光电子学与光学.docx

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光电子学与光学

光电子学与光学

一、项目定义

项目名称：

光电子学与光学

项目所属领域：

基础产业和高新技术及基础科学

涉及的主要学科：

微电子学与固体电子学（国家重点

学科）、光学、通信与信息系统

项目主要研究方向：

●新型光电子材料、器件及其集成技术

●有机光电子学

●光波导及光纤器件

●光电子器件理论研究、CAD设计及信息处理

●非线性光学材料与系统

二、项目背景

1．项目建设意义

近年来，信息技术的蓬勃发展对人类社会产生了巨大的影响。

它不但改变了人们的生活方式，而且确立了以信息产业为核心的现代产业结构。

信息技术是一个包含了材料科学、计算机科学、电子科学、光学、信息获取、处理与传输等多门学科的综合性的技术领域。

信息技术对经济建设、国家安全乃至整个国家的发展起着关键性的作用，它是经济发展的“倍增器”和社会进步的“催化剂”，是体现一个国家综合国力和国际竞争力的重要标志。

在迄今为止的人类历史上，没有一种技术象信息技术这样能够引起社会如此广泛、深刻的变革，在20世纪末和21世纪前半叶，信息技术乃是社会发展最重要的技术驱动力。

目前，全球信息业飞速发展，要在国际竞争舞台立于不败之地，必须有自主知识产权的技术和产品，必须有具有创新能力的人才队伍，能够创造出具有世界先进水平的研究成果。

我国是发展中国家，与经济发达国家相比，在发展高技术、推进产业化过程中，不可避免地会遇到更多的困难和障碍，在发挥优势实现跨越式发展中，必须要以坚强的国家意志为基础，发挥政府导向作用，调动各方面积极性，实行统筹规划，集中资源，以保证信息技术实现跨越式发展。

建设一个有自主技术、高度发达的光通信、光存储、光显示等信息产业是至关重要的。

光子已成为信息的重要载体，光电子学与光学作为信息技术的重要组成部分之一，已经越来越引起人们的重视与关注。

人们不断地探索着光的本质，研究光子的产生、传输、存储、显示和探测的机理与技术。

近年来，随着与化学、材料科学、微电子学、凝聚态物理学、磁学等学科的交叉渗透日趋广泛深入，许多新的学科迅速发展起来，产生了诸多实用性极强的新技术。

光电子学与光学在空间、能源、材料、生物、医学、环境科学、遥感、通信、计量等领域有着广阔的应用前景，已贯穿整个社会经济发展的方方面面，成为社会进步的重要技术支撑。

光电子学与光学学科群经过近五十年的发展，在科学研究、人才培养和实验教学等方面均取得了巨大成就。

在新型光电子材料与器件、有机光电子学、半导体器件物理、非线性光学及系统集成等方面积累了丰富的科研经验，承担着多项国家重大和重点项目。

其依托单位之一的集成光电子学国家重点实验室是国家首批专门从事光电子学研究的国家重点实验室之一，其研究领域不断扩大，经多年来国家和部门投资建设，已成为我国光电子基础研究基地，在某些研究领域处于国内高校的领先地位。

本学科群具有一批老中青相结合、年龄结构合理的学术梯队，形成了精干、高效、有经验和凝聚力的研究群体。

具有跟踪国际前沿科学研究、承担国家级重大和重点研究项目、高水平人才培养的能力。

2．国际水平

光电子学与光学学科（既包含理论上的突破，又包含新材料的发现、新技术的发明和创造）直接关系到信息产业、电子工业、航天工业、机械工业、自动化、国防工业等国民经济各个部门的发展水平，它是衡量一个国家是否为发达国家或是否具有现代化水平的重要标志。

该学科在国外一直是热门学科，特别是发达国家起步早，投入资金雄厚，把它放在极其重要的地位，是世界名牌大学和研究机构重点建设和研究的学科之一。

其主要表现在以下几个方面：

在信息技术领域方面，美国、西欧国家及日本一直是高新技术的领导者和信息产品市场的开拓者和占领者；从世界各国发明专利的申请上看，信息技术领域的发明专利绝大部分被欧美、日本等发达国家的一些科研机构及大公司所掌握，在国内信息及电子技术领域所授权的发明专利有近3/4是国外申请的；在人才占有方面，欧美、日本拥有国际上80%以上的信息技术领域的顶尖人才，从研究团队来看，著名高校、研究机构和生产商绝大多数集中在欧美、日本等国。

