1光電信息技術(shù)概論

光電信息工程導(dǎo)論

IntroductiontoOptoelectronicInformationEngineering梁忠誠zcliang@4/5/20251課程名稱：《光電信息工程導(dǎo)論》光電信息工程：光電子信息技術(shù)與應(yīng)用課程性質(zhì)：《光電信息工程導(dǎo)論》是光電信息工程本科專業(yè)的一門重要必修課程。學(xué)習(xí)目的：初步認(rèn)識光電信息技術(shù)的基本內(nèi)容和應(yīng)用，為今后進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)相關(guān)課程奠定基礎(chǔ)。了解專業(yè)總體目標(biāo)，包括專業(yè)背景、專業(yè)范圍，為未來的就業(yè)選擇和職業(yè)定位提供參考。學(xué)時學(xué)分：16學(xué)時，1學(xué)分成績評定：考查（70%），作業(yè)（30%）。課程簡介4/5/20252教材與參考書：南郵編《光信息科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論》，2008鄭光昭《光信息科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用》電子工業(yè)出版社，2006

朱京平《光電子技術(shù)基礎(chǔ)》，科學(xué)出版社，2003江月松《光電信息技術(shù)基礎(chǔ)》，北京航天航空大學(xué)出版社，2005.4/5/20253《光電信息工程導(dǎo)論》目錄第一章光電信息技術(shù)概論第二章激光技術(shù)第三章光信息傳輸技術(shù)第四章光信息采集技術(shù)第五章光信息顯示技術(shù)第六章光信息處理技術(shù)第七章光通信系統(tǒng)第八章光存儲系統(tǒng)4/5/20254第一章光電信息技術(shù)概論1.1基本概念1.2主要特點(diǎn)1.3主要應(yīng)用1.4發(fā)展趨勢1.5專業(yè)介紹4/5/20255

信息技術(shù)

（先導(dǎo)和核心）

新材料技術(shù)

（基礎(chǔ)）

新能源技術(shù)

（支柱）

生物技術(shù)

（微觀領(lǐng)域的拓展）

空間技術(shù)（宏觀領(lǐng)域的拓展）

海洋開發(fā)技術(shù)1.1光電信息技術(shù)基本概念一、六大高技術(shù)群體4/5/20256二、信息傳遞模型信息系統(tǒng)分析要點(diǎn)信源、信宿（起點(diǎn)、終點(diǎn)）載體（電子，光子，聲子）變換（載體，形式，時空）信道（傳輸介質(zhì)種類，特點(diǎn)）噪聲（來源，特點(diǎn)）系統(tǒng)（電子，光子，聲子，混合）光電子技術(shù)研究對象是光電混合系統(tǒng)4/5/20257信息系統(tǒng)舉例圖書閱讀：是一個將信息從書本通過光子載體傳遞到人腦的過程信源——書本；信宿——大腦；變換——載體變換；信道——大氣光學(xué)通道；還原——視覺、識別；噪聲——影響正確識別的因素（光線暗、視力差）信息載體變換過程：書本——光子——大腦。主動系統(tǒng)：使用人工光源；被動系統(tǒng)：使用自然光源光纖通信：是一個將信息通過光纖進(jìn)行異地傳遞的過程信源——磁盤；變換——編碼，調(diào)制；信道——光纖；噪聲：衰減、色散；還原——探測、解碼；信宿——磁盤。信息載體變換過程：磁盤—電子—光子—電子—磁盤4/5/20258信息傳遞的時空形式與變換信息的空間傳遞：從此地到彼地，如光纖通信信息的時間傳遞：從此時到彼時，如光盤存儲信息傳遞過程中的時空信息相互變換電視的傳輸：將空間信息轉(zhuǎn)化為時間信息再進(jìn)行傳輸；電影的音軌：將時間信息轉(zhuǎn)化為空間信息再進(jìn)行傳遞。4/5/20259電子信息技術(shù)：電子信息技術(shù)研究作為信息載體的電子行為及其應(yīng)用的科學(xué)。電子信息技術(shù)主要研究電子信息的獲取與處理，電子設(shè)備與信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、應(yīng)用和集成。三、電子信息、光電子信息、光子信息技術(shù)光電子信息技術(shù)：是由光學(xué)、光電子、微電子等技術(shù)結(jié)合而成的多學(xué)科綜合信息技術(shù)，涉及光信息的輻射、傳輸、探測以及光電信息的轉(zhuǎn)換、存儲、處理與顯示等眾多的內(nèi)容。光子信息技術(shù)：也可稱光電子信息技術(shù)，它是研究作為信息和載體的光子行為及其應(yīng)用的科學(xué)，主要研究光子是如何產(chǎn)生及其運(yùn)動和轉(zhuǎn)化的規(guī)律。所謂光子技術(shù)，主要是研究光子的產(chǎn)生、傳輸、探測和控制的科學(xué)技術(shù)。4/5/202510四、電子信息技術(shù)與光子信息技術(shù)分類電子信息技術(shù)（廣義）光電子信息技術(shù)=光子信息技術(shù)（廣義）電子信息技術(shù)（電子作為信息的載體）光電子信息技術(shù)（光電相互作用與轉(zhuǎn)換）光子信息技術(shù)（光子作為信息的載體）產(chǎn)生電源技術(shù)，電磁輻射激光技術(shù)，電光源技術(shù)，光伏技術(shù)傳輸波導(dǎo)技術(shù)，無線電、微波技術(shù)光纖光纜，光無源器，空間光通信變換電子電路，編碼解碼電光調(diào)制，光電傳感空間光調(diào)制探測電子傳感光電探測（紅外、可見，紫外），光電成像（掃描、陣列）光譜技術(shù)，光波導(dǎo)傳感存儲半導(dǎo)體存儲、磁存儲光存儲（光盤、光全息）顯示CRT,LCD,PDP光全息處理數(shù)字電路，電子計(jì)算機(jī)圖像處理，模式識別空間濾波、光互連、光計(jì)算，自適應(yīng)光學(xué)集成微電子技術(shù)，電路系統(tǒng)光電子集成（MOEMS），微納加工（光刻技術(shù)）微光學(xué)器件，集成光路功能類別4/5/202511光電子技術(shù)也可以認(rèn)為是光波段的電子技術(shù)

