干福熹（中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所、上海復(fù)旦大學(xué)）
+Me2U9 SRz&Nb 一、光電子學(xué)（Optoelectronics）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(lái)執(zhí)行其功能。上世紀(jì)60年代激光技術(shù)的產(chǎn)生，極大地推動(dòng)了光電子技術(shù)的發(fā)展。
kh? . K# -(;LQDG | 以往把光電子學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)歸于電子學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，國(guó)外也有歸到光學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)（日本）。最近光子學(xué)（Photonics）技術(shù)的興起，也有的把光學(xué)、光電子學(xué)和光子學(xué)技術(shù)合并在一起，稱光科學(xué)技術(shù)，其產(chǎn)業(yè)基地稱“光谷”。
)U(u>SV(\ 7+ XM3 光電子技術(shù)主要應(yīng)用于兩個(gè)方面：光子作為信息的載體，應(yīng)用于信息的探測(cè)、傳輸、存儲(chǔ)、處理和運(yùn)算，稱信息光電子技術(shù)；光子作為能量的載體，作為高能量和高功率的束流（主要是激光束），應(yīng)用于材料加工、醫(yī)學(xué)治療、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換、核聚變等，稱能量光電子技術(shù)。
K. DXJ UR 77We;a 二、當(dāng)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，信息容量日益劇增，21世紀(jì)已處于太位（Tera-bits 1´1012bits）信息時(shí)代，即信息的容量以太位計(jì)，信息密度以Tb/cm2計(jì)，信息流以Tb/s計(jì)和信息的頻率以THz計(jì)，即皮秒（ps，10-12s）時(shí)間相應(yīng)。為提高信息的獲取、傳輸、存儲(chǔ)和顯示、處理和運(yùn)算的速度和容量，已由光子和電子共同參與來(lái)完成，光電子技術(shù)是繼微電子技術(shù)之后信息領(lǐng)域中的重要技術(shù)。
-M61 Mw1 s AE9<(g&@ 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(lái)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(guò)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%。
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`C 三、光通信技術(shù)是光電子技術(shù)的一個(gè)主要方面，分無(wú)線光通信和光纖通信。無(wú)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(zhuān)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。
3Gd0E;3sk~ ]T^ is> 從光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展中可以明顯地看到材料、器件和單元技術(shù)的關(guān)鍵作用。20世紀(jì)70年代由于解決了低損耗石英玻璃光纖（損耗小于20dB/km）和長(zhǎng)壽命、高穩(wěn)定砷化鎵半導(dǎo)體激光器（壽命大于1萬(wàn)小時(shí)），使光纖通信系統(tǒng)得到實(shí)用化。20世紀(jì)90年代采用了光纖放大器技術(shù)（EDFA，摻鉺玻璃光纖放大器）和波分復(fù)用技術(shù)（WDM），建立了高信息量長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)。21世紀(jì)初（2005前）發(fā)展了高密度波分復(fù)用技術(shù)（DWDM）和信息打包（IP）分送和交換技術(shù)，使2-3年內(nèi)信息傳輸速度可達(dá)到1Tb/s以上。
OFy,B-`A{ i\p:#'zk5 當(dāng)前發(fā)展光纖通信技術(shù)的主要目標(biāo)之一為開(kāi)發(fā)價(jià)格低廉和高性能的有源和無(wú)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)DWDM的需求，除了進(jìn)一步提高分布反饋半導(dǎo)體激光器（DFB，DBR）和垂直面發(fā)射激光器（VCSEL）的性能外，要開(kāi)拓出可調(diào)諧激光器（TLD）和多波長(zhǎng)光源（MLS）。提高響應(yīng)速度和靈敏度，發(fā)展探測(cè)器如PIN/FET，TEMT，HBT，等始終是重要的任務(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。DWDM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(SOA)將應(yīng)用到探測(cè)器的前端和激光器的后端放大。無(wú)源器件主要包括分波/合波器（OADM），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（OGF）和列陣波導(dǎo)光柵（AWG）是最近新發(fā)展的主要無(wú)源器件。無(wú)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。
