时间：2022-04-19 05:42:34
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1纳米导线激光器
2001年，美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员在只及人的头发丝千分之一的纳米光导线上制造出世界最小的激光器-纳米激光器。这种激光器不仅能发射紫外激光，经过调整后还能发射从蓝色到深紫外的激光。研究人员使用一种称为取向附生的标准技术，用纯氧化锌晶体制造了这种激光器。他们先是"培养"纳米导线，即在金层上形成直径为20nm～150nm，长度为10000nm的纯氧化锌导线。然后，当研究人员在温室下用另一种激光将纳米导线中的纯氧化锌晶体激活时，纯氧化锌晶体会发射波长只有17nm的激光。这种纳米激光器最终有可能被用于鉴别化学物质，提高计算机磁盘和光子计算机的信息存储量。
2紫外纳米激光器
继微型激光器、微碟激光器、微环激光器、量子雪崩激光器问世后，美国加利福尼亚伯克利大学的化学家杨佩东及其同事制成了室温纳米激光器。这种氧化锌纳米激光器在光激励下能发射线宽小于0.3nm、波长为385nm的激光，被认为是世界上最小的激光器，也是采用纳米技术制造的首批实际器件之一。在开发的初始阶段，研究人员就预言这种ZnO纳米激光器容易制作、亮度高、体积小，性能等同甚至优于GaN蓝光激光器。由于能制作高密度纳米线阵列，所以，ZnO纳米激光器可以进入许多今天的GaAs器件不可能涉及的应用领域。为了生长这种激光器，ZnO纳米线要用催化外延晶体生长的气相输运法合成。首先，在蓝宝石衬底上涂敷一层1nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一个氧化铝舟上，将材料和衬底在氨气流中加热到880℃~905℃，产生Zn蒸汽，再将Zn蒸汽输运到衬底上，在2min~10min的生长过程内生成截面积为六边形的2μm~10μm的纳米线。研究人员发现，ZnO纳米线形成天然的激光腔，其直径为20nm~150nm，其大部分（95％）直径在70nm~100nm。为了研究纳米线的受激发射，研究人员用Nd:YAG激光器（266nm波长，3ns脉宽）的四次谐波输出在温室下对样品进行光泵浦。在发射光谱演变期间，光随泵浦功率的增大而激射，当激射超过ZnO纳米线的阈值（约为40kW／cm）时，发射光谱中会出现最高点，这些最高点的线宽小于0.3nm，比阈值以下自发射顶点的线宽小1/50以上。这些窄的线宽及发射强度的迅速提高使研究人员得出结论：受激发射的确发生在这些纳米线中。因此，这种纳米线阵列可以作为天然的谐振腔，进而成为理想的微型激光光源。研究人员相信，这种短波长纳米激光器可应用在光计算、信息存储和纳米分析仪等领域中。
3量子阱激光器
2010年前后，蚀刻在半导体片上的线路宽度将达到100nm以下，在电路中移动的将只有少数几个电子，一个电子的增加和减少都会给电路的运行造成很大影响。为了解决这一问题，量子阱激光器就诞生了。在量子力学中，把能够对电子的运动产生约束并使其量子化的势场称之成为量子阱。而利用这种量子约束在半导体激光器的有源层中形成量子能级，使能级之间的电子跃迁支配激光器的受激辐射，这就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有两种类型：量子线激光器和量子点激光器。
3.1量子线激光器
近日，科学家研制出功率比传统激光器大1000倍的量子线激光器，从而向创造速度更快的计算机和通信设备迈进了一大步。这种激光器可以提高音频、视频、因特网及其他采用光纤网络的通信方式的速度，它是由来自耶鲁大学、位于新泽西洲的朗讯科技公司贝尔实验室及德国德累斯顿马克斯·普朗克物理研究所的科学家们共同研制的。这些较高功率的激光器会减少对昂贵的中继器的要求，因为这些中继器在通信线路中每隔80km（50mile）安装一个，再次产生激光脉冲，脉冲在光纤中传播时强度会减弱（中继器）。
3.2量子点激光器
由直径小于20nm的一堆物质构成或者相当于60个硅原子排成一串的长度的量子点，可以控制非常小的电子群的运动而不与量子效应冲突。科学家们希望用量子点代替量子线获得更大的收获，但是，研究人员已制成的量子点激光器却不尽人意。原因是多方面的，包括制造一些大小几乎完全相同的电子群有困难。大多数量子装置要在极低的温度条件下工作，甚至微小的热量也会使电子变得难以控制，并且陷入量子效应的困境。但是，通过改变材料使量子点能够更牢地约束电子，日本电子技术实验室的松本和斯坦福大学的詹姆斯和哈里斯等少数几位工程师最近已制成可在室温下工作的单电子晶体管。但很多问题仍有待解决，开关速度不高，偶然的电能容易使单个电子脱离预定的路线。因此，大多数科学家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的计算机设计量子装置。
4微腔激光器
微腔激光器是当代半导体研究领域的热点之一，它采用了现代超精细加工技术和超薄材料加工技术，具有高集成度、低噪声的特点，其功耗低的特点尤为显著，100万个激光器同时工作，功耗只有5W。
该激光器主要的类型就是微碟激光器，即一种形如碟型的微腔激光器，最早由贝尔实验室开发成功。其内部为采用先进的蚀刻工艺蚀刻出的直径只有几微米、厚度只有100nm的极薄的微型园碟，园碟的周围是空气，下面靠一个微小的底座支撑。由于半导体和空气的折射率相差很大，微碟内产生的光在此结构内发射，直到所产生的光波积累足够多的能量后沿着它的边缘折射，这种激光器的工作效率很高、能量阈值很低，工作时只需大约100μA的电流。
长春光学精密机械学院高功率半导体激光国家重点实验室和中国科学院北京半导体研究所从经典量子电动力学理论出发研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反应离子刻蚀和选择化学腐蚀等微细加工技术制备出直径为9.5μm、低温光抽运InGaAs／InGaAsP多量子阱碟状微腔激光器。它在光通讯、光互联和光信息处理等方面有着很好的应用前景，可用作信息高速公路中最理想的光源。
微腔光子技术，如微腔探测器、微腔谐振器、微腔光晶体管、微腔放大器及其集成技术研究的突破，可使超大规模集成光子回路成为现实。因此，包括美国在内的一些发达国家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。长春光机与物理所的科技人员打破常规，用光刻方法实现了碟型微腔激光器件的图形转移，用湿法及干法刻蚀技术制作出碟型微腔结构，在国内首次研制出直径分别为8μm、4.5μm和2μm的光泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器。其中，2μm直径的微碟激光器在77K温度下的激射阔值功率为5μW，是目前国际上报道中的最好水平。此外，他们还在国内首次研制出激射波长为1.55μm，激射阈值电流为2.3mA，在77K下激射直径为10μm的电泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器以及国际上首个带有引出电极结构的电泵浦微柱激光器。值得一提的是，这种微碟激光器具有高集成度、低阈值、低功耗、低噪声、极高的响应、可动态模式工作等优点，在光通信、光互连、光信息处理等方面的应用前景广阔，可用于大规模光子器件集成光路，并可与光纤通信网络和大规模、超大规模集成电路匹配，组成光电子信息集成网络，是当代信息高速公路技术中最理想的光源；同时，可以和其他光电子元件实现单元集成，用于逻辑运算、光网络中的光互连等。
5新型纳米激光器
据报道，世界上最早的纳米激光器是由美国加州大学伯克利分校的科学家于2001年制造的，当时使用的是氧化锌纳米线，可发射紫外光，经过调整后还能发射从蓝色到深紫外的激光。但是，美中不足的是只有用另一束激光将纳米线中的氧化锌晶体激活，其才会发射出激光。而新型纳米激光器具备了电子自动开关的性能，无需借助外力激活，这无疑会使其实用性大为增强。
论文关键词：纳米导线激光器；紫外纳米激光器；量子阱激光器；微腔激光器；新型纳米激光器
论文摘要：纳米光电子技术是一门新兴的技术，近年来越来越受到世界各国的重视，而随着该技术产生的纳米光电子器件更是成为了人们关注的焦点。主要介绍了纳米光电子器件的发展现状。
一、薄膜制备技术
薄膜制备方法多种多样，总的说来可以分为两种——物理的和化学的。物理方法指在薄膜的制备过程中，原材料只发生物理的变化，而化学方法中，则要利用到一些化学反应才能得到薄膜。
1.化学气相淀积法(CVD)
目前光电子器件的制备中常用的化学方法主要有等离子体增强化学气相淀积（PECVD）和金属有机物化学气相淀积（MOCVD）。
化学气相淀积是制备各种薄膜的常用方法，利用这一技术可以在各种基片上制备多种元素及化合物薄膜。传统的化学气相淀积一般需要在高温下进行，高温常常会使基片受到损坏，而等离子体增强化学气相淀积（PECVD）则能解决这一问题。等离子体的基本作用是促进化学反应，等离子体中的电子的平均能量足以使大多数气体电离或分解。用电子动能代替热能，这就大大降低了薄膜制备环境的温度，采用PECVD技术，一般在1000℃以下。利用PECVD技术可以制备SiO2、Si3N4、非晶Si:H、多晶Si、SiC等介电和半导体膜，能够满足光电子器件的研发和制备对新型和优质材料的大量需求。
金属有机物化学气相淀积（MOCVD）是利用有机金属热分解进行气相外延生长的先进技术，目前主要用于化合物半导体的薄膜气相生长，因此在以化合物半导体为主的光电子器件的制备中，它是一种常用的方法。利用MOCVD技术可以合成组分按任意比例组成的人工合成材料，薄膜厚度可以精确控制到原子级，从而可以很方便的得到各种薄膜结构型材料，如量子阱、超晶格等。这种技术使得量子阱结构在激光器和LED等器件中得到广泛的应用，大大提高了器件性能。2.物理气相淀积（PVD）
