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已有樣品/n高速率光信息傳輸安全性問題未得到很好解決。一方面光信號截獲技術(shù)在國內(nèi)外都取得重大進(jìn)展，國內(nèi)外已經(jīng)研究成功多種光通信信號的截獲裝置。另一方面，量子計算等高性能計算技術(shù)的快速發(fā)展，嚴(yán)重威脅基于密碼學(xué)的傳統(tǒng)加解密通信技術(shù)的安全性。已有的抗截獲光通信技術(shù)，或者是安全性受到高性能計算挑戰(zhàn)（電域數(shù)據(jù)加密）；或者是受色散及信道噪聲影響，難以實(shí)現(xiàn)長距離傳輸（光混沌）；或者是受光器件限制，難以實(shí)現(xiàn)高安全性；或者是雖然安全性

本技術(shù)利用光子晶體微球的顏色對待測生物分子進(jìn)行編碼，一種顏色的微球可以檢測一種分子，與微孔板或者微流控芯片相結(jié)合，通過自動化的流體控制和光學(xué)檢測完成樣品中多個組分的同時檢測，獲得2011教育部自然科學(xué)一等獎和2014瑞士國際發(fā)明展特別金獎，同時獲專利授權(quán)10余項(xiàng)。本技術(shù)成果包括了光子微球、微流控芯片和自動化芯片分析檢測儀三部分，可以用于腫瘤、感染性疾病（HIV、SARS、肝炎、禽流感等）、心血管疾病（高血壓、心臟病）檢測等。希望合作研發(fā)和生產(chǎn)，投資規(guī)模在200萬人民幣左右。

構(gòu)建了多激子與單個表面等離激元模式耦合相互作用的全量子理論，給出了簡潔的實(shí)現(xiàn)強(qiáng)耦合作用的“量子光學(xué)極限條件”。依據(jù)該理論，研究團(tuán)隊(duì)精心設(shè)計和制備出方形銀包金納米棒結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了將光子局域在71 nm3 的超小模體積內(nèi)，同時，巧妙地實(shí)現(xiàn)了單激子偶聯(lián)以及小于0.9 nm的超短作用距離的精確控制，最終實(shí)現(xiàn)了單個J-aggregate激子與單根納米方棒之間高達(dá)～41.6 meV的耦合作用強(qiáng)度，在室溫下成功觀測到1-7個激子與單個等離激元納米方棒的強(qiáng)耦合相互作用。

本發(fā)明提供一種熒光探針分子BODIPY?DS，該熒光探針分子BODIPY?DS包含共軛氟硼二吡咯的雙芳基磺酸酯結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供了該熒光探針分子BODIPY?DS的制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的近紅外波段反應(yīng)型生物硫醇雙光子熒光探針由氟硼二吡咯共軛芳基酚與2,4?二硝基苯磺酰氯反應(yīng)制得的熒光分子，通過生物硫醇誘導(dǎo)的芳香親核取代反應(yīng)脫去其雙芳基磺酸酯結(jié)構(gòu)可靈敏調(diào)控探針分子的雙光子熒光發(fā)射性能，其靈敏度高、選擇性強(qiáng)、生物相容性好，可作為性能優(yōu)異的近紅外波段反應(yīng)型生物硫醇雙光子熒光探針，在近紅外波段熒光成像、熒光傳感、生物熒光分析、熒光標(biāo)記、內(nèi)源性及外源性生物硫醇檢測方面具有廣泛應(yīng)用。

單像素光子計數(shù)成像以一個像素的點(diǎn)探測器利用空間光調(diào)制實(shí)現(xiàn)二維空間分辨測量，可以在二維空間的分布中節(jié)約一個維度，相比面陣列探測器節(jié)約了成本，并能用于更多的譜段成像，同時由于大幅提高了測量光通量，在極弱光條件下具有獨(dú)特的優(yōu)勢。基于壓縮感知理論發(fā)展出的光子計數(shù)單像素相機(jī)，采用統(tǒng)計模型進(jìn)行隨機(jī)調(diào)制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光子計數(shù)成像，該成像技術(shù)在太赫茲成像、顯微成像、機(jī)器視覺等諸多應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前缺少能夠幫助學(xué)生深刻地理解單像素光子計數(shù)成像的基礎(chǔ)知識以及壓縮感知理論的用于教學(xué)的單像素光子計數(shù)成像設(shè)備，故此設(shè)計本設(shè)備，以幫助大學(xué)生理解光子計數(shù)成像的基本原理與應(yīng)用。 圖1.單像素光子計數(shù)成像設(shè)備樣機(jī)

