中科院上海光学精密机械研究所

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1 内 部 资 料 注 意 保 存 光 电 信 息 简 报 编 号 : 总 第 210 期 激 光 聚 变 与 大 激 光 装 置 本 期 目 录 激 光 聚 变 即 将 获 得 关 键 里 程 碑 意 义 的 进 展 国 家 点 火 装 置 上 进 行 的 实 验 (2010 年 1 月 ) 利 用 超 高 能 量 激 光 的 束 交 叉 能 量 传 递 实 现 激 光 在 等 离 子 体 中 的 多 级 方 向 改 变 Continuum 取 得 480 万 的 Apollon 激 光 订 单 先 进 激 光 技 术 与 应 用 我 大 功 率 半 导 体 激 光 器 刺 破 国 外 技 术 壁 垒 德 国 科 学 家 实 现 原 子 量 子 状 态 模 拟 超 快 激 光 照 射 探 测 电 子 运 动 实 时 高 速 信 息 传 输 太 空 宽 带 不 再 遥 远 新 型 光 纤 让 看 三 维 电 影 不 戴 眼 镜 美 国 空 军 研 究 实 验 室 已 突 破 可 穿 透 尘 土 和 云 雾 的 光 学 偏 振 成 像 关 键 技 术 日 开 发 成 功 高 效 光 信 号 转 换 技 术 我 国 巨 资 建 国 际 唯 一 波 长 可 调 极 紫 外 自 由 电 子 激 光 中 科 院 上 海 光 学 精 密 机 械 研 究 所

2 激 光 聚 变 与 大 激 光 装 置 激 光 聚 变 即 将 获 得 关 键 里 程 碑 意 义 的 进 展 2012 年 3 月 8 日 出 版 的 Nature 杂 志 发 表 Eric Hand 的 文 章 指 出, 国 家 点 火 装 置 (National Ignition Facility,NIF) 即 将 实 现 能 量 得 失 当 量, 但 未 来 发 展 前 景 还 不 明 朗 今 年, 国 家 点 火 装 置 可 能 将 实 现 它 的 预 期 目 标 该 装 置 号 称 世 界 上 最 大 的 激 光 装 置, 通 过 压 缩 充 满 氢 同 位 素 的 靶 丸, 实 现 内 爆, 输 出 大 量 能 量, 远 大 于 输 入 能 量 国 家 点 火 装 置 的 管 理 人 员 认 为, 经 过 两 年 的 攻 关, 国 家 点 火 装 置 即 将 实 现 能 量 得 失 当 量, 或 者 点 火 我 们 有 能 力 在 2012 财 年 实 现 这 一 目 标, 国 家 点 火 装 置 的 主 任 Moses ED 信 心 十 足 但 即 使 这 一 目 标 顺 利 实 现, 利 用 惯 性 约 束 实 现 聚 变 依 然 面 临 不 确 定 的 未 来 美 国 能 源 部 是 否 准 备 将 其 发 展 经 济 上 可 行 的 能 源? 即 使 如 此, 基 于 NIF 激 光 装 置 的 设 计 是 否 是 最 好 的 方 案?2012 年 3 月 7 日, 美 国 国 家 学 术 委 员 会 (National Academies ) 专 家 组 提 交 的 一 份 中 期 报 告 中 称, 目 前 就 下 结 论 还 为 时 尚 早, 建 议 聚 变 科 学 家 选 择 其 一, 探 索 燃 料 的 内 爆 图 1 NIF192 路 激 光 在 1 月 进 行 多 次 打 靶, 创 造 了 新 的 记 录, 其 中 大 部 分 不 是 直 接 驱 动 打 靶 美 国 洛 斯 阿 拉 莫 斯 国 家 实 验 室 (Los Alamos National Laboratory) 的 等 离 子 体 物 理 学 家 Glen Wurden 同 意 这 种 观 点, 他 认 为 研 究 惯 性 约 束 的 科 学 家 们 不 能 将 所 有 的 鸡 蛋 放 在 激 光 器 这 个 篮 子 中 他 指 出 : 激 光 聚 变 研 究 还 未 成 熟 而 除 了 惯 性 约 束, 实 现 聚 变 能 还 有 另 一 种 方 式 磁 约 束, 主 要 的 计 划 是 国 际 热 核 聚 变 实 验 反 应 堆 (International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER), 该 计 划 是 一 个 210 亿 的 国 际 聚 变 实 验 项 目, 目 前 正 在 法 国 南 部 建 造 Wurden 谴 责 了 ITER 的 延 迟 和 飞 涨 的 成 1

3 本, 他 认 为 托 卡 马 克 等 技 术 也 远 未 成 熟 尽 管 之 前 信 心 很 足, 也 有 好 的 计 算 模 型 支 持, 在 国 家 点 火 装 置 实 现 点 火 还 是 落 后 于 预 定 计 划 理 论 上, 点 火 应 该 是 十 拿 九 稳 的 事 但 实 际 上, 国 家 点 火 装 置 利 用 加 热 压 缩 氢 同 位 素 的 方 法 实 现 点 火 是 非 常 困 难 的 事 情 就 间 接 驱 动 来 说, 激 光 装 置 的 多 束 光 束 聚 焦 在 黑 腔 的 入 口, 打 在 内 壁 上, 产 生 X 射 线, 然 后 X 射 线 加 热 黑 腔 中 心 的 压 缩 燃 料 靶 丸, 实 现 聚 变 但 激 光 光 束 与 黑 腔 中 的 等 离 子 体 间 的 相 互 作 用, 分 散 了 光 束 的 能 量 这 样, 国 家 点 火 装 置 需 要 输 出 更 高 的 能 量 才 能 实 现 增 益, 仅 达 到 点 火 需 要 的 临 界 值 并 不 能 满 足 要 求 但 是, 国 家 点 火 装 置 团 队 已 经 逐 步 取 得 一 些 进 展 国 家 点 火 攻 关 计 划 开 始 时, 装 置 达 到 点 火 所 需 条 件 的 1%, 而 现 在 已 经 能 够 实 现 10%, 而 且 速 度 在 不 断 增 加, 2012 年 1 月 装 置 就 进 行 57 次 打 靶, 创 造 了 新 的 记 录 团 队 也 进 行 了 一 系 列 的 调 整, 包 括 点 火 靶 丸 外 壳 的 铍, 改 变 黑 腔 的 材 料 或 形 状 等 Moses 指 出, 有 可 能 将 NIF 的 峰 值 能 量 从 1.8MJ 进 一 步 提 升 到 2.2MJ 而 且, 如 国 家 技 术 委 员 会 报 告 提 及 的, 其 他 的 方 案 也 有 可 能 提 供 更 早 实 现 点 火, 并 发 展 成 实 际 电 厂 的 途 径 世 界 上, 包 括 美 国, 大 多 数 惯 性 聚 变 方 面 的 研 究 都 是 由 国 家 安 全 和 武 器 部 门 支 持, 主 要 研 究 聚 变 在 武 器 方 面 的 应 用, 而 不 是 建 造 电 厂 美 国 的 激 光 聚 变 研 究 由 美 国 能 源 部 下 属 的 国 家 核 安 全 委 员 会 负 责, 主 要 用 于 核 储 备 的 管 理 而 美 国 能 源 部 的 科 学 办 公 室 也 没 有 资 金 对 惯 性 聚 变 研 究 进 行 支 持 绝 大 资 金 用 来 支 持 磁 约 束 聚 变, 越 来 越 多 的 钱 投 给 ITER 聚 变 能 委 员 会 的 主 任 Stephe Dean 认 为, 即 使 国 家 技 术 委 员 会 的 专 家 们 在 最 终 的 报 告 中 提 出 一 个 可 行 的 惯 性 聚 变 能 计 划, 也 必 须 继 续 努 力 在 科 学 办 公 室 寻 求 支 持 而 结 果 也 只 是 被 置 之 不 理 而 已,ITER 明 显 是 最 重 要 优 先 的 计 划 2013 年, 国 家 点 火 装 置 计 划 申 请 4.6 亿 美 元 的 经 费, 用 来 修 正 方 案 如, 罗 切 斯 特 大 学 的 等 离 子 体 科 学 家 们 希 望 利 用 NIF 激 光 装 置 进 行 氢 同 位 素 靶 丸 的 直 接 内 爆 实 验, 无 需 使 用 黑 腔 国 家 点 火 装 置 的 科 学 家 们 并 没 有 坐 等 着 两 种 方 法 的 选 择 实 现 点 火 之 前, 他 们 就 开 始 构 想 未 来 的 发 展 计 划, 提 出 了 激 光 惯 性 聚 变 能 (Laser Inertial Fusion Energy, LIFE) 的 演 示 电 厂 的 概 念 设 计 从 经 济 角 度 考 虑, 每 次 打 靶 输 出 能 量 需 要 至 少 是 输 入 能 量 的 50 倍, 而 且 每 秒 要 进 行 15 次 打 靶 巨 大 的 国 家 点 火 装 置 是 由 一 个 个 模 块 化 的 光 路 组 成,LIFE 将 采 取 这 种 方 式, 可 以 完 全 安 装 到 卡 车 的 车 厢 上 此 外 与 NIF 利 用 成 千 上 万 个 氙 灯 为 玻 璃 激 光 器 提 供 能 量 不 同,LIFE 使 用 小 的 晶 体 管 供 电 的 发 电 二 极 管 将 激 光 装 置 作 为 未 来 发 电 厂 的 驱 动 装 置 是 不 是 还 太 早, 这 一 点 并 不 在 Moses 考 虑 之 中 他 认 为, 人 们 已 经 向 激 光 和 晶 体 管 投 资, 开 发 其 在 家 用 电 子 产 品 中 应 用, 世 界 已 经 做 出 了 选 择 历 史 学 家 回 2

