時間：2022-04-19 05:42:34
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網為您精選了1篇光電子論文，愿這些內容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
1納米導線激光器
2001年，美國加利福尼亞大學伯克利分校的研究人員在只及人的頭發(fā)絲千分之一的納米光導線上制造出世界最小的激光器-納米激光器。這種激光器不僅能發(fā)射紫外激光，經過調整后還能發(fā)射從藍色到深紫外的激光。研究人員使用一種稱為取向附生的標準技術，用純氧化鋅晶體制造了這種激光器。他們先是"培養(yǎng)"納米導線，即在金層上形成直徑為20nm～150nm，長度為10000nm的純氧化鋅導線。然后，當研究人員在溫室下用另一種激光將納米導線中的純氧化鋅晶體激活時，純氧化鋅晶體會發(fā)射波長只有17nm的激光。這種納米激光器最終有可能被用于鑒別化學物質，提高計算機磁盤和光子計算機的信息存儲量。
2紫外納米激光器
繼微型激光器、微碟激光器、微環(huán)激光器、量子雪崩激光器問世后，美國加利福尼亞伯克利大學的化學家楊佩東及其同事制成了室溫納米激光器。這種氧化鋅納米激光器在光激勵下能發(fā)射線寬小于0.3nm、波長為385nm的激光，被認為是世界上最小的激光器，也是采用納米技術制造的首批實際器件之一。在開發(fā)的初始階段，研究人員就預言這種ZnO納米激光器容易制作、亮度高、體積小，性能等同甚至優(yōu)于GaN藍光激光器。由于能制作高密度納米線陣列，所以，ZnO納米激光器可以進入許多今天的GaAs器件不可能涉及的應用領域。為了生長這種激光器，ZnO納米線要用催化外延晶體生長的氣相輸運法合成。首先，在藍寶石襯底上涂敷一層1nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一個氧化鋁舟上，將材料和襯底在氨氣流中加熱到880℃~905℃，產生Zn蒸汽，再將Zn蒸汽輸運到襯底上，在2min~10min的生長過程內生成截面積為六邊形的2μm~10μm的納米線。研究人員發(fā)現(xiàn)，ZnO納米線形成天然的激光腔，其直徑為20nm~150nm，其大部分（95％）直徑在70nm~100nm。為了研究納米線的受激發(fā)射，研究人員用Nd:YAG激光器（266nm波長，3ns脈寬）的四次諧波輸出在溫室下對樣品進行光泵浦。在發(fā)射光譜演變期間，光隨泵浦功率的增大而激射，當激射超過ZnO納米線的閾值（約為40kW／cm）時，發(fā)射光譜中會出現(xiàn)最高點，這些最高點的線寬小于0.3nm，比閾值以下自發(fā)射頂點的線寬小1/50以上。這些窄的線寬及發(fā)射強度的迅速提高使研究人員得出結論：受激發(fā)射的確發(fā)生在這些納米線中。因此，這種納米線陣列可以作為天然的諧振腔，進而成為理想的微型激光光源。研究人員相信，這種短波長納米激光器可應用在光計算、信息存儲和納米分析儀等領域中。
3量子阱激光器
2010年前后，蝕刻在半導體片上的線路寬度將達到100nm以下，在電路中移動的將只有少數(shù)幾個電子，一個電子的增加和減少都會給電路的運行造成很大影響。為了解決這一問題，量子阱激光器就誕生了。在量子力學中，把能夠對電子的運動產生約束并使其量子化的勢場稱之成為量子阱。而利用這種量子約束在半導體激光器的有源層中形成量子能級，使能級之間的電子躍遷支配激光器的受激輻射，這就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有兩種類型：量子線激光器和量子點激光器。
3.1量子線激光器
近日，科學家研制出功率比傳統(tǒng)激光器大1000倍的量子線激光器，從而向創(chuàng)造速度更快的計算機和通信設備邁進了一大步。這種激光器可以提高音頻、視頻、因特網及其他采用光纖網絡的通信方式的速度，它是由來自耶魯大學、位于新澤西洲的朗訊科技公司貝爾實驗室及德國德累斯頓馬克斯·普朗克物理研究所的科學家們共同研制的。這些較高功率的激光器會減少對昂貴的中繼器的要求，因為這些中繼器在通信線路中每隔80km（50mile）安裝一個，再次產生激光脈沖，脈沖在光纖中傳播時強度會減弱（中繼器）。
3.2量子點激光器
由直徑小于20nm的一堆物質構成或者相當于60個硅原子排成一串的長度的量子點，可以控制非常小的電子群的運動而不與量子效應沖突?？茖W家們希望用量子點代替量子線獲得更大的收獲，但是，研究人員已制成的量子點激光器卻不盡人意。原因是多方面的，包括制造一些大小幾乎完全相同的電子群有困難。大多數(shù)量子裝置要在極低的溫度條件下工作，甚至微小的熱量也會使電子變得難以控制，并且陷入量子效應的困境。但是，通過改變材料使量子點能夠更牢地約束電子，日本電子技術實驗室的松本和斯坦福大學的詹姆斯和哈里斯等少數(shù)幾位工程師最近已制成可在室溫下工作的單電子晶體管。但很多問題仍有待解決，開關速度不高，偶然的電能容易使單個電子脫離預定的路線。因此，大多數(shù)科學家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的計算機設計量子裝置。
4微腔激光器
微腔激光器是當代半導體研究領域的熱點之一，它采用了現(xiàn)代超精細加工技術和超薄材料加工技術，具有高集成度、低噪聲的特點，其功耗低的特點尤為顯著，100萬個激光器同時工作，功耗只有5W。
該激光器主要的類型就是微碟激光器，即一種形如碟型的微腔激光器，最早由貝爾實驗室開發(fā)成功。其內部為采用先進的蝕刻工藝蝕刻出的直徑只有幾微米、厚度只有100nm的極薄的微型園碟，園碟的周圍是空氣，下面靠一個微小的底座支撐。由于半導體和空氣的折射率相差很大，微碟內產生的光在此結構內發(fā)射，直到所產生的光波積累足夠多的能量后沿著它的邊緣折射，這種激光器的工作效率很高、能量閾值很低，工作時只需大約100μA的電流。
長春光學精密機械學院高功率半導體激光國家重點實驗室和中國科學院北京半導體研究所從經典量子電動力學理論出發(fā)研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反應離子刻蝕和選擇化學腐蝕等微細加工技術制備出直徑為9.5μm、低溫光抽運InGaAs／InGaAsP多量子阱碟狀微腔激光器。它在光通訊、光互聯(lián)和光信息處理等方面有著很好的應用前景，可用作信息高速公路中最理想的光源。
微腔光子技術，如微腔探測器、微腔諧振器、微腔光晶體管、微腔放大器及其集成技術研究的突破，可使超大規(guī)模集成光子回路成為現(xiàn)實。因此，包括美國在內的一些發(fā)達國家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。長春光機與物理所的科技人員打破常規(guī)，用光刻方法實現(xiàn)了碟型微腔激光器件的圖形轉移，用濕法及干法刻蝕技術制作出碟型微腔結構，在國內首次研制出直徑分別為8μm、4.5μm和2μm的光泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器。其中，2μm直徑的微碟激光器在77K溫度下的激射闊值功率為5μW，是目前國際上報道中的最好水平。此外，他們還在國內首次研制出激射波長為1.55μm，激射閾值電流為2.3mA，在77K下激射直徑為10μm的電泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器以及國際上首個帶有引出電極結構的電泵浦微柱激光器。值得一提的是，這種微碟激光器具有高集成度、低閾值、低功耗、低噪聲、極高的響應、可動態(tài)模式工作等優(yōu)點，在光通信、光互連、光信息處理等方面的應用前景廣闊，可用于大規(guī)模光子器件集成光路，并可與光纖通信網絡和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路匹配，組成光電子信息集成網絡，是當代信息高速公路技術中最理想的光源；同時，可以和其他光電子元件實現(xiàn)單元集成，用于邏輯運算、光網絡中的光互連等。
5新型納米激光器
據(jù)報道，世界上最早的納米激光器是由美國加州大學伯克利分校的科學家于2001年制造的，當時使用的是氧化鋅納米線，可發(fā)射紫外光，經過調整后還能發(fā)射從藍色到深紫外的激光。但是，美中不足的是只有用另一束激光將納米線中的氧化鋅晶體激活，其才會發(fā)射出激光。而新型納米激光器具備了電子自動開關的性能，無需借助外力激活，這無疑會使其實用性大為增強。
論文關鍵詞：納米導線激光器；紫外納米激光器；量子阱激光器；微腔激光器；新型納米激光器
論文摘要：納米光電子技術是一門新興的技術，近年來越來越受到世界各國的重視，而隨著該技術產生的納米光電子器件更是成為了人們關注的焦點。主要介紹了納米光電子器件的發(fā)展現(xiàn)狀。
一、薄膜制備技術
薄膜制備方法多種多樣，總的說來可以分為兩種——物理的和化學的。物理方法指在薄膜的制備過程中，原材料只發(fā)生物理的變化，而化學方法中，則要利用到一些化學反應才能得到薄膜。
1.化學氣相淀積法(CVD)
目前光電子器件的制備中常用的化學方法主要有等離子體增強化學氣相淀積（PECVD）和金屬有機物化學氣相淀積（MOCVD）。
化學氣相淀積是制備各種薄膜的常用方法，利用這一技術可以在各種基片上制備多種元素及化合物薄膜。傳統(tǒng)的化學氣相淀積一般需要在高溫下進行，高溫常常會使基片受到損壞，而等離子體增強化學氣相淀積（PECVD）則能解決這一問題。等離子體的基本作用是促進化學反應，等離子體中的電子的平均能量足以使大多數(shù)氣體電離或分解。用電子動能代替熱能，這就大大降低了薄膜制備環(huán)境的溫度，采用PECVD技術，一般在1000℃以下。利用PECVD技術可以制備SiO2、Si3N4、非晶Si:H、多晶Si、SiC等介電和半導體膜，能夠滿足光電子器件的研發(fā)和制備對新型和優(yōu)質材料的大量需求。
金屬有機物化學氣相淀積（MOCVD）是利用有機金屬熱分解進行氣相外延生長的先進技術，目前主要用于化合物半導體的薄膜氣相生長，因此在以化合物半導體為主的光電子器件的制備中，它是一種常用的方法。利用MOCVD技術可以合成組分按任意比例組成的人工合成材料，薄膜厚度可以精確控制到原子級，從而可以很方便的得到各種薄膜結構型材料，如量子阱、超晶格等。這種技術使得量子阱結構在激光器和LED等器件中得到廣泛的應用，大大提高了器件性能。2.物理氣相淀積（PVD）
化學反應一般需要在高溫下進行，基片所處的環(huán)境溫度一般較高，這樣也就同時限制了基片材料的選取。相對于化學氣相淀積的這些局限性，物理氣相淀積（PVD）則顯示出其獨有的優(yōu)越性，它對淀積材料和基片材料均沒有限制。制備光電子器件的薄膜常用的PVD技術有蒸發(fā)冷凝法、濺射法和分子束外延。
蒸發(fā)冷凝法是薄膜制備中最為廣泛使用的一種技術，它是在真空環(huán)境下，給待蒸發(fā)物提供足夠的熱量以獲得蒸發(fā)所必需的蒸汽壓，在適當?shù)臏囟认?，蒸發(fā)粒子在基片上凝結，實現(xiàn)薄膜沉積。蒸發(fā)冷凝法按加熱源的不同有可分為電阻加熱法、等離子體加熱法、高頻感應法、激光加熱法和電子束加熱法，后兩種在光電子器件的制備中比較常用。
電子束加熱法是將高速電子束打到待蒸發(fā)材料上，電子的動能迅速轉換成熱能，是材料蒸發(fā)。它的優(yōu)點是可以避免待蒸發(fā)材料與坩堝發(fā)生反應，從而得到高純的薄膜材料。近年來人們又研制出具有磁聚焦和磁彎曲的電子束蒸發(fā)裝置，使用這樣的裝置，電子束可以被聚焦到位于基片之間的一個或多個支架中的待蒸發(fā)物上。
激光蒸發(fā)法是一種在高真空下制備薄膜的技術，激光作為熱源使待蒸鍍材料蒸發(fā)。激光源放置在真空室外部，激光光束通過真空室窗口打到待蒸鍍材料上使之蒸發(fā)，最后沉積在基片上。激光蒸發(fā)法具有超清潔、蒸發(fā)速度快、容易實現(xiàn)順序多元蒸發(fā)等優(yōu)點。后來人們使用脈沖激光，可使原材料在很高溫度下迅速加熱和冷卻，瞬間蒸發(fā)在靶的某一小區(qū)域得以實現(xiàn)。由于脈沖激光可產生高功率脈沖，完全可以創(chuàng)造瞬間蒸發(fā)的條件，因此脈沖激光蒸發(fā)法對于化合物材料的組元蒸發(fā)具有很大優(yōu)勢。使用激光蒸發(fā)法可以得到光學性質較好的薄膜材料，包括ZnO和Ge膜等。
