光的特性及其创新应用

陈斯红 陈孙艺

摘 要：文章从四方面综述了光的研究进展及其创新应用，一是光的波粒二象基本属性，光孤子、光的空间维度、光的能量及其温热性等二次属性；二是光子的微观扫描、光弹性透视、条纹投影近程检测视场和光谱遥感远程深空探测等检测技术，光电探测和“光场相机”等成像技术；三是光的移动、霍尔效应、旋转、折弯与转弯、光速的快慢调节及储存、光的物理与化学过程、软硬载体等各种运动特性；四是光的“黑夜近视”、非注意盲视和隐身斗篷等客观特性。

关键词：光学；性质；光孤子；快慢光；条纹投影

引言

人类依靠光去认识世界。目前，光学已发展为近场光学、量子光学、应用光学、光通信、光谱学、光子晶体、薄膜光学、激光物理与技术、激光材料加工、导波纤维光学、激光微纳与超快制造、光学元件和材料、过程模拟与仿真等多个相关领域组成的学科，人类对光的特性研究还在不断深入。

光的波粒二象性是众所周知的常识，这种认识是基于在此之前，人们已经认识到粒子的波动性和粒子的粒子性，而且这种认识被实验证明，又经过实践的长期检验。但是人们没有满足于此，而是不断地对光的其他特性进行研究。无穷无尽的探索取得了显著成果，理论构架就像人类的居所，从野树窝、山洞到茅草屋，再到砖瓦房和高楼大厦。光的多彩世界隐藏着许多尚未知晓的特性。

1 光的基本属性和二次属性

如果把光的波粒性视作其基本属性或一次属性，则光的光电性、孤子性和压弹性是其二次属性。不同的光也许具有不同的压弹性，也许就是光子之间的不同间距。

1.1 光的基本属性

文献[1]针对光成像的实虚转化技术提出了普罗大众的疑问，也即在核心技术理论上，光的波粒二象性实质是指其同时具有波动性和粒子性所融为一体的二重性，还是此时的波动性和彼时的粒子性所一分为二的二元性？并且进一步追问，如果是后者，其转换是瞬间即现的还是有过程的？转换过程有哪些影响因素？转换的条件是如何的？能物理建模或数学建模吗？还有云计算能从变幻莫测的极光模拟中提取出规律性吗？

1.1.1 光子的波粒同时

是指光的波粒二象性是同时的，这就免去了波粒转换的过程和能量损耗，符合自然界的“低能耗”原理。陌生的量子世界可以通过现实的景象加深认识，粒子性和波动性的关系类似于个体与整体的关系，单个的粒子表现出活泼灵动，在局部区域东奔西跑无头绪，个体之间会发生碰撞而实现能量的传递；无数粒子的组成则表现出宏观的波动性，成像而有方向，在向远方传递的过程中掩盖住其内部无限活力的心。激光就是从物质原子的不稳定状态中把光子诱发出来并形成队列，队列中的光子们光学特性一样，步调极其一致，所以威力很大，可以切割加工或焊接金属。

1.1.2 光的波动性

可以想象光的波粒二象性类似水的特性。水面整体表现出波动性，同时以分子的形式向空气中蒸发。水下表现出暗流的波动和粒子的渗透特性，向底部的泥沙渗透，向泡在水中木头树叶渗透，遇到障碍物时可以轻便地绕过。这使其具备在宏观世界绕障的能力。当光波在前进的道路上遇到障碍物时，个体与其他微粒发生碰撞，损失部分能量而改变了方向，因此可以绕过物体。可以推想，每一次绕障都会削弱波动的能量，多次绕障后整体的能力将明显下降。

其实光的波动性具有非一般的特性，例如孤子又称孤立波，是一种特殊形式的超短脉冲，或者说是一种在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变的脉冲状行波。有人把孤子定义为：孤子与其他同类孤立波相遇后，能维持其幅度、形状和速度不变。

