時(shí)間：2022-04-19 05:42:34
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1納米導(dǎo)線激光器
2001年，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)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(dǎo)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(jīng)過調(diào)整后還能發(fā)射從藍(lán)色到深紫外的激光。研究人員使用一種稱為取向附生的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，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(dǎo)線，即在金層上形成直徑為20nm～150nm，長(zhǎng)度為10000nm的純氧化鋅導(dǎo)線。然后，當(dāng)研究人員在溫室下用另一種激光將納米導(dǎo)線中的純氧化鋅晶體激活時(shí)，純氧化鋅晶體會(huì)發(fā)射波長(zhǎng)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(xué)物質(zhì)，提高計(jì)算機(jī)磁盤和光子計(jì)算機(jī)的信息存儲(chǔ)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(guó)加利福尼亞伯克利大學(xué)的化學(xué)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(lì)下能發(fā)射線寬小于0.3nm、波長(zhǎng)為385nm的激光，被認(rèn)為是世界上最小的激光器，也是采用納米技術(shù)制造的首批實(shí)際器件之一。在開發(fā)的初始階段，研究人員就預(yù)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(lán)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(jìn)入許多今天的GaAs器件不可能涉及的應(yīng)用領(lǐng)域。為了生長(zhǎng)這種激光器，ZnO納米線要用催化外延晶體生長(zhǎng)的氣相輸運(yùn)法合成。首先，在藍(lán)寶石襯底上涂敷一層1nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一個(gè)氧化鋁舟上，將材料和襯底在氨氣流中加熱到880℃~905℃，產(chǎn)生Zn蒸汽，再將Zn蒸汽輸運(yùn)到襯底上，在2min~10min的生長(zhǎng)過程內(nèi)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(zhǎng)，3ns脈寬）的四次諧波輸出在溫室下對(duì)樣品進(jìn)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(dāng)激射超過ZnO納米線的閾值（約為40kW／cm）時(shí)，發(fā)射光譜中會(huì)出現(xiàn)最高點(diǎn)，這些最高點(diǎn)的線寬小于0.3nm，比閾值以下自發(fā)射頂點(diǎn)的線寬小1/50以上。這些窄的線寬及發(fā)射強(qiáng)度的迅速提高使研究人員得出結(jié)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(jìn)而成為理想的微型激光光源。研究人員相信，這種短波長(zhǎng)納米激光器可應(yīng)用在光計(jì)算、信息存儲(chǔ)和納米分析儀等領(lǐng)域中。
3量子阱激光器
2010年前后，蝕刻在半導(dǎo)體片上的線路寬度將達(dá)到100nm以下，在電路中移動(dòng)的將只有少數(shù)幾個(gè)電子，一個(gè)電子的增加和減少都會(huì)給電路的運(yùn)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(xué)中，把能夠?qū)﹄娮拥倪\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生約束并使其量子化的勢(shì)場(chǎng)稱之成為量子阱。而利用這種量子約束在半導(dǎo)體激光器的有源層中形成量子能級(jí)，使能級(jí)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(diǎn)激光器。
3.1量子線激光器
近日，科學(xué)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(jì)算機(jī)和通信設(shè)備邁進(jìn)了一大步。這種激光器可以提高音頻、視頻、因特網(wǎng)及其他采用光纖網(wǎng)絡(luò)的通信方式的速度，它是由來自耶魯大學(xué)、位于新澤西洲的朗訊科技公司貝爾實(shí)驗(yàn)室及德國(guó)德累斯頓馬克斯·普朗克物理研究所的科學(xué)家們共同研制的。這些較高功率的激光器會(huì)減少對(duì)昂貴的中繼器的要求，因?yàn)檫@些中繼器在通信線路中每隔80km（50mile）安裝一個(gè)，再次產(chǎn)生激光脈沖，脈沖在光纖中傳播時(shí)強(qiáng)度會(huì)減弱（中繼器）。
3.2量子點(diǎn)激光器
由直徑小于20nm的一堆物質(zhì)構(gòu)成或者相當(dāng)于60個(gè)硅原子排成一串的長(zhǎng)度的量子點(diǎn)，可以控制非常小的電子群的運(yùn)動(dòng)而不與量子效應(yīng)沖突。科學(xué)家們希望用量子點(diǎn)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(diǎn)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(huì)使電子變得難以控制，并且陷入量子效應(yīng)的困境。但是，通過改變材料使量子點(diǎn)能夠更牢地約束電子，日本電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的松本和斯坦福大學(xué)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(guān)速度不高，偶然的電能容易使單個(gè)電子脫離預(yù)定的路線。因此，大多數(shù)科學(xué)家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)量子裝置。
4微腔激光器
微腔激光器是當(dāng)代半導(dǎo)體研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，它采用了現(xiàn)代超精細(xì)加工技術(shù)和超薄材料加工技術(shù)，具有高集成度、低噪聲的特點(diǎn)，其功耗低的特點(diǎn)尤為顯著，100萬(wàn)個(gè)激光器同時(shí)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(shí)驗(yàn)室開發(fā)成功。其內(nèi)部為采用先進(jìn)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(gè)微小的底座支撐。由于半導(dǎo)體和空氣的折射率相差很大，微碟內(nèi)產(chǎn)生的光在此結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)射，直到所產(chǎn)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(shí)只需大約100μA的電流。
長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院高功率半導(dǎo)體激光國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中國(guó)科學(xué)院北京半導(dǎo)體研究所從經(jīng)典量子電動(dòng)力學(xué)理論出發(fā)研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反應(yīng)離子刻蝕和選擇化學(xué)腐蝕等微細(xì)加工技術(shù)制備出直徑為9.5μm、低溫光抽運(yùn)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(yīng)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(shù)，如微腔探測(cè)器、微腔諧振器、微腔光晶體管、微腔放大器及其集成技術(shù)研究的突破，可使超大規(guī)模集成光子回路成為現(xiàn)實(shí)。因此，包括美國(guó)在內(nèi)的一些發(fā)達(dá)國(guó)家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。長(zhǎng)春光機(jī)與物理所的科技人員打破常規(guī)，用光刻方法實(shí)現(xiàn)了碟型微腔激光器件的圖形轉(zhuǎn)移，用濕法及干法刻蝕技術(shù)制作出碟型微腔結(jié)構(gòu)，在國(guó)內(nèi)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(guó)際上報(bào)道中的最好水平。此外，他們還在國(guó)內(nèi)首次研制出激射波長(zhǎng)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(guó)際上首個(gè)帶有引出電極結(jié)構(gòu)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(yīng)、可動(dòng)態(tài)模式工作等優(yōu)點(diǎn)，在光通信、光互連、光信息處理等方面的應(yīng)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)，是當(dāng)代信息高速公路技術(shù)中最理想的光源；同時(shí)，可以和其他光電子元件實(shí)現(xiàn)單元集成，用于邏輯運(yùn)算、光網(wǎng)絡(luò)中的光互連等。
5新型納米激光器
據(jù)報(bào)道，世界上最早的納米激光器是由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家于2001年制造的，當(dāng)時(shí)使用的是氧化鋅納米線，可發(fā)射紫外光，經(jīng)過調(diào)整后還能發(fā)射從藍(lán)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(huì)發(fā)射出激光。而新型納米激光器具備了電子自動(dòng)開關(guān)的性能，無需借助外力激活，這無疑會(huì)使其實(shí)用性大為增強(qiáng)。
論文關(guān)鍵詞：納米導(dǎo)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(shù)是一門新興的技術(shù)，近年來越來越受到世界各國(guó)的重視，而隨著該技術(shù)產(chǎn)生的納米光電子器件更是成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。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(shù)
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(xué)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(xué)方法中，則要利用到一些化學(xué)反應(yīng)才能得到薄膜。
1.化學(xué)氣相淀積法(CVD)
目前光電子器件的制備中常用的化學(xué)方法主要有等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積（PECVD）和金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積（MOCVD）。
化學(xué)氣相淀積是制備各種薄膜的常用方法，利用這一技術(shù)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(xué)氣相淀積一般需要在高溫下進(jìn)行，高溫常常會(huì)使基片受到損壞，而等離子體增強(qiáng)化學(xué)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(jìn)化學(xué)反應(yīng)，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(dòng)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(shù)，一般在1000℃以下。利用PECVD技術(shù)可以制備SiO2、Si3N4、非晶Si:H、多晶Si、SiC等介電和半導(dǎo)體膜，能夠滿足光電子器件的研發(fā)和制備對(duì)新型和優(yōu)質(zhì)材料的大量需求。
金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積（MOCVD）是利用有機(jī)金屬熱分解進(jìn)行氣相外延生長(zhǎng)的先進(jìn)技術(shù)，目前主要用于化合物半導(dǎo)體的薄膜氣相生長(zhǎng)，因此在以化合物半導(dǎo)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(shù)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(jí)，從而可以很方便的得到各種薄膜結(jié)構(gòu)型材料，如量子阱、超晶格等。這種技術(shù)使得量子阱結(jié)構(gòu)在激光器和LED等器件中得到廣泛的應(yīng)用，大大提高了器件性能。2.物理氣相淀積（PVD）
化學(xué)反應(yīng)一般需要在高溫下進(jìn)行，基片所處的環(huán)境溫度一般較高，這樣也就同時(shí)限制了基片材料的選取。相對(duì)于化學(xué)氣相淀積的這些局限性，物理氣相淀積（PVD）則顯示出其獨(dú)有的優(yōu)越性，它對(duì)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(shù)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(shù)，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(dāng)?shù)臏囟认?，蒸發(fā)粒子在基片上凝結(jié)，實(shí)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(yīng)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(dòng)能迅速轉(zhuǎn)換成熱能，是材料蒸發(fā)。它的優(yōu)點(diǎn)是可以避免待蒸發(fā)材料與坩堝發(fā)生反應(yīng)，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(gè)或多個(gè)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(shù)，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(shí)現(xiàn)順序多元蒸發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)。由于脈沖激光可產(chǎn)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(duì)于化合物材料的組元蒸發(fā)具有很大優(yōu)勢(shì)。使用激光蒸發(fā)法可以得到光學(xué)性質(zhì)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(dòng)能，并具有方向性。將濺射出來的物質(zhì)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(chǎn)生的二次電子在陰極位降區(qū)內(nèi)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(chǎng)和磁場(chǎng)的聯(lián)合作用下進(jìn)行近似擺線的運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)中高能電子不斷地與氣體分子發(fā)生碰撞，并向后者轉(zhuǎn)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(yáng)極而被吸收，從而避免了高能電子對(duì)基片的強(qiáng)烈轟擊，同時(shí)，電子要經(jīng)過大約上百米的飛行才能到達(dá)陽(yáng)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(shí)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(shù)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(shù)。所謂“外延”就是在一定的單晶材料襯底上，沿著襯底的某個(gè)指數(shù)晶面向外延伸生長(zhǎng)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(qiáng)度，把分子束射入被加熱的底片上而進(jìn)行外延生長(zhǎng)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(zhì)量的薄膜單晶體，可以說它是一種以真空蒸鍍?yōu)榛A(chǔ)的一種全新的薄膜生長(zhǎng)方法。
三、結(jié)語(yǔ)
薄膜技術(shù)是研制新材料、新結(jié)構(gòu)的重要方法之一，用薄膜技術(shù)制作的薄膜材料不僅具有優(yōu)良的光電性能、鈍化性能、強(qiáng)的阻擋雜質(zhì)粒子擴(kuò)散以及抗水汽滲透能力，在光電子器件中得到廣泛的應(yīng)用，主要用來充當(dāng)絕緣層、鈍化保護(hù)層以及各種敏感膜層等，而且還具有很高的硬度和強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，從而在材料改性技術(shù)領(lǐng)域中也將有著廣闊的應(yīng)用前景。【摘要】本文介紹了在光電子器件制造中常用的幾種薄膜技術(shù)的原理以及各自的特點(diǎn)。
論文關(guān)鍵詞：世界光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；我國(guó)的光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)