4 顾 时, 他 们 会 发 现 晶 体 管 和 激 光 器 将 成 为 转 折 点 LIFE 的 主 任 MIke Dunne 指 出, 实 验 电 厂 所 需 的 成 本 约 为 40 亿 美 元, 到 二 十 世 纪 二 十 年 代 早 期, 将 输 出 几 百 兆 瓦 电 量 到 电 网 中, 比 磁 约 束 聚 变 方 案 至 少 提 前 10 年 滕 晓 丽 编 译 自 :Laser fusion nears crucial milestone.eric Hand.Nature.483(7388):133~134 国 家 点 火 装 置 上 进 行 的 实 验 (2010 年 1 月 ) 2012 年 1 月, 国 家 点 火 装 置 (National Ignition Facility, NIF) 和 国 家 点 火 攻 关 计 划 (National ignition Campaign, NIC) 团 队 进 行 了 了 56 次 系 统 打 靶, 平 均 每 天 将 近 两 次, 这 是 近 4.5 年 以 来 最 高 的 月 记 录, 包 括 22 次 有 靶 发 射 1 月 12 日, 团 队 进 行 了 6 次 激 光 打 靶, 创 造 了 新 的 记 录 冲 击 定 时 实 验 1 月 月 初,NIC 团 队 进 行 了 一 系 列 keyhole 靶 实 验, 来 优 化 靶 丸 内 爆 过 程 中 聚 变 燃 料 中 的 压 力 按 照 设 计, 冲 击 定 时 实 验 对 充 氘 靶 丸 的 第 四 和 最 后 激 光 脉 冲 的 慢 前 沿 ( 约 3ns) 和 快 前 沿 ( 约 1ns) 进 行 检 测, 实 验 在 打 靶 之 后 进 行, 来 测 试 第 四 脉 冲 的 前 沿 对 氘 氚 (DT) 靶 丸 内 爆 中 的 影 响 1 月 4 日, 团 队 进 行 首 个 冲 击 定 时 打 靶,192 路 NIF 光 束 输 出 1.2MJ 紫 外 能 量 到 靶 上, 峰 值 功 率 为 420TW 所 有 的 靶 诊 断 数 据 良 好 1 月 6 日, 团 队 进 行 第 二 次 冲 击 定 时 打 靶, 第 四 冲 击 激 光 脉 冲 为 快 前 沿 反 射 器 干 涉 测 速 系 统 (velocity interferometer system for any reflector, VISAR) 和 背 光 诊 断 器 获 得 好 的 数 据 1 月 9 日 进 行 第 三 次 实 验 测 试 慢 前 沿 Compton 辐 射 打 靶 实 验 1 月 15 日,NIC 团 队 完 成 首 次 层 状 氘 氢 氚 (THD) 实 验, 测 试 Compton 射 线 实 验 平 台 ( 该 平 台 包 括 一 特 殊 激 光 器 靶 和 诊 断 器 ) 平 台 可 以 对 靶 丸 内 爆 过 程 中 包 围 中 心 热 斑 的 低 温 燃 料 成 像, 获 得 背 光 X 射 线 图 按 照 设 计, 平 台 能 够 精 确 地 找 出 影 响 燃 料 压 缩 的 因 素 ( 如 流 体 力 学 非 稳 定 性 或 靶 的 不 对 称 ) 该 高 能 打 靶 是 NIF 上 首 次 使 用 背 光 和 低 温 层 状 靶, 需 要 复 杂 的 靶 准 直 条 件, 有 可 能 是 目 前 为 止 要 求 最 高 的 打 靶 实 验 实 验 中,191 束 NIF 光 束 输 出 1.39MJ 紫 外 能 量 到 靶 上 和 背 光 发 生 器 上 门 控 X 射 线 指 示 器 显 示 背 光 发 生 器 准 直 和 定 时 所 有 诊 断 器 参 与 实 验, 并 获 得 好 的 数 据 高 能 量 密 度 实 验 1 月 17 日,2012 年 在 NIF 上 进 行 的 首 个 高 能 量 密 度 实 验,Pleiades 第 二 阶 段 实 3

