量子计算发展前景范文
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篇1
关键词：全光开关量子相干效应光子晶体波导
1、引言
电子技术与光子技术是当今信息技术世界的两大支柱。上世纪，电子开关（即电子晶体管）的成功发明与应用，使电子技术得到了长足的发展，并取得了辉煌的成就：计算机、互联网、移动通信以及各种电子电气设备等的电子技术的应用，使人们的生活发生了彻底的转变。而光子技术的主要是作为电子技术的再发展，拓宽了电子技术的应用。从历史的发展状况来看，电子技术与光子技术均有其自身的优点：电子技术擅长信息处理，特别是数字化信息处理；光子技术擅长信息传输，具有宽带、大容量和并行处理等优点。正是因为二者各有所长，所以时至今日，在信息技术领域中，电子信息技术主要占据着数字化信息处理领域，而光子技术主要占据着信息传输和信息存储领域。[1]
随着近几十年的发展，光子技术以其独特而明显的优势，大有取代电子技术的趋势。到目前为止，光子技术完全取代电子技术，成为信息技术的核心，只差一步之遥：用全光开关取代现有的电子开关。全光开关是一种重要的集成光子学器件，完全利用光子与介质作用来实现对光传输过程进行有效的“开”“关”控制作用。[2]用全光开关代替电子开关，可以极大提高信息处理速度和存储量，降低功耗，因此，发展全光开关已是势在必行。
2、固体全光开关举例介绍
虽然到目前为止，还没有现实意义上的全光开关出现，但现已发展成多种类型的全光开关模型，这些开关都各有所长。
2.1 量子相干效应全光开关
量子相干效应全光开关是基于量子相干和干涉效应的全光开关结构，通过一束控制光控制量子干涉，从而调制信号光的传播特性。实现量子相干效应的基本手段是利用外加相干场耦合原子的不同能级，使其发生关联，从而在不可分辨的量子跃迁通道之间产生干涉。[3]
吴金辉等人在量子相干效应的理论研究中取得进展，提出了利用非对称量子阱结构中的可调谐隧穿感应量子干涉可用来实现在低温下工作的新型、高效、宽带、超快光学开关的方案。
[4]他们设计了一个非对称的量子阱结构。（如图1所示）
图1 非对称量子阱能带结构
在此结构中浅阱的基态和深阱的第一激发态近共振，存在电子隧穿，于是产生了两个新的能态|2>和|3>，二者具有很强的相干性，即隧穿诱导相干。频率分别为ωs和ωp的两个相干场（控制光和信号光）将这两个中间能态分别与浅阱的第一激发态|4>和深阱的基态|1>耦合起来。[3]由此结构中，我们可以看出，一个较弱的控制光ωs可以通过两个量子阱之间的隧穿效应来控制信号光ωp的传播特性，实现了以光信号控制光信号的全光开关功能。
量子相干效应全光开关是基于所使用材料的固有相干性来实现的，不依赖于外场驱动，具有很高的响应速度、开关效率和控制效果，对全光开关乃至整个量子理论的发展和实际应用有重要指导意义。
2.2 光子晶体全光开关
光子晶体作为一种新型的人造光子学材料，具有独特的光子带隙特性，能有效地控制光子的传输状态。
利用光子晶体来实现全光开关的思想，最早由Scalora在1994年提出的。当不施加作用时，探测光能够通过光子晶体；当一束抽运光作用于光子晶体时，探测光就被光子晶体全部反射回来而不能通过光子晶体，由此实现抽运光对探测光传输过程的开关控制作用。实现光子晶体全光开关的方法有：通过光子带隙迁移、通过缺陷模式迁移、通过非线性频率转换、利用光子态密度、利用双稳态效应、通过波导和微腔的耦合等。
光子晶体全光开关具有体积小的优点，为实现全光开关的集成化打开了一扇新的大门，具有良好的发展前景。
2.3 波导全光开关
波导全光开关是非线性光波导器件的一种应用，主要利用光在光波导中传播时的非线性光学效应。非线性光波导器件包括频率调制型器件和强度调制型器件。频率调制型器件是将不同频率的光在波导中相互作用而产生倍频、和频、参量过程、四波混频、受激拉曼等非线性过程进而实现频率变换和能量转移的器件；强度调制型器件是基于光克尔效应，即波导介质的折射率依赖于光强度的变化效应进而实现对光强度、相位等调制的器件。典型的波导全光开关主要是基于非线性方向耦合器、非线性光纤光栅反射器、非线性Mach-Zehnder干涉仪、非线性模混合器、弧型或X-型波导等非线性波导器件而设计的全光型光学开关。
波导全光开关无论是从结构上、功能上，还是从技术上、材料上，都有较有优势，并且其繁多的种类和较为成熟的理论，也使我们相信在不久的将来，我们就能看到这种全光开关的实际原型出现。
3、结语
光子技术的优越性使我们看到了信息技术的新的发展空间。在当今的信息技术领域中，若能使用光子技术完全代替电子技术，无论在通信领域还是计算机领域，都将带来一场革命性的改变，实现低成本、低功耗、高容量、高速度的先进的信息技术，这将会再一次极大改变人们的生活，克服现阶段电子技术速度、容量有限，体积、成本、能耗较高等缺点。目前实现这一转变的瓶颈就是全光开关的实际应用。从目前全关开关的发展来看，人们将会在不久的将来实现把全光开关从理论设计到实际应用的跨越，给信息技术以及其周边领域带来新的生机。
参考文献
[1]李淳飞.全光开关原理[M].北京：科学出版社，2010-07-01.
[2]龚旗煌，胡小永.超快速光子晶体全光开关研究.北京大学学报（自然科学版），2006年1月第42卷（第1期）：11～17.
篇2
现在计算机已经运用于各行各业（工业、农业、文化教育、卫生保健、服务行业、社会公用事业等），走进万千普通人的家中，更为社会的发展做出了巨大的贡献。首先，计算机将会推动社会生产力以更快的速度发展。当下计算机时代中，信息便是最重要的元素，通过对互联网和计算机，将会加快信息技术发展，人们传递信息的渠道越来越多，对于信息的了解也会越来越多，因此对信息的有效性和及时性也提出了更高的要求。于此同时，信息技术发展不仅会拖动和其相关茶叶的法阵与进步（如电子技术和生物技术），还会对新能源、新技术的发展和开发有一定的影响和帮助，促进科技是人类社会第一生产力的地位也愈加明显突出。而信息对于个人来说，通过网络与计算机，人类的劳动方式和工作方式也在不断的发生变化。人类可足不出户的完成各项学习任务和工作，让人们节省出更多的时间去做其他事情，在各方面均会得到一定的解放，如行动或者思想。在将来社会中，计算机的地位越来越重要，作用也将越来越大，越来越贴近人们的生活，计算机也会越来越小型化，智能化。未来我们将可以通过计算机做许多事。
势
展望未来,计算机科学技术的发展又将是一片生机,前景广阔.计算机学家、数学家等科学家们的执着追求和不懈努力,将会使他们在21世纪的计算机发展史上谱写出更加灿烂辉煌的新篇章。
1.生物计算机
生物家算计在1994年11月美国的异位博士便提出，其以DNA碱基序列作为信息编码载体，使用当代分子生物技术，食管内使用控制酶，使得DNA碱基对序列发生变化和反映，从而实现数据的运算。阿曼德在杂志《科学》上公布了DNA计算机理论，引发全世界各个方面的学者关注。过去的半个世纪内，计算机意义几乎和物理芯片一样，但是阿德勒提出DNA计算机，不仅拓宽人类对计算机的了解，而且计算机也不再是简单的物理性质的操作，还增添了粘贴、复制、剪切、插入等方式。就在2013年的3月，英国生物信息研究院的科学家们将莎士比亚的154首十四行诗的mp3文件和相关数码照片编入了DNA序列，储存密度达到了惊人的每克2.2PB（1PB=1024TB）。这条消息引爆了人们对信息存储概念的认识大转变。基于DNA的存储技术诞生以及得以实现，给人们对生物计算机的构想以坚定的信念。
2.量子计算机
量子计算机是指处于量子状态下的原子，将其作为CPU和内存，使用原子量子特性进而对信息进行处理。因为原子具有在同一个时间点，可以未出不同位置之间奇妙的特性，使用0和1表示处于量子位的原子，而处于量子位的原子可以同时使用0和1中间的值进行表示，所以不管从处理的角度还是从数据存储的角度，量子位能力，量子位能力是晶体管电子位的2倍。有人这样比喻：一个老鼠在绕过一只猫的时候，根据经典物理学理论，若是从左边过，那么便不能从右边过，左右两侧只可以选择一个方向，然而若是根据量子物理学理论，老鼠.可以同时从猫的左右两边绕过。