濺射是指具有足夠高能量的粒子轟擊固體表面（靶）使其中的原子或分子發(fā)射出來。這些被濺射出來的粒子帶有一定的動能，并具有方向性。將濺射出來的物質沉積到基片上形成薄膜的方法成為濺射法，它也是物理氣相淀積法的一種。濺射法又分直流濺射、離子濺射、射頻濺射和磁控濺射，目前用的比較多的是后兩種。在濺射靶上加有射頻電壓的濺射稱為射頻濺射，它是適用于各種金屬和非金屬材料的一種濺射淀積方法。磁控濺射的原理是，濺射產生的二次電子在陰極位降區(qū)內被加速稱為高能電子，但它們并不直接飛向陰極，而是在電場和磁場的聯(lián)合作用下進行近似擺線的運動。在運動中高能電子不斷地與氣體分子發(fā)生碰撞，并向后者轉移能量，使之電離而本身成為低能電子。這些低能電子沿磁力線漂移到陰極附近的輔助陽極而被吸收，從而避免了高能電子對基片的強烈轟擊，同時，電子要經過大約上百米的飛行才能到達陽極，碰撞頻率大約為107/s，因此磁控濺射的電離效率高。磁控濺射不僅可以得到很高的濺射速率，而且在濺射金屬時還可以避免二次電子轟擊而使基板保持接近冷態(tài)。
分子束外延（MBE）技術是一種可在原子尺度上精確控制外延厚度、摻雜和界面平整度的超薄層薄膜制備技術。所謂“外延”就是在一定的單晶材料襯底上，沿著襯底的某個指數(shù)晶面向外延伸生長一層單晶薄膜。分子束外延是在超高真空條件下，精確控制原材料的分子束強度，把分子束射入被加熱的底片上而進行外延生長的。由于其蒸發(fā)源、監(jiān)控系統(tǒng)和分析系統(tǒng)的高性能和真空環(huán)境的改善，能夠得到極高質量的薄膜單晶體，可以說它是一種以真空蒸鍍?yōu)榛A的一種全新的薄膜生長方法。
三、結語
薄膜技術是研制新材料、新結構的重要方法之一，用薄膜技術制作的薄膜材料不僅具有優(yōu)良的光電性能、鈍化性能、強的阻擋雜質粒子擴散以及抗水汽滲透能力，在光電子器件中得到廣泛的應用，主要用來充當絕緣層、鈍化保護層以及各種敏感膜層等，而且還具有很高的硬度和強的化學穩(wěn)定性，從而在材料改性技術領域中也將有著廣闊的應用前景?！菊勘疚慕榻B了在光電子器件制造中常用的幾種薄膜技術的原理以及各自的特點。
論文關鍵詞：世界光電子技術和產業(yè)的發(fā)展；我國的光電子技術和產業(yè)
論文摘要：光電子器件和部件廣泛應用于長距離大容量光纖通信、光存儲、光顯示、光互聯(lián)、光信息處理、激光加工、激光醫(yī)療和軍事武器裝備，預期還會在未來的光計算中發(fā)揮重要作用。本文將介紹國內外光電子技術及光電子產業(yè)的發(fā)展。
如果說微電子技術推動了以計算機、因特網、光纖通信等為代表的信息技術的高速發(fā)展，改變了人們的生活方式，使得知識經濟初見端倪，那么隨著信息技術的發(fā)展，大容量光纖通信網絡的建設，光電子技術將起到越來越重要的作用。美國商務部指出：“90年代，全世界的光子產業(yè)以比微電子產業(yè)高得多的速度發(fā)展，誰在光電子產業(yè)方面取得主動權，誰就將在21世紀的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評論：“21世紀具有代表意義的主導產業(yè)，第一是光電子產業(yè)，第二是信息通信產業(yè)，第三是健康和福利產業(yè)……”，可以斷言，光電子技術將繼微電子技術之后再次推動人類科學技術的革命。
1世界光電子技術和產業(yè)的發(fā)展
光纖通信技術的發(fā)展速度遠遠超過當初人們的預料，光纖已經成為通信網的重要傳輸媒介，現(xiàn)在世界上大約有60%的通信業(yè)務經光纖傳輸，到20世紀末將達到85%，但從目前光纖通信的整體水平來看，仍處于初級階段，光纖通信的巨大潛力還沒有完全開發(fā)出來。目前，各種新技術層出不窮，密集波分復用技術（DWDM，在同一根光纖內傳輸多路不同波長的光信號，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術（EDFA，可將光信號直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優(yōu)點）已取得突破性進展并得到廣泛的應用?，F(xiàn)在DWDM系統(tǒng)和光傳輸設備中，光電技術的比例將從過去比重不到10%達到90%。一種全新的、無需進行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復用技術和摻鉺光纖放大器技術的進展，也日趨成熟，將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統(tǒng)上首次使用，給全球的通信業(yè)帶來蓬勃生機。為此提供支撐的就是半導體光電子器件和部件。光電子器件和技術已形成一個快速增長的、巨大的光電子產業(yè)，對國民經濟的發(fā)展起著越來越大的作用。美國光電子產業(yè)振興協(xié)會估計，到2003年，光電子產業(yè)的總產值將達2000億美元。
Internet應用的飛速增長對電信骨干網帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長，人們可以鋪設更多的光纖，或靠提高單路光的信息運載量（現(xiàn)在主干網可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設備）。但更主要的方法卻是靠發(fā)展波分復用技術，增加光纖內通光的路數(shù)（光波分復用的實驗記錄已經達到2.64Tbps）。波分復用技術的普遍運用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長的市場。無限戰(zhàn)略公司的報告指出：“信號傳輸用1.31μm和1.55μm激光器市場1999年達到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號放大用激光器1999年市場份額達到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號放大用激光器銷售額達2.9億美元，比去年增長121%。整個激光器市場的份額1999年達18億美元，預期2003年將達到30億美元”。美國通信工業(yè)研究公司（CIR）的研究預測，北美市場光電子部件的市場規(guī)模將由目前的28億美元增長到2003年的61億美元，約每年增長18.5%。密集波分復用設備銷售額也將從1998年的22億美元增加到2004年的94億美元。報告稱雖然10年內全光通信還不會全面商業(yè)化，但是全光交換將在幾年內成為市場主流，報告也指出盡管光學部件市場被大公司所占據(jù)，但仍有創(chuàng)新性公司進入的可能。
2我國的光電子技術和產業(yè)
近10年來我國光電子技術研究在國家“863”計劃和有關部門的支持下有了突飛猛進的進展，在很多領域同國外先進國家只有兩三年的距離，個別領域還處于世界領先地位國內光電子有關產業(yè)基地在光電子器件、部件和子系統(tǒng)（如激光器、探測器、光收發(fā)模塊、EDFA、無源光器件）等已經占領了國內較大的市場份額，初步具備同國外大公司競爭的能力，在毫無市場保護的情況下，靠自己的力量爭得了一席之地，市場營銷逐年有較大的增長，個別產品還取得國際市場相關產品中的銷量最大的成績。我國相應研究發(fā)展基地和本領域高技術公司的許多產品填補了國內相關產品的空白，打破國外產品在市場上的壟斷地位，同時爭取進入國際市場。
摻鉺光纖放大器（EDFA）是高速大容量光纖通信系統(tǒng)必需的關鍵部件，國內企業(yè)產品占國內市場40%的份額。我國也是目前國際上少數(shù)幾個有能力研制PIC和OEIC的國家。808nm大功率激光器及其泵浦的固體綠光激光器，670nm紅光激光器已產品化和商品化并批量占領國際市場。國內移動通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國產器件，國產1.55μmDFB激光器戰(zhàn)勝了國外器件，占領了100%的國內市場。
但是，我們應當認識到在我國光電子技術發(fā)展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲等高技術產業(yè)的關鍵部分，但在整個系統(tǒng)和設備成本中所占的比重較小，其產值較低，目前科研開發(fā)主要處于跟蹤和小批量生產階段，光電子產業(yè)所需的規(guī)?；?、產業(yè)化生產技術目前還未有實質突破；國內研究生產的光電器件和部件有相當部分還未能滿足整機和系統(tǒng)的要求，導致國外器件占據(jù)國內市場相當多的份額；在機制上仍未擺脫科研、生產、市場相互脫離的狀況。
我國在光電子技術方面是與國際水平差距相對較小的一個領域，與世界發(fā)達國家?guī)缀跬瑫r起步。但是我們應該清醒地認識到我國制造技術的落后和材料水平有限，而國際上光電子產業(yè)已經進入加速發(fā)展階段，留給我們的時間只有三到五年，如果我們不在目前產業(yè)化的技術發(fā)展階段進入，就會失去大好時機。機不可失，時不再來，到產業(yè)化后期時將要花數(shù)倍的力量才能彌補，也許會徹底失去時機，受制于人。
如果一個國家在一代元件上沒有足夠的投資以發(fā)展自主能力，就會給外國競爭者提供進入并占領下幾代技術市場的機會。因而在關鍵器件、部件等方面，要通過引進社會資金和風險投資，知識產權入股、開發(fā)人員持股等方式加快我國光電子成果的產業(yè)化步伐，鼓勵科研人員成果轉化。只要貫徹有“有所為，有所不為”的方針，狠抓創(chuàng)新和高技術成果轉化，打破行業(yè)界限，按市場機制聯(lián)合國內相關研究和開發(fā)單位，共同作好光電子產業(yè)化的工作，就一定能發(fā)展我國的光電子事業(yè)，有望在研究上取得突破，在產業(yè)上形成規(guī)模經濟，取得我國在該領域應有的市場份額。
論文關鍵詞：世界光電子技術和產業(yè)的發(fā)展；我國的光電子技術和產業(yè)
論文摘要：光電子器件和部件廣泛應用于長距離大容量光纖通信、光存儲、光顯示、光互聯(lián)、光信息處理、激光加工、激光醫(yī)療和軍事武器裝備，預期還會在未來的光計算中發(fā)揮重要作用。本文將介紹國內外光電子技術及光電子產業(yè)的發(fā)展。
如果說微電子技術推動了以計算機、因特網、光纖通信等為代表的信息技術的高速發(fā)展，改變了人們的生活方式，使得知識經濟初見端倪，那么隨著信息技術的發(fā)展，大容量光纖通信網絡的建設，光電子技術將起到越來越重要的作用。美國商務部指出：“90年代，全世界的光子產業(yè)以比微電子產業(yè)高得多的速度發(fā)展，誰在光電子產業(yè)方面取得主動權，誰就將在21世紀的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評論：“21世紀具有代表意義的主導產業(yè)，第一是光電子產業(yè)，第二是信息通信產業(yè)，第三是健康和福利產業(yè)……”，可以斷言，光電子技術將繼微電子技術之后再次推動人類科學技術的革命。
1世界光電子技術和產業(yè)的發(fā)展
光纖通信技術的發(fā)展速度遠遠超過當初人們的預料，光纖已經成為通信網的重要傳輸媒介，現(xiàn)在世界上大約有60%的通信業(yè)務經光纖傳輸，到20世紀末將達到85%，但從目前光纖通信的整體水平來看，仍處于初級階段，光纖通信的巨大潛力還沒有完全開發(fā)出來。目前，各種新技術層出不窮，密集波分復用技術（DWDM，在同一根光纖內傳輸多路不同波長的光信號，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術（EDFA，可將光信號直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優(yōu)點）已取得突破性進展并得到廣泛的應用。現(xiàn)在DWDM系統(tǒng)和光傳輸設備中，光電技術的比例將從過去比重不到10%達到90%。一種全新的、無需進行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復用技術和摻鉺光纖放大器技術的進展，也日趨成熟，將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統(tǒng)上首次使用，給全球的通信業(yè)帶來蓬勃生機。為此提供支撐的就是半導體光電子器件和部件。光電子器件和技術已形成一個快速增長的、巨大的光電子產業(yè)，對國民經濟的發(fā)展起著越來越大的作用。美國光電子產業(yè)振興協(xié)會估計，到2003年，光電子產業(yè)的總產值將達2000億美元。
