光电子技术
参考教材
1. 光电子技术（第二版）， 潘英俊，2010年2月,重
庆大学出版社
2. 微波与光电子学中的电磁理论（第二版），张克
潜、李德杰 著，2001年5月，电子工业出版社
3. 光波导理论与技术（第一版）， 李玉权 崔敏 编
著， 人民邮电出版社，2002年12月
4. 光波工程，[日本]国分泰雄 著，（先进光电子技
术丛书），科学出版社，2002年
最终成绩结构
平时成绩50%+期末考试成绩50%
平时成绩
1、出勤：缺3次以上课，平时成绩为零，
直接重修；
2、作业：缺3次以上，平时成绩为零，直
接重修；
前言
全球光电产业背景
全球光电产业发展趋势
我国光电产业的诞生
我国光电产业概况
光电子学科发展史
20世纪70年代中期
“美国硅谷” 电子时代
1986年
“国家863计划” 我国高科技健康发展的道路
半导体光电子器件＋硅基光导纤维
两大基础元件在原理和制造工艺上的突破，光子
技术与电子技术开始结合具有强大生命力的信息光电
子产业。
光纤通信发展趋势 “新摩尔定律”
前言——全球光电产业发展背景
前言——光电子产业的分类
按照国际产品产值统计及产业层次
产 业 类 别 产 业 内 容
光电子材料与元件
光电材料 光学玻璃、光塑料、光学晶体、半导体光电材料及外延材料等
光电元件 发光器件、光探测/接收元件、太阳能电池等
光电显示
LED显示、液晶显示、等离子体显示、有机发光二极管、有机电致发光显示、场
致发光显示等
光输入/出 扫描仪、表格阅读机、文字识别机、数码相机、激光打印机、激光复印机、光传
真机等
光存储 CD、VCD、DVD及光盘机、刻录机等
光通信
元器件
单模/多模光纤、光纤连接器等
有源器件
光放大器、光源-光纤耦合器、光源-探测器耦合器、
光源封装器件、光泵浦器件等
无源器件
光开关、光耦合器、光衰减器、光隔离器、分光器、
波分复用器等
系统与设备
光纤传输设备、光纤区域网络设备、光纤通信检测与监控设备、
光纤系统等
激光及其它应用
激光器
半导体激光器、固体激光器、气体激光器、染料激光器、准分子
激光器等
激光应用 激光工业加工、激光医疗、激光武器、激光科研及其它应用
其它 光传感器（光电、声光、光纤等）、光学器材等
根据《激光集锦》1997年报导，世界激光器
市场可划分为三大区域：
美国（包括北美）占55%
欧州占22%
日本及太平洋地区占23%
在世界激光市场上日本在光电子技术方面占
首位，美国占第二位；在激光医疗及激光检测方
面则美国占首位；而在激光材料加工设备方面则
是 德国占首位。
前言——全球光电产业发展趋势
前言——全球光电产业发展趋势
光电子产业在全世界的产值
美国政府将光电子技术列入“美国国家关键技术”、
“商务部新兴技术”和“国防部关键技术”的研究计划。
1995年，美国光电子工业发展协会（OIDA）在考察和对
比了美国和日本的光电子技术发展情况后，认为美国在光
通信产业要注意市场开发，在光电显示领域要加强制造业，
在光存储方面要加强研究开发，并制定了5年、10年的发
展规划。如今，美国在光通信和光显示产业等方面已赶上
和超过日本。
1998年，美国在亚利桑那州南部的Tucson，以亚利
桑那大学为中心建立了“光谷”。 主要从事精密电子零
件、电子设计软件研发、定位系统、激光、电子资料传输
与储存，以及大型光学镜片及零件的生产与服务。在过去
的十年里，图森市及周边地区的人口超过了一百万，同时
亚利桑那州从事光学产业的工人从十年前的2500名、产
出1．8亿美元发展到了现在的25000名工人产出23亿美元。
前言——全球光电产业发展趋势（美国）
“美国光电产业21世纪发展目标”
使美国光电产业在全球处于领先地位；
在光电能源转换技术方面夺取竞争优势；
光电产业市场占有率和产品增长率持续发展；
使光电产业对投资者具有更大的吸引力。
前言——全球光电产业发展趋势（美国）
发展特点：
