促进光电子产业发展

推动光电子科技创新

促进光电子产业发展21世纪中国光电产业论坛科学技术部基础研究司马燕合博士科技创新已成为社会和经济发展的强大推动力。

正如江泽民同志所说：“科技的发展，知识的创新，越来越决定着一个国家、一个民族的发展进程。”“一个没有创新能力的民族难以屹立于世界先进民族之林。”

信息技术使得整个人类社会发生了深刻变化。网络正逐步成为人类全新的生产和生活方式的基础设施。对容量和速度越来越高的需求和科技的迅猛发展，推动着我们从微电子时代进入光电子时代和光子时代。现在光电子材料与器件的发展日新月异，应用越来越广泛，在信息的获取、传输、存储、显示等方面尤为突出，其科研和产业化发展非常迅速，对人类进步起到了关键促进作用。近年来，光电子技术不断取得突破。光电子材料及器件技术正处在一个新概念、新结构、新方法、新技术层出不穷的极为活跃的发展期。动力主要来自不断突破信息网络和高速信息处理瓶颈问题的需求牵引。

发展信息光电子技术要靠新思想、新概念、新原理；要不断地推出新结构、新材料、新器件；同时注重工艺技术的突破和创新。工艺技术落后是严重制约我国信息光电子技术发展的瓶颈。要以关键器件来带动工艺技术水平上台阶。加快关键器件目标产品开发，并加速推进其产业化，提示产业竞争力。

（一）新型光电子材料及相关基础材料、关键设备和特种光电子器件(二)通信光电子材料、器件与集成技术（三）面向信息获取、处理、利用的光电子材料与器件（一）新型光电子材料及相关基础材料、

关键设备和特种光电子器件低维度化和高精度控制由体材料发展到薄层、超薄层微结构材料，并正向纳米结构材料方向发展材料系统：由均匀到非均匀

由线性到非线性

由平衡态到非平衡态材料生长制备：控制精度向单原子单分子尺度发展发展趋势（一）新型光电子材料及相关基础材料、

关键设备和特种光电子器件目前我国用于光电子研究和产业的基础材料和关键设备大部分依赖进口，大部分核心技术没有掌握。但经过多年努力，已经具备了一定的研发基础，部分工作成果甚至进入了国际前列。重要的是造就了一支充满活力的研究队伍，催生了一批相关的高科技企业。发展现状（一）新型光电子材料及相关基础材料、

关键设备和特种光电子器件

我国在新型光电子材料及相关基础材料、关键设备领域的知识产权状况并不令人乐观。衬底材料、气源、生长设备等大都需要进口，优势资源利用效率不高。急需加大创新力度，争取更多的自主知识产权，才有健康的产业发展。主要差距（一）新型光电子材料及相关基础材料、

关键设备和特种光电子器件

1、光电子基础材料与关键设备

2、新型半导体材料及器件技术

3、人工晶体和全固态激光器技术

4、光电子材料的微观结构设计、性能预测与评价技术研究重点和关键技术新型MO源MO源高高效生产产工艺和和检测技技术高纯氨（（>5.5N））和高纯纯硅烷的的纯化和和生产技技术生产型MOCVD设备备研制可用于ⅢⅢ族氮化化物生长长的大尺尺寸低位位错密度度ZnO，SiC、GaN等等自支撑撑衬底和和柔性衬衬底制备备（含抛抛光）技技术研究重点和关键技术1、光电电子基础础材料与与关键设设备研究重点和关键技术2、新型型半导体体材料及及器件技技术研制从红红外到可可见光波波段的激激光器、、探测器器、光学学生物传传感等方方面应用用的新材材料、新新器件。。(1)ⅢⅢ族氮氮化物材材料与器器件技术术(2)半半导体体微结构构材料与与激光器器技术(3)化化合物物半导体体材料技技术(4)有有机光光电子材材料技术术(5)硅硅基光光电子材材料与器器件技术术研究重点和关键技术3、人工工晶体和和全固态态激光器器技术(1)人人工晶晶体和全全固态激激光器技技术（2）短波长新新型非线线性光学学晶体材材料和全固固态激光光器（3）大功率808nm光纤纤耦合模模块产业业化技术和和应用技技术（4）瓦级红、、蓝全固固态激光光器产业业化技术和和应用技技术研究重点和关键技术4、光电电子材料料的微观观结构设设计、性性能预测测与评价价技术微观结构构与材料料性能的的关系材料与器器件的评评价表征征原理和和技术材料设计计与性能能预测(二)通通信光电电子材料料、器件件与集成成技术1、光纤纤通信网网络系统统

