频率测量仪

图1 来源：诺贝尔奖委员会官网。北京时间10月4日17时45分，有着“理科综合奖”之称的诺贝尔化学奖揭晓。瑞典皇家科学院决定将2023年诺贝尔化学奖授予美国科学家Moungi G.Bawendi、Louis E Brus，俄罗斯科学家Alexei l.Ekimov ，以表彰他们对量子点的发现和研究。该奖项的授予充分表明了量子点技术在科学领域中的又一重要突破。 01量子点是一种纳米级半导体发光材料，通过施加一定的电场或光压，这些纳米半导体就会发出特定频率的光，而发出光的频率会随着半导体的尺寸的改变而变化。因此，我们通过控制它们的尺寸和形状，就可以控制其发出的光的颜色（如图2），从而获得独特的光学和电子特性（如图2）。 图2 量子点荧光随尺寸的变化示例。 由于量子点丰富的物理化学性质，吸引了很多学者投身其中，目前已经形成了很多重要的前沿技术。除了我们熟知的已经商业化的量子点液晶显示以外，量子点还可以用于未来显示、光伏发电、高性能激光光源应用、单光子光源应用以及作为荧光探针用于生物成像等。 02 作为一种独特的纳米材料，在量子点的研究中，首先会关注其光谱特征和量子产率；在一些情况下，电致发光效率和荧光寿命也是需要被测量的参数。 #宽广的光谱测量 在生物荧光探针等应用的量子点研究中，不仅需要测量可见光区的光谱，还可能需要测量近红外红外光的光谱。 图3 从可见到近红外连续光谱测量的双探测器方案。为了契合这样的需要，滨松Quantaurus-QY plus中不仅配备了高灵敏度高信噪比背照式CCD探测器（探测范围从紫外至约1100nm的近红外，如图3上左），而且配备了专门用于近红外波段的InGaAs探测器（从850nm至1650nm，如图3上右）。作为在光电行业深耕细作几十年，光探测器产品线非常宽广的技术型公司，滨松在Quantaurus系列产品中均选用了自产的探测器。并基于对探测器的深刻理解与定制，开发出了特有的“光谱无缝缝合”技术，使得通过可见光探测器和近红外探测器所得到的光谱能够衔接在一起（如图3），从而使用户可以在350-1650nm的范围内，横跨可见及近红外区域得到完整且精准的光谱和真实的量子产率数值。(如图4） 图4 文献案例：横跨可见到红外的光谱测量。500nm左右的峰为吸收光谱，1300nm左右的峰为发射光谱。(N. Hasebe, et al. Anal. Chem.&ensp 87&ensp (2015), 2360)。 #精准的量子产率测量滨松量子产率测试仪对上至100%，下至1%以下的量子产率都具有非常准确的测量能力（如图5）。 图5 滨松量子效率分析仪对一些标准样品的测试值与文献值的对比(K. Suzuki, et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (2009), 9850)。 为了得到精确的结果，除了在硬件方面精益求精，滨松也一直在研究量子产率测量中的各种误差来源。比如对于许多量子点，激发光谱和发射光谱会有所重叠（如图6）；这意味着量子点发出的荧光有可能被自身再次吸收——这种自吸收（reabsorption)现象会导致量子产率的测量值低于真实值，而且越浓的溶液低估得越厉害（如图7）。图6 几种量子点的吸收及发射光谱。实线为吸收光谱，多点连线为发射光谱；蓝绿黑红对应着量子点尺寸从小到大。(U. Resch-Genger, et al. Nat. Methods 5 (2008), 763)。 针对这种低估量子产率的可能，滨松运用了对应的自动测量流程及算法（K. Suzuki, et al. Phys. Chem. Chem. Phys.&ensp 11&ensp (2009), 9850）保证得到最为准确的量子产率读数（如图7）。 图7 自吸收（Reabsorption)校正结果示例(K. Suzuki, et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (2009), 9850)。#滨松量子产率测量仪Quantaurus-QY plus