5 验 开 始 进 行 Pleiades 计 划 由 美 国 洛 斯 阿 拉 莫 斯 国 家 实 验 室 (Los Alamos National Laboratory, LANL) 和 英 国 原 子 武 器 研 究 中 心 联 合 牵 头 进 行 打 靶 测 试 门 控 X 射 线 探 测 器 的 时 间 分 辨 传 输 光 栅 分 光 仪 实 验 中,144 束 NIF 光 束 输 出 415kJ 紫 外 能 量 到 硅 显 微 式 光 纤 上, 光 纤 上 覆 盖 有 一 系 列 铬 环, 由 LANL 制 造 实 验 评 估 了 诊 断 器 的 定 时 动 态 范 围 以 及 光 谱 和 空 间 分 辨 率, 实 验 结 果 显 示 分 光 仪 的 各 项 性 能 达 到 要 求 1 月 18 日, 进 行 了 第 二 次 Pleiades 数 据 打 靶, 测 试 halfraum(half hohlraum) 靶, 80 路 光 束 输 出 360kJ 能 量 到 靶 上 实 验 获 得 好 的 数 据 收 敛 烧 蚀 体 实 验 1 月 20 日,NIC 团 队 进 行 了 系 列 back-to-back 收 敛 烧 蚀 体 打 靶, 该 系 列 包 括 4 次 实 验, 属 于 靶 丸 压 强 优 化 攻 关 计 划, 主 要 为 之 后 的 氘 氚 层 状 靶 实 验 做 准 备 首 次 实 验 测 试 激 光 脉 冲 第 四 上 升 过 程 中 靶 丸 烧 蚀 体 压 强,192 路 激 光 脉 冲 输 出 1.42MJ 紫 外 能 量 到 靶 丸 上 第 二 次 实 验 在 1 月 21 日 完 成, 这 次 打 靶 第 四 激 光 脉 冲 有 快 前 沿, 门 控 X 射 线 探 测 器 在 第 四 冲 击 过 程 跟 踪 烧 蚀 体 的 痕 迹 第 三 次 实 验 在 1 月 22 日 完 成, 这 次 打 靶 第 四 激 光 脉 冲 具 有 慢 前 沿 (3ns),191 路 激 光 脉 冲 输 出 1.42MJ 紫 外 能 量 到 低 温 黑 体 辐 射 腔 和 X 射 线 背 光 发 生 器 上 实 验 中 获 得 好 的 靶 诊 断 数 据 第 四 次 实 验 在 1 月 24 日 完 成, 这 次 打 靶 第 四 激 光 脉 冲 有 快 前 沿 (1ns) 这 次 打 靶 主 要 了 解 靶 丸 内 爆 过 程 中, 烧 蚀 体 的 厚 度 轨 迹 和 速 度 191 路 激 光 脉 冲 输 出 1.4MJ 紫 外 能 量 到 靶 丸 上 实 验 中 获 得 好 的 靶 诊 断 数 据 层 状 DT 和 X 射 线 源 实 验 图 2 工 作 人 员 正 在 为 DT 层 状 靶 做 准 备 1 月 27 日,NIC 团 队 完 成 首 个 低 温 层 状 氘 氚 实 验, 该 系 列 实 验 共 5 个 打 靶 测 4

6 试 第 四 激 光 脉 冲 的 慢 前 沿 这 次 打 靶 中,192 束 NIF 光 束 输 出 1.39MJ 的 紫 外 能 量 到 对 称 靶 上, 所 有 的 诊 断 器 都 获 得 了 良 好 的 数 据 1 月 31 日,NIC 团 队 完 成 第 二 个 低 温 层 状 氘 氚 实 验, 装 置 输 出 1.4MJ 的 紫 外 能 量 到 靶 上, 第 四 激 光 脉 冲 具 有 快 前 沿 两 次 实 验 利 用 不 同 的 设 计 用 来 解 释 内 爆 的 性 能 1 月 29 日,NIF 完 成 首 次 两 个 能 量 区 分 能 量 耦 合 (Energy Partitioning Energy Coupling, EPEC)X 射 线 源 验 证 实 验, 该 实 验 支 持 NIF 的 国 家 安 全 目 标 4 束 NIF 光 束 输 出 9.5MJ 的 紫 外 能 量 1.2ns 脉 冲 到 球 形 银 黑 体 辐 射 腔 上 The target diagnostics acquired good data. 第 二 次 EPEC 打 靶 在 1 月 30 日 进 行,9.3kJ 的 能 量 输 出 到 靶 上 实 验 获 得 的 好 的 数 据, 达 到 预 期 目 标 滕 晓 丽 编 译 自 : 利 用 超 高 能 量 激 光 的 束 交 叉 能 量 传 递 实 现 激 光 在 等 离 子 体 中 的 多 级 方 向 改 变 美 国 劳 伦 斯 利 弗 莫 尔 国 家 实 验 室 洛 斯 阿 拉 莫 斯 国 家 实 验 室 通 用 原 子 机 构 共 同 在 2012 年 2 月 网 上 出 版 的 Nature Physics 上 发 表 篇 文 章 通 过 束 交 叉 能 量 传 递 改 变 激 光 在 等 离 子 体 中 的 传 输 方 向 是 非 线 性 光 学 过 程 的 一 个 重 要 例 子, 这 个 过 程 利 用 了 激 光 - 等 离 子 体 产 生 的 不 稳 定 性 这 一 优 势, 已 经 在 劳 伦 斯 利 弗 莫 尔 国 家 实 验 室 国 家 点 火 装 置 (NIF) 上 进 行 的 黑 体 辐 射 空 腔 等 离 子 体 实 验 中 得 到 证 明 在 这 个 过 程 中 作 用 激 光 束 的 波 长 分 离 技 术 起 到 了 控 制 作 用, 它 提 供 了 一 种 不 需 通 过 局 部 光 学 设 备 就 可 以 进 行 远 程 瞄 准 或 整 合 高 能 激 光 束 的 方 法 通 常, 激 光 束 可 在 真 空 中 沿 直 线 传 输 等 离 子 体 技 术 则 提 供 了 一 种 改 变 超 高 通 量 (>0.2PW cm -2 ) 激 光 方 向 的 方 法 利 用 等 离 体 镜 改 变 超 强 短 脉 冲 激 光 的 方 向 就 是 其 中 一 个 例 子 本 文 给 出 的 方 法 是 利 用 四 波 非 线 性 光 学 效 应, 改 变 一 束 激 光 的 能 量 流 方 向, 进 入 到 第 二 束 激 光 中 四 波 涉 及 到 两 束 激 光 和 两 种 相 关 的 离 子 等 离 子 体 声 波 这 个 过 程 的 实 现 可 通 过 调 整 作 用 激 光 的 波 长 进 行 远 程 控 制 这 种 激 光 束 作 用 可 将 多 束 激 光 的 能 量 合 并 为 一 束 高 能 量 激 光, 可 用 来 论 证 通 过 激 光 压 缩 得 到 超 高 强 度 激 光 的 过 程 当 两 束 或 多 束 高 能 量 激 光 以 不 同 方 向 交 迭 传 输 时 将 会 发 生 束 交 叉 能 量 传 递 重 叠 激 光 束 干 涉 模 式 的 有 质 动 力 压 力 将 会 产 生 一 个 周 期 性 等 离 子 体 密 度 扰 动 产 生 的 折 射 率 ( 表 达 式 为 N=, 其 中 n e 是 电 子 密 度,n c 是 临 界 密 度 ) 作 为 一 个 布 拉 格 散 射 单 元 可 以 改 变 一 束 入 射 激 光 的 方 向, 将 其 合 并 到 另 一 束 激 光 中 在 流 动 等 离 子 体 中, 当 密 度 波 动 达 到 离 子 声 波 共 振 条 件 时, 调 制 幅 度 和 能 量 传 输 达 到 最 大 值 通 过 调 整 重 叠 激 光 的 波 长 可 以 改 变 密 度 扰 动 的 频 率, 这 样 就 可 以 控 制 其 接 近 离 子 声 波 5

