神通激光

第四節 光子時代在前頭

　　自從世界上第一台激光器問世以來，至今不過40餘年。激光——這個時代的驕子，已涉足於許多科學學科和技術領域，並分化出不少重要的分支學科和交叉學科，形成相當規模的新興產業；激光——這顆科技的新星，以其優異特性光耀經濟建設和社會生活的各個方麵，在精密加工、計量、檢測、測距、導向、醫療、育種、信息傳遞、信息存儲和處理等行業得到日益廣泛的應用，在光纖通信、集成光學、全息照相、光計算機、激光光盤、信息網絡、光學觀察、傅裏葉光學、非線性光學、激光武器、激光製導、激光雷達、激光分離同位素和激光引發核聚變等重要領域展示出極其廣闊而誘人的前景。

　　激光技術、纖維光學、集成光學“科園三結義”是時代造就的，激光、光纖和集成光路結下了不解之緣，這種緣分打開了通往光通信、光計算機、光盤技術、信息網絡、光全息為基礎的嶄新的信息傳輸、存儲和處理的時代的大門。

　　纖維光學是研究光學纖維傳光理論及製造的一門新學科。光學纖維已發展成為一種新型的光學元件，廣泛地應用於光通信、光學窺視、某些特殊激光器和新型光學係統之中。光纖通信（通常簡稱為“光通信”）如前所述，具有容量巨大、抗幹擾能力強、保密性好、節省有色金屬和適用範圍廣泛等特點，成為大容量、遠距離通信的重要手段，成為21世紀及未來社會通信事業的主角。

　　集成光學是研究集成光路理論及製造的一門邊緣學科，為某些科學技術領域的發展開拓了一條新路。它涉及到介質光波導理論、集成光路材料體係、薄膜波導形式的各種分立器件、測試技術、光集成回路和集成工藝等這樣一些科技領域。

　　集成光路、光導纖維組成的光纜及通信設備，以激光為信號的載體，正逐步用於光纖通信、顯示係統、信息處理、網絡技術、文字和圖像掃描等領域。集成光路作為一種微型多功能集成光學器件、以激光為信號的載體，又是未來一代特高運算速度和特大信息存儲量的光數字計算機的基礎。

　　光計算機給人們帶來了美好的希望。計算機是現代工業生產的自動控製、廠礦企業的科學管理、交通運輸的數據處理、工程設計及生活方麵的重要角色。但是，電子計算機已經發展了五代，卻始終沒有脫離電子學的範疇，運算速度和存儲容量均已不能滿足突飛猛進發展的科學技術的需要。集成光學和激光技術為研製運算速度極快、存儲容量極大、使用穩定可靠光計算機提供了基礎條件。目前，光模擬計算機在幾分鍾裏就可以完成電子計算機幾天才能完成的工作量。現在，科學家們正在向特高運算速度和特大信息存儲量的光數字計算機進攻。

　　全息照相術由激光“起死回生”，已顯示出強大的生命力。全息照相在光學像差平衡、全息顯微術、全息幹涉測量、紅外全息、信息編碼和信息存儲等部門獲得了應有的“席位”，正在越來越廣泛地得到應用。

　　激光光盤是近些年迅速發展起來的一種新型信息存儲技術，為信息存儲領域又開拓了一條新路。一張光盤“唱片”上，可以存儲若幹份全年報紙，可以“裝進”若幹本長篇著作，可以容納若幹部彩色電影。如果要查閱某篇文章，立刻就可以檢索出來。

　　光通信、光計算機和激光光盤將構成21世紀和未來社會的神經中樞和神經網絡，在工業、農業、軍事、科研和社會生活各個方麵的廣泛應用，必定會使這些領域在技術上發生一次巨大變革。

　　傳統的光學經激光技術輸入“新鮮血液”之後，重新煥發了青春，麵貌發生了深刻變化。光學同其他科學技術領域相互結合、相互滲透，衍生出來一係列嶄新的分支學科。傳統的觀察技術和其他技術相結合，向紅外波段擴展，已成功地應用到夜間觀測、導彈製導、遙感遙測、地球資源考察及環境汙染監測等技術領域。

