子傳輸帶來的瓶頸效應(yīng)。

光電子技術(shù)

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，在社會信息化中起著越來越重要的作用。

在光盤技術(shù)的促進(jìn)下，近年來可見光半導(dǎo)體激光二極管和發(fā)光二級管得到了較快的發(fā)展。藍(lán)綠光可見光半導(dǎo)體激光二級管（LD）和藍(lán)綠光半導(dǎo)體發(fā)光二極管、黃橙紅光可見光激光二極管和高亮度黃橙紅綠光發(fā)光二極管都已商品化。今后的發(fā)展需要繼續(xù)解決提高亮度，降低價格，提高使用壽命等問題。

近紅外半導(dǎo)體激光和發(fā)光二極管的發(fā)射波長為0.8~1.0μm。近紅外半導(dǎo)體激光二極管主要用于光纖通信和作為固體激光器的泵浦源（替代閃光燈泵浦源）。在1.3μm和1.55μm近紅外半導(dǎo)體激光二極管商品化之后，其發(fā)展勢頭受到很大影響，甚至出現(xiàn)了停止發(fā)展的跡象。隨著短距離局域網(wǎng)和二極管泵浦固體激光器的迅猛發(fā)展，又出現(xiàn)了新的發(fā)展。目前研究開發(fā)主要集中在單頻工作、模式穩(wěn)定以及提高輸出功率等方面。近紅外發(fā)光二極管主要有超發(fā)光二極管和諧振腔發(fā)光二極管。超發(fā)光二極管是光纖陀螺儀的最佳自選光源，與一般的發(fā)光二極管相比，可提供較高的輸出功率和相對窄的發(fā)射譜。目前，在50mA工作電流下，單管超輻射輸出功率的研究水平最高達(dá)到50MW，最窄譜寬為15nm。諧振腔發(fā)光二極管是一種有前途的發(fā)光二極管，其實驗和理論效率比傳統(tǒng)發(fā)光二極管高5~10倍。

1.3μm和1.55μm近紅外半導(dǎo)體激光和發(fā)光二極管是現(xiàn)行通信系統(tǒng)、高速光纖通信系統(tǒng)的重要光器件，已成為廣為研究開發(fā)的光源。日本NEC已開發(fā)出在單晶片上制造不同發(fā)射波長的近紅外激光二極管，采用它可大大降低多波長長途通信設(shè)備的價格。近年來，國外又相繼開發(fā)出半導(dǎo)體孤子激光器、量子阱線或點(diǎn)激光器和垂直腔表面發(fā)射激光器等新型半導(dǎo)體激光二極管。

激光技術(shù)是一項前沿科學(xué)技術(shù)發(fā)展不可缺少的支柱。作為光電子主導(dǎo)產(chǎn)品的激光器的發(fā)展，經(jīng)歷了原理上的四次變革，體積日益變小，功率不斷增大，可靠性和功率得到了很大的提高。半導(dǎo)體二級管激光器和固體激光器技術(shù)和發(fā)展十分迅速，其中最為突出的進(jìn)展是固態(tài)化�，F(xiàn)今，固體激光器的平均輸出功率已從百瓦級提高到了千瓦級。半導(dǎo)體激光器的功率也有很大提高，其結(jié)構(gòu)和其他性能也正在經(jīng)歷重大變化。與此同時，還開發(fā)出了實用價值高的新波長和寬帶可調(diào)諧激光器，包括對人眼無傷害的1.54μm和2μm的激光器、藍(lán)光激光器和X光激光器。

光纖是隨著光通信的發(fā)展而不斷發(fā)展的，各種結(jié)構(gòu)和類型的光纖支持著光通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，單根光纖傳輸?shù)男畔⒘恳堰_(dá)到萬億位。光纖作為光通信信息傳輸?shù)慕橘|(zhì)，它的色散和損耗將直接影響到通信系統(tǒng)的傳輸容量和中繼距離，而常規(guī)的單模光纖已不能滿足新一代通信技術(shù)的要求，因此光纖技術(shù)又有了新的發(fā)展。迄今，光纖已經(jīng)經(jīng)歷了由短波長（0.85μm）到長波長（1.3~1.55μm），由多模到單模光纖以及特種光纖的發(fā)展過程，并開發(fā)出了色散移位光纖、非零色散光纖和色散補(bǔ)償光纖。

