光電前沿科技光通訊調(diào)研

1、光電前沿科技與諾貝爾獎匯報(bào)人： 張晗 深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心（2011計(jì)劃）2014年11月11日深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 2什么是有價值的科技？什么是有價值的科技？1) Change the way how we look at things;最大、最小、最強(qiáng)、最弱、最薄、最新最大、最小、最強(qiáng)、最弱、最薄、最新.2) Change the way how we live.手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、環(huán)保手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、環(huán)保.深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 3什么是光電？什么是光電？光電技術(shù)主要是利用光能與電能可以互相轉(zhuǎn)光電技術(shù)主要是利用光能與電能可

2、以互相轉(zhuǎn)換的技術(shù)。換的技術(shù)。LED vs 太陽能太陽能以光電子學(xué)為基礎(chǔ)，綜合利用光學(xué)、精密機(jī)械、電子學(xué)以光電子學(xué)為基礎(chǔ)，綜合利用光學(xué)、精密機(jī)械、電子學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)解決各種工程應(yīng)用課題的技術(shù)學(xué)科。信息和計(jì)算機(jī)技術(shù)解決各種工程應(yīng)用課題的技術(shù)學(xué)科。信息載體正在由載體正在由電磁波段電磁波段擴(kuò)展到擴(kuò)展到光波段光波段，從而使光電科學(xué)與，從而使光電科學(xué)與光機(jī)電一體化技術(shù)集中在光信息獲取、傳輸、處理、記光機(jī)電一體化技術(shù)集中在光信息獲取、傳輸、處理、記錄、存儲、顯示和傳感等的光電信息產(chǎn)業(yè)上。錄、存儲、顯示和傳感等的光電信息產(chǎn)業(yè)上。深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 4電磁波：現(xiàn)代文明的基石

3、在電磁波譜中，光波范圍包括紅外線、可見光、紫外線，其波長范圍為：300 mm 6103 mm。深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 5激光：二十世紀(jì)最偉大的發(fā)明激光：二十世紀(jì)最偉大的發(fā)明The Nobel Prize in Physics 1964激光器基本結(jié)構(gòu)及原理激光器基本結(jié)構(gòu)及原理激光科學(xué)技術(shù)的興起使人類對光的認(rèn)識和利用達(dá)激光科學(xué)技術(shù)的興起使人類對光的認(rèn)識和利用達(dá)到了一個嶄新的水平到了一個嶄新的水平深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 6激光的應(yīng)用？激光的應(yīng)用？n 由于激光器具備的種種突出特點(diǎn)，因而被很快運(yùn)用于由于激光器具備的種種突出特點(diǎn)，因而被很

4、快運(yùn)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、精密測量和探測、通訊與信息處理、醫(yī)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、精密測量和探測、通訊與信息處理、醫(yī)療、軍事等各方面，并在許多領(lǐng)域引起了革命性的突療、軍事等各方面，并在許多領(lǐng)域引起了革命性的突破。激光在軍事上除用于通信、夜視、預(yù)警、測距等破。激光在軍事上除用于通信、夜視、預(yù)警、測距等方面外，多種激光武器和激光制導(dǎo)武器也已經(jīng)投入實(shí)方面外，多種激光武器和激光制導(dǎo)武器也已經(jīng)投入實(shí)用。用。 (1) (1) 激光通信激光通信（2 2）資料加工）資料加工 （3 3）激光照相排版）激光照相排版（4 4）激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用）激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 （5 5）激光武器）激光武器 深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)

5、光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 7光纖技術(shù)：改變?nèi)祟惿罘绞焦饫w技術(shù)：改變?nèi)祟惿罘绞?009年諾貝爾物理獎得主：高錕教授深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 8光纖結(jié)構(gòu)光纖結(jié)構(gòu)深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 9光纖激光器：光通信的核心技術(shù)光纖激光器：光通信的核心技術(shù)1480nm Pump diodeEDFApodized FBGCirculator90%10%1480/1550 nm WDM321Output環(huán)形腔光纖激光器原理圖環(huán)形腔光纖激光器原理圖普通光纖激光器普通光纖激光器1985 -1985 - 英國南安普頓大學(xué)英國南安普頓大學(xué)ORCORC采用改進(jìn)

6、的化學(xué)氣相沉積（采用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積（MCVDMCVD） 的方法成功地研制出單模摻稀土光纖的方法成功地研制出單模摻稀土光纖深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 10損耗低、中繼距離長中繼站多：傳輸線路的成本高、維護(hù)不方便、運(yùn)行不可靠中繼站多：傳輸線路的成本高、維護(hù)不方便、運(yùn)行不可靠石英光纖在石英光纖在1.55 mm波長區(qū)的損耗可低到波長區(qū)的損耗可低到0.18 dB/km例：例：同軸電纜通信的中繼距離只有幾公里同軸電纜通信的中繼距離只有幾公里 最長的微波通信是最長的微波通信是50公里左右公里左右 光纖通信系統(tǒng)的最長中繼距離已達(dá)數(shù)千公里光纖通信系統(tǒng)的最長中繼距離已達(dá)數(shù)千公里深

7、圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 11光纖到戶深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 12光纖交換機(jī)深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 13光纖激光器和普通激光器比較光纖激光器和普通激光器比較反射鏡反射鏡激光增益介質(zhì)激光束輸出光纖光柵激光束輸出PumpLD有源光纖深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 14光纖激光器應(yīng)用光纖激光器應(yīng)用支架制造標(biāo)記微型焊接微型焊接切割焊接打印微雕點(diǎn)焊支架制造深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 15代表成果一：暗脈沖激光器代表成果一：暗脈沖激光器典型的光纖激光器示