化学反应一般需要在高温下进行，基片所处的环境温度一般较高，这样也就同时限制了基片材料的选取。相对于化学气相淀积的这些局限性，物理气相淀积（PVD）则显示出其独有的优越性，它对淀积材料和基片材料均没有限制。制备光电子器件的薄膜常用的PVD技术有蒸发冷凝法、溅射法和分子束外延。
蒸发冷凝法是薄膜制备中最为广泛使用的一种技术，它是在真空环境下，给待蒸发物提供足够的热量以获得蒸发所必需的蒸汽压，在适当的温度下，蒸发粒子在基片上凝结，实现薄膜沉积。蒸发冷凝法按加热源的不同有可分为电阻加热法、等离子体加热法、高频感应法、激光加热法和电子束加热法，后两种在光电子器件的制备中比较常用。
电子束加热法是将高速电子束打到待蒸发材料上，电子的动能迅速转换成热能，是材料蒸发。它的优点是可以避免待蒸发材料与坩埚发生反应，从而得到高纯的薄膜材料。近年来人们又研制出具有磁聚焦和磁弯曲的电子束蒸发装置，使用这样的装置，电子束可以被聚焦到位于基片之间的一个或多个支架中的待蒸发物上。
激光蒸发法是一种在高真空下制备薄膜的技术，激光作为热源使待蒸镀材料蒸发。激光源放置在真空室外部，激光光束通过真空室窗口打到待蒸镀材料上使之蒸发，最后沉积在基片上。激光蒸发法具有超清洁、蒸发速度快、容易实现顺序多元蒸发等优点。后来人们使用脉冲激光，可使原材料在很高温度下迅速加热和冷却，瞬间蒸发在靶的某一小区域得以实现。由于脉冲激光可产生高功率脉冲，完全可以创造瞬间蒸发的条件，因此脉冲激光蒸发法对于化合物材料的组元蒸发具有很大优势。使用激光蒸发法可以得到光学性质较好的薄膜材料，包括ZnO和Ge膜等。
溅射是指具有足够高能量的粒子轰击固体表面（靶）使其中的原子或分子发射出来。这些被溅射出来的粒子带有一定的动能，并具有方向性。将溅射出来的物质沉积到基片上形成薄膜的方法成为溅射法，它也是物理气相淀积法的一种。溅射法又分直流溅射、离子溅射、射频溅射和磁控溅射，目前用的比较多的是后两种。在溅射靶上加有射频电压的溅射称为射频溅射，它是适用于各种金属和非金属材料的一种溅射淀积方法。磁控溅射的原理是，溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速称为高能电子，但它们并不直接飞向阴极，而是在电场和磁场的联合作用下进行近似摆线的运动。在运动中高能电子不断地与气体分子发生碰撞，并向后者转移能量，使之电离而本身成为低能电子。这些低能电子沿磁力线漂移到阴极附近的辅助阳极而被吸收，从而避免了高能电子对基片的强烈轰击，同时，电子要经过大约上百米的飞行才能到达阳极，碰撞频率大约为107/s，因此磁控溅射的电离效率高。磁控溅射不仅可以得到很高的溅射速率，而且在溅射金属时还可以避免二次电子轰击而使基板保持接近冷态。
分子束外延（MBE）技术是一种可在原子尺度上精确控制外延厚度、掺杂和界面平整度的超薄层薄膜制备技术。所谓“外延”就是在一定的单晶材料衬底上，沿着衬底的某个指数晶面向外延伸生长一层单晶薄膜。分子束外延是在超高真空条件下，精确控制原材料的分子束强度，把分子束射入被加热的底片上而进行外延生长的。由于其蒸发源、监控系统和分析系统的高性能和真空环境的改善，能够得到极高质量的薄膜单晶体，可以说它是一种以真空蒸镀为基础的一种全新的薄膜生长方法。
三、结语
薄膜技术是研制新材料、新结构的重要方法之一，用薄膜技术制作的薄膜材料不仅具有优良的光电性能、钝化性能、强的阻挡杂质粒子扩散以及抗水汽渗透能力，在光电子器件中得到广泛的应用，主要用来充当绝缘层、钝化保护层以及各种敏感膜层等，而且还具有很高的硬度和强的化学稳定性，从而在材料改性技术领域中也将有着广阔的应用前景。【摘要】本文介绍了在光电子器件制造中常用的几种薄膜技术的原理以及各自的特点。
论文关键词：世界光电子技术和产业的发展；我国的光电子技术和产业
论文摘要：光电子器件和部件广泛应用于长距离大容量光纤通信、光存储、光显示、光互联、光信息处理、激光加工、激光医疗和军事武器装备，预期还会在未来的光计算中发挥重要作用。本文将介绍国内外光电子技术及光电子产业的发展。
如果说微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。美国商务部指出：“90年代，全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。日本《呼声》月刊也有类似的评论：“21世纪具有代表意义的主导产业，第一是光电子产业，第二是信息通信产业，第三是健康和福利产业……”，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。
1世界光电子技术和产业的发展
光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料，光纤已经成为通信网的重要传输媒介，现在世界上大约有60%的通信业务经光纤传输，到20世纪末将达到85%，但从目前光纤通信的整体水平来看，仍处于初级阶段，光纤通信的巨大潜力还没有完全开发出来。目前，各种新技术层出不穷，密集波分复用技术（DWDM，在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力）、掺铒光纤放大器技术（EDFA，可将光信号直接放大，具有输出功率高、噪声小，增益带宽等优点）已取得突破性进展并得到广泛的应用。现在DWDM系统和光传输设备中，光电技术的比例将从过去比重不到10%达到90%。一种全新的、无需进行任何光电变换的光波通信——“全光通信”，由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展，也日趋成熟，将在横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用，给全球的通信业带来蓬勃生机。为此提供支撑的就是半导体光电子器件和部件。光电子器件和技术已形成一个快速增长的、巨大的光电子产业，对国民经济的发展起着越来越大的作用。美国光电子产业振兴协会估计，到2003年，光电子产业的总产值将达2000亿美元。
Internet应用的飞速增长对电信骨干网带宽提出越来越高的需求，为满足需求的增长，人们可以铺设更多的光纤，或靠提高单路光的信息运载量（现在主干网可以分别工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性设备）。但更主要的方法却是靠发展波分复用技术，增加光纤内通光的路数（光波分复用的实验记录已经达到2.64Tbps）。波分复用技术的普遍运用为光电子器件和部件提供了广阔的、快速增长的市场。无限战略公司的报告指出：“信号传输用1.31μm和1.55μm激光器市场1999年达到13亿美元，比去年增加23%；1.48μm信号放大用激光器1999年市场份额达到1.6亿美元，比去年增加33%；980nm信号放大用激光器销售额达2.9亿美元，比去年增长121%。整个激光器市场的份额1999年达18亿美元，预期2003年将达到30亿美元”。美国通信工业研究公司（CIR）的研究预测，北美市场光电子部件的市场规模将由目前的28亿美元增长到2003年的61亿美元，约每年增长18.5%。密集波分复用设备销售额也将从1998年的22亿美元增加到2004年的94亿美元。报告称虽然10年内全光通信还不会全面商业化，但是全光交换将在几年内成为市场主流，报告也指出尽管光学部件市场被大公司所占据，但仍有创新性公司进入的可能。
2我国的光电子技术和产业
近10年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的进展，在很多领域同国外先进国家只有两三年的距离，个别领域还处于世界领先地位国内光电子有关产业基地在光电子器件、部件和子系统（如激光器、探测器、光收发模块、EDFA、无源光器件）等已经占领了国内较大的市场份额，初步具备同国外大公司竞争的能力，在毫无市场保护的情况下，靠自己的力量争得了一席之地，市场营销逐年有较大的增长，个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩。我国相应研究发展基地和本领域高技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白，打破国外产品在市场上的垄断地位，同时争取进入国际市场。
掺铒光纤放大器（EDFA）是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件，国内企业产品占国内市场40%的份额。我国也是目前国际上少数几个有能力研制PIC和OEIC的国家。808nm大功率激光器及其泵浦的固体绿光激光器，670nm红光激光器已产品化和商品化并批量占领国际市场。国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件，90%使用国产器件，国产1.55μmDFB激光器战胜了国外器件，占领了100%的国内市场。
但是，我们应当认识到在我国光电子技术发展中，光电子器件、部件虽是光通信、光显示、光存储等高技术产业的关键部分，但在整个系统和设备成本中所占的比重较小，其产值较低，目前科研开发主要处于跟踪和小批量生产阶段，光电子产业所需的规模化、产业化生产技术目前还未有实质突破；国内研究生产的光电器件和部件有相当部分还未能满足整机和系统的要求，导致国外器件占据国内市场相当多的份额；在机制上仍未摆脱科研、生产、市场相互脱离的状况。
我国在光电子技术方面是与国际水平差距相对较小的一个领域，与世界发达国家几乎同时起步。但是我们应该清醒地认识到我国制造技术的落后和材料水平有限，而国际上光电子产业已经进入加速发展阶段，留给我们的时间只有三到五年，如果我们不在目前产业化的技术发展阶段进入，就会失去大好时机。机不可失，时不再来，到产业化后期时将要花数倍的力量才能弥补，也许会彻底失去时机，受制于人。
如果一个国家在一代元件上没有足够的投资以发展自主能力，就会给外国竞争者提供进入并占领下几代技术市场的机会。因而在关键器件、部件等方面，要通过引进社会资金和风险投资，知识产权入股、开发人员持股等方式加快我国光电子成果的产业化步伐，鼓励科研人员成果转化。只要贯彻有“有所为，有所不为”的方针，狠抓创新和高技术成果转化，打破行业界限，按市场机制联合国内相关研究和开发单位，共同作好光电子产业化的工作，就一定能发展我国的光电子事业，有望在研究上取得突破，在产业上形成规模经济，取得我国在该领域应有的市场份额。
