第一篇：有关双异质结激光器与量子阱激光器的基础报告

有关双异质结激光器与量子阱激光器的基础报告

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摘 要：异质结半导体激光器是半导体激光发展史上的重要突破,它的出现使光纤通信及网络技术成为现实并迅速发展。异质结构已成为当代高性能半导体光电子器件的典型结构,具有巨大的开发潜力和应用价值。

关键词：双异质结半导体激光器；量子阱激光器；泵浦

About double heterostructure lasers andreport on the basis of

quantum well laser

xxx

(xxxx)Abstract:Heterojunction semiconductor laser is an important breakthrough in the history of the development of semiconductor laser, it make the optical fiber communication and network technology become a reality and rapid development.Heterostructure has become the contemporary typical structure of high performance semiconductor optoelectronic devices, has huge development potential and application value Key words: double heterojunction semiconductor lasers;Quantum well laser;pump 0 引言

双异质结激光器和量子阱激光器在我们的当代

工作。图表示出双异质结激光器的结构示意图和相应的能带图在正向偏压下，电子和空穴分别从宽带的科研中都取得了一定的成绩，有很多相关的资料

隙的N区和P区注进有源区。它们在该区的扩散又供我们查看和研究，这些惊人的成就给我的生活带

分别受到P－p异质结和N－p异质结的限制，从而来的巨大的改变，我们作为新一代的基础人员，有

可以在有源区内积累起产生粒子数反转所需的非平义务去发展，将这些激光器的研究壮大和深入。

衡载流子浓度。同时，窄带隙具有源区有高的折射率与两边低折射率的宽带隙层构成了一个限制光子在有源区内的介质光波导。

异质结激光器激光器 的供应商是半导体半导体 的供应商激光发展史上的重要突破,它的出现使光纤光纤 的供应商通信及网络技术成为现实并迅速发1 双异质结基本结构

双异质结基本结构是将有源层夹在同时具有宽带隙和低折射率的两种半导体材料之间，以便在垂直于结平面的方向（横向）上有效地限制载流子和光子。用此结构于1970年实现了GaAlAs／GaAs激射波长为0.89 μm的半导体激光器在室温下能连续展。异质结构已成为当代高性能半导体光电子器件的典型结构,具有巨大的开发潜力和应用价值.异质结激光器的“结”是用不同的半导体材料制成的，采用异质结激光器的目的是为了有效地限制光波和载流子，降低阈值电流，提高效率。

1.1 泵浦的简单介绍

泵浦(pump)，即泵，又名帮浦、抽运；与泵不同的是，泵浦一词主要出现于激光领域。在激光中，外部能量通常会以光或电流的形式输入到产生激光的媒质之中，把处于基态的电子，激励到较高的能级高能态（人们用“泵浦”一词形容这一过程(如同把水从低处抽往高处))，物理学家将这种状态称为激发态(excited state)。是指给激光工作物质提供能量使其形成粒子数反转的过程

半导体泵浦固体激光器的种类很多，可以是连续的、脉冲的、调Q的，以及加倍频混频等非线性转换的。工作物质的形状有圆柱和板条状的。不同种类的激光器工作原理也不太相同，下面主要介绍端面泵浦固体激光器和侧面泵浦固体激光器两种。

1、端面泵浦固体激光器端面泵浦方式最大的优点就是容易获得好的光束质量，可以实现高亮度的固体激光器。端面泵浦的效率较高。这是因为,在泵浦激光模式不太差的情况下，泵浦光都能由会聚光学系统耦合到工作物质中，耦合损失较少；另一方面，泵浦光也有一定的模式，而产生的振荡光的模式与泵浦光模式有密切关系，匹配的效果好，因此，工作物质对泵浦光的使用率也相对高一些。

正是由于端面泵浦方式效率高、模式匹配好、波长匹配的优点近年来在国际上发展极为迅速，已成为激光学科的重点发展方向之一。它在激光打标、激光微加工、激光印刷、激光显示技术、激光医学和科研等领域都有广泛的用途，具有很大的市场潜力。

2、侧面泵浦固体激光器侧面泵浦（Side Pump）固态激光器激光头是由三个二极管泵浦模块围成一圈组成泵浦源，每个泵浦模块又由3个带微透镜的二

极管线阵组成。每个线阵的输出功率平均为20W输出波长为808nm。该装置采用玻璃管巧妙地设计了泵浦腔和制冷通道。玻璃管的表面大部分镀有808nm的高反膜，剩余的部分呈120°镀有三条808nm增透膜，这样便形成了一个泵浦腔。半导体泵浦源发出的光经过三对光束整形透镜会聚到这三条镀增透膜的狭长区域内，然后透过玻璃管的管壁，被晶体吸收。由于玻璃管大部分区域镀有高反膜，使得泵浦光进入泵浦腔以后，便在其中来回的反射，直至被晶体充分地吸收，而且在晶体的横截面上形成了均匀的增益分布。

1.2 异质结激光器的设计思路

制造激光器首先要有产生光的源，最重要的是要使粒子束翻转，这样才能够产生受激辐射，产生受激辐射光，在谐振腔作用下产生最后的激光。用异质结制作的半导体激光器可以把载流子限制在发光区，使大量的将要复合的电子和空穴沉积在窄带上，翻转的粒子束大于普通的半导体激光器。ALGaAs+ｎ和ALGaAs+ｐ是宽带中间是GaAs窄带，加正向偏压的情况下从ALGaAs+ｎ的导带越过尖势垒向GaAs注入电子，电子由于受到同型异质结ALGaAs+ｐ的势垒的作用在窄带处沉积，当然有少量的电子越过势垒跑掉了。同样在价带处，空穴从ALGaAs+ｐ注入到窄带中，受到ALGaAs+ｎ势垒的作用后沉积在窄带。那么在GaAs上形成了粒子束的反转。可以发现两边的宽带限制了载流子的运动，称为限制区。中间是实现粒子复合的区域成为有源区。和同质结激光器相比，异质结激光器由于宽带对有源区的限制，使发光的位置仅限于了有源区，使发光的区域集中，光强更大。双侧的异质结在两边提供了限制，单边异质结只能提供一边的限制。导带中的电子为了能够达到激射阈值需要注入2×1018/cm2个，为了能够在源区限制住这些电子需要有一定高度的势垒，这个势垒高度就是由结区的内建电势和ΔE共同决定的。电子基本处于Γ带中，其相邻的L带还有一部分在DEｃ下,X带的载流子都可以越过势垒。同样为了限制空穴要求提高价带的势垒，但是提高势垒会导致电子注入减小，这是不允许的，所以要有一个中间的度。能量高过势垒的电子和空穴都会漏掉。

另外由于限制区掺了Al，折射率减小，有源区中辐射的光子在有源区中损耗很大，如果生长一层掺杂很大的盖帽层能够实现很好的欧姆接触。制造量子阱激光器是半导体激光器的重要一支，要使反转粒子数增大，这样就需要多造出量子阱。多造出一些量子阱，使有源区的面积扩大，但这样会增加制造的难度，主要是导带和价带的量子阱要在同一个平面内，这个在数量大时不容易实现。量子阱激光器的辐射复合是发生在价带和导带中分裂能级中的粒子。在分裂能级中态密度阶梯变化。由于分裂的能带不再是原来的导带底和价带顶，因此复合的能级会加大，出现激光的波长蓝移，通常有，一般势阱宽度小于电子空穴的扩散长度所以都限制在势阱中，粒子数反转的量很大。

1.2 异质结激光器的结构

A.单异质结激光器与双异质结激光器（从材料）GaAs材料与GaAl材料

Ga1-xAlxAs是指在GaAs材料中掺入AlAs而形成，叫作砷镓铝晶体，1-x,x是指AlAs与GaAs的比例。

B.反型异质结与同型异质结（从导电类型）反型：如n-GaAs与p-GaAlAs or p-GaAs与n-GaAlAs 同型：如p-GaAs与p-GaAlAs or n-GaAs与n-GaAlAs 1.4 异质结激光器的能带关系

p、n型不是简并型，构成异质结之前热平衡状态下当形成异质结时，电子np空穴pn直到两半导体有相等的，异质结即处于平衡状态。与p-n结一样，在两种半导体材料上界面的两侧形成空间电荷区。N型半导体一边为正电荷，P型半导体一边为负电荷，这就是异质结区（阻挡层）。由于内建场的存在，使电子具有了附加电位能，因而使空间电荷区的能带发生了弯曲（基本与p-n结的形成相同的）。区别：由于禁带Eg不同，因而在两材料的上界面附近其能带出现与p-n结不同的特点：一能带在这

界面处的变化是不连续的。

1.在导带底，能量突变 △Ec，在这里形成“光路”。

2.在价带底，能量突变△Ev, 在这里形成“凹口”。

3.导带的势垒与价带不同，导带势垒低，而价带势垒高。

4.当n区的电子进入p区时所遇到的阻力要大。

当p区的空穴进入n区时所遇到的阻力要小。

5.势垒的减低和增高与 △Ec·△Ev 有关，即与两材料的禁带宽度Eg1Eg2之差有关。

1.5 输出与泵浦的关系

对任何激光器，首先要求的是输出一定的能量或功率。输出能量或功率的大小，取决于激光器的结构以及工作物质和泵浦能量的大小。泵浦能量必须大于激光器的阀值能量，而且超过阀值能量愈多，光辐射的能量愈大。

图3-1a和b分别表示出红宝石激光器和玻璃激光器输出能量Ea与泵浦能量E6之间的实验关系。利用图示关系曲线，可以估算出所要求的泵浦能量，从而确定电源的功率和应采取的合理方案。激光器的非线性

2.1 基础介绍

半导体激光器以其体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高且价格低的优点而受到人们的极大关注，取得到了惊人的发展。

根据不同的应用场合半导体激光器输出状态是不同的，有时候需要稳态输出运行，有时候又需要工作在脉冲输出状态，当然在现代的光保密通信中，它又要实现混沌的输出。对控制半导体激光器不同输出状态做一些讨论分析，有利于人们控制半导体激光器不同的输出状态

在没有外部扰动时半导体激光器, 当驱动电流超过阈值（当驱动电流低于阈值电流时，激光器输出光功率近似为零，LD几乎不发光）时，激光器的输出会由于启动状态经历短暂的驰豫振荡，然后很快就达到稳定的输出，要使激光器产生不稳定的输出如周期态，混沌态输出，必须至少再增加一个自由度，典型的增加自由度的方式有外部电流调制，外部光注入，外部光反馈，光电反馈等, 通过控制扰动的强度，就可使激光器呈现不同的输出状态。其中尤其以光反馈方式最为常见。本文以光反馈结构的半导体激光器理论模型为例，通过仿真分析了不同外部光反馈强度对半导体激光器非线性行为的影响，对实现半导体激光器非线性动力学输出控制具有重要意义。

