国家光电子信息产业基地(武汉·中国光谷)总体发展规划(征求意见稿)

国家光电子信息产业基地 (武汉·中国光谷)总体发展规划 (征求意见稿) 二000年五月 为全面落实邓小平同志关于“高科技领域的一个突破,带动一批 产业的发展”的重要思想,根据《中共中央国务院关于加强技术创新 发展高科技实现产业化的决定》以及《2000——2002年湖北省技术 创新行动计划》的精神,按照中共湖北省委、省政府,中共武汉市委、 市政府决定以光电子信息产业为突破口,依托武汉地区已有的技术优 势和产业基础,在东湖新技术开发区建设我国光电子信息产业基地 (中国光谷COV)的指示,特制定本规划 本规划时间为2000年到2005年,并展望到2010年。 、导言 光电子技术是未来信息技术的核心技术。现代信息技术经历了电 子学、光电子学两个阶段的发展,即将步入光子学新阶段。科学家预 测,21世纪将是光电子技术得到飞跃发展的世纪。光子作为信息和 能量的载体,产生了信息光子学和能量光子学,二者都在按自己的规 律和市场需求向前发展,推动建立了一个规模迅速扩大的前所未有的 现代光电子交叉学科和光电子信息产业。因此,光电子是未来信息技 术的核心,它将在众多科学技术领域中起领头作用。 光电子信息产业是适应未来社会发展的战略产业。目前,作为信 息和能量载体的光电子,在信息的光显示、光存储和激光上,已经形 成了新兴的光电子工业,对各个国家的经济建设、社会变革、国家安 全乃至整个社会发展起着难以估量的关键作用。美国已经把电子和光 子材料,微电子和光电子学列为国家关键技术,认为光子学在国家安 全与经济竞争方面有着深远的意义与潜力。专家预测:以光电子信息 技术为主导的信息产业产值将在2010年达到50000亿美元,成为21 世纪最大的产业,光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学

5 国家光电子信息产业基地 （武汉·中国光谷）总体发展规划 （征求意见稿） 二 OOO 年五月 为全面落实邓小平同志关于“高科技领域的一个突破，带动一批 产业的发展”的重要思想，根据《中共中央国务院关于加强技术创新 发展高科技实现产业化的决定》以及《2000——2002 年湖北省技术 创新行动计划》的精神，按照中共湖北省委、省政府，中共武汉市委、 市政府决定以光电子信息产业为突破口，依托武汉地区已有的技术优 势和产业基础，在东湖新技术开发区建设我国光电子信息产业基地 （中国光谷 COV）的指示，特制定本规划。 本规划时间为 2000 年到 2005 年，并展望到 2010 年。 一、导言 光电子技术是未来信息技术的核心技术。现代信息技术经历了电 子学、光电子学两个阶段的发展，即将步入光子学新阶段。科学家预 测，21 世纪将是光电子技术得到飞跃发展的世纪。光子作为信息和 能量的载体，产生了信息光子学和能量光子学，二者都在按自己的规 律和市场需求向前发展，推动建立了一个规模迅速扩大的前所未有的 现代光电子交叉学科和光电子信息产业。因此，光电子是未来信息技 术的核心，它将在众多科学技术领域中起领头作用。 光电子信息产业是适应未来社会发展的战略产业。目前，作为信 息和能量载体的光电子，在信息的光显示、光存储和激光上，已经形 成了新兴的光电子工业，对各个国家的经济建设、社会变革、国家安 全乃至整个社会发展起着难以估量的关键作用。美国已经把电子和光 子材料，微电子和光电子学列为国家关键技术，认为光子学在国家安 全与经济竞争方面有着深远的意义与潜力。专家预测：以光电子信息 技术为主导的信息产业产值将在 2010 年达到 50000 亿美元，成为 21 世纪最大的产业，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学