论文关键词：世界光电子技术和产业的发展；我国的光电子技术和产业
论文摘要：光电子器件和部件广泛应用于长距离大容量光纤通信、光存储、光显示、光互联、光信息处理、激光加工、激光医疗和军事武器装备，预期还会在未来的光计算中发挥重要作用。本文将介绍国内外光电子技术及光电子产业的发展。
如果说微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。美国商务部指出：“90年代，全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。日本《呼声》月刊也有类似的评论：“21世纪具有代表意义的主导产业，第一是光电子产业，第二是信息通信产业，第三是健康和福利产业……”，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。
1世界光电子技术和产业的发展
光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料，光纤已经成为通信网的重要传输媒介，现在世界上大约有60%的通信业务经光纤传输，到20世纪末将达到85%，但从目前光纤通信的整体水平来看，仍处于初级阶段，光纤通信的巨大潜力还没有完全开发出来。目前，各种新技术层出不穷，密集波分复用技术（DWDM，在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力）、掺铒光纤放大器技术（EDFA，可将光信号直接放大，具有输出功率高、噪声小，增益带宽等优点）已取得突破性进展并得到广泛的应用。现在DWDM系统和光传输设备中，光电技术的比例将从过去比重不到10%达到90%。一种全新的、无需进行任何光电变换的光波通信——“全光通信”，由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展，也日趋成熟，将在横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用，给全球的通信业带来蓬勃生机。为此提供支撑的就是半导体光电子器件和部件。光电子器件和技术已形成一个快速增长的、巨大的光电子产业，对国民经济的发展起着越来越大的作用。美国光电子产业振兴协会估计，到2003年，光电子产业的总产值将达2000亿美元。
Internet应用的飞速增长对电信骨干网带宽提出越来越高的需求，为满足需求的增长，人们可以铺设更多的光纤，或靠提高单路光的信息运载量（现在主干网可以分别工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性设备）。但更主要的方法却是靠发展波分复用技术，增加光纤内通光的路数（光波分复用的实验记录已经达到2.64Tbps）。波分复用技术的普遍运用为光电子器件和部件提供了广阔的、快速增长的市场。无限战略公司的报告指出：“信号传输用1.31μm和1.55μm激光器市场1999年达到13亿美元，比去年增加23%；1.48μm信号放大用激光器1999年市场份额达到1.6亿美元，比去年增加33%；980nm信号放大用激光器销售额达2.9亿美元，比去年增长121%。整个激光器市场的份额1999年达18亿美元，预期2003年将达到30亿美元”。美国通信工业研究公司（CIR）的研究预测，北美市场光电子部件的市场规模将由目前的28亿美元增长到2003年的61亿美元，约每年增长18.5%。密集波分复用设备销售额也将从1998年的22亿美元增加到2004年的94亿美元。报告称虽然10年内全光通信还不会全面商业化，但是全光交换将在几年内成为市场主流，报告也指出尽管光学部件市场被大公司所占据，但仍有创新性公司进入的可能。
2我国的光电子技术和产业
近10年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的进展，在很多领域同国外先进国家只有两三年的距离，个别领域还处于世界领先地位。国内光电子有关产业基地在光电子器件、部件和子系统（如激光器、探测器、光收发模块、EDFA、无源光器件）等已经占领了国内较大的市场份额，初步具备同国外大公司竞争的能力，在毫无市场保护的情况下，靠自己的力量争得了一席之地，市场营销逐年有较大的增长，个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩。我国相应研究发展基地和本领域高技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白，打破国外产品在市场上的垄断地位，同时争取进入国际市场。
掺铒光纤放大器（EDFA）是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件，国内企业产品占国内市场40%的份额。我国也是目前国际上少数几个有能力研制PIC和OEIC的国家。808nm大功率激光器及其泵浦的固体绿光激光器，670nm红光激光器已产品化和商品化并批量占领国际市场。国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件，90%使用国产器件，国产1.55μmDFB激光器战胜了国外器件，占领了100%的国内市场。
但是，我们应当认识到在我国光电子技术发展中，光电子器件、部件虽是光通信、光显示、光存储等高技术产业的关键部分，但在整个系统和设备成本中所占的比重较小，其产值较低，目前科研开发主要处于跟踪和小批量生产阶段，光电子产业所需的规模化、产业化生产技术目前还未有实质突破；国内研究生产的光电器件和部件有相当部分还未能满足整机和系统的要求，导致国外器件占据国内市场相当多的份额；在机制上仍未摆脱科研、生产、市场相互脱离的状况。
我国在光电子技术方面是与国际水平差距相对较小的一个领域，与世界发达国家几乎同时起步。但是我们应该清醒地认识到我国制造技术的落后和材料水平有限，而国际上光电子产业已经进入加速发展阶段，留给我们的时间只有三到五年，如果我们不在目前产业化的技术发展阶段进入，就会失去大好时机。机不可失，时不再来，到产业化后期时将要花数倍的力量才能弥补，也许会彻底失去时机，受制于人。
如果一个国家在一代元件上没有足够的投资以发展自主能力，就会给外国竞争者提供进入并占领下几代技术市场的机会。因而在关键器件、部件等方面，要通过引进社会资金和风险投资，知识产权入股、开发人员持股等方式加快我国光电子成果的产业化步伐，鼓励科研人员成果转化。只要贯彻有“有所为，有所不为”的方针，狠抓创新和高技术成果转化，打破行业界限，按市场机制联合国内相关研究和开发单位，共同作好光电子产业化的工作，就一定能发展我国的光电子事业，有望在研究上取得突破，在产业上形成规模经济，取得我国在该领域应有的市场份额。
论文关键词：纳米导线激光器；紫外纳米激光器；量子阱激光器；微腔激光器；新型纳米激光器
论文摘要：纳米光电子技术是一门新兴的技术，近年来越来越受到世界各国的重视，而随着该技术产生的纳米光电子器件更是成为了人们关注的焦点。主要介绍了纳米光电子器件的发展现状。
1纳米导线激光器
2001年，美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员在只及人的头发丝千分之一的纳米光导线上制造出世界最小的激光器-纳米激光器。这种激光器不仅能发射紫外激光，经过调整后还能发射从蓝色到深紫外的激光。研究人员使用一种称为取向附生的标准技术，用纯氧化锌晶体制造了这种激光器。他们先是"培养"纳米导线，即在金层上形成直径为20nm～150nm，长度为10000nm的纯氧化锌导线。然后，当研究人员在温室下用另一种激光将纳米导线中的纯氧化锌晶体激活时，纯氧化锌晶体会发射波长只有17nm的激光。这种纳米激光器最终有可能被用于鉴别化学物质，提高计算机磁盘和光子计算机的信息存储量。
2紫外纳米激光器
继微型激光器、微碟激光器、微环激光器、量子雪崩激光器问世后，美国加利福尼亚伯克利大学的化学家杨佩东及其同事制成了室温纳米激光器。这种氧化锌纳米激光器在光激励下能发射线宽小于0.3nm、波长为385nm的激光，被认为是世界上最小的激光器，也是采用纳米技术制造的首批实际器件之一。在开发的初始阶段，研究人员就预言这种ZnO纳米激光器容易制作、亮度高、体积小，性能等同甚至优于GaN蓝光激光器。由于能制作高密度纳米线阵列，所以，ZnO纳米激光器可以进入许多今天的GaAs器件不可能涉及的应用领域。为了生长这种激光器，ZnO纳米线要用催化外延晶体生长的气相输运法合成。首先，在蓝宝石衬底上涂敷一层1nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一个氧化铝舟上，将材料和衬底在氨气流中加热到880℃~905℃，产生Zn蒸汽，再将Zn蒸汽输运到衬底上，在2min~10min的生长过程内生成截面积为六边形的2μm~10μm的纳米线。研究人员发现，ZnO纳米线形成天然的激光腔，其直径为20nm~150nm，其大部分（95％）直径在70nm~100nm。为了研究纳米线的受激发射，研究人员用Nd:YAG激光器（266nm波长，3ns脉宽）的四次谐波输出在温室下对样品进行光泵浦。在发射光谱演变期间，光随泵浦功率的增大而激射，当激射超过ZnO纳米线的阈值（约为40kW／cm）时，发射光谱中会出现最高点，这些最高点的线宽小于0.3nm，比阈值以下自发射顶点的线宽小1/50以上。这些窄的线宽及发射强度的迅速提高使研究人员得出结论：受激发射的确发生在这些纳米线中。因此，这种纳米线阵列可以作为天然的谐振腔，进而成为理想的微型激光光源。研究人员相信，这种短波长纳米激光器可应用在光计算、信息存储和纳米分析仪等领域中。
3量子阱激光器
