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什么是光子学?

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光子学媒体编辑

光子学是对以光子为量子单位的光和其他类型辐射能的研究。光子学对研究、技术、导航、文化、天文学、法医学和医疗保健的影响塑造了20世纪,现在,在21世纪,光子学继续在科学界理解世界的过程中发挥着至关重要的作用。

光具有波和粒子的特性,其强度根据粒子或光子的数量而变化。当光接触到水、空气或其他物质时,它会以各种各样的方式表现出来,在那里被吸收、反射或散射。iStock.com/d1sk礼貌。


光具有波和粒子的特性,其强度根据粒子或光子的数量而变化。当光接触到水、空气或其他物质时,它会以各种各样的方式表现出来,在那里被吸收、反射或散射。iStock.com/d1sk礼貌。

“Photonics”这个词似乎在1967年或1973年的第一个外观,这取决于美国国家科学院美国美国国家科学院的外国成员的法国物理学家Pierre Aigrain的文章,如“La Photonique”。该术语开始在贝尔实验室和休斯飞机有限公司的新闻稿,报告和内部出版物中看到定期英语使用,并在20世纪80年代大的媒体。10bet 公司

1982年,贸易杂志光谱将其名称更改为光学光谱.走向20世纪80年代末,IEEE激光器和电器光学协会成立了一份名为光子学技术信.1995年,Spie是国际光学和光子学会,首次介绍了光子西部行业会议。在采用术语“光子学”之前,该领域经常被称为“光学”。十博体育靠谱吗将光学和电子设备之间的线路模糊的技术被称为“光电子”,其目前在某些情况下仍然使用。

Laurin出版公司创始人兼首席执行官Teddi Laurin于1967年出版了《光学光谱》杂志的第一期。


Laurin出版公司创始人兼首席执行官Teddi Laurin于1967年出版了《光学光谱》杂志的第一期。

在光线上而不是电力运行的装置具有许多优点,其中第一是速度。光线以大约10倍的电力行进,这意味着通过光子介质(如光纤电缆)传输的数据可以在一小部分中延长距离更长的距离。与电流不同,可见光和红外线梁可以在不相互作用的情况下彼此通过。结果,单个光纤具有同时携带300万台电话呼叫的能力。这些优势在其他方面,继续重新定义现代生活的可能性。

我:历史

古老的历史
古埃及人、印度人、罗马人、希腊人、玛雅人和阿兹特克人建造纪念碑和创造艺术,向光致敬,有时使用独特的建筑引入和展示自然形式的光。这些古老的文化中很多都崇拜与太阳有关的神,如太阳神和阿波罗。光与力量、生命和疗愈联系在一起。

古代文明建造庙宇,崇拜与光和太阳有关的神。落日由pixabay/alexas_fotos-686414提供。多亏了pixabay/clker-free vector-images-3736。阿波罗由pixabay/openclipart-vectors-30363提供。


古代文明建造庙宇,崇拜与光和太阳有关的神。落日由pixabay/alexas_fotos-686414提供。多亏了pixabay/clker-free vector-images-3736。阿波罗由pixabay/openclipart-vectors-30363提供。

公元前750年
最早的镜片可以追溯到公元前750年左右,最早的镜片是由抛光水晶制成的——通常是石英。在美索不达米亚、埃及、希腊、巴比伦、北欧国家和其他地方都发现了古代透镜。类似镜片的玻璃物品更早被发现,但它们的用途一直存在争议,因为这些物品可能是装饰性的。

300 B.C.
大约在公元前300年,希腊数学家欧几里得出版了光学是一个令人愿景几何形状的稿件,是从数学视角来检查视觉的第一个已知的书面作品。这项工作影响了希腊,伊斯兰和西欧文艺复兴的科学家和艺术家的作品。
欧几里得的《光学》是第一部从数学角度审视视觉的著作。Sphere courtesy of iStock.com/DanBrandenburg。Euclid courtesy of pixabay/gdj-1086657。pixabay/ openclipartial -vectors-30363的眼睛。


欧几里德几何学的光学是已知的第一部从数学角度审视视觉的著作。Sphere courtesy of iStock.com/DanBrandenburg。Euclid courtesy of pixabay/gdj-1086657。pixabay/ openclipartial -vectors-30363的眼睛。

