光电子器件范文
时间：2023-09-23 01:23:22
光电子器件篇1
关键词:工程技术型人才;工程素质;实践能力;课程改革实践
光电信息科学与工程是21世纪在全球迅猛发展的光电信息产业带动起来的一门综合性、运用性、技术性学科。国内的光电产业自2000年以来迎来最好的发展时期，同时也促进了与产业紧密相连的光电学科的发展、建设，到目前为止，全国已有近170多所高校(其中接近100所是地方新建本科院校)设置了光电及其相关专业，并将《光电子器件》作为光电信息科学与工程及其相关专业的主干课程。该课程教学的实施不仅有利于巩固、衔接学生所学的光电子技术、光电显示、视频接口与驱动、光电传感器、数模电路、单片机等专业核心课程的知识内容，而且对拓展专业工程实践运用，培养专业学生工程实践能力、为区域光电产业输送工程技术型光电人才起到承上启下的作用。在早先的《光电子器件》课程日常的理论教学中，从教学大纲、教案到课件参照了重点大学光电专业的教学模式，将每节课都用来讲解光电器件的理论知识、器件背景知识、制造器件的材料、半导体制造工艺、器件的热、光、电学性质、性质的理论公式推导以及一些理论模型的建立分析，课堂的教学内容多、杂、难。课程的实践实验教学也是按照实验室购买的实验仪器开设一些常规类的实验实践教学项目，按部就班进行。在实验实践教学过程中学生按照实验步骤连接实验线路，测试实验数据，在完成实验的整个过程中很多学生不知道自己用的是什么类型的光电器件、实验要做什么、测量什么数据、有什么用。在学习过程中学生学习兴趣、效率越来越低，专业的工程技术能力没有被培养起来反而变得很薄弱。在国家建设职业型、应用型大学培养模式的大环境下，以三明学院运用型人才培养模式改革为契机［1］，对《光电子器件》课程进行有别于老本科院校学术型、研究型高级光电人才培养目标，在课程的教学内容、实验、实训教学、考核方式等方面进行改革与实践，积极探索工程技术型光电人才培养新模式，迎合包括三明在内的海西光电产业集群对光电人才的需求。
1以理论知识实用、够用为课程教学原则改革课程教学内容
《光电子器件》是光电专业的基础核心课程，是一门集理论性和实践性都非常强的专业课程，课程全面地介绍了光电子技术的基本原理、聚集了数量繁多且工程技术上常用、实用的光电器件、罗列推导了繁杂难懂的器件及相关性质的方程公式，且课程内容缺少所涉及的光电器件在现代光电工程中的运用实例。这样的课程教师难教，学生难懂、难学、难用。以学院特色的“3355”应用型人才培养模式为课程改革动力，配合“教学型、运用型、服务型”的学院人才培养模式，以培养具有创新意识和较强实践能力的高素质工程技术型光电人才及高效服务行业社会为课程教学价值目标，优化《光电子器件》教材，改革课程理论教学内容。《光电子器件》现有的教材对光电器件进行介绍时一般从两个方面进行:器件原理公式推导证明，对应的测量电路。一方面对于本科层次的教材，大部分的教材在器件原理及测量电路这两方面就占了很大的篇幅，且大部分为复杂的材料原理及电路原理公式推导，而对于大部分从事光电行业的企业、事业单位，只具备本科学历的光电毕业生并不是其产品研发的主力军，而是作为工程技术型人才使用。因此用人单位对毕业生的能力要求主要体现为能够掌握光电器件的基本原理、能运用特定的光电器件来实现光电信号的传输、转化、控制以及对现代光电工程进行铺设、检测、维修，这也正是作为一个地方性的本科高校培养人才的精准定位。这就要求专业课程的课堂教学内容应以实用为主，围绕器件在光电工程中的应用范围，应用实例为主线对教材内容进行优化，摒弃了以复杂公式的详细推导为重点的授课方式。另一方面目前教材涉及的光电子器件类型很多，从远红外到紫外光甚至还介绍X射线探测与成像器件，有些光电子器件学生无论是在实践、设计课程，还是今后毕业走上工作岗位都很少会涉及到，因此本着课程内容够用的原则，删除了这方面的知识，留出更多的课堂时间分配到常用的光电器件上［2］。同时由于目前半导体材料技术的进步发展，光电器件的类型不断更新，许多新型光电器件不断研制、运用例如:灵敏度可变的光探测器(VSPD)，有源像素图像传感器(APS)等，这些学科专业最新的发展动向正是高素质运用型人才所必须的专业软实力，因此需要将光电器件的前沿增加到光电子器件的课堂教学内容之中，以拓宽学生的专业知识面。
2全面开放专业实验仪器资源为课程实践教学改革服务
目前通过学院多年的累积经费投入建设，三明学院的光电专业拥有数量较多和类型较齐全的专业实验仪器设备，这些实验仪器设备通常只为单一专业课程服务，以太阳能光伏发电实训设备为例，设备只在专业学生第七个学期开设相关课程的时候用到，其他的时间、其他专业年级的学生都很少接触到这批实验设备，一方面在《光电子器件》课程教学改革的重点是针对各类型的专业工程技术型实践项目训练，和太阳能光伏有关的工程技术实践项目比较常用且运用广泛，另一方面对于光电专业的学生而言太阳能光伏知识的运用是学生专业知识的重要组成部分，因此有必要让学生尽早接触这批实验设备，并对太阳能光伏相关的知识运用有一定的了解，才能使后期学生实践实训项目顺利推进，所以必须对光电专业的传感器系统实验装置、太阳能光伏发电实训设备、单彩、全彩LED点阵显示实验仪器设备、光电技术创新实训平台扩展实验仪器、光电技术创新实训平台、液晶模块应用实验系统、彩色面阵CCD综合实验仪、多功能CPU单片机实验系统等实验仪器资源进行有机整合，把《光电器件》课程教学改革中需要涉及的实验仪器全部开放运行使用，充分利用资源，为后期的实践训练项目提供硬件条件支持。
3以学生工程素质培养和提升为目标改革实践教学环节
工程素质是指从事工程实践的工程专业技术人员的一种能力，在专业工程实践中表现出来的一种思考问题、解决问题、建立长久工程问题反应机制的能力，需要从专业课堂、专业实践、工程实践中长期积累。用人单位对专业人才的专业能力期望值往往较高，而地方本科院校大部分的毕业生在解决工程实际问题的实践能力方面普遍较差，因此往往不能令用人单位满意，这两者之间的失衡归根结底是专业学生的工程素质缺失。因此在日常的专业课程教学中培养学生的工程素质成为地方新建本科高校为地方企业输送优秀专业人才的关键。以光电信息科学与工程专业课程体系中的《光电子器件》课程教学为例，主要从以下几个方面训练学生在相应的光电工程实践能力并提升其工程素质:
(1)有机整合现有的基础性、验证性实验项目，剔除偏理论、无应用的实验项目，大量增加综合性设计性实验项目，大力改革创新现有的专业实践教学体系。虽然基础性、验证性实验是验证理论，对学过的知识进行巩固的阶段，但是这些实验项目存在实验内容单一滞后、实验手段单一等问题，学生很容易失去兴趣。例如:光电子器件基础实验中前五个实验:光敏电阻、光电二极管、光电三极管、pin光电二极管、硅光电池特性测试及其变换电路。这几个实验除了所用的器件类型不一样外，其他的实验测试电路和内容几乎类似，因此可以整合成一个课程大实验，而把剩下的时间用来开发、增加一些综合性设计性实验，譬如:利用红外光电三极管可以设计一个红外无线耳机，利用硅光电池可以设计一个光照度测量仪，利用光电烟雾传感器设计动车车厢的烟雾报警器等，在提升了专业实验的设计性同时，极大激发了学生制作设计兴趣。培养了学生的工程素质，起到事半功倍的效果［3］。
(2)探索一套以培养学生从“模仿”—“独立创新设计”的实践能力提升训练模式。目前很多专业大部分课程的实践、课程设计的原课题都是已有的，因此在实践教学或者是课程设计的时候，经常性的做法就是让学生去模仿现有的、别人的东西，模仿也是培养实践动手能力的必经过程，只是在全盘接受模仿之后，教师和学生应当进行设计反思，将课题中所用的方法，器件、电路排布进行相应的改进、替换、优化，去粗取精，转变创新。而恰恰大部分老师和学生忽略了这点，因此需要建立由“模仿”—“独立创新设计”的实践能力提升训练模式。例如在“太阳能光电智能车”设计的过程中，循迹这部分功能的实现就有很多种解决的方案，学生可以用摄像头、光电红外对管、激光、特殊传感器四种方案来实现，循迹可以是四方形，8字形及其他更为复杂的路线，循迹的背景可以是最简单的白底黑线、稍难白底绿线、更难的绿地红线等。教师在布置设计方案的时候可以先从最简单的白底黑线、椭圆形轨迹开始，在学生成功实现该设计要求之后，再逐渐增加设计的难度，譬如更换循迹光电传感器，但是不同的光电器件在对光信号进行电信号转化的方式、信号的放大处理方式、误差的处理方式都不相同，一旦更换器件，就要求后面的数模转化，电路设计、以及单片机程序都需要重新设计，因此“独立创新设计”在培养学生的工程素质方面起着决定性的桥梁作用，只有将这一步做好，才能发现问题，分析问题，解决问题，最后运用自己的方法、自己拟定的器件去独立设计行业产品，不断训练，不断进行专业知识运用经验的日积月累，厚积学生的专业工程素质。
(3)以“贴近生产、贴近运用”为专业实践实训课程宗旨，建立起一套分级、分阶段课程实践实训题库并定期更新。题库中的训练项目全部来源于已经解决的光电工程运用实践案例，题库分基础型《光电子器件》课程实验实践项目和拔高型《光电子器件》课程实验实践项目，基础型训练项目要求每位学生一人一题独立完成一个实践训练项目，对专业的每一位学生进行系统的实践能力训练，让每一位学生的能力通过课程都能得到锻炼。拔高型训练项目以三个人为一组，项目的题目主要以历年全省、全国的电子设计竞赛、光电竞赛、单片机、工程竞赛题目为主，拔高型训练项目相较于基础型训练项目其所涉及的专业知识面更宽，对学生的工程实践能力要求更高，因此需要每个组员通力支持、分工协作才能完成，充分锻炼学生的团队协作能力和社交能力［4］。无论是基础型还是拔高型专业训练项目，都能引导学生把专业知识运用到生活生产实践中，以解决专业的工程技术运用问题为点，带动学生专业运用创新能力的激发为面，以点带面，增强光电专业实践课程工程与具体光电工程案例之间的亲和力，激发专业学生无穷创造力，驱动学生的工程素质得到飞跃发展。
(4)探索光电专业的实践教学体系如何融合到学校、学院的第二课堂活动、开放实验室、各类型专业竞赛，专业教师的校内、课内横纵向、产学研课题项目中，并将专业学生与项目无缝对接，不断从实践中总结、反馈和提高，形成专业实践教学训练对学生实践应用能力提升的巨大推力，做到培养体系改革和学生能力提升的良性循环［5］。积极走访光电企业，建立实践基地，校企合作项目，以企业对光电专业人才能力的具体要求为重中之重，聘请企业专业工程师参与专业实践教学体系的形式和具体内容的制定，以此来调整和优化专业培养方案，科学设置实践环节的内容，做到理论与实践相结合，课内与课外相结合的协同促进机制，大力推动课程教学改革。
4改革考核评价制度，促进学生全面发展
