光電子學與光學

1、光電子學與光學一、項目定義項目名稱：光電子學與光學項目所屬領(lǐng)域：基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)及基礎(chǔ)科學涉及的主要學科：微電子學與固體電子學（國家重點學科） 、光學、通信與信息系統(tǒng)項目主要研究方向： 新型光電子材料、器件及其集成技術(shù) 有機光電子學 光波導及光纖器件 光電子器件理論研究、CAD設(shè)計及信息處理 非線性光學材料與系統(tǒng)二、項目背景1 項目建設(shè)意義近年來，信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展對人類社會產(chǎn)生了巨大的影響。它不但改變了人們的生活方式，而且確立了以信息產(chǎn)業(yè)為核心的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。信息技術(shù)是一個包含了材料科學、計算機科學、電子科學、光學、信息獲取、處理與傳輸?shù)榷嚅T學科的綜合性的技術(shù)領(lǐng)域。信息技術(shù)對經(jīng)濟建設(shè)、國家

2、安全乃至整個國家的發(fā)展起著關(guān)鍵性的作用 ， 它 是 經(jīng) 濟 發(fā) 展 的 “倍 增 器 ”和 社 會 進 步 的 “催 化 劑”，是體現(xiàn)一個國家綜合國力和國際競爭力的重要標志。在迄今為止的人類歷史上，沒有一種技術(shù)象信息技術(shù)這樣能夠引起社會如此廣泛、深刻的變革，在20 世紀末和 21 世紀前半葉，信息技術(shù)乃是社會發(fā)展最重要的技術(shù)驅(qū)動力。目前，全球信息業(yè)飛速發(fā)展，要在國際競爭舞臺立于不敗之地，必須有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，必須有具有創(chuàng)新能力的人才隊伍，能夠創(chuàng)造出具有世界先進水平的研究成果。我國是發(fā)展中國家，與經(jīng)濟發(fā)達國家相比，在發(fā)展高技術(shù)、推進產(chǎn)業(yè)化過程中，不可避免地會遇到更多的困難和障礙，在發(fā)揮

3、優(yōu)勢實現(xiàn)跨越式發(fā)展中，必須要以堅強的國家意志為基礎(chǔ)，發(fā)揮政府導向作用，調(diào)動各方面積極性，實行統(tǒng)籌規(guī)劃，集中資源，以保證信息技術(shù)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。建設(shè)一個有自主技術(shù)、高度發(fā)達的光通信、光存儲、光顯示等信息產(chǎn)業(yè)是至關(guān)重要的。光子已成為信息的重要載體，光電子學與光學作為信息技術(shù)的重要組成部分之一，已經(jīng)越來越引起人們的重視與關(guān)注。人們不斷地探索著光的本質(zhì)，研究光子的產(chǎn)生、傳輸、存儲、顯示和探測的機理與技術(shù)。近年來，隨著與化學、材料科學、微電子學、凝聚態(tài)物理學、磁學等學科的交叉滲透日趨廣泛深入，許多新的學科迅速發(fā)展起來，產(chǎn)生了諸多實用性極強的新技術(shù)。光電子學與光學在空間、能源、材料、生物、醫(yī)學、環(huán)境科學、

4、遙感、通信、計量等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，已貫穿整個社會經(jīng)濟發(fā)展的方方面面，成為社會進步的重要技術(shù)支撐。光電子學與光學學科群經(jīng)過近五十年的發(fā)展，在科學研究、人才培養(yǎng)和實驗教學等方面均取得了巨大成就。在新型光電子材料與器件、有機光電子學、半導體器件物理、非線性光學及系統(tǒng)集成等方面積累了豐富的科研經(jīng)驗，承擔著多項國家重大和重點項目。其依托單位之一的集成光電子學國家重點實驗室是國家首批專門從事光電子學研究的國家重點實驗室之一，其研究領(lǐng)域不斷擴大，經(jīng)多年來國家和部門投資建設(shè)，已成為我國光電子基礎(chǔ)研究基地，在某些研究領(lǐng)域處于國內(nèi)高校的領(lǐng)先地位。本學科群具有一批老中青相結(jié)合、年齡結(jié)構(gòu)合理的學術(shù)梯隊，形成了

