我国光电子技术与产业发展

1、2022-1-141中国科学院广州电子技术研究所中国科学院广州电子技术研究所王天及王天及2022-1-142l简明阐述我国光电子技术的发展历程和简明阐述我国光电子技术的发展历程和光电子产业发展的现状光电子产业发展的现状l指出光电子科学技术和产业在促进国家指出光电子科学技术和产业在促进国家经济和科学技术持续发展中的巨大作用经济和科学技术持续发展中的巨大作用及其发展趋势及其发展趋势l为加速建立和发展我国的光电子产业，为加速建立和发展我国的光电子产业，必须抓住机遇，加强基础建设必须抓住机遇，加强基础建设l着重分析以广州为中心创建着重分析以广州为中心创建“广东光谷广东光谷”的有利条件。的有利条件。20

2、22-1-143l前言前言l21世纪光电子技术和产业世纪光电子技术和产业l光电子技术的发展历程及光电子产业光电子技术的发展历程及光电子产业的形成的形成l构成光电子产业的五大产业的现状和构成光电子产业的五大产业的现状和发展趋向发展趋向l抓住机遇抓住机遇,加速发展我国的光电子产业加速发展我国的光电子产业2022-1-144l光子学的内涵l光子学光子学Photonics(也称也称光电子学光电子学)是研究以光是研究以光子作为信息载体和能子作为信息载体和能量载体的科学，主要量载体的科学，主要研究光子的产生、运研究光子的产生、运动及其转化的规律。动及其转化的规律。l光子技术光子技术(亦称光电子亦称光电子技

3、术技术)包括光子的产生、包括光子的产生、传输、控制和探测。传输、控制和探测。2022-1-145l光子学和光子技术在信息、光子学和光子技术在信息、能源、材料、航天航空、能源、材料、航天航空、生命科学和环境科学技术生命科学和环境科学技术中的应用必将促进光子产中的应用必将促进光子产业业(亦称光电子产业亦称光电子产业)的迅的迅猛发展，而应用的热点则猛发展，而应用的热点则在光通信领域，这对全球在光通信领域，这对全球的信息高速公路的建设以的信息高速公路的建设以及国家经济和科技持续发及国家经济和科技持续发展起着举足轻重的推动作展起着举足轻重的推动作用。用。光子学光子学&光子技术光子技术Photon

4、ics2022-1-146l目前目前,国内外正掀起一股国内外正掀起一股“光子学光子学”的热潮，的热潮，一些国家把大量资金投入光子学及光子技术一些国家把大量资金投入光子学及光子技术的研究与开发。的研究与开发。l许多以光子学命名的研究中心、实验室与公许多以光子学命名的研究中心、实验室与公司如雨后春笋般地建立起来。司如雨后春笋般地建立起来。l光子时代已经到来光子时代已经到来!光子技术将引起一场超过光子技术将引起一场超过电子技术的产业革命，将给工业和社会带来电子技术的产业革命，将给工业和社会带来比电子技术更为巨大的冲击，预测到比电子技术更为巨大的冲击，预测到2010年，年，我国光子信息处理器件产值可达

5、与电子信息我国光子信息处理器件产值可达与电子信息器件产值相比拟的程度，而到器件产值相比拟的程度，而到21世纪中期，世纪中期，其规模和影响其规模和影响,光子产业将超过电子产业。光子产业将超过电子产业。 2022-1-147l展望未来，光子展望未来，光子学与电子学将更学与电子学将更紧密合作，互为紧密合作，互为补充，相互促进，补充，相互促进，把未来信息社会把未来信息社会推向新的发展阶推向新的发展阶段，为人类美好段，为人类美好的未来作出更伟的未来作出更伟大的贡献。大的贡献。 光电子光电子产业产业2022-1-148l光电子科学技术和产光电子科学技术和产业在促进国家经济和业在促进国家经济和科学持续发展中

6、起着科学持续发展中起着巨大的作用。巨大的作用。l一些发达工业国家对一些发达工业国家对光子学的发展给予充光子学的发展给予充分的重视，纷纷将其分的重视，纷纷将其列入国家科学技术发列入国家科学技术发展规划并投入巨大财展规划并投入巨大财力。力。2022-1-149l美国政府已将光子学确定为国家发展的美国政府已将光子学确定为国家发展的重点；重点；l国防部和能源部把光子学列为当前国防部和能源部把光子学列为当前20项项关键技术之一，把通信与计算机的未来关键技术之一，把通信与计算机的未来研究与发展纳入光子学的范畴。研究与发展纳入光子学的范畴。l为此，已建立了若干个光子学技术中心，为此，已建立了若干个光子学技术

7、中心，如以南加州大学为核心的美国如以南加州大学为核心的美国5所著名所著名大学联合建立了光子工艺中心。大学联合建立了光子工艺中心。2022-1-1410l德国政府已确定光子学是德国政府已确定光子学是21世纪初对保世纪初对保持德国在国际市场上先进地位至关重要持德国在国际市场上先进地位至关重要的九大关键技术之一。的九大关键技术之一。l日本早在日本早在1981年通产省就雄心勃勃地联年通产省就雄心勃勃地联合合13家大公司投入家大公司投入13亿美元组建了光子亿美元组建了光子技术研究所。技术研究所。l澳大利亚集中澳大利亚集中10个重要单位的力量成立个重要单位的力量成立了光子联合研究中心，重点开拓信息技了光子

8、联合研究中心，重点开拓信息技术和新产品。术和新产品。 2022-1-1411l世界光电子产业总产值已世界光电子产业总产值已经超过经超过1700亿美元，据美亿美元，据美国光电子产业振兴协会预国光电子产业振兴协会预计，这一数字到计，这一数字到2003年底年底将达到将达到2000亿美元，到亿美元，到2010年，预测将超过年，预测将超过4500亿美元。亿美元。l20世纪是微电子的世纪，世纪是微电子的世纪，21世纪将是光子的世纪。世纪将是光子的世纪。2022-1-1412l21400亿美元1400亿美元1800亿美元1800亿美元4500亿美元4500亿美元0 010001000200020003000

