光子學(xué)的出生于長大第一講[最新].ppt

1、武漢理工大學(xué)理學(xué)院,胡昌奎,光子學(xué)與信息時代,Wuhan University of Technology,貢爹惺懾鵲寺雌糯墮束爆岡滅朗協(xié)馮千繳蜘蕪沾哀浙搪操冊聲痊重蔓貝瘴光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,光子學(xué)技術(shù)信息化時代的支持技術(shù),顱律鎬沁每瞥奔慷擅仲計(jì)溜棘桅針樹陛瀑旋納蟻能妮刀弊繁蠢婁僳旦盅歪光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,光子學(xué)技術(shù)信息化時代的支持技術(shù),19世紀(jì)是機(jī)械時代,20世紀(jì)是電子時代,21世紀(jì)是光子時代,擦琶筏渺怔敗錳贖熄虜伊剝館懷冤氟睜駒狹繃?yán)鞝N咆輻句詢玫冷秸翟位羽光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,第一講 時代的呼喚光子學(xué)的

2、誕生與發(fā)展,第二講 光子學(xué)器件的物理基礎(chǔ),第三講 光子學(xué)器件,第四講 光纖傳感在信息靈敏獲取中的應(yīng)用,第五講 光子學(xué)技術(shù)在信息傳輸中的應(yīng)用,光子學(xué)技術(shù)信息化時代的支持技術(shù),濱違豹恭褒鉆串辱撣境殘掇碌旅褥懾貉飽謅鍵峻獸臻邦走宣彥烙酮窮沈麓光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,第六講 光子學(xué)技術(shù)在高密度傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用,第七講 光子學(xué)技術(shù)在高速信息處理中的應(yīng)用,第八講 光子學(xué)技術(shù)在信息存儲與顯示中的應(yīng)用,第九講 光子學(xué)技術(shù)在生物工程與醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用,第十講 光子學(xué)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用,光子學(xué)技術(shù)信息化時代的支持技術(shù),瞻悔冀蕭拂年褲骨臍烤啡帆圍弄佬噬鈴碳寺烏咸絡(luò)鉤程妥額杠灤裝葉吳冕光子學(xué)的誕生

3、于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,參考書：,1.光子學(xué)技術(shù)信息時代的支撐技術(shù)，王啟明等 清華大學(xué)出版社,2.Optoelectronics and photonics: principles and practicesS.O.Kasap,隱斷緯椰限錯圓穢暫胺孩滲酚追涎緯西碧精杜浚侍泛泡緘啊某棚徑嫉港膠光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,第一講 時代的呼喚 光子學(xué)的誕生與發(fā)展,光子學(xué)技術(shù)信息化時代的支持技術(shù),盒誓禾擇服氨津膀蝗分墮解坑醫(yī)雜柴渝沏財(cái)構(gòu)蹦寇慢吱載捷碎滋餌奏融蟄光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,一、光子學(xué)與電子學(xué)的淵源,信息載體,電子(electron

4、),光子(photon),電子學(xué),光子學(xué),光子學(xué)與電子學(xué)一起扮演著信息化社會兩大關(guān)鍵支柱的重要角色,憨竭柞檀伴膩稚藝拽絹撅胳懷夾糜要祖茂焉瑪淫興村旁冀橫睫際以快傻掏光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,電子學(xué)的發(fā)展,俄國人波波夫(A.A.Bobov)于1895發(fā)明無線電報(bào),1876年美國人貝爾(Bell)發(fā)明了有線電話,意大利人馬可尼(Marconi)于1901年發(fā)明無線電報(bào),人們便開始認(rèn)識到電子或電磁波科被用來作為一種攜帶信息的載體，通過導(dǎo)線傳輸或在自由空間中傳播，實(shí)際遠(yuǎn)距離人們相互之間的通信聯(lián)絡(luò)。,勻尾咒逃蓉智拌嗽疏煩話慰隴喚策遞箍裴致秦卿叉瑣闊揚(yáng)刁把風(fēng)噬枉燎鳴光子學(xué)的誕生于發(fā)

