随着新技术革命的兴起及激光技术的迅猛发展，科学家们认为，电子并不是传递信息的唯一载体，光子也是传递信息的载体，而且比电子更具有优越性：由于光子不具有静质量，因此，在真空和介质中传播速度相同；利用光子与某些材料相互作用所具有的非线性效应，可构成逻辑操作，其工作速度比硅器件高1000倍，可达到10000亿次/秒逻辑运算，其开关时间可达到1微微秒的水平；光子不需要在导线中传播，并且在不满足干涉条件下互不干扰，这样就可以相互穿越而不产生相互影响。随着激光技术迅猛发展，科学家们试图设计类似电子器件和电子计算机的用激光束来传送信号的各种光学器件和光计算机，能以30万公里/秒的速度来传递信息。因此，从本世纪70年代起，人们就一直对理想的“光路”进行探索。要使光计算机实现，关键是研制出各种光学器件。随着光学信息处理理论的发展和集成光路制造工艺等关键技术的解决，必将导致光计算机的出现。经过科学家们的努力，一些光学器件和光计算机已经研制成功，预计21世纪将是光计算机时代。

光学器件的发展状况

光学器件是以光子的运动来工作的器件。它是通过改变光的相位、偏振、振幅、强度或波长而制成具有各种不同功能的器件，有光晶体管、光逻辑元件、光存贮器、光探测器、光空间调制器、显示器等。

对光学器件的研制，美、英、日等国家处于领先地位。自70年代以来，经过各国的科学家们的努力，具有光放大和光开关功能的光晶体管在1982年至1986年期间，先后在英国赫罗特-瓦特大学、日本京都大学以及美国的贝尔实验室研制成功。

在研究光开关器件的同时,科学家们也努力研制光存贮器件。光存贮器件是由化合物半导体材料制成的，是一种处于激光脉冲工作状态的光学器件，它以光的形式存贮信息。光电子学专家在研究入射光强与透射光强之间的关系时发现，光具有双稳态性质。在1976年美国贝尔实验室最早选择折射率合适的非线性晶体材料研制成功光双稳器件，英国赫罗特-瓦特大学和日本京都大学也分别采用锑化铟和铟、镓、砷、磷4种元素组成的化合物半导体制成光双稳器件。现在利用半导体量子阱制成一种量子阱双稳器件是很有希望的光逻辑元件，它在实现光高速数字运算中特别受到重视，现已做出光逻辑运算和存储用列阵。

此外，许多国家还进一步开展对光调制、光放大光互连、光模数转换等各种技术的研究，，并研制出这些器件。鉴于军事上的急需，高灵敏度、响应速度$的光探测器（如红外探测器和成像仪器等）极受重视。量子阱雪崩光电二极管可望成为一种响应速度快，高灵敏度的光探测器。近年来应变层超晶格红外探测器，因它的灵敏度高，有可能做成红外一平而单片集成而倍受重视。

集成光路

集成光路是包括有光元件在内的集成电路。美国称为光集成电路，日本则称为光电集成电路（OEIC）。

从70年代起，在光学领域兴起了一个新的分支学科——集成光学。由于它对激光能够赖以进行传输的薄膜进行深入的研究，因此，又称薄膜光电子学。集成光路是运用集成光路技术把各种光电元件都集成在一个芯片上的器件。近几年来，国际上为发展光通信、光交换、光信息处理和光计算所需，已研制出多种光电子集成器件。如有将光开关或光存贮等器件集成在一块芯片上，制成单一功能的集成光路；有将光开关、光存贮、光源、光波导（用于构成集成光路中的连接元件）集成在一块芯片上，组成一个完整的光系统；有激光器、放大器、探测器等集成器件；有光开关、滤波器等集成器件；有调制器、波分复用器、探测器等集成器件。此外，还集成具有并行处理功能的薄膜透镜。为了缩小光路的体积，将光路中的激光振荡器、放大器、衰减器、透镜、棱镜、光栅、偏振器、滤光片、光电转换器和电光转换器、光强调制器及光频调制器等光学器件，以薄膜的形式制作在同一衬底上，形成微型集成光路，以实现光信号的快速运算、传输和处理，真正做到体积小、性能稳定、效率高、功耗低、使用方便。现在集成光路的研究已经取得重大突破。