5、精干、高效、有經(jīng)驗和凝聚力的研究群體。具有跟蹤國際前沿科學研究、承擔國家級重大和重點研究項目、高水平人才培養(yǎng)的能力。2國際水平光電子學與光學學科（既包含理論上的突破，又包含新材料的發(fā)現(xiàn)、新技術(shù)的發(fā)明和創(chuàng)造）直接關(guān)系到信息產(chǎn)業(yè)、電子工業(yè)、航天工業(yè)、機械工業(yè)、自動化、國防工業(yè)等國民經(jīng)濟各個部門的發(fā)展水平，它是衡量一個國家是否為發(fā)達國家或是否具有現(xiàn)代化水平的重要標志。該學科在國外一直是熱門學科，特別是發(fā)達國家起步早，投入資金雄厚，把它放在極其重要的地位，是世界名牌大學和研究機構(gòu)重點建設(shè)和研究的學科之一。其主要表現(xiàn)在以下幾個方面：在信息技術(shù)領(lǐng)域方面，美國、西歐國家及日本一直是高新技術(shù)的領(lǐng)導者和信息產(chǎn)品

6、市場的開拓者和占領(lǐng)者；從世界各國發(fā)明專利的申請上看，信息技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)明專利絕大部分被歐美、日本等發(fā)達國家的一些科研機構(gòu)及大公司所掌握，在國內(nèi)信息及電子技術(shù)領(lǐng)域所授權(quán)的發(fā)明專利有近3/4 是國外申請的；在人才占有方面，歐美、日本擁有國際上80%以上的信息技術(shù)領(lǐng)域的頂尖人才，從研究團隊來看，著名高校、研究機構(gòu)和生產(chǎn)商絕大多數(shù)集中在歐美、日本等國。由于本項目建設(shè)學科屬于基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，研究水平以在國際高影響因子的SCI 刊物發(fā)表文章以及產(chǎn)業(yè)化程度作為重要的衡量指標。美國、德國、加拿大、日本等多個研究機構(gòu)在上述研究領(lǐng)域中均作出了出色的國際先進水平的成果，部分尖端產(chǎn)品已投放并且占領(lǐng)市場。僅以南加州大

7、學為核心的美國5 所著名大學聯(lián)合建立的光子工藝中心為例，美國已建立了若干個光子學技術(shù)中心；德國政府已確定光子學是21 世紀初為保持德國在國際市場上先進地位至關(guān)重要的九大關(guān)鍵技術(shù)之一；日本早在1981 年通產(chǎn)省就雄心勃勃地聯(lián)合13 家大公司投入億美元組建了光子技術(shù)研究所；澳大利亞集中10 個重要單位的力量成立了光子聯(lián)合研究中心，重點開拓信息技術(shù)和新產(chǎn)品。3國內(nèi)水平自從“八五”以來，對國民經(jīng)濟發(fā)展有直接影響的信息產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域，國家十分重視，在一些高校和研究機構(gòu)組建了該學科，并給予了政策傾斜和財政支持，創(chuàng)造了良好的發(fā)展空間，各方面研究工作均取得了顯著進展，取得了很大的成績。如北京大學在GaN寬帶半導體

8、材料和器件、清華大學和南京大學在SiGe 超晶格材料和器件方面都做出了很好的工作，清華大學還在有機發(fā)光材料與器件、DFB激光器與調(diào)制器的單片集成等方面取得很大進展。信息技術(shù)的特點是基礎(chǔ)和應(yīng)用研究并重。綜合基礎(chǔ)研究水平與國外差距較小，有的研究方向甚至處于國際前沿。但由于設(shè)備條件差、人才缺乏、資金不足，在深入研究和推進產(chǎn)業(yè)化方面與國外相比有較大差距。三、項目現(xiàn)有基礎(chǔ)項目建設(shè)學科由光學、微電子學與固體電子學、信息與通信工程三個二級學科組成。既有基礎(chǔ)理論研究非線性光學與系統(tǒng)、半導體器件物理；又有應(yīng)用基礎(chǔ)研究新型光電子材料器件及其集成技術(shù)、有機光電子學、光波導及光纖器件、光電信息處理，經(jīng)過幾十年的建設(shè)與

