能量放大器

据美国物理学家组织网9月8日(北京时间)报道，在今年庆贺激光诞生50周年之际，科学家正在研究一种新型的相干声束放大器，其利用的是声而不是光。科学家最近对此进行了演示，在一种超冷原子气体中，声子也能在同一方向共同激发，就和光子受激发射相似，因此这种装置也被称为“激声器”。 　　声子激发理论是2009年由马克斯普朗克研究院和加州理工学院的一个科研小组首次提出的，目前尚处于较新的研究领域。其理论认为，声子是振动能量的最小独立单位，也能像光子那样，通过激发产生高度相干的声波束，尤其是高频超声波。他们首次描述了一个镁离子在电磁势阱中被冷冻到大约1/1000开氏温度，能生成单个离子的受激声子。但是单个声子的受激放大和一个光子还有区别，声子频率由单原子振动的频率所决定而不是和集体振动相一致。 　　在新研究中，葡萄牙里斯本高等技术学院的J.T.曼登卡与合作团队把单离子声子激发的概念，扩展到一个大的原子整体。为了做到这一点，他们演示了超冷原子气体整合声子激发。与单离子的情况相比，这里的声子频率由气态原子的内部振动所决定，和光子的频率是由光腔内部的振动所决定一样。 　　无论相干电磁波，还是相干声波，最大的困难来自选择系统、频率范围等方面。曼登卡说，该研究中的困难是要模仿光波受激放大发射的机制，但产生的是声子，而不是光子。即通过精确控制超冷原子系统，使其能完全按照激光发射的机制来发射相干声子。 　　新方法将气体限定在磁光陷阱中，通过3个物理过程产生激态声子。首先，一束红失谐激光将原子气体冷却到超冷温度 然后用一束蓝失谐光振动超冷原体气体，生成一束不可见光，最后使原子形成声子相干发射，此后衰变到低能级状态。研究人员指出，最后形成的声波能以机械或电磁的方式与外部世界连接，系统只是提供一种相干发射源。 　　关于给声子激发命名，科学家先是沿袭“镭射(laser)”之名使用了“声射(saser)”，即声音受激放大发射。但曼登卡认为使用“激声(phaser)”更准确，它强调了声子的量子特性而不是声音，也暗示了其发射过程类似于光子受激发射。 　　高相干超声波束的一个可能用途是，在X光断层摄影术方面，能极大地提高图像的解析度。曼登卡说：“激光刚开发出来时，仅被当做一种不能解决任何问题的发明。所以，对于激声，我们现在担心的只是基础科学方面的问题，而不是应用问题。”

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室胡丽丽研究团队在超短脉冲大模场多组分玻璃光纤放大器方面取得重要进展。相关研究成果于5月在线发表于《中国激光》。 　　大能量、高峰值功率超短脉冲激光在远距离激光雷达、地震探测、主动照明等领域具有重要应用价值。主振荡脉冲放大系统(MOPA)是超短脉冲激光的主要运行方式，其中有源增益光纤是关键核心部件。目前，传统有源石英光纤存在稀土离子溶解度有限、难以保证低数值孔径(NA)纤芯制备的均匀性等问题，导致其使用长度较长(数米)，纤芯直径通常小于40μm，具有较低的非线性阈值，进而限制其输出的脉冲能量。相比之下，多组分氧化物玻璃具有稀土掺杂浓度高、光学均匀性好等优势，能够获得模场面积大、吸收系数高的大模场增益光纤，从而大幅提升大能量脉冲放大的非线性阈值。 　　然而，大模场光纤的制备难点在于降低数值孔径的同时保持极高的均匀性。例如，要实现NA为0.03的单模掺Yb光纤，则需要纤芯与包层玻璃的折射率差值小于3×10-4，这要求玻璃本身的光学均匀性达到10-5量级。 　　研究团队从大尺寸、高光学均匀性磷酸盐激光玻璃的制备工艺出发，采用光学均匀性约为1×10-6的高掺Yb磷酸盐玻璃作为光纤基质，在自研高掺Yb大模场磷酸盐光纤中实现了平均功率27.3W的脉冲激光放大输出。该系统采用掺Yb大模场磷酸盐双包层光纤(30/135/280μm)与匹配无源石英光纤(20/130μm)异质熔接的全光纤方案(熔点损耗为0.3 dB)，结构如图1所示。其中，信号光波长为1030nm、脉宽为30ps、重复频率为27MHz，掺Yb磷酸盐光纤的纤芯和内包层的NA分别为0.03和0.41，纤芯中Yb2O3质量分数为6%，背景损耗为0.61300nm，使用长度为30cm；采用976 nm包层泵浦，获得放大后脉冲激光的平均功率如图2所示，最大输出平均功率为27.3W，斜率效率为71.4%，同时未观察到受激布里渊散射等非线性效应。该结果体现出了磷酸盐玻璃在高掺杂能力、高光学均匀性以及高非线性阈值的优势。图 1. 掺Yb磷酸盐大模场光纤脉冲激光放大器结构图 　　Fig. 1. Structural diagram of pulsed laser amplifier using Yb-doped large-mode-area phosphate fiber图 2. 放大的脉冲激光的平均功率随泵浦功率的变化，插图是输出激光的光斑和光谱 　　Fig. 2. Average power of amplified pulsed laser versus pump power with spot and spectrum of output laser shown in inset

随着科技的进步，人们想要了解的现象越来越精细、想测量的信号也越来越微弱。而微弱信号常淹没在各种噪声中，锁相放大器可以将微弱信号从噪声中提取出来并对其进行准确测量。锁相放大器在光学、材料科学、量子技术、扫描探针显微镜和传感器等领域的研究中发挥着重要作用。国仪量子，赞1锁相放大器在精密磁测量中的应用在精密磁测量领域，特别是低频磁场测量领域，系综氮-空位（NV）色心磁测量方法发展迅速。其中连续波测磁系统是对NV色心施加连续的微波和激光进行自旋操控，从而实现高精度磁测量的实验系统。其基于NV色心基态的零场分裂和磁共振现象，当没有外磁场时，NV色心的ODMR谱如图所示，对NV色心打入共振频率的微波，其荧光强度最小。当存在外磁场时，外磁场会影响NV色心的塞曼劈裂的能级差，从而产生偏共振现象，使得荧光强度发生变化。我们将微波频率定于NV色心连续波谱的斜率最大处，则当外磁场发生变化，其荧光强度的变化最明显，从而提高测量的灵敏度。NV色心的ODMR谱为了提高测量信号的信噪比，通常采用锁相放大的方法，将微波信号进行频率调制，从而避开电测量系统的1/f噪声，实现更高的测量精度。其系统如下图所示，锁相放大器的参考输出信号和微波源进行频率调制后，通过辐射结构将微波电信号转化成磁场信号，作用于NV色心，然后将NV色心发射的荧光信号进行光电转换后用锁相放大器的电压输入通道进行采集，通过解调后即可得到系综NV色心样品的周围环境的磁场信号大小。参考文献：基于金刚石氮-空位色心系综的磁测量方法研究 -- 谢一进锁相放大器在磁成像——扫描NV探针显微镜中的应用扫描NV探针显微镜是利用金刚石NV色心作为磁传感器的扫描探针显微镜，其将光探测磁共振ODMR和AFM进行了巧妙结合，通过对钻石中NV色心发光缺陷的自旋进行量子操控与读出，来实现磁学性质的定量无损成像，具有纳米级的高空间分辨率和单自旋的超高探测灵敏度。国仪量子推出的量子钻石原子力显微镜其系统结构如下图所示，包括了NV色心成像系统和AFM控制系统。AFM控制系统负责将金刚石NV色心在待测样品上进行平面二维扫描，而NV色心对扫描区域的微弱磁信号进行高分辨率的探测，从而最终形成高分辨率的磁成像。在AFM的扫描过程中，金刚石与样品的距离是通过锁相放大器来进行控制的。金刚石NV色心固定在石英音叉上，形成探针。石英音叉有固定的振动频率，当探针在样品表面移动时，随着样品与探针的距离变化，石英音叉的共振幅度会发生变化。我们使用锁相放大器对音叉的振动信号进行采集和解调后，通过锁相放大器内部的PID反馈控制就可以实现样品位移台垂直方向（Z方向）的动态调节，从而使样品到NV色心探针的距离保持相同。锁相放大器主要用于AFM的控制系统中国仪量子数字锁相放大器LIA001MLIA001M锁相放大器是一款高性能、多功能的数字锁相放大器，基于先进硬件和数字信号处理技术设计，配合丰富的模拟输入输出接口，集可视化锁相放大器、虚拟示波器、参数扫描仪、信号发生器、PID控制器等多种功能于一体，有效的简化科研工作流程和设备依赖，提高科研效率和质量。数字锁相放大器LIA001M

锁定放大器用于测量非常小的交流信号，即使小信号被数千倍大的噪声源所掩盖，也可以进行准确的测量。这种设备用利用一种称为相敏检测（phase-sensitive detection, PSD）的技术来挑选出特定参考频率和相位的信号分量，提取具有已知载波的调制信号。锁定放大器在各种光学测量仪器个设备中扮演着十分关键的角色。昕虹光电HPLIA微型双通道调制解调锁相放大器以当今FPGA +ARM单片机的业界流行配置而设计，长期深受用户青睐。迎接2022年，我们回应广大客户的需求，推出了升级版HPLIA Plus调制解调锁相放大器，不仅提升了颜值，更支持了大家期待已久的外部参考信号输入，实现更便捷、更弹性的调制和解调功能！海尔欣HPLIA Plus外观展示图HPLIA Plus 亮点：1.老版仅支持内部同步DDS信号，进行独立的双通道内同步解调。而HPLIA Plus终于支持外同步模式啦！用户可选择去同步外部输入的参考信号模式，而由Input1去解调微弱信号。内外同步模式，便于用户灵活自选调制信号，让您的实验设置更弹性！2.在外同步模式下，其中一路调制通道DDS输出与用户参考信号锁相的正弦波，可以用于同步其他HPLIA Plus，这样的配置可使多通道锁相解调成为可能，可借由数个HPLIA Plus锁相放大器串联，实现简易、便捷、经济的多路信号同步锁相解调。3.全新的UI界面，支持原有PC显示或机身自带高分辨触摸显示屏，实验设备玩出高级感！

近日，由赛恩科仪团队首席技术顾问中山大学王自鑫副教授作为项目负责人申报的国家重点研发计划“精密大带宽锁相放大器的研发及应用”获批立项；项目将实现超过100M带宽的精密锁相放大器，将研究复杂电磁环境下的微弱信号解耦合技术，实现高带宽高精度的锁相放大器检测技术。赛恩科仪拥有多位在集成电路设计、电磁兼容性分析、数字信号处理等领域具有丰富经验的归国留学人员，一直依托中山大学微电子系、物理系、中山大学光电材料与技术国家重点实验室从事微弱信号仪器检测相关的研究工作。赛恩科仪是一家专注微弱信号检测技术近二十年的国家高新技术企业，拥有本领域的系列核心知识产权。公司推出涵盖各个频段的系列锁相放大器产品，性能参数全面覆盖国际同行，在国内外数百家科研机构与企业得到应用，深受国内外客户的一致好评。

