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高性能声光材料与器件课题组（中试生产二线）
1.课题组概况
我组致力于高性能声光材料及其器件的研制与产业化。通过对下降法生长工艺的改进与创新，成功生长出大尺寸、高纯（U、Th等放射性杂质含量在10-14g/g）、高光学质量（无气泡、包裹体和裂纹）的TeO2晶体，成为中微子双贝塔衰变研究项目CUORE（Cryogenic Underground Observatory for Rare Events，低温地下观测稀有物理现象）所需大尺寸、高纯TeO2晶体的全球唯一生产单位；而高性能TeO2声光晶体，则成为嫦娥系列红外成像光谱仪的核心材料，助力月球表面的成像与光谱探测。
近年来，依托组内的TeO2晶体优势，开展了系列高性能声光器件的研制与生产，逐步成为国内外光纤激光器用声光器件的主要生产商。
大尺寸高纯TeO2单晶及两次生长制备技术先后获得2012年国家授权专利(ZL 200910048849.5)，2013年美国授权专利(US 8480996B2)和2014年的欧洲授权专利(EP 2415912B1)，形成了行业标准(JC/T 2139-2012)。
本组的单晶及下降法生长技术所获的主要奖项如下：
1986年 中国科学院技术进步二等奖
1987年 第15届日内瓦国际发明博览会银奖
1988年 国家技术进步二等奖
1991年 第二届国家专利优秀奖
2009年 第十一届国家专利优秀奖
2010年 上海市重点新产品
2010年 上海市技术发明二等奖
2011年 国家重点新产品
2015年 第十七届国家专利优秀奖
2018年 中国产学研合作创新成果二等奖
图1 美国授权专利US 8480996B2
图2 欧洲授权专利EP 2415912B1
图3 国家授权专利和第十七届中国专利优秀奖
图4 2018年中国产学研合作创新成果奖封面与证书
2. 产品应用(Products’ Applications)
目前，我组生长的大尺寸优质TeO2晶体（参见图5），既能满足声光器件的性能要求，又能满足中微子双贝塔衰变研究的纯度要求。
图5 我组生长的大尺寸优质TeO2晶体照片
（1）声光器件
声光器件是利用声光效应实现光信号处理的一类器件，它在激光照排、激光加工、激光显示、电子分色、光谱分析等方面获得了广泛应用，在航空、航天、通讯、先进武器、化学工业等领域发挥了重要作用。声光器件的核心是声光材料。而TeO2晶体是目前性能最为优异的声光材料之一（参见表1）。
表1 几种典型声光材料的声光特性
|
材料 |
声波传播方向 |
声速( 105cm/s) |
声光优值M2( 10-18s3/g) |
|
熔石英 |
|
5.960 |
1 |
|
铌酸锂 |
<100> |
6.570 |
4.6 |
|
钼酸铅 |
<001> |
3.362 |
36.1 |
|
溴化铅 |
<010> |
0.65 |
550 |
|
氯化亚汞 |
<110> |
0.347 |
700 |
|
二氧化碲 |
<110> |
0.616 |
793 |
激光打标将激光以极高的能量密度聚集在被标刻物体表面，从而灼刻出精致的图案或文字。与传统油墨印刷相比，具有绿色环保、高稳定、低成本、高精度以及便于和现有生产线集成等优势。与台式激光打标机相比，背包式和手持式激光打标机是激光打标机进一步小型化、智能化的发展趋势。在智能互联网+时代，不断深入的产品追溯需求，将推动打标设备持续升级，打标市场有望迎来新的增长机遇。
与此同时，大孔径和超快响应也成为声光器件的新的发展方向。
图6为我组研制的系列声光器件产品照片，涵盖TeO2晶体和石英、玻璃等声光材料以及自由空间、光纤耦合等不同类型的批量化产品。
图6 我组研制的系列声光器件产品
（2）中微子双贝塔衰变研究
中微子是一种无处不在但又难以捉摸的基本粒子。太阳、宇宙射线和核电站等都能产生大量中微子。它质量非常小，不带电，几乎不与物质发生相互作用，可以轻松地穿过人体、建筑物甚至地球而不带来任何影响。正是由于这些特性，使得中微子极难被探测。
130Te以其双 衰变性能、高的自然丰度成为了研究中微子双 衰变性能的首选材料之一。大型科学项目CUORE正是利用TeO2晶体的双b衰变特性来研究中微子的绝对质量与特性。CUORE项目采用了988块、总重量达
2022年4月6日，CUORE项目组在Nature杂志上发布了对中微子奇异特性的最新研究进展，给出了中微子马约拉纳属性最严格的实验限制之一(https://doi.org/10.1038/s41586-022-04497-4)。
CUORE实验装置已成为目前世界上最大的极低温晶体量热装置，实现了晶体量热器探测技术的创新，为下一代更高分辨率的CUPID实验建立了基础。
图7 用于CUORE项目的988块TeO2晶体阵列
3. 联系方式
联系人：朱勇 博士 （课题组长）
Contact Person: Dr. Yong Zhu
邮编(Post Code)：201800
通讯地址：上海市嘉定区和硕路588号
Mail Address: 588 Heshuo Road, Jiading District, Shanghai 201800, P.R.China
单位名称：中科院上海硅酸盐研究所
Company Name: Shanghai Institute of Ceramics,
电话(Tel.)：86-21-69987889
传真(Fax.)：86-21-59927184
电子邮件(E-mail): yongz@mail.sic.ac.cn
联系人：岳世海
Contact Person: Mr. Shihai Yue
邮编(Post Code)：201800
通讯地址：上海市嘉定区和硕路588号
Mail Address: 588 Heshuo Road, Jiading District, Shanghai 201800, P.R.China
单位名称：中科院上海硅酸盐研究所
Company Name: Shanghai Institute of Ceramics,
电话(Tel.)：86-21-69987880
传真(Fax.)：86-21-59927184
电子邮件(E-mail): yueshihai@mail.sic.ac.cn