9、發(fā)展，基本上形成了理論研究、應(yīng)用技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)開發(fā)并舉的科學研究和教學體系，在科研、教學、人才培養(yǎng)、學術(shù)交流等各方面均取得了顯著成績。微電子學與固體電子學學科點61 年開始招收研究生， 81 年被評為我國首批半導體物理與半導體器件物理博士授權(quán)點開始招收博士研究生，95 年被評為吉林省重點學科，97 年調(diào)整為微電子學與固體電子學專業(yè)，2002年被評為國家重點學科。87 年與清華大學、中科院半導體所聯(lián)合建立“集成光電子學國家重點聯(lián)合實驗室”，又一次為本學科點發(fā)展提供了良好的機遇。80 年代中期曾提出新的波導互補原理和新器件結(jié)構(gòu)，研制了“分段壓縮平面共腔條形半導體激光器”，改善了器件模式特性，獲國家

10、發(fā)明三等獎和電子部科技成果一等獎，并獲我國半導體器件的第一個發(fā)明專利； “可見光階梯襯底內(nèi)條形激光器” 92 年獲國家發(fā)明三等獎， “用鹵化物氣相外延在 GaAs襯底上生長高質(zhì)量InP 薄膜” ， “中心錐形槽狀光敏門極大功率光控雙向晶閘管” ，“JE-TGS- (a)型氫氣敏感元件”， “JE-TGS- (c)型氧氣敏感元件”均先后獲國家發(fā)明四等獎。 98 年獲國家教委科技進步二等獎；新結(jié)構(gòu)有機發(fā)光器件的研究方面近年來SCI 收錄論文58 篇， 2000 年獲中國高校自然科學二等獎。除這些水平較高的應(yīng)用基礎(chǔ)研究外，還有高新技術(shù)研究，如 “光波導、光電子集成器件計算機輔助分析”96 年獲國家教

11、委科技進步一等獎， “新結(jié)構(gòu)GaAs超輻射發(fā)光管”“半導體激光器可靠性檢測分析儀”獲國家教委科技進步三等獎。目前紫外寫入光纖光柵技術(shù)已以技術(shù)入股方式和吉林省電子集團有限公司簽約，注冊了“吉林省光信電子有限公司”，產(chǎn)品有望在近期投放市場；半導體激光器超高速電光采樣技術(shù)可以對GaAs 高速集成電路芯片內(nèi)部特性進行檢測，已在電子部13 所應(yīng)用，取得良好效果。光學學科創(chuàng)建于1953 年， 1984 年獲碩士學位授予權(quán)，1993 年獲博士學位授予權(quán)，1999 年被評為吉林省重點學科， 2001 年“相干光及原子分子光譜”被確定為教育部重點實驗室（籌）。原子相干光學研究方面，在國際上率先實現(xiàn)了無反轉(zhuǎn)光放大

12、的實驗觀測，引起國際學術(shù)界高度重視。 “電磁感應(yīng)光透明”、 “高色散高折射率介質(zhì)”、 “相干燒孔效應(yīng)”、 “半導體量子阱材料中的光開關(guān)”和“等離子體中的電磁感應(yīng)光透明”等課題取得了許多國際水平的成果，發(fā)表學術(shù)論文三十余篇。通信與信息系統(tǒng)學科79 年開始招收研究生，86 年成為博士學位授權(quán)點，1999 年被評為吉林省重點學科。80年代初期，在國內(nèi)率先開始研究晶體管低頻噪聲，對GM噪聲、 1/f 噪聲進行了系統(tǒng)的研究, 提出了精確的測定方法和系統(tǒng), 取得了行業(yè)公認的成就, 獲電子部科技成果二、三等獎各一項。90 年代對晶體管噪聲與缺欠之間關(guān)系進行了研究，提出了晶體管低頻噪聲篩選方法并在國防工業(yè)上得