2、、集成技技术3、光通通信关键键光电子子器件4、通通信光纤纤规模生生产工艺艺技术和和新型通信信光纤及及特种光光纤发展趋势1、光纤纤通信网网络系统统高速、大大容量光光纤通信信系统高速光同同步数字字复用系系统(SDH/SONET)密集波分分复用(DWDM)系系统全光网络络系统(AON)发展现状和趋势密集波分分复用(DWDM)系系统优越性：超大容量量对数据格格式“透透明””系统升级级容易可与全光光网络兼兼容2、集成成技术发展现状和趋势（1）光光电集成成芯片(OEIC)（（2）光子子集成芯芯片(PIC)

（3）微光光电机械械芯片（（MOEMS））（1）光光电集成成芯片(OEIC)OEIC包括单单片集成成和混合合集成两两种形式式。单单片集集成是将将半导体体激光器器/探测测器等光光电子器器件及其其驱动电电路集成成在一个个晶片上上，形成成具有电电驱动、、光发射射和光功功率监测测等功能能的集成成芯片，，在光通通信领域域中的典典型应用用为单片片集成光光发射机机和单片片集成光光接收机机。混混合集集成OEIC是是在不同同的衬底底上分别别制作高高性能的的光电子子器件和和微电子子电路，，然后将将二者紧紧密拼装装在一起起。混合合集成OEIC的工艺艺实现相相对来说说较为容容易，是是单片集集成OEIC的的重要补补充。长长远远来看，，单片集集成OEIC是是实现高高速大容容量光通通信的根根本出路路，这是是因为它它省去了了大量的的后道组组装工序序和组装装成本，，最大限限度地消消除了封封装、引引线和连连线等寄寄生参量量影响，，可以实实现极高高的速率率。（2）光光子集成成芯片(PIC)技术术光子集成成芯片技技术包括括有源光子子集成无源光子子集成有源光子子器件与与无源波波导器件件集成（3）微微光电机机械芯片片（MOEMS）技术术微光电机机械芯片片通常是是指包含含一个以以上微机机械元件件的光系系统或光光电子系系统，其其应用可可遍及光光通信，，光显示示、数据据存贮、、自适应应光学和和光学传传感等多多个方面面。基基于MOEMS技术术的阵列列光开关关技术成成为全光光网络光光交叉连连接最有有前途和和希望的的关键光光电子器器件，世世界各大大电信设设备或器器件公司司都投入入巨资来来推动其其快速发发展并商商用。总总体来说说，目前前国外MOEMS光开开关阵列列尚未完完全商用用化。3、光通信关关键光电子器器件各种通信光电电器件是高速速、大容量光光纤通信系统统的基础和核核心。器件综合性能能（先进性、、实用性、可可靠性、经济济性）决定其其竞争力。光电子器件发发展速度远远远高于光纤通通信系统本身身。各类光电子器器件在系统价价格中所占有有的比例已超超过50%。。发展现状和趋势3、光通信关关键光电子器器件通信光电子器器件已进入高高速发展时期期，从量变正正进入到质变变的过程。新新技术、新材材料、新工艺艺不断被采用用，如MOCVD/MBE/CBE的半导体材材料生长技术术、FHD/PECVD平面波导的的制作技术、、单片集成和和光电集成技技术、光学多多腔干涉窄带带滤光片技术术、光电子器器件的晶片倒倒装(Flip-Chip)技术、、微光机电系系统(MOEMS)技术术等等。新型型器件不断涌涌现，质和量量的需求急剧剧增加。发展现状和趋势(1)多波波长光源(2)光放放大器(3)密集集波分复用/解复用器件件(4)色散散补偿和偏振振模色散补偿偿器件(5)全光光网络器件(6)光接接入网中的关关键器件发展现状和趋势(1)多波波长光源分为波长可调调谐光源和单单片集成多波波长光源。波长可调谐光光源是DWDM网络系统统、全光网络络系统的重要要器件。