1、信息光學信息光學Information Optics享受光享受光學 光學科學與技術的成果已深深滲透到我們的生活中-王大珩 20世紀以前的光學古典光學古典光學傳統光學傳統光學 20世紀的光學傳統光學傳統光學現代光學現代光學 21世紀的光學光子時代的到來光子時代的到來王大珩先生說：2121世紀世紀 將是光子的世紀將是光子的世紀 20世紀光學的世紀光學的 主要特點 光學領域的擴展光學領域的擴展 應用功能的擴展應用功能的擴展 研究內容的擴展研究內容的擴展 應用范圍的擴展應用范圍的擴展20世紀光學的 主要特點1、光學領域的擴展、光學領域的擴展新學科紫外光學、X射線光學、微光夜視、紅外光學X射線 紫外近紅

2、外 中紅外 遠紅外可見光 波段： 向兩端擴展 波長：單色性、相干性 研究方向激光器激光全息 光強：單光子 激光光源 星際光源20世紀光學的 主要特點 1、光學領域的擴展 研究對象：宇宙、宏觀、介觀、微觀研究方向宏大光學微小光學天文望遠鏡微透鏡研究方向天文光學納米光學 空間尺度：百億光年 單原子尺度，介觀尺度 時間尺度： 天文時間 原子反應時間 （10-15 秒）研究方向靜態光學 瞬態光學如超快速現象 納秒、 皮秒、飛秒20世紀光學的 主要特點 2、應用功能的擴展、應用功能的擴展光學工程 綜合技術學科光光機機電電材材光學精密機械電子材料現代精密儀器：多功能、高效率 光、機、電、算一體化技術手段：

3、自動化、數字化、智能化20世紀光學的 主要特點 3、研究內容的擴展、研究內容的擴展望遠鏡、顯微鏡、放大鏡等 傳統光學 ： 研究 現代光學： 擴展到 光子已不僅是作為信息傳遞的手段，幫助人類認識世界 光子也能改變物質的形態， 幫助人類改造世界 激光 核科學技術 光探測器 全息 航空航天 圖象處理 微光 光纖與光纖通信 圖象融合 光集成 光信息處理 靈巧結構 光計算 機器人視覺 等等 激光核聚變: 神光II裝置載人航天飛行: 神舟5號風云II號氣象衛星嫦娥一號繞地球軌道：繞地球軌道：16h軌道：近地點 200km，遠地點 51000km，1.5圈。遠地點加速：遠地點加速：16h軌道：近地點 600

4、km，遠地點 51000km，1.5圈。近地點加速：近地點加速：24h：近地點 600km，遠地點 71000km，3圈 （停泊軌道）。近地點加速近地點加速：48h：近地點 600km，遠地點 128000km，1圈。近地點加速：近地點加速：116h軌道：近地點600km，遠地點 400000km （地月轉移軌道）。三次軌道修正。繞月球軌道：第一次近月點制動：12h軌道：近月點200km，遠月點8600km。第二次近月點制動：3.5h軌道：近月點200km，遠月點1700km。第三次近月點制動：127min軌道：近月點200km，遠月點200km。2.16m 反射望遠鏡微光夜視技術全息防偽技術

5、4、應用范圍的擴展、應用范圍的擴展空間空間20世紀光學的 主要特點能源能源材料材料微電子微電子生物生物工程工程醫療醫療環境環境保護保護遙感遙感計量計量通信通信印刷印刷核技術核技術生態生態環境環境防災防災農業農業精密精密加工加工資源資源保護保護軍事軍事信息科學信息科學遙測遙測生命生命科學科學化學化學工程工程 許多學科分支和方向 已形成大規模的產業產業全世界光學和光（電）子學技術產業規模 1995年 達 700億美元億美元 2000年 達 1030億美元億美元2010年，以光電子信息技術為主導的信息產業年，以光電子信息技術為主導的信息產業將形成將形成5萬億美元的產業規模，萬億美元的產業規模，201

6、0年至年至2015年，光電子產業可能會取代傳統年，光電子產業可能會取代傳統電子產業。光電子技術將繼微電子技術之后電子產業。光電子技術將繼微電子技術之后再次推動人類科學技術的革命和進步。再次推動人類科學技術的革命和進步。 光信息光信息科學科學光電子光電子技術技術光電子成為信息產業的主角光電子成為信息產業的主角 機械領域： 激光加工： 打孔、切割、焊接、表面處理 激光光刻、激光微細加工、X射線光刻 能源領域： 太陽能電池、激光核聚變 空間衛星的能源，地球能源光電子光電子光電子成為現代產業的主角光電子成為現代產業的主角光纖通信： 以低損耗石英光纖和半導體激光器為基礎， 成為當今通信的主體和方向 顯示

