北京大学物理学院颜学庆教授和卢海洋研究员领导的课题组提出了激光驱动光子对撞机的新方案，该方案每脉冲可以产生3亿个Breit-Wheeler事件，并且所产生的正负电子对发散角只有7度，具有非常好的准直性。同时，背景噪声可以得到有效抑制，信噪比高达1000:1。研究成果以 “Creation of electron-positron pairs in photon-photon collisions driven by 10-PW laser pulses”为题在线发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）。 根据爱因斯坦质能方程和量子电动力学理论，在一定条件下光子（能量）可以转化成物质，这对研究物质的起因有重要的作用。相关的理论研究始于上世纪30年代，直到1997年美国SLAC实验室才首次在实验中观测到多光子碰撞产生正负电子对的过程。然而，对于两个高能光子的互作用过程，也就是常说的光子对撞机，到目前为止还未能在实验中观测到。在光子对撞机中，光子的互作用的次数与光子数目和光子互作用截面成正比，与光子束的脉冲宽度、两束光子束的交叠面积成反比。在过去实验中不能观测到光子的互作用过程是因为已有伽马射线源的流强和亮度还达不到要求。 近年来，随着激光技术的发展，特别是10拍瓦(1拍瓦=1e15瓦)激光器的建成，激光光强将可以达到1e23W/cm3以上。当如此高强度的激光与物质相互作用时，大部分激光能量被吸收并转化成伽马射线辐射源，如果可以有效控制伽马射线的发散角，辐射的伽马射线将会达到前所未有的流强和亮度。 团队研究人员在前期的工作中对产生超高亮度伽马光源进行了深入的研究，首次从理论上系统阐明了微通道结构靶中，纵向电场主导了电子的加速过程，同时电子的横向加速可以得到有效的抑制，因此可以获得高准直性的电子束，当这些电子束在横向场中的相位发生反转时，电子就会在管道边界处产生强伽马辐射。由于电子的发散角决定了伽马辐射的发散角，因此可以获得准直性非常好的γ-ray辐射源。数值模拟中10PW激光所能获得的发散角小于3度，亮度比之前研究报道结果高出两个数量级的伽马辐射源。图1. 激光驱动光子对撞机产生正负电子对的方案设计图2. 本方案可以获得高出之前2-3量级的伽马光源亮度 本工作即基于以上研究成果，将该超高亮度的伽马射线应用于光子对撞机。理论计算结果表明，该方案可以获得超高信噪比（>1000:1）,且每一发正负电子对信号（>1e8）远高于现有测量技术的探测极限。因此，通过该方案可以在实验室中验证光子互作用过程中由能量到物质的转换过程，将提供激光驱动光子对撞机研究的新途径，也将极大的促进双光子BW物理的发展。未来有望依据本方案建设基于重频拍瓦飞秒激光的高亮度伽马源及其应用装置。 北京大学物理学院博士后余金清为论文第一作者。颜学庆教授和卢海洋研究员为通讯作者。论文合作者还包括北京大学的陈佳洱院士、马文君研究员，広岛大学的T. Takahashi教授，高能物理所的黄永盛研究员。该研究工作得到国家自然科学基金、科技部重点研发专项、挑战计划和中国博士后科学基金的联合资助。相关模拟工作得到北京大学高性能计算平台的支持。相关文章链接：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

光子首先从纳米波导直接折射进入微腔混沌模式，其角动量较小，对应于光子在微腔界面的反射角较小。与旋转对称微腔不同，混沌运动使得光子角动量不断发生变化。尤其引人注目的是，微腔内的混沌光子运动并非毫无规律，而是遵循特定的短时动力学规律，从而实现入射光子的角动量在皮秒时间尺度内（一皮秒相当于一万亿分之一秒）随混沌运动从小到大的快速转换。当混沌光子的角动量接近回音壁模式角动量时，二者之间可以发生共振隧穿过程。得益于光子角动量在混沌运动中的快速转换，此创新方法可以实现纳米尺度波导与回音壁光学模式的超宽带耦合。

可以量产/n波长范围905-1064nm、水平、垂直发散角<10度；直流输出功率>5W;窄脉冲输出功率>20W;光子晶体激光器模块窄脉冲输出功率>130W；并与传统半导体激光器工艺相兼容。此外还开展了808nm、980nm和1064nm等波段光子晶体激光器研究。“先进半导体光子晶体激光器技术研究”获得2013年度北京市科学技术奖二等奖，光子晶体高功率高亮度激光器被评为“2014中国光学重要成果”。市场预期：半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域，已成为当今光电子科学的核