任何一门课都需要相应的考核制度，理论知识闭卷考试是最为常见的一种衡量学生对该课程掌握程度的考核方式，但《光电子器件》课程知识的应用性较强，在教学中往往会发现有的学生虽然理论课程成绩一般，但是其在实践、产品设计方面有着非常强的动手能力，这正是实践能力强的工程技术型人才的典型代表，所以《光电子器件》课程改革的另一重要环节就是改革课程的考核评价制度，打破以期末成绩作为评判学生专业素质的唯一指标，《光电子器件》课程的考核方式除了期末的试卷考核方式外，增加个性化考核方式和过程考核方式。对于工程实践能力强的学生，在考核期末课程总成绩的时候，应当将这部分学生的理论成绩在总成绩中的比重降低，比如闭卷分数占40%，理论验证性实验占10%，光电专业课程设计占50%［6］，对于理论学习能力强的学生进行课程的过程考核，考核方式为:(1)《光电子器件》课程按知识点分布安排至少考试3次。(2)课堂随机考察方式，建立课程专业的问题库，记录学生的等分记录，每生每学期不少于10次。按照这两种考核方式的学生期末试卷成绩占总成绩的比重可降低为40%。通过多样化的考核方式，充分考虑了学生的个性化，激发他们的专业积极性的同时反过来促进专业理论课程的学习，使得学生的工程实践能力和专业知识能力都得到充分融合，更好地培养学生的综合实践能力，为培养工程技术型光电人才奠定基础。
5结语
围绕专业理论知识实用、够用，实践技能下得去、上得来的递进式提升方式、课程考核方式个性化定量以及为地方高校培养具有创新意识和较强实践能力的高素质工程技术型光电人才的目的，对《光电子器件》课程从教学内容、专业实验室资源整合、实践环节及考核制度这几个环节开展教学改革与实践活动。在课程实践改革的过程中，学生的课堂听课效率提高了，学习态度向着更好方向发展，专业理论知识和实践能力得到一定的锻炼和提高，学生参加各类型的专业竞赛也获得了较好成绩，课程的教学改革实践初见成效。
参考文献:
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光电子器件篇2
光电子器件属于新一代信息技术产业，《2006-2020年国家信息化发展战略》、《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》、《国务院关于加快培育发展战略性新兴产业的决定》等政策都对加快发展新一代信息技术，积极构建宽带、融合、安全的下一代国家信息基础设施提出了明确要求。2012年，工业和信息化部（以下简称“工信部”）启动实施了宽带普及提速工程，以“建光网、提速度、促普及、扩应用、降资费、惠民生”为总体目标，着力提高城乡宽带网络接入能力和普及水平。光网（光纤通信网络）成为投资界关注的焦点。光纤通信网络主要包括光传输和相关功能器件等部分，光电子器件则是用于完成光波放大、整形、分频、倍频、调制、光振荡等功能，是光纤通信网络中最具技术含量和至关重要的一环。
极具战略价值的光纤通信
光电子器件的出现、发展和光纤通信技术的产生和成熟密不可分，因此，首先需要了解光纤通信的价值和意义。光纤通信是以光波为载波的一种通信技术，目前，光纤通信已成为通信网的主要传输方式，在世界各国“信息高速公路”的建设中扮演着基础性和重要性角色，欧美等发达国家已把光纤通信放在了国家发展的战略地位。现在，光纤的使用已不只局限于陆地，光缆已广泛铺设到了大西洋、太平洋海底，这些海底光缆使得全球的通信变得简单快捷。不少发达国家已经把光缆铺设到住宅前，实现了光纤到办公室（FTTO）、光纤到家庭（FTTH）。未来，传输网络的最终目标是构建全光网络，即在接入网、城域网、骨干网中完全实现“光纤传输代替铜线传输”。目前的相关研发和进展离这个目标的实现已相距不远。
随着近几年家庭办公、交互式网络电视（IPTV）、网络游戏、远程医疗等宽带业务的不断普及，光纤通信网络的数据量呈现出高速增长态势。美国互联网流量监测机构Telegeography的数据显示，2009年国际互联网流量增幅达74%，2010年西欧地区增速达66%，美国和加拿大增幅为54%，东欧、印度等地区的增幅超过了100%，全球平均增长了62%。未来视频业务将成为互联网的主流，现在每分钟就有20小时的视频节目上载到美国著名的YouTube高清视频网站，2015年全球IP流量将达到每秒245TB，相当于每天有2亿人同时传送一部高清电影。
骨干网、城域网、光纤接入网以及宽带无线接入网的高速发展对信息技术提出了严峻挑战，现有以铜缆为主的XDSL（数字用户线路，包括ADSL、RADSL、VDSL、SDSL、IDSL、HDS等）网络的带宽已无法满足迅猛增长的用户需求，“光进铜退”已是大势所趋。而光纤到户自然成为宽带接入的基础技术，基于无源光网络（PON）的FTTH技术成为世界各国普遍采用的主要接入方案。光分路器（Splitter）、阵列波导光栅（AWG）复用解复用器、光纤终端（OLT）和用户端光网络单元（ONU）等光电子器件成为PON技术中的核心功能模块。
中国光纤通信现状
中国从1974年开始低损耗光纤和光纤通信的研究工作，并于上世纪70年代中期研制出低损耗光纤和室温下可连续发光的半导体激光器。1979年分别在北京和上海建成了市话光缆通信试验系统，这比世界上第一次现场试验的时间只晚了两年多。这些成果成为中国光纤通信研究的良好开端，并使中国成为当时少有的几个掌握光缆通信系统试验段的国家之一。到上世纪80年代末，中国的光纤通信的关键技术已达到国际先进水平。
从1991年起，中国已不再建长途电缆通信系统，而大力发展光纤通信。在“八五”规划期间，中国建成了含22条光缆干线、总长达33000公里的“八横八纵”大容量光纤通信干线传输网。1999年1月，中国第一条最高传输速率的国家一级干线（济南—青岛）8×2.5Gb/s密集波分复用（DWDM）系统建成，使一对光纤的通信容量又扩大了8倍。
进入21世纪后，网络宽带的应用和发展成为了光纤通信发展的强心剂，使得以宽带需求为推动的通信产业迅速发展。2011年底，中国宽带用户规模已达到1.5亿户，位居全球第一，家庭普及率达到24.6%的世界平均水平。相应的以网络布局为主的光纤通信基础建设也在快速向前推进。
“十一五”规划期间，中国基础电信企业已经累计完成投资1.43万亿元人民币，“十二五”规划期间通信基础投资预计将达到2万亿元人民币的规模，增速高达40%以上。其中包括移动和固定宽带在内的宽带网络基础设施建设投资将达到1.6万亿元人民币，占比在80%以上。全部宽带基础建设投资中，宽带接入网投资5700亿元人民币（包括无线接入和光纤接入），占比超过三分之一。光电子器件占光传输设备总成本的比例呈现逐渐增大的趋势。“十一五”规划期间光电子器件占光传输设备总成本的比例在15%左右，目前这一比例已达到25%以上，“十二五”规划期间随着光电子器件集成化和智能化的进一步提高，该比例有望提高到30%左右。
虽然中国在通信基础领域进行了大量、持续的投资，但是由于起点低，国内宽带仍然处于“低速宽带”阶段。据相关数据统计，中国互联网网速平均速率仅为1.774M，排名全球第71位。相比之下，韩国、日本的互联网平均传输速度分别为20.4M、15.8M，位居世界前两位。除此之外，中国通信业发展也面临着一些突出矛盾和问题：一是行业增长主要依靠投资和用户规模拉动，在3G等新业务方面国内各电信企业仍主要靠终端补贴、话费优惠等方式吸引客户；二是宽带基础设施建设相对滞后，截至2010年底，中国宽带接入普及率为9.6%，低于经济合作与发展组织（Organization for Economic Co-operation and Development，OECD）国家平均水平约15个百分点，平均下行速率不足全球平均水平的1/3；三是市场格局失衡与产业链不协调并存，细分市场中单一企业的主导地位依然明显，基础企业出现管道化和边缘化趋势；四是基于互联网的新技术创新和新业务应用使传统电信业的业务模式、商业模式面临严峻挑战，业务平台的开放化使得行业监管面临的问题更为复杂。
鉴于光纤通信产业的发展关系到国家信息通信的安全，处于极其重要的战略地位，中国政府十分重视光纤通信产业相关改革的推进和各种基础建设的投入，并持续给予政策上的大力扶持，将发展光纤通信产业作为国民经济优先发展的行业之一。
工信部在“2012年宽带中国战略服务信息化推进大会”上明确提出，宽带中国战略将会在整个“十二五”规划期间被强化，政府将通过宽带战略、宽带专项资金、普遍服务基金、投融资政策等推进中国宽带的发展。工信部将把推进实施宽带中国战略作为一项重点工作，提升上网速度，在积极推进中国社会信息化进程的同时，促进上网资费的下降。同时，还将争取国家政策和资金支持，加快推进3G和光纤宽带网络发展，扩大覆盖范围；以“提高网速、惠及民生、增强覆盖”为目标，实施宽带上网提速工程；并继续推动建立普遍服务资金，深入实施通信村村通工程和信息下乡活动，争取到2015年末，中国城市家庭带宽达到20兆以上，农村家庭达到4兆以上，东部发达地区的省会城市家庭达到100兆。3G网络建设、光纤接入（FTTx）、专网建设、三网融合等将成为中国宽带产业发展的主要拉动力。
2012年是中国“十二五”规划的第二年，同时国内3G市场也进入了高速增长期。伴随“宽带中国战略”的开展和物联网、云计算等产业的进一步发展，“宽带提速”已成为中国电信业的重点关键词，中国通信业迎来了大繁荣机遇。
就整体光纤通信设备而言，国内光纤通信系统设备商与国外公司的差距在逐步缩小，中国华为公司已经成为全球前三的光传输设备供应商，烽火通信在全球率先将40Gbit/s X 80 波长的高速大容量系统应用于实际工程。但在光电子器件方面，国内光纤通信系统设备商对国外的依赖程度依然很高，所需的核心光电子器件，如适合中长距离传输系统使用的AWG 型波分复用器虽然可以国产，但核心芯片仍需进口；适合下一代城域智能网使用的ROADM 模块产品则完全依赖进口。发展光电子器件核心技术，解决光纤通信中核心光电子器件的“空芯化”是关系到中国信息通信安全，实现光纤通信产业长期可持续发展的战略问题；是实现真正意义上的技术创新，摆脱中国光纤通信产业长期以来主要靠仿制、靠低劳动力成本生存被动局面的有效途径。
中国光电子器件产业充满全球性投资机遇
在光纤通信整体产业链上，光电子器件处于产业链上游，下游主要是通信系统设备行业。上游公司生产的光电子器件产品由通信系统设备厂商系统集成为光传输设备后提供给电信运营商，电信运营商构建完整的通信网络后向消费者提供各种通信服务。以光电子器件中的光分路器芯片为例来了解行业的整体情况。光分路器芯片下游主要是分路器封装企业，由封装企业将芯片进行耦合封装后向国内外系统设备生产商提供成品分路器。国内封装企业大多是中小企业，主要集中在长三角、珠三角和武汉光谷等地区。由于中国特有的劳动力竞争优势，目前中国已经成为世界光分路器市场主要生产地，但光分路器的核心部分——商用SPL及AWG芯片制造依旧被日本、韩国、欧美等发达国家所垄断。虽然国内光波导器件的生产企业有上百家，但全部是从事器件耦合封装等劳动力密集型的低端产业，耦合封装所需的核心光电子芯片全部从国外进口。
