摘要 ：文章介紹了
光子學(xué)在通信、存儲(chǔ)、信息處理和計(jì)算中的應(yīng)用，論述了光子學(xué)的開拓對(duì)
信息技術(shù)發(fā)展的深遠(yuǎn)影響，指出了從
電子信息時(shí)代向
光子信息時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)。
:Nu^ 0*%Z's\M" 早期的
光學(xué)主要研究物質(zhì)的宏觀光學(xué)特性，如光的折射、反射、衍射、成像和
照明等，較少研究其微觀的物理原因。隨著本世紀(jì)60年代初
激光的出現(xiàn)，人們著重于研究光子與物質(zhì)相互作用、光子的本質(zhì)。以及光子的產(chǎn)生、傳播、探測(cè)等微觀機(jī)制。本世紀(jì)下半葉光學(xué)向光子學(xué)方向的開拓，十分類似于本世紀(jì)上半葉電學(xué)向電子學(xué)的開拓、其科學(xué)及技術(shù)意義都十分深遠(yuǎn)。
[ OHxonU "vXxv'0 \f 本世紀(jì)以來，信息工程依靠電子學(xué)和微電子學(xué)技術(shù)，如通信是從無線電到微波，存儲(chǔ)是從磁芯到
半導(dǎo)體集成。運(yùn)算發(fā)展是從電子管到大規(guī)模集成電路的電子計(jì)算機(jī)等等，所以。目前談到信息技術(shù)都稱為電子信息技術(shù)。從技術(shù)特征而言，我們正處于電子信息時(shí)代，其特征為信息的載體是電子。
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.x9 'I _Qb$ 光子學(xué)（photonics）從最早的定義（“光子學(xué)是以光子作為信息載體的一門系統(tǒng)性科學(xué)“）1970年第九界國(guó)際高速攝影會(huì)議提出）就已緊密地信息科學(xué)技術(shù)聯(lián)系在一起了。當(dāng)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，信息的容量劇增，隨著高容量和高速度的信息發(fā)展，電子學(xué)（electronics）和微電子學(xué)（microelectronics）顯出局限性。由于光子的速度要快得多，光的頻率比無線電的頻率高得多，為提高傳播速度和載波密度，由電子到光子是發(fā)展的必然趨勢(shì)，它會(huì)使信息技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生突破。目前，信息的探測(cè)、傳輸、存儲(chǔ)、顯示、運(yùn)算和處理已由光子和電子共同參于來完成，所產(chǎn)生的光電子學(xué)（optoelectronics）技術(shù)已應(yīng)用在信息領(lǐng)域。今后將更注意光子的作用，繼光電子學(xué)后，光子學(xué)技術(shù)正在崛起。如美國(guó)把“電子和光子材料“、微電子學(xué)和光電子學(xué)“列為國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)。認(rèn)為“光子學(xué)在國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)，認(rèn)為“光子學(xué)在國(guó)家安全與經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)方面有著深遠(yuǎn)的意義和潛力“。通信和計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展的末來屬于光子學(xué)領(lǐng)域“從電子學(xué)到光電子學(xué)和光子學(xué)是跨世紀(jì)的發(fā)展。
y(Y!?X I .zS?9MP 1 光子學(xué)器件
k9)jjR*XxG fYp'&Btb]x 光子學(xué)技術(shù)主要包含光子學(xué)的產(chǎn)生、探測(cè)、傳輸、控制和處理，因而必須有相應(yīng)的光子學(xué)器件。與電子學(xué)器件相比，光子學(xué)器件中光子的運(yùn)用不受回路分布延遲的影響（一般為10－9s），光子在固體中傳輸速度為10 12cm/s左右，光子學(xué)器件的時(shí)間響應(yīng)和單道超大容量要比電子學(xué)器件高得多，這對(duì)信息技術(shù)發(fā)展有很大的推動(dòng)作用。
9v?N+Rb P9=?zh 6G. 高密度高相干性的激光
光源始終對(duì)光信息工程起重要作用，特別是半導(dǎo)體
激光器。人們熟知。由于有了低閾值，低功耗，長(zhǎng)壽命及快響應(yīng)的半導(dǎo)體激光器，使
