干福熹（中國科學院上海光學精密機械研究所、上海復旦大學）
4f213h Tn'o$J 一、光電子學（Optoelectronics）技術是光學技術和電子學技術的融合，靠光子和電子的共同行為來執(zhí)行其功能。上世紀60年代激光技術的產(chǎn)生，極大地推動了光電子技術的發(fā)展。
OQ3IkE`G ` b)i;m 以往把光電子學技術和產(chǎn)業(yè)歸于電子學技術和產(chǎn)業(yè)，國外也有歸到光學技術和產(chǎn)業(yè)（日本）。最近光子學（Photonics）技術的興起，也有的把光學、光電子學和光子學技術合并在一起，稱光科學技術，其產(chǎn)業(yè)基地稱“光谷”。
C61E=$ ;0dl 光電子技術主要應用于兩個方面：光子作為信息的載體，應用于信息的探測、傳輸、存儲、處理和運算，稱信息光電子技術；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），應用于材料加工、醫(yī)學治療、太陽能轉換、核聚變等，稱能量光電子技術。
$ 3Sm? 9 b &HqkXX 二、當代社會和經(jīng)濟發(fā)展中，信息容量日益劇增，21世紀已處于太位（Tera-bits 1´1012bits）信息時代，即信息的容量以太位計，信息密度以Tb/cm2計，信息流以Tb/s計和信息的頻率以THz計，即皮秒（ps，10-12s）時間相應。為提高信息的獲取、傳輸、存儲和顯示、處理和運算的速度和容量，已由光子和電子共同參與來完成，光電子技術是繼微電子技術之后信息領域中的重要技術。
cS",Bw\ . N5$ s2t 作為光電子技術的系統(tǒng)集成，光通信、光存儲、光電顯示、光電輸入和輸出系統(tǒng)技術的興起和它們在近20年來飛快發(fā)展，已使人們認識到光電子技術的重要性和它廣闊的發(fā)展前景，并且成為光電子領域的支柱產(chǎn)業(yè)。2001年世界光電子的硬件（材料、器件和設備）產(chǎn)業(yè)已達1700億美元，估計到2003年超過2000億美元。以上四個方面的產(chǎn)業(yè)約各占20%左右。我國大陸和臺灣近幾年光電子產(chǎn)業(yè)的上升速度都達50%，各有近100億美元的產(chǎn)值，占世界市場的10%。
ad<ZdO*h ocj^mxh =O 三、光通信技術是光電子技術的一個主要方面，分無線光通信和光纖通信。無線光通信技術應用于空-空、地-空、地-地光通信以及星際光通信網(wǎng)，主要為軍用和專業(yè)用。光纖通信技術在長距離和主干線應用上已趨完善，今后光纖通信主要應用于局域網(wǎng)絡、計算機網(wǎng)絡和多媒體通信進入家庭。
wem hP8!gc <a(739IF 從光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展中可以明顯地看到材料、器件和單元技術的關鍵作用。20世紀70年代由于解決了低損耗石英玻璃光纖（損耗小于20dB/km）和長壽命、高穩(wěn)定砷化鎵半導體激光器（壽命大于1萬小時），使光纖通信系統(tǒng)得到實用化。20世紀90年代采用了光纖放大器技術（EDFA，摻鉺玻璃光纖放大器）和波分復用技術（WDM），建立了高信息量長距離光纖通信系統(tǒng)。21世紀初（2005前）發(fā)展了高密度波分復用技術（DWDM）和信息打包（IP）分送和交換技術，使2-3年內信息傳輸速度可達到1Tb/s以上。