9、300040004000500050001998年1998年2000年2000年2010年2010年2022-1-1413光子光子l现代信息技术的发展是与电子和光子学科与技术的发展密切相关的，光子现代信息技术的发展是与电子和光子学科与技术的发展密切相关的，光子作为信息和能量的载体，产生了作为信息和能量的载体，产生了信息光子学和能量光子学信息光子学和能量光子学;l信息光子学和能量光子学都在按自己的规律和市场需求向前发展，形成了信息光子学和能量光子学都在按自己的规律和市场需求向前发展，形成了一个现代光电子学科和光电子产业一个现代光电子学科和光电子产业;l电子技术和光子技术电子技术和光子技术 的相配

10、合衍生的光电子技术是未来信息技术的核心的相配合衍生的光电子技术是未来信息技术的核心并将在众多科学技术领域中起领军作用。并将在众多科学技术领域中起领军作用。 信息光子学信息光子学能量光子学能量光子学能量的载体能量的载体信息的载体信息的载体2022-1-1414l光电子信息产业是适应未来社会发展的战略光电子信息产业是适应未来社会发展的战略产业。产业。 l作为信息和能量载体的光电子，在信息的光作为信息和能量载体的光电子，在信息的光显示、光存储和激光上，已经形成了新兴的显示、光存储和激光上，已经形成了新兴的光电子工业，对人类社会的经济建设、社会光电子工业，对人类社会的经济建设、社会变革、国家安全乃至整

11、个社会发展起着难以变革、国家安全乃至整个社会发展起着难以估量的关键作用。估量的关键作用。 l光电子信息产业是未来国际竞争的制高点光电子信息产业是未来国际竞争的制高点 。 2022-1-1415l光电子科学在科学技术的发展中起着巨光电子科学在科学技术的发展中起着巨大的推动作用；光电子科学技术涵盖众大的推动作用；光电子科学技术涵盖众多学科与技术多学科与技术 ：光子学光子学光学和光学工程光学和光学工程 电子学和电子学和微电子技术微电子技术 材料科学和技术材料科学和技术 计算机科学技术计算机科学技术 生命科学及技术生命科学及技术 2022-1-1416l谁在光电子产业方面取得优势，谁就将在谁在光电子产

12、业方面取得优势，谁就将在21世纪的尖端世纪的尖端科技中夺魁。科技中夺魁。项目项目 内容内容 最大的功率、最大的功率、能量密度能量密度 激光输出脉冲功率已经超过激光输出脉冲功率已经超过13PW=l3X1015W;聚焦强度达聚焦强度达l05PW/cm2;可产可产生亿度以上的高温。能焊接、加工和切割最难熔的树料生亿度以上的高温。能焊接、加工和切割最难熔的树料 最低的温度最低的温度 激光冷却可将原子冷到激光冷却可将原子冷到20nk，接近绝对零度，接近绝对零度;量子冷却到基态，为量于光学量子冷却到基态，为量于光学和量于力学的实验研究准备了条件；量子计算机将是能力最大的计算机和量于力学的实验研究准备了条件

13、；量子计算机将是能力最大的计算机 最短光脉冲最短光脉冲 在在780nm已产生已产生4fs脉冲，等于该波长光脉冲，等于该波长光1.5个周期进入强场物理领域个周期进入强场物理领域 最密的最密的刻划刻划 制造最小的光机电一体化设备；加工最小光学和机械零件从微米到几十微米，集成制造最小的光机电一体化设备；加工最小光学和机械零件从微米到几十微米，集成光机电一体化系统可小到几毫米光机电一体化系统可小到几毫米;大规模集成线路的线宽已达大规模集成线路的线宽已达0.8um；已研制成功；已研制成功0.13um的集成电路的集成电路;最大的信息量最大的信息量 已达到已达到3T目标；通信传输容量已达目标；通信传输容量已

14、达Tbit/s，运算速率已达运算速率已达Tbit/s，三维立体存储密度达，三维立体存储密度达Tbit/cm3。最保密的最保密的通信系统通信系统 光量子通信是最安全的通信系统光量子通信是最安全的通信系统;在常规的通信线路上进行量子保密通信，通信距离已达在常规的通信线路上进行量子保密通信，通信距离已达55km 2022-1-1417l光电子科学技术使国防军事具光电子科学技术使国防军事具有快速反应和准确攻击的能力，有快速反应和准确攻击的能力，是国防军事现代化的重要支柱。是国防军事现代化的重要支柱。近近10年来规模较大的局部战争年来规模较大的局部战争及其应用光电子技术的情况：及其应用光电子技术的情况：

15、NoImageNoImageNoImage2022-1-1418l1991年初的海湾战年初的海湾战争，以美国为首的争，以美国为首的多国部队首先用卫多国部队首先用卫星上的光电遥感仪星上的光电遥感仪器获取了伊拉克和器获取了伊拉克和科威特境内的地面科威特境内的地面部署情报，战争中部署情报，战争中采用装备了红外前采用装备了红外前视仪和激光制导航视仪和激光制导航弹的飞机进行夜袭，弹的飞机进行夜袭，取得了惊人的效果。取得了惊人的效果。2022-1-1419l19951996年的波黑年的波黑战争，其出动的飞机战争，其出动的飞机装备了夜间低空导航装备了夜间低空导航和目标侦察红外系统和目标侦察红外系统等光电装备

