移动探测系统

近日，中国科学院上海微系统所李浩、尤立星团队等研制出基于小型液氦杜瓦（工作温度4.2K）、在1550nm波段系统探测效率超过70%的移动式超导单光子探测系统，为未来开展基于移动平台（机载、车载等）的高性能单光子探应用铺平了道路。相关研究成果以《在1550nm波段探测效率超过70%的移动式超导条带光子探测系统》（Mobile superconducting strip photon detection system with efficiency over 70% at a 1550 nm wavelength）为题，发表在《光学快报》（Optics Express）上。超导条带光子探测器（SSPD，Superconducting strip photon detector）作为高性能的单光子探测器，广泛应用于量子信息和弱光探测等领域，推动了相关领域的科技进步。然而，SSPD的综合探测性能依赖于器件的工作温度（温度越低，系统探测效率越高）。迄今为止，高效率的SSPD系统通常需要使用GM制冷机（T≤2.5 K）、吸附式制冷机（T≤0.85 K）甚至更低温度的制冷机。这些系统的质量、体积、功耗等成为限制SSPD在机载等移动平台应用的关键原因。若能在4.2K工作温度实现高效率SSPD，便可利用小型液氦杜瓦构建小型、低功耗、短时工作的超导单光子探测系统，为无人机、航空等移动平台应用提供可行的解决方案。SSPD的光响应性能与超导薄膜材料的无序度密切相关。利用高无序超导薄膜材料调控技术实现面电阻更高的超导薄膜材料，增强SSPD的探测灵敏度是提升SSPD工作温度的方法之一。本研究利用面电阻超过600Ω的NbTiN超导薄膜材料实现了4.2K工作温度近饱和探测效率的SSPD。同时，该工作研发制造了SSPD专用的小型液氦杜瓦，结合基于电池的低功耗电路模块，实现了探测效率超过70%的移动式单光子探测系统。研究工作得到国家自然科学基金和上海市“扬帆计划”等的支持。（左）液氦杜瓦的系统图；（右）移动式SSPD系统探测效率和暗计数性能曲线

当矿难发生时，被困井下的矿工可在断电情况下，利用安装在矿井内的光纤音频传感器直接向地面呼救 或者也可敲击身边的光缆，使地面救援人员及时了解自已所处的位置。日前，世界首创的煤矿光纤呼救探测系统以及矿用应急救援车、隔绝式压缩氧自救器、矿用光纤应急通讯系统等9种新型矿用安全救援产品，在辽宁营口国家高新区正式亮相。　　这些矿用安全救援新产品是由我国首家提出&ldquo 大救援体系&rdquo 解决方案的辽宁卓异科技集团自主研发的。卓异集团是我国矿山安全应急救援领域的领军企业，此前已成功研制出矿用移动式安全救生舱，并保持了矿用救援技术的持续领先。此次推出的矿用应急救援车、防爆指挥车、隔绝式压缩氧自救器、多参数环境监测仪、煤矿光纤呼救探测系统、尾矿库在线监测系统、红外甲烷监测仪、甲烷痕量气体浓度监测仪、矿用红外热像仪，将与矿用救生舱、避难硐室等矿用救难设备共同构建&ldquo 大救援体系&rdquo 。　　卓异集团董事长付超介绍，矿用应急救援车作为井下避难硐室地面钻孔的主题救援设备，除完成救援任务外，还可作为救援分站与井下避难硐室、救援指挥中心组成完善的救援保障体系。当矿难发生时，应急救援车不仅可以为无法安全撤至地面而进入避难硐室的遇险人员提供基本生存条件，还能为地面救援人员提供指挥通讯、医疗救助等设施，可大大提高井下被困人员的生存率和矿难事故的救援率。而利用光纤传感技术的煤矿光纤呼救探测系统，则实现了井下发生矿难时，在完全无电的情况下，遇险人员的紧急呼叫、传感探测，使地面指挥部能够了解井下状态，及时制定出有效的救援措施。

近日，国际学术期刊《Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers》在线发表了题为“Development and deployment of lander-based multi-channel Raman spectroscopy for in-situ long-term experiments in extreme deep-sea environment”的文章，报道了中国科学院海洋研究所成功研制国际首套多通道深海拉曼光谱探测系统，实现了冷泉喷口流体、天然气水合物动力学过程、冷泉生物群落的长期原位观测与现场实验，在我国南海冷泉区域构建首套深海原位光谱实验室。 　　研究团队前期研发的探针式深海激光拉曼光谱探测系统已常态化应用到深海沉积物孔隙水、冷泉和热液喷口流体、化能合成生物群落内部流体、天然气水合物以及冷泉和热液喷口系统附近岩石矿物的原位探测与定量分析。但是，随着对深海热液和冷泉系统研究的深入，科学家逐渐认识到深海热液或冷泉系统是有机统一的整体，冷泉和热液活动在时间和空间上都具有强烈的不均匀性。已有的深海原位拉曼光谱仪的探测是短期瞬时且相对独立的，难以捕捉冷泉和热液系统等高动态和非均匀环境中不同目标之间的动态规律和潜在联系。 　　为此，研究团队研制了国际上首套深海多通道拉曼光谱探测系统（Multi-channel Raman insertion probes system, Multi-RiPs），研发光路切换技术，实现了主要光学器件（如激光器、光谱仪、光电传感器等）的分时复用（如图1所示），结合系列化拉曼光谱探针，实现了深海热液、冷泉系统中流体、固体、气体等不同相态目标物的长期原位监测。 图1 多通道拉曼光谱探测系统关键光学器件布局图和光路切换原理示意图 　　为了明确甲烷在深海冷泉喷口附近的转换通道以及冷泉区域的甲烷释放通量，研究团队使用深海多通道拉曼光谱探测系统搭载深海坐底长期观测系统（Long-term ocean observation platform, LOOP）于2020年、2021年、2022年前后3次布放于我国南海北部的台西南冷泉区域（如图2所示），实现了冷泉喷口流体中主要成分、天然气水合物与深海环境的耦合变化过程、冷泉生物群落内部甲烷氧化过程的长期原位探测与现场实验，成功建设国际首套深海原位光谱实验室，并常态化运行。 图2 Mulit-RiPs搭载LOOP连续三年（a：2020年；b：2021年；c：2022年）布放于我国台西南冷泉区域对深海原位实验进行探测与分析 　　论文第一作者为海洋所副研究员杜增丰，通讯作者为海洋所研究员张鑫。研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、中国科学院战略性先导专项等项目联合资助。

项目编号：1639-224122240368/03项目名称：华东师范大学微型显微镜级探测系统预算金额：150.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：150.0000000 万元（人民币）采购需求：序号/ No货物名称/Name of the goods数量/Quantity简要技术规格/Main Technical Data* 交货期/ Delivery schedule1微型显微镜级探测系统1套光纤波长范围：400-1000nm合同签订后180天内。/ CIP Shanghai (ECNU)within 180 days after signing the contract.合同履行期限：合同签订后180天内本项目( 不接受 )联合体投标。

喜讯2019年8月，国内套奥地利GETec公司扫描电镜专用原位AFM探测系统（AFSEM）在中国科学院上海硅酸盐研究所曾毅教授课题组顺利交付使用。奥地利GETec公司扫描电镜专用原位AFM探测系统现场安装培训 纳米新探索 奥地利GETec公司发布的AFSEM是一款紧凑型，适用于真空环境的AFM产品，能够轻松地与SEM结合为一体，大地扩展SEM样品成像和分析能力，实现了AFM和SEM的功能性互补。AFSEM技术与SEM技术的结合，是人们对纳米新探索的重要工具之一。 GETec AFSEM 系统安装示意图及实物图中国科学研究院硅酸盐研究所曾老师课题组主要从事材料显微结构表征技术研究，在扫描电镜使用操作方面具有丰富的经验。本次交付的AFSEM系统结合了课题组已有的美国FEI电镜Versa™ 3D 双束扫描电镜，该强有力地结合，可将SEM已有的样品表面分析成像功能扩展到AFM探测领域，同时也将帮助曾老师课题组在材料显微结构方面的研究，我们也祝愿曾老师在未来的科研工作中取得累累成果。同时，GETec公司也非常关注此次安装，同期9月，奥地利政府经济商会访问团在上海大学参与政府组织的学术研讨活动，会后邀请其国内外专家人士参观曾老师课题组，并顺利举办有关GETec技术应用研讨会，将奥地利公司及研究机构与上海大学及研究机构紧密联系在一起。研讨会上，奥地利GETec公司介绍了AFSEM的新发展并讨论其应用。 奥地利GETec公司国内举办研讨会及现场仪器操作演示

中科院海洋研究所张鑫博士作为第一完成人与美国MBARI (Monterey Bay Aquarium Research Institute) 研究所合作，成功研制出基于深海ROV (Remotely Operated Vehicle) 缆控机器人的深海甲烷原位探测系统。相关研究成果已于近期发表在Geophysical Research Letters 杂志，并在第一时间被《自然》和《科学》杂志同时进行了报道和评述。　　利用该项技术，科研人员在世界上首次获得了深海沉积物中甲烷的原位真实浓度，是传统采样测试结果的10-20倍，从而证明甲烷不仅存在于天然气水合物中，而且更广泛地大量赋存于深海沉积物中。在ROV的视频监控下，系统将钛合金探针插入深海沉积物中，抽取沉积物孔隙水，并使用深海激光拉曼光谱仪原位获得孔隙水中的甲烷浓度。同时，该技术还可以原位获取深海沉积物中溶解的硫化氢气体、pH值和硫酸根等多种海洋化学参数。　　著名天然气水合物专家Ross Chapman教授认为，该项技术是“昂贵却实用的”。相关研究成果已在2009年AGU秋季会议和2010 Ocean Sciences会议上作了会议报告，还将于今年6月在西班牙召开的OCEANS 2011会议和今年7月在英国召开的第七届国际天然气水合物大会上作邀请报告，已经成为近期国际海洋界的研究热点之一。　　深海沉积物中蕴藏着丰富的甲烷气体，其与水分子结合可以形成天然气水合物，在全球甲烷循环和气候变化中具有重要作用，并且是一种潜在的清洁能源，但一直缺乏有效的探测手段。　　作为一种先进的海洋化学探测技术，该研究成果对于海洋地质和海洋化学研究中关注的沉积物海洋地球化学、天然气水合物原位探测和深海热液、冷泉生态系统研究具有很好的应用前景。　　从海底取样(图片来源：MBARI)　　张鑫在科研船上进行研究(图片来源：Nancy Barr/MBARI)使用深海激光拉曼光谱仪原位获得孔隙水中的甲烷浓度(图片来源：张鑫/中科院海洋研究所)

近日，全国汽车标准化技术委员会正式发布了国家标准《汽车用被动红外探测系统》（GB/T 43249-2023），该标准自2018年开始历经5年时间，在各方组织的联合推动下，终于成功面世发布。众多红外热成像企业包括海康微影、睿创微纳、高德红外、飒特红外、轩辕智驾等，依托公司强大的科技实力与多年红外技术的沉淀，全程参与并大力支持该国标实施发行，推动红外热成像技术在汽车行业的应用和发展。什么是被动红外技术被动红外技术简单理解就是红外热成像技术，该技术最先在军事上应用，但随着市场需求的扩大和更多资本的投入，热成像技术逐渐扩展到预防检测、消防、制程控制、安防、汽车、环境监测等民用领域。被动式红外技术是利用大于绝对温度的物体自身会向外发射一定波长的红外光束的原理，并利用红外图像传感器来感知目标物，也就是热成像技术。其探测范围广、距离远、穿透性强、防强光照射。在汽车领域里，基于红外热成像技术的夜视系统可以大幅提升汽车夜间视觉感知能力。这一功能前些年由国外垄断与技术封锁，原本只在高端进口车型才有配置。近年来随着软硬件实现国产化，红外热成像夜视系统这只“旧时王谢堂前燕”已然“飞入”更多的寻常车型，并成为前装后装市场新的增长点。左图为可见光，右图为远红外《汽车用被动红外探测系统》标准实施的意义《汽车用被动红外探测系统》国家标准的实施，标志着车载红外热成像技术行业内的权威认可。车载红外热成像产品可广泛应用于乘用车、商用车、特种车、高铁和轨道交通的前装、后装及智能驾驶解决方案等，能解决雾霾雨雪等恶劣天气环境、夜间光照不良、眩光视线不佳等影响安全驾驶的重点问题，结合可见光摄像头、激光雷达、毫米波雷达等传感器实现多维感知，提升智能驾驶系统的安全性和可靠性。红外热成像的加速“上车”，将开启智能驾驶的新蓝海。

您是否对基于Timepix芯片的混合像素X射线探测器感兴趣？您是否想要咨询关于电子显微镜的探测器升级解决方案？来自捷克的Advacam公司将欧洲CERN 开发的 Medipix/Timepix 技术商业化，为全球客户提供从硅传感器制造、微封装加工到混合像素光子计数探测器的X射线全产业链解决方案。同时在应用方面不断扩展，先后成立了衍生子公司 Radalytica 和 InsightART，分别从事复合材料诊断和艺术品分析。现在，衍生家族将再添一员- AdvaScope！电子显微镜的诞生，使人类的微观视野达到了原子精度的水平。经过五十多年的发展已成为现代科学技术中不可缺少的重要工具，被广泛应用到生物学、医学、材料科学、地质勘探、灾害鉴定以及工业生产等多种领域。AdvaScope正是瞄准这一应用，专为从事EM (Electron Microscopes)应用研究的客户提供定制化粒子探测系统，以及从客户痛点出发，提供专业的电子显微镜升级开发咨询服务。AdvaScope的成立，也标志着Advacam正式进军国际电子显微镜市场。我们能提供什么OUR TECHNOLOGY /AdvaScope可定制适用于EM应用的单粒子灵敏探测器，与常规探测器相比，拥有更优的分辨率、更快的速度和数量级的灵敏度改进。(4D )STEM in SEM/TEMµED (micro electron diffraction)EBSDEELSMicro/nano CTPtychographyX-ray irradiation systemsAND加速粒子探测系统的定制开发基于Timepix 探测系统的电子显微镜开发咨询diffraction pattern measured for Si sample aligned to [100] zone axisEBSD difraction pattern acquired in Thermo Fisher Scientific EM with a Timepix detector团队介绍OUR TEAM /AdvaScope创始团队汇集了来自电子显微镜和混合像素探测器两个领域的专家。其母公司Advacam与CERN Medipix Family有着密切合作，在混合像素光子计数X射线探测器开发领域始终保持着国际领先地位。同时公司与电子显微镜制造商，如FEI，TESCAN等国际巨头达成了战略合作关系。Pavel Stejskal- Scientific DirectorPavel 拥有核物理、高速数字和射频电子、信号处理和数据采集方面的专业背景，获伦敦帝国理工学院高能物理学博士学位。曾任职于CERN及FEI（现为赛默飞世尔科技），担任研究科学家一职。拥有直接电子探测、算法开发和信号处理等方向的多项专利。Michael Pohl- Managing DirectorMichael 毕业于捷克理工大学。在生产、工程、质控、项目管理方面拥有三十年的经验。Jan Jakůbek来自母公司Advacam的Jan负责监督研发工作及开发新的成像方法。Jan从事辐射成像和探测器研发多年，在实验和粒子物理、算法、电子和软件方面拥有丰富的经验。Jan 在布拉格捷克理工大学获得核物理博士学位，曾任捷克理工大学实验与应用物理研究所的创始成员和前系主任。Jan Sohar同样来自母公司Advacam的Jan 是一名业务开发专家，负责内部和外部流程改进。Jan 的背景是供应链管理、融资和公司运营。他在与技术初创企业合作方面拥有丰富的经验。SW专家团队AdvaScope软件团队在使用 Timepix 探测器开发定制解决方案方面拥有丰富的经验。他们为基于帧或数据驱动的采集策略开发了无损和加速的数据处理程序。他们对系统控制、监控、调节和校准的各个方面都有深刻的理解。合作伙伴Partners /北京众星联恒科技有限公司作为捷克Advacam公司中国区的总代理，也在积极探索和推广基于Timepix / Medipix芯片的混合像素X射线探测技术在中国市场的应用，目前已有众多客户将MiniPIX、AdvaPIX和WidePIX系列探测器成功应用于电子探测、空间辐射探测、X射线小角散射、X射线光谱学、X射线应力分析和X射线能谱成像等领域。我们也非常期待从事EM研究的客户联系我们，我们可以一起尝试做更多的事情。相关阅读Timepix3 |易于集成的多功能直接探测电子探测器Timepix3芯片原理及多种应用介绍(应用篇)Timepix3芯片原理及应用介绍(原理篇)

