紫外波段激光防护镜

摘要：3月12日，总预算达1.4亿元的国家重大科研仪器设备专项“基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置”在大连正式启动。它将成为国际上唯一一套工作在50～150纳米区间且波长可调的全相干高亮度的自由电子激光器。 　　对原子、分子的探测是物理化学研究的基础，但由于现有仪器设备的限制，大多数分子和自由基难以被单光子电离，使很多研究无法深入，成为困扰科研工作者的一大难题。 　　一项旨在解决该难题的实验装置即将在我国建设。3月12日，总预算达1.4亿元的国家重大科研仪器设备专项“基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置”在大连正式启动。它将成为国际上唯一一套工作在50～150纳米区间且波长可调的全相干高亮度的自由电子激光器。 　　项目总负责人、中科院院士杨学明表示，该装置的研制将极大提升我国在能源等相关基础科学领域的实验水平，并极有希望成为国际上相关领域的一个重要研究基地。 　　强强联合 　　项目负责人之一、中科院大连化物所研究员戴东旭介绍说，能源研究中，煤的热解等燃烧过程的中间产物往往以原子、分子、自由基的形式存在，这些微观粒子被电离为离子后才能变成电信号被测试到。因此，对微观粒子的高灵敏度、高时间分辨率和物种分辨的探测和研究至关重要。 　　但是，大多数分子或自由基的激发电离波长都处于极紫外波段(50～150纳米)，而传统激光器产生的基本波长一般在近紫外到近红外波段(300～1000纳米)。这造成了传统激光激发电离微观粒子需要吸收多个光子，其效率和灵敏度会呈几何量级的降低，并且容易把产物打碎。 　　为解决该问题，科学家提出了利用自由电子激光产生极紫外波段相干光的技术。该技术被认为是探测微观粒子最有效的途径。自由电子激光的波长可涵盖从硬X射线到远红外的所有波段，特别是利用高增益谐波产生(HGHG)技术产生的自由电子激光具有超高峰值亮度、超快时间特性和良好的相干性，应用价值巨大。 　　但该技术直到近十年才在实验中得到验证。其中，中科院上海应用物理所在几年前建设了我国第一个自由电子激光，并成功进行了相关实验。 　　而在大连，一位在科研中多年受困于粒子探测难题的科学家坐不住了。他就是以自己研发仪器进行实验而著名的杨学明。杨学明找到上海应用物理所，希望双方能够合作开发新设备。 　　上海方面通过经验积累后也意识到，有把握将自由电子激光的波长从200纳米降到150纳米以内，并实现波长可调。于是双方一拍即合，经过几年论证，在2011年联合申请了国家自然科学基金委国家重大科研仪器设备专项。 　　1月20日，上海应用物理所宣布：由该所研究员赵振堂领导的自由电子激光研究团队在国际上率先实现了HGHG自由电子激光大范围波长连续可调。 　　“在这个项目中，大连化物所和上海应物所是完美结合。”戴东旭表示，上海光源的建成使上海应物所拥有了大科学工程的建设与管理经验，并掌握了大量的关键技术。 　　从“敢想”到“敢做” 　　据戴东旭介绍，自由电子激光在进入21世纪之后才开始兴旺发展起来。目前，几家研发自由电子激光的相关单位各有所长，其中一些在波长等指标方面较为领先，技术难度很高，但还没有一家可实现波长可调。 　　位于合肥的国家同步辐射实验室目前能提供国内真空紫外最好的实验条件，在过去曾协助杨学明课题组做出很好的实验成果。但同步辐射光源毕竟不是激光，在相干性、峰值功率和时间特性上尚存差异。 　　针对这些问题，大连化物所从实际需求出发提出要求，上海应用物理所在设计中将目标瞄准解决实验中的实际问题。 　　据悉，该项目的设备将主要由我国自主研发。“这项技术国外也处在发展阶段，有些特殊指标只能自己制造，从国外买设备也需要从头研制。”戴东旭说。 　　在1.4亿元的项目总预算中，国家自然科学基金委资助1.03亿元用于自由电子激光和实验装置的研制，中科院大连化物所自筹约0.4亿元用于基建和公用设施。该项目的科学目标是研制一套基于HGHG模式的波长可调谐的极紫外相干光源以及利用这一性能优越的光源的实验装置。这也将成为世界上独特的相关基础科学问题的实验平台。 　　据悉，目前经费已经到位，装置计划将于2015年年底前建成。而且会在全国实现仪器共享，可应用于物理、化学、生物、能源等多个领域。戴东旭说：“装置建成后，以前测不到的将能测到，以前不好的信号将变清晰，以前做不了的实验也敢做了。”

