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中国科学家首次“拍”到新型激光诞生全过程

阅读量: 217次 发布时间:2024-10-29 13:33:14

  本报讯(记者 黄海华)正如计算机从一间房到手掌大小,改变了我们的生活,小型化光源长久以来是激光科学家的不懈追求。近日,中国科学院上海光学精密机械研究所李儒新院士和田野研究员团队,在小型化自由电子相干光源领域取得突破性进展。研究人员采用超快光学技术,在国际上第一次直接“拍摄”到自由电子受激辐射放大的动态全过程,对于发展小型化/集成化的高功率自由电子相干光源具备极其重大意义。相关研究今天将发表于国际学术期刊《自然》。

  光源是人类探索未知世界最重要的工具之一,40余项诺贝尔奖与光源技术和应用直接相关。

  近年来,作为半导体集成电路基础的微纳制造工艺慢慢的提升,使集成化的自由电子光源成为可能。在自由空间传输的光,通常要以光学晶体为介质,这就像借助充电宝,光的能量得以被放大。然而,晶体如同一个密室,科学家很难直接观测到光是如何放大的。波导表面光场则完全不同,整个增益放大过程全程展现在表面,可以直接被观测到。

  相比我们目光所及的自由空间可见光场,波导表面光场有着亚波长和近场电压增强的优异特性。亚波长的尺寸小于电磁波,这就好比把电场加载到一根针上,其尖端会发生放电,也就是近场电压增强。正是有着这些优异特性,波导表面光场近年来逐步应用于新一代无线通信、纳米尺度的成像与探测等领域,有望带来变革性的技术影响。目前国际上产生表面光场主要有电子直接激发与波导耦合两种方式,但都受限于低耦合效率导致的弱光场能量,进而限制了其在上述领域的应用。因此,发展高功率光源是该领域亟待解决的问题。

  当绝大多数人试图在自由空间解决高功率光源这一问题时,上海光机所研究团队另辟蹊径提出了“电子能否将表面光放大”的创新思路。

  对于这一前人未曾有过的设想,他们紧紧抓住乍现的灵感,开始了最艰难的原理设计。“当电子像仪仗队一样整齐划一,就能产生更大的功率。”田野告诉解放日报·上观新闻记者,如果把表面光上的电子看成是水面上划龙舟的水手,谁划的波浪大,产生的功率或辐射的能量就越高,谁就赢得比赛。无疑,最有效的策略是,所有水手动作一致往一个方向使劲,这种同频共振(相干性)就能划出更大的波浪。反之,如果划动方向不一致,水波涟漪混乱,龙舟的速度就会慢下来。

  历经5年的探索,该团队不仅拍摄到了“水手划龙舟”的动态全过程,还开辟了一条新“赛道”,将光能量放大了4个数量级。以往为了产生波浪,要么直接把水手扔到水面激发浪花,要么注入新的水源(激光)引发浪花,但这两种方案的缺点是效率很低,产生的浪花也很小。

  未来,研究团队将基于这一全新技术逐步发展小型化/集成化的相干光源,并拓展其在光谱探测、传感、信息处理领域的交叉应用。

  科学普及是推动创新发展不可或缺的“一翼”,建设高水平科普人才队伍是壮大“科普之翼”的关键。我们始终相信,通过深入实施、逐渐完备这一制度,必将推动优秀科普人才持续涌现,为科学技术创新与科学普及“两翼齐飞”提供强劲动力。

  我国第四批预备航天员已于今年8月入队参加训练,不仅要执行空间站任务,未来也将执行载人登月任务。

  由中国航发完全自主研制、具备国际竞争力的900千瓦级涡桨发动机AEP100,于日前成功配装全球最大无人运输机——白鲸航线

  党的二十届三中全会审议通过的《中央关于进一步全面深化改革、推进中国式现代化的决定》提出,高水平质量的发展是全面建设社会主义现代化国家的第一个任务。必须以新发展理念引领改革,立足新发展阶段,深化供给侧结构性改革,完善推动高水平质量的发展激励约束机制,塑造发展新动能新优势。

