inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 楊宏李洪雲(yun) 龔旗煌    北京大學物理係，

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 人工微結構和介觀物理國家重點實驗室

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 人從(cong) 降生開始，光就伴隨其一生。宇宙的發展與(yu) 光的發展緊密聯係在一起。光學的發展過程是人類認識客觀世界進程中的一個(ge) 重要組成部分，是不斷揭露矛盾和解決(jue) 矛盾，逐漸從(cong) 不確切認知走向確切認知的過程。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 光學無處不在，太陽能的利用，藍光的發光，激光的焊接和切割，電影的放映，光纖通信，光合作用，X光的應用和顯微鏡的應用等等。光學儀(yi) 器已在人們(men) 日常生活中起著無可替代的作用。列舉(ju) 一個(ge) 最熟悉的例子，我們(men) 每天都在使用的手機就使用了三十多項光學的技術：光學玻璃、激光切割光滑的玻璃表麵、激光打標、OLED 和液晶顯示、擋光版、背光照明、實現彩色的偏振片和濾光片、增加清晰度的增透膜、照相的鏡頭、成像的CCD、芯片的製造、光刻技術的應用、通過光纖進行信息的傳(chuan) 輸、藍牙無線紅外通信、光纖傳(chuan) 感和投影等。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 光學研究對自然科學的發展起到了非常大的促進作用。回看曆史，第一個(ge) 諾貝爾物理學獎授予了倫(lun) 琴，倫(lun) 琴發現了X射線，揭開了20 世紀物理學的革命序幕，促進了現代物理學的誕生。2002年諾貝爾物理學獎仍然與(yu) X射線相關(guan) ，授予了對天體(ti) 物理有開創性貢獻的宇宙X射線源的發現，打開了宇宙新窗口。進入21世紀，多項諾貝爾獎授予了光學領域，2017年的諾貝爾物理學獎授予了引力波的探測研究，表彰獲獎者們(men) 構思和設計了幹涉儀(yi) 引力波天文台，驗證了愛因斯坦的百年預言，為(wei) 人類探索宇宙配上了“耳朵”。2014年的諾貝爾物理學獎授予了半導體(ti) 照明研究，藍色發光二極管的發明使白光可以以新的方式被創造出來，人類可以擁有更加持久和高效的燈光替代光源，這也是與(yu) 光學緊密相關(guan) 的。2014年諾貝爾化學獎同樣授予了光學研究領域，因光學顯微成像技術的最高分辨率一直無法超過光波波長的一半，被認為(wei) 是光學顯微鏡理論上的分辨率極限，而獲獎者們(men) 卻將超分辨熒光顯微技術的極限拓展到了納米量級，一百多年沒有人能夠突破的極限被三位科學家成功地繞過，使得透視生命體(ti) 分子的運動成為(wei) 可能。2009年，諾貝爾物理學獎被授予英國華裔科學家高錕及美國科學家威拉德·博伊爾和喬(qiao) 治·史密斯。高錕在“有關(guan) 光在纖維中的傳(chuan) 輸以用於(yu) 光學通信方麵”取得了突破性成就。博伊爾和史密斯發明了半導體(ti) 成像器件—電荷耦合器件(CCD)圖像傳(chuan) 感器，光纖通訊及CCD成像技術都與(yu) 我們(men) 的日常生活息息相關(guan) 。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 光學是物理學中古老的學科，又是當前科學研究中最活躍的學科之一，推動著人類對自然的認知和人類社會(hui) 的進步。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 聯合國教科文組織宣布2015年為(wei) “光和光基技術國際年”(簡稱國際光年)，以紀念千年人類在光領域的重大發現。光科學及其應用帶來了直接改變人類活動的革命性的技術，但是，這些重要的技術進步卻常常未能吸引人們(men) 的關(guan) 注。國際光年是推進光和光基技術進步、深化國際光學領域合作、促進光學學術交流、普及光學民眾(zhong) 教育的一次重要契機，成為(wei) 在國際光學工程領域產(chan) 生廣泛深遠影響的一年。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 2018年5月16日，確定每年的這一天為(wei) 國際光日，以紀念1961年這一天的紅寶石激光誕生。光日的四大理念在於(yu) ：1. 光在人類活動最基本的層麵發揮了最核心的作用。光是生命本身的起源，比如光合作用，沒有光合作用人類將無法生存。2. 以光為(wei) 基礎的工業(ye) 是主要經濟驅動力，光的許多應用通過醫學、通信、娛樂(le) 和文化徹底改變了社會(hui) 。