2021-2022学年高二物理竞赛课件：光子传递信息绪论

1、光子传递信息绪论高抗干扰、高可靠性： 光子不带电，不和外界电磁波相互作用，光纤通信具有高抗干扰性和高可靠性。 光子与光子之间不容易发生交互作用，光束可以在光纤中交叉通过而互不影响，这个特性被利用来波分复用，使在一根光纤实现多波长通信，大大提高了光纤的通信容量和利用率。光储存具有储存量大、速度快、密度高、误码率低的优点。 总之，超高速、抗干扰、大容量、高可靠性是光子技术的特点。 2022/9/6 光子传递信息的特点光子传递信息的特点 必须指出：到目前为止完全脱离电子的全光子过程、光子技术和光子产业还很少。 其原因： 1.光子技术还不成熟； 2.电子和光子是一对具有高度互补的“孪生兄弟”：电子能态

2、的改变导致光子的发射，而光子被物质吸收将引起电子系统能态的变化产生自由的电子。 光子技术和电子技术的关系实际上互相依存、互相补充、互相促进的。 2022/9/6 光电子技术发展史 2022/9/6 19世纪70年代至1960（萌芽期）：出现某些电光源及光电子器件，但光学与电子学仍然是两门独立的学科。20世纪60年代：各种激光器相继问世，促进了光与电子相互作用的理论研究，激光武器出现。20世纪70年代：低损耗光纤出现、半导体激光器成熟、CCD问世，导至光纤通信、光纤传感、光盘信息存储与显示等为代表的光信息技术的发展。20世纪80年代：光纤激光器出现，光纤通信网起步。20世纪90年代：光通信和光储

3、存器件与系统迅速发展。21世纪：向超高速、超大容量、超低损耗、集成技术发展。光电子技术的发展趋势 2022/9/6 “光子挑战电子，电子联盟光子” 高新光电子材料与器件的发展 新光电探测技术的发展 光机电一体化微结构技术发展 军事和民用领域的协调发展 2022/9/6 各国光电子技术发展现状日本：最早认定“21世纪是光的世纪”，是世 界光电子产业头号大国美国：光电子技术所取得的主要突破在美国， 高技术研究重心在美国欧洲：均衡发展，有所侧重中国：相对落后，发展迅速2022/9/6 日本光电子技术发展发展概况：日本在半导体激光器、激光打印机、液晶显示器、光盘产业等方面长期处于垄断地位。特别是在消费

4、光电子领域，如激光音响、影碟机、激光打印机、传真机、数码相机、平面显示器、光驱、光纤组件系统等 。日本的一大批公司也是当前光电子领域世界的翘楚，比如富士通、日立、松下、三洋、NEC(日本电气股份有限公司)、NTT(日本电报电话公司)。对日本光电子产业的中长期需求预测结果显示，2010年，日本国内生产需求为122000亿日元，1995-2010年度的平均年增长率为10.1%。 2022/9/6 美国光电子技术发展发展概况：美国的光电子产业与日本相比，起步较晚，而且相比日本光电子行业的企业规模，美国企业的规模一般较小。然而，光电子技术主要方面的突破产生于美国，世界光电子高技术研究的重心在美国。美国

5、一直都保持着一种对科学技术的高投入，在传统光电子领域和多个科技领域具有很强的技术优势和发展后劲。1998年，美国在亚利桑那州南部的Tucson（图森），以亚利桑那大学为中心建立了“光谷”。企业约150余家，主要从事精密电子零件、电子设计软件研发、定位系统、激光、电子资料传输与储存，以及大型光学镜片及零件的生产与服务。2022/9/6 欧洲光电子技术发展发展概况：法国：1997年，法国开始制定光电子技术发展计划。2001年，法国在巴黎南郊阿尔卡特尔公司的马尔库西斯研究中心内，建立了欧洲唯一的国家级光电子研究基地光谷。 德国：政府已确定光子学是本世纪初“对保持德国在国际技术市场上的先进地位至关重要

6、的关键技术之一”。欧盟：2004年1月，由五家欧洲公司发起，成立了欧洲光电产业联盟（EPIC），旨在推动欧洲光电产业的发展，提高经济和技术两方面能力，应对全球光电产业的竞争。2022/9/6 中国光电子技术发展发展概况：我国在光电子技术方面是与国际水平差距相对较小的一个领域，与世界发达国家几乎同时起步，近年来发展速度明显加快。根据中国光学光电子行业协会统计，2007年全国光电产值达到2,100 亿元，较2006年（1800亿）增长36%， 约占世界光电市场份额的7%。其中，激光产品产值达到750亿人民币，同比增长45%，预计到2009年激光产值将达到980亿人民币。同时，中国光电产品出口持续增

7、长，其中激光产品、液晶显示器、LED出口增长率都保持在23%、31%、35%。中国已成为全球重要的光电产品制造研发以及投资的核心地，是该行业国际买家采购产品首选的国家。中国光电子技术发展 2022/9/6 发展特点： 中国的激光、光通信技术起步较早，技术研发与世界差距相对较小，在产业化程度上，与国际先进水平的差距不断缩小，正在进入产业分工的中上游环节。国内的华为科技、中兴通讯、烽火通信等光通信领域的龙头企业，其光通信研发接近思科、阿尔卡特朗讯、北电网络等跨国企业。在光纤光缆方面，武汉长飞光纤光缆公司生产技术几乎与欧洲同步。在激光产业领域，武汉华工激光掌握了数控激光切割机、万瓦级大功率激光器等领

8、域的核心技术，与国际先进水平的差距不断减小。而在光电显示、光存储、数字成像等领域，尽管产业规模较大，但由于缺乏核心技术，基本沦为跨国公司的装配车间，能生产的增加值非常有限。中国光电子技术发展 2022/9/6 深圳、武汉、上海光电子产业位居国内前三位（64%）深圳：光通信、激光、半导体照明领域武汉：光通信、激光、光存储领域上海：光通信、光显示、半导体照明领域2022/9/6 各国光电子产业竞争力综合评估 中国 (台湾) 美国 日本 欧洲 韩国 中国(大陆) 政策与经费 0.12 0.19 0.26 0.17 0.10 0.06 科技背景 人力资源 0.19 0.32 0.35 0.25 0.1

9、7 0.17 世界占有率 0.32 0.27 0.41 0.22 0.09 0.03 企业规模 0.12 0.16 0.27 0.18 0.11 0.03 产业结构 0.27 0.24 0.46 0.24 0.15 0.09 产业环境 行销能力 0.28 0.41 0.40 0.28 0.14 0.01 专利件数 0.09 0.35 0.39 0.19 0.08 0.01 产品开发 0.45 0.59 0.69 0.31 0.20 0.13 关键零组件 0.33 0.44 0.73 0.24 0.21 0.08 科技实力 量产能力 0.53 0.34 0.59 0.27 0.31 0.12 综合指标 2.71 3.31 4.54 2.33 1.57 0.73 :, 资料来源：PIDA 2022/9/6 各国光电子产业竞争力综合评估 台湾 美国 日本 欧洲 韩国 大陆 光电元件 3.4 4.5 5.0 2.9 2.9 1.1 光电显示器 2.1 1.5 5.0 1.5 3.0 0.5 光输出入 3.9 2.8 4.4 0.8 0.4 0.4 光储存 4.0 2.6 4.2 2.9 1.9 0.6 光纤通讯 1.2 4.5 4.7 2.9 1.2 1.0 激光及其它光电应用 1.4 5.0 4.5 4.6 1.1 1.5 综合指标 2.71