光子学

2021-04-26 14:36:49 浏览:288

定义

与光有关的科学和技术。

光子学是与光有关的科学和技术,强调的是应用方面。另一种叫法为光技术。光子学的核心包括光的产生(由激光器或者发光二极管),传输,放大,调制和探测技术,尤其是用于实际应用的光。它主要由光技术组成,再加上激光器和放大器的最新进展。典型的应用包括:

  • 信息技术:例如,光纤通信,自由空间光通信和光学存储,以及未来的光学计算
  • 医疗和生命科学:例如,眼科的医学诊断和治疗,癌症研究;生物学,生物技术,DNA分析
  • 光学测量的多个领域:例如,用于测时的频率测量或者激光测距
  • 传感:光纤传感器,高速摄像机,红外运动探测器或者工业过程控制
  • 加工:例如,激光材料加工,半导体芯片加工,印刷
  • 发光,例如,节能LED发光
  • 国防和航天技术:例如,卫星监视系统,航海,夜视,成像,导弹制导,反导系统,高功率定向武器

光子学非常重要的核心技术包括激光器和放大器,发光二极管,光纤和其它波导,光调制器,光电探测器和显示器。

与电子学也有相似的地方:类似于电子学利用电子,光子学的工作是由光子完成的。光的量子特性也是光子学一个比较特别的地方。

光子学的重要性

光子学是二十一世纪核心技术之一。它以光电子学的形式对电子学进行补充,并且市场增长很快,并且会持续增长。目前为止,光子学只渗透到了比较少的领域,例如在CD/DVD播放器中采用激光二极管和相关的数据存储器件。硅光子学,光子集成回路,提高输出功率和效率的LED,或者适合低成本大规模生产的激光器等的发展也会创造巨大的增长机会。

近年来光子学方面的诺贝尔奖也体现了其重要性:

  • 2014:诺贝尔物理学奖颁给了Isamu Akasaki,Hiroshi Amano和Shuji Nakamura以表彰他们“发明了高效的蓝光发光二极管以得到节能的白光光源”
  • 2014:诺贝尔化学奖颁给了Eric Betzig, Stefan W. Hell和William E. Moerner以表彰他们“对超分辨率荧光显微镜的发展做出的贡献”
  • 2012:诺贝尔物理学奖颁给了Serge Haroche和David J. Wineland以表彰他们“开拓性的实验方法能够测量和调控量子系统”
  • 2010:诺贝尔物理学奖颁给了Andre Geim和Konstantin Novoselov以表彰他们“开拓性的实验得到二维材料石墨烯”
  • 2009:诺贝尔物理学奖颁给了Charles Kuen Kao以表彰他“在光通信中光在光纤中传输做出的突破性成就”和Willard S. Boyle,George E. Smith以表彰他们“发面了成像半导体回路—CCD传感器”
  • 2005:诺贝尔物理学奖颁给了Roy J. Glauber以表彰他“对于量子想干理论的贡献”以及John L. Hall和Theodor W. Hansch以表彰他们“对于激光精确光谱学发展的突出贡献,包括光学频率梳技术”
  • 2001:诺贝尔物理奖颁给了Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle和Carl E. Wieman以表彰他们“在铝原子的气体中玻色爱因斯坦凝结中的成就,以及对于凝结性质的基础研究”
  • 2000:诺贝尔物理学奖颁给了Zhores I. Alferov和Herbert Kroemer以表彰他们“对于应用在高速和光电子学中的半导体异质结的发展”(与Jack S. Kilby“发明集成回路的一部分”)
  • 1997:诺贝尔物理学奖颁给了Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji和William D. Philips以表彰他们“对采用激光冷却和捕获原子方面发展做出的贡献”

参考文献

[1] C. Roychoudhuri (ed.), Fundamentals of Photonics, course for first- and second-year college students, available on CD-ROM or online open access via
[2] B. E. A. Saleh and M. C. Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley & Sons, Inc., New York (1991)
[3] Day of Photonics

参阅:激光物理、光电子学、量子电子学、硅光子学、光子集成回路

光学器件

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