7 时 的 共 振 和 能 量 传 输 的 数 量 最 近, 在 NIF 黑 体 辐 射 靶 的 实 验 中 已 经 证 明 了 对 称 腔 体 爆 炸 过 程, 其 中 通 过 对 束 交 叉 能 量 传 递 的 双 色 调 制 可 以 仔 细 控 制 不 同 激 光 椎 体 之 间 的 平 衡, 进 而 实 现 黑 体 辐 射 空 腔 的 直 接 驱 动 图 3 三 色 束 交 叉 作 用 过 程 中 激 光 能 量 流 动 的 三 维 模 拟 (a) 六 个 激 光 束 组 ( 每 一 个 激 光 束 组 包 含 四 个 独 立 激 光 ) 通 过 激 光 进 入 孔 (LEH), 然 后 到 达 黑 体 辐 射 空 腔 壁, 框 架 内 区 域 为 模 拟 区 域 ;(b) 没 有 束 交 叉 效 应 的 激 光 传 输 显 示 : 模 拟 区 域 中 的 激 光 束 组 仍 然 保 持 独 立 ;(c) 具 有 束 交 叉 效 应 的 激 光 传 输 显 示 : 通 过 直 接 或 连 续 束 交 叉 能 量 传 递, 周 围 激 光 的 能 量 传 给 了 中 心 激 光 束 组, 模 拟 中 30 方 向 入 射 的 激 光 束 强 度 最 大 这 些 结 果 建 议 一 种 更 为 成 熟 的 三 色 方 法, 以 便 在 维 持 两 级 对 称 性 的 同 时 提 高 黑 体 辐 射 空 腔 的 耦 合 程 度 通 过 平 衡 大 角 度 激 光 ( 在 外 面 ) 和 小 角 度 激 光 ( 在 里 面 ) 的 能 量, 双 色 调 制 进 行 一 次 束 交 叉 传 递 可 完 成 轴 对 称 爆 炸 文 中 提 出 了 一 种 新 方 法 : 通 过 使 用 三 种 可 调 波 长 的 激 光 束 可 产 生 两 次 连 续 的 束 交 叉 能 量 传 递 首 先, 外 面 的 激 光 能 量 传 递 给 里 面 的 激 光 完 成 轴 对 称 控 制, 然 后, 里 面 激 光 之 间 继 续 进 行 能 量 传 递, 这 样 就 可 以 避 开 黑 体 辐 射 空 腔 中 容 易 产 生 激 光 等 离 子 体 不 稳 定 性 的 区 域 这 个 方 案 已 6

8 在 NIF 上 得 到 实 现, 图 图 3 给 出 了 相 关 模 拟 结 果, 图 4 给 出 了 相 关 实 验 结 果 三 色 束 交 叉 能 量 传 递 分 两 步 实 现 : 首 先, 外 锥 体 44.5 和 50 两 激 光 束 将 能 量 传 递 给 内 锥 体 23.5 和 30 两 激 光 束 ; 然 后, 内 锥 体 中 23.5 的 激 光 束 能 量 传 递 给 30 的 激 光 束 图 4 NIF 装 置 上 的 光 学 方 向 散 射 系 统, 包 括 一 个 探 测 外 层 (50 ) 和 内 层 (30 ) 激 光 束 组 的 全 口 径 反 向 散 射 系 统 (FABS) 和 一 个 23.5 方 向 上 的 近 反 向 散 射 成 像 器 (NBI) 图 像 给 出 了 黑 体 辐 射 空 腔 壁 的 几 何 结 构 和 散 射 光 的 实 际 测 量, 通 过 使 用 内 插 法 和 外 推 法 可 以 拓 展 测 量 缺 少 的 散 射 金 属 板 区 域 激 光 束 的 颜 色 代 表 三 色 激 光 系 统 图 像 还 给 出 了 利 用 硬 X 射 线 探 测 仪 得 到 的 9~12keV 的 X 射 线 喷 射 王 文 鹏 编 译 自 :Nature Physics (2012) doi: /nphys2239 Multistep redirection by cross-beam power transfer of ultrahigh-power lasers in a plasma Continuum 取 得 480 万 的 Apollon 激 光 订 单 2012 年 3 月 14 日,Optics.org 网 站 报 道,10PW 的 大 型 激 光 装 置 所 需 的 400J 放 7

9 大 器 件 目 前 正 在 法 国 研 发 高 能 量 激 光 器 制 造 商 Continuum Electro-Optics 已 经 与 法 国 国 家 科 学 研 究 中 心 (National Center for Scientific Research, CNRS)) 签 订 480 万 的 合 同, 为 即 将 开 始 的 Apollon 激 光 装 置 供 应 重 要 部 件 图 5 ELI part one - Prague Continuum 将 为 大 型 激 光 装 置 供 应 400J 的 放 大 器 件, 该 装 置 建 成 后, 有 望 成 为 世 界 上 首 个 10 拍 瓦 的 飞 秒 钛 宝 石 激 光 装 置 Apollon 也 被 看 作 是 超 强 光 基 础 设 施 项 目 原 型 机 的 一 部 分 公 司 此 次 签 订 的 合 同 为 期 4 年, 用 来 发 展 高 能 激 光 泵 浦 模 块 按 照 设 计, 该 模 块 具 有 更 高 的 重 复 率 Continuum 与 美 国 罗 切 斯 特 大 学 的 激 光 力 学 能 实 验 室 和 UT Austin 大 学 PW 小 组 的 National Energetics 公 司 合 作 : 这 是 企 业 政 府 实 验 室 和 学 术 机 构 最 佳 的 合 作 目 前 ELI 计 划 由 四 个 不 同 的 部 分 构 成, 在 研 发 的 早 期 阶 段, 每 部 分 有 不 同 的 经 费 预 算, 但 第 四 个 和 最 后 的 激 光 器 将 最 终 提 高 功 率 水 平, 达 到 目 前 十 倍, 为 实 现 艾 瓦 (10 18 ) 量 级 的 装 置 Apollon 建 在 超 强 光 研 究 所 (Institut de la Lumière Extrême), 为 单 光 束 激 光 装 置, 脉 宽 10~15fs, 功 率 达 到 10PW Apollon 激 光 装 置 的 前 端 包 括 80µJ 的 钛 宝 石 源, 能 够 输 出 30fs 的 脉 冲, 波 长 800nm 在 光 束 与 高 重 复 率 Yb:KGW 薄 片 激 光 器 耦 合, 输 入 高 能 钛 宝 石 放 大 器 之 前, 光 谱 进 一 步 扩 展 后, 容 许 脉 宽 缩 短 到 10fs ELI 计 划 的 其 他 商 业 合 作 者 还 包 括 laser specialist Amplitude Systèmes 和 Quantel, Imagine Optic, Jobin Yvon and Thales, 都 是 法 国 的 公 司 滕 晓 丽 编 译 自 : 8

