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光电子技术发展趋势

2007-08-08 22:36

1、引言

     OITDA(光产业振兴协会)的光电子技术发展趋势调查项目一贯以来可以准确地把握发展趋势，其结果可被用作未来光电子产业的方针。除了包括国内外光电子相关的科学和工程领域外，只要与之相关的新举措都被提出来分析并报导。这一调查关系到对应于工作组结构的以下9个方面（环境光子学和照明方面为有限期）。今年人们把注意力集中在各领域主要趋势的概述上。

关于海外光电子产业趋势的调查，中国被选成一个调查课题而且成立了一支海外的研究组在武汉、深圳、香港、上海作实地调查。

2、光学设备和材料（工作组1）

     每年，光学设备和材料的工作组都就光通信所用组件和模块、信息记录的光源和材料的产业发展趋势作一些研究。而且，对于包括环境、照明、显示等领域，他们把看来对未来基础研究有潜力的题目作为特殊题目而研究。今年的研究结果安排以波长为轴，总结每个波长范围内的技术发展趋势。本年太赫兹领域被新引进以作为以前研究范围的补充。一些特殊的题目包括中红外波段波长变换装置、光学包交换装置、远程直接调制、量子点、有机光学装置、家用光学配线、光通信系统波长的有机波导配线、蓝光和紫外波段非极性/半极性GaN系统的生长和低温外延生长。连续性研究的题目包括中红外波段的光发射/接收器、可调激光、非制冷的光源、面发射激光器、光通信装置内的光学传输。蓝色/紫外波段的连续性研究包括用作信息记录光源的蓝色/紫外激光器和紫外LED，由此可看到这一领域波长变短的趋势。

2.1太赫兹波段

     太赫兹波段的波同时具有像无线电波的物理传输特性和类似光的光学特性。由于其波长短于无线电波，作为成像光源会有高的空间分辨率。由此人们认为它可被应用于安全、器材测试、医药、农业和化妆品等多种领域。而且对于自由空间传播，高频无线通信（红外光通信）也引起人们研究的兴趣。制作频率高于毫米波和波长长于中远红外光的两种方法取得了进展。然而太赫兹波段内这两种方法的源输出都太弱。若要实际应用还有很多困难需要克服，例如提高输出、减小体积、高温工作和减低能耗。总之，未来这个波长范围内还将有大的发展。

2.2 中红外波段

     中红外波段有很多气体吸收谱线。大气环境气体测量中材料作为光源的应用被作为研究重点。在这个波段里有利用光学晶体作为光源的量子级联半导体激光器和参量振荡器。传统的参数谐振腔体积大且转换效率低，但是最近发展的光源有很小的体积和高的转换效率，而且为了测量多种气体的需要，它涵盖了极广阔的波长范围（如4.8-8.5μm）。

2.3 近红外波段

     可调谐激光器包括DFB阵列型、DBR型和外置谐振腔型。其波长变化范围和开关速度随激光器种类而变。应用范围从现有光源的取代到全光网络应用的光源。为确立一个实用的标准而展开的研究和进展值得期待。但是要商业化，成本是一个问题。对于非制冷光源，直接调制的AlGaInAs激光器获得主要发展。掩埋和缩短谐振的结果，使泵浦电流下降了。关于新掺杂物，有报导说掺Ru的InP掩埋元件可以在高温下高速工作。吸引人们的注意的还有远程传输，它在直接调制时利用啁啾控制。光通信中利用平行传输，板到板、芯片到芯片之间的传输速率可达10Gbps。光通信芯片存在更高传输速率（20 Gbps以上）和更高集成度的要求。最近的研究进展表明在板间和芯片间达到了Tbps的传输速率。

     关于配线材料，据报导有了可被任何人甚至在家就可轻易安装的hole-assist光纤。还有在可延展薄膜、抗弯曲的聚合光波导上进行的一些研究。这些材料可望被用在信息设备中，因为他们易于操纵，而且在几十厘米的短程传输时可增加密度（形成阵列）。

     关于新器件，下面三种值得关注。量子点器件的制作方法和性能评估是过去许多研究的课题。然而最近的结果是关于量子阱激光器相比拟的特性、用量子点特性制作宽频带光放大器、高速光再生放大器。对于有机光器件，很多都在可见范围内。但有报导关于红外波段的发光器件和非线性光学元件。光包网络被认为是将来发展的一种技术，但是超高速光交换器件和光学标签识别器件有了明显的进展，而且这些进展到器件的商业化指日可待。这些技术在相关产品的并入和商品化期待未来的进步。