13、到了應(yīng)用，獲國家發(fā)明獎三等獎。90 年代初期，對信息處理核心問題諧波信號參量估計進行了深入研究。提出了非對稱分布、非高斯噪聲背景下諧波信號參量估計的預濾波ESPRIN 方法。該方法被國內(nèi)、外學者多次引用；后來，又提出了復過程高階累積量投影定理，定義了特殊的四階累積量用預濾波和預白化方法解決了任意分布非高斯噪聲背景下諧波參量估計問題，在國內(nèi)外產(chǎn)生一定的影響；90 年代末期，對乘法噪聲背景下的諧波信號參量估計進行了研究，提出了互可混的概念，定義了特殊的六階時間多矩譜，解決了零均值乘性噪聲背景下的諧波信號參量估計問題。本建設(shè)項目學科目前共有教師116 名，其中教授38名，博士研究生導師19 名，已形

14、成了老中青結(jié)合、梯隊結(jié)構(gòu)合理、學術(shù)思想活躍的一支研究隊伍。本建設(shè)項目學科研究領(lǐng)域不斷擴大，形成多個研究方向，受到國內(nèi)外同行專家的高度重視，尤其在半導體光電子學、原子相干光學的某些領(lǐng)域處于國內(nèi)高校領(lǐng)先地位。目前共承擔的主要科研項目有國家重點基礎(chǔ)研究“ 973”項目二級子課題 3 項， “ 863”項目4 項，國家自然科學基金大陸香港合作項目2 項， 國家自然科學基金重大項目子項目3 項，國家自然科學基金重點項目2 項、面上項目 25 項，還有信息產(chǎn)業(yè)部、教育部、吉林省、國際合作等項目40 余項，我們所承擔的科研項目都是國家信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展所急需的關(guān)鍵技術(shù)項目。本建設(shè)項目學科研究成果共獲國家自然科學四

15、等獎1 項， 國家科技進步獎1 項，國家發(fā)明獎7 項， 省部級獎23 項， 獲授權(quán)發(fā)明專利24 項，出版著作和教材17 部，在國內(nèi)外學術(shù)刊物和會議發(fā)表論文 1500 余篇，一些論文發(fā)表在. ， ., ., Opt. Commun. ，Appl. Phys. Lett., IEEE J. Quan. Electron., J. .,Electron. Lett. 等國際著名刊物上，在國內(nèi)外有較大影響。本建設(shè)項目學科現(xiàn)已培養(yǎng)出博士研究生102 名， 碩士研究生 369 名 , 出站博士后研究人員4 名。四、項目建設(shè)目標和主要建設(shè)內(nèi)容（一）項目建設(shè)目標吉林大學光電子學與光學建設(shè)項目的建設(shè)目標是：緊密

16、把握學科國際國內(nèi)發(fā)展動向、結(jié)合國家國民經(jīng)濟和社會發(fā)展需求，努力做出原創(chuàng)性的研究成果，解決涉及國家長遠發(fā)展和國家安全的戰(zhàn)略性、前沿性和前瞻性的理論和關(guān)鍵技術(shù)問題，發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)，培育高技術(shù)產(chǎn)業(yè)生長點，為我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出貢獻。把項目建設(shè)學科建成為我國光電子學與光學領(lǐng)域的主要研究基地，對外學術(shù)交流的窗口，并在國際學術(shù)界占有一席之地。在人才培養(yǎng)方面，使本項目建設(shè)學科成為我國光電子學與光學領(lǐng)域從事科學研究、實驗教學和產(chǎn)業(yè)開發(fā)的高層次專業(yè)人才的重要培養(yǎng)基地。（二）主要建設(shè)內(nèi)容1 主要研究方向新型光電子材料、器件及其集成技術(shù)。重點研究基于新型半導體光電子材料、低維納米結(jié)構(gòu)材料的各種新型

