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  allen_312342 2008-01-17 00:00:00

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  你大爺_你大爺 2008-01-17 00:00:00

  納米光學(xué)材料在通訊領(lǐng)域的Z新進(jìn)展 摘要: 本文綜述了納米材料光學(xué)特性的研究進(jìn)展， 以期使納米材料的光學(xué)特性得到更加深入細(xì)致的研究。概述了納米技術(shù)在通訊領(lǐng)域的應(yīng)用，并著重介紹了國(guó)內(nèi)外納米光通信用納米光電子器件的發(fā)展現(xiàn)狀。 關(guān)鍵詞:納米光纜;納米光電子學(xué);納米光導(dǎo)集成電路;納米光通信 1.引言 納米材料是納米科學(xué)技術(shù)的一個(gè)重要的發(fā)展方向。納米材料是指由極細(xì)晶粒組成， 特征維度尺寸在納米量級(jí)(1～100nm ) 的固態(tài)材料。由于極細(xì)的晶粒， 大量處于晶界和晶粒內(nèi)缺陷的ZX原子以及其本身具有的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等， 納米材料與同組成的微米晶體(體相) 材料相比， 在催化、光學(xué)、磁性、力學(xué)等方面具有許多奇異的性能， 因而成為材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。 納米技術(shù)已成為當(dāng)今研究領(lǐng)域中Z富有活力、對(duì)未來經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著十分重要的研究對(duì)象。納米科技正在推動(dòng)人類社會(huì)產(chǎn)生巨大的變革，它不僅將促進(jìn)人類認(rèn)識(shí)的革命，而且將引發(fā)一系列新的科學(xué)技術(shù)。納米技術(shù)對(duì)電子信息技術(shù)和光通信技術(shù)亦將產(chǎn)生重要影響。 2.國(guó)際發(fā)展?fàn)顩r 2. 1 整齊排列的交叉式納米光纜線 美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊上刊登了由旅美學(xué)者、佐治亞理工學(xué)院王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，利用液態(tài)鉀做催化劑，首次生長(zhǎng)出整齊排列且具有“Y2形狀”的氧化硅納米光纜線。據(jù)介紹，該納米光纜線的直徑為10nm ，長(zhǎng)度可達(dá)毫米級(jí)，線直而均勻并且是透明的，Z重要的是該納米光纜線在生長(zhǎng)過程中自動(dòng)由1 根分叉成為2 根，2 根可以分叉成4 根，依次繼續(xù)分裂。氧化硅是傳統(tǒng)光纜的主要組成材料，因此這些納米線有可能會(huì)用來做納米級(jí)的分叉光纜，形成納米分光器。王中林等人的實(shí)驗(yàn)可以生產(chǎn)出大量而且結(jié)構(gòu)均勻的分叉納米線。他們的研究結(jié)果同時(shí)也對(duì)經(jīng)典的“氣相2液相2固相”(VLS) 納米線生長(zhǎng)原理提出了挑戰(zhàn)。 VLS 原理認(rèn)為一個(gè)催化劑顆粒只能長(zhǎng)出1 根納米線，而線的直徑接近顆粒的大小。然而，他們?cè)谝坏渭s半毫米直徑的鉀丸上就可以生長(zhǎng)出成千上萬根整齊排列的納米線。 2. 2 納米級(jí)導(dǎo)電纖維 1999 年12 月，日本研究人員研制出一種僅有一個(gè)分子粗細(xì)的導(dǎo)電纖維，可謂世界上Z細(xì)“電線”。這種導(dǎo)電纖維是由日本工業(yè)技術(shù)院物質(zhì)工程工業(yè)技術(shù)ZX研制出來的。它的直徑僅3nm ，ZX部分具有良好導(dǎo)電性的丁二炔鏈，四周包覆著糖的衍生物，并作為絕緣層，防止漏電。據(jù)分析，這種納米級(jí)“電線”可以應(yīng)用在超小型的電子元器件和微型機(jī)械上。 2. 3 納米光導(dǎo)集成電路 日本NTT 公司技術(shù)綜合研究所于2001年開發(fā)成功了制作光導(dǎo)集成電路芯片的基礎(chǔ)技術(shù)。NTT 公司的這家研究所采用先進(jìn)加工技術(shù)，在硅芯片上制作出了可通過極細(xì)光束的通道(光導(dǎo)通路) ，使光束按直角方向轉(zhuǎn)彎，將其封閉在極為狹小的場(chǎng)所之中。