光是生命存在的先決條件，光是視覺存在的先決條件，光是現(xiàn)代生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，光是我們理解宇宙知識的來源。2015年被稱之為國際光年，在國際光年主頁上有一幅照片：一個小孩拿著兩面鏡子，它告訴我們，其實光距離我們并不遙遠(yuǎn)，它就在我們身邊。我要介紹的是“面向未來的光電信息科學(xué)與技術(shù)”，為什么說“面向未來”？是因為我們這個專業(yè)更注重未來的發(fā)展，它是非常有前途的一個專業(yè)。
從諾貝爾獎?wù)f起
2014年諾貝爾物理學(xué)獎授予三個日本人，由于他們在藍光LED的發(fā)現(xiàn)，LED指的是發(fā)光二極管。這三個人里面，我跟中村修二有點故事。1999年，我在加州大學(xué)洛杉磯分校做訪問，他到那邊做報告，介紹他的藍光LED。報告做得非常精彩，我當(dāng)時看了真是“不明覺厲”。
第二個是2014年的諾貝爾化學(xué)獎，叫超分辨熒光顯微鏡，就是通過看光學(xué)顯微鏡看納米世界?，F(xiàn)在納米是一個熱點，但納米尺寸在光學(xué)顯微鏡是看不到的。因為光學(xué)顯微鏡有一個衍射極限，如果特征尺寸小于200個納米，光學(xué)顯微鏡是看不到的。但是我們可以減少光源的波長，可以用電子顯微鏡來看，可以看到幾個納米大小的物體。光學(xué)顯微鏡看納米世界有什么好處？我們可以看神經(jīng)細(xì)胞。所以，這個發(fā)明就有可能在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、在生命科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生重大的革命。在這方面，浙大光電系也有一個強有力的研究組在研究，跟他們是同步的，也取得一些很好的成果。
第三個是2009年的諾貝爾物理獎授，給了三個人，第一個是華人，叫高錕。在上個世紀(jì)末的時候，紐約市的底下埋了很多的銅質(zhì)電纜線?，F(xiàn)在，可以簡單地用一個石英玻璃光纖傳播大量的信息了。這是光學(xué)信息的范疇。高錕為了推廣這個光通訊技術(shù)，曾不斷地說服光學(xué)玻璃工廠。還有兩個人分享了另一半的諾貝爾物理獎獎金，他們做的研究同樣跟光學(xué)有關(guān)，叫CCD圖像傳感器。
光學(xué)的高大上
我們知道，諾貝爾獎很吸引人。提到它，即使是很冷門的東西，也瞬間會變成熱門。那么，光學(xué)工程是研究什么的呢？它是跟光相關(guān)的物理和很多很多的光學(xué)儀器。
光學(xué)工程的大。我跟大家講一個哈勃望遠(yuǎn)鏡的故事。一般來說，望遠(yuǎn)鏡都是放在光線很好的山上，比如說紫金天文臺，主要是為了避開城市的光污染，收到良好的圖像。但是由于我們居住的地球有非常厚的大氣層，大氣層的作用可能吸收一部分的光信號，而且大氣的湍流對圖像還會造成損害。有人設(shè)想，我們?yōu)楹尾话烟煳耐h(yuǎn)鏡通過衛(wèi)星放到地球的軌道上去？那里沒有大氣層的干擾，沒有對不同波段的光源的吸收，我們可以看得更遠(yuǎn)、更清晰，這對研究整個宇宙的發(fā)展、起源有非常好的優(yōu)勢。1990年，美國研發(fā)了哈勃望遠(yuǎn)鏡，這是一個反射性的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。由于沒有紫外的屏蔽，可以在115到1010納米探測宇宙目標(biāo)。用哈勃望遠(yuǎn)鏡對一段特別黑暗的天空連續(xù)曝光45天，能得到清晰的照片，就是哈勃超深空。通過分析計算，這些星星發(fā)出來的光到哈勃望遠(yuǎn)鏡，光走的路程花了130億光年的時間，我們知道，宇宙從大爆炸到現(xiàn)在也才137到138億年。這些對研究天文學(xué)和宇宙都是非常寶貴的。只有有了哈勃望遠(yuǎn)鏡，才能夠讓我們有機會探究這些事情。