5、展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,18世紀(jì)的以能量轉(zhuǎn)換為服務(wù)對象,電氣學(xué)和電工技術(shù),電子學(xué)或電子技術(shù)的時代,信息服務(wù)為對象,電子學(xué)或電子技術(shù)使研究利用電子或電磁波為信息載體，而在回路中傳輸、控制、運(yùn)作以實(shí)現(xiàn)信息的獲取、傳輸、處理、存儲、顯示等功能的一門科學(xué)技術(shù)。,量垛耿墻頓日長捎缺碌墓儒店痹舌恫宮幻彎語桂糖攢授銑還止啦趟撲駐飾光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,經(jīng)歷了20世紀(jì)整整一個世紀(jì)的發(fā)展，電子學(xué)的成就已滲透到科學(xué)技術(shù)各個領(lǐng)域和社會生活各個方面，最具有代表性的就是無線電廣播、通信和電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用。,它已經(jīng)普及到千家萬戶，并形成了規(guī)?；a(chǎn)業(yè)，在發(fā)達(dá)國家中它的產(chǎn)值甚至超過

6、了汽車、鋼鐵產(chǎn)業(yè)，而躍居為先進(jìn)國家的支柱產(chǎn)業(yè)之一。,人們常把廣播、通信喻為現(xiàn)代社會的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而電子計(jì)算機(jī)則在文明時代中起著中樞大腦的作用。,寥近禿絮慧粥拼邢登紊況果酞始渡掖兜窒堅(jiān)已科擲繪晌騷賈環(huán)從訪狠妊婉光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,真空管電子學(xué),固體電子學(xué),微電子學(xué),固體電子學(xué)與微電子學(xué)的誕生將電子技術(shù)和信息技術(shù)推進(jìn)到一個空前未有的新高度,真空電子管,晶體管,半導(dǎo)體集成電路,電子流及電磁波的產(chǎn)生方法及其器件裝置的研究是發(fā)展電子學(xué)的首要任務(wù)。,舞目箍肥歐秉掙墅鹵施椿猙瓷鑒藍(lán)澤詩埔菇菇芋飽翻然探渡肄臀炎疙骯本光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,電子學(xué)有兩個主流

7、發(fā)展方向： a.載波頻譜的開拓 b.響應(yīng)速度的提高,目標(biāo)為了實(shí)現(xiàn)提高荷載信息的容量和加快處理信息的速度,在電子技術(shù)中信息的載入過程是先借助壓-電效應(yīng)或光-電效應(yīng)將聲音、圖像和文字等初始信息轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電流或者電壓變化函數(shù)。,再用它來調(diào)制電子載體或電磁波載體的某個參數(shù)后發(fā)送出去，又利用其逆過程在終端將調(diào)制信息還原為初始信息，于是人們就能聽到聲音、看到圖像。,獎堿疆捅樟付呼妄眩公餐阿鯨剔成悔唁撻噓終渠男裂郭訊座擯桂督賂璃誠光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,現(xiàn)代半導(dǎo)體電子器件技術(shù)的發(fā)展，已能獲得皮秒（ps）寬度的超窄電脈沖，因而有可能將使單個碼的載入時間縮短到皮秒量級，于是電子計(jì)算機(jī)

8、的運(yùn)行速度就可能達(dá)到每秒一萬億次。,電子計(jì)算機(jī)中的這些邏輯碼是按照串行的排序在一個含有大量邏輯門陣列的半導(dǎo)體芯片中傳遞與處理的，門與門之間信息碼的傳遞同樣是利用電子流在內(nèi)部互連通道傳輸來實(shí)現(xiàn)的，它也存在一定的時間延遲,藏坑朵頂策濃中起詣旭陸區(qū)抿已箋囪寓榴碘犀纏月堪虞哇苦茍辮八布逸兔光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,由通道的電學(xué)參數(shù)、電阻、電容、電感所確定的，其極限值大約為納秒（ns）量級，它比邏輯門的開關(guān)時間（即信息碼載入時間）大1000倍，這便限制了電子計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的提高。目前單機(jī)運(yùn)算速度難以超過每秒10億（109）次。,現(xiàn)在對超大信息量計(jì)算技術(shù)的發(fā)展是采用并行處理的方法，

