2024 年10 月 17 日，河南大學(xué)學(xué)術(shù)副校長陳雪波在科普中國說·河南專場“魅力化學(xué) 無限可能”主題場帶來演講《像素背后的魔法：一探屏幕發(fā)光材料的奧秘》。

以下為陳雪波的演講節(jié)選：

光學(xué)是物理學(xué)中最古老的一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科，又是當(dāng)前科學(xué)研究中最活躍的學(xué)科之一。隨著人類對自然的認(rèn)識(shí)不斷深入，光學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷了萌芽時(shí)期、幾何光學(xué)時(shí)期、波動(dòng)光學(xué)時(shí)期、量子光學(xué)時(shí)期、現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期等5個(gè)時(shí)期。

萌芽時(shí)期主要指公元前5世紀(jì)-16世紀(jì)，這一時(shí)期主要是“看見光”。春秋戰(zhàn)國時(shí)期，墨子及其弟子在《墨經(jīng)》中記載了小孔成像的實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了對光直線傳播的早期認(rèn)識(shí)。《墨經(jīng)》中提到“目以火見”，表明古人已意識(shí)到視覺依賴于光照。大氣光學(xué)現(xiàn)象是中國古代光學(xué)最有成效的領(lǐng)域之一，早在周代由于占卜的需要，已建立了官方的觀測機(jī)構(gòu)，雖然他們的工作蒙上了一層神秘的色彩，但是對暈、虹、海市蜃樓、北極光等大氣光學(xué)現(xiàn)象的觀測與記載是長期、系統(tǒng)而又深入細(xì)致的，世所罕見。

在萌芽時(shí)期，光學(xué)發(fā)展比較緩慢。到15世紀(jì)末和16世紀(jì)初，凹面鏡、凸面鏡、眼鏡、透鏡以及暗箱和幻燈等光學(xué)元件相繼出現(xiàn)，進(jìn)入幾何光學(xué)時(shí)期。

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幾何光學(xué)時(shí)期主要指16世紀(jì)-18世紀(jì)初，這一時(shí)期可以稱為光學(xué)發(fā)展史上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在這個(gè)時(shí)期建立了光的反射定律和折射定律，奠定了幾何光學(xué)的基礎(chǔ)。同時(shí)為了提高人眼的觀察能力，人們發(fā)明了光學(xué)儀器，第一架望遠(yuǎn)鏡的誕生促進(jìn)了天文學(xué)和航海事業(yè)的發(fā)展，顯微鏡的發(fā)明給生物學(xué)的研究提供了強(qiáng)有力的工具。

19世紀(jì)初，波動(dòng)光學(xué)初步形成，其中托馬斯·楊圓滿地解釋了“薄膜顏色”和雙狹縫干涉現(xiàn)象。菲涅耳于1818年以楊氏干涉原理補(bǔ)充了惠更斯原理，用它可圓滿地解釋光的干涉和衍射現(xiàn)象，也能解釋光的直線傳播。菲涅耳原理后來被進(jìn)一步發(fā)展，成為現(xiàn)代波動(dòng)光學(xué)中的一個(gè)核心概念，它能夠解釋光的干涉、衍射等現(xiàn)象，并在光學(xué)設(shè)計(jì)和光通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

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19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，光學(xué)的研究深入到光的發(fā)生、光和物質(zhì)相互作用的微觀機(jī)制中。1900年，普朗克從物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)理論中借用不連續(xù)性的概念，提出了輻射的量子論。1905年，愛因斯坦運(yùn)用量子論解釋了光電效應(yīng)。

20世紀(jì)初，一方面從光的干涉、衍射、偏振以及運(yùn)動(dòng)物體的光學(xué)現(xiàn)象確證了光是電磁波；而另一方面又從熱輻射、光電效應(yīng)、光壓以及光的化學(xué)作用等無可懷疑地證明了光的量子性微粒性。光和一切微觀粒子都具有波粒二象性，這個(gè)認(rèn)識(shí)促進(jìn)了原子核和粒子研究的發(fā)展，也推動(dòng)人們?nèi)ミM(jìn)一步探索光和物質(zhì)的本質(zhì)。

1960年美國休斯研究實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家梅曼制造了第一臺(tái)紅寶石激光器，這臺(tái)激光器的問世標(biāo)志著激光技術(shù)的誕生，后來，聯(lián)合國教科文組織還將每年的5月16日設(shè)為“國際光日”。激光問世以后，光學(xué)開始進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期。

在現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期，由強(qiáng)激光產(chǎn)生的非線性光學(xué)現(xiàn)象正為越來越多的人們所注意。激光光譜學(xué)，包括激光喇曼光譜學(xué)、高分辨率光譜和皮秒超短脈沖，以及可調(diào)諧激光技術(shù)的出現(xiàn)，已使傳統(tǒng)的光譜學(xué)發(fā)生了很大的變化，成為深入研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及能量轉(zhuǎn)換機(jī)制的重要手段。

來源: 科普中國說

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