光電信息技術(shù)是電子信息技術(shù)發(fā)展的一個重要階段，是對光波段的開拓和利用。人類對光的認(rèn)識早于電，但對光的控制與利用卻落后于電。光不僅是支持生命的重要能量來源，也是生活中的重要信息來源。4/5/202512五、光子學(xué)與電子學(xué)眾所周知，電子與光子是當(dāng)今和未來信息社會的兩個最重要的微觀信息載子，對它們的研究分別隸屬于電子學(xué)與光子學(xué)的范疇。電子與光子除了具有能夠承載信息的共性外，它們還有各自的個性。正是這些個性才決定了電子學(xué)與光子學(xué)分屬不同的學(xué)科。4/5/202513電子與光子特征比較4/5/202514光子學(xué)與電子學(xué)的發(fā)展模式對比電學(xué)→電子學(xué)→電子回路→電子集成→電子系統(tǒng)→電子工程→電子產(chǎn)業(yè)光學(xué)→光子學(xué)→光子回路→光子集成→光子系統(tǒng)→光子工程→光子產(chǎn)業(yè)4/5/202515光子學(xué)與電子學(xué)的結(jié)合模式(a)全電子(EE)過程：光(O)的參與只起輔助作用(如提供能源等)，如由太陽能電池供電的各種電子設(shè)備。(b)全光子(PP)過程：電(E)在其中起輔助作用，如各種光子源(激光器等)。典型的例子是全光通信系統(tǒng)。(c)、(d)光電結(jié)合的光電子過程：其中(c)的典型例子是光電探測及現(xiàn)行的各種光電通信接收系統(tǒng)；(d)的典型例子是電致發(fā)光及各種電視接收系統(tǒng)等。(a)與(b)分屬電子學(xué)與光子學(xué)的研究范疇。而(c)和(d)分屬光電子學(xué)和電光學(xué)領(lǐng)域。4/5/202516光子學(xué)與電子學(xué)相互促進(jìn)20世紀(jì)是電子時代，21世紀(jì)將迎來一個光子與電子交相輝映的全新時代。信息技術(shù)依托成熟的電子技術(shù)，與其他高科技交叉滲透，成為高技術(shù)的先導(dǎo)和核心。光電子信息技術(shù)是信息技術(shù)的研究與應(yīng)用前沿，是影響21世紀(jì)發(fā)展進(jìn)程的主要高技術(shù)。電信——光信4/5/202517光子的優(yōu)異特性（1）極高的信息容量和效率（2）極快的響應(yīng)能力（3)極高的分辨本領(lǐng)（4）極強(qiáng)的互連能力與并行能力（5）極大的存儲能力