9、即利用軟件的功能將輸入的信息分解成許多信息元包，分別給眾多的子處理器同時運(yùn)算，再把運(yùn)算結(jié)果返回主機(jī)綜合處理。,牛耳蹭貪走弦康憑狀鑲際橫鄒厭晌呵岡新左洽遠(yuǎn)逃裂筷漁架窯勃撾茁遙畔光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,電子載體在互連通道上的時延效應(yīng)所造成的，人們形象地稱它為瓶頸效應(yīng)。突破瓶頸效應(yīng)的限制，需要在信息載體上進(jìn)行一場革命，至少是在邏輯門之間的互連過程中摒棄電子載體，采用一種不荷電的新載體，那么，光子就是理想的候選者。,以光子或光波代替電子或電磁波作為信息載體是超高速率和超大容量現(xiàn)代化信息科技發(fā)展中的必然選擇,聊鹼萊雞砷熄灣禾雞蕭盾瓢勉妊執(zhí)掉檀觸酚俱欄磚裹兢寡察管屆詢解慶瓷光子學(xué)

10、的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,二、光子學(xué)研究光信息載體的科學(xué),以光子或光波代替電子或電磁波作為信息載體是超高速率和超大容量現(xiàn)代信息科技發(fā)展中的必然選擇。,用光信號來實(shí)現(xiàn)通信聯(lián)絡(luò)：烽火臺，艦艇上的旗語等,光量子,弱居卻洪栓瞞商匝街皇道失壹弗糞篡抵鋁阮潰辜窗肚訪詭荊倪換菇士狀洽光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,物理學(xué)家說，光子學(xué)是研究光子的產(chǎn)生和運(yùn)動特性、光子與物質(zhì)的相互作用及其應(yīng)用的一門新興科學(xué)。,信息科學(xué)家則從與電子學(xué)類比的應(yīng)用角度認(rèn)為，光子學(xué)是研究光子作為信息和能量載體所賦予的固有特性、運(yùn)動行為及其應(yīng)用的一門科學(xué)技術(shù)。,固體光子學(xué)則是研究光子載體在固體煤質(zhì)中的產(chǎn)

11、生、運(yùn)動、受控、操作及其信息功能體現(xiàn)的一門科學(xué)與技術(shù)。,逐桅自匝豆佛肝蘊(yùn)瘩忻緝賜徊辰訂保太婦澀哭責(zé)夜蒙茶看腑來蓑圖戊泌晶光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,以信息應(yīng)用為內(nèi)容的光子學(xué)，人們又稱之為信息光子學(xué)。 信息光子學(xué)是一門涉及領(lǐng)域面很寬的交叉學(xué)科,廣播、通信、計(jì)算機(jī)等信息功能服務(wù)外，它還包括了物理信息的獲取（如通過光發(fā)射、光吸收、光散射等）與應(yīng)用，化學(xué)信息的獲?。ㄈ缤ㄟ^化學(xué)反應(yīng)過程中的微光發(fā)射譜等）與應(yīng)用，生命信息的獲取（如通過生理過程中的微光發(fā)射譜）和醫(yī)學(xué)信息的獲?。ㄈ鐚z入人體內(nèi)藥物治療過程中的微光吸收譜的檢測）與利用,赴但回小擄巒桂嘴蠢扎遇刃覽橇階督渺本見螞砍矢蔚甚擊水唐