8、意圖vPhysical Review Letters 101 , 153904 , 2008.vPhysical Review A 80, 045803, 2009. vPhysical Review B 80, 052302, 2009. 首次實(shí)現(xiàn)激光器中的暗脈沖輸出。被認(rèn)為將激光理論延伸到暗脈沖輻射，并可能使數(shù)字信號傳輸更遠(yuǎn)常規(guī)亮脈沖激光輸出暗脈沖激光輸出深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 16Nature photonics亮點(diǎn)我們的發(fā)現(xiàn)：亮點(diǎn)我們的發(fā)現(xiàn)：“暗激光器閃亮登場”雖然激光器能輸出亮脈沖已廣為人知，但是新加坡研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了光纖激光器能輸出暗脈沖序列。由新加

9、坡南洋理工大學(xué)張晗及其合作者研發(fā)的摻鉺光纖激光器能直接輸出一系列類似“強(qiáng)度坑”的脈沖。深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 17激光的暗面有些科學(xué)發(fā)現(xiàn)總能完全顛覆我們有些科學(xué)發(fā)現(xiàn)總能完全顛覆我們對事物的看法，比如狄拉克反物對事物的看法，比如狄拉克反物質(zhì)理論或者愛因斯坦的相對論。質(zhì)理論或者愛因斯坦的相對論。現(xiàn)在，又有一項(xiàng)令人振奮的科學(xué)現(xiàn)在，又有一項(xiàng)令人振奮的科學(xué)發(fā)現(xiàn)將再次改變我們對事物的認(rèn)發(fā)現(xiàn)將再次改變我們對事物的認(rèn)識識：新實(shí)驗(yàn)表明激光理論延伸到暗脈沖輻射。美國空軍研究院激光實(shí)驗(yàn)室主任 R. J. Knize教授甚至將此項(xiàng)工作的重要性等同于狄拉克所預(yù)言的反物質(zhì)?！皌he ex

10、periment at NTU is a very surprising result that follows in the steps of Diracs prediction of antimatter”，并且樂意資助我們繼續(xù)從事暗脈沖激光的探索。深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 18新科學(xué)家New Scientist肯定了我們暗脈沖激光工作的應(yīng)用價值：張晗張晗及其在南洋理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)的工作是首次實(shí)現(xiàn)了暗脈沖輸出，早于美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院Steven T. Cundiff教授（Fellow of APS, OSA and IEEE）的工作。暗脈沖輻射可使數(shù)字信號

11、傳輸更遠(yuǎn)深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 19藍(lán)光藍(lán)光LED：照亮了全世界：照亮了全世界 藍(lán)光藍(lán)光LEDLED的發(fā)明使得廉價的的發(fā)明使得廉價的LEDLED白光光源得白光光源得到了迅猛發(fā)展，解決了光照能源問題。到了迅猛發(fā)展，解決了光照能源問題。 紅光紅光LEDLED和綠光和綠光LEDLED早已發(fā)明早已發(fā)明, ,但長期以來制造但長期以來制造藍(lán)光藍(lán)光LEDLED成為一個難題成為一個難題, ,缺少了三原色中的藍(lán)色缺少了三原色中的藍(lán)色, ,就無法獲得。就無法獲得。深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 20石墨烯：最有潛力的諾貝爾獎材料！石墨烯：最有潛力的諾貝爾

12、獎材料！深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 21石墨烯的結(jié)構(gòu)石墨烯的結(jié)構(gòu)石墨烯是其它同素異形體的基本構(gòu)成單元 石墨烯富勒烯碳納米管石墨深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 22一只鉛筆偷走了諾貝爾獎深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 23我的研究：石墨烯我的研究：石墨烯+光纖光纖+激光激光=四個諾貝爾獎四個諾貝爾獎超快、超強(qiáng)激光專利歸中國人所有。深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 24代表成果二：石墨烯鎖模激光器代表成果二：石墨烯鎖模激光器石墨烯：易飽和，寬波段首次實(shí)驗(yàn)證實(shí)石墨烯的可飽和吸收效應(yīng)，并將其用于鎖

13、模激光器vAdv. Funct. Mater., 2009, 19:3077-3083vAdv. Funct. Mater., 2010, 20:782-791深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 25技術(shù)優(yōu)勢技術(shù)優(yōu)勢產(chǎn)品價格由數(shù)十萬元降低到接近零深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 26本方向前期文獻(xiàn)本方向前期文獻(xiàn)均為我們的工作均為我們的工作石墨烯鎖模激光器論文發(fā)表及引用報(bào)告圖表（ISI檢索）從從2009年底到現(xiàn)在全世界已發(fā)表石墨烯鎖模年底到現(xiàn)在全世界已發(fā)表石墨烯鎖模激光器研究的激光器研究的SCI論文論文800篇，中國人領(lǐng)先！篇，中國人領(lǐng)先！檢索日期：2013年5月深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 272010年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、石墨烯發(fā)現(xiàn)者克斯特亞年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、石墨烯發(fā)現(xiàn)者克斯特亞諾沃塞諾沃塞洛夫教授洛夫教授在在Nobel Lectures評述我們提出的石墨烯激光鎖模器極評述我們提出的石墨烯激光鎖模器極度有效度有效(extremely efficient mode lockers must be noted)深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心深圳大學(xué)光電科技協(xié)同創(chuàng)新中心 28美國軍方在其2012年10月19日出版的科技新聞通報(bào)（S