16、构成对塞等光电装备构成对塞族的很大威胁。族的很大威胁。2022-1-1420l前几年的科索沃战争，在前几年的科索沃战争，在战争中应用大量光电子技战争中应用大量光电子技术，如用于武器控制的光术，如用于武器控制的光电精确制导电精确制导(红外制导，电红外制导，电视制导，灵巧炸弹等视制导，灵巧炸弹等)，造，造成惨重破坏以上充分反成惨重破坏以上充分反映光电子高新技术的奇特映光电子高新技术的奇特威力。威力。红外制导及灵巧炸弹红外制导及灵巧炸弹2022-1-1421l激光核聚变不仅可以作为未来能源，激光核聚变不仅可以作为未来能源，它还有重要的军事应用价值。它可它还有重要的军事应用价值。它可以模拟氢弹的爆炸过

17、程，代替既费以模拟氢弹的爆炸过程，代替既费钱又不安全的空中或地下核试验，钱又不安全的空中或地下核试验，来改进核武器的性能。来改进核武器的性能。激光核聚变装置示意图激光核聚变装置示意图2022-1-1422l光电子技术为军事提供既快又光电子技术为军事提供既快又准的信息。目前激光致盲武器准的信息。目前激光致盲武器已装备部队，舰载和机载激光已装备部队，舰载和机载激光反导武器已开始走出实验室。反导武器已开始走出实验室。战术防空和战区防御激光武器战术防空和战区防御激光武器可望在可望在21世纪初初步达到实战世纪初初步达到实战要求。要求。l光电子科学技术已经成为信息光电子科学技术已经成为信息时代军事技术的一

18、个重要支柱。时代军事技术的一个重要支柱。2022-1-1423l激光热核聚变激光热核聚变2022-1-1424l 光电子产业是光电子产业是21世纪市场潜力巨大、产世纪市场潜力巨大、产值迅猛增长的高新技术支柱产业。值迅猛增长的高新技术支柱产业。 l 光电子产业将成为光电子产业将成为21世纪世界上最重要世纪世界上最重要的产业之一，并成为衡量一个国家经济的产业之一，并成为衡量一个国家经济发展和综合国力的重要标志。发展和综合国力的重要标志。l 近阶段光子学在下述近阶段光子学在下述6个方向取得重大个方向取得重大的进展，并展示其应用的光明前景，给的进展，并展示其应用的光明前景，给21世纪光电子产业带来巨大

19、发展潜力。世纪光电子产业带来巨大发展潜力。2022-1-1425l半导体超晶格材料和量半导体超晶格材料和量子阱结构与器件的研究子阱结构与器件的研究得到了迅速发展。得到了迅速发展。l例如使量子阱激光器的例如使量子阱激光器的阈值电源电流密度已降阈值电源电流密度已降到到l0-4/cm2 量级，极大量级，极大地降低了功耗地降低了功耗;量子阱超量子阱超晶格材料由于存在室温晶格材料由于存在室温激子，使量子效应器件激子，使量子效应器件具有重要的非线性光学具有重要的非线性光学特性，据此可制作光开特性，据此可制作光开关、光存储、光逻辑等关、光存储、光逻辑等多种功能的量子效应器多种功能的量子效应器件。件。耦合式耦

20、合式GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器结构多量子阱红外探测器结构 2022-1-1426l 由于谐振量子电由于谐振量子电动力学效应的发动力学效应的发现和垂直腔面发现和垂直腔面发射二维激光器的射二维激光器的问世使谐振腔理问世使谐振腔理论和器件取得突论和器件取得突破性的进展，可破性的进展，可使在使在lcm2的芯片的芯片上制作上制作100万个激万个激光器成为可能。光器成为可能。2022-1-1427l垂直垂直准直光束输出准直光束输出内置内置ALGaN/GaN分布式布拉格反射镜分布式布拉格反射镜量子阱量子阱InGaN激活介质激活介质P-GaNTi/Al/Au环接触环接触分布式布拉格反射镜分布式布

21、拉格反射镜SiO2绝缘层Ti/Aln-接触电流传播层电流传播层2022-1-1428l其阈值电流可降至几十微安，这其阈值电流可降至几十微安，这将完全改变目前激光器大体积、将完全改变目前激光器大体积、高能耗、低效率的状况，从而产高能耗、低效率的状况，从而产生难以估量的影响。又如垂直腔生难以估量的影响。又如垂直腔面发射激光器列阵是光子学器件面发射激光器列阵是光子学器件在集成化上的一个突破。在集成化上的一个突破。l有利于发挥光子的并行操作能力，有利于发挥光子的并行操作能力，对光通信、图像信号处理、模式对光通信、图像信号处理、模式识别和神经网络、激光打印、光识别和神经网络、激光打印、光存储读存储读/写

22、光源、光互连和光显示写光源、光互连和光显示等方面起到从根本上改变面貌的等方面起到从根本上改变面貌的重大作用。重大作用。 2022-1-1429l垂直腔面发射激光器是光通信中的一种深具潜力的固垂直腔面发射激光器是光通信中的一种深具潜力的固体激光源，被称为新千年最重要的光通信器件。体激光源，被称为新千年最重要的光通信器件。l从光驱到多维光导网络，从从光驱到多维光导网络，从DVD播放器到动作感应装播放器到动作感应装置，从信息技术到工业生产乃至激光医疗等的应用中，置，从信息技术到工业生产乃至激光医疗等的应用中，VCSEL都能发挥出惊人的作用。都能发挥出惊人的作用。 2022-1-1430l 非线性导波

23、光学的发展非线性导波光学的发展l在光纤通信上导致几项重大在光纤通信上导致几项重大成果成果:l掺稀土光纤放大器掺稀土光纤放大器l光纤孤子通信光纤孤子通信l高密度波分复用高密度波分复用(DWD)技术技术l利光纤光栅技术利光纤光栅技术l采用上述技术的光通信系统，采用上述技术的光通信系统，传输速率可达传输速率可达100Gbit/s以上，以上，将加速全球信息高速公路的将加速全球信息高速公路的实现实现光波导光束分离光波导光束分离2022-1-1431l 最近光子晶体和光子材料有最近光子晶体和光子材料有了新进展和新突破；了新进展和新突破；l用光子晶体可制成各种光子用光子晶体可制成各种光子控制器件。控制器件。

