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现代光学及光电子技术发展和应用报告人：举办单位：电子与通信工程系举办时间：2013-9引言2009年10月6日，瑞典皇家科学院宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟以及美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。引言高锟：“光纤之父”，香港中文大学第3任校长，因在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”做出了突破性成就而获诺贝尔奖。由于他的杰出贡献，中国科学院紫金山天文台将一颗编号为“3463”的小行星命名为“高锟星”。威拉德·博伊尔和乔治·史密斯因发明电荷耦合器件（CCD）图像传感器而得诺贝尔奖。引言近年来，以光通信、光显示、光照明、太阳能光伏等为代表的光学、光电子、光子科学与技术突飞猛进，是21世纪最尖端的科学技术！电气时代微电子时代光电子时代蒸汽时代21世纪20世纪19世纪18世纪信息时代人类社会发展历程光子技术将继电子技术之后再次推动人类科学技术的革命！光子技术将引起一场超过电子技术的产业革命！光子技术将给工业和社会带来比电子技术更为巨大的冲击！光子时代已经到来!现代光学及光电子技术发展和应用报告人：举办单位：电子与通信工程系举办时间：2013-9内容概要现代光学与光电子学概述现代光学与光电子技术的发展前景光与光学现代光学与光电子技术发展现状与成就光电子产业的发展现状与前景第一篇：光与光学光是什么？惠更斯波动说牛顿微粒说爱因斯坦光子说光既是粒子，又是电磁波，具有波、粒双重特征。可见光:波长为390nm至760nm光是一定波长范围的电磁波！光学是什么？早期→狭义光和视见的科学，描述与眼睛和视见相联系的事物今天→广义研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线波段的关于电磁辐射的发生、传播、接收、显示以及与物质相互作用的科学。萌芽时期：远古至十六世纪初几何光学时期：十六世纪中叶至十八世纪初波动光学时期：十九世纪初至十九世纪末量子光学时期：十九世纪末至二十世纪初现代光学时期：二十世纪六十年代至今光学181720192116世纪轴远古萌芽几何光学现代光学过渡时期：直线传播占主导，波动理论逐惭形成量子光学波动光学光学发展简史光学的发展历史——萌芽时期11世纪阿拉伯人伊本·海赛木发明透镜17世纪初，詹森发明显微镜墨子——世界摄影光学之父公元前400年，《墨经》记录光直线传播、小孔成像、球面镜成像等欧几里德在其著作《光学》一书中提出触须学说.光学的发展历史——几何光学时期17世纪上半叶，斯涅耳得出光的反射和折射定律。光的折射光的反射牛顿：光的微粒说光是由发光物体发出的遵循力学规律的粒子流。光学的发展历史——波动光学时期惠更斯，菲涅耳，波动学说光是机械波，在弹性介质“以太”中传播。托马斯.杨，夫琅和费光的干涉光的衍射光学的发展历史——波动光学时期马吕斯，布儒斯特光的偏振现象麦克斯韦，赫兹光是电磁波光波是横波光是电磁波光学的发展历史——量子光学时期普朗克量子假说，解释了黑体辐射爱因斯坦密立根光量子说，解释了光电效应狭义相对论，解决运动物体的光学问题玻尔，诠释元素光谱康普顿，康普顿效应证实了光量子说研究尺度310量子光学波动光学几何光学以光本质上是一种波长较短的电磁波为基础,采用简谐振动中的正弦(或余弦)规律来描述,研究光的波动性以光线的概念为基本观点,采用几何方法来研究,只研究光传播的几何规律以光本质上是一份一份的能量子——光子为基础,采用波函数描述各理论所适用的研究尺度•1917年，爱因斯坦论文《关于辐射的量子理论》，确立了受激辐射理论。•1960年梅曼制成了世界上第一台激光器——红宝石激光器。希奥多·梅曼美国物理学家；世界激光之父；光电产业之父；光学的发展历史——现代光学与光子学时期激光和全息术的问世标志着现代光学和光子学的开始，为光学发展的里程碑！