光子学聚合物：聚合物波导结构及其对光的驾驭_张其锦著_9787312044762

　　光子学聚合物是光子学和聚合物科学交叉形成的科学研究领域。研究的基本科学问题是关于聚合物的相互作用；相应的表征量是折射率及其分布；材料的光波导结构是折射率分布的物质实体。作为这一交叉领域的一部专著，《光子学聚合物：聚合物波导结构及其对光的驾驭》以聚合物光波导结构的设计、制备和性质研究为主线，从聚合物的分子结构、链结构和凝聚态结构入手，构筑有源、无源聚合物光纤，偶氮苯聚合物液晶和荧光波导太阳能收集器等，研究相关材料、器件的各层次结构与光子学性质之间的关系。
　　《光子学聚合物：聚合物波导结构及其对光的驾驭》为发展光子学材料和器件提供专业基础和关键技术知识，可以作为相关领域研究人员的参考资料。

　　光子学聚合物（Photonics Polymer）是由光子学与聚合物科学交叉而形成的新兴研究领域。使用“光子学”（Photonics）与“聚合物”（Polymer）两个名词来构成这一新领域的名称，目的是突出这一领域是由聚合物科学和光子学进行交叉而形成的特点。要想了解这一特点的内涵，就需要从聚合物材料的基本性质和发展过程说起。
　　作为可以从分子水平进行剪裁的人工合成材料，聚合物是近一百多年才发展起来的化学合成材料。在与聚合物相关的科学研究工作中，最基本的科学问题是聚合物结构与其性能的关系。聚合物结构通常分为一次结构（化学结构）、二次结构（链构象结构）和三次结构（凝聚态结构）。这些不同层次的结构都可以通过光化学方法进行构筑和使用光物理方法进行表征。反过来，上述多层次结构也给聚合物带来各种光化学和光物理性质，使得光与聚合物的相互作用成为一个研究内容极为丰富的研究领域。这一领域的研究工作不断提出新的科学发现和应用技术，极大地丰富了聚合物科学及其在光学领域的应用，也为光子学的进一步发展奠定了材料基础。
　　自20世纪60年代以来，以光的量子化为基础的光子学进入了突飞猛进的发展时期。这一飞跃得以启动的原因在于激光技术[33和光纤技术的诞生，以及建立在这些技术之上的光纤通信带来的互联网络的产生和普及，这些技术全面改变了人类的生活，使得人类社会开始进入信息化社会。这一变化也影响着光与聚合物相互作用的研究领域。最明显的结果是上述三个结构层次与光的作用已经不能满足光子器件发展的需要，一些更高层次结构正在慢慢出现在研究工作中，其中典型的例子就是光纤波导结构条件下的光与聚合物的相互作用。这些结构的尺度多处于光波长范围，是形成各种光子器件的必要组成部分。在将聚合物应用于各种光子器件之前，需要在清楚认识聚合物三个层次结构与光相互作用的基础上，充分了解这一波长尺度的器件结构与光的相互作用。为了涵盖这样一种器件结构与光相互作用的丰富内容，光子学聚合物应运而生，形成了以聚合物多层次结构（包括波导结构）与光相互作用为基础研究内容的、面向未来社会发展所需的光子学器件的交叉研究领域。表征这一相互作用的本征量是物质的折射率，它包括光与物质的弹性相互作用和非弹性相互作用。物质折射率的研究可追溯到牛顿的棱镜实验。光学和材料科学的新发展表明：折射率涵盖的材料各层次结构与性质的关系仍然充满很多未知规律；同时，运用折射率与材料结构之间的科学规律来设计和制备新材料和新器件也是人类面临的巨大挑战。上述两方面的认知给光子学聚合物提供了无限的发展空间。
　　同任何学科发展过程一样，光子学聚合物的相关研究工作也是先于概念提出的。就作者所熟悉的聚合物光纤工作来说，最早的有源聚合物光纤工作可以追溯到20世纪60年代。研究结果表明：在波导的约束下，激光增益会随着光纤长度的增加而增加。发展至今的五十多年中，“光子学聚合物”这一名词已经出现在国内外相关研究领域的介绍中。例如，美国Akron大学与空军联合建立实验中心，进行光子学聚合物领域的科学实验研究，日本庆应大学在多年梯度折射率光纤研究的基础上，建立了光子学聚合物实验室。在学术期刊中，相关的研究工作也被整理成专辑出版，而相关专著也陆续出现。在国内，相关的研究工作与国际上是同步的，而明确地讨论光子学聚合物内涵的工作可以追溯到2006年在北京香山举办的第287次香山科学会议。这次名为“聚合物光子学”的学术讨论会由光子学领域和聚合物科学领域的研究人员共同参加，他们对光子学聚合物的内涵进行了初步探讨，明确了光子学聚合物在未来将随着“一系列技术的深入发展，形成我国具有自主知识产权的系列高新技术产品”。进入新的世纪，光作为信息和能量载体的概念日益普及，驾驭光已经成为科学技术领域的新前沿，已经成为一个十分活跃的研究工作领域，并正在向纵深发展。
　　作为一本专著，本书无意综述所有与光子学聚合物相关的工作，只是对本课题组的研究工作进行介绍和总结。在长达近三十年的研究工作中，作者既有偶然闯进这一领域的好奇和欣喜，也有工作中遇到新的科学机遇和挑战时的艰难，更有如今回头追溯每一个进展时的沧桑感受。虽然现在已经有了一些英文著作来综述相关工作，但总感觉不尽如人意。一方面，主要是受语言的限制，很多细节和思考不能表达出来，而这些只有使用母语才能够达到；另一方面，多年研究工作中的经验总结往往超出发表学术论文的要求，很难通过学术论文进行交流。据此，使用母语将自己多年的工作经历介绍出来，已成了我心中存在的很奢侈的愿望。要实现这一个愿望，就从今日起步，希望日积月累，能够尽快完成。

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