大连光源 　　1月15日，由中科院大连化学物理研究所和上海应用物理研究所联合研制的极紫外自由电子激光装置——大连光源，在经过3个多月的调试后，这个总长100米的大装置发出了世界上最强的极紫外自由电子激光脉冲，单个皮秒激光脉冲产生140万亿个光子，成为世界上最亮且波长完全可调的极紫外自由电子激光光源。　　中科院副院长王恩哥评价称：“大连光源是中科院乃至我国的又一项具有极高显示度的重大科技成果。装置中90%的仪器设备均由我国自主研发，标志着我国在这一领域占据了世界领先地位，为我国未来发展更新一代的高重复频率极紫外自由电子激光打下了坚实的基础。”　　给分子“拍个电影”　　自由电子激光是国际上最先进的新一代先进光源，也是当今世界先进国家竞相发展的重要方向，在科学研究、先进技术、国防科技发展中有着重要的应用前景。先进自由电子激光的发展在前沿科学研究中发挥着越来越重要的作用，特别是近十年来，自由电子激光技术的发展和突破为探索未知物质世界、发现新科学规律、实现技术变革提供了前所未有的研究工具。　　“自由电子激光能够给分子‘拍电影’，比如记录化学键断裂的动态过程，具有非常诱人的应用前景。”中科院上海应物所所长赵振堂说。　　而要拍好这部“电影”，离不开神奇的极紫外光。　　当波长短到100纳米附近时，一个光子所具备的能量就足以电离一个原子或分子而又不会把分子打碎，这个波段的光称为极紫外光。　　“在科学实验中，需要探测的原子或分子数量可能非常少，存在时间也非常短，普通的极紫外光源无法满足这个需求，必须要有高亮度的极紫外光源，即极紫外激光。”中科院大连化物所分子反应动力学国家重点实验室研究员戴东旭解释称，“极紫外激光只能在‘特殊物质’中产生，这个‘特殊物质’就是脱离原子核而单独存在的自由状态的电子。”　　但是，一台运行在极紫外波段的自由电子激光设备在世界上尚属空白。　　这让科学家感到，中国的机会来了。　　中国第一 世界最亮　　在国家自然科学基金委国家重大仪器专项资助下，由大连化物所和上海应物所联合研制的大连光源项目于2012年初正式启动，2014年10月正式在大连长兴岛开工建设，并于2016年9月底安装完成，首次出光。　　至此，大连光源成为我国第一台大型自由电子激光科学研究用户装置，是当今世界上唯一运行在极紫外波段的自由电子激光装置，也是世界上最亮的极紫外光源。　　光源的每一个激光脉冲可产生超过100万亿个光子，波长可在极紫外区域完全连续可调，具有完全的相干性 该激光可以工作在飞秒或皮秒脉冲模式，可以用自放大自发辐射或高增益谐波放大模式运行。在这样的极紫外光照射下的区域内，几乎所有的原子和分子都“无处遁形”。　　“大连光源属于第四代光源，在化学、能源、物理、生物、环境等重要研究领域有着广泛的应用，我国率先建成这一先进光源，对推动我国乃至世界在这些领域的研究发展有着极其重要的意义。”中科院院士、中科院大连化物所副所长杨学明说，“大连光源的成功研制也为我国未来发展X波段的自由电子激光打下了坚实基础。”　　例如，举国关注的雾霾问题，就可以利用大连光源来研究。大气中的化学物质与水分子作用后，形成分子团簇，这些团簇在生长过程中吸附大气中各种污染分子，生长为较大的气溶胶颗粒，并逐渐成长为雾霾。利用大连光源极紫外软电离技术，就可以研究雾霾的生长过程，从根本上理解雾霾形成的机理，为大气污染防治提供科学依据。　　在王恩哥看来，在当今世界，大科学工程对于科技发展起着越来越重要的推动作用。大连光源的建成出光，成为我国大科学工程的又一成功范例，将大大促进我国在能源、化学、物理、生物、材料、大气雾霾、光刻等多个重要领域研究水平的提升，为我国科技事业注入新的活力。　　一次握手 造就典范　　大连光源正式开工建设以来，在两年的时间里完成了基建工程以及主体光源装置的研制，并且在很短的时间内调试成功产生了世界上单脉冲最亮的极紫外激光，创造了我国同类大型科学装置建设的新记录。　　这一项目也开创了我国科学研究专家与大科学装置研制专家成功合作的先例，对于未来加快推动大科学装置在科学研究中的应用具有重要的现实意义。　　以科学目标为驱动，让大连光源成为我国大科学装置研制的典范。赵振堂告诉《中国科学报》记者，我国早期的大科学装置，往往都是先建好装置，再去找用户，看看哪些科学家能用。“但是大连光源把这个过程反了过来，是科学家先对科研有了需求，再找到工程团队来合作。这要求我们在建装置之前就充分调研，开工之前就要掌握装置的科学目标是什么。”　　大连化物所的长处是科学研究，而上海应物所团队在大科学装置建设方面积累了20年的经验，两个团队为了相同的梦想走到了长兴岛，合作顺利得出人意料。　　“合作、协同是中科院的优良传统。”赵振堂认为，“现在看来，打破研究所之间藩篱，整合各所力量，集各家之长来建大科学装置，是投入产出比最小、效率最高的一种方式。”　　接下来，大连化物所以及上海应物所的项目专家将进一步把大连光源建设成为高水平的实验研究用户装置，为我国乃至世界提供一个独特的科学研究装置。

