光学与光子学

摘要

第1章 绪论

1.1 研究意义

1.2 使能技术

1.3 经济问题

1.4 全球视野

1.5 教育的重要性

1.6 未来的发展

第2章 光子学对国民经济的影响

2.1 引言

2.2 光子经济学：激光器案例研究

2.2.1 激光技术对经济的影响

2.2.2 早期激光器的研发投资

2.2.3 早期激光器市场

2.2.4 国际对比

2.2.5 激光器案例研究结论

2.3 评估光子学的经济影响力——美国的行业收入、就业和研发投资

2.4 政府和工业界资助的光子学研发资金及联邦政府提供的光学资金

2.5 美国自1980年以来光子学创新领域的变革

2.6 光学行业的风险投资

2.7 技术市场、知识产权和美国大学的技术特许

2.8 协同研发模式及其对光子学创新的意义

2.8.1 半导体制造技术联盟

2.8.2 美国光电产业发展协会

2.8.3 美国国家纳米技术计划

2.9 简要评述

2.9.1 拟定的国家光子学计划

2.10 本章研究成果

2.11 建议

第3章 通信、信息处理和数据存储

3.1 引言

3.1.1 通信

3.1.2 信息处理

3.1.3 数据存储

3.2 影响案例：互联网

3.3 技术进步

3.3.1 通信

3.3.2 网络

3.3.3 研发示范领域

3.3.4 信息处理

3.3.5 数据储存

3.4 制造业

3.4.1 通信

3.4.2 信息处理

3.4.3 数据储存

3.5 经济影响

3.5.1 美国和世界其他地区之间的比较

3.6 研究成果和结论

3.7 建议和重大挑战性问题

第4章 国防与国家安全

4.1 引言

4.2 光学和光子学对防御系统的影响

4.3 技术概述

4.3.1 《驾驭光：21世纪的光学科学与工程》问世以来光学相关研究的变化

4.3.2 把握最新技术进步，获取发展机遇

4.4 加工技术

4.5 美国的全球地位

4.6 研究成果和结论

4.7 建议和重大挑战

第5章 能源

5.1 引言

5.2 太阳能发电

5.2.1 光伏系统

5.2.2 聚光太阳能发电系统

5.2.3 混合系统

5.2.4 与现有和潜在的其他燃料来源相比，太阳能发电的平准化成本展望

5.3 固态照明

5.4 研究成果

5.5 建议和重大挑战性问题

第6章 健康与医疗

6.1 引言

6.2 技术对医学影响之历史概况

6.3 现代医疗实践中的光学和光子学

6.4 技术进步拓展了光子学的新应用

6.5 技术进步为光子学在未来应用提供契机

6.5.1 核酸序列检测和突变检测

6.5.2 通过蛋白质和组织阵列进行蛋白质组学分析

6.5.3 高通量筛选技术

6.5.4 流式细胞术质谱分析

6.5.5 眼科学

6.5.6 图像引导外科手术（IGS）技术

6.5.7 双能CT和定量图像分析

6.5.8 再生医学中的生物医学光学

6.5.9 研究中的生物医学光学

6.6 研究成果

6.7 建议

第7章 先进制造业

7.1 引言

7.2 光子技术领域中的生产与创新：三个案例研究

7.2.1 显示器

7.2.2 太阳能电池

7.2.3 用于通信系统的光电元件

7.2.4 三个案例的异同

7.3 光学领域的先进制造技术

7.3.1 光学表面

7.3.2 非球面透镜

7.3.3 制造工艺和装备

7.4 光子学在制造业中的应用

7.4.1 光刻技术

7.4.2 激光器在制造业中的应用

7.5 增材制造

7.5.1 立体光刻

7.5.2 选择性激光烧结技术

7.5.3 激光工程化净成形技术

7.6 光电子技术与美国制造业的未来

7.6.1 大批量生产

7.6.2 小批量生产

7.7 美国制造业劳动力

7.8 研究成果

7.9 建议和重大挑战