24、l有机聚合物在光电子领域的有机聚合物在光电子领域的应用取得突破性进展。应用取得突破性进展。l例如第一个聚合物光子集成例如第一个聚合物光子集成回路也于两年前问世，可实回路也于两年前问世，可实现现1一一12个表面法线二维光个表面法线二维光互联。互联。光子晶体光子晶体2022-1-1432l 光子集成是光子集成是21世纪光子器件发展世纪光子器件发展的必然趋势。的必然趋势。l与集成电路的发展相似，本来的与集成电路的发展相似，本来的光子器件光子器件(无论是无论是III-V族半导体光族半导体光子器件、聚合物光子器件，还是子器件、聚合物光子器件，还是微光子器件和硅基光电子器件微光子器件和硅基光电子器件)也也

25、必然以集成为方向才能满足科技必然以集成为方向才能满足科技迅速发展的需要。迅速发展的需要。l利用二元光学方法，可逆行光学利用二元光学方法，可逆行光学功能集成，初步实现了分束、整功能集成，初步实现了分束、整形、阵列、校正、扫描、相干合形、阵列、校正、扫描、相干合成和光互连等功能。成和光互连等功能。2022-1-1433l在对光子的控制上在对光子的控制上,光的压缩态利用光光的压缩态利用光子数态是将噪音压子数态是将噪音压缩到低于量子噪声，缩到低于量子噪声，为超高精度、超微为超高精度、超微弱信号测量和保密弱信号测量和保密通信带来新的前景。通信带来新的前景。压缩态光场是指描述光频电磁场的某一正交分量起伏低

26、于标准量子极限。压缩态光场是指描述光频电磁场的某一正交分量起伏低于标准量子极限。目前对压缩态光场研究的重点集中在如何进一步提高其压缩度，向实用目前对压缩态光场研究的重点集中在如何进一步提高其压缩度，向实用化发展，并将它尽快应用于量子测量及量子信息等前沿学科。化发展，并将它尽快应用于量子测量及量子信息等前沿学科。将它用于连续变量的量子保密通讯。将它用于连续变量的量子保密通讯。山西大学压缩态光场实验装置山西大学压缩态光场实验装置2022-1-1434l光和光子进入人类活动舞台并己走进市光和光子进入人类活动舞台并己走进市场场l电和电子大家都很熟悉电和电子大家都很熟悉:电灯、电话、电灯、电话、电影、电

27、视、电子管、电子学电影、电视、电子管、电子学l光和光子在日常生活中也与我们密切相光和光子在日常生活中也与我们密切相关：黑暗的夜晚要有灯光，近视者要带关：黑暗的夜晚要有灯光，近视者要带眼镜，看远方物体要用望远镜，看微小眼镜，看远方物体要用望远镜，看微小物体要用显微镜物体要用显微镜-2022-1-1435l到到20世纪世纪60年代以后，光子学及其相关年代以后，光子学及其相关技术开始进入人类活动的舞台技术开始进入人类活动的舞台;l近近20多年逐步走进市场的如多年逐步走进市场的如:光笔，光光笔，光盘盘VCD、DVD，光纤通信，激光医疗，光纤通信，激光医疗，激光加工；办公自动化设备激光打印机、激光加工；

28、办公自动化设备激光打印机、扫描仪、传真机扫描仪、传真机;激光测距，激光制导，激光测距，激光制导，激光武器等。激光武器等。2022-1-1436l电学在电学在19世纪就以电气化的面貌世纪就以电气化的面貌推动着人类社会的进步，在推动着人类社会的进步，在20世世纪又以电子学和微电子学为龙头纪又以电子学和微电子学为龙头的学科技术将人类带入信息社会。的学科技术将人类带入信息社会。l20世纪世纪60年代激光问世了，激光年代激光问世了，激光的问世对光学及其它科学技术和的问世对光学及其它科学技术和社会生活产生了革命性的影响。社会生活产生了革命性的影响。l电学和光学是紧密相联的。电学电学和光学是紧密相联的。电学

29、(含电子学含电子学)和光学和光学(含光子学含光子学)在在表面看来是两个独立的学科。其表面看来是两个独立的学科。其实两者的内在联系非常密切实两者的内在联系非常密切。2022-1-1437l 近半个世纪以来，由于激光的发明近半个世纪以来，由于激光的发明,低损耗光纤的研制成功和半导体光电器件的低损耗光纤的研制成功和半导体光电器件的发展，使光学迅速进入近代高新技术舞台，并对近代科学技术和人类社会生活发展，使光学迅速进入近代高新技术舞台，并对近代科学技术和人类社会生活产生巨大的影响。产生巨大的影响。l光学在发展过程中出现了若干新的学科名称，如量子电子学、光电子学、光波光学在发展过程中出现了若干新的学科名

30、称，如量子电子学、光电子学、光波技术等。这些学科名称其本质和内涵是相容的，因此，国际上拟用覆盖学科范技术等。这些学科名称其本质和内涵是相容的，因此，国际上拟用覆盖学科范围更为广泛的光子学加以概括，如同电子学是发展到现阶段的电学那样。其对围更为广泛的光子学加以概括，如同电子学是发展到现阶段的电学那样。其对应的产业可名为光子产业或光电子产业。应的产业可名为光子产业或光电子产业。激光的发明激光的发明低损耗光纤的低损耗光纤的研制成功研制成功半导体光电器件半导体光电器件的发展的发展光学迅速进入近代高新技术舞台光学迅速进入近代高新技术舞台2022-1-1438l1960年年5月月15日，休斯公司的年日，休