由于光电子器件多用于光纤通信的各个节点上，因此，光纤通信网络建设越是到后期，即越接近于最终使用端，其市场容量越大。就目前来讲，光纤到户（FTTH）是光电子器件产业的主战场。依据国际研究机构Point Topic 所公布的全球宽带统计调查数据显示，截止到2010年第四季度，FTTx 用户为7500万（IDATE的数据是6100万）；2010年新增约1800万用户，其中大部分在中国，81%的FTTx用户在亚洲，约5863万。据GIA预测，到2015年全球FTTH用户将达到1.839亿户（IDATE的数据是2.27亿）。全球最大的FTTH运营商NTT、中国电信、中国联通分列第一至第三位。IDATE公司预计2015年全球FTTH/B家庭覆盖数将接近4.93亿。
数据显示，中国FTTx用户数还很低，接近发达国家水平还需要大量的基础投资。实际上，近年来中国FTTx发展速度非常快，2010年中国是全球FTTx用户数增长最多的国家， 2010 年国内各电信运营商继续加大了FTTx 的投入，除中国电信250 万线的以太无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON） 集采和中国联通的1100万线EPON 集采外，中国移动也积极推行FTTx，解决行业用户、高ARPU 值用户、移动营业厅、高档商业楼等的光纤接入问题。2011年，中国电信无源光纤网络（Passive Optical Netw，PON）集采1900万线，加上家庭网关，规模达25亿元；中国移动招标PON 800万线，规模达9亿元；中国联通招标PON设备达2500万线，规模达25亿元左右，是FTTH建设启动以来，招标规模最大的一次。2011年中国运营商集中招标量已达5200万线约60亿元，再加上各省的自建，市场接入网设备需求在90亿-100亿元人民币，接近去年的一倍。预计“十二五”规划期末，中国互联网宽带接入端口将增加一倍，达3.7亿个，基本实现城市家庭宽带覆盖， 2亿家庭光纤覆盖，3G用户超过3.5亿户；95%的行政村具备宽带接入能力。
中国电信2011年2月“宽带中国光网城市”称，其FTTx将达到3000万；而中国联通预计2011年将达到1000万户；国家广电总局提出了NGB网络发展新规划，到2015年，城市中80%以上的楼宇将实现光纤到楼，30个大中城市将建成基于有线网络的下一代广播电视网示范工程，家庭接入速率达100Mbps。由于欧美韩日等国家已经完成了基础设施的建设，未来中国在该领域将产生巨大的需求和投资规模，成为世界光纤通信的主要市场，中国光电子器件产业投资机会巨大。
中国光电子器件产业的优势与障碍
由于光纤通信出现时间还不长，中国在该领域与世界的差距不大，使得国内光电子器件企业在行业中处于较好的经营环境和发展优势。
巨大的市场需求是行业发展的原动力。随着宽带互联网的迅速发展，国内网络用户数和数据传输量将高速增长。为满足信息社会未来呈级数增长的数字内容需求和超大容量低成本的网络架构需求，世界各国纷纷出台国家宽带战略，特别是宽带渗透率较低的人口大国将是未来全球宽带增长的主要动力。在政府政策驱动、运营商竞争驱动、用户应用需求驱动、设备商技术驱动下，下一代网络建设和宽带网络部署带动了信息通信领域基础设施的巨额投资，给通信设备业带来了前所未有的全球性机遇。
2004 年以来，随着世界经济的好转，互联网和电信业泡沫逐步散去，全球电信行业进入复苏阶段，大部分国际电信运营商开始重新步入盈利阶段。财务状况的改善，加上宽带网和3G业务与技术的日益成熟，电信运营商主动加大了资本支出力度，直接带动了电信增值市场的快速增长。
商企用户对宽带接入的要求较高，需确保所有人在所有地点都能及时、可靠地接入各种业务，确保语音业务不间断、数据业务可靠、图像业务实时性好，因此用户需求导致的宽带化、光纤化成为信息接入的发展方向。目前，中国面向商企用户的宽带接入主要采用光纤接入技术。为满足用户对网络质量不断提高的要求，互联网接入服务商不断研究开发新技术，同时在网络性能指标、监控服务、其他网络服务上下功夫，以向客户提供高质量的网络服务。不断进步的技术成为行业持续保持发展的强大支撑。
政府的政策支持为行业发展提供了良好的宏观环境，党的十七大将“提高自主创新能力，建设创新型国家”作为国家未来发展战略的核心，同时指出，加快转变经济发展方式，推动产业结构优化升级，强调发展现代服务业，提高服务业比重和水平。2009年，国务院通过了电子信息产业调整振兴规划，明确指出加大第三代移动通信产业新跨越、计算机提升和下一代互联网应用、软件及信息服务培育等领域的投资。一直以来，政府将互联网视为发展国民经济的一个重要工具而进行投资，并促进扩大互联网基础设施和改善中国网络环境，各级地方政府也在力推本地区互联网经济和宽带网络的发展。
但同时也要清醒地认识到行业发展面临的诸多障碍。
首先，国内客户主要集中于三大电信运营商（中国电信、中国移动、中国联通）。虽然中国已经成为世界通信设备的主要生产国，但近期来看主要的市场还是来自于国内通信建设，因此行业下游的主要客户为中国电信、中国移动、中国联通、广电等运营商。国内电信行业产业链中，三大电信运营商处于基础性核心地位，其固定资产投资决定了通信设备的需求量，运营商营运模式的变化直接影响对通信设备和服务的需求层次，采购方式的变化在一定程度上间接影响通信设备供应商的毛利率、应收账款周转率、存货周转率等财务指标。
其次，受国内通信政策影响明显。国内通信行业投资有着明显的政策导向和阶段性特征。以3G建设为例，2009年1月7日，工息部为中国移动、中国电信、中国联通正式发放了3 张第三代移动通信（3G）牌照。这给3G 业务的电信运营商、电信设备商和服务提供商等带来绝佳的发展机会，2009年出现了3G建设高峰，随后几年的投资开始明显回落。因此，政策驱动的大规模建设受多方因素影响，具体的投资规模及进度存在相当的不确定性，由此给行业内企业经营业绩带来很大的不确定性。
第三，海外市场的不确定性。中国已经成为世界光电子设备的主要生产地，国内厂商有一定比例的产品需要出口。由于主要发达国家的光纤通信已经完成了前期大规模基础建设，其需求呈平稳持续增长态势，并且受经济危机的影响，国际市场具有一定的不确定性，对中国通信设备制造商的销售和海外扩张造成一定风险。
综合来看，随着IPTV、高清晰度电视（High Definition Television，HDTV）、SDTV视频业务的发展和全球宽带化网络建设、物联网、云计算、计算机芯片光互连等高新技术大规模发展与应用，为光纤通信相关产品的深度开发与应用提供了巨大的发展空间，光纤通信相关产业会在相当长一段时间内处于快速发展时期。但也应该看到，行业的核心技术和产品主要还掌握在外国企业手中，国内相关企业还处于低技术、低附加值的产业链下游。当前，国内相关企业已经开始向行业上游积极前进，未来可能出现一批掌握核心技术和产品的国内企业，相应投资机会将会出现。
在该行业里，什么样的企业最值得投资者关注呢？可以从以下几个角度来把握：技术。拥有核心技术，不再是简单地对核心芯片的切角、封装等，应当是达到国际水平的核心芯片生产的自有技术，并且最好已经实现了产业化和经济性的成品率。市场。目标企业最好已经在上下游等相关市场摸爬滚打多年，对市场有着清晰的认识，并且已有成熟的销售渠道，可以迅速地将新产品转化为收益。产品规划。光纤通信是一个不断改进和发展的网络，光纤通信器件也会不断升级以满足更高要求网络的需求，因此，作为一家光电子器件的企业要有自己长期的产品规划，迎合光网的最新发展，保持对新技术的把握能力，实现可持续发展。
光电子器件篇3
【关键词】光电子器件 双语 创新 小班化教学
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）10-0223-02
一、《光电子器件》双语课程的特点
科学技术的不断发展，让人类社会步入了信息量爆炸性增长的阶段。世界再也不是绕着圆形的地球在运转，人们将其描述为：“the world is flat”，即世界扁平化。信息传送不分昼夜，没有时差和地域的分别。面临这一特殊新时期，对于高科技工程领域而言，专业英语将是获得、掌握、利用这些信息、紧跟时展步伐的重要国际交流工具。当前，双语教学已经成为各大高校专业人才培养的关键，我国各高校根据自身情况开展双语教学课程具有重要意义[1-3]。
南京邮电大学长期以来一直高度重视双语教学在课程建设中的作用。在光学专业领域，先后开设了《应用光学》、《光电子学》和《光电子器件》等双语课程。其中，《光电子器件》双语课程作为光电信息工程专业的选修课程，旨于培养光电子科学与技术领域具有国际视野和竞争能力的科研与技术开发的后备人才。类似于其他工科类双语课程，该课程需要灵活地应用两种不同语言向学生传授知识理论，与学生进行交流和沟通，培养其双语信息的获取、处理、交流和创新能力。让学生掌握光电子技术专业理论知识的同时，了解该领域国际学术前沿，成为真正的创新型人才。此外，以小班为单位进行教学。不同于以往的大班授课模式，由于课堂规模的变化，对教师教学、课堂组织、课程考核等提出了新的要求，为培养创新型人才提供了一种新的方式。
二、《光电子器件》双语课程小班化教学的特殊性
新时期我国高等教育应用型人才的培养，应该以“综合素质”为方向，以应用为目标，以“能力”为主线和核心。不是培养只求一个职业饭碗、缺乏事业志向的人，而是培养具有知识、能力、观念，具有解决实际问题、应对实际工程问题的技术人才。和其他高等教育课程一样，《光电子器件》双语课程是一门应用型、实践性强的工程技术课程，强调理论联系实际，以培养光学工程领域应用型创新人才为目标，内容涉及光电子器件（如光源、光纤和光电探测器、光电调制器等器件）的工作原理和实际器件的设计与选型。部分内容需要紧跟技术发展前沿，体现最新技术的发展动态和现状。《光电子器件》双语课程采用小班化教学，由于其授课对象和课程安排的特殊性，为实现培养创新型人才的教学目标，需要在实际的教学实践中探索与研究有效的教学模式。
在大班双语教学课堂上，由于人数众多往往只采取一种教学策略：以教师为重的单向授课。采用一刀切的考核模式，教学空间的设置并不理想。由于双语课程语言使用的特殊性，学生的英语水平参差不齐，部分书面成绩优异的学生还存在口语表达能力方面的不足，授课过程被动接受将大大降低学生的学习效率，让其失去学习信心。此外，学生还存在团队合作能力不高、沟通能力较低、表达能力差、专业阅读量较少，解决实际问题的能力较差的不足。开展小班化教学的本质，并不仅仅体现在人数上。在学生较少的班级中，开展教育教学活动的教学内容、教学模式和评价方法都将产生全新变化，教育观念将更新，其关键在于促进每个学生的个性化发展。实施小班化教学，首先应树立：“学生为主导”的意识，即学生是教学的主体，处于教学活动的中心地位。主要体现于：学生有更多的时间与教师交流，得到教师的个别化教育，能充分享受教育的资源；其次，实施小班化教学，教师必须树立服务意识，需要根据每个学生的特点、需求，制定教学手段，创设和谐的教学意境，提高教学效率；最后，教师在小班化教学中的主导地位，主要体现于引导学生积极探索、有效地组织教学活动，例如准备课堂问题、组织课堂讨论、反馈学生问题等，培养学生知识探索的精神和学以致用的能力。小班教学中，师生交流的机会明显增多，学生最终的学习效率也将提高。
三、《光电子器件》双语教学小班化教学实施方法
