没有比光传播更快的东西

没有比光传播更快的东西。任凭最近媒体繁复的报导 ,这一论断如过去一样依然正确无误。虽然如此 ,过去 2 0年中的实验迫使我们重新考查“东西”这一字眼的含意。美国普林斯顿日电公司研究所研究组在最近一次实验中 ,观察到激光脉冲的峰在进入充有铯蒸汽的小室之前就已离开小室。很明显 ,这个脉冲的峰根本不是爱因斯坦著名定律中所提到的那个“东西”。每秒约 30万公里的宇宙速度极限 c是物理学中最为人们熟知的一个常数。有质量的物体需要无穷大的能量才能达到光速 ,无质量的粒子 ,如光子 ,总是精确地以光速携带其能量运行。更重要的是 ,相…     

英国光学业已无力繁荣

人们普遍认为光学是21世纪一项关键技术。比如,互联网即为制造和出售激光器、放大器、光纤等产品的公司提供了巨大的商机,这些产品则构成全球通信的基础。有人估算,光纤元件三年内的市场销售额将超出200亿美元。激光和其他光学技术在医疗保健、制造业、军工及航空航天业均发挥重要作用。 光学业日益扩展的影响在1998年美国国家研究委员会完成的一份名为“利用光(Harnessing Light)”的报告中已有描述。世界上很多国家已掌握了该报告的内容,并进行相应的研究。但是,在过去15年中英国虽在光学的很多领域作出重要贡献,不少科学家和工程师却感到英国在光学工业领域大概要落后。的确,最近在对英国物理学的一份评论中,一个国际物理学家组表述了对英国光学业投资水平的关注。 鉴于互联网业每百天翻一番的现状,超出现有能力或“带宽”的危险已为时不远。为增加带宽,通信公司必须提高数据沿光纤发送的速率,或更新限制光学网络性能的电子部件。 用光子完全代替电子,即由光电子技术过渡到光子技术,是通信领域追求的美好目标。但这一过渡要求研制具有极高光学非线性和极快响应时间的新材料。已有多种材料具有这两种特性中的一种,但不同时具备这两种特性。因此,很多工业界人士认为,解决互联网潜在瓶颈问题的关键在于基础研究的突破。目前大力研究的一类材料是“光子晶体”,这是一种具有光子带隙的材料光子带隙对应于半导体中的能量带隙。在光子晶体中,光可以很锐的转角屈折,比目前在光纤中能达到的锐得多。微机电器件(MEMS)是另一个活跃的研究领域。可用这样的器件操纵微小的机械反射镜开关光学信号。 工业界和学术界不少人士认为这样的“蓝天研究项目”在英国正被窒息。南安普敦大学光电子研究中心的David Hanna认为光学研究中的好想法得不到迅速的资助。他说,“我认为我们正以极小的支持从事着极好的工作,但因缺乏资金只能停步不前”。由于光学技术渗透得如此广泛,在一些大系统中,它们往往仅扮演次等角色,Hanna认为其经济上的重要性常不被充分认识。另一问题是,大学里的光学研究分散在各系里进行,如物理、化学、材料、电子学、工程及计算数学系等。Hanna说：“涉及该领域的人没有一个有全面观点,因而光学研究得不到资助中应得的份额。” 对英国光子学的一份最新评述报告讲到,工程及物理科学研究委员会(EPSRC)在选定研究项目时提出优先发展技术的排名并不恰当。按这份报告,大学应提供科学知识的基础,使公司能据此选定最适当的技术。评论组建议委员会今后两年内把对光子学研究的资助从目前的每年7000万英镑水平至少提高30%,最好是50%。 英国工业界对光学的投资记录很可怜。虽然英国制造了全欧洲约一半的光学元件,但英国工业的大部分由外国公司所有,如Nortel、 JDS Uniphase、Agilent等。去年初,英国通信公司把其世界领先的光子研究中心卖给了美国的康宁公司。