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光子學
鎖定
- 中文名
- 光子學
- 外文名
- photonics
- 特 徵
- 以光子為信息載體和能量載體
- 類 型
- 學科
光子學內容
光子學包括光的產生、發射、傳輸、調變、信號處理、切換、放大及傳感,光不單純是粒子,也不只是波動,光兼具二者的特性。光子學包括從紫外線、可見光到遠紅外線之間所有頻譜的應用。大部分的應用是在可見光及近紅外線。
光子學特點介紹
光子不同於電子,它屬於玻色子,不帶荷電,不存在電磁串擾,沒有靜止質量,能在自由空間傳播,速度等於光速。光子比電子具有更大的信息容量和速率。作為信息載體,光比電的信息容量要高出3—4個量級(一般可見光的頻率為5×1014赫,而處於微波段的電磁波頻率僅為1010赫量級),光子具有極快的響應能力。電子脈衝寬度一般在納秒量級,其傳輸速率限定在吉比特/秒量級;而光脈衝寬度可到皮秒、飛秒甚至阿秒的量級。所以,用光子作為信息載體,傳輸速率可達幾個吉比特每秒,甚至幾十個太比特每秒都是可能的。光子具有超強的並行性和互連能力。電子帶電荷,相互之間存在庫侖作用力,使得電子彼此間無法交連。而光子無電荷,具有良好的空間相容性和並行性。此外,光在時間和空間上的特性,可形成反演相位共軛波,在波前畸變校正和自適應控制等信息處理領域有獨特的應用;光的干涉、衍射、偏振和雙折射、光折變效應等,也產生一系列新的應用。
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光子學分支學科
基礎光子學
④超快光子學。主要包括飛秒光脈衝的產生和應用,超快光子學中的超快過程與超快技術,超快、超強激光物理等。
⑤非線性光子學。主要研究光子與物質非線性相互作用、非線性變頻效應、相位匹配和諧波的產生、光折變效應、光子晶體、光子帶隙光纖、激發態光學非線性研究等,它是研究和開發多種非線性光子器件的理論基礎。
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光子器件
包括特殊處理和加工,材料元件、模塊的研製,涉及光的產生、傳輸、探測、轉換、存儲和顯示等,並由這些功能形成諸多相關的器件。它是光子學和光子技術相結合的具體體現。與電子器件類比,光子器件也可分為有源(如各種激光源、探測器等)和無源(如光通信中的波分複用器、光纖器件、光互連器等)器件,包括光子學在納米技術和納米制造中的應用。
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信息光子學
光子學與信息科學相結合而形成的交叉性學科。由於光波導器件、光纖激光器、光纖放大器和低損耗光纖的開發,使得光通信獲得快速發展,不僅開創了巨大的光子工業,而且給人類帶來了方便快捷的信息交流,推動了社會的文明、進步和繁榮。另一方面,由於光的相干性、並行性,使得光傳輸可進行不同的相關變換和並行運算(如二維傅里葉變換等)。再加上電尋址和光尋址的空間光調製器和高速陣列探測器的出現,使得自動模式識別、圖像信息處理、光顯示、光計算等成為光子學最活躍的應用研究領域之一。
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生物醫學光子學
生命科學與光子學交叉形成的新分支。包括生物組織的光學成像和光子遷移、生物光子學、生物系統的光子發射、熒光增強和探測、生物光譜和診斷、激光醫學中的診斷和光動力診療、冠狀動脈腔內支架的激光精密加工、光學相干層析術、光在生物組織中的傳輸機理以及在生物醫學工程中的應用等。
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集成與微結構光子學
半導體電子學的強大生命力在於它的大規模集成化,從而使半導體器件尺寸大大縮小、功耗降低、功能和運行速度大幅度提高,性能價格比不斷優化。同樣隨着半導體光子學及光子技術的快速發展,也可把不同功能的諸多光子器件通過光波導、光互連、光開關集成於一個光學芯片上,形成光子集成迴路或光電子集成系統。微結構集成光子學,包括正在開展的二維波導和自由空間三維集成光學系統、微結構光纖以及微光機電系統等,它們的研究無疑使光子產業的發展獲得革命性的飛躍。
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光子學科研成果
光子學書籍
《光子學》是光電子學領域著作,是《現代通信光電子學》的最新版本(第六版)。本書反映光電子學領域的最新進展。主要介紹激光物理學領域各種現象和所有器件的最基本原理,尤其突出各種激光器在光纖通信中的應用。
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- 參考資料
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- 1. 詞條作者:楊國楨.《中國大百科全書》74卷(第二版)物理學 詞條:光子學:中國大百科全書出版社,2009-07:204頁
- 2. 現代通信光電子學 (豆瓣) .豆瓣[引用日期2017-05-11]
- 3. 重塑集成光子學格局,首個多色集成激光器創建完成|總編輯圈點 .中國科技網[引用日期2022-10-26]