光电子技术
出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第84页（4474字）
光电子技术是由光技术和电子技术相结合而形成的新的高技术。光电子学一词出现于50年代。在电子学和光学的共同领域中通用的器件，以及与其应用相关的科学技术，称为广义光电子学。它用来表明采用光学的电子学或光学与电子学相结合的新技术领域。1960年激光问世以后，光学和电子学的巧妙结合变得现实化了。70年代，光纤、半导体激光器和光接收元器件等的生产技术有了惊人的进步，这加速了光电子技术的迅速发展。现今，光电子技术已成为发展最快、最先进的高技术之一，在光通信和光信息处理等领域中发挥着重要的作用。光纤通信技术、光盘存储技术、激光技术、光电子器件(包括半导体激光器等)是支撑光电子技术发展的重要技术领域。人们预言，光电子技术在今后将获得蓬勃的发展和广泛的应用，并将成为支撑未来信息、通信产业的关键技术。
光电子技术是光技术与电子技术相融合的产物
光学是以人类具有的视觉作为出发点，把若干个世纪以来观察到的物体的明暗和颜色、空间图象等各种各样的光信息加以正确采集，进而记录、再现和显示等发展而来的。光学是波长比微波短、比X射线长的电磁波与人类的视觉有关的一门学科。电子学却不是直接来自人类感官的感觉，而是应用人类知识活动所产生的有关电磁波的学科体系。电子学在时间域上已建立大容量信息传输、处理、记忆和运算等远远超过人眼的强大技术体系。这两个学科领域各自有其重要的特点。人们期待它们相互吸收各自的特点并巧妙地结合，以产生优异性能和具有新的能力。自1960年激光器问世以来，人们的这种期待日益变得现实。从光学与电子学的结合中产生了用以往的技术不能实现的新器件和新应用，大大促进了光电子技术的迅速发展。特别是半导体技术和晶体生产技术的发展以及光纤制造技术的发展，增强了实现光纤通信和光纤信息处理的可能性。迄今，第一代、第二代光纤通信系统已很成熟，第三代(长波长单模)光纤通信系统在一些国家于几年前已投入实用，国外正在从事第四代光纤系统的研究开发，并朝宽带综合业务数字网方向发展。在光信息处理技术方面，声频光盘、视频光盘已投放市场，用于存储文件、情报资料和计算机信息存取的光盘存储系统，也取得了很大进展，刚刚面市不久的可擦重写光盘在一般用途中也大受欢迎。光电子技木应用的高速发展和需求不断扩大，又有力地促进了光电子器件的研究开发，新型光电子器件不断出现。自1971年国外首次提出光电子集成线路(OEIC)的概念以来，光电子器件正向OEIC方向发展，并取得可喜的进展。在光电子技术领域中正在推进集成化，这种将光技术和电子技术融为一体的高度器件集成——OEIC，是支撑未来信息、通信、光计算机发展的关键技术，也是发展集成光学技术的基础。国外正致力于这方面的研究开发，如用以连接基片的光插件的研究，半导体基片上强电介质薄膜迭层技术的开发，试制光互连用光调制器等。对未来系统的所有研究目前都集中到OEIC上，通信系统要求小型、高性能、价廉且可靠性能高的芯片，信息处理领域要求在短距离空间内实现更高密度的信息传递，等等，这些均要求有高密度封装的OEIC。随着OEIC的逐步实用化，必将进一步推动光电子技术的发展及其在许多技术领域的新的应用。
光电子技术今后的发展趋势
30多年来，电子学一直是现代社会的明星，电子技术的成就随处可见。而过去比较陌生的技术——光技术现在正悄悄地渗入这一领域。自从70年代初超净玻璃纤维和半导体激光器问世以来，光电子技术获得了迅速的发展。该技术在光通信和光信息处理等领域开始显示其强大的生命力。电子处理系统使用光技术将便于并行处理，因而可获得更快的速度和更高的数据存储密度。光电子技术在诸如遥感，数据处理和加工、数据传输和存储及显示等新兴领域将起重要作用。随着高速光开关的问世，预计在下一个十年内许多数字计算机将是光学计算机。所需的四种器件－激光器、开关、调制器和光接收器已有产品出现。目前，美国、日本和欧洲在光电子技术领域开展了广泛的研究，日本在今后七年里计划开发和生产用于光学并行处理(微处理器每秒50万次)的光电子集成线路，欧洲在这方面将投入大量资金与日本进行合作研究。美国戴萨尔诺夫实验室正在集中研究光学互连，包括500～1000条引线的复杂芯片需要的更快速的互连。目前新的主攻方向是硅GaAs器件、高速GaAs器件以及具有控制方向的激光器／接收器组件。预计在今后十年将获得蓬勃发展和广泛应用的光电子技术包括：纤维光学、激光、集成光学、材料与薄膜、机器视觉和增强电荷耦合器件等。
1．纤维光学