CPB仪器与测量栏目最新发文：基于177.3nm激光的真空紫外光调制反射光谱仪，此装置将有望成为高效无损地探测宽禁带半导体材料电子能带结构高阶临界点的有效光学表征手段，并广泛用于超宽禁带半导体材料及其异质结的电子能带结构研究。光调制反射光谱是通过斩波器周期性地改变泵浦光源对样品的照射来测量半导体材料反射率相对变化的一种光谱分析技术。由于所测差分反射率作为能量的函数在材料电子能带结构的联合态密度奇点附近表现出明显的特征，光调制反射光谱已成为研究具有显著电子能带结构的半导体、金属、半金属及其微纳结构和异质结等材料联合态密度临界点的重要实验技术之一。光调制反射光谱中所使用的泵浦激光的光子能量一般要高于被研究材料的带隙，随着第三代宽禁带与超宽禁带半导体材料相关研究和应用的不断深入，需要更高能量的紫外激光作为光调制反射光谱的泵浦光源。目前国际上已报道的光调制反射光谱系统中，配备的泵浦光最大光子能量约5 eV，尚未到达真空紫外波段。因此，迫切需要发展新一代配备高光子能量和高光通量的泵浦光源的光调制反射光谱仪，使其具备探测超宽带隙材料的带隙和一般材料的超高能量临界点的能力。中科院理化所研制的深紫外固态激光源使我国成为世界上唯一一个能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家，已成功与多种尖端科研设备相结合并取得重要成果。此文详细介绍了由中科院半导体所谭平恒研究员课题组利用该深紫外固态激光源搭建的国际上首台真空紫外光调制反射光谱仪（图1）的系统设计和构造，将光谱仪器技术、真空技术、低温技术与中科院理化所研制的177.3 nm深紫外激光源相结合，同时采用双单色仪扫描技术和双调制探测技术，有效避免了光调制反射光谱采集中的荧光信号的干扰，提高了采集灵敏度。该系统将光调制反射技术的能量探测范围从常规的近红外至可见光波段扩展至深紫外波段，光谱分辨率优于0.06 nm，控温范围8 K~300 K，真空度低至10-6 hPa, 光调制反射信号强度可达10-4。通过对典型半导体材料GaAs和GaN在近红外波段至深紫外波段的光调制反射信号的测量对其探测能力进行了性能验证（图2）。此装置将有望成为高效无损地探测宽禁带半导体材料电子能带结构高阶临界点的有效光学表征手段，并广泛用于超宽禁带半导体材料及其异质结的电子能带结构研究。该系统基于中科院半导体所承担的国家重大科研装备研制项目“深紫外固态激光源前沿装备研制（二期）”子项目“深紫外激光调制反射光谱仪”，目前已经初步应用于多种半导体材料在深紫外能量范围内的能带结构和物性研究，并入选《中国科学院自主研制科学仪器》产品名录，将有望在推动超宽禁带半导体材料的电子能带结构研究、优化超宽禁带光电子器件的性能方面发挥重要作用。图1. 深紫外激光调制反射光谱仪图2. 177.3 nm（7.0 eV）激光泵浦下的GaAs在1.2 eV至6 eV内的双调制反射光谱及对应能级跃迁

近日，兰州大学教授黄建平带领科研团队研制出我国首个多波段拉曼-荧光激光雷达系统。该系统不仅可用于大气雾霾探测的研究及预警，还可用于卫星数据校正、医疗气象观测等领域，处于国际先进水平。 　　&ldquo 多波段拉曼-荧光激光雷达系统用高功率激光器向天空同时发射三束激光，也就是三个波段。紫外激光与大气颗粒物作用之后，就会释放出荧光，我们利用大口径的望远镜接收被大气反射回来的信号，共有38个波段。大多国内研究中使用的少数波段，对于颗粒物的大小、形状、成分等认识还不够。&rdquo 黄建平介绍说，&ldquo 印度科学家拉曼发现了光和粒子的相互作用，在这种作用后，光的波长和频率会发生变化。对接收到的信号进行分光、提取和探测，根据其变化的多少，就可以知道这种物质的化学成分是什么，也就可以进一步分析大气污染物的重要性质，尤其是对人体有害的有机物。&rdquo 　　课题组成员黄忠伟解释说：&ldquo 大家现在都关心雾霾天气，但对于雾霾的成因、成分等问题的认识都还不够，多波段拉曼-荧光激光雷达系统能够连续工作并探测到不同高度的雾霾变化数据，而且精度很高。&rdquo 　　当前，我国在全球气候变化、空间环境监测等领域都急需大量激光雷达技术支撑，但一直依赖国外进口的高成本产品。多波段拉曼-荧光激光雷达系统的成功研制，将降低我国购置相关产品的成本。

