浅谈光电子技术发展

陈静

摘 要： 光电子技术是光子技术和电子技术结合而成的新技术，涉及光显示、光存储、激光等领域，是未来信息产业的核心技术。首先，本文以引力波的发现为蓝本，解释了引力波的概念，分析了引力波探测器的工作原理以及工作机制。

其次，以华中科技大学和浙江大学两所高校、烽火科技公司和光联OPLINK公司两个企业以及上海光机所为代表，从研究特色、典型代表成果和代表人物三个方面，阐述了国内光电子技术的发展，从而更深入了解光电子技术领域。最后，本文肯定了光电子技术未来的发展。

關键词： 光电子技术；引力波探测器；华中科技大学；烽火科技

1 引言

光电子技术是一个非常宽泛的概念，它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。本文从两个方面入手，一方面提到引力波，阐述了引力波的概念，讲述了引力波探测器的工作原理以及工作机制，还对未来引力波给予积极的态度。另一方面，以华中科技大学和浙江大学两所高校、烽火科技公司和光联OPLINK公司两个企业以及上海光机所为代表，从研究特色、典型代表成果和代表人物三个方面分析国内光电子技术发展。

2 引力波探测器

2.1 引力波

用最简单的一句话来描述引力波，引力波就是时空弯曲的涟漪，并以波的形式向外传输能量。通过图1可以更好的理解引力波，图中有两个黑洞，黑洞是质量非常大的天体。根据广义相对论中“物质使时空弯曲”可知，两个黑洞周围的时空会弯曲，由于黑洞质量很大，它的周围弯曲程度也会非常大。同时两个黑洞还会彼此环绕运动，这时时空不仅会产生弯曲，还会出现时空弯曲的涟漪。

2.2 激光干涉引力波天文台LIGO[4-5]

2017年诺贝尔物理学奖授予三位美国科学，以表彰他们为LIGO项目和发现引力波所做的贡献，激光干涉引力波天文台LIGO，如图2所示。LIGO的主要部分是两个相互垂直的干涉臂，臂长均为4km，其工作机制就是基于迈克尔逊干涉仪原理的引力波探测器。

引力波激光干涉仪的基本思想，简单理解为一束单色、频率稳定的激光从激光器发出，在分光镜上被分为强度相等的两束激光，一束经分光镜反射进入干涉仪的Y臂，另一束透过分光镜进入与其垂直的另一X臂。在经历了相同的时间之后，两束光返回，并在分光镜上重新相遇，产生干涉。

如果有引力波通过，便会引起时空变形，一臂的长度会略变长而另一臂的长度则略为缩短，这样就会造成光程差发生变化，因此激光干涉条纹就会发生相应的变化。

2.3 引力波干涉仪工作机制[1]

本文仅分析引力梯度噪声及其涉及的相关知识。由万有引力定律可知，测量悬挂起来的物体质量，其周围物体都会与该测试物体发生引力相互作用，局部质量分布的变化使测试质量周围的质量密度发生变化，产生噪声，将这种噪声称为引力梯度噪声。此处引入公式，引力梯度噪声使测试质量产生的运动幅度的方均根值x（ω）。

（1）

其中，ρ测试质量附近局部的质量密度，G是引力常数，W（ω）是在三个方向上平均得到的方均根位移，β（ω）是一个无量纲的减弱传递函数， ω是探测频率。

由公式可以初步分析得到，引力波干涉仪要建在局部质量密度容易发生较大变化的地区，建立在地下是最合理的。

2.4 引力波干涉仪未来展望

此次探测到的引力波是黑洞并合释放的引力波，比较强大的引力波被成功探测到。除此之外还有一种很难探测的引力波，旋转中子星释放的引力波，这种引力波强度微弱，对数据分析非常高的要求，要把这种引力波在茫茫噪声里找出来，很有挑战性的。

3 国内光电子技术发展[6-8]

分析国内的技术发展，这里选择了五个代表企业、高校和研究所，并且从研究特色、典型代表成果和代表人物三个方面进行分析，如表1所示。

4 结束语

本文浅谈了光电子技术这一领域，目前一些国家把大量资金投入光电子学和光电子技术的研究和开发中，许多有许多以光子学命名的研究中心、实验室和公司。中国的光电子技术也在持续发展，但离国际顶尖水平还有一定距离。国际知名的科学家已经预言：光子时代已经到来，光子技术将引起一场超过电子技术的产业革命，将给工业和社会带来比电子技术更大的冲击。

参考文献

[1]王运永.第三代激光干涉仪引力波探测[J].现代物理知识，2017，29（01）：39-51.

[2]明镜.如何理解引力波，怎样具体探测？[EB/OL].https：//www.zhihu.com/question/24079693，2016-02-17/2017-11-12.

[3]殷业，金尚年，胡昌伟，胡素辉，张操.纪念广义相对100周年及其科学方法分析[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2016，37（02）：73-77.

[4]刘辛味.LIGO是如何探测到引力波的？[N].北京科技报，2017-10-16（032）.

[5]陆默. 从设想到成功：LIGO的漫漫长路[J]. 世界科学，2016，（10）：8.

[6]华中科技大学光学与电子信息学院.光电子器件与集成功能实验室[EB/OL]. http：//oei.hust.edu.cn/index.htm，2017-06-21/2017-11-12.

[7]浙江大学光电科学与工程学院.光电子技术研究所[EB/OL]https：//www.baidu.com/linkrl=9lZjrWNkmLQWHgzPNdCWak0PXXBYf1F98HE4aLSlMEu&wd=&eqid=a7 4453ed0006e169000000055a0857ba， 2017-05-20/2017-11-12.

[8]烽火通信股份有限公司.企业产品[EB/OL].http：//www.fiberhome.com/default.aspx， 2017-10-28/2017-11-12.