周舟　陳淵　黃軼瞾

摘要：現(xiàn)就光電信息功能材料的重要性作為研究的基礎(chǔ)，著重就光電信息功能材料和量子物理進(jìn)行闡述，根據(jù)二者之間的關(guān)系，提出相關(guān)的理論。

關(guān)鍵詞：光電信息；功能材料；量子；物理

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，信息技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了一種光電信息功能材料，所謂信息功能其實(shí)就是指信息的傳輸、存儲(chǔ)、接受顯示、控制、產(chǎn)生以及轉(zhuǎn)換的能力，其主要的技術(shù)指標(biāo)包括：大容量傳輸、多功能、高速度以及低能量的消耗等。近年來(lái)，隨著光電信息技術(shù)的結(jié)合，使信息技術(shù)的發(fā)展水平越來(lái)越高，其傳輸速度已經(jīng)達(dá)到了Gbot，大容量的數(shù)碼儲(chǔ)存已經(jīng)達(dá)到了KT級(jí)別，實(shí)現(xiàn)了聲音、圖像和數(shù)據(jù)三位一體的功能，有效降低能量的損耗，并逐漸向微觀物理發(fā)展。因此，在研究光電信息功能材料的時(shí)候，必須要以量子物理作為其支撐?，F(xiàn)就光電信息功能材料的重要性作為其研究的基礎(chǔ)，具體闡述量子物理在光電功能材料中的重要性。

1 光電信息功能材料的概述

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，材料研究一直都是技術(shù)發(fā)展的先導(dǎo)，同時(shí)也是發(fā)現(xiàn)和完善科學(xué)規(guī)律等的重要基礎(chǔ)。人們?cè)谏婧桶l(fā)展的過(guò)程中，不斷地向物質(zhì)世界索取財(cái)富，而這就是技術(shù)和科學(xué)發(fā)展的最終目標(biāo)，怎樣才能將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為我們自己的財(cái)富，首先要對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律進(jìn)行探索和總結(jié)，以此來(lái)找尋轉(zhuǎn)化為物質(zhì)財(cái)富的方法，其前者主要是指科學(xué)，后者則是指技術(shù)，在這個(gè)基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行材料的研究。

隨著量子論的發(fā)展，給予了人們最為直接的啟示就是揭示了原子中電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，尤其是原子最外層價(jià)的電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其中首先開(kāi)發(fā)應(yīng)用的是一種金屬性的材料，主要包括不銹鋼、特殊鋼材、黑色和有色合金等金屬材料，使電磁場(chǎng)能量的應(yīng)用逐漸進(jìn)入到了電子層次微觀物理的范疇內(nèi)。同時(shí)量子論還提出了固體中的電子能帶理論，準(zhǔn)確揭示了固體材料中的電子能帶結(jié)構(gòu)的分布規(guī)律，從電子運(yùn)動(dòng)微觀物理的機(jī)制區(qū)別了絕緣體、半導(dǎo)體和金屬，開(kāi)發(fā)出了一種新型的半導(dǎo)體材料，使電子學(xué)材料逐漸進(jìn)入到了電子信息功能材料的范疇內(nèi)。隨著半導(dǎo)體材料的開(kāi)發(fā)和研究，在60～70年代，開(kāi)始出現(xiàn)了一種電子技術(shù)，這種電子技術(shù)主要是通過(guò)固體電子學(xué)器件的更新，形成一種電子氣類(lèi)型的電子學(xué)器件，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展成為的電子回路集成化技術(shù)和電子學(xué)器件的小型化，以及目前的超大規(guī)模的集成電路以及高速輕巧的電腦，使社會(huì)開(kāi)始向電子技術(shù)時(shí)代發(fā)展，改變了傳統(tǒng)的測(cè)量檢測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)以及其他的信息處理技術(shù)，奠定了信息技術(shù)的基礎(chǔ)。

隨著半導(dǎo)體的開(kāi)發(fā)和利用，電子材料的科學(xué)地位已經(jīng)變得越來(lái)越重要，研究材料不僅是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的先導(dǎo)，同時(shí)也是完善科學(xué)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，是開(kāi)發(fā)技術(shù)的物資基礎(chǔ)，貫穿于科學(xué)技術(shù)的整個(gè)過(guò)程。此外，隨著光纖技術(shù)的興起，光纖技術(shù)和激光技術(shù)的結(jié)合，為信息技術(shù)的發(fā)展奠定了一個(gè)更為牢固的基礎(chǔ)。由于光集成技術(shù)和光存儲(chǔ)技術(shù)的牽引。使光子學(xué)信息功能材料的開(kāi)發(fā)和研究進(jìn)入到了微觀物理層次，拓寬了其研究的范圍，其覆蓋面積包括非金屬、無(wú)機(jī)、金屬、有機(jī)、靜態(tài)、非靜態(tài)等學(xué)科和技術(shù)，使電子計(jì)算機(jī)發(fā)展成為了信息儲(chǔ)存、傳輸和處理等智能工具，推動(dòng)了信息技術(shù)的發(fā)展。

