在光的世界里馳騁
中國計量院前沿光學計量領域研究成果達到國際先進水平
“飛秒激光”———瞬間發出的功率比全世界發電總功率還大的奇特之光;“太赫茲頻段”———電磁波譜中有待進行全面研究的最后一個頻率窗口。2009年12月23日，在中國計量院昌平實驗基地舉行的兩場課題鑒定會上，與會專家一致認為，我國在飛秒脈沖激光參數測量、太赫茲產生與測量等前沿光學計量領域已經達到了國際一流研究水平。
激光曾被視為神秘之光。近年來，科學家研究發現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轉的激光，具有非常高的瞬時功率，比目前全世界發電總功率還要高出百倍。它還能聚焦到比頭發直徑還要小的空間區域，使電磁場的強度比原子核對其周圍電子的作用力還要高數倍。
在飛秒激光的各項研究中，其參數的準確測量對飛秒脈沖激光產生、傳輸、控制等各個過程的研究和應用具有重要作用。由中國計量院光學所完成的課題“飛秒脈沖激光參數測量新技術研究”自主研究并建立了準確、可靠、穩定、實用的飛秒脈沖激光參數測量裝置，對飛秒脈沖激光參數測量引起誤差的各種因素做了系統、深入的研究，實現了對飛秒脈沖激光時域波形、光譜相位、脈沖寬度、峰值功率等參數的準確測量。“我們首次提出并實現了飛秒脈沖光譜相位和光學元件色散特性測量的新方法和新技術，降低了傳統方法的光譜相位測量不確定度和誤差，將飛秒脈沖激光參數的準確度提高到一個新水平。”課題組主要成員鄧玉強介紹，課題組的創造性研究成果已多次被日本北海道大學、法國圣艾蒂安大學、中國工程物理研究院、中科院上海光機所等國內外著名研究機構引用，促進了超短脈沖激光研究和應用技術的發展，提升了我國在超短脈沖激光參數測量領域的國際地位。在課題鑒定會上，專家組也認為，該課題的完成標志著我國在前沿光學計量領域達到了國際一流水平。
飛秒激光參數測量技術等超快技術的發展直接推動了光學計量另一前沿高端技術的進步，那就是太赫茲研究。據介紹，太赫茲頻段是指頻率從十分之幾到十幾個太赫茲，介于毫米波與紅外光之間相當寬范圍的電磁輻射區域。長期以來，由于缺乏有效的太赫茲輻射產生和檢測方法，人們對于該波段電磁輻射性質的了解非常有限，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行全面研究的最后一個頻率窗口。
談到太赫茲研究的運用領域，中國計量院光學所所長于靖仿佛一下子打開了話匣子：“太赫茲的作用簡直太大了。在食品領域，不同的物質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別物質成分，檢驗食品中的有害物質。如識別大豆油、花生油、混合油、地溝油等，識別油水混合物中油的含量，檢驗奶粉中是否含有三聚氰胺等;在紡織品領域，絲綢、尼龍、棉布、麻布、皮革等都有獨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紡織品材料和質量的手段;在醫療領域，生物體內的水分對太赫茲有較強的吸收，而病變細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分健康細胞與病變細胞;在安全檢驗領域，太赫茲可以區分毒品，如大麻、興奮劑、搖頭丸等。太赫茲也是探測地雷、炸藥、爆炸物等危險品非常有效的光源。用太赫茲成像還可以觀察到恐怖分子是否帶有兇器，太赫茲也能透過建筑物觀察到內部的情況，在反恐方面有重大的應用前景。”除此之外，太赫茲在航空航天、天文、生物、藥品制造等多個領域都有非常重要的應用。
太赫茲廣泛而重要的應用前景使它被認為是改變未來世界的十大技術之一。但是，太赫茲研究中存在很多需要突破的關鍵問題。“最難的就是太赫茲的產生以及相關參數的測量。”于靖介紹說，剛剛完成鑒定的“太赫茲脈沖產生與時頻特性測量方法研究”課題正是將太赫茲的產生和測量作為研究重點，課題組在對太赫茲產生、傳輸和探測方面進行了大量實驗和自主研究，突破了太赫茲輻射與測量一系列關鍵技術，最終產生了(0.1-3.5)THz的寬帶相干太赫茲輻射，并建立了太赫茲時域和頻域測量實驗裝置。
鄧玉強介紹：“我們在國際上首次提出了新的太赫茲時間頻率特性分析方法，消除了傳統方法產生的頻譜干涉，降低了時域波形噪聲的影響，實現了物質太赫茲吸收譜線的高分辨測量，在太赫茲時間頻率特性分析方面屬國際領先水平。我們自主研制的太赫茲系統可以產生穩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。”鑒定委員會專家也一致認為，太赫茲輻射測量裝置具有測量結果準確、重復性好、穩定性高、結構緊湊、信噪比高等特點，達到國際先進水平。
- 相關新聞
- 無相關新聞