锁相环频率合成器

使用Moku锁相放大器和相位表进行开环和闭环相位检测的选择指南高精确度及高灵敏度相位检测在众多测试测量场景都至关重要。例如，测量电流和电压之间的相移可以显示设备或元件的复阻抗。可以通过光学干涉仪的控制臂和测量臂之间的相移来测量极小的位移。Liquid Instruments的Moku设备可以提供两种检测射频信号相位的仪器：锁相放大器和数字相位测量仪。在本应用说明中，我们将介绍这两个仪器的工作原理，并为不同的应用场景提供仪器选择指南。介绍锁相放大器和相位表（数字相位测量仪）是两种常用于从振荡信号中获取相位信息的仪器。锁相放大器可以被视为开环相位检测器。相位是由本地振荡器、混频器和低通滤波器直接计算出来的。相比而言，相位表则采用数字锁相环（PLL）作为其相位检测器，使用一个反馈信号来实时调节本地振荡器的频率。这可以被视为一种闭环相位检测方法。在我们介绍这两种仪器之前，我们先来总结一下Moku:Pro锁相放大器和相位表（用于相位检测）的区别。请注意，本表中的参数规格是基于Moku:Pro的。工作原理锁相放大器原理如图1所示，锁相放大器有三个关键组成部分：一个本地振荡器、一个混频器和一个低通滤波器。图1: 锁相放大器的简化原理图输入信号Vin和本地振荡器VLO可以用正弦和余弦函数来描述。A1和A2代表振荡器的振幅。ωin和ωLO代表输入和本地振荡器的频率。∆ϕ 表示输入信号和本地振荡器之间的相位角差。混频器的输出Vmixer是输入和本地振荡器的产生的。应用三角函数示意假设 ωLO ≅ ωin= ω, Vmixer可写为低通滤波器过滤掉了高频率分量sin(2×2ωt+∆j)。假设输入信号和本地振荡器的振幅是固定的，输出信号Vout可以表示为在此有几个需要注意的地方：单相锁相放大器的输出与sin(∆ϕ)成正比，而不是与成正比。这大大限制了相位检测的线性动态范围，因为正弦函数是一个周期性的函数，它只在一个非常小的范围内提供（近乎）线性响应。另外，任何振幅的波动都可能引起一些系统误差。Liquid Instruments的Moku锁相放大器提供了双相解调的选项，可有效地区分了来自振幅和相位对输出的影响（可以通过此链接更深入了解双相位解调）但线性动态范围仍然限制在2π以内。另一方面，锁相放大器的数字信号处理（DSP）比相位表简单得多。这使锁相放大器能够以更高的速率处理数据，从而提供更宽的解调带宽。用户也可从外部设备输入一个本地振荡器作为参考，以直接测量两个振荡器之间的相对相位差。锁相放大器的开环特性确保仪器能够提供有效即时的响应，不容易受信号突变或损失造成的影响。因此，用户可使用锁相放大器测量接近或处于输入本底噪声的信号。相位表/PLL 原理相位表的核心相位检测单元是一个锁相环（PLL）。相位表的基本测量原理是将一个内部振荡器锁定在输入信号上，然后从内部振荡器的已知相位推断出输入信号的相位。图2显示了PLL的运作原理。锁相环的运作原理与锁相放大器非常相似，但有两个重要的区别：1）本地振荡器被一个压控振荡器（VCO）所取代；2）低通滤波器的输出反馈形成一个闭环。 图2: 锁相环的简化原理图VCO的输出 VVCO可以表述为 ωset是VCO的设定/中心频率。K是VCO的灵敏度 VCO, VVCOinput 是VCO的输入。AVCO是VCO的振幅。K和AVCO在正常工作时都保持不变。在不深入了解闭环控制理论的情况下，这种配置试图保持输入信号Vin和VCO之间的瞬时频率差为零。因此：由于ωset和K都是基于已知的仪器设置，输入的频率可以根据VVCOinput来计算。同时，ωset在时间t的累积相位可以表示为输入信号的累积相位可以用来近似表示。这里我们把K∙Vvcoinput项定义为ωdiff。因此，输入信号和参考信号（振荡器在设定的频率下）之间的累积相位差可以通过测算环路的频率差/误差信号积分获取。这种方法为相位检测提供了一个原生的相位解包支持，使输出与相位差呈线性关系。输入信号的瞬时频率也通过进行测量。此外，相位表有一个内置的二级振荡器来计算输入信号的振幅，类似于一个双相锁相放大器。除了来自环外积分器的相位，相位表的输出可以被设置为直接从数控振荡器（NCO；它可以被认为是数字的VCO）生成输入信号的正弦锁相副本，具有任意的振幅和可调相位。另一方面，输入和NCO之间的稳定锁定是PLL正常运行所必须的，不连续的输入可能会导致测量中断。由于这个原因，PLL在非常低的频率上保持稳定的锁定更具挑战性，相位表对比于锁相放大器在低载波频率边界更受限制，因此不建议用于测量接近输入本底噪声的信号。应用中考量因素和演示在本节中，我们将通过演示讨论在对Moku锁相放大器和相位表之间进行选择时的一些实际注意事项。在这个演示中，通过多仪器模式（MIM）（点此详细了解MIM）同时开启波形发生器、锁相放大器、相位表和示波器功能。一个10MHz的相位调制信号以单相和双相模式输入Moku:Pro的锁相放大器和相位表。相位检测的输出通过示波器进行记录。

业内人士均知，计时器/频率计市场多年来可谓波澜不惊，缺乏竞争是创新的最大障碍，该领域的产品更新换代极其缓慢，用户的选择也是少之又少。 　　近日，随着泰克FCA和MCA系列计时器/频率计/分析仪的横空出世，江湖一时风云突变，频率计市场的统治局面被打破，新的“武林盟主”即将诞生，而广大用户则可享受到性能水平“五级跳”的创新产品，而且具备更有竞争力的价位。 　　据悉，泰克在这些产品的定义阶段广泛进行了用户调查，地域横跨美洲、欧洲、亚洲大陆，抽取了美国、中国、日本、法、德等重要国家的各应用领域用户来倾听他们的意见，以便新产品所具备的更优异的性能和特性真正是客户想要的。 　　FCA和MCA系列仪器可用于设计、生产和实验室校准，以及雷达设备测试等现场应用中的频率、时间或相位信号参数的测量与分析。下表以FCA3100为例，列举了泰克破局频率计市场的一些利器，以及如何实现产品性能和功能的“五级跳”。 　　泰克FCA3100系列频率计与同类产品的对比。 　　一级跳：更宽的频率范围保护客户投资 　　泰克的FCA3000和FCA3100系列提供了最高达20GHz的宽频率范围，其中包括了两个300MHz的标准输入，和一个可选3GHz或20GHz的输入通道。上述仪器实现了每秒12位数字频率分辨率和单次50 ps(FCA3100)或100 ps(FCA3000)的时间分辨率。 　　如上图，同类产品最多只能达到225MHz的标配，对于需要测250MHz或者275MHz信号的用户(如某些计算机时钟同步信号)来说，就要另外购买3G选件，成本要增加至少50%。如今，若选用泰克的产品，无需增加3GHz选件即可支持300MHz以内的信号频率。而对于雷达、合成器/混频器等微波通信应用很多信号时在Ku波段(12GHz-18GHz)，那么FCA3000和FCA3100系列提供的20GHz选件也可使客户无需另外购买昂贵得多的微波频率计。 　　对于20GHz以上的高精尖开发项目，MCA3000系列提供了行业最先进的计时器/频率计方案。标配两个300MHz输入通道，和一个可选27 GHz或40 GHz高频输入通道，该仪器可实现每秒12位数字的频率分辨率和100ps的单次时间分辨率。MCA系列集成频率计能在任何支持的频段上通过单一连接实现频率和功率测量。 　　据称，泰克仪器返修率很低，这些频率计产品从电路研发、材料选用到生产工艺各个环节都具有严格的质量保证，泰克公司承诺3年保修服务，远高于同类产品1年的保修期，显示了泰克对其产品品质的信心。 　　二级跳：大幅提高研发和生产效率 　　对于要求快速测试的制造应用而言，FCA系列仪器可以提供每秒250,000次采样的内部存储器数据传输速度、高达每秒15,000次采样的USB/GPIB数据传输速度(block模式)，以及每秒高达650次的独立触发测量，即每秒可完成650个产品的测量，相较同类产品只能完成200个产品测量，生产效率提高了三倍之多。泰克的产品更适合用于计算机、智能手机、平板电脑、元器件等要求较高测量精度的生产线，每条线可部署几十甚至上百台FCA频率计。“江苏的一家晶振厂商对我们的测量速度这项指标特别感兴趣，”泰克公司负责射频无线产品线的产品市场经理钱永介绍说，“他们以往采用的一些频率计设备，其测试速度已不能满足提高生产效率、扩大产能的需求。” 　　另外，FCA系列具有快速端口转换模式，可连接两个端口，进行信号的快速切换(小于30ms)，几乎同时完成两个端口的测试。这一特性对生产企业也很有意义，可提高自动化生产的效率。 　　FCA系列和MCA系列频率计除了支持生产线使用很普遍的GPIB接口持续数据流测量之外，还提供实验室用户使用较多的USB接口，方便他们连接PC进行设计调试。另外，还独家提供移动通信应用所需的TIE(时间差)测试功能。 　　三级跳：3.75M样点存储深度实现统计分析功能 　　泰克此次推出的最新频率计/分析仪使设计工程师不仅能够精确测量出频率、周期、时间、脉冲或相位、占空比、Vmax、Vmin、Vp-p等超过13种不同的参数，还能通过内置的内存(对应375万个测试点)来提供数据统计、柱状图以及趋势图等分析模式进行全面分析。例如，要测试用于计算机时钟信号的晶振在实际电路中的表现，就需要测一段时间的变化值。以往的频率计不含内存，就只有几个计数器，本身无法显示信号随时间变化的图形，必须通过GPIB接口读取也不方便，还需设计软件进行统计，影响了速度和成本。 　　泰克的频率计由于可以将测试结果放入那个FIFO缓冲器内存中，本身就可以显示信号变化的情况，也可以外接电脑实现连续测试，确保零死区时间，从而实现了动态测量分析系统。该特性对必须检测每个单周期的机械和医疗测量而言至关重要。 　　另外，对于很多研发人员来说，很看重频率计能进行时域的Allan方差测试。因此，含缓冲器内存连续无死区时间测试的特性就很有价值，因为需要对一定时长内的采样点求均值才能计算Allan方差值。 　　四级跳：LCD显示直观掌握测量结果变化趋势 　　与传统LED段显示频率计不同，泰克的新款产品均采用LCD显示屏，因而可以方便显示各种测试结果随时间变化的趋势图、测试结果分布的柱状图、直方图等，并可显示测量统计结果，如跟踪测量结果的平均值、标准误差以及最大值和最小值等，让测试工作更加直观。另外，仪器上的专用按钮及显示菜单使用户能够快速进入常用功能，进而缩短设置时间。 　　测量统计结果显示示例。 　　五级跳：调制域分析软件实现高端的跳频测试 　　泰克提供可选的TimeView™ 调制域分析软件，针对基于Windows个人电脑可对信号特性进行更加深入的分析，当配合FCA和MCA系列使用时，使客户能够分析频率随时间的变化，实现调制域分析仪功能，同时测试Allan方差及各种数据统计和分析。 　　“市面上已买不到专门的调制域分析仪了，但不少研究所客户(如进行高端跳频测试)还是非常需要，”钱永表示，“通过我们的分析软件，客户可以实现调制域分析功能，测试调频信号跳频序列，跳频振铃等参数，对于锁相环、混频器等元器件的应用测试就不需要像以前一样自己费心编写软件来实现了。” 　　上述最新的计时器/频率计/分析仪可与泰克公司日前宣布推出的PWS4000系列直流电源配套使用。对于各种应用，这些频率计也可与泰克的示波器、万用表、信号源产品互连，组成一个强大的测试平台。为了简化复杂任务，客户可用配套提供的NI LabVIEW SignalExpress™ 泰克版软件，从基于Windows的个人电脑上远程控制所支持的泰克仪器。可以帮助客户自动测量、分析多个仪器上的数据、捕获和保存测