技术的革命和进步。 光电子信息产业是未来国际竞争的制高点。目前世界上众多的国 家和地区的通信、光电子企业正在加紧策划实施光电子产业的发展 力求占据制高点和竞争的主动地位。美国在亚利桑那州建立了“光 谷”,法国也在筹建“光电谷”,日本、英国、中国台湾也早已瞄准世 界光电子产业的巨大市场和潜在价值,正加紧实施本国本地区的发展 战略计划。现实告诉我们,世界光电子产业正进入一个富于机遇与挑 战的关键时期。 我国在光电子技术方面是与国际水平差距相对较小的一个领 域,与发达国家几乎同时起步。在激光、光纤光缆、光电器件等领域 已达以或接近国际先进水平。但是,由于我国制造技术落后,材料水 平有限,产业规模一直不大。而国际上光电子产业已进入加速发展阶 段,留给我们的时间只有3-5年,如果我们不在目前产业化前期的技 术发展阶段抓紧进入,就会失去大好时机。因此,加快建设我国的光 电子信息产业基地对于我国既是重大机遇,也是十分紧迫的任务 “硅谷”的出现促进了微电子工业的迅速发展,并直接产生美国 的新经济。建设中国光谷,通过聚集式发展可以使我国在光电子信息 产业获得超常规的发展,增强我国的国际竞争实力。面对加入WTO的 挑战,只有充分利用我国已有的技术优势,集中优势资源,才能形成 突破,在未来的高新技术领域占一席之地 建设中国光谷的技术和市场背景 (一)光电子信息产业的发展态势 1、信息光电子产业发展态势 光纤光缆领域:从目前光纤通信技术已得到迅速发展。1998年 美国朗讯公司发明了全波光纤,在1280-1650mm的整个带宽内的平均 损耗<0.3B/km,目前所使用的光纤带宽(40-80nm)只占能用带宽的 20%以下。目前,密集波分复用技术(DWDM)和掺铒光纤放大器 技术(EDFA)已取得突破性进展并得到广泛的应用。在DWDM 系统和光传输设备中,光电技术的比例将从过去比重不到10%达到

6 技术的革命和进步。 光电子信息产业是未来国际竞争的制高点。目前世界上众多的国 家和地区的通信、光电子企业正在加紧策划实施光电子产业的发展， 力求占据制高点和竞争的主动地位。美国在亚利桑那州建立了“光 谷”，法国也在筹建“光电谷”，日本、英国、中国台湾也早已瞄准世 界光电子产业的巨大市场和潜在价值，正加紧实施本国本地区的发展 战略计划。现实告诉我们，世界光电子产业正进入一个富于机遇与挑 战的关键时期。 我国在光电子技术方面是与国际水平差距相对较小的一个领 域，与发达国家几乎同时起步。在激光、光纤光缆、光电器件等领域 已达以或接近国际先进水平。但是，由于我国制造技术落后，材料水 平有限，产业规模一直不大。而国际上光电子产业已进入加速发展阶 段，留给我们的时间只有 3-5 年，如果我们不在目前产业化前期的技 术发展阶段抓紧进入，就会失去大好时机。因此，加快建设我国的光 电子信息产业基地对于我国既是重大机遇，也是十分紧迫的任务。 “硅谷”的出现促进了微电子工业的迅速发展，并直接产生美国 的新经济。建设中国光谷，通过聚集式发展可以使我国在光电子信息 产业获得超常规的发展，增强我国的国际竞争实力。面对加入 WTO 的 挑战，只有充分利用我国已有的技术优势，集中优势资源，才能形成 突破，在未来的高新技术领域占一席之地。 二、建设中国光谷的技术和市场背景 （一）光电子信息产业的发展态势 1、信息光电子产业发展态势 光纤光缆领域：从目前光纤通信技术已得到迅速发展。1998 年 美国朗讯公司发明了全波光纤，在 1280-1650nm 的整个带宽内的平均 损耗<0.3dB/km，目前所使用的光纤带宽（40-80nm）只占能用带宽的 20%以下。目前，密集波分复用技术（ＤＷＤＭ）和掺铒光纤放大器 技术（ＥＤＦＡ）已取得突破性进展并得到广泛的应用。在ＤＷＤＭ 系统和光传输设备中，光电技术的比例将从过去比重不到１０％达到

