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1、第23卷第1期Vol.23,No.1应用光学2002年2002文章编号:1002-2082(2002)01-0001-04光电子技术及其进展田芊,毛献辉,孙利群(清华大学精密仪器与机械学系,北京100084)摘要:综述了光电子学的产生及其发展,提出了光电子技术的几个发展方向和研究热点。对各种新型激光器、硅基光电子技术、有机聚合物光电子材料、光互连、光计算技术、大容量光存储、生物医学中的光电子技术等内容进行了简要的介绍。关键词:光电子技术;激光器;硅基光电子技术;光电子材料;光互连;光计算;光存储;生物医学中图分类号:TN2-1(1)文献标识码:
2、A引言麦克斯韦(Maxwell)的经典电磁理论进行了研当今人类处于一个信息时代,在这个信息究,关于光的吸收和辐射,在1917年爱因斯坦社会里,信息渗透于工农业生产、商业活动、(Einstein)就建立了系统的理论。但是直到20医疗卫生、国防军事、政治以及人们的日常生世纪60年代之前,光学和电子学仍然是两门活的各个方面。在空间科学、现代防御体系、生独立的学科。命科学、遥感及管理科学等领域中都拥有大量1960年世界上第一台激光器研制成功,的科学信息,要求在有限的时间、空间、甚至实这标志着光学的发展进入了一个新阶段。随后时地进行准确处理。因此信息技术
3、已经成为当在对激光器和激光应用的广泛研究中,电子学代科学技术的核心技术。信息技术的支撑学科发挥了重要的作用,光学和电子学的研究有了是电子学和光学;光电子学则是由电子学和光广泛的交叉,形成了激光物理、非线性光学、波学交叉形成的新兴学科,对信息技术的发展起导光学等新学科。70年代以来,由于半导体激着至关重要的作用。本文综述了光电子学的产光器和光纤技术的重要突破,导致了以光纤传生及其发展,提出了光电子技术的几个发展方感、光纤传输、光盘信息存储与显示、光计算以向和研究热点。及光信息处理等技术的蓬勃发展,从深度和广度上促进了光学和电子学及其他相应学科(数
4、1光电子学的出现和发展学、物理、材料等学科)之间的相互渗透,形成光学的发展历程古老而又漫长,电子学的了一个边沿的研究领域。为此需要引进一个名发展则相对较短。光电子学作为这两个学科的词来覆盖这一非常广泛的应用研究领域,学术交叉点是一门新兴的学科。关于光的电磁性质界曾经使用的名词有电光学(Electo-optics)、及其在介质中的行为,早在19世纪就已经用光电子学(Optoelectronics)、量子电子学收稿日期:2001-08-22基金项目:清华大学基础研究基金(JC2001015)作者简介:田芊(1946-),男,清华大学教授,博士生导师
5、,主要从事激光技术和光纤传感技术的研究。1(Quantumelectronics)、光波技术(LightWave我们知道,硅和锗是微电子学中最重要的[1]Technology)、光子学(Photonics)等。随着时基质材料,在硅材料上发展起来的集成电路已间的推移,现在用的较多的名词是“光电子学对电子计算机、通信和自动控制等信息技术起(Optoelectronics)”和“光子学(Photonics)”。光了关键的作用。随着信息技术的日益发展,对电子学沿用电子学的有关理论,主要研究有光信息的传递速度、存储能力、处理能力提出了参与的电子器件和系统
6、。光子学是把光子作为更高的要求。但是硅集成电路受到尺寸和硅质信息的载体和能量的载体来研究,包括光的产材料中电子运动速度的限制,很难满足发展的生、传输、调制、放大、频率转换和检测等。事实要求。如果能在硅芯片中引入光电子技术,用上,光电子学和光子学其本质是一致的,只不光波代替电子作为信息载体,则可大大地提高过其强调的重点不一样,光电子学强调电子的信息传输速度和处理能力。由于硅和锗都是间作用,光子学强调光子的作用。接带隙材料,电子不能直接由导带底跃迁到价光电子学一经出现就引起了人们的广泛带顶发出光子,为了满足动量守恒定律,它只关注,反过来又进一步促进
7、了光电子学及光电能通过发射或吸收一个声子,间接跃迁到价带[3]子技术的发展。光电子技术包括光的产生、传顶。这是一种多体效应,跃迁几率很小,因此输、调制、放大、频率转换和检测以及光信息处硅和锗都是发光效率低的材料。为了克服硅材理等。光电子技术不断地向前发展,特别是近料发光效率低的问题,实现在一块硅片上集成年来,出现了很多新的发展趋势和研究热点。电子器件和发光器件,也为了发展硅基光电子技术,国外研究人员进行了不懈的努力,为了2光电子技术研究的几个方向和热点提高硅(或锗)的发光效率,提出和研究了多种2.1各种新型激光器的研究硅基发光材料,如掺铒硅、多
8、孔硅、纳米硅、硅激光器是光电子技术的核心,正是激光器基异质外延、超晶格和量子阱材料等,并取得[4]的问世与发展促使了光电子学的兴起与发展。了一定的成果