論文摘要：光電子器件和部件廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離大容量光纖通信、光存儲(chǔ)、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(yù)期還會(huì)在未來的光計(jì)算中發(fā)揮重要作用。本文將介紹國(guó)內(nèi)外光電子技術(shù)及光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
如果說微電子技術(shù)推動(dòng)了以計(jì)算機(jī)、因特網(wǎng)、光纖通信等為代表的信息技術(shù)的高速發(fā)展，改變了人們的生活方式，使得知識(shí)經(jīng)濟(jì)初見端倪，那么隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，光電子技術(shù)將起到越來越重要的作用。美國(guó)商務(wù)部指出：“90年代，全世界的光子產(chǎn)業(yè)以比微電子產(chǎn)業(yè)高得多的速度發(fā)展，誰(shuí)在光電子產(chǎn)業(yè)方面取得主動(dòng)權(quán)，誰(shuí)就將在21世紀(jì)的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評(píng)論：“21世紀(jì)具有代表意義的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，第一是光電子產(chǎn)業(yè)，第二是信息通信產(chǎn)業(yè)，第三是健康和福利產(chǎn)業(yè)……”，可以斷言，光電子技術(shù)將繼微電子技術(shù)之后再次推動(dòng)人類科學(xué)技術(shù)的革命。
1世界光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
光纖通信技術(shù)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)初人們的預(yù)料，光纖已經(jīng)成為通信網(wǎng)的重要傳輸媒介，現(xiàn)在世界上大約有60%的通信業(yè)務(wù)經(jīng)光纖傳輸，到20世紀(jì)末將達(dá)到85%，但從目前光纖通信的整體水平來看，仍處于初級(jí)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(shù)層出不窮，密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM，在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術(shù)（EDFA，可將光信號(hào)直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優(yōu)點(diǎn)）已取得突破性進(jìn)展并得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在DWDM系統(tǒng)和光傳輸設(shè)備中，光電技術(shù)的比例將從過去比重不到10%達(dá)到90%。一種全新的、無需進(jìn)行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復(fù)用技術(shù)和摻鉺光纖放大器技術(shù)的進(jìn)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(jī)。為此提供支撐的就是半導(dǎo)體光電子器件和部件。光電子器件和技術(shù)已形成一個(gè)快速增長(zhǎng)的、巨大的光電子產(chǎn)業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著越來越大的作用。美國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)振興協(xié)會(huì)估計(jì)，到2003年，光電子產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值將達(dá)2000億美元。
Internet應(yīng)用的飛速增長(zhǎng)對(duì)電信骨干網(wǎng)帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長(zhǎng)，人們可以鋪設(shè)更多的光纖，或靠提高單路光的信息運(yùn)載量（現(xiàn)在主干網(wǎng)可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設(shè)備）。但更主要的方法卻是靠發(fā)展波分復(fù)用技術(shù)，增加光纖內(nèi)通光的路數(shù)（光波分復(fù)用的實(shí)驗(yàn)記錄已經(jīng)達(dá)到2.64Tbps）。波分復(fù)用技術(shù)的普遍運(yùn)用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)。無限戰(zhàn)略公司的報(bào)告指出：“信號(hào)傳輸用1.31μm和1.55μm激光器市場(chǎng)1999年達(dá)到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號(hào)放大用激光器1999年市場(chǎng)份額達(dá)到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號(hào)放大用激光器銷售額達(dá)2.9億美元，比去年增長(zhǎng)121%。整個(gè)激光器市場(chǎng)的份額1999年達(dá)18億美元，預(yù)期2003年將達(dá)到30億美元”。美國(guó)通信工業(yè)研究公司（CIR）的研究預(yù)測(cè)，北美市場(chǎng)光電子部件的市場(chǎng)規(guī)模將由目前的28億美元增長(zhǎng)到2003年的61億美元，約每年增長(zhǎng)18.5%。密集波分復(fù)用設(shè)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(bào)告稱雖然10年內(nèi)全光通信還不會(huì)全面商業(yè)化，但是全光交換將在幾年內(nèi)成為市場(chǎng)主流，報(bào)告也指出盡管光學(xué)部件市場(chǎng)被大公司所占據(jù)，但仍有創(chuàng)新性公司進(jìn)入的可能。
2我國(guó)的光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)
近10年來我國(guó)光電子技術(shù)研究在國(guó)家“863”計(jì)劃和有關(guān)部門的支持下有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，在很多領(lǐng)域同國(guó)外先進(jìn)國(guó)家只有兩三年的距離，個(gè)別領(lǐng)域還處于世界領(lǐng)先地位國(guó)內(nèi)光電子有關(guān)產(chǎn)業(yè)基地在光電子器件、部件和子系統(tǒng)（如激光器、探測(cè)器、光收發(fā)模塊、EDFA、無源光器件）等已經(jīng)占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)較大的市場(chǎng)份額，初步具備同國(guó)外大公司競(jìng)爭(zhēng)的能力，在毫無市場(chǎng)保護(hù)的情況下，靠自己的力量爭(zhēng)得了一席之地，市場(chǎng)營(yíng)銷逐年有較大的增長(zhǎng)，個(gè)別產(chǎn)品還取得國(guó)際市場(chǎng)相關(guān)產(chǎn)品中的銷量最大的成績(jī)。我國(guó)相應(yīng)研究發(fā)展基地和本領(lǐng)域高技術(shù)公司的許多產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的空白，打破國(guó)外產(chǎn)品在市場(chǎng)上的壟斷地位，同時(shí)爭(zhēng)取進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。
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(guān)鍵部件，國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)40%的份額。我國(guó)也是目前國(guó)際上少數(shù)幾個(gè)有能力研制PIC和OEIC的國(guó)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(chǎn)品化和商品化并批量占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)移動(dòng)通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國(guó)產(chǎn)器件，國(guó)產(chǎn)1.55μmDFB激光器戰(zhàn)勝了國(guó)外器件，占領(lǐng)了100%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。
但是，我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在我國(guó)光電子技術(shù)發(fā)展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲(chǔ)等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵部分，但在整個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備成本中所占的比重較小，其產(chǎn)值較低，目前科研開發(fā)主要處于跟蹤和小批量生產(chǎn)階段，光電子產(chǎn)業(yè)所需的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)目前還未有實(shí)質(zhì)突破；國(guó)內(nèi)研究生產(chǎn)的光電器件和部件有相當(dāng)部分還未能滿足整機(jī)和系統(tǒng)的要求，導(dǎo)致國(guó)外器件占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)相當(dāng)多的份額；在機(jī)制上仍未擺脫科研、生產(chǎn)、市場(chǎng)相互脫離的狀況。
我國(guó)在光電子技術(shù)方面是與國(guó)際水平差距相對(duì)較小的一個(gè)領(lǐng)域，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀跬瑫r(shí)起步。但是我們應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到我國(guó)制造技術(shù)的落后和材料水平有限，而國(guó)際上光電子產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入加速發(fā)展階段，留給我們的時(shí)間只有三到五年，如果我們不在目前產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)發(fā)展階段進(jìn)入，就會(huì)失去大好時(shí)機(jī)。機(jī)不可失，時(shí)不再來，到產(chǎn)業(yè)化后期時(shí)將要花數(shù)倍的力量才能彌補(bǔ)，也許會(huì)徹底失去時(shí)機(jī)，受制于人。
如果一個(gè)國(guó)家在一代元件上沒有足夠的投資以發(fā)展自主能力，就會(huì)給外國(guó)競(jìng)爭(zhēng)者提供進(jìn)入并占領(lǐng)下幾代技術(shù)市場(chǎng)的機(jī)會(huì)。因而在關(guān)鍵器件、部件等方面，要通過引進(jìn)社會(huì)資金和風(fēng)險(xiǎn)投資，知識(shí)產(chǎn)權(quán)入股、開發(fā)人員持股等方式加快我國(guó)光電子成果的產(chǎn)業(yè)化步伐，鼓勵(lì)科研人員成果轉(zhuǎn)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(shù)成果轉(zhuǎn)化，打破行業(yè)界限，按市場(chǎng)機(jī)制聯(lián)合國(guó)內(nèi)相關(guān)研究和開發(fā)單位，共同作好光電子產(chǎn)業(yè)化的工作，就一定能發(fā)展我國(guó)的光電子事業(yè)，有望在研究上取得突破，在產(chǎn)業(yè)上形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，取得我國(guó)在該領(lǐng)域應(yīng)有的市場(chǎng)份額。
論文關(guān)鍵詞：世界光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；我國(guó)的光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)
論文摘要：光電子器件和部件廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離大容量光纖通信、光存儲(chǔ)、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(yù)期還會(huì)在未來的光計(jì)算中發(fā)揮重要作用。本文將介紹國(guó)內(nèi)外光電子技術(shù)及光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
如果說微電子技術(shù)推動(dòng)了以計(jì)算機(jī)、因特網(wǎng)、光纖通信等為代表的信息技術(shù)的高速發(fā)展，改變了人們的生活方式，使得知識(shí)經(jīng)濟(jì)初見端倪，那么隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，光電子技術(shù)將起到越來越重要的作用。美國(guó)商務(wù)部指出：“90年代，全世界的光子產(chǎn)業(yè)以比微電子產(chǎn)業(yè)高得多的速度發(fā)展，誰(shuí)在光電子產(chǎn)業(yè)方面取得主動(dòng)權(quán)，誰(shuí)就將在21世紀(jì)的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評(píng)論：“21世紀(jì)具有代表意義的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，第一是光電子產(chǎn)業(yè)，第二是信息通信產(chǎn)業(yè)，第三是健康和福利產(chǎn)業(yè)……”，可以斷言，光電子技術(shù)將繼微電子技術(shù)之后再次推動(dòng)人類科學(xué)技術(shù)的革命。
1世界光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
光纖通信技術(shù)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)初人們的預(yù)料，光纖已經(jīng)成為通信網(wǎng)的重要傳輸媒介，現(xiàn)在世界上大約有60%的通信業(yè)務(wù)經(jīng)光纖傳輸，到20世紀(jì)末將達(dá)到85%，但從目前光纖通信的整體水平來看，仍處于初級(jí)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(shù)層出不窮，密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM，在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術(shù)（EDFA，可將光信號(hào)直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優(yōu)點(diǎn)）已取得突破性進(jìn)展并得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在DWDM系統(tǒng)和光傳輸設(shè)備中，光電技術(shù)的比例將從過去比重不到10%達(dá)到90%。一種全新的、無需進(jìn)行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復(fù)用技術(shù)和摻鉺光纖放大器技術(shù)的進(jìn)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(jī)。為此提供支撐的就是半導(dǎo)體光電子器件和部件。光電子器件和技術(shù)已形成一個(gè)快速增長(zhǎng)的、巨大的光電子產(chǎn)業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著越來越大的作用。美國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)振興協(xié)會(huì)估計(jì)，到2003年，光電子產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值將達(dá)2000億美元。
Internet應(yīng)用的飛速增長(zhǎng)對(duì)電信骨干網(wǎng)帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長(zhǎng)，人們可以鋪設(shè)更多的光纖，或靠提高單路光的信息運(yùn)載量（現(xiàn)在主干網(wǎng)可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設(shè)備）。但更主要的方法卻是靠發(fā)展波分復(fù)用技術(shù)，增加光纖內(nèi)通光的路數(shù)（光波分復(fù)用的實(shí)驗(yàn)記錄已經(jīng)達(dá)到2.64Tbps）。波分復(fù)用技術(shù)的普遍運(yùn)用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)。無限戰(zhàn)略公司的報(bào)告指出：“信號(hào)傳輸用1.31μm和1.55μm激光器市場(chǎng)1999年達(dá)到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號(hào)放大用激光器1999年市場(chǎng)份額達(dá)到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號(hào)放大用激光器銷售額達(dá)2.9億美元，比去年增長(zhǎng)121%。整個(gè)激光器市場(chǎng)的份額1999年達(dá)18億美元，預(yù)期2003年將達(dá)到30億美元”。美國(guó)通信工業(yè)研究公司（CIR）的研究預(yù)測(cè)，北美市場(chǎng)光電子部件的市場(chǎng)規(guī)模將由目前的28億美元增長(zhǎng)到2003年的61億美元，約每年增長(zhǎng)18.5%。密集波分復(fù)用設(shè)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(bào)告稱雖然10年內(nèi)全光通信還不會(huì)全面商業(yè)化，但是全光交換將在幾年內(nèi)成為市場(chǎng)主流，報(bào)告也指出盡管光學(xué)部件市場(chǎng)被大公司所占據(jù)，但仍有創(chuàng)新性公司進(jìn)入的可能。
