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2015年

来源: 发布时间:2019-06-04 10:54:38

  (一)基本情况介绍 

  单位全称:中国科学院上海光学精密机械研究所 

      长:李儒新 研究员 

  党委书记:邵建达 研究员 

      址:上海市嘉定区清河路390 

  邮政编码:201800 

      话:021-69918000 

      真:021-69918800 

  电子信箱:siom@mail.shcnc.ac.cn 

      址:http://www.siom.cas.cn 

  中国科学院上海光学精密机械研究所(简称:上海光机所)成立于19645月。1964年,中科院长春光机所、中科院电子所相关科研人员迁往上海,联合上海市轻工业局长江光学仪器厂、上海市仪表局竞明仪器厂组成了最早的中国科学院光学精密机械研究所上海分所。建所后,上海光机所几度易名。197010月,定名为中国科学院上海光学精密机械研究所。 

  上海光机所是我国建立最早、规模最大的激光科学技术专业研究所。经过五十年的发展,已形成以探索现代光学重大基础及应用基础前沿、发展大型激光工程技术并开拓激光与光电子高技术应用为重点的综合性研究所。研究所重点学科领域为:强激光技术、强场物理与强光光学、空间激光与时频技术、信息光学、量子光学、激光与光电子器件、光学材料等。 

  上海光机所发展定位:以满足国家需求、先进制造与未来能源战略需求为着力点,夯实强激光科学技术、信息光学科学技术、光学与激光材料科学技术等三大优势学科基础,挑战国际激光科学、技术与工程前沿,实现从相对单纯的激光技术研发为国家重大需求提供系统性解决方案的创新转变。在先进激光技术与重大工程应用、新型光场的创立及其前沿应用开拓等领域发挥骨干和引领作用。 

  上海光机所不断优化“创新2020”战略实施以来确立的“一三五”发展目标,通过构建完整的先进激光创新链,持续推进国家科技重大专项、重要工程型号、重大科技基础设施等科技任务的实施,在聚变点火级激光驱动器关键技术与系统、空间激光及时频信息技术重大应用、极端强场超快科学重要前沿与应用开拓等三大战略核心方向取得一批国际一流水平的科技创新成果。同时,聚焦关系我国经济社会发展的重大科学问题,在先进激光制造、相干激光成像与探测、超高速率激光通信、新型光学材料、微纳光学与器件、光电子技术及应用等方向上取得了重要研发进展,在推动经济社会持续发展、保障国家战略目标实现等方面做出了重要创新贡献。 

  2015年,上海光机所通过两委会、所长室主任联席会议、专题研讨会等形式,多层次研讨凝练所的“十三五”规划。同时,还积极参与各部委、中科院机关、上海市等渠道的“十三五”规划编制,形成了《上海光机所“率先行动”计划》及实施方案、《上海光机所“十三五”发展规划纲要》等,为“十三五”期间的改革发展与科技创新奠定了坚实基础。 

  上海光机所现设8个实验室,拥有国家重点实验室1个、“中科院-中物院”联合实验室1个、中科院重点实验室4个、上海市重点实验室1个。八个实验室分别为:强场激光物理国家重点实验室、中国科学院量子光学重点实验室、高功率激光物理联合实验室、空间激光信息技术研究中心、中国科学院强激光材料重点实验室、信息光学与光电技术实验室、高密度光存储技术实验室、高功率激光单元技术研发中心。 

  上海光机所建成了国内仅有、国际为数不多的“神光”系列高功率大型激光装置、超短超强激光系统、激光原子冷却装置、空间全固态激光器研制平台等,并具有各种新型、高性能激光器件、激光与光电子功能材料研制平台,并达到国际先进水平。 

  (二)科研进展情况 

  截至2015年底,上海光机所共有在职职工890人。其中科技人员747人、科技支撑人员287人,包括中国科学院院士6人、中国工程院院士1人、发展中国家科学院院士2人、研究员及正高级工程技术人员94人、副研究员及高级工程技术人员217人。 

  共有“中青年科技创新领军人才”3人(新增2人);中国科学院“百人计划”入选者25人(新增4人);国家杰出青年科学基金获得者5人。 

  上海光机所是1981年国务院学位委员会批准的博士、硕士学位授予权单位之一,现设有物理学、光学工程、材料科学与工程等3个专业一级学科博士研究生培养点,物理学、光学工程、材料科学与工程、科学技术史等4个一级学科硕士研究生培养点,并设有物理学、光学工程、材料科学与工程等3个专业一级学科博士后流动站,共有在学研究生496人(其中硕士生243人、博士生253人)、在站博士后13人。 

