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【报告】Sune Svanberg:激光光谱学,让世界更美好

来源:畅想2030学术展望专题     作者:Sune Svanberg     发布时间:2016-12-26     浏览次数:204 

为了让我们生存的世界变得更好,当前有很多问题需要解决。这涉及到各个学科,而我从物理学的角度切入,做一些改善我们生活的事。

六年前,我开始在华南师范大学任兼职教授,每年在此工作大约3个月。这给我提供了一个非常好的机会来了解中国。在“花城”广州,我们与瑞典隆德大学、浙江大学等机构的同仁一起合作,有一个非常年轻、充满活力的团队。

现代光学技术已经被用来生态监测、考古研究、远距离探测、定位癌细胞、人脑成像等。我今天举一些例子,来环境监测—生物光子学的应用。

我和团队成员将一辆解放卡车改造成一个移动实验室,如此一来,我们在实验室中能做的试验和检测,去任何地方都能做。车内装配了一系列设备,包括望远镜系统和激光雷达装置等,可实现数千米范围内的检测。可以进行空气污染物监测,药物检测,昆虫检测等。

控制空气污染是一个全球化的问题,不仅是在杭州,广州,北京,休斯顿、德克萨斯等地也同样如此。我们主要使用激光雷达系统来测量空气中的汞含量,我们的移动实验室可以实现实时实地的汞浓度检测。汞对人体和环境的危害尤其巨大。除了广州,我们还去到贵州万山。万山有很多汞矿,我们需要去检测那边的汞污染情况。同样的检测方法,我们西安的秦始皇陵展开了“考古”。传说,秦始皇热衷于炼丹,结果因此导致汞中毒身亡。这个传说是不是真的呢?我们在始皇陵进行了三周测量,获得了一些十分宝贵的数据。这个传说如果是真的,这些汞会挥发到空气中,被我们检测到。

光谱检测也可以被运用于食品安全领域。超市买来的果蔬、食品很多都是包装好的,用氮气充斥包装袋来隔绝氧气,防止食品氧化变质。随着生产出来的日子增长,包装内的氮气含量会有所下降。这就有必要用光谱手段检测袋内的成分变化,来判断食品的品质,有没有变质。一周一次的检测面包包装内氧气含量变化,它在稳步地上升;盒装牛奶上部充斥着惰性气体,对这部分进行激光检测,发现在它超过食用日期后,气体的成分已经发生了显著变化。几年前,我们在杭州设置了相应的激光雷达装置,用来检测周围的重要的农作物,比如龙井茶。我们与河南农业大学合作,在河南信阳开展了对农作物的观测。对对各个方位的水稻田大约300米的检测范围内收集光谱。

下面我们来说一说昆虫,这是激光雷达运用于生态环境领域的典型例子。蝗虫会吃掉大量的农作物,破坏粮食生长。再比如一些贫困地区疟原虫肆虐生长,危害人类健康甚至生命。我们在非洲等都设立了很多相关的观测设备,像肯尼亚的内罗毕,可以进行远距离观测。我们在中国也进行了一些关于昆虫的观测,我们还对中国稻田里的昆虫进行监测,采用的不是脉冲光而是连续激光。它的监测范围可以达到10公里的范围。此外,我们还能在水下利用多光谱水栖雷达进行光谱信号采集。

25年前,我们开始开发面向医药领域的光谱技术。由于我的妻子是医科教授,所以这方面的涉及是顺理成章的。我们主要研究对象是癌症,如何对癌变区域进行光学成像,等等。光谱技术也可以运用于对婴儿的二十四小时监测。另外,在髋关节替换治疗手段上,光谱检测技术也体现出了一定的优越性。

这些都是微小的技术进步,却为我们人类的美好未来提供了更多的可能性。这是我们的地球,是属于我们的世界,我们有责任好好照料它。科学应当服务于人类,我们要寻求全球化的合作,共同促进!

根据Sune Svanberg教授11月7日光学工程“畅想2030”论坛上报告录音整理。录音整理 周炜


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