一、项目基本情况1.项目编号：ZTXY-2023-H21768项目名称：北京理工大学纳米光谱与成像探测系统采购预算金额：700.000000 万元（人民币）最高限价（如有）：700.000000 万元（人民币）采购需求：名称数量单位简要技术要求是否接受进口产品北京理工大学纳米光谱与成像探测系统1套采用散射式近场光学（s-SNOM）设计，近场光学空间分辨率与入射光波长无关，在可见光和红外光波段范围内均能够实现光学超分辨成像，光学空间分辨率≤10nm；是 合同履行期限：合同签订后12个月内交货并安装完毕。本项目( 不接受 )联合体投标。2.项目编号：ZTXY-2023-H21769项目名称：北京理工大学超高速波长调制光学测量系统采购预算金额：765.000000 万元（人民币）最高限价（如有）：765.000000 万元（人民币）采购需求：名称数量单位简要技术要求是否接受进口产品北京理工大学超高速波长调制光学测量系统1套包括4个模块即激光器主机模块、调频模块、锁频模块以及测量分析模块，需保证模块间的互相协作及集成整合，可针对爆轰反应流场的多物理参数是 合同履行期限：合同签订后6个月内交货并安装完毕。本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间：2023年12月04日 至 2023年12月11日，每天上午8:30至12:00，下午12:00至16:30。（北京时间，法定节假日除外）地点：北京市朝阳区南磨房路37号华腾北搪商务大厦11层1103室（或邮件方式）。方式：现场报名或邮件方式。邮件方式：在本项目招标文件发售截止时间前，将支付标书款凭证发至邮箱baoming_ztxy100@163.com。邮件主题“【北京理工大学超高速波长调制光学测量系统采购】-XXX公司”。邮件内容“【项目信息（项目名称、项目编号），投标人信息（公司全称、统一信用代码），联系人信息（姓名、手机号、电子邮箱）】”以标书款到账时间为准，逾期汇款报名无效（未及时发送报名信息导致的后果，投标人自行承担）。售价：￥500.0 元，本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：北京理工大学　　　　　地址：北京市海淀区中关村南大街5号　　　　　　　　联系方式：陈老师，010-68912384　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：中天信远国际招投标咨询(北京)有限公司　　　　　　　　　　　　地　址：北京市朝阳区南磨房路37号华腾北搪商务大厦11层1103室　　　　　　　　　　　　联系方式：王文姣、王师安、于海龙、成志凯、张静、鲁智慧，010-51908151 　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：王师安电　话：　　010-51908151

【期刊】Journal of Power Sources IF=9.13DOI：https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.230459 【成果简介】 锂离子电池现已广泛应用于数码产品，医疗器械，和汽车等众多领域。可是，在使用锂离子电池的过程中，锂电池的性能会随着内部结构的老化而降低。这一问题会导致使用锂离子电池的成本增高。为了更加深入地了解锂离子电池在使用过程中老化的细节。奥地利林茨大学Gramse教授课题组近日利用扫描电镜专用原位AFM探测系统AFSEM对锂离子电池老化过程中电表面的形貌和导电特性的变化进行了纳米尺度的原位研究，其成果发表在Journal of Power Sources上。 AFSEM™ —使AFM和SEM合二为一：▪ 实现AFM和SEM的功能性互补▪ 让SEM实现样品的真实三维形貌成像▪ 在扫描电镜中进行AFM原位分析▪ 无需激光和探测器，适用于任何样品表面▪ 适配SEM不妨碍正常的操作 【图文导读】图1 用不同尺度和方法来研究锂离子电池的电化学表现。A）用电化学阻抗谱（EIS），电池循环和容量测试的方法研究锂离子电池的老化问题。 B)用电化学相关有限元的方法来研究电池的EIS表现。C）用AFM，AFSEM和SEM等表征手段研究电池循环后的纳米尺度上的彼变化。图2 电化学循环次数，充电状态和循环温度对锂离子电池阻抗谱的影响。A）电池不同循环次数后阻抗谱的变化。B）充电600次后，24℃条件下的电池阻抗谱。C）不同温度下，循环100次后电池阻抗谱的研究。 图3 锂离子电池的有限元模型。A）锂离子电池的一维有限元模型。B)不同薄膜阻抗下模拟的电化学阻抗值。C)电化学阻抗模拟值随着双层电容的变化。D)不同电材料颗粒大小对电化学阻抗模拟值的影响。图4 电池经过循环后，SEM和AFSEM对电池内部结构的原位微纳表征。A）经过不同次数的循环后，石墨阳表面的电子扫描成像。B）AFSEM对不同循环次数的阳表面形貌进行原位表征。C) AFSEM对不同循环次数的阴表面形貌进行原位表征。图5 利用AFSEM多功能探针对不同老化阶段的阳材料进行表征。A）为AFSEM原子力显微镜扫描获得的形貌图。B）扫描微波显微镜对样品表征结果。C）AFSEM提供的样品纳米尺度的直流电导率测量。 【文章总结】 奥地利林茨大学Gramse教授课题组利用AFSEM对老化锂离子电池电表面进行了纳米尺度的原位分析。这是因为AFSEM可以在电子显微镜所需的真空环境下运行。在获得电子显微成像的基础上，还可以获得样品表面形貌的信息。除此之外，AFSEM的多功能探针，也可以对样品指定区域的磁性，电学，力学，热学性能进行微纳尺度的表征。

近日，南开大学物理科学学院超快电子显微镜实验室付学文教授团队成功研制并报道了国际首套超快扫描电子显微镜（SUEM）与超快阴极荧光（TRCL）多模态载流子动力学探测系统。该系统在飞秒超快电子模式下实现了空间分辨率优于10 nm，SUEM成像和TRCL探测的时间分辨率分别优于500 fs和4.5 ps，各项技术性能和参数指标达到国际领先水平。该团队利用该多模态载流子动力学探测系统在飞秒与纳米时空分辨尺度直接追踪了n型掺杂砷化镓（n-GaAs）半导体中的光生载流子的复杂动力学过程，结合SUEM成像和TRCL测量成功区分了其表面载流子和体相载流子的动力学行为，全面直观地给出了其光生载流子动力学的物理图像。该仪器系统的成功研制填补了我国在该技术领域的空白，为研究和解耦半导体中复杂的光生载流子动力学过程提供了一个强有力的高时空分辨测量平台，将为新型半导体材料与高性能光电功能器件的开发提供重要支撑。该研究近日以“A femtosecond electron-based versatile microscopy for visualizing carrier dynamics in semiconductors across spatiotemporal and energetic domains”（一种基于飞秒电子的可用于跨时空和能量维度可视化半导体载流子动力学的多功能显微镜）为题，发表于重要国际学术期刊《Advanced Science》。半导体光电材料与器件的功能和性能主要取决于其材料表/界面的载流子动力学过程，例如光伏与光电探测器件需要增强其界面光生载流子的分离与传输，抑制载流子的复合，而发光器件则要增强其界面载流子的辐射复合，抑制非辐射复合。这些载流子的动力学过程多发生在表/界面处，且动力学过程快至皮秒乃至飞秒量级，因此以超高的时间、空间以及能量分辨率测量半导体材料表/界面载流子不同类型的动力学过程对于现代半导体器件的研发及应用起着至关重要的作用，尤其是对于一些低维、高速、超灵敏的半导体光电器件。当前，研究半导体光生载流子动力学的时间分辨探测技术主要有瞬态吸收显微镜（TAM）及光谱、时间分辨近场扫描光学显微镜（NOSM）、时间分辨阴极荧光（TRPL）、时间分辨光发射电子显微镜（TR-PEEM）等。然而，光学衍射极限限制了这些技术的空间分辨率，并且激光较大的作用深度使得测得的动力学信号主要来自材料内部的平均载流子动力学信息，很大程度上掩盖了来自表面或界面载流子的贡献，且单一的探测手段难以同时给出载流子不同类型的动力学信息。因此，为了全面表征半导体材料的载流子动力学，特别是表/界面载流子的动力学，亟需发展一种在时空间和能量维度上同时具有超高分辨率并且兼具高表面敏感特性的超快探测手段。图1. 仪器系统的示意图和时空分辨性能表征。（a）超快扫描电镜与超快阴极荧光多模态载流子动力学探测系统的示意图。其中包含飞秒光学系统、扫描电镜系统、阴极荧光收集系统、条纹相机以及液氦低温台。图中左上角分别为金刚石微晶的扫描电镜图、阴极荧光强度分布图像、阴极荧光光谱以及n型GaAs在77 K下的条纹相机图像 （b）传统模式下锡球标样的SEM图 （c）和（d）不同放大倍数下锡球标样的飞秒脉冲电子图像，表明飞秒脉冲电子模式下良好的成像质量，其空间分辨率优于10 nm。（e）初始红外飞秒激光脉冲的脉宽；（f）超快扫描电子成像的时间分辨率测试，其仪器相应函数（IRF）大约为500 fs；（g）超快阴极荧光探测的时间分辨率测试，其IRF约为4.5 ps。随着超快电子显微镜技术的蓬勃发展，超快扫描电子显微镜（SUEM）和超快阴极荧光（TRCL）技术也迅速兴起，两者都同时兼具超短脉冲激光的超快时间分辨率和电子显微镜的超高空间分辨率。其中SUEM技术是基于泵浦-探测原理，用一束可见波段飞秒激光激发样品表面产生光生载流子，另一束同步的紫外飞秒激光激发扫描电子显微镜的光阴极产生飞秒脉冲电子进行扫描成像。由于扫描电子显微镜主要收集来自距离样品表面几个纳米范围内的二次电子信号，使得超快扫描电子显微镜技术具有表面敏感特性，能够直接对半导体材料表面或界面光生载流子（电子和空穴）的时空演化动力学进行成像。然而，该技术无法直接区分辐射复合与非辐射复合动力学过程。TRCL技术是用聚焦的飞秒脉冲电子束激发样品产生瞬态荧光，用条纹相机或时间相关单光子计数器对瞬态荧光进行测量，具有能量敏感特性，且信号绝大部分来源于材料体内，可直接反映载流子的辐射复合行为。因此，SUEM和TRCL在功能上形成良好的互补，将两者有机结合有望实现在超高的时空和能量分辨下全面解析半导体材料表/界面和体相载流子的动力学信息。鉴于此，付学文教授团队将飞秒激光、场发射扫描电子显微镜和瞬态荧光探测模块相结合，研制出了国际首套超快扫描电子显微镜与超快阴极荧光多模态载流子动力学探测系统（如图1示意图和图2实物图所示），实现了对半导体材料表/界面和体相载流子动力学过程的高时空分辨探测和解析。图2. 超快扫描电子显微镜与超快阴极荧光多模态载流子动力学探测系统实物照片。图3. 利用该系统对n型GaAs单晶表面的SUEM成像和TRCL测量结果。（a）n型砷化镓表面测量得到的随时间演化的SUEM图像；（b）从图（a）中光激发区域提取的二次电子强度演化及相应的载流子演化时间常数；（c）表面载流子的空间分布随时间的演化；（d）从297 K到77 K的变温时间积分CL光谱；（e）和（g）在图（a）的SUEM测试区域中分别探测得到的297 K和77 K下的条纹相机图像；（f）和（h）分别从（e）和（g）中提取的带边发射的衰减曲线及相应的荧光寿命。为展示SUEM成像与TRCL探测在超高时空和能量分辨率下直接可视化并解耦半导体中复杂激发态载流子动力学过程上的独特优势，该团队利用该自主研发的多模态实验装置研究了n型GaAs中的载流子动力学。如图3所示，SUEM图像表明由于表面能带弯曲效应，飞秒激光作用后表面光生载流子发生快速分离使空穴向表面富集。通过分析随时间变化的SUEM图像，提取出了光生载流子不同阶段的衰减时间常数；同时通过计算表面空穴分布的均方根位移，揭示了对应不同阶段表面空穴随时间的超扩散、局域化和亚扩散过程。通过进一步分析室温和液氦温度下测量的条纹相机图像中相应的非平衡载流子复合动力学过程和寿命，不但区分出了体相和表面载流子动力学过程的差异，还揭示了上述表面载流子的空间演变过程分别对应于能量空间热载流子冷却、缺陷捕获和带间/缺陷辅助辐射复合过程。该工作阐明了表面态和缺陷态对半导体表/界面载流子动力学的重要影响，展示了超快扫描电子显微镜和超快阴极荧光多模态动力学探测系统在超高时空尺度解耦半导体表/界面和体相载流子动力学中的独特优势。南开大学为该项工作的第一完成单位及通讯单位。南开大学物理科学学院博士生张亚卿和博士后陈祥为该论文共同第一作者，南开大学付学文教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委、国家科技部、天津市科技局、中央高校基础研究经费等的大力支持。文章链接：https://doi.org/10.1002/advs.202400633