Internet應用的飛速增長對電信骨干網帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長，人們可以鋪設更多的光纖，或靠提高單路光的信息運載量（現(xiàn)在主干網可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設備）。但更主要的方法卻是靠發(fā)展波分復用技術，增加光纖內通光的路數(shù)（光波分復用的實驗記錄已經達到2.64Tbps）。波分復用技術的普遍運用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長的市場。無限戰(zhàn)略公司的報告指出：“信號傳輸用1.31μm和1.55μm激光器市場1999年達到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號放大用激光器1999年市場份額達到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號放大用激光器銷售額達2.9億美元，比去年增長121%。整個激光器市場的份額1999年達18億美元，預期2003年將達到30億美元”。美國通信工業(yè)研究公司（CIR）的研究預測，北美市場光電子部件的市場規(guī)模將由目前的28億美元增長到2003年的61億美元，約每年增長18.5%。密集波分復用設備銷售額也將從1998年的22億美元增加到2004年的94億美元。報告稱雖然10年內全光通信還不會全面商業(yè)化，但是全光交換將在幾年內成為市場主流，報告也指出盡管光學部件市場被大公司所占據(jù)，但仍有創(chuàng)新性公司進入的可能。
2我國的光電子技術和產業(yè)
近10年來我國光電子技術研究在國家“863”計劃和有關部門的支持下有了突飛猛進的進展，在很多領域同國外先進國家只有兩三年的距離，個別領域還處于世界領先地位。國內光電子有關產業(yè)基地在光電子器件、部件和子系統(tǒng)（如激光器、探測器、光收發(fā)模塊、EDFA、無源光器件）等已經占領了國內較大的市場份額，初步具備同國外大公司競爭的能力，在毫無市場保護的情況下，靠自己的力量爭得了一席之地，市場營銷逐年有較大的增長，個別產品還取得國際市場相關產品中的銷量最大的成績。我國相應研究發(fā)展基地和本領域高技術公司的許多產品填補了國內相關產品的空白，打破國外產品在市場上的壟斷地位，同時爭取進入國際市場。
摻鉺光纖放大器（EDFA）是高速大容量光纖通信系統(tǒng)必需的關鍵部件，國內企業(yè)產品占國內市場40%的份額。我國也是目前國際上少數(shù)幾個有能力研制PIC和OEIC的國家。808nm大功率激光器及其泵浦的固體綠光激光器，670nm紅光激光器已產品化和商品化并批量占領國際市場。國內移動通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國產器件，國產1.55μmDFB激光器戰(zhàn)勝了國外器件，占領了100%的國內市場。
但是，我們應當認識到在我國光電子技術發(fā)展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲等高技術產業(yè)的關鍵部分，但在整個系統(tǒng)和設備成本中所占的比重較小，其產值較低，目前科研開發(fā)主要處于跟蹤和小批量生產階段，光電子產業(yè)所需的規(guī)?；?、產業(yè)化生產技術目前還未有實質突破；國內研究生產的光電器件和部件有相當部分還未能滿足整機和系統(tǒng)的要求，導致國外器件占據(jù)國內市場相當多的份額；在機制上仍未擺脫科研、生產、市場相互脫離的狀況。
我國在光電子技術方面是與國際水平差距相對較小的一個領域，與世界發(fā)達國家?guī)缀跬瑫r起步。但是我們應該清醒地認識到我國制造技術的落后和材料水平有限，而國際上光電子產業(yè)已經進入加速發(fā)展階段，留給我們的時間只有三到五年，如果我們不在目前產業(yè)化的技術發(fā)展階段進入，就會失去大好時機。機不可失，時不再來，到產業(yè)化后期時將要花數(shù)倍的力量才能彌補，也許會徹底失去時機，受制于人。
如果一個國家在一代元件上沒有足夠的投資以發(fā)展自主能力，就會給外國競爭者提供進入并占領下幾代技術市場的機會。因而在關鍵器件、部件等方面，要通過引進社會資金和風險投資，知識產權入股、開發(fā)人員持股等方式加快我國光電子成果的產業(yè)化步伐，鼓勵科研人員成果轉化。只要貫徹有“有所為，有所不為”的方針，狠抓創(chuàng)新和高技術成果轉化，打破行業(yè)界限，按市場機制聯(lián)合國內相關研究和開發(fā)單位，共同作好光電子產業(yè)化的工作，就一定能發(fā)展我國的光電子事業(yè)，有望在研究上取得突破，在產業(yè)上形成規(guī)模經濟，取得我國在該領域應有的市場份額。
論文關鍵詞：納米導線激光器；紫外納米激光器；量子阱激光器；微腔激光器；新型納米激光器
論文摘要：納米光電子技術是一門新興的技術，近年來越來越受到世界各國的重視，而隨著該技術產生的納米光電子器件更是成為了人們關注的焦點。主要介紹了納米光電子器件的發(fā)展現(xiàn)狀。
1納米導線激光器
2001年，美國加利福尼亞大學伯克利分校的研究人員在只及人的頭發(fā)絲千分之一的納米光導線上制造出世界最小的激光器-納米激光器。這種激光器不僅能發(fā)射紫外激光，經過調整后還能發(fā)射從藍色到深紫外的激光。研究人員使用一種稱為取向附生的標準技術，用純氧化鋅晶體制造了這種激光器。他們先是"培養(yǎng)"納米導線，即在金層上形成直徑為20nm～150nm，長度為10000nm的純氧化鋅導線。然后，當研究人員在溫室下用另一種激光將納米導線中的純氧化鋅晶體激活時，純氧化鋅晶體會發(fā)射波長只有17nm的激光。這種納米激光器最終有可能被用于鑒別化學物質，提高計算機磁盤和光子計算機的信息存儲量。
2紫外納米激光器
繼微型激光器、微碟激光器、微環(huán)激光器、量子雪崩激光器問世后，美國加利福尼亞伯克利大學的化學家楊佩東及其同事制成了室溫納米激光器。這種氧化鋅納米激光器在光激勵下能發(fā)射線寬小于0.3nm、波長為385nm的激光，被認為是世界上最小的激光器，也是采用納米技術制造的首批實際器件之一。在開發(fā)的初始階段，研究人員就預言這種ZnO納米激光器容易制作、亮度高、體積小，性能等同甚至優(yōu)于GaN藍光激光器。由于能制作高密度納米線陣列，所以，ZnO納米激光器可以進入許多今天的GaAs器件不可能涉及的應用領域。為了生長這種激光器，ZnO納米線要用催化外延晶體生長的氣相輸運法合成。首先，在藍寶石襯底上涂敷一層1nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一個氧化鋁舟上，將材料和襯底在氨氣流中加熱到880℃~905℃，產生Zn蒸汽，再將Zn蒸汽輸運到襯底上，在2min~10min的生長過程內生成截面積為六邊形的2μm~10μm的納米線。研究人員發(fā)現(xiàn)，ZnO納米線形成天然的激光腔，其直徑為20nm~150nm，其大部分（95％）直徑在70nm~100nm。為了研究納米線的受激發(fā)射，研究人員用Nd:YAG激光器（266nm波長，3ns脈寬）的四次諧波輸出在溫室下對樣品進行光泵浦。在發(fā)射光譜演變期間，光隨泵浦功率的增大而激射，當激射超過ZnO納米線的閾值（約為40kW／cm）時，發(fā)射光譜中會出現(xiàn)最高點，這些最高點的線寬小于0.3nm，比閾值以下自發(fā)射頂點的線寬小1/50以上。這些窄的線寬及發(fā)射強度的迅速提高使研究人員得出結論：受激發(fā)射的確發(fā)生在這些納米線中。因此，這種納米線陣列可以作為天然的諧振腔，進而成為理想的微型激光光源。研究人員相信，這種短波長納米激光器可應用在光計算、信息存儲和納米分析儀等領域中。
3量子阱激光器
2010年前后，蝕刻在半導體片上的線路寬度將達到100nm以下，在電路中移動的將只有少數(shù)幾個電子，一個電子的增加和減少都會給電路的運行造成很大影響。為了解決這一問題，量子阱激光器就誕生了。在量子力學中，把能夠對電子的運動產生約束并使其量子化的勢場稱之成為量子阱。而利用這種量子約束在半導體激光器的有源層中形成量子能級，使能級之間的電子躍遷支配激光器的受激輻射，這就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有兩種類型：量子線激光器和量子點激光器。
3.1量子線激光器
近日，科學家研制出功率比傳統(tǒng)激光器大1000倍的量子線激光器，從而向創(chuàng)造速度更快的計算機和通信設備邁進了一大步。這種激光器可以提高音頻、視頻、因特網及其他采用光纖網絡的通信方式的速度，它是由來自耶魯大學、位于新澤西洲的朗訊科技公司貝爾實驗室及德國德累斯頓馬克斯·普朗克物理研究所的科學家們共同研制的。這些較高功率的激光器會減少對昂貴的中繼器的要求，因為這些中繼器在通信線路中每隔80km（50mile）安裝一個，再次產生激光脈沖，脈沖在光纖中傳播時強度會減弱（中繼器）。
3.2量子點激光器
由直徑小于20nm的一堆物質構成或者相當于60個硅原子排成一串的長度的量子點，可以控制非常小的電子群的運動而不與量子效應沖突?？茖W家們希望用量子點代替量子線獲得更大的收獲，但是，研究人員已制成的量子點激光器卻不盡人意。原因是多方面的，包括制造一些大小幾乎完全相同的電子群有困難。大多數(shù)量子裝置要在極低的溫度條件下工作，甚至微小的熱量也會使電子變得難以控制，并且陷入量子效應的困境。但是，通過改變材料使量子點能夠更牢地約束電子，日本電子技術實驗室的松本和斯坦福大學的詹姆斯和哈里斯等少數(shù)幾位工程師最近已制成可在室溫下工作的單電子晶體管。但很多問題仍有待解決，開關速度不高，偶然的電能容易使單個電子脫離預定的路線。因此，大多數(shù)科學家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的計算機設計量子裝置。
4微腔激光器
微腔激光器是當代半導體研究領域的熱點之一，它采用了現(xiàn)代超精細加工技術和超薄材料加工技術，具有高集成度、低噪聲的特點，其功耗低的特點尤為顯著，100萬個激光器同時工作，功耗只有5W。該激光器主要的類型就是微碟激光器，即一種形如碟型的微腔激光器，最早由貝爾實驗室開發(fā)成功。其內部為采用先進的蝕刻工藝蝕刻出的直徑只有幾微米、厚度只有100nm的極薄的微型園碟，園碟的周圍是空氣，下面靠一個微小的底座支撐。由于半導體和空氣的折射率相差很大，微碟內產生的光在此結構內發(fā)射，直到所產生的光波積累足夠多的能量后沿著它的邊緣折射，這種激光器的工作效率很高、能量閾值很低，工作時只需大約100μA的電流。
長春光學精密機械學院高功率半導體激光國家重點實驗室和中國科學院北京半導體研究所從經典量子電動力學理論出發(fā)研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反應離子刻蝕和選擇化學腐蝕等微細加工技術制備出直徑為9.5μm、低溫光抽運InGaAs／InGaAsP多量子阱碟狀微腔激光器。它在光通訊、光互聯(lián)和光信息處理等方面有著很好的應用前景，可用作信息高速公路中最理想的光源。