仪器信息网讯 2016年10月10日，慕尼黑上海分析生化展（analytica China 2016）召开同期，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称：大化所）携AccuOpt 2000光电放大器组件、小型化学衍生器等产品参加。 中国科学院大连化学物理研究所参加analytica China 2016　　大化所研究员关亚风向仪器信息网介绍了AccuOpt 2000光电放大器组件的特点及潜在的优势应用领域。AccuOpt 2000光电放大器组件的检测器采用了硅光二极管制成的检测器，结合自有的信号放大电路设计，使得AccuOpt 2000的噪音电平达到0.01mV。硅光二极管检测器的应用，使AccuOpt 2000的光谱响应范围为320~1100nm，覆盖近红外光波段，可替代昂贵的红外增强型光电倍增管。同时，这也给AccuOpt 2000带来了抗震、抗强光的特点，为适应更多的应用场合带来潜在的优势。AccuOpt 2000仅需5~12V的供电电源，并能在2分钟内平衡稳定，一方面能降低仪器在供电电源方面的成本；同时，专为AccuOpt 2000提供的DC-DC电源，12V输入，单块电源功率2W或3W，就能同时为8支AccuOpt 2000供电，这也大大减少仪器运行中的能源消耗，契合当前绿色仪器的发展大趋势。 AccuOpt 2000光电放大器组件　　AccuOpt 2000价格远低于光电倍增管，如果应用于食品快检领域，将为用户提供低价、高质的食品安全快速筛查解决方案。从大化所展位现场看到，AccuOpt 2000已经成功应用于LED荧光检测器、激光诱导荧光检测器、叶绿素α 检测器中。据了解，AccuOpt 2000已经实现批量化生产，第一批生产1000支。　　大化所的小型化学衍生器也吸引了信息网编辑的目光。这是一款小型柱后碘/溴化学衍生器，能使黄曲霉毒素B1和G1的荧光强度提高6.5倍。关亚风介绍到，该款小型化学衍生器已经批量生产100台，完全具备了批量化生产能力，为国内企业的供货价格将是市场同类产品的4分之一。 小型化学衍生器　　关亚风特别提到，是新材料在零部件上的使用，实现了AccuOpt 2000低价和高性能这两者之间的很好结合。

【邀请函】锁相放大器工作原理及应用和Moku产品介绍网络研讨会昊量光电邀您参加2022年01月19日锁相放大器工作原理及应用和Moku产品介绍网络研讨会。由Liquid Instruments研发的Moku系列多功能综合测量仪器在量子光学、超快光学、冷原子、材料科学和纳米技术等领域都有着广泛的应用，尤其是他的锁相放大器、PID控制器和相位表、激光器稳频功能，单一设备满足实验室多种测量、控制应用需求。在本次网络研讨会中，您将了解到锁相放大器的基本原理及应用，并提供对应的信号的检测方案介绍。主办方上海昊量光电设备有限公司，Liquid Instruments会议主题锁相放大器工作原理及应用和Moku产品介绍会议内容1. 锁相放大器的基本原理2. 锁相放大器在光学领域的重要应用方向-测量信号振幅（强度）以及相位3. 如何设置锁相放大器的调制频率和时间常数4. 应用介绍：超快光谱和锁相环/差频激光锁频5. 如何通过锁相环来解决锁相放大器测相位时的局限性6. 问题环节主讲嘉宾应用工程师：Fengyuan (Max) Deng, Ph.D.简介：普渡大学化学博士学位，主要研究非线性光学显微成像方向。应用工程师：Nandi Wuu, Ph.D.简介：澳洲国立大学工程博士学位，主要研究钙钛矿太阳能电池。直播活动1.研讨会当天登记采购意向并在2022年第一季度内采购的客户，可获赠Moku:Go一台！其中采购Pro还可加赠云编译使用权限一年。 2.联系昊量光电并转发微信文章即可获得礼品一份。直播时间：2022年01月19日报名方式：欢迎致电昊量光电报名成功！开播前一周您将收到一封确认电子邮件，会详细告知如何参加线上研讨会。期待您的参与，研讨会见！

p 　　近日，中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所研究员杨良保等利用自发的毛细力捕获纳米颗粒，构筑了由单根银纳米线和单个金纳米颗粒组成的单热点放大器，实现了表面增强拉曼光谱(SERS)高稳定和超灵敏检测。相关成果以A capillary force-induced Au nanoparticle–Ag nanowire single hot spot platform for SERS analysis为题，作为封面文章发表在Journal of Materials Chemistry C (J. Mater. Chem. C., 2017, 5, 3229-3237) 杂志上，得到了同行和杂志编辑的高度肯定。 br/ /p p 　　表面增强拉曼光谱(SERS)因其独特的分子指纹信息以及超灵敏检测优势，被广泛应用于各个领域。但是SERS热点一直受方法繁琐、不均一等问题困扰。因此，如何简单构筑均一可靠的SERS热点是人们一直追求的目标。 /p p 　　基于此目标，杨良保等利用司空见惯的毛细力构筑了由纳米线和纳米颗粒组成的点线单热点放大器。纳米颗粒在毛细力作用范围内，被捕获到纳米线表面，因此耦合的纳米线和纳米颗粒产生了巨大的电磁场增强 其次，纳米颗粒与纳米线耦合形成的孔道可通过毛细力自发捕获待测物进入热点，进而放大热点区域待测物的拉曼信号。实验和理论结果均表明：利用毛细力构筑的单热点结构能够放大待测物信号，且毛细力捕获的颗粒位置差异对电磁场分布影响较小。该项研究工作利用毛细力构筑单热点放大器，不仅避免了颗粒团聚造成的SERS热点不均一难题，也解决了使用巯基等聚合物对基底组装引起的信号干扰问题。 /p p 　　以上研究工作得到了国家自然科学基金(21571180, 21505138)和博士后自然科学基金特别资助(2016T90590)的支持。(来源：中科院合肥物质科学研究院) /p p br/ /p p br/ /p

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科技日报北京1月22日电 德国维尔茨堡—德累斯顿卓越集群ct.qmat团队的理论和实验物理学家开发出一种由铝镓砷制成的半导体器件。这项开创性的研究发表在最新一期《自然物理学》杂志上。由于拓扑趋肤效应，量子半导体上不同触点之间的所有电流都不受杂质或其他外部扰动的影响。这使得拓扑器件对半导体行业越来越有吸引力，因为其消除了对材料纯度的要求，而材料提纯成本极高。拓扑量子材料以其卓越的稳健性而闻名，非常适合功率密集型应用。新开发的量子半导体既稳定又高度准确，这种罕见组合使该拓扑器件成为传感器工程中令人兴奋的新选择。利用拓扑趋肤效应可制造新型高性能量子器件，而且尺寸也可做得非常小。新的拓扑量子器件直径约为0.1毫米，且易于进一步缩小。这一成就的开创性在于，首次在半导体材料中实现了微观尺度的拓扑趋肤效应。这种量子现象3年前首次在宏观层面得到证实，但只是在人造超材料中，而不是在天然超材料中。因此，这是首次开发出高度稳健且超灵敏的微型半导体拓扑量子器件。通过在铝镓砷半导体器件上创造性地布置材料和触点，研究团队在超冷条件和强磁场下成功诱导出拓扑效应。他们采用了二维半导体结构，触点的排列方式可在触点边缘测量电阻，直接显示拓扑效应。研究人员表示，在新的量子器件中，电流—电压关系受到拓扑趋肤效应的保护，因为电子被限制在边缘。即使半导体材料中存在杂质，电流也能保持稳定。此外，触点甚至可检测到最轻微的电流或电压波动。这使得拓扑量子器件非常适合制造尺寸极小的高精度传感器和放大器。

1月27日，由大连化物所微型分析仪器研究组(105组)关亚风研究员、耿旭辉研究员团队研发的“微光探测器(光电放大器)”通过了中国仪器仪表学会组织的新产品成果鉴定。鉴定委员会一致认为：该产品设计新颖、技术创新性强，综合性能达到国际先进、动态范围和长期稳定性能达到国际领先水平，同意通过鉴定。　　微光探测器是科学仪器和光学传感器中的关键器件之一，广泛应用于表征仪器和化学分析仪器中，如物理发光、化学发光、生物发光、荧光、磷光、以及微颗粒散射光等弱光探测中，其性能决定着光学检测仪器的灵敏度和动态范围指标。该团队经过十五年技术攻关，成功研制了具有自主知识产权的高灵敏、低噪音、低漂移的AccuOpt 2000系列微光探测器(光电放大器)，并批量生产，用于替代进口光电倍增管(PMT)、制冷型雪崩二极管(APD)和深冷型光电二极管(PD)对弱光的探测。　　该微光探测器已形成产品，在单分子级激光诱导荧光检测器、黄曲霉毒素检测仪、深海原位荧光传感器等多款仪器上应用，替代PMT得到相同的检测信噪比和更宽的动态线性范围。经权威机构检测和多家用户使用表明，该微光探测器具有比进口PMT更好的重复性、稳定性和性能一致性，具有广阔的应用前景。　　由于疫情原因，鉴定会以线上会议方式召开。该项目研发得到了国家自然科学基金、中国科学院重点部署项目等资助。

赛恩科仪双通道锁相放大器OE1022D被以色列维茨曼研究所应用在SQUID扫描显微镜测量中，维茨曼研究所已累计采购了十多台赛恩科学仪器的锁相放大器，该型号锁相放大器获得以色列维茨曼研究所的认可，具体见如下用户评价：

关键词：量子相变 锁相放大器 超导超流态 说明：本篇文章使用赛恩科学仪器OE1022锁相放大器测量【概述】 2022年，南京大学王肖沐教授和施毅教授团队在nature communications发表了一篇题为《Quantum criticality of excitonic Mott metal-insulator transitions in black phosphorus》文章，报道了黑磷中激子Mott金属-绝缘体转变的光谱学和传输现象。通过光激发来不断调控电子-空穴对的相互作用，并利用傅里叶变换光电流谱学作为探针，测量了在不同温度和电子-空穴对密度参数空间下的电子-空穴态的综合相图。 【样品 & 测试】 文章使用锁相放大器OE1022对材料的传输特性进行测量，研究中使用了带有双栅结构(TG,BG)的BP器件，如图1(a)所示，约10纳米厚的BP薄膜被封装在两片六角形硼氮化物（hBN）薄片之间，为了保持整个结构的平整度，使用了少层石墨烯薄片来形成源极、漏极和顶栅接触，以便在传输特性测量中施加恒定的电位移场。图一 (a)典型双栅BP晶体管的示意图。顶栅电压（VTG）和底栅电压（VBG）被施加用于控制样品（DBP）中的载流子密度和电位移场。(b) 干涉仪设置的示意图，其中M1，M2和BS分别代表可移动镜子，静止镜子和分束器。 在实验中，迈克耳孙干涉仪的光程被固定在零。直流光电流直接通过半导体分析仪（PDA FSpro）读取。光电导则采用标准的低频锁相方案测量，即通过Keithley 6221源施加带有直流偏置的11Hz微弱交流激励电压（1毫伏）至样品，然后通过锁相放大器（SSI OE1022）测量对应流经样品的电流。图二(a)在不同激发功率下，综合光电流随温度的变化。100% P = 160 W/cm² 。(b) 在每个激发功率下归一化到最大值的光电流。(c)从传输特性测量中提取的与温度T相关的电阻率指数为函数的相图，作为T和电子-空穴对密度的函数。(d)不同电子-空穴对密度在过渡边界附近的电阻率与温度的关系 【总结】 该文设计了一种带有双栅结构的BP器件，通过测量器件的傅里叶光电流谱和传输特性，观测到从具有明显激子跃迁的光学绝缘体到具有宽吸收带和粒子数反转的金属电子-空穴等离子体相的转变，并且还观察到在Mott相变边界附近，电阻率随温度呈线性关系的奇特金属行为。文章的结果为研究半导体中的强相关物理提供了理想平台，例如研究超导与激子凝聚之间的交叉现象。【文献】 ✽ Binjie Zheng,Yi Shi & Xiaomu Wang et al. " Quantum criticality of excitonic Mott metal-insulator transitions in black phosphorus." nature communications (2022) 【推荐产品】

立即注册参加Axon传统电生理网络讲座 题目：全细胞电压钳记录模式为何需要补偿串联电阻？日期：2012年9月26日，周三时间：9:00 -10:00 AM 建议参会人包括： 正要建立新电生理实验室的教授及研究人员 大学研究院所和医药界的电生理学家 现在使用Axon软件及放大器的用户题目： 全细胞电压钳记录模式为何需要补偿串联电阻？主讲人：Jeffrey Tang, PhD, Product Marketing Manager of Axon Conventional Electrophysiology, Molecular Devices, LLC. 请点击 在线注册 注册本次网络讲座。本次讲座费用全免，但是参会人数有限，请尽快注册。在线注册后，您将收到一封确认邮件，同时附有如何登陆本次网络讲座的资料。我们期待您的参与！ 若您在注册时遇到任何问题，请联系info.china@moldev.com或jeffrey.tang@moldev.com询问。

