上海
从自然仿生的结构色到功能强大的超材料，从超薄超透镜到前沿光计算，一系列技术突破汇聚在一起，预示着人类即将重新定义光的价值与应用边界。
超透镜结构的微观图像（《自然》2026年）
放眼未来，光学技术的变革将无处不在：建筑外墙搭载智能结构色与光学调控结构后，可根据光照强度自动调节颜色、反射阳光，实现自主控温与节能降耗；汽车玻璃集显示、传感、防晒、通信等功能于一体，车窗可化身车载屏幕，同时实时监测路况；通信与计算领域的全光一体化系统将打通数据传输与运算壁垒，构建速度更快、容量更大的新一代信息网络……
更具深远意义的是，在这场变革中，人类的角色正在发生根本性转变。梳理数千年的光学发展史，人类对光的探索大致可分为三个阶段：第一个阶段是“认识光”，从牛顿的色散实验到麦克斯韦的电磁场理论，人类一步步读懂了光的物理属性；第二个阶段是“利用光”，激光器、光纤通信、太阳能电池等发明将光转化为生产力，人类借助光改造世界；而今天，我们正式迈入第三个阶段“设计光”。
“设计光”并非简单地点亮光源，而是主动设计光的一切行为：决定传播方向、调配色彩、控制偏振状态、定义光与物质的交互方式。这些曾经完全由自然规律主导的现象，如今都成为人类可以自主设计、自由调控的对象。
在超材料与微纳光学领域，中国科研团队正在发挥日益重要的引领作用。国内科学家已探索出多条成熟技术路线：利用胶体颗粒自组装技术制备光子晶体，构建大面积、高稳定性的结构色薄膜；依托平面超表面技术实现超高分辨率的结构色图像；通过柔性微纳结构设计研发出可随外力、温度、湿度变化的动态变色材料；结合智能响应材料打造可程序化调控的可编程结构色体系。
我国自主研发的能高效打印结构色超材料的设备（《自然》2026年）
值得一提的是，在结构色超材料打印方面，我国科研人员将喷墨打印、纳米自组装与微纳加工技术相结合，把过去复杂昂贵的超材料制备工艺转化为低成本、可大面积量产的数字化制造技术，让这项源自自然的光学技术真正具备了大规模普及的可能。
不妨畅想数十年后的场景：一座数字光学工厂里，没有轰鸣的机床，也没有复杂的光刻流水线，核心设备就是一台台数字光学打印机，全程对接人工智能设计平台。工作人员输入应用需求后，AI系统在数分钟内完成微观结构设计、仿真验证与方案优化，随后自动匹配原材料、下发生产指令给打印机——数小时后，一枚功能完整的集成光子芯片便制造完成。这样的场景看似充满科幻色彩，但其所需的技术如今都已具备实验室雏形。
数亿年前，热带雨林中的蓝闪蝶为了生存与繁衍，在漫长进化中演化出独特的纳米结构，造就了翅膀上迷人的蓝色。这抹来自自然的色彩，在数亿年后启发人类开启了一场影响深远的光学革命。
从解读蝴蝶翅膀的结构色到研发人工超材料，从复刻自然光学智慧到创造自然界本不存在的光学功能，从传统玻璃镜头到纳米级超薄超透镜，从电子计算到前沿光计算——人类一步步完成了从“模仿自然”到“超越自然”的跨越，勾勒出一个全新的光学时代。
当后人回望21世纪的科技发展史，这段时光必将被铭记——这是人类第一次真正掌握“设计光”的能力，而超材料与微纳光学正是这场伟大革命的起点。光的故事延续了亿万年，而人类与光的全新篇章正在拉开序幕。
（作者分别为中国科学院化学研究所博士、研究员）
原标题：《人类光学史迎来第三次跨越：这一次，我们要亲手“设计”光的命运》
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