微腔光子技術，如微腔探測器、微腔諧振器、微腔光晶體管、微腔放大器及其集成技術研究的突破，可使超大規(guī)模集成光子回路成為現(xiàn)實。因此，包括美國在內的一些發(fā)達國家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。長春光機與物理所的科技人員打破常規(guī)，用光刻方法實現(xiàn)了碟型微腔激光器件的圖形轉移，用濕法及干法刻蝕技術制作出碟型微腔結構，在國內首次研制出直徑分別為8μm、4.5μm和2μm的光泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器。其中，2μm直徑的微碟激光器在77K溫度下的激射闊值功率為5μW，是目前國際上報道中的最好水平。此外，他們還在國內首次研制出激射波長為1.55μm，激射閾值電流為2.3mA，在77K下激射直徑為10μm的電泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器以及國際上首個帶有引出電極結構的電泵浦微柱激光器。值得一提的是，這種微碟激光器具有高集成度、低閾值、低功耗、低噪聲、極高的響應、可動態(tài)模式工作等優(yōu)點，在光通信、光互連、光信息處理等方面的應用前景廣闊，可用于大規(guī)模光子器件集成光路，并可與光纖通信網絡和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路匹配，組成光電子信息集成網絡，是當代信息高速公路技術中最理想的光源；同時，可以和其他光電子元件實現(xiàn)單元集成，用于邏輯運算、光網絡中的光互連等。
5新型納米激光器
據(jù)報道，世界上最早的納米激光器是由美國加州大學伯克利分校的科學家于2001年制造的，當時使用的是氧化鋅納米線，可發(fā)射紫外光，經過調整后還能發(fā)射從藍色到深紫外的激光。但是，美中不足的是只有用另一束激光將納米線中的氧化鋅晶體激活，其才會發(fā)射出激光。而新型納米激光器具備了電子自動開關的性能，無需借助外力激活，這無疑會使其實用性大為增強。
論文關鍵詞：世界光電子技術和產業(yè)的發(fā)展；我國的光電子技術和產業(yè)
論文摘要：光電子器件和部件廣泛應用于長距離大容量光纖通信、光存儲、光顯示、光互聯(lián)、光信息處理、激光加工、激光醫(yī)療和軍事武器裝備，預期還會在未來的光計算中發(fā)揮重要作用。本文將介紹國內外光電子技術及光電子產業(yè)的發(fā)展。
如果說微電子技術推動了以計算機、因特網、光纖通信等為代表的信息技術的高速發(fā)展，改變了人們的生活方式，使得知識經濟初見端倪，那么隨著信息技術的發(fā)展，大容量光纖通信網絡的建設，光電子技術將起到越來越重要的作用。美國商務部指出：“90年代，全世界的光子產業(yè)以比微電子產業(yè)高得多的速度發(fā)展，誰在光電子產業(yè)方面取得主動權，誰就將在21世紀的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評論：“21世紀具有代表意義的主導產業(yè)，第一是光電子產業(yè)，第二是信息通信產業(yè)，第三是健康和福利產業(yè)……”，可以斷言，光電子技術將繼微電子技術之后再次推動人類科學技術的革命。
1世界光電子技術和產業(yè)的發(fā)展
光纖通信技術的發(fā)展速度遠遠超過當初人們的預料，光纖已經成為通信網的重要傳輸媒介，現(xiàn)在世界上大約有60%的通信業(yè)務經光纖傳輸，到20世紀末將達到85%，但從目前光纖通信的整體水平來看，仍處于初級階段，光纖通信的巨大潛力還沒有完全開發(fā)出來。目前，各種新技術層出不窮，密集波分復用技術（DWDM，在同一根光纖內傳輸多路不同波長的光信號，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術（EDFA，可將光信號直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優(yōu)點）已取得突破性進展并得到廣泛的應用。現(xiàn)在DWDM系統(tǒng)和光傳輸設備中，光電技術的比例將從過去比重不到10%達到90%。一種全新的、無需進行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復用技術和摻鉺光纖放大器技術的進展，也日趨成熟，將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統(tǒng)上首次使用，給全球的通信業(yè)帶來蓬勃生機。為此提供支撐的就是半導體光電子器件和部件。光電子器件和技術已形成一個快速增長的、巨大的光電子產業(yè)，對國民經濟的發(fā)展起著越來越大的作用。美國光電子產業(yè)振興協(xié)會估計，到2003年，光電子產業(yè)的總產值將達2000億美元。
Internet應用的飛速增長對電信骨干網帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長，人們可以鋪設更多的光纖，或靠提高單路光的信息運載量（現(xiàn)在主干網可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設備）。但更主要的方法卻是靠發(fā)展波分復用技術，增加光纖內通光的路數(shù)（光波分復用的實驗記錄已經達到2.64Tbps）。波分復用技術的普遍運用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長的市場。無限戰(zhàn)略公司的報告指出：“信號傳輸用1.31μm和1.55μm激光器市場1999年達到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號放大用激光器1999年市場份額達到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號放大用激光器銷售額達2.9億美元，比去年增長121%。整個激光器市場的份額1999年達18億美元，預期2003年將達到30億美元”。美國通信工業(yè)研究公司（CIR）的研究預測，北美市場光電子部件的市場規(guī)模將由目前的28億美元增長到2003年的61億美元，約每年增長18.5%。密集波分復用設備銷售額也將從1998年的22億美元增加到2004年的94億美元。報告稱雖然10年內全光通信還不會全面商業(yè)化，但是全光交換將在幾年內成為市場主流，報告也指出盡管光學部件市場被大公司所占據(jù)，但仍有創(chuàng)新性公司進入的可能。
2我國的光電子技術和產業(yè)
近10年來我國光電子技術研究在國家“863”計劃和有關部門的支持下有了突飛猛進的進展，在很多領域同國外先進國家只有兩三年的距離，個別領域還處于世界領先地位。
國內光電子有關產業(yè)基地在光電子器件、部件和子系統(tǒng)（如激光器、探測器、光收發(fā)模塊、EDFA、無源光器件）等已經占領了國內較大的市場份額，初步具備同國外大公司競爭的能力，在毫無市場保護的情況下，靠自己的力量爭得了一席之地，市場營銷逐年有較大的增長，個別產品還取得國際市場相關產品中的銷量最大的成績。我國相應研究發(fā)展基地和本領域高技術公司的許多產品填補了國內相關產品的空白，打破國外產品在市場上的壟斷地位，同時爭取進入國際市場。
摻鉺光纖放大器（EDFA）是高速大容量光纖通信系統(tǒng)必需的關鍵部件，國內企業(yè)產品占國內市場40%的份額。我國也是目前國際上少數(shù)幾個有能力研制PIC和OEIC的國家。808nm大功率激光器及其泵浦的固體綠光激光器，670nm紅光激光器已產品化和商品化并批量占領國際市場。國內移動通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國產器件，國產1.55μmDFB激光器戰(zhàn)勝了國外器件，占領了100%的國內市場。
但是，我們應當認識到在我國光電子技術發(fā)展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲等高技術產業(yè)的關鍵部分，但在整個系統(tǒng)和設備成本中所占的比重較小，其產值較低，目前科研開發(fā)主要處于跟蹤和小批量生產階段，光電子產業(yè)所需的規(guī)?；?、產業(yè)化生產技術目前還未有實質突破；國內研究生產的光電器件和部件有相當部分還未能滿足整機和系統(tǒng)的要求，導致國外器件占據(jù)國內市場相當多的份額；在機制上仍未擺脫科研、生產、市場相互脫離的狀況。
我國在光電子技術方面是與國際水平差距相對較小的一個領域，與世界發(fā)達國家?guī)缀跬瑫r起步。但是我們應該清醒地認識到我國制造技術的落后和材料水平有限，而國際上光電子產業(yè)已經進入加速發(fā)展階段，留給我們的時間只有三到五年，如果我們不在目前產業(yè)化的技術發(fā)展階段進入，就會失去大好時機。機不可失，時不再來，到產業(yè)化后期時將要花數(shù)倍的力量才能彌補，也許會徹底失去時機，受制于人。
如果一個國家在一代元件上沒有足夠的投資以發(fā)展自主能力，就會給外國競爭者提供進入并占領下幾代技術市場的機會。因而在關鍵器件、部件等方面，要通過引進社會資金和風險投資，知識產權入股、開發(fā)人員持股等方式加快我國光電子成果的產業(yè)化步伐，鼓勵科研人員成果轉化。只要貫徹有“有所為，有所不為”的方針，狠抓創(chuàng)新和高技術成果轉化，打破行業(yè)界限，按市場機制聯(lián)合國內相關研究和開發(fā)單位，共同作好光電子產業(yè)化的工作，就一定能發(fā)展我國的光電子事業(yè)，有望在研究上取得突破，在產業(yè)上形成規(guī)模經濟，取得我國在該領域應有的市場份額。
摘 要：筆者從“專業(yè)對接產業(yè)”的角出發(fā)，針對目前應用型本科院校光電子專業(yè)人才培養(yǎng)與行業(yè)需求脫鉤，培養(yǎng)方案缺乏特色的現(xiàn)狀，走訪了浙江省的光電子行業(yè)，提出了以產業(yè)鏈下游的光電子器件和系統(tǒng)集成領域為專業(yè)的對接點，確定專業(yè)培養(yǎng)的核心知識與核心能力，進行光電子專業(yè)培養(yǎng)方案的改革和創(chuàng)新策略，即在課程體系、實踐課程、教學管理與考核、師資隊伍建設及實踐場所建設等方面進行改革。
關鍵詞：應用型本科院校；光電子；培養(yǎng)方案
光電子技術是世紀之交繼微電子技術之后迅速興起的一個高科技領域。光電子產業(yè)涵蓋了與光電子技術有關的光電材料與元器件、光通信、激光、光電顯示、光存儲、紅外等細分行業(yè)，作為典型的高附加值產業(yè)，受到眾多國家的廣泛關注，已經成為當今信息技術中發(fā)展最快的高新技術產業(yè)。到目前為止，浙江省已建成10個各具特色、不同層次的光電子產業(yè)特色園區(qū)。寧波及周邊地區(qū)的光電子產業(yè)代表著浙江省的重點產業(yè)和優(yōu)勢產業(yè)，寧波及周邊地區(qū)的光電子產業(yè)代表著浙江省的重點產業(yè)和優(yōu)勢產業(yè)，目前全市光電子技術企業(yè)有2000多家，但大多數(shù)企業(yè)規(guī)模不大，主要生產比較簡單的光電子產品，普遍缺乏科研攻關能力，企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展受到極大的制約，這些企業(yè)需要大量的專業(yè)技術人才來提高企業(yè)的技術核心競爭力。2013年寧波人才緊缺指數(shù)顯示，寧波光電子專業(yè)技術人才的缺口很大，例如，近兩年電工電器領域的光學工程師的緊缺程度一直處于橙色預警狀態(tài)。
為了滿足光電子產業(yè)快速增長對專業(yè)人才的需求，國內許多大學近幾年紛紛開辦了與光電子相關的專業(yè)。然而，由于光電子產業(yè)具有涵蓋范圍廣，產業(yè)細分度高的特點，作為一個相對較新的專業(yè)，找準專業(yè)培養(yǎng)方向的定位，達到專業(yè)與產業(yè)的有效對接，及時調整專業(yè)方向和培養(yǎng)方案，是提高專業(yè)的人才培養(yǎng)質量，逐步解決光電子產業(yè)升級所面臨的人才緊缺問題的關鍵。另外，為了解決中國就業(yè)結構型矛盾問題，教育部日前明確了部分高等院校向技術技能型教育轉變的改革方向。同時，新一輪的高考制度改革也開始啟動，這為地方性本科院校的發(fā)展提出新的挑戰(zhàn)和機遇。因此，如何在專業(yè)對接產業(yè)的視角下，適時調整專業(yè)培養(yǎng)方向，改革培養(yǎng)方案，培育特色鮮明的優(yōu)勢、品牌專業(yè)是地方性應用型本科院校建設和發(fā)展的關鍵[1-3]。