2.4可见到紫外波段

     光盘所用450nm光源获得更高输出的进步。用内置条形结构得到CW 400mW。脉冲运转达到600 mW(duty50％)和1W（duty0.03％）。这些结果可与方便的DVD所用红光相当。关于波长变短，280－380nm的InGaAlN（四元系）阱结构的PL强度与InGaN阱结构相当。p-AlGaN中可以达到2×1018 cm-3的空穴密度，其中Al的成分最多32％。由于波长变短后有很大的应用空间，未来此领域还会有积极的研究和进展。

     对于在非极性/半极性的表面，实验已经确认在（1120）晶面(a-晶面)和(1100)晶面（m-晶面）生长时几乎很少或没有极性场效应。利这一事实被期望用含N半导体来增宽波长范围。研究用化学源分子束外延低温沉积作为一种基本技术，以降低成本。报导出现了Al衬底上的紫外发光EL装置。

3.光通信网络（工作组Ⅱ）

     日本的宽带网络现在以世界最低的费用提供高速接入设备。下一代网络期望会出现很多种类的服务，例如IP电话、广播。互联网和移动电话会联合起来提供经济可靠的服务。这种多元服务会被包括进IP网络。与下一代网络顺利整合将取决于未来光通讯网络技术的持续发展。

     据以上所描述的背景材料，WGⅡ编辑了以下9种与光通信网络技术相关的技术发展趋势和国际标准化趋势。

3.1主干光通信系统

     实用的40Gbit/s WDM传输系统发展的开始成为研究焦点。对于平台技术领域，已有一些研究是关于几种传输技术的。包括数字信号处理和高速多相编码方法。推荐用四相差分相移键控(DQPSK)和多种数字信号处理方法来突破光纤传输性能的局限性，并使目前使用光纤中的系统廉价地升级。快速提高传输性能的实验正在起步阶段。采用多元电动(electric multiplex)技术的达到80 Gbit/s高速光传输的可行性已有报导。

3.2光接入网络

     下一代光接入网络技术的趋势之一，是对WDM-PON的认真的技术型研究。大多数光通信领域的国际性会议上都有关于WDM-PON的分会。特别地，为了低成本地利用一个光网络单元（ONU）－一种为on-site订户安装的终端设备，在关于利用“无色ONU”的WDM接入方法方面有各种各样的建议和研究。另外，在北美有个研究热点，是关于一种新的宽带接入技术——WiMAX（微波接入全球互通）。对于“最后一米”的应用技术，即提供新一代高速的移动接入技术，研究焦点集中在WiMAX的细分和光接入技术方面。

3.3光子网络

     主要包括光网络控制技术。今年在实际应用方面有很多报导是关于利用GMPLS(通用多协议标记交换)基础上的控制平面和互操作数据平面来实现国家之间互连的测试。MMPLS作为一种光网络控制技术的基本部件几乎已完备。而且，研究焦点还有关于光子IX（互联网交换）。利用光交叉连接（OXC）的光子网络代替互联网服务提供商（ISP）们的互联结点，这些ISP用的是传统的L2交换机和IP/MPLS路由器。基础技术层面有很多报导来自于光包交换为题的国家项目。通过结构革新，传统的光存储能力的问题已经得到有效缓解。高性能、低能耗、小包交换节点的应用研究正在进行。将来光包交换技术的发展趋势正吸引着人们的注意。

3.4城域网络

     全球从去年持续出现了可重构光分插复用器(ROADM)实际应用的加速进展。这种ROADM可实现任意波长的支路插入并可提供更快的网络。作为下一代技术，MEMS和自由空间光学技术的实用化研究正在继续。这被期望成为一种数量可变的光交换节点技术，从适量的数十个低插入损耗的板，到大量安装的数百个板。波长选择交换（WSS）也引发了很大的兴趣，它可以经济灵活地转变波长信号，这种技术发展趋势吸引了大量关注。

3.5光局域网/互相连接

     在与10Gbit以太网络连接时，进行了LRM标准的兼容性测试，利用光纤分布式数据接口协议（FDDI）级多模光纤可执行最长220m的10Gbit/s系列信号传输。10G级标准化互连技术同样取得了进展。例如高速电接口，光互联论坛正致力于为芯片之间、芯片和光模块之间互连的应用建立通用电接口（CEI）标准。背板电连接的数据率可达6Gbit/s到11Gbit/s。期望有更小的、低能耗的元件，如快速LSI的实现。而且关于基础性的技术，学术会议上有关于100Gbit/s以太网物理层的应用工艺的报告。虽然这些还未在IEEE等有正式的论述，这仍是一个被关注的未来发展趋势。

3.6光纤

     为支持光纤到家（FTTH）的传播，从去年至今关于特性的改进有了了进一步的进展。除了从过去几年低弯曲损耗光纤的关注出现了很多关于受激布里渊散射抑制（SBS suppression）光纤的报导；光纤的SBS阈值增大，就可作为一种适合模拟图像传输的光纤。另外，关于提高光纤的光学性能和光纤结构的加工工艺特性也成为研究的一个焦点。