1.2光子信息技術(shù)主要特點(diǎn)光子信息技術(shù)最根本的特征是短波高頻。4/5/202518（1）極高的信息容量和效率作為信息載體，光與電相比信息容量要大出幾個量級。光波（10nm,1mm，波長范圍5個數(shù)量級）與微波（1mm,1m，波長范圍3個數(shù)量級），前者可承載信息的容量比后者高出3～4個量級。一個載子可承載的信息量為信息效率。光子狀態(tài)遠(yuǎn)比電子狀態(tài)豐富，如果考慮到光子的數(shù)字編碼與光子的統(tǒng)計(jì)特性等，光子的信息效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出電子。例如，在光子學(xué)中，如使用所謂光的壓縮態(tài)、光子數(shù)態(tài)等作光子源，量子噪聲有可能減小到極小值，光子的信息效率也將成量級地提高，這時，一個光子甚至具有承載成千上萬個比特信息的能力。4/5/202519（2）極快的響應(yīng)能力在信息領(lǐng)域，信息載體的響應(yīng)能力是至關(guān)重要的，它是決定信息速率與容量的主要因素。在電子技術(shù)中，電子脈沖脈寬最窄限度在納秒(ns，10-9s)量級，因此在電子通信中信息速率被限定在Gb/s(109bit/s)量級。由于光子是玻色子，沒有電荷，而且能在自由空間傳播，因此，光子脈沖可輕易做到脈寬為皮秒(ps，10-12s)量級。現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室的光子脈沖寬度水平已達(dá)到2～3個飛秒(fs,10-15s)量級。即相當(dāng)一個光學(xué)周期的寬度。因此使用光子為信息載體，信息速率能夠達(dá)到每秒幾十、幾百個Gb，甚至幾個、幾十個Tb(1012bit/s)。4/5/202520（3)極高的分辨本領(lǐng)1.角度分辨率：

=/(2L)電磁波波長，L天線口徑脈沖雷達(dá)：=5cm,L=1.5m,=0.0174rad激光雷達(dá)：=10.6m,L=10.6m,=10-4rad2.距離分辨率：

R=c

/2c光速，

脈沖寬度雷達(dá)測距儀：=1s,R=150m激光測距儀：=100ps,R=1.5cm4/5/202521（4）極強(qiáng)的互連能力與并行能力電子與電子之間存在庫侖作用力，這就使得它們彼此間無法交連。在電子技術(shù)中，兩根導(dǎo)線如果交連，就會形成短路。所以，在電路中為了實(shí)現(xiàn)互連，就只能像搭“立交橋”那樣，將其運(yùn)行路線彼此隔離，顯然這就使互連受限，成為限制電子信息速率與容量的一個主要因素。另外，在電子技術(shù)中，電子信號也只能是串行提取、傳輸和處理的，對于兩維以上的信號，如圖象信號等，則只好依靠掃描一類的手段將其轉(zhuǎn)換為一維串行信號來處理。這是另一個限制電子信息速率和容量的主要因素。光子無電荷，彼此間不存在排斥和吸引力，具有良好的空間相容性。例如，在第六代計(jì)算機(jī)—神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)中，具有足夠大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，需要超大規(guī)模的群并行性處理。對于一階網(wǎng)絡(luò)，規(guī)模為N時，其完全互連數(shù)則為N2。例如N=104，互連數(shù)則為108。計(jì)算機(jī)的等效運(yùn)算速率與互連通量成正比，因此，在這種情況下，速率可達(dá)1010bit/s，這差不多是目前計(jì)算機(jī)的最高水平。4/5/202522（5）極大的存儲能力不同于電子存儲，光子除能進(jìn)行一維、二維存儲外，尚能完成三維存儲。再考慮頻率“維”等，可用于存儲的參量很多，因此，可以說，光子具有極大的存儲能力。一個存儲器的容量極限是由單位信息量(bit)所需最小存儲介質(zhì)體積決定的，對于光來說，這個量為其波長

量級，因此，三維存儲容量為(1/

)3量級。如果使用可見光(

～500nm)，光子的存儲能力則可達(dá)到1012bit／cm3量級。三維存儲除容量大外，另外一個顯著特點(diǎn)是并行存取，即信息寫入和讀出都是“逐頁”進(jìn)行的，并能與運(yùn)算器并行連接，由此速度很快。加之光子無電荷，既能防電磁干擾，讀取準(zhǔn)確，又不產(chǎn)生干擾，具有保密性。這樣一些優(yōu)點(diǎn)，都是電子無法與之相媲美的。此外，由于光在時間與空間上的特性，可形成反演共軛波，在自適應(yīng)控制等信息處理領(lǐng)域有獨(dú)到應(yīng)用；還由于光子的自旋為h，導(dǎo)致出現(xiàn)偏振、雙折射效應(yīng)等，并因此而產(chǎn)生一系列新的應(yīng)用。4/5/202523信息社會的3T目標(biāo)信息傳輸速率：1Tb/s信息存儲容量：1Tb/disk,1Tb/cm3

