2015年，距阿拉伯學(xué)者伊本·海賽姆的五卷本光學(xué)著作誕生恰好一千年。一千年來，光技術(shù)帶給人類文明巨大的進(jìn)步。為此，聯(lián)合國宣布2015年為“光和光基技術(shù)國際年”(簡稱國際光年)，以紀(jì)念千年來人類在光領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)。
2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)
藍(lán)光LED：開啟“新光明”
2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獎(jiǎng)杯由赤崎勇、天野浩與中村修二共舉，照亮獎(jiǎng)杯的，是他們發(fā)明的藍(lán)光LED。
諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)貼著“高冷”的標(biāo)簽，藍(lán)光LED卻好像和這神秘的高冷氣質(zhì)沒什么關(guān)系。真相只有一個(gè)——藍(lán)光LED推動(dòng)了整個(gè)LED照明產(chǎn)業(yè)邁向?qū)嵱没?/p>
LED照明需要紅綠藍(lán)三原色匯聚成白光。紅光LED和綠光LED早在上世紀(jì)六七十年代相繼誕生，藍(lán)光LED的研發(fā)卻卡殼了。敲碎這層殼的正是赤崎勇和天野浩師徒，他們首次突破瓶頸發(fā)明藍(lán)光LED。隨后，中村修二研發(fā)出生產(chǎn)高效藍(lán)光LED的技術(shù)，三原色集合完畢，真正開啟了“新光明”時(shí)代。
LED照明究竟意味著什么呢?我們可以這樣算一筆數(shù)據(jù)賬，全球每年總消耗電量約200000億千瓦時(shí)，其中19%用于照明。若將所有照明燈具更換為LED節(jié)能燈，那么每年全球至少節(jié)約用電15200億千瓦時(shí)。這些節(jié)約的電量相當(dāng)于全年減少用煤至少5億噸，減少二氧化碳排放13億噸，減少二氧化硫排放420萬噸。
藍(lán)光LED用20年實(shí)現(xiàn)了LED照明的華麗轉(zhuǎn)身，如今更是用途廣泛，用手機(jī)聊天、用電腦工作、用電視消遣，都有藍(lán)光大顯身手。白熾燈點(diǎn)亮了20世紀(jì)，21世紀(jì)將由LED燈點(diǎn)亮。
2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)
光纖：通信新時(shí)代
數(shù)百年來，科學(xué)家們長期致力于研究如何更快更遠(yuǎn)更好地傳遞信息。從電報(bào)到有線電話，再到電纜的普遍使用，科技的進(jìn)步讓我們足不出戶而知天下事。
20世紀(jì)60年代，華裔科學(xué)家高琨提出用光代替電流，用玻璃纖維代替導(dǎo)線的設(shè)想，并在1966年發(fā)表了劃時(shí)代論文《為光波傳遞設(shè)置的介電纖維表面波導(dǎo)管》，理論分析了這一“天方夜譚”的可行性。1970年，美國康寧公司研制出損耗為20dB/km的光纖，使光在光纖中進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸成為可能，光纖通信新紀(jì)元自此拉開序幕，“光纖之父”高琨也因此站上了2009年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)臺(tái)。
“光纖”全稱“光導(dǎo)纖維”，由石英、玻璃等透明的光學(xué)材料拉制而成，是用于傳輸光的圓柱形光波導(dǎo)。其典型結(jié)構(gòu)由纖芯和包層組成，當(dāng)光從一端射入，其與軸線的夾角小于某一值時(shí)，由于纖芯折射率高，包層折射率相對(duì)較低，便會(huì)在纖芯和包層界面處發(fā)生全反射，從而光可以在纖芯中曲折前進(jìn)而不穿出包層。此時(shí)若我們把信息加到光上，它便與光一起傳輸?shù)搅硪欢耍瑢?shí)現(xiàn)了信息的傳遞。
我們可以比較兩組數(shù)據(jù)：第一，現(xiàn)階段光纖通信可實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳輸24萬路的信號(hào)，其容量比微波通信增加一千倍;第二，在確保通信質(zhì)量的前提下，普通電纜或微波通信的中繼距離為1.5至60公里，而現(xiàn)階段光纖可實(shí)現(xiàn)2000至5000公里的無中繼傳輸。
1971年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)
全息術(shù)：亦真亦幻
電影《阿凡達(dá)》中的3D沙盤讓潘多拉星球的地形地貌一覽無余，真是酷炫到?jīng)]有朋友!但這種技術(shù)其實(shí)離我們并不遙遠(yuǎn)，丹尼斯·蓋博教授在1947年發(fā)明的全息術(shù)就已經(jīng)將這種魔法照進(jìn)了現(xiàn)實(shí)，他也因此獲得了1971年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
相比于傳統(tǒng)攝影技術(shù)，全息技術(shù)創(chuàng)造性地記錄了物體上各點(diǎn)的空間位置，一舉突破了二維的局限，這樣人們通過全息圖就能夠看到逼真的三維物體像了。
制作全息圖時(shí)，需要兩束激光，一束激光照射在物體上，經(jīng)物體表面反射而成，另一束激光為參考光。與水波接觸相類似的是，它們?cè)诳臻g相遇時(shí)也會(huì)發(fā)生疊加，形成明亮和黑暗相間的條紋，而物體上各點(diǎn)的位置信息就編碼在這些條紋中。
將全息底板放置在兩束光相遇的位置，捕捉這些條紋。再把拍好后的全息底板經(jīng)過一系列的處理，我們就完成了全息圖的記錄。
借助激光器產(chǎn)生的參考光照射全息圖，便可以再次創(chuàng)造出物光，仿佛全息圖中真的彈出了物體的三維像一般。
想象著在不遠(yuǎn)的將來，隨著全息技術(shù)的不斷發(fā)展，電影能夠擺脫熒幕和3D眼鏡的束縛，在空中上演;建筑師們能夠在擬真建筑里隨意走動(dòng)，客戶也能同步地觀看解說;千里之外的醫(yī)生可以檢查病患的身體狀況。相信那一天并不遙遠(yuǎn)!