文物出土现场记录、信息提取以及脆弱文物的保护长期以来一直是影响考古发掘工作质量的重要技术内容，也直接关系到考古工作研究和文物后续保护工作的科学性和质量。在我国，由于文物出土现场保护装备缺乏、技术介入程度不足，造成考古发掘和现场保护的脱节，考古现场记录方式不规范、导致珍贵考古信息丢失和有价值的文物信息提取不全。尤为严重的是，由于一些珍贵脆弱的文物在现场得不到及时的保护，常常导致现场文物一经发掘出土即遭毁损的现象发生，或者是现场虽然可进行一定的处理，然而由于方法简单、程序不全，反而对发掘出土文物的后续保护造成更大的困难。凡此种种，不仅没能实现对文物的有效保护，也极大地浪费了本已有限的文物保护人力和财力资源。　　考古发掘具有发现文物和保护文物同时并行的特点，加大科学技术和装备的运用，是保证考古发掘工作水平和文物保护的重要前提。文物出土现场调查发掘、信息提取记录和现场保护对技术、工具、装备和方法的依赖程度较高，这些技术、工具和装备水平的高低直接影响对文物的保护成效和保护质量。建立文物出土现场移动实验室，将有综合效能的快速的专业化技术装备和专业人员派向现场，不仅可以为制定考古发掘预案、考古现场信息的全方位记录提供技术设备保障，更重要的是，使出土文物在现场第一时间便能得到及时有效的保护。移动实验室的研制开发可有效地促进考古与文物科技保护在理论观念和具体实践上的结合，充分利用现代多种技术建立考古发掘现场信息留存和文物保护的创新工作模式，也可提高我国文物保护与考古事业的整体水平，提高对文物出土现场突发事件的技术处理能力，为出土文物的安全提供必要的技术保障，同时使我国在文物出土现场保护的技术装备和技术能力上，达到国际一流的先进水平。　　本课题旨在针对文物出土现场保护信息采集、现场脆弱文物保护、现场文物分析与环境监测等急需解决的问题，通过对调查技术和信息提取、分析检测、保护等专用设备的适用性研究，研发考古智能化预探测设备，开展出土文物的应急处理技术研究，完成具备现场勘察、测绘、记录、环境快速分析、现场信息实时传输以及对出土脆弱文物的现场保护等功能的技术集成，制定文物出土现场保护规范与技术标准，完成移动实验室的设计，形成完整的文物出土现场技术保护体系。为制定考古发掘预案、应急突发事件、环境恶劣地区的文物保护提供一个便捷快速的集成系统，全面提升大遗址现场保护的整体水平。　　课题主要研究内容　　1.3S系统集成 文物出土现场移动实验室采用GPS全球卫星移动定位技术导航，对移动实验室进行全天候、不间断、高精度定位，对手持设课题主要　　研究内容备进行定位跟踪和半双工语音通讯。采用GIS地理信息系统作为对被跟踪对象位置轨迹的显示和监测手段。采用航空摄影(模型飞机搭载小型摄影设备)和常规测量方式(如全站仪)等测量设备对考古工作区域空间信息进行采集。建立空间数据库，实现对采集数据的处理、存储、管理。通过考古现场地理信息系统将GPS、RS和GIS技术集成，实现考古工作的信息化。建立考古现场三维模拟环境，实现考古现场的三维模拟，在计算机上实现全方位的考古现场情况察看，再现考古现场环境。　　2.智能化预探测系统 设计独立的无需外部能源的智能机器人携带视频、温湿度、气体等多类型传感器，对考古遗址内部空间和环境进行预探测，有效地实现对考古遗址发掘的科学性和安全性保障。　　3.现场文物保护专用工具包 调查现场状况，分析现场需求，研究现场文物提取、保护所需的技术，筛选现场保护必需的工具和材料。　　4.分析设备集成 依据文物发掘现场的需求，研究现场所需分析检测的功能和仪器指标，筛选现场分析仪器的类型，采用系统研究仪器与现场实际需求、仪器与仪器和仪器与搭载平台的技术联系和逻辑关系，研究解决多需求、多仪器与移动实验室的空间布局和功能发挥。　　5.环境设备集成 文物分析设备和文物现场环境的监测分析设备，构成对现场文物提取和保护的两大技术基础支撑。研究现场对考古发掘和文物提取保护有重要影响的环境因素，筛选适于现场应用的快速、准确的环境监测、分析设备。　　6.集成系统的软件设计及控制 实现3S系统、智能探测系统、文物分析系统、环境监测系统和数据传输等系统的集中控制和软件的开发设计，实现数据的共享和远距离传输，强化系统的集成功能。　　7.标准和手册 研究文物出土现场保护的相关基础标准、技术标准、管理标准和应用标准等标准体系，编制移动实验室各子系统的应用管理手册和使用说明书，以利有效发挥文物出土移动实验室的强大功能。　　8.移动实验室系统工程 文物出土现场保护移动实验室的研发是一个系统工程，研究文物出土现场所需技术和技术包的准确定位和试制、适宜现场分析的仪器的选型和配套、仪器装备性能发挥与长距离作业的关系、仪器的技术指标和改进、交通、通讯、分析、保护和数据传输等设备的集成和整合等。　　五大研究成果　　一、文物出土现场空间信息采集研究　　该专题研究选择山东寿光盐业遗址、辽宁小珠山遗址、洛阳盆地聚落考古资料等对象，完成了考古现场空间信息采集系统的全部研究内容，包括GPS、电子全站仪、数字摄影测量、遥感考古研究等方面。其中，GIS技术是本专题研究的核心，是实现空间信息技术集成的关键组成部分，重点介绍了GIS中各种数据的特点、地形图的矢量化、遥感影像的配准、考古发掘现场GIS的建设、聚落考古中GIS数据库的建设与空间分析等等内容。由于现有的GIS软件并不适合田野考古发掘现场GIS建设的需要，所以本专题又专门开发了一套田野考古GIS数据采集的软件，并且以辽宁小珠山遗址为例进行说明。　　二、文物出土现场智能预探测系统研究　　已经完成的文物出土现场智能预探测系统由远程监控端、机器人、视频探测、环境传感器和传输线缆组成。机器人以ATmega128微控制器为核心，包括多传感器数据采集电路、串口扩展电路、步进电机控制电路、LED亮度控制电路电源等硬件功能模块，并辅以传感器数据采集、控制信号采集等软件。实现了考古发掘现场智能预探测系统的机器人设计研究。依据对考古发掘现场的实地调查，充分采纳考古发掘和文物保护专业人员的建议，提出并实现了分体模块化小尺寸机器人结构设计，使其可简便拆装成直筒式或组装成整体式两种结构模式，以便利用小直径探洞或大直径盗洞进入下空墓葬。通过远程监控端人机交互界面对系统各单元的遥控操作，实现对古代墓葬内部结构状况和温度、湿度、氧气、二氧化碳、硫化氢、甲烷等环境指标(依据现场情况可通过更换传感器扩展探测气体的种类)预探测。　　为评价该系统在现场的应用性能，先后对安阳、郑州、洛阳和西安等地的考古发掘现场工地调研基础上，选定陕西省西安地区三个古代墓葬遗址，在陕西省考古研究院配合下进行了现场应用试验。现场应用试验研究结果显示，该系统环境数据采集迅速、准确，视频采集图像清晰、可靠，整体系统运行稳定，可操作性强，满足考古发掘现场对下空墓葬预探测的实际需要。　　三、文物出土现场应急处置与保护研究　　该子课题主要针对目前考古现场出土遗迹遗物保护处理方面急需解决的诸问题，整理制订应急处置的操作办法。已完成田野考古发掘中普通遗迹遗物的应急清理、处置方法 田野考古发掘中濒危遗迹遗物的现场加固、封护方法 田野考古发掘中重要遗迹遗物的起取、迁移方法。起草《考古发掘现场出土文物应急保护处理手册》。就田野考古中常见的遗迹遗物之处置方式——包括检测项目、加固封护(包括常用设备、工具、材料和方法等)、起取保存(包括常用设备、工具、材料和方法等)和记录方式等一系列工作过程，制定简便易行的规范化的操作指南。同时，完成考古现场遗迹遗物保护处理所需设备工具集成。　　四、 环境设备集成与分析设备集成研究　　1.环境设备集成—考古现场移动环境监测系统 为实时快速地获得考古现场特别是在遗物出土时的环境状况，为遗物保护提供必要的环境数据参考，课题组研制了能够在考古现场使用的移动环境监测系统。该系统包括10个数据传感器和2个无线汇集器、1个数据路由器和1台数据服务器。该系统充分考虑了移动考古的需要，将系统结构简化，簇成员数据传感器可直接连接到数据汇集器，更适合于小范围的快速部署。　　2.分析设备集成研究 本课题既要满足考古现场开展文物保护工作的实际需要，又要兼顾测定仪器的便携性、可移动性及其稳定性，在有限的空间内形成考古现场出土文物埋藏土壤和分析检测的系统，达到查明文物出土现状的材质和病害基本信息的目标。为此，课题组对考古现场的检测需求进行了进一步的细化和分类。　　考古现场出土的文物种类和材质繁多，有壁画、陶瓷器、纺织品、玉石器、金属、玻璃、植物纤维、生物体等，在划分两个部分的基础上，确认了不同的分析监测指标，从而也选出了为研究和监测这些指标所必需的仪器和设备。　　按照以上根据考古现场分析需求建立的分析体系框架，完成了X射线荧光光谱仪、拉曼光谱仪和离子色谱以及近红外光谱在文物保护和现场检测应用的分析报告，并结合莫高窟遗址对各种仪器可获得的信息进行了试验，试验初步证明，以文物出土现场移动实验室所具备的基本条件，如实验室空间，实验室必要的水、电、气供给以及通风设备等，能够对各种文物进行相应的检测，在第一时间，了解文物出土时的物质结构、元素成分、光谱特征等，建立珍贵文物的出土时的科学档案，为文物的妥善处理和下一步的保护提供重要的试验数据。此外，车载各种对文物赋存环境的快速监测仪器，能够准确获知文物出土时埋藏土壤的含水量、含盐量以及酸碱度等重要参数，为实现考古现场保护的科学化奠定了基础。　　在仪器选型方面，课题组通过研究比较国内外各种同类仪器的性能测试指标，并对各类仪器的使用方法和各种指标测试分析手段进行了试验，制定了各种仪器的操作手册和各项指标的操作方法，建立了基于无损和快速两个特点的文物出土现场检测体系，在山东寿光考古现场的应用证明，在遗迹辨识、文物出土情况分析等方面对大多数考古现场提供有效帮助。山东考古现场对古代制盐工艺各种遗迹现象的检测数据表明，所取得的分析数据为考古学家解释和说明古代的制盐工具提供了重要的科学依据，充分体现了文物出土现场移动实验室的作用，预示着文物出土现场移动实验室必将为未来的考古工作提供重要帮助。　　五、移动实验室运载平台选型、空间设计以及装配制造研究　　本研究主要为结合我国各种道路状况和移动实验室的空间需要选择了适合的搭载底盘 根据野外工作条件和移动实验室个单元功能进行室内空间功能划分，各功能区细节设计，加工材质选择，固定设备设计加工和安装，实验室水路、气路、电路的设计和安装，车内工作站的安装，实验室内照明系统、空调系统、暖风系统、网络系统的设计和安装，实验室特殊通风柜和文物充氮保存柜的设计、制作和安装，实验室储物空间的合理设计和制作安装，实验室整体VI设计、车模和动画演示制作等。本单元工作由清华大学、敦煌研究院、上海博物馆、浙江大学、上海格澜实验室设备有限公司等单位的研究人员通力合作完成，最后由镇江捷城车载无线电厂制作完成，制作出我国第一台文物出土现场移动实验室。　　八项创新　　本课题已申请5项专利，其中4项为发明专利。还有5项专利和1项软件著作权正在申请中，并已初步获得专利代理机构的认可。文物出土现场移动实验室已被列入国家特种新型车辆，已经获得国家发改委的批复。其创新性主要有8个方面：　　1.结合考古现场的实际需求，提出了科学试验室前移现场并服务于考古发掘、信息提取和应急保护的理念，通过设备集成、装备研制、软件开发和标准研制，打造出我国首个考古发掘现场具有综合功能的技术支撑平台。　　2.以GIS为核心，整合现代测绘和数字化记录技术，首次实现了遗迹、遗址、发掘现场的图像采集、数据测量、数据处理、三维建模与数据传输的多手段并用、相互补充的系统集成和软件开发。　　3.集成现代智能控制、传感器和数据传输技术，研制出我国首台考古发掘现场智能预探测系统。考古发掘现场智能预探测系统，采用视频探头、传感器和控制单元小型化、模块化分体组装式设计，满足了探测系统沿发掘探孔进入的实际需求。解决了不产生扰动情况下，探测系统进入墓葬探测空间的进入方式之难点。　　4.陕西三座古代墓葬的实地探测，考古发掘现场智能预探测系统首次实现了发掘前对墓葬内部结构视频、温度、湿度、氧气、二氧化碳、硫化氢、甲烷气体数据的采集和传输。使科学考古发掘预案制定、通过对古代墓葬环境规律的探测研究馆藏文物保存最佳环境成为可能。　　5.依据考古发掘现场遗迹遗物的种类和特点，总结提炼现有技术，研制缺环技术，首次研发、集成现场应急保护系列工具包和使用手册。现场应急保护系列工具包，具有配套齐全、应用灵活、针对性强、专业性高、便于携带等特点，充分满足现场应急保护需求，不仅能够提高现场保护工作效率，同时能够保证现场文物的完整提取和科学保护。　　6.研发出文物出土现场温湿度监测和无线数据传输系统。该系统依据考古发掘现场的特点，具有组合灵活、便于布点、数据准确、传输稳定、工作范围环境临界区间较宽的特点。　　7.通过文物出土现场应用需求和国内外小型便携仪器设备的调研，筛选出一套适合考古发掘现场环境检测、材质分析、功能配套、便于携带的组合式分析监测系统。实现了对现场出土文物在第一时间的检测分析和文物出土环境数据采集记录。　　8.整合现场保护、智能控制、传感器、现代分析、计算机、通讯、传输、数据处理和空间技术等多学科技术和装备，完成了文物出土现场保护移动试验室的外观设计、功能划分、空间布局、设备搭载和车辆选型，首次实现了国际上第一个具有综合功能的文物出土现场保护移动试验室的系统集成和研发。