由于本项目建设学科属于基础和应用基础研究，研究水平以在国际高影响因子的SCI刊物发表文章以及产业化程度作为重要的衡量指标。

美国、德国、加拿大、日本等多个研究机构在上述研究领域中均作出了出色的国际先进水平的成果，部分尖端产品已投放并且占领市场。

仅以南加州大学为核心的美国5所著名大学联合建立的光子工艺中心为例，美国已建立了若干个光子学技术中心；德国政府已确定光子学是21世纪初为保持德国在国际市场上先进地位至关重要的九大关键技术之一；日本早在1981年通产省就雄心勃勃地联合13家大公司投入1.5亿美元组建了光子技术研究所；澳大利亚集中10个重要单位的力量成立了光子联合研究中心，重点开拓信息技术和新产品。

3．国内水平

自从“八五”以来，对国民经济发展有直接影响的信息产业等领域，国家十分重视，在一些高校和研究机构组建了该学科，并给予了政策倾斜和财政支持，创造了良好的发展空间，各方面研究工作均取得了显著进展，取得了很大的成绩。

如北京大学在GaN宽带半导体材料和器件、清华大学和南京大学在SiGe超晶格材料和器件方面都做出了很好的工作，清华大学还在有机发光材料与器件、DFB激光器与调制器的单片集成等方面取得很大进展。

信息技术的特点是基础和应用研究并重。

综合基础研究水平与国外差距较小，有的研究方向甚至处于国际前沿。

但由于设备条件差、人才缺乏、资金不足，在深入研究和推进产业化方面与国外相比有较大差距。

三、项目现有基础

项目建设学科由光学、微电子学与固体电子学、信息与通信工程三个二级学科组成。

既有基础理论研究——非线性光学与系统、半导体器件物理；又有应用基础研究——新型光电子材料器件及其集成技术、有机光电子学、光波导及光纤器件、光电信息处理，经过几十年的建设与发展，基本上形成了理论研究、应用技术研究与产业开发并举的科学研究和教学体系，在科研、教学、人才培养、学术交流等各方面均取得了显著成绩。

微电子学与固体电子学学科点61年开始招收研究生，81年被评为我国首批半导体物理与半导体器件物理博士授权点开始招收博士研究生，95年被评为吉林省重点学科，97年调整为微电子学与固体电子学专业，2002年被评为国家重点学科。

87年与清华大学、中科院半导体所联合建立“集成光电子学国家重点联合实验室”，又一次为本学科点发展提供了良好的机遇。

80年代中期曾提出新的波导互补原理和新器件结构，研制了“分段压缩平面共腔条形半导体激光器”，改善了器件模式特性，获国家发明三等奖和电子部科技成果一等奖，并获我国半导体器件的第一个发明专利；“可见光阶梯衬底内条形激光器”92年获国家发明三等奖，“用卤化物气相外延在GaAs衬底上生长高质量InP薄膜”，“中心锥形槽状光敏门极大功率光控双向晶闸管”，“JE-TGS-（a）型氢气敏感元件”，“JE-TGS-（c）型氧气敏感元件”均先后获国家发明四等奖。

98年获国家教委科技进步二等奖；新结构有机发光器件的研究方面近年来SCI收录论文58篇，2000年获中国高校自然科学二等奖。

除这些水平较高的应用基础研究外，还有高新技术研究，如“光波导、光电子集成器件计算机辅助分析”96年获国家教委科技进步一等奖，“新结构GaAs超辐射发光管”“半导体激光器可靠性检测分析仪”获国家教委科技进步三等奖。

目前紫外写入光纤光栅技术已以技术入股方式和吉林省电子集团有限公司签约，注册了“吉林省光信电子有限公司”，产品有望在近期投放市场；半导体激光器超高速电光采样技术可以对GaAs高速集成电路芯片内部特性进行检测，已在电子部13所应用，取得良好效果。

光学学科创建于1953年，1984年获硕士学位授予权，1993年获博士学位授予权，1999年被评为吉林省重点学科，2001年“相干光及原子分子光谱”被确定为教育部重点实验室（筹）。

