晚上成大的C教授为我饯行，聊起他最近工作的一些进展和体会。他说，他现在的团队叫做“Subwavelength”。当然这与他研究的对象有关系。但是“亚波长”（或者翻译成“次波长”）这个尺度，确实值得引起重视。

物理学研究的主要对象之一就是波。波是传递信息的基本方式。而且粒子也可以用波的图像来描述。

描述一个波，无外乎两个物理量：频率和波数（或者周期和波长）。前者给出时间尺度，后者给出空间尺度。对于粒子的波动图像来说，这两个物理量一个是能量，一个是动量。对应的则给出时间和空间的可测量范围。说到底，也是时空尺度。而它们之间的关系，就是所谓的色散关系。

所以波长应该是描述长度的基本单位。

平 时我们用的米、厘米等等这些绝对的单位，有生活上、工程上的意义，但是并没有真正物理上的意义。无非是取了合适的“尺子”，得到的测量数据比较“合适”。 比如硬币的半径，用厘米测量就比较合适，但是用光年就有点太“出格”。即使用公里，也让人觉得怪怪的。这就是我们常说的“特征长度”。波长就是基本的特征 长度。

比波的基本单位还小，到了“亚波长”的尺度，波的图像还有意义吗？

我们平常喜欢说纳米科学。但是这个名称本身就不是很科学（应该说很工程），因为纳米本身不是物理上的一个特征尺度。只能说相对与人的尺度（大约是人的长度——米，到眼睛的分辨率——毫米的范围），这个尺度足够小。但是具体到纳米光学，这个尺度就有点意思了：因为相对与可见光的波长（大约几百纳米），这个尺度正是在“亚波长”范围（因为我们通常说的纳米尺度是比微米至少小一个数量级，即几十到几百纳米或更短）。

所以，这个“亚波长”（特别是小于1/4波长）尺度上的物理，应该给我们展现一片新的天地。

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下面写的这些应该是很多人熟知的了。但是因为有读者问起，就再简单说说。

我们知道，物理学研究的对象是可观测量。而观测的方式，一是被动的：看物质本身因为内部起伏或者外部扰动而激发出来的波或粒子；二是主动的：用波或粒子去“打”所要观测的物质，看被激发出来的“响应”（当然也是波或者粒子）。粒子也可以用波的图像来描述。所以观测的分辨率就受到波长的限制。比如我们用一束波或者一束粒子去探测，其最小的动量“单元”是h/l，所以动量的误差再怎么精确，也不会小于h/ l，即Dp～h/ l。这里h是Planck常数，l是波长。根据Heisenberg’s Uncertainty Principle，DxDp要大于或等于h/2。所以测量的“分辨率”Dx不会小于h/2Dp～l/2。光学分辨率里的Abbe极限就是这样一个例子。

但是，近年来借助于“表面等离子体激元极化”过程（SPP，Surface Plasmon Polarization）发展起来的亚波长光学在突破这一分辨率极限方面取得了引人注目的进展（可参看2003年发表的一篇review文章：Barnes, Dereux & Ebbesen, Surface plasmon subwavelength optics, Nature 424 (2003), 824-830）。其基本物理过程是：如果光学仪器是等离子体态（比如金属的），入射波的电矢量会在其表面激发“近场”的等离子体表面波，从而使得入射波可以“通过”小于光学衍射极限的狭缝。除此之外，近场光的SPP增强和Raman增强也有着广泛的应用。甚至有人提出，继给上世纪带来革命性变化的电子学（Electronics）之后，本世纪会兴起一门“等离子学”（Plasmonics）的具有广泛应用前景的新学科。以其命名的学术刊物《Plasmonics》（网址在：http://www.springerlink.com/content/119973/）也在2006年问世。

这仅仅还是亚波长尺度上的物理研究的开始，我们应该可以期待这一领域里更有意思、更有前景的理论进展和实际应用。

亚波长尺度上的物理