3.7量子密码通信/空间光无线通讯

     今年加入了两种新的技术领域。自由空间光通讯和量子密码无线通讯的应用。这年在日本，一个带有光无线通讯装置的国产卫星于2005年八月升空，并与欧洲发射的另一颗卫星完成了光通讯测试。空间中有各种各样国际间关于光通讯的活动。其中包括国际技术发展趋势在内的部分被列入计划。从去年持续开展的量子密码无线通讯被列为课题。研究焦点是证明测试的状态，其中包括多种场测试。

3.8标准化趋势

     最后，这方面的进展被概述为相关标准协会今年进行的活动。 (ITU-T SG15,IEC(TC76/TC86),IETF,IEEE802.3)

4.光存储和光信息处理（工作组Ⅲ）

     2005年，光存储器的进展是关于提高蓝光盘（BD）和以蓝色激光器为光源的HD-DVD，以及下一代光记录器的进展。为取得高密度母盘和高速记录，BD等存储器在材料和技术方面都有稳定的发展。还有一点很明确，为了获得更高的存储密度，研究重点已转向了下一代光存储器。

4.1光存储发展战略

     下一代光记录领域需要有新的进展以突破光衍射极限。虽然推荐和发展了很多方法，但方向并不明确。为说明这一点，在2006年3月，光电子产业技术发展战略委员会和技术发展协会发布了一个“数据记录技术发展战略”。而且，在关于光存储的国际讨论会上起草了一个发展规划，并计划于2006年10月在日本高松（Takamastu）公布最终报告。

4.2母盘制作和复制

     BD和HD-DVD的下一个目标－高密度母盘技术应用正在成为现实。下一代存储的需求要有单盘150－250Gb的存储容量，记录坑达到40－70nm。为满足这样的需要，利用电子束技术制造母盘的工艺正在取得进展。据报导电子束平板刻蚀设备与硅基510Gb 的DVD相当，其长期使用的稳定性正在研究当中。

     用热致模式记录母盘的技术进展活跃。这种方法中热反应只出现在激光焦点中心，可能形成比激光焦点更小的图案从而成为一种低成本的方法。据报导用热致模式在ZnS-SiO2母盘上可形成90nm的记录坑，大小相当于聚焦点的1/4。

     有人建议用全息记录来复制ROM。经论证，用共线方法制造一个包含虚拟参考光束的母盘，由此再复制全息盘是可能实现的。

4.3蓝光光盘系统

     随着高分辨电视开始广泛使用，大容量光存储需求量也增大。BD和HD-DVD光记录系统获得发展进步。发展的结果也应用到这一系统中。

     FY2005有关于提高速度的技术进展。据报导在可记录光盘上进行高于500Mbps高传输率的记录实验。关于高速记录的激光应用，有通告说发明了新的激光控制方法。

4.4下一代大容量存储技术

     对于下一代光存储器，为获得更高密度和更高容量的技术进展数不胜数。关于近场技术的光存储，有人建议利用钻石做固体浸没透镜(SIL)，并实现了2.34的数值孔径和50GB的记录密度，它与紫外激光器结合使用可能达到450GB。而且，据报导用一块单片电路的双束激光器可使传输速率增加。

     据报导，用超高密度近场光结构（Super-RENS）在50GB ROM光盘上的误码率可达10-4，对于一次写入光盘可达10-3。

     对于全息记录，与传统DVD相匹配的共线技术取得很大进展。据报导通过记录调度最优化实现42Gbits/in2的密度。

     一个投资公司瞄准并致力发展用双光子吸收实现多层光存储的商业应用。这个公司报导了他们动态实验的结果和用CW激光器对一个用高灵敏度材料加工的多层存储器。有人建议利用粘合剂作为一种简便生产多层介质的方法。经证实可以造出20层，这些层介质可被记录和重放，每一层的信噪比都在50dB以上而且串扰非常小。

4.5光存储的材料

     在FY2005，关于多种元素技术，的材料发展的总的情况已被记录下来。用电子束刻录母盘可获得很高的密度。但是记录行速只有0.16-0.29m/s。有人指出有必要发展具有更高灵敏度的材料。

关于全息存储器方面，适合红光激光器的记录材料进展被报导。也有研究关于存储的可靠性。双光子记录方面有信的双光子吸收材料取得进展，其动态实验的结果被报导。对于紫外高分辨掩膜，利用ZnO带隙在不同材料中变化的方法被报导。对于分子存储器，有人推荐了一些方法。如通过施加电场来控制光色反应的灵敏度或利用荧光辐射单分子存储器。ZnO2被推荐作为BD新的电介质材料。

4.6 光存储领域的期望

     从用户角度来说，焦点在于“文件的可靠性和期限”，“显示器的未来预测”和“封装介质的未来预测”。关于光存储的前景和问题，与收到的每一项目作者的评论注释被汇编在一起。

