光学发展与社会进步

一、前 言

人从降生开始，光就伴随其一生。宇宙的发展与光的发展紧密联系在一起。光学的发展过程是人类认识客观世界进程中的一个重要组成部分，是不断揭露矛盾和解决矛盾，逐渐从不确切认知走向确切认知的过程。

光学无处不在，太阳能的利用，蓝光的发光，激光的焊接和切割，电影的放映，光纤通信，光合作用，X光的应用和显微镜的应用等等。光学仪器已在人们日常生活中起着无可替代的作用。列举一个最熟悉的例子，我们每天都在使用的手机就使用了三十多项光学的技术：光学玻璃、激光切割光滑的玻璃表面、激光打标、OLED 和液晶显示、挡光版、背光照明、实现彩色的偏振片和滤光片、增加清晰度的增透膜、照相的镜头、成像的CCD、芯片的制造、光刻技术的应用、通过光纤进行信息的传输、蓝牙无线红外通信、光纤传感和投影等。

光学研究对自然科学的发展起到了非常大的促进作用。回看历史，第一个诺贝尔物理学奖授予了伦琴，伦琴发现了X射线，揭开了20 世纪物理学的革命序幕，促进了现代物理学的诞生。2002年诺贝尔物理学奖仍然与X射线相关，授予了对天体物理有开创性贡献的宇宙X射线源的发现，打开了宇宙新窗口。进入21世纪，多项诺贝尔奖授予了光学领域，2017年的诺贝尔物理学奖授予了引力波的探测研究，表彰获奖者们构思和设计了干涉仪引力波天文台，验证了爱因斯坦的百年预言，为人类探索宇宙配上了“耳朵”。2014年的诺贝尔物理学奖授予了半导体照明研究，蓝色发光二极管的发明使白光可以以新的方式被创造出来，人类可以拥有更加持久和高效的灯光替代光源，这也是与光学紧密相关的。2014年诺贝尔化学奖同样授予了光学研究领域，因光学显微成像技术的最高分辨率一直无法超过光波波长的一半，被认为是光学显微镜理论上的分辨率极限，而获奖者们却将超分辨荧光显微技术的极限拓展到了纳米量级，一百多年没有人能够突破的极限被三位科学家成功地绕过，使得透视生命体分子的运动成为可能。2009年，诺贝尔物理学奖被授予英国华裔科学家高锟及美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性成就。博伊尔和史密斯发明了半导体成像器件—电荷耦合器件(CCD)图像传感器，光纤通讯及CCD成像技术都与我们的日常生活息息相关。

 (a) 蓝光LED; (b) LED

威廉·康拉德·伦琴和X光照片