我國高性能條紋相機研制成功

　　捕捉1微秒內的超快現象(解碼·發現)

　　5月22日，由中科院西安光學與精密機械研究所(以下簡稱中科院西安光機所)承擔的國家重大科研裝備研制項目“高性能條紋相機的研制”順利通過驗收，標志著我國具有自主產權的高性能條紋相機進入實用階段。

　　具備同時測量超高時間分辨率與高空間分辨率的*科學儀器

　　超快現象(持續時間小于1微秒即百萬分之一秒)廣泛存在于自然或科學技術研究中。例如，植物的光合作用過程、超大規模集成電路所產生的電脈沖、化學反應的分子動力學過程、生物材料熒光發射、激光器產生的超短激光脈沖、強光與物質相互作用物理過程等，其發生的時間多在皮秒、飛秒甚至阿秒量級范圍內。

　　中科院西安光機所所長趙衛說：“超快現象研究對自然科學、能源、材料、生物、光物理、光化學、激光技術、強光物理、高能物理等研究及技術領域具有重要意義。但是捕捉這種現象，靠人眼和普通相機是不行的。”

　　中國科學院院士侯洵說：“我們人類眼睛的分辨能力是1/24秒，也就是說，任何變化快于1/24秒的過程，我們眼睛是看不清楚的。事情發生了，眼睛只能看到的是起始的情況和zui終的情況，中間的過程是看不清楚的。”

　　那么，該借助什么儀器來捕捉超快現象呢？答案是高性能條紋相機。

　　趙衛說：“高性能條紋相機是具備能夠同時測量超高時間分辨率(皮秒和飛秒)，與高空間分辨率(微米)的*科學儀器，涉及的儀器和技術已接近物理極限，代表了當前光電診斷技術的zui高水平。”

　　“高性能條紋相機主要是提高了人類的時間分辨能力。”侯洵說，“通俗來說，條紋相機把時間分辨率轉換成空間分辨率。舉個例子，假如有一隊人依次進入一個房間，如果你想弄清楚誰先進來誰后進來，一個辦法就是讓先進來的人站屋子的一頭，后面進來的人依次排在他旁邊站隊。zui后根據空間上他們站的位置，就可以清楚地知道誰先來誰后來。”

　　侯洵進一步解釋，“一束光照射光電陰極，光照在上面時會發出電子，那么，當然先到的光發出的電子也在前面。電子進來之后，我們就可以用電磁場來操縱，就是掃描。電子經過掃描之后，假如*個來的電子坐在zui左邊，第二個在它之后，后面依次類推。然后根據它們的空間位置成像，看到圖像中的空間位置就可以推斷出時間順序了。”

　　可應用于正負電子對撞機等大型裝置和航天等領域

　　條紋相機的應用領域很廣。

　　侯洵說：“在同步輻射裝置以及正負電子對撞機等大型裝置中，條紋相機可以診斷粒子束團和光束長度等關鍵性指標，對重大裝置的改進和性能進一步提高提供參考依據；在航天領域也有非常大的需求，是一種可以在探測器和目標同時瞬變情況下進行實時成像的系統。”

　　然而由于條紋相機應用領域的前瞻性和敏感性，一直以來，條紋相機的學術研究成果及器件設備的共享性很低。趙衛說：“目前，我們國內對條紋相機的需求量每年大約50臺。與其受制于人，不如我們自己努力來研制。”

　　于是，2012年起，在中國科學院和財政部的策劃支持下，中國科學院西安光學與精密機械研究所啟動了“高性能條紋相機的研制”項目，針對高性能條紋相機的時間分辨率、動態范圍和同步頻率三個主要技術指標的提升開始進行攻關。

　　雖然，在此之前，中科院西安光機所在條紋相機領域已經有50多年的研究歷史，有一定的技術積累，但攻關過程仍然十分艱辛。項目團隊克服了很多難以想象的困難，zui終解決了條紋相機制備過程中存在的各種工藝問題和工程實施難題，在很多關鍵技術領域取得了系列突破，獲得了多項創新性成果，成功研制條紋相機相關大型設備8臺套。

　　目前已實現小批量生產，爭取2020年年底走向市場

　　項目驗收會上，專家組認為：項目組完成了飛秒條紋相機、同步掃描條紋相機和大動態范圍條紋相機的研制工作，所有指標均達到實施方案規定的考核指標要求，三類條紋相機均已達到實用化，其整體性能達到先進水平。部分核心關鍵技術和工藝難題得以突破，達到水平。

　　趙衛說：“項目還促進了兩大新領域的發展。一是提出全光固體超快成像技術研制方案，國內研制成功同時具有超快時間分辨率、二維超高空間分辨率的全光固體相機，實現了條紋相機技術從真空到固體的跨越式發展，各項指標也達到水平。二是基于條紋相機研究團隊在電真空器件領域的專業優勢，突破了大面積光電增倍管關鍵技術，為我國中微子探測實驗提供了技術保障。”

　　此外，項目研制期間還建成了設計與仿真平臺、電真空器件制備平臺、超快電子技術平臺、綜合測試與分析評估平臺，形成了模塊化、小批量條紋相機的研制生產能力，并培養了一支高水平的條紋相機專業化研發團隊。

　　中國科學院副院長張濤表示，研制儀器的zui終目的是要能用好。“希望項目團隊能進一步加強儀器設別的科學應用，促進重大科研成果產出，做好產業化推廣，更好地服務國家基礎前沿研究。”

　　趙衛透露：“目前項目已實現了小批量生產，預計到2020年年中，實現條紋相機的規模化生產和銷售，達到每年200臺，到2020年年底走向市場。”