1.2 光的二次属性

人们可以在认识光的基本属性的基础上挖掘其二次属性开发应用。

1.2.1 光孤子

是指经过长距离传输而保持形状不变的光脉冲，是由光纤中群速度色散和自相位调制两种最基本的物理现象共同作用形成的。一束光脉冲包含许多不同的频率成分，频率不同，在介质中的传播速度也不同，因此，光脉冲在光纤中将发生色散，使得脉宽变宽。但当具有高强度的极窄单色光脉冲入射到光纤中时，将产生克尔效应，即介质的折射率随光强度而变化，由此导致在光脉冲中产生自相位调制，使脉冲前沿产生的相位变化引起频率降低，脉冲后沿产生的相位变化引起频率升高，于是脉冲前沿比其后沿传播得慢，从而使脉宽变窄。当脉冲具有适当的幅度时，以上两种作用可以恰好抵消，则脉冲可以保持波形稳定不变地在光纤中传输，即形成了光孤子，也称为基阶光孤子。若脉冲幅度继续增大时，变窄效应将超过变宽效应，则形成高阶光孤子，它在光纤中传输的脉冲形状将发生连续变化，首先压缩变窄，然后分裂，在特定距离处脉冲周期性地复原。

光孤子因在整个传播过程中没有任何变化而常用于通信：容量大，误码率低、抗干扰能力强，不用中继站，从而免去了光电转换、重新整形放大、检查误码、电光转换、再重新发送等复杂过程。

1.2.2 光的空间维度

从空间角度来说，光具有维度吗？既然其具有传播的方向性和反射能力，答案应该是肯定的。但是一维光不是指一束光，一束光因其束径大小而可以是三维的，即便是一束三维光，在无穷大空间背景上就可以被认为是一维的。二维光肯定是、但是不仅指一片光。蒋[2]曾经研究光学薄膜的自动设计。薄膜的宏观结构就是二维的。三维光应该是光的常态，无拘无束地发散。尚无法确定是否存在超三维的多维光，但是光的确存在维度转换。

中国科技馆中展示的日落蛾的翅膀鳞片既像西北高原的风马旗，也像东南发达城市的霓虹灯光秀。据报道，图1蝴蝶翅膀的色彩并不是颜色本身，而是依靠表面鳞片的空间排列方位和密度产生对同一种光的折射差异，才引起颜色的变化。2015年10月新京报记者黄颖报道，北京认定首批13个高校高精尖中心中，就有两个与光有关，分别是首都师范大学成像技术高精尖创新中心、中央美术学院视觉艺术高精尖创新中心。成像技术与視觉艺术都离不开光的空间维度。

图1 彩翅蝴蝶

2 光能及其创新应用

2.1 光的能量

光量子简称光子，虽然其属于中性粒子，但是不同的光与某些材料组合具有不同的光电特性。

2.1.1 光子的能量

一个光子的能量正比于光波频率（E=hv，其中h为普朗克常数，v为光波的频率），在光的传播中，光子的数量会由于发散或被吸收减少，因此光的总能量会减弱。

2.1.2 光电光伏性

雷雨季节常见天空闪电，这是自然界的电光转化。这种转化是可逆的，光也能激化出其他材料的动力。光子的光电性也称为光伏性，指光电转换性能，就是电子器件或产品受一定光照之后产生的光照电流和电压。

多晶硅太阳能电池板是人们熟悉的光电转化元件。通常每1MW光伏电站占地面积是30亩左右，农业光伏项目由于阵列间距较大，每1MW电站占地面积约50亩，成本更高，而光伏水泵在农业水利中的应用更有潜力。真空管中的特殊石墨稀材料在日光的“推动”下可以移动，在其他包括太阳光在内的各种光源照射下均可飞行，而光直接驱动飞行是科学界和航空界多年的梦想，而光源波长与这特殊石墨稀材料产生的驱动力成反比[3]。

2.1.3 光电协同性

可见光通信是利用半导体照明的光线实现“有光照就能上网”的新型高速数据传输技术，绿色低碳、可实现近乎零耗能通信，还可有效避免无线电通信电磁信号泄露等弱点，快速构建抗干扰、抗截获的安全信息空间。