2世纪

托勒密(部分失传)的作品光学是写的。它涵盖了几何光学器件,处理反射,折射和颜色。

10世纪
波斯数学家IBN SAHL的论文“fi al-laa al-muhriqa”(“燃烧仪器”)揭示了能够在没有几何像差的情况下聚焦光的透镜形状。SAHL已被描述为首先发现折射法则,现在称为SNELL的法律,并为Willebrord Snellius命名,他们在600年后派生了同等法律。

11世纪
被誉为“现代光学之父”的阿拉伯数学家和物理学家伊本·海萨姆对希腊光学理论进行了全面而系统的分析。海瑟姆写了很多关于光学的书,他是最重要和最有影响力的人光学书籍.这本书在12世纪末翻译成拉丁语,为眼镜省奠定了后期发展的基础。

IBN Al-Haytham是第一个准确描述人类视力过程的人。Al-Haytham由维基梅德尼亚的公开表示。背景由Pixabay / Geralt-9301提供。


IBN Al-Haytham是第一个准确描述人类视力过程的人。Al-Haytham由维基梅德尼亚的公开表示。背景由Pixabay / Geralt-9301提供。

11世纪十世纪

许多西方科学家以希腊和阿拉伯的光学著作为基础,编写教科书,汇编、组织并进一步发展前几代科学家的理论和公式。

16世纪
Willebrord Snellius和René Descartes重新发现了折射定律(以Snellius命名的Snell定律),第一次被Ibn Sahl发现是在980年左右。

Willebrord Snellius和RenéDescartes。礼貌的维基梅德米斯公开。


Willebrord Snellius和RenéDescartes。礼貌的维基梅德米斯公开。

17世纪

第一台已知的显微镜和望远镜被创造出来,重新发明了科学界对生物学、天文学和航海的理解。

一个17世纪的复合显微镜类似于一个罗伯特胡克的显微镜将习惯于编制他的显微镜。来自剑桥惠普尔科学史博物馆。由安德鲁·邓恩提供。


17世纪的复合显微镜与罗伯特·胡克用来编辑他的作品的显微镜相似微图.来自剑桥惠普尔科学史博物馆。由安德鲁·邓恩提供。

1905年
Albert Einstein发表“关于涉及光线的生产和转换的启发式观点”,一个明确的理论,该假设在离散量化包中携带光能。

阿尔伯特爱因斯坦,由维基米甸广告的礼貌,由Michael W.Gorth着色。


阿尔伯特·爱因斯坦,由维基梅德米亚的礼貌,由Michael W. Gorth着色。

1916年
美国光学学会(OSA)成立,即今天的光学学会。

1927年
OLEG SOURVV还吸引了第一发光二极管。

1930年
印度物理学Chandrasekhara Venkata Raman被授予诺贝尔物理学奖,为他在光散射领域的工作以及发现以后命名的现象 - 拉曼散射,这导致了诸如拉曼光谱等后的领域。

1954年
第一个Maser是激光的前兆,在Charles Hard Townes,Herbert Zeiger和James Gordon的哥伦比亚大学展示了哥伦比亚大学。

1954年,克利夫顿·塔特尔博士出版了第一本光学工业指南,他是一名退休的伊士曼柯达物理学家。在最初,这个目录是一个小的,单一的卷,一个将显著扩大,最终建立自己作为光学行业的“圣经”。礼貌的维基梅德米斯公开。


1954年,克利夫顿·塔特尔博士出版了第一本光学工业指南,他是一名退休的伊士曼柯达物理学家。在最初,这个目录是一个小的,单一的卷,一个将显著扩大,最终建立自己作为光学行业的“圣经”。


与赫伯特·j·席格和研究生詹姆斯·p·戈登合作,查尔斯·汤斯在哥伦比亚大学展示了第一个脉泽。氨脉泽是基于爱因斯坦的预测的第一个器件,它通过受激发射首次实现了电磁波的放大和产生。微波激射器的辐射波长略大于1厘米,产生大约10 nW的功率。


与赫伯特·j·席格和研究生詹姆斯·p·戈登合作,查尔斯·汤斯在哥伦比亚大学展示了第一个脉泽。氨脉泽是基于爱因斯坦的预测的第一个器件,它通过受激发射首次实现了电磁波的放大和产生。微波激射器的辐射波长略大于1厘米,产生大约10 nW的功率。


