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标  题: 飞速发展的我国信息光电子产业--谢 世 钟
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年04月17日19:23:58 星期二), 站内信件

飞速发展的我国信息光电子产业
谢 世 钟
（清华大学电子工程系）
    近30年来光电子技术是继微电子技术之后迅猛发展的综合性高新技术。随着70年代
后期半导体激光器和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破，光子技术
与电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。它包括信息传
输如光纤通信、空间和海底光通信；信息处理如计算机互连、光计算、光交换；信息获
取如光学传感和遥感、光纤传感；信息存储如光盘、全息存储技术；信息显示如大屏幕
平板显示、激光打印和印刷等等，对国民经济和国防建设具有举足轻重的影响。
    由于光电子器件是信息光电子技术的核心和关键，1986年经中央批准的863计划中将
光电子器件及其集成技术选为信息领域的三大主题之一。十多年来，光电子主题在光电
子材料、器件、工艺和应用等各方面实现了飞跃，奠定了坚实的技术基础并取得了一些
高水平的研究成果，聚集和培养了一支从事这门高技术研究开发的人才队伍，对国内信
息光电子产业的形成和整体实力的加强发挥了作用。
    在高技术的支持下，我国信息光电子取得了重大进展：关键技术量子阱材料和量子
阱器件的研制已取得决定性的突破，该项成果被评为1996年电子十大科技成果之一；掺
铒光纤放大器、量子阱和DFB激光器及高速光收发模块、大功率半导体激光器及其泵浦的
绿光固体激光器和高亮度红、橙、黄发光二极管等一批重大重点课题取得重要成果，已
进入转化为产业的新阶段：GaN老蓝光、LED和LD、DFB-LD+EA光子集成组件、GeSi／Si材
料和量子点器件，面发射激光器等致力于技术创新的课题取得显著进展，有些项目如四
方相GaN材料、LED器件及DF B-LD+EA光子集成器件，应变量子阱半导体光放大器等达到
国际先进水平。这些成果，特别是量子阱技术的突破给今后的发展创造了良好的条件。

