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關(guān)鍵詞：光子晶體；硅基光電子學(xué)；集成光回路

中圖分類號(hào)：TN256 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）08-0230-01

1 光子晶體

光子在傳播時(shí)，遇到周期排布的介電常數(shù)材料，將會(huì)產(chǎn)生布拉格散射，因而會(huì)產(chǎn)生光子能帶與帶隙，使光子晶體具有光半導(dǎo)體的性質(zhì)[1-2]。目前來說，我們主要靠對(duì)于缺陷的引入來實(shí)現(xiàn)對(duì)光子的局域化控制。缺陷有兩種基本形式：線缺陷和點(diǎn)缺陷。當(dāng)引入線缺陷時(shí)，對(duì)于處在光子晶體禁帶能量的光子，它不能逃逸進(jìn)入周圍的光子晶體當(dāng)中，因而只能沿著線缺陷的確定路徑傳播。光子晶體波導(dǎo)對(duì)于光的傳輸性能強(qiáng)過傳統(tǒng)的波導(dǎo)物質(zhì)，例如光纖。光纖依靠全反射作用來實(shí)現(xiàn)光的傳輸，但在較大轉(zhuǎn)彎角處由于不再滿足全反射條件而會(huì)有光子逃逸。在微納尺度上使用光子晶體波導(dǎo)的傳輸效率更高。光子晶體憑借它的特點(diǎn)，被廣泛研究。例如一些應(yīng)用于各個(gè)不同的光頻段，有的看重更低的損耗、小限制的傳播窗口，還有一些則具有特殊用途（減緩光速）。

自從光子晶體的概念被提出以來，它就和它的蘊(yùn)含的巨大應(yīng)用價(jià)值聯(lián)系在一起。[3]它那特有光子帶隙能夠抑制物質(zhì)的自發(fā)輻射，而這可以用于制作全反射鏡。另外，我們?cè)谄渲幸肴毕?，可以制成缺陷模，而缺陷?？梢杂弥谱魑⑶?、波?dǎo)、光開關(guān)、甚至人們熟知的激光器和探測(cè)器等等?？傊?，集成光電子學(xué)是光子晶體主要的活躍范圍，但是同時(shí)光子晶體在其他各個(gè)方面也有著重要的應(yīng)用價(jià)值，它可以提高現(xiàn)今不斷走進(jìn)我們?nèi)粘Ｉ畹陌l(fā)光二極管的工作效率。

2 硅基光電子學(xué)

由于硅基半導(dǎo)體集成電路在生產(chǎn)規(guī)模和成本方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)， 所以現(xiàn)階段人們嘗試用硅作為制作納米級(jí)電子器件的主要材料，來縮減在Ⅲ-Ⅴ族元素中尋找材料制作具有相同目的的微納光電子器件的成本，現(xiàn)階段人們憑借已知的硅在1.3～1.5μm通信波段具有的低功耗的優(yōu)勢(shì)，并以此為基礎(chǔ)，已經(jīng)成功生產(chǎn)出大量的硅基微納光電子器件，就比如說此類的耦合器、光波導(dǎo)器件等。雖然說現(xiàn)階段硅基微納光電子器件已經(jīng)具有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì)，但為了它在具體應(yīng)用的過程中保證夠達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用效果，我們需要對(duì)其部分性能進(jìn)行有效的優(yōu)化。只要硅基微納光電子器件在性能方面能夠不斷地優(yōu)化、我們的技術(shù)能夠不斷完善，它的應(yīng)用空間就會(huì)得到擴(kuò)展。

在對(duì)硅光晶體的研究中，我們已經(jīng)看到：在硅基材料中引入光子晶體可以明顯的提高它的發(fā)光效率。憑借這我們可以預(yù)見：隨著新型硅基高效發(fā)光材料研究的不斷深入，新型制備技術(shù)如電注入泵浦方法的突破和光子晶體物理性質(zhì)研究的深入，以及對(duì)于高效硅基材料的發(fā)光特性使用光子晶體的局域光效應(yīng)加以控制，就很有可能提高硅基材料的l光增益，以此實(shí)現(xiàn)擁有低閾值的硅基激光器制備，進(jìn)而可以在微電子芯片中利用光子替代電子作為載體來實(shí)現(xiàn)光耦合互聯(lián)，消除電子傳播發(fā)熱的劣勢(shì)，這樣就可以突破電子瓶頸效應(yīng)。[4]

3 集成光回路

和普通的信息處理相似，信息處理“全光子化”，就是指利用光來進(jìn)行信息傳遞。它的概念包涵了光信號(hào)的發(fā)出、它的調(diào)節(jié)、對(duì)光信號(hào)的接收、對(duì)于信號(hào)的處理、信號(hào)的返回的整個(gè)過程。作為光信號(hào)的來源的有源發(fā)光器以光子晶體為基礎(chǔ)，光信號(hào)又受到光子晶體制成的光開關(guān)調(diào)節(jié)和制約。光子晶體波導(dǎo)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)于信號(hào)的傳輸與分流的作用，根據(jù)第二節(jié)提到線缺陷波導(dǎo)的傳輸優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率低損耗，每個(gè)分路又要經(jīng)波分復(fù)用器件下載，各個(gè)分路中的光信號(hào)在各自受到新的調(diào)制后，重新匯聚到干路， 回到接收裝置。因?yàn)槊恳徊糠值母鱾€(gè)部件在所用材料與大小上近乎一致，我們知道，傳統(tǒng)光學(xué)器件的大小在厘米尺寸，微小的加工誤差都會(huì)導(dǎo)致其工作頻率的較大改變，因而產(chǎn)生光模式不匹配的問題，都會(huì)有較大的功率損耗，微型化的光子器件能避免這一問題。同時(shí)相同材質(zhì)大小統(tǒng)一也方便光路一體化的實(shí)現(xiàn)。再加之與日益成熟的制備技術(shù)相適應(yīng)，將會(huì)為全光路信息傳遞集成化鋪就道路。

4 問題分析與展望

二十多年過去了，經(jīng)過這些年的發(fā)展，光子晶體理論已經(jīng)不斷發(fā)展完善，我們也已經(jīng)在其原理、設(shè)計(jì)取得了不斷進(jìn)步。二維光子晶體的制備相對(duì)容易，已有諸如反應(yīng)離子刻蝕和深紫外曝光等成熟技術(shù)。相對(duì)來說，對(duì)于集成光路更重要的三維光子晶體制備技術(shù)目前還不成熟，已有一些方法但還不能大規(guī)模集成化應(yīng)用，因此是關(guān)鍵發(fā)展方向。但是現(xiàn)有制備技術(shù)還是不完美，仍然有許多難題、核心關(guān)鍵有待克服。例如，二維晶體中的誤差控制，由于我們使用的光子頻率都在納米量級(jí)，晶體中幾何上的微小誤差都會(huì)導(dǎo)致對(duì)調(diào)制頻率的影響，進(jìn)而影響發(fā)射接收以及模式匹配。而我們需要將制備技術(shù)的精度提升到亞納米量級(jí)，才可以制備出高Q值的微腔，我們需要這樣一個(gè)可行的、簡(jiǎn)便的方法。隨著光子晶體各種特殊現(xiàn)象、性質(zhì)在被不斷發(fā)現(xiàn)，一些新的研究方向隨之提出，或許一些新的性質(zhì)會(huì)隨著人們對(duì)于光子晶體的不斷發(fā)掘而被發(fā)現(xiàn)。

在硅基有源器件方面：我們?nèi)詫?duì)于滿足電泵浦、通信波段、產(chǎn)品化的硅基光源探尋不深，其中就包括擁有低閾值特性的III-V鍵合光源，十分穩(wěn)定的、使用低電壓驅(qū)動(dòng)的鍺激光器，還有以Er離子為基礎(chǔ)的電泵硅激光器；我們?nèi)孕柙谡{(diào)制器上努力以滿足需求。鍺探測(cè)器的暗電流制約其發(fā)展，為能夠大規(guī)模量產(chǎn)，需新技術(shù)降低暗電流。

在硅基無源器件方面：?jiǎn)栴}之一就是硅基波導(dǎo)材料實(shí)現(xiàn)低損耗需要特殊工藝處理，因而無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電路集成；其二為實(shí)現(xiàn)光柵的高耦合效率需要增加反射層，使得工藝更為復(fù)雜；這些器件的加工工藝急需簡(jiǎn)化，使其能用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝制備。在硅基光電集成方面：怎樣將光纖和波導(dǎo)高效耦合是一個(gè)難題；因?yàn)楣杌怆娮悠骷亩鄻有?，所以需要化為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。另外加工平臺(tái)成本較高。此外，硅的高熱光系數(shù)使得其光學(xué)性能受溫度影響，這一點(diǎn)是器件設(shè)計(jì)上的難題。封裝也不容忽視。因此，為了硅基光電子集成投入量產(chǎn)，我們需要在材料、工藝、設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行研究。

展望未來它將幫助我們實(shí)現(xiàn)高速、低能耗的探測(cè)器設(shè)計(jì)；擁有低損耗的硅基激光器；十分高效的硅基光電子集成；高計(jì)算速率的光電接口；大能夠投入量產(chǎn)的大規(guī)模集成設(shè)備。

5 結(jié)語

在科學(xué)研究興盛的當(dāng)下，人們對(duì)于生產(chǎn)生活的需要往往能帶動(dòng)一種新的科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，沒有人們需求的推動(dòng)新的學(xué)說只是空想。新興生產(chǎn)技術(shù)的完善與發(fā)展也是需要科研工作者們堅(jiān)持不懈的探索與嘗試。光子晶體獨(dú)特的性質(zhì)備受關(guān)注，全世界的科研人員都對(duì)它抱有濃厚興趣，最初的概念現(xiàn)今已經(jīng)拿出了實(shí)體成果，我們可以看出對(duì)于它的研究人們走過的路程。在光子晶體的實(shí)用方面，我們以降低制作難度，減小制作成本，降低不確定性與不穩(wěn)定性為目標(biāo)，這也是為實(shí)現(xiàn)光學(xué)集成所必須做出的雖然這里仍有許多難題等待突破，但是我們?nèi)栽跒橹畩^斗。

參考文獻(xiàn)

[1]彭英才，Seiichi Miyazaki，徐駿，陳坤基.面向21世紀(jì)的Si基光子學(xué)Chinese Journal of Nature.

[2]倪培根.光子晶體制備技術(shù)和應(yīng)用研究進(jìn)展.物理學(xué)報(bào)，第59卷第1期2010（1）.

