转发 科学时报 11月20日3版 (2006-11-20 23:24:41) 本报记者　潘 锋

    过去的20世纪，光子学和材料科学的交叉以及在工程技术方面的应用，极大地改变了人类的现代生活。新材料的“介入”将有助产生有着特殊功能的全新光子学器件和系统。在日前举行的以“聚合物光子学”为主题的第287次香山科学会议上，来自国内不同领域的专家学者共同聚焦这一新兴的前沿学科。

    优于无机光子学材料

    在高速、大容量信息处理过程中，光子作为信息的载体要比电子具有更高的信息容量和抗外界干扰的能力。美国国家研究委员会在其1998年发表的题为《驾御光》的一份研究报告中全面论述了光在未来人类社会生活中的作用，并得出结论：“当我们预言未来一个世纪时，应当看到光学的发展将以我们目前还无法确定的方式完全改变我们的生活。”光子学是研究光子的产生、传输、调制、显示和存储的科学，光子学材料将在科学、技术乃至工程等方面推动光子学向纵深发展。美国光学产业发展协会的统计资料显示：21世纪光子产业的总产值将会超过电子产业的总产值，人类将从电子时代跃入光子时代。

    中国科学院理化技术研究所研究员刘新厚介绍说，聚合物光子学是聚合物科学与光子学交叉形成的一个新兴前沿学科。聚合物光子学材料是一类可对光子进行产生、传输、调制、显示和存储的一类新型聚合物功能材料。它既符合光子学要求，又具有聚合物材料可进行分子裁剪、凝聚态结构可控、生物相容和柔性易加工的特点。它不同于无机光子学材料研究，是近十多年来才逐渐展开，并迅速成为一个活跃、充分体现学科交叉的前沿领域。

    中国科学技术大学光子技术研究所研究员明海说，与无机材料相比，聚合物作为光子材料具有以下的优点：一是结构的多样性，可以根据需要通过分子设计进行合成和裁剪，制备出特定的功能材料；二是聚合物材料兼容性好，光学非线性强，响应时间快，可使电光器件获得高调制带宽；三是具有高的光热系数和低热传导率，柔韧性强，造价低廉，可加工性好，可用于短距离信息传输、计算机内部光互联等领域。

    各国科学界高度关注

    聚合物光子学材料的特点吸引了西方等发达国家的目光，其政府和各种机构投入大量研究资金、组织大型研究项目，深入进行研究。与此同时，聚合物光子学材料产业也逐渐开始进入市场。

    上世纪90年代，随着梯度折射率聚合物光纤技术的成熟，日本加大了对聚合物光子学材料的研究力度。2000年，日本科技合作组织就组织了以聚合物光纤为主要内容的聚合物光子学材料的研究。1998年4月，瑞典国防部实施了光子学领域的研究项目，在该项目进入二期(2000年～2003年)时，研究内容中加入了聚合物光子学材料方面的内容，专门研究信息通讯中的有源和无源聚合物材料，主要目标包括研制低损耗的聚合物材料，包括相关制备技术等。美国在聚合物光子学材料领域也进行了很多创新性研究。2003年，美国Akron大学聚合物科学与工程学院和美国空军实验室，建立了聚合物光子学材料研究中心。另外，美国政府和各种组织还经常组织有关聚合物光子学材料的学术讨论会。

    我国科学家在20世纪90年代初已经注意到这一未来信息社会高技术产业源头的研究。在国家资金的资助下，国内聚合物光子学材料进行了早期的探索性研究，在光响应聚合物，光调制聚合物，有源和无源聚合物光纤波导，聚合物平面波导及集成和光传感、光传输、光调制等方面取得了一系列创新性的成果。

    热点与难点

    早在1870年，贝尔就发明了“光电话”，即通过大气传输一束光线来进行通话，而真正实用化的光通讯直到发明了只有很低损耗的光纤材料才得以实现。虽然许多光子学器件和系统都是建立在经典的光学原理之上的，然而真正要“梦想成真”也并非是一件容易的事。

    聚合物光子学材料从最初的聚合物光纤波导研究开始，现已形成一个由聚合物科学、光子科学、信息科学和材料科学等诸多学科相交叉的新兴研究领域。在信息产生、传输、显示、存储和调制领域都有相应的聚合物光子学材料及其器件的研究。但目前存在的重要和有待突破的问题包括：分子以及各种纳米、亚微米及凝聚态结构与光子相互作用的基本规律和相关特性；聚合物光子学材料的分子和纳米、亚微米及凝聚态结构的设计、合成和制备；聚合物光子学材料的表征手段和性质测试；具有上述信息处理功能的各种聚合物光子学器件的设计和原理；实现聚合物光子学器件所要求的特种聚合物加工技术等。

    聚合物光子学材料无疑将成为21世纪高科技产业的重要源头。光响应材料的器件应用一直是国内外关注和研究的重点。光响应性聚合物是指，在光的作用下能表现出各种结构和性能变化的高分子材料。光响应性聚合物在光储存、光记录材料、光开关、各类传感器等方面有着重要的应用背景。这些高分子材料作为新的信息材料和其他光子材料等，在信息、医疗、安全、国防等方面将发挥越来越重要的作用。清华大学化工系高分子所研究员王晓工说，通过设计出不同类型的聚合物，并在分子链中引入各种生色团，可以使聚合物表现出极其丰富的光响应特征。

    与会专家认为：人类社会在21世纪进入了一个从工业化社会向信息化社会发展的新阶段。光作为信息的载体，达到信息全光处理的信息化社会最高阶段已成为人类的共识。与国际先进水平相比，我国在聚合物光子学研究深度和系统性方面还存在一定差距。亟须组织国内优势力量，抓住机遇，建立国内自主创新的研究队伍和科研平台，形成一批具有原始创新的核心技术，使我国聚合物光子学材料的整体研究水平跻身于国际先进行列。