光電產(chǎn)業(yè)全國現(xiàn)狀課件

1、光電子產(chǎn)業(yè)全國現(xiàn)狀及思考 王雙保 徐智謀 綱 要 1.“光谷熱”在中華大地興起 2. 光電子學(xué)和光電子產(chǎn)業(yè) 3. 廈門光電產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和條件 4. 發(fā)展我國光電產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略思考1.“光谷熱”在中華大地興起 1.1)2000年首先建立“武漢 .中國光谷” 信息光電子 投入135億 形成590億東湖開發(fā)區(qū) 能量光電子 投入45億 形成190億20012005 存儲(chǔ)傳感光電子 投入40億 形成160億 軟件與商務(wù) 投入20億 形成110億 共投入240億 形成1050億1.2)2000年12月建立“廣東光谷”廣州中心，珠江三角洲腹地，510年建成光電子產(chǎn)業(yè)帶，支柱產(chǎn)業(yè) 四個(gè)中心：測(cè)試、交易、研發(fā)、服務(wù)建

2、立 11個(gè)主攻方向：光纖、DWDM、芯片、晶體、信息處理、顯示、加工、醫(yī)療 五大措施：管理服務(wù)，多層社會(huì)化投入，人才，研發(fā)生產(chǎn)環(huán)境，政策 1.3)其它省市也紛紛建立“光谷”或光電產(chǎn)業(yè)基地 (1)長春“光谷”：長春光機(jī)所、長春物理所(2)北京“中關(guān)村”：半導(dǎo)體所、北大、清華(3)上?！肮怆姽I(yè)區(qū)”：浦東、曹河烴、各所、大學(xué)(4)重慶“光谷”：重慶大學(xué)、44所等(5)山東“光電工業(yè)區(qū)”：山東大學(xué)(6)福州“光電工業(yè)區(qū)”：物構(gòu)所、華科、光學(xué)晶體 863光電子成果轉(zhuǎn)化基地：北京：機(jī)制改造，海特、福創(chuàng)上海：浦東 藍(lán)色LED，DWDM瀘光片長春：LD泵浦綠色激光器，計(jì)委1000萬元撥款、2800萬元貸款深

3、圳：官產(chǎn)學(xué)研，飛通，收發(fā)模塊，CATV接受組件，99年銷售4500萬元、創(chuàng)匯500萬元、利稅1200萬元，EDFA，DWDM，藍(lán)色LED。石家莊：匯能立德，高亮度LED，投1億，年銷1.8億，利潤6千萬 武漢：武郵知識(shí)產(chǎn)權(quán)，收發(fā)模塊，99年銷2億，占30；華中SOA 1.4)什么是“光谷”？什么是光電產(chǎn)業(yè)？“光谷”是從“硅谷”引申而來。“硅谷”是美國加州以加州大學(xué)為核心發(fā)展起來的產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的微電子學(xué)研究基地和微電子產(chǎn)業(yè)的基地?！肮夤取笔钱a(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的光電子學(xué)研究基地和光電子產(chǎn)業(yè)的基地。“電子學(xué)”：研究電子的運(yùn)動(dòng)、作用和應(yīng)用的科學(xué)。電學(xué) 電子學(xué) 電子技術(shù) 電子工程 電子產(chǎn)業(yè)“光子學(xué)”：研究光子

