高增益连续放大器

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室胡丽丽研究团队在超短脉冲大模场多组分玻璃光纤放大器方面取得重要进展。相关研究成果于5月在线发表于《中国激光》。 　　大能量、高峰值功率超短脉冲激光在远距离激光雷达、地震探测、主动照明等领域具有重要应用价值。主振荡脉冲放大系统(MOPA)是超短脉冲激光的主要运行方式，其中有源增益光纤是关键核心部件。目前，传统有源石英光纤存在稀土离子溶解度有限、难以保证低数值孔径(NA)纤芯制备的均匀性等问题，导致其使用长度较长(数米)，纤芯直径通常小于40μm，具有较低的非线性阈值，进而限制其输出的脉冲能量。相比之下，多组分氧化物玻璃具有稀土掺杂浓度高、光学均匀性好等优势，能够获得模场面积大、吸收系数高的大模场增益光纤，从而大幅提升大能量脉冲放大的非线性阈值。 　　然而，大模场光纤的制备难点在于降低数值孔径的同时保持极高的均匀性。例如，要实现NA为0.03的单模掺Yb光纤，则需要纤芯与包层玻璃的折射率差值小于3×10-4，这要求玻璃本身的光学均匀性达到10-5量级。 　　研究团队从大尺寸、高光学均匀性磷酸盐激光玻璃的制备工艺出发，采用光学均匀性约为1×10-6的高掺Yb磷酸盐玻璃作为光纤基质，在自研高掺Yb大模场磷酸盐光纤中实现了平均功率27.3W的脉冲激光放大输出。该系统采用掺Yb大模场磷酸盐双包层光纤(30/135/280μm)与匹配无源石英光纤(20/130μm)异质熔接的全光纤方案(熔点损耗为0.3 dB)，结构如图1所示。其中，信号光波长为1030nm、脉宽为30ps、重复频率为27MHz，掺Yb磷酸盐光纤的纤芯和内包层的NA分别为0.03和0.41，纤芯中Yb2O3质量分数为6%，背景损耗为0.61300nm，使用长度为30cm；采用976 nm包层泵浦，获得放大后脉冲激光的平均功率如图2所示，最大输出平均功率为27.3W，斜率效率为71.4%，同时未观察到受激布里渊散射等非线性效应。该结果体现出了磷酸盐玻璃在高掺杂能力、高光学均匀性以及高非线性阈值的优势。图 1. 掺Yb磷酸盐大模场光纤脉冲激光放大器结构图 　　Fig. 1. Structural diagram of pulsed laser amplifier using Yb-doped large-mode-area phosphate fiber图 2. 放大的脉冲激光的平均功率随泵浦功率的变化，插图是输出激光的光斑和光谱 　　Fig. 2. Average power of amplified pulsed laser versus pump power with spot and spectrum of output laser shown in inset

随着科技的进步，人们想要了解的现象越来越精细、想测量的信号也越来越微弱。而微弱信号常淹没在各种噪声中，锁相放大器可以将微弱信号从噪声中提取出来并对其进行准确测量。锁相放大器在光学、材料科学、量子技术、扫描探针显微镜和传感器等领域的研究中发挥着重要作用。国仪量子，赞1锁相放大器在精密磁测量中的应用在精密磁测量领域，特别是低频磁场测量领域，系综氮-空位（NV）色心磁测量方法发展迅速。其中连续波测磁系统是对NV色心施加连续的微波和激光进行自旋操控，从而实现高精度磁测量的实验系统。其基于NV色心基态的零场分裂和磁共振现象，当没有外磁场时，NV色心的ODMR谱如图所示，对NV色心打入共振频率的微波，其荧光强度最小。当存在外磁场时，外磁场会影响NV色心的塞曼劈裂的能级差，从而产生偏共振现象，使得荧光强度发生变化。我们将微波频率定于NV色心连续波谱的斜率最大处，则当外磁场发生变化，其荧光强度的变化最明显，从而提高测量的灵敏度。NV色心的ODMR谱为了提高测量信号的信噪比，通常采用锁相放大的方法，将微波信号进行频率调制，从而避开电测量系统的1/f噪声，实现更高的测量精度。其系统如下图所示，锁相放大器的参考输出信号和微波源进行频率调制后，通过辐射结构将微波电信号转化成磁场信号，作用于NV色心，然后将NV色心发射的荧光信号进行光电转换后用锁相放大器的电压输入通道进行采集，通过解调后即可得到系综NV色心样品的周围环境的磁场信号大小。参考文献：基于金刚石氮-空位色心系综的磁测量方法研究 -- 谢一进锁相放大器在磁成像——扫描NV探针显微镜中的应用扫描NV探针显微镜是利用金刚石NV色心作为磁传感器的扫描探针显微镜，其将光探测磁共振ODMR和AFM进行了巧妙结合，通过对钻石中NV色心发光缺陷的自旋进行量子操控与读出，来实现磁学性质的定量无损成像，具有纳米级的高空间分辨率和单自旋的超高探测灵敏度。国仪量子推出的量子钻石原子力显微镜其系统结构如下图所示，包括了NV色心成像系统和AFM控制系统。AFM控制系统负责将金刚石NV色心在待测样品上进行平面二维扫描，而NV色心对扫描区域的微弱磁信号进行高分辨率的探测，从而最终形成高分辨率的磁成像。在AFM的扫描过程中，金刚石与样品的距离是通过锁相放大器来进行控制的。金刚石NV色心固定在石英音叉上，形成探针。石英音叉有固定的振动频率，当探针在样品表面移动时，随着样品与探针的距离变化，石英音叉的共振幅度会发生变化。我们使用锁相放大器对音叉的振动信号进行采集和解调后，通过锁相放大器内部的PID反馈控制就可以实现样品位移台垂直方向（Z方向）的动态调节，从而使样品到NV色心探针的距离保持相同。锁相放大器主要用于AFM的控制系统中国仪量子数字锁相放大器LIA001MLIA001M锁相放大器是一款高性能、多功能的数字锁相放大器，基于先进硬件和数字信号处理技术设计，配合丰富的模拟输入输出接口，集可视化锁相放大器、虚拟示波器、参数扫描仪、信号发生器、PID控制器等多种功能于一体，有效的简化科研工作流程和设备依赖，提高科研效率和质量。数字锁相放大器LIA001M

p　　近日，中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所研究员杨良保等利用自发的毛细力捕获纳米颗粒，构筑了由单根银纳米线和单个金纳米颗粒组成的单热点放大器，实现了表面增强拉曼光谱(SERS)高稳定和超灵敏检测。相关成果以A capillary force-induced Au nanoparticle–Ag nanowire single hot spot platform for SERS analysis为题，作为封面文章发表在Journal of Materials Chemistry C (J. Mater. Chem. C., 2017, 5, 3229-3237) 杂志上，得到了同行和杂志编辑的高度肯定。br//pp　　表面增强拉曼光谱(SERS)因其独特的分子指纹信息以及超灵敏检测优势，被广泛应用于各个领域。但是SERS热点一直受方法繁琐、不均一等问题困扰。因此，如何简单构筑均一可靠的SERS热点是人们一直追求的目标。/pp　　基于此目标，杨良保等利用司空见惯的毛细力构筑了由纳米线和纳米颗粒组成的点线单热点放大器。纳米颗粒在毛细力作用范围内，被捕获到纳米线表面，因此耦合的纳米线和纳米颗粒产生了巨大的电磁场增强 其次，纳米颗粒与纳米线耦合形成的孔道可通过毛细力自发捕获待测物进入热点，进而放大热点区域待测物的拉曼信号。实验和理论结果均表明：利用毛细力构筑的单热点结构能够放大待测物信号，且毛细力捕获的颗粒位置差异对电磁场分布影响较小。该项研究工作利用毛细力构筑单热点放大器，不仅避免了颗粒团聚造成的SERS热点不均一难题，也解决了使用巯基等聚合物对基底组装引起的信号干扰问题。/pp　　以上研究工作得到了国家自然科学基金(21571180, 21505138)和博士后自然科学基金特别资助(2016T90590)的支持。(来源：中科院合肥物质科学研究院)/ppbr//ppbr//p

p　　近日，中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所研究员杨良保等利用自发的毛细力捕获纳米颗粒，构筑了由单根银纳米线和单个金纳米颗粒组成的单热点放大器，实现了表面增强拉曼光谱(SERS)高稳定和超灵敏检测。相关成果以A capillary force-induced Au nanoparticle–Ag nanowire single hot spot platform for SERS analysis为题，作为封面文章发表在Journal of Materials Chemistry C (J. Mater. Chem. C., 2017, 5, 3229-3237) 杂志上，得到了同行和杂志编辑的高度肯定。/pp　　表面增强拉曼光谱(SERS)因其独特的分子指纹信息以及超灵敏检测优势，被广泛应用于各个领域。但是SERS热点一直受方法繁琐、不均一等问题困扰。因此，如何简单构筑均一可靠的SERS热点是人们一直追求的目标。/pp　　基于此目标，杨良保等利用司空见惯的毛细力构筑了由纳米线和纳米颗粒组成的点线单热点放大器。纳米颗粒在毛细力作用范围内，被捕获到纳米线表面，因此耦合的纳米线和纳米颗粒产生了巨大的电磁场增强 其次，纳米颗粒与纳米线耦合形成的孔道可通过毛细力自发捕获待测物进入热点，进而放大热点区域待测物的拉曼信号。实验和理论结果均表明：利用毛细力构筑的单热点结构能够放大待测物信号，且毛细力捕获的颗粒位置差异对电磁场分布影响较小。该项研究工作利用毛细力构筑单热点放大器，不仅避免了颗粒团聚造成的SERS热点不均一难题，也解决了使用巯基等聚合物对基底组装引起的信号干扰问题。/pp　　以上研究工作得到了国家自然科学基金(21571180, 21505138)和博士后自然科学基金特别资助(2016T90590)的支持。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201705/insimg/c1557673-0290-4c66-b7f3-c167bb5da6fc.jpg" title="微信图片_20170518091903_副本.jpg"//pp style="text-align: center "文章封面以及毛细力构筑单热点结构示意图/p

p　　近日，中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所研究员杨良保等利用自发的毛细力捕获纳米颗粒，构筑了由单根银纳米线和单个金纳米颗粒组成的单热点放大器，实现了表面增强拉曼光谱(SERS)高稳定和超灵敏检测。相关成果以A capillary force-induced Au nanoparticle–Ag nanowire single hot spot platform for SERS analysis为题，作为封面文章发表在Journal of Materials Chemistry C (J. Mater. Chem. C., 2017, 5, 3229-3237) 杂志上，得到了同行和杂志编辑的高度肯定。/pp style="text-align: center "img width="250" height="321" title="ea14fe0b8668f5b02fa47ae1ab982279.jpg" style="width: 250px height: 321px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/noimg/f983e4b8-d607-4608-b35c-43557cf4f477.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//pp　　表面增强拉曼光谱(SERS)因其独特的分子指纹信息以及超灵敏检测优势，被广泛应用于各个领域。但是SERS热点一直受方法繁琐、不均一等问题困扰。因此，如何简单构筑均一可靠的SERS热点是人们一直追求的目标。/pp　　基于此目标，杨良保等利用司空见惯的毛细力构筑了由纳米线和纳米颗粒组成的点线单热点放大器。纳米颗粒在毛细力作用范围内，被捕获到纳米线表面，因此耦合的纳米线和纳米颗粒产生了巨大的电磁场增强 其次，纳米颗粒与纳米线耦合形成的孔道可通过毛细力自发捕获待测物进入热点，进而放大热点区域待测物的拉曼信号。实验和理论结果均表明：利用毛细力构筑的单热点结构能够放大待测物信号，且毛细力捕获的颗粒位置差异对电磁场分布影响较小。该项研究工作利用毛细力构筑单热点放大器，不仅避免了颗粒团聚造成的SERS热点不均一难题，也解决了使用巯基等聚合物对基底组装引起的信号干扰问题。/pp　　以上研究工作得到了国家自然科学基金(21571180, 21505138)和博士后自然科学基金特别资助 (2016T90590)的支持。/p

仪器信息网讯 2016年10月10日，慕尼黑上海分析生化展（analytica China 2016）召开同期，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称：大化所）携AccuOpt 2000光电放大器组件、小型化学衍生器等产品参加。 中国科学院大连化学物理研究所参加analytica China 2016　　大化所研究员关亚风向仪器信息网介绍了AccuOpt 2000光电放大器组件的特点及潜在的优势应用领域。AccuOpt 2000光电放大器组件的检测器采用了硅光二极管制成的检测器，结合自有的信号放大电路设计，使得AccuOpt 2000的噪音电平达到0.01mV。硅光二极管检测器的应用，使AccuOpt 2000的光谱响应范围为320~1100nm，覆盖近红外光波段，可替代昂贵的红外增强型光电倍增管。同时，这也给AccuOpt 2000带来了抗震、抗强光的特点，为适应更多的应用场合带来潜在的优势。AccuOpt 2000仅需5~12V的供电电源，并能在2分钟内平衡稳定，一方面能降低仪器在供电电源方面的成本；同时，专为AccuOpt 2000提供的DC-DC电源，12V输入，单块电源功率2W或3W，就能同时为8支AccuOpt 2000供电，这也大大减少仪器运行中的能源消耗，契合当前绿色仪器的发展大趋势。 AccuOpt 2000光电放大器组件　　AccuOpt 2000价格远低于光电倍增管，如果应用于食品快检领域，将为用户提供低价、高质的食品安全快速筛查解决方案。从大化所展位现场看到，AccuOpt 2000已经成功应用于LED荧光检测器、激光诱导荧光检测器、叶绿素α 检测器中。据了解，AccuOpt 2000已经实现批量化生产，第一批生产1000支。　　大化所的小型化学衍生器也吸引了信息网编辑的目光。这是一款小型柱后碘/溴化学衍生器，能使黄曲霉毒素B1和G1的荧光强度提高6.5倍。关亚风介绍到，该款小型化学衍生器已经批量生产100台，完全具备了批量化生产能力，为国内企业的供货价格将是市场同类产品的4分之一。 小型化学衍生器　　关亚风特别提到，是新材料在零部件上的使用，实现了AccuOpt 2000低价和高性能这两者之间的很好结合。

【邀请函】锁相放大器工作原理及应用和Moku产品介绍网络研讨会昊量光电邀您参加2022年01月19日锁相放大器工作原理及应用和Moku产品介绍网络研讨会。由Liquid Instruments研发的Moku系列多功能综合测量仪器在量子光学、超快光学、冷原子、材料科学和纳米技术等领域都有着广泛的应用，尤其是他的锁相放大器、PID控制器和相位表、激光器稳频功能，单一设备满足实验室多种测量、控制应用需求。在本次网络研讨会中，您将了解到锁相放大器的基本原理及应用，并提供对应的信号的检测方案介绍。主办方上海昊量光电设备有限公司，Liquid Instruments会议主题锁相放大器工作原理及应用和Moku产品介绍会议内容1. 锁相放大器的基本原理2. 锁相放大器在光学领域的重要应用方向-测量信号振幅（强度）以及相位3. 如何设置锁相放大器的调制频率和时间常数4. 应用介绍：超快光谱和锁相环/差频激光锁频5. 如何通过锁相环来解决锁相放大器测相位时的局限性6. 问题环节主讲嘉宾应用工程师：Fengyuan (Max) Deng, Ph.D.简介：普渡大学化学博士学位，主要研究非线性光学显微成像方向。应用工程师：Nandi Wuu, Ph.D.简介：澳洲国立大学工程博士学位，主要研究钙钛矿太阳能电池。直播活动1.研讨会当天登记采购意向并在2022年第一季度内采购的客户，可获赠Moku:Go一台！其中采购Pro还可加赠云编译使用权限一年。 2.联系昊量光电并转发微信文章即可获得礼品一份。直播时间：2022年01月19日报名方式：欢迎致电昊量光电报名成功！开播前一周您将收到一封确认电子邮件，会详细告知如何参加线上研讨会。期待您的参与，研讨会见！

