地试光栅仪

由天津市拓普仪器有限公司与天津大学应用物理系共同研发的WCG-1型超声光栅仪即将面市。该仪器采用光具座形式，除具有良好的直线性特点外，还具有方便组合多种实验等优点。用超声光栅测定液体中声音的传播速度是一个很好的综合性普物教学实验。

3月2日上午，国家重大科学仪器设备开发专项“高端全息光栅研发”项目在中科院长春光学精密机械与物理研究所召开启动会。 　　该项目由中科院长春光机所牵头，中国科学技术大学、北京普析通用仪器有限公司等另外6家单位共同参与，目标是研发出高端光谱仪器的核心部件——高端全息光栅，建立集全息光栅设计、制造、检验于一体的开发平台，发展具有自主知识产权、具有国际先进水平的高端全息光栅制造技术。此外，项目还将针对光谱分析市场中对光栅的特殊需求，开发低杂散光光栅、特种面型光栅等11种光栅，并在5家光谱分析仪器企业和1家高校中进行应用示范及产业化推广，从而推动我国光栅制造领域应用基础研究及产业级研究成果的涌现。 　　中科院长春光机所光栅技术研究始于1958年，是我国第一批光栅刻划机和第一块衍射光栅的诞生地。经过50余年的努力，光栅设计、制造、复制和检测等技术日臻完善。2011年8月，依托长春光机所筹建的“国家光栅制造与应用技术研究中心”顺利通过现场评估，进一步推动了长春光机所在光栅研制及光谱仪器开发和工程化方面的发展。

p 　　2017年9月1日，由中科院条财局在长春组织召开的国家重大科学仪器设备开发专项“高端全息光栅研发”项目初步验收会顺利通过。会议听取了长春光机所做的“项目研制工作报告”和各参与单位做的子任务情况汇报，并进行了质疑讨论。 /p p style=" text-align: center " img width=" 500" height=" 376" title=" 1.jpg" style=" width: 500px height: 376px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/247fd012-fa79-48d2-aa28-be5abdcbf9b8.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " img width=" 500" height=" 376" title=" 2.jpg" style=" width: 500px height: 376px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/faf91127-d523-4835-be24-06df8026fd88.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / /p p 　　随后对项目研制的光栅和仪器设备进行了现场测试验收。 /p p 　　在“高端全息光栅研发”项目立项之前，中科院长春光机所研制的全息光栅产品已成功用于国内外多家光谱仪器企业的各种类型光谱仪器。但是，在技术实力方面和国外同行差距较大，高端光谱仪器急需的高端全息光栅仍未完全实现自主知识产权，部分产品需要进口，并且价格比较昂贵,阻碍了光谱仪器产品进入国际市场的进程。 /p p 　　本项目立项目标是研发出高端光谱仪器的核心部件-高端全息光栅：①建立集全息光栅设计、制造、检验于一体的开发平台 ②开发光谱分析市场中急需的光栅，形成一定产业化规模，满足我国光谱分析仪器行业的需求，并打开国际市场 ③将研制的光栅在光谱分析仪器企业中进行应用示范及产业化推广，通过高端全息光栅自主创新带动我国高端光谱分析仪器自主创新，完善我国光谱分析仪器产业链，引领和拉动整个光谱分析仪器行业向纵深发展，并辐射带动光谱分析技术向更多应用领域拓展，进一步增强我国对外经济交往中的主动权。 /p p 　　本项目的实施使我国在相关领域的研究工作摆脱了受制于人的处境，突破了国外技术壁垒。项目研制了低杂散光光栅、高分辨本领光栅、特种面型光栅、体全息光栅等11种全息光栅。在5家光谱分析仪器公司进行应用示范及产业化推广，开发了5类新型光谱分析仪器，形成了一定的产业化规模，减低了成本，满足了我国光谱分析仪器行业的需求，填补了国内该类产品的空白，拉低了国外同类产品在华售价，部分光谱仪出口国外。研发的极紫外软X射线单色器已在国家同步辐射实验室中使用，增强了我国光谱定标能力，为“国家同步辐射实验室二期工程”提供了科技支撑。 /p p /p p /p p /p p /p

高效光伏太阳能电池（发电板）制造商面临的最大挑战是降低成本和提高电池效率。通过提高产量、减少加工精度的分散变化，并消除影响生产力提升的障碍来提高工厂自动化程度，是公认的实现电网价格持平等问题的关键。 与众多行业一样，选择合适的光栅（位置编码器）在光伏电池制造的高效工厂自动化中是很重要的环节。全球各地的太阳能电池板制造商一直在寻找一种有助于增加输出量、提高产量并尽量缩短停机时间的编码器。雷尼绍的RESOLUTE绝对式直线光栅和圆光栅可以满足这些要求，该光栅将真正的绝对式光栅反馈与高分辨率（1 nm）、高精度（± 1 µ m/m）、非接触光学系统等计量优点相结合，具有非常出色的可靠性和安全性。 RESOLUTE是绝对式光栅，这意味着它在通电后就能立即确定绝对位置，无需返回参考（基准）点，从而极大缩短开启时间并在出现任何运动前就实现对轴的完全控制。此项性能特征在机床断电又重新通电的情况下非常重要。它可以安全可靠地执行复杂的恢复路径，确保价格昂贵的产品和设备免于受损。 实际上，位置反馈的安全性是RESOLUTE系统的一项突出优点。光栅运行两种独立算法：一种用于确定绝对位置，另一种用于检查测量结果。这些内置位置检查算法可以独立校验位置，确保报告位置的保真度并可防止轴的非受控运动。因此大大降低了制造过程中电池或轴受损的几率。RESOLUTE已被世界领先的外科手术机器人公司采用，这足以说明该集成功能的有效性和可靠性！ RESOLUTE以一种完全独特的方式工作，类似于一台超高速数码相机对由长的非重复条形码组成的栅尺进行拍照，从而为读数头提供绝对位置。RESOLUTE比市面上最快的数码相机的速度还要高1000倍。在图片中进行插补可达到1纳米的分辨率。另外，由于RESOLUTE在100 m/s时可达到1 nm的分辨率，所以光栅速度永远不会是一种限制，因此硅太阳能电池制造设备可更快速地运转，并且与使用传统光学编码器的设备相比，可实现更高的产量和效率。而且绝不仅仅是高速度&hellip &hellip 条形码含有大量的冗余，而读数头应用复杂的交互校验和误差修正。因此结果不会受到诸如硅尘、油和指纹等栅尺污染的影响。RESOLUTE所具备的抗污能力意味着，它可以在可能引起其它光学编码器丢数的环境中连续运转。 另外，RESOLUTE可以达到非常优异的运动控制性能，因而提高了精度和制造过程的产量，甚至领先于极为苛刻的精密激光加工技术。传统密封式绝对式光学编码器通常具有约± 200 nm的细分误差 (SDE)。这么明显的SDE会产生很差的速度控制性能，导致运动轴上出现振动；在这样的轴上移动易碎、昂贵的硅片有可能发生&ldquo 恐怖的故事&rdquo ，而且可能出现微裂纹，太阳能电池的相关性能也会降低。较差的SDE还可降低诸如缺陷检测等动态执行的扫描作业的生产效率。RESOLUTE凭借其新颖的检测方法打消了所有这些顾虑，这种方法的固有SDE非常低，不超过± 40 nm。多轴设备的制造商还可以通过使用RESOLUTE获益，因为它具有非常低的噪声（

瑞士XRNanotech高精度、高性能X射线光栅X射线光栅在生命、能源、材料、环境、食品等领域中具有重要应用，由于X射线光栅是非常精密的光学器件，对制作工艺的要求很高，尤其是制作高质量的二维X射线光栅的难度更大，因此，高质量的二维X射线光栅倍受相关科研人员的期待。XRnanotech在X射线光学研究和开发领域的蕞新创新，突破了可能的界限。依托Paul Scherrer研究所开发的专利技术，加上优良的工程能力和高水平的质量控制，造就了先进的X射线光学关键器件，另外，依托于高精度加工技术，可定制，系列产品比较丰富。通过铱线倍频技术获得蕞大分辨率凭借线倍频技术，可以实现精确到5nm的X射线束聚焦，从而成为目前纪录的保持者。有了如此精确的聚焦，X射线成像的分辨率达到高的水平，使得曾经不可见的东西变得可见，并实现了全新的应用。该方法核心工艺是在反应离子蚀刻剥离基底结构之前，在稀疏模板上涂覆一层铱原子层。利用闪耀光学方式优化效率光学器件的光子效率越高，透过的光子就越多，这意味着效率越高的光学器件可以为实现相同的目标节省时间和能量。与理论光子效率极限为40.5%的传统二元光栅光学相比，仅增加一阶的闪耀光栅可以将极限提高到68.4%，而再增加一阶的闪耀光栅可达81.1%。基于电子束光刻的制造工艺，而不是机械刻划，可以轻松实现多阶闪耀光栅的设计加工。在实际加工过程中，XRnatotech已经实现了衍射波带片的光子效率超过50%，而行业标准是5-10%，大多数比较先进的技术蕞高也只达到25%。这样，不仅可以将实验时间减半，推动科学进步，还可以将在大型X射线源上进行实验的成本减半。金刚石光学的辐射稳定性在过去几十年中，X射线源的亮度急剧上升，自由电子激光器的亮度达到太阳亮度的1亿倍以上。这开辟了重要的研究领域，但也暴露了不少X射线光学器件的关键局限性，在如此高的辐射能量下，这些器件容易融化。XRnanotech开发出一种方法，即用蕞耐热的天然材料单片金刚石加工光学元件。金刚石光学可以轻松承受FEL X射线束的极duan强度，从而缓解FEL实验中的这一瓶颈。目前，XRnanotech已为X射线广泛应用提供多种光学元件：Zernicke相衬成像应用：相关文献：B. Rösner et al. Exploiting atomic layer deposition for fabricating sub-10 nm X-ray lenses Microelectronic Engineering 191 (2018) p. 91B. Rösner et al. 7 nm spatial resolution in soft x-ray microscopy Microscopy and Microanalysis 24 (2018) p. 270K. Jefimovs et al. A zone doubling technique to produce ultra-high resolution x-ray optics Physical Review Letters 99 (2007) p. 264801J. Vila-Comamala et al. Advanced Thin Film Technology for Ultrahigh Resolution X-Ray Microscopy Ultramicroscopy 109 (2009) p. 1360P. Karvinen et al. Kinoform diffractive lenses for efficient nano-focusing of hard X-rays Optics Express 22 (2014) p. 16676I. Mohacsi et al. High efficiency X-ray nanofocusing by multilevel zone plates Journal of Synchrotron Radiation 21 (2014) p. 497I. Mohacsi et al. Fabrication and characterization of high efficiency double-sided blazed X-ray optics Optics Letters 41 (2016) p. 281C. David et al. Nanofocusing of hard X-ray free electron laser pulses using diamond based Fresnel zone plates Scientific Reports 1 (2011) p. 57M. Makita et al. Diamond diffraction gratings for experiments with intense hard x-rays Microelectronic Engineering 176 (2017) p. 75N. Kujala et al. Characterizing transmissive diamond gratings as beam splitter for hard X-ray singleshot spectrometer of European XFEL Journal of Synchrotron Radiation 26 (2019) p. 708关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是目前国内知名光电产品专业代理商，也是近年来发展迅速的光电产品代理企业。除了拥有一批专业技术销售工程师之外，还有拥有一支强大技术支持队伍。我们的技术支持团队可以为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等工作。秉承诚信、高效、创新、共赢的核心价值观，昊量光电坚持以诚信为基石，凭借高效的运营机制和勇于创新的探索精神为我们的客户与与合作伙伴不断创造价值，实现各方共赢！

