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二、成果介紹1、 成果簡介：（500字以內） 本項目針對國內外對特種高分子樹脂及膜材料的重大需求，在傳統聚芳醚酮和聚醚砜樹脂的基礎上，制備高附加值和高性能的功能型改性聚芳醚樹脂及功能膜材料。具體的研究內容和完成情況包括：（1）功能型聚芳醚樹脂合成、化學改性及放大；（2）適合耐高溫樹脂的膜制備工藝；（3）針對功能膜材料在分離膜、質子交換膜、功能涂層和生物醫用材料方面的應用性開發。研制

該成果創造性地利用高階非線性光學材料獲取醫學臨床診斷的關鍵信息。利用自主發明的雙光子熒光探針與雙光子光學CT成像的特性，首次獲取了可用于癌癥病理組織快速臨床診斷的熒光圖像。該技術是山東大學晶體材料國家重點實驗室于曉強教授團隊的原創，國際、國內均沒有同類工作。 全新的觀測技術：基于熒光探針與光學切片成像的腫瘤病理臨床診斷技術。 該成果將直接帶動三個高附加值的高技術產業： 新材料產業：雙光子熒光探針 新設備產業：臨床專用雙光子熒光顯微鏡產業 新技術產業：技術人員培訓、臨床服務產業 符合臨床要求的檢測流程：

北京大學物理學院顏學慶教授和盧海洋研究員領導的課題組提出了激光驅動光子對撞機的新方案，該方案每脈沖可以產生3億個Breit-Wheeler事件，并且所產生的正負電子對發散角只有7度，具有非常好的準直性。同時，背景噪聲可以得到有效抑制，信噪比高達1000:1。研究成果以 “Creation of electron-positron pairs in photon-photon collisions driven by 10-PW laser pulses”為題在線發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）。 根據愛因斯坦質能方程和量子電動力學理論，在一定條件下光子（能量）可以轉化成物質，這對研究物質的起因有重要的作用。相關的理論研究始于上世紀30年代，直到1997年美國SLAC實驗室才首次在實驗中觀測到多光子碰撞產生正負電子對的過程。然而，對于兩個高能光子的互作用過程，也就是常說的光子對撞機，到目前為止還未能在實驗中觀測到。在光子對撞機中，光子的互作用的次數與光子數目和光子互作用截面成正比，與光子束的脈沖寬度、兩束光子束的交疊面積成反比。在過去實驗中不能觀測到光子的互作用過程是因為已有伽馬射線源的流強和亮度還達不到要求。 近年來，隨著激光技術的發展，特別是10拍瓦(1拍瓦=1e15瓦)激光器的建成，激光光強將可以達到1e23W/cm3以上。當如此高強度的激光與物質相互作用時，大部分激光能量被吸收并轉化成伽馬射線輻射源，如果可以有效控制伽馬射線的發散角，輻射的伽馬射線將會達到前所未有的流強和亮度。 團隊研究人員在前期的工作中對產生超高亮度伽馬光源進行了深入的研究，首次從理論上系統闡明了微通道結構靶中，縱向電場主導了電子的加速過程，同時電子的橫向加速可以得到有效的抑制，因此可以獲得高準直性的電子束，當這些電子束在橫向場中的相位發生反轉時，電子就會在管道邊界處產生強伽馬輻射。由于電子的發散角決定了伽馬輻射的發散角，因此可以獲得準直性非常好的γ-ray輻射源。數值模擬中10PW激光所能獲得的發散角小于3度，亮度比之前研究報道結果高出兩個數量級的伽馬輻射源。圖1. 激光驅動光子對撞機產生正負電子對的方案設計圖2. 本方案可以獲得高出之前2-3量級的伽馬光源亮度 本工作即基于以上研究成果，將該超高亮度的伽馬射線應用于光子對撞機。理論計算結果表明，該方案可以獲得超高信噪比（>1000:1）,且每一發正負電子對信號（>1e8）遠高于現有測量技術的探測極限。因此，通過該方案可以在實驗室中驗證光子互作用過程中由能量到物質的轉換過程，將提供激光驅動光子對撞機研究的新途徑，也將極大的促進雙光子BW物理的發展。未來有望依據本方案建設基于重頻拍瓦飛秒激光的高亮度伽馬源及其應用裝置。 北京大學物理學院博士后余金清為論文第一作者。顏學慶教授和盧海洋研究員為通訊作者。論文合作者還包括北京大學的陳佳洱院士、馬文君研究員，広島大學的T. Takahashi教授，高能物理所的黃永盛研究員。該研究工作得到國家自然科學基金、科技部重點研發專項、挑戰計劃和中國博士后科學基金的聯合資助。相關模擬工作得到北京大學高性能計算平臺的支持。相關文章鏈接：Phys. Rev. Lett. 122, 014802 (2019) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.014802Appl. Phys. Lett. 112, 204103 (2018) https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.5030942

"該成果創造性地利用高階非線性光學材料獲取醫學臨床診斷的關鍵信息。利用自主發明的雙光子熒光探針與雙光子光學CT成像的特性，首次獲取了可用于癌癥病理組織快速臨床診斷的熒光圖像。該技術是山東大學晶體材料國家重點實驗室于曉強教授團隊的原創，國際、國內均沒有同類工作。該成果將直接帶動三個高附加值的高技術產業： 1. 新材料產業：雙光子熒光探針 2. 新設備產業：臨床專用雙光子熒光顯微鏡產業 3. 新技術產業：技術人員培訓、臨床服務產業 "

