作者：夏士齐、雷思弘（别离系南开年夜学物理科学学院传授，南开年夜学物理科学学院助理研究员）

光，是宇宙中最神秘而又最多见的存于。它自宇宙降生之初便穿梭在星际之间，陪同着地球生命的演化过程。

跟着科学的成长，几何光学描写了光的流传与成像纪律，电磁理论确立了光实在就是电磁波，而量子物理展现了光的波粒二象性。

光不仅是天然的奉送，更是鞭策科技立异的主要引擎，跟着科学摸索的深切，光技能有望成为将来聪明社会的主要支撑气力，开启人类迈入“用光塑造将来”的新篇章。

上海新国际博览中央LG展台拍摄的一款透明OLED电视。新华社发

光有多重面孔

于一样平常糊口中，人们不雅察到彩虹、倒影、日晕等天然征象，对于光的特征孕育发生了直不雅感触感染。特别是小孔成像这一典型征象，早于两千多年前就已经被古代学者留意到——《墨经》中“于远近有端，与在光，故景库内也。”就是对于小孔成像征象的初期描写。沈括于《梦溪笔谈》中记载了小孔成像及光的反射试验，表现了中国古代初期的几何光学思惟与科学不雅察要领。

跟着科学要领逐渐确立，光学研究迎来了真正意义上的体系化成长。伽利略改良千里镜，令人类初次具体记载了月球外貌的山脉布局及木星卫星的运动，光学仪器最先成为摸索宇宙与天然的主要东西。险些同时，开普勒于《天文学的光学部门》中提出了人眼及透镜成像的几何注释，鞭策了近代几何光学的成立，使光学逐渐挣脱零星经验，成为可推演及计较的学科。

以后，牛顿经由过程棱镜试验展现白光由差别颜色构成，并提出光由微小粒子组成的“微粒说”，以注释光的直线流传及反射征象；而惠更斯则用颠簸来注释折射与衍射征象。跟着年夜量试验与思索的不停堆集，“微粒说”的影响逐渐削弱，颠簸理论终极于19世纪上半叶确立了主导职位地方。

就于颠簸理论蓬勃成长的同时，电磁学的成立又鞭策了光学的新奔腾。19世纪后期，麦克斯韦方程组展现了电场与磁场的同一，并指出光素质上是一种横向电磁波，于真空中以有限速率流传。光学由此与电磁学融为一体，成为物理学的主要分支。这一发明不仅同一了光学与电磁学，也为无线电通讯、现代电气工程及光电技能斥地了门路。

然而，20世纪初的试验再次倾覆了人类对于光的理解。1905年，爱因斯坦为注释光电效应提出，光不仅具备颠簸性，还有具备粒子性。这一理论乐成注释了经典颠簸理论没法解决的难题。随后，量子理论的成立使光的波粒二象性患上以确立：于干预干与及衍射中它出现颠簸特性，而于光电效应及康普顿散射等试验中则显示出粒子属性。

几何光学、电磁理论与量子物理，配合揭示出光的多重面孔——它既能作为直线流传的光芒引导成像，又能作为电磁波注释干预干与与衍射，还有能以光子情势介入能量互换。人类经由过程试验与理论慢慢展现光的素质，不仅鞭策了物理学的奔腾，也深刻影响了化学、生物学与工程学的成长。

激光装备。新华社发

从不雅察光跃向驾御光

天然界一直是人类摸索光学秘密的灵感源泉。彩虹的色采漫衍开导了人类对于光色分化的思索，贝壳及胡蝶党羽的灿艳色采则源在微纳布局激发的干预干与与衍射，而非纯真的色素沉积。这些“布局色”广泛存于在鸟羽、鱼鳞甚至矿石外貌，展示了年夜天然经由过程精妙布局实现对于光的选择性反射与调控。人类对于这些征象的不雅察与模拟，逐渐催生了人工光学质料的摸索。

19世纪，科学家最先测验考试将天然征象“搬进”试验室。光栅试验经由过程人工刻槽，实现对于光衍射与干预干与的可控重现；20世纪的液晶技能则借鉴自然液晶物资的有序摆列，成长为现代显示财产的主要基石。此时，人类已经从对于光的被动不雅察转向自动设计。

20世纪末以来，人工光学质料研究进入新阶段。光子晶体遭到天然布局色的开导，经由过程于质料中引入周期性折射率调制，形成“光子带隙”，使特定波长的光没法流传。这一律念近似在固体物理中的电子能带，不仅深化了对于光流传纪律的理解，还有鞭策了低损耗光纤、集成光路及高效激光器的成长。

与此同时，超质料的呈现斥地了光学研究的新六合。经由过程于亚波长标准设计金属或者介电布局，人们可以或许付与质料天然界不存于的光学性子，例如负折射率、超分辩率透镜及隐身器件等。最近几年来，超质料与超外貌器件已经慢慢走向现实运用，揭示出对于光流传与光场调控的主要潜力。

