我国高性能条纹相机研制成功捕捉1微秒内的超快现象

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5月22日，中国科学院Xi光学与精密机械研究所(以下简称中国科学院Xi光学与精密机械研究所)承担的国家重大科研装备研究项目“高性能条纹相机的研制”顺利通过验收，标志着我国自主知识产权的高性能条纹相机进入实用阶段。

唯一能够同时测量超高时间分辨率和高空分辨率的高端科学仪器

超快现象(持续时间不到1微秒，即百万分之一秒)广泛存在于自然或科学研究中。例如，植物的光合作用过程、超大规模集成电路产生的电脉冲、化学反应的分子动力学过程、生物材料的荧光发射、激光产生的超短激光脉冲、强光与物质相互作用的物理过程等。出现在皮秒、飞秒甚至阿秒量级。

中国科学院Xi光学与力学研究所所长赵伟说:“超快现象的研究对于自然科学、能源、材料、生物、光物理、光化学、激光技术、强光物理和高能物理等研究和技术领域都具有重要意义。但要捕捉这种现象，不可能依靠人眼和普通相机。”

中国科学院院士侯洵说:“我们人眼的分辨能力是1/24秒，也就是说，我们的眼睛看不清楚任何变化的速度超过1/24秒。事情发生时，眼睛只能看到最初的情况和最后的情况，中间的过程是不清楚的。”

那么，应该用什么仪器来捕捉超快现象呢？答案是高性能条纹相机。

赵伟说:“高性能条纹相机是唯一能够同时测量超高时间分辨率(皮秒和飞秒)和高空分辨率(微米)的高端科学仪器。所涉及的仪器和技术接近物理极限，代表了当前光电诊断技术的最高水平。”

"高性能条纹相机主要提高人类时间分辨率."侯洵说，“一般来说，条纹相机把时间分辨率转换成空.例如，如果一群人依次进入一个房间，如果你想知道谁先进来，谁后进来，一种方法是让先进来的人站在房间的一端，而后进来的人依次站在他旁边。最后，根据他们在空的位置，你可以清楚地知道谁先来，谁后来。”

侯洵进一步解释说:“当一束光照射到光电阴极上时，光照射到它上面就会发射出电子。当然，第一束光发射的电子也在前面。电子进入后，我们可以用电磁场来控制，也就是扫描。扫描完电子后，假设第一个在最左边，第二个在后面，依此类推。然后根据它们在空的位置，可以通过观察图像中的空位置来推断时间序列。”

它可以应用于大型设备，如正负电子对撞机、航空航天等领域

条纹相机被广泛使用。

侯洵说:“在同步辐射装置和正负电子对撞机等大型设备中，条纹相机可以诊断粒子束和束长等关键指标，为主要设备的改进和性能提供参考；航空航天领域也有很大的需求。它是一个可以在探测器和目标同时处于瞬变状态时执行实时成像的系统。”

然而，由于条纹相机应用领域的前瞻性和敏感性，国际学术研究成果和条纹相机设备的共享程度很低。赵薇说:“目前，中国对条纹相机的需求大约是每年50台。与其受制于人，不如努力发展自己。”

因此，自2012年以来，在中国科学院和财政部的支持下，中国科学院Xi光学精密机械研究所启动了“高性能条纹相机研发”项目，旨在提高时间分辨率、动态范围和同步频率三项主要技术指标。

中国科学院Xi光学与力学研究所在边缘相机领域已有50多年的研究历史，并积累了一定的技术，但关键问题的解决过程仍然十分艰难。项目组克服了许多难以想象的困难，最终解决了条纹相机制作过程中的各种技术问题和工程实施问题。在许多关键技术领域取得了一系列突破，取得了一系列创新成果，并成功开发了8套与条纹相机相关的大型设备。

目前已经实现小批量生产，我们力争在2020年底上市

在项目验收会上，专家组认为项目组已经完成了飞秒条纹相机、同步扫描条纹相机和大动态范围条纹相机的开发，各项指标均达到了实施方案规定的评估指标要求，三种条纹相机均已投入实际使用，整体性能达到了国际先进水平。一些核心关键技术和技术难题已经突破，达到国际领先水平。

赵伟表示:“该项目还推动了两个新领域的发展。首先，提出了全光学固体超快成像技术的发展方案。中国首次成功研制了超快时间分辨率和二维超高空分辨率的全光学固态相机，实现了条纹相机技术从真正的空到固体的跨越式发展，各项指标也达到了国际水平。第二，基于条纹相机研究团队在电子现实空器件领域的专业优势，突破了大面积光电倍增管的关键技术，为我国中微子探测实验提供了技术支持。”

此外，在项目开发过程中，搭建了设计与仿真平台、电子现实空器件制备平台、超快电子技术平台、综合测试、分析与评估平台，形成了模块化、小批量条纹相机的开发与生产能力，培养了高水平的条纹相机专业研发团队。

中国科学院副院长张涛表示，开发仪器的最终目的是为了更好地使用它们。“希望项目组能进一步加强仪器设计的科学应用，促进重大科研成果的产出，做好产业化推广工作，更好地为国家基础前沿研究服务。”

赵薇透露:“目前，该项目已经实现了小规模生产。预计到2020年年中，条纹相机将实现大规模生产和销售，达到每年200台，到2020年底上市。”

《人民日报》(2018年5月23日，第12版)

来源：搜狐微门户