2010年前后，蚀刻在半导体片上的线路宽度将达到100nm以下，在电路中移动的将只有少数几个电子，一个电子的增加和减少都会给电路的运行造成很大影响。为了解决这一问题，量子阱激光器就诞生了。在量子力学中，把能够对电子的运动产生约束并使其量子化的势场称之成为量子阱。而利用这种量子约束在半导体激光器的有源层中形成量子能级，使能级之间的电子跃迁支配激光器的受激辐射，这就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有两种类型：量子线激光器和量子点激光器。
3.1量子线激光器
近日，科学家研制出功率比传统激光器大1000倍的量子线激光器，从而向创造速度更快的计算机和通信设备迈进了一大步。这种激光器可以提高音频、视频、因特网及其他采用光纤网络的通信方式的速度，它是由来自耶鲁大学、位于新泽西洲的朗讯科技公司贝尔实验室及德国德累斯顿马克斯·普朗克物理研究所的科学家们共同研制的。这些较高功率的激光器会减少对昂贵的中继器的要求，因为这些中继器在通信线路中每隔80km（50mile）安装一个，再次产生激光脉冲，脉冲在光纤中传播时强度会减弱（中继器）。
3.2量子点激光器
由直径小于20nm的一堆物质构成或者相当于60个硅原子排成一串的长度的量子点，可以控制非常小的电子群的运动而不与量子效应冲突。科学家们希望用量子点代替量子线获得更大的收获，但是，研究人员已制成的量子点激光器却不尽人意。原因是多方面的，包括制造一些大小几乎完全相同的电子群有困难。大多数量子装置要在极低的温度条件下工作，甚至微小的热量也会使电子变得难以控制，并且陷入量子效应的困境。但是，通过改变材料使量子点能够更牢地约束电子，日本电子技术实验室的松本和斯坦福大学的詹姆斯和哈里斯等少数几位工程师最近已制成可在室温下工作的单电子晶体管。但很多问题仍有待解决，开关速度不高，偶然的电能容易使单个电子脱离预定的路线。因此，大多数科学家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的计算机设计量子装置。
4微腔激光器
微腔激光器是当代半导体研究领域的热点之一，它采用了现代超精细加工技术和超薄材料加工技术，具有高集成度、低噪声的特点，其功耗低的特点尤为显著，100万个激光器同时工作，功耗只有5W。该激光器主要的类型就是微碟激光器，即一种形如碟型的微腔激光器，最早由贝尔实验室开发成功。其内部为采用先进的蚀刻工艺蚀刻出的直径只有几微米、厚度只有100nm的极薄的微型园碟，园碟的周围是空气，下面靠一个微小的底座支撑。由于半导体和空气的折射率相差很大，微碟内产生的光在此结构内发射，直到所产生的光波积累足够多的能量后沿着它的边缘折射，这种激光器的工作效率很高、能量阈值很低，工作时只需大约100μA的电流。
长春光学精密机械学院高功率半导体激光国家重点实验室和中国科学院北京半导体研究所从经典量子电动力学理论出发研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反应离子刻蚀和选择化学腐蚀等微细加工技术制备出直径为9.5μm、低温光抽运InGaAs／InGaAsP多量子阱碟状微腔激光器。它在光通讯、光互联和光信息处理等方面有着很好的应用前景，可用作信息高速公路中最理想的光源。
微腔光子技术，如微腔探测器、微腔谐振器、微腔光晶体管、微腔放大器及其集成技术研究的突破，可使超大规模集成光子回路成为现实。因此，包括美国在内的一些发达国家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。长春光机与物理所的科技人员打破常规，用光刻方法实现了碟型微腔激光器件的图形转移，用湿法及干法刻蚀技术制作出碟型微腔结构，在国内首次研制出直径分别为8μm、4.5μm和2μm的光泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器。其中，2μm直径的微碟激光器在77K温度下的激射阔值功率为5μW，是目前国际上报道中的最好水平。此外，他们还在国内首次研制出激射波长为1.55μm，激射阈值电流为2.3mA，在77K下激射直径为10μm的电泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器以及国际上首个带有引出电极结构的电泵浦微柱激光器。值得一提的是，这种微碟激光器具有高集成度、低阈值、低功耗、低噪声、极高的响应、可动态模式工作等优点，在光通信、光互连、光信息处理等方面的应用前景广阔，可用于大规模光子器件集成光路，并可与光纤通信网络和大规模、超大规模集成电路匹配，组成光电子信息集成网络，是当代信息高速公路技术中最理想的光源；同时，可以和其他光电子元件实现单元集成，用于逻辑运算、光网络中的光互连等。
5新型纳米激光器
据报道，世界上最早的纳米激光器是由美国加州大学伯克利分校的科学家于2001年制造的，当时使用的是氧化锌纳米线，可发射紫外光，经过调整后还能发射从蓝色到深紫外的激光。但是，美中不足的是只有用另一束激光将纳米线中的氧化锌晶体激活，其才会发射出激光。而新型纳米激光器具备了电子自动开关的性能，无需借助外力激活，这无疑会使其实用性大为增强。
论文关键词：世界光电子技术和产业的发展；我国的光电子技术和产业
论文摘要：光电子器件和部件广泛应用于长距离大容量光纤通信、光存储、光显示、光互联、光信息处理、激光加工、激光医疗和军事武器装备，预期还会在未来的光计算中发挥重要作用。本文将介绍国内外光电子技术及光电子产业的发展。
如果说微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。美国商务部指出：“90年代，全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。日本《呼声》月刊也有类似的评论：“21世纪具有代表意义的主导产业，第一是光电子产业，第二是信息通信产业，第三是健康和福利产业……”，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。
1世界光电子技术和产业的发展
光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料，光纤已经成为通信网的重要传输媒介，现在世界上大约有60%的通信业务经光纤传输，到20世纪末将达到85%，但从目前光纤通信的整体水平来看，仍处于初级阶段，光纤通信的巨大潜力还没有完全开发出来。目前，各种新技术层出不穷，密集波分复用技术（DWDM，在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力）、掺铒光纤放大器技术（EDFA，可将光信号直接放大，具有输出功率高、噪声小，增益带宽等优点）已取得突破性进展并得到广泛的应用。现在DWDM系统和光传输设备中，光电技术的比例将从过去比重不到10%达到90%。一种全新的、无需进行任何光电变换的光波通信——“全光通信”，由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展，也日趋成熟，将在横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用，给全球的通信业带来蓬勃生机。为此提供支撑的就是半导体光电子器件和部件。光电子器件和技术已形成一个快速增长的、巨大的光电子产业，对国民经济的发展起着越来越大的作用。美国光电子产业振兴协会估计，到2003年，光电子产业的总产值将达2000亿美元。
Internet应用的飞速增长对电信骨干网带宽提出越来越高的需求，为满足需求的增长，人们可以铺设更多的光纤，或靠提高单路光的信息运载量（现在主干网可以分别工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性设备）。但更主要的方法却是靠发展波分复用技术，增加光纤内通光的路数（光波分复用的实验记录已经达到2.64Tbps）。波分复用技术的普遍运用为光电子器件和部件提供了广阔的、快速增长的市场。无限战略公司的报告指出：“信号传输用1.31μm和1.55μm激光器市场1999年达到13亿美元，比去年增加23%；1.48μm信号放大用激光器1999年市场份额达到1.6亿美元，比去年增加33%；980nm信号放大用激光器销售额达2.9亿美元，比去年增长121%。整个激光器市场的份额1999年达18亿美元，预期2003年将达到30亿美元”。美国通信工业研究公司（CIR）的研究预测，北美市场光电子部件的市场规模将由目前的28亿美元增长到2003年的61亿美元，约每年增长18.5%。密集波分复用设备销售额也将从1998年的22亿美元增加到2004年的94亿美元。报告称虽然10年内全光通信还不会全面商业化，但是全光交换将在几年内成为市场主流，报告也指出尽管光学部件市场被大公司所占据，但仍有创新性公司进入的可能。
2我国的光电子技术和产业
近10年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的进展，在很多领域同国外先进国家只有两三年的距离，个别领域还处于世界领先地位。
国内光电子有关产业基地在光电子器件、部件和子系统（如激光器、探测器、光收发模块、EDFA、无源光器件）等已经占领了国内较大的市场份额，初步具备同国外大公司竞争的能力，在毫无市场保护的情况下，靠自己的力量争得了一席之地，市场营销逐年有较大的增长，个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩。我国相应研究发展基地和本领域高技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白，打破国外产品在市场上的垄断地位，同时争取进入国际市场。