2我國(guó)的光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)
近10年來我國(guó)光電子技術(shù)研究在國(guó)家“863”計(jì)劃和有關(guān)部門的支持下有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，在很多領(lǐng)域同國(guó)外先進(jìn)國(guó)家只有兩三年的距離，個(gè)別領(lǐng)域還處于世界領(lǐng)先地位。國(guó)內(nèi)光電子有關(guān)產(chǎn)業(yè)基地在光電子器件、部件和子系統(tǒng)（如激光器、探測(cè)器、光收發(fā)模塊、EDFA、無源光器件）等已經(jīng)占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)較大的市場(chǎng)份額，初步具備同國(guó)外大公司競(jìng)爭(zhēng)的能力，在毫無市場(chǎng)保護(hù)的情況下，靠自己的力量爭(zhēng)得了一席之地，市場(chǎng)營(yíng)銷逐年有較大的增長(zhǎng)，個(gè)別產(chǎn)品還取得國(guó)際市場(chǎng)相關(guān)產(chǎn)品中的銷量最大的成績(jī)。我國(guó)相應(yīng)研究發(fā)展基地和本領(lǐng)域高技術(shù)公司的許多產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的空白，打破國(guó)外產(chǎn)品在市場(chǎng)上的壟斷地位，同時(shí)爭(zhēng)取進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。
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(guān)鍵部件，國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)40%的份額。我國(guó)也是目前國(guó)際上少數(shù)幾個(gè)有能力研制PIC和OEIC的國(guó)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(chǎn)品化和商品化并批量占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)移動(dòng)通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國(guó)產(chǎn)器件，國(guó)產(chǎn)1.55μmDFB激光器戰(zhàn)勝了國(guó)外器件，占領(lǐng)了100%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。
但是，我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在我國(guó)光電子技術(shù)發(fā)展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲(chǔ)等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵部分，但在整個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備成本中所占的比重較小，其產(chǎn)值較低，目前科研開發(fā)主要處于跟蹤和小批量生產(chǎn)階段，光電子產(chǎn)業(yè)所需的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)目前還未有實(shí)質(zhì)突破；國(guó)內(nèi)研究生產(chǎn)的光電器件和部件有相當(dāng)部分還未能滿足整機(jī)和系統(tǒng)的要求，導(dǎo)致國(guó)外器件占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)相當(dāng)多的份額；在機(jī)制上仍未擺脫科研、生產(chǎn)、市場(chǎng)相互脫離的狀況。
我國(guó)在光電子技術(shù)方面是與國(guó)際水平差距相對(duì)較小的一個(gè)領(lǐng)域，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀跬瑫r(shí)起步。但是我們應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到我國(guó)制造技術(shù)的落后和材料水平有限，而國(guó)際上光電子產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入加速發(fā)展階段，留給我們的時(shí)間只有三到五年，如果我們不在目前產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)發(fā)展階段進(jìn)入，就會(huì)失去大好時(shí)機(jī)。機(jī)不可失，時(shí)不再來，到產(chǎn)業(yè)化后期時(shí)將要花數(shù)倍的力量才能彌補(bǔ)，也許會(huì)徹底失去時(shí)機(jī)，受制于人。
如果一個(gè)國(guó)家在一代元件上沒有足夠的投資以發(fā)展自主能力，就會(huì)給外國(guó)競(jìng)爭(zhēng)者提供進(jìn)入并占領(lǐng)下幾代技術(shù)市場(chǎng)的機(jī)會(huì)。因而在關(guān)鍵器件、部件等方面，要通過引進(jìn)社會(huì)資金和風(fēng)險(xiǎn)投資，知識(shí)產(chǎn)權(quán)入股、開發(fā)人員持股等方式加快我國(guó)光電子成果的產(chǎn)業(yè)化步伐，鼓勵(lì)科研人員成果轉(zhuǎn)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(shù)成果轉(zhuǎn)化，打破行業(yè)界限，按市場(chǎng)機(jī)制聯(lián)合國(guó)內(nèi)相關(guān)研究和開發(fā)單位，共同作好光電子產(chǎn)業(yè)化的工作，就一定能發(fā)展我國(guó)的光電子事業(yè)，有望在研究上取得突破，在產(chǎn)業(yè)上形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，取得我國(guó)在該領(lǐng)域應(yīng)有的市場(chǎng)份額。
論文關(guān)鍵詞：納米導(dǎo)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(shù)是一門新興的技術(shù)，近年來越來越受到世界各國(guó)的重視，而隨著該技術(shù)產(chǎn)生的納米光電子器件更是成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。主要介紹了納米光電子器件的發(fā)展現(xiàn)狀。
1納米導(dǎo)線激光器
2001年，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)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(dǎo)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(jīng)過調(diào)整后還能發(fā)射從藍(lán)色到深紫外的激光。研究人員使用一種稱為取向附生的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，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(dǎo)線，即在金層上形成直徑為20nm～150nm，長(zhǎng)度為10000nm的純氧化鋅導(dǎo)線。然后，當(dāng)研究人員在溫室下用另一種激光將納米導(dǎo)線中的純氧化鋅晶體激活時(shí)，純氧化鋅晶體會(huì)發(fā)射波長(zhǎng)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(xué)物質(zhì)，提高計(jì)算機(jī)磁盤和光子計(jì)算機(jī)的信息存儲(chǔ)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(guó)加利福尼亞伯克利大學(xué)的化學(xué)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(lì)下能發(fā)射線寬小于0.3nm、波長(zhǎng)為385nm的激光，被認(rèn)為是世界上最小的激光器，也是采用納米技術(shù)制造的首批實(shí)際器件之一。在開發(fā)的初始階段，研究人員就預(yù)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(lán)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(jìn)入許多今天的GaAs器件不可能涉及的應(yīng)用領(lǐng)域。為了生長(zhǎng)這種激光器，ZnO納米線要用催化外延晶體生長(zhǎng)的氣相輸運(yùn)法合成。首先，在藍(lán)寶石襯底上涂敷一層1nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一個(gè)氧化鋁舟上，將材料和襯底在氨氣流中加熱到880℃~905℃，產(chǎn)生Zn蒸汽，再將Zn蒸汽輸運(yùn)到襯底上，在2min~10min的生長(zhǎng)過程內(nèi)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(zhǎng)，3ns脈寬）的四次諧波輸出在溫室下對(duì)樣品進(jìn)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(dāng)激射超過ZnO納米線的閾值（約為40kW／cm）時(shí)，發(fā)射光譜中會(huì)出現(xiàn)最高點(diǎn)，這些最高點(diǎn)的線寬小于0.3nm，比閾值以下自發(fā)射頂點(diǎn)的線寬小1/50以上。這些窄的線寬及發(fā)射強(qiáng)度的迅速提高使研究人員得出結(jié)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(jìn)而成為理想的微型激光光源。研究人員相信，這種短波長(zhǎng)納米激光器可應(yīng)用在光計(jì)算、信息存儲(chǔ)和納米分析儀等領(lǐng)域中。
3量子阱激光器
2010年前后，蝕刻在半導(dǎo)體片上的線路寬度將達(dá)到100nm以下，在電路中移動(dòng)的將只有少數(shù)幾個(gè)電子，一個(gè)電子的增加和減少都會(huì)給電路的運(yùn)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(xué)中，把能夠?qū)﹄娮拥倪\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生約束并使其量子化的勢(shì)場(chǎng)稱之成為量子阱。而利用這種量子約束在半導(dǎo)體激光器的有源層中形成量子能級(jí)，使能級(jí)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(diǎn)激光器。
3.1量子線激光器
近日，科學(xué)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(jì)算機(jī)和通信設(shè)備邁進(jìn)了一大步。這種激光器可以提高音頻、視頻、因特網(wǎng)及其他采用光纖網(wǎng)絡(luò)的通信方式的速度，它是由來自耶魯大學(xué)、位于新澤西洲的朗訊科技公司貝爾實(shí)驗(yàn)室及德國(guó)德累斯頓馬克斯·普朗克物理研究所的科學(xué)家們共同研制的。這些較高功率的激光器會(huì)減少對(duì)昂貴的中繼器的要求，因?yàn)檫@些中繼器在通信線路中每隔80km（50mile）安裝一個(gè)，再次產(chǎn)生激光脈沖，脈沖在光纖中傳播時(shí)強(qiáng)度會(huì)減弱（中繼器）。
3.2量子點(diǎn)激光器
由直徑小于20nm的一堆物質(zhì)構(gòu)成或者相當(dāng)于60個(gè)硅原子排成一串的長(zhǎng)度的量子點(diǎn)，可以控制非常小的電子群的運(yùn)動(dòng)而不與量子效應(yīng)沖突。科學(xué)家們希望用量子點(diǎn)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(diǎn)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(huì)使電子變得難以控制，并且陷入量子效應(yīng)的困境。但是，通過改變材料使量子點(diǎn)能夠更牢地約束電子，日本電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的松本和斯坦福大學(xué)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(guān)速度不高，偶然的電能容易使單個(gè)電子脫離預(yù)定的路線。因此，大多數(shù)科學(xué)家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)量子裝置。
4微腔激光器
微腔激光器是當(dāng)代半導(dǎo)體研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，它采用了現(xiàn)代超精細(xì)加工技術(shù)和超薄材料加工技術(shù)，具有高集成度、低噪聲的特點(diǎn)，其功耗低的特點(diǎn)尤為顯著，100萬(wàn)個(gè)激光器同時(shí)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(shí)驗(yàn)室開發(fā)成功。其內(nèi)部為采用先進(jìn)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(gè)微小的底座支撐。由于半導(dǎo)體和空氣的折射率相差很大，微碟內(nèi)產(chǎn)生的光在此結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)射，直到所產(chǎn)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(shí)只需大約100μA的電流。
長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院高功率半導(dǎo)體激光國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中國(guó)科學(xué)院北京半導(dǎo)體研究所從經(jīng)典量子電動(dòng)力學(xué)理論出發(fā)研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反應(yīng)離子刻蝕和選擇化學(xué)腐蝕等微細(xì)加工技術(shù)制備出直徑為9.5μm、低溫光抽運(yùn)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(yīng)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(shù)，如微腔探測(cè)器、微腔諧振器、微腔光晶體管、微腔放大器及其集成技術(shù)研究的突破，可使超大規(guī)模集成光子回路成為現(xiàn)實(shí)。因此，包括美國(guó)在內(nèi)的一些發(fā)達(dá)國(guó)家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。長(zhǎng)春光機(jī)與物理所的科技人員打破常規(guī)，用光刻方法實(shí)現(xiàn)了碟型微腔激光器件的圖形轉(zhuǎn)移，用濕法及干法刻蝕技術(shù)制作出碟型微腔結(jié)構(gòu)，在國(guó)內(nèi)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(guó)際上報(bào)道中的最好水平。此外，他們還在國(guó)內(nèi)首次研制出激射波長(zhǎng)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(guó)際上首個(gè)帶有引出電極結(jié)構(gòu)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(yīng)、可動(dòng)態(tài)模式工作等優(yōu)點(diǎn)，在光通信、光互連、光信息處理等方面的應(yīng)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)，是當(dāng)代信息高速公路技術(shù)中最理想的光源；同時(shí)，可以和其他光電子元件實(shí)現(xiàn)單元集成，用于邏輯運(yùn)算、光網(wǎng)絡(luò)中的光互連等。
5新型納米激光器
據(jù)報(bào)道，世界上最早的納米激光器是由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家于2001年制造的，當(dāng)時(shí)使用的是氧化鋅納米線，可發(fā)射紫外光，經(jīng)過調(diào)整后還能發(fā)射從藍(lán)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(huì)發(fā)射出激光。而新型納米激光器具備了電子自動(dòng)開關(guān)的性能，無需借助外力激活，這無疑會(huì)使其實(shí)用性大為增強(qiáng)。
論文關(guān)鍵詞：世界光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；我國(guó)的光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)
論文摘要：光電子器件和部件廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離大容量光纖通信、光存儲(chǔ)、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(yù)期還會(huì)在未來的光計(jì)算中發(fā)揮重要作用。本文將介紹國(guó)內(nèi)外光電子技術(shù)及光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