4、的運(yùn)動(dòng)、作用和應(yīng)用的科學(xué)。光學(xué) 光子學(xué) 光子技術(shù) 光子工程 光子產(chǎn)業(yè)“光電子學(xué)”：研究光子和電子的運(yùn)動(dòng)、相互作用和應(yīng)用的科學(xué)。（光子和電子難以分開，相互作用和轉(zhuǎn)化）“光電子產(chǎn)業(yè)”：是光電子學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用時(shí)所形成的工業(yè)。（通信、顯示、能量、醫(yī)療、娛樂.)2. 光電子學(xué)和光電子產(chǎn)業(yè)： 2.1)光電子產(chǎn)業(yè)的分類：從應(yīng)用領(lǐng)域分類：(1)信息光電子產(chǎn)業(yè)：光（纖）通信、光電轉(zhuǎn)換(2)能量光電子產(chǎn)業(yè):大功率激光器和激光加工(3)顯示光電子產(chǎn)業(yè)：LDE、LEC、攝像、成像(4)醫(yī)療光電子產(chǎn)業(yè)：各種醫(yī)療設(shè)備、元器件(5)娛樂光電子產(chǎn)業(yè)：各家電、音響、娛樂設(shè)備(6)軍事光電子產(chǎn)業(yè)：各種軍用光電設(shè)備。從結(jié)構(gòu)領(lǐng)域

5、分類：(1)光電材料：光學(xué)、半導(dǎo)體、電磁學(xué)，光纖.(2)光電元器件：各種有源元件、無源元件(3)光電整機(jī)：各種光電器件的整機(jī)(4)光電工程系統(tǒng)：由各種光電器件整機(jī)組成的工程系統(tǒng) 產(chǎn)品介紹光電元件 ： 發(fā)光元件 雷射二極體、發(fā)光二極體受光元件 光二極體與光電晶體、電 荷耦合元件、 接觸式影 像感測(cè)器、太陽電池複合元件 光耦合器、光斷續(xù)器 下一張產(chǎn)品介紹光電顯示器 ：液晶顯示器(LCD)發(fā)光二極體顯示幕(LED Display)真空螢光顯示器(VFD)電漿顯示器(PDP)有機(jī)電激發(fā)光顯示器(OELD或OLED)場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)下一張產(chǎn)品介紹光輸出入： 影像掃描器條碼掃描器雷射印表機(jī)傳真機(jī)影印

6、機(jī)數(shù)位相機(jī)下一張產(chǎn)品介紹光儲(chǔ)存： 裝置 消費(fèi)用途、資訊用唯讀型、資訊用可讀寫型 媒體 唯讀型、可寫一次型、可讀寫型 下一張產(chǎn)品介紹光通訊 ：光通訊零組件 光纖、光纜、光主動(dòng)元件、光被動(dòng)元件 光通訊設(shè)備 光纖區(qū)域網(wǎng)路設(shè)備、電信光傳輸設(shè)備、有線電視光傳輸設(shè)備、光通訊量測(cè)設(shè)備 下一張產(chǎn)品介紹雷射及其他光學(xué)應(yīng)用 ：雷射本體 工業(yè)雷射 醫(yī)療雷射 光感測(cè)器 下一張產(chǎn)品介紹LCD產(chǎn)品種類：TN(第一級(jí))：七五時(shí)期以TN為主，是培養(yǎng)後期LCD廠主要技術(shù)來源。 STN-LCD(第二級(jí))：八五時(shí)期為立研發(fā)基礎(chǔ)，TN型顯示器的進(jìn)階。TFT-LCD(第三級(jí))：九五時(shí)期以TFT為攻關(guān)主力，與一、二級(jí)的驅(qū)動(dòng)方式不同。下一

7、張2.2)光電產(chǎn)業(yè)國際市場(chǎng)分析（單位：億美元）：1999年：1800億 顯示：43.8 通信：18.7、增速22.3激光：18億（2003年達(dá)30億），總增長率：15。中國：50億美元 專家預(yù)計(jì)10年內(nèi)全球光電子產(chǎn)業(yè)達(dá)5000億美元產(chǎn)值，成為全球最大產(chǎn)業(yè)2.3)發(fā)展光電產(chǎn)業(yè)的必要性光子和電子性質(zhì)的比較0 (不帶電) -e (1.6*1019庫侖) 電荷 玻色子 費(fèi)米子 粒子特性 不具有高度空間局域性 具有高度空間局域性 空間特性 具有時(shí)間可逆性 具有時(shí)間不可逆性 時(shí)間特性 在真空中為光速C3*1010cm/s 小于光速C 傳播速度 h/c m 運(yùn)動(dòng)質(zhì)量 0 M0 (9.1*10-31 g)靜止