以培养个性化创新型人才为目标，将小班化教学引入《光电子器件》双语课程，实施方法主要包括以下几个方面：
（1）教学活动中加入文献阅读、汇报，引入实际应用相结合的案例教学：前者是指教师布置专业英文文献阅读作业，学生在规定时间内完成阅读报告，并在课上用PPT向全班同学汇报阅读成果；后者旨于引导课后自主学习，多层次递进式教学，注重学用结合，发挥优秀学生的学习潜能，提高水平较弱学生的学习兴趣，教师积极给予学生鼓励。课上介绍实际应用案例，课后引导自主学习。例如：讲解光伏探测器在社会产业中的应用实例，让学生通过文献查阅、思考并总结如何提高电池效率以节约能源。这些实际问题需要应用光电子器件理论所学习到的相关知识去解决，使学生意识到，所学的知识与实际应用是紧密相连的，激发他们的学习兴趣。提出案例的伊始，并不在课堂上立即进行讲解，让学生课后思考。如激光器的封装需要考虑哪些因素？应采用什么结构？在下次课讨论时，学生的方法将丰富多彩，让其在掌握基本知识，学以致用的同时，了解了最新的光电子器件的发展现状。
（2）利用小班教学的优势，实施差异性教学：基于拓展性课题的研究性学习：安排拓展性课题，部分内容超出教学教材，由学生根据教学进度在不同周分组研究完成。让学生抽取题目，根据要求，完成资料搜索、整理、归纳总结知识点并完成报告。（目的：让学生在理解课堂教学内容的基础上展开课外的团队式探索学习、文献分析等活动，在扩充学生知识面的同时，强化其对所学理论知识的理解和应用。在传递知识的同时，通过安排探索性的学习任务培养学生科学严谨的思维习惯，为其将来的科学研究与工作打下良好基础）。如此方式安排难易不同的拓展性课题供学生选择，为优秀学生提供拓展思维、独立探索和发挥才能的机会；让水平弱一些的同学看到自身学习课程的收获。培养思考问题、解决问题的兴趣、提升主动学习的机会。根据学生差异、兴趣爱好和需求，进行同质或异质编组。同质：有利于教师重点辅导，使每个学生获得成功；异质：有利于同学互相帮助、合作互补，并且可在教案的制定上体现出不同分组和不同要求的特点。这种方式能够体现“以人为本”，“因材施教”的差异化培养理念，促进课程教学中的“教与学”、“教学和科研”的融合与相互促进。
（3）合理组织课堂的语言和内容安排：据情况合理搭配语言模式，根据不同学生的外语水平，在一个学期的不同阶段，合理搭配英语授课比例教学法，即每节课首先用英语复习上节课的内容，然后用中文讲授新课。注重活跃课堂气氛，进行师生同堂授课或者角色互换，体现教学民主、教学相长，营造温馨、愉快的氛围。许多研究都体现了师生互动、生生互动、学生―媒介―环境等多维互动对双语教学的重要性。
（4）重构《光电子器件》双语课程的考核模式：实现从注重知识点的考核向知识与能力并重考核的转变。例如，在掌握光电转换基本原理的基础上，要求学生通过文献阅读和课堂讨论，总结与思考，以撰写大论文的方式，递交基于理论知识获得的最新的关于光电子器件（如半导体激光器、光电导探测器等）的设计方案。安排课后作业采用英文题目，要求以英文形式完成，使学生学会使用一些简单句型来表达专业问题。课堂汇报则旨于提高学生独立思考及口语表达能力。教师结合课堂表现、课后作业、演讲汇报等内容进行综合考核，包括现场打分和汇报材料打分。以现场打分为主，包括汇报格式规范、思路清晰、表达流畅程度、对问题的分析应对能力、团队成员的协调能力等；在材料打分方面，主要为大作业报告及其演讲汇报材料的评判，主要评估对所选主题的理解是否透彻，是否抓住了问题的本质。是否具有创新性等。改进后的课程考核方式，将最终考核转变为过程考核占主导地位，体现学生的综合能力，发挥考试的真实体现价值。
（5）精选教材、丰富教学资源：采用难易适中的英文原版教材或原版教材搭配中文参考书的形式。选用原版教材的原因有原版教材内容更详尽，理论更系统更具前沿性，加快了国内与国际接轨教学。将教学过程分为课堂教学和课外学习网站，通过后者将每章的知识点、重点及难点提供给学生，让学生预习。在课堂上采用多维互动教学模式，系统针对性地进行知识点讲授，使学生在较短时间内掌握主要知识。最后，设计教学问卷，内容包括改课程的学习是否能提高英语水平、所选教材是否合适、授课方式是否合理、对授课内容（包括多媒体课件与板书等）是否满意、学生对老师的语言和专业知识是否肯定等。
四、总结
综上所述，双语教学是我国与国际接轨、教育改革发展的必然趋势。《光电子器件》双语课程作为一门培养工程技术领域国际化创新型人才的课程，需要充分考虑到班级学生的个体差异性，发挥小班教学在《光电子器件》课程教学中的优势，促进教育机会的平等，合作学习，保护学生的个性差异，增加师生互动和师生关系的融洽与和谐，增加学生学习的信心，成为创新型的个性化人才。
参考文献：
[1]张志颖，李忠，余丹.高校双语教学的问题与对策[J].黑龙江教育：高教研究与评估2012 （3）：27-28.
[2]龙国智.我国高校双语教学的现状评析[J].改革与开放，2011，2： 173-174.
[3]袁永锋，郭绍义，杨金林.工程材料课程开展双语教学的探讨[J].科教导刊，2014 （35）.
作者简介：
万洪丹（1984-），女，讲师。
施伟华（1969-），女，副教授，硕士生导师。
光电子器件篇4
1 引言
CCD (Charge Coupled Device) ，电荷耦合器件，是一种金属－氧化物－半导体结构的新型器件，其基本结构是一种密排的MOS电容器，能够存储由入射光在CCD像敏单元激发出的光信息电荷，并能在适当相序的时钟脉冲驱动下，把存储的电荷以电荷包的形式定向传输转移，实现自扫描，完成从光信号到电信号的转换。这种电信号通常是符合电视标准的视频信号，可在电视屏幕上复原成物体的可见光像，也可以将信号存储在磁带机内，或输入计算机，进行图像增强、识别、存储等处理。因此，CCD器件是一种理想的摄像器件。
2 CCD的主要特性
与真空摄像管相比，固体摄像器件有如下特点：
（1）体积小、重量轻、耗电少、启动快、寿命长和可靠性高。
（2）光谱响应范围宽。一般的CCD器件可工作在400nm～1100nm波长范围内。最大响应约在900nm。在紫外区，由于硅片自身的吸收，量子效率下降，但采用背部照射减薄的CCD，工作波长极限可达100nm。
（3）灵敏度高。CCD具有很高的单元光量子产率，正面照射的CCD的量子产率可达20％，若采用背部照射减薄的CCD，其单元量子产率高达90％以上。另外，CCD的暗电流很小，检测噪音也很低。因此，即使在低照度下(10-21x)，CCD也能顺利完成光电转换和信号输出。
（4）动态响应范围宽。CCD的动态响应范围在4个数量级以上最高可达8个数量级。
（5）可达很高的分辨率，线阵器件已有7000像元，可分辨最小尺寸7μm；面阵器件己达4096像元 4096像元，CCD摄像机分辨率已超过1000线以上。
（6） 易与微光像增强器级联耦合，能在低光条件下采集信号。
（7）抗过度曝光性能。过强的光会使光敏元饱和，但不会导致芯片毁坏。
基于以上特性，将CCD用于微光电视系统中，不仅可以提高系统终端显示图象的质量，而且可以利用计算机对图像进行增强、识别、存储等操作。
3 CCD微光电视系统的组成
4 像增强器与CCD的耦合
现在，单独的CCD器件的灵敏度虽然可以在低照度环境下工作，但要将CCD单独应用于微光电视系统还不可能，因此，可以将微光像增强器与CCD进行耦合，让光子在到达CCD器件之前使光子先得到增益。微光像增强器与CCD耦合方式有三种：
（1）光纤光锥耦合方式
光纤光锥也是一种光纤传像器件，它一头大，另一头小，利用纤维光学传像原理，可将微光管光纤面板荧光屏(通常，Φ有效为Φ18、Φ25或Φ30mm)输出的经增强的图像，耦合到CCD光敏面(对角线尺寸通常是12.7mm和16.9mm)上，从而可达到微光摄像的目的。
这种耦合方式的优点是荧光屏光能的利用率较高，理想情况下，仅受限于光纤光锥的漫射透过率(≥60％)，缺点是：需要带光纤面板输入窗的CCD；对背照明模式CCD的光纤耦合，有离焦和MTF下降问题；此外，光纤面板、光锥和CCD均为若干个像素单元阵列的离散式成像元件，因而，三阵列间的几何对准损失和光纤元件本身的疵病对最终成像质量的影响等都是值得认真考虑并予严格对待的问题。
(2) 中继透镜耦合方式
采用中继透镜也可将微光管的输出图像耦合到CCD输入面上，其优点是调焦容易，成像清晰，对正面照明和背面照明的CCD均可适用；缺点是光能利用率低(≤10％)，仪器尺寸稍大，系统杂光干扰问题需特殊考虑和处理。
(3) 电子轰击式CCD，即EBCCD方式
以上前两种耦合方式的共同缺点是微光摄像的总体光量子探测效率及亮度增益损失较大，加之荧光屏发光过程中的附加噪声，使系统的信噪比特性不甚理想。为此，人们发明了电子轰击CCD(EBCCD)，即把CCD做在微光管中，代替原有的荧光屏，在额定工作电压下，来自光阴极的(光)电子直接轰击CCD。实验表明，每3.5eV的电子即可在CCD势阱中产生一个电子－空穴对；10kv工作电压下，增益达2857倍。如果采用缩小倍率电子光学倒像管(例如倍率m＝0.33)，则可进一步获得10倍的附加增益．即EBCCD的光子－电荷增益可达104以上；而且，精心设计、加工、装调的电子光学系统，可以获得较前两种耦合方式更高的MTF和分辨率特性，无荧光屏附加噪声。因此如果选用噪声较低的DFGA-CCD并入 m＝0.33的缩小倍率倒像管中，可望实现景物照度≤2 10-7lx光量子噪声受限条件下的微光电视摄像。
微光电视系统的核心部件是像增强器与CCD器件的耦合。中继透镜耦合方式的耦合效率低，较少采用。光纤光锥耦合方式适用于小成像面CCD。
耦合CCD器件的性能由像增强器和CCD两者决定，光谱响应和信噪比取决于前者，暗电流、惰性、分辨力取决于后者，灵敏度则与两者有关。
5 存在的问题及解决的途径
从微光成像的要求考虑，最主要的是要提高器件的信／噪比。为此应降低器件噪声(即减少噪声电子数)和提高信号处理能力（即增加信号电子的数量）。可以采用致冷CCD和电子轰击CCD两种方法。其主要目的是在输出信噪比为1时尽可能减少成像所需的光通量。
满足电视要求(50～60fps)的CCD在室温下有明显的暗电流，它将使噪声电平增加。在消除暗电流尖峰的情况下，暗电流分布的不均匀也会在输入光能减少时产生一种噪声的"固定图形"。此外，在高帧率工作时，还不希望减少每个像单元信号的利用率。器件致冷会使硅中的暗电流明显改善。每冷却8℃噪声将下降一半。用普通电气致冷到－20至－40℃时，暗电流会比室温下小100～1000倍，但这时的其它噪声就变得很突出了。尽管CCD像感器目前被公认是低亮度成像最有前景的器件，尤其在小电荷的情况下，对低亮度成像系统电荷转移效率不是主要限制，主要限制还是输出放大器和低噪声输出检测器，因此，我们必须了解L3成像的低噪声检测的情况。
配合致冷，采用浮置栅放大器的低噪声输出(FGA和DFGA)，CCD的检测效果更为理想。其中FGA能处理100个噪声电子的CCD像感器峰值信号，而DFGA的饱和电平约为FGA的1／10，它仅能处理约20个噪声电子的像感器峰值信号。
6 小结
光电子器件篇5