2.2 光的温热性

2.2.1 光的冷暖性

暖色与冷色本质上是物理上热光与冷光的美学表达，光在医疗上的应用也有很多途径，X光可进行特殊的成像，检查人体疾病，LED媒体界面通过改变其光色、亮度及图案，可对病患负面情绪起到缓解作用。并不是任何光照都能带来温度的升高和热量的增加，冷光由于没有红外辐射，因此不能使被照射物体升温。

2.2.2 光热应用

热光与冷光属于波段不同的两种光源，光能与热能是两种不同的能量形式，目前，光热利用设备已包括太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳能空调制冷系统等，太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，其中的发电方式是光-热-电转换，先将所吸收的热能转换为蒸汽工质，再由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电，与光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能的原理不同。

2.2.3 光热逆应用

毫无疑问，光是一种物理现象，也是客观存在的物质。光子具有动能，因为光子具有重量和速度。光具有压力，总辐射量，光通量以及色坐标，所以光的创新应用多姿多彩。荷兰一家公司推出一款高科技围巾，其特别之处在于，围巾可随着佩带者的心情、周围的光线和温度的变化等因素变换颜色。研发人员在纤维中织入微型热敏感应器，可以感应外界的变化。同时微妙的纺织手法使薄薄的围巾分成好几层，每一层都会有不同的颜色，在感应到外界的变化时，它便会自动改变构成模式，显示出不同的颜色[4]。

3 光的检测与成像技术

3.1 光的检测

3.1.1 光子的微观扫描

是指光的粒子性使其具备在微观世界穿越的能力。正如文献[5]所言，微观世界多了去的电子总有一小撮不安分的想跑到山那头去看风景，如果用原子尺度的針尖去接近材料表面，在无须触碰到表面原子的情况下，就可以通过隧穿过来的电流大小得知材料表面电子密度的大小，应用这种技术原理的神器称之为“扫描隧道电子显微镜”，具有“看到”原子的火眼金睛，在检测金属断口的元素成分等方面发挥关键作用。可以推想，能成功穿越的粒子在前行中得到其他粒子的能量支援。自从扫描隧道显微镜问世后，世界上就产生一门以0.1至100纳米这样尺度研究对象的前沿学科，这就是“纳米技术”。

3.1.2 光弹性透视

是应用光学原理研究弹性力学问题的一种实验应力分析方法。在偏振光场中，各向同性的光弹性模型在载荷作用下会产生暂时双折射效应，其主折射率和主应力有关。一束自然光通过起偏镜后，会产生平面偏振光。它垂直透射一个受载荷的平面模型时，沿着模型的一点的两个主应力方向分解成两束速度不同的平面偏振光，通过模型后产生一个相对光程差。主应力与光程差间的关系式是著名的应力-光学定律，它是光弹性法的理论基础。将具有双折射效应的透明塑料制成的结构模型置于偏振光场中，当给模型加上载荷时，即可看到模型上产生的干涉条纹图。测量这些干涉条纹，通过计算，就能确定结构模型在受载情况下的应力状态，特别是应力集中的区域和三维内部应力问题，从而对实际结构进行安全的强度设计，在承压设备的应力分析中具有重要作用。对于断裂力学、 岩石力学、生物力学、粘弹性理论、复合材料力学等，也可用光弹性法验证其所提出的新理论、新假设的合理性和有效性，为发展新理论提供科学依据。

3.1.3 近程与检测视场

物体三维形貌可提供丰富直观的信息，在逆向工程及快速成型的过程中，要考虑包括逆向工程中的数据测量、数据处理、曲面重构以及快速成型的原理、分类、特点等，以及RE和RP的集成。以光学测量技术为主的数据采集方式及其原理可提高测量精度[6]。

