神通激光

第四节 光子时代在前头

　　自从世界上第一台激光器问世以来，至今不过40余年。激光——这个时代的骄子，已涉足于许多科学学科和技术领域，并分化出不少重要的分支学科和交叉学科，形成相当规模的新兴产业；激光——这颗科技的新星，以其优异特性光耀经济建设和社会生活的各个方面，在精密加工、计量、检测、测距、导向、医疗、育种、信息传递、信息存储和处理等行业得到日益广泛的应用，在光纤通信、集成光学、全息照相、光计算机、激光光盘、信息网络、光学观察、傅里叶光学、非线性光学、激光武器、激光制导、激光雷达、激光分离同位素和激光引发核聚变等重要领域展示出极其广阔而诱人的前景。

　　激光技术、纤维光学、集成光学“科园三结义”是时代造就的，激光、光纤和集成光路结下了不解之缘，这种缘分打开了通往光通信、光计算机、光盘技术、信息网络、光全息为基础的崭新的信息传输、存储和处理的时代的大门。

　　纤维光学是研究光学纤维传光理论及制造的一门新学科。光学纤维已发展成为一种新型的光学元件，广泛地应用于光通信、光学窥视、某些特殊激光器和新型光学系统之中。光纤通信（通常简称为“光通信”）如前所述，具有容量巨大、抗干扰能力强、保密性好、节省有色金属和适用范围广泛等特点，成为大容量、远距离通信的重要手段，成为21世纪及未来社会通信事业的主角。

　　集成光学是研究集成光路理论及制造的一门边缘学科，为某些科学技术领域的发展开拓了一条新路。它涉及到介质光波导理论、集成光路材料体系、薄膜波导形式的各种分立器件、测试技术、光集成回路和集成工艺等这样一些科技领域。

　　集成光路、光导纤维组成的光缆及通信设备，以激光为信号的载体，正逐步用于光纤通信、显示系统、信息处理、网络技术、文字和图像扫描等领域。集成光路作为一种微型多功能集成光学器件、以激光为信号的载体，又是未来一代特高运算速度和特大信息存储量的光数字计算机的基础。

　　光计算机给人们带来了美好的希望。计算机是现代工业生产的自动控制、厂矿企业的科学管理、交通运输的数据处理、工程设计及生活方面的重要角色。但是，电子计算机已经发展了五代，却始终没有脱离电子学的范畴，运算速度和存储容量均已不能满足突飞猛进发展的科学技术的需要。集成光学和激光技术为研制运算速度极快、存储容量极大、使用稳定可靠光计算机提供了基础条件。目前，光模拟计算机在几分钟里就可以完成电子计算机几天才能完成的工作量。现在，科学家们正在向特高运算速度和特大信息存储量的光数字计算机进攻。

　　全息照相术由激光“起死回生”，已显示出强大的生命力。全息照相在光学像差平衡、全息显微术、全息干涉测量、红外全息、信息编码和信息存储等部门获得了应有的“席位”，正在越来越广泛地得到应用。

　　激光光盘是近些年迅速发展起来的一种新型信息存储技术，为信息存储领域又开拓了一条新路。一张光盘“唱片”上，可以存储若干份全年报纸，可以“装进”若干本长篇著作，可以容纳若干部彩色电影。如果要查阅某篇文章，立刻就可以检索出来。

　　光通信、光计算机和激光光盘将构成21世纪和未来社会的神经中枢和神经网络，在工业、农业、军事、科研和社会生活各个方面的广泛应用，必定会使这些领域在技术上发生一次巨大变革。

　　传统的光学经激光技术输入“新鲜血液”之后，重新焕发了青春，面貌发生了深刻变化。光学同其他科学技术领域相互结合、相互渗透，衍生出来一系列崭新的分支学科。传统的观察技术和其他技术相结合，向红外波段扩展，已成功地应用到夜间观测、导弹制导、遥感遥测、地球资源考察及环境污染监测等技术领域。