锁定放大器用于测量非常小的交流信号，即使小信号被数千倍大的噪声源所掩盖，也可以进行准确的测量。这种设备用利用一种称为相敏检测（phase-sensitive detection, PSD）的技术来挑选出特定参考频率和相位的信号分量，提取具有已知载波的调制信号。锁定放大器在各种光学测量仪器个设备中扮演着十分关键的角色。昕虹光电HPLIA微型双通道调制解调锁相放大器以当今FPGA +ARM单片机的业界流行配置而设计，长期深受用户青睐。迎接2022年，我们回应广大客户的需求，推出了升级版HPLIA Plus调制解调锁相放大器，不仅提升了颜值，更支持了大家期待已久的外部参考信号输入，实现更便捷、更弹性的调制和解调功能！海尔欣HPLIA Plus外观展示图HPLIA Plus 亮点：1.老版仅支持内部同步DDS信号，进行独立的双通道内同步解调。而HPLIA Plus终于支持外同步模式啦！用户可选择去同步外部输入的参考信号模式，而由Input1去解调微弱信号。内外同步模式，便于用户灵活自选调制信号，让您的实验设置更弹性！2.在外同步模式下，其中一路调制通道DDS输出与用户参考信号锁相的正弦波，可以用于同步其他HPLIA Plus，这样的配置可使多通道锁相解调成为可能，可借由数个HPLIA Plus锁相放大器串联，实现简易、便捷、经济的多路信号同步锁相解调。3.全新的UI界面，支持原有PC显示或机身自带高分辨触摸显示屏，实验设备玩出高级感！

近日，由赛恩科仪团队首席技术顾问中山大学王自鑫副教授作为项目负责人申报的国家重点研发计划“精密大带宽锁相放大器的研发及应用”获批立项；项目将实现超过100M带宽的精密锁相放大器，将研究复杂电磁环境下的微弱信号解耦合技术，实现高带宽高精度的锁相放大器检测技术。赛恩科仪拥有多位在集成电路设计、电磁兼容性分析、数字信号处理等领域具有丰富经验的归国留学人员，一直依托中山大学微电子系、物理系、中山大学光电材料与技术国家重点实验室从事微弱信号仪器检测相关的研究工作。赛恩科仪是一家专注微弱信号检测技术近二十年的国家高新技术企业，拥有本领域的系列核心知识产权。公司推出涵盖各个频段的系列锁相放大器产品，性能参数全面覆盖国际同行，在国内外数百家科研机构与企业得到应用，深受国内外客户的一致好评。

【新品发布】Moku:Go 仪器套件新增数字滤波器、FIR滤波器生成器、锁相放大器功能Moku:Go提供全面的便携式实验室解决方案，不仅集成了工程实验教学所需的仪器套件，还可满足工程师和学生测试设计、研发等项目。Liquid Instruments最新发布Moku:Go应用程序，新增数字滤波器、FIR滤波器生成器、锁相放大器三个仪器功能。用户现在可以使用数字滤波器来创建IIR滤波器，使用FIR滤波器生成器来设计FIR滤波器，使用锁相放大器从噪声环境中提取已知频率的信号。这一更新使Moku:Go上集成的仪器总数达到了11种，将面向信号与系统等方向提供更完善的实验教学方案，不仅使电子信息工程、电气工程、自动化控制等学科教学进一步受益，并扩展到物理学、计算机科学等领域。数字滤波器数字滤波器作为设计和创建无限冲激响应（IIR）滤波器的常用工具，用户能够创建参数可调的高达8阶的低通、高通、带通和带阻IIR滤波器。这对噪声过滤、信号选择性放大等很有用。此外，Moku:Go的数字滤波器还集成示波器和数据记录器，有助于解整个信号处理链的参数变化，并轻松采集记录这些信号随时间的变化。 FIR滤波器生成器利用Moku:Go的FIR滤波器生成器，用户可以创建和部署有限冲激响应（FIR）滤波器。使用直观的用户界面，在时域和频域上微调您的滤波器的响应。锁相放大器作为第yi个在教育平台上提供的全功能锁相放大器设备，Moku:Go的锁相放大器满足更高级实验教学，如激光频率稳定和软件定义的无线电（Software Defined Radio，SDR）等。作为Liquid Instruments的Moku:Lab和Moku:Pro的旗舰仪器，Moku:Go增加了锁相放大器，使学生在其职业生涯中与Moku产品一起成长。其他更新和即将推出功能在此次更新中，Moku:Go也新增了对LabVIEW应用接口的支持，确保用户易于集成到更复杂的现有实验装置中。今年，Liquid Instruments计划进一步扩大软件定义的测试平台。届时，Moku:Go将在现有的逻辑分析仪仪器上增加协议分析，还将提供“多仪器并行模式”和“Moku云编译（Cloud Compile）”。多仪器模式允许同时部署多个仪器，以建立更复杂的测试配置，而Moku云编译使用户能够直接在Moku:Go的FPGA上开发和部署自定义数字信号处理。这些更新预计将在今年6月推出，将推动Moku:Go成为整个STEM教育课程的主测试和测量套件。目前Moku:Go的用户已经可以通过更新他们的Moku桌面应用程序来访问数字滤波器、FIR滤波器生成器和锁相放大器仪器功能。您也可以联系我们免费下载Moku桌面应用程序体验Moku:Go仪器演示模式。Liquid Instruments基于FPGA的平台的优势，将Moku:Lab和Moku:Pro上的仪器快速向下部署到Moku:Go上，并以可接受的成本提供一致的用户体验。如果您对Moku:Go 在数字信号处理、信号与系统、控制系统等教学方案感兴趣，请联系昊量光电进一步讨论您的应用需求。更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是国内知名光电产品专业代理商，代理品牌均处于相关领域的发展前沿；产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等，涉及应用领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及更细分的前沿市场如量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等优质服务。

1月27日，由大连化物所微型分析仪器研究组(105组)关亚风研究员、耿旭辉研究员团队研发的“微光探测器(光电放大器)”通过了中国仪器仪表学会组织的新产品成果鉴定。鉴定委员会一致认为：该产品设计新颖、技术创新性强，综合性能达到国际先进、动态范围和长期稳定性能达到国际领先水平，同意通过鉴定。　　微光探测器是科学仪器和光学传感器中的关键器件之一，广泛应用于表征仪器和化学分析仪器中，如物理发光、化学发光、生物发光、荧光、磷光、以及微颗粒散射光等弱光探测中，其性能决定着光学检测仪器的灵敏度和动态范围指标。该团队经过十五年技术攻关，成功研制了具有自主知识产权的高灵敏、低噪音、低漂移的AccuOpt 2000系列微光探测器(光电放大器)，并批量生产，用于替代进口光电倍增管(PMT)、制冷型雪崩二极管(APD)和深冷型光电二极管(PD)对弱光的探测。　　该微光探测器已形成产品，在单分子级激光诱导荧光检测器、黄曲霉毒素检测仪、深海原位荧光传感器等多款仪器上应用，替代PMT得到相同的检测信噪比和更宽的动态线性范围。经权威机构检测和多家用户使用表明，该微光探测器具有比进口PMT更好的重复性、稳定性和性能一致性，具有广阔的应用前景。　　由于疫情原因，鉴定会以线上会议方式召开。该项目研发得到了国家自然科学基金、中国科学院重点部署项目等资助。

据美国物理学家组织网9月8日(北京时间)报道，在今年庆贺激光诞生50周年之际，科学家正在研究一种新型的相干声束放大器，其利用的是声而不是光。科学家最近对此进行了演示，在一种超冷原子气体中，声子也能在同一方向共同激发，就和光子受激发射相似，因此这种装置也被称为“激声器”。　　声子激发理论是2009年由马克斯普朗克研究院和加州理工学院的一个科研小组首次提出的，目前尚处于较新的研究领域。其理论认为，声子是振动能量的最小独立单位，也能像光子那样，通过激发产生高度相干的声波束，尤其是高频超声波。他们首次描述了一个镁离子在电磁势阱中被冷冻到大约1/1000开氏温度，能生成单个离子的受激声子。但是单个声子的受激放大和一个光子还有区别，声子频率由单原子振动的频率所决定而不是和集体振动相一致。　　在新研究中，葡萄牙里斯本高等技术学院的J.T.曼登卡与合作团队把单离子声子激发的概念，扩展到一个大的原子整体。为了做到这一点，他们演示了超冷原子气体整合声子激发。与单离子的情况相比，这里的声子频率由气态原子的内部振动所决定，和光子的频率是由光腔内部的振动所决定一样。　　无论相干电磁波，还是相干声波，最大的困难来自选择系统、频率范围等方面。曼登卡说，该研究中的困难是要模仿光波受激放大发射的机制，但产生的是声子，而不是光子。即通过精确控制超冷原子系统，使其能完全按照激光发射的机制来发射相干声子。　　新方法将气体限定在磁光陷阱中，通过3个物理过程产生激态声子。首先，一束红失谐激光将原子气体冷却到超冷温度 然后用一束蓝失谐光振动超冷原体气体，生成一束不可见光，最后使原子形成声子相干发射，此后衰变到低能级状态。研究人员指出，最后形成的声波能以机械或电磁的方式与外部世界连接，系统只是提供一种相干发射源。　　关于给声子激发命名，科学家先是沿袭“镭射(laser)”之名使用了“声射(saser)”，即声音受激放大发射。但曼登卡认为使用“激声(phaser)”更准确，它强调了声子的量子特性而不是声音，也暗示了其发射过程类似于光子受激发射。　　高相干超声波束的一个可能用途是，在X光断层摄影术方面，能极大地提高图像的解析度。曼登卡说：“激光刚开发出来时，仅被当做一种不能解决任何问题的发明。所以，对于激声，我们现在担心的只是基础科学方面的问题，而不是应用问题。”

赛恩科仪双通道锁相放大器OE1022D被以色列维茨曼研究所应用在SQUID扫描显微镜测量中，维茨曼研究所已累计采购了十多台赛恩科学仪器的锁相放大器，该型号锁相放大器获得以色列维茨曼研究所的认可，具体见如下用户评价：

关键词：量子相变 锁相放大器 超导超流态 说明：本篇文章使用赛恩科学仪器OE1022锁相放大器测量【概述】 2022年，南京大学王肖沐教授和施毅教授团队在nature communications发表了一篇题为《Quantum criticality of excitonic Mott metal-insulator transitions in black phosphorus》文章，报道了黑磷中激子Mott金属-绝缘体转变的光谱学和传输现象。通过光激发来不断调控电子-空穴对的相互作用，并利用傅里叶变换光电流谱学作为探针，测量了在不同温度和电子-空穴对密度参数空间下的电子-空穴态的综合相图。 【样品 & 测试】 文章使用锁相放大器OE1022对材料的传输特性进行测量，研究中使用了带有双栅结构(TG,BG)的BP器件，如图1(a)所示，约10纳米厚的BP薄膜被封装在两片六角形硼氮化物（hBN）薄片之间，为了保持整个结构的平整度，使用了少层石墨烯薄片来形成源极、漏极和顶栅接触，以便在传输特性测量中施加恒定的电位移场。图一 (a)典型双栅BP晶体管的示意图。顶栅电压（VTG）和底栅电压（VBG）被施加用于控制样品（DBP）中的载流子密度和电位移场。(b) 干涉仪设置的示意图，其中M1，M2和BS分别代表可移动镜子，静止镜子和分束器。 在实验中，迈克耳孙干涉仪的光程被固定在零。直流光电流直接通过半导体分析仪（PDA FSpro）读取。光电导则采用标准的低频锁相方案测量，即通过Keithley 6221源施加带有直流偏置的11Hz微弱交流激励电压（1毫伏）至样品，然后通过锁相放大器（SSI OE1022）测量对应流经样品的电流。图二(a)在不同激发功率下，综合光电流随温度的变化。100% P = 160 W/cm² 。(b) 在每个激发功率下归一化到最大值的光电流。(c)从传输特性测量中提取的与温度T相关的电阻率指数为函数的相图，作为T和电子-空穴对密度的函数。(d)不同电子-空穴对密度在过渡边界附近的电阻率与温度的关系 【总结】 该文设计了一种带有双栅结构的BP器件，通过测量器件的傅里叶光电流谱和传输特性，观测到从具有明显激子跃迁的光学绝缘体到具有宽吸收带和粒子数反转的金属电子-空穴等离子体相的转变，并且还观察到在Mott相变边界附近，电阻率随温度呈线性关系的奇特金属行为。文章的结果为研究半导体中的强相关物理提供了理想平台，例如研究超导与激子凝聚之间的交叉现象。【文献】 ✽ Binjie Zheng,Yi Shi & Xiaomu Wang et al. " Quantum criticality of excitonic Mott metal-insulator transitions in black phosphorus." nature communications (2022) 【推荐产品】

近日，日本经济产业省公布了在乌克兰军事行动后将禁止向俄罗斯出口的产品清单。该禁令包括57个项目，将于3月18日生效。该部表示，该清单包括31种通用商品和26种技术项目，包括软件。出口禁令适用于半导体、雷达、传感器、激光器、通信设备、记录设备及其组件、示波器、光谱仪、信号放大器、信号发生器、电阻器、加密设备、电视摄像机、滤光片和氟化物光纤。此外，还对导航设备、无线电电子设备、水下监视设备、潜水设备和柴油发动机实施了禁令。此外，禁止的是拖拉机部件，飞机及其部件的燃气涡轮发动机以及炼油设备。2月24日，在分离的顿巴斯共和国呼吁帮助保卫自己免受乌克兰军方的攻击后，俄罗斯在乌克兰发动了军事行动。作为回应，西方国家对莫斯科实施了全面制裁。

立即注册参加Axon传统电生理网络讲座 题目：全细胞电压钳记录模式为何需要补偿串联电阻？日期：2012年9月26日，周三时间：9:00 -10:00 AM 建议参会人包括：正要建立新电生理实验室的教授及研究人员大学研究院所和医药界的电生理学家 现在使用Axon软件及放大器的用户题目： 全细胞电压钳记录模式为何需要补偿串联电阻？主讲人：Jeffrey Tang, PhD, Product Marketing Manager of Axon Conventional Electrophysiology, Molecular Devices, LLC.请点击 在线注册 注册本次网络讲座。本次讲座费用全免，但是参会人数有限，请尽快注册。在线注册后，您将收到一封确认邮件，同时附有如何登陆本次网络讲座的资料。我们期待您的参与！若您在注册时遇到任何问题，请联系info.china@moldev.com或jeffrey.tang@moldev.com询问。