同時利用紫外光激發(fā)的單光子過程和近紅外光激發(fā)的雙光子過程，成功獲得了雙路徑光子轉(zhuǎn)換的染料@MOF白光材料。該MOF結(jié)構(gòu)設(shè)計中的四苯乙烯骨架配體和所吸附的有機(jī)染料分子，均同時具有單光子吸收(OPA)和雙光子吸收(TPA)激發(fā)熒光的特性。經(jīng)過對材料組成、激發(fā)波長、雙光子吸收截面等諸多因素的精準(zhǔn)調(diào)控，最終成功獲得了不同含量的RhB+@LIFM-WZ-6、BR-2+@LIFM-WZ-6和APFG+@LIFM-WZ-6的染料@MOF白光材料體系，而后分別在365 nm紫外光和730~800 nm近紅外光的激發(fā)下，經(jīng)由單光子路徑和雙光子路徑過程，成功實(shí)現(xiàn)了能量下轉(zhuǎn)換和上轉(zhuǎn)換的白光發(fā)射。上述研究將不同路徑的光子轉(zhuǎn)換機(jī)制成功運(yùn)用于白光發(fā)射材料的設(shè)計，并為光化學(xué)和光物理的其他相關(guān)領(lǐng)域提供了新的研究思路。

該成果創(chuàng)造性地利用高階非線性光學(xué)材料獲取醫(yī)學(xué)臨床診斷的關(guān)鍵信息。利用自主發(fā)明的雙光子熒光探針與雙光子光學(xué)CT成像的特性，首次獲取了可用于癌癥病理組織快速臨床診斷的熒光圖像。該技術(shù)是山東大學(xué)晶體材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于曉強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)的原創(chuàng)，國際、國內(nèi)均沒有同類工作。 全新的觀測技術(shù)：基于熒光探針與光學(xué)切片成像的腫瘤病理臨床診斷技術(shù)。 該成果將直接帶動三個高附加值的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)： 新材料產(chǎn)業(yè)：雙光子熒光探針 新設(shè)備產(chǎn)業(yè)：臨床專用雙光子熒光顯微鏡產(chǎn)業(yè) 新技術(shù)產(chǎn)業(yè)：技術(shù)人員培訓(xùn)、臨床服務(wù)產(chǎn)業(yè) 符合臨床要求的檢測流程：

