狄建鍇

半導(dǎo)體光學(xué)器件在電子信息領(lǐng)域的實際應(yīng)用淺析

狄建鍇

（海信移動通信技術(shù)股份有限公司海信多媒體研發(fā)中心，青島 266072）

隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，目前，半導(dǎo)體光學(xué)器件在生產(chǎn)和生活領(lǐng)域應(yīng)用范圍不斷拓寬，利用半導(dǎo)體光學(xué)技術(shù)的新型設(shè)備不斷涌現(xiàn)，本文主要探討半導(dǎo)體激光光源和激光接收器。

光學(xué)器件；激光器件；光源；接收器；光塔；紅外；激光電視；光腦

1 引言

眾所周知，自然光譜領(lǐng)域，在可見光光譜之外，紅光之外的長波波段屬于紅外線激光，又分為近紅外和遠(yuǎn)紅外，在可見光光譜的紫光之外的超短波波段屬于紫外線激光。

2 紅外線激光的應(yīng)用

紅外線激光目前主要應(yīng)用在紅外定位、距離測量等領(lǐng)域。落實到消費類電子產(chǎn)品中，主要體現(xiàn)在距離紅外傳感器。用在手機(jī)上面時，主要用于判斷手機(jī)屏幕是否被遮擋，如接聽過程中的應(yīng)用場景，或者手機(jī)放在背包里，避免來電誤操作等功能。

紅外定位的典型應(yīng)用有大空間測距、步槍瞄準(zhǔn)、手機(jī)攝像頭快速對焦，等等。HTC的VR產(chǎn)品HTC VIVE配套的兩個光塔，就是利用了紅外定位技術(shù)。具體原理如下：

光塔放置于房間的對角線兩個端點處。每個光塔包含兩個紅外激光管，一般是使用波長820納米紅外線激光光源，配合馬達(dá)電機(jī)進(jìn)行縱向光掃描和橫向光掃描；VR頭盔上分布了幾十個紅外感光單元，每個感光單元都代表了該頭盔的具體3D點云模型中的一個確切的坐標(biāo)；當(dāng)每個光塔對目標(biāo)VR頭盔進(jìn)行掃描時，會在光塔的后臺形成一個二維坐標(biāo)系，坐標(biāo)系中會包含VR頭盔各個感光光源的投影坐標(biāo)信息；我們對其二維坐標(biāo)向3D坐標(biāo)進(jìn)行高次還原，從而在后臺擬合出此時空間中3D點云的擬合模型；利用原生的頭盔3D點云原模型來校準(zhǔn)在后臺新擬合出的擬合模型，從而告知后臺，目標(biāo)VR頭盔移動的具體方位；兩個光塔都會進(jìn)行上述掃描和擬合過程，兩個擬合新模型都會由原頭盔3D點云模型進(jìn)行校準(zhǔn)，從而更加精確的知道目標(biāo)VR頭盔的真實位置；上述目標(biāo)頭盔的真實位置將包括：頭盔的位置、頭盔的角度、頭盔的高度、以及頭盔的姿態(tài)細(xì)節(jié)等有用信息；將上述有用信息輸入并整合進(jìn)VR內(nèi)容場景中，佩戴者就會減少眩暈和不適，從而提升VR產(chǎn)品的動態(tài)體驗性能。

步槍瞄準(zhǔn)和手機(jī)攝像頭快速對焦，都是利用了紅外激光的聚光特性和光速快速測距特性，從而準(zhǔn)確地感知目標(biāo)方位，調(diào)整對準(zhǔn)精度，實現(xiàn)瞄準(zhǔn)和攝像頭快速對焦。

3 激光電視

我們知道，電視機(jī)屏幕的尺寸受到屏幕材料的最小或最大尺寸制作能力的限制，現(xiàn)在的電視機(jī)屏幕，液晶屏已經(jīng)能夠達(dá)到86吋或88吋了，并且分辨率可以達(dá)到8K的水平，就是目前流行的量子屏水準(zhǔn)。所謂量子屏就是其分辨率已經(jīng)超出了物理分辨率的像素點的范疇，量子屏的所謂量子像素可以是物理像素的1/8、1/16、1/32、1/64、1/128，等等，甚至更小，就是說正常的測量方法已經(jīng)評估不到量子像素，只能通過理論推算獲取該量子像素和分辨率，這樣的電視，給觀者帶來的就是各層次的清晰，無論放大多少倍都仍然是清晰的圖像。

然而，液晶電視受制于材料的制作工藝等因素，做到超過88吋以后，造價非常高，目前的價格是60多萬元，對于一款電視來說，這種價位很難被消費者接受，在這種情況下，生產(chǎn)高分辨率大尺寸的電視機(jī)的發(fā)展方向催生出了激光電視這種產(chǎn)品形態(tài)。

新型激光電視利用固態(tài)半導(dǎo)體發(fā)光光源，對金屬幕布發(fā)射RGB三基色，利用傳統(tǒng)電視的行掃描和列掃描來實現(xiàn)畫面的顯示，目前分為背投式和正面投影式。此類電視的色域覆蓋率達(dá)人眼光感色域的90%，所呈現(xiàn)的畫面更真實，色彩更鮮艷，由于使用了上述量子像素技術(shù)，使得分辨率更高，支持8K級以上級別的分辨率，讓觀者感覺更舒服，并且沒有傳統(tǒng)液晶電視對人眼的不健康輻射，尤其是背投方式，對保護(hù)視力更有利。