光计算机

利用集成光路可研制成光计算机。光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。光计算机的研究最早由美国麻省理工学院的科学家于1969年拉开了序幕，1984年6月国际商用机器公司宣布已经制造了第一台在接近绝对零度条件下工作的光计算机、西欧国家也对光计算机积极开展研究，1982年在英国皇家学会会议上宣布，英、法、西德、意大利、比利时等国8所大学通力合作，共同发展光计算机。他们确定在英国赫罗特-瓦特大学开展共同研制，并制定为期3年的计划。他们已经研制成功的光计算机，其速度比电子计算机快1000倍。1990的美国贝尔实验室也研制成功一台演示性的光计算机，体积50×50厘米，它由激光器、透镜和棱镜等组成。这是计算机领域中的一个大突破。此外，日本和前苏联等国也积极开展研究，并取得进展。

光计算机有光模拟计算机、全光数字计算机、光智能计算机之分。早期的光计算机是模拟机，它具有大信息量和并行快速的特点，在光学信息领域（如综合孔经雷达的数据处理和成像技术）获得应用。正在探索中的光神经网络计算机，具有高速并行、抗干扰、信息容量大、综合信息速度快、处理信息精度高、修正误差能力强、具有智能化运算、学习、推理、识别、联想等一系列优点，引起科学家们极大的兴趣，他们的研究已取得了突破性进展。然而，还需要进一步完善理论模型，要研制出性能更好的空间调制器和光开关列阵，看来真正实用的光神经计算机还非常遥远。

当前正在发展的是全光数字计算机和光电混合计算机。数字光学计算机是以光波作为信息载体的信息处理技术，它具有并行性、高互连能力、高速度和高容量等优点。数字光计算的研究为新一代全光或光电混合计算机的实现作技术准备，如探索各种可能的体系结构、算法，并对光逻辑元件质量提出指导性改进意见。90年代以来设计的全光学数字计算机的总体结构是仿电脑的。它主要由光运算器、光存储器和光控制器组成，它们之间和它们的内部靠光互连进行通信。目前全光数字计算机正在研制当中。作为全光数字计算机的过渡，光电混合计算机也正在发展之中。

光计算机的特点

1.并行处理信息能力强。几束光通过光晶体符时能互相独立，不受干扰，可同时处理多路信息。

2.具有超高速运算速度。由于光子速度为30万公里/秒，而电子速度为593公里/秒，光计算机的运算速度至少比现在计算机快1000倍，可高达10000亿次/秒。

3.可在室温下工作。超高速电子计算机只能在低温下工作。

4.信息贮量大。它是现有计算机的几万亿倍。

5.具有可交叉互联特性，抗干扰能力强，不受磁场影响。

6.具有与人脑相似的容错性，系统中某一元件损坏或出错，不影响最终的计算结果。

7.能识别和合成语言、图画和手势，能学习文字。8.能对光信号直接进行处理，省去电子计算机把光信号变成电信号处理之后再还原成光信号的麻烦。

光计算机的研究工作目前仍然处于实验室阶段，仍有许多困难，但经过科学家们的努力，这个宏伟目标—定可以实现。科学家早就断言，继电子学之后，将是光子时代的到来。随着光学信息处理理论的发展和光学器件、集成光路制造等关键技术的突破，必将导致光数字计算机的出现，正如美国著名的电子学家比尔 · 沃尔什所述:“2000年以后，光计算机将开始取代电子计算机，而且终将成为主要的计算技术”。

 （参考文献略）