如果說微電子技術(shù)推動(dòng)了以計(jì)算機(jī)、因特網(wǎng)、光纖通信等為代表的信息技術(shù)的高速發(fā)展，改變了人們的生活方式，使得知識(shí)經(jīng)濟(jì)初見端倪，那么隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，光電子技術(shù)將起到越來越重要的作用。美國(guó)商務(wù)部指出：“90年代，全世界的光子產(chǎn)業(yè)以比微電子產(chǎn)業(yè)高得多的速度發(fā)展，誰(shuí)在光電子產(chǎn)業(yè)方面取得主動(dòng)權(quán)，誰(shuí)就將在21世紀(jì)的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評(píng)論：“21世紀(jì)具有代表意義的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，第一是光電子產(chǎn)業(yè)，第二是信息通信產(chǎn)業(yè)，第三是健康和福利產(chǎn)業(yè)……”，可以斷言，光電子技術(shù)將繼微電子技術(shù)之后再次推動(dòng)人類科學(xué)技術(shù)的革命。
1世界光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
光纖通信技術(shù)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)初人們的預(yù)料，光纖已經(jīng)成為通信網(wǎng)的重要傳輸媒介，現(xiàn)在世界上大約有60%的通信業(yè)務(wù)經(jīng)光纖傳輸，到20世紀(jì)末將達(dá)到85%，但從目前光纖通信的整體水平來看，仍處于初級(jí)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(shù)層出不窮，密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM，在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術(shù)（EDFA，可將光信號(hào)直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優(yōu)點(diǎn)）已取得突破性進(jìn)展并得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在DWDM系統(tǒng)和光傳輸設(shè)備中，光電技術(shù)的比例將從過去比重不到10%達(dá)到90%。一種全新的、無需進(jìn)行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復(fù)用技術(shù)和摻鉺光纖放大器技術(shù)的進(jìn)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(jī)。為此提供支撐的就是半導(dǎo)體光電子器件和部件。光電子器件和技術(shù)已形成一個(gè)快速增長(zhǎng)的、巨大的光電子產(chǎn)業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著越來越大的作用。美國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)振興協(xié)會(huì)估計(jì)，到2003年，光電子產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值將達(dá)2000億美元。
Internet應(yīng)用的飛速增長(zhǎng)對(duì)電信骨干網(wǎng)帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長(zhǎng)，人們可以鋪設(shè)更多的光纖，或靠提高單路光的信息運(yùn)載量（現(xiàn)在主干網(wǎng)可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設(shè)備）。但更主要的方法卻是靠發(fā)展波分復(fù)用技術(shù)，增加光纖內(nèi)通光的路數(shù)（光波分復(fù)用的實(shí)驗(yàn)記錄已經(jīng)達(dá)到2.64Tbps）。波分復(fù)用技術(shù)的普遍運(yùn)用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)。無限戰(zhàn)略公司的報(bào)告指出：“信號(hào)傳輸用1.31μm和1.55μm激光器市場(chǎng)1999年達(dá)到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號(hào)放大用激光器1999年市場(chǎng)份額達(dá)到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號(hào)放大用激光器銷售額達(dá)2.9億美元，比去年增長(zhǎng)121%。整個(gè)激光器市場(chǎng)的份額1999年達(dá)18億美元，預(yù)期2003年將達(dá)到30億美元”。美國(guó)通信工業(yè)研究公司（CIR）的研究預(yù)測(cè)，北美市場(chǎng)光電子部件的市場(chǎng)規(guī)模將由目前的28億美元增長(zhǎng)到2003年的61億美元，約每年增長(zhǎng)18.5%。密集波分復(fù)用設(shè)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(bào)告稱雖然10年內(nèi)全光通信還不會(huì)全面商業(yè)化，但是全光交換將在幾年內(nèi)成為市場(chǎng)主流，報(bào)告也指出盡管光學(xué)部件市場(chǎng)被大公司所占據(jù)，但仍有創(chuàng)新性公司進(jìn)入的可能。
2我國(guó)的光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)
近10年來我國(guó)光電子技術(shù)研究在國(guó)家“863”計(jì)劃和有關(guān)部門的支持下有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，在很多領(lǐng)域同國(guó)外先進(jìn)國(guó)家只有兩三年的距離，個(gè)別領(lǐng)域還處于世界領(lǐng)先地位。
國(guó)內(nèi)光電子有關(guān)產(chǎn)業(yè)基地在光電子器件、部件和子系統(tǒng)（如激光器、探測(cè)器、光收發(fā)模塊、EDFA、無源光器件）等已經(jīng)占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)較大的市場(chǎng)份額，初步具備同國(guó)外大公司競(jìng)爭(zhēng)的能力，在毫無市場(chǎng)保護(hù)的情況下，靠自己的力量爭(zhēng)得了一席之地，市場(chǎng)營(yíng)銷逐年有較大的增長(zhǎng)，個(gè)別產(chǎn)品還取得國(guó)際市場(chǎng)相關(guān)產(chǎn)品中的銷量最大的成績(jī)。我國(guó)相應(yīng)研究發(fā)展基地和本領(lǐng)域高技術(shù)公司的許多產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的空白，打破國(guó)外產(chǎn)品在市場(chǎng)上的壟斷地位，同時(shí)爭(zhēng)取進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。
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(guān)鍵部件，國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)40%的份額。我國(guó)也是目前國(guó)際上少數(shù)幾個(gè)有能力研制PIC和OEIC的國(guó)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(chǎn)品化和商品化并批量占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)移動(dòng)通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國(guó)產(chǎn)器件，國(guó)產(chǎn)1.55μmDFB激光器戰(zhàn)勝了國(guó)外器件，占領(lǐng)了100%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。
但是，我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在我國(guó)光電子技術(shù)發(fā)展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲(chǔ)等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵部分，但在整個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備成本中所占的比重較小，其產(chǎn)值較低，目前科研開發(fā)主要處于跟蹤和小批量生產(chǎn)階段，光電子產(chǎn)業(yè)所需的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)目前還未有實(shí)質(zhì)突破；國(guó)內(nèi)研究生產(chǎn)的光電器件和部件有相當(dāng)部分還未能滿足整機(jī)和系統(tǒng)的要求，導(dǎo)致國(guó)外器件占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)相當(dāng)多的份額；在機(jī)制上仍未擺脫科研、生產(chǎn)、市場(chǎng)相互脫離的狀況。
我國(guó)在光電子技術(shù)方面是與國(guó)際水平差距相對(duì)較小的一個(gè)領(lǐng)域，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀跬瑫r(shí)起步。但是我們應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到我國(guó)制造技術(shù)的落后和材料水平有限，而國(guó)際上光電子產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入加速發(fā)展階段，留給我們的時(shí)間只有三到五年，如果我們不在目前產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)發(fā)展階段進(jìn)入，就會(huì)失去大好時(shí)機(jī)。機(jī)不可失，時(shí)不再來，到產(chǎn)業(yè)化后期時(shí)將要花數(shù)倍的力量才能彌補(bǔ)，也許會(huì)徹底失去時(shí)機(jī)，受制于人。
如果一個(gè)國(guó)家在一代元件上沒有足夠的投資以發(fā)展自主能力，就會(huì)給外國(guó)競(jìng)爭(zhēng)者提供進(jìn)入并占領(lǐng)下幾代技術(shù)市場(chǎng)的機(jī)會(huì)。因而在關(guān)鍵器件、部件等方面，要通過引進(jìn)社會(huì)資金和風(fēng)險(xiǎn)投資，知識(shí)產(chǎn)權(quán)入股、開發(fā)人員持股等方式加快我國(guó)光電子成果的產(chǎn)業(yè)化步伐，鼓勵(lì)科研人員成果轉(zhuǎn)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(shù)成果轉(zhuǎn)化，打破行業(yè)界限，按市場(chǎng)機(jī)制聯(lián)合國(guó)內(nèi)相關(guān)研究和開發(fā)單位，共同作好光電子產(chǎn)業(yè)化的工作，就一定能發(fā)展我國(guó)的光電子事業(yè)，有望在研究上取得突破，在產(chǎn)業(yè)上形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，取得我國(guó)在該領(lǐng)域應(yīng)有的市場(chǎng)份額。
摘 要：筆者從“專業(yè)對(duì)接產(chǎn)業(yè)”的角出發(fā)，針對(duì)目前應(yīng)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(chǎn)業(yè)鏈下游的光電子器件和系統(tǒng)集成領(lǐng)域?yàn)閷I(yè)的對(duì)接點(diǎn)，確定專業(yè)培養(yǎng)的核心知識(shí)與核心能力，進(jìn)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(shí)踐課程、教學(xué)管理與考核、師資隊(duì)伍建設(shè)及實(shí)踐場(chǎng)所建設(shè)等方面進(jìn)行改革。
關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科院校；光電子；培養(yǎng)方案
光電子技術(shù)是世紀(jì)之交繼微電子技術(shù)之后迅速興起的一個(gè)高科技領(lǐng)域。光電子產(chǎn)業(yè)涵蓋了與光電子技術(shù)有關(guān)的光電材料與元器件、光通信、激光、光電顯示、光存儲(chǔ)、紅外等細(xì)分行業(yè)，作為典型的高附加值產(chǎn)業(yè)，受到眾多國(guó)家的廣泛關(guān)注，已經(jīng)成為當(dāng)今信息技術(shù)中發(fā)展最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。到目前為止，浙江省已建成10個(gè)各具特色、不同層次的光電子產(chǎn)業(yè)特色園區(qū)。寧波及周邊地區(qū)的光電子產(chǎn)業(yè)代表著浙江省的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)和優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，寧波及周邊地區(qū)的光電子產(chǎn)業(yè)代表著浙江省的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)和優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，目前全市光電子技術(shù)企業(yè)有2000多家，但大多數(shù)企業(yè)規(guī)模不大，主要生產(chǎn)比較簡(jiǎn)單的光電子產(chǎn)品，普遍缺乏科研攻關(guān)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(shù)人才來提高企業(yè)的技術(shù)核心競(jìng)爭(zhēng)力。2013年寧波人才緊缺指數(shù)顯示，寧波光電子專業(yè)技術(shù)人才的缺口很大，例如，近兩年電工電器領(lǐng)域的光學(xué)工程師的緊缺程度一直處于橙色預(yù)警狀態(tài)。
為了滿足光電子產(chǎn)業(yè)快速增長(zhǎng)對(duì)專業(yè)人才的需求，國(guó)內(nèi)許多大學(xué)近幾年紛紛開辦了與光電子相關(guān)的專業(yè)。然而，由于光電子產(chǎn)業(yè)具有涵蓋范圍廣，產(chǎn)業(yè)細(xì)分度高的特點(diǎn)，作為一個(gè)相對(duì)較新的專業(yè)，找準(zhǔn)專業(yè)培養(yǎng)方向的定位，達(dá)到專業(yè)與產(chǎn)業(yè)的有效對(duì)接，及時(shí)調(diào)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(zhì)量，逐步解決光電子產(chǎn)業(yè)升級(jí)所面臨的人才緊缺問題的關(guān)鍵。另外，為了解決中國(guó)就業(yè)結(jié)構(gòu)型矛盾問題，教育部日前明確了部分高等院校向技術(shù)技能型教育轉(zhuǎn)變的改革方向。同時(shí)，新一輪的高考制度改革也開始啟動(dòng)，這為地方性本科院校的發(fā)展提出新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。因此，如何在專業(yè)對(duì)接產(chǎn)業(yè)的視角下，適時(shí)調(diào)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(shì)、品牌專業(yè)是地方性應(yīng)用型本科院校建設(shè)和發(fā)展的關(guān)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(guān)性問題越來越受到學(xué)生、家長(zhǎng)、用人部門和政府教育主管部門的關(guān)注，并且不斷被日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)所強(qiáng)化。目前高校的專業(yè)方向設(shè)置和培養(yǎng)方案與市場(chǎng)需求并不完全契合，這是寧波乃至全國(guó)高校中一個(gè)比較突出的問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(xué)專業(yè)的相關(guān)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(guān)度要求較高的工科類學(xué)科領(lǐng)域，專業(yè)適切性的問題仍然比較突出。
寧波工程學(xué)院作為地方性本科院校，定位于培養(yǎng)優(yōu)秀的工程應(yīng)用型人才。在這一人才培養(yǎng)目標(biāo)下，專業(yè)方向的調(diào)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(xué)院的電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)2004年開始本科招生，2009年成為浙江省重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)。目前專業(yè)設(shè)有電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和光電子技術(shù)兩個(gè)專業(yè)方向。其中，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)是傳統(tǒng)的電子類專業(yè)方向，在全國(guó)高等院校的電子類專業(yè)中幾乎均有開設(shè)。寧波工程學(xué)院的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方向發(fā)展較早，教學(xué)條件相對(duì)較好，學(xué)生在選擇專業(yè)方向時(shí)比較青睞。然而，該方向的突出問題是技術(shù)普遍，缺乏特色。相對(duì)而言，光電子技術(shù)還是一個(gè)新興的專業(yè)方向，它是在近年來隨著光電信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展而設(shè)立的。目前寧波市僅有包括寧波工程學(xué)院在內(nèi)的兩所高校開設(shè)了這一專業(yè)方向。經(jīng)過幾年的專業(yè)建設(shè)，該方向的師資力量和科研實(shí)力不斷提升，然而，學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量卻沒有明顯改善，學(xué)生就業(yè)相關(guān)度相對(duì)較差。根據(jù)麥克思學(xué)院社會(huì)需求與培養(yǎng)質(zhì)量年度報(bào)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(guān)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(duì)而言更為突出。