例如，光基技術通訊提供信息促進可持續發展，提高社會(hui) 健康和福祉，直接影響人類的需求。3. 以光為(wei) 基礎的技術越來越多的為(wei) 全球挑戰提供解決(jue) 方案，包括太陽能利用，特別是能源、教育、農(nong) 業(ye) 和公共衛生等領域，應用光基技術改善發展中國家的生活質量是實現可持續發展重要目標的關(guan) 鍵。4. 隨著光成為(wei) 21世紀科學與(yu) 工程交叉的關(guan) 鍵學科，全世界已經充分認識到光學研究的重要性，以及光基技術對全球發展的重要性。同樣重要的是，最聰明的年輕人繼續被這個(ge) 領域的科學和工程事業(ye) 所吸引。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 光的認知過程可簡單劃分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 階段，17世紀以前的直觀體(ti) 驗階段和17世紀以後的科學認知階段。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 中國人在直觀體(ti) 驗的感性認知上是很有創造力的。公元前400 年，墨子用很美的詞句來描述了光的直線傳(chuan) 播和小孔成像，這是最早的小孔成像技術記載。“景，光之人，煦若射，下者之人也高；高者之人也下，足蔽下光，故成景於(yu) 上，首蔽上光，故成景於(yu) 下……”。指出了小孔成倒像的根本原因是光的“煦若射”，以“射”來比喻光線徑直向、疾速似箭遠的特征。西漢時期記載，我們(men) 的祖先將冰削成球狀，對著太陽，在太陽的“影子”位置點燃艾草生火。這是世界上最早的光的聚焦和對太陽能利用的範例。公元500年左右，唐朝記載光是有顏色的，且顏色是光照到雨滴上產(chan) 生，是光的本質而不是雨滴的性質。古人很早就提出了這個(ge) 概念，但很遺憾並沒有進一步從(cong) 數學角度對這些光學現象進行描述，進入17 世紀我國在光學領域的發展與(yu) 世界水平逐漸有了差距。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 17世紀光學在歐洲誕生了，歐洲成為(wei) 了當時光學研究的前沿陣地。幾何光學和波動光學，從(cong) 數學和科學的角度描述了光。幾何光學闡述了光的直線傳(chuan) 播、反射、折射等，波動光學闡述了光是一種電磁波，光學研究進入了科學認知的曆程。科學認知即光的科學，需要了解光的本性是什麽(me) 、光是怎麽(me) 產(chan) 生的、怎麽(me) 傳(chuan) 播的，以及與(yu) 物質的相互作用，甚至通過物質的相互作用怎麽(me) 去調控光，這些也正是光科學研究主要內(nei) 容。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 幾何光學是光學發展史上的轉折點，在這個(ge) 時期建立了光的反射定律和折射定律，奠定了幾何光學的基礎。其中最重要的是光的折射定律，折射率決(jue) 定了光的傳(chuan) 播和光的相互作用，是光學研究中最基本的數值，介電常數與(yu) 極化率等都是與(yu) 折射率緊密關(guan) 聯的常數。折射定律的出現和應用奠定了光纖通訊的基礎。折射定律在人類生活中也經常被發現，比如海市蜃樓的現象。當光線在同一密度的均勻介質內(nei) 傳(chuan) 播時，光的速度不變並且以直線方向前進。可是當光線傾(qing) 斜地由一個(ge) 介質進入另一密度不同的介質時，光的速度就會(hui) 發生改變，行進的方向也發生曲折，這是因為(wei) 折射率的不同決(jue) 定了光的傳(chuan) 播的角度不同。假如在地平線下有一艘輪船，一般情況下是看不到它的。如果在冰冷的海麵上，下層空氣溫度低、密度大，上層空氣溫度高、密度小。由於(yu) 這時空氣下密上稀的差異較大，來自船舶的光線先由密的氣層逐漸折射進入稀的氣層，由於(yu) 折射率的連續變化，光線發生彎曲，又折回到下層密的氣層中來，最後投入我們(men) 的眼中，就能看到輪船的像，即海市蜃樓的顯現。在沙漠裏看到虛幻的樹木水源，也是同樣的原理。利用折射定律可以解釋生活中很多的科學問題和應用問題。我們(men) 在科研實驗中誕生的大的光學儀(yi) 器也離不開折射原理的應用，照相機，望遠鏡等接連出現。隨著透鏡的發展，更進一步促進了幾何光學的發展。透鏡與(yu) 物體(ti) 之間的距離改變時成像會(hui) 有不同，透鏡的組合還會(hui) 增加放大倍率，從(cong) 而實現了顯微鏡放大成像，人們(men) 可以看清楚微小的物體(ti) ，這些對人類社會(hui) 發展的影響非常大。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 17世紀下半葉，牛頓和惠更斯等把光的研究引向進一步發展的道路。