光学

中华人民共和国成立前，中国的基础光学研究已有一定的基础。新中国成立后，中国物理学家在光学领域的研究，同光学的各分支学科的发展同步进行，在光谱学、激光、非线性光学、光学信息处理等方面都取得一定成就。

新中国成立不久，应用物理所的赵广增和张志三便从事激子光谱和分子光谱的研究，同时建立起在当时比较先进的原子光谱分析和研究红外线吸收光谱及喇曼光谱的实验设备。1957 年，赵广增在前苏联莫斯科大学从事高分辨光谱和晶体光谱研究。他回国后，在氧化亚铜吸收、黄系激子、蓝系激子的光谱以及压力效应和空间色散方面进行了深入研究。

60～70 年代，中国科学院物理所李荫远从事非线性光学和相关固体介质的研究。1964 年，他从理论上进行分析，证明介质可以从强激光束中同时吸收两个频率为ω■的光子而产生频率为 2ω■ω■的散射光子，同时在介质中出现能量为ω■的元激发。他应用对称分析指出，利用这种过程有可能发展一种新的光谱学方法去观测红外吸收与喇曼散射光谱中的分子振动的“哑模”。次年，这一研究成果被美国特休恩（Terhune）等人所引用。尔后，这一非线性光学效应被命名为超喇曼散射。不久，在此基础上又观测到受激超喇曼散射。到 80 年代中期，这一研究领域已发展成为激光光谱学中的一个分支。

1976 年，中国科学院物理所叶佩弦和傅盘铭等人研究了液晶的简并四波频混频及其弛豫过程，首先观测到混频讯号的弛豫过程。随后，他们又分析了产生混频讯号的两种可能机理，即热效应和分子取向，并建立起能成功地区分这两种机理的实验方法，获得了单纯来源于分子取向的混频讯号而排除了热效应。同时，沈元壤和叶佩弦利用拓扑图方法分析了二、三与四能级系统的瞬态混频的相干效应，把四波混频的方法同光子回声的分析方法在一定近似下统一起来，并使光子回声现象更易于分析和理解。傅盘铭还从理论上讨论了 J=0→J=I 跃迁现象，其处理方法具有普遍性。1985 年以后，他又利用微扰法计算简并二能级系统的三阶非线性极化率，研究了简并四波混频的能级交叉现象，证明可以利用这种现象测出有关能级的弛豫速率。上海光机所吴存恺等在简并四波混频的研究中，首先报导了在

叶绿素甲醇溶液及其他有机染料溶液中，观测到相位复共轭的后向散射波，表明所研究的介质具有较高的非线性反射率。他们还用共振吸收方法对钕玻璃的简并四波混频进行分析，以获得较高的非线性反射率。当把这种方法用于叶绿素 A 的甲醇溶液时，得到了 22%的非线性反射率；当用于9740 有机染料二氯乙烷溶液时，物光束转换为像光速的转换效率可达

25%。吴存恺等还研究了某些透明介质的简并四波混频现象，通过测量后向反射波与入射波的强度比，得以确定介质的三阶极化率。1985 年以后，在非线光学领域，吴存恺和刘颂豪等利用皮秒激光技术研究铷原子高激发态的瞬态相干效应和铯原子蒸气的受激喇曼散射现象，并在碘酸锂晶体中，在可见光光谱区域获得了相干喇曼混频效应。清华大学张培林，赵朔嫣、郭延生等首次系统地研究了六波混频过程，并于 1991 年发表了论文《原子的多波混频与多光子激发感生荧光检测》。1980～1986 年，北京大学孙陶享等在相干瞬态光谱方面的研究中，利用 Stak 开关技术发现了一种瞬态相干效应——红外光学旋转四波。他们利用它精确地测量了重要光谱参数（偶极跃迁矩阵元），这是当时非线性光学的一个重要进展。

在激光光谱学方面，张存浩等利用调频二极管激光光谱仪，在 3657～ 3708 厘米■光谱区域测量了二氧化碳分子的高分辨吸收光谱，这项研究工作具有一定的实用意义。刘颂豪等观测了方解石的六阶相干反斯托克斯喇曼散射（CARS）和二阶相干受激喇曼散射（CSRS），测量结果与计算结果十分一致。张绮香等在近共振散射研究中，用不同频率的入射光激发钠原子蒸气，测量散射光的积分强度，发现有关能级的激发截面随入射光频率的不同而有所变化，并利用碰撞体的相互作用势，定性地解释了所观测到的变化规律。

70 年代后期，中国科学院物理所张洪钧以液晶为非线性介质，在光电混合装置中观测到光学双稳现象，并在非线性标准具中也观测到了光学双稳现象。这是前人所未能观测到的现象。在研究中，他测量了临界慢化过程，用图解法解释了所观测到的现象。张洪钧还在研究光电方法产生光学振荡的机理时，通过具有双反馈回路的法布里-珀罗（Fabry-Perot）标准具观测到连续光的输入转变为强度交变的光输出，并证明这种输出是以反馈时间为周期的自脉冲。1982 年，张洪钧等通过改变脉冲宽度，在国内首次观测到混沌现象。进而，他们研究了走向混沌的道路、混沌中的滞后现象、光学双稳态与混沌运动的临界现象之间的相似性等。通过上述研究，他们还证明，在双延迟反馈光学双稳系统中，随着输入光强的增加，该系统经过锁频、准周期运动、锁相而走向混沌。这一系列研究工作，不仅揭示了液晶光学双稳系统中发生分叉和混沌现象，而且也为混沌理论研究提供了一个能够进行实验验证的非线性系统的模型。在短波段光学方面，北京师范大学颜以鸣领导的 X 光学实验室，于 1990 年成功地研制了强 X 光学聚束系统——库马霍夫 X 光透镜。这是由空心 X 光导管组合成的大功率白光谱 X 光聚束系统。他们研究了 X 光导管的传输特性；研制成功会聚 X 光透镜和平行束 X 光透镜；并在国际上首次将会聚透镜应用于 X 射线荧光分析，使 X 光功率密度比常规谱仪增强了 3 个数量级，中、重元素的探测极限提高了 3 个数量级，实现了使用 X 光透镜的微束分析。在国内首家研制成功具有国际先进水平的大功率金属等离子体 Prnch 软 X 射线源，将它与平行束 X 光透镜结合制成研究亚微束光刻用的平行束软 X 射线源，开创了

国际上第一家亚微束光刻实验研究。

在光学信息处理方面，中国科学院霍裕平和杨国桢试图利用全息透镜组来实现任一给定的线性变化，以突破当时的光学信息处理只能实现傅立叶变换而用途有限的局限性。为了给实验工作者指出可行的工作条件，霍裕平利用迭代法来确定实验中所需的全息透镜及其排列顺序，继而又用优化法对一些问题进行分析，把计算方法向前推进了一步。他们还把投影算子引入图象识别中，便利了实验工作的进行。杨国桢等分析了沃尔什

（Walsh）变换的实验条件，并给出了为实现二维空间 8×8 复数沃尔什变换所需全息透镜系统的光学设计。陈岩松等对沃尔什变换的理论结果做了实验验证。其后，杨国桢从理论上证明，在离散条件下，利用单个全息透镜所组成的光学系统能够实现任意给定的线性变换，并为实现这种变换计算出全息透镜的振幅和相位分布，从而为实验工作指出了具体实验条件。