“电子世界”将走向“光子世界”

郑中全

电子和光子是当今和未来社会的两大微观信息载体。

1937年美国人莫尔斯发明了电，用电传输了文字信息；1876年美国人贝尔发明了电话，用电传输了声音；1926年英国人贝尔德发明了电视机，用电传输了图像。电报、电话和电视都是用无线或有线电传输信息。现今，以电子计算机为代表的电子技术在短短五十年里经历了六代（电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路智能化、神经网络）的变化，电脑的普及和应用已家喻户晓。

标志光子学革命的开始是1960年激光器的发明。激光是一种高单色亮度、高能量的光源，它能够摧毁数千里之外的弹道导弹，在工厂可以用激光切割金属，在医院可用激光修复人眼内的血管，通过光纤的引导，可用激光粉碎结石。制造光脑的尝试，早在50年代就开始了，然而直到80年代中后期，才有了决定意义的突破。光通信是光电子技术开发利用最早，而又卓有成效的领域，1970年美国康宇公司生产出世界上第一条光纤。

尽管目前电子技术远比光子技术的应用广泛，但是光子具有电子无可比拟的优点。主要表现在以下方面；

首先，光子的速度永远等于光速，而电子在固体中的运行速度达不到光速的1/10，光子的传递速度比电子快。

光子不需要导线，即使是在光线相交的情况下，它们之间丝毫不会相互影响，而电子只能通过相互绝缘的导线来传递。光子流可以方便地利用自有的光子和光电装置进行调节，利用反射镜、棱镜和光导向装置，可随意调整光子流的方向。

光子可承载的信息容量比电子大几千倍。一根头发丝粗细的光纤维，可以同时容纳700人七嘴八舌而不互相干扰，一束光纤的信息容量相当于100万路电话线，一根光缆通常有3～5束光纤，而一条电话线每秒钟只能传输4个汉字。

光子的存储能力极大。与电子存储不同，光子除能进行一维、二维存储外，还能完成三维存储。而且光子无电荷，以其作信息载体既无电磁干扰，又具有极好的保密性。

光计算机内传输和处理的光信号，具有运算速度快，逻辑丰富以及能并行处理数据等特点，其计算速度比现代最先进的电子计算机快1000倍，体积也小得多。

还有极为理想的光辐射源——激光器，可供使用。像晶体管一样，它的体积在逐渐缩小，现在可以在一粒糖块大小的芯片上发出激光，这从电子向光子的转变铺平了道路。

因此，通信系统将由“电子世界”跃入“光子世界”，届时电报、电话、电视将统统改换姓氏为光报、光话、光视，电脑之后也将是光脑。不过，目前在通信过程中要有电信号的参与和电信号与光信号的相互转换。如何把“电信号”从通信过程中“清出去”，已成为科学家们攻关的目标。

全光通信，将主要由摄像光学系统、光纤系统和接收放大光学系统三个部分组成，它和光脑的进一步研究将成为21世纪高科技课题之一。