高档数控机床与基础制造装备国家科技重大专项“高精度、高分辨力绝对式光栅旋转编码器”课题通过验收并实现产业化。　　“高精度高分辨力绝对式光栅旋转编码器”是我国高档数控机床和基础制造装备急需的关键部件，被称为数控系统的“眼睛”。“十二五”期间，在国家科技重大专项的支持下，长春禹衡光学有限公司集中核心技术力量，成功解决了高精度、高分辨力绝对式旋转编码器的设计、制造、检测、应用等软硬件的核心问题，实现了高精度编码器的小型化和电子多圈计数，提高了光栅的生产效率，实现了编码器芯片功能的高度集成和编码数据的快速传输等，达到国际同类产品的先进水平，实现了系列化和产业化，年生产能力已达10万台。

据美国物理学家组织网8月10日(北京时间)报道，新加坡数据存储研究所的魏永强(音译)和同事首次构建出一种由一个激光器和一个光栅集成的新型硅芯片，其中的光栅能让光变得更强并确保激光器输出1500纳米左右波长的光，而通讯设备标准的操作波长正是1500纳米。 　　光纤在传输数据时需要让不同波长的激光束同时通过，但这些不同波长的光波容易相互串扰，因此需要对激光器进行精确谐调，让其发出特定波长的光以避免这种串扰。使用光栅可以解决这个问题。 　　科学家们之前使用传统方法试图将一个激光器和一个光栅集成于一块硅芯片中，但都没有获得成功。激光器一般由几层半导体薄层构成，而光栅则由硅蚀刻而成，所有的材料都必须精确地对齐。传统的方法是，将激光器和光栅种植于一块独立的半导体芯片上，整个过程大约需要50多步，而且要求硅晶表面的粗糙度非常低，小于0.3纳米。 　　在新硅芯片中，激光器置于一面镜子和一个弯曲的光栅之间。光栅就像一块具有选择能力的镜子，仅仅将某一特定波长的光反射回激光器中，这样就制造出了一个光共振腔，使激光活动只针对特定波长，因此提供了通讯领域要求的精确性。 　　魏永强对这款新芯片进行测试后发现，其性能优异，发出光的功率为2.3毫瓦，而且只发出特定波长的光。 　　魏永强表示：“从实际应用角度来考虑，我们需要将多光源激光器集成在一块芯片上，因此将多个激光器和光栅整合在一块硅芯片上将是我们下一步面临的挑战。我们计划通过利用能处理更广谱波长的同样的光栅结构来按比例扩展最新的单波长激光器。新设备标志着我们很快就能对集成在单硅芯片上的通讯设备进行商业化生产。”

8月2日，国家科技部组织专家组对以中科院长春光学精密机械与物理研究所为依托单位的国家光栅制造与应用技术工程研究中心(简称“国家光栅工程中心”)进行现场评估。 　　国家光栅工程中心于2007年底经国家科技部批复同意建设，其定位为面向我国科技发展相关重大领域需求和光谱仪器产业迅速发展的需要，开展光栅设计、制造、检测等技术的创新和工程化研究，组织开展光栅应用技术研发、推广和成果转化。 　　长春光机所是中国光栅的发源地，也是国内研制光谱仪器最早的科研单位之一。国家光栅工程中心依托长春光机所的技术基础和科研力量，扎实推进各项工作。目前，中心已有5台光栅刻划机，具备刻划300mm×300mm以下面积、3600gr/mm以下刻槽密度光栅的能力，并正在财政部支持下开展能够刻划 400mm×500mm以下面积、6000gr/mm以下刻槽密度光栅的大光栅刻划机的研制工作。此外，中心拥有光栅母版457块，光栅产品达到行业全覆盖，形成了遍及全国的由200多家单位组成的用户群。 　　在三年多的组建期间，国家光栅工程中心的多项科研工作在一些重要的工程任务中发挥了作用，光栅技术的成熟度基本达到了工程化水平，在成果辐射、吸引用户、技术扩散和引领行业发展方面起到了中心的作用，实现了“人才、技术、经济”的三个良性循环，走上了一条“快速、协调、可持续”的发展道路。面向国家战略目标，围绕行业发展需求，国家光栅工程中心将在已有基础上，继续发挥“国家工程中心”的作用，作出新的贡献。

2014年5月1日和2日，在中国科学院南京天文光学技术研究所召开了泰国阶梯光栅光纤光谱仪的出所测试验收会。来自泰国国家天文研究所（NATIONAL ASTRONOMICAL RESEARCH INSTITUTE OF THAILAND）的Suparerk，David和Christophe等专家们参加了此次验收会。 　　会上，南京天文光学技术研究所项目组详细介绍了光机系统的设计方案、研制过程和各项性能测试结果,讨论了包装运输方案，会后进行了光谱仪光机性能的现场测试。与会专家进行了认真的讨论，一致认为光谱仪各项指标满足设计要求，同意出所验收。 　　该台光谱仪将安装在泰国国家天文台2.4米光学望远镜上用于进行科学观测。在该科学仪器研制过程中，中泰双方研究所建立了良好的合作关系。泰国方面派专家参与了光谱仪调试和测试的全部过程，并计划在将来继续派员工前来工作学习，泰方专家表达了希望能在天文技术研究的更多方向上和南京天文光学技术研究所开展合作研究。 出所测试验收会现场 泰国阶梯光栅光纤光谱仪研制项目组主要成员

科研人员在为光栅检测做准备工作。　罗浩摄(资料图片)　　在1毫米距离里划出6000道刻槽，且槽型均匀，这意味着在20公里的刻距内，刻槽间距误差小于一根头发丝的千分之一。这正是不久前，中科院长春光学精密机械与物理研究所研制的“大型高精度衍射光栅刻划机”达到的刻划精度。　　走进长春光机所实验室，项目组科技人员向记者介绍了一块银灰色、近似不透明“玻璃窗”的光栅，它是这套“精密机械之王”的杰作，也是目前世界上面积最大的高精度中阶梯光栅。打造这台“精密机械之王”的，正是长春光机所光栅刻划机老中青三代研制项目组。　　光栅是分析万物光谱信息的“芯片”，应用遍及海陆空、吃穿用　　人类如何通过光认识世界?项目负责人、长春光机所研究员唐玉国说，人类借助光认知世界有两种方式：一是光学成像，二是光谱分析。光学成像可以看到物质世界的形状、尺寸等外在信息 地球上所知的元素及其它们的化合物都有自己的特征光谱线，光谱分析可以获得物质成分信息，帮助我们看清事物的本质。　　但要“抓”住光谱信息并不容易。日常生活中的光，是由红、橙、黄、绿等各种单色光组成的复色光，而单色光才能更好地记录下物质的光谱信息。光栅是一种非常精密的光学元件，它的神奇在于，它能从复色光中解析、提取出单色光。　　日常生活中，人们很少看到光栅，但其实它的作用无处不在。“人们去医院抽血检验，原理就是依靠光谱仪器里的光栅，来实现观察血液里的成分是否符合健康标准。”项目组成员、长春光机所研究员巴音贺希格说，“简单地说，光谱分析需要光谱仪器，光栅之于光谱分析的作用，就如芯片之于计算机，是核心和‘大脑’。”　　与血液检查原理类似，分析不同物质的光谱，可以探查出农药残留、钢材质量、爆炸物特性等许多重要信息。唐玉国表示，光栅的价值不限于光谱仪，其应用“遍及农轻重、海陆空、吃穿用等各行各业。既能看天，也能看地、看人”。在天文观测中，通过光谱测量得到天体的组成及其与地球的距离，从而揭示宇宙诞生及演化规律 在光通信领域，光栅的分光作用使得不同波长的光能够携带信息顺着光纤飞入千家万户̷̷　　通常，光栅性能越强，能分析出的物质成分就更精细。光栅面积越大，集光率和分辨本领就越高 光栅的精度越高，信噪比就越高。2009年，中科院长春光机所启动光栅刻划系统研制工作，一开始就瞄准世界领先水平，攻克光栅同时“做大”和“做精”的难题。　　“精密机械之王”成功刻划出了400毫米×500毫米的大面积中阶梯光栅，标志着我国大面积光栅制造技术已达到国际领先。这一块光栅有多强?唐玉国说，最有经验的油漆工能辨别出1000多种色彩的微妙变化，而光栅理论上能够分辨出超过4亿种，可谓世界上感知色彩的最强利器。　　光栅刻划机是制作光栅的母机，“做大”“做精”光栅是世界性难题　　以防尘服武装，再经风淋室除尘，记者才得以获准进入实验室。这里有一套精密的环境保障系统，要求在30天内温差控制在± 0.01℃之内。　　项目组成员、长春光机所研究员齐向东参与了光栅刻划机的设计、研制、调试等全过程，并长期在一线担任指挥。他说，这台仪器对环境要求极为严苛，气温、气压、空气成分等哪怕极其微小的变化，在纳米的尺度下，也可能带来巨大的刻划误差。　　对环境的苛刻要求源自光栅刻划机自身的高精度。它由上千个元件、部件精妙配合而成，几乎所有关键部件冲击世界极限水平。加工装调精度难、运行保障环境要求之高，前所未有。　　丝杠、蜗轮、导轨是刻划系统“三大件”，项目启动之时，国内现有机床技术根本达不到精度要求，研究组不得不采取土办法——手磨加工。　　丝杠被誉为刻划机的“心脏”，其精度水平直接影响整机性能。国内不能造，国外买不到，已经退休的80岁高龄老专家张泰返聘回所，并亲自上阵，带领青年团队不分昼夜加工和检测。历时近1年时间，终于研磨出这根丝杠。这也是目前世界上精度最高、行程最长的三角螺纹丝杠。　　用同样的方法，项目组费时6个月加工出蜗轮，8个月加工出V形导轨。这些具有亚微米、纳米量级的关键器件，都是科研人员用双手研磨出来的。此外，项目组成员为了攻克金刚石刻划刀、光栅镀膜等技术难题，也屡屡实验、研磨、调整，方才达到了光栅刻划机的要求。“有一次，项目组去外面交流。一握手，对方都说，你们的手不像科学家，倒像工人。”巴音贺希格回忆。　　立项之初，研制计划时间是三年半，但由于整个过程比预料困难太多，前后花费了近8年，成为“严重耽搁的项目”。“研制期间，我们承受着巨大的压力，往往‘按下葫芦又起了瓢’，好不容易攻克一个困难，新的问题又立马出现。”齐向东说，科研人员不停地寻找问题产生的根本原因，有时候甚至要推翻之前花了很长时间建立起来的假设，否定自己重新开始。“这8年中，我曾多次感到绝望，以为进行不下去了。大光栅通过验收时，又觉得一切都很值得。”　　这项成果使我国在光栅领域不再受制于人，并将精密机械加工技术推向世界前沿　　国际上掌握光栅研制技术的国家很少，大面积高精度光栅是科技强国竞争的焦点。在此之前，只有美国能够制作300毫米以上中阶梯光栅。　　大面积、高精度光栅刻划机的成功研制，使我国战略高技术领域所需的光栅不再受制于人，还将我国精密机械加工技术推向了世界前沿。　　“我们这一代科研人员做出这台机器，离不开长春光机所几代人的努力。我们只是属于摘桃子的人，没有前辈的积累，没有青年梯队人才的付出，都不可能完成这项艰巨任务，是老中青三代人的结晶。”齐向东感慨。　　1959年，长春光机所自主研制出了我国第一台光栅刻划机和第一块光栅。项目期间，我国第一代光栅刻划机的领军人、机械刻划光栅创始人梁浩明回到长春光机所，在重要问题上给出了指导意见 带领团队手工研磨丝杠等精密零部件的张泰先生，也是我国第一台光栅刻划机研制的参与者 已经退休的郝德阜研究员参与了系统的总体结构设计。　　目前，我国第一台光栅刻划机依然没有“退休”。半个多世纪前，仅仅借助少量公开发表的相关文献，梁浩明等人开始了光栅刻划机的研制工作。没有专门设计的计算机软件，设计人员就靠手工绘制来画图 没有数控机床，科研人员就靠双手打磨加工零部件，精度甚至比当今数控机床加工还要高。　　上世纪80年代，长春光机所计划研制高精度大面积光栅刻划机，由于资金等种种限制，项目搁浅，我国遗憾地错失了追赶光栅制造强国的机会，制造大光栅也成为我国光栅人的梦想。　　“我们有信心，也有信念能够完成项目。长春光机所具有数十年的技术积累，此外，现代精密仪器加工技艺水平更高，技术条件更好。老一辈在物质匮乏年代都能够制造出精度非凡的光栅刻划机，我们有条件也有责任把新一代刻划机做好。”齐向东说。　　八年磨一剑，项目组研制的这套大型高精度光栅刻划系统，攻克18项关键技术，取得9项创新性成果。　　让唐玉国欣喜的是，经过光栅刻划机项目历练，一批青年人才成长起来了，关键技术得到有效传承。他还说，研制成功并不是刻划机的重点，未来项目组还将从“精稳快新”四个方面对它进行持续改进和技术升级、提升性能，使其在满足国家重大科研对大光栅需求的同时，始终保持国际领先。