1672年牛頓完成了著名的三棱鏡色散試驗，經過三棱鏡的太陽光可分出五顏六色的光，這是最早的波長的概念。但是，牛頓卻認為(wei) 光是粒子性的。牛頓的微粒流的假設則難以解釋光在繞過障礙物之後所發生的衍射現象。惠更斯反對光的微粒說，認為(wei) 光是波動的。光向外傳(chuan) 播類似於(yu) 將石頭擲於(yu) 水中，波向外傳(chuan) 播，每一點都是一個(ge) 源，再次向外傳(chuan) 播。這與(yu) 光是粒子的，類似於(yu) 打子彈，是一個(ge) 粒子一個(ge) 粒子的向前傳(chuan) 播的學說相矛盾。惠更斯運用他波動理論中的次波原理，不僅(jin) 成功地解釋了反射和折射定律，還解釋了方解石的雙折射現象。這個(ge) 時期也可以說是幾何光學向波動光學過渡的時期，是人們(men) 對光的認識逐步深化的時期。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 1801年，楊氏幹涉實驗證明了光的波動性。托馬斯·楊把一支蠟燭放在一張開了一個(ge) 小孔的紙前麵，這樣就形成了一個(ge) 點光源。在帶孔的紙後麵再放一張紙，將第二張紙開出兩(liang) 道平行的狹縫。從(cong) 小孔中射出的光穿過兩(liang) 道狹縫投到屏幕上，到達不同位置時位相不同，疊加後出現強度的增強或減弱，會(hui) 形成一係列明、暗交替的條紋，這就是著名的雙縫幹涉條紋。雖然這一實驗充分證明了光具有波動性，但是光的波動理論仍然不被人們(men) 認可，光的波動性一直處於(yu) 爭(zheng) 論之中。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 當時歐洲科學中心，法國科學院提出了一個(ge) 著名的題目—泊鬆亮斑，菲涅爾成功地利用這一題目證明了光的波動性。菲涅爾將屏孔的尺寸改變成與(yu) 波長量級相當的大小，實驗中發現屏幕上出現了幹涉條紋，中間出現了亮斑，證明了光的波動性。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 光的波動性被認可後，促進了電磁學的快速發展。麥克斯韋方程是現代電磁學的基礎，而光的所有性質都可以用麥克斯韋方程來解釋， “光也是一種電磁波”這一觀點逐漸被大家認可。從(cong) 無線電波到伽馬射線都是電磁波，光隻是其中很小的一部分，而可見光400~600 nm 的波段是更小的一部分，但卻是人們(men) 最感興(xing) 趣的波段。光的波動理論更是促進了光譜儀(yi) 、幹涉儀(yi) 、傳(chuan) 感器、鍍膜光學器件等的出現。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 19世紀末，經典物理的大廈已經建成。湯姆遜在新年祝詞中講到，經典物理中隻剩下“兩(liang) 朵黑雲(yun) ”，其中一朵與(yu) 光學緊密相關(guan) ，即波動理論的困惑。用波動理論計算黑體(ti) 輻射會(hui) 無限大的增強—瑞利金斯曲線，與(yu) 實際測量不符，即紫外災難。為(wei) 了解釋這個(ge) 難題，數學家普朗克從(cong) 物質的分子結構中借用不連續的概念，提出了量子論。他認為(wei) 光具有量子化特性，能量是一份一份的，並不是連續的，即光是粒子的，這可以很好地解釋紫外災難。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 愛因斯坦提出光量子學說，用光電效應證明了光的粒子性，並獲得諾貝爾物理學獎。這標誌著光科學的研究進入了量子光學時期。而另一個(ge) 促進量子力學誕生的重要研究是對“太陽黑線”的研究。應用光譜儀(yi) 測量陽光照射的譜線中總是有幾條穩定存在的譜線，起初人們(men) 無法判定黑色譜線的來源，後確定為(wei) 太陽光到達地球的過程中吸收了大氣中的某些元素，於(yu) 是在太陽光譜中就沒有這些頻率的光波，形成了暗線。但吸收線為(wei) 單線，為(wei) 了解釋此現象，波爾提出了原子構造學說，認為(wei) 原子由原子核和核外電子組成，電子存在不同的能級，吸收光子後電子從(cong) 下能級躍遷至上能級將光子能量吸收，由此提出了原子結構和能量不連續性，解釋了太陽黑線現象，量子力學由此誕生。我們(men) 可以看到，光學在量子力學的建立過程中做出了重要的貢獻。光子概念的提出、光電效應的發現、紫外災難的解釋、光譜暗線的解釋，以及能級的概念提出等，這些研究奠定了當代量子物理學的框架，而量子物理學的發展又促進了光學的巨大發展。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 現代光學是基於(yu) 激光的發展而建立起來的。激光的發明是光學發展史上的一個(ge) 革命性的裏程碑。