3.光子计算机
光子计算机和传统芯片计算机比较可以看出，光计算机可以使用光速来提到电子进行存储和运算等工作：其将会以不同的波长来表示不同数据，并以大量的棱镜、透镜以及反射镜将数据从芯片之间进行传递。研制出的光计算机摄像在20世纪50年代后期便已经被提出。在1986年，贝尔实验室的戴维•米勒研究出小型光开关，为同实验室的艾伦•黄研制光处理器提供了必备元件。1990年1月，黄的实验室开始用光计算机工作。从采用的元器件看，光计算机有全光学型和光电混合型。1990年贝尔实验室研制成功的那台机器就采用了混合型结构。相比之下，全光学型计算机可以达到更高的运算速度。但是，若是想将光计算机研制成功，则需要开发出可用一条光控制另一条光的光学“晶体管”。而现在光学“晶体管”体积较大，且较为笨拙，若是实用现代的“晶体管”制作出的光子计算机，其体积将和汽车一样大。所以在短期内使用光子计算机，比较遥远。
4.模糊计算机
有些词语的意思完全相反，例如好和坏、黑和白、美和丑、瘦和胖、暗和明等等，即使他们意思相反，但他们之间没有明确的界限进行邠，类似这些没有明确的规定的界限食物及表达形式，则将其成为模糊概念。所以科学家设计出模糊计算机的制造，此种计算机不仅具有普通计算机的功能，而且还可以和人一样，用脑思考、对话、判断和学习等等，此种计算机便是第六代计算机的发展趋势和方向。在1984年，日本是第一个提出制造模糊计算机的国家，同时因其非逻辑、不规则函数作为制作的基础，并进行设计、研制成功模糊集成电路，从而使得当时的计算机体积有明显的下降。若是想要成功的研制出具有人脑功能的模糊计算机，则需要将大量的学科进行整合和开发，如大脑生理学、电子学、心理学、语言学等等。相关研究资料显示，此种具有人脑功能的模糊计算机将在2000年之后研制出，但是一旦研制成功出此种计算机，将对对社会及人类各方面生活有非常重大的影响。
结语
篇3
【关键词】计算机技术；发展
一、计算机技术的发展现状
计算机技术的发展逐渐向智能化以及运行高速、机身轻巧、纤薄方向转变，因此对计算机的软件要求就更加精细，计算机将会发展成为更加智能化、人性化，它除了能够提供我们现在所用的键盘输入和手写输入，关键技术的发展，更让我们能够有身临其境的感受，计算机的虚拟现实技术就是最好的体现。
随着计算机技术的发展，越来越多的新型计算机系统产生，各个国家都给计算机技术的研究人员提供各方面支持，这将会为计算机的跨越式变革和质的飞跃提供很大的帮助。如今我们正在深入开发的、已经出现的如生物计算机、纳米计算机、光子计算机和量子计算机等都是新技术的产物，随着技术的成熟将会运用到我们的生活中，给工业生产、经济发展和我们的生活带来更多的方便。
在量子效应基础上开发的量子计算机的存储量比普通的计算机存储量要大很多倍，运算速度也异常惊人，目前正在开发中的量子计算机主要有离子阱量子计算机、核磁共振量子计算机、硅基半导体量子计算机。量子计算机的普及和应用将会大大的提高计算机的存储能量和计算速度，应用到生活中会节省大量的计算时间和存储空间。
光子计算机主要是用光硬件替代普通计算机中的电子硬件，利用光运算替代电运算，如果按原有电运算的速度进行比较，它的通过能力远超过现今世界上最先进电话电缆的很多倍。光的高速和并行能力决定了以其为依据而研究的光子计算机拥有高运算速度和并行的处理能力，能同时展开多项运算，大大节省时间。
生物计算机也可称为分子计算机，生物计算机主要是通过生物介质之间的作用进行运算，人们发现了DNA在不同的状态下可以代表不同的信息，DNA分子之间发生化学反应后会把一种基因代码转换成另一种基因代码，这种基因之间的转换也是一种运算过程，如果可以控制这种过程，就能完成生物计算机的运算。DNA分子具有惊人的存贮量，而且计算时消耗的能量也小，如果能够运用到生产生活中，不但能够提高速度，还能节省能源，是符合我国可持续发展政策的长远之计。
纳米技术的最终研究目标是人可以按照自己的需求操纵原子，制造出符合人类需求的产品。纳米技术应用到计算机内存芯片的研究方面几乎不会耗费任何能源，还会比现有的计算机性能强很多，但是这种技术的应用还需要时间。
二、互联网的应用和发展
如今互联网和计算机已经密不可分，加入网络的计算机已经融入到了人们的生活中，逐渐成为一种工作、学习和生活的习惯方式，人们可以通过互联网获得自己所需的信息，互联网把整个世界联系起来，大大了缩小了人们的交流距离。
随着Internet技术成熟应用于生产生活的各个方面，计算机系统也在不断的完善和进步。计算机的处理能力越来越高，无线移动通信技术也日趋成熟。新的业务得到了拓展和广泛应用。移动计算机已经成为计算机产业的主要发展方向，它能够提高工作效率，并且让使用者可以随时随地交流和获取信息。移动计算机主要是把计算机、通信和计算有机的结合在一起，发挥他们的最大作用。通信系统挑战在无线移动环境中的信号问题，全球化的的发展，信息时代的到来，把数字通信和移动计算机融为一体，人们可以通过无线通信上网、学习、办公等。
三、计算机控制系统的发展前景
1.计算机控制系统的发展需要普及先进的技术，其中应用可编程序控制器就是一种为工业生产和工业环境设计的计算机系统程序。它主要是通过存储器来储存用户的指令，然后通过模拟的输入或数字输入来完成定向逻辑运算，比如定时功能、计数功能等。这些功能大多数都是采用大规模的集成电路作为存储器应用系统的主要控制器，近几年应用可编程序控制器因其功能、体积、价格以及可靠性等更加成熟和完美，所以模块的开发也更加成功。智能的I/O模块的成功开发和运用，让应用可编程序除了已经具有逻辑判断和运算的功能之外，同时还具有故障自诊断、数据处理等功能，大大增加了可编程序控制器的应用范围。
2.集散控制系统的开发和应用。所谓的计算控制系统就是把计算机作为其核心，把计算机和工业控制计算机、显示操作系统等有机的结合起来的一种计算控制系统。它能够为工业生产提供更多的信息化帮助和运算，为生产的自动化创造了有利的条件。如果生产能够采用集散控制系统，会大大的降低成本，使工业发展向低成本、高速率、可靠性、综合性方向发展，所以要加快集散控制系统的开发和研究，使其尽快能够应用到生产中去，提高生产效率。
3.智能系统的开发。智能系统是用机器人来模拟和代替人类活动的重要方面，它的主要目标就是无人类干预的情况下，智能机器能够自主驱动机器实现人类的需要。智能系统主要可以划分为分级递阶智能控制系统、神经网络控制系统、模糊控制系统等。应用智能系统来实现对计算机的控制，能够在很多方面、很大程度上有力的推动科学技术的发展和进步，应用到生产中，能够提高生产的自动化水平，应用到生活中，能够给人类带来更多的方便和快捷。计算机智能系统目前为止只是在较浅层的方面模拟人类的大脑进行思维活动和逻辑判断，通过更加深入的开发和研究，能够模拟人类的思维进行各种算法的控制。智能系统的开发会随着计算机在未来领域的发展而发展，计算机的发展也离不开智能系统的应用。
参考文献：
篇4
计算机技术 工农业 生活 教育教学 前景展望
随着社会逐步步进信息化、现代化、网络化、数字化的时代，作为实现人工智能化的重要技术之一的计算机技术，以其功能强大，应用方便等优越特点已在各个领域，各个方面影响着我们的生活、学习，还有工作。计算机技术已成为21世纪每个人必需掌握的先进技术之一，是人类社会发展与进步的重要标志。在此，本文以计算机技术的发展史为开头，从工农业、民用、教育教学三方面进行了分析，以此论述了计算机技术的现状及其可能的发展前景。
一、计算机技术发展及其分类