1. 集中于军事领域光电子研发 美国国防的需求是光电
产业发展的一大动力。
“机载激光器”计划 “基于空间的激光器”研究计划
2.光电子产业集中度高
大型厂商透过垂直整合，形成庞大的生产体系，这类大
厂占全美光电厂商总数虽不及10%，但却占有超过85%
以上的产值。
3. 协调大学与企业之间的分工与合作
光电子技术中心大型“康采恩” 哥伦比亚大学及康奈
尔大学的学者及学生参与施乐、惠普、摩托罗拉的实际
研发。
4. 与国际广泛合作
联合光电子计划
前言——全球光电产业发展趋势（美国）
前言——全球光电产业发展趋势（日本）
日本是世界各国中最早认定“21世纪是光的世纪
”的国家。20世纪80年代以来，光电子产业在日本蓬
勃发展起来，产业规模以平均每年10%～20%的速度
递增，一跃成为世界光电子产业的头号大国。
日本在半导体激光器、激光打印机、液晶显示器、
光盘产业等方面长期处于垄断地位。
日本在光电子领域的这种领先优势，虽然在近几年
受到了美国、欧盟以及其它一些新兴的工业化国家及
地区(如韩国、中国台湾地区)的挑战而有所削弱，但
其领先地位一直没有被动摇，特别是在
消费光电子领域，如激光音响、影碟机、激光打印
机、传真机、数码相机、平面显示器、光驱、光纤组
件系统等。
据日本光产业技术振兴协会（OITDA）发表
的光学产业日本市场产值统计与预测，2003年度
（2003/4～2004/3）总产值达万亿日元，年
增率％；2004年度（2004/4～2005/3）产值
可望达万亿日元，年增率％；而2005年
度预计增长％，总产值突破9万亿日元。对
日本光电子产业的中长期需求预测结果显示，
2010年，日本国内生产需求为122000亿日元，
1995-2010年度的平均年增长率为%。与政
府预测的日本国内15个产业领域需求增长率相比，
光电子产业处于第二位，说明光电子产业仍是今
后需要以更高速度增长的领域。
前言——全球光电产业发展趋势（日本）
从光电子设备的细目来看，光盘为14897亿日元（占
53%），光输入输出设备8462亿日元（30%） ，光传输设
备2446亿日元（9%），光传感器1005亿日元（4%），激光
加工设备420亿日元（2%）。
前言——全球光电产业发展趋势（日本）
按美国光电子工业发展协会的看法，日本在显示器、光存
储、光通讯及硬拷贝组成的光电子产业中已超过了美国和欧
洲，在世界上占主导地位。日本在光电子领域之所以能创造
和保持领先优势，可归结为下面三个因素:
1. 成立“光产业技术振兴协会”
每年3月“日本光产业动向” ，每年7月“InterOpto展览
”
2. 政府对光电子研究的支持
日本对于光电子领域的科学技术研究主要是由通产省给予
支持。
光电子联合研究实验室 “激光五年计划”
3. 企业大力研发和生产
光电子产业首先在日本形成，还有一个重要的原因就是日
本企业注重生产技术和消费市场的开发。如NEC公司、日本
电报电话公司(NTT)等，都建立了自己的光电子基础研究实验
室 。
前言——全球光电产业发展趋势（德国）
在欧洲地区激光产业发展最快的是德国，特别
是激光材料加工方面处于世界领先的地位。
1986年德国提出了1987-1992年《激光研究与
激光技术》资助重点的BMFT资助计划，在这五年期间
实际投资为2亿6千2百万马克，资助重点与经费分配
为：激光器与元件36%，应用技术与系统集成%，
激光测量与激光分析%，其它%；也就是说约
72%的经费用于激光材料加工的课题（光源、元件、
系统和方法）。
承担课题的有科研集团（FHG、MPG、GFE）6个
科研所，9个大的激光中心，高校研究所中的30个科
研组，共约900名科研人员参加。
在这期间建立的比较著名的研究所和中心有：
夫朗和费激光技术研究所、柏林固体激光研究所、汉
诺威激光中心、斯图加特光束应用研究中心等。
前言——全球光电产业发展趋势（德国）
战略目标是：
开创21世纪激光技术领域科学技术基础。
