中國高性能條紋相機研製成功 捕捉1微秒內超快現象

我國高性能條紋相機研製成功

　　捕捉1微秒內(nei) 的超快現象(解碼·發現)

　　5月22日，由中科院西安光學與(yu) 精密機械研究所(以下簡稱中科院西安光機所)承擔的國家重大科研裝備研製項目“高性能條紋相機的研製”順利通過驗收，標誌著我國具有自主產(chan) 權的高性能條紋相機進入實用階段。

　　具備同時測量超高時間分辨率與(yu) 高空間分辨率的*科學儀(yi) 器

　　超快現象(持續時間小於(yu) 1微秒即百萬(wan) 分之一秒)廣泛存在於(yu) 自然或科學技術研究中。例如，植物的光合作用過程、超大規模集成電路所產(chan) 生的電脈衝(chong) 、化學反應的分子動力學過程、生物材料熒光發射、激光器產(chan) 生的超短激光脈衝(chong) 、強光與(yu) 物質相互作用物理過程等，其發生的時間多在皮秒、飛秒甚至阿秒量級範圍內(nei) 。

　　中科院西安光機所所長趙衛說：“超快現象研究對自然科學、能源、材料、生物、光物理、光化學、激光技術、強光物理、高能物理等研究及技術領域具有重要意義(yi) 。但是捕捉這種現象，靠人眼和普通相機是不行的。”

　　中國科學院院士侯洵說：“我們(men) 人類眼睛的分辨能力是1/24秒，也就是說，任何變化快於(yu) 1/24秒的過程，我們(men) 眼睛是看不清楚的。事情發生了，眼睛隻能看到的是起始的情況和zui終的情況，中間的過程是看不清楚的。”

　　那麽(me) ，該借助什麽(me) 儀(yi) 器來捕捉超快現象呢？答案是高性能條紋相機。

　　趙衛說：“高性能條紋相機是具備能夠同時測量超高時間分辨率(皮秒和飛秒)，與(yu) 高空間分辨率(微米)的*科學儀(yi) 器，涉及的儀(yi) 器和技術已接近物理極限，代表了當前光電診斷技術的zui高水平。”

　　“高性能條紋相機主要是提高了人類的時間分辨能力。”侯洵說，“通俗來說，條紋相機把時間分辨率轉換成空間分辨率。舉(ju) 個(ge) 例子，假如有一隊人依次進入一個(ge) 房間，如果你想弄清楚誰先進來誰後進來，一個(ge) 辦法就是讓先進來的人站屋子的一頭，後麵進來的人依次排在他旁邊站隊。zui後根據空間上他們(men) 站的位置，就可以清楚地知道誰先來誰後來。”

　　侯洵進一步解釋，“一束光照射光電陰極，光照在上麵時會(hui) 發出電子，那麽(me) ，當然先到的光發出的電子也在前麵。電子進來之後，我們(men) 就可以用電磁場來操縱，就是掃描。電子經過掃描之後，假如*個(ge) 來的電子坐在zui左邊，第二個(ge) 在它之後，後麵依次類推。然後根據它們(men) 的空間位置成像，看到圖像中的空間位置就可以推斷出時間順序了。”

　　可應用於(yu) 正負電子對撞機等大型裝置和航天等領域

　　條紋相機的應用領域很廣。

　　侯洵說：“在同步輻射裝置以及正負電子對撞機等大型裝置中，條紋相機可以診斷粒子束團和光束長度等關(guan) 鍵性指標，對重大裝置的改進和性能進一步提高提供參考依據；在航天領域也有非常大的需求，是一種可以在探測器和目標同時瞬變情況下進行實時成像的係統。”

　　然而由於(yu) 條紋相機應用領域的前瞻性和敏感性，一直以來，條紋相機的學術研究成果及器件設備的共享性很低。趙衛說：“目前，我們(men) 國內(nei) 對條紋相機的需求量每年大約50台。與(yu) 其受製於(yu) 人，不如我們(men) 自己努力來研製。”

　　於(yu) 是，2012年起，在中國科學院和財政部的策劃支持下，中國科學院西安光學與(yu) 精密機械研究所啟動了“高性能條紋相機的研製”項目，針對高性能條紋相機的時間分辨率、動態範圍和同步頻率三個(ge) 主要技術指標的提升開始進行攻關(guan) 。

　　雖然，在此之前，中科院西安光機所在條紋相機領域已經有50多年的研究曆史，有一定的技術積累，但攻關(guan) 過程仍然十分艱辛。項目團隊克服了很多難以想象的困難，zui終解決(jue) 了條紋相機製備過程中存在的各種工藝問題和工程實施難題，在很多關(guan) 鍵技術領域取得了係列突破，獲得了多項創新性成果，成功研製條紋相機相關(guan) 大型設備8台套。

　　目前已實現小批量生產(chan) ，爭(zheng) 取2020年年底走向市場

　　項目驗收會(hui) 上，專(zhuan) 家組認為(wei) ：項目組完成了飛秒條紋相機、同步掃描條紋相機和大動態範圍條紋相機的研製工作，所有指標均達到實施方案規定的考核指標要求，三類條紋相機均已達到實用化，其整體(ti) 性能達到先進水平。部分核心關(guan) 鍵技術和工藝難題得以突破，達到水平。

　　趙衛說：“項目還促進了兩(liang) 大新領域的發展。一是提出全光固體(ti) 超快成像技術研製方案，國內(nei) 研製成功同時具有超快時間分辨率、二維超高空間分辨率的全光固體(ti) 相機，實現了條紋相機技術從(cong) 真空到固體(ti) 的跨越式發展，各項指標也達到水平。二是基於(yu) 條紋相機研究團隊在電真空器件領域的專(zhuan) 業(ye) 優(you) 勢，突破了大麵積光電增倍管關(guan) 鍵技術，為(wei) 我國中微子探測實驗提供了技術保障。”

　　此外，項目研製期間還建成了設計與(yu) 仿真平台、電真空器件製備平台、超快電子技術平台、綜合測試與(yu) 分析評估平台，形成了模塊化、小批量條紋相機的研製生產(chan) 能力，並培養(yang) 了一支高水平的條紋相機專(zhuan) 業(ye) 化研發團隊。

　　中國科學院副院長張濤表示，研製儀(yi) 器的zui終目的是要能用好。“希望項目團隊能進一步加強儀(yi) 器設別的科學應用，促進重大科研成果產(chan) 出，做好產(chan) 業(ye) 化推廣，更好地服務國家基礎前沿研究。”

　　趙衛透露：“目前項目已實現了小批量生產(chan) ，預計到2020年年中，實現條紋相機的規模化生產(chan) 和銷售，達到每年200台，到2020年年底走向市場。”