1955年
摄影仪表工程师(SPIE)的社会成立。

1960
西奥多·梅曼建造了第一个红宝石激光器。

在1964年显示的Ted Maiman,于1964年在1960年5月建造了世界上第一个可操作的激光。由维基梅德米亚公开提供。


在1964年显示的Ted Maiman,于1964年在1960年5月建造了世界上第一个可操作的激光。由维基梅德米亚公开提供。

1962
Nick Holonyak Jr.诱使第一个可见光谱LED。

Nick Holonyak Jr.S由L. Brian Stauffer /伊利诺伊大学提供。


Nick Holonyak Jr.S由L. Brian Stauffer /伊利诺伊大学提供。

1967
Carl Kocher和科学家们在加利福尼亚大学的Ernest O.劳伦斯辐射实验室展示了从钙原子发射的光子的量子缠结。

1970
康宁玻璃研究人员Robert Maurer,Donald Keck和Peter Schultz发明了熔融石英光纤线,能够携带65,000×更多信息而不是铜线。

1971
丹尼斯·嘉伯因发明和发展全息方法而被授予诺贝尔物理学奖。

1971年诺贝尔物理学奖得主丹尼斯·加伯博士站在麦克唐纳·道格拉斯电子公司制作的肖像全息图旁。由麦道电子公司提供。


1971年诺贝尔物理学奖得主丹尼斯·加伯博士站在麦克唐纳·道格拉斯电子公司制作的肖像全息图旁。礼貌McDonnell Douglas Electronics。

1975
第一台数码相机是由伊士曼柯达公司的Steven Sasson开发的,使用了一个电荷耦合器件(CCD)图像传感器。

1981
Arthur Leonard Schawlow和Nicolaas Bloembergen赢得了诺贝尔物理学奖的一半,以便他们对激光光谱的发展的贡献。Kai M.Siegbahn被授予其他一半,以获得对高分辨率电子光谱的开发的贡献。

Arthur Schawlow(左),Nicolaas Bloembergen(中间)和Kai M. Siegbahn(右)。礼貌的维基梅德米斯公开。


亚瑟希拉沃(左),尼古拉斯布洛贝根(中间),和kai m. siegbahn(正确的).礼貌的维基梅德米斯公开。

1982
麻省理工学院的彼得·莫尔顿发明了钛:蓝宝石可调谐固态激光器。

1983
美国总统罗纳德·里根提出了战略辩护倡议,称为“星球大战”倡议,这为军事和国防项目提供了抗震转变。

1987
伊士曼柯达公司的化学家Tang Ching Wan和Steven Van Slyke创造了第一个实用的OLED。

1988
美国和欧洲之间铺设了第一根跨大西洋光缆TAT-8。

今天,一艘船铺设了横跨太平洋的光纤电缆,并携带了太比特的数据。Hawaiki礼貌。


今天,一艘船铺设了横跨太平洋的光纤电缆,并携带了太比特的数据。Hawaiki礼貌。

1994
哈佛物理学家ederico Capasso和他的团队开发了量子级联激光器。

Federico Capasso。由伊丽莎格林德/哈佛大海提供。


Federico Capasso。由伊丽莎格林德/哈佛大海提供。

1997
加州大学圣巴巴拉分校的Shuji Nakamura, Steven DenBaars和James Speck宣布了一种氮化镓(GaN)激光器的开发,该激光器在脉冲操作下能发出明亮的蓝紫色光。

2005
John Hall和Hänsch在诺贝尔物理学奖中获得了一半的诺贝尔奖,以实现对基于激光的精密光谱的开发的贡献,包括光学频率梳理技术。

2014
Stefan Hell,William Moerner和Eric Betzig在诺贝尔的化学奖化学中授予了超级溶解荧光显微镜的发展,这是一种超越ABBE极限的技术。

2018
Donna Strickland和GérardMourou在啁啾脉冲激光器授予诺贝尔物理学中的一半。

Donna strickland(左),GérardMourou(中间),以及亚瑟什金(右)。斯特里克兰德,本特·奈曼的好意。Mour口由Joseph Xu / Michigan工程提供。ashkin由亚瑟什金提供。


