【正文】 低維半導(dǎo)體材料中光學(xué)非線性增強(qiáng)效應(yīng)研究 在低維半導(dǎo)體材料中，由于量子限制效應(yīng)導(dǎo)致激發(fā)電子能帶及能態(tài)密度的變化，這將有助于增強(qiáng)各種光學(xué)非線性。最近的突破性進(jìn)展是。 在向中紅外波段擴(kuò)展的研究中，ZnGePAgGaS2和AgGaSe2等非線性晶體已有產(chǎn)品，可有效地用于中紅外波段的倍頻及OPO變頻器件。4， 超快光子學(xué)近期的研究重點(diǎn)(1) 半導(dǎo)體量子阱材料做為可飽和吸收體、半導(dǎo)體啁啾鏡做為色散補(bǔ)償?shù)腖D泵浦的飛秒固體激光器的研究(2) 利用光譜增寬、高階色散補(bǔ)償及無(wú)象差光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)10~30飛秒、太瓦激光系統(tǒng)的研究(3) 短于30飛秒的太瓦激光脈沖與物質(zhì)相互作用得研究，如利用高階諧波產(chǎn)生水窗χ射線飛秒激光、利用湯姆遜散射產(chǎn)生硬χ射線飛秒激光以及飛秒太瓦激光脈沖在介質(zhì)中傳輸?shù)腟elftrapping效應(yīng)得研究等。因此,高次諧波效應(yīng)為實(shí)現(xiàn)飛秒X波段的相干輻射提供了一個(gè)新的途徑。如此高的場(chǎng)強(qiáng)足以在幾十到幾百飛秒時(shí)間里，能夠?qū)⒃说膸缀跛须娮觿冸x，使其處于高剝離態(tài)。(5) 飛秒光譜全息技術(shù) 不同于常規(guī)的全息術(shù),這種飛秒光譜全息是在時(shí)域中實(shí)現(xiàn)光脈沖信號(hào)的記錄、處理和再現(xiàn)?！　∧壳?，對(duì)超快過(guò)程的研究表現(xiàn)最為活躍的方面有：(1) 飛秒半導(dǎo)體物理 利用飛秒激光脈沖的泵浦—探測(cè)技術(shù)，測(cè)量半導(dǎo)體材料中的載流子壽命、弛豫時(shí)間等物理參數(shù)以及各種動(dòng)力學(xué)過(guò)程，一直是超快光子學(xué)的主要應(yīng)用課題之一。近年，發(fā)展了啁啾放大技術(shù)，在鈦寶石激光器中已獲得峰值功率達(dá)1013W的結(jié)果。光孤子的形成與傳輸、啁啾光脈沖的壓縮、展寬與放大等等，一個(gè)個(gè)重要課題不斷地吸引人們?nèi)パ芯亢蛻?yīng)用。 分子光子學(xué)近期的研究重點(diǎn)(1) 對(duì)限域腔（量子阱、量子點(diǎn)等）中諸多重要的量子電動(dòng)力學(xué)效應(yīng)及其應(yīng)用進(jìn)行深入研究 如研究各種有重要意義的量子限域腔的制備與組裝、各種限域腔集合體的耦連機(jī)制、限域腔的量子效應(yīng)與光譜學(xué)效應(yīng)及其重要應(yīng)用等；(2) 對(duì)有機(jī)/無(wú)機(jī)界面輸運(yùn)光量子增強(qiáng)效應(yīng)的機(jī)制進(jìn)行深入研究 研究光量子增強(qiáng)的規(guī)律性、有機(jī)分子與納米粒子的組裝體結(jié)構(gòu)對(duì)增強(qiáng)效應(yīng)的影響、粗糙納米表面對(duì)有機(jī)分子光譜的增強(qiáng)規(guī)律性等；(3) 深入研究分子光子學(xué)器件和材料中的重要光物理過(guò)程 如研究激發(fā)態(tài)及其弛豫過(guò)程、光場(chǎng)作用下分子的光致異構(gòu)與取向過(guò)程以及層間界面的形成及其對(duì)光電荷輸運(yùn)的影響問(wèn)題等。所謂近場(chǎng)是指光源（或光欄）的尺寸以及光源與被測(cè)物的距離遠(yuǎn)小于光的波長(zhǎng)，此時(shí)光束的大小不再受光的衍射效應(yīng)的影響，而主要由光源（或光欄）的直徑大小來(lái)決定。(2) 電致發(fā)光器件發(fā)光性能的研究對(duì)于電致發(fā)光器件來(lái)說(shuō)，分子組裝體的組成、結(jié)構(gòu)及排布對(duì)發(fā)光特性均有很大影響。