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对比
光子
电子
可在自由空间传播
在电线里传输
可在波导内传播
串行传输：“瓶颈”
并行传输 并行处理
速度快
二维图像处理，更快、更优
问题 并行传输：
由于线径影响 出现RC问题
.
27
传输 容量大
光子技术的优越性
高密度
大容量
三维空间传 输
高带宽
一根光纤可同时传送多少路电话？？？
106 —— 108路
对比 一路微波通道，传送 103 路 电话
研究方向
宏大光学 天文望远镜
微小光学 微透镜
• 空间尺度：百亿光年
单原子尺度，介观尺度
研究方向
天文光学
纳米光学
• 时间尺度： 天文时间
原子反应时间 （10-15 秒）
研究方向 静态光学
瞬态光学
.
5
如超快速现象
纳秒、 皮秒、飞秒
20世纪光学的 主要特点 2、应用功能的扩展
光学工程 —— 综合技术学科
结论 电子系统速度慢，现代机器人比不上 人
.
23
例3
其它领域
航空、航天 中长期天气预报 地震预测、预报 超大量卫片的图像处理
灾难的避免 快速反应 快速处理
计算速度
要求达 1015 次/秒
.
24
响应 速度快
对比
20世纪光学的 主要特点
光子技术的优越性
以光速传播 30万 km / s
（3x108 m / s）
计算机控制，快速存储
.
29
全息信息存储
参考光束 空间光 调制器
探测器
成像透镜 记录介质 变换透镜
数据页
信号 光束
激光器
待存储
.
30
的信息
计果算速度
要求达 1015 次/秒
.
19
目前 电子计算机 的计算速度举例
2005-1-14 报道
中国科学院知识创新工程和上海市信息化建设 的重大成果
高性能计算机
曙光4000A
计算速度
10 13 次/秒 10万亿次
而在2003年2月报道的是： —— 3000亿 次/秒
.
20
例2
高智能机器人
功能：
学 习
享受光 享受光学
光学科学与技术的成果已深深渗透到我们的生 活中
--王大珩
.
1
王大珩先生说：
• 20世纪以前的光学 古典光学
• 20世纪的光学
传统光学
传统光学
现代光学
• 21世纪的光学
光子时代的到来
21世纪 将是. 光子的世纪 2
20世纪光学的 主要特点
光学领域的扩展
应用功能的扩展
研究内容的扩展
应用范围的扩展
.
3
20世纪光学的 主要特点
1、光学领域的扩展
• 波段： 向两端扩展
X射线 紫外
可见光
近红外 中红外 远红外
新学科 紫外光学、X射线光学、微光夜视、红外光学
• 波长：单色性、相干性
研究方向
激光器
• 光强：单光子
激光光源 .
激光全息
星际光源 4
20世纪光学的 主要特点 1、光学领域的扩展
• 研究对象：宇宙、宏观、介观、Leabharlann Baidu观
客观世界总信息量的 90%以上通过眼睛
▪光纤通信：
以低损耗石英光纤和半导体激光器为基础，
成为当今通信的主体和方向
▪ 显示技术：液晶大屏幕显示成为下一代电视的主流;
▪图像显示和复制设备：激光照排、印刷、分色、打 印、复印、传真，—— 构成庞大印刷产业
▪成像和探测领域 CCD等数字图像设备：扫描仪、
传真机、摄象机、摄录机、数码相机……使光信息数
或 1 路 彩电信号
美、日报道：超大容量传输系统 1012 bits / s （Tb / s）
21世纪投入.使用
28
序言 》 存储
密度大
光子技术的优越性 海量存储
例1
200mm双面光盘，2.4mm厚
可存储 2 部电影的全部声、像信息
全息存储 1cm3 光折变晶体
例2
存储 1万 幅二维图像，数据量达到10Gbit
光计算 机器人视觉
光探测器 图象处理 图象融合 灵巧结构 等等
光子已不仅是作为信息传递的手段，帮助人类认识世界
光子也能改变物质的形态，. 帮助人类改造世界
7
激光核聚变: 神光II装置
.
8
载人航天飞行: 神舟5号
.
9
风云II号气象卫星
.
10
2.16m
反射望远镜
.
11
微光夜视技术
.
12
全息防伪
现代精密仪器： 多功能、高效率 光、机、电、算一体化
精密机械
机
光学
技术手段：自动化、 数字化、智能化
光
材
材料
电
算
电子
.
计算机 6
20世纪光学的 主要特点 3、研究内容的扩展
• 传统光学 ： 研究 望远镜、显微镜、放大镜等
• 现代光学： 扩展到
激光
核科学技术
全息
航空航天
微光
光纤与光纤通信
光集成 光信息处理
联 想
推 理
识 别
记 忆
感知:
形象
声音
气味 感觉
目标： 快速计算、快速反应、达到人脑的水平
计算速度
要求达 1015 次/秒
.
