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同時(shí)利用紫外光激發(fā)的單光子過程和近紅外光激發(fā)的雙光子過程，成功獲得了雙路徑光子轉(zhuǎn)換的染料@MOF白光材料。該MOF結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的四苯乙烯骨架配體和所吸附的有機(jī)染料分子，均同時(shí)具有單光子吸收(OPA)和雙光子吸收(TPA)激發(fā)熒光的特性。經(jīng)過對材料組成、激發(fā)波長、雙光子吸收截面等諸多因素的精準(zhǔn)調(diào)控，最終成功獲得了不同含量的RhB+@LIFM-WZ-6、BR-2+@LIFM-WZ-6和APFG+@LIFM-WZ-6的染料@MOF白光材料體系，而后分別在365 nm紫外光和730~800 nm近紅外光的激發(fā)下，經(jīng)由單光子路徑和雙光子路徑過程，成功實(shí)現(xiàn)了能量下轉(zhuǎn)換和上轉(zhuǎn)換的白光發(fā)射。上述研究將不同路徑的光子轉(zhuǎn)換機(jī)制成功運(yùn)用于白光發(fā)射材料的設(shè)計(jì)，并為光化學(xué)和光物理的其他相關(guān)領(lǐng)域提供了新的研究思路。

該成果創(chuàng)造性地利用高階非線性光學(xué)材料獲取醫(yī)學(xué)臨床診斷的關(guān)鍵信息。利用自主發(fā)明的雙光子熒光探針與雙光子光學(xué)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(shù)是山東大學(xué)晶體材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于曉強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)的原創(chuàng)，國際、國內(nèi)均沒有同類工作。 全新的觀測技術(shù)：基于熒光探針與光學(xué)切片成像的腫瘤病理臨床診斷技術(shù)。 該成果將直接帶動(dòng)三個(gè)高附加值的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)： 新材料產(chǎn)業(yè)：雙光子熒光探針 新設(shè)備產(chǎn)業(yè)：臨床專用雙光子熒光顯微鏡產(chǎn)業(yè) 新技術(shù)產(chǎn)業(yè)：技術(shù)人員培訓(xùn)、臨床服務(wù)產(chǎn)業(yè) 符合臨床要求的檢測流程：