我国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星在酒泉卫星发射中心成功发射。中科院声像中心 任晖摄　　我国二氧化碳监测水平跻身世界前列　　根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告，受人类活动的影响，主要温室气体二氧化碳和甲烷的浓度已上升到2500万年以来的最高值，且依然呈上升趋势，地表温度也在逐年升高。温室效应正直接威胁着全人类的生存和发展。精确监视全球二氧化碳的排放状况已成为有效开展气候变化研究和应对的迫切要求。阿拉斯加冰川过去30年消融的景象，图片来自网络　　本次发射的碳卫星作为我国首颗用于监测全球大气二氧化碳含量的科学实验卫星，围绕全球气候变化这一当今国际社会普遍关心的全球性重大问题，以大气二氧化碳遥感监测为切入点，利用高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪、多谱段云与气溶胶探测仪等探测设备，通过地面数据接收、处理与验证系统，定期获取全球二氧化碳分布图，大气二氧化碳反演精度将优于4ppm，使我国在大气二氧化碳监测方面跻身国际前列。　　碳卫星是国家科技部为应对全球气候变化、提升我国全球二氧化碳监测能力部署的一项重大任务。通过863计划地球观测与导航技术领域“全球二氧化碳监测科学实验卫星与应用示范”重大项目立项实施。由中科院国家空间科学中心负责工程总体 中科院微小卫星创新研究院负责卫星系统，中科院长春光学精密机械与物理研究所研制有效载荷 中国气象局国家卫星气象中心负责地面数据接收处理与二氧化碳反演验证系统的研制、建设和运行。　　负责本次发射任务的为长征二号丁运载火箭。本次发射还搭载发射中国科学院微小卫星创新研究院自主安排研制的1颗高分辨率微纳卫星和2颗高光谱微纳卫星。　　小卫星肩负大使命工作人员在低温实验室进行仪器调试，图片来自网络　　22日凌晨3时22分，我国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星发射升空。它成为巡游在地球上空700公里的第三位全球二氧化碳“体检师”。碳卫星将在宇宙中跳起“华尔兹舞步”，不断变换观测模式，完成对全球二氧化碳的监测，并借助模式同化和反演技术，最终形成全球碳排放情况的“体检报告”。　　“小卫星肩负大使命。”国家遥感中心总工程师李加洪说。监测全球二氧化碳分布情况，这是中国应对全球气候变化采取的积极行动，也体现了我国的“大国担当”。而且，“知己知彼”，才能在全球气候谈判中掌握主动权，发出“中国声音”。　　二氧化碳浓度监测，不是想测就能测　　二氧化碳浓度监测，不是你想测，想测就能测。目前为止，只有美国和日本发射了自己的碳卫星。美国OCO-2卫星，图片来自网络　　二氧化碳在大气中的浓度本就非常低。碳卫星总设计师尹增山介绍，从2011年到2016年年底，经过近六年研制，我国碳卫星探测精度达到了优于4ppm(百万分比浓度)。也就是说，当大气中二氧化碳含量变化超过百万分之四时，碳载荷就会发现。　　如何发现?实际上，碳卫星对二氧化碳浓度采用的是“间接测量”法。大气在太阳光照射下，二氧化碳分子会呈现光谱吸收特性，碳卫星通过精细测量其光谱吸收线，可以反演出大气二氧化碳浓度。　　但这根线非常窄。要获取高精度的大气吸收光谱，就要依靠碳卫星的主载荷——高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪。二氧化碳探测仪核心的技术指标和难点就是要同时实现高光谱分辨率和高辐射分辨率，这就如同检查人的指纹，普通仪器只看得到纹理，而二氧化碳探测仪可以把指纹放大一百倍，精细测量每条指纹的宽度和深度。　　“要达到这么精细的分辨率，必须要有大面积光栅。”中科院长春光机所研究员郑玉权告诉记者，为突破这项关键技术，科研人员从最基础的制造全息光栅所需的高精度曝光系统研究出发，一点点攻克技术难关，最终在碳化硅基底上制造出高精度衍射光栅，并在航空校飞试验中进行了验证。　　碳卫星探测仪上的大面积衍射光栅，能够探测2.06µm、1.6µm、0.76µm三个大气吸收光谱通道，最高分辨率达到0.04nm，这样的分辨率，在国内光谱仪器的研制上也尚属首次。　　说起研制过程，郑玉权感慨颇多。六年的载荷研制，是预研攻关和工程实施的结合。他们从“无”到“有”，实现技术突破 又迎头赶上，比肩国际先进水平。“反正，遇到问题的彷徨、解决问题的艰辛和最终找到答案的欢乐，我们全尝遍了。”　　碳卫星上的“配角”　　将为研究雾霾提供重要数据支撑　　碳卫星上的“配角”——云与气溶胶探测仪也不可小觑。气溶胶，通俗点说，就是大气中的尘埃。探测仪可以帮忙排除探测时云和气溶胶的影响，提升二氧化碳探测数据的可靠性。碳卫星地面应用系统总设计师杨忠东表示，从设计能力上来讲，这款探测仪可以为研究雾霾提供重要数据支撑。碳卫星载荷系统，图片来自网络　　“碳卫星本身，就肩负着‘创新’使命。”李加洪说。作为一颗科学实验卫星，碳卫星身上，至少有四项大胆的技术创新——大面积光栅、多模式定标、敏捷姿态调控以及复杂的反演验证系统。“我们碳卫星的整体水平，比日本的还要高。虽是‘后发’，但我们已经实现了‘并跑’。”　　技术上的卓越，并非这颗碳卫星的唯一追求。在大约半年的在轨测试之后，碳卫星将正式开始两年半的工作——让二氧化碳浓度数据到碗里来。“我们将按照应用需求，对后期数据进行加工、处理、共享和服务。”李加洪透露，科技部联合中国科学院和中国气象局已经制定了碳卫星数据管理办法。碳卫星数据将加载到国家综合地球观测数据共享平台，向国内各类用户提供数据共享服务。在国际合作方面，这些数据也会向地球观测组织(GEO)共享，这也是中国对GEO的实质贡献。　　“一颗卫星远远不够。”不过，让杨忠东欣慰的是，六年来，他们不仅收获了这颗卫星，还了解和掌握了二氧化碳高精度遥感监测仪器的制备过程。“要满足中国社会经济的发展需求，我们还要更多碳卫星。”第一颗有了，后续的，也就不再遥远。

2014年10月15日，中国科学院南京天文光学技术研究所一行7人赴泰国国家天文台(Thai National Observatory，TNO)进行泰国中色散阶梯光栅光纤光谱仪(MRES)的现场安装，经过2周多的紧张工作，顺利完成光谱仪光、机、电的调试及和望远镜的联调，并对泰国运行人员进行了全面培训，与泰方人员一起进行了试观测和性能测试。 　　2012年建成的泰国国家天文台，建有口径2.4米的全自动反射望远镜&mdash &mdash 泰国国家望远镜(Thai National Telescope，TNT)。TNT装备有各种成像探测器，为拓展科学目标，TNO委托南京天光所为TNT研制了中色散阶梯光栅光纤光谱仪(MRES)，2014年5月份进行了出厂验收，10月份进行现场安装和测试观测。 　　泰国中色散阶梯光栅光纤光谱仪光谱分辨率R为15000，波长覆盖为390nm～890nm，通光效率好于30%。装调测试中对于V波段13.8星等的天体(USNOA2-1200-00955)进行了试观测，一小时曝光观测的信噪比好于100。该光谱仪是我国自主研制出口的第一台专业天文观测研究用光谱仪。　　 2014年10月24号MRES出光后泰方和中方工作人员合影　　 与望远镜接口耐焦单元的现场安装和测试　　 MRES出光光谱