5.显示器（工作组Ⅳ）

     总结了这一年里在LCD、PDP、有机EL（电致发光）、FED、电子纸张、投影显示器、立体显示器、无机EL各种领域的技术进步。需注意的技术主题包括改进视频和色彩的再现和视频评估技术。

     另一个要提及的题目是大面积的显示器的面世，这种显示器包含了日本aichi的2005世界博览会上的最新技术。

5.1 LCD

     提高LCD分辨率的技术稳定进步，如快速响应、动态画面质量、色彩再现和改善视角。

     （1）快速响应、动态画面质量提高技术

通过技术进步来提高显示帧频、 “稳态式”(hold-type)TFT LCD显示器的动态画面识别有关的类似脉冲的激励方式取得的进展有目共睹。

     （2）改善色彩复制的技术

色彩复制技术的进步包括色彩复制范围的扩展，这是由于采用了冷阴极荧光灯背光源（CCFL-BL）；还有通过IPS模式（共面转换模式）时低对比显示黑色和VA模式（垂直取向模式）时的灰度显示，LCD的视角获得改善；以及通过最优化面板结构和提高信号控制技术，得到有关灰度级更佳效果的色彩复制。

5.2 PDP

     在产品标准上，进一步的技术发展用以增大尺寸、降低能耗、提高画面质量，提供full HD，降低价格。在基础研究领域，关于高效率面板、保护材料特点和性能的评估取得很大进展。还有一些工作关于视觉后像机理的理解。同时人们致力发展以下方面：更高画面质量，用工效学对PDP画质的评估，电视图像质量评估方法（视频分辨率等）。而且，100英寸的大面积PDP显示器（屏幕对角线2.5m）也在取得进展。

5.3有机EL

     小分子有机EL领域有关于磷发光、三重态激子屏蔽技术和成分结构最优化的进展工作。在高聚合有机EL方面，面板加工方法和对于有机EL材料的电子空穴注入技术取得进展。

5.4 FED

     关于传统FED曾有些先进的技术发表出来，但近些年来技术仍在稳步前进。今年有人宣称发明了碳纳米管FED，由此实际中商业的FED面板和SED（表面传导电子发射显示器）成为现实。

5.5 电子纸张显示

     对于电子纸张，其应用进展是一个非常重要的方面。今年关于媒体广告牌、卷动的显示器的成就和钟表中的应用有一些介绍。

5.6 投影显示器

     在灯泡、光源和背面投影光学系统方面的技术取得进展。

对于发光灯泡，AFS（交替画面扫描）、FTP（快速追踪象素）结构和0.78英寸的 full hd（1920×1080）高分辨面板。

     对于光源，电极结构最优化等工作完成，如优化超高压汞灯结构以提高使用寿命。据报导在132W时工作超过6000小时。LED 光源也受到一定关注。

     对于光学系统，PTV的“瘦身”技术取得进展，60英寸的显示器只厚26cm。

5.7   3-D显示器

     一些大学和研究机构在研究2视点方法和多视点方法，用来改善3-D显示器的显示效果。这也为不易引起疲劳感的3-D显示提供了研究指向。

5.8无机EL

     无机EL用于制造设备、车辆、测量设备和医用设备终端。今年有人宣称发明了34英尺全色EL显示器、超高分辨率/高使用寿命直流蓝白无机EL显示等。

5.9 主题

     （1）改善动态图像质量的技术

     此技术领域稳步发展，包括报导了类似脉冲激励方法和为改善LCD动态画面模糊的运动补偿技术。而且，完成了一些改善PDP和LCD投影机的技术的工作。

     （2）扩展彩色范围和改善色彩复制的技术

     2006年1月xvyYCC标准（IEC-161966-2-4）发布，它能够包含整个的色彩空间。这是一个包括相容的扩展色彩范围且向上与s-RGB兼容的规范。期望遵照这一规范设备的应用会扩大到新的领域。如医用显示器。

     动态画面反应时间（MRPT）是2002年对视频电子标准协会（VESA）提出的一个标准。VESA开始遵照这一提议对视频评估标准化。今年5月关于描述动态影像模糊评估的部分完成，而且发布了一个FPDM2升级文件。

     （4）2005年Aichi的世博会大面积高分辨显示器

      今年日本Aichi2005世博会进行了185天。世博会上有三种正工作的大面积显示器。它们引起参会者的积极反应，而且对下一代显示器有不可估量的影响作用。

6.用户界面（工作组Ⅴ）

     这一领域涵盖了基于光学技术的用户界面设备和应用的技术发展趋势。研究题目也包括了光学技术之上的用户界面技术的需求和未来走向。今年研究集中在在图像传感器技术、防灾系统、光生物测定学（人物特征识别的光学应用）、图像输入设备、普适相互作用、增强现实、家庭安全保密的最新进展上。