一、光電子專業(yè)培養(yǎng)方案現(xiàn)狀
隨著就業(yè)壓力的不斷加劇，高校專業(yè)方向與就業(yè)的相關性問題越來越受到學生、家長、用人部門和政府教育主管部門的關注，并且不斷被日益激烈的市場競爭所強化。目前高校的專業(yè)方向設置和培養(yǎng)方案與市場需求并不完全契合，這是寧波乃至全國高校中一個比較突出的問題。據(jù)統(tǒng)計，寧波高校電子信息類專業(yè)和電氣信息類專業(yè)畢業(yè)生畢業(yè)后所從事工作與其所學專業(yè)的相關度分別為67%和71%，這一數(shù)據(jù)說明，即使在專業(yè)與工作相關度要求較高的工科類學科領域，專業(yè)適切性的問題仍然比較突出。
寧波工程學院作為地方性本科院校，定位于培養(yǎng)優(yōu)秀的工程應用型人才。在這一人才培養(yǎng)目標下，專業(yè)方向的調整和培養(yǎng)方案的改革與研究是非常重要的，也是非常緊迫的。寧波工程學院的電子科學技術專業(yè)2004年開始本科招生，2009年成為浙江省重點建設專業(yè)。目前專業(yè)設有電子系統(tǒng)設計和光電子技術兩個專業(yè)方向。其中，電子系統(tǒng)設計是傳統(tǒng)的電子類專業(yè)方向，在全國高等院校的電子類專業(yè)中幾乎均有開設。寧波工程學院的電子系統(tǒng)設計方向發(fā)展較早，教學條件相對較好，學生在選擇專業(yè)方向時比較青睞。然而，該方向的突出問題是技術普遍，缺乏特色。相對而言，光電子技術還是一個新興的專業(yè)方向，它是在近年來隨著光電信息產業(yè)的快速發(fā)展而設立的。目前寧波市僅有包括寧波工程學院在內的兩所高校開設了這一專業(yè)方向。經過幾年的專業(yè)建設，該方向的師資力量和科研實力不斷提升，然而，學生的培養(yǎng)質量卻沒有明顯改善，學生就業(yè)相關度相對較差。根據(jù)麥克思學院社會需求與培養(yǎng)質量年度報告顯示，電科專業(yè)2011屆和2012屆畢業(yè)生工作與專業(yè)相關的人數(shù)比例分別為45%和51%。其中，光電子方向的這一問題相對而言更為突出。
根據(jù)筆者在專業(yè)建設過程中的體會和調研走訪的發(fā)現(xiàn)，寧波工程學院電科專業(yè)光電子方向的突出問題是定位不準，專業(yè)結構與產業(yè)結構和人才需求結構不適應，培養(yǎng)方案缺乏特色。這也是眾多高等院校光電子類專業(yè)面臨的普遍問題[4-8]。面對發(fā)展速度快、涵蓋內容廣的光電子技術這一新興高科技產業(yè)，作為一所普通院校的專業(yè)不可能涉及每一個領域。如何能找準專業(yè)定位，實現(xiàn)專業(yè)與產業(yè)的緊密對接，精確地把握人才培養(yǎng)的核心知識和核心能力，制定合理的專業(yè)培養(yǎng)方案，是提高寧波工程學院的專業(yè)人才培養(yǎng)質量的關鍵，這還將有助于提升寧波工程學院的專業(yè)特色，有利于品牌專業(yè)的建設。
二、光電子技術專業(yè)人才培養(yǎng)方案創(chuàng)新策略
（一）確定與光電子產業(yè)的對接點，準確定位核心知識與能力
應用型本科地方院校的人才培養(yǎng)要根據(jù)本地區(qū)產業(yè)發(fā)展需要，培養(yǎng)第一線需要的、具有良好素質的應用型專門人才為目標。寧波工程學院的光電子技術專業(yè)人才培養(yǎng)要緊緊圍繞浙江省、寧波市及周邊地區(qū)光電子信息產業(yè)發(fā)展規(guī)劃、發(fā)展現(xiàn)狀和學校辦學特點。統(tǒng)計表明，浙江省的光電子產業(yè)近年來以年均30%的增長速度快速發(fā)展，全省從事光電子產品生產的企業(yè)已有500多家，占全省信息產業(yè)總值的5%，目前已成為我國光電子產業(yè)大省。我省在光通信/光通信/光材料及光伏器件等方面已經形成了系列產品。特別是在光學儀器與光學加工領域，具有國內領先的規(guī)模。因此，我省在光電子器件制造和加工領域具有較好的產業(yè)基礎。因此，在專業(yè)培養(yǎng)方案的制定和改革過程中，如何在地方現(xiàn)有的產業(yè)基礎上把握專業(yè)培養(yǎng)目標的對接點是十分關鍵的。我們從光電子產業(yè)鏈的組成和浙江省光電子行業(yè)現(xiàn)狀出發(fā)，通過前期的大量企業(yè)走訪和調研分析，深入分析了人才需求，初步確定了以產業(yè)鏈中、下游的光電子器件和系統(tǒng)集成領域作為專業(yè)的對接點，如圖1的專業(yè)培養(yǎng)方案改革示意圖所示，在這一產業(yè)領域，光電器件作為系統(tǒng)的功能核心，電子系統(tǒng)作為控制核心，二者相輔相成，缺一不可。
另外，寧波工程學院電子科學與技術專業(yè)目前已有光電子技術和電子系統(tǒng)設計兩個方向。其中，專業(yè)在電子系統(tǒng)設計方向具有良好的實踐教學條件和師資隊伍，在學生培養(yǎng)方面已經取得了較好的培養(yǎng)成果。并且，近幾年來，專業(yè)在光電子技術方向引入了較好的師資力量，投入大量資金購買儀器設備，建設光電子實驗室。選擇光電子器件和系統(tǒng)集成作為對接點，可以充分整合、利用本專業(yè)在光電子技術和系統(tǒng)設計方面的現(xiàn)有資源，有利于發(fā)展“光”“電”融合的專業(yè)特色。在確定了本專業(yè)與光電子行業(yè)的對接點后，我們將緊緊圍繞該對接點，以“光”“電”融合為特色，精確提煉專業(yè)培養(yǎng)的核心知識和核心能力，并圍繞核心知識與核心能力開展課程體系整合與實踐環(huán)節(jié)改革，形成特色鮮明、行業(yè)銜接度高的專業(yè)培養(yǎng)方案。
圖1 光電子專業(yè)方向培養(yǎng)方案示意圖
（二）以雙核培養(yǎng)為中心，建設光電子課程體系，加強實踐環(huán)節(jié)改革
1.圍繞光電子專業(yè)的核心知識和能力構建課程體
系。首先，以專業(yè)核心課程建設為突破口，優(yōu)化整合現(xiàn)有課程，進行實踐環(huán)節(jié)改革，建立與光電子產業(yè)對接的課程體系。新建課程體系將分為四個模塊，分別為基礎課程模塊、專業(yè)核心課程模塊、專業(yè)選修課程模塊以及實踐課程模塊?；A課程模塊主要培養(yǎng)學生職業(yè)基礎能力和人文素養(yǎng)，主要包括英語、思想政治教育、身體素質培養(yǎng)、文獻檢索與寫作、職業(yè)規(guī)劃以及人文藝術類課程。專業(yè)核心課程模塊主要培養(yǎng)學生的專業(yè)核心知識，主要包括物理電子、應用光學和系統(tǒng)設計類課程，專業(yè)選修課程模塊主要圍繞光電子產業(yè)領域的新應用和新發(fā)展，拓展學生的知識范圍，培養(yǎng)學生可持續(xù)發(fā)展能力，主要包括“光伏電子技術”、“半導體器件工藝”、“信號處理”等課程。
2.實踐課程模塊是本次改革的重中之重，著重培養(yǎng)學生的核心實踐能力。在整個課程體系中，實踐課程的學時比例將大幅提升，加大實習實訓的比重。在課程設置上，以典型職業(yè)活動為線索確定專業(yè)實踐課程設置，按照企業(yè)工作過程設計課程，以工作任務來整合實踐課程內容。我們將新開“應用光學設計”和“半導體照明應用技術”兩門課程，并以這兩門課作為實踐改革試點，對接企業(yè)環(huán)境建設實踐實訓場所。根據(jù)職業(yè)崗位特點，在校內開設“校中廠”，由企業(yè)設計師和專任教師共同指導，并帶領學生承接項目、練就技能，實現(xiàn)綜合職業(yè)能力的培養(yǎng)，在真實的職業(yè)環(huán)境中，不斷提升職業(yè)能力和綜合素質。
三、“專業(yè)對接產業(yè)”人才培養(yǎng)方案的實施保障
“專業(yè)對接產業(yè)”人才培養(yǎng)方案的順利實施需要各類保障機制的同步改革，主要包括適應“專業(yè)對接產業(yè)”的教學管理和教學考核方式的改革，適應“專業(yè)對接產業(yè)”的專業(yè)教學團隊建設，與課程體系相配套的實踐實訓場所的建設，以期逐漸建立適應“專業(yè)對接產業(yè)”的光電子專業(yè)人才培養(yǎng)方案的各類保障機制[9-10]。
1.引入光電子企業(yè)及行業(yè)協(xié)會相關人員，建立專業(yè)建設指導委員會，參與人才培養(yǎng)方案的調整和優(yōu)化，專業(yè)教學管理和教學考核方案的審定。特別對于實踐類課程，明確對核心能力的考核目標，結合企業(yè)項目管理和考核方式，加大過程考核比重。對實踐環(huán)節(jié)制定細化的考核制度，用量化的標準衡量和保證學生實踐能力的培養(yǎng)質量，建立適應“專業(yè)對接產業(yè)”目的考核和管理的新途徑。
2.調整師資隊伍建設思路，制訂符合產業(yè)發(fā)展需要的專業(yè)帶頭人、骨干教師培養(yǎng)計劃，通過引進、培養(yǎng)、聘任具有行業(yè)影響力的專家教授作為專業(yè)帶頭人，聘任一批行業(yè)企業(yè)專業(yè)人才和能工巧匠作為兼職教師，派遣專任教師到企業(yè)中實踐、國內外進修培訓等途徑，加快雙師結構專業(yè)教學團隊建設，組建具有教學、研發(fā)和社會能力的雙師結構合理的優(yōu)秀教學團隊。
建立“校企互聘互管”的機制，鼓勵專人教師下企業(yè)鍛煉如承擔企業(yè)科研項目或社會服務項目，并將其作為晉升職稱或評先評優(yōu)的條件之一。建立一支穩(wěn)定的企業(yè)兼職教師隊伍，充實教師隊伍的力量，最終形成專業(yè)帶頭人、骨干教師、兼職教師和“雙師”素質的中、青年教師為主體的多個層次的科學合理的教師團隊。目前，學校已經在“雙師”型師資培養(yǎng)方面走出了第一步，提出了百名博士進企業(yè)的目標，光電子專業(yè)每年將有1―2名博士到企業(yè)一線參與設計和生產。
3.與課程體系配套的實驗實踐場所建設是保障“專業(yè)對接產業(yè)”人才培養(yǎng)方案順利實施的重要條件，由于光電類實踐類課程所需設備“多”而“雜”，并且儀器一般比較精密貴重，因此實驗室的建設更需要貴精而不在多，目前，寧波工程學院的電子實驗實訓中心已建有光電信號檢測、光纖通信、激光原理、光電子技術、發(fā)光二極管（LED）設計與檢測等5個實驗室，但是，實驗設備普遍面臨功能單一、組合型差、自主開發(fā)功能缺乏等缺點，因而導致實踐訓練的能力與企業(yè)需求脫節(jié)。我將邀請企業(yè)技術人員或管理人員指導并參與實踐場所和實驗室的建設，所購置設備盡量滿足模塊化、易組合、可替換的特點，并且兼顧自主設計和開發(fā)的功能，使其既能滿足教學需要，也盡可能貼近實際生產，使學生在校內就能了解企業(yè)的真實環(huán)境，縮短現(xiàn)代企業(yè)人才需求與學校教學的距離。提高實踐實驗室的開放性，實現(xiàn)實驗室的實踐教學、學生競賽、企業(yè)項目開發(fā)等多功能性。
四、結語
基于專業(yè)與產業(yè)的精確對接點，找準專業(yè)培養(yǎng)方向的定位，提煉光電子專業(yè)的核心知識與核心能力，進行課程體系的調整優(yōu)化以及保障機制的建設，才能實現(xiàn)人才培養(yǎng)方案改革的有的放矢。這是提高應用型本科院校的專業(yè)人才培養(yǎng)質量的關鍵，不僅有助于提升寧波工程學院的專業(yè)特色及品牌專業(yè)建設，還能培養(yǎng)出適應本地區(qū)產業(yè)發(fā)展需要的應用型專門人才。
[摘 要]光電子技術的應用與研究不斷發(fā)展，其中在微波領域內的應用主要是光纖通信，但是隨著雷達技術的應用發(fā)展，將光電子技術與雷達技術結合有利于實現(xiàn)雷達信號的收集、傳輸和信息處理等，光電子技術在雷達中的使用效果顯著，在微波器件的使用控制中也具有重要作用。本篇文章在此基礎上，主要對現(xiàn)代雷達中的光電子技術內容和使用要點進行研究與分析，并探討其發(fā)展前景以及能夠產生的經濟價值。