  2015年,上海光机所共有在研项目486项(包括新增项目154项)。其中:承担国家重大科技专项课题68项(新增16项);主持(或承担)国家重点基础研究发展计划(973)和国家重大科学研究计划项目2项、承担(或参加)课题16项;主持(或承担)国家高技术研究发展计划(863)项目58项(新增26项);主持(或承担)科技部支撑计划课题1项,主持(或承担)科技部国际合作项目3项;主持(或承担)国家自然科学基金重点项目4项、面上项目51项(新增13项)、国家杰出青年科学基金项目2项(新增1项)、国家自然科学基金重大研究计划重点项目3项(新增1项)、国家基金创新群体1项;主持(或承担)院重点部署项目5项,承担院重点国际合作项目2项;主持国家自然科学基金委重大仪器研制项目1项,参加国家自然科学基金委重大仪器研制项目3,参加科技部重大仪器研制项目5项,承担院仪器研制项目5项(新增3项);承担上海市科研项目39项(新增10项)。 

  2015年,上海光机所扎实推进“一三五”发展目标,取得创新突破。在“突破一”聚变点火级激光驱动器关键技术与系统方面:基本完成神光驱动器升级装置研制;承担的以色列国际合作项目在以色列SOREQ原子能研究中心启动现场安装调试,激光输出的稳定性指标达到国际先进水平,获以方高度评价;圆满完成神光Ⅲ主机钕玻璃供货任务;全面开展关键单元技术提升与中试集成验证工作。“突破二”空间激光及时频信息技术重大应用方面:完成空间冷原子钟、量子星相干激光通信两个分系统正样产品的研制;共完成21台套航空航天型号研制任务。“突破三”极端强场超快科学重要前沿与应用开拓方面:研制成功迄今国际最高峰值功率的激光放大系统——5拍瓦超强超短激光放大系统,为研制10拍瓦超强超短激光装置奠定了重要技术基础。相关研究成果作为亮点文章发表于国际光学领域著名期刊Optics Letters《光学快报》,并入选“中国十大科技进展新闻”20条候选条目。 

  “基于稀土纳米上转发光技术的即时检验系统创建及多领域应用”项目荣获2015年度国家技术发明奖二等奖(第二完成单位)。全所共申请专利216项(发明专利205项、国际专利6项),获授权专利148项(发明专利128项、国防专利5项、国外专利5项)。全所共发表论文645篇,其中SCI论文409篇,期刊影响因子大于2187篇。 

  院地合作及科技成果转移转化方面:完成南京研究院筹建任务,截至2015年底,南京研究院孵化及引进企业总计23家,年产值超过2亿元;在上海市启动筹建“先进激光应用科创中心”,该中心将以推动传统产业的转型升级和战略性新兴产业的培育为目标,持续产出具有国际先进、国内一流的研发成果,并直接快速地转化为生产力。 

  国际合作及其成效方面:科技部“国际科技合作基地”评估优秀。20157月,中科院白春礼院长访问以色列项目合作单位;与爱尔兰、日本、以色列、韩国等的国际科技合作项目进展顺利;2015年,相继主办和承办第四届“环太激光损伤-高功率激光光学材料”专题研讨会、美国光学学会专题会议“数字全息与三维成像”会议、第二十四届“激光物理国际研讨会”。以色列人文科学院院长、诺贝尔奖获得者Ruth Arnon率领的代表团,欧洲ELI计划核物理中心(ELI-NP)学术委员会主任Sydney Gales率领的代表团等重要代表团来我所进行学术交流或合作谈判。 

  上海光机所主办了《中国激光》、《光学学报》、《激光与光电子学进展》、Chinese Optics LettersCOL)、Photonics ResearchPR)、High Power Laser Science and EngineeringHPL6本光学学术期刊。 

  挂靠上海光机所的相关专业学会有:中国光学学会激光专业委员会、中国光学学会光学材料专业委员会、中国硅酸盐协会特种玻璃分会等。 


  中国科学院2015大事记 

  重大科技成果产出与产业化: 

  1 上海光机所实现了新型固体激光器同时具有矢量偏振和螺旋相位的激光光束输出。该研究使用粗芯径、大数值孔径的多模光纤,通过离焦耦合将激光二极管输出的808纳米多横模激光光束转换为空心光束,进而利用该空心光束从端面泵浦一个微片激光器,激光器仅由一块掺杂钕离子的钇铝石榴石(Nd:YAG)激光晶体和一个平面输出镜组成,在没有采用任何其他腔内元件的情况下,获得了径向偏振和螺旋相位的连续激光输出。在此基础上,通过在激光器腔内插入一块可饱和吸收晶体,实现了径向偏振和螺旋相位的脉冲输出;并且该激光器在高功率运转时,通过轻触激光腔镜,激光器的脉冲输出可转化为切向偏振,同时光束的螺旋相位特性保持不变。相关论文已发表(IEEE J. Sel. Top Quantum Electron., 21, 1600406, 2015Chin. Opt. Lett., 13, 031405, 2015)。 