近日，日本经济产业省公布了在乌克兰军事行动后将禁止向俄罗斯出口的产品清单。该禁令包括57个项目，将于3月18日生效。该部表示，该清单包括31种通用商品和26种技术项目，包括软件。出口禁令适用于半导体、雷达、传感器、激光器、通信设备、记录设备及其组件、示波器、光谱仪、信号放大器、信号发生器、电阻器、加密设备、电视摄像机、滤光片和氟化物光纤。此外，还对导航设备、无线电电子设备、水下监视设备、潜水设备和柴油发动机实施了禁令。此外，禁止的是拖拉机部件，飞机及其部件的燃气涡轮发动机以及炼油设备。2月24日，在分离的顿巴斯共和国呼吁帮助保卫自己免受乌克兰军方的攻击后，俄罗斯在乌克兰发动了军事行动。作为回应，西方国家对莫斯科实施了全面制裁。

【新品发布】Moku:Go 仪器套件新增数字滤波器、FIR滤波器生成器、锁相放大器功能Moku:Go提供全面的便携式实验室解决方案，不仅集成了工程实验教学所需的仪器套件，还可满足工程师和学生测试设计、研发等项目。Liquid Instruments最新发布Moku:Go应用程序，新增数字滤波器、FIR滤波器生成器、锁相放大器三个仪器功能。用户现在可以使用数字滤波器来创建IIR滤波器，使用FIR滤波器生成器来设计FIR滤波器，使用锁相放大器从噪声环境中提取已知频率的信号。这一更新使Moku:Go上集成的仪器总数达到了11种，将面向信号与系统等方向提供更完善的实验教学方案，不仅使电子信息工程、电气工程、自动化控制等学科教学进一步受益，并扩展到物理学、计算机科学等领域。数字滤波器数字滤波器作为设计和创建无限冲激响应（IIR）滤波器的常用工具，用户能够创建参数可调的高达8阶的低通、高通、带通和带阻IIR滤波器。这对噪声过滤、信号选择性放大等很有用。此外，Moku:Go的数字滤波器还集成示波器和数据记录器，有助于解整个信号处理链的参数变化，并轻松采集记录这些信号随时间的变化。 FIR滤波器生成器利用Moku:Go的FIR滤波器生成器，用户可以创建和部署有限冲激响应（FIR）滤波器。使用直观的用户界面，在时域和频域上微调您的滤波器的响应。锁相放大器作为第yi个在教育平台上提供的全功能锁相放大器设备，Moku:Go的锁相放大器满足更高级实验教学，如激光频率稳定和软件定义的无线电（Software Defined Radio，SDR）等。作为Liquid Instruments的Moku:Lab和Moku:Pro的旗舰仪器，Moku:Go增加了锁相放大器，使学生在其职业生涯中与Moku产品一起成长。其他更新和即将推出功能在此次更新中，Moku:Go也新增了对LabVIEW应用接口的支持，确保用户易于集成到更复杂的现有实验装置中。今年，Liquid Instruments计划进一步扩大软件定义的测试平台。届时，Moku:Go将在现有的逻辑分析仪仪器上增加协议分析，还将提供“多仪器并行模式”和“Moku云编译（Cloud Compile）”。多仪器模式允许同时部署多个仪器，以建立更复杂的测试配置，而Moku云编译使用户能够直接在Moku:Go的FPGA上开发和部署自定义数字信号处理。这些更新预计将在今年6月推出，将推动Moku:Go成为整个STEM教育课程的主测试和测量套件。目前Moku:Go的用户已经可以通过更新他们的Moku桌面应用程序来访问数字滤波器、FIR滤波器生成器和锁相放大器仪器功能。您也可以联系我们免费下载Moku桌面应用程序体验Moku:Go仪器演示模式。Liquid Instruments基于FPGA的平台的优势，将Moku:Lab和Moku:Pro上的仪器快速向下部署到Moku:Go上，并以可接受的成本提供一致的用户体验。如果您对Moku:Go 在数字信号处理、信号与系统、控制系统等教学方案感兴趣，请联系昊量光电进一步讨论您的应用需求。更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是国内知名光电产品专业代理商，代理品牌均处于相关领域的发展前沿；产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等，涉及应用领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及更细分的前沿市场如量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等优质服务。

近日，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所张为俊研究员团队在大气二氧化氮探测技术方面取得新突破，团队利用相敏检测的振幅调制腔增强吸收光谱技术，创立了一种能够快速灵敏检测大气环境中二氧化氮的新方法。这项研究成果日前发表于美国化学会（ACS）出版的《分析化学》上，并申请了发明专利保护。通俗地讲，就是把吸收到的二氧化氮光谱信号进行有效放大，再通过我们开发的可靠算法进行计算，最终实现对大气二氧化氮的精确探测。基于多模激光的振幅调制腔增强吸收光谱技术，适用于长期稳定运行、免人工维护的二氧化氮高灵敏度测量，因而具有很好的科研和业务应用前景。　导致大气污染的“元凶”之一“二氧化氮是对流层大气中主要的污染物，它的来源主要包括交通运输排放和工业生产过程中的化石燃料燃烧、农作物秸秆等生物质燃烧、大气当中的闪电和平流层光化学反应等过程。”中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所的周家成博士说道，大气中的二氧化氮对臭氧和二次颗粒的生成也起着重要作用，是形成酸雨的重要原因之一。“二氧化氮的光解是对流层臭氧的主要来源之一，其参与了光化学反应以及光化学烟雾的形成。”周家成说，二氧化氮通过光化学反应产生硝酸盐二次颗粒，导致大气能见度下降并进一步降低空气质量，是形成灰霾的主要因素。同时，排放到大气中的二氧化氮可以与水蒸气发生作用，产生硝酸和一氧化氮，进而形成酸雨。“正因如此，二氧化氮的高灵敏准确测量对大气化学研究以及大气污染防控具有重要意义。”周家成说，对于一些特殊应用场景，例如青藏高原、海洋等环境中，大气中二氧化氮浓度极低，只有高灵敏的仪器才能精确测量，进而开展相应的大气化学研究。此外，高灵敏的仪器还可以捕捉城市大气污染的深层次信息，例如通量等关键参数，从而更好地服务大气污染防控。放大光谱信号实现超极限探测一般而言，大气当中的每一种成分，都对应有特殊的光谱，也就是相当于这种组分的特殊身份识别标志特征。从原理上来讲，只要能够实现对某种大气组分光谱的高灵敏度探测，也就做到了对这种组分的精确探测。周家成介绍，他们团队创新研发的“基于多模激光的振幅调制腔增强吸收光谱技术”，是将调制技术与多模激光相结合的一种全新的高灵敏度吸收光谱技术。它的工作原理是把被调制的光强信号输入到相敏检波器中，与参考信号进行混频乘法运算，再经过窄带低通滤波器滤除掉其他噪声频率成分后，得到一个与输入信号成正比的直流信号，就可以直接用于吸收系数的计算。“通俗地讲，就是把吸收到的二氧化氮光谱信号进行有效放大，再通过我们开发的可靠算法进行计算，最终实现对大气二氧化氮的精确探测。”周家成告诉记者，“基于多模激光的振幅调制腔增强吸收光谱技术”集成了共轴腔衰荡吸收光谱的高光注入效率、离轴腔增强吸收光谱的低腔膜噪声，以及调制光谱的窄带高灵敏度微弱信号探测等优点，能够提供一种简单、可靠、低成本和自校准的二氧化氮绝对浓度测量方法。“它适用于长期稳定运行、免人工维护的二氧化氮高灵敏度测量，因而具有很好的科研和业务应用前景。”周家成介绍到，他们研制的这台仪器用到的一个关键部件，叫做“宽带多模二极管激光器”，即能够输出波长具有一定宽度，并且可以同时产生两个或多个纵模的激光器，它被作为整个仪器的探测光源。“正是由于它发出的激光光源能被二氧化氮分子所吸收，所以被用来进行二氧化氮浓度的测量。”周家成说，他们用到的这款激光器的中心波长为406纳米，带宽约为0.4纳米，它发射出的探测光源，恰好能够被二氧化氮分子所吸收。一般而言，某种仪器或探测方法，在探测某种参数时所能达到的极限，被称为“探测极限”，也代表了仪器的最高性能指标。周家成表示，他们研制的探测技术经过多次实际应用验证表明，超过探测极限浓度的二氧化氮也能够被测量到。助力北京冬奥会精准预报天气北京冬奥会期间，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所研制的快速灵敏检测二氧化氮仪器被用于环境大气实时在线观测，为冬奥会高精度数值天气预报和多源气象数据融合等关键技术方法提供了必要的数据支持，共同构建了冬奥气象“百米级”预报技术体系。“在此之前，这台仪器在北京参加了‘超大城市群大气复合污染成因外场综合协同观测研究’项目，针对北京城市站点大气环境中氮氧化物的作用开展相关研究，对北京市大气复合污染成因解析起到了重要作用。”周家成表示，后续该仪器还将应用于青藏高原背景站点开展常年观测，填补青藏高原大范围区域二氧化氮有效观测数据的空白。谈起团队科研历程，周家成坦言，这其中充满了艰辛和不确定性，但还是有着很多乐趣。“为了验证仪器吸收测量的准确性，我们先在实验室开展不同浓度二氧化氮测量实验，但是结果始终和预期不一样。折腾了几个小时后，发现居然是外部锁相放大器的一个参数设置有误。”周家成说，这件事再次验证了“细节决定成败”的道理。自此以后，他每次实验前，都会仔细检查仪器的各项参数，防止出现类似的问题。周家成说，仪器在参加北京冬奥会观测期间，由于观测人员在实验前期对仪器操作不熟悉，光腔被正压气体冲击，导致无法用于测量。“当时我不在现场，内心十分着急，牵挂仪器，到了深夜都不能入睡，怕影响观测进度。”年后没几天，周家成携带工具前往北京维修，加班加点终于使仪器正常工作，赶上了综合实验的进度。“接下来，我们将对仪器进行小型化集成，利用锁相板代替商业锁相放大器，配合自动控制系统，使得这台仪器更加智能化、便携化。”周家成表示，未来他们团队还计划把这种二氧化氮探测技术与化学滴定、热解和化学放大法相结合，应用于一氧化氮、臭氧、活性氮和总过氧自由基的高精度测量。通过增加保护气，仪器还可应用于气溶胶消光系数的高灵敏度测量。