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 紅寶石激光器的誕生使人類第一次得到自然界中不存在的光源——激光。由於(yu) 激光具有強度大、單色性好、方向性強等一係列獨特的性能，很快被運用到材料加工、精密測量、通訊、測距、全息檢測、醫療、農(nong) 業(ye) 等極為(wei) 廣泛的領域。現代科學技術的發展，又使激光進入了超快超強領域。激光器可以產(chan) 生4fs(1fs=10^-15s)的超短脈衝(chong) ，如此短的時間標尺可以度量飛秒量級的物理變化。物質穩定存在是因為(wei) 原子核有足夠的束縛力將電子禁錮，以氫核對電子的作用為(wei) 例，作用力大概為(wei) 10¹⁶ W/cm²。現在激光器產(chan) 生激光的強度可以達到10^21-22 W/cm²，那麽(me) 激光場強對於(yu) 原子的作用力就不再是微擾量級，很容易將電子與(yu) 原子核撕裂，可以探索亞(ya) 原子量級的微觀結構。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 激光創造了極端的時間尺度和極端的場強，極大的擴展了光學的應用，將應用擴展到高分辨光學測量、高強度非線性光學、相對論非線性光學、超快動力學和強場物理等領域。利用飛秒激光探究分子的解離過程的研究獲得了1999年諾貝爾化學獎，應用激光的超高時間分辨率的特性去探測分子的解離過程，對化學研究來說具有非常重要的意義(yi) 。激光聚焦可以實現電場高達10¹²V/m，超強激光與(yu) 等離子體(ti) 相互作用，產(chan) 生的加速電場可以比常規加速器高出千倍以上。此外，光也已經成為(wei) 當代計量的新標尺，1983年第17屆國際計量大會(hui) 上確定：米是光在真空中傳(chuan) 播1/299792458秒時間間隔所經路徑的長度。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 光是現代科技的重要驅動力，光學與(yu) 信息、先進製造、能源、健康和國家安全密切相關(guan) ，推動人類社會(hui) 的發展。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 1. 光與(yu) 信息：光纖通信、光開光、光全息、CCD成像、光量子通信、立體(ti) 電影、光纖胃鏡，計算機等等，都能體(ti) 現光與(yu) 信息的關(guan) 係。以互聯網計算機為(wei) 例，如果將光的作用去掉，依賴光纖通信的計算機信息傳(chuan) 輸和依賴光刻的芯片加工將不複存在，整個(ge) 信息時代就消失了。光信息傳(chuan) 播是以0、1信息先編碼，傳(chuan) 輸後再解碼來輸出信號，那麽(me) 光開關(guan) 決(jue) 定了信息的通過，有光通過為(wei) 1，無光通過為(wei) 0，光開光的響應速度決(jue) 定了信息傳(chuan) 輸的快慢。現在新興(xing) 的自動駕駛的感知也是依賴光學，車輛的行駛路線、周邊的物體(ti) 避讓和路況環境的確定等，都是通過光學信息的采集和處理來實現的，光和信息始終緊密地聯係在一起。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 2. 光與(yu) 先進製造：光刻技術已經將波長越做越小，現在可做到幾納米的量級和精度，甚至可以製造納米和微米尺度的微結構，廣泛應用於(yu) 生命科學和醫療等領域。激光打標、激光切割、3D打印等應用也無處不在。例如，現在百分之七十以上的汽車構造都是用激光焊接的技術完成，焊接效果幾乎與(yu) 原型一致，增加了車體(ti) 的穩定性和安全性。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 3. 光與(yu) 能源：LED 光源由於(yu) 其電壓低，能耗低，安全性高，目前已經得到普及使用。激光分離鈾同位素、激光聚變、太陽能的利用等能源領域都是光學重要的應用體(ti) 現。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 4. 光與(yu) 健康：X光的發現深刻地影響了醫學領域的發展，DNA雙螺旋結構就是科學家應用X光解析出來，引發了醫學領域顛覆性的變革。光學顯微鏡的出現，使得人們(men) 可以觀測細胞、染色體(ti) 等，隨著觀測精度進一步提高到百納米量級，更可觀測高分辨熒光蛋白的細微結構，對生物物理的發展起到了極大的推進作用。激光美容、激光眼部手術已經是成熟的技術，被廣泛地應用在美容醫療領域。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 5. 激光與(yu) 國家安全：激光安檢、激光武器、激光製導、激光測距、激光導航等，激光幾乎是安全和國防等研究領域的必備利器。