　　光学中引入数学的傅里叶变换和通信的线性系统理论，形成了傅里叶光学。这种理论，用以分析和综合各种光学现象，并且由此而引入的空间滤波和频谱概念，成为成像理论、像质评价、光学信息处理及相干光学计算机的基础。

　　这一切表明，光子学之扉是由激光打开的，它作为一门崭新的科学正在崛起和发展。

　　光子学的内容十分丰富，但在很大程度上是以激光的频率单纯、亮度极大这样一些特性为基础的。起初，由于激光器是从微波受激发射器（Maser）而来的，激光这个名称就是“利用辐射的受激发射实现光的放大”这些词的缩写语（Laser），人们就给这门科学起名为量子电子学，如同电子学的一个分支。但是，激光本质是光量子的运动，或者说，是光子的产生、运动和转化。光子在本质上是不同于电子的粒子，如光子还没有确切发现有静质量，而电子却有静质量等，因此，人们认为量子电子学这个名称很不确切，应该叫做“光子学”。近些年来，光子学已经发展成为一门独立的科学，同电子学并驾齐驱地驰骋于现代科学技术的天地。

　　光子学作为一门新学科必将迅速发展起来，同时，还将促进其他学科的发展。一些新学科将不断涌现出来，如光子物理学、光子化学、光子生物学、光子医学等等。这样，现代科学技术的百花园，将会是万紫千红又一番新春的景象。

　　光子学的发展，自然要带来光子技术和光子工业。从20世纪到21世纪，科学技术发展的特点是理论到应用几乎同时并进，40多年来激光科学及其应用就是同时并进的。如上面所讲的，激光生产加工、光纤通信、激光分离同位素、激光引发核聚变、光子计算机、激光测距、激光雷达等，均为光子学的成果，光子技术的运用。

　　光子科学技术的发展和应用，也正像蒸汽动力、电力、原子能和电子计算机的发展和应用那样，终将把社会生产力推进到一个新的更高水平。就从工业来说吧，一方面，将是伴之而来的一批新型工业如雨后春笋般地出现，诸如光子元件厂、光子设备厂、光讯器材厂、光视机厂、光子全息照相机厂、光子全息电影机厂、光计算机厂、光子仪器仪表厂、光子医疗器械厂、光子化工厂，还有进行激光跟踪、制导、瞄准及攻击武器制造的光子军工厂等。另一方面，冶金、机械、电子、化工、纺织、通信、家用电器等传统的工业技术，将被进一步改造，以崭新的面貌出现。整个工业体系将是一派生机勃勃的景象。

　　光子科学技术不断出现的新成就，对现代化社会的影响是无法估量的。到那时，天上飞的是光子充填燃料的宇航飞机，地上跑的是光子发动机驱动的各种车辆，家庭里用的是多种多样的光子器具，军队装备的是各式各样的光子武器……如同今天的煤、油、电一样，光子科学技术将渗透到整个社会肌体的各个部位，成为人类生产和生活中不可缺少的东西。

　　未来的家庭，将是光子化的家庭。在你的家庭里，你只要按动那台用集成光学元件制造的终端设备，激光信号就会通过光导纤维构成的光缆网络联系于办公室、商场、电台、工厂……你可以通过面前的荧光屏，同千里之外的亲人会晤，和办公室里的同事交谈，跟商场里的机器售货员定货，向图书馆索取有用的资料，以及阅读新闻、搜集情报。在你的家庭里，你的光智能计算机（光脑）是你的忠实仆人，控制着空调设备来调节室温，控制着家用电器来为你烹调食物、开窗关门、清扫房间。茶余饭后，你坐在舒适的沙发上，可以用手中的微型光控器，打开面前的光视机和激光家庭影院，观看光纤传来的丰富多彩的全息彩色光视节目，那是立体的景象，真实的景象！

　　到那时，电子让位给光子，光子成为人类的第一助手，处处为人类服务。人类将生活在一个崭新的光子时代里！

　　未来时代将是光子时代。看，它已经露出了绚丽的晨曦，让我们张开双臂，迎接光子时代的到来吧！

　　§§第十章 激光的内幕