光學(xué)工程也很強壯。強在哪里呢？大家可能聽說比較多的是“神光”，中國有“神光”1、“神光”2、“神光”3，都是超大功率的激光器，可以用來做慣性約束核聚變。地球上的化石能源是有限的，人們在不斷地想辦法得到能源。比如人造太陽。人造其實就是一個聚變的過程：氘+氚，拿一個條件讓它聚變，生成一個氦和中子，在這個過程當(dāng)中會放出巨大的能量。這個巨大的能量如果能夠有效控制住的話，能夠滿足地球上所有的能源需求。這跟激光有什么關(guān)系呢？要實現(xiàn)這個核聚變，拿192路強激光去打氘和氚的靶球?，F(xiàn)在有一幫科學(xué)家在研究這個強的激光系統(tǒng)。同時，在研究強激光系統(tǒng)過程中，我們還要研究很多很多物理現(xiàn)象。所以，強激光物理是中國相對來說比較先進的領(lǐng)域。
光學(xué)工程的集成。這里面涉及到光集成和光互聯(lián)的問題。我們看兩幅圖，第一個是2011年的蘋果電腦，第二個是2012年的蘋果電腦。2011年的只有一個雷電接口，2012年有兩個雷電接口。雷電接口是一種新興的輸入輸出的裝置，好比我們在電腦上用的USB接口。英特爾公司說，如果用光來做傳輸，可以達到50G/秒，意味著如果下一個5G高清電影，0.1秒鐘就可以完成，這里面用的是集成光學(xué)的內(nèi)容。
現(xiàn)在，所有通訊都用高錕所從事的光纖連接，靠光傳輸，而不是傳統(tǒng)的電。雖然芯片到芯片還是用電，但是光是未來的方向。IBM公司近年來研發(fā)了一種芯片，這種芯片可以把記憶單元和光電子單元放在一張芯片上，通過不同層次來進行配合；英特爾公司研發(fā)了一個光通訊的收發(fā)裝置，所有的器件，包括光源、調(diào)制器、波導(dǎo)、探測器都集成在同一塊硅基芯片上；目前的超級計算機，都是通過光子來進行數(shù)據(jù)傳輸。
此外，我們這個領(lǐng)域還有像LED、太陽能電池，這些跟日常生活緊密相關(guān)的內(nèi)容，也是一個非常美妙、非常有趣的值得研究、面向未來的一個世界。所以，立志于科學(xué)研究，立志于研究和發(fā)展的同學(xué)，都可以來嘗試我們這個專業(yè)。
浙大光學(xué)的研究
有一個電影叫《阿凡達》，里面有非常炫的東西，是跟光電顯示技術(shù)、照明技術(shù)有關(guān)的，我們叫“三維顯示”研究。如果在你面前出現(xiàn)一個三維的圖像，你轉(zhuǎn)360度，能看不同的部位；這個圖像還能和你講話，能夠跟你進行人機互動。這里面涉及到海量的數(shù)據(jù)操作和光機電結(jié)合的研究。我們學(xué)科就有一個研究組做這方面的研究，他們通過多種方式，比如說多臺投影機的排列組合，讓人產(chǎn)生在360度角看一個區(qū)域的非?，F(xiàn)實的情況。這是三維立體顯示，也是我們研究的一個非常有意思的方向。
我們系有一個組，專門做航天星載的通訊系統(tǒng)，說的通俗一點，就是放在航天器上的一個照相機。這些都是屬于星載的內(nèi)容。對星載的設(shè)備要求是非?？量痰?，比如說重量的要求，重量上每增加一克，發(fā)射成本就會高很多；而且，對可靠性也有很高的要求。我們的研究組，在發(fā)動機、監(jiān)視器以及太陽能電池板等位置，裝上這個照相機，可以觀測到不同的航天器里面一些星載的天文情況，還可以監(jiān)視登陸器。比如嫦娥二號，在2013年就用到我們的相機。
再介紹一個非常有意思的東西，就是OCT。CT用得是伽馬射線，或者干脆是超聲波，可以對早期的癌癥影像進行一些造像。但是如果用可見光來作為光源來做CT，就叫做OCT。OCT現(xiàn)在在各大醫(yī)院，特別是在眼科已經(jīng)發(fā)展非常好。通過OCT你可以看到你的角膜的厚薄、可以看到血管的位置，可以看到皮膚和血管之間的關(guān)系。這是我們系的一些老師們，通過自己制備和改進的OCT來拍攝的一些照片，這是角膜的照片，這是血管的照片，各自有優(yōu)點。這個是正電子斷層掃描，是怎么回事呢，它把一些核素讓人吃下去以后，可以發(fā)射伽馬射線。
我們系的系主任在2003年的時候，在自然雜志上發(fā)表一篇文章，如果把一個光纖做得非常小的時候，跟大光纖相比會出現(xiàn)一些新的物理現(xiàn)象及新的物理概念，由此他的小組研究了這些小光纖所組成的一些結(jié)構(gòu)，把它用在各式各樣的方面。比如說用在激光器方面、調(diào)制器方面，這方面的研究內(nèi)容都是我們系的一些特色。
學(xué)在浙大光電