如今，计算机技术是众多学科和工业技术的基础上产生和发展，又在科学和国民经济领域中得到广泛地应用。自Atanasoff-Berry Computer这世界第一台电子计算机到20世纪40年代由研发美国出了以雷达脉冲技术、通信技术等为基础的ENIAC的相继问世，国内外从未间断过对计算机技术的研究，不断地进行着探索与研发。直至今日，计算机技术已走向了超大规模集成电路，以及最新的智能自动化。它的发展已经到包罗万象，变化无穷的境地。而我国的计算机研究人员同也具有前瞻性，对于计算机技术进行不断地开发研究，从1983年的“银河”计算机到如今的基本实现计算机技术的自动智能化，其发展速度也是不可估量的。下面，笔者就简单介绍针对其涉及领域的不同而研发的几类新型计算机技术。
(一) 量子计算机
量子计算机是以量子力学理论为基础，对量子信息进行高速数学逻辑运算、存储、处理的新型的计算机物理系统。其主要作用有：计算机系统开关状态是通过链状分子的特点来判断的；通过机关脉冲技术对分子的状态进行改变；计算机随着分子聚合物的聚合运行。相比传统计算机系统，量子计算机具有数据储存量大，运行速度快，应用范围广，运用方便等特点。
(二) 光子计算机
“一枚直径为5厘米的棱镜，它的通过能力可以超过全世界现有的电话电缆许多倍”说的就是光子计算机。它是以光信号代替电信号进行数字运算到逻辑操作和信息处理、存储的新型计算机。无论是并行度、运行速度，还是信息传导、存储，还是能耗与散热方面，相比传统的电子计算机，光子计算机都具有一定的优越性与节能性，是典型的节能环保性产品。而且，光子计算机在元件损坏的情况下仍然可以安全运行，且不会影响最终计算结果。
(三) 纳米计算机
纳米这个词对于现代社会的人来说，应该不会陌生。它指的是一个计量单位，且规定1纳米＝10－9米。纳米技术是80年代初发展起来的新型技术，其目的在于通过对单个原子操控而实现一些特殊的功能。至于纳米计算机，就是指将纳米技术应用到计算机研发上可以使计算机的芯片体积得到很大程度的减小，从而减小了整个计算机的体积的技术。此类计算机不仅可以缩小成本，减少能耗，还能提高元件使用寿命和计算机的性能。
(四)生物计算机
生物计算机，即仿生计算机，是以生物芯片(即利用生物工程技术产生的蛋白质分子)代替在半导体硅片上集成效以万计的晶体管而制成的新型计算机。它是通过生物DNA的状态来反映信息状态的，并将遗传密码等同于存储数据的输入与输出，利用这种基因思想而进行地开发与设计。它的能耗仅为传统计算机的十亿分之一，速度却比其快十万倍以上，信息的存储量也比传统计算机大得多得多。
由上可知，如今的计算机技术已经达到了很高的水平，但是社会发展的脚步永不停息，因此，无论是量子计算机，还是生物、纳米、光子计算机，其发展仍有一段很长的路要走。
二、计算机技术应用现状
(一)工农业上的应用
计算机技术在工农业上的运用，不仅为其技术发展提供一定的平台，同时也增进了工农业的发展，提高了工农业的工作效率，同时也增加了工农业的经济效益。下面，笔者就计算机技术在工业上的设计、勘探的应用，以及农业上的技术、装备、信息传播上的应用分别做出浅析。
在工业上，计算机技术的应用主要有这几个技术方面的表现：一是，以数据管理技术为基础而构建的信息系统，即数据库技术，其主要用于信息系统的开发，以及数据的存储、分析、处理、展示、共享。二是，利用GIS技术而进行采集处理、存贮管理、分析输出地理空间数据及其属性信息的计算机信息系统，其已能实现全球化、动态化制图。三是，包括了三维建模、三维显示、三维操作的3D可视化技术，其被广泛应用于地质和地球物理学等领域。例如，勘探上常用的PETRE地质建模软件、Fast tracker三维地质建模等三维可视化软件。四是，具有一定的沉浸性、交流性、互换性和幻想性人机交换技术。其技术主要是为了实现人与计算机信息交互的人机界面技术，以及包含了人机虚拟环境模拟、触觉与压力反馈等基础技术的虚拟仿真技术。
在农业上，由于计算机技术的介入，其已基本实现了农业技术的数字化与可视化的管理与设计；计算机与专业农业地理信息软件的结合，将农业生产的各个环节系统地联系起来，形成了精准精确生产作业链条；农业信息的网络化使得农产品的销售与开发步入了一个新纪元，并最大限度地保护了农民的利益。
(二) 民用上的应用
现在，人们的生活与工作已离不开计算机技术。计算机技术不仅丰富了人们的生活，同时为人们带来了许多的便捷。例如，自来水公司利用计算机技术自主研发的设备、材料、工程、水质数据、档案、物业收费等管理系统与软件；美国医学上利用计算机技术，研发了可以充当医生眼睛与耳朵的移动机器人；办公室的自动化处理系统；电子信息化档案管理系统；图文并茂的、具有大储存量的电子图书等等。这一些都是计算机技术在民用生活、工作上的极好应用。
(三) 教育教学上的应用
21世纪是科学技术极其发达的世纪，也是拥有无数高科技产品的世纪。生活在高科技包围的世纪，我们要做的不仅是享受高科技带给我们的便捷与快乐，同时还要不忘对高科技的学习与利用，甚至于研究与改进。而作为高科技技术之一的计算机技术，对其，我们不仅学习基本理论知识，更要利用它把利用到实际的教学过程中，这将会为我国的教育事业的蓬勃发展打下坚实有力的基础。相比传统的教学，利用了计算机多媒体技术的教学，不仅丰富了教学内容，提高了教学质量，实现了教学的多样化与专业化，更多是达到了师生合作交流，激发了学生更多的积极性与创造性。如今，在日常的教育教学中，将文字、图形、图像、视频、声音等信息经计算机信息技术、计算机辅助画图设计等技术的编制处理后而进行的教学已是颇为广泛的教学方式，且这类教学方式也取得了相应的教学成果。
三、计算机技术的前景展望
由当今社会的发展形势我们不难看出计算机技术未来的发展应是朝着运算速度更高，计算机体积更小的方向。除去这两方面不说，其发展方向主要还有以下几个方面的表现：
第一，网络计算机。网络计算机是一个我们耳熟能详的概念，这个概念足见计算机与互联网两者是不可分割的。互联网是不同的人，不同的国家，不同的地区相互连接的一个主要媒介，而计算机正是通过网络而进行联系，并通过网络在不断影响着人们的生活与工作的。
第二，移动无线一体化。目前，网物、远程学习、视频会议、电子商务等都是计算机网络实现无线化、移动化、一体化的重要表现。通过网络计算机的移动无线一体化的实现，人们可以自由无限制地进行交流、交易、管理、控制，实现了全球化范围内的交流学习。
第三，计算机系统的自动智能化不仅可以实现计算机的自主分析、自主执行、自主处理、自主储存，还可以实现系统的自主选择与自主记忆，它是计算机技术发展必然趋势。
第四，计算机在社会生活中的应用越来越多，也越来越广，为解决其耗能问题，实现计算机技术环保性是值得业内人士深思的问题。
第五，人性化与个性化完美结合的计算机。计算机常于被人接触与使用，实现计算机的人性化是未来计算机必然发展方向。如果实现了这个目标，未来的计算机的交互方式将会多样化，不但可以通过书写和语言进行控制，还可以通过眼睛、大脑进行控制。而个性化计算机是针对某个人，或某个领域而专门制定的，例如家庭机器人保姆、医用机器人等。在满足了人性化设计的同时，完美结合个性化进行设计的计算机将会是一项有价值且实用的计算机建造工程。
四、结束语
总之，不管是21世纪，还是未来的社会；无论是生活，还是工作，计算机技术都会伴随我们左右。因此，计算机技术是我们必需掌握的高科技技术之一，只有这样，我们才能与时俱进，个人能力得到良好发展，而我们的社会才会因我们个人的进步而得到更大的进步。
参考文献：
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[4]吴佼．利用计算机技术提高教学水平[J]．东西南北：教育观察，2011，(05)．
篇5
【关键词】现代；计算机技术；发展；方向；趋势
0引言
计算机是我们工作生活中一个比较常见的物品，又被人们习惯性地称为“电脑”，它不仅被应用于高速数据跟逻辑的运算，而且具备强大的存储与修改功能，是一种现代化的智能电子设备。计算机有两部分主体结构，一部分是硬件系统，另一部分是软件系统，共同保障计算机的正常运转。伴随着科技水平的不断提升，计算机技术也在随之发展，计算机作为一个综合型的生活办公工具应用到人们生活工作中的同时，其发展备受人们的关注，相关行业人员也在致力于计算机的发展研究过程中，计算机技术的发展已经逐渐走上了一个越来越成熟的轨道。但是，当前计算机技术的发展也受到了一定的阻碍，人们过于关注对计算机娱乐方面的应用，比如聊天、网络购物等内容，却忽视了现代计算机技术的发展与创新，甚至不了解。本文将带领大家一起去了解一下现代计算机技术的发展历程以及未来的发展动向。
