简介光子计算机及主要光学、电学元件

光子计算机的简要介绍~

现有的计算机是由电流来传递和处理信息。电场在导线中传播的速度虽然比我们看到的任何运载工具运动的速度都快，但是，从发展高速率计算机来说，采用电流做输运信息载体还不能满足快的要求，提高计算机运算速度也明显表现出能力有限了。而光子计算机以光子作为传递信息的载体，光互连代替导线互连，以光硬件代替电子硬件，以光运算代替电运算，利用激光来传送信号，并由光导纤维与各种光学元件等构成集成光路，从而进行数据运算、传输和存储。在光子计算机中，不同波长、频率、偏振态及相位的光代表不同的数据，这远胜于电子计算机中通过电子“0”、“1”状态变化进行的二进制运算，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算机将使运算速度在基础上呈指数上升。 1990年初，美国贝尔实验室制成世界上第一台光子计算机。光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。光子计算机的基本组成部件是集成光路，要有激光器、透镜和核镜。 由于光子比电子速度快，光子计算机的运行速度可高达一万亿次。它的存贮量是现代计算机的几万倍，还可以对语言、图形和手势进行识别与合成。 许多国家都投入巨资进行光子计算机的研究。随着现代光学与计算机技术、微电子技术相结合，在不久的将来，光子计算机将成为人类普遍的工具。

现有的计算机是由电流来传递和处理信息。电场在导线中传播的速度虽然比我们看到的任何运载工具运动的速度都快，但是，从发展高速率计算机来说，采用电流做输运信息载体还不能满足快的要求，提高计算机运算速度也明显表现出能力有限了。而光子计算机以光子作为传递信息的载体，光互连代替导线互连，以光硬件代替电子硬件，以光运算代替电运算，利用激光来传送信号，并由光导纤维与各种光学元件等构成集成光路，从而进行数据运算、传输和存储。在光子计算机中，不同波长、频率、偏振态及相位的光代表不同的数据，这远胜于电子计算机中通过电子“0”、“1”状态变化进行的二进制运算，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算机将使运算速度在基础上呈指数上升。
主要组成
光子计算机由光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备组成。有模拟式与数字式两类光子计算机。模拟式光子计算机的特点是直接利用光学图像的二维性，因而结构比较简单。这种光子计算机已用于卫星图片处理和模式识别工作。美国以前提出的星球大战计划，就打算发展这种计算机来识别高速飞行的导弹图像。数字式光子计算机的结构方案有许多种，其中认为开发价值比较大的有两种，一种是采用电子计算机中已经成熟的结构，只是用光学逻辑元件取代电子逻辑元件，用光子互连代替导线互连。另外一种是全新的，以并行处理（光学神经网络）为基础的结构在本世纪80年代制成了光学信息处理机年数字光处理机也获得成功，它由激光器、透镜和棱镜等组成。虽然光子计算机已经成功，但在目前来说，光子计算机在功能以及运算速度等方面，还赶不上电子计算机，我们使用的主要还是电子计算机，今后也发展电子计算机。但是，从发展的潜力大小来说，显然光子计算机比电子计算机大得多，特别是在对图像处理、目标识别和人工智能等方面，光子计算机将来发挥的作用远比电子计算机大。

