• 1、光子理论 主要研究光子的本性、光子态、光 孤子、光压缩态、腔量子电动力学、激光理论、 量子光学等，为分析处理光子学中的各类问题提 供理论基础。 • 2、信息光子学 研究光子信息处理和存储，光纤 光子学，光波导，光通讯，光纤放大器，波分复 用技术和器件，光开关以及光计算等．

  • 电子学，在20世纪中大展鸿图： ①雷达微波通信卫星通信的出现： ②半导体微电子学、大规模集成电路技术、电子计算机的发明： 光纤通信的出现，它与电子计算机结合，使人类进入了信 息社会． • 光学，在21世纪中前景灿烂： ①光波波长范围由x射线紫外可见光、直到红外等波段； ②光波波长短频率高总带宽宽，因而分辨力高 ③光的速度快，因而处理速度快： ④光由于其并行性，串音小、不受干扰以及能在空间互连 ⑤光波波段(例如红外)抗干扰性好，具有高度隐蔽性． •

  • 光子学与电子学相互依赖、相互渗透，许多概念理论和原 理是相互借鉴的．在信息社会中，电子(学)和光子(学)比翼 双飞．

  • 3、瞬态光子学 研究超快脉冲的产生，超快非线性光学， 超快光脉冲与物质的相互作用，超快诊断技术等． • 4、固态光子学 主要研究光子与物质相互作用． • 5、生物医学光子学 主要研究光子与生物体的相互作用， 生物系统的超微弱光子辐射，生物体特性的光子学探测和 诊断，如OCT成像以及光子医疗等． • 6、集成光学与微结构光子学 主要研究超晶格量子阱的特 性，光子微腔，量子尺寸效应，介质光栅，周期极化与准 相位匹配，光电集成，开拓超小型化光子器件． •

  • 7、光子源 研究新型可调谐激光器，激光的全固 化和小型化发展蓝绿光半导体激光器及LED器件 等． • 8、非线性光子学 研究光与物质的非线 用，光频变换，光波耦合，光学孤子，光混沌， 光学材料的非线性特性的测量及应用． • 9、光子探测器 研究高灵敏的光探测器，快速响 应的光探测器，CCD成像器件等．

  • 优点是： • ①响应速度快 。 光开关器件的响应速度的理论值可达fs量级，而 目前电子器件及其系统的响应时间最快达到ns量级，前者比后者几乎 高出6个数量级以上． • ②传输容量大 光子信息系统的空间带宽和频率带宽都很大，一路 微波通道可传送一路彩色电视或1 000多路数字电话信号，一根光纤 则可同时传送1千多万甚至1亿路电话． • ③存储密度高 利用光的相干性，三维全息技术能把1 000部10万 字的书籍存储在不到1 cm3的介质中，书桌上的图书馆不再是遥远的 梦想． • ④处理速度快 由于光的频率高，故可高速传递信息，而且利用多 重波长，信息二维并列传送等，可同时并行处理二维信息，易于三维 并行互连及并行处理，特别有利于图像信息的处理与传输． • ⑤微型化、集戊化 由于光波波长短，光子信息系统的几何尺寸大 大缩小．

  • 光学与光子学：孕育着新的突破 半导体量子阱(线，点)光电子器件和光纤器件仍将 是逐步发展信息光电子技术的基础，但以光子 晶体和有机高分子材料为基础的光电子器件可能 引发光电子技术的又一次革命．光子技术进 入微电子芯片中，摆脱电子回路的“瓶颈”极限， 协同电子在芯片内、外高速安全地传递高速逻辑 运算的 信息，从而使电子计算机的运算速度成万 倍地提高。

  • 4、 光子存储技术 高密度光存储技术, 三维光存 储 • 5、 光子探测与分析技术 光电探测技术,遥感技 , 术, 光谱分析与计量技术 • 6、 光子显示技术 三维全息显示, 液晶显示、场 致发光与发光二极管等

  美国商务部指出： “90年代， 全世界光子产业以比微电 子产业高得多的速度发展，谁在光子产业方面取得主 动 权，谁就将在21世纪的尖端科技的较 量中夺魁”。在德 国，政府已确定光子学 是本世纪初“对保持德国在国际 技术市场 上的先进地位至关重要的关键技术之一” 。在 日本有评论认为‘21世纪具有代表意义的主导产业，第一 是光子产业，第二是信息通信产业……”。

  • 科学研究方面：量子光学与信息科学的交叉正在 形成光量子信息科学。以光子作为信息载体的量 子通信可提供其安全性由物理定律所确保的， 不可破译、不可窃听的量子密码体系以20世纪的 伟大科学成就量子理论和信息科学的结合为标志 的这场革命可能使诸如量子计算机、量子通信、 量子密码、量子信息编码与译码、量子信息网络 等令人耳目一新的概念转变为全新技术。 • 光孤子的形成与传输以及未来全光通信网中的光 子交换器件等。

