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