但也有使人高兴的迹象。去年马可尼公司从其母公司通用电气分离出来,专门从事通信的发展,同时开始致力于光子学的公司数目也在增加。 英国Bookham Technology光学元件公司的总裁Andrew Rickman说：“传统上,英国在光子学上有很强的科学技术基础,并得到很好的投资,困难在于将研究成果转化为产品生产。但现在潮流变了。人们已准备向正在启动的公司投资”。 的确如此,去年6月由光电子研究中心分离出的一个公司吸引了从未有过的大额投资,用于一个大学的启动。南安普敦光子学公司接受了3700万英镑的风险资金,用于设计和制造纤维光学元件,据说在此后18个月内可为英国提供200个技术工种岗位。其他一些大学也已设立了启动公司,包括南苏格兰地区的大学。 为鼓励大学与工业界的合作,贸易与工业部和工程及物理科学研究委员会拿出1100万英镑用于一项新的“联手(LINK)”计划,该计划实施五年。英国科学大臣Lord Sainsbury说：“英国在光学技术方面在全世界享有声誉,这项新计划保证由英国公司开发的有关研究项目将发挥很大作用,从而使英国的经济受益。” 虽然牛津大学的Colin Webb(英国光子学和光学联合体主席)欢迎“联手”计划,但他认为这项计划仅提供了实际所需资金的四分之一。他说：“人们怀疑英国的投资能否达到预期效果,就如美国和德国政府类似的支持计划那样。” 光子学业内人士中很多人忧虑英国能否向工业界提供急需增加的合格人才。Rickman希望Bookham最终能雇佣几千人,但不能肯定今后长时间内到哪儿才能找到这些人。他说Bookham已不得不为招收工程师而努力,并说明可得到必要的培训,以便雇佣到具有相应技术知识的职员,以此作为“建立你自己的大学的真正开端”。南安普敦光子学公司的主席David Payne对此颇有同感,他说问题归结于大学中读科学技术门类的学生十分缺乏。的确如此,在英国读科学和工程的博士生不少来自国外。“工程技术在英国是个严重问题,现在仍把工程技术视为二等职业。学生读完大学都想进入金融界或媒体部门,而不想进入制造业。”他指出,在美国,人们都把读理工科看作是成为富有企业家的阶梯。 为解决光学人才的短缺问题,评估工程及物理科学研究委员会光子学研究情况的小组建议,为该领域发展提出追加经费的一部分应用于增加相关学科的学生名额。小组还建议应开展物理、工程、材料、化学、数学以及相关学科之间的交叉研究。这个观点已为委员会总裁Richard Brook接受,他说委员会今后可能对其“交叉学科研究的合作问题”多加关心。 这类合作之一在苏格兰圣安德留斯大学物理系刚刚达成,其目标是研究增加互联网带宽的新方法。该系获得了1050万英镑的资助,与另外五所大学和八个公司在超短(飞秒)光脉冲应用方面进行合作研究。他们将研究新型材料,包括有机化合物和半导体的小尺度结构。这个联合研究组希望在他们称为“有关长期‘蓝天’内容的推进研究计划”中使数据传输速率改善3～4个数量级。 (蔡惟泉)     

激光的过去、现在和将来——三位诺贝尔奖金获得者访问记

1982年夏，“激光集锦”向与激光研究有密切联系的三位诺贝尔奖金获得者提出了一系列问题。他们的回答涉及过去二十年间的进展，包括其间令人惊异的事件，提出了对未来的一般设想，并提到那些可能极具重要性的科学上和商业上的激光应用。     

实际自适应光学系统对高能激光束大气传输的作用

为补偿高能激光束与大气的相互作用造成的光束质量下降通常需要自适应光学矫正系统。洛克希德 程序ＧＲＡＮＤ包含一套实际的自适应光学系统，它代表了当今水平光束控制系统的很多特点。