科技日报北京1月22日电 德国维尔茨堡—德累斯顿卓越集群ct.qmat团队的理论和实验物理学家开发出一种由铝镓砷制成的半导体器件。这项开创性的研究发表在最新一期《自然物理学》杂志上。由于拓扑趋肤效应，量子半导体上不同触点之间的所有电流都不受杂质或其他外部扰动的影响。这使得拓扑器件对半导体行业越来越有吸引力，因为其消除了对材料纯度的要求，而材料提纯成本极高。拓扑量子材料以其卓越的稳健性而闻名，非常适合功率密集型应用。新开发的量子半导体既稳定又高度准确，这种罕见组合使该拓扑器件成为传感器工程中令人兴奋的新选择。利用拓扑趋肤效应可制造新型高性能量子器件，而且尺寸也可做得非常小。新的拓扑量子器件直径约为0.1毫米，且易于进一步缩小。这一成就的开创性在于，首次在半导体材料中实现了微观尺度的拓扑趋肤效应。这种量子现象3年前首次在宏观层面得到证实，但只是在人造超材料中，而不是在天然超材料中。因此，这是首次开发出高度稳健且超灵敏的微型半导体拓扑量子器件。通过在铝镓砷半导体器件上创造性地布置材料和触点，研究团队在超冷条件和强磁场下成功诱导出拓扑效应。他们采用了二维半导体结构，触点的排列方式可在触点边缘测量电阻，直接显示拓扑效应。研究人员表示，在新的量子器件中，电流—电压关系受到拓扑趋肤效应的保护，因为电子被限制在边缘。即使半导体材料中存在杂质，电流也能保持稳定。此外，触点甚至可检测到最轻微的电流或电压波动。这使得拓扑量子器件非常适合制造尺寸极小的高精度传感器和放大器。

中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室彭新华教授研究组在自旋量子精密测量领域取得重要进展，首次提出和验证了Floquet自旋量子放大技术，该技术克服了以往只在单个频率处量子放大的局限性，实现了多频段极弱磁场信号的量子放大，灵敏度达到了飞特斯拉水平。相关研究成果于6月9日以“Floquet Spin Amplification”为题在线发表于著名国际学术期刊《Physical Review Letters》上[Phys. Rev. Lett. 128, 233201 (2022)]，并被选为“编辑推荐（Editors’Suggestion）”文章。现代自然科学和物质文明是伴随着测量精度的不断提升而发展的。随着量子力学基础研究和科学技术的发展，通过原子、分子、自旋等物理系统可以实现微弱信号的量子增强放大。相比于基于经典电路的传统放大技术，量子增强放大受限于更低的量子噪声且具有更高的放大增益，为提升测量精度提供了强有力的研究手段，因此受到大家的广泛关注和研究。目前，量子放大技术已经在诸多测量过程发挥不可替代的作用，催生出许多革命性成果，例如微波激射器、激光器、原子钟，甚至宇宙微波背景辐射的首次发现等，诺贝尔物理学奖也曾多次授予相关领域。然而目前对量子放大精密测量技术的探索仍然有限，实现信号放大主要依赖于量子系统固有的离散能级跃，由于可调谐性的限制，量子系统固有离散跃迁频率往往无法满足放大需要的工作频率，因此限制了量子放大器的性能，如工作带宽、频率和增益等。如果能够克服以上困难，量子放大技术的性能将可以得到很大改善，对探测极弱电磁波和奇异粒子等基础物理和实际应用具有重要意义。成果示意图：（a）Floquet能级；（b）Flqouet量子自旋放大器原理图；（c）磁探测灵敏度。针对以上难题，本文研究人员提出了Floquet自旋量子放大技术，成功克服了以往探测频率范围小等限制，实现了对多个频率的极弱磁场放大。这项技术得益于该组之前提出的“自旋放大技术”[Nat.Phys. 17, 1402 (2021)]和“Floquet调制技术”[Sci. Adv. 7(8), eabe0719 (2021)]，将二者有机结合，从而将量子放大技术推广到Floquet自旋系统：利用Floquet调制技术调控自旋的能级与量子态，将固有的二能级系统（如129Xe核自旋）修饰为周期性驱动Floquet系统，从而具有很多独特的性质，使得系统形成了一系列等能量间距分布的Floquet能级结构，在这些能级之间可以发生共振跃迁，因此有效拓广了磁场放大的频率范围。通过理论计算和实验研究，首次展示了Floquet系统可以实现多个频率待测磁场2个数量级的同时量子放大，测量灵敏度达到了飞特斯拉级级别。该工作首次将量子放大技术扩展到Floquet自旋系统，有望进一步推广到其他量子放大器，实现全新的一类量子放大器——“Floquet量子放大器”。彭新华研究组长期瞄准量子精密测量领域，利用量子精密测量技术来解决世界前沿科学问题。包括于2018年自主研发出超灵敏原子磁力计，并且利用该技术实现了无需磁场的新型核磁共振技术——“零磁场核磁共振”[Sci. Adv. 4(6), eaar6327 (2018)]；于2019年至2020年发展新型原子磁力仪技术[Adv. Quantum Technol. 3, 2000078 (2020)，Phys. Rev. Applied 11, 024005 (2019)]，达到了国际领先水平的磁场探测灵敏度；通过进一步研究，于2021年实现了新型的自旋微波激射器，在低频段创造了国际最佳的磁探测灵敏度[Sci. Adv. 7(8), eabe0719 (2021)]。之后，该研究组将已发展的平台型量子精密测量技术用于寻找超越标准模型的新粒子，取得了一系列对推动学科领域发展有实质性贡献的研究成果。包括于2021年利用新型量子自旋放大器搜寻暗物质候选粒子，首次突破国际公认最强的宇宙天文学界限[Nat.Phys. 17, 1402 (2021)]，以及实现了对一类超越标准模型的新相互作用的超灵敏检验，实验界限比先前的国际最好水平提升至少2个数量级[Sci. Adv. 7, eabi9535 (2021)]。中科院微观磁共振重点实验室江敏副研究员、博士研究生秦毓舒和王鑫为该文共同第一作者，彭新华教授为该文通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委和安徽省的资助。论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.233201量子自旋放大技术论文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-021-01392-z

近日，西安光机所瞬态光学与光子技术国家重点实验室非线性光学及应用课题组在亚散粒噪声精密测量领域研究取得重要进展，相关成果以“Tolerance enhancement of inefficient detection and frequency detuning by non-perfect phase-sensitive amplification in broadband squeezing-based precision measurement”为题发表在国际著名光学期刊Journal of the Optical Society of America B，并被选为Editor`s Pick(编辑精选)文章。(Editor's Picks serve to highlight articles with excellent scientific quality and are representative of the work taking place in a specific field.) 　　标准量子极限是经典测量技术所能达到的最小测量极限。随着引力波等微弱信号探测需求的增长，如何突破标准量子极限实现更高精度测量是精密测量领域的重要科学问题。作为最实用和最有效的量子计量资源之一，压缩态能使测量精度突破散粒噪声极限并逼近海森堡极限，可以为精密测量领域带来革命性突破。 　　然而压缩态的低鲁棒性限制了它在复杂环境中的应用，且探测器的非理想探测效率也会导致其量子优势无法充分体现。对此，研究人员提出使用光参量放大器(OPA)对微弱信号进行预放大来克服由于低探测效率引起的检测损失。由于存在量子涨落现象，经典放大器的放大过程会伴随着散粒噪声引入，导致噪声指数NF3dB。因此，突破这一固有限制是微弱信号精密测量亟需解决的重点与难点。 　　基于以上关键问题，该课题组开展了基于二阶非线性的相位敏感光参量放大器(PSA)相关研究。PSA以其在放大过程中不引入新的噪声的独有特性，可实现对微弱信号无噪放大，有望助力光学精密测量技术实现新的突破。 图1. 基于压缩态的亚散粒噪声量子测量方案示意图 　　课题组提出了应用PSA来提高基于宽带压缩光的微弱信号探测能力的方法。研究发现，使用宽带压缩光作为探测光可提高微弱信号的探测能力，在探测器的探测效率较低时(η0.5)，使用PSA预放大可显著提高因为低探测效率引起的量子优势衰减，并有效改善压缩态的低鲁棒性。研究进一步发现，尽管宽光谱引起的频率失谐会导致非理想相敏放大引入少量噪声，但高增益可有效补偿这一退化。相关研究成果为引力波探测、量子增强激光雷达、量子成像、量子通信等领域的发展提供了关键理论支撑。 图2. 探测器检测效率，频率失谐量，压缩度和相位敏感增益等参数对系统量子优势的影响 　　西安光机所非线性光学及应用课题组近年来对微弱信号探测及弱光成像技术进行了深入的研究并取得一定的突破。应用非线性光学效应可以有效解决弱信号探测及成像领域因背景噪声强、探测器低灵敏度等因素而导致难以有效探测识别微弱信号的技术瓶颈问题，该课题组已形成光学随机共振弱光图像重构技术、中红外上转换高灵敏探测技术以及相位敏感弱信号放大等关键技术的研究能力，相关研究成果近期先后发表在Optics Express、IEEE Photonics Journal、Nanomaterials、Journal of the Optical Society of America B等国际知名期刊上，得到了国内外同行专家的认可和积极的评价。

编者按：作者通过QSense E-QCMD技术研究了半导体水凝胶电化学掺杂过程中的质量变化和稳定性。相比于传统的有机混合离子电子导体，骨架为阳离子的半导体聚合物呈现出独特的质量下降的行为。这是由于还原过程中部分阴离子离去以维持体系电中性，剩余的阴离子保证交连体系的稳定性。体系去掺杂后，质量得以恢复。雷霆研究员出生于1987年,目前为北京大学工学院材料科学与工程系特聘研究员，为国家青年学科项目的带头人，长期致力于发展新型有机高分子电子材料和柔性电子器件。近年在Nat. Energy , Nat. Comm. , PNAS , Sci. Adv. , Acc. Chem. Res. , J. Am. Chem. Soc. , Adv. Mater.等顶级学术期刊发表论文超过60篇，总引用超过7000次。研究成果被国内外多家媒体报道，被多篇综述评论为该领域的重要进展。目前申请中国和国际专利10项，已获授权5项。部分专利成果已实现规模化生产，并与国内外多家公司开展了合作和产业化研究。最新Science：N型半导体水凝胶水凝胶由三维交联的亲水聚合物网络构成，具备保留大量水分的能力。相较于刚性无机材料和干燥聚合物，水凝胶的机械性能可以广泛调整，适用于模仿软骨、皮肤、肌肉及大脑等多种生物组织。其结构多样且易于改性，在生物功能工程中展现出杰出的多功能性，包括刺激响应性和优异的界面特性，应用广泛于传感器、致动器、涂层、声探测器、光学和电子学领域。尽管具有这些优点，但由于缺乏半导体特性，它们在电子学中的应用一直受到限制，传统上只能用作绝缘体或导体。在此，北京大学雷霆研究员团队开发了基于水溶性 n 型半导体聚合物的单网络和多网络水凝胶，赋予传统水凝胶以半导体功能。这些水凝胶显示出良好的电子迁移率和高导通/关断比，可用于制造低功耗、高增益的互补逻辑电路和信号放大器。作者证明，具有良好生物粘附性和生物相容性界面的水凝胶电子器件可以感应和放大电生理信号，并提高信噪比。相关成果以“N-type semiconducting hydrogel”为题发表在《Science》上，第一作者为李佩雲，Wenxi Sun为共同一作。单网络半导体水凝胶的设计与制备作者设计了一种 n 型水溶性半导体聚合物 P(PyV)，它的阳离子骨架含有氯化物反离子，没有任何侧链（图 1B）。作者认为，无侧链聚合物设计可实现较高的电子性能，而离子骨架则为静电交联提供了可能性。通过密度泛函理论计算，发现苯磺酸离子与聚合物骨架的结合能优于氯离子，使热力学交换过程更为有利。作者选用1,3-苯二磺酸钠（DBS）作为体积小且对电子特性影响最小的交联剂。将P(PyV)和DBS混合后，形成不溶于水的亲水网络，显示出通过双离子静电交联形成的水凝胶结构。（图 1C，F）。利用旋涂和正交溶剂处理方法制备P(PyV)水凝胶薄膜，X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见-近红外光谱（UV-vis-NIR）结果证实了阴离子的完全交换和水凝胶的稳定性（图 1D ）。掠入射广角X射线散射（GIWAXS）和扫描电子显微镜（SEM）分析显示，交联后的P(PyV)-H形成了稳定的三维多孔网络结构，适于储水及离子和分子的高效运输（图1E）。通过喷涂和水洗的方法实现了P(PyV)-H的图案化，此技术分辨率约200微米，简化了大尺寸水凝胶基器件的制造。这种半导体水凝胶的开发为构建与传统半导体类似的电路提供了新的可能性，并与生物组织保持良好的界面兼容性。图1.基于P(PyV)的单网络半导体水凝胶P(PyV)-H的半导体特性为探索水凝胶的电化学特性，作者进行了光谱电化学研究。在电化学还原过程中，阴离子离开P(PyV)-H，形成n掺杂水凝胶，其吸收带发生显著变化，得到DFT计算和化学掺杂实验的验证。作者利用有机电化学晶体管（OECTs）评估P(PyV)-H的半导体特性（图 2），发现其电子迁移率和体积电容的乘积μC*值非常高，表明其优异的离子存储和传输能力。通过电化学阻抗谱测量了电容，进一步证实了水凝胶的高电容性能。作者还利用P(PyV)-H制作了互补逆变器和逻辑电路（图2A），展示了其在低电压下的高增益和低功耗性能，验证了其构建集成电路的潜力（图2F-H）。此外，该水凝胶逆变器可用于生物电信号的有效放大，显示出在可穿戴式监测设备中的应用前景。这些结果突显了半导体水凝胶在高性能电子设备中的应用潜力（图2J，K）。图2. P(PyV)-H的半导体特性多网络半导体水凝胶的制备及性能P(PyV)-H可以与其他开发成熟水凝胶混合，形成多网络水凝胶（MNH），这些MNH展示了增强的机械性能和良好的生物粘附性（图 3A,B）。这些MNH包括三种聚合物网络：长链聚合物（如聚丙烯酰胺或聚丙烯酸）、生物聚合物（如聚乙烯醇或明胶）和半导体聚合物（P(PyV)）。例如，MNH-1包含聚丙烯酰胺和聚乙烯醇，具有高拉伸强度和吸湿性；而MNH-2则包含聚丙烯酸和明胶，展现出良好的生物粘附性。MNH的含水量高达60%至70%，拉伸试验表明，MNHs 具有很高的拉伸性，断裂应变大于 100%。添加少量 P(PyV) 后，断裂应力急剧增加，因为 P(PyV) 比传统水凝胶更硬。随着 P(PyV) 的进一步增加，断裂应力基本保持不变，但断裂应变逐渐减小（图 3，C 和 D）。实验还表明，MNH在猪皮肤上显示出优异的界面韧性和剪切强度（图3E）。这些MNH在保持半导体性能的同时，能够与各种生物组织展示出更好的粘附（图3G,H），适合于制造电化学晶体管和逆变器，显示出稳定的电子性能和良好的信号放大功能，即使在受到物理应力的环境中也能保持性能稳定（图 3I,J）。图3.多重网络水凝胶的制备和性能用于生物信号扩增的半导体水凝胶半导体水凝胶的出色半导体性能促使作者探索其生物电子学应用。使用人类角质细胞进行的细胞活力测试表明，与传统聚合物相比，此水凝胶显示出较低的细胞毒性和出色的生物相容性（图4A），这可能得益于其高含水量和水可加工性。因此，这些水凝胶适合体内应用。利用P(PyV)-H的高容积容量，我们能够有效降低金电极的阻抗。作者还使用基于P(PyV)-H和MNH-2的放大器放大眼电图和心电图信号（图4B），与商用凝胶电极相比，基于水凝胶的放大器产生的信号强度高出40倍，显示出优异的信噪比。此外，此放大器在现场记录低电平生物信号如脑电图时（图4C），受到的噪声干扰极小，信噪比高。这些放大器被用于记录体内的皮层电图信号，展示了其在测量低频生物信号方面的巨大潜力，而P(PyV)-H则在测量较高频信号方面表现更佳（图4E-G）。研究表明，半导体水凝胶能够有效放大生物电子学中的各种电生理信号，具备优异的半导体特性、生物相容性、机械性能和生物粘附性，可用于构建逻辑电路和放大器。图 4. 半导体水凝胶放大器的应用原文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj4397更多QSense E-QCMD技术详情请点击链接登录百欧林官网 查看。

