淺談光電子技術發(fā)展

陳靜

摘 要： 光電子技術是光子技術和電子技術結合而成的新技術，涉及光顯示、光存儲、激光等領域，是未來信息產業(yè)的核心技術。首先，本文以引力波的發(fā)現(xiàn)為藍本，解釋了引力波的概念，分析了引力波探測器的工作原理以及工作機制。

其次，以華中科技大學和浙江大學兩所高校、烽火科技公司和光聯(lián)OPLINK公司兩個企業(yè)以及上海光機所為代表，從研究特色、典型代表成果和代表人物三個方面，闡述了國內光電子技術的發(fā)展，從而更深入了解光電子技術領域。最后，本文肯定了光電子技術未來的發(fā)展。

關鍵詞： 光電子技術；引力波探測器；華中科技大學；烽火科技

1 引言

光電子技術是一個非常寬泛的概念，它圍繞著光信號的產生、傳輸、處理和接收，涵蓋了新材料、微加工和微機電、器件和系統(tǒng)集成等一系列從基礎到應用的各個領域。本文從兩個方面入手，一方面提到引力波，闡述了引力波的概念，講述了引力波探測器的工作原理以及工作機制，還對未來引力波給予積極的態(tài)度。另一方面，以華中科技大學和浙江大學兩所高校、烽火科技公司和光聯(lián)OPLINK公司兩個企業(yè)以及上海光機所為代表，從研究特色、典型代表成果和代表人物三個方面分析國內光電子技術發(fā)展。

2 引力波探測器

2.1 引力波

用最簡單的一句話來描述引力波，引力波就是時空彎曲的漣漪，并以波的形式向外傳輸能量。通過圖1可以更好的理解引力波，圖中有兩個黑洞，黑洞是質量非常大的天體。根據(jù)廣義相對論中“物質使時空彎曲”可知，兩個黑洞周圍的時空會彎曲，由于黑洞質量很大，它的周圍彎曲程度也會非常大。同時兩個黑洞還會彼此環(huán)繞運動，這時時空不僅會產生彎曲，還會出現(xiàn)時空彎曲的漣漪。

2.2 激光干涉引力波天文臺LIGO[4-5]

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

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

如果有引力波通過，便會引起時空變形，一臂的長度會略變長而另一臂的長度則略為縮短，這樣就會造成光程差發(fā)生變化，因此激光干涉條紋就會發(fā)生相應的變化。

2.3 引力波干涉儀工作機制[1]

本文僅分析引力梯度噪聲及其涉及的相關知識。由萬有引力定律可知，測量懸掛起來的物體質量，其周圍物體都會與該測試物體發(fā)生引力相互作用，局部質量分布的變化使測試質量周圍的質量密度發(fā)生變化，產生噪聲，將這種噪聲稱為引力梯度噪聲。此處引入公式，引力梯度噪聲使測試質量產生的運動幅度的方均根值x（ω）。

（1）

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

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 引力波干涉儀未來展望

此次探測到的引力波是黑洞并合釋放的引力波，比較強大的引力波被成功探測到。除此之外還有一種很難探測的引力波，旋轉中子星釋放的引力波，這種引力波強度微弱，對數(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，很有挑戰(zhàn)性的。

3 國內光電子技術發(fā)展[6-8]

分析國內的技術發(fā)展，這里選擇了五個代表企業(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方面進行分析，如表1所示。

4 結束語

本文淺談了光電子技術這一領域，目前一些國家把大量資金投入光電子學和光電子技術的研究和開發(fā)中，許多有許多以光子學命名的研究中心、實驗室和公司。中國的光電子技術也在持續(xù)發(fā)展，但離國際頂尖水平還有一定距離。國際知名的科學家已經預言：光子時代已經到來，光子技術將引起一場超過電子技術的產業(yè)革命，將給工業(yè)和社會帶來比電子技術更大的沖擊。

參考文獻

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