光子科学(photonics)包括光的产生,发射,传输,调制,信号加工,开关,放大和识别。光子科学特别强调光具有粒子和波动双重性。它覆盖了整个光谱波段的技术应用;从日常生活到新近进展的科学都要应用到光子科学。由于它的应用广泛,故仍在不断发展中。 历史 “光子科学”由光字演生而来;它的出现是1960年晚期用来描述目的在使光演示其功能的研究领域;传统上完全落在电子学的典型范畴;如远程通讯,信息加工等。 光子科学作为领域是从1960年研究激光开始的。随后的发展包括1970年的激光二极管,传送信号的光纤和参饵的光纤放大器。这些研究形成20世纪后期电信革命的基础和提供以后互联网的结构。 1980年光纤维传输数据为电信网络采用后,光子科学就被普遍使用。 2001年间,光子科学大部集中在电信方面。但它覆盖了科学和技术应用的很大范围;包括激光制造,生物和化学传感,医学诊断和治疗,显示技术和光计算。 各种非电信的光子科学应用呈快速增长,部分原因在许多公司已看出它的新应用领域。光子科学将还会得到进一步的发展。 光子科学的应用是普及的;包括从每日日常生活到最新科学的几乎所有领域;即光探测,电信,信息加工,照明,度量衡,谱仪,全息,医学(手术,视力修正,胃镜,健康监测)军用技术,激光材料加工视觉艺术,生物光电子学,农业和机器人。如同1948年发现第一个晶体管后,电子学哪样地迅速扩大应用哪样,光子科学的独特应用不断出现在新的方面,半导体光科学器件在经济方面的重要应用包括光数据记录,光纤电信,激光打印(在静电复印基础上),显示和高功率激光光泵。光子科学潜在的应用很广,并包括化学合成,医疗诊断,芯片上的通讯,聚变能量。这里举几种有兴趣的附加例如下: 消费设备:条码扫描器。打印机,CD/DVD/Blu射线器件,远程控制器件 电信:光纤通信,光学降压转换到微波器。 医药:弱视矫正,激光手术胃镜,去除纹身。 工业制造:激光焊接,打孔,切割和各种表面加工 施工:激光练级,激光测距,智能结构。 航空:光子科学缺少活动部分的陀螺仪。 军事:红外传感器,命令,控制和导航研究和营救,布雷和扫雷。 娱乐:激光表演,全息艺术。 信息加工: 度量衡:时间和频率测量。测距。 光子科学计算:时间分布及计算机和打印线路板间或光电子积分线路间的通信。将来:量子计算。 光子科学包括光的发射,传输,放大,探测和调制。 光源 光子科学所用光源比一般所用的光泡复杂。它一般用如光发射二极管,超辐射二极管和激光等半导体光源,其它光源包括莹光灯,阴极射线管等。 常用3-5组半导体代替传统半导体如硅和锗。因为它们可有光发射的特性。如材料用(GaAs),(GlGaAs)或其它半导体。它们也和硅并用,以产生混合硅激光。 传输介质 光可由任何透明物质传输,玻璃或塑料光纤都可用来引导光在一定路线上传输。现在研究具有工程光学性质的特别结构材料;包括光子科学晶体,晶体纤维和超材料。 放大器 光通信的光放大器是参铒纤维放大器,半导体光放大器,拉码放大器和光参数放大器。现正研究量子点半导体光放大器。 光调制 光源的调制用在光源上译码(encode),可直接用光源调制。最容易的例是用闪光灯送莫尔斯码。。另一方法是从光源采光,但在外部光调制器调制。 光调制的研究中还包括调制格式。研究最有进展的格式调制如相移健等已研究用来抵消分散,使信号质量提高。 光子科学系统 光子科学系统常用作光通信系统。研究集中在高速光子科学网络。也包括能改善光信号的光再生器。
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