2012年6月 一辆加长的白色厢式货车静静地停在陕西省高陵县院张村外的荒野上，车身上的黑色大字格外醒目——文物出土现场保护移动实验室。车旁十几米外蓝色挡板围起来的，是刚发现不久正在发掘中的明代家族墓葬。不时有研究人员从车上下来，带着各种仪器设备进入发掘现场。而车内，几位年轻的研究人员正在进行监测、分析工作。　　这便是被称为“文物保护航母”的我国首个用于文物保护的“移动实验室”。　　从2009年起，这辆在“十一五”科技支撑计划支持下研发、我国自主知识产权的“移动实验室”多次出现在山西、陕西、山东、湖北等地的考古发掘现场，在“实验室前移至考古现场”的理念下，为考古工作提供系统的技术支持，并在第一时间对出土文物进行应急处理和保护。　　考古现场亟待“技术支持”　　近年来，随着我国经济建设步伐加快，配合南水北调、西气东输、铁路公路等国家重大基础建设的考古发掘任务急剧增加，每年达1000多项。这对考古发掘速度和科学性提出了巨大挑战。现场考古发掘各环节技术支撑不足、出土文物保护方法单一、信息提取量低等问题，致使许多出土文物、特别是脆弱质文物在第一时间得不到科学有效的保护。　　上世纪50年代，定陵墓室打开的一刹那，五彩斑斓的丝织品瞬间失色。这个惨重的教训，成为我国从此不再允许发掘帝王陵寝的重要原因。而上世纪70年代发掘闻名于世的长沙马王堆汉墓时，数量巨大、种类众多的纺织品和竹简帛书，也由于缺乏有效的现场保护技术，出土时光亮新鲜，出土后迅速氧化变色、变质、变形，造成了无法挽回的巨大损失。　　“实验室前移至考古现场”的想法便在这种状况下应运而生。文物出土现场保护移动实验室课题负责人苏伯民介绍，“移动实验室”将有综合效能的快速、专业化技术装备和专业人员派向现场，不仅为制定考古发掘预案、考古现场信息的全方位记录提供技术设备保障，更重要的是使出土文物在第一时间能得到及时有效的保护。　　一场跨学科、跨领域、跨行业、跨部门的联合技术攻关由此展开。该“移动实验室”研发课题于2006年10月立项，由敦煌研究院、国家博物馆、中国社科院、清华大学、浙江大学和陕西考古研究院等单位的专家、学者、科研人员共46人组成课题组共同研发。　　创造数个考古领域第一　　2008年7月，陕西西安庞留唐代墓葬发掘现场，炎炎烈日下，研究人员们紧盯着一块屏幕，上面显示温度、湿度、各种气体浓度的数据不断变化，而传回这些数据的正是研制中的“移动实验室”搭载的考古机器人，它正在未打开的古墓内部进行预先探测。　　考古机器人直径10厘米，高39厘米，可根据需要像“变形金刚”一样组装成直筒式和履带式。“内部温度为17.5摄氏度、相对湿度82.3%。”当最终的数据传回，研究人员难掩激动心情，这是我国有史以来，首次探明封闭墓葬文物埋藏环境的温湿度参数。机器人携带的摄像头还发现了墓葬内存在壁画等珍贵文物。这样的智能化预先探测在我国之前的考古工作中从未有过。国家文物局科技保护专家组组长王丹华说：“这不仅有利于考古人员的人身安全，而且对于重要文物出土后保存条件的研究，也将提供重要参考依据。”　　机器人预先探测是“移动实验室”的一大“亮点”。但“移动实验室”创造的考古领域的第一，还远不止于此。　　“移动实验室”集成了一大批可用于考古和出土文物保护的新技术。针对文物出土现场的重大技术需求，项目组联合考古、文物保护与修复、智能技术、图形图像、设计、设备制造集成等数十家科研单位，引入多学科相关高端技术并进行二次开发和联合攻关，研发了针对文物考古工地的三维信息采集与重建系统、考古辅助快速制图系统、飞行控制航拍、智能化预探测系统、考古现场无线环境监测系统以及出土文物应急处置系统技术及装备，建立了考古现场埋藏环境和出土文物现场分析方法。　　最终出现在我们眼前的“移动实验室”是一辆11米长、2米多宽、1.83米高的白色长方形舱体。采用了先进的移动舱体制作技术，具有隔热、保温、防水、室外照明等功能，与承载运输的卡车底板结合紧密，形成一体，能够满足野外环境下实验室工作的要求。苏伯民说：“‘移动实验室’有4项基本功能：发掘前的预探测 通过测绘等手段对遗址空间信息的记录 第一时间对各种材质的出土文物进行分析保护 监测文物埋藏环境，为后续保护提供依据。”　　实验室内则另有乾坤。这是一个现代化的文物保护实验室，厢体内分为两个区域，前半部分是图像观测与数据采集、处理设备，后半部分是出土文物现场保护技术设备。车内几位研究人员正在不同区域对刚刚从墓葬中采集的样品进行分析。便携式X荧光、拉曼光谱、近红外光谱仪、X探伤、便携式显微镜、真空充氮保存柜等设备一应俱全。人性化的精巧设计为各项实验工作预留了适合的操作空间，让功能繁多的不同区域看上去井井有条。“在车上工作还是挺舒服的，并没有空间局促的感觉。”一位研究人员说。　　参与项目验收的北京大学教授严文明说：“这项研究为最大限度地获取信息和及时保护出土文物提供了技术可能，将大大提高我国考古探测和出土文物现场保护能力。”　　技术集成应用优于国外　　近年来，“移动实验室”装备和技术发展十分迅速，已在环境监测、疾病控制、刑事侦破等许多领域得到成功应用。国际上，美国、欧盟、加拿大、澳大利亚、印度、墨西哥等国已将这一技术应用于考古现场调查、不可移动文物保护和博物馆馆藏文物的保护工作。　　1972年，美国缅因州博物馆建立了“移动保护实验室”，对一些中小型博物馆以及发掘现场的文物进行测绘、保护、修复和运输。1979年，加拿大保护研究所面向全国1500多座博物馆、文物遗址和发掘现场，推出了“文物保护移动实验室”计划，对544座博物馆的文物实施了保护修复，激发了众多博物馆对文物科技保护的兴趣和需求，对加拿大的文物科技保护事业产生了极大的推动作用。近年来，欧盟“移动实验室”计划发展迅速，极大地推动了欧洲文物保护技术的发展和不可移动文物保护技术的进步。　　我国此次研制的用于考古现场的“移动实验室”，密切结合我国考古现场发掘和保护工作的实际需要，通过引进相关行业高端技术开展研发，成为国内外首台装备了空间数字测绘技术、预探测技术、环境动态监测技术、现场文物监测分析技术、埋藏环境调查技术和出土文物应急保护及保存技术的综合现场考古的保护技术平台，并在现场的考古发掘和文物保护工作中，发挥了重要的技术支撑作用，在技术集成和应用方面已超过国外同类技术。　　国家文物局副局长童明康认为，文物出土现场保护“移动实验室”，为文物工作者提供了一个很好的工作平台，将推动现代科学技术在考古发掘和出土文物应急保护等方面的应用体系建设，提高考古发掘现场的多学科合作和综合研究能力。　　项目情况　　主要完成单位：敦煌研究院 国家博物馆 中国社会科学院考古研究所 清华大学　　主要完成人：苏伯民 铁付德 范宇权 王学荣 刘建国 武 颢 王旭东 张文元 胥 谞　　“文物出土现场保护移动实验室”， 结合考古现场的实际需求，提出了科学试验室前移现场并服务于考古发掘、信息提取和应急保护的理念，通过设备集成、装备研制、软件开发和标准研制，研制完成了我国首个文物出土现场具有综合功能的技术支撑平台 集成现代智能控制、传感器和数据传输技术，研制出我国首台考古发掘现场智能预探测系统 解决了不扰动情况下探测系统进入墓葬的难点，首次实现了发掘前对墓葬内部结构、温湿度、气体等数据的采集和传输，使科学考古发掘预案制定、通过对古代墓葬环境规律的探测研究馆藏文物保存最佳环境成为可能 首次提出了文物出土现场的技术标准，研发、集成现场应急、保护系列工具包。该项目不断拓展，取得了多项创新成果，标志我国考古现场保护科技水平发生了质的飞跃，促进了社会科学和自然科学的结合。　　新的保护理念 科学实验室前移至考古现场　　文物出土现场记录、信息提取以及脆弱文物的保护长期以来一直是影响考古发掘工作质量的重要技术内容，也直接关系到考古工作研究和文物后续保护工作的科学性和质量。在我国，由于文物出土现场保护装备缺乏、技术介入程度不足，造成考古发掘和现场保护的脱节，考古现场记录方式不规范、导致珍贵考古信息丢失和有价值的文物信息提取不全。尤为严重的是，由于一些珍贵脆弱的文物在现场得不到及时的保护，常常导致现场文物一经发掘出土即遭毁损的现象发生，或者是现场虽然可进行一定的处理，然而由于方法简单、程序不全，反而对发掘出土文物的后续保护造成更大的困难。　　考古发掘具有发现文物和保护文物同时并行的特点，加大科学技术和装备的运用，是保证考古发掘工作水平和文物保护的重要前提。“十一五”文化遗产保护国家科技支撑计划“文物出土现场移动实验室研发”项目组基于此提出了将实验室建到文物出土现场的想法，以便将有综合效能的快速的专业化技术装备和专业人员派向现场，不仅为制定考古发掘预案、考古现场信息的全方位记录提供技术设备保障，更重要的是使出土文物在第一时间能得到及时有效的保护。美好的想法需要科学的研究作支撑。由考古、保护、高校等单位组成的项目组经过多次思想的交流和碰撞，针对文物出土现场保护信息采集、现场脆弱文物保护、现场文物分析与环境监测等亟须解决的问题，制定了切实可行的目标和技术路线：通过对调查技术和信息提取、分析检测、保护等专用设备的适用性研究，研发考古智能化预探测设备，开展出土文物的应急处理技术研究，完成具备现场勘查、测绘、记录、环境快速分析、现场信息实时传输以及对出土脆弱文物的现场保护等功能的技术集成，制定文物出土现场保护规范与技术标准，完成移动实验室的设计，形成完整的文物出土现场技术保护体系。为制定考古发掘预案、应急突发事件、环境恶劣地区的文物保护提供一个便捷快速的集成系统，全面提升大遗址现场保护的整体水平。　　新的技术与装备 构成实验室完整的系统工程　　文物出土现场保护移动实验室的研发是一个系统工程，通过3年的时间，项目组完成了文物出土现场空间信息采集，智能预探测系统，应急处置与保护，环境设备集成与分析设备集成，运载平台选型、空间设计以及装配制造等专题的研究，对文物出土现场所需技术和技术包的准确定位和试制、适宜现场分析的仪器的选型和配套、仪器装备性能发挥与长距离作业的关系、仪器的技术指标和改进、交通、通讯、分析、保护和数据传输等设备的集成和整合等。　　空间信息采集 是以3S集成技术为前提而实现的。GPS全球卫星移动定位技术导航，对移动实验室进行全天候、不间断、高精度定位，对手持设备进行定位跟踪和半双工语音通讯。GIS地理信息系统作为对被跟踪对象位置轨迹的显示和监测手段。采用航空摄影(模型飞机搭载小型摄影设备)和常规测量方式(如全站仪)等测量设备对考古工作区域空间信息进行采集，通过地理信息系统(GIS)对信息进行处理，将信息存储到空间数据库中。通过考古现场地理信息系统将GPS、RS和GIS技术集成，实现考古工作的信息化。建立考古现场三维模拟环境，实现考古现场的三维模拟。在计算机上实现全方位的考古现场情况察看，再现考古现场环境。在3S系统中，GIS技术是本专题研究的核心，是实现空间信息技术集成的关键组成部分，由于现有的GIS软件并不适合田野考古发掘现场GIS建设的需要，所以本专题又专门开发了一套田野考古GIS数据采集的软件。项目组选择山东寿光盐业遗址、辽宁小珠山遗址、洛阳盆地聚落考古资料等对象，完成了考古现场空间信息采集系统的全部研究内容，并以辽宁小珠山遗址为例对所开发的软件予以说明。　　智能化预探测系统 由远程监控端、机器人、视频探测、环境传感器和传输线缆组成。机器人以ATmega128微控制器为核心，包括多传感器数据采集电路、串口扩展电路、步进电机控制电路、LED亮度控制电路电源等硬件功能模块，并辅以传感器数据采集、控制信号采集等软件，实现了考古发掘现场智能预探测系统的机器人设计研究。依据对考古发掘现场的实地调查，充分采纳考古发掘和文物保护专业人员的建议，提出并实现了分体模块化小尺寸机器人结构设计，使其可简便拆装成直筒式或组装成整体式两种结构模式，可以利用小直径探洞或大直径盗洞进入下空墓葬。通过远程监控端人机交互界面对系统各单元的遥控操作，实现对古代墓葬内部结构状况和温度、湿度、氧气、二氧化碳、硫化氢、甲烷等环境指标(依据现场情况可通过更换传感器扩展探测气体的种类)预探测。　　为评价该系统在现场的应用性能，先后对安阳、郑州、洛阳和西安等地的考古发掘现场工地调研基础上，选定陕西省西安地区三个古代墓葬遗址，在陕西省考古研究院配合下进行了现场应用试验。现场应用试验研究结果显示，该系统环境数据采集迅速、准确，视频采集图像清晰、可靠，整体系统运行稳定，可操作性强，满足考古发掘现场对下空墓葬预探测的实际需要。　　应急处置与保护 针对目前考古现场出土遗迹遗物保护处理方面急需解决的诸问题，项目组整理制订了一整套应急处置的操作办法，包括：田野考古发掘中普通遗迹遗物的应急清理、处置方法 濒危遗迹遗物的现场加固、封护方法 重要遗迹遗物的起取、迁移方法。通过起草《考古发掘现场出土文物应急保护处理手册》，就田野考古中常见的遗迹遗物之处置方式——包括检测项目、加固封护(包括常用设备、工具、材料和方法等)、起取保存(包括常用设备、工具、材料和方法等)和记录方式等一系列工作过程，制定简便易行的规范化的操作指南。同时，完成考古现场遗迹遗物保护处理所需设备工具集成。　　现场环境与分析设备集成 文物分析设备和文物现场环境的监测分析设备，构成对现场文物提取和保护的两大技术基础支撑。为实时快速地获得考古现场特别是在遗物出土时的环境状况，为遗物保护提供必要的环境数据参考，项目组充分考虑了移动考古的需要，研制了能够在考古现场使用的移动环境监测系统。该系统包括10个数据传感器和2个无线汇集器、1个数据路由器和1台数据服务器。该套系统在在山东寿光考古工地试验后，性能稳定，数据传输快捷，与同时在现场测试的美国迪克森公司的产品相比较，具有更加优良的耐低温性能，且探头布置灵活机动，探头与车载的服务器传输顺畅，实现了预期的功能。　　考古现场出土的文物种类和材质繁多，有壁画、陶瓷器、纺织品、玉石器、金属、玻璃、植物纤维、生物体等，为了满足考古现场开展文物保护工作的实际需要，又要兼顾测定仪器的便携性、可移动性及其稳定性，在有限的空间内形成考古现场出土文物埋藏土壤和分析检测的系统，达到查明文物出土现状的材质和病害基本信息的目标，项目组对考古现场的检测需求进行了进一步的细化和分类，在划分两个部分的基础上，选出了为研究和监测这些指标所必须的仪器和设备。建立了分析体系框架，完成了X射线荧光光谱仪、拉曼光谱仪和离子色谱以及近红外光谱在文物保护和现场检测应用的分析报告，并结合莫高窟遗址对各种仪器可获得的信息进行了试验，试验初步证明，以文物出土现场移动实验室所具备的基本条件，如实验室空间，实验室必要的水、电、气供给以及通风设备等，能够对各种文物进行相应的检测，在第一时间，了解文物出土时的物质结构、元素成分、光谱特征等，建立珍贵文物的出土时的科学档案，为文物的妥善处理和下一步的保护提供重要的试验数据。此外，车载各种对文物赋存环境的快速监测仪器，能够准确获知文物出土时埋藏土壤的含水量、含盐量以及酸碱度等重要参数，为实现考古现场保护的科学化奠定了基础。同时，通过研究比较国内外各种同类仪器的性能测试指标，并对各类仪器的使用方法和各种指标测试分析手段进行了试验，制定了各种仪器的操作手册和各项指标的操作方法，建立了基于无损和快速两个特点的文物出土现场检测体系，在山东寿光考古现场的应用证明，在遗迹辨识、文物出土情况分析等方面对大多数考古现场提供有效帮助。山东考古现场对古代制盐工艺各种遗迹现象的检测数据表明，所取得的分析数据为考古学家解释和说明古代的制盐工具提供了重要的科学依据，充分体现了文物出土现场移动实验室的作用，预示着文物出土现场移动实验室必将为未来的考古工作提供重要帮助。　　运载平台选型、空间设计以及装配制造 本研究完成主要研究工作为结合我国各种道路状况和移动实验室的空间需要选择了适合的搭载底盘，并根据野外工作条件和移动实验室个单元功能进行室内空间功能划分，各功能区细节设计，加工材质选择，固定设备设计加工和安装，实验室水路、气路、电路的设计和安装，车内工作站的安装，实验室内照明系统、空调系统、暖风系统、网络系统的设计和安装，实验室特殊通风柜和文物充氮保存柜的设计、制作和安装，实验室储物空间的合理设计和制作安装，实验室整体VI设计、车模和动画演示制作等。本单元由清华大学、敦煌研究院、上海博物馆、浙江大学、上海格澜实验室设备有限公司等单位的研究人员通力合作完成，最后由镇江捷城车载无线电厂制作出我国第一台文物出土现场移动实验室。　　新的成果 服务于考古现场　　本项目针对我国文物出土现场调查、探测技术缺乏、装备落后、现场应急保护基础薄弱的现状，紧密结合我国目前考古现场的突出技术和装备需求，遵循将文物保护科学实验室前移现场并服务于考古发掘和现场保护的理念，开展文物出土现场信息采集、智能探测、环境监控、快速分析、应急保护等项目技术研究和装备研发，制定了系列的文物出土现场保护规范与技术标准，系统集成我国首台功能全面、技术先进、设备齐全、机动灵活的文物出土现场保护移动实验室，形成了考古发掘现场调查、探测、保护等系列技术和装备支撑平台。　　(1)结合考古现场的实际需求，提出了科学试验室前移现场并服务于考古发掘、信息提取和应急保护的理念，通过设备集成、装备研制、软件开发和标准研制，打造出我国首个考古发掘现场具有综合功能的技术支撑平台。　　(2)以GIS为核心，整合现代测绘和数字化记录技术，首次实现了遗迹、遗址、发掘现场的图像采集、数据测量、数据处理、三维建模与数据传输的多手段并用、相互补充的系统集成和软件开发。　　(3)集成现代智能控制、传感器和数据传输技术，研制出我国首台考古发掘现场智能预探测系统。考古发掘现场智能预探测系统，采用视频探头、传感器和控制单元小型化、模块化分体组装式设计，满足了探测系统沿发掘探孔进入的实际需求。解决了不产生扰动情况下，探测系统进入墓葬探测空间的进入方式之难点。　　(4)陕西三座古代墓葬的实地探测，考古发掘现场智能预探测系统首次实现了发掘前对墓葬内部结构视频、温度、湿度、氧气、二氧化碳、硫化氢、甲烷气体数据的采集和传输。使科学考古发掘预案制定、通过对古代墓葬环境规律的探测研究馆藏文物保存最佳环境成为可能。　　(5)依据考古发掘现场遗迹遗物的种类和特点，总结提炼现有技术，研制缺环技术，首次研发、集成现场应急保护系列工具包和使用手册。现场应急保护系列工具包，具有配套齐全、应用灵活、针对性强、专业性高、便于携带等特点，充分满足现场应急保护需求，不仅能够提高现场保护工作效率，同时能够保证现场文物的完整提取和科学保护。　　(6)研发出文物出土现场温湿度监测和无线数据传输系统。该系统依据考古发掘现场的特点，具有组合灵活、便于布点、数据准确、传输稳定、工作范围环境临界区间较宽的特点。　　(7)通过文物出土现场应用需求和国内外小型便携仪器设备的调研，筛选出一套适合考古发掘现场环境检测、材质分析、功能配套、便于携带的组合式分析监测系统。实现了对现场出土文物在第一时间的检测分析和文物出土环境数据采集记录。　　(8)整合现场保护、智能控制、传感器、现代分析、计算机、通讯、传输、数据处理和空间技术等多学科技术和装备，完成了文物出土现场保护移动试验室的外观设计、功能划分、空间布局、设备搭载和车辆选型，首次实现了国际上第一个具有综合功能的文物出土现场保护移动试验室的系统集成和研发。文物出土现场移动实验室已被列入国家特种新型车辆。