目前前研究较多的的是基于AWG和EDFA的波长可可调谐环行激激光器、多电电极DFB波波长可调谐激激光器和DFB波长可调调谐激光器等等。发展现状和趋势(2)光放放大器主要包括光纤纤放大器和半半导体激光放放大器光纤放大器是是新一代光纤通通信系统必不不可少的关键键器件。实用用化并大量应应用于实际网网络系统当中中的是掺铒光光纤放大器(EDFA)。目前的研研究热点是超超宽带EDFA(总带宽宽超过80nm)、分布布式Raman光纤放大大器以及相关关高功率的泵泵浦激光器和和系列光无源源器件。半导体激光放放大器由于体积小、、增益带宽宽宽、性能价格格比高、独特特的非线性特特性等特点，，越来越受到到人们的重视视，有望成为为在城域网和和全光网中与与光纤放大器器相抗衡的关关键器件。发展现状和趋势(3)密集集波分复用/解复用器件件密集波分复用用/解复用器器件主要完成多波波长光信号的的复用/解复复用的功能，，通常主要采采用多层介质质薄膜滤波器器、光纤光栅栅滤波器和阵阵列波导光栅栅(AWG)等三种技术术来制作。多层介质薄膜膜滤波器光纤Bragg光栅基于SiO2/Si和Polymer技术的AWG复用用器件发展现状和趋势(4)色散散补偿和偏振振模色散补偿偿器件高速光传输系系统是色散受受限系统。要要延长高速系系统的传输距距离，必须对对传输光信号号进行色散补补偿和偏振模模色散补偿。。补偿器件技术术种类很多，，其中无源器器件补偿技术术研发较为活活跃，比如色色散补偿光纤纤、虚拟成像像相位阵列(VIPA)、晶体双折折射器件等等等。发展现状和趋势(5)全光光网络器件全光上/下话话路分插复用用(OADM)技术光纤网的大信信息吞吐量和和高入网速率率只有通过实实时的光－光光交叉连接(OXC)才才是可行的。。其中最关键键的器件是高高速光开关阵阵列。高速光光开关关阵列列的问问题仍仍然没没有解解决，，仍是是研究究开发发的热热点。。此外，，全光光网络络中的的关键键光电电子器器件技技术还还包括括可调调光衰衰减器器、可可调光光滤波波器、、可调调谐激激光器器、光光波长长变换换器、、全光光再生生器等等等。。发展现状和趋势(6)光光接入入网中中的关关键器器件光网络络普及及需求求使低低成本本、小小型化化接入入网器器件成成为研研究热热点，，如光光收发发一体体模块块、单单纤双双向器器件、、大分分波比比光耦耦合器器件、、功率率分配配器等等。光收发发一体体模块块半导体体超薄薄层量量子阱阱材料料生长长技术术无致冷冷量子子阱半半导体体激光光器和和2.5Gb/s量量子阱阱DFB激激光器器等系系列产产品掺铒光光纤放放大器器(EDFA)介质膜膜滤光光片型型DWDM器件件发展现状和趋势4、通通信光光纤规规模生生产工工艺技技术和和新新型通通信光光纤及及特种种光纤纤光纤通通信发发展不不断对对光纤纤提出出了新新要求求。新新型通通信及及特种种光纤纤的发发展极极大地地推动动着光光纤通通信技技术的的跨越越式发发展。。光光纤预预制棒棒制造造技术术是光光纤制制造技技术的的核心心。中国没没有自自主知知识产产权的的光纤纤制造造技术术将是是我国国光纤纤产业业健康康发展展的巨巨大障障碍，，使我我们在在国际际竞争争中处处于劣劣势。。