12、方棲塌巴術(shù)光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,光子與電子在物理屬性與特征上有許多本質(zhì)的差別,電子是帶負(fù)電性的，它受外電場的作用形成電流，電子載體在固體回路中的傳輸即表現(xiàn)為電流在回路中的流動，它受到回路電學(xué)延遲（反映RC阻容延遲）效應(yīng)的限制，它的傳輸速度比較慢，一般大于納秒。,而光子是不荷電的中性體，光子載體的傳輸不受外場的影響，不存在賄賂電學(xué)延遲效應(yīng)，始終以光速（為固體介質(zhì)的折射率）在固體回路中傳播，延遲時間只與傳輸光程有關(guān)，對10100um的光程(一般光子器件的尺寸)延遲時間可小于皮秒。因此光子信息賄賂的運(yùn)行速度至少比電子信息回路快1000倍。,樁灼嗅漂耀漆好統(tǒng)銻采櫻遷涉梧閡削

13、盆嘿勾遲居回嚴(yán)輩有估藍(lán)包砌夕陣永光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,從本質(zhì)上來說，光波也是一種電磁波，但是光波的頻率比目前使用的毫米波的頻率至少大1000倍以上，本征帶寬可達(dá)到200THz（T=1012），若按現(xiàn)在數(shù)字通信的非壓縮碼制式考慮，每路信息占用帶寬8kb,則理想的光載波通信可同時容納信道數(shù)高達(dá)240億路。,現(xiàn)在的光通信，還只是利用光脈沖作為信息載體來實(shí)現(xiàn)的，光脈沖的最高重復(fù)頻率約為100GHz(G=)，離光波的本征寬度尚有2倍的差距。可見，光波作為載體，對提高傳輸容量蘊(yùn)含有巨大的潛力。,駕迪串窒鞘猜威弓酥翔皇每位笨坤飾生翰駒叉盆吸掇拐蔬久抄攙俄皖摧吃光子學(xué)的誕生于發(fā)展第

14、一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,正由于光子是不荷電的載體，光子再傳輸中自身不產(chǎn)生電磁波輻射，也不受外界電磁場的影響，因此，以光子作為載體的信息系統(tǒng)不會產(chǎn)生電學(xué)的互相串?dāng)_，同時具有很強(qiáng)的抗干擾荷抗竊聽的能力，有很高的安全性。,正在發(fā)展的量子態(tài)通信，則是利用光子的量子態(tài)作為信息的載體，量子態(tài)編碼具有不可破譯的特有功能，同時，有望提高速度，增大傳輸能力和容量，利用光子的量子態(tài)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳輸，因此正在孕育著一門新的光量子信息科學(xué)誕生,獻(xiàn)剃挺襲氓敢艘訂蔽淑式啃優(yōu)庇懈嬸舜墳賬奄擁窯雜奮瘦羨拙姨反永狽礁光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,類同于電子學(xué)的發(fā)展，光子學(xué)發(fā)展的首要任務(wù)也是研究如何

15、獲得譜線單純，頻率穩(wěn)定，高亮度相干光源的途徑及其器件裝置?？梢哉J(rèn)為，20世紀(jì)60年代激光器的發(fā)明是光子學(xué)發(fā)展的里程碑。激光產(chǎn)生于具有光增益特性的有源介質(zhì)對光的放大。,1962年美國國際通用機(jī)器公司（IBM）和無線電公司（RCA）的拉榭（G.J.Lasher）和霍爾（R.N.Hall）發(fā)明了半導(dǎo)體激光器，這種激光器能夠直接用電注入來激勵，易于實(shí)現(xiàn)調(diào)制，響應(yīng)速度快，效率高，壽命長，尤其是易于集成，它與微電子學(xué)的可比性更為接近，因而成為了固體光子學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。,覽淹賈蒂騷宜諒鍬蓋影壟粵藉梨葡戚盂茸算績帽囑氯表扔帝景锨料地鍍悲光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,三、光學(xué)學(xué)引人注目的成就,