2.2 理论结果

基于光反馈型半导体激光器的理论模型，数值分析讨论了不同反馈注入强度下的激光器非线性动力学输出。结果表明：当反馈系数kt≤0.39ns-1时，系统呈现稳态输出；0.39ns-1≤kt≤1.2ns-1时，系统处于周期过渡态；当反馈系数 kt1.2ns-1时，系统呈现混沌态输出。这对根据需要控制半导体激光器的输出具有指导意义。量子阱激光器

量子阱激光器是有源层非常薄，而产生量子尺寸效应的异质结半导体激光器。根据有源区内阱的数目可分为单量子阱和多量子阱激光器。量子阱激光器在阈值电流、温度特性、调制特性、偏振特性等方面都显示出很大的优越性，被誉为理想的半导体激光器，是光电子器件发展的突破口和方向。

3.1 量子阱激光器的工作原理

在普通的双异质结激光器中，因为有源区的三维尺寸都远大于电子平均自由程，因而电子的态密度函数为抛物线型，当载流子被限制在宽度与其德波罗意波长相当或更小的阱中时，则其态密度函数为类似阶梯形。如图1（a）所示，载流子复合跃迁将发生在各量子能级之间，在一般情况下受选择定则支配。此时注入电子的分布与峰值增益分布如图1（b）（c）所示。如果不考虑其他因素的影响，载流子运动受限越强，其阈值电流应越低。

3.2 量子阱激光器的结构

通常使用的量子阱激光器其势阱和势垒宽度在l0rnm左右。载流子和光波的横向限制，则如常规异质结一样，可采用不同的条形结构（见条形半导体激光器）。图2（a）所示的是质子轰击条形结构的多量子阱激光器的结构，图2（b）还表示出了量子阱中的光跃迁。

3.3 量子阱激光器的特点

同常规的激光器相比，量子阱激光器具有以下特点：

1.在量子阱中，态密度呈阶梯状分布，量子阱中首先是Elc和Elv之间电子和空穴参与的复合，所产生的光子能量hv=Elc-Elv>Eg，即光子能量大于材料的禁带宽度。相应地，其发射波长凡小于所对应的波长，即出现波长蓝移。

2.在量子阱激光器中，辐射复合主要发生在Elc和Elv之间，这是两个能级之间的电子和空穴参与的复合，不同于导带底附近的电子和价带顶附近的空穴参与的辐射复合，因而量子阱激光器光谱的线宽明显地变窄了。

3.在量子阱激光器中，由于势阱宽度Lx通常小于电子和空穴的扩散长度Le和Ln，电子和空穴还未来得及扩散就被势垒限制在势阱中，产生很高的注入效率，易于实现粒子数反转，其增益大大提高，甚至可高达两个数量级。

4.量子阱使激光器的温度稳定条件大为改善，AIGalnAs量子阱激光器的特征温度可达150K，甚至更高。因而，这在光纤通信等应用中至关重要。

3.4 量子阱激光器的儿发展

为了进一步改善量子阱激光器的性能，人们又在量子阱中引入了应变和补偿应变，出现了应变量子阱激光器和补偿应变量子阱激光器。应变的引入减小了空穴的有限质量，进一步减小了价带间的跃迁，从而使量子阱激光器的阀值电流大为降低，量子效率和振荡频率大大提高，并且由于价带间的跃迁的减小和俄歇复合的降低而进一步改善了温度特性，实现了激光器无致冷工作。在阱和垒中分别引入不同应变（张应变/亚应变）实现应变补偿，不仅能改善材料质量，从而提高激光器的寿命，而且可利用压应变对应于TE模式、张应变对应于TM模式的特性，制作与偏振无关的半导体激光器的集成。

参考文献

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[2] 刘东红； 张福厚； 高建华；山东工业大学数理系； 山东工业

大学电子工程系；

[3] 王增美;]量子阱半导体激光器的的基本原理及其应用 [4] 百度文库

[5] 王守武，王仲明；《半导体学报》, 1985(6)[6] 张玲丽;双异质结激光器的Pspice温度修正模型 [7] 张妍;InGaAsP/InP多量子阱激光器的研究

[8] 朱龙德，张盛廉，汪孝杰，王莉，高淑芬；双异质结激光器的Pspice温度修正模型质子轰击条形InGaAsP/InP双异质结激光器

第二篇：蓝光激光器的应用与发展

蓝光激光器的应用与发展

黄必昌

一、前言

全固态蓝光激光器因其在激光生物医学、激光彩色显示、激光高密度数据存储、激光光谱学、激光打印、激光水下成像与通讯等领域的广泛应用，近年来备受人们重视。用LD泵浦YAG晶体通过腔内倍频可以实现大功率蓝光激光输出，从而实现红（671nm）、绿（532 nm）、蓝（473 nm）三元色激光的连续输出。目前有关蓝光激光器的研究成为国内外研究小组竞相开展的研究热点，在很短的时间里世界各地都掀起了固态草蓝色激光光源的研究热潮。

全固态蓝光激光作为一种新的相干光源，具有体积小、结构紧凑、寿命长、效率高、运转可靠等一系列优点，能够应用在许多其他激光器无法应用的场合。

全固态蓝光激光器主要应用在蓝光激发、高密度光存储、彩色激光显示、拉曼光谱、荧光光谱分析、生物工程、DNA排序、海洋水色和海洋资源探测等很多方面。

在固体激光器中欲获得蓝色激光输出，主要有以下三种方法：（1）利用宽禁带半导体材料直接制作蓝光波段的半导体激光器；（2）利用非线性频率变换技术对固体激光进行倍频；（3）利用上转换技术在掺稀土的晶体、玻璃或光纤中实现蓝激光输出。对于可见波段的半导体激光二极管(LD)，蓝光LD的研制需要昂贵的设备和衬底材料，同时LD的光束质量不尽人意，在许多应用领域受到了限制。由LD泵浦的倍频固体激光器，需要非线性晶体材料进行频率转换，虽然光束质量很好，输出功率也很高，但系统较复杂。近年来，人们利用发光学中的频率上转换机制，大力发展具有蓝绿光输出上转换发光材料，所采用的泵浦源一般为近红外高功率半导体激光器。另外，与稀土掺杂的玻璃和晶体相比，光纤具有输出波长多、可调谐范围宽等优点。利用上转换光纤制作的光纤激光器还具有结构简单、效率高、成本低的优点。近两年来，国外对蓝光上转换光纤激光器研究很活跃，并且其商业化进程也相当迅速。下面结合激光显示和蓝光光盘等主要应用，首先简单说明其工作原理然后介绍全固态蓝光激光器的多种技术和最新发展。重点讲述了蓝光半导体激光以及半导体激光直接倍频蓝光激光器技术的进展，最后就蓝光激光器的应用进行小节。

二、工作原理

蓝光光纤激光器是利用稀土离子上转换的发光机理，即采用波长较长的激发光照射掺杂的稀土离子的样品时，发射出波长小于激发光波长的光。稀土离子的上转换发光机制一般可以分为激发态吸收、能量转移和光子雪崩三种过程。蓝光上转换光纤的输出波长一般在450～490nm之间，目前能获得蓝光输出稀土离子主要有Tm3,Pr3两种，但大多数情况下，为了提高泵浦吸收效率和上转换发光效率，往往采用将Tm3或者Pr3离子与Yb3离子共掺的方式，通过Yb3离子的敏化作用，利用多声子吸收的原理获得高效的上转换发光效应，Tm3/Yb3

共掺和Pr3/Yb3共掺这两种方式的上转换光纤激光目前报道的最多。

三、蓝光激光器的发展和应用

1、激光显示与蓝色激光

激光显示采用红、绿、蓝三基色全固态激光器作为光源，由于激光的高色纯度，按三基色合成原理在色度图上形成的色度三角形面积最大，因而激光显示的图像有着比现有彩色电视更大的色域、更高的对比度和亮度，颜色更鲜艳，能反映自然界的真实色彩，在家庭影院和大屏幕显示领域具有巨大的应用前景。2002年韩国三星公司就已经推出了80英寸VGA分辨率的高亮度激光电视的样机，可以获得很好的显示效果。作为激光全色显示的关键技术，红、绿、蓝三基色全固态激光器也已成为当前国际上研究的热点。其中，三基色光源中的蓝色激光是目前激光显示研究中的瓶颈。

实现全固态蓝色激光光源的途径主要有三种：(1)直接发射蓝光的激光二极管；(2)LD倍频的蓝色光源；(3)LD泵浦通过非线性光学手段获得的蓝色激光器。直接发射蓝光的半导体激光器，具有结构简单、使用方便、电-光转换效率高等优点。能够直接发射蓝色激光的LD一直受到人们的关注。但由于半导体材料本身的缺陷难于克服，使得蓝色激光二极管的发展相对缓慢，与实用化之间还有一段距离。通过LD泵浦非线性光学频率转换如倍频、和频等方法来得到高转换效率的蓝色激光输出。此外直接倍频LD获得蓝色激光，能够实现高的光-光转换效率；要求改善LD光束质量、压缩其发射线宽，并且将LD输出锁定在非线性晶体无源谐振腔的共振频率上，是这项技术的关键所在。

以上这些技术都有自身的缺点，离激光显示的真正应用尚有一定差距。目前激光显示研究过程中，所采用的蓝色激光主要采用的方法是采用基于美国专利（US PATENT NO.4809291）制造的473nm蓝色激光，即利用LD泵浦Nd:YAG的准三能级4F3/2->4I9/2的946nm倍频，并抑制1064nm的跃迁。但是这种方法效率比较低且实施难度较大。最近我们拟采用的窄带宽LD直接倍频PPLN的技术来获得蓝色激光，既可以实现高的光光转换效率，而且技术方案简单，是一个有潜力的选择。

2、蓝光激光二极管

1999年Nichia公司生产出第一台蓝光半导体激光器，标志着下一代光存储的应用已经为期不远了。2002年出台了命名为“蓝光光盘”（Blue-ray Disc）的计划。具体讲，蓝光LD可以在一张12cm的光盘上实现27GB的存储量，它是现有技术的六倍，可以实现所有数字信息的存储（包括音频、视频、电视、照片等应用），大大方便了数字产品走进家庭和人们的办公室。例如，利用蓝光光盘可以记录两小时的高标准的数字视频或者13小时的标准电视。此外双面存储以及扩大光盘尺寸可以最终获得50-100GB的存储容量。

关于蓝光LD最先的研究主要集中在Ⅱ－Ⅳ族材料，尤其是ZnSe。这种材料禁带宽度约2.7eV,发射波长相应于深蓝色480nm，且其栅格间距非常接近于常用的GaAs，看起来非常适合于蓝光LD。1990年，利用ZnSe/ZnCdSe应变量子阱技术首先获得了蓝色激光输出。1996年日本索尼公司采用ZnCdSe/ZnSSe/ZnMgSSe单量子阱激活层分别限制双异质结构实现了在20℃下、输出1mW并且可连续工作100小时的蓝－绿(515nm)LD。然而生长过程中p－n结内形成的缺陷在高阈值电流、高结温环境下会迅速扩散，使得其寿命的进一步