10 先 进 激 光 技 术 与 应 用 我 大 功 率 半 导 体 激 光 器 刺 破 国 外 技 术 壁 垒 中 国 科 技 网 讯 : 中 国 科 学 院 长 春 光 学 精 密 机 械 与 物 理 研 究 所 王 立 军 研 究 员 带 领 的 课 题 组, 攻 克 了 大 功 率 半 导 体 激 光 器 关 键 核 心 技 术, 成 功 开 发 出 千 瓦 量 级 高 光 束 质 量 小 型 化 的 各 种 半 导 体 激 光 光 源, 并 将 成 为 工 业 激 光 加 工 领 域 的 新 一 代 换 代 产 品 日 前 这 项 高 密 度 集 成 高 光 束 质 量 激 光 合 束 高 功 率 半 导 体 激 光 关 键 技 术 及 应 用 荣 获 2011 年 度 国 家 技 术 发 明 奖 二 等 奖 大 功 率 半 导 体 激 光 器 是 激 光 加 工 激 光 医 疗 激 光 显 示 等 领 域 的 核 心 光 源 和 支 撑 技 术 之 一 但 是 它 也 存 在 光 束 质 量 差 单 元 器 件 功 率 小 功 率 密 度 低 等 缺 点 虽 然 通 过 激 光 线 阵 封 装 叠 层 封 装 等 技 术, 能 够 提 高 其 功 率 到 千 瓦 级, 但 是 很 难 提 高 其 功 率 密 度 和 改 善 光 束 质 量, 限 制 了 它 在 上 述 各 领 域 的 应 用 王 立 军 团 队 通 过 激 光 光 束 整 形 激 光 合 束 等 关 键 技 术, 实 现 了 高 光 束 质 量 半 导 体 激 光 大 功 率 输 出 : 发 明 了 一 种 多 模 多 光 纤 功 率 耦 合 器 及 其 制 备 方 法 ; 获 得 了 多 重 光 束 耦 合 大 功 率 半 导 体 激 光 装 置 和 大 功 率 光 束 耦 合 半 导 体 激 光 器 两 项 发 明 专 利, 攻 克 了 半 导 体 激 光 合 束 等 系 列 关 键 技 术, 在 国 内 首 次 开 发 出 2600 瓦 高 光 束 质 量 高 效 节 能 半 导 体 激 光 加 工 机 光 源, 为 产 品 更 新 换 代 奠 定 基 础 ; 获 得 了 半 导 体 激 光 线 阵 及 迭 阵 的 微 通 道 热 沉 化 学 清 洗 装 置 粗 糙 元 型 半 导 体 激 光 器 有 源 热 沉 结 构 及 制 备 方 法 半 导 体 激 光 头 泵 浦 源 用 微 通 道 热 沉 结 构 及 制 备 方 法 和 复 合 热 沉 半 导 体 激 光 器 结 构 及 制 备 方 法 等 4 项 授 权 发 明 专 利 攻 克 了 千 瓦 级 半 导 体 激 光 器 散 热 难 题, 开 发 出 42 层 6700 瓦 激 光 迭 阵 模 块, 成 功 应 用 于 国 家 重 大 项 目 ; 发 明 了 一 种 垂 直 腔 面 发 射 激 光 器 列 阵 的 串 接 结 构, 解 决 了 垂 直 腔 面 发 射 激 光 器 大 面 积 二 维 集 成 面 阵 需 大 电 流 驱 动 的 技 术 难 题, 为 千 瓦 至 万 瓦 级 高 光 束 质 量 激 光 面 阵 开 发 及 应 用 奠 定 了 基 础 摘 编 自 : 德 国 科 学 家 实 现 原 子 量 子 状 态 模 拟 德 国 马 普 学 会 量 子 光 学 研 究 所 的 科 学 家 完 成 一 项 实 验, 将 原 子 排 列 在 光 学 栅 格 点 阵 中, 这 些 原 子 通 过 精 确 的 扰 动 偏 离 平 衡 状 态, 通 过 观 测 其 动 力 学 行 为, 获 得 这 些 处 于 光 学 栅 格 中 相 互 间 有 相 互 作 用 的 单 个 原 子 的 动 力 学 数 据, 首 次 实 现 固 体 9

11 中 相 互 关 联 原 子 系 统 的 动 力 学 行 为 模 拟 研 究 据 科 学 家 们, 可 将 光 学 栅 格 想 象 为 由 激 光 形 成 的 装 鸡 蛋 的 箱 子, 它 是 利 用 激 光 形 成 的 一 种 特 殊 构 造, 其 中 有 按 照 一 定 周 期 有 规 律 出 现 的 凹 穴, 在 每 个 凹 穴 中 可 以 放 置 一 个 原 子, 尤 如 在 鸡 蛋 箱 的 每 个 凹 穴 中 放 置 一 枚 鸡 蛋 一 旦 原 子 处 于 这 样 的 结 构 中, 其 行 为 将 与 在 自 然 状 态 下 一 致, 可 以 对 其 进 行 精 确 的 测 量, 而 这 种 测 量 在 自 然 状 态 的 固 体 物 质 中 是 无 法 进 行 的 通 过 精 确 测 定, 可 以 研 究 复 杂 的 量 子 系 统 如 何 进 入 平 衡 态, 温 度 是 如 何 出 现, 典 型 的 量 子 系 统 如 何 随 时 间 转 变 为 强 相 互 作 用 的 多 粒 子 系 统, 系 统 如 何 在 原 子 间 相 互 作 用 下 形 成 平 衡 状 态, 好 比 可 以 观 察 到 原 子 如 何 入 睡 的 过 程 科 学 家 们 认 为, 该 项 研 究 结 果 对 物 理 学 中 古 老 而 又 具 有 重 大 意 义 的 基 础 性 问 题 给 出 了 一 些 重 要 的 新 认 识 和 解 答 比 如 说, 可 以 解 释 为 什 么 偏 离 平 衡 状 态 的 系 统 可 以 恢 复 其 平 衡 状 态, 物 质 的 物 态 如 温 度 等 是 如 何 产 生 的 原 子 是 构 成 物 质 的 基 础 单 元, 其 大 小 只 有 千 万 分 之 一 毫 米, 远 小 于 可 见 光 的 波 长, 肉 眼 不 能 观 测 到, 在 固 体 中 这 些 微 小 粒 子 大 多 数 呈 有 序 排 列 状 态, 气 体 中 则 呈 无 序 状 态 不 论 原 子 处 于 什 么 聚 集 状 态 下, 人 们 在 现 实 中 一 般 仅 能 见 到 由 大 量 原 子 集 合 构 成 的 宏 观 物 质 因 为 在 原 子 尺 度 上 的 自 然 规 律 是 量 子 律, 在 量 子 世 界 起 作 用 的 规 律 与 我 们 日 常 世 界 完 全 不 同, 从 人 们 的 直 觉 来 看 是 无 法 解 释 并 且 是 佯 谬 的 例 如 在 量 子 世 界, 要 指 出 原 子 的 精 确 位 置, 就 是 没 有 意 义 的 事 情, 再 比 如 宏 观 世 界 非 常 自 然 的 温 度 概 念, 在 微 观 世 界 如 何 解 释 就 是 一 件 并 非 简 单 的 事 情, 物 理 基 本 方 程 中 对 温 度 并 没 有 给 出 定 义 因 此, 人 们 认 为 研 究 单 个 原 子 的 行 为 是 很 难 想 象 甚 至 是 荒 唐 的, 这 一 首 创 的 实 验 将 使 一 情 况 根 本 改 变 同 时, 科 学 家 认 为, 此 项 实 验 成 果 可 以 为 研 究 密 集 强 相 互 作 用 多 粒 子 体 系 提 供 新 手 段, 形 成 量 子 模 拟 的 新 方 法, 比 传 统 的 模 拟 计 算 法 要 功 能 强 大 很 多 目 前 研 究 交 互 作 用 多 粒 子 体 系, 通 常 通 过 超 级 计 算 机 进 行 模 拟 计 算, 运 行 时 间 长 达 多 个 星 期, 并 且 已 经 达 到 其 能 力 的 极 限 该 项 研 究 在 理 论 分 析 和 超 级 计 算 机 模 拟 计 算 方 面 得 到 德 国 慕 尼 黑 大 学 和 柏 林 自 由 大 学 科 学 家 的 支 持 摘 编 自 : 超 快 激 光 照 射 探 测 电 子 运 动 美 国 物 理 学 家 表 示, 他 们 探 索 出 了 一 种 利 用 激 光 探 测 电 流 的 新 方 法 这 一 方 法 基 于 二 次 谐 波 产 生 的 过 程, 就 像 一 个 能 远 程 监 控 电 子 速 度 的 雷 达 测 速 仪 一 样, 能 直 接 看 到 电 子 的 运 动 并 测 出 电 子 的 速 度 相 关 研 究 论 文 发 表 在 物 理 评 论 快 报 杂 志 上 10