随着美国、欧洲、夏威夷、关岛和日本间海底光纤通信线路的发展，光纤技术的发展将超越通信而转到传感器方面。为了获得新的传感性能，将采用传输、反射、微弯曲和荧光等技术。长度达25000米的扩展光纤或连续光纤将能更好地监视大面积和大型设备。光纤通信将向长中继距离、超大容量、高速和宽带信息转输方向发展，宽带综合业务数字网(B－ISDN)是先进光纤通信技术的突出代表。随着多媒体信息技术的发展，最终将导致光纤通信进入家庭。由于光纤传感器技术的不断发展，它的重要应用将包括监视工矿设施、飞机等设备和机械，还可监测温度、压力、应力、位移、振动和密度等参数。光纤在汽车、医学、工业检测和分析等方面也将有更多的新用途。
2．激光
固体半导体二极管激光器的体积将更小，寿命超过10万小时。在可见光、紫外以及红外区的连续发射功率达100毫瓦，并且相干辐射更强。在玻璃面上已沉积成薄膜(5×10－6英寸)GaAs激光器，这将导致改进光电子集成线路、低级涂层太阳电池和抗辐射电子学。一个非常重要的进展是已有几个厂家出售可调频钛蓝宝石连续波激光器产品。固体激光器的二极管激光泵浦技术已把氩离子激光器0．002%的效率和氦氖气体激光器0．02%的效率提高到10%。可以把近红外频率倍频，产生绿辐射。固体激光器和探测器可装配成并行阵列以便产生更高功率和更佳的聚焦。激光在图象处理和机器视觉方面将具有很大的潜力。激光和自动控制技术相结合可能提供一种最精确的束传输系统。激光全息技术的测量可小到0．01微米，而且具有极好的稳定性，它也可应用光纤通信和超大规模集成电路互连的波分复用所需平面波导集成化方面。激光在眼睛内侧的血管成形术和准分子激光用于消除人类全阻断冠状动脉等医学应用方面，也将日益成熟。
3．集成光学
以光波导为中心，将应用光波导的各种光学器件实现一体化、小型化，可称为第三代光路，即集成光学。它是光纤通信、光计算机和光纤传感器的关键。基于晶体陶瓷铌酸锂波导，集成光学器件在高频时完成光调制和光开关。集成光学(光IC)的光源都采用半导体激光器。美国贝尔实验室已开发成功用于光并行处理的大容量光集成电路，在一个单个砷化镓芯片上集成了2048个光器件。近年来，人们对未来系统的研究目前都集中在光电子集成(光电子集成线路－OEIC)上，因为人们清楚，有了这些集成回路，各种系统都将得到发展。光电子集成是发展集成光学的技术基础，是未来的核心技术。目前，OEIC的制作技术已成为最重要的发展领域。随着OEIC制作技术的飞跃发展，将推动OEIC的实用化，并进一步促进电子技术与光技术在更高层次的融合。
4．材料、薄膜
日本现已生产压力／触觉敏感的橡皮光纤，但在美国市面上买不到。现在新型可铸BeSi合金(称作米拉合金)可以用作空间光学系统和空间激光系统的反射镜衬底，它具有强度低、弹性模数高等优点。在薄膜电子光学非线性应用方面正在使用新型无机聚合物和新型有机聚合物。非晶硅太阳电池的成本比晶体硅电池要低很多。使用AlGaAs业已获得31%的太阳电池效率，为早期太阳电池效率的2倍。国外专家们预计，高功率半导体二极管激光器未来将采用新的Ⅲ－V族材料，在较长的时期内将采用制成可见光二极管激光器的Ⅱ－Ⅵ族材料。
薄膜材料方面，金刚石膜在1000℃以上仍很稳定，其性能比其它大多数材料好；另一种新型涂料是应用于金属纸以形成通常所说的数字纸的聚合染料——一块柔性塑料盘可存储千兆位信息，而一个磁带卷可存储兆兆位信息。
5．遥感器
遥感器在空间测量上是必不可少的。已有几种新型气候传感器和辐射率为0．999的地球辐射探测器阵列，并具有同时测量不同角度的能力。遥感激光斑点反射能完成表面温度极高的表面检测。512×512硅化铂肖特基势垒二极管的最大红外焦面遥感探测业已证明是稳定的，并且均匀和线性化以致不需要计算机校正。
6．机器视觉
新的机器视觉技术可以提供较高速度、灰度级处理、与用户协调的接口和专用标准部件。这将使机器人的速度和精度提高一个数量级。美国马歇尔空间飞行中心用两个立体照相机和一个将运动目标视域分解为三维坐标的数字成象处理系统，并正在研制一种三维机器人视觉系统。预计在工业和医学领域中高信息存储平板显示和光盘驱动的使用会不断增加。
7．增强的电荷藕合器件
采用低强度照明、增强的电荷耦合器件(CCD)相机会产生优质的图象。硅增强靶(SIT)也将被使用。使用电荷注入器件(CID)和金属氧化物半导体(MOS)将产生较小的图象拖影。采用三种空间相同的CCD芯片可用于彩色测量和彩色显示。可把光纤集成在一个系统内以便传输从荧光体到CCD的图象。因为大型CCD图象阵列的分辨率和灵敏度比照相底片要好，所以，这些图象阵列目前正用于天文上。
光电子技术的未来前景是光明的。人们预言信息革命的下列前景将成为现实：计算机将比现在的超级计算机的速度更快，而费用更低，耗能更少；视频、文本、图象和声音将迅速而同步地传送到设在办公室、家庭和汽车的终端。光学向超级计算机和神经网络提供的并行性，也将导致数据库的存取发生革命性的变化。将来，人们能够在几秒钟内就从庞大的信息库内检索到特定的信息。