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幾年，隨著消費電子（手機、智能手表等）、生物醫療需求的快速發展，尤其是代表下一代柔性移動顯示屏OLED的巨大應用市場驅動下，超快激光精密微加工產業在世界范圍內迅速增長。與傳統的納秒長脈沖相比，脈寬小于15皮秒的超快激光器用于材料加工時，由于脈沖的持續時間短于材料的熱弛豫時間，在加工過程中避免熱效應，基本不帶來附加損傷和毛刺，適合于微米乃至納米精度的超精細冷加工。超快激光的瞬間功率極大，幾乎可以和任何材料相互作用，因此適用于超快激光加工的材料范圍幾乎不受限制，尤其有優勢的加工對象包括玻璃、藍寶石、陶瓷、太陽能薄膜、半導體晶圓、特種合金、精密醫療器件等。

北京大學物理學院顏學慶教授和盧海洋研究員領導的課題組提出了激光驅動光子對撞機的新方案，該方案每脈沖可以產生3億個Breit-Wheeler事件，并且所產生的正負電子對發散角只有7度，具有非常好的準直性。同時，背景噪聲可以得到有效抑制，信噪比高達1000:1。研究成果以 “Creation of electron-positron pairs in photon-photon collisions driven by 10-PW laser pulses”為題在線發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）。 根據愛因斯坦質能方程和量子電動力學理論，在一定條件下光子（能量）可以轉化成物質，這對研究物質的起因有重要的作用。相關的理論研究始于上世紀30年代，直到1997年美國SLAC實驗室才首次在實驗中觀測到多光子碰撞產生正負電子對的過程。然而，對于兩個高能光子的互作用過程，也就是常說的光子對撞機，到目前為止還未能在實驗中觀測到。在光子對撞機中，光子的互作用的次數與光子數目和光子互作用截面成正比，與光子束的脈沖寬度、兩束光子束的交疊面積成反比。在過去實驗中不能觀測到光子的互作用過程是因為已有伽馬射線源的流強和亮度還達不到要求。 近年來，隨著激光技術的發展，特別是10拍瓦(1拍瓦=1e15瓦)激光器的建成，激光光強將可以達到1e23W/cm3以上。當如此高強度的激光與物質相互作用時，大部分激光能量被吸收并轉化成伽馬射線輻射源，如果可以有效控制伽馬射線的發散角，輻射的伽馬射線將會達到前所未有的流強和亮度。 團隊研究人員在前期的工作中對產生超高亮度伽馬光源進行了深入的研究，首次從理論上系統闡明了微通道結構靶中，縱向電場主導了電子的加速過程，同時電子的橫向加速可以得到有效的抑制，因此可以獲得高準直性的電子束，當這些電子束在橫向場中的相位發生反轉時，電子就會在管道邊界處產生強伽馬輻射。由于電子的發散角決定了伽馬輻射的發散角，因此可以獲得準直性非常好的γ-ray輻射源。數值模擬中10PW激光所能獲得的發散角小于3度，亮度比之前研究報道結果高出兩個數量級的伽馬輻射源。圖1. 激光驅動光子對撞機產生正負電子對的方案設計圖2. 本方案可以獲得高出之前2-3量級的伽馬光源亮度 本工作即基于以上研究成果，將該超高亮度的伽馬射線應用于光子對撞機。理論計算結果表明，該方案可以獲得超高信噪比（>1000:1）,且每一發正負電子對信號（>1e8）遠高于現有測量技術的探測極限。因此，通過該方案可以在實驗室中驗證光子互作用過程中由能量到物質的轉換過程，將提供激光驅動光子對撞機研究的新途徑，也將極大的促進雙光子BW物理的發展。未來有望依據本方案建設基于重頻拍瓦飛秒激光的高亮度伽馬源及其應用裝置。 北京大學物理學院博士后余金清為論文第一作者。顏學慶教授和盧海洋研究員為通訊作者。論文合作者還包括北京大學的陳佳洱院士、馬文君研究員，広島大學的T. Takahashi教授，高能物理所的黃永盛研究員。該研究工作得到國家自然科學基金、科技部重點研發專項、挑戰計劃和中國博士后科學基金的聯合資助。相關模擬工作得到北京大學高性能計算平臺的支持。相關文章鏈接：Phys. Rev. Lett. 122, 014802 (2019) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.014802Appl. Phys. Lett. 112, 204103 (2018) https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.5030942

高校科技成果盡在科轉云

當前限制基于VCSEL的激光雷達系統發展的主要原因是大部分VCSEL的發射功率較低，導致系統可探測的距離較短。本項目提出開展基于垂直腔面發射半導體激光（VCSEL）光源模塊的固態激光雷達研究的新思路。VCSEL的結構特點有利于并聯形成二維面陣結構，一次性發射一整個面的激光光束，一次性獲得的信息量遠大于傳統掃描式激光雷達。同時省去了機械掃描部分，結構更加自由緊湊，大幅度減小車載激光雷達的體積和成本。

研究團隊以釔鋁石榴石體系（YAG:Ce3+黃色熒光材料）和氮化物體系（CaAlSiN3:Eu2+紅色熒光材料）為研究對象，率先開發出高導熱YAG:Ce3+基復相黃色熒光陶瓷，其在50W?mm-2的高光通量密度藍光激光激發下，仍能保持優異的可靠性，該產品已與企業合作開發出汽車前照大燈。為了獲得高顯色指數的激光白光，通過考察晶粒擇優取向、燒結助劑和組合燒結工藝等對材料致密化、微觀結構的影響，首次制備得到致密的CaAlSiN3:Eu2+紅色熒光陶瓷。

高性能的相干光源是基礎光物理研究和集成光子學應用的關鍵前提之一。近年來，具有超高品質因子的回音壁模式光學微腔已經成為研究各種新型高效光源的重要平臺，實驗上已經獲得了包括宇稱-時間反演對稱激光、軌道角動量激光和微腔光學頻率梳等。然而，回音壁微腔模式存在的固有手征對稱性導致腔中激光場通常是等強度相向傳輸的，嚴重阻礙了諸多光子學器件應用的發展，例如單向光發射、全光寄存器和非互易光傳輸等。迄今，要獲得具有單向性的回音壁微腔手征激光，通常需要直接打破光學諧振腔的幾何手征對稱性。這種方法得到的激光方向性是固定的，難以動態調控其出射性質，且對諧振腔的形狀設計和工藝制備要求較高。

本測量儀器適用于對大型工件的各種形狀位置誤差（如直線度、同軸度等）進行測量，也同樣適用于為大型裝配與調整提供測量基準。測量原理為：角錐棱鏡沿被測表面移動時，被測表面的直線度誤差使角錐棱鏡與激光光束之間產生相對移動，從而使光束照射到接收裝置的位置發生變化，通過誤差評定軟件，得到直線度誤差。采用光纖準直和移動靶鏡無電纜連接是本測量儀的顯著特點。

已有樣品/n該項目采用自主設計裝置和編寫的軟件，實現嵌入式控制，能夠對超短脈沖的脈沖寬度和相位做出精確的測量：波長范圍：400nm-2000nm，脈沖寬度15fs-20000fs，重復頻率：同步測量-100MHz。目前國內相應的相應設備均需盡快美國和德國產品，單機價格在15萬元左右，且計算程序運行電腦需要另配。該儀器與其他產品在性能相比接近的同時，實現直接的控制與顯示。