例如，嗜鹽菌中的光敏蛋白（BR），在光作用下有質(zhì)子泵功能，可產(chǎn)生300毫伏的跨膜電位。另一種過(guò)程是，分子體系中的施主被激發(fā)后，將其能量傳遞給受主使其處于激發(fā)態(tài)，隨后發(fā)生弛豫。當(dāng)前，人們得已開(kāi)展了諸多有意義的研究工作，如：① 制備和組裝有應(yīng)用前景的各種材料、各種構(gòu)型和尺寸的量子限域腔；② 探索由單個(gè)限域腔組裝成線狀、平板狀或者塊狀限域腔集合體的耦連機(jī)制；③ 對(duì)限域腔的量子效應(yīng)（包括限域電子的條件、電子的能級(jí)結(jié)構(gòu)及電荷密度分布等）及其應(yīng)用的研究；④ 對(duì)限域腔的量子電動(dòng)力學(xué)效應(yīng)（包括在限域腔之間電子的輸運(yùn)動(dòng)力學(xué)過(guò)程等）及其應(yīng)用的研究；⑤ 對(duì)限域腔光譜學(xué)（包括限域腔的光發(fā)射、光吸收、光電離等光與限域腔的電子的相互作用）及其應(yīng)用的研究。特別是采用腔量子電動(dòng)力學(xué)與量子測(cè)量相結(jié)合的方法，可以實(shí)現(xiàn)眾多光場(chǎng)量子態(tài)和原子量子態(tài)的制備，這對(duì)量子信息科學(xué)的發(fā)展以及對(duì)量子力學(xué)基本原理的研究有著很高的學(xué)術(shù)與應(yīng)用價(jià)值。現(xiàn)有(經(jīng)典)檢測(cè)技術(shù)的精度已經(jīng)接近量子噪聲限的水平，可以說(shuō)，其檢測(cè)精度或靈敏度最終受限于量子噪聲，或者說(shuō)，對(duì)于現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)量子噪聲是無(wú)法突破的界限，是其發(fā)展“不可逾越”的鴻溝。（3） 量子通信量子通信是借助量子態(tài)作為載體完成信息傳遞的一種新穎的通信方式，它可以使經(jīng)典通信根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能得以實(shí)現(xiàn)。盡管距研制成真正可以實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)還有相當(dāng)大的距離，然而在通往最終成功的道路上尚有許多重要的應(yīng)用可以開(kāi)發(fā)。新的光量子信息理論的提出，為信息科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力，其巨大的潛力將可望在下一世紀(jì)得以充分發(fā)揮。（4） 量子光學(xué)近期的研究重點(diǎn)近年來(lái)量子光學(xué)領(lǐng)域的研究十分活躍，已形成很多研究熱點(diǎn)。同時(shí)，CQED的概念應(yīng)用到了半導(dǎo)體物理領(lǐng)域，微腔半導(dǎo)體激光的理論基礎(chǔ)就是微腔QED效應(yīng)，在這方面人們已作了大量的理論與實(shí)驗(yàn)工作。所有這些都表明，激光冷卻與俘獲技術(shù)已為我們提供了一種前所未有的實(shí)驗(yàn)手段，使我們能夠到達(dá)并觸及微觀粒子，窺探原子世界，用宏觀手段來(lái)驗(yàn)證量子力學(xué)的基本原理。用磁光阱研究冷原子的碰撞過(guò)程和俘獲放射性同位素，為進(jìn)行基本物理問(wèn)題的研究提供了一種相對(duì)便宜而又極為有效的實(shí)驗(yàn)手段。原子冷卻與俘獲技術(shù)一經(jīng)發(fā)展就被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)與技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。光與原子或離子的相互作用中，由于動(dòng)量傳遞形成的輻射壓力足以控制原子或離子的運(yùn)動(dòng)，最成功的應(yīng)用是對(duì)原子和離子的激光冷卻與俘獲。