單光子探測(cè)器是量子信息和量子調(diào)控領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，南京大學(xué)吳培亨院士團(tuán)隊(duì)研發(fā)出目前綜合性能最好的單光子探測(cè)器，在前沿科學(xué)、生物醫(yī)療和軍事國(guó)防等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
南京高校科教資源豐厚，人才薈萃，科研成果層出不窮。為將南京建成全國(guó)一流、具有國(guó)際影響力的創(chuàng)新型城市，7月11日，南京市與南京大學(xué)、東南大學(xué)等20家駐寧高校科研院所簽署協(xié)議，推進(jìn)科技創(chuàng)新深度合作。新學(xué)期開(kāi)學(xué)，南京日?qǐng)?bào)推出“高?！畷瘛瘜殹睓谀?，讓“寶山”中的科研“寶貝”閃亮登場(chǎng)，以期引起各區(qū)、相關(guān)部門以及企業(yè)的關(guān)注，進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)高?？萍汲晒谀暇┞涞厣㈤_(kāi)花結(jié)果。
“神眼”可追太空垃圾能捉早期癌細(xì)胞
幾千公里乃至上萬(wàn)公里太空的衛(wèi)星和碎片，可以精確到厘米量級(jí)來(lái)測(cè)距。南京大學(xué)吳培亨院士團(tuán)隊(duì)在光電子探測(cè)方面取得最新的研究成果，今年7月份，這一成果在光學(xué)快報(bào)（Optics Letters）學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表。
光子是光的最小能量量子。一根蠟燭1秒鐘可以釋放出超過(guò)100億億個(gè)光子，1萬(wàn)公里外的蠟燭發(fā)出的光，單光子探測(cè)器都能看到。單光子探測(cè)器一直是世界各國(guó)研究的前沿和競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。
“目前國(guó)際上比較先進(jìn)的光子探測(cè)器，可以探測(cè)到可見(jiàn)光或近紅外波段的光子，而超導(dǎo)探測(cè)器理論上可以探測(cè)所有光波段的光子。”課題組研究人員介紹。
他舉例，太空中存在很多飛行碎片，這些碎片會(huì)微弱地反射光，距離越遠(yuǎn)能夠傳輸過(guò)來(lái)的光就越微弱。利用他們的探測(cè)器在地面就可以捕捉到這些碎片，降低衛(wèi)星等太空飛行器與碎片碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。
課題組介紹，去年他們與云南天文臺(tái)和北京跟蹤與通信技術(shù)研究所合作，將超導(dǎo)單光子探測(cè)器成功應(yīng)用于天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中，在幾萬(wàn)公里距離的地球軌道上，以厘米級(jí)別的測(cè)量精度，跟蹤和探測(cè)了多顆衛(wèi)星目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以跟蹤測(cè)量覆蓋從近地軌道到地球同步軌道上的所有衛(wèi)星。也就是說(shuō)，太空中厘米大小的螺絲釘，該儀器都能夠看得清楚。
“探測(cè)器還可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診療、集成電路無(wú)損檢測(cè)。”他介紹，這個(gè)探測(cè)器可以探測(cè)到癌細(xì)胞的單個(gè)分子發(fā)出的光子；可以發(fā)現(xiàn)集成電路芯片的上億個(gè)元件中，哪個(gè)元件壞了；可以大幅度提高現(xiàn)光電系統(tǒng)的性能，在國(guó)家安全和生物醫(yī)療等民用領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。
新型檢測(cè)儀精準(zhǔn)預(yù)報(bào)霧霾
大氣的能見(jiàn)度，除和空氣中大氣氣溶膠粒子等顆粒物的成分、多少息息相關(guān)，也和氣流的大小、流動(dòng)性有密切聯(lián)系。市場(chǎng)上現(xiàn)有的光學(xué)監(jiān)測(cè)儀器，存在不能同時(shí)考慮顆粒物和氣流對(duì)能見(jiàn)度影響的缺陷，以至于測(cè)出來(lái)的數(shù)值存在較大誤差。南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院韓永副教授團(tuán)隊(duì)研制的一款新型儀器能有效避免以往儀器的缺陷，更加準(zhǔn)確地測(cè)出大氣能見(jiàn)度以及湍流對(duì)大氣能見(jiàn)度的影響。
霧霾天氣，空氣的能見(jiàn)度很差，但是隨著強(qiáng)風(fēng)的來(lái)襲，能見(jiàn)度能迅速提高。這是我們的普遍感受?！邦w粒物和湍流是裹雜在一起的，顆粒物對(duì)湍流會(huì)產(chǎn)生拖曳作用，而湍流對(duì)顆粒物則會(huì)產(chǎn)生推動(dòng)作用，兩者間的相互作用一直存在?！表n永介紹，他們?cè)O(shè)計(jì)的檢測(cè)儀，通過(guò)新的方法，在測(cè)量時(shí)可以綜合考慮顆粒物和湍流兩方面的相互作用，測(cè)出來(lái)的能見(jiàn)度比現(xiàn)在的數(shù)值準(zhǔn)確率至少提高三到四成。
“這對(duì)于飛機(jī)的起降、船舶的航行、高速公路上汽車的行駛，以及霧霾天氣預(yù)警預(yù)報(bào)都有著更好的提示作用?！表n永說(shuō)，對(duì)于農(nóng)業(yè)氣象、智慧農(nóng)業(yè)，儀器也有著獨(dú)特的作用，“比如，可以更好地監(jiān)測(cè)到花粉是怎么傳播的，農(nóng)場(chǎng)主需要怎么對(duì)此進(jìn)行干預(yù)等。”
據(jù)介紹，目前課題組做出了樣機(jī)已經(jīng)進(jìn)入了中試，并且已經(jīng)通過(guò)江蘇省科技廳“重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（產(chǎn)業(yè)前瞻與共性關(guān)鍵技術(shù)）”立項(xiàng)的中期評(píng)估，“如果順利，很快就可以給客戶試用，1年后就可以正式銷售?！?/span>
編輯點(diǎn)評(píng)：南大教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的倆探測(cè)“神器”，一個(gè)是目前綜合性能最好的單光子探測(cè)器，一個(gè)是能精準(zhǔn)預(yù)報(bào)霧霾的新型檢測(cè)儀，設(shè)備的研制對(duì)于國(guó)家氣象和資源環(huán)境監(jiān)測(cè)、飛航安全、大氣輻射氣候效應(yīng)研究、污染監(jiān)測(cè)和天氣預(yù)報(bào)具有重要的科學(xué)意義。
