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已有樣品/n高分辨率數(shù)字相機是機器視覺與工業(yè)檢測中影像獲取的主要手段。 隨著成像技術(shù)的發(fā)展， CMOS成像技術(shù)由于其高分辨率、 低成本、 全數(shù)字化等優(yōu)點， 獲得越來越廣泛的應(yīng)用。 采用高性能CMOS探測器及FPGA等技術(shù)研制的高分辨率CMOS數(shù)字相機，能廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測、 交通、 大樓等監(jiān)視系統(tǒng)中。

石油作為一種非再生的化石資源和能源，世界范圍內(nèi)采收率在30%~60%之間。為提高油藏中的石油采出率，目前我國多數(shù)油田主要經(jīng)歷的依靠天然能量采油、注水注氣保持地層壓力采油和強化采油等技術(shù)無法滿足日益增長的石油需求，殘留在地層中的石油資源占到了50%以上，需要更有效和環(huán)保的采收方法。微生物提高石油采收率技術(shù)（Microbial Enhanced Oil Recovery, MEOR）是目前公認的開采油藏中剩余油和開發(fā)利用稠油油藏的最有效的采油方法之一，具有成本低、污染小、開發(fā)效率高、過程控制簡單、代謝產(chǎn)物不殘留等優(yōu)點，逐漸成為世界各國研究進一步開采剩余油藏的技術(shù)手段。表面活性物質(zhì)對原油進行降解和分散乳化，最終使固態(tài)石油變?yōu)橐簯B(tài)而被開采，是MEOR 技術(shù)最重要的作用機理之一，但目前工業(yè)化應(yīng)用很少，主要原因在于我國油藏及儲集層類型多，原油性質(zhì)變化大，地質(zhì)條件復(fù)雜，沒有環(huán)境適應(yīng)能力強的菌株應(yīng)用于石油生產(chǎn)，因而對內(nèi)源微生物激活劑和生物乳化劑復(fù)配驅(qū)油劑研究是工業(yè)化應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的熱點。 本項目的生物復(fù)配驅(qū)油劑在環(huán)境適應(yīng)性方面具有無可比擬的優(yōu)勢，該復(fù)配驅(qū)油劑具有一定的黏度，可定向激活油藏內(nèi)源采油功能菌，在溫度（20~100℃）、鹽度（1~20%）、乳化穩(wěn)定性等方面，展現(xiàn)了較強的工業(yè)化應(yīng)用潛力，可望能大幅度提高水驅(qū)后剩余油的采收率（5~30%）。 市場應(yīng)用前景： 從我國的石油市場需求來看，2012 年，我國成品油消費 1.5 億噸以上，石油消費超過 2.3 億噸，目前原油價格在 5000~5500 元/噸，國內(nèi)化學(xué)驅(qū)油成本在 3000~5000 元/噸不等，而 MEOR 平均在 1200 元/噸以下，還具有無污染，能耗低等優(yōu)勢。目前，該技術(shù)已達到中試階段，成功應(yīng)用于多個油田區(qū)塊，投入產(chǎn)出比大于 1:5。

