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光子器件与电子器件的性能有哪些不同

光子学是什么?纳米光子学又是什么?光子器件与电子器件的性能有哪些不同?

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乔飞

2021-8-31 10:40:11
  光子学: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,是一门与电子学平行的科学,它的内容极其宽广,涉及多种学科和高技术领域,如:计算机科学技术、光通讯、电子学和微电子技术、光学和光学工程、材料科学和技术、生命科学及技术等。光子学技术的应用遍及国名经济各行各业和科学技术各个领域。
  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。
  光子器件与电子器件性能比较:
  
  光子:
  信息光子学:光子作为信息的载体
  能力光子学:光子作为能量的载体
  固态光子学、光子物理、生物医学光子学
  光子技术优越性:
  器件响应和系统处理速度快
  光开关器件响应时间最快达到10^-15s及飞秒(fs)量级
  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
  超高度计算速度(光脑),光脑的优越性:
  光脑的并行处理能力强,具有高速运算速度,其运算速度比电脑快1000倍
  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。
  光脑利用光子传递信息,不需要导线,即使在光相交的情况下,他们之间也丝毫不会相互影响
  光脑所需的驱动能量很小,所产生的热量大大减少
  信息社会对集成电路的集成度的要求越来越高,这也促使人们不断探索能够突破器件尺寸极限的途径。由此纳米光子学Nanophotonics应运而生。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,它既能够存储数据又能用作电子通道开关。
  Nanophotonics是研究纳米结构中电子与光子的相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儿开拓出的一门崭新的学科。
  纳米光子器件是纳米光子学的一个重要组成部分,目前在研的纳米光子学器件主要有: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、超晶格多量子阱红外光电探测器阵列、光子晶体波导器件等
  纳米光字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、等离子体工艺等
  纳米光子学的未来应用:
  纳米粉末;
  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;
  纳米存储器(存储密度可达到每平方厘米10^14bit)和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);
  纳米纤维;
  纳米膜。
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