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摘要1

第1章 绪论9

1.1研究意义9

1.2使能技术11

1.3经济问题12

1.4全球视野13

1.5教育的重要性13

1.6未来的发展14

第2章 光子学对国民经济的影响15

2.1引言15

2.2光子经济学：激光器案例研究15

2.2.1激光技术对经济的影响16

2.2.2早期激光器的研发投资17

2.2.3早期激光器市场18

2.2.4国际对比19

2.2.5激光器案例研究结论20

2.3评估光子学的经济影响力——美国的行业收入、就业和研发投资21

2.4政府和工业界资助的光子学研发资金及联邦政府提供的光学资金24

2.5美国自1980年以来光子学创新领域的变革30

2.6光学行业的风险投资33

2.7技术市场、知识产权和美国大学的技术特许38

2.8协同研发模式及其对光子学创新的意义40

2.8.1半导体制造技术联盟42

2.8.2美国光电产业发展协会43

2.8.3美国国家纳米技术计划45

2.9简要评述47

2.9.1拟定的国家光子学计划47

2.10本章研究成果48

2.11建议48

第3章 通信、信息处理和数据存储50

3.1引言50

3.1.1通信50

3.1.2信息处理54

3.1.3数据存储56

3.2影响案例：互联网57

3.3技术进步58

3.3.1通信58

3.3.2网络66

3.3.3研发示范领域68

3.3.4信息处理68

3.3.5数据储存71

3.4制造业71

3.4.1通信71

3.4.2信息处理72

3.4.3数据储存72

3.5经济影响73

3.5.1美国和世界其他地区之问的比较74

3.6研究成果和结论75

3.7建议和重大挑战性问题76

第4章 国防与国家安全79

4.1引言79

4.2光学和光子学对防御系统的影响80

4.3技术概述81

4.3.1《驾驭光：21世纪的光学科学与工程》问世以来光学相关研究的变化81

4.3.2把握最新技术进步，获取发展机遇83

4.4加工技术93

4.5美国的全球地位94

4.6研究成果和结论96

4.7建议和重大挑战97

第5章 能源98

5.1引言98

5.2太阳能发电100

5.2.1光伏系统103

5.2.2聚光太阳能发电系统110

5.2.3混合系统114

5.2.4与现有和潜在的其他燃料来源相比，太阳能发电的平准化成本展望114

5.3固态照明116

5.4研究成果124

5.5建议和重大挑战性问题125

第6章 健康与医疗127

6.1引言127

6.2技术对医学影响之历史概况128

6.3现代医疗实践中的光学和光子学130

6.4技术进步拓展了光子学的新应用131

6.5技术进步为光子学在未来应用提供契机132

6.5.1核酸序列检测和突变检测133

6.5.2通过蛋白质和组织阵列进行蛋白质组学分析134

6.5.3高通量筛选技术135

6.5.4流式细胞术质谱分析135

6.5.5眼科学137

6.5.6图像引导外科手术（IGS）技术139

6.5.7双能CT和定量图像分析139

6.5.8再生医学中的生物医学光学140

6.5.9研究中的生物医学光学141

6.6研究成果142

6.7建议143

第7章 先进制造业144

7.1引言144

7.2光子技术领域中的生产与创新：三个案例研究144

7.2.1显示器145

7.2.2太阳能电池147

7.2.3用于通信系统的光电元件151

7.2.4三个案例的异同156

7.3光学领域的先进制造技术158

7.3.1光学表面158

7.3.2非球面透镜158

7.3.3制造工艺和装备159

7.4光子学在制造业中的应用160

7.4.1光刻技术160

7.4.2激光器在制造业中的应用164

7.5增材制造166

7.5.1立体光刻167

7.5.2选择性激光烧结技术168

7.5.3激光工程化净成形技术169

7.6光电子技术与美国制造业的未来171

7.6.1大批量生产171

7.6.2小批量生产172

7.7美国制造业劳动力173

7.8研究成果174

7.9建议和重大挑战174

第8章 先进光子测量技术与应用176

8.1引言176

8.2光学和光子学对传感、成像与计量学的影响177

8.3技术概览179

8.4自“驾驭光”研究以来的变化180

8.4.1国际单位制（SI）定义的变化181

8.4.2通过生成高次谐波分量开发阿秒脉冲串181

8.4.3利用啁啾脉冲放大技术的极端条件台式设备182

8.4.4纳米光学和等离激子光子学、负折射率材料和变换光学183

8.4.5光量子状态的形成、控制及其探测方面的进展183

8.4.6利用光学综合孔径雷达实现高分辨率遥感185

8.4.7自适应光学技术的进展186

8.4.8从最新研究进展中把握技术机遇186

8.4.9制造业189

8.5美国的全球地位189

8.6研究成果190

8.7建议和重大挑战191

第9章 战略性光学材料192

9.1引言192

9.2能源应用193

9.3新颖结构：亚波长光学、超材料和光子晶体195

9.4纳米结构材料面临的技术挑战197

9.5生命科学与合成生物学中的光学材料200

9.6研究成果200

9.7建议201

第10章 显示技术202

10.1引言202

10.2不久的将来203

10.3显示器概览204

10.3.1液晶显示器204

10.3.2触摸显示器206

10.3.3OLED显示器207

10.3.4柔性显示器208

10.3.5投影显示器209

10.3.6三维全息显示器209

10.4显示器产品制造211

10.5研究成果212

10.6建议212

附录A 任务声明及介绍性信息213

A.1背景213

A.2引言213

A.3任务声明214

A.4委员会214

附录B 缩略语216

附录C 附加技术范例225

C.1使能技术225

C.2国防和国家安全225

C.2.1监视225

C.2.2夜视227

C.2.3激光测距仪、指示器、干扰发射机和通信器227

C.2.4激光武器228

C.2.5光纤系统228

C.2.6特殊技术228

C.3能源229

C.3.1太阳能技术成本229

C.3.2太阳能-风能混合系统230

C.3.3太阳能辅助技术230

C.4健康与医疗233

C.4.1光学和光子学在急诊室中的应用233

C.4.2光学和光子学在诊断过程中的应用233

C.4.3人类基因组计划取得的成果234

C.4.4生物医学光学在日常生活中的应用234

C.4.5通过蛋白质和组织阵列进行蛋白质组学分析235

C.4.6眼科学235

C.4.7内窥镜手术的进步237

C.4.8氧饱和度测量方面的进展239

C.4.9研究中的生物医学光学239

C.5先进制造240

C.5.1数控磨削和抛光240

C.5.2聚合物成型240

C.5.3玻璃成型241

C.5.4磁流变抛光244

C.5.5单点金刚石车削244

C.5.6光学涂层246

C.5.7计量学247

C.5.8衍射光学元件和微光学元件的灰阶光刻248

C.6显示技术250

C.6.1液晶显示器中的偏振技术250

C.6.2液晶显示器中的三维技术251

C.6.3其他三维显示法253

C.6.4触摸显示器253

C.6.5显示框256

C.6.6OLED显示器257

C.6.7柔性显示器257

附录D 各委员会委员履历259