90%。一种全新的、无需进行任何光电变换的光波通信“全光通信”, 由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展,也日趋成熟,将在 横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用,给全球的通信业带来蓬 勃生机 光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料,光纤已经成 为通信网的重要传输媒介。现在世界上大约有60%的通信业务经光 纤传输,到20世纪末将达到85% 信息网络化领域:随着电视、图像、计算机数据等业务的增加, 对传输容量的需求在日新月异地提高。密集波分复用技术(DMDM)已 成为发展的主流,其发展趋势是通道数为数十个或数百个,每个通道 的数据率为2.5GB/S及10GB/S或更高。 随着 IP OVER DWDM的呼声日高,给未来宽带信息通信网的发展 带来巨大的冲击,也给众多中、小型企业在DWDM大市场上带来无限 商机 新型光子集成和光电子集成芯片领域:小规模集成度的PIC器件 组件近年已在市场上出现,其发展方向是更高集成度PIC和OEIC, 多波长的半导体激光器阵列,半导体激光器与高速调制器集成芯片 集成光接收机阵列等。同时更复杂的三维集成系统芯片的研制也已启 动,这就是通过在PIC或OEIC中引入微机械单元,从而构成功能齐 备的微型光机电集成系统(MEMS)这种新型器件一旦获得突破,将 使现今庞大的设备、仪器实现微型化和单片化。98年国际市场上已 有MES器件如高性能的光滤波器,带波长选择性的光接收器等商品 出售。 光显示和光存储领域:蓝、绿色LED、LD的发展迅猛。蓝光LED 的市场售价不断下降,蓝紫光LD(400nm,5mW,万小时寿命,5000 美元售价)已进入市场。蓝绿色发光器件有十分巨大的应用市场,包 括大型全色显示屏,下一代DVD等,以蓝光LED为基础的白光“半导 体灯”已成为世界上各大照明灯光公司全力开发的节能光源,它的应 用普及将引起能源领域的一场革命。以GAN为代表的宽禁带半导体技 术在显示、存储和大功率、高温、高速电子器件将形成新的经济生长 点。在平板显示器领域,除LED屏之外,等离子体显示、场发射显示

7 ９０％。一种全新的、无需进行任何光电变换的光波通信“全光通信”， 由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展，也日趋成熟，将在 横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用，给全球的通信业带来蓬 勃生机。 光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料，光纤已经成 为通信网的重要传输媒介。现在世界上大约有６０％的通信业务经光 纤传输，到２０世纪末将达到８５％。 信息网络化领域：随着电视、图像、计算机数据等业务的增加， 对传输容量的需求在日新月异地提高。密集波分复用技术（DMDM）已 成为发展的主流，其发展趋势是通道数为数十个或数百个，每个通道 的数据率为 2.5GB/S 及 10GB/S 或更高。 随着 IP OVER DWDM 的呼声日高，给未来宽带信息通信网的发展 带来巨大的冲击，也给众多中、小型企业在 DWDM 大市场上带来无限 商机。 新型光子集成和光电子集成芯片领域：小规模集成度的 PIC 器件 组件近年已在市场上出现，其发展方向是更高集成度 PIC 和 OEIC， 多波长的半导体激光器阵列，半导体激光器与高速调制器集成芯片， 集成光接收机阵列等。同时更复杂的三维集成系统芯片的研制也已启 动，这就是通过在 PIC 或 OEIC 中引入微机械单元，从而构成功能齐 备的微型光机电集成系统（MOEMS）这种新型器件一旦获得突破，将 使现今庞大的设备、仪器实现微型化和单片化。98 年国际市场上已 有 MOEMS 器件如高性能的光滤波器，带波长选择性的光接收器等商品 出售。 光显示和光存储领域：蓝、绿色 LED、LD 的发展迅猛。蓝光 LED 的市场售价不断下降，蓝紫光 LD（400nm，5mW，万小时寿命，5000 美元售价）已进入市场。蓝绿色发光器件有十分巨大的应用市场，包 括大型全色显示屏，下一代 DVD 等，以蓝光 LED 为基础的白光“半导 体灯”已成为世界上各大照明灯光公司全力开发的节能光源，它的应 用普及将引起能源领域的一场革命。以 GAN 为代表的宽禁带半导体技 术在显示、存储和大功率、高温、高速电子器件将形成新的经济生长 点。在平板显示器领域，除 LED 屏之外，等离子体显示、场发射显示