17、光電子器件以及集成器件。與之相對應(yīng)的主要研究內(nèi)容為：新型寬帶隙半導體ZnO材料與紫外光電器件、窄帶隙 GaTe、 InAs 等材料與中紅外光電器件以及酞菁納米結(jié)構(gòu)功能材料和分子光電器件等新材料與新器件及其集成技術(shù)的研究。有機光電子學。上個世紀末有機材料開始在光電子技術(shù)中嶄露頭角，由于它可以制作在ITO 玻璃、 Si等多種襯底上，甚至還可以制成柔性器件，與半導體工藝兼容，再加上加工容易、成本低等優(yōu)點使得它在光顯示、光波導、以及高速光調(diào)制器和光開關(guān)中越來越受人關(guān)注。本研究領(lǐng)域密切關(guān)注這一重要發(fā)展動向適時地開展了有機光電子材料的基礎(chǔ)研究，及其在平板顯示、光波導器件中的應(yīng)用研究。其研究方向包括有機/

18、聚合物電發(fā)光器件物理、設(shè)計與應(yīng)用，聚合物波導陣列光柵（ AWG和有機電注入激光器。光波導及光纖器件。光纖及無源器件是形成光信息寬帶網(wǎng)絡(luò)得基礎(chǔ)元件。近十年來，隨著信息量的不斷擴大，DWDM技術(shù)的發(fā)展可以說是日新月異，特別是支持該技術(shù)的兩項核心技術(shù)即光纖放大和復用/ 解復用技術(shù)發(fā)展尤為迅速。其中光纖放大帶寬從30nm 的 C 波段發(fā)展到S、C、L波段的180nm,復用/解復用器已由濾波片形、光纖光柵形迅速向 AW朋發(fā)展，現(xiàn)單一器件通道達400,多器件復用通道可達1000 。本領(lǐng)域主要以各種光纖光柵為核心，充分發(fā)揮紫外激光微細加工技術(shù)得優(yōu)勢，重點研究高起點無源器件，增益平坦寬帶光纖放大器、紫外寫入A

19、W逐礎(chǔ)技術(shù)及 MOEM洸通信器件等。光電子器件理論研究、CAD設(shè)計及信息處理。本研究領(lǐng)域貫穿光電子器件基礎(chǔ)理論研究、可靠性研究、CAD設(shè)計及集成系統(tǒng)的內(nèi)部動態(tài)檢測，形成一個系統(tǒng)的光電子器件及系統(tǒng)研制開發(fā)支撐體系，為現(xiàn)有光電子器件性能優(yōu)化和新器件的研制提供重要的理論依據(jù)、設(shè)計和檢測手段，具有重要建設(shè)意義。其研究內(nèi)容包括新型半導體光電子器件理論研究、半導體光電子器件物理模型及CAD設(shè)計研究、 半導體激光器可靠性研究和高速集成電路芯片內(nèi)部動態(tài)檢測技術(shù)研究。非線性光學材料與系統(tǒng)。非線性光學材料與系統(tǒng)的研究方向是針對既有重要科學價值又與高科技產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)的光與各種材料相互作用基本問題確定的。主要包括：可

20、調(diào)諧近、中紅外激光的研究、甲烷氣體探測的研究、以光纖激光器為基礎(chǔ)的紫外光源系統(tǒng)的研究、有機非線性光學材料研究、可調(diào)諧上轉(zhuǎn)換紫外光纖激光研究和非線性光學系統(tǒng)的同步化研究。2 學術(shù)隊伍建設(shè)和學術(shù)交流建設(shè)一支精干、高效、富有朝氣和活力的科學研究群體，培養(yǎng)和造就一批年富力強、學術(shù)思想活躍的年輕學術(shù)帶頭人。學術(shù)隊伍中擁有12 名中國科學院或中國工程院院士， 25 名左右博士研究生導師，100 名左右的教授和副教授，及工程技術(shù)人員，教師隊伍中具有博士學位的占70%以上。聘請國際知名的專家學者擔當客座教授，聯(lián)合進行科學研究、培養(yǎng)和指導學生。積極舉辦和參加國內(nèi)與國際高水平學術(shù)會議。開展形式多樣、內(nèi)容廣泛的學術(shù)交流及合作，進一步提高教師的綜合素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力，開闊學術(shù)視野，