提高十分困难，距离商品化10000小时的目标还有很长一段距离。

在此同时，日本Nichia化学工业公司的Shuji Nakamura [4]另辟蹊径，致力于Ⅲ－V族GaN材料的研究（图1）。他在充氮环境下，借助双束气流反应技术，在15%失配的石英基底上，采用MOCVD方法生长出了InGaN多量子阱结构的408.6nm蓝光LD。97年初的时候其室温寿命为35小时，同年秋季通过侧向外延生长技术将室温寿命提高到了1000小时。目前该公司已经有几款输出功率达到30mW，线宽小于1nm，输出波长为400-415nm的商品化器件。还有其他一些波长的工程样机推出。然而，考虑到半导体材料本身的缺陷难于克服，使得蓝色激光二极管的发展仍相对缓慢，离实用化还有一段距离。

目前GaN已经成为制造短波长半导体激光的主要材料，掺杂不同浓度的铟可以获得不同波长的输出。而基于GaN材料制造的蓝色LED其性能已经大幅提高，并获得了广泛应用，其中最重要的应用是在显示技术和白光照明。

3、LD直接倍频蓝光激光器

这种通过二次谐波(SHG)将LD的红外输出直接倍频而得到蓝色激光的方案，能够实现高的光-光转换效率。它要求LD不仅能够输出较高的激光功率，而且还必须实现单管、单频运转。因此，采用电学边带压缩或光学反馈压缩等技术，通过外腔加强的办法，改善LD光束质量、压缩其发射线宽，并且将LD输出锁定在非线性晶体无源谐振腔的共振频率上就成为这项技术的关键问题。1989年，L．Goldkey和M．K．Chun用KN晶体倍频842nm的LD输出得到24mW的连续蓝色激光，W．J．Kozlovsky和W．Lenth用电学反馈技术钳制858nmLD的输出，在140mW入射功率下得到41mW的428nm连续输出。1994年德国人

A．Hemmerich将单块KN同时用于环行倍频和LD光学频率自锁，在90mW、856nm的入射功率下，获得了22mW、428nm的蓝色激光输出。J．A．Trail采用实时闭环反馈，有效地控制了光束质量、抑制了噪声，改善了激光器工作稳定性，得到了40mW、430nm激光输出。相干公司正利用此项成果开发用于光存储的商品。

由于波导中传播的激光功率密度高、与泵浦光耦合充分、阈值低、转换效率高、位相匹配范围宽，而曾使蓝光波导激光器受到重视。1994年，G．Gupta运用1mm长的畴反转LiTO3波导对840nm的LD倍频而得到26μW的功率输出、290%/W*cm2的转换效率和0.3nm的位相匹配宽度。我国南京大学的陆亚林等人用三阶准位相匹配的LiNbO3倍频810nmGaAsAl激光，在入射功率为250mW时，获得了0.3mW的405nm输出，光学转换效率达0.14%。最令人瞩目的是离子KN波导和薄膜KTP波导。日本的Tohru Doumuki等人用带线加载(strip load)结构的SiO2/Ta2O5/KTP薄膜波导对钛宝石激光进行倍频，在波导长度为4.1mm时得到了13mW的近TEM10模413nm输出，转换效率接近1000%/W*cm2。薄膜波导激光器的优点是效率高，缺点是波导制作复杂，对泵浦光束质量要求高，因而获得的倍频激光光束较差。

近期我们设计的方案是，采用窄线宽LD直接倍频PPLN来获得蓝色激光的方案。LD的输出波长为975nm，线宽约0.1nm，输出功率200mW。由于PPLN的高倍频转换效率，可以获得20-30mW的488nm激光输出。目前此方案仍在进行当中，相信不久就可以获得实际应用。

4、LD泵浦非线性转换蓝光激光器

利用了LD发射谱线能够很好地与Nd3、Cr3等激活离子的吸收带相匹配，并通过倍频、和频等方法来得到高转换效率的蓝色激光输出。

(1)用和频方法获得蓝色激光器

一种方法是运用GaAlAs激光二极管输出的809nm激光，与Nd3+离子1.06μm的激光通过和频来得到459nm的蓝光输出。1987年，J．C．Baumert及其同事首次在Ⅱ类位相匹配的KTP晶体中运用和频方法得到了0.96mW的蓝光输出。1989年，W．P．Risk和W．Lenth利用同样的晶体，在常温下实现了此和频过程的非临界相位匹配，也获得了蓝色激光输出。1992年，W．P．Risk和W．J．Kozlovsky利用外腔谐振加强的办法，在KTP单块驻波腔内获得4mW的基横模462nm输出。P．N．Kean和R．W．Stanley在1993年采用折叠腔结构，利用100mW的单管LD得到了20mW的459nm蓝色激光输出，单管LD－蓝光的转换效率高达68%，在改变和频晶体的匹配角度时，实现12nm的调谐宽度，但是这种技术对起注入作用的LD要求较高。

最近，德国的Kaiserslautern大学和当地的一家公司研发了一种采用锁模的半导体泵浦Nd:YVO4激光放大器来泵浦KTA-OPO，用上述方法产生的1064nm和1535nm激光，经倍频和和频过程同时获得629nm、532nm、446nm的三基色激光，直接用于激光显示的应用。

从八十年代末期开始，人们就对利用808nm的LD泵浦Nd:YAG及Nd:YVO4，实现4F3/2→4I9/2准三能级的946nm或912nm激光振荡，并运用KN或LBO等非线性晶体通过内腔倍频以得到蓝色激光输出的方案进行了研究。1987年，W．P．Risk和W．Lenth在一个未优化的Nd:YAG-LiIO3激光腔外得到了100μW的473nm蓝色激光。1989年，W．P．Risk用KN晶体对LD泵浦的Nd:YAG倍频，在吸收功率为400mW时得到了3.7mW的蓝色激光。斯坦福大学的T．Y．Fan于同年申请了关于通过倍频掺Nd3介质而获得蓝绿激光的专利（US PATENT NO.4809291）。这种激光器结构比较简单，关键在于采取适当的措施抑制发射截面大的1.06μm振荡。目前该项技术已逐渐趋向成熟化，德国汉堡大学用21W的808nm激光二极管得到了2.8W的473nm蓝色激光输出，正在逐步地达到低成本、高效率的商品化蓝色激光器的要求。

此外，还有内腔倍频的可调谐掺铬(Cr3)蓝色激光器。美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室成功地研制出两种可调谐激光晶体Cr:LiCAF和Cr:LiSAF。其荧光光谱范围覆盖800～1000nm波段，并且在630～690nm之间有吸收带。Cr:LiCAF晶体由于存在严重的散射机制、引入大的损耗而较少在激光系统中使用。更令人感兴趣的是Cr:LiSAF,其晶体生长工艺较为成熟，峰值发射波长为846nm。加上670nm、500mW级的红光LD的商品化，推动基于Cr:LiSAF的内腔倍频蓝色激光器的发展。日立金属株式会社的佐藤正纯等人研制出高稳定性的430nm的蓝色激光器，输出功率大于10mW。采用电学反馈，将输出稳定性控制在0.7%。

四、蓝色激光器的应用小结

(1)彩色激光显示

高亮度的蓝色激光系统完全可以和发展相对成熟的红色LD、内腔倍频的全固化绿激光器一起，作为彩色显示的全固体标准三基色光源。这种新型的低功耗、长寿命、高光束质量的激光光源，不仅效率高(与荧光光源相比)，而且更加忠实于自然光，能够消除白炽光源产生的黄影和荧光光源产生的绿影，实现三基色的平衡。

(2)高密度光存储

与目前常用作光源的780nmLD相比较，蓝色激光的优点是波长短，光点面积小，若再利用存储介质对短波长激光更加敏感的特点，采用新的编码技术，则可以提高存储密度近1个量级。按目前的蓝光光盘计划，可以在一张12cm的光盘上实现27GB的存储量，它是现有技术的六倍，可以实现所有数字信息的存储（包括音频、视频、电视、照片等应用）。

(3)数字视频技术

全固体蓝激光器最令人鼓舞的应用是用作数字视频领域中CD－ROM、CD及DVD等的光源，市场前景很广阔。

第三篇：DFB激光器调研报告(在实际工程中的应用)

分布反馈式半导体激光器在实际工程系统中的应用

摘要：DFB(Distributed Feed Back)DFB型光发射机，分布反馈（激光器）半导体激光器因其波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的激光导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展、半导体激光器体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用范围遍及的领域越来越宽广，其的出现带来了巨大的变化，使科技更发达，人们生活更加丰富多彩，应用范围遍及医学、科技、航天 交通，通信等各个领域。自从1962 年世界上第一台半导体激光器(Diode Laser)发明问世以来, 由于其体积小、重量轻、易于调制、效率高以及价格低廉等优点, 被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一.四十几年来半导体激光器逐步应用在激光唱机、光存储器、激光打印机、条形码解读器、光纤电信以及激光光谱学中, 不断扩大应用范围, 进入了一些其它类型激光器难以进入的新的应用领域。

关键字:DFB、工作波长、边模抑制比、阈值电流、输出光功率

一、分布反馈式半导体激光器简介

1、分布反馈式半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件.其工作原理是,通过一定的激励方式,在半导体物质的能带之间,或者半导体物质的能带与杂质能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用.半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式,光泵式和高能电子束激励式.电注入式半导体激光器,一般是由GaAS,InAS,Insb等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射.光泵式半导体激光器,一般用N型或P型半导体单晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物质,以其他激光器发出的激光作光泵激励.高能电子束激励式半导体激光器,一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质,通过由外部注入高能电子束进行激励.在半导体激光器件中,目前性能较好,应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。DFB(Distributed Feedback Laser)，即分布式反馈激光器，其不同之处是内置了布拉格光栅（Bragg Grating），属于侧面发射的半导体激光器。目前，DFB激光器主要以半导体材料为介质，包括锑化镓、砷化镓、磷化铟、硫化锌等。DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性（即光谱纯度），它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边摸抑制比（SMSR），目前可高达40-50dB以上。

2、分布反馈式半导体激光器的主要参数：a.工作波长：激光器发出光谱的中心波长。b.边模抑制比：激光器工作主模与最大边模的功率比。c.-20dB光谱宽度：由激光器输出光谱的最高点降低20dB处光谱宽度。d.阈值电流：当器件工作电流超过阈值电流时激光器发出相干性很好的激光。e.输出光功率：激光器输出端口发出的光功率。