LIGA 是德文制版术Lithographie,电铸成形Galvanoformung 和注塑Abformung 的缩写。自20世纪80年代德国卡尔斯鲁厄原子核研究所为制造微喷嘴创立LIGA技术以来，对其感兴趣的国家日益增多，德、日、美相继投人巨资进行开发研究。该技术被认为是最有前途的三维微细加工方法,具有广阔的应用前景。与传统微细加工方法相比，用LIGA技术进行超微细加工有如下特点: 1可制造有较大深宽比的微结构。2取材广泛，可以是金属、陶瓷、聚合物、玻璃等。3可制作任意复杂图形结构，精度高。4 可重复复制,符合工业上大批量生产要求，成本低。LIGA的基本工艺流程如下：x射线掩模制作（Mask）:首先用电子束或激光对薄光刻胶进行初次曝光，制成初级掩膜，然后经过显影、电镀等工艺步骤制成初级微结构掩膜板（此掩膜板本质上已经是一个高度较低的微结构）。对于高深宽比微结构，需要进一步制备额外的高深宽比掩膜板。x射线光刻(Lithographie)：借助上述的初级微结构掩膜板，在厚光刻胶上用X射线进行曝光，然后经过显影、电镀等工艺步骤制成中级微结构掩膜板。由于同步辐射设备KARA(原ANKA)提供的平行x射线束，可确保高纵横比和光滑的侧壁。电镀(Galvanoformung):将上述步骤获得的光刻胶模具置于金属电镀液中进行电镀，即可实现高纵横比、高精度结构的金属零件。聚合物成型(Abformung):为了复制聚合物基板上的精密结构，可以使用上述工艺制作注塑和热压花用的模镶件。这允许实现精确复制的微聚合物结构。因此LIGA工艺制造的微结构聚合物和金属零件在x射线光学领域有着广泛的应用，包括在在科研机构和工业领域，尤其在光栅法X相衬成像领域有广泛应用。 X射线相位衬度成像X射线相位衬度成像和传统的X射线吸收成像相比，X射线相位衬度成像能够为轻元素样品提供高得多的衬度，特别适合用于对软组织和轻元素构成的样品进行成像。目前，主要的5类相衬成像方式中，大部分对光源的相干性要求极高，只能在同步辐射光源或者借助微焦点X射线源实现。而光栅法相衬成像，经过十多年的发展，已经成为在实验室实施相衬成像实验的主流技术路线。但是，高深宽比和大视场光栅的制作一直是困扰研究人员的一个痛点，LIGA技术的出现及成熟，使得制作此类的光栅的制作变得更加的容易、可靠及更好的控制成本。此实验方法的布局及结果如下：1. 日本東北大学-百生研究室 G1 相位光栅周期4.37μm，NiG2吸收光栅周期2.4μm，Au能量25Kev光源微聚焦X射线源管电压40KV管电流120μA昆虫标本成像结果：上文中提到德国卡尔斯鲁厄是LIGA技术的发源地，科学研究是为了窥探世界的本质及发展规律，新技术的诞生最终是为了改善人类的生活状态。德国Microworks 公司成立于 2007年, 是卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）微技术研究所 (IMT) 衍生的子公司。通过使用X 射线和激光LIGA技术，能为广大科研用户提供高度定制化的透射光栅和微结构方案，在光栅法相衬成像领域，具有很好的口碑。典型产品如下： 展示Microworks如何制作X射线光学元件 典型规格范例设计能量强度光栅（周期／高度）Pi相位光栅（周期／高度）8keV设计能量2.4μm/30μm4.65μ/2.8μm25keV设计能量2.4μm/50μm4.39μm/8.8μm40keV设计能量2.4μm/80μm4.2μm/14.1μm100keV设计能量（定制化需求）4.8μm/220μm

2013年6月底，美国国家航空航天局（NASA）发射了一颗新的科学探测卫星，用于探究太阳底层大气，或称为“界面区”的数据。7月17日，界面区成像摄谱仪IRIS（InterfaceRegion Imaging Spectrograph）的望远镜门徐徐打开，开始观察并收集太阳大气层低层前所未见的细节信息。 据IRIS项目首席研究员Alan博士介绍：“IRIS获得的成像和光谱质量令我们惊叹，此次获得的数据将有助于科学家们更好地理解及研究太阳上能量的转化过程。”这两张图是由NASA SDO（左）、NASAIRIS（右）观测到的太阳表面区域 IRIS摄谱仪配置了由法国HORIBA Jobin Yvon S.A.S公司设计制造的衍射光栅。后者采用航天级光栅的生产工艺制造了NUV和FUV复制光栅，它们的刻线密度为3600gr/mm、尺寸达23mm×41mm，可同时实现高的衍射效率和低的杂散光，再借助复杂的模拟迭代计算，以及对光栅刻槽外形优化，使得光栅在二级衍射处展现出无与伦比的高分辨率和高衍射效率。尖端微加工技术和先进镀膜工艺保证IRIS摄谱仪中光栅具备无与伦比的性能指标。 该光栅是Charles Kankelborg教授带领的蒙大拿州立大学IRIS团队和HORIBA Jobin Yvon研发团队的合作成果。前者参与了光谱仪的设计，并执行IRIS的设备运行和数据分析，Charles Kankelborg教授主要负责光栅性能的测试，他对HORIBA Jobin Yvon团队的努力表示了谢意：“IRIS摄谱仪的分辨率远远超出了我们的预期，一些来自中性原子窄的谱线展现出逼近像素限的光谱分辨率，我们能从中看到不可思议的数据。和你们在IRIS项目中的合作非常愉快，我们非常期待在未来数年中观测到更有趣的太阳数据。” 这是继CASA哈勃望远镜宇宙起源摄谱仪Cosmic Origin Spectrograph (COS)、喷气推进实验室OCO2项目之后，又一采用HORIBA Jobin Yvon光栅成功运行的航天项目。 作为HORIBA Scientific的成员，HORIBA Jobin Yvon S.A.S.是全球研究级和工业级的衍射光栅、光谱仪和分析仪器设计制造的。HORIBA Jobin Yvon凭借航天光栅制造资质和能力，已经成功与中国、美国、法国、德国、意大利、日本等国的航天应用部门在诸多航天项目中合作，积累了深厚的技术经验。 与此同时，HORIBA Jobin Yvon也为超高功率激光器、天文观测和同步辐射设计、生产和检验提供了大量的定制衍射光栅。关注我们邮箱：info-sci.cn@horiba.com新浪官方微博：HORIBA Scientific微信二维码：

11月13日，从中科院长春光机所获悉：由该所承担的国家重大科研装备研制项目“大型高精度衍射光栅刻划系统的研制”11日通过验收，并制造出世界最大面积中阶梯光栅。这标志着我国大面积高精度光栅制造中的相关技术达到国际领先水平，结束了在高精度大尺寸光栅制造领域受制于人的局面。　　衍射光栅是一种纳米精度周期性微结构的精密光学元件，在光谱学、天文学、激光器、光通讯、信息存储等领域中有重要应用。光栅面积大可获得高集光率和分辨本领，精度高可获得更好的信噪比，但制造出大而精的光栅是世界性难题。　　光栅刻划机是制作光栅的母机，因其部件的加工装调精度难，运行保障环境要求高，被誉为“精密机械之王”，本项目研制的光栅刻划机，几乎所有关键部件都冲击世界极限水平。研制期间，科研人员突破了精密机械加工、精密光学加工、精密检测、高精度微位移控制等一系列关键技术，并研制出面积达400毫米×500毫米、精度为10纳米的光栅，这也是目前世界上面积最大的中阶梯光栅。　　此前，只有美国能够制作300毫米以上中阶梯光栅，我国的中阶梯光栅制造能力不足300毫米，精度也达不到10纳米精度水平，战略高技术领域所需要的高精度大尺寸光栅受到国外严格限制。项目负责人、中科院长春光机所研究员唐玉国表示，大型高精度光栅刻划系统以及大面积中阶梯光栅的研制成功，能帮助我国光谱仪器行业摆脱“有器无心”局面，改变我国光谱仪器产业处于行业低端现状。

课程内容 光谱测量系统组成 光栅技术 光栅光谱仪原理 小结讲师介绍熊洪武，HORIBA 应用技术主管，负责光学光谱仪的应用支持，光学背景深厚，有着丰富的光学系统搭建经验。可根据用户需求提供性能优异，功能独特的的光谱测试方案，如光致发光、拉曼、荧光、透射/反射/吸收等。课程链接识别下方“二维码”即可观看我们录制好的讲解视频了，您准备好了吗？ HORIBA Optical SchoolHORIBA一直致力于为用户普及光谱基础知识，其旗下的Jobin Yvon有着近200年的光学、光谱经验，我们非常乐意与大家分享这些经验，为此特创立 Optical School（光谱学院）。无论是刚接触光谱的学生，还是希望有所建树的研究者，都能在这里找到适合的资料及课程。 我们希望通过这种分享方式，使您对光学及光谱技术有更系统、全面的了解，不断提高仪器使用水平，解决应用中的问题，进而提升科研水平，更好地探索未知世界。

中科院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室周常河、贾伟等人近期成功研制出高精度长程光栅的加工装置，其主要优点是速度快、精度高。利用该装置已加工出40微米、20微米、10微米、5微米等多种周期的高精度光栅。研制出的5微米周期光栅长度达到210mm，周期均匀性实验控制精度优于亚纳米级。该装置可以拓展加工米级光栅甚至更长光栅，研制的高精度长程光栅将显著提高我国在此领域的技术水平。 　　光栅尺是通过物体移动时，采用莫尔条纹或相关技术，通过移动光栅的计数，实现精密测量的技术，可以看作观测物体精密移动的&ldquo 眼睛&rdquo 。光栅尺以其小巧简单的结构，广泛应用于机床加工，电控移动平台等精密移动测量，其精度直接决定了精密机床的加工水平和精密移动平台的水平。光栅尺的核心部件就是高精度光栅，但高精度的光栅国外对我国实行禁运，特别是具有纳米精度的长程光栅，是我国高精度光栅尺产业必须解决的关键难题，也是目前纳米制造技术面临大尺度纳米加工精度的极大挑战。本次在高精度长程光栅研制方面取得的突破使得我国具有了制造高精度光栅尺光栅的能力，对我国机床高精度加工及精密移动平台等相关产业的发展具有积极推动作用。 研制成功的高精度长程光栅照片：上图：(a) 光栅长度210mm 下图：(b)显微图片，光栅周期5µ m，周期均匀性实验控制精度优于0.03nm。

日立分光光度计的衍射光栅技术 衍射光栅覆盖了从软X射线到远红外的各种波长，扩展了光谱仪中光学元件的应用领域。日立的衍射光栅在全球多个领域获得了高度评价。比如日本的国立基础生物学研究所的冈崎教授使用90cm*90cm的衍射光栅（刻有36条15cm*15cm的光栅格子）实现了一种人造彩虹，其强度是赤道处太阳光的20倍。此外，美国宇航局发射的探测卫星的极紫外分光光度计采用了日立变间距平面和凹面衍射光栅。 衍射光栅的原理图1衍射光栅衍射的过程衍射光栅是各种光学仪器的核心部件，是一种色散元件，可以将混合了不同波长的光（白光）分成单个波长的光（单色光）。其原理是根据衍射现象将入射处的白光分成不同波长的光，因此单色器中常用光栅作为色散元件。在单色器中，夹缝通常设置在光栅后面，选取特定波长的单色光。在凹面衍射光栅中，一般每毫米有几百或几千个凹槽，如图2所示。图2 凹面衍射光栅 光栅刻划机光栅刻划技术是世界上一种罕见的技术之一，使用机刻光栅能够制造出高质量的单色器。日立优异的衍射光栅刻制技术，能够将光栅刻槽精确到nm级别。光栅刻划机一般使用金刚石刀具，这样制作的光栅衍射效率高，同时凹槽设计具有像差校正功能。详细光栅种类和应用信息请参考：https://www.instrument.com.cn/netshow/sh102446/down_917717.htm 总结日立开发的反射平面光栅和凹面光栅致力于满足前沿科学领域的需求，丰富的产品线能够适应多样化的实际应用。

