LED、太阳能电池等光电子器件都有哪些研究与应用？

文 | 趣玩大历史

编辑 | 趣玩大历史

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光的未来狂想曲：当光子芯片照亮人类文明

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2050年，夜幕降临，

你或许没有意识到，我们正处在一个科技拐点：如果说过去几十年是电子信息技术的黄金时代 ，那么未来 ，光将接过科技革新的接力棒，引领人类文明走向一个全新的纪元

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光，这个与人类文明息息相关的元素，将不再仅仅照亮我们的世界 ，更将以前所未有的方式重塑我们的生活 ，而这一切 ，都离不开光电子器件的崛起——那些能够捕捉、操控和转换光子的神奇元件，如同赋予了光以生命，让它能够“思考”、“感知”甚至“创造”

第一章：光子芯片：开启未来科技的钥匙

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想象一下，在微观世界里，无数光子如同训练有素的士兵 ，在肉眼不可见的芯片上穿梭 ，完成着信息的存储、处理和传输，不同于传统电子芯片依靠电子流动，光子芯片以光速运行，效率更高 ，功耗更低，甚至可以突破量子物理的限制，实现更强大的计算能力

这种曾经只存在于科幻小说中的技术 ，如今正一步步走进现实，2022年，美国一家科技公司成功研制出全球首款光子神经形态芯片 ，能够模拟人脑神经元之间的信息传递方式 ，为人工智能的发展开辟了全新的道路

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光子芯片的应用远不止于此，在医疗领域，它可以用于制造高分辨率的成像设备 ，帮助医生更早地发现和诊断疾病；在通信领域 ，它可以构建超高速、大容量的光纤网络 ，让信息传输如同思想闪现般迅速；在能源领域，它可以提高太阳能电池的转换效率，让清洁能源真正走进千家万户

第二章：光影交织的未来世界：一场感官盛宴

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当光电子技术与人工智能、物联网、生物技术等前沿科技交汇融合，一幅波澜壮阔的未来画卷徐徐展开：

智慧城市，光影交织:街道两旁的智慧路灯，不仅能够提供照明 ，还能实时监测交通状况、环境污染和公共安全；建筑物的外墙变成了巨大的显示屏 ，可以根据需要变换颜色和图案，甚至播放动态影像，将城市变成一个流光溢彩的舞台

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医疗保健，精准高效:微型光子传感器植入人体，实时监测血压、血糖、心率等生理指标 ，并将数据传输给医生 ，实现疾病的早预防、早诊断、早治疗；光遗传学技术的发展，让医生可以通过光信号控制神经元活动，治疗帕金森病、阿尔茨海默病等神经系统疾病

智能制造，效率革命:工厂里，机器人挥舞着激光束，精准地切割、焊接和组装各种零部件 ，生产效率和产品质量得到极大提升；农田中，无人机搭载着光谱分析仪，实时监测作物生长状况 ，精准施肥、喷药 ，实现农业生产的智能化和精细化管理

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娱乐体验 ，身临其境:全息投影技术将虚拟世界与现实世界完美融合，让你足不出户就能体验到身临其境的视听盛宴；可穿戴设备通过光信号与大脑交互，让你能够用意念控制游戏角色 ，甚至进入虚拟现实世界 ，体验前所未有的感官刺激

第三章：光辉之路，挑战与机遇并存

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尽管光电子技术拥有着巨大的发展潜力，但其发展道路上也充满挑战：

成本高昂，推广受限:光电子器件的制造成本仍然较高 ，限制了其在消费级市场的大规模应用 ，如何降低成本，是光电子技术产业化发展面临的首要难题

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技术瓶颈 ，有待突破:光子芯片的集成度和性能还有待进一步提升 ，才能满足未来更高速度、更大容量的信息处理需求

环境污染 ，不容忽视:光电子器件的生产过程可能会产生污染 ，需要探索更加环保的制造工艺

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安全风险 ，亟待解决:光电子器件的应用可能会带来新的安全风险，例如数据泄露、系统瘫痪等 ，需要制定相应的安全规范和保障措施

面对挑战 ，我们更应看到机遇，随着技术的进步和产业的发展，光电子器件的成本将会逐渐降低 ，性能将会不断提升 ，应用领域也将更加广泛

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尾声：拥抱光的未来

光，是生命之源，是文明之光 ，更是未来科技的希望之光 ，光电子技术的崛起，将为人类文明的进步注入新的动力，照亮我们通往未来的道路

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在这个充满无限可能的时代 ，让我们携手共进，拥抱光的未来 ，共同谱写人类文明的崭新篇章！