光子首先從納米波導直接折射進入微腔混沌模式，其角動量較小，對應于光子在微腔界面的反射角較小。與旋轉對稱微腔不同，混沌運動使得光子角動量不斷發生變化。尤其引人注目的是，微腔內的混沌光子運動并非毫無規律，而是遵循特定的短時動力學規律，從而實現入射光子的角動量在皮秒時間尺度內（一皮秒相當于一萬億分之一秒）隨混沌運動從小到大的快速轉換。當混沌光子的角動量接近回音壁模式角動量時，二者之間可以發生共振隧穿過程。得益于光子角動量在混沌運動中的快速轉換，此創新方法可以實現納米尺度波導與回音壁光學模式的超寬帶耦合。

可以量產/n波長范圍905-1064nm、水平、垂直發散角<10度；直流輸出功率>5W;窄脈沖輸出功率>20W;光子晶體激光器模塊窄脈沖輸出功率>130W；并與傳統半導體激光器工藝相兼容。此外還開展了808nm、980nm和1064nm等波段光子晶體激光器研究。“先進半導體光子晶體激光器技術研究”獲得2013年度北京市科學技術獎二等獎，光子晶體高功率高亮度激光器被評為“2014中國光學重要成果”。市場預期：半導體激光器的應用范圍覆蓋了整個光電子學領域，已成為當今光電子科學的核

基于InGaAs-APD的超靈敏高速光電探測模塊，探測波段覆蓋900 -1700 nm，探測效率最高可達25%。采用先進的正弦頻譜濾波技術，支持GHz以上的單光子探測。此外，得益于先進的噪聲抑制和弱信號處理技術，GHz 單光子探測器在如此高的工作頻率下依然可以保持5×10-6/pulse的暗計數水平，以及小于5%的后脈沖概率。而多通道GHz單光子探測器的集成，可實現高速的光子數可分辨探測，拓展量子探測器的動態范圍。 相關技術指標： 通道數： ≥4 工作頻率：1-2.5GHz 探測效率：1-25% 連續可調 暗計數： 工作頻率1-1.5GHz：≤ 5×10-6/pulse 工作頻率2-2.5GHz：≤ 1×10-5/pulse 后脈沖： ≤ 5% 死時間： 3 ~ 10 ns (暗計數后脈沖指標均在10%探測效率下測得) 技術創新點： 國際上首次提出“一種低時間抖動低噪的吉赫茲單光子探測方法”，通過頻譜分析的方法將低通濾波和平衡相結合，實現了高速高性能InGaAs APD單光子探測，被國內外單光子探測領域的專家同行廣泛引用。基于該技術所研制的GHz單光子探測器通過華東電子測量儀器研究所光電計量校準中心（國防科技工業光電子一級計量站）鑒定檢測，性能指標達到國際同類儀器先進水平。“單光子探測關鍵技術與儀器開發”獲2012年上海市科技發明二等獎（第十完成人）此外，在此基礎上，將室溫單光子探測的速率提升到GHz以上，與國際水平相對比，工作頻率提升到了1.5GHz，后脈沖誤計數概率亦有所下降，探測效率為21%時，后脈沖概率僅為1.4%。

本發明公開了一種混合光子晶體及其制備方法與應用，該混合光子晶體包括聚乙二醇雙丙烯酸酯反蛋白石骨架及填充于該骨架孔隙中的甲基丙烯酸酯明膠和磁性納米粒子；制法為采用二氧化硅膠體微球作為模板，加入預凝膠A反應、聚合后，去除二氧化硅膠體微球，制得聚乙二醇雙丙烯酸酯反蛋白石骨架，隨后將預凝膠B加入骨架中反應、聚合后，即可。該混合光子晶體作為載體應用于耐藥細胞的檢測。本發明的顯著優點為該混合光子晶體穩定性強，具有優越的生物兼容性和磁性響應性；制法簡單，可操作性強，成本低，環境友好；應用于耐藥細胞的檢測，其表面負載葉酸，能夠特異、靈敏、簡單、有效地抓捕到髓性白血病耐藥細胞。

首次從理論上系統闡明了微通道結構靶中，縱向電場主導了電子的加速過程，同時電子的橫向加速可以得到有效的抑制，因此可以獲得高準直性的電子束，當這些電子束在橫向場中的相位發生反轉時，電子就會在管道邊界處產生強伽馬輻射。由于電子的發散角決定了伽馬輻射的發散角，因此可以獲得準直性非常好的γ-ray輻射源。數值模擬中10PW激光所能獲得的發散角小于3度，亮度比之前研究報道結果高出兩個數量級的伽馬輻射源。圖1. 激光驅動光子對撞機產生正負電子對的方案設計圖2. 本方案可以獲得高出之前2-3量級的伽馬光源亮度 本工作即基于以上研究成果，將該超高亮度的伽馬射線應用于光子對撞機。理論計算結果表明，該方案可以獲得超高信噪比（>1000:1）,且每一發正負電子對信號（>1e8）遠高于現有測量技術的探測極限。因此，通過該方案可以在實驗室中驗證光子互作用過程中由能量到物質的轉換過程，將提供激光驅動光子對撞機研究的新途徑，也將極大的促進雙光子BW物理的發展。未來有望依據本方案建設基于重頻拍瓦飛秒激光的高亮度伽馬源及其應用裝置。

項目采用了中山大學自主研發的低損耗低應力超低溫氮化硅材料平臺，研制了一系列光子集成的關鍵 器件