1计算机的发展历程
世界上第一台计算机出现在1946年2月，埃克特和莫克利这两位美国的发明家在美国的宾夕法尼亚大学共同将它研制出来。世界上第一台计算机的问世开启了人类社会发展的新篇章，让社会发展迈出了一大步，开启了人们的新生活，带领人们进入了信息革命时期。世界上第一台计算机跟我们现在的计算机外形差距较大，那台计算机有好几间房子一样大，但是它的计算速度却并没有高于我们现在使用的微型计算机。从世界上第一台计算机问世到现在我们使用的计算机，无数的计算机研发人员一直在努力，尤其是科学家冯诺依曼在计算机技术的发展进程中发挥了重要的作用，被后人称为“现代计算机之父”。冯诺依曼开启了计算机发展的新时代，带动了广大科研人员对计算机技术的研究。随着时间的推移，计算机的发展可以分为四代：
1.1电子计算机
电子计算机时代是计算机发展的第一个时代，从1946年开始，到1957年结束。电子计算机与世界上第一台计算机有些类似，电子元件是计算机的主要器件，电子计算机也因此得名。电子管具的体积比较大，但是存储的容量相对较小，因此电子计算机的耗电比较快，不具备稳定性。这类计算机一般应用于科学研究过程中，而且在电子计算机时代，计算机一般使用机器语言或者是汇编语言，并不具备系统软件。
1．2晶体管计算机
随着科学技术的不断发展，量子力学和固体物理能带论的不断呈现，开启了半导体器件的计算机时代，理论研究给半导体器件的发展奠定了理论基础，提供了实践的依据。早在20世纪50年代上下，点接触晶体管就被两位科学家研制出来。随着科学的发展，结型晶体管又相继问世。自此之后，晶体管的发展就步入一个相对成熟的轨道，成功的应用与计算机的发展过程汇总，让计算机的发展进入了第二个时代，也就是我们所说的晶体管计算机时代。晶体管计算机时代从1958年开始，结束于1964年。晶体管具有相对优势，它虽然体积较小，但是质量比较轻，而且工作的效率相对较高，散热比较少，损耗较低，对于电子管的效能发挥到了一定的程度，因此，二代计算机的体积在不断减少，但是使用的年限却在增加，这就为计算机的发展奠定了基础。除此之外，晶体管计算机的创新之处在于它拥有浮点算法这一新应用，对于计算机运算水平是一个大的提升，让计算机在数据处理以及工业控制方面有了更大的突破。
1．3中小规模集成电路计算机
随着晶体管的呈现，使得集成电路的发展更加顺畅。不久之后，科研人员开始着手于研究晶体管以及其他电学元件，以此来制作更加复杂高端精密的集成电路。在1959年，有位著名的发明学家叫做罗伯特罗伊斯，他发明的集成电路更加复杂化，是通过平面工艺生产出来的，可以应用于商业领域。从那之后，计算机开始利用中小规模集成电路来进行技术发展，也就随之进入了第三个计算机时代，被人们称为中小规模集成电路计算机时代。中小规模集成电路计算机时代与之前存在的两个计算机时代相比，又有所不同，中小规模集成电路计算机的中心部分仍旧是存储器，但是计算机的体积开始不断减小，与此同时，计算机的能耗在不断降低，但是运算的速度以及可靠的程度却又在不断提升过程中。除此之外，中小规模集成电路计算机的外部设备得到完善与更新，它的功能组件强化，不仅可以应用于数据处理，还能够在企业管理、辅助设计、辅助制造跟自动控制领域进行充分的应用。
1．4大规模和超大规模集成电路计算机
伴随着我国经济水平的提升，工业制造水平也在逐步提升，集成电路的技术有了新的发展。摩尔定律表明，当价格不变的时候，集成电路上能够容纳的晶体管数目，每隔18个月就能够增加一倍，在这个过程中，它的性能水平也在提升，计算机的发展进入了一个全新的时代，被人们称为大规模和超大规模集成电路计算机时代。自从1970年之后，以大规模集成电路和超大规模集成电路为标志的计算机开启了第四个全新的计算机时代。升级发展之后的第四代计算机的性能有了明显的优势，存储的容量明显得到了提升，在一个一厘米的圆形芯片上可以容纳上百万的电子元件。在这一时期，第四代计算机时代呈现出一个关键性的分化，大规模、超大规模集成电路为依托不断发展起来的微处理器以及微型计算机。微型计算机的发展可以大致分为四个阶段。第一个阶段是1971年到1973年，微处理器主要有三种，分别为4004、4040以及8008这个类型。第二个阶段是1973年到1977年，这一个时间段是微型计算机的发展以及创新的时期。第三个阶段是从1978年开始到1983年结束，在这一时间段里，是十六位微型计算机的发展阶段。第四个阶段从1983年开始，也是三十二位微型计算机的发展阶段。
2计算机技术的新发展方向与趋势
时代在不断变革和发展，大规模和超大规模集成电路计算机也处在一个时刻发展与创新的过程中，但是随着经济水平以及科技水平的提升，现代各个领域的发展也随之进行着，无论是生物领域还是物理领域，以及一些新材料的出现，都为新型计算机的发展奠定着前提条件。一系列新型计算机已经在酝酿发展的过程中，比如生物计算机、量子计算机、光子计算机以及纳米计算机等。或者这些新型计算机的发展还未成型或者技术发展没有十分成熟，但是它们的呈现代表着计算机技术发展的新方向与新趋势。
2.1生物计算机
生物计算机是一种全新的计算机类型，还有一个别名叫做仿生计算机，它的创新之处在于使用了生物芯片替代了原本半导体上大量晶体管。生物计算机主要通过生物工程技术所出现的蛋白质分子来作为主要的原料以及生物芯片，所以被叫做生物计算机。脱氧核糖核苷酸上存在着一些遗传信息，它是一种双螺旋结构，因此，它具有强大的存储优势，而且运算能力非常强大，与传统硅片相比更是略胜一筹。数据显示，一毫克的DNA的存储能力与一万片的光碟片差不多大容量。除此之外，DNA还具有超能力，能够同时进行兆个运算指令。这一系列的优势因素都给生物计算机的成熟发展奠定了基础，让它具备了集成电路所没有的优势，大致可以归结于五点。第一点，生物计算机的体积比较小，但是容量却比较大。第二，生物计算机具有良好的可靠性，这主要得益于计算机的内部芯片，一旦出现问题，这个内部芯片可以自行进行恢复。第三，生物计算机的存储量比较大，有关数据显示，一立方米的生物大分子溶液里大约可以存储一万亿的二进制数据。第四，生物计算机的运算速度比较快，这主要得益于DNA能够同时处理兆个指令的特别优势。第五，生物计算机具有良好的并行性。跟过去的计算机不同的是，生物计算机得益于DNA与蛋白质，因此充分发挥并行功能。生物计算机以它独特的优势成为21世纪科学技术发展的一个重要工程，当前，生物计算机的发展方向主要有两个，一个是研制有机分子元件，利用它来替换半导体元件，为分子计算机的出现提供帮助。另一个是通过不断探究人脑结构跟思维规律来研究生物计算机的结构，为生物计算机的成熟呈现奠定基础。
2．2量子计算机
量子计算机也是新型计算机技术发展的产物，它是建立在量子力学规律以及依托量子效应和量子比特而进行的超速运算、强大存储的一种新型计算机装置。假如这个装置处理和运算时使用的是量子信息，那么在进行量子算法的时候，就是所谓的量子计算机。量子计算机与一般计算机的一个不同之处在于它不仅能够使用0和1进行存储，还能够用粒子的量子叠加来进行存储信息的汇总。有关数据显示，一个四十位元的量子计算机可以解开一千零二十四位的集成电路计算机需要花费几十年才能够解决的问题。量子计算机的运算速度令人惊叹。到现在为止，全球还没有呈现出一个成熟意义上的量子计算机，不同国家和地区的科研人员仍然没有放弃努力，致力于对量子计算机的研究过程中，呈现出许多跟量子计算机相关的科学方案以及科学假设。在实际研究过程中，这一系列的科学方案仍然存在着一些不成熟的地方，但是伴随着时代的进步，相信量子计算机终究会被攻克，完美地呈现在人们的生活中。
2．3光子计算机
