促进光电子产业发展讲课教案.pptx

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促进光电子产业发展,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源高效生产工艺和检测技术,高纯氨（5.5N）和高纯硅烷的纯化和生产技术,生产型MOCVD设备研制,可用于族氮化物生长的大尺寸低位错密度ZnO，SiC,GaN等自支撑衬底和柔性衬底制备（含抛光）技术,研究重点和关键技,1、光电子基础材料与关键设备,术,研究重点和关键技,2、新型半导体材料及器件技术,术,研制从红外到可见光波段的激光器、探测,器、光学生物传感等方面应用的新材料、新器件,

（1）族氮化物材料与器件技术,

（2）半导体微结构材料与激光器技术,（3）化合物半导体材料技术,（4）有机光电子材料技术,（5）硅基光电子材料与器件技术,研究重点和关键技术,3、人工晶体和全固态激光器技术,

（1）人工晶体和全固态激光器技术短波长新型非线性光学晶体材料和全固态激光器大功率808nm光纤耦合模块产业化技术和应用技术瓦级红、蓝全固态激光器产业化技术和应用技术,研究重点和关键技术,4、光电子材料的微观结构设计、性能预测与评价技术,微观结构与材料性能的关系,材料与器件的评价表征原理和技术,材料设计与性能预测,

（二）通信光电子材料、器件与集成技术,1、光纤通信网络系统2、集成技术3、光通信关键光电子器件4、通信光纤规模生产工艺技术和,新型通信光纤及特种光纤,发,展,趋,势,1、光纤通信网络系统,高速、大容量光纤通信系统,高速光同步数字复用系统（SDH/SONET）,全光网络系统（AON）,发,展,现,状,和密集波分复用（DWDM）系统趋,势,密集波分复用（DWDM）系统,优越性：

超大容量对数据格式“透明”系统升级容易可与全光网络兼容,2、集成技术,发,展,现,状,和,趋,势,

（1）光电集成芯片（OEIC）,

（2）光子集成芯片（PIC）,（3）微光电机械芯片（MOEMS）,

（1）光电集成芯片（OEIC）,OEIC包括单片集成和混合集成两种形式。

单片集成是将半导体激光器/探测器等光电子器件及其驱动电路集成在一个晶片上，形成具有电驱动、光发射和光功率监测等功能的集成芯片，在光通信领域中的典型应用为单片集成光发射机和单片集成光接收机。

混合集成OEIC是在不同的衬底上分别制作高性能的光电子器件和微电子电路，然后将二者紧密拼装在一起。

混合集成OEIC的工艺实现相对来说较为容易，是单片集成OEIC的重要补充。

长远来看，单片集成OEIC是实现高速大容量光通信的根本出路，这是因为它省去了大量的后道组装工序和组装成本，最大限度地消除了封装、引线和连线等寄生参量影响，可以实现极高的速率。

（2）光子集成芯片（PIC）技术,光子集成芯片技术包括有源光子集成无源光子集成有源光子器件与无源波导器件集成,（3）微光电机械芯片（MOEMS）技术,微光电机械芯片通常是指包含一个以上微机械元件的光系统或光电子系统，其应用可遍及光通信，光显示、数据存贮、自适应光学和光学传感等多个方面。

基于MOEMS技术的阵列光开关技术成为全光网络光交叉连接最有前途和希望的关键光电子器件，世界各大电信设备或器件公司都投入巨资来推动其快速发展并商用。

总体来说，目前国外MOEMS光开关阵列尚未完全商用化。

3、光通信关键光电子器件,各种通信光电器件是高速、大容量光纤通信系统的基础和核心。

器件综合性能（先进性、实用性、可靠性、经济性）决定其竞争力。

光电子器件发展速度远远高于光纤通信系统本身。

各类光电子器件在系统价格中所占有的比例已超过50%。

发,势,展,现,状,和,趋,3、光通信关键光电子器件,通信光电子器件已进入高速发展时期，从量变正进入到质变的过程。

新技术、新材料、新工艺不断被采用，如MOCVD/MBE/CBE的半导体材料生长技术、FHD/PECVD平面波导的制作技术、单片集成和光电集成技术、光学多腔干涉窄带滤光片技术、光电子器件的晶片倒装（Flip-Chip）技术、微光机电系统（MOEMS）技术等等。