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s 2Gc0pBqx 當前發(fā)展光纖通信技術的主要目標之一為開發(fā)價格低廉和高性能的有源和無源器件并實現(xiàn)光電集成化，推動光纖通信到區(qū)域和用戶。激光器和探測器為光纖通信有源器件的主要部分,而Ⅲ-Ⅴ族半導體化合物(如GaAs,GaSb,InP等)為激光器和探測器的主要材料。為適應DWDM的需求，除了進一步提高分布反饋半導體激光器（DFB，DBR）和垂直面發(fā)射激光器（VCSEL）的性能外，要開拓出可調諧激光器（TLD）和多波長光源（MLS）。提高響應速度和靈敏度，發(fā)展探測器如PIN/FET，TEMT，HBT，等始終是重要的任務。首先要將半導體激光器、探測器和電源、電路實現(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)的石英玻璃和復合氧化玻璃單模光纖就十分重要。半導體光放大器(SOA)將應用到探測器的前端和激光器的后端放大。無源器件主要包括分波/合波器（OADM），可調諧光濾波器、光隔離器，光調制器以及色散補償器等。光纖光柵（OGF）和列陣波導光柵（AWG）是最近新發(fā)展的主要無源器件。無源器件主要要光學集成化，組成全光纖光子集成器件和波導光子集成器件。對光纖通信用玻璃光纖，在降低損耗方面當前消除紅外1.4mm左右的羥基諧波吸收是最大的進展，從而拓寬了波分復用的應用波段。此外，色散補償、偏振補償和非線性補償都是提高石英玻璃通信光纖性能的主要方面。
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)^g/>0i uF@DJX}> 要建立全光通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)在密集波分復用的光纖通信上數(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，即光學互聯(lián)和電子學作邏輯。由于電信號邏輯數(shù)字交換臺分送和交換電信號的打包是成熟且廉價的。雖然近年已有些實驗用波長光交換（波長路由器），但是信號的同步以及同步信號恢復、緩沖、記憶以及邏輯都是困難的問題。解決全光學交換，首先要開拓出快速、低耗的各種光子學元件，這是當前首要的事情。
d `xDv$QZ J)^Kls\> t 四、光存儲最早的形式為縮微照相，從本世紀初開始，經(jīng)歷了較長時間的發(fā)展，成為文檔資料長期存儲的主要方式。60年代初激光出現(xiàn)后，激光全息技術受人注目，因為它能實現(xiàn)三維圖像存儲，具有更大的存儲容量。但是，由于不能進行實時數(shù)據(jù)存取，且不能與計算機聯(lián)機，因此皆不能與磁存儲相比。光盤存儲技術是本世紀70年代開拓出來的。光盤存儲集成系統(tǒng)中，光盤機和光盤片是核心器件。在光盤機中光學讀、寫頭是關鍵元件。在目前物鏡離記錄介質較遠，屬于遠場光存儲的范圍內，記錄點的大小決定于用作記錄的激光波長和聚焦物鏡的數(shù)值孔徑。為提高存儲密度，激光波長向短波方向發(fā)展。第一代光盤存儲用GaAlAs半導體激光器，輸出激光波長為0.78mm （近紅外），5寸光盤的存儲容量為0.76GB（千兆字節(jié)），即CD系列光盤；第二代用GaAlInP激光器，波長為0.65mm （紅光），光盤容量為4.7GB，即數(shù)字多功能光盤（DVD）系列；第三代光盤存儲即將興起，使用GaN半導體激光器，波長為0.41mm（藍光），存儲容量為27GB，為高密度數(shù)字多功能光盤即HD-DVD光盤（藍碟）。由此可見，半導體激光器的發(fā)展起了重要作用。
Q/l388' k znm$2 b 對可錄和可擦重寫光盤存儲，可錄和可擦重寫的過程由存儲介質所決定。例如，利用光-熱過程，使磁性薄膜的記錄的磁疇產(chǎn)生反轉，稱磁光光盤；利用光-熱過程使半導體合金薄膜的晶態(tài)與非晶態(tài)產(chǎn)生可逆變化，稱相變光盤。所以，存儲介質、多層膜設計和制膜工藝等為發(fā)展高密度光盤的關鍵。