光栅是光谱仪器中的一个重要元器件，它就是光谱仪器的眼睛，它具有色散（分光）和成像的功能。目前光栅在摄谱仪、扫描单色仪、直读光谱仪等广泛使用，目前使用的传统凹面光栅相差偏大， 随着CCD等平面阵列探测器在光谱仪测量设备中的广泛使用，要求分光成像系统形成的光谱像位于同一平面上，科学家们面对这一需求，研发出全新的全息技术，全息平场光栅孕育而生。全息光栅的特点为：（1）无鬼线（传统机刻光栅的光谱中会出现一些不真实的谱线），杂散光极小；（2）分辨率高，由于全息技术使光栅刻线总数大幅度增加，因此色散率、分辨率也大幅度得到提高，此特点对兼顾平场和提高分辨率方面效果显著。当波长范围较宽时，传统帕邢-龙格凹面光栅很难兼顾平场和高分辨率的要求，利用全息记录技术获得的平场光栅（变间距曲线槽凹面光栅），具有校正像差能力，与传统机刻光栅相比，在像差、信噪比和成本方面更具优势，全新的全息平场光栅逐渐引起人们的关注。赛默飞世尔科技是检测领域的世界领导者。它为全球客户提供的优质分析仪器、实验室设备、试剂耗材及创新的实验室综合解决方案。赛默飞世尔在直读火花光谱仪行业拥有超过80年的经验，最近在高端台式直读火花光谱仪3460/4460之后，赛默飞世尔科技利用平场光栅（变间距曲线槽凹面光栅）技术又推出一款全新的全谱直读火花光谱仪ARL easySpark 1160。ARL easySpark 1160全谱直读火花光谱仪可快速的对固体金属样品进行分析。无论从痕量元素，还是到高浓度的元素，它都能准确、可靠的分析。赛默飞世尔在行业内多年的积累，针对有大量金属分析需求的冶炼行业和实验室，设计了这款全新的、更具性价比的全谱直读火花光谱仪，可满足客户在冶炼、汽车、航空航天、铸造等众多行业的生产需求。关于朗铎科技朗铎科技，全球科学服务领域的领导者-赛默飞世尔科技（Thermo Fisher Scientific）中国区域战略合作伙伴。作为工业检测分析系统解决方案服务商，我们致力于为中国客户提供全球高品质的分析仪器、专业的应用技术支持、优质的售后服务等系统解决方案。朗铎科技是赛默飞世尔尼通（Niton）手持式光谱仪在合金/地矿行业的中国区总经销商，也是Niton中国区售后服务及技术支持唯一授权服务商，同时也是赛默飞世尔arl全谱直读光谱仪的中国区总经销商。目前朗铎科技主要产品包括手持式合金光谱仪、手持式矿石光谱仪、全谱直读光谱仪等系列产品。关于赛默飞世尔ARL赛默飞世尔科技（Thermo Fisher Scientific，纽约证交所代码：tmo，以下简称赛默飞），全球科学服务领域的领导者。ARL是赛默飞旗下品牌，1934年生产出世界上第一台火花直读光谱仪，80多年来，ARL以其良好的操控性、稳定性、可靠性和耐用性，引领了直读光谱仪行业潮流，其尖端技术和卓越信誉让arl直读光谱产品销量和市场占有率均居世界同类产品前列。目前全球各大钢铁、有色、石化、建材等客户都选择ARL作为产品质量和生产过程控制的主要手段，中国各大钢铁、有色、科研院所都是ARL的忠实用户。

近日，中科院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室周常河课题组发明了一种新型衍射光学器件——达曼波带片(DZP)，并基于此器件，发明了三维达曼光栅。该光栅可将通常透镜的一个焦点转换成三维焦点阵列，称之为三维达曼阵列。该项工作发表在美国光学学会期刊Applied Optics 51, 1619-1630 (2012)上，并入选Virtual Journal for Biomedical Optics(VJBO)。 　　传统的透镜对单束激光束来讲只会产生一个聚焦光斑。菲涅尔波带片是一种可以产生轴向多焦点的重要光学元件。然而，在实际应用中，菲涅尔波带片产生的轴向多焦点的强度分布不均匀，且主要能量集中在主焦点上，因而菲涅尔波带片结构并不能提供一种实用的轴向多焦点系统。 　　该课题组发明的这种新型波带片结构DZP，通过将达曼相位编码的思想引入到二元相位波带片结构中，从而可以在透镜的聚焦后场产生一系列等强度、均匀间隔分布的轴向聚焦光斑阵列，突破了传统菲涅尔波带片轴向焦斑能量分布不均匀的固有缺陷，是与传统菲涅尔波带片属于同一类型、相互并列的重要基础衍射光学元件，在轴向并行激光处理和大景深成像等系统中有重要的实用价值。 　　该课题组研究人员指出，结合这种达曼波带片和另一个二维达曼光栅，可以在透镜的后场实现按照规则晶格结构排布的聚焦光斑三维阵列，即三维达曼阵列。研究人员通过实验，在一个NA0.13和一个NA0.66物镜的聚焦后场分别实现了5×5×5和6×6×7聚焦光斑阵列。这种按照规则晶格结构排布的三维达曼阵列在三维激光直写光刻、三维光存储、并行光学粒子操控等方面有广泛的应用前景。 　　这种高数值孔径透镜下产生聚焦光斑的三维达曼阵列是上海光机所余俊杰博士在导师周常河研究员的指导下首次实现的。余俊杰博士在毕业论文中详细论述了其发明的达曼波带片、螺旋达曼波带片等一系列新型衍射光学元件的原理与设计加工流程，解决了三维达曼阵列的设计问题，为其在高数值孔径透镜下的广泛应用奠定了基础。

新华网长春12月3日电 记者2日从中国科学院长春光机所了解到，我国高精度衍射光栅刻划机项目已经开始实施，预计2012年研制成功。 　　据国家光栅制造与应用工程技术研究中心常务副主任唐玉国博士介绍，新型光栅刻划机性能优越，最大刻划面积达400毫米×500毫米，最大刻线密度为6000线/毫米，均是国际一流水平。该精密机械系统还将包括采用完全符合“阿贝原则”的多层台结构、承重兼导向的一体式石英刀架导轨、金刚石刀具的中途连续切换技术以及实现连续运行与间歇刻划相结合的独特工作方式等多个创新点。 　　说起被称为“精密机械之王”的光栅刻划机，很多人觉得陌生，认为离自己的生活很远。其实大到空间探测，小到血糖化验，都少不了光栅发挥作用，而光栅刻划机就是制造光栅的工作母机。 　　唐玉国表示，光栅是光谱仪器的核心元件，只有拥有了新的光栅技术，才能催生新的光谱仪器，推动整个光谱仪器行业的创新和发展。研制大型高精度衍射光栅刻划机将大幅度提升我国光栅制造水平，促进光谱仪器产业及光谱测试技术的快速发展，提升我国精密机械制造行业的自主创新能力。 　　据了解，该项目将在我国长期技术积累、关键技术获得突破的基础上，依托中科院长春光机所及联合国内相关技术力量进行研制。目前已经获得国家重大科研装备研制项目支持，经费达1.18亿元。此外，该项目已被吉林省纳入十个重大科技攻关项目之列。

2015年4月15日，由聚光科技（杭州）股份有限公司牵头的“国家重大科学仪器设备开发专项—光栅型近红外分析仪及其共用模型开发和应用”开题报告会在杭州成功召开。来自浙江省科技厅、国家粮食局质量标准中心、中国药品食品检验研究院、广东出入境检验检疫局技术中心、河南省粮油饲料产品质量监督检验站、浙江大学、杭州电子科技大学的专家和领导，东华大学、三维集团和大北农集团等单位的用户代表，以及项目课题组的代表共50余人参加会议。 开题会现场 会议由陈训龙主持，浙江省科技厅领导发表讲话，聚光科技董事长兼CTO王健发表讲话，聚光科技实验室业务部总经理韩双来汇报项目实施方案。开题报告会紧紧围绕高精度光栅光谱仪研制及工程化、高维形象几何分析的NIR技术研究与软件开发、便携和实验室及在线近红外分析仪器研制及工程化、近红外光谱在粮食（饲料、种子、生鲜猪肉及肉制品）检测应用研究及专用仪器开发、近红外光谱纺织纤维成分无损和药物快速检测应用研究等几个议题展开。 与会专家认真听取了项目组的汇报，并经过质询与专家讨论，专家组一致认为：项目拟研制的科学仪器以需求为牵引，以应用为导向，应用面广，能有效促进经济社会发展和民生改善，带动我国近红外分析技术的发展；该项目所选用技术路线符合量大面广的近红外应用需求，是贴合我国当前国情的合适的技术的路线，经过本项目研究，将形成粮食、饲料、种子、肉类、药品、纺织品等大宗农副产品的综合性检测技术，能够有效的提升整体产业竞争力。与会专家和领导合影 作为此专项的牵头单位，我们是满满的收获和重任，我们有能力有信心推出更适合用户的光栅型近红外分析仪及共用模型尽快面世。 相关产品简介： 关于“国家重大科学仪器设备开发专项—光栅型近红外分析仪及其共用模型开发和应用”更多信息 请关注聚光科技官网www.fpi-inc.com 微信或行业媒体