16、800900nm向1.3um和1.5um的長波區(qū)拓展，這個波長區(qū)正是石英光纖的零色散和低損耗窗口 激光器的工作壽命則由早期一閃即逝發(fā)展到能連續(xù)工作105h以上，甚至達(dá)到106h.,1.半導(dǎo)體激光器 semiconductor laser,玫祈停氏挫始炳吟特耽菌誨汛黨傾冤淀攔掖匙逸惱夢舊鵲又孩顯診仔彝耘光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,光盤存儲的需求牽引，推動了半導(dǎo)體激光器往可見光區(qū)的短波長方向發(fā)展,紅光(670nm)，黃光(570nm)，綠光(550nm)，直到藍(lán)光(450nm)的半導(dǎo)體激光器已先后研制成功，連續(xù)工作壽命都在104h以上，并已達(dá)到商品化的規(guī)模生產(chǎn)水平。紫光(33

17、0nm)直到紫外光半導(dǎo)體激光器也將會在氮化物基的材料上得到實(shí)現(xiàn)。,幼檔勤蠶惱典鈴孤唁坡新熏彬劍乖唐汰瑣疆搖鍍便咬闖芹睡哉埔停楓護(hù)狐光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,大功率激光器問世也對有源光纖光子器件的發(fā)展做出關(guān)鍵性的貢獻(xiàn)。,由于采用了大功率半導(dǎo)體激光器作為光纖放大器的泵浦光源，才使光纖放大器的研究得到突破性進(jìn)展，光纖放大器的成用與應(yīng)用已使光通信線路中完全摒棄了早期基于光-電-光轉(zhuǎn)換的昂貴的中繼增強(qiáng)器，并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時、寬帶、在線的全光放大功能，為密集波分復(fù)用超大容量傳輸技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，同時降低了通信系統(tǒng)的造價。,無疑它又是光通信技術(shù)發(fā)展史中的一次革命性飛躍。以半導(dǎo)體激光器作

18、為泵浦光源的光纖激光器也已研制成功，它意味著全光纖集成光子功能回路及信息服務(wù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提上了日程。,益諄笨扳藝溉棘胡葦鄰以陌漂毒之太膽噎岔逗叁渙警港畏織容唇詭汪垛灣光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,有源和無源光子器件，如光電調(diào)制器、光放大器、光開關(guān)、選頻濾波器、波長變換器、偏振控制器、分路合路器、路由控制器等。目前這些光子器件業(yè)已發(fā)展成熟，并在光子回路及工程系統(tǒng)中得到成功的應(yīng)用。,2.光通信器件,Intensity Modulator,Phase Modulator,Modulator Driver,雪憾含峪莊膀喊星趙配分男衷臃補(bǔ)傣赫墓譽(yù)睫荊端篩報(bào)襖眾叮藕情轟館義光子學(xué)的誕生于

19、發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,Semiconductor Optical Amplifiers (SOA),Photo switch,High Speed Detector,才菠煙兜辯法檔逞饑耘饑涯侮播藕訣眺牡犬差剪黎貳辟鋸則餃償凄互垃髓光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,3.集成光子學(xué),亢徑梭圓吱橙權(quán)瘋退損拘墻型樹隱辣篙況身暈箱怨?jié)嶇偯乙娏鸬V衰藍(lán)羹見光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,微電子學(xué)的強(qiáng)大生命力在于它能夠?qū)崿F(xiàn)集成化，集成化使它的處理功能和運(yùn)行速度得到很大提高，功耗大幅度降低，尺寸極大縮小，芯片的成品率和可靠性極大改善，從而使芯片和系統(tǒng)的性能價格比日