安捷伦科技推出GC/Q-TOF，为GC/MS分析带来前所未有的分辨率 2011 年6 月6 日，——安捷伦科技公司（纽约证交所：A）推出7200 Q-TOF（四极杆飞行时间）气相色谱/质谱（GC/MS）系统，为广泛的生物和化学GC/MS 分析带来前所未有的色谱分离度和质谱分辨率。 新型Agilent7200 Q-TOF 完美融合了Agilent 7890A GC（全球销量最大的气相色谱系统的最新产品）公认的优异性能以及Q-TOF 分析仪的高质谱分辨率。Q-TOF 还采用了久经考验的成熟设计，有效确保结果可信度。 安捷伦气相事业部副总裁Chris Toney 说：“我们创造了7200 Q-TOF，客户便能够从日益复杂的样品中获得更多的定性与定量信息。如果目标化合物的质量数非常接近，样品基质又相当复杂，正是这一新型平台的用武之地。” Agilent7200 Q-TOF 非常适于在有挑战性的应用中分析目标化合物和未知物，例如代谢组学、食品安全、天然产物研究、环境分析、兴奋剂检测和能源研究。 新型MassHunter 解卷积软件便于在TOF 模式下分析大量化合物。对于高难度样品，用户可以利用Q-TOF 模式下的高分辨率产物离子谱去除基质干扰，优化片段图谱，从而有利于对痕量浓度的未知物进行结构解析。 新型可移除的离子源使得研发实验室能够在优化的EI 和PCI/NCI 源之间快速切换，不会损失Q-TOF 多支管的真空度，从而大幅节省时间。改变离子源的每个步骤均由MS 系统监控，确保无误运行。 集成的石英四极杆分析器和碰撞池与广受欢迎的Agilent 7000B 四极杆GC/MS/MS中所使用的相同。其独特的稳定性允许将分析器加热至200 摄氏度以消除在低温下操作金属四极杆时常见的污染。 安捷伦专利的INVAR 飞行管使用安捷伦LC/TOF 产品系列中成熟可靠的组件，密封于真空绝热壳体内，不论环境温度如何改变，均可保持优异的质量精度。其长度和双级离子镜确保在整个质量范围内均可提供高分辨率。 7200 系统的快速电子器件使采样速率高达32 Gbit/秒，确保分析低丰度样品时能够提供高分辨率、高质量精度与高灵敏度。双增益放大器能够通过低增益和高增益通道同步处理检测器信号，从而提供宽达105 的动态范围。 模拟-数字检测器能够记录多离子事件，可在宽质量范围和宽浓度动态范围内进行非常准确的质量数测定。低浓度或高浓度的内参比质量化合物均可提供给离子源。 MassHunter 软件 安捷伦MassHunter 软件能够简化从仪器设置到最终报告的TOF 和Q-TOF 分析。数据分析工具可帮助用户快速查找、比较和鉴别化合物。其中包括以化合物为中心的数据挖掘和导览以简化MS 数据分析。新一代解卷积功能可从复杂的分离中提取谱图信息。对于谱型分析实验，Mass Profiler Professional 可自动鉴别样品组之间的显著性差异，并通过精确质量谱库检索确认鉴别结果。 了解更多信息，请访问：www.agilent.com/chem/GCMS_QTOF 关于安捷伦科技 安捷伦科技公司（纽约证交所：A）是全球领先的测量公司，同时也是通信、电子、生命科学和化学分析领域的技术领导者。公司的18500 名员工为100 多个国家的客户提供服务。在2010 财政年度，安捷伦的业务净收入为54 亿美元。要了解安捷伦科技的信息，请访问：www.agilent.com.cn。

微光探测器是科学仪器和光学传感器中的关键器件之一，广泛应用于表征仪器和化学分析仪器中，如物理发光、化学发光、生物发光、荧光、磷光、以及微颗粒散射光等弱光探测中，其性能决定着光学检测仪器的灵敏度和动态范围指标。　　长期以来，我国民用微光探测器处于“国外品牌独秀，国内依赖进口”的被动局面。针对这种“卡脖子”现象，中国科学院大连化物所微型分析仪器研究组(105组)关亚风研究员、耿旭辉研究员团队经过十五年技术攻关，成功研制了具有自主知识产权的高灵敏、低噪音、低漂移的AccuOpt 2000系列微光探测器(光电放大器)，并批量生产，用于替代进口光电倍增管(PMT)、制冷型雪崩二极管(APD)和深冷型光电二极管(PD)对弱光的探测。　　近期，该产品通过了由中国仪器仪表学会组织的新产品成果鉴定，获鉴定委员会一致认可：该产品设计新颖、技术创新性强，综合性能达到国际先进、动态范围和长期稳定性能达到国际领先水平。　　微光探测器研制成功的背后，有哪些鲜为人知的故事？产品在替代进口器件方面有何优势？团队接下来还有哪些产业化计划？带着疑问，仪器信息网特别采访了团队的核心人物——中国科学院大连化物所关亚风研究员。中国科学院大连化物所关亚风研究员　　Q、首先祝贺关老师团队研发的“微光探测器(光电放大器)”通过中国仪器仪表学会组织的新产品成果鉴定。据了解，您团队研制该技术已经有15年的时间了，请您介绍该项目的研制背景?　　关亚风：说来话长，我本人是从上世纪90年代初开始从事微型色谱的研究，开始时就是研制微型色谱仪的关键器件与部件。　　2003年，团队承接了“十五”科学仪器攻关专题“液相色谱激光诱导荧光检测器(LIF-D)的研制与技术开发”，当时为激光诱导荧光检测配套的是进口光电倍增管(PMT)。由于背景光的存在，光电倍增管用在激光诱导荧光检测器时的信号增益只能用在5,000~30,000区间，但实际上光电倍增管的增益可以达到百万以上，也就是说我们只使用了光电倍增管的低增益区。由此，我想到了使用雪崩光电二极管，但试验结果显示雪崩二极管的灵敏度无法达到要求，而且当时雪崩二极管的价格加上辅助电路价格达到PMT价格的2/3，只能放弃这条技术路线。　　2005年，我开始尝试用光电二极管来检测荧光，尽管选择了当时性能最好、自带前置放大器的光电二极管(都是日本、英国公司的产品)，但距离理想的灵敏度还有2个数量级的差距。从那时起，我开始构思如何提高光电二极管的检测灵敏度。借鉴我在气相色谱微型热导检测器研制上的成功经验，将思路放在降低噪音和漂移上，而不是提高增益上。我在研制气相色谱的热导检测器时，国际上都是通过提升其热敏丝的温度来提高检测器的灵敏度。但我反其道而行之，不去提升它的响应值，而是通过降低检测器的噪音，优化信噪比，再配合一个低噪音低漂移前置放大器来提升灵敏度。所研制的微池热导检测器的灵敏度在当时可以比肩国外公司的产品。我当时的实验室条件无法提高光电二极管的响应值，很自然地想到通过降低噪音来提高信噪比。　　我首先考虑了光电材料界面以及连接导线界面的热电偶和接触电阻对噪音和温度漂移的影响，后来想出了抵消这个影响的方案。经过数年努力，到2012年时对弱光的检测下限达到了雪崩二极管的检测灵敏度，同时线性范围达到了5个数量级，比雪崩二极管宽2个数量级。这时我决定启用团队力量，集中力量攻关，2013年达到用PMT的进口名牌荧光检测器灵敏度的1/4水平，也就是PMT增益在4千左右的水平。耿旭辉2013年博士毕业后加入我们团队继续研制荧光检测器并加入微光探测器攻关。到2014年底，我们的微光探测器噪音、漂移比常规光电二极管降低了两个数量级，不仅检测灵敏度达到PMT增益在2万的而水平，而且动态范围延申了2个数量级，达到近6个数量级。2015年底实现了微光探测器产业化并开始推广销售。团队用简单、低成本的方式实现了弱光信号的高灵敏检测，解决了卡脖子难题，使国内微光探测器不再单纯依赖于进口光电器件，同时也克服了光电倍增管和雪崩二极管线性范围窄的问题。　　Q：您刚才提到了微光探测器攻克的技术难点以及取得的成果，我们想追问，AccuOpt 2000系列微光探测器(光电放大器)相比进口器件而言有哪些优势，未来还有哪些需要提升的地方?　　关亚风：我先讲一下优点，首先它性能长期稳定、不漂移 其次它对强光免疫，AccuOpt 2000受强光照射后秒级恢复，不影响性能 第三它抗强烈震动和冲击，抗电磁干扰，可以放在手持式仪器上，摔地上也不怕 第四是它不需要高压模块，且功耗低 第五是开机3分钟即能达到稳定状态 第六是使用寿命长，达15年 再有就是价格便宜，不需要调理电路，拿来就能直接用。　　缺点是响应速度比较慢，10毫秒级。不过90%的应用对于响应速度没有要求，只有10%的高端应用追求响应速度快，需要高速调制，这点我们无法满足。另一个即可以说是缺点也可以说优点，就是光谱响应范围较宽，为300~1150 nm，但在深紫外区间没有响应。目前国内ICP等发射光谱的重点在紫外区，这是AccuOpt 2000所欠缺的，也是未来重点拓展的一个方向。AccuOpt 2000系列微光探测器(光电放大器)　　Q：AccuOpt 2000系列微光探测器应用有哪些?其中实际应用效果最好的案例是哪个?解决的最大问题是什么?　　关亚风：最牛的应用是高端，我们团队采用小型、廉价的激光二极管替代激光器为光源，用自主研制的硅基微光探测器替代进口光电倍增管探测荧光，由耿旭辉博士负责研制出“紧凑式”共聚焦激光诱导荧光检测器，我们分析了单个白血病细胞中的active caspase3蛋白，检测限达7个分子(91 pL检测体积内)。研究成果在Analytical Chemistry这一分析化学的国际顶级期刊上发表。　　我们最欣喜的、量大的应用是黄曲霉毒素荧光检测器。我们放了一台在一家知名国外仪器公司的实验室，他们自己测了一年，证明灵敏度比他们现有仪器高一倍，漂移少一倍。另外一家知名国外仪器公司买了我们一台，与它最新型号相比我们的灵敏度高两倍，比它老的型号高5~6倍。进口品牌荧光检测器的功耗在75瓦~150瓦之间，而我们的产品总功耗只有4瓦，其中3瓦消耗在了交流-直流变换器和直流-直流变换器上。　　2019年和2020年，团队与中国科学院深海科学与工程研究所共同研制的4500米级多种型号深海原位荧光传感器搭载深海勇士号/探索一号和二号在某海域科考航次中多次海试成功，均获得了有效数据。AccuOpt 2000就是我们荧光传感器中的荧光探测器件，取代进口PMT得到优于国外同类传感器的灵敏度和更宽的动态线性范围。　　眼下新冠肺炎疫情来袭，团队也探索AccuOpt 2000在PCR等设备上的应用。不过，检测器灵敏度过高，而国内试剂的使用量又太大，限制了该部件在国产仪器中的使用。当前团队正与企业展开合作，希望能突破这一关键问题。　　Q：AccuOpt 2000系列微光探测器目前产业化情况如何?与哪些仪器企业进行了合作?下一步有哪些产业化计划?　　关亚风：AccuOpt 2000系列自2014年研制成功，2015年已着手推进量产工作。五年来，器件的性能不断优化，团队基于ISO9000质量管理体系来管理生产全流程，短时间内完成了960支成品的生产，面向市场售出约140支，自用了200多支。　　我们是专业的研发团队，生产装配不在话下，难点反而在于市场销售。以新冠检测为例，国内所有做荧光检测、生物检测的都是我们的潜在用户，但问题卡在哪?就是刚才说的国内试剂使用量太大，检测器的高灵敏度反倒成了问题。一些灵敏度比我们低得多、售价七百元以下的光探测器反而能卖出去。我们必须介入到更早期的研发中才能培育市场需求。后续我们也会加大宣传，推进它的市场销售。　　Q：核心零部件/器件对科学仪器至关重要，光电探测器更是影响仪器整体性能提升的关键一环。关老师您从事光电器件的研究近二十年，据您观察，当前国内光电探测器的发展情况如何，国产光电探测器面临哪些关键问题，您有哪些发展建议?　　关亚风：国产光电器件的品种相对较少，有些特殊应用领域的做得不错，但是民用的、工业用的相比国外差距还很大。卡脖子问题往往是“叫好不叫座”，都知道关键器件很重要，但落实到具体层面做的人反而很少。我认为有两方面的原因：　　首先对企业来说，别看光电器件重要，但研制难度大，实际的产值低、做出的产品卖不出去多少，所以利润薄。如果没有政策引导和项目扶持，企业自然不愿意投入经费与人力，最后成了公益事业，产业发展举步维艰。需要政策倾斜，例如企业根据销量享受相应的退税优惠，或者科技攻关项目给予经费支持，企业才有动力去啃这块“硬骨头”。　　其次对于科研院所而言，现有基层的评价体系侧重于论文、专利、产值等评价指标，而研发光电器件的有效成果又不能去发论文或申请专利，原因是很容易被他人或竞争对手复制 但不发论文又意味着与提职称、评奖基本无缘，这就导致了真正潜下心来研究能实际应用的光电器件的人才越来越少。评价体制要落地，而非悬在半空中。这些问题不解决，关键器件的研制很难往下走，就会永远被别人卡着脖子。　　光电器件的研制需要理论基础扎实、知识面广的复合型人才，这样的人很容易在热门领域发光发热，能潜心去坐这张“冷板凳”的人才不多。　　话说回来，我最初也不是专门研究光电器件的，而是光电器件的用户。当初进入这个领域，是受越来越高的进口器件价格和日益严苛的进口限制所迫。把一个学化学的人逼着去搞光电器件并取得成功，这也是个小概率事件吧。