新型器件不断涌现，质和量的需求急剧增加。

发,势,展,现,状,和,趋,

（1）多波长光源,

（2）光放大器,（3）密集波分复用/解复用器件,（4）色散补偿和偏振模色散补偿器件,（5）全光网络器件,（6）光接入网中的关键器件,发,势,展,现,状,和,趋,

（1）多波长光源,分为波长可调谐光源和单片集成多波长光源。

波长可调谐光源是DWDM网络系统、全光网络系统的重要器件。

目前研究较多的是基于AWG和EDFA的波长可调谐环行激光器、多电极DFB波长可调谐激光器和DFB波长可调谐激光器等。

发,势,展,现,状,和,趋,

（2）光放大器,主要包括光纤放大器和半导体激光放大器光纤放大器是新一代光纤通信系统必不可少的关键器件。

实用化并大量应用于实际网络系统当中的是掺铒光纤放大器（EDFA）。

目前的研究热点是超宽带EDFA（总带宽超过80nm）、分布式Raman光纤放大器以及相关高功率的泵浦激光器和系列光无源器件。

半导体激光放大器由于体积小、增益带宽宽性能价格比高、独特的非线性特性等特点，越来越受到人们的重视，有望成为在城域网和全光网中与光纤放大器相抗衡的关键器件。

发,展,现,状,和,趋,势,密集波分复用/解复用器件主要完成多波长光信号,势,的复用/解复用的功能，通常主要采用多层介质薄膜滤,波器、光纤光栅滤波器和阵列波导光栅（AWG）等三种技,术来制作。

多层介质薄膜滤波器,光纤Bragg光栅,基于SiO2/Si和Polymer技术的AWG复用器件,发（3）密集波分复用/解复用器件,展,现,状,和,趋,高速光传输系统是色散受限系统。

要延长高速系统的传输距离，必须对传输光信号进行色散补偿和偏振模色散补偿。

补偿器件技术种类很多，其中无源器件补偿技术研发较为活跃，比如色散补偿光纤虚拟成像相位阵列（VIPA）、晶体双折射器件等等。

发（4）色散补偿和偏振模色散补偿器件,势,展,现,状,和,趋,（5）全光网络器件,全光上/下话路分插复用（OADM）技术,光纤网的大信息吞吐量和高入网速率只有通过实时的光光交叉连接（OXC）才是可行的。

其中最关键的器件是高速光开关阵列。

高速光开关阵列的问题仍然没有解决，仍是研究开发的热点。

此外，全光网络中的关键光电子器件技术还包括可调光衰减器、可调光滤波器、可调谐激光器、光波长变换器、全光再生器等等。

发,展现状和趋势,（6）光接入网中的关键器件,光网络普及需求使低成本、小型化接入网器件成为研究热点，如光收发一体模块、单纤双向器件、大分波比光耦合器件、功率分配器等。

光收发一体模块半导体超薄层量子阱材料生长技术无致冷量子阱半导体激光器和2.5Gb/s量子阱DFB激光器等系列产品掺铒光纤放大器（EDFA）介质膜滤光片型DWDM器件,发,展,现,状,和,趋,势,4、通信光纤规模生产工艺技术和新型通信光纤及特种光纤,光纤通信发展不断对光纤提出了新要求。