电子测量仪器产业是知识经济的一个重要分支，也是信息社会的一个重要组成部分。电子测量技术与仪器的发展，以现代测量原理为基础，融合了最先进的电子测量技术、射频微波设计技术、数字信号处理技术、微电子技术、计算机技术、软件技术、通信技术等技术，使电子测量技术与仪器在现代工业与社会发展中获得了更广泛的应用。电子测量仪器的产品种类繁多，一般可将其分为专用仪器和通用仪器两大类：专用仪器是为某一个或几个专门目的而设计的，如电视彩色信号发生器；通用仪器是为了测量某一个或几个电参数而设计的，它能用于多种电子测量。 其中，通用电子测量仪器是电子测量仪器行业的重要组成部分，是现代科学技术发展的基础设备，主要包括数字示波器、波形和信号发生器、频谱分析仪、矢量网络分析仪及其他电子仪器（如万用表、功率计、逻辑分析仪、频率计和电池分析仪等），下游应用领域具体涵盖通讯、半导体、汽车电子、医疗电子、消费电子、航空航天、教育科研等行业。通用电子测试测量仪器销售市场特征1）欧美市场使用者相对成熟在通用电子测试测量仪器领域，欧美有是德科技、泰克、力科和罗德与施瓦茨等行业优势企业，培育了更为成熟的使用者，其能够熟练理解和使用功能日趋复杂的通用电子测试测量仪器，在选择相关仪器时能够更好的鉴别产品的性能，选择一些性价比高的品牌。2）经销渠道是行业主要的销售渠道通用电子测试测量仪器使用者主要包括电子相关产业的企业、教育院校和科研院所、个人爱好者等，数量众多且分散。因此，经销渠道是行业主要的销售渠道。经销商一般为电子类产品配套销售商，拥有一定的客户资源，为客户提供各类电子产品，其经营时间较长，通用电子测试测量仪器在其销售体系中占比较小，在产业链中处于较为强势的地位，通用电子测试测量仪器企业对经销商的控制力较弱。3）各档次产品并存发展通用电子测试测量仪器广泛应用于国民经济的各个领域，下游领域的应用场景不同，对仪器的性能指标要求不同，中低端应用场景是主流，高带宽和高频率产品主要应用于一些信号频率高的产品测量。因此，不同档次产品满足不同需求的应用场景，各档次产品并存发展。通用电子测试测量仪器行业市场情况1）持续稳定增长随着全球信息技术的发展、电子测量仪器应用领域的不断扩大以及5G、半导体、人工智能、新能源、航空航天等行业驱动，全球通用电子测试测量仪器市场将持续稳定增长。根据Technavio的数据显示，2019年全球通用电子测试测量行业的市场规模为61.18亿美元，预计在2024年市场规模达到77.68亿美元，期间年均复合增长率将保持在4.89%。数据来源：Technavio《Global General Purpose Test Equipment Market 2020-2024》华经产业研究院整理资料显示，我国电子测量仪器行业规模以上企业数量保持稳定增长态势，从2014年的150家发展到2019年的204家；电子测量仪器中国市场约占全球市场的三分之一，是全球竞争中最为重要的市场。2）各细分产品均衡、稳定发展从具体产品来看，数字示波器和频谱分析仪是细分产品中最重要的两类产品，在通用电子测试测量仪器中的比重达到20%以上。根据Technavio的统计数据，细分产品2019年的市场规模和市场占用率情况如下：3）全球各区域市场发展状况各异从区域来看，欧美等发达国家和地区具有良好的上下游产业基础，通用电子测试测量仪器产业起步时间早，市场需求以产品升级换代为主，市场规模大，需求稳定；亚太地区由于中国、印度为代表的新兴市场电子产业的迅速发展，已发展成为全球最重要的电子产品制造中心，对通用电子测试测量仪器的需求潜力大，产品普及需求与升级换代需求并存，需求将增长较快。