近日，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所张为俊研究员团队在大气二氧化氮探测技术方面取得新突破，团队利用相敏检测的振幅调制腔增强吸收光谱技术，创立了一种能够快速灵敏检测大气环境中二氧化氮的新方法。这项研究成果日前发表于美国化学会（ACS）出版的《分析化学》上，并申请了发明专利保护。通俗地讲，就是把吸收到的二氧化氮光谱信号进行有效放大，再通过我们开发的可靠算法进行计算，最终实现对大气二氧化氮的精确探测。基于多模激光的振幅调制腔增强吸收光谱技术，适用于长期稳定运行、免人工维护的二氧化氮高灵敏度测量，因而具有很好的科研和业务应用前景。　导致大气污染的“元凶”之一“二氧化氮是对流层大气中主要的污染物，它的来源主要包括交通运输排放和工业生产过程中的化石燃料燃烧、农作物秸秆等生物质燃烧、大气当中的闪电和平流层光化学反应等过程。”中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所的周家成博士说道，大气中的二氧化氮对臭氧和二次颗粒的生成也起着重要作用，是形成酸雨的重要原因之一。“二氧化氮的光解是对流层臭氧的主要来源之一，其参与了光化学反应以及光化学烟雾的形成。”周家成说，二氧化氮通过光化学反应产生硝酸盐二次颗粒，导致大气能见度下降并进一步降低空气质量，是形成灰霾的主要因素。同时，排放到大气中的二氧化氮可以与水蒸气发生作用，产生硝酸和一氧化氮，进而形成酸雨。“正因如此，二氧化氮的高灵敏准确测量对大气化学研究以及大气污染防控具有重要意义。”周家成说，对于一些特殊应用场景，例如青藏高原、海洋等环境中，大气中二氧化氮浓度极低，只有高灵敏的仪器才能精确测量，进而开展相应的大气化学研究。此外，高灵敏的仪器还可以捕捉城市大气污染的深层次信息，例如通量等关键参数，从而更好地服务大气污染防控。放大光谱信号实现超极限探测一般而言，大气当中的每一种成分，都对应有特殊的光谱，也就是相当于这种组分的特殊身份识别标志特征。从原理上来讲，只要能够实现对某种大气组分光谱的高灵敏度探测，也就做到了对这种组分的精确探测。周家成介绍，他们团队创新研发的“基于多模激光的振幅调制腔增强吸收光谱技术”，是将调制技术与多模激光相结合的一种全新的高灵敏度吸收光谱技术。它的工作原理是把被调制的光强信号输入到相敏检波器中，与参考信号进行混频乘法运算，再经过窄带低通滤波器滤除掉其他噪声频率成分后，得到一个与输入信号成正比的直流信号，就可以直接用于吸收系数的计算。“通俗地讲，就是把吸收到的二氧化氮光谱信号进行有效放大，再通过我们开发的可靠算法进行计算，最终实现对大气二氧化氮的精确探测。”周家成告诉记者，“基于多模激光的振幅调制腔增强吸收光谱技术”集成了共轴腔衰荡吸收光谱的高光注入效率、离轴腔增强吸收光谱的低腔膜噪声，以及调制光谱的窄带高灵敏度微弱信号探测等优点，能够提供一种简单、可靠、低成本和自校准的二氧化氮绝对浓度测量方法。“它适用于长期稳定运行、免人工维护的二氧化氮高灵敏度测量，因而具有很好的科研和业务应用前景。”周家成介绍到，他们研制的这台仪器用到的一个关键部件，叫做“宽带多模二极管激光器”，即能够输出波长具有一定宽度，并且可以同时产生两个或多个纵模的激光器，它被作为整个仪器的探测光源。“正是由于它发出的激光光源能被二氧化氮分子所吸收，所以被用来进行二氧化氮浓度的测量。”周家成说，他们用到的这款激光器的中心波长为406纳米，带宽约为0.4纳米，它发射出的探测光源，恰好能够被二氧化氮分子所吸收。一般而言，某种仪器或探测方法，在探测某种参数时所能达到的极限，被称为“探测极限”，也代表了仪器的最高性能指标。周家成表示，他们研制的探测技术经过多次实际应用验证表明，超过探测极限浓度的二氧化氮也能够被测量到。助力北京冬奥会精准预报天气北京冬奥会期间，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所研制的快速灵敏检测二氧化氮仪器被用于环境大气实时在线观测，为冬奥会高精度数值天气预报和多源气象数据融合等关键技术方法提供了必要的数据支持，共同构建了冬奥气象“百米级”预报技术体系。“在此之前，这台仪器在北京参加了‘超大城市群大气复合污染成因外场综合协同观测研究’项目，针对北京城市站点大气环境中氮氧化物的作用开展相关研究，对北京市大气复合污染成因解析起到了重要作用。”周家成表示，后续该仪器还将应用于青藏高原背景站点开展常年观测，填补青藏高原大范围区域二氧化氮有效观测数据的空白。谈起团队科研历程，周家成坦言，这其中充满了艰辛和不确定性，但还是有着很多乐趣。“为了验证仪器吸收测量的准确性，我们先在实验室开展不同浓度二氧化氮测量实验，但是结果始终和预期不一样。折腾了几个小时后，发现居然是外部锁相放大器的一个参数设置有误。”周家成说，这件事再次验证了“细节决定成败”的道理。自此以后，他每次实验前，都会仔细检查仪器的各项参数，防止出现类似的问题。周家成说，仪器在参加北京冬奥会观测期间，由于观测人员在实验前期对仪器操作不熟悉，光腔被正压气体冲击，导致无法用于测量。“当时我不在现场，内心十分着急，牵挂仪器，到了深夜都不能入睡，怕影响观测进度。”年后没几天，周家成携带工具前往北京维修，加班加点终于使仪器正常工作，赶上了综合实验的进度。“接下来，我们将对仪器进行小型化集成，利用锁相板代替商业锁相放大器，配合自动控制系统，使得这台仪器更加智能化、便携化。”周家成表示，未来他们团队还计划把这种二氧化氮探测技术与化学滴定、热解和化学放大法相结合，应用于一氧化氮、臭氧、活性氮和总过氧自由基的高精度测量。通过增加保护气，仪器还可应用于气溶胶消光系数的高灵敏度测量。

通俗地讲，就是把吸收到的二氧化氮光谱信号进行有效放大，再通过我们开发的可靠算法进行计算，最终实现对大气二氧化氮的精确探测。基于多模激光的振幅调制腔增强吸收光谱技术，适用于长期稳定运行、免人工维护的二氧化氮高灵敏度测量，因而具有很好的科研和业务应用前景。周家成中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所博士近日，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所张为俊研究员团队在大气二氧化氮探测技术方面取得新突破，团队利用相敏检测的振幅调制腔增强吸收光谱技术，创立了一种能够快速灵敏检测大气环境中二氧化氮的新方法。这项研究成果日前发表于美国化学会（ACS）出版的《分析化学》上，并申请了发明专利保护。导致大气污染的“元凶”之一“二氧化氮是对流层大气中主要的污染物，它的来源主要包括交通运输排放和工业生产过程中的化石燃料燃烧、农作物秸秆等生物质燃烧、大气当中的闪电和平流层光化学反应等过程。”中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所的周家成博士告诉科技日报记者，大气中的二氧化氮对臭氧和二次颗粒的生成也起着重要作用，是形成酸雨的重要原因之一。“二氧化氮的光解是对流层臭氧的主要来源之一，其参与了光化学反应以及光化学烟雾的形成。”周家成说，二氧化氮通过光化学反应产生硝酸盐二次颗粒，导致大气能见度下降并进一步降低空气质量，是形成灰霾的主要因素。同时，排放到大气中的二氧化氮可以与水蒸气发生作用，产生硝酸和一氧化氮，进而形成酸雨。“正因如此，二氧化氮的高灵敏准确测量对大气化学研究以及大气污染防控具有重要意义。”周家成说，对于一些特殊应用场景，例如青藏高原、海洋等环境中，大气中二氧化氮浓度极低，只有高灵敏的仪器才能精确测量，进而开展相应的大气化学研究。此外，高灵敏的仪器还可以捕捉城市大气污染的深层次信息，例如通量等关键参数，从而更好地服务大气污染防控。放大光谱信号实现超极限探测一般而言，大气当中的每一种成分，都对应有特殊的光谱，也就是相当于这种组分的特殊身份识别标志特征。从原理上来讲，只要能够实现对某种大气组分光谱的高灵敏度探测，也就做到了对这种组分的精确探测。周家成介绍，他们团队创新研发的“基于多模激光的振幅调制腔增强吸收光谱技术”，是将调制技术与多模激光相结合的一种全新的高灵敏度吸收光谱技术。它的工作原理是把被调制的光强信号输入到相敏检波器中，与参考信号进行混频乘法运算，再经过窄带低通滤波器滤除掉其他噪声频率成分后，得到一个与输入信号成正比的直流信号，就可以直接用于吸收系数的计算。“通俗地讲，就是把吸收到的二氧化氮光谱信号进行有效放大，再通过我们开发的可靠算法进行计算，最终实现对大气二氧化氮的精确探测。”周家成告诉记者，“基于多模激光的振幅调制腔增强吸收光谱技术”集成了共轴腔衰荡吸收光谱的高光注入效率、离轴腔增强吸收光谱的低腔膜噪声，以及调制光谱的窄带高灵敏度微弱信号探测等优点，能够提供一种简单、可靠、低成本和自校准的二氧化氮绝对浓度测量方法。“它适用于长期稳定运行、免人工维护的二氧化氮高灵敏度测量，因而具有很好的科研和业务应用前景。”周家成告诉记者，他们研制的这台仪器用到的一个关键部件，叫做“宽带多模二极管激光器”，即能够输出波长具有一定宽度，并且可以同时产生两个或多个纵模的激光器，它被作为整个仪器的探测光源。“正是由于它发出的激光光源能被二氧化氮分子所吸收，所以被用来进行二氧化氮浓度的测量。”周家成说，他们用到的这款激光器的中心波长为406纳米，带宽约为0.4纳米，它发射出的探测光源，恰好能够被二氧化氮分子所吸收。一般而言，某种仪器或探测方法，在探测某种参数时所能达到的极限，被称为“探测极限”，也代表了仪器的最高性能指标。周家成表示，他们研制的探测技术经过多次实际应用验证表明，超过探测极限浓度的二氧化氮也能够被测量到。助力北京冬奥会精准预报天气北京冬奥会期间，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所研制的快速灵敏检测二氧化氮仪器被用于环境大气实时在线观测，为冬奥会高精度数值天气预报和多源气象数据融合等关键技术方法提供了必要的数据支持，共同构建了冬奥气象“百米级”预报技术体系。“在此之前，这台仪器在北京参加了‘超大城市群大气复合污染成因外场综合协同观测研究’项目，针对北京城市站点大气环境中氮氧化物的作用开展相关研究，对北京市大气复合污染成因解析起到了重要作用。”周家成表示，后续该仪器还将应用于青藏高原背景站点开展常年观测，填补青藏高原大范围区域二氧化氮有效观测数据的空白。谈起团队科研历程，周家成坦言，这其中充满了艰辛和不确定性，但还是有着很多乐趣。“为了验证仪器吸收测量的准确性，我们先在实验室开展不同浓度二氧化氮测量实验，但是结果始终和预期不一样。折腾了几个小时后，发现居然是外部锁相放大器的一个参数设置有误。”周家成说，这件事再次验证了“细节决定成败”的道理。自此以后，他每次实验前，都会仔细检查仪器的各项参数，防止出现类似的问题。周家成说，仪器在参加北京冬奥会观测期间，由于观测人员在实验前期对仪器操作不熟悉，光腔被正压气体冲击，导致无法用于测量。“当时我不在现场，内心十分着急，牵挂仪器，到了深夜都不能入睡，怕影响观测进度。”年后没几天，周家成携带工具前往北京维修，加班加点终于使仪器正常工作，赶上了综合实验的进度。“接下来，我们将对仪器进行小型化集成，利用锁相板代替商业锁相放大器，配合自动控制系统，使得这台仪器更加智能化、便携化。”周家成表示，未来他们团队还计划把这种二氧化氮探测技术与化学滴定、热解和化学放大法相结合，应用于一氧化氮、臭氧、活性氮和总过氧自由基的高精度测量。通过增加保护气，仪器还可应用于气溶胶消光系数的高灵敏度测量。

