思羽/編譯
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百年光學(xué)史
思羽/編譯
● 光學(xué)學(xué)會自從1916年創(chuàng)立之日起,便聚集了全球光學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家、工程師、商界領(lǐng)袖和學(xué)生,這些人士在光學(xué)和光子學(xué)領(lǐng)域的工作早已改變了整個世界。
1916年6月,也就是一個世紀(jì)之前,阿爾伯特·愛因斯坦預(yù)測了時空漣漪——如今以引力波之名為人所知——的存在。今年早些時候,我們慶祝了人類觀測到引力波現(xiàn)象的喜訊,這個讓人驚訝的觀測結(jié)果是全球范圍內(nèi)一千多位科學(xué)家合作的成果,觀測中使用了鏡子和激光制成的高靈敏度天線。這項近期的里程碑和許多其他科學(xué)成就一樣,都運用了無數(shù)理論上的、觀測上的和技術(shù)上的創(chuàng)新。在此值得進行一番反思,回顧百年間光學(xué)領(lǐng)域科學(xué)群體產(chǎn)生的龐大知識,允許我們能以更強的深度和準(zhǔn)確性觀察世界的技術(shù)突破,以及那些為了擴展科學(xué)不同分支的知識疆界和應(yīng)用領(lǐng)域而獻(xiàn)出一生的人。
今年標(biāo)志著光學(xué)學(xué)會成立100周年。光學(xué)學(xué)會聚集了全球光學(xué)和光子學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)人士及學(xué)生。在過去的一個世紀(jì)里,無論是科研界,還是消費者,都享受了以光學(xué)為基礎(chǔ)的科學(xué)及應(yīng)用技術(shù)迅猛發(fā)展帶來的福利。光學(xué)和光子學(xué)的成長在許多方面反映了現(xiàn)代物理學(xué)從20世紀(jì)初至今的問世及拓展。應(yīng)用光學(xué)和光譜學(xué)長久以來發(fā)揮了核心作用,使得物理學(xué)誕生了新發(fā)現(xiàn),新的物理學(xué)知識又激發(fā)了光學(xué)和光子學(xué)上的進步,轉(zhuǎn)而為空間、時間和物質(zhì)的研究創(chuàng)造出強有力的工具。比如說,激光已經(jīng)變成了科學(xué)探索不可或缺的工具。擁有不可思議密度和靈敏度的固態(tài)探測器被用于科學(xué)成像,從地球上的望遠(yuǎn)鏡到火星上的攝像機都少不了它。激光冷卻上的創(chuàng)新已經(jīng)給予我們前所未有的了解量子世界的渠道,激光頻率梳技術(shù)對于基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)來說,都是極其精準(zhǔn)的測量工具。
光學(xué)學(xué)會于1916年建立,在建立之前的50年里,人類在對光和光應(yīng)用的理解上取得了翻天覆地的進步。19世紀(jì)60年代,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell)最早確定了光的本質(zhì)是一種電磁波。在19世紀(jì)下半葉,電力照明開始應(yīng)用,甚至現(xiàn)代光纖光學(xué)都初現(xiàn)雛形。1905年,愛因斯坦對光電效應(yīng)的描述暗示光是由離散的能量包構(gòu)成的,這種能量包后來被命名為光子。光的雙重性質(zhì)——既有光子特性,也有波動特性——激發(fā)出多種工程創(chuàng)新。