背景Wise天文台是由以色列特拉维夫大学 (Tel Aviv University) 拥有并运营的天文研究机构。四十多年以来，该天文台始终致力于支持天文学领域的前沿研究。它位于以色列的内盖夫 (Negev) 沙漠中，距离最近的城镇也有五公里；这种独特的地理位置意味着，这里的夜空全年大多数时间晴朗无云，并且远离光污染的影响。凭借这些优势，该天文台的一米口径天文望远镜可以拍摄出高质量的天文照片，为全世界各大天文学和天体物理学研究机构提供理想的研究素材。特拉维夫大学的天文望远镜是全自动操作的，并且配有超高分辨率的光谱仪，用于发现已知恒星周围的新行星。该望远镜安装于1971年，自安装之后，它的结构基本保持不变。但是其中的一些内部组件， 例如电机和轴承，尤其是位置反馈光栅，已经逐渐接近设计使用寿命，而且研究人员也开始注意到一些性能问题。望远镜的运动轴上装有光栅，用于测量望远镜的移动位置。天文台的研究团队发现，原来的光栅有时会提供错误的信息，导致软件毫无预警地停止运行。因此，现场工程师最终决定更换光栅，并且开始联系光栅供应商报价。该研究团队咨询了其他天文台的同行，并且对供应商进行了在线审核，最终选择与一家以色列的运动技术供应商Soulutions合作，这家公司同时还是雷尼绍光栅产品的授权经销商。 挑战“由于天体沿着轨道不停运行，研究人员只有很小的机会窗口能拍摄特定星座的高质量照片，所以我们必须快速完成升级工作，从而将停机时间降至最短，”Soulutions公司的雷尼绍光栅业务经理Benny Naim解释道。Naim先生继续说道：“我们详细了解了天文望远镜的运动方式，包括它的精度和速度要求，以确定新光栅的最佳安装位置。综合考虑以上因素，我们认为必须进行定制设计。”“在为研究团队提供解决方案建议时，我们还考虑了天文台的地理位置，”Naim先生补充道。“在沙漠中，气温日变化剧烈，白天仿佛盛夏，到了夜晚温度却降到零度以下。温度变化会导致热胀冷缩，进而对 金属物体产生不利影响。因此，在设计用于将新光栅安装到望远镜上的定制安装支架时，我们必须考虑热膨胀效应，以确保气候状况不会影响望远镜的精度。” 解决方案Soulutions团队建议在望远镜上安装两个雷尼绍RESOLUTE™ 绝对式光栅。RESOLUTE系列能够使 直线光栅系统在高达100 m/s的速度下实现1 nm分辨率，使圆光栅系统在高达36,000转/分的速度下实现32位分辨率，这是世界上首款做到这一点的绝对式光栅。而且，RESOLUTE直线光栅系统的超低电子细分误差 (SDE) 和抖动使其从同类光栅中脱颖而出。该团队还搭配了RTLA30-S直线栅尺。这是一款轻薄小巧的不锈钢钢带栅尺，其安装选项考虑到了基体热膨胀的影响，又兼具钢带栅尺的便利性。雷尼绍光栅技术提供了无与伦比的坚固性、优异的运动控制性能、宽松的安装公差、更高的位置稳定性，以及低至±40 nm的电子细分误差，能够实现平稳的速度 控制。“在首次造访天文台进行现场调查之后，我们决定不从望远镜上拆下原来的光栅，因为这样需要拆解整个望远镜，从而增加研究团队的停工时间，”Naim先生说道。“相反，我们建议先断开旧光栅的连接，然后使用定制加工的机械支架安装新光栅，这样就能快速而高效地完成整个升级工作。”Soulutions团队在天文台进行了两次现场访问，并且在望远镜的每个运动轴上都安装了RESOLUTE直线光栅。横滚轴控制望远镜的方向，用于观测不同的天区；而俯仰轴控制物镜和摄像机的左右运动。“将光栅连接至望远镜的控制器之前，我们先使用雷尼绍的高级诊断工具 (ADTa-100) 测试了光栅的安装效果，”Naim先生说道。“我们使用软件验证了两个光栅均可提供良好反馈，并且检查了整个轴行程上的信号强度，从而确保了光栅能够实现优异的运动控制性能。在确定安装成功后，我们才将光栅系统与控制器相连。”ADTa-100可从RESOLUTE绝对式光栅中获取全面的实时数据，并将这些信息显示在ADT View软件的 用户友好型界面上。它不仅可以在复杂安装条件下报告光栅的性能，亦可辅助系统查错，从而避免机器发生长时间停机。结果“雷尼绍的先进技术与Soulutions经验丰富的本地专家团队强强联手，帮助我们快速找到了最适合的解决方案，”Wise天文台的Arie Blumenzweig表示。“望远镜的位置反馈子系统的精度、分辨率和可靠性均显著提升，性能焕然一新。现在，我们正在研究如何进一步改进观测方式，以充分利用新光栅系统的诸多功能。”Naim先生继续说道：“对于我们团队而言，这个项目既特别又充满挑战，但同时也收获颇丰。在运行了一个月之后，Wise天文台的研究人员向我们反馈说，新光栅系统的位置测量性能优异，并且希望我们继续升级天文台的其他望远镜。看到雷尼绍技术在天文学研究领域施展身手，我们感到非常激动。” Wise天文台简介Wise天文台是专业的天文研究机构，由特拉维夫大学拥有并运营。它位于内盖夫沙漠的米茨佩拉蒙镇 (Mitzpe Ramon) 附近，在特拉维夫以南约200 km的位置。这里部署有一架一米口径的Ritchey-Chrétien天文望远镜，多台小型自动天文望远镜，以及多种用于地质与大气科学研究的专业仪器。

中科院强激光材料重点实验室在800nm中心波长宽带脉宽压缩光栅的研制上取得阶段性重要进展。课题组采用模拟退火和傅里叶模式结合的全局优化设计方法，设计出了800nm中心波长宽带全介质脉宽压缩光栅(Pulse Compression Gratings, PCG，图1)(详见：Optical Letters，35(2010)187)。 　　该课题组成员经过大量的优化和容差计算，结合优良的制膜技术，获得了阈值~1J/cm2(50fs，TE，57°入射)的全介质膜，相关光栅参数具有较大工艺容差。中科大同步辐射光学实验室和清华大学衍射光栅课题组对课题组提供的全介质膜进行了光栅参数的刻蚀验证，得到带宽优于110nm的PCG样品。课题组测试了样品0级反射率谱(图2)，采用-1级和0级反射率互补的计算方法，反演得到-1级衍射效率大于95%的带宽110nm以上(图3)，在国际同领域中首次得到了带宽百纳米以上全介质PCG样品。 　　全介质膜PCG相对现行使用的金膜光栅具有高衍射效率和高损伤阈值的优点，在800nm高能飞秒激光器中具有重要应用前景。本项研究得到国家高技术863计划和国家自然科学基金支持。

中科院强激光材料重点实验室在800nm中心波长宽带脉宽压缩光栅的研制上取得阶段性重要进展。课题组采用模拟退火和傅里叶模式结合的全局优化设计方法，设计出了800nm中心波长宽带全介质脉宽压缩光栅(Pulse Compression Gratings, PCG)(详见：Optical Letters，35(2010)187)。 　　该课题组成员经过大量的优化和容差计算，结合优良的制膜技术，获得了阈值~1J/cm2(50fs，TE，57°入射)的全介质膜，相关光栅参数具有较大工艺容差。中科大同步辐射光学实验室和清华大学衍射光栅课题组对课题组提供的全介质膜进行了光栅参数的刻蚀验证，得到带宽优于110nm的PCG样品。课题组测试了样品0级反射率谱，采用-1级和0级反射率互补的计算方法，反演得到-1级衍射效率大于95%的带宽110nm以上，在国际同领域中首次得到了带宽百纳米以上全介质PCG样品。 　　全介质膜PCG相对现行使用的金膜光栅具有高衍射效率和高损伤阈值的优点，在800nm高能飞秒激光器中具有重要应用前景。本项研究得到国家高技术863计划和国家自然科学基金支持。

红外辐射(760nm-30μm)作为电磁波的一种，蕴含着物体丰富的信息。红外光电探测器在吸收物体的红外辐射后，通过光电转换、电信号处理等手段将携带物体辐射特征的红外信号可视化。其具有全天候观测、抗干扰能力强、穿透烟尘雾霾能力强、高分辨能力的特点，在国防、天文、民用领域扮演着重要的角色，是当今信息化时代发展的核心驱动力之一，是信息领域战略性高技术必争的制高点。众所周知，波长、强度、相位和偏振是构成光的四大基本元素。其中，光的偏振维度可以丰富目标的散射信息，如表面形貌和粗糙度等，使成像更加生动、更接近人眼接收到的图像。因此偏振成像在目标-背景对比度增强、水下成像、恶劣天气下探测、材料分类、表面重建等领域有着重要应用。在短波红外领域，InGaAs/InP材料体系由于其带隙优势，低暗电流，和室温下的高可靠性已经得到了广泛的应用。目前，一些关于短波偏振探测技术的研究已经在平面型InGaAs/InP PIN探测器上开展。然而，平面结构中所必须的扩散工艺导致的电学串扰使得器件难以向更小尺寸发展。同时，平面结构中由对准偏差导致的偏振相关的像差效应也不可避免。与平面结构相比，深台面结构在物理隔离方面具有优势，具有克服上述不足的潜力。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心E03组长期从事化合物半导体材料外延生长与器件制备的研究。E03组很早就开始了对近红外及短波红外探测器材料与器件的研究，曾研制出超低暗电流的硅基肖特基结红外探测器【Photonics Research, 8, 1662(2020)】，研究过短波红外面阵探测器小像元之间的暗电流抑制及串扰问题【Results in Optics, 5, 100181 (2021)】等。最近，E03组研究团队的张珺玚博士生在陈弘研究员，王文新研究员，邓震副研究员地指导下，针对光的偏振成像，并结合亚波长光栅制备技术，片上集成了一种台面型InGaAs/InP基PIN短波红外偏振探测器原型器件。该原型器件具有的深台面结构可以有效地防止电串扰，使其潜在地实现更小尺寸短波红外偏振探测器的制备。图1是利用湿法腐蚀和电子束曝光等微纳加工技术制备红外探测器及亚波长光栅的工艺流程。图2和图3分别是制备完成后的红外探测器光学显微镜图片和不同取向的亚波长光栅结构SEM图片。图1. 集成有亚波长Al光栅的台面型InGaAs PIN基偏振探测器的工艺流程示意图。图2. 两种台面尺寸原型器件的光学显微镜图片 (a) 403 μm×683 μm (P1), (b) 500 μm×780 μm (P0)。图3. 四种角度 (a) 0°, (b) 45°, (c) 90°, (d) 135° Al光栅形貌。图4是不同台面尺寸的P1和P0器件(无光栅)在不同条件下的J-V特性曲线和响应光谱。在1550 nm光激发，-0.1 V偏压下，P1和P0器件的外量子效率分别为 63.2% and 64.8%，比探测率D* 分别达到 6.28×1011 cm？Hz1/2/W 和6.88×1011 cm？Hz1/2/W，表明了原型器件的高性能。图4. InGaAs PIN原型探测器(无光栅)的J-V特性曲线和响应光谱。(a) 无光照下，P1和P0的暗电流密度Jd-V特性曲线；不同入射光功率下，(b) P1和(c) P0的光电流密度Jph-V特性曲线，插图是-0.1V下光电流密度与入射光功率之间的关系曲线； (d) P1和P0的响应光谱曲线。图5表明器件的偏振特性。从图5可以看出，透射率随偏振角度周期性变化，相邻方向间的相位差在π/4附近，服从马吕斯定律。此外， 0°, 45°, 90°和135°亚波长光栅器件的消光比分别为18:1、18:1、18:1和20:1，TM波透过率均超过90%，表明该偏振红外探测器件具有良好的偏振性能。图5. (a) 1550 nm下，无光栅器件和0°, 45°, 90°和135°亚波长光栅器件的电学信号随入射光极化角度的变化关系；(b) 光栅器件透射谱。综上所述，研究团队制备的台面结构InGaAs PIN探测器，其响应范围为900 nm -1700 nm，在1550 nm和-0.1 V (300K) 下的探测率为6.28×1011 cmHz1/2/W。此外，0°，45°，90°和135°光栅的器件均表现出明显的偏振特性，消光比可达18:1，TM波的透射率超过90%。上述的原型器件作为一种具有良好偏振特性的台面结构短波红外偏振探测器，有望在偏振红外探测领域具有潜在的广泛应用前景。近日，相关研究成果以题“Opto-electrical and polarization performance of mesa-structured InGaAs PIN detector integrated with subwavelength aluminum gratings”发表在Optics Letters【47，6173(2022)】上，上述研究工作得到了基金委重大、基金委青年基金、中国科学院青年创新促进会、中国科学院战略性先导科技专项、怀柔研究部的资助。另外，感谢微加工实验室杨海方老师在电子束曝光等方面的细心指导和帮助。物理所E03组博士研究生张珺玚为第一作者。

