光信息记存与传播设备的新成果
一、研制光信息记录存储设备的新信息
（一）开发光学时钟的新进展
1．研制激光脉冲时钟的新成果。
⑴开发出超精密激光脉冲时钟。2005年5月，有关媒体报道，由光学专家叶军任负责人，成员来自美国国家标准技术研究院与科罗拉多大学“联合研究所”的一个研究小组，开发出世界上迄今为止最精密的激光脉冲时钟。这台时钟可始终如一地产生紫外光脉冲，其持续时间为几飞秒。这一成果，可望在化学、物理学和天文学领域的超精密测量中，成为重要的测试工具。
在物理学上，1飞秒等于千万亿分之一秒。这种由短波光脉冲构成的时钟，能帮助人们观测和识别出特定原子的光辐射能级，测定化学反应时间，以及测定纳米尺度的物体等。这种新装置还能帮助科学家实时拍摄精细结构图像，一旦把众多图像汇集在一起，科学家就能详细分析了解很多现象。
叶军说：“这种紫外光源，有极高的分辨率。从技术层面上讲，产生这种紫外光系统，不仅简单而且成本低，不需要常用的放大器系统。”
该新装置可产生“频率梳”，即它产生的频谱像有均匀间隔，如同梳子一样。这种短波光学“频率梳”，可望比当今微波原子钟要精密100倍。所以，“飞秒梳”拥有最精密光学钟的“梳齿”。该研究小组开发的装置，采用了被称为“高谐波发生”过程，以把红外激光脉冲转变成紫外光脉冲。紫外光可拥有几十纳米的波长。
过去，科学家依靠低重复率的放大器，以达到足够高的光强度，但却损失了梳结构的一致性。该研究小组采用把低脉冲能量高重复率的飞秒激光，与高质量共振腔相耦合的方法，解决了上述的问题。激光通过真空室中的6个定制镜子之间电离气体实现来回反射，使光强度增强了1000倍，又保持“梳”的结构不变。镜子具有高度反射性，并能对光进行有效聚焦。由于采用标准激光器做振荡器，而不使用复杂的放大器方法，因此该系统比传统短波光源更简单。
⑵研制出20亿年误差不到1秒的激光时钟。2009年2月，英国《泰晤士报》报道，目前，科学家们已经成功研制出新一代激光时钟，这种时钟计时极其精准，在20亿年时间里几乎不会产生1秒的误差。这种迄今计时最为精准的激光时钟，未来可应用于卫星导航，它在追踪地面移动目标时的精度，可保持在1米以内。
科学家们设计制造的这种新型时钟，以激光作为测量参考。未来，这种新型时钟可以广泛应用在地面卫星导航上，将使得汽车自动驾驶成为可能。在技术应用成熟后，甚至可以实现无人驾驶的飞机精准着陆。在取得上述成就后，美国、英国、德国、法国和日本等多个国家的科学家，还准备在这一研究领域继续展开竞赛，以便能够设计制造出更加精准的时钟。他们的目标，就是把时钟的时间精准到自137亿年前宇宙大爆炸以来分秒不差。科学家们相信，10年内这种时钟必将实现。由于这种新的时钟是采用激光来测量和同步原子振动频率，因此它们通常也被称为光学时钟。通过这种技术，时钟将可以把时间分成更小的分量。
此前，世界上最为先进的时钟，是由美国国家标准与技术研究所研制的。它通过测量水银离子中电子的振动，可以保持17亿年的精确运行而分秒无差。以前最为精确的计时设备是原子钟，可以实现8000万年精确度误差在一秒之内。对比之下，一只普通的手表一个月内会误差大约15秒。
位于法国巴黎的国际度量衡委员会计划到2020年，实现用光学时钟取代原子钟。该委员会负责时间与频率的执行秘书伊莉斯·阿里亚斯介绍说，“光学时钟代表着时钟的未来，这是一项非常振奋人心的发明。到2015年，我们将取得阶段性成果。”光学时钟最重要的用途，将可能是全球卫星定位系统，用于跟踪飞机、舰船和汽车等。全球卫星定位系统接收由卫星发出的微波信号，主要是通过测量信号开始抵达的时间进行同步，可以将地面的某一物体锁定于10米范围之内。
科学家们相信，如果在卫星上安装有光学时钟，他们就可以将目标定位于1米范围之内。这种精度可以用于汽车或飞机的自动驾驶。当然，除了这些外，科学家们对于光学时钟的用途还有更高的期望。他们希望光学时钟，能够帮助他们检验物理学的基本定律。美国国家标准与技术研究所物理学家蒂尔·罗森邦德认为：“光学时钟还可以用于检测宇宙的基本属性。我们甚至还可以依靠这种精度，发现物理学领域基本定律的变化。”根据量子物理学的基本原理，原子是按照不同电子排列顺序的能量差，也就是围绕在原子核周围不同电子层的能量差，来吸收或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时，它便会释放电磁波。同一种原子的共振频率是一定的，例如铯133的共振频率为每秒9192631770周。因此铯原子就可以用作一种节拍器来保持高度精确的时间。
普通钟表在测定时间时，必须依靠固定的振动频率，机械表的摆轮频率每秒5次或6次，音叉钟的频率每秒几百至几千次。石英钟表的振动频率是由微小的石英片的振动产生的，其固定振动频率每秒32000次。振动频率越高，计时就会越精确。1967年，由于原子钟的研究取得了巨大的进展，人们开始重新给秒确定定义，即按照铯原子的振荡频率来制定。今天的原子钟的精度可以达到每10万年误差不超过1秒。2001年，美国国家标准与技术研究所首次利用激光代替微波研制出第一个光学时钟。2004年，英国国家物理实验所的科学家对这种光学时钟进行了改进。2008年，美国国家标准与技术研究所再次研制出一种新型光学时钟，比当时最先进的原子钟精准了21倍。
2．研制世界最精准光晶格钟的新成果。
⑴研制出160亿年误差仅1秒的世界最精准时钟。2015年2月9日，日本东京大学量子电子学教授香取秀俊领导的研究小组，在《自然·光学》杂志网络版上发表论文称，他们已制作了2台光晶格钟，并相互确认了精确度。光晶格钟，比目前定义时间基本单位1秒长度的铯原子钟，精确100倍以上。据介绍，即使从138亿年前宇宙诞生时开始计时至今，2台光晶格钟之间的误差也将不足1秒，拥有高度一致性。
光晶格钟由香取秀俊提出原理，已成为定义1秒长度的下一代世界标准钟候选之一。由于光晶格钟过于精密，此前在常温下受到机器发出的微弱电磁波干扰，该研究组遂把计时部分置于零下180度的低温下冷却，进一步提高了精度，制作了40亿年仅误差1秒的2台光晶格钟。
该研究组将2台光晶格钟用光缆连接，运行约一个月并进行了计算，结果显示2台钟之间产生1秒误差需要160亿年。
铯原子钟3000万年会产生1秒误差，而光晶格钟理论上300亿年才会产生1秒误差。香取秀俊表示将争取进一步提高精度。
⑵研制出用锶原子晶格制造的光晶格钟。2015年4月，美国科罗拉多大学波德分校叶军领导的研究团队，在《自然·通讯》杂志网络版发表论文称，他们制成的原子钟，创下了精确度的新纪录。这种利用锶原子晶格制成的光晶格钟，比现有最精确的计时器要精确近3倍。
近年来，先进的激光稳定技术和新型原子捕获方法，都获得了巨大改进。叶军及其研究团队，将这些工具使用在光晶格钟上，获得了比其他类型的原子钟更好的稳定性和更低的不确定性。
研究人员表示，他们将极冷锶原子晶格与外界隔离，用超稳定激光干扰，获得了创纪录的精度。这个增强的稳定性，不止将钟的精度推向了一个新高度，也使锶原子晶格制成的光晶格钟，更有可能取代现有的标准测量工具铯原子钟。
（二）开发光学照相机的新进展
1．研制高速相机的新成果。