和液晶显示技术也都在发展,争夺数字高清晰度电视和监视屏的大市 场 红外探测器领域:室温红外焦平面探测器列阵技术将有较大发 展。长期以来,由于红外探测器列阵技术难度高、制备困难、使用条 件苛刻(需低温制冷),很难获得民用市场。近年来随着微加工技术 的不断进步,敏感元微型化、热分离构造的采用使非制冷红外焦平面 器件的灵敏度响应和速度大幅度改善。非制冷焦平面的温度分辨NETD 指标在室温环境下(∽0.05K)已经接近77K制冷的碲镉汞水平(∽ 0.02K),达到满足几乎所有民用红外市场的需求水平。红外探测器列 阵也在环境监测、保安、汽车驾驶、电力等工农业民用领域有十分巨 大的应用。 2、能量光电子产业发展态势 能量光电子自1960美国休斯顿实验室研制出世界第一台红宝石 激光器之后,相继研制开发了半导体激光器、CO2激光器、YAG激光器 和高功率CO2激光器。由于具有相干性好、单色性好、高亮度等独特 优点,激光在工业和医疗方面的应用前景非常可观,可用来切割、焊 接、打孔、热处理、划片、光刻以及用来进行手术、镇痛、理疗等治 疗。特别是高功率激光器的研制成功,为激光加工技术在工业、农业、 医疗、军事等领域的应用和发展创造了条件。激光加工设备将沿着高 功率、高光束质量、高可靠、智能化、低成本的方向发展。工业加工 CO2激光器及其成套设备、灯泵浦和半导体激光器、泵浦固体激光器 将是主流产品。 美国、日本、德国三个国家激光产业的发展代表了当今世界激光 产业发展趋势。美国在激光医疗及激光检测方面占首位,而德国则在 激光材料加工方面占首位。小功率激光器是美国占优势,500瓦以上 用于材料加工的高功率激光器是德国占优势,而小功率半导体激光器 则是日本占优势。 1998年全世界激光器销售额为38亿美元,其中半导体激光器为 21.49亿美元,非半导体激光器为17.26亿美元,比1997年增长19%。 半导体激光器主要应用于:通信(占64%),光存贮(占22.8%);非

8 和液晶显示技术也都在发展，争夺数字高清晰度电视和监视屏的大市 场。 红外探测器领域：室温红外焦平面探测器列阵技术将有较大发 展。长期以来，由于红外探测器列阵技术难度高、制备困难、使用条 件苛刻（需低温制冷），很难获得民用市场。近年来随着微加工技术 的不断进步，敏感元微型化、热分离构造的采用使非制冷红外焦平面 器件的灵敏度响应和速度大幅度改善。非制冷焦平面的温度分辨NETD 指标在室温环境下（∽0.05K）已经接近 77K 制冷的碲镉汞水平（∽ 0.02K），达到满足几乎所有民用红外市场的需求水平。红外探测器列 阵也在环境监测、保安、汽车驾驶、电力等工农业民用领域有十分巨 大的应用。 2、能量光电子产业发展态势 能量光电子自 1960 美国休斯顿实验室研制出世界第一台红宝石 激光器之后，相继研制开发了半导体激光器、CO2激光器、YAG 激光器 和高功率 CO2激光器。由于具有相干性好、单色性好、高亮度等独特 优点，激光在工业和医疗方面的应用前景非常可观，可用来切割、焊 接、打孔、热处理、划片、光刻以及用来进行手术、镇痛、理疗等治 疗。特别是高功率激光器的研制成功，为激光加工技术在工业、农业、 医疗、军事等领域的应用和发展创造了条件。激光加工设备将沿着高 功率、高光束质量、高可靠、智能化、低成本的方向发展。工业加工 CO2 激光器及其成套设备、灯泵浦和半导体激光器、泵浦固体激光器 将是主流产品。 美国、日本、德国三个国家激光产业的发展代表了当今世界激光 产业发展趋势。美国在激光医疗及激光检测方面占首位，而德国则在 激光材料加工方面占首位。小功率激光器是美国占优势,500 瓦以上 用于材料加工的高功率激光器是德国占优势，而小功率半导体激光器 则是日本占优势。 1998 年全世界激光器销售额为 38 亿美元，其中半导体激光器为 21.49 亿美元，非半导体激光器为 17.26 亿美元，比 1997 年增长 19%。 半导体激光器主要应用于：通信（占 64%），光存贮（占 22.8%）；非