二、分布反馈式半导体激光器原理

分布反馈式半导体的能带结构。半导体材料多是晶体结构。当大量原子规则而紧密地结合成晶体时，晶体中那些价电子都处在晶体能带上。价电子所处的能带称价带（对应较低能量）。与价带最近的高能带称导带，能带之间的空域称为禁带。当加外电场时，价带中电子跃迁到导带中去，在导带中可以自由运动而起导电作用。同时，价带中失掉一个电子，则相当于出现一个带正电的空穴，这种空穴在外电场的作用下，也能起导电作用。因此，价带中空穴和导带中的电子都有导电作用，统称为载流子。

掺杂半导体与p-n结。没有杂质的纯净半导体，称为本征半导体。如果在本征半导体中掺入杂质原子，则在导带之下和价带之上形成了杂质能级，分别称为施主能级和受主能级。有施主能级的半导体称为n型半导体；有受主能级的半导体称这p型半导体。在常温下，热能使n型半导体的大部分施主原子被离化，其中电子被激发到导带上，成为自由电子。而p型半导体的大部分受主原子则俘获了价带中的电子，在价带中形成空穴。因此，n型半导体主要由导带中的电子导电；p型半导体主要由价带中的空穴导电。半导体激光器中所用半导体材料，掺杂浓度较大，n型杂质原子数一般为（2－5）×1018cm-1；p型为（1－3）×1019cm-1。在一块半导体材料中，从p型区到n型区突然变化的区域称为p-n结。其交界面处将形成一空间电荷区。n型半导体带中电子要向p区扩散，而p型半导体价带中的空穴要向n区扩散。这样一来，结构附近的n型区由于是施主而带正电，结区附近的p型区由于是受主而带负电。在交界面处形成一个由n区指向p区的电场，称为自建电场。此电场会阻止电子和空穴的继续扩散。

p-n结电注入激发机理。若在形成了p-n结的半导体材料上加上正向偏压，p区接正极，n区接负极。显然，正向电压的电场与p-n结的自建电场方向相反，它削弱了自建电场对晶体中电子扩散运动的阻碍作用，使n区中的自由电子在正向电压的作用下，又源源不断地通过p-n结向p区扩散，在结区内同时存在着大量导带中的电子和价带中的空穴时，它们将在注入区产生复合，当导带中的电子跃迁到价带时，多余的能量就以光的形式发射出来。这就是半导体场致发光的机理，这种自发复合的发光称为自发辐射。

图中光栅的周期为A，称为栅距。当电流注入激光器后，有源区内电子—空穴复合，辐射出能量相应的光子，这些光子将受到有源层表面每一条光栅的反射。在DFB激光器的分布反馈中，此时的反射是布拉格发射，光栅的栅条间入射光和反射光的方向恰好相反。

满足上式的那些特定波长的光才会受到强烈反射，从而实现动态单纵模工作。式也称为分布反馈条件（一般m取1）。

三、分布反馈半导体激光器反馈方式

普通结构的分布反馈半导体激光器(DFB-LD)，在高速调制状态下会发生多模工作现象，从而限制了传输速率。因此，设计和制作在高速调制下仍能保持单纵模工作的激光器是十分重要的，这类激光器统称为动态单模(DSM)半导体激光器。实现动态单纵模工作的最有效的方法之一，就是在半导体激光器内部建立一个布拉格光栅，依靠光栅的选频原理来实现纵模选择。分布反馈半导体激光器的特点在于光栅分布在整个谐振腔中，光波在反馈的同时获得增益。因为DFB-LD的谐振腔具有明显的波长选择性，从而决定了它们的单色性优于一般的FP-LD。

在DFB-LD中存在两种基本的反馈方式，一种是折射率周期性变化引起的布拉格反射，即折射率耦合(Index-Coupling)，另一种为增益周期性变化引起的分布反馈，即增益耦合(Gain-Coupling)。与依靠两个反射端面来形成谐振腔的FP-LD相比，DFB-LD可能激射的波长所对应的谐振腔损耗是不同的，也就是说DFB-LD的谐振腔本身具有选择模式的能力。在端面反射为零的理想情况下，理论分析指出：折射率耦合DFB-LD在与布拉格波长相对称的位置上存在两个谐振腔损耗相同且最低的模式，而增益耦合DFB-LD恰好在布拉格波长上存在着一个谐振腔损耗最低的模式。也就是说，折射率耦合DFB-LD原理上是双模激射的，而增益耦合DFB-LD是单模激射的。

四、分布式反馈激光器的制造技术

DFB激光器的光栅结构通常在波导表面掩膜，刻蚀形成。但是，在制造过程中产生的晶格损伤会降低量子效率，增大阈值电流。

避免晶格损伤产生的影响：将光栅和激光器有源层分开。主要提供了三种方法。方法1：利用扩散方法

 1.在衬底GaAs上利用离子束刻蚀形成三阶光栅  2.P区掺杂Zn  3.在交界面1um下产生p-n结

方法2：利用separate confinementheterojunction 结构  1.注入的电子被p-Ga0.83Al0.17As  2限制在有源层

 3.光子传播到p-Ga0.93Al0.07As的交界面  4.有源区不受晶格损伤的影响

方法3：利用水平耦合结构

 1.光通过横向和水平方向消逝场的重叠部分来提供光反馈  2.耦合系数k与脊的深度有关

 3.发射波长为9217埃，阈值电流为11mA

五、分布式反馈激光器特点

与一般F—P腔激光器相比，DFB激光器具有以下两大优点，因而在目前的光纤通信系统中得到广泛应用。（1）动态单纵模窄线宽输出

1、线宽窄：发射谱线宽定义为激光增益曲线和激光器的模式选择特性的卷积，由于光栅具有很好的波长选择特性，因此，发射谱宽较窄。

2、典型的端面反射型激光器的单模线宽为1到2埃，约 50 GHz，而带有光栅结构的DFB的线宽约为50–100 kHz。

3、目前商用的DFB激光器在1.55μm处的线宽小于25埃。

由于DFB激光器中光栅的栅距（A）很小，形成一个微型谐振腔，对波长具有良好的选择性，使主模和边模的阈值增益相对较大，从而得到比F—P腔激光器窄很多的线宽，并能保持动态单纵模输出。（2）波长稳定性好

1、传统的端面反射激光器的发射波长很容易受到温度的影响。

2、DFB激光器波长的稳定性较好，因为光栅能够锁定激光器输出给定的波长。

3、分析：（1）波长漂移：

4、端面反射激光器：3.7埃/摄氏度

5、DFB激光器：0.8埃/摄氏度（3）阈值电流：在m=0时，J端=JDFB

1、但J1=3J0，并且在模式转换处阈值电

2、流急剧增加（由增益曲线和激光模式

3、在此温度下不匹配导致的）

由于DFB激光器内的光栅有助于锁定给定的波长，其温度漂移约为0.8Å/℃，比F—P腔激光器要好得多。在端面激光器中，光的发射波长是由增益曲线和激光器的模式特性决定的，当达到阈值电流时，激光器通常会激发许多纵模

4、在DFB激光器中，发射波长会受到增益曲线的影响，但主要由光栅周期决定。

5、当 l 阶模和 l±1阶模的间距和增益曲线的线宽相比足够大时，只有一个模式有足够的增益产生激光。

尽管DFB激光器有很多优点，但并非尽善尽美。例如，为了制作光栅，DFB激光器需要复杂的二次外延生长工艺，在制造出光栅沟槽之后由于二次外延的回熔，可能吃掉已形成的光栅，致使光栅变得残缺不全，导致谐振腔内的散射损耗增加，从而使激光器的内量子效率降低。此外，DFB激光器的震荡频率偏离Bragg频率，故其阈值增益较高。DFB激光器的发展方向是，更宽的谐调范围和更窄的线宽，在一个DFB激光器集成两个独立的光栅，实现更宽的波长谐调范围，比如达到100nm谐调范围，以及更窄的光谱线宽。

六、分布式反馈激光器实际工程系统中的应用

分布反馈式半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且由于体积小、重量轻、寿命长，因此，品种发展快，应用范围广，目前已超过300种，半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网，850nm波长的半导体激光器适用于)1Gh/。局域网，1300nm-1550nm波长的半导体激光器适用于1OGb局域网系统[i1.半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域，已成为当今光电子科学的核心技术.半导体激光器在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面获得了广泛的应用，形成了广阔的市场。1978年，半导体激光器开始应用于光纤通信系统，半导体激光器可以作为光纤通信的光源和指示器以及通过大规模集成电路平面工艺组成光电子系统.由于半导体激光器有着超小型、高效率和高速工作的优异特点，所以这类器件的发展，一开始就和光通信技术紧密结合在一起，它在光通信、光变换、光互连、并行光波系统、光信息处理和光存贮、光计算机外部设备的光祸合等方面有重要用途.半导体激光器的问世极大地推动了信息光电子技术的发展，到如今，它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.半导体激光器再加上低损耗光纤，对光纤通信产生了重大影响，并加速了它的发展.因此可以说，没有半导体激光器的出现，就没有当今的光通信.GaAs/GaAlA。双异质结激光器是光纤通信和大气通信的重要光源，如今，凡是长距离、大容量的光信息传输系统无不都采用分布反馈式半导体激光器(DFB一LD).半导体激光器也广泛地应用于光盘技术中，光盘技术是集计算技术、激光技术和数字通信技术于一体的综合性技术.是大容t.高密度、快速有效和低成本的信息存储手段，它需要半导体激光器产生的光束将信息写人和读出.下面我们具体来看看几种常用的半导体激光器的应用: 量子阱半导体大功率激光器在精密机械零件的激光加工方面有重要应用，同时也成为固体激光器最理想的、高效率泵浦光源.由于它的高效率、高可*性和小型化的优点，导致了固体激光器的不断更新。

 在印刷业和医学领域。

高功率半导体激光器也有应用.另外，如长波长激光器(1976年，人们用Ga[nAsP/InP实现了长波长激光器)用于光通信，短波长激光器用于光盘读出.自从NaKamuxa实现了GaInN/GaN蓝光激光器，可见光半导体激光器在光盘系统中得到了广泛应用，如CD播放器，DVD系统和高密度光存储器可见光面发射激光器在光盘、打印机、显示器中都有着很重要的应用，特别是红光、绿光和蓝光面发射激光器的应用更广泛.蓝绿光半导体激光器用于水下通信、激光打印、高密度信息读写、深水探测及应用于大屏幕彩色显示和高清晰度彩色电视机中.总之，可见光半导体激光器在用作彩色显示器光源、光存贮的读出和写人，激光打印、激光印刷、高密度光盘存储系统、条码读出器以及固体激光器的泵浦源等方面有着广泛的用途.量子级联激光的新型激光器应用于环境检测和医检领域.另外,由于半导体激光器可以通过改变磁场或调节电流实现波长调谐，且已经可以获得线宽很窄的激光输出，因此利用半导体激光器可以进行高分辨光谱研究.可调谐激光器是深入研究物质结构而迅速发展的激光光谱学的重要工具大功率中红外(3.5lm)LD在红外对抗、红外照明、激光雷达、大气窗口、自由空间通信、大气监视和化学光谱学等方面有广泛的应用。