根據(jù)筆者在專業(yè)建設(shè)過程中的體會(huì)和調(diào)研走訪的發(fā)現(xiàn)，寧波工程學(xué)院電科專業(yè)光電子方向的突出問題是定位不準(zhǔn)，專業(yè)結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和人才需求結(jié)構(gòu)不適應(yīng)，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(duì)發(fā)展速度快、涵蓋內(nèi)容廣的光電子技術(shù)這一新興高科技產(chǎn)業(yè)，作為一所普通院校的專業(yè)不可能涉及每一個(gè)領(lǐng)域。如何能找準(zhǔn)專業(yè)定位，實(shí)現(xiàn)專業(yè)與產(chǎn)業(yè)的緊密對(duì)接，精確地把握人才培養(yǎng)的核心知識(shí)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(xué)院的專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵，這還將有助于提升寧波工程學(xué)院的專業(yè)特色，有利于品牌專業(yè)的建設(shè)。
二、光電子技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案創(chuàng)新策略
（一）確定與光電子產(chǎn)業(yè)的對(duì)接點(diǎn)，準(zhǔn)確定位核心知識(shí)與能力
應(yīng)用型本科地方院校的人才培養(yǎng)要根據(jù)本地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，培養(yǎng)第一線需要的、具有良好素質(zhì)的應(yīng)用型專門人才為目標(biāo)。寧波工程學(xué)院的光電子技術(shù)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(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、發(fā)展現(xiàn)狀和學(xué)校辦學(xué)特點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)表明，浙江省的光電子產(chǎn)業(yè)近年來以年均30%的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展，全省從事光電子產(chǎn)品生產(chǎn)的企業(yè)已有500多家，占全省信息產(chǎn)業(yè)總值的5%，目前已成為我國(guó)光電子產(chǎn)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(jīng)形成了系列產(chǎn)品。特別是在光學(xué)儀器與光學(xué)加工領(lǐng)域，具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的規(guī)模。因此，我省在光電子器件制造和加工領(lǐng)域具有較好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。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(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上把握專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的對(duì)接點(diǎn)是十分關(guān)鍵的。我們從光電子產(chǎn)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(diào)研分析，深入分析了人才需求，初步確定了以產(chǎn)業(yè)鏈中、下游的光電子器件和系統(tǒng)集成領(lǐng)域作為專業(yè)的對(duì)接點(diǎn)，如圖1的專業(yè)培養(yǎng)方案改革示意圖所示，在這一產(chǎn)業(yè)領(lǐng)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(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)目前已有光電子技術(shù)和電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)方向。其中，專業(yè)在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方向具有良好的實(shí)踐教學(xué)條件和師資隊(duì)伍，在學(xué)生培養(yǎng)方面已經(jīng)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(shù)方向引入了較好的師資力量，投入大量資金購(gòu)買儀器設(shè)備，建設(shè)光電子實(shí)驗(yàn)室。選擇光電子器件和系統(tǒng)集成作為對(duì)接點(diǎn)，可以充分整合、利用本專業(yè)在光電子技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(duì)接點(diǎn)后，我們將緊緊圍繞該對(duì)接點(diǎn)，以“光”“電”融合為特色，精確提煉專業(yè)培養(yǎng)的核心知識(shí)和核心能力，并圍繞核心知識(shí)與核心能力開展課程體系整合與實(shí)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(shè)光電子課程體系，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)改革
1.圍繞光電子專業(yè)的核心知識(shí)和能力構(gòu)建課程體
系。首先，以專業(yè)核心課程建設(shè)為突破口，優(yōu)化整合現(xiàn)有課程，進(jìn)行實(shí)踐環(huán)節(jié)改革，建立與光電子產(chǎn)業(yè)對(duì)接的課程體系。新建課程體系將分為四個(gè)模塊，分別為基礎(chǔ)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(shí)踐課程模塊。基礎(chǔ)課程模塊主要培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)基礎(chǔ)能力和人文素養(yǎng)，主要包括英語(yǔ)、思想政治教育、身體素質(zhì)培養(yǎng)、文獻(xiàn)檢索與寫作、職業(yè)規(guī)劃以及人文藝術(shù)類課程。專業(yè)核心課程模塊主要培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)核心知識(shí)，主要包括物理電子、應(yīng)用光學(xué)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)類課程，專業(yè)選修課程模塊主要圍繞光電子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的新應(yīng)用和新發(fā)展，拓展學(xué)生的知識(shí)范圍，培養(yǎng)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展能力，主要包括“光伏電子技術(shù)”、“半導(dǎo)體器件工藝”、“信號(hào)處理”等課程。
2.實(shí)踐課程模塊是本次改革的重中之重，著重培養(yǎng)學(xué)生的核心實(shí)踐能力。在整個(gè)課程體系中，實(shí)踐課程的學(xué)時(shí)比例將大幅提升，加大實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的比重。在課程設(shè)置上，以典型職業(yè)活動(dòng)為線索確定專業(yè)實(shí)踐課程設(shè)置，按照企業(yè)工作過程設(shè)計(jì)課程，以工作任務(wù)來整合實(shí)踐課程內(nèi)容。我們將新開“應(yīng)用光學(xué)設(shè)計(jì)”和“半導(dǎo)體照明應(yīng)用技術(shù)”兩門課程，并以這兩門課作為實(shí)踐改革試點(diǎn)，對(duì)接企業(yè)環(huán)境建設(shè)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所。根據(jù)職業(yè)崗位特點(diǎn)，在校內(nèi)開設(shè)“校中廠”，由企業(yè)設(shè)計(jì)師和專任教師共同指導(dǎo)，并帶領(lǐng)學(xué)生承接項(xiàng)目、練就技能，實(shí)現(xiàn)綜合職業(yè)能力的培養(yǎng)，在真實(shí)的職業(yè)環(huán)境中，不斷提升職業(yè)能力和綜合素質(zhì)。
三、“專業(yè)對(duì)接產(chǎn)業(yè)”人才培養(yǎng)方案的實(shí)施保障
“專業(yè)對(duì)接產(chǎn)業(yè)”人才培養(yǎng)方案的順利實(shí)施需要各類保障機(jī)制的同步改革，主要包括適應(yīng)“專業(yè)對(duì)接產(chǎn)業(yè)”的教學(xué)管理和教學(xué)考核方式的改革，適應(yīng)“專業(yè)對(duì)接產(chǎn)業(yè)”的專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，與課程體系相配套的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所的建設(shè)，以期逐漸建立適應(yīng)“專業(yè)對(duì)接產(chǎn)業(yè)”的光電子專業(yè)人才培養(yǎng)方案的各類保障機(jī)制[9-10]。
1.引入光電子企業(yè)及行業(yè)協(xié)會(huì)相關(guān)人員，建立專業(yè)建設(shè)指導(dǎo)委員會(huì)，參與人才培養(yǎng)方案的調(diào)整和優(yōu)化，專業(yè)教學(xué)管理和教學(xué)考核方案的審定。特別對(duì)于實(shí)踐類課程，明確對(duì)核心能力的考核目標(biāo)，結(jié)合企業(yè)項(xiàng)目管理和考核方式，加大過程考核比重。對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)制定細(xì)化的考核制度，用量化的標(biāo)準(zhǔn)衡量和保證學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)質(zhì)量，建立適應(yīng)“專業(yè)對(duì)接產(chǎn)業(yè)”目的考核和管理的新途徑。
2.調(diào)整師資隊(duì)伍建設(shè)思路，制訂符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的專業(yè)帶頭人、骨干教師培養(yǎng)計(jì)劃，通過引進(jìn)、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(shí)踐、國(guó)內(nèi)外進(jìn)修培訓(xùn)等途徑，加快雙師結(jié)構(gòu)專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，組建具有教學(xué)、研發(fā)和社會(huì)能力的雙師結(jié)構(gòu)合理的優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)。
建立“校企互聘互管”的機(jī)制，鼓勵(lì)專人教師下企業(yè)鍛煉如承擔(dān)企業(yè)科研項(xiàng)目或社會(huì)服務(wù)項(xiàng)目，并將其作為晉升職稱或評(píng)先評(píng)優(yōu)的條件之一。建立一支穩(wěn)定的企業(yè)兼職教師隊(duì)伍，充實(shí)教師隊(duì)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(zhì)的中、青年教師為主體的多個(gè)層次的科學(xué)合理的教師團(tuán)隊(duì)。目前，學(xué)校已經(jīng)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(jìn)企業(yè)的目標(biāo)，光電子專業(yè)每年將有1―2名博士到企業(yè)一線參與設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。
3.與課程體系配套的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐場(chǎng)所建設(shè)是保障“專業(yè)對(duì)接產(chǎn)業(yè)”人才培養(yǎng)方案順利實(shí)施的重要條件，由于光電類實(shí)踐類課程所需設(shè)備“多”而“雜”，并且儀器一般比較精密貴重，因此實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)更需要貴精而不在多，目前，寧波工程學(xué)院的電子實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心已建有光電信號(hào)檢測(cè)、光纖通信、激光原理、光電子技術(shù)、發(fā)光二極管（LED）設(shè)計(jì)與檢測(cè)等5個(gè)實(shí)驗(yàn)室，但是，實(shí)驗(yàn)設(shè)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(diǎn)，因而導(dǎo)致實(shí)踐訓(xùn)練的能力與企業(yè)需求脫節(jié)。我將邀請(qǐng)企業(yè)技術(shù)人員或管理人員指導(dǎo)并參與實(shí)踐場(chǎng)所和實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，所購(gòu)置設(shè)備盡量滿足模塊化、易組合、可替換的特點(diǎn)，并且兼顧自主設(shè)計(jì)和開發(fā)的功能，使其既能滿足教學(xué)需要，也盡可能貼近實(shí)際生產(chǎn)，使學(xué)生在校內(nèi)就能了解企業(yè)的真實(shí)環(huán)境，縮短現(xiàn)代企業(yè)人才需求與學(xué)校教學(xué)的距離。提高實(shí)踐實(shí)驗(yàn)室的開放性，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐教學(xué)、學(xué)生競(jìng)賽、企業(yè)項(xiàng)目開發(fā)等多功能性。
四、結(jié)語(yǔ)
基于專業(yè)與產(chǎn)業(yè)的精確對(duì)接點(diǎn)，找準(zhǔn)專業(yè)培養(yǎng)方向的定位，提煉光電子專業(yè)的核心知識(shí)與核心能力，進(jìn)行課程體系的調(diào)整優(yōu)化以及保障機(jī)制的建設(shè)，才能實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)方案改革的有的放矢。這是提高應(yīng)用型本科院校的專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵，不僅有助于提升寧波工程學(xué)院的專業(yè)特色及品牌專業(yè)建設(shè)，還能培養(yǎng)出適應(yīng)本地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的應(yīng)用型專門人才。
[摘 要]光電子技術(shù)的應(yīng)用與研究不斷發(fā)展，其中在微波領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用主要是光纖通信，但是隨著雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，將光電子技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)結(jié)合有利于實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)的收集、傳輸和信息處理等，光電子技術(shù)在雷達(dá)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(chǔ)上，主要對(duì)現(xiàn)代雷達(dá)中的光電子技術(shù)內(nèi)容和使用要點(diǎn)進(jìn)行研究與分析，并探討其發(fā)展前景以及能夠產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[關(guān)鍵詞]雷達(dá)；光電子技術(shù)；要點(diǎn)；前景；方法；分析
光電子技術(shù)與其他的電子信息技術(shù)合成能夠形成信息產(chǎn)業(yè)新的核心技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于光存儲(chǔ)、光顯示和激光等領(lǐng)域。光電子技術(shù)在雷達(dá)中的應(yīng)用改變傳統(tǒng)雷達(dá)應(yīng)用模式，充分發(fā)揮了光電子技術(shù)信息化、科技化和先進(jìn)化的優(yōu)勢(shì)。關(guān)于現(xiàn)代雷達(dá)中的光電子技術(shù)應(yīng)用主要可以分為以下幾個(gè)方面：
（一）信號(hào)傳輸
光電子技術(shù)在雷達(dá)中的應(yīng)用可以通過光纖鏈路的組成，完成光纖、二極管等要素的調(diào)制，在進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)可以在光波調(diào)制中將微波信號(hào)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(hào)。光纖鏈路在雷達(dá)信號(hào)傳輸中的應(yīng)用對(duì)現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用和信號(hào)光纖傳輸具有重要意義，這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外發(fā)展相對(duì)成熟，顯示意義明顯。雷達(dá)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(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)和傳輸消耗具有一致性，從而進(jìn)一步促進(jìn)雷達(dá)信號(hào)傳輸，達(dá)到對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制的目的。[1]