在2013年11月举行的第四届网络质谱研讨会上，中国科学院高能物理研究所实验物理中心研究员级高级工程师刘术林作了《质谱仪器中的离子探测器》的报告，报告中刘术林介绍了一种可用于质谱仪中的低噪声、高增益、脉冲计数能力好、动态范围大、响应速度快、抗磁场、寿命长的探测器(探测器在仪器行业更多的被称为检测器。仪器信息网注)&mdash &mdash 微通道板，报告当时引起了业内一些质谱仪器厂商的关注。　　近日，仪器信息网编辑特别采访了刘术林，请他介绍了微通道板的特点，在质谱仪器当中的应用，以及目前我国微通道板的研制情况。中国科学院高能物理研究所实验物理中心研究员级高级工程师刘术林　　微通道板(简称MCP)是由106-107根规则排列的毛细玻璃管阵列熔合而成的电真空器件，该毛细玻璃管是由特种玻璃制作的，经过氢还原处理后，在其通道的内表面和一定深度内，获得了连续的二次电子发射层和半导体层，当在其两端加上电压时，即可实现二次电子的倍增。对于一块MCP而言，当其两端的电压为其长径比的22倍左右时，其增益可以达到104量级。由于该材料对荷电粒子和特定能量的光子(UV和软X射线)有一定的量子探测效率，再加上其具有体积小、重量轻、空间和时间分辨力好、增益高、噪声低、抗电磁场干扰等优点，因而在微光像增强器、光电倍增管、以及科学仪器中(如质谱仪、俄歇电子能谱仪、X射线光电子能谱仪等)得到了广泛的应用。微通道板　　微通道板用作质谱仪的探测器件发展已比较成熟　　在1990年代研究生业后，刘术林进入中国兵器工业第205研究（西安应用光学研究所）所工作，该研究所从1970年代开始从事微光夜视仪的研究，微通道板是其中的一个核心器件。就这样，刘术林开始了微通道板的研制。　　工作中刘术林常常阅读一些有关微通道板研制和应用的论文，他发现从1990年代初期开始，IEEE T INSTRUM MEAS、IEEE T NUCL SCI、REV SCI INSTRUM等期刊中就陆续有文章提到微通道板在质谱仪当中的应用。　　刘术林说：&ldquo 早期的质谱仪中一般采用的是单通道的倍增器(即Channeltron)，但随着生物大分子、药物分子分析需求的提升，产生更多的离子碎片，要求分辨率更高、探测面积更大、响应时间更快的探测器件，微通道板能很好的满足这些需求。目前主要是飞行时间质谱中采用这种类型的探测器。&rdquo 　　经过几十年的发展，目前国外微通道板在质谱仪中的应用已经比较成熟，有单片型的微通道板，也有模块化的微通道板(微通道板组件)，而且针对不同型号的质谱仪可以配置不同规格的微通道板。但国内微通道板在质谱仪中的应用才刚刚起步。刘术林说：&ldquo 之前我和国内的一些仪器厂商接触过，大家不是很感兴趣。近年来这种情况有所改变，国内禾信，还有复旦大学、中国科学技术大学、吉林大学、大连化物所、长春应化所等企业、大学和科研院所都在研究使用微通道板作为质谱仪的探测器。&rdquo 　　刘术林介绍说，虽然微通道板应用于质谱仪有诸多优点，但也存在一定的缺点：如操作使用困难，非专业训练的人员使用时，失效率高。而且还需要特殊处理，如合适的真空烘烤和电子清刷等。　　除了在质谱仪中的应用外，微通道板还在X射线光电子能谱仪、俄歇电子能谱仪等仪器中有所应用。沈阳科学仪器厂(即现在的中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司，仪器信息网注)、北京科学仪器厂(即现在的北京中科科仪股份有限公司，仪器信息网注)、中科院西安光机所曾采购微通道板用于场离子显微镜，高速示波器等仪器的研制，刘术林介绍说。　　目前，我国微通道板每年的产量达到10万片左右，其中绝大部分还是用在光电成像领域，科学仪器领域的需求量还很小。&ldquo 但在科学仪器领域，还有可以开发的应用空间，比如将微通道板用作电镜中二次电子成像用的探测器等，从微通道板的原理和特点来说，完全可以满足，但是具体应用还是得和从事电镜研制的专业人员进行交流。&rdquo 刘术林说道。　　俗话说&ldquo 隔行如隔山&rdquo ，尤其是高技术领域。刘术林说：&ldquo 我们应该主动走出去跟别人交流，让别人了解我们在做的东西。微通道板要使用好，都有许多的技术和经验在里面，我们要教会别人更好的使用。而其他行业的技术人员可以提出要求，我们可以结合自己的技术特点为大家提供相应的技术和产品。通过合作，许多问题或许能够更好的解决。&rdquo 　　国产微通道板性能处于国际领先地位并大量出口　　近年来，国家对于国产科学仪器的发展给予了高度的关注和资金支持，而核心零部件性能对于仪器整体性能的提升至关重要。许多业内人士都曾呼吁大家关注仪器核心零部件的研制。可喜的是，我国在微通道板的研制和生产方面目前已处于国际领先地位，并已大量出口。　　刘术林介绍说：&ldquo 由于微通道板在光电成像方面的重要用途，它的整个工艺，包括材料，国外都对我国进行封锁。所以我国是完全从零开始，研发的具有自主知识产权的产品。就拿制作微通道板的基本材料玻璃来说，它对于玻璃材料的二次电子发射系数要求很高，同时对玻璃管的椭圆度、壁厚等的一致性要非常高，但是我们很难找到合适的企业和人才。当年光是为了制作合适的玻璃管，我们几乎找遍了全国各个角落，后来碰到一个老师傅，要是没有他，说不定我们的微通道板产业都发展不起来。&rdquo 　　制作微通道板一共有几十道工艺，每一道工艺都不能有偏差，哪怕只差一点点，最终的累积误差也会很大。所以许多关键设备稳定性一定要好，然而当时在国内找不到合适的设备，也没有足够的经费采购进口的设备，为了研制微通道板，刘术林和同行们只好自己搭建设备来完成研究。他说：&ldquo 电真空器件行业不同于半导体行业。在半导体行业，做设备的企业对制造厂家的关注十分密切，厂家有新的生产需求，做设备的企业就会研制相应的设备，双方的配合十分紧密。而电真空器件行业可以说是一个夕阳产业，很少有人关注，其对制造设备要求很高，我们向厂家提出设计要求，由于数量少、要求高，一般也很难实现，或者做出来的效果大打折扣。&rdquo 　　正是由于这些经历，让刘术林认识到作为一个大国，配套的一些产业一定要跟上。他说：&ldquo 一些核心的技术和产品，外国往往会设卡不卖给我们。或者卖的价格特别贵，还不说明具体如何使用，等我们摸索很长时间终于弄清楚了，到下一次采购时人家又不愿意卖给我们了。作为一个大国，我们必须在各个行业都要有技术积累，哪怕再偏的行业也要支持一两家企业存活下来，这样才不会受制于人。&rdquo 　　&ldquo 虽然微通道板是很小的产品，但它确实代表着一个国家的整体工艺水平。现在除了我们也只有几个发达国家，如美国、法国、日本、俄罗斯能够做。&rdquo 刘术林说道。　　令刘术林感到十分欣慰的是，实践证明我国研制的微通道板的性能已经接近或达到国外先进水平。中国科学技术大学的一位老师在同步辐射光电离质谱中采用了我国研制的微通道板。在一次拜访中，这位老师告诉刘术林：&ldquo 谢谢你为我们提供的微通道板，已经用了5年时间还在使用。我们用过国外一家公司的微通道板，但用了大概3年时间就坏了。&rdquo 　　刘术林说：&ldquo 其实国外产品有时候未必如他们所宣传的那么好，以前在一些国际会议中，我们看到他们对外提供的指标非常不错，所以一直认为我们的微通道板技术不行。后来我们把自己研制的微通道板拿到国外去让用户试用，他们说你们的微通道板非常不错，比其他几家公司的性能还好，不仅板寿命长，视场清晰度也高。之后荷兰的一家公司开始大批量订购，俄罗斯也有订购。目前，在成像性能方面，国产的微通道板和国外技术水平非常接近了。&rdquo 　　至于微通道板接下来的研究方向，刘术林说：&ldquo 主要是孔径更小、噪声因子要低、高增益、长寿命、容易除气等几个方面。每一个小的改动，往往都会涉及到一系列的参数的改变，可谓是牵一发而动全身。比如噪声因子是评价放大器放大性能的一个重要指标，这一个参数的改进就涉及到孔径、开口面积比、玻璃壁厚等多个参数的控制，而且有些参数之间还互为矛盾关系，所以特别难处理。&rdquo 　　虽然在几十年的研究生涯中，刘术林经常碰到各种困难，但他依然对自己所从事的工作充满了热情，因为在他看来，科研虽然苦，但也乐在其中。&ldquo 有时候我们会碰到一些问题，一时解决不了，会特别难受。但当一天天过去，在我们的努力之下，最终解决了这个问题，我们又会特别开心。其实人每天不论怎样都是过，还不如就踏踏实实的做些事情。而且在研究中，我们还会结识到许多志同道合的朋友。&rdquo 也许正是这份认真和乐观的态度，让刘术林克服了一个个困难，不断地将我国微通道板的制造工艺提到一个新的高度。采访编辑：秦丽娟　　刘术林个人简历　　刘术林，男，中共党员，研究员级高级工程师。1990年于华东理工大学获得硕士学位，同年供职于西安应用光学研究所的特种光纤研究室和光电成像研究室，主要从事微通道板和微光像增强器的研制工作，2000年-2011年，先后在北方夜视技术股份有限公司西安分公司、南京分公司工作，主要从事微通道板的研发、工程化和批生产等工作，2011年底至今，在中国科学院高能物理研究所从事大尺寸微通道板光电倍增管的研制、工程化和日后的批量生产等工作。

2020年11月16日-18日，慕尼黑上海分析生化展在上海新国际博览中心圆满落幕，滨松携多类分析仪器、医疗检验仪器用探测器、光源产品以及多款新品亮相展会。质谱应用质谱作为分析仪器领域的“王者”，一直以来以其高灵敏，且具备特异性的分析方法，可以精确地对样品进行定性和定量分析等性能，俘获了一众仪器厂商的芳心。在本次的分析生化展中，滨松毫无保留的展出了质谱家族的新宠“四件套”。1、GEN3 MCPGEN3是第三代MCP，该产品采用栅网阳极结构，也就是在MCP电子出口和阳极之间加入栅网阳极构成三极结构，该设计可以避免反馈的正离子返回MCP，从而实现控制噪声离子的走向，高气压1Pa下的暗电流始终和高真空时保持一致，更加贴合小型质谱仪器的需求。2、MCP+AD（MIGHTION）MIGHTION拥有了普通MCP难以比拟的高增益，相比传统的MCP微通道板探测器，寿命和线性范围都有了数量级上的提升。3、无铅通道式电子倍增器（CEM）CERARION采用陶瓷镀膜，抛弃了常见的含铅玻璃材质，做到了灵活订制和大的动态范围，为今后的RoHS豁免节省大量工作。4、离子化辅助基板（DIUTHAME）用于MALDI-TOF系统的DIUTHAME无需基质，可大幅度缩减样品处理时间，性能方面，因为无基质，可避免常规MALDI系统使用基质时在0~2000 m/z低分子区域的基质噪声。大面积型号则可实现高空间分辨率的成像，且成像重复性良好，对于不同的应用场景其拓展性良好。我们今年离子化辅助基板的种类也扩充到了9种，包括可用于不宜切片小样品的拓片式质谱成像基板，或直接安装在测量靶托上的载玻片尺寸方式质谱测量。综合探测器最新的近红外MEMS-FPI模块（法布里-珀罗干涉微型光谱仪）和MEMS-FTIR（微型傅里叶变换红外光谱仪） 演示DEMO，在展台上也吸引了大批的客户驻足观看。1、MEMS-FPIMEMS-FPI近红光谱探测模块。集成了卤钨灯、MEMS-FPI近红外光谱探头、控制电路，具备低电量消耗、小巧紧凑、快速检测、低成本化的特性，为光谱分析应用于便携式设备带来了新的可能。其拥有三个光谱波段可选：1.35 to 1.55 μm、1.55 to 1.85 μm、1.75 to 2.15 μm。产品特点：1、不采用传统光栅，选择使用法布里-珀罗腔选频 所以使得该光谱仪仅仅使用单点的InGaAs探测器，就能够得到光谱图。2、采用滨松独有的MEMS加工方法 从而色散分光结构的体积也减小。3、探测器部分和色散分光结构封装在一个器件中，产品体积大大减小2、MEMS-FTIR傅里叶红外光谱仪（FTIR）是红外光谱分析中一种重要的光谱仪类型，发展自20世纪70年代，属于第三代红外光谱仪技术。由于可以快速、准确的进行多组分的定量和定性分析，FTIR被看作是医药、食品、农业和化工等领域中实现质量控制的理想工具。产品特点：1、1.1-2.5μm超高灵敏度2、高信噪比表现（10000:1） 利用MOEMS技术，滨松开发出了一个直径3mm的微型可移动反射镜，避免了入射光量减少的问题，确保了信噪比的表现。3、高光谱重现性 利用半导体激光器，可以精确地检测动镜的位置，增强了测量结果的可重复性。4、超小体积（57*49*76mm） 这样的体积仅是台式仪器的1/100。5、配备评估软件综合光源在用于激光痕量气体分析（TDLAS技术）的量子级联激光器（QCL）产品阵容中，滨松此次为大家带来了最新的“直流驱动电源+TEC制冷温控器+探测器锁相放大器+调制信号接入”等多种功能为一体的模块。产品特点：1、直流驱动电源直流驱动电源，是目前商用驱动激光二极管电源中噪声最小的，RMS噪声低于1 μA [10 Hz - 1 MHz]，甚至电学噪声密度低于散粒引起的等效噪声——1A驱动模式下，噪声小于 300 pA/Hz^1/2，0.5A驱动模式下小于1500 pA/Hz^1/2 。而且方便地保留了调制高达到1MHz的双接口（小信号可达5MHz）。2、TEC温控最大电流为3A，精度为300μK。3、探测器模组内置锁相放大器。4、激光器接口方面支持HHL和蝶形的标准插针，在光窗上更是支持安装准直透镜，也支持SMA905光纤接口。（QCL激光器无需节约内置透镜）5、上述所有功能集于一个堆栈结构的模块，省去布线和多终端控制的空间和不稳定性。6、只需USB通信即可。

PMT模块的选型PMT模块中不仅都集成了PMT裸管、分压电路和高压电源，还根据信号输出的不同需求集成了其他的功能组件。按照PMT模块的信号输出类型，滨松的PMT模块产品可以分为电流输出模块、电压输出模块和光子计数探测器。他们的区别是这样的：点击查看大图PS.图中灰色方框内的各种产品/附件滨松也有提供~可以移步至滨松中国官网了解目前滨松有40多个系列，工程师梳理了一张系列型号及基础参数参考表，在选型时可以有所帮助：（点击查看看大图）在同一系列的滨松PMT模块中，会以后缀来区分不同的产品型号。这些后缀往往代表着不同的含义，了解它们，也可以有助于我们的产品选型。这里，我们选出了用途最为广泛的φ8端窗PMT模块，针对其中关键的名词项，来深入一一解读。 滨松φ8 PMT模块命名规则# Settling time是什么？在PMT模块中，加在PMT上的高压会随着控制电压（一般在0.5-1.1V）的变化而变化；但这个过程是有一定延迟的，且根据PMT模块中分压电路的设计有长有短。从调节完控制电压，到施加在PMT的高压到达设定电压——其时间间隔称之为Settling time，也就是稳定时间，简而言之，就是PMT调完控制电压后等多久能用。在滨松PMT模块的彩页中，标注的Settling time数值一般是控制电压从+1.0V到+0.5V所对应的Settlingtime。如果控制电压的变化幅度较小，响应的Settling time也会相应变小。 # 纹波噪声是什么？PMT模块中，除了PMT裸管之外，还至少会集成高压电源和分压电路。其中高压电源中使用的振荡电路（oscillation circuit）会带来额外微小的电压抖动，继而使得加在PMT上的高压、PMT的增益以及最终输出的信号上都会出现相应的抖动，即纹波（ripple，见图）。纹波现象所带来的纹波噪声在滨松PMT模块的彩页中一般被标注为“Ripple noise（peak to peak）”，是在特定控制电压下，采用特定的读出参数所测得的电压曲线中波峰和波谷的差值。 纹波噪声示意为高压电源选择合适的电路设计可以大幅减小纹波噪声。虽然纹波噪声不可能完全消除，但在当前已经商业化的PMT模块中，纹波噪声已经小到基本可以不予考虑。如果特定情况下确实需要降低纹波噪声，可以考虑以下两种方法： （1）在模块信号输出之后加入低通滤波器，过滤掉一部分；（2）提高控制电压——此时光电倍增管的增益与纹波的绝对值都会增加，但是增益的增长要更快，所以能够实际上降低纹波的影响。# PMT模块的电流输出与电压输出的区别？电压输出的PMT模块的Conversion factor是什么？ PMT最原始的输出信号为电流。相对于电流输出模块，电压输出的PMT模块中多了一个跨阻放大器（Current-Voltage Conversion Amp）将电流已经转换成了电压（可以翻到上文看看图）。对应的转换系数就是conversion factor（或者称作Current-to-voltage conversion factor）。 此外，由于跨阻放大器本身是有带宽的，如H10722和H10723采用了不同的跨阻放大器，所以其输出信号的带宽也就不一样。 总的说来，电压输出模块和电流输出模块在使用中的优劣如下：# 插针式与导线式有什么区别？ 插针式（下图左，如H10720，H11900）与导线式（下图右，如H10721，H11901）的两种光电倍增管模块没有本质区别。前者可以直接插在电路板上；后者在安装上则更加灵活。可以根据实际使用环境和条件选择。 H10720和H10721外观 # 光谱响应参数的解析PMT模块的光谱响应范围主要由光阴极面的材料和窗材决定。 光阴极面的材料决定了PMT光谱响应的波长上限，更长波长的光子由于能量不足就较难转化成光电子从而被探测了。 管壁材料（窗材）决定了PMT光谱响应的波长下限。对于波长更短的光子，理论上只要能够轰击到光阴极面都能够产生光电子。但PMT是一个真空管结构，光子到达光阴极面之前需要先通过管壁。过短波长的光子会被管壁所阻碍，所以管壁材料（窗材）一般决定了PMT光谱响应的波长下限。 光电倍增管工作示意图在滨松样本资料中，一般会给出波长范围（如H10720-110的230-700nm）。其下限代表的是管壁透光率曲线的拐点；其上限，对于多碱材料是灵敏度峰值的0.1%，对于双碱材料是灵敏度峰值的1%。# 关于功耗更多的解析H1072X系列最吸引人的是其低功耗；H10720/H10721系列所要求的电压（input voltage）甚至只有2.8-5.5V，电流也只是mA级别。这意味着，3节普通的5号电池就足以作为PMT模块的电源。加上H10720/H10721本身的小体积，使得其非常适合用于手持式设备。 H10720/H10721，H11900/H11901系列与功耗相关的参数 PMT模块的使用根据实际应用中数据测量的需求，PMT模块的使用可以分为如下3类。 1. 在示波器上读出PMT模块输出的模拟信号 2. 在电脑上读出PMT模块输出的模拟信号 3. 在电脑上读出光子计数结果

