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南京大学院士研发光子探测器可测万公里以外厘米精度

2016.9.08

　　南京高校科教资源丰厚，人才荟萃，科研成果层出不穷。为将南京建成全国一流、具有国际影响力的创新型城市，7月11日，我市与南京大学、东南大学等20家驻宁高校科研院所签署协议，推进科技创新深度合作。新学期开学，本报推出“高校‘晒’宝”栏目，让“宝山”中的科研“宝贝”闪亮登场，以期引起各区、相关部门以及企业的关注，进行对接，实现高校科技成果在南京落地生根、开花结果。

　　“神眼”可追太空垃圾能捉早期癌细胞

　　几千公里乃至上万公里太空的卫星和碎片，可以精确到厘米量级来测距。南京大学吴培亨院士团队在光电子探测方面取得最新的研究成果，今年7月份，这一成果在光学快报（Optics Letters）学术期刊上发表。

　　光子是光的最小能量量子。一根蜡烛1秒钟可以释放出超过100亿亿个光子，1万公里外的蜡烛发出的光，单光子探测器都能看到。单光子探测器一直是世界各国研究的前沿和竞争的焦点。

　　“目前国际上比较先进的光子探测器，可以探测到可见光或近红外波段的光子，而超导探测器理论上可以探测所有光波段的光子。”课题组研究人员介绍。

　　他举例，太空中存在很多飞行碎片，这些碎片会微弱地反射光，距离越远能够传输过来的光就越微弱。利用他们的探测器在地面就可以捕捉到这些碎片，降低卫星等太空飞行器与碎片碰撞的风险。

　　课题组介绍，去年他们与云南天文台和北京跟踪与通信技术研究所合作，将超导单光子探测器成功应用于天文光学望远镜系统中，在几万公里距离的地球轨道上，以厘米级别的测量精度，跟踪和探测了多颗卫星目标。实验结果表明，该系统可以跟踪测量覆盖从近地轨道到地球同步轨道上的所有卫星。也就是说，太空中厘米大小的螺丝钉，该仪器都能够看得清楚。

　　“探测器还可以应用于医学诊疗、集成电路无损检测。”他介绍，这个探测器可以探测到癌细胞的单个分子发出的光子；可以发现集成电路芯片的上亿个元件中，哪个元件坏了；可以大幅度提高现光电系统的性能，在国家安全和生物医疗等民用领域都具有广泛的应用前景。

　　点评

　　中国科学院院士、中国科学院信息学部主任李树深：

　　单光子探测器是量子信息和量子调控领域发展的关键技术。超导单光子探测器是目前综合性能最好的单光子探测器。在前沿科学、生物医疗和军事国防等领域有广泛的应用前景。

　　南京大学超导电子学研究所，在吴培亨院士的带领下，致力于超导器件研究四十余载，工作非常出色，技术指标、系统性能都与国际领先水平并驾齐驱。

　　新型检测仪精准预报雾霾

　　大气的能见度，除和空气中大气气溶胶粒子等颗粒物的成分、多少息息相关，也和气流的大小、流动性有密切联系。市场上现有的光学监测仪器，存在不能同时考虑颗粒物和气流对能见度影响的缺陷，以至于测出来的数值存在较大误差。南京大学大气科学学院韩永副教授团队研制的一款新型仪器能有效避免以往仪器的缺陷，更加准确地测出大气能见度以及湍流对大气能见度的影响。

　　雾霾天气，空气的能见度很差，但是随着强风的来袭，能见度能迅速提高。这是我们的普遍感受。“颗粒物和湍流是裹杂在一起的，颗粒物对湍流会产生拖曳作用，而湍流对颗粒物则会产生推动作用，两者间的相互作用一直存在。”韩永介绍，他们设计的检测仪，通过新的方法，在测量时可以综合考虑颗粒物和湍流两方面的相互作用，测出来的能见度比现在的数值准确率至少提高三到四成。

　　“这对于飞机的起降、船舶的航行、高速公路上汽车的行驶，以及雾霾天气预警预报都有着更好的提示作用。”韩永说，对于农业气象、智慧农业，仪器也有着独特的作用，“比如，可以更好地监测到花粉是怎么传播的，农场主需要怎么对此进行干预等。”

　　据介绍，目前课题组做出了样机已经进入了中试，并且已经通过江苏省科技厅“重点研发计划（产业前瞻与共性关键技术）”立项的中期评估，“如果顺利，很快就可以给客户试用，1年后就可以正式销售。”

　　点评

　　江苏省气象局高级工程师刘端阳：

　　该设备的研制，对于国家气象和资源环境监测、飞航安全、大气辐射气候效应研究、污染监测和天气预报具有重要的科学意义，对于指导生产生活、防灾减灾具有实际应用价值。根据国家的规划，十三五期间，国内环保方面的市场投入有望达到17万亿，该仪器预计会产生可观的社会和经济效益。

　　其他项目

　　1、光学超晶格激光器：一种特殊的激光器，可用于污染气体排放的检测，还可用于天然气管道的检测等。

　　2、纳米黑金—便携式饮用水系统：小型的海水淡化装置，提供高效、便携的饮用水方案。

　　3、DFB激光器芯片阵列：实现世界上集成度最高、信道均匀性最好的激光器阵列，是大型通信的核心部件。

　　4、锂硫电池：环保型电池，可实现快速充放电，且性能稳定。

　　本报记者谈洁

光子探测器