31、斯公司的年轻的美国物理学家梅曼在实验轻的美国物理学家梅曼在实验中的重要发现。中的重要发现。l他的实验装置里有一根人造红他的实验装置里有一根人造红宝石棒。突然，一束深红色的宝石棒。突然，一束深红色的亮光从装置中射出，它被命名亮光从装置中射出，它被命名为为Laser，是英文，是英文“受激辐射光受激辐射光放大放大”大缩写，这就是激光。大缩写，这就是激光。l激光和激光器的问世，被称为激光和激光器的问世，被称为20世纪最重大的科学发现之一。世纪最重大的科学发现之一。 Theodore Harold Maiman Born Jul 11 1927 2022-1-1439l1光与光子学光与光子学电与电子学电

32、与电子学属性属性电子电子光子光子波长波长3cm30cm500nm频率频率10MHz10GHz500THz能量能量40nev40pev2ev传输损失传输损失高（铜线高（铜线中）中）低（光纤低（光纤中）中）粒子相互粒子相互作用作用高高无（低）无（低）2022-1-1440l2性性 能能光子器件光子器件电子器件电子器件信息载体特性和信息载体特性和传输方式传输方式玻色子玻色子, ,中性中性, ,具有具有时间可逆性，无空时间可逆性，无空间局域性，在自由间局域性，在自由空间或光纤中传输空间或光纤中传输费米子，带基本电荷费米子，带基本电荷，具有时间不可逆性，具有时间不可逆性和空间局域性，无线和空间局域性，无

33、线电波在自由空间或金电波在自由空间或金属导体中传输属导体中传输信息处理速度信息处理速度开关速度开关速度响应时间响应时间并行处理能力并行处理能力通道传输能力通道传输能力10-12 s - 10-15s(ps-fs)光子不带电荷光子不带电荷, ,传输时传输时不产生相互作用，有不产生相互作用，有高度的平行处理能力高度的平行处理能力10-11 s平行处理能力差平行处理能力差2022-1-1441l3频率（频带宽度频率（频带宽度和信息容量）和信息容量）3 3 10101111 - - 6 6 10101616 Hz Hz10001000倍以上，高倍以上，高4545个个数量级数量级3108-31011Hz

34、传输速度传输速度光波在真空中传输速光波在真空中传输速度为光速，不受度为光速，不受RCRC时时间常数限制间常数限制无线电波特别在金无线电波特别在金属导线传输，则受属导线传输，则受RCRC时间常数限制时间常数限制抗干扰能力抗干扰能力无电磁干扰无电磁干扰抗干扰能力差抗干扰能力差信息存储能力信息存储能力可实现三维光存储可实现三维光存储磁存储磁存储光子器件光子器件电子器件2022-1-1442l信息科技和产业的发展，对光信息科技和产业的发展，对光子学技术的需求与日俱增，必子学技术的需求与日俱增，必然促进光于子业的迅速形成和然促进光于子业的迅速形成和迅猛发展。迅猛发展。l尽管光子学有着如此巨大的发尽管光子

35、学有着如此巨大的发展潜力，但作为系统和整机，展潜力，但作为系统和整机，作为光电转换的诸多应用，电作为光电转换的诸多应用，电子学和电子技术仍将起着巨大子学和电子技术仍将起着巨大的作用。的作用。l光子学与电子学将更加紧密合光子学与电子学将更加紧密合作、互为补充、相互促进，把作、互为补充、相互促进，把未来信息社会推向新的发展阶未来信息社会推向新的发展阶段。段。2022-1-1443l光子技术是主要研究光光子技术是主要研究光(特别是相干光特别是相干光)的产生、传输、控制和探测的科学技术。的产生、传输、控制和探测的科学技术。l通过光子技术将光子学的研究成果转化通过光子技术将光子学的研究成果转化为生产力，

36、发展多层次和多类型的光子为生产力，发展多层次和多类型的光子产业。产业。l光电子技术的进一步产业化必须建立坚光电子技术的进一步产业化必须建立坚实的技术基础。实的技术基础。2022-1-1444(1),作为光子产生、控制作为光子产生、控制的激光技术的激光技术各种激光装置的设计制各种激光装置的设计制造技术、光放大技术、造技术、光放大技术、光调制、光开关、光滤光调制、光开关、光滤波、光耦合、光稳频、波、光耦合、光稳频、光变频、光锁模、光限光变频、光锁模、光限模、光调制与解调等技模、光调制与解调等技术。术。2022-1-1445lCoherent公司与美国宇航公司与美国宇航局喷气喷射实验室合作共局喷气喷

37、射实验室合作共同研制成第一台兆兆赫激同研制成第一台兆兆赫激光器，这台激光器将送往光器，这台激光器将送往太空。频率为太空。频率为2.5兆兆赫辐兆兆赫辐射源辐射功率为射源辐射功率为31兆瓦，兆瓦，重量只有重量只有21千克的激光器，千克的激光器，它在太空轨道上的工作期它在太空轨道上的工作期限应超过限应超过5年。年。 l研究地球大气低层化学成研究地球大气低层化学成分的第一颗卫星，卫星上分的第一颗卫星，卫星上的激光振荡器研究大气中的激光振荡器研究大气中会破坏地球臭氧层的氢氧会破坏地球臭氧层的氢氧基分布状况。基分布状况。 2022-1-1446l光纤制作与应用技光纤制作与应用技术、有源利无源光术、有源利无

38、源光波导技术、光纤通波导技术、光纤通信网及相关的光电信网及相关的光电器件、光纤传感技器件、光纤传感技术、非线性聚合物术、非线性聚合物波导互联技术。波导互联技术。l单通道传送速度为单通道传送速度为2.5Gbit/秒秒（上图）（上图）l不用镜头便可将光不用镜头便可将光线传送到光纤线传送到光纤 （下图）（下图）2022-1-1447l激光收发器模块输出的信号激光收发器模块输出的信号通过单一模式的光纤发送到通过单一模式的光纤发送到接收端，然后用示波器来测接收端，然后用示波器来测定接收到的激光波形。定接收到的激光波形。l在激光收发器模块中使用了在激光收发器模块中使用了振幅为振幅为1310nm的的VCSE

