纳米光子学.
纳米光子与生物光子学
纳米光子与生物光子学“纳米光子与生物光子学”，哎呦，听起来是不是有点拗口？别怕，我们今天就来聊聊这俩有趣的东西，保证让你听得津津有味，不会让你睡着！首先嘛，咱们得知道啥叫纳米光子。
说简单点，纳米光子其实就是光子（也就是光的基本单位）在非常微小的尺度上玩耍。
你可以想象一下，光子就像是宇宙中最调皮的小精灵，而“纳米”则代表它们在一个超级小、比头发丝还要细的空间里蹦跶。
这么小，它们能干什么呢？答案是：能做的事多得很！比如能让我们的手机屏幕变得更亮，能让医学检测变得更精准，甚至可以帮忙让太阳能板更高效，简直是万能小天使！只不过，想要真正搞懂它，得有点脑袋瓜转得快，不然就容易被它绕晕。
再来说说生物光子学，这个听起来又有点神秘是不是？别担心，咱们慢慢来。
你想过没有，人类身体里其实也能发光？有些生物，比如萤火虫、某些深海鱼，甚至是某些真菌，它们身体里就能“发光”，那种“光”可是比任何台灯都要自然、柔和。
而生物光子学，正是研究这些“生物自发的光”怎么形成的，并且希望能借鉴它们的“光芒”，去创造对人体有益的技术。
比如，研究生物体如何通过光来传递信息，或者利用光来做深度医学检查。
你想想，未来有一天，咱们可能不用去医院照X光了，光子一照，病症早就一目了然，这样的场景是不是让人兴奋得不行？纳米光子学和生物光子学有个共同点，那就是它们都想要让“光”更有用。
纳米光子学是通过微小的光子来提高材料和设备的效率，比如在医疗、通信等领域，让生活变得更方便。
而生物光子学呢，则更多地着眼于如何利用自然界中的光，让生物的健康和环境更和谐。
像有些科学家就在研究用光来修复受损的细胞，或是利用光的信号来判断人体是否存在疾病，甚至更远的未来，说不定还能实现“用光治病”。
听上去是不是像是科幻电影里的情节？可是，谁又能说这些不可能呢？要说纳米光子和生物光子学的联系，真的还挺有意思的。
你想，光子这么小，它能在“纳米”尺度下穿行，肯定有不一样的表现。
这些小光子不仅能帮助我们研究微观世界，甚至能帮助我们解锁生物的秘密。
表面等离激元纳米光子学 理论说明以及概述
表面等离激元纳米光子学理论说明以及概述1. 引言1.1 概述表面等离激元纳米光子学是一门新兴的领域，涉及到表面等离激元的概念、起源与发展以及在纳米光子学中的应用。
随着科技的进步，人们对于光子学的研究也越来越深入，而表面等离激元作为一种特殊性质和行为的媒介，引起了广泛关注和研究。
本文旨在通过理论说明和综述的方式，全面介绍表面等离激元纳米光子学的相关理论和应用，并对其未来发展进行展望。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分：引言、表面等离激元纳米光子学理论说明、表面等离激元纳米光子学的主要要点一、表面等离激元纳米光子学的主要要点二以及结论与展望。
其中，引言部分对文章进行整体介绍，并阐述了文章的结构安排。
1.3 目的本文旨在对表面等离激元纳米光子学进行深入探讨和全面概述，明确表面等离激元的概念以及其在纳米光子学中的应用。
同时，通过对主要要点一和主要要点二的介绍，展示表面等离激元纳米光子学领域内的重要研究方向，并在结论部分总结目前的研究成果并对未来发展趋势进行展望和提出建议。
通过本文，读者可以了解到表面等离激元纳米光子学领域的最新进展，为相关领域的研究者提供有益参考。
2. 表面等离激元纳米光子学理论说明：2.1 等离激元概念介绍表面等离激元是一种集体震荡模式，发生在介质表面和金属之间。