8、質(zhì)量 光子 電子 特征 光子傳遞信息的特點(diǎn)：（1）極快的響應(yīng)時(shí)間可用于超高速、寬帶通信：光子靜止質(zhì)量為零、在真空中以光速運(yùn)動(dòng)，不受電路中RCL時(shí)間常數(shù)的限制。光子響應(yīng)時(shí)間可短達(dá)1015秒，即fs量級(jí)，而電子器件及系統(tǒng)最快的響應(yīng)時(shí)間為109秒，即ns量級(jí)，兩者相差100萬倍。這在將來的光計(jì)算機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)中將發(fā)揮巨大作用。1990年美Bell實(shí)驗(yàn)室完成世界第一臺(tái)數(shù)字光處理器中光開關(guān)速度達(dá)10億次/秒。正推廣2.4Gb/s的光通信系統(tǒng)，并向10 Gbit/s邁進(jìn)，在開發(fā)100Gbit/s。（2）傳輸信息容量大： 光子傳輸信息時(shí)具有時(shí)間可逆性、不具有高度空間局域性，使它可以形成向前和向后的共軛波，以補(bǔ)

9、償光纖傳輸中所產(chǎn)生的崎變和失真。利用這方法可實(shí)現(xiàn)孤子傳輸，理論上可實(shí)現(xiàn)無損耗通信。 目前光纖通信正從第二代1.31微米波段零色散單模光纖向第三代1.55微米波段低損耗色散單模光纖作換代發(fā)展。傳輸容量從1978年的10Gb/s.km 以每年10倍速度提高，1986年達(dá)1Tb/s.km。理論已證明，一個(gè)光子在室溫下可攜帶30bit的信息量并隨溫度的下降而以指數(shù)形式增加，以至達(dá)到無限值。所以，理論上可以講：“光子通信有望借助一個(gè)光子將無窮多信息傳輸給無窮多受信者”。 （3）高抗干擾、高可靠性： 光子不帶電荷，光纖不和受外界電磁波相互作用，光纖通信具有高抗干擾、高可靠性。 光子與光子之間不容易發(fā)生交互

10、作用，光束可以在光纖中交叉通過而互不影響，這個(gè)特性被利用來波分復(fù)用，使在一根光纖實(shí)現(xiàn)多波長通信，大大提高了光纖的通信容量和利用率。（3）高抗干擾、高可靠性： 光子不帶電，光纖不受外界電磁波作用，光纖通信具有高抗干擾、高可靠性。光子之間不交互作用，光束可在光纖中交叉通過而互不影響。這個(gè)特性被利用來波分復(fù)用，一根光纖實(shí)現(xiàn)多波長通信，大大提高了光纖的通信容量和利用率。(4)光儲(chǔ)存具有儲(chǔ)存量大、速度快、密度高、誤碼率低的優(yōu)點(diǎn) 總之，超高速、抗干擾、大容量、高可靠性是光子技術(shù)的特點(diǎn)。 必須指出：至今完全脫離電子的全光子過程、光子技術(shù)和光子產(chǎn)業(yè)還未實(shí)現(xiàn)。 其原因：1.光子技術(shù)還不成熟，實(shí)現(xiàn)全光信息技術(shù) 上