39、L。演示证实最大传输距离为演示证实最大传输距离为17km。初步设想的用途为。初步设想的用途为支持支持10Gbit/秒的秒的SONET/SDH（OC-192）和）和以太网等领域。以太网等领域。 2022-1-1448l作为光子探测和作为光子探测和分析的光子检测分析的光子检测技术光谱分析技技术光谱分析技术、激光光谱技术、激光光谱技术、光计量技术、术、光计量技术、光电探测技术和光电探测技术和遥感技术。遥感技术。2022-1-1449l量子加密通信使用光的最小量子加密通信使用光的最小单位单位光子进行数据交换。光子进行数据交换。0和和1的位串被转换成光子状的位串被转换成光子状态。光子通过光纤发送，在态。

40、光子通过光纤发送，在接收端检测光子，再转换成接收端检测光子，再转换成0和和1的位串。的位串。l（1）采用适合长距离光传）采用适合长距离光传输的输的1550nm长波段、（长波段、（2）提高光子检测器的精度，成提高光子检测器的精度，成功地实现了长途传输。在功地实现了长途传输。在2000年的传输距离为年的传输距离为1km，2002年中期达到了年中期达到了59km。 2022-1-1450l使用量子加密通信的特点是，即使光子使用量子加密通信的特点是，即使光子在传输线路中被窃听也不存在被解密的在传输线路中被窃听也不存在被解密的可能性，并且还可以检测出是否有人试可能性，并且还可以检测出是否有人试图窃听光子

41、信号。不过由于传输速度很图窃听光子信号。不过由于传输速度很慢，最快也只有数慢，最快也只有数kbps，因此目前比较，因此目前比较现实的还是将其用于密码密钥的交接。现实的还是将其用于密码密钥的交接。此次三菱电机以此次三菱电机以7.2bps的传输速度成功的传输速度成功进行了进行了87km的量子加密通信的量子加密通信。 2022-1-1451l光计算技术、光互连、光计算技术、光互连、光神经网络、光学模光神经网络、光学模拟运算、光信息处理、拟运算、光信息处理、激光雷达、激光测距、激光雷达、激光测距、光制导和光陀螺。光制导和光陀螺。光陀螺光陀螺2022-1-1452l作为光子存储信息的作为光子存储信息的光

42、存储技术光存储技术:磁光记录、磁光记录、三维存储技术、发展三维存储技术、发展短波长激光器件。短波长激光器件。010101001001001001012022-1-1453l无源液晶显示、有无源液晶显示、有源液晶显示、电致源液晶显示、电致发光、场致发光、发光、场致发光、等离子体平面、阴等离子体平面、阴极射线管、三维全极射线管、三维全息显示、激光投影息显示、激光投影显示、硅芯片上液显示、硅芯片上液晶显示等。晶显示等。LCOS2022-1-1454l激光材料加工处理、激光材料加工处理、激光分离同位素、激光分离同位素、激光热核聚变、光激光热核聚变、光诱导化学反应与气诱导化学反应与气相沉积、激光育种相沉

43、积、激光育种与遗传变异、激光与遗传变异、激光医学诊断与治疗。医学诊断与治疗。2022-1-14552022-1-1456l胶囊型内窥镜的问世胶囊型内窥镜的问世l最近国外出现一种最近国外出现一种，与一般的内，与一般的内窥镜比较，可完全避免窥镜比较，可完全避免病人在检查过程中所产病人在检查过程中所产生的苦痛。生的苦痛。l这种带有摄像机的胶囊这种带有摄像机的胶囊型内窥镜其直径型内窥镜其直径0.9cm，长长2.3cm，被病人吞下，被病人吞下后，可在食道、胃、十后，可在食道、胃、十二指肠、小肠、大肠等二指肠、小肠、大肠等处拍摄图像。处拍摄图像。2022-1-1457l胶囊型内窥镜完成摄像任务后，内窥镜胶

44、囊型内窥镜完成摄像任务后，内窥镜便随着排泄物排到体外。便随着排泄物排到体外。l胶囊型内窥镜使用胶囊型内窥镜使用CCD或或CMOS摄像机，摄像机，所需的电能由自身电池或从体外用微波所需的电能由自身电池或从体外用微波形式输送，其运行速度和方向等均可以形式输送，其运行速度和方向等均可以从体外来控制。从体外来控制。l所拍摄的图像也使用微波传送到体外的所拍摄的图像也使用微波传送到体外的控制装置里，使用记录、显示系统或打控制装置里，使用记录、显示系统或打印机获取图像。印机获取图像。2022-1-1458l1、光学圆盖、光学圆盖 l2、透镜固定环、透镜固定环l3、透镜、透镜 l4、照明发光二极管、照明发光二

45、极管 l5、互补金属氧化物半导、互补金属氧化物半导体成像器体成像器 l6、电池、电池 l7、专用集成电路、专用集成电路l 8、天线、天线胶囊型内窥镜结构胶囊型内窥镜结构2022-1-1459l光、机、电微系统集成光、机、电微系统集成在一个胶囊内在一个胶囊内l“胶囊胶囊”被患者吞服后被患者吞服后就会随着消化道的不断就会随着消化道的不断蠕动向前推进，通过微蠕动向前推进，通过微型摄像机拍摄数字图像，型摄像机拍摄数字图像，并通过微波技术把照片并通过微波技术把照片传送出来，传送出来，8小时内能小时内能向数据记录仪传送近向数据记录仪传送近5-6万幅图片。万幅图片。2022-1-1460l医生可通过体外遥医