它是由光场与电子自由电子气相互作用所导致的电磁波和电荷密度共振耦合效应。
在这个过程中，表面电子和光场之间的耦合引起了具有特定能量和动量的新粒子态的产生。
2.2 表面等离激元的起源与发展历程表面等离激元最初于1957年由斯托拉尼率先提出，但直到20世纪70年代末和80年代初，随着先进的实验技术的发展与纳米材料制备技术的突破，对其物理性质及应用前景的深入研究得以进行。
人们开始认识到等离激元在光学、化学、生物医学等领域中具有广泛的应用价值。
2.3 表面等离激元在纳米光子学中的应用表面等离激元在纳米光子学中具有丰富的应用前景。
首先，它能够在纳米尺度上实现超分辨率成像，从而有效突破传统光学的分辨极限。
纳米光子学
29
21世纪初科技发展的总趋势
• 一个兴起：光子学与纳米科学与技术； • 二个焦点：
环境，பைடு நூலகம்源；
• 三个关注：
地球科学，海洋科学，空间科学；
• 四个支撑：
信息技术，材料技术，制造技术，生命科学技术
30
纳米光子学的未来应用：
磁存储
12
• 回顾电学和光学的发展历史，我们可以发现：
物理学的两个孪生分支——电学和光学，它们 的发展历程是相似的且又是相辅相成的。
• 光子学是研究光子与物质相互作用及其应用的
一门新兴学科
13
基础学科 电学
（18世纪开始） 电磁场理论
电子物理学
（20世纪开始） 电子管与电子线路理
论
光学
（18世纪开始） 基于自发辐射光源
静态随机存取存储器(SRAM)芯片。
Dr.Gordon E. Moore CMOS芯片制造工艺极限5nm---预计2017年制程达3nm
20
摩尔定律何时了
芯 片 集 成
• “任何指数函数一 度 旦外推到一定程度 10亿 都会遇到阻碍。
• ……我们不可能做得 更小了。”
• -----戈登·摩尔
2017年
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1
纳米光子学简介
• 学科的形成：
1.科学技术的进步，一种新的集成工艺；
• 学科的定义：
2.纳米光子学是研究在纳米尺度上光与物
质相互作用的一门学科。利用近场光学对纳米 器件进行设计制造和运用的技术 ，属于光子学 的分支。
内容分类：
1. 在纳米尺度上限制物质 2. 在纳米尺度上限制波的辐射 3. 在纳米尺度上的光学加工
纳米光子学中的局域场增强和强耦合效应
纳米光子学中的局域场增强和强耦合效应纳米光子学是研究纳米尺度下光与物质相互作用的学科，它涉及到光子的局域场增强和强耦合效应。
本文将探讨纳米光子学中的局域场增强和强耦合效应对材料与光相互作用的影响。
一、纳米光子学的背景和概念纳米光子学是在纳米尺度下研究光与物质相互作用的新兴学科。
在纳米尺度下，电磁波与纳米尺度物体相互作用时，电场强度会在物体表面和附近形成局域场增强现象。
局域场增强指的是在纳米尺度物体表面和附近，电磁波的电场强度显著增强的现象。
二、局域场增强的机制局域场增强的机制可以通过表面等离子体共振来解释。
表面等离子体共振是当金属或半导体纳米结构暴露在光的作用下，电子与光波相互作用产生的电池极化现象，形成局域电磁场增强。
这种局域场增强现象在纳米材料领域具有重要的应用价值。
三、局域场增强的应用局域场增强的现象对纳米材料的光学和电学性质具有重要影响，并且在纳米光子学中具有广泛的应用。
例如，在纳米催化剂领域，利用局域场增强的现象可以提高催化剂的效率和选择性。