  2023年中国创新指数测算结果为,2023年中国创新指数达到165.3(以2015年为100),比上年增长6.0%,保持稳步增长态势。

  该项目研究团队由合肥综合性国家科学中心人工智能研究院、中国科学技术大学、本源量子计算科技(合肥)股份有限公司(以下简称“本源量子”)等单位组成。

  近日,中国科学院南京地质古生物研究所博士许春鹏、研究员王博和研究员张海春,与临沂大学地质与古生物研究所教授陈军、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所博士余逸伦等合作,以古蝉为研究对象开展综合研究工作,相关研究成果日前在线发表于国际学术期刊《科学进展》。

  北京协和医院乳腺外科主任医师孙强正在为患者进行手术。北京协和医院乳腺外科主任周易冬:乳腺癌相关的危险因素可分为固有因素和可控因素。

  与秋燥引起的皮肤干燥相比,干燥综合征患者的皮肤干燥更为持久且难以改善,有时还会出现瘙痒、脱屑等症状,部分患者会关节疼痛、肿胀,甚至关节畸形。

  据日前召开的全国农业科学技术工作会议消息:围绕建设农业强国战略需求,我国将谋划设立一批重点实验室、大科学装置,建设一批农业科学实验站和数据中心,全力发展新型研发机构,抓好国家农业高新技术产业示范区建设。

  钙钛矿太阳能电池作为一种新兴清洁能源,为光伏行业高水平质量的发展注入了新动能。近日,北京大学联合国内外多个研究组,提出高密勒指数晶面相干生长提升钙钛矿太阳能电池性能的新策略。相关研究成果发表于《自然》。

  24日,国家航天局在北京举办实践十九号卫星载荷交付仪式。此次交付的实践十九号卫星搭载载荷包括主粮作物、经济作物、微生物航天育种载荷以及空间技术试验载荷等二十大类。

  “1公斤DNA便可以装下全世界数据。”日前,北京大学张成、钱珑联合研究团队与合作者提出了一种全新的并行“印刷”DNA存储策略,成功将信息打印在DNA分子之上,犹如在白纸上批量印刷信息。

  日前,国仪量子发布全球首个AI电子顺磁共振波谱仪,该系列新产品不仅具备AI功能,还将关键核心指标——信噪比提至全球顶配水平的10000:1,取得顺磁共振波谱学领域的重大突破。

  一项研究表明,自2001年以来,全球由森林火灾产生的二氧化碳排放量激增了60%。相关研究10月17日发表于《科学》。

  近日,中国科学院、国家航天局、中国载人航天工程办公室联合发布《国家空间科学中长期发展规划(2024—2050年)》(下称“规划”)。规划提出了中国有望取得突破的五大科学主题和17个优先发展趋势。其中,在“宜居行星”主题中,太阳系考古、地外生命探寻等优先发展趋势备受关注。

  免疫检查点阻断(ICB)是一种重要的癌症疗法,遗憾的是,该疗法应答率偏低——对少数产生应答的患者疗效显著,对大部分患者却难以奏效。因此,怎么样提高ICB治疗应答率成为癌症治疗的一个关键问题。

  近日,西北工业大学物理科学与技术学院教授臧渡洋团队成功制备出地球上最“长寿”气泡,在声悬浮条件下气泡保持时间可达23分36秒,且在被直径0.8毫米的热铜针穿透时,悬浮气泡仍能保持不破裂。

  近日,中国科学院新疆理化技术研究所(以下简称“新疆理化所”)发布了一项引人注目的研究成果:科研人员以地球玄武岩为原料模拟火星壤,并通过熔融拉丝技术,将其制备成连续模拟火星壤纤维。这在某种程度上预示着未来人类有望就地取材,建设火星基地。相关研究论文于日前发表于国际期刊《交叉科学》。

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