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　　在光的世界里馳騁
　　中國(guó)計(jì)量院前沿光學(xué)計(jì)量領(lǐng)域研究成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平

　　“飛秒激光”———瞬間發(fā)出的功率比全世界發(fā)電總功率還大的奇特之光;“太赫茲頻段”———電磁波譜中有待進(jìn)行全面研究的最后一個(gè)頻率窗口。2009年12月23日，在中國(guó)計(jì)量院昌平實(shí)驗(yàn)基地舉行的兩場(chǎng)課題鑒定會(huì)上，與會(huì)專家一致認(rèn)為，我國(guó)在飛秒脈沖激光參數(shù)測(cè)量、太赫茲產(chǎn)生與測(cè)量等前沿光學(xué)計(jì)量領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際一流研究水平。

　　激光曾被視為神秘之光。近年來(lái)，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)了一種更為奇特的光———飛秒激光。飛秒激光是一種以脈沖形式運(yùn)轉(zhuǎn)的激光，具有非常高的瞬時(shí)功率，比目前全世界發(fā)電總功率還要高出百倍。它還能聚焦到比頭發(fā)直徑還要小的空間區(qū)域，使電磁場(chǎng)的強(qiáng)度比原子核對(duì)其周?chē)�電子的作用力還要高數(shù)倍。

　　在飛秒激光的各項(xiàng)研究中，其參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)飛秒脈沖激光產(chǎn)生、傳輸、控制等各個(gè)過(guò)程的研究和應(yīng)用具有重要作用。由中國(guó)計(jì)量院光學(xué)所完成的課題“飛秒脈沖激光參數(shù)測(cè)量新技術(shù)研究”自主研究并建立了準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定、實(shí)用的飛秒脈沖激光參數(shù)測(cè)量裝置，對(duì)飛秒脈沖激光參數(shù)測(cè)量引起誤差的各種因素做了系統(tǒng)、深入的研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛秒脈沖激光時(shí)域波形、光譜相位、脈沖寬度、峰值功率等參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量。“我們首次提出并實(shí)現(xiàn)了飛秒脈沖光譜相位和光學(xué)元件色散特性測(cè)量的新方法和新技術(shù)，降低了傳統(tǒng)方法的光譜相位測(cè)量不確定度和誤差，將飛秒脈沖激光參數(shù)的準(zhǔn)確度提高到一個(gè)新水平。”課題組主要成員鄧玉強(qiáng)介紹，課題組的創(chuàng)造性研究成果已多次被日本北海道大學(xué)、法國(guó)圣艾蒂安大學(xué)、中國(guó)工程物理研究院、中科院上海光機(jī)所等國(guó)內(nèi)外著名研究機(jī)構(gòu)引用，促進(jìn)了超短脈沖激光研究和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，提升了我國(guó)在超短脈沖激光參數(shù)測(cè)量領(lǐng)域的國(guó)際地位。在課題鑒定會(huì)上，專家組也認(rèn)為，該課題的完成標(biāo)志著我國(guó)在前沿光學(xué)計(jì)量領(lǐng)域達(dá)到了國(guó)際一流水平。

　　飛秒激光參數(shù)測(cè)量技術(shù)等超快技術(shù)的發(fā)展直接推動(dòng)了光學(xué)計(jì)量另一前沿高端技術(shù)的進(jìn)步，那就是太赫茲研究。據(jù)介紹，太赫茲頻段是指頻率從十分之幾到十幾個(gè)太赫茲，介于毫米波與紅外光之間相當(dāng)寬范圍的電磁輻射區(qū)域。長(zhǎng)期以來(lái)，由于缺乏有效的太赫茲輻射產(chǎn)生和檢測(cè)方法，人們對(duì)于該波段電磁輻射性質(zhì)的了解非常有限，該波段也被稱為電磁波譜中的“太赫茲空隙”，是電磁波譜中有待進(jìn)行全面研究的最后一個(gè)頻率窗口。

　　談到太赫茲研究的運(yùn)用領(lǐng)域，中國(guó)計(jì)量院光學(xué)所所長(zhǎng)于靖仿佛一下子打開(kāi)了話匣子：“太赫茲的作用簡(jiǎn)直太大了。在食品領(lǐng)域，不同的物質(zhì)在太赫茲波段存在不同的吸收譜線，因此可以利用這一特性識(shí)別物質(zhì)成分，檢驗(yàn)食品中的有害物質(zhì)。如識(shí)別大豆油、花生油、混合油、地溝油等，識(shí)別油水混合物中油的含量，檢驗(yàn)?zāi)谭壑惺欠窈�有三聚氰胺�?在紡織品領(lǐng)域，絲綢、尼龍、棉布、麻布、皮革等都有獨(dú)特的太赫茲吸收譜線，利用這一特性可以將太赫茲作為檢驗(yàn)紡織品材料和質(zhì)量的手段;在醫(yī)療領(lǐng)域，生物體內(nèi)的水分對(duì)太赫茲有較強(qiáng)的吸收，而病變細(xì)胞由于所含水分減少，從而吸收減少。利用這一特性可以用太赫茲區(qū)分健康細(xì)胞與病變細(xì)胞;在安全檢驗(yàn)領(lǐng)域，太赫茲可以區(qū)分毒品，如大麻、興奮劑、搖頭丸等。太赫茲也是探測(cè)地雷、炸藥、爆炸物等危險(xiǎn)品非常有效的光源。用太赫茲成像還可以觀察到恐怖分子是否帶有兇器，太赫茲也能透過(guò)建筑物觀察到內(nèi)部的情況，在反恐方面有重大的應(yīng)用前景。”除此之外，太赫茲在航空航天、天文、生物、藥品制造等多個(gè)領(lǐng)域都有非常重要的應(yīng)用。

　　太赫茲廣泛而重要的應(yīng)用前景使它被認(rèn)為是改變未來(lái)世界的十大技術(shù)之一。但是，太赫茲研究中存在很多需要突破的關(guān)鍵問(wèn)題。“最難的就是太赫茲的產(chǎn)生以及相關(guān)參數(shù)的測(cè)量。”于靖介紹說(shuō)，剛剛完成鑒定的“太赫茲脈沖產(chǎn)生與時(shí)頻特性測(cè)量方法研究”課題正是將太赫茲的產(chǎn)生和測(cè)量作為研究重點(diǎn)，課題組在對(duì)太赫茲產(chǎn)生、傳輸和探測(cè)方面進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)和自主研究，突破了太赫茲輻射與測(cè)量一系列關(guān)鍵技術(shù)，最終產(chǎn)生了(0.1-3.5)THz的寬帶相干太赫茲輻射，并建立了太赫茲時(shí)域和頻域測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置。

　　鄧玉強(qiáng)介紹：“我們?cè)趪?guó)際上首次提出了新的太赫茲時(shí)間頻率特性分析方法，消除了傳統(tǒng)方法產(chǎn)生的頻譜干涉，降低了時(shí)域波形噪聲的影響，實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)太赫茲吸收譜線的高分辨測(cè)量，在太赫茲時(shí)間頻率特性分析方面屬國(guó)際領(lǐng)先水平。我們自主研制的太赫茲系統(tǒng)可以產(chǎn)生穩(wěn)定的寬帶太赫茲輻射，為太赫茲光譜的研究提供了有利的工具。”鑒定委員會(huì)專家也一致認(rèn)為，太赫茲輻射測(cè)量裝置具有測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、重復(fù)性好、穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)緊湊、信噪比高等特點(diǎn)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。