光學(xué)無處不在,太陽能的利用,藍光的發(fā)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(yīng)用和顯微鏡的應(yīng)用等等。光學(xué)儀器已在人們?nèi)粘I钪衅鹬鵁o可替代的作用。
光是現(xiàn)代科技的重要驅(qū)動力,光學(xué)與信息、先進制造、能源、健康和國家安全密切相關(guān),推動人類社會的發(fā)展。
1. 光與信息:光纖通信、光開光、光全息、CCD成像、光量子通信、立體電影、光纖胃鏡,計算機等等,都能體現(xiàn)光與信息的關(guān)系。以互聯(lián)網(wǎng)計算機為例,如果將光的作用去掉,依賴光纖通信的計算機信息傳輸和依賴光刻的芯片加工將不復(fù)存在,整個信息時代就消失了。光信息傳播是以0、1信息先編碼,傳輸后再解碼來輸出信號,那么光開關(guān)決定了信息的通過,有光通過為1,無光通過為0,光開光的響應(yīng)速度決定了信息傳輸?shù)目炻,F(xiàn)在新興的自動駕駛的感知也是依賴光學(xué),車輛的行駛路線、周邊的物體避讓和路況環(huán)境的確定等,都是通過光學(xué)信息的采集和處理來實現(xiàn)的,光和信息始終緊密地聯(lián)系在一起。
2. 光與先進制造:光刻技術(shù)已經(jīng)將波長越做越小,現(xiàn)在可做到幾納米的量級和精度,甚至可以制造納米和微米尺度的微結(jié)構(gòu),廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)和醫(yī)療等領(lǐng)域。激光打標(biāo)、激光切割、3D打印等應(yīng)用也無處不在。例如,現(xiàn)在百分之七十以上的汽車構(gòu)造都是用激光焊接的技術(shù)完成,焊接效果幾乎與原型一致,增加了車體的穩(wěn)定性和安全性。
3. 光與能源:LED 光源由于其電壓低,能耗低,安全性高,目前已經(jīng)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(lǐng)域都是光學(xué)重要的應(yīng)用體現(xiàn)。
4. 光與健康:X光的發(fā)現(xiàn)深刻地影響了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)就是科學(xué)家應(yīng)用X光解析出來,引發(fā)了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域顛覆性的變革。光學(xué)顯微鏡的出現(xiàn),使得人們可以觀測細(xì)胞、染色體等,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(xì)微結(jié)構(gòu),對生物物理的發(fā)展起到了極大的推進作用。激光美容、激光眼部手術(shù)已經(jīng)是成熟的技術(shù),被廣泛地應(yīng)用在美容醫(yī)療領(lǐng)域。
5. 激光與國家安全:激光安檢、激光武器、激光制導(dǎo)、激光測距、激光導(dǎo)航等,激光幾乎是安全和國防等研究領(lǐng)域的必備利器。