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，实现对光子运动的控制，并有望近期取得突破。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0.2-0.4μm的半导体层中对光进行分路和控制。
5.光子计算机展望
摩尔定律完全掌握着我们可以预见的未来，而摩尔定律失效将会出现在0.2nm工艺制作芯片的时候，因为那已经是一个原子的直径了。但在这之前或之后很短的时间内光子计算机将会取代电子计算机，那时光子计算机就像我们现在使用的电子计算机一样流行。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由光信号完成的。下面简单预测每个配件。
1）光学中央处理器O－CPU
作为光子计算机核心，它仍然会作为一个独立产品来被开发和研究。它应该是一个高度并行的光学处理器，包含接近衍射极限分辨率的发光板，产生众多的并行光，然后经过一个高速的空间光调制器，得到一个分布的光学状态，相当于产生了一屏数据。然后用另一个空间调制器对这屏光数据进行调制，实现各种计算机的运算，如全加或半加运算。至于它的材料应该会是一种存储量大、当规模生产之后会变得相当便宜的物质。
2）主板
或者说是光信号生成或传送器更加贴切一些，但这个物件可能会消失。未来主板不再与现在的主板同等重要，因为光信号生成可能会在电源中完成，而光信号传送途径可以简单地通过CPU与其他物件的连接实现，这样主板就不再有存在的理由了。
3）硬盘与内存
光子计算机中硬盘会完成现在内存和硬盘的工作，内存将消失。现在计算机的原理被改变，处理器直接可以在高速硬盘中读取、运行、处理数据。但现有的光盘，虽然读取信息的速率已经很高，但与光计算的要求相比，还差几个数量级。光盘的另一个问题是写数据的速度太慢，另一个问题是当前的光盘只能读取1-16个沟道，也就是并行性仅有16，不利于并行处理。因此以光盘作为数据存储器仍然很不现实，因此现在的光储存器（光盘）在将来只会作为廉价的备份或复制转移设备。新的储存器将会是一种可透光的液态存储器，数据直接纪录在每个原子上，以高速运动的原子实现数据的高速读取，从而取代内存。除此而外，正在开发的量子存储器，也是具有海量存储功能的广泛应用前景的存储器之一。
4）显卡与显示器
显卡将会与显示器集成，或消失。因为光计算机本来就是在液晶一类的光调制器上进行运算，所以这里“显卡”的作用仅仅是一个光学译码器，它的功能是把运算结果的光学信号，翻译成适于人们阅读的光学信号的形式。运算结果的光学信号可能是一系列偏振态的变化，人眼感觉不到它的变化，经过光学译码器后，就将偏振信号转换为人眼可识别的彩色图像。现在的液晶显示器是未来显示器的雏形，未来的显示器将会是无点距液态显示器，同样是像现在的显示器一样是超薄显示器，显示器面板上将会有一种受激会发光的物质，以每一原子为发光单位来显示图形，实现无点距显示。
4.3.3 光存储
1.什么是光存储
光存储是指对光学信息的存储。光盘是常见的一种光存储方式，它是利用光盘表面的介质实现的，光盘表面有许多凹凸不平的小坑，光照射到上面有不同的反射，再转化为0、1的数字信号就成了光存储。当然，光盘外面还有保护膜，一般看不出来，不过你能看出来有信息和没有信息的地方。
刻录光盘也是这样的原理，就是当刻录的时候光比较强，烧出了不同的凹凸点。光盘只是一个统称，它分成两类：一类是只读型光盘，其中包括CD-Audio、CD-Video、CD-ROM、DVD Audio、DVD Video、DVD-ROM等；另一类是可记录型光盘，它包括CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD＋R、DVD＋RW、DVD-RAM、Doublelayer DVD＋R等各种类型。