【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，中科院上海微系统所曹俊诚、黎华领衔的太赫兹（THz）光子学团队基于电泵浦THz量子级联激光器（QCL）双光梳，突破激光自探测，利用锁相环技术，国际上率先实现THz QCL双光梳锁相。研究结果以“Active Stabilization of Terahertz Semiconductor Dual‐Comb Laser Sources Employing a Phase Locking Technique”为题发表在Laser & Photonics Reviews期刊，并被遴选为封面论文。光频梳与双光梳在高精度光谱检测、成像、通信等领域具有重要应用。在近红外波段，光频梳与双光梳技术相对较成熟。而在远红外尤其是THz波段，由于缺乏高效辐射源，光频梳与双光梳还处于实验室研究阶段。THz QCL具有电泵浦、大功率输出、高远场光束质量、宽频谱覆盖等特点，是实现THz光频梳和双光梳的理想载体。另外，THz QCL光频梳具有小的SWAP（尺寸、重量和功率消耗），在未来工业应用中具有优势。在前期工作中，中科院上海微系统所THz光子学团队在THz QCL光频梳与双光梳方面具有一定的积累，如实现了主/被动稳频THz QCL光频梳、THz片上双光梳、双光梳THz实时光谱检测等。而在THz QCL双光梳方面，目前国际上均采用的是自由运行THz QCL光频梳，其频率稳定性和相位噪声相对较差。到目前为止，提高THz QCL双光梳的频率稳定性是一个尚未解决的关键难题。图片来源于网络图1：THz QCL双光梳锁相工作原理及实验结果。上图：双光梳锁相工作原理。将THz QCL双光梳中的一根梳齿（蓝色圆圈）下转换到90 MHz附近，然后利用带通滤波器将其选出进行锁相。通过动态调控THz QCL的驱动电流对双光梳信号进行稳频锁相。左下图：锁相之后的测量得到的THz QCL双光梳频谱，其双光梳光学带宽为165 GHz。右下图：锁相之后的实验测量得到的THz QCL双光梳时域脉冲信号一个光频梳中的每根梳齿频率可以由两个频率完全定义，其一为载波漂移频率（fCEO），其二为重复频率（fREP）。对一个光频梳的锁定需要同时锁定fCEO和fREP。而对于双光梳的完全锁定，需要同时锁定四个不同的频率（两个fCEO和两个fREP），难度巨大。在本工作中，研究团队并非分别对两个THz QCL光频梳的fCEO和fREP进行控制，而是利用激光自探测，将THz QCL双光梳中的一根频率线进行下转换，然后利用锁相环进行锁定，最终提高整个THz QCL双光梳的频率稳定性并大幅降低其相位噪声。进一步，研究团队在锁相的条件下，对THz QCL双光梳成功进行了时域脉冲信号测量。由于该锁相技术并没有直接对单个光频梳的fCEO和fREP进行锁定，所以测量得到的双光梳时域脉冲信号可以证明单个THz QCL光频梳在没有锁相的条件可以产生时域脉冲。本工作为THz双光梳稳频提供了一项简单有效的方案，为THz光谱高分辨、成像和宽带THz通信等奠定重要基础。该论文的共同第一作者为中科院上海微系统所博士生赵逸然、博士后李子平、和博士生周康，通讯作者为黎华研究员。新微半导体许东研究员、法国微电子与纳米技术研究所（IEMN）Stefano Barbieri教授也为该工作做出了重要贡献。该项工作得到了中科院“从0到1”原始创新项目（ZDBS-LY-JSC009）、中科院仪器研制项目（YJKYYQ20200032）、国家优秀青年科学基金（62022084）、上海市优秀学术带头人计划（20XD1424700）、上海市青年拔尖人才开发计划等经费支持。关于黎华黎华，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员，博士生导师，国家优秀青年科学基金获得者。2009年毕业于中国科学院上海微系统与信息技术研究所，获工学博士学位；2009至2015年，先后在德国慕尼黑工业大学肖特基研究所（洪堡学者）、日本东京大学生产技术研究所（日本学术振兴会JSPS特别研究员）、法国巴黎七大材料与量子现象实验室（博士后）开展合作研究；于2014年底加入中国科学院上海微系统与信息技术研究所，任研究员。黎华博士从事太赫兹（THz）量子级联激光器（QCL）与光频梳研究，在Advanced Science、Nature Communications、Optica、ACS Photonics、Advanced Optical Materials、Physical Review Applied等期刊发表SCI论文60余篇，在国际会议做邀请报告20余次，获授权中国发明专利15件。曾获得国家优青、入选上海市优秀学术带头人、上海市青年拔尖人才开发计划、中国科学院高层次人才计划、德国洪堡学者等。获得上海市自然科学奖二等奖（排名第三）、中国电子学会“优秀科技工作者”、国家人社部留学人员择优资助、中科院“从0到1”原始创新项目、中国科学院院长优秀奖等。

近日，中国科大微电子学院胡诣哲与林福江课题组设计的一款基于全新电荷舵采样(Charge-SteeringSampling, CSS)技术的极低抖动毫米波全数字锁相环(CSS-ADPLL)芯片入选2023 Symposium on VLSI Technology and Circuits(以下简称VLSI Symposium)。VLSI Symposium是超大规模集成电路芯片设计和工艺器件领域最著名的国际会议之一，也是展现IC技术最新成果的橱窗，今年VLSI Symposium于6月11日至16日在日本京都举行。该论文第一作者为我校微电子学院博士生陶韦臣，胡诣哲教授为通讯作者。 　　极低抖动毫米波频率综合器芯片是实现5G/6G毫米波通信的关键核心模块，为毫米波通信提供精准的载波信号。此研究提出的电荷舵采样技术，将电荷舵采样和逐次逼近寄存器型模数转换器(SAR-ADC)进行了巧妙的结合，构建了一种高鉴相增益，高线性度且具有多bit数字输出的数字鉴相器。CSS-ADPLL的结构十分紧凑(如图1所示)，由电荷舵鉴相器(CSS-PD)、SAR-ADC、数字滤波器和数控振荡器组成，具有优异相位噪声性能，较快的锁定速度并消耗极低的功耗。 图1.论文提出的电荷舵采样全数字锁相环(CSS-ADPLL)架构 　　测试结果表明，该芯片实现了75.9fs的时钟抖动与–50.13dBc的参考杂散，并取得了-252.4dB的FoM值，为20GHz以上数字锁相环的最佳水平，芯片核心面积仅为0.044mm2。该研究成果以“An 18.8-to-23.3 GHz ADPLL Based on Charge-Steering-Sampling Technique Achieving 75.9 fs RMS Jitter and -252 dB FoM”为题由博士生陶韦辰在大会作报告。 图2.CSS-ADPLL相位噪声与参考杂散测试结果 　　该研究工作得到了科技部国家重点研发计划资助，也得到了中国科大微电子学院、中国科大信息科学技术学院支持。

【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！

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！

日前，203所研制成功微波毫米波高速捷变频信号发生器，频率范围覆盖10MHz～67GHz，频率捷变速度和幅度捷变速度小于95纳秒，总体技术指标达到了国外同类产品的先进水平。　　目前国内外的通用捷变频频率源，一般只有频率捷变的功能，频率捷变时间在200纳秒左右，具有简单的调频、调幅功能。而国外严格限制我国引进宽带捷变频频率合成器产品，且该类产品价格昂贵。该项目的研制成功，对打破国外的技术垄断和封锁，实现国产化具有重要作用。　　该产品突破了高速宽带频率捷变、高速功率捷变、精确时序同步等关键技术，利用高速数字器件和现代数字信号处理技术，产生宽带高速捷变基带信号，不仅可以快速产生低杂波、低相噪的单频信号，而且可以产生宽带线性调频信号和矢量信号。该产品综合指标较好，在实现宽带频率捷变的同时，保持信号的低杂波、低相噪等特性，可广泛用于雷达探测、电子对抗、导航定位、精确制导等测试，具有良好的经济效益和社会效益。　　随着《中国制造2025》的全面实施，203所作为一家以计量测试技术为基础的研究所，正加大基础技术领域产品的研发力度，解决“卡脖子”的难题，增强我国军工产业发展的后劲。据课题负责人李宏宇介绍道，203所具有良好的频率合成技术基础，又经过近10年潜心钻研，203所频率合成技术水平不断提高，在捷变频率合成、低噪声频率合成、相噪可调频率合成、宽带复杂调制频率合成等频率合成技术方面形成了自己的专业特色和特长。今后203所将继续紧跟频率合成技术发展趋势，持续提高频率合成技术水平，开发出更多有特色高水平满足市场需求的频率源产品，走特色化、差异化产品开发之路。测试场景

一、引言含有二硫键的环肽代表了一类具有广泛生物功能的化合物，其功能范围从毒素到重要的激素。1二硫键有助于稳定肽的二级结构和构象，这有利于提高蛋白水解稳定性和目标亲和力。2由于它们具有潜在的治疗价值，对合成含二硫键桥连的环肽的兴趣稳步增长。通过使用正交保护的半胱氨酸氨基酸，如Fmoc-(S)-Cys(Mmt)-OH和Fmoc-(S)-Cys(STmp)-OH（图1），可以制备含有二硫键的肽。Cys(Mmt)基团可以使用稀释的三氟乙酉夋(TFA)溶液选择性去保护，而Cys(STmp)基团则使用二硫苏糖醇(DTT)作为还原剂进行正交去保护。去保护后，使用N-氯琥珀酰亚胺(NCS)作为温和氧化剂，可以选择性氧化Cys巯基形成二硫键。3 在这里，我们报告了使用Liberty BlueTM微波肽合成器全自动合成良好纯度的含二硫键桥连的环肽。一个骨形态发生蛋白受体激活素样激酶3 (Alk3)的肽激动剂THR-1234，在3小时内完成合成，纯度为77%。最后，一种含有两个二硫键的锥蜗牛毒素肽（Conotoxin-SI）5在不到4小时内合成，纯度为67%。将微波能量应用于二硫键桥连肽的合成可以实现更高效的偶联，从而快速合成并达到高纯度（CarboMAXTM）。6图1. 左：Fmoc-(S)-Cys(Mmt)-OH；右：Fmoc-(S)-Cys(STmp)-OH二、实验部分HE-SPPS材料和方法：所有肽都是在CEM Liberty Blue&trade 自动微波肽合成器上合成的，使用的是Rink Amide ProTide&trade LL树脂（0.19 mmol/g替换）或Cl-MPA ProTide&trade LL树脂（0.18 mmol/g替换）。使用DMF进行后去保护洗涤，然后采用DIC/Oxyma活化方法进行偶联。肽树脂在CEM Razor® 肽裂解系统上用TFA/TIS/H2O/DODT（92.5/2.5/2.5/2.5）裂解。肽在冷乙酉迷中沉淀，粗品在分析前进行冻干。 分析：粗肽在配备了Acquity UPLC BEH C8柱（1.7 μm, 2.1 x 100 mm）的Waters Acquity UPLC系统上进行分析，该系统装有PDA检测器。UPLC系统连接到Waters 2100单四级杆MS用于结构测定。峰分析是在Waters MassLynx软件上完成的。分离是通过（i）水中的0.05% TFA和（ii）乙腈中0.05% TFA的梯度洗脱进行的。三、结果和讨论A）合成THR-123，CYFDDSSNVLCKKYRS-CO2H选择THR-123（图2）来展示含有C端酸的单一二硫键桥连肽的合成。该肽在10 µ mol规模上使用Cl-MPA ProTide&trade LL树脂（0.18 mmol/g替换）进行合成。第一个氨基酸使用CEM之前报道的氯化物加载循环自动加载。所有其他氨基酸循环使用1分钟/90º C去保护和一次2分钟/90º C与DIC/Oxyma偶联（使用Fmoc-(S)-Cys(Mmt)-OH用于C）。使用2% TFA的DCM溶液进行Cys(Mmt)的去保护。反应在室温下进行1分钟，重复五次。使用25 mM的NCS的DMF溶液实现二硫键的形成。反应在室温下进行15分钟。在Liberty Blue自动微波肽合成器上进行的THR-123的微波增强SPPS产生了77%纯度的目标肽（图3）。图2.THR-123图3. THR-123的UPLC色谱图B) 合成Conotoxin-SI，ICCNPACGPKYSC-NH2选择Conotoxin-SI（图4）来展示含有两个二硫键的环肽的合成。该肽在10 µ mol规模上使用Rink Amide ProTide&trade LL树脂（0.19 mmol/g替换）进行合成。所有氨基酸循环使用1分钟/90º C去保护和一次2分钟/90º C与DIC/Oxyma偶联（使用Fmoc-(S)-Cys(Mmt)-OH用于C；使用Fmoc-(S)-Cys(STmp)-OH用于C）。使用2% TFA的DCM溶液进行Cys(Mmt)的去保护。反应在室温下进行1分钟，重复五次。使用25 mM的NCS的DMF溶液实现二硫键的形成。反应在室温下进行15分钟。使用5% DTT + 0.1 M NMM的DMF溶液进行Cys(STmp)的去保护。反应在室温下进行5分钟，重复三次。最后，使用25 mM NCS的DMF溶液形成第二个二硫键（室温下15分钟）。在Liberty Blue自动微波肽合成器上进行的Conotoxin-SI的微波增强SPPS产生了67%纯度的目标肽（图5）。图4.Conotoxin-S图5. Conotoxin-SI的UPLC色谱图四、结论采用全自动快速合成技术，我们成功高效地完成了含二硫键桥接的环肽的合成，并且实现了较高的纯度。借助CarboMAX&trade 6化学技术，偶联效率得到了显著提升，这不仅极大缩短了合成时间，还确保了产物的高纯度。例如，一个C端带有羧酸的环状二硫键桥接肽——THR-123，在短短不到3小时的时间内就被迅速合成出来，且纯度达到了77%。相比之下，传统的室温合成方法通常需要长达20小时来合成包含两个二硫键的Conotoxin-SI。3而利用微波增强的固相肽合成技术（SPPS），在不到4小时内就制备出了纯度为67%的相应肽。引用1 Góngora-Benítez, M. Tulla-Puche, J. Albericio, F. Chem. Rev. 2014, 114 (2), 901–926.2 Adessi, C. Soto, C. Curr. Med. Chem. 2002, 9 (9), 963–978.3 Postma, T. M. Albericio, F. Org. Lett. 2013, 15 (3), 616–619.4 Sugimoto, H. LeBleu, V. S. Bosukonda, D. Keck, P. Taduri, G. Bechtel, W. Okada, H. Carlson, W. Bey, P. Rusckowski, M. Tampe, B. Tampe, D. Kanasaki, K. Zeisberg, M. Kalluri, R. Kalluri, R. Nat. Med. 2012, 18 (3), 396–404.5 Azam, L. McIntosh, J. M. Acta Pharmacol. Sin. 2009, 30 (6), 771–783.6 CEM Application Note (AP0124) - “CarboMAX - Enhanced Peptide Coupling at Elevated Temperature.”

