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光影里的40年发展印记:从露天放映到4D、VR…… 高性能条纹相机:照亮科学的美

2020-3-14

  从一票难求到看啥都有从露天放映到4D、VR——

  光影里的发展印记(改革开放40年·亲历变迁(11))

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  图①:1979年冬黑龙江省黑河市王肃电影院门前人们排队买电影票。

  资料图片

  图②:2013年11月24日石家庄一家电影院中的观众正观看3D大片。

  陈建宇摄(人民视觉)

  电影〖海王〗刚刚上演杨伟东便带着7年的儿子杨天然来到家楼下的4D电影院准备一饱眼福。提前在网上买好了电影票父子俩在影院门前的自助取票机上轻松取票又在影院门口买上儿子爱吃的爆米花。影厅门口工作人员为他们提供了特制眼镜一场愉快的观影之旅就此开始。

  今年51年的杨伟东是地道的哈尔滨人从小酷爱电影。“按现在的话说我就是个‘电影发烧友’。”杨伟东家住在曾经的马迭尔电影院(如今为马迭尔宾馆)附近“那时电影院里不像现在这样提前发布上演影片很多影片是临时播放的。每天6点我都会在阳台上看影院门口的白炽灯亮不亮假如亮了便会兴奋地跑下楼。”

  “那时候电影太少、太经典我连台词都能背下来。”杨伟东说小时候最爱干的事就是将四处求得的电影票一张张铺满床“那时候一个月可能只有2到3部电影上演只要有喜欢的我会反复看五六遍。听说有新电影上演更是会兴奋得睡不着觉有时为了一部新上演的电影我能从城东走到城西。毫不夸张地说每次看电影就像过年一样高兴这些电影是我纯真年代最美好的记忆。”

  哈尔滨这座城市与电影院有着很深的缘分。1905年开始电影院这个新生事物在这落地生根。科勃采夫电影院、亚细亚电影院……

  尽管如此“那时电影种类与放映场次还是比较少电影票更是一票难求。在亚细亚电影院售票处我总是踮起脚、伸长脖子小心翼翼地把二三毛钱的钞票伸进购票的小窗口期待着电影票从窗口递出来。一张影票可以用来交换任何你能想到的好东西包括每个孩子都想要的糖果与玩具。”杨伟东回忆道。

  除了影院还有一种更平民化的观影方式——露天电影。“许多人的仲夏夜是在公园里看露天电影度过的。尽管只收一毛钱学生们想天天看还是看不起为了省钱我与同学经常趴在公园墙头‘蹭看’脚麻、腿酸也浑然不觉只为那一幕幕精彩片段。”

  如今杨天然已经学会了在网上买票对于父亲过去要在窗口排队买票与走好几个小时去影院的经历他并不大理解在他看来到家楼下的电影院看场电影已经是一件很平常的事了。可供选择的影片也五花八门自我想看什么类型的都能满足。

  “以前要么是硬板凳要么干脆站着。现在的观影体验更舒适了宽大的沙发椅安静雅致的场地好电影一场买不到下场总有座。荧幕是大宽屏还有4D、VR等高科技。”谈起40年来的变化杨伟东很感慨。

  从一票难求到看啥都有改革开放丰富了人们的选择可人们对电影的追求与热爱有增无减电影对人们的影响依然深邃而悠长。

  版式设计:张芳曼

  方 圆

  在日常生活中超高像素的相机已经非常常见甚至手机都能拍摄非常精细的相片。但在科研领域想拍个超短激光脉冲或者植物的光合作用?对不起家用相机已经无能为力科学家只能求助于高端科学仪器。

  5月22日由中国科学院西安光学与精密机械研究所承担的国家重大科研装备研制项目“高性能条纹相机的研制”通过专家组验收这标志着我国具有自主知识产权的高性能条纹相机进入实用化水平。

  高端仪器的“皇冠”

  人类的眼睛只能看到1/24秒之内发生的事情任何快于这个时间的过程人类都只能借助机器。

  现在性能最好的相机能够做到每秒拍摄2000张但对广泛存在于自然或科学技术中的超快现象仍然无能为力。

  以植物的光合作用为例作为地球上最大的太阳能利用过程至今已经产生了6枚诺贝尔奖但对于其机理至今还没有被研究清楚就是因为其中的过程太快了

  此外超大规模集成电路所产生的电脉冲、半导体材料的载流子寿命、化学反应的分子动力学过程、生物材料的荧光发射、激光器产生的超短激光脉冲、强光与物质相互作用物理过程等都属于超快现象。