其中，最引人注目的兩個(gè)方面是：利用壓縮光進(jìn)行低于散粒噪聲的高精度測(cè)量和利用壓縮光實(shí)現(xiàn)與原子的相互作用，特別是實(shí)現(xiàn)與冷原子的相互作用。（1） 光場(chǎng)的量子噪聲光場(chǎng)的量子噪聲在光子學(xué)及其諸多的應(yīng)用研究中占有重要的地位。 量子光學(xué)光具有波粒二象性。特別是近幾年來(lái)，天津、上海、西安等地的高校與科研機(jī)關(guān)適形勢(shì)之發(fā)展，先后建立了各種“光子學(xué)研究中心”。在今后世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力與國(guó)防力量的較量中，光子學(xué)必定占據(jù)極其重要的位置”。1991年政府將光子學(xué)列為國(guó)家發(fā)展的重點(diǎn)，認(rèn)為光子學(xué)“在國(guó)家安全與經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)方面有深遠(yuǎn)的意義和潛力，并且肯定，通信和計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展的未來(lái)世界屬于光子學(xué)領(lǐng)域”。經(jīng)過(guò)多方組織和醞釀，于1978年正式成立了歐洲光子學(xué)會(huì)。還有的， 干脆使用O PLUS E、O und E等等。(C)與(d)則是光電結(jié)合，即光電子過(guò)程。 電子已經(jīng)深入社會(huì)，乃至家庭的方方面面。三維存儲(chǔ)除容量大外，另外一個(gè)顯著特點(diǎn)是并行存取，即信息寫入和讀出都是“逐頁(yè)”進(jìn)行的，并能與運(yùn)算器并行連接，由此速度很快。例如，在擬開(kāi)發(fā)的第六代計(jì)算機(jī)—神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)中，具有足夠大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，需要超大規(guī)模的群并行性處理。顯然，這對(duì)于電子技術(shù)來(lái)說(shuō)，絕對(duì)是望塵莫及的。（2） 光子具有極快的響應(yīng)能力 在信息領(lǐng)域，信息載體的響應(yīng)能力是至關(guān)重要的，它是決定信息速率與容量的主要因素。正如錢學(xué)森所言，“光子學(xué)是一門和電子學(xué)平行的科學(xué)，而不是在電子學(xué)之內(nèi)的科學(xué)”。如上所述，光子學(xué)是一門更具技術(shù)科學(xué)性質(zhì)的學(xué)科，其理論基礎(chǔ)則是基礎(chǔ)光子學(xué)。生物或生命科學(xué)是光子學(xué)的又一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。光子學(xué)與信息科學(xué)的交叉已經(jīng)形成一門新興的學(xué)科—信息光子學(xué)(INFOPHOTONICS)。光子技術(shù)的基礎(chǔ)是光子學(xué)。在我國(guó)，老一輩科學(xué)家龔祖同、錢學(xué)森等早在70年代末就頻頻發(fā)出呼吁，希望大家積極開(kāi)展光子學(xué)的學(xué)科建設(shè)。 光譜研究還在繼續(xù)發(fā)展。 在這一形勢(shì)下，許多物理學(xué)家都試圖尋求光譜的規(guī)律。此后，人們逐漸對(duì)光譜的性質(zhì)重視起來(lái)。1849年，法國(guó)人菲索第一次在地面上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)定光速。1811年，布呂斯特在研究光的偏振現(xiàn)象時(shí)發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)定律。