什么是光与光脑？

光脑是由光导纤维与各种光学元件制成的计算机。利用了光的传播速度比电子速度快的原理。它不像普通电脑靠电子在线路中的流动来处理信息，而是靠一小束低功率激光进入由反射镜和透镜组成的光回路来进行“思维”的，但同样具有存储、运算和控制等功能。早在20世纪50年代，人们就开始了制造光计算机的尝试，直到80年代中后期才有了决定意义的突破。20世纪90年代中期，世界上第一台光脑已由欧共体的英国、法国、比利时、德国、意大利的70多位不同国籍的科学家研制成功。

要知道光脑为什么要优于传统的电脑，首先还要从光的特性谈起。作为信息媒质的光，从信息处理的角度看，通常具有三大特点：（1）频域宽。光的频率比电波高很多，所以信息传送容量也要大得多。另外，通过偏光和空间多重化，还可以使这一频域拓宽。（2）无感应。在以前的配线技术中，随着配线的密度提高和频率提高，不能忽略配线间分布电容的影响，串音现象很严重。这也是决定电子器件安装密度界限的一个重要因素。使用光时，这种感应的噪音可以减到非常小。（3）相互连接的柔软性。通常，电信号用带有地线的线路传送。这种线路存在阻抗，因而规定了信号传播速度。此外，各元件之间的阻抗必须匹配。可是，光可以在自由空间或电介质波导中传播，不存在阻抗的匹配问题，特别是在自由空间传播时，相互连接的并行化很容易。由于以上原因，光计算机和以电子作为信息传输媒质的传统计算机有重大差别，使得利用光技术的信息处理方法受到人们的关注。除此之外，用光传送信息不仅具有卓越的能力，而且它的切换和运算元件的响应速度也都很快。

除了上述光的特性决定了光脑优于传统电脑以外，更为重要的是光脑的许多关键技术，如光存储技术、光互连技术、光电子集成电路等都已获得突破。

在光存储方面，由于未来计算机所要求的容量将大大超出现有CD-ROM或磁盘，而人们对采用光记录技术的全息方式展示了很大的希望，因为它具备了必要的高存储密度和快速时间访问。全息数据存储器在读写数据块中都用到了激光技术，或者说是将数据“分页”到感光材料中。

光互联技术是从光计算机的研制过程中衍生出来的，现已初步发展成为一门独立的网络通信技术。80年代，苏美冷战刺激了光计算机的研究与发展。在这期间，光互联技术逐步成熟起来。光电子器件的发展对于光计算机又起着举足轻重的作用。目前，光电转换器件及电光转换器件的研制已比较成熟，其转换速度已达到500兆赫，能够满足实用化的需求。

随着技术发展，传统电子计算机的体积和速度不断逼近理论上限，“集成电路集成度每18个月翻一番”的摩尔定律终将难以为继。不少科学家相信，总有一天光学电脑将凭借其更小的体积、更快的速度，带来一场新的计算机技术革命。

知识点

光子晶体光纤

光子晶体光纤又被称为微结构光纤，近年来引起广泛关注，它的横截面上有较复杂的折射率分布，通常含有不同排列形式的气孔，这些气孔的尺度与光波波长大致在同一量级且贯穿器件的整个长度，光波可以被限制在光纤芯区传播。光子晶体光纤有很多奇特的性质。例如，可以在很宽的带宽范围内只支持一个模式传输；包层区气孔的排列方式能够极大地影响模式性质；排列不对称的气孔也可以产生很大的双折射效应，这为我们设计高性能的偏振器件提供了可能。