近年来，随着数字投影设备、图像传感器及图像处理设备的发展，基于数字条纹投影的三维形貌测量技术得到广泛研究与应用，提供了物面形貌全场、大量程的测量手段。文献[7]提出了一种三维形貌精密测量系统，其利用条纹对比度高、强度呈正弦分布的无衍射栅型结构光作为投影光源，并借助机器视觉相关技术，根据摄像机针孔成像几何模型和投影光平面方程间的几何关系直接获得物体表面的空间坐标，实现物体三维形貌精密测量。

精确的光学测量一般需要在热稳态下进行，难道非热稳态下发生的变化无规律可循吗？

3.1.4 远程与深空探测

与前面提到的原子探针分析物质成分的方法不同，光谱探测也是分析物质成分的主要方法之一，系统定标是光谱仪研制及推广应用的必要条件。自从成像光谱仪于二十世纪80年代开始在多光谱遥感成像技术的基础上诞生以来，研究人员就开始了光谱定标、辐射定标、系统评价等方面的研究。新型分光器件—声光可调谐滤波器（AOTF）首先用作航天光谱探测的分光器件，被认为是20世纪90年代光谱仪最突出的进展，也常被称作第五代分光技术。针对深空光谱探测应用，我国正在开展AOTF红外成像光谱仪的研制，其系统评价及数据应用需要解决其精细定标问题，地面检测及验证其在空间恶劣环境中的特性，迫切需要开展深空探测AOTF红外成像光谱仪的系统定标技术研究[8]。

3.2 光的成像

3.2.1 光电探测

由于系统制作过程中存在的图案结构、沉积、刻蚀、材料增长、掺杂方法的本质上的平面特性，使用已经确定的光电学技术极难实现半球形成像系统[9]。电子蛙眼则是仿生学家根据蛙眼视网膜由四层五类功能不同的神经细胞而组成的结构原理而设计的，在马路上监测交通和环境的视频系统是众所周知的应用之一，如果将电子蛙眼和雷达结合，则可以像真蛙眼一样板，敏锐迅速地分辩真假导弹，跟踪飞行中的真目标。光电特性在制备柔性成像系统中的最新应用越发深刻，Ko等[10]将柔性电子结构的概念应用到成像系统中，提出了一种制造曲线光电子器件和电子眼成像系统的方法。这种思想是以可以承受大水平的压缩和拉伸应变（达到50%或者更多）的不寻常设计，在平的二维表面创建光电子系统。这个平面布局可以转换成半球形曲线形状，最后把弹性体上的阵列转印到玻璃透镜基底上。这种结构在制作过程中，半球表面上成像陣列发生微小的变化，硅像素中的最大应变为0.01%，这比断裂应变（1%）低很多，金属弧形交联导体中的应变为0.3%，也远低于其断裂应变。

图2 家蝇双眼

图2是中国科技馆中展示的家蝇头部放大，其复眼的球面更加微妙，而组成复眼的无数个单体也类似球面。应用这种技术原理的半球形电子眼数码相机，其仿生成像系统是在半球形表面使用光电探测器阵列，类似于人眼中的视网膜[11]。

3.2.2 光场的动静态转换

美国斯坦福大学电脑科学系新加坡籍博士生吴义仁（RenNG译音），与几名研究员创制出手提“光场相机”，这种相机在低光及影像高速移动的情况下，仍能准确对焦拍出清晰照片。2011年12月出版的美国《大众科学》杂志介绍了2011年100个最佳创新产品，名列榜首的就是先拍照后对焦的“光场相机”。

据报道，“光场相机”机身和一般数码相机差不多，但内部结构大有不同，其中位于主镜头及感光器之间有一个布满9万个微型镜片的显微镜阵列，每个小镜阵列接收由主镜颈而来的光线后，传送到感光器前，析出聚焦光线及将光线资料转换，以数码方式记下。相机内置软件操作“已扩大光场”，追踪每条光线在不同距离的影像上的落点，经数码重新对焦后，便能拍出完美照片。而且，“光场相机”一反传统，减低镜头孔径大小及景深，以小镜阵列控制额外光线，展露每个影像的景深，再将微小的次影像投射到感光器上，所有聚焦影像周围的朦胧光圈变为“清晰”，保持旧有相机的大孔径所带来的增加光度、减少拍照时间及起粒的情况，不用牺牲景深及影像清晰度。

