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《上海光机所在X射线波段的中国太极相移全息成像研究方面取得新进展 》

  • 来源专题：中国科学院亮点监测
  • 编译者： yanyf@mail.las.ac.cn
  • 发布时间：2018-10-15

  •         上海光机所高功率激光物理联合实验室张军勇课题组针对X射线相移全息，首次构造了多焦点的相移中国太极透镜，在光学段实验验证了基于中国太极透镜的相移无透镜傅立叶变换全息成像技术。

    　　由于衍射极限的客观存在，为了实现更高分辨率的光学成像，最直接简便的一个途径是采用更短波长的光源。随着近年来同步辐射、自由电子激光器和核激励X射线激光的迅速发展，相干X射线已广泛应用于生物细胞成像、材料的无损检测、晶体结构的衍射分析以及X射线显微等领域。

    　　波带片作为一类衍射透镜，却难以实现弱相位物体的直接成像，这归因于探测器只能响应光强的变化。全息无疑是众多相位物体测量与成像的优选方法之一，各类功能多样的X射线器件的缺乏使得共光路的无透镜傅立叶变换全息成为较早应用于X射线波段的全息技术，而像光学段常用的相移全息却难以在X射线实现。课题组基于中国太极图，引入阴阳相位的衍射竞争理念，设计了一类具有多层相移焦斑的中国太极透镜，因是振幅型衍射透镜，适用于相移X射线全息术。对于EUV及更长的相干光波段，可以设计成高衍射效率的位相型衍射透镜，以方便较弱信号的检测与成像。通过鉴别率板和椭圆涡旋焦斑等实验验证了上述提出的相移全息技术。

    　　该项研究得到了国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会的支持。上述相关工作已发表在学术期刊OpticsLetters (Opt. Lett. 43, 4085, 2018)。(高功率激光物理联合实验室)

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  • 《上海光机所在体布拉格光栅角度放大器研究方面取得进展》
    • 来源专题：中国科学院亮点监测
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2019-03-30
    • 上海光机所薄膜光学实验室和高功率激光单元技术实验室联合针对光束大角度偏转系统中的角度放大器——级联复用体布拉格光栅进行了优化设计，成功制备出了工作波长为1064nm的3块4通道复用体布拉格光栅，级联得到的角度放大器具有12个通道，各通道的衍射效率均达80%以上,并具有良好的偏振无关特性。将该角度放大器与小角度连续偏转放大器件如液晶光学相控阵相结合可实现光束在±45°角范围的一维空间大角度连续偏转。 　　非机械光束偏转技术广泛应用于激光雷达、自由空间光通信、高能激光系统等领域。大角度空域扫描在微波频段容易实现，而在近红外光波段，由于受到工艺水平及物理极限的限制，目前使用的单一器件如液晶光学相控阵(LCOPA)或者液晶偏振光栅等只能在小角度范围内连续偏转。为了实现高能激光系统中的空间大角度光束连续偏转，目前已有的一种方案是双LCOPA加体布拉格光栅的方法：第一层LCOPA通过对激光光束的小角度转向实现对全息光栅的照射部位选择，然后利用体布拉格光栅(VBG)实现激光光束的离散大角度偏转，最后利用LCOPA实现对出射光束偏转角度的精确控制和填充。目前，国际上关于VBG作为角放大器的研究除几项专利技术外，深入系统的理论研究和实验上的实现尚未见报道。 　　在该项研究中，研究人员综合考虑了光热敏折变玻璃的最大折射率调制范围、较小的吸收损耗和走离距离要求、多通道之间的串扰影响，以及激光发散角对体光栅衍射效率的影响等因素后，进行了角度放大器的多参数优化设计。理论分析结果表明，光热敏折变玻璃的最大折射率调制范围和激光光束的发散角是限制体光栅各通道最大衍射效率的主要因素。多块多通道复用体光栅级联的方式可以有效解决这一问题。此外，通过对称的光栅通道设计，每块4通道光栅只需搭建2套曝光光路，大大提高了复用体光栅的制备效率。将多次曝光和单次热处理得到的几块复用体光栅依次级联，实验上实现了-45°~45°的一维大角度离散偏转，各通道衍射效率达80%以上并表现出偏振无关特性。该项工作为基于复用体光栅的角度放大器的理论设计和实验制备提供了清晰详实的指导，对促进复用体光栅在光束大角度连续偏转系统中的应用具有重要意义，同时也为基于复用体光栅的二维角度放大器的实现奠定了基础。 　　该研究成果已被Optics Express [Optics Express, 2018, 26(19), 25336]在线发表，并作为当期亮点文章进行报道。
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  • 《上海硅酸盐所在甲烷光催化转化研究方面取得新进展》
    • 来源专题：中国科学院亮点监测
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2019-03-29
    • 作为天然气、页岩气等主要成分的甲烷具有储量相对丰富和价格低廉的优势，在替代石油生产液体燃料和基础化学品领域是学术界和产业界研究和发展的核心之一。甲烷的含氧衍生物，尤其是醇类衍生物，被认为是碳一化学的支柱；而甲烷是最稳定的有机小分子，C-H键活化后却得到高活性的中间物种，容易发生过度活化并彻底矿化。正因为有着广阔的前景和巨大的挑战，甲烷的选择性活化和定向转化是世界性难题，被誉为是催化乃至化学领域的“圣杯”。迄今为止，甲烷的转化通常采用间接法：在高温下通过水蒸气重整将甲烷转化为合成气，再通过费托合成获得多碳的基础化学品；或由合成气制备甲醇，再生产其它化学品。该转化路线冗长，能耗高，过程中排放大量温室气体二氧化碳，不仅带来环境负荷，也使总碳的利用率不到一半。因此，科学家一直在努力探索甲烷直接转化利用的方法。 　　光催化直接转化可以打破传统热力学平衡的束缚，使甲烷的转化可以在低温常压下进行。近日，中国科学院上海硅酸盐研究所王文中研究员带领的科研团队在甲烷的光催化转化研究方面取得新进展。该团队设计并制备出铜修饰氮化碳材料，实现甲烷向乙醇的光催化直接转化，并对该过程的机制进行了较为深入的研究。相关研究结果以“Direct functionalization of methane into ethanol over copper modified polymeric carbon nitride via photocatalysis”为题，发表于Nature Communications（DOI: 10.1038/s41467-019-08454-0），并申请中国发明专利一项（201811339733.2），第一作者为上海硅酸盐所博士生周沅逸。 　　针对甲烷容易发生过度活化并彻底矿化的问题，从活性氧物种的生成以及甲烷的吸附活化两个角度出发，研究团队通过在氮化碳材料的有序空腔中进行铜修饰，不仅实现了羟基自由基的原位生成，还促进了材料对甲烷C-H键的活化以及对高活性中间物种的稳定。该材料表现出卓越的光催化甲烷转化性能，乙醇的产率达到106 μmol g-1 h-1，为目前相关领域报道的最优值。深入研究表明，除了自由基机制以外，该材料中的铜物种与邻近碳原子存在协同效应，使得转化过程沿着甲烷-甲醇-乙醇的路径进行。该工作提出了温和条件下甲烷向液体燃料直接转化的新策略，有助于加深对多碳产物的形成机制的认识。 　　相关研究工作得到了国家自然科学基金的资助和支持。
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