具有极窄线宽的单纵模深紫外可调谐激光由于其高的光谱分辨率及光子能量，是精密光谱学、紫外光刻、激光同位素分离、高分辨成像等诸多领域具有重要需求的光源，但因其涉及到线宽压窄技术、频率稳定技术、精确调谐技术及波长变换技术等一系列复杂的难题，该激光研究工作极具挑战性。为了获得紫外波短的波长，通常需要借助非线性晶体混频已有成熟激光器件的方案，从而获得该波段的相干辐射。我国科学家在非线性激光晶体研究方面成果显著，以BBO、LBO、KBBF等晶体为代表的紫外及深紫外波段非线性晶体蜚声国际。但是由于不同晶体在通光波段、相位匹配范围、有效非线性系数及光学质量、生长工艺、使用寿命等方面的不同表现，很难有可完全取代其他晶体的&ldquo 全能&rdquo 非线性晶体，不断挖掘新的非线性晶体并结合实用激光器件获得技术指标先进的紫外及深紫外激光，是激光材料及激光技术人员追求的重要内容之一。 　　针对极窄线宽可调谐深紫外激光的应用研究任务，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)光物理重点实验室魏志义研究组基于他们掺钛蓝宝石激光研究的经验，近年来通过深入系统的研究工作，相继克服了压缩线宽、稳定频率、精调波长、提高增益等技术难题，部分工作已发表于Applied Optics等杂志上【Appl. Opt., 51: 1905(2012)及Appl. Opt., 51:5527 (2012)】。最近，魏志义研究员、滕浩副研究员及博士研究生王睿在进一步成功获得平均功率6.5W、线宽小于0.4pm的可调谐窄线宽纳秒钛宝石激光的基础上，通过与福建物质结构研究所洪茂椿、陈长章、林文雄研究员合作，利用他们最新研制成功的BBSAG (Ba1-xB2-y-zO4SixAlyGaz)晶体四倍频该激光，在195～205nm的深紫外波长范围内获得了线宽小于200MHz、单频稳定性优于50MHz、调谐步长小于50MHz的可调谐窄线宽稳频激光输出，最高输出功率达130mW。图1为波长计测量到的基频光典型线宽结果，图2依次为各阶谐波的调谐曲线，对比BBO晶体，BBSAG在紫外波段不仅倍频效率提高了25%，而且由于近两倍高的光学破坏阈值、更高的硬度及完全不潮解的特性，表现出更加优良的连续稳定运行时间及可靠的线宽稳定性、精确的波长调谐能力，可望作为一种新的紫外非线性晶体，在激光科学技术中发挥重要作用。目前该激光器已在合作单位取得成功应用。 　　相关结果已发表在Optics Letters 39,2105(2014)上，此项工作得到了中科院知识创性工程方向性项目和国家自然科学基金委重大研究计划项目的资助。 　图1 基频光的线宽测量结果　　 图2 各次谐波的光谱调谐范围，采用BBSAG的四倍频激光的调谐范围约从193～210nm。最高平均功率135mW。

【研究背景】快速发展的自由电子激光（FEL）技术在高光子能量下产生了飞秒甚至阿秒的脉冲，使得X射线能够用于状态选择性和相敏多维光谱分析和相干控制。直接和常规测量现有的极紫外（XUV）和X射线自由电子激光脉冲的光谱相位是充分实现这种非线性相干控制概念的关键，以便为它们与物质的相互作用找到和设置最佳的脉冲参数。自放大自发辐射XUV/X射线自由电子激光脉冲的直接时间诊断工具是线性和角度条纹法，它对脉冲的时间形状（包括啁啾）非常敏感。这些方法依赖于一个时间同步且足够强的外场的可用性。诊断SASE辐射脉冲的时间结构的一个补充途径是测量电子束中FEL激光诱导的能量损失（例如使用X波段射频横向偏转腔（XTCAV）），从中可以重建XUV/X射线发射的时间剖面。对于种子自由电子激光脉冲，两个几乎相同的自由电子激光脉冲的产生及其XUV干涉图的评估允许其光谱时间内容的完整表征。在这项工作中，科学家提出了一种直接测量XUV-FEL频率啁啾的技术，而不依赖于任何额外的外场或种子多脉冲方案。由于所报道的技术提供了对XUV辐射光谱时间分布的目标访问，它是对FEL激光性能敏感的用户实验的原位诊断的理想方法。例如，在这里，我们实验观察到频率啁啾对自由电子激光脉冲能量的系统依赖性（增加啁啾以减少脉冲能量）。【成果简介】由最先进的自由电子激光器（FELs）产生的极紫外（XUV）和X射线光子能量的高强度超短脉冲正在给超快光谱学领域带来革命性的变化。为了跨越下一个研究前沿，精确、可靠和实用的光子工具对脉冲的光谱-时间特性的描述变得越来越重要。科学家提出了一种基于基本非线性光学的极紫外自由电子激光脉冲频率啁啾的直接测量方法。它在XUV纯泵浦探针瞬态吸收几何结构中实现，提供了自由电子激光脉冲时能结构的原位信息。利用电离氖靶吸光度随时间变化的速率方程模型，给出了直接从测量数据中提取和量化频率啁啾的方法。由于该方法不依赖于额外的外场，我们期望通过对FEL脉冲特性的原位测量和优化，在FEL中得到广泛的应用，从而使多个科学领域受益。【图文导读】图1：频率分辨等离子体选通原理图2：等离子体选通效应的数值模拟图3：通过瞬态吸收光谱测量XUV-FEL频率啁啾图4：频率啁啾特性，自由电子激光脉冲能量依赖性分析图5：色散对部分相干自由电子激光场的影响原文链接：Measuring the frequency chirp of extreme-ultraviolet free-electron laser pulses by transient absorption spectroscopy | Nature Communications