 绿光到紫外光的垂直腔面发射器方面

绿光到紫外光的垂直腔面发射器在光电子学中得到了广泛的应用，如超高密度、光存储.近场光学方案被认为是实现高密度光存储的重要手段.垂直腔面发射激光器还可用在全色平板显示、大面积发射、照明、光信号、光装饰、紫外光刻、激光加工和医疗等方面I2)、如前所述，半导体激光器自20世纪80年代初以来，由于取得了DFB动态单纵模激光器的研制成功和实用化，量子阱和应变层量子阱激光器的出现，大功率激光器及其列阵的进展，可见光激光器的研制成功，面发射激光器的实现、单极性注人半导体激光器的研制等等一系列的重大突破，半导体激光器的应用越来越广泛，半导体激光器已成为激光产业的主要组成部分，目前已成为各国发展信息、通信、家电产业及军事装备不可缺少的重要基础器件。

 军事方面的应用

半导体激光引信是一种光学引信, 属主动式近炸引信的技术范畴。激光引信通过激光对目标进行探测, 对激光回波信息进行处理和计算, 判断出目标, 计算出炸点, 在最佳位置适时引爆。炸弹一旦未捕获或丢失目标以及引信失灵后, 自炸机构可以引爆弹丸自毁。半导体激光引信是激光探测技术在武器系统中最成功的应用。

1.激光制导：它使导弹在激光射束中飞行直至摧毁目标。

半导体激光制导已用于地-空导弹、空-空导弹、地-地导弹等。激光制导跟踪在军事上具有十分广泛的应用。激光制导的方法之一是驾束制导, 又称激光波束制导。从制导站的激光发射系统按一定规律向空间发射经编码调制的激光束, 且光束中心线对准目标;在波束中飞行的导弹, 当其位置偏离波束中心时,装在导弹尾部的激光接收器探测到激光信号, 经信息处理后, 弹上解算装置计算出弹体偏离中心线的大小和方向, 形成控制信号;再通过自动驾驶仪操纵导弹相应的机构, 使其沿着波束中心飞行, 直至摧毁目标为止。另一种激光制导方法是光纤制导。通过一根放出的光纤把传感器的信息传送到导弹控制器, 观察所显示的图像并通过同一光纤往回发送控制指令,以达到控制操纵导弹的目的。

2.激光测距：主要用于反坦克武器以及航空、航天等领域。

测距仪采用半导体激光器作光源具有隐蔽性,略加改进, 还可测量车辆之间的距离并进行数字显示, 在低于所需安全系数时发出警报。半导体激光夜视仪和激光夜视监测仪也得到重要应用。利用半导体激光器列阵主动式夜视仪的光源具隐蔽性, 列阵功率高的特点, 可提高监测距离至1 km, 如配上扫描和图像显示装置, 则可成为激光夜视监测仪。用其对目标进行监测时, 目标的活动情况可适时通过光缆传送到指挥所。选择较长的合适波长, 可成为全天候监测仪。

3.激光雷达：与CO2 激光雷达相比

半导体激光列阵的激光雷达体积小、结构简单、波长短、精度高、具有多种成像功能及实时图像处理功能, 包括各种成像的综合、图像跟踪和目标的自动识别等。可用于监测目标, 测量大气水气、云层、空气污染;还可用作飞机防撞雷达, 机载切变风探测相干光雷达, 对来袭目标精确定位以及对直升飞机和巡航导弹的地形跟踪等。半导体激光雷达主要是波长820～850 nm 的LD 及列阵。

4.激光模拟：以半导体激光为基础发展起来的新型军训和演习技术。通过调节激光射束、周期和范围以达到模拟任何武器特征的目的。武器模拟主要使用904 nm 半导体激光器, 用对眼睛安全的激光器作为战术训练系统的基础, 最初称为激光交战系统(LES)。该系统的研制始于1973 年, 其可行性已得到了证实。1974 年引进了微处理机技术, 于是LES 发展成为多功能激光交战系统(MILES)。同年,赛罗克斯电光系统公司接受了全套MILES 工程的研制合同, 向陆军提供8 万多套装备, 用于地面作战模拟。此外, 该公司还研制了空对地作战系统以及MILES 空防样机。目前, 全世界有美、英、瑞(典)三国出售MILESII/SAWE 系统;北约国家、以色列、阿根廷、俄罗斯、中国都在开发这种系统。

5.深海光通信：半导体激光器具有抗干扰、保密性好等优点。

激光对潜通信光源蓝绿光是海水的通信窗口(460～540 nm), 穿透深度约300 ft, 潜艇可用蓝绿光和卫星或航空母舰进行通信联络。倍频半导体高功率激光器列阵(波长在920～1080 nm)就是一种这样的光源。

6.半导体激光瞄准和告警

瞄准具有两类: 一类以发射红外激光的GaAs激光器为基础, 士兵需佩戴夜视镜才能看清目标上的激光光斑, 以解决夜间士兵的瞄准射击问题;另一类激光瞄准以发射红色激光和可见光的半导体激光器为基础。美国激光装置公司在20 世纪80 年代推出的FA-4 型激光瞄准具的重量仅99 g, 长11.4 cm。为满足不同波长激光和可调谐激光器的探测要求, 激光告警的工作波段不断得到拓展, 角分辨率也不断得到提高。

7.半导体激光通信

半导体激光器在卫星通信技术中只需要较小的望远镜和较低的发射功率, 就能实现光的自由空间传输并获得极高的数据率传输。激光通信技术可用于轨道卫星间的相互通信及卫星与地面站的通信。

8.军用光纤陀螺

军用光纤陀螺是军用光纤领域中用途最广, 是目标监测和测量方面不可缺少的技术手段。由光纤绕成环形光路, 采用Sagnac 干涉原理, 检测出随转动产生的两路激光束的相位差, 由此得出转动的角速度。其主要优点是: 无运动部件, 仪器牢固, 耐冲击, 抗加速运动;机构简单, 价格低廉;启动时间极短(原理上可瞬时启动);灵敏度高, 可达10-7 rad/s;动态范围极宽(约为2 000 度/秒);寿命长等。在军用民用光纤通信、光纤制导导弹、制导鱼雷等方面广泛应用。

 其他方面的应用

下表是DFB一些主要波长在激光气体分析、原子钟应用、Nd：YAG激光器种子源等领域上的应用：

下图是Harvard所研究的Hitran数据库在750-3500nm之间的光谱吸收图，可以作为大部分气体分析的数据参考：

1．用于发电站

严格监控各气体的成分比率：

H2O, O2, CO, CO2, NH3, NO2等； 实现更快更有效的燃烧；

减少污染物的排放，减小能耗。

2．用于过程控制

监测HCl 的浓度，优化PVC材料的生产； 监测燃烧室中 O2, CO, CO2 的浓度，控制钢铁的熔炼过程。

3．用于管道检测

天然气管道成分、泄漏检测。

4．用于太空研究

比如用于NASA实验室，俄罗斯航天

局等。

结语:

现代社会对光纤通信网络传输容量的要求急剧增长,波分复用系统复用的信道数越来越多,这就需要大量不同波长激光器来作为这种通信系统的光源。如果用分立器件来构成这种通信网络的话,那么波分复用系统将十分复杂,体积巨大,维护成本随传输容量同步上升。与此同时,这种通信系统的能耗也将上升到惊人的地步。为解决日益严重的系统复杂性和能耗激增问题,最好的方法是用多种功能器件集成的光子集成芯片取代分立器件,来构建波分复用通信系统。组成光子集成芯片的最核心器件——多波长激光器阵列的制造要比单个激光器难度大得多。目前已经商用的光子集成芯片中的分布反馈式多波长半导体激光器阵列,必须采用经过特殊加工、精度高达0.1纳米的电子束刻写设备来制造,加工过程十分缓慢复杂,成品率低下,其高昂的成本使之难以大规模商业化生产 为了解决上述困难,我们提出了利用重构一等效啁啾技术来设计制作半导体激光器及阵列的方法。

参考文献:

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[6]百度百科 http://baike.baidu.com/view/3882555.htm;2013年

第四篇：(央视,百家讲坛)量子物理学的实验与哲学基础

量子物理学的实验与哲学基础-安东·泽林格

主讲人简介

安东·泽林格，维也纳大学实验物理学教授，牛津大学客座研究员，法兰西大学客座教授，奥地利科学院终身院士，奥地利物理学会主席，美国物理学会会员。

内容简介

量子物理学是德国物理学家麦克斯·普朗克于1900 年在柏林提出的。他为了解释某些光学现象，不得不设想光是由量子所组成的，也就是单个的粒子，而且量子是不可分的。量子力学现在已经成为许多现代高科技的基础。美国的诺贝尔奖获得者杰克·斯坦博格曾经估计，可能在当代的经济中，三分之一的国民产值都以某种方式来自于一量子力学为基础的高科技。那么问题在哪里呢？理查德·费曼很好地表述了这个问题：我认为我可以肯定地说，现在没有人理解量子力学。理查德·费曼是有资格这么说的，因为他曾因发明了一个量子物理学的公式而获得诺贝尔奖，所以他知道自己在说什么。

量子理论不仅仅是学术研究，它不仅仅是我们理解世界的一种有趣方式，它也对信息处理提供了许多有趣的新概念。一个就是量子计算机，世界各地都有许多研制量子计算机计划，我知道中国也有。我不想详细地谈有关的具体的硬件，也就是说，它到底是什么样的，因为今天还没有人知道，完全处于想象阶段。人们在尝试各种不同的途径，基本的概念是必需要有一个中央处理器，我借用一个著名的电脑芯片公司的名字，称之为“昆腾”，基本的概念是，我们可以用量子叠加的方式来处理信息。例如，如果要计算开平方，我们可以把数字4和9以量子叠加态的方式同时输入“昆腾”，那么量子计算机，或用物理术语来说，一种大量的纠缠状态，量子计算机就会计算出结果，不是一个一个地计算，而是以叠加态来计算，就如这个最简单的例子，我们就可以得到以量子叠加态的形式输出的结果，2和3。大家知道计算机方面有一种趋势，就是计算机变得越来越小，其元件如晶体管等等处理信息所用的电子越来越少，如果照目前的情况发展下去，就会达到量子水平。另一方面，量子力学可以从下向上发展，制造出量子计算机。

量子通讯是最早在实验上有所进展的。量子通讯有许多用途，最早得到发展的是量子密码，量子密码是一种对信息进行编码方法，其安全性是由自然规律来保证的，不依赖于实验者的技巧。量子密码最基本的思想是，人们无法在不破坏或改变量子的状态的情况下测量量子。所以当一个无权知道某种信息的人想要窃取信时，就很容易被发现。

现在我再回到哲学问题上，玻尔有一段我非常喜欢的话：并没有什么量子世界，只有一个抽象的量子物理学的描述。认为物理学的任务是去发现自然究竟是怎么样的想法是错误的。物理学只有关于我们对自然能做何描述。就是说人们根本不可能判断自然到底是什么，我们只能讨论如何来描述自然。