深部探测技术与实验研究专项(以下简称&ldquo 专项&rdquo )课题结题验收工作近日正式拉开序幕。中国科学院地质与地球物理研究所承担的&ldquo 地面电磁探测(SEP)系统研制&rdquo 成为第一个通过结题验收的课题。　　验收组专家一致认为，课题组经过3年多的艰苦攻关，自主研制了整套地面电磁探测系统，包括大功率发射机、多通道采集站、系列磁传感器和三维电磁数据处理软件，并取得了一系列创新性成果。室内及野外测试结果表明，整套仪器性能稳定，硬件、软件系统均达到了研制目标和考核指标，接近国外同类仪器的水平。MT感应式传感器优于国外同类产品，技术研究整体处于国内领先水平。地面电磁探测系统完成了5个实验场地的对比测试。　　此外，课题组还发表论文52篇，申请专利33项(其中发明专利21项)、软件著作权9项，培养研究生49名。　　会后，深部探测专项负责人、首席科学家董树文研究员总结道：此次验收课题的准备工作充分，资料记录细致完整、验收程序规范，尽管不同类型的课题验收还会有不同的附加要求，但其基本程序相似。此次结题验收是其他48个即将陆续启动的深部专项课题的良好示范。　　据悉，本次课题结题验收的流程包括网上预审、收集检测数据、课题负责人做成果报告以及专家组集中审阅。鉴于仪器研制课题的特点，专家组在验收会议召开之前，还特意对地面电磁探测系统进行了野外仪器检测。

记者近日获悉，中科院上海应用物理所在国内首次研制成功新一代多功能核探针信号探测与数据获取系统。项目组负责人李晓林介绍，“该系统具有全元素分析、三维成像和微器件制作等三大功能”，可在中科院核分析技术重点实验室的扫描核探针上，同时开展微束质子激发X射线荧光分析、卢瑟福背散射、质子激发伽马射线分析、弹性反冲分析和扫描透射离子显微成像等分析以及质子束刻写微器件加工。　　他们研制了4LB-I多站多参量数据采集与束流扫描系统，拥有自主知识产权，解决了扫描核探针多站多参量数据采集与束流扫描这一关键核心系统长期依赖国外进口的问题。

在背景与目标红外辐射量差距不大或背景较为复杂等情况下，传统红外成像技术对目标进行探测与识别的难度较大。而红外偏振探测在采集目标与背景辐射强度的基础上，还获取了多一维度的偏振信息，因此在探测隐藏、伪装和暗弱目标和复杂自然环境中人造目标的探测和识别等领域，有着传统红外探测不可比拟的优势。但同时，偏振装置的加入也增加了成像系统的复杂度与制作成本，且对于远距离成像，在红外成像系统前加入偏振装置对成像系统的探测距离有多大的影响，也有待进一步的研究论证。据麦姆斯咨询报道，近期，中国科学院上海技术物理研究所、中国科学院红外探测与成像技术重点实验室和中国科学院大学的科研团队在《红外与毫米波学报》期刊上发表了以“考虑探测器非理想性的红外偏振成像系统作用距离分析”为主题的文章。该文章第一作者为谭畅，主要从事红外偏振成像仿真方面的研究工作；通讯作者为王世勇研究员，主要从事红外光电系统技术、红外图像信号处理方面的研究工作。本文将从分析成像系统最远探测距离的角度出发，对成像系统的探测能力进行评估。综合考虑影响成像系统探测能力的各个因素，参考传统红外成像系统作用距离模型，基于系统的偏振探测能力，建立了红外偏振成像系统的作用距离模型，讨论了偏振装置非理想性对系统探测能力的影响，并设计实验验证了建立模型的可靠性。红外成像系统作用距离建模目前较为公认的对扩展源目标探测距离进行估算的方法是MRTD法。该方法规定，对于空间频率为f的目标，人眼通过红外成像系统能够观察到该目标需要满足两个条件：①目标经过大气衰减到达红外成像系统时，其与背景的实际表观温差应大于或等于该频率下的成像系统最小可分辨温差MRTD（f）。②目标对系统的张角θT应大于或等于相应观察要求所需要的最小视角。只需明确红外成像系统的各项基本参数与观测需求，我们就可以计算出系统的噪声等效温差与最小可分辨温差，进而求解出它的最远探测距离。红外偏振成像系统作用距离建模偏振成像根据成像设备的结构特性可分为分振幅探测、分时探测、分焦平面探测和分孔径探测。其中分时探测具有设计简单容易计算等优点，但只适用于静态场景；分振幅探测可同时探测不同偏振方向的辐射，但存在体积庞大、结构复杂，计算偏振信息对配准要求高等问题；分孔径探测也是同时探测的一种方式，且光学系统相对稳定，但会带来空间分辨率降低的问题；分焦平面偏振探测器具有体积小、结构紧凑、系统集成度高等优势，可同时获取到不同偏振方向的偏振图像，是目前偏振成像领域的研究热点，也是本文的主要研究对象。图1为分焦平面探测系统示意图。图1 分焦平面探测器系统示意图本文仿真的分焦平面偏振探测器，是在红外焦平面上集成了一组按一定规律排列的微偏振片，一个像元对应着一个微偏振片，其角度分别为 0°、45°、90°和135°，相邻的2×2个微像元组成一个超像元，可同时获取到四种不同的偏振态。图1为分焦平面探测系统结构示意图。传统方法认为在红外成像系统前加入偏振装置后，会对系统的噪声等效温差与调制传递函数MTF（f）产生影响，改变系统的最小可分辨温差，进而改变系统的最远探测距离。本文将从偏振装置的偏振探测能力出发，分析成像系统的最小可分辨偏振度差，建立红外偏振成像系统的探测距离模型。我们首先建立一个探测器偏振响应模型，该模型将探测器视为一个光子计数器，光子被转换为电子并在电容电路中累积，综合考虑探测器井的大小、偏振片消光比、信号电子与背景电子的比率以及入射辐射的偏振特性，通过应用误差传播方法对结果进行处理。从噪声等效偏振度（NeDoLP）的定义出发，NeDoLP是衡量偏振探测器探测能力的指标，即探测器对均匀极化场景成像时产生的标准差。对其进行数学建模，进而分析得到红外偏振成像系统的最远探测距离。图2 DoLP随光学厚度变化曲线对于探测器来说，积分时间越长，累积的电荷越多，探测器的信噪比（SNR）就越高，但这种增加是有限度的。随着积分时间的增加，光生载流子有更多的时间被收集，增加信号。然而，同时，暗电流及其相关噪声也会增加。对于给定的探测器，最佳积分时间是在最大化信噪比和最小化暗电流及噪声的不利影响之间取得平衡，为方便分析，我们假设探测器工作在“半井”状态下。通过以下步骤计算红外偏振成像系统最远作用距离：a. 根据已知的目标和背景偏振特性以及环境条件，计算在给定距离下，目标与背景之间的偏振度差在传输路径上的衰减。b. 结合系统的探测器性能参数，确定目标在给定距离下是否可被观察到。如果不能则减小设定的距离。目标被观察到需同时满足衰减后的偏振度差大于或等于系统对应于该频率的最小可分辨偏振度差MRPD，目标对系统的张角θT大于或等于相应观察要求所需要的最小视场角。c. 逐步增加距离，直到目标与背景之间的偏振度差不再满足观察要求。这个距离即为成像系统最远作用距离。τp (R)为大气对目标偏振度随探测距离的衰减函数，可根据不同的天气条件，根据已有的测量数据进行插值，计算出不同探测距离下大气对目标偏振度的衰减，图4. 5给出了根据文献中测量数据得到的偏振度随光学厚度增加衰减关系图。这里给出的横坐标是光学厚度，不同天气条件下，光学厚度对应的实际传播距离与介质的散射和吸收系数有关。综上，我们建立了传统红外成像系统和考虑了偏振片非理想性的红外偏振成像系统的作用距离模型，下面我们将对模型的可靠性进行验证，分析讨论探测器各参数对成像系统探测能力的影响。验证与讨论由噪声等效偏振度的定义可知，其数值越小，代表偏振探测器的性能越优秀。下面我们对影响红外偏振成像系统探测性能的各因素进行讨论，并设计实验验证本文建立模型的正确性。偏振片消光比消光比是衡量偏振片性能的重要参数，市售的大面积偏振片的消光比可以超过200甚至更多。对其他参数按经验进行赋值，从图3可以看到，对于给定设计参数的探测器，偏振片消光比超过20后，随着偏振片消光比的增加，探测器性能上的提升微乎其微。对于分焦平面探测器，为实现更高的消光比，不可避免地要牺牲探测器整体辐射通量。由于辐射通量降低而导致的信噪比损失可能远远超过消光比增加所获得的收益。这一结果同样可以对科研人员研制偏振片提供启发，对需要追求高消光比的偏振片来说，增大透光轴方向的最大透射率要比降低最小透射率更有益于成像系统的性能。图3 偏振片消光比与探测器噪声等效偏振度关系图探测器井容量红外探测器的井容量是指探测器像素在饱和之前能够累积的电荷数量的最大值。井容量是衡量红外探测器性能的一个关键参数，井容量通常以电子数（e-）表示。较大的井容量意味着探测器可以在饱和之前存储更多的电荷，从而能够在更大的亮度范围内准确检测信号。这对于在具有广泛亮度变化的场景中捕获清晰图像至关重要。从图4可以看出，增大探测器井的容量，同样能很好的提高成像系统的偏振探测能力。图4 探测器井容量与探测器噪声等效偏振度关系图然而，井容量的增加可能会导致像素尺寸增大或探测器面积减小，这可能对系统的整体性能产生负面影响。因此，在设计红外探测器时，需要权衡井容量、像素尺寸和其他性能参数，以实现最佳性能。目标偏振度虽然推导出的噪声等效偏振度公式包含目标偏振度这一参量，但目标的偏振度本身对探测器的噪声等效偏振度没有直接影响。NeDolp 是一个衡量探测器性能的参数，它主要受探测器内部噪声、电子学和其他系统组件的影响。然而，目标的偏振度会影响探测器接收到的信号强度，从而影响信噪比（SNR）。从图5也可以看出，探测器的NeDolp受目标的偏振度影响不大。图5 目标偏振度与探测器噪声等效偏振度关系图读取噪声与产生复合噪声比值读取噪声主要来自于探测器的读出电路、放大器和其他电子元件。它通常在整个光强范围内保持相对恒定。产生复合噪声是由光子的随机到达和电荷生成引起的，与光子数成正比。在低光强下，产生复合噪声通常较小；而在高光强下，它会逐渐变大。通过计算读取噪声和产生复合噪声的比值，可以确定系统的性能瓶颈。如果读取噪声远大于产生复合噪声，这意味着系统在低光强下受到读取噪声的限制。在这种情况下，优化读出电路和放大器等元件可能会带来性能提升。如果产生复合噪声远大于读取噪声，这意味着系统在高光强下受到产生复合噪声的限制。在这种情况下，提高信号处理和光子探测效率可能有助于改善性能。从图6可以看出，降低读取噪声与产生复合噪声比值可以有效提升系统偏振探测能力。图6 δ与探测器噪声等效偏振度关系图信号电子比例综合图4~6可以看出，提升β的数值可有效提高探测器的偏振探测能力，由β的定义可知，对于确定井容量的探测器，β的取值主要取决于探测器的各种噪声与积分时间，降低探测器的工作温度、优化探测器结构、减少表面和界面缺陷等途径都可以降低探测器的噪声，调节合适的积分时间也有助于探测系统的性能提升。实验验证根据噪声等效偏振度的定义，利用面源黑体与红外可控部分偏振透射式辐射源创建一组均匀极化场景。如下图7所示，黑体发出的红外辐射，经过两块硅片，发生四次折射，产生了偏振效应，通过调节硅片的角度，即可产生不同线偏振度的红外辐射。以5°为间隔，将面源黑体平面与硅片间的夹角调为10°~40°共七组。每组将面源黑体设置为40℃和70℃两个温度，用国产自主研制的红外分焦平面偏振探测器采取不少于128帧图像并取平均，然后将每组两个温度下相同角度获得的图像作差，以减少实验装置自发辐射和反射辐射对测量结果的干扰，差值图像就是透射部分的红外偏振辐射。对差值图像进行校正和去噪后，即可按公式计算出探测器对均匀极化场景产生的偏振度图像。计算出红外辐射的线偏振度，为减小测量误差，仅取图像中心区域的像元进行分析。该区域像元的标准差就是该成像系统的噪声等效偏振度（NeDoLP）。探测器具体参数如表1所示。图7 实验示意图表1 偏振探测器参数利用本文建立的探测器仿真模型计算出硅片的线偏振度仿真值，公式19计算出硅片线偏振度的理论值，与实验的测量值进行对比，图8展示了三组数据的变化曲线，从图中可以看出，三组数据存在一定偏差，这可能与硅片调节角度误差、面源黑体稳定性、干涉效应、硅片摆放是否平行等因素有关，但在误差允许的范围内，实验验证了偏振探测系统的性能，也证明了本文建立仿真模型的可靠性。NeDoLP测量结果如表2所示。图8 线偏振度理论值、测量值与本文模型仿真值曲线图表2 实验结果从上表可以看到NeDoLP的测量值与仿真值的差值基本能控制在5%以内，实验结果再次印证了本文设计的模型的可靠性。实例计算应用建立的模型对高2.3m，宽2.7m，温度47℃，发射率为1的目标的最远探测距离进行预测，目标差分温度6℃；背景温度27℃；发射率1；目标偏振度30%，背景偏振度1%，使用3.2节中样机的探测器参数，最后，采用文献中介绍的“等效衰减系数-距离”关系的快速逼近法对红外探测系统最远作用距离R进行求解，得到表3的结果。表3 红外成像系统的最远作用距离根据红外探测系统最远探测距离，利用本文第二节提出的方法，得到不同探测概率下红外偏振成像系统最远作用距离结果如表4所示。表4 红外偏振成像系统的最远作用距离所选例子为目标与背景偏振度差异大于其温差，所以在这种探测场景下红外偏振成像系统的探测能力要优于红外成像系统。探测器的参数不同，探测场景与目标的变化都会对模型的结果产生影响，但本文提供的成像系统作用距离模型可为实际探测中不同应用场景下的成像系统选择提供参考。结论针对不同的探测场景，红外成像系统与红外偏振成像系统在最远探测距离方面哪个更有优势并没有定论，探测目标的大小，背景与目标的温差与偏振度差，大气透过率，具体探测器的参数等因素都会对成像系统的最远探测距离产生影响。经实验验证，本文所建立的非理想红外偏振成像系统的响应模型是可靠的，可以用于估算成像系统的最远作用距离，针对不同的探测场景，读者可通过实验确定探测器的具体性能参数，利用仿真软件或实验测量的方式获取探测目标的温度与偏振信息，明确探测环境的具体大气参数，利用模型对红外成像系统与偏振成像系统的最远作用距离进行预估，选择更具优势的成像系统。这项研究获得上海市现场物证重点实验室基金（No. 2017xcwzk08）和上海技术物理研究所创新基金（No. CX-267）的资助和支持。论文链接：http://journal.sitp.ac.cn/hwyhmb/hwyhmbcn/article/abstract/2023041