⑴探索能以光速拍摄的相机。2014年7月1日到6日，英国赫瑞瓦特大学物理科学与工程学院讲师乔纳森·里奇，他的同事，以及格拉斯哥大学相关人员组成的一个研究小组，在英国“皇家学会夏季科学展会”上，向前来参观的人们提出以下问题：你怎样拍摄一张快照，快到能看见光在空中飞行？你怎样不用照相机也能拍出照片？你怎样用技术看到四周角落里的物体？反过来，怎样把物体隐藏起来让人们在照片中看不到？
实际上，该研究小组正在探索一种全新的拍照策略。里奇解释道，他们研究的相机，能以光速拍摄，记录下光脉冲在空中飞行的过程。他说：“光由光子构成，速度为每秒钟3亿米，没有什么东西比光跑得更快。光子飞行的速度如此之快，普通相机是无法拍下它们的运动的。而我们的新相机极为灵敏而且极快，能拍摄单个光子，当它们在空中旅行时，还能给光脉冲录像。”
该相机的感光部件，由单光子光敏像素阵列构成。据物理学家组织网7月6日报道，这些像素有两种特性：一是对单个光子敏感的能力：每个像素的敏感性是人眼的10倍左右；二是它们的速度：每个像素被激活只要67皮秒(万亿分之一秒)，比人眨一下眼的时间要快10亿倍。里奇说：“这些特性让我们能实现‘飞光成像’。”当光在空中飞行，从物体上散射开来时，这种成像方法连光本身也能拍下来。
里奇还介绍了相关摄像机的情况，他说，摄像机结合了脉冲激光源的工作原理。在录像中，记录了光脉冲里的光子在空中飞行。里奇说，人们可以看到光子在一系列镜子上发生的反射。当光脉冲与空气分子碰撞时，会随机散射出光子，这些光子中有些会被摄像机拍下来。
根据皇家协会会展介绍，这些技术，可以用于巡查环境角落。放在隐蔽角落处的物体也会散射光子，通过记录这些散射光，就能显示屏幕上看不到的物体。此外，该相机还可以用在需要精准计量时间信息的地方。
⑵开发出极高速连拍相机。2014年8月10日，日本东京大学合田圭介教授主持，庆应义塾大学专家参与的一个研究小组，在《自然·光子学》杂志网络版上发表研究报告说，他们开发出连拍速度极快的相机，每拍一张照片的时间还不到一万亿分之一秒。
光的传播速度，相当于每秒绕地球赤道七圈半，而在一万亿分之一秒的时间内，光也只能前进0.3毫米。这种相机的拍照速度之所以如此迅速，是由于它能把每秒闪烁一万亿次以上的闪光灯的光，根据其波长进行细致分解，使之依次照射到被拍摄的物体上，再通过图像处理获得被拍摄物的连续影像。
此前的高速相机，大多是利用机械或电动快门来控制光源照射感光元件的时间，所以每十亿分之一秒拍摄一张就达到了极限。而这种新相机的拍照速度达到原有高速相机的上千倍，从而有可能拍摄到迄今一直难以拍到的等离子体现象和化学反应的清晰影像。不久前，研究人员用激光照射金属化合物晶体后，利用这种相机连拍到了晶体的热传递现象。
合田圭介指出：“这种相机在医疗领域可用于研究超声波治疗的原理，在工业领域则可用于提高激光加工的精度，因而具有广泛用途。”
⑶发明能以光速捕捉图像的纳米相机。2014年11月，有关媒体报道，美国麻省理工学院媒体实验室照相机文化研究项目主任，媒介艺术与科学副教授拉梅什·拉斯卡尔主持的研究小组，他发明了能以光速捕捉图像的纳米相机，以及可简便操作的医学成像工具。
拉斯卡尔表示：“这不仅是一种新的视觉，更是一种超人般的视觉。”或许很多人在儿时都曾幻想能在脑后“长”一双眼睛，像超人一般看见自己身后本应看不到的景色。而现在，有了这种新型的纳米照相机，超人般的视力或许真的离人们不远了。在童年时期的拉斯卡尔也曾幻想过身后长眼。尽管这种奇特的想法早已消失，但他一直在不断寻找拓宽人们视野的方法。
研究小组在研究中，为了避免思维受限，不断提高原先的目标，并运用了多领域知识的交叉融合。为了制造出减少成像运动模糊的纳米相机，他们甚至研究了光线的传播方式，努力将各种可能性相互交叉融合。
这种纳米相机的灵感，来自麻省理工学院教授哈罗德·埃杰顿在1964年拍摄的高速摄影作品“静止的时间”，该作品捕捉到了子弹击穿苹果的瞬间。现在，这种纳米相机的速度，比当年埃杰顿使用的高速成像设备，要快上数百万倍。这种全新的飞秒成像技术，创造了人类在“捕捉”光线领域的全新纪录。
研究小组利用超短激光脉冲，代替子弹“射”穿了一个可乐瓶。每秒五千万亿帧的特殊相机，在百万兆分之二秒的二次曝光时间内，记录下了瓶子被击穿的瞬间，捕捉到了光在移动中的影像。
在测试中，为了拍摄到隐藏在墙后目标物体，研究人员操作相机朝目标附近的另一墙体发射超短激光脉冲，激光脉冲击中墙体后会产生散射，散射出的大量光子会弹射向拍摄目标的不同部位产生二次散射，最终相机会捕捉并分析经多次散射后返回镜头的光子，经计算后构建出本应拍不到的目标影像。这种“没有死角”的相机或许能在将来应用于危险环境的探测。
拉斯卡尔“化不见为可见”的目标，已延伸到了人体。研究小组现在研发出了可借助眼睛拍照的手机附件，其价格低，并可用于病人管理和疾病诊断。未来，飞秒成像技术还可能应用于瞬时医学成像，大大缩短成像时间。除了高速摄像，飞秒成像技术还将在一些意想不到的领域大展身手，如抓拍气体中散射光的微小颗粒，经分析后创造出能够代替嗅觉的视觉图像。
拉斯卡尔预测，新型成像技术将成为改变人类生活方方面面的催化剂，它们不仅如传统般记下眼中所见，更能帮人们获得超人般的强大视力。
⑷发明捕捉原子波的超高速相机。2015年5月，物理学家组织网报道，当晶体点阵受到激光脉冲刺激，原子的波浪，或称原子波，可在材料中以接近光速六分之一的速度传播——大约每秒2.8万英里。现在，日本东京大学学者中川圭一主持的一个研究小组，拥有了记录这种瞬间超速运动的相机。
据报道，该研究小组近日发明了一种新型高速相机，它可以每秒万亿帧的速度进行拍摄，比传统的高速相机快1000多倍。这种相机被称为“连续定时全光学映射摄影”（STAMP）。
传统的高速相机受到其机械和电子组件处理速度的限制，而STAMP通过使用高速光学组件突破了这种局限性。STAMP借助了光的一种属性——色散，它可以在云雾把阳光分散成五光十色时观察到。与色散类似，STAMP将超短光束分散成多种彩色的光脉冲，它们在拍摄过程中连续快速撞击被拍摄物体。通过分析每个彩色光脉冲，就可以把物体携带分散的光脉冲穿过设备时的动态图像连贯起来。
另外一种光学成像技术，叫做“泵浦—探测法”，拍摄帧频甚至比STAMP还要快，但是每次只能抓拍1帧，因此它的使用只能局限于完全重复的过程。中川圭一说：“很多物理学和生物学的现象是难以复制的。”这激发着研究人员研发出每次可以拍摄多帧的超速相机。于是，该研究小组研发了STAMP技术。
2014年该研究小组公布了第一代STAMP相机，那时它每次按下快门最多可以拍摄6帧。现在升级版STAMP相机每次可以拍摄25帧图像，中川圭一相信，借助现有技术可以将每次拍摄的图像提升到100帧。
中川圭一说：“STAMP技术，为研究多种未获探索的复杂超速现象带来了希望。”他的研究小组，已经把STAMP相机用于拍摄铌酸锂晶体中的电子运动和点阵震动，并用它来观察激光聚焦在玻璃上时出现的灼热而快速扩张的等离子体。
2．研制天文相机的新成果。
⑴发明天文观测无需凭运气的数码相机。2004年11月，英国媒体报道，自从伽利略发明望远镜后，人们一直面对着一个难题，就是大气层扰动形成的“视像度”问题。这像风吹湖面看不到水中的鱼一样，观星时如果风吹云起，人们就什么也看不清了。为此，英国剑桥大学天文学家麦基教授主持的一个研究小组，发明了一架新型数码相机，它可以帮助人们解决天文观测当中“雾里看花”式的难题。
