喜訊丨卓立漢光喜獲河南省技術(shù)發(fā)明獎二等獎！

近日，河南省人民政府發(fā)布《關(guān)于2021年度河南省科學技術(shù)獎勵的決定》，公示了《2021年度河南省技術(shù)發(fā)明獎獲獎項目目錄》，由北京卓立漢光儀器有限公司與華北水利水電大學、天津大學共同完成的“高功率非線性光學太赫茲輻射源關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用”科技成果榮獲河南省技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

本項目發(fā)明的優(yōu)化級聯(lián)光學差頻產(chǎn)生高功率THz波技術(shù)和耦合級聯(lián)光學參量放大THz波技術(shù)已應(yīng)用于北京卓立漢光儀器有限公司、河南日立信股份有限公司等6家單位，推動了THz技術(shù)在光譜檢測、光學成像分析、生物醫(yī)學等領(lǐng)域的發(fā)展，累計產(chǎn)生綜合經(jīng)濟效益超過8億元，經(jīng)濟和社會效益顯著。主要技術(shù)發(fā)明如下：1. 發(fā)現(xiàn)了級聯(lián)差頻產(chǎn)生THz波過程中光子在級聯(lián)光波中的傳播規(guī)律，系統(tǒng)闡明了各階級聯(lián)光耦合作用機理。發(fā)明了增強Stokes級聯(lián)差頻并同時抑制anti-Stokes級聯(lián)和頻的新技術(shù)，通過人工調(diào)制各階級聯(lián)差頻相位失配，誘導泵浦光子向高階Stokes光轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)一個泵浦光子產(chǎn)生多個太赫茲光子。與級聯(lián)差頻技術(shù)相比，本發(fā)明產(chǎn)生的THz波強度提高了2.8倍。2. 提出了一種將級聯(lián)差頻融入到光學參量振蕩器中的新方法。通過優(yōu)化級聯(lián)差頻的相位失配分布及精確設(shè)置光學諧振腔參數(shù)，將泵浦能量轉(zhuǎn)移到級聯(lián)Stokes頻域，并同時限制其轉(zhuǎn)移到anti-Stokes頻域，解決了泵浦光子不能有效轉(zhuǎn)移到高階Stokes光波的難題。與利用PPLN晶體的光學參量振蕩器相比，利用APPLN晶體的光學參量振蕩器產(chǎn)生的THz波強度提升了96%。3. 建立了耦合級聯(lián)參量放大耦合波方程，揭示了兩套級聯(lián)光學參量過程嵌套耦合機理，發(fā)明了耦合級聯(lián)參量放大THz波技術(shù)，實現(xiàn)了兩套級聯(lián)光學參量過程同時放大同一束THz波，顯著提高了THz波量子轉(zhuǎn)換效率。與級聯(lián)光學參量過程相比，耦合級聯(lián)光學參量過程的量子轉(zhuǎn)換效率提高了3.7倍。本發(fā)明為利用非線性光學放大THz波提供了理論支撐和技術(shù)基礎(chǔ)。4. 系統(tǒng)開展了THz超表面生物傳感器的研究，揭示了金屬開口諧振環(huán)由于表面等離激元產(chǎn)生的強局域電共振特性和磁共振特性，明確了癌細胞在THz超表面的電磁響應(yīng)特性，發(fā)明了一種由介電層上的周期性金屬開口諧振環(huán)陣列組成THz超表面生物傳感器和一種基于各向異性共振超表面的非免疫生物傳感平臺，實驗證實了THz超表面生物傳感器能夠快速檢測口腔癌細胞凋亡率，非免疫生物傳感平臺能夠?qū)Ψ伟┘毎透伟┘毎M行快速檢測和無抗體識別。本發(fā)明為癌細胞的早期發(fā)現(xiàn)并快速檢測提供了理論和技術(shù)支撐。THz波是指頻率在0.1-10 THz范圍內(nèi)的電磁波，相對于可見光及紅外光，THz波單光子能量低，可以穿透衣服、陶瓷、塑料等介質(zhì)，相對于微波，THz波頻率高，通信帶寬大，所以THz波在光學成像、光譜分析、材料檢測、天文學、生命科學、國防安全、通信等領(lǐng)域均有重大的科學研究價值和廣闊的應(yīng)用前景。目前THz輻射源功率很低，連續(xù)THz波功率僅有幾百毫瓦量級，脈沖峰值THz波功率也只有兆瓦量級。在未來6G無線通信領(lǐng)域，由于THz輻射源功率太低，只能實現(xiàn)100米量級的無線通信，無法實現(xiàn)遠距離無線實時通信，嚴重制約了未來無線通信的發(fā)展。在生物醫(yī)學領(lǐng)域，由于人體水分的吸收THz波只能檢測人體皮膚病變而無法實時檢測人體內(nèi)部器官病變，這一問題亟待突破。在安全檢測領(lǐng)域，由于空氣潮濕或者人體出汗等原因?qū)е耇Hz波人體實時安檢準確率嚴重下降的問題亟待解決。鑒于上述領(lǐng)域?qū)Ω吖β蔜Hz波輻射源的亟待需求，本項目針對THz波功率提升、THz波功率放大和癌細胞高靈敏度檢測三個國際科技難題展開，在2項國家自然科學基金項目和1項河南省自然科學基金的資助下，歷時8年取得了3大科技創(chuàng)新，形成了9項關(guān)鍵技術(shù)發(fā)明，如圖1所示，大幅度提高了THz波功率及量子轉(zhuǎn)換效率。

圖1 主要科技創(chuàng)新及技術(shù)發(fā)明示意圖

本成果不僅實現(xiàn)了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，并且對于提高太赫茲輻射源功率和效率，推動太赫茲波在安全檢測、光學成像、光譜分析、安全檢測等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。北京卓立漢光也將以此為契機，加強對外學術(shù)研究的合作力度和自主創(chuàng)新能力，提高民族品牌的核心競爭力，為國產(chǎn)儀器的發(fā)展貢獻力量！

項目組簡介

本項目組由李忠洋、張紅濤、姚建銓、邴丕彬、譚聯(lián)、袁勝、石廣立等核心成員組成，團隊成員包含中科院院士1人、教授3人、副教授2人、工程師1人。本項目由李忠洋進行整體規(guī)劃，李忠洋、姚建銓、邴丕彬、袁勝等負責論文合著，李忠洋、張紅濤、邴丕彬、譚聯(lián)、袁勝等負責發(fā)明專利撰寫與申請，李忠洋、譚聯(lián)、石廣立負責技術(shù)推廣應(yīng)用。

卓立漢光-石廣立

石廣立，碩士研，2015年畢業(yè)于沈陽理工大學光學工程專業(yè)，加入卓立漢光后主要從事熒光、拉曼光譜儀的研發(fā)工作，先后負責研發(fā)產(chǎn)品6項，1項在研。所負責研發(fā)的產(chǎn)品中三項獲得北京市新技術(shù)新產(chǎn)品(服務(wù))證書，一項獲得北京市首臺(套)重大技術(shù)裝備證書。期間發(fā)表核心論文1篇；申請專利9項，已授權(quán)5項。先后獲得2018年通州區(qū)科技創(chuàng)新人才資助獎勵，2021年河南省技術(shù)發(fā)明獎二等獎。