光电前沿科技与诺贝尔奖

1、光电前沿科技与诺贝尔奖汇报人： 张晗 深圳大学光电科技协同创新中心（2011计划）2014年11月11日深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 2什么是有价值的科技？什么是有价值的科技？1) Change the way how we look at things;最大、最小、最强、最弱、最薄、最新最大、最小、最强、最弱、最薄、最新.2) Change the way how we live.手机、网络、环保手机、网络、环保.深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 3什么是光电？什么是光电？光电技术主要是利用光能与电能可以互相转光电技术主要是利用光能与电能可

2、以互相转换的技术。换的技术。LED vs 太阳能太阳能以光电子学为基础，综合利用光学、精密机械、电子学以光电子学为基础，综合利用光学、精密机械、电子学和计算机技术解决各种工程应用课题的技术学科。信息和计算机技术解决各种工程应用课题的技术学科。信息载体正在由载体正在由电磁波段电磁波段扩展到扩展到光波段光波段，从而使光电科学与，从而使光电科学与光机电一体化技术集中在光信息获取、传输、处理、记光机电一体化技术集中在光信息获取、传输、处理、记录、存储、显示和传感等的光电信息产业上。录、存储、显示和传感等的光电信息产业上。深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 4电磁波：现代文明的基石

3、在电磁波谱中，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：300 mm 6103 mm。深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 5激光：二十世纪最伟大的发明激光：二十世纪最伟大的发明The Nobel Prize in Physics 1964激光器基本结构及原理激光器基本结构及原理激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平到了一个崭新的水平深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 6激光的应用？激光的应用？n 由于激光器具备的种种突出特点，因而被很快运用于由于激光器具备的种种突出特点，因而被很

4、快运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面，并在许多领域引起了革命性的突疗、军事等各方面，并在许多领域引起了革命性的突破。激光在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等破。激光在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等方面外，多种激光武器和激光制导武器也已经投入实方面外，多种激光武器和激光制导武器也已经投入实用。用。 (1) (1) 激光通信激光通信（2 2）资料加工）资料加工 （3 3）激光照相排版）激光照相排版（4 4）激光在医学上的应用）激光在医学上的应用 （5 5）激光武器）激光武器 深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学

5、光电科技协同创新中心 7光纤技术：改变人类生活方式光纤技术：改变人类生活方式2009年诺贝尔物理奖得主：高锟教授深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 8光纤结构光纤结构深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 9光纤激光器：光通信的核心技术光纤激光器：光通信的核心技术1480nm Pump diodeEDFApodized FBGCirculator90%10%1480/1550 nm WDM321Output环形腔光纤激光器原理图环形腔光纤激光器原理图普通光纤激光器普通光纤激光器1985 -1985 - 英国南安普顿大学英国南安普顿大学ORCORC采用改进

6、的化学气相沉积（采用改进的化学气相沉积（MCVDMCVD） 的方法成功地研制出单模掺稀土光纤的方法成功地研制出单模掺稀土光纤深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 10损耗低、中继距离长中继站多：传输线路的成本高、维护不方便、运行不可靠中继站多：传输线路的成本高、维护不方便、运行不可靠石英光纤在石英光纤在1.55 mm波长区的损耗可低到波长区的损耗可低到0.18 dB/km例：例：同轴电缆通信的中继距离只有几公里同轴电缆通信的中继距离只有几公里 最长的微波通信是最长的微波通信是50公里左右公里左右 光纤通信系统的最长中继距离已达数千公里光纤通信系统的最长中继距离已达数千公里深

7、圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 11光纤到户深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 12光纤交换机深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 13光纤激光器和普通激光器比较光纤激光器和普通激光器比较反射镜反射镜激光增益介质激光束输出光纤光栅激光束输出PumpLD有源光纤深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 14光纤激光器应用光纤激光器应用支架制造标记微型焊接微型焊接切割焊接打印微雕点焊支架制造深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 15代表成果一：暗脉冲激光器代表成果一：暗脉冲激光器典型的光纤激光器示