现有的计算机是由电子来传递和处理信息。电场在导线中传播的速度虽然比我们看到的任何运载工具运动的速度都快，但是，从发展高速率计算机来说，采用电子做输运信息载体还不能满足快的要求，提高计算机运算速度也明显表现出能力有限了。而光子计算机利用光子取代电子，通过光纤进行数据运算、传输和存储。在光子计算机中，不同波长的光代表不同的数据，这远胜于电子计算机中通过电子“0”、“1”状态变化进行的二进制运算，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。
[编辑本段]电子计算机的弊端
我们知道，任何金属导线都存在电阻和电容。从电磁学基本知识也知道，电阻和电容的结合会给在导线中传播的电子产生“阻力”，减低它在导线中传播的速度（传播速度大约只有光波在真空中传播速度的千分之一），这个现象又称时钟扭曲。由于存在这样一些问题，相应地也就出现这样的后果：电子对迅速的外来变化反应“迟钝”。当传递信息的载波频率很高（即信号变化速率很快）时，在导线上传递的电信号实际上跟不上要传递的信息信号变化。结果呢，就如同相声演员念绕口令，念得过快，舌头反应跟不上，念错了或走了调那个样子，被传递的信号要发生畸变，计算机的运算发生错误。其次，电子计算机的中央处理机虽然能够迅速处理数据，主存贮器能够吞吐大量的数据。但因为所有的数据信号都必须经过总线传递，而总线的电流密度如果太大，产生的电磁干扰也大。因此，电子计算机也会出现类似于高速公路交汇口由于狭窄，车辆通行速率受限制的现象，计算机和运算速度也受到了限制。还有，计算机使用的集成电子器件，它们因为受量子效应干扰，集成密度受到限制，理论上的集成密度最高为每块芯片10亿个晶体管（在实际上达到的数量比这个数还要低许多）。
[编辑本段]光子计算机的优势
不用电子，用光子做传递信息的载体，就有可能克服前面谈到的那些限制，制造出性能更优异的计算机。用光子做传递信息的载体有以下几方面的好处：
1、光子不带电荷，它们之间不存在电磁场相互作用。在自由空间中几束光平行传播、相互交叉传播，彼此之间不发生干扰，千万条光束可以同时穿越一只光学元件而不会相互影响。一只的光学系统，能够提供5*10^5行传输信息通道；一只质量好的透镜能够提供条信息通道。如果用光波导传输，光波导也可以相互穿越，只要它们的交叉角大于左右就不会有明显的交叉耦合。上述的性质又称光信号传输的并行性。
2、光子没有静止质量，它既可以在真空中传播，也可以在介质中传播，传播速度比电子在导线中的传播速度快得多（约1000倍），也就是说，光子携带信息传递的速度比电子快计算机内的芯片之间用光子互连不受电磁干扰影响，互连的密度可以很高。在自由空间进行互连，每平方毫米面积上的连接线数目可以达到5万条，如果用光波导方式互连，可以有万条。所以，用光子做信息处理载体，会制造出运算速度极高的计算机，理论上可以达到每秒1000亿次，信息存储量达到10^18位。这种计算机称为光子计算机。
3、超高速的运算速度。光子计算机并行处理能力强，因而具有更高的运算速度。电子的传播速度是593km/s，而光子的传播速度却达3×10�5km/s，对于电子计算机来说，电子是信息的载体，它只能通过一些相互绝缘的导线来传导，即使在最佳的情况下，电子在固体中的运行速度也远远不如光速，尽管目前的电子计算机运算速度不断提高，但它的能力极限还是有限的；此外，随着装配密度的不断提高，会使导体之间的电磁作用不断增强，散发的热量也在逐渐增加，从而制约了电子计算机的运行速度；而光子计算机的运行速度要比电子计算机快得多，对使用环境条件的要求也比电子计算机低得多。
4、超大规模的信息存储容量。与电子计算机相比，光子计算机具有超大规模的信息存储容 量。光子计算机具有极为理想的光辐射源——激光器，光子的传导是可以不需要导线的，而且即使在相交的情况下，它们之间也不会产生丝毫的相互影响。光子计算机无导线传递信息 的平行通道，其密度实际上是无限的，一枚五分硬币大小的枚镜，它的信息通过能力竟是全世界现有电话电缆通道的许多倍。
5、能量消耗小，散发热量低，是一种节能型产品。光子计算机的驱动，只需要同类规格的电子计算机驱动能量的一小部分，这不仅降低了电能消耗，大大减少了机器散发的热量，而且为光子计算机的微型化和便携化研制，提供了便利的条件。科学家们正试验将传统的电子转换器和光子结合起来，制造一种“杂交”的计算机，这种计算机既能更快地处理信息，又能克服巨型电子计算机运行时内部过热的难题。
[编辑本段]光子计算机的组成
光子计算机由光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备组成。有模拟式与数字式两类光子计算机。模拟式光子计算机的特点是直接利用光学图像的二维性，因而结构比较简单。这种光子计算机现在已用于卫星图片处理和模式识别工作。美国以前提出的星球大战计划，就打算发展这种计算机来识别高速飞行的导弹图像。数字式光子计算机的结构方案有许多种，其中认为开发价值比较大的有两种，一种是采用电子计算机中已经成熟的结构，只是用光学逻辑元件取代电子逻辑元件，用光子互连代替导线互连。另外一种是全新的，以并行处理（光学神经网络）为基础的结构在本世纪80年代制成了光学信息处理机年数字光处理机也获得成功，它由激光器、透镜和棱镜等组成。虽然光子计算机已经成功，但在目前来说，光子计算机在功能以及运算速度等方面，还赶不上电子计算机，我们使用的主要还是电子计算机，今后也发展电子计算机。但是，从发展的潜力大小来说，显然光子计算机比电子计算机大得多，特别是在对图像处理、目标识别和人工智能等方面，光子计算机将来发挥的作用远比电子计算机大。
[编辑本段]光子计算机现状
美国贝尔实验室宣布研制出世界上第一台光学计算机。它采用砷化镓光学开关，运算速度达每秒10亿次。尽管这台光学计算机与理论上的光学计算机还有一定距离，但已显示出强大的生命力。人类利用光缆传输数据已经有20多年的历史了，用光信号来存储信息的光盘技术也已广泛应用。然而要想制造真正的光子计算机，需要开发出可以用一条光束来控制另一条光束变化的光学晶体管这一基础元件。一般说来，科学家们虽然可以实现这样的装置，但是所需的条件如温度等仍较为苛刻，尚难以进入实用阶段。
美国马萨诸塞州的一家光学技术公司——光导发光元件系统公司目前正与美国航空航天局马歇尔航天中心合作开发用来制造光学计算机的“光”路板，实现对光子移动的控制
并有望在今年取得突破。1999年5月，在美国西北大学工作的新加坡科学家何盛中领导的一个有20多人的研究小组利用纳米级的半导体激光器研制出世界上最小的光子定向耦合器，可以在宽度仅0.2至0.4微米的半导体层中对光进行分解和控制。
具体的元件现在还没有吧,现在大多只是设想阶段.