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 從(cong) 公元前墨子對光的描述，到1665年顯微鏡的發現，1704年牛頓光學的出版，1865年麥克斯韋方程的誕生，1905年光電效應的發現確定了光的量子特性，1960年激光的誕生，1965年光纖理論的提出，1973年第一代光纖技術的發展，1999年飛秒激光作為(wei) 時間分辨對超快動力學的技術測量，這些都是光學發展史上的裏程碑。21世紀是光的世紀，光以其不可替代的作用促進著科學及社會(hui) 的進步。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 光有怎樣的未來，未來我們(men) 可以做什麽(me) ？不難預測，我們(men) 將可以得到更多極端的條件，光場的操控方式發生了根本性的改變。首先可以產(chan) 生非常短的脈衝(chong) ，目前商用儀(yi) 器產(chan) 生的光脈衝(chong) 最短可達到4fs，另外可精確控製相位，形成完全不同的場強分布。光場模式多樣化，可進行波長、相位、頻率、位置、時間等條件的操控，增加了物理學研究中的變量，拓展了物理學研究的方向和極限。同時也可以在空間尺度進行調控，可突破光的衍射極限，借助一些微納結構將光斑尺寸約束至納米尺度以下，比如表麵等離激元，可以帶來全新的光學研究思路。空間小尺度光學的出現，開拓了近場光學的研究，包括表麵等離激元的研究、人工納微結構的研究、特異材料的研究、微納光電子器件的研究等。納米光學和激光光學的發展可以使得光與(yu) 物質相互作用區更小，相互作用尺度更小，使得光信息技術步入了新的時代。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 時間小尺度方麵，飛秒激光與(yu) 物質相互作用後可以產(chan) 生阿秒(as)激光(1as=10^-18 s)，現在實驗室通過飛秒光高次諧波產(chan) 生的最短的阿秒光脈衝(chong) 可達到46as。阿秒的出現使更小時間尺度方麵的觀測成為(wei) 可能，我們(men) 也就擁有了更短的標尺。氫原子中電子繞核運動一圈的時間是150as，如果我們(men) 擁有時間尺度為(wei) 46as 的標尺，就可觀測電子的運動過程，這是非常有意義(yi) 的。但是目前人們(men) 還麵臨(lin) 著阿秒光脈衝(chong) 能量較低等困難，很多研究還不具備實驗條件，這也是光學未來需要攻克的目標。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 超快技術也應用在生命和材料領域的研究中，光的多維調控為(wei) 這些交叉領域研究提供了豐(feng) 富的手段，如生物大分子的四維成像、超快動力學與(yu) 飛秒醫學等等，這些都是非常前沿的光學領域的嚐試。比如，以前我們(men) 可以產(chan) 生的光斑是圓的，現在卻可以將光斑中心變成圓的空洞，偏振變成鏡像、橫向或者螺旋偏振，突破了原來的線偏振、圓偏振和橢圓偏振等等。正是由於(yu) 有了多樣的光結構，應用普通光和結構光先後照明，使空洞處保留原來的粒子的空間分辨，此技術突破了光學顯微技術在理論上的極限，實現了納米高分辨成像。此外，將光脈衝(chong) 展開成不同的脈衝(chong) 形狀，利用脈衝(chong) 整形對動力學過程、分子形成和解離、生命和材料等的反應過程進行人工調控。通過精密調控光脈衝(chong) 各點的位相和振幅，構建特定光場結構的波陣麵，實現光場偏振態剪裁，可以控製細胞等微觀粒子的運動。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 在超快計算領域，要求現代的微電子芯片計算量大、計算速度快。通常情況下，超快計算是通過計算機並聯實現的，但並聯導致能量損耗非常大。如果在微電子芯片裏加入光芯片來實現光信息的傳(chuan) 輸，用光來進行機器間的交互，可以很好地解決(jue) 能耗問題，極大的增加運算和傳(chuan) 輸速度，為(wei) 未來計算和信息處理提供了新的方法。

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;">

inkMacSystemFont, "font-size:17px;text-align:justify;text-indent:0px;background-color:#FFFFFF;"> 飛秒激光時域和頻域的控製還可以對光合作用中的過程進行詳細的研究，探索研究光合作用具體(ti) 的作用過程和原理之後，人們(men) 就可以人造光合作用體(ti) ，解決(jue) 人類目前所麵臨(lin) 的多種能源問題，這些都將是現代光學的前沿和未來光學的發展方向。（全文完）