这架数码相机名叫“幸运成像”，科学家说，以前人们利用望远镜观测天象时，确实需要些运气，而现在幸运可以自己创造了。把这种数码相机安装在望远镜上，即使天气情况不好，也能拍到清晰的照片。
麦基说：“我们发明的数码相机，具有很强的解析能力，它可以达到十分之一的可解析角，也就是说它的清晰度很高，从地面上就能拍出清晰的天文照片”。
“幸运成像”数码相机每秒钟可拍100张照片，人们可以把照片输入电脑，选择效果最好的保留下来。
超广角拍摄是这种数码相机的另一个独特的功能。麦基说：“我们可以利用数码相机，拍摄银河系复杂的星团，哈勃望远镜也能做到这一点。但是它一次只能观测天空中面积很小的一块区域，而这种数码相机的拍摄范围更大，如果我们能利用它获得更多的图像，我们就能拓宽我们的研究领域”。
麦基接着指出，银河系中90%的物质都是看不到的，里面存在着很多人们通常所说的“暗物质”。人们不知道暗物质具体分布在哪里，也不知道它们是怎样形成的。只有通过宇宙的其它表象，间接地进行观察。可以排除大气干扰的高清晰度数码相机，将帮助人们获得更多的图片资料，辅助科学家在暗物质领域的研究。
⑵研制成搜寻小行星的巨型数码相机。2009年4月，《探索》杂志网站报道，美国夏威夷大学天文学研究所约翰·托尼领导的研究小组，研制出世界上迄今体积最大的数码相机，用于观测并搜寻可能会撞向地球的小行星。这台数码相机位于夏威夷，其成像质量高达14亿象素。
它是一项叫做“全景搜索望远镜与快速反应系统”计划的一部分，被安装在PS1望远镜上。该系统建造在美国夏威夷毛伊岛上，其中一个部分由4架望远镜组成，PS1望远镜是其中之一。该系统将对天空进行定期扫描，搜寻可能对地球构成撞击危险的小行星。
相机拥有横跨40厘米的光探测表面，在其表面有60块独立集成电路片，能获得高达14亿像素的照片。而一般消费者使用的普通数码相机的成像集成电路，只有几毫米宽。托尼说：“这真是一台体积巨大的相机。它让我们可以同时在14亿个位置测量天空的亮度。”该研究所主管罗尔夫·库德里茨基说：“这台相机是一套极为复杂的设备，让它运转已经是天文学研究所科学家和工程师们的杰出成就。”
从2010年开始，当该计划的所有4架望远镜完成时，它每个月三次从夏威夷拍下整个可见天空的照片。这应该可以让它探测到比当前搜索微弱100倍的天体，包括99%的接近地球轨道的300米宽或更大的小行星。美国宇航局届时有望在地球轨道附近发现大约90%的1千米宽或更大的小行星。
⑶研制帮助望远镜“看透”宇宙星际的超灵敏相机。2016年10月25日，《大众科学》杂志报道，美国马萨诸塞大学阿默斯特分校天文学家格兰特·威尔逊领导，他的同事，以及亚利桑那州立大学的天文学家参与的一个研究团队，目前正在开发一种被命名为托尔特克(TolTEC)的超灵敏毫米波极化相机。
报道称，伴随望远镜的重磅升级，天文学家计划“一眼看透”宇宙星际气体。其技术核心是世界上最灵敏的毫米波极化相机，完成后将联合大型毫米波望远镜展开迄今为止最深远、最大规模的宇宙观测。
这架新相机，将在电磁光谱中的三个不同频带上使用7000个检测器。在它完成后，世界上最大的单盘可操纵毫米波望远镜——直径约50米的大型毫米波望远镜会与它“联手”。
大型毫米波望远镜，坐落在墨西哥普埃布拉省里一座休眠的火山顶上，其物理型号、毫米波长的优化设计结合高纬度位置，使其具备了非常独特的效果，2011年投入使用后已成为天文学家观测恒星、星系和行星形成的利器。而它与托尔特克相机的组合，则会以最强手段处理宇宙“环境背景”，包括彗星核中包含的内容、星际尘埃的深层内部、星云、星尘以及星系演化。
威尔逊表示，此前耗时五年时间才能完成的天文观测，今后只需要一星期即可完成。而且，当今望远镜技术与世界最灵敏相机合作后，超高分辨率可以在一个此前一无所获的区域里，发掘到人们从未见过的细节与过程。
这将允许天文学家以有史以来的最清晰视野，“看”到天体物理事件发生的环境，无论是星系发展的大规模结构，还是星爆形成的星系环境，亦或是恒星间的气体复合物，都可能被它“一览无余”。更重要的是，相机与望远镜结合后，其绘制天际的速度将是以前大型毫米波望远镜单独作业的100倍。
⑷设计出拍到首张夜空图的强大巡天相机。2017年11月15日，美国太空网报道，由美国加州理工学院主导设计的新型强大相机，现已成功拍摄到第一张夜空图像。该设备能以极高效率寻找恒星爆炸迹象和太阳系内快速移动的物体，并能于数分钟内追溯引力波源头，它可将天文研究推进全新阶段，并对可见光领域的天文学作出重大的贡献。
这个强大的相机名为“兹威基瞬变探测器”，其前身是一个被称为“帕洛马瞬变工厂”的设备，该设备在稍早时间完成阶段性任务后就“功成身退”，全部改进并改称现名。
此前，帕洛马瞬变工厂配备的是7平方度(衡量球面上一块区域的视角大小的单位)广视野相机，升级后更换成拥有47平方度视野的超广角相机，或者说，其一幅影像覆盖的天空面积等于247满月。新的设备再加上改进后的其他配件仪器和软件，现在的观测效率已提高10倍之多。
兹威基瞬变探测器自2017年11月15日开始进行常规的科学工作，每个晚上可巡视银河系可见平面两次，每三天可巡视整个天幕一次。研究团队表示，这一设备将以前所未有的效率，帮助科学家发现超新星、黑洞蚕食恒星事件，并记录下所有短时间内变动的天体现象。
更重要的是，在找寻引力波的可见光对应天体上，它也会因其超宽广视野而拥有无可取代的优势：只要引力波再次被发现后，它就能在数分钟内完成对相关区域的观测，进而追溯引力波的起源，并将信息提供给全世界的天文台和望远镜，进行下一步精确观测。
3．研制高清晰或高光谱相机的新成果。
⑴研制成像素达10亿级的高清晰相机。2012年6月，美国杜克大学普拉特工程学院电气工程教授戴维·布雷迪，与亚利桑那大学电气和计算机工程助理教授迈克尔·格姆领导的研究小组，在《自然》杂志网络版上发表研究成果称，他们开发出一个像素达到10亿级的照相机原型，它所拍摄的超高画质图像，可记录下前所未见的细节。
目前，只有天文台在使用10亿级像素的照相机，但它们体积都很庞大。新研制的相机，不仅像素能达到10亿以上，并且体积相对较小，其长宽均为0.75米，高0.5米。与一些高清相机拍摄角度很狭窄不同，这种相机能拍摄的角度水平可达120度，垂直可达50度。研究人员表示，该相机像素有望达到500亿，未来5年内，当相机的电子元件趋于微型化、更高效时，下一代达到10亿级像素的相机将会面向大众提供。
像素是单独的“点”数据，像素数量越高，图像的分辨率越清晰。目前大多数消费级数码相机的像素从800万至4000万不等。为展示新相机的清晰度，研究人员拍摄了一个湖边水天一色的景观，照片在普通尺寸大小只能看到整体景色，但在放大之后，可以清楚地看到云朵之间飞翔的天鹅，不仅能数出它们的个数，而且还能看出它们翅膀的形状。
布雷迪说：“开发出高性能和低成本的微型相机光学器件与组件，一直是研究人员努力研发10亿级像素相机的主要挑战。虽然新颖的多尺度镜头设计，是必不可少的，但高像素成像的主要障碍，来自低功耗和更紧凑的集成电路，而不是光学器件。”
格姆主导开发出了内置微型相机的软件。他说：“为了使光学器件表现更好，一个传统方法是添加更多的玻璃元素，以增加其复杂性。超级计算机面临同样的问题，处理器日益复杂，但当在某些点上的复杂程度达到饱和时，其成本会高昂到无人问津。”