p 　　日前，全国光学和光子学标准技术委员会电子光学系统分技术委员会(SAC/TC103/SC6)秘书处发布关于征求《激光器和激光相关设备 光腔衰荡高反射率测量方法》等3项国家标准(征求意见稿)意见的通知。 /p p 　　根据通知内容，由全国光学和光子学标准技术委员会、电子光学系统分技术委员会(SAC/TC103/SC6)负责归口的《激光器和激光相关设备光腔衰荡高反射率测量方法》、《激光器和激光相关设备-标准光学元件-第1部分：紫外、可见和近红外光谱范围内的元件》、《激光器和激光相关设备-标准光学元件-第2部分：红外光谱范围内的元件》等3项国家标准已完成，现公开征求意见，截止日期11月17日。 /p p 　　 span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai" 近年来随着薄膜沉积技术的发展，光学薄膜，尤其是广泛应用于大型高功率激光装置、干涉引力波探测、激光陀螺、腔增强和腔衰荡光谱测量中的高反射薄膜的性能获得了极大的提高。激光光学系统中需要用到一些反射率很高(高于99.9%甚至99.99%)的反射元件，必须精确测量其反射率(测量重复性精度达到0.001%甚至更低)。 /span /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai" 　 strong 　 /strong a title=" " href=" http://www.sac.gov.cn/gzfw/zqyj/201710/P020171023319778323438.rar" target=" _blank" strong 1.《激光器和激光相关设备 光腔衰荡高反射率测量方法》(征求意见稿)及编制说明 /strong /a /span /p p 　　本标准规定了激光光学元件反射率的测量方法，适用于激光光学元件高于99%的反射率的精确测量。 /p p 　　基于光腔衰荡技术，本标准的测试方法和流程可实现激光光学元件的高反射率(大于99%，理论上可达100%)测量，且精度高、重复性和再现性好、可靠性高。特别是大于99.9%的反射率的准确测量对发展高性能反射激光元件具有重要意义。 /p p 　　 span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai" 目前，激光应用领域越来越多，包括医疗、材料处理、信息技术和计量等等。激光器及激光系统一般要用到光学窗口、反射镜、分光镜和透镜等光学元件，为防止激光损伤，这些光学元件要禁得起激光系统高峰值功率/能量密度的技术要求，这对光学元件提出了更高的制造要求。另外，随着我国光学与光电子产业的迅猛发展，光学元件加工制造形成了相当的产业规模，在满足国内要求的同时，产品正在走向国际化。因此对此类光学元件标准化的要求越来越高。 /span /p p 　　 a title=" " href=" http://www.sac.gov.cn/gzfw/zqyj/201710/P020171023319792051186.rar" target=" _blank" strong 2.《激光器和激光相关设备-标准光学元件-第1部分：紫外、可见和近红外光谱范围内的元件》(征求意见稿)及编制说明 /strong /a /p p 　　本部分规定了紫外、可见和近红外波段，波长从170nm至2100nm光谱范围内的激光光学元件的要求。适用于激光器和激光相关设备使用的标准光学元件，包括平面、平面球面和球面基片不包括镀膜后的光学元件，透镜和按规定设计由供应商提供的其它标准光学元件。 /p p 　　本部分的发布可以填补我国用于紫外、可见和近红外光谱范围标准激光光学元件要求的空白 同时，通过规定优先的尺寸和公差，来减少元件的种类，通过标准化的规定，去除贸易壁垒，并通过建立一致的订单标识使备件的供应更加便利。 /p p 　　 a title=" " href=" http://www.sac.gov.cn/gzfw/zqyj/201710/P020171023319805778591.rar" target=" _blank" strong 3.《激光器和激光相关设备-标准光学元件-第2部分：红外光谱范围内的元件》(征求意见稿)及编制说明 /strong /a /p p 　　本部分规定了近红外到中红外波段，波长从2.1mm至15mm光谱范围内的激光光学元件的要求。适用于激光器和激光相关设备使用的标准光学元件，包括平面、平面球面和球面基片不包括镀膜后的光学元件，透镜和按规定设计由供应商提供的其它标准光学元件。 /p p 　　本部分的发布可以填补我国用于红外光谱范围标准激光光学元件要求的空白 同时，通过规定优先的尺寸和公差，来减少元件的种类，通过标准化的规定，去除贸易壁垒，并通过建立一致的订单标识使备件的供应更加便利。 /p p 　　联系地址：北京市海淀区车道沟十号院科技一号楼 兵器标准化所 电光系统分标委秘书处 010-68962373 /p p 　　邮编：100089 /p p 　　联系电话：010-6896 2373 /p p 　　传 真：010-6896 3156 /p p 　　邮件地址： a href=" mailto:bzsbjw@126.com" bzsbjw@126.com /a /p

由中科院承担的深紫外固态激光源系列前沿装备日前通过验收，我国成为世界上唯一能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家。 　　&ldquo 这是我国自主研发高精尖仪器的一个成功范例。&rdquo 9月6日，由中科院承担的国家重大科研装备研制项目&mdash &mdash &ldquo 深紫外固态激光源前沿装备研制项目&rdquo 通过验收，验收委员会给出了如是评价。 　　该系列前沿装备中的深紫外非线性光学晶体与器件平台、深紫外全固态激光源平台，以及基于这两个平台研制的8台新型深紫外激光科研装备各项既定目标全面完成，使我国成为世界上唯一能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家。 　　中科院院长白春礼表示，该项目是中科院相关研究所和科学家在长期科研工作积累的基础上，协同攻关、自主创新取得的重要成果，也是中科院近年来&ldquo 致力重大创新突破、服务创新驱动发展&rdquo 的具体体现。 　　开启深紫外时代 　　项目从一个晶体开始。 　　这是一种名为氟硼铍酸钾(KBBF)的晶体。上世纪90年代初，在发现硼酸盐系列非线性光学晶体后，中科院院士陈创天的研究团队经过10余年努力，在国际上首先生长出大尺寸KBBF晶体。 　　KBBF晶体是目前唯一可直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体，是在非线性光学晶体研究领域中，继硼酸钡、三硼酸锂晶体后的第三个&ldquo 中国产&rdquo 非线性光学晶体。 　　深紫外非线性光学晶体问世后，如何将其研制成实用化、精密化激光源，则成为一个棘手的问题。 　　KBBF晶体是层状结构，难以切割，而要做到深紫外倍频又必须切割。为此，陈创天携手激光技术专家、中国工程院院士许祖彦，开始摸索解决办法。 　　&ldquo 当时中国大陆还没有这方面的实验装置，我们不得不跑到香港科技大学，借用他们的实验室。&rdquo 许祖彦回忆说，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棱镜耦合器件。 　　该器件在国际上首次实现了1064nm激光的6倍频输出，将全固态激光波长缩短至177.3nm，首次将深紫外激光技术实用化、精密化，并已获中、日、美专利。 　　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(DUV-DPL)。 　　从此，中国开启了深紫外的时代。 　　从激光源到8台装备 　　DUV-DPL的研制成功，不仅使得我国激光科技研究突破了200nm以内的&ldquo 深紫外壁垒&rdquo ，实现了实用化、精密化，还极大推进了我国科研人员在激光科技研究领域的继续深入。 　　许祖彦形容自己的工作是&ldquo 二传手&rdquo ，&ldquo 跟上游讨论晶体该长成什么样，向下游询问要什么样的激光&rdquo 。 　　他花了一年多时间，跑了二三十个实验室，&ldquo 推销&rdquo DUV-DPL。 　　深紫外波段(指波长短于200nm的光波)科研装备目前主要使用同步辐射和气体放电等非相干光源。