隨著第一次世界大戰(zhàn)席卷歐洲,對技術(shù)革新的需求變得越發(fā)急迫。在那種背景下,位于華盛頓哥倫比亞特區(qū)的美國標(biāo)準(zhǔn)局的一位科學(xué)家珀利·納丁(Perley Nutting)認(rèn)識到,有必要組織一個科學(xué)家園,為光學(xué)工程和技術(shù)領(lǐng)域的科學(xué)家們服務(wù)。納丁接受了伊士曼柯達(dá)公司的一個職位,遷居紐約州羅切斯特后,他和當(dāng)?shù)氐目蒲腥耸恳黄鸾M成了羅切斯特應(yīng)用光學(xué)促進會。在一年之內(nèi),這個團體擴大了野心和領(lǐng)域,在1916年建立了美國光學(xué)學(xué)會(OSA),學(xué)會的重心是促進應(yīng)用光學(xué)的發(fā)展。(2008年,學(xué)會認(rèn)識到規(guī)模已經(jīng)遍及全球,改名為光學(xué)學(xué)會。)最初的會費僅僅是5美元一年。1916年12月28日,學(xué)會在哥倫比亞大學(xué)召開了首次會議,開啟了光學(xué)的新紀(jì)元。
在20世紀(jì)早期,科學(xué)家對宇宙的認(rèn)識有了重大的突破,這在很大程度上要歸功于在觀測天空時用到的光學(xué)技術(shù)的進步。
天文學(xué)家喬治·埃勒里·海爾(George Ellery Hale)擔(dān)任了美國光學(xué)學(xué)會的第一任副主席。1916年,他被授予了美國光學(xué)學(xué)會名譽會員身份,這是美國光學(xué)學(xué)會會員中最卓越的一類,通常每年只授予一名會員。海爾陶醉于太陽的研究,在麻省理工學(xué)院讀本科時就發(fā)明了太陽單色光照相儀,并使用它發(fā)現(xiàn)了太陽渦流和其他現(xiàn)象。后來,他率先建造了幾臺打破紀(jì)錄的太空望遠(yuǎn)鏡,包括位于葉凱士天文臺的40英寸(100厘米)口徑折射望遠(yuǎn)鏡和威爾遜山天文臺的60英寸口徑海爾反射望遠(yuǎn)鏡、100英寸口徑胡克反射望遠(yuǎn)鏡。
激起海爾畢生對光學(xué)的熱情的,是他孩提時父母買給他的一臺小型顯微鏡。他14歲時就建造了自己的第一臺天文望遠(yuǎn)鏡;他最后的項目是位于帕洛馬山天文臺的200英寸口徑海爾反射望遠(yuǎn)鏡,海爾于1938年逝世,這臺望遠(yuǎn)鏡直到他去世十年后才完工。
賀光學(xué)百年
“光學(xué)學(xué)會創(chuàng)建一百周年不僅是記錄學(xué)會和光學(xué)研究領(lǐng)域遺產(chǎn)的契機,更是一次探索激動人心的科技突破的未來的良機。光學(xué)研究仍然有巨大的潛力,能夠?qū)Ω侗姸嗵魬?zhàn),譬如支持保健醫(yī)療的研究,繼續(xù)支持互聯(lián)網(wǎng)的爆發(fā)性發(fā)展。我們僅僅處在光學(xué)技術(shù)應(yīng)用的起點,光學(xué)學(xué)會與會員們會繼續(xù)站在最前沿,推進光學(xué)研究?!?/p>
——光學(xué)學(xué)會主席艾倫·威爾納(Alan Willner)
“光學(xué)學(xué)會是在科學(xué)合作成為挑戰(zhàn)的環(huán)境背景下成立的。學(xué)會的創(chuàng)建者預(yù)見到,有必要將行業(yè)和學(xué)術(shù)界里最具科學(xué)智慧的頭腦聚集在一起,分享彼此的想法,追逐技術(shù)突破。今日,學(xué)會為全球光學(xué)服務(wù),擔(dān)當(dāng)催化劑的角色。我們對學(xué)會的科學(xué)家和公司領(lǐng)袖感到自豪,其中包括34位諾貝爾獎得主,他們會激發(fā)下一代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。”
——光學(xué)學(xué)會首席執(zhí)行官伊麗莎白·羅根(Elizabeth Rogan)