簡(jiǎn)單的概括一下波粒之爭(zhēng)的過(guò)程。 牛頓在笛卡兒等人的著作中得到了啟示，用三個(gè)棱鏡重新作了光的色散試驗(yàn)，并在此試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)光的顏色總結(jié)出了幾條規(guī)律，結(jié)論全面，論據(jù)充分。但斯涅爾在世時(shí)并沒(méi)有發(fā)表這一成果。幾何光學(xué)的基礎(chǔ)是光的反射定律和光的折射定律。應(yīng)用光學(xué) 1900年普朗克在研究黑體輻射時(shí)，為了從理論上推導(dǎo)出得到的與實(shí)際相符甚好的經(jīng)驗(yàn)公式，他大膽地提出了與經(jīng)典概念迥然不同的假設(shè)，即“組成黑體的振子的能量不能連續(xù)變化，只能取一份份的分立值”。 幾何光學(xué)是從幾個(gè)由實(shí)驗(yàn)得來(lái)的基本原理出發(fā)，來(lái)研究光的傳播問(wèn)題的學(xué)科。這一分支最早可追溯到1873年阿貝提出的顯微鏡成像理論，和1906年波特為之完成的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；1935年澤爾尼克提出位相反襯觀察法，并依此由蔡司工廠制成相襯顯微鏡，為此他獲得了1953年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；1948年伽柏提出的現(xiàn)代全息照相術(shù)的前身——波陣面再現(xiàn)原理，為此，伽柏獲得了1971年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1922年發(fā)現(xiàn)的康普頓效應(yīng)，1928年發(fā)現(xiàn)的喇曼效應(yīng)，以及當(dāng)時(shí)已能從實(shí)驗(yàn)上獲得的原子光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)，它們都表明光學(xué)的發(fā)展是與量子物理緊密相關(guān)的。他認(rèn)為各種頻率的電磁波，包括光，只能以各自確定分量的能量從振子射出，這種能量微粒稱為量子，光的量子稱為光子。這個(gè)結(jié)論在1888年為赫茲的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。在進(jìn)一步的研究中，觀察到了光的偏振和偏振光的干涉。牛頓用這種觀點(diǎn)對(duì)折射和反射現(xiàn)象作了解釋。自《墨經(jīng))開(kāi)始，公元11世紀(jì)阿拉伯人伊本只有這樣才能正確指導(dǎo)一個(gè)新興學(xué)科的健康發(fā)展。為了使戰(zhàn)略研究的結(jié)果能發(fā)揮更大的作用，在軟課題立項(xiàng)時(shí)，我們就提出明確的要求，具體的指導(dǎo)思想是：在總結(jié)我委已經(jīng)完成的各學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇“九五”優(yōu)先資助領(lǐng)域中有較大突破可能的少數(shù)項(xiàng)目開(kāi)展深入研究；研究重點(diǎn)應(yīng)著眼于全國(guó)的宏觀決策上，而不要過(guò)份偏重于專業(yè)內(nèi)容的調(diào)查；在具體方針上，要選好突破口，強(qiáng)調(diào)有所為， 有所不為，其總體戰(zhàn)略部署爭(zhēng)取作到可以指導(dǎo)我國(guó)“九五”計(jì)劃或更長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的光子學(xué)研究工作。光子產(chǎn)業(yè)在商品市場(chǎng)的份額在逐年增加，已倍受產(chǎn)業(yè)界關(guān)注。