2015年，距阿拉伯學者伊本·海賽姆的五卷本光學著作誕生恰好一千年。一千年來，光技術帶給人類文明巨大的進步。為此，聯合國宣布2015年為“光和光基技術國際年”(簡稱國際光年)，以紀念千年來人類在光領域的重大發現。

 

　　2014年諾貝爾物理學獎

 

　　2014年諾貝爾物理學獎的獎杯由赤崎勇、天野浩與中村修二共舉，照亮獎杯的，是他們發明的藍光LED。

 

　　諾貝爾物理學獎貼著“高冷”的標簽，藍光LED卻好像和這神秘的高冷氣質沒什么關系。真相只有一個——藍光LED推動了整個LED照明產業邁向實用化。

 

　　LED照明需要紅綠藍三原色匯聚成白光。紅光LED和綠光LED早在上世紀六七十年代相繼誕生，藍光LED的研發卻卡殼了。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明藍光LED。隨后，中村修二研發出生產高效藍光LED的技術，三原色集合完畢，真正開啟了“新光明”時代。

 

　　LED照明究竟意味著什么呢?我們可以這樣算一筆數據賬，全球每年總消耗電量約200000億千瓦時，其中19%用于照明。若將所有照明燈具更換為LED節能燈，那么每年全球至少節約用電15200億千瓦時。這些節約的電量相當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。

 

　　藍光LED用20年實現了LED照明的華麗轉身，如今更是用途廣泛，用手機聊天、用電腦工作、用電視消遣，都有藍光大顯身手。白熾燈點亮了20世紀，21世紀將由LED燈點亮。

 

 

　　數百年來，科學家們長期致力于研究如何更快更遠更好地傳遞信息。從電報到有線電話，再到電纜的普遍使用，科技的進步讓我們足不出戶而知天下事。

 

　　20世紀60年代，華裔科學家高琨提出用光代替電流，用玻璃纖維代替導線的設想，并在1966年發表了劃時代論文《為光波傳遞設置的介電纖維表面波導管》，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，使光在光纖中進行遠距離傳輸成為可能，光纖通信新紀元自此拉開序幕，“光纖之父”高琨也因此站上了2009年的諾貝爾物理學獎獎臺。

 

　　“光纖”全稱“光導纖維”，由石英、玻璃等透明的光學材料拉制而成，是用于傳輸光的圓柱形光波導。其典型結構由纖芯和包層組成，當光從一端射入，其與軸線的夾角小于某一值時，由于纖芯折射率高，包層折射率相對較低，便會在纖芯和包層界面處發生全反射，從而光可以在纖芯中曲折前進而不穿出包層。此時若我們把信息加到光上，它便與光一起傳輸到另一端，實現了信息的傳遞。

 

　　我們可以比較兩組數據：第一，現階段光纖通信可實現同時傳輸24萬路的信號，其容量比微波通信增加一千倍;第二，在確保通信質量的前提下，普通電纜或微波通信的中繼距離為1.5至60公里，而現階段光纖可實現2000至5000公里的無中繼傳輸。

 

 

　　電影《阿凡達》中的3D沙盤讓潘多拉星球的地形地貌一覽無余，真是酷炫到沒有朋友!但這種技術其實離我們并不遙遠，丹尼斯·蓋博教授在1947年發明的全息術就已經將這種魔法照進了現實，他也因此獲得了1971年的諾貝爾物理學獎。

 

　　相比于傳統攝影技術，全息技術創造性地記錄了物體上各點的空間位置，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，需要兩束激光，一束激光照射在物體上，經物體表面反射而成，另一束激光為參考光。與水波接觸相類似的是，它們在空間相遇時也會發生疊加，形成明亮和黑暗相間的條紋，而物體上各點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。

 

　　借助激光器產生的參考光照射全息圖，便可以再次創造出物光，仿佛全息圖中真的彈出了物體的三維像一般。

 

　　想象著在不遠的將來，隨著全息技術的不斷發展，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，客戶也能同步地觀看解說;千里之外的醫生可以檢查病患的身體狀況。相信那一天并不遙遠!

 

 

　　1908年諾貝爾物理學獎授予法國物理學家加布里埃爾·李普曼，他發明的干涉彩色攝影技術讓照片完美再現色彩，引起了巨大轟動。

 

　　當時的相機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——鹵化銀，它遇光發生化學反應，變成黑色的銀顆粒。光越強，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，人們怎能甘心只記錄黑白?當時大多數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節就是顏色失真，效果不甚理想。而加布里埃爾·李普曼另辟蹊徑，對黑白膠片做了小小的處理，就達到了驚艷的效果。

 

　　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?舉個例子，這是藍光波長，藍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生“干涉現象”，在膠片中形成間隔為半個波長的干涉條紋。這些條紋留下了藍光的特征，當用白光照射膠片時，它們就像一個篩子，將其他顏色的光線篩掉，只反射藍色光線。膠片上的每一點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年諾貝爾物理學獎

 

　　1901年，世界上第一枚諾貝爾物理學獎獎牌，授予了德國物理學家威廉·倫琴，獎勵他發現了X射線。

 

　　1895年11月8日，倫琴用黑紙包住放電管，準備進行陰極射線的研究。一個奇怪的現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了一道綠光。陰極射線的傳輸距離明明不超過數厘米，那這道綠光是什么?倫琴把這未知的射線叫做X射線。實驗發現，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射線晶體衍射已經成為了解原子世界的利器;它還被用于金屬探傷、測量金屬的厚度等等。其實，每次出入站安檢時，你的行李都在和它親密接觸呢。當然，X射線在造福人類的同時，也會給我們帶來困擾。過量的X射線照射會引起白血病、癌癥等疾病，所以在使用X射線時要做好防護。

 

　　事實上，與光學研究有關的諾貝爾獎，遠不止我們上面所列的這五項，與光學有關的科學技術，已經深刻地改變了我們的生活。