物质、能量、信息,是人类认识客观世界的三个层面。
物质是一切的载体,能量是物质的存在方式,信息连接着客观世界与主观世界,而信息的变化和传输则伴随着能量的转换。
光电子技术,是光子、电子与物质相互作用,能量相互转换的技术,是光波段的电子技术。它涉及光的产生,光的调制、传输、检测、显示与存储技术。
光电子技术,貌似包罗万象,领衔主演却只有两个,一个是激光,另一个是光纤。
打个比方说吧!如果激光是京沪高铁的车厢,光纤就是京沪高铁的铁轨。当人类进入高铁的车厢时,就相当于把信息加载到激光上。铁轨的作用是为了规范火车的运行状态,光纤则是为了约束光的传输。人类在进站和出站时,需要检票,而信息在传输前后,则需要进行调制和检测。
激光,是指受激辐射的光放大。物理学家爱因斯坦早已在一百年前提出了激光产生的原理。一九六零年代,激光和发光二极管相继发明,遭遇却迥然不同,发光二极管一直被视为光源中的矮穷矬,激光始终是光源中的高富帅。
光的传输,其模式是光波动方程的解,由于损耗和色散的存在,光在传输过程中会产生衰减和畸变,从而限制了信息的传输距离和传输容量。
光的调制,采用可控的电压、声波、磁场引起晶体折射率的变化,从而改变入射光波的振幅、强度、相位、频率或者偏振等参数,让传输的光波携带信息。
光的检测,其一,如果利用光的强度携带信息,则可以将光强度转换为电信号,再用解调电路检出信息,其二,如果利用光的频率和相位携带信息时,可以采用外差探测技术,这种技术能探测到单个光子。
光电显示,其主要思想是分割被描述的区域,再用相应的灰度填充。我们所见的光电画面,均是由大量马赛克拼接而成。
光的存储,其思想类似二进制编码。包括信息写入和信息读出两个过程,首先聚焦激光使介质的光照微区发生变化,将需要存储的信息记录到介质上,然后利用低功率密度激光扫描信息轨道,提取介质变化区与未变化区的反射率的差别,从而获取信息。另外,全息存储用干涉编码,衍射解码,全息图记录的是物体发射或散射出的光场的完整信息。
说到底,光电子技术是为了扩展人类获取信息的能力,改善人类的生活,有助于我们更好地理解客观世界。