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北京大学物理学院颜学庆教授/马文君研究员团队近期在激光加速重离子领域获得重要进展。他们利用人工设计的双层纳米靶材，获得了能量高达580兆电子伏特（MeV）的碳离子，将飞秒激光加速重离子能量记录提高了两倍。相关结果以” Laser Acceleration of Highly Energetic Carbon Ions Using a Double-Layer Target Composed of Slightly Underdense Plasma and Ultrathin Foil”为题发表在物理评论快报上（Physical Review Letters 122，014803 （2019））。 高能重离子在肿瘤治疗、生物辐照、核物理与核能等领域有着广泛的用途。利用超强飞秒脉冲激光加速重离子一直是激光加速领域的难点。之前的大量实验研究中，通常只能获得最高能量为几兆电子伏特每核子（MeV/u）的重离子。而在相同条件下，质子可被加速至近百兆电子伏特，远高于重离子。这是因为，要有效加速重离子，需要将其在加速初始阶段就电离到高电荷态注入到加速场中，并且保持足够长的加速时间。一般情况下，这两点很难同时实现。马文君研究员团队在前期工作的基础上（PRL 115, 064801 (2015)，PRL 113, 235002 (2014), Adv Mater 21(5),603 (2009), Nano Lett 7(8), 2307(2007)），设计并制备出了一种由超薄超低密度碳纳米管泡沫与类金刚石纳米薄膜组成的双层复合靶材，成功地同时实现了这两个条件。复合靶材在超强飞秒脉冲激光作用下，位于类金刚石纳米薄膜中的碳离子，先后经历了光压电离注入与长达数百飞秒的鞘场加速两个过程，最终速度达到了光速的30%。这是首次利用超短脉冲在实验中实现了重离子的级联加速。图：本研究结果（）与已有重离子加速实验结果汇总。 他们的理论与数值模拟工作表明，这种高效的加速方案也适用于金、钍、铀等重离子。在现有激光条件下，可产生能量为数十兆电子伏特每核子、密度为传统束流10^9倍的高能高密度重离子束流。这种高能高密度重离子束团将为超重元素合成、短寿命核素加速、温稠密物质等温加热等重要物理难题的解决提供新的方案。，将为科学前沿领域及新兴交叉学科的迅猛发展带来新的机遇。 马文君研究员为论文第一作者与通讯作者。颜学庆教授与韩国基础科学研究所的Nam，Chang Hee教授为共同通讯作者。论文主要作者还包括陈佳洱院士、贺贤土院士、M. Zepf教授, J. Schreiber教授, Kim, I Jong教授、林晨研究员、卢海洋研究员和余金清博士等。该项目得到国家重大科技基础设施培育项目（2017ZF22）、科技部重大仪器专项、自然科学基金重点项目、核物理与核技术国家重点实验室和北京市卓越青年科学家等项目的支持。 相关文章链接如下：Phys. Rev. Lett. 122, 014803 （2019）https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.014803Phys. Rev. Lett. 115, 064801 (2015)https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.064801

本发明公开了一种硅光子晶体波导器件的飞秒激光制备系统及方法，系统包括飞秒激光器、多级半波片、偏振分光棱镜、第一反射镜、空间光调制器、第一透镜、第二反射镜、第三反射镜、第二透镜、电动翻转镜、第四反射镜、高倍物镜、三维加工平台、第三透镜、CCD相机、计算机；由飞秒激光器输出的激光通过多级半波片和偏振分光棱镜，经过反射镜射入空间光调制器；用计算机将加工方案生成全息图，加载到空间光调制器；光束经调制后通过第一透镜、第二反射镜、第三反射镜、第二透镜、第四反射镜，再经过高倍物镜聚焦到硅基片上，通过输入到计算机内的程序控制三维加工平台移动，完成加工任务。本发明加工步骤简易，加工精度高，加工速度快，加工成本低。

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超快光子束流可通过对组成物质的原子、分子和电子等微观粒子进行超高时空分辨率的测量和控制，实现对物质相关的物理、化学和生物医学等宏观过程的理解、应用和控制。时间尺度在10-18秒的阿秒光子束流，能够对电子进行实时探测和控制，为人类认识微观世界提供了全新手段，被认为是激光科学史上最重要的里程碑之一。世界先进国家都将阿秒科学列为未来10年激光科学最重要的发展方向。欧盟极端光学装置ELI(Extreme Light Infrastructure)项目三大装置之一，位于匈牙利的阿秒光脉冲源 (ELI-ALPS)研究中心的首要任务就是为国际科学界用户提供涵盖相干极紫外(XUV)、X 射线和阿秒脉冲的超快光子束流。 利用强激光与物质相互作用产生高次谐波是突破飞秒极限实现高亮度阿秒脉冲辐射的重要方案之一。在强激光与固体密度等离子体的相互作用中，由于两者之间的能量耦合效率较低，谐波辐射以低效率的相对论振荡镜（Relativistic Oscillating Mirror, ROM）机制为主，难以产生高能的孤立纳米电子层进行更高效率的相干同步辐射(Coherent Synchrotron Emission, CSE)。

该种类型激光器因其为光纤激光器，具有传统的固体激光器所没有的许多优点。它在激光微加工和微制造工业有很大的市场份额，在激光雷达、生物医疗、激光通信等等工业领域都有显著的市场。 1064nm 波长， 100mW 输出平均功率， 30ps 脉冲宽度，高度均匀和稳定的脉冲串。

该装置属专利技术，适用于电力系统、高压绝缘领域。 电力系统架空输电线路布设在户外。雷击线路常导致绝缘子串表面发生闪络，而后持续的工频续流电弧沿绝缘子表面燃烧，可能导致绝缘子瓷瓶碎裂以及其附属的固定金具损坏从而发展成线路故障，跳闸断电。故障后查找故障点、更换损坏的元件造成较长时间停电，降低了供电可靠性和增大了运行成本。 技术内容： 为了克服现有绝缘子技术结构在这方面不足，研制了这种绝缘子串电弧泄放装置。 主要采用的技术是：包括并联电弧泄放气隙电极、绝缘子串、金具，绝缘子串两端装有金具，金具上固定装有并联电弧泄放气隙电极。放电气隙间距长度略小于绝缘子串的串长长度，绝缘子串两端金具，一端和输电线路连接；另一端和杆塔固定绝缘子的金具相接。本装置可以在35kV、l 10KV、220kV线路上安装。 优点：在绝缘子串的两端加设并联的电弧泄放气隙，使雷电引发的电弧在远离绝缘子表面的电弧泄放气隙里燃烧，从而保护了绝缘子以及附属的固定金具。