光子學

光子學包括光的產生、發射、傳輸、調變、信號處理、切換、放大及感測，光不單純是粒子，也不只是波動，光兼具二者的特性。光子學包括從紫外線、可見光到遠紅外線之間所有頻譜的應用。大部分的應用是在可見光及近紅外線。

光子不同於電子，它屬於玻色子，不荷電，不存在電磁串擾，沒有靜止質量，能在自由空間傳播，速度等於光速。光子比電子具有更大的信息容量和速率。作為信息載體，光比電的信息容量要高出3—4個量級（一般可見光的頻率為5×10赫，而處於微波段的電磁波頻率僅為10赫量級），光子具有極快的響應能力。電子脈衝寬度一般在納秒量級，其傳輸速率限定在吉比特/秒量級；而光脈衝寬度可到皮秒、飛秒甚至阿秒的量級。所以，用光子作為信息載體，傳輸速率可達幾個吉比特每秒，甚至幾十個太比特每秒都是可能的。光子具有超強的并行性和互連能力。電子帶電荷，相互之間存在庫侖作用力，使得電子彼此間無法交連。而光子無電荷，具有良好的空間相容性和并行性。此外，光在時間和空間上的特性，可形成反演相位共軛波，在波前畸變校正和自適應控制等信息處理領域有獨特的應用；光的干涉、衍射、偏振和雙折射、光折變效應等，也產生一系列新的應用。

光子學是從光學開拓出來的，在其形成過程中構成了相應的分支學科，並在科技領域產生重要應用和深遠影響。光子學的分支學科大體上可以歸納如下。

基礎光子學

①量子光學。研究的領域有光場的量子雜訊、光場與物質相互作用中的動量傳遞、腔量子電動力學等。如光壓縮態、原子冷卻與俘獲研究。

②光量子信息科學。研究的領域有量子計算機、量子密碼術、量子通信、量子檢測、量子態的製備和操作等。

③分子光子學。包括限域腔（量子阱、量子點等）中量子電動力學效應的基礎和應用研究，分子光學中的光物理過程研究，有機、無機界面輸運光量子的增強效應，以及近場光學在分子光學中的應用研究等。

④超快光子學。主要包括飛秒光脈衝的產生和應用，超快光子學中的超快過程與超快技術，超快、超強激光物理等。

⑤非線性光子學。主要研究光子與物質非線性相互作用、非線性變頻效應、相位匹配和諧波的產生、光折變效應、光子晶體、光子帶隙光纖、激發態光學非線性研究等，它是研究和開發多種非線性光子器件的理論基礎。

光子器件

包括特殊處理和加工，材料元件、模塊的研製，涉及光的產生、傳輸、探測、轉換、存儲和顯示等，並由這些功能形成諸多相關的器件。它是光子學和光子技術相結合的具體體現。與電子器件類比，光子器件也可分為有源（如各種激光源、探測器等）和無源（如光通信中的波分復用器、光纖器件、光互連器等）器件，包括光子學在納米技術和納米製造中的應用。

信息光子學

光子學與信息科學相結合而形成的交叉性學科。由於光波導器件、光纖激光器、光纖放大器和低損耗光纖的開發，使得光通信獲得快速發展，不僅開創了巨大的光子工業，而且給人類帶來了方便快捷的信息交流，推動了社會的文明、進步和繁榮。另一方面，由於光的相干性、并行性，使得光傳輸可進行不同的相關變換和并行運算（如二維傅里葉變換等）。再加上電定址和光定址的空間光調製器和高速陣列探測器的出現，使得自動模式識別、圖像信息處理、光顯示、光計算等成為光子學最活躍的應用研究領域之一。

生物醫學光子學

生命科學與光子學交叉形成的新分支。包括生物組織的光學成像和光子遷移、生物光子學、生物系統的光子發射、熒光增強和探測、生物光譜和診斷、激光醫學中的診斷和光動力診療、冠狀動脈腔內支架的激光精密加工、光學相干層析術、光在生物組織中的傳輸機理以及在生物醫學工程中的應用等。

集成與微結構光子學

半導體電子學的強大生命力在於它的大規模集成化，從而使半導體器件尺寸大大縮小、功耗降低、功能和運行速度大幅度提高，性能價格比不斷優化。同樣隨著半導體光子學及光子技術的快速發展，也可把不同功能的諸多光子器件通過光波導、光互連、光開關集成於一個光學晶元上，形成光子集成迴路或光電子集成系統。微結構集成光子學，包括正在開展的二維波導和自由空間三維集成光學系統、微結構光纖以及微光機電系統等，它們的研究無疑使光子產業的發展獲得革命性的飛躍。

《光子學》是光電子學領域權威著作，是《現代通信光電子學》的最新版本（第六版）。本書反映光電子學領域的最新進展。主要介紹激光物理學領域各種現象和所有器件的最基本原理，尤其突出各種激光器在光纖通信中的應用。