中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室彭新华教授研究组在自旋量子精密测量领域取得重要进展，首次提出和验证了Floquet自旋量子放大技术，该技术克服了以往只在单个频率处量子放大的局限性，实现了多频段极弱磁场信号的量子放大，灵敏度达到了飞特斯拉水平。相关研究成果于6月9日以“Floquet Spin Amplification”为题在线发表于著名国际学术期刊《Physical Review Letters》上[Phys. Rev. Lett. 128, 233201 (2022)]，并被选为“编辑推荐（Editors’Suggestion）”文章。现代自然科学和物质文明是伴随着测量精度的不断提升而发展的。随着量子力学基础研究和科学技术的发展，通过原子、分子、自旋等物理系统可以实现微弱信号的量子增强放大。相比于基于经典电路的传统放大技术，量子增强放大受限于更低的量子噪声且具有更高的放大增益，为提升测量精度提供了强有力的研究手段，因此受到大家的广泛关注和研究。目前，量子放大技术已经在诸多测量过程发挥不可替代的作用，催生出许多革命性成果，例如微波激射器、激光器、原子钟，甚至宇宙微波背景辐射的首次发现等，诺贝尔物理学奖也曾多次授予相关领域。然而目前对量子放大精密测量技术的探索仍然有限，实现信号放大主要依赖于量子系统固有的离散能级跃，由于可调谐性的限制，量子系统固有离散跃迁频率往往无法满足放大需要的工作频率，因此限制了量子放大器的性能，如工作带宽、频率和增益等。如果能够克服以上困难，量子放大技术的性能将可以得到很大改善，对探测极弱电磁波和奇异粒子等基础物理和实际应用具有重要意义。成果示意图：（a）Floquet能级；（b）Flqouet量子自旋放大器原理图；（c）磁探测灵敏度。针对以上难题，本文研究人员提出了Floquet自旋量子放大技术，成功克服了以往探测频率范围小等限制，实现了对多个频率的极弱磁场放大。这项技术得益于该组之前提出的“自旋放大技术”[Nat.Phys. 17, 1402 (2021)]和“Floquet调制技术”[Sci. Adv. 7(8), eabe0719 (2021)]，将二者有机结合，从而将量子放大技术推广到Floquet自旋系统：利用Floquet调制技术调控自旋的能级与量子态，将固有的二能级系统（如129Xe核自旋）修饰为周期性驱动Floquet系统，从而具有很多独特的性质，使得系统形成了一系列等能量间距分布的Floquet能级结构，在这些能级之间可以发生共振跃迁，因此有效拓广了磁场放大的频率范围。通过理论计算和实验研究，首次展示了Floquet系统可以实现多个频率待测磁场2个数量级的同时量子放大，测量灵敏度达到了飞特斯拉级级别。该工作首次将量子放大技术扩展到Floquet自旋系统，有望进一步推广到其他量子放大器，实现全新的一类量子放大器——“Floquet量子放大器”。彭新华研究组长期瞄准量子精密测量领域，利用量子精密测量技术来解决世界前沿科学问题。包括于2018年自主研发出超灵敏原子磁力计，并且利用该技术实现了无需磁场的新型核磁共振技术——“零磁场核磁共振”[Sci. Adv. 4(6), eaar6327 (2018)]；于2019年至2020年发展新型原子磁力仪技术[Adv. Quantum Technol. 3, 2000078 (2020)，Phys. Rev.Applied 11, 024005 (2019)]，达到了国际领先水平的磁场探测灵敏度；通过进一步研究，于2021年实现了新型的自旋微波激射器，在低频段创造了国际最佳的磁探测灵敏度[Sci. Adv. 7(8), eabe0719 (2021)]。之后，该研究组将已发展的平台型量子精密测量技术用于寻找超越标准模型的新粒子，取得了一系列对推动学科领域发展有实质性贡献的研究成果。包括于2021年利用新型量子自旋放大器搜寻暗物质候选粒子，首次突破国际公认最强的宇宙天文学界限[Nat.Phys. 17, 1402 (2021)]，以及实现了对一类超越标准模型的新相互作用的超灵敏检验，实验界限比先前的国际最好水平提升至少2个数量级[Sci. Adv. 7, eabi9535 (2021)]。中科院微观磁共振重点实验室江敏副研究员、博士研究生秦毓舒和王鑫为该文共同第一作者，彭新华教授为该文通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委和安徽省的资助。论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.233201量子自旋放大技术论文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-021-01392-z

通俗地讲，就是把吸收到的二氧化氮光谱信号进行有效放大，再通过我们开发的可靠算法进行计算，最终实现对大气二氧化氮的精确探测。基于多模激光的振幅调制腔增强吸收光谱技术，适用于长期稳定运行、免人工维护的二氧化氮高灵敏度测量，因而具有很好的科研和业务应用前景。周家成中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所博士近日，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所张为俊研究员团队在大气二氧化氮探测技术方面取得新突破，团队利用相敏检测的振幅调制腔增强吸收光谱技术，创立了一种能够快速灵敏检测大气环境中二氧化氮的新方法。这项研究成果日前发表于美国化学会（ACS）出版的《分析化学》上，并申请了发明专利保护。导致大气污染的“元凶”之一“二氧化氮是对流层大气中主要的污染物，它的来源主要包括交通运输排放和工业生产过程中的化石燃料燃烧、农作物秸秆等生物质燃烧、大气当中的闪电和平流层光化学反应等过程。”中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所的周家成博士告诉科技日报记者，大气中的二氧化氮对臭氧和二次颗粒的生成也起着重要作用，是形成酸雨的重要原因之一。“二氧化氮的光解是对流层臭氧的主要来源之一，其参与了光化学反应以及光化学烟雾的形成。”周家成说，二氧化氮通过光化学反应产生硝酸盐二次颗粒，导致大气能见度下降并进一步降低空气质量，是形成灰霾的主要因素。同时，排放到大气中的二氧化氮可以与水蒸气发生作用，产生硝酸和一氧化氮，进而形成酸雨。“正因如此，二氧化氮的高灵敏准确测量对大气化学研究以及大气污染防控具有重要意义。”周家成说，对于一些特殊应用场景，例如青藏高原、海洋等环境中，大气中二氧化氮浓度极低，只有高灵敏的仪器才能精确测量，进而开展相应的大气化学研究。此外，高灵敏的仪器还可以捕捉城市大气污染的深层次信息，例如通量等关键参数，从而更好地服务大气污染防控。放大光谱信号实现超极限探测一般而言，大气当中的每一种成分，都对应有特殊的光谱，也就是相当于这种组分的特殊身份识别标志特征。从原理上来讲，只要能够实现对某种大气组分光谱的高灵敏度探测，也就做到了对这种组分的精确探测。周家成介绍，他们团队创新研发的“基于多模激光的振幅调制腔增强吸收光谱技术”，是将调制技术与多模激光相结合的一种全新的高灵敏度吸收光谱技术。它的工作原理是把被调制的光强信号输入到相敏检波器中，与参考信号进行混频乘法运算，再经过窄带低通滤波器滤除掉其他噪声频率成分后，得到一个与输入信号成正比的直流信号，就可以直接用于吸收系数的计算。“通俗地讲，就是把吸收到的二氧化氮光谱信号进行有效放大，再通过我们开发的可靠算法进行计算，最终实现对大气二氧化氮的精确探测。”周家成告诉记者，“基于多模激光的振幅调制腔增强吸收光谱技术”集成了共轴腔衰荡吸收光谱的高光注入效率、离轴腔增强吸收光谱的低腔膜噪声，以及调制光谱的窄带高灵敏度微弱信号探测等优点，能够提供一种简单、可靠、低成本和自校准的二氧化氮绝对浓度测量方法。“它适用于长期稳定运行、免人工维护的二氧化氮高灵敏度测量，因而具有很好的科研和业务应用前景。”周家成告诉记者，他们研制的这台仪器用到的一个关键部件，叫做“宽带多模二极管激光器”，即能够输出波长具有一定宽度，并且可以同时产生两个或多个纵模的激光器，它被作为整个仪器的探测光源。“正是由于它发出的激光光源能被二氧化氮分子所吸收，所以被用来进行二氧化氮浓度的测量。”周家成说，他们用到的这款激光器的中心波长为406纳米，带宽约为0.4纳米，它发射出的探测光源，恰好能够被二氧化氮分子所吸收。一般而言，某种仪器或探测方法，在探测某种参数时所能达到的极限，被称为“探测极限”，也代表了仪器的最高性能指标。周家成表示，他们研制的探测技术经过多次实际应用验证表明，超过探测极限浓度的二氧化氮也能够被测量到。助力北京冬奥会精准预报天气北京冬奥会期间，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所研制的快速灵敏检测二氧化氮仪器被用于环境大气实时在线观测，为冬奥会高精度数值天气预报和多源气象数据融合等关键技术方法提供了必要的数据支持，共同构建了冬奥气象“百米级”预报技术体系。“在此之前，这台仪器在北京参加了‘超大城市群大气复合污染成因外场综合协同观测研究’项目，针对北京城市站点大气环境中氮氧化物的作用开展相关研究，对北京市大气复合污染成因解析起到了重要作用。”周家成表示，后续该仪器还将应用于青藏高原背景站点开展常年观测，填补青藏高原大范围区域二氧化氮有效观测数据的空白。谈起团队科研历程，周家成坦言，这其中充满了艰辛和不确定性，但还是有着很多乐趣。“为了验证仪器吸收测量的准确性，我们先在实验室开展不同浓度二氧化氮测量实验，但是结果始终和预期不一样。折腾了几个小时后，发现居然是外部锁相放大器的一个参数设置有误。”周家成说，这件事再次验证了“细节决定成败”的道理。自此以后，他每次实验前，都会仔细检查仪器的各项参数，防止出现类似的问题。周家成说，仪器在参加北京冬奥会观测期间，由于观测人员在实验前期对仪器操作不熟悉，光腔被正压气体冲击，导致无法用于测量。“当时我不在现场，内心十分着急，牵挂仪器，到了深夜都不能入睡，怕影响观测进度。”年后没几天，周家成携带工具前往北京维修，加班加点终于使仪器正常工作，赶上了综合实验的进度。“接下来，我们将对仪器进行小型化集成，利用锁相板代替商业锁相放大器，配合自动控制系统，使得这台仪器更加智能化、便携化。”周家成表示，未来他们团队还计划把这种二氧化氮探测技术与化学滴定、热解和化学放大法相结合，应用于一氧化氮、臭氧、活性氮和总过氧自由基的高精度测量。通过增加保护气，仪器还可应用于气溶胶消光系数的高灵敏度测量。