新型通信及特种光纤的发展极大地推动着光纤通信技术的跨越式发展。

光纤预制棒制造技术是光纤制造技术的核心。

中国没有自主知识产权的光纤制造技术将是我国光纤产业健康发展的巨大障碍，使我们在国际竞争中处于劣势。

发,展,现,状,和,趋,势,光电集成（OEIC）、光子集成（PIC）材料和芯片关键工艺技术的研究与开发,材料外延技术精确的器件建模和电路设计技术单片集成电路关键加工技术器件隔离和单片集成的散热和串扰问题器件工艺兼容性和器件可靠性问题OEIC器件高速互连和封装技术,研究重点和关键技术,1、集成光电子芯片技术,光子集成芯片关键基础工艺技术研究与开发集成光子器件和工艺的CAD和TCAD模拟设计及软件开发无源平面波导材料生长和器件工艺技术有源光子集成器件的非平面材料生长和器件工艺技术光子集成器件的多光纤耦合和实用化封装技术等,研究重点和关键技,1、集成光电子芯片技术,术,1）光收发器件,解决光收发系统用各类器件、芯片、组件和模块自主设计制造技术和规模化生产技术各种速率激光器和探测器制造工艺技术超高速集成电路的设计制造技术集成电路、光电器件和光纤的混合集成技术,研究重点和关键技,2、光通讯关键光电子器件,术,2）光放大和色散补偿器件光纤放大器980nm/14xxnm泵浦激光器实用化关键技术用于10Gb/s以上高速光纤通信系统的色散补偿和偏振模色散关键技术,研究重点和关键,2、光通信关键光电子器件,新型宽带色散补偿和偏振模色散器件,技术,3）密集波分复用/解复用器件,160通道DWDM系统用的MUX/DEMUX器件关键技术,32通道MUX/DEMUX器件规模化生产技术,新型MUX/DEMUX器件及实用化产品技术,100GHz信道间隔的介质膜滤波器生产技术,光学梳状滤波器（Interleaver）目标产品的结构设计,微光学晶体加工、耦合封装与调测技术,窄带光纤光栅滤波器（50GHz）写入、封装技术,研究重点和关键技术,2、光通信关键光电子器件,4）全光网络节点器件全光网络用光开关、可调光衰减器、可调谐激光器、可调光滤波器、光波长变换器、全光再生器光分组交换和高速光互连关键技术和器件,研究重点和关键技,2、光通信关键光电子器件,术,5）光接入网用低成本器件,光接入网用新型光电子器件及模块技术降低光电子器件成本、实现规模化生产光接入网用155Mb/s至2.5Gb/s光接收/发,射芯片,小尺寸SFF封装模块规模化生产技术,研究重点和关键技,2、光通信关键光电子器件,术,1）通信光纤规模化生产技术,管内法与外沉积技术结合的光纤预制棒制造新技术（混合工艺）,外沉积光纤预制棒制造新技术研究溶胶-凝胶（Sol-Gel）合成石英玻璃工艺技术研究,研究重点和关键技,3、通信光纤生产工艺技术和新型通信光纤及特种光纤,术,2）新型通信光纤和特种光纤满足ITU-T最新标准的新型通信光纤研制新一代多模光纤新型色散补偿光纤与色散管理光纤稀土掺杂光纤高聚合物光纤和其它特种微气孔光纤或微结,研究重点和关键技,3、通信光纤生产工艺技术和新型通信光纤及特种光纤,构光纤等,术,（三）面向信息获取、处理、利用的光电子材料与器件,1、超高亮度全色显示材料,与器件应用技术2、光存储相关器件与技术3、光传感技术,发,展,趋,势,1、超高亮度全色显示材料与器件应用技术,发,展,现,状,显示技术在信息社会必不可少。

目前最常用的显示器主要依赖阴极射线管（CRT）技术，如电视机的显像管和计算机的显示管。

最近几年大量进入市场的还有笔记本电脑用的液晶显示屏（LCD）和与发光二极管（LED），以及准备进入市场的等离子体显示器（PDP）和小型有机发光二极管（OLED）显示摸块等。

人们预测平板显示技术是未来发展方向。

趋,势,1、超高亮度全色显示材料与器件应用技术,LCD是目前技术最成熟的产品，由日本掌握，进一步开发可以与之匹敌的技术困难很大。

PDP技术也相对比较成熟，也由日本掌握，但除了部分最基本的原始性专利以外，还有大量的专利可以在市场成熟之前开发。

发,势,展,现,状,和,趋,1、超高亮度全色显示材料与器件应用技术,平板显示器主要包括场致电子发射平板显示器（FED）和有机发光平板显示器（OLED）。

FED被认为是唯一可以具备CRT高质量显示效果的平板显示器。

它的技术关键在于制作大面积冷阴极电子源。

按照现在技术发展，未来FED的市场定位将会填补21-40英寸的市场空间。

发,势,展,现,状,和,趋,1、超高亮度全色显示材料与器件应用技术,OLED是另一个非常活跃的研究方向，其发展空间很大。

第一，采用小分子的发光材料无论从目前使用的薄膜材料还是薄膜结构，其发光效率和色彩等都没有达到全彩色的要求。

第二，寿命还有待延长。

第三，还没有制作大面积显示屏的技术。

第四，柔性显示屏还有待开发。

以上两个方向是可以产生整套我国自主知识产权的方向。

发,势,展,现,状,和,趋,2、光存储相关器件与技术,光存储正沿着CD-DVD-三维全息存储的方向发展。

超高密度和超快读取速度的DVD将是下一代高清晰电视记录媒体和下一代宽带信息网络传输的记录媒体，三维全息存储技术将提供TB级容量的存储器件，在大规模资料存储中有着重要意义。

