光电子技术及其产业发展概况

一、光电子学（Optoelectronics）技术是光学技术和电子学技术的融合，靠光子和电子的共同行为来执行其功能。上世纪60年代激光技术的产生，极大地推动了光电子技术的发展。
以往把光电子学技术和产业归于电子学技术和产业，国外也有归到光学技术和产业（日本）。最近光子学（Photonics）技术的兴起，也有的把光学、光电子学和光子学技术合并在一起，称光科学技术，其产业基地称“光谷”。
   光电子技术主要应用于两个方面：光子作为信息的载体，应用于信息的探测、传输、存储、处理和运算，称信息光电子技术；光子作为能量的载体，作为高能量和高功率的束流（主要是激光束），应用于材料加工、医学治疗、太阳能转换、核聚变等，称能量光电子技术。
二、当代社会和经济发展中，信息容量日益剧增，21世纪已处于太位（Tera-bits  1′1012bits）信息时代，即信息的容量以太位计，信息密度以Tb/cm2计，信息流以Tb/s计和信息的频率以THz计，即皮秒（ps，10-12s）时间相应。为提高信息的获取、传输、存储和显示、处理和运算的速度和容量，已由光子和电子共同参与来完成，光电子技术是继微电子技术之后信息领域中的重要技术。
作为光电子技术的系统集成，光通信、光存储、光电显示、光电输入和输出系统技术的兴起和它们在近20年来飞快发展，已使人们认识到光电子技术的重要性和它广阔的发展前景，并且成为光电子领域的支柱产业。2001年世界光电子的硬件（材料、器件和设备）产业已达1700亿美元，估计到2003年超过2000亿美元。以上四个方面的产业约各占20%左右。我国大陆和台湾近几年光电子产业的上升速度都达50%，各有近100亿美元的产值，占世界市场的10%。
三、光通信技术是光电子技术的一个主要方面，分无线光通信和光纤通信。无线光通信技术应用于空-空、地-空、地-地光通信以及星际光通信网，主要为军用和专业用。光纤通信技术在长距离和主干线应用上已趋完善，今后光纤通信主要应用于局域网络、计算机网络和多媒体通信进入家庭。
从光纤通信系统的发展中可以明显地看到材料、器件和单元技术的关键作用。20世纪70年代由于解决了低损耗石英玻璃光纤（损耗小于20dB/km）和长寿命、高稳定砷化镓半导体激光器（寿命大于1万小时），使光纤通信系统得到实用化。20世纪90年代采用了光纤放大器技术（EDFA，掺铒玻璃光纤放大器）和波分复用技术（WDM），建立了高信息量长距离光纤通信系统。21世纪初（2005前）发展了高密度波分复用技术（DWDM）和信息打包（IP）分送和交换技术，使2-3年内信息传输速度可达到1Tb/s以上。
 当前发展光纤通信技术的主要目标之一为开发价格低廉和高性能的有源和无源器件并实现光电集成化，推动光纤通信到区域和用户。激光器和探测器为光纤通信有源器件的主要部分,而Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物(如GaAs,GaSb,InP等)为激光器和探测器的主要材料。为适应DWDM的需求，除了进一步提高分布反馈半导体激光器（DFB，DBR）和垂直面发射激光器（VCSEL）的性能外，要开拓出可调谐激光器（TLD）和多波长光源（MLS）。提高响应速度和灵敏度，发展探测器如PIN/FET，TEMT，HBT，等始终是重要的任务。首先要将半导体激光器、探测器和电源、电路实现光电集成化，做成芯片和模块。DWDM需要宽波段（C，L，S波段，1.3-1.6mm）的光纤放大器,因此制备掺不同稀土元素(Er,Tm,Pr等)的石英玻璃和复合氧化玻璃单模光纤就十分重要。半导体光放大器(SOA)将应用到探测器的前端和激光器的后端放大。无源器件主要包括分波/合波器（OADM），可调谐光滤波器、光隔离器，光调制器以及色散补偿器等。光纤光栅（OGF）和列阵波导光栅（AWG）是最近新发展的主要无源器件。无源器件主要要光学集成化，组成全光纤光子集成器件和波导光子集成器件。对光纤通信用玻璃光纤，在降低损耗方面当前消除红外1.4mm左右的羟基谐波吸收是最大的进展，从而拓宽了波分复用的应用波段。此外，色散补偿、偏振补偿和非线性补偿都是提高石英玻璃通信光纤性能的主要方面。
要建立全光通信网络，实现在密集波分复用的光纤通信上数据包的分送（IP over DWDM），光交义交换器（OXC）和全光路由器（Optical router）就十分重要。目前光网中路由器还是光-电-光形式，即光学互联和电子学作逻辑。由于电信号逻辑数字交换台分送和交换电信号的打包是成熟且廉价的。虽然近年已有些实验用波长光交换（波长路由器），但是信号的同步以及同步信号恢复、缓冲、记忆以及逻辑都是困难的问题。解决全光学交换，首先要开拓出快速、低耗的各种光子学元件，这是当前首要的事情。