思考与讨论：

你认为光电子技术将如何改变我们的生活？

你最期待光电子技术在哪个领域的应用？

你认为光电子技术发展面临的最大挑战是什么？

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小小电子光速奔跑！用最“亮”的光探测微观世界

新时代新征程上，北京进一步深化改革、不断推进中国式现代化建设，发展不只是在城市的生长上，在科学技术上也是有飞跃式的进步。

1949年11月，中国科学院在北京成立。

1988年北京以中关村地区为中心建立第一个国家高新技术产业开发试验区。

2014年，“全国科技创新中心”城市新定位的提出，北京科技创新发展有了新方向。

从2014年到2023年，万人发明专利拥有量从48.2件提高到262.9件。国家高新技术企业从1.04万家提高到2.83万家。高技术产业增加值从4738.5亿元提高到11859.1亿元。

数字的变化，足以说明北京在科技创新方面的投入。这些年，北京以“三城一区”为主平台，统筹联动、融合发展，2023年创新型产业集群示范区承接三大科学城成果超过270个。现在我们总台记者何畅就在怀柔科学城一处最亮眼的大装置的调试现场，目前正在逐步迈入“全面运行”阶段。

总台记者 何畅：准确来说，这里的名称叫高能同步辐射光源。现场可以看到有许多的工作人员正在对着大屏幕上的实时数据进行监测，正在做的工作叫调束。

先来说，为什么把这里称为最亮眼的大科学装置。

是因为未来这里将发出世界上最亮的光，这个亮度要比太阳光还要亮1万亿倍。这么亮的光，居然是由小小的电子运动加速产生的。

外观像放大镜

探测微观世界的利器

从空中俯瞰这个大装置，它的整个造型就像一个巨大的放大镜，这也寓意着这里是一把探测微观世界的利器。

刚才说的小小的电子将在眼前这个大圆环中奔跑，跑得多快？接近光速！

眼前的五颜六色的这些装置就是各种精密的磁铁，电子未来就将在这些磁铁的包裹当中奔跑。

精细操作

利用电子运动产生最强光

这一切说起来很简单，做起来其实很极限。现在我手中拿的正是电子真正的跑道。

电子在这里面跑，跑得数量得够多，得接近光速，还不能碰壁，还得转弯。为了达到精准控制，这些设备的加工精度及安装误差就得控制在10微米的量级。

在这些仪器的控制下，调试电子的奔跑状态就是调束工作。

加速器建设成功

调束进入快行道

好消息是，就在10天前，监测图出现了这样的波形，这说明已经有3000亿个电子，能以近光速在大圆环中贯通循环了。

这意味着调束工作开始进入快车道，争取早日射出世界最强光。

仿如超大X光机

透视物质内部结构

制造最强的光到底用来干什么呢？换个场景来解答。

这里是高能同步辐射光源的实验大厅。墙里面就是储存环，未来电子从这样的预留孔中射出来就能产生最强的光。

为什么需要这么强的光呢？看这里！

这是一张出自医院的胸片，原理是用X光来探测我们人体的内部构造。同步辐射光源产生的光同样是来研究内部构造的，但不是人体，而是物质材料，比如像这样的钢板。

如此高密度高强度的金属想看到内部结构，自然需要更强的光。

以光为尺 丈量万物

最强光通过光束线的处理再来到实验站之后就可以展开实验了。

有了实验用光之后怎么开展研究呢？其中一个做法就是以光为尺，丈量物质结构。

这里有根头发丝，怎么用光测量它的直径呢？答案是光的衍射。

用光一打，墙上就出现了这样一段一段的衍射斑，可以通过测量光段之间的间距再加上特定公式，就可以反推出头发丝的直径了。

稳步推进

未来将为前沿领域提供创新动能

用这最强的光来研究物质的微观世界到底跟生产生活有何关系呢？

等正式运行之后，从航空航天材料到病毒蛋白质，未来都能在这里进行“体检”，助力像超导体的研究、新药物的研发等等，可以说是为航空航天、能源环境、生命医药等领域的原始创新提供最先进的研究平台。

（总台记者 何畅 刘雪楠 尹一男 杨凯）

编辑 陈艳婷

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