12 美 国 堪 萨 斯 大 学 的 物 理 学 助 教 赵 辉 ( 音 译 ) 和 教 授 朱 迪 吴 等 人 在 超 快 激 光 实 验 室 进 行 了 这 项 实 验 他 们 发 现, 高 能 激 光 器 发 出 的 光 照 射 在 一 种 包 含 有 移 动 电 子 的 材 料 上 时, 会 产 生 不 同 颜 色 的 光 在 实 验 中, 他 们 仔 细 研 究 了 纤 薄 的 砷 化 镓 晶 体 材 料, 该 材 料 广 泛 应 用 于 高 速 电 子 学 和 高 速 光 子 学 通 过 朝 整 块 晶 体 施 加 电 压, 他 们 让 电 子 以 特 定 的 速 度 在 晶 体 内 流 动 用 人 眼 看 不 见 的 红 外 激 光 脉 冲 照 射 该 晶 体, 会 产 生 人 眼 可 见 的 红 光, 这 正 是 二 次 谐 波 产 生 过 程 出 现 的 信 号 他 们 还 发 现, 红 光 的 亮 度 与 电 子 的 速 度 成 比 例, 也 就 是 说 电 子 运 动 速 度 越 快, 红 光 越 亮 ; 而 当 电 子 没 有 直 接 运 动 时, 没 有 红 光 出 现 赵 辉 表 示 : 通 过 探 测 红 光, 我 们 能 精 确 测 量 电 子 的 速 度, 电 子 不 需 要 同 其 他 样 本 接 触 ; 我 们 也 不 会 干 扰 电 子 的 活 动 在 此 项 研 究 之 前, 现 有 探 测 实 验 技 术 都 基 于 电 流 有 三 个 效 应 : 它 能 为 系 统 充 电 改 变 系 统 的 温 度 并 产 生 磁 场 而 科 学 家 最 新 发 现, 电 流 还 具 有 光 子 效 应, 这 种 使 用 激 光 研 究 电 流 的 新 方 法 完 全 基 于 这 一 最 新 效 应 研 究 人 员 表 示, 新 方 法 有 望 改 善 现 今 的 很 多 可 再 生 能 源 技 术, 诸 如 太 阳 能 电 池 人 工 光 合 作 用 以 及 水 分 解 等, 因 为 这 些 技 术 都 依 靠 对 电 流 进 行 探 测 而 且, 能 更 好 阅 读 电 子 运 动 的 传 感 器 可 能 会 成 为 下 一 代 手 机 和 计 算 机 的 基 础 摘 编 自 : 实 时 高 速 信 息 传 输 太 空 宽 带 不 再 遥 远 3 月 初, 海 洋 二 号 卫 星 正 式 交 付 使 用 较 其 他 卫 星 不 同 的 是, 海 洋 二 号 第 一 次 搭 载 进 行 了 我 国 首 次 星 地 激 光 通 信 试 验 并 取 得 圆 满 成 功, 来 自 哈 尔 滨 工 业 大 学 的 科 研 团 队 解 决 了 一 个 航 天 领 域 的 世 界 难 题 : 如 何 使 卫 星 所 获 取 的 海 量 信 息, 快 速 准 确 地 传 输 给 地 面? 星 地 激 光 通 信 属 于 卫 星 激 光 通 信 的 一 个 组 成 部 分, 简 言 之, 就 是 将 卫 星 和 地 面 用 激 光 链 接 起 来, 形 成 空 间 的 信 息 高 速 公 路, 进 行 数 据 的 传 输 去 年 10 月 25 日, 我 国 首 次 星 地 激 光 通 信 链 路 双 向 捕 获 跟 踪 试 验 取 得 成 功, 这 被 认 为 是 我 国 卫 星 通 信 技 术 发 展 史 上 的 一 个 重 要 里 程 碑 该 项 试 验 的 成 功, 标 志 着 我 国 在 空 间 高 速 信 息 传 输 这 一 航 天 高 技 术 尖 端 领 域 走 在 了 世 界 发 展 前 列 我 国 成 为 第 二 个 成 功 进 行 卫 星 激 光 高 速 通 信 试 验 的 国 家, 在 国 际 上 第 一 次 成 功 进 行 了 卫 星 与 地 面 直 接 探 测 高 速 星 地 激 光 通 信 试 验 今 年 2 月 21 日, 在 星 地 激 光 通 信 试 验 在 轨 测 试 评 审 会 上, 评 审 专 家 认 为, 星 地 激 光 通 信 试 验 星 上 终 端 工 作 状 态 稳 定, 各 项 功 能 和 性 能 满 足 研 制 总 要 求, 星 地 激 光 通 信 链 路 实 现 了 快 速 捕 获 全 链 路 稳 定 跟 踪 和 高 速 通 信, 圆 满 完 成 预 定 的 在 轨 测 试 任 务, 链 路 性 能 达 到 国 际 领 先 水 平 11

