淺談光電子技術(shù)發(fā)展

陳靜

摘 要： 光電子技術(shù)是光子技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合而成的新技術(shù)，涉及光顯示、光存儲(chǔ)、激光等領(lǐng)域，是未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)。首先，本文以引力波的發(fā)現(xiàn)為藍(lán)本，解釋了引力波的概念，分析了引力波探測(cè)器的工作原理以及工作機(jī)制。

其次，以華中科技大學(xué)和浙江大學(xué)兩所高校、烽火科技公司和光聯(lián)OPLINK公司兩個(gè)企業(yè)以及上海光機(jī)所為代表，從研究特色、典型代表成果和代表人物三個(gè)方面，闡述了國(guó)內(nèi)光電子技術(shù)的發(fā)展，從而更深入了解光電子技術(shù)領(lǐng)域。最后，本文肯定了光電子技術(shù)未來(lái)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 光電子技術(shù)；引力波探測(cè)器；華中科技大學(xué)；烽火科技

1 引言

光電子技術(shù)是一個(gè)非常寬泛的概念，它圍繞著光信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸、處理和接收，涵蓋了新材料、微加工和微機(jī)電、器件和系統(tǒng)集成等一系列從基礎(chǔ)到應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域。本文從兩個(gè)方面入手，一方面提到引力波，闡述了引力波的概念，講述了引力波探測(cè)器的工作原理以及工作機(jī)制，還對(duì)未來(lái)引力波給予積極的態(tài)度。另一方面，以華中科技大學(xué)和浙江大學(xué)兩所高校、烽火科技公司和光聯(lián)OPLINK公司兩個(gè)企業(yè)以及上海光機(jī)所為代表，從研究特色、典型代表成果和代表人物三個(gè)方面分析國(guó)內(nèi)光電子技術(shù)發(fā)展。

2 引力波探測(cè)器

2.1 引力波

用最簡(jiǎn)單的一句話來(lái)描述引力波，引力波就是時(shí)空彎曲的漣漪，并以波的形式向外傳輸能量。通過(guò)圖1可以更好的理解引力波，圖中有兩個(gè)黑洞，黑洞是質(zhì)量非常大的天體。根據(jù)廣義相對(duì)論中“物質(zhì)使時(shí)空彎曲”可知，兩個(gè)黑洞周圍的時(shí)空會(huì)彎曲，由于黑洞質(zhì)量很大，它的周圍彎曲程度也會(huì)非常大。同時(shí)兩個(gè)黑洞還會(huì)彼此環(huán)繞運(yùn)動(dòng)，這時(shí)時(shí)空不僅會(huì)產(chǎn)生彎曲，還會(huì)出現(xiàn)時(shí)空彎曲的漣漪。

2.2 激光干涉引力波天文臺(tái)LIGO[4-5]

2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予三位美國(guó)科學(xué)，以表彰他們?yōu)長(zhǎng)IGO項(xiàng)目和發(fā)現(xiàn)引力波所做的貢獻(xiàn)，激光干涉引力波天文臺(tái)LIGO，如圖2所示。LIGO的主要部分是兩個(gè)相互垂直的干涉臂，臂長(zhǎng)均為4km，其工作機(jī)制就是基于邁克爾遜干涉儀原理的引力波探測(cè)器。

引力波激光干涉儀的基本思想，簡(jiǎn)單理解為一束單色、頻率穩(wěn)定的激光從激光器發(fā)出，在分光鏡上被分為強(qiáng)度相等的兩束激光，一束經(jīng)分光鏡反射進(jìn)入干涉儀的Y臂，另一束透過(guò)分光鏡進(jìn)入與其垂直的另一X臂。在經(jīng)歷了相同的時(shí)間之后，兩束光返回，并在分光鏡上重新相遇，產(chǎn)生干涉。

如果有引力波通過(guò)，便會(huì)引起時(shí)空變形，一臂的長(zhǎng)度會(huì)略變長(zhǎng)而另一臂的長(zhǎng)度則略為縮短，這樣就會(huì)造成光程差發(fā)生變化，因此激光干涉條紋就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。

2.3 引力波干涉儀工作機(jī)制[1]

