光電子技術(shù)的發(fā)展綜述及其應(yīng)用

李伯鈞

光電子技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，如其在現(xiàn)代通訊技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和國(guó)防領(lǐng)域中的應(yīng)用。本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外光電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀研究的基礎(chǔ)上，提出了光電子技術(shù)在激光、太陽(yáng)能和LED產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】光電子技術(shù) 物理高新科技

光電子技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，如其在現(xiàn)代通訊技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和國(guó)防領(lǐng)域中的應(yīng)用。不僅如此，光電子技術(shù)同時(shí)也是相關(guān)產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)。以IT信息產(chǎn)業(yè)為樣例，光纖互聯(lián)網(wǎng)，密集波分復(fù)用器（DWDM）和激光多波長(zhǎng)光源都是IT業(yè)的物理基礎(chǔ)。因此合理的分析光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，把握光電子產(chǎn)業(yè)突出特點(diǎn)，將能夠更好地使用光電子技術(shù)，為推進(jìn)光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的總體進(jìn)步提供有力的保障。本世紀(jì)初，人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)入了信息社會(huì)，隨著信息需求的快速增長(zhǎng)和對(duì)信息技術(shù)的重要性的認(rèn)識(shí)的不斷深入，信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷快速發(fā)展的，由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)爆炸增長(zhǎng)模式比比皆是。所以，光電子技術(shù)作為信息科技領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，不僅在經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)上作用顯著，更是極大的推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步。目前來(lái)說(shuō)，科技進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的增長(zhǎng)速率已經(jīng)十分緩慢，光電子技術(shù)猶如催化劑，其發(fā)展能極大地推動(dòng)人類(lèi)文明的進(jìn)步。

1 光電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

1995年光電子技術(shù)總產(chǎn)值約10億美元，2001年中國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值超過(guò)800億元，目前繼續(xù)高速發(fā)展中。近年來(lái)，中國(guó)光電子技術(shù)的研究水平已大體上趨于與國(guó)際同步發(fā)展的態(tài)勢(shì)，整機(jī)系統(tǒng)以及器件的生產(chǎn)、制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)，并呈現(xiàn)出一定的發(fā)展勢(shì)頭，我國(guó)光電子信息產(chǎn)業(yè)鏈基本形成。

近幾年，由于光電子技術(shù)研究開(kāi)發(fā)體系的不完整，促使訓(xùn)練一批高水準(zhǔn)的光電子技術(shù)研究開(kāi)發(fā)隊(duì)伍成為迫在眉睫的任務(wù)。二十世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)科學(xué)院建立了半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)，武漢郵電科學(xué)研究院建立信息發(fā)展研究部，中國(guó)科學(xué)院在長(zhǎng)春建立了光學(xué)精密研究所，一些大學(xué)，如清華大學(xué)、吉林大學(xué)、天津大學(xué)、東南大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)、華中科技大學(xué)等也先后建立了光電子技術(shù)研究所，并同時(shí)組建起高水平的研究開(kāi)發(fā)隊(duì)伍。截止到2016年，各高等院校及研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)在光電子材料、制作技術(shù)、器械等方面取得了突破，并有了顯著進(jìn)展。

1.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

在國(guó)內(nèi)外光電子產(chǎn)業(yè)中，對(duì)于光通訊產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，在2003年其增長(zhǎng)速率跌落到谷底，與此同時(shí)，其回升斜率緩慢，但是，光電子技術(shù)、光顯示技術(shù)以及光存儲(chǔ)技術(shù)在各個(gè)產(chǎn)業(yè)中慢慢顯露頭角，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，在照明裝置及各類(lèi)信號(hào)指示器中，半導(dǎo)體發(fā)光二極管取得了極高的使用率，若照這樣發(fā)展下去，人類(lèi)有望在固態(tài)照明的新領(lǐng)域開(kāi)拓出一片綠洲。

光電子產(chǎn)業(yè)中，以美國(guó)和歐洲的發(fā)展為領(lǐng)頭羊，美國(guó)和歐洲在光電子產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展決定了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的走向。發(fā)達(dá)國(guó)家早就已經(jīng)意識(shí)到，光電子產(chǎn)業(yè)是一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，人類(lèi)對(duì)其認(rèn)識(shí)還尚處在皮毛階段，光電子技術(shù)的發(fā)展空間廣闊，可以滲透到各行各業(yè)并發(fā)揮出色。在二十世紀(jì)初，發(fā)達(dá)國(guó)家的科學(xué)家們就開(kāi)始進(jìn)行大量的基礎(chǔ)研究工作。世界光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)的布局目前由傳統(tǒng)的儀器設(shè)備和元器件，向高技術(shù)為主的產(chǎn)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)換的趨勢(shì)。就目前來(lái)說(shuō)，從技術(shù)高新、競(jìng)爭(zhēng)激烈度和推動(dòng)作用大致分為：現(xiàn)在技術(shù)，如激光和液晶技術(shù)；未來(lái)技術(shù)，如太陽(yáng)能技術(shù)和LED技術(shù)。液晶技術(shù)又可以細(xì)分為顯示屏的尺寸，顯示屏的分辨率及刷新頻率；激光技術(shù)里有固體、氣體，輸出功率等指標(biāo)。不過(guò)，LED技術(shù)目前只有亮度這一單一技術(shù)指標(biāo)。對(duì)于未來(lái)技術(shù)中的太陽(yáng)能來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵之處在于高效的把太陽(yáng)光線(xiàn)聚集到足夠小的體積內(nèi)，并且，用高分子材料作大口徑聚焦鏡不單是空間重量問(wèn)題，也是技術(shù)加速降低成本的關(guān)鍵。