13 哈 工 大 教 授 指 出, 卫 星 激 光 通 信 应 用 后, 能 够 同 时 进 行 3000 个 高 清 晰 电 视 信 道 广 播, 约 个 普 通 电 视 信 道 广 播, 明 显 拓 展 信 息 传 播 渠 道 在 减 灾 方 面, 这 一 技 术 也 有 十 分 广 泛 的 应 用 卫 星 上 高 清 相 机 拍 摄 的 灾 害 资 料, 利 用 这 一 技 术 能 避 免 数 据 压 缩 导 致 的 失 真, 将 相 关 数 据 快 速 准 确 地 传 输 回 地 面, 及 时 地 对 灾 情 做 出 判 断 和 预 报 为 抢 先 建 立 空 间 高 速 信 息 公 路, 在 空 间 信 息 领 域 掌 握 主 动, 美 国 欧 空 局 日 本 都 在 下 大 力 气, 全 力 进 行 卫 星 激 光 通 信 的 研 究 实 现 星 地 激 光 通 信, 需 要 卫 星 和 地 面 上 的 两 光 束 极 其 准 确 地 对 准, 否 则, 失 之 毫 厘, 差 之 千 里 早 于 中 国 进 行 卫 星 激 光 通 信 研 究 的 日 本, 曾 这 样 形 容 : 它 相 当 于 在 东 京 瞄 准 80 公 里 外 富 士 山 上 一 个 移 动 的 针 眼 这 项 技 术 试 验 对 各 项 仪 器 设 备 的 精 度 要 求 非 常 苛 刻 以 卫 星 激 光 通 信 样 机 为 例, 它 由 多 光 轴 构 成, 对 平 行 度 要 求 极 高, 而 机 械 调 整 定 位 经 常 在 亚 微 米 量 级 亚 微 米 是 毫 米 的 万 分 之 一 精 度, 靠 单 纯 的 机 械 加 工 根 本 无 法 完 成, 只 有 依 靠 科 技 人 员 不 断 精 心 调 试 才 能 达 到 要 求 的 精 度 首 次 星 地 激 光 通 信 链 路 试 验 取 得 成 功 铺 就 了 未 来 天 网 的 一 条 天 路 单 个 计 算 机 很 神 奇, 但 是 只 有 联 起 网 来 才 能 发 挥 更 大 的 效 应 星 地 激 光 通 信 链 路 试 验 就 是 为 了 在 轨 验 证 卫 星 激 光 通 信 技 术, 为 卫 星 的 组 网 做 准 备, 使 得 星 地 星 星 之 间 链 接 起 来, 做 到 数 据 更 加 实 时 准 确 地 传 输 摘 编 自 : 新 型 光 纤 让 看 三 维 电 影 不 戴 眼 镜 麻 省 理 工 学 院 的 电 气 工 程 师 和 材 料 科 学 家 近 日 制 造 出 一 种 神 奇 的 光 纤, 用 其 编 织 成 的 柔 性 显 示 屏 可 以 播 放 三 维 (3D) 图 像 而 观 众 不 必 佩 戴 特 制 眼 镜 来 观 看 该 研 究 近 期 发 表 在 自 然 - 光 子 学 网 站 上 说 起 3D 立 体 显 示 技 术, 我 们 会 立 即 想 起 3D 电 影, 呈 现 在 眼 前 的 立 体 效 果 令 人 有 逼 真 的 身 临 其 境 的 感 觉 但 如 今 主 流 的 3D 立 体 显 示 技 术 仍 然 不 能 使 我 们 摆 脱 特 制 眼 镜 的 束 缚, 这 使 得 其 应 用 范 围 以 及 使 用 舒 适 度 都 打 了 折 扣, 而 且 不 少 3D 技 术 若 长 时 间 体 验, 会 让 观 众 产 生 恶 心 眩 晕 等 感 觉 于 是,3D 立 体 显 示 能 够 持 续 发 展 的 动 力, 就 落 到 了 裸 眼 3D 显 示 技 术 这 一 前 沿 科 技 身 上 光 纤 的 工 作 原 理 是, 在 发 送 端 首 先 要 把 传 送 的 信 息 ( 如 话 音 ) 变 成 电 信 号, 然 后 调 制 到 激 光 器 发 出 的 激 光 束 上, 使 光 的 强 度 随 电 信 号 的 幅 度 ( 频 率 ) 变 化 而 变 化, 并 通 过 光 纤 发 送 出 去 ; 在 接 收 端, 检 测 器 收 到 光 信 号 后 把 它 变 换 成 电 信 号, 经 解 调 后 恢 复 原 信 息 12

14 拥 有 同 样 工 作 原 理 的 新 光 纤 独 特 之 处 在 于, 其 纤 维 的 纤 芯 嵌 入 了 一 个 微 小 的 液 滴 当 激 光 照 射 液 滴 时, 会 发 生 散 射 纤 芯 的 四 周 覆 以 多 层 不 同 光 学 性 质 的 材 料, 发 挥 镜 子 一 样 的 作 用, 这 样 就 可 以 有 效 地 创 造 出 360 度 的 激 光 束 光 纤 纤 芯 的 四 周 还 有 四 个 通 道, 灌 入 液 晶, 每 条 通 道 与 两 个 电 极 相 连, 通 过 改 变 施 加 在 液 晶 上 的 电 压, 可 以 改 变 其 透 明 度 虽 然 结 构 如 此 复 杂, 但 这 种 光 纤 的 直 径 仅 为 400 微 米 (0.4 毫 米 ), 而 人 的 头 发 的 直 径 为 100 微 米, 液 晶 显 示 器 的 像 素 大 约 为 300 微 米 研 究 人 员 可 以 把 很 多 工 作 控 制 在 一 个 像 素 的 基 础 上 进 行, 即 可 以 沿 着 纤 维 从 头 到 尾 从 前 到 后 制 作 出 无 数 的 激 光 点 换 句 话 说, 如 果 一 个 电 视 屏 幕 由 这 些 纤 维 构 成, 这 一 边 可 以 显 示 一 个 图 像, 而 另 一 侧 可 以 显 示 不 同 的 图 像 这 样 坐 在 电 视 屏 幕 前 的 不 同 观 众, 可 以 看 到 完 全 不 同 的 电 视 节 目 同 样, 观 众 不 用 戴 3D 眼 镜 就 可 以 观 看 完 美 的 3D 影 像, 而 且 坐 在 电 视 屏 幕 后 面 的 观 众 也 能 收 看 这 种 光 纤 的 唯 一 缺 点 是, 目 前 在 每 个 光 纤 中 还 只 能 放 入 一 滴 液 滴 研 究 人 员 正 在 设 法 让 液 滴 来 回 运 动 的 速 度 足 够 快, 以 形 成 多 像 素 的 效 果 更 值 得 注 意 的 是, 这 种 新 纤 维 具 有 伸 展 性, 可 以 制 成 数 公 里 长 新 纤 维 可 到 达 人 体 的 任 何 部 位, 因 此 可 以 制 成 高 度 精 确 的 医 疗 装 置 新 光 纤 还 可 以 应 用 于 光 动 力 疗 法, 即 利 用 光 来 激 活 药 物, 光 动 力 疗 法 是 目 前 唯 一 相 对 非 侵 入 性 的 和 无 毒 的 治 疗 癌 症 的 方 法 摘 编 自 : 美 国 空 军 研 究 实 验 室 已 突 破 可 穿 透 尘 土 和 云 雾 的 光 学 偏 振 成 像 关 键 技 术 美 国 空 军 研 究 实 验 室 (AFRL) 的 美 国 空 军 科 学 研 究 办 公 室 (Air Force Office of Scientific Research,AFSOR) 正 在 投 资 开 发 基 于 新 型 圆 偏 振 滤 光 镜 的 偏 振 成 像 技 术 该 技 术 在 军 民 领 域 都 有 广 泛 的 应 用 前 景 来 自 美 国 科 罗 拉 多 矿 业 大 学 (CSM) 和 ITN 能 源 系 统 公 司 的 科 学 家 们 承 担 了 AFSOR 的 这 一 项 目 在 该 项 目 中 开 发 的 新 型 圆 偏 振 滤 光 镜 能 够 快 速 和 高 效 地 测 量 出 光 线 的 偏 振 情 况 采 用 该 圆 偏 振 滤 光 镜 进 行 成 像 的 数 字 式 摄 像 机 与 现 代 数 字 式 摄 像 机 有 些 类 似 现 代 彩 色 数 字 式 摄 像 机 是 通 过 在 电 荷 耦 合 器 件 (CCD) 芯 片 上 方 直 接 安 装 微 型 色 彩 滤 光 镜 实 现 的, 其 每 一 个 像 素 实 际 上 都 包 含 3 个 或 者 4 个 独 立 的 探 测 某 种 离 散 色 彩 的 像 素 偏 振 成 像 摄 像 机 也 使 用 一 台 简 单 的 数 字 式 摄 像 机, 但 它 使 用 的 前 述 新 型 圆 偏 振 滤 光 镜 不 仅 能 够 区 分 色 彩, 还 能 够 对 线 偏 振 光 和 圆 偏 振 光 进 行 测 量 如 果 能 够 制 作 出 微 型 偏 振 滤 光 镜 并 将 它 安 装 在 探 测 器 阵 列 顶 部, 就 能 够 发 明 偏 13

