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光子将在21世纪中成为高科技基石 |
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04-03-2002 本站摘编 |
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据Silicon Valley报导,科学家指出,光子(Photons)即将替换电子,成为21世纪高科技发展的基石。光子与电子本质上有相当差异,光子是能量的最小载体,经由光子的排列,组成了X光、紫外线、红外线、电波及可见光等不同波长的电磁波,形成了完整的光谱。而电子则是组成物质的最小单位,电子及原子核组成原子,再因原子量的不同,形成各种物质,但电子在通讯及计算机等领域已受到速度及尺寸上的限制,不再符合当前的需求。 全球各大实验室中,物理学家及光学工程师正尝试各种方式,控制光的传输,当前科学家已了解光的直进性,能够将光依波长差异分开、结合,藉由反射镜让光以陡峭的角度转弯,改变速度,甚至让光在轨道静止。光速相当于每秒18.6万英哩,但美国哈佛大学光学物理学者Lene Hau让光束通过崎岖的路径,顺利将光的速度降低到每小时1英哩。澳洲Innsbruck大学物理学者Peter Zoller甚至顺利将数个光子凝结到完全停止,然后再释放光子,令其回到原来的物径上。 Hau指出,全球各地均在进行光子的实验,控制光对科学家而言简直不可思议。当前使光子减速的方法,大概是使光通过华氏零下460的钠原子云,当光进入原子云中,速度立刻减慢,但离开原子云的瞬间,光立刻回到原先的的速度。 科学家指出,当前虽没有任何根基于光子的实际应用产品,但以光子为基础的实验却显示了其诱人的应用前景。高速通讯、超强计算机、高画质显示及将太阳能转变为其他能量等领域,都将见到光子的身影。美国五角大楼正在实验以光子为基础的军事科技,例如夜视、感应器、自动目标辨识等技术;将光子打入开放空气中,替换电子在导线上传导,可以让信息网络每秒钟传送数以兆位元计的资料,除了传输的速度外,光传输更省能源,且设备体积更小。 此外,计算机芯片的发展已接近其物理天限,科学家在晶圆中放入越来越多的电晶体,早晚会有一天,电晶体的数量无法再增加,届时硅芯片的发展必须停顿。当前科学家努力研究以光子替换电子,以光学产品替换硅芯片的方式,当前已发展出光学晶体(Photonic Crystals),以硅制造的格状或蜂窝状结构,可以陷入、导引或切换光子,就像现有的半导体控制电子一样。 在通讯领域,光传输更能轻易替换已以数位讯号替代类比讯号的网络,数位讯号只有0与1两个元素,以脉冲方式输出光线,就能轻松表现出0与1两个元素。未来的光纤网络,光线传导不见得再经过光纤,而可能是一连串的反射光线的镜子。麻省理工学院物理教授Yoel Fink就开发出光子光纤(Photonic Fibers),号称可传输的光子量达到当前使用光纤的1,000倍,Fink与其同僚已设立了Omniguide Communications公司,将其发明商业化。 除了学术及私人机构外,包括IBM、朗讯(Lucent)、安捷伦等大型业者均已投入光子交换器(Photonic Switches)的开发;科学家说,尽管光子应用还在实验室阶段,总有一天,这种科技会变得实用。 |