新相机的设计思路，不是使光学系统日益复杂，而是采用大规模并行阵列的电子元件。一个共享的目标物镜集中光线和路径，到微型照相机并环绕于它，就像一个网络计算机分发零件给各个工作站点一样，每得到一个不同的视图，就会解决其上的微小问题。研究人员还在其上安排了一些重叠，因此不会错过任何东西。
有趣的是，光学元件只占该原型相机大小的约3%，其余的由用于组装所有收集信息的电子处理器构成。为让相机更加适应摄影师的日常需求，研究的重点是使电子设备小型化和提高其处理能力。
布雷迪说：“目前相机原型还是比较大的，这是因为电子设备需要控制电路板和添加组件以防止温度过高。随着越来越多高效和紧凑型电子产品的开发，将来手持10亿级像素相机的摄影师会比比皆是。”
⑵制成数秒探测皮肤癌的高光谱相机。2014年2月27日，芬兰《赫尔辛基新闻》报道，芬兰国家技术研究中心海基·萨里领导的研究小组，开发出一种可快速探测早期皮肤癌的高光谱相机。萨里说，相机是应用高分辨率超光谱成像技术研发的，与用于环境研究的无人驾驶飞机所应用的成像技术一样。
据介绍，这种检测设备简便而精确，可在2秒钟内一次性拍摄12平方厘米大的皮肤区域，捕捉最多达70个不同波段的图像，并将图像叠加成光谱图像立体图，计算机通过分析人体组织的反射光谱，来确定肿瘤的位置和大小，还可以确定肉眼难以辨别的、边缘不清晰的皮肤肿瘤边界，如恶性雀斑等。
芬兰赫尔辛基大学附属中心医院医生内塔梅基·佩尔图说：“该相机的初步效果，表明其前景光明。”她表示，这种轻便的诊断工具非常适用于临床。近年来，由于人口老龄化及紫外线伤害，皮肤癌的全球发病率正在成倍攀升，这种高光谱相机为早期发现和治疗皮肤癌开辟了新的前景。
4．研制仿生相机的新成果。
⑴发明仿昆虫复眼制成的超薄相机。2004年8月，德国耶拿的弗劳恩霍夫应用光学和精密机械研究所，发明一种新的超薄相机，它的厚度只有0.4毫米，如同3张计算机打印纸。其特点是取景采用数百个像昆虫复眼一样的镜头。替代普通单一的透镜系统，每个复眼镜头都能拍摄物体的小部分，整个景象由许多点组合起来。
对许多应用来说，并不需要清晰度很高的摄影，如信用卡，完全可以采用类似的簿膜状照相机来识别。超薄相机还可以安装在汽车里，拍摄驾车人的眼球运动，确定他是否疲劳驾驶，以便及时提醒司机。
⑵开发出可拍摄160度超广角的昆虫眼相机。2013年5月2日，韩国光州科学技术院信息机电工学系宋英民博士主持的研究小组，在《自然》杂志网络版上发表论文称，他们开发出了模拟昆虫眼睛的超广角数码相机。
报道指出，该款相机拥有180个橡胶材质的镜头，具有像弹簧一样能够伸展的形象传感器，整体呈半球形状。相机能够像昆虫的眼睛一样，可以清晰拍摄位于任意位置（-80度～80度）和距离的影像。预计该相机将被用于无人飞行器（MAVs）或超小型光学内窥镜。
报道说，蚂蚁、蜻蜓等昆虫的复眼，由数百乃至数万个单眼组成，不用转头便能看到四面八方的情况。而且，它们能够通过多个单眼中最合适的单眼去接收相应角度和位置的视觉信息，因此所得到的影像非常清晰。
5．研制行车专用相机的新成果。
研制成新型行车专用偏振相机。2011年10月，有关媒体报道，许多司机都有这种经历，车开到近前才发现前方路面已结冰。为减少这种“意外”情况，德国弗劳恩霍夫集成电路研究所一个研究小组，开发出一种新型行车专用偏振相机，以提前对类似情况发出预警。
人们可以看到绚烂的景色，是因为不同颜色光波的波长各不相同。然而，作为一种电磁波，光波还具有偏振性。由于人眼无法识别偏振光，在一定距离以外对某些物体“视而不见”也就在所难免，而能够感知光波偏振的“偏振相机”，刚好可以用于解决这一问题。它能根据较远处道路表面反射的偏振光，辨别路面是否干燥、湿润或者结冰，进而及时发出预警信号提醒司机。
依据上述原理，研究人员研制出一种新型行车专用偏振相机，与此前同类相机相比，其所用技术有了更多改进，外形边长只有55毫米至75毫米。但研究人员坦言，仍需对这种相机进行试验，以解决将其用于车载所面临的一些技术问题。
6．研制相机配件和配套设备的新成果。
⑴研发出超薄单片相机透镜。2008年5月22日，新加坡《联合早报》报道，该国创新纳米系统一家私人有限公司的研究人员，利用纳米技术，成功设计并制造出超薄单片相机透镜，透镜仅厚2.9毫米，直径相当于一枚硬币。
据报道，这种相机透镜除体积小外，还具备光学变焦和自动对焦功能，在拍摄远近不同的物体时，都能获得清晰效果。这种透镜的光学变焦可把拍摄对象放大两倍。研究人员说，与普通手机的内置相机相比，安装这种透镜的手机相机耗电量可减少约1/3。
报道说，除用于手机相机外，这种透镜还可望在电脑摄像头、条形码阅读器、闭路摄像机、汽车内置摄像头和医用内窥镜中使用。
⑵研制出相机用的喷涂式平面光学镜头。2013年6月，物理学家组织网近日报道，加拿大不列颠哥伦比亚大学工程学院助理教授肯尼斯·周领导的研究小组，联合美国研究人员，在《自然》杂志上发表研究成果称，他们利用喷涂技术，研制出性能先进的平面光学镜头，这在革新光学镜片的制造和使用方式上，取得了突破性进展。
目前，无论是人眼中，还是摄像头中，几乎所有透镜都是弯曲的，从而限制了光圈或光线进入量。平面镜头的想法，可追溯到上世纪60年代，当时俄罗斯物理学家曾提出过此方面的理论。但是，科学家一直以来，都无法找到制作此类平面透镜的天然材料。
经过多年的研究和反复试验，加拿大研究小组发现了一种利用喷涂材料充当平面镜头的简易方法。他们开发出一种物质，并喷涂于载玻片表面，即可将其变成可用于生物标本紫外光成像的平面镜头。
肯尼斯·周解释说，弯曲镜头总是具有有限的光圈，有了平面镜片，人们就可制作出具有任意光圈大小的镜头，大的可相当于一个足球场。喷涂式平面镜头技术，是目前为止对平面镜头原始理论最为接近的验证，工艺简单且具有成本效益。该镜头还可改变相机等成像设备的设计方式。
⑶用智能玻璃制成相机镜头“微虹膜”。2014年6月，德国凯泽斯劳滕大学托比亚斯·多伊奇曼领导的一个研究小组，在《光学杂志》上发表论文称，他们用“智能玻璃”材料，开发出一种小型低功率的相机镜头“微虹膜”，有望装在下一代智能手机相机上，让手机也能拍出那些“长枪短炮”的专业相机效果。
人眼中的虹膜控制着瞳孔直径，瞳孔就像相机光圈，限制着通光量，以控制到达视网膜的光线多少。一般的专业相机，都有一组笨重的机械镜头，靠人工转动来调整焦距和光圈。微虹膜相当于微型的组合可变镜头，限制着到达感光元件的光线，从而影响整个照片的焦点清晰度。
研究小组开发的“微虹膜”，用的“智能玻璃”是一种电致变色材料，当有微电流通过时，会从透明状态变为不透明。据报道，“微虹膜”由两片涂有电致变色材料聚乙撑二氧噻吩薄膜的玻璃制作，下面连接着透明电极。“微虹膜”厚55微米，当施加1.5伏电压、20微安电流时，会变成不透明。
研究人员还对“微虹膜”的通光强度、由透光变为不透光的切换时间和焦点深度进行了检测，其焦深效果与传统镜头的可变光圈相当。此外，“微虹膜”还有记忆效应，无需连续通电就能维持不透明状态，所以耗电功率极小，是一种理想的广域相机组件。
目前，相机的其他组件，日益变得轻小便携，但要把一套机械调焦镜头微型化还很困难。多伊奇曼说：“目前，还没有技术解决方案，能满足智能手机对组合可变光圈的所有要求。许多用强吸收性材料的方案要求材料能运动，以调节通光量，而本研究中所用的电致变色材料，能在静止状态改变对光的吸收性，以此改变通光量而无需驱动调节，这能让它适应更小装置，使整个相机系统微型化。”