相对于同步辐射而言，在体积方面，配有KBBF晶体棱镜耦合器件的全固态激光器体积变得很小 在能量分辨率方面，比同步辐射提高5~10倍以上 在光子流密度方面，提高了3~5个量级。 　　2007年年底，财政部专门设立&ldquo 深紫外固态激光源前沿装备研制&rdquo 项目，对搭建深紫外非线性晶体和器件研制平台、深紫外固态激光器研发平台，以及研制8台新型DUV-DPL科学仪器，予以专项支持。陈创天、许祖彦担任项目首席科学家。 　　&ldquo 为使仪器保持领先，科研人员必须不断调整技术方案。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很少见。&rdquo 项目总体部总经理、中科院理化所研究员詹文山说。 　　这样一来，经常要&ldquo 推倒重来&rdquo 。身为&ldquo 二传手&rdquo 的许祖彦深有体会：在5年多的时间里，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。 　　打造自主创新链 　　如今，这8台科学仪器已经在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等研究中获得了重要结果。 　　以深紫外激光光发射电子显微镜(PEEM)为例，目前国际上最先进的光发射电子显微镜空间分辨率最高为20nm，而采用全固态激光器后能提高到3.9nm。中科院大连化物所利用这台仪器开展了石墨烯/Ru(0001)表面插层反应原位观测，为石墨烯等光电子材料发展和应用提供了强有力的研究手段。 　　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。8台科学仪器中，PEEM正在逐步进行产业化尝试。 　　&ldquo 晶体&mdash 光源&mdash 装备&mdash 科研&mdash 产业化，深紫外固态激光源前沿装备研制项目打造了一条自主创新链，涵盖了从提出原创科学思想到实现应用成果这一完整的科学价值链，为学科交叉面广、跨度大、探索性和工程性很强的原创性重大科研装备创新积累了经验，也为中科院各业务管理单元合理分工、深度融合、协力创新提供了典型样本。&rdquo 白春礼评价道。 　　&ldquo 这仅仅是深紫外波段仪器应用的开始。&rdquo 许祖彦透露，项目二期将从物理、化学、材料拓展到信息、资环、生命等领域，开展6台国际领先水平的仪器设备研制工作，继续推动深紫外技术的深度开发。 　　同时，在一期任务顺利完成基础上，去年中科院理化所联合北京中科科仪等单位，在科技部支持下启动了深紫外仪器设备产业化开发工作，逐步将研制成功的深紫外仪器设备推向市场。

在2009年4月9日召开的“2009中国科学仪器发展年会”上，中国科学院理化技术研究所许祖彦院士作题为“DUV-DPL”的大会特邀报告，DUV- DPL为全固态深紫外激光器。 　　全固态深紫外激光器是我国具有自主知识产权的核心技术，在此项技术研发出来以前，我国科学仪器缺乏实用化、精密化的深紫外激光相干光源，致使我国深紫外激光仪器发展缓慢。全固态深紫外激光器研制的成功，使得我国激光科技研究突破了200nm波段的深紫外壁垒，实现了科学仪器的实用化、精密化。 　　全固态深紫外激光器(DUV-DPL)作为核心部件可应用在多种光谱仪器上，例如：深紫外激光光电子能谱仪、深紫外激光光谱仪、深紫外激光显微镜、深紫外光化学反应仪、深紫外气溶胶质谱仪等科学仪器。以全固态深紫外激光器为核心部件的科学仪器，其主要功能是：获取新数据，发现新现象，开拓新方向。 　　全固态深紫外激光器已申请到了中国、日本、美国的专利，就目前情况而言，中科院的专利已垄断了深紫外全固态激光研究的全部领域。这极大推进了我国科研人员在激光科技研究领域继续深入，促进了我国前沿科学、光电子产业发展，为这一技术研究领域在国际上持续保持优势地位奠定了坚实的基础。 　　深紫外激光器已应用于物理、化学、材料科学等领域，将在在信息、资环、生命等领域应用，这将为各大学科提供全新研究手段，对科研活动起到革命性的推动作用。