半导体激光器主要应用于:激光材料加工(占60.5%),激光医疗(占 25.8%),科学研究(占6.6%)。1999年,世界激光器销售49亿,预计 2000年将达到63亿 目前国内从事激光器及激光应用设备生产的单位约500多家,其 中生产激光音像设备的就有380多家,其它激光设备的有150多家, 国家级的激光工程技术研究中心有四个,各种类型的激光加工站有 120多家。全国有21个省、市、地区生产和销售激光产品,主要集 中在湖北、上海、江苏和北京地区 3、光电子材料和元器件产业发展态势 光电子器件是光通信的关键部份世界光电子器件的发展趋势 可用两点概括:一、继续通过能带工程使各种新型的人构改性半导体 材料如异质结构、量子阱(线、点)和超晶格材料等得以实现,并用 以研制高性能的器件;二、更为关键的是要象微电子一样实现集成化。 目前将功能不同的若干光电子器件通过内部光波互连,优化集成在 个芯片上的光子集成芯片(PIC)正在迅速发展。再下一步将是研制 光子集成芯片和微电子集成芯片的共融体即光电子集成芯片(OEIC), 这将突破分立器件的功能局限,使芯片的功能提高、功耗降低,成品 率和可靠性极大改善。根据技术发展和市场需求的预测,今后几年将 是信息光电子器件大发展的时期,尤其以下几个方面将是热点 光子学及光通信器件光子学技术主要包括光子的产生、探测、 控制和处理,因此,必须有相应的光子学器件,光子学器件的时间响 应和单道超大容量要比电子学器件高得多,这对信息技术的发展有很 大的推动作用。高密度高相干性的激光光源始终对光信息工程起重要 作用,特别是半导体激光器。多量子阱器件、高密度垂直腔面发射器、 量子级联器件、微腔辐射与微腔光子动力学器件的发展,可以不断降 低激光阈值、提高激光转换效率与输出功率、扩展波段、改善模式、 压缩线宽、实现激光光源的阵列化和集成化。计算机正向着高速和智 能化方向发展。由于光学信号处理高度并行化的优点,使光子在信息 处理中发挥出大容量和高速的特征。研制出高效低功耗的光子器件仍 然是关键所在

9 半导体激光器主要应用于：激光材料加工（占 60.5%）,激光医疗(占 25.8%),科学研究(占 6.6%)。1999 年，世界激光器销售 49 亿，预计 2000 年将达到 63 亿。 目前国内从事激光器及激光应用设备生产的单位约 500 多家，其 中生产激光音像设备的就有 380 多家，其它激光设备的有 150 多家， 国家级的激光工程技术研究中心有四个，各种类型的激光加工站有 120 多家。全国有 21 个省、市、地区生产和销售激光产品，主要集 中在湖北、上海、江苏和北京地区。 3、光电子材料和元器件产业发展态势 光电子器件是光通信的关键部份 世界光电子器件的发展趋势 可用两点概括：一、继续通过能带工程使各种新型的人构改性半导体 材料如异质结构、量子阱（线、点）和超晶格材料等得以实现，并用 以研制高性能的器件；二、更为关键的是要象微电子一样实现集成化。 目前将功能不同的若干光电子器件通过内部光波互连，优化集成在一 个芯片上的光子集成芯片（PIC）正在迅速发展。再下一步将是研制 光子集成芯片和微电子集成芯片的共融体即光电子集成芯片（OEIC）， 这将突破分立器件的功能局限，使芯片的功能提高、功耗降低，成品 率和可靠性极大改善。根据技术发展和市场需求的预测，今后几年将 是信息光电子器件大发展的时期，尤其以下几个方面将是热点。 光子学及光通信器件 光子学技术主要包括光子的产生、探测、 控制和处理，因此，必须有相应的光子学器件，光子学器件的时间响 应和单道超大容量要比电子学器件高得多，这对信息技术的发展有很 大的推动作用。高密度高相干性的激光光源始终对光信息工程起重要 作用，特别是半导体激光器。多量子阱器件、高密度垂直腔面发射器、 量子级联器件、微腔辐射与微腔光子动力学器件的发展，可以不断降 低激光阈值、提高激光转换效率与输出功率、扩展波段、改善模式、 压缩线宽、实现激光光源的阵列化和集成化。计算机正向着高速和智 能化方向发展。由于光学信号处理高度并行化的优点，使光子在信息 处理中发挥出大容量和高速的特征。研制出高效低功耗的光子器件仍 然是关键所在