根据Technavio的预测，各区域市场规模及占有率和年均复合增长率如下：各主要产品中不同档次产品的市场规模比较目前市场上尚无关于通用电子测试测量仪器各主要产品中不同档次产品的市场规模的统计数据，结合各主要产品中不同档次产品的主要应用场景以及发展情况等因素，可知各主要产品中不同档次产品的市场规模比较情况呈现的特点一致，具体为：低端产品的主要应用场景相较于中高端产品较多，下游应用领域对其数量的需求较大，但其销售单价较低；中高端产品的市场需求数量相对较少，但其销售价格较高，特别是高端产品，其销售价格高昂。如根据是德科技的官方网站，其低端数字示波器EDUX1002A（带宽为50MHz）的参考起价为531美元，而中端数字示波器DSOS204A（带宽为2GHz）的参考起价为2.9万美元， 高端示波器DSOZ634A Infiniium（带宽为63GHz）参考起价达到56.99万美元。行业内主要企业情况1）是德科技是德科技于2014年11月从安捷伦科技分拆而来，位于美国加州圣罗莎，是全球领先的测量仪器公司，为电子设计、电动汽车、网络监控、5G、 LTE、物联网、智能互联汽车等提供测试解决方案。公司在美国、欧洲和亚太地区设有工厂和研发中心，客户遍布全球100多个国家和地区。公司在纽约证券交易所上市，股票代码KEYS，2021上半财政年（2020年11月至2021年4月）营收24.01亿美元。主要产品：示波器和分析仪类、万用表等仪表类、发生器、信号源与电源类、无线网络仿真器类、模块化仪器类和网络测试仪器类等。2）泰克泰克成立于1964年，2016年并入福迪威集团（美国纽交所上市代码FTV），位于美国俄勒冈州比弗顿，是一家全球领先的测试、测量和监测解决方案提供商。泰克是世界第一台触发式示波器的发明者。当今泰克已成为全球主要的电子测试测量供应商之一，其市场遍布全球各洲，办事处遍布21个国家和地区。泰克的客户遍及全球的通信、计算机、半导体、军事/航空、消费电子、教育、广播和其他领域。主要产品：示波器、信号发生器、电源、逻辑分析仪、频谱分析仪和误码率分析仪以及各种视频测试产品等。3）罗德与施瓦茨罗德与施瓦茨成立于1933年，总部位于德国慕尼黑，是测试与测量、广播电视、网络安全、无线电通信和安全通信领域中质量、精准和创新的代名词，是移动和无线通信领域的市场领先供应商，提供全面的测试与测量仪器和系统，以用于组件和消费类设备的开发、生产与验收测试，以及移动网络的建立和监测。此外，公司还瞄准其他重要的测试与测量市场，包括汽车电子、航空航天、所有的工业电子以及研发和教育领域。在全球超过70个国家、地区设有销售和服务网络。2020财政年（2019年7月至2020年6月），公司的净收入为25.8亿欧元。主要产品：无线通信测试仪和系统、信号与频谱分析仪、信号发生器、示波器、音频分析仪以及广播电视测试与测量产品等。4）力科力科成立于1964年，总部位于美国纽约，是全球唯一一家专业专注于数字示波器的厂商，持续为工程师们创造“最能解决问题”的示波器，当今数字示波器中的一些耳熟能详的“术语”都是力科最先发明或引入到示波器领域的。在亚洲和欧洲设有分支机构。主要产品：示波器、任意波形发生器、高速互联分析仪、逻辑分析仪等。5）美国国家仪器公司美国国家仪器公司成立于1976年，总部位于美国特拉华州，是一家以测量计算仪器为主导的供应商，主要业务范围包括测试和测量及工业自动化，主要业务区域为美洲、欧洲、中东、非洲、印度以及亚太地区。公司为美国上市公司，股票代码为NATI.O，2021年1-6月营业收入为6.82亿美元。主要提供：设备状态监测、动态测试、嵌入式控制、硬件在环测试、多媒体测试、射频与通信测试、声音与振动测试、台架测试与控制等产品及方案，具体包括相关的工程软件以及硬件设备，硬件设备主要包括数据采集与控制设备（多功能I/O等）、电子测试和仪器（示波器等）、无线设计和测试（信号发生器等）以及相关配件。6）固纬电子固纬电子成立于1975年，总部位于中国台湾，是台湾创立最早且最具规模的专业电子测试仪器厂商，在亚洲和美国设有分支机构。