光子学技术正在崛起

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1、光子学技术正在崛起发布日期：  2002-9-17光子学技术正在崛起干福熹(《科技与企业》99No.3)早期的光学主要研究物质的宏观光学特性，如光的折射、反射、衍射、成像和照明等，较少研究其微观的物理原因。随着本世纪60年代初激光的出现，人们着重于研究光子与物质相互作用、光子的本质和作用，以及光子的产生、传播、探测等微观机制。本世纪下半期光学向光子学方向的开拓，十分类似于本世纪上半期电学向电子学的开拓，其科学及技术意义皆十分深远。当代社会和经济发展中，信息的容量日益聚增，随着高容量和高速度的信息发展，电子学和微电子学遇到其局限性。由于光子的

2、速度比电子速度快得多，光的频率比无线电的频率高得多，为提高传输速度和载波密度，由电子到光子是发展必然趋势，它会使信息技术的发展产生突破。目前，信息的探测、传输、存储、显示、运算和处理已由光子和电子共同参与来完成，产生的光电子学技术已应用在信息领域。今后将更注意光子的作用，继光电子学后光子学技术崛起。如美国把“电子和光子材料”，“微电子学和光电子学”列为国家关键技术，认为“光子学在国家安全与经济竞争方面有着深远的意义和潜力”，“通信与计算机研究与发展的未来属于光子学领域。”从电子学到光电子学和光子学是跨世纪的发展。一，光子学器件光子学技术主要

3、包含光子的产生、探测、传输、控制和处理，因此，必须有相应的光子学器件。与电子学器件相比，由于光子学器件中光子的运动不受回路分布延迟的影响（一般为10负9次方S），光子在固体中传输速度为1O负12次方cm／S左右，光子学器件的时间响应和单道超大容量要比电子学器件高得多，这对信息技术发展有很大的推动作用。高密度高相干性的激光光源始终对光信息工程起重要作用，特别是半导体激光器。人们熟知，由于有了低阈值、低功耗、长寿命及快响应的半导体激光器，使光纤通信成为现实，并以0．8um，1．3um和1．55um的激光光源形成三个光通信的窗口，由于有高功率模半

4、导体激光器，才使光盘存储技术实用化，并且目前高密度光存储的发展以半导体激光波长的缩短（从0．8um到0．65um和0．5um）为标志，形成三代光盘存储技术。多量子陷器件、高密度垂直腔面发射器、量子级联器件、微腔辐射与微腔光子动力学器件的发展，可以不断降低激光阈值、提高激光转换效率与输出功率、扩展波段、改善模式、压缩线宽、实现激光光源的阵列化和集成化。非线性波导光学的发展，探索弱光非线性效应和材料，特别是在低维和纳米材料中的光学非线件增强，可以研制出超高速光开关、空间光调制器、集成儿子M路和光学双稳态器件等，人工微结构的光子晶体可以用来控制或

5、定域光子态，由此制成光子控制器件。模拟微电产集成器件，把不同功能的光子器件通过内部光波导互连，制成个光子集成芯片，包括激光器与光子接受器、放大器、调制器和光开关等，目前儿子集成器件主要应用各种电光效应，也离不开电的操作，因此实用的光子集成芯片必须配之相应的电子回路和成熟的微电子技术于终端处理，即大型的光电子集成系统。二，光通信把光子作为信息载体，是20世纪中的一个划时代变化，就是用光纤通信代替电缆和微波通信，简穹之，信息的传输发生了本质性变革。光纤通信产业国际。L目前已有上百亿美元的年产值。在信息高速公路浪潮的推动下，高速公用通信网和数字数

6、据网会很快发展，巨大的信息流多达1000Gb／s，由此对光纤通讯在速度和容聂L提出了更高要求。本世纪70年代初由于低损耗的石英光纤和民寿命的半导体激光器的研制成功，使光通信成为现实的可能。1978年前·条10公服卜的光纤，最高传输率为1Gb八，称为第·代光纤通信；二年以后传输客聂增加到近10倍；后来的第三代光纤又使无中继传输距离和传输容量有好几倍的提高。在本世纪来期由于光千学技术的发展，产生了光学放大器，特别是半导体激光器光泵的掺饵的光纤放大器（EDFA），由于光信号的直接放大，放大半达到30dB以上，不受信号偏振方向的影响，有很好的保真度

7、，就很快地达到实用价值。务·项有重大实用价值的光纤通信的突破是在同一路光纤中传输苫于个不同波长的光信号。在光子集成M路再加入宽增益频带的饵光纤放大器，就可以达到高传输容殷（100Gb／s）和无不断长距离（＞100Kin）的光纤通信系统，可称为第四代光纤通信。从传统的以光强度调制方式和直接检测方式的非相干光光纤通信改换成以相位调制方式和差分检测方人的相干光纤通信，可使信号传递得更远。在相干光通信中需要有频率和相位什分稳定的激光光源。成功的相干光通信可使信息传递距离迈入1000公里纪元。在一条理想的光纤内，“孤立子”可以无限远地传播。在光纤中孤

8、立子的形状是由克尔效应和色散效应的补偿来保持。孤立子的高度衰减用光纤放大器来补偿。用皮秒（10的12次方)激光脉冲，使孤立子彼此间个互相重叠。在“零误码”情况K孤穴子叮以在光纤中