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大国重器再添“超级相机” 国家重大科研装备研制项目“高性能条纹相机的研制”通过验收
2018年05月23日 11:21 来源:光明日报 作者:记者齐芳 张哲浩 字号

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  本报西安5月22日电(记者齐芳、张哲浩)22日,由中国科学院西安光学与精密机械研究所(简称“西光所”)承担的国家重大科研装备研制项目——高性能条纹相机通过验收,这标志着我国具有自主知识产权的高性能条纹相机达到实用化水平。

  用过相机的人可能都知道,要拍摄清晰的运动照片,需要更高质量的相机。在微观世界中,自然界的很多现象,例如植物的光合作用、超大规模集成电路所产生的电脉冲、化学反应中的分子动力学过程、核聚变等,都以比电光石火更快的速度发生着——在皮秒、飞秒甚至阿秒量级范围内。而持续时间小于1微秒的现象,就是超快现象。中国科学院院士侯洵解释:“要捕捉超快现象的照片,需要每秒钟拍亿张,甚至万亿张照片。”

  高性能条纹相机就是能捕捉到微观世界中超快现象的“超级相机”。西光所所长赵卫介绍,条纹相机是同时具备超高时间分辨(飞秒–皮秒级)与高空间分辨(微米级)的唯一高端科学测量与诊断仪器,在时间分辨的超快现象研究中发挥着难以替代的作用,是同步辐射和正负电子对撞机等大型科研装置、国防安全及空间领域的核心设备。

  一直以来,条纹相机制造技术被列为敏感技术,发达国家不仅对我国实行技术封锁,对产品出口也有严格管制。而鉴于条纹相机的研制涉及光学、光电子学、精密机械和计算机等多门学科,研制起点高、难度大,国内只有少数单位具备初步的研发能力,实用化更无从谈起。

  为了解决这个问题,2012年1月,中国科学院和财政部共同支持西光所启动了“高性能条纹相机的研制”项目。经过多年潜心研究,科学家们针对高性能条纹相机的时间分辨率、动态范围和同步频率三个主要技术指标的提升,解决了条纹相机制备过程中存在的各种工艺问题和工程实施难题,在诸多关键技术领域取得了系列突破,取得了多项创新性成果,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研制工作。

  专家组一致认为,这三个型号条纹相机均已达到实用化,整体性能达到国际先进水平,部分核心关键技术和工艺难题得以突破,达到国际领先水平。项目还建成了设计与仿真平台、电真空器件制备平台、超快电子学技术平台、综合测试与分析评估平台,形成了模块化、小批量条纹相机的研制生产能力,并培养了一支高水平的条纹相机专业化研发团队。中国科学院副院长张涛表示,中国科学院将在重大科研装备研制上持续投入,探索积极有效的组织形式,推动我国相关领域走向国际先进行列。

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