15 振 成 像 摄 像 机 尽 管 线 偏 振 滤 光 镜 很 容 易 制 造, 但 圆 偏 振 滤 光 镜 一 直 都 很 难 制 造 现 在 这 一 问 题 可 能 已 经 解 决 了 CSM 和 ITN 能 源 系 统 公 司 的 研 究 团 队 开 发 了 一 种 可 以 准 确 测 量 圆 偏 振 光 的 微 型 结 构, 而 这 是 制 造 一 台 真 正 的 偏 振 成 像 摄 像 机 的 关 键 更 重 要 的 是, 该 结 构 的 顶 部 可 以 同 时 集 成 色 彩 滤 光 镜 和 偏 振 滤 光 镜, 这 样 就 能 制 造 出 彩 色 / 偏 振 混 合 摄 像 机, 能 够 测 量 出 光 线 所 包 含 的 一 切 信 息 由 于 光 线 的 偏 振 情 况 包 含 着 大 量 的 信 息, 因 此 能 够 准 确 测 量 光 线 偏 振 情 况 的 技 术 有 着 许 多 令 人 感 兴 趣 的 应 用 方 向 它 能 增 强 穿 透 尘 土 / 云 雾 的 视 觉 ( 因 为 光 线 在 穿 过 尘 土 或 云 雾 时, 通 常 会 以 某 种 确 定 的 方 式 发 生 偏 振 ), 进 而 提 升 对 目 标 的 跟 踪 能 力, 同 时 减 少 错 误 瞄 准 的 情 况 ; 它 还 有 潜 力 用 于 癌 症 早 期 检 查, 甚 至 可 改 善 观 众 欣 赏 三 维 电 影 的 感 受 摘 编 自 日 开 发 成 功 高 效 光 信 号 转 换 技 术 日 本 独 立 行 政 法 人 产 业 技 术 综 合 研 究 所 和 NEC 合 作 研 发 成 功 光 纤 与 光 电 集 成 电 路 之 间 的 高 效 光 信 号 转 换 技 术 随 着 计 算 机 和 手 机 等 信 息 通 讯 设 备 的 普 及, 网 络 数 据 传 输 量 急 剧 增 加 网 络 负 荷 增 大 对 此 各 国 都 在 加 快 光 纤 网 络 建 设, 但 同 时 造 成 光 信 号 控 制 装 置 ( 节 点 装 置 ) 急 速 增 加, 电 力 消 耗 增 大 光 频 段 数 量 也 受 到 限 制 对 此, 有 关 国 家 正 在 加 紧 研 究 利 用 低 耗 电 的 光 电 集 成 电 路 来 取 代 传 统 的 节 点 装 置, 其 中 关 键 是 如 何 实 现 与 多 数 光 纤 有 效 结 合 的 多 频 段 光 转 换 技 术 该 研 究 利 用 硅 光 电 技 术 研 制 出 的 多 路 硅 光 波 导 转 换 器, 可 方 便 地 安 装 在 光 电 集 成 电 路 和 光 纤 之 间, 光 纤 中 多 频 段 的 10 微 米 光 束 通 过 光 转 换 器 转 换 成 适 合 光 电 集 成 电 路 光 波 导 回 路 的 1 微 米 光 束, 同 时 可 使 光 的 折 射 率 同 步 转 换, 改 变 了 以 往 利 用 透 镜 改 变 光 束 直 径, 信 号 损 失 大 频 段 有 限 安 装 复 杂 等 弱 点 实 现 了 光 纤 与 光 电 集 成 电 路 光 波 导 回 路 之 间 的 高 效 光 信 号 转 换, 取 得 了 多 频 段 光 电 集 成 电 路 光 转 换 技 术 的 突 破 性 进 展 该 研 究 成 果 已 于 2012 年 2 月 6 日 在 应 用 物 理 学 会 Applied Physics Express 杂 志 上 发 表 摘 编 自 : 我 国 巨 资 建 国 际 唯 一 波 长 可 调 极 紫 外 自 由 电 子 激 光 对 原 子 分 子 的 探 测 是 物 理 化 学 研 究 的 基 础, 但 由 于 现 有 仪 器 设 备 的 限 制, 大 14

16 多 数 分 子 和 自 由 基 难 以 被 单 光 子 电 离, 使 很 多 研 究 无 法 深 入, 成 为 困 扰 科 研 工 作 者 的 一 大 难 题 一 项 旨 在 解 决 该 难 题 的 实 验 装 置 即 将 在 我 国 建 设 3 月 12 日, 总 预 算 达 1.4 亿 元 的 国 家 重 大 科 研 仪 器 设 备 专 项 基 于 可 调 极 紫 外 相 干 光 源 的 综 合 实 验 研 究 装 置 在 大 连 正 式 启 动 它 将 成 为 国 际 上 唯 一 一 套 工 作 在 50~150 纳 米 区 间 且 波 长 可 调 的 全 相 干 高 亮 度 的 自 由 电 子 激 光 器 项 目 总 负 责 人 中 科 院 院 士 杨 学 明 表 示, 该 装 置 的 研 制 将 极 大 提 升 我 国 在 能 源 等 相 关 基 础 科 学 领 域 的 实 验 水 平, 并 极 有 希 望 成 为 国 际 上 相 关 领 域 的 一 个 重 要 研 究 基 地 在 1.4 亿 元 的 项 目 总 预 算 中, 国 家 自 然 科 学 基 金 委 资 助 1.03 亿 元 用 于 自 由 电 子 激 光 和 实 验 装 置 的 研 制, 中 科 院 大 连 化 物 所 自 筹 约 0.4 亿 元 用 于 基 建 和 公 用 设 施 该 项 目 的 科 学 目 标 是 研 制 一 套 基 于 HGHG 模 式 的 波 长 可 调 谐 的 极 紫 外 相 干 光 源 以 及 利 用 这 一 性 能 优 越 的 光 源 的 实 验 装 置 这 也 将 成 为 世 界 上 独 特 的 相 关 基 础 科 学 问 题 的 实 验 平 台 据 悉, 目 前 经 费 已 经 到 位, 装 置 计 划 将 于 2015 年 年 底 前 建 成 而 且 会 在 全 国 实 现 仪 器 共 享, 可 应 用 于 物 理 化 学 生 物 能 源 等 多 个 领 域 摘 编 自 : 编 印 : 上 海 光 机 所 图 书 馆 联 系 地 址 : 上 海 嘉 定 清 河 路 390 号 邮 编 : 电 话 : , , 网 址 : 电 邮 :lib@siom.ac.cn txl@siom.ac.cn lihaiyan@siom.ac.cn 15