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關(guān)鍵詞：光電子技術(shù)；理論教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

Study on the teaching method in the optoelectronic technology course of electronic information engineering major

Luo Binbin, Zhao Mingfu, She Li, Zhou Dengyi, Cao Yang, Quan Xiaoli

Chongqing university of technology, Chongqing, 400054, China

Abstract: The importance of the optoelectronic technology course in electronic information engineering major is elaborated in this paper, and then according to author’s teaching experience of many years, the content, method and means of theoretical and experimental teaching of optoelectronic technology course in electronic information engineering major are discussed in details.

Key words: optoelectronic technology; theoretical teaching; experimental teaching

電子信息工程專業(yè)是一個(gè)包含電子科學(xué)技術(shù)、信息與通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)設(shè)計(jì)、研究、應(yīng)用與開發(fā)，電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的工程專業(yè)。當(dāng)代信息技術(shù)的高速發(fā)展離不開電子信息科學(xué)技術(shù)，但是當(dāng)今很多高端的信息技術(shù)成果融合了微電子學(xué)、光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)工程及通信工程等多門學(xué)科的交叉知識(shí)。而且，目前很多具有良好基礎(chǔ)的電子信息工程專業(yè)的學(xué)生在他們的碩士和博士階段，通常會(huì)選擇光電子技術(shù)的相關(guān)研究方向，而具備了良好電子學(xué)知識(shí)的學(xué)生更容易將電子學(xué)中的概念移植到光頻段中，如果在本科階段也修習(xí)了光電子技術(shù)這門基礎(chǔ)課程，那么在他們的深造階段將會(huì)更容易進(jìn)入光電子相關(guān)領(lǐng)域的課題研究。因此，電子信息工程專業(yè)的學(xué)生除了需要掌握本專業(yè)的課程知識(shí)以外，也應(yīng)該熟悉現(xiàn)代信息技術(shù)的其他相關(guān)知識(shí)，如光電子技術(shù)。然而根據(jù)筆者的調(diào)研，雖然目前很多重點(diǎn)大學(xué)及二本院校的電子信息工程專業(yè)都意識(shí)到光電子技術(shù)的重要性，但很少開設(shè)光電子技術(shù)這門課程。本文從光電子技術(shù)的研究?jī)?nèi)容、應(yīng)用及發(fā)展等方面說明其在電子信息工程專業(yè)教育中的重要性，并研討電子信息工程專業(yè)中的光電子課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

1 光電子技術(shù)簡(jiǎn)介

早在19世紀(jì)，人們就已經(jīng)用麥克斯韋(Maxwell)的經(jīng)典電磁理論對(duì)光的本質(zhì)進(jìn)行了研究，認(rèn)為光是波動(dòng)的電磁場(chǎng)，關(guān)于光的吸收和輻射，1917年愛因斯坦(Einstein)建立了系統(tǒng)的光電子學(xué)理論，使人們認(rèn)識(shí)了光的波粒二相性。但是直到20世紀(jì)60年代之前，光學(xué)和電子學(xué)仍然是兩門獨(dú)立的學(xué)科。1960年世界上第一臺(tái)激光器研制成功，這標(biāo)志著光學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新階段。隨后在對(duì)激光器和激光應(yīng)用的廣泛研究中，電子學(xué)發(fā)揮了重要的作用，光學(xué)和電子學(xué)的研究有了廣泛的交叉領(lǐng)域，形成了激光物理、非線性光學(xué)、波導(dǎo)光學(xué)等新學(xué)科。20世紀(jì)70年代以來, 由于半導(dǎo)體激光器和光纖技術(shù)的重要突破，推動(dòng)了以光纖傳感、光纖傳輸、光盤信息存儲(chǔ)與顯示、光計(jì)算以及光信息處理等技術(shù)的蓬勃發(fā)展，從深度和廣度上促進(jìn)了光學(xué)和電子學(xué)及其他相應(yīng)學(xué)科(數(shù)學(xué)、物理、材料等)之間的相互滲透，形成了一個(gè)邊緣的研究領(lǐng)域。光電子學(xué)一經(jīng)出現(xiàn)就引起了人們的廣泛關(guān)注，反過來又進(jìn)一步促進(jìn)了光電子學(xué)及光電子技術(shù)的發(fā)展。光電子技術(shù)包括光的產(chǎn)生、傳輸、調(diào)制、放大、頻率轉(zhuǎn)換和檢測(cè)以及光信息存儲(chǔ)和處理等。

因此，可以這么說，現(xiàn)代信息技術(shù)的支撐學(xué)科是微電子學(xué)和光學(xué)，光電子學(xué)則是由電子學(xué)和光學(xué)交叉形成的新興學(xué)科，對(duì)信息技術(shù)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。光電子技術(shù)是光頻段的電子技術(shù)，是電子技術(shù)與光學(xué)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，光電子技術(shù)是光電信息產(chǎn)業(yè)的支柱與基礎(chǔ)，涉及光電子學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等前沿學(xué)科理論，是多學(xué)科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術(shù)學(xué)科，其技術(shù)廣泛應(yīng)用于光電探測(cè)、光通信、光存儲(chǔ)、光顯示、光處理等高新技術(shù)光電信息產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，隨著生物醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)等新興學(xué)科的發(fā)展，其中的信息獲取手段對(duì)光電子技術(shù)的依賴程度越來越高，加快了這些學(xué)科之間的交叉融合，從而誕生了很多邊緣學(xué)科，比如生物光子學(xué)、光醫(yī)學(xué)等。

綜上所述，可見光電子技術(shù)在現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)中的重要地位，因此，光電子技術(shù)這門課程不僅是光學(xué)工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，也應(yīng)該作為電子信息工程專業(yè)的專業(yè)選修課程來開設(shè)。

2 光電子技術(shù)課程教學(xué)研究

2.1 光電子技術(shù)課程的理論教學(xué)

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同樣道理,我們有性能很高的CPU來處理信息,也有帶寬足夠的光纜來傳輸信息,但計(jì)算機(jī)之間的信息傳遞卻卡在了通信光纖的兩端,即將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的發(fā)送端和將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的接受端。

對(duì)于那些不在乎鈔票同時(shí)對(duì)體積也沒有過要求的用戶,這早已不是問題。但要讓筆記本電腦甚至消費(fèi)電子產(chǎn)品的用戶享受到光纖互聯(lián)帶來的高速體驗(yàn),還要有賴于硅光電子學(xué)的重大突破。

光纖通信:通訊過程不易

高錕和基爾比分別獲得2009年和2000年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),在光纖通信和集成電路方面作出了杰出的貢獻(xiàn)。而光纖通信與集成電路關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)是光電效應(yīng),愛因斯坦因發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)定律而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),盡管愛因斯坦創(chuàng)立的相對(duì)論名氣更大。

簡(jiǎn)單地說,光纖通信就是在發(fā)送端將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào),經(jīng)過光纖傳輸后,在接收端再將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。但其工程實(shí)現(xiàn)就沒那么簡(jiǎn)單了,特別是數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受部分。

發(fā)送端的光發(fā)送機(jī)由光源、驅(qū)動(dòng)電路和輔助電路構(gòu)成。光源通常使用的是激光二極管,因?yàn)榧す舛O管發(fā)光光譜較窄(單色性較好),亮度高(光功率大)。驅(qū)動(dòng)電路的作用是將電信號(hào)調(diào)制到光波上,輔助電路則主要是做功率和溫度的自動(dòng)控制。因?yàn)棰?、Ⅴ族元素的溫度特性不穩(wěn)定,導(dǎo)致激光二極管的激光波長(zhǎng)隨溫度漂移,需要通過溫控電路和半導(dǎo)體制冷器來保證溫度的恒定。

最終,多路激光二極管發(fā)出的調(diào)制光還要通過復(fù)用器饋入光纖。

在接收端,多路光信號(hào)通過解復(fù)用器后,由雪崩光電管將微弱的光信號(hào)還原為電信號(hào),從而完成電信號(hào)到光信號(hào)再到電信號(hào)的過程。

硅光電子學(xué):并非簡(jiǎn)單集成

要想把裝滿了各種分立元器件的光發(fā)射機(jī)或光接收機(jī)的機(jī)箱縮小有兩種方法:一是盡可能地減少各種元器件的幾何尺寸,最終實(shí)現(xiàn)機(jī)箱尺寸的縮小,這種方法作用是十分有限的。另一種方法就是另起爐灶,采用物理世界的“微雕大師”――集成電路工藝。

盡管基爾比獲得諾獎(jiǎng),但他發(fā)明的方法卻從來沒有被大規(guī)模采用,而與他同一時(shí)期采用平面工藝發(fā)明集成電路的諾伊斯,雖因心臟病過早離世而未能獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),但他發(fā)明的平面工藝一直被半導(dǎo)體業(yè)沿用至現(xiàn)在。而今,諾伊斯創(chuàng)立的英特爾公司里,研究人員又在硅光電子學(xué)領(lǐng)域作出了開創(chuàng)性的重大突破。

集成電路產(chǎn)業(yè)的成功,實(shí)質(zhì)上是硅工藝的成功,硅工藝給產(chǎn)業(yè)帶來的是尺寸的急劇縮小和成本的大幅下降。但要在硅片上實(shí)現(xiàn)上述各種分立元器件的功能,談何容易。

首先遇到的就是光源問題。光纖通信使用的激光二極管通常采用元素周期表中Ⅲ族的鎵、銦與Ⅴ族的磷、砷等元素的化合物制造。多年來,人們也用Ⅴ族元素硅進(jìn)行嘗試,但都未獲得成功。用常規(guī)的方法是無法讓硅發(fā)光的,而且硅不具有光放大的特性,所以單純使用硅不可能產(chǎn)生激光。

得益于1930年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、印度學(xué)者拉曼的科學(xué)發(fā)現(xiàn),2005年,英特爾的研究人員利用拉曼效應(yīng),終于讓硅發(fā)出了光。之后,英特爾研究人員又與加州大學(xué)合作,巧妙地利用范德瓦爾茲力將一片微小的磷化銦(InP)材料牢固地“粘”在硅片上,構(gòu)成了光放大器,這樣,硅發(fā)出的光在硅片上蝕刻出的諧振腔兩端往復(fù)振蕩,在經(jīng)過諧振光路上的InP放大,最終形成激光。通過蝕刻不同長(zhǎng)度的諧振腔,可以在一定范圍內(nèi)獲得不同波長(zhǎng)的激光輸出。硅拉曼激光器的單色性很好,實(shí)際占用帶寬只有20nm,換句話說,100nm的光譜帶寬中,可以容納5路光信號(hào)。整個(gè)激光器的長(zhǎng)為1mm,寬為0.15mm。