经过１０余年设计制造、３５亿美元投资，美国建成世界最大激光器 　　新浪科技讯 北京时间5月7日消息，据美国《连线》杂志网站报道，在劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)国家点火设施(NIF)的科学家，希望利用192个激光器和一个由400英尺长的放大器及滤光器阵列构成的装置，制造出一个像太阳或者爆炸的核弹一样的自维持聚变反应堆(self-sustaining fusion reaction)。最后一批激光器安装完毕后，《连线》网站记者参观了这个点火设施。观看看世界上最先进的科学设备。 　　1.美国“国家点火装置” 　　这个大部头看起来可能很像迈克尔贝执导的《变形金刚》中的人物，但是这个大型机器很快就会成为地球上的恒星诞生地。 　　美国“国家点火装置” 位于加州，投资约合24亿英镑，占地约一个足球场大小。科学家希望该激光器能模仿太阳中心的热和压力。“国家点火装置”由192个激光束组成，产生的激光能量将是世界第二大激光器、罗切斯特大学的激光器的60倍。2010年，192束激光将被汇聚于一个氢燃料小球上，创造核聚变反应，打造出微型“人造太阳”，产生亿度高温。 　　2.庞大的靶室 　　 庞大的靶室 　　在庞大的靶室里，192束激光束进入直径是33英尺的蓝色真空室，在那里跟一个胡椒瓶大小的目标物相撞。然后这些光束会以动力较低的红外线的形式，从该仪器的不同部位出来，这个部位跟DVD播放器的内部结构类似。接着激光经过一系列复杂的放大器、过滤器和镜子，以便变得足够强大和精确，可以产生自维持聚变反应堆。 　　3.包含放射性氢同位素、氘和氚的铍球 　　 包含放射性氢同位素、氘和氚的铍球 　　这个铍球包含放射性氢同位素、氘和氚。科学家将利用这个系统的192个激光器产生的X射线轰击它。核子熔合的关键是有足够的能量把两个核子熔合在一起，在这项实验中用的是氢核子。由于把两个核子分开的斥力非常强，因此这项任务需要利用极其复杂的工程学和特别多的能量。 　　例如，在光束进入真空室(包含图片上方的目标物)之前，激光必须通过巨大的合成水晶，转变成紫外线。发射到真空室里的光束会进入一个被称作黑体辐射空腔(hohlraum)的豆形软糖大小的反射壳(reflective shell)里，光束的能量在这里产生高能X射线。从理论上来说，X射线的能量应该足以产生可以克服电磁力的热和压力，这样核子就能熔合在一起了。电磁力促使同位素的核子分开。 　　4.靶室顶部的起重机和气闸盖 　　 靶室顶部的起重机和气闸盖 　　在第一张照片的靶室顶上，是用来把底部仪器放入真空室的起重机和气闸盖。如果这个仪器产生作用，它将成为未来发电厂的前身，将提高科学家对宇宙里的力的理解。当常规核试验被禁止的时候，它还有助于我们了解核武器内部的工作方式。 　　5.精密诊断系统 　　 精密诊断系统 　　激光束将被发射到精密诊断系统里，以在它进入靶室以前，确定它能正常工作。 　　6.激光间 　 　激光间 　　在激光间(laser bay)里眺望，会看到国家点火设施的激光间2号向远处延伸超过400英尺，激光在从这里到达靶室的过程中，会被放大和过滤。过去35年间，科学家在劳伦斯利弗莫尔国家实验室建设了另外3个激光熔合系统，然而它们都不能生成足够达到核子熔合的能量。第一个激光熔合系统——Janus在1974年开始运行，它产生了10焦耳能量。第二项试验在1977年实施，这个激光熔合系统被称作Shiva，它产生了10000焦耳能量。 　　最后一项实验在1984年实施，这个被称作Nova的激光熔合项目产生了30000焦耳能量，这也是它的制造者第一次相信通过这种方法可以实现核子熔合。国家点火设施科研组制造的这个最新系统有望产生180万焦耳紫外线能量，科学家认为这些能量已经足以在劳伦斯利弗莫尔国家实验室里产生一个小恒星。 　　7.磷酸盐放大玻璃 　　 磷酸盐放大玻璃 　　国家点火设施包含3000多块混合着钕的磷酸盐放大玻璃，这是在熔合试验中用来增加激光束的能量的一种基本材料。这些放大玻璃板隐藏在密封的激光间周围的围墙里。 　　8.技术人员在激光间里安装光束管 　　 技术人员在激光间里安装光束管 　　技术人员在激光间里安装光束管，激光通过这些管会进入调试间。激光在调试间里会被重新改变运行路线，并重新排列，然后被输送到靶室里。 　　9.紧急停运盘 　　 紧急停运盘 　　在整个国家点火设施里，标明激光位置的紧急停运盘(emergency shutdown panels)，可在激光发射时，为那些在错误的时间站在错误的地方的科学家和技术人员提供安全保障。 　　10.光导纤维 　　 光导纤维 　　光导纤维(黄色电缆部分)把低能激光传输到能量放大器里。然后在通过混有钕的合成磷酸盐的过程中，利用强大的频闪放电管放大。 　　11.能量放大器 　　 能量放大器 　　能量放大器隐藏在天花板上的金属覆盖物下面，它含有可增大激光能量的玻璃板。在激光刚刚进入放大玻璃前，灯管把能量吸入玻璃里，接着激光束会获得这些能量。 　　12.可变形的镜子 　　 可变形的镜子 　　可变形的镜子隐藏在天花板上覆盖的银膜下面，这种镜子是被用来塑造光束的波阵面，并弥补它在进入调试间前出现的任何缺陷。每个镜子利用39个调节器改变镜子表面的形状，纠正出现错误的光束。你在照片中看到的电线是用来控制镜子的调节器的。 　　13.激光放大器 　　 激光放大器 　　激光束在进入主放大器和能量放大器前，较低前置放大器会放大激光束，并给它们塑形，让它们变得更加流畅。 　　14.便携式洁净室 　　 便携式洁净室 　　科学家利用一个独立的便携式洁净室(CleanRoom)运输和安置能量放大器和其他元件，这个洁净室就像用来装配微芯片的小室。 　　15.能量放大器 　 　能量放大器 　　每个能量放大器都被安装在洁净室附近，然后利用遥控运输机把它们运输到梁线所在处。 　　16.技术人员校对能量放大器 　　 技术人员校对能量放大器 　　从照片中可以看到，能量放大器在被放入梁线以前，技术人员正在对它进行校对。 　　17.模仿NASA的主控室 　 　模仿NASA的主控室 　　照片中的主控室看起来跟美国宇航局的任务控制中心很相似，这是因为前者是模仿后者建造的。国家点火设施并不是利用这个主控室把火箭发射到外太空，而是设法通过激光，利用它把恒星的能量(核子熔合)带回地球。 　　18.光束源控制中心 　　 光束源控制中心 　　光束源控制中心即已知的主控振荡器室，看起来跟数据中心(Server Farm)很像，但是这个控制中心不是利用电脑，而是安装了一排排架子。光束通过光纤前往能量放大器的过程中，看起来就像网络供应商使用的网络。 　　19.国家点火设施的激光源 　　 国家点火设施的激光源 　　国家点火设施的激光是从一个相对较小、能量较低，并且比较呆板的盒子里发射出来的。这个激光器呈固体状态，跟传统激光指示器没有多大区别，不过它们发射的光波波长不一样，前者是红外线，后者是可见光。 　　20.高能灯管 　 　高能灯管 　　高能灯管(flashlamps)跟照相机里的灯管一样，但是前者的体积超大，它可以用来激发激光。每束光束刚产生时，强度仅跟你的激光指示器发出的激光强度一样，但是它们在二十亿分之一秒内，强度就能曾大到500太拉瓦，大约是美国能量输出峰值时功率的500倍。 　　这一结果是能实现的，因为该实验室里拥有巨大的电容器，里面储存了大量能量。这个电容器非常危险，当它充电后，这个房间将被封闭，禁止任何人靠近，以免出现高压放电现象，伤着来访的人。 　　国家点火设施的外面看起来很像《半条命(Half-Life)》的拍摄现场，这种普通的外观掩饰了在里面进行的历史性科学研究。(孝文) 英刊揭秘世界最强激光产生过程(组图) 　　导读：2009年4月，耗资达35亿美元的美国“国家点火装置”(NIF)正式开始进行相关实验，并计划于2010年最终实现聚变反应。届时会将192束激光同时照射在一个微小的目标上，是迄今世界上性能最强大的激光装置。英国《新科学家》杂志网站13日撰文揭秘世界最强激光产生过程。以下为全文： 　　“国家点火装置”是美国国家核安全管理局(NNSA)的库存管理计划的关键环节。在受控实验室条件下，“国家点火装置”将进行聚变点火和热核燃烧实验，实验结果将为NNSA提供相关武器生产条件的实验手段。这些条件对NNSA在不开展地下核试验的条件下评估并验证核武库的工作至关重要。“国家点火装置”实验将研究武器效应、辐射输运、二次内爆和点火相关的物理学机理，并支持库存管理计划继续取得成功。“国家点火装置”是目前世界上最大和最复杂的激光光学系统，用于在实验室条件下实现人类历史上的第一次聚变点火。192束矩形激光束将在30英尺的靶室中实现会聚，其中靶室内含有直径为0.44厘米的氢同位素靶丸。发生聚变反应时，温度可达到1亿度，压力超过1000亿个大气压。 　　以下是“国家点火装置”产生最强激光的几大步骤： 　　1、安装球形外壳 　　 　　安装球形外壳 　　为了产生聚变所必须的高温和高压，“国家点火装置”将汇聚其所有192束激光束同时射向一个氢燃料目标之上。“国家点火装置”呈球形(如图所示)，直径约为10米，重约130吨。装置内有一个目标聚变舱，点火实验就发生于目标聚变舱内。整个球体由18块铝材外壳拼接而成，每块外壳均约10厘米厚。球体外壳上正方形窗口就是激光束的入口，而圆形窗口则是用来安装和调节诊断装置，诊断装置共有近100个分片。 　　2、用调节器调整靶位 　　 　　用调节器调整靶位　　这是目标聚变舱内部的照片。激光束通过外壳上的入口进入目标舱，把将近500万亿瓦特的能量瞄准于位置调节器的尖端。图中右侧的长形带有尖端的物体就是位置调节器，每次实验的目标氢燃料球就置放于尖端之上。当所有激光束全部投入时，“国家点火装置”将能够把大约200万焦耳的紫外线激光能量聚焦到小小的目标氢燃料球之上，它比此前任何激光系统所携带能量的60倍还要多。当激光束的热和压力达到足以熔化小圆柱目标中氢原子的时候，所释能量要比激光本身产生的能量更多。氢弹爆炸和太阳核心会发生这类反应。科学家相信，总有一天通过核聚变而不是核裂变会产生一种清洁安全的能源。 　　3、将燃料放入燃料舱(圆柱体) 　　 　　将燃料放入燃料舱(圆柱体) 　　进入“国家点火装置”的所有192束激光束都将被引向图中这个铰笔刀大小的圆柱体。该圆柱体中将装有聚变实验所使用的目标燃料，目标燃料就是约为豌豆大小的球状冰冻氢燃料。实验时，激光束将通过各自窗口进入目标舱内，从各个方向压缩和加热氢燃料球，希望能够产生自给能量的聚变反应。曾经有不少科学家认为可控核聚变反应是不可能实现的。近年来，科学家找到了一些点燃热聚变反应的方法，美国研究人员找到的方法是利用高能激光。虽然科学家们也尝试了其他种核聚变发生技术，但从已完成的实验效果看，激光技术是目前最有效的手段。除激光外，利用超高温微波加热法，也可达到点燃核聚变的温度。 　　4、压缩并加热燃料 　　 　　压缩并加热燃料 　　所有激光束进入这个金属舱内部时，他们将产生强烈的X光线。这些X光线不仅仅可以把豌豆大小的氢燃料球压缩成一个直径只有人类头发丝截面直径大小的小点，它还能够将其加热到大约300万摄氏度的高温。尽管激光的爆发只能持续大约十亿分之一秒，但物理学家们仍然希望这种强烈的脉冲可以迫使氢原子相互结合形成氦，同时释放出足够的能量以激活周围其他氢原子的聚变，直到燃料用尽为止。在激光点火装置内，一束红外线激光经过许多面透镜和凹面镜的折射和反射之后，将变成一束功率巨大的激光束。然后，研究人员再将该激光束转变为192束单独的紫外线激光束，照向目标反应室的聚变舱中心。当激光束照射到聚变舱内部时，瞬间产生高能X射线，压缩燃料球芯块直至其外壳发生爆裂，直到引起燃料内部的核聚变，从而产生巨大能量。 　　5、用磷酸二氢钾晶体转换激光束 　　 　　用磷酸二氢钾晶体转换激光束 　　激光束在进入目标舱内之前，必须要先由红外线转换成紫外线，因为紫外线对加热目标燃料更为有效。激光转换过程必须要使用磷酸二氢钾晶体。图中的这块磷酸二氢钾晶体重约360公斤。首先将一粒籽晶放入一个高约2米的溶液桶中，经过两个月的培养才可形成如此巨型的晶体。然后将晶体切割成一个个截面积约为40平方厘米的小块。“国家点火装置”共需要大约600多块这样的晶体小块。“国家点火装置”将被用于一系列天体物理实验，但是，它的首要目的是帮助政府科学家确保美国“老年”核武器的可靠性。“国家点火装置”项目的建造计划于上世纪90年代早期提出，1997年正式开始建设。(刘妍)

中国科学技术大学潘建伟、窦贤康、张强和薛向辉等组成的交叉研究团队，通过发展大功率低噪声光梳，结合时间频率传递等量子精密测量技术，在国际上首次实现百公里级的开放大气双光梳光谱测量。这一技术可应用于监测大尺度范围的地球大气温室气体和污染气体，并可以扩展到卫星和地面之间的大气双光梳光谱测量，用于全球尺度的温室气体监测和精确校准。9月12日，相关研究成果在线发表在《自然-光子学》（Nature&ensp Photonics）上。大气光谱学是研究大气化学和物理性质的关键技术，通过探讨光与大气中分子和颗粒的相互作用来研究大气问题，广泛应用于全球气候变化、碳预算评估和空气污染研究等领域。目前，大气光谱遥感使用的光栅光谱仪、外差光谱幅度计和傅里叶变换光谱仪等技术能够以不同的时间和空间分辨率提供地球大气成分的光谱学数据。然而，这些技术存在较多限制，如无法在夜间进行测量、无法同时测量多种组分等。近年来，开放大气双光梳光谱技术被证明是进行准确、连续、多气体测量的理想技术。双光梳光谱技术具有高采集速度、溯源至原子钟级别的绝对频率精度和可以同时测量多个组分等优点，在油田监测、城市车辆排放、畜牧排放测量和温室气体监测等领域应用广泛。该技术不受湍流散斑和背景噪声的影响，在原理上能够在不校准的情况下测量更长的距离，被认为是用于大气遥感的理想精密光谱工具。当前，国际上能够实现的最远的测量距离不超过20公里，只可针对工厂、牧场等小范围区域实现监测，无法应用于更大的区域如大型城市、雨林等。该团队开发出新的双基站开放大气双光梳光谱测量方案。相比于传统单基站方案，该方案无需在测量远端放置反射器，光只需要经过待测路径一次即可完成测量，从而减小了链路损耗，更适用于远距离、大尺度的测量。利用该方案，科研人员在乌鲁木齐测量得到113公里水平开放大气中水汽和二氧化碳的强度谱与相位谱。这一距离比国际上最远的测量距离高了约一个数量级。该工作创新性地融合了潘建伟、张强等前期发展的高精度自由空间时间频率传递技术且频率准确度达到10kHz，并运用自主研发的高精度反演算法，使二氧化碳反演精度在36分钟内小于0.6ppm。该研究使得双光梳光谱能够测量的大气距离从十几公里提升至一百多公里，扩大了这一技术的应用范围。同时，系统可容忍最大损耗为83dB，与中高轨星地链路损耗相当，为实现未来的星地大气双梳光谱测量奠定了基础。上述研究是量子信息科学与地球科学深度交叉融合取得的成果，基于光频梳的量子精密测量技术有望在地球科学、深空探测、环境科学和油气行业等领域得到应用。研究工作得到国家发展和改革委员会、国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院、上海市、安徽省和山东省的支持。百公里开放大气双光梳光谱测量示意图