原子相干光学研究方面，在国际上率先实现了无反转光放大的实验观测，引起国际学术界高度重视。

“电磁感应光透明”、“高色散高折射率介质”、“相干烧孔效应”、“半导体量子阱材料中的光开关”和“等离子体中的电磁感应光透明”等课题取得了许多国际水平的成果，发表学术论文三十余篇。

通信与信息系统学科79年开始招收研究生，86年成为博士学位授权点，1999年被评为吉林省重点学科。

80年代初期，在国内率先开始研究晶体管低频噪声，对GM噪声、1/f噪声进行了系统的研究,提出了精确的测定方法和系统,取得了行业公认的成就,获电子部科技成果二、三等奖各一项。

90年代对晶体管噪声与缺欠之间关系进行了研究，提出了晶体管低频噪声筛选方法并在国防工业上得到了应用，获国家发明奖三等奖。

90年代初期，对信息处理核心问题――谐波信号参量估计进行了深入研究。

提出了非对称分布、非高斯噪声背景下谐波信号参量估计的预滤波ESPRIN方法。

该方法被国内、外学者多次引用；后来，又提出了复过程高阶累积量投影定理，定义了特殊的四阶累积量用预滤波和预白化方法解决了任意分布非高斯噪声背景下谐波参量估计问题，在国内外产生一定的影响；90年代末期，对乘法噪声背景下的谐波信号参量估计进行了研究，提出了互可混的概念，定义了特殊的六阶时间多矩谱，解决了零均值乘性噪声背景下的谐波信号参量估计问题。

本建设项目学科目前共有教师116名，其中教授38名，博士研究生导师19名，已形成了老中青结合、梯队结构合理、学术思想活跃的一支研究队伍。

本建设项目学科研究领域不断扩大，形成多个研究方向，受到国内外同行专家的高度重视，尤其在半导体光电子学、原子相干光学的某些领域处于国内高校领先地位。

目前共承担的主要科研项目有国家重点基础研究“973”项目二级子课题3项，“863”项目4项，国家自然科学基金大陆香港合作项目2项，国家自然科学基金重大项目子项目3项，国家自然科学基金重点项目2项、面上项目25项，还有信息产业部、教育部、吉林省、国际合作等项目40余项，我们所承担的科研项目都是国家信息产业发展所急需的关键技术项目。

本建设项目学科研究成果共获国家自然科学四等奖1项，国家科技进步奖1项，国家发明奖7项，省部级奖23项，获授权发明专利24项，出版著作和教材17部，在国内外学术刊物和会议发表论文1500余篇，一些论文发表在Phys.Rev.，Phys.Lett.,Z.Phys.,Opt.Commun.，Appl.Phys.Lett.,IEEEJ.Quan.Electron.,J.Appl.Phys.,Electron.Lett.等国际著名刊物上，在国内外有较大影响。

本建设项目学科现已培养出博士研究生102名，硕士研究生369名,出站博士后研究人员4名。

四、项目建设目标和主要建设内容

（一）项目建设目标

吉林大学光电子学与光学建设项目的建设目标是：

紧密把握学科国际国内发展动向、结合国家国民经济和社会发展需求，努力做出原创性的研究成果，解决涉及国家长远发展和国家安全的战略性、前沿性和前瞻性的理论和关键技术问题，发展具有自主知识产权的高新技术，培育高技术产业生长点，为我国信息产业的发展做出贡献。

把项目建设学科建成为我国光电子学与光学领域的主要研究基地，对外学术交流的窗口，并在国际学术界占有一席之地。

在人才培养方面，使本项目建设学科成为我国光电子学与光学领域从事科学研究、实验教学和产业开发的高层次专业人才的重要培养基地。

（二）主要建设内容

1．主要研究方向

——新型光电子材料、器件及其集成技术。

重点研究基于新型半导体光电子材料、低维纳米结构材料的各种新型光电子器件以及集成器件。

与之相对应的主要研究内容为：

新型宽带隙半导体ZnO材料与紫外光电器件、窄带隙GaTe、InAs等材料与中红外光电器件以及酞菁纳米结构功能材料和分子光电器件等新材料与新器件及其集成技术的研究。

——有机光电子学。

上个世纪末有机材料开始在光电子技术中崭露头角，由于它可以制作在ITO玻璃、Si等多种衬底上，甚至还可以制成柔性器件，与半导体工艺兼容，再加上加工容易、成本低等优点使得它在光显示、光波导、以及高速光调制器和光开关中越来越受人关注。