北京大學(xué)物理學(xué)院顏學(xué)慶教授和盧海洋研究員領(lǐng)導(dǎo)的課題組提出了激光驅(qū)動(dòng)光子對撞機(jī)的新方案，該方案每脈沖可以產(chǎn)生3億個(gè)Breit-Wheeler事件，并且所產(chǎn)生的正負(fù)電子對發(fā)散角只有7度，具有非常好的準(zhǔn)直性。同時(shí)，背景噪聲可以得到有效抑制，信噪比高達(dá)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(fā)表在《物理評論快報(bào)》（Physical Review Letters）。 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程和量子電動(dòng)力學(xué)理論，在一定條件下光子（能量）可以轉(zhuǎn)化成物質(zhì)，這對研究物質(zhì)的起因有重要的作用。相關(guān)的理論研究始于上世紀(jì)30年代，直到1997年美國SLAC實(shí)驗(yàn)室才首次在實(shí)驗(yàn)中觀測到多光子碰撞產(chǎn)生正負(fù)電子對的過程。然而，對于兩個(gè)高能光子的互作用過程，也就是常說的光子對撞機(jī)，到目前為止還未能在實(shí)驗(yàn)中觀測到。在光子對撞機(jī)中，光子的互作用的次數(shù)與光子數(shù)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(shí)驗(yàn)中不能觀測到光子的互作用過程是因?yàn)橐延匈ゑR射線源的流強(qiáng)和亮度還達(dá)不到要求。 近年來，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，特別是10拍瓦(1拍瓦=1e15瓦)激光器的建成，激光光強(qiáng)將可以達(dá)到1e23W/cm3以上。當(dāng)如此高強(qiáng)度的激光與物質(zhì)相互作用時(shí)，大部分激光能量被吸收并轉(zhuǎn)化成伽馬射線輻射源，如果可以有效控制伽馬射線的發(fā)散角，輻射的伽馬射線將會(huì)達(dá)到前所未有的流強(qiáng)和亮度。 團(tuán)隊(duì)研究人員在前期的工作中對產(chǎn)生超高亮度伽馬光源進(jìn)行了深入的研究，首次從理論上系統(tǒng)闡明了微通道結(jié)構(gòu)靶中，縱向電場主導(dǎo)了電子的加速過程，同時(shí)電子的橫向加速可以得到有效的抑制，因此可以獲得高準(zhǔn)直性的電子束，當(dāng)這些電子束在橫向場中的相位發(fā)生反轉(zhuǎn)時(shí)，電子就會(huì)在管道邊界處產(chǎn)生強(qiáng)伽馬輻射。由于電子的發(fā)散角決定了伽馬輻射的發(fā)散角，因此可以獲得準(zhǔn)直性非常好的γ-ray輻射源。數(shù)值模擬中10PW激光所能獲得的發(fā)散角小于3度，亮度比之前研究報(bào)道結(jié)果高出兩個(gè)數(shù)量級的伽馬輻射源。圖1. 激光驅(qū)動(dòng)光子對撞機(jī)產(chǎn)生正負(fù)電子對的方案設(shè)計(jì)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(yīng)用于光子對撞機(jī)。理論計(jì)算結(jié)果表明，該方案可以獲得超高信噪比（>1000:1）,且每一發(fā)正負(fù)電子對信號（>1e8）遠(yuǎn)高于現(xiàn)有測量技術(shù)的探測極限。因此，通過該方案可以在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證光子互作用過程中由能量到物質(zhì)的轉(zhuǎn)換過程，將提供激光驅(qū)動(dòng)光子對撞機(jī)研究的新途徑，也將極大的促進(jìn)雙光子BW物理的發(fā)展。未來有望依據(jù)本方案建設(shè)基于重頻拍瓦飛秒激光的高亮度伽馬源及其應(yīng)用裝置。 北京大學(xué)物理學(xué)院博士后余金清為論文第一作者。顏學(xué)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(xué)的陳佳洱院士、馬文君研究員，広島大學(xué)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(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)、挑戰(zhàn)計(jì)劃和中國博士后科學(xué)基金的聯(lián)合資助。相關(guān)模擬工作得到北京大學(xué)高性能計(jì)算平臺(tái)的支持。相關(guān)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(chuàng)造性地利用高階非線性光學(xué)材料獲取醫(yī)學(xué)臨床診斷的關(guān)鍵信息。利用自主發(fā)明的雙光子熒光探針與雙光子光學(xué)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(shù)是山東大學(xué)晶體材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于曉強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)的原創(chuàng)，國際、國內(nèi)均沒有同類工作。該成果將直接帶動(dòng)三個(gè)高附加值的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)： 1. 新材料產(chǎn)業(yè)：雙光子熒光探針 2. 新設(shè)備產(chǎn)業(yè)：臨床專用雙光子熒光顯微鏡產(chǎn)業(yè) 3. 新技術(shù)產(chǎn)業(yè)：技術(shù)人員培訓(xùn)、臨床服務(wù)產(chǎn)業(yè) "

光子首先從納米波導(dǎo)直接折射進(jìn)入微腔混沌模式，其角動(dòng)量較小，對應(yīng)于光子在微腔界面的反射角較小。與旋轉(zhuǎn)對稱微腔不同，混沌運(yùn)動(dòng)使得光子角動(dòng)量不斷發(fā)生變化。尤其引人注目的是，微腔內(nèi)的混沌光子運(yùn)動(dòng)并非毫無規(guī)律，而是遵循特定的短時(shí)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)入射光子的角動(dòng)量在皮秒時(shí)間尺度內(nèi)（一皮秒相當(dāng)于一萬億分之一秒）隨混沌運(yùn)動(dòng)從小到大的快速轉(zhuǎn)換。當(dāng)混沌光子的角動(dòng)量接近回音壁模式角動(dòng)量時(shí)，二者之間可以發(fā)生共振隧穿過程。得益于光子角動(dòng)量在混沌運(yùn)動(dòng)中的快速轉(zhuǎn)換，此創(chuàng)新方法可以實(shí)現(xiàn)納米尺度波導(dǎo)與回音壁光學(xué)模式的超寬帶耦合。

