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我见: 光源与照明 精选

已有 2647 次阅读 2017-9-25 08:39 |系统分类:科研笔记

光者能量也。光源者,能量的源头也;照明,能量的释放与应用也。光源与照明,讲述能量在万物之间的流转与轮回!

以下,谈谈自己对于‘光源与照明’专业的看法,与各位朋友分享!

对于普通人而言,日月星辰就在那里,我们已经习惯太阳东升西落,习惯月有阴晴圆缺,习惯北斗七星的勺子状。日月星辰是人类生活的必须品。从人类诞生的第一天开始,她们就悬挂在头顶。数万年来,人类抬头看见的那颗太阳,并没有太多的变化,还是那么的赤热和饱满。数万年来,人类对于她们的敬畏不减丝毫,人类的一切都来自于她们——日月星辰,她们是无神的神灵。

就这样,万物滋长,衰荣更替,白天和黑夜,过了好多好多年。在东方人的文明里,燧人氏打破了夜的黑。钻木取火让古人们第一次尝到了食物在高温下迸发出来养分。火让人类不再茹毛饮血,体力和智力都得到了提升。火的出现,加快了人类社会发展的进程,或许在那漫长的岁月里,人类点燃了身边可以被点燃的东西。或许,人类先后尝试了柴草、木头、......,直到人类找到了煤和石油,这一轮燃烧物的发现历程接近终点。或许,在很长的一段时间里,火只是被用来烧熟食物、照暖肉体和照亮夜空。但是,随着物质资料的不断增加,火除了驱赶了人类体外的黑夜和恐惧,更是逐渐的驱赶着人类体内的黑夜和恐惧。在光明的指引下,人类开始审视自身,用思考的火种打破了精神的黑夜,在今天被称作精神文明的领域,开始了漫漫的征程,道路崎岖,但有火相随。

火,作为人类社会第一个伟大的技术发明,当之无愧地应该受到人类永世的敬仰!

随着火这项技术的不断发展,以及煤和石油等化石燃料的发现,人类在精神文明领域,认识到了能量,认识到了力。进一步地,人类对于‘光源与照明’的认识,从简单的发光发热,发展到了能量的转换。‘光源与照明’不再是简单的发射和简单的接收,人们开始使用工具实现更为复杂形式的‘光源与照明’。蒸汽机,是这些复杂形式中的典型。来自‘光源’燃煤的能量首先通过水吸收,液态水进而转化为气态水,随着液态到气态的物态相变,将燃煤体内蕴含的能量传递给活塞,进而驱动机器的运转,这种不是通过光直接传递能量的方式,也应该涵盖在‘光源与照明’的范畴中。所以,第一次工业革命的大功臣‘蒸汽机’的本质,也应该被视作一种‘光源与照明’专业,作为人类飞速发展的另一个伟大的技术发明,值得铭记。当然,我需要补充一句,蒸汽机中各种圆形的轮子也是应该享誉人类社会的发明。

从日月星辰到火再到蒸汽,人类已经进步了太多太多,这些进步里处处有着‘光源与照明’。而接下来的发展,更是让人匪夷所思。自从人类抽象出来了能量,发现了力学原理。这就如先前人类发明了火一样,人类开始四处寻找各种形式的力量。慢慢地,人类意识到了电和磁的力学现象。在很长的一段时间里,人类并没有意识到电和磁与钻木取火有什么联系。直到伟大的麦克斯韦方程组诞生,当然麦克斯韦完成了他的伟大使命,统一了电学和磁学现象,更为重要的是,他的发现表明,电和磁所体现出来的事实与钻木取火所体现出来的事实是同源的,他们都是某种形式的电磁波能量。火为我们所熟知,是因为人类身体所具有的电磁信号接收器——眼睛能够看到这个频率范围内的能量。而其他频率的能量,不容易被人类察觉。所以,麦克斯韦提出的电磁波理论,是人类的第二次‘钻木取火’,其伟大甚巨!‘光源与照明’应该有电学、磁学和电磁场的内容。

蒸汽机、电磁学的发明和创造,再次丰富了人类对于能量的利用形式,此时的能量源自于太阳、存储于化石能源、再次释放于燃烧、转化为别的形式。‘光源与照明’系统变得庞大和复杂起来,但是思考能量的源头、存储、再次释放和应用是‘光源与照明’的一切内容。在近代科技发展中,其中值得一提的一种‘照明’方式,即能量流转方式,应该是化石能源到电能的转化。这得益于人们在研究电磁学的基础上,发明的发电机,让来自太阳的能量转化为一种人类可以灵活应用的能量形式。比如,狭义的‘光源与照明’认识中,人们一定会谈到爱迪生和他发明的灯泡,从普世人群来看,爱迪生的发明是伟大的。但是,从人类的发展历程来看,爱迪生做到的仅仅是将电能通过电阻丝,使其发热,进而发光。当然,爱迪生的工作意义仍然是伟大地,对于人类社会的发展而言,可以誉为第三次‘钻木取火’。