4 光腦與光腦互聯(lián)

4.1 光腦

光腦是最近非常熱門的一種概念，但是光腦本身并不是新事物，早在二十世紀(jì)七十年代，光腦概念就已經(jīng)被科學(xué)家提出，但是，以當(dāng)時的科技水平，很難在高于絕對0度10度以上的條件下實現(xiàn)當(dāng)時設(shè)想的光腦形態(tài)，并且當(dāng)時的方向是實現(xiàn)光子量子化，并且使量子化的光子靜態(tài)化，從而實現(xiàn)類似電腦中的0/1狀態(tài)改變，進(jìn)而實現(xiàn)運算或者通信。沿著這條道路，光腦無論在理論層面還是試驗層面，都一直沒有新突破，盡管人們已經(jīng)實現(xiàn)了零下100℃左右的超導(dǎo)和光子量子化，但是，對于應(yīng)用領(lǐng)域，這種條件或環(huán)境，仍然存在推廣的困境。

直到半導(dǎo)體激光光源和激光光敏半導(dǎo)體發(fā)展到現(xiàn)在，并且發(fā)光和感光顆粒達(dá)到納米和次納米級別之后，我們才有辦法實現(xiàn)光的狀態(tài)改變。量子態(tài)的光源具有了類似現(xiàn)代電腦需要的0/1狀態(tài)，并同時提供了第三種狀態(tài)，而且，對于目前意義上的半導(dǎo)體光腦來說，0/1/狀態(tài)三，都是必要的，這種新的計算機(jī)理論和新的通信編碼理論將會為光腦帶來更廣闊的發(fā)展空間。

4.2 光腦互聯(lián)

目前光腦互聯(lián)有以下兩種方式：一種是光直接運算；另外一種是光傳導(dǎo)、傳輸、電子半導(dǎo)體運算。

所謂光直接運算是利用了上述新理論，將光的0/1/狀態(tài)三，這三種狀態(tài)運用到光腦運算設(shè)計和光腦互聯(lián)通信中來，從而實現(xiàn)對光的直接利用，目前此種方式已經(jīng)在實驗室進(jìn)行了10多年的研究，各實驗室目前都聲稱在此領(lǐng)域有很多突破，該領(lǐng)域相關(guān)論文也有很多。

所謂光傳導(dǎo)、傳輸，電子半導(dǎo)體運算，是指在大于1mm的傳導(dǎo)領(lǐng)域里，使用硅、鍺、砷的化合物等半導(dǎo)體的固態(tài)光學(xué)半導(dǎo)體為基底，如硅化鎵、鍺化鎵、砷化鎵、磷化銦，等等，制作成固態(tài)半導(dǎo)體發(fā)光光源或激光光敏材料，來發(fā)射和接收光信息，類似目前電子半導(dǎo)體領(lǐng)域中的PCB走線或集成電路中的金線這種導(dǎo)線的用途，其中砷化鎵、磷化銦在現(xiàn)在新型半導(dǎo)體激光光源領(lǐng)域中已經(jīng)可以實現(xiàn)納米級別的光柵光源，并且在航空航天、激光制導(dǎo)領(lǐng)域已經(jīng)開始大量采用。而在小于1mm的領(lǐng)域，仍然使用現(xiàn)有電子半導(dǎo)體技術(shù)，這樣一來，光傳導(dǎo)和傳輸只起到載體或載波的作用，而運算仍然交給現(xiàn)有技術(shù)，提高了傳輸路徑的速率，為高速運算提供便捷高效的數(shù)據(jù)傳遞。此類光腦互聯(lián)方式應(yīng)該說前景很可觀，技術(shù)轉(zhuǎn)化和普及會更快，批量應(yīng)用前景廣闊。

5 結(jié)束語

綜上所述，半導(dǎo)體光學(xué)器件，尤其是半導(dǎo)體激光器件，在電子信息領(lǐng)域越來越體現(xiàn)更加重要的作用，半導(dǎo)體激光技術(shù)的發(fā)展必將帶來一場新的技術(shù)革新，甚至帶來新的技術(shù)革命。

云達(dá)科技QCT新一代可擴(kuò)展型服務(wù)器系列上市

近日，全球數(shù)據(jù)中心解決方案領(lǐng)導(dǎo)廠商云達(dá)科技（QCT），正式推出搭載新款I(lǐng)ntel Xeon可擴(kuò)充處理器（INTEL XEON SCALABLE PROCESSOR, 代號：Skylak-SP）的QCT新一代可擴(kuò)展型服務(wù)器系列—— QuantaGrid以及QuantaPlex等多款新機(jī), 為云端服務(wù)供貨商（CSP）提供更強大的硬件效能以及更優(yōu)質(zhì)的云端解決方案。

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.07.011

TN214，TN365，TU714文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2017）07-0031-02