2023年12月9日，CEM公司的多肽研发团队在Nature杂志上发表了重要的技术突破——全程免清洗多肽固相合成法，不仅可保证多肽合成的纯度和产率，而且可降低95%甚至完荃放弃有毒试剂DMF的使用，彳切底改变了传统多肽合成的工艺、方案和思路，引起多肽行业的轰动和广泛关注。多肽治疗药物是目前新型药物研发的焦点，具有高效力和选择性的生物靶点。最近利拉鲁肽、司美格鲁肽等新药投入市场，其中诺和诺德单支药物司美格鲁肽年销售额达到212亿美金，引起了巨大的轰动。目前有超过80种多肽药物被FDA批准，数百种处于临床前研究和临床开发阶段。作为药物，多肽已在广泛的领域得到应用，包括癌症、代谢、呼吸系统、心血管、泌尿外科、自身免疫、疼痛和抗菌应用。但到目前为止，化学合成方法SPPS的一个主要缺点是它在每个脱保护和耦合步骤之间的连续洗涤，步骤中使用有毒试剂DMF并且产生大量废物。脱保护后洗涤是固相肽合成过程中不可缶夬少的，每个脱保护和偶联步骤之间需要大约10次DMF洗涤，消耗大量的溶剂。不仅DMF试剂是公讠人的慢性致癌物质，而且连续洗涤步骤导致产生了大量废物。并且，在2021年11月22日，欧盟在其官方公报上发布法规(EU) 2021/2030，增加第76项关于N,N-二甲基甲酰胺（简称DMF或DMFA）的限制条款，正式将DMF纳入REACH法规限制清单。规定从2023年12月12日起，该物质本身及含有该物质浓度≥0.3% 的物质或混合物不得投放市场。为了消除脱保护洗涤的需要，此Nature的文章中提出了全新的革命性工艺技术，利用蒸发去除脱保护碱的工艺，一锅法耦联-脱保护方法采取了pyrrolidine（吡咯烷）代替原有的哌啶，pyrrolidine五元环更小，沸点更低（87℃），能够加速脱保护，且pyrrolidine所用的浓度更低，容易在蒸发过程中去除。同时在反应器底部添加了氮气气流，吹扫挥发的pyrrolidine，在反应器顶部加入第二个氮气源, 通过专用管路进入反应容器上方的顶空，并通过排气口排出从而实现了脱保护过程中的免洗技术。另外，此方法还使用了基于传统碳二亚胺的 N,N'-二异丙基碳二亚胺 (DIC)和 2-氰基2-(羟基亚氨基)乙酸乙酯(Oxyma Pure) 的活化设计的专禾刂方法。研发团队采用这种方法去合成Jung-Redmann(JR)peptide这种众所周矢口的困难肽以及将这种无需洗涤的方法应用于各种具有挑战性的序列(长度最多 89个氨基酸)，发现不仅对产品质量没有任何影响，而且实现了高纯度，高速度的合成。Liberty PRO新的免清洗工艺其根本性进步是为多肽合成提供了前斤戶未有的绿色途径，完镁实现固相多肽合成的速度、纯度和产量。它彳切底改变传统的SPPS合成方法大量使用有毒试剂的缺点，满足现代药物开发和生产对重复性、安全性和持续性发展的需求。这项创新的多肽免清洗合成技术不仅成功应用于CEM研发mmol级别的Liberty BLUE多肽合成系列，更重要的是在生产规模1000mmol级的Liberty PRO多肽合成器上得到了实际应用。该技术在整个合成过程中省略了超过10次的清洗步骤，使用的碱基量仅为传统方法的10-15%，同时减少了95%的DMF有毒试剂的使用和废液排放。此外，剩余的5% DMF溶剂也可以被无毒的TamiSolve NxG-PS试剂替代。这种免清洗技术大幅提升了反应效率，并显著降低了试剂成本。总的来说，这种合成工艺是极其高效、经济、环保、高纯度且可扩展的。它代表了从小规模到大规模多肽生产工艺效率的巨大飞跃，实现了以更低的成本、更快的速度和更安全的方法合成更优质的多肽。这一技术彳切底改革了传统的多肽合成生产管理方式和成本，推动多肽药的发展和进步，并激励和推动更多人士采用基于多肽的疗法。

一、组氨酸的差向异构化对映体纯度极大地影响肽的生物活性；因此，避免D-异构体含量的增加至关重要。1在固相肽合成（SPPS）的偶联过程激活阶段，组氨酸特别容易发生差向异构化。组氨酸倾向于差向异构化（图1）是一种分子内的副反应，这是由于咪唑Nπ上的孤对电子与酸性α碳氢的接近性所导致。当氨基酸被激活时，1号位的孤对电子具有足够的碱性以进行去质子化，从而形成一个无立体选择性的酯烯醇盐22。此时，转化为L-或D-异构体3并没有热力学上的优先途径。当反应位点聚集，且组氨酸在激活状态保持较长时间的期间，差向异构化的可能性增加。图1：Fmoc-His(PG)-OH在激活过程中高差向异构化水平的机制解释二、组氨酸侧链保护对咪唑环的保护（图2）通常采用在Nτ位置使用三苯甲基（Trt）基团的方式实现4。Trt基团因其体积大和具有吸电子性，能够有效抑制诸如环上N-酰化等副反应，然而在控制差向异构化方面效果有限。其他侧链保护基团，尤其是那些提供Nπ保护的，例如Fmoc-His(π-Mbom)-OH（5），通过阻断α-氢的接触途径来减少差向异构化。但这些衍生物的缺点在于它们本身的高成本和因多步骤合成策略导致的低批量供应，这种策略需要在连接Mbom基团时对Nα位置进行互斥保护。3,4,5,6此外，在肽切割过程中还需添加额外的清除剂，以防止新暴露的氨基功能团上发生羟甲基化。 本文中，Fmoc-His(Boc)-OH（6）被证实是Fmoc SPPS中组氨酸并入的宝贵替代物，因为它在高温下对差向异构化具有较高的稳定性，成本低，且比其他任何市场上可购买的衍生物具有更好的批量供应能力。 图2：Fmoc-SPPS用的组氨酸衍生物：Fmoc-His(Trt)-OH（4），Fmoc-His(π-Mbom)-OH（5）和Fmoc-His(Boc)-OH（6）三、Fmoc-His(Boc)-OH的优势Fmoc-His(Boc)-OH 能够以游离酸和环己胺（CHA）盐的形式大量购买。对于盐形式，需要通过提取过程来移除CHA基团。鉴于这一过程相对繁琐，我们的研究便专注于游离酸的应用。根据先前的报告，与His(Trt) 相比，His(Boc)在差向异构化方面的倾向性更低。7这一现象可以归因于氨基甲酸酯基团较强的吸电子效应，它有效地从π子中抽取电子云密度，从而降低了其碱性。四、讨论一项采用利拉鲁肽和1-42Beta淀粉样蛋白的可行性研究评估了-Boc基团在微波（MW）辅助固相肽合成（SPPS）过程中对差向异构化的抑制效果及侧链的稳定性。肽段是在HE-SPPS条件下制备的，具体操作包括1分钟90°C的去保护和2分钟90°C使用DIC和Oxyma Pure进行的偶联。8与基于尿嘧啶的激活策略相比，DIC/Oxyma Pure激活在偶联效率和抑制差向异构化方面提供了更优的结果。后者的表现归因于碳二亚胺活化所固有的酸性环境。9,10在室温或稍高的条件（例如50°C）下并入组氨酸能进一步降低D-异构体的形成，但这样的条件对于His(Trt)仍然不够理想。我们比较了His(Trt)和His(Boc)在使用两种常见协议时的偶联条件：（1）10分钟50°C和（2）2分钟90°C。最后，我们研究了溶液中的稳定性，以确定其在Liberty BlueTM HT12上的高通量自动化应用的可行性。利拉鲁肽的合成利拉鲁肽具有一个N端的组氨酸，这在与肽链的偶联中存在一定难度，因此，通过微波加热来增强酰化作用是有益的。使用三苯甲基保护在50°C下偶联组氨酸10分钟，结果显示D-异构体的形成增加到了6.8%（如表1所示）。在相同条件下，Fmoc-His(Boc)-OH显著减少了差向异构化，仅为0.18%。 Fmoc-His(Boc)-OH在90°C时的表现也相当出色，观察到的差向异构化水平为0.81%，相比之下His(Trt)则大于16%。Fmoc-His(Trt)-OH和Fmoc-His(Boc)-OH都以相当的粗纯度获得了目标肽（图3）。Fmoc-His(π-Mbom)-OH在纯度和D-His方面提供了与Fmoc-His(Boc)-OH相似的结果。 图3：使用(a) Fmoc-His(Trt)-OH或(b) Fmoc-His(Boc)-OH的利拉鲁肽UPLC色谱图。组氨酸偶联条件 = 50°C，10分钟。总合成时间 = 2小时55分钟 表1：利拉鲁肽中组氨酸在不同偶联条件下的D-异构体形成情况1-42Beta淀粉样的合成之前的研究表明，在长时间的哌啶处理过程中，Nτ-Boc侧链基团显示出不稳定性。11为了测试高温去保护过程中–Boc的稳定性，我们合成了包含三个组氨酸残基的1-42Beta淀粉样蛋白。1-42Beta淀粉样蛋白的合成序列是出了名的困难，需要使用特殊的偶联试剂，即使在严苛条件下，产物纯度通常也过低，无法进行分析和纯化。12与常规合成方法不同，HE-SPPS即便在未优化的条件下也能获得木及高的粗纯度。我们比较了His(Trt)和His(Boc)在50°C下偶联10分钟以及90°C下偶联2分钟的情况。His(Boc)将总合成时间从4小时24分钟缩短到3小时58分钟，并且将差向异构化的比例从2.88%降低至1.29% D-异构体（表2）。UPLC分析表明，这两种合成方法得到的目标产物在粗纯度上具有可比性（图4）。 表2：BA中His(Trt)和His(Boc)的差向异构化情况图4：使用(a) His(Trt)和(b) His(Boc)的1-42 Beta淀粉样蛋白的UPLC色谱图溶液中的稳定性在自动化高通量SPPS应用中，要求底物能在溶液中保持溶解状态长达10天。通常，像组氨酸这样的反应物由于保护基团的降解/丢失而导致变色和沉淀，其溶液寿命仅限于5天。在这项研究中，我们测试了组氨酸溶液（DMF，0.2 M）在大气条件下存放10天的稳定性（图5）。所有样品都迅速溶解，得到无色溶液。Fmoc-His(Trt)-OH的变色在短短24小时内就开始出现，并在10天的时间里加剧。10天后，Fmoc-His(π-Mbom)-OH溶液略呈黄色，而Fmoc-His(Boc)-OH溶液在研究期间保持无色。UPLC分析表明，Fmoc-His(Boc)-OH和Fmoc-His(π-Mbom)-OH保持了99%的纯度。基于强烈的变色，预计在10天的研究期间Fmoc-His(Trt)-OH样品中形成了几种杂质（图6）。然而，使用质谱对这些杂质进行定性未能成功。 图5：不同组氨酸衍生物溶液中的稳定性颜色测试 图6. 10天后DMF中组氨酸衍生物(0.2 M)的UPLC分析；(a) = Fmoc-His(Trt)-OH (b) = Fmoc-His(π-Mbom)-OH (c) = Fmoc-His(Boc)-OH五、结论上述数据表明，His(Boc)是一种强大的组氨酸衍生物，可以在90°C下高效偶联，提供优良的粗纯度，同时缩短偶联时间并显著降低差向异构化。与其他抑制差向异构化的N保护衍生物相比，Fmoc-His(Boc)-OH更易获得，同时保持相当的合成性能。总之，Fmoc-His(Boc)-OH的核心优势包括： &bull 商业批量可用性强，价格相对于Fmoc-His(Trt)-OH更具竞争力&bull 在高温下具有低水平的差向异构化；50°C及以下的偶联温度使得Fmoc-His(Boc)-OH适用于活性药物成分的合成，无需复杂的偶联试剂和条件13 &bull 优异的溶液稳定性；与Fmoc-His(π-Mbom)-OH相当，且优于Fmoc-His(Trt)-OH六、材料与方法试剂以下Fmoc氨基酸和树脂购自位于Matthews，NC的CEM公司，包含所示的侧链保护基团：Ala, Arg(Pbf), Asn(Trt), Asp(OMpe), Gln(Trt), Gly, His(Boc), His(Trt), Ile, Leu, Lys(Boc), Lys(palmitoyl-Glu-OtBu), Phe, Pro, Ser(tBu), Tyr(tBu), Val。Rink Amide ProTideTM LL, Cl-MPA ProTideTM LL, 以及Fmoc-Gly Wang PS LL树脂也购自CEM公司。二异丙基碳二亚胺（DIC），哌啶，三氟乙酉夋（TFA），3,6-二氧杂-1,8-辛二硫醇（DODT）和三异丙基硅烷（TIS）购自Sigma-Aldrich（St. Louis, MO）。二氯甲烷（DCM），N,N-二甲基甲酰胺（DMF），无水二乙酉迷（Et2O），乙酸，高效液相色谱级水，以及乙腈购自VWR（West Chester, PA）。液相色谱-质谱级水（H2O）和液相色谱-质谱级乙腈（MeCN）购自Fisher Scientific（Waltham, MA）。D-异构体通过手性GC-MS（C.A.T. GmbH）进行测定。肽合成：利拉鲁肽在CEM Liberty Blue自动化微波肽合成器上，以0.10 mmol的规模合成了该肽。使用了0.313克Fmoc Gly Wang PS LL树脂（0.32 meq/g置换）。去保护作用采用20%哌啶和0.1 M Oxyma Pure在DMF中执行。偶联反应使用5倍过量的0.2 M Fmoc-AA、1.0 M DIC和1.0 M Oxyma Pure在DMF（CarboMAX）中进行。切割则应用CEM Razor&trade 高通量肽切割系统，配比为92.5:2.5:2.5 TFA/H2O/TIS/DODT。切割后，肽通过Et2O沉淀并过夜冻干。肽合成：1-42Beta淀粉样蛋白采用CEM Liberty Blue自动化微波肽合成器，以0.10 mmol的规模在0.512g Cl-MPA ProTide树脂（0.19 meq/g置换）上合成了该肽。去保护作用使用20%哌啶和0.1 M Oxyma Pure在DMF中进行。偶联反应用5倍过量的0.2 M Fmoc-AA、1.0 M DIC和1.0 M Oxyma Pure在DMF（CarboMAX）中进行。切割采用CEM Razor&trade 高通量肽切割系统，配比为92.5:2.5:2.5 TFA/H2O/TIS/DODT。切割后，肽通过Et2O沉淀并过夜冻干。稳定性研究在50毫升离心管中，制备了0.2摩尔浓度的组氨酸溶液（总共5毫升DMF），并对管进行了密封。这些溶液在实验室环境下保持在室温，持续10天。为了准备用于超高效液相色谱-质谱分析的样品，将10微升的组氨酸溶液稀释到5毫升的50/50（体积比）乙腈和水的混合溶剂中。调整进样量，直至吸光度达到35 – 55单位。七、参考文献(1) Kusumoto, S. Matsukura, M. Shiba, T. Biopolymers, 1981, 20,1869 --1875.(2) Kates, S. A. Albericio, F. Solid-Phase Synthesis – A Practical Approach Kates, S. A Albericio, F. Eds. Marcel Dekker Inc: New York, New York, 2000 Chapter 4. Van Den Nest, W. Yuval, S. Albericio, F. J. Pept. Sci. 2001, 7, 115.(3) Colombo, R. Colombo, F. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1984, 0, 292 – 293. Mergler, M. Dick, F. Sax, B. Schwindling, J. Vorherr, Th. J. Pept. Sci. 2001, 7, 502 – 510.(4) Okada, Y. Wang, J. Yamatot, T. Mu, Y. Yokoi, T. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1996, 17, 2139 – 2143.(5) Hibino, H. Nishiuchi, Y. Tetrahedron Lett. 2011, 52, 4947 – 4949.Hibino, H. Miki, Y. Nishiuchi, Y. J. Pept Sci. 2012, 18, 763 – 769.(6) Suppliers: EMD/Sigma-Aldrich = $1338 per 5g bottle Peptide Institute = $400.5 per 5gbottle.(7) Clouet. A Darbre, T. Reymond, J. L. Biopolymers, 2006, 84, 114.(8) Collins, J. M. Porter, K. A. Singh, S. K. Vanier, G. S. Org. Lett. 2014, 16, 940 – 943.(9) Patent: US20160176918(10) CEM Application Note (AP0124). “CarboMAX – Enhanced Peptide Coupling at Elevated Temperature.”(11) Sieber, P. Riniker, B. Tetrehedron Lett. 1987, 28, 6031 –6034.(12) Tickler, A. K Clippingdale, A. B Wade, J. D. Protein Peptide Lett. 2004, 11, 377 – 384.(13) Bacem Application Note. Mergler, M. Dick, F. Vorherr, Th. Methods for Fmoc-His(Trt)-OH Resulting in Minimal Racemization.(14) CEM Technical Note (P/N: 600837) - “Cl-MPA ProTide and Cl-TCP(Cl) ProTide Resin Loading and Protected Cleavage Procedures.

