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标  题: 光电子领跑21世纪
发信站: 哈工大紫丁香 (Tue May 28 03:27:42 2002) , 转信

光电子领跑21世纪

韦公远


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当12亿人同时抓起电话，不用说，绝大多数人听到的只能是“嘟嘟嘟”的占线声，但是科
学家却认为，在不远的将来，只需3根细小的“纤维”就能够轻而易举地解决这一超级堵塞
难题。

在国外，容量达16Tbit／s的光通信系统已经可以在实验水平上实现。它意味着一根光纤就
可以满足4亿人同时讲话！

像纳米技术一样，光电子技术也是一种具有无限魔力的技术，可以带来许多超乎想像的用
途。展望21世纪，光电子技术必将与微电子技术一起，共同支撑起信息社会的摩天大厦。


一、光通信

在微电子技术中，有一条著名的摩尔定律，即集成电路的集成度每18个月翻一番。但目前
光通信正在以超摩尔定律的速度发展，光纤容量及光电器件的性能每9个月就会翻一番。 


我国古代的烽火报警可以看成是光通信的一种最为古老的形式，现代的光通信则是让光在
一种名为光导纤维（简称光纤）的介质中传播。这一传播方式具有金属导线无可比拟的优
越性。目前世界上80％以上的信息是通过光纤传送的。

没有塑料外套的光纤外观上看来就像一根比人的头发稍粗的玻璃丝。但通过采用波分复用
技术，在玻璃丝般的光纤里，可以同时传送许多不同颜色或不同频率的光。光的数量称为
波道数。由于这些不同颜色的光各自携带着不同的信息，因而大大地增加了容量。 

目前在实验室里，波分复用的波道数达到了1022波，甚至有公司宣布做出了65536波的系统
，80波乃至160波的系统已经达到商用水平。另外，实验水平上的中继跨距也达到了近1万
公里。这意味着，无须建一个起着类似“补给”作用的中继站就可以跨越大西洋！

据权威机构预测，全世界对光纤和光电器件的需求将呈现出持续强劲增长的势头，2025年
的需求量将达到7390亿美元，年均增长率为17％。

二、光存储

20世纪末兴起的光存储将对信息的存取产生重大影响。我们熟知的VCD、DVD光盘就是光存
储的一种形式。

科学家们正在充分利用光的特点，研究存储密度和记录速度远远大于VCD、DVD的技术。在
理论上，光存储技术甚至可以达到每立方厘米存储3万卷百科全书的容量。

在今后的十多年里，是光盘与磁盘的兼容时期，即未来光盘存储将占主要地位。光卡将取
代各种各样的磁卡和IC卡。在光卡上，没有任何芯片等元器件，信息记录区不是磁介质，
而是光存储介质。一片光卡的容量相当于数百万片IC卡或数万片磁卡！这种大容量特点使
得光卡像一个小小的信息库，适用于制作指纹、手迹、相片等特殊身份证以及医疗卡、设
备维修卡等。

三、基于光电技术的超快诊断

很多自然现象的过程是相当迅速的，快得令人难以想像，如食盐在水中的溶解、化学反应
、植物的光合作用、核反应等。为了认识这些现象，揭示其内在规律，就必须抓住变化过
程中的一些“美丽的瞬间”。基于光电子技术的超快诊断技术就能够把这一点做到近乎极
致的地步。

目前，针对不同的研究对象，时间分辨率从纳（10－9）秒量级、飞（10－15）秒量级到阿
（10－18）秒量级的激光脉冲产生技术和测量技术正在发展中。

科学家已研究出了若干不同类型的相机，有的在时间上达到很高的分辨率，有的在空间上
达到很高的分辨率。譬如，一种被称为分幅相机的超快诊断工具可以像拍电影一样地拍摄
对象，但它的拍摄频率要远远高于25帧／s，达到了107帧／s甚至1011帧／s。也就是说1s
之内拍摄的照片可以让全中国每人手里拿3张，而且所有的照片都不相同！

四、红外技术

红外技术是光电子技术最早获得大量应用的领域之一。其基本原理就是任何物体都是红外
源，都在不停地辐射红外线，因此红外技术将使得黑夜变成白天。

借助红外技术，飞机可以在夜间作60m甚至10m的超低空飞行。令军事专家感到忧心忡忡的
是，在高技术战争中，对于夜视水平不同的交战双方而言，实际的明暗程度是不一样的。
黑夜对夜视水平高的一方是“单向透明”的：你看不见他，他却可以看见你；你打不着他
，他却可以打着你。

随着红外技术的发展，其制造成本将会降到目前的1／10、1／100乃至更低，从而为技术的
民用化铺平道路。目前，国外的一些高级轿车上已经装备了红外仪器。假如这个地方不久
前停过一辆汽车，借助红外技术，就可以把汽车的“热影子”显示出来，甚至还可以知道
它是什么时候制造的。

五、光子计算机

光互连、光调制一类的光子器件将会极大地提高计算机的速度。光子计算机主要利用光的
并列特点，瞬间就能把一个二级图像调过来。光子计算机前几年曾热过一阵子，最近提得
比较少了，因为技术上过于复杂，许多问题难以弄清楚。





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