唐娜·斯特里克兰(左),gérardmourou.(中间)和亚瑟什金(正确的).斯特里克兰德,本特·奈曼的好意。Mour口由Joseph Xu / Michigan工程提供。ashkin.礼貌亚瑟什金。

Arthur Ashkin被授予光学镊子发明的另一半。

2019
谷歌声称其Sycamore处理器实现了量子霸权。

2020
科学界标志着激光60周年,继续创新。2020年激光技术的进步包括多原子yboh分子激光冷却的演示;分子焊接;和完全平面太阳能泵浦激光和超快高功率黄色激光的开发。

Laureates Roger Penrose,Reinhard Genzel和Andrea Ghez在2020年的物理学中得到了认可。Genzel和Genzel和Genaz使用自适应光学和红外斑点成像技术,最终将导致奖励。

II:基本技术十博体育靠谱吗

成像:成像用于收集有关世界的物理信息,无论是用智能手机相机捕获一瞬间,还是用光学相干断层扫描的显微外科成像。成像技术和字段的示例包括摄影;十博体育靠谱吗热,多光谱,高光谱,引力,光声,热磁性和斑点成像;和光学相干断层扫描。

弹药测试的热图像。由前视红外系统提供。


弹药测试的热图像。由前视红外系统提供。

激光器:激光器产生高度聚焦和集中的线性光束,是LIDAR,数字投影,成像技术,条形码扫描仪,数据存储等的启用技术。十博体育靠谱吗激光的范围从巨大的同步调节尺寸,可以跨越几英里,长度为微小的Vcsels。各种类型的激光器适用于不同的任务,从切割和焊接,手术和医疗应用中,在自动车辆中的LIDAR系统中使用。

蓝色波长受到许多材料的高度吸收,导致焊接金属的定性和定量优势。显示是Nuburu的AO-150。由努库鲁提供。


蓝色波长受到许多材料的高度吸收,导致焊接金属的定性和定量优势。显示是Nuburu的AO-150。由努库鲁提供。

镜头:
镜头是通过折射焦点或分散光的透射光学装置。该设备能够根据它们的形状方式来完成各种任务,其中应用诸如倍率,畸变和聚焦等的应用。各种材料,如石英玻璃,塑料,硼硅酸盐玻璃或硫族化合物,每个材料都具有它们所有用的波长,它们如何处理热量,耐用性等方面具有它们自身的优点和缺点。

非球面镜片。由Lacroix精密光学器件提供。


非球面镜片。礼貌埃德蒙光学。


透镜毛坯由硫族化合物材料制成。由光路技术公司提供。十博体育靠谱吗


透镜毛坯由硫族化合物材料制成。由光路技术公司提供。十博体育靠谱吗


机器视觉:该技术用于通过使用非接触光学感测来解释关于对象或场景的信息。从执行简单任务的摄像机,机器视觉已经显而易见,使用深度学习的复杂多光谱设备对复杂数据进行了明智的决策。作为自动化时代的新篇章开始,机器愿景允许机器人执行越来越复杂的任务,例如垃圾馆。该技术正在改善制造过程,自主车辆的安全性和医学成像。

自动玻璃检测系统的高速成像捕捉缺陷。由ATS自动化提供。


自动玻璃检测系统中的高速成像捕获的缺陷.由ATS自动化提供。


计量:光子学技术使测量比以十博体育靠谱吗往任何时候都更加精确。角度、尺寸、地形、光强和波长都可以精确测量。光学测量的例子包括光学距离测量,激光雷达,飞行时间,光学温度传感器和光谱。

非球面测量的选择包括拼接干涉测量。由埃德蒙光学公司提供。


非球面测量的选择包括拼接干涉测量。由埃德蒙光学公司提供。

显微镜:显微镜是光学的一种应用,用来观察微小的物体和现象。荧光技术可以通过分离特定的蛋白质或细胞来增加信息的数量。超分辨显微镜通过超越阿贝极限(衍射的理论极限)进一步推动了这项技术。