•1948年，伽柏提出波面再现原理（全息术理论），得诺贝尔物理学奖（1971）第二篇：现代光学与光电子学概述人类在二十世纪有四项重大发明，猜猜是什么？生物技术；激光技术；计算机技术；原子能技术；•激光的英文名是什么？•这个英文名的由来？•LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation受激发射的光放大激光名称的由来•1964年前，LASER还没统一的中文名字。中国人叫它“莱塞”、“雷射”等。•1964年12月，钱学森教授建议将其命名为“激光”LASER“最快的刀”；“最准的尺”；“最亮的光”；“神光”；•激光自1960年问世以来，便成为人类探索和改造自然的强有力工具。激光、全息术的问世→经典光学向现代光学过渡的标志•20世纪最后十年，电子产业是全球经济增长的重要动力。•而光子技术成为21世纪推动经济发展的核心技术。•光子学成为近代光学重要研究内容。现代光学和光子学光子学与光子技术将与电子技术一样作为信息载体或作为能量载体在应用技术和工程方面发挥越来越重要的作用。形成的学科分支如激光光学、激光光谱学、非线性光学、自适应光学全息光学、信息光学、光纤光学、波导光学红外光学、紫外光学、X射线光学、量子光学强光光学、微光光学、集成光学成像光学、天文光学、瞬态光学、遥感技术、声光学现代光学和光子学形成的学科分支应用范围非常广泛。空间、能源、材料、微电子、生命科学、生物工程、化学工程、医疗、环境、遥感、精密加工、计量、通信、印刷以及军事等领域对其他学科有很强的渗透力。激光物理学量子光学光化学激光生物学生物光学激光医学现代光学和光子学的特点现代光学发展的特点作为能量、加工的手段信息载体光纤通信；空间激光通讯等静态到瞬态宏大到微小如研究纳秒、皮秒、飞秒等超快速现象；天文望远镜到微透镜；波谱拓宽光学的研究从可见光扩展到X射线、紫外、近红外、中红外、直到远红外等不可见的电子波谱段。“光、机、电、算”一体化光学、精密机械、电子、计算机相结合激光热聚变；激光焊接，激光打孔等现代光学和光子学的重要研究领域重要研究领域激光和激光的应用激光的高亮度激光的高方向性激光的高单色性激光的高相干性光通信光的频谱范围宽抗干扰能力强光波波长短，分辨率高光速快，因而处理速度快这些特点使光学和光子学在21世纪将会得到更大的发展。利用激光准直，在3公里的长度上的准直误差不超过0.2毫米利用激光测距，测8000公里的卫星，误差不超过2厘米第三篇：现代光学与光电子技术发展现状与成就光学研究十大现状和成就对基础科学的贡献对电子学的贡献光电通信技术发展传统光学工程化光子学发展光学材料的发展光信息理论与实践薄膜光学与二元光学自适应光学近代基础光学光的研究中产生的成就之一——对基础科学的贡献量子力学和相对论都是以光学实验为出发点。相对论→麦克逊干涉实验量子理论→黑体辐射测量光谱学一直是量子物理的实验根据，已成为物质分析的主要手段；光化学，成为化学反应的催化手段。激光为研究物质运动，包括化学反应提供了新的手段。’光的电磁波论发现无线电波无线电通讯无线电电子学电子学专业工程学科光的研究中产生的成就之二——对电子学的贡献光的研究中产生的成就之三——传统光学工程化光学设备的精密化常用光学仪器的规模化生产重大光学工程的创建降低了生产成本精密仪器为认识和改造世界创造了条件大型天文望远镜进光口径从2mФ，4mФ，5mФ以至于达到10mФ；超高分辨率空间对地观察相机孔径为0.6mФ，1.5mФ，3mФ；6.5m詹姆斯·韦伯太空望远镜哈勃太空望远镜主镜口径2.4米昴星团（日本）8米望远镜（SUBARU）8.3米主鏡是目前世界上最大的單一鏡片光學望遠鏡霍比-埃伯利望远镜9.2mKeckI&II望远镜整体镜面直径为10米，8层楼高，当前投入工作的最大口径光学望远镜。