p style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/113dd848-00a1-4627-99bc-cf9daef10e9c.jpg" title="20181126513598550.jpg" alt="20181126513598550.jpg"//pp style="text-indent: 2em text-align: center "大连光源项目负责人、中科院院士杨学明/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "今年，由自然科学基金委资助、中国科学院大连化学物理研究所和上海应用物理研究所联合研制的“基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置”（即“大连光源”一期项目）通过专家验收，进入正式运行阶段。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "该项目负责人、中科院大连化学物理研究所研究员、中科院院士杨学明指出，项目通过验收以后，光源装置运行情况良好，吸引了众多国内知名科学家团队前来寻求合作。对大气化学中性团簇、地下水和冰川样品测年、发动机燃烧过程中复杂机理等能源化学相关领域重大科学问题的研究，即将在这里展开。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "这是自然科学基金委国家重大仪器专项资助的第一个经费过亿项目。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "最近，“大连光源”迎来了首个国际用户，英国皇家学会院士、英国布里斯托大学教授Mike Ashfold带领团队前来开展星际化学相关实验数据采集。“这是一个非常独特的科学实验研究装置，具有很好的性能。”Mike Ashfold评价说。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "科学目标驱动/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "随着科学发展，许多重要自然现象本质上都是原子和分子过程，这已经成为科学界的共识。那么，研究这些过程涉及的原子和分子反应机制，便成为科学家关注的重大前沿问题。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "类比人眼通过可见光反射看到物体，那么，用什么样的光才能“看到”原子和分子的变化过程呢？从事物理化学研究的杨学明一直受困于反应中间体的探测难题。当时，他意识到，一定要发展新的科学仪器，才有希望继续深入推动物理化学的发展。为此，杨学明找到中科院上海应用物理研究所所长赵振堂。双方一拍即合：这是我国打造新一代光源的绝佳契机。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "接受媒体采访时，赵振堂曾表示，大连光源是以解决能源化学领域重大科技问题为驱动，由上海应物所按照科学家团队的需要“定向研制”的。此前，光源装置基本都是先建好装置，然后再去寻找用户，看它能为谁的研究提供服务。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "科学家们把目光集中在“极紫外光”上。在整个光谱中，极紫外光是一段能量极高的紫外光，一个光子所具备的能量就足以电离一个原子或分子而又不会把分子打碎。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "杨学明说：“这正是探测物质的分子、原子和外壳层电子结构最重要的区域，对探索物质化学转化的本质具有重要意义。”/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "一年多来，科研人员对水分子在极紫外波段的光解动力学开展了研究，发现了罕见的三体解离过程和高振转分布的产物，有望帮助人类理解星际中这类物质的产生和能级分布。同时，结合红外光谱技术获得水分子的团簇结构信息，研究人员还深入解析了水中氢键构成，对理解空气中水分子的聚集过程（即雾的形成过程）具有重要意义。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "最近，德国哥廷根大学教授兼马普研究所所长Alec Wodtke已经在德国获得200万欧元资金，计划在大连光源建立表面化学研究实验站，有望深入揭示分子与表面之间的化学反应及传能机理，推动新催化机理的产生。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "联合团队首次携手/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "2011年，由杨学明、赵振堂、王东等科学家领导的大连化物所和上海应物所联合研发团队，提出在我国率先建设基于国际上新一代极紫外高增益自由电子激光综合实验装置的计划。很快，经过中国科学院推荐申请和层层严格评审，该项目于2012年获得自然科学基金委立项资助，专项经费1.033亿元。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "2014年10月，“大连光源”正式在大连长兴岛开工建设。项目启动后，联合研发团队仅用了两年时间，就完成了基建工程以及主体光源装置研制。2016年9月24日22点50分，超过300兆伏能量的高品质电子束流依次通过自由电子激光放大器的全部元件，第一束极紫外光从总长18米的波荡器阵列发出。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“大连光源”成为我国第一台大型自由电子激光科学研究用户装置，也是当今世界上唯一运行在极紫外波段的自由电子激光装置。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "杨学明介绍，它可以工作在飞秒或皮秒脉冲模式，每一个激光脉冲可产生超过140万亿个光子，单脉冲亮度是世界上所有极紫外光源中最亮的，波长可在整个极紫外区域连续可调，具有完全的相干特性。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "这些指标构成了“大连光源”在极紫外波段最亮的“闪光灯”和超快的“快门”，帮助科学家在研究化学反应动力学时，捕捉到分子、原子在化学反应中的动态影像，给分子原子“拍电影”。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "在科研人员看来，打破研究所之间的藩篱，让不同学科真正交叉融合，集各家之长来建大科学装置，是投入产出比最小、效率最高的一种方式。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "对于大连光源，时任中国科学院副院长王恩哥给予了极高的评价：“大连光源是中科院乃至我国又一项具有极高显示度的重大科技成果。装置中90%的仪器设备均由我国自主研发，标志着我国在这一领域占据了世界领先地位，为我国未来发展更新一代的高重复频率极紫外自由电子激光打下了坚实的基础。”/p

万能试验机（UTMs）是非常可靠耐用的工具——能够一周工作7天，每天进行数百次试验，承受试样在高达5kN、50kN、甚至600kN及以上的载荷下发生断裂时所产生的能量冲击。然而，和真的驮马一样，经过数年或数十年的工作，试验机最终会变旧、磨损，不再像新机一样可靠，性能也不可同日而语——但是，你会把它放在一边，置之不理？或者，你会对其翻新升级，让其保持可靠运行——可能会更胜从前？认识系统组件万能试验机（UTMs）已问世愈80年，最常见是机电试验系统。机电试验系统可用于进行拉力、压缩、挠曲（弯曲）和部件试验，按设计可分为两大部分：机架和控制器。试验机机架是系统机械部分的主体。承载机架一般由两个带有旋转丝杠的立柱构成，可垂直上下移动横梁。更为坚固的系统配有导柱，以加强结构刚度、提高对中性能。载荷传感器（测压元件）安装在移动横梁或底座上。夹头、压盘或其他装置装在载荷传感器和底座上，构成测试加载字符串。移动横梁在试验期间的行程，一般用编码器识别。其他传感器，例如引伸计或LVDT，也可用于测量试验试样或组件的实际位移。控制器可视为是系统的“大脑”。控制器配合其他配件，例如高低温环境箱和高温炉，对机架和传感器进行监控。控制器也可与计算机联结，按预定的试验方法进行控制、收集数据、分析和报告。好零件变坏时有时，系统部件会出现故障。连续使用的关键部件包括功率放大器和电机。功率放大器是试验系统的主要驱动装置，能够吸收大量功率来驱动电机。功率放大器是常用部件，使用10~15年就会出现故障——多数情况下，原装供应商无法再提供原装产品。目前，试验系统制造商面临的一大问题是，OEM供应商淘汰部件的速度越来越快，尤其是处理器芯片或显示器之类的电子部件。在此情况下，可选择修理或使用翻新部件，完全兼容的替代部件可能有现成的，或者需要经过设计和测试以符合替换需求。尽管大多数试验系统制造商都想方设法保证系统继续运行，但对制造商和顾客而言，因故障时间和成本消耗等因素而使这些选择难以付诸行动。何时考虑翻新改良简单地说，翻新是对老旧试验系统的升级。有时，翻新只是拆除控制器部分，换成时下先进的版本。更为常见的翻新是更换易出错或过时的关键部件，例如电机或功率放大器。翻新时，其他需要考虑重要因素是，升级后，系统是否需要满足当前行业标准的要求。现今，大多数翻新是加装新软件和预置试验方法的计算机，较大程度地实现试验过程、数据分析和报告的自动化。系统控制器较当前的行业标准越来越落后，或者与越来越新的配件不兼容时，多数用户都会考虑对系统进行翻新。例如，20年前认为20点/秒的数据采集速率“很快”,而现在的系统，试验数据采集高达2.5 KHz——试验曲线轮廓清晰度更真、显示的兴越点更多、试验结果更精确。而许多老旧的控制器与装有最新操作系统的计算机不兼容。老旧的控制器可能不具备按最新试验标准进行试验所需的处理能力和反应时间。例如，ISO 6892-1:2009“金属材料——拉伸试验”和ASTM E8-15“金属材料拉伸试验标准试验方法”对闭环应变速率控制规定了限制程度较高的应变速率和公差，老旧的控制器和软件一般都无能为力。有些老旧的试验机架，通用试验接口和运转机制与实验室内其他新型试验系统的相同，翻新是让其重新焕发生机比较经济的方法——无需购买全新的试验机。翻新后，实验员无需改变操作方式就可操作所有试验系统——因而提高了效率、减少了对实验员的培训、降低了用户错误、提高了试验结果的一致性。现有的载荷传感器、夹头和其他配件得以保留，节省了原始投资。翻新没有“万全之策”翻新的风险和优势并存。要知道，世上根本没有对所有试验系统（无论生产商是谁）都起效的翻新方案。首先应考虑翻新的内容有什么。对于老旧的系统，近、中期内有故障风险的零件应包含在内，例如功率放大器。安全同样是必须考虑的重要问题。检查新的急停开关等安全部件，确保符合最新行业标准的要求。另外，确保系统翻新后，现有的安全装置未被禁用或拆除。例如，如果一级限位开关出现故障，次级或二级限位开关能够保护系统的移动横梁不至于在两个方向上移动超限，是一级限位开关的后备。翻新方案应完全与原装试验系统的动态性能相匹配。换用的功率放大器或电机，电流和电压应大小相适。功率放大器或电机如果不够大，性能就会欠佳；相应地，试验系统将无法达到满载荷能力或最大试验速度，可能会因过载而过早出现故障。大部件能够奏效，但这种设计缺陷意味着大材小用。最重要的是，控制系统必须调试得当，以便运行稳定，性能最佳，从而确保系统指令和反馈环路处于最完美的设定。进行调整时，需要知道并输入正确的PID控制参数（比例范围/增益、积分增益/重置、微分增益/速率）。系统如果调试不当，好一点的情况是会导致性能欠差；但在最坏的情况下，会导致严重的安全问题，包括试验速度不准确、试验读数不精确，电机振动、机器不稳、振动、横梁突然移动、试验极限超限、关机时机器无法及时停机等等。当然，市场上有专门提供翻新服务的第三方机构，但在这方面，原装系统制造商只承认他们对原装产品设计的最佳参数以及固有的安全装置。例如，进行翻新的第三方可能会拆除系统的原装外壳或外罩，以便安装自己新的翻新零件——没有认识到这些拆除件实际上是射频屏蔽构件（用以阻挡射频干扰的影响）。另外，现有的传感器，例如载荷传感器和引伸计，必须具有电气兼容性，能够通过适配器与新的控制器相连，并且能够利用电气方法进行正确的校准、配平和读数。翻新安装根据ASTM E4和ISO 9513标准，由于换用了新的零件，作了修改，翻新的系统必须在使用前重新进行验证。ASTM E4“试验机力鉴定标准规程”规定，“试验机维修后，对称重系统的运行或显示数值有影响的，应立即进行验证。”因此，有必要考虑选择这样的翻新供应商：能够圆满完成翻新工作，微调系统设定，同时能够提供所有必需的服务，包括对载荷传感器、引伸计、位移和速度进行验证。由于ASTM E4还规定，重新装置的机器需要重新进行验证，也可考虑在客户所在地进行翻修，这样能够节约一些大型设备可能产生的往来运输和包装的金钱和时间成本。大多数标准万能试验系统的翻修工作应在一到两天内完成，包括对所有传感器的验证。何时不考虑进行翻新并不是每个试验系统都适合进行翻新。一次翻新，不可能把现有系统的所有零件都更换掉。通常，旋转丝杠、变速箱和离合器是较为可靠耐用的部件，不需要更换。然而，如果它们出现故障，更换起来费用浩大——不只是指零件成本，还指维修服务成本和停机时间。另外，机架性能的提高可能无法超越物理局限。例如，无论新控制器的电子器件多么优良，载荷精度范围可能永远也无法超越原装载荷传感器的精度范围。即使是专为更现代的试验机架设计的新型配件，可能也需要自定义安装，以便能够装入旧机架内。就像汽车，终有一天，与可能要更换或修理每个部件相比，整机更新会变得更便宜、更实际。翻新还是不翻新当然，几乎所有老旧的试验系统都可以翻新改良。问题是这种投资是否值得。先看看哪些部件需要更换或保留。再评估下保留的零件的预期寿命情况，以及如果出现故障，其更换件和成本情况怎样。最后想想新的配件或软件是否易用。大型落地机架，由于新系统和配件的成本因素，最适合进行翻新。台式机架可能不适合这样直截了当地做决定，尤其是市场有新型机架可供选择时。实验室原先购买的是5kN的框架，如果从未进行过超过2kN的试验，或者更喜欢占地面积较小的机器（因为实验室空间有限），可能会觉得换用小一点的2kN的单柱试验机更好。认识翻新的优点、缺点和风险 优点可以保留大部分原始投资：机架、载荷传感器、配件；成本比购买新的试验系统低；可将其视为维修预算项目，而不是固定资产；通过更换经常故障的零件，可以延长使用寿命和可靠性；能够提高原装试验系统某些方面的性能，例如更高的数据采集速率、智能数据记录和试验自动化；可以使用更新的软件和配件，例如非接触式视频引伸计。缺点较之于新的试验系统，成本节约并不明显，尤其是小型单立柱机架或台式机架；将维修服务成本作为因素计入时，较之于新的试验系统，成本节约并不明显；可能无法更换所有具有故障风险的零件；保留的零件如果出现故障，更换成本过于高昂；可能无法很方便地与新配件保持兼容，而是需要自定义安装等。风险试验系统调试失当，会导致性能欠佳或不良，例如，横梁行程超限、突然移动及试验读数不精确；更换件不是专为具体的试验机架设计的；功率放大器或电机如果不够大，试验系统无法达到原装产品应有的载荷能力或全速范围；原装安全装置被拆除或被禁用，例如二级限限位开关Q。技术贴士大型落地机架，由于新系统和配件的成本因素，最适合进行翻新。台式机架可能不适合直截了当地做决定，尤其是市场有新型机架可供选择时。实验室原先购买的是10kN的机架，如果从未进行过超过1kN的试验，或者更喜欢占地面积较小的机器，那换用小一点的1kN的单立柱试验机可能会更好。