21
“现代”机器人能做到吗 ？？？
过马路 ？？？ 打
乒 乓 球
！
！
！
.
22
关于现代机器人
2003年2月23日报道
❖ 日本 研制的 世界第一个机器人
能行走，能认识10个人 会握手、挥手、跟在人后面走
字化; 光电子成像器件和探测器可以涉及到不可见光
（微光和红外）
.
17
信息爆炸
信息时代 对 信息技术 提出 更高 要求
采传处存 集输理储
超高速度
超大容量
.
18
重返大气层多弹头导弹的
例1
拦截
弹头数量大于1000枚的情况 要求：在数分钟内完成五项功能
寻
识
跟
发
迎
的
别
踪
射
击
在 3’ —— 29’ 时间内分 4 阶段拦截、确认结
光开关速度：飞秒（FS） 10-15 s
电信号传输速度：105 m / s 电子开关速度：10-9 s
.
25
光子技术的优越性
抗干扰 能力强
• 不受外界电磁场干扰 • 相互间几乎不干扰 • 可共用一个空间，不“串音”
对比
• 电子受外界电磁场干扰 • RC问题 • 滞后效应
.
26
处理 速度快
光子技术的优越性
技术
.
13
20世纪光学的 主要特点
能源
空间 印刷
精密 加工
生物 工程
微电子
化学 工程
医疗 4、应用范围的扩展
农业
材料
环境 保护
生态 环境
核技术
防灾
资源
遥感
遥测
生命 科学
保护
通信
计量
军事
.
信息科学
14
光信息 光电子
科学 技术 光电子成为信息产业的主角
许多学科分支和方向 已形成大规模的产业
全世界光学和光（电）子学技术产业规模
1995年
达 700亿美元
2000年
达 1030亿美元
.
15
光电子
光电子成为现代产业的主角
▪ 机械领域： 激光加工： 打孔、切割、焊接、表面处理 激光光刻、激光微细加工、X射线光刻
▪ 能源领域： 太阳能电池、激光核聚变 —— 空间卫星的能源，地球能源
.
16
光信息科学 光 是最重要的信息载体，人类感官接收
光子
电子
可在自由空间传播
在电线里传输
可在波导内传播
串行传输：“瓶颈”
并行传输 并行处理
速度快
二维图像处理，更快、更优
问题 并行传输：
由于线径影响 出现RC问题
.
27
传输 容量大
光子技术的优越性
高密度
大容量
三维空间传 输
高带宽
一根光纤可同时传送多少路电话？？？
106 —— 108路
对比 一路微波通道，传送 103 路 电话
研究方向
宏大光学 天文望远镜
微小光学 微透镜
• 空间尺度：百亿光年
单原子尺度，介观尺度
研究方向
天文光学
纳米光学
• 时间尺度： 天文时间
原子反应时间 （10-15 秒）
研究方向 静态光学
瞬态光学
.
5
如超快速现象
纳秒、 皮秒、飞秒
20世纪光学的 主要特点 2、应用功能的扩展
光学工程 —— 综合技术学科
结论 电子系统速度慢，现代机器人比不上 人
.
23
例3
其它领域
航空、航天 中长期天气预报 地震预测、预报 超大量卫片的图像处理
灾难的避免 快速反应 快速处理
计算速度
要求达 1015 次/秒
.
24
响应 速度快
对比
20世纪光学的 主要特点
光子技术的优越性
以光速传播 30万 km / s
（3x108 m / s）
计算机控制，快速存储
.
29
全息信息存储
参考光束 空间光 调制器
探测器
成像透镜 记录介质 变换透镜
数据页
信号 光束
激光器
待存储
.
30
的信息
计果算速度
要求达 1015 次/秒
.
19
目前 电子计算机 的计算速度举例
2005-1-14 报道
中国科学院知识创新工程和上海市信息化建设 的重大成果
高性能计算机
曙光4000A
计算速度
10 13 次/秒 10万亿次
而在2003年2月报道的是： —— 3000亿 次/秒
.
20
例2
高智能机器人
功能：
学 习
享受光 享受光学
光学科学与技术的成果已深深渗透到我们的生 活中
--王大珩
.
1
王大珩先生说：
• 20世纪以前的光学 古典光学
• 20世纪的光学
传统光学
传统光学
现代光学
• 21世纪的光学
光子时代的到来
21世纪 将是. 光子的世纪 2
20世纪光学的 主要特点
光学领域的扩展
应用功能的扩展
研究内容的扩展
应用范围的扩展
.