科学技术的发展带动着光学的发展，科研人员开始着手用光子来替代电子，光运算开始慢慢取代电运算，一系列的光学元件开始取代电子元件与电子设备，不断应用于电子计算机的发展过程中。光子计算机主要是运用光信号进行数字运算、逻辑测算以及信息的存储处理等的新型计算机，主要的优势可以归纳为三个方面：第一，强可靠性，光子没有电荷，所以就不存在电磁相互作用，具有较强的可靠性。第二，光子计算机的运算速度极高，光子的并行性比较强，因此具有较强的处理能力，加上光子传播速度很快，进一步提升了光子计算机的运算速度。第三具有超大的存储容量，光子互联不受到电磁的干扰，因此具有较高的互联密度。
2．4纳米计算机
纳米材料作为一种新型的高科技材料，在薄膜晶体管中的应用解放了传统意义上的晶体管。纳米计算机解决了一些顽固的技术难题，与此同时，由于纳米材料研发的芯片具有更低的生产成本，因此，纳米计算机的发展前景更加乐观。作为21世纪科学技术发展的一个重要方向，相信随着科研人员的不断探索与发现，纳米计算机技术一定可以随着时间的推移走进我们老百姓的生活中，帮助我们解决日常生活中的一系列问题。
3总结
时代在不断发展，科学技术水平也在不断提升。社会的进步和发展对于现代计算机技术的发展要求越来越高，计算机作为人们工作生活中一个必不可少的辅助用品，必将走在不断发展的路上，微型、智能、多功能发展，生物计算机、量子计算机、光子计算机以及纳米计算机等一系列新型计算机，作为现代计算机技术的一个发展方向与趋势一定可以破除各种技术阻碍，通过科研人员坚持不懈的努力成为老百姓生活中的一部分，为美好生活的构建增添色彩。
【参考文献】
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篇6
【关键词】InGaAs;应变双量子阱;1064nm;半导体激光器
1.引言
辐射波长范围覆盖900nm～1100nm的InGaAs/GaAs应变量子阱结构是目前的研究热点之一[1-4]，其中该类结构的1064nm半导体激光器作为光纤激光器的理想种子光源之一，常被要求具有高亮度、窄谱宽、输出波长稳定可靠等特性。与应变单量子阱结构相比，应变多量子阱结构具有更高的模式增益、更窄的输出谱宽、更宽的调制带宽等优点[3-5]，因此本文设计并制作了1064nm应变双量子阱激光器。在应变双量子阱结构中，垒宽、阱宽和材料组份均对能带结构有影响，为了得到输出波长可靠的1064nm应变双量子阱激光器，对其结构分析将具有非常重要的实际意义。本文针对InGaAs/GaAs应变双量子阱结构，分析了In组份与临界厚度、应变量的变化关系，并采用三带Kane模型讨论了垒宽对量子阱中第一分立能级发生分裂的影响;然后，计算了输出波长与垒宽固定时，In组份与阱宽的变化关系;最后，设计并生长了合适结构的1064nm应变双量子阱激光器。
2.基本参量推导
文中InxGa1-xAs的材料参数均由相关二元化合物的材料参数通过线性插值法求得，其插值公式如下：
（1）
式中d为弯曲参数，d=0表示该项无弯曲参数。计算时所需材料参数如表1所示[6-8]，所有材料参数的背景温度均为300K。
2.1 应变效应下的有效禁带宽度
应变的存在使晶格常数不同的材料得以匹配，从而改善器件的性能。发生应变时，轴向应力Pε使整个价带边下降或者上升，应变的切向分量Qε使轻、重空穴带的简并被消除。在InGaAs/GaAs应变双量子阱结构中，InxGa1-xAs阱层的晶格常数恒大于GaAs垒层，则阱层发生的是压应变，垒层在实际制作中通常保持无应变[7]。压应变时，重空穴带在轻空穴带之上，这时辐射波长主要由重空穴带与导带之间的跃迁能级决定。那么阱层InGaAs材料发生压应变后跃迁能级的有效禁带宽度为[5]：
（2）
应变引起的能带漂移量为：
（3）
式中，是生长界面内的应变量，它决定了该层材料的应变类型;，表示生长方向的应变量。aa、ab表示两种相邻生长层材料的晶格常数，C12、C11表示材料的弹性模量，ac、av分别表示导带和价带的流体静压势，b为剪切形势变，Eg表示无应变时材料的有效禁带宽度。
应变效应存在一个临界厚度hl，当阱层厚度超过hl时，生长界面将产生大量位错，致使器件性能变坏。根据Matthews模型[5]，临界厚度hl可表示为：
（4）
式中a表示材料的晶格常数，K为常数，多量子阱时为2，单应变层时为4。
2.2 双量子阱中的分立能级
对于具有直接能隙结构的InGaAs和GaAs材料，这里采用了三带Kane模型进行计算，与Kronig-Penney模型[8]相比，Kane模型引入了电子有效质量与能量的关系，更能反映出量子阱结构参数改变引起的能带变化。通过解三带Kane模型可得双量子阱中分立能级的本征解表达式如下[9]：
（5）
（6）
（7）
式中，符号右下标时，分别对应导带和重空穴带的相关参数，E为待求解的分立能级，表示约化普朗克常数，Δa、Δb分别表示阱层和垒层材料的自旋耦合分裂值， Ebch表示垒层材料的禁带宽度，其他参数定义与前面相同;等式（5）、（6）分别表示对称态和反对称态的本征方程;阱层材料的重空穴有效质量mah由表1中的Luttinger参数求得;Pa、Pb是与阱层、垒层材料相关的Kane参数，表1已经给出;重空穴带和导带的带阶ΔEh、ΔEc可表示为：，能带偏置比Qc取0.6[7]，Qh则取0.4。
由于激光器的辐射波长主要由量子阱中导带的第一分立能级c1与重空穴带第一分立能级h1之间的跃迁光子能量决定，因此辐射波长为：
（8）
式中Ec1、Eh1是由等式（5）或（6）求解得到的第一分立能级值。
图1 临界厚度hl、应变量大小|ε|与In组份（X）的关系
图2 阱层有效禁带宽度Each与In组份（X）的关系
3.理论计算与结果分析
图1为临界厚度hl、应变量大小|ε|与In组份的变化关系。在实际材料生长过程，应变量的值超过3%时，材料的成核生长就会变得困难，为了得到高质量的生长层，从图1可知In组份应该小于0.4。根据等式（2）可得，In组份为0到0.4时，阱层有效禁带宽度与In组份的变化关系如图2所示，虚线表示辐射波长为1064nm的跃迁光子能量。在量子阱中，跃迁光子能量大于有效禁带宽度，又由等式（8）可知，辐射波长与跃迁光子能量成反比，因此要得到辐射波长为1064nm的应变双量子阱激光器，阱层有效禁带宽度Each应选择图2中虚线以下的值，即In组份应该在0.24～0.4之间。
（a）重空穴第一分立能级Eh1的分裂宽度与垒宽的关系
（b）导带第一分立能级Ec1的分裂宽度与垒宽的关系
图3 第一分立能级的分裂宽度与垒宽的关系
图4 固定垒宽、辐射波长时，阱宽与In组份（X）的关系
图5 器件结构
在应变双量子阱激光器的设计中，垒宽对量子阱中分立能级的影响如图3所示，它是由等式（5）～（7）求解得到的第一分立能级与垒宽的关系。从图3可知，重空穴带与导带的第一分立能级均随垒宽的减小发生分裂，并且相同阱宽、垒宽下，分立能级的分裂宽度随In组份增大而减小。分裂宽度说明了势阱之间耦合作用的强弱，垒宽越小，能级分裂宽度就越大。为了实现单模输出，应该避免能级分裂，从图3（a）知，垒宽应选择在6nm以上。
（a） 器件发光谱（450mA，25℃）
（b） 常温下激光器的电流功率曲线
图6 激光器的测试结果图
根据以上结论，我们选择了高In组份（0.3～0.4）、垒宽10nm的应变双量子阱结构进行1064nm激光器的设计。在辐射波长为1064nm、垒宽为10nm的应变双量子阱结构中，理论计算得到In组份与阱宽的变化关系如图4所示。
4.实验与生长制作
对于输出波长为1064nm的应变双量子阱激光器，对比图4和图1可知，In组份越低，阱宽越接近临界厚度，位错能则越高;反之，In组份越高，材料的成核生长越难。综合以上因素，优化计算得到In组份为0.34，图4中对应的阱宽则为5.5nm，小于图1中的临界厚度。