此外，在纳米生物传感器领域，利用局域场增强可以增强传感器的灵敏度和特异性，提高检测的准确性。
四、强耦合效应的概念强耦合效应是指在纳米结构与光之间存在强烈相互作用的现象。
当纳米结构的共振频率与光的频率非常接近时，会产生强耦合效应。
强耦合效应是实现单光子调控和量子信息传输的重要基础。
五、强耦合效应的机制和应用强耦合效应的机制可以通过电磁场和物质之间的相互作用来解释。
在纳米器件中，通过调节电磁场和物质之间的耦合强度，可以实现纳米器件的光学性能优化和调控。
强耦合效应在纳米光子学中具有广泛的应用，例如在量子计算、量子信息存储等领域。
六、纳米光子学中的挑战和前景纳米光子学作为一门新兴的学科，面临着许多挑战。
例如，在纳米结构制备和表征方面，需要开发出更加高效和精确的技术。
同时，在纳米材料的性能优化和调控方面，需要深入研究光与物质相互作用的机制和规律。
然而，纳米光子学的发展前景仍然广阔。
纳米光子学中的量子光学效应研究
纳米光子学中的量子光学效应研究纳米光子学是近年来兴起的一门交叉学科，它将纳米科技与光子学相结合，研究纳米尺度下的光与物质相互作用。
而其中的量子光学效应则是纳米光子学中极为重要的一部分。
量子光学是一门研究光与物质相互作用的学科，以量子理论为基础，探索光子的量子特性。
而在纳米光子学领域，我们研究的是纳米级尺度下的光子行为，探究量子效应在纳米尺度下的表现。
在纳米光子学的研究中，量子光学效应的研究是非常重要的。
首先，量子光学效应可以帮助我们了解光与物质的相互作用机制。
例如，我们可以通过研究量子光学效应来探索光与纳米材料之间的能量传递、电子跃迁等过程，从而为纳米材料的光学性质设计与调控提供理论依据。
此外，量子光学效应还可以用来研究纳米材料的荧光增强、单光子发射等现象，为单分子探针、量子信息处理等领域提供基础。
同时，量子光学效应还可以应用于纳米器件的制备与光控制。
例如，通过利用量子光学效应，结合纳米制造技术，可以制备出具有特殊光学性质的纳米结构。
这些纳米结构可以用于制作高效率的太阳能电池、超分辨显微镜、纳米光子集成电路等器件。
此外，还可以利用量子光学效应在纳米尺度上实现光的调制、开关等功能，为纳米光子学和光电子学领域的发展提供技术支持。
最近，研究人员在纳米光子学中的量子光学效应方面取得了一系列重要进展。
例如，他们发现了表面等离子体耦合的量子光学效应，即在纳米结构表面激发的等离子体可以与光子相互作用，产生一系列新的光学效应。
这项研究不仅拓宽了我们对纳米光子学中量子光学效应的认识，同时也为纳米光子学的应用提供了新的思路。
除了表面等离子体耦合的量子光学效应外，还有许多其他类型的量子光学效应在纳米光子学领域引起了广泛关注。
例如，纳米材料的光学增强效应、拉曼散射增强效应等，都是纳米光子学中的重要研究课题。
这些量子光学效应的研究不仅有助于我们深入理解光与物质的相互作用机制，还为纳米器件的设计与制备提供了新的思路。
值得一提的是，纳米光子学中的量子光学效应研究不仅限于理论模拟和实验探索，还需要与其他学科相结合，例如材料科学、电子学、计算机科学等。
纳米光子学材料的制备和应用
纳米光子学材料的制备和应用纳米技术的发展在各个领域都有所体现，而纳米光子学是其中的一种新兴领域，其应用前景广阔。
纳米光子学材料的制备是纳米光子学领域的重要基础，同时这些材料可以被应用于各种光学设备中，例如纳米激光，光通信设备以及太阳能电池等。
一、纳米光子学材料的制备制备纳米光子学材料常用的方法有物理法、化学法以及生物法。