由于使用的雷達(dá)天線還含有一個(gè)輻射源，在受到反輻射的影響時(shí)，控制中心和天線之間的距離應(yīng)該設(shè)置好。通常情況下，使用同軸電纜傳輸信號(hào)消耗較大，傳輸指令與天線之間的距離也要控制好，而關(guān)于電纜銅量的消耗，會(huì)隨著頻率平方根的增大而增大。同軸電纜傳輸微波信號(hào)的前期，需要在一定的頻率范圍內(nèi)完成轉(zhuǎn)變，將信號(hào)電平在線路放大器內(nèi)進(jìn)行放大，指令中心傳輸?shù)男盘?hào)則不需要進(jìn)行變頻，線路放大器不使用也能使信號(hào)電平提高，光濾波器和光纖的使用效率也能夠提高。要進(jìn)一步保證其基本的使用性能，增強(qiáng)雷達(dá)的抗電磁能力可以通過光纜改變電纜，保證雷達(dá)天線遠(yuǎn)程傳輸?shù)墓δ?。這種應(yīng)用方法在軍事上具有重要使用作用，提升經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)創(chuàng)造軍事價(jià)值。此外，光纖重量輕、體積小，靈活度高，在一些限定空間或場(chǎng)合使用方便，保證雷達(dá)信號(hào)的傳輸有效。[2]
（二）信號(hào)處理
雷達(dá)信號(hào)處理一般是利用光纖延遲線，其主要構(gòu)成要素包括調(diào)制器和激光器等，屬于新型的信號(hào)處理器件，在微波射頻領(lǐng)域應(yīng)用較多，光纖延遲線的使用能夠促使多種不同信號(hào)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(guān)處理器中可以通過雷達(dá)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(dá)信號(hào)處理中要控制其頻率需要同步使用信號(hào)處理器，提升雷達(dá)信號(hào)處理效果。處理寬帶雷達(dá)信號(hào)時(shí)由于雷達(dá)信號(hào)接收機(jī)的分辨率較高，電子情報(bào)信號(hào)處理時(shí)，可以選用大時(shí)間的帶寬積器件，使用成本相對(duì)較低，體聲濾器件和同軸電纜也可以用于雷達(dá)信號(hào)的處理。光纖延遲線不同于其他延遲線，性能更先進(jìn)，并且同時(shí)具有工作頻率高和任何延時(shí)的特點(diǎn)，其中延遲的介質(zhì)是單模石英光纖，成本低、性能高，使用價(jià)值較高，并且具有綜合性優(yōu)勢(shì)。因而在雷達(dá)信號(hào)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(gòu)件作用，雷達(dá)系統(tǒng)中使用光纖延遲線實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化，不僅能夠在海洋衛(wèi)星雷達(dá)和隨機(jī)程序發(fā)生器中應(yīng)用，同時(shí)還能夠在雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)和相控陣天線系統(tǒng)中應(yīng)用。因而雷達(dá)信號(hào)處理中使用光纖、光電子技術(shù)能夠充分發(fā)揮信號(hào)處理器件和通信系統(tǒng)的實(shí)際價(jià)值，使用過程中的經(jīng)濟(jì)效用顯著，總體應(yīng)用前景較好。[3]
（三）達(dá)波束光控制
相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)在控制雷達(dá)的達(dá)波束光時(shí)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(duì)電子調(diào)控方法具有一定的控制作用，并且能夠?qū)⑤椛鋯挝挥枰愿淖儯ＷC相對(duì)相位的實(shí)現(xiàn)。由于單個(gè)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)意義上的使用通常可以分為鐵氧體移相器和二極管。二極管的工作頻率相對(duì)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(chǎn)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(xué)方法來進(jìn)一步完成相移，這種優(yōu)勢(shì)比較明顯。[4]
例如在實(shí)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?qū)⑾辔坏捏w積予以減少，保證及能耗度降低，促進(jìn)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(gè)MMIC收發(fā)模塊來完成雷達(dá)達(dá)波束光控制，在一定的自由空間內(nèi)能夠與振蕩器形成不同模塊的主振蕩器鎖定，關(guān)于參考信號(hào)的改動(dòng)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(shù)在雷達(dá)達(dá)波束光控制中具有重要的使用意義，并且能夠促進(jìn)雷達(dá)電子器件的使用功能進(jìn)一步完善，總體應(yīng)用前景廣闊，在此過程中使用光電子技術(shù)促進(jìn)了新時(shí)期下雷達(dá)技術(shù)變革、發(fā)展和使用的經(jīng)濟(jì)效益提升。[5]
結(jié)語(yǔ)：
從目前情況分析來看，光電子技術(shù)應(yīng)用在微波領(lǐng)域主要以光纖通信為主，且這種應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)相對(duì)普及，但是在雷達(dá)中的應(yīng)用尚且不如通信光纖應(yīng)用普及程度高，隨著我國(guó)光電子技術(shù)研究、發(fā)展水平不斷提高，將進(jìn)一步在現(xiàn)代雷達(dá)中實(shí)現(xiàn)充分使用，總體應(yīng)用前景樂觀。其中光電集成電路和光纖等在雷達(dá)數(shù)據(jù)處理、雷達(dá)信號(hào)處理、多基地雷達(dá)和相控陣天線中使用具有高互聯(lián)性等多重優(yōu)點(diǎn)。光電子技術(shù)在現(xiàn)代雷達(dá)中的應(yīng)用包括雷達(dá)信號(hào)傳輸、雷達(dá)信號(hào)處理和雷達(dá)達(dá)波束光控制等幾個(gè)重要的方面，體現(xiàn)了現(xiàn)代雷達(dá)應(yīng)用光電子技術(shù)的先進(jìn)性和必要性。
[摘要]光電子技術(shù)誕生在20世紀(jì)的中期，其應(yīng)用至今，已經(jīng)發(fā)展經(jīng)歷過了半個(gè)多世紀(jì)，并在許多領(lǐng)域取得了很好的發(fā)展態(tài)勢(shì)和應(yīng)用效果。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，社會(huì)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用不斷呈現(xiàn)多樣化，光電子技術(shù)也呈現(xiàn)了多樣化、多領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)，光電子技術(shù)也越來越發(fā)展成熟，對(duì)世界和時(shí)代的進(jìn)步產(chǎn)生著至關(guān)重要的作用，其影響力不斷提升。光電子技術(shù)，主要由光子技術(shù)和電子技術(shù)兩者結(jié)合組成，涉及的范圍十分廣泛，就目前的發(fā)展形勢(shì)來說，光電子技術(shù)很可能⒊晌未來世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要生產(chǎn)力之一，是信息產(chǎn)業(yè)的核心內(nèi)容。文章主要對(duì)光電子技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，并分析和研究其在眾多相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用。
[關(guān)鍵詞]光電子技術(shù)；電能；光能
光電子技術(shù)主要由光子技術(shù)和電子技術(shù)兩者結(jié)合組成，同時(shí)，技術(shù)中包含的技術(shù)理論十分廣闊。光電子技術(shù)主要涉及光學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、光電子學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)理論，是一種典型的多學(xué)科交叉滲透的現(xiàn)代技術(shù)，對(duì)世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步，起著重要的推動(dòng)作用。光電子技術(shù)的研究核心是眾多學(xué)科中的光子學(xué)，支撐技術(shù)主要是電子學(xué)，這電子學(xué)是一種近年來興起的新型研究學(xué)科。因此來說，光電子技術(shù)具有很強(qiáng)的兼容性，其中的電子技術(shù)相對(duì)于微電子技術(shù)來說，有著更多的發(fā)展空間，優(yōu)勢(shì)更加明顯，能夠在更加廣泛的領(lǐng)域得以應(yīng)用。
1光電子技術(shù)相關(guān)概述
所謂光電子技術(shù)，其全稱是光電子信息技術(shù)，該技術(shù)的核心內(nèi)容是進(jìn)行電能和光能的轉(zhuǎn)換，是科學(xué)技術(shù)中的一種全新的技術(shù)，其涵蓋了材料科學(xué)、精細(xì)加工、半導(dǎo)體材料以及固體物理等，是多個(gè)領(lǐng)域的綜合體。光電子技術(shù)的誕生是在20世紀(jì)60年代，并在當(dāng)時(shí)開始光電子技術(shù)相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)，從一開始的單一的領(lǐng)域應(yīng)用，迅速發(fā)展至今，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域和各個(gè)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(lǐng)域，應(yīng)用十分廣泛。而最初的光電子技術(shù)的發(fā)展，主要得益于無線激光器設(shè)備的出現(xiàn)，為光電子技術(shù)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(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)了信息的處理、存儲(chǔ)、傳輸?shù)裙δ?。光電子技術(shù)能夠通過對(duì)光子以及電子的利用，來促使產(chǎn)生一種全新的光子物理現(xiàn)象。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，由光電子技術(shù)原理構(gòu)造成的相關(guān)硬件設(shè)備，組成信息技術(shù)中重要的應(yīng)用成分，也為信息技術(shù)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(shù)將全球所有范圍內(nèi)的電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)，這是通過光電子技術(shù)能夠簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然，也可以利用光電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地球的聯(lián)系，從而組成宇宙性質(zhì)的聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)，通過光電子技術(shù)，這在未來也是有希望得以實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前，光電子技術(shù)可以說是互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中最重要的支撐性技術(shù)，主要應(yīng)用在高新技術(shù)領(lǐng)域。而在我國(guó)來說，光電子技術(shù)的起步較晚，但是發(fā)展的速度是極快的，已經(jīng)在我國(guó)國(guó)內(nèi)諸多領(lǐng)域得以應(yīng)用和推廣。在光電子技術(shù)的應(yīng)用中，體現(xiàn)出諸多方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具有極高的速度和極大的容量，對(duì)于日益增長(zhǎng)的信息量處理要求和信息化發(fā)展時(shí)代要求來說，無疑是至關(guān)重要的技術(shù)，這也是傳統(tǒng)的電子學(xué)以及微電子學(xué)難以實(shí)現(xiàn)的。光電子技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息的高速度和高頻率處理，能夠?qū)⑿畔奶綔y(cè)到最終處理整個(gè)流程融為一體，一氣呵成，從而在信息技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)著不可動(dòng)搖的地位。
2光電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
21國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)的光電子技術(shù)發(fā)展起步較晚，但是在我國(guó)的發(fā)展十分迅速，已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平，與最先發(fā)展光電子技術(shù)的發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距不斷縮小，已經(jīng)達(dá)到接近水平。光電子技術(shù)在國(guó)內(nèi)取得如此大的成就，主要受益于我國(guó)政府對(duì)科學(xué)技術(shù)的重視和大力投入。在電子領(lǐng)域的各個(gè)方面，我國(guó)皆取得了不錯(cuò)的發(fā)展成績(jī)，許多方面達(dá)到了世界的先進(jìn)水平，比如在光收發(fā)模塊、探測(cè)器等一些光電子器件上，水準(zhǔn)很高，技術(shù)水平相當(dāng)先進(jìn)，市場(chǎng)份額占比不論是國(guó)內(nèi)還是世界范圍內(nèi)，都有極大的競(jìng)爭(zhēng)力。在我國(guó)，光電子技術(shù)的發(fā)展存在明顯的地區(qū)差異性，光電子技術(shù)的先進(jìn)發(fā)展主要集中在我國(guó)的幾個(gè)發(fā)達(dá)地區(qū)，比如珠江三角洲地區(qū)、長(zhǎng)江三角洲地區(qū)以及渤海灣地區(qū)，這主要是由目前我國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀決定的。另外，在這些發(fā)達(dá)的地區(qū)，高等院校較多，研究所也多，給光電子技術(shù)的研發(fā)和發(fā)展提供了巨大的技術(shù)力量保障。
22國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外的光電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用參差不齊，最為先進(jìn)的是美國(guó)、日本以及歐洲一些國(guó)家。尤其是美國(guó)，特別看重光電子技術(shù)在未來的發(fā)展和應(yīng)用，并將光電子技術(shù)列為21世紀(jì)最為重要的戰(zhàn)略性技術(shù)之一，并進(jìn)行了大量的研究投入。日本在光電子技術(shù)方面，近些年來發(fā)展十分迅猛，在國(guó)際市場(chǎng)上占據(jù)著重要地位。歐洲地區(qū)的光電子技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，以德國(guó)最為先進(jìn)和典型，德國(guó)對(duì)光電子技術(shù)的投入研究較早，進(jìn)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(jīng)驗(yàn)，技術(shù)基礎(chǔ)十分強(qiáng)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(nèi)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(duì)未來的信息產(chǎn)業(yè)提出了更高的需求。光電子技術(shù)在信息產(chǎn)業(yè)方面所做出的重大貢獻(xiàn)，對(duì)于全球信息交流的促進(jìn)有著關(guān)鍵的作用。另外，當(dāng)今世界的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，儼然已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代。在高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，對(duì)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(gè)巨大的要求，發(fā)展光電子技術(shù)無疑是最佳選擇。
3光電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域
31信息領(lǐng)域
當(dāng)今時(shí)代，是一個(gè)信息化高速發(fā)展的時(shí)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(zhì)的增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的電子技術(shù)已經(jīng)無法滿足當(dāng)今時(shí)代巨大的信息傳輸和處理。而光子技術(shù)的應(yīng)用，與電子技術(shù)進(jìn)行完美的融合，并產(chǎn)生全新的光電子技術(shù)，能夠極大擴(kuò)大信息容量和信息傳輸速率，比起傳統(tǒng)的電子技術(shù)優(yōu)勢(shì)巨大，能夠有效促進(jìn)信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。當(dāng)前在信息領(lǐng)域已經(jīng)開始大范圍開展光電子技術(shù)的應(yīng)用，并取得了極好的影響效果，為信息產(chǎn)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(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿Α?