而在光信號(hào)的調(diào)制上,則根據(jù)半導(dǎo)體PN結(jié)的光學(xué)折射率與載流子的濃度相關(guān)的特性,利用電壓來控制PN結(jié)中載流子的濃度,調(diào)制通過PN結(jié)的激光,從而實(shí)現(xiàn)光調(diào)制。

最終,不同波長(zhǎng)的調(diào)制激光經(jīng)過多路器耦合到光纖中。

由于硅材料具有良好的溫度穩(wěn)定性,在省卻了恒溫電路和半導(dǎo)體制冷器后,仍然保持很好的波長(zhǎng)穩(wěn)定性。接收端的結(jié)構(gòu)相對(duì)于發(fā)送端而言簡(jiǎn)單不少,其中最為關(guān)鍵的是承擔(dān)光電轉(zhuǎn)換作用的雪崩光電管。通常,這種器件使用的是價(jià)格較貴的InP材料。2008年,英特爾研究人員使用硅和CMOS工藝研制出雪崩光電探測(cè)器,并創(chuàng)造了新的性能記錄――340GHz的增益帶寬積。

至此,基于硅光電子學(xué)的障礙都已被突破。

IT產(chǎn)業(yè)前途:有光則明

過去半個(gè)世紀(jì)中,半導(dǎo)體平面工藝僅僅專注于不斷縮小晶體管的尺寸,就給世界帶來如此之大的變化。而今, CMOS工藝不僅集成了多種原來不同器件的功能,而且還以成本的優(yōu)勢(shì),讓硅光電子學(xué)得以快速普及。

硅光電子學(xué)不僅可以用于計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子產(chǎn)品等系統(tǒng)之間的通信,也可以用在系統(tǒng)內(nèi)部板級(jí)之間的通信,甚至可以用于SiP(單系統(tǒng)封裝)芯片內(nèi)部通信。當(dāng)然,光纖入戶最后一公里問題也將迎刃而解。

硅光電子學(xué)有效地解決了通信瓶頸問題,這在商用,特別是高性能計(jì)算領(lǐng)域更為重要。在現(xiàn)有的采用集群系統(tǒng)的高性能計(jì)算機(jī)中,節(jié)點(diǎn)間的光纖通信設(shè)備的費(fèi)用是一筆非常大的開銷,而且其體積和功耗也不容忽視。使用硅光電子學(xué)的成果,不僅可以圓滿地解決上述問題,而且可以把光通信延伸到節(jié)點(diǎn)服務(wù)器的板卡級(jí),從根本上解決高性能計(jì)算機(jī)的通信瓶頸問題。

篇4

與叫了幾十年的“電腦”相比,“光腦”似乎更時(shí)髦,而且充滿著科幻色彩。試想,計(jì)算機(jī)如果以光子傳遞信息,即使光線相交也互不影響,而速度卻至少提高三個(gè)數(shù)量級(jí),突破電子邏輯門開關(guān)的速度極限。那時(shí),我們?cè)僖矝]有金屬導(dǎo)線的高延遲,沒有令人頭疼的高發(fā)熱量,計(jì)算機(jī)更小更快、傳輸信息量更大……諸多優(yōu)越性背后的技術(shù)支撐是硅光電子學(xué)。

英特爾將硅光電子學(xué)作為其戰(zhàn)略性技術(shù)開展研究,并多次公開發(fā)表最新研究成果。2008年年底,英特爾在《自然》上發(fā)表了在光電探測(cè)器方面的新突破,讓“光腦”再激千層浪,我們多久可以擁有它,五年、十年還是更久?一時(shí)間,“光腦”話題再度升溫。盡管完全“光腦”還不可行,但作為第一步,我們已經(jīng)看到科學(xué)家把電子轉(zhuǎn)換器同光結(jié)合起來,制造出光與電混合的新一代計(jì)算機(jī)的曙光。

為何鐘情硅光子

硅光子學(xué)喚起了太多人的熱情。硅光子學(xué)既是半導(dǎo)體光子學(xué)中的新興研究課題,也在發(fā)展中逐漸成為物理學(xué)、材料學(xué)、計(jì)算科學(xué)、通信學(xué)等多學(xué)科綜合的一門交叉學(xué)科。硅光電子學(xué)專門研究在硅及硅基異質(zhì)結(jié)材料中的光子行為和規(guī)律,并且非常注重硅光子器件。成熟的硅工藝為硅光子學(xué)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持,加速了硅光子學(xué)的形成和發(fā)展。

一方面是現(xiàn)代微電子產(chǎn)業(yè)的基石――硅基半導(dǎo)體的發(fā)展接近極限,以英特爾為代表的半導(dǎo)體廠商都在尋找并引入高K新材料,以實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)基于硅的摩爾定律的壽命;而另一方面,光電子技術(shù)作為一項(xiàng)快速發(fā)展且前景光明的技術(shù),吸引眾多國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的關(guān)注,他們致力于將光子技術(shù)和微電子技術(shù)結(jié)合起來。

硅光子器件將是繼集成電路之后最有應(yīng)用前景的實(shí)用元器件,這一創(chuàng)新將在后硅材料時(shí)代引領(lǐng)技術(shù)革命。我國(guó)著名的硅光子學(xué)研究專家、中科院半導(dǎo)體研究所集成光電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員余金中指出,成熟的硅光子學(xué)將在信息領(lǐng)域和社會(huì)生活中起到重要作用,特別是推動(dòng)光計(jì)算發(fā)展。在未來十幾年重點(diǎn)攻關(guān)后,在信息功能材料及器件、傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理、激光技術(shù)、納米研究等項(xiàng)目推進(jìn)中,硅光子學(xué)具有廣闊發(fā)展空間。

發(fā)展硅基光子科學(xué)和技術(shù)的意義是如此重大,這就不難理解為何有一定科研實(shí)力的國(guó)家都把這一學(xué)科作為長(zhǎng)遠(yuǎn)的技術(shù)發(fā)展目標(biāo),這以美國(guó)最為突出。我國(guó)的863計(jì)劃、973計(jì)劃,也都把硅基光電子研究的相關(guān)課題列入計(jì)劃,中國(guó)科學(xué)院微電子研究所、中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所光電子研究發(fā)展中心、浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、吉林大學(xué)集成光電子國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等領(lǐng)先研究性機(jī)構(gòu),都在這一前瞻性研究的硅基材料、器件實(shí)用化等方面取得了突出成果。

成本是個(gè)大問題

我們期待硅光子技術(shù)突破,主要就是要解決提高傳輸速度的問題,尤其是進(jìn)入單芯片萬億次計(jì)算時(shí)代后,這個(gè)問題就更加突出,與萬億次計(jì)算相匹配的還應(yīng)該有萬億次通信。這個(gè)問題在未來的高性能計(jì)算領(lǐng)域同樣存在,計(jì)算機(jī)需要找到一種更快的方法,以便在芯片內(nèi)部及芯片之間傳送大量數(shù)據(jù),業(yè)界把突破通信瓶頸的希望寄托在硅光子通信上。

我們對(duì)“高帶寬、低延遲”的期待可以從光纖談起。目前,長(zhǎng)距離傳輸由光纖通信實(shí)現(xiàn),主要是城域和長(zhǎng)距離傳輸,長(zhǎng)度約是0.1km～80km。機(jī)架到機(jī)架也開始采用光纖傳輸,長(zhǎng)度約是1m～100m。而從板卡到板卡、芯片到芯片,采取的還是導(dǎo)線傳輸。目前硅光子學(xué)研究就是要把光傳輸從長(zhǎng)距離向超短距離傳輸擴(kuò)展。

從目前發(fā)展情況來看,持續(xù)改進(jìn)的技術(shù)只是問題的一個(gè)方面,另一個(gè)重要問題是成本。舉例來說,以銅導(dǎo)線連接為例,每年需要連接的器件數(shù)量在數(shù)十億以上,對(duì)光模塊的需求量非常大。而目前,多數(shù)光子器件都采用砷化鎵和磷化銦之類的特殊半導(dǎo)體制造,成本過于高昂、處理與封裝也十分復(fù)雜,很難用于單臺(tái)計(jì)算機(jī)甚至本地網(wǎng)絡(luò)。英特爾院士兼光子學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室總監(jiān)Mario Paniccia在接受記者采訪時(shí)說:“我們要把光通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)帶到芯片級(jí)平臺(tái)上,不只要有技術(shù),還要把這個(gè)技術(shù)做到低成本,這樣才可能把技術(shù)規(guī)?；?這是我們研究的推動(dòng)力。”

Mario Paniccia說的這項(xiàng)技術(shù)就是硅光電子學(xué),其愿景是要研究使用廉價(jià)、制造工藝簡(jiǎn)單的硅作為基礎(chǔ)材料開發(fā)光子器件,并在現(xiàn)有的晶圓工廠中,采用標(biāo)準(zhǔn)的批量生產(chǎn)的硅制造技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。這樣帶來的優(yōu)勢(shì)就是能為光通信帶來規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。英特爾在開展這項(xiàng)研究的數(shù)年來取得了一系列成果,尤其是從2005年開始,逐漸進(jìn)入了成果收獲期。

一舉兩得的選擇

硅光子學(xué)從研究到最終產(chǎn)業(yè)化,是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,英特爾把通過光傳輸方式收發(fā)數(shù)據(jù)的過程分解為以下步驟來實(shí)現(xiàn):一是先解決光源問題,就是生成光束的激光器,要能發(fā)出連續(xù)光;二是解決傳輸路徑問題,就是光波導(dǎo),就如同讓光在硅平臺(tái)上傳播的高速公路網(wǎng)絡(luò);三是光調(diào)制器,把光束分成代表數(shù)字0和1的開/關(guān)信號(hào),光的變化就攜帶了傳輸信息;四是光探測(cè)器,光傳輸?shù)侥康牡睾?需要有光探測(cè)器探測(cè)到脈沖光信號(hào),把附加在光上面的信息下載下來,重新轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

在這些技術(shù)問題都解決了之后,就是考慮生產(chǎn)與產(chǎn)業(yè)化的問題了,即實(shí)現(xiàn)低成本封裝和CMOS工藝批量制造?，F(xiàn)在基于硅的制造工藝已經(jīng)非常成熟,這能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的大規(guī)模生產(chǎn)。而根據(jù)不同的應(yīng)用需求,我們還可以像搭積木一樣,對(duì)這些模塊進(jìn)行組合,以實(shí)現(xiàn)不同的功能。