加那列大型望远镜最大的地面基础望远镜10.4m“大麦哲伦”,直径8.4米,2016年将落成智利阿雷西波无线电波望远镜，300m世界迄今最大单口径射电望远镜，500mFAST工程，2008年12月26日在贵州省平塘县一片名为“大窝凼”的喀斯特洼地中正式启动，预计工期5年半光的研究中产生的成就之四——光子学的发展波长的扩展微波、远红外、红外、可见光、紫外、远紫外、软X光波段；激光的问世电子学与量子物理的结合，光学技术的重大革命；光刻、半导体发光器件，光敏器件等促进了半导体和微电子技术发展远距离图像传输，例如电视，大大改善了人类的生活面貌；光子学成为战略高技术之一！！加速器产生的同步辐射，可作为高亮度观测和微细加工的手段。光子学光的研究中产生的成就之五——光纤通讯技术发展原始概念：从半导体提纯技术取得高透明介质进行远距离传输。应用：全球性网络，包括越洋传输的光缆。性能：传输率作为商品已达10GB，前沿已达60GB；它在经济上比空间卫星全球通讯系统更具竞争力。信息传输：头发粗的光纤，可同时传输几万路电话；信息存储：30cm直径光盘，可存储80万页中文字；光的研究中产生的成就之六——光信息理论与实践•••为复杂的光学成像链提供了方便的质量评估手段。可在复杂的背景中提炼出所需要的特征图像，例如图像识别。遥感技术是以这个理论为依据光信息理论在遥感技术中的应用光的研究中产生的成就之六——光信息理论与实践光学信息理论在医疗技术上的重大贡献X射线透视X光CT核磁共振CT差温层析仪光学信息传输的发展为高清晰电视和可视电话的信息压缩技术奠定了基础；•全息光学技术是当前迅速储存光学图像的一种新手段，它以点位相储存的方式代替了几何轮廓的储存方法。这个新概念使得多景的图像可以叠加在一起，使用时靠衍射原理分开；这个概念给信息技术一个新的启示，特别是在生物信息方面。光的研究中产生的成就之七——薄膜光学和二元光学薄膜光学光学增透膜光学增反膜单色滤光片函数滤光片偏振滤光片；光学面的保护层；二元光学可以实现非常规光学所能实现的光学成像效果。如：把电光源变成线光源，或特殊图像的光点形式等。薄膜光学和二元光学光的研究中产生的成就之八——自适应光学应用用于激光光学系统。由于激光漂移所引至的相位误差能够得到补偿，因此可以提高大功率激光的光学质量；也可以用于补偿光学系统成像的缺陷，例如热形变效应等等；基本概念光学传输穿过可抖动或漂移的介质，进行实时光学相位补偿以提高成像的质量光的研究中产生的成就之九——近代基础光学的形成非线性光学。获取倍频、差频、和频、等效果；强激光光学和等离子体物理光学成为研究激光核聚变作为能源的基础科学；量子信息作为迅速传输手段，具有信息传输密要的优点，用于研究量子计算机激光技术促进了微观动力学领域的发展，应用前景极为广阔。光的研究中产生的成就之十——光学材料得到发展人工晶体非线性晶体线性晶体激光工作物质光学玻璃新工艺光学材料第四篇：现代光学与光电子技术发展前景21世纪应是光学大发展的时期•光学作为信息载体----信息光子技术•光学作为能源--------能源光子技术现代光学和光电子技术的发展前景信息光子技术——光纤通信60GBTB光信号调制采用光电技术10-8秒纯光学调制（如光干涉）光纤传输光纤通信用激光束作为信息载体进行空间通信。激光VS微波频带宽高度相干性空间定向性优势通信容量大保密性高功耗小体积小，重量轻信息光子技术——空间激光通信需要研制大孔径的观察相机空间对地观察我国空间对地观测的能力还很落后卫星观察下的长沙学院教学楼摘自GoogleEarth03年伊拉克战争前，美国的对地观测能观察到巴格达街头摊位上的苹果信息光子技术——空间对地观察利用量子信息的传输正在探索过程中。。。量子通信用量子态作为信息载体，通过量子态传送完成大容量信息传输。信息光子技术——量子通信超分辨率观测和监控体系。“TEAM0.5”显微镜分辨率达到0.5埃信息光子技术——超分辨率观测信息光子技术——光显示•薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）•等离子体显示器（PDP）•发光二极管显示器（LED）•有机发光二极管显示器（OLED）•3D显示•……三代光存储：1.光盘存储——2维（表面）光存储2.双光子光存储——3维（体）光存储3.金属纳米杆光存储——5维（+2偏振）光存储信息光子技术——光存储（1）极快的响应时间可用于超高速、宽带