[關鍵詞]雷達；光電子技術；要點；前景；方法；分析
光電子技術與其他的電子信息技術合成能夠形成信息產業(yè)新的核心技術，并廣泛應用于光存儲、光顯示和激光等領域。光電子技術在雷達中的應用改變傳統(tǒng)雷達應用模式，充分發(fā)揮了光電子技術信息化、科技化和先進化的優(yōu)勢。關于現(xiàn)代雷達中的光電子技術應用主要可以分為以下幾個方面：
（一）信號傳輸
光電子技術在雷達中的應用可以通過光纖鏈路的組成，完成光纖、二極管等要素的調制，在進行信號傳輸時可以在光波調制中將微波信號傳輸上，完成這些工作以后需要使用光纖模擬傳輸微波信號。光纖鏈路在雷達信號傳輸中的應用對現(xiàn)代雷達技術應用和信號光纖傳輸具有重要意義，這項技術在國外發(fā)展相對成熟，顯示意義明顯。雷達傳輸中使用光纖，傳輸消耗和傳輸頻率相較于電纜傳輸較低，并且在這種頻段下，光w產生的調制信號和傳輸消耗具有一致性，從而進一步促進雷達信號傳輸，達到對雷達系統(tǒng)遠程控制的目的。[1]
由于使用的雷達天線還含有一個輻射源，在受到反輻射的影響時，控制中心和天線之間的距離應該設置好。通常情況下，使用同軸電纜傳輸信號消耗較大，傳輸指令與天線之間的距離也要控制好，而關于電纜銅量的消耗，會隨著頻率平方根的增大而增大。同軸電纜傳輸微波信號的前期，需要在一定的頻率范圍內完成轉變，將信號電平在線路放大器內進行放大，指令中心傳輸?shù)男盘杽t不需要進行變頻，線路放大器不使用也能使信號電平提高，光濾波器和光纖的使用效率也能夠提高。要進一步保證其基本的使用性能，增強雷達的抗電磁能力可以通過光纜改變電纜，保證雷達天線遠程傳輸?shù)墓δ?。這種應用方法在軍事上具有重要使用作用，提升經濟效益的同時創(chuàng)造軍事價值。此外，光纖重量輕、體積小，靈活度高，在一些限定空間或場合使用方便，保證雷達信號的傳輸有效。[2]
（二）信號處理
雷達信號處理一般是利用光纖延遲線，其主要構成要素包括調制器和激光器等，屬于新型的信號處理器件，在微波射頻領域應用較多，光纖延遲線的使用能夠促使多種不同信號處理器件的生成。例如在橫向匹配濾波器和編碼發(fā)生器以及相關處理器中可以通過雷達系統(tǒng)的處理充分發(fā)揮帶寬極寬系統(tǒng)的作用，聲波器表面頻率較高，功能優(yōu)越性明顯，在雷達信號處理中要控制其頻率需要同步使用信號處理器，提升雷達信號處理效果。處理寬帶雷達信號時由于雷達信號接收機的分辨率較高，電子情報信號處理時，可以選用大時間的帶寬積器件，使用成本相對較低，體聲濾器件和同軸電纜也可以用于雷達信號的處理。光纖延遲線不同于其他延遲線，性能更先進，并且同時具有工作頻率高和任何延時的特點，其中延遲的介質是單模石英光纖，成本低、性能高，使用價值較高，并且具有綜合性優(yōu)勢。因而在雷達信號處理過程中使用光纖延遲線能夠充分發(fā)揮其在不同處理器件中的構件作用，雷達系統(tǒng)中使用光纖延遲線實現(xiàn)價值最大化，不僅能夠在海洋衛(wèi)星雷達和隨機程序發(fā)生器中應用，同時還能夠在雷達信號處理系統(tǒng)和相控陣天線系統(tǒng)中應用。因而雷達信號處理中使用光纖、光電子技術能夠充分發(fā)揮信號處理器件和通信系統(tǒng)的實際價值，使用過程中的經濟效用顯著，總體應用前景較好。[3]
（三）達波束光控制
相控陣雷達系統(tǒng)在控制雷達的達波束光時要使用有源單位，繼而形成一種具有跟蹤效用的尖銳波束，這種波束對電子調控方法具有一定的控制作用，并且能夠將輻射單位予以改變，保證相對相位的實現(xiàn)。由于單個單元的控制器件屬于電子移相器，這種類型的器件在傳統(tǒng)意義上的使用通?？梢苑譃殍F氧體移相器和二極管。二極管的工作頻率相對比較低，而鐵氧移相器的工作頻率則較高。鐵氧移相器和二極管的體積較大，因而產生的損耗量也比較大，但是在相位連續(xù)控制上和在線性度上仍舊存在較大的差異。分配射頻功率可以使用光學方法來進一步完成相移，這種優(yōu)勢比較明顯。[4]
例如在實現(xiàn)微波相移的過程中可以使用線性連續(xù)的方法，在此過程中還能夠將相位的體積予以減少，保證及能耗度降低，促進波束的靈活控制。在一般的大型相控陣天線使用中需要多個MMIC收發(fā)模塊來完成雷達達波束光控制，在一定的自由空間內能夠與振蕩器形成不同模塊的主振蕩器鎖定，關于參考信號的改動則需要使用同軸電纜的光纖鏈路，這種有利于在很大程度上減少體積和降低重量。光電技術在雷達達波束光控制中具有重要的使用意義，并且能夠促進雷達電子器件的使用功能進一步完善，總體應用前景廣闊，在此過程中使用光電子技術促進了新時期下雷達技術變革、發(fā)展和使用的經濟效益提升。[5]
結語：
從目前情況分析來看，光電子技術應用在微波領域主要以光纖通信為主，且這種應用技術已經相對普及，但是在雷達中的應用尚且不如通信光纖應用普及程度高，隨著我國光電子技術研究、發(fā)展水平不斷提高，將進一步在現(xiàn)代雷達中實現(xiàn)充分使用，總體應用前景樂觀。其中光電集成電路和光纖等在雷達數(shù)據(jù)處理、雷達信號處理、多基地雷達和相控陣天線中使用具有高互聯(lián)性等多重優(yōu)點。光電子技術在現(xiàn)代雷達中的應用包括雷達信號傳輸、雷達信號處理和雷達達波束光控制等幾個重要的方面，體現(xiàn)了現(xiàn)代雷達應用光電子技術的先進性和必要性。
[摘要]光電子技術誕生在20世紀的中期，其應用至今，已經發(fā)展經歷過了半個多世紀，并在許多領域取得了很好的發(fā)展態(tài)勢和應用效果。隨著科學技術的迅速發(fā)展，社會的科學技術應用不斷呈現(xiàn)多樣化，光電子技術也呈現(xiàn)了多樣化、多領域的發(fā)展態(tài)勢，光電子技術也越來越發(fā)展成熟，對世界和時代的進步產生著至關重要的作用，其影響力不斷提升。光電子技術，主要由光子技術和電子技術兩者結合組成，涉及的范圍十分廣泛，就目前的發(fā)展形勢來說，光電子技術很可能⒊晌未來世界經濟發(fā)展的主要生產力之一，是信息產業(yè)的核心內容。文章主要對光電子技術發(fā)展現(xiàn)狀進行闡述，并分析和研究其在眾多相關領域當中的應用。
[關鍵詞]光電子技術；電能；光能
光電子技術主要由光子技術和電子技術兩者結合組成，同時，技術中包含的技術理論十分廣闊。光電子技術主要涉及光學、電子學、計算機學、光電子學等多個學科領域的專業(yè)知識理論，是一種典型的多學科交叉滲透的現(xiàn)代技術，對世界科學技術的發(fā)展，對社會經濟進步，起著重要的推動作用。光電子技術的研究核心是眾多學科中的光子學，支撐技術主要是電子學，這電子學是一種近年來興起的新型研究學科。因此來說，光電子技術具有很強的兼容性，其中的電子技術相對于微電子技術來說，有著更多的發(fā)展空間，優(yōu)勢更加明顯，能夠在更加廣泛的領域得以應用。
1光電子技術相關概述
所謂光電子技術，其全稱是光電子信息技術，該技術的核心內容是進行電能和光能的轉換，是科學技術中的一種全新的技術，其涵蓋了材料科學、精細加工、半導體材料以及固體物理等，是多個領域的綜合體。光電子技術的誕生是在20世紀60年代，并在當時開始光電子技術相關設備的生產，從一開始的單一的領域應用，迅速發(fā)展至今，已經廣泛應用在各個領域和各個行業(yè)，比如在軍事武器的制造業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、電子信息行業(yè)以及其他高新制造業(yè)等領域，應用十分廣泛。而最初的光電子技術的發(fā)展，主要得益于無線激光器設備的出現(xiàn)，為光電子技術的發(fā)展提供了重要的光頻波段支持，隨著發(fā)展和研究的深入，光電子技術逐漸實現(xiàn)了信息的處理、存儲、傳輸?shù)裙δ?。光電子技術能夠通過對光子以及電子的利用，來促使產生一種全新的光子物理現(xiàn)象。隨著科學技術的發(fā)展，由光電子技術原理構造成的相關硬件設備，組成信息技術中重要的應用成分，也為信息技術的發(fā)展提供了無限的可能和廣闊的發(fā)展空間。比如，可以通過光電子技術將全球所有范圍內的電子計算機進行聯(lián)機，這是通過光電子技術能夠簡單實現(xiàn)的。當然，也可以利用光電子技術實現(xiàn)衛(wèi)星和地球的聯(lián)系，從而組成宇宙性質的聯(lián)系網絡，通過光電子技術，這在未來也是有希望得以實現(xiàn)的。當前，光電子技術可以說是互聯(lián)網當中最重要的支撐性技術，主要應用在高新技術領域。而在我國來說，光電子技術的起步較晚，但是發(fā)展的速度是極快的，已經在我國國內諸多領域得以應用和推廣。在光電子技術的應用中，體現(xiàn)出諸多方面的應用優(yōu)勢，具有極高的速度和極大的容量，對于日益增長的信息量處理要求和信息化發(fā)展時代要求來說，無疑是至關重要的技術，這也是傳統(tǒng)的電子學以及微電子學難以實現(xiàn)的。光電子技術能夠實現(xiàn)對信息的高速度和高頻率處理，能夠將信息從探測到最終處理整個流程融為一體，一氣呵成，從而在信息技術領域占據(jù)著不可動搖的地位。
2光電子技術的發(fā)展現(xiàn)狀
21國內發(fā)展現(xiàn)狀
我國的光電子技術發(fā)展起步較晚，但是在我國的發(fā)展十分迅速，已經達到世界先進水平，與最先發(fā)展光電子技術的發(fā)達國家之間的差距不斷縮小，已經達到接近水平。光電子技術在國內取得如此大的成就，主要受益于我國政府對科學技術的重視和大力投入。在電子領域的各個方面，我國皆取得了不錯的發(fā)展成績，許多方面達到了世界的先進水平，比如在光收發(fā)模塊、探測器等一些光電子器件上，水準很高，技術水平相當先進，市場份額占比不論是國內還是世界范圍內，都有極大的競爭力。在我國，光電子技術的發(fā)展存在明顯的地區(qū)差異性，光電子技術的先進發(fā)展主要集中在我國的幾個發(fā)達地區(qū)，比如珠江三角洲地區(qū)、長江三角洲地區(qū)以及渤海灣地區(qū)，這主要是由目前我國區(qū)域經濟發(fā)展現(xiàn)狀決定的。另外，在這些發(fā)達的地區(qū)，高等院校較多，研究所也多，給光電子技術的研發(fā)和發(fā)展提供了巨大的技術力量保障。
22國外發(fā)展現(xiàn)狀
國外的光電子技術的發(fā)展和應用參差不齊，最為先進的是美國、日本以及歐洲一些國家。尤其是美國，特別看重光電子技術在未來的發(fā)展和應用，并將光電子技術列為21世紀最為重要的戰(zhàn)略性技術之一，并進行了大量的研究投入。日本在光電子技術方面，近些年來發(fā)展十分迅猛，在國際市場上占據(jù)著重要地位。歐洲地區(qū)的光電子技術發(fā)展和應用，以德國最為先進和典型，德國對光電子技術的投入研究較早，進行了大量的研究，因此積累了許多寶貴的研究成果和發(fā)展經驗，技術基礎十分強大。隨著全球化的深入發(fā)展，“地球村”理念逐步形成，使全球范圍內的人類更加緊密地聯(lián)系在一起，信息通信十分便捷和快速，并對未來的信息產業(yè)提出了更高的需求。光電子技術在信息產業(yè)方面所做出的重大貢獻，對于全球信息交流的促進有著關鍵的作用。另外，當今世界的互聯(lián)網技術發(fā)展迅速，儼然已經成為互聯(lián)網的時代。在高速發(fā)展的互聯(lián)網環(huán)境下，對信息傳輸?shù)男枨鬅o論是數(shù)量上還是效率上，都有著更高的要求，為了滿足這個巨大的要求，發(fā)展光電子技術無疑是最佳選擇。
3光電子技術的應用領域
31信息領域
當今時代，是一個信息化高速發(fā)展的時代，無論是現(xiàn)在還是未來，都離不開信息化的支撐。在信息化發(fā)展過程中，信息傳輸和處理流量正呈現(xiàn)質的增長，傳統(tǒng)的電子技術已經無法滿足當今時代巨大的信息傳輸和處理。而光子技術的應用，與電子技術進行完美的融合，并產生全新的光電子技術，能夠極大擴大信息容量和信息傳輸速率，比起傳統(tǒng)的電子技術優(yōu)勢巨大，能夠有效促進信息產業(yè)的快速發(fā)展。當前在信息領域已經開始大范圍開展光電子技術的應用，并取得了極好的影響效果，為信息產業(yè)的蓬勃發(fā)展帶來了更多的可能和廣闊空間，提升了信息領域的發(fā)展?jié)摿Α?