12月6日，中国最早从事石墨烯技术研发的企业北京碳世纪科技有限公司召开技术发布会，发布全球首个石墨烯高端产业应用——“石墨烯表面波探测技术”。这一技术的问世将掀起全球探测技术革命。　　石墨烯是一种碳原子以sp² 杂化轨道组成的六角形呈蜂窝巢晶格状，只有一个碳原子厚度的二维材料，被称作是“新材料之王”。　　石墨烯表面波探测技术是指石墨烯表面形成的波在探测技术方面的应用。这一技术的优势在于具有超高的灵敏度和超快的响应速度，无论是科学还是技术领域均在世界上处于领先水平，将发挥出巨大商业与社会价值，引领全球探测技术革命。　　该技术可以替代基于传统SPR技术的探测系统，远高于SPR的响应速度和灵敏度，为科学研究提供更加准确、快捷的数据信息，能够极大地提高探测技术在科技、医疗、安防等行业中的应用效果，甚至帮助特殊人群完成“不可能完成的任务”。碳世纪CTO徐亭博士做石墨烯表面波探测技术演示　　石墨烯表面波探测技术的具体应用包含气态应用、液态应用和固态应用。　　在气态应用方面，可提供超快、高灵湿度探测与气体特异性检测。可应用到非接触、无声人机交互系统 非接触、无声安防系统 聋哑人“说话”系统 重症监护系统(呼吸监测) 毒气、易爆气体监测 即时、无痛疾病诊断 工业用气体监测系统等。 例如聋哑人“说话”系统，这一技术可以探测到聋哑人口腔湿度细微的变化，将湿度频率数据转换成语言信息，借助音响设备发声，帮助聋哑人用常人的声音表达自己。在非接触、无声安防系统的应用上，可以针对每一个人不同的气场信息订制安防方案，提高人身、财产安全保障。　　在液态应用方面，可提供超快、高灵敏分子探测和单细胞检测，应用到蛋白质工程、制药工程、癌症预防、血液检测、疫苗研发、抗癌药物筛选、抗癌药物机理研究等。运用这一技术，可以即时探测到癌症细胞的一举一动，为医生提供准确、快捷的病理信息，提高对患者用药量的准确度，达到更有效的治疗效果。　　在固态应用方面，可提供超快的二维材料厚度测量和二维材料品质鉴定，应用到石墨烯测量与鉴定、其他二维材料测量与鉴定和单分子层、膜材料测量与鉴定。碳世纪董事长闫立群与碳世纪科学家本色出演话剧《烯芯有声》，以话剧形式分享石墨烯表面波探测技术　　发布会上，业界人士对石墨烯表面波探测技术给予了很高的评价。“这在石墨烯领域是非常高端的技术，同时给探测技术带来的是颠覆性的变革，”一参会嘉宾表示。　　碳世纪董事长闫立群表示，科学指发现与突破，技术是要转为生产力，改变人们的生活。碳世纪始终坚持并践行的一份梦想就是运用石墨烯把科学发现转化为生产力，真正的实现“科学与技术让人们的生活更美好”。碳世纪董事长闫立群在发布会上讲解公司石墨烯技术与应用　　碳世纪作为一家专精于石墨烯工业化生产和石墨烯下游应用技术及产品研发与产业实践的高新技术企业，具备极强的创新性与创新精神。目前已建成全球首条石墨烯(单层碳原子)吨级生产线，成功研制了石墨烯光致电推动技术、石墨烯发动机油节能改进剂、超级电容器用石墨烯改性活性炭、石墨烯改性塑料、石墨烯空气净化系列产品和技术等。

红外探测器是一种能够探测红外辐射的设备，主要由探测元件和信号处理电路组成。根据其工作原理的不同，红外探测器可以分为制冷型和非制冷型两种类型。本文将详细介绍制冷型红外探测器和非制冷型红外探测器的原理、特性、区别、应用场景等。制冷型红外探测器【原理】制冷型红外探测器采用红外辐射的吸收来产生电信号，其探测元件是一种特殊的半导体材料，例如氧化汞、锑化铟等。当红外辐射照射到探测元件上时，将会激发探测元件中的载流子，进而产生电信号。但由于载流子的寿命非常短，为了保证探测器的灵敏度和响应速度，需要将探测元件制冷至低温，通常为77K。这种制冷技术通常采用制冷剂制冷的方法，例如液氮和制冷机等。【特性】制冷型红外探测器具有高灵敏度、高分辨率、高响应速度和宽波段响应等特点。由于探测元件的制冷温度非常低，因此可以有效减少热噪声的影响，提高探测器的灵敏度和分辨率。同时，制冷型红外探测器具有极高的响应速度，可以实现高速实时探测，非常适合于远距离监测、目标跟踪等应用场景。【应用场景】制冷型红外探测器广泛应用于远距离监测、目标跟踪、导弹导航、航空、航天、军事侦察、安防监控等领域。例如，制冷型红外探测器可以用于导弹的制导和跟踪，对于高速飞行的目标，需要具备高灵敏度和高响应速度，这正是制冷型红外探测器的优势所在。此外，制冷型红外探测器还可以用于医学诊断和科学研究等领域，例如在医学诊断中，可以通过制冷型红外探测器来检测人体的体表温度分布，从而诊断疾病。非制冷型红外探测器【原理】非制冷型红外探测器采用红外辐射的吸收来产生电信号，其探测元件通常是一种半导体材料，例如硅和锗等。当红外辐射照射到探测元件上时，将会激发探测元件中的载流子，进而产生电信号。由于探测元件的电阻随温度的变化而变化，因此可以通过测量探测元件的电阻来实现对红外辐射的探测。【特性】非制冷型红外探测器具有体积小、重量轻、价格低廉等特点，相较于制冷型红外探测器来说，更加便于制造和使用。同时，非制冷型红外探测器还具有响应速度快、适用于宽波段的特点，因此在一些特定的应用场景中具有优势。【应用场景】非制冷型红外探测器广泛应用于热成像、火灾报警、工业检测、安防监控等领域。例如，在热成像领域，非制冷型红外探测器可以用于检测建筑物和设备的热分布，从而提高能源利用效率和安全性。此外，非制冷型红外探测器还可以用于火灾报警，可以及时发现火灾并进行报警处理。在工业检测中，非制冷型红外探测器可以检测工业设备的异常热量，从而及时发现设备故障。在安防监控领域，非制冷型红外探测器可以用于监测人员和车辆等移动目标的热分布，从而提高监控的精度和准确性。区别【灵敏度与精度】制冷型红外探测器由于配备了制冷机组件，可以使红外探测器工作温度降低到很低的水平，从而提高了灵敏度，并具备更高的测量精度，能够实现更高的信号检测和分辨能力【工作波长】制冷式红外热像仪是敏感型红外热成像仪，可探测物体间细微的温差，它们工作在光谱短波红外(SWIR)波段、中波红外(MWIR)波段和长波红外(LWIR)波段。因为从物理学角度来讲在这些波段热对比度较高，热对比度越高就越容易探到那些目标湿度与背景差异不大的场景。非制冷型红外热像仪光谱集中在长波红外(LWIR)波段，8~14um范围。【使用功耗】制冷型红外探测器需要通过制冷机维持较低的工作温度，这个制冷系统通常需要耗费较高的电能来驱动。所以，相对于非制冷红外探测器，制冷型红外探测器的功耗一般较高。【应用】制冷型红外探测器通常具有更高的灵敏度和分辨率，适用于需求更高性能的应用场景，例如远距离探测系统等、科学研究等。非制冷型红外探测器虽然相对于制冷型红外探测器性能较低，但价格更经济实惠，适用于安防监控、消防救援、无人机载荷、户外观测等领域。举例说明以非制冷型红外探测器在安防监控领域的应用为例，一些商业场所需要进行24小时的监控，以确保安全。在这种情况下，非制冷型红外探测器可以用于监测人员和车辆等目标的热分布，从而提高监控的精度和准确性。例如，在停车场的监控中，可以通过非制冷型红外探测器来检测停车位上是否有车辆，以及车辆的数量和位置。当检测到停车位上有车辆时，就可以向管理人员发送相应的通知，以便及时采取措施维护停车场的秩序和安全。另外，非制冷型红外探测器还可以用于火灾报警。在一些需要保持高温的场所，例如电力设施、化工厂等，火灾的风险较高。这些场所可以使用非制冷型红外探测器来监测设备的温度，一旦检测到异常温度变化，就可以及时发出火灾报警信号，通知相关部门进行应急处理。综上所述，红外探测器作为一种重要的光学传感器，在热成像、安防监控、工业检测、医学诊断等领域中发挥着重要作用。制冷型红外探测器和非制冷型红外探测器各有优缺点，在不同的应用场景中都有广泛的应用前景。

记者从2月15日在京召开的“深部探测技术与实验研究专项”2011年度成果汇报交流会上获悉，我国深部探测关键仪器装备自主研发取得了重大突破。　　该专项首席科学家、中国地质科学院副院长董树文介绍，我国自主研发的地震勘探系统和电磁探测系统实现了关键技术的重大突破，掌握了磁芯材料和低频微弱信号检测等磁传感器的关键技术，研制了感应式宽频带磁传感器原理样机，性能指标与国外同类产品相当。　　由专项自主研发的无人机航磁探测系统，在低磁无人机制作、高可靠性自驾导航仪研制、氦光泵航空磁力仪与超导航空磁力仪配套的数据预处理系统开发方面均取得了重大阶段性成果。　　该专项与企业合作研制生产的我国第一台万米大陆科学钻探钻机处于国际先进水平。本月底，该钻机将运抵大庆油田，联合国际大陆科学钻探计划(ICDP)，实施中国地质调查局和国家深部探测技术与实验研究专项联合资助的松辽盆地科学钻探2井，计划钻进6600米。　　专项还建成以三维地质目标模型为中心的综合研究一体化集成分析平台，通过“红蓝军”(引进和自主研发平台)两条路线同时推进，加速了跟进国外软件发展的步伐。　　据记者了解，专项投入近3亿元用于深部探测关键仪器设备的自主研发，以期打破国外长期对高端设备的垄断格局，旨在为后续国家地壳探测工程的立项申报和全面实施提供支撑。