作為信息科學(xué)的基礎(chǔ)：電子學(xué)與電子技術(shù)將由微電子學(xué)與技術(shù)向納米電子學(xué)及分子電子學(xué)與技術(shù)發(fā)展；與此同時(shí)，近年來(lái)，一個(gè)新興學(xué)科—光子學(xué)(PHOTONICS)已經(jīng)峭然興起，它繼電子學(xué)之后，又為信息科學(xué)的發(fā)展提供了一個(gè)重要的可靠基礎(chǔ)。于一九九七年五月和九月分別在福建、山西召開(kāi)兩次研討會(huì)形成了“戰(zhàn)略研究”的基本框架。因此，我們認(rèn)為軟課題組所提出的戰(zhàn)略意見(jiàn)也只是現(xiàn)在的一個(gè)調(diào)查研究結(jié)果，很難包括各種意見(jiàn)和見(jiàn)解，這是符合新生事物的發(fā)展規(guī)律的。人類對(duì)光的研究，最初主要是試圖回答“人怎么能看見(jiàn)周圍的物體？”之類問(wèn)題。借助這種現(xiàn)象可以用第一暗環(huán)的空氣隙的厚度來(lái)定量地表征相應(yīng)的單色光。19世紀(jì)初，波動(dòng)光學(xué)初步形成，其中托馬斯1846年，法拉第發(fā)現(xiàn)了光的振動(dòng)面在磁場(chǎng)中發(fā)生旋轉(zhuǎn)；1856年，韋伯發(fā)現(xiàn)光在真空中的速度等于電流強(qiáng)度的電磁單位與靜電單位的比值。并且，如果認(rèn)為洛倫茲關(guān)于以太的概念是正確的話，則可將不動(dòng)的以太選作參照系，使人們能區(qū)別出絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。1905年9月，德國(guó)《物理學(xué)年鑒》發(fā)表了愛(ài)因斯坦的“關(guān)于運(yùn)動(dòng)媒質(zhì)的電動(dòng)力學(xué)”一文。1960年，梅曼用紅寶石制成第一臺(tái)可見(jiàn)光的激光器；同年制成氦氖激光器；1962年產(chǎn)生了半導(dǎo)體激光器；1963年產(chǎn)生了可調(diào)諧染料激光器。激光光譜學(xué)，包括激光喇曼光譜學(xué)、高分辨率光譜和皮秒超短脈沖，以及可調(diào)諧激光技術(shù)的出現(xiàn)，已使傳統(tǒng)的光譜學(xué)發(fā)生了很大的變化，成為深入研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及能量轉(zhuǎn)換機(jī)制的重要手段。波動(dòng)光學(xué)不詳論介電常數(shù)和磁導(dǎo)率與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，而側(cè)重于解釋光波的表現(xiàn)規(guī)律。它的基礎(chǔ)主要是量子力學(xué)和量子電動(dòng)力學(xué)。但光學(xué)真正成為一種學(xué)說(shuō)應(yīng)該是從十七世紀(jì)幾何光學(xué)的初步發(fā)展開(kāi)始。 繼開(kāi)普勒之后，荷蘭物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家斯涅爾對(duì)幾何光學(xué)做出了系統(tǒng)的、數(shù)學(xué)的分析。 在早期光學(xué)的研究中，色散是另一個(gè)古老的課題，因?yàn)椴屎绗F(xiàn)象已經(jīng)吸引人類多年。波粒之爭(zhēng)從十七世紀(jì)初笛卡兒提出兩點(diǎn)假說(shuō)開(kāi)始、至二十世紀(jì)初以波粒二象性告終，共經(jīng)歷了三百多年的時(shí)間。這一結(jié)論的得出經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)而曲折的過(guò)程。1676年，丹麥天文學(xué)家羅麥第一次提出了有效的光速測(cè)量方法。在以后的一百多年里，這方面的科學(xué)研究并沒(méi)有取得太大的進(jìn)展。光譜分析對(duì)鑒定化學(xué)成分的巨大意義，使光譜研究工作迅速發(fā)展。