模块化设计，根据您的化学合成需求扩展升级模块化设计使 PurePep Chorus成为下一代多肽合成器，可以满足实验室不断变化的需求。凭借惰性的专有内部流路 PurePep Pathway ，可实现最高质量的固相合成。*Inert PurePep Pathway “inside” – pure reliability惰性内部流路 – 稳定运行保障*Configurable 2, 4 or 6 reaction vessels可配置 2、4 或 6 个反应容器*Controlled induction heating with oscillation mixing带振荡混合的可控感应加热*Real-time UV monitoring实时紫外监测*Automated cleavage自动切肽*Preactivation预激活*Intuitive software designed for 21 CFR Part 11直观软件设计，符合21 CFR Part 11要求PurePep Pathway “inside”仪器内部流路专有PurePep Pathway(阀块系统)的优良设计使其具有零死容积、无交叉污染和持续数年的免维护性能。没有交叉污染，也不会因为苛刻的化学合成条件导致多肽合成失败。有了PurePepChorus内部可信的PurePep流路，您每次都能收获高纯度的多肽。 ，时长02:10 Configurable 2, 4 or 6 RVs 2通道，4通道，6通道配置您可以根据通量需求选择2通道、4通道或6通道的合成仪配置。仪器是模块化的设计，您也可以根据多肽研究的需求，后续进行实验室扩展升级，比如随着合成需求的增加可以将2通道仪器升级成6通道仪器。Controlled induction heating and Oscillation mixing带振荡混合的可控感应加热可控感应加热和振荡混匀专利，可以在25°C到90°C之间调节反应温度，不会导致温度超调。该技术完全兼容振荡混匀，确保均匀的温度分布，均匀的化学反应，和高产量。同时，每个反应通道可进行氮气鼓泡混合，氮气混合强度和频率可调。PurePep Chorus完全可控的反应参数设置，保证了多肽合成的准确性和可重复性。Real-time UV monitoring实时紫外监测您可以选择多少反应通道配置紫外监测功能。在PurePep Chorus上使用IntellisynthTM实时紫外在线监测合成多肽时，可尽量减少试验和错误次数。UV监测功能有什么作用呢？在进行脱保护反应，溶液混合时，通过检测Piperidine与Fmoc复合物的光吸收值，监测脱保护程度，不仅可以调节脱保护的次数，也可以延长脱保护的时间。当使用Single-Shot技术传输氨基酸时，实时紫外监测功能可以确保氨基酸试剂充分利用。Automated cleavage自动切肽PurePep Chorus 配置原位切肽功能，可在合成仪上实现多肽的自动化切割。您可以自主设定多肽切割程序，可以立即切割多肽，也可以在整个合成过程结束后切割多肽，或者是特定的日期与时间切割多肽。切割的多肽链收集于50mL离心管。PTI品牌所有型号的多肽合成仪都采用了耐TFA腐蚀的材料，因此您可以放心的在仪器上进行多肽切割。如果对自动切肽不感兴趣，也可以灵活的将收集位转换成非天然氨基酸添加位。Preactivation预激活PurePep Chorus可以平行运行3个通道的预活化反应，是空间位阻氨基酸添加的理想选择。此外，DIC/HOBt 化学法合成可以进行优化，并直接放大生产。Intuitive software直观的软件图形化用户界面简化了化学家的工作流程，加速多肽合成方法的设定。预编辑的方法文件可以直接使用，您也可以已此为模板，结合多肽序列与合成条件进行自定义编辑。在合成反应运行的同时，您也可以着手编辑下一个合成反应文件。Chorus的软件设计符合21 CFR part 11的要求，主要特点包括:用户管理、电子签名、跟踪审计、报告审查，以实现最大的可追溯性，保障仪器可以合规使用。

继美国RHK Technology公司推出的革命性扫描探针显微镜控制平台R9取得大成功之后，其研发团队通过升软硬件及功能隆重发布新一代R9plus控制器。基于特的单箱集成，R9plus将无限的灵活性，精心设计的实用功能和高的设备稳定性巧妙结合在一起。R9plus细化和扩展的固件、软件，以及进一步优化的模拟电路提供给用户优越的性能和体验。 相比于R9控制器，升后的R9plus（图1）特点主要有：全新的FPGA固件构架大地提高了配置灵活性，对于高测量提供有60多个可用的数据通道，数据流和扫描速度均提高5倍，模拟电路噪声水平降低到原来的1/4，锁相放大器的解调带宽增加至100KHz，一个控制器可以运行两个立的扫描探针显微镜（SPM）和设置任意密度的网格点进行图谱测量等。图1：R9plus便捷的单箱集成 图2：R9plus更低的噪声水平 R9plus允许高质量图像和谱图数据的采集。利用R9plus采集扫描隧道谱图，即网格谱线数据，允许实时显示10条阈值谱线（图3）。谱线的每个像素点可以单显示和分析。谱线数据可以取平均值用于与衬底的噪声进行比较。图3：硅的网格扫描隧道谱图 R9plus对于原子力显微镜（AFM）的控制也有大的优势。先，其多个内部集成的锁相放大器可以探测针-样品间非线性相互作用机制；其次，通过表征非接触原子力显微镜（Non-contact atomic force microscope）和频率调制开尔文探针显微镜（Frequency-modulated Kelvin probe microscope）结合技术中的边带振幅，NC-AFM锁相环（phase lock loop）的带宽可以与开尔文测试分离，由此可以更快地扫描且噪声更低。再次，两个锁相环可以同时立地测试双探针NC-AFM。后，提供一个切换开尔文探针不同模式的开关键，且可以同时测量2*?Bias and 3*?Bias由此得到 dC/dZ和dC/dV信号。图4：边带频率调制开尔文测量噪声较低 R9plus基本功能可被初学者快速掌握，使用方便，同时R9plus的灵活性又适用于高用户，可突破限制，灵活设计更加符合实验需求的功能和模式。对于任何别的用户体验和简单或苛刻实验步骤的任何阶段，R9plus以其完全充分整合的内部电路、直观的图形用户界面，易于定制的硬件描述语言，高的数据完整性，有利的诊断工具，低的噪音和高的速度为用户提供有力的支持。 相关产品：RHK-R9扫描探针显微镜控制器：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C159539.htm

还在烦恼传统化学合成过程的效率不够高？还在担心化工实验室安全问题？随着化学自动化愈发重要，很多化工产业已经开始大量采用自动化技术。德祥科技致力于提供科研解决方案，在今年引入了Synple Chem全自动合成反应新品。摆脱繁琐耗时、瓶瓶罐罐的合成过程及纯化处理步骤，一键领略化学合成的独特魅力，实现智能化目标产物合成，塑造技术新方向。 Synple ChemSynple Chem成立于2016年，是苏黎世联邦理工学院的衍生的公司。Synple Chem的使命是提供易于使用、安全、提高效率的解决方案，代表有机合成的未来。 高效，安全，灵活Synple Chem 提供新的自动化合成器，使用突破性的试剂胶囊，使分子合成更快、更高效。安装便捷，无需编程或优化即插即用系统可以在一小时内自行安装，系统培训通常需要不到10分钟。只需添加起始材料并扫描滤芯即可加载预先优化的方法，并为反应准备系统。无需编程或优化！ 自动化运转，解放双手传统反应、检查和纯化可能需要几个小时？拥有这款自动化合成器，反应的手动操作时间仅需5分钟！这不仅使用户能够专注于其他活动，而且还大大降低了劳动力成本。 避免有毒物质接触，简化废物处理该系统还具有安全优势，因为所有试剂都包含在试剂盒内或系统本身中，从而*限度地减少了与有毒物质的接触并简化了废物处理。 可供常见反应类型 关于德祥集团德祥集团成立于1992年，总部位于香港特别行政区。作为卓越的科学仪器供应商和服务商,德祥服务于大中华区和亚太地区，每年都为数以千计的客户提供全套解决方案。公司业务包含仪器代理，维修售后，实验室咨询与规划，CRO冻干工艺开发服务以及自主产品研发、生产、销售、售后。作为深耕科学仪器行业的供应商与服务商，德祥现已服务于政府、高校、科研、制药、检测、食品、医疗、工业、环保、石化以及商业实验室等众多领域。公司目前在亚太地区设有13个办事处和销售网点，3个维修中心和1个样机实验室。2009至2021年间，德祥先后荣获了“最具影响力经销商”、“年度*代理商“、”年度最高销售奖“等殊荣。我们始终秉承诚信经营的理念，致力于成为*的科学仪器供应商，为此我们从未停止前进的脚步。我们始终相信，每*都在使这个世界变得更美好！

