光子学的发展与重点研究方向(很牛的综述)介绍

第一章光子学的发展与战略地位【目录】第一章光子学的发展与战略地位1.1光子学的内涵1.2光子学与电子学1.2.1光子具有的优异特性1,光子具有极高的信息容量和效率2,光子具有极快的响应能力3,光子具有极强的互连能力与并行能力4,光子具有极大的存储能力1.2.2光子学与电子学的相互补充、共融与促进关系1．3光子学的发展及其意义第二章光子学的重要分支学科及其发展2.1基础光子学2.1.1量子光学1,光场的量子噪声2,光场与物质相互作用中的动量传递3,腔量子电动力学4,量子光学近期的研究重点2.1.2光量子信息科学1，量子计算机2，量子密码术3，量子通信4，量子检测5，量子态的制备与操作6，量子信息科学近期的研究重点2.1.3分子光子学1,限域腔（量子阱、量子点等）中电子态的量子电动力学2,有机—无机界面对光量子的增强效应3,分子光子学中的光物理过程的研究4,光电和电光转换原型器件研究5,近场光学在分子光子学中的应用6,分子光子学近期的研究重点2.1.4超快光子学1,超快光子学器件的研究状况2,超快光子学中的超快过程与超快技术(1)飞秒半导体物理(2)飞秒化学中分子动力学过程(3)生物光合作用的超快过程(4)飞秒光电子技术(5)飞秒光谱全息技术(6)光层析(OCT)及光子成象技术3,超快、超强激光物理4，超快光子学近期的研究重点2.1.5非线性光子学1,变频效应的扩展研究(1)非线性变频效应及晶体研究向深紫外与中红外波段扩展(2)准相位匹配(QPM)变频技术的理论与实验研究(3)高场效应与高阶谐波的产生2,激发态光学非线性的研究3，低维半导体材料中光学非线性增强效应研究4，有机光学非线性材料研究5，光纤材料中光学非线性效应的研究2.2光子学器件2.2.1光子学器件的分类1,光子控制器件(1)光调制与开关器件(2)光纤器件，全光纤器件2,光子探测器件(1)半导体光电二极管(2)红外探测器(3)固体成象器件3,光子源器件(1)激光器件A作为信息载体的光子源B作为能量载体的激光器(2)激光放大器(3)发光器件2.2.2新型激光器1,激光器发展概况2,固体激光器(1)半导体激光器A小功率LDB高功率LD(2)全固化激光器(3)固体可调谐激光器A固体可调谐激光材料B掺钛蓝宝石激光器a，连续运转钛宝石激光器b，脉冲运转钛宝石激光器c，可调谐钛宝石激光器3,高功率激光器(1)高平均功率准分子激光器的研究(2)高平均功率固体板条激光器4,自由电子激光器5,极紫外与X射线激光器6,新型激光器的近期研究重点2.3信息光子学2.3.1光纤光子学1,光导纤维—光纤(1)光纤的主要特性A光纤的传输损耗与色散B光纤的非线性效应C特种光纤(2)掺杂光纤A激光效应B光致折射率变化(光折变)效应2,光纤的主要应用(1)信号传输波导(2)光纤光子器件A光纤光子源B光子开关C光纤传感器3,全光纤集成4,光纤光子学近期的研究重点2.3.2光通信技术1,光纤通信的发展与挑战(1)IM/DD光通信的发展(2)现行光纤通信系统的症结与挑战2,新一代光纤通信系统(1)复用光纤通信(2)光孤子通信(3)相干光通信(4)量子光通信3,全光通信的发展(1)全光纤器件与光子回路A光纤放大器与光纤激光器B光纤光栅光子器件C光子回路(2)全光纤集成与全光通信4,光通信的相关应用领域(1)光纤传感技术(2)光纤网络技术5,光纤通信技术的近期研究重点(1)光纤通信技术的近期研究重点(2)光纤传感技术的近期研究重点2.3.3光子信息处理技术1,光子信息处理的发展(1)光信息处理A模拟光学处理a,特征识别的光学相关器b,综合孔径雷达光学成像c,光学神经网络d,光学小波变换B数字光学图像处理C数字光计算及系统D光电子处理(2)光互连和交换技术A光子交换网络B电子计算机中的光互连(3)空间光调制器及光学阵列器件(4)光子学处理系统的微型化和集成化组装技术A光学元件的微结构化B光学系统的微小化C堆栈集成D平面光学E双折射