3
20世纪光学的 主要特点
1、光学领域的扩展
• 波段： 向两端扩展
X射线 紫外
可见光
近红外 中红外 远红外
新学科 紫外光学、X射线光学、微光夜视、红外光学
• 波长：单色性、相干性
研究方向
激光器
• 光强：单光子
激光光源 .
激光全息
星际光源 4
20世纪光学的 主要特点 1、光学领域的扩展
• 研究对象：宇宙、宏观、介观、Leabharlann Baidu观
客观世界总信息量的 90%以上通过眼睛
▪光纤通信：
以低损耗石英光纤和半导体激光器为基础，
成为当今通信的主体和方向
▪ 显示技术：液晶大屏幕显示成为下一代电视的主流;
▪图像显示和复制设备：激光照排、印刷、分色、打 印、复印、传真，—— 构成庞大印刷产业
▪成像和探测领域 CCD等数字图像设备：扫描仪、
传真机、摄象机、摄录机、数码相机……使光信息数
或 1 路 彩电信号
美、日报道：超大容量传输系统 1012 bits / s （Tb / s）
21世纪投入.使用
28
序言 》 存储
密度大
光子技术的优越性 海量存储
例1
200mm双面光盘，2.4mm厚
可存储 2 部电影的全部声、像信息
全息存储 1cm3 光折变晶体
例2
存储 1万 幅二维图像，数据量达到10Gbit
光计算 机器人视觉
光探测器 图象处理 图象融合 灵巧结构 等等
光子已不仅是作为信息传递的手段，帮助人类认识世界
光子也能改变物质的形态，. 帮助人类改造世界
7
激光核聚变: 神光II装置
.
8
载人航天飞行: 神舟5号
.
9
风云II号气象卫星
.
10
2.16m
反射望远镜
.
11
微光夜视技术
.
12
全息防伪
现代精密仪器： 多功能、高效率 光、机、电、算一体化
精密机械
机
光学
技术手段：自动化、 数字化、智能化
光
材
材料
电
算
电子
.
计算机 6
20世纪光学的 主要特点 3、研究内容的扩展
• 传统光学 ： 研究 望远镜、显微镜、放大镜等
• 现代光学： 扩展到
激光
核科学技术
全息
航空航天
微光
光纤与光纤通信
光集成 光信息处理
联 想
推 理
识 别
记 忆
感知:
形象
声音
气味 感觉
目标： 快速计算、快速反应、达到人脑的水平
计算速度
要求达 1015 次/秒
.
21
“现代”机器人能做到吗 ？？？
过马路 ？？？ 打
乒 乓 球
！
！
！
.
22
关于现代机器人
2003年2月23日报道
❖ 日本 研制的 世界第一个机器人
能行走，能认识10个人 会握手、挥手、跟在人后面走
字化; 光电子成像器件和探测器可以涉及到不可见光
（微光和红外）
.
17
信息爆炸
信息时代 对 信息技术 提出 更高 要求
采传处存 集输理储
超高速度
超大容量
.
18
重返大气层多弹头导弹的
例1
拦截
弹头数量大于1000枚的情况 要求：在数分钟内完成五项功能
寻
识
跟
发
迎
的
别
踪
射
击
在 3’ —— 29’ 时间内分 4 阶段拦截、确认结
光开关速度：飞秒（FS） 10-15 s
电信号传输速度：105 m / s 电子开关速度：10-9 s
.
25
光子技术的优越性
抗干扰 能力强
• 不受外界电磁场干扰 • 相互间几乎不干扰 • 可共用一个空间，不“串音”
对比
• 电子受外界电磁场干扰 • RC问题 • 滞后效应
.
26
处理 速度快
光子技术的优越性
技术
.
13
20世纪光学的 主要特点
能源
空间 印刷
精密 加工
生物 工程
微电子
化学 工程
医疗 4、应用范围的扩展
农业
材料
环境 保护
生态 环境
核技术
防灾
资源
遥感
遥测
生命 科学
保护
通信
计量
军事
.
信息科学
14
光信息 光电子
科学 技术 光电子成为信息产业的主角
许多学科分支和方向 已形成大规模的产业
全世界光学和光（电）子学技术产业规模
1995年
达 700亿美元
2000年
达 1030亿美元
.
15
光电子
光电子成为现代产业的主角
▪ 机械领域： 激光加工： 打孔、切割、焊接、表面处理 激光光刻、激光微细加工、X射线光刻
▪ 能源领域： 太阳能电池、激光核聚变 —— 空间卫星的能源，地球能源
.
16
光信息科学 光 是最重要的信息载体，人类感官接收