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
什么是有价值的科技？
1) Change the way hoห้องสมุดไป่ตู้ we look at things; 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...
激光的暗面
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 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 发现将再次改变我们对事物的认 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 experiment at NTU is a very surprising result that follows in the steps of Dirac′s prediction of antimatter”，并且乐意资 助我们继续从事暗脉冲激光的探索。
产品价格由数十万元降低到接近零
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石墨烯锁模激光器论文发表及引用报告图表（ISI检索）
检索日期：2013年5月
本方向前期文献 均为我们的工作
从2009年底到现在全世界已发表石墨烯锁模 激光器研究的SCI论文800篇，中国人领先！
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2010年诺贝尔物理学奖获得者、石墨烯发现者克斯特亚•诺沃塞 洛夫教授在Nobel Lectures评述我们提出的石墨烯激光锁模器极 度有效(extremely efficient mode lockers must be noted)
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美国军方在其 2012 年10月19 日出版的《科技新闻通报》（S&T News Bulletin）将石墨烯微波光子学列为突破技术
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总结： 1） 光电科技已经改变和正在改变人类生活的方方面面； 2） 光电科技将在很长一段时间内仍然处于科学前沿，诺 贝尔奖层出不穷；
代表成果二：石墨烯锁模激光器
首次实验证实石墨烯的可饱和吸收效应，并将其用于 锁模激光器
石墨烯：易饱和，宽波段
Adv. Funct. Mater., 2009, 19:3077-3083 Adv. Funct. Mater., 2010, 20:782-791
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技术优势
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激光的应用？
由于激光器具备的种种突出特点，因而被很快运用于 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 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 用。 (1) 激光通信 （2）资料加工 （3）激光照相排版 （4）激光在医学上的应用 （5）激光武器
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光纤到户
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光纤交换机
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光纤激光器和普通激光器比较
反射镜 有源光纤 Pump LD 激光束 输出 光纤光栅 激光增益介质 反射镜
激光束 输出
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光纤激光器应用
支架制造
微雕
打印
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暗脉冲辐射可使数字信号传输更远
《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 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。
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电磁波：现代文明的基石
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 ~ 6×10−3 mm。
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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
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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
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一只铅笔偷走了诺贝尔奖
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我的研究：石墨烯+光纤+激光=四个诺贝尔奖
超快、超强激光 专利归中国人所有。
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支架制造
点焊
焊接
标记
微型焊接
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切割 深圳大学光电科技协同创新中心
代表成果一：暗脉冲激光器
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
典型的光纤激光器示意图
Physical Review Letters 101 , 153904 , 2008. Physical Review A 80, 045803, 2009. Physical Review B 80, 052302, 2009.
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什么是光电？
光电技术主要是利用光能与电能可以互相转 换的技术。 LED vs 太阳能
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 载体正在由电磁波段扩展到光波段，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 录、存储、显示和传感等的光电信息产业上。
3） 我国在光电领域仍然有一定差距，但在某些方向处于 国际领先地位，潜力巨大！
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感谢您的聆听 请您批评指正！
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蓝光LED：照亮了全世界
蓝光LED的发明使得廉价的LED白光光源得
到了迅猛发展，解决了光照能源问题。
红光LED和绿光LED早已发明,但长期以来制造 蓝光LED成为一个难题,缺少了三原色中的蓝色, 就无法获得。
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石墨烯：最有潜力的诺贝尔奖材料！
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Nature photonics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。
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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
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光纤结构
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光纤激光器：光通信的核心技术
1985 - 英国南安普顿大学ORC采用改进的化学气相沉积（MCVD） 的方法成功地研制出单模掺稀土光纤
1480nm Pump diode EDF 1 1480/1550 nm WDM 90% Output 10% Apodized FBG 2 3
Circulato r
环形腔光纤激光器原理图
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普通光纤激光器
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损耗低、中继距离长
中中中中
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中中中
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1.55 mm波长区的损耗可低到0.18 dB/km
例： 同轴电缆通信的中继距离只有几公里 最长的微波通信是50公里左右 光纤通信系统的最长中继距离已达数千公里