光信息科学与技术概论-中国光学光电子行业协会

安徽师范大学物理与电子信息学院 10
• 扩大融资、纳资渠道也是我国光电子企业发展的必 由之路。目前我国大约有50家上市的企业集团公司 经营光电，光电股对股民有很大的吸引力，而且， 海外资本看好中国大陆的这块光电市场，按技术股 和资金等方式纷纷进入中国大陆的光电子产品市场 ，尤其是光纤和光通信行业市场，如长江通信参股 武汉长飞光纤光缆有限公司，阿尔卡特与深圳特发 信息股份有限公司，澳大利亚国家光子研究中心与 江苏法尔胜组成法尔胜光子有限公司，日本藤仓株 式会社和台湾华新丽华与南京新港高科技股份有限 合资公司的华新藤仓光通信有限公司等。去年全球 最大的光纤通信器件公司-美国JDSU，全资并购福 建华科光电子有限公司，推开了世界跨国公司进驻 我国"光电园区"的序幕。
安徽师范大学物理与电子信息学院 9
4 我国光子产业的发展现状
我国的激光和光电子技术的发展起步不晚，几乎与世 界同步，尤其是近十几年来，由于改革开放政策的威力 ，以及积极利用投资环境和消费市场的优势，中国的光 电子产品市场的年增长率，始终保持在两位数的高速增 长势头。国家"863"计划为我国发展信息光电子产业打下 了很好的基础。目前，中国已成为光电子产品的重要市 场，为今后发展带来了很好的机遇。 目前，建立和健全国家的风险投资资金体系，实行国 家、企业、个人风险共担，有利于促进涉及我国创新光 电子技术产品项目的开发。金融部门的积极投资，可使 我国先进光电子产品迅速达到规模生产，增强产品的国 际市场竞争地位。
光信息科学与技术（光电信息科学与技术） 概论 2011.10
给本科新生讲授 怎样学好光信息科学与技 术课程
安徽师范大学物理与电子信息学院
1
这门课程是新开设的课程
一、为什么要开设本课程 １. 是满足现代大学生特点的需要 ２. 是该专业自身特点的需要
二、开设本课程的目的 １. 了解该专业课程体系及相互之间的关系 ２. 增强同学们学好本专业各门课程的信心，激 发学习本专业的兴趣 ３. 在学习过程中，少走弯路
安徽师范大学物理与电子信息学院 5
• 光电子（光子）技术主要是研究光（特别是相干光）的产生、传输、控 制和探测的科学技术。通过光电子技术与微电子技术的结合，以及在各 种科学和技术领域的应用，产生并形成了一系列新的交叉学科和应用技 术领域，如信息光电子技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术， 激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学 ，超快光子学，激光化学，量子光学，激光（测污）雷达，激光制导， 激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等不胜枚举。这些技术 应用的快速发展及向其它科技领域的渗透，形成了许多市场可观、发展 潜力巨大的光电子产业，包括光纤通讯产业、光显示产业、光存储-光盘 产业、光机电一体化、激光材料加工和合成产业、办公自动化与商用光 电子产业、激光医疗器械产业、激光器件产业、激光全息产业、光电子 材料产业、光电子检测产业和军用光电子产业。预计未来具有重大发展 前景的光（电）子产业有：光子计算与光信息处理产业、全光光子通信 产业、光子集成器件产业、聚合物光纤光缆产业、聚合物光电器件产业 和光子传感器产业等。 综上所述，光电子产业大致可分为五大类：光电子材料与元件产业 、光信息（资讯）产业、传统光学（光学器材）产业、光通信产业、激 光器与激光应用（能量、医疗）产业。
光电子基础雄厚，有长春 光机所、长春理工大学、 （原长春光机学院）等光 电子专业院校。 光通信和激光技术基础雄 厚，有中国科学院、清华 大学、北京大学等在光电 子技术方面处于国内领先 的院校。 光电子学、激光技术基础 雄厚，东南大学、苏州大 学等在光电子技术方面处 于国内领先的院校。
全国主要的液晶生产基地；全国最 大的光电编码器生产基地；是世界 生产532nm全固态绿激光器系列产品 最大供应商，激光加工设备、军用 光电设备力量雄厚。 科研院所、高校集中，在半导体激 光器、光学仪器、光通信器件、激 光加工等方面拥有优势，有“大恒 光电子”等上市公司。 台湾、日本、韩国等光显示、光存 储企业搬至南京、苏州、昆山。如 三星、LG、友达、法尔胜等。
安徽师范大学物理与电子信息学院 6
2 21世纪——光子学年代