通过MOCVD设备，完成了1064nm应变双量子阱激光器的生长制作。器件结构如图5所示，腔长2mm、脊波导宽2μm、高1.5μm，为提高生长层的质量，加入了6nm的In0.1Ga0.9As应变缓冲层。图6（a）是常温25℃下器件的发光谱，在450mA直流驱动时的峰值波长为1064.4nm，光谱半宽为0.4nm，优于国内某商用产品的1～2nm。图6（b）是常温下激光器的电流功率曲线图，输出功率可以达到200mW以上，满足应用要求。
5.结论
1064nm半导体激光器作为一种具有发展前景的光电子器件，在达到高亮度、窄谱宽的同时，还需要输出波长稳定可靠。通过对InGaAs/GaAs应变双量子阱结构的理论分析与计算，确定了1064nm应变双量子激光器中阱宽、垒宽与阱层中In组份的值，并通过MOCVD进行了生长制作，实验测试结果达到了预期要求。本文的计算及分析结果还为其他波长的InGaAs/GaAs应变双量子阱激光器的设计提供了一定的理论依据。
参考文献
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篇7
关键词：LED大屏； 技术指标； 维护； 发展前景
1 关于LED
约在80年代中期，LED开始在显示屏领域得到应用，并在90年代以后迅速发展。此后的LED，在制造材料和工艺方面都拥有了突飞猛进的提高，特别是在亮度和颜色方面，更是有了质的飞跃。为了规范LED产业，国家还在1998年正式公布实施了《LED显示屏技术条件》，以促进和保障LED的有序发展。
经济发展的脚步不断向前迈进，科技发展的速度也越来越快，在这样的大背景下，半导体工业也得到了迅猛的发展。LED显示屏的制造价格越来越低，并逐渐出现在我们的日常生活中，得到普遍应用。所谓LED，即英文light emitting diode的缩写，翻译过来就是发光二级管。LED是对半导体发光二极管进行控制来显示所有信息的，如文字、图片、动画、视频等形式。所谓LED显示屏，用英文表示是LED display或者LED Screen，又称电子电视屏或者飘字屏幕，它显示出来的文字、图片、动画、视频等，是通过控制红色、绿色、蓝色的LED灯来布置LED点阵形成的。
目前，LED在国际国内都被广泛应用，因为它耗能少、亮度高、使用时间长、工作电压低、性能十分稳定。LED具有十分强大的性能，它可以控制灰度范围很大，可以显示16.7M以上的颜色；另外，LED的亮度够高，即使是在太阳直射LED屏幕的时候，它也可以显示具有很强立体感的信息，方便观看者进行阅读。在扫描方面，LED大功率驱动，静态所存扫描，充分保障发光亮度；在亮度调节方面，LED具有自动亮度调节功能；在处理技术方面，LED具有技术分布式扫描、模块化设计、自动调节亮度的功能，并能远程控制各种信息显示等。LED能够在各种恶劣的环境下进行全天候工作，并便于调试维护。
2 LED显示屏的技术指标
“无规矩不成方圆”，标准化管理是行业发展的有效保障。LED显示屏行业的发展，需要国家或者行业部门制定相应的国家标准、行业标准、地方标准等来进行规范，以保证其健康有序的发展。技术指标是LED显示屏发展的重要标准之一，要想保障LED显示屏的质量，以下四个技术指标是制定LED显示屏制定行业指标的关键。
2.1 灰度等级 所谓的灰度等级，又称色阶或者灰阶，是指LED显示屏的明亮程度。它是LED显示屏数字化后色彩显示数的决定因素，也就是说，灰度等级越高，LED显示屏显示出的画面就越清晰，细节越明显，色彩就越丰富。虽然灰色等级是决定色彩数的因素，但是并不意味着灰色等级越大越好。因为随着系统处理位数的增多，各个环节随之发生变化，如视频的存储、传送和处理等，这增加了LED显示屏的成本，使得其性价比下降；况且人的眼睛的分辨率是有限的，所以要将灰色控制在一定等级上。
2.2 像素失控率 所谓像素失控率是指显示屏最小成像单元不正常工作在整个过程中所站的比率。像素失控率表现为两种模式，一种是盲点，即瞎点，就是打开亮度开关时它不显示亮度；另一种是常亮点，就是在关闭亮度开关时它一直在亮。像素由2颗红灯、1颗绿灯和1颗蓝灯组成，在同一个像素里，这几个灯不会同时失控，但是只要有一个灯失控，我们就称之为像素的失控。像素的失控数与全屏像素总数的比率，我们称之为“整屏像素失控率”。相对应的，还有“区域像素失控率”，即在在100×100像素区域内，失控的像素数占区域像素总数（即10000）的比率。
2.3 灰度非线性变换 灰度非线性变换，就是说在系统在把灰度数据传送给LED显示屏幕之前，首先对灰度数据进行相应调整，调整的依据是经验性数据或是算术上的非线性关系。与以前显示器所依照的非线性并不相同，LED本身是线性器件，如果让显示屏显示信息的效果与原始数据和灰度级别相符，LED系统就需要对灰度数据进行非线性变换。目前，我国市场上的LED控制系统中所说的4096或16384级灰度，都是进行非线性变换处理之后的结果。
2.4 亮度等级鉴别 所谓亮度鉴别，是指图像依靠人眼能够分辨的从最黑到最白之间的亮度等级。人的眼睛对于亮度的鉴别是有限的，很可能相邻的亮度等级在我们用眼睛看来没有什么区别，但是对LED来讲,人眼的识别度与显示屏质量成正比。由于人眼对亮度识别程度越高，说明显示屏的色彩空间越大，对色彩显示进行丰富的空间也提高，所以人眼对屏幕亮度识别等级越高，说明显示屏越好。
3 关于LED显示屏的维护
LED显示屏在我们日常生活中应用的越来越普遍，良好的使用习惯，可以增加显示屏的使用寿命，在保证LED显示屏质量的前提下，为我们良好的使用效果带来便利。在日常使用LED显示屏时，我们要注意以下事项：1）打开显示屏时，要先开机，再开显示屏；关闭显示屏时，要先关显示屏，再关机。开关显示屏的时间间隔要在5分钟以上。2）尽量在启动计算机系统控制之后，再对屏幕进行通电。3）系统在白屏时，遭受的冲击电流压力最大，这个时候尽量让显示屏在关闭状态。4）计算机在失控时，遭受的冲击电流压力也很大，这种情况也不宜打开显示屏。一旦出现计算机失控，要立即进行检查，确定计算机是否通电、电源是否打开、计算机程序是否正常运行等。5）当显示屏处于高温状态，或是散热条件不好，尽量不要打开显示屏。6）在LED屏幕中间出现一道亮线或亮点时，要在第一时间关闭显示屏，缩短开屏时间。7）如果显示屏开关经常自动关闭，就要对显示屏进行全面检查，或是更换控制开关。8）对显示屏的悬挂进行检查：挂屏是否牢固、屏幕是否完好、环境是否发生变化。
4 关于LED显示屏的发展
LED技术因其节能、环保、体积小、寿命长等优点，在照明、显示器、显示屏等各个方面都有发展，且发展前景良好。LED发展技术经历了从材料发展到波长扩展、从GaN基蓝光、荧光粉到白光、发光效率的提升、单色效率的提升的过程。在此过程中，LED技术在芯片上引入了MOCVD外延生长技术、分布式布拉格反射(DBR)的结构、光学微腔(RC)以及量子阱结构(QW)、功率型LED的多量子阱结构(MQW)等，这使得LED的发光效率不断提高。据了解，LED照明产业产值在2010年超过了1500亿元，并预计在2015年将会占中国照明市场的20%。
随着LED技术的发展，LED显示 屏的发展前景也是有迹可循的。LED显示屏的加工工艺会随着技术的发展不断提高，在显示屏的颜色、亮度、角度、寿命和密度等方面也在逐步完善，LED显示屏的关键管制技术随着新型超大规模集成电路（VISI）的发展也会有所提高。科技的不断更新，使得通用的集成电路产品性能在提高的同时，LED的生产成本在不断下降，那么LED价格就会随之降低，这将推动LED显示屏的应用将进一步得到推广。
LED显示屏的应用，符合可持续发展的目标，与建设社会主义和谐社会的口号一致，具有良好的国内发展环境和国际发展环境。LED显示屏的发展前途广阔。
5 总结
LED显示屏时现代科技发展的成果，具有节能、环保等优点，符合可持续发展的战略，是一项具有良好前景的发展行业。维护和使用好当前现有的LED显示屏，促进LED显示屏的研发，是我国发展LED的重要步骤。
参考文献
[1] 刘登飞. 照明用LED技术的发展与未来. 信息通信，2011（03）：43-46.