掺铒光纤放大器（EDFA）是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件，国内企业产品占国内市场40%的份额。我国也是目前国际上少数几个有能力研制PIC和OEIC的国家。808nm大功率激光器及其泵浦的固体绿光激光器，670nm红光激光器已产品化和商品化并批量占领国际市场。国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件，90%使用国产器件，国产1.55μmDFB激光器战胜了国外器件，占领了100%的国内市场。
但是，我们应当认识到在我国光电子技术发展中，光电子器件、部件虽是光通信、光显示、光存储等高技术产业的关键部分，但在整个系统和设备成本中所占的比重较小，其产值较低，目前科研开发主要处于跟踪和小批量生产阶段，光电子产业所需的规模化、产业化生产技术目前还未有实质突破；国内研究生产的光电器件和部件有相当部分还未能满足整机和系统的要求，导致国外器件占据国内市场相当多的份额；在机制上仍未摆脱科研、生产、市场相互脱离的状况。
我国在光电子技术方面是与国际水平差距相对较小的一个领域，与世界发达国家几乎同时起步。但是我们应该清醒地认识到我国制造技术的落后和材料水平有限，而国际上光电子产业已经进入加速发展阶段，留给我们的时间只有三到五年，如果我们不在目前产业化的技术发展阶段进入，就会失去大好时机。机不可失，时不再来，到产业化后期时将要花数倍的力量才能弥补，也许会彻底失去时机，受制于人。
如果一个国家在一代元件上没有足够的投资以发展自主能力，就会给外国竞争者提供进入并占领下几代技术市场的机会。因而在关键器件、部件等方面，要通过引进社会资金和风险投资，知识产权入股、开发人员持股等方式加快我国光电子成果的产业化步伐，鼓励科研人员成果转化。只要贯彻有“有所为，有所不为”的方针，狠抓创新和高技术成果转化，打破行业界限，按市场机制联合国内相关研究和开发单位，共同作好光电子产业化的工作，就一定能发展我国的光电子事业，有望在研究上取得突破，在产业上形成规模经济，取得我国在该领域应有的市场份额。
摘 要：笔者从“专业对接产业”的角出发，针对目前应用型本科院校光电子专业人才培养与行业需求脱钩，培养方案缺乏特色的现状，走访了浙江省的光电子行业，提出了以产业链下游的光电子器件和系统集成领域为专业的对接点，确定专业培养的核心知识与核心能力，进行光电子专业培养方案的改革和创新策略，即在课程体系、实践课程、教学管理与考核、师资队伍建设及实践场所建设等方面进行改革。
关键词：应用型本科院校；光电子；培养方案
光电子技术是世纪之交继微电子技术之后迅速兴起的一个高科技领域。光电子产业涵盖了与光电子技术有关的光电材料与元器件、光通信、激光、光电显示、光存储、红外等细分行业，作为典型的高附加值产业，受到众多国家的广泛关注，已经成为当今信息技术中发展最快的高新技术产业。到目前为止，浙江省已建成10个各具特色、不同层次的光电子产业特色园区。宁波及周边地区的光电子产业代表着浙江省的重点产业和优势产业，宁波及周边地区的光电子产业代表着浙江省的重点产业和优势产业，目前全市光电子技术企业有2000多家，但大多数企业规模不大，主要生产比较简单的光电子产品，普遍缺乏科研攻关能力，企业的可持续发展受到极大的制约，这些企业需要大量的专业技术人才来提高企业的技术核心竞争力。2013年宁波人才紧缺指数显示，宁波光电子专业技术人才的缺口很大，例如，近两年电工电器领域的光学工程师的紧缺程度一直处于橙色预警状态。
为了满足光电子产业快速增长对专业人才的需求，国内许多大学近几年纷纷开办了与光电子相关的专业。然而，由于光电子产业具有涵盖范围广，产业细分度高的特点，作为一个相对较新的专业，找准专业培养方向的定位，达到专业与产业的有效对接，及时调整专业方向和培养方案，是提高专业的人才培养质量，逐步解决光电子产业升级所面临的人才紧缺问题的关键。另外，为了解决中国就业结构型矛盾问题，教育部日前明确了部分高等院校向技术技能型教育转变的改革方向。同时，新一轮的高考制度改革也开始启动，这为地方性本科院校的发展提出新的挑战和机遇。因此，如何在专业对接产业的视角下，适时调整专业培养方向，改革培养方案，培育特色鲜明的优势、品牌专业是地方性应用型本科院校建设和发展的关键[1-3]。
一、光电子专业培养方案现状
随着就业压力的不断加剧，高校专业方向与就业的相关性问题越来越受到学生、家长、用人部门和政府教育主管部门的关注，并且不断被日益激烈的市场竞争所强化。目前高校的专业方向设置和培养方案与市场需求并不完全契合，这是宁波乃至全国高校中一个比较突出的问题。据统计，宁波高校电子信息类专业和电气信息类专业毕业生毕业后所从事工作与其所学专业的相关度分别为67%和71%，这一数据说明，即使在专业与工作相关度要求较高的工科类学科领域，专业适切性的问题仍然比较突出。
宁波工程学院作为地方性本科院校，定位于培养优秀的工程应用型人才。在这一人才培养目标下，专业方向的调整和培养方案的改革与研究是非常重要的，也是非常紧迫的。宁波工程学院的电子科学技术专业2004年开始本科招生，2009年成为浙江省重点建设专业。目前专业设有电子系统设计和光电子技术两个专业方向。其中，电子系统设计是传统的电子类专业方向，在全国高等院校的电子类专业中几乎均有开设。宁波工程学院的电子系统设计方向发展较早，教学条件相对较好，学生在选择专业方向时比较青睐。然而，该方向的突出问题是技术普遍，缺乏特色。相对而言，光电子技术还是一个新兴的专业方向，它是在近年来随着光电信息产业的快速发展而设立的。目前宁波市仅有包括宁波工程学院在内的两所高校开设了这一专业方向。经过几年的专业建设，该方向的师资力量和科研实力不断提升，然而，学生的培养质量却没有明显改善，学生就业相关度相对较差。根据麦克思学院社会需求与培养质量年度报告显示，电科专业2011届和2012届毕业生工作与专业相关的人数比例分别为45%和51%。其中，光电子方向的这一问题相对而言更为突出。
根据笔者在专业建设过程中的体会和调研走访的发现，宁波工程学院电科专业光电子方向的突出问题是定位不准，专业结构与产业结构和人才需求结构不适应，培养方案缺乏特色。这也是众多高等院校光电子类专业面临的普遍问题[4-8]。面对发展速度快、涵盖内容广的光电子技术这一新兴高科技产业，作为一所普通院校的专业不可能涉及每一个领域。如何能找准专业定位，实现专业与产业的紧密对接，精确地把握人才培养的核心知识和核心能力，制定合理的专业培养方案，是提高宁波工程学院的专业人才培养质量的关键，这还将有助于提升宁波工程学院的专业特色，有利于品牌专业的建设。
二、光电子技术专业人才培养方案创新策略
（一）确定与光电子产业的对接点，准确定位核心知识与能力
应用型本科地方院校的人才培养要根据本地区产业发展需要，培养第一线需要的、具有良好素质的应用型专门人才为目标。宁波工程学院的光电子技术专业人才培养要紧紧围绕浙江省、宁波市及周边地区光电子信息产业发展规划、发展现状和学校办学特点。统计表明，浙江省的光电子产业近年来以年均30%的增长速度快速发展，全省从事光电子产品生产的企业已有500多家，占全省信息产业总值的5%，目前已成为我国光电子产业大省。我省在光通信/光通信/光材料及光伏器件等方面已经形成了系列产品。特别是在光学仪器与光学加工领域，具有国内领先的规模。因此，我省在光电子器件制造和加工领域具有较好的产业基础。因此，在专业培养方案的制定和改革过程中，如何在地方现有的产业基础上把握专业培养目标的对接点是十分关键的。我们从光电子产业链的组成和浙江省光电子行业现状出发，通过前期的大量企业走访和调研分析，深入分析了人才需求，初步确定了以产业链中、下游的光电子器件和系统集成领域作为专业的对接点，如图1的专业培养方案改革示意图所示，在这一产业领域，光电器件作为系统的功能核心，电子系统作为控制核心，二者相辅相成，缺一不可。
另外，宁波工程学院电子科学与技术专业目前已有光电子技术和电子系统设计两个方向。其中，专业在电子系统设计方向具有良好的实践教学条件和师资队伍，在学生培养方面已经取得了较好的培养成果。并且，近几年来，专业在光电子技术方向引入了较好的师资力量，投入大量资金购买仪器设备，建设光电子实验室。选择光电子器件和系统集成作为对接点，可以充分整合、利用本专业在光电子技术和系统设计方面的现有资源，有利于发展“光”“电”融合的专业特色。在确定了本专业与光电子行业的对接点后，我们将紧紧围绕该对接点，以“光”“电”融合为特色，精确提炼专业培养的核心知识和核心能力，并围绕核心知识与核心能力开展课程体系整合与实践环节改革，形成特色鲜明、行业衔接度高的专业培养方案。
图1 光电子专业方向培养方案示意图
（二）以双核培养为中心，建设光电子课程体系，加强实践环节改革
1.围绕光电子专业的核心知识和能力构建课程体
系。首先，以专业核心课程建设为突破口，优化整合现有课程，进行实践环节改革，建立与光电子产业对接的课程体系。新建课程体系将分为四个模块，分别为基础课程模块、专业核心课程模块、专业选修课程模块以及实践课程模块。基础课程模块主要培养学生职业基础能力和人文素养，主要包括英语、思想政治教育、身体素质培养、文献检索与写作、职业规划以及人文艺术类课程。专业核心课程模块主要培养学生的专业核心知识，主要包括物理电子、应用光学和系统设计类课程，专业选修课程模块主要围绕光电子产业领域的新应用和新发展，拓展学生的知识范围，培养学生可持续发展能力，主要包括“光伏电子技术”、“半导体器件工艺”、“信号处理”等课程。
2.实践课程模块是本次改革的重中之重，着重培养学生的核心实践能力。在整个课程体系中，实践课程的学时比例将大幅提升，加大实习实训的比重。在课程设置上，以典型职业活动为线索确定专业实践课程设置，按照企业工作过程设计课程，以工作任务来整合实践课程内容。我们将新开“应用光学设计”和“半导体照明应用技术”两门课程，并以这两门课作为实践改革试点，对接企业环境建设实践实训场所。根据职业岗位特点，在校内开设“校中厂”，由企业设计师和专任教师共同指导，并带领学生承接项目、练就技能，实现综合职业能力的培养，在真实的职业环境中，不断提升职业能力和综合素质。
三、“专业对接产业”人才培养方案的实施保障
