光子技術
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光子技術(Photon Technology)
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什麼是光子技術[1]
光子技術是一種滲透性極強的綜合技術，是在現代集成光學的基礎上發展起來的，以光集成技術為核心的有關光學元、器件製造的應用光學技術。
光子技術的內容[2]
光子技術主要包括光子發生技術、光子存儲技術、光子調製和開關技術、光子顯示技術、光子通信技術、光子探測技術等。光子技術將成為信息、生命醫學、能源等領域的重大支柱技術。
光子技術對信息領域產生的影響主要通過下述幾個方面來體現：①運算速度更快的光子電腦。②存儲量大的光存儲設備。③代替現行通信方式的光纖通信。
光子技術的特點[3]
1．響應速度快
目前電子器件及其系統的響應時間最快達10 − 9秒，即ns量級，這幾乎達到了固有極限，突破這個極限是不可能的。而由測不准關係得知，光子的響應時間可達10 − 15秒，即fs量級，比電子器件快6個數量級。顯然，這一點在未來信息時代的各種關鍵技術中將發揮出巨大作用，尤其是在電腦技術中將會促成根本性變革。1990年世界第一臺數字光處理機光開關速度達到每秒10億次。這種高速度運轉及其並行處理特征為其發展和應用展示出一個十分誘人的前景。
2．傳輸容量大
光子技術的信息傳輸容量大，這一優異特性已在現代光通信中得以充分體現。在一定意義上講，近十年中光纖通信技術的迅猛發展就是光子技術所促成的。有人估計，光纖通信的主幹線在世界上每年以百萬千米的速度向前延伸。目前已完成了從第一代0．85μm波段多模光纖、第二代1．3μm波段零色散與單模光纖向第三代1．5μm波段低損耗色散位移單模光纖的換代與開發。傳輸容量從1978年的10Gbt／s·km以每年10倍的速度增長，到1986年已達1Tbt／s·km。在傳輸模式上已打破常規的IM／DD(強度調製／直接檢測)方式，相繼推出了相干光通信、復用光通信、光孤子通信及量子通信等等。特別是近年來在光纖放大技術上的突破，使光孤子通信變成了現實，開創了目前最前沿的傳輸系統，為全光和最終實現無限距離的超高速通信帶來了希望。量子通信又稱為光子通信，它是一種全新的通信系統。理論已經證明，一個光子在室溫下可以攜載近30bt的信息量，如果在低溫下，這個數值將隨溫度的下降以指數形式增加，從而達到無限值。因此可以講，光子通信有望藉助一個光子將無窮多個信息傳送給無窮多個受信者。這將使光子學在通信領域的優勢得以充分地發揮。
3．存儲密度高
光子技術在信息領域的存儲潛力令人刮目相看。近年來光存儲技術有了長足進展，光碟以其數據存儲密度高、誤碼率低、可靠性好以及適應性強等諸多優點而受到青睞。現在一張Φ200mm的雙面光碟，其厚度不超過2．4mm，竟可存儲二部電影的全部聲像信息。隨著可擦除大容量光碟的普及，價格低廉、複製方便的光碟將格外受到人們的重視。特別是全光光碟一經問世就立即較之磁光光碟顯示出無比的優越性。科學家們預計，光碟將在眾多種存儲器中占據優勢，成為21世紀繼汽車、電視、微機之後又一項令人關註的重要發明。特別值得提到的是，利用光子學方式可能實現的三維立體存儲，其容量之大，令人驚嘆不已，一旦關鍵技術取得突破，其無與倫比的優勢便會即刻顯露出來。
4．微型化和集成化
20世紀40年代是第一代微光子技術趨千成熟的時期。這一領域涉及到梯度折射率光學、二元光學、纖維光學等許多分支。已研究出的許多元器件；包括自聚焦微透鏡陣列、光纖面板與微通道板、軟X射線光刻及光互連用微小光學器件陣列等，真是五光十色。另外，在有元器件方面，僅就信息處理單元來說，其元件的微小程度已遠遠小於集成電路中的電子元件。僻如，單量子阱激光器及量子點處理元件的尺寸均在十分之一微米以下。微光子技術的發展與現已成熟的微電子技術相結合，有可能開拓出新一代更高水平的信息技術。
光子集成(PIC)形成於20世紀80年代後期，其特點是可將有源光電子器件，如半導體激光器、光放大器、光探測器等，與光波導器件，如分／合波器、耦合器、濾波器、調製器。開關等，集成在一塊半導體晶元上，構成一種新的全光功能器件。這從根本上改變了集成光學和光電子集成中有源無源器件分別集成後再用光纖連接的弊端，進而使器件在體積、功耗等諸多方面更具有競爭能力。正因如此，和電子學一樣，光子集成也是光子技術發展的必然趨勢。