6.1 图像传感器

     对于数码相机的图像传感器，与传统CCD相比使用CMOS图像传感器的比例有所增长。CMOS图像传感器比CCD优越在于，前者可用现有的CMOS工艺制造。研究和发展都集中在为取得更高性能（更小的象素和增大的动态范围）和更高的功能（3D测距，生物测定功能）的技术上。在性能，功能和价格方面对CCD传感器提出了挑战。CMOS性能的提高会对CCD产业产生负面的影响，而在日本CCD产业占据了加工技术中最牢固的地位之一。

6.2防灾系统

     由于彻底防止灾害的发生是不可能的，如地震、台风、洪水、塌方和暴风雪；所以必须要减缓灾害以把损失最小化。网络在转播信息方面具有关键作用，成为减缓灾害的利器。关于网络，从人的心理透视到技术系统等各方面的问题都做了论述。

6.3光生物测定学（人物特征识别的光学应用）

     人与信息的国际化和经济活动全球化转变会导致出现一个信息无处不在的社会。这个社会里世界上任何地域都被网络覆盖。更近距离审查的安全问题也随之出现。一项研究集中在人的生物特征识别，把它作为一种保密方法。研究包括生物测定技术在很广范围内发展状态，而不止局限在光学技术范畴。包括基于面部识别和手掌静脉辨识的鉴定技术。

     对于compact数码相机，5－6兆象素级单元变得很普遍，增大象素数的竞争接近了最后阶段。技术发展的活动集中到产品概念包括性能、功能、易用性、轻便性的区别。对于FSR相机，10兆象素以上的产品已经商业化，一个配有总尺寸35mm传感器的高端产品发布，与使用卤化银胶片的传统相机相比可以提供更高的性能。

6.5普适相互作用

     可穿的计算机和普适计算设备的角色和目标是等同的，即使二者所处的场所有所不同。二者之间有越来越多的的互连活动。因此，普适互作用这个词可以合适地表现二者之间的相互作用。有些研究是有关于这样的技术，利用网络和传感器技术使用户在任何时间、地点都可获得与自己、位置状况相关的信息。这样的技术包括掌上显示界面和在镜子中的视频图像等等。

6.6 增强现实

     增强现实（AR）是这样一种技术，通过使用户看到（感觉到）电脑生成的虚拟物体和信息，就好像它们就在真实世界中存在一样。研究集中在包含AR的个体显示技术上。这一技术发展趋势被调查用来发展道头盔显示器、手持显示器、和投影显示器。开始是为了娱乐和一些操作支持方面的应用，但要获得更多的应用还有许多尚待解决的问题。

6.7 家庭安全和保密设备

     在内阁部门调查中，90％的回答者感觉日本过去十年中的公众安全下降了。80％以上担心他们自己或身边某个人会是一次犯罪的受害者。他们指出安全意识下降了。而且，人口下降后，孩子更少了，社会变的老年化。人们对日常爱好、身体健康和疾病的关注上升了。家庭保密/安全设备成为应对社会变迁途径的一个实例。技术发展趋势研究了包括为保证安全在封闭空间（如车和电梯上）安装的智能摄像头。以及设计机器人来助理社会和家庭中的事务。

7 .激光加工和光学测量（工作组Ⅵ）

7.1激光加工/测量的光源

7.1.1黄光激光器

     在医学、测量和最近的基础研究中，焦点集中在固态黄光激光器。对于天文用途（激光引导星），通过两个激光的和频得到了589nm的光束。它具有2GHz以下的窄线宽和连续4.5W输出。据报导其稳定性为1.3%/天和光束质量M2为1.1。在测量领域，用Nd:YAG的二次谐波得到偏绿的黄色激光，CW输出达到10mW量级。

7.1.2 高功率绿光激光器

     多晶硅结晶技术取得进展，用来提高用于液晶面板和有机EL面板的TFT（薄膜晶体管）的性能。由此产生了对高功率（100W以上）绿光激光器的需求。在九十年代海外就有关于工业用途的100W以上输出绿光激光器的报导。在2005年日本报导了用Nd:YAG棒激光作为光源的二次谐波(SHG)得到412W输出的绿色激光。

7.2加工技术

7.2.1用光学技术实现的新蛋白结晶技术

     处于像制药研究、结构性生物研究和对生物现象的了解这样的目的，通过用X射线等晶体分析手段，人们对蛋白质进行了结构分析。然而，蛋白质不易结晶化对于结构分析是个难题。最近，发展起来一种全新的方法——利用激光辐射和剧烈搅动溶液的晶体核生成技术。飞妙激光器集中照射低过饱和溶液，结果表明可以有效地激发晶体的核生成。不同的蛋白质都获得了有效的晶体核生成。如用激光处理的膜蛋白质（2005 Kenjiro Sakurai Memorial Prize）。