32能源領(lǐng)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(duì)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(shí)，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(duì)環(huán)境保護(hù)的呼聲越來越大。因此，當(dāng)前的主要辦法就是進(jìn)行清潔能源的生產(chǎn)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(dāng)今世界能源研究的主要議題。而光電子技術(shù)，能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化成熱能的這一偉大功能，使得其在新能源領(lǐng)域備受關(guān)注，具有極大的新能源產(chǎn)業(yè)潛力，市場(chǎng)前景十分廣闊。目前在世界范圍內(nèi)，尤其是在一些發(fā)達(dá)國(guó)家中，利用光電子技術(shù)獲取新能源的方式已經(jīng)得到應(yīng)用，在我國(guó)也已經(jīng)進(jìn)行了初步的應(yīng)用。
33汽車領(lǐng)域
汽車是當(dāng)今世界最主要的交通工具之一，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)汽車的市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大。在汽車領(lǐng)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(jìn)的汽車生產(chǎn)技術(shù)。光電子技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，使得汽車的功率轉(zhuǎn)化大大提升，并且通過光電子技術(shù)，能夠?qū)ζ嚿a(chǎn)材料進(jìn)行高精度的加工，極大提升了汽車的整體質(zhì)量和舒適度，減少汽車在使用中的損耗。
34環(huán)境領(lǐng)域
地球環(huán)境是人類生存的基本條件，保護(hù)環(huán)境，是人類共同的責(zé)任。步入21世紀(jì)以來，世界范圍內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)到了一個(gè)相對(duì)成熟的水平，與此同時(shí)，工業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展對(duì)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(dāng)前，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來越高，環(huán)境保護(hù)意識(shí)越來越強(qiáng)，亟須研發(fā)出能夠遏制環(huán)境逐漸惡化的先進(jìn)技術(shù)。在這種情況下，光電子技術(shù)給環(huán)境保護(hù)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?qū)Νh(huán)境中污染物的濃度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，并進(jìn)行有效的治理與防護(hù)。
35軍事領(lǐng)域
一個(gè)國(guó)家的軍事基礎(chǔ)，是一個(gè)國(guó)家安全力量的巨大保障。光電子技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠極大加強(qiáng)國(guó)防軍事力量，并有著廣闊的應(yīng)用前景。通過光電子技術(shù)，能夠制造先進(jìn)的激光制導(dǎo)武器，目前，這方面許多發(fā)達(dá)國(guó)家正在加大力度進(jìn)行研發(fā)和應(yīng)用。另外，光電子技術(shù)能夠形成更加有效的圖像傳感器，使得單兵作戰(zhàn)更加強(qiáng)化，得到許多國(guó)家的重視。
36醫(yī)療領(lǐng)域
隨著生活水平的提升，人們?cè)絹碓介_始注重醫(yī)療健康。光電子技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)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(jìn)行角膜的切除手術(shù)和治療，能夠幫助人類矯正視力。隨著光電子技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用，以相關(guān)設(shè)備進(jìn)行手術(shù)，能夠使手術(shù)更加精準(zhǔn)，治療效果更好，提升手術(shù)的成功率和穩(wěn)定程度。
4發(fā)展趨勢(shì)
光電子技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊，發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆Ｔ谖磥?，光電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要會(huì)從集成化、擴(kuò)大化、強(qiáng)適應(yīng)性三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化發(fā)展。
光電子技術(shù)的發(fā)展還需要諸多輔助材料的發(fā)展來促進(jìn)，比如半導(dǎo)體激光以及相關(guān)電氣元件，這些輔助材料和技術(shù)的發(fā)展，才能夠推動(dòng)光電子技術(shù)更加迅速和完善發(fā)展。在導(dǎo)體激光以及半導(dǎo)體激光的迅速發(fā)展之下，通過各種輔助材料和技術(shù)與光電子技術(shù)的融合，在未來，光電子技術(shù)將會(huì)呈現(xiàn)集成化發(fā)展?fàn)顟B(tài)，并不斷研發(fā)出新的設(shè)備以及材料。這些新設(shè)備和新材料與光電子技術(shù)的融合應(yīng)用，將會(huì)推動(dòng)光電子技術(shù)的應(yīng)用效果，并且在光電子技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性以及簡(jiǎn)便性方面得到較大提升與優(yōu)化。
5結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，光電子技術(shù)是當(dāng)今世界最重要的高新技術(shù)之一，對(duì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有至關(guān)重要的推動(dòng)作用。當(dāng)前，光電子技術(shù)已經(jīng)在眾多重要領(lǐng)域得到了初步的應(yīng)用，在未來，光電子技術(shù)的用前景相對(duì)廣闊，有著無限的發(fā)展可能。
摘要：針對(duì)礦業(yè)院校電子科學(xué)與技術(shù)這一弱勢(shì)學(xué)科的發(fā)展，面向工程教育專業(yè)認(rèn)證，以光電子方向相關(guān)課程設(shè)置為典型，討論了課程教學(xué)改革的具體思路并給出了相應(yīng)的做法，包括教學(xué)原則、課程結(jié)構(gòu)、課堂教學(xué)和實(shí)踐訓(xùn)練。
關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；弱勢(shì)學(xué)科；工程教育專業(yè)認(rèn)證
一、我校電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的發(fā)展背景
知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的教育呼喚適應(yīng)“寬口徑，厚基礎(chǔ)”的教育觀和學(xué)習(xí)觀[1]，而工科專業(yè)直接面向工礦企業(yè)的研發(fā)生產(chǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用背景，尤其是包括光電子在內(nèi)的電子科學(xué)與技術(shù)這類支撐現(xiàn)代社會(huì)信息科技的前沿學(xué)科，具有專業(yè)知識(shí)更新快、理論基礎(chǔ)要求高、實(shí)踐應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，對(duì)社會(huì)高新技術(shù)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響，因而培養(yǎng)涵蓋光電子專業(yè)基礎(chǔ)的復(fù)合應(yīng)用型人才，也成為社會(huì)發(fā)展的迫切需要[2，3]。
近年來許多高校先后開設(shè)了與光電子相關(guān)的專業(yè)或?qū)I(yè)方向，但受客觀辦學(xué)條件和主觀重視程度的影響，各個(gè)院校的光電子專業(yè)（方向）發(fā)展參差不R，專業(yè)課程設(shè)置各有差異。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)作為以礦業(yè)為特色的高等院校，電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科起步較晚且基礎(chǔ)薄弱。本文以礦業(yè)院校背景下本學(xué)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(guān)課程為切入點(diǎn)，探討如何更好地設(shè)置和發(fā)展弱勢(shì)學(xué)科的本科專業(yè)課程，面向工程教育專業(yè)認(rèn)證，推動(dòng)學(xué)科發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重能力、偏應(yīng)用”的符合社會(huì)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(shè)置
（一）課程設(shè)置要兼顧人才培養(yǎng)和學(xué)科發(fā)展
電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)所涵蓋學(xué)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?jī)?nèi)容的完整學(xué)科體系。目前我國(guó)大部分高校的電子科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)以“微電子”和“光電子”作為主要專業(yè)方向，相對(duì)于微電子方向的課程內(nèi)容比較固定單一、本科階段無需配套硬件實(shí)驗(yàn)等情況，光電子方向所面臨的問題要復(fù)雜困難得多，其研究領(lǐng)域“廣”、相關(guān)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(shè)置，既可實(shí)現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)，又可推動(dòng)弱勢(shì)學(xué)科發(fā)展。人才培養(yǎng)和學(xué)科發(fā)展二者密不可分，人才培養(yǎng)是最終目標(biāo)，而學(xué)科發(fā)展是必要途徑，合理地設(shè)置和建設(shè)專業(yè)課程，是學(xué)科發(fā)展的主要內(nèi)容，學(xué)科發(fā)展好了，才有實(shí)力更好地實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)，進(jìn)而利用人才優(yōu)勢(shì)和影響，又可更好推動(dòng)學(xué)科發(fā)展，形成良性循環(huán)。
（二）課程設(shè)置以“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重能力、偏應(yīng)用”為指導(dǎo)
針對(duì)光電子方向“廣、雜、多”的特點(diǎn)，將其作為電子科學(xué)與技術(shù)弱勢(shì)學(xué)科發(fā)展的重點(diǎn)方向，從人才培養(yǎng)和學(xué)科發(fā)展兩方面考慮，制定了“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重能力、偏應(yīng)用”的教學(xué)原則，同時(shí)也作為光電子技術(shù)相關(guān)課程設(shè)置的指導(dǎo)思路。這一指導(dǎo)思路，既是遵循國(guó)家高等教育培養(yǎng)創(chuàng)新人才的指導(dǎo)方針并面向工程教育專業(yè)認(rèn)證[4]，更是適應(yīng)包括光電子技術(shù)在內(nèi)的電子信息科學(xué)發(fā)展迅速與交叉融合的特點(diǎn)，同時(shí)考慮本學(xué)科方向?qū)嵙^薄弱的現(xiàn)狀和發(fā)展解決面臨困難的實(shí)際需要。
光電子方向?qū)I(yè)課程設(shè)置需要滿足“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的教學(xué)原則。所謂的“光電子”專業(yè)方向，廣義上是電子科學(xué)與技術(shù)之下除微電子學(xué)與固體電子學(xué)之外的多個(gè)二級(jí)學(xué)科（方向），甚至還包括與其他學(xué)科交叉衍生出的學(xué)科方向，既要與微電子一起承擔(dān)本學(xué)科“厚基礎(chǔ)”的教育任務(wù)，更要肩負(fù)更多的“寬口徑”任務(wù)，同時(shí)也是著眼于學(xué)科長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的必然選擇。光電子方向?qū)I(yè)課程設(shè)置還應(yīng)遵循“重能力、偏應(yīng)用”的教學(xué)原則。這尤其適于弱勢(shì)學(xué)科的實(shí)力現(xiàn)狀和發(fā)展要求。以我校為例，學(xué)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(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展，優(yōu)勢(shì)學(xué)科集中在煤炭能源相關(guān)的礦建、安全、測(cè)繪等領(lǐng)域，在59個(gè)本科專業(yè)中，2002年首次招生的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是典型的弱勢(shì)學(xué)科，在所屬的信息與電氣工程學(xué)院的4個(gè)一級(jí)學(xué)科中，發(fā)展落后于電氣工程、信息與通信工程、控制科學(xué)與工程等其他3個(gè)學(xué)科。在本專業(yè)設(shè)置初期，部分專業(yè)課程由其他學(xué)科的教師承擔(dān)甚至直接采用其他專業(yè)的課程，而隨著師資力量的增強(qiáng)和專業(yè)課程的調(diào)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(xué)生就業(yè)后直接從事光電子技術(shù)研發(fā)的人數(shù)很少，絕大多數(shù)還是作為光電子技術(shù)直接或潛在的使用者?？梢哉f，“重能力”是促進(jìn)學(xué)生就業(yè)的實(shí)際需要，而“偏應(yīng)用”是學(xué)科基礎(chǔ)薄弱與實(shí)力有限的務(wù)實(shí)之選。
