我們為什么需要光

龔旗煌 李焱

光對人類的生存和發展至關重要。

嬰兒呱呱墜地之后，接觸到大自然的第一印象就是光。光是人類認識世界的工具。人類感官接收的外部信息中，約90%以上通過眼睛傳遞給大腦。有了光，人類才能看到這五彩斑斕的世界。

盡管如此，很多時候人們可能意識不到光就在我們身邊，而且在不斷改變我們的生活方式。因為人的眼睛只能看見可見光，這只是整個光譜中很小的一部分，卻對大量紅外光、紫外光和X光視而不見。與此同時，光基技術也經常是在幕后發揮關鍵性作用。

光和光基技術是現代科技和社會生產力的重要驅動力，下面僅擷取光基技術在幾個重要領域中的應用加以介紹。

光與信息

光在信息的產生、調制、傳輸、存儲、顯示和處理等方面發揮著重要作用，其中光纖通信的重要性是不言而喻的。基于光的量子性的光量子通信更加安全、保密。巨幕立體電影、高清立體電視、虹膜級手機顯示屏等先進設備，為人們帶來震撼的觀賞體驗。光電檢測儀器、光學遙感遙測儀器、機器人視覺、光學傳感器、光盤存儲等，在各個領域都大顯身手。

國家安全

在很多場合，我們會通過X光、太赫茲光等檢查是否攜帶槍支、彈藥、易燃易爆、腐蝕、有毒放射性、毒品等危險禁用物品。夜間可見光很微弱，但人眼看不見的紅外線卻很豐富，紅外夜視儀可以幫助人們在夜間進行觀察、搜索、瞄準和駕駛車輛。激光測距是雷達測距原理在光頻段的延伸，使人類實現了以厘米級精度測定地球到月球這樣遙遠的距離。由于它能迅速準確地測出目標距離，廣泛用于偵察測量和武器火控系統。激光陀螺廣泛用于航空、航天、航海等領域的高精度慣性導航，由于沒有機械轉動部件的摩擦引起的誤差，角位移測量精度高，被測角速度范圍大。當激光制導武器攻擊固定或活動目標時，就像長了眼睛一樣，精度一般在1米以內，命中率極高。用高功率激光器制成的戰術激光武器，可使人眼致盲，使光電探測器失效。利用高能激光束制成的戰略激光武器，可瞬間摧毀飛機、導彈、衛星等軍事目標，是真正讓敵人膽寒的“死光”。

光與制造

激光加工可以實現高精度切割、焊接、表面處理、打孔、微加工，這種先進制造技術已廣泛應用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機械制造等國民經濟重要部門，對提高產品質量、勞動生產率、自動化、無污染、減少材料消耗等方面起到愈來愈重要的作用。激光切割用于汽車行業、計算機、電氣機殼、航天工業使用的鈦合金的切割。激光焊接用于汽車車身厚薄板、汽車零件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件，以及各種不允許焊接污染和變形的器件的焊接。激光處理技術大大改善了材料的機械性能、耐熱性和耐腐蝕性等。激光打標技術在各種材料和幾乎所有行業均得到廣泛應用。激光打孔主要應用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業。激光快速成型是將激光加工技術和計算機數控技術及柔性制造技術相結合而形成的新技術。激光3D打印技術近年來得到迅猛發展。

光與健康

光是生命之源，光技術已經應用到生命起源、健康體檢、醫學治療等方面。X射線被發現后，僅僅幾個月時間內，它就被應用于醫學影像。利用X射線衍射發現DNA雙螺旋結構模型，標志著醫學研究進入了一個新的領域。蛋白質的結構解析依賴于X光衍射。熒光漂白恢復技術、激光衍射測量技術、激光流式細胞計、激光拉曼光譜技術等先進技術，能測出細胞內的分子結構或組分。在醫學治療方面，無影燈、激光刀、激光治療機、激光微光束技術、內窺鏡激光、光動力學療法等，在臨床各科都得到廣泛應用。

光與能源

為人類提供能量的絕大部分能源都直接或間接地來自太陽。植物通過光合作用把太陽能轉變成化學能并在體內貯存下來，煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下的動植物，經過漫長的地質年代形成的，實質上是由古代生物固定下來的太陽能。此外，水能、風能等也都是由太陽能轉換來的。因為化石能源的存儲量是有限的，直接利用太陽能而不是化石能源，在當今顯得日益重要。太陽能是人類取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源，因而光伏發電（太陽光直接轉換為電）近些年來發展迅猛。與此同時，減少能源消耗同樣重要。照明從白熾燈到日光燈，再到半導體二極管，照明質量越來越高，但能量消耗越來越小。發展綠色照明，對節約地球的有限資源意義重大。

光與文藝

太陽、月亮、晨曦、晚霞、鮮花、彩虹、海市蜃樓、神奇極光……激發著詩人的靈感。霓虹燈、追光燈、旋轉燈……營造廣場和舞臺的夢幻氛圍。攝影機、照相機留住風物，記錄事件;電影、電視傳播知識，娛樂生活。三種基色調出無窮顏色，一抹水粉讓繪畫生輝。光線和色彩的獨特運用，可以創作出很多文化藝術精品。另外，光基技術在文物鑒定和修復諸方面也發揮著不可替代的作用。

總之，光和光基技術對人類生存、全球經濟、社會發展和國防安全均產生了深遠的影響。隨著光和光基技術的進一步發展，它們將會繼續改變人類的生產、生活和認知方式。世界將因為光而更美好！