    正是由于863计划的支持，我国在信息光电子领域的高技术研究开发方面缩短了与国
际水平的差距。同时，在高技术的支持下，一批光电子成果转化产业基地逐步建立，如
北京中科院半导体研究所、石家庄电子部13所、武汉邮电科学研究院、中科院长春光机
所及深圳的开发科技、飞通公司等，它们在产学研结合促进科技成果转化为生产力、促
进科研院所的体制改革向企业化转轨等关键问题上都迈出了大步。这些成果转化基地正
在成长为我国信息光电子的产业群体，其相关产值和营销额有较大幅度增长。1998年，
光电子产业实体的市场营销额已超3亿元人民币，全部为光电子高科技产品，较前一年翻
了一番。
一、趋  势
    光电子器件是典型的高技术产品，今后的发展也必然以高技术为后盾。今后，光电
子器件的发展趋势可用两点概括：一是继续通过能带工程使各种新型的人构改性半导体
材料如异质结构、量子阱（线、点）和超晶格材料等得以实现，并用以研制高性能的器
件。另一点，也更为关键的是要象微电子一样实现集成化。目前将功能不同的若干光电
子器件通过内部光波导互连、优化集成在一个芯片上的光子集成芯片（PIC）正在迅速发
展。再下一步将是研制光子集成芯片和微电子集成芯片的共融体即光电子集成芯片（OE
IC），这将突破分立器件的功能局限 ，使芯片的功能提高、功耗降低，成品率和可靠性
极大改善。根据技术发展和市场需求的预测，今后几年将是信息光电子器件大发展的时
期，尤其以下几个方面将是热点。
    在信息网络化方面，随着电视、图象、计算机数据等业务的增加，对传输容量的需
求在日新月异地提高。密集波分复用技术（DWDM）已成为发展的主流，其发展趋势是通
道数为数十个，每个通道的数据率为2.5Gb/s及10Gb/s或更高。随着IP技术的发展，IPo
verDWDM的呼声甚高，给未来宽带信息通信网的发展带来巨大的冲击，也给众多中、小型
企业在DWDM大市场上带来无限商机。这包括有源器件，如符合DWDM系统规定标准波长的
高速DFB激光器、宽带及有平坦增益谱的光纤放大器；大量的无源器件如高速调制器、波
分复用与解复用器，光波分插复用器；以及以适应高速传输发展的光纤色散补偿器与色
散补偿技术，适应高速网络发展的波长变换器、光交叉互连器与光交换技术等。除了DW
DM相关的元器件的巨大市场需求外，塑料光纤和塑料封装的激光器及其他低价格的光电
子器件和模块也将有日益增长的需求。
    在新型光子集成和光电子集成芯片方面，小规模集成度的PIC器件组件近年已在市场
上出现。一方面应研制开发更高集成度PIC和OEIC，多波长的半导体激光器阵列，半导体
激光器与高速调制器集成芯片，集成光接收机阵列等。同时要注意到更复杂的三维集成
系统芯片的研制也已启动，这就是通过在PIC或OEIC中引入微机单元，从而构成功能齐备
的微型光机电集成系统（MOEMS）。这种新型器件一旦获得突破，将使现今庞大的设备、
仪器选择性的光接收器等商品出售，说明这类器件的发展不是遥远的事。
    在光显示和光存储方面，蓝、绿色LED、LD的发展迅猛。蓝光LED的市场售价不断下
降，蓝紫光LD（400nm,5mW,万小时寿命，5000美元售价）已进入市场。蓝绿色发光器件
有十分巨大的应用市场，包括大型全色显示屏、下一代DVD等，以蓝光LED为基础的白光
“半导体灯”已成 为世界上各大照明灯泡公司全力开发的节能光源，它的应用普及将引
起能源领域的一场革命。以GaN为代表的宽禁带半导体技术在显示、存储和大功率、高温
、高速电子器件将形成新的经济生产点。在平板显示器领域，除LED屏之外，等离子体显
示，场发射显示和液晶显示技术也都在发展，争夺数字高清晰度电视和监视屏的大市场
。
    在红外探测器方面，室温红外焦平面探测器列阵技术将有较大发展。长期以来，由
于红外探测器列阵技术难度高，制备困难，使用条件苛刻（需低温制冷），很难获得民
用市场。近年来随着微加工技术的不断进步，敏感元微型化、热分离构造的采用使非制
冷红外焦平面器件的灵敏度响应和速度大幅度改善。非制冷焦平面的温度分辨率NETF指
标在室温环境下（～0.05K）已经接近77K制冷的碲镉汞水平（～0.02K），达到满足几乎
所有民用红外市场的需求水平。红外探测器列阵在环境监测、保安、汽车驾驶、电力等
工农业民用领域有十分巨大的应用。
    在设计与应用软件方面，目前能够预测光电子器件之间复杂的相互作用以及内部详
细的物理 情况的CAD软件还很少，但光电子器件和光纤通信系统的CAD软件研究已越来越
受到重视。国外一批商品软件已面市，使光电子器件和系统得到模拟，包括半导体激光
器、波导、光电二极管、光纤光栅等器件、光放大器、波长转换器、复用器、解复用器
等部件以及光纤系统（如WDM光纤通信系统、光孤子传输）和网络等。国内这方面的工作
也已起步。光电子器件和工艺技术的CAD将在近年有长足的发展，如同微电子的CAD一样
，发挥不可替代的核心作用。
二、挑  战
    面对世界上信息光电子技术发展的大潮，我们认为，对于中国这样一个大国，发展
光电子产业是必须迎接的挑战，也是一次机遇。如果我国的光电子器件上不去，它就可
能成为影响我 国21世纪信息产业发展的严重障碍。有利的条件是在863计划支持下，我
国的光电子产业的发展已有了坚实的基础。掺铒光纤放大器，2.5Gb/s以下激光收发模块
，高亮度红橙黄蓝光LED，大功率半导体激光器及其泵浦的固体激光器，DVD用的高质量
的红光激光器等产品已实实在在进入了市场，在性能价格各方面与国外同类产品进行竞
争，靠自己的力量取得了一席之地。以北京、深圳、武汉、石家庄和长春五个成果转化
产业基地为主的光电子企业群将使 我国的信息光电子事业持续发展。因此把握良机、制
定好光电子在下一世纪初的发展规划至关重要。

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