滨松光子学株式会社（静冈县滨松市，董事长：昼马 明 ，以下简称“滨松光子学（株）”）将传统泵浦用半导体激光器的功率提高了三倍，并优化了放大器的设计 ，成功开发了只有桌面尺寸大小，可以产生1焦耳（以下，j）的高能量、300赫兹（以下，hz）高重复频率的功率激光器。一般的激光器的输出功率与设备的尺寸、重复频率成正相关关系，而该课题实现了小型却高功率、高重复频率的激光器。本产品的诞生，通过去除细小的污垢的激光清洁来提高了传统加工的生产效率，同时，期待它在金属材料的激光成形、延长金属器件的使用寿命的激光喷丸等方面的新应用。该产品的开发是内阁办公室主导的综合科学技术与创新研发推进项目（impact）的一部分，是佐野雄二负责的“普及功率激光器以实现安全、安心、长寿社会”研发项目的一环，由滨松光子学（株）中央研究所产业开发研究中心副所长川嶋利幸等人开发，而且今后我们也将继续推进研究成果的产品化。此外，该新研发的产品将于11月1日（星期四）起连续3天在actcity滨松（滨松市中町区）举行的滨松光子综合展“2018photon fair”上展出。＜关于功率激光器＞功率激光器主要由振荡器和放大器组成。 振荡器由泵浦用半导体激光器、激光介质、全反射镜、输出镜和光开关组成，放大器由泵浦用半导体激光器和激光介质组成。 由振荡器发出的激光通过放大器时，从三种高能量状态（激发状态）的三段激光介质接收能量实现高功率输出。功率激光器的结构＜新产品概述＞该产品搭载了最新研发的泵浦用半导体激光器，虽然只有桌子尺寸大小，但却是可以产生1j的高脉冲能量且300hz的高重复频率的功率激光器。滨松光子学（株）已经开始制造并销售300hz的重复频率下输出功率为100w的泵浦用半导体激光器。此次，结合公司独有的晶体生长技术和镀膜技术，将传统泵浦用半导体激光的功率提高到世界最高水平300w，同时放大器在激光介质的长度和横截面积上下功夫，并采用具有提高冷却效率的放大器，解决了由于热问题导致激光介质损坏或破坏的问题，成功输出了传统放大器的3倍能量。这是因为放大器采用了新的散热设计，提高了激光的放大效率。此外，由于采用半导体激光器作为泵浦光源，具有高于市面上销售的氙灯泵浦脉冲激光器约10倍的光电转换效率，约100倍的泵浦光源的寿命。通过控制零部件的数量，成功实现了器件的稳定输出、小型以及低成本。一般激光器的功率与设备的尺寸、重复频率成正相关关系，但本产品却实现了小型而又高功率和高重复频率的特性。利用该产品，可以对附着于材料上的小污垢进行激光清洁，以提高传统加工的生产效率。此外，我们也期待脉冲激光器在工业领域的新应用，如飞机的金属材料等可以在不使用模具的情况下进行变形加工完成激光成形，以及通过激光喷丸来提高金属器件的使用寿命等。＜研发背景＞激光在金属材料的钻孔、焊接、切割等方面有着广泛地加工用途，为了提高生产效率，光纤激光器和co2激光器等各种各样的激光都在朝着高功率的方向发展。激光分连续输出一定强度激光的cw（continuous wave）激光和短时间内重复输出激光的脉冲激光，目前cw激光是激光加工领域的主流。另一方面，脉冲激光不同于cw激光，它正在朝着新型激光加工的应用方向发展。采用半导体激光器作为泵浦光源的功率激光器，它具有高功率、高重复频率的特性，但因为半导体激光器价格昂贵很难推向产品的实用化，而市场上销售的j级脉冲激光器上使用的泵浦光源多采用氙灯光源，对激光器内部有严重地热影响，因此重复频率只能限制在10hz左右。像这样，为了进一步提高生产效率，同时扩大用途，对小型且可以发出高功率、高重复频率脉冲激光的激光器的需求日益增加。主要规格＜委托研究信息＞此研究成果，是通过以下的科研课题项目得到的。内阁办公室创新研发推进项目（impact）项目负责人：佐野雄二研发项目：普及功率激光器以实现安全、安心、长寿社会研发课题：开发高功率小型功率激光器研究负责人：川鸠利幸（滨松光子学株式会社 中研研究所 产业开发研究中心 中心副主任）研发时间：2015年~2018年本研究开发课题是致力于开发桌子大小、高功率、高重复且稳定性高的脉冲输出的功率激光器。＜项目负责人佐野熊二的评论＞“普及功率激光器以实现安全、安心和长寿的社会”的impact计划，推动了大功率脉冲激光器的小型化、简化和高性能的发展，这对于探索最先进的科学和工业是不可缺的，同时，我们也正在推进相关基础技术和应用技术的开发，旨在提供可以随时随地使用，具有高稳定性的廉价激光器，向工业领域的创新努力。此次，滨松光子学（株）的开发团队采用了自有的先进半导体激光器作为泵浦高能脉冲激光器的光源，通过优化激光器件，以低价格实现前所未有的小型、高功率、高重复的激光设备。从限制成本和生产效率的角度来看，在我们之前放弃引入激光设备的领域，也期待会有更多的应用。功率激光器设备的结构 功率激光器设备外观

根据中国科学院官网信息，中国科学技术大学潘建伟、窦贤康、张强和薛向辉等组成的交叉研究团队，通过发展大功率低噪声光梳，结合时间频率传递等量子精密测量技术，在国际上首次实现百公里级的开放大气双光梳光谱测量。这一技术可应用于监测大尺度范围的地球大气温室气体和污染气体，并可以扩展到卫星和地面之间的大气双光梳光谱测量，用于全球尺度的温室气体监测和精确校准。9月12日，相关研究成果在线发表在《自然-光子学》(Nature Photonics)上。资料显示，大气光谱学是研究大气化学和物理性质的关键技术，通过探讨光与大气中分子和颗粒的相互作用来研究大气问题，广泛应用于全球气候变化、碳预算评估和空气污染研究等领域。目前，大气光谱遥感使用的光栅光谱仪、外差光谱幅度计和傅里叶变换光谱仪等技术能够以不同的时间和空间分辨率提供地球大气成分的光谱学数据。然而，这些技术存在较多限制，如无法在夜间进行测量、无法同时测量多种组分等。近年来，开放大气双光梳光谱技术被证明是进行准确、连续、多气体测量的理想技术。双光梳光谱技术具有高采集速度、溯源至原子钟级别的绝对频率精度和可以同时测量多个组分等优点，在油田监测、城市车辆排放、畜牧排放测量和温室气体监测等领域应用广泛。该技术不受湍流散斑和背景噪声的影响，在原理上能够在不校准的情况下测量更长的距离，被认为是用于大气遥感的理想精密光谱工具。当前，国际上能够实现的最远的测量距离不超过20公里，只可针对工厂、牧场等小范围区域实现监测，无法应用于更大的区域如大型城市、雨林等。该团队开发出新的双基站开放大气双光梳光谱测量方案。相比于传统单基站方案，该方案无需在测量远端放置反射器，光只需要经过待测路径一次即可完成测量，从而减小了链路损耗，更适用于远距离、大尺度的测量。利用该方案，科研人员在乌鲁木齐测量得到113公里水平开放大气中水汽和二氧化碳的强度谱与相位谱。这一距离比国际上最远的测量距离高了约一个数量级。该工作创新性地融合了潘建伟、张强等前期发展的高精度自由空间时间频率传递技术且频率准确度达到10kHz，并运用自主研发的高精度反演算法，使二氧化碳反演精度在36分钟内小于0.6ppm。该研究使得双光梳光谱能够测量的大气距离从十几公里提升至一百多公里，扩大了这一技术的应用范围。同时，系统可容忍最大损耗为83dB，与中高轨星地链路损耗相当，为实现未来的星地大气双梳光谱测量奠定了基础。据悉，上述研究是量子信息科学与地球科学深度交叉融合取得的成果，基于光频梳的量子精密测量技术有望在地球科学、深空探测、环境科学和油气行业等领域得到应用。

中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室彭新华教授、江敏副研究员等在量子精密测量和检验超越标准模型领域取得重要进展，利用自主研制的量子自旋放大技术实现了对一类超越标准模型的宇称破缺相互作用的超灵敏检验，实验结果提升国际纪录至少5个数量级，弥补了现有天文学观测的空白。相关研究成果于1月6日以“Search for exotic parity-violation interactions with quantum spin amplifiers”为题在线发表于国际学术期刊《Science Advances》上[Sci. Adv. 9, eade0353 (2023)]。粒子物理标准模型是20世纪物理学建立的最伟大的模型之一。然而，尽管标准模型取得了巨大的成功，但许多物理现象如暗物质、暗能量、中微子振荡、正反物质不对称性等无法被很好解释。为此，许多理论预言了可能存在超越标准模型的新轻玻色子，如轴子、暗光子、Z玻色子等，其可以作为暗物质的候选粒子，补充现有的标准模型理论。这些新粒子的能量可能跨度几十个量级的范围。对于低能区的新粒子 (远小于1eV)，更加凸显出粒子的波动性，它们的德布罗意波长甚至要比现在的大型对撞机还要大，因此不适于使用粒子对撞器与加速器等高能装置进行研究。量子传感器如原子磁力仪、原子钟弥补了高能装置对这类超轻暗物质候选粒子的探测空白，但因这些新粒子与标准模型内粒子的相互作用十分微弱，亟需一种高灵敏度的量子传感器对标准模型外的新物理进行研究。图1 检验新相互作用的实验装置和相应的磁探测灵敏度。 　彭新华教授研究组利用近期发展的量子自旋放大器技术(图1A)[Nat. Phys. 17, 1402–1407 (2021)]，实现了对待测磁信号2个数量级的放大(图1B)，并将其应用于超越标准模型的新粒子与新相互作用的搜寻，在国际上提出了“蓝宝石”研究计划，英文缩写SAHPPHIRE(SpinAmplifier for Particle PHysIcs REsearch)。该计划的首批实验约束了一种由Z玻色子诱导的自旋相互作用，如图1C所示，此类奇异相互作用是宇称不守恒的，其强度正比于自旋源内的电子自旋数量。因此本实验采用了两个原子气体室，一个利用惰性气体氙原子作为自旋传感器，一个利用碱金属铷原子作为自旋源。自旋源内的碱金属原子通过激光泵浦实现约1014的电子极化自旋数量，并由泵浦光间断极化，从而产生一个交流的震荡奇异场作用于量子自旋传感器上，并被进一步放大和探测。相较于其他应用于新物理搜寻的共振技术，量子自旋放大器中的铷原子充当嵌入式磁强计，实现了惰性气体氙原子的连续极化和原位测量。相比之下，原位测量提供的一个显著优势是由于大费米接触放大因子而增强核共振信号。此外，由于氙核自旋通过与极化铷原子的自旋交换碰撞而连续极化，自旋放大器可实现对奇异场的连续搜索。由于这些独特的优点，自旋放大器更适用于奇异相互作用的超灵敏连续波检测。正因如此，本实验对电子与中子之间的宇称破缺奇异相互作用的约束较国际前沿实验界限提高了5个数量级(如图2A)，且对中子与质子之间的奇异相互作用进行了首次探索(如图2B)。不仅如此，SAPPHIRE计划仍有很大的性能提升空间，研究人员提出利用K-3He自旋放大器与固体自旋源，有望将对此类奇异相互作用的实验约束界限进一步提升8个量级。 图2 新奇相互作用实验界限。审稿人对这一工作有高度评价：“The result is a clearly a major improvement for the field”(该领域的一个重大提升)，“What is particularly remarkable about these results is that they have established strong new constraints, which have improved prior bounds by several orders of magnitude, in a region of parameter space where there are little or no constraints from astrophysics ”(该实验最引人注目的是在一个几乎没有天体物理学约束的参数空间区域建立了强有力的新约束，将先前的约束提高了多个数量级)。这一成果展示了SAPPHIRE计划下量子精密测量技术与粒子物理学研究的有机结合，有望激发宇宙天文学、粒子物理学和原子分子物理学等多个基础科学的广泛兴趣。中国科学院微观磁共振重点实验室博士研究生王元泓和黄颖为该文共同第一作者，彭新华教授和江敏副研究员为该文共同通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委和安徽省的资助。