多伊奇曼说，他们将进一步探索电致变色材料最优化的潜能，重点提高它的光学对比度和对焦深的控制，这是最重要的硬件参数，决定着能否把它用到下一代智能手机上。
⑷研制可大幅提升相机弱光拍摄性能的配套设备。2015年7月，美国威斯康星大学麦迪逊分校，电子与计算机工程学助理教授余宗福主持的一个研究小组，在《物理评论快报》杂志上发表论文称，他们近日开发出一种能将光线放大一万倍的配套设备。让人称奇的是，这种神奇的“放大镜”只有几纳米大。研究人员称，该研究有望大幅提升相机弱光拍摄性能，在提高太阳能电池的转化效率上也有很大潜力。
光在某些方面和声音很像，可以产生共振，借助这种方式可将周围的光线放大。该研究小组正是借助这一原理，制造出纳米“放大镜”。它实际上是一种纳米共振器，该设备能让光的波长变短，收集大量的光能，然后在一个非常大的区域将其散射出去。这意味着它的散射光能用于成像，能像放大镜一样，放大物体的光学尺寸。
余宗福说：“就像琴弦能让周围的空气发生振动，产生美妙的音乐一样，这个非常小巧的光学装置能从周围吸收光线，产生让人惊讶的强大输出。”
余宗福表示，他们正在开发基于该技术的光电传感器，这样的设备将能帮助摄影师在弱光条件下拍出图像质量更好的图像。在成像领域，这样的能力，要显著优于传统的玻璃和树脂镜片，因为这些传统光学材料更容易受到自身尺寸和光线方向的影响。
鉴于纳米共振器能吸收大量光线的能力，该技术在提高太阳能光电转化效率方面，也具有很大潜力。由于纳米共振器具有较大的光学截面，也就是说，其发光尺寸远远要大于其自身实际物理尺寸的大小，这样所带来的一个好处是，可以摆脱在类似的系统中经常会出现的、让人头痛的发热问题，让被动散热成为可能。
研究人员称，这种纳米共振器，对光散射能力显著优于之前的设备，在光传导和光传感领域开辟了一条新的途径。
（三）开发摄像设备的新进展
1．研制能拍摄快速移动物体的高速摄像设备。
⑴开发出可捕获到子弹飞行的高速摄像机。2006年2月，有关媒体报道，英国一个研究小组，研制成一种名为“雷神”的高速摄像机，它的拍摄速度，快到可以捕获到子弹在空中飞行的过程。高速摄像机的研究人员称，该摄像机上装有一个高速反射镜透镜，几乎可以让时间处于静止状态。
据悉，这款高速摄像机装有电子测速装置，可以捕捉到一颗出膛子弹的速度，以及人的视觉从来看不到的图像。一枚炮弹从大炮里发射出来，时速达到2700公里，整个过程其实只有150毫秒，也就是十分之一秒多点。但高速摄像机却清晰地拍下了炮弹发射的瞬间，图像中可以看到空气中的冲击波，以及炮弹弹体上的数字。有了这种高速摄像机，就可以用来分析炮弹在高速飞行过程中存在的问题。
目前，英国军方打算把“雷神”高速摄像机用于军事领域，用来研究和提高导弹一类武器的性能。
⑵研制可追拍快速移动物体的云台摄像系统。2012年7月15日，物理学家组织网报道，日本东京大学石川奥研究室的研究人员，开发出一种新型云台摄像系统，能够以“令人惊叹”的高准确度，实时追踪快速移动的球类轨迹，并自动保持移动物体处于画面正中，以契合奥运会或世界杯等国际顶级体育赛事，转播对于拍摄视频的高品质需求。
这种“1毫秒自动云台系统”之所以得名，是因为其使用了1000帧/秒的视觉目标锁定系统，内置的电流计镜，对于物体速度或轨迹变化的反应，不超过3.5毫秒。两个镜面能在这段时间内分别沿水平和垂直方向移动60度，将图像实时弹回给静止的高速摄像机。
事实上，虽然超慢和特写镜头对于赛事转播十分珍贵，摄影师却很难能借助摄像机持续锁定某一球员或飞球等动态物体。目前，一般采用的方法，是以广角视野慢速移动摄像机，来实现对于特定球员及球类的持续追踪。
虽然这并非首个开发出的云台摄像系统，但新系统能够在毫秒内实时控制摄像机的锁定点。一般的云台摄像机，被安装在可转动的底座上，且带有两轴的传动装置，这些传动装置必须同时控制底座和摄像机。而对于毫秒控制的云台系统，转动部件的重量必须尽可能降到最低，因此研究人员固定了摄像机，而将使用转动镜面的锁定控制设备安装在摄像机旁，以借助两个镜面来控制摄像机的锁定点。该研究室提供的视频，清晰地展示了新型云台摄像系统，对于高速移动的乒乓球轨迹的追踪，在整个过程中，跳跃的乒乓球一直处于屏幕正中，球的旋转方向也一目了然。
研究人员表示，这种设备未来有望应用于全高清的体育赛事转播，此外，它还可用于拍摄快速移动的鸟类、昆虫或飞机的动态细节，以辅助科学研究的开展。
2．研制用于生物医学领域的摄像设备。
⑴研制快速测量体温的红外摄像机。2005年2月，《科学信息》杂志报道，俄罗斯科学院专家伊万尼茨基等人组成的一个研究小组，在研究一种根据眼睛热辐射，快速测量体温并诊断疾病的方法。这种方法，可保证火车站、机场等公共场所快速筛查出健康状况异常的旅客，将有助于控制传染病蔓延。
体温是医生为求诊病人进行医疗诊断的重要依据。通常，测量体温的方法，是把体温计放在舌下和腋下等部位。但这种方法，不适合对人群进行远距离快速体温测量。
研究人员尝试用一种能记录人体红外辐射信息的摄像机，取代传统体温计。这种红外摄像机可以远距离测量体温，还能把测量结果精确到1%℃。
伊万尼茨基说，在进行群体体温检测时，测量脸部温度最方便，而脸部器官中热辐射最强的眼睛是红外法测量体温的最佳部位。
研究人员在对20位年龄在20岁～65岁的健康人进行调查后发现，眼睛睁开后，眼部温度首先下降约１℃，然后升高，并在睁开眼睛约20秒之后趋于稳定。眼睛各部分的温度也不尽相同，鼻梁附近的眼睑温度最高，这一位置是远距离体温检测的首选部位。
伊万尼茨基说，传染病和官能疾病可以从眼部的变化反映出来。比如，眼压变化、眼睛浮肿、眼球发红反映的是人可能患上了传染病，有时也预示神经系统、内分泌系统、造血和血液循环系统、消化系统和肾脏功能可能出现异常。他确信，人在患病后，眼部的温度必然会发生改变，研究这种改变对疾病的早期诊断，具有重要参考价值。
⑵发明用于医学研究的超高速摄像机。2009年5月，美国加利福尼亚大学的一个研究小组，在《自然》杂志上发表研究报告说，他们研制出一种超高速摄像机。该设备将主要应用于医学和生物学研究领域。
研究人员说，影片由一张张连续拍摄的图片组成，每幅图片就是一帧。这种新型摄像设备的拍摄速度，可达每秒600万帧，是普通摄像机的约1000倍，因此能拍摄快速移动的目标，其灵敏度和清晰度都达到极高水平。
研究人员指出，这一摄像设备可以对激光手术实行全程拍摄，也可用于观测细胞间的交流、神经元细胞的活动，以及寻找血液中的癌细胞等。
研究人员还指出，由于新设备没有采用以往数码摄像设备使用的CCD（电荷耦合器件）技术，它对拍摄过程的光线条件要求不高，也不会发热或产生声响，无需散热系统也能持续工作。
⑶研制出观察活组织分子运动的光学成像设备。2010年9月，美国哈佛大学科学家组成的一个研究小组，在《科学》杂志上发表论文称，他们把受激拉曼散射显微镜与核磁共振成像技术结合，研制出一种最新的生物医学成像设备，极大拓展了受激拉曼散射显微镜的视野。其速度之快，精度之高，如同“视频”，足以使科学家直接目睹分子在活组织中的运动。
同多种常用的观察生物分子的技术相比，这种新型成像设备优势明显。它能采集分析照射生物样本的近30%激光，比传统受激拉曼散射显微镜高出30倍；并且不需要插入荧光标记，避免了绿色荧光标记蛋白质扰乱生物路径或压住较小生物分子的问题。