光纖通信成為現(xiàn)實(shí)，并以0。8um,1.3um和 1.55um的激光光源形成三個(gè)光通信的窗口，由于有高功率單模半導(dǎo)體激光器，才使光盤存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)用化，并且目前高密度光存儲(chǔ)的發(fā)展以半導(dǎo)體激光波長(zhǎng)的縮短（從0。8um到0.65um和0.5um）為標(biāo)志，形成三代光盤存儲(chǔ)技術(shù)，多
量子阱器件，高密度垂直腔面發(fā)射器，量子級(jí)聯(lián)器件、微腔輻射與微腔光子動(dòng)力學(xué)器件的發(fā)展，可以不斷降低激光閾值，提高激光轉(zhuǎn)換效率與輸出功率，擴(kuò)展波段，改善線寬。實(shí)現(xiàn)激光光源的陣列化和集成化。
xB_!>SqF1U :q=%1~Idla 非線性波導(dǎo)光學(xué)的發(fā)展，探索弱光非線性效應(yīng)和材料，特別是在低維和納米材料中的光學(xué)非線性增強(qiáng)，可以研制出超高速光開關(guān)、空間光調(diào)制器，集成光子回路和光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)器件等，人工微結(jié)構(gòu)的光子晶體可以用來控制或定域光子態(tài)。由此制成光子控制器件。
+lJG(Qd }Mo=PWI1? 模擬微電子集成器件，把不同功能的光子器件通過內(nèi)部光波導(dǎo)互連，制成了一個(gè)光子集成
芯片，包括激光器與光子接受器、放大器、調(diào)制器和光開關(guān)等。目前光子集成器件主要應(yīng)用各種電光效應(yīng)，也離不開電的操作，因此實(shí)用的光子集成芯片必須配之相應(yīng)的電子回路和成熟的微電子技術(shù)于終端處理。即大型的光電子集成系統(tǒng)。
f-}[_Y%; )A!>=2M ` 2 光通信
sW )Zi iOwx0GD.n 把光子作為信息載體，是20世紀(jì)中的一個(gè)劃時(shí)代變化，就是用光纖通信代替電纜和微波通信，簡(jiǎn)言之，信息的傳輸發(fā)生了本質(zhì)性變革。光纖通信產(chǎn)業(yè)在國(guó)際上目前已有上百億美元的年產(chǎn)值。在信息高速公路浪潮的推動(dòng)下、高速公用通信網(wǎng)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)會(huì)很快發(fā)展，巨大的信息流多達(dá)1000Gb／s，由此對(duì)光纖通訊在速度和容量上提出了更高要求。
KiI!frm1 MxWy*|J} 本世紀(jì)70年代初由于低損耗的熔石英光纖和長(zhǎng)壽命的半導(dǎo)體激光器的研制成功，使光通信成為可能。1978年前一條10公里長(zhǎng)的光纖，最高傳輸率為1Gb/s，稱為第一代光纖通信；三年以后第二代光纖通信由于應(yīng)用了單模光纖和處于熔石英光纖最低色散波長(zhǎng)（1。3um）的半導(dǎo)體激光器和探測(cè)器，光信號(hào)可以在光纖內(nèi)以均勻速度傳播，傳輸容量增加了近10倍；第三代光纖通信由于應(yīng)用熔石英光纖的最低損耗波長(zhǎng)（1。55um），配上該波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器，使無中繼傳輸距離和傳輸容量又能好幾倍的提高。
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Bo3` 在本世紀(jì)末期由于光子學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了光學(xué)放大器，特別是半導(dǎo)體激光器光泵的摻鉺的光纖放大器（EDFA），由于光信號(hào)的直接放大，放大率達(dá)到30dB以上，不受信號(hào)偏振方向的影響，有很好的保真度，很快達(dá)到實(shí)用價(jià)值，另一項(xiàng)有重大實(shí)用價(jià)值的光纖通信的突破是波分復(fù)用技術(shù)，即同一路光纖中傳輸若干個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)。用外調(diào)制的分布反饋激光器（DFB）達(dá)到高的信號(hào)傳輸率，用光纖寬帶耦合器將N 種波長(zhǎng)的激光信號(hào)耦合入一條公用傳輸光纖，在信號(hào)終端用光纖柵濾器，分離出N個(gè)波長(zhǎng)的載波激光，經(jīng)檢波器將信息解出。這種波分復(fù)用技術(shù)，使信息傳輸率增加了N倍。在光子集成回路再加入寬增益頻帶的鉺光纖放大器，就可以達(dá)到高傳輸率容量（100Gb/s）和無中繼長(zhǎng)距離（＞100km）的光纖通信系統(tǒng)，可稱為第四代光纖通信。
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