上面說的這些器件,目前都不是基于硅制造的,造價(jià)約數(shù)千美元,而且逐一進(jìn)行組合和校準(zhǔn),仍顯得過于昂貴和費(fèi)時(shí)。英特爾將工作聚焦在利用低成本硅進(jìn)行創(chuàng)新,創(chuàng)造新的光學(xué)器件,就是要同時(shí)解決技術(shù)問題和成本問題,因此英特爾取得的所有成果都是圍繞著這一目標(biāo)展開的。

如果不是出于成本考慮,或許硅很難進(jìn)入光電研究的視野,因?yàn)楣鑼?shí)在不是很好的光學(xué)材料。雖然硅被廣泛用于光的路由、探測(cè)、調(diào)制和放大,但它并不能有效發(fā)光。硅的明顯缺陷是,硅晶體中的電子被激勵(lì)后,會(huì)引起硅的晶格震動(dòng),結(jié)果發(fā)出的是熱,而不是我們想要的光。

Mario Paniccia是英特爾在硅光子學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物,它率領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)與高校密切合作,力克硅光子研究難題。與英特爾團(tuán)隊(duì)合作的學(xué)者眾多,如加州大學(xué)圣芭芭拉分校教授John Bowers就是該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)權(quán)威,研究硅光子學(xué)材料和激光已超過25年。

2004年,英特爾研究人員首次展示了帶寬超過1GHz的硅激光調(diào)制器,比此前硅基調(diào)制記錄快了近50倍。2005年,英特爾研究人員首次演示了硅可用來放大外部光源、利用拉曼效應(yīng)產(chǎn)生連續(xù)的片上激光光波。2006年9月,英特爾與加州大學(xué)圣芭芭拉分校的研究人員宣布成功研發(fā)世界上首個(gè)采用標(biāo)準(zhǔn)硅工藝制造的電力混合硅激光器,產(chǎn)業(yè)化的重大障礙之一被成功解決。在取得成果的基礎(chǔ)上,英特爾研究人員連續(xù)提高各步驟中關(guān)鍵部件的參數(shù),目前基本都已達(dá)到或超過了傳統(tǒng)光電子器件的性能表現(xiàn)。

英特爾的新突破

《自然》近期的硅光子最新研究成果是在硅激光探測(cè)器上的突破,英特爾使用硅材料創(chuàng)造了雪崩光電二極管性能的世界紀(jì)錄,不僅性能達(dá)到了有史以來最高的340GHz增益帶寬積,而且也是低成本的硅光子器件首次擊敗傳統(tǒng)光電材料制造的器件。負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的英特爾高級(jí)研究員亢宜敏就此接受了本報(bào)記者的越洋電話采訪。

雪崩光電二極管被用在光纖傳輸設(shè)備中接收光信號(hào),并將微弱信號(hào)放大。相比普通光探測(cè)器,它可以在相同功率下探測(cè)距離更長(zhǎng),或者相同距離下消耗的功率更小,以此來提高整個(gè)系統(tǒng)性能。其考量參數(shù)增益帶寬積獲得提高,同時(shí)預(yù)示著既可以得到很高的增益,也可以得到很高的帶寬或速度。這意味著在給定速度下,能獲得更好的放大效果。

“它是低成本、高增益、高帶寬的結(jié)合,有更大的設(shè)計(jì)空間可以去降低成本、提高速度、延長(zhǎng)距離?！笨阂嗣舯硎?“光通信依賴系統(tǒng)性能,每個(gè)環(huán)節(jié)的功能都非常重要,比如激光器性能提高,系統(tǒng)性能也會(huì)相應(yīng)提高;同樣,雪崩探測(cè)器做得靈敏度更高,就會(huì)緩解性能對(duì)其他部件的要求?！睆倪@個(gè)意義上講,這項(xiàng)成果意味著整個(gè)硅光子系統(tǒng)都獲得了提升。

這個(gè)高性能的雪崩光電二極管研發(fā)難度在于,鍺的晶格常數(shù)要比硅大4%,雪崩探測(cè)是用鍺生長(zhǎng)到硅晶上,這就帶來了應(yīng)變,造成晶格錯(cuò)位產(chǎn)生附加噪聲,進(jìn)而產(chǎn)生暗電流。“我們希望暗電流越小越好,因此在研發(fā)中做了大量工作以減小暗電流。”亢宜敏說,下一步,英特爾將在更高速度上對(duì)這個(gè)器件進(jìn)行驗(yàn)證,以探索不同帶寬下的器件需要進(jìn)行哪些設(shè)計(jì)上的變化。

篇5

據(jù)亨通光電昨晚的公告，基于國(guó)家戰(zhàn)略與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展形勢(shì)，亨通光電與世紀(jì)互聯(lián)立足在各自領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)，聚焦大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)與安全保密，共同構(gòu)建智慧城市的數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)，打造中國(guó)領(lǐng)先的智慧城市量子安全保密數(shù)據(jù)中心與大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。

事實(shí)上，亨通光電與世紀(jì)互聯(lián)此次合作除了得到當(dāng)?shù)卣块T的政策支持外，雙方在各自領(lǐng)域內(nèi)的優(yōu)勢(shì)也提到了一定的積極推動(dòng)作用。

據(jù)介紹，2016年8月，江蘇省公布實(shí)施《江蘇省大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》，將夯實(shí)信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)資源中心、提升數(shù)據(jù)中心服務(wù)能力、推動(dòng)創(chuàng)新發(fā)展、培育新興業(yè)態(tài)、實(shí)施重點(diǎn)工程等作為主要任務(wù)。而亨通光電擁有通信傳輸研發(fā)、智慧社區(qū)、量子安全加密等各方面的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè)布局，世紀(jì)互聯(lián)擁有在全國(guó)骨干網(wǎng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)、管理、運(yùn)營(yíng)和CDN內(nèi)容方面的優(yōu)勢(shì)，因而雙方找到了量子通信和數(shù)據(jù)中心這兩個(gè)切入點(diǎn)。

根據(jù)協(xié)議，雙方將在戰(zhàn)略層面展開合作，按照資源互補(bǔ)、優(yōu)勢(shì)共濟(jì)、協(xié)同運(yùn)營(yíng)與利益共享的原則，積極推進(jìn)智慧城市量子安全保密大數(shù)據(jù)中心與大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)建設(shè)的深度合作，加快實(shí)施智慧社區(qū)的數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)建設(shè)及CDN內(nèi)容下沉推廣應(yīng)用，對(duì)雙方在該領(lǐng)域業(yè)務(wù)發(fā)展將起到積極的推動(dòng)作用。

共建超級(jí)數(shù)據(jù)中心

亨通光電此次與世紀(jì)互聯(lián)的合作將分多步進(jìn)行，前期合作主要圍繞著量子通信和智慧社區(qū)建設(shè)展開，未來還將發(fā)揮雙方在各自領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)，向智慧城市領(lǐng)域縱深合作發(fā)展。

據(jù)公告，雙方前期合作領(lǐng)域?qū)⒎譃槌?jí)數(shù)據(jù)中心與大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、量子加密通信IDC技術(shù)應(yīng)用、城市智慧社區(qū)三個(gè)方面。

在超級(jí)數(shù)據(jù)中心與大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，雙方將結(jié)合國(guó)內(nèi)主要經(jīng)濟(jì)地帶智慧城市的發(fā)展?fàn)顩r，共同建設(shè)包括但不限于量子安全加密的超級(jí)數(shù)據(jù)中心；為互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供支撐服務(wù)的大數(shù)據(jù)城市管廊和數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)；聯(lián)接各城市數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)的大容量骨干光纖網(wǎng)絡(luò)。

值得注意的是，雙方將打造超級(jí)數(shù)據(jù)信息平臺(tái)與安全保密生態(tài)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，創(chuàng)立全新的運(yùn)營(yíng)模式。以江蘇省為首期建設(shè)示范區(qū)，分期建設(shè)覆蓋全省主要經(jīng)濟(jì)地帶的300個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)由量子安全加密數(shù)據(jù)中心構(gòu)成的超級(jí)信息平臺(tái)。

在量子加密通信IDC技術(shù)應(yīng)用合作方面，雙方共同就數(shù)據(jù)中心傳輸?shù)牧孔蛹用苓M(jìn)行技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)合作，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)包括魘洹⒌緦和數(shù)據(jù)安全的配套升級(jí)。在智慧社區(qū)方面，雙方將在新型智慧社區(qū)信息基礎(chǔ)設(shè)施投資建設(shè)、智慧社區(qū)運(yùn)營(yíng)及增值服務(wù)領(lǐng)域聯(lián)合拓展業(yè)務(wù)，在智慧城市建設(shè)、運(yùn)營(yíng)方面開發(fā)存在合作條件的項(xiàng)目。

當(dāng)然，亨通光電與世紀(jì)互聯(lián)的合作不僅限于此，在前期合作領(lǐng)域合作成熟后，雙方共同成立合資公司，具體方案在成立公司時(shí)另行商議。此外，待相關(guān)產(chǎn)業(yè)成熟時(shí)，雙方擇機(jī)共同發(fā)起設(shè)立江蘇互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)投資基金，用于投資建設(shè)數(shù)據(jù)管廊、量子通信、IDC節(jié)點(diǎn)、智慧社區(qū)、智慧小鎮(zhèn)等相關(guān)上下游產(chǎn)業(yè)，具體內(nèi)容另行商定。

據(jù)了解，雙方此次合作分工明確，其中世紀(jì)互聯(lián)提供骨干網(wǎng)IDC機(jī)房、CDN節(jié)點(diǎn)、CP資源和運(yùn)營(yíng)服務(wù)團(tuán)隊(duì)。亨通光電提供各地社區(qū)資源、資金與工程技術(shù)力量，初期擬開放提供不少于5萬戶社區(qū)家庭接入用戶。雙方共同推廣大數(shù)據(jù)管廊、量子數(shù)據(jù)中心等創(chuàng)新型未來信息基礎(chǔ)設(shè)施以及智慧社區(qū)與城市運(yùn)營(yíng)服務(wù)業(yè)務(wù)。

布局量子通信再下一城

作為新一代通信技術(shù)，量子通信基于量子信息傳輸?shù)母咝Ш徒^對(duì)安全性，成為近幾年來國(guó)際科研競(jìng)爭(zhēng)中的焦點(diǎn)領(lǐng)域之一，并引起亨通光電的注意，不過該公司在這方面的布局于去年中才真正浮出水面。