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,TtA \Ph7(ik 要建立全光通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在密集波分復(fù)用的光纖通信上數(shù)據(jù)包的分送（IP over DWDM），光交義交換器（OXC）和全光路由器（Optical router）就十分重要。目前光網(wǎng)中路由器還是光-電-光形式，即光學(xué)互聯(lián)和電子學(xué)作邏輯。由于電信號(hào)邏輯數(shù)字交換臺(tái)分送和交換電信號(hào)的打包是成熟且廉價(jià)的。雖然近年已有些實(shí)驗(yàn)用波長(zhǎng)光交換（波長(zhǎng)路由器），但是信號(hào)的同步以及同步信號(hào)恢復(fù)、緩沖、記憶以及邏輯都是困難的問(wèn)題。解決全光學(xué)交換，首先要開(kāi)拓出快速、低耗的各種光子學(xué)元件，這是當(dāng)前首要的事情。
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四、光存儲(chǔ)最早的形式為縮微照相，從本世紀(jì)初開(kāi)始，經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，成為文檔資料長(zhǎng)期存儲(chǔ)的主要方式。60年代初激光出現(xiàn)后，激光全息技術(shù)受人注目，因?yàn)樗軐?shí)現(xiàn)三維圖像存儲(chǔ)，具有更大的存儲(chǔ)容量。但是，由于不能進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存取，且不能與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，因此皆不能與磁存儲(chǔ)相比。光盤(pán)存儲(chǔ)技術(shù)是本世紀(jì)70年代開(kāi)拓出來(lái)的。光盤(pán)存儲(chǔ)集成系統(tǒng)中，光盤(pán)機(jī)和光盤(pán)片是核心器件。在光盤(pán)機(jī)中光學(xué)讀、寫(xiě)頭是關(guān)鍵元件。在目前物鏡離記錄介質(zhì)較遠(yuǎn)，屬于遠(yuǎn)場(chǎng)光存儲(chǔ)的范圍內(nèi)，記錄點(diǎn)的大小決定于用作記錄的激光波長(zhǎng)和聚焦物鏡的數(shù)值孔徑。為提高存儲(chǔ)密度，激光波長(zhǎng)向短波方向發(fā)展。第一代光盤(pán)存儲(chǔ)用GaAlAs半導(dǎo)體激光器，輸出激光波長(zhǎng)為0.78mm （近紅外），5寸光盤(pán)的存儲(chǔ)容量為0.76GB（千兆字節(jié)），即CD系列光盤(pán)；第二代用GaAlInP激光器，波長(zhǎng)為0.65mm （紅光），光盤(pán)容量為4.7GB，即數(shù)字多功能光盤(pán)（DVD）系列；第三代光盤(pán)存儲(chǔ)即將興起，使用GaN半導(dǎo)體激光器，波長(zhǎng)為0.41mm（藍(lán)光），存儲(chǔ)容量為27GB，為高密度數(shù)字多功能光盤(pán)即HD-DVD光盤(pán)（藍(lán)碟）。由此可見(jiàn)，半導(dǎo)體激光器的發(fā)展起了重要作用。
arj$dA W s4t0f_vj` 對(duì)可錄和可擦重寫(xiě)光盤(pán)存儲(chǔ)，可錄和可擦重寫(xiě)的過(guò)程由存儲(chǔ)介質(zhì)所決定。例如，利用光-熱過(guò)程，使磁性薄膜的記錄的磁疇產(chǎn)生反轉(zhuǎn)，稱磁光光盤(pán)；利用光-熱過(guò)程使半導(dǎo)體合金薄膜的晶態(tài)與非晶態(tài)產(chǎn)生可逆變化，稱相變光盤(pán)。所以，存儲(chǔ)介質(zhì)、多層膜設(shè)計(jì)和制膜工藝等為發(fā)展高密度光盤(pán)的關(guān)鍵。
6?SFNDQ"C z="L4 聲視信息領(lǐng)域的發(fā)展促進(jìn)了光盤(pán)存儲(chǔ)技術(shù)，上世紀(jì)80年代激光唱片和激光唱機(jī)的興起，包括聲響唱片CD和激光視盤(pán)LD，發(fā)展之迅速出人意料。作為一種新興的信息存儲(chǔ)手段，光存儲(chǔ)技術(shù)在計(jì)算機(jī)外存設(shè)備的應(yīng)用上也在很快地成長(zhǎng)和發(fā)展著。上世紀(jì)80年代后期出現(xiàn)的磁光盤(pán)（MO）技術(shù)和90年代初期出現(xiàn)的相變光盤(pán)（PC）技術(shù)都在與磁存儲(chǔ)技術(shù)激烈競(jìng)爭(zhēng)，已占據(jù)了一部分過(guò)去屬于磁存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合。近年問(wèn)世的激光視盤(pán)（VCD），也已進(jìn)入千家萬(wàn)戶。可錄CD（CD-R）已代替軟盤(pán)，發(fā)展勢(shì)頭迅猛。為了爭(zhēng)奪新一輪家庭多媒體娛樂(lè)產(chǎn)品的霸主地位，DVD系列光盤(pán)將與高密度磁盤(pán)作新的競(jìng)爭(zhēng)。
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