“专业对接产业”人才培养方案的顺利实施需要各类保障机制的同步改革，主要包括适应“专业对接产业”的教学管理和教学考核方式的改革，适应“专业对接产业”的专业教学团队建设，与课程体系相配套的实践实训场所的建设，以期逐渐建立适应“专业对接产业”的光电子专业人才培养方案的各类保障机制[9-10]。
1.引入光电子企业及行业协会相关人员，建立专业建设指导委员会，参与人才培养方案的调整和优化，专业教学管理和教学考核方案的审定。特别对于实践类课程，明确对核心能力的考核目标，结合企业项目管理和考核方式，加大过程考核比重。对实践环节制定细化的考核制度，用量化的标准衡量和保证学生实践能力的培养质量，建立适应“专业对接产业”目的考核和管理的新途径。
2.调整师资队伍建设思路，制订符合产业发展需要的专业带头人、骨干教师培养计划，通过引进、培养、聘任具有行业影响力的专家教授作为专业带头人，聘任一批行业企业专业人才和能工巧匠作为兼职教师，派遣专任教师到企业中实践、国内外进修培训等途径，加快双师结构专业教学团队建设，组建具有教学、研发和社会能力的双师结构合理的优秀教学团队。
建立“校企互聘互管”的机制，鼓励专人教师下企业锻炼如承担企业科研项目或社会服务项目，并将其作为晋升职称或评先评优的条件之一。建立一支稳定的企业兼职教师队伍，充实教师队伍的力量，最终形成专业带头人、骨干教师、兼职教师和“双师”素质的中、青年教师为主体的多个层次的科学合理的教师团队。目前，学校已经在“双师”型师资培养方面走出了第一步，提出了百名博士进企业的目标，光电子专业每年将有1―2名博士到企业一线参与设计和生产。
3.与课程体系配套的实验实践场所建设是保障“专业对接产业”人才培养方案顺利实施的重要条件，由于光电类实践类课程所需设备“多”而“杂”，并且仪器一般比较精密贵重，因此实验室的建设更需要贵精而不在多，目前，宁波工程学院的电子实验实训中心已建有光电信号检测、光纤通信、激光原理、光电子技术、发光二极管（LED）设计与检测等5个实验室，但是，实验设备普遍面临功能单一、组合型差、自主开发功能缺乏等缺点，因而导致实践训练的能力与企业需求脱节。我将邀请企业技术人员或管理人员指导并参与实践场所和实验室的建设，所购置设备尽量满足模块化、易组合、可替换的特点，并且兼顾自主设计和开发的功能，使其既能满足教学需要，也尽可能贴近实际生产，使学生在校内就能了解企业的真实环境，缩短现代企业人才需求与学校教学的距离。提高实践实验室的开放性，实现实验室的实践教学、学生竞赛、企业项目开发等多功能性。
四、结语
基于专业与产业的精确对接点，找准专业培养方向的定位，提炼光电子专业的核心知识与核心能力，进行课程体系的调整优化以及保障机制的建设，才能实现人才培养方案改革的有的放矢。这是提高应用型本科院校的专业人才培养质量的关键，不仅有助于提升宁波工程学院的专业特色及品牌专业建设，还能培养出适应本地区产业发展需要的应用型专门人才。
[摘 要]光电子技术的应用与研究不断发展，其中在微波领域内的应用主要是光纤通信，但是随着雷达技术的应用发展，将光电子技术与雷达技术结合有利于实现雷达信号的收集、传输和信息处理等，光电子技术在雷达中的使用效果显著，在微波器件的使用控制中也具有重要作用。本篇文章在此基础上，主要对现代雷达中的光电子技术内容和使用要点进行研究与分析，并探讨其发展前景以及能够产生的经济价值。
[关键词]雷达；光电子技术；要点；前景；方法；分析
光电子技术与其他的电子信息技术合成能够形成信息产业新的核心技术，并广泛应用于光存储、光显示和激光等领域。光电子技术在雷达中的应用改变传统雷达应用模式，充分发挥了光电子技术信息化、科技化和先进化的优势。关于现代雷达中的光电子技术应用主要可以分为以下几个方面：
（一）信号传输
光电子技术在雷达中的应用可以通过光纤链路的组成，完成光纤、二极管等要素的调制，在进行信号传输时可以在光波调制中将微波信号传输上，完成这些工作以后需要使用光纤模拟传输微波信号。光纤链路在雷达信号传输中的应用对现代雷达技术应用和信号光纤传输具有重要意义，这项技术在国外发展相对成熟，显示意义明显。雷达传输中使用光纤，传输消耗和传输频率相较于电缆传输较低，并且在这种频段下，光w产生的调制信号和传输消耗具有一致性，从而进一步促进雷达信号传输，达到对雷达系统远程控制的目的。[1]
由于使用的雷达天线还含有一个辐射源，在受到反辐射的影响时，控制中心和天线之间的距离应该设置好。通常情况下，使用同轴电缆传输信号消耗较大，传输指令与天线之间的距离也要控制好，而关于电缆铜量的消耗，会随着频率平方根的增大而增大。同轴电缆传输微波信号的前期，需要在一定的频率范围内完成转变，将信号电平在线路放大器内进行放大，指令中心传输的信号则不需要进行变频，线路放大器不使用也能使信号电平提高，光滤波器和光纤的使用效率也能够提高。要进一步保证其基本的使用性能，增强雷达的抗电磁能力可以通过光缆改变电缆，保证雷达天线远程传输的功能。这种应用方法在军事上具有重要使用作用，提升经济效益的同时创造军事价值。此外，光纤重量轻、体积小，灵活度高，在一些限定空间或场合使用方便，保证雷达信号的传输有效。[2]
（二）信号处理
雷达信号处理一般是利用光纤延迟线，其主要构成要素包括调制器和激光器等，属于新型的信号处理器件，在微波射频领域应用较多，光纤延迟线的使用能够促使多种不同信号处理器件的生成。例如在横向匹配滤波器和编码发生器以及相关处理器中可以通过雷达系统的处理充分发挥带宽极宽系统的作用，声波器表面频率较高，功能优越性明显，在雷达信号处理中要控制其频率需要同步使用信号处理器，提升雷达信号处理效果。处理宽带雷达信号时由于雷达信号接收机的分辨率较高，电子情报信号处理时，可以选用大时间的带宽积器件，使用成本相对较低，体声滤器件和同轴电缆也可以用于雷达信号的处理。光纤延迟线不同于其他延迟线，性能更先进，并且同时具有工作频率高和任何延时的特点，其中延迟的介质是单模石英光纤，成本低、性能高，使用价值较高，并且具有综合性优势。因而在雷达信号处理过程中使用光纤延迟线能够充分发挥其在不同处理器件中的构件作用，雷达系统中使用光纤延迟线实现价值最大化，不仅能够在海洋卫星雷达和随机程序发生器中应用，同时还能够在雷达信号处理系统和相控阵天线系统中应用。因而雷达信号处理中使用光纤、光电子技术能够充分发挥信号处理器件和通信系统的实际价值，使用过程中的经济效用显著，总体应用前景较好。[3]
（三）达波束光控制
相控阵雷达系统在控制雷达的达波束光时要使用有源单位，继而形成一种具有跟踪效用的尖锐波束，这种波束对电子调控方法具有一定的控制作用，并且能够将辐射单位予以改变，保证相对相位的实现。由于单个单元的控制器件属于电子移相器，这种类型的器件在传统意义上的使用通常可以分为铁氧体移相器和二极管。二极管的工作频率相对比较低，而铁氧移相器的工作频率则较高。铁氧移相器和二极管的体积较大，因而产生的损耗量也比较大，但是在相位连续控制上和在线性度上仍旧存在较大的差异。分配射频功率可以使用光学方法来进一步完成相移，这种优势比较明显。[4]
例如在实现微波相移的过程中可以使用线性连续的方法，在此过程中还能够将相位的体积予以减少，保证及能耗度降低，促进波束的灵活控制。在一般的大型相控阵天线使用中需要多个MMIC收发模块来完成雷达达波束光控制，在一定的自由空间内能够与振荡器形成不同模块的主振荡器锁定，关于参考信号的改动则需要使用同轴电缆的光纤链路，这种有利于在很大程度上减少体积和降低重量。光电技术在雷达达波束光控制中具有重要的使用意义，并且能够促进雷达电子器件的使用功能进一步完善，总体应用前景广阔，在此过程中使用光电子技术促进了新时期下雷达技术变革、发展和使用的经济效益提升。[5]
结语：
从目前情况分析来看，光电子技术应用在微波领域主要以光纤通信为主，且这种应用技术已经相对普及，但是在雷达中的应用尚且不如通信光纤应用普及程度高，随着我国光电子技术研究、发展水平不断提高，将进一步在现代雷达中实现充分使用，总体应用前景乐观。其中光电集成电路和光纤等在雷达数据处理、雷达信号处理、多基地雷达和相控阵天线中使用具有高互联性等多重优点。光电子技术在现代雷达中的应用包括雷达信号传输、雷达信号处理和雷达达波束光控制等几个重要的方面，体现了现代雷达应用光电子技术的先进性和必要性。
[摘要]光电子技术诞生在20世纪的中期，其应用至今，已经发展经历过了半个多世纪，并在许多领域取得了很好的发展态势和应用效果。随着科学技术的迅速发展，社会的科学技术应用不断呈现多样化，光电子技术也呈现了多样化、多领域的发展态势，光电子技术也越来越发展成熟，对世界和时代的进步产生着至关重要的作用，其影响力不断提升。光电子技术，主要由光子技术和电子技术两者结合组成，涉及的范围十分广泛，就目前的发展形势来说，光电子技术很可能⒊晌未来世界经济发展的主要生产力之一，是信息产业的核心内容。文章主要对光电子技术发展现状进行阐述，并分析和研究其在众多相关领域当中的应用。
[关键词]光电子技术；电能；光能
光电子技术主要由光子技术和电子技术两者结合组成，同时，技术中包含的技术理论十分广阔。光电子技术主要涉及光学、电子学、计算机学、光电子学等多个学科领域的专业知识理论，是一种典型的多学科交叉渗透的现代技术，对世界科学技术的发展，对社会经济进步，起着重要的推动作用。光电子技术的研究核心是众多学科中的光子学，支撑技术主要是电子学，这电子学是一种近年来兴起的新型研究学科。因此来说，光电子技术具有很强的兼容性，其中的电子技术相对于微电子技术来说，有着更多的发展空间，优势更加明显，能够在更加广泛的领域得以应用。
1光电子技术相关概述