4 光的客观性特性研发应用

4.1 光的各种运动

4.1.1 光的霍尔效应

约132年前，美国物理学家霍尔（Edwin Hall，1855-1938）发现，当电流通过磁场中的导体时，在垂直于电流和磁场方向的导体两侧会出现电势差。这一现象后来被称为霍尔效应（Hall effect），本质上，它是运动的载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用而产生横向运动的结果。经典霍尔效应被发现之后的一百多年，反常霍尔效应、整数量子霍尔效应、分数量子霍尔效应、自旋霍尔效应和轨道霍尔效应等又相继被发现，它们构成了一个霍尔效应家族。

中性粒子是否也有类似的霍尔效应呢？2004年，日本AIST的

Onoda等人[12]从理论上明确提出，光子在介质分界面上反射或折射时同样存在类似于电子SHE的光自旋霍尔效应。2008年，美国Illinois大学Hosten和Kwiat[13]利用弱测量方法，首次从实验上证实了这一现象。与电子SHE引发科学界对研制新的电子元器件的设想一样，光子作为当今时代信息和能量的重要载体，人们完全有理由期待SHEL的研究将导致新型光子学器件的产生，并可能衍生出一门类似于自旋电子学的新学科——自旋光子学[14，15]。

4.1.2 光的旋转

光的旋转有别于光子的自旋。空间光束在均匀三维实体材料中的传输研究表明，当椭圆光束在单轴晶体里线性传输时，如果椭圆光束的主轴不在单轴晶体的主平面上，椭圆光束在传输时就会在横截面上旋转。该旋转效应源自于材料的线性各向异性[16]。

平时所见的光路转弯与上述旋转有本质区别。2015年11月，CCTV2财经频道周六晚由黄西主持的一档称为“是真的吗”的栏目，展示了光在溶液中的折弯现象。这是由于传播介质的密度变化，导致折射率变化，光线因此发生折射。阳光灿烂的早晨可见树林中一道道漂亮的光路，这是由于云、雾、烟尘等自然界胶体形成的丁达尔现象，本质是光波环绕微粒而向其四周放射的光，称为散射或乳光。

4.1.3 光速的快慢调节

人们熟悉光的速度，但是不是十分了解光的快慢即光波在媒介中传播时群速度加快或者减慢的物理现象。光纤中光的快慢是可控的，在全光通信、光学传感、光纤非线性效应增强等方面存在巨大的应用潜力。文献[17]针对基于相干布居数振荡和受激布里渊散射效应的快慢光传输进行了深入地研究，并在此基础上实现了一种基于受激布里渊散射快光的新型折射率传感应用。调制频率以及信号光波长对快慢光延迟量或提前量有影响，利用布里渊环形振荡腔可获得自加快快光，从而实现单束光基于SBS效应的快光传输。

高速传输一直是可见光通信领域研究的焦点课题之一，解放军信息工程大学于宏毅研发团队采用光学和电学相协同的处理方法，突破了可见光空间通道互干扰高效抑制等关键技术，进入集成化、微型化设计与实现阶段。2015年12月的新闻报道，经工业和信息化部测试认证，我国可见光通信系统关键技术研究取得重大突破，解放军信息工程大学专家利用LED灯光线可完成水下等特殊条件的信息高速传输，速度达到50G比特每秒，相当于0.2秒即可完成一部高清电影的下载。

4.1.4 光的储存

传统意义上，光盘的光存储技术是采用激光照射介质，激光与介质相互作用，导致介质的性质发生变化而将信息存储下来的。读出信息是用激光扫描介质，识别出存储单元性质的变化。在实际操作中，通常都是以二进制数据形式存储信息的。这种技术原理早已通过条形码的简洁形式附属在食品、衣服、书籍等随处可见大众日用品上，也创新地应用到二维码标识上， 看起来混乱不解的二维码实际就是诸多黑白方块组合成的大方块，而黑白方块实际就是瘦身高挑的黑白条形码变矮后的新花样。光学字符识别（OCR）技术的原理完全不同，本质上利用光学设备去捕获图像，然后对其中的文本进行检测和文字识别。

