第一篇 上世纪光学发展十大方面 王大珩 2004.4

1. 第一篇上世纪光学发展十大方面 王大珩2004.4

2. 一、光学面向基础科学 • 上世纪的两大物理主流，相对论和量子物理，是以光学实验为出发点的，相对论立足于麦克逊干涉实验，量子理论始于黑体辐射测量； • 物理上测量长度的基本单位“米”是由真空光速来定义的； • 光谱学一直是量子物理的实验根据，现已成为物质分析的主要手段； • 光化学，作为化学反应的催化手段，激光的出现为研究物质运动，包括化学反应提供了新的手段。

3. 二、19世纪末光的电磁波动论，导致无线电波的发现，在上世纪发展成无线电通讯和无线电电子学，进而形成电子学专业工程学科。二、19世纪末光的电磁波动论，导致无线电波的发现，在上世纪发展成无线电通讯和无线电电子学，进而形成电子学专业工程学科。

4. 三、传统光学的工程化 • 精确光学系统设计，使光学设备精确化成为精密仪器； • 常用光学仪器的规模化生产降低了生产成本（显微镜、望远镜、照相机等为光学仪器使用的大众化开辟了道路） ； • 重大光学工程的创建为认识和改造世界创造了有利条件。大型天文望远镜进光口径从2mФ，4mФ，5m Ф以至于达到10mФ；太空天文望远镜口径2.4mФ；超高分辨率和超分辨率空间对地观察相机孔径为0.6m Ф，1.5m Ф，3mФ，并可用于强激光投射系统（激光光炮管）。

5. 四、光电子新技术或称光子学成为当代战略高技术之一四、光电子新技术或称光子学成为当代战略高技术之一 • 波长的扩展——微波、远红外、红外、可见光、紫外、远紫外、直至软X光波段；由波长的特点，各自形成专门的光学技术，例如红外技术，远紫外技术等。 • 激光的问世，来源于电子学与量子物理的结合，开始时被称为光量子放大，是上世纪下半页时光学技术的一次重大革命；

6. 半导体和微电子技术的发展，首先是技术上靠光刻形成微细结构；半导体发光及光敏器件成为光信息传输的基本器件，半导体发光器件特别是白光器件可以作为家用照明，完全可能代替现用的家用光源，这将大大节省电力。半导体和微电子技术的发展，首先是技术上靠光刻形成微细结构；半导体发光及光敏器件成为光信息传输的基本器件，半导体发光器件特别是白光器件可以作为家用照明，完全可能代替现用的家用光源，这将大大节省电力。 • 远距离图像传输，例如电视，它大大改善了人类的生活面貌； • 电子光学，电子显微镜和扫描显微镜的发明大大拓展了人们对微观世界的视野； • 由同步加速器产生的同步辐射，原来被认为是加速器的垃圾，现在被认为是光学上的宝贵资源，可作为高亮度观测和微细加工的手段 。

7. 五、光纤通讯技术 • 原始概念是从半导体提纯技术取得高透明介质可进行远距离传输而引申出来的。现在这项技术已经成为全球性网络，包括越洋传输的光缆。传输率作为商品已达10GB，前沿已达60GB；它在经济上比空间卫星全球通讯系统更具竞争力。

8. 六、光学信息理论与实践 • 光学传递函数理论的发展与实践为复杂的光学成像链提供了方便的质量评估手段。 • 光学信息处理可以在复杂的目标背景中，通过分析和组合提炼出所需要的特征图像，例如图像识别。半个世纪以来，由空间技术的发展所带动起来的遥感技术就是以这个理论为依据的，其在经济建设上同样取得了明显的受益。

9. 医疗技术方面，在已有的X射线透视基础上发展了X光CT，还有核磁共振CT；近来我国还研制了具有原始创新意义的差温层析仪，它是光学信息理论在医疗技术上的重大贡献；医疗技术方面，在已有的X射线透视基础上发展了X光CT，还有核磁共振CT；近来我国还研制了具有原始创新意义的差温层析仪，它是光学信息理论在医疗技术上的重大贡献； • 光学信息传输的发展为高清晰电视和可视电话的信息压缩技术奠定了基础； • 全息光学技术是当前迅速储存光学图像的一种新手段，它以点位相储存的方式代替了几何轮廓的储存方法。这个新概念使得多景的图像可以叠加在一起，使用时靠衍射原理分开；这个概念给信息技术一个新的启示，特别是在生物信息方面。脑的记忆手段是分布在全脑皮层来存储的。