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我今天演讲的题目很大，叫做《量子物理的实验和哲学基础》。乍听起来这两者似乎没有什么关系，不过我会向你们解释我的意思的。在量子力学刚开始出现的时候，对这个理论的意义就有过相当激烈的哲学上的争论。我想推荐大家去阅读一个非常有趣的例子，因为它很激动人心，那就是波尔和爱因斯坦的对话。爱因斯坦试图保持关于这个世界的经典的观点，但波尔却说这是绝对不可能的。在他们的争论中，一个被称为Gedanken实验的问题占有显著的地位。Gedanken的意思是思想，就是说只是在头脑中进行的实验。因为当时的技术还不够发达，不可能在现实中进行这种实验。在过去的三十年中，有一个有趣的进展，那就是这种实验成为可能。在单个量子系统，对单个粒子进行的基础实验，证明了过去量子力学所做的那些奇怪的预言都是正确的。我只说两点有趣的情况，等一会我还要谈及它们。单粒子干涉，由单个粒子而不是多个粒子所形成的干涉。还有贝尔定理。贝尔定理是关于世界本质的定理，非常深奥。我说过这类实验室是在三十年前开始的，其中许多实验室靠激光技术的发展才有可能进行。进行这种实验只是出于哲学上的考虑，是为了想看一看量子力学有多么奇怪。但仅仅十年的时间，由这个目的出发，结果却使包括我在内的许多人大吃一惊，也就是说，我们自己也惊奇地发现，我们已经以这种方式为新技术的发展奠定了基础。这些新技术以诸如量子计算、量子通讯等名称而崭露头角，其基本的概念是以量子的方法来处理并传输信息。最初在三十年前，人们有了使这类实验成为可能的条件，例如，实现了一个历史上的Gedanken实验，就是在波尔和爱因斯坦的争论中出现的那个著名的Gedanken实验，所谓的双栅实验。这里是一条缝，这里是第二条缝，后面是一个观察屏。如果你从这里发射光线，它就会从两条缝中通过，在后面就形成了明暗相间的条纹。如果你知道光是一种波，那么这种明暗条纹是很容易理解的。在暗的地方，通过两条缝的光线相互抵消，在明的地方，光线相互增强。这种实验是没有任何问题的，但是当你用单个的粒子，也就是光的单个量子来进行这个实验时，就会产生一些哲学上的问题。例如，粒子会通过这两条缝的哪一条，或者当这个粒子通过某一条缝时，你怎么知道另一条缝时开着的还是关着的。如此等等。我等一会再来说这个问题。事情往往是这样，通过这个实验，又产生了一些过去的讨论中所没有想到的新实验的可能性，并以此为基础，产生了新信息技术的新观念，我们现在所做的也是在探索量子力学的现实性范围。正如你们中的一些人也许不懂得量子力学是怎么一会事，据我所知这是个普遍现象。

量子物理学是德国物理学家麦克斯·普朗克于1900 年在柏林提出的。他为了解释某些光学现象，不得不设想光是由量子所组成的，也就是单个的粒子，而且量子是不可分的。我想提一下，量子力学现在已经成为许多现代高科技的基础。例如激光，如果不靠量子物理学是无法理解激光的，这是激光系统，也不可能理解半导体，所以说计算机也来自于量子力学。如果没有量子力学也不可能理解磁性，而且量子力学还可以解释某些化学现象，所以这是一个普遍适用的非常精确的理论。美国的诺贝尔奖获得者杰克·斯坦博格曾经估计，可能在当代的经济中，三分之一的国民产值都以某种方式来自于一量子力学为基础的高科技。那么问题在哪里呢？理查德·费曼很好地表述了这个问题：“我认为我可以肯定地说，现在没有人理解量子力学”。理查德·费曼是有资格这么说的，因为他曾因发明了一个量子物理学的公式而获得诺贝尔奖，所以他知道自己在说什么。同样地，还有一个人说：“这个理论非常精确，难以置信地精确，并具有难以置信的数学之美，但是荒谬之极”。而说这话的人也是一位著名的物理学家，他就是罗杰·彭罗斯。你们也许读过他的书，对他有所了解。所以只有那些搞实验的人才对量子力学的意义感到满意。

我想说一下，第一个批评量子力学新理论的人是阿尔伯特·爱因斯坦。在1909年他就开始批评量子力学了，这是很早了。因为在薛定锷和海森堡提出新的量子理论之前，他就是少数几个使用量子力学的人之一，他本身就置身于量子力学的研究之中。他在哥本哈根举行的德国物理学大会上表示，他对量子力学所表现出的新的随机性感觉很不舒服。我们所说的随机性是指单个事件的随机性，但是量子力学中的随机性与经典物理学中或日常生活中的随机性相比，具有新的性质。我们知道在量子力学中，随即事件不但是没有原因的，而且连隐藏在背后的原因也没有，没有那种虽然我们不知道，但大自然却可能知道的原因。没有！在量子力学中，偶然事件连哪怕是隐蔽的原因也没有。这就是量子力学使爱因斯坦不舒服的原因之一。我想提一下，现在量子力学的情况时，对它有很多种解释。应该说在谈到量子力学时，有两个不同层次的解释。一个层次是形式上的解释，即数学公式以及其如何与实验结合，在这方面没有什么问题。但是如果要寻求深层的解释，如果要问量子力学对理解这个世界有何意义，它有什么意义吗？这是人们可能要问的问题，那么在物理界就有很多分歧了。所谓的哥本哈根解释，有时也被称为正统的解释，直接了当地说，对量子体系赋予性质时要特别小心，只有在极少数的情况下才可以这么做。多个世界的解释在对量子力学进行衡量时要表现出多个假设的世界，即使没有其他毛病，这至少也是一种不经济的解释。还有其他一些解释，我就不详加讨论了。以我之见，我认为在深层次上至今还没有什么理解。

让我们再回到实验上，我们再来讨论一下双栅干涉实验。我在前面说过，如果我们从左面这里发射光线，通过这两条缝，就形成了这种干涉条纹，由于波的干涉而形成明暗交替。问题是，我们通过普朗克知道了光是由粒子组成的，那么就似乎应该问这么一个问题，一个单个的粒子会穿过那条缝，然后会出现什么情况？因为最后的图形毕竟是由许多单个的粒子组成的。爱因斯坦试图证明，可以知道粒子是从那条缝中通过的，而且如果收集许多的粒子，就会形成这种图形。但是波尔已经证明他错了。这是给实验者提出的问题，实验者对这种实验做何反应呢？我要说明一点，这种实验目前已经用多种放射性物质做过了，许多种粒子，而不仅仅是光线。

我们三年前做了另一个实验，直到，今天是星期几？今天是星期三，直到五天前才完成，这是个世界纪录。我们得到了一些更好的结果。这是用碳60和碳70分子做的，这是在1985年发现的著名的富勒烯。我们实验的主要目的是显示生物分子的量子干涉。我们要做的是显示很大的分子在这种双栅实验中所形成的量子干涉，使分子尽可能地像生物分子那么大，为什么？理由很简单。如果你与生物学家交谈，就会知道目前生物学的观念是量子物理只是在化学中起一点作用，我们或多或少地还是经典的机械。当我们解释，比如大脑机能时，使用经典物理的方式。这虽然似乎是很合理的观点，但是却一点没得到证实，而且我们身体的一些机能也说明这种观点是错误的。为了证明这是错误的，就需要与生物学家合作，而且要学会使用同一种语言。因为语言差别很大，进行这种讨论的方法之一，是证明量子现象在正常状态下的生物分子中确实存在，而不是在人造的环境中。我们得到的第一个结果，是普啉产生的。它是一种相当复杂的分子，有四个耳状结构的扁平的分子，其原子数是六百，所以很重。它是血红蛋白的重要组成分子，是许多重要生物物质中的核心分子。我们用这种分子同样能形成干涉图形，与碳的性质一样。我想说一下，这是在三百摄氏度的温度下形成的，所以说温度很高，不是太低。我们用的下一种物质是胰岛素，大家知道它对调节人体内糖的转运非常重要。另外，它的原子数是六千，比富勒烯大十倍。下一个是小的纳米晶体，可以制成不同的大小，所以我们很容易控制它的质量。另一种很有意思的东西是这种被称为GFP绿色荧光蛋白的蛋白质，原子数是两万七千，能发出很纯净漂亮的光，所以用起来很有意思。我们还想要用这种东西形成量子干涉，就是用活的细胞，它很大很重，目前对此还没有什么办法，但是我们还是想试一试。基于我们目前的实验，我们有可能用至少有一千万原子数的物质形成量子干涉，这相当于小的病毒的质量。最大的问题是实验操作上的问题，如何使病毒或分子形成一条直线，并且一个一个地检测它们等等诸如此类的问题。有很多问题以前从没有人涉及，所以我们必须要自己想办法，但我们对此很乐观。我们从中所了解到的是，量子现象的有效性并不是严格地局限于微观世界，不是局限于很小的东西。大于小的区别并不是量子与经典的区别，这完全是两码事。纽约著名漫画加查尔斯·亚当斯曾画了一张关于双栅实验的漫画，我们知道关键问题在这里，他从树的两边过去了，可就是不知道是怎么过去的。他到底是怎么过去的？他玩了些什么花招？这张画是大约五十年前在纽约发表的。

现在的观点是，信息对于解释量子物理学起着至关重要的作用。如果对于粒子的路径选择有任何信息，那么就不会有干涉。人们能否知道这个信息并不重要，关键是到底有没有这种信息的存在？另一方面，如果没有任何信息，无论你花多少钱也得不到这种信息，那么就会看到干涉。这个理论很有意思，因为干涉图形，那些条纹就包含着信息。所以你可以选择；或者知道粒子选择哪条途径；或者在干涉图形中获得信息。这说明信息在其中起着非常重要的作用。我在演讲的最后还要再谈这个问题。

在我们的讨论中，另一个很重要的概念是纠缠态。对于不是学物理的人来说，有关这个物理学公式就不多作解释了。这个问题是1935年由爱因斯坦、卜朵尔斯基和罗森提出的。它与至少两个以上的，以一种非常有趣、非常密切的方式联系在一起的粒子有关。

现代量子力学的创始人之一薛定锷，发展了一种量子力学理论。薛定锷在1935年称量子纠缠态为量子力学的本质，量子力学最主要的特征。他的意思是说，如果有两个系统，简单起见，这里用两个骰子表示两个系统。当你去测量时，每一个骰子都会给出一个完全随机的结果。然而，一旦你去测量一个骰子，对另一个的测量结果就被确定了。更严格地说，一旦你去测量一个粒子，另一个粒子的量子态立即就被确定了。但是在测量之前却是完全不确定的。对于像光子之类的粒子来说，我等一会还要谈这个问题，这与光的粒子，光子有关，这意味这极性是完全相关的，无论是水平的还是垂直的。爱因斯坦称纠缠态为幽灵式的超距作用。两个系统，对一个系统的测量，就能确定另一个的状态，无论它们相距多远。

