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光电子



光电子技术科学

培养在光电子技术科学领域具有宽厚的理论基础、扎实的专业知识和熟练的实验技能,德、智、体、美全面发展的高级光电子技术科学人才,使学生具有在光学、光电子学、激光科学、光通信技术、光波导与光电集成技术、光信息处理技术、计算机应用技术等领域开展创新性基础理论研究以及从事设计、开发应用和管理等工作应具备的理论和技术基础。 本专业以“国家物理学基础人才培养基地”、教育部“光电信息技术科学”重点实验室为学科依托,学术水平高,师资力量雄厚。本专业现有教授31 名(其中中科院院士2 名,博士生导师20名,“长江学者奖励计划”特聘教授4名)。学科覆盖博士点4个、硕士点9个、博士后流动站3个、国家级重点学科2个,是国家“211工程”和“教育振兴计划”重点建设学科,具有培养理工结合复合型光电子技术科学人才的优越条件。

学习的主要专业课程:光电子技术、光电子器件及系统、信号与系统、通信原理与技术、高等光学、应用光学、光电子学、计算机及网络技术、电子电路与技术、电动力学、量子力学、半导体物理等。

毕业生去向:继续攻读硕士、博士学位;或到信息产业部门、中科院及有关研究所、电信部门、高等院校、企事业单位及有关公司,主要从事光学、光电子学、光电子技术科学、光电信息工程与技术、光通信工程与技术、光电信号检测处理与控制技术等领域的研究、设计、开发、应用和管理等工作。

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在微电子技术蓬勃发展的同时,人们发现可以利用光电各自的优势来为我们服务。比如激光器,光电探测器,太阳电池如等方面都需要光电结合。这就是早期的光电子学。随着光电子学的发展,人们研究完全利用光来处理信息,于是诞生了光子学。所以可以说,先有了光电子学,又有了光子学。而最终的发展会是光电的再次统一,即更高一个层次上的光电子学。现在正在发展单电子技术和单光子技术,那时信息的载体不再是束流,而是单个的粒子。光子和电子都是利用量子力学的概念,区别只是波长不同而已。我想我们在二十一世纪肯定会走到这一步。那时既不能叫光子信息技术,也不能叫电子信息技术,应该叫量子信息技术。

由于光子具有电子所不具备的许多特性所以光子学有它独特的优势。尤其在信息领域。比如通信,我们现在大部分主干网用的都是光纤,信息的载体都是光。由于密集波分复用技术的发展,一根头发丝粗细的光纤就可以传输一亿门电话线路。这是电缆无法比拟的 。再如信息存储技术,光盘由VCD发展到DVD,容量增大了好几倍,未来如果研制出能够商用的蓝光激光器,采用蓝光波段的光来作为信息的载体,就又可以使同样大小的光盘的容量增大近十倍。而且光具有相干性,可以实现全息存储,在不到一个平方厘米的芯片上,我们可以把北京图书馆的所有的书都存进去。在计算机方面,未来的发展趋势是光要进入计算机中,发挥光子的优势实现开关的互联,利用光来消除电子传输带来的瓶颈效应。

光电子技术

光电子学是指光波波段,即红外线、可见光、紫外线和软X射线(频率范围3×1011Hz~3×1016Hz或波长范围1mm~10nm)波段的电子学。光电子技术在经过80年代与其相关技术相互交叉渗透之后,90年代,其技术和应用取得了飞速发展,在社会信息化中起着越来越重要的作用。

在光盘技术的促进下,近年来可见光半导体激光二极管和发光二级管得到了较快的发展。蓝绿光可见光半导体激光二级管(LD)和蓝绿光半导体发光二极管、黄橙红光可见光激光二极管和高亮度黄橙红绿光发光二极管都已商品化。今后的发展需要继续解决提高亮度,降低价格,提高使用寿命等问题。

近红外半导体激光和发光二极管的发射波长为0.8~1.0μm。近红外半导体激光二极管主要用于光纤通信和作为固体激光器的泵浦源(替代闪光灯泵浦源)。在1.3μm和1.55μm近红外半导体激光二极管商品化之后,其发展势头受到很大影响,甚至出现了停止发展的迹象。随着短距离局域网和二极管泵浦固体激光器的迅猛发展,又出现了新的发展。目前研究开发主要集中在单频工作、模式稳定以及提高输出功率等方面。近红外发光二极管主要有超发光二极管和谐振腔发光二极管。超发光二极管是光纤陀螺仪的最佳自选光源,与一般的发光二极管相比,可提供较高的输出功率和相对窄的发射谱。目前,在50mA工作电流下,单管超辐射输出功率的研究水平最高达到50MW,最窄谱宽为15nm。谐振腔发光二极管是一种有前途的发光二极管,其实验和理论效率比传统发光二极管高5~10倍。