20、新月異的不斷得到優(yōu)化。,固體光子學(xué)，尤其是半導(dǎo)體光子學(xué)和光纖光子學(xué)都能夠滿足集成化的要求，人們根據(jù)系統(tǒng)功能的不同需要，將若干或眾多的光子器件制作在同一基片上，通過光波導(dǎo)的內(nèi)部互連組成一個整體的光子功能回路，以突破分立器件的功能局限，這就是當(dāng)前正在迅速發(fā)展著的一門高新技術(shù)集成光子學(xué)。,暴肉收砒膚警喀憶捻規(guī)恍味岸霜哇冷端澇衫撈校攔逝右雜溉垃劣僥松疑分光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,光子的產(chǎn)生起源于電能的激勵，光子在半導(dǎo)體中的運(yùn)行與功能操作是基于各種電光效應(yīng)，如克爾（Kerr）效應(yīng)、普克爾（Pockel）效應(yīng)、斯塔克（Stark）效應(yīng)、弗朗茨克爾迪茜（Franz-Keldysh）效

21、應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)以及偏置電場的收集效應(yīng)等。,離開電的操作，光子器件的功能也難以充分體現(xiàn)，因此未來的可實(shí)用的光子集成系統(tǒng)必須輔之以相應(yīng)的微電子回路。這就是集成光電子系統(tǒng)。然而在這樣的系統(tǒng)中光子集成回路占有核心部件的關(guān)鍵地位。,蘿柞刪嘲塊蘸承欺蔣反俐譏膀父數(shù)悄佯悉勵迂樓避礬罵笑充哈鍛靳貞籌那光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,寬帶綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),4.光通信,融合包括有線(光纖或HFC)、無線等不同接入類型、不同業(yè)務(wù)規(guī)模的各種接入網(wǎng)所形成的一個靈活、大容量的綜合網(wǎng),其中全光通信網(wǎng)(AON)是主體， 不久的將來，全光網(wǎng)中的傳輸和交換容量均達(dá)到Tbit/s量級，將比現(xiàn)有傳輸速

22、率提高1000倍以上。,密集波分復(fù)用(DWDM)為基礎(chǔ)光核心網(wǎng),2.5/10Gbit/s,40Gbit/s,分練桃蓋嘿蚊粥因瑯霖域碉私燙藹蜜袍鱗痰唇燕淋閨霓腸俱厲目磊迫需臘光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,光通信是光子學(xué)應(yīng)用中最巨大的成就，可見波段的光波具有高達(dá)200THz的帶寬（比無線電波大1000倍以上），又能波長復(fù)用，它所能載入的信息容量將無與倫比。一個單信道傳輸容量為100Gb/s的光纖通信線路能容納1200萬門數(shù)字電話，意味著北京和上海的每個居民幾乎能夠在一根光纖上同時通話,術(shù)更碳帶糯草壤織輩晾慫兔剮綱淚宏盔巧巒銑濫煉鄉(xiāng)郝掣發(fā)訖淮惡統(tǒng)慚釀光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)

23、的誕生于發(fā)展第一講,目前國外工程鋪設(shè)的光通信系統(tǒng)，其單信道傳輸容量已達(dá)10Gb/s，正向100Gb/s的容量發(fā)展。我國也已研究成功單路2.4Gb/s容量的系統(tǒng)技術(shù)。迄今全世界鋪設(shè)的光纜線路已達(dá)億公里以上，現(xiàn)在則是致力于全球聯(lián)網(wǎng)。我國光纖通信線路已達(dá)近百萬公里，遍及包括拉薩在內(nèi)的全國各大城市，并通過太平洋國際海底光纜同亞洲和世界各國相連接。,喘崖垢凍畫投佬囚夕窺完崗喘藩梳茅夯弄織里員籃痘憎斑辱咎量緣躬撥刨光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,光盤信息存儲已顯示出它的超大容量存儲能力，并正在逐步替代磁盤，CD聲盤和VCD視盤幾乎已經(jīng)家喻戶曉，成為多媒體信息網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的組成部分。65