近日，HORIBA有限责任公司宣布，由其集团公司HORIBA France SAS开发的衍射光栅荣登瑞典斯德哥尔摩诺贝尔博物馆，对此，HORIBA感到非常荣幸。HORIBA衍射光栅因Gérard Albert Mourou教授的推荐而获此殊荣。Gérard Albert Mourou教授是2018年诺贝尔物理学奖的获得者，他长期使用HORIBA的衍射光栅来提高激光的性能，并取得了显著的成果。当被问到自己会为诺贝尔博物馆提供哪件展品以纪念他获得这一殊荣时，Mourou教授选择了他实验室里使用的HORIBA衍射光栅。HORIBA集团对于自己的产品能够在诺贝尔博物馆展出感到非常荣幸，并重申了HORIBA坚持为世界各地的科研人员服务、为科学的不断进步和发展而服务的决心。2018年诺贝尔物理学奖获得者Mourou教授与HORIBA法国公司的衍射光栅合影关于Mourou教授的研究工作和HORIBA的衍射光栅20世纪80年代，一种能够在非常短的时间内辐射超高功率输出激光的技术得到了广泛的研究，而使这一概念真正转为实际应用技术的是啁啾脉冲放大 (chirped pulse amplification, CPA)[1]技术。早在1985年，Mourou教授就发表了有关CPA技术的相关论文，这是一种利用衍射光栅拉伸超短激光脉冲的技术[2]，即激光脉冲经光学放大器放大后，再用衍射光栅对脉冲宽度进行压缩，之后，这一技术不断推广并得到广泛应用，Mourou教授也凭此获得了诺贝尔奖。其实当时的衍射光栅并不能承受很强的辐射通量，放大器在受到强发光通量照射时容易被损坏。为了克服这一问题，当时的Jobin Yvon SAS(HORIBA集团公司，现为HORIBA France SAS）主动迎接挑战，致力于提高衍射光栅对强发光通量的使用耐久性。到20世纪90年代，经过不懈的努力和钻研，HORIBA法国公司终实现了衍射光栅的大幅改进，使其可承受激光强度提高了1000倍。诺贝尔博物馆展出的衍射光栅HORIBA法国的衍射光栅使激光技术的多种应用成为可能眼科治疗：脉冲激光可以精准产生小的辐射光斑并且不影响到周围组织。这一特性使飞秒激光眼角膜屈光手术变得流行起来[3]，它将眼科手术的风险降到低，这项技术已经矫正了数百万人的视力。医疗应用：高强度激光用于质子束治疗，可将质子加速到几百兆电子伏（MeV）[4]，使其可以透过人体组织用于肿瘤治疗。放射性废物处理：超强激光能够显著缩短长寿命原子的寿命，使核废料放射性持续时间降低，快速消除核废料的放射性，从而实现放射性核废物的快速安全处理。关于诺贝尔博物馆诺贝尔博物馆位于瑞典首都斯德哥尔摩老城格拉斯坦，这座博物馆陈列展示了诺贝尔奖和诺贝尔奖得主的历史，以及诺贝尔奖创始人阿尔弗雷德诺贝尔的信息。为了纪念诺贝尔奖100周年，该馆翻修了前证券交易所大楼的一部分。瑞典皇家科学院是这栋大楼的租户，于2001年春天开放。每年，诺贝尔奖得主都会在该博物馆展出永久展品。从2001年开始，他们都会在博物馆咖啡厅的椅子下面签上自己的名字。诺贝尔博物馆（图片来源于网络）关于HORIBA France SASHORIBA Jobin YvonSAS（现为HORIBA France SAS）创立于1819年，至今已有200年的历史，公司为尖端科技领域的客户提供光栅、拉曼光谱仪、荧光光谱仪、X射线荧光分析仪等光学分析仪器。这些仪器在专门领域也有很高的普及率，包括不同国家科研院所和大学的研究和发展机构。值得一提的是，美国宇航局和世界上其它先进的研究机构都在使用HORIBA公司的衍射光栅和光谱仪，这些事实充分证明了HORIBA技术的可靠性。注释　[1] 一项由低功率激光获得高强度超短脉冲激光的技术。[2] 在短时间内产生的宽度恒定的电磁波信号[3] 1飞秒=千万亿分之一秒[4] 电子伏特（electron volt , eV）是单个电子为1伏特的电压加速后所获得的能量，1 MeV = 1,000,000 eVHORIBA科学仪器事业部HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案，如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术，旗下Jobin Yvon 光学光谱技术拥有200年的发展历史。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

2020年9月17日，国家重大科学仪器设备开发专项——“光栅型近红外分析仪及共用模型开发与应用（2014YQ470377）”综合验收会议在北京举行。验收会议由科技部科技评估中心主持，项目负责人、谱育科技总经理韩双来 进行项目汇报，陈吉文教授为组长的综合验收专家组分别对项目验收材料、项目目标完成情况、项目考核指标完成情况、项目成果应用推广和发挥作用、工程化与产业化情况等进行了验收。经过听取汇报、资料审查、视频连线考察、现场仪器演示和质询，专家组就项目相关情况进行深入讨论，一致认为该项目验收材料齐全，整体符合验收要求，研究成果达到任务书中各项考核指标，完成工程化，实现了产业化，一致同意通过综合验收。 项目背景 本项目由聚光科技（杭州）股份有限公司牵头，杭州谱育科技发展有限公司（以下简称“谱育科技”）研发团队承担了该项目的仪器研发及产业化工作，该项目参与单位还有中科院半导体所、浙江大学、中国计量大学、南开大学、山东大学、中国农业大学、国家粮食与物资储备局科学研究院、中国农业科学院北京畜牧兽医研究所、江西出入境综合技术中心。本项目针对我国原有近红外光谱仪器存在的严重制约产业发展的三个核心问题进行技术攻关：1. “一致性不佳、稳定性不足”等问题，不足以支持仪器间的模型转移“通用”；2. 建模资源分散、数据不足、模型不成熟；3. 没有实现组网应用，不能共享数据及模型资源。 课题内容 1+2+3+6，突破产业发展瓶颈1. 本项目重点开展光栅扫描型近红外光谱仪稳定性、可靠性和一致性研究，攻克核心技术难关，构建近红外仪器稳定可靠的硬件基础；重点开展仿生分析算法研究和模型传递算法研究，通过仿生识别模型等创新设计，构建近红外仪器软件基础。2. 本项目研制开发便携式、实验室和在线型 三种制式的近红外分析仪，结合粮食、饲料、肉类、酒类、药品、纺织品等六个领域的重大需求，开发建立适应我国样品特征的成熟应用模型，实现模型传递，研制系列化近红外专用仪器，并建立年产能1000台套的近红外分析仪生产线。 应用成果 3年研发 + 3年产业化，研发团队经过联合攻关，攻克了三维标准化（波长、光度、分辨率）、双模式自校正等技术难关，扎实打牢仪器的稳定性和一致性基础，掌握了适应近红外规模应用的数据处理、多仪器间同时模型传递共用的算法；研制了便携式、实验室和在线式三大系列近红外光谱分析系统；实现了模型转移，构建了可联网应用的国产通用近红外分析仪器。在粮食、饲料、肉类、药品、酒类、纺织品等行业，成功开发了基于国内样品的适应于光栅型近红外分析仪的成熟共用模型，形成了系列化近红外专用仪器，并得以大面积推广应用。目前，已有近6000套近红外光谱产品广泛应用于食品加工、油料榨油、纺织、工业、制药等行业，累计实现销售额超过12000万，其中在面粉加工、粮食会检等领域达到了30-40%的市场占有量，实现了近红外产品完全国产替代，推动了我国近红外产业规模倍增发展，促进了我国高端分析仪器行业技术水平的进步。 十年---承载国家重大科技专项研发及产业化杭州谱育科技发展有限公司（简称“谱育科技”）创立于2015年，总部位于浙江杭州，是聚光科技（杭州）股份有限公司（简称“聚光科技”）旗下自孵化子公司，专注于重大科学仪器研发和产业化创新应用的国家高新技术企业，推动以技术创新实现分析检测及监测的现场化、自动化、智能化，致力于成为全球领先的科学仪器制造商，实现科学仪器“中国梦”。公司拥有顶尖技术专家和450余人研发团队，承载十五年的重大科学仪器研发积淀，承担了近二十项科技部国家重点研发计划专项及国家/行业标准制定工作，掌握了较完整的质谱、色谱、光谱、理化等分析检测技术平台及气体、液体、固体等进样前处理技术平台，研制了实验室分析、现场化分析（便携、在线、移动）、自动化分析等一系列技术领先的产品组合，在工业分析、环境监测、临床医疗、生命科学、食品药品、安全应急等领域为全球用户提供全方位、专用化的科学分析解决方案。