11、還有各種困難。2.電子和光子是一對(duì)具有高度互補(bǔ)的“孿生兄弟”： 電子能態(tài)的改變導(dǎo)致光子的發(fā)射，而光子被物質(zhì) 吸收將引起電子系統(tǒng)能態(tài)的變化產(chǎn)生自由的電子。 光子學(xué)和電子學(xué)的關(guān)系也是如此，它們實(shí)際上總 是互相依存、互相補(bǔ)充、互相促進(jìn)的。 所以通常將光子學(xué)和電子學(xué)結(jié)合在一起稱為光電子學(xué)； 因它主要應(yīng)用于信息領(lǐng)域所以又稱為信息光電子學(xué)。 由它所發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)簡稱為光電技術(shù)和光電產(chǎn)業(yè)。 4. 信息光電子學(xué)的應(yīng)用： 信息光電子學(xué)以光和電相結(jié)合的嶄新技術(shù)進(jìn)行信息的 收集、加工、發(fā)射、傳輸、接收、提取、儲(chǔ)存、顯示和分配等， 在工農(nóng)業(yè)、科技、軍事和生活等幾乎所 有領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。信息光電子產(chǎn)業(yè)將實(shí)現(xiàn)通信、

12、科技、國防、教育現(xiàn)代化，帶動(dòng)工業(yè)革命、技術(shù)革命、軍事裝備革命，從而影響人類的生活和整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 各種 應(yīng)用系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、光纖通信、CATV網(wǎng)等整機(jī)：光發(fā)射機(jī)、接收機(jī)收發(fā)機(jī)、中繼站等器件：有源元件：LD、LED、PIN等 無源元件：耦合器、儲(chǔ)存器、光波導(dǎo)等 材料：半導(dǎo)體材料、光介質(zhì)材料、激光材料等 光電技術(shù)和應(yīng)用金字塔 信息光電子技術(shù)和應(yīng)用金字塔目前信息光子技術(shù)在向微光子技術(shù)、光電集成技術(shù)方向迅速發(fā)展。它們代表了信息光子技術(shù)在微光、光纖通信、光計(jì)算、光信息儲(chǔ)存等領(lǐng)域的應(yīng)用。 1微光子技術(shù)的發(fā)展： 2光電集成技術(shù)的發(fā)展： 3光纖技術(shù)的發(fā)展： 4光盤技術(shù)的發(fā)展：1微光子技術(shù)的發(fā)展： 微加

13、工 - 微工程 - 微電子、微機(jī)械、微光學(xué) 自聚焦透鏡的出現(xiàn)為微光學(xué)發(fā)展奠定基礎(chǔ) 陣列光學(xué)元件的發(fā)展開拓了微光學(xué)在信息領(lǐng) 域的廣泛應(yīng)用 集成微光學(xué)器件是微光學(xué)發(fā)展的新方向2光電集成技術(shù)的發(fā)展：微電子 - IC 光電子 - OEIC 微光子- PIC 超晶格理論 能帶工程 量子效應(yīng)光電器件 光電器件“革命” 超薄材料技術(shù)態(tài)密度階梯分布 - 激子存在 - 非線性光學(xué)效應(yīng) - 多功能光電器件： 量子阱激光器、垂直腔面激光器、自電光效應(yīng)器件、 光開關(guān)、光儲(chǔ) 存、光邏輯 介質(zhì)光柵發(fā)射器 - DFB激光器- 為PIC發(fā)展奠定基礎(chǔ)各種OEIC器件：LD+PD（探測(cè)器） PD+GR（光柵） LD+MD (調(diào)制

14、器) PD+WG（光波導(dǎo)） LD+OA (光放大器) PD+AP（放大器）LD+GR（光柵） PINFET，PINHBT LD+WG（光波導(dǎo)）PINHEMT, SMSHEMT 3光纖技術(shù)的發(fā)展：光纖應(yīng)用：通信介質(zhì)、傳感器、激光器、 醫(yī)療、 藝術(shù) 光纖發(fā)展方向：低損耗、多功能化光介質(zhì)：損耗20dB/km 降到0.2dB/km以下 多模光纖：偏注入技術(shù)、中心注入技術(shù)， 1Gb/s、2km 單模光纖：低成本化，0.2$/km 特殊光纖：摻稀土、色散管理、寬帶色 散補(bǔ)償、大面積、多芯、全 波、塑料 我國光纖產(chǎn)業(yè)：光纖芯生產(chǎn)嚴(yán)重不足，光纜產(chǎn)品過剩4光盤技術(shù)的發(fā)展： 光盤儲(chǔ)存的優(yōu)點(diǎn)： 高速、高儲(chǔ)存密度、高

