1、会计学1信息光学第二引言信息光学第二引言 20世纪以前的光学古典光学古典光学传统光学传统光学 20世纪的光学传统光学传统光学现代光学现代光学 21世纪的光学光子时代的到来光子时代的到来王大珩先生说：2121世纪世纪 将是光子的世纪将是光子的世纪 第1页/共36页 光学领域的扩展光学领域的扩展 应用功能的扩展应用功能的扩展 研究内容的扩展研究内容的扩展 应用范围的扩展应用范围的扩展第2页/共36页新学科紫外光学、X射线光学、微光夜视、红外光学X射线 紫外近红外 中红外 远红外可见光 波段：向两端扩展 波长：单色性、相干性 研究方向激光器激光全息 光强：单光子 激光光源 星际光源第3页/共36页
2、研究对象：宇宙、宏观、介观、微观研究方向宏大光学微小光学天文望远镜微透镜研究方向天文光学纳米光学 空间尺度：百亿光年 单原子尺度，介观尺度 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 瞬态光学如超快速现象 纳秒、皮秒、飞秒第4页/共36页光光机机电电材材光学精密机械电子材料现代精密仪器：多功能、高效率 光、机、电、算一体化技术手段：自动化、数字化、智能化第5页/共36页望远镜、显微镜、放大镜等 传统光学：研究 现代光学：扩展到 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 激光 核科学技术 光探测器 全息 航空航天 图象处
3、理 微光 光纤与光纤通信 图象融合 光集成 光信息处理 灵巧结构 光计算 机器人视觉 等等 第6页/共36页第7页/共36页第8页/共36页第9页/共36页第10页/共36页第11页/共36页第12页/共36页第13页/共36页第14页/共36页第15页/共36页4、应用范围的扩展、应用范围的扩展空间空间20世纪光学的 主要特点能源能源材料材料微电子微电子生物工程生物工程医疗医疗环境环境保护保护遥感遥感计量计量通信通信印刷印刷核技核技术术生态环境生态环境防灾防灾农业农业精密精密加工加工资源资源保护保护军事军事信息科学信息科学遥测遥测生命生命科学科学化学化学工程工程第16页/共36页2010年至
4、年至2015年，光电子产业可能年，光电子产业可能会取代传统电子产业。光电子技会取代传统电子产业。光电子技术将继微电子技术之后再次推动术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命和进步。人类科学技术的革命和进步。光信息光信息科学科学光电子光电子技术技术光电子成为信息产业的主角光电子成为信息产业的主角第17页/共36页 空间卫星的能源，地球能源光电子光电子光电子成为现代产业的主角光电子成为现代产业的主角第18页/共36页光纤通信：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
5、，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）光信息科学光信息科学 光 是最重要的信息载体，人类感官接收客观世界总信息量的 90%以上通过眼睛第19页/共36页采采集集传传输输处处理理存存储储超高速度超大容量信息时代信息时代 对对 信息技术信息技术提出提出 更高更高 要求要求第20页/共36页例例1弹头数量大于1000枚的情况 要求：在数分钟内完成五项功能1015 次次/秒秒要求达寻寻 的的在 3 29 时间内分 4 阶段拦截、确认结果识识 别别跟跟 踪踪发发 射射迎迎 击击
6、计算速度第21页/共36页2005：中科院知识创新工程和上海市信息化建设的重大成果，曙光曙光4000A，计算速度10 的的13 次方次方/秒秒。2003年2月报道的是：3000亿 次次/秒。秒。现在：现在：美国国际商用机器公司(IBM)计划名为“红杉”，最高运算速度可达每秒2万万亿次。可达现阶段普通笔记本电脑的200万倍。英国泰晤士报：如果以人类大脑运算能力为参照，“红杉”一天的运算量需要1200亿人花费50年才能完成。轻易超越现有“最快”计算机、每秒可完成大约1000万亿次运算的“走鹃”。任务 用以确定核武器安全，“红杉”眼下处于技术研发阶段，定于2011年交付使用。”预计安装在美国能源部位
7、于加利福尼亚州的劳伦斯-利弗莫尔国家实验室。科学家借助“红杉”完成复杂的计算机模拟实验，以确定某种核武器是否安全、能否达到能源部下属国家核安全局关于核武器库存管理的要求。“管理核武器库的难题与(管理)家庭车库中存放二三十年的汽车相似，”助理主管马克说，“汽车老旧过程中如何小心保养，才能确保你能够正常发动它？”第22页/共36页例例2高智能机器人高智能机器人计算速度1015 次次/秒秒要求达学习联想推理识别记忆功能：形象形象声音声音气味气味感觉感觉感知:快速计算、快速反应、达到人脑人脑的水平目标：第23页/共36页“现代现代”机器人能做到吗机器人能做到吗？打打乒乒乓乓球球过马路 第24页/共36
8、页2003年2月23日报道v 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、跟在人后面走关于关于现代机器人现代机器人结论电子系统速度慢，现代机器人比不上 人第25页/共36页例例3其它领域其它领域灾难的避免快速反应快速处理计算速度1015 次次/秒秒要求达第26页/共36页响应速度快以光速传播30万 km/s （3x108 m/s）电信号传输速度：105 m/s电子开关速度：10-9 s光开关速度：飞秒（FS）10-15 s对比对比第27页/共36页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”电子受外界电磁场干扰 RC问题
9、滞后效应对比对比第28页/共36页光子技术的优越性处理速度快 电子电子 在电线里传输串行传输：“瓶颈”问题并行传输：由于线径影响 出现RC问题对比对比光子 可在自由空间传播 可在波导内传播并行传输并行处理速度快二维图像处理，更快、更优第29页/共36页光子技术的优越性传输容量大对比对比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路一路微波通道，传送 103 路 电话 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世纪投入使用第30页/共36页光子技术的优越性序言 存储密度大海量存储例1200mm双面光盘，2.4mm厚可存储 2 部电影的全部声、像信息例2全息存储 1cm3 光折变晶体存储 1万 幅二维图像，数据量达到10Gbit计算机控制，快速存储第31页/共36页第32页/共36页认识光,驾驭光发展光学你们这一代人 将成为最有希望的力量 是一支强大的生力军第33页/共36页信号与系统的基本分析方法通信理论、傅里叶分析与现代光学的结合光学信息处理与全息学的基础数学基础数学基础二维线性系统分析二维线性系统分析标量衍射的角谱理论标量衍射的角谱理论光学成像系统的频率特性光学成像系统的频率特性光全息术光全息术光学信息处理光学信息处理第34页/共36页第35页/共36页
