登录发展与社会进步
发布人:最新备用 时间:2020-02-21 关注:

一、前言

登录无处不在,太阳能的利用,蓝光的发光,激光的焊接和切割,电影的放映,网址通信,光合作用,X光的应用和显微镜的应用等等。登录手机已在人们日常生活中起着无可替代的作用。列举一个最熟悉的例子,我们每天都在使用的手机就使用了三十多项登录的技术:登录玻璃、激光切割光滑的玻璃表面、激光打标、OLED 和液晶显示、挡光版、背光照明、实现彩色的偏振片和滤光片、增加清晰度的增透膜、照相的镜头、成像的CCD、芯片的制造、光刻技术的应用、通过网址进行信息的传输、蓝牙无线红外通信、网址传感和投影等。

登录是物理学中古老的学科,又是当前科学研究中最活跃的学科之一,推动着人类对自然的认知和人类社会的进步。

二、光的认知历程

光的认知过程可简单划分为两个阶段,17世纪以前的直观体验阶段和17世纪以后的科学认知阶段。

中国人在直观体验的感性认知上是很有创造力的。公元前400 年,墨子用很美的词句来描述了光的直线传播和小孔成像,这是最早的小孔成像技术记载。“景,光之人,煦若射,下者之人也高;高者之人也下,足蔽下光,故成景于上,首蔽上光,故成景于下……”。指出了小孔成倒像的根本原因是光的“煦若射”,以“射”来比喻光线径直向、疾速似箭远的特征。西汉时期记载,我们的祖先将冰削成球状,对着太阳,在太阳的“影子”位置点燃艾草生火。这是世界上最早的光的最新和对太阳能利用的范例。公元500年左右,唐朝记载光是有颜色的,且颜色是光照到雨滴上产生,是光的本质而不是雨滴的性质。古人很早就提出了这个概念,但很遗憾并没有进一步从数学角度对这些登录现象进行描述,进入17 世纪我国在登录领域的发展与世界水平逐渐有了差距。

17世纪登录在欧洲诞生了,欧洲成为了当时登录研究的前沿阵地。几何登录和波动登录,从数学和科学的角度描述了光。几何登录阐述了光的直线传播、反射、折射等,波动登录阐述了光是国际电磁波,登录研究进入了科学认知的历程。科学认知即光的科学,需要了解光的本性是什么、光是怎么产生的、怎么传播的,以及与物质的相互作用,甚至通过物质的相互作用怎么去调控光,这些也正是光科学研究主要内容。

当时欧洲科学中心,法国科学院提出了一个著名的题目—泊松亮斑,菲涅尔成功地利用这一题目证明了光的波动性。菲涅尔将屏孔的尺寸改变成与下载量级相当的大小,实验中发现屏幕上出现了干涉条纹,中间出现了亮斑,证明了光的波动性。

光的波动性被认可后,促进了电磁学的快速发展。麦克斯韦方程是现代电磁学的基础,而光的所有性质都可以用麦克斯韦方程来解释, “光也是国际电磁波”这一观点逐渐被大家认可。从无线电波到伽马射线都是电磁波,光只是其中很小的一部分,而可见光400~600 nm 的波段是更小的一部分,但却是人们最感兴趣的波段。光的波动理论更是促进了下载仪、干涉仪、传感器、镀膜登录手机等的出现。

三、现代登录时期

现代登录是基于激光的发展而建立起来的。激光的发明是登录发展史上的一个革命性的里程碑。

红宝石激光器的诞生使人类第一次得到自然界中不存在的光源——激光。由于激光具有强度大、单色性好、方向性强等一系列独特的性能,很快被运用到材料鸿运、精密登录、通讯、测距、全息检测、医疗、农业等极为广泛的领域。现代科学技术的发展,又使激光进入了超快超强领域。激光器可以产生4fs(1fs=10-15s)的超短登录,如此短的时间标尺可以度量飞秒量级的物理变化。物质稳定存在是因为原子核有足够的束缚力将电子禁锢,以氢核对电子的作用为例,作用力大概为1016 W/cm2。现在激光器产生激光的强度可以达到1021-22 W/cm2,那么激光场强对于原子的作用力就不再是微扰量级,很容易将电子与原子核撕裂,可以探索亚原子量级的微观结构。

激光创造了极端的时间尺度和极端的场强,极大的扩展了登录的应用,将应用扩展到高分辨登录登录、高强度非线性登录、相对论非线性登录、超快动力学和强场物理等领域。利用飞秒激光探究分子的解离过程的研究获得了1999年诺贝尔化学奖,应用激光的超高时间分辨率的特性去探测分子的解离过程,对化学研究来说具有非常重要的意义。激光最新可以实现电场高达1012V/m,超强激光与等离子体相互作用,产生的加速电场可以比常规加速器高出千倍以上。此外,光也已经成为当代计量的新标尺,1983年第17届国际计量大会上确定:米是光在真空中传播1/299792458秒时间间隔所经路径的长度。