2006年，国际两家光电子杂志Laser Focus World和Photonics Spectra的编辑曾分别主动在世界技术新闻专栏中特别介绍了复旦大学陈良尧教授课题组研发的多光栅二维折叠光谱技术，认为该技术的创新原理和方法将能够被拓广并应用于更具挑战性的高效率光谱获取和分析领域，以及推广到中远红外光谱分析领域。 　　上海市计量测试技术研究院的资深光学科学家袁海林教授也曾评论到，&ldquo 采用多光栅结构对成像光谱进行高密度折叠，在很宽的光谱区内实现高分辨率、快速和长时间可靠测量，将会成为现代光谱仪设计中一个主流技术和发展趋势&rdquo 。 　　究竟是怎样的技术让国内外一片赞誉之声?为了寻求答案，近日仪器信息网编辑采访了多光栅折叠光谱仪技术的研究者&mdash &mdash 复旦大学陈良尧教授。 复旦大学 陈良尧教授 　　&ldquo 原理性创新&rdquo 　　光谱分析仪器在科学研究和工业领域有着广泛的应用，为满足应用需求，国际上已经发展了各种类型的光谱分析原理和方法，其中最主要的是采用棱镜和光栅等光学色散元件，结合高灵敏度探测器对各种光谱(如反射、透射、吸收、散射、椭圆、荧光、拉曼等光谱)进行测量和分析。但受到光电探测器光谱响应、光栅色散和机械扫描等因素的制约，只能被迫在光谱工作区宽度、分辨率和速度等参数之间做出妥协，从而严重影响和限制了其在许多重要领域的应用。这是国际学术和产业界长期未能解决的瓶颈和难题。 　　&ldquo 传统的光栅光谱仪需要使用机械装置对色散元件进行位移和旋转，这将限制测量速度的提高，而且机械转动部件的定位精度低，可靠性差，容易在操作过程中发生故障 另外，由于国内机械加工水平所限，使得国产光栅光谱仪的机械部件精度和可靠性不高，从而影响了光谱仪的整体性能水平，&rdquo 陈良尧说，&ldquo 另外，一块光栅难以覆盖全光谱范围，衍射效率为非均匀性分布，在其光谱衍射工作区的两端效率较低，影响了仪器的信噪比质量。&rdquo 　　在长期的光谱分析研究中，为克服传统仪器的这两方面局限性困难是陈良尧当初决定研发&ldquo 多光栅折叠光谱分析仪&rdquo 的原因，他希望能够研制出一种没有任何移动部件、光谱工作区宽、测量速度快的光谱仪。基于这一想法，陈良尧于90年代末开始&ldquo 多光栅折叠光谱分析仪&rdquo 的研制。&ldquo 这是原理和方法的创新，并非是&lsquo 阳春白雪&rsquo ，它的物理概念清楚，技术可靠，易于普及推广，只不过很多人没朝这方面去想。&rdquo 　　但是，当前光谱仪技术可以说是非常成熟了，再要尝试原理性创新，可能并不像陈良尧说的那么容易。在10多年时间的持续研究努力中，陈良尧教授经历了很多，如最初虽有设想，但缺少研究经费支持，在市场上也买不到现成的关键元器件，业内对这类极具应用前景的新原理和新技术的认识也不统一等等。不过，&ldquo 梅花香自苦寒来&rdquo ，2012年，最终实现的研究成果被选为国家自然科学基金&ldquo 十一五&rdquo 优秀成果。至今已经推出了多种可供实用的样机，集成组合的光栅数也由最初的3块增加到了10块。日前，陈良尧教授的&ldquo 极高密度二维折叠光谱成像装置&rdquo 课题入选了2014年高校自然基金国家重大科研仪器研制项目。 已研制完成的二维折叠光谱分析仪的整体外形图，250mm焦距，优于0.1nm光谱分辨率，全谱测量时间小于0.1s，重约8.9公斤。 　　多光栅折叠光谱仪采用了时间并联模式的快速光谱信号获取的新原理和方法，利用二维面阵探测器的优点，在一台光谱仪中，同时满足宽光谱区、高分辨率和快速测量的三项关键功能要求。在10光栅二维折叠光谱分析仪中，是将具有不同闪耀角和色散特性的10块子构成一个光栅阵列，克服了面阵CCD信号接受面的张角限制，在200-1000nm光谱区将一维约276mm光谱探测区的近2万个光谱数据点进行二维10重折叠，快速成像在二维面阵探测器的焦平面上。由于无任何机械位移部件，使得最小的光谱获取时间仅受限制于将光谱从CCD传输到数据存储器件所需要的时间，实现了全光谱高精度快速测量和分析。 　　&ldquo 所有用到光谱测量分析的地方都可以用&rdquo 　　&ldquo 多光栅光谱是通用型光谱仪，所有用到光谱测量分析的地方都可以用，如可以应用于食品环境等领域的科研与日常检测，而且未来完全可能替代常见的紫外、红外等光谱分析仪器。&rdquo 陈良尧对多光栅光谱仪的应用前景非常乐观，&ldquo 随着高性能低成本面阵光电探测器的普及，二维折叠光谱将成为主流光谱分析技术在更多领域实现推广应用。&rdquo 　　&ldquo 而且，由于改进了传统光谱仪的一些不足，使得该仪器可以用于一些极端条件检测。&rdquo 例如：由于无任何机械转动部件，多光栅光谱仪的全谱扫描速度最快能达几毫秒至数十毫秒，所以在清华大学等离子体实验室中，能利用它在真空条件下对等离子体原子谱线进行原位全谱检测分析，在相同的实验条件下，对各种原子态谱线进行比较分析，获得较为可靠的实验数据和结果。&ldquo 并且，等离子体实验室还希望通过合作，研究该技术在真空紫外条件下的应用。&rdquo 　　多光栅光谱仪既可以作为一种标准配置的光谱仪独立使用，也可以成为一个载体&mdash &mdash 作为光谱分析仪器的核心部件，可以极大简化分析仪器的结构。&ldquo 光谱仪是光谱分析仪器的&lsquo 心脏&rsquo ，目前很多国产光学分析仪器采用的还都是传统扫描型光谱仪，如果多光栅光谱仪能够得到普及，将会显著促进国产光谱仪器的更新换代。&rdquo 　　&ldquo 探测器技术与成本亟待突破&rdquo 　　&ldquo 目前在10光栅集成的仪器中，使用的是美国PI公司的CCD面阵探测器，单价在7万美元左右。高性能光电探测器依然是限制我国先进光谱分析技术发展的瓶颈，也是成本无法降下来、难于大规模普及的主要原因。&rdquo 不过，陈良尧也高兴地说到，已有国内企业正从海外引进新一代CMOS光电传感器技术，&ldquo 我们将会成为他们产品的第一批实验室用户。&rdquo 　　另一个关键元件&mdash &mdash 光栅则可以根据具体需求，既可以购买进口产品，也可以选择国内生产的。&ldquo 我们已经在国内找到一家企业，可以研制和生产出我们所需的光栅和其他光学器件。&rdquo 　　对于下一步研发方向，陈良尧介绍到，&ldquo 当前最重要的是把研究项目做好，并努力将这一技术应用到不同领域 另外，组合的多光栅模块本身也可以成为一个产品，现在的组合光栅的方位角还需要人工调试，未来希望能够采用自动化激光准直技术，研制出已被封装好、不需要调节的光栅组，用户拿到手里可以直接使用。组合的光栅数也有可能进一步增大，由现在的3-10光栅增至40-50块光栅的组合，满足更高精度的光谱分析需求。&rdquo 　　经过持续的研究努力，多光栅光谱仪已能够被实际应用。据介绍，除了面阵探测器国内目前还做不出来，其它重要部件都实现了在自己的实验室或在国内找到企业进行加工生产。说到这里，显现出了陈良尧教授比较独特的研究态度和模式，陈良尧将项目研究经费的很大一部分用于改造实验室环境，如在高性能光学仪器研究中，将购买高精度数控机床，用于仪器核心零部件的高品质研制和加工，保证质量，这在目前中国大学的实验室还比较少，对此，陈良尧说，&ldquo 这么做一方面是希望提高科学仪器的研究水平和效率，掌握核心技术，另一方面也十分需要培养研究生们的实际动手能力，不仅进行原理和方法创新，还需要采用先进制造技术，在学生时期就有能力亲手把这些仪器做出来，可靠实现创新科学仪器的各种新功能，在这方面与发达工业化国家相比，我国在培养学生具有硬科学技术研究能力方面的差距还比较大。&rdquo 　　&ldquo 由于高性能探测器价格一直居高不下，不利于大范围普及，目前仅根据一些用户需求进行定制，需要不断解决问题，让用户满意，建立良好的声誉，&rdquo 陈良尧说到。 　　后记 　　据了解，在陈良尧教授的研究成果2003年正式发表后，2007年在美国Light Smyth公司的广告中也出现了采用4种不同光栅结构参数组合的二维折叠光谱分析技术。而关于这一中国自主创新原理和技术的产业化途径，陈良尧无奈的说到，&ldquo 产业化的路还会比较长。&rdquo 究其原因，一是关键部件技术的局限，另外国家的支持政策等也是重要原因。就像采访最后陈良尧所说的，&ldquo 希望能够获得国家较高强度的产业化应用研究项目的支持，并与工业界的合作伙伴一起，使得这项技术被产业化，促进我国高性能光谱分析仪器的进步和发展，将会在国际上有自己的地位，产生出中国乃至世界上最好的光谱仪。&rdquo 　　编辑：刘丰秋

近日，清华大学深圳国际研究生院李星辉团队与国防科技大学团队合作提出了一种基于反射型二维光栅的外差式三自由光栅干涉仪。团队自主设计具有高光敏度、高频差和高信噪比的双频激光系统，基于二维反射型光栅和采用创新的共光路设计，搭建三自由度位移测量系统，设计并优化外差信号相位检测算法，最终实现了亚纳米的测量分辨率和重复定位精度。这项工作将有效推动多自由度光栅精密定位技术的发展。多自由度精密定位技术在纳米计量、显微成像、精密机床、半导体制造等领域具有重要地位。以半导体制造为例，光刻机是半导体行业的“掌上明珠”，在先进制程的光刻机中，晶圆台需要亚纳米位移测量精度的六自由度超精密定位技术。当前光刻机常用激光干涉仪和光栅干涉仪对晶圆台进行多自由度超精密定位，然而激光干涉仪由于暴露在环境中的光路长、难以实现单测量点多自由度测量等限制，会引入环境噪声和阿贝误差，而以光栅栅距为测量基准的光栅干涉仪正成为光刻机晶圆台超精密定位的主流方法。（a）光刻机晶圆台中“四读数头—四光栅”的六自由度测量系统；（b）外差式三自由度光栅干涉仪基本原理针对光刻机等先进装备中的超精密定位需求，团队提出了一种新型的基于外差干涉原理的三自由度光栅干涉仪，可以实现亚纳米的测量分辨率和重复测量精度，并通过 “四读数头—四光栅”的晶圆台测量系统可以实现六自由度位移/角位移测量。该外差光栅干涉仪使用一束双频激光，通过二维反射型光栅的四束衍射光产生外差干涉，实现光栅在X/Y方向上的位移测量，通过光栅反射光与固定反射镜反射光产生外差干涉，实现光栅在Z方向上的位移测量，从而完成光栅ΔX、ΔY、ΔZ三自由位移测量。该方案创新地采用了二维反射型光栅，利于光路系统读数头的集成化和小型化，在未来应用中，可以将读数头和光栅分别安装于固定部件和运动部件上，来检测运动部件的位移，其相对于基于透射型光栅的测量方法具有更广的适用性。此外，研究团队提出并采用了自主设计的双频激光系统，相比于传统的基于塞曼效应的商用双频激光器，具备更大更稳定的频差，以及更强的激光功率，可以实现更高的光源稳定性和信噪比以及更大的外差频率，有利于提升系统的整体精度和测量速度。最终实验结果显示，该系统具备0.5 nm的分辨率，0.6 nm的重复定位精度和2.5×10-5的测量线性度。该研究提出的外差式三自由度光栅干涉测量方法有利于多自由度超精密定位技术的发展，同时对先进装备和精密仪器的发展具有指导意义，尤其是需要多轴超精密定位的纳米科学和技术。 （a）自主设计的双频激光系统；（b）外差式三自由度光栅干涉仪测量系统 （a）三轴分辨率测试结果；（b）三轴在10 nm和40 nm处的重复定位精度测试结果相关成果以“三自由度亚纳米测量反射型外差光栅干涉仪”（A Reflective-Type Heterodyne Grating Interferometer for Three-Degree-of-Freedom Subnanometer Measurement）为题，在线发表在仪器仪表领域期刊《IEEE仪器与测量汇刊》（IEEE Transactions on Instrumentation & Measurement）上。论文第一作者为清华大学深圳国际研究生院2020级硕士生朱俊豪，清华大学深圳国际研究生院李星辉副教授为通讯作者，国防科技大学为共同通讯作者单位。该研究工作得到了广东省基础与应用基础研究基金、国家自然科学基金、清华大学科研启动基金、湖南省自然科学基金、中国博士后科学基金等项目的支持。论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9913946/