光电子理论与技术的五个前沿领域介绍

光电子理论与技术的五个前沿领域介绍

摘要：人们都达成这样一个共识，即21世界时生物时代与光的时代。光电子理论的研究已经有了很多的成果，来自不同领域的科学家都在各自的领域里对光电子的理论有一定的贡献，不断丰富着光电子理论的内容，而且在技术上已经有很大的应用。光电子学在21世纪必定引导着技术革命的先潮。现在以及未来交叉学科的研究必然会使得光电子学更进一步的发展。本文主要就光电子理论与技术的五个前沿领域介绍：生物医学光子学，光纤通信技，集成光学，等离子体光学，微纳光学。这五个方面的理论研究很成熟，而且实际应用的技术也非常之多。其技术应用在生活，医疗的方面为我们所熟悉，此文特点在于对理论进行一些简单介绍，而注重的是这五个方面在实际中的应用举例，以开阔视野为主要目的。

关键字：光电子理论生物医学光子学光纤通信技集成光学等离子体光学微纳光学

Abstract: People have reached a consensus that the 21st century when the era of biological age and light. Optoelectronics research has had a lot of theoretical results, the scientists from different fields in their respective fields on the photoelectron contribution to the theory of a certain, and constantly enrich the content of photoelectron theory, but also has great application of technology . Optoelectronics in the 21st century will lead the first wave of technological revolution. Current and future cross-disciplinary research is bound to make further development of optoelectronics. This review focuses on theory and technology of optoelectronic five fronts: Biomedical photonics, optical fiber communication technology, integrated optics, plasma optics, micro-nano optics. Theoretical Study of these five areas are mature and practical application of the technology is also very much. The technology used in life, the medical aspects familiar to us, the article is characterized by a brief introduction on some of the theory, and focus on five aspects is in the practical application example, the primary purpose to broaden our horizons.

Keywords: Biomedical Photonics, Optoelectronics theory technology integrated optical fiber communication optical micro-nano optical plasma

一．生物医学光子学

生物医学光子学(Biomedical Photonics)作为光子学与生命科学交叉形成的新的学科分支，将研究对象直指高等生命活体，特别是人类生活中所面临的一些重大问题。近年来，随着探测技术的进步，已经将探测的灵敏度极限伸展到光子量级，为揭示生命体近自然环境下的光现象提供了可能。生物医学光子学包括生物光子学和医学光子学两部分，尽管它们在各自领域中都得到迅速的发展，但两者之间有相互重叠的范围，并且相互促进。

生物医学光子学的特点与优势在于：1.特异性好，灵敏度高，有极高的光谱和时间分辨率及精确度；2.对样品的处理环节少，甚至可实现样品的近真实环境探测，对样品的损伤小；3.直观、快速，信息量大，可提供从紫外到红外范围的光谱信息和图像信息；4.应用范围广，在生物学研究、医学诊断与治疗、农业、环保、加工制造等领域都有广泛应用。

生物医学光子学的研究具体应用介绍：

1．组织中的光子迁移

生物组织中光子迁移规律的研究一直是生物医学光子学界的研究重点。各国的科学家不仅介绍了光子迁移理论和模型的最新研究成果．而且介绍了光子迁移理论的最新应用。

德国洪堡大学Ghar~te医学院神经学系Villringer教授的研究小组报道了用近红外光学方法监测大脑活动过程中有关噪声的消除措施，深受大会的欢迎。在用近红外光谱技术对大脑进行功能检测时．由心跳所导致的脉动而引起的噪声会对信号产生很大的影响，同时呼吸也会引起噪声。

2．生物医学监测中的光学与成像技术

该专题内容涉及光学透照术与层析成像，光学测量与监测方法，荧光与光谱成像，以及散射介质中光信息的获取等。

日本Yamagata生物光子学信息研究实验室的K．PuiChan博士用不同波长的近红外光和二维外差探测器阵列在体对生物体透照成像。

荷兰菲力浦研究院的E．Lenderink博士，他介绍用于皮肤特征三维成像的光学相干层析成像技术，这一工作是他在MIT的研究成果。

3．低功率激光生物效应

俄罗斯科学院TiinaKaru博士主持过这一专题会议并报告了：blood irradiationasanew(renewa1)phototherapeuticmodality．她评述了在紫外(包括宽带紫外、377 nnl的N2分子激光)或可见光(HeNe激光)波段实行静脉和体外血液辐照的临床方法和当前对其效应的主要争论：免疫调节还是免疫抑制，特异性还是非特异性，应采用紫外辐照还是可见光等等。结论是光疗的确有效果，但机理需进一步深入研究。此外．该研究小组还特别报道了HeNe 激光治疗时，只有T淋巴细胞有反应的实验结果(B淋巴细胞对HeNe激光没有反应)。

4．生物医学光学传感器

瑞典Vikinge等人制作了一种表面血浆共振(surfaceplasmonreso．anc~)装置。该装置可用于实时观测血浆凝固及其与促凝血酶浓度和肝素浓度的关系。