“世紀(jì)中葉在光學(xué)上的發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造出新發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。比如說,先進制造使用高能激光切割和粘合材料。近期發(fā)現(xiàn)引力波,也是因為激光技術(shù)才變得可能,它已經(jīng)開啟了一個可能存在種種發(fā)現(xiàn)的新領(lǐng)域,勢必永久改變天體物理學(xué)?!?/p>
——光學(xué)學(xué)會首席科學(xué)家格雷戈里·夸爾斯(Gregory J.Quarles)
自從喬治·伊士曼(George Eastman)發(fā)明的柯達(dá)照相機在1888年帶著那句著名口號“你只需按動快門,剩下的交給我們來做”進入大眾市場后,照相機技術(shù)一直在進步。1928年,美國光學(xué)學(xué)會創(chuàng)建了首個、也是最具威望的獎項,來表彰弗雷德里克·艾夫斯(Frederic Ives)。艾夫斯是現(xiàn)代照相凸版制版法的發(fā)明人,也是彩色攝影技術(shù)、三色印刷法和三維立體攝影技術(shù)方面的先驅(qū)。艾夫斯的兒子赫伯特(Herbert)在1924~1925年間擔(dān)任美國光學(xué)學(xué)會主席。
肯尼斯·米斯(C.E.Kenneth Mees)在伊士曼柯達(dá)公司工作的43年間,給科學(xué)攝影學(xué)帶來了眾多進步,其中包括敏感的感光乳膠的研發(fā)工作,這項發(fā)明使得捕捉暗淡的天文圖像成為可能。1961年,在米斯去世后,一項美國光學(xué)學(xué)會的獎項以米斯的名字來命名,以表紀(jì)念。
另一個奠基性的時刻發(fā)生在1947年美國光學(xué)學(xué)會的會議上,當(dāng)時寶麗來公司的共同創(chuàng)始人埃德溫·蘭德(Edwin Land)首次向公眾演示了他新發(fā)明的即時顯影裝置。在上世紀(jì)60年代到80年代的極盛時期里,寶麗來拍立得相機為數(shù)百萬戶家庭生活中的特別時刻記錄下珍貴畫面。蘭德說,他發(fā)明拍立得相機的靈感來自于三歲女兒的提問:“我為什么不能立刻看到這些照片?”1972年,蘭德因為他的成就被授予了美國光學(xué)學(xué)會名譽會員身份。
電磁輻射的受激發(fā)射允許光相干放大和緊聚焦,產(chǎn)生一道顏色格外純凈的高能光束。這些獨一無二的特性使得激光有了廣泛的應(yīng)用,從雜貨店的掃描器、辦公室內(nèi)的打印機到精準(zhǔn)手術(shù)和精準(zhǔn)制造。
盡管愛因斯坦在1917年就描述了受激發(fā)射原理,直到1953年展示受激發(fā)射過程的設(shè)備才實際建造出來。 在那一年,查爾斯·湯斯(Charles Townes)、詹姆斯·戈登(James Gordon)與赫伯特·蔡格(Herbert Zeiger)在哥倫比亞大學(xué)建造了他們稱之為微波激射器的裝置,這個簡稱代表的是“輻射受激發(fā)射下的微波放大器”。這支研究團隊后來發(fā)現(xiàn),并不單單是他們在做這方面的研究:在蘇聯(lián)的列別捷夫物理研究所,亞歷山大·普羅霍羅夫(Aleksandr Prokhorov)和尼古拉·巴索夫(Nicolay Basov)幾乎在同一時間獨立研發(fā)出一臺氨微波激射器。湯斯、普羅霍羅夫與巴索夫共同榮獲了1964年的諾貝爾物理學(xué)獎。湯斯在1963年成為美國光學(xué)學(xué)會會員,他和普羅霍羅夫后來都被授予了光學(xué)學(xué)會名譽會員身份。如今,微波激射器被運用在原子鐘、射電望遠(yuǎn)鏡和與航天器聯(lián)絡(luò)的地面站上。