2016年6月，亨通光電與北京郵電大學(xué)簽署協(xié)議，加強(qiáng)在量子光電子學(xué)材料與結(jié)構(gòu)、集成-量子光電子技術(shù)、彌散態(tài)系量子電子學(xué)和量子光電子學(xué)理論、新型量子光電子學(xué)器件、新型光纖及光纖器件、彌聚子論等六個(gè)方向的研究。

同年8月，亨通光電與安徽問天量子科技股份有限公司共同投資設(shè)立江蘇亨通問天量子信息研究院有限公司，在量子保密通信應(yīng)用示范線的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)、量子保密通信在特定領(lǐng)域的應(yīng)用、量子保密通信相關(guān)應(yīng)用技術(shù)、量子保密通信用新型光纖及量子光電子器件研究等方面開展合作。此后，亨通光電在量子通信領(lǐng)域的發(fā)展步伐逐步加快。

今年1月，經(jīng)江蘇省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)批準(zhǔn)，亨通光電承建江蘇省寧蘇量子干線建設(shè)工程項(xiàng)目，干線網(wǎng)連接南京至蘇州，形成千兆級(jí)的QFTTO量子城域網(wǎng)絡(luò)。3月，經(jīng)批準(zhǔn)，該干線經(jīng)蘇州又延伸至南通，再經(jīng)南通延伸至上海邊界，將建成包含南京、鎮(zhèn)江、常州、無錫、蘇州、南通在內(nèi)，橫貫江西方向的量子保密通信干線網(wǎng)絡(luò)，江蘇省量子保密通信網(wǎng)絡(luò)初具雛形。

3月，亨通光電與中國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院展開合作，利用聯(lián)通現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源以及亨通在量子通信方面的研發(fā)成果及相關(guān)產(chǎn)品設(shè)備，探討量子通信在現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)中承載能力和可用性分析，促進(jìn)量子通信在現(xiàn)網(wǎng)中的應(yīng)用。

而此次與世紀(jì)互聯(lián)的合作，標(biāo)志著亨通光電在量子通信領(lǐng)域的布局已經(jīng)初具規(guī)模。

篇6

相對(duì)于企業(yè)產(chǎn)品部門開發(fā)的與產(chǎn)品密切相關(guān)的技術(shù)，企業(yè)研究部門所研究的技術(shù)離市場(chǎng)更遠(yuǎn)。在一定程度上，發(fā)現(xiàn)這些技術(shù)的商業(yè)價(jià)值猶如玉器市場(chǎng)上的“賭石”，既驚險(xiǎn)又刺激，既要運(yùn)氣又需經(jīng)驗(yàn)。

近日，英特爾中國(guó)研究院向媒體演示了6項(xiàng)研究成果。表面上看這6項(xiàng)技術(shù)風(fēng)馬牛不相及，加之這僅是英特爾研究院部分階段性的研究成果，無法系統(tǒng)再現(xiàn)英特爾研究院的戰(zhàn)略和技術(shù)方向，但這并不妨礙我們從其他角度對(duì)這6個(gè)演示探究一番。

三個(gè)層面看帶寬瓶頸

這次演示的“掌上阿凡達(dá)”、移動(dòng)通信基站C-RAN技術(shù)和硅光電子學(xué)，從技術(shù)上看都與帶寬相關(guān)，從產(chǎn)品上看分別落在智能手機(jī)、基站和大數(shù)據(jù)等不同的市場(chǎng)端。跳出技術(shù)與產(chǎn)品，則會(huì)看到一番新的天地。

無線視頻通話是消耗流量的大戶，即便你有足夠的銀子，受帶寬所限，也未必能有流暢的視頻圖像，特別是在繁華地帶?！罢粕习⒎策_(dá)”從智能手機(jī)捕獲的通話人視頻中提取通話人的表情信息，這些表情信息經(jīng)無線傳輸后在對(duì)方手機(jī)上以卡通動(dòng)畫形式再現(xiàn)。這項(xiàng)技術(shù)可以增進(jìn)用戶體驗(yàn)，有助于拓展應(yīng)用市場(chǎng)。它能否成為英特爾的核心技術(shù)取決于它能否專利化。這是從市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的角度看技術(shù)。

英特爾與中國(guó)移動(dòng)在C-RAN領(lǐng)域的聯(lián)合研究，從技術(shù)上看，是利用虛擬化、云計(jì)算等信息技術(shù)和協(xié)作無線電等數(shù)字技術(shù)構(gòu)建的開放架構(gòu)來替代原有的封閉架構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)資源共享和動(dòng)態(tài)調(diào)度，提高頻譜效率。3G移動(dòng)通信替代2G的過程，從技術(shù)上看是從窄帶變?yōu)閷拵?，從傳輸?nèi)容上看是數(shù)據(jù)替代語音，從終端市場(chǎng)上看是擅長(zhǎng)數(shù)據(jù)的計(jì)算廠商替代擅長(zhǎng)語音的傳統(tǒng)手機(jī)廠商。

如今，電信市場(chǎng)IT化的浪潮繼終端市場(chǎng)后開始拍打電信設(shè)備市場(chǎng)，它給電信運(yùn)營(yíng)商帶來的好處是顯而易見的：提高頻譜利用率、快速部署新業(yè)務(wù)、降低成本等。這是從產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)看技術(shù)。曾經(jīng)在終端市場(chǎng)被IT化浪潮拍倒的諾基亞，如今轉(zhuǎn)向電信設(shè)備市場(chǎng)后的命運(yùn)不言而喻。

從宏觀經(jīng)濟(jì)看，大數(shù)據(jù)并非IT廠商推動(dòng)的，而是由經(jīng)濟(jì)全球化浪潮引發(fā)的。全球范圍內(nèi)資源的重新配置、產(chǎn)業(yè)鏈的重新組合、市場(chǎng)的重新整合，讓所有企業(yè)直面復(fù)雜而劇變的外部環(huán)境，唯有大數(shù)據(jù)才能讓企業(yè)實(shí)時(shí)地應(yīng)對(duì)這種復(fù)雜性。

至于此次演示的硅光電子學(xué)技術(shù)，筆者曾在2010年就以《硅光電子學(xué)：IT產(chǎn)業(yè)新曙光》做過介紹，它的顛覆性橫跨IT與通信產(chǎn)業(yè)。

從經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)三個(gè)不同層面，不難對(duì)技術(shù)的商業(yè)價(jià)值做出粗略的評(píng)估。

平臺(tái)技術(shù)，英特爾所鐘愛

2002年，名為《平臺(tái)領(lǐng)導(dǎo)》的新書登陸亞馬遜，此書的副標(biāo)題是“英特爾、微軟和思科如何推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新”。該書講述了技術(shù)平臺(tái)對(duì)于這些廠商獲取和鞏固市場(chǎng)壟斷起到的決定性的作用，因此，是否具有平臺(tái)技術(shù)屬性是判別這些尚在研發(fā)中的技術(shù)前景如何的重要標(biāo)準(zhǔn)。

從平臺(tái)技術(shù)角度看，這次演示的室內(nèi)Wi-Fi定位技術(shù)將Wi-Fi從無線通信拓展到距離與方位的測(cè)定。室內(nèi)Wi-Fi定位與室外衛(wèi)星定位兩種測(cè)量定位技術(shù)的結(jié)合，便可將手機(jī)用戶與現(xiàn)實(shí)中的三維空間坐標(biāo)系實(shí)時(shí)地關(guān)聯(lián)起來，從而給人們來了巨大的有關(guān)市場(chǎng)前景的想象空間。這是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的技術(shù)領(lǐng)域，如果英特爾勝出，其在移動(dòng)終端市場(chǎng)對(duì)英特爾的意義，一如筆記本市場(chǎng)上基于Wi-Fi的迅馳對(duì)英特爾的意義。

篇7

[關(guān)鍵詞]比較法； 光電子學(xué)； 教學(xué)； 雙語課程

中圖分類號(hào)：H319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）02-0001-02

概述

《Optoelectronics》課程是光電信息科學(xué)與工程等專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要講述光的產(chǎn)生、光的探測(cè)、光的調(diào)制的基本原理。在高校專業(yè)課程教學(xué)中，為了讓學(xué)生接觸到本專業(yè)的一些前沿知識(shí)和最新研究進(jìn)展，同時(shí)也是為了提高學(xué)生閱讀外文科技書籍和資料的能力，課程采用外文原版教材和中英文參考書[1-3]，使用雙語教學(xué)，學(xué)生剛接觸該課程時(shí)出現(xiàn)畏難情緒，缺乏興趣和主動(dòng)性。為調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高教學(xué)效率和效果，在教學(xué)中應(yīng)用比較法，不僅使學(xué)生在前修課程或本課程前面章節(jié)已學(xué)的知識(shí)點(diǎn)得到鞏固和深化，而且使新知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)事半功倍。

比較法的應(yīng)用

比較法能夠開拓學(xué)生的思維空間，在分析鑒別中把握知識(shí)的重點(diǎn)，較正確地把握概念、原理、結(jié)構(gòu)、計(jì)算方法之間的聯(lián)系與區(qū)別。將比較法如何運(yùn)用于教學(xué)中呢？比較法教學(xué)，就是把內(nèi)容或形式上有聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比、分析，指出其相同點(diǎn)、不同點(diǎn)的教學(xué)方法[4]。其主要方法：

（一）求同比較。就是將相同的知識(shí)，或性質(zhì)相似的知識(shí)點(diǎn)放在一起加以比較。這樣通過相同點(diǎn)的比較，學(xué)生把握兩組或多組知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)涵，能夠使理解深入并真正掌握。

（二）求異比較。事物之間存在差異，這是極普遍的現(xiàn)象。在教學(xué)實(shí)踐中，求異比較是啟發(fā)學(xué)生盡量多地尋找出不同點(diǎn)，通過兩組或多組知識(shí)點(diǎn)間差異的比較，抓住其本質(zhì)區(qū)別，激發(fā)學(xué)生拓寬對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解的廣度，并可使學(xué)生獲得更新的結(jié)構(gòu)、性能的設(shè)計(jì)思路。

高校教學(xué)中，在前修課程的基礎(chǔ)上，通過專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)，為后面的專業(yè)課程打下牢固的基礎(chǔ)。《Optoelectronics》著重于與光通信技術(shù)相關(guān)的光電子器件，知識(shí)點(diǎn)教學(xué)主要分為概念、原理、結(jié)構(gòu)和特性參量的教學(xué)。

一、比較法用于關(guān)鍵概念的教學(xué)