随着光学技术、激光技术、微电子技术、材料科学、细微加工技术、计算机与自动控制技术的发展，以及对光存储技术的要求越来越高，在记录密度、容量、存取速率、寻址时间等关键指标上将有巨大的发展潜力。在将来，光存储技术并不局限于光盘，将采用新的存储机理，在功能多样化、操作智能化方面都会有显着的进展。随着光量子数据存储技术、三维体存储技术、近场光学技术、光学集成技术的发展，光存储技术必将在下一世纪成为信息产业中的支柱技术之一。
2.光存储的原理
光存储的实现，需要存储信息的光盘和对光盘进行读取的设备。存储信息的光盘，如CD光盘、DVD光盘等，存储信息的方式都与目前软盘、硬盘相同，采用二进制数据的形式来存储信息。光盘的制作，需要借助激光把转换后的二进制数据用数据模式刻在扁平、具有反射能力的盘片上。为了识别数据，光盘上定义激光刻出的小坑就代表二进制的“1”，而空白处则代表二进制的“0”。DVD盘的记录凹坑比CD-ROM更小，且螺旋储存凹坑之间的距离也更小。DVD存放数据信息的坑点非常小，而且非常紧密，最小凹坑长度仅为0.4μm，每个坑点间的距离只是CD-ROM的50%，并且轨距只有0.74μm。
目前基于光盘的光存储设备，如CD光驱、DVD光驱等，关键部分是激光器和光检测器。光驱上的激光器实际上就是一个激光二极管，可以产生黄光波长的激光光束，然后入射到光盘上，再经由光检测器捕捉反射回来的信号从而识别实际的数据。如果光盘不反射激光则代表那里有一个小坑，那么电脑就知道它代表一个“1”；如果激光被反射回来，计算机就知道这个点是一个“0”。然后电脑就可以将这些二进制代码转换成为原来的程序。当光盘在光驱中做高速转动，激光头在电机的控制下前后移动，数据就这样源源不断地读取出来了。
这种有机械运动的读取设备（光驱）其可靠性与寿命都不高，而光盘的盘片是由塑料制成，耐热性与抗毁性都不高，对于存放环境有较高的要求。从长远看，急需发展一种没有机械运动、可以长久保存、读取速度快、存储密度大、耐热性和抗毁性强的存储技术。这是光信息领域面临的新挑战。
3.光存储技术的发展趋势
以光学、集成光学、光子效应、体全息技术、光感生或磁感生等原理为基础的新一代光存储技术将朝着以下几个方向发展。
1）改进现有的光盘技术，进一步提高光盘质量、成品率和降低成本
直径为120mm的DVD光盘单面容量4.7GB，双面容量9.4GB，如果改成双面双层，容量可达到18GB，组成了标称容量为5GB、9GB、10GB、18GB的DVD－5、DVD－9、DVD－10、DVD－18的光盘系列，只要这种光盘及光盘机的生产成本能降低到当今CD－ROM或CD－R光盘及光盘机的价位，就足够满足一般信息系统及家用电器的需求。由于DVD系列产品仍以传统的光盘制造技术为基础，基本工作原理没有改变，只是将信息符坑点的尺寸从原来的0.83μm降低到0.4μm，信道间距从原来的1.6μm降低到0.74μm。这种光盘机的结构原理也没有太大的变化，所用的半导体激光器的波长略有缩短，一旦形成规模，成本必将大幅度下降。目前，加工这种高密度光盘母盘及盘片注塑的设备及技术都已完全成熟。
目前，DVD光盘的成品率还不够高从而影响到生产成本。改进光盘的加工设备，将深紫外超分辨率曝光技术、电子束曝光技术、多层光致抗蚀剂技术、无显影曝光技术、4X或更高速的刻录技术等引入母盘制作，可以进一步提高母盘质量和成品率。
光盘机与光盘在功能上也需要改进。目前可用于只读、一次写入不可擦除的光盘机，将改进为可直接读写的光盘机。光盘机的编码及控制软件功能还将进一步改进，将分散的视频、音频、编码、解码、调制、解调、通道控制、伺服控制等功能重新整合，采用新的编码技术和集成电路技术，将这些功能集成到少数芯片甚至单一芯片中，不仅降低成本，还会大大提高系统的可靠性。光盘机的另一改进方向是光盘机的智能化，使人－机界面更加简单，操作更为简便。而盘片的功能也将改进，将制作成同时具有可读写功能的盘片，还将具备有寻址功能。这样，未来的盘片可能有只读盘片、可擦写盘片及可寻址读写盘片等不同功能的盘片。
2）寻找新的高密度存储机理与器件
