新世纪献辞
光学・激光是知识创新体系的重要一环
李景镇
(深圳大学科技研究院,深圳 518060)
1 20世纪的光学创新在人类知识创新上有特殊重要的地位
・普朗克从黑体辐射的研究中提出了辐射能量子化理论,随之出现的量子力学、量子物理、量子化学、量子生物学,等等,是人类认识微观世界的基础。
・爱因斯坦明确提出了光量子理论,光量子的能量E=ν,根据迈克尔逊光干涉实验导致了狭义相对论的出现,形成了新的时空概念及推导出质能互换定律E=mc2;
玻尔在光谱学的成就和量子理论的指导下,提出子氢原子的光谱理论,导致了对原子、分子结构的了解;
・爱因斯坦1917年提出原子系统中不仅有自然辐射,而且有受激辐射,受激光辐射是激光的理论基础;1954年,T.H. Townes发明了NH3受激辐射的微波放大器;1960年,T.H. Maiman做出了红宝石激光器。
激光的发现,是人类科学技术发展史上的一次重大突破;
・半导体物理在导致科技进入信息时代的同时,也为光电器件及光信息技术开辟了途径;
・光纤通信,是人们进入信息时代的重大突破;
・超分辩显微术,特别是扫描探针技术,使人们进入观察、操纵,重组原子成为现实;
・超大天文望远镜,特别是哈勃空间望远镜,大大提高了人们认识宇宙的深度、广度;
・光合作用的研究,等等。
这些重大的突破和创新,正是知识创新体系中最重要的源泉,在创新体系中属于最高层次。
2 光学知识本身的知识创新
主要体现在光学到光子学的飞跃,正像电学到电子学的飞跃。
光子学是研究光子的产生,运动和转化的科学,侧重于从微观的角度来研究它的属性。
完成光学到光子学飞跃的重大突破和进展主要有:
・半导体超晶格概念和理论的提示,半导体超晶格激光器、量子阱、量子线和量子点激光器的出现;
・微腔量子电动力学效应的发现和垂直腔面发射激光器的问世,是光子学理论和器件的重大突破,是光集成的基础;
・非线性导波光学的发展,导致了光通信技术上的三大突破;孤子激光器和光孤子传输,光纤放大器,和波分复用技术;
・光子材料和光子器件的发展,光子晶体的研究正出现突破,光子晶体的研究与上个世纪半导体的研究有着同样重大的意义;
・光存储和广义三维光存储的进展;
・光双稳、光互联和光子计算机的进展;
・量子光学的进展,量子纠缠态、量子通信和量子计算机已初见端倪,等等;
3 激光在知识和技术创新体系中居于重要地位和光纤技术一道是光子学的主要依托,将在下世纪———光子世纪担纲重要的角色,关于激光的历史作用,王大珩院士有一段精辟的论述:
“60年代激光的问世,堪称本世纪物理学重大进展之一,是光学方面具有革命意义的重大突破。
基于它所具有的前所未有的性质,对于光的本质,以及光与物质相互作用都具有划时代的认识。
我们知道,X光在研究物质上将近一个世纪,还有其生命力,还用以研究较复杂的分子(生物分子),而激光所开辟的研究物质动态及反应的手段,它的生命力将更长,必将成为即将到来的下个世纪(21世纪)的重要科学研究对象”。
激光是创新体系中的重要一环。
光电检测技术的发展及应用
钟丽云
(昆明理工大学激光研究所,昆明 650051)
检测技术在国民经济的各个行业中,起着举足轻重的作
用,无论科学研究、产品质量及自动控制都需要检测,利用现代
光电子技术作为检测手段,具有无接触、无损、远距离、抗干扰
能力强、受环境影响小、检测速度快、测量精度高等优越性,是
当今检测技术发展的主要方向。
利用光的干涉、衍射和散射进行检测已经有很长的历史,
由台曼干涉仪到莫尔条纹,然后到散斑,再到全息干涉,出现了
一个个干涉场,物理量(如位移、温度、压力、速度、折射率等)的
测量不再需要一个个的测量,而是整个物理量场一起进行。
自从激光出现以后,电子学领域的许多探测方法(如外差、
相关、取样平均、光子计数等)被引入,使测量灵敏度和测量精
度得到大大提高。
光纤技术的出现,由于光纤能控制光束的传
播路径,使调制的方法增多,接收更为方便,同时它能进入物体
内部,扩大了测量范围,提高了测量精度,甚至可以事先铺设在
各种建筑物内部,作实时监测和自动控制等。
CCD固体摄像头的出现
,由于它是成像的,又很容易和计
算机连接,利用图像处理技术,可以提高测量的信噪比,并扩大
测量范围,目前它正全面地改造着传统的光学测量方法;由于
它的高分辨率,可以直接用于物体外部尺寸,轮廓以及位移和
有关物理量的测量。
由于图像具有非常高的信息量,特别是彩
色CCD,在遥感技术和光纤传感技术中也得到普遍应用。
利用光与物质的相互作用,如激光致超声、激光热效应等
新的探测方法,在无损检测中也得到广泛应用。
随着科学技术
的不断发展,新的探测方法还会不断的出现。
计算机在光电检测中的应用,不但可以处理大量的测量数
据,而且还可以用于设备本身的自诊断,使设备成为真正的智
能仪器。
某些传统的光学仪器,如照像机和显微镜等,由于采
用了新的光信息处理方法,而出现了富里叶光谱仪和断层摄影
与计算机成像结合的CT等许多光电子设备;将激光技术和计
算机技术相结合,出现了品种繁多的各行各业的光电子仪器设
备,如激光相位测距仪、激光多谱勒测速、干涉仪、光纤陀螺、激
光排版、激光印刷、VCD光盘以及各种激光治疗仪等。
1
《激光杂志》2000年第21卷第3期 LASERJOURNAL(Vol121,No.312000) 。