本文僅分析引力梯度噪聲及其涉及的相關(guān)知識(shí)。由萬(wàn)有引力定律可知，測(cè)量懸掛起來(lái)的物體質(zhì)量，其周圍物體都會(huì)與該測(cè)試物體發(fā)生引力相互作用，局部質(zhì)量分布的變化使測(cè)試質(zhì)量周圍的質(zhì)量密度發(fā)生變化，產(chǎn)生噪聲，將這種噪聲稱為引力梯度噪聲。此處引入公式，引力梯度噪聲使測(cè)試質(zhì)量產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)幅度的方均根值x（ω）。

（1）

其中，ρ測(cè)試質(zhì)量附近局部的質(zhì)量密度，G是引力常數(shù)，W（ω）是在三個(gè)方向上平均得到的方均根位移，β（ω）是一個(gè)無(wú)量綱的減弱傳遞函數(shù)， ω是探測(cè)頻率。

由公式可以初步分析得到，引力波干涉儀要建在局部質(zhì)量密度容易發(fā)生較大變化的地區(qū)，建立在地下是最合理的。

2.4 引力波干涉儀未來(lái)展望

此次探測(cè)到的引力波是黑洞并合釋放的引力波，比較強(qiáng)大的引力波被成功探測(cè)到。除此之外還有一種很難探測(cè)的引力波，旋轉(zhuǎn)中子星釋放的引力波，這種引力波強(qiáng)度微弱，對(duì)數(shù)據(jù)分析非常高的要求，要把這種引力波在茫茫噪聲里找出來(lái)，很有挑戰(zhàn)性的。

3 國(guó)內(nèi)光電子技術(shù)發(fā)展[6-8]

分析國(guó)內(nèi)的技術(shù)發(fā)展，這里選擇了五個(gè)代表企業(yè)、高校和研究所，并且從研究特色、典型代表成果和代表人物三個(gè)方面進(jìn)行分析，如表1所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文淺談了光電子技術(shù)這一領(lǐng)域，目前一些國(guó)家把大量資金投入光電子學(xué)和光電子技術(shù)的研究和開發(fā)中，許多有許多以光子學(xué)命名的研究中心、實(shí)驗(yàn)室和公司。中國(guó)的光電子技術(shù)也在持續(xù)發(fā)展，但離國(guó)際頂尖水平還有一定距離。國(guó)際知名的科學(xué)家已經(jīng)預(yù)言：光子時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，光子技術(shù)將引起一場(chǎng)超過(guò)電子技術(shù)的產(chǎn)業(yè)革命，將給工業(yè)和社會(huì)帶來(lái)比電子技術(shù)更大的沖擊。

參考文獻(xiàn)

[1]王運(yùn)永.第三代激光干涉儀引力波探測(cè)[J].現(xiàn)代物理知識(shí)，2017，29（01）：39-51.

[2]明鏡.如何理解引力波，怎樣具體探測(cè)？[EB/OL].https：//www.zhihu.com/question/24079693，2016-02-17/2017-11-12.

[3]殷業(yè)，金尚年，胡昌偉，胡素輝，張操.紀(jì)念廣義相對(duì)100周年及其科學(xué)方法分析[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，37（02）：73-77.

[4]劉辛味.LIGO是如何探測(cè)到引力波的？[N].北京科技報(bào)，2017-10-16（032）.

[5]陸默. 從設(shè)想到成功：LIGO的漫漫長(zhǎng)路[J]. 世界科學(xué)，2016，（10）：8.

[6]華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院.光電子器件與集成功能實(shí)驗(yàn)室[EB/OL]. http：//oei.hust.edu.cn/index.htm，2017-06-21/2017-11-12.

[7]浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院.光電子技術(shù)研究所[EB/OL]https：//www.baidu.com/linkrl=9lZjrWNkmLQWHgzPNdCWak0PXXBYf1F98HE4aLSlMEu&wd=&eqid=a7 4453ed0006e169000000055a0857ba， 2017-05-20/2017-11-12.

[8]烽火通信股份有限公司.企業(yè)產(chǎn)品[EB/OL].http：//www.fiberhome.com/default.aspx， 2017-10-28/2017-11-12.