基于InGaAs-APD的超灵敏高速光电探测模块，探测波段覆盖900 -1700 nm，探测效率最高可达25%。采用先进的正弦频谱滤波技术，支持GHz以上的单光子探测。此外，得益于先进的噪声抑制和弱信号处理技术，GHz 单光子探测器在如此高的工作频率下依然可以保持5×10-6/pulse的暗计数水平，以及小于5%的后脉冲概率。而多通道GHz单光子探测器的集成，可实现高速的光子数可分辨探测，拓展量子探测器的动态范围。 相关技术指标： 通道数： ≥4 工作频率：1-2.5GHz 探测效率：1-25% 连续可调 暗计数： 工作频率1-1.5GHz：≤ 5×10-6/pulse 工作频率2-2.5GHz：≤ 1×10-5/pulse 后脉冲： ≤ 5% 死时间： 3 ~ 10 ns (暗计数后脉冲指标均在10%探测效率下测得) 技术创新点： 国际上首次提出“一种低时间抖动低噪的吉赫兹单光子探测方法”，通过频谱分析的方法将低通滤波和平衡相结合，实现了高速高性能InGaAs APD单光子探测，被国内外单光子探测领域的专家同行广泛引用。基于该技术所研制的GHz单光子探测器通过华东电子测量仪器研究所光电计量校准中心（国防科技工业光电子一级计量站）鉴定检测，性能指标达到国际同类仪器先进水平。“单光子探测关键技术与仪器开发”获2012年上海市科技发明二等奖（第十完成人）此外，在此基础上，将室温单光子探测的速率提升到GHz以上，与国际水平相对比，工作频率提升到了1.5GHz，后脉冲误计数概率亦有所下降，探测效率为21%时，后脉冲概率仅为1.4%。

成果创新点 解决显微镜使用中遇到的如下问题：载物台移动引起 的培养液晃动使样本失焦；显微操作中，运动样本捕捉难 度大；连续多样本的显微操作，劳动强度大。细胞分选、 运动样本的自动化跟踪及捕捉。 核心优势：创新的系统结构、三维图像重构及卵子姿 态调整技术 应用范围： 1、细胞分选：根据细胞的内容物特征筛选细胞，应用于免 疫学、神经科学、药物开发、生殖科学，包括雄性不育的

微型显微镜尺寸在毫米到厘米量级，内部集成了透镜组、滤光片、对焦机构、传感器等一系列元件，分辨率可达0.5微米，成本不到传统显微镜的10%。兼容明场、暗场、荧光等各种成像模式。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 照相设备的小型化数字化已经改变了人们的生活，但是显微和望远设备还停留在专业仪器或者纯光学仪器阶段。本技术通过技术创新和产品创意，在消费影像和医学检测领域普及显微和望远产品。通过非球面透镜组和光机电集成技术，将显微镜缩小至摄像头大小，实现了显微成像的移动数字化。微型显微镜尺寸在毫米到厘米量级，内部集成了透镜组、滤光片、对焦机构、传感器等一系列元件，分辨率可达0.5微米，成本不到传统显微镜的10%。兼容明场、暗场、荧光等各种成像模式。

解决显微镜使用中遇到的如下问题：载物台移动引起 的培养液晃动使样本失焦；显微操作中，运动样本捕捉难度大；连续多样本的显微操作，劳动强度大。细胞分选、 运动样本的自动化跟踪及捕捉。 核心优势：创新的系统结构、三维图像重构及卵子姿态调整技术 应用范围： 1、细胞分选：根据细胞的内容物特征筛选细胞，应用于免 疫学、神经科学、药物开发、生殖科学，包括雄性不育的 诊断、干预和治疗等； 2、生殖中心：实现 ICSI 自动化操作； 3、斑马鱼作为模式动物的相关科学研究； 4、雄/男性生殖科学研究包括机制、毒理、环境等的影响； 5、精子评价，优生优育咨询 。

产品详细介绍  显微摄像头，是专门为普通光学显微镜图像数字化而开发设计的。她具有安装简便，通用性强、使用成本低廉、功能齐全、简单易用等特点。安装只需要2个步骤：1、取下原有的显微镜目镜，2、插入电子目镜替换原有目镜。   最新型的无驱显微摄像头，不仅从外形上做到最简约、安装使用也更具简易型，真正的即插即用（Plug-and-Play），无须安装驱动程序，无须安装任何软件。在Windows平台中使用可谓浑然一体。 参数简介:   数据接口 USB 2.0 ,无驱型 型号 5820 5821 5822     分辨率 640*480 1280*1024 1600*1200     帧速率 30fps 15-30fps 15-30fps     视频模式 640*480 1280*1024 1600*1200     动态范围 60dB 68dB 72dB     灵敏度 2.0V 1.0V 2.0V     色彩 Max 1.64 million 24Bit Color 驱动接口 Direct Show ,VFW & Twain 供电 USB 输出端 图像控制 亮度 / 对比度 / 色调/ 饱和度 / 清晰度 / 伽玛 / 白平衡 图像尺寸 / 逆光对比

        技术成熟度：技术突破         领域存在着景深影响效率的突出问题，本产品以高性能异构处理器为核心运算单元，以嵌入式手段通过视觉流与控制流的严格对位，高性能实时完成视频控制信息的结算，并直接输出电机驱动信号控制相关执行机构完成闭环控制。         本产品主要面向高性能伺服闭环控制的视频应用领域，能够显著提升显微工业自动化领域的视频对焦及对位处理的效率及精度，亦可实现宏观领域的视觉嵌入化控制闭环应用。         意向开展成果转化的前提条件：中试放大及产业化工艺开发资金支持