其实，快慢光在不同领域中都可有许多创新的应用，慢光趋于极限也就相当于光存储，这完全颠覆传统概念，还原了存储的本义。

4.2 光的相对状态

光的相对性是多角度的，也是统一的。

4.2.1 光的强弱

前面的讨论主要基于人们普遍认识的可见光，不可见光则是相对于可见光的另一部分，两部分是连续的。两部分交界处是否具有若明若暗或若隐若现的特殊功能呢？正如听力差异一样，这与人眼视力个性差异有关，所谓可见光只是根据大部分人的可视范围定义，一旦超过视力的可视范围，光即不可见，不存在若隐若现部分。

以相对性表现的光与影、亮与暗，其实都是强弱不同的光，这就是统一。如果把暖色与冷色理解为等效于光强的一种某种极端的相对性，则可以把光子个体的疯狂与光束整体的静态理解为反向极端的相对性。光依靠物质的反射使人们得以目视，在连空气也没有的真空中，光还存在吗？答案是肯定的，正如光通过宇宙真空中，从太阳传播到地球。因此，光也表现出空无与存在的矛盾统一。

目前，CCTV3综艺频道周日晚由撒贝宁主持的一档称为“挑战不可能”的栏目，有挑战者从百多米远就能看清小轿车的车牌字符，这是光的另一种相对性。既然不同的动物对光彩的识别存在差异，则说明观察的主体与被观察的客体之间存在不同的应激关系，这是主体适应客体的结果，还是客体适应主体的结果，或者是相互适应的结果？哪些因素影响了适应的选择？

4.2.2 光的物理与化学过程

赤橙黄绿青蓝紫充分表现了光的相对成分。纽约康奈尔大学生物学的安德森对“伪装高手”变色龙的“善变”技能进行了解释：基于神经学调控机制，表皮的三层色素细胞之间在神经刺激下实现色素交融变换，变化多姿多彩。这与蛙眼的原理相似，带有变色的可逆性和反复性，物理作用为主。

在夜空中观赏到绚丽多彩的烟花是剧烈氧化反应的结果，荧光是两种光的视觉之差且已被应用于生物实验以便于观察，荧火虫等常见动物的发光就是依赖于生物体内荧光酶素的氧化，也是一种化学反应的缓慢表演。同样以化学作用变色但是影响因素有别的是图3所示香港海洋公园展出的彩色水母，表现的并不是其原色，而是为了达到观赏效果被人为投射的光，水母发光是因为名为埃奎林的蛋白质遇到钙离子就能发出较强的蓝色光来。

图3 水母

4.2.3 光的软硬载体

在夜空中观赏到的流星雨也是两种光的视觉之差。流星体跟地球大气层摩擦发出光和热而被我们看到，其中包括其高速运动打掉空气里面原子中的电子而形成的空气等离子区，但是在大约在一秒钟量级的时间内，自由电子再次与原子结合并释放出能量，这才是流星尾巴发光的能量来源。空气成为光产生过程的软载体。

夜光云是深曙暮期间出现于地球高纬度地区高空的一种发光而透明的波状云，距地面的高度一般在80km左右，常呈淡蓝色或银灰色，是夜光云中的冰晶粒散射太阳光的结果，这类冰晶颗粒的半径一般为0.05至0.5微米，成为光产生的硬载体。

4.3 光的忽视与“消失”