物理法是通过物理手段将材料变成纳米尺寸，例如通过热折变法，气相合成法等制备出不同尺寸的纳米颗粒和纳米结构。
化学法是指化学反应过程中由于聚合或分散作用而形成的纳米级或亚纳米级颗粒，其制备方法包括沉淀法、胶体化学法、模板法等。
生物法是指利用生物体系的生长和代谢的方法制造纳米有机和无机材料。
例如，利用生物技术，可以利用单细胞藻类制造具有光催化和荧光等性质的纳米微颗粒。
二、纳米光子学材料的应用1.纳米激光纳米激光是一种用于生物医学和光电子学等领域的激光设备，其特点是具有纳米级的空间分辨率和高强度的光子流，因此能精准地照射到微观的生物组织或细胞中，实现对其进行控制或处理。
纳米光子学材料能够被用于制备纳米激光，如利用纳米石墨烯制备出的主动调谐激光器，其调节范围可达600纳米。
2.光通信设备光通信设备是一种基于光信号进行高速数据传输的通信设备。
纳米光子学材料在光通信设备方面的应用包括利用量子点进行单光子检测和加密、利用表面等离子体共振波导进行光通信和利用纳米线图案制备光通信芯片等。
3.太阳能电池在太阳能电池领域，纳米光子学材料能够提高太阳能电池的电池效率和稳定性，例如利用纳米结构增强太阳能电池的吸收率，或采用金属-半导体-金属结构的太阳能电池，其具有较高的光电转换效率。
三、纳米光子学材料的未来前景随着纳米技术的不断发展，纳米光子学材料的应用前景也将更为广阔。
未来纳米光子学材料可能会更多地应用于生物医疗、环境保护等领域，例如开发利用光敏材料治疗癌症、利用纳米颗粒加速水净化和气体分离、利用纳米结构提高传感设备的灵敏度等。
纳米光子学中的基础和应用研究
纳米光子学中的基础和应用研究随着科学技术的不断发展，纳米光子学这门学科逐渐受到研究者们的重视。
纳米光子学是光子学在纳米尺度下的应用，它研究纳米尺度下光的行为和相互作用，探索光子与物质的相互作用规律。
它所涉及的研究范畴非常广泛，包括纳米结构的制备、光学成像、生物医学、信息技术等等。
本文旨在探讨纳米光子学中的基础和应用研究。
一、纳米光子学的研究进展纳米光子学的研究起源于人们对光的探索，特别是近年来人们对纳米尺寸下光的作用机理和性质产生了浓厚的兴趣。
光的波长非常小，它不仅可以作为一种信号传递媒介，还可以用来探测和操作微尺度物体。
在纳米尺度下的应用非常广泛，包括生物医学、信息技术、材料科学等等。
一直以来，科学家们通过制备纳米结构来控制光在纳米尺度下的行为。
随着制备技术的不断提高，人们可以制备出各种各样的纳米结构，从而开辟了更广阔的研究空间。
例如，金属纳米颗粒可以在可见光范围内吸收和散射光线；纳米线的结构可以对光做出高度敏感的反应等等。
二、纳米光子学中的基础研究纳米光子学的基础研究主要涉及到物质对光的相互作用和光的传输过程，了解这些知识对开展纳米光子学的应用研究非常重要。
主要包括以下方面：1.表征光的传输光的传输是纳米光子学中的基础，了解光的传输机理对纳米结构的设计和制备非常重要。
一般来说，纳米结构的形状、大小、材料等不同因素都会影响光的传输。
利用场效应可以实现光的局部增强，这对于极低浓度的物质检测和生物医学中的成像非常有帮助。
2.控制光的传输光的传输不仅需要进行表征，还需要进行控制。
例如，可以通过表面等离子体共振效应（Surface Plasmon Resonance）来调制光的传输，从而实现物质的探测。
此外，在光学天线、光传输散射和激光聚焦等方面也具有广泛的应用。