第八届浙江省国际“互联网+”大学生创新创业大赛决赛中获得“金钥匙奖”颁奖。 将一台手掌大小的长方形仪表盒子线头接上一段射频电路，仪表显示屏上随即出现电波图形… … 8月上旬，在杭州电子科技大学通信工程学院科协创新实验室内，一款由该院学生团队联合研发的便携式矢量网络分析仪进行应用演示。 “如果电波图形和被测试电路板上已绘制好的电波图形吻合，说明该射频电路发射性能优良，反之则说明该电路传输信号有问题。”该设备核心研发人员、杭电通信学院大三学生江逸宁介绍说，团队凭此在7月底落幕的第八届浙江省国际“互联网+”大学生创新创业大赛决赛中获得“金钥匙奖”，从而拿到这一赛事全国总决赛的入场券。 记者了解到，这一分析仪可用于检查信号发射状况，分析出基站天线、电缆接触状况等影响网络的变量，并进行修复，从而恢复基站正常功能。 射频电路的网络测试，具有广泛应用场景。比如当前在高校开展广泛的电子信息类学科竞赛，普遍要用到无线信号传递。通常智能车的通信模块、航模比赛的遥控装置等就要用到射频电路发射信号。 “在电子竞赛中深感现有市场上网络测试仪器使用起来不便或太贵，所以我们想自己研发性价比高、使用方便的网络测试仪，目标是使其成为射频微波领域的‘万用表’。”该项目主要负责人、杭电通信学院大三学生王来龙说。 “实验室用到的电子网络测试仪、基站维护领域的驻波仪等设备，通常价格不菲以及被国外垄断。”该团队指导老师、杭电通信学院教授张福洪说，他们鼓励学生研发推出具备类似功能甚至可实现部分替代的仪器。 据介绍，这一分析仪由学生团队通过自主设计核心电路优化仪器电路结构、使用国产全自主芯片以及提升机器学习方法研制而成，基于团队成员的快速锁相环、数模转换器等专利，使频率测量的效率大为提高，同时降低了生产成本。 “同学们从实践出发，学以致用，促进电子测试仪器的国有化，推动测量仪器进一步发展，是一次大胆而创新的尝试。”中国电子学会嵌入式系统专家委员会委员严义教授对此表示。

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率光纤激光技术实验室在高重频飞秒光学频率梳光源方向取得重要进展。该团队首次报道了一种基于腔内谐振滤波技术的GHz低噪声九字腔掺铒光频梳。相关研究成果以GHz figure-9 Er-doped optical frequency comb based on nested fiber ring resonators为题，发表在《激光与光子学评论》(Laser Photonics Reviews)上。 　　九字腔光纤光频梳是目前技术成熟度最高的光频梳技术之一，广泛应用于车载、星载、外场等非实验室环境，推动了光频梳相关应用的发展。重复频率近GHz的光频梳在双梳测距、光谱检测以及天文频标等领域有着重要应用。然而，目前九字腔光纤光频梳的重频一般小于250MHz，其重频的提升仍然面临技术挑战。由于非线性放大环镜(NALM)锁模技术需要一定长度的光纤来积累足够的非线性相移差以启动锁模，传统的短谐振腔方案难以适用于九字腔的结构。 　　针对上述问题，该团队采用嵌套腔结构(图1)，由两个光纤耦合器熔接构成的Fabry–Pérot(F-P)腔对外部NALM谐振腔进行模式滤波。当内、外腔的自由光谱范围精确匹配时，可将九字腔光纤光频梳的重频倍增至GHz。实验结果表明，该激光器具备优异的脉冲自启动性能和长期稳定性(图2)。区别于高次谐波锁模，嵌套腔方案可通过合理的内腔参数设计，配合增益竞争机制，来有效抑制超模噪声，实现高相干、低噪声的GHz重频光频梳。实验通过对该光频梳的载波包络相位偏移频率的测量，验证了其频率梳齿分量间的高相干性(图3)。该GHz重频九字腔光纤光频梳在激光雷达、双梳测距、光谱检测等领域颇具应用前景。 　　研究工作得到中国科学院青年创新促进会、国家自然科学基金和上海市自然科学基金的支持。图1. 基于嵌套光纤环形谐振腔的9字腔光频梳装置图图2. 单孤子状态连续运行90分钟的稳定性：(a)测量光谱的时间演变，色条表示光功率谱密度；(b)重复频率的变化；(c)典型光谱和(d)80分钟时的射频频谱；(e)输出脉冲的典型自相关信号。图3. (a)基于f-to-2f的载波包络偏移频率检测；(b)在10 kHz RBW下自由运行ceo拍频信号。

记者从北京量子信息科学研究院获悉，该研究院袁之良团队利用光频梳技术首次实现开放式架构双场量子密钥分发系统，完成615公里光纤量子密钥分发实验。相关研究成果发表在最新一期的《自然通讯》上。据了解，量子密钥分发基于量子物理的基本原理和一次一密的加密方式，可实现无条件安全通信。2018年英国东芝欧洲研究所提出新型双场协议，使得安全成码率以信道衰减的平方根线性下降，在无中继的情况下可突破码率界限，是实现500公里以上光纤量子通信的可行方案。双场协议的实现需要两个异地独立激光源在第三方远程节点处实现稳定的单光子干涉，但通信双方激光源的微小频差与长距离光纤造成的快速相位漂移都对干涉有重要影响。目前，传统方案是在遥远两地间架设服务光纤作为传输媒介，然后通过时频传输或者光学锁相环等技术，完成两地激光源的频率锁定，这种闭合光纤架构非常不利于多节点的广域量子保密网络应用。据介绍，研究团队基于自主开发的相干边带稳相与异地激光源频率校准技术，研制出首个开放式架构、无须服务光纤的新型双场量子密钥分发系统，实现低损耗光纤四百公里级、五百公里级、六百公里级的安全成码，并打破无中继量子密钥分发的码率界限，还成功演示臂长差为百公里的量子密钥分发实验（目前最长臂长差记录）。相较之前的实验成果，量子信号光的相位漂移速率降低千余倍，大大降低相位参考光的噪声影响，有助于光纤量子密钥分发距离向千公里级别突破。基于光频梳的开放式架构有利于未来构建多用户多节点的城际量子保密网络，并对基于单光子干涉的分布式量子网络具有重要意义。该项工作得到了国家自然科学基金的支持。

成都理工大学、烟台先进材料与绿色制造山东省实验室的葛轶岑、胡克苓研究团队，使用福立气相色谱仪在著名期刊《European Polymer Journal》发表题为《Pd nanoparticles supported in PDMAEMA-b-PLMA micelles: A superb catalytic platform for Suzuki-Miyaura cross-coupling in water》的最新研究成果。本课题通过合成一系列具有高度两亲性的嵌段共聚物，利用其在水中的自组装行为作为胶束型纳米反应器和纳米钯颗粒载体，成功实现水相Suzuki-Miyaura偶联反应的高效催化。本文所述的Pd/PDMAEMA-b-PLMA型复合纳米材料是一种制备简单、催化活性高、稳定性好、可重复使用的水溶性多相催化剂。福立气相色谱助力反应产率与催化剂活性的测定 葛轶岑老师近年研究方向主要为高分子纳米反应器在有机合成方法学与催化中的应用。本课题使用气相色谱对所制备催化剂的催化反应效率进行测定，而催化产率数据信息的获取是评估本研究课题中催化剂活性的关键。福立GC9720Plus气相色谱仪为本课题的催化产率分析提供了重要的技术支持，帮助研究团队准确和深入地评估所制备纳米材料的催化性能。提供重要的技术支持葛轶岑老师介绍使用福立气相色谱的具体应用，“首先使用福立气相色谱仪建立反应产物与内标物的峰面积-浓度线性回归曲线，从而进一步通过检测不同反应混合物样品中产物峰面积以确定其相应产率。本研究课题依托福立气相色谱仪高效、精准的分析结果，通过两亲性嵌段聚合物负载钯催化剂构筑一种稳定的纳米催化反应器，成功实现了温和条件下水相Suzuki-Miyaura型的高效Csp2-Csp2键偶联。” 仪器耐用 性能稳定可靠“在本课题组长期的项目研究工作中，仪器设备的分析精确性和稳定运行很重要。福立仪器的气相色谱仪研发设计注重耐用性和可靠性，即使在连续高强度的工作环境下，也能保持稳定的性能。在购入GC9720Plus气相色谱仪后，本单位研究人员对其使用频率非常高，基本上每天要完成至少多于8小时的分析检测任务。在过去两年的使用过程中，福立气相色谱仪及其配套自动进样器基本没有发生故障。随机器附带的仪器维护套装和耗材包，完全能够满足学生们长时间科研工作后所需的进样垫圈更换、色谱柱更换以及机体清洁等日常维护保养需要。”快速响应 服务到位 “在我们课题组日常操作遇到疑惑或技术困难时，福立销售部门经理总能第一时间帮助我们对接售后部门维修工程师。售后工程师能够在线上快速响应，指导我们如何使用和维护仪器设备，以及针对简单问题的维修工作。同时，福立售后部门员工会阶段性进行用户回访，并在实验室现场面对面指导学生的仪器使用和科研工作。”葛轶岑老师对福立的售后服务表示高度认可。相较于进口 福立气相色谱优势显著“相比一些进口品牌，福立气相色谱仪器具有产品价格实惠、性能稳定、操作方便、故障率低、维护成本低等诸多优势，祝愿福立品牌能够在国产分析仪器领域越做越好。” 福立未来系列气相色谱仪 福立仪器将继续坚持自主创新的核心理念，加强与教科研用户的沟通交流，深入了解他们的需求和期望，为他们提供更加优质、高效的仪器解决方案。同时，我们也期待与更多的合作伙伴携手共进，共同探索科学仪器的新应用领域，为科学研究的进步贡献智慧和力量。论文原文链接：https://www.x-mol.com/paper/1730791581634285568?adv

我国仪器仪表行业已经成为亚洲第二大生产国，量上的生产有着很大的优势。但是随着科技创新的问题越发严重，永远只能是粗放型的发展，跟国际上先进的企业区别也很显而易见的。 　　尤其是十二五规划出台以后，创新，新兴产业一直围绕着企业，成为今后的主题，要想在众多的市场竞争中站稳脚跟，粗放型发展已经很为了最大的拦路虎，如何转变，更大空间的节省材料，提高利润空间是当务之急的事情。 　　为计量节能节约成本，推动企业走上了转型之路，仪表采购用户势必加强产品质量的监督管理，而此时如果仪表企业没能对自己的产品质量和售后服务进行严格把关，将会被市场所淘汰。 　　在国家把仪器仪表行业纳入重点行业进行扶持，通过政策引导，鼓励资金和人才等资源投向仪器仪表产业，加快仪器仪表产业的发展，力争在5到10年内实现重大突破的同时，我们仪表行业必须加强自身产品质量和售后服务，并引入计量节能的概念，对自身企业生产实施计量节能监督，对外部供应的产品同样起到计量节能的作用。 　　据专家估计国内仪器仪表行业但因科技含量低、产业结构不合理等因素影响，未来几年利润空间将被压缩到一个很小的范围，众多企业以后的生存道路也是困难重重。 　　多功能化 　　多功能本身就是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发生器。 　　微型化 　　微型智能仪器指微电子技术、微机械技术、信息技术等综合应用于仪器的生产中，从而使仪器成为体积小、功能齐全的智能仪器。 　　人工智能化 　　人工智能是计算机应用的一个崭新领域，利用计算机模拟人的智能，用于机器人、医疗诊断、专家系统、推理证明等各方面。 　　展望未来，只要国内仪器仪表行业把握好市场机遇，全力提高产品的科技水平和含量，跟上国际仪器仪表业数字化、智能化、网络化和微型化的主要发展趋势，国内仪器仪表可望迎来产业迅猛发展和腾飞。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员曹俊诚、黎华团队与华东师范大学教授曾和平团队合作，在高稳定自参考太赫兹双光梳方面取得研究进展。研究团队提出自参考方法，完全消除了THz双光梳共有载波噪声，同时抑制了重复频率噪声，将THz双光梳梳齿线宽由未稳频的2-3 MHz量级压缩至14.8 kHz，大幅提升了THz双光梳光源的稳定度。相关成果以Terahertz Semiconductor Dual-comb Source with Relative Offset Frequency Cancellation为题发表在《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）上，并被遴选为封面论文。双光梳由两个重复频率略有不同的光频梳组成，通过多外差采样将光谱信息直接映射在微波波段，这种不依赖机械扫描的时间延迟结构令双光梳天然具有高速、高分辨等优势，在高精度光谱、成像、测距以及大容量高速通信方面具有重要应用。在THz波段，基于电泵浦的半导体量子级联激光器（quantum cascade laser，QCL）是实现THz光频梳与双光梳的理想载体。当前，THz QCL双光梳通常工作于自由运行模式，具有较高的相位噪声，限制其高精度应用。提高双光梳频率稳定性的主要思路是分别控制两个光频梳基础频率分量，即载波包络偏移频率和重复频率。要完全锁定THz QCL双光梳需要同时锁定四个不同频率，即两个载波包络偏移频率和两个重复频率。尽管研究团队在前期工作中将THz双光梳一根梳齿通过锁相环实现了锁定，提升了双光梳的稳定性，但是还未实现THz双光梳的完全硬件锁定，而要在实验室实现四个频率的完全锁定，将涉及复杂的硬件系统。该工作中，研究人员提出了自参考“软锁定”方法，不采用任何硬件锁模模块，对双光梳整体信号进行操控，实现了高稳定自参考THz QCL双光梳光源。双光梳梳齿噪声来源于两个未锁定的光频梳的载波包络偏移频率和重复频率噪声，通过多外差拍频产生的双光梳的每根梳齿都享有相同的载波包络频率及噪声。通过消除共有的载波包络频率噪声，则可以显著提高每根双光梳梳齿的稳定性。研究通过窄带滤波器将双光梳的一根梳齿滤出并将其与整个双光梳信号进行混频，从而彻底消除双光梳梳齿的共有载波噪声，同时还可以抑制重复频率噪声，构造出无载波包络偏移频率的零偏双光梳，显著提高双光梳信号的长期稳定性【图1（a）】。未稳频THz双光梳光谱在15 s的测试时间内，测得的梳齿“最大保持”线宽为2 MHz【图1（b）】。施加自参考稳频之后测得的THz双光梳光谱，在60 s内，测得的“最大保持”线宽为14.8 kHz，比未稳频的THz双光梳梳齿线宽提升了130倍以上【图1（c）】。研究工作提出的自参考稳频方法，不依赖任何锁定元件，同时可方便移植于其他激光系统中，为提高光谱、成像等各种应用的稳定性提供一种简单有效的稳频方法。 相关研究工作得到国家自然科学基金重点项目、国家优秀青年科学基金项目、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划、中科院“从0到1”原始创新项目、中科院科研仪器设备研制项目、上海市优秀学术带头人计划等的支持。 　图1（a）自参考稳频原理。其中frep1和frep2分别是两个光频梳的重复频率，其中frep2通过微波注入锁定到fRF。“彩虹”频谱表示MHz范围内的下转换双光梳信号，通过带通滤波器将其中一根梳齿滤出（虚线框），从而采用混频实现零偏自参考双光梳。（b）未稳频THz双光梳“最大保持”频谱，测量时间为15 s。（c）自参考双光梳“最大保持”频谱，测量时间为60 s。