  1.28 上海光机所与浙江大学合作提出了一种基于飞秒激光直写的晶体高品质回音壁模式光学微腔的制备新方案[Sci. Rep. 5, 8072 (2015)]。所制备的铌酸锂薄膜微腔。经测量,晶体微腔的品质因子在1550 nm波段高达到2.5×105。利用单纵模的窄带可调谐激光对该微腔进行泵浦,获得了显著的二次谐波信号,其归一化转换效率达到1.35×10-5/mW[arXiv:1405.6473 (2014)]。有望在多种介质晶体上制备高品质的回音壁模式光学微腔,推动微腔在非线性光学、量子光学的应用。 

  2.2  由上海光机所承建的神光驱动器升级装置在高能三倍频激光输出能力方面取得重要进展。演示实验表明,激光输出能力已达到装置原定 “三倍频激光靶面总能量为24千焦耳”的目标指标,进一步验证了基于KDP晶体和楔形透镜组合的闭合式终端光学组件技术方案的可行性,也表明装置已基本具备开展综合物理实验的能力。 

  2.4  上海光机所首次研究含有少量氧化碲的氟铝酸盐玻璃作为中红外发光材料的可能性,同时研究Er3+离子与Yb3+离子掺杂时在不同泵浦源下的发光机理,其结果发表在Scientific Reports[Scientific Reports, 5, 8233,2015] 

  2.5  上海光机所首次利用三维PIC模拟对相对论强度下中空圆环拉盖尔高斯(LG)激光与等离子体的相互作用进行了研究,其结果发在Scientific Reports [Scientific Reports.5:8274(2015)]LG激光所特有中空螺旋状性质,在产生具有轨道角动量的X射线、等离子体加速、惯性约束聚变中的快点火、天体物理的脉冲星研究等方面具有潜在应用。 

  2.16 上海光机所在国际上首次提出了稀土离子掺杂的软玻璃全固态光纤概念,并利用自行制备的6wt% 镱掺杂的高质量磷酸盐玻璃,利用管棒法和堆积法相结合的方法,首次成功制备了纤芯直径为17微米的单模输出、保偏的磷酸盐全固态光子晶体光纤,在~40cm的光纤中实现了13.8W的激光输出,同时通过改变光纤对称性,实现了该种光纤的保偏性能,保偏度达80%,研究结果发表在Scientific Reports[Scientific Reports, 5, 8490,2015]  

  3.19 上海光机所创新性地将图像信号的可压缩特性与鬼成像方法相结合,在实验上证明了通过远低于奈奎斯特的随机采样,引入图像可压缩先验特性的鬼成像技术(ghost imaging via sparsity constrait, GISC)可以在不需要对样品进行任何制备的情况下实现远场超分辨成像,其研究结果发表在Scientific Reports [Scientific Reports, 5, 9280, 2015]上。实验结果表明:构建线性范数问题的系统方案或者选择最优的表达基均有利于提高超分辨GISC的成像质量,GISC方法可以同时获取待测物体的傅里叶变换像和实空间像。这种新的远场超分辨成像方法在显微学以及遥感成像领域有着重要的应用前景。 

  4.9 上海光机所在研究LaF3MgF2Al2O3SiO2薄膜的低吸收、低损耗蒸发沉积工艺的基础上,设计并制备了两种248nm增透膜,增透膜的剩余反射率均小于0.1%。“天光”准分子激光系统将本所制备的增透膜元件与国际最重要,也代表最高国际水平的德国研制元件进行了损伤阈值对比测试,测试波长248nm,脉宽24ns。结果显示,对比德国5.5J/cm2的损伤阈值,本所制备的LaF3/MgF2增透膜平均在7.5J/cm2,最高达到11J/cm2Al2O3/SiO2制备的增透膜的损伤阈值平均在6J/cm2。证明上海光机所研制的248nm增透膜损伤阈值结果达到国际领先水平。 

