什么是光子学？

本文概述了光子学，包括其基本原理、关键技术、应用和新兴趋势。

一、光子学的基本原理

光子学是一门研究光和其他形式辐射能的学科。它涉及使用光学元件、激光、光纤和电子光学仪器来产生、操纵和检测光。它包括发射、传输、偏转和放大等过程。

光子学的应用非常广泛，从能源生产和检测到电信和信息处理，无所不包。它对通信、医疗保健、导航和天文学等各个领域产生了重大影响，成为现代技术和科学认识的重要组成部分。

二、历史背景

“光子学”一词由法国物理学家Pierre Aigrain于 20 世纪 60 年代提出，并在1980年代通过贝尔实验室和休斯飞机公司等机构的出版物获得认可。

最初，光子学侧重于将光应用于传统上由电子设备处理的任务。然而，随着激光器的发明，光子学迅速发展，出现了光纤、激光二极管和集成光子电路等创新技术。

这些发展实现了高速数据传输、增强了医疗程序和改进了制造工艺，展示了光子学对各行各业的广泛影响。

三、光子学的关键技术

光子学包含一系列以操纵光为中心的工具和技术。一些最基本的技术包括

1.成像

光子成像技术可捕捉和处理环境信息，应用范围从智能手机拍照到先进的医疗程序，如用于显微外科手术的光学相干断层扫描。该领域涵盖各种成像技术，如多光谱、热成像、超光谱、光声成像、重力成像和斑点成像。

2.激光

激光可产生高度集中的光束，从而实现激光雷达、数字投影和条形码扫描等应用。激光器用途广泛，从大型同步加速器到微型垂直腔表面发射激光器（VCSEL），每种激光器都可用于特定任务，包括工业切割和医疗程序。 传感器

传感器可将光转换为电信号，促进从照相机到医疗诊断和环境传感器等各种应用中的光检测和测量。

3.透镜和显微镜

透镜通过折射操纵光线，实现放大和像差校正功能。透镜的效果受其形状和材料（如塑料、石英玻璃和硼硅玻璃）的影响，每种透镜都具有适合不同波长和操作条件的独特性能。