显微镜从历史上受到ABBE极限的限制,衍射的理论极限,尽管超级化学显微镜,其超越的是超越的是一个主要的研究领域。3-D-Pal-M由蔡司提供。ITPKA-NGG由M.J. Schell,Sawsed Services University和Zeiss提供。T Cell由Marco Fritzche,Mathias Clausen和Christian Eggeling,MRC人类免疫学单位,牛津大学威尔人类免疫学单位MRC人免疫学单位。


显微镜从历史上受到ABBE极限的限制,衍射的理论极限,尽管超级化学显微镜,其超越的是超越的是一个主要的研究领域。3-D-Pal-M由蔡司提供。ITPKA-NGG由M.J. Schell,Sawsed Services University和Zeiss提供。T Cell由Marco Fritzche,Mathias Clausen和Christian Eggeling,MRC人类免疫学单位,牛津大学威尔人类免疫学单位MRC人免疫学单位。

光纤:光纤可以通过将玻璃或塑料绘制成直径而不是人的头发稍厚的直径。光纤用于许多应用,但最常见的是光纤通信。光纤通信提供比电缆更长的距离和更高带宽(数据速率)的传输。光纤还用于照明和成像,以及更专业的应用,如光纤传感器和光纤激光器。

关于人毛股线的尺寸的光纤能够在比其他介质的距离更长的距离和更快的速度下传输更多数据。礼貌的Istock.com/AlPhirit。


关于人毛股线的尺寸的光纤能够在比其他介质的距离更长的距离和更快的速度下传输更多数据。礼貌的Istock.com/AlPhirit。


传感器:
光学传感器将光转换为电子信号,然后可以由计算机解释。它们提供各种各样的目的,包括测量光的变化;解释要创建图像的光数据;创造电;测量温度,速度,压力和振动;计数或定位部件;并启用非接触式检测。

光谱学:光谱仪使用光学元件衍射入射光,由传感器检测到其最基本的光谱。每种物质都有独特的光谱指纹。现代光谱仪配备了光谱指纹数据库,用于快速识别和数据采集。光谱的类型包括拉曼光谱、傅里叶变换光谱、红外光谱和紫外光谱。光谱学在生物学、医学、法医学、食品安全和天文学等领域都有应用。

用于说明片剂内乙酰氨基酚(蓝色),阿司匹林(红色)和咖啡因(绿色)的分布的过柜台镇痛片剂的拉曼图象。礼貌的ranishaw。


用于说明片剂内乙酰氨基酚(蓝色),阿司匹林(红色)和咖啡因(绿色)的分布的过柜台镇痛片剂的拉曼图象。礼貌的ranishaw。

III:我们世界的光子学


航空: 飞机,无人机,航天器和卫星依赖于航空航天航行和信息的光子技术。配备LiDar的飞机能够进行困难或冒险的检查和调查。众多在朝上显示器中使用,特别是在军用飞机设置中。无人机使用相机,有时热或其他光谱范围,如防御的情况下,卫星和航天器使用传感器,以监测地球和空间的条件。

联盟号TMA-15M宇宙飞船脱离了国际空间站上的Rassvet模块。与其他航天器一样,通信和跟踪系统也采用了光子学技术。由美国国家航空航天局提供。


联盟号TMA-15M宇宙飞船脱离了国际空间站上的Rassvet模块。与其他航天器一样,通信和跟踪系统也采用了光子学技术。由美国国家航空航天局提供。

农业:
高光谱成像、光谱学和机器视觉等技术被用于自动化分类、检查和测试,以提高农业和食品安全措施的效率。光管理使水培温室项目成为可能,这使食物可以在不适宜的气候条件下生长。

神经网络视觉系统检查草莓的成熟度。礼貌的Cyth Systems Inc.


神经网络视觉系统检查草莓的成熟度。礼貌的Cyth Systems Inc.

