半导体、航天应用都离不开它！跟着中科院院士，让我们从科学角度重新认识“光”

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“上帝说，要有光，于是，就有了光”。而光，不仅仅照亮了世界。

8月24日，“海上院士讲坛”第27期活动在中国金融信息中心举行，半导体物理学家、中国科学院院士沈学础用深入浅出的案例诠释了光的应用，讲述了光如何让世界变得更美好。

“你看到绿叶红花、五彩的孔雀羽毛，这是光的折射反射现象。光谱图就像一道彩虹，融入到人们日常生活的方方面面。”讲到光谱的应用，中科院院士沈学础将一些经典案例脱口而出，包括X光成像、红外热成像等等。

自从人们发现了光的折射反射、波粒二象性后，光不仅仅照亮了世界，固体光谱（半导体光谱）还为半导体发展打开一扇大门。据沈学础介绍，没有固体光谱，就无法制造出晶体管，先进集成电路就无从谈起。基于半导体光谱的各种传感器和探测器构成了探测光谱的强有力工具，我国在1970年代开始研发出的碲镉汞红外探测器，目前依然是最灵敏的红外探测器之一。

光刻是集成电路（晶体管）制造中的一个重要工艺，随着器件尺寸、结构、功耗等需求的提升，半导体制造需要波长越来越短的光。当前最先进的半导体光刻工艺用到了极紫外光（EUV）。

“太阳能发电是光应用最直观的成功案例。”沈学础称，用太阳能替代石油天然气等石化能源，对于早日实现碳达峰、碳中和意义重大。当前，我国太阳能发电量占到国家总发电量的比例不断提升，且未来仍有提升空间。

需要指出的是，得益于持续的研发和降本，光伏太阳能已经发展成为我国的优势产业。

上海交通大学特聘教授沈文忠在圆桌讨论环节介绍，近十多年硅基太阳电池技术的普及应用，中国光伏发电的度电成本已经低于火电，光伏也成为我国在国际上领先的产业。根据“我国到2050年光伏发电量占比达到39%”的规划，光伏产业未来还将不断成长、壮大。

遥远天边那颗“星”，也跟光息息相关，这就是光谱的航天应用。

沈学础表示，不管是气象卫星、地球资源卫星，还是海洋卫星，都利用了光谱成像，然后对光谱图像和目标几何信息进行分析，从而生成指导决策的信息。“比如，高分五号卫星是一颗太阳同步轨道卫星，有330个光谱通道，生成的海量光谱可应用于生态环境保护、矿产资源探测、土壤污染监控、农林牧渔、灾害监测、城市规划等方方面面。”沈学础举例称，中科院已经将星载高光谱成像应用于智慧农业。

对于光在智慧农业的应用，中科院上海技术物理研究所研究员刘银年补充说，物质成分不一样，高分卫星采集到的光谱特质就不一样。比如，监控植被的红外变化，通过不同的斜率（指标），就可以识别出植物生长阶段、病虫害态势、土壤特征等。更为重要的是，不同于采样化学分析法，光谱分析法突破了检测样本量的限制，可以实现连续、大范围的检测监控。

高分五号的星载高光谱成像下一步应用于哪里？据刘银年透露，中科院正努力将光谱分辨率细分到纳米级，来检测空气中的甲烷含量。“甲烷带来的温室效应是二氧化碳的几十倍甚至上百倍，减少甲烷排放对环境保护、减少碳排放意义重大。”另外，刘银年还在研究用光谱检测植物固氮，并希望这项技术未来可应用于病虫害监控、癌症检测，以期更早发现相关问题。

“能源问题、粮食问题、国际环境问题……我们正面临着很多潜在的危机，但危机在某种程度上也是机遇。”沈学础勉励当天的听众说：“要关心科学，在各自岗位上发光发热，让生活更美好，国家更富强。”

本期“海上院士讲坛”由上海证券报、中国金融信息中心、中国科学院上海分院、上海市科学技术协会、上海石油天然气交易中心共同主办，上海市工业经济联合会、上海市太阳能学会、上海市宇航学会协办，浙江省新昌县人民政府全程参与战略合作。

编辑：徐锐 视频制作：罗茂林

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本期责任编辑：王宙洁

监制：浦泓毅

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