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2016年全球光学界十大科研突破

导读: 回顾2016年,光学领域发生的很多事件都值得铭记。中国激光特从全球光学界精选出10项科研突破,带领大家重温2016年那些与“光”有关的日子。

回顾2016年,光学领域发生的很多事件都值得铭记。中国激光特从全球光学界精选出10项科研突破,带领大家重温2016年那些与“光”有关的日子。

1. 一次历史性的涟漪

2016年全球光学界十大科研突破

LIGO Hanford(上图)和Livingston(下图)探测器所观测到的GW150914引力波事件

2016年2月11日,激光干涉仪引力波天文台(LIGO)科学合作组织向全世界宣布:人类首次直接探测到了引力波。这个被命名为GW150914的引力波事件,发生于距离地球十几亿光年之外的遥远星系中。该信号于2015年9月14日由LIGO位于美国Hanford与Livingston的两台探测器同时观测到。该发现结束了长达数十年时空涟漪的寻找,标志着引力波天文学时代的开始。同时它为爱因斯坦的广义相对论最后一个未经证实的预言提供了重要验证。LIGO科学合作组织于2016年6月宣布在LIGO 探测器的数据中确认了又一起引力波事件GW151226,它发生在2015年12月26日,科学家们第二次观测到引力波。基于这些革命性的成就,激光干涉引力波天文台(LIGO)科学家团队获得2016物理世界年度突破大奖。

2. 我国科学家成功利用超强超短激光获得“反物质”

2016年全球光学界十大科研突破

超强超短激光产生正电子示意图

2016年3月,中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室利用超强超短激光,成功产生反物质——超快正电子源,这是我国首次报道利用激光产生反物质。获得反物质超快正电子源将对激光驱动正负电子对撞机等具有重要意义。未来,在高能物理、材料无损探测、癌症诊断技术研发领域有应用前景,由于其脉宽只有飞秒量级,可使探测的时间分辨大大提高,有望获得更高分辨率的正电子成像,进而研究物质性质的超快演化。

3. 轨道角动量微激光器

2016年全球光学界十大科研突破

轨道角动量微型激光器示意图

2016年7月,布法罗大学的研究人员在《自然》杂志发表论文称,他们揭示了一种“螺旋涡流形激光”,用轨道角动量(OAM)这一光操作技术来推动激光技术的发展。他们用轨道角动量(OAM)以螺旋状图案分布激光,并证明了半导体环形谐振腔激光器可以产生单模OAM漩涡激光,能精确定义OAM模式拓扑电荷。相比常规的激光而言,光束的形状使其在光通信的数据编码方面拥有更大的自由度。该全新技术使用了通过螺旋路径运行的漩涡光束,从而将数据编码为漩涡式扭曲。这种基于光的通信工具,能在螺旋路径中实现大量数据的快速传输,进而解决随着信息共享需求不断增长而带来的数据传输的潜在瓶颈。

4. 世界首颗量子通信卫星升空

2016年全球光学界十大科研突破

量子通信卫星概念图

2016年8月16日凌晨,人类历史上第一颗用于量子通信研究的量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉发射升空,为建立覆盖全球、天地一体化的量子通信网络奠定了技术基础,也拉开了量子通信时代的帷幕。半个世纪前,物理学家基于量子理论,研制出了晶体管和激光器,催生了第一次信息革命,让计算机、智能手机和互联网重塑了人类世界。今天,量子信息科学技术的高速发展,则催生着第二次信息革命的出现。以“量子密钥分发”和“量子态传输”为代表的量子通信技术,以超高计算能力为代表的量子计算机,必将在未来重塑人类世界。

5. 中国空间冷原子钟定时世界

2016年全球光学界十大科研突破

由上海光机所研制的空间冷原子钟

2016年9月15日,由中科院上海光机所研制的空间冷原子钟搭乘“天宫二号”空间实验室来到太空。这台“定时神针”能够实现约3000万年误差1秒的超高精度,是国际首台在轨运行并开展科学实验的空间冷原子钟,也是目前在空间运行的最高精度空间冷原子钟。空间冷原子钟的成功将为空间高精度时频系统、空间冷原子物理、空间冷原子干涉仪、空间冷原子陀螺仪等各种量子敏感器奠定技术基础,并且在全球卫星导航定位系统、深空探测、广义相对论验证、引力波测量、地球重力场测量、基本物理常数测量等一系列重大技术和科学发展方面做出重要贡献。

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