电子元器件属于电子信息产业的中间产品，介于电子整机行业和原材料行业之间，其特点是所生产的产品与最终产品之间无直接的对应关系，参与多个价值链的形成。电子元器件制造业发展的快慢、所达到的技术水平和生产规模，不仅直接影响着整个电子信息产业的发展，而且对发展信息技术，改造传统产业，提高现代化装备水平，促进科技进步都具有重要意义。
我国电子元器件行业近年来发展稳定，位居世界前列，已成为拉动整个产业增长的重要力量。从整个国际市场上来看，是整个产业发展的基础，属于高增殖率环节。但是，目前我国电子元器件制造业在整个产业链中的地位和作用并非如此，存在诸多问题。如，我国的电子元器件产品与发达国家的技术差异比较明显，整个生产以低附加值的低端产品为主，而高附加值的高端产品少；电子元器件制造业的技术状况降低了我国电子信息产品在世界产业内贸易格局中的地位，制约了产业国际竞争力的提高等因素成为了我国电子元器件发展的瓶劲。但整机系统的快速发展，也为电子元器件行业提供了新的契机，整机系统进一步向小型化、集成化方向发展的趋势，为电子元器件带来了新的发展机遇。
从世界电子元件的技术发展趋势来看，总体来看，片式化已经成为衡量电子元件技术发展水平的重要标志之一。电子元器件由原来只为适应整机的小型化及其新工艺要求为主的改进，变成以满足数字技术、微电子技术发展所提出的特性要求为主，而且是成套满足产业化发展阶段。新型电子元器件体现了当代和今后电子元器件向高频化、片式化、微型化、薄型化，低功耗，响应速率快、高分辨率、高精度、高功率、多功能、组件化、复合化、模块化和智能化等的发展趋势。同时，产品的安全性和绿色化也是影响其发展前途和市场的重要因素。
简化流程的AMOLED基板
简介：采用无需开诱导口的MIC晶化技术，可减少光刻次数，免除因温度处理使衬底形变而引入的对版精度下降问题；采用有源岛、金属栅、接触孔、源漏电极和外接引线、ITO象素电极和有机保护层等只要六块光刻MASK即完成全部TFT基板制备的工艺流程；显示器基板的整体结构为单边扫描电极、单边功率电极、双边数据电极结构的简单结构，能降低信号传输的频率要求。
意义：该成果采用溶液法大尺寸碟形晶粒MIC多晶硅为TFT的有源层，结合金属栅技术，有机绝缘层技术，使整个制备流程得到简化，仅包括有源岛、金属栅、接触孔、源漏电极和外接引线、ITO象素电极和有机保护层六个光刻MASK过程，与常规的非晶硅AMOLED基板五至七MASK过程简易程度相当。
TDMOIP实时传输专用芯片
简介：该项目在国内首次开发出TDM时分信号基于IP网和以太网的电路仿真业务服务的集成电路ASIC芯片，拥有自己的核心设计电路与产品白皮书，E1定时恢复机制采用统计预测方法，可以有效的克服由于分组交换引入的延时抖动，同时可以提供自适应的延时优化机制，根据网络状态动态优化系统延时，满足E1的实时性要求，达到时钟同步性能。
意义：该项目已成功的完成了实验室内的测试，并开始投入商业化的运作，转化为实际的集成电路ASIC芯片产品。TDM信号在IP或以太网为基础的光网络中传输可以省略光端机，而改用成本低廉的光纤收发器或环网网桥，市场前景广阔。
DB930型电子管
简介：DB930是参照法国Thomson公司生产的超大功率金属陶瓷四极管TH537研制的。该管为同轴型电极结构，采用网状钍钨阴极、热解石墨栅极、超蒸发冷却阳极，可用作CW振荡器和AF或RF功率放大器，在30MHz时能提供300kw输出功率，工作频率最高可达110MHz。由于栅极采用热解石墨材料，该管不仅能输出高功率，而且有很高的稳定性、可靠性和很长的使用寿命。
意义：DB930管主要在国内输出功率150kw的PDM、PSM短波广播发射机中作末级功率放大，是150kw～300kw短波广播发射机的首选管。
氮化镓基发光二极管外延片
和器件的研制及产业化
简介：其基础关键技术包括，缓冲层生长；GaN、AlGaNP-type的实现；高质量InGaN及多量子阱（MQW）生长；GaN刻蚀；器件减薄工艺；器件切割工艺；器件结构设计与工艺研究；器件寿命研究。其批生产技术包括，外延片均匀性研究；run to run重复性研究；芯片减薄工艺量产化＞24片/批；芯片切割工艺成品率＞90%；芯片自动测试及分检设备＞30台；芯片封装抗静电防护；器件环境测试。
意义：我国在电子信息产业高速发展的带动下，高亮度LED市场近几年一直保持稳步增长的发展态势。经过该项目技术攻关，掌握材料生长、器件制备关键技术，使我国GaN基蓝、绿光LED外延片及器件生产达到规模化生产水平，在器件结构设计等方面拥有自己的知识产权，产品质量达到国际一流水平。实现我国GaN基蓝、绿光LED产业化目的。
3DK935型硅大功率开关晶体管
简介：该产品为NPN型硅大功率开关晶体管，主要工作在截止区和饱和区，并在两个区之间转换，因为有比较快的开关速度，可以在较高的频率下工作，能保证在转换过程中有比较小的能量损耗。3DK935在技术上具有一定优势，并完全替代进口产品2T935。3DK935的研制期间首先解决了特殊管壳的封装问题。
意义：该产品由于研制过程中采用了掺氧多晶硅、高温氮化硅复合钝化膜技术；浓、淡基区双扩散技术；充氮空封水气含量控制技术，使产品技术性能提高。
光纤输出100W大功率激光
二极管列阵模块
简介：该产品主要技术指标达到输出功率大于100W，光纤孔径小于2.45mm，数值孔径（NA）0.22，中心波长808±3nm，谱线宽度小于5nm。该产品是随着半导体激光器市场的不断成熟，对功率需求不断上升，以及不断开发新的应用而发展起来的，具有体积小、重量轻、冷却方便等优点，在激光医疗、激光加工、激光印刷、激光陀螺等军事和民用的众多领域有着广泛应用。
意义：该成果研制出了实用化的连续光纤输出达100W以上的激光二极管列阵模块，采用完全自主的MOCVD外延生长技术，实现了大光腔高亮度的列阵器件结构及工艺，采用特别适合产业化生产的低成本、高效耦合技术，研制出了与国际领先公司技术指标相当的光纤耦合器件，达到国际商用器件先进水平，并实现了小批量生产。
砷化镓基半磁半导体
及锰砷纳米粒子制备研究
简介：该项目通过不同注入和退火条件的组合，实现了对GaAs:MnAs磁性半导体中MnAs粒子生长过程、尺度、密度和分布的控制，制备出铁磁居里温度在320K左右，室温矫顽力在200~600Oe范围的GaAs:MnAs磁性半导体，其磁特性可根据控制MnAs粒子生长过程、尺度、密度进行调整；发现依退火温度不同，注入的Mn发生不同程度的外扩散和内扩散，利用不同注入条件和条件的组合，可抑制Mn的扩散；提出了范德堡方法与电化学C-V法相结合测定磁性半导体载流子浓度和迁移率的新方法；发现制备的GaAs:MnAs 磁性半导体电特性与注入剂量和退火温度有关。
意义：磁性MnAs粒子控制、载流子迁移率测量方法、样品电特性与制备条件的关系研究具有国际先进水平。
新型微片激光材料与器件研究
简介：该产品是半导体激光（LD）泵浦的紧凑型固体激光器件。厚度一般在1mm以下激光介质薄片端面镀膜是该器件的基本构型，可以实现单纵模和TEM00横模激光运转，将空间和光谱模式都很差的LD转变成低噪音、光谱和空间模式都很单纯的激光输出；介质厚度小还有利于发散角大的LD泵光与基波激光的有效重合，有效提高LD的泵浦效率；可以将激光介质与其他光电功能材料相互紧密接触直接耦合形成振荡微腔结构，进而实现可调谐、变频、被动Q开关、光参量振荡器和光纤Raman激光等功能，可以在很紧凑的光学系统中实现宽波段范围的高质量激光输出。
意义：该项目提出了利用解理晶体实现微片激光介质免加工新技术，可大大简化生产流程。
白色大尺寸GaN 基LED器件研究
简介：该项目通过创新的三步生长，缺陷阻挡及GaN重新成核方法得到了低位错密度的外延薄膜。由综合调节InGaN量子阱的组分、厚度、势垒高度以及掺杂水平的方法，使量子阱发光强度达到最高；采用表面微腐蚀方法，改善GaN表面和优化工艺条件将P电极欧姆接触影响降到最低；结合电镀及厚胶工艺，解决了电极形状、散热方式与封装匹配的技术问题；采用低熔点大面积凸点制作及倒装焊技术，解决了大尺寸管芯电流扩展效应；合理设计版图解决大尺寸器件电流均匀性问题。器件电极划分采用环形设计，n电极包围p电极，保证了电流在整个芯片范围均匀流动。
意义：该器件的研究提高器件发光效率，解决了局部过热的问题，使器件性能和使用寿命大大提高。
高效率热电转换材料
与器件开发及实用化研究
意义：该项目以开发高性能热电材料与器件为主要研究内容，通过对材料――器件――转换系统的各个层面相关技术的深入研究，开发高效率、低成本的热电发电及致冷系统，为热电技术的进一步大规模应用奠定坚实的技术基础。主要内容包括高强碲化铋基热电材料制备；纳米复合热电材料及其工艺；AlN/Cu直接结合的关键技术；Mo/Ti新型电极材料及其焊接技术；赛贝克系数测试装置和方法；热电元件输出特性和转换效率测试装置。
意义：该器件的开发与应用有望取代目前的PbTe发电组件，将在空间电源技术或国防工业中获得应用。
SY25KP32型齐纳二极管
简介：该项目研制的25KW齐纳二极管主要应用于抑制感应电势、静电放电，以及模拟通讯、数字通讯、信号处理系统和电子控制系统中产生的瞬间干扰电压。当齐纳二极管承受一个高能量的瞬间高压脉冲时，其工作阻抗立即降低至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压嵌位到预定的水平，从而有效地保护电子线路中的元器件免受损坏。该项目产品主要技术指标是：反向瞬间浪涌功率25KW；正向电流50A；反向工作电压28V；击穿电压小于32V；反向漏电流小于25mA；嵌位电压小于52V。
光电子器件篇6
【关键词】光子学；光子计算机；光子元件；集成光路
Talking about the photonic computer
YANG Yan-ni LIU Peng LI Chuan-jiang
（Xinjiang Institute of Engineering， Urumqi Xinjiang 830091， China）
【Abstract】The speed of the computer industry for more than expected rapid development， at present has been used in all stages of human society. This article discuss the computer operation speed is restricted by various factors， this paper introduces the overview of the photonic computer， research situation and the light of the photonic computer devices and optical path， the characteristics of the photonic computer.