让我们把目光从人类可以看到的光转移到人类无法看到的频率波段,时间也悄悄的来到了100多年前。人类区别与其他动物的一个标志是,我们可以借助工具、制造工具,这个工具在前文的谈论中也不断提到。接下来我想提到的工具是,人类使用工具帮助我们‘看到’我们看不到的‘光线’。这个工具就是雷达系统。雷达系统的诞生源自于人类残暴的杀戮,即战争。它使用人类第四次‘钻木取火’获得的微波频段光源照射夜空(在微波频段,人类时时都处在夜空里),然后使用人类设计的人工眼睛,天线,对这些波长的光进行探测,进而可以知道敌人的飞机是否靠近自己。尽管,雷达源于邪恶的战争驱动,但是雷达技术已经和我们现在的生活息息相关了,无人飞机、无人汽车、气象雷达、飞机旅行、......等等,都离不开雷达。‘光源与照明’应该含有雷达技术这一热门内容。

随着雷达技术的发展,人类发展了很多先进的微波频段的光源,微波激射器作为一种先进的微波频段光源,其在上世纪50年代盛行一时。于此同时,微波频段光源的发展,激励了人们研究光频段的激射器,既是激光器。1964年梅曼博士发明了钛宝石激光器,我没有语言去描述这一发现的伟大,按照时间先后,我把激光器的发现归结为第五次‘钻木取火’,而这一次‘钻木取火’在今天仍在继续。‘光源与照明’应该含有激光器的内容。

不管是什么波段的电磁波,在均匀的空气中,它都可近似认为按照直线传播。如何能够向水流一样去引导我们的光束,是直接照明的一个技术问题。在很长的一段时间里,人类都没有很满意的解决方案。直到高锟先生发现了石英材料中光学损耗的机理,才为人类通过提纯石英光纤材料,将石英材料制作成头发丝大小的纤维状,即现在的光纤,人们就能够将光线导入到光纤中,任意弯折和传导。高锟先生尽管没有制作任何火种,但是他驯服了顽皮的火种,他的工作可以视作第六次‘钻木取火’。[后记:早起版本中,此部分内容粗略,多有纰漏,感谢陆同兴教授指正!]

从燧人氏到高锟,华夏文明千万年的演化,两位伟人相隔时空,如果他们对话,或许会是这样。燧人氏:“我钻,我钻,木头中迸发出火光。哦不,该死的森林和高山,他们让我的族人看不到我在这里弄出的光明”。高锟:“给你我的光纤,你的光明将越过森林,翻过高山,让你的族人看到你的讯息”。其实上面的对话,就是我们现在天天使用的光纤通信,只是从技术的角度,我们使用了第五次‘钻木取火’得到的激光器作为光源,使用高锟先生的提案制作光纤,我们将世界连在了一起,不仅仅将族人,而是将全人类连在了一起。‘光源与照明’应该有光通信的内容。当然,需要提一下,我们历史上周幽王无疑是一个伟大的光通信实验研究人员。

我们从日月星辰谈到了光通信,万亿年弹指一挥间。但是有一个问题盘旋在人类的脑海中,人类一直苦苦求索。那就是光的本质是什么?这个问题至今困扰着人类。我无法去讲述这其中的过程,但是一百多年前,最聪明的一群人提出了光是一份一份的能量子,我们称作光子。但是,这个光子并不像我们经常吃到的肉丸子。因为,假设我们有一双去夹住光子的‘筷子’,然后我们知道光子就在某个‘碗里’,我们似乎很难将这个光子夹到我们的嘴里,进而让我们尝到光子的美味——抱歉我或许是有些饿了:)。为了更好的刻画光子,一帮聪明的人,发展出了一套理论,叫量子力学。而量子力学的理论到今天仍然是很多人不会去看的一本书,但是它的确可以较为根本的回答‘光的本质是什么?’这个问题。读读量子力学,我们会发现在历史长河中那些伟大的名字,他们在作答‘光的本质’这个问题时,错的多么离谱。但是即使这样,瑕不掩瑜,他们依旧伟大。‘光源与照明’应该有量子力学的内容。

光子经典世界的怪胎,量子世界的宠儿。我们应该怎么去获得一个光子呢?应该怎么去探测一个光子呢?这些问题目前仍然没有得到很好的解决。我想这将是引领人类发展的第七次‘钻木取火’工程。‘光源与照明’应该有量子光源与照明方面的内容。谁会成为当代的燧人氏?还看今朝!随着一次次的‘钻木取火’,人类已经进入了信息化的时代,随着第七次‘钻木取火’的实现,人类的信息技术将最终进入全量子时代!

没有时间去讲官宣中的内容了,请朋友们自行阅读,如下:

“电子科技大学“光源与照明”是以光源技术、照明技术以及电气控制技术为载体,以“光电信息+”为导向,强调照明系统中的光、机、电、算一体化,突出绿色照明、健康照明和智慧照明等新理念的新兴特色专业。学生主要学习电气、电子半导体技术、光电技术、计算机以及照明方面的基本理论和专业知识,并收到机械、电子电工、半导体、计算机编程、智能控制、半导体照明光、电、热和封装等方面的基本训练,专业面宽,适应性强,具备解决光源及电子产品设计与开发,照明工程设计及其智能控制,半导体光电器件的设计与制造等方面的宽口径专业问题的能力”。



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