3.探究材料光学性质纳米尺寸下，材料的光学性质会发生显著变化。
例如，离子对的存在会改变材料的折射率；材料微结构的改变会引起光的散射和吸收等。
纳米光子学和量子计算机的前沿领域与应用
纳米光子学和量子计算机的前沿领域与应用近年来，纳米光子学和量子计算机技术作为两个备受关注的前沿领域，正迅速发展并引起了广泛的研究兴趣。
纳米光子学是将光子学与纳米技术相结合的学科领域，致力于在纳米尺度上控制和操纵光的行为。
量子计算机则基于量子力学原理，利用量子比特来进行计算，具有在特定情况下大幅度提高计算速度和解决复杂问题的潜力。
纳米光子学作为互补性领域，与传统光学有着密切的联系。
在纳米尺度上，物质的光学特性将显著不同，因此，纳米光子学提供了一种新的研究方向，通过对光在纳米尺度上的操控，可以打破光学的传统限制。
此外，纳米光子学还能够实现超分辨率成像、纳米加工和纳米传感等应用，对于生物医学、信息技术和能源领域等有着广泛的应用前景。
一方面，纳米光子学在生物医学领域中起到了重要的作用。
通过利用纳米光子学技术，可以实现对生物分子和细胞的高灵敏度检测和成像。
例如，利用纳米光子学技术可以将荧光分子标记在特定的生物分子上，通过对荧光信号的探测可以实现细胞成像，进而为研究细胞生物学和疾病诊断提供了新的工具和方法。
此外，纳米光子学还可以应用于光动力学疗法、光学成像和光传感等领域，为生物医学领域带来了新的突破和改进。
另一方面，量子计算机作为一种全新的计算模式，具备破解传统计算机难题的潜力。
相比传统的二进制计算机，量子计算机使用量子比特（qubit）来表示信息，可以在同一时间进行多个计算操作，大大提高计算速度。
这使得量子计算机在解决复杂问题、优化算法、密码破解等领域具有巨大的潜力。
目前，量子计算机仍处于研究和开发阶段，但在一些具体应用领域已取得了显著进展。
例如，量子模拟是量子计算机的一个重要应用方向之一。
通过利用量子比特的纠缠特性和量子态叠加原理，可以模拟和研究一些复杂的量子系统，如粒子在多个能级间的跃迁、分子的结构和反应动力学等。
此外，量子优化算法也是量子计算的一个重要研究方向，通过利用量子计算机的并行计算能力，可以在优化问题中找到更好的解决方案。
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纳米光子器件的全球市场
• 2004 年已达到4 .2亿 美元，每年以
85.8％ 的速度增长，预料在 2009 年将 达到 93.3 亿 美元的市场规模。
From: BCC, Inc. "Nanotechnology for Photonics"
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非常广阔的应用前景
• 超小型的纳米激光器在一系列领域中有着非常广 • •
固体电子学
（晶体管）
微电子学
（集成电路）
光 子 学
各种类型的激光器、 探测器
半导体激光器 微光子学
（光子集成器件）
10/11/2018
8
光子学的发展
•
• 1960年激光的发明 • 激光器(LASER)是电子学中微波量子放大器(MASER)
在波长上的延伸。 激光器的发明不仅提供了光频波段的相干电磁波振荡 源，而且对时至今日的无线电频率下的许多电子学的 概念、理论和技术原则上均可延伸到光频波段，如振 荡、放大、倍频、混频、参量、调制、信息处理、通 信、雷达以至计算机等 。
•
34
4.纳米纤维
5.纳米膜
Thank You!
