什么是光子學(xué)？

本文概述了光子學(xué)，包括其基本原理、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用和新興趨勢。

一、光子學(xué)的基本原理

光子學(xué)是一門研究光和其他形式輻射能的學(xué)科。它涉及使用光學(xué)元件、激光、光纖和電子光學(xué)儀器來產(chǎn)生、操縱和檢測光。它包括發(fā)射、傳輸、偏轉(zhuǎn)和放大等過程。

光子學(xué)的應(yīng)用非常廣泛，從能源生產(chǎn)和檢測到電信和信息處理，無所不包。它對通信、醫(yī)療保健、導(dǎo)航和天文學(xué)等各個領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響，成為現(xiàn)代技術(shù)和科學(xué)認(rèn)識的重要組成部分。

二、歷史背景

“光子學(xué)”一詞由法國物理學(xué)家Pierre Aigrain于 20 世紀(jì) 60 年代提出，并在1980年代通過貝爾實(shí)驗(yàn)室和休斯飛機(jī)公司等機(jī)構(gòu)的出版物獲得認(rèn)可。

最初，光子學(xué)側(cè)重于將光應(yīng)用于傳統(tǒng)上由電子設(shè)備處理的任務(wù)。然而，隨著激光器的發(fā)明，光子學(xué)迅速發(fā)展，出現(xiàn)了光纖、激光二極管和集成光子電路等創(chuàng)新技術(shù)。

這些發(fā)展實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)傳輸、增強(qiáng)了醫(yī)療程序和改進(jìn)了制造工藝，展示了光子學(xué)對各行各業(yè)的廣泛影響。

三、光子學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)

光子學(xué)包含一系列以操縱光為中心的工具和技術(shù)。一些最基本的技術(shù)包括

1.成像

光子成像技術(shù)可捕捉和處理環(huán)境信息，應(yīng)用范圍從智能手機(jī)拍照到先進(jìn)的醫(yī)療程序，如用于顯微外科手術(shù)的光學(xué)相干斷層掃描。該領(lǐng)域涵蓋各種成像技術(shù)，如多光譜、熱成像、超光譜、光聲成像、重力成像和斑點(diǎn)成像。

2.激光

激光可產(chǎn)生高度集中的光束，從而實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)、數(shù)字投影和條形碼掃描等應(yīng)用。激光器用途廣泛，從大型同步加速器到微型垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL），每種激光器都可用于特定任務(wù)，包括工業(yè)切割和醫(yī)療程序。 傳感器

傳感器可將光轉(zhuǎn)換為電信號，促進(jìn)從照相機(jī)到醫(yī)療診斷和環(huán)境傳感器等各種應(yīng)用中的光檢測和測量。

3.透鏡和顯微鏡

透鏡通過折射操縱光線，實(shí)現(xiàn)放大和像差校正功能。透鏡的效果受其形狀和材料（如塑料、石英玻璃和硼硅玻璃）的影響，每種透鏡都具有適合不同波長和操作條件的獨(dú)特性能。