可以量產(chǎn)/n波長范圍905-1064nm、水平、垂直發(fā)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(tǒng)半導(dǎo)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(jìn)半導(dǎo)體光子晶體激光器技術(shù)研究”獲得2013年度北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，光子晶體高功率高亮度激光器被評為“2014中國光學(xué)重要成果”。市場預(yù)期：半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍覆蓋了整個(gè)光電子學(xué)領(lǐng)域，已成為當(dāng)今光電子科學(xué)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(dá)25%。采用先進(jìn)的正弦頻譜濾波技術(shù)，支持GHz以上的單光子探測。此外，得益于先進(jìn)的噪聲抑制和弱信號處理技術(shù)，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(jì)數(shù)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(shí)現(xiàn)高速的光子數(shù)可分辨探測，拓展量子探測器的動(dòng)態(tài)范圍。 相關(guān)技術(shù)指標(biāo)： 通道數(shù)： ≥4 工作頻率：1-2.5GHz 探測效率：1-25% 連續(xù)可調(diào) 暗計(jì)數(shù)： 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(shí)間： 3 ~ 10 ns (暗計(jì)數(shù)后脈沖指標(biāo)均在10%探測效率下測得) 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)： 國際上首次提出“一種低時(shí)間抖動(dòng)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(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高速高性能InGaAs APD單光子探測，被國內(nèi)外單光子探測領(lǐng)域的專家同行廣泛引用。基于該技術(shù)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(jì)量校準(zhǔn)中心（國防科技工業(yè)光電子一級計(jì)量站）鑒定檢測，性能指標(biāo)達(dá)到國際同類儀器先進(jìn)水平。“單光子探測關(guān)鍵技術(shù)與儀器開發(fā)”獲2012年上海市科技發(fā)明二等獎(jiǎng)（第十完成人）此外，在此基礎(chǔ)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(jì)數(shù)概率亦有所下降，探測效率為21%時(shí)，后脈沖概率僅為1.4%。

本發(fā)明公開了一種混合光子晶體及其制備方法與應(yīng)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(yù)凝膠A反應(yīng)、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(yù)凝膠B加入骨架中反應(yīng)、聚合后，即可。該混合光子晶體作為載體應(yīng)用于耐藥細(xì)胞的檢測。本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)為該混合光子晶體穩(wěn)定性強(qiáng)，具有優(yōu)越的生物兼容性和磁性響應(yīng)性；制法簡單，可操作性強(qiáng)，成本低，環(huán)境友好；應(yīng)用于耐藥細(xì)胞的檢測，其表面負(fù)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(xì)胞。

首次從理論上系統(tǒng)闡明了微通道結(jié)構(gòu)靶中，縱向電場主導(dǎo)了電子的加速過程，同時(shí)電子的橫向加速可以得到有效的抑制，因此可以獲得高準(zhǔn)直性的電子束，當(dāng)這些電子束在橫向場中的相位發(fā)生反轉(zhuǎn)時(shí)，電子就會(huì)在管道邊界處產(chǎn)生強(qiáng)伽馬輻射。由于電子的發(fā)散角決定了伽馬輻射的發(fā)散角，因此可以獲得準(zhǔn)直性非常好的γ-ray輻射源。數(shù)值模擬中10PW激光所能獲得的發(fā)散角小于3度，亮度比之前研究報(bào)道結(jié)果高出兩個(gè)數(shù)量級的伽馬輻射源。圖1. 激光驅(qū)動(dòng)光子對撞機(jī)產(chǎn)生正負(fù)電子對的方案設(shè)計(jì)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(yīng)用于光子對撞機(jī)。理論計(jì)算結(jié)果表明，該方案可以獲得超高信噪比（>1000:1）,且每一發(fā)正負(fù)電子對信號（>1e8）遠(yuǎn)高于現(xiàn)有測量技術(shù)的探測極限。因此，通過該方案可以在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證光子互作用過程中由能量到物質(zhì)的轉(zhuǎn)換過程，將提供激光驅(qū)動(dòng)光子對撞機(jī)研究的新途徑，也將極大的促進(jìn)雙光子BW物理的發(fā)展。未來有望依據(jù)本方案建設(shè)基于重頻拍瓦飛秒激光的高亮度伽馬源及其應(yīng)用裝置。

項(xiàng)目采用了中山大學(xué)自主研發(fā)的低損耗低應(yīng)力超低溫氮化硅材料平臺(tái)，研制了一系列光子集成的關(guān)鍵 器件