10. 七、薄膜光学和二元光学 • 可以做光学增透和增反的效果； • 可以做成单色滤光片和按照这个特殊光谱强度分布的函数滤光片 ； • 可以做成偏振滤光片； • 可以作为光学面的保护层，防潮等 ； • 二元光学可以实现非常规光学所能实现的光学成像效果，例如把电光源变成线光源，或特殊图像的光点形式等。

11. 八、自适应光学 • 光学传输穿过可抖动或漂移的介质，进行实时光学相位补偿以提高成像的质量； • 用于激光光学系统。由于激光漂移所引至的相位误差能够得到补偿，因此可以提高大功率激光的光学质量； • 也可以用于补偿光学系统成像的缺陷，例如热形变效应等等；这些都是具有原始性创新的新概念。

12. 九、近代基础光学的形成 • 非线性光学。获取倍频、差频、和频、高次协波以及参量振荡及四波混频等效果； • 强激光光学和等离子体物理光学成为研究激光核聚变作为能源前景的基础理论科学； • 量子信息作为迅速传输手段的新尝试，具有信息传输密要不被破坏的优点，对于量子计算机的优越性和可能性也在探测之中； • 激光技术促进了微观动力学领域的发展，应用前景极为广阔。

13. 十、光学材料的进展 • 光学玻璃从铀物变为采用铂坩锅电容连续生产； • 各种波段所需的透明的人工晶体； • 非线性光学特别是激光技术所需要的特种非线性晶体、线性晶体，例如KTP、BBO、LBO、LiNbO3等等； • 激光工作物质，如含钕激光玻璃YAG、含钛白宝石等等。

14. 小结：上述所谈的十个方面基本上都有人涉足，但水平各有千秋，总体说来，进步很大，但还有很多不足之处。光学成果转化为产业速度缓慢，个别有比较先进的，但还有滞后和空白，例如光学医疗仪器。在新技术上，我们必须协调均衡前进，保持我们在光学方面的活力。小结：上述所谈的十个方面基本上都有人涉足，但水平各有千秋，总体说来，进步很大，但还有很多不足之处。光学成果转化为产业速度缓慢，个别有比较先进的，但还有滞后和空白，例如光学医疗仪器。在新技术上，我们必须协调均衡前进，保持我们在光学方面的活力。

15. 第二篇新世纪光学发展大有可为

16. 引子 • 新世纪开始，有些同业者说，21世纪应是光学大发展的时期。怎见得？看以下这些可发展的前景，或可做说明。 • 事实上，国际性的光学大会动辄以出席万人计，可见一斑。

17. 一、光学作为信息载体方面 光学作为载体，可应用在国家安全、环境和人民健康等方面。 • 光纤传输。现在的传输率达60GB，理论上至少还有2个数量级的容余量可兹发展。当前的瓶颈在于光信号的调制采用的是光电技术，而光电技术的速率在电路传输上很难超过10-8秒；其前景是用纯光学调制（例如光干涉），这样就可以避免这种瓶颈效应； • 对我国来说，空间对地观测的能力还很落后，研制大孔径的观察相机还需要花很大力气； • 利用量子信息的传输正在探索过程中； • 发展空间激光通讯； • 发展纳米技术所需要的超分辨率观测和监控体系。

18. 二、光学作为能源 • 光核聚变。距离工程化还有很大距离，有大量系统的研究工作要做； • 激光武器。有可能进入工程阶段，但技术保障设备过于笨重，不利于战术上的生存，必须加以改进； • 激光加工。工程化、产业化需大力开展； • 激光作为微机械和纳米技术的加工工具； • 同步辐射和物质的相互作用用途广泛，例如进行深度刻蚀、短波长度物质加工等。

19. 三、光学服务于基础研究 • 做为探针，发展微观动力学的问题数以千万计，一个世纪也做不完； • 光电元器件随着波段的扩展和频带的加宽，必然提出新的需求。

20. 结束语 • 对我们来说，要抓住全世界光学繁荣发展的机会，不失时机强化我们的光学事业，包括基础研究、产业化和光学高技术工业的建立，尽量发挥同业者的智慧和创造性的才能，为了小康社会的建设，不遗余力的做出我们的贡献。 • 这里，我特别强调，我们的年轻一代要很好的发挥积极的作用，做出辉煌的贡献。我用自己常说的话来祝福你们：传承辟新、寻优勇进。

21. 以上发言，准备匆促，不当之处，在所难免，请大家批评指正，在此我应当感谢中央电视台给我做了这次远程发言的机会，使我不在场而能和你们见面，再次祝大会胜利闭幕，取得圆满的学术成果，谢谢大家！以上发言，准备匆促，不当之处，在所难免，请大家批评指正，在此我应当感谢中央电视台给我做了这次远程发言的机会，使我不在场而能和你们见面，再次祝大会胜利闭幕，取得圆满的学术成果，谢谢大家！