支持革新激光技术，以保持和加强激光器生产与激光
工业应用在国际上的竞争能力。
消除激光应用中的科学技术障碍。
激光加工技术
国家级激光中心 、激光加工生产线
大众汽车厂的齿轮激光加工生产线；
奔驰汽车厂共有18个厂房，其中有8个厂房安装了激光
加工生产线；
西门子公司建立了线包引线激光点焊生产线，接触器
铁芯、衔铁激光焊接生产线，集成电路激光微调生产
线及半导体硅片激光毛化及退火生产线等。
前言——全球光电产业发展趋势（各国动态）
美国将光电子确定为国家重点发展技术，建立了若干个光
子学技术中心，以及位于亚利桑那大学的“美国光谷”；
法国国家科研中心、法国电信公司和阿尔卡特公司在巴黎
南部联合建立了国家级光电子技术基地，成为法国光电子
技术领域具有国际先进水平的研究与开发中心；
德国确定光电子是21世纪初保持德国在国际市场上的先
进地位至关重要的九大关键技术之一；
英国实施阿维尔计划，意图抢占光电子信息制高点；
日本通产省联合十多家大公司组建了光子技术研究所；
澳大利亚成立了光子联合研究中心，重点开拓信息技术和
新产品；
我国在武汉建立的“中国光谷”，经过近10年的发展，
在光电子产业的研究与开发方面已跻身世界光电子产业领
军集团。
前言——全球光电产业发展趋势
总的来看，光电子产业各领域呈现出以下发展态势：
光器件向小型化、高可靠、多功能、模块化和集成化方向发展；
光显示向真彩色、高分辨率、高清晰度、大屏幕和平面化方向发展；
光输出/入产品向多功能、高速化、低成本方向发展；
光存储将更多地采用新技术和新材料，开发新一代高密度、高速光存
储技术和系统；
光通信向超大容量、高速率和全光网方向发展，特别是超大容量
DWDM智能光网将成为主要的发展趋势；
激光技术向全固化、超短波长、微加工和高可靠性等方向发展，激光
技术与其它学科的融合以及应用领域范围将不断扩大。
光子计算与光信息处理产业、全光电子通信产业、光子集成器件产业、
聚合物光纤光缆产业、聚合物光电器件产业和光子传感器产业等，将
成为未来光电子产业发展的重要组成。
前言——我国光电产业的诞生
国家863计划支持
将光电子器件及其集成技术列为一个主题，同时国家自然科学基金委员
会也布局了光电子学和相关学科的研究工作。
高素质研发队伍的形成
中科院半导体所
清华大学
武汉邮电科学院
信息产业部电子13所
中科院长春光机物理所
北京大学
华中科技大学
吉林大学、天津大学、南开大学、东南大学、南京大学、重庆
大学、信息产业部电子44所等。
前言——我国光电产业的诞生
国家863计划又是启动和发展我国信息光电子技术的动
力，促使我国信息光电子技术取得长足的进步，已基本掌握
本领域中主要的关键技术。
先进的量子阱光电子材料和器件技术；
量子阱DFB-LD制造技术；
量子阱DFB-LD+EA调制器PIC技术；
适应于DWDM系统和增益平坦、具有功率锁定的EDFA制造技
术；
包含光源（LD）、光探测器（PD）在内的光发送/接收模块单
片集成（DEIC）技术；
与偏振无关的半导体光放大器（SOA）为代表的能带工程应用
技术 ；
以蓝光发光器件（LED）为代表的第三代半导体（GaN）材料
和器件技术 ；
前言——我国光电产业的诞生
光电子技术研究成果的转化产业基地
在863计划支持下，建设了北京、武汉、深
圳、上海、长春、石家庄。
我国信息光电子产业的群体
武汉烽火集团，深圳飞通光电子技术有限公
司，深圳开发科技股份有限公司，北京海特光电
子公司，福创公司、河北立德电子有限公司，汇
能公司、长春新产业公司、郑州雪城公司，上海
北大蓝光公司，博为公司等等。
我国光电产业概况——"长春·中国光谷"
长春的光电子产业基地建设，发挥本地优势，
重点发展光材料，发光器件、光显示、激光技术
和光电仪器，其中正在进行的项目有投资亿
元的微光夜视仪工程，投资5亿元的当代最先进
发光显示器（如液晶显示屏导光板等）生产项目，
以及首批投资亿元的生产第三代手机、数码