第8章 先进光子测量技术与应用

8.1 引言

8.2 光学和光子学对传感、成像与计量学的影响

8.3 技术概览

8.4 自“驾驭光”研究以来的变化

8.4.1 国际单位制（SI）定义的变化

8.4.2 通过生成高次谐波分量开发阿秒脉冲串

8.4.3 利用啁啾脉冲放大技术的极端条件台式设备

8.4.4 纳米光学和等离激子光子学、负折射率材料和变换光学

8.4.5 光量子状态的形成、控制及其探测方面的进展

8.4.6 利用光学综合孔径雷达实现高分辨率遥感

8.4.7 自适应光学技术的进展

8.4.8 从最新研究进展中把握技术机遇

8.4.9 制造业

8.5 美国的全球地位

8.6 研究成果

8.7 建议和重大挑战

第9章 战略性光学材料

9.1 引言

9.2 能源应用

9.3 新颖结构：亚波长光学、超材料和光子晶体

9.4 纳米结构材料面临的技术挑战

9.5 生命科学与合成生物学中的光学材料

9.6 研究成果

9.7 建议

第10章 显示技术

10.1 引言

10.2 不久的将来

10.3 显示器概览

10.3.1 液晶显示器

10.3.2 触摸显示器

10.3.3 OLED显示器

10.3.4 柔性显示器

10.3.5 投影显示器

10.3.6 三维全息显示器

10.4 显示器产品制造

10.5 研究成果

10.6 建议

附录A 任务声明及介绍性信息

A.1 背景

A.2 引言

A.3 任务声明

A.4 委员会

附录B 缩略语

附录C 附加技术范例

C.1 使能技术

C.2 国防和国家安全

C.2.1 监视

C.2.2 夜视

C.2.3 激光测距仪、指示器、干扰发射机和通信器

C.2.4 激光武器

C.2.5 光纤系统

C.2.6 特殊技术

C.3 能源

C.3.1 太阳能技术成本

C.3.2 太阳能-风能混合系统

C.3.3 太阳能辅助技术

C.4 健康与医疗

C.4.1 光学和光子学在急诊室中的应用

C.4.2 光学和光子学在诊断过程中的应用

C.4.3 人类基因组计划取得的成果

C.4.4 生物医学光学在日常生活中的应用

C.4.5 通过蛋白质和组织阵列进行蛋白质组学分析

C.4.6 眼科学

C.4.7 内窥镜手术的进步

C.4.8 氧饱和度测量方面的进展

C.4.9 研究中的生物医学光学

C.5 先进制造

C.5.1 数控磨削和抛光

C.5.2 聚合物成型

C.5.3 玻璃成型

C.5.4 磁流变抛光

C.5.5 单点金刚石车削

C.5.6 光学涂层

C.5.7 计量学

C.5.8 衍射光学元件和微光学元件的灰阶光刻

C.6 显示技术

C.6.1 液晶显示器中的偏振技术

C.6.2 液晶显示器中的三维技术

C.6.3 其他三维显示法

C.6.4 触摸显示器

C.6.5 显示框

C.6.6 OLED显示器

C.6.7 柔性显示器

附录D 各委员会委员履历

光学与光子学技术是现代生活的中心，一直作为最重要的使能技术推动着人类文明的进步，并毋庸置疑地将在未来产生更为深远的影响。《光学与光子学：美国不可或缺的关键技术》分10章，分别论述了近15年来光学与光子学领域的科技进步、随之产生的技术机遇和美国视角下的世界技术前沿现状，并提出了确保美国保持全球领先地位的建议。其中第1章是绪论，第2章讨论光子学技术对美国经济的影响，第3章到第10章分别论述某个特定领域（分别为通信、信息处理和数据存储、国防与国家安全、能源、健康与医疗、先进制造技术、先进光子测量与应用、战略光学材料、显示技术）的技术应用。

《光学与光子学—美国不可或缺的关键技术》可作为政府官员、投资人和研发机构负责人的决策参考资料，也可作为相关领域从业人员制订科研、生产计划的情报材料，同样也可以作为青年学生和一般大众学习、了解相关领域知识的科普材料。