“20世纪是电子学的年代”，这是对电子学为人类所作的贡献的一个恰如其 分的评价。 特别是20世纪40年代以后，电子学使工业化达到顶峰，又和光子 学一道促成了工业化向信息化的转变。“21世纪是光子学的年代”，在21世 纪光子学发展IT的目标归结为3T，即信息传输和交换容量都将达到Ｔb/s量级 ，信息存储容量要达到TB量级， 这是信息化社会所需的信息量所决定的。 面对如此艰巨的任务，以硅材料为基础的电子学将会遇到两个问题：一是硅 材料本身的电子迁移率（单位电场强度下电子的漂移速度）为4 000 cm/（Ｖ · s）已达到极限，启用更高电子迁移率的材料（如GaAs）将受限于成本和工 艺；二是依靠缩尺效应来提高微电子器件的处理速度以提高信息传输和交换 容量也将逐渐趋于极限。 一般认为，0.05 靘 的IC极限特征尺寸可能会在 2010年出现（目前这一特征尺寸为0.13 靘）。 因此在解决信息供需矛盾上电 子学逐渐显得力不从心而表现出所谓“电子学瓶颈”。 相反，光子学对面临 的“3T‖任务却显示出强劲的优势。 例如，用光纤来传输信息，它拥有70 THz以上可利用的带宽，而我们目前所利用的带宽还不足其万分之一；同样 有Tb/s信息交换带宽潜力的全光交换还刚开始；被誉为“海量存储”的光盘 ，随着激射波长越来越短的半导体激光器的实用化，存储量成倍地增加。
安徽师范大学物理与电子信息学院 7
•尽管光子学一开始就瞄准了信息科学作为它的应用对 象，光子是作为信息载体而出现的。 然而电子、光子 和其他微观粒子一样同属具有粒子性和波动性的“量 子”，用普朗克常数与其频率之积(hv)表示量子的能 量。 原子、电子、光子都可作能量的载体。 特别是 激光出现后，更是利用其作能量载体广泛应用于工业 加工，这比电子束用于材料加工的应用要广泛得多。 光子学的发展除极大地推动它的嫡系——信息光子学 外，还辐射到其他科学领域而形成一系列其他分支光 子学，如包括量子光学、分子光学、非线性光学、超 快光学等在内的基础光子学、生物医学光子学等。 在 21世纪，光学和光子学将渗透到各个学科领域，将成 为诸多学科中的“领头雁”。
北京
南京苏州 昆山（江 苏）
宁波温州 萧山（浙 江）
光通信、光器件、 光材料产业 光学仪器仪表产业
光电子学、激光技术雄厚 ，有浙江大学等在国内光 电子技术方面处于国内领 先的院校
安徽师范大学物理与电子信息学院 11
面对中国在WTO及国际市场的巨大压力和挑战， 我国政府和各级地方政府在制定―十一五"规划时， 均把发展光电子技术产业列入今后重中之重，选择 有条件的地区建立光电子技术产业基地。这是我国 迎接21世纪国际经济竟争和挑战的一项重要举措。 自2000年以来，称之为"武汉· 中国光谷"、 "广东· 中 国光谷" 、"长春· 中国光谷"等国家级光电子科技产 业发展园区相继筹建，上海、西安、福州、南昌、 无锡、合肥、宁波、重庆、北京通州等地的"光谷"-光电子科技产业园区的筹建也在加速进行中。这 些光电子科技产业园区具有优良的投资环境，将吸 引大批技术产品项目、资金、人才落户园区。
安徽师范大学物理与电子信息学院
4
引言
该专业是第三届招生的新兴交叉学科专业 为什么要开设此专业 一、国内外光信息科学与技术的发展现状 1 光信息科学与技术的展望 光信息科学和技术是光学和光电子学的一个分支 。从光学与光电子学的发展即可看到该学科的发展态 势，20世纪六十年代初出现的激光和激光科学技术， 以其强大的生命力推动着光信息科学与技术的发展， 至今光电子（光子）技术的应用已遍及科技、经济、 军事和社会发展的各个领域。人们普遍认为，光电子 产业将成为21世纪的支柱产业之一。
安徽师范大学物理与电子信息学院 2
为什么由我讲授这门课程
１. 申请者 ２. 职责 ３. 学习经历 2004年申请 专业负责人（兼职） 本科：物理 硕士：原子分子物 理 博士：光学 ４. 科研经历 承担多项省部级和国家级科研课 题 ５. 教学经历 承担过多门本科生课程的教学任 务，是原子分子物理专业和光学 专业的硕士生导师，光学专业博 士生导师 ６. 兴趣 期望能为同学们的后期学习做一 些有益的准备工作 ７. 不足 普通话水平 poor
安徽师范大学物理与电子信息学院 3
本科程的主要内容（８学时）
１. 光信息科学与技术的研究对象 2. 光信息科学与技术各学科分类 3. 光信息科学与技术各学科内容简介 4. 光信息科学与技术各学科之间的相互关系 5. 如何看待数学在光信息科学与技术中的地位 6. 实验技术在光信息科学与技术中的重要地位 ７. 几点供参考的建议