&A&2z l %# xQs._YY 聲視信息領域的發(fā)展促進了光盤存儲技術，上世紀80年代激光唱片和激光唱機的興起，包括聲響唱片CD和激光視盤LD，發(fā)展之迅速出人意料。作為一種新興的信息存儲手段，光存儲技術在計算機外存設備的應用上也在很快地成長和發(fā)展著。上世紀80年代后期出現(xiàn)的磁光盤（MO）技術和90年代初期出現(xiàn)的相變光盤（PC）技術都在與磁存儲技術激烈競爭，已占據(jù)了一部分過去屬于磁存儲技術的應用場合。近年問世的激光視盤（VCD），也已進入千家萬戶�？射汣D（CD-R）已代替軟盤，發(fā)展勢頭迅猛。為了爭奪新一輪家庭多媒體娛樂產(chǎn)品的霸主地位，DVD系列光盤將與高密度磁盤作新的競爭。
n?NUnFA zE=^}K+ 隨著聲視（A/V）領域高分辨電視和廣播（HD-TV，HD-DVB）的推出，更高存儲密度和數(shù)據(jù)傳輸率的光盤存儲系統(tǒng)將更快出現(xiàn)，目前正準備應用HD-DVD的技術，不僅下載和播放HD-TV和HD-DVB，同時用作高分辨的數(shù)碼相機、數(shù)碼攝影機和錄像機以及數(shù)碼電影。光盤的信息存儲密度達到10Gbit/cm2。
XAUHF-"WE :w9s bW 目前光存儲技術在存儲密度和數(shù)據(jù)傳輸速率方面還不能滿足信息科學發(fā)展的需要，需要發(fā)展超高密度超快速光存儲技術。首先從光的遠場記錄發(fā)展到近場記錄。打破光斑尺寸受光的衍射極限的限制。使光盤的存儲密度達到100 Gbit/cm2；另一發(fā)展方向為從目前的二維存儲發(fā)展到三維，即將用多層存儲的方案。作為三維存儲的全息光存儲技術近年來有了復興，即向圖像數(shù)字化方向發(fā)展。全息光存儲技術具有可并行傳輸和處理，因此數(shù)據(jù)傳輸率可達到Gb/s，可以成為兩種存儲系統(tǒng)之間的快速緩沖數(shù)據(jù)存儲的手段。利用波長多功能（頻疇），時間多功能（時疇）以及位相角度等多功能可以發(fā)展多維光存儲，這也是超高密度光存儲的另一重要途徑。光存儲密度提高到1T bit/cm2是走向2010年的目標。
i7O8f ^| NHD`c)Q 五、用光電轉換技術將各種形式的信息,（如文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖象和活動圖象）作用于人的視覺而使人感知的手段為光電顯示技術。最常用的靜止信息的顯示手段有打印機、復印機、傳真機和掃描機等，已成為大家熟知的光電輸出和輸入設備。為提高分辨率以及輸入和輸出的速度，需要發(fā)展高靈敏和穩(wěn)定的感光材料和傳感元件。
: D m>^#:JK 顯示器是光電顯示系統(tǒng)中的核心。自上世紀初出現(xiàn)陰極射管（CRT）以來，它一直是活動圖象的主要顯示手段。CRT技術一直在發(fā)展，特別在擴大尺寸和提高分辨率方面有顯著的進展。本世紀內它繼續(xù)成為光電顯示的主要集成系統(tǒng)。
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Lo 近二三十年來，平板顯示技術有較快的發(fā)展，它主要避免了CRT的龐大體積。平板顯示技術主要指液晶顯示技術（LCD）、場致放射顯示技術（FED）、等離子體顯示技術（PDP）和發(fā)光二極管顯示技術（LED）等。在高清晰度電視、電視電話、計算機（臺式或可移動式）顯示器、汽車用及個人數(shù)字化終端顯示等應用目標的推動下，顯示技術正向高分辨率、大顯示容量、平板化、大型化方向發(fā)展。
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