由于不將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，故這是直接處理光信號(hào)的納米光導(dǎo)集成電路。NTT 的科學(xué)家在夾有玻璃薄膜的硅芯片上，按照與光的波長(zhǎng)相同的間距開發(fā)微細(xì)加工技術(shù)。 在一排排的孔之間，形成了沒有孔的線狀區(qū)域。如果從線狀區(qū)域的端部射入光線，則光通信中Z常用的1. 3～1. 6μm 就基本沒有什么光線向周圍漏出。經(jīng)檢測(cè)后確認(rèn)，這部分光是沿著線傳播的。只要能找出Z優(yōu)的線狀區(qū)域?qū)挾?，就能成功地使光通過。這是日本NTT 公司技術(shù)研究所在光芯片技術(shù)上取得的重要成果。 2. 4 納米聚合體電子器件 將打印機(jī)、電腦和視屏一股腦地折起來裝入你的錢包、這就是以色列專家為人們展現(xiàn)的納米聚合體電子器件應(yīng)用的一個(gè)未來景象。以色列技術(shù)工程學(xué)院和希伯來大學(xué)曾宣布，他們?cè)谘芯烤哂懈吣苄畔鬏敼δ艿挠袡C(jī)發(fā)光二極管中取得了Z新突破，為實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想邁出了diyi步。相關(guān)成果刊登在新出版的Science 雜志上。使塑料發(fā)射近紅外光將是把一個(gè)不可能的未來世界變成現(xiàn)實(shí)的開始。研究初期，以色列科學(xué)家采用鉺原子滲入有機(jī)材料的方法，結(jié)果得到的紅外線非常弱，轉(zhuǎn)化效率僅有0. 01 %。后來，此項(xiàng)研究的主持者之一，以色列技術(shù)工程學(xué)院的特斯勒博士和希伯萊大學(xué)的班尼博士共同提出了利用一種制造聚合體所需的納米粒子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生近紅外光的研究思路。研究中，他們將化學(xué)合成的納米粒子和與其共軛的聚合體組合制成二極管發(fā)光作用區(qū)，首次實(shí)現(xiàn)了具有應(yīng)用價(jià)值，轉(zhuǎn)化效率達(dá)2 %～3 %的有機(jī)近紅外發(fā)光二極管。目前，他們正致力開發(fā)第二代效率更高，波段更寬的新器件。特斯勒博士稱:“Z近有機(jī)近紅外發(fā)光二極管的研究取得了重大突破，已為未來的光纖通信器件采用幾乎所有可能的有機(jī)材料奠定了基礎(chǔ)。將來每家只需一個(gè)光纖傳輸器就可使家用網(wǎng)絡(luò)、電視、可視電話與連接。GX、廉價(jià)的大容量有機(jī)信息傳輸設(shè)備的誕生正使這一構(gòu)想變?yōu)榭赡堋薄? 2. 5新型納米激光器提高電腦信息存儲(chǔ)量 2003年1月16日的Nature雜志報(bào)道，美國(guó)哈佛大學(xué)已成功開發(fā)出一種新型納米激光器，比人的頭發(fā)絲還細(xì)千倍，可自動(dòng)調(diào)控開關(guān)。將其安裝于微芯片上，能提高計(jì)算機(jī)磁盤和光子計(jì)算機(jī)的信息存儲(chǔ)量，加強(qiáng)信息技術(shù)的集成化發(fā)展。這種新型激光器實(shí)際上是以半導(dǎo)體硫化鎘為原料制成的納米線，直徑僅為1/ 10000mm。研究人員將硫化鎘納米線安裝在涂有硅材料的基底上，制成一個(gè)回路。接通電源后，研究人員觀察到，在一定電壓下，電流通過硅材料流向硫化鎘納米線，納米線的另一端隨即發(fā)出藍(lán)綠色的光。隨著電流強(qiáng)度增大，光的著色變得單一，波長(zhǎng)也相當(dāng)短。由于白熾燈泡和二極管發(fā)出的光波長(zhǎng)都很長(zhǎng)，因此研究人員斷定硫化鎘納米線發(fā)出的光是激光。在隨后的實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用不同的半導(dǎo)體材料，由此制成的激光器發(fā)出的激光顏色也各不相同，氮化鎵納米線發(fā)出藍(lán)色到紫外的光，磷化銦納米線發(fā)出紅外光。據(jù)報(bào)道，Z早的納米激光器是由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家于2001 年制造出來的，當(dāng)時(shí)使用的是氧化鋅納米線，可發(fā)射紫外光，經(jīng)過調(diào)整后還能發(fā)射從藍(lán)色到深紫外的光。但美中不足的是，只有用另一束激光將納米線中的氧化鋅晶體激活時(shí)，氧化鋅晶體才會(huì)發(fā)射出激光。因此，新型納米激光器的技術(shù)關(guān)鍵就在于，它具備電子自動(dòng)開關(guān)的性能，無需借助外力激活。