发展现状和趋势光电集集成(OEIC)、、光光子集集成(PIC)材料料和芯芯片关关键工工艺技技术的的研究究与开开发材料外外延技技术精确的的器件件建模模和电电路设设计技技术单片集集成电电路关关键加加工技技术器件隔隔离和和单片片集成成的散散热和和串扰扰问题题器件工工艺兼兼容性性和器器件可可靠性性问题题OEIC器器件高高速互互连和和封装装技术术研究重点和关键技术1、集集成光光电子子芯片片技术术光子集集成芯芯片关关键基基础工工艺技技术研研究与与开发发集成光光子器器件和和工艺艺的CAD和TCAD模模拟设设计及及软件件开发发无源平平面波波导材材料生生长和和器件件工艺艺技术术有源光光子集集成器器件的的非平平面材材料生生长和和器件件工艺艺技术术光子集集成器器件的的多光光纤耦耦合和和实用用化封封装技技术等等研究重点和关键技术1、集集成光光电子子芯片片技术术1)光收发发器件件解决光光收发发系统统用各各类器器件、、芯片片、组组件和和模块块自主主设计计制造造技术术和规规模化化生产产技术术各种速速率激激光器器和探探测器器制造造工艺艺技术术超高速速集成成电路路的设设计制制造技技术集成电电路、、光电电器件件和光光纤的的混合合集成成技术术研究重点和关键技术2、、光光通通讯讯关关键键光光电电子子器器件件2)光光放放大大和和色色散散补补偿偿器器件件光纤纤放放大大器器980nm/14xxnm泵泵浦浦激激光光器器实实用用化化关关键键技技术术用于于10Gb/s以以上上高高速速光光纤纤通通信信系系统统的的色色散散补补偿偿和和偏偏振振模模色色散散关关键键技技术术新型型宽宽带带色色散散补补偿偿和和偏偏振振模模色色散散器器件件研究重点和关键技术2、、光光通通信信关关键键光光电电子子器器件件3)密密集集波波分分复复用用/解解复复用用器器件件160通通道道DWDM系系统统用用的的MUX/DEMUX器器件件关关键键技技术术32通通道道MUX/DEMUX器器件件规规模模化化生生产产技技术术新型型MUX/DEMUX器器件件及及实实用用化化产产品品技技术术100GHz信信道道间间隔隔的的介介质质膜膜滤滤波波器器生生产产技技术术光学学梳梳状状滤滤波波器器（（Interleaver））目目标标产产品品的的结结构构设设计计微光光学学晶晶体体加加工工、、耦耦合合封封装装与与调调测测技技术术窄带带光光纤纤光光栅栅滤滤波波器器（（50GHz））写写入入、、封封装装技技术术研究重点和关键技术2、、光光通通信信关关键键光光电电子子器器件件4)全全光光网网络络节节点点器器件件全光光网网络络用用光光开开关关、、可可调调光光衰衰减减器器、、可可调调谐谐激激光光器器、、可可调调光光滤滤波波器器、、光光波波长长变变换换器器、、全全光光再再生生器器光分分组组交交换换和和高高速速光光互互连连关关键键技技术术和和器器件件研究重点和关键技术2、、光光通通信信关关键键光光电电子子器器件件5)光光接接入入网网用用低低成成本本器器件件光接接入入网网用用新新型型光光电电子子器器件件及及模模块块技技术术降低低光光电电子子器器件件成成本本、、实实现现规规模模化化生生产产光接入网网用155Mb/s至至2.5Gb/s光光接收/发射芯芯片小尺寸SFF封封装模块块规模化化生产技技术研究重点和关键技术2、光通通信关键键光电子子器件1)通通信光纤纤规模化化生产技技术管内法与与外沉积积技术结结合的光光纤预制制棒制造造新技术术（混合合工艺））外沉积光光纤预制制棒制造造新技术术研究溶胶-凝凝胶（Sol-Gel）合成成石英玻玻璃工艺艺技术研研究研究重点和关键技术3、通信信光纤生生产工艺艺技术和和新型通通信光纤纤及特种种光纤2)新新型通信信光纤和和特种光光纤满足ITU-T最新标标准的新新型通信信光纤研研制新一代多多模光纤纤新型色散散补偿光光纤与色色散管理理光纤稀土掺杂杂光纤高聚合物物光纤和和其它特特种微气气孔光纤纤或微结结构光纤纤等研究重点和关键技术3、通信信光纤生生产工艺艺技术和和新型通通信光纤纤及特种种光纤（三）面面向信息息获取、、处理、、利用的的光电子子材料与与器件1、超高高亮度全全色显示示材料与器件应应用技术术