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。

成果名称 基于光纤激光器的可见光频率梳、20GHz可见光波段天文光学频率梳 单位名称 北京大学 联系人 马靖 联系邮箱 mj@labpku.com 成果成熟度 □研发阶段 □原理样机 &radic 通过小试 □通过中试 □可以量产 成果简介： 光学频率梳是很多高端研究的基础科学仪器，例如原子跃迁频率的精密测量、光钟的频率的测量、引力波的测量、微重力的测量、系外类地行星的探测等。利用频率梳测量频率时，需要频率梳的频率间隔在200MHz以上，以便波长计数器计量波数。特别地，类地行星观测需要20GHz以上频率间隔的频率梳来定标光谱仪，这个频率间隔一般的光纤激光器无法达到，目前只能依靠法布里-珀罗（FP）滤波装置进行频率倍增。由于FP透射光谱的有限线宽会导致边模泄露，从而影响天文光谱仪的定标精度，因此需要源激光频率梳本身的频率间隔尽量大，以抑制边模。可见，研制高重复频率（大频率间隔）的频率梳已经成为国际激光器和频率梳领域研究的热点和难点。目前该产品的国内市场基本上被德国Menlo System公司生产的基于掺镱光纤激光器的可见光域频率梳垄断，我国亟需研制出具有自主知识产权的光梳设备。 2011年，北京大学信息学院张志刚教授申请的&ldquo 基于光纤激光器的可见光频率梳&rdquo 得到第三期&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金的支持。在基金经费支持下，通过关键配件的购置和加工，该项研究得以顺利开展。课题组瞄准研制稳定的、可供频率测量的、基于飞秒光纤激光器的可见光域激光频率梳这一目标，开展了一系列富有成效的工作，包括：（1）搭建高重复频率、1um波长的锁模光纤激光器，作为频率梳&ldquo 种子源&rdquo ；（2）研究初始频率和腔内色散的关系，以得到更高信噪比的初始频率信号；（3）利用合适的色散补偿元件对种子源输出的脉冲进行色散补偿，并进行多级反向放大，使其输出功率满足频率梳要求；（4）试验多种光子晶体光纤，以获得更宽的、覆盖可见光域的光谱。通过以上工作的开展，课题组成功研制出了国际首创的500MHz光学频率梳样机，而Menlo公司同类产品重复频率仅为250M。这一技术的产品化将打破外国公司在国内市场的垄断，填补国内外市场的空白。 在第三期项目工作的基础上，张志刚课题组的王爱民副教授申请的&ldquo 20GHz可见光波段天文光学频率梳的研制&rdquo 项目在2012年得到了第四期&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金的支持。在第四期基金的支持下，项目组发展了前期500MHz高重复频率的光学频率梳的研究成果，开展了更加深入的工作，包括：（1）利用FP技术对500MHz重复频率的稳定光梳进行倍频，获得20GHz、1m波段的稳定光学频率梳；（2）对20GHz光学频率梳进行功率放大、脉冲压缩和倍频，实现515nm波段的蓝光飞秒光梳源；（3）利用拉锥光子晶体光纤对飞秒蓝光光梳进行可见光扩谱，达到400-750nm的光谱覆盖。通过这些工作，课题组成功研制出了一套可直接与天文望远镜对接的20G天文光梳频率标准系统，其工作达到该领域国际前沿水平。 这两期项目目前已经结题，其成果已进入产品化阶段，科技转化前景良好。相关成果受到了北京市科委的高度重视。 课题组瞄准研制稳定的、可供频率测量的、基于飞秒光纤激光器的可见光域激光频率梳这一目标，开展了一系列富有成效的工作。课题组成功研制出了一套可直接与天文望远镜对接的20G天文光梳频率标准系统，其工作达到该领域国际前沿水平。 应用前景： 光学频率梳是很多高端研究的基础科学仪器，例如原子跃迁频率的精密测量、光钟的频率的测量、引力波的测量、微重力的测量、系外类地行星的探测等。

美国加州大学洛杉矶分校17日表示，该校纳米系统科学主任保罗维斯领导的研究小组开发出了研究纳米级材料相互作用的工具——双扫描隧道显微和微波频率探针，可用于测量单个分子和接触基片表面的相互作用。 　　过去50年中，电子工业界努力遵循着摩尔定律：每两年集成电路上晶体管的尺寸将缩小大约50%。随着电子产品尺寸的不断缩小，目前已到了需要制作纳米级晶体管才能继续保持摩尔定律正确性的地步。 　　由于纳米级材料和大尺寸材料所展现的特性存在差异，因此人们需要开发新的技术来探索和认识纳米级材料的新特征。然而，研究人员在研发纳米级电子元器件方面遇到的障碍是，人们没有相应的能力去观察如此小尺寸材料的特性。 　　元器件间的连接是纳米级电子产品至关重要的部分。就分子设备而言，分子极化性测量的范围涉及到电子与单个分子接触的相互作用。极化性测量有两个重要方面，它们分别是接触表面以次纳米分辨率精度进行测量的能力，以及认识和控制分子开关两个状态的能力。 　　为测量单个分子的极化性，研究小组研发出能够同时进行扫描隧道显微镜测量和微波异频测量的探针。借助探针的微波异频测探，研究人员将能确定单个分子开关在基片上的位置，即使开关处于“关”的状态也不例外。在开关定位后，研究人员便可利用扫描隧道显微镜变换开关的状态，并测量每个状态下单分子和基片之间的相互作用。 　　维斯说，新开发的探针能够获取单分子和基片之间物理、化学和电子相互作用以及相互接触的数据。维斯同时还是著名的化学和生化以及材料科学和工程教授。参与研究工作的还有美国西北大学的理论化学家马克瑞特奈和莱斯大学合成化学家詹姆斯图尔。 　　据悉，研究小组新的测量探针所提供的信息集中在电子产品的极限范围，而不是针对要生产的产品。此外，由于探针有能力提供多参数的测量，它有可能被研究人员用来鉴定复杂生物分子的子分子结构。

移动通信、雷达、卫星遥感、电子对抗以及基础仪器科学等领域的进步，促使着微波系统向着高频、宽带、大动态范围、多功能的方向发展。面对这些新的发展需求，传统的微波技术在微波信号的产生、传输、处理、测量等各个方面均面临巨大挑战。微波光子学融合了微波技术和光电子技术，即利用光电子学的方法处理微波信号，可以突破传统射频电子器件的性能瓶颈，被认为是下一代各类微波系统应用的解决方案之一。传统微波光子系统一般使用分立的光电子器件与电学模块搭建链路，这使得微波光子系统样机或产品具有重量大、功耗高、稳定性差等不足。因此，实现微波光子系统的微型化、片上化和集成化，是推动微波光子技术真正落地与广泛应用的关键，也是近年来学术界和产业界关注的焦点。然而，目前已报道的研究工作仍未能实现微波光子系统的完全芯片化集成，需要借助分立的光电子器件(例如：激光器、调制器等)或电子器件(例如：电学放大器等)来构建完整的系统链路，这在成本、体积、能耗、噪声方面严重制约着微波光子技术的工程化与实用化。鉴于此，近日，北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室王兴军教授研究团队提出了融合硅基光电子芯片、磷化铟芯片和 CMOS 电芯片的多芯片平台混合集成方案，首次实现了微波光子系统光-电链路的完全集成化拉通。基于该技术方案，研究团队设计实现了一款全芯片化的微波光子频率测量系统，整体尺寸约为几十 mm²，功耗低至 0.88 W，可实现对 2-34 GHz 宽频段微波信号瞬时频率信息的快速、精准测量。该成果发表在 Laser & Photonics Reviews，题为“Fully on-chip microwave photonic instantaneous frequency measurement system”。北京大学博士研究生陶源盛与北京大学长三角光电科学研究院杨丰赫博士为论文的共同第一作者，王兴军教授为论文通讯作者。该团队设计的全芯片化微波光子频率测量系统原理如图1所示，他们在硅光芯片上有源集成了高速调制器(用于微波信号加载)、载波抑制微环、可调谐光学鉴频器和光电探测器等器件。基于磷化铟平台实现高性能的分布式反馈(DFB)激光器，并通过端对端对接耦合方式与硅光芯片实现互连。为在保证系统测量精度的条件下降低对后端采样与处理电路的要求，他们将硅光芯片的弱光电流输出通过金线键合的方式直接连接至 CMOS 跨阻放大芯片的输入。经跨阻放大后的电信号，仅需通过低速采样电路采集，通过离线处理即可还原出输入高频微波信号的瞬时频率信息。图1：全芯片化的微波光子频率测量系统。(a)系统三维示意图；(b)磷化铟激光器芯片与硅光芯片的光学显微图；(c)系统整体的集成封装实物图。图源：Laser Photonics Rev.2022, 2200158, Figure 1面向电子对抗、雷达预警等实际应用场景，研究人员们在实验演示了该全芯片化微波光子频率测量系统对多种不同格式、微秒级快速变化的微波信号频率的实时鉴别。如图 2 所示，依次是对 X 波段(8-12 GHz)范围内的跳频信号(Frequency hopping, FH)、线性调频(Linear frequency modulation, LFM)和二次调频(Secondary frequency modulation, SFM)三类信号的频率-时间测量结果，误差均方根仅 55-60 MHz，是迄今为止同类型集成微波光子系统所展示出的最佳性能。图2：复杂微波信号频率的动态测量结果。(a)跳频信号(Frequency hopping, FH)的频率测量；(b) 线性调频(Linear frequency modulation, LFM)的频率测量；(c)二次调频(Secondary frequency modulation, SFM)信号的频率测量图源：Laser Photonics Rev.2022, 2200158, Figure 4未来展望 本工作所提出的多平台光电混合集成工艺方案，除适用于微波测量应用，对于研究微波信号产生、信号处理、信号传输等其他各种类型微波光子系统的集成化、微型化也具有很高的参考价值，为推动微波光子技术的工程化应用提供了一种通用性的解决方案。

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

光学频率梳（Optical frequency comb，简称“光梳”）由大范围、等间隔的梳齿分量构成，每根梳齿均对应绝对频率，如同在光频上的一把梳子（或标尺）。得益于飞秒激光器和非线性光学的发展，1999年美国标准局和德国马普所的研究团队分别在实验上实现了光梳，解决了绝对光频率计量问题，J. L. Hall和T. W. Hänsch因此贡献而分享了2005年诺贝尔物理学奖。光梳的诞生同样给光谱测量领域带来了革命性突破，分辨率提高到皮米量级，光梳光谱学的新技术和新应用也在不断涌现。双光梳光谱学可以充分利用光梳在频率准确度、频率分辨率、光谱范围和脉冲宽度等方面的优势，在诸多基于光梳的测量技术中脱颖而出。在频域上，双光梳光谱学表现为两个有微小重复频率差异光梳的多外差探测，可以将探测光梳记录的待测谱线，如分子吸收谱，从光频转移到射频。双光梳光谱学可以利用光谱交织技术进一步将分辨率提高至几十飞米量级。然而现有方案测量时间大幅增加，使用温度或驱动电流调节时无法提供绝对频率参考，且分辨率仍有进一步提高至光梳梳齿线宽的较大空间。电光调制光频梳（简称“电光梳”）由对连续种子光的电光调制产生，用于构建双光梳系统时其具有天然的互相干性，无需复杂的锁定电路或相位校正算法，可以大幅降低系统复杂度。此外，由于电光梳具有不受谐振腔腔长限制的重复频率以及可自由调节的中心波长，由其构建的更具应用前景的双电光梳系统受到研究人员的广泛关注。上海交通大学何祖源、樊昕昱教授团队提出了一种新型双电光梳光谱测量方案，将光谱测量分辨率进一步提高到亚飞米量级，相较于现有方案提高了两个数量级。该方案利用外调制的稳频光作为扫频电光梳的种子光，可以在实现低频率误差快速光谱交织的同时，提供绝对光频率参考。图1 亚飞米分辨率双电光梳绝对频率光谱测量技术原理示意图研究团队在分析各性能指标的理论限制和相互制约关系的基础上，将光谱测量技术关注的综合性能指标（光谱分辨率、测量带宽以及测量时间）提高至奈奎斯特极限，并且可以通过多次平均提高测量信噪比。该方案用于测量分子吸收谱线和高Q值光纤法布里珀罗腔谐振谱线的实验结果，充分展示了该方案灵活实现超高光谱分辨率、高信噪比和高刷新率的能力。图2 氰化氢（HCN）气体吸收谱线的光谱测量结果图3 光纤法布里珀罗谐振腔反射谱的光谱测量结果该研究成果将推动超精细光梳光谱学的进一步发展，并在温室气体监测、精密光器件测试、生物化学传感，以及诸如电磁诱导透明等物理现象观测中具有非常重要的应用价值。