北京大學(xué)物理學(xué)院顏學(xué)慶教授和盧海洋研究員領(lǐng)導(dǎo)的課題組提出了激光驅(qū)動光子對撞機(jī)的新方案，該方案每脈沖可以產(chǎn)生3億個Breit-Wheeler事件，并且所產(chǎn)生的正負(fù)電子對發(fā)散角只有7度，具有非常好的準(zhǔn)直性。同時，背景噪聲可以得到有效抑制，信噪比高達(dá)1000:1。研究成果以 “Creation of electron-positron pairs in photon-photon collisions driven by 10-PW laser pulses”為題在線發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）。 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程和量子電動力學(xué)理論，在一定條件下光子（能量）可以轉(zhuǎn)化成物質(zhì)，這對研究物質(zhì)的起因有重要的作用。相關(guān)的理論研究始于上世紀(jì)30年代，直到1997年美國SLAC實(shí)驗(yàn)室才首次在實(shí)驗(yàn)中觀測到多光子碰撞產(chǎn)生正負(fù)電子對的過程。然而，對于兩個高能光子的互作用過程，也就是常說的光子對撞機(jī)，到目前為止還未能在實(shí)驗(yàn)中觀測到。在光子對撞機(jī)中，光子的互作用的次數(shù)與光子數(shù)目和光子互作用截面成正比，與光子束的脈沖寬度、兩束光子束的交疊面積成反比。在過去實(shí)驗(yàn)中不能觀測到光子的互作用過程是因?yàn)橐延匈ゑR射線源的流強(qiáng)和亮度還達(dá)不到要求。 近年來，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，特別是10拍瓦(1拍瓦=1e15瓦)激光器的建成，激光光強(qiáng)將可以達(dá)到1e23W/cm3以上。當(dāng)如此高強(qiáng)度的激光與物質(zhì)相互作用時，大部分激光能量被吸收并轉(zhuǎn)化成伽馬射線輻射源，如果可以有效控制伽馬射線的發(fā)散角，輻射的伽馬射線將會達(dá)到前所未有的流強(qiáng)和亮度。 團(tuán)隊(duì)研究人員在前期的工作中對產(chǎn)生超高亮度伽馬光源進(jìn)行了深入的研究，首次從理論上系統(tǒng)闡明了微通道結(jié)構(gòu)靶中，縱向電場主導(dǎo)了電子的加速過程，同時電子的橫向加速可以得到有效的抑制，因此可以獲得高準(zhǔn)直性的電子束，當(dāng)這些電子束在橫向場中的相位發(fā)生反轉(zhuǎn)時，電子就會在管道邊界處產(chǎn)生強(qiáng)伽馬輻射。由于電子的發(fā)散角決定了伽馬輻射的發(fā)散角，因此可以獲得準(zhǔn)直性非常好的γ-ray輻射源。數(shù)值模擬中10PW激光所能獲得的發(fā)散角小于3度，亮度比之前研究報道結(jié)果高出兩個數(shù)量級的伽馬輻射源。圖1. 激光驅(qū)動光子對撞機(jī)產(chǎn)生正負(fù)電子對的方案設(shè)計圖2. 本方案可以獲得高出之前2-3量級的伽馬光源亮度 本工作即基于以上研究成果，將該超高亮度的伽馬射線應(yīng)用于光子對撞機(jī)。理論計算結(jié)果表明，該方案可以獲得超高信噪比（>1000:1）,且每一發(fā)正負(fù)電子對信號（>1e8）遠(yuǎn)高于現(xiàn)有測量技術(shù)的探測極限。因此，通過該方案可以在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證光子互作用過程中由能量到物質(zhì)的轉(zhuǎn)換過程，將提供激光驅(qū)動光子對撞機(jī)研究的新途徑，也將極大的促進(jìn)雙光子BW物理的發(fā)展。未來有望依據(jù)本方案建設(shè)基于重頻拍瓦飛秒激光的高亮度伽馬源及其應(yīng)用裝置。 北京大學(xué)物理學(xué)院博士后余金清為論文第一作者。顏學(xué)慶教授和盧海洋研究員為通訊作者。論文合作者還包括北京大學(xué)的陳佳洱院士、馬文君研究員，広島大學(xué)的T. Takahashi教授，高能物理所的黃永盛研究員。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)、挑戰(zhàn)計劃和中國博士后科學(xué)基金的聯(lián)合資助。相關(guān)模擬工作得到北京大學(xué)高性能計算平臺的支持。相關(guān)文章鏈接：Phys. Rev. Lett. 122, 014802 (2019) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.014802Appl. Phys. Lett. 112, 204103 (2018) https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.5030942

"該成果創(chuàng)造性地利用高階非線性光學(xué)材料獲取醫(yī)學(xué)臨床診斷的關(guān)鍵信息。利用自主發(fā)明的雙光子熒光探針與雙光子光學(xué)CT成像的特性，首次獲取了可用于癌癥病理組織快速臨床診斷的熒光圖像。該技術(shù)是山東大學(xué)晶體材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于曉強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)的原創(chuàng)，國際、國內(nèi)均沒有同類工作。該成果將直接帶動三個高附加值的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)： 1. 新材料產(chǎn)業(yè)：雙光子熒光探針 2. 新設(shè)備產(chǎn)業(yè)：臨床專用雙光子熒光顯微鏡產(chǎn)業(yè) 3. 新技術(shù)產(chǎn)業(yè)：技術(shù)人員培訓(xùn)、臨床服務(wù)產(chǎn)業(yè) "

光子首先從納米波導(dǎo)直接折射進(jìn)入微腔混沌模式，其角動量較小，對應(yīng)于光子在微腔界面的反射角較小。與旋轉(zhuǎn)對稱微腔不同，混沌運(yùn)動使得光子角動量不斷發(fā)生變化。尤其引人注目的是，微腔內(nèi)的混沌光子運(yùn)動并非毫無規(guī)律，而是遵循特定的短時動力學(xué)規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)入射光子的角動量在皮秒時間尺度內(nèi)（一皮秒相當(dāng)于一萬億分之一秒）隨混沌運(yùn)動從小到大的快速轉(zhuǎn)換。當(dāng)混沌光子的角動量接近回音壁模式角動量時，二者之間可以發(fā)生共振隧穿過程。得益于光子角動量在混沌運(yùn)動中的快速轉(zhuǎn)換，此創(chuàng)新方法可以實(shí)現(xiàn)納米尺度波導(dǎo)與回音壁光學(xué)模式的超寬帶耦合。