32能源領域
能源是地球上賴以生存的重要發(fā)展來源。在過去的許多年發(fā)展中，世界對能源的需求巨大，依靠傳統(tǒng)能源取得了良好的發(fā)展成效。但是與此同時，世界發(fā)展在能源方面也逐漸顯現(xiàn)出諸多發(fā)展瓶頸，主要是傳統(tǒng)能源的枯竭，以及世界對環(huán)境保護的呼聲越來越大。因此，當前的主要辦法就是進行清潔能源的生產和利用。如何研發(fā)出既清潔環(huán)保，又能夠高效利用的新能源，成為當今世界能源研究的主要議題。而光電子技術，能夠將光能轉化成熱能的這一偉大功能，使得其在新能源領域備受關注，具有極大的新能源產業(yè)潛力，市場前景十分廣闊。目前在世界范圍內，尤其是在一些發(fā)達國家中，利用光電子技術獲取新能源的方式已經得到應用，在我國也已經進行了初步的應用。
33汽車領域
汽車是當今世界最主要的交通工具之一，隨著社會經濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對汽車的市場需求不斷擴大。在汽車領域，人們開始越來越注重汽車的整體功率、能耗、舒適度以及外觀等因素，這就意味著需要更加先進的汽車生產技術。光電子技術在汽車領域的應用，使得汽車的功率轉化大大提升，并且通過光電子技術，能夠對汽車生產材料進行高精度的加工，極大提升了汽車的整體質量和舒適度，減少汽車在使用中的損耗。
34環(huán)境領域
地球環(huán)境是人類生存的基本條件，保護環(huán)境，是人類共同的責任。步入21世紀以來，世界范圍內的工業(yè)生產已經到了一個相對成熟的水平，與此同時，工業(yè)的生產和發(fā)展對環(huán)境造成了極大的損耗，比如逐漸出現(xiàn)的全球變暖問題和厄爾尼諾現(xiàn)象等，給地球環(huán)境造成了惡劣的影響。當前，人們對生活質量的要求越來越高，環(huán)境保護意識越來越強，亟須研發(fā)出能夠遏制環(huán)境逐漸惡化的先進技術。在這種情況下，光電子技術給環(huán)境保護和污染治理帶來了全新的希望，其通過高精度傳感器的制造，能夠對環(huán)境中污染物的濃度進行準確的測量，并進行有效的治理與防護。
35軍事領域
一個國家的軍事基礎，是一個國家安全力量的巨大保障。光電子技術在軍事領域的應用，能夠極大加強國防軍事力量，并有著廣闊的應用前景。通過光電子技術，能夠制造先進的激光制導武器，目前，這方面許多發(fā)達國家正在加大力度進行研發(fā)和應用。另外，光電子技術能夠形成更加有效的圖像傳感器，使得單兵作戰(zhàn)更加強化，得到許多國家的重視。
36醫(yī)療領域
隨著生活水平的提升，人們越來越開始注重醫(yī)療健康。光電子技術在醫(yī)療領域的應用主要是通過激光來治療一些以傳統(tǒng)治療手段難以解決的疾病，比如通過激光進行角膜的切除手術和治療，能夠幫助人類矯正視力。隨著光電子技術在醫(yī)療領域中的應用，以相關設備進行手術，能夠使手術更加精準，治療效果更好，提升手術的成功率和穩(wěn)定程度。
4發(fā)展趨勢
光電子技術的應用前景十分廣闊，發(fā)展?jié)摿κ志薮?。在未來，光電子技術的發(fā)展趨勢主要會從集成化、擴大化、強適應性三個方面進行優(yōu)化發(fā)展。
光電子技術的發(fā)展還需要諸多輔助材料的發(fā)展來促進，比如半導體激光以及相關電氣元件，這些輔助材料和技術的發(fā)展，才能夠推動光電子技術更加迅速和完善發(fā)展。在導體激光以及半導體激光的迅速發(fā)展之下，通過各種輔助材料和技術與光電子技術的融合，在未來，光電子技術將會呈現(xiàn)集成化發(fā)展狀態(tài)，并不斷研發(fā)出新的設備以及材料。這些新設備和新材料與光電子技術的融合應用，將會推動光電子技術的應用效果，并且在光電子技術的應用經濟性以及簡便性方面得到較大提升與優(yōu)化。
5結束語
綜上所述，光電子技術是當今世界最重要的高新技術之一，對世界經濟發(fā)展具有至關重要的推動作用。當前，光電子技術已經在眾多重要領域得到了初步的應用，在未來，光電子技術的用前景相對廣闊，有著無限的發(fā)展可能。
摘要：針對礦業(yè)院校電子科學與技術這一弱勢學科的發(fā)展，面向工程教育專業(yè)認證，以光電子方向相關課程設置為典型，討論了課程教學改革的具體思路并給出了相應的做法，包括教學原則、課程結構、課堂教學和實踐訓練。
關鍵詞：教學改革；弱勢學科；工程教育專業(yè)認證
一、我校電子科學與技術學科的發(fā)展背景
知識經濟時代的教育呼喚適應“寬口徑，厚基礎”的教育觀和學習觀[1]，而工科專業(yè)直接面向工礦企業(yè)的研發(fā)生產，具有很強的實際應用背景，尤其是包括光電子在內的電子科學與技術這類支撐現(xiàn)代社會信息科技的前沿學科，具有專業(yè)知識更新快、理論基礎要求高、實踐應用范圍廣等特點，對社會高新技術的發(fā)展具有深遠影響，因而培養(yǎng)涵蓋光電子專業(yè)基礎的復合應用型人才，也成為社會發(fā)展的迫切需要[2，3]。
近年來許多高校先后開設了與光電子相關的專業(yè)或專業(yè)方向，但受客觀辦學條件和主觀重視程度的影響，各個院校的光電子專業(yè)（方向）發(fā)展參差不R，專業(yè)課程設置各有差異。中國礦業(yè)大學作為以礦業(yè)為特色的高等院校，電子科學與技術學科起步較晚且基礎薄弱。本文以礦業(yè)院校背景下本學科從無到有至目前近500在校生規(guī)模的發(fā)展為例，以光電子方向相關課程為切入點，探討如何更好地設置和發(fā)展弱勢學科的本科專業(yè)課程，面向工程教育專業(yè)認證，推動學科發(fā)展，實現(xiàn)“寬口徑、厚基礎、重能力、偏應用”的符合社會需要的專業(yè)人才培養(yǎng)。
二、合理規(guī)劃“光電子”專業(yè)課程設置
（一）課程設置要兼顧人才培養(yǎng)和學科發(fā)展
電子科學與技術專業(yè)所涵蓋學科范圍極廣，是以信息處理為目的，以電子、光電、光子器件為核心，包含物理理論、材料工藝、器件系統(tǒng)等研究內容的完整學科體系。目前我國大部分高校的電子科學與技術本科專業(yè)以“微電子”和“光電子”作為主要專業(yè)方向，相對于微電子方向的課程內容比較固定單一、本科階段無需配套硬件實驗等情況，光電子方向所面臨的問題要復雜困難得多，其研究領域“廣”、相關課程“雜”、所需硬件儀器“多”，因而合理規(guī)劃“光電子”專業(yè)課程設置，既可實現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)，又可推動弱勢學科發(fā)展。人才培養(yǎng)和學科發(fā)展二者密不可分，人才培養(yǎng)是最終目標，而學科發(fā)展是必要途徑，合理地設置和建設專業(yè)課程，是學科發(fā)展的主要內容，學科發(fā)展好了，才有實力更好地實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標，進而利用人才優(yōu)勢和影響，又可更好推動學科發(fā)展，形成良性循環(huán)。
（二）課程設置以“寬口徑、厚基礎、重能力、偏應用”為指導
針對光電子方向“廣、雜、多”的特點，將其作為電子科學與技術弱勢學科發(fā)展的重點方向，從人才培養(yǎng)和學科發(fā)展兩方面考慮，制定了“厚基礎、寬口徑、重能力、偏應用”的教學原則，同時也作為光電子技術相關課程設置的指導思路。這一指導思路，既是遵循國家高等教育培養(yǎng)創(chuàng)新人才的指導方針并面向工程教育專業(yè)認證[4]，更是適應包括光電子技術在內的電子信息科學發(fā)展迅速與交叉融合的特點，同時考慮本學科方向實力較薄弱的現(xiàn)狀和發(fā)展解決面臨困難的實際需要。
光電子方向專業(yè)課程設置需要滿足“厚基礎、寬口徑”的教學原則。所謂的“光電子”專業(yè)方向，廣義上是電子科學與技術之下除微電子學與固體電子學之外的多個二級學科（方向），甚至還包括與其他學科交叉衍生出的學科方向，既要與微電子一起承擔本學科“厚基礎”的教育任務，更要肩負更多的“寬口徑”任務，同時也是著眼于學科長遠發(fā)展的必然選擇。光電子方向專業(yè)課程設置還應遵循“重能力、偏應用”的教學原則。這尤其適于弱勢學科的實力現(xiàn)狀和發(fā)展要求。以我校為例，學科專業(yè)體系的基本格局是以工科為主，以礦業(yè)為特色，理、工、文、管等多學科協(xié)調發(fā)展，優(yōu)勢學科集中在煤炭能源相關的礦建、安全、測繪等領域，在59個本科專業(yè)中，2002年首次招生的電子科學與技術專業(yè)是典型的弱勢學科，在所屬的信息與電氣工程學院的4個一級學科中，發(fā)展落后于電氣工程、信息與通信工程、控制科學與工程等其他3個學科。在本專業(yè)設置初期，部分專業(yè)課程由其他學科的教師承擔甚至直接采用其他專業(yè)的課程，而隨著師資力量的增強和專業(yè)課程的調整，目前已形成較為完整的微電子和光電子專業(yè)課程體系，但就現(xiàn)階段來看，本專業(yè)學生就業(yè)后直接從事光電子技術研發(fā)的人數(shù)很少，絕大多數(shù)還是作為光電子技術直接或潛在的使用者。可以說，“重能力”是促進學生就業(yè)的實際需要，而“偏應用”是學科基礎薄弱與實力有限的務實之選。
（三）課程體系宜采用多層次三位一體結構且內容環(huán)環(huán)相扣