呵呵，你在忽悠人么？估计大家辛苦给你找来你还不看。

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莘县13962637862： 光子计算机原理(光子计算机) ？
斐沫益谱： 1、光电子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机.2、光子计算机的基本组成部件是集成光路,要有激光器、透镜和核镜.

莘县13962637862： 什么是光子计算机 - ？
斐沫益谱： 光子计算机 1990年初,美国贝尔实验室制成世界上第一台光子计算机. 光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机.光子计算机的基本组成部件是集成光路,要有激光器、透镜和核镜. 由于光子比电子...

莘县13962637862： 光子计算机这个概念是在什么情况下提出来的?只是好奇!它与电子计算机有什么本质上的差别? - ？
斐沫益谱：[答案] 什么是光子计算机 目前超大规模集成电路元件的线宽已达到0.1微米的极限值,无法再进一步小型化了;而且计算机的运算速度为每秒钟10000000000次,也已经接近极限. 目前,计算机技术又面临一场新的革命.科学家寄希望于现代光学技术来发展...

莘县13962637862： 什么是光学计算机 - ？
斐沫益谱：  电子计算机,是于本世纪40年代出生的.此后不久,科学家们便开始研制光计算机.电子计算机是以电子输送信息,而光计算机是以光子输送信息. 计算机问世后,科学家们自然而然地想到使用光元素器件来制造光计算机.可是,设计和进...

莘县13962637862： 未来计算机短文理解?未来计算机有哪些特点 - ？
斐沫益谱： 未来计算机主要有以下三种: 1.光子计算机: 光子计算机是由光导纤维与各种光学元件制成的计算机.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...

莘县13962637862： 光计算机有哪些特点? - ？
斐沫益谱： 光计算机是由光子元件构成的,利用光信号进行运算、传输、存储和信息处理的计算机.光计算机的运算器件、记忆器件和存储设备的工作都是用光学方法来实现的,也就是利用光子代替电子传递信息的计算机.光计算机具有电子计算机的全部...

莘县13962637862： 光子计算机的优点是什么? - ？
斐沫益谱： 不用电子,用光子做传递信息的载体,就有可能克服前面谈到的那些限制,制造出性能更优异的计算机.用光子做传递信息的载体有以下几方面的好处: 光子计算机 光子不带电荷 它们之间不存在电磁场相互作用在自由空间中几束光平行传播、相互交叉传播,彼此之间不发生干扰,千万条光束可以同时穿越一只光学元件而不会相互影响.一只20*20c㎡的光学系统,能够提供5*10^5条并行传输信息通道;一只质量好的透镜能够提供10^8条信息通道.如果用光波导传输,光波导也可以相互穿越,只要它们的交叉角大于10°左右就不会有明显的交叉耦合.上述的性质又称光信号传输的并行性.

莘县13962637862： 什么是光子计算机?它和电子计算机、光电复合计算机哪个好? - ？
斐沫益谱： 光子台式机的整个架构将会是以光信号取代现在的电信号,光信号经输入设备触发,经传送到CPU处理后,再按输出.其实原理跟现在的电子计算机一样,只不过所有通信都是有光信号完成.下面简单预测每个配件.CPU:作为光子计算机核...

莘县13962637862： 急求光计算机概念,详细介绍? - ？
斐沫益谱： 摘要: 光计算机是利用纳米电浆子元件作为核心来制造,通过光信号来进行信息运算的,这种利用光作为载体进行信息处理的计算机被称为光计算机,又称为光脑. 光计算机-工作原理 光电计算机是由基础部件空间光调制器和纳米电浆子元件构...

莘县13962637862： 关于电子计算机的资料 - ？
斐沫益谱： 具有自动和快速地进行大量计算机和数据处理功能的电子设备.分为数字电子计算机、模拟电子计算机和混合电子计算机三大类.20世纪末社会上广泛使用的是数字电子计算机.它既能用来进行数字运算和存贮,又能处理各种数据.数据是表示...