2、、光存储储相关器器件与技技术3、光传传感技术术发展趋势1、超高高亮度全全色显示示材料与与器件件应用技技术显示技术术在信息息社会必必不可少少。目前前，最常常用的显显示器主主要依赖赖阴极射射线管（（CRT）技术术，如电电视机的的显像管管和计算算机的显显示管。。最近几几年大量量进入市市场的还还有笔记记本电脑脑用的液液晶显示示屏（LCD））与发光光二极管管（LED），，以及准准备进入入市场的的等离子子体显示示器（PDP））和小型型有机发发光二极极管（OLED）显示示摸块等等。人们们预测平平板显示示技术是是未来发发展方向向。发展现状和趋势1、超高高亮度全全色显示示材料与与器件件应用技技术LCD是是目前技技术最成成熟的产产品，由由日本掌掌握，进进一步开开发可以以与之匹匹敌的技技术困难难很大。。PDP技术术也相对对比较成成熟，也也由日本本掌握，，但除了了部分最最基本的的原始性性专利以以外，还还有大量量的专利利可以在在市场成成熟之前前开发。。发展现状和趋势1、超高高亮度全全色显示示材料与与器件件应用技技术平板显示示器主要要包括场场致电子子发射平平板显示示器（FED））和有机机发光平平板显示示器（OLED）。FED被被认为是是唯一可可以具备备CRT高质量量显示效效果的平平板显示示器。它它的技术术关键在在于制作作大面积积冷阴极极电子源源。按照照现在技技术发展展，未来来FED的市场场定位将将会填补补21-40英英寸的市市场空间间。发展现状和趋势1、超高高亮度全全色显示示材料与与器件件应用技技术OLED是另另一个非常活活跃的研究方方向，其发展展空间很大。。第一，采用用小分子的发发光材料无论论从目前使用用的薄膜材料料还是薄膜结结构，其发光光效率和色彩彩等都没有达达到全彩色的的要求。第二二，寿命还有有待延长。第第三，还没有有制作大面积积显示屏的技技术。第四，，柔性显示屏屏还有待开发发。以上两个个方向是可以以产生整套我我国自主知识识产权的方向向。发展现状和趋势2、光存储相相关器件与技技术光存储正沿着着CD-DVD-三维全息存储储的方向发展展。超高密度度和超快读取取速度的DVD将是下一一代高清晰电电视记录媒体体和下一代宽宽带信息网络络传输的记录录媒体，三维维全息存储技技术将提供TB级容量的的存储器件，，在大规模资资料存储中有有着重要意义义。发展现状和趋势2、光存储相相关器件与技技术半导体激光器器的成功开发发，使CD-ROM、VCD和DVD为代表的的数字光盘成成为当今多媒媒体信息时代代不可缺少的的存储技术之之一，已广泛泛应用于计算算机存储、数数字家电、广广播电视、车车载导航和电电子出版等领领域。发展现状和趋势2、光存储相相关器件与技技术650-630nm红光光激光器研制制开发，又将将CD技术推推向了DVD技术。使光光盘的存储容容量从650Mb增至4.7Gb，，图像分辩率率由280线线提高到500线，单片片的播放时间间也从75分分钟提高至135分钟。。发展现状和趋势2、光存储相相关器件与技技术针对日益增长长的数据存储储和处理需求求，DVD盘盘片正由单次次写入(DVD-R)向向多次擦写(DVD-RAM/RW)方向发展展。与磁带存存储相比DVD-RAM具有无可比比拟的优越性性，其记录价价格也比磁带带记录方式便便宜1/3以以上。发展现状和趋势2、光存储相相关器件与技技术GaN蓝光激激光器是下一一代高清晰度度视频DVD的理想替代代用品，它可可使单面单层层DVD光盘盘的存储容量量从目前的4.7Gb提提高至18Gb以上，图图像分辩率提提高到1024线。至2005年可望推推出第3代代DVD，，此时，采采用超解像像和近场记记录等技术术，可望使使记录容量量进一步提提高到50GB。发展现状和趋势2、光存储储相关器件件与技术展望TB超超海量存储储的发展，，多层立体体存储、全全息存储和和近场存储储技术，以以及超高密密度信息存存储材料的的研究将成成为TB级级超海量存存储发展的的十分重要要的技术关关键。我国国光盘用650nm半导体激激光器的研研制已完成成了实用化化的研究，，正开发规规模化生产产技术。在在记录介质质研究中取取得了技术术专利。发展现状和趋势3、光传感感技术光传感技术术可以直接接或间接地地灵敏、快快速感受任任意外场的的存在和变变化（如：：力场、热热场、电场场、磁场、、声场、光光场等）又又不受背景景电磁场的的干扰。基于光纤光光栅技术的的光纤传感感器能工作作在高温、、高压、超超强磁场等等极端工作作环境下，，是一种安安全、实时时、灵敏、、小巧的多多功能信息息获取手段段，已为信信息传感技技术的发展展打开新局局面。发展现状和趋势3、光传感感技术远红外－紫紫外波段的的各种激光光光源和探探测器在大大气监测、、易燃易爆爆性气体监监测、工业业监控、精精密测量、、激光制导导等国防和和民用领域域有着重要要的应用前前景。由由于精密波波长测试系系统的价格格十分昂贵贵，因此低低成本的波波长检测技技术将成为为该技术实实用化的重重要瓶颈。。发展现状和趋势3、光传感感技术国内已研制制成功可见见光、红外外等多种波波段探测器器，但是各各种有害物物质或物体体都有各自自特定的发发射或吸收收波长，这这就决定了了所需光源源和探测器器多样性。。目前国内研研制的光源源和探测器器的种类还