2020年3月3日，科技部等5部門(mén)印發(fā)《加強(qiáng)“從0到1”基礎(chǔ)研究工作方案》，提到國(guó)家科技計(jì)劃突出支持關(guān)鍵核心技術(shù)中的重大科學(xué)問(wèn)題。重點(diǎn)支持人工智能、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造、3D打印和激光制造、重點(diǎn)基礎(chǔ)材料、先進(jìn)電子材料、結(jié)構(gòu)與功能材料、制造技術(shù)與關(guān)鍵部件、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)、高性能計(jì)算、寬帶通信和新型網(wǎng)絡(luò)、地球觀測(cè)與導(dǎo)航、光電子器件及集成、生物育種、高端醫(yī)療器械、集成電路和微波器件、重大科學(xué)儀器設(shè)備等重大領(lǐng)域，推動(dòng)關(guān)鍵核心技術(shù)突破。

　　光電子器件是什么?為何如此重要?下文為您詳細(xì)介紹。

　　1、5G對(duì)光纖通信提出更高要求

　　在20世紀(jì)80年代中期，數(shù)字光纖通信的速率已達(dá)到144Mb/s，可傳送1980路電話(huà)，超過(guò)同軸電纜載波。于是，光纖通信作為主流被大量采用，在傳輸干線(xiàn)上全面取代電纜。

　　尤其是李克強(qiáng)總理在2015年政府工作報(bào)告中提到發(fā)展智慧城市，制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，全面推進(jìn)“三網(wǎng)”融合，加快建設(shè)光纖網(wǎng)絡(luò)以來(lái)，我國(guó)的光纖通信更是達(dá)到了蓬勃發(fā)展的高度，光纖通信已成為中國(guó)通信的主要手段。

　　2019年6月，工信部向中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)廣電發(fā)放5G商用牌照。正式開(kāi)啟了5G商用元年模式。

　　5G是一場(chǎng)關(guān)于光纖基礎(chǔ)設(shè)施的競(jìng)爭(zhēng)，在光通信產(chǎn)業(yè)中，光纖光纜是5G產(chǎn)業(yè)的第一受益者。5G將要求更密集的基站，基站術(shù)將是4G的4-5倍，帶寬約10倍，光纖光纜需求2-3倍以上，光模塊數(shù)千萬(wàn)只。

　　但我國(guó)在高端器件與芯片的國(guó)產(chǎn)化方面仍存在挑戰(zhàn)，5G建設(shè)對(duì)于國(guó)內(nèi)企業(yè)高速率芯片和低成本光模塊研發(fā)提出更高要求。

　　2019年6月12日“2019中國(guó)光網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)”上，工信部通信科技委常務(wù)副主任、中國(guó)電信科技委主任、中國(guó)光網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)主席韋樂(lè)平表示，光通信成為電信網(wǎng)發(fā)展的速率和成本的瓶頸，光器件是瓶頸的瓶頸，而光芯片是瓶頸的立方，占設(shè)備成本大頭的光域成本不受摩爾定律恩惠，硅光子技術(shù)是根本性突破方向。

　　2、光纖通信簡(jiǎn)介

　　光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。一個(gè)完整的光纖通信系統(tǒng)除了必須具備傳輸主體和光纖，還需要配備各種光學(xué)元件及光電子器件，只有充分發(fā)揮出各種光電子器件的功能作用，才能保障光線(xiàn)通信系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，不斷提高人們的網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量和效率。

　　當(dāng)前，光線(xiàn)通信系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括了三部分，分別是光發(fā)送、光傳輸以及光接收。在光纖通信系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用的元器件可以劃分為兩種類(lèi)型，一種是無(wú)源元器件，另一種是有緣元器件。無(wú)源元器件主要包括了光耦合器、光衰減器、光隔離器以及光濾波器等，而有源元器件則包括了光源、光檢測(cè)器以及放大器等。

　　3、光纖系統(tǒng)中的光電子器件

　　3.1光發(fā)送器

　　在光發(fā)送器中配備了驅(qū)動(dòng)器、光源和調(diào)制器等器件，其核心功能是把所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)、視頻以及語(yǔ)音等信號(hào)，通過(guò)電端機(jī)加到調(diào)制器上從而有效產(chǎn)生調(diào)制好的光信號(hào)，同時(shí)將光信號(hào)耦合到光纖中去。