灌溉系统中的传感器基于光谱反射率(左图)应用水。由美国农业部提供。主动NDVI近端作物反射传感器安装在一个高通量表型车辆(右)。由德克萨斯州农工大学土壤与作物科学系的Beth Ann Luedeker提供。


灌溉系统中的传感器基于光谱反射率应用水(左).由美国农业部提供。有源NDVI近端裁剪反射传感器安装在高吞吐量表型车辆上(正确的).由德克萨斯州农工大学土壤与作物科学系的Beth Ann Luedeker提供。

生物学和医学:
在生物学和药物中,光子技术能够提高患者安全性,更有利的结果和早期的疾十博体育靠谱吗病检测。光子技术如内窥镜和十博体育靠谱吗光学相干性断层扫描(OCT)使得能够实现微创手术和微型疗程,允许较短的恢复时间和增加的患者安全性。成像技术,如OCT,使得早期检测诸如青光眼和甚至阿尔茨海默病的疾病。

使用800 nm和1300 nm WP microangioio系统的小鼠皮肤OCT血管造影图像。由Wasatch Photonics提供。


使用800 nm和1300 nm WP microangioio系统的小鼠皮肤OCT血管造影图像。由Wasatch Photonics提供。


心脏细胞(红色)可以用光刺激分散的、专用的、光敏细胞(绿色)。由Entcheva实验室提供。


心脏细胞(红色)可以用光刺激分散的、专用的、光敏细胞(绿色)。由Entcheva实验室提供。


清洁能源:
太阳能电池板中的光伏电池吸收太阳光线并将它们转换为更环保的电力或热量。随着量子点,Perovskite,单体薄膜等新出现的光子学技术和材料,太阳能电池板继续精制和改进。十博体育靠谱吗非渗透红外吸收用于评估生物燃料排放。地质研究和环境监测部分通过诸如光谱学等技术实现。十博体育靠谱吗电子产品使用较少的能量与有机LED使用。

经济正在推动太阳能产业的发展。iStock.com/RyanKing999礼貌。


经济正在推动太阳能产业的发展。iStock.com/RyanKing999礼貌。

两种成熟的豆瓣菜被用作纳米发光植物来照亮约翰·弥尔顿的《失乐园》。礼貌的麻省理工学院。


两种成熟的豆瓣用作纳米离子发光植物,以照亮约翰·米尔顿的植物《失乐园》.礼貌的麻省理工学院。

通讯:
光子学革命性地改变了电信业,特别是光纤技术,它可以同时传输数百万个电话,并显著提高了互联网速度和连通性。自由空间光通信方法自20世纪初以来就随着日射仪被使用,随着太空旅行的到来——这可能会改善星际通信——它重新获得了兴趣。

卫星形成有效覆盖光通信的星座。礼貌的迈内西奇。


卫星形成有效覆盖光通信的星座。礼貌的迈内西奇。


光纤是21世纪通信的一个组成部分,作为5G网络的骨干。由iStock.com/kynny提供。


光纤是21世纪通信的一个组成部分,作为5G网络的骨干。由iStock.com/kynny提供。

消费类电子产品:
现代智能手机包括带有LED闪光灯,OLED显示屏,红外传感器和VCSEL激光器的前置摄像机,使用户能够解锁他们的电话,拍摄视频和图片以及传达信息。相机技术允许摄影师和电影制作人在更具挑战性的照明条件下捕捉动作。

三星QLED电视,使用量子点技术。由三星提供。


三星QLED电视,使用量子点技术。由三星提供。

现代智能手机包括带有LED闪光灯,OLED显示屏,红外传感器和VCSEL激光器的前置摄像机,使用户能够解锁他们的电话,拍摄视频和图片以及传达信息。量子点用于最新的平板电视。礼貌的iStock.com/spencer whalen。


现代智能手机包括带有LED闪光灯,OLED显示屏,红外传感器和VCSEL激光器的前置摄像机,使用户能够解锁他们的电话,拍摄视频和图片以及传达信息。量子点用于最新的平板电视。礼貌的iStock.com/spencer whalen。


环境监测:
光谱法,红外和紫外线感测,显微镜和其他光子技术用于收集有关土壤,水和空气质量的信息,以及帮助生物研究。十博体育靠谱吗与较旧的技术相比,这些技术特别有利,因为它们是非破坏性的。

西班牙罗达基拉尔附近的洛斯托洛斯火山中心的自然彩色合成图像(上),由机载高光谱成象仪成像(中),以及由HyMAP成象仪获得的额外数据叠加后(下),揭示了该地区的热液蚀变矿物学。红色的区域可能有金矿化。红色表示岩石的强烈蚀变,以及明矾石和高岭石等矿物的存在。绿色区域与变化有关,但在较低的温度和压力下。蓝色区域是未蚀变的火山岩和沉积岩。由特文特大学的Frank van Ruitenbeek提供。数据来源:德国DLR。


