信息光學(xué)課件資料

1、享受光享受光學(xué) 光學(xué)科學(xué)與技術(shù)的成果已深深滲透到我們的生活中-王大珩 20世紀以前的光學(xué)古典光學(xué)傳統(tǒng)光學(xué) 20世紀的光學(xué)傳統(tǒng)光學(xué)現(xiàn)代光學(xué) 21世紀的光學(xué)光子時代的到來王大珩先生說：21世紀 將是光子的世紀 20世紀光學(xué)的 主要特點 光學(xué)領(lǐng)域的擴展 應(yīng)用功能的擴展 研究內(nèi)容的擴展 應(yīng)用范圍的擴展20世紀光學(xué)的 主要特點1、光學(xué)領(lǐng)域的擴展新學(xué)科紫外光學(xué)、X射線光學(xué)、微光夜視、紅外光學(xué)X射線 紫外近紅外 中紅外 遠紅外可見光 波段： 向兩端擴展 波長：單色性、相干性 研究方向激光器激光全息 光強：單光子 激光光源 星際光源20世紀光學(xué)的 主要特點 1、光學(xué)領(lǐng)域的擴展 研究對象：宇宙、宏觀、介觀、微觀

2、研究方向宏大光學(xué)微小光學(xué)天文望遠鏡微透鏡研究方向天文光學(xué)納米光學(xué) 空間尺度：百億光年 單原子尺度，介觀尺度 時間尺度： 天文時間 原子反應(yīng)時間 （10-15 秒）研究方向靜態(tài)光學(xué) 瞬態(tài)光學(xué)如超快速現(xiàn)象 納秒、 皮秒、飛秒20世紀光學(xué)的 主要特點 2、應(yīng)用功能的擴展光學(xué)工程 綜合技術(shù)學(xué)科光機電算材光學(xué)精密機械電子材料計算機現(xiàn)代精密儀器：多功能、高效率 光、機、電、算一體化技術(shù)手段：自動化、數(shù)字化、智能化20世紀光學(xué)的 主要特點 3、研究內(nèi)容的擴展望遠鏡、顯微鏡、放大鏡等 傳統(tǒng)光學(xué) ： 研究 現(xiàn)代光學(xué)： 擴展到 光子已不僅是作為信息傳遞的手段，幫助人類認識世界 光子也能改變物質(zhì)的形態(tài)， 幫助人類改

3、造世界 激光 核科學(xué)技術(shù) 光探測器 全息 航空航天 圖象處理 微光 光纖與光纖通信 圖象融合 光集成 光信息處理 靈巧結(jié)構(gòu) 光計算 機器人視覺 等等 激光核聚變: 神光II裝置載人航天飛行: 神舟5號風云II號氣象衛(wèi)星2.16m 反射望遠鏡微光夜視技術(shù)全息防偽技術(shù)4、應(yīng)用范圍的擴展空間20世紀光學(xué)的 主要特點能源材料微電子生物工程醫(yī)療環(huán)境保護遙感計量通信印刷核技術(shù)生態(tài)環(huán)境防災(zāi)農(nóng)業(yè)精密加工資源保護軍事信息科學(xué)遙測生命科學(xué)化學(xué)工程許多學(xué)科分支和方向 已形成大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)全世界光學(xué)和光（電）子學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模 1995年 達 700億美元 2000年 達 1030億美元光信息科學(xué)光電子技術(shù)光電子成為信息

4、產(chǎn)業(yè)的主角機械領(lǐng)域： 激光加工： 打孔、切割、焊接、表面處理 激光光刻、激光微細加工、X射線光刻能源領(lǐng)域： 太陽能電池、激光核聚變 空間衛(wèi)星的能源，地球能源光電子光電子成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的主角光纖通信： 以低損耗石英光纖和半導(dǎo)體激光器為基礎(chǔ)， 成為當今通信的主體和方向 顯示技術(shù)：液晶大屏幕顯示成為下一代電視的主流; 圖像顯示和復(fù)制設(shè)備：激光照排、印刷、分色、打印、復(fù)印、傳真， 構(gòu)成龐大印刷產(chǎn)業(yè)成像和探測領(lǐng)域 CCD等數(shù)字圖像設(shè)備：掃描儀、傳真機、攝象機、攝錄機、數(shù)碼相機使光信息數(shù)字化; 光電子成像器件和探測器可以涉及到不可見光（微光和紅外）光信息科學(xué) 光 是最重要的信息載體，人類感官接收客觀世界總信

5、息量的 90%以上通過眼睛采集傳輸處理存儲超高速度超大容量信息時代 對 信息技術(shù)提出 更高 要求信息爆炸重返大氣層多彈頭導(dǎo)彈的 攔截例1彈頭數(shù)量大于1000枚的情況 要求：在數(shù)分鐘內(nèi)完成五項功能1015 次/秒要求達尋 的在 3 29 時間內(nèi)分 4 階段攔截、確認結(jié)果識 別跟 蹤發(fā) 射迎 擊計算速度目前 電子計算機 的計算速度舉例中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程和上海市信息化建設(shè)的重大成果2005-1-14 報道計算速度10 13 次/秒 3000億 次/秒高性能計算機 曙光4000A10萬億次而在2003年2月報道的是：例2高智能機器人計算速度1015 次/秒要求達學(xué)習(xí)聯(lián)想推理識別記憶功能：形象聲音氣

6、味感覺感知:快速計算、快速反應(yīng)、達到人腦的水平目標： “現(xiàn)代”機器人能做到嗎 ？ 打乒乓球！過馬路 ？2003年2月23日報道 日本 研制的 世界第一個機器人能行走，能認識10個人會握手、揮手、跟在人后面走關(guān)于現(xiàn)代機器人結(jié)論電子系統(tǒng)速度慢，現(xiàn)代機器人比不上 人航空、航天中長期天氣預(yù)報地震預(yù)測、預(yù)報超大量衛(wèi)片的圖像處理 例3其它領(lǐng)域災(zāi)難的避免快速反應(yīng)快速處理計算速度1015 次/秒要求達光子技術(shù)的優(yōu)越性20世紀光學(xué)的 主要特點響應(yīng)速度快以光速傳播30萬 km / s （3x108 m / s）電信號傳輸速度：105 m / s電子開關(guān)速度：10-9 s光開關(guān)速度：飛秒（FS） 10-15 s對比

7、光子技術(shù)的優(yōu)越性抗干擾能力強 不受外界電磁場干擾 相互間幾乎不干擾 可共用一個空間，不“串音” 電子受外界電磁場干擾 RC問題 滯后效應(yīng)對比光子技術(shù)的優(yōu)越性處理速度快 電子 在電線里傳輸串行傳輸：“瓶頸”問題并行傳輸： 由于線徑影響 出現(xiàn)RC問題對比光子 可在自由空間傳播 可在波導(dǎo)內(nèi)傳播并行傳輸并行處理速度快二維圖像處理，更快、更優(yōu)光子技術(shù)的優(yōu)越性傳輸容量大對比高密度大容量三維空間傳輸高帶寬一根光纖可同時傳送多少路電話？ 106 108路一路微波通道，傳送 103 路 電話 或 1 路 彩電信號 美、日報道：超大容量傳輸系統(tǒng) 1012 bits / s （Tb / s） 21世紀投入使用光子技術(shù)的優(yōu)越性序言 存儲密度大海量存儲例1200mm雙面光盤，2.4mm厚可存儲