【Key words】Photonic； Photonic computer； Photonic components； Integrated optic
0 引言
目前，世界上技术先进的国家正在大力开发第五代计算机，其中一个重要的动向是加紧研制光子计算机。科学家认为，第五代计算机要求具有高得多的运算速度和更加丰富的逻辑处理系统，而光子计算机可以较好地满足这些要求[1-2]。
20世纪40年代，美国宾夕法尼亚大学（University of Pennsylvania）第一台电子计算机产生以后，此后几十年间，计算机制造工艺在不断的变革中高速发展。计算机系统的历史主要有以下发展阶段电子管时期、晶体管时期、集成电路时期和超大规模集成电路时期。
1 电子计算机受到的制约
随着信息技术的不断发展，计算机已经在人类社会的各行各业不断应用着，在计算机技术的不断前进的进程中，计算机产业的发展速度超出了人们预料。在人类社会各行各业的不断应用中，对计算机性能提出了越来越高的要求，例如复杂系统模拟、海量数据挖掘、人工智能、精确制导系统等，其对运算速度的要求达到1012次以上，对数据量的要求非常大[3-4]。电子计算机的以下这些特点，限制了电子计算机的运算速度：
（1）冯・诺依曼（John von Neumann）的串行“瓶颈”问题，造成数据输入与处理需要耗费大量的时间，使电子计算机的计算处理速度不能进一步提升，就像一个小口瓶里面的水，只能从瓶口慢慢地流出。
（2）带宽有限问题，对信息传输系统来说载波频率和信号频率带宽之比为100：1，微波频段内，电信号的频率范围在103兆赫兹-104兆赫兹，因而，传输信息时它的频率带宽是10兆赫兹-102兆赫兹。为了改善电子计算机的处理速度，我们让信号脉冲的间隔尽可能小，需要把每个脉冲脉宽变窄，才不致于使信号相互重合而分不开。由于脉宽越窄，频率带宽会变宽，电子计算机的频带宽度不是无限的，要求信号的脉宽不能过窄，同时在传输过程中脉冲将会展宽，使得电子计算机的运算速度提高是困难的。
（3）时钟歪斜问题，这是由于超大规模集成电路的元器件数量大，各部件同步时钟到各元件的距离差异比较大，到达的信号需要等候未到达的信号，联接距离一大，时间就变得很长。
（4）电阻电容电路问题，由于电阻电容电路的响应时间τ-RC，通常为10-9秒，这就阻碍了我们的核心元件―双稳态触发器的转换速度，使传输速度和处理速度不能提高。
由于电子计算机以上这些阻碍运算速度的缺点，这些年，研究新的结构的计算机――光子计算机的专家不断涌现。
2 光子计算机
2.1 光子计算机概述
光子计算机是靠光而不是靠电来运行的，而光子运动的速度要比电子快得多。光子计算机速度非常快，要比已制造的高速电子计算机（每秒13亿次）快上千倍。从理论上说，电子运动的速度可以接近光子，即每秒30万公里，但在硅芯片上电子的实际速度还不到光速的1%。光子计算机是一种通过光信号来进行信息存储、处理、运算、操作的新型计算机。1969年，研究光子计算机这一伟大征程由美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）的研究者拉开了序幕，第一台光子计算机在1984年6月制造出来，这是由国际商用机器公司研发的，是一台能够正常工作的光子计算机，只是它必须工作在接近绝对零度的环境下。贝尔实验室在1990年制造了一台光子计算机，它由棱镜、透镜和激光器等元器件完成，贝尔实验室走出了光子计算机的关键步伐。由欧盟的几个高校合作，已开发完成的光子计算机，处理速度是电子计算机的1000倍。光子计算机主要有三大类：光模拟信号计算机（也叫光模拟机）、全光数字信号计算机（也叫光数字机）、光智能形式计算机，光子计算机起始于模拟机，模拟机具有并行快速计算和大信息容量的特点，在光学信息领域（如光编码测距）获得应用[6]。1990年至今，我们设计的全光子计算机，结构基本都是按照电子的传统的计算机来设计的，它用光控制器、光存储器和光运算器组合而成，相互之间和各自内部以光互连这种方式来通信。现在全光数字计算机处在研究过程中，要用到的相关技术难题已经有了答案，主要问题是如何开发更高利用率的光学元器件。光神经网络计算机处理研究中，它具有人工智能的系列优点，带给研究人员极大兴趣，光神经网络计算机的研究同时取得了非常好的进展[7]。但是理论模型还需要进一步细化，要研制出利用率更高的空间调制器和性能更好的光开关列阵，其实真正实用的光子计算机还有很多路要走。当前全光数字计算机与光电混合计算机正在不断发展，数字光计算的研究将成为所需要的光电器件的重要支撑。
2.2 光子计算机的研究状况
光学器件是通过光子的运动进行工作的器件，通过调整光的参数，比如，相位、偏振、振幅、强度或波长，来制造出光子晶体管、光逻辑元件、光子存储器件、光子探测器件、光空间调制器件等功能元器件，如光存储器件―光学双稳器件发展也很迅速，有一种半导体量子阱制成的双稳器件，这是很有可能成为光逻辑和光存储器件的，已经制造了光逻辑运算和存储阵列，它在将有望实现光高速运算。1970年以后，使用非线性阔值特性器件来作逻辑门，使用光双稳器件作存储器，美国南加州大学（University of Southern California）研制的液晶光阀构建了具有组合逻辑结构功能的系统，能够实现各种逻辑运算。通过多国的研究者们的努力，一种能够将光放大和具有光开关功能的光晶体管，先后在赫罗特-瓦特大学（Heriot-Watt University）、京都大学（Kyoto University）还有贝尔实验室制造出来。
2.3 光子计算机中的光器件与光路
电子是电子计算机中信息的传输的媒介，计算机的部件相互通信利用内部或外部连线作为信号传输媒介，快信息流在传输时就会产生瓶颈阻塞效应。改用光子来传输信息，就不用考虑瓶颈阻塞效应。光子计算机有可能改变目前电子计算机的两进位制的计算和处理方式，创造出更加丰富的逻辑系统。在光子计算机中，通过光子元件的激光亮度不断增加而又有间隔，形成光脉冲串，在此基础上可以创造出更加丰富的逻辑处理系统。科学家预言，将从光学中产生全能的计算方式，光子互连具有高速度、大的时间带宽和空间带宽等众多优势，光路能够相互交叉通过但互相不受干扰，光互连的方式有自由空间的光互连、光纤和波导互连。根据集成电路的思想，科学家设想将多种光电元器件集中做到在一块芯片上，制造集成光路[7]。随着集成光路的发展，从1970年开始，在光学范畴产生了一个叫做集成光学的新兴学科[8]。这几年通过光通信、光交换、光信息处理技术的发展，已经成功开发了各种各样的光子集成器件。实现了把光存储器、光开关、光源、光波导制做在一块芯片上的整体系统。研究者把偏振器、滤光片、光放大器、光调制器、透镜、棱镜、光栅、光衰减器等这些光学元件组成薄膜造在一块母板上，大大缩小了光路所占据的空间，制成了微集成光路，用来进行光信号高速传输与处理，实现了低功耗、高性能、便捷化、高效率[9]。
2.4 光子计算机的特点
把光子作为媒介的光子计算机有这些优势[12]：
（1）非常快的运算处理速度，因为光子的速度是3×108米/秒，电子的速度远远低于光子速度，光子计算机的运算处理速度将会比电子计算机快1000倍。
（2）光子器件具有非常宽的时间域带，光波频率大约是电信号频率的104-105倍，以光波为载波，信号带宽就会展宽，可以达到106兆赫兹-107兆赫兹，将拥有非常多的通道数量，而且光脉冲极窄，这样就通过增大数据传输率实现了大量的高速传输。
（3）光子计算机在空间上的域带宽是非常宽的，信息传输与处理能力非常强；一个光波导中并行传输许多波长各异或偏振态有差的光波，彼此可以不受干扰，功能不同的元器件能够在一个光波导中完成，同时传输多种信息。
（4）光子计算机的抗干扰效果非常好，因为光路可以交叉互连。
（5）直接使用光信号进行运算处理，避免了电子计算机将光信号转换成电信号处理然后转换为光信号可能的错误，能够智能识别文字、图像、手势和声音。
（6）信息容量大，没有时钟歪斜现象，处理精度高，由于光子速度是3×108米/秒，多种互连长度带来的延时差极小，不会引起时钟歪斜。
（7）具有较强的容错性，光子计算机中单个元件失零，不会影响最后的运算处理。
（8）能够采用不同进制，运算速度成倍提高。利用光学双稳态元件进行二进制的光计算，利用多稳态光学元件可以进行四进制计算和三进制计算。
3 光子计算机的未来
毫无疑问，光子计算机一旦研制成功，将对当前的新技术革命产生不可低估的影响[13]。美国科学家认为光子计算机是未来的总趋势，他们预言五年之内就可以制造出光子计算机。光子计算机的很多工作现在还处于实验室之中，但是我们相信通过研究者们的不断进取，这个伟大梦想必然能够实现[14-15]。伴随着电子计算机的瓶颈，光子时代即将到来，科学家已经断言了的。由于光学相关理论的研究和光子元器件制造等重点技术的进展，光子计算机一定会走向世界的舞台，就像美国著名的科学家比尔・沃尔什（Walsh Bill）所说：“光子计算机必将逐步替代电子计算机。”
【参考文献】
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[8]王静端，李耀辉.正在崛起的光计算机[J].世界科学，1999：38-39.
[9]王廷江.谈谈光子计算机[J].现代物理知识，2004（03）.
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[13]赵耀龙，赵文娟.计算机技术发展现状及未来趋势探析[J].西部资源，2014（10）.
[14]赵超骅.计算机技术的创新过程探讨[J].信息系统工程，2014（11）.
光电子器件篇7
光电子产业包括信息光电子、能量光电子、消费光电子、军事光电子、软件与网络等领域。光电子技术不仅全面继承兼容电子技术,而且具有微电子无法比拟的优越性能，更广阔应用范围，光电子产业成为21世纪最具魅力的朝阳产业。
科学家预言，随着光电子潜力的发掘，这一行业的产值将在2010年达到50000亿美元，成为21世纪最大产业。
新型液晶显示器背光源制备及全色显示器研究
项目简介：该项目合成了高效且宽带光谱的白光材料（Zn(BTZ)2），确定其光致发光主峰及范围；制备了两类新型单一发光层的白色有机电致发光器件（OLED）：掺杂型Zn(BTZ)2器件和混合型LPPP器件；进行了器件发光性能研究，研究了产生白光的激发过程和提高效率的途径；进行了器件用于液晶显示的背光源的研究，做出两类较大面积均匀的背光源，达到可使用水平；将器件与光学滤色片结合得到全色显示，测量了所得三基色发光强度、色度与光谱，混色后获彩色光；进行了柔性OLED研究，并做出相应的器件。
超高亮LED
项目简介：超高亮LED是指用四元系材料AlGaInP生产的红、橙、黄色超高亮度LED和用四元系材料AlGaInN（亦称为GaN基材料）生产的蓝色、绿色、紫色和紫外光超高亮度LED。产品的主要技术性能如下：超高发光强度，Iv最高可达10cd以上。比传统LED的光强高出几十倍，可作为小型照明光源。发光颜色全：包括红、黄、绿、蓝、白、紫等可见光区域的各个波段， 波长λD：400～660nm。功耗小：作为照明光源，超高亮LED与传统光源相比，功耗仅为传统光源的十分之一。抗静电能力强，GaN基LED的ESD值为500V以上。指向性好，半强度角θ1/2可达120度以上。
LED非点阵大面积平面发光技术
项目简介：LED非点阵大面积平面发光技术术采用了先进的半导体光源、独特的光学设计和工艺材料，形成高效导光系统，制成了平板化、大面积、均匀发光的器件。该成果工作原理正确，思路新颖，选材科学，在国内率先实现了LED由点光源向大面积平面光源的转换，具有创新性，达到了国内先进技术水平。
网络直联式农药残留测定仪及分布式监控系统
项目简介：该课题针对农药残毒速测仪的应用环境和政府对农药残毒进行监测的需求专门设计简便可靠的农药残毒速测仪，并采用新型半导体光源，不需要滤光片，避免了使用传统的卤素灯加虑光片作为光源，光源寿命短而且滤光片容易长霉的缺点，而且能够达到快速检测的功能，1分钟可完成检测，可即时输出检测数据并能保存历史数据，并集成图形点阵液晶显示屏、具备高速微型打印机、大容量存储器。
意义：该课题研制的网络直联式农药残留测定仪及分布式监控系统灵敏度高、稳定性好，检测结果准确可靠，完全满足了农残检测需要，其质量和性能在国内同类产品中居领先水平。
贴片式大功率LED信号灯
项目简介：该项目是一项采用贴片式大功率LED光源，综合了光学设计、结构设计以及电子设计的新型交通信号灯产品。采用新材料、新光源，生产工艺简单，提高了发光效率，降低了能耗。在光学设计上打破传统LED一一对应的配光方式，采用反射与折射相结合、聚散结合、光束重组的方式，达到利用率高、均匀性好的特点，无以往信号灯产品易产生暗斑这一致命缺陷。由于整灯光源管数小，因此其生产工艺比之普通LED信号灯大大简单。能容许较大范围的电流，能适应不太稳定的电网波动。既保证了散热效果，又保证了密封性能，较好的解决了两者矛盾。使用寿命长，免于维护。
1W聚光型白光功率半导体发光二极管
项目简介：聚光型白光功率半导体发光二极管结构主要是由功率型LED芯片、热沉底座和光学系统组成，蓝色发光芯片装于散热良好的引线框架上，光学透镜覆盖芯片上形成一定的光学空间分布，同时保护芯片，透镜与芯片之间填充柔性硅胶以保护芯片和金丝。该项目采用兰色芯片上涂覆YAG荧光粉，通过混光后产生白光，制备方法比较简单，成本也相对较低。
意义：功率型超高亮LED是一种高效的环保的绿色固体光源，具有寿命长，功耗小，亮度高，低维护等特点，将取代白炽灯和荧光灯等传统玻壳照明光源。
一种自动调节光亮的数码摄像头
项目简介：该成果公开了一种自动调节光亮的数码摄像头。其技术方案的要点是，数码摄像头主体是一个“”字形结构，在其两侧安装发光二极管以照射光亮，光源感光器安装在上部，机芯内部加入一个光亮度调节器，由于自带光源，因此能在没有光亮的环境下，可以正常摄取被拍摄人物的影像。数码摄像头体积小，重量轻、耗电省、寿命长，制造成本低，经济实用，便于在网吧，学校，家庭和办公环境中使用。
分子基和有机/无机复合光电子材料的设计、合成及应用