46、生可通过体外遥控控“胶囊胶囊”旋转方旋转方向、镜头焦距、喷向、镜头焦距、喷药仓和取活检仓阀药仓和取活检仓阀门等。门等。 l这种胶囊照相机的这种胶囊照相机的造价在造价在100美元左右，美元左右，而用于遥控和监视而用于遥控和监视的仪器及相应软件的仪器及相应软件包的价格大约万包的价格大约万多美元。多美元。2022-1-1461l微光学、微电子、微机械的结合产生出一类新的应用范微光学、微电子、微机械的结合产生出一类新的应用范围很广的器件围很广的器件-微型光机电系统微型光机电系统(MOEMS) lMOEMS使光电子仪器朝微小型化、智能化与网络化方使光电子仪器朝微小型化、智能化与网络化方向发展使我们又面临

47、一个新的考验，也是我们光电子技向发展使我们又面临一个新的考验，也是我们光电子技术发展的一个机遇。术发展的一个机遇。 MOEMS的构成的构成MOEMS2022-1-1462lMOEMS技术与其技术与其相应的微电子机械相应的微电子机械系统（系统（MEMS）技）技术不同，术不同，MOEMS技术是受当代光学技术是受当代光学产业迅速发展的推产业迅速发展的推动，而动，而MEMS则主则主要是通过传统的半要是通过传统的半导体工艺的应用和导体工艺的应用和进展而得到发展。进展而得到发展。 微光机电系统技术微光机电系统技术2022-1-1463l由于微系统和器件微型化领由于微系统和器件微型化领域的产业需求，导致微光

48、学域的产业需求，导致微光学和微电子学相结合，实现微和微电子学相结合，实现微光学元件与微电子器件集成光学元件与微电子器件集成在同一基片上，而形成微光在同一基片上，而形成微光电子机械系统（电子机械系统（MOEMS）技术技术;lMOEMS技术具有微型化、技术具有微型化、智能化、重量轻、成本低、智能化、重量轻、成本低、高可靠、长寿命、批量生产、高可靠、长寿命、批量生产、军民两用等突出优点，它将军民两用等突出优点，它将导致光电子革命化，在未来导致光电子革命化，在未来几年内，几年内，MOEMS技术可望技术可望发展成为几十亿美元的产业。发展成为几十亿美元的产业。用于卫星导航探测的用于卫星导航探测的MOEMS

49、芯片芯片2022-1-1464l光电子产业的分类光电子产业的分类l光电子产业可分四大类产业：光电子产业可分四大类产业：l信息，能量，消费，军事。信息，能量，消费，军事。光电子产业光电子产业信息信息能量能量消费消费军事军事2022-1-1465l光电子材料与元件，传统光学光电子材料与元件，传统光学(光学器光学器材材)，光信息，光信息(光资讯光资讯)，光通信，激光器，光通信，激光器与激光应用。与激光应用。光电子材料与元件光电子材料与元件传统光学传统光学光信息光信息光通信光通信激光器与激光应用激光器与激光应用2022-1-1466l1工业 农业国防环保 科研 航空航天 医疗光电子产业光电子产业传统光

50、学产业传统光学产业光信息光信息(光资讯光资讯)产业产业光通信产业光通信产业激光产业激光产业(能量、医疗能量、医疗)光电子产业光电子产业光学材料与元件光学材料与元件激光器与激光系统激光器与激光系统光学加工光学加工电子技术电子技术电工技术电工技术光学镀膜光学镀膜光电集成光电集成计算机自计算机自动化技术动化技术应用应用玻璃熔炼晶体玻璃熔炼晶体生长各种材料生长各种材料制备工艺制备工艺工工艺艺技技术术2022-1-1467l1光电材料光电材料与元件与元件平面显示元件平面显示元件液晶显示器件液晶显示器件发光二极管列阵显示器件发光二极管列阵显示器件荧光屏荧光屏电致发光显示器件电致发光显示器件等离子体显示器等

51、离子体显示器光电元器件光电元器件发光二极管发光二极管光探测元件（含光传感器）光探测元件（含光传感器）太阳电池太阳电池光子材料光子材料特种光学玻璃特种光学玻璃特种光学塑料特种光学塑料特种光学晶体特种光学晶体特种光学材料特种光学材料光子晶体光子晶体光学器材产光学器材产业业望远镜望远镜显微镜显微镜照相机照相机(4)光学检验及测量仪器光学检验及测量仪器(5)透镜、反射镜等透镜、反射镜等2022-1-1468l2光信息光信息（光资讯）（光资讯） 产业产业光输入和光输入和 输出设备输出设备图像扫描仪图像扫描仪表格阅读机表格阅读机文字识别机文字识别机条码扫描仪条码扫描仪数码照相机数码照相机激光打印机激光打印

52、机复印机复印机传真机传真机光存储光存储设备设备A.光盘机光盘机B.光卡机光卡机光存储光存储 介质介质A.CDB.VCDC.LDD.CD-ROME.MOF.DVDG.CD-RH.其他其他2022-1-1469l3光通信光通信 产业产业系统和系统和 设备设备光纤传输设备光纤传输设备光纤区域网络设备光纤区域网络设备光纤通信检测与监控设备光纤通信检测与监控设备光纤信息施工设备光纤信息施工设备终端设备终端设备光纤光纤CATV系统系统元器件元器件单模、多模光纤单模、多模光纤光纤连接器光纤连接器光有源光有源 器件器件A.光放大器光放大器B.光源光源光纤耦合器光纤耦合器C.光源光源探测耦合器探测耦合器光无源光