相机、高亮度发光外延片及芯片、笔记本电脑用
的镁合金外壳材料项目工程等。
我国光电产业概况——"武汉·中国光谷"
（1）信息光电子：光纤光缆、光通信器件及组件、
光通信系统及设备、IP网络设备、移动通信系统及设
备、全球卫星定位系统和智能交通系统。
（2）能量光电子：工业激光设备与应用、激光生物
医学技术及设备、光学元器件和光电测量仪器。
（3）信息存贮及传感光电子：光纤传感器、电源和
可视电话。
（4）软件与电子商务：软件、网络与电子商务应用
系统。
我国光电产业概况——"广东 ·中国光谷"
A．近期向国内外招商引进的重点产业项目：
a.光信息光通信（10项）：光网络通信系统、波分复用技术；光
无源器件；宽带光纤放大器、光纤光栅、光调制器；光纤生产；光纤
预制棒；光通信维护设备；平板显示器（PDP、FED）；高清晰度新
型平板显示技术（LCDOS）；DLP投影技术（数字光学处理技术、
DLP芯片是美国专利，进口芯片制造DLP投影仪） ； MOCVD-金属
有机化学汽相沉积法（制造超高亮度LED，用于显示、照明）。
b.光能量（3项）：大功率半导体激光器（光纤传输型）、激光
加工钻；数控激光切割、焊接；激光医疗仪器（治疗、诊断、美容）。
B．近期可产业化的本地科研成果共有13项：
MOCVD制LED、大功率激光器及激光加工中心、激光光学器件
加工基地、激光散射测试仪（环保、医学细胞检测）、激光医疗、大
屏幕彩色LED高亮度显示屏、光纤光栅、稀土钒酸盐为基质的单晶、
宽幅模压激光全息产品、激光打标、雕刻和切割、模具或模型360°三
维光电测量系统、稀土长余辉贮光材料（太阳能材料）。
我国光电产业概况——"广东 ·中国光谷"
C. 共同实施产业化的科研项目9项：
紫外激光器、高功率二极管激光器、光纤
激光器、光纤通信及仪器用镀膜片、窄带滤光
镀膜技术（用于光通信）、激光医疗定量检测
仪器、新型光电检测仪、光学无损伤功能成像
技术及应用设备，量子密码通信BB84协议QKD
实用化系统研究（用于保密通信）。
我国光电产业概况——"广东 ·中国光谷"
特发信息（0070）
深科技（0021）
麦科特（0150）
中兴通讯（00636）
我国光电产业概况——"上海光电子产业发展基地 "
光电子产业基地发展领域包括：
光通信、光显示、光存储、光学整机和系
统、关键的光电子元器件，其中重点是光
通信和光显示等。例如在漕河开发区规划
建设面积为万平方米的光电子有源器件
基地；嘉定国家级高科技园区最近确立产
业定位，重点发展光电子科学和光机电一
体化技术及其产品。
我国光电产业概况
西安光电子科技产业园
浙江光电子产业发展专项计划
福州光通信产业基地
北京通州的北京市光机电一体化产业基地
"合肥光子科学岛"
江西南昌 LED的基地
无锡新区光电产业基地
景象万千的“光谷”
光电子技术是一个较为庞大的领域，在这个
领域中包括：信息传输，如光纤通信、空间和海
洋中的光通信等；信息处理，如计算机光互连、
光计算、光交换等；信息获取，如紫外线、可见
光和红外波段的光电成像和遥感、光纤传感等；
信息存储，如光盘、全息存储技术等；信息显示，
如大屏幕平板显示、固体激光投影电视、激光打
印和印刷等；激光加工，如激光快速原型／模具
制造、激光微细加工和激光治病等；光化学、生
物光子学和材料学；军用光电技术，如夜视仪、
红外成像探测和激光武器等等。
2022/6/19
32
光电子科学是21世纪最尖端科学技术
光电子科学在科学技术的发展中起着巨
大的推动作用；光电子科学技术涵盖众
多学科与技术 ：
光子学
光学和光学工程
电子学和
微电子技术
材料科学和技术
计算机科学技术
生命科学及技术
光纤通信设备类产品
光源，光纤，放大器，光调制器，转换开关，
波分复用器，连接器，发送／接收模块，有线电
视分布网等。
信息光学设备
光学处理装置，记忆存储器件，条码机，打
印机，图像处理，互联网，传真，显示器等。
