光电子产业的展望和机遇

第3l卷第l期激光与红外Vol.3l No.l 200l年2月LASER S INFRARED February

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200l

本刊特稿文章编号l00l-5078(200l)0l-0008-02

光电子产业的展望和机遇

周炳琨

(清华大学电子工程系北京l00084)

摘要激光发明40年来光电子技术取得迅速发展并得到广泛应用基础元器件的突破

D D 全光网络应用将促进信息光电子技术和产业的发展生物光子学~光纤传感技术等交

叉学科有着广阔前景O

关键词光电子产业信息光电子光电子技术

中图分类号F403.6文献标识码A

Prospect and Opportunity f or Opto-electronic Industry

Z-OU Bing-kun

(Dept.of electronic engineering Tsinghua University Beijing l00084)

Abstract Following the invention of laser opto-electronic technology have guickly developed and have widely

used the break through of basic devices and the application of D D all optical network will accelerate de-

velopment of imformation opto-electronic technology and industry Biophotonics fiber sensor technology and

other ixfer-disciplinary subject will have broad prospects.

Key words opto-electronic industry imformation opto-electronics opto-electronic technology.

世界上第一个激光器的发明距今已经40年了O 40年来激光科学技术以其强大的生命力推动着光学光电子技术和光电子产业的发展和进步O光的应用已经遍及科技~经济~军事和社会发展的许多领域远远超出了40年前人们原有的预想O40年来激光的发明不仅导致了一部典型的学科交叉的创造发明史而且生动地体现了人的知识和技术创新活动是如何推动经济社会的发展从而造福人类的物质与精神生活的O各种科学和技术领域纷纷应用激光并形成了一系列新的交叉学科和应用技术领域包括信息光电子技术激光医疗与光子生物学激光加工激光检测与计量激光全息技术激光光谱分析技术非线性光学超快光子学激光化学量子光学激光(测污)雷达激光制导激光分离同位素激光可控核聚变激光武器等等不胜枚举O光电子产业的未来发展充满着巨大的机遇挑战和创新空间O 信息光电子产业是市场与机遇最大的领域之一O六十年代末七十年代初双异质结半导体激光器和光导纤维两大技术突破加上后来在此基础上出现的半导体量子阱光电子器件和光纤放大器等重大发明促使光子和电子迅速结合并蓬勃发展为今天的信息光电子技术和产业O光子以其极高的信息传

作者简介周炳琨(l936-)男l956年毕业于清华大学无线电系并留校任教O l960~l962年在苏联列宁格勒电工学院进修O l983~ l984在美国斯坦福大学进修并任访问教授O现任清华大学电子工程系教授兼研究所长O l987~l996年5月曾任国家863计划光电子器件与集成技术专家组首席科学家O l99l年当选中国科学院院士O是中国光学学会副理事长中国电子学会会士美国OSA会士和IEEE 会员O长期从事光电子技术的研究工作O获国家级和部委级奖l l项专利十余项O在国内外发表论文一百余篇O

收稿日期2000-l l-09

输速率和容量~极快的信息处理速率~优越的信息并行处理与互连能力和巨大的信息存储能力补充了电子的不足并相互交叉融合~有力地促进了信息技术的发展G光电子技术和微电子技术一样~已经成为建设信息基础设施的核心和基础之一G光电子器件与技术在信息高速公路网络中几乎是无处不在~无处不需~市场需求急剧增大G以新一代半导体激光器和光纤放大器为基础的高速光纤通信网可以实现光纤到楼~到户G以半导体可见光激光器为基础的新一代光盘存储技术可以提供巨大的信息资源和家庭娱乐~教育服务G信息显示更是离不开光电子器件和技术~其中包括液晶平板显示器~全彩色大屏幕高清晰度显示器以及全彩色激光打印机~复印机~印刷机等G此外~以各种光传感器~例如摄像器件~红外成像器件和光纤传感器等为基础的光学信息获取技术也是国家信息基础设施中不可缺少的重要组成部分G

