多维精密操控光子学与微米纳米结构检测新技术.doc

多维精密操控光子学与微米纳米结构检测新技术 可行性研究报告 一、项目定义 1．项目名称 多维精密操控光子学与微米纳米结构检测新技术 2．项目领域 本项目属于基础科学、基础产业和高新技术领域。 二、项目背景 1．项目意义 操控的光子在信息科学、生命科学、计量科学、材料微结构研究等领域具有重要的应用价值。本学科着重于研究光子的时间、空间、频谱、相位、偏振等的多维精密操纵和控制中的关键科学技术问题；研究操控的光子与纳米材料等的相互作用过程，运用操控光子以及核磁共振等技术发展纳米结构检测的新技术；运用操控光子实现量子信息处理，解决信息通讯的必威体育官网网址安全；研究操控光子与生物分子相互作用过程，发展操控光子选择激发技术，实现相干控制的显微光谱成像。在上述研究的基础上，研制新型功能器件和仪器，促进交叉学科发展并解决相关高科技和国民经济发展中的关键技术。 2．学科背景 光子的时间、空间、频谱、相位、偏振等的精密操纵和控制技术，是光信息处理、计量科学、纳米技术、生物科技等强有力的技术基础，已成为光科学及其与信息、材料、生物、医学等学科交叉中新兴的极具科学意义的前沿研究领域，是当今国际高科技发展中的重要前沿和关键。本项目不仅有机地融合了我校在现代光科技、微米纳米新技术、综合谱学测试技术、信息科学技术等多项优势，而且也将在更高层次上有力推动上述学科以及信息、材料、生命等相关学科的发展与相互交叉。本学科正在承担3项973子课题、2项863子课题、1项杰出青年基金、2项国家自然科学重点和11项面上基金项目、25项省部级重点项目，在基础、技术和应用三个层面上深入开展创新性研究，并促进科研成果转化与产业化。 三、学科建设目标 1．整体目标 瞄准光子多维精密操控与微米纳米结构检测的国际前沿研究领域，全面提高本学科在各研究方向上的创新能力，使学科跨入世界先进行列；培养和造就一批高层次、高素质、高水平的创新性学科带头人和学术骨干；获得一批对经济发展和科技进步有重大影响的标志性研究成果。 2．具体目标 （1）科学研究 1)光子的多维精密操控技术 对光子时空和频谱等多维精密操控，已成为光科学及其与信息、材料、生物、医学等学科交叉中新兴的极具科学意义的前沿研究领域。它结合了超短激光、量子控制、自适应反馈控制等技术，对光脉冲的时间、空间、频谱、相位、偏振及其分布进行调制以剪裁光场，达到按需要激发、操控、探测物质，从而操控信息的载体、编码与解码方式、光与物质的相互作用过程等。本研究方向瞄准相关研究领域中尚未解决的重要前沿科学问题，重点攻克超短激光脉冲稳频锁相及光频标、极端条件下的非线性光学效应与量子相干控制等科学技术问题，开创极短激光脉冲等极端条件下光子精密操控的新技术。 标志性成果： ● 光子多维精密操控技术平台。建立国际先进水平的“光子操控技术平台”，实施对光子的时间、空间、频谱、相位、偏振等多维精确操控。 ● 飞秒激光频率梳状发生器和光频标系统。建立我国首台与多种尖端高技术密切相关的飞秒激光频率梳状发生器和光频标系统。 2)纳米结构与生物分子检测技术 运用所建立的“光子操控技术平台”，发展和提高纳米结构及生物分子检测的时间和空间分辨率以及探测灵敏度的新技术，结合其它波谱技术，对纳米结构的超快过程及表征、生物分子的结构与构像及其动力学性质进行系统的研究，促进多学科的交叉与发展。 标志性成果： ● 光子多维操控的共焦显微微光谱成像系统。建立具有创新的“量子相干操控的共焦显微光谱成像系统”，在共焦显微光谱成像的基础上，应用光子超快操控技术，选择性地激发获取特征光谱信息，实现纳米结构和生物分子无损伤探测，极大地提高成像的时间和空间分辨率以及探测灵敏度。 ● MEMS生物基因芯片。率先在国内开展MEMS在生物传感器应用技术研究，研制出具有自主知识产权的MEMS生物基因芯片,结合光子多维操控的共焦显微微光谱成像技术，建立生物和药物分子的指纹光谱数据库。 3)光子操控在信息技术中的应用 基于单光子作为载体的信息处理技术将在确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面可能突破现有的经典信息系统的极限，本研究方向结合光子操控和微光机电技术，实现单光子及光子间关联的操控，在完善单光子灵敏检测技术的基础上，发展基于单个光子作为载体的信息处理、发送、传输、接收等一系列技术，研制量子必威体育官网网址通讯系统中单光子信息源、量子信息编码和解码器、单光子路由操控等关键单元器件和微器件，解决通讯系统中信息的安全必威体育官网网址、超大容量和系统的小型化、集成化等关键问题；运用微米纳米技术，探索产生可控理想单光子源的新途径。 标志性成果: ● 量子必威体育官网网址通讯的实用型样机。建立通讯距离大于25公里的量子必威体育官网网址通讯的实用型样机。 ● 关键单元器件。研制通讯系统中单光子信息源、量子信息编码和解码器、单光子路由操控等关键单元器件和微器件