信息處理速度：1Tb/s光子信息技術(shù)！4/5/202524(1)數(shù)據(jù)通信光纖的發(fā)明，引起了通信技術(shù)的一場革命，是構(gòu)成21世紀(jì)信息社會的一大要素。光纖通信將人類帶入互聯(lián)網(wǎng)時代，將世界縮為村落。1.3光電信息技術(shù)主要應(yīng)用4/5/202525光纖通信技術(shù)發(fā)展的里程碑1966年出生在中國上海的英籍華人高錕，發(fā)表論文《光頻介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》，提出用石英玻璃纖維（光纖）傳送光信號來進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)長距離、大容量通信。1970年康寧公司首先研制出損耗為20db/km的石英光纖；1976年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室在亞特蘭大到華盛頓間建立了世界第一條實(shí)用化的光纖通信線路，速率為45Mb/s；上世紀(jì)70年代末，大容量的單模光纖和長壽命的半導(dǎo)體激光器研制成功。光纖通信系統(tǒng)開始顯示出長距離、大容量無比的優(yōu)越性；1996年WDM技術(shù)取得突破，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)展了WDM技術(shù)，美國MCI公司在1997年開通了商用的WDM線路?，F(xiàn)在，光纖通信系統(tǒng)的速率從單波長的2.5Gb/s和10Gb/s爆炸性地發(fā)展到多波長的Tb/s(1Tb/s=1000Gb/s)傳輸。當(dāng)今實(shí)驗(yàn)室光系統(tǒng)速率已達(dá)10Tb/s以上。4/5/202526光纖之父——高琨2009年高錕因?yàn)樵凇坝嘘P(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面”取得了突破性成就，榮獲諾貝爾物理學(xué)獎一半的獎金；博伊爾和史密斯發(fā)明了半導(dǎo)體成像器件——電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器，將分享今年物理學(xué)獎另一半獎金。4/5/202527(2)科學(xué)研究光子檢測技術(shù)光譜分析技術(shù)激光光譜技術(shù)光學(xué)計(jì)量技術(shù)4/5/202528

光子技術(shù)在創(chuàng)造世界科技的最新記錄

項(xiàng)目內(nèi)容

最大的功率、能量密度

激光輸出脈沖功率已經(jīng)超過13PW=l3X1015W;聚焦強(qiáng)度達(dá)l05PW/cm2;可產(chǎn)生億度以上的高溫。能焊接、加工和切割最難熔的材料最低的溫度

激光冷卻可將原子冷到20nk，接近絕對零度;量子冷卻到基態(tài)，為量子光學(xué)和量子力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究準(zhǔn)備了條件；最短光脈沖

在780nm已產(chǎn)生4fs脈沖，行程0.3微米，為該波長光0.5個周期，進(jìn)入強(qiáng)場物理領(lǐng)域

最密的刻劃

制造最小的光機(jī)電一體化設(shè)備；加工最小光學(xué)和機(jī)械零件從微米到幾十微米，集成光機(jī)電一體化系統(tǒng)可小到幾毫米;大規(guī)模集成線路的線寬已達(dá)0.8um；已研制成功0.13um的集成電路;最大的信息量

已達(dá)到3T目標(biāo)；通信傳輸容量已達(dá)Tbit/s，運(yùn)算速率已達(dá)Tbit/s，三維立體存儲密度達(dá)Tbit/cm3。最大的望遠(yuǎn)鏡探測宇宙太空的哈勃望遠(yuǎn)鏡最強(qiáng)的顯微鏡可探測亞波長量級的光子顯微鏡最保密的通信系統(tǒng)