基础课程专业课程和自选课程201921345安徽师范大学物理与电子信息学院211光相干光的产生传输控制相干光的产生普通物理理论物理光学应用光学半导体物理电子技术量子电子学激光原理量子光学相干光的传输控制信息光学光通信原理光电子学激光技术光纤通信技术光通信网络基础固体光学性质应用薄膜光学半导体光电子器件微电子技术201921346安徽师范大学物理与电子信息学院212光信息的获取检测传输处理和显示激光光谱技术光谱技术及应用光纤传感原理信息存储与检索微弱信号检测技术液晶原理及应用集成光学激光加工及应用数字图像技术光电子学信息光学半导体光电子器件近代光学实验技术等安徽师范大学物理与电子信息学院47221专业基础课理论物理电动力学量子力学固体物理电子技术电子技术基础数字电路计算机应用技术光学应用光学激光原理激光光谱学近代光学实验技术信息科学图形图像处理技术等201921348安徽师范大学物理与电子信息学院222专业课激光技术信息光学光电子学光通信原理光谱技术及应用光纤通信系统数字图像技术201921349安徽师范大学物理与电子信息学院223专业自选课程光学应用非线性光学量子光学集成光学理论物理电动力学量子力学固体物理电子技术电子技术基础数字电路计算机应用技术光学应用光学激光原理激光光谱学近代光学实验技术信息科学图形图像处理技术等201921350安徽师范大学物理与电子信息学院三光信息科学与技术各学科内容简介31数学课程是专业的最基础课程是基本工具
2001年 产值
优势与特点 漕河泾、嘉定、松江等地区的 光电子企业相对较集中，已初 步形成上海光电子产业链，光 通信和光显示产业在国内具有 相对优势。 长飞(连续十年光纤光缆产销量 全国同行业第一)楚天激光(全 国最大的专业激光产品制造商) ；华工科技(具高校背景的上市 公司，拥有“华工图象”等多 个知名品牌)。 科学城成为国内外知名的光电 子产业园区。吸引大批外资或 合资企业，如光宝、依利安达 、恒光电子、高科通信等，形 成了光显示、光存储产业群。 全国最大的光通信产业基地， 拥有一批著名的本土企业，如
安徽师范大学物理与电子信息学院 8
3 国外光子产业的发展现状
从20世纪90年代开始，人类开始迈入信息社会。 特别是1993年美国提出 国家信息基础设施（NII）和其后不久的全球信息基础设施（GII），使信 息技术出现了勃勃生机。 1995年波分复用（WDM）和掺铒光纤放大器（ EDFA）进入实用，开创了大容量光纤通信的新局面，也开创了光子学发 展的新纪元。 到20世纪90年代后期，信息业务迅速发展，特别是因特网 业务呈爆炸性增涨，惟有光子学才能提供这种巨大的信息带宽。 光纤通 信网络将无可辩驳地成为整个信息网络的核心和平台。 现在光纤通信的 容量，以每12个月翻一番的速度向前发展。 随着人们对信息需求量指数 增长，这种信息爆炸的形势会愈演愈烈。 特别是信息家电的发展，远程 教育、远程医疗、家庭办公、电子商务、交互式视频业务等信息业务的 风起云涌，信息爆炸的高潮将在10年左右时间内形成。 到时每个家庭将 会形成一个占有带约100 Mb/s的家庭信息网络（Homenet），则主干网上 的带宽将达到数十Tb/s。 包括信息传输与交换的整个信息网络都处在光 子学领域或在电子学支持下的光子学领域。 在本世纪，光子学必将成为 包括信息科学在内的诸多学科的“领头雁”。 像20世纪的电子学一样， 一个强大的光子产业必将在未来10~20年内形成，驱动着第五个经济长波 的发展。 而且几年来的实际证明，光电子的潜在大市场是不言而喻的。
约 210亿 RMB
武汉
光通信产业 激光加工产业
约 187亿 RMB( 含软 件) 约Fra Baidu bibliotek120亿 RMB
广州
光显示产业 光电材料产业 光储存产业
深圳
光通信产业 激光加工产业
约 120亿
续上表
地域 强势领域 科研教育实力 2001 年产 值 约 70亿 RMB 优势与特点
长春
• 2
光显示、激光设备 、传统光学精密仪 器设备产业 军用光电子领域 微电子、数控机床 、智能仪器仪表、 医疗设备、电子专 用设备、激光技术 、机器人等产业 光通信、光显示产 业
安徽师范大学物理与电子信息学院
12
国内主要城市光电子产业发展比较
地域 上海
• 1
强势领域 光通信产业 光显示产业 微电子产业
科研教育实力 光通信和激光技术基础雄 厚，有上海光机所，上海 交通大学、复旦大学等在 光电子技术方面处于国内 领先的院校。 光通信和激光技术基础雄 厚，有武汉邮科院，华中 科技大学等在光电子技术 方面处于国内领先的院校 。 有中山大学、华南师大、 华南理工大学、暨南大学 、广东工业大学、广州大 学等在光电子技术方面处 于国内领先的院校。 集中了全国各地的光电子 人才，有深圳大学等从事