7.2.2 碳纳米管电极表面处理

     碳纳米管（CNT）被认为是最具前途的场发射显示器（FED）阴极材料的替代品。研究证明这样是可行的。对于CNT－FED生产时，CNT电极表面都被处理以生成细毛，产生易于发射电场的结构，并发射电子。迄今刮擦方法被证明可以活化表面。但是现在可以证明通过聚焦飞妙激光脉冲（脉宽180fs，重复率10Hz）多次曝光电极表面使表面活化。这种方法被期望用来开拓新的增值加工领域，如电和热传导性。

7.3 测量技术

7.3.1光测量技术

     光的参数有振幅/能量，频率/波长，相位，偏振和随时间的变化量。在许多场合都需要对光进行精确评估，如光通讯、激光加工、精确测量/分析、显示方面。对于这些项目的标准存在尺度。关于光测量技术，介绍了最近的以下方面的发展趋势。（1）光频率（2）辐射量（激光脉冲能量）和光度值。

7.3.2光纤传感器的最近进展

     光纤传感被介绍为一种利用光纤特性高精度、简洁的测量方法。最近研究焦点集中于智能结构和环境的测量。很多研究围绕着多点传感器和分布式传感器进行。对于这些领域，最近的进展调查关于（1）光纤光栅传感器（2）分布式光纤传感器

7.3.3 安全应用的光纤传感器的商业化趋势

     与传统传感器相比，光纤传感器的特色在于（1）它使远程和大范围的分布测量成为可能。（2）传感器无需电源。（3）没有来自高压线等感应的电磁干扰影响。（4）它有高绝缘阻抗、高的抗蚀能力、良好的机械强度、长的使用寿命、质量轻（免维护）。特别的，分布式光纤传感器常用于神经中枢网络。至于合适的应用，在大范围或多点测量中利用连续分布式测量系统的应用是没有限制的。当未来高速、高分辨系列分布式传感获得发展时，它的发展范围可望扩大到安全和防灾领域作为工厂或防侵扰传感器，而不仅仅用于大范围结构。

7.3.4 激光制冷技术作为原子波光源

     激光冷却利用的是原子吸收或放出一个光子时光子反冲的动量。单个光子的反冲速度是几十mm/s，所以要中止一个室温下的原子会需要光子吸收放射约10000次。主要应用是在原子光工业作为高灵敏度加速/角加速传感器和用在原子束刻蚀中。角加速传感器通过用Mach-Zender干涉仪观测左右旋转时干涉波段的变化（Sagnac效应），使探测旋转成为可能。还可以应用在原子波领域（发展了一种光纤陀螺仪）。

7.3.5 激光制冷技术的应用

     激光制冷是一种降低温度（即一个原子等的随机运动）的技术。激光束可以将加在原子上的能量分开成分散能量和偶极能量。分散能是激光制冷的来源，用激光制冷技术的方法，如原子刻蚀，原子全息术和原子光激光器。纳米加工独有的潜势是现在人们注意集中的焦点。

7.4 中国的激光加工和光学测量

     一支光学技术发展趋势研究小组成立，去研究中国光学产业/技术的现状。访问的地点主要是通讯设备和LED的主要生产区域。对于加工和测量，参观了武汉的一个商业展会、一些大学和上海光学精密机械研究所、中国国际光电子博览会和武汉“中国光谷”国际光电子博览会暨论坛（OVC EXPO 2005）。参加了中日技术-商业协会。武汉是中国光电子产业的发源地，发展成为自称的“光谷”。在这里有各行业的公司，从光通讯设备制造商到膜显示器和LED发光照明。加工用的高功率激光主要用来加工钢铁板，而小激光器用来装饰加工。输出达4kW和2.5kW的激光器都来自美国。到目前为止，看来高功率激光器为进口项目。利用它们进行加工的技术现在还处在起步阶段。

这个时候，从科研实验室到商业化的巨大进步令人映象深刻。商业化从1985年开始，目前已经衍生出11个公司（激光加工设备生产商、光学部件生产商、光碟生产商等）。激光核聚变研究需要精密的部件和光学晶体，看来以后会和将来派生的公司有联系。

8. 光伏能（工作组Ⅶ）

     从去年持续，今年光伏产业状况也发生了很大变化。2004年底总的安装容量超过百万kW,达到113.2kW。而且在继续上涨。在德国的安装量发展甚至还快于日本，造成一种供不应求的状况。目前主要的产品是多晶和单晶的块材，使用的是半导体级别的多晶硅原材料，材料短缺情况变的越发严重。