1 引言　　原子力显微术(atomic force microscopy，AFM)是从20 世纪80 年代发展起来的一种表面探测技术，其基本原理是利用带针尖的微悬臂探测针尖与样品间相互作用的大小和性质会随着针尖与样品间距离的变化而变化，从而可以获得样品的不同信息，实现检测目的。AFM 凭借其检测对象广泛，不受导电性能的限制，适用性强(在大气、真空、液体等环境下均可操作)以及超高的分辨率等优势，目前已发展成为基础科学及工业应用研究中获得微纳米尺度物质结构和信息的重要工具，在物理、化学、材料、生命以及工程等许多领域都有重要的应用[1]。本文重点论述AFM 的先进功能化探测模式及其在相关研究领域中的应用，并讨论其最新技术发展和应用等。　　2 原子力显微术功能化探测模式　　传统AFM的基本工作模式主要包括接触模式(contact mode)、振幅调制模式(又称轻敲模式，amplitude modulation 或tapping mode)、频率调制模式(又称非接触模式，frequency modulation 或noncontact mode)。当今，AFM 基于三种基本工作模式并结合特殊微悬臂已衍生发展出了一系列先进功能化探测模式，用于研究微纳米尺度下样品的各种物理性质等。下面从力学、电学、磁学、热学、光学等物性研究以及微纳加工等领域，对AFM技术与方法的最新进展做一简要介绍。　　2.1 力学测量　　在纳米材料和器件的诸多性质中，力学性质不仅面广而且也是评价纳米材料和器件的主要指标，是纳米材料和器件得以真正应用的关键。目前关于AFM的微纳米力学研究，已在纳米材料力学性质、纳米摩擦等领域取得了较大进展。在AFM接触模式下，研究样品材料微纳尺度内的形貌和力学性质(包括杨氏模量、硬度、粘弹性、粘附力等)时，其探测精度可达皮牛顿量级，为避免该模式操作导致的针尖尖端和样品的磨损问题，实验中通常采用弹性常数较小、尖端比较硬的金刚石探针[2]。对于大分子力学性质的研究，采用尖端较钝或平面型(采用化学或生物修饰)的探针，可同时进行横向摩擦力的测量，并可实现针尖样品在微纳米尺度下材料摩擦学性质的研究。最新发展起来的接触共振(contact resonance)等模式，为样品微区力学性质的研究提供了一个更加方便直接、准确的方法，具体将在多频AFM技术部分进行介绍。　　2.2 电学测量　　如果微悬臂是用导电材料制成或外层镀有导电金属层，则探针可作为一个移动电极来施加电压和探测电流，从而来研究材料的微区电学性质，该技术通常称为导电原子力显微术(conductive-AFM，C-AFM)。利用导电原子力显微术可以探测样品的表面电荷、表面电势、表面电阻、微区导电性、微区介电特性、非线性特性等，这对材料与器件的失效分析，探测材料和器件中的局域积累电荷，定量分析器件中界面的静电势分布等有重要的意义。　　在接触模式下，随着光电材料、热电材料等新兴材料的成熟与电子技术的发展，导电原子力显微术可以采用这些新兴材料来提供激励，替代传统的直接在针尖上施加一个交流电压的激励方式，去探测样品的微区电学信号，或者对样品进行可控电荷注入等方式去实现探测功能，大大扩展了原子力显微术的功能性。　　在动态非接触模式下，最具发展潜力的电学测量模式是扫描开尔文探针显微术(scanning Kelvin probe microcopy，SKPM)，其工作原理是当导电针尖接近样品表面时，由于两者功函数的不同，针尖—样品间会产生静电相互作用，即接触电势差(contact potential difference，CPD)，从而实现样品探测，主要有电压调制SKPM和F(V)曲线两种工作模式。一般而言，静电相互作用力与偏压的平方成正比，F(V)曲线的抛物线顶点对应的偏压即为样品与导电探针间的接触电势差，而对应的力F 则为补偿静电力后的针尖—样品间相互作用力。电压调制的SKPM的核心技术是在样品与针尖之间同时施加交流和直流偏压，通过反馈回路调节直流偏压，使得交流偏压引起的微悬臂振动的振幅达到最小，此时的直流偏压就是接触电势差，因此该模式可以结合多频AFM新技术进行单次扫描，实现样品形貌、表面功函数等信号的探测。基于多频AFM技术的SKPM，通常是结合轻敲模式和非接触模式实现的，此时除存在测量样品形貌的微悬臂振动外，还存在交流偏压引起的微悬臂振动。在实际应用中，要仔细考虑两个振动间的相对频率和振幅等参量，避免相互串扰。目前SKPM的空间分辨率和能量分辨率得到了显著提高，可以在原子尺度上以几个meV的能量分辨率对材料表面的接触电势差进行成像测量，具有单电子灵敏度，可以检测量子点的单电子充放电等。原子尺度的空间分辨率和单电子灵敏度使得SKPM成为了物理、化学和材料等研究领域的重要工具。在动态模式下，还可以通过导电原子力探针将微波或射频信号加载在探针与样品之间，进一步实现对包括电容、阻抗以及微分电容和微分电阻等在内的样品微区电学性质进行研究，这就是最近发展起来的一种功能化AFM技术。　　2.3 磁学测量　　磁性纳米结构和材料在高密度磁存储、自旋电子学等领域有着广泛的应用前景，高空间分辨的磁成像和磁测量技术将有利于推动磁性纳米结构和材料的研究。基于扫描探针及其相关技术，发展出一系列纳米磁性成像与测量的技术和方法，包括磁力显微术、磁交换力显微术、扫描霍尔显微术、扫描超导量子干涉器件显微术、扫描磁共振显微术以及自旋极化扫描隧道显微术等。　　磁力显微术(magnetic force microscopy，MFM)，是实现磁性材料表面微区磁结构测量的重要技术，但在测量中由于磁场势的矢量性以及样品和针尖的磁结构状态会相互影响，因此MFM测量结果的清晰解读是非常困难的。为解决这一问题，将磁场测量微器件，如超导量子干涉器件(SQUID)及霍尔型器件等，集成在微悬臂探针上， 即扫描SQUID 显微术和扫描霍尔显微术(scanning Hall probe microscopy，SHPM)，可用于样品表面微区磁场分布的定量化图像分析，空间分辨率可达几十纳米，并可进行微区磁化性能曲线测量，实时磁现象的动态测量等。这几种磁探测技术获得的图像分辨率一般为几十纳米，可以用来研究铁磁样品的磁畴结构等。如果想进一步研究磁畴结构内部的原子自旋排列，就需要能够在原子尺度下实现畴结构和单个原子的磁成像，可通过自旋极化扫描隧道显微术(spin polarized-STM，SP-STM)、磁交换力显微术(magnetic exchange force microscopy，MExFM)、以及磁共振力显微术(magnetic resonance force microscopy，MRFM)等来实现。2013 年，基于qPlus 型原子力传感器的MExFM，利用强磁各向异性的金属SmCo 针尖，实现了反铁磁绝缘体NiO(001)表面镍原子的自旋有序结构成像，测量得到的针尖—样品原子间交换相互作用强度为~1 meV，衰减常数为~18 pm[3]。磁共振力显微术是具有三维空间分辨能力的磁共振技术与AFM的结合，基本原理如图1(a)所示，可在原子尺度上实现三维样品(如蛋白质等生物大分子)的空间成像，具有单自旋的探测精度[4]，还可以作为量子比特的读出器件，用于量子计算、存储等量子工程学中，但通常需要比较苛刻的低温和真空环境等。　　　　图1 (a)MRFM原理图 (b)基于金刚石NV色心的AFM光探测磁共振技术原理图　　近几年来，基于金刚石氮空位色心(NV center)的光探测磁共振技术(optically detected magnetic resonance，ODMR)发展迅速(基本原理如图1(b)所示)，并通过与AFM技术结合，可以实现纳米级的高空间分辨以及单电子自旋甚至是单个核自旋的超高探测灵敏度[5]。光探测磁共振技术是基于光学检测的电子自旋共振技术，其原理是利用共聚焦显微镜来检测NV色心自旋依赖的荧光强度。在AFM探针尖端嵌入含有NV色心的金刚石纳米晶粒，当探针尖端逼近样品表面时，NV色心的能级会受样品磁场的影响而发生塞曼劈裂。当探针的激励微波频率与NV色心的电子自旋共振(ESR)频率相一致时，NV色心的荧光强度会显著下降。通过监测NV色心荧光强度，并利用锁相环技术控制微波频率，使得其随针尖扫描时始终处于ESR 状态，记录下针尖位置与相应的ESR频率，再利用ESR频率和磁场的相互关系，得到磁场的位置像。基于金刚石NV色心的AFM技术，是发展和研究高密度磁存储、自旋电子学、量子技术应用等的新技术，将在量子工程学，化学与材料科学，以及生物和医疗科学等研究领域有着广泛的应用前景。　　2.4 热学测量　　目前，微纳米尺度下的热物性研究受到了极大的挑战：一方面，许多热物性的基础概念性问题不清楚，如微观尺度下非平衡态的温度如何定义等 另一方面，传统测试系统由于自身精度限制，很多热物性参数都无法直接测量，因此，无论是微纳尺度下热传导等的理论机制研究，还是微纳电子学和能源器件中的热传导、热耗散、热转换以及新型纳米结构热电材料等应用领域的研究，都迫切需要发展出一种能够在微纳米尺度上测量与表征材料热物性的实验手段。　　将原子力显微术与热学功能化(测温、加热等)微悬臂探针技术结合的扫描热显微术(scanning thermal microscopy，SThM)，可以实现微纳米尺度下的热物性测量(包括局域温度、热导、原子尺度热耗散等)。SThM的技术核心是将温度测量元件如热电偶或电阻型温度传感器(如铂电阻)等，通过复杂的微加工技术集成到AFM微悬臂探针上并通过外部电子学部分实现温度测量。通过将加热元件集成在微悬臂探针上，则可制成纳米级的“热源”探针，实现局域加热控温功能，即高温加热型AFM(high temperature AFM，HT-AFM)，如图2 所示。目前，HT-AFM 通常利用的是微悬臂尖端的局域低掺杂技术，其加热升温速率最高可达600000 ℃/min，最高温度可达1000 ℃，为了确定高温热源探针的温度，每个探针都需要仔细校准。HT-AFM 技术还可以用于研究非均匀样品的局域物化性质，例如共聚物或纳米复合材料的局域相变(玻璃化、结晶化等)温度等。进一步将导电探针技术与热学探针技术相结合，可以实现与温度依赖的电学性质研究，如纳米结构材料的热电性质，原子/分子尺度的电热转换等[6]。对微纳米尺度的热效应进行利用，可以为微纳米尺度研究提供新的维度和平台，如利用HT-AFM能够将样品局域加热升华脱附的特点，进一步与质谱(mass spectroscopy，MS)技术相结合， 将可以在大气环境下实现微纳米尺度的样品成分分析，非常值得关注[7]。　　　图2 (a)集成热电偶和导电层的SThM探针原理图(Δ VTC 为热电势) (b)HT-AFM的“热源”探针的基本原理图　　2.5 光学测量　　突破光学衍射极限实现纳米级的光学成像与探测，一直是光学技术发展的前沿。2014 年诺贝尔化学奖授予了突破光学衍射极限的超分辨光学显微成像技术，包括受激发射损耗显微术、光敏定位显微术、随机光学重建显微术、饱和结构照明显微技术等。将AFM与光学技术结合起来，可以研究微纳米尺度下的光学现象和进行光谱探测，其中最常见的是扫描近场光学显微术(scanning near-field optical microscopy，SNOM)。　　最近发展起来一些基于AFM的超高分辨光学技术，如散射型近场光学显微术(scattering- SNOM，s-SNOM)、纳米红外光谱技术(nanoIR 或AFM-IR)在纳米光学、等离子体光学等方面有重要作用[8]。如图3 所示，s-SNOM 技术是将入射光聚焦到外层镀有光滑金属层的AFM探针尖端，由于探针与样品之间的近场相互作用，在针尖尖端出现纳米聚焦效应，从而影响并改变了背散射光，通过在AFM 扫描样品形貌的同时，收集并分析背散射光可以得到超高分辨率的光学图像。AFM-IR是利用光热诱导共振(photothermal-induced resonance，PTIR)将具有高空间分辨率、纳米级定位和成像功能的AFM与红外光谱技术结合，使红外光谱的空间分辨率提高至100 nm以下，从而突破了光学衍射极限，能够给出样品纳米尺度下的样品化学与结构信息，使得纳米尺度红外光谱测试成为可能[9]。在AFM-IR中，使用连续可调脉冲红外光源照射样品，样品分子吸收特定波长的红外辐射产生热量，从而引发样品快速热膨胀，使接触样品的AFM微悬臂探针产生共振振荡，振荡波以铃流的形式衰减，采用傅里叶变换法对铃流进行分析，即可获得振动的振幅和频率，通过建立微悬臂的振幅与红外光源波长的关系，可得到局部吸收光谱。将红外光源调整为单波长，可以实现特定波长下同步的样品表面形貌和红外光谱吸收成像，提供超高分辨率的样品组分分布。AFM-IR 可以广泛用于软物质研究中，如聚合物共混物、电纺纤维、细胞、细菌、淀粉样聚集体等。　　　　图3 AFM-IR和s-SNOM的基本工作原理　　2.6 微纳加工技术　　随着器件小型化和高集成度的快速发展，微电子工业的芯片制造工艺逐渐向10 nm 甚至单纳米尺度逼近时，传统的电子束曝光(electron beam lithography，EBL)技术和极紫外光刻(extreme ultraviolet lithography，EUV)技术已难以满足未来技术的发展需求，亟需发展一种能在纳米尺度实现高分辨率、高稳定度、高重复性和大吞吐量且价格适宜的曝光技术。　　原子力显微术作为一种具有纳米级甚至原子级空间分辨率的表面探测表征技术，其在微纳加工领域的应用为单纳米尺度的器件制备提供了新的思路和契机，具有广阔的应用前景[10]。在过去的几十年中，基于AFM平台发展出的微纳加工技术得到更广泛的应用，尤其是局域热蒸发刻蚀技术和低能场发射电子的刻蚀技术(如图4 所示)，可以在大气环境下成功实现纳米尺度的图案加工，并可及时对图案进行原位形貌表征，设备简单且使用方便。AFM局域热蒸发刻蚀技术已经在高聚物(PPA)分子表面成功实现了线宽达8 nm 的三维图形刻蚀，且硅基上的转移图案线宽可达20 nm以下[11]。在真空环境下，利用模板在表面直接沉积材料实现微纳米图案加工的模板加工技术，避免了涂胶、除胶以及暴露大气等污染过程。通过将模板集成到AFM 微悬臂上，可以实现基于AFM的纳米刻蚀技术，可以在特定样品区域进行微纳加工图案化，如制备电极等，这将在环境敏感材料的物性研究等领域具有重要应用前景。　　　　图4 低能场发射电子的刻蚀技术　　在微纳米尺度上对微悬臂的激励和检测方式是多种多样的， 可利用如压电效应、电容效应、热双金属片效应、压阻效应等。目前，利用微纳加工手段将微悬臂的激励装置和形变检测装置都直接集成一体，成为自激励、自检测式阵列化探针，它们的应用大大提高了SPL 技术的通量，使得实现高效率大面积的纳米级高分辨率刻蚀成为了可能。　　3 先进AFM 技术发展　　原子力显微术不仅在功能化以及相关技术结合方面的研究有了许多进展，而且AFM本身也在朝着更高精度、更高分辨、更快速度、更多功能等多个方面不断发展。　　3.1 qPlus 型AFM 技术　　qPlus 型AFM技术是使用石英音叉型力传感器代替传统的硅悬臂传感器，其中石英音叉的一个臂固定在基座上，而另一个自由悬臂和固定在其顶端的探针在压电陶瓷激励下以设定的恒定振幅振动，通过压电效应检测悬臂振动信号，具有恒频率偏移和恒针尖高度两种扫描成像模式。qPlus 型AFM技术具有很多传统原子力显微术不可比拟的优势，例如：(1)石英音叉悬臂的高弹性系数使得探针可以在亚埃振幅下工作，从而大幅提高了扫描成像时起主要贡献的化学短程力的探测灵敏度，可获得极高分辨的AFM图像 (2)石英音叉共振频率随温度变化很小，大大降低了热漂移问题 (3)石英音叉传感器体积较大，容易粘上不同材料和性质的针尖或功能微纳器件，使其具有更强的功能拓展性 (4)此AFM技术是基于压电效应来检测信号，不需要引入激光，避免了激光产生的热效应，适用于在极低温下工作。目前已有多个研究组在此技术上取得了成果，如基于qPlus 型AFM技术的SKPM，可以区分单个原子的不同带电状态以及对单个分子内的电荷分布进行成像等[12]。如图5 所示，基于恒针尖高度的qPlus 型AFM技术，利用一氧化碳分子修饰的针尖实现了分子化学结构的超高分辨以及分子内共价键和分子间相互作用的成像等[13]。　　　　图5 (a)基于qPlus 型AFM技术的探针实现分子化学结构成像的原理图 (b)并五苯分子的化学结构模型与对应的AFM图像 (c)国家纳米科学中心研制的qPlus 型原子力传感器的光学显微镜照片　　3.2 光热激励技术　　在AFM轻敲模式中，通常采用压电陶瓷的机械激励方法，使微悬臂探针在其共振频率或其附近振动。此方式简单易行，但并不能提供一个干净、稳定且不依赖于频率的激励，而是依赖于压电陶瓷与微悬臂探针的机械耦合以及整个AFM探头部分的复杂机械共振行为，尤其对于液体环境下的AFM影响更为严重，很容易产生假象等。因此，引入了光热激励技术，利用另一束聚焦激光束的热形变效应来激励微悬臂，并通过调节激光功率(大小和频率)来控制微悬臂探针的振幅和频率，很好地克服了传统压电陶瓷激励的困扰，探测振幅可以降到几个埃的量级，从而能够探测短程力，实现原子分辨，具有重要而广泛的应用[14]。　　3.3 快速AFM 技术　　通常的AFM扫描速度较慢，不能满足许多动态现象的研究需求，快速AFM 技术(high speed AFM，HS-AFM)的核心限制因素是微悬臂探针的自然带宽，其在真空、大气及液体环境下分别是几赫兹，几千赫兹和几万赫兹。因此，在液体环境下更容易实现HS-AFM，但还需要具有高带宽(兆赫兹级)的低噪音、跨阻型放大器，需要更快的锁相解调时间来降低单个扫描中单个像素点的停留时间，需要光热激励技术和快速扫描器以及信号处理系统等。目前，HS-AFM 的扫描速度已可达到视频速度， Kodera 等人利用HS-AFM以前所未有的时间分辨率对沿肌动蛋白细丝运动的肌浆球蛋白-V直接进行了观察[15]。　　3.4 多频AFM 技术　　多频AFM(multifrequency AFM，MF-AFM)技术，简单来说就是微悬臂在多个频率下振动，并用来探测样品性质的一大类AFM技术，包括频带激励(band excitation)、双频追踪(dual resonance frequency tracking，DRFT)、边频带探测(sideband detection)、双模式(bimodal) 以及微分法(dip-df method)等[16]。下面以研究样品力学性质中用到的接触共振技术为具体例子，对多频AFM技术进行简单介绍。　　接触共振(contact resonance) 技术的基本原理，是当微悬臂探针与样品接触时，微悬臂探针的共振频率会发生变化，在接触模式下进行样品形貌扫描的同时，通过压电陶瓷激励微悬臂探针或样品实现小振幅高频共振，采用锁相环共振频率追踪(PLL frequency tracking)、扫频(frequency sweep)以及频带激励和双频追踪技术，测量其共振频率和品质因子，与传统的接触模式相比，可以减小扫描过程中的针尖和样品磨损，增加导电原子力探针与样品的电学接触等。针尖—样品接触可以用Kelvin—Voigt 力学模型来描述，如图6所示，其中弹簧和阻尼器分别代表样品的硬度(弹性)和能量耗散(粘性)，样品硬度越高则接触共振的频率越高，样品粘性越大则能量耗散越大，对应的品质因子则越小，并可以进一步根据标准力学模型计算出样品的弹性模量(elastic modulus)和损耗模量(loss modulus)。在调幅-调频模式(AMFM mode)下，也可以研究样品的粘弹性等性质，利用两个不同频率的激励信号来激励微悬臂振动，其中低频的振动信号采用振幅调制模式来得到样品形貌，而高频的振动信号采用频率调制模式来获得共振频率和振幅，分别反映了样品的硬度(弹性)和能量耗散(粘性)。此外，DRFT技术还可以解决由于多铁材料中存在反平行畴区，使得PFM的锁相环回路不稳定的问题等。MF-AFM技术是AFM技术发展的前沿核心，在材料、生物、纳米力学等许多领域具有重大应用前景，如实现材料亚表面甚至是细胞内部纳米颗粒的成像等[17]。　　

