紫外光波长测试仪

高密紫外光源在信息存储、显微仪器和化学分析方面具有广泛应用前景　　据美国物理学家组织网11月29日报道，现有的紫外光源功率较低，笨重且昂贵，美国密歇根大学研究人员开发出一种更加智能化的方法来制造高密紫外光源，而且耗能更少，在信息存储、显微仪器和化学分析方面具有广泛应用前景。该研究发表在最新出版的《光学快递》上。　　研究人员改进了一种光学共振器，能将廉价的电信红外光变成高能紫外激光束。该共振器是一种毫米级的铌酸锂回音廊式共振器，内部制作成精密的结构并经过抛光使其表面变得极为光滑，当输入光束通过内部的共振线路后，就会获得能量。　　研究人员解释说，新型共振器是一种4倍频的激光发生器，能连续发射紫外光。在实验中，他们驱动电信红外光束与共振器结合，通过一个钻石棱镜能产生紫外、可见、近红外和红外四种光谱，并可通过多模光纤收集。　　“如果把激光从绿变蓝，它的效率就会下降，要是变成紫外激光就更困难。这一法则最先由爱因斯坦提出来，用以解释为何绿色激光指示器中包含的不全是绿色激光，它其实是把一种红色激光的波长一分为二变成了绿色激光。”领导该研究的密歇根大学电力工程与计算机科学系副教授莫纳加洛希说，“我们优化了光学共振器的结构，能在更宽光波范围获得更多能量，用小功率的红外光制出了低成本而且波长可调的紫外光源。”　　加洛希还指出，紫外光源在化学探测、高清医学成像、高精集成线路印刷以及扩展计算机内存方面有广泛应用。但目标波长越短，生成激光就越困难，效率也会更低。倍频转化就像把一个喇叭的音量调高，得到一种新频率的声音。新技术驱动光束通过非线性介质，能生成光分支并使其加倍，获得的紫外光频率和能量是原来输入光束的4倍，波长是原来的1/4。

激光技术的发展让人类的视野不断拓宽。但多少年来，波长小于200nm的深紫外波段，一直是个神秘又难以逾越的坎。　　200nm上的这堵“墙”把人类挡在了外面。由于深紫外激光源的缺席，许多重要的科学研究只得搁置。　　但中科院的一群科学家不能接受这样的现实。30年来，他们不但找到了深紫外光学材料和激光源，还研制出8台深紫外固态激光源装备。自2008年启动以来，“深紫外固态激光源前沿装备研制项目”进展顺利，多台仪器已初步用于前沿科学研究。　　正如项目首席科学家、中国工程院院士许祖彦所说：“上帝没有给我们一个这么好的光源，我们就要自己去找。”　　突破200nm　　上世纪90年代初，非线性光学晶体接连将Nd：YAG激光波长从近红外拓展到可见光，甚至近紫外波长区。这带给人们一种隐约的希望：如果能找到一种晶体，使激光波长拓展到深紫外光谱区，人类将有望认识一个前所未有的世界。　　在这样的背景下，中国科学家介入了这一课题。　　“80年代我们获得了第一批国家科研基金，15万元。”项目首席科学家、中科院院士陈创天告诉《科学时报》记者，虽然现在看来这笔钱并不多，但当时已是很了不起的事了。　　在这笔经费的资助下，陈创天的研究如虎添翼。1991年，他在发现硼酸盐系列非线性光学晶体后，运用分子设计工程学方法发现了KBBF晶体。5年后，他证实了此晶体可实现深紫外相干光输出，最短波长达到184.7nm。　　从此，深紫外的时代开启了。在此基础上，陈创天研究组于2005年陆续发现了RBBF、CBBF等非线性光学晶体，从而拿到了完整的KBBF族非线性光学系列晶体。　　许祖彦则形容自己的工作是“二传手”。深紫外非线性光学晶体问世后，如何将其研制成实用的精密化激光源，并配合后续的仪器研制，是他面临的最大难题。　　但20多年前，中国大陆还没有这方面的实验装置，陈创天和许祖彦不得不跑到香港科技大学，借用了他们的实验室。两个人窝在实验室里，每天工作到深夜一两点，终于搞出了KBBF晶体棱镜耦合装置。目前，该装置仍是该晶体唯一的实用化技术。　　之后两人密切配合，在国际上首次实现KBBF晶体倍频输出深紫外激光，并最终发展出实用化的深紫外固态激光源。　　2009年，英国《自然》杂志发表评论文章称，KBBF晶体“真是一块完美的晶体，它确实可促使某些领域向前发展”。　　“看到图像的那一刻，什么都值了”　　深紫外光源的问世尽管已经震惊世界，但对许祖彦来说，他的工作才只做了一半。　　“科技发展如此之快，为保证我们的仪器始终保持领先，科研人员必须不断调整技术方案。”项目工程总体部总经理、中科院理化所研究员詹文山说。为此总体部还设立了一个工程监理部，这在国内的科研项目中都很少见。　　对这种经常要推翻重来的工作方式，许祖彦表示“很理解”。在3年多的时间里，他的团队满足了仪器研制人员变更技术方案的多项技术要求，解决了光源与8台仪器对接的工程问题。　　中科院大连化学物理研究所研究员傅强是“深紫外激光光发射电子显微镜(PEEM)”子项目的负责人。“PEEM就像一条美人鱼，‘头’是电子发射技术，‘尾’是电子显微镜技术。这种技术可对物质表面结构、电子态、化学反应等进行原位、动态研究，在化学、物理、材料等领域有着重要应用。”　　但是，现有的PEEM激发光源为气体放电光源或者同步辐射光源，这些光源亮度较低，空间分辨能力一般只能达到20～50nm，限制了PEEM的广泛应用。　　2007～2009年，傅强等人利用深紫外激光高能量、高光束流强度、相干性等优点，研制出一套性能优越的深紫外激光PEEM系统。利用这台仪器，大连化物所已在石墨烯原位生长、界面限域化学反应等领域取得了一些初步成果。　　“我们第一次做这种仪器，中间遇到很多困难，有半年多的时间情绪也很低落。”傅强坦陈，“不过2009年夏天，我们第一次看到了显微镜成像图，那一刻觉得什么都值了。”　　与深紫外光电子发射显微镜类似，深紫外拉曼光谱仪、深紫外激光光化学反应仪、深紫外激光光致发光光谱仪、深紫外激光自旋分辨角分辨光电子能谱仪、深紫外激光原位时空分辨隧道电子谱仪、基于飞行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪均达到国际领先水平。另一台光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪也基本研制完成，正在调试当中。　　不过，对更多的中国科研工作者和社会公众来说，这个总投资1.8亿元人民币的项目，究竟有着怎样的应用前景?　　以“短”见长的深紫外　　目前已有的深紫外光源一类是准分子激光器，另一类是同步辐射光源。准分子激光器脉宽宽，难以满足激发态快速动力学过程的研究 而同步辐射光源虽具有较快的时间分辨，但装置体积巨大，科研人员只能把实验搬过去做，带来许多不便。　　深紫外固态激光源在时间、空间和能量分辨率上，都有着绝对优势。“更重要的是，这些仪器装备将来有望小型化，甚至可以进行市场化推广。”中科院院士李灿介绍。　　李灿负责研制的深紫外拉曼光谱仪就是一个例子。目前这台仪器已初步应用于催化、材料、能源、生物、环境等领域。在水污染检测中，仪器灵敏度达到了环境水污染国际最低检测限。“只要一滴水就能检测水污染。”　　詹文山透露，目前2mm以下的KBBF晶体已可小批量生产，满足国内市场需求。受国家工业水平限制，8台仪器还不能全部实现商业化，但中科院已在考虑选取其中的1至2个，逐步进行产业化的尝试。　　2006年，时任中科院院长路甬祥在中科院物理所考察时曾说：“如果没有仪器设备的自主创新，也很难有新的理论上的突破。一种新仪器新装备的诞生，往往是打开一个新方向新领域的关键桥梁。”　　这句话，许祖彦一直记得，项目团队的每一个成员也记得：“这些年来，我们证明了‘材料—器件—装备—科研—产业’的自主创新链是可行的，也证明了中科院此类研究性和工程性均很强的科研项目是可行的。”