光量子通信是最安全的通信系統(tǒng)。在常規(guī)的通信線路上進(jìn)行量子保密通信，通信距離已達(dá)55km

4/5/202529光的壓縮態(tài)在對光子的控制上,光的壓縮態(tài)利用光子數(shù)態(tài)是將噪音壓縮到低于量子噪聲，為超高精度、超微弱信號測量和保密通信帶來新的前景。壓縮態(tài)光場是指描述光頻電磁場的某一正交分量起伏低于標(biāo)準(zhǔn)量子極限。目前對壓縮態(tài)光場研究的重點(diǎn)集中在如何進(jìn)一步提高其壓縮度，向?qū)嵱没l(fā)展，并將它盡快應(yīng)用于量子測量及量子信息等前沿學(xué)科。將它用于連續(xù)變量的量子保密通訊。壓縮態(tài)光場實(shí)驗(yàn)裝置4/5/202530（3）醫(yī)療診斷國外報(bào)道一種膠囊型內(nèi)窺鏡，與一般的內(nèi)窺鏡比較，可完全避免病人在檢查過程中所產(chǎn)生的苦痛。這種帶有攝像機(jī)的膠囊型內(nèi)窺鏡其直徑0.9cm，長2.3cm，被病人吞下后，可在食道、胃、十二指腸、小腸、大腸等處拍攝圖像。膠囊型內(nèi)窺鏡4/5/202531膠囊型內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)光、機(jī)、電微系統(tǒng)集成在一個膠囊內(nèi)“膠囊”被患者吞服后就會隨著消化道的不斷蠕動向前推進(jìn)，通過微型攝像機(jī)拍攝數(shù)字圖像，并通過微波技術(shù)把照片傳送出來，每小時內(nèi)能向數(shù)據(jù)記錄儀傳送近萬幅圖片。4/5/202532膠囊內(nèi)窺鏡進(jìn)入胃和小腸膠囊型內(nèi)窺鏡完成攝像任務(wù)后，內(nèi)窺鏡便隨著排泄物排到體外。膠囊型內(nèi)窺鏡使用CCD或CMOS攝像機(jī)，所需的電能由自身電池或從體外用微波形式輸送，其運(yùn)行速度和方向等均可以從體外來控制。所拍攝的圖像也使用微波傳送到體外的控制裝置里，使用記錄、顯示系統(tǒng)或打印機(jī)獲取圖像。4/5/202533醫(yī)學(xué)成像醫(yī)學(xué)成像技術(shù)在過去幾年取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，如今，這些新技術(shù)可以甄別人體任何結(jié)構(gòu)以及許多重要生物過程，比如不同的血流速度。4/5/202534核磁共振成像

核磁共振成像是追蹤水分子中的氫原子，4/5/202535彌散張量成像

4/5/202536X光血管成像4/5/202537CT血管成像

4/5/202538正電子放射層掃描(PET)

4/5/202539(4)遙感測繪光學(xué)遙感高光譜遙感、評估油等污染與亦潮災(zāi)害、目標(biāo)探測與識別4/5/202540GoogleEarth看南郵4/5/2025414/5/202542激光雷達(dá)

探測大氣溫度、水蒸氣、溫度場、氣溶膠、海面風(fēng)場、高精度海地形測繪4/5/202543（5）生活娛樂光筆，光盤VCD、DVD，電視，辦公自動化設(shè)備，激光打印機(jī)、掃描儀、傳真機(jī)，等。4/5/202544夜視偵察1995~1996年的波黑戰(zhàn)爭，其出動的飛機(jī)裝備了夜間低空導(dǎo)航和目標(biāo)偵察紅外系統(tǒng)等光電裝備構(gòu)成對塞族的很大威脅。（6）軍事國防4/5/2025451991年初的海灣戰(zhàn)爭，以美國為首的多國部隊(duì)首先用衛(wèi)星上的光電遙感儀器獲取了伊拉克和科威特境內(nèi)的地面部署情報(bào)，戰(zhàn)爭中采用裝備了紅外前視儀和激光制導(dǎo)航彈的飛機(jī)進(jìn)行夜襲，取得了驚人的效果。4/5/202546紅外武器1992-1995的科索沃戰(zhàn)爭中應(yīng)用了大量光電子技術(shù)，如用于武器控制的光電精確制導(dǎo)(紅外制導(dǎo)，電視制導(dǎo)，靈巧炸彈等)，造成巨大破壞．以上充分反映光電子高新技術(shù)的奇特威力。紅外制導(dǎo)及靈巧炸彈4/5/202547光電對抗美國波音公司在2009年8月10日成功進(jìn)行了空基激光反導(dǎo)系統(tǒng)(ABL)的試驗(yàn)，成功模擬攔截了一枚帶有試驗(yàn)用傳感器的靶彈。

在試驗(yàn)中，波音747-400F載機(jī)從愛德華空軍基地起飛，用其紅外傳感器探測到了從加利福尼亞圣-尼古拉斯群島發(fā)射升空的靶彈。隨后載機(jī)火控系統(tǒng)的激光標(biāo)定裝置發(fā)射了激光束對目標(biāo)進(jìn)行照射跟蹤，最后ABL對目標(biāo)發(fā)射高能激光束，成功實(shí)施了導(dǎo)彈攔截。4/5/202548波音747-400F空基激光反導(dǎo)系統(tǒng)(ABL)4/5/202549光電子科學(xué)技術(shù)與軍事技術(shù)光電子技術(shù)使現(xiàn)代信息戰(zhàn)爭看得更清、更快，打得更準(zhǔn)，生存能力更強(qiáng)光電子科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為信息時代軍事技術(shù)的一個重要支柱。4/5/202550一、光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢——21世紀(jì)的產(chǎn)業(yè)