此外，传统的红外显微镜空间分辨率太低，并需要给样本脱水；自然的拉曼显微镜需要很高的激光能量，整体耗时很长，在活样本中的应用受到限制；相干反斯托克拉曼散射显微镜，在拍摄除了脂质以外的大多数分子时对比度不够，而新型成像设备都能突破这些局限。研究人员表示，这种新型成像设备在医疗领域的应用前景广阔。
3．研制夜间使用的摄像机。
⑴开发出能在夜间拍摄清晰影像的摄像机。2005年2月，英国《新科学家》杂志报道，由荷兰应用科学研究组织（TNO）实验室，开发出一种新型夜间摄像器材，用这种仪器在夜间拍摄出的影像，不论从清晰度还是从色彩上看，与那些在光线充足的白天拍摄的影像相比都毫不逊色。
为提高在夜间拍摄的影像清晰度，传统的夜间摄像设备主要采取两种方法。一是在光线不足的地方，采用电子零件提高亮度；另一种方法，是用红外传感装置捕捉所拍摄物体发散出的热量，后者可在没有任何光线的情况下采用。然而，这两种方法，都不能形成彩色图像，影像都是用深浅不同的绿色或灰色显示出来的，因而难以辨认，尤其是令观看者很难正确对距离做出判断。
报道说，荷兰开发出的这种新型夜间摄像器材，可以对在日光条件下拍摄的景物进行色彩“取样”，然后在夜间拍摄类似景物时再将色彩“绘制”到所拍摄的物体上。
该摄像机可从日光下拍摄到的彩色图像中随机选取像素，并把取样的各种色彩绘编成一些典型环境存储起来。比如，对于一个野外的场景，棕色对应的是树干，绿色是草地、蔬菜和树冠等，而蓝色则是天空。当用传统夜间摄像器材拍摄这些彩色景物时，景物是由深浅不同的绿色或灰色显示出来的，而新仪器可以在这些单一色彩图像和其对应的彩色景物之间建立起联系，用彩色像素对应那些深浅不一的单一颜色并将这种对应关系“记忆”下来。这样在夜间拍摄类似场景时，仪器就会利用取样获得的最近似色彩来代替单一绿色或灰色，从而生成彩色影像。
有关专家说，这种仪器，在军事和紧急救援中可能有较广泛的用途，有望提高士兵和救援人员的反应速度，减轻他们在辨别夜间图像时容易产生的疲劳感。
⑵研制出让夜色更多彩的超晶格摄像机。2011年10月，美国西北大学麦科密克工程与应用科学学院，量子设备中心主管曼尼亚·雷茨教授领导的研究小组，在《光学通讯》上发表研究成果称，他们开发出一种功能强大的Ⅱ型超晶格摄像机，能通过调节吸收更宽波段的红外光，让人们能在黑夜中看到更加丰富多彩的景色。
可见光波段的数字摄像机配备的探测器，通常只能感测红、绿、蓝那些能被裸眼看到的颜色。而红外波段多色彩探测提供了一种独特的功能，不仅仅是表现色彩，人们在这一光谱范围发现了多种相应频率的化学物质，因此能在图像中实时表现化学光谱。
新一代摄像机，是世界上第一个双波段长波红外超晶格摄像机。他们为摄像机设计的探测能量极为狭窄，接近1/10电子伏特，也就是长波红外窗口的波长。探测器被设计成堆叠式，一个加在另一个上面，以使记录的像素保持空间一致。
雷茨表示，将该摄像机和多波段图形处理算法结合，拍下的照片能携带大量信息。其高分辨率多带宽的性能，只需0.5毫秒就能捕获一张清晰的画面，且温度敏感性达到0.015摄氏度。
这种红外光子摄像机，是在另一种红外光探测材料碲镉汞的基础上造出来的。2011年3月份，他们曾用碲镉汞探测摄像机拍摄日本被海啸损坏的核反应堆，为官方提供了精确的温度信息，协助制定冷却策略，预防核反应堆的融化。
4．研制用于太空或移动空间的摄像设备。
⑴研制出飞船用可回收的太空摄像机。2012年6月26日，日本媒体报道，日本宇宙航空研究开发机构和石川岛播磨宇航公司，当天联合公布了一款名为iBall的太空摄像机，由于能在高温条件下运作，因此能用来拍摄飞船从太空重返大气层时的周边图像。
据介绍，iBall呈直径约40厘米的球状，重约25公斤，搭载有摄像头，并配备测量温度和加速度的传感器，可在高温状态下正常操作。目前已预定安装在日本“鹳”号无人太空货运飞船上。这艘飞船将从鹿儿岛县种子岛宇宙中心发射升空。
“鹳”号飞船在为国际空间站运送补给物资后，重返大气层时将几乎燃烧殆尽。而iBall会在飞船进入大气层后释放出来，获取数据的同时，用降落伞降落到海上等待回收。
日本宇宙航空研究开发机构，已开始考虑开发载人太空飞船，并考虑通过改良“鹳”号实现这一目的。因此，它搭载的拍照装置，将用于收集货运飞船返回时与大气摩擦加热的各项数据。
据介绍，研究人员将利用获取的数据，分析“鹳”号的分解过程，确定今后无人太空货运飞船重入大气层时碎片落下的区域，并根据这些数据开发能安全返回的载人太空飞船。
⑵成功开发世界首款高光谱移动空间成像设备。2017年1月，有关媒体报道，芬兰国家技术研究中心一个研究小组，通过把苹果手机摄像机，转换为新型光学传感器，成功开发出世界上第一个高光谱移动空间成像设备，这将为低成本高光谱成像的消费应用，带来新的前景。例如，消费者将能够使用移动电话，进行食品质量检测或健康监测。
光谱成像广泛用于各种物体感测和材料属性分析。高光谱成像对图像中每个像素点进行光谱分析，可实现宽范围测量。高光谱相机，已经用于苛刻环境条件下的医疗、工业、空间和环境感测，但价格昂贵。
该研究小组开发的高光谱移动设备，通过把可调节的微光机电系统滤波器，与苹果手机的摄像机镜头集成，并令其调节功能与摄像机的图像捕获系统同步，将智能传感器与互联网结合，使得利用具有成本效益的微光机电系统光谱技术，开发新的移动应用成为可能，如利用车辆和无人机进行环境观测、健康监测和食品分析等消费应用。
消费者可以从健康应用中获益。例如，移动电话将可用于检查色痣是否为恶性或者食物是否可食用，也可用于验证产品真伪或基于生物识别数据进行用户识别。另一方面，基于每个像素点的全光谱信息，无人驾驶汽车将可以感知并识别环境特征。
当今智能设备的发展，为图像数据处理和基于光谱数据的各种云服务，提供了巨大的机会，而传感器大规模生产技术，将使得在目前使用低成本相机传感器的设备中引入高光谱成像成为可能。该研究小组正积极寻求企业合作，以实现这项技术的商品化。
（四）开发光信息存储设备的新进展
1．开发存储光信息光盘的新成果。
⑴利用全息存储技术开发容量达DVD百倍的光盘。2009年4月27日，美国通用电气公司发布新闻公报说，他们的实验结果显示，利用全息存储技术可以开发出新型光盘，其大小与现有DVD光盘差不多，但存储容量有望达到后者100倍左右。这就是说，在一张光盘上存储多达100部电影，在不远的将来有可能成为现实。
新闻公报指出，该公司研究人员在显微全息存储介质的研发方面，取得重要进展。实验结果表明，如果利用他们开发的介质，制造标准DVD光盘尺寸的光盘，其存储容量可达到500G。而现有DVD光盘的存储容量一般为5G左右。
据介绍，目前的DVD光盘一般仅把信息存储在光盘表面。与之不同的是，显微全息存储技术可充分利用制造光盘的所有介质来存储信息。这种技术利用三维的全息图来编码信息，然后将全息图刻入光盘表面以及内部。制造这种光盘的介质具有独特光学性能，使得光盘在外部激光作用下能够像显微镜一样读取全息图并用于解码。
研究人员称，新型光盘记录信息的格式，与现有的DVD光盘类似，与新型光盘配套的播放机，理论上也可播放CD、DVD甚至新一代蓝光高清DVD光盘。通用电气则表示，计划第一步面向影视公司、医疗机构等推广这种大容量光盘，然后再瞄准普通消费者市场。