人类的进步和生活方式的改变，与科学的发展和变革息息相关。从古代人对天文地理编制的美丽神话“盘古开天”，到21世纪好莱坞科幻大片中的“星际穿越”，人类对于广袤宇宙的向往和探索从未停止过。纵观近现代 “群星闪耀”的基础物理发展史，从牛顿，麦克斯韦到爱因斯坦，从万有引力，相对论到量子力学，超弦理论，这些重大发现和著名物理学家不断涌现，推动了现代科学的快速发展。然而，近50年的时间里，基础物理学稍显停滞，并没有出现能够与相对论、量子力学等重大理论突破相提并论的新发展。正因为此，很多拥有伟大物理梦想的科学家和研究人员在着力推动基本粒子和暗物质粒子探测研究，期待可以直达真理，不断探索宇宙的终极秘密。在“标准宇宙学模型”中，宇宙由68%的暗能量（Dark energy）、27%的暗物质（Dark matter）和5%的普通物质（matter）组成，但迄今还没有暗物质观测的直接数据。当前探测暗物质粒子主要包括三类实验方案：一是对撞机探测，通过对撞机实验来产生暗物质粒子，进而探测出来；二是间接探测，包括卫星试验和空间站实验，例如2008年美国发射的名为Fermi的γ射线探测卫星，2015年我国发射的“悟空”暗物质粒子探测卫星；三是直接探测，通过暗物质粒子与原子核作用对暗物质粒子进行探测，但由于作用信号非常微弱，很容易湮没在大量本底环境中，因此需要把探测器放在地底深处的实验室以屏蔽宇宙射线干扰。中国PandaX暗物质探测项目持续推进‍在暗物质粒子的直接探测实验领域，全球有三大最先进的研究项目实验组；中国的PandaX，美国的LUX-ZEPLIN，意大利的XENON。PandaX（熊猫计划）是“粒子和天体物理氙探测器”（Particle and Astrophysical Xenon Experiments）的英文简写，是我国开展的首个百公斤级大型暗物质实验。这些实验都是利用液氙（Xe）作为探测媒介来寻找暗物质。PandaX项目组依托于上海交通大学粒子与核物理研究所和李政道研究所，并与中国科学技术大学，北京大学，山东大学和南开大学等相关实验室直接合作。在2016年PandaX二期实验（500公斤级液氙）已经取得了世界领先的暗物质探测灵敏度。据上海交通大学低温制冷与液化研究室负责人巨永林教授表示，目前正在进行四吨级液氙探测实验PandaX-4T，将暗物质探测灵敏度向前推进了1-2个数量级。暗物质直接探测需要稳定的低温真空环境 尽管直接探测实验在全世界已经开展了约30年的时间，实验灵敏度有了巨大的提高，但是到目前为止，还没有发现令人信服的暗物质散射的信号。因此，PandaX-4T探测项目通过使用4吨液氙全面增大了灵敏度，但同时在整体实验设计上也会有很多新挑战并需要各种性能优化。考虑到探测机制原理，要探测未知的暗物质跟已知的氙原子可能产生的微弱的闪动光信号，并将其转换成电信号放大来测量，关键就是把其他已知粒子带来的信号全部排斥在外。在PandaX-4T实验项目中，包括了八个子系统：时间投影室探测系统、光电探测系统、前端电子学系统、触发和数据获取系统、气体存储和处理（又称气体纯化）系统、低温系统、精馏系统、低本底控制系统等。其中，低温制冷系统和气体纯化系统都使用了真空泵组作为必要的设备部件，来实现两个基本保障：首先是稳定的低温真空工作环境（零下95度左右），减少外界环境的漏热，将探测介质氙的温度波动控制在大概±0.1k；同时，需要先将材料表面、阀门管道和管线等烘烤加快杂质气体释放，然后抽真空处理，这样氙和极少量的残余气体流经纯化系统，此过程中会吸附气体杂质（避免杂质对后期微弱信号捕捉的干扰），保障氙的纯度。普发真空泵为客户提供高性能真空解决方案PandaX从最开始的250公斤氙的用量，到现在的PandaX-4T，即4吨有效探测量的氙，计划未来将进行30吨级暗物质探测实验，全面覆盖暗物质的参数空间。所以，系统越大就越复杂，探测设备的尺寸越大，绝缘结构和隔热结构的层数就越多，管线数量大大增加。因而对真空泵的数量或者抽速就带来很高的要求，比如理想的夹层真空度一般需要达到10-4帕。因此，实验项目组选择真空泵的主要性能参数（技术指标）就包含了极限真空度，真空泵抽速，密封性，尺寸规格等。据上海交通大学制冷与液化研究室负责人巨永林教授表示，目前PandaX实验组已经购买了10台普发真空泵（其中6台用于低温系统和液氙存储系统，4台用于精馏系统），主要有以下几个方面的原因：首先，普发真空产品的主要技术指标能够满足严苛的实验条件；其次，产品性能足够优异的基础上，价格合理；再次，普发真空的辅助测量系统使用便捷而稳定，能对持续大半年的不间断探测运行提供可靠的支持；最后，普发真空的售后服务也很完善，能够提供各种技术支持和泄露检测解决方案等等，从而有力地支持了整个PandaX项目运行。从现在到未来，普发真空不断助推暗物质探测目前，普发的真空泵Hicube300Pro和Hipace300已经在PandaX-4T实验项目中得到了成功实践。一方面，真空泵作为必要备件被部署于上海研发实验室的暗物质探测器的子系统中，配合优化和升级的需要；另一方面，普发真空泵被部署于位于世界岩石覆盖最深的四川锦屏地下实验室暗物质探测系统中，实现稳定运行。从实际探测过程看，普发真空泵基本保障了整个探测系统的低温真空环境，为确保探测的灵敏度和精度保驾护航。值得一提的，由于系统运行的特殊地理环境等因素，可靠实时地保障系统各层级的极限真空度，系统部件必须确保极低的漏率，因此PandaX-4T项目还使用了ASM 340D系列检漏仪。通过采用该设备，可以有效地监测出来细微到10-13 Pa• m3/s 的泄漏。 “在目前PandaX-4T项目的基础上，实验室还在研发30吨液氙的探测项目，希望把精度推向下一个数量级。在我们的计划中，从2025年到2035年，这一项目预计总投资将达到数十亿人民币，需要购买47吨液氙来进行暗物质探测。”对于未来的研究计划，巨永林教授满怀信心，也满怀期待，“毫无疑问，液氙的量级越高，对于低温真空环境的稳定性要求也会越高，未来对高性能真空泵的需求也是非常大的。我们希望，以普发真空为代表的企业，能为我们的基础物理研究不断提供更好的工具支持。” 关于普发真空普发真空- (Stock Exchange Symbol PFV, ISIN DE0006916604)-作为全球领先的真空技术解决方案的供应商之一。我们不仅拥有全系列的复合轴承及全磁悬浮涡轮分子泵, 同时还拥有各种旋片泵，干泵，罗茨泵，多级罗茨泵，检漏仪，真空计， 质谱仪等产品以及真空管件和系统解决方案。 从普发真空发明涡轮分子泵至今, 我们在全球分析仪器、工业、科研、半导体和前端技术领域，始终代表着创新的解决方案和高品质的产品。公司自1890年创立至今百余年始终走在世界前沿， 在全球拥有 3,400 多名员工，20 多个办事处和 10 个制造工厂。

1月26日，由吉林大学承担的“深部探测关键仪器装备研制与实验”项目(以下简称SinoProbe-09)举行2012年度成果交流会。会上，SinoProbe-09首席科学家、吉林大学“千人计划”专家黄大年介绍了项目总体情况。各课题负责人就课题完成情况、取得的阶段性成果进行汇报交流，并对研究过程中遇到的问题和难点进行了探讨。深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe)总负责人董树文、吉大常务副校长赵继等专家、领导参加了交流会。　　SinoProbe-09由黄大年任首席科学家，吉林大学地球探测科学与技术学院、仪器科学与电气工程学院、建设工程学院、地球科学学院、计算机科学与技术学院等校内单位，中国科学院地质与地球物理研究所、遥感应用研究所、电子所、大气所等多个单位共同参与项目研究。目前，SinoProbe-09-01课题研制的软件平台进一步完善了高端平台功能联合，并进入具体数据测试阶段 SinoProbe-09-02、SinoProbe-09-03、SinoProbe-09-04课题研制的陆地大功率电磁勘探系统、无人机航磁探测系统、无缆自定位万道地震勘探系统，通过比对，核心指标均接近或达到国外同类产品 SinoProbe-09-05课题与四川宏华集团联合完成了我国首台万米大陆科学钻探装备主体集成验收 SinoProbe-09-06课题建设的仪器装备实验基地具备实验示范条件并有重大发现。　　会议还邀请了12位来自中国地质科学院、中国科学院、中国地质大学、东北石油局、吉林省地质矿产勘查开发局、吉林省地矿建设集团有限公司、长春理工大学、吉林大学等单位的专家进行指导。　　“深部探测关键仪器装备研制与实验”作为公益性行业专项项目已于2010年正式启动，项目三年总预算额为3.26亿元(人民币),正式批复下拨2.95亿元(人民币)，其中2010年共到位资金6556万元(人民币)。该项目的启动，是吉林大学引进高端人才的成功范例，也吉林大学争取大型项目历史上国家投资额度最大，汇集我国高校、科研院所中高层次技术优势力量规模最广的项目之一。

美军的生物联合防区外检测系统(JBSDS)。JBSDS是防区外化学与生物威胁监测的应用实例，利用激光雷达(LIDAR)来探测一定距离外的气溶胶。DARPA希望通过LUSTER项目开发出小巧的大功率紫外激光器来实现类似功能。　　中新网3月6日电 据中国国防科技信息网报道，美国国防高级研究计划局(DARPA)启动了一项新研究，旨在开发出一种结构小巧、性能可靠的紫外线探测设备。　　该研究项目名为&ldquo 战术有效的拉曼紫外激光光源&rdquo (LUSTER)。DARPA向业界寻求设计方案，以开发结构紧致、高效低成本、可灵活部署的深紫外(deep UV)激光生化战剂探测新技术。这种新技术可以节省空间、降低重量和功率需求，也比当前的同类装置要敏感很多。DARPA的目标是：新紫外激光器的体积不超过目前激光器的1/300，同时效率提高10倍。　　拉曼光谱分析是利用激光来测量分子振动、从而迅速准确地识别未知物质的方法。紫外激光的波长特别适合进行拉曼分析，但美国国防部当前所使用的战术紫外线探测系统体积庞大、价格昂贵，其性能也有限。　　DARPA项目经理丹格林介绍说，目前探测系统的体积和重量太大，需要用卡车运送，而LUSTER项目的目标是开发出具有突破性的化学与生物战剂探测系统，可以单兵携带，并且效率大幅提高，同时，DARPA希望新系统的价格也能在目前探测系统价格基础上&ldquo 抹去几个零&rdquo 。　　目前&ldquo 紧凑型中紫外技术&rdquo (CMUVT)项目已经完成，DARPA希望在此基础上研制LUSTER。CMUVT项目研发出了创纪录的高效大功率中紫外线发光二极管，紫外线波长接近LUSTER的紫外光波长。 但发光二极管对化合物识别的灵敏度有限，因此DARPA希望LUSTER项目能够开发出新的激光技术，使其准确度和灵敏度不低于当前昂贵的激光系统，而其稳定性和成本又与发光二极管相当。　　格林透露，除了用于探测战场或国内大规模恐怖袭击中可能出现的化学与生物战剂，紫外激光器还有许多其他用途，例如医疗诊断、先进制造和紧凑的原子钟。　　LUSTER项目可考虑采用多种不同的技术方法，只要他们能够发出220-240纳米波长的深紫外光，其功率输出大于1瓦，功率转换效率大于10%，导线宽度小于0.01纳米。

7月5日，记者从南科大获悉，南科大海洋地震-电磁探测系统研发团队已于近日在南海北部珠江口海域开展了海上试验，凭借最新研制的地震-电磁一体化探测系统和地震-电磁联合反演软件，率先成功完成了4个测点地震-电磁一体化数据采集。 探测系统样机及主要研发人员 南科大供图经过三年的潜心攻关，南科大地球与空间科学系主任陈晓非、何展翔带领海洋地震-电磁探测系统研发团队，研制出地震-电磁一体化探测系统和地震-电磁联合反演软件，可为深海目标提供“B超+CT”联合的多参数探测。与传统海洋勘探方法相比，一次性探测获得的数据和效率均提高了2.5倍，能够有效识别含油气目标，消除非唯一性和多解性，为今后海洋资源和海洋科学研究提供了新的方法技术。 试验现场 南科大供图据了解，目前研究团队已申报专利20余项、登记软件2项，发表论文10余篇，具备完全知识产权的仪器样机2套。团队将继续加快系统和软件的研发和完善，在未来几年里对南海资源及深部热点目标进行科学攻关，探索海底构造演化、资源分布规律，推动我国海洋科学和资源勘探开发事业。

中国科学院沈阳自动化研究所（以下简称沈阳自动化所）太赫兹团队近日在红外探测领域取得了关键技术突破，实现了基于硒镓钡晶体的3~8微米中红外高灵敏探测，对纳秒脉冲的探测灵敏度指标达到国际先进水平，且实现系统的国产化。相关成果发表于《光学》。　　当前，中红外探测主要采用热探测和光电探测两种直接探测手段，现有性能已难以满足科学家对微量物质精准检测的需求，探测灵敏度已成为中红外系统的瓶颈问题。为此，太赫兹团队提出基于激光频率变换技术的解决方案，设计并搭建了实验系统。其工作原理是将弱中红外信号高效率地转换为近红外信号，该近红外光携带了中红外光的信息且易于探测，通过这种间接探测的方式大幅提高中红外信号的探测灵敏度。　　经过深入分析研究多种晶体的光学特性，太赫兹团队将目标锁定在硒镓钡晶体。该晶体由论文作者之一、中国科学院理化技术研究所研究员姚吉勇带领团队研制。“硒镓钡晶体通常是作为波源使用，我们大胆尝试，将它作为探测系统的一部分，在掌握其光学特性的基础上设计了高性能光参量振荡器，优化了相位匹配条件，解决了弱信号环境下的强背景噪声抑制等问题，实现了收发一体的中红外系统。”太赫兹团队负责人、沈阳自动化所研究员祁峰说。　　团队通过对纳秒级脉冲的实验测试表明，该系统目前可达到的探测灵敏度优于碲镉汞探测器100倍，实现了飞焦级纳秒脉冲的有效探测；系统的动态范围超过110 分贝，在宽频范围内的均匀响应可达到1.4个倍频程。上述两指标均优于传统的直接探测系统。　　太赫兹团队来自中国科学院光电信息处理重点实验室。该实验室主任、沈阳自动化所所长史泽林表示，“实验室始终面向实际需求开展光电探测研究，探索新机理和新方法，该研究就比较典型。如果灵敏度取得数量级的提升，可能给生物、医疗和化工等领域带来新的科学研究手段，让原来办不到的事情变得可能。”　　相关论文信息：https://doi.org/10.1364/OPTICA.442772