上世紀(jì)末以來，以光通信為核心的光電子產(chǎn)業(yè)熱潮席卷全球。在國際上舉足輕重的光電子領(lǐng)域的超級企業(yè)Nortel，JDS和Lucent大舉進(jìn)軍中國。導(dǎo)致在中華大地出現(xiàn)“光谷”浪潮。國際光電子主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增長趨勢圖1.4光電子技術(shù)發(fā)展趨勢4/5/2025512005年：光電子產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值達(dá)到電子產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值水平；2010年：以光電子信息技術(shù)為主導(dǎo)的信息產(chǎn)業(yè)將形成5萬億美元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模；2010年至2020年：光電子產(chǎn)業(yè)可能會取代傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè)，在21世紀(jì)將成為最大的產(chǎn)業(yè)；成為衡量一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和綜合國力的重要標(biāo)志之一。

國際光電子產(chǎn)業(yè)分析4/5/202552我國光電子產(chǎn)業(yè)近年來的發(fā)展迅速，每年以20%遞增；我國光電子產(chǎn)業(yè)約占全球市場的5%；2010年，我國將有450多億美元的產(chǎn)值，將占到全球10%左右的市場份額。如何實(shí)現(xiàn)這一份額，國家對光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展高度重視，各地“光谷”應(yīng)運(yùn)而生。國內(nèi)光電子產(chǎn)業(yè)分析4/5/202553二、光電子器件的發(fā)展趨勢小型化、集成化和廉價化工作波段范圍更大響應(yīng)速度更快更加適應(yīng)惡劣環(huán)境摩爾定律

集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍?；蛘哒f，當(dāng)價格不變時,每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻兩倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。4/5/202554三、光電子技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代和加速推廣應(yīng)用各類高新技術(shù)結(jié)合開拓新的技術(shù)和應(yīng)用MOEMS，生物光電子技術(shù)，納米技術(shù)4/5/202555長春北京西安重慶武漢廣州上海合肥南昌無錫福州浙江四、國內(nèi)光電子產(chǎn)業(yè)基地

我國光電子產(chǎn)業(yè)基地發(fā)展迅速，目前共有13個光電子產(chǎn)業(yè)基地我國光電子產(chǎn)業(yè)基地分布示意圖4/5/202556我國光電子技術(shù)在電子材料、器件、工藝和應(yīng)用等方面實(shí)現(xiàn)了飛躍發(fā)展，奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)并取得了一批高水平的研究成果。其中有些達(dá)到世界先進(jìn)水平，如量子阱材料和器件、光電集成（OEIC）和光子集成（PIC）技術(shù)，有些技術(shù)距離國際先進(jìn)水平只有2～3年的差距，對國內(nèi)光電子產(chǎn)業(yè)的形成和整體實(shí)力的加強(qiáng)發(fā)揮了重要作用。

4/5/202557國內(nèi)主要城市光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較1地域強(qiáng)勢領(lǐng)域科研教育實(shí)力2001年產(chǎn)值優(yōu)勢與特點(diǎn)上海光通信產(chǎn)業(yè)光顯示產(chǎn)業(yè)微電子產(chǎn)業(yè)光通信和激光技術(shù)基礎(chǔ)雄厚，有上海光機(jī)所，上海交通大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等在光電子技術(shù)方面處于國內(nèi)領(lǐng)先的院校。約210億RMB漕河涇、嘉定、松江等地區(qū)的光電子企業(yè)相對較集中，已初步形成上海光電子產(chǎn)業(yè)鏈，光通信和光顯示產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)具有相對優(yōu)勢。武漢光通信產(chǎn)業(yè)激光加工產(chǎn)業(yè)光通信和激光技術(shù)基礎(chǔ)雄厚，有武漢郵科院，華中科技大學(xué)等在光電子技術(shù)方面處于國內(nèi)領(lǐng)先的院校。

約187億RMB(含軟件)長飛(連續(xù)十年光纖光纜產(chǎn)銷量全國同行業(yè)第一)楚天激光(全國最大的專業(yè)激光產(chǎn)品制造商)；華工科技(具高校背景的上市公司，擁有“華工圖象”等多個知名品牌)。廣州光顯示產(chǎn)業(yè)光電材料產(chǎn)業(yè)光儲存產(chǎn)業(yè)有中山大學(xué)、華南師大、華南理工大學(xué)、暨南大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、廣州大學(xué)等在光電子技術(shù)方面處于國內(nèi)領(lǐng)先的院校。