53、无源 器件器件A.光耦合器光耦合器B.光开关光开关C.光衰减器光衰减器D.光隔离器光隔离器E.分光器分光器F.波分复用器等波分复用器等2022-1-1470l4激光器激光器与与 激光应激光应用用激光器激光器半导体激光器半导体激光器CO2激光器激光器固体激光器固体激光器气体激光器气体激光器染料激光器染料激光器准分子激光器准分子激光器激光应用激光应用激光工业应用激光工业应用激光医疗应用激光医疗应用激光军事应用激光军事应用科研应用科研应用2022-1-14712022-1-1472l5现现 状状发展趋势发展趋势国国 内内国国 外外尚处于起步阶段，发展尚处于起步阶段，发展不平衡。特点：不平衡。特点：研

54、究项目少，产研究项目少，产 品种类不多品种类不多引进设备加工产品引进设备加工产品 , ,但产品档次不高但产品档次不高光纤通信引进设备光纤通信引进设备 , ,系统及元器件多系统及元器件多, , 接近国外水平。也接近国外水平。也 有国产元器件、系有国产元器件、系 统和设备，但品种统和设备，但品种 不全。一些生产设不全。一些生产设 备逐步国产化备逐步国产化发展阶段。特点：发展阶段。特点：产品更新换代快产品更新换代快小企业多小企业多, ,竞争剧竞争剧 烈烈科研成果多，发展科研成果多，发展 余地大余地大发展规模，管理模发展规模，管理模 式尚无定论式尚无定论国家规划发展，控国家规划发展，控 制核心技术制核

55、心技术继续向高精继续向高精 尖技术方向发尖技术方向发 展展技术综合和技术综合和 密集程度不断密集程度不断 提高提高产品不断面产品不断面 向世界市场，向世界市场， 以合作求发展以合作求发展2022-1-1473l1产产 业业产品名称产品名称现现 状状发发 展展 趋趋 势势国国 内内国国 外外光电材光电材 料与元料与元 件产业件产业单晶硅单晶硅砷化镓砷化镓2英寸英寸4、8英寸英寸12、16、21英寸英寸LED 红色红色500mcd蓝色研制蓝色研制各种颜色各种颜色大于大于1000mcd发展多种应用发展多种应用白光照明白光照明平面显示器件平面显示器件PDPFEDELLEDVFDTFT-LCDPDPFE

56、DELLEDVFDLCDOS在硅芯片上的液晶微在硅芯片上的液晶微反射式投影技术反射式投影技术上海与美国上海与美国Auiora Systems公司合资成公司合资成立上海华显公司立上海华显公司特点：高分辨率、低特点：高分辨率、低成本、图像亮度高、成本、图像亮度高、重量轻、耗电省、价重量轻、耗电省、价格便宜格便宜2022-1-1474l2光学器光学器材产业材产业照相机照相机传统相传统相机，数机，数码相机码相机研制研制数 码 相 机 ，数 码 相 机 ，自动相机自动相机（90万万-150万万像素）像素）数码相机的应数码相机的应用提高分辨率用提高分辨率（600万像素万像素以上）以上）光谱仪光谱仪光栅光栅

57、棱镜棱镜OMAOSA与数字技术与数字技术结合，有数结合，有数据处理功能据处理功能 光 信 息光 信 息（光资讯）（光资讯） 产业产业光盘光盘CVDDVDROMD V D 、 C P -RW、CD-R、CD-WMO-RW高密度高密度可擦写可擦写2022-1-1475l3现状产业产品名称国内国外发展趋势4光通信产业光纤石英多模光纤，单模光纤（G652）至今未形成高水平的大规模光纤生产 线 ， 90%靠进口，光缆价格受制于人。色散位移光纤（DSF）非零色 散 光 纤（NZDF）G655 光放大器用掺杂光纤（Er，Te，Tu，Pr，Nd，）l 第二代 NZDF 拓宽至 1530-1620nm 窗口 ，

58、 有 效 面 积 70m2。l 全波光纤（All wavefiber ） 提 供 1280-1680，400nm国内面临如何建立我国的光纤产业的问题：南京将建成年产 100 万公里的光纤生产基点；海南，天津将花 19 亿元引进生产线；但均未能引入先进的 OVD 法。2022-1-1476l4现状产业产品名称国内国外发展趋势光纤光缆已 敷 射 3千万公里600 万公里/年已敷设2 亿公里，增长速度5000 万公里/年2004 年全世界亿公里/年。中国 1300 万公里/年。市场需要量大光通信产业光发送机及接收机DFBPIN 光电二极管DFB，DBR，ZYG10Gb/s 模块，集成光接收机OEIC

59、 集成多波长多功能光发送机，FGL光纤光栅外腔 LD，DBR+34 节 FG （波长高度稳定）2022-1-1477l5现状产业产品名称国内国外发展趋势波分复用器件WDM密集波分复用器件 DWDM40 路DWDM 的改进与提高光纤放大器（EDFA）EDFA 37nmWEDFA带宽4080nmWEDFA 联合传输码率 1Tb/s5Tb/s，全光交换光通信产业如 WEDFA80nm（波长间隔 0。8nm）同时放大 100 路的 DWDM，每路传输 10Gb/s，则一根光纤传送 100 路的总容量就是 10010Gb/s=1000Gb/s=1Tb/s2022-1-1478l6产业产品名称国内交换机市

60、场分析国内企业生产能力达 1329 万线，但 1997年仅销售 782 万线。合资企业 1380 万线，销售 1120 万线。年生产能力近 3000 万线，大大超过国内需求量竞争非常激烈。光通信产业移动电话市场分析我国移动通信的发展速度大大超过固定电话， 代表未来的方向。 若国产品牌能占有20%的市场将有 82 亿的产值。2022-1-1479l7激激光光产产品品泵浦泵浦LD2瓦瓦LD阵列阵列100瓦到千瓦瓦到千瓦大 功 率 全 固大 功 率 全 固化激光器化激光器光刻机光刻机0.5m0.18m0.13m发展发展倍 频 固 体 紫倍 频 固 体 紫外激光外激光X-射射线 光 刻 到线 光 刻 到0.0