1.3μm和1.55μm近红外半导体激光和发光二极管是现行通信系统、高速光纤通信系统的重要光器件,已成为广为研究开发的光源。日本NEC已开发出在单晶片上制造不同发射波长的近红外激光二极管,采用它可大大降低多波长长途通信设备的价格。近年来,国外又相继开发出半导体孤子激光器、量子阱线或点激光器和垂直腔表面发射激光器等新型半导体激光二极管。

激光技术是一项前沿科学技术发展不可缺少的支柱。作为光电子主导产品的激光器的发展,经历了原理上的四次变革,体积日益变小,功率不断增大,可靠性和功率得到了很大的提高。半导体二级管激光器和固体激光器技术和发展十分迅速,其中最为突出的进展是固态化。现今,固体激光器的平均输出功率已从百瓦级提高到了千瓦级。半导体激光器的功率也有很大提高,其结构和其他性能也正在经历重大变化。与此同时,还开发出了实用价值高的新波长和宽带可调谐激光器,包括对人眼无伤害的1.54μm和2μm的激光器、蓝光激光器和X光激光器。

光纤是随着光通信的发展而不断发展的,各种结构和类型的光纤支持着光通信产业的发展。目前,单根光纤传输的信息量已达到万亿位。光纤作为光通信信息传输的介质,它的色散和损耗将直接影响到通信系统的传输容量和中继距离,而常规的单模光纤已不能满足新一代通信技术的要求,因此光纤技术又有了新的发展。迄今,光纤已经经历了由短波长(0.85μm)到长波长(1.3~1.55μm),由多模到单模光纤以及特种光纤的发展过程,并开发出了色散移位光纤、非零色散光纤和色散补偿光纤。

平板显示(FPD)技术包括液晶显示(LCD)、等离子体显示(PDP)、电致发光显示(EL)、真空荧光显示(VFD)和发光二极管显示(LED)等,除在民用领域的广泛应用外,已在虚拟显示、高清晰度显示、语言和图形识别等军用领域应用。近年来,液晶显示以及其他平板显示器件和技术正在大力地改进,如为解决等离子体显示发光效率、亮度、寿命、光串扰和对比度等问题,正在进行诸如大面积精细图形制作和保护层等工艺方面的改进,并取得了较快进展。从整体来说,平板显示技术将继续向着彩色化、高分辨率、高亮度、高可靠、高成品率和廉价方向发展。

随着半导体技术的迅速发展,各种类型的光电探测器,如电荷耦合器件、光位置敏感器件、光敏阵列探测器等应运而生,取得了重大进展。进入90年代,光电探测器的发展方向除了开发高速响应光电 探测器外,其重点是开发焦平面阵列为代表的光电成像器件。红外焦平面阵列制作技术的日臻完善,使红外探测技术进入了第二代。当前,降低成本是红外探测器在民用领域得到广泛应用的关键。21世纪,红外焦平面阵列开发方向,一是在现有基础上提高分辨率,二是开发多功能和智能化焦平面阵列。

随着光通信、光信息处理、光计算等技术的发展,加之材料科学和制造技术的进展,使得在单一结构或单片衬底上集成光学、光电和电子元器件成为可能,形成具有单一功能或多功能的光电子集成回路(OEIC)和集成光路(IOC)。目前,商品化的集成光路产品有调制器、开关和分路器以及采用集成光路相干通信系统、光纤陀螺、激光光纤多普勒干涉仪等系统,以及用于光纤传输试验的单片集成光电子集成回路。预计到2020年,光电子集成回路和集成光路的发展速度将相当于20世纪70年代的微电子技术,多功能集成光学器件和光电子集成器件将系列化,集成光学信号处理速度将达到1GHz。

我国光电子行业在科研上起步较早,也有一批水平较高的应用成果,其中光纤通信的发展尤快。在国防上的应用也开展较早,如靶场用的激光、红外、电视等光测设备,以及红外导引装置、红外热像仪、激光测距仪、微光夜视仪等。但民用市场开发较晚,真正能形成较大生产规模的产品不多。  我国在"八五"计划期间对一些光电器件企业进行了技术改造,已在"九五"计划中产生了效益。例如,12英寸彩色液晶显示屏已经在1996年投产。国家重大成套通信设备2.5Gbps同步数字系列(SDH)光通信系统,于1997年研制开发成功,现已广泛应用于国家通信骨干网的建设。

鉴于上述情况,我国光电子技术发展战略总的指导思想是:有限目标、突出重点、科技领先、形成规模、开拓市场,在"八五"、"九五"计划基础上,使有基础的企业和研究所分别形成规模生产和研究开发中心,使我国光电子元器件初步形成基本配套的产业,满足市场的需要。

2008-1-10

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