《Optoelectronics》雙語課程中新概念多，仔細(xì)歸類，發(fā)現(xiàn)可作比較的概念不少，如：帶間躍遷和帶內(nèi)躍遷、損耗和增益等。在關(guān)鍵概念的教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生與前修課程或本課程前面已學(xué)的相關(guān)概念進(jìn)行比較，或者直接將兩個(gè)并列的概念同時(shí)引入，比較其異同點(diǎn)。

如圖1的PPT所示，在1.6節(jié)引入帶內(nèi)躍遷（Intraband transitions）時(shí)，與前面已學(xué)的1.4節(jié)中的帶間躍遷通過示意圖、條件、躍遷前后狀態(tài)的變化以及各自應(yīng)用進(jìn)行比較，學(xué)生不僅很快理解了“帶內(nèi)躍遷”新概念，而且對(duì)“帶間躍遷”掌握得更深刻。

自發(fā)輻射和受激輻射是4.2節(jié)中同時(shí)引入的概念，教學(xué)中：

先給出定義。在熱平衡下，如果在半導(dǎo)體的導(dǎo)帶與價(jià)帶中分別有一定數(shù)量的電子與空穴，導(dǎo)帶中電子以一定的幾率與價(jià)帶中空穴復(fù)合并以光子形式放出復(fù)合所產(chǎn)生的能量的過程稱為自發(fā)發(fā)射躍遷；導(dǎo)帶電子與價(jià)帶空穴復(fù)合過程在適當(dāng)能量的光子激勵(lì)下進(jìn)行的，由復(fù)合產(chǎn)生的光子與激發(fā)該過程的光子有完全相同的特性（包括頻率、相位和傳播方向等），這種躍遷過程稱為受激發(fā)射。

再進(jìn)行求同比較和求異比較。相同點(diǎn)如圖2所示，兩種過程前后的狀態(tài)變化都是導(dǎo)帶電子與價(jià)帶空穴復(fù)合發(fā)出光子。不同點(diǎn)主要是條件不同，一個(gè)是自發(fā)的，一個(gè)必須有光子激勵(lì)且光子能量等于禁帶寬度；發(fā)出的光子的特性不同，自發(fā)輻射發(fā)出的光子是非相干的，對(duì)應(yīng)半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）的工作原理；受激輻射發(fā)出的光子是全同光子，是相干光，對(duì)應(yīng)

半導(dǎo)體激光器（LD）、半導(dǎo)體光放大器（SOA）的工作原理。

通過這樣的教學(xué)步驟，學(xué)生易于理解并在比較中牢固掌握概念，在后續(xù)器件原理的學(xué)習(xí)中，能夠熟練應(yīng)用概念，結(jié)合器件結(jié)構(gòu)易于理解工作原理。

二、比較法用于基本原理的教學(xué)

基本原理是各課程的重點(diǎn)和基礎(chǔ)。在《Optoelectronics》雙語課程中，主要是各種器件的工作原理，如檢測(cè)器原理與光源原理；各種工作模式的原理，如小信號(hào)調(diào)制、大信號(hào)調(diào)制和脈碼調(diào)制。

《Optoelectronics》雙語課程的第二章主要闡述了光電檢測(cè)器――PIN和雪崩二極管（APD），第三章的重點(diǎn)是LED，第四章著重于LD的靜態(tài)。那么在第四章教學(xué)的開始，如圖3所示，將課程中光電子器件的兩大類――檢測(cè)器（PIN、APD）和光源（LED、LD）從整體上進(jìn)行比較。首先找出共同點(diǎn)，無論檢測(cè)器還是光源都是換能器（Transmitter），只不過檢測(cè)器是將光能轉(zhuǎn)換成電能，而光源是將電能轉(zhuǎn)換成光能，這樣的相同之處就可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)第四章時(shí)類比前兩章的方法。然后找不同點(diǎn)，主要是結(jié)構(gòu)和偏置狀態(tài)不同，檢測(cè)器反向偏置，光源正向偏置，這樣就可歸結(jié)于前修課程中的不同偏置下的半導(dǎo)體PN結(jié)的工作原理，所以第四章中的很多公式的推導(dǎo)和分析只要抓住結(jié)構(gòu)和偏置的不同，借鑒已有的知識(shí)和方法，難點(diǎn)就迎刃而解了。

類似的原理用比較法講解，也起到了很好的效果，如圖4所示，在5.2節(jié)引入LD的三種直接調(diào)制方式的原理時(shí)，通過三種調(diào)制方式輸入輸出波形的比較，讓學(xué)生直觀明了地理解了這三種調(diào)制方式，學(xué)生當(dāng)堂能自己作分析比較：小信號(hào)調(diào)制和脈碼調(diào)制本質(zhì)上屬于一類，輸入脈沖信號(hào)都在閾值之上，所不同的僅在于輸入信號(hào)在閾值之上的調(diào)制幅度的大?。淮笮盘?hào)調(diào)制，并不是輸入信號(hào)大，而是指輸入信號(hào)在閾值的上下變化，因此響應(yīng)速度是最慢的。

三、比較法用于核心器件結(jié)構(gòu)的教學(xué)

前面已提到課程中涉及的光電子器件主要是檢測(cè)器PIN、APD和光源LED、LD，差別主要在于結(jié)構(gòu)，所以本課程中引入新結(jié)構(gòu)的時(shí)候，一般都會(huì)與前面同一類型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，如PIN和APD、面發(fā)射和邊發(fā)射LED、增益導(dǎo)引型和折射率導(dǎo)引型LD等。

在2.7節(jié)引入APD的典型結(jié)構(gòu)時(shí)，與2.6節(jié)的PIN的結(jié)構(gòu)比較，如圖5所示。找出它們的異同，發(fā)現(xiàn)最外的兩層都是重?fù)诫s而且很薄，吸收區(qū)都很厚，區(qū)別在于APD多加了一層，這層作為雪崩區(qū)，電場(chǎng)強(qiáng)度大而且盡量保持均勻，因此接下來的教學(xué)主要圍繞這層高場(chǎng)強(qiáng)的雪崩區(qū)展開，這樣重點(diǎn)突出而且引入快，也引起學(xué)生的興趣第3.5節(jié)闡述LED的先進(jìn)結(jié)構(gòu)，其中邊發(fā)射和面發(fā)射的結(jié)構(gòu)如圖6中左邊的兩個(gè)結(jié)構(gòu)圖所示，應(yīng)用比較法，突出主要異同點(diǎn)：都有異質(zhì)PN結(jié)；不同之處以如圖6中右邊兩個(gè)簡(jiǎn)圖所示，邊發(fā)射LED頂面是條形電極，側(cè)邊發(fā)光，類似LD的發(fā)光方式；面發(fā)射LED為了得到準(zhǔn)直的光束，在頂面電極開口處放置微透鏡聚焦。運(yùn)用對(duì)比的方法，并化繁為簡(jiǎn)，畫出簡(jiǎn)圖，能讓學(xué)生一目了然，對(duì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也易掌握。

四、比較法用于重要特性參量計(jì)算的教學(xué)

比較法不僅適用于定性知識(shí)的教學(xué)，對(duì)器件特性的定量計(jì)算也起到觸類旁通的效果。

2.4節(jié)和2.6節(jié)中都有光電流的計(jì)算，可通過比較法，在2.4節(jié)的基礎(chǔ)上便捷地推導(dǎo)出2.6節(jié)中的光電流。如圖7中上面的能帶圖所示，當(dāng)光入射到反向偏置的PN結(jié)中，產(chǎn)生的光電流包括P區(qū)和N區(qū)中的擴(kuò)散電流以及耗盡區(qū)的漂移電流；而當(dāng)光入射反向偏置的PIN檢測(cè)器，如圖7中下面的能帶圖所示，P和N都很薄，擴(kuò)散電流可忽略，而I區(qū)的厚度比PN結(jié)中的耗盡區(qū)的厚度大得多，所以計(jì)算其中的漂移電流時(shí)，積分號(hào)中的產(chǎn)生率不能近似為常數(shù)。

課程中最重要的參量計(jì)算是圍繞器件的轉(zhuǎn)換效率，如圖8所示，在第二章雖然反復(fù)強(qiáng)調(diào)PIN和APD的轉(zhuǎn)換效率、輸入光子流、輸出電流三者的互算關(guān)系，但在作業(yè)中有不少同學(xué)沒有理解，只是背公式，因此出現(xiàn)不少錯(cuò)誤。在第三章中再次提到LED的轉(zhuǎn)換效率、輸入光子流、輸出電流三者的互算關(guān)系時(shí)，利用比較法，抓住共同點(diǎn)都是換能器，輸入量乘以轉(zhuǎn)換效率得到輸出量，這樣大多數(shù)學(xué)生能馬上領(lǐng)會(huì)到效率在等式中的位置對(duì)于檢測(cè)器和光源是不同的，因?yàn)閮烧叩妮斎胼敵隽空孟喾础?/p>

教學(xué)法應(yīng)用體會(huì)

實(shí)踐表明， 充分利用比較法進(jìn)行課程教學(xué)， 可以幫助學(xué)生理解新概念、基本原理、器件結(jié)構(gòu)以及特性參量的計(jì)算方法，并鞏固原有知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，主動(dòng)在比較中尋找規(guī)律，以達(dá)到觸類旁通，充分培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力，提高教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] Jasprit Singh. 半導(dǎo)體光電子學(xué)（英文版）[M].紐約：McGraw-Hill出版社， 1995.

[2] S. O. Kasap.光電學(xué)與光子學(xué)（英文版）[M]. 倫敦：Prentice Hall出版社， 2001.

[3]黃德修.半導(dǎo)體光電子學(xué)[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，2013.