美军的生物联合防区外检测系统(JBSDS)。JBSDS是防区外化学与生物威胁监测的应用实例，利用激光雷达(LIDAR)来探测一定距离外的气溶胶。DARPA希望通过LUSTER项目开发出小巧的大功率紫外激光器来实现类似功能。　　中新网3月6日电 据中国国防科技信息网报道，美国国防高级研究计划局(DARPA)启动了一项新研究，旨在开发出一种结构小巧、性能可靠的紫外线探测设备。　　该研究项目名为&ldquo 战术有效的拉曼紫外激光光源&rdquo (LUSTER)。DARPA向业界寻求设计方案，以开发结构紧致、高效低成本、可灵活部署的深紫外(deep UV)激光生化战剂探测新技术。这种新技术可以节省空间、降低重量和功率需求，也比当前的同类装置要敏感很多。DARPA的目标是：新紫外激光器的体积不超过目前激光器的1/300，同时效率提高10倍。　　拉曼光谱分析是利用激光来测量分子振动、从而迅速准确地识别未知物质的方法。紫外激光的波长特别适合进行拉曼分析，但美国国防部当前所使用的战术紫外线探测系统体积庞大、价格昂贵，其性能也有限。　　DARPA项目经理丹格林介绍说，目前探测系统的体积和重量太大，需要用卡车运送，而LUSTER项目的目标是开发出具有突破性的化学与生物战剂探测系统，可以单兵携带，并且效率大幅提高，同时，DARPA希望新系统的价格也能在目前探测系统价格基础上&ldquo 抹去几个零&rdquo 。　　目前&ldquo 紧凑型中紫外技术&rdquo (CMUVT)项目已经完成，DARPA希望在此基础上研制LUSTER。CMUVT项目研发出了创纪录的高效大功率中紫外线发光二极管，紫外线波长接近LUSTER的紫外光波长。 但发光二极管对化合物识别的灵敏度有限，因此DARPA希望LUSTER项目能够开发出新的激光技术，使其准确度和灵敏度不低于当前昂贵的激光系统，而其稳定性和成本又与发光二极管相当。　　格林透露，除了用于探测战场或国内大规模恐怖袭击中可能出现的化学与生物战剂，紫外激光器还有许多其他用途，例如医疗诊断、先进制造和紧凑的原子钟。　　LUSTER项目可考虑采用多种不同的技术方法，只要他们能够发出220-240纳米波长的深紫外光，其功率输出大于1瓦，功率转换效率大于10%，导线宽度小于0.01纳米。