1960年,休斯科研實驗室的西奧多·梅曼(Theodore Maiman)發(fā)明了紅寶石激光器,微波激射器技術(shù)從微波延伸到可見光頻率。梅曼的創(chuàng)造建立在湯斯與阿瑟·肖洛(Arthur Schawlow)的理論工作基礎(chǔ)上,第一次實驗就大獲成功,這個吉兆暗示激光技術(shù)最終會被證明是許多領(lǐng)域的顛覆者。
很快,一大波全新的激光技術(shù)接踵而來。20世紀(jì)60年代晚期,唐納德·赫里奧特(Donald Herriott)帶領(lǐng)的貝爾實驗室研究團隊發(fā)明了第一臺連續(xù)運轉(zhuǎn)的激光器——紅外氦氖激光器。赫里奧特是美國光學(xué)學(xué)會的會員,后來還擔(dān)任學(xué)會主席。半導(dǎo)體二極管激光器不久后也出現(xiàn)了。盡管激光在早期被視為“一種得要尋找問題的解決方案”,但自從誕生之日起,激光已經(jīng)在眾多科學(xué)、技術(shù)、醫(yī)療、軍事和工業(yè)應(yīng)用上扮演了核心角色。
在激光創(chuàng)造的所有社會變化中,或許沒有一樣能和激光對通訊的影響相提并論。激光是將全球人士相互連接的光纖光學(xué)技術(shù)的核心。一道激光光束通過一條玻璃纖維,能為五十多萬條電話通話或數(shù)千個互聯(lián)網(wǎng)連接和電視頻道傳遞編碼信息。
激光被人類發(fā)明后不久,科學(xué)家就開始探索激光如何能夠與波導(dǎo)管相互作用,其中包括了玻璃光纖。50年前,在英國標(biāo)準(zhǔn)電信實驗室工作的美國光學(xué)學(xué)會會員高錕 (Charles Kao)與喬治·霍克漢姆(George Hockham)意識到,提高玻璃的純度能允許光信號傳輸距離突破100公里,這個數(shù)據(jù)比當(dāng)時能獲得的最優(yōu)質(zhì)的玻璃纖維的表現(xiàn)提高了大約五倍。高錕如今被稱作“光纖之父”,憑借其研究工作,他與其他人一起獲得了2009年諾貝爾物理學(xué)獎。
1970年,康寧玻璃公司科學(xué)家彼得·舒爾茨(Peter Schultz)、羅伯特·莫勒(Robert Maurer)和唐納德·凱克(Donald Keck)共同創(chuàng)造了第一根電信級別的光纖。凱克后來被提名為美國光學(xué)學(xué)會名譽會員。在20世紀(jì)80年代,美國光學(xué)學(xué)會會員、在南安普頓大學(xué)任教的大衛(wèi)·佩恩(David Payne)研發(fā)出了摻鉺光纖放大器,它利用受激后的鉺離子產(chǎn)生的受激發(fā)射來增強光信號,允許光信號傳播更遠(yuǎn)的距離。
印度物理學(xué)家、美國光學(xué)學(xué)會名譽會員拉曼(C. V.Raman)在1928年發(fā)現(xiàn),當(dāng)一件透明物體散射一道單色光時,會引起被散射光的頻率的位移,這是物體的特性。這個發(fā)現(xiàn)使得拉曼獲得了1930年度諾貝爾物理學(xué)獎,并被命名為拉曼效應(yīng)。它是拉曼光譜學(xué)的基礎(chǔ),這項技術(shù)時至今日仍然被用來分析材料和生物學(xué)樣本的化學(xué)組成或“分子指紋”。
在20世紀(jì)60年代,激光當(dāng)即給光譜學(xué)帶來了收獲。激光的強勁、相干的光束在寬廣的波長范圍都可調(diào)諧,為研究原子和分子開辟了新的方法。后來擔(dān)任過美國光學(xué)學(xué)會主席的阿瑟·肖洛開拓了敏感技術(shù),在測量氫原子譜線時獲得之前從未想象過的精確度。美國光學(xué)學(xué)會會員、哈佛大學(xué)的尼古拉斯·布隆伯根(Nicolaas Bloembergen)采用四波混頻和其他非線性現(xiàn)象,擴大了光譜研究可用的波長范圍——這是至關(guān)重要的一步,尤其是對于生物學(xué)上的應(yīng)用來說。肖洛和布隆伯根分享了1981年諾貝爾物理學(xué)獎的一半獎金。肖洛在1983年成為了美國光學(xué)學(xué)會榮譽會員,布隆伯根在1984年成為了美國光學(xué)學(xué)會榮譽會員。