中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室彭新华教授、江敏副研究员等在量子精密测量和检验超越标准模型领域取得重要进展，利用自主研制的量子自旋放大技术实现了对一类超越标准模型的宇称破缺相互作用的超灵敏检验，实验结果提升国际纪录至少5个数量级，弥补了现有天文学观测的空白。相关研究成果于1月6日以“Search for exotic parity-violation interactions with quantum spin amplifiers”为题在线发表于国际学术期刊《Science Advances》上[Sci. Adv. 9, eade0353 (2023)]。粒子物理标准模型是20世纪物理学建立的最伟大的模型之一。然而，尽管标准模型取得了巨大的成功，但许多物理现象如暗物质、暗能量、中微子振荡、正反物质不对称性等无法被很好解释。为此，许多理论预言了可能存在超越标准模型的新轻玻色子，如轴子、暗光子、Z玻色子等，其可以作为暗物质的候选粒子，补充现有的标准模型理论。这些新粒子的能量可能跨度几十个量级的范围。对于低能区的新粒子 (远小于1eV)，更加凸显出粒子的波动性，它们的德布罗意波长甚至要比现在的大型对撞机还要大，因此不适于使用粒子对撞器与加速器等高能装置进行研究。量子传感器如原子磁力仪、原子钟弥补了高能装置对这类超轻暗物质候选粒子的探测空白，但因这些新粒子与标准模型内粒子的相互作用十分微弱，亟需一种高灵敏度的量子传感器对标准模型外的新物理进行研究。图1 检验新相互作用的实验装置和相应的磁探测灵敏度。彭新华教授研究组利用近期发展的量子自旋放大器技术(图1A)[Nat. Phys. 17, 1402–1407 (2021)]，实现了对待测磁信号2个数量级的放大(图1B)，并将其应用于超越标准模型的新粒子与新相互作用的搜寻，在国际上提出了“蓝宝石”研究计划，英文缩写SAHPPHIRE(SpinAmplifier for Particle PHysIcs REsearch)。该计划的首批实验约束了一种由Z玻色子诱导的自旋相互作用，如图1C所示，此类奇异相互作用是宇称不守恒的，其强度正比于自旋源内的电子自旋数量。因此本实验采用了两个原子气体室，一个利用惰性气体氙原子作为自旋传感器，一个利用碱金属铷原子作为自旋源。自旋源内的碱金属原子通过激光泵浦实现约1014的电子极化自旋数量，并由泵浦光间断极化，从而产生一个交流的震荡奇异场作用于量子自旋传感器上，并被进一步放大和探测。相较于其他应用于新物理搜寻的共振技术，量子自旋放大器中的铷原子充当嵌入式磁强计，实现了惰性气体氙原子的连续极化和原位测量。相比之下，原位测量提供的一个显著优势是由于大费米接触放大因子而增强核共振信号。此外，由于氙核自旋通过与极化铷原子的自旋交换碰撞而连续极化，自旋放大器可实现对奇异场的连续搜索。由于这些独特的优点，自旋放大器更适用于奇异相互作用的超灵敏连续波检测。正因如此，本实验对电子与中子之间的宇称破缺奇异相互作用的约束较国际前沿实验界限提高了5个数量级(如图2A)，且对中子与质子之间的奇异相互作用进行了首次探索(如图2B)。不仅如此，SAPPHIRE计划仍有很大的性能提升空间，研究人员提出利用K-3He自旋放大器与固体自旋源，有望将对此类奇异相互作用的实验约束界限进一步提升8个量级。图2 新奇相互作用实验界限。审稿人对这一工作有高度评价：“The result is a clearly a major improvement for the field”（该领域的一个重大提升），“What is particularly remarkable about these results is that they have established strong new constraints, which have improved prior bounds by several orders of magnitude, in a region of parameter space wher there are little or no constraints from astrophysics ”（该实验最引人注目的是在一个几乎没有天体物理学约束的参数空间区域建立了强有力的新约束，将先前的约束提高了多个数量级）。这一成果展示了SAPPHIRE计划下量子精密测量技术与粒子物理学研究的有机结合，有望激发宇宙天文学、粒子物理学和原子分子物理学等多个基础科学的广泛兴趣。中国科学院微观磁共振重点实验室博士研究生王元泓和黄颖为该文共同第一作者，彭新华教授和江敏副研究员为该文共同通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委和安徽省的资助。

11月17日，中国科大中科院微观磁共振重点实验室彭新华研究组和德国亥姆霍兹研究所Dmitry Budker教授合作，利用本团队近期发展的量子精密测量技术，实现了对一类超越标准模型的新相互作用的超灵敏检验，实验界限比先前的国际最好水平提升至少2个数量级。相关研究成果以“Search for exotic spin-dependent interactions with a spin-based amplifier”为题在线发表于国际知名学术期刊《Science Advances》上[Sci. Adv. 7, eabi9535 (2021)]。研究粒子及其相互作用是基础科学的核心，而标准模型则是目前公认最成功的理论。在其框架内，电磁相互作用由光子传递，弱相互作用由W及Z玻色子传递。然而，标准模型依旧无法解释当前宇宙天文学的一些重要观测事实，譬如暗物质和暗能量。因此物理学家普遍认为存在超越标准模型的新粒子，譬如弱相互作用大质量粒子（Weakly Interacting Massive Particle， WIMP）、轴子（axion）、暗光子（dark photon）等。这些新粒子可以作为传播子，传递标准模型粒子之间的新相互作用。诺贝尔物理学奖得主Wilczek在1984年提出轴子可以作为传播子诱导出新的自旋相互作用，并在2004年进一步提出自旋体系可以用来搜寻这种新自旋相互作用。随后，在2006年物理学家Dobrescu 和 Mocioiu 考虑传播子为一般玻色子的情形，引入15种新奇自旋相互作用，这为新粒子及其新相互作用的实验搜寻提供了更广阔的研究思路。一旦这些新粒子及新相互作用被实验发现，必将是诺贝尔奖级别的工作。但因新自旋相互作用的效应十分微弱，目前实验搜寻极具挑战性，亟需探索新方法来提升实验灵敏度。图1 检验新相互作用的实验装置和相应的磁探测灵敏度。针对以上难题，彭新华研究组利用近期发展的量子自旋放大器技术[Nat. Phys. 2021]，实现了对待测磁信号2个数量级的放大（如图1所示），并进一步用于一类速度依赖的新相互作用的实验检验。物理学家Dobrescu等人预测，存在一种超越标准模型的自旋为1的Z’玻色子，在运动的质量源与核自旋之间传递新相互作用，其作用强度正比于质量源的相对速度及质量大小。因此，本研究采用一块高密度BGO晶体，并将其高速转动，从而诱导出BGO晶体和自旋放大器中氙核自旋的相互作用。更近一步研究发现，这种新相互作用等效于在原子核上产生一个交流震荡磁场，因此可以将新相互作用的测量转化为磁场测量。量子自旋放大器技术能够以超低噪声水平放大待测磁场，因此可以大大提高新相互作用的搜寻灵敏度。针对可能的技术噪声的干扰，研究人员巧妙地利用新相互作用速度依赖的特性，对震动和经典磁场等干扰信号进行的有效排除。本工作的实验结果表明，在搜寻范围未发现新粒子存在的证据，并由此给出一类新波色子与原子核耦合界限，其优于以前国际最佳界限至少2个数量级[如图2(a)和(b)所示]。图2 新奇相互作用实验界限（a）提升至少4个数量级。（b）提升至少2个数量级。审稿人对这一工作高度评价“I therefore recommend publication of this work for its scientific impact, application of a new experimental method in this field, and strong potential for future improvements.（考虑到这个工作在新奇相互作用探索领域应用了一种新的实验技术和未来广泛的应用前景，我因此极力推荐发表工作）”。这一成果展示了量子精密测量技术与基础物理检验的有机结合，说明利用核自旋量子放大器来研究各种超越标准模型的新物理具有独特优势，有望激发宇宙天文学、粒子物理学和原子分子物理学等多个基础科学的广泛兴趣。彭新华研究组长期瞄准量子精密测量领域，利用量子精密测量技术来解决世界前沿科学问题。包括于2018年自主研发出超灵敏原子磁力计，并且利用该技术实现了无需磁场的新型核磁共振技术，“零磁场核磁共振” [Sci. Adv. 4(6), eaar6327 (2018)]；于2019年至2020年发展新型原子磁力仪技术[Adv. Quantum Technol. 3, 2000078 (2020)，Phys. Rev. Applied 11, 024005 (2019)]，达到了国际领先水平的磁场探测灵敏度；通过进一步研究，于2021年实现了新型的自旋微波激射器，在低频段创造了国际最佳的磁探测灵敏度[Sci. Adv. 7(8), eabe0719 (2021)]。之后，彭新华研究组将已发展的平台型量子精密测量技术用于寻找新粒子，取得了一系列对推动学科领域发展有实质性贡献的研究成果。包括于2021年利用新型量子自旋放大器搜寻暗物质候选粒子，首次突破国际公认最强的宇宙天文学界限[Nat.Phys. (2021)，DOI：10.1038/s41567-021-01392-z]。中国科学院微观磁共振重点实验室博士研究生苏昊文和王元泓为该文共同第一作者，彭新华教授和江敏副研究员为共同通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委和安徽省的资助。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abi9535量子自旋放大技术论文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-021-01392-z

