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石油作為一種非再生的化石資源和能源，世界范圍內采收率在 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（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手段。表面活性物質對 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 技術最重要的作用機理之一，但目前工業(yè)化應用很少，主要原 因在于我國油藏及儲集層類型多，原油性質變化大，地質條件復雜， 沒有環(huán)境適應能力強的菌株應用于石油生產(chǎn)，因而對內源微生物激活 劑和生物乳化劑復配驅油劑研究是工業(yè)化應用技術開發(fā)的熱點。 本項目的生物復配驅油劑在環(huán)境適應性方面具有無可比擬的優(yōu) 勢，該復配驅油劑具有一定的黏度，可定向激活油藏內源采油功能菌， 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)化應用潛力，可望能大幅度提高水驅后剩余油的采收率 （5~30%）。 市場應用前景： 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 內化學驅油成本在 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，該技術已達到中試階 段，成功應用于多個油田區(qū)塊，投入產(chǎn)出比大于 1:5

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。 隨著成像技術的發(fā)展， CMOS成像技術由于其高分辨率、 低成本、 全數(shù)字化等優(yōu)點， 獲得越來越廣泛的應用。 采用高性能CMOS探測器及FPGA等技術研制的高分辨率CMOS數(shù)字相機，能廣泛應用于工業(yè)檢測、 交通、 大樓等監(jiān)視系統(tǒng)中。

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近日，北京大學物理學院馬仁敏研究員課題組實驗發(fā)現(xiàn)了拓撲能帶反轉光場限制效應，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相互作用的認識，并對現(xiàn)代科學與技術的發(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)療手術等領域。圖1：拓撲體態(tài)激光器原理和示意圖。(a) 用于構造能帶反轉的拓撲態(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以及相關工業(yè)標準，指標滿足多數(shù)應用領域需求。 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：能帶反轉光場限制效應。圖1給出了能帶反轉光場限制效應和基于其實現(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)的能帶結構；相較于拓撲平庸態(tài)，拓撲態(tài)的光子晶體能帶結構中發(fā)生偶極子和四極子能帶間的能量反轉；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)生能帶反轉引起的光場發(fā)射；該能帶反轉引起的光場反射和限制效應僅發(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建的拓撲體態(tài)激光器具有單橫模、單縱模、面內反饋、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。 能帶反轉光場反射和限制效應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控機制。基于該原理構建的新型拓撲激光器各項性能均達到了可商業(yè)化應用的水平（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、聲學和聲子學等領域。 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博士生冒芯蕊、楊振乾、訪問學生王少雷，以及日本國立材料研究所教授胡曉，學生王星翔。這項工作得到國家自然科學基金委、科技部、北京市自然科學基金、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、量子物質科學協(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，分別成功應用于靜態(tài)測量和動態(tài)測量。 主要功能和技術指標： 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： 激光平地控制技術設備除了應用于 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設備是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。由接收器負責接收由激光發(fā)射器發(fā)射的激光信號，通過光電轉換將

本成果掌握了新型高溫高能防護涂層原材料設計和制備、涂層結構-功能一體化設計、涂層壽命可靠預測等技術方法，突破了陶瓷涂層強韌化、涂層宏微結構控制、大尺寸薄壁異形件的尺寸穩(wěn)定性和涂層質量均勻性控制等關鍵技術，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 關鍵核心技術突破 二、技術分析 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研究。掌握了新型高溫高能防護涂層原材料設計和制備、涂層結構-功能一體化設計、涂層壽命可靠預測等技術方法，突破了陶瓷涂層強韌化、涂層宏微結構控制、大尺寸薄壁異形件的尺寸穩(wěn)定性和涂層質量均勻性控制等關鍵技術，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件表面高能激光防護涂層