由于光纖激光技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于信息通信領(lǐng)域，這一新的技術(shù)成果無疑會(huì)使納米激光器的實(shí)用性大為增強(qiáng)。 3.國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 為了在納米光電技術(shù)領(lǐng)域占有一席之地，我國(guó)在納米電子技術(shù)研究的基礎(chǔ)上開展了納米光電子技術(shù)研究，相繼建立了相關(guān)的專門實(shí)驗(yàn)室，例如北京市在2000 年就在首都師范大學(xué)建成納米光電子學(xué)ZD實(shí)驗(yàn)室。其發(fā)展和目標(biāo)是:發(fā)展納米材料和納米技術(shù)理論和實(shí)驗(yàn)研究。著重于其光電子學(xué)、光譜學(xué)特性的研究和學(xué)科交叉研究，突出實(shí)驗(yàn)室的光電子學(xué)研究特色，為新型納米材料和納米技術(shù)的開發(fā)提供科學(xué)基礎(chǔ);進(jìn)而解決與納米材料和納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)緊密相關(guān)的重要科學(xué)技術(shù)問題。該實(shí)驗(yàn)室的主要研究方向?yàn)?納米超薄膜傳感器件與分子器件的光電子學(xué)研究;納米結(jié)構(gòu)與超分子結(jié)構(gòu)光電子學(xué)研究;中藥納米化應(yīng)用研究;富勒烯衍生物合成;富勒烯材料光電特性研究;金屬半導(dǎo)體米粒子電磁特性研究;光子作探針的分子吸附動(dòng)力學(xué)及應(yīng)用研究;原子分子團(tuán)簇材料理論與計(jì)算機(jī)模擬研究等。我國(guó)納米科技的大部分研究工作主要集中在硬件條件要求不太高的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，涉及納米主流技術(shù)高、精、尖的研究?jī)?nèi)容不多，特別是一些具有重要應(yīng)用前景的技術(shù)研究比較薄弱，在納米材料、納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造和控制以及實(shí)用化方面與國(guó)際先進(jìn)水平存在較大的差距。 5.結(jié) 論 在信息通信領(lǐng)域，光通信技術(shù)已經(jīng)改變了人們的生產(chǎn)和生活方式，特別是信息高速公路的建設(shè)，為人們掌握信息、獲取信息、快速傳遞信息創(chuàng)造了有利條件。未來光通信將向光孤子通信、高速量子保密通信、紫外通信和納米光通信方向發(fā)展。目前，制作納米光電子器件有兩條技術(shù)途徑: (1) 自上而下路線的將尺寸逐漸變小的方法; (2) 自下而上路線的利用有機(jī)/ 無機(jī)分子組裝功能器件的方法。要研究和開發(fā)出實(shí)用的納米光電子器件，除了必須解決單個(gè)納米光電子器件的工作原理、納米光電子材料和納米加工技術(shù)問題外，還必須解決納米光電子器件的集成技術(shù)以及與外部的連接技術(shù)。顯然，納米光電子技術(shù)和納米光電子學(xué)是納米光電子器件研究的核心技術(shù)，而納米光通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)是納米光電器件的研制。 人類以駕馭原子能進(jìn)入現(xiàn)代社會(huì)，以制造和利用單晶基礎(chǔ)半導(dǎo)體進(jìn)入電腦與網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代。進(jìn)入20 世紀(jì)90 年代，以IT 為核心的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)得到了迅猛發(fā)展，它將由新興產(chǎn)業(yè)逐步成為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。但是，真正實(shí)現(xiàn)使用以納米電腦為基礎(chǔ)的信息高速公路，離不開納米光通信技術(shù)，它將使人類真正進(jìn)入信息時(shí)代，并將領(lǐng)導(dǎo)下一場(chǎng)工業(yè)革命，以推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展。

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