项目简介：该项目的实施包括从配体、配合物的设计、合成与筛选，无机和有机材料的制备与功能团的修饰、结构确定、光物理性质、光致和电致发光研究以及分子组装及材料的应用开发。其设计合成羟基、双键或炔基等配体与金属铜、锌、金、铂形成的单体、多核和高聚物分子基光电子材料，通过进行X射线衍射结构确定、光致和电致发光测定、发射和猝灭与环境的关系研究、激发光谱和瞬态时间分辨吸收光谱测定，来探讨发生的起源、激发态的结构、收买、谱学规律以及电荷转移和能量转移规律。
意义：在此基础上，设计和合成出高量子效率，有较佳应用价值的发光材料。
激光与光电子技术在生物组织光学特性测量中的应用及其医用新技术
项目简介：该项目主要内容包括：创建生物组织光学新体系，开拓人体组织光学性质的新测定方法和新技术。激光荧光法肺癌定位的彩图像技术与系统，采用“共轴微光－荧光肺癌诊断和定位仪器”技术，研制激光荧光法肺癌定位彩图像装置。激光血管外照射技术与仪器，开拓激光血管外照射治疗技术，完成治疗用激光剂量参数的活体测量，研制半导体激光治疗机。
意义：组织光学体系独创性的构建与论述以及测定人体组织光学性质的新方法与新技术，为开拓激光技术在医学领域的新应用建立了基础。“激光荧光法肺癌定位的彩图像装置”实现了肺癌早期诊断与实时定位。
可协变硅绝缘衬底上生长宽禁带半导体碳化硅外延材料及器件制备
项目简介：该项目属新材料领域的半导体新型基底晶体材料，是在非晶层上的纳米晶体薄膜上，制备宽禁带半导体碳化硅外延薄膜。其核心技术是采用低维化的纳米晶体薄膜其晶格常数的可协变性，来提高其上生长的外延薄膜的晶体质量。该项目技术思想具有重大的原始创新性，属于国际领先的技术。项目正在开发自主知识产权的核心专利。项目将解决在价格低廉的硅可协变基底上，生长稀有半导体如碳化硅等宽禁带材料。项目将推动我国在高频、高温、大功率和紫外光电子等领域的发展。
意义：该项目的可协变硅衬底技术，可以大幅度提高传统硅衬底材料的附加值；在其上生长的碳化硅等宽禁带半导体材料，在高频、高温、大功率、及蓝光和紫外光电子领域有广泛应用。
HWD11201多功能温控系统MTCS数据采集电路
项目简介：HWD11201多功能温控系统MTCS数据采集电路是一小型、安全、精密的单片温度控制电路。其功能完善，具备有：9600bit/s固定波特率的通信串口，与HWD1709数字编码感温电路专用单总线口，内部模糊处理逻辑块，高低温报警触发器，一个基准压源、一个8位的A/D转换器以及内部逻辑控制电路。该片可完成温度控制、报警输出的全部控制功能。它主要用于珀尔帖效应模块的控制。它可维持±0.35°C 的温度稳定性，具备电压超限保护。主要应用于激光器、半导体激光二极管、EDFA光放大器以及各类环境控制、过程监控系统中。
意义：该电路的需求量较大，应用前景广泛。目前, 半导体激光器的应用覆盖了整个光电子学领域，全世界的激光器市场每年的份额达数百亿美元。其技术已成为当今光电子科学的核心技术，在工业、医疗、信息显示等领域具有广泛的应用前景，对军事领域的跟踪、制导、武器模拟、点火引爆、雷达等诸多方面更具有重要作用。
新型光电化学太阳能电池
项目简介：新型光电化学太阳能电池是上个世纪90年代初期出现的一类新型太阳能电池。本课题组研制出新型太阳能电池多种。电解质材料的设计方面：采用聚乙二醇等作为溶剂在高温下溶解I^-/I^(3-)电解质，在室温下固化。采用丙烯酸单体溶解电解质，在催化剂作用下，室温自交联，形成固体电解质。二氧化钛多孔膜制备方面：采用水热法生长出符合要求的二氧化钛纳米晶，通过酸处理，改善二氧化钛纳米多孔膜的表面结构活性；载流子传输机理方面：提出了空穴向对阴极（正极）的迁移是通过电子-离子氧化还原过程实现。在器件组装方面：组装了几种光电化学太阳能电池。
意义：研究结果在新材料设计、新型半导体材料、光电功能材料、光电子学、光电子器件等方面具有重要的科学意义，在太阳能开发方面具有良好的应用前景。
新型GaAs基近红外低维结构半导体光电材料与器件
项目简介：该项目全面开展了GaAs基1.0-1.6微米材料生长、低维结构物理、激光器与探测器制备等研究工作，得到国家科技部、自然科学基金委、中科院创新工程等的支持，取得一系列具有国际反响的研究成果：GaAs基近红外材料能带结构、发光物理特性理论研究；GaAs基近红外低维材料生长、发光物理特性实验研究；GaAs基近红外激光器和探测器实验研究。上
意义：述研究成果标志着我国砷化镓基近红外光电子材料与器件研究水平进入世界先进行列。
SOI光波导单模条件研究及特殊功能光波导器件设计制备技术
项目简介：该项目为SOI光子集成，它的首要问题是确定精确的单模传输条件、设计制备性能优异的特种功能光波导器件结构、解决同单模光纤的高效率耦合以及缩小芯片尺寸提高集成度。单模传输条件是一切光波导器件设计的基础，精确单模条件的获得对于指导光波导器件的设计具有重要意义。
意义：该项目在SOI光子集成和光电子集成方面进行了系统而深入的研究工作，特别是在特殊功能新型SOI光波导器件的设计制备及大规模光子集成芯片研制方面，均有多项创新性成果，始终走在国际的前列。
大规模SOI光波导光开关阵列集成技术
项目简介：该项目为研究性能优异的光开关，它是实现高速大容量全光网的首要问题之一。该项目在国际上首次将模斑变换器和微型反射镜集成到SOI光开关阵列中，首次研制成功了集成度为8×8和16×16 的SOI光波导开关阵列，其综合技术指标在国际上处于领先地位，由于研制的SOI光开关阵列其制备工艺同目前发展十分成熟的微电子标准CMOS工艺完全兼容，因此制造成本非常低廉。
意义：与国际上已经商用的MEMS光开关、聚合物及SiO2波导光开关相比，SOI波导光开关在开关速率、长期使用可靠性、制造成本方面具有很大的优势，特别是SOI波导光开关具备同硅基光电子器件，因此SOI波导光开关阵列的研制成功具有很大的技术推动意义。
多媒体高清晰教学及多用途背投显示设备
项目简介：该项目采用高倍短焦镜头，使1.5米内屏幕显示100英寸，而且四角边沿画面清晰不变形；光学反光器件采用高尖端紫外线滤过技术，纯色光达到90%以上，避免紫外线对人体及眼睛的伤害；高效节能电源、追光电子元件的开发，使500W的电源达到1500W的光效；光源发光持久，延缓衰减，使使用寿命从原来的1000小时延长到8000小时；自动温控，预期达到自动调温，使整机连续工作百小时以上无障碍。
意义：该显示设备是是现代化建设必要设备，发展前景非常广阔。
PON用突发式光模块
项目简介：该模块主要包括BPON ONU突发式光模块、EPON ONU突发式模块、EPON OLT突发式光模块。该系列模块主要应用于以PON（无源光网络）接入技术为主的宽带光接入网，从而实现光纤到户。突发模式光收发模块是PON系统中的物理层器件。BPON/EPON ONU侧的光模块能够迅速打开/开断激光器。而OLT侧的光模块是要求能够在短时间内正确恢复不同ONU发送的不同功率的光信号。
意义：OLT模块最关键的指标是突发接收时北京时间，光接收灵敏度、饱和光功率，及相邻光信号所允许的动态范围。
宽带可调谐半导体激光器
项目简介：该课题研究了四种基于InP材料的单片集成技术，实现了基于InP衬底的较灵活的能带剪裁，为光电子器件的多功能单片集成打下了基础；采用量子阱混杂技术，成功实现了75nm的量子阱带隙波长蓝移量，在此基础上实现了取样光栅分布布拉格反射宽带可调谐激光器，在增益区电流为150mA时，激光器芯片的输出功率达到了9mW，单模调谐范围最高达41nm，宽带可调谐激光器组件输出功率大于0dBm；成功研制出一套基于LabVIEW软件平台的自动化的宽带可调谐SG-DBR激光器波长测试控制系统，提出了一种利用输出光的边模抑制比，从调谐数据库中筛选出激光器模式稳定工作点的算法，应用该系统对研制的SG-DBR激光器进行大量实验测试和波长查询，实验结果表明本系统稳定、可靠、波长控制精度高，波长控制误差不超过±0.02nm；还研制了可调谐半导体激光器的多路程控电流源，为宽带可调谐激光器的实用化奠定了基础。
CMOS图像传感器
项目简介：该项目调整CMOS工艺和结构，设计出N型衬底的CMOS图像传感器，采用0.18um工艺，并成攻流片；衬底和外延层使用不同类型的半导体材料，构成一个PN结，在反偏时会在衬底和电荷收集区之间形成势垒，阻碍衬底中的噪声电荷通过外延层流向电荷收集区，抑制像素之间的串扰。在除感光单元阵列的电路下注入深层的P阱或者N阱，防止衬底和电路之间发生闩锁效应；提出新结构的光电二极管来提高其量子效应、降低噪声、提高光电子转化效率；采用sensor架构，有效减少串扰；进行了颜色纠正；对A/D转换器的结构进行调整，电路几乎没有静态电量消耗。采用了高精度的A/D模块、相关双采样(CDS)、FPN消除算法，能够使图像更为平滑。
红外传感全自检光电保护装置
项目简介：该项目主要研究和解决了小型化的电子电路原理和结构、对接扩展技术―模块化电路结构、提高检测精度技术、保证适当检测距离―保护长度的技术、抗干扰技术、滤波技术、光电子技术、光学技术、多种安装技术、减振技术、安全可靠性能―全自检技术等相关技术。通过解决了一系列问题，使成果技术达到了较高检测精度，保证适当的检测距离，全自检安全可靠性能，安装使用方便，外形小巧美观，价格较为经济的市场期望。
意义：该项目技术成果的市场前景是相当广阔和有生命力的。
硅基发光材料研究
项目简介：该成果采用掺钛化学腐蚀法成功制备了发光稳定和发光均匀的多孔硅，采用H_2O_2催化方法制备了形貌更平整、细密、均匀的多孔硅。并通过对多孔硅在不同激光功率下的Raman光谱和光致发光谱的研究，发现当激光功率增大到某一值时，晶格畸变使多孔硅由线性转变为光致非线性材料，引起非线性吸收系数增大，导致光致发光谱的明显增强。
意义：研究成果对于硅基发光材料的理论研究和应用基础研究具有显著的实际意义，对推动硅基光电子集成技术的发展具有重要意义。
单片集成光器件关键技术研究
该项目简介：项目采用自主开发软件建立了一套集模拟仿真与CAD功能于一体的光电集成器件设计软件平台；开发了包括MOCVD外延、光刻、腐蚀、光栅等各道工艺的RWG、DC-PBH类型单片集成芯片关键工艺技术和光电集成相关的凸点flip chip倒装焊技术，建立并完善了单片/混合集成器件OEIC工艺技术制作平台，并具备了批量生产能力；对所设计的混合集成器件进行工艺验证，建立并完善了设计和制作平台，发展相应的工艺制作、耦合封装和模块设计技术。
意义：该成果完成了针对典型的混合集成光电子(OEIC)器件2.5Gb/s混合集成光发射机与光接收机模块进行的设计开发和工艺验证，提高了我国集成光器件整体制作技术水平，处于国内领先、国际先进水平。
红外电子材料的优化设计研究
项目简介：该项目的最重要特色就是将研究目的设定在解决我国国防战略性高技术发展中红外光电子材料这类瓶颈性技术上单一的跟踪性工艺研究模式。具体是在我国红外光电子材料发展中提出针对制备工艺中遇到的基本物理问题进行系统的研究，逐步地提出与工艺研究一起建立可优化材料的设计平台。而最重要的创新点是提出了材料芯片这一最新发展起来的技术在项目研究中的开拓性应用。
在蓝宝石衬底上研制ZnO同质pn结及其电致发光
项目简介：该项目利用分子束外延设备研制高载流子浓度的P型ZnO材料及ZnO P-N结紫外发光二极管和激光器。该项目选择在价格适宜、工艺成熟的蓝宝石（Al_2O_3）衬底上开展p型ZnO的制备及相关结型器件的研究工作，在国内首次获得了室温下光泵浦的紫外受激发射；制备出低阻p型ZnO薄膜材料，载流子浓度最高达到10^(19)/cm^3；研制了ZnO同质pn结，在室温下观测到了来自同质结电泵蓝紫色发光。
意义：该成果达到和国外同步发展，在国内器件研制方面处于领先水平，对于探索制备实用型ZnO结型发光和激光器件的途径，具有重要研究价值。
新型微片激光材料与器件研究
项目简介：微片激光器是半导体激光（LD）泵浦的紧凑型固体激光器件。厚度一般在1mm以下的激光介质薄片端面镀膜是该器件的基本构型，可以实现单纵模和TEM00横模激光运转，将空间和光谱模式都很差的LD转变成低噪音、光谱和空间模式都很单纯的激光输出；介质厚度小还有利于发散角大的LD泵光与基波激光的有效重合，有效提高LD的泵浦效率；可以将激光介质与其他光电功能材料相互紧密接触直接耦合形成振荡微腔结构，进而实现可调谐、变频、被动Q开关、光参量振荡器和光纤Raman激光等功能，可以在很紧凑的光学系统中实现宽波段范围的高质量激光输出。
光电子器件篇8
摘要：认为研究发光二极管（LED）器件调制特性以及在高速调制状态下的发光特性是提升新型可见光通信系统性能的关键问题之一，LED器件调制特性的提升可以显著拓展可见光通信系统的应用范围。基于LED器件的调频特性，通过分析发光器件和封装的结构及其他关键光电性能，提出建议：通过降低RC时间以及载流子自发辐射寿命，有效改善LED器件的响应速率，提高LED的调制带宽。
关键词：可见光通信;发光二极管;响应频率;调制带宽;照明
Abstract： The electronic and optical frequency characteristics of LEDs are key issues in a VLC system. After investigating the effect of light source and its package on the performance of VLC system， we make the following proposal： the RC time and carrier spontaneous recombination time of the LEDs need to be decreased in order to improve the modulation bandwidth of LEDs. When the LED modulation characteristics are improved， the VLC system can be more widely applied.