約120億RMB科學(xué)城成為國內(nèi)外知名的光電子產(chǎn)業(yè)園區(qū)。吸引大批外資或合資企業(yè)，如光寶、依利安達(dá)、恒光電子、高科通信等，形成了光顯示、光存儲產(chǎn)業(yè)群。深圳光通信產(chǎn)業(yè)激光加工產(chǎn)業(yè)集中了全國各地的光電子人才，有深圳大學(xué)等從事光電子技術(shù)研究和開發(fā)的院校。

約120億RMB全國最大的光通信產(chǎn)業(yè)基地，擁有一批著名的本土企業(yè)，如華為、中興等等；另外，激光方面有大族。4/5/202558續(xù)上表2地域強(qiáng)勢領(lǐng)域科研教育實(shí)力2001年產(chǎn)值優(yōu)勢與特點(diǎn)長春光顯示、激光設(shè)備、傳統(tǒng)光學(xué)精密儀器設(shè)備產(chǎn)業(yè)軍用光電子領(lǐng)域光電子基礎(chǔ)雄厚，有長春光機(jī)所、長春理工大學(xué)、（原長春光機(jī)學(xué)院）等光電子專業(yè)院校。

約70億RMB全國主要的液晶生產(chǎn)基地；全國最大的光電編碼器生產(chǎn)基地；是世界生產(chǎn)532nm全固態(tài)綠激光器系列產(chǎn)品最大供應(yīng)商，激光加工設(shè)備、軍用光電設(shè)備力量雄厚。北京微電子、數(shù)控機(jī)床、智能儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、電子專用設(shè)備、激光技術(shù)、機(jī)器人等產(chǎn)業(yè)光通信和激光技術(shù)基礎(chǔ)雄厚，有中國科學(xué)院、清華大學(xué)、北京大學(xué)等在光電子技術(shù)方面處于國內(nèi)領(lǐng)先的院校?？蒲性核⒏咝＜?，在半導(dǎo)體激光器、光學(xué)儀器、光通信器件、激光加工等方面擁有優(yōu)勢，有“大恒光電子”等上市公司。南京蘇州昆山（江蘇）光通信、光顯示產(chǎn)業(yè)光電子學(xué)、激光技術(shù)基礎(chǔ)雄厚，東南大學(xué)、蘇州大學(xué)等在光電子技術(shù)方面處于國內(nèi)領(lǐng)先的院校。臺灣、日本、韓國等光顯示、光存儲企業(yè)搬至南京、蘇州、昆山。如三星、LG、友達(dá)、法爾勝等。寧波溫州蕭山（浙江）光通信、光器件、光材料產(chǎn)業(yè)光學(xué)儀器儀表產(chǎn)業(yè)光電子學(xué)、激光技術(shù)雄厚，有浙江大學(xué)等在國內(nèi)光電子技術(shù)方面處于國內(nèi)領(lǐng)先的院校逐步形成富有特色的光電子產(chǎn)業(yè)特色園區(qū)，如富陽市的光信息傳輸材料產(chǎn)業(yè)、寧波的光電子器件出口加工業(yè)、蕭山的光材料產(chǎn)業(yè)、浙西的光配件產(chǎn)業(yè)、溫州的光電能產(chǎn)業(yè)等。4/5/2025591.5光電信息工程專業(yè)介紹電氣信息類：光電信息工程(080616W)電氣信息類（080600）：電子信息工程(080603)電子科學(xué)與技術(shù)(080606)信息顯示與光電技術(shù)(080614)通信工程（080604）電子信息科學(xué)類（071200）：光信息科學(xué)與技術(shù)(071203)光電子技術(shù)科學(xué)(071207)電子信息科學(xué)與技術(shù)

(071299)