篇8
关键词：现代测控技术；现状；应用
现代测控技术是一项高新技术，是新世纪重点发展的技术。在经济全球化与技术全球化的不断推动下，现代测控技术向着标准化、集成化、智能化、微型化与系统化高速发展。现代测控技术的优势使其成为一门实践性很强的技术，在各个领域中起着至关重要的作用，促进了社会生产力的发展。
1 现代测控技术的特点
1.1数字化
数字化是测控技术中不可或缺的一部分，占据了非常重要的地位。应用于测控领域的各个方面，例如：信号通信处理、控制器到远程终端设备的数字化控制以及远程终端和控制器之间的数字化控制等。
1.2智能化
以嵌入式微处理器为测控的技术基础，并采取智能化的仪表仪器去展示其功能多样性，是现代测控技术良好运用的表现。同时也表现出其本身灵活快捷、使用方便、多功能等优点。微电子技术的不断发展和人工智能技术的不断创新引进，使智能仪器设备变得更加科学化，计算方法也日益加强。智能化的测控设备仪器使测控技术水平不断提高。
1.3网络化
网络化是指随着科技的发展，网络技术与测控技术完美的结合，建立了便捷高效的现代测控系统。互联网的不断发展和其他相关技术的不断完善，更大程度地突破了地域的限制，促使现代测控技术不断发展创新，使测控系统变得灵活化，系统化。测控技术、传感器技术与计算机网络技术的结合则更好的体现出网络化的特点。
1.4分布化
现代测控系统能够实现测量的标准化归功于合理安排现代测控技术，使测控仪器分布在最需要、最合理的地方，分布式的测控系统实现了从测量、控制到管理的全自动化过程，完成了更经济、更环保、更高效的生产目标。现代测控系统的分布式特点能够实现安全可靠，故障部分不会对其他系统部分产生影响，并且具有灵活的使用方式，能够组建多模块以及单模块系统等特点。
2 现代测控技术的发展
2.1现状
随着先进的科学技术和社会经济的高速发展，现代测控技术越来越向网络化、全球化发展，现代测控技术的应用范围也日益增大，同时极大地提高了测控技术水平。但是，仍然存在着很多大大小小的问题。测控技术在我国仍没有进入高水平发展的阶段，在微型化、数字化以及智能化等方面仍落后于发达国家。为了我国的现代测控技术能够到达国际水平，我们必须从自身的实际情况出发，使我国的现代测控技术能跟上时代的步伐，与国际接轨，从而提高我国的综合国力。
2.2发展
全球化和网络化是测控技术的发展前景，这加强了中国与世界各国之间的联系，使测控技术向更高、更快、更强的国际化水平发展，逐步趋近于科学先进的发展态势。通过分析现代测控技术的发展历史，可以清晰地发现其发展趋势是开放全球化和工业标准化。社会信息化的迅速发展，使得现代测控技术必定具有广泛的前景。现代测控技术越来越面向网络化、全球化，发展内容越来越先进、科学。随着时代前进的步伐，现代测控技术不断发展与创新，适应了社会的发展。在信息量不断爆发的现代社会，现代测控技术的发展必将十分长远，具有不可估量的发展前景。
3 现代测控技术的运用
3.1航天测控技术
航天测控技术是现代测控技术不可或缺的一部分，主要用于对航天器的测量和控制。其应用表现在：获取航天器的飞行路线及其运动参数、时刻注意航天器内部的工作状态和宇航员的生理参数、通过分析与处理这些测量数据，有利于提高航天的飞行路线与飞行状况的清晰性，为指挥中心提供了对航天器进行远程控制的有效方法，为评价航天器的技术性能和改进设计提供依据。
3.2新型传感器技术
新型传感器技术是现代测控技术的重要组成部分，半导体工业的高速发展，测量精密度的不断提高，使得传感器更加的灵敏与精确，能够更好地应用于生活与生产多个领域。如：实时信息传感器主要应用于车辆和飞机的状态监测、病人体征监控系统等领域；高速模数转化传感器应用于环境温度检测、图像传感、银行监控器等方面；高度集成传感器主要用于声音测量、地震波测量、光学测量等领域。
3.3远程测控技术
远程测控技术在现代测控技术中有着不可取代的地位，无线通信、电话网以及专线的远程测控是其主要的组成部分。同时远程测控技术广泛应用于机器人、远程监测电网、电站以及输送石油的管道等方面。现代测控技术能够远程控制铁路运行、飞机的指向与通讯、远程手术操作等。对于地理环境复杂、区域内不易布线、距离远和用户密集不够的区域还可以通过无线通信技术进行远程控制与测量。
4 结语
面对当今时代的信息爆炸，现代测控技术不断地发挥着它的活力与作用，向智能化、标准化及系统功能一体化的趋势发展。社会各领域有效地运用测量控制一体化的现代测控技术。通过先进的传感器采集大量有价值的信息，并加以分析、建模、转化、输出，从而实现生产全自动化。同时，现代测控技术也带动了模拟信号传感技术、量子计算技术、高速通讯技术向标准化、智能化、高速化方向的发展。日新月异的现代测控技术具有潜在的应用价值和至关重要的科研价值。
参考文献
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篇9
关键词： 纳米技术意义展望
一、纳米技术的内涵
纳米技术是一门在0.1―100nm空间尺度内操纵原子和分子，对材料进行加工、制造具有特定性能的产品，或对物质进行研究、掌握其原子和分子的规律和特征的高新技术学科，被认为是“今后十年最可能使人类发生巨大变化的十项技术”之一。
纳米技术包含下列四个主要方面：（1）纳米材料。当物质到纳米尺度以后，即0.1―100nm这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，又不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。（2）纳米动力学。主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统，用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等。用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺，特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百μm，而宽度误差很小。（3）纳米生物学和纳米药物学。如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，dna的精细结构，等等。纳米生物学发展到一定技术时，可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞，并可以吸收癌细胞的生物医药，注入人体内，用于定向杀癌细胞。（4）纳米电子学。包括基于量子效应的纳米电子器件，纳米结构的光/电性质，纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装，等等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷。更快，是指响应速度要快。更冷，是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度，纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的。
二、研发纳米技术的重要意义
在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术、新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方英寸400G的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉。高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。纳米材料和纳米结构的应用将对调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。
研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单元的尺度（0.1―100nrn）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，因而纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，又不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。
纳米技术作为一门新兴的学科，被誉为21世纪最具有发展前景的技术，是对未来经济和社会发展产生重大影响的一种关键性前沿技术。纳米技术在社会上的应用前景非常广阔，纳米技术不仅会推动新产品的开发，而且将为改善人们的生活环境，提高生活质量作出不可估量的贡献。纳米技术将成为21世纪新型技术的发展新方向，相信在不久的将来，我们将跨入一个全新的时代。
三、对纳米技术未来发展的展望
纳米技术将从根本上改变未来制造的两种基本类型方式――连续制造和离散制造。连续制造是指批量物质或材料的生产，例如化学品或金属卷材。离散制造是指单个配件的生产，例如螺栓或元件（集成电路）或组装系统（计算机）。对于纳米尺度制造来说，原子、分子与团簇都是生产“原料”。因此，纳米尺度制造的生产工艺和设备与目前应用于大于100nm的微制造工艺与设备将会有很大不同。纳米制造未来的研究方向包括以下几个。
1.材料开发
了解和模拟纳米尺度物质合成、操控及监测的现象和工艺，这是开发新型纳米制造技术所需的；开发表征、监测、筛选、分离和控制纳米结构大小/形状/多分散性和表面或体积特征的方法。
2.制造纳米系统的材料操控与控制