Keywords： visible light communication; light emission diodes; response frequency; modulation bandwidth; illumination
1 LED器件的调制带宽
及其测试
带宽一般指信号所占据的频带宽度。当描述信道时，带宽指能够有效通过该信道信号的最大频带宽度。发光二极管（LED）的调制带宽则是器件在加载调制信号时，能承载信号最大的频带宽度，一般定义为LED输出的交流光功率下降到某一低频参考频率值得一半时（如-3 dB）的频率定为LED的调制带宽。LED的调制带宽是可见光通信系统信道容量和传输速率的决定性因素，受到器件实际的调制深度、伏安特性等因素的多方面影响。
LED器件调制带宽的测试，通常都是对直流工作下的器件加载模拟信号（如正弦信号），测量光功率信号随频率变化的曲线，来确定带宽。
图1给出了一种器件调制特性测试系统[1-3]。它主要包括信号发射端和接收端。在发射端，信号发生器发出的信号被功率放大器放大，以提高其调制深度;随后，信号加载到驱动LED的直流偏置上，使得LED发出调制光信号;在接收端，光电探测器将光信号转换为电信号，经过滤波放大，输出到示波器上。
图2是另一种器件调制特性测试系统[4-5]。系统的核心是网络分析仪，它将信号产生、探测以及处理的功能集成在一起，能够实现更高频率的测试。测量LED调制带宽，主要关注网络分析仪的S21参数，即网络分析仪的端口2的输入功率/端口1的输出功率。
2 影响因素及改善方法
一般来说，影响LED调制特性的因素主要取决于以下两个方面[6]：RC时间和载流子自发辐射寿命。LED的有源区是多量子阱结构，具有电荷限制作用，在响应过程中的上升下降时间称为RC时间，主要受到结电容影响，对信号具有延迟作用;而器件有源区内载流子自发辐射寿命直接影响载流子从复合到光子逃逸出器件的时间。
2.1 降低RC时间
图3所示为LED的小信号等效电路[7]。这个小信号等效电路，实际上和阈值电压下的激光器的等效电路类似。因为在阈值电压下，激光器器件工作在自发辐射状态，受激发射过程还没有开始，所以LED也使用该等效电路[8-11]。
其中，C是结电容，RD是结电阻，RS是等效串联电阻，L为引线等引起的寄生电感。研究人员通过实验测量及理论拟合，可以得到这些对应的关键参数[7-8]。这里得到的电容和几何电容是一个量级的，电阻也和几何电阻相近。因此通过器件的尺寸设计可以有效调整等效电路参数进而提高器件带宽。
通过这种器件的尺寸设计来降低RC时间，从而改善LED调制带宽，是较为直观的一种方式。通过设计一组不同尺寸（结面积、p-GaN与结接触面积不同）的LED器件，研究尺寸对LED带宽的影响[4]。有源区面积越大的器件，在相同电流密度下，具有较小的调制带宽。其原因主要是因为等效结电容更大，而且电容增大对带宽的影响比电阻减小的效果更加显著。这个结果和台湾成功大学的J.-W. Shi等人[6]的结果一致。图4给出实验器件A与B在不同驱动电流下的频率响应曲线。A器件p-GaN与结接触面积更大。
图4还反映了不同电流对LED带宽的影响，大电流下，载流子浓度增加，导致多量子阱内复合增强，载流子辐射复合寿命减小。
台湾清华大学的Chien-Lan Liao等人[12]利用掺镓（Ga）的氧化锌（ZnO）薄膜GZO，有效地降低了结电容。图5显示具有电流限制层的蓝光LED结构示意图。由于将p型的GaN层刻出台面，在p型上做电极，能减小有效电容。而且电极采用环形结构，利用横向电阻大的GZO薄膜，实现对电流限制作用，使得电流主要在垂直方向传输，即GZO实现了与氧化铟锡（ITO）相反的功能，抑制了电流的扩展。因此，实际的结电容将会变小，从而实现LED调制带宽的提高。通过这种环形电极设计，该器件的3 dB带宽达到225 MHz。
台湾中央大学的许晋玮等人[13]通过串联的方式也有效提高了LED调制速率，其出发点也是基于对RC时间的优化。假如N个相同的LED串联，电阻值将线性增加R总=N・R，而电容值线性降低C总=C/N。这样虽然RC时间没有发生变化。但是，一般器件都要外接负载，那么实际RC就是（N・R+R0）・C/N，因此，就小于单个相同面积LED的RC（RC+N・R0C），从而可以有效提高调制带宽。
2.2 降低载流子自发辐射寿命
可见光（VLC）通信系统一般都工作在大电流区域范围内，因此还需要研究不同电流下频率响应。图6是不同电流下，器件频率响应曲线。外加驱动电流越大，电光转换（E-O）的3 dB带宽也会越大[12-15]。从图6可以看出，120 mA下调制频率大约是40 mA下的2倍。主要因为激子复合几率正比于注入载流子密度[6]。大电流下，注入的载流子浓度增加，因而激子复合几率增加，辐射复合载流子寿命降低，E-O快速响应。
影响载流子自发辐射寿命的因素很多，一般来说，外部因素主要是来源于注入载流子的浓度;而内部因素主要是由于器件自身的结构以及其他复合通道等。
伊利诺伊大学香槟分校的M. Feng等人[16]，通过一种类似异质结双极发光晶体管（HBLET）的LED将调制速率提高了一个量级，达到吉赫兹量级。HBLET是一种3端口发光器件（一个电输入端、一个电输出端、一个光输出端），器件中量子阱有源区合并到基区，提高了电学和光学的性质，而高速LED结构和HBLET相似。在60 mA驱动电流下，器件的E-O调制频率高达7 GHz，但是功率很小，大约仅为13.8 μW。图7为器件（n-p-n结构）的结构示意图，可以看到发射极接负电压，基极和集电极（这个也叫漏极Drain）接正极，这样发射结正偏，集电结反偏。因为基极和漏极同一电位，基极-漏极边界没有电荷分布积累，交流驱动下，在基区建立动态的发射极与漏极的电荷分布。因此，基区的过剩载流子自发辐射复合的寿命就大于从发射极到漏极的传输时间，使得载流子还没有来得及复合，就被内建反向电场扫到漏极，仅保留快速的载流子复合发光，从而提高了调制速度。
图8给出了E-O的频率测试结果。调制频率非常高，并且随着电流的增加，调制速度提高，在60 mA时达到7 GHz。这个结果和塑料光纤发光二极管（POF-LED）结果相同。但是存在一个很大的问题是，器件的功率非常小，3 V的正向偏压下，驱动电流达到60 mA，所对应的光功率只有15 μW，完全不适用于照明LED，不过该工作也提供了一种改进大功率LED带宽的思路。
材料中的载流子复合机制包括辐射复合、非辐射复合。表面等离激元耦合是除了前面两者外第3种能量传递通道也能够影响辐射复合载流子寿命，提高LED调制带宽。
加州理工学院的Koichi Okamoto等人[17]首次在LED上利用表面等离激元，得到出光增加的效果。文献[18]给载流子复合发射光子提供了一条新的技术途径。如图9所示，载流子复合的能量转换有多个途径，包括辐射复合、非辐射复合以及量子阱-表面等离激元（QW-SP）耦合。非辐射复合不能产生光子，能量最终以热的形式耗散掉了;辐射复合能够产生光子，产生的光子有一部分能够溢出器件，逃逸出的光子数能通过外量子效率反映。图9中黑色箭头表示QW-SP耦合的可能形式。载流子复合后能量没有直接转换为光子，而是耦合到距离比较近（30 nm左右）的表面等离激元中（SP），然后再以辐射的形式将能量放出到LED外面。这个过程的速度远比辐射复合能量转换速度快。490 nm波长下，差异明显减小，这个是由于QW-SP耦合波长在蓝光，因此长波长的位置，能量耦合减弱，差异减小。
通过Al组分调控[5]以及delta掺杂技术[19]，同样可以实现LED器件带宽的提高。Al组分调控，原理主要是改变能带结构，实现空穴的有效注入，调控极化电场，从而实现调制带宽的提高，300 mA工作电流下，带宽从23.5 MHz提高到25.5 MHz;delta掺杂技术，实现了载流子的大量注入，从而降低了载流子寿命，实现相同电流密度下，调制带宽的提高。图10给出了delta掺杂后器件的眼图。
3 结束语
随着光效的提高和成本的降低，LED已经被广泛地应用于信息显示和各种功能性照明。可见光通信利用了LED相比传统光源高光效和高响应速率的特点，在照明的同时，实现无线数据传输功能。常规的白光LED器件调制带宽通常只有3～5 MHz，制约了可见光通信系统带宽的进一步提高，通过适当的调整材料和芯片的结构，优化器件工艺参数，引入表面等离激元等新的辐射复合机制等方式能够有效的提高LED器件调制带宽，进一步拓展可见光通信系统的应用范围。
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