[NT:PAGE]1908年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)
干涉彩色攝影：記錄色彩繽紛
1908年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予法國物理學(xué)家加布里埃爾·李普曼，他發(fā)明的干涉彩色攝影技術(shù)讓照片完美再現(xiàn)色彩，引起了巨大轟動(dòng)。
當(dāng)時(shí)的相機(jī)使用膠片記錄灰度影像，原理很簡單，膠片含有一種炫酷的感光物質(zhì)——鹵化銀，它遇光發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成黑色的銀顆粒。光越強(qiáng)，銀顆粒越多，就這樣記錄了投射在膠片上的影像。
世界色彩繽紛，人們?cè)跄芨市闹挥涗浐诎?當(dāng)時(shí)大多數(shù)人選擇使用彩色玻璃或者彩色顆粒為相片附加顏色，但獲得的照片不是缺少細(xì)節(jié)就是顏色失真，效果不甚理想。而加布里埃爾·李普曼另辟蹊徑，對(duì)黑白膠片做了小小的處理，就達(dá)到了驚艷的效果。
他是怎么做到的?由于不同顏色的光具有不同的波長，膠片記住光的波長，就能把色彩留在上面。為了讓膠片不失憶，李普曼在膠片背面涂了一層水銀作為鏡面。水銀鏡面有什么神奇的效果?舉個(gè)例子，這是藍(lán)光波長，藍(lán)光穿過感光層后在水銀上反射回來，入射光與水銀反射的光發(fā)生“干涉現(xiàn)象”，在膠片中形成間隔為半個(gè)波長的干涉條紋。這些條紋留下了藍(lán)光的特征，當(dāng)用白光照射膠片時(shí)，它們就像一個(gè)篩子，將其他顏色的光線篩掉，只反射藍(lán)色光線。膠片上的每一點(diǎn)都只反射那些記錄的顏色，這樣，一張彩色照片就華麗誕生了。
1901年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)
X射線：肉眼看不見的世界
1901年，世界上第一枚諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)牌，授予了德國物理學(xué)家威廉·倫琴，獎(jiǎng)勵(lì)他發(fā)現(xiàn)了X射線。
1895年11月8日，倫琴用黑紙包住放電管，準(zhǔn)備進(jìn)行陰極射線的研究。一個(gè)奇怪的現(xiàn)象卻吸引了他的注意：在距離放電管一米處，鍍有亞鉑氰化鋇晶體的熒光屏上出現(xiàn)了一道綠光。陰極射線的傳輸距離明明不超過數(shù)厘米，那這道綠光是什么?倫琴把這未知的射線叫做X射線。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，X射線可以穿透幾厘米的硬橡膠皮，15微米的鋁板。利用X射線的特性，倫琴為夫人拍攝了世界上第一張X射線照片，照片中夫人的手骨和他們的結(jié)婚戒指都清晰可見。
X射線和可見光都是電磁波，但它的波長僅為0.01到10納米。X-CT能快速、準(zhǔn)確地檢查病情;X-刀能精確地消除腫瘤;X射線晶體衍射已經(jīng)成為了解原子世界的利器;它還被用于金屬探傷、測(cè)量金屬的厚度等等。其實(shí)，每次出入站安檢時(shí)，你的行李都在和它親密接觸呢。當(dāng)然，X射線在造福人類的同時(shí)，也會(huì)給我們帶來困擾。過量的X射線照射會(huì)引起白血病、癌癥等疾病，所以在使用X射線時(shí)要做好防護(hù)。
事實(shí)上，與光學(xué)研究有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)，遠(yuǎn)不止我們上面所列的這五項(xiàng)，與光學(xué)有關(guān)的科學(xué)技術(shù)，已經(jīng)深刻地改變了我們的生活。
粵公網(wǎng)安備 44010602001351號(hào)