发,势,展,现,状,和,趋,2、光存储相关器件与技术,半导体激光器的成功开发，使CD-ROM、VCD和DVD为代表的数字光盘成为当今多媒体信息时代不可缺少的存储技术之一，已广泛应用于,计算机存储、数字家电、广播电视、,车载导航和电子出版等领域。

发,势,展,现,状,和,趋,2、光存储相关器件与技术,650-630nm红光激光器研制开发，,又将CD技术推向了DVD技术。

使光盘的存储容量从650Mb增至4.7Gb，图像分辩率由280线提高到500线，单片的播放时间也从75分钟提高至135分钟。

发,势,展,现,状,和,趋,2、光存储相关器件与技术,针对日益增长的数据存储和处理需求，DVD盘片正由单次写入（DVD-R）向多次擦写（DVD-RAM/RW）方向发展。

与磁带存储相比DVD-RAM具有无可比拟的优越性，其记录价格也比磁带记录方式便宜1/3以上。

发,势,展,现,状,和,趋,2、光存储相关器件与技术,GaN蓝光激光器是下一代高清晰度视频DVD的理想替代用品，它可使单面单层DVD光盘的存储容量从目前的4.7Gb提高至18Gb以上，图像分辩率提高到1024线。

至2005年可望推出第3代DVD，此时，,采用超解像和近场记录等技术，可望使记录容量进一步提高到50GB。

发,展,现,状,和,趋,势,2、光存储相关器件与技术,展望TB超海量存储的发展，多层立体存储、全息存储和近场存储技术，以及超高密度信息存储材料的研究将成为TB级超海量存储发展的十分重要的技术关键。

我国光盘用650nm半导体激光器的研制已完成了实用化的研究，正开发规模化生产技术。

在记录介质研究中取得了技术专利。

发,展,现,状,和,趋,势,3、光传感技术,光传感技术可以直接或间接地灵敏、,快速感受任意外场的存在和变化（如：

力场、热场、电场、磁场、声场、光场等）又不受背景电磁场的干扰。

基于光纤光栅技术的光纤传感器能工作在高温、高压、超强磁场等极端工作环境下，是一种安全、实时、灵敏、小巧的多功能信息获取手段，已为信息传感技术的发展打开新局面。

发,势,展,现,状,和,趋,3、光传感技术,远红外紫外波段的各种激光光源和探测器在大气监测、易燃易爆性气体监测、工业监控、精密测量、激光制导等国防和民用领域有着重要的应用前景。

由于精密波长测试系统的价格十分昂贵，因此低成本的波长检测技术将成为该技术实用化的重要瓶颈。

发,势,展,现,状,和,趋,3、光传感技术,国内已研制成功可见光、红外等多种波段探测器，但是各种有害物质或物体都有各自特定的发射或吸收波长，这就决定了所需光源和探测器多样性。

目前国内研制的光源和探测器的种类还不够全齐，需针对特殊要求研制相应的光源与探测器。

发,展,现,状,和,趋,势,重36英寸以上PDP显示器2-5英寸有机发光显示器点FED（14英寸）冷阴极电子发射材料和高亮度冷阴极发光管关超大屏幕关键技术键FED器件制作关键技术新型高效率有机发光材料技高亮度、长寿命OLED器件术5英寸有机发光显示屏制作关键技术,研1、超高亮度全色显示材料与究器件应用技术,超高密度光存储材料,二维超高密度光存储技术及读写光源,三维大容量光存储器件技术,研究重点和关键技,2、超高密度光存储材料与器件技术,术,极端条件下各种物理量的精密测量和大气监测、易燃易爆性气体监测、工业监控、精密,测量等所需各种传感元器件,用于大气监测的1.7微米长波长激光器和远红外紫外各种波段高灵敏探测器,高密度多维存储材料与应用技术等,研究重点和关键技,3、光传感材料与器件技术,术,在挑战和机遇并存，竞争日趋激烈的形势下，需要我们以高度的历史责任感和知难而进、勇于攻坚的创新精神，围绕若干重大关键技术（如光电集成技术）取得战略性突破，争取实现技术发展跨越。

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平台上台阶。

推出关键器件目标产品，同时不失时机地推进其产业化，提示产业竞争力。

基础研究是高新技术的先导，是科技发展的源泉，是科技创新的基础，是培育科技人才的摇篮。

基础研究的发展水平，是一个民族的智慧、能力和国家科学技术进步的基本标志之一。

只有拥有并保持基础研究的较高水平，才能具备持续长久的力量去争夺国际经济和科技竞争的制高点。

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