所谓光电子技术，其全称是光电子信息技术，该技术的核心内容是进行电能和光能的转换，是科学技术中的一种全新的技术，其涵盖了材料科学、精细加工、半导体材料以及固体物理等，是多个领域的综合体。光电子技术的诞生是在20世纪60年代，并在当时开始光电子技术相关设备的生产，从一开始的单一的领域应用，迅速发展至今，已经广泛应用在各个领域和各个行业，比如在军事武器的制造业、医疗行业、电子信息行业以及其他高新制造业等领域，应用十分广泛。而最初的光电子技术的发展，主要得益于无线激光器设备的出现，为光电子技术的发展提供了重要的光频波段支持，随着发展和研究的深入，光电子技术逐渐实现了信息的处理、存储、传输等功能。光电子技术能够通过对光子以及电子的利用，来促使产生一种全新的光子物理现象。随着科学技术的发展，由光电子技术原理构造成的相关硬件设备，组成信息技术中重要的应用成分，也为信息技术的发展提供了无限的可能和广阔的发展空间。比如，可以通过光电子技术将全球所有范围内的电子计算机进行联机，这是通过光电子技术能够简单实现的。当然，也可以利用光电子技术实现卫星和地球的联系，从而组成宇宙性质的联系网络，通过光电子技术，这在未来也是有希望得以实现的。当前，光电子技术可以说是互联网当中最重要的支撑性技术，主要应用在高新技术领域。而在我国来说，光电子技术的起步较晚，但是发展的速度是极快的，已经在我国国内诸多领域得以应用和推广。在光电子技术的应用中，体现出诸多方面的应用优势，具有极高的速度和极大的容量，对于日益增长的信息量处理要求和信息化发展时代要求来说，无疑是至关重要的技术，这也是传统的电子学以及微电子学难以实现的。光电子技术能够实现对信息的高速度和高频率处理，能够将信息从探测到最终处理整个流程融为一体，一气呵成，从而在信息技术领域占据着不可动摇的地位。
2光电子技术的发展现状
21国内发展现状
我国的光电子技术发展起步较晚，但是在我国的发展十分迅速，已经达到世界先进水平，与最先发展光电子技术的发达国家之间的差距不断缩小，已经达到接近水平。光电子技术在国内取得如此大的成就，主要受益于我国政府对科学技术的重视和大力投入。在电子领域的各个方面，我国皆取得了不错的发展成绩，许多方面达到了世界的先进水平，比如在光收发模块、探测器等一些光电子器件上，水准很高，技术水平相当先进，市场份额占比不论是国内还是世界范围内，都有极大的竞争力。在我国，光电子技术的发展存在明显的地区差异性，光电子技术的先进发展主要集中在我国的几个发达地区，比如珠江三角洲地区、长江三角洲地区以及渤海湾地区，这主要是由目前我国区域经济发展现状决定的。另外，在这些发达的地区，高等院校较多，研究所也多，给光电子技术的研发和发展提供了巨大的技术力量保障。
22国外发展现状
国外的光电子技术的发展和应用参差不齐，最为先进的是美国、日本以及欧洲一些国家。尤其是美国，特别看重光电子技术在未来的发展和应用，并将光电子技术列为21世纪最为重要的战略性技术之一，并进行了大量的研究投入。日本在光电子技术方面，近些年来发展十分迅猛，在国际市场上占据着重要地位。欧洲地区的光电子技术发展和应用，以德国最为先进和典型，德国对光电子技术的投入研究较早，进行了大量的研究，因此积累了许多宝贵的研究成果和发展经验，技术基础十分强大。随着全球化的深入发展，“地球村”理念逐步形成，使全球范围内的人类更加紧密地联系在一起，信息通信十分便捷和快速，并对未来的信息产业提出了更高的需求。光电子技术在信息产业方面所做出的重大贡献，对于全球信息交流的促进有着关键的作用。另外，当今世界的互联网技术发展迅速，俨然已经成为互联网的时代。在高速发展的互联网环境下，对信息传输的需求无论是数量上还是效率上，都有着更高的要求，为了满足这个巨大的要求，发展光电子技术无疑是最佳选择。
3光电子技术的应用领域
31信息领域
当今时代，是一个信息化高速发展的时代，无论是现在还是未来，都离不开信息化的支撑。在信息化发展过程中，信息传输和处理流量正呈现质的增长，传统的电子技术已经无法满足当今时代巨大的信息传输和处理。而光子技术的应用，与电子技术进行完美的融合，并产生全新的光电子技术，能够极大扩大信息容量和信息传输速率，比起传统的电子技术优势巨大，能够有效促进信息产业的快速发展。当前在信息领域已经开始大范围开展光电子技术的应用，并取得了极好的影响效果，为信息产业的蓬勃发展带来了更多的可能和广阔空间，提升了信息领域的发展潜力。
32能源领域
能源是地球上赖以生存的重要发展来源。在过去的许多年发展中，世界对能源的需求巨大，依靠传统能源取得了良好的发展成效。但是与此同时，世界发展在能源方面也逐渐显现出诸多发展瓶颈，主要是传统能源的枯竭，以及世界对环境保护的呼声越来越大。因此，当前的主要办法就是进行清洁能源的生产和利用。如何研发出既清洁环保，又能够高效利用的新能源，成为当今世界能源研究的主要议题。而光电子技术，能够将光能转化成热能的这一伟大功能，使得其在新能源领域备受关注，具有极大的新能源产业潜力，市场前景十分广阔。目前在世界范围内，尤其是在一些发达国家中，利用光电子技术获取新能源的方式已经得到应用，在我国也已经进行了初步的应用。
33汽车领域
汽车是当今世界最主要的交通工具之一，随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，人们对汽车的市场需求不断扩大。在汽车领域，人们开始越来越注重汽车的整体功率、能耗、舒适度以及外观等因素，这就意味着需要更加先进的汽车生产技术。光电子技术在汽车领域的应用，使得汽车的功率转化大大提升，并且通过光电子技术，能够对汽车生产材料进行高精度的加工，极大提升了汽车的整体质量和舒适度，减少汽车在使用中的损耗。
34环境领域
地球环境是人类生存的基本条件，保护环境，是人类共同的责任。步入21世纪以来，世界范围内的工业生产已经到了一个相对成熟的水平，与此同时，工业的生产和发展对环境造成了极大的损耗，比如逐渐出现的全球变暖问题和厄尔尼诺现象等，给地球环境造成了恶劣的影响。当前，人们对生活质量的要求越来越高，环境保护意识越来越强，亟须研发出能够遏制环境逐渐恶化的先进技术。在这种情况下，光电子技术给环境保护和污染治理带来了全新的希望，其通过高精度传感器的制造，能够对环境中污染物的浓度进行准确的测量，并进行有效的治理与防护。
35军事领域
一个国家的军事基础，是一个国家安全力量的巨大保障。光电子技术在军事领域的应用，能够极大加强国防军事力量，并有着广阔的应用前景。通过光电子技术，能够制造先进的激光制导武器，目前，这方面许多发达国家正在加大力度进行研发和应用。另外，光电子技术能够形成更加有效的图像传感器，使得单兵作战更加强化，得到许多国家的重视。
36医疗领域
随着生活水平的提升，人们越来越开始注重医疗健康。光电子技术在医疗领域的应用主要是通过激光来治疗一些以传统治疗手段难以解决的疾病，比如通过激光进行角膜的切除手术和治疗，能够帮助人类矫正视力。随着光电子技术在医疗领域中的应用，以相关设备进行手术，能够使手术更加精准，治疗效果更好，提升手术的成功率和稳定程度。
4发展趋势
光电子技术的应用前景十分广阔，发展潜力十分巨大。在未来，光电子技术的发展趋势主要会从集成化、扩大化、强适应性三个方面进行优化发展。
光电子技术的发展还需要诸多辅助材料的发展来促进，比如半导体激光以及相关电气元件，这些辅助材料和技术的发展，才能够推动光电子技术更加迅速和完善发展。在导体激光以及半导体激光的迅速发展之下，通过各种辅助材料和技术与光电子技术的融合，在未来，光电子技术将会呈现集成化发展状态，并不断研发出新的设备以及材料。这些新设备和新材料与光电子技术的融合应用，将会推动光电子技术的应用效果，并且在光电子技术的应用经济性以及简便性方面得到较大提升与优化。
5结束语
综上所述，光电子技术是当今世界最重要的高新技术之一，对世界经济发展具有至关重要的推动作用。当前，光电子技术已经在众多重要领域得到了初步的应用，在未来，光电子技术的用前景相对广阔，有着无限的发展可能。
摘要：针对矿业院校电子科学与技术这一弱势学科的发展，面向工程教育专业认证，以光电子方向相关课程设置为典型，讨论了课程教学改革的具体思路并给出了相应的做法，包括教学原则、课程结构、课堂教学和实践训练。
关键词：教学改革；弱势学科；工程教育专业认证
一、我校电子科学与技术学科的发展背景
知识经济时代的教育呼唤适应“宽口径，厚基础”的教育观和学习观[1]，而工科专业直接面向工矿企业的研发生产，具有很强的实际应用背景，尤其是包括光电子在内的电子科学与技术这类支撑现代社会信息科技的前沿学科，具有专业知识更新快、理论基础要求高、实践应用范围广等特点，对社会高新技术的发展具有深远影响，因而培养涵盖光电子专业基础的复合应用型人才，也成为社会发展的迫切需要[2，3]。
近年来许多高校先后开设了与光电子相关的专业或专业方向，但受客观办学条件和主观重视程度的影响，各个院校的光电子专业（方向）发展参差不R，专业课程设置各有差异。中国矿业大学作为以矿业为特色的高等院校，电子科学与技术学科起步较晚且基础薄弱。本文以矿业院校背景下本学科从无到有至目前近500在校生规模的发展为例，以光电子方向相关课程为切入点，探讨如何更好地设置和发展弱势学科的本科专业课程，面向工程教育专业认证，推动学科发展，实现“宽口径、厚基础、重能力、偏应用”的符合社会需要的专业人才培养。
二、合理规划“光电子”专业课程设置
（一）课程设置要兼顾人才培养和学科发展
电子科学与技术专业所涵盖学科范围极广，是以信息处理为目的，以电子、光电、光子器件为核心，包含物理理论、材料工艺、器件系统等研究内容的完整学科体系。目前我国大部分高校的电子科学与技术本科专业以“微电子”和“光电子”作为主要专业方向，相对于微电子方向的课程内容比较固定单一、本科阶段无需配套硬件实验等情况，光电子方向所面临的问题要复杂困难得多，其研究领域“广”、相关课程“杂”、所需硬件仪器“多”，因而合理规划“光电子”专业课程设置，既可实现专业人才培养，又可推动弱势学科发展。人才培养和学科发展二者密不可分，人才培养是最终目标，而学科发展是必要途径，合理地设置和建设专业课程，是学科发展的主要内容，学科发展好了，才有实力更好地实现人才培养目标，进而利用人才优势和影响，又可更好推动学科发展，形成良性循环。
（二）课程设置以“宽口径、厚基础、重能力、偏应用”为指导
针对光电子方向“广、杂、多”的特点，将其作为电子科学与技术弱势学科发展的重点方向，从人才培养和学科发展两方面考虑，制定了“厚基础、宽口径、重能力、偏应用”的教学原则，同时也作为光电子技术相关课程设置的指导思路。这一指导思路，既是遵循国家高等教育培养创新人才的指导方针并面向工程教育专业认证[4]，更是适应包括光电子技术在内的电子信息科学发展迅速与交叉融合的特点，同时考虑本学科方向实力较薄弱的现状和发展解决面临困难的实际需要。