光学模块F光机械组装2,光子信息处理技术的近期研究重点2.3.4光子存贮技术1,光子存储技术的发展(1)新材料、新器件为光子存储提供了发展基础和条件(2)先进的光子存储技术开发A双光子吸收存储B光谱烧孔存储C光子回波存储D光折变存储2,先进的光子存储系统(1)全息数字-数据存储系统，角度/空间编码(2)位移多路编码(3)光折变晶体光纤数据存储(4)大型关系数据库的体全息存储(5)医学图象的数字体全息存储3,光子存储技术近期的研究重点(1)先进的光子存储材料的探索与研究(2)光子存储技术中关键元器件的研究与研制(3)对光子存储技术新方法、新技术的研究与探索(4)自由空间电荷场及其波场在介质中传输的理论研究(5)光子存储中的近场光学与光子力研究(6)先进的实用化光子存储装置或系统的研制2.3.5光子显示技术1,光子显示器件2,光子显示技术发展(1)寻址方式的CRT(2)以液晶显示为主导FPD技术(3)以PDP和FED为代表的自发光平板显示(4)DMD变形微镜显示(5)VLSI显示技术3,光子显示技术近期研究重点2.4集成光子学与微结构集成光学2.4.1集成光子学与微结构光子学的内涵与意义1,半导体光子学的重大突破(1)介质光栅反射器(DBR)(2)量子阱超晶格人构改性多功能材料(3)垂直腔面激光器(VCSEL)2,半导体光子集成的内涵与进展(1)光子功能集成A超大容量传输波分复用激光发射器B光频外差PIC光接收机(2)光子面阵集成A高密度自电光效应器件(SEED)光双稳开关集成面阵B高密度垂直腔面发射激光器(VCSEL)集成面阵(3)互连布线的光子集成(4)光子集成(PIC)与光电子集成(PEIC)3,微结构集成光学的内涵与进展4,半导体集成光子学的基础内容(1)介质光栅的研究(2)非线性光学效应的利用(3)微光学腔(4)量子阱、超晶格(5)应变层能带工程5,微结构集成光学研究的基础内容(1)超高频光栅理论与制备工艺研究(2)波导光栅的理论与制备技术的研究(3)Si基新型光折变材料的研究(4)Si基纳米微机械器的优化设计与实现研究2.4.2半导体集成光子学与微结构集成光学研究现状与发展趋势1,半导体集成光子学的主要成就及应用发展(1)信息传输系统中的半导体光子学(2)信息入网与交换系统中的半导体光子学(3)信息处理系统中的半导体光子学(4)信息存储系统中的半导体光子学2,微结构集成光学的研究现状(1)二维波导结构的集成光学系统(2)自由空间三维集成光学系统(3)三维微结构的光、机集成2.4.3集成光子学与微结构集成光学研究的重点与发展战略1,集成光子学的研究重点(1)Bragg介质光栅的优化设计与多功能研究(2)室温激子效应及光折变效应的研究(3)微光学腔光场量子化特性及腔内光子与激子耦合过程的研究(4)能带工程的应用研究(5)有重要应用前景的光子集成器件与集成单元的基础性研究2,微结构集成光学的研究重点2.5生物医学光子学2.5.1生物光子学1，生物系统的光子发射(1)生物系统的自发超弱发光(2)生物超弱发光的成像(3)生物系统与细胞之间的光通信(4)生物系统的诱导发光2，光子技术在生物科学中的应用(1)荧光探剂与激光扫描共焦显微术(2)多光子荧光成像技术(3)光钳和单分子操作2.5.2医学光子学1，医学光子学基础(1)光在生物组织中的传输理论研究(2)光传输的蒙特卡罗模拟计算(3)组织光学参数的测量方法和技术(4)生物组织折射率及其色散关系(5)组织光学理论工作的几点思考2，医学光子技术(1)医学光谱技术A生物组织的自体荧光与药物荧光光谱。B生物组织的喇曼光谱。C生物组织的超快时间分辨光谱。(2)医学成像技术A时间分辨成像技术。B相干分辨成像技术(OCT)。C漫射光子密度波成像技术。D图像重建技术。