　　(1)光源的選擇

　　在選擇光源時(shí)應(yīng)該充分地考慮到諸如光纖的尺寸、失真、衰減等各種客觀因素的影響，盡量滿(mǎn)足光源峰值波長(zhǎng)處于低損耗范圍，目前三個(gè)低損耗窗口分別是850nm、1310nm、1550nm。常用的光源有兩類(lèi)，一類(lèi)是半導(dǎo)體激光器，另一類(lèi)是發(fā)光二極管，它們顯著的特點(diǎn)是體積小、使用靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)載流子的成功注入，幫助工作人員控制發(fā)送器的實(shí)際輸出功率。激光二極管又被人們簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)D，其在有緣層的包裹材料使用中，同時(shí)涵蓋了低折射率和寬帶隙兩方面內(nèi)容。LD不但能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)注入有緣區(qū)域電信號(hào)的有效限制，將其控制在規(guī)范區(qū)域內(nèi)進(jìn)行輸出作業(yè)，還能夠有效產(chǎn)生波導(dǎo)現(xiàn)象。

　　(2)光調(diào)制器

　　光調(diào)制器是指將光信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)特征參量按被傳送信息的特征變化，以實(shí)現(xiàn)信息檢測(cè)傳送目的的一類(lèi)器件。調(diào)制器是根據(jù)電光效應(yīng)制成，根據(jù)調(diào)制方式與光源的關(guān)系來(lái)分有內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制兩種

　　目前常用的調(diào)制器有馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器、LiNbO2外調(diào)制器、多量子阱分布反饋激光器，外調(diào)制大多采用多量子阱分布反饋激光器，它可以輸出大功率激光，功率-電流線(xiàn)性關(guān)系好，能夠穩(wěn)定溫度變化，AIGalnAs量子阱激光器的特征溫度可達(dá)150K，因而在光纖通信中至關(guān)重要。

　　3.2全波光纖

　　光纖作為光纖通信中必不可缺的無(wú)源器件，其顯著特征就是具有巨大寬帶，被廣泛的應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域中。在光纖通信市場(chǎng)上，為了有效適應(yīng)更長(zhǎng)距離以及更大容量WDM系統(tǒng)的要求，技術(shù)人員開(kāi)發(fā)研制除了一種具有大面積的光纖，該種光纖能夠承受較大的光功率，并且還能夠有效解決非線(xiàn)性問(wèn)題。為了最大程度挖掘出光纖寬帶的潛力，開(kāi)始通過(guò)使用超純光纖制造技術(shù)研制出寬帶為1.28-1.65nm的全波光纖，該光纖具有較大的通信容量，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)光帶用戶(hù)的各種數(shù)據(jù)傳輸要求。

　　3.3光接收機(jī)

　　光接收機(jī)主要由光電檢測(cè)器和光放大器組成，用于接收光信號(hào)，它的輸出特性反映出整個(gè)光纖通信系統(tǒng)的綜合性能。IBM2017年運(yùn)用CMOS光子學(xué)技術(shù)研發(fā)出傳輸速率達(dá)60Gbit/s的光接收機(jī)，具有9dB/mw靈敏度的功耗，適合高帶寬連接、高吞吐量要求的云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用。

　　(1)光電檢測(cè)器

　　光電檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其性能對(duì)光電系統(tǒng)的性能影響很大。常用的有PIN型光電二極管和APD雪崩光電二極管。光電倍增管能夠探測(cè)微弱光輻射的特性，放大倍率很高，具備探測(cè)單光子的能力。光電檢測(cè)器件將朝著高精度、小型、快速、非接觸等方向發(fā)展。

　　(2)光放大器

　　光放大器主要包括了半導(dǎo)體光放大器以及各種摻雜的光纖放大器，比如常見(jiàn)的非線(xiàn)性光放大器、摻鐠光纖放大器機(jī)氟化物摻鉺光纖發(fā)達(dá)器等。半導(dǎo)體光放大器可以劃分為兩種類(lèi)型，一種是行波放大器，另一種是F-P諧振放大器。當(dāng)前在光纖通信市場(chǎng)上普遍應(yīng)用的是行波放大器。通過(guò)改變半導(dǎo)體材料的構(gòu)成成分，能夠有效在1300-1600nm的一個(gè)特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)獲得信號(hào)增益。