谢谢 ！
37
光子学（Photonics）
• 包含传统光学、现代光学、光电子学和微
光学在内的宽广领域统称为光子学。 • 特点：光子学是一门与电子学平行的科学。
光子学的发展
激光
半导体微加工技术
芯径几微米的石英光纤
集 成 光 ， 微 米 尺 寸 器 件
光纤通信 光传感器 光显 光存 光照
21世纪被誉为光子世纪
计算机科学技术 光通讯 电子学和 微电子技术
32
3.纳米存储器和DNA开关
• 纳米存储器，存储密度可达每平方厘米1014
bit.。 • DNA开关，利用它将可以制造出分子大小的 电子电路，运算速度更快。
33
纳米光子学将会产生难以估量的影 响
• 人类将在纳米尺度上重新
认识和改造世界以及人类 自身： 参与“人类基因组计划” 的科学家在《自然》杂志 上公布了最新的人类基因 组图谱。更为精确的计算 表明，人类基因数量实际 在2万到2.5万之间。
生命科学及技术
Photonics
光学 和光学工程
光子学
材料科学和技术
用遍及国民经济各行各业和科学技术的各个领域。
• 光子学内容极为宽广，其涉及多种学科和高技术领域；光子学技术的应
据专家预测，在21世纪中，光子产业的总产值将超过电子产业的总产值。 因此21世纪被誉为光子世纪。
6
光子学的发展
• 1905年爱因斯坦将量子论用于解释光电效应，并
Theodore Harold Maiman Born Jul 11 1927
10/11/2018
10
光子学与电子学的关系
• 光子学与电子学的关系是继承与发展和相互依存
的关系。在信息科技领域，20世纪电子学作出了 巨大贡献，但由于其本身固有特性带来的局限而 使其进一步发展无论在速度、容量还是在空间相 容性上都受到限制。 而光子的特性却蕴藏着巨大的发展潜力并表现出 明显的优越性，许多方面弥补了电子学的不足， 为信息科技的发展提供了新的可能性。
这也促使人们不断探索能够突破器件尺寸极限的 途径。于是在这种形势的威逼下纳米光子学 （Nanophotonics）便应运而生了。 纳米光子学的一个理想目的就是通过纳米技术， 将有可能从单个的分子开始构建出功能完全等同 于芯片的一种物质，它既能够储存数据又能用作 电子通道的开关。
•
22
纳米光子学
• 纳米光子学（Nanophotonics）是
提出了光子的概念。明确提出当光作用于物质时， 光是以“光子”（光的能量会集成一个个的“能 包”）作为最小单位进行的。 光电探测器---光子——电子转换器 半导体激光器---电子——光子转换器 是光电相互依存和相互转化的典型例子。Fra bibliotek• • •
7
光子学与电子学相似的发展历程
电 子 学
真空电子学
（真空管器件）
18
摩尔定律 Moore’s Law
• “集成电路芯片上所集成的晶体管的数目， • 每隔18个月至24个月就将会翻一番。”
19
前言
德州仪器(TI)也宣布他们的65纳米 工艺技术技术已经达标，在更紧凑的空间内 具更高的处理性能， 采用了SmartReflex电源及性能管理技术 不会导致功耗增加。 65nm 英特尔公司最近宣布在推出用 90纳米工艺批量生产的新型奔腾4处理器之后， 又使用先进的65纳米工艺技术，成功制造出了 包含有5亿多个晶体管、并具备全部功能的70MB 静态随机存取存储器(SRAM)芯片。
•
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21世纪初科技发展的总趋势
• 一个兴起：光子学与纳米科学与技术； • 二个焦点：
环境，能源；
• 三个关注：
地球科学，海洋科学，空间科学；
• 四个支撑：
信息技术，材料技术，制造技术，生命科学技术
30
纳米光子学的未来应用：
1：纳米粉末
2.纳米传感器
• 人类将拥有大量成本低廉的各种量级的传
感器；
工程光学
（光学材料、光学元件、光学仪器技术）
现代光学
（20世纪中开始） 基于受激辐射光源
光子学 激光技术 光子技术
标志：1960年 标志：1970年发明低 发明固体和气体 损耗光纤，室温连续 激光器 运转半导体激光器和 集成光学技术
纳米光子学
21世纪发展近场 光学、纳米光学 材料与器件
14
信息时代的光子学
无线电波在金属 导线传输，受RC 时间常数限制 抗干扰能力差 磁存储
