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国内首次利用超强激光成功产生“反物质” 上海光机所多个项目获上海科学技术奖

发布时间:2020-05-19 来源:东方网

 今天上午,上海市科学技术大会在上海展览中心友谊会堂召开。2019年度上海市科学技术奖授予43个项目上海市自然科学奖;授予31个项目上海市技术发明奖,授予205个项目上海市科技进步奖。

  中国科学院上海光学精密机械研究所(以下简称:上海光机所)有4个项目获奖,同时还获得了1个个人获青年科技杰出贡献奖。

  中科院上海光机所所长邵建达介绍,今年是激光诞生60周年,上海光机所是中国第一个激光专业研究所。早期以大能量、大功率激光为研究中心,为中国强激光科学技术发展奠定了关键人才队伍和重要科学技术基础。现在聚焦聚变点火、空间激光、超强超短激光三项重要研究,志在成为中国激光科学前沿的开拓者、激光技术进步的领跑者。

  由陈卫标研究员领衔的“机载蓝绿激光海洋探测和传输系统关键技术及应用”项目获得技术发明奖一等奖。蓝绿激光是目前唯一可以穿透海气界面、海水,实现大深度传输的光学波段。项目组瞄准蓝绿激光海洋探测和传输技术瓶颈,历经十余年攻关,发明了光信号动态非线性压缩、光子数可分辨探测、最大比分集多孔径自适应阵列接收和匹配海水最佳透过率的太阳暗线蓝绿脉冲激光等核心技术,可拓展海洋穿透深度,抑制太阳背景光和海面波动的干扰,大幅提升了机载蓝绿激光海洋探测和传输技术在真实海况下的适用能力。

  项目成果在陆海岛礁测绘、海洋资源开发和海洋权益保障等领域具有重大应用前景。项目取得的多个技术发明,已成功实现转移转化,先后开发出地基、车载三维测绘激光雷达、水下无线高速激光信息传输终端等系列产品,促进了蓝绿激光技术和海洋科学的交叉融合发展,推动了国产海洋装备研发进程。

  同样获得技术发明一等奖的另一个项目是张龙研究员领衔的大尺寸高性能氧氟红外玻璃制备与无框化构件技术及应用。红外光学材料是超视距夜视、红外探测、空间遥感和精确制导等先进技术不可或缺的材料。基于红外的“复杂环境下快速精确打击”属于各国战略必争领域,红外光电系统已成为新一代导弹/战机和激光武器等的必备核心部件。

  “快速精确打击”重大应用对红外光电系统的光学窗口(简称红外光窗)提出了极大挑战:宽波段高透过率、大尺寸制备、耐高热、(高温)超低红外自辐射、尤其是宽带雷达隐身及抗干扰特性等。长期以来,在该领域西方发达国家对我国实施技术封锁和严格禁运,成为制约我国红外制导和对抗技术发展的瓶颈之一,高端先进红外光学材料是支撑和引领我国新一代尖端国防发展的关键材料。

  团队经过十余年攻关,攻克了大尺寸-宽光谱-高光学均匀性红外玻璃制备与无框化构件技术的系列关键难题。团队发明了镓酸盐氧氟新类型高性能红外玻璃,形成了大尺寸-低羟基-高质量玻璃制备及光窗构件拼接的成套技术,研制的系列红外光学材料多次被国际权威同行作为典型示例,应用于10余个型号,并独家批量装备多个型号工程。

  在中科院上海光机所的飞秒拍瓦激光装置上,自主研制的正电子谱仪解决噪声问题,观测到正电子。

  在自然科学领域,“超强激光驱动粒子源与新光场”项目获得自然科学奖一等奖。项目组研究超强激光与物质相互作用,取得多项引领性学术成果:首次提出超强激光光压驱动离子加速机制,并持续推动光压整体加速离子新方向的发展。光压整体加速全面解决了原有机制的固有缺陷,是目前公认最有发展前景的激光离子加速机制;国内首次实现强激光产生“反物质”粒子,实验上成功观测到正电子束产生;开辟强场涡旋激光物理新前沿领域,首次提出“光扇反射”产生超强涡旋激光的方法,并提出兼具高强度、短波长、高角量子数的涡旋高次谐波理论机制,获得实验验证。项目研究成果是上海超强超短激光实验装置与国家重大科技基础设施硬X射线自由电子激光装置中“极端光物理线站”设计的重要依据。

  该项目通过研究强激光驱动粒子源,开辟了超强激光光压驱动离子加速这一极为重要的新方向,被国内外实验研究组广泛验证,已成为目前公认最有效的离子加速机制;实验上观测到“反物质”粒子-正电子。同时在国际上首次提出光压加速产生高能离子,推动光压驱动离子加速新方向发展;提出光压驱动多级离子加速机制,并第一次阐述了光压整体离子加速机制的微观物理过程,提出光压驱动单能重离子加速新方法。

  该项目还在国内首次利用超强激光成功产生“反物质”。项目组经过近十年激光加速实验与探测技术的发展,2015年在中科院上海光机所的飞秒拍瓦激光装置上以激光尾场加速产生的高能电子为基础,轰击毫米厚度的高Z材料靶(铜和铅等),由韧致辐射机制产生高强度伽马射线,伽马射线再和高Z原子核作用产生正负电子对。项目组自主研制了正电子谱仪,成功解决了伽马射线带来的噪声问题,在单发条件下成功观测到了正电子。这是我国首次报道利用激光产生“反物质”粒子。

  研究团队表示,超强激光驱动粒子源具有加速能力强、束源小、流强高的特点,在聚变快点火(能源战略),质子成像(国防技术)、癌症治疗(人类健康)等方面具有重要的应用价值与发展潜力。

  当前,国际研究正处于从加速机制推进到重大应用的关键阶段,亟需突破原有机制的局限,全面提升激光离子加速的能力和品质。项目组开创并持续推动的激光光压离子加速机制从原理上解决了现有成熟方法的固有缺陷,可显著提高离子的能量、效率、束流品质,迅速发展为国际公认最有希望的激光离子加速手段,有望在质子束肿瘤治疗、质子拍照、 “快点火”核聚变,以及国防应用等领域发挥重要作用。


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