分子、大分子、纳米颗粒及纳米尺度组件的定位、定向、分散、集群和导向自我组装，非共价键和信息内容是不可或缺的；纳米材料的包装和输运，如通过超声和纳米流化床；纳米自组装结构融入功能器件和系统。
3.与微观和宏观系统相结合
把自下而上和自上而下的制备技术融入低本高效的优化生产制造中；制造技术的尺度放大、并行和集成能力，如平行探针或束阵列等方法。
4.制造工具
改造和控制表面组成/结构，以确保随后组装的稳定性和功能性；开发可支撑的、用户与环境友好、廉价而高产的制图技术；开发和运用纳米结构复制方法；纳米制造结构和性能的低本高效清除/修复/接缝技术，等等。
5.测量和标准工具
纳米颗粒与结构的化学和结构表征技术（除几何形状特征外）；开发三维加工和非破坏性表面下探测技术；把在线传感与监测技术同制造方法融合在一起；远程制作和远程表征设备和仪器，等等。
参考文献：
篇10
【关键词】5G无线通信技术；发展现状；发展趋势；应用
引言：
近年来，随着我国科学技术的进一步创新、发展，通信技术已发展至5G领域。5G主要是指在4G基础上增加网络带宽，使得网络速度更快、带宽更大的无线通信技术，其在推动互联网快速发展上发挥着重要作用。随着5G无线通信技术的广泛应用，该技术成为近年来通信技术的研究热点，且对人们的日常生活、工作产生了深远的影响。从现阶段5G无线通信技术的发展趋势来看，该技术极大可能成为未来时代无线通信领域的主力军，并为移动通信的革新提供重要支撑。同时，在移动数据流量暴涨下，5G无线通信技术的推广会给无线通信技术产生积极作用。因此，了解现阶段5G无线通信技术的发展现状、发展趋势和具体应用具有重要意义。
一、5G无线通信技术的特点
随着5G无线通信技术的开放与应用，其特点也越来越凸显。该技术对频谱的利用率相对较高，且高频段的频谱资源在5G无线通信技术的应用范围较广。相较于传统通信技术，5G无线通信技术的多天线、多用户、多点、多小区的互组网协作特点更为突出，且能很大程度上提升了信息编码、点点之间的物理传输技术性能，并降低了耗能和成本[3]。同时，5G无线通信技术主要侧重无线网络“软”配置的设计，而运营商能结合业务流量变化、网络资源进行调整，进而达到节约成本、降低耗能的目的。同时，5G无线通信技术还具有先进的设计理念，其业务重点为室内通信业务，该技术推动了传统移动通信系统的理念，使室内无线网络覆盖性能进一步提高，并实现业务的完善和拓展。在研究5G无线通信技术中，分析其相关特点对了解该技术现阶段的发展具有重要意义。
二、5G无线通信的相关技术
2.1同时同频全双工技术
同时同频全双工技术是5G无线通信技术的关键技术之一，其能在实际应用过程中提高频率资源的利用效率，并接收来自不同物理信道传输的数据信号[4]。在同时同频全双工技术下支持下，能通过同一频率来传输、接收数据信号，进而满足多维度的应用条件，很大程度上避免了通信双工节点发送信号而引起的干扰问题。同时，这一技术能进一步提高网络宽带频谱利用率，并增加网络的应用性。可见，该技术在5G无线通信技术中占据着重要地位，要想真正意义上推广、应用5G无线通信技术，则不能脱离同时同频全双工技术的支持。
2.2多天线技术
多天线技术主要是指由多条线路组成的技术，该技术所用的元器件较为复杂，传输装置、接收装置、配套设备等为主要的元器件。一般情况下，接收装置的天线会置于相应的应用设备上，传输装置的天线多选择分布或集中排列形式。在5G无线通信技术中，多天线技术的应用能有效消除自身频率所产生的干扰，并提升设备的频谱接收效率，使能量消耗下降，解决小区干扰、掉线、噪声等问题。同时，5G无线通信技术充分利用多线技术来进一步简化整体布局和设计，并分散数据信号的传输模式，进而改善频谱利用效率、时间周期等。
2.3智能化技术
智能技术是5G无线通信技术的一大体现，对该技术进行深入分析后发现，云计算的核心作用占据着重要地位。在云计算数据信息网络的服务器中，5G无线通信技术能和基站建立关联，并形成数据交换机网络。通信技术工作人员需结合实际需求，在云计算的储存功能支持下，能有效完成大数据信息的储存。同时，云计算能及时、高效处理所储存的数据信息，即使在规模较大的基站中，也能根据基站的实际情况准确划分数据频段，进而获得良好的数据信息结果。由此可见，云计算是体现智能化技术优势的重要内容，在5G无线通信技术，该技术所发挥的工作不容忽视。
2.4空间调制技术
空间调制技术主要是指将每个数据编码对应到它所需的天线位置，并通过多天线实现合成发送[5]。在空间调制技术下形成了天线的阵列星座图，且与以往所用的信号星座技术相比，该星座图能进一步提高数据信息的传输速率。虽然空间调制技术主要由多天线构成，但在仅使用一根天线时，其它天线会处于待命状态，这能在一定程度上保证传输效率。同时，在空间调制技术下，各个数据信息会分成两个字节，并涉及到发射天线的数据、阵列信号星座图大小等，同时，根据第一个字节能确定工作发射天线,另一个字节则通过天线发送天线阵列信号星座图信息。由此可见，空间调制技术属于一种SSK的振幅、相位的调制技术，在5G无线通信技术的应用过程中占据中重要地位。
2.5多载波技术
在5G无线通信技术中，为了支撑高数据速率，可能需要高达1GHz的带宽。然而，在部分较低频段中，无法获得连续宽带频谱资源[6]。因此，如何充分利用这些空白频谱是5G通信技术设计的重要问题。多载波技术是一种基于滤波器基础上的技术，其能有解决上述问题。多载波技术作为5G无线通信技术的关键技术之一，其能有效实现各子载波带宽设置、各子载波交叠程度的灵活控制，使相邻子载波的干扰得到有效控制，并充分利用零散的频谱资源。同时，各子载波无需同步，检测、信道估计等均在各子载波上单独处理。
三、5G无线通信技术发展
3.1发展现状
从无线通信技术发展来看，未来几年全球的移动通信量会增加相近20倍，这一庞大的数据对网络发展带来了深远影响。因此，在这些发展背景下，推动5G无线通信技术发展是一个刻不容缓的问题。从现阶段的发展现状来看，5G无线通信技术的网络传播速度可达1Gb/s，且数据会是4G技术的一百多倍，简而言之，在4G技术下需要耗费十几分钟下载一部电影，而5G技术下1s就能完成。但5G无线通信技术目前发展尚未完全普及，其还具有更大的发展空间，且下5G无线通信技术下，能享受更快的网速，数据信息获取更为方便。
3.2发展趋势
任何事物的发展均会经过千难万阻，作为第五代移动通信技术，其在发展过程中也会遇到许许多多的难题，尤其在技术开发领域。随着5G无线通信技术的进一步发展，我国工信部已向中国广电、中国电信、中国移动、中国联通发放了商用牌照，这说明我国已进入5G商用时代[7-8]。在未来发展中，5G无线通信技术具有良好的发展前景，具体体现在以下几点：第一，在信息安全领域中的发展。随着网络的进一步发展，信息安全是人们所关注的重点问题，若在网络中信息安全性低，则会严重降低人们的体验。因此，为了提高用户体验，在未来发展中5G无线通信技术如何对信息进行更为安全的编码成为了重要的发展趋势。第二，在社交领域中的发展。5G无线通信技术在网络社交领域中应用，能给用户带来更为真实的虚拟化体验，使用户在网络世界中获得良好的社交体验。第三，在地下、高空、深海等地域环境复杂的通信中的发展。在数据信息传输过程中，其传输效率会受到地下、高空、深海等复杂地形的影响。因此，5G无线通信技术的未来发展趋势，可对这些复杂地形进行进一步探索，以进一步提高网络数据信息的安全和传输质量，获得更好的通信技术应用价值，并带来良好的效益。
四、5G无线通信技术的具体应用
4.1安卓系统中5G高速度的应用
从现阶段来看，多数移动智能终端所用的系统多以安卓系统为主。安卓系统是在Linux基础上的自由、开放源代码操作系统，其在移动设备应用中起到核心作用。安卓系统主要采用分层架构，划分为应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层、系统内核层四个层次。其中，5G纳米核心技术主要应用于系统核心层，以实现安卓基础性问题、硬件驱动的分离。同时，由于安卓系统开放性的特点，其安全系统在实际应用过程中出现了明显降低，而5G纳米技术具有良好的保密性，应用该技术则能在量子密码学中提高加密等级，使用户的信息安全性提高。总之，安全系统是现阶段5G无线通信技术的重要应用区域，其具有十分突出的优势，对安卓系统的发展发挥着重要作用。但对于该技术在安卓系统中的具体应用，仍需开展更为深入的研究、探索，以充分发挥5G无线通信技术的优势。
4.2光场相机中应用
光场相机主要是指先拍照后对焦的照相设备，其主要原理是利用光场技术作用来，在拍照时仅需进行构图，无需进行对焦处理，在很大程度上改善了现有相机的拍照方式和习惯。光场相机良好的抓拍优势，只要拍照对象在焦距范围内，对焦点则能随意选择；同时，光场相机的容量较大，储存一张照片至少花费200M空间，故在传输速度、储存空间上有着更高的要求。然而，5G无线通信技术所具备的传输速度快、储存量大等优势，能有效满足光场相机这一点要求。因此，5G无线通信技术在光场相机中应用具有很大优势。此外，在光场相机的数据信息安全防卫监控方面，5G无线通信技术具有良好的发展前景。
五、结束语
总而言之，相较于以往的通信技术，5G无线通信技术属于高速度、低时延、低功耗的新型通信技术。5G无线通信技术发展及应用有利于提高我国通信领域的综合发展水平，因此，进行5G无线通信技术的发展及应用，了解其相关技术、发展趋势和具体应用对增强我国通信领域的经济能力和综合实力方面具有重要意义。此外，在这场通信技术变革中，5G无线通信技术具有良好的发展潜力，推动该技术进一步发展，则能让科技更好地服务于人们的生活、工作。
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