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近日，北京大學(xué)物理學(xué)院馬仁敏研究員課題組實驗發(fā)現(xiàn)了拓撲能帶反轉(zhuǎn)光場限制效應(yīng)，將拓撲態(tài)的利用由拓撲邊緣態(tài)擴展至拓撲體態(tài)，并基于此實現(xiàn)了一種高性能的拓撲體態(tài)激光器。這種新型激光器具有垂直出射、高方向性、小體積、低閾值、窄線寬、單橫模、單縱模和高邊模抑制比等優(yōu)異特性。相關(guān)工作被《Nature Nanotechnology》雜志以標題 “A high-performance topological bulk laser based on band-inversion-induced reflection” 進行長文報道。 激光器的發(fā)明加深了人們對光與物質(zhì)相互作用的認識，并對現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展起到了巨大的推動作用。至激光器發(fā)明以來，激光微型化始終是一個重要的研究方向。半導(dǎo)體激光器因為易于電泵浦和規(guī)模生產(chǎn)與集成等優(yōu)點，是激光微型化的首要選擇。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，半導(dǎo)體激光器的微型化已經(jīng)取得了巨大的成就。尤其是具有垂直出射特性的垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL），目前已有數(shù)以百億計的該型激光器被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通訊、激光雷達、人臉識別、數(shù)據(jù)存儲與醫(yī)療手術(shù)等領(lǐng)域。圖1：拓撲體態(tài)激光器原理和示意圖。(a) 用于構(gòu)造能帶反轉(zhuǎn)的拓撲態(tài)和拓撲平庸態(tài)光子晶體示意圖。(b) 實驗中發(fā)現(xiàn)能帶反轉(zhuǎn)可用來實現(xiàn)光場的反射和限制。(c) 垂直發(fā)射拓撲體態(tài)激光器示意圖。拓撲體態(tài)激光器出射方向垂直于光學(xué)腔反饋平面。 馬仁敏研究員與合作者提出并實現(xiàn)了一種新型垂直發(fā)射激光器—拓撲體態(tài)激光器。這種新型激光器直徑只有數(shù)微米，具有良好的垂直發(fā)射方向性, 窄線寬，單橫模、單縱模，能夠在室溫下以千瓦每平方厘米閾值穩(wěn)定工作，單模輸出邊模抑制比超過36 dB。這些性能與商業(yè)化激光二極管相當，根據(jù)IEEE以及相關(guān)工業(yè)標準，指標滿足多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域需求。 該類激光器的實現(xiàn)有賴于實驗中發(fā)現(xiàn)的一種新型光反射和限制機制：能帶反轉(zhuǎn)光場限制效應(yīng)。圖1給出了能帶反轉(zhuǎn)光場限制效應(yīng)和基于其實現(xiàn)拓撲體態(tài)激光器的原理和示意圖：實驗中首先通過對二維光子晶體進行變形操作，分別獲得了具有拓撲態(tài)和拓撲平庸態(tài)的能帶結(jié)構(gòu)；相較于拓撲平庸態(tài)，拓撲態(tài)的光子晶體能帶結(jié)構(gòu)中發(fā)生偶極子和四極子能帶間的能量反轉(zhuǎn)；實驗和理論計算發(fā)現(xiàn)頻率靠近能帶邊緣的光場雖然在拓撲態(tài)和拓撲平庸態(tài)中都可以自由傳播，但是在兩者的界面處會發(fā)生能帶反轉(zhuǎn)引起的光場發(fā)射；該能帶反轉(zhuǎn)引起的光場反射和限制效應(yīng)僅發(fā)生在布里淵區(qū)中心附近，越靠近布里淵區(qū)中心，光場反射和限制越有效，使得利用該類型反射機制構(gòu)建的拓撲體態(tài)激光器具有單橫模、單縱模、面內(nèi)反饋、垂直出射等優(yōu)異特性。圖2：拓撲體態(tài)激光器件與性能。(a-b) 拓撲體態(tài)激光器諧振腔（a）和拓撲界面處（b）的電鏡圖。（c）隨功率變化的光譜。（d）激射光譜。（e）激射實空間近場分布。（f）激射角分辨遠場分布。 能帶反轉(zhuǎn)光場反射和限制效應(yīng)為激光物理提供了一種新穎的激光模式選擇和出射光場調(diào)控機制。基于該原理構(gòu)建的新型拓撲激光器各項性能均達到了可商業(yè)化應(yīng)用的水平（圖2）。新的光場反射和限制機制將拓撲態(tài)的利用由拓撲邊緣態(tài)擴展至拓撲體態(tài)，同時該原理可以拓展到電子學(xué)、聲學(xué)和聲子學(xué)等領(lǐng)域。 該工作發(fā)表于Nature Nanotechnology (DOI: 10.1038/s41565-019-0584-x)，馬仁敏研究員為論文通訊作者；北京大學(xué)博士后邵增凱、博士生陳華洲和王所為共同第一作者；其他作者包括北京大學(xué)博士生冒芯蕊、楊振乾、訪問學(xué)生王少雷，以及日本國立材料研究所教授胡曉，學(xué)生王星翔。這項工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部、北京市自然科學(xué)基金、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室、量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心等的支持。

激光發(fā)射的光打到被測工件的表面，散射回來的光被透鏡匯聚到光電接收器上。被測物體的位置發(fā)生變化時，光電接收器上光點的位置也會發(fā)生變化，由此檢測到物體位置的變化。現(xiàn)已開發(fā)兩種，分別成功應(yīng)用于靜態(tài)測量和動態(tài)測量。 主要功能和技術(shù)指標： 非接觸式測量，適用于任何非鏡面的粗糙表面物體的檢測；測量范圍可以根據(jù)用戶要求選擇，從10mm~200mm；測量誤差小于0.5%。 傳感器目前已成功應(yīng)用于輪對幾何參數(shù)自動測量系統(tǒng)、非接觸式靜態(tài)軌道測量小車、軌檢車等。已制造100套以上。

一、成果簡介： 激光平地控制技術(shù)設(shè)備除了應(yīng)用于 北方旱田平整外，還可用于水田平整，能夠有效地改善水田表面微地形，提高水田土地平整度。該設(shè)備可適合我國南部、東南部等有大面積水稻種植區(qū)的地區(qū)，一般用于水田(直播或者插秧)種植前的土地平整作業(yè)。 本研究成果的核心技術(shù)設(shè)備是30cm激光接收器，更適合于水田地勢波動較大的情況。本研究成果包括激光發(fā)射器、激光接收器和高程控制器。由接收器負責(zé)接收由激光發(fā)射器發(fā)射的激光信號，通過光電轉(zhuǎn)換將

本成果掌握了新型高溫高能防護涂層原材料設(shè)計和制備、涂層結(jié)構(gòu)-功能一體化設(shè)計、涂層壽命可靠預(yù)測等技術(shù)方法，突破了陶瓷涂層強韌化、涂層宏微結(jié)構(gòu)控制、大尺寸薄壁異形件的尺寸穩(wěn)定性和涂層質(zhì)量均勻性控制等關(guān)鍵技術(shù)，研制的新型涂層實現(xiàn)了kW/cm2量級高功率密度數(shù)十秒的激光有效防護。 一、項目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、技術(shù)分析 針對重大裝備對高能激光防護涂層材料提出的迫切需求，開展了高能激光防護涂層材料技術(shù)研究。掌握了新型高溫高能防護涂層原材料設(shè)計和制備、涂層結(jié)構(gòu)-功能一體化設(shè)計、涂層壽命可靠預(yù)測等技術(shù)方法，突破了陶瓷涂層強韌化、涂層宏微結(jié)構(gòu)控制、大尺寸薄壁異形件的尺寸穩(wěn)定性和涂層質(zhì)量均勻性控制等關(guān)鍵技術(shù)，研制的新型涂層實現(xiàn)了kW/cm2量級高功率密度數(shù)十秒的激光有效防護。研究成果已成功應(yīng)用于高空無人機等重要裝備的高溫高能防護。 圖1：研制的噴涂粉體 圖2：大尺寸薄壁異形件構(gòu)件表面高能激光防護涂層