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近日，河南省人民政府發布《關于2021年度河南省科學技術獎勵的決定》，公示了《2021年度河南省技術發明獎獲獎項目目錄》，由北京卓立漢光儀器有限公司與華北水利水電大學、天津大學共同完成的“高功率非線性光學太赫茲輻射源關鍵技術開發及應用”科技成果榮獲河南省技術發明獎二等獎。
本項目發明的優化級聯光學差頻產生高功率THz波技術和耦合級聯光學參量放大THz波技術已應用于北京卓立漢光儀器有限公司、河南日立信股份有限公司等6家單位，推動了THz技術在光譜檢測、光學成像分析、生物醫學等領域的發展，累計產生綜合經濟效益超過8億元，經濟和社會效益顯著。主要技術發明如下：1. 發現了級聯差頻產生THz波過程中光子在級聯光波中的傳播規律，系統闡明了各階級聯光耦合作用機理。發明了增強Stokes級聯差頻并同時抑制anti-Stokes級聯和頻的新技術，通過人工調制各階級聯差頻相位失配，誘導泵浦光子向高階Stokes光轉移，實現一個泵浦光子產生多個太赫茲光子。與級聯差頻技術相比，本發明產生的THz波強度提高了2.8倍。2. 提出了一種將級聯差頻融入到光學參量振蕩器中的新方法。通過優化級聯差頻的相位失配分布及精確設置光學諧振腔參數，將泵浦能量轉移到級聯Stokes頻域，并同時限制其轉移到anti-Stokes頻域，解決了泵浦光子不能有效轉移到高階Stokes光波的難題。與利用PPLN晶體的光學參量振蕩器相比，利用APPLN晶體的光學參量振蕩器產生的THz波強度提升了96%。3. 建立了耦合級聯參量放大耦合波方程，揭示了兩套級聯光學參量過程嵌套耦合機理，發明了耦合級聯參量放大THz波技術，實現了兩套級聯光學參量過程同時放大同一束THz波，顯著提高了THz波量子轉換效率。與級聯光學參量過程相比，耦合級聯光學參量過程的量子轉換效率提高了3.7倍。本發明為利用非線性光學放大THz波提供了理論支撐和技術基礎。4. 系統開展了THz超表面生物傳感器的研究，揭示了金屬開口諧振環由于表面等離激元產生的強局域電共振特性和磁共振特性，明確了癌細胞在THz超表面的電磁響應特性，發明了一種由介電層上的周期性金屬開口諧振環陣列組成THz超表面生物傳感器和一種基于各向異性共振超表面的非免疫生物傳感平臺，實驗證實了THz超表面生物傳感器能夠快速檢測口腔癌細胞凋亡率，非免疫生物傳感平臺能夠對肺癌細胞和肝癌細胞進行快速檢測和無抗體識別。本發明為癌細胞的早期發現并快速檢測提供了理論和技術支撐。THz波是指頻率在0.1-10 THz范圍內的電磁波，相對于可見光及紅外光，THz波單光子能量低，可以穿透衣服、陶瓷、塑料等介質，相對于微波，THz波頻率高，通信帶寬大，所以THz波在光學成像、光譜分析、材料檢測、天文學、生命科學、國防安全、通信等領域均有重大的科學研究價值和廣闊的應用前景。目前THz輻射源功率很低，連續THz波功率僅有幾百毫瓦量級，脈沖峰值THz波功率也只有兆瓦量級。在未來6G無線通信領域，由于THz輻射源功率太低，只能實現100米量級的無線通信，無法實現遠距離無線實時通信，嚴重制約了未來無線通信的發展。在生物醫學領域，由于人體水分的吸收THz波只能檢測人體皮膚病變而無法實時檢測人體內部器官病變，這一問題亟待突破。在安全檢測領域，由于空氣潮濕或者人體出汗等原因導致THz波人體實時安檢準確率嚴重下降的問題亟待解決。鑒于上述領域對高功率THz波輻射源的亟待需求，本項目針對THz波功率提升、THz波功率放大和癌細胞高靈敏度檢測三個國際科技難題展開，在2項國家自然科學基金項目和1項河南省自然科學基金的資助下，歷時8年取得了3大科技創新，形成了9項關鍵技術發明，如圖1所示，大幅度提高了THz波功率及量子轉換效率。
圖1 主要科技創新及技術發明示意圖
本成果不僅實現了良好的經濟效益和社會效益，并且對于提高太赫茲輻射源功率和效率，推動太赫茲波在安全檢測、光學成像、光譜分析、安全檢測等領域的應用具有重要意義。北京卓立漢光也將以此為契機，加強對外學術研究的合作力度和自主創新能力，提高民族品牌的核心競爭力，為國產儀器的發展貢獻力量！
項目組簡介
本項目組由李忠洋、張紅濤、姚建銓、邴丕彬、譚聯、袁勝、石廣立等核心成員組成，團隊成員包含中科院院士1人、教授3人、副教授2人、工程師1人。本項目由李忠洋進行整體規劃，李忠洋、姚建銓、邴丕彬、袁勝等負責論文合著，李忠洋、張紅濤、邴丕彬、譚聯、袁勝等負責發明專利撰寫與申請，李忠洋、譚聯、石廣立負責技術推廣應用。
卓立漢光-石廣立
石廣立，碩士研，2015年畢業于沈陽理工大學光學工程專業，加入卓立漢光后主要從事熒光、拉曼光譜儀的研發工作，先后負責研發產品6項，1項在研。所負責研發的產品中三項獲得北京市新技術新產品(服務)證書，一項獲得北京市首臺(套)重大技術裝備證書。期間發表核心論文1篇；申請專利9項，已授權5項。先后獲得2018年通州區科技創新人才資助獎勵，2021年河南省技術發明獎二等獎。
