光的出現遠在人類出現之前，宇宙大爆炸後0.01秒後，光子就在寂靜的宇宙中出現。如果宇宙中的個(ge) 光子現在仍然以光子的形式存在著，那麽(me) 它已經150億(yi) 歲了。

光子在宇宙大爆炸後0.01秒產(chan) 生

而當你仰望星空，看到比鄰星——離我們(men) 近的太陽係外的恒星，也已經是來自4.22年之前的問候。

惠更斯說：“光，是波動。”

牛頓說：“光，是粒子。”

愛因斯坦說：“光，是波動，也是粒子。”

關(guan) 於(yu) 光，還有許許多多的未知我們(men) 不曾了解，但是認識和利用光的路上，我們(men) 從(cong) 未停止腳步……

光學·曆史悠久的學科

陽光是宇宙送給人類好的禮物。在地球上，因為(wei) 有了光，所以有了生命，有了世間萬(wan) 物，有了文明。

在古代中國，人們(men) 就用烽火作為(wei) 戰爭(zheng) 的信號，是以光作為(wei) 媒介進行通信的次嚐試。

烽火台：古代中國的光通信

人類巧妙地利用光，照明、取暖、傳(chuan) 遞信息……

放大鏡聚光點火

不知道你有沒有在荒島求生的電影中看到過這樣的場景：主人公掉落荒島，沒有打火機，也沒有火柴。於(yu) 是拆掉手表上的玻璃，將陽光匯聚在幹木上點火。

隨著人類文明的發展，人類對於(yu) 光學的認知不斷地係統化，完整化。

在中國，戰國後期的墨家在《墨經》中記載了小孔成像、平麵鏡、凹麵鏡、凸麵鏡成像的觀察研究，係統地總結為(wei) 《光學八條》。古希臘的歐幾裏得研究光學的反射現象，編纂了《反射光學》；阿拉伯學者阿勒·哈增編纂的《光學全書(shu) 》討論了許多光學的現象；而反射定律和折射定律的建立，奠定了幾何光學的基礎，使光學成為(wei) 了一門學科。

光學·就在我們(men) 身邊

今天，光和光學已經深入我們(men) 生活的方方麵麵。

● 光與(yu) 顯示技術

清晨拿起手機，大千世界通過一方小小的屏幕顯示在你眼前。打開電視，觀看早間新聞，越來越大、越來越清晰的顯示屏讓你能夠享受更加身臨(lin) 其境的視覺效果。走出家門，各式各樣的LED顯示屏充斥著大街小巷，信息以直觀的方式向你湧來。走入辦公室打開電腦，更加符合人體(ti) 力學的弧度屏幕讓你更加舒適地開始一天的辦公。

激光技術的發展讓顯示技術有了二維到三維的延伸，發展出全息顯示技術、VR顯示技術、AR顯示技術等多種三維顯示技術，人們(men) 對於(yu) 世界的記錄和觀察，不再停留在平麵上，而是延伸到三維空間。

3D顯示：大千世界，觸手可及

柔性顯示技術因其低功耗、可彎曲的特性對可穿戴式設備的應用帶來深遠的影響。未來柔性屏幕將隨著個(ge) 人智能終端的不斷滲透而廣泛應用，相信再過不久，我們(men) 就可以穿著不停閃爍、變換圖案的柔性屏衣服散步街頭了。

柔性顯示材料

● 光與(yu) 生物學

光學與(yu) 生物學的交叉學科，是眾(zhong) 多科學學科中具發展潛力的學科之一。

激光在疾病診斷、治療結石、眼部疾病、基因測序等方麵有著豐(feng) 富的發展成果和臨(lin) 床應用。而激光的高強度，可控性和良好的方向性，可以與(yu) 中醫中針灸治療法結合。

近年，單細胞研究成為(wei) 熱點。2017年啟動的人類細胞圖譜計劃（Human Cell Atlas，HCA）提出係統性描述人體(ti) 每個(ge) 細胞的類型、分子組成、定位和微環境，並通過這把鑰匙，加深對疾病診斷、監測、治療的理解。

而光譜學的發展恰恰為(wei) 單細胞的精準和特異性研究提供了十分有效的工具：

拉曼光譜是一種分子化學鍵振動的散射光譜，開辟了分子結構研究的一個(ge) 全新的領域，是一種無損傷(shang) 探測技術。通過拉曼光譜識別的單細胞，可以通過單細胞精準分選的方法將其從(cong) 複雜環境中分離出來，進而開展深入研究。

拉曼光譜應用於(yu) 單細胞檢測

單細胞的拉曼圖譜可作為(wei) 其“化學指紋”，蘊含著細胞的豐(feng) 富化學生物信息。單細胞拉曼技術在疾病診斷、藥物代謝、病理機製研究等領域中具有巨大應用前景。