15、可靠性、高適應(yīng)性光盤儲(chǔ)存的發(fā)展方向： 短波全光光盤、三維立體儲(chǔ)存3. 廈門光電產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和條件 半導(dǎo)體材料和芯片研制與生產(chǎn)：三安電子：投資約2億人民幣，MOCVD，超凈廠房 生產(chǎn)GaN基藍(lán)色寬帶材料、InGaAlP高亮度紅、黃材料 生產(chǎn)高亮度藍(lán)色LEDs、高亮度紅、黃光、白光LEDs 將生產(chǎn)InP基材料，高效率太陽電池，探測(cè)器等 是我國目前GaN基藍(lán)色寬帶材料和器件投入最大的廠商廈門聯(lián)創(chuàng)：進(jìn)行各種專用集成電路的電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)、委托代工等 在國內(nèi)已經(jīng)有一定影響廈大微機(jī)電中心：投資約7千人民幣，建立了超凈硅平面工藝研制線 進(jìn)行MEMS、傳感器、IC、光電器件芯片的設(shè)計(jì)和研制廈大光子中心：投資約2千

16、人民幣，建立MOCVD、超真空CVD設(shè)備 進(jìn)行藍(lán)色激光器、硅基發(fā)光器件、GeSi/Si 、光電器件芯 片的設(shè)計(jì)和研制 光電顯示芯片的封裝：華 聯(lián) 電 子、光 莆 光 電、哈 特 光 電 ： 封 裝 各 種 發(fā) 光 二 極 管、 數(shù) 碼 管 、 光電耦合器、 遙控器等。 華聯(lián)電子是國內(nèi)最大的發(fā)光二極管封裝廠家之一，產(chǎn) 品 部分出口； LCD冷陰極背光源：液晶顯示屏光纖通信芯片的封裝： 三優(yōu)光機(jī)電封裝長波長 PIN光電探測(cè)器、PIN-TIA探測(cè)放大組件； 德佳光電子封裝半導(dǎo)體激光器（650nm等）光纖和無源元件： 安特光電子、 光纜廠、奧凱光電、鴻協(xié)光纜等。 生產(chǎn)各種光纖耦合器、衰減器、分路器、光

17、纖跳線、光纖接口、各種規(guī)格的石英光纖、光纜、鴻協(xié)光纜、塑料光纖接口、塑料光纖跳線等。 安特光電子在無源元器件方面是全國有一定的知名度。 鴻協(xié)光纜是全國較早開發(fā)塑料光纖及其元器件的廠商。光存儲(chǔ)元器件：DVD福建光盤、廈新、萬利達(dá)等CD、DVD技術(shù) 其它：瑞華電子、巨茂光電、CMOS等光通信整機(jī)：福信集成光電子：光纖收發(fā)器、光纖網(wǎng)卡、集線器 是全國最早開發(fā)光纖收發(fā)器的企；廈華電子：手機(jī)、移動(dòng)通信光纖直放站；瑞科電子：移動(dòng)通信光纖直放站；顯能光電：有線電視光接收機(jī)、雙向光工作站、光纖 收發(fā)器等。 總之，廈門已經(jīng)有了光電產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生和研制的基礎(chǔ)， 有些企業(yè)已經(jīng)在國內(nèi)占有一席之地。 但是大部分企業(yè)還處于起步階段、投資不 大、規(guī)模較小、技術(shù)力量薄弱。 政府重視和支持不夠！4.加速發(fā)展我國光電產(chǎn)業(yè)的建議：1. 應(yīng)充分認(rèn)識(shí)它在四化過程中的重要性， 抓住機(jī)遇，加大投入力度2. 應(yīng)認(rèn)真借鑒微電子產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)