我公司隆重推出AquaVISION地下水流速流向探测仪。AquaVISION地下水流速流向探测仪通过采用专有的硬件和AquaLITE软件来完成测量地下水实时流速、流 向和粒子尺寸的艰巨任务。 AquaVISION地下水流速流向探测系统可以在具体的深度区间里准确确定地下水流速、流向和粒子尺寸。它可以在持续数小时的时间里，每分钟产生数以千计的、具有统计可靠性的数据 欢迎光临我们的网上展位了解产品的详细信息！

中红外（2.5-25 μm）波段能够覆盖复杂分子的振动和转动能级跃迁，揭示多种分子的基础吸收带和复杂化合物独特的光谱特征。因此，高效分析工具——超灵敏中红外光谱探测，成为智能生化传感、新兴材料研究、环境气体监测、高精度医学层析成像等领域的重要测量手段。近年来，随着非线性频率上转换技术的进步，基于频率上转换的中红外光谱探测技术表现出显著的科研潜力。该技术利用强泵浦光场作用于非线性光学材料，将中红外光子耦合转换至近红外或可见光波段进行探测，从而规避了现有中红外探测器噪声大的不足，成为了一种有效的中红外直接光谱探测的替代方案，有望在中红外光谱探测灵敏度、探测效率、响应速度、成本效益等方面取得重要突破。现有对中红外光谱探测系统的研究成果表明，进一步扩大中红外频率上转换技术的超灵敏、宽频段的优势，可使其更广泛适用医学、生物、国防等领域的应用。然而，基于多种非线性光学材料的宽带中红外频率上转换系统往往需要强泵浦场来提升宽带转换效率，且系统在短波泵浦模式下工作，强泵浦场导致的非线性参量噪声将覆盖中红外波段，使得实现超灵敏的宽带中红外光谱探测极具挑战。为解决上述问题，华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室武愕、陈昱、蔡羽洁等研究团队基于非简并光子对的时间-光谱量子关联技术，提出了一种低功耗、强鲁棒性的高灵敏中红外单光子光谱探测方案，实验验证了单光子水平光子通量下的中红外样品光谱测量。相关研究成果发表于Photonics Research 2022年第11期。该文章报道了一种极低光子通量条件下的中红外上转换光谱测量方案。该方案利用结合同步频率上转换技术的非简并关联光子、对时间-光谱量子关联特性实现了单光子水平的中红外上转换光谱探测，降低了强泵浦非线性噪声和环境噪声对中红外光谱测量的影响，大幅度提高单光子水平下的中红外光谱测量灵敏度和鲁棒性。图（a）展示了基于时间-光谱量子关联的宽带中红外单光子上转换光谱探测系统光路图。利用啁啾极化铌酸锂晶体中的非线性过程，自发参量下转换产生非简并宽频带的关联光子对，光子对产生率6.76×106 counts s-1 mW-1。其中，中红外信号光子覆盖3.14-3.80 μm中红外波段，提供了大于660 nm的光谱探测波长窗口。图（a）单光子频率上转换量子光谱系统图；（b）38 μm厚聚苯乙烯薄膜透射光谱实验基于同步脉冲泵浦技术实现了中红外信号光子的非线性频率上转换，验证了中红外上转换光子（0.78-0.81 μm）与共轭的近红外预报光子之间的非经典相关性得以保留，展示了基于时间-光谱量子关联的中红外单光子上转换光谱测量的可行性。利用该系统对38 μm厚的聚苯乙烯样品进行透射光谱的测量，如图（b）所示。入射样品的中红外光子通量低至每脉冲0.09光子。实验表明，中红外单光子上转换光谱与傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）的测量结果吻合，系统的光谱分辨率约为11.4 nm（10.5 cm−1）。相比于传统FTIR光谱探测方案，基于时间-光谱量子关联技术的宽带中红外单光子上转换光谱系统，既能够利用光子对的时间关联、频率关联量子特性降低频率上转换过程中多种噪声的影响，将中红外光谱测量灵敏度推进至单光子水平；又能使单光子探测器和单色仪等元件工作在其最优的工作波段，无需受待测样品特征波长的限制，拓展了系统的应用场景。系统高灵敏、低噪声、强鲁棒性、结构简单的优势，为光敏生化样品的中红外光谱测量提供了新的技术方案。后续将进一步开展更宽中红外带宽、更高灵敏度、更高信噪比的上转换光谱成像研究。

历经连续多天的雾霾天气，北京终于拨霾见日，大快人心。然而，民众对空气质量的担忧恐慌情绪，却不会像雾霾一样散去。面对日益紧迫的雾霾问题，除了戴上防霾口罩，我们又能做些什么?......雾霾之下，没有看客，我们每个人都应该积极行动起来，你知道吗?西安的一群大学生为我们做了一个良好的表率。　　前不久，西安理工大研究生代晨昱和同学们发明了一款便携式雾霾空间分布激光探测仪，可以实时监测大气污染物的仪器，打破了传统环保部门测量大气污染物的方法，将激光遥感技术应用到了雾霾监测领域。据悉，该仪器还荣获了陕西省大学生课外学术科技作品大赛一等奖。　　打破陈规 用激光遥感监测领域　　目前，相关部门监测大气污染物主要采用的是直接称重、多点监测、人工取样等方法，上述方法都仅是单点测量。例如直接称重法，是抽取等量空气将污染物停留在过滤膜上，直接称其重量，计算单位体积中的污染物浓度。而多点监测需要架设许多仪器，不仅耗时耗力，还不具有实时性。因为大气是流动的，往往当工作人员把仪器上的数据整理出来时，污染源的位置、雾霾污染的空间分布等已经发生了变化。　　实际上，城市每个区域的PM2.5数值都不一样，而且数据也是不断变化的，这就让代晨昱萌生了用专业知识发明一种可以实时监测大气污染物的仪器的想法。经过近两年努力，他和同学们完成了设计发明工作。探测仪弥补了现有雾霾探测仪无法进行大面积探测的缺陷，大大拓展了探测距离。这款仪器的夜间探测距离为10-20 km，白天探测距离为5-8km。　　探测仪整体系统主要由激光发射系统、光学接收系统、光电探测系统、数据采集处理系统及三维扫描控制系统五部分组成。代晨昱解释，这套系统主要运用了光散射和光测距两大原理。由激光发射系统发出脉冲激光进入大气，激光与大气中的雾霾颗粒发生散射后，由光学接收系统接收后向散射回波信号，再由光电探测系统将光信号转换为电信号，最后由数据采集处理系统利用模拟探测方式完成数据采集与处理。　　实时监测，雾霾无处逃遁　　这款便携式雾霾空间分布激光探测仪，相较于单点测量，扩大了探测范围，还可对污染源的位置、污染程度、污染物的扩散方式及传播途径进行实时监测，继而对雾霾污染的出现提前预警，使有关部门前移工作关口，采取应对措施缓解污染问题。弥补了现有雾霾探测仪无法进行大面积探测的缺陷，大大拓展了探测距离。这款仪器的夜间探测距离为10-20 km，白天探测距离为5-8km。　　以城区面积约为860余平方公里的西安市为例，实验表明，4-6台探测仪就可以实现整个西安市区的覆盖探测，工作效率着实提升了不少。　　代晨昱表示，这款仪器可以与现有的颗粒物监测仪器设备配合工作，不仅可以弥补现有仪器的缺陷，配合工作后测试出来的结果精度更高。他们也期待可以和有关单位部门、企业合作，为治污减霾贡献出自己的一份力量。　　年轻的大学生也懂得要以己之力，为社会贡献一份力量。身为地理信息行业的从业者，手握各种地理空间技术，在这场休戚与共的雾霾反击战中，也应多思考，多行动，多出力，守护苍穹之下的那片蓝天。

产品介绍： Vgas 7000--P系列移动式机动车尾气遥感监测系统采用可调谐激光二极管吸收光谱技术，分别选用分布反馈半导体激光器（DFB）和量子级联半导体激光器（QCL）为光源，实时监测机动车尾气中的一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、碳氢化合物（C3H8）和一氧化氮（NO）的含量，同时采用绿光光源检测机动车尾气烟羽的不透光度、吸光系数以及烟度因子。除此之外，尾气遥感检测系统还配备了标准气体校准装置、速度/加速度检装置、视频/牌照识别装置、微型气象站等，可同时监测尾气中各气体的浓度、机动车速度/加速度、并记录机动车车牌号码、车辆颜色、环境温度、湿度、压力及风速等参量。 Vgas 7000-P移动式机动车尾气遥感检测系统将检测主机和副机分别放置于车道的两侧，主机发射的激光光束平行于路面，垂直于车辆行驶方向经反射装置多次反射后由主机内的接收装置接收。该系统的工作原理为：机动车车头穿过主机中光电测速开关发射的第一束光开关光路时系统触发开启，牌照识别系统记录下机动车的车牌号和车辆颜色，当机动车车尾离开主机光电测速开关发射的第二束光路时，速度/加速度检测仪即可根据车头依次遮挡第一束、第二束光路，车尾依次离开第一束、第二束光路计算出机动车的速度和加速度；车辆经过后多路激光束同时穿过尾气烟团，不同频率的激光能量被与之对应的气体吸收并可被光电探测器记录，经信号解调及数据采集结合软件算法，并根据标准气体的标定数据可还原气体的浓度值，最终尾气监测系统将以上数据通过网络传送到环保监控中心。 与上述TDLAS光路同路传输的还有绿光光束，绿光光束同样穿过与尾气烟团混合的烟羽，系统可以记录下扩散后烟羽的不透光度，结合燃烧方程算法及气体标定曲线可计算出发动机的烟度因子（即单位燃料燃烧排放的颗粒物的量）、不透光度和吸光系数。 该系统包含测量主机和副机，主机与副机间配有辅助调光设施，调光方便，适合临时设点测量。正常使用时将测量车与主机放在路面同一侧，路面另一侧放副机（其中副机无线缆连接便于操作），按说明调好辅助光路后即可开机测试。性能特点： 1. 检测灵敏度高：系统采用了可调谐激光二极管吸收光谱技术（TDLAS），选用近红外和中红外激光光源，具有检测灵敏度高、响应速度块、分辨率高等特点，是目前气体检测领域测量精度最高的技术； 2. 检测效率高：系统响应速度快，每辆车测量用时＜1秒，每小时可测量上千辆车，省时省力； 3. 能反映车辆的实际排放状况：可在车辆正常行驶过程中完成检测，比传统的接触式测量方法能够更好的反映汽车尾气排放的实际情况； 4. 避免人为造假：可做驾驶员不知晓的情况下完成检测，避免采取人为手段影响检测结果，检测数据实时上传云平台； 5. 可实时监控：相较于定期检查，遥感检测可起到实时监控的目的； 6. 方便移动：该系统主要设备都集成在主机内，副机仅用于反射光路，供电布线简易，方便移动使用。创新点：检测精度高进口传感器带防腐设计，满足具有腐蚀性气体的环境重量轻，结构设计简单，便于检维修移动式机动车尾气遥感监测系统Vgas7000-P

近日，由西安光机所飞行器光学成像监视与测量技术研究室设计研制的制冷中继长波红外探测终端，配合总体单位完成在云南天文台丽江观测站2.4米口径天文望远镜外场的装机、调试和标定工作，成功实现了接近极限灵敏度的天文目标探测，顺利获得天文“首光”，助力总体填补国内天体目标特性测量领域的空白。这也是西安光机所进入我国天体目标特性测量领域的首次尝试。作为研究所主责主业作用发挥的全新应用领域，项目组充分讨论用户应用需求，针对关键核心问题多次请教相关领域的技术专家，紧密与总体单位的沟通迭代，在系统小型化、大视场和超灵敏的要求下，最终确定采用冷光学自由曲面探测系统实施方案。 　　飞行器室项目团队在前期设计阶段攻坚克难、集智攻关，先后攻克了大视场离轴四反自由曲面中继系统设计、低温光学组件柔性支撑和装调、全系统红外背景辐射仿真和抑制、真空恒温器微振动主被动隔离等关键技术。整个项目仅历时10个月便完成了光学系统设计以及设备集成工作，在4个多月的连续观测中获得了大量高质量数据，充分验证产品性能指标的同时，也为总体后续的天体目标特性测量奠定了坚实的数据基础。 　　近年来，西安光机所在创新领域布局以及先进制造能力提升方面不断下大力气改革，激光通信终端、全铝自由曲面相机、红外衍射相机的成功发射，科研生产体系重组显效，大口径光学载荷装配能力顺利建成，基础研究与工程应用更加紧密融合等都充分说明改革“组合拳”获得预期。 　　该项目的成功，也是改革的受益者，飞行器室、空间光子信息室、热控技术研究室、装校技术研究中心和检测技术研究中心等多个部门集中力量、通力协作，在加工和装配方面，解决了大陡度全铝自由曲面光学元件的加工难题；克服了低温光学组件制冷效率低以及全系统温度均匀性差的困难；实现了离轴多反冷光学系统的高精度快速装调和预置。 　　除此之外，项目组还开展多项冷光学组件的指标检测方法研究和验证的工作，为日后在领域将路走宽走好做好筹划和准备。

记者从中国科学院沈阳自动化研究所（以下简称沈阳自动化所）获悉，该所太赫兹研究团队在红外探测领域取得关键技术突破，实现了基于硒镓钡晶体的3—8微米中红外高灵敏探测，对纳秒脉冲的探测灵敏度指标达到国际先进水平。这项技术将为我国在生物、医疗、化工等领域开展前沿科学研究提供强有力的探测工具。相关成果于1月20日刊发在《光学》上。　　相对于传统的可见光近红外波段，中红外光与分子之间的共振现象可大幅度提高光谱测量的信噪比，进而实现对物质成分的有效识别。中红外探测技术对于推动生命科学、物性分析等科学探索，以及环保、化工行业、医学诊断等实际应用具有重要意义。当前的中红外探测主要采用热探测和光电探测两种直接探测手段，难以满足科学家们对微量物质的精准检测的需求，探测灵敏度已成为中红外系统的瓶颈问题。　　针对当前中红外探测的瓶颈问题，研究团队提出了基于激光频率变换技术的解决方案，设计并搭建了实验系统。研究团队负责人、沈阳自动化所研究员祁峰介绍，该方案的工作原理是将弱中红外信号高效率地转换为近红外信号，近红外光携带了中红外光的信息且易于探测，通过这种间接探测的方式可大幅度提高中红外信号的探测灵敏度。　　经过深入分析研究多种晶体的光学特性，科研团队将目标锁定在硒镓钡晶体，该晶体由中国科学院理化技术研究所姚吉勇团队研制。祁峰介绍，硒镓钡晶体通常是作为波源使用，研究人员大胆尝试，将它作为探测系统的一部分，在掌握其光学特性的基础上设计了高性能光参量振荡器，优化了相位匹配条件，解决了弱信号环境下的强背景噪声抑制等问题，从而实现了收发一体的中红外系统。