     晶体硅系统的发展的两个主要方面是：使它们变薄和提高效能。关于提高效能，太阳能公司的Swanson对晶体硅效能目标做了理论分析，报导了80微米衬底厚度最多只能取得29％的效率。这个结果引起人们很大的兴趣，这与近年来把电池减薄化所作的努力相吻合。对于单晶硅，n型衬底里掺Ga的研究也在进行。据报导等于或超过100cm2的电池效率可达20％以上。对于多晶硅，Kyocea和ECS Solar宣布用一种适合大规模生产的加工技术效率可高于17％。最近技术发展的一个独有的特征是对异质型的高度关注。Sanyo HIT（三洋的固有薄层异质结）模型不止具有高效率，而且由于低的导热率整年产出了大量的电。

     对于硅薄膜系统，三级串联格式作为提高效率的一种方法，成为研究焦点。Kaneka和Unisolar在小面积上得到了15％的初始效率。三级联最上边是不定形硅，不定形硅-锗或微晶硅用于中部和底部。期望用三级联继续获得小面积16-18％研究和进展。

     Sharp发展了一个串联式（a-Si/μc-Si）透明模块（560×925mm2）的原型。薄膜系统的优势在于统一穿透和连续控制的性能。对于10％的穿透率，初始值为10.1％，稳定工作时获得了9.2％的效率。Unisolar已开始灵活面板的生产，Fuji Electric宣称开始了大规模生产。荷兰的Akzo Nobel公司正在发展一种叫做灵活超直（flexible super straight）的新概念模型。灵活光伏电池的主要优点是不仅灵活而且质轻。例如Unisolar模型在背部提供了胶带，只要把他们粘在房顶上就可非常轻易地安装。

     日本的Showa Shell 和Honda 宣称会开始在复合半导体薄膜系统上进行生产。二者相加接近50MW 。这会是首次开始引入如此大容量非硅光伏电池。曾经尝试用金属衬底和聚合物衬底的各种方法制造灵活复合半导体薄膜系统。对于这些系统的一个问题是对耐高温衬底的需求。关于玻璃衬底系统有弥补效率差距的需要。最近，对于宽带隙材料质量改善取得进展。带隙约为1.3eV的小面积材料上效率达到18％以上。复合半导体薄膜的特性之一是对于带隙宽度控制的自由度。有必要转向串联，把它作为一种将来提高效能的方法。但是这一转变需要低温加工方法的改进来层压具有1.7eV以上带隙的材料。

     对于有机光伏电池，感觉已经到了小面积电池最大效能的平台区。10％以上效能的高重复生产能力展示是至关重要的。未来可能会出现基础研究的分化。把商品化为目标，包括创造模型和提高性能方向。模型的效率约为6％，户外耐力测试已经开始。需要有10年或以上寿命用来产电的产品。另一方面则为基础研究和进展，如电解质的固体化和包装材料的进步会至关重要。

     对于全固态、有机薄膜光伏电池最常见型号是PIN结构。这个结构由气相沉积双面C60的电产生层、n-型半导体、酞菁蓝、p-型半导体构成。目前实现了5％的转变效率。对于有机薄膜必须要解决的问题是其稳定性和暴露在空气中的影响。

     地面用途研究的焦点集中在高效率光伏电池的类型。据推测不久的将来对于3结InGaP/InGaAs/Ge会实现超过40％的效率。如果可以发展新材料（1.0eV）作为第四个结，如GaInNAs，效率就可以接近50％。虽然超高效能系统的实用性存在问题，但类似聚焦光学系统、跟踪机理和长期的可靠性等问题正在解决中。可以说如果恰当地选择安装环境，这些系统实用性是足够强的。期望基于新理论和概念的超高效能光伏电池在将来出现。

     当作为一种能源考虑光伏电池时，其产电成本是最重要的。决定成本的因素不止产电效率，而且包括安装成本、寿命、可靠性和对安装环境的兼容性。现在发展了多种光伏电池。或许没有最终的单一结构。不同材料适合于不同的安装环境，从而分割开来。如果这种情况不出现，就不会有市场的扩大。

9.环境光子学（工作组Ⅷ）    

     这是这个工作组在环境方面研究光学技术应用的最后一年（第三年）。迄今研究分为三个领域----环境改善、减少环境负担和环境监测，来提供一个与环境相关的光电子技术的概述。这最后一年里依照下面目标汇编了研究和报告。

（1）进行反映最新发展趋势的调查，调查领域是发展趋势中有显著变化的领域。而这个发展趋势来源于研究中的进步、研究结果的传播或新环境问题的体现（光催化剂的标准化、用光电极和光催化剂产氢、纳米颗粒测定技术）。包括以前考虑到的各个问题。

