FEATURE I Micro Nano Optics 表3光电子信息技术的光电混合特点 激光器调制器衰减器波分复用器 信息领域功能单元 技术种类 DWDM光纤 光纤放大镜 信号传输 光子技术 通信 通信系统 信号交换 电子交换器电子技术 计算机CPU硅电子芯片 电子技术 一位 计算机外设光盘、 输出/输入 光子技术 化合物单导体石英光质无纤光多」 图2光纤通信发射端的光子器件由不同材料构成 传感元件 光纤传感器 光子技术 传感 光纤网络 光纤通信的进一步发展是实现全光通信,如今的 信息处理解调器,电子开关电子技术 电子交换机需要换成光子交换机,这样光信号的交换 可以不经过光电转换直接在光域中完成,因此全光开 2微光子学技术 关器件的研究至关重要。但是低功耗、高速的全光开 微光子学从1970年起发展至今,已近40年。目关只有在纳光学和飞秒激光技术的条件下才能实现 前信息微光子技术的核心技术是光纤通信,而能量微22能源微光子技术的热点——光照明、太阳电池 光子技术的热点技术有半导体光照明、太阳电池等。2.2.1半导体光照明 21信息微光子技术的关键—光纤通信技术 人类经历过两次照明革命。第一次是20世纪从 光纤通信技术的重要性表现在 火到白炽灯和荧光灯的革命,第二次是21世纪使用 1)光纤通信以其高带宽和波分复用并行处理技半导体光源(LED)的革命。LED光源的优点是 术而大大优越于电子通信。由于掺饵光纤放大器1)高效节能:可以减少全球照明用电的50%和总 (EDFA)和密集波分复用器(DWDM)的发明,使光通耗电的10%; 信实现了“全光传输”; )降低成本:节约灯灯具、电费的开支达到每年 2)光纤通信的器件技术,如有源器件、无源器件2500亿美元; 以及光纤、光缆等已经被广泛应用于其他技术,如光 3)绿色环保:可以减少CO2和SO2的排放量达到 纤传感技术、生物、医学光子技术、军用光子技术等 3.5万吨; 3)光纤通信的系统技术也已经用于巨型计算机4长寿命:LED光源比白炽灯寿命长10倍:比荧 和光纤传感网络等; 4)光纤通信的发展前景是光网技术。现在只剩下光灯长5倍 将LED与传统电光源的发光效率和使用寿命比 解决“最后1公里”的问题。“光纤到户”的普及是当前 较,大功率的白炽灯、荧光灯和白光LED的发光效率 的迫切任务。 光纤到户的主要困难是成本问题。为什么光纤通 分别是15,70-100,200lm/;寿命分别是1,20,大于 信的成本会那么高?因为元器件的价格太高。根本原 100kWh。 因是光通信器件的材料不统一,因此不能像电子技术 于半导体光照明的重要性,世界发达国家都纷 那样实现集成化和自动化 纷制定国家发展规划,注入重金开发这项技术。如美 光纤通信元器件材料不统一的情况,只要看看信国的“下一代照明光源计划”、日本的“21世纪光计 号发射机部分就可见一般了如图2所示。激光器是划”、欧共体的“彩虹计划”等,我国也提出了“国家半 化合物半导体材料,调制器是石英材料,衰减器是磁导体照明工程计划”。 光材料,稳频器是石英光纤,波分复用器是多层介质222半导体太阳电 膜,光纤放大器是掺铒光纤加抽运激光器等。 当今世界能源紧张,而太阳能的储量大得惊人 为实现器件材料的统一,人们正研究在石英基底地球表面每年接收到的太阳辐射能量高达18 上实现光子-电子共集成。主要困难是:硅是间接带隙0kWhe太阳是人类可以利用的最丰富的能源,而 半导体材料而不能发光;石英非线性太弱不易做全光且是一种最洁净的能源,不存在运输问题可以就地 开关。这两个困难在纳米光子学条件下都有可能解开发。 决,如可采取纳米硅晶发光,可采用微环谐振器做低 利用太阳能的主要物理效应是光伏效应,而半导 功耗全光开关 体p-n结器件的光电转换效率最高,因此称这类光伏 中国光学期刊网ww. opticsjournal.net17