平板顯示（FPD）技術(shù)包括液晶顯示（LCD）、等離子體顯示（PDP）、電致發(fā)光顯示（EL）、真空熒光顯示（VFD）和發(fā)光二極管顯示（LED）等，除在民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用外，已在虛擬顯示、高清晰度顯示、語言和圖形識別等軍用領(lǐng)域應(yīng)用。近年來，液晶顯示以及其他平板顯示器件和技術(shù)正在大力地改進(jìn)，如為解決等離子體顯示發(fā)光效率、亮度、壽命、光串?dāng)_和對比度等問題，正在進(jìn)行諸如大面積精細(xì)圖形制作和保護(hù)層等工藝方面的改進(jìn)，并取得了較快進(jìn)展。從整體來說，平板顯示技術(shù)將繼續(xù)向著彩色化、高分辨率、高亮度、高可靠、高成品率和廉價方向發(fā)展。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，各種類型的光電探測器，如電荷耦合器件、光位置敏感器件、光敏陣列探測器等應(yīng)運(yùn)而生，取得了重大進(jìn)展。進(jìn)入90年代，光電探測器的發(fā)展方向除了開發(fā)高速響應(yīng)光電 探測器外，其重點(diǎn)是開發(fā)焦平面陣列為代表的光電成像器件。紅外焦平面陣列制作技術(shù)的日臻完善，使紅外探測技術(shù)進(jìn)入了第二代。當(dāng)前，降低成本是紅外探測器在民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。21世紀(jì)，紅外焦平面陣列開發(fā)方向，一是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高分辨率，二是開發(fā)多功能和智能化焦平面陣列。

隨著光通信、光信息處理、光計算等技術(shù)的發(fā)展，加之材料科學(xué)和制造技術(shù)的進(jìn)展，使得在單一結(jié)構(gòu)或單片襯底上集成光學(xué)、光電和電子元器件成為可能，形成具有單一功能或多功能的光電子集成回路（OEIC）和集成光路（IOC）。目前，商品化的集成光路產(chǎn)品有調(diào)制器、開關(guān)和分路器以及采用集成光路相干通信系統(tǒng)、光纖陀螺、激光光纖多普勒干涉儀等系統(tǒng)，以及用于光纖傳輸試驗的單片集成光電子集成回路。預(yù)計到2020年，光電子集成回路和集成光路的發(fā)展速度將相當(dāng)于20世紀(jì)70年代的微電子技術(shù)，多功能集成光學(xué)器件和光電子集成器件將系列化，集成光學(xué)信號處理速度將達(dá)到1GHz。

我國光電子行業(yè)在科研上起步較早，也有一批水平較高的應(yīng)用成果，其中光纖通信的發(fā)展尤快。在國防上的應(yīng)用也開展較早，如靶場用的激光、紅外、電視等光測設(shè)備，以及紅外導(dǎo)引裝置、紅外熱像儀、激光測距儀、微光夜視儀等。但民用市場開發(fā)較晚，真正能形成較大生產(chǎn)規(guī)模的產(chǎn)品不多。  我國在"八五"計劃期間對一些光電器件企業(yè)進(jìn)行了技術(shù)改造，已在"九五"計劃中產(chǎn)生了效益。例如，12英寸彩色液晶顯示屏已經(jīng)在1996年投產(chǎn)。國家重大成套通信設(shè)備2.5Gbps同步數(shù)字系列（SDH）光通信系統(tǒng)，于1997年研制開發(fā)成功，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于國家通信骨干網(wǎng)的建設(shè)。

鑒于上述情況，我國光電子技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略總的指導(dǎo)思想是：有限目標(biāo)、突出重點(diǎn)、科技領(lǐng)先、形成規(guī)模、開拓市場，在"八五"、"九五"計劃基礎(chǔ)上，使有基礎(chǔ)的企業(yè)和研究所分別形成規(guī)模生產(chǎn)和研究開發(fā)中心，使我國光電子元器件初步形成基本配套的產(chǎn)業(yè)，滿足市場的需要。

   

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