　　光學中引入數學的傅裏葉變換和通信的線性係統理論，形成了傅裏葉光學。這種理論，用以分析和綜合各種光學現象，並且由此而引入的空間濾波和頻譜概念，成為成像理論、像質評價、光學信息處理及相幹光學計算機的基礎。

　　這一切表明，光子學之扉是由激光打開的，它作為一門嶄新的科學正在崛起和發展。

　　光子學的內容十分豐富，但在很大程度上是以激光的頻率單純、亮度極大這樣一些特性為基礎的。起初，由於激光器是從微波受激發射器（Maser）而來的，激光這個名稱就是“利用輻射的受激發射實現光的放大”這些詞的縮寫語（Laser），人們就給這門科學起名為量子電子學，如同電子學的一個分支。但是，激光本質是光量子的運動，或者說，是光子的產生、運動和轉化。光子在本質上是不同於電子的粒子，如光子還沒有確切發現有靜質量，而電子卻有靜質量等，因此，人們認為量子電子學這個名稱很不確切，應該叫做“光子學”。近些年來，光子學已經發展成為一門獨立的科學，同電子學並駕齊驅地馳騁於現代科學技術的天地。

　　光子學作為一門新學科必將迅速發展起來，同時，還將促進其他學科的發展。一些新學科將不斷湧現出來，如光子物理學、光子化學、光子生物學、光子醫學等等。這樣，現代科學技術的百花園，將會是萬紫千紅又一番新春的景象。

　　光子學的發展，自然要帶來光子技術和光子工業。從20世紀到21世紀，科學技術發展的特點是理論到應用幾乎同時並進，40多年來激光科學及其應用就是同時並進的。如上麵所講的，激光生產加工、光纖通信、激光分離同位素、激光引發核聚變、光子計算機、激光測距、激光雷達等，均為光子學的成果，光子技術的運用。

　　光子科學技術的發展和應用，也正像蒸汽動力、電力、原子能和電子計算機的發展和應用那樣，終將把社會生產力推進到一個新的更高水平。就從工業來說吧，一方麵，將是伴之而來的一批新型工業如雨後春筍般地出現，諸如光子元件廠、光子設備廠、光訊器材廠、光視機廠、光子全息照相機廠、光子全息電影機廠、光計算機廠、光子儀器儀表廠、光子醫療器械廠、光子化工廠，還有進行激光跟蹤、製導、瞄準及攻擊武器製造的光子軍工廠等。另一方麵，冶金、機械、電子、化工、紡織、通信、家用電器等傳統的工業技術，將被進一步改造，以嶄新的麵貌出現。整個工業體係將是一派生機勃勃的景象。

　　光子科學技術不斷出現的新成就，對現代化社會的影響是無法估量的。到那時，天上飛的是光子充填燃料的宇航飛機，地上跑的是光子發動機驅動的各種車輛，家庭裏用的是多種多樣的光子器具，軍隊裝備的是各式各樣的光子武器……如同今天的煤、油、電一樣，光子科學技術將滲透到整個社會肌體的各個部位，成為人類生產和生活中不可缺少的東西。

　　未來的家庭，將是光子化的家庭。在你的家庭裏，你隻要按動那台用集成光學元件製造的終端設備，激光信號就會通過光導纖維構成的光纜網絡聯係於辦公室、商場、電台、工廠……你可以通過麵前的熒光屏，同千裏之外的親人會晤，和辦公室裏的同事交談，跟商場裏的機器售貨員定貨，向圖書館索取有用的資料，以及閱讀新聞、搜集情報。在你的家庭裏，你的光智能計算機（光腦）是你的忠實仆人，控製著空調設備來調節室溫，控製著家用電器來為你烹調食物、開窗關門、清掃房間。茶餘飯後，你坐在舒適的沙發上，可以用手中的微型光控器，打開麵前的光視機和激光家庭影院，觀看光纖傳來的豐富多彩的全息彩色光視節目，那是立體的景象，真實的景象！

　　到那時，電子讓位給光子，光子成為人類的第一助手，處處為人類服務。人類將生活在一個嶄新的光子時代裏！

　　未來時代將是光子時代。看，它已經露出了絢麗的晨曦，讓我們張開雙臂，迎接光子時代的到來吧！

　　§§第十章 激光的內幕