爱尔兰物理学家约翰·贝尔在二十世纪六十年代，对这种情况进行了研究。他试图通过一个简单明了的假设来分析这个问题。如果两个系统之间有这种完全相关，那么自然地这也是爱因斯坦提出的观点，那么自然地就可以推断，这个粒子带有一种性质，这种性质可以确定测量的结果。这种隐藏的变量性质超出了量子力学的范围。就如在色子的例子中，骰子以某种方式可以知道它要给出的点数，而我们也就可以做出自然的解释。贝尔定理说明，这种解释是不可能的，所以粒子之间的完成相关就不可能有解释。这种完全相关是基于粒子本身所具有的性质的。所以现在对于粒子的非定域性又一种说法，量子非定域性是用来描述这种情况的，也就是说一个粒子对于另一个粒子的依赖是非定域性的，这种相关是即时发生的，不是以光速发生，不是以任何速度发生，两个系统之间相关性的产生不需要任何时间间隔。有的情况很有意思，当你考虑两个以上的例子时，情况就特别有趣。例如三个粒子，被称为三个量子位，可以形成一个纠缠态，就会产生这种情形。在这种情况下，就出现了一种被称为局域现实的概念，就是说系统的性质是在局域确定的。

现在我来谈谈关于应用的问题，量子理论不仅仅是学术研究，它不仅仅是我们理解世界的一种有趣方式，它也对信息处理提供了许多有趣的新概念。一个就是量子计算机。世界各地都有许多研制量子计算机计划，我知道中国也有。我不想详细地谈有关的具体的硬件，也就是说，它到底是什么样的？因为今天还没有人知道，完全处于想象阶段。人们在尝试各种不同的途径，基本的概念是必需要有一个中央处理器，我借用一个著名的电脑芯片公司的名字，称之为“昆腾”。基本的概念是我们可以用量子叠加的方式来处理信息。例如，如果要计算开平方，我们可以把数字4和9，以量子叠加态的方式同时输入“昆腾”，那么量子计算机，或用物理术语来说，一种大量的纠缠状态，量子计算机就会计算出结果。不是一个一个地计算，算完一个再算另一个，而是以叠加态来计算，就如这个最简单的例子，我们就可以得到以量子叠加态的形式输出的结果，2和3。现在人们对于量子计算有各种各样的说法。我个人觉得，大家知道计算机方面有一种趋势，就是计算机变得越来越小，其元件如晶体管等等处理信息所用的电子越来越少，如果照目前的情况发展下去，就会达到量子水平。无论在哪里，这也可能需要二十年的时间。所以说有趣的是，一方面可以从上面开始，越来越小，一步一步发展到子水平，另一方面，量子力学可以从下向上发展，制造出量子计算机。这种情况很不寻常，使我们对未来非常乐观。但是还需要时间，我个人的估计是，至少需要二十年才有可能制造出量子计算机，不过在座的每个人都可能一举成名。如果你有发明量子计算机的好的想法，而且如果你的想法行之有效，你会马上世界闻名。好想法确实是非常幸运，非常重要的。

下面我要把我讨论的重点放在量子通讯上，因为量子通讯是最早在实验上有所进展的。量子通讯有许多用途，最早得到发展的是量子密码，在此我不想提量子密度编码，这样就会扯得太远。可能最令人激动的一种用途是量子远距传物。量子密码是一种对信息进行编码方法，其安全性是由自然规律来保证的，不依赖于实验者的技巧。

我现在就来介绍量子密码。量子密码最基本的思想是，人们无法在不破坏或改变量子的状态的情况下测量量子。所以当一个无权知道某种信息的人想要窃取信时，就很容易被发现，这是经常被用于实验的一些原则。我想提一下，在量子密码中有两种基本的观点：一种是使用口令，另一种是使用纠缠态。我的观点是，使用纠缠态的方法是未来发展的方向，但其要想有充分的发展却需要更长的时间，我等一会再说它。这是我们在2000年所做的实验，基本的思路是什么呢？基本的思路是有一个处于纠缠态的量子源，我们用的是纠缠态的光子对两个光子进行测量。在我们的实验中，它们的极性是纠缠态的，就有这种情况。我们假设极性是以这种方式处于纠缠态的，即如果被测量的话，两个极性是相等的。但是当实验还没有进行时，光子是没有极性的。我们所做的是向这里发射一个光子，向这里也发射一个光子，这里是测量站。在两边我们测量光子的极性，这是极化器，这也是极化器产生两个结果，一个正的，一个负的。每一边的结果都是完全随机的，这种情况没有任何内在原因。对于发射的具体的每一时光子来说，可以得到一个正的，一个负的，但是如果测量极化器，在平行方向上两边的数量是一样的。所以如果你重复地用许多对光子做实验，就会得到两个随机的序列，两组完全相符的随机数字序列。这种随机的序列可以用来作为密钥，在以后为你想传递的信息进行编码。同时，为了种种目的，还有传统的通讯途径。

我要说明，这个设计是由阿图亚格在1990年提出的，经过了将近10年才得以实施。同时有一个传统的通讯途径，也就是说在两边各有一台计算机，以交流一些信息。例如，在何时双方都接收到了一个粒子，而且为了保证信息不被别人获得，阿丽丝和鲍勃还采用了一些有趣的方法。就是说，他们不仅以一个方向来测量极性，如垂直方向，而且还会偏转45度，他们进行随机的变换，不受对方影响，在两个方向上随机变换。所以，很显然只有在他们碰巧变换到同一方向上时，两边才能接收到同样的粒子数。所以他们之间必须有交流，在何时他们采取的是哪个方向，而把他们不在同一方向时的结果忽略。进一步地，他们还通过选择检查其中的某些数字是否是相同的来避免泄密。一个小的数字集合，看看它们是否一样？因为任何人要窃密都会破坏它们的完全相关。这是两个密钥，这是原来的信息，这是个非常著名的人像，大约这么高的人像，是在离维也纳不远的地方发现的，有两万五千年的历史了，是最早的人像之一。我想告诉你们，我们为什么选择这个人像？原因是我们想要一种表现和平的东西。我们不想用任何象征战争的东西或诸如此类的东西，任何能用于军事上的东西。我顺便还想说一下，显然量子密码的主要的潜在用途是在银行和工业方面，而不是在军事方面。我们所做的是生成这两个密钥。

这是一种随机的图案，可以看出是完全随机的。这是用图形所表现的大量的随机序列，在我们实验中大约是六万比特。要知道这两个密钥是在两边同时产生的，这很重要。在常规的密码中，你必需把密钥由A处传至B处，而在这里却不需要传递，它们在两个地方同时生成，所以就不存在安全传递方面的问题。可以看出两个密钥是一样的，所以要做的就是以某种特定的数字方式把这两个图形结合，就会产生这种图像。这个图像也是完全随机的，因为密钥是随机的，所以超级计算机也无法破译这种信息。但只有在密钥第一次使用时是这样的，如果使用第二次，那就失效了。如果只用一次，那么别人就无法破译这个信息。鲍勃有同样的密钥，所以就能很容易地破译密码。局限性之一在于，传递的距离只能是二十至三十公里，无论在空间中或在光纤中都是如此。所以在目前量子密码只能在大城市中应用，例如在北京的各个银行之间。但问题是如何做远距离的联系。现在来说一点关于未来的事，我们现在要做的另一个实验是在多瑙河两岸建立一个量子通道。大家知道维也纳位于多瑙河畔，在多瑙河下面用开关管铺设了用于量子远距传输、量子密码及其他量子态情况的长途通道。我们的远期计划是在太空中建造量子光学系统。我说过量子密码的应用中存在的一个严重的问题是距离无法超过二十至三十公里，就是因为衰减和光子丢失，我们无法放大光子，这是个大问题。如果放大光子是可能的话，那就违背了量子力学的基本原理。如果要解决在地面上的两地传输问题，就要在向太空发射卫星，并在地面上的某处和太空中的某处之间建立量子联系。这是可行的。因为问题只是空气，而空气大约只有十公里的厚度，如果把大气层压缩到我们所处的这种密度的话，那它只有大约十公里的厚度，所以在这个地面站和这个卫星之间建立量子联系就很容易。同样在这个地面站和这里的卫星之间可以建立量子联系。在这种情况下有很多方法，一个简单的方法是发射一颗的卫星，这个卫星在这两点之间产生一个密钥。然后卫星在地球上空移到另一个地方，再在这两点之间产生一个密钥，那么很简单就可以使两个地面站之间产生想要的密钥。这是很直接的办法，而且切实可行。我们现在正在研究并准备很快付诸实施的另一个想法，是在这里建立第三个空间站，使与地面的两点相联系的两个卫星可以通过它进行即时的联系。这些想法所需要的是，要在卫星上配备处于纠缠态的光子源。所以我们必需要开发很小的，能放到卫星上的纠缠态光子源。这并不困难，如果一切进展顺利的话，这也不过是只有几克重的物质。所以我们期望在最近几年内就能够看到这种结果。

现在我再回到哲学问题上，我们从开始的哲学问题，然后到实验，然后到技术应用，绕了一大圈，现在又回到了哲学问题上。首先量子力学是非常正确的，问题是这意味着什么。我在这里简单地谈一下我们对此的理解。实话说，我们的理解可能是错误的，我随时愿意承认这点，其他人可能有不同的理解。最基本的思想是，信息是量子力学的中心概念。所以，量子力学并不是关于现实的，而且关于信息的，关于知识的。我引用一些话来说明这点，例如玻尔说，无论量子现象超出经典的物理学的解释有多远，但是对任何事情的描述，都必需用经典的术语来表达。经典的术语是指逻辑的陈述，即一个判断是正确的，还是错误的。这是经典的信息。玻尔还有一段我非常喜欢的，但更加极端的话，并没有什么量子世界，只有一个抽象的量子物理学的描述。认为物理学的任务是去发现自然究竟是怎么样的想法是错误的。物理学只有关于我们对自然能做何描述。这也是哲学家们很久以前就告诉过我们的。就是说人们根本不可能判断自然到底是什么？我们只能讨论如何来描述自然。现在对一个很老的问题有一种简单的回答，这个问题是由美国著名的物理学家和生物学家韦勒提出来的。即世界为什么表现出是量子化的，最简单的理由是什么？暂且不管它，我说说这个理由。

