2016年全球光学界十大科研突破

回想2016年,光学范畴发作的很多事情都值得铭记。中国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

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

2016 年2月11日,激光干预仪引力波天文台(LIGO)科学协作组织向全世界宣布:人类初次直接探测到了引力波。这个被命名为GW150914的引力波事情, 发作于距离地球十几亿光年之外的悠远星系中。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。该发现终了了长达数十年时空涟漪的寻觅,标记着引力波天文学时期的开端。同时它为爱因斯坦的广义相对论最后一个未经证明的预言提供了重要考证。 LIGO科学协作组织于2016年6月宣布在LIGO 探测器的数据中确认了又一同引力波事情GW151226,它发作在2015年12月26日,科学家们第二次观测到引力波。基于这些反动性的成就,激光干预 引力波天文台(LIGO)科学家团队取得2016物理世界年度突破大奖。

2. 我国科学家胜利应用超强超短激光取得“反物质”

超强超短激光产生正电子表示图

2016 年3月,中科院上海光机所强场激光物理国度重点实验室应用超强超短激光,胜利产生反物质——超快正电子源,这是我国初次报道应用激光产生反物质。取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、资料无损探测、癌症诊断技术研发范畴有应用前景,由于其脉宽只需飞秒量级, 可使探测的时间分辨大大进步,有望取得更高分辨率的正电子成像,进而研讨物质性质的超快演化。

3. 轨道角动量微

轨道角动量微型激光器表示图

2016 年7月,布法罗大学的研讨人员在《自然》杂志发表论文称,他们提示了一种“螺旋涡流形激光”,用轨道角动量(OAM)这一光操作技术来推进激光技术的发 展。他们用轨道角动量(OAM)以螺旋状图案散布激光,并证明了半导体环形谐振腔激光器能够产生单模OAM漩涡激光,能准肯定义OAM方式拓扑电荷。相比 常规的激光而言,光束的外形使其在光通讯的数据编码方面具有更大的自由度。该全新技术运用了经过螺旋途径运转的漩涡光束,从而将数据编码为漩涡式扭曲。这 种基于光的通讯工具,能在螺旋途径中完成大量数据的快速传输,进而处置随着信息共享需求不时增长而带来的数据传输的潜在瓶颈。

4. 世界首颗量子通讯卫星升空

量子通讯卫星概念图

2016 年8月16日清晨,人类历史上第一颗用于量子通讯研讨的量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉发射升空,为树立掩盖全球、天地一体化的量子通讯网络奠定了技术 基础,也拉开了量子通讯时期的帷幕。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,催生了第一次信息反动,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展开,则催生着第二次信息反动的呈现。以“量子密钥分发”和“量子态传输”为代表的量子通讯技术,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

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”能够完成约3000万年误差1秒的超高精度, 是国际首台在轨运转并展开科学实验的空间冷原子钟,也是目前在空间运转的最高精度空间冷原子钟。空间冷原子钟的胜利将为空间高精度时频系统、空间冷原子物 理、空间冷原子干预仪、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、广义相对论考证、引力波丈量、地球重力场 丈量、基本物理常数丈量等一系列严重技术和科学展开方面做出重要贡献。

6. 中科院胜利研制光谱“解码芯片”母机

科研人员在为光栅检测做准备工作

2016 年11月11日,中国科学院长春光机所胜利研制出大型高精度衍射光栅刻划系统,并刻划出世界最大面积的中阶梯光栅(400mm×500mm),光栅刻划系 统和光栅都抵达国际抢先水平。该成果终了了我国高精度大尺寸光栅制造受制于人的局面,填补了国内空白。研制胜利的光栅刻划机刻槽精度能够在约20公里行程 范围内保障刻槽间距误差小于一根头发丝的千分之一。

7. 量子通讯再获突破 “十光子”纠缠刷新纪录

十光子纠缠偏振态实验装置图

2016 年11月,中国科学技术大学潘建伟及其同事陆朝阳、陈宇翱等组成的研讨小组在国际上初次胜利完成十光子纠缠,突破了之前由该研讨组坚持多年的八光子纪录, 再次刷新了光子纠缠态制备的世界纪录。潘建伟小组应用两种不同的技术途径制备了搜集效率、保真度和光子全同性这三个综合性能国际最优的脉冲纠缠光子源,并 在此基础上,完成了十光子纯纠缠和可提纯纠缠态的实验制备和严厉考证。这一突破表明我国继续引领国际多光子纠缠和干预度量研讨,研讨成果将可应用于远程量 子通讯和适用化量子计算等大尺度量子信息技术。

8. 信息科学角度的编码超资料

编码超资料能够将远场辐射方向图向恣意设计方向恣意偏转

东 南大学崔铁军教授课题组提出了一种新型人工电磁编码超资料,这是一种经过全数字的方式对超资料中止表征、剖析和设计的全数字超资料,相比于传统的基于等效 媒质理论的“模仿超资料”,编码超资料对电磁波的调控功用取决于所赋予的编码序列,极大地简化了设计流程和难度。得益于编码超资料基于全数字剖析这一属 性,他们创新性地将信号处置中的离散卷积定理应用于远场方向图的调控,即经过在已有的编码图案上叠加另一个梯度编码序列,即可将其远场辐射方向图朝着某个 设计方向恣意偏转,这种将远场方向图旋转到更大角度的操作相似于傅里叶变换中将基带信号搬移到高频载波的过程。同时,他们初次提出应用信息熵来剖析和估量 编码超资料所包含信息量的大小,提示了编码图案的几何熵与远场方向图的物理熵之间的正比关系,并指出这一新发现将有助于推进编码超资料在多波束无线通讯、 雷达探测以及紧缩感知成像等范畴的应用。

9. 我国首颗碳卫星发射胜利 高光谱微纳卫星伴航

“碳卫星”发射升空瞬间

2016 年12月22日3时22分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭胜利将全球二氧化碳监测科学实验卫星(简称“碳卫星”)发射升空。这是我国首颗、 全球第三颗特地用于“看”全球大气中二氧化碳含量的卫星。此外,本次任务还搭载发射中科院微小卫星创新研讨院自主布置研制的1颗高分辨率微纳卫星和2颗高 光谱微纳卫星。卫星发射后,将用于全球地表高光谱数据快速采集,效劳国度农业估产、林业病虫害监测、环境维护、灾害监测和资源开发,是完成“光谱中国”目 标的重要环节。

10. ALPHA研讨小组初次察看到了反物质的光谱

欧洲核子研讨中心

2016 年12月,位于日内瓦的欧洲核子研讨中心的ALPHA研讨小组初次丈量一个反物质原子的光谱,为高精度的反物质的研讨开辟了一个崭新的时期。它的结果是欧 洲核子研讨中心反物质委员会超越20年的工作成果。随着抵达了由慢反质子完成的原子光谱和碰撞实验树立的电子和反质子质量比以及BASE协作组织肯定的荷 质比的极限,这表明欧洲核子研讨中心的反物质的基本对称性测试疾速成熟。