12
• 回顾电学和光学的发展历史，我们可以发现： •
物理学的两个孪生分支——电学和光学，它们 的发展历程是相似的且又是相辅相成的。 光子学是研究光子与物质相互作用及其应用的 一门新兴学科
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基础学科
技术学科
电学
（18世纪开始） 电磁场理论
阔的应用前景： 在化学和生物医学工程中例如生物传感器、显微 术和激光外科以及也有可能把纳米激光器用于鉴 别化学物质。 纳米激光器在光计算，信息存储和纳米分析等领 域也会得到广泛的应用。 把纳米激光器集成到芯片上，便可提高计算机磁 盘信息存储量以及未来的光子计算机的信息存储 量，加速信息技术的集成化发展。
•
11
光子器件与电子器件性能比较
频率（带宽 和信息容量 ）
3× 1011 ～ 6× 1016 Hz >1000 倍 以 上 ， 高 4 ～ 5个数量级 3×108 ～ 3×1011Hz
传输速度
抗干扰能力
信息存储能力
光波在真空中传 输速度为光速， 在光纤中传输速 度接近光速 无电磁干扰 可实现三维光存 储
• 纳米光子器件制作及集成的技术： • 电子束光刻 • 纳米压印技术 • 聚焦离子束加工 • 等离子体工艺 • 为纳米信息光电子器件的制作提供高分辨
率、高生产率的方法
26
纳米光子器件
高速、高密度存储
纳米量子结构、 量子电路及其集成技术
既有记忆逻辑功能，又有可以用软件修改的可编程逻辑芯片
三维光子晶体天线、 光子晶体二极管、 无损耗光波导、 光开关、无阈值激光器、光放大器
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纳米光子器件
• 纳米光子器件 是纳米光子学的一个重要组
成部分 • 目前在研的的纳米光子器件有： • 纳米激光器、量子点红外光电探测器、多 量子阱自电光效应器件（MQW-SEED）、超 晶格多量子阱红外光电探测器阵列、纳米 级薄膜制作的红外摄像器件、光子晶体波 导器件等。
25
纳米光子器件制作的方法
h E2 E1
h
E2 h h
E1
9
光子学的发展
• 光学和电子学两个学科的相
互交融，促成了光子学的建 立，可以说光子学是发展到 现阶段的光学。 • 由于激光的发明，低损耗光 纤的研制成功和半导体光电 器件的发展，使光学迅速进 入近代高新技术舞台，并对 近代科学技术和人类社会生 活产生巨大的影响。
电工学
（电工、电器、电机技术）
电子物理学
（20世纪开始） 电子管与电子线路理 论
电子学 真空管电 子学
标志： 1906年发 明真空三级 管
纳米电子学 微电子学
标志：1960 年发明集成 电路 21世纪发展纳 米电子材料与 器件
固体电子学
标志：1948 年发明半导 体晶体管
光学
（18世纪开始） 基于自发辐射光源
研究纳米结构中电子与光子的互作用 及其器件的学科;
• 是光子技术与纳米电子技术相融合合而开拓出的 •
一门崭新的学科。 纳米光子学将朝向纳米光电子集成的方向发展。
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纳米光子学是基于纳米技术和光 电子学的基础
光子学
＋
纳米技术
纳 米 光 子 学
＋
纳 米 光 子 技 术
纳 米 光 子 工 程
纳 米 光 子 产 业
几乎到了其固有极限值。
• 利用多重波长和并行互联及并行处理，能克服冯·诺
依曼结构的电子计算机的瓶颈效应，光布线技术，可
实现光互联；
• 由于光可以进行并行处理，没有阻抗匹配和没有必要
布线回路，故可进行高速信号处理等。
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超高速运算速度
光脑（光计算机）在21世纪将有可能取代电脑
• 光脑的优越性：
1，光脑的并行处理能力强，具有超高速运算速度，其 运算速度比电脑快1000倍。 2，超高速电脑只能在低温状态工作，而光脑在室温下 即可工作。 3，光脑利用光子传递信息，不需要导线，即使在光线 相交的情况下，它们之间也丝毫不会相互影响。 4，光脑所需之驱动能量很小，所产生的热量大大减少。
光子
信息光子学