以我们的观点来看，如果假定信息是最基本的概念，这里有一个理由，我一会儿就说。既然信息是最基本的概念，那么当我们描述某种情况时，某个系统时，就必需做判断，就必需使用逻辑的前提，你只能用一个前提，二个前提，三个前提等等。你不能用一点五个前提，所以在计算机化的情况下，你只能用一、二、三、四、五个比特等等。因此我们的建议是，这只是个建议，因为还有许多东西有待证明，世界表现为量子化的，是因为信息是量子化的。信息在做判断时是量子化的，所以世界就表现为量子化的。例如你们许多人都知道的，著名的薛定锷的猫谬题，如果以这种观点来看，这个问题就马上不存在了。薛定锷的猫谬题是这样的，把一只猫关在某个有致命装置的机关里面，其中有毒药，有锤子，锤子可以敲碎装毒药的瓶子。在这里面有放射性的原子，它可能发生衰变，也可能不发生衰变。如果发生了衰变，锤子就落下来，敲碎瓶子，释放毒药，猫就会死。如果不发生衰变，瓶子中的毒药就不会泄露，猫就会幸福地活着。量子力学告诉我们，经过一段时间以后，这个原子就会处于一种衰变和不衰变的叠加状态。因此，如果量子力学如人们所认为的那样是普遍适用的，那么这个猫也就处于死与活的叠加状态。这个问题经常被人们错误地表达为，量子力学预言，这只猫是处于一种既死又活的状态。以我们的观点来看，我们所能说的只不过是我们所具有的信息是这样的。因为并没有客观的方式来说明猫是死是活，所以不能说。我们对现实无法下判断，只能对我们的知识下判断。我们的知识说，两种结果都有同样的可能性，我们对此无法区别。所以只能用叠加态来描述这种情况，我们无法独立于实验而对真实发生的情况下判断。

我想总结一下。如果你们对某些基本的概念有更多的兴趣，美国的著名的科学作家Hans Christian Von Baeyer在2001年2月17日出版的《新科学家》杂志上发表了一篇文章，对我们关于量子力学的观点做了一些基本概念的解释。我们总是在谈论未来，未来的发展，但未来总是很难预测，基本上无法说未来将会怎么样。一旦发现自己不对，我也很愿意把自己的观点做为错误的来批评。我引用一段1949年发表于《大众机械杂志》上的话来做为结束。尽管爱尼阿克，爱尼阿克是最早的计算机之一，尽管爱尼阿克的计算器装有一万八千个真空管，并且重达三十吨。但未来的电脑可能只有一千个真空管，而且只有一吨半重。这个对未来的伟大预言怎么样？非常感谢大家。

第五篇：夯实基础作保障妇联“双美”活动结硕果

夯实基础作保障妇联“双美”活动结硕果

近年来，平邑县妇联紧紧围绕全县发展大局，以“三个代表”重要思想为指导，找准妇联在“党政关注、妇女所需、妇联所能”的结合点和切入点，以科学发展观统筹全县妇女工作，积极探索妇女组织在农村精神文明建设工作中的新路子，做到了抓好常规工作、突出重点工作、打造品牌工作，努力推进“双美

”工作再上新水平、取得新发展，有力推动了社会主义新农村建设，具体做法有以下几点：

一、建立阵地，健全制度，推动“双美”活动趋向规范化

（一）建立阵地是基础

阵地建设是保证“双美”活动顺利开展的前提和基础，我们对那些有条件、具备独立建立活动阵地的基层妇代会，加强了妇女之家、家长学校等基础设施的建设，对于那些条件差的，争取一室多用，并定期组织开展一些诸如“美在农家、富在庭院”、家政知识、养老敬老、社会公德、家庭美德、妇女素质教育等内容的宣传教育活动，使广大妇女在妇女活动阵地里全面接受家庭美德等方面的传统教育。截至目前，全县100％的村居都建立起了妇女之家和家长学校。

（二）健全制度是保证

一是建立目标责任制。我们把“双美”活动作为妇联系统考核的重要内容，对活动开展不到位的取消一切评先树优资格。

二是建立健全工作制度。切实有效的制度是“双美”活动开展的基本保证。各级“双美”活动领导小组根据各自实际，分析研究制定活动规划和活动实施意见，制定切实可行的工作制度。每年定期召开联席会议，调查了解活动开展的动态，发现问题及时协调解决。实行定期检查评比表彰制度和不定期抽查制度，对“双美”活动评选范围、评选条件和标准都作了具体的规定。对活动中涌现出的先进单位、文明户等进行挂牌表彰；对评选出的各项先进实行动态管理，进行不定期检查，发现降格者，及时给予通报，限期整改不到位的，给予摘牌，促进了活动的正常顺利开展。

三是规范活动档案。县、乡、村在建立健全“双美”活动档案的基础上，把“家”字号10余种档案进行规范整理并实行动态管理，为活动的深入开展奠定下良好的基础。

二、抓好队伍，强化措施，推进“双美”活动再上新台阶

（一）抓好队伍是核心。

“双美”活动的开展，离不开广大基层妇女干部的广泛参与。县妇联以保持共产党员先进性教育活动为契机，以提高执政能力建设为重点，全面加强了县妇联领导班子和妇联干部队伍建设，通过转变妇联工作作风，强化服务意识，切实发挥凝聚妇女、带动家庭、联动社会的重要作用，做到了“两不误、两促进、两丰收”。“双美”活动是一项社会系统工程，仅仅依靠妇女干部是远远不够的，为了调动各方面的积极因素，我们继续抓好了“巾帼文明队”建设，建立社区文化阵地700余处，活跃着妇女健身操队、腰鼓队、庄户剧团等队伍1200多支，她们在城乡精神文明建设中也都充分发挥好宣传、教育、带动、服务等作用，赢得了广大人民群众的一致好评。

（二）强化措施是关键。

一是加强领导，强化组织保证。县妇联积极争取县委、县政府支持，将“双美”活动纳入全县精神文明建设总体规划，进行统一部署、统一安排、统一检查验收、统一评比表彰。成立了由县委分管书记任组长，有关部门负责人为成员的“双美”活动领导小组，领导小组下设办公室，办公室设在县妇联。活动办公室先后下发了活动意见、活动规划、活动实施方案等文件，县里多次召开专门会议进行具体的安排部署。各乡镇、各单位（村居）也相应成立了“双美”活动领导小组，县、乡、村（居）三级工作网络形成合力，为“双美”活动的深入开展提供了强有力的组织保证。

二是大力宣传发动，不断营造浓厚的社会舆论氛围。通过广播、电视、报刊等新闻媒体，搞好多层次、全方位的宣传发动。在活动过程中，通过召开现场会和大张旗鼓地宣传在活动中涌现出的先进典型，积极营造出浓厚的社会舆论氛围。

三、立足实际，延伸触角，拓展活动空间，丰富活动内涵

（一）不断丰富活动载体，打造品牌工程。在农村，我们以传统的“美在农家”活动为依托，按照建设“生产发展、生活富裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”社会主义新农村的要求，县妇联与县文明办、县建设局、县农业局、县林业局、县环保局等部门联合在全县开展了“一建二树三清四改五美五化六进家”活动，积极推动社会主义新农村建设。这也是为促进农村和农民的全面发展、提高农民的综合素质和生活质量、改变广大农民的精神风貌、实现富民强县的目标，所采取的一项积极行动。

（二）改善城镇居民的生活环境，促进家庭与社会的和谐文明进步。在城镇，我们继续以“美在家庭”活动为载体，积极发动城镇居民争做“十星级文明户”、创建“学习型家庭”、“廉洁型家庭”、“节约型家庭”、“志愿型家庭”及“绿色家庭”、“平安家庭”、“无毒

家庭”，广大家庭及其成员积极从自身做起、从身边做起、从现在做起，积极倡导文明、科学、健康的生活方式，发扬尊老爱幼、男女平等、夫妻和睦、勤俭持家、邻里团结的家庭美德，以家庭的文明促进社会文明进步与发展。

（三）特色工作相融合，相互促进，共同发展。我们将“美在农家”活动与“平安家庭”创建活动紧密结合，作为妇联做好“八件实事”

之一，每年开展一次“美化、绿化、净化、亮化”活动，并把植树节前后一周固定为庭院“美化绿化”活动周，发动妇女清理街道、家庭垃圾，积极种植花草、果树，使家庭达到“两季有果、三季有花、四季常青”的目标；以家庭美德建设为重点、以“双美”示范村居（单位）创建为抓手，按照以城带乡、以乡促城，城乡联动、全面提高的思路，切实做好延伸辐射文章，达到成片连线；以评先树优作动力，评选并向各级推荐“双美”活动明星乡镇(单位)、明星村、“五好文明家庭”及“十星级文明户”等先进，实现了城乡互动，共同提高。

四、与时俱进，创新思路，建立起“双美”活动有效机制

（一）各负其责齐抓共管，活动联姻结硕果。“双美”活动领导小组各成员单位积极履行职责，充分发挥部门特点，把“双美”活动与本单位、本部门业务有机结合起来，形成了齐抓共管的社会化工作格局。各级妇女组织充分发挥牵头部门的作用，搞好协调发动，指导活动的全面开展。积极做到与职能部门搞好联姻：建设局搞好了村镇规划，就协调农业、卫生、林业、环保等有关部门则跟上搞好绿化、美化、净化等各项工作；文明办在哪里搞“文明一条街”建设，“美在农家”就开展到哪里；农业局在哪里搞沼气建设，“美在农家”就开展到哪里；在文明城市创建活动中，做到了哪里有文明社区建设，“美在家庭”就开展到哪里。目前，整个“双美”活动已融入到全县各项精神文明创建活动之中。

（二）立足特色活动做文章，达到“美”与“富”的有机结合。通过创新工作思路，不断丰富活动载体，充实活动内容，采取培植典型、抓点示范、结对帮扶等措施，动员引导广大农村妇女依托“十万农家女争创致富户”、“千名妇女结对帮扶”等活动，不断求知、求富、求美、求发展，全县上下形成了“富”与“美”有机结合、“富”与“美”相互促进的良好局面。

（三）以深入开展群众性精神文明评先树优活动为载体，倡导文明新风。近几年来，我们以“十佳美在农家明星户”、“五好文明家庭”、“十佳好媳妇”、“十佳好婆婆”、“十佳好丈夫”等群众性精神文明评先树优活动为总抓手，继续完善了“好媳妇、好婆婆”等先进典型的评选表彰制度，制定了升级达标标准：只有评上村居级“好媳妇、好婆婆、好丈夫”的，才有资格被评为乡镇级“好媳妇、好婆婆、好丈夫”，依次类推。连续三年被同一级机关评为“好媳妇、好婆婆”的升级为“模范媳妇”、“模范婆婆”。连续三年被同一级机关评为“模范媳妇”、“模范婆婆”的升级为“明星媳妇”、“明星婆婆”。各种评选活动在全县的738个村庄,几十年如一日坚持下来，并不断形成了县、乡、村居层层评选表彰、升级达标的制度化、规范化模式，使不同的村庄（单位）、家庭和广大妇女，都能找到自己的学习榜样和努力方向，不断激励她们继续发挥好各自的积极作用，为建设社会主义新农村贡献自己的力量。