公司在台湾证券交易所上市，股票代码2423，2021年1-6月营业收入为2.78亿元。主要产品：数字示波器、信号发生器、 电源、频谱分析仪、电子负载等。7）普源精电普源精电成立于1998 年，总部位于苏州，是全球测试测量行业的创新者，全球电子测试测量行业的优秀品牌之一，是目前测试测量行业唯一拥有自主芯片研发能力的国内公司。在美国、德国、日本和台湾等地设有分支机构，产品销往全球80多个国家和地区，2020年度营业收入为3.54亿元。主要产品：数字示波器、波形发生器、频谱分析仪、射频信号源、数字万用表及电源等。8）创远仪器创远仪器成立于2005年，总部位于中国上海，在北京、南京、广州、深圳、成都、西安、长沙、武汉等地设有分公司或办事处，是一家自主研发射频通信测试仪器和提供整体测试解决方案的专业仪器仪表公司。该公司为新三板精选层公司，股票代码为831961，2021年1-6月的营业收入为1.89亿元。主要产品：信号分析与频谱分析系列、信号模拟与信号发生系列、无线电监测与北斗导航测试系列、矢量网络分析系列、无线网络测试与信道模拟系列。9）鼎阳科技鼎阳科技成立于2007年，多年来一直专注于通用电子测试测量仪器及相关解决方案，是全球极少数能够同时研发、生产、销售数字示波器、信号发生器、频谱分析仪和矢量网络分析仪四大通用电子测试测量仪器主力产品的厂家之一，是国家级重点“小巨人”企业。公司总部位于深圳，在美国克利夫兰和德国奥格斯堡成立了子公司，在成都成立了分公司，在北京、上海、西安、武汉、南京设立了办事处。该公司于2021年12月成功登录上海证券交易所科创板，股票代码688112。2021年1-9月营业收入2.08亿元。主要产品：数字示波器、函数/任意波形发生器、频谱分析仪、矢量网络分析仪、射频/微波信号发生器、直流电源、数字万用表、手持示波表等。

5月21日，2024量子精密测量赋能产业发展大会暨第三届量子科仪节在合肥高新区举行。国仪计测（深圳）量子科技有限公司重磅首发了自主研发的微波量子精密测量仪器——QuEM-I计量型微波量子场强测量仪（Metrology-grade Quantum Microwave E-field Meter），这是一款基于高激发态里德堡原子的全新微波量子精密测量仪器，在测量灵敏度、频率范围、不确定度以及计量溯源性方面具有独特的优势，可广泛应用于微波计量测试、电磁兼容、电磁环境监测、频谱分析及无线通信等领域。发布会现场仪器介绍QuEM-I 计量型微波电场测量仪（Metrology-grade Quantum Microwave E-field Meter）是一款基于高激发态里德堡原子的微波量子精密测量仪器。基于量子相干效应将微波电场直接溯源至基本物理常数普朗克常数（h = 6.62607015×10-34Js）和国际单位制（SI）基本单位频率。这种全新的量子测量仪器在测量灵敏度、频率范围、不确定度及溯源性方面具有独特的优势。技术优势01 碱金属原子固有能级频率标尺实现仪器自校准02 支持基于本地时钟或GNSS远程高精度频率溯源03 低电磁扰动光纤耦合原子探头 / 微波腔增强型原子探头（选件）04 支持国标GB/T 43735-2024多模式里德堡原子制备泵浦激光组合05 内置减隔振机构，光机电一体化高度集成，支持定制硬件调试接口06 友好操控界面，底层软件开放，提供不确定度分析模块应用场景&bull 无线电计量&bull 电磁兼容&bull 电磁环境检测&bull 频谱分析&bull 电磁成像&bull 无线通信&bull 雷达导航关于国仪计测（深圳）量子科技有限公司国仪计测（深圳）量子科技有限公司是中国计量科学研究院系列专利技术通过科技成果转化，与国仪量子技术（合肥）股份有限公司合作设立的科技型公司，成立于2022年，注册地位于国际科创中心城市深圳，公司专注量子计量测试科学仪器研发与推广，当前重点研发基于里德堡原子的量子微波测量科学仪器及其配套设备。