万能试验机（UTMs）是非常可靠耐用的工具——能够一周工作7天，每天进行数百次试验，承受试样在高达5kN、50kN、甚至600kN及以上的载荷下发生断裂时所产生的能量冲击。然而，和真的驮马一样，经过数年或数十年的工作，试验机最终会变旧、磨损，不再像新机一样可靠，性能也不可同日而语——但是，你会把它放在一边，置之不理？或者，你会对其翻新升级，让其保持可靠运行——可能会更胜从前？认识系统组件万能试验机（UTMs）已问世愈80年，最常见是机电试验系统。机电试验系统可用于进行拉力、压缩、挠曲（弯曲）和部件试验，按设计可分为两大部分：机架和控制器。试验机机架是系统机械部分的主体。承载机架一般由两个带有旋转丝杠的立柱构成，可垂直上下移动横梁。更为坚固的系统配有导柱，以加强结构刚度、提高对中性能。载荷传感器（测压元件）安装在移动横梁或底座上。夹头、压盘或其他装置装在载荷传感器和底座上，构成测试加载字符串。移动横梁在试验期间的行程，一般用编码器识别。其他传感器，例如引伸计或LVDT，也可用于测量试验试样或组件的实际位移。控制器可视为是系统的“大脑”。控制器配合其他配件，例如高低温环境箱和高温炉，对机架和传感器进行监控。控制器也可与计算机联结，按预定的试验方法进行控制、收集数据、分析和报告。好零件变坏时有时，系统部件会出现故障。连续使用的关键部件包括功率放大器和电机。功率放大器是试验系统的主要驱动装置，能够吸收大量功率来驱动电机。功率放大器是常用部件，使用10~15年就会出现故障——多数情况下，原装供应商无法再提供原装产品。目前，试验系统制造商面临的一大问题是，OEM供应商淘汰部件的速度越来越快，尤其是处理器芯片或显示器之类的电子部件。在此情况下，可选择修理或使用翻新部件，完全兼容的替代部件可能有现成的，或者需要经过设计和测试以符合替换需求。尽管大多数试验系统制造商都想方设法保证系统继续运行，但对制造商和顾客而言，因故障时间和成本消耗等因素而使这些选择难以付诸行动。何时考虑翻新改良简单地说，翻新是对老旧试验系统的升级。有时，翻新只是拆除控制器部分，换成时下先进的版本。更为常见的翻新是更换易出错或过时的关键部件，例如电机或功率放大器。翻新时，其他需要考虑重要因素是，升级后，系统是否需要满足当前行业标准的要求。现今，大多数翻新是加装新软件和预置试验方法的计算机，较大程度地实现试验过程、数据分析和报告的自动化。系统控制器较当前的行业标准越来越落后，或者与越来越新的配件不兼容时，多数用户都会考虑对系统进行翻新。例如，20年前认为20点/秒的数据采集速率“很快”,而现在的系统，试验数据采集高达2.5 KHz——试验曲线轮廓清晰度更真、显示的兴越点更多、试验结果更精确。而许多老旧的控制器与装有最新操作系统的计算机不兼容。老旧的控制器可能不具备按最新试验标准进行试验所需的处理能力和反应时间。例如，ISO 6892-1:2009“金属材料——拉伸试验”和ASTM E8-15“金属材料拉伸试验标准试验方法”对闭环应变速率控制规定了限制程度较高的应变速率和公差，老旧的控制器和软件一般都无能为力。有些老旧的试验机架，通用试验接口和运转机制与实验室内其他新型试验系统的相同，翻新是让其重新焕发生机比较经济的方法——无需购买全新的试验机。翻新后，实验员无需改变操作方式就可操作所有试验系统——因而提高了效率、减少了对实验员的培训、降低了用户错误、提高了试验结果的一致性。现有的载荷传感器、夹头和其他配件得以保留，节省了原始投资。翻新没有“万全之策”翻新的风险和优势并存。要知道，世上根本没有对所有试验系统（无论生产商是谁）都起效的翻新方案。首先应考虑翻新的内容有什么。对于老旧的系统，近、中期内有故障风险的零件应包含在内，例如功率放大器。安全同样是必须考虑的重要问题。检查新的急停开关等安全部件，确保符合最新行业标准的要求。另外，确保系统翻新后，现有的安全装置未被禁用或拆除。例如，如果一级限位开关出现故障，次级或二级限位开关能够保护系统的移动横梁不至于在两个方向上移动超限，是一级限位开关的后备。翻新方案应完全与原装试验系统的动态性能相匹配。换用的功率放大器或电机，电流和电压应大小相适。功率放大器或电机如果不够大，性能就会欠佳；相应地，试验系统将无法达到满载荷能力或最大试验速度，可能会因过载而过早出现故障。大部件能够奏效，但这种设计缺陷意味着大材小用。最重要的是，控制系统必须调试得当，以便运行稳定，性能最佳，从而确保系统指令和反馈环路处于最完美的设定。进行调整时，需要知道并输入正确的PID控制参数（比例范围/增益、积分增益/重置、微分增益/速率）。系统如果调试不当，好一点的情况是会导致性能欠差；但在最坏的情况下，会导致严重的安全问题，包括试验速度不准确、试验读数不精确，电机振动、机器不稳、振动、横梁突然移动、试验极限超限、关机时机器无法及时停机等等。当然，市场上有专门提供翻新服务的第三方机构，但在这方面，原装系统制造商只承认他们对原装产品设计的最佳参数以及固有的安全装置。例如，进行翻新的第三方可能会拆除系统的原装外壳或外罩，以便安装自己新的翻新零件——没有认识到这些拆除件实际上是射频屏蔽构件（用以阻挡射频干扰的影响）。另外，现有的传感器，例如载荷传感器和引伸计，必须具有电气兼容性，能够通过适配器与新的控制器相连，并且能够利用电气方法进行正确的校准、配平和读数。翻新安装根据ASTM E4和ISO 9513标准，由于换用了新的零件，作了修改，翻新的系统必须在使用前重新进行验证。ASTM E4“试验机力鉴定标准规程”规定，“试验机维修后，对称重系统的运行或显示数值有影响的，应立即进行验证。”因此，有必要考虑选择这样的翻新供应商：能够圆满完成翻新工作，微调系统设定，同时能够提供所有必需的服务，包括对载荷传感器、引伸计、位移和速度进行验证。由于ASTM E4还规定，重新装置的机器需要重新进行验证，也可考虑在客户所在地进行翻修，这样能够节约一些大型设备可能产生的往来运输和包装的金钱和时间成本。大多数标准万能试验系统的翻修工作应在一到两天内完成，包括对所有传感器的验证。何时不考虑进行翻新并不是每个试验系统都适合进行翻新。一次翻新，不可能把现有系统的所有零件都更换掉。通常，旋转丝杠、变速箱和离合器是较为可靠耐用的部件，不需要更换。然而，如果它们出现故障，更换起来费用浩大——不只是指零件成本，还指维修服务成本和停机时间。另外，机架性能的提高可能无法超越物理局限。例如，无论新控制器的电子器件多么优良，载荷精度范围可能永远也无法超越原装载荷传感器的精度范围。即使是专为更现代的试验机架设计的新型配件，可能也需要自定义安装，以便能够装入旧机架内。就像汽车，终有一天，与可能要更换或修理每个部件相比，整机更新会变得更便宜、更实际。翻新还是不翻新当然，几乎所有老旧的试验系统都可以翻新改良。问题是这种投资是否值得。先看看哪些部件需要更换或保留。再评估下保留的零件的预期寿命情况，以及如果出现故障，其更换件和成本情况怎样。最后想想新的配件或软件是否易用。大型落地机架，由于新系统和配件的成本因素，最适合进行翻新。台式机架可能不适合这样直截了当地做决定，尤其是市场有新型机架可供选择时。实验室原先购买的是5kN的框架，如果从未进行过超过2kN的试验，或者更喜欢占地面积较小的机器（因为实验室空间有限），可能会觉得换用小一点的2kN的单柱试验机更好。认识翻新的优点、缺点和风险 优点可以保留大部分原始投资：机架、载荷传感器、配件；成本比购买新的试验系统低；可将其视为维修预算项目，而不是固定资产；通过更换经常故障的零件，可以延长使用寿命和可靠性；能够提高原装试验系统某些方面的性能，例如更高的数据采集速率、智能数据记录和试验自动化；可以使用更新的软件和配件，例如非接触式视频引伸计。缺点较之于新的试验系统，成本节约并不明显，尤其是小型单立柱机架或台式机架；将维修服务成本作为因素计入时，较之于新的试验系统，成本节约并不明显；可能无法更换所有具有故障风险的零件；保留的零件如果出现故障，更换成本过于高昂；可能无法很方便地与新配件保持兼容，而是需要自定义安装等。风险试验系统调试失当，会导致性能欠佳或不良，例如，横梁行程超限、突然移动及试验读数不精确；更换件不是专为具体的试验机架设计的；功率放大器或电机如果不够大，试验系统无法达到原装产品应有的载荷能力或全速范围；原装安全装置被拆除或被禁用，例如二级限限位开关Q。技术贴士大型落地机架，由于新系统和配件的成本因素，最适合进行翻新。台式机架可能不适合直截了当地做决定，尤其是市场有新型机架可供选择时。实验室原先购买的是10kN的机架，如果从未进行过超过1kN的试验，或者更喜欢占地面积较小的机器，那换用小一点的1kN的单立柱试验机可能会更好。

滴定中使用的指示方法有哪些？可根据指示原理和产生的化学反应对滴定进行分类：电位分析法：使用电极组件直接测量电流电位的方法称作电位分析法，使用此方法进行滴定称作电位滴定。 应尽可能地在零电流情况下使用高阻抗信号放大器测量形成的电位U，原因如下：在化学与电子平衡时为传感器派生的能斯特方程是电位分析法的基础。 通过相关相位边界表面的过量电流将会对这种平衡产生干扰。使用高阻抗测量输入的另外一个原因与pH和离子选择电极的特殊构造有关。 测量电路中包括离子选择膜，其电阻可轻松达到100–1000 MΩ。 如果分压器效应所造成的实验误差保持在0.1%以下，则测量仪器的输入阻抗应至少高出1000倍。 可通过下列方程看到这一点： 因此对于电阻很高的传感器，需要使用输入阻抗为1012 Ω的信号放大器。 伏安法：此指示法需要测量由小电流极化的两个金属电极之间的电位差。 与电位分析法相同，伏安法滴定曲线为电位容积曲线。需要使用下列测量设备： 稳定的电源提供电流。 必须选择在电路中连接的电阻R，从而生成范围为0.1 – 20 μA的电流Ipol。 按照与电位分析法完全相同的方式测量在电极之间形成的电位U。 伏安指示法的主要用途之一是使用卡尔费休方法进行的水含量测定。 光度法：通过溶液的特定波长光束的强度下降是光度指示法的基础。 透光率是光度法中的主要测量变量，由 T: 透光率I0: 入射光强度I: 透射光强度如果所有光线被吸收，则I = 0，从而T = 0。 如果无光线被吸收，则I = I0以及T = 1（或者%T = 100%）。在光度法中，经常使用吸光率作为测量变量进行操作。 布格-朗伯-比尔定律对透光率与吸光率之间的关系进行了说明：A = ? log T = A = ε b cA: 吸光率ε: 消光系数c: 吸收物质的浓度d: 通过溶液的光程长度通过上方关系，可以发现吸光率A与浓度c之间存在着线性关系。与电位传感器相比，光电传感器在滴定方面具有很多优点：使用更简便（无需加注电解液，不会堵塞液络部）使用寿命更长（几乎不会折断）可根据颜色变化执行所有传统滴定（传统程序与标准无变化）。光度指示法可用于许多分析反应：酸碱滴定（水性与非水性）络合滴定氧化还原滴定沉淀滴定浊度滴定在进行光度滴定时，应当选择一个波长，使等当点前后的透光率产生最大差异。 在视界内，此类波长的范围通常为500-700 nm。使用示例： 络合滴定与浊度滴定反应。 电导率：电导率指溶液使电流通过的能力。 电导率的测量单位为μS/cm（微西门子/厘米）或者mS/cm（毫西门子/厘米）。 高值表示粒子数多。 在溶液内流动的电流量与离子量成正比。 如果溶液的电导率已知，则可知道离子的总含量。 此外，如果离子已知，甚至可表述其浓度。测量电导率时，对浸入溶液内的两个板通电。 这两个板为金属板，也可以使用石墨电极。 当溶解离子开始朝金属板移动时，电流将流入金属板之间。电导滴定的原理。滴定时，其中一个离子由另外一个离子取代，因此这两个离子在离子电导率方面存在差异，导致滴定期间溶液的电导率不同。 因此，如果将一个电极的溶液加入另外一个溶液，则最终电导将取决于发生的反应。 但是，如果电解液中不发生化学反应，则电导水平将升高。 可通过按照添加的滴定剂体积绘制电导变化的方式，找到等当点的位置。温度滴定：每一次化学反应均伴随着能量变化这一基本表述准确地陈述了温度滴定的基础。 在吸热反应中，能量被吸收、温度下降， 相反的，在放热反应中，能量被释放出来， 可通过监测温度变化检测滴定的等当量（EQP）（图1）。 在放热滴定过程中，温度升高直至达到EQP。 然后，温度一开始稳定，然后开始降温。 吸热滴定则正好相反如上所述，在吸热滴定反应过程中会发现温度下降。 一旦达到等当点，则温度稳定。 通过计算曲线的二次导数确定终点（分段评估）。温度滴定的唯一要求是： 进行一次能量发生巨大变化的化学反应、一个精确快速的温度计和一个能够对滴定曲线进行分段评估的滴定仪。 库仑法滴定库仑法滴定技术最初由Szebelledy和Somogy[1]于1938年开发。 这种方法与容量法滴定不同，区别在于：通过电解原位生成滴定剂，然后滴定剂通过化学计量方式与测定的物质发生反应。 根据通过的总电荷（Q）以库仑为单位计算出反应的物质量，而不是像容量法滴定那样根据耗用的滴定剂体积进行计算。