展望未来~以半导体量子阱激光器和光纤器件为基础的信息光电子技术将更加成为未来信息技术的强大基础之一G太比特(1Tbit/S意味着一对光纤可传1200万路电话)宽带光纤传输和WDM光纤网络将组成全球信息基础设施的骨干网络~光纤接入网也将作为信息高速公路的神经末梢进入楼房或家庭~为人们提供高清晰度电视~远程教育~远程医疗~电子商务~点播电视和可视电话等质高价廉的信息服务;光盘~全息以至更新型的信息存储技术将为此提供丰富的信息资源;各种类型的平面全彩色显示器将逐渐代替传统的~体积庞大的彩色显像管~壁挂式彩色大屏幕电视机将成为现实G光子技术将和微电子技术~微机械技术交叉融合形成微光机电技术G 未来信息光电子产业~尤其是光通信产业有哪些发展机遇呢就我们目前的认识水平~提出以下看法:

1.信息光电子产业的发展基础是光电子器件~发展机遇也在光电子器件G WDM光网络正在等待基础器件的突破~其中包括:高速(40Gbit/S)~低啁啾(Chirp)~波长可准确调控的半导体集成WDM光源~波分复用与解复用器件(例如AWG);构成光上下话路分插复用器(OADM)与网络间交叉互连器(OXC)的光开关阵和波长转换器;新型传输光纤及光纤光栅器件等G

2.未来的DWDM光传输的发展趋势是1.3pm 与1.5pm波段的连通G100nm及更宽带宽的全波段光放大器件(包括Raman分布光放大器件);数百个以上波长信道的密集波分复用(DWDM)所需的各种滤波型器件及波长转换器件;1pS量级响应速度~

100pW量级低驱动功率的光逻辑(开关~存储~倒相)器件及更高速~更低的调制光源与接收器;光功率均衡器件;带宽400nm的新型通信光纤;量子点/线半导体器件;非线性超快光子学器件;有机聚合物光子器件的研究与开发以至量子信息技术提出的一系列新器件都是人们关注的热点G

3.高速大容量DWDM全光网络依然是21世纪初的重要发展趋势G可以说~点对点的WDM或

WDM/OTDM光纤传输系统在满足上述带宽要求上已经不存在原则上的技术限制了G但是~WDM或

WDM/OTDM光纤传输系统在组成网络时却因通信节点的电子交换瓶颈而远不能满足上述带宽的要求G因此~发展一种新的光网络来适应21世纪的需求~已经是十分紧迫的了G WDM光网络巧妙利用光波分复用传输和以光波长路由为基础的光子上下路节点(OADM)和光子交叉连接节点(OXC)等新技术~可望克服电子交换的限制G

生物或生命科学是激光与光学的又一个重要应用领域G激光医疗与生物光子学(BIOPHOTONICS)在下世纪的发展前景和重要性决不亚于信息光电子技术G生物光子学是用光子学来研究生命的科学~它是光子学和生命科学交叉~渗透而产生的边缘学科G 它涉及探测来自生物系统的光子以及这些光子携带的有关生物系统的结构与功能信息~利用光子学手段对生物系统进行研究与改造和激光医疗与诊断G 激光和光纤(传像光纤和传能光纤)技术可能帮助找到攻克心血管病~癌症等危害人类的疾病的新方法~包括基于激光的诊断~手术和治疗G此外~激光光谱分析和激光雷达技术将对环境保护和污染检测提供更加有力的手段G工业激光加工与光学模式识别将和工业机器人结合~为未来制造业提供先进的~精密的~灵巧的特殊加工测量手段G光纤传感技术和材料工程的交叉正在创造未来的灵巧结构材料(Smart Structure)~它能感知并自动控制自己的应力~温度等状态从而为未来的飞机~桥梁~水坝等结构提供安全的保障G

仅从以上几个重要方面已经可以看出~光电子产业的未来发展确实充满着巨大的机遇~挑战和创新空间G

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第1期激光与红外