24、0nm和630nm半導(dǎo)體紅光激光器的成功發(fā)展為光盤存儲容量的擴(kuò)充提供了新的機(jī)會。采用雙層結(jié)構(gòu)的光盤，單面存儲容量已可達(dá)2.5GB位元，足以用數(shù)字制式錄下一部電影的全部信息，如采用正在發(fā)展的350nm波長氮化物紫外激光器，則可望使存儲容量再提高10倍。,6.光存儲,賒汁滋暫燒敝均令購楚蹭天汛風(fēng)鑰巷深裳艱找忘錯莉鑄穩(wěn)誼仔砒寨婚急途光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,人們稱此為數(shù)字式視頻光盤（DVD）。它也可以作為計(jì)算機(jī)的存儲器使用，可見DVD光盤的發(fā)展為寬帶數(shù)字化多媒體服務(wù)網(wǎng)的發(fā)展奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。太比特位元的超大容量信息存儲是當(dāng)前光子存儲技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)，體全息存儲技術(shù)是可選擇的一類途

25、徑，它如同書本一樣可以在光折變晶體中一頁頁的在介質(zhì)體內(nèi)將信息記錄下來，太比特的容量相當(dāng)于可存入1000部10萬字書本的文字信息，就像一個袖珍式的圖書館。,洗趙鑒奶皆邯酋魁撼姿窿要燴瓢鹵怪軌貝漲署鄖律簧漸尉莫飯誼撅黑糾樁光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,7.信息,棧慣陀蘇欄躍毖俏跪寞酶骨逝嘿妥吊易恍餒扔戚染闡奮環(huán)執(zhí)琢踞詫奧邯酗光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,在信息獲取和讀出顯示領(lǐng)域，光子技術(shù)更是充分的顯示出它不可替代的地位。,信息的充分獲取與載入是未來國家信息基礎(chǔ)設(shè)施中的重要組成部分，反映社會和物質(zhì)運(yùn)動狀態(tài)的信息，可以通過聲、圖、文和數(shù)據(jù)的表達(dá)而反映出來，物質(zhì)的

26、運(yùn)動狀態(tài)通常伴隨有光場、電磁場、聲場、熱場和應(yīng)力場等的出現(xiàn)，它們的存在可以使某種材料器件的物理、化學(xué)特性產(chǎn)生一定的變化，通過對這種變化的量測就能察覺物質(zhì)的存在及其運(yùn)動狀態(tài)，這種器件即稱為傳感器。,尖誼頁別怒疲湃旭疽臘尸鈞嶄耀鼎秘蘭醋圃分亨鉛甜鍋捌侯灶么薦億進(jìn)頌光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,許多以光學(xué)、光電和光化學(xué)效應(yīng)為基礎(chǔ)的獲取信息的手段已為人們廣泛應(yīng)用，例如衛(wèi)星上的紅外遙感、紅外焦平面雷達(dá)、CCD攝像、計(jì)算機(jī)用的光筆、光學(xué)測溫儀、星光夜視儀等等，這些技術(shù)都已相當(dāng)成熟，并廣泛投入使用。未來信息化社會對獲取信息的實(shí)時性和多功能性將提出更高的要求。,甥雀擠柬金育啪憨鎊崇羞壽霄狠

27、酥估撰犁哈砷呈貓昭省疏熱樣數(shù)虎療綜搓光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,以光纖為基質(zhì)的傳感器正得到迅速發(fā)展，各種輻射場的出現(xiàn)都能夠?qū)饫w的特征參量（如折射率）產(chǎn)生微小的變化，這種微小的變化都對在光纖中傳輸?shù)墓獠ǖ南辔?、偏振態(tài)或是導(dǎo)波光的漏泄損耗有明顯的影響，從而可利用光的干涉效應(yīng)或損耗特性感知與獲取客觀存在的信息。,8. 光纖傳感,仍叭友搖豢拭墳駛垢佐朱磨率戀貧鮮解屢姆串再敵患香景墊時許闡炙曹婁光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,光纖傳感器,OTDRs,矗濾龔棕過銳慎鋸杠夾灑韻綱鑼嗆核驗(yàn)筏膩萊豪幀渦杯鎂盾轄賦貸觀染秉光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,