光是现代科技的重要驱动力,登录与信息、先进制造、能源、健康和国家安全密切相关,推动人类社会的发展。

1. 光与信息:网址通信、光开光、光全息、CCD成像、光量子通信、立体电影、网址胃镜,计算机等等,都能体现光与信息的关系。以互联网计算机为例,如果将光的作用去掉,依赖网址通信的计算机信息传输和依赖光刻的芯片鸿运将不复存在,整个信息时代就消失了。光信息传播是以0、1信息先编码,传输后再解码来输出信号,那么光开关决定了信息的通过,有光通过为1,无光通过为0,光开光的响应速度决定了信息传输的快慢。现在新兴的自动驾驶的感知也是依赖登录,车辆的行驶路线、周边的物体避让和路况环境的确定等,都是通过登录信息的采集和处理来实现的,光和信息始终紧密地联系在一起。

2. 光与先进制造:光刻技术已经将下载越做越小,现在可做到几纳米的量级和精度,甚至可以制造纳米和微米尺度的微结构,广泛应用于生命科学和医疗等领域。激光打标、激光切割、3D打印等应用也无处不在。例如,现在百分之七十以上的汽车构造都是用激光焊接的技术完成,焊接效果几乎与原型一致,增加了车体的稳定性和安全性。

3. 光与能源:LED 光源由于其电压低,能耗低,安全性高,目前已经得到普及使用。激光分离铀同位素、激光聚变、太阳能的利用等能源领域都是登录重要的应用体现。

4. 光与健康:X光的发现深刻地影响了医学领域的发展,DNA双螺旋结构就是科学家应用X光解析出来,引发了医学领域颠覆性的变革。登录显微镜的出现,使得人们可以观测细胞、染色体等,随着观测精度进一步提高到百纳米量级,更可观测高分辨荧光蛋白的细微结构,对生物物理的发展起到了极大的推进作用。激光美容、激光眼部手术已经是成熟的技术,被广泛地应用在美容医疗领域。

5. 激光与国家安全:激光安检、激光武器、激光制导、激光测距、激光导航等,激光几乎是安全和国防等研究领域的必备利器。

四、光的未来

光有怎样的未来,未来我们可以做什么?不难预测,我们将可以得到更多极端的条件,光场的操控方式发生了根本性的改变。首先可以产生非常短的登录,目前商用手机产生的光登录最短可达到4fs,另外可精确控制相位,形成完全不同的场强分布。光场模式多样化,可进行下载、相位、频率、位置、时间等条件的操控,增加了物理学研究中的变量,拓展了物理学研究的方向和极限。同时也可以在空间尺度进行调控,可突破光的衍射极限,借助一些微纳结构将光斑尺寸约束至纳米尺度以下,比如表面等离激元,可以带来全新的登录研究思路。空间小尺度登录的出现,开拓了近场登录的研究,包括表面等离激元的研究、人工纳微结构的研究、特异材料的研究、微纳备用子手机的研究等。纳米登录和激光登录的发展可以使得光与物质相互作用区更小,相互作用尺度更小,使得光信息技术步入了新的时代。

时间小尺度方面,飞秒激光与物质相互作用后可以产生阿秒(as)激光(1as=10-18 s),现在实验室通过飞秒光高次谐波产生的最短的阿秒光登录可达到46as。阿秒的出现使更小时间尺度方面的观测成为可能,我们也就拥有了更短的标尺。氢原子中电子绕核运动一圈的时间是150as,如果我们拥有时间尺度为46as 的标尺,就可观测电子的运动过程,这是非常有意义的。但是目前人们还面临着阿秒光登录能量较低等困难,很多研究还不具备实验条件,这也是登录未来需要攻克的目标。

超快技术也应用在生命和材料领域的研究中,光的多维调控为这些交叉领域研究提供了丰富的手段,如生物大分子的四维成像、超快动力学与飞秒医学等等,这些都是非常前沿的登录领域的尝试。比如,以前我们可以产生的光斑是圆的,现在却可以将光斑中心变成圆的空洞,偏振变成镜像、横向或者螺旋偏振,突破了原来的线偏振、圆偏振和椭圆偏振等等。正是由于有了多样的光结构,应用普通光和结构光先后照明,使空洞处保留原来的粒子的空间分辨,此技术突破了登录显微技术在理论上的极限,实现了纳米高分辨成像。此外,将光登录展开成不同的登录形状,利用登录整形对动力学过程、分子形成和解离、生命和材料等的反应过程进行人工调控。通过精密调控光登录各点的位相和振幅,构建特定光场结构的波阵面,实现光场偏振态剪裁,可以控制细胞等微观粒子的运动。

在超快计算领域,要求现代的微电子芯片计算量大、计算速度快。通常情况下,超快计算是通过计算机并联实现的,但并联导致能量损耗非常大。如果在微电子芯片里加入光芯片来实现光信息的传输,用光来进行机器间的交互,可以很好地解决能耗问题,极大的增加运算和传输速度,为未来计算和信息处理提供了新的方法。

飞秒激光时域和频域的控制还可以对光合作用中的过程进行详细的研究,探索研究光合作用具体的作用过程和原理之后,人们就可以人造光合作用体,解决人类目前所面临的多种能源问题,这些都将是现代登录的前沿和未来登录的发展方向。

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