本研究领域密切关注这一重要发展动向适时地开展了有机光电子材料的基础研究，及其在平板显示、光波导器件中的应用研究。

其研究方向包括有机/聚合物电发光器件物理、设计与应用，聚合物波导阵列光栅（AWG）和有机电注入激光器。

——光波导及光纤器件。

光纤及无源器件是形成光信息宽带网络得基础元件。

近十年来，随着信息量的不断扩大，DWDM技术的发展可以说是日新月异，特别是支持该技术的两项核心技术即光纤放大和复用/解复用技术发展尤为迅速。

其中光纤放大带宽从30nm的C波段发展到S、C、L波段的180nm，复用/解复用器已由滤波片形、光纤光栅形迅速向AWG形发展，现单一器件通道达400，多器件复用通道可达1000。

本领域主要以各种光纤光栅为核心，充分发挥紫外激光微细加工技术得优势，重点研究高起点无源器件，增益平坦宽带光纤放大器、紫外写入AWG基础技术及MOEMS光通信器件等。

——光电子器件理论研究、CAD设计及信息处理。

本研究领域贯穿光电子器件基础理论研究、可靠性研究、CAD设计及集成系统的内部动态检测，形成一个系统的光电子器件及系统研制开发支撑体系，为现有光电子器件性能优化和新器件的研制提供重要的理论依据、设计和检测手段，具有重要建设意义。

其研究内容包括新型半导体光电子器件理论研究、半导体光电子器件物理模型及CAD设计研究、半导体激光器可靠性研究和高速集成电路芯片内部动态检测技术研究。

——非线性光学材料与系统。

非线性光学材料与系统的研究方向是针对既有重要科学价值又与高科技产业密切相关的光与各种材料相互作用基本问题确定的。

主要包括：

可调谐近、中红外激光的研究、甲烷气体探测的研究、以光纤激光器为基础的紫外光源系统的研究、有机非线性光学材料研究、可调谐上转换紫外光纤激光研究和非线性光学系统的同步化研究。

2．学术队伍建设和学术交流

建设一支精干、高效、富有朝气和活力的科学研究群体，培养和造就一批年富力强、学术思想活跃的年轻学术带头人。

学术队伍中拥有1~2名中国科学院或中国工程院院士，25名左右博士研究生导师，100名左右的教授和副教授，及工程技术人员，教师队伍中具有博士学位的占70%以上。

聘请国际知名的专家学者担当客座教授，联合进行科学研究、培养和指导学生。

积极举办和参加国内与国际高水平学术会议。

开展形式多样、内容广泛的学术交流及合作，进一步提高教师的综合素质和业务能力，开阔学术视野，不断为学术梯队的建设注入新的活力。

3．基地条件建设

继续建设集成光电子学国家重点实验室和相干光及原子分子光谱教育部重点实验室，保持集成光电子学国家重点实验室在国内高校光电子技术研究领域的领先地位。

根据本学科发展的需要，购置一批高精度、高效率、高水准的分析测仪设备。

继续加大对教学实验室的投入，加强与企业的合作，建设相关专业教学实验室。

五、预期效益分析

通过“十五”“211工程”建设，本建设项目学科将为国家国民经济建设和社会发展培养出博士后研究人员5-8人，博士研究生120－150人，硕士研究生近1000人。

在“十五”期间，争取承担国家重大基础研究“973”二级子课题以上项目1~3项，“863”计划项目4~8项，国家自然科学基金项目20~30项，及国家国民经济建设、社会发展、国家安全所需的各级各类项目。

在科研产出方面，坚持学术论文与发明专利并举，注重成果产业化的发展方向。

发表学术论文注重从数量向质量的转变，力争5年间SCI收录论文200余篇，EI收录论文200余篇，国内核心刊物论文400篇。

具有应用前景的高技术产业化项目，及时申报国内外发明专利，5年间力争申请国内发明专利20~30项。

六、建设项目所需经费

本项目建设资金总额为1,190万元，其中中央专项资金为680万元，自筹资金为510万元。

建设经费用于购置仪器设备1,140万元，用于图书资料、学术交流等50万元。

本项目拟购的代表性仪器设备有：

扫描隧道显微镜、台阶仪、ZnO生长MOCVD系统、光谱分析仪、保偏光纤熔接机、频谱分析仪等。