8、意图vPhysical Review Letters 101 , 153904 , 2008.vPhysical Review A 80, 045803, 2009. vPhysical Review B 80, 052302, 2009. 首次实现激光器中的暗脉冲输出。被认为将激光理论延伸到暗脉冲辐射，并可能使数字信号传输更远常规亮脉冲激光输出暗脉冲激光输出深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 16Nature photonics亮点我们的发现：亮点我们的发现：“暗激光器闪亮登场”虽然激光器能输出亮脉冲已广为人知，但是新加坡研究团队发现了光纤激光器能输出暗脉冲序列。由新加

9、坡南洋理工大学张晗及其合作者研发的掺铒光纤激光器能直接输出一系列类似“强度坑”的脉冲。深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 17激光的暗面有些科学发现总能完全颠覆我们有些科学发现总能完全颠覆我们对事物的看法，比如狄拉克反物对事物的看法，比如狄拉克反物质理论或者爱因斯坦的相对论。质理论或者爱因斯坦的相对论。现在，又有一项令人振奋的科学现在，又有一项令人振奋的科学发现将再次改变我们对事物的认发现将再次改变我们对事物的认识识：新实验表明激光理论延伸到暗脉冲辐射。美国空军研究院激光实验室主任 R. J. Knize教授甚至将此项工作的重要性等同于狄拉克所预言的反物质。“the ex

10、periment at NTU is a very surprising result that follows in the steps of Diracs prediction of antimatter”，并且乐意资助我们继续从事暗脉冲激光的探索。深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 18新科学家New Scientist肯定了我们暗脉冲激光工作的应用价值：张晗张晗及其在南洋理工大学团队的工作是首次实现了暗脉冲输出，早于美国国家标准与技术研究院Steven T. Cundiff教授（Fellow of APS, OSA and IEEE）的工作。暗脉冲辐射可使数字信号

11、传输更远深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 19蓝光蓝光LED：照亮了全世界：照亮了全世界 蓝光蓝光LEDLED的发明使得廉价的的发明使得廉价的LEDLED白光光源得白光光源得到了迅猛发展，解决了光照能源问题。到了迅猛发展，解决了光照能源问题。 红光红光LEDLED和绿光和绿光LEDLED早已发明早已发明, ,但长期以来制造但长期以来制造蓝光蓝光LEDLED成为一个难题成为一个难题, ,缺少了三原色中的蓝色缺少了三原色中的蓝色, ,就无法获得。就无法获得。深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 20石墨烯：最有潜力的诺贝尔奖材料！石墨烯：最有潜力的诺贝尔

12、奖材料！深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 21石墨烯的结构石墨烯的结构石墨烯是其它同素异形体的基本构成单元 石墨烯富勒烯碳纳米管石墨深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 22一只铅笔偷走了诺贝尔奖深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 23我的研究：石墨烯我的研究：石墨烯+光纤光纤+激光激光=四个诺贝尔奖四个诺贝尔奖超快、超强激光专利归中国人所有。深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 24代表成果二：石墨烯锁模激光器代表成果二：石墨烯锁模激光器石墨烯：易饱和，宽波段首次实验证实石墨烯的可饱和吸收效应，并将其用于锁

13、模激光器vAdv. Funct. Mater., 2009, 19:3077-3083vAdv. Funct. Mater., 2010, 20:782-791深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 25技术优势技术优势产品价格由数十万元降低到接近零深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 26本方向前期文献本方向前期文献均为我们的工作均为我们的工作石墨烯锁模激光器论文发表及引用报告图表（ISI检索）从从2009年底到现在全世界已发表石墨烯锁模年底到现在全世界已发表石墨烯锁模激光器研究的激光器研究的SCI论文论文800篇，中国人领先！篇，中国人领先！检索日期：2013年5月深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 272010年诺贝尔物理学奖获得者、石墨烯发现者克斯特亚年诺贝尔物理学奖获得者、石墨烯发现者克斯特亚诺沃塞诺沃塞洛夫教授洛夫教授在在Nobel Lectures评述我们提出的石墨烯激光锁模器极评述我们提出的石墨烯激光锁模器极度有效度有效(extremely efficient mode lockers must be noted)深圳大学光电科技协同创新中心深圳大学光电科技协同创新中心 28美国军方在其2012年10月19日出版的科技新闻通报（S