电子学是十九世纪末从物理学中脱颖而出的一门技术科学,它的特点是发展快、渗透力强,应用面广。电子技术的广泛应用引起了二十世纪的技术革命。伟大领袖和导师毛主席早在1956年就指出,电子水准是现代化的一个重要标志。能不能高速度、高水平地发展我国电子科学技术,将直接影响到国防建设、农业、工业和科学技术各个部门,影响到人民群众的物质文化生活。我国要在本世纪内实现农业、工业、国防、科学技术现代化,就必须高度发展和广泛应用电子科学技术,把四个现代化提高到电子水准上来。
电子学的研究领域很广,大致说来,可分为三个方面:第一是研究电磁波及电子、离子的运动规律;第二是研究信息传输和处理的理论与技术;第三是研制电子器件、设备与系统。下面,我们就从这三个方面简略地介绍一下近年来的发展情况。
(一)电磁波资源
从电磁波资源利用方面来看,近年来已有了很大的发展。在以前,虽然大家都知道无线电波和光波都是电磁波,但是两者之间却还有一段空白未被发现和利用。自从二十年代后期短波通信被广泛应用之后,电磁波资源的开拓一直是向高频进军的,例如三十年代由短波扩展到超短波,四十年代扩展到微波(分米波和厘米波),五十年代扩展到毫米波,六十年代进入了亚毫米波。六十年代初期,激光异军突起,使新型的光学通信成为可能。远红外激光的波长已与亚毫米波十分接近,这样,无线电波与光波就会师了,二者之间不再存在一大段空白。目前,从米波到毫米波已实现了波段全复盖;亚毫米波的理论与技术已日趋成熟;红外与可见激光已大量应用;紫外、X射线和γ射线激光新波段的研究也取得了相当进展。这些研究成果,不但为大量的信息传输开辟了更多更广的通道(例如使可视电话成为现实),而且为战略武器试验、导弹予警系统和探索物质微观结构等等提供了有力的理论基础和手段。
对不同波段的电磁波在不同介质中(例如旋电介质,分层介质,地表、地下、海水等)的传播规律的研究,是十分重要同时又是十分复杂的课题。只有充分了解这些规律之后,才能对这些波段(特别是新开辟的波段)加以充分利用。目前正在大力开展外层空间(如磁层)电磁波传播问题的研究。
在向高频不断进军的同时,也进行了向低频发展的研究,对极长波、超长波在地表、地下岩层中以及在海水中的传播问题的研究,已经取得了可观的成果,为实现远距离潜艇之间的可靠通信创造了条件。
(二)信息科学
从信息的传输和处理方面来看,近几十年来不但对传统的信息理论领城有了更深入的研究,而且还发展起许多新的领域,如图象识别、信息压缩、信息系统的最优化、仿生信息技术等等。这对新型通信、雷达、广播体制的研究以及空间科学的研究都正在起着很大的推动作用。国外有人说,信息、能源和材料是现代科学技术的三大支柱。随着电子技术的革命,将出现一次“信息革命”,予料十年之内,社会将进入高度发展的信息自动化时代。到二十一世纪初,几乎人类的全部知识都可以存贮在电子计算机的存贮系统中,能保证在几秒钟时间内向使用者提供所需的情报,这就叫做进入了信息现代化的时代。
仿生电子学近几年来在国外受到极大的重视,被称为“二十一世纪的科学”。如所周知,许多动物的感觉器官远比人类优越得多。蝙蝠能发出并听到超声;海中许多动物能感受到次声;地震之前,鸡飞狗叫,而人类则没有感觉。摸清这些感官的机理,利用电子技术来模拟其作用,必将有助于提高信息技术的水平。从七十年代开始,在日本就有人专门研究低级贝类动物的视觉特性和机理,这项研究取得成果后,将会导致电视技术的重大突破。目前,仿生电子学研究的一部分成果已用于空间探测、工业与军事部门。
起源于电子学的信息理论不断向其它领域渗透,引起了一系列深刻变革。信息论与控制论、网络理论和计算机科学更紧密地结合在一起,逐渐形成了“系统工程学”。这门新兴学科的出现,对大规模生产过程的自动化、大规模予警系统的设计等等,都起着很大的作用。有人估计,应用“系统工程学”中所论证的规律和手段,对大规模的工业生产和国防事业投资可节省到原来估计数字的十分之一!