Los Tollos火山中心在西班牙罗巴拉特附近出现在自然彩色复合图像中(最佳),当由空降超光谱成像仪成像时(中间)当HyMAP成象仪上的额外数据被叠加时,就能揭示该地区的热液蚀变矿物学特征(底部).红色的区域可能有金矿化。红色表示岩石的强烈蚀变,以及明矾石和高岭石等矿物的存在。绿色区域与变化有关,但在较低的温度和压力下。蓝色区域是未蚀变的火山岩和沉积岩。由特文特大学的Frank van Ruitenbeek提供。数据来源:德国DLR。

照明:
灯泡的发明是历史中最重要的,而且当今照明技术的发展继续。目前的重点是在具有成本效益和高效的光源上,如LED,以及餐饮光源,以满足研究应用的特定光谱要求。LED技术制作了更高效,更长持久的灯泡和更清晰的显示技术,并在商业和研究应用中看到越来越多。十博体育靠谱吗

嵌入式LED和荧光灯在建筑照明中发挥着越来越重要的作用。飞利浦的礼貌。


嵌入式LED和荧光灯在建筑照明中发挥着越来越重要的作用。飞利浦的礼貌。

制造业:
由于成像和计算技术的进步,21世纪开启了制造业自动化时代的新篇章。装配线上的机器人执行越来越复杂的任务,比如拾取箱子,在机器视觉的帮助下,机器人从箱子中拾取零件。在零件切割和焊接的制造过程中,激光的使用频率也更高。

激光越来越多地用于切割应用,聚焦光束用于烧蚀材料或将图案切割到材料的非常精确的深度。超快激光器通常用于切割金属,不产生HAZ(热影响区)。激光也用于标记、钻孔、烧蚀和纹理表面。istock - 10696683。iStock.com/durigonale礼貌。


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机器愿景有助于工业互联网(IIT)的普遍网络化和高度自动化的过程。由MVTEC Software GmbH提供。


机器愿景有助于工业互联网(IIT)的普遍网络化和高度自动化的过程。由MVTEC Software GmbH提供。

运输: 自主车辆变得越来越复杂,光子学在汽车和运输业中发挥了更大的作用。LIDAR和其他3D成像技术已经曾担任自动车辆的技术,而其他技术,例如光学传感器 - 检测到盲点障碍物 - 也在驾驶员车辆中十博体育靠谱吗越来越受欢迎。

未来的无人驾驶汽车驾驶舱。未来的无人驾驶汽车将依靠激光雷达、3D成像和热传感技术进行导航。iStock.com/metamorworks礼貌。


未来的无人驾驶汽车驾驶舱。未来的无人驾驶汽车将依靠激光雷达、3D成像和热传感技术进行导航。iStock.com/metamorworks礼貌。

四:新兴领域


量子技术:量子物理是与光子学相交的另一科学领域。Quantum理论首先由Max Planck于20世纪的转折,随后是由Albert Einstein开发的理论基础之后。Quantum物理导致大量的世界更好地了解世界,并激发了众多技术。十博体育靠谱吗随着古典物理被推到其限制,量子物理学越来越成为感兴趣的领域。随着对原子和量子的微小机构的更大了解,可以创建更有效和更先进的设备。

依靠子颗粒行为,量子传感器利用量子态的高灵敏度。这些传感器越来越多地被视为一种启示技术,具有医学,防御,通信和能源的潜在应用。它们可用于生物成像,磁场感测,甚至是重力波的检测,如2015年通过Ligo系统完成的。

量子计算在普通计算机能够优于传统的超级计算机系统或完成传统不可能的任务时,通常被称为“Quantum Supremacy的比赛”的速度很大。谷歌在2019年10月索赔了Quantum至上,其54个Qubit处理器Sycamore。处理器能够在200秒内完成随机数处理任务,谷歌声称将需要一个超级计算机10,000年来完成。IBM对索赔有争议,竞争其首脑会议超级计算机可以在2.5天内完成任务。

量子计算对国家网络安全有重大影响,因此量子霸权的竞争。量子计算机有潜力在几秒钟内突破即使是基于传统计算的最先进的安全系统。世界范围内发展量子技术的强烈动机明显表现在用于这项任务的政府资金的显著增加。十博体育靠谱吗