（2）进行关于以环境改善技术为基础的项目的调查。这些技术虽然看起来有希望，但因为处于光电子技术的边缘而没有提出。（用低温等离子体进行挥发性有机复合加工）

（3）在预期取得发展的新光电子技术当中，培养预期有益于环境领域的技术（等离子激发、太赫兹光谱学）。

9.1环境改善技术—光催化材料测试方法的标准化

     以钛氧化物为主的光催化剂已经显示出在环境改善应用方面的用途。例如，作为抗菌剂清理水和空气、抗污（自清洁）等。九十年代以来，其产品获得进步发展。然而，由于在很多场合光催化剂的的作用轻微的而非即时作用的，确立测试和评估这类材料方法的需求日益增大。

     2002年9月，主管经济、贸易和工业的政府部门成立了一个日本精密陶瓷协会（JFCA）下属的光催化剂标准化委员会。建立日本工业标准（JIS）的工作取得进步。在国际标准化组织（ISO）建议下成立了标准化委员会下的光催化工作组统筹委员会，以及光源WG系统和关于自清洁性能、大气净化性能、水净化性能和抗细菌/抗真菌性能的各种分委员会。

     将来除了关于建立上述建议成立的国际标准的工作外，处理可见光反应的光催化剂（包括光源部分）方面也会有进展。

9.2 减少环境负担的技术—用于VOC测量的低温等离子体应用

     等离子体被叫作“第四种物态”，比物质任何其他自然状态（固态、液态、气态）拥有更高的能量。比如太阳光环的状态。它需要有低压和高温条件，但是对于“低温等离子体”，其中只有一部分电子处于高能态，绝大多数中性气体例子停留在低能态。这种状态利用常温常压下放电可相对容易地实现。

     即使对于低温等离子体，电子的能量也达到几个eV，使它较容易离解许多种挥发性有机复合物（VOC）。尤其地，关于提高能源效率和碳副产物产生的控制存在一些问题。除了选择各种放电方法，有人建议用催化剂以产生化合物。

     通过生成催化剂化合物，发展了对许多种VOC（包括卤素类型的VOC）都有效的系统。如生成金属载体钡钛酸四正丙酯和二氧化钛。它们被专门发展用于除臭。对于较高浓缩的放射源（几百ppm），提高其能源效率是个问题。关于反应进行条件最优化、与催化外其它技术的结合的研究正在进行。

9.3 光电子技术在环境领域的前景和可行性—用太赫兹远程传感器探测全球气候变化，用等离子体

激发减少环境负担的技术

     在这个工作组的最后一年，环境领域太赫兹频谱和等离子体激发应用技术被提出并称为“环境光子学”技术。

     传统地，太赫兹波段被叫做“太赫兹缺口”。由于产生、控制、探测这种电磁波都存在难度，所以研究和应用都因此滞后。然而，近来在半导体技术方面取得的进展使得这些困难有可能被解决。不止在电子器件领域，且在一个很广范围内可能正开始应用。环境技术的应用包括在太赫兹波段卫星观测全球范围的天气变化。

     利用等离子体光电化学（photoelectrichemistry）进行光电转换，被认为是一种相似染料敏化太阳能电池（DSSC）的机理。据报导金纳米颗粒与二氧化钛组合的系统具有了26％的入射光--电流转换效率。利用同样二氧化钛的化合物，可能被用作光催化剂氧化离解各种污染物并取得效果。

     即使在停止曝光后仍保持光催化效果的光催化系统获得发展， 这种系统利用金属纳米颗粒和光催化剂的结合并保留在氧化--还原活化的半导体（如氧化钨）中产生的还原氧化能量。有人建议具有防锈和抗菌效果的系统，其中的光催化剂要在黑暗中也可作用。

     银纳米颗粒、二氧化钛组成，表面亲水/疏水分布的光反应变色材料也问世了。可以预见，有益于资源节约的彩色可擦写纸张可能会出现。   

10.照明（工作组Ⅸ）

     技术发展趋势研究委员会的照明工作组是它作为一个有限任期工作组的第二年。这一年是硕果累累的，包括白光LED发光效率提高的重要进展的报导，同时还包括很多项目各种应用的进展和白色光源的发展。

     例如对于白色LED，氮化物蓝色LED和YAG荧光材料组合形成一个小型（芯片尺寸320μm2）元件。这种元件在额定激励条件（电流：20mA）下报导了113 lm/W出色的发光效率。而且基于为得到非常亮白光的新概念的光源（产品名：Micro White） 取得了进展。 它通过用光纤引导一个高输出的蓝（或紫）LD光束和安在光纤尾部的荧光衬底转变波长后得到。实现了与高强度放电灯（HID）为共同目标的同一级别的高强度。

     为了提高效率、加强发光、和改善色彩表现，发光物质的地位至关重要。它必须要有效地吸收蓝--紫光，把能量高效地转移到光发射中心。这对于材料科学也是一个令人感兴趣的领域。关于氧