光电子方向专业课程设置需要满足“厚基础、宽口径”的教学原则。所谓的“光电子”专业方向，广义上是电子科学与技术之下除微电子学与固体电子学之外的多个二级学科（方向），甚至还包括与其他学科交叉衍生出的学科方向，既要与微电子一起承担本学科“厚基础”的教育任务，更要肩负更多的“宽口径”任务，同时也是着眼于学科长远发展的必然选择。光电子方向专业课程设置还应遵循“重能力、偏应用”的教学原则。这尤其适于弱势学科的实力现状和发展要求。以我校为例，学科专业体系的基本格局是以工科为主，以矿业为特色，理、工、文、管等多学科协调发展，优势学科集中在煤炭能源相关的矿建、安全、测绘等领域，在59个本科专业中，2002年首次招生的电子科学与技术专业是典型的弱势学科，在所属的信息与电气工程学院的4个一级学科中，发展落后于电气工程、信息与通信工程、控制科学与工程等其他3个学科。在本专业设置初期，部分专业课程由其他学科的教师承担甚至直接采用其他专业的课程，而随着师资力量的增强和专业课程的调整，目前已形成较为完整的微电子和光电子专业课程体系，但就现阶段来看，本专业学生就业后直接从事光电子技术研发的人数很少，绝大多数还是作为光电子技术直接或潜在的使用者。可以说，“重能力”是促进学生就业的实际需要，而“偏应用”是学科基础薄弱与实力有限的务实之选。
（三）课程体系宜采用多层次三位一体结构且内容环环相扣
针对本专业光电子方向相关专业课程的设置，面向工程教育专业认证，兼顾人才培养和学科发展，遵循“宽口径、厚基础、重能力、偏应用”的原则，并广泛借鉴国内外高校课程设置经验，采用了核心课程、专业选修/限选课程、其他相关课程的多层次三位一体的课程体系。核心课程包括激光原理与技术（48学时）、半导体物理基础（40学时）和光电子技术（40学时），专业选修/限选课程包括光电检测技术（40学时）、半导体光电子器件（32学时）、微波技术（48学时）等，其他相关课程包括电子信息学科概论、学科讲座和专业综合实践II（微波与光电子）。
本专业学生在第一、二学年已系统学习了通识教育课程、专业大类课程，打下了较为扎实的理论基础，具有一定的“厚基础、宽口径”专业基础知识体系，且在第一学年开设了《电子信息学科概论》，为学生专业学习提供了方向指引。第三学年学生通过自主选择由专业类转入具体专业学习，开设的专业核心课程《激光原理与技术》、《半导体物理基础》继续夯实“厚基础”，而《光电子技术》侧重“宽口径”。第四学年则加入与光电子相关的《光电检测技术》、《半导体光电子器件》、《微波技术》、《学科讲座》，这些课程全部或部分承接了《光电子技术》，进一步加深和拓宽了学生的专业知识体系，从学科实力和学生就业两方面进行考量，教学原则围绕“重能力、偏应用”；同时依托优势学科加强专业综合实践教学，设置2周时间的《专业综合实践II（微波与光电子）》，采用师生双向选择和分组形式，自主选题并完成较综合的设计，所需设备依托利用国家修购专项等经费而建立的光电子、微电子、微波等实验室。
三、结论
综合以上我校专业在光电子方向本科教学改革实践中的做法和成果，主要有以下心得和建议：（1）在弱势学科发展中要兼顾人才培养和学科发展，以“宽口径、厚基础、重能力、偏应用”的教学原则和思路为指导；（2）课程体系设置，宜采用核心课程、专业选修/限选课程、其他相关课程的多层次三位一体的结构；（3）课程内容设置，符合教学原则，做到环环相扣，课堂教学和实践环节相辅相成。
摘 要：本文介绍了光子晶体的概念，回顾了硅基光子学的发展历史，分析了其发展现状和面临问题。光电子器件以光子代替电子传递信息，因为光子的输运特性便具有热损小、功率损失低、占用体积小、传递信息速率高的特点，因而受到人们的广泛关注。要实现“全光子化”传递信息需要实现集成光回路。本文分析了用硅基光子器件集成光回路的可能性以及目前存在技术难点最后本文对展望了硅基光子学和光电子器件的应用前景。
关键词：光子晶体；硅基光电子学；集成光回路
1 光子晶体
光子在传播时，遇到周期排布的介电常数材料，将会产生布拉格散射，因而会产生光子能带与带隙，使光子晶体具有光半导体的性质[1-2]。目前来说，我们主要靠对于缺陷的引入来实现对光子的局域化控制。缺陷有两种基本形式：线缺陷和点缺陷。当引入线缺陷时，对于处在光子晶体禁带能量的光子，它不能逃逸进入周围的光子晶体当中，因而只能沿着线缺陷的确定路径传播。光子晶体波导对于光的传输性能强过传统的波导物质，例如光纤。光纤依靠全反射作用来实现光的传输，但在较大转弯角处由于不再满足全反射条件而会有光子逃逸。在微纳尺度上使用光子晶体波导的传输效率更高。光子晶体凭借它的特点，被广泛研究。例如一些应用于各个不同的光频段，有的看重更低的损耗、小限制的传播窗口，还有一些则具有特殊用途（减缓光速）。
自从光子晶体的概念被提出以来，它就和它的蕴含的巨大应用价值联系在一起。[3]它那特有光子带隙能够抑制物质的自发辐射，而这可以用于制作全反射镜。另外，我们在其中引入缺陷，可以制成缺陷模，而缺陷模可以用制作微腔、波导、光开关、甚至人们熟知的激光器和探测器等等。总之，集成光电子学是光子晶体主要的活跃范围，但是同时光子晶体在其他各个方面也有着重要的应用价值，它可以提高现今不断走进我们日常生活的发光二极管的工作效率。
2 硅基光电子学
由于硅基半导体集成电路在生产规模和成本方面具有明显的优势， 所以现阶段人们尝试用硅作为制作纳米级电子器件的主要材料，来缩减在Ⅲ-Ⅴ族元素中寻找材料制作具有相同目的的微纳光电子器件的成本，现阶段人们凭借已知的硅在1.3～1.5μm通信波段具有的低功耗的优势，并以此为基础，已经成功生产出大量的硅基微纳光电子器件，就比如说此类的耦合器、光波导器件等。虽然说现阶段硅基微纳光电子器件已经具有相当明显的优势，但为了它在具体应用的过程中保证够达到预期的应用效果，我们需要对其部分性能进行有效的优化。只要硅基微纳光电子器件在性能方面能够不断地优化、我们的技术能够不断完善，它的应用空间就会得到扩展。
在对硅光晶体的研究中，我们已经看到：在硅基材料中引入光子晶体可以明显的提高它的发光效率。凭借这我们可以预见：随着新型硅基高效发光材料研究的不断深入，新型制备技术如电注入泵浦方法的突破和光子晶体物理性质研究的深入，以及对于高效硅基材料的发光特性使用光子晶体的局域光效应加以控制，就很有可能提高硅基材料的l光增益，以此实现拥有低阈值的硅基激光器制备，进而可以在微电子芯片中利用光子替代电子作为载体来实现光耦合互联，消除电子传播发热的劣势，这样就可以突破电子瓶颈效应。[4]
3 集成光回路
和普通的信息处理相似，信息处理“全光子化”，就是指利用光来进行信息传递。它的概念包涵了光信号的发出、它的调节、对光信号的接收、对于信号的处理、信号的返回的整个过程。作为光信号的来源的有源发光器以光子晶体为基础，光信号又受到光子晶体制成的光开关调节和制约。光子晶体波导还能实现对于信号的传输与分流的作用，根据第二节提到线缺陷波导的传输优势，能够实现高效率低损耗，每个分路又要经波分复用器件下载，各个分路中的光信号在各自受到新的调制后，重新汇聚到干路， 回到接收装置。因为每一部分的各个部件在所用材料与大小上近乎一致，我们知道，传统光学器件的大小在厘米尺寸，微小的加工误差都会导致其工作频率的较大改变，因而产生光模式不匹配的问题，都会有较大的功率损耗，微型化的光子器件能避免这一问题。同时相同材质大小统一也方便光路一体化的实现。再加之与日益成熟的制备技术相适应，将会为全光路信息传递集成化铺就道路。
4 问题分析与展望
二十多年过去了，经过这些年的发展，光子晶体理论已经不断发展完善，我们也已经在其原理、设计取得了不断进步。二维光子晶体的制备相对容易，已有诸如反应离子刻蚀和深紫外曝光等成熟技术。相对来说，对于集成光路更重要的三维光子晶体制备技术目前还不成熟，已有一些方法但还不能大规模集成化应用，因此是关键发展方向。但是现有制备技术还是不完美，仍然有许多难题、核心关键有待克服。例如，二维晶体中的误差控制，由于我们使用的光子频率都在纳米量级，晶体中几何上的微小误差都会导致对调制频率的影响，进而影响发射接收以及模式匹配。而我们需要将制备技术的精度提升到亚纳米量级，才可以制备出高Q值的微腔，我们需要这样一个可行的、简便的方法。随着光子晶体各种特殊现象、性质在被不断发现，一些新的研究方向随之提出，或许一些新的性质会随着人们对于光子晶体的不断发掘而被发现。
在硅基有源器件方面：我们仍对于满足电泵浦、通信波段、产品化的硅基光源探寻不深，其中就包括拥有低阈值特性的III-V键合光源，十分稳定的、使用低电压驱动的锗激光器，还有以Er离子为基础的电泵硅激光器；我们仍需在调制器上努力以满足需求。锗探测器的暗电流制约其发展，为能够大规模量产，需新技术降低暗电流。
在硅基无源器件方面：问题之一就是硅基波导材料实现低损耗需要特殊工艺处理，因而无法实现大规模电路集成；其二为实现光栅的高耦合效率需要增加反射层，使得工艺更为复杂；这些器件的加工工艺急需简化，使其能用标准的CMOS工艺制备。在硅基光电集成方面：怎样将光纤和波导高效耦合是一个难题；因为硅基光电子器件的多样性，所以需要化为统一标准。另外加工平台成本较高。此外，硅的高热光系数使得其光学性能受温度影响，这一点是器件设计上的难题。封装也不容忽视。因此，为了硅基光电子集成投入量产，我们需要在材料、工艺、设计等方面进行研究。
展望未来它将帮助我们实现高速、低能耗的探测器设计；拥有低损耗的硅基激光器；十分高效的硅基光电子集成；高计算速率的光电接口；大能够投入量产的大规模集成设备。
5 结语
在科学研究兴盛的当下，人们对于生产生活的需要往往能带动一种新的科学技术的出现与发展，没有人们需求的推动新的学说只是空想。新兴生产技术的完善与发展也是需要科研工作者们坚持不懈的探索与尝试。光子晶体独特的性质备受关注，全世界的科研人员都对它抱有浓厚兴趣，最初的概念现今已经拿出了实体成果，我们可以看出对于它的研究人们走过的路程。在光子晶体的实用方面，我们以降低制作难度，减小制作成本，降低不确定性与不稳定性为目标，这也是为实现光学集成所必须做出的虽然这里仍有许多难题等待突破，但是我们仍在为之奋斗。