1969年,被稱為“感光耦合組件”(CCD)的電子光傳感器被發(fā)明出來,標(biāo)志著攝影術(shù)數(shù)字新紀(jì)元的開始。在貝爾實驗室工作的美國光學(xué)學(xué)會會員威拉德·博伊爾 (Willard Boyle)與喬治·史密斯(George E.Smith)提出了CCD背后的核心概念——這項研究工作使得他們與別人分享了2009年諾貝爾物理學(xué)獎。沒過多久,CCD就在眾多科學(xué)和消費電子應(yīng)用上找到了用武之地;到了20世紀(jì)70年代中期,CCD成像裝置被裝載到衛(wèi)星和太空望遠(yuǎn)鏡上。一代代專業(yè)數(shù)字?jǐn)z影機、攝像機和面向消費市場的攝錄影機都是基于這項技術(shù)。
盡管對于大多數(shù)消費電子產(chǎn)品來說,CCD如今在很大程度上被CMOS焦平面陣列映襯得黯然失色,但CCD仍然繼續(xù)被廣泛使用在諸如生物醫(yī)學(xué)成像、夜視裝置、天文學(xué)等專業(yè)應(yīng)用上。比如說,斯隆數(shù)字巡天使用54個CCD來產(chǎn)生迄今為止最大規(guī)模的統(tǒng)一化巡天數(shù)據(jù)。
美國光學(xué)學(xué)會名譽會員伽博·丹尼斯(Dennis Gabor)在20世紀(jì)40年代晚期發(fā)明了全息技術(shù),他為此榮獲了1971年諾貝爾物理學(xué)獎。在激光發(fā)明之后,美國光學(xué)學(xué)會會員埃米特·利斯(Emmett Leith)和朱里斯·烏帕特尼克斯(Juris Upatnieks)在密歇根大學(xué)研發(fā)出了現(xiàn)代全息技術(shù),同時在1962年,蘇聯(lián)瓦維洛夫國立光學(xué)研究所的尤里·丹尼蘇克(Yuri Denisyuk)也獨立研發(fā)出了此技術(shù)?,F(xiàn)代全息技術(shù)能夠在攝影膠片上捕捉到三維真實世界的物體。研究迅速引起全球范圍對全息術(shù)的興趣。
1985年,貝爾實驗室的朱棣文(Steven Chu)、巴黎高等師范學(xué)校的克洛德·科昂-唐努德日(Claude Cohen-Tannoudji)、美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所的威廉·菲利普斯(William Phillips)領(lǐng)導(dǎo)的團隊構(gòu)思出一套復(fù)雜的方法,使用激光把原子冷卻到微開爾文,或者甚至是納開爾文的程度。他們的方法為量子物理學(xué)領(lǐng)域的全新而重要的實驗開啟了大門,因為它們允許研究者讓原子慢下來,在接近絕對零度的溫度下觀測原子。朱棣文、科昂-唐努德日和菲利普斯因為這個研究工作而獲得了1997年諾貝爾物理學(xué)獎;朱棣文后來擔(dān)任了第12任美國能源部長。上述三位都是光學(xué)學(xué)會的名譽會員。
1995年,光學(xué)學(xué)會會員、實驗天體物理聯(lián)合研究所的埃里克·康奈爾(Eric Cornell)與卡爾·威曼(Carl Wieman),以及在麻省理工學(xué)院工作的沃爾夫?qū)た颂乩眨╓olfgang Ketterle)創(chuàng)造出一種全新的物質(zhì)狀態(tài),被命名為“玻色-愛因斯坦凝聚”。激光冷卻在這個過程起到核心作用。玻色-愛因斯坦凝聚最初由薩特延德拉·玻色(Satyendra Bose)與愛因斯坦在20世紀(jì)20年代做出預(yù)測,顯示出宏觀量子現(xiàn)象,為基礎(chǔ)物理學(xué)的全新實驗方法鋪平道路,這些實驗方法還有潛力促成技術(shù)創(chuàng)新。研究者將堿性金屬原子冷卻到絕對零度以上的幾十億分之一度,獲得玻色-愛因斯坦凝聚;這份研究工作讓他們獲得了2001年諾貝爾物理學(xué)獎。從那時起,許多同位素、分子、準(zhǔn)粒子和光子都產(chǎn)生了玻色-愛因斯坦凝聚。
