光子学的诞生于发展第一讲.ppt

光子学与信息时代 Wuhan University of Technology 光子的产生起源于电能的激励，光子在半导体中的运行与功能操作是基于各种电光效应，如克尔（Kerr）效应、普克尔（Pockel）效应、斯塔克（Stark）效应、弗朗茨—克尔迪茜（Franz-Keldysh）效应、非线性光学效应以及偏置电场的收集效应等。 离开电的操作，光子器件的功能也难以充分体现，因此未来的可实用的光子集成系统必须辅之以相应的微电子回路。这就是集成光电子系统。然而在这样的系统中光子集成回路占有核心部件的关键地位。 4.光通信 融合包括有线(光纤或HFC)、无线等不同接入类型、不同业务规模的各种接入网所形成的一个灵活、大容量的综合网 其中全光通信网(AON)是主体， 不久的将来，全光网中的传输和交换容量均达到Tbit/s量级，将比现有传输速率提高1000倍以上。 密集波分复用(DWDM)为基础光核心网 2.5/10Gbit/s 40Gbit/s 光通信是光子学应用中最巨大的成就，可见波段的光波具有高达200THz的带宽（比无线电波大1000倍以上），又能波长复用，它所能载入的信息容量将无与伦比。一个单信道传输容量为100Gb/s的光纤通信线路能容纳1200万门数字电话，意味着北京和上海的每个居民几乎能够在一根光纤上同时通话 目前国外工程铺设的光通信系统，其单信道传输容量已达10Gb/s，正向100Gb/s的容量发展。我国也已研究成功单路2.4Gb/s容量的系统技术。迄今全世界铺设的光缆线路已达亿公里以上，现在则是致力于全球联网。我国光纤通信线路已达近百万公里，遍及包括拉萨在内的全国各大城市，并通过太平洋国际海底光缆同亚洲和世界各国相连接。 光盘信息存储已显示出它的超大容量存储能力，并正在逐步替代磁盘，CD声盘和VCD视盘几乎已经家喻户晓，成为多媒体信息网络中不可缺少的组成部分。650nm和630nm半导体红光激光器的成功发展为光盘存储容量的扩充提供了新的机会。采用双层结构的光盘，单面存储容量已可达2.5GB位元，足以用数字制式录下一部电影的全部信息，如采用正在发展的350nm波长氮化物紫外激光器，则可望使存储容量再提高10倍。 6.光存储 人们称此为数字式视频光盘（DVD）。它也可以作为计算机的存储器使用，可见DVD光盘的发展为宽带数字化多媒体服务网的发展奠定了关键基础。太比特位元的超大容量信息存储是当前光子存储技术的发展目标，体全息存储技术是可选择的一类途径，它如同书本一样可以在光折变晶体中一页页的在介质体内将信息记录下来，太比特的容量相当于可存入1000部10万字书本的文字信息，就像一个袖珍式的图书馆。 7.信息 在信息获取和读出显示领域，光子技术更是充分的显示出它不可替代的地位。 信息的充分获取与载入是未来国家信息基础设施中的重要组成部分，反映社会和物质运动状态的信息，可以通过声、图、文和数据的表达而反映出来，物质的运动状态通常伴随有光场、电磁场、声场、热场和应力场等的出现，它们的存在可以使某种材料器件的物理、化学特性产生一定的变化，通过对这种变化的量测就能察觉物质的存在及其运动状态，这种器件即称为传感器。 许多以光学、光电和光化学效应为基础的获取信息的手段已为人们广泛应用，例如卫星上的红外遥感、红外焦平面雷达、CCD摄像、计算机用的光笔、光学测温仪、星光夜视仪等等，这些技术都已相当成熟，并广泛投入使用。未来信息化社会对获取信息的实时性和多功能性将提出更高的要求。 以光纤为基质的传感器正得到迅速发展，各种辐射场的出现都能够对光纤的特征参量（如折射率）产生微小的变化，这种微小的变化都对在光纤中传输的光波的相位、偏振态或是导波光的漏泄损耗有明显的影响，从而可利用光的干涉效应或损耗特性感知与获取客观存在的信息。 8. 光纤传感 边坡 河岸 桥梁 电缆隧道 隧道 船只 工厂/油库 大坝 飞行器 光纤 监测中心 脉冲光 输入信号 背向散射信号探测 传输光信号 入射光脉冲 散射光 后向散射光 光源 探测器 纤芯 距离：z OTDRs 这是一种全光传感技术，它既不受周围电磁场的干扰，又不会因偶发电火花的出现导致引发性安全事故。所以，光纤传感技术是一种实时安全、可靠的多功能传感技术，在许多工程设施中得到广泛应用，例如航天飞行器喷口温度的监测，发电站和高压变压器中温升的监测，飞行器定位的光纤陀螺的应用，核试验时各种环境参数的远距离监测等。光纤光栅的成功发展使这种光学传感器的尺寸有几个量级的缩小，而灵敏度和感测精度却大为提高，人们期望把这种小巧的传感器埋入大楼的墙壁里或安装在桥梁上，可以实时监测诸如水坝和桥梁等大型设施的安全状态（如温度、负荷、应力等），人们称它为新一代智能化建筑材料。 9. 半导体