更使人期待的是，仿生与人工设计的联合正于鞭策新型器件的降生。模仿胡蝶党羽微布局的涂层用在防伪与高效反射；受荷叶外貌开导的超疏水质料，不仅能排斥水点，还有有助在连结光学外貌的干净透明；仿甲虫壳层的光子晶体膜，则于节能显示、光治理、太阳能使用或者光伏器件中揭示运用远景。天然光学纪律与人工布局设计的联合，正慢慢实现从不雅察天然到逾越天然的超过。

从彩虹与党羽的启迪，到光子晶体与超质料的设计，人类于光学质料上的摸索不停深化，实现了从“理解天然之光”向“设计与驾御光”的奔腾。

光支撑着现代世界的高效运转

假如说初期的光学研究让人类“瞥见”了天然的秘密，那末进入近现代社会，光已经再也不只是研究对于象，而成为支撑信息时代的基础气力。全世界通讯、能源传输、医疗诊断，以致一样平常糊口中的手机与互联网，都离不开人类对于光的自动驾御。

光纤通讯的降生可谓革命性冲破。于极低损耗的石英光纤中，光旌旗灯号以约三分之二真空光速承载海量数据，并于极低衰减及滋扰下实现远间隔传输。恰是这类“以光传信息”的方式，使全世界互联网及跨洲通讯成为实际。如今，海底光缆编织起笼罩全球的收集，成为信息社会最隐秘却坚实的基石。

同时，激光的降生为人类驾御光提供了史无前例的东西。自1960年问世以来，激光因其高亮度、单色性及标的目的性，广泛运用在工业加工、医学手术、周详丈量以和国防安全等范畴。不管是条形码扫描、激光打印，还有是现代手术中的邃密切割，或者是高端芯片制造，激光都于默默支撑咱们的糊口与技能前进。它不仅是一项科学与工程的冲破，更是鞭策信息社会及高新技能成长的主要引擎。

于能源与显示范畴，光一样饰演着要害脚色。太阳能电池经由过程光伏效应将光能转化为电能，鞭策清洁能源技能的成长；液晶显示经由过程违光照明，并借助液晶份子的摆列变化来调控光芒的透过，而OLED技能（有电机致发光显示技能）则能直接发光，它们配合组成电视、电脑与智能手机的焦点界面。

更要害的是，光正于信息处置惩罚中饰演新的脚色。光电子学及集成光路正于部门代替传统电子电路，使计较与通讯速率显著晋升，同时降低能耗；量子通讯及量子计较更因此光子作为焦点的信息载体。这类对于光的深度驾御，正鞭策信息技能迈向全新的维度。

也许，咱们未必能于一样平常糊口中直接“瞥见”光的身影，但不管是一次通话、一条搜刮，还有是一次长途视频，光都于无声流动，支撑着现代世界的高效运转。

光学科技潜能不停被开释

从解析电子运动的超快激光，到实现安全通讯的量子技能，从驱动新型计较的光子芯片，到摸索宇宙深空的天文不雅测……如今，光正冲破传统界限，成为开拓科学与技能新范畴的要害气力。

超快激光技能的呈现，极年夜拓展了人类研究及调控微不雅动力学历程的能力。飞秒以致阿秒脉冲激光使科学家可以或许解析电子运动的瞬态历程，直接不雅测原子及份子内部的超快动力学举动。这类被誉为“时间显微镜”的技能，不仅为凝结态物理及化学反映机理研究斥地了新窗口，也于周详加工与医疗医治中揭示出主要运用潜力。

光量子技能正引领信息科学迈向新阶段。量子通讯使用光子的量子态特征实现理论上不成窃听的安全传输；光量子计较则以光子为信息载体，摸索更高效的并行计较。作为量子信息科学的主要标的目的，这些技能的成长正鞭策人类迈向以量子信息为焦点的新一代信息技能时代。

于能源与情况范畴，光学一样阐扬着要害作用。新一代高效太阳能电池、光催化制氢与污染管理技能，正以更高的光能使用效率鞭策清洁能源与可连续成长。将来，光不仅能点亮都会，更有望于应答全世界能源与情况挑战中阐扬主要作用。

面向浩瀚宇宙，光学则是人类摸索深空的“眼睛”。从哈勃空间千里镜，到韦伯空间千里镜，再到地面超年夜千里镜，进步前辈的光学与红外探测不停刷新咱们对于星系形成及行星演化的熟悉，并鞭策宜居行星与生命迹象的搜刮。

同时，光子学与人工智能联合，鞭策自顺应成像与智能诊断；超质料联合纳米制造，可使器件具有史无前例的光学功效；以光驱动的微型呆板人，可用在医疗与微加工的切确操控。跟着光学科技走向跨学科、多标准交融，光的潜能将不停被开释。

瞻望将来，跟着光学相干技能的不停交融，光将成为毗连微不雅世界与宏不雅宇宙、基础研究与财产运用的主要桥梁。或许于不远的未来，光不仅会帮忙人类看患上更远、算患上更快、能源更清洁，还有将以越发智能、高效及绿色的方式，鞭策咱们走向一个由光赋能的新科技时代。

《光亮日报》（2026年05月21日 16版）

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