  这些超快现象对科学研究的重要意义不言而喻。“只有把这些过程看清楚了科学家才有可能去干预这些过程并控制其朝着对人类有用的方向发展。”中科院院士侯洵说。

  但要观测、记录与分析这些现象只能依赖于高时间分辨的诊断仪器。

  条纹相机是同时具备超高时间分辨(皮秒–飞秒级)与高空间分辨(微米级)的唯一高端科学测量与诊断仪器每秒可以拍摄千亿次到万亿次在时间分辨的超快现象研究中发挥着难以替代的作用。

  然而条纹相机的研制涉及光学、光电子、超快电子学、微电子学、精密机械与计算机等多门学科研制起点高、难度大。中科院西安光机所所长赵卫说:“条纹相机涉及的仪器与技术已经接近物理极限可以说代表了当前光电诊断技术的最高水平。”

  “越是受制于人的越要自我做”

  对重大科研装备有所了解的人都知道越是尖端的技术各国就越是要“藏着掖着”。作为十分敏感的尖端技术条纹相机的国际学术研究成果及器件设备的共享性很低国外相关的技术对我国实行严格的封锁对条纹相机也实行严格的出口管制。而至今国内也只有少量单位具备初步的研发能力。

  在中科院副院长张涛看来中国的科技发展很快但要取得原创性的成果必须要研发中国自我的仪器装备。“中科院研制条纹相机就是要解决国家‘卡脖子’的事情换句话说越是受制于人的我们就越要自我做。”

  2012年1月起在中科院与财政部的策划捧场下中科院西安光机所启动了“高性能条纹相机的研制”项目力图发展具有自主知识产权的高性能、高可靠性、实用化条纹相机系统并形成一定的批量生产能力满足国家大科学工程与国家重大基础前沿研究不断增长的数量与高性能指标的需求。

  经过五年攻关解决了条纹相机制备过程中存在的各种工艺问题与工程实施难题。目前项目已成功研制出八种类型的条纹相机满足了不同应用背景与一些特殊应用环境的需求。

  比如x光飞秒条纹相机的时间分辨率达到450飞秒可用于飞秒化学反应的动力学过程、飞秒激光特性等的测量;同步扫描条纹相机主要用于对极微弱光信号的多次重复扫描测量如荧光光谱、荧光寿命等;而超小型条纹相机则有望在航天测绘、空间对抗与攻防与水下探测等领域发挥重要作用。

  “仪器造出来项目只成功了一半”

  项目的研制成果解决了我国条纹相机这一高端科学仪器受制于人的窘境得到了业内专家及用户的高度评价。中科院院士林尊琪评价称:“这些技术是我们国家尖端技术宝贵的基础。”中国工程物理研究院研究员李正宏则说:“西安光机所在高性能条纹相机研制过程中发挥着开创者与引领者的重要作用。”

  专家组一致认为项目组完成了飞秒条纹相机、同步扫描条纹相机与大动态范围条纹相机的研制工作所有技术指标均达到实施方案规定的考核指标要求三类条纹相机均已达到实用化其整体性能达到国际先进水平。部分核心关键技术与工艺难题得以突破达到国际领先水平。项目还建成了设计与仿真平台、电真空器件制备平台、超快电子学技术平台、综合测试与分析评估平台形成了模块化、小批量条纹相机的研制生产能力并培养了一支高水平的条纹相机专业化研发团队。

  国产高性能条纹相机的问世可能会为许多科学研究打开新的世界。比如在同步辐射装置及正负电子对撞机中条纹相机可以诊断关键性能指标为重大装置的改进与性能提升提供参考依据;在国防安全及空间领域条纹相机技术是爆轰物理研究中冲击波速度、自由面速度以及爆轰温度等常规武器性能评估的关键测量手段;而基于条纹相机技术的新型激光三维成像雷达可用于水雷搜索、海矿探测、地形地貌勘探等。

  但在赵卫看来“仪器造出来项目只成功了一半”。他们还要实现小批量生产能力满足国家大科学工程与国家重大基础前沿研究不断增长的数量与高性能指标的需求。

  如今西安光机所已经具备了月产4台条纹相机、8只条纹管的生产能力成为国内唯一的集设计、生产、检测为一体的条纹相机研发基地。

  张涛希望团队要以项目验收作为新的工作起点持续推动核心关键技术突破保持仪器设备的核心竞争力;要进一步加强仪器设备的科学应用促进重大科研成果产出;尽早实现研制仪器的产业化推广更好地服务国家基础前沿研究满足国际战略需求。丁佳

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