光子學(xué)聚合物（Photonics Polymer）是由光子學(xué)與聚合物科學(xué)交叉而形成的新興研究領(lǐng)域。使用“光子學(xué)”（Photonics）與“聚合物”（Polymer）兩個(gè)名詞來構(gòu)成這一新領(lǐng)域的名稱，目的是突出這一領(lǐng)域是由聚合物科學(xué)和光子學(xué)進(jìn)行交叉而形成的特點(diǎn)。要想了解這一特點(diǎn)的內(nèi)涵，就需要從聚合物材料的基本性質(zhì)和發(fā)展過程說起。
　　作為可以從分子水平進(jìn)行剪裁的人工合成材料，聚合物是近一百多年才發(fā)展起來的化學(xué)合成材料。在與聚合物相關(guān)的科學(xué)研究工作中，最基本的科學(xué)問題是聚合物結(jié)構(gòu)與其性能的關(guān)系。聚合物結(jié)構(gòu)通常分為一次結(jié)構(gòu)（化學(xué)結(jié)構(gòu)）、二次結(jié)構(gòu)（鏈構(gòu)象結(jié)構(gòu)）和三次結(jié)構(gòu)（凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)）。這些不同層次的結(jié)構(gòu)都可以通過光化學(xué)方法進(jìn)行構(gòu)筑和使用光物理方法進(jìn)行表征。反過來，上述多層次結(jié)構(gòu)也給聚合物帶來各種光化學(xué)和光物理性質(zhì)，使得光與聚合物的相互作用成為一個(gè)研究內(nèi)容極為豐富的研究領(lǐng)域。這一領(lǐng)域的研究工作不斷提出新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用技術(shù)，極大地豐富了聚合物科學(xué)及其在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，也為光子學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了材料基礎(chǔ)。
　　自20世紀(jì)60年代以來，以光的量子化為基礎(chǔ)的光子學(xué)進(jìn)入了突飛猛進(jìn)的發(fā)展時(shí)期。這一飛躍得以啟動(dòng)的原因在于激光技術(shù)[33和光纖技術(shù)的誕生，以及建立在這些技術(shù)之上的光纖通信帶來的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和普及，這些技術(shù)全面改變了人類的生活，使得人類社會(huì)開始進(jìn)入信息化社會(huì)。這一變化也影響著光與聚合物相互作用的研究領(lǐng)域。最明顯的結(jié)果是上述三個(gè)結(jié)構(gòu)層次與光的作用已經(jīng)不能滿足光子器件發(fā)展的需要，一些更高層次結(jié)構(gòu)正在慢慢出現(xiàn)在研究工作中，其中典型的例子就是光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)條件下的光與聚合物的相互作用。這些結(jié)構(gòu)的尺度多處于光波長范圍，是形成各種光子器件的必要組成部分。在將聚合物應(yīng)用于各種光子器件之前，需要在清楚認(rèn)識(shí)聚合物三個(gè)層次結(jié)構(gòu)與光相互作用的基礎(chǔ)上，充分了解這一波長尺度的器件結(jié)構(gòu)與光的相互作用。為了涵蓋這樣一種器件結(jié)構(gòu)與光相互作用的豐富內(nèi)容，光子學(xué)聚合物應(yīng)運(yùn)而生，形成了以聚合物多層次結(jié)構(gòu)（包括波導(dǎo)結(jié)構(gòu)）與光相互作用為基礎(chǔ)研究內(nèi)容的、面向未來社會(huì)發(fā)展所需的光子學(xué)器件的交叉研究領(lǐng)域。表征這一相互作用的本征量是物質(zhì)的折射率，它包括光與物質(zhì)的彈性相互作用和非彈性相互作用。物質(zhì)折射率的研究可追溯到牛頓的棱鏡實(shí)驗(yàn)。光學(xué)和材料科學(xué)的新發(fā)展表明：折射率涵蓋的材料各層次結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系仍然充滿很多未知規(guī)律；同時(shí)，運(yùn)用折射率與材料結(jié)構(gòu)之間的科學(xué)規(guī)律來設(shè)計(jì)和制備新材料和新器件也是人類面臨的巨大挑戰(zhàn)。上述兩方面的認(rèn)知給光子學(xué)聚合物提供了無限的發(fā)展空間。
　　同任何學(xué)科發(fā)展過程一樣，光子學(xué)聚合物的相關(guān)研究工作也是先于概念提出的。就作者所熟悉的聚合物光纖工作來說，最早的有源聚合物光纖工作可以追溯到20世紀(jì)60年代。研究結(jié)果表明：在波導(dǎo)的約束下，激光增益會(huì)隨著光纖長度的增加而增加。發(fā)展至今的五十多年中，“光子學(xué)聚合物”這一名詞已經(jīng)出現(xiàn)在國內(nèi)外相關(guān)研究領(lǐng)域的介紹中。例如，美國Akron大學(xué)與空軍聯(lián)合建立實(shí)驗(yàn)中心，進(jìn)行光子學(xué)聚合物領(lǐng)域的科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，日本慶應(yīng)大學(xué)在多年梯度折射率光纖研究的基礎(chǔ)上，建立了光子學(xué)聚合物實(shí)驗(yàn)室。在學(xué)術(shù)期刊中，相關(guān)的研究工作也被整理成專輯出版，而相關(guān)專著也陸續(xù)出現(xiàn)。在國內(nèi)，相關(guān)的研究工作與國際上是同步的，而明確地討論光子學(xué)聚合物內(nèi)涵的工作可以追溯到2006年在北京香山舉辦的第287次香山科學(xué)會(huì)議。這次名為“聚合物光子學(xué)”的學(xué)術(shù)討論會(huì)由光子學(xué)領(lǐng)域和聚合物科學(xué)領(lǐng)域的研究人員共同參加，他們對(duì)光子學(xué)聚合物的內(nèi)涵進(jìn)行了初步探討，明確了光子學(xué)聚合物在未來將隨著“一系列技術(shù)的深入發(fā)展，形成我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列高新技術(shù)產(chǎn)品”。進(jìn)入新的世紀(jì)，光作為信息和能量載體的概念日益普及，駕馭光已經(jīng)成為科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的新前沿，已經(jīng)成為一個(gè)十分活躍的研究工作領(lǐng)域，并正在向縱深發(fā)展。
　　作為一本專著，本書無意綜述所有與光子學(xué)聚合物相關(guān)的工作，只是對(duì)本課題組的研究工作進(jìn)行介紹和總結(jié)。在長達(dá)近三十年的研究工作中，作者既有偶然闖進(jìn)這一領(lǐng)域的好奇和欣喜，也有工作中遇到新的科學(xué)機(jī)遇和挑戰(zhàn)時(shí)的艱難，更有如今回頭追溯每一個(gè)進(jìn)展時(shí)的滄桑感受。雖然現(xiàn)在已經(jīng)有了一些英文著作來綜述相關(guān)工作，但總感覺不盡如人意。一方面，主要是受語言的限制，很多細(xì)節(jié)和思考不能表達(dá)出來，而這些只有使用母語才能夠達(dá)到；另一方面，多年研究工作中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)往往超出發(fā)表學(xué)術(shù)論文的要求，很難通過學(xué)術(shù)論文進(jìn)行交流。據(jù)此，使用母語將自己多年的工作經(jīng)歷介紹出來，已成了我心中存在的很奢侈的愿望。要實(shí)現(xiàn)這一個(gè)愿望，就從今日起步，希望日積月累，能夠盡快完成。