用分形元件所示的原子和量子波。由Istock.com/agsandrew提供。


用分形元件所示的原子和量子波。由Istock.com/agsandrew提供。

硅光子学:需要增加数据中心的数据存储和5G技术的出现促使硅光收发器市场的增长。

硅纳米光子学技术今天已经用于数据中心的系统到系统的连接。未来,该技术将应用于服务器内芯片之间的连接,并最终应用于芯片本身的连接。这种进化是对电子在越来越短的距离上以越来越快的速度移动的困难作出的反应。直到最近,数据中心链路上最先进的传输速率为100gbit /s。该行业很快将部署400 Gbit/s速率,更快的速度即将到来。传输速率的增加意味着硅纳米光子学解决方案将深入到通信结构中。数据中心的应用现在是主要的商业利益,未来的应用在陀螺仪和激光雷达。

石墨烯和其他二维材料正在发展成为光子集成电路的有源元件。在该图像中,光子调制器(底行)在从连续波输入激光器雕刻的数字脉冲中编码数据。通过芯片集成的光电探测器(顶部行)检测这些脉冲。可以集成在同一电路上的其他光学部件,例如环形滤波器和分束器。礼貌的r.j.Shiue和D. Englund。


石墨烯和其他二维材料正在发展成为光子集成电路的有源元件。在这幅图中,光子调制器(底行)对从连续波输入激光中雕刻出来的数字脉冲数据进行编码。这些脉冲由芯片集成的光电探测器检测(顶行).可以集成在同一电路上的其他光学部件,例如环形滤波器和分束器。礼貌的r.j.Shiue和D. Englund。

Optogenetics: 光遗传学是利用光来控制活组织中的细胞,通常是通过基因修饰来表达光敏离子通道的神经元。这项技术进一步加深了人们对特定细胞类型如何影响生物组织功能(如神经回路)的理解。它还有助于深入了解神经和精神疾病,如帕金森病、自闭症、分离性身份识别障碍、药物滥用、焦虑和抑郁。

激光既可用于刺激神经元,也可通过荧光探针(如转基因钙指示剂)绘制连接神经元的活动。由伦敦大学学院提供。


激光既可用于刺激神经元,也可通过荧光探针(如转基因钙指示剂)绘制连接神经元的活动。由伦敦大学学院提供。

血浆:研究等离子体(等离子体的量子单位)的光子学的子集被称为等离子体。根据自然光子学,科学利用光的耦合到金属中的电子等电荷,并且允许将衍射极限分解为亚波长尺寸。该技术是新兴地区,但某些光谱区域的能量损失问题仍然存在。血浆的潜在应用包括化学和生物传感,亚波长成像和超标,负折射率材料和隐形,以及太阳能电池。

上面的等离子体结构类似于焊接和漏斗,通过扫描近场光学显微镜测量来动力和无限期地进行光力和无限期。由艾拉玛鲁工作室提供。


上面的等离子体结构类似于焊接和漏斗,通过扫描近场光学显微镜测量来动力和无限期地进行光力和无限期。由艾拉玛鲁工作室提供。

参考

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https://www.thoughco.com/birth-of-fiber-optics-4091837
https://research.briitishmuseum.org/research/collection_online/collection_object_details.aspx?objectid=369215& partid=1
http://philomatica.org/wp-content/uploads/2013/01/Optics-of-Euclid.pdf
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https://doi.org/10.1086/350266
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https://www.sil.si.edu/exhibitions/underwater-web/uw-optic -05.htm
https://www.bell-labs.com/about/recognition/2014-super-resolved-fluorescence-microscopy/
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https://en.wikipedia.org/wiki/Ti-sapphire_laser
http://photonicsgr.com/history-of-photonics/
https://en.wikipedia.org/wiki/solar_deity.


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术语表
光子学
产生和利用以光子为量子单位的光和其他形式的辐射能的技术。该科学包括光的发射、传输、偏转、放大和光学元件和仪器的检测、激光和其他光源、光纤、光电仪器、相关硬件和电子和复杂的系统。光子学的应用范围从能源生产到检测到通信和…
光子学 激光 激光的历史 光学 教育

注释
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