篇8

關(guān)鍵詞：激光原理；教學(xué)實(shí)踐；教學(xué)體系

南京航空航天大學(xué)以育人為本，不斷豐富和發(fā)展辦學(xué)指導(dǎo)思想。樹立并踐行“三個(gè)為本，三個(gè)促進(jìn)”的辦學(xué)理念，即“以育人為本，促進(jìn)人才輩出；以學(xué)術(shù)為本，促進(jìn)學(xué)術(shù)繁榮；以航空為本，促進(jìn)特色發(fā)展”。 把提高質(zhì)量作為學(xué)校教育改革發(fā)展最核心最緊迫的任務(wù)，堅(jiān)定不移地走有特色、高水平、內(nèi)涵式發(fā)展道路，形成人才培養(yǎng)新優(yōu)勢(shì)，努力出名師、育英才、創(chuàng)一流，在加快建設(shè)高水平研究型大學(xué)的進(jìn)程中取得新的更大的成就。

學(xué)校學(xué)生來自全國(guó)各地。長(zhǎng)三角地區(qū)光電子行業(yè)非常發(fā)達(dá)，考慮到這些因素，對(duì)本課程，定位為光電信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課程，目標(biāo)是使學(xué)生掌握激光器運(yùn)轉(zhuǎn)的基本物理原理，為后續(xù)專業(yè)課程的進(jìn)一步學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，為今后在光電子學(xué)及相關(guān)的電子信息科學(xué)等領(lǐng)域從事學(xué)術(shù)研究和教學(xué)工作奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，服務(wù)江蘇，兼顧長(zhǎng)三角，播及全國(guó)。

1、教學(xué)方法與教學(xué)手段

《激光原理》是高等院校光電子技術(shù)和有關(guān)專業(yè)的一門極其重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]。是學(xué)習(xí)相關(guān)課程“激光器件”、“激光技術(shù)”、“激光應(yīng)用”的基礎(chǔ)，也是學(xué)習(xí)光電子學(xué)、激光化學(xué)、激光生物學(xué)、激光光譜學(xué)、非線性光學(xué)等新的交叉學(xué)科的重要基礎(chǔ)[2]。為此，除嚴(yán)格的課堂教學(xué)以外，我們還配合一些課程設(shè)計(jì)、專題課堂討論及前沿學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)講座等多種形式。在介紹課程的學(xué)習(xí)意義時(shí)，采用啟發(fā)式的教學(xué)方式[3]。從激光發(fā)展歷史和相關(guān)技術(shù)入手，介紹了激光科學(xué)技術(shù)近50年的發(fā)展，其應(yīng)用遍及科技、經(jīng)濟(jì)、軍事和社會(huì)發(fā)展的許多領(lǐng)域。本課程制定了詳細(xì)的教學(xué)內(nèi)容，明確了教學(xué)目標(biāo)。講述激光器基本原理、開放式諧振腔理論，講授激光振蕩和放大理論。經(jīng)過系統(tǒng)地學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握產(chǎn)生激光的基本原理和處理激光問題的基本理論和基本方法[2]。

2、課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)及解決辦法

本課程是一門理論性較強(qiáng)的課程。主要闡述激光器的基本原理和理論。本課程的重點(diǎn)，是要掌握激光器的基本原理、光諧振腔理論、激光振蕩理論。光和物質(zhì)的共振相互作用是激光振蕩和放大的物理基礎(chǔ)，這一部分的重點(diǎn)放在闡明光和物質(zhì)的共振相互作用的基本物理過程和主要理論分析方法方面，課程的難點(diǎn)也在此處[4]。采取多樣靈活的教學(xué)手段。課堂教學(xué)包括：課堂講解、PowerPoint幻燈片課件、課堂小測(cè)驗(yàn)、課堂提問、筆記檢查、課后作業(yè)、作業(yè)及課堂小測(cè)驗(yàn)講評(píng)等。十分重視該專業(yè)學(xué)生英文水平的提高，并一直堅(jiān)持在講課中盡量向?qū)W生介紹英文的專業(yè)詞匯。教會(huì)學(xué)生正確的學(xué)習(xí)方法。要學(xué)好本課程，學(xué)生們要建立一套適應(yīng)于理論知識(shí)學(xué)習(xí)的科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，更重要的是，掌握基本物理過程和主要理論分析方法，要求學(xué)生必須通過對(duì)知識(shí)的理解和消化來學(xué)習(xí)和掌握知識(shí)，培養(yǎng)知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用能力。針對(duì)教學(xué)內(nèi)容中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，采取重點(diǎn)授課，講解細(xì)致、詳盡，增加學(xué)生的實(shí)踐機(jī)會(huì)等措施，使學(xué)生真正理解和掌握重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容。

3、教學(xué)資料與實(shí)踐

我們采用的教材是高等學(xué)校電子信息類規(guī)劃教材“《激光原理》” （第五版），由清華大學(xué)周炳琨院士擔(dān)任主編。一方面，補(bǔ)充一些基本知識(shí)，例如學(xué)生沒有學(xué)習(xí)過原子物理的有關(guān)知識(shí)，在介紹激光基本知識(shí)時(shí)，加入了有關(guān)能級(jí)的一些知識(shí)點(diǎn)，有利于學(xué)生對(duì)后面內(nèi)容的了解和掌握[5]。另一方面，隨著激光科學(xué)的發(fā)展，主講教師在授課中不斷及時(shí)補(bǔ)充內(nèi)容，及時(shí)反映國(guó)內(nèi)外激光科學(xué)的最新進(jìn)展，使學(xué)生及時(shí)了解該學(xué)科的發(fā)展動(dòng)向；吸納兄弟院校本課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，取各家之長(zhǎng)，豐富我們的教學(xué)內(nèi)容。與《激光原理》課程配套的激光專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)日趨完善，目前已經(jīng)開設(shè)了高斯光束參數(shù)測(cè)量及透鏡變換實(shí)驗(yàn)、半導(dǎo)體激光器系列實(shí)驗(yàn)、連續(xù)激光相位調(diào)制實(shí)驗(yàn)、激光散斑干涉計(jì)量、激光全息干涉振動(dòng)分析、脈沖調(diào)Q Nd：YAG倍頻激光器實(shí)驗(yàn)、氦氖激光器模式分析實(shí)驗(yàn)[6]。隨著激光原理和相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室老師正在籌建新的激光實(shí)驗(yàn)，并撰寫了現(xiàn)代光學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)用書。新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備已經(jīng)編入211工程學(xué)科建設(shè)預(yù)算，正在采購(gòu)中。專業(yè)實(shí)驗(yàn)室面積擴(kuò)大到250平方米[7]。。我們還與南京東方激光、南京煜宸激光科技、南京激光儀器廠、江蘇恒達(dá)激光圖像、江蘇聯(lián)正利惠激光科技等企業(yè)有長(zhǎng)期穩(wěn)定的教研合作關(guān)系，經(jīng)常派學(xué)生去實(shí)習(xí)，或請(qǐng)對(duì)方專家來學(xué)校交流指導(dǎo)學(xué)生。

4、總結(jié)。依據(jù)教研融合、開放共享和體現(xiàn)特色與水平的原則，以理論與實(shí)踐結(jié)合為特色，闡述了激光原理教學(xué)體系建立和完善的經(jīng)驗(yàn)。目前，已完成了激光原理的課程建設(shè)，包括課程教學(xué)內(nèi)容項(xiàng)目建設(shè)、實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)等。本課程緊密跟蹤學(xué)科前沿，一貫堅(jiān)持把前沿研究?jī)?nèi)容及時(shí)充實(shí)到課堂教學(xué)活動(dòng)中，引導(dǎo)學(xué)生接觸前沿學(xué)科知識(shí)，保持課程內(nèi)容的先進(jìn)性。教學(xué)科研互促共進(jìn)。教學(xué)手段豐富靈活。

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篇9

關(guān)鍵詞：電子信息；技術(shù)；科學(xué)；發(fā)展

1引言

隨著第三次產(chǎn)業(yè)革命的不斷深入，科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要指標(biāo)，也是一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)力發(fā)展的重要推動(dòng)力量，而在現(xiàn)階段的科學(xué)技術(shù)當(dāng)中，電子信息科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為科學(xué)技術(shù)的最重要衡量指標(biāo)，電子信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)推動(dòng)整個(gè)科技的發(fā)展都有著重要的作用。而電子信息科學(xué)技術(shù)的概念是一個(gè)較為寬松的概念，包括眾多的子學(xué)科。如：電子科學(xué)與技術(shù)、集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)、電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信工程、無線電技術(shù)等。我國(guó)的電子信息科學(xué)技術(shù)的全面發(fā)展是在改革開放之后才開始的，因此，發(fā)展的時(shí)間并不長(zhǎng)，這也是導(dǎo)致當(dāng)前階段我國(guó)電子信息科學(xué)技術(shù)較為落后的一個(gè)重要原因。

2現(xiàn)階段我國(guó)電子信息科學(xué)技術(shù)所存在的問題分析

當(dāng)今時(shí)代信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有著重要的意義，由于我國(guó)現(xiàn)代電子信息科學(xué)技術(shù)起步較晚，沒有抓住發(fā)展的機(jī)遇，使得我國(guó)的電子信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展存在著一定的滯后性，也導(dǎo)致了許多問題的存在。當(dāng)前階段我國(guó)在電子信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展中所存在的問題主要有以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

2.1人才問題

自上個(gè)世紀(jì)90年代，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的電子信息科學(xué)技術(shù)在我國(guó)不斷發(fā)展之后，我國(guó)各大院校都先后設(shè)立了相關(guān)的專業(yè)。但是大部分的院校所培養(yǎng)的人才都只能從事低端的技術(shù)維修工作，而不能進(jìn)行技術(shù)上的創(chuàng)新。而現(xiàn)階電子信息科學(xué)技術(shù)在未來的發(fā)展文/楊森隨著科技的不斷發(fā)展，電子信息科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一，被廣泛的運(yùn)用到各行各業(yè)當(dāng)中去，逐漸的改善了人們的生活方式，同時(shí)對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也起到了極大的作用。因此電子信息技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)階段整個(gè)社會(huì)的熱點(diǎn)話題。但是人們?cè)谑褂秒娮有畔⒖茖W(xué)技術(shù)的同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了一些其中所存在的問題，在本文當(dāng)中，筆者分析現(xiàn)階段我國(guó)電子信息科學(xué)技術(shù)在發(fā)展與使用的過程當(dāng)中所出現(xiàn)的一些問題，并以此為基礎(chǔ)，分析了在未來的發(fā)展?fàn)顩r。

2.2產(chǎn)業(yè)環(huán)境問題

當(dāng)前階段我國(guó)的電子信息科學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)業(yè)環(huán)境所面臨的問題主要分為以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：第一，市場(chǎng)環(huán)境問題。電子信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也是因?yàn)槭袌?chǎng)的發(fā)展提出了相關(guān)的需求，但是從整體角度出發(fā)，我們可以發(fā)現(xiàn)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的不完善也導(dǎo)致了當(dāng)前階段電子信息科學(xué)技術(shù)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展遭受到了嚴(yán)重的惡化，一些電子信息科學(xué)技術(shù)企業(yè)為了獲取更多的市場(chǎng)份額，采用一些不正當(dāng)?shù)氖侄芜M(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。第二，國(guó)家的相關(guān)政策不夠完善，電子信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展離不開國(guó)家法律法規(guī)的支持，例如知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的相關(guān)法律法規(guī)。但是我國(guó)現(xiàn)階段的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)法中的關(guān)于電子信息技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)并不是很全面，特別是在新技術(shù)保護(hù)方面存在著很大的漏洞。

