21世纪——光子学时代

19世纪是机电学时代，产生了象电动机、发电机、电力传输、电磁学等具有重要意义的科学技术和理论。20世纪是电子学时代，因为，电子技术已经渗透到工业、农业、国防、科技、日常生活等各个领域，电子学已与整个世界息息相关，不可分离。那么，21世纪将是什么时代呢？展望是光子学时代。

1960年，世界上第一台红宝石激光器诞生。它的问世，立刻引起了科学界、工程技术界的巨大关注和期望。学术界认为激光可以实现信息传送。这就使得音频、视频、高频、微波，直至电磁谱的光部分都可被应用。自那以后，在不到20年中，激光器由原来的固体激光器发展到气体激光器和今日风行世界的半导体激光器（激光二极管）。

从激光器产生以来，以激光为核心的应用研究、新的专业术语不断出现，如纤维光学、电光学、激光雷达、光计算机等，并形成了许多新的专业技术领域。我们将与激光器件有关的这些新技术领域归纳到光子的技术范畴，这就形成了一个新的学科—光子学，见图1。

1．激光器件 它是光子学的核心器件，根据不同的应用场合，现在已产生了几十种各类激光器，如红宝石激光器、氦氖激光器、氩离子激光器、CO\(_{2}\)激光器、自由电子激光器、半导体激光二极管等。

2．光电子学 光电技术的发展使光发射、接收技术日趋成熟，并已进入实用。如红外线遥控广泛用于家电产品，光电器件广泛用于工业的自动检测上。红外探测广泛用于森林防火、火车燃轴探测、医用红外热像线、红外夜视仪等方面。现已研制成功的高亮度发光二极管不久将可望取代传统的灯丝发光，而应用于汽车车灯上。彩色液晶技术将使显示系统产生一场巨变。光电技术的发展使人们看到了美好的未来。

3．纤维光学 未来是信息高度密集的时代，现有的微波通信将会显得力不从心。光通信将是最佳的通信方式。光纤作为光传输媒介，地位日趋重要。光纤通信系统与其它通信系统比较有如下一些突出优点：可以进行大容量的通信；光纤的每千米损耗小，目前，已可实现传输200～300千米而不用光中继站；光传输时，不受电磁、静电、人为干扰，且不易被窃听；光纤的制造成本远低于电线电缆，且重量轻、尺寸小。

光纤除应用于传输光信号外，科研人员还利用环境因素的变化对光纤中光传输特性（光强、相位、偏振方向、波长）产生的影响，制成了对应力、应变、位移、速度、液位、温度、电压、电流以及化学成分等数十种物理量进行传感的光纤传感器，并得到广泛的应用。

4．集成光电子学 光的波长为微米数量级，故集成光路尺寸也在几微光到几百微光左右，并且它不怕震动，稳定性好。科研人员们正致力于集成光电子电路的研究，以充分发挥现代科学技术的高集成度、高功能性的优势和特点。相信这将是集成电路发展的主流。

1．通信方面 光通信以光纤通信为重要特征。理论计算表明，若每个话路频带宽度为4kHz，则光通信可容100亿路电话；若彩色电视频带宽度为10MHz，则可同时传送几百万套电视节目。应用前景十分诱人。近来，国外正在研究光交换机，若取得成功，将使目前的光纤网络无需变成电信号即可切换，这将是继程控交换机之后更新一代的交换机。

2.工业方面 用激光进行加工，它是一种非接触、可控、灵活、稳定可靠、高效的新型加工技术。可用于对机械工件进行切割、切削、焊接、热处理和打孔。它能加工小到1μm的微孔，尤其适合加工与表面成各种角度（6°～90°）的小孔。

3．军事方面 红外夜视镜使夜间作战如同白昼。高强度激光可摧毁敌方光学系统、传感装置，甚至使敌方士兵致盲。战术激光防空武器为防御低空入侵的隐形飞机、空对地导弹等提供了有力的手段。激光雷达的出现，使普通雷达产生了质的飞跃。它的测量精度、分辨率、抗干扰性都使普通雷达望尘莫及。激光制导系统，对导弹和炸弹的攻击精度达到令人难以置信的程度。即使夜间激光制导炸弹也可定点攻击。。

4．家用电器方面 光盘的出现，开辟了视听新天地。视盘（像盘）的出现，产生了视盘录像机。而音盘则使传统的唱片、磁带等音源大为逊色，激光唱机（CD）可带给人们真正的享受。目前，可擦除的光盘也已面世。与光盘驱动器相配合，将产生新一代的录放设备。作为新一代、并且大有发展前途的液晶显示系统，将使电视装置薄如平板，小如磁带盒。

随着越来越多的光器件、光系统的研制、开发成功，光子技术越来越多地进入电子技术领域，并大有后来居上之势。光子的应用前景十分诱人。未来的光子产生，其规模也将会毫不亚于电子产业。20世纪已是家喻户晓的电子时代了，无疑21世纪也将会是家喻户晓的光子时代。(董尔令 魏建宁)