非军用交通设备
自动显示内部文件，交通控制系统，光导航
设备，驾驶舱显示系统，激光雷达测干扰系统，
光学陀螺仪等。
光电子学应用
光电子学应用
工业/医疗设备
机器人视觉，光学检测和测量，激光器，激
光加工，激光和非激光医疗设备等。
军用设备
光纤地面和卫星通信系统，空间和海洋光通
信，航空／航天侦察系统，激光雷达系统，激光
陀螺仪，夜视仪，红外监视跟踪设备，军用导航
系统，激光武器系统等。
家用设备
电视，视频摄像机，CD／VCD／DVD机，
家用传真，显示屏，报警器等。
2022/6/19
光电子技术是军事上的主流技术
光电子科学技术使国防军事具有
快速反应和准确攻击的能力，是
国防军事现代化的重要支柱。近
10年来规模较大的局部战争及其
应用光电子技术的情况：
2022/6/19
1991年初的海湾战争
1991年初的海湾战争，
以美国为首的多国部
队首先用卫星上的光
电遥感仪器获取了伊
拉克和科威特境内的
地面部署情报，战争
中采用装备了红外前
视仪和激光制导航弹
的飞机进行夜袭，取
得了惊人的效果。
2022/6/19
1995~1996年
的波黑战争
1995~1996年的波黑
战争，其出动的飞机
装备了夜间低空导航
和目标侦察红外系统
等光电装备构成对塞
族的很大威胁。
2022/6/19
科索沃战争中的
光电子技术
前几年的科索沃战争，在战
争中应用大量光电子技术，
如用于武器控制的光电精确
制导(红外制导，电视制导，
灵巧炸弹等)，造成惨重破
坏．以上充分反映光电子高
新技术的奇特威力。
红外制导及灵巧炸弹
光子学在创造科学技术的最新记录
谁在光电子产业方面取得优势，谁就将在21世纪的尖端
科技中夺魁。
项目 内容
最大的功率、
能量密度
激光输出脉冲功率已经超过13PW=l3*1015W;聚焦强度达l05PW/cm2;可产生
亿度以上的高温。能焊接、加工和切割最难熔的树料
最低的温度 激光冷却可将原子冷到接近绝对零度;量子冷却到基态，为量于光学
和量于力学的实验研究准备了条件；量子计算机将是能力最大的计算机
最短光脉冲 在780nm已产生4fs脉冲，等于该波长光个周期进入强场物理领域
最密的
刻划
制造最小的光机电一体化设备；加工最小光学和机械零件从微米到几十微米，集成光
机电一体化系统可小到几毫米;大规模集成线路的线宽已达；已研制成功
的集成电路;
最大的信息量 已达到3T目标；通信传输容量已达Tbit/s，
运算速率已达Tbit/s，三维立体存储密度达Tbit/cm3。
最保密的
通信系统
光量子通信是最安全的通信系统;
在常规的通信线路上进行量子保密通信，通信距离已达55km
40
激光核聚变
激光核聚变不仅可以作为未来能源，
它还有重要的军事应用价值。它可以
模拟氢弹的爆炸过程，代替既费钱又
不安全的空中或地下核试验，来改进
核武器的性能。
激光核聚变装置示意图
2022/6/19
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激光热核聚变和激光对原子的冷却
为物 理学提供了极端物理条件
激光热核聚变
2022/6/19
42
目前激光致盲武器已装备部队，
舰载和机载激光反导武器已开
始走出实验室。
战术防空和战区防御激光武器
可望在21世纪初初步达到实战
要求。
光电子科学技术已经成为信息
时代军事技术的一个重要支柱。
二、技术趋势分析
光电子技术在未来5－10年主要发展如下：
光电材料：光子晶体，新型光纤，新型光源
材料（高亮度 LED材料），新型显示材料，
光学元件加工等。
光器件：配合IT技术的发展，开发新一代的高
清晰度的数码相机，以及开发新型的，与具
有信号处理功能的光学仪器。
趋势分析
光信息：开发新型的显示器件（新型液晶显示
器LCD，等离子显示器，OLED显示器，高亮
度LED显示器等）和存储器件，以及开发新型
光源。
光通信：大容量、超长距离光纤通信系统，全