综合利用其他新技术开发下一代高密度数据存储技术，始终是信息技术和计算机技术发展中不可缺少的关键研究领域。今后，云计算、网格计算、新型网络系统和新一代多媒体的发展，对计算机外部存储容量的需求非常大，单机的存储容量至少应为100GB，数据传输率至少为480Mbps，现有的各种光盘都不能满足要求，即使改进的DVD－RAM光盘系统也与此目标相距甚远。采用新技术和新材料，研究开发出新一代高密度、高速光存储器件和系统，是一个重要的战略需求。已经出现了若干种新的存储技术，虽然它们目前都处于实验室研究阶段，许多机理问题还没有搞清楚，还存在大量的理论问题、实验技术问题及工程问题，目前还不能够说哪一种技术将成为主流。大体上包括如下几个方向。
①利用光学非辐射场与光学超衍射极限分辨率的研究成果，进一步减小记录信息符尺寸。因光束照射到物体表面时，无论透射光或反射光都会形成辐射场（传播波）和非辐射场（倏逝波）。传播波携带着物体结构的低频信息，容易被探测器探测。倏逝波携带描述物体精细结构的高频信息，沿物体表面传播。只要把这一部分信息捕捉到，就可提高系统的分辨率。
②采用近场光学原理设计超分辨率的光学系统，使数值孔径超过1.0。我们知道，电磁场有波动场与感应场之分，光作为一种电磁现象，必然也包含以波传播形式的光，也包含非波动形式的光，比如近场中的光，也就是以光频振动的场。因为在这种光频振动场只能在谐振子附近小于一个波长的非常小的空间中存在，所以被称为近场。近场探测相当于探测器进入介质的近场，从而能够得到超精细结构信息，突破衍射极限，获得更高的分辨率，可使经典光学显微镜的分辨率提高两个数量级，面密度提高4个数量级。
③以光量子效应代替目前的光热效应实现数据的写入与读出，即利用量子的量子态来存储。从原理上将存储密度提高到分子量级甚至原子量级，而且由于量子效应没有热学过程，其反应速度可达到皮秒量级（10－12秒），另外，由于记录介质的反应与其吸收的光子数有关，可以使记录方式从目前的二值存储变成多值存储，使存储容量提高许多倍。
④三维多重体全息存储。利用某些光学晶体的光折变效应，可以进行全息图形图像的记录，包括二值的或有灰度的图像信息。利用光学计算技术，把一屏数据看作一幅图像就可以将这种技术直接应用于光存储，从而得到极高的存储容量。利用光栅区分空间相位的变化，体全息存储器还有可能进行选择性擦除及重写。
⑤利用当代物理学的新成就，实现新的存储原理。光子回波时域相干光子存储效应、光子俘获存储效应、共振荧光、超荧光和光学双稳态效应、光子诱发光致变色的光化学效应、双光子三维体相光致变色效应等一系列新的物理效应，为人们提供了开拓新存储技术的新途径。借助于许多新的光学探测与光控制技术，诸如扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）、光学集成技术及微光纤阵列技术、微纳光学技术等，提高存储密度和构成多层、多重、多灰度、高速、并行读写海量存储系统。实验已证明目前的技术可使光存储密度达到40-100GB/in2。
4.3.4 新波段开发
1.THz波简介
太赫兹波（Terahertz Wave）是指频率在0.1-10THz（波长在30μm-3mm）之间的电磁波，其波段介于微波和红外光之间。1980年以前，由于缺乏有效的THz产生和检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质了解非常有限，以至于该波段被称为电磁波谱中的THz波空隙，也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。
THz波具有如下特点。
（1）低能量。THz光子的能量低，只有几毫电子伏特，是X光射线能量的1%，因此不容易破坏被检测物质，非常适用于针对人体或其他生物样品的活体检查。
（2）穿透性：THz波辐射能穿透非金属和非极性材料。许多非金属、非极性材料对THz波射线的吸收较小，因此结合相应的技术，使得探测材料内部信息成为可能。