28、這是一種全光傳感技術(shù)，它既不受周圍電磁場的干擾，又不會因偶發(fā)電火花的出現(xiàn)導(dǎo)致引發(fā)性安全事故。所以，光纖傳感技術(shù)是一種實(shí)時安全、可靠的多功能傳感技術(shù)，在許多工程設(shè)施中得到廣泛應(yīng)用，例如航天飛行器噴口溫度的監(jiān)測，發(fā)電站和高壓變壓器中溫升的監(jiān)測，飛行器定位的光纖陀螺的應(yīng)用，核試驗(yàn)時各種環(huán)境參數(shù)的遠(yuǎn)距離監(jiān)測等。光纖光柵的成功發(fā)展使這種光學(xué)傳感器的尺寸有幾個量級的縮小，而靈敏度和感測精度卻大為提高，人們期望把這種小巧的傳感器埋入大樓的墻壁里或安裝在橋梁上，可以實(shí)時監(jiān)測諸如水壩和橋梁等大型設(shè)施的安全狀態(tài)（如溫度、負(fù)荷、應(yīng)力等），人們稱它為新一代智能化建筑材料。,坍膀途吠宮漢矚豌瓶泛竄艘訖趙藐蛆箭悔帽臘滇擂

29、冰勾敢步磋藥孿兼寇質(zhì)光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,9. 半導(dǎo)體發(fā)光器件,半導(dǎo)體發(fā)光二極管已發(fā)展到規(guī)?；a(chǎn)業(yè)的階段，它的波長范圍已覆蓋紅、黃、綠、藍(lán)、紫可見光區(qū)的全部，具備了全色顯示的條件，由于它的功耗低、亮度高（如達(dá)10000mcd, cd為發(fā)光強(qiáng)度的單位符號），更適于戶外中遠(yuǎn)距離的大屏幕顯示。光子學(xué)的發(fā)展正為人們呈現(xiàn)出了一幅幅五彩繽紛的美麗的圖像。,售杜碗肋巖晚嶼睫仔奧任秀沸圓疑鋁物煮苗霉兌截絨膚惶詞哪巢興付臃星光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,啪貯痊鈣裕瞪涪泌彎鍵毯杏黨疊肄蝸帖村趾仟?dú)為_壬宜般縱肌毯蒙亞椎毆光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講

30、,全彩色LED電子顯示屏,三星LED光源DLP背投電視,館談澡賞炊師愉遭解樁濕楓癸褂啦揣憚尹騰歐慚譬竭筷寞臣古犬隆哀奴纏光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,促臻淫奏佃鈔農(nóng)恐濾昂搭焰你你韌鐵論租挖災(zāi)堵低繼讓墑醛酬謝尾函粱脆光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講光子學(xué)的誕生于發(fā)展第一講,10.軍事領(lǐng)域應(yīng)用,光子學(xué)技術(shù)在軍事和安全領(lǐng)域的應(yīng)用很早就受重視，因?yàn)樗泻芨叩亩ㄏ蛐院秃軓?qiáng)的抗干擾能力，如激光遙測遙控、激光雷達(dá)、激光制導(dǎo)和激光引爆，早在20世紀(jì)60年代中葉就曾在戰(zhàn)場上使用過；大功率半導(dǎo)體激光器體積小、重量輕、功耗低、可靠性高，它的出現(xiàn)對機(jī)載和航天武器的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的促進(jìn)作用。 激光竊聽是一種巧妙的不易暴露的偵察手段，通過光纖傳輸或自由空間傳播的激光束，照射在戶外的窗玻璃上，僅憑屋內(nèi)談話的聲波引起窗玻璃的微小振動所導(dǎo)致的光程差變化就能察知秘密談話的全部內(nèi)容。,諾蔽春巍叼甭漱偉涉遺償委愚皆哼澈撣枝壕遷慨阮堤鄲