4/5/2025601.5光電信息工程專業(yè)介紹專業(yè)目錄調(diào)整：0807（原0806）電子信息類專業(yè)代碼學(xué)科門類、專業(yè)類、專業(yè)名稱原專業(yè)代碼原學(xué)科門類、專業(yè)類、專業(yè)名稱080705光電信息科學(xué)與工程（可授工學(xué)、理學(xué)學(xué)位）071203*光信息科學(xué)與技術(shù)071207W光電子技術(shù)科學(xué)080614W信息顯示與光電技術(shù)080616W光電信息工程080643S光電子材料與器件4/5/202561光電信息工程專業(yè)涵蓋面廣：光通信技術(shù)光電器件光電子技術(shù)光信息處理等多個方面專業(yè)基礎(chǔ)課程：“光、機(jī)、電、算”一體化光：光學(xué)、光信息處理機(jī)：機(jī)械、CAD電：電子技術(shù)算：計(jì)算機(jī)4/5/202562培養(yǎng)適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，在德智體諸方面全面發(fā)展，具有良好的科學(xué)文化素質(zhì)和創(chuàng)新能力，具備光電信息科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)寬厚的理論基礎(chǔ)、扎實(shí)的專業(yè)知識與工程能力，能在光電子學(xué)、光電信息工程、光纖應(yīng)用技術(shù)及相關(guān)的電子信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)和管理工作的光電信息科學(xué)與工程技術(shù)高級應(yīng)用型人才。專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)4/5/202563專業(yè)主干課程電路分析基礎(chǔ)、信號與系統(tǒng)、信息物理基礎(chǔ)、微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)、物理光學(xué)、應(yīng)用光學(xué)、光電子學(xué)、信息光學(xué)、激光技術(shù)、光纖通信、光電傳感技術(shù)、光電綜合實(shí)驗(yàn)，等。專業(yè)方向及特色光電信息技術(shù)方向：注重光電信息技術(shù)中光信息獲取、檢測、傳輸、處理，突出光、電荷信息技術(shù)的結(jié)合。光纖應(yīng)用技術(shù)方向：注重光纖通信、光纖傳感及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)。4/5/202564課程模塊學(xué)分實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)學(xué)分選修學(xué)分基礎(chǔ)課程模塊通識基礎(chǔ)課程

73.5

9

20.5學(xué)科基礎(chǔ)課程

38.0

8

0小計(jì)及百分比

111.563.4%

179.7%20.511.6%專業(yè)課程模塊專業(yè)基礎(chǔ)課程

27.0

9.5

0專業(yè)課程

27.5

15.5

12.5小計(jì)及百分比

54.531.0%

2514.2%12.57.1%自主個性化學(xué)習(xí)模塊

10/5.7%

10/5.7%

10/5.7%總學(xué)分

1765243學(xué)分比例100%

29.5%

24.4%培養(yǎng)計(jì)劃基本框架學(xué)分分布比例（2011）4/5/202565國內(nèi)開設(shè)本專業(yè)的主要高校：清華大學(xué)北京大學(xué)北京郵電大學(xué)南開大學(xué)哈工大復(fù)旦大學(xué)上海交通大學(xué)上海理工大學(xué)武漢大學(xué)東南大學(xué)南京郵電大學(xué)南京理工大學(xué)蘇州大學(xué)四川大學(xué)電子科技大學(xué)西安交通大學(xué)中山大學(xué)華南理工大學(xué)深圳大學(xué)4/5/202566就業(yè)前景主要在光電信息工程、光電子工程、光通信、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造、科技開發(fā)與應(yīng)用、運(yùn)行管理等工作。

作為一門新興前沿科學(xué)，光電信息工程的相關(guān)技術(shù)涵蓋了信息的傳輸、處理、存儲、輸出、顯示、執(zhí)行、控制等信息流的各個環(huán)節(jié)。與之相應(yīng)，該專業(yè)人才的就業(yè)渠道廣泛，高等學(xué)校、科研部門、交通、能源、通訊、網(wǎng)絡(luò)等行業(yè)都是本專業(yè)畢業(yè)生大展鴻圖之地。4/5/2025671.簡述信息傳遞模型，并以光信息傳遞過程為例說明。2.光電信息技術(shù)如何分類？3.光電信息技術(shù)主要有哪些應(yīng)用？4.光電信息工程專業(yè)的主要課程。思考與練習(xí)題4/5/2025684/5/202569五、光子信息器件分類光源器件相干光源：激光，非線性光學(xué)器件非相干光源：照明光源，顯示光源，信息處理用光源光傳輸器件光學(xué)元件（棱鏡、透鏡、光柵等）光波導(dǎo)，光纖光控制器件調(diào)制器，偏轉(zhuǎn)器，光開關(guān)，光雙穩(wěn)器件光探測器件光電發(fā)射型，光電導(dǎo)型，光伏型，熱伏型光存儲器件光盤（CD,VCD,DVD），光驅(qū)，光盤塔4/5/202570光與光子學(xué)\電與電子學(xué)比較1光與光子學(xué)電與電子學(xué)屬性電子光子波長3cm—30cm~500nm頻率10MHz—10GHz500THz能量40nev—40pev2ev傳輸損失高（銅線中）低（光纖中）粒子相互作用高無（低）4/5/202571光子器件與電子器件性能比較2性能光子器件電子器件信息載體特性和傳輸方