2 光電子技術(shù)應(yīng)用與推廣

近幾年，光電子技術(shù)如洪水猛獸，迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的領(lǐng)域意識(shí)到其重要性及不可替代性。同時(shí)，光電子技術(shù)憑借其普適性，不僅在微加工這類(lèi)基礎(chǔ)工業(yè)中發(fā)揮出色，更是在微機(jī)電系統(tǒng)、系統(tǒng)集成這種精密系統(tǒng)中起到了關(guān)鍵作用。特別突出的是，光電子技術(shù)在激光產(chǎn)業(yè)、LED產(chǎn)業(yè)、太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)有著重要的作用。

2.1 激光產(chǎn)業(yè)

2.1.1 科學(xué)技術(shù)

激光具有很好的相干性、方向性、單色性和高能量密度，正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)，在各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，激光都或多或少有所涉及，并形成了新的學(xué)科。如：激光材料加工、激光信息存儲(chǔ)與處理、激光光譜學(xué)、激光醫(yī)學(xué)及生物學(xué)、激光印刷、軍用激光技術(shù)、激光核聚變及激光化學(xué)等，激光的應(yīng)用在一定程度上促進(jìn)了這些領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展。

2.1.2 國(guó)民產(chǎn)業(yè)

激光現(xiàn)在我國(guó)正逐步成型，其中包括激光音像、激光加工、激光醫(yī)療、激光全息及激光印刷設(shè)備等，這些產(chǎn)業(yè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)起到了舉足輕重的作用。例如，目前為止生產(chǎn)激光音像設(shè)備的企業(yè)舉國(guó)上下已有400多家，1998年激光產(chǎn)業(yè)已逐漸發(fā)展成為年產(chǎn)值90億元以上的新興產(chǎn)業(yè)。又如，將激光全息技術(shù)做一個(gè)拓展，應(yīng)用于裝飾裝修業(yè)及全息模壓防偽商標(biāo)，不僅生活得到了極大的便利，相關(guān)國(guó)民產(chǎn)業(yè)也得到了迅猛的發(fā)展。

2.1.3 醫(yī)療產(chǎn)業(yè)

激光醫(yī)療技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生方面現(xiàn)已起到不可或缺的作用。對(duì)眼科來(lái)說(shuō)，屈光性角膜切除術(shù)、虹膜切除術(shù)、鞏膜切除等手術(shù)均需要激光設(shè)備方可實(shí)施。激光在醫(yī)療診斷方面也效果出色，如激光熒光光譜測(cè)量技術(shù)被利用于診斷腹內(nèi)腫瘤，激光多普勒技術(shù)用于探測(cè)細(xì)胞的流動(dòng)及軌跡。

2.2 太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)

2.2.1 太陽(yáng)能發(fā)電

二十世紀(jì)末，由于各國(guó)工業(yè)水平的提高，能源的需求量也日漸增加，因此，人類(lèi)開(kāi)始進(jìn)入了能源短缺的時(shí)期。能源是否高效，是否清潔成為了能源能否為人類(lèi)長(zhǎng)期使用的先決條件。目前，人類(lèi)能源供應(yīng)主要還是以煤炭為主，而煤炭是不可再生資源，消耗殆盡是遲早的事。為此，各大能源科研機(jī)構(gòu)絞盡腦汁想找出新的可替代能源。而太陽(yáng)能光伏發(fā)電不失為一種極好的替代選擇。只要在光伏發(fā)電中應(yīng)用光電子技術(shù)，使用得當(dāng)?shù)脑?huà)，光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率可以得到很大的提高，前景廣闊。太陽(yáng)能發(fā)電的方式通常有兩種，其一是半導(dǎo)體或金屬材料的溫差發(fā)電，真空器件中的熱電子和熱電離子發(fā)電，堿金屬熱電轉(zhuǎn)換，以及磁流體發(fā)電等；另一種方式是將太陽(yáng)熱能通過(guò)熱機(jī)（如汽輪機(jī)）帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，與常規(guī)熱力發(fā)電類(lèi)似，只不過(guò)是其熱能不是來(lái)自燃料，而是來(lái)自太陽(yáng)能。

2.3 LED產(chǎn)業(yè)

2.3.1 交通燈

適用于交通管制的信號(hào)燈，現(xiàn)已由LED制成。LED信號(hào)燈占到整個(gè)LED市場(chǎng)的10%。LED主要有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是壽命長(zhǎng)，由于交通信號(hào)燈需要在戶(hù)外使用，易損耗，而壽命長(zhǎng)的LED燈可以保證使用多年而不需要更換。與交通信號(hào)燈易損壞完美的契合。二是節(jié)能環(huán)保，LED耗電相當(dāng)?shù)?，直流?qū)動(dòng)，超低功耗，電光功率轉(zhuǎn)換接近30%，在相同照明效果條件下比傳統(tǒng)光源節(jié)能近80%。

2.3.2 景觀燈

在照明領(lǐng)域里，景觀燈占據(jù)LED材料應(yīng)用一席之地，原因是，在光強(qiáng)相同的條件下，它所消耗的電能僅有普通白熾燈的百分之十，相比于一些大功率的射燈、氣體燈，電能的節(jié)約效果越發(fā)明顯。

3 結(jié)論

作為時(shí)下新興的一門(mén)朝陽(yáng)學(xué)科，光電子技術(shù)憑借其在能源，材料，基礎(chǔ)技術(shù)等方面的杰出表現(xiàn)，成功的被大家公認(rèn)為最有前途的新技術(shù)。若加以有效的發(fā)展及應(yīng)用，必將有效的推動(dòng)社會(huì)科技的進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展

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作者單位

湖北省黃石市第二中學(xué) 湖北省黃石市 435003