光网络，光纤接入网，光量子通信等，相配套
的光源、光接收器件和其它有源/无源光器件，
以及相应的新技术等。
激光：发展高功率CO2激光器、半导体激光器，
半导体泵浦固体激光器、光纤激光器及其在各
领域中的应用。
抓住机遇，
加速发展我国的光电子产业
世界光电子还处在技术发展阶段，市场机会在持
续增长，尽管我国光电子有关产业基地的光电子
器件、部件和子系统等产品已经占领了国内市场
比较大的份额，并初步具备同国外大公司竞争的
能力。
但国外竞争者早已盯住我国这一广阔的光电子市
场，企图打进入并占领我国下几代技术市场。
如果不把握机会迎接挑战，在毫无市场保护的情
况下，可能在4~8年以后，我国的光电子科研和
产业就可能步微电子的后尘，落后于西方发达国
家。
2022/6/19
光电子产业化
我国现在的光电子技
术仍主要处于跟踪研
究和小批量生产阶段，
光电器件和部件产品
有相当部分不配套，
不能满足整机和系统
的要求;
光电子产业化、规模
化所需的生产技术也
还没突破。
2022/6/19
我国面临光电子技术产业
发展的最好时机
作为一个高端科学技术与产业的光电子不仅可
为国家创造新的经济增长点，而且还为中国今
后的经济发展开辟了一个新的途径。
我国有庞大的市场，因此在一定时期内可以保
持高速的经济增长。但我们一直是按发达国家
的游戏规则在发展。产品多限于低附加值范围
和中下游。
有些具有战略意义的产品与技术仍受制于人。
今后我们必须在一些战略性行业里取得国际上
的领先地位。
2022/6/19
我国及时有效的行动
通信、信息系统的发展对光
电子的器件及其集成技术的
依赖程度将越来越高。这就
使得单纯搞系统的做法变得
越来越没有发展空间。
另外，很多光电器件的发展
目前在国际上仍然处在初期
阶段。我国及时有效的行动，
完全可以在国际市场上取得
领先的地位。
光子芯片（Photonic Chips）
在晶圆片的规模上，结合有
激光器件，电子器件，
和无源光学元件等 的集成。
&1864年，麦克斯韦总结出麦克斯韦方程
组，预言了电磁波的存在，并得出结论：
光波是电磁波谱中一部分，光波就是电
磁波。
&1905年，爱因斯坦提出光电效应理论，
指出光子激发出光电子的理论。
&1960年，激光器发明，光电子学和光电
子技术开始成为一门新的学科被研究。
&光电子产业将成为21世纪的支柱产业。
前言——光电子学发展史
未来是光通信的世界。
前言——光电子技术定义
光电子技术是光学技术与电子技
术结合的产物，是电子技术在光频波
段的延续与发展。是研究光（特别是
相干光）的产生、传输、控制和探测
的科学技术。
未来是光通信的世界。
前言——光电子技术分类
光电子材料与元件产业
光信息（资讯）产业
传统光学（光学器材）产业
光通信产业
激光器与激光应用（能量、医疗）产业
创新性 知识的开拓与创新。
智力性 知识密集，技术密集。
驱动性 是经济发展，社会进步，文化繁荣，国防现代化的
驱动力，它本身是支柱产业，又具有带动其他产业的作用。
时效性 适时投放最新成果，才能获得最高经济效益。
高投入 代价高昂的研究与开发（R&D）投入。
高效益 高附加值，高回报，低消耗（能源，资源），低占
有（资金，土地），低污染。
高风险 要么获得巨大成功，要么铸成严重失利。
前言——光电产业的特性
未来的世界是光通信的世界
前言——本课程的结构和内容安排
&第一章 电磁波与光波（理论基础）
&第二章 激光与半导体光源
&第三章 光波的传输
&第四章 光波的调制
&第五章 光波的探测与解调
出发点：
一个完整的信息系统包括光载波源，光信号的传
播，光信号的调制，光信号的探测与解调等基本部分。
思考题
S 光电产业的特点有哪些？
S 光电输入、输出和存储设备（或器件）
有哪些？试举几例。
S 简述光电子学发展的历史。
作 业
论文:3000字左右.
你想在光电子行业的哪一个方面有所发展,
你的职业规划是什么?