  • 10、光显示 研究液晶显示器，有机电致发光器 件及等离子体显示器等． • 11、光子学材料 光子学材料包括激光工作物质， 非线性光学材料，光电转换材料，光存储材料， 光子显示材料，光传输材料如光纤光波导，半导 体超晶格量子阱材料，光子学微结构与光子晶体 材料这些材料的种类非常之多，包括无机有机半导体， 铁电体，生物等这些光学材料是光子学和光子技 术发展的基础，也是光子器件的基础．

  • 电子作为信息和能量的载体对20世纪文明社 • 会的发展作出了巨大的、奠基性的贡献，然而电子 • (或微波、无线电波)技术受到电荷性、带宽、互扰等 • 固有物理特性的限制，已很难满足“3T”的需求．由 • 于光子或光波不存在传输瓶颈效应，带宽比电磁波 • 大103倍，响应速度比电子快3个数量级，有高度并 • 行处理的能力和高度的抗扰性．因此，光子代替电子 • 或微波作为信息和能量的载体是现代信息化社会的 • 必然选择，光子技术将成为21世纪信息化社会的另 • 一主要支柱．

  • 如果把光比作大海，无边无际，我们对光和光子 的认识和知识仅仅是“沧海一角”而已． • 人类社会的进展期待光学和光子学、光学(光子学) 不应是配角．昨天的光学成就非凡，今天的光学 欣欣向荣，明天的光学将更加辉煌．

  21世纪是信息时代 信息发展的新趋势 各国政府对发展光子产业定位 迈向光子学和光子技术时代 光子与光子学技术发展前景

  • 目前对光子学的研究内容、范围及对其理解还没有统一的 认识，但以光子为信息载体，研究包括光与物质(光子与光 子、光子与电子)的相互作用及能量转换等问题是学科的基 本内容，研究内容和范围可与电子学作类比． • 关于光子学与光电子学二者之间的关系和联系，国际光学 界的的人表示：“光子学是物理学的两大分支——电子学 与光学的融合，这种融合的初期产物是光电子学，而其发 展的更高级形式则是光子学”．光子学(photonics)涵盖了 光电子学，已逐步取代photoelectronics和 optoelectronics(中文都译为光电子学)，也取代了70年代 常用的电光学(electro-optics)名词．这种认识的原因主 要 是 从 本 质 上 说 光 子 是 起 主 导 作 用 的 ． •

  我国政府十分重视光电子技术和产业的发展，已将它列入 国民经济优先发展的领域，把光电子产业列为国家重点发 展计划，继1986年3月王大珩等四位专家倡导的“863计 划”之后，在此基础上开始了“973计划”，这两个高科 技计划的重点是光电子产业。据国家统计资料显示，21世 纪具有代表意义的主导产业，第一是光子产业，第二是信 息通信产业……”。

  • 目前信息技术的主要支撑技术： 电子技术，特别是微电子学技术； • 发展中的光电子学：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，已应用在光电 信息处理、光通信、光存储和光电显示技术； • 光子学技术正在倔起： 美国认为“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”，“通信及计算机研究与发展的未来属于 光子学领域”。

  • 现在光子技术的主要领域为: • 1、 光子产生、控制技术 激光器件, 光调制, 光 放大, 光开关, 光耦合, 滤波, 锁相, 光互联等 • 2、 光子传输技术 光纤的制备与应用, 波分复用 器件, 光纤传感, 有源与无源光波导技术等 • 3、 光信息处理技术 光计算, 光互联, 光加密与 识别, 激光测距, 光制导等

  • 12、太阳能利用 太阳热能利用如太阳能热水器和 取暖技术及装置、太阳能光伏器件的制备和使用。

  • 有些科学家预言：光子技术将引进一场超过电子技术的产 业革命，将给工业和社会带来比电子技术更为巨大的冲 击．”也有的人觉得21世纪是光子时代”光子学技术在各个 领域的泛应用，促进了光子器件和整机商品市场发展，从 而形成了光子产业．面对光子产业的美好发展前途和竞争， 国内若干个城市和地区也看准了光子产业这一个市场，抓住 机遇，投入大量的人力和财力，建设光电子产业基地—— “光谷”．过去，美国的“硅谷”在电子技术和产业的发 展中取得令人瞩目的成就，人们希望借鉴“硅谷”这一模 式发展光子产业．武汉上海长春广州深圳等地相继建立了 “光谷”或光电子产业园区．