  4.28 上海光机所在国际物理学期刊《物理评论快报》上发表的论文“Generation of intense high-order vortex harmonic[Phys.Rev.Lett. 114, 173901 (2015)]提出利用相对论涡旋激光照射固体靶来产生高次谐波。研究发现,高次谐波的荷数(角量子数l)随谐波次数增加而增加,研究认为,这是相互作用过程中角动量守恒的结果。该研究将大大促进短波长高荷涡旋激光的应用。该机制也有望将谐波波长推进到硬X射线甚至伽马射线。 

  6.1-30 上海光机所神光驱动器升级装置八路纳秒激光系统完成首轮物理磨合实验,国内两支相关物理研究团队利用这一实验平台顺利开展物理打靶实验研究工作。实验中,共进行了48发次的大能量发射,三倍频靶面最高能量为12kJ,输出脉冲半高宽1.4ns,最高输出功率达到1TW/束。结合X射线针孔相机实测结果,表明在单束输出能量1000J,八路激光全部对入射靶孔平面掠入射角为40°条件下,八束激光同时穿850μm孔,孔边缘轮廓光滑,无擦边堵孔现象。实验中,激光驱动器的快速切换和稳定输出,得到了物理实验团队的一致肯定。物理实验团队对实验数据结果分析表明,升级装置纳秒激光系统能够提供满足要求的能量、整形脉冲等参数的激光;装置激光参数输出较为稳定,瞄靶精度满足物理实验需求,能够正常开展平面靶、腔靶、球形靶等不同靶型的激光物理实验;已具备了纳秒级激光脉冲物理实验打靶运行能力。 

  7.2 上海光机所与爱尔兰都柏林圣三一大学合作观测到1-3WS2薄膜的近红外简并双光子吸收及其饱和效应,通过控制单层数量,实现了WS2MoS2寡层薄膜非线性特性的调控工程,通过改变波长调控寡层半导体中共振态和非共振态双光子吸收以及饱和吸收的“开-关”操作,为禁带宽带大于光子能量的二维半导体的锁模和调Q特性提出了一种物理机理。相关论文已发表在ACS Nano杂志[ACS Nano, 9 (7), pp 7142–7150, 2015] 

  7.13 上海光机所在国内率先研制出偏振无关全介质合束光栅,所研制的50mm×50mm光栅在无偏激光1040nm-1070nm范围内衍射效率达到94%以上,可承受功率达到数千瓦。 

  7.24 上海光机所在测量确认了二维2H-MoS2单层晶畴(~0.7nm)在近红外波段体现优异的双光子吸收特性,证实了单层MoS2的巨双光子吸收系数~7.6x103 cm/GW,高出常规半导体3-4个数量级,并从单层中观测到双光子激发频率上转换发光,通过层数调控非线性响应,揭示了MoS2禁带宽度与光子能量的博弈关系,该结果是对近期广泛报道的MoS2寡层饱和吸收体工作机理的直接证明 [Laser & Photonics Reviews, 9(4) 427–434,(2015)] 

  7.24 上海光机所采用真空抽滤再组沉积技术成功制备出晶片尺度(直径2英寸)的层状MoS2纳米薄膜,该层状叠加重构纳米膜成本低、面积大、光学均匀性高,而且厚度可控,同时具有可见-近红外宽带非线性饱和吸收响应。其三阶非线性极化率Imχ(3)及品质因子较之同等条件下制备的石墨烯纳米膜高出数倍。该薄膜已成功实现中红外固体激光器超短脉冲调制。相关论文发表于Nanoscale杂志,并被遴选为2015年度热点论文,[Nanoscale 7, 2978 (2015)] 

  7.24上海光机所利用自行制备的1.2wt% 钕离子掺杂的N0312型号高质量硅酸盐玻璃和其他商用的未掺杂硅酸盐玻璃,通过理论设计模拟,利用管棒法和堆积法相结合的方法,成功制备了纤芯直径为45微米的单模激光输出硅酸盐全固态光子晶体光纤,在波长1064nm处,利用97cm长的光纤实现了0.8W的单模激光输出,研究结果发表在Scientific Reports[Scientific Reports 5, 12547 (2015)] 

  7.28 上海光机所在氩气中利用介质激发态实现了增强高次谐波的产生。该方法对于提高高次谐波产生效率,获得高亮度的高次谐波和阿秒脉冲光源,进一步拓展其应用范围具有重要意义。此外,通过进一步研究激发态介质产生的高次谐波,在研究原子分子的激发态电子结构和超快电子动力学过程方面具有重要的应用前景,相关工作发表在Appl. Phys. Lett. 107, 041110 (2015) 