● 光與(yu) 材料學

光與(yu) 材料學的交叉形成了非常豐(feng) 富的學科係統。從(cong) 激光與(yu) 物質的相互作用，到發光、吸光材料的製備，光學與(yu) 材料學緊密聯係，密不可分。

新興(xing) 的光學材料，如鈣鈦礦、量子點等，已經廣泛地應用到發光二極管（LED）、太陽能電池等領域。

新型光學材料：鈣鈦礦LED（左）；量子點（右）

激光與(yu) 材料相互作用，能夠在材料表麵和內(nei) 部產(chan) 生許多神奇的新性質：

飛秒激光加工的“納米牛”

在金屬、半導體(ti) 等材料表麵，用飛秒激光進行加工，能夠在材料表麵形成不同的微納結構，從(cong) 而使材料獲得親(qin) 水、疏水、發光性能增強、催化效果增強等一係列新的優(you) 良性質。

● 光與(yu) 通信技術

光纖入戶這個(ge) 詞想必大家並不陌生，光纖的發明和應用在通信技術的發展史上有著裏程碑式的意義(yi) 。也因此，華裔物理學家高錕先生因在“有關(guan) 光在纖維中的傳(chuan) 輸以用於(yu) 光學通信方麵”做出突破性成就，獲頒2009年諾貝爾物理學獎。

信息高速公路——光纖

光信號以300000000m/s的速度在光纖中飛速傳(chuan) 播，信息的傳(chuan) 播前所未有的迅速和廣泛，世界也仿佛在光纖的連接下逐漸變小。

今天光纖通信已經是各種通信網的主要傳(chuan) 輸方式。光纖的使用也已經從(cong) 陸地延伸到大西洋和太平洋海底，全球通信變得非常簡單快捷。20年前，跨國電話價(jia) 格非常高昂，而且通話時有很大的延遲，給通話雙方帶來很大的不便。而今天，即使身在地球的兩(liang) 端，也能隨時隨地進行視頻通話。這些都是光纖通信帶來的巨大便利。

● 光與(yu) 存儲(chu) 技術

早的光存儲(chu) 技術可以追溯到光盤，光盤經曆了WORM光盤、磁光盤（MO）、CD光盤、DVD光盤等時期。隨著更加便於(yu) 使用和攜帶的U盤的出現，光盤漸漸淡出人們(men) 的視線，光存儲(chu) 技術的發展和普及進入一段低穀時期。

但是全息存儲(chu) 技術的產(chan) 生和發展賦予了光存儲(chu) 新的生命。

全息存儲(chu) 技術用激光在晶體(ti) 中形成一係列可以存儲(chu) 信息的光柵，具有很高的存儲(chu) 密度，理論上高可以達到1000TB,相當於(yu) 目前大容量的硬盤的160多倍，相當於(yu) 常用的32GB硬盤的32000倍。

全息存儲(chu) （左）與(yu) 全息顯示技術（右）

更加神奇的是，全息存儲(chu) 器不需要任何移動部件，數據的讀寫(xie) 都能以非接觸時的操作完成，並且幾乎可以永久保存數據。

● 光與(yu) 宇宙探測

光學方法是目前探測宇宙主要且有效的方法。

相信很多天文迷對哈勃望遠鏡都不陌生。它以2.8萬(wan) 公裏的時速沿太空軌道運行，像是人類在太空的巨大眼睛，靜靜地凝望寂靜的宇宙。

哈勃望遠鏡（左）及其拍攝的宇宙圖像（右）

中國人自己的空間望遠鏡——硬X射線調製望遠鏡衛星“慧眼”也在2017年發射升空，是世界上覆蓋能量範圍廣的望遠鏡衛星，之一，將肩負起高精度探測宇宙中黑洞和中子星的使命。

說到探尋宇宙起源，火熱的詞莫過於(yu) “引力波”了。2016年2月，美國“LIGO”首次在地麵直接探測到來自雙黑洞並合的引力波信號，並獲得了2017年諾貝爾物理學獎。中國的引力波研究也在如火如荼的進行，空間引力波探測計劃——太極計劃，計劃在圍繞太陽的軌道上發射三顆彼此相距300萬(wan) 公裏的衛星，通過測量衛星間距離的變化來測量引力波信號。如此高精度的測距，“光”無疑是精確的尺子，太極計劃就選擇通過光的幹涉來測量兩(liang) 個(ge) 星體(ti) 距離的變化。

引力波探測光學方法的原理圖（上）與(yu) 裝置示意圖（下）

文章來源：中國科學院長春光學精密機械與(yu) 物理研究所