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高性能条纹相机:照亮科学的美


稿源:科学网 编辑:赵敏 发布时间:2018-05-24 09:14      【选择字号:

  在日常生活中,超高像素的相机已经非常常见,甚至手机都能拍摄非常精细的照片。但在科研领域,想拍个超短激光脉冲或者植物的光合作用?对不起,家用相机已经无能为力,科学家只能求助于高端科学仪器。

  5月22日,由中国科学院西安光学与精密机械研究所承担的国家重大科研装备研制项目“高性能条纹相机的研制”通过专家组验收,这标志着我国具有自主知识产权的高性能条纹相机进入实用化水平。

  高端仪器的“皇冠”

  人类的眼睛只能看到1/24秒之内发生的事情,任何快于这个时间的过程,人类都只能借助机器。

  现在,性能最好的相机能够做到每秒拍摄2000张,但对广泛存在于自然或科学技术中的超快现象仍然无能为力。

  以植物的光合作用为例,作为地球上最大的太阳能利用过程,至今已经产生了6枚诺贝尔奖,但对于其机理,至今还没有被研究清楚,就是因为其中的过程太快了,

  此外,超大规模集成电路所产生的电脉冲、半导体材料的载流子寿命、化学反应的分子动力学过程、生物材料的荧光发射、激光器产生的超短激光脉冲、强光与物质相互作用物理过程等,都属于超快现象。

  这些超快现象对科学研究的重要意义不言而喻。“只有把这些过程看清楚了,科学家才有可能去干预这些过程,并控制其朝着对人类有用的方向发展。”中科院院士侯洵说。

  但要观测、记录和分析这些现象,只能依赖于高时间分辨的诊断仪器。

  条纹相机是同时具备超高时间分辨(皮秒–飞秒级)与高空间分辨(微米级)的唯一高端科学测量与诊断仪器,每秒可以拍摄千亿次到万亿次,在时间分辨的超快现象研究中发挥着难以替代的作用。

  然而,条纹相机的研制涉及光学、光电子、超快电子学、微电子学、精密机械和计算机等多门学科,研制起点高、难度大。中科院西安光机所所长赵卫说:“条纹相机涉及的仪器和技术已经接近物理极限,可以说代表了当前光电诊断技术的最高水平。”

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