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所曹俊诚、黎华研究员领衔的太赫兹（THz）光子学研究团队与华东师范大学曾和平教授团队合作，在高稳定自参考太赫兹双光梳方面取得重要研究进展。项目团队提出自参考方法，完全消除了THz双光梳共有载波噪声，同时抑制了重复频率噪声，将THz双光梳梳齿线宽由未稳频的2-3 MHz量级压缩至14.8 kHz，大幅提升了THz双光梳光源的稳定度。相关成果于2023年2月3日以“Terahertz Semiconductor Dual-comb Source with Relative Offset Frequency Cancellation”为题发表在Laser & Photonics Reviews期刊，并被遴选为封面论文。双光梳由两个重复频率略有不同的光频梳组成，通过多外差采样将光谱信息直接映射在微波波段，这种不依赖机械扫描的时间延迟结构令双光梳天然地具有高速、高分辨等优势，在高精度光谱、成像、测距以及大容量高速通信方面具有重要应用。在THz波段，基于电泵浦的半导体量子级联激光器（quantum cascade laser, QCL）是现实THz光频梳与双光梳的理想载体。当前，THz QCL双光梳通常工作于自由运行模式，具有较高的相位噪声，限制其高精度应用。提高双光梳频率稳定性的主要思路是分别控制两个光频梳基础频率分量，载波包络偏移频率和重复频率。因此，要完全锁定THz QCL双光梳需要同时锁定四个不同频率，即两个载波包络偏移频率和两个重复频率。四个不同频率的复杂系统。尽管项目团队在前期工作中将THz双光梳一根梳齿通过锁相环实现了锁定，并提升了双光梳的稳定性，但是还未实现THz双光梳的完全硬件锁定。而要在实验室实现四个频率的完全锁定，将涉及非常复杂的硬件系统。在本工作中，研究人员提出了自参考“软锁定”方法，不采用任何硬件锁模模块，对双光梳整体信号进行操控，实现了高稳定自参考THz QCL双光梳光源。双光梳梳齿噪声来源于两个未锁定的光频梳的载波包络偏移频率和重复频率噪声，通过多外差拍频过程，双光梳的每根梳齿都共享相同的载波包络频率及噪声。通过消除共有的载波包络频率噪声，则可以显著提高每根双光梳梳齿的稳定性。如图1（a）所示，通过窄带滤波器将双光梳的一根梳齿滤出并将其与整个双光梳信号进行混频，从而彻底消除双光梳梳齿的共有载波噪声，同时还可以抑制重复频率噪声，构造出无载波包络偏移频率的零偏双光梳，显著提高双光梳信号的长期稳定性。图1（b）为未稳频THz双光梳光谱，在15 s的测试时间内，测得的梳齿“最大保持”线宽为2 MHz。图1（c）为施加自参考稳频之后测得的THz双光梳光谱。在60 s内，测得的“最大保持”线宽为14.8 kHz，比未稳频的THz双光梳梳齿线宽提升了130倍以上。本工作提出的自参考稳频方法，不依赖任何锁定元件，同时可方便移植于其它激光系统中，为提高光谱、成像等各种应用的稳定性提供一种简单有效的稳频方法。本论文共同第一作者为中科院上海微系统所副研究员李子平、博士生马旭红，黎华研究员、曹俊诚研究员、曾和平教授为论文共同通讯作者。同时，上海理工大学李敏副教授和华东师范大学闫明研究员为该工作也做出了重要贡献。该研究工作得到了国家自然科学基金重点项目（62235019）、国家优秀青年科学基金项目（62022084）、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划（YSBR-069）、中科院“从0到1”原始创新项目（ZDBS-LY-JSC009）、中科院科研仪器设备研制项目（YJKYYQ20200032）、上海市优秀学术带头人计划（20XD1424700）等支持。图1（a）自参考稳频原理。其中frep1和frep2分别是两个光频梳的重复频率，其中frep2通过微波注入锁定到fRF。“彩虹”频谱表示MHz范围内的下转换双光梳信号，通过带通滤波器将其中一根梳齿滤出（虚线框），从而采用混频实现零偏自参考双光梳。（b）未稳频THz双光梳“最大保持”频谱，测量时间为15 s。（c）自参考双光梳“最大保持”频谱，测量时间为60 s。图2 论文封面论文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202200418封面链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202370016

时间作为重要的七个基本物理量之一，在信息化时代，高精度时间已经成为一个国家科技、经济、政治、军事和社会生活中至关重要的一个参量。近日，省计量院新建时间频率计量领域两项全省最高计量标准，填补了全省该领域的计量空白，技术能力达到国内先进水平。时间与频率远程校准装置用于时间标准的时间偏差、时间稳定度的远程校准以及频率标准的频率偏差、频率稳定度和频率日漂移率的远程校准。建立了原子时计量标准溯源系统、发布系统、显示及辅助系统，与中国计量科学研究院国家时间基准UTC(NIM)的时差保持在10纳秒(10-9s)以内。全球导航卫星系统(GNSS)接收机校准装置用于校准GNSS接收机(时间测量型)。GNSS接收机(时间测量型)主要利用GNSS卫星提供的高精度时间标准进行授时或时间测量，常用于天文台、无线通信及电力网络等领域中，用于实现时间同步，应用广泛。随着两项全省最高计量标准的建立，省计量院将为电力、医疗、交通、通讯、金融等行业提供准确可靠的时间频率量值溯源服务。