什麼是光子學？
光子學定義
光子學是研究光波的物理科學，其探討光的產生、偵測與操控背後的科學原理。
光具有波粒二象性的雙重性質。這表示光同時具有連續電磁波和粒子（光子）的特性。光表現為波或粒子，取決於所觀察到的交互作用類型。例如，光穿過透鏡彎曲或在孔徑邊緣繞射時，展現其波動性質。而光由雷射二極體或電荷耦合元件 (CCD) 偵測器等固態裝置產生或吸收時，則展現其粒子性質。
「光子學」一詞在 1960 年代隨著雷射的發明，以及後來的雷射二極體而開始廣泛使用。它最初旨在描述一個領域，其目標是利用光來執行傳統上由電子學完成的功能，因此得名。該術語在 1980 年代光纖通訊問世後變得更受歡迎。
如今，光子學指的是光的產生、操控和偵測，以服務於光的粒子性質至關重要的實際應用。
目錄
光學與光子學有何差異？
光學是物理學的一個廣泛領域，涵蓋與光研究相關的各種主題。光學包括幾何光學、物理光學和量子光學等子領域。光子學是光學學科的一個子集。
幾何光學，有時也稱為古典光學，主要關注使用透鏡、反射鏡和稜鏡等裝置來操控光。在幾何光學中，光是使用射線近似法建模的。在射線近似法中，光波前被近似為一組射線，每條射線都垂直於光波前，並代表通過系統的能量流動。幾何光學的一個典型應用是相機成像鏡頭的設計。
物理光學是研究光波動性質佔主導地位的光學領域。在物理光學中，射線近似法無效，因為必須考慮干涉和繞射效應。物理光學通常不包括由光粒子性質引起的效應。物理光學的一個典型應用是全像影像的產生。
量子光學是研究光的粒子或量子性質至關重要的光現象。量子光學和光子學密切相關，但量子光學傾向於更理論化，而光子學則更關注實際應用的設計。量子光學的一個典型研究領域是 LED 內部 p-n 接面處光產生物理學的理論研究。
光子學為何對我們今日如此重要？
我們正處於光子學革命的開端。光子裝置在日常生活中無處不在，但卻常被忽視。LED 和雷射二極體等光源已應用於無數需要產生光的場合。這些裝置相對便宜、極其輕巧緊湊，並且相當堅固且使用壽命長。此外，與傳統光源相比，這些固態光源產生較少熱量，並需要較少功率。由於其顯著的能源和更換成本節約，LED 正被廣泛部署為替代光源技術。
光子學為高速資料通訊、先進感測和成像應用中的裝置、系統和積體電路設計與製造提供了不斷增長的機會。光子技術承諾在資料傳輸方面實現數量級的速度提升和功耗降低，並在多個領域提供超靈敏的感測能力。
基於光子學的偵測器，例如 CMOS 影像感測器 (CIS)，已改變了我們拍照的方式，並幾乎取代了底片作為影像擷取媒介。CIS 與固態光源共享一些相同的優點，即它們小巧、堅固且輕量。相較於傳統底片，其最大的優勢之一是光敏感度和緊湊尺寸。這使得可以使用更小的光學元件在偵測器上產生可用影像。這使得製造商能夠將緊湊、高品質的相機添加到從手機到汽車的各種產品中。
透過將光源和偵測器與其他操控光的方式結合，光子工程師利用光纖通訊、掃描器、醫療裝置、農業進步以及許多其他應用，改變了我們的數位世界。
有哪些實際的光子應用？
光子元件的應用範圍非常廣泛。電信業高度依賴光子元件所建構的光纖網路，大幅提升了網際網路通訊的容量和速度，甚至包括家用網路。
經濟實惠且功能強大的 LED 問世，徹底改變了照明產業。它們在降低功耗的同時，提供了高品質、靈活的照明解決方案。現在，從醫療到工業應用，都能找到固態雷射。手機相機、條碼掃描器、印表機、DVD 播放器和汽車感測器等各種裝置，都採用輕巧、緊湊的光感測器。最後，新興的光子運算領域正致力於以光電電路補充或取代傳統電子式印刷電路板和積體電路。
光子工程師做什麼？
光子工程師設計用於廣泛應用的光子元件、電路和系統。光子設計問題的複雜性要求光子工程師深入理解量子光學、物理光學，並通常需要幾何光學知識。這項工作既富有創造性又要求嚴苛。光子工程師必須掌握最新研究和技術，並充分熟悉可製造性限制。
光子元件的有效設計需要使用專業軟體工具，這些工具用於對光的行為進行建模。光子工程師利用這些工具建立設計中系統的虛擬原型，然後使用軟體內建的模擬工具來分析光與元件互動時的行為。接著，工程師會優化設計，以在可製造的封裝中實現預期性能。
Keysight 為光子學提供哪些軟體解決方案？
Keysight 提供完整的解決方案組合，協助設計、分析、佈局和驗證光子元件、系統和積體電路。
這些工具可與其他光學和半導體設計工具整合，以加速多領域協同模擬。例如，利用 Keysight 光學設計工具（特別是 CODE V 和 LightTools）之間的互通性，進行奈米紋理光學結構的精確建模和繞射分析。
探索相關部落格
需要協助或有疑問嗎？