(三)新型器件
从新型器件方面来看,目前各类电真空器件的基础理论和基本工艺技术已经日趋成熟;器件品种齐全,性能稳定可靠,寿命可长达十年以上;能够满足电子对抗、空间技术、能源开拓及科学研究等方面的需要。当前正在开拓新波段管种和特殊管种(如多模,超宽带),其它新型器件如光电子器件、声电子器件等也大量投入使用。
由于光电子学和量子电子学的研究不断深入,已经产生并正在酝酿着一代新的电子器件。由低温物理学和电子学结合而成的超导电子学受到普遍重视,它的成果将大大提高通信和雷达系统的作用距离,根本改变精密电磁计量的面貌。目前已有超导磁强计、超导电压表等投入使用。用超导器件制成的接收机,其灵敏度比传统接收机要高一百倍,用于雷达,可使作用距离提高三至四倍。
大规模和超大规模集成电路的出现,是电子技术近年来取得重大突破的重要因素之一。六十年代初,在面积约为1平方毫米的小硅片上只能做出一个门电路,到1970年已达到一千个,而1976年就跃升到三万三千个。根据工艺技术发展的外推予测,二十年后,集成度将达到十亿!
大规模集成电路的出现,首先是加快了计算机电路的发展。在六十年代初期,还没有集成电路,电子计算机主要是向大型化发展,速度在百万次以上。到了六十年代中期,中小规模集成电路开始出现,电子计算机开始向两个方向发展:一类是巨型机,速度达几千万次,甚至一亿次以上;另一类是小型机。到了七十年代,大规模集成电路出现,接着就出现了微处理机和微型计算机。这是计算机发展史上又一次划时代的革新。微型机的特点是体积小而且成本低,它小到可以放在一个火柴盒内,而运算速度仍可达到十万次,价格只有十几美元。目前,由微型计算机构成的自动控制系统,价格一般不过几千美元。这样就大大促进了一切系统的全自动化。仪表工业也起了根本性的变化,因为目前使用的数字化仪表,只要花十多美元配上一台微型计算机,便能把测量参数的结果进行开方、微分、积分一类的运算,实现生产动态过程控制的自动化。
微型计算机的推广使用,大大地推进了科研工作的速度。例如有些工作需要处理一千个以上的积分方程,用常规方法这是不能办到的,用计算机只需几分钟;
前面我们所提到的“信息自动化时代”,也要靠电子计算机的大量推广使用。这无疑也将影响到整个人类的日常生活。
(四)研究手段和新成果的综合运用
电子科学技术的研究手段向现代化不断发展,广泛采用了电子计算机和现代化的测试分析仪器。七十年代后期的新型测量仪器已普遍采用微处理机,向着自动校准、自动测量和处理、自动寻找故障的“智能仪器”方向发展。计算机辅助设计、方案论证等新技术的采用,大大加快了电子学研究和试验的进程。
近十年来,综合运用电子学新成果的各种现代设备和系统层出不穷。在通信方面,空间通信与卫星通信系统、区域通信等已基本成熟,亚毫米波与光缆通信系统即将投入实际应用。市内电话将来都改为可视电话的日子已经不会很远。许多国家已建立计算机通信网。在雷达方面,已经出现了处理几十批甚至几百批目标的观察和数据处理系统,遥感和全息技术已投入实际应用,全息雷达已初步试验成功。电子对抗装备的有效性和灵活性大大提高。许多经济部门和工业部门实现了自动化。现代化教育和科技情报手段日益发展。有些国家发射了教育卫星。科技情报资料存贮于电子计算机的存贮系统中,现已普遍采用。
在我国,电子学的发展还只有短暂的历史。1956年制定《十二年科学发展规划》以来,在毛主席、周总理的关怀下,电子学的研究和应用有了迅速的发展。在中国科学院、有关工业部门、省市和高等院校设立了许多电子学研究室(所)和有关专业,形成了有相当数量和一定质量的专业队伍,培养了大量人材,开展了一系列研究工作,为国家解决了许多重大科学技术课题。导弹核武器的试验成功,人造卫星的准确回收等标志着我国电子科学技术发展的新水平。由于“四人帮”的干扰破坏,电子科学技术的发展受到了阻碍,不能适应四个现代化的需要,已经缩小了的同世界先进水平的差距又被拉大了。
党中央在一举粉碎了“四人帮”之后,发出了向四个现代化进军的号召。全国人民意气风发、斗志昂扬,正在以飞跃的步伐昂首前进。我们有党中央的英明领导,有无比优越的社会主义制度,有勤劳勇敢的八亿人民,有无数的忠实于祖国的伟大事业的科学工作者,加上目前已经具备的基础,我们坚信,在电子科学技术这个领域当中,和其它科学一样,我们一定能够在不远的时间内赶上或超过世界的先进水平,为伟大的中国人民争气,为全世界被压迫人民争气,对人类做出较多的贡献!(华南工学院付院长 冯秉铨)