在超快速激光器上的進步為學(xué)者鋪平了道路,光學(xué)學(xué)會會員、馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所的特奧多爾·亨施(Theodor Hansch)和實驗天體物理聯(lián)合研究所的約翰·霍爾(John Hall)一起創(chuàng)造出超精準(zhǔn)光學(xué)頻率梳,這項研究讓他們榮獲了2005年諾貝爾物理學(xué)獎的一半獎金。這些用來測量光的頻率的工具在需要高度精準(zhǔn)的領(lǐng)域得到了無數(shù)應(yīng)用。它們也是光學(xué)原子鐘、高精準(zhǔn)光譜學(xué)和GPS技術(shù)的基礎(chǔ)。它們獨一無二的特性對于基礎(chǔ)物理學(xué)方面的實驗也是一次恩賜,譬如主要用于基本常數(shù)測量的高靈敏度測試,以及用于追蹤化學(xué)反應(yīng)如何進行的過程。亨施在2008年被授予了光學(xué)學(xué)會名譽會員身份。
2005年度諾貝爾物理獎的另一半獎金頒發(fā)給了在哈佛大學(xué)工作的光學(xué)學(xué)會會員羅伊·格勞伯(Roy Glauber),他的工作闡述了光學(xué)相干性的量子力學(xué)理論,為成果格外豐碩的量子光學(xué)學(xué)科奠定基礎(chǔ)。量子光學(xué)聚焦于亞微觀尺度下光與物質(zhì)之間的相互作用。
20世紀(jì)里,顯微鏡學(xué)有著了不起的發(fā)展。在20世紀(jì)30年代,光學(xué)學(xué)會名譽會員、格羅寧根大學(xué)的弗里茨·塞爾尼克(Frits Zernike)研發(fā)了相襯顯微技術(shù),它以某種方式結(jié)合了被透明標(biāo)本散射后的光線和背景中未被散射的光線,創(chuàng)造出以前只有當(dāng)細(xì)胞被殺死并染色后才能看見的結(jié)構(gòu)的高反差圖像。從而,顯微鏡這個工具能夠讓研究者直接觀察活細(xì)胞和它們的細(xì)胞器官。盡管這位荷蘭物理學(xué)家的發(fā)明的重要性沒有立刻被人們認(rèn)識到,但是當(dāng)?shù)聡婈犜?941年清點所有可能為二戰(zhàn)服務(wù)的發(fā)明物時,相襯顯微鏡被列在首位。戰(zhàn)后,數(shù)千臺相襯顯微鏡被制造出來,迅速成為了生物醫(yī)學(xué)研究的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。塞爾尼克被授予1953年度諾貝爾物理學(xué)獎。
激光的出現(xiàn)以及熒光蛋白標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展,催生出新的顯微方法,用來觀察復(fù)雜的生物過程,譬如基因表達(dá)、神經(jīng)元發(fā)育和癌細(xì)胞擴散。光學(xué)學(xué)會會員莫爾納爾(W.E.Moerner)和光學(xué)學(xué)會會員斯特凡·赫爾(Stefan Hell)、埃里克·白茲格(Eric Betzig)以那些發(fā)展為基礎(chǔ),進一步研發(fā)出“超分辨率顯微技術(shù)”,這個類別的技術(shù)使用激光激發(fā)的熒光來克服衍射所固有的分辨率極限,生成單個分子的圖像。他們?yōu)榇朔窒砹?014年度諾貝爾化學(xué)獎。