  8.1-9.2  上海光机所依托神光II装置八路中的一束和神光II第九路激光,采用全OPCPA技术设计了数PW的超短脉冲激光实验平台。2015420-510日数PW激光第一次联机实验,实现了OPCPA IOPCPA II全链路贯通,并获得了OPCPA II的放大信号。在压缩器安装和调试完成之后,于810-92日进行了第二次联机实验,本次联机实验实现了除OPCPA III单元之外的OPCPA IOPCPA II和压缩器的全链路调试。联机实验中,OPCPA II单元共实现了50发的大能量发射,神光II泵浦光倍频效率最大~65%,泵浦光最大输出能量130J,信号光脉冲输出单脉冲能量最大超过了30J,压缩后脉冲宽度小于30fs,最短24fs 

  8.5 上海光机所提出利用飞秒激光加工坑点,借助飞秒激光微加工平台在石英基底上制作了特定大小的坑点缺陷(长度:~7um,宽度:~3um,深度:~1um)。对沉积在有飞秒激光加工坑点和常规基底上的减反射膜和高反射膜的激光诱导损伤行为进行了研究与对比分析。揭示起源于基底表面的结构性缺陷诱导薄膜元件激光损伤的机制。相关论文发表在Opt. Lett.[Opt. Lett. 40, 3731-3734 (2015)][Opt. Lett. 40, 1330-1333 (2015)] 

  9.29上海光机所系统研究了液悬态过渡金属硫化物二维纳米材料在纳秒脉冲激光作用下得可见近红外宽带光限幅效应。研究表明,在近红外波段硒化物比硫化物具有更优异的光限幅特性。基于液态分散系统,创新提出了纳米片数密度的计算方法,建立了激光能量与散射中心尺寸的关系,对于研究过渡金属硫系化合物中Mie散射诱导的光限幅效应非常重要。相关论文发表在Scientific Reports杂志 [Scientific Reports, 5, 14646] 

  10.15 上海光机所与爱尔兰都柏林圣三一大学合作,验证了新型二维材料黑磷的宽带超快非线性光学效应,证实其比石墨烯具有更加优异的饱和吸收特性,预测了层状黑磷在开发锁模和调Q器件上的应用潜力。论文发表在Nature  communications  [Nature  communications6, 8563(2015)]  

  10.26 上海光机所研制成功5拍瓦(1拍瓦=1015瓦)超强超短激光放大系统,这是迄今国际最高峰值功率的激光放大系统,为研制10拍瓦超强超短激光装置奠定了重要的技术基础。相关研究成果作为亮点文章发表于国际光学领域著名期刊Optics Letters《光学快报》[Vol.40(21), 5011-5014(2015)] 

  11.11 上海光机所首次将古希腊梯子映射到纳米结构中,以解析的数学形式完整描述了三维阵列焦点成像的方法,通过数论解决了结构设计的初始化问题。该研究巧妙地将位相调制映射成空间位置的坐标函数,实现了振幅调制到位相调制的功能转换,从而解决了短波长及X射线波段的位相调制问题,为X射线和EUV的多点聚焦和阵列成像提供了一个新思路。该技术能够用于X射线到毫米波的衍射成像和波前调控。相关研究发表在Opt. Express[Opt. Express, 23,23, 30308-30317, 2015] 

  11.18上海光机所利用原位生长溶剂热技术设计合成了具有特殊形貌的二硫化钼(MoS2)纳米薄膜。该溶剂热法突破传统水热合成技术仅能得到微米级层状纳米片的局限,采用有机溶剂——体系,研究表明,这种具有多级结构的MoS2薄膜在近红外区的三阶非线性吸收系数远高于真空抽滤再组沉积技术得到的MoS2薄膜的三阶非线性吸收系数。相关论文发表在Nanoscale杂志 [Nanoscale, 8, 431, (2016)] 

  12.1上海光机所提出利用光学传输特征矩阵模拟二维层状纳米材料光学对比度的方法,研究其与衬底和入射光波长之间的依赖关系。利用该方法计算化学气相沉积制备的不同层数MoS2在白光辐照下的对比度,理论模拟与实验结果相当吻合。与传统的菲涅尔理论相比,该方法更加快速简捷、精确,可有效的指导二维纳米材料基底和辐照光源的选择。相关论文发表在Nanoscale杂志[Nanoscale, 8, 1210-1215, 2016] 

    

  获奖荣誉: 

  上海光机所主要参与完成的“基于稀土纳米上转发光技术的即时检验系统创建及多领域应用”项目荣获2015年度国家技术发明奖二等奖。 

  上海光机所陈卫标、侯霞、孟俊清参与的空间激光主动探测技术研究集体荣获2015年度中国科学院杰出科技成就奖