（三）課程體系宜采用多層次三位一體結(jié)構(gòu)且內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣
針對(duì)本專業(yè)光電子方向相關(guān)專業(yè)課程的設(shè)置，面向工程教育專業(yè)認(rèn)證，兼顧人才培養(yǎng)和學(xué)科發(fā)展，遵循“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重能力、偏應(yīng)用”的原則，并廣泛借鑒國(guó)內(nèi)外高校課程設(shè)置經(jīng)驗(yàn)，采用了核心課程、專業(yè)選修/限選課程、其他相關(guān)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(shù)（48學(xué)時(shí)）、半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)（40學(xué)時(shí)）和光電子技術(shù)（40學(xué)時(shí)），專業(yè)選修/限選課程包括光電檢測(cè)技術(shù)（40學(xué)時(shí)）、半導(dǎo)體光電子器件（32學(xué)時(shí)）、微波技術(shù)（48學(xué)時(shí)）等，其他相關(guān)課程包括電子信息學(xué)科概論、學(xué)科講座和專業(yè)綜合實(shí)踐II（微波與光電子）。
本專業(yè)學(xué)生在第一、二學(xué)年已系統(tǒng)學(xué)習(xí)了通識(shí)教育課程、專業(yè)大類課程，打下了較為扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，具有一定的“厚基礎(chǔ)、寬口徑”專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)體系，且在第一學(xué)年開設(shè)了《電子信息學(xué)科概論》，為學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)提供了方向指引。第三學(xué)年學(xué)生通過自主選擇由專業(yè)類轉(zhuǎn)入具體專業(yè)學(xué)習(xí)，開設(shè)的專業(yè)核心課程《激光原理與技術(shù)》、《半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)》繼續(xù)夯實(shí)“厚基礎(chǔ)”，而《光電子技術(shù)》側(cè)重“寬口徑”。第四學(xué)年則加入與光電子相關(guān)的《光電檢測(cè)技術(shù)》、《半導(dǎo)體光電子器件》、《微波技術(shù)》、《學(xué)科講座》，這些課程全部或部分承接了《光電子技術(shù)》，進(jìn)一步加深和拓寬了學(xué)生的專業(yè)知識(shí)體系，從學(xué)科實(shí)力和學(xué)生就業(yè)兩方面進(jìn)行考量，教學(xué)原則圍繞“重能力、偏應(yīng)用”；同時(shí)依托優(yōu)勢(shì)學(xué)科加強(qiáng)專業(yè)綜合實(shí)踐教學(xué)，設(shè)置2周時(shí)間的《專業(yè)綜合實(shí)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(shè)計(jì)，所需設(shè)備依托利用國(guó)家修購(gòu)專項(xiàng)等經(jīng)費(fèi)而建立的光電子、微電子、微波等實(shí)驗(yàn)室。
三、結(jié)論
綜合以上我校專業(yè)在光電子方向本科教學(xué)改革實(shí)踐中的做法和成果，主要有以下心得和建議：（1）在弱勢(shì)學(xué)科發(fā)展中要兼顧人才培養(yǎng)和學(xué)科發(fā)展，以“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重能力、偏應(yīng)用”的教學(xué)原則和思路為指導(dǎo)；（2）課程體系設(shè)置，宜采用核心課程、專業(yè)選修/限選課程、其他相關(guān)課程的多層次三位一體的結(jié)構(gòu)；（3）課程內(nèi)容設(shè)置，符合教學(xué)原則，做到環(huán)環(huán)相扣，課堂教學(xué)和實(shí)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(xué)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?yàn)楣庾拥妮斶\(yùn)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(diǎn)，因而受到人們的廣泛關(guān)注。要實(shí)現(xiàn)“全光子化”傳遞信息需要實(shí)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(shù)難點(diǎn)最后本文對(duì)展望了硅基光子學(xué)和光電子器件的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：光子晶體；硅基光電子學(xué)；集成光回路
1 光子晶體
光子在傳播時(shí)，遇到周期排布的介電常數(shù)材料，將會(huì)產(chǎn)生布拉格散射，因而會(huì)產(chǎn)生光子能帶與帶隙，使光子晶體具有光半導(dǎo)體的性質(zhì)[1-2]。目前來說，我們主要靠對(duì)于缺陷的引入來實(shí)現(xiàn)對(duì)光子的局域化控制。缺陷有兩種基本形式：線缺陷和點(diǎn)缺陷。當(dāng)引入線缺陷時(shí)，對(duì)于處在光子晶體禁帶能量的光子，它不能逃逸進(jìn)入周圍的光子晶體當(dāng)中，因而只能沿著線缺陷的確定路徑傳播。光子晶體波導(dǎo)對(duì)于光的傳輸性能強(qiáng)過傳統(tǒng)的波導(dǎo)物質(zhì)，例如光纖。光纖依靠全反射作用來實(shí)現(xiàn)光的傳輸，但在較大轉(zhuǎn)彎角處由于不再滿足全反射條件而會(huì)有光子逃逸。在微納尺度上使用光子晶體波導(dǎo)的傳輸效率更高。光子晶體憑借它的特點(diǎn)，被廣泛研究。例如一些應(yīng)用于各個(gè)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(yùn)含的巨大應(yīng)用價(jià)值聯(lián)系在一起。[3]它那特有光子帶隙能夠抑制物質(zhì)的自發(fā)輻射，而這可以用于制作全反射鏡。另外，我們?cè)谄渲幸肴毕?，可以制成缺陷模，而缺陷?？梢杂弥谱魑⑶?、波?dǎo)、光開關(guān)、甚至人們熟知的激光器和探測(cè)器等等?？傊?，集成光電子學(xué)是光子晶體主要的活躍范圍，但是同時(shí)光子晶體在其他各個(gè)方面也有著重要的應(yīng)用價(jià)值，它可以提高現(xiàn)今不斷走進(jìn)我們?nèi)粘Ｉ畹陌l(fā)光二極管的工作效率。
2 硅基光電子學(xué)
由于硅基半導(dǎo)體集成電路在生產(chǎn)規(guī)模和成本方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)， 所以現(xiàn)階段人們嘗試用硅作為制作納米級(jí)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(shì)，并以此為基礎(chǔ)，已經(jīng)成功生產(chǎn)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(dǎo)器件等。雖然說現(xiàn)階段硅基微納光電子器件已經(jīng)具有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì)，但為了它在具體應(yīng)用的過程中保證夠達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用效果，我們需要對(duì)其部分性能進(jìn)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(shù)能夠不斷完善，它的應(yīng)用空間就會(huì)得到擴(kuò)展。
在對(duì)硅光晶體的研究中，我們已經(jīng)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(yù)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(shù)如電注入泵浦方法的突破和光子晶體物理性質(zhì)研究的深入，以及對(duì)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(yīng)加以控制，就很有可能提高硅基材料的l光增益，以此實(shí)現(xiàn)擁有低閾值的硅基激光器制備，進(jìn)而可以在微電子芯片中利用光子替代電子作為載體來實(shí)現(xiàn)光耦合互聯(lián)，消除電子傳播發(fā)熱的劣勢(shì)，這樣就可以突破電子瓶頸效應(yīng)。[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(jìn)行信息傳遞。它的概念包涵了光信號(hào)的發(fā)出、它的調(diào)節(jié)、對(duì)光信號(hào)的接收、對(duì)于信號(hào)的處理、信號(hào)的返回的整個(gè)過程。作為光信號(hào)的來源的有源發(fā)光器以光子晶體為基礎(chǔ)，光信號(hào)又受到光子晶體制成的光開關(guān)調(diào)節(jié)和制約。光子晶體波導(dǎo)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)于信號(hào)的傳輸與分流的作用，根據(jù)第二節(jié)提到線缺陷波導(dǎo)的傳輸優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率低損耗，每個(gè)分路又要經(jīng)波分復(fù)用器件下載，各個(gè)分路中的光信號(hào)在各自受到新的調(diào)制后，重新匯聚到干路， 回到接收裝置。因?yàn)槊恳徊糠值母鱾€(gè)部件在所用材料與大小上近乎一致，我們知道，傳統(tǒng)光學(xué)器件的大小在厘米尺寸，微小的加工誤差都會(huì)導(dǎo)致其工作頻率的較大改變，因而產(chǎn)生光模式不匹配的問題，都會(huì)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(shí)相同材質(zhì)大小統(tǒng)一也方便光路一體化的實(shí)現(xiàn)。再加之與日益成熟的制備技術(shù)相適應(yīng)，將會(huì)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(jīng)過這些年的發(fā)展，光子晶體理論已經(jīng)不斷發(fā)展完善，我們也已經(jīng)在其原理、設(shè)計(jì)取得了不斷進(jìn)步。二維光子晶體的制備相對(duì)容易，已有諸如反應(yīng)離子刻蝕和深紫外曝光等成熟技術(shù)。相對(duì)來說，對(duì)于集成光路更重要的三維光子晶體制備技術(shù)目前還不成熟，已有一些方法但還不能大規(guī)模集成化應(yīng)用，因此是關(guān)鍵發(fā)展方向。但是現(xiàn)有制備技術(shù)還是不完美，仍然有許多難題、核心關(guān)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(jí)，晶體中幾何上的微小誤差都會(huì)導(dǎo)致對(duì)調(diào)制頻率的影響，進(jìn)而影響發(fā)射接收以及模式匹配。而我們需要將制備技術(shù)的精度提升到亞納米量級(jí)，才可以制備出高Q值的微腔，我們需要這樣一個(gè)可行的、簡(jiǎn)便的方法。隨著光子晶體各種特殊現(xiàn)象、性質(zhì)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(zhì)會(huì)隨著人們對(duì)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?nèi)詫?duì)于滿足電泵浦、通信波段、產(chǎn)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(qū)動(dòng)的鍺激光器，還有以Er離子為基礎(chǔ)的電泵硅激光器；我們?nèi)孕柙谡{(diào)制器上努力以滿足需求。鍺探測(cè)器的暗電流制約其發(fā)展，為能夠大規(guī)模量產(chǎn)，需新技術(shù)降低暗電流。
在硅基無源器件方面：?jiǎn)栴}之一就是硅基波導(dǎo)材料實(shí)現(xiàn)低損耗需要特殊工藝處理，因而無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電路集成；其二為實(shí)現(xiàn)光柵的高耦合效率需要增加反射層，使得工藝更為復(fù)雜；這些器件的加工工藝急需簡(jiǎn)化，使其能用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝制備。在硅基光電集成方面：怎樣將光纖和波導(dǎo)高效耦合是一個(gè)難題；因?yàn)楣杌怆娮悠骷亩鄻有?，所以需要化為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。另外加工平臺(tái)成本較高。此外，硅的高熱光系數(shù)使得其光學(xué)性能受溫度影響，這一點(diǎn)是器件設(shè)計(jì)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(chǎn)，我們需要在材料、工藝、設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行研究。
展望未來它將幫助我們實(shí)現(xiàn)高速、低能耗的探測(cè)器設(shè)計(jì)；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(jì)算速率的光電接口；大能夠投入量產(chǎn)的大規(guī)模集成設(shè)備。
5 結(jié)語(yǔ)
在科學(xué)研究興盛的當(dāng)下，人們對(duì)于生產(chǎn)生活的需要往往能帶動(dòng)一種新的科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，沒有人們需求的推動(dòng)新的學(xué)說只是空想。新興生產(chǎn)技術(shù)的完善與發(fā)展也是需要科研工作者們堅(jiān)持不懈的探索與嘗試。光子晶體獨(dú)特的性質(zhì)備受關(guān)注，全世界的科研人員都對(duì)它抱有濃厚興趣，最初的概念現(xiàn)今已經(jīng)拿出了實(shí)體成果，我們可以看出對(duì)于它的研究人們走過的路程。在光子晶體的實(shí)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(biāo)，這也是為實(shí)現(xiàn)光學(xué)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?nèi)栽跒橹畩^斗。