我們系的教學(xué)是非常有特色的。第一個，我們有非常精心設(shè)計的本科生培養(yǎng)方案，這個培養(yǎng)方案重點在于光機電算一體化，重能力培養(yǎng)，重夯實基礎(chǔ)。我們課程設(shè)計得非常合理并具有邏輯性，知識點之間的銜接都有專門的研究，目的是為了讓我們同學(xué)從基礎(chǔ)做起，一直到最后各門專業(yè)課的學(xué)習(xí)都非常順。
第二個，我們的課程設(shè)計都是理論和實際相結(jié)合。我們系的課程里面有兩門國家級精品課程，一個叫應(yīng)用光學(xué)，一個叫微機原理與接口技術(shù)；我們有特色課程，比如說物理光學(xué)、光電子學(xué)、光信息綜合實驗；我們還有一些教學(xué)名師，像王曉萍教授，她在微機原理這門課程上花了很多的心血，還有浙江省青年教師技能競賽特等獎的獲得者汪凱巍副教授，他的教學(xué)非常有特點。
光電系非常注重教學(xué)手段的運用和教學(xué)改革。比如說研討式和任務(wù)式的教學(xué)；有設(shè)計類的大作業(yè)，優(yōu)生免考計劃，還有同伴教學(xué)、翻轉(zhuǎn)教學(xué)等。特色教學(xué)中，我們有一個最早由我們系創(chuàng)立的全國光電競賽，現(xiàn)在已經(jīng)舉辦好幾屆了，這個競賽鼓舞了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；還有王大珩精英班，異地的畢業(yè)設(shè)計。現(xiàn)在我們系有很多學(xué)生在國外做畢業(yè)設(shè)計，我今年自己帶的學(xué)生就在普渡大學(xué)做畢業(yè)設(shè)計，他在那邊也有導(dǎo)師，跟這邊的導(dǎo)師相互合作；我們還有一個光電的大家庭，就是把優(yōu)秀的本科生或者有興趣的本科生吸引到研究組來，跟博士生、碩士生組成一個大家庭，每周參加我們研究的例會，其中一些題目讓本科生來做，在師兄的帶領(lǐng)下做一些課題。
通過這些訓(xùn)練，通過這些方式，我們的本科生教學(xué)取得了很大的成就。其中，有一個本科生女同學(xué)，她作為第一作者在國際非常知名的雜志《先進材料》上發(fā)表一篇論文，這個雜志是有些教授一生都沒法實現(xiàn)的。
我們課程之間的邏輯關(guān)系，是在每一個學(xué)期，大一、暑假、大二、大三、大四，每年的課程分成三條主線。第一條是光學(xué)主線，比如說應(yīng)用光學(xué)、電磁場與電磁波、光電子學(xué)。第二條主線，光學(xué)中的機械、加工和材料。第三條主線，電子、微機、信號處理和光學(xué)。通過這樣的邏輯關(guān)系，它們前后傳承的關(guān)系、知識點的關(guān)系都非常清楚。
比如我自己上的集成光學(xué)這門課，我布置了一個大作業(yè)，三四個同學(xué)一個組，我給他們開始出一道題目，叫你設(shè)計一個電光的調(diào)制器，你要從理論上、從軟件仿真上、從優(yōu)化上全部證明可行性，最后還要告訴我怎么制備的。其中有兩個同學(xué)的作品非常優(yōu)秀，已經(jīng)可以在雜志上發(fā)表的非常專業(yè)的論文了，而且器件的參數(shù)也非常優(yōu)秀；有一門課叫物理光學(xué)，是兩個年輕的老師，采用了翻轉(zhuǎn)教學(xué)和同伴教學(xué)的方式。一個同學(xué)的反饋說：我想說這是我大學(xué)以來上過的最棒的一門課，是我心思投放最多的一門課，是我學(xué)得最快樂的一門課。
有一門光學(xué)材料的課，也是幾個人一個組，對一個內(nèi)容做個調(diào)研，最后做報告。有兩個非常正式的報告，這兩個同學(xué)用全英文跟我報告。她的英語非常好，我跟她說，如果你去參加國際會議，你能夠獲得比80%人更好的效果。她問題又講得很清楚，非常有才。
介紹幾個我們系的就業(yè)情況。光電系本科生120不到，大概50多個去了國外，有40個面試研究生和考研究生，找工作只有18個人。所以，浙大光電系是一個深造率達到80%的學(xué)科。我希望所有有志于光電信息技術(shù)這個領(lǐng)域，有興趣的同學(xué)來加入我們的隊伍，我們非常歡迎大家。
（根據(jù)葉輝教授在“我聽教授講專業(yè)”講座錄音整理。錄音整理 高楚清）