美国一些媒体指出，在通用电气之前，分别有多家公司宣布计划向市场推出采用全息存储技术的产品，但至今都未兑现。通用电气研究人员的新成果，要想真正走出实验室并迈向市场，可能还需要一段过程。另外，由于越来越多消费者使用大容量移动硬盘，上网观看视频等也日益流行，大容量光盘市场需求到底有多大仍有待检验。
⑵拟用氧化钛新纳米结晶研制超级蓝光光盘。2010年5月，日本东京大学，化学教授真一香里领导的一个研究小组，在《自然·化学》网络版发表论文称，他们制造出氧化钛的一种新纳米结晶形式，可以用于制造“超级”蓝光光盘，这种光盘不仅价格更加低廉，而且其数据存储能力是数字多功能光盘的几千倍。
研究人员指出，这种氧化钛新纳米结晶，在室温下，当它受到光线的刺激时，能够从导电的纯黑色的金属态，转化为棕色的半导体态，这为数据存储创造出一种有效的开关功能，它有潜力成为下一代光存储设备的主要组成物质。
真一香里表示，随着光线改变颜色的物质能够被用来制造存储设备，因为不同的颜色通过反射不同的光可以存储不同的信息。
研究人员表示，如果全部使用5纳米大小的粒子来制造该物质，制造出的新蓝光光盘，能够容纳米的信息是目前蓝光光盘存储信息的一千多倍。
另外，目前，可读写的蓝光光盘和数字多功能光盘使用的材料，主要是一种被称为锗锑碲合金的稀有物质，而氧化钛的市场价格，不到锗锑碲合金的百分之一。同时，研究人员指出，氧化钛很安全，其应用范围也很广泛，从擦脸粉到白漆都可见其“倩影”。
真一香里表示，目前，还不知道使用了这种物质的光盘，何时能够生产并应用于实践，他正在同私人公司接洽，希望其更早实现商业化生产。
⑶研制永久存储信息的纳米晶体光盘。2016年7月，俄罗斯媒体报道，俄门捷列夫化工大学化学工程教研室一个研究小组，经研究证实，纳米晶体盘可永久保存信息，使得5D信息便携存储成为可能。
这种存储技术类似CD和DVD，使用激光刻录信息，盘的尺寸决定存储量。与传统存储介质比，存储信息稳定，不受外界影响，一枚硬币大小的纳米晶体光盘，就可存储数TB的海量信息，尤其适合国家档案及国防工业数据的存储。
研究人员表示，该纳米晶体光盘制造技术尚处于实验室研究阶段，距离大规模生产还很遥远。研究人员说，已完成项目的自动计算和信息采集研究，下一步研究方向是降低成本，以及攻克激光束方向精确度控制的难关。据悉，日本、英国等也在从事类似的研究。
2．研制光信息存储设备的其他新成果。
⑴开发出新一代光全息存储器。2007年11月，有关媒体报道，日本奈良先端科学技术大学河口仁司教授领导的研究小组，与科学技术振兴机构的研究人员一起，共同开发出用于下一代光通信的全息存储器。
至今为止，信息处理时需要将光信号变换成电信号，然后再转换成光信号，信号处理速度和消费电力都达到极限。随着网络的扩大，需要高速交换机，才能满足信息处理要求。而目前使用的交换机，必须把传来的光信号转变成电信号，经过电子处理之后，再还原成光信号，通过光纤传送出去。这一技术，已接近信号处理速度和降低能耗的极限，而未来的光通信，将是用光来直接处理光信号的光存储器。
新开发的全息存储器装置，可以不经过电信号转换，光通信信号处理速度也得以突破，达到目前通信速度的1000倍，通信速度从太拉级提高到贝脱级。
研究小组把通过线路传来的光信号，直接接受半导体激光照射，以偏振光形式进行读写，实现了新的光储存器。半导体激光高度集成，能使装置做得更小。
研究小组利用面发光半导体激光的偏光双安定特点，进行光开关和光存储器的研究。全息存储器，是下一代通信系统的关键器件。研究小组开发的光存储器，具有高速低耗能特点，实现了单一元件受光、储存和发光机能。
⑵用激光技术开发可将数据保存3亿年的记录载体。2012年9月25日，日本《产经新闻》网站报道，日立公司日前宣布，他们运用激光技术，以石英玻璃作为记录载体，研制出的数据存储年限可超过3亿年，适用于长期保存重要的资料档案等。
日立公司瞄准市场上对数据长久保存的需求，联合京都大学研究人员投入此项技术研发。新技术是用激光在厚2毫米、边长2厘米的方形石英玻璃板上刻录数据，数据记录层共分4层，提高了存储容量。
目前，一张石英玻璃板可保存数据40MB，日立公司计划将其容量提升到750MB，并用它记录人类基因组的数据。
实验中，石英玻璃载体在1000℃的高温下加热2个小时，它保存的数据确，依然可以利用光学显微镜完整读取，耐久性非常高。理想情况下，人们常用的磁盘等磁存储介质和光盘等光存储介质，都只能将数据保存数十年至数百年，而这种石英玻璃载体的存储年限可达3亿年。
二、研制传播设备的新信息
（一）开发投影仪的新进展
1．研制微型投影仪的新成果。
⑴制成方糖大小的轻便投影仪。2006年9月，德国德累斯顿弗劳恩霍夫光子微系统中心，以及耶拿的弗劳恩霍夫应用光学及精密工程研究所的研究人员，联合组成一个研究小组，着手研制方糖大小的投影仪，这种小型设备非常便于携带。小型投影仪中只含有一个能围绕两个轴旋转的镜子，而不像传统投影设备中的一组微反射镜阵列。这让它更小，更轻，同时更易携带。
现在相机，MP3，记忆存储芯片等都越来越小，对研究者来说下一个挑战是缩小投影仪的尺寸。投影仪在演讲以及视频陈述等领域使用频繁。
要缩小尺寸，必须跨越一定的物理障碍：传统投影仪的核心部分，是一个由数百万个微小镜子组成的阵列。这些镜子，能排列在一个平面上，被均匀照亮。通过改变和光源间的距离，这些微小镜子成为或明或暗的像素点，所有像素点构成投影的画面。除了这些镜子造成的大体积，另一个使投影仪无法进入普通消费市场的原因，是它们价格太过高昂。
德国研究人员发明了替代传统微镜阵列的方法。应用光学及精密工程研究所的安德烈亚斯·布劳尔表示：“我们只用一个镜子，这个镜子可以绕两个轴作倾斜运动。”这一替代方法，使得投影仪可以被缩小到方糖大小。
下一个小型化的障碍是光源。为了得到如方糖大小的投影设备，研究人员需要用小型二极管激光替代传统高压灯。现在的情况是，红色和蓝色二极管激光已经足够小了，但是绿色激光还是太大了。
现在，研究人员可以制作大小为10cm×7cm×3cm的投影仪，尽管这还是比方糖大，但它已经是传统大小的1/4了。全球的科学家正致力于缩小绿色激光光源的大小。一旦成功，就可以得到理想的新“红-绿-蓝”光源。布劳尔说：“如果绿光源能缩小到和红光源差不多体积，方糖大小的投影仪就会成为现实。”
这一研究，在很多领域都有意义。譬如在汽车工业中，需要小型又划算的激光阵列，作为在停车时探测汽车与障碍物之间距离的感应器。这种传感器，还能用于机器人及安装技术。小型激光的另一个用途是数字投影设备，它们可以被安装在笔记本电脑或掌上电脑上。
⑵应用仿生技术研制智能手机发光二极管投影仪。2012年6月，有关媒体报道，智能手机功能强大，触屏技术更是目前智能手机的主流操作手段，但因为智能手机显示屏尺度的限制，其功能并未能充分展示，且实际操作多有不便。
德国弗劳恩霍夫应用光学与精密机械研究所，最近研制出一种可用于智能手机的微型发光二极管投影仪，可以集成在智能手机内部，将手机显示屏的内容投射到外界投影面，其显示图象为标准A4纸大小，清晰度高，并可作为触屏使用。
这种投影仪的最大特点，是应用了模仿昆虫的“复眼”的光学仿生技术。投影仪由数百个微小的光学投影单元构成，他们均可独立投射图象。系统配备的位置感应和光感应装置，可以探测到图象投射角度和投影面的外型信息，通过控制软件调节各个微小投影单元的投射角度、光线强度，并调节所投射的图象，使投影自动适应大倾角的投影和投影面凹凸不平的几何形状，实现从不同投影角度在不平整的投影面上形成高亮度、高清晰度、高保真的显示图象。同时“复眼”技术的应用可实现微型发光二极管投影仪的超薄化。