1883年，哈特萊用波數(shù)表示法取得重大成功，他發(fā)現(xiàn)所有三重線的譜線系，同一譜線系中各組三重線的間距總是相等的。例如，法國(guó)頗有影響的DGRST組織提出：激光二極管的問(wèn)世，使光子替代了電子成為信息的載體，從而促成了光子學(xué)的形成。或者廣義地講，光子學(xué)是關(guān)于光子及其應(yīng)用的科學(xué)。光子學(xué)在發(fā)展中已形成諸多活躍的和重要的研究領(lǐng)域。光子作為信息的載體的優(yōu)勢(shì)與競(jìng)爭(zhēng)力正在不斷地被挖掘和開(kāi)拓。它涉及生物系統(tǒng)以光子形式釋放的能量與來(lái)自生物系統(tǒng)的光子的探測(cè)，以及這些光子攜帶的有關(guān)生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能信息，還包括利用光子對(duì)生物系統(tǒng)進(jìn)行的加工與改造。 光子學(xué)與電子學(xué)眾所周知，電子與光子是當(dāng)今和未來(lái)信息社會(huì)的兩個(gè)最重要的微觀信息載子，對(duì)它們的研究分別隸屬于電子學(xué)與光子學(xué)的范疇。一個(gè)載子可承載的信息量為信息效率。因此使用光子為信息載體，信息速率能夠達(dá)到每秒幾十、幾百個(gè) Gb，甚至幾個(gè)、幾十個(gè)Tb( 1012bit / s)都是可能的。這是另一個(gè)限制電子信息速率和容量的主要因素。再考慮頻率“維”等，可用于存儲(chǔ)的參量很多，因此，可以說(shuō)，光子具有極大的存儲(chǔ)能力。但是必須承認(rèn)，對(duì)于光子人們?cè)谡J(rèn)識(shí)和利用上還不成熟，這是其最大的薄弱點(diǎn)?！肮庾印迸c“電子”以及它們之間的結(jié)合，起碼在信息領(lǐng)域，有以下4種(a,b,c,d)模式：這里(a)是全電子(ee)過(guò)程，如果有光(O)參與，它只是起輔助作用(如提供能源等)，典型的例子是由太陽(yáng)能電池供電的各種電子設(shè)備。在很多情況下，嚴(yán)格地區(qū)分它們似乎是困難的。需要指出的是，歐洲和美國(guó)，在促成光子學(xué)的形成和發(fā)展方面表現(xiàn)出極大的興趣和熱情。這一系列情況表明，光子學(xué)及其重要意義已逐漸被越來(lái)越多的人們所接受和認(rèn)可，并且開(kāi)始積極地加以實(shí)施。在這些國(guó)家里，已把大量的、越來(lái)越多的資金投入到光子學(xué)及其技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)上去。當(dāng)時(shí)已引起一些人的關(guān)注和響應(yīng)。 基礎(chǔ)光子學(xué)綜上所述，電子學(xué)源于電學(xué)，而光子學(xué)則是從光學(xué)開(kāi)拓出來(lái)的。量子光學(xué)中的效應(yīng)、規(guī)律、理論等將不斷地為光子學(xué)的發(fā)展開(kāi)拓新的途徑，產(chǎn)生新的突破。由于壓縮態(tài)中可以使光場(chǎng)的某個(gè)正交分量具有比相干態(tài)更小的量子噪聲，以致突破散粒噪聲極限；因此，在光通訊、高精度測(cè)量等諸多應(yīng)用中具有極為重要的實(shí)際意義。除正交壓縮真空態(tài)之外，通過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)于閾值以上的光學(xué)參量振蕩器獲得量子相關(guān)的攣生光束，其強(qiáng)度差的量子噪聲低于散粒噪聲極限；而且，理論與實(shí)驗(yàn)研究表明，較之正交壓縮真空態(tài)，這種強(qiáng)度差壓縮在實(shí)驗(yàn)上更易實(shí)現(xiàn)，因此它的應(yīng)用研究也更具有吸引力，將有望產(chǎn)生實(shí)際意義。在最初的靜磁阱與光學(xué)阱的基礎(chǔ)上，