4.3.1 “黑夜近视”是人眼休息的一种忽视

这件事起源于1789年，当时英国皇家格林威治天文台负责人Lord Maskelyne报道说，虽然他白天有正常视力，不需要戴眼镜，可是一到晚上便变成了近视。直到上世纪60年代激光发明之后，人们发现激光散斑虽然可以看见，但不会是眼睛焦点调节的刺激。宾州州立大学心理系Leibowitz教授的实验室团队构建了一种利用激光散斑测量人眼调节的仪器，这是一种靠主观感觉的测量装置，在1975-1979年间或早些时候，他们发现每一位受试者的黑夜近视与他自已的在空视场（例如飞行员在天上时，飞机外面是没有视觉线索的蓝天）下的近视、与使用某些光学仪器时的近视（当光学仪器的有很大景深时，使用者便不需要作焦点调节）有高度的相关性。根据这样的观察结果，他们认定人眼在这三种情况下，焦点调节系统都会处在一种休息的状态，而且此时眼的焦点不是在无穷远。这就从实验上证明德国科学家Herbert Schober在1954年提出的理论的正确性：眼睛没有接收到视觉信号时，眼的焦点调节的机制处在一种休息状态，它的焦点并不是在无穷远。修正了亥姆霍 （Helmholtz）的经典理论，而且还认识到，黑夜、空视场、小孔径光学仪器、以及任何降低视觉分辨的条件，如不清晰的光学介质（像大雾），它们对于焦点调节的作用与机制是相同的[2]。

4.3.2 非注意盲视则是人眼紧张的一种忽视

这是心理学上的一种现象，指当一个人全神贯注于某一个问题时，往往会忽视另一个显而易见，或平时会很引人注目的地方。微信網络上流行“10幅让人大脑崩溃的图”，其中螺旋状的图片并不是真的螺旋状，实际是同心圆；若干条纵向和横向的灰色线条围成的诸多正方格内填以黑色，则线条相交的各点中有一些看起来是白色的，有一些看起来似乎是黑色的，但是不管你再怎么努力，都无法直接看到黑色的圆点。斗牛特别对红色敏感，不同动物对同一光彩的识别差异也是一种与观察主体有关的现象。

视角判断要依赖背景，包括印象背景。图4不是雨伞，而是中国科技馆中展示的昆虫卵。

4.3.3 隐身斗篷是一种“光的消失”

这是一种反检测技术，基于超材料的光学斗篷一直使用材料特性的体积分布来慢慢弯曲光束，以此达到遮盖隐匿区域的目的。然而，这些材料块头较大，很难增加尺度；另一方面，这种典型的斗篷会带来反射光不必要的相位偏移，使得隐身斗篷可以检测到。为提高隐身水平，Xingjie Ni等[18]通过实验验证了一种包裹在物体外面的超薄隐身皮肤斗篷，通过在730nm波长处完整还原反射光的相位，可以隐藏任意三维形状的物体。这种皮肤斗篷由相位偏差分布的超材料组成，变更光的传播路线实现隐身效果。 与块状斗篷的体积指数变化不同，Ni等研究的设备只有80nm厚，并且有隐藏宏观尺度物体的潜能。

4.3.4 颜色也可以是光消失后的反应

香港海洋公园展出一种全世界最大的蟹，可在300米的深海生活达100年之久，其鲜红的外甲只是保护衣，因为在深海里根本看不见颜色。黑洞无法直接观测，它强劲的引力场使进入其临界点内的物质和辐射都无法逃脱，甚至目前已知的传播速度最快的光也逃逸不出。

5 结束语

向日葵忠心耿耿盯着太阳，森林的藤蔓向上攀延是争取光照权利。植物虽然没有眼睛，也能感受光的存在及其强度，并加以利用。矿藏在光照下会加速演变，看似静物却含情。

人类对光的认识和应用历史悠久，但是仍在不断探索和深化。除了百闻不如一见，虔诚的宗教信徒即便闭着双眼也可在眉间感受天堂多彩的暖光。如果黑暗也是反面的光，那么光也分正光和负光吗？视觉错觉中也还有很多未解之迷。按照人类无穷探索的天性，基因工程应用于海底动植物的改良，也许能把海底变成一个明亮的世界。问题在于，光的多少特性，才能满足人类的欲望。

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作者简介：陈斯红（1992，12-），女，广东化州，在读研究生，研究方向：电子物理。