光子技术

光子技术(Photon Technology)

　　光子技术是一种渗透性极强的综合技术，是在现代集成光学的基础上发展起来的，以光集成技术为核心的有关光学元、器件制造的应用光学技术。

　　光子技术主要包括光子发生技术、光子存储技术、光子调制和开关技术、光子显示技术、光子通信技术、光子探测技术等。光子技术将成为信息、生命医学、能源等领域的重大支柱技术。

　　光子技术对信息领域产生的影响主要通过下述几个方面来体现：①运算速度更快的光子计算机。②存储量大的光存储设备。③代替现行通信方式的光纤通信。

　　1．响应速度快

　　目前电子器件及其系统的响应时间最快达10 ^{− 9}秒，即ns量级，这几乎达到了固有极限，突破这个极限是不可能的。而由测不准关系得知，光子的响应时间可达10 ^{− 15}秒，即fs量级，比电子器件快6个数量级。显然，这一点在未来信息时代的各种关键技术中将发挥出巨大作用，尤其是在计算机技术中将会促成根本性变革。1990年世界第一台数字光处理机光开关速度达到每秒10亿次。这种高速度运转及其并行处理特征为其发展和应用展示出一个十分诱人的前景。

　　2．传输容量大

　　光子技术的信息传输容量大，这一优异特性已在现代光通信中得以充分体现。在一定意义上讲，近十年中光纤通信技术的迅猛发展就是光子技术所促成的。有人估计，光纤通信的主干线在世界上每年以百万千米的速度向前延伸。目前已完成了从第一代0．85μm波段多模光纤、第二代1．3μm波段零色散与单模光纤向第三代1．5μm波段低损耗色散位移单模光纤的换代与开发。传输容量从1978年的10Gbt／s·km以每年10倍的速度增长，到1986年已达1Tbt／s·km。在传输模式上已打破常规的IM／DD(强度调制／直接检测)方式，相继推出了相干光通信、复用光通信、光孤子通信及量子通信等等。特别是近年来在光纤放大技术上的突破，使光孤子通信变成了现实，开创了目前最前沿的传输系统，为全光和最终实现无限距离的超高速通信带来了希望。量子通信又称为光子通信，它是一种全新的通信系统。理论已经证明，一个光子在室温下可以携载近30bt的信息量，如果在低温下，这个数值将随温度的下降以指数形式增加，从而达到无限值。因此可以讲，光子通信有望借助一个光子将无穷多个信息传送给无穷多个受信者。这将使光子学在通信领域的优势得以充分地发挥。

　　3．存储密度高

　　光子技术在信息领域的存储潜力令人刮目相看。近年来光存储技术有了长足进展，光盘以其数据存储密度高、误码率低、可靠性好以及适应性强等诸多优点而受到青睐。现在一张Φ200mm的双面光盘，其厚度不超过2．4mm，竟可存储二部电影的全部声像信息。随着可擦除大容量光盘的普及，价格低廉、复制方便的光盘将格外受到人们的重视。特别是全光光盘一经问世就立即较之磁光光盘显示出无比的优越性。科学家们预计，光盘将在众多种存储器中占据优势，成为21世纪继汽车、电视、微机之后又一项令人关注的重要发明。特别值得提到的是，利用光子学方式可能实现的三维立体存储，其容量之大，令人惊叹不已，一旦关键技术取得突破，其无与伦比的优势便会即刻显露出来。

　　4．微型化和集成化

　　20世纪40年代是第一代微光子技术趋千成熟的时期。这一领域涉及到梯度折射率光学、二元光学、纤维光学等许多分支。已研究出的许多元器件；包括自聚焦微透镜阵列、光纤面板与微通道板、软X射线光刻及光互连用微小光学器件阵列等，真是五光十色。另外，在有元器件方面，仅就信息处理单元来说，其元件的微小程度已远远小于集成电路中的电子元件。僻如，单量子阱激光器及量子点处理元件的尺寸均在十分之一微米以下。微光子技术的发展与现已成熟的微电子技术相结合，有可能开拓出新一代更高水平的信息技术。

　　光子集成(PIC)形成于20世纪80年代后期，其特点是可将有源光电子器件，如半导体激光器、光放大器、光探测器等，与光波导器件，如分／合波器、耦合器、滤波器、调制器。开关等，集成在一块半导体芯片上，构成一种新的全光功能器件。这从根本上改变了集成光学和光电子集成中有源无源器件分别集成后再用光纤连接的弊端，进而使器件在体积、功耗等诸多方面更具有竞争能力。正因如此，和电子学一样，光子集成也是光子技术发展的必然趋势。

• 微电子技术
• 光电子技术
• 分子电子技术