壽命長、高效節(jié)能的LED在現(xiàn)今為科學(xué)儀器、消費電子產(chǎn)品、一般固態(tài)照明和許多其他技術(shù)提供光亮,它的制造已經(jīng)有幾十年的歷史。20世紀(jì)60年代初期,得州儀器公司的工程師以20世紀(jì)初的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ),取得了第一個能實際使用的LED專利。因為在LED進入消費市場的頭十年里,只有紅光LED,所以早期的那些LED大多數(shù)被當(dāng)成指示燈來使用。
20世紀(jì)70年代,新的半導(dǎo)體材料出現(xiàn)后,綠光、橘光和黃光的LED成為可能,但藍(lán)光——生成白光時的關(guān)鍵顏色——LED仍然無法制造。直到1993年,光學(xué)學(xué)會會員天野浩、赤崎勇和中村修二才創(chuàng)造出第一個實用的藍(lán)光LED。不久后,結(jié)合了不同顏色的白光LED也出現(xiàn)了。后來,研究者研發(fā)出好幾種其他方法來用制造白光LED,包括有一項技術(shù)是將藍(lán)光或紫外線LED涂上發(fā)出多種顏色光的磷光劑。因為研發(fā)出高效藍(lán)光LED,天野浩、赤崎勇和中村修二榮獲了2014年度諾貝爾物理學(xué)獎。
如今,LED是眾多儀器設(shè)備和消費電子產(chǎn)品中的基本部件,從數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、紅綠燈到智能手機屏幕,不一而足。它們的高效引人注目,且尺寸小,壽命長,這些特點使得LED適合許多用途,從能源和材料角度來看,具有較低的環(huán)境成本。LED正在改變?nèi)祟愖≌?、辦公室和街道的照明方式。
光學(xué)學(xué)會成立一百周年以來,已經(jīng)從一個小團體成長為一個全球性團體,學(xué)會中有19 275名科學(xué)家、工程師和其他專業(yè)人士,他們都投入在推進光學(xué)和光子學(xué)的知識和應(yīng)用事業(yè)上。
近期觀測到引力波一事,只是許多引人注目的科學(xué)成就中的一項而已,這些成就都是因為光學(xué)研究和以光學(xué)為基礎(chǔ)的技術(shù)的發(fā)展才變成可能。想象一下,假如美國光學(xué)學(xué)會的創(chuàng)立者們在1916年能瞥見之后100年間種種不可思議的發(fā)展,他們會想些什么。盡管今時今日光學(xué)的某些能力也許看起來像是20世紀(jì)初的基本原理和前沿技術(shù)的合理延伸,但許多現(xiàn)在被視為理所當(dāng)然的工具和技術(shù)在當(dāng)時會看起來像純粹的科幻小說。
在未來的幾年里,可以預(yù)計光學(xué)領(lǐng)域會有眾多令人激動的新進展,從最切實際的到充滿奇想的進展。通訊和信息技術(shù)仍然是發(fā)展活躍的領(lǐng)域,研究者和工程師在研究低損耗光纖、高速網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)技術(shù)。生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域即將開始成像、治療學(xué)和微創(chuàng)手術(shù)上的創(chuàng)新。當(dāng)基于光的傳感器變得越來越復(fù)雜,它們的用處看起來幾乎無限。就連操弄光的“隱形斗篷”和激光推進的衛(wèi)星也許都比我們想象中更加唾手可得。
假如從過去獲得的經(jīng)驗是未來的指針,那么隨著光學(xué)學(xué)會步入第二個一百年,我們能期待在基礎(chǔ)物理學(xué)、天文學(xué)和地球科學(xué)上出現(xiàn)驚人的進展。
[資料來源:Physics Today][責(zé)任編輯:絲 絲]
本文作者安妮·約翰遜(Anne Johnson)與南茜·拉蒙塔涅(Nancy Lamontagne)是北卡羅來納州教堂山市“創(chuàng)意科學(xué)寫作”工作室的成員,也是多媒體科學(xué)傳播人士。