7、技術：液晶大屏幕顯示成為下一代電視的主流; 圖像顯示和復制設備：激光照排、印刷、分色、打印、復印、傳真， 構成龐大印刷產業成像和探測領域 CCD等數字圖像設備：掃描儀、傳真機、攝象機、攝錄機、數碼相機使光信息數字化; 光電子成像器件和探測器可以涉及到不可見光（微光和紅外）光信息科學光信息科學 光 是最重要的信息載體，人類感官接收客觀世界總信息量的 90%以上通過眼睛采采集集傳傳輸輸處處理理存存儲儲超高速度超大容量信息時代信息時代 對對 信息技術信息技術提出提出 更高更高 要求要求重返大氣層多彈頭導彈的 攔截例例1彈頭數量大于1000枚的情況 要求：在數分鐘內完成五項功能1015 次次/秒秒要求

8、達尋尋 的的在 3 29 時間內分 4 階段攔截、確認結果識識 別別跟跟 蹤蹤發發 射射迎迎 擊擊計算速度目前目前 電子計算機電子計算機 的計算速度舉例的計算速度舉例2005：中科院知識創新工程和上海市信息化建設的重大成果， 曙光曙光4000A，計算速度10 的的13 次方次方/秒秒。 2003年2月報道的是： 3000億 次次/秒。秒。現在：現在：美國國際商用機器公司(IBM) 計劃名為“紅杉”，最高運算速度可達每秒2萬萬億次。可達現階段普通筆記本電腦的200萬倍。英國泰晤士報：如果以人類大腦運算能力為參照，“紅杉”一天的運算量需要1200億人花費50年才能完成。輕易超越現有“最快”計算機、

9、每秒可完成大約1000萬億次運算的“走鵑”。任務 用以確定核武器安全，“紅杉”眼下處于技術研發階段，定于2011年交付使用。”預計安裝在美國能源部位于加利福尼亞州的勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室。科學家借助“紅杉”完成復雜的計算機模擬實驗，以確定某種核武器是否安全、能否達到能源部下屬國家核安全局關于核武器庫存管理的要求。“管理核武器庫的難題與(管理)家庭車庫中存放二三十年的汽車相似，”助理主管馬克說，“汽車老舊過程中如何小心保養，才能確保你能夠正常發動它？” 例例2高智能機器人高智能機器人計算速度1015 次次/秒秒要求達學習聯想推理識別記憶功能：形象形象聲音聲音氣味氣味感覺感覺感知:快速計算、快

10、速反應、達到人腦人腦的水平目標： “現代現代”機器人能做到嗎機器人能做到嗎 ？ 打打乒乒乓乓球球過馬路 2003年2月23日報道v 日本 研制的 世界第一個機器人能行走，能認識10個人會握手、揮手、跟在人后面走關于關于現代機器人現代機器人結論電子系統速度慢，現代機器人比不上 人 航空、航天 中長期天氣預報 地震預測、預報 超大量衛片的圖像處理 例例3其它領域其它領域災難的避免快速反應快速處理計算速度1015 次次/秒秒要求達光子技術的優越性20世紀光學的 主要特點響應速度快以光速傳播30萬 km / s （3x108 m / s）電信號傳輸速度：105 m / s電子開關速度：10-9 s光開

11、關速度：飛秒（FS） 10-15 s對比對比光子技術的優越性抗干擾能力強 不受外界電磁場干擾 相互間幾乎不干擾 可共用一個空間，不“串音” 電子受外界電磁場干擾 RC問題 滯后效應對比對比光子技術的優越性處理速度快 電子電子 在電線里傳輸串行傳輸：“瓶頸”問題并行傳輸： 由于線徑影響 出現RC問題對比對比光子 可在自由空間傳播 可在波導內傳播并行傳輸并行處理速度快二維圖像處理，更快、更優光子技術的優越性傳輸容量大對比對比一根光纖可同時傳送多少路電話？ 106 108路一路微波通道，傳送 103 路 電話 或 1 路 彩電信號 美、日報道：超大容量傳輸系統 1012 bits / s （Tb /

12、 s） 21世紀投入使用光子技術的優越性序言 存儲密度大海量存儲200mm雙面光盤，2.4mm厚可存儲 2 部電影的全部聲、像信息全息存儲 1cm3 光折變晶體存儲 1萬 幅二維圖像，數據量達到10Gbit計算機控制，快速存儲全息信息存儲 中國的光學(光子學)已經對高科技、國民經濟與人民生活產生了影響。可以預期，光學（光子學）在21世紀將會像20世紀的電子學（微電子學）那樣大發展。讓我們一起為迎接光學（光子學）方面的重大突破而歡呼吧！ -王大珩認識光, 駕馭光發展光學你們這一代人 將成為最有希望的力量 是一支強大的生力軍信息光學-傅里葉光學信號與系統的基本分析方法通信理論、傅里葉分析與現代光學的結合光學信息處理與全息學的基礎數學基礎數學基礎二維線性系統分析二維線性系統分析標量衍射的角譜理論標量衍射的角譜理論光學成像系統的頻率特性光學成像系統的頻率特性光全