針對本專業(yè)光電子方向相關專業(yè)課程的設置，面向工程教育專業(yè)認證，兼顧人才培養(yǎng)和學科發(fā)展，遵循“寬口徑、厚基礎、重能力、偏應用”的原則，并廣泛借鑒國內外高校課程設置經驗，采用了核心課程、專業(yè)選修/限選課程、其他相關課程的多層次三位一體的課程體系。核心課程包括激光原理與技術（48學時）、半導體物理基礎（40學時）和光電子技術（40學時），專業(yè)選修/限選課程包括光電檢測技術（40學時）、半導體光電子器件（32學時）、微波技術（48學時）等，其他相關課程包括電子信息學科概論、學科講座和專業(yè)綜合實踐II（微波與光電子）。
本專業(yè)學生在第一、二學年已系統(tǒng)學習了通識教育課程、專業(yè)大類課程，打下了較為扎實的理論基礎，具有一定的“厚基礎、寬口徑”專業(yè)基礎知識體系，且在第一學年開設了《電子信息學科概論》，為學生專業(yè)學習提供了方向指引。第三學年學生通過自主選擇由專業(yè)類轉入具體專業(yè)學習，開設的專業(yè)核心課程《激光原理與技術》、《半導體物理基礎》繼續(xù)夯實“厚基礎”，而《光電子技術》側重“寬口徑”。第四學年則加入與光電子相關的《光電檢測技術》、《半導體光電子器件》、《微波技術》、《學科講座》，這些課程全部或部分承接了《光電子技術》，進一步加深和拓寬了學生的專業(yè)知識體系，從學科實力和學生就業(yè)兩方面進行考量，教學原則圍繞“重能力、偏應用”；同時依托優(yōu)勢學科加強專業(yè)綜合實踐教學，設置2周時間的《專業(yè)綜合實踐II（微波與光電子）》，采用師生雙向選擇和分組形式，自主選題并完成較綜合的設計，所需設備依托利用國家修購專項等經費而建立的光電子、微電子、微波等實驗室。
三、結論
綜合以上我校專業(yè)在光電子方向本科教學改革實踐中的做法和成果，主要有以下心得和建議：（1）在弱勢學科發(fā)展中要兼顧人才培養(yǎng)和學科發(fā)展，以“寬口徑、厚基礎、重能力、偏應用”的教學原則和思路為指導；（2）課程體系設置，宜采用核心課程、專業(yè)選修/限選課程、其他相關課程的多層次三位一體的結構；（3）課程內容設置，符合教學原則，做到環(huán)環(huán)相扣，課堂教學和實踐環(huán)節(jié)相輔相成。
摘 要：本文介紹了光子晶體的概念，回顧了硅基光子學的發(fā)展歷史，分析了其發(fā)展現(xiàn)狀和面臨問題。光電子器件以光子代替電子傳遞信息，因為光子的輸運特性便具有熱損小、功率損失低、占用體積小、傳遞信息速率高的特點，因而受到人們的廣泛關注。要實現(xiàn)“全光子化”傳遞信息需要實現(xiàn)集成光回路。本文分析了用硅基光子器件集成光回路的可能性以及目前存在技術難點最后本文對展望了硅基光子學和光電子器件的應用前景。
關鍵詞：光子晶體；硅基光電子學；集成光回路
1 光子晶體
光子在傳播時，遇到周期排布的介電常數(shù)材料，將會產生布拉格散射，因而會產生光子能帶與帶隙，使光子晶體具有光半導體的性質[1-2]。目前來說，我們主要靠對于缺陷的引入來實現(xiàn)對光子的局域化控制。缺陷有兩種基本形式：線缺陷和點缺陷。當引入線缺陷時，對于處在光子晶體禁帶能量的光子，它不能逃逸進入周圍的光子晶體當中，因而只能沿著線缺陷的確定路徑傳播。光子晶體波導對于光的傳輸性能強過傳統(tǒng)的波導物質，例如光纖。光纖依靠全反射作用來實現(xiàn)光的傳輸，但在較大轉彎角處由于不再滿足全反射條件而會有光子逃逸。在微納尺度上使用光子晶體波導的傳輸效率更高。光子晶體憑借它的特點，被廣泛研究。例如一些應用于各個不同的光頻段，有的看重更低的損耗、小限制的傳播窗口，還有一些則具有特殊用途（減緩光速）。
自從光子晶體的概念被提出以來，它就和它的蘊含的巨大應用價值聯(lián)系在一起。[3]它那特有光子帶隙能夠抑制物質的自發(fā)輻射，而這可以用于制作全反射鏡。另外，我們在其中引入缺陷，可以制成缺陷模，而缺陷?？梢杂弥谱魑⑶?、波導、光開關、甚至人們熟知的激光器和探測器等等。總之，集成光電子學是光子晶體主要的活躍范圍，但是同時光子晶體在其他各個方面也有著重要的應用價值，它可以提高現(xiàn)今不斷走進我們日常生活的發(fā)光二極管的工作效率。
2 硅基光電子學
由于硅基半導體集成電路在生產規(guī)模和成本方面具有明顯的優(yōu)勢， 所以現(xiàn)階段人們嘗試用硅作為制作納米級電子器件的主要材料，來縮減在Ⅲ-Ⅴ族元素中尋找材料制作具有相同目的的微納光電子器件的成本，現(xiàn)階段人們憑借已知的硅在1.3～1.5μm通信波段具有的低功耗的優(yōu)勢，并以此為基礎，已經成功生產出大量的硅基微納光電子器件，就比如說此類的耦合器、光波導器件等。雖然說現(xiàn)階段硅基微納光電子器件已經具有相當明顯的優(yōu)勢，但為了它在具體應用的過程中保證夠達到預期的應用效果，我們需要對其部分性能進行有效的優(yōu)化。只要硅基微納光電子器件在性能方面能夠不斷地優(yōu)化、我們的技術能夠不斷完善，它的應用空間就會得到擴展。
在對硅光晶體的研究中，我們已經看到：在硅基材料中引入光子晶體可以明顯的提高它的發(fā)光效率。憑借這我們可以預見：隨著新型硅基高效發(fā)光材料研究的不斷深入，新型制備技術如電注入泵浦方法的突破和光子晶體物理性質研究的深入，以及對于高效硅基材料的發(fā)光特性使用光子晶體的局域光效應加以控制，就很有可能提高硅基材料的l光增益，以此實現(xiàn)擁有低閾值的硅基激光器制備，進而可以在微電子芯片中利用光子替代電子作為載體來實現(xiàn)光耦合互聯(lián)，消除電子傳播發(fā)熱的劣勢，這樣就可以突破電子瓶頸效應。[4]
3 集成光回路
和普通的信息處理相似，信息處理“全光子化”，就是指利用光來進行信息傳遞。它的概念包涵了光信號的發(fā)出、它的調節(jié)、對光信號的接收、對于信號的處理、信號的返回的整個過程。作為光信號的來源的有源發(fā)光器以光子晶體為基礎，光信號又受到光子晶體制成的光開關調節(jié)和制約。光子晶體波導還能實現(xiàn)對于信號的傳輸與分流的作用，根據(jù)第二節(jié)提到線缺陷波導的傳輸優(yōu)勢，能夠實現(xiàn)高效率低損耗，每個分路又要經波分復用器件下載，各個分路中的光信號在各自受到新的調制后，重新匯聚到干路， 回到接收裝置。因為每一部分的各個部件在所用材料與大小上近乎一致，我們知道，傳統(tǒng)光學器件的大小在厘米尺寸，微小的加工誤差都會導致其工作頻率的較大改變，因而產生光模式不匹配的問題，都會有較大的功率損耗，微型化的光子器件能避免這一問題。同時相同材質大小統(tǒng)一也方便光路一體化的實現(xiàn)。再加之與日益成熟的制備技術相適應，將會為全光路信息傳遞集成化鋪就道路。
4 問題分析與展望
二十多年過去了，經過這些年的發(fā)展，光子晶體理論已經不斷發(fā)展完善，我們也已經在其原理、設計取得了不斷進步。二維光子晶體的制備相對容易，已有諸如反應離子刻蝕和深紫外曝光等成熟技術。相對來說，對于集成光路更重要的三維光子晶體制備技術目前還不成熟，已有一些方法但還不能大規(guī)模集成化應用，因此是關鍵發(fā)展方向。但是現(xiàn)有制備技術還是不完美，仍然有許多難題、核心關鍵有待克服。例如，二維晶體中的誤差控制，由于我們使用的光子頻率都在納米量級，晶體中幾何上的微小誤差都會導致對調制頻率的影響，進而影響發(fā)射接收以及模式匹配。而我們需要將制備技術的精度提升到亞納米量級，才可以制備出高Q值的微腔，我們需要這樣一個可行的、簡便的方法。隨著光子晶體各種特殊現(xiàn)象、性質在被不斷發(fā)現(xiàn)，一些新的研究方向隨之提出，或許一些新的性質會隨著人們對于光子晶體的不斷發(fā)掘而被發(fā)現(xiàn)。
在硅基有源器件方面：我們仍對于滿足電泵浦、通信波段、產品化的硅基光源探尋不深，其中就包括擁有低閾值特性的III-V鍵合光源，十分穩(wěn)定的、使用低電壓驅動的鍺激光器，還有以Er離子為基礎的電泵硅激光器；我們仍需在調制器上努力以滿足需求。鍺探測器的暗電流制約其發(fā)展，為能夠大規(guī)模量產，需新技術降低暗電流。
在硅基無源器件方面：問題之一就是硅基波導材料實現(xiàn)低損耗需要特殊工藝處理，因而無法實現(xiàn)大規(guī)模電路集成；其二為實現(xiàn)光柵的高耦合效率需要增加反射層，使得工藝更為復雜；這些器件的加工工藝急需簡化，使其能用標準的CMOS工藝制備。在硅基光電集成方面：怎樣將光纖和波導高效耦合是一個難題；因為硅基光電子器件的多樣性，所以需要化為統(tǒng)一標準。另外加工平臺成本較高。此外，硅的高熱光系數(shù)使得其光學性能受溫度影響，這一點是器件設計上的難題。封裝也不容忽視。因此，為了硅基光電子集成投入量產，我們需要在材料、工藝、設計等方面進行研究。
展望未來它將幫助我們實現(xiàn)高速、低能耗的探測器設計；擁有低損耗的硅基激光器；十分高效的硅基光電子集成；高計算速率的光電接口；大能夠投入量產的大規(guī)模集成設備。
5 結語
在科學研究興盛的當下，人們對于生產生活的需要往往能帶動一種新的科學技術的出現(xiàn)與發(fā)展，沒有人們需求的推動新的學說只是空想。新興生產技術的完善與發(fā)展也是需要科研工作者們堅持不懈的探索與嘗試。光子晶體獨特的性質備受關注，全世界的科研人員都對它抱有濃厚興趣，最初的概念現(xiàn)今已經拿出了實體成果，我們可以看出對于它的研究人們走過的路程。在光子晶體的實用方面，我們以降低制作難度，減小制作成本，降低不確定性與不穩(wěn)定性為目標，這也是為實現(xiàn)光學集成所必須做出的雖然這里仍有許多難題等待突破，但是我們仍在為之奮斗。