(3)医用半导体激光及其应用技术(4)其他医用激光技术发展动向3，激光医学(1)光动力疗法治癌(2)激光治疗心血管疾病(3)准分子激光角膜成形术(4)激光治疗前列腺良性增生(5)激光美容术(6)激光纤维内窥镜手术(7)激光腹腔镜手术(8)激光胸腔镜手术(9)激光关节镜手术(10)激光碎石术(11)影像(超声、CT、MRI)引导经皮激光手术(介入疗法)(12)激光外科手术(13)激光焊接(14)激光在口腔、领面外科及牙科方面的应用(15)弱激光疗法2.1.3生物光子学的近期研究重点1，生物光子学近期研究重点2，医学光子学近期研究重点3，激光医学近期研究重点第三章光子学发展战略3.1光子学发展战略目标3.1.1发展光子学及技术的有利条件3.1.2光子学发展战略目标3.2发展光子学的战略部署与举措3.3光子学与光子技术的近期优先研究领域3.3.1确定光子学与光子技术优先研究领域的依据3.3.2关于光子学与光子技术的优先研究领域1，基础光子学研究领域1-1实用化非经典光场产生系统的研制与非经典光场的应用研究1-2光量子信息若干基本问题的理论与实验研究1-3有机/聚合物发光器件研究2，信息光子学研究领域2-1半导体光子集成基础与应用研究2-2超宽调谐全固化激光器与准相位匹配技术的研究2-3光纤光栅、全光纤集成波分复用通信系统2-4高速时分复用光通信技术2-5多功能光纤传感智能化结构(SS)及其应用研究2-6地面高速运行载体定位和追踪系统中的光纤传感技术研究2-7光折变单块微结构光学系统研究2-8智能光学视觉系统2-9室温型铁电薄膜红外焦平面阵列研究2-10高分辨三维成像技术的研究及其应用3，生物光子学研究领域3-1激光医学光子学基础与应用研究3-2光与生物组织间作用关系的研究4，交叉学科研究领域4-1LD泵浦、量子阱启动小型飞秒激光源的研究4-2超快光纤光子源、光子开关和光频变换技术4-3短波长软x射线光学基础技术研究1.1光子学的内涵光子学作为学术词汇，早在40年前就曾出现在学术刊物上，但最早赋之以科学定义规范的当数1970年。这一年，在第九届国际高速摄影会议上，荷兰科学家Poldervaart首次提出关于光子学的定义规范，他认为，光子学是“研究以光子为信息载体的科学’。过了几年，他又作了补充，认为“以光子作为能量载体的”也应属光子学的研究内容。其后，相继出现不少类似的定义。例如，法国颇有影响的DGRST组织提出：激光二极管的问世，使光子替代了电子成为信息的载体，从而促成了光子学的形成。世界著名的美国《SPECTRA》杂志，也于1982年率先更名为《PHOTONICS—spectra》，并提出光子学是“研究发生与利用以光子为量化单位的光，或其他辐射形式的科学”，并认为，“光子学的应用范围从能量的发生到通信与信息处理”。贝尔实验室著名的Ross教授为光子学作了一个颇为广义的定义，他认为，可与电子学类比，“电子学是关于电子的科学”，光子学则应是“关于光子的科学”。在我国，老一辈科学家龚祖同、钱学森等早在70年代末就频频发出呼吁，希望大家积极开展光子学的学科建设。钱学森教授提出，“光子学是与电子学平行的科学”，它主要“研究光子的产生、运动和转化”。他还首次提出了“光子学—光子技术—光子工业”的关于光子学的发展模式。鉴于上述情况，1994年我国一些科学家聚会于北京，在香山科学会议上，，对光子学的有关问题展开了热烈讨论，并在诸多方面取得了共识。关于光子学定义、内涵及研究范围，较为一致的见解是：光子学是研究作为信息和能量载体的光子行为及其应用的科学。或者广义地讲，光子学是关于光子及其应用的科学。在理论上，它主要研究光子的量子特性及其在与物质(包括与分子、原子、电子以及与光子自身)的相互作用中出现的各类效应及其规律；在应用方面，它的研究内容主要包括光子的产生、传输、控制以及探测规律等。实际上，光子学是一个具有极强应用背景的学科，并由此而形成了一系列的光子技术，如光子发生技术(激光技术)、光子传输技术、光子调制与开关技术、光子存储技术、光子探测技术、光子显示技术等等。光子技术的基础是光子学。因此在这个意义上讲，光子学是一门更具技术科学性质的学科。应当指出，对光子学的定义，无论是广义的还是狭义的，都不能