2 光電信息功能材料和量子物理的研究

2.1 電子學(xué)信息功能材料和量子物理研究

將電波或者電子作為信息載體的一種信息功能材料被稱(chēng)為電子型的信息功能材料，大多數(shù)的電子型功能材料都屬于周期性且原子排列的晶體材料，在研究電子學(xué)信息功能材料中的量子物理必須要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：第一，量子的尺寸效應(yīng)；第二，量子的共振隧道效應(yīng)；第三，電子運(yùn)動(dòng)的波粒二像性的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

2.2 光子學(xué)信息功能材料和量子物理研究

所謂光子學(xué)信息功能材料主要是指以光波或者光子作為信息載體的材料，在本文中所討論的材料主要為傳輸型材料，這種類(lèi)型的材料主要是指塑料、玻璃或者石英等一些非晶態(tài)的固體材料。隨著光集成技術(shù)和光纖技術(shù)的不斷發(fā)展，這種類(lèi)型的材料已經(jīng)成為目前比較常用的光信息功能材料，是目前應(yīng)用最廣以及發(fā)展前景最好的一種材料，就著重對(duì)這種類(lèi)型的材料進(jìn)行闡述。

2.2.1 光子學(xué)信息功能材料的相關(guān)物理基礎(chǔ)。隨著光信息技術(shù)和光子技術(shù)的快速發(fā)展，我們?cè)诜治鲞@種非晶態(tài)的固體材料的時(shí)候，應(yīng)著重從介質(zhì)和光子之間互相作用的量子物理問(wèn)題入手，比如，在介質(zhì)中光運(yùn)動(dòng)所遵循的量子運(yùn)動(dòng)規(guī)律；介質(zhì)中的光傳輸體系是非相對(duì)論性還是相對(duì)論性；空氣中的波粒性二像性和在介質(zhì)中光傳輸?shù)牟Ｐ远裥源嬖诘膮^(qū)別；光子是否存在靜止質(zhì)量。

2.2.2 光子技術(shù)發(fā)展提出的相關(guān)量子物理問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：第一，激光器的轉(zhuǎn)換效率較為低下，要想解決這一問(wèn)題，我們可以將光運(yùn)動(dòng)行為和電子運(yùn)動(dòng)的量子理論進(jìn)行結(jié)合，使光子學(xué)信息功能材料同樣具有共振隧道效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)，以此提高激光器的轉(zhuǎn)換效率。第二，光子晶體的問(wèn)題。在1987的時(shí)候，John和Yabdonovitch通過(guò)實(shí)驗(yàn)提出，如果周期性介質(zhì)是人工制造的話，其光的傳輸具有一定的波段選擇性，通常被人們稱(chēng)為光子帶系結(jié)構(gòu)，而這種周期介質(zhì)被稱(chēng)為光子晶體，同時(shí)還預(yù)言光子晶體將會(huì)是傳輸光的一種半導(dǎo)體，實(shí)現(xiàn)對(duì)光的人工控制，使光子晶體成為了國(guó)內(nèi)外研究光子學(xué)信息功能材料的一個(gè)熱點(diǎn)，而要想解決這一問(wèn)題，首先要了解在介質(zhì)中光運(yùn)動(dòng)的量子規(guī)律等問(wèn)題。第三，多孔硅發(fā)光的問(wèn)題和光耦合問(wèn)題等。

2.2.3 根據(jù)上述中光子學(xué)信息功能材料中量子物理的研究，國(guó)內(nèi)外很多的學(xué)者都認(rèn)識(shí)到了研究光電信息功能材料時(shí)，必須要結(jié)合量子物理來(lái)進(jìn)行研究?，F(xiàn)就近年來(lái)光學(xué)信息功能材料中量子物理的研究，提出相關(guān)的建議：第一，光在介質(zhì)中的傳輸物理模型是否一定是電磁波；第二，波動(dòng)光學(xué)主要是指光的電磁場(chǎng)理論，即研究在氣體中和真空中光的傳輸，那么在固體介質(zhì)中光的傳播是否會(huì)成功；第三，量子力學(xué)的使用條件必須要有重物質(zhì)粒子，那么在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，怎樣通過(guò)量子物理方程或者其他的定量公式來(lái)表示光子等。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，光電信息功能材料的開(kāi)發(fā)和研究必須要通過(guò)量子物理的支撐，目前光電信息功能材料的研究其實(shí)就是指以光波、光子、電波、電子作為其信息載體，研究量子物理在光電信息功能材料中的作用。

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作者簡(jiǎn)介：周舟（1991，3-），男，江蘇無(wú)錫人，學(xué)歷本科。

黃軼 （1990，8-），男，江蘇宜興人，學(xué)歷本科。

陳淵（1991，10-），江蘇江陰人，男，學(xué)歷本科。