投影图象作为触屏使用则是通过红外感应技术实现的，即在显示图象上发射不可见的红外光，通过传感器感知操作者手指的位置和运动状态，从而使投影图象实现触屏的功能。
研究人员认为，因为这种新型的投影技术所要求的数字成型技术，需要非常高的像素，预计需要3～4年时间才能真正投放市场。
2．研制高速投影仪的新成果。
研制出延迟仅有三毫秒的高速投影仪。2015年8月，物理学家组织网报道，一个由日本东京大学和东京电子器件公司的科学家组成的研究小组，近日制造出一种速度可达每秒1000帧、延迟只有3毫秒（0.003秒）的高速投影仪。
这种投影仪被命名为DynaFlash，实际上是一个新型投影映射系统，能跟踪物体的高速运动。其最突出的特点是高帧速率和低延迟。它能够根据物体的位置对投射在其上的影像进行实时快速调整，滞后只有3毫秒。
据报道，这种高帧速率的性能，是通过一种名为数字微镜头（DMD）的设备实现的。此外，整套系统还包括一组高亮度发光二极管和一个特殊的数字光学处理器（DLP）。与普通的投影仪不同，它不仅仅投射光线，而且会对物体表面进行测量，获取表面突起的高度、角度等信息。投影仪中的数字光学处理器会根据这些数据，对投射的图像进行实时修正，这一切都会在3毫秒内完成。
英国视频设备供应商称，该研究小组创造出有史以来最快的投影仪。这种每秒可达1000帧的投影仪，在速度上比目前电影的平均帧率快41倍。
研究人员称，这项技术意味着投影仪或许将不再需要依赖幕布这样的静态目标，这将极大地拓宽投影技术的潜在应用领域。未来这种技术除了能用于游戏、电影等家庭娱乐和一些商务场合外，还将为投影映射、增强现实以及3D全息投影等技术提供更多的可能。
（二）研制电视机的新进展
1．研制有机发光二极管电视机的新成果。
⑴用有机发光二极管制成超薄电视机。2009年5月26日，《每日邮报》报道，在美国消费电子展上，日本索尼等公司展示了15英寸到32英寸的众多有机发光二极管电视机。这种新型电视机，似乎正在进入发展的“快车道”，虽然受国际金融危机的影响，但其研究的步伐并未停止和改变。
研究人员表示，目前液晶电视和等离子电视是家庭的时尚消费品，但很快它们就要给有机发光二极管电视让位了。制造商们预计，新一代的超薄、环保屏幕，将给家用电器带来彻底的革新。
索尼公司的有机发光二极管电视机，年内即可上市，屏幕仅3毫米厚，比传统等离子、液晶电视机要薄得多，而且，其清晰度是目前最好的液晶电视屏幕的10倍。
有机发光二极管显示技术，与传统的液晶显示器显示方式不同，它无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。它的显示屏幕，可以做得更轻更薄，可视角度更大，并且能节省40%的电能。另外，该电视的响应时间非常快，在观看电视时没有移动模糊的现象。此外，该电视也比其他技术的色彩更丰富。
由于上述特性，从2003年开始，有机发光二极管显示设备，在MP3播放器上得到了广泛应用。不过，同属数码类产品的数码照相机、电视和手机等，此前只是在一些展会上，展示过采用有机发光二极管屏幕的工程样品，还并未走入实际应用阶段。由于有机发光二极管屏幕，具备液晶显示器不可比拟的许多优势，因此它也一直被业内人士所看好。
虽然有机发光二极管电视拥有诸多优势，但以目前的技术来看，它寿命只有3万小时，如果一个人每天观看8小时电视，只能使用10年。相反，一台索尼液晶电视的寿命是它的2倍。同时，有机发光显示技术，还存在屏幕难以大型化等缺陷，随着显示屏尺寸加大，成品报废率损失也越多，使得制作成本过高，这些因素都导致其要想“飞入寻常百姓家”，还有相当长的一段路要走。
⑵着手研制大尺寸的有机发光二极管电视机。2011年11月20日，韩国两家最大的电子企业，三星电子公司和LG电子公司，同时发布消息，他们正在着力开发55英寸有机发光二极管（OLED）电视机，并将在近期的国际消费电子展览会上推出。业界普遍认为，此举将提前拉开OLED电视机市场竞争的序幕。
电视机的核心部件显示器，从最初的阴极射线管（CRT），到液晶显示器（LCD）、等离子显示器（PDP）、发光二极管（LED），到眼前的有机发光二极管（OLED），其更新换代的速度异常迅速。
有机发光二极管与目前已经成熟的发光二极管相比，具有反应速度快、对比度和色度更鲜明等特点。由于不需要背光，有机发光二极管显示器的厚度，可以压缩到目前最薄显示器厚度的一半，且发光效率更高。目前，有机发光二极管多数用于MP3播放器和数码相机上，如果韩国电子企业成功实现大屏幕应用，将使该技术的应用实现跨越式发展。
三星电子公司的有机发光二极管电视机，将搭载目前三星移动显示领域应用的有源矩阵有机发光二极体面板。不久前，三星公司已在一个电子产品展销会上，展示了基于三原色光模式的有机发光二极管电视机。LG公司将推出的有机发光二极管电视屏幕，搭载的是该公司自己开发的面板。与三星电子公司不同的是，LG电子公司没有采用三原色光模式，而是选择应用白色光模式，在薄膜晶体管的基础上增加有机物，通过彩色滤波器形成画面。有关专家称，白色光有机发光二极管，与三原色光模式的有机发光二极管相比，其性价比更高。
2．研制等离子电视机与智能电视机的新成果。
⑴用新型荧光体研制出世界最大三维高清等离子电视机。
2010年1月，在美国拉斯韦加斯举办的2010年国际消费电子展上，日本松下电器公司首次推出，用新型荧光体研制出世界最大的三维全高清等离子电视机，屏幕达到152英寸。
这款电视机，采用松下新研发的一种发光技术，只需以往四分之一的发光量，就可实现与以往全高清显示器同等的亮度。加之采用新开发的三维超高速驱动技术，以及均一稳定放电技术，这款电视机拥有的像素达到884万，约为普通全高清电视机的4倍。
在三维立体影像方面，等离子显示器原本就有重像少的优势。这款超大画面等离子电视机，选用发光余晖时间只有以往产品三分之一的新型荧光体，并通过新发光控制技术，将残像降低到最小限度。
⑵推出新款智能电视机ES8000 。2012年2月8日，韩国三星电子公司，在位于首尔瑞草洞的总部，举办新款智能电视产品发布会，正式推出旗舰型智能电视ES8000。该款产品，在2012年拉斯维加斯国际消费电子展上荣获革新奖。
新款智能电视ES8000搭载双核处理器，拥有用语音和手势控制的接口系统，以及丰富多彩的内容，其硬件功能大幅升级，设计也更加新颖。
与传统电视用遥控器操作不同，ES8000配备语音、动作、面孔识别功能。用户可以用语音命令更换频道，调整音量大小，还可启动智能电视软件，搜索信息。同时，用户还可以用内置相机识别用户的手势，只要打出手势，就能够换台、调整音量，上网时手势还可以作为鼠标使用。而面部识别功能可以让用户自动登录收看智能电视内容。
三星电子在推出智能电视ES8000的同时，还发布用语音换台、调整音量、输入字句的智能触摸式遥控器。
另外，三星电子计划，继2009年发光二极管（LED）电视，2010年3D LED电视，2011年智能电视后，2012年将以未来型智能电视ES8000为旗舰，争取连续7年保持世界电视市场占有量第一。