2.3結(jié)構(gòu)問題

電子信息科學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是推動(dòng)電子技術(shù)更新的內(nèi)部動(dòng)力，我國(guó)目前的電子信息科學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)雖然實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；l(fā)展，但是政府在“鋪攤子”的同時(shí)忽視了電子信息科學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，而核心技術(shù)仍然掌握在發(fā)達(dá)國(guó)家手中，使得我國(guó)目前的電子信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展缺少自主創(chuàng)新能力，從而無法從根本上推動(dòng)我國(guó)科學(xué)技術(shù)的全面進(jìn)步。

3電子信息科學(xué)技術(shù)在未來的發(fā)展趨勢(shì)分析

3.1光電子技術(shù)是未來信息技術(shù)的核心技術(shù)

現(xiàn)代的電子信息技術(shù)在理論方面經(jīng)歷了電子學(xué)與光電子學(xué)兩個(gè)階段，我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)全面進(jìn)入了電子信息科學(xué)技術(shù)階段，即將計(jì)入光電子階段。許多科學(xué)家曾經(jīng)預(yù)言21世紀(jì)是光電子信息科學(xué)技術(shù)得到發(fā)展的世紀(jì)。光子可以作為一種能量與信息的載體，同時(shí)逐漸形成了信息光子學(xué)與電子學(xué)，并且都已經(jīng)得到了一定的發(fā)展。因此，在未來的一段時(shí)間之內(nèi)光電子信息科學(xué)技術(shù)時(shí)信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)。

3.2計(jì)算機(jī)技術(shù)向智能化發(fā)展

計(jì)算機(jī)技術(shù)也是一個(gè)較為龐大的技術(shù)概念，其中包括計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)等多種不同的技術(shù)形式。當(dāng)前階段關(guān)于計(jì)算機(jī)硬件的技術(shù)已經(jīng)較為發(fā)達(dá)，但是在只能化方面還存在著一定的問題。但是隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)生活的便利性必然會(huì)提出更高的要求，這就使得智能化設(shè)備開始不斷進(jìn)入人們的日常生活當(dāng)中。從總體來看，我們西方發(fā)達(dá)國(guó)家在智能化領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。例如，谷歌公司開發(fā)的無人駕駛技術(shù)，已經(jīng)基本完善并能夠投入使用。根據(jù)谷歌的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，谷歌無人駕駛技術(shù)已經(jīng)安全行駛了500萬公里。

作者:楊森 單位:成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

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篇10

新興電子技術(shù)是電子技術(shù)與其他領(lǐng)域的技術(shù)有機(jī)結(jié)合而形成的新技術(shù)。目前電子技術(shù)與其他領(lǐng)域技術(shù)的結(jié)合主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

1.1 生物工程技術(shù)

微電子技術(shù)與生物工程技術(shù)相結(jié)合形成生物芯片技術(shù)。目前最有代表性的是DNA芯片，采用微電子加工技術(shù)，可以在約1cm的硅片上制作包含有10萬多種DNA基因片段的芯片。INA芯片的基本思想是通過施加電場(chǎng)等措施使一些特殊的物質(zhì)能夠反映出某種基因的特性，從而達(dá)到檢測(cè)基因的目的。

DNA芯片的作用非常巨大，可用于基因?qū)W研究、生物醫(yī)學(xué)等，有可能形成微電子生物系統(tǒng)，如同今天的C芯片一樣。

1.2 微機(jī)電技術(shù)

微機(jī)電技術(shù)（MELS是集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和執(zhí)行電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。它不僅可以感受運(yùn)動(dòng)、光、聲、熱、磁等物理信號(hào)，并且轉(zhuǎn)變電子系統(tǒng)可識(shí)別的電信號(hào)，而且可以處理這些電信號(hào)并形成相應(yīng)指令，完成一定的功能。如電子耳窩、微型鑷子（尖端5可夾起一個(gè)紅細(xì)胞）MEMS技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)及軍事等領(lǐng)域。

1.3 光電子技術(shù)

微電子技術(shù)與光子技術(shù)結(jié)合，形成信息光電子技術(shù)和能量光電子技術(shù)。光電子技術(shù)能夠提高信息傳輸、處理速度和存儲(chǔ)容量，是信息社會(huì)的主要支撐技術(shù)。隨著信息光電子技術(shù)的發(fā)展，可以拉動(dòng)生物、材料、航天、海洋等新技術(shù)的發(fā)展。由國(guó)際光電子學(xué)工業(yè)發(fā)展協(xié)會(huì)（PDA）統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，到2008年世界光電子產(chǎn)業(yè)各分項(xiàng)市場(chǎng)值將超過3000億美元，4年増長(zhǎng)近1倍。我國(guó)2005年光電子總產(chǎn)值達(dá)80億美元，年増長(zhǎng)率超過50%，預(yù)計(jì)今后10年將以年均30%左右的速度遞増。在技術(shù)方面，我國(guó)的科研水平較高，但生產(chǎn)工藝技術(shù)和器件綜合水平較落后，缺乏具有自主P的重大創(chuàng)新成果。目前，長(zhǎng)春確定的光谷發(fā)展的核心技術(shù)是信息顯示器件及上下游產(chǎn)品。

新興電子技術(shù)的發(fā)展必將成為21世紀(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，將成為新的經(jīng)濟(jì)生長(zhǎng)點(diǎn)。表現(xiàn)在一方面國(guó)家進(jìn)行科學(xué)的宏觀規(guī)劃；另一方面，國(guó)家與地方政府加大政策支持和資金投入。以長(zhǎng)春市發(fā)展光電子技術(shù)為例，從重大工程規(guī)劃上反映了資金投入的力度光電子技術(shù)將成為汽車支柱產(chǎn)業(yè)之后的又一新的支柱產(chǎn)業(yè)。

2.調(diào)整專業(yè)設(shè)置，為振興東北老工業(yè)基地提供人力資源

調(diào)整專業(yè)設(shè)置主要包括兩個(gè)方面，一是微觀上的課程體系改革；二是宏觀上的專業(yè)方向調(diào)整。下面從技術(shù)論的觀點(diǎn)以及適應(yīng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化來分別加以論述。

2.1 課程改革要適應(yīng)技術(shù)轉(zhuǎn)移的要求

每一次技術(shù)的轉(zhuǎn)移都將促進(jìn)教育教學(xué)的改革。在技術(shù)進(jìn)步與教育教學(xué)相互融合、互相促進(jìn)的今天，無論是技術(shù)的傳授者還是技術(shù)的學(xué)習(xí)者，都應(yīng)該思索如何構(gòu)造學(xué)習(xí)者的主體知識(shí)架構(gòu)，以適應(yīng)未來個(gè)性化的知識(shí)社會(huì)。從上面電子技術(shù)發(fā)展的歷程來看，每一次電子技術(shù)的重心轉(zhuǎn)移，勢(shì)必推動(dòng)相關(guān)課程的改革；而且隨著電子技術(shù)重心轉(zhuǎn)移過程的加快，相關(guān)課程內(nèi)容整合的相對(duì)滯后，使人才培養(yǎng)難以適應(yīng)職業(yè)技能的需要。因此，在課程改革上一方面應(yīng)注重學(xué)科教育的核心課程，拓寬基礎(chǔ)，以寬口徑的基礎(chǔ)課程對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)素質(zhì)教育，適應(yīng)職業(yè)技術(shù)變化。另一方面，以基礎(chǔ)課程夠用為主，充分?jǐn)U展電子技術(shù)的應(yīng)用，重視與職業(yè)技術(shù)邊界相關(guān)課程的開發(fā)，培養(yǎng)勝任能力。

2.2 專業(yè)設(shè)置要適應(yīng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化

人力資源需求的變化也是推動(dòng)學(xué)校教育教學(xué)（尤其職業(yè)類技術(shù)學(xué)院）改革的原始動(dòng)力。盡管技術(shù)與人才需求表現(xiàn)協(xié)調(diào)的關(guān)系，但在實(shí)際中卻存在著理論與實(shí)際的脫離、時(shí)間的滯后。必須把握專業(yè)設(shè)置與調(diào)整契機(jī)，以適應(yīng)技術(shù)發(fā)展與社會(huì)需求的需要，推動(dòng)技術(shù)與社會(huì)需求、人力資源的協(xié)調(diào)發(fā)展。對(duì)于學(xué)校如何從電子技術(shù)與其他相關(guān)技術(shù)結(jié)合中形成的新興技術(shù)中，探尋出具有21世紀(jì)支柱產(chǎn)業(yè)性質(zhì)的專業(yè)群，是學(xué)校引領(lǐng)技術(shù)潮流，代表先進(jìn)生產(chǎn)力的具體體現(xiàn)。

以長(zhǎng)春市重點(diǎn)發(fā)展光電子技術(shù)為契機(jī)，充分把握時(shí)機(jī)，進(jìn)行資源整合，設(shè)置或調(diào)整專業(yè)結(jié)構(gòu)。

2.3 新增應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的意義

經(jīng)過二十多年的實(shí)踐與探索，我國(guó)職業(yè)教育有了長(zhǎng)足的發(fā)展，形成了適合中國(guó)特色的職業(yè)教育教學(xué)模式。在市場(chǎng)無形之手的推動(dòng)下，從今年起，我國(guó)高級(jí)藍(lán)領(lǐng)的搖籃一高職教育進(jìn)入關(guān)鍵性的發(fā)展階段。值得擔(dān)憂的是，在師資、教學(xué)設(shè)備沒有較大増幅的情況下，社會(huì)需求量卻在猛増。經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展離不開科學(xué)技術(shù)成果的運(yùn)用，科學(xué)技術(shù)成果的運(yùn)用是通過生產(chǎn)力最活躍的人力因素來實(shí)現(xiàn)，而生產(chǎn)一線人員掌握技術(shù)直接由職業(yè)教育來完成。在這一鏈條中，必須構(gòu)建有效的職業(yè)教育教學(xué)模式，一方面潛在的推動(dòng)企業(yè)技術(shù)的革新與開發(fā)；另一方面，適應(yīng)企業(yè)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展，以最小的教育投入，培養(yǎng)出大批的技術(shù)人才，不僅能夠推動(dòng)企業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與壯大，而且提高職業(yè)教育的有效性，人才發(fā)展的時(shí)效性，促進(jìn)職業(yè)教育與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有機(jī)融合與平衡。這正是職業(yè)院校教育教學(xué)創(chuàng)新模式的體現(xiàn)和辦學(xué)的特色，也是職業(yè)教育教學(xué)的必然要求。