■ 高飞雪，吴凯，伊晓东本文总结了国家自然科学基金委员会化学科学部催化与表界面化学学科相关的国家重大科研仪器研制项目的资助概况及已批准项目的研制目标、仪器构成与应用领域，在此基础上，提出了项目申请与管理的一些建议与思考。前言 “创新科学仪器”是科学发展的原动力。运用科学仪器进行实验可以判定科学理论的正确性和准确性，发现新的现象，提出新问题，从而促进技术进步，推动相关领域的发展。国家自然科学基金委员会（以下简称“基金委”）于2011年设立国家重大科研仪器研制项目，面向科学前沿和国家需求，以科学目标为导向，资助对促进科学发展、探索自然规律和开拓研究领域具有重要作用的原创性科研仪器与核心部件的研制，以提升我国的原始创新能力【1】。我国“催化与表界面化学”近十年来得到了快速发展，某些领域的研究成果得到了国际上的肯定和关注，特别是在创新仪器研制方面瞄准国际前沿，超前部署，为今后做出原创性工作提供有力的技术支撑。希望这些与“催化与表界面化学”相关的创新仪器的成功研制将进一步推动“催化与表界面化学”的发展。一、重大科学仪器基金项目资助概况国家重大科研仪器研制项目包括部门推荐和自由申请两个亚类。自重大科学仪器研制项目设立以来，化学科学部共资助6项部门推荐的重大科研仪器项目，其中与“催化与表界面化学”相关的有4项，具体的重大仪器项目（部门推荐和自由申请）资助情况见表1和表2。表1 “催化与表界面化学”相关重大仪器研制项目（部门推荐）信息表表2 “催化与表界面化学”相关重大仪器研制项目（自由申请）信息表二、部门推荐类重大仪器研制项目在这里，我们重点介绍部门推荐类重大仪器研制项目的研制目标、仪器构成以及应用领域。1、高分辨多功能化学成像系统问题的提出：化学成像是近年来兴起的新型表征技术，它将光学成像与谱学测量相结合，可同时获得化学成份的含量和空间分布信息。由于时间和空间分辨率的限制，现有化学成像技术大多难以实现分子水平的原位检测；而且基本上是单一模式成像，难以进行分子结构和分子间相互作用的多组分/多参数分析和验证。研制目标：复杂体系中表界面分子结构和性能变化的原位、实时研究，突破材料化学、生命化学等前沿交叉领域研究的技术瓶颈。仪器构成与功能：高分辨多功能化学成像系统，以超分辨受激辐射耗尽STED光学成像为基础，将具有超高空间分辨的光学成像和质谱、光谱等谱学技术及扫描探针显微成像技术相结合，在对物质的形貌进行成像的同时，对其化学组成、表界面分子结构、分子间相互作用及其动态变化等进行分子水平的原位、实时、多参数表征。在此基础上，发展了纳米尺度和分子水平的化学成像新技术和新原理。仪器构成示意图见图1。应用领域：该仪器的建成和使用促进纳米化学、能源化学和生命化学等领域的研究取得新突破，为绿色化学、生物医药、电子工业、环境治理、能源资源等高新技术产业的发展提供高水平的综合实验平台。图1 高分辨多功能化学成像系统示意图2、基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置问题的提出：绝大部分现有能源和新洁净能源都涉及原子分子的物理化学过程，因此研究原子分子在气相和表面的化学物理过程一直是能源基础研究极其重要的方向。极紫外波段光源在气相原子分子和表面物种的探测中发挥着不可替代的作用。但是, 现有光源亮度较弱大大限制了在这一方向的研究能力。研制目标：研制一套基于高增益谐波产生模式的、超高亮度且具有超快时间特性的可调极紫外相干光源的综合实验装置，将先进相干光源的发展和原子分子和自由基的高灵敏度探测方法发展紧密结合起来, 将先进相干光源装置的研制与能源相关的基础物理化学研究装置的研制紧密结合起来, 希望在较短的时间内使该综合实验研究装置成为世界上独特的的基础物理化学实验研究平台。仪器构成与功能：该大型综合实验装置主要由高品质的电子直线加速器、极紫外激光高增益谐波产生放大器、极紫外光束线和实验站（含基元反应实验装置、表面光化学反应实验装置、分子束表面散射化学反应实验装置、生物质谱实验装置、中性团簇实验装置等）组成，产生的极紫外激光脉冲能量超过100 uJ，重复频率可达50 Hz，波长在极紫外区域（50-150 nm）完全连续可调，脉冲长度可实现30 fs/100 fs/1 ps切换。结合传统激光技术、离子成像技术、原子分子和自由基高灵敏度电离技术、高分辨质谱技术以及独特的UV-EUV泵浦-探测技术，该装置可以被广泛地用于研究光化学动力学、团簇结构及动力学、表面化学动力学、燃烧化学动力学、生物分子结构等能源化学相关过程的重要基础科学问题。仪器构成示意图见图2。图2 基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置结构图应用领域：该大型综合实验装置可用于燃烧、能源催化、大气化学、星际化学、表面科学和生物质谱分析等领域的研究。3、基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置问题的提出：化石能源的高效利用、能量转换与储存中的多相催化反应和电化学反应都是发生在表面和界面上的物理化学过程。研制基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置，从微观的原子分子尺度检测上述物理化学过程涉及的多种表面反应关键中间物种、自由基和激发态，对化石能源的优化利用和洁净能源的开发起着非常关键的作用。研制目标：国内第一个红外自由电子激光用户装置，同时也是国际上第一个面向能源化学研究的红外自由电子激光装置，使我国在低增益FEL振荡器装置研究方面达到国际先进水平，解决能源化学前沿科学问题。仪器构成与功能：结合当前自由电子激光等技术领域最新成果，该仪器由中红外到远红外波段连续可调的红外自由电子激光，和以其为光源的表界面反射吸收红外光谱、纳米红外光谱（空间分辨光谱）、和频光谱（时间分辨光谱）、光解离光谱和光激发光谱五条实验线站组成。该大型实验装置显著提升了从原子分子水平研究多相表界面过程（如（电）催化剂活性中心位本质、（电）催化剂作用机理和（电）催化反应机理）、团簇结构及其反应动力学和红外振动态激发分子反应动力学的能力。实现了原位/在线/工况探测过去只能间接推测而无法直接从实验上获知的能源化学反应关键中间体（如氧物种、表面－吸附分子成键振动等）的结构、解析相关的团簇结构及其动力学、获取分子振动激发对化学反应影响等全新的信息。发现新现象、揭示新规律，取得实验和理论的突破。仪器构成示意图见图3。应用领域：该仪器的建成将为解决能源化学的瓶颈问题的提供研究平台，使能源化学和材料化学相关领域研究取得突破性进展。图3 基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置结构图4、超高时-空分辨的离子化学研究系统问题的提出：离子是物质科学中的基本粒子之一，是稀土分离、核废料处理、离子电池、分子磁体、发光、相转移催化、土壤污染修复和离子通道等领域中重点研究对象。溶剂介质中离子化学的核心科学问题是离子溶剂化效应。溶剂化离子的结构复杂而动态，造成研究手段匮乏，理论处理棘手。研制目标：建造一套具有超高时-空分辨能力的离子化学研究系统，探索与发现离子化学中的新现象和新性质。仪器构成与功能：该系统的建成将为相对稳定的金属正离子和非金属负离子的制备提供普适的方法；所产生离子束通过电化学系统的加速、抽取、偏转、漂移和减速，软着陆到介质表界面或其它指定位置；综合利用软着陆离子束、分子束、低温和超高真空技术，实现原位制备单离子、溶剂化离子、离子对、离子配合物和聚集体等；结合超高空间分辨成像技术和超高时间分辨的超快多维光谱技术、测量单个离子的本征结构，研究受控的离子溶剂化过程，探究溶剂化离子的大小、结构、电荷和能量转移等；监控单一离子在多相表界面的迁移动力学，研究离子迁移与介质表界面结构、离子种类、离子大小和溶剂化效应等之间的内在关系；对具有特殊功能性质的稀土发光和磁学配合物，测量单个裸露离子或配位（或溶剂化）离子的光学及磁学性质等。整套仪器的主要参数指标包括：在空间分辨上约为0.01 ~ 0.1 Å；时间分辨上为fs ~ ns（不同能量测量范围）；在能量分辨上能达到0.1 ~ 1 meV；为达到软着陆目的，离子束的能量小于1 eV。仪器构成示意图见图4。应用领域：该仪器将在我国超纯稀土萃取、高端稀土功能材料开发、土壤污染中重金属处理、核废料处理中的放射性离子提取与转化、磁性分子材料的设计与制备、离子电池和储能材料的研制等重大应用过程提供技术平台。图4 超高时-空分辨离子化学研究装置的主要系统功能划分上述四项仪器研制项目（部门推荐）从可调谐极紫外自由电子激光到中远红外自由电子激光，使原可探测的光谱段扩展和增强。利用其对表界面活性中间物种等进行探测，特别是对很难探测到的甲烷等的关键中间物种、自由基和激发态进行有效探测及其随时间演化的动力学过程，以及中间体物种与催化剂表面成键的探测（大多在远红外区）等，为催化及能源化学领域反应路径和机理的理解提供了重要的直接实验证据。同时，成像与光谱和质谱结合，可同时获取表界面反应的物种定量和定性以及化学组成信息，为反应机制提供可视化证据。特别是结合超高空间分辨的成像技术和超快时间分辨的多维光谱技术，研究离子的本征性质和行为，是离子化学研究的前沿，将为能源、材料和环境等领域提供重要的技术平台。上述仪器的成功研制和发展的实验方法将进一步推动“催化与表界面化学”的发展，加速创新性原创成果的产生，为“催化与表界面化学”未来发展提供了重要技术储备，同时也反映了表界面化学表证方法的发展趋势。三、创新仪器和表征方法的发展态势表界面结构与性质的演变是表界面化学的研究核心，必须借助于先进的实验技术和表征方法，既要注重挖掘和综合利用现有的实验技术，又要注重利用新的科学原理来建立新的表征方法【2】。在材料结构表征技术中，原子分辨电子三维/四维技术、基于X射线、自由电子激光和同步辐射光源的三维相干衍射成像技术、4D扫描透射显微技术（4D-STEM）和电子叠层成像术（Electron ptychography）在原子水平上研究材料体系的组成、分布、结构与性质的时空变化，对于表界面物理化学至关重要。在真实催化反应条件下与同一时间尺度下，综合使用原位X射线吸收谱学(XAS, X-ray adsorption spectroscopy)、原位X射线掠入式衍射(GID, grazing incidence X-ray diffraction)、原位傅立叶变换红外光谱(IR，infrared Fourier transform spectroscopy)、引入外加扰动(如同位素切换)的瞬变动力学分析(TKA，transient kinetic analysis)、原位光电子能谱、原位固体核磁、光催化电荷转移过程全时空域成像、球差校正扫描透射电镜二次电子成像等多种表征技术，可以同时获得多种信息，有助于人们深入理解真实催化过程和催化作用机制，总结催化活性与催化剂的内在规律，为新型高效催化剂的研制提供科学依据。通过反应器的创新设计，在电极材料与电化学表界面（固液两相及气液固三相界面）工作条件下，协同联用和同步耦合原位X光吸收光谱、表面增强振动（红外和拉曼）光谱、扫描探针显微技术（SPM）与微分电化学质谱等原位表征技术是电化学前沿研究的强大工具。原位界面和频振动光谱（SFG）、液体环境中的电化学STM、引入光、电、力、温度等外场和液体、气氛等化学环境的透射电镜（TEM）、液固界面AFM、介质环境下的X射线吸收精细结构谱（XAFS）、液相体系中的圆二色谱法等是目前介质环境下表征技术的重点与难点。基于石英音叉轻敲模式的非接触原子力显微镜（Qplus NC-AFM）技术、非弹性电子隧道谱（IETS）、针尖增强拉曼光谱（TERS）、二维飞秒红外光谱、秒X射线激光脉冲、时间，空间与能量分辨的超快超宽频多维光谱、将皮秒级太赫兹脉冲耦合到STM针尖的太赫兹（THz）STM等技术是化学键与能量迁移表征技术发展的方向。四、建议与思考我国表界面化学的研究起步较晚，作为跨度宽广、应用普遍和意义重大的一门交叉学科，表界面化学在我国经过几十年的艰苦发展，其触角已经深入到物理、化学和其他相关学科的诸多研究方向，受到人们越来越多的重视。得益于我国经济的快速发展以及国家对基础科学研究的大量投入，近十几年来一批高端精密设备被引进、改造、创制并投入到实际研究之中，在解决催化及相关方向的关键科学问题取得了重要进展。但是，目前我国高端精密仪器的制造和创制能力还不足。一方面，重要的表面分析仪器和设备都是国外垄断，制约我国表面化学乃至基础科学的发展。另一方面，我国表界面化学的研究也在一定程度上依然存在着“跟风”和急于求成现象，导致研究创新性相对缺乏，在一些需要啃硬骨头和相对冷门的方向和领域的研究动力不足。例如，人们更多关注表面反应的静态表征，但对于表面反应的动态过程研究十分有限，理论研究也比较薄弱。再如，表面扩散动力学以及低维结构的生长动力学研究等缺乏足够的重视和深入的探讨，在表面量子态调控等方面也几乎是空白。重大科学仪器研制项目是科学基金资助体系中环境支撑的重要部分，是推动科学问题导向的创新仪器研制和原创成果产生的重要平台。科学基金在持续资助创新仪器的同时，不断完善仪器基金的后续管理和支撑条件。2018年化学部学科重组后，设立了仪器创制与大科学装置应用的申请代码（B0407）。表界面化学（B02）仪器项目的申请可选择任一代码。仪器基金的会评是在学科或学部函评的基础上，学部推荐后统一由计划局组织评审。近三年来，表界面化学相关仪器项目（自由申请）的申请数不多，结题项目的优秀率也不高。对于已经结题的仪器（部门推荐）项目，结题两年后还要开展后评估工作。主要考察仪器的科学目标和应用目标完成情况、依托仪器取得的重大科研成果情况、关键核心技术的掌握和推广应用情况、仪器核心器件自主可控情况和仪器运行及其稳定性，另外还考察组织管理情况，例如：依托单位履行职责情况（包括基础设施和配套设施建设、人员配备、运行经费保障、国有资产管理等）。同时注重考察仪器研制技术团队建设和人才培养情况，成果转化及对经济社会的影响。建议依托大科学装置和基金委资助的仪器研制项目，充分发挥研制仪器在解决相关科学问题中的重要作用。针对表界面的关键科学问题，鼓励高端精密仪器的制造和基于新原理的原创性仪器研制，注重挖掘和提升现有仪器的综合有效利用，发展基于大数据和AI技术的表界面研究新方法和新范式，注重培养仪器研制、设计加工和维护专业技术人才队伍，提升我国表界面化学创新仪器的研制能力，促进学科的全面快速发展。【参考文献】[1] 2021年度国家自然科学基金项目指南[2] 高飞雪, 伊晓东. 催化与表界面化学“十四五”发展规划概述, 中国科学: 化学, 2021, 51(7): 932. doi: 10.1360/SSC-2021-0121