由2014年诺贝尔物理学奖获得者、日本名古屋大学材料与系统可持续发展研究所的天野弘领导的一个研究小组，与旭化成株式会社合作，成功地对深紫外激光二极管（波长低至UV-C区）进行了世界上第一个室温连续波激光发射。研究结果近日发表在《应用物理快报》上，代表这项技术朝着广泛应用迈出了一步。　　从2017年开始，天野弘研究小组与提供2英寸氮化铝基板的旭化成公司合作，开始开发深紫外激光二极管。起初，向该装置注入足够的电流太困难，阻碍了紫外可见（UV-C）激光二极管的进一步发展。　　2019年，天野弘的研究小组使用偏振诱导掺杂技术解决了上述问题，首次制造了一种短波长的UV-C半导体激光器，它可以在短脉冲电流下工作。这些电流脉冲所需的输入功率为5.2W，这对于连续波激光来说太高了，因为功率会导致二极管迅速升温并使激光停止。　　研究人员此次重塑了设备本身的结构，将激光器在室温下运行所需的驱动功率降低至仅1.1W。研究人员发现，强晶体应变会阻碍有效电流路径。通过巧妙地剪裁激光条纹的侧壁，他们克服了缺陷，实现了流向激光二极管有源区的高效电流，并降低了工作功率。　　这项研究是半导体激光器在所有波长范围内实际应用和发展的一个里程碑。未来，UV-C激光二极管可应用于医疗保健、病毒检测、颗粒物测量、气体分析和高清晰度激光处理，尤其有利于需要消毒手术室和自来水的外科医生和护士们。

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。

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。”

深紫外全固态激光源指输出波长在200纳米以下的固体激光器，与同步辐射和气体放电光源等现有光源相比具有高的光子流通量/密度、好的方向性和相干性。 　　中科院自上世纪90年代初开始研究深紫外非线性光学晶体和激光技术，经过20多年努力，在国际上首次生长出可直接倍频产生深紫外激光非线性光学晶体，并发明棱镜耦合技术，率先发展出实用化的深紫外固态激光源，使中国成为当今世界上唯一掌握深紫外全固态激光技术的国家。 　　中国科学家利用独创、独有的深紫外技术和深紫外激光非线性光学晶体，已成功研制出深紫外激光拉曼光谱仪、深紫外激光发射电子显微镜等8台深紫外固态激光源前沿装备，均为当今世界所独有的科研利器，居深紫外领域国际领先地位。 　　总投资1.8亿元人民币的深紫外固态激光源前沿装备研制项目，2008年启动实施以来进展顺利，现已研制成功的8台前沿装备还包括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等国际领先水平的仪器设备，另外1台光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪研制工作也已基本完成，正在调试之中，多台仪器设备已初步用于前沿科学研究，并表现出优异的性能。 　　中科院整合麾下理化技术研究所、物理研究所、大连化学物理研究所、半导体研究所科研资源，在财政部专项资金支持下，设立深紫外固态激光源前沿装备研制项目，设计出从“材料-器件-装备-科学研究”完整研发体系。在成功研制8台重大仪器设备的同时，还搭建有深紫外非线性晶体和器件研制平台、深紫外固态激光器研发平台和深紫外应用仪器开发平台，核心器件深紫外晶体及器件已实现小批量生产，为仪器设备后续发展尤其是产业化工作奠定了基础。 　　深紫外固态激光技术突破是中国新型科学仪器研发的难得机遇。中科院在前期工作基础上，正组织专家进一步调研，一方面，将研制成功的8台仪器设备中技术成熟、具有市场潜力的发展为商品化仪器设备，推动中国高端科学仪器产业化 另一方面，进一步整合人才、技术力量，继续研发新型深紫外科学仪器和设备。

记者从中国科学院上海应用物理研究所获悉，经过多年技术积累和艰苦努力，上海深紫外自由电子激光装置(SDUV-FEL)实验取得重大进展，我国自由电子激光实验研究步入世界先进行列。 　　自由电子激光是激光家族的一个新成员，被国际上公认为新一代光源，有着重要的应用前景。高增益自由电子激光在亮度、相干性和时间结构上，都大大优于第三代同步辐射光源，是国际上竞相发展的新一代大科学装置。 　　自由电子激光的工作模式主要有“自放大自发辐射(SASE)”和“高增益谐波产生(HGHG)”两种。其中，“高增益谐波产生(HGHG)”工作模式需要短脉冲激光和高品质电子束流的精确相互作用，技术比较复杂，但是性能较“自放大自发辐射(SASE)”工作模式更好。 　　经过多年的技术积累和艰苦努力，上海深紫外自由电子激光装置于2010年12月中旬成功进行了高增益谐波产生自由电子激光放大与饱和的实验，这是上海深紫外自由电子激光装置成功进行了自放大自发辐射实验和外种子自由电子激光调制实验之后，所取得的又一重大进展。 　　目前，我国已成为继美国之后世界上第二个实现高增益谐波产生自由电子激光放大与饱和的国家，这表明我国已经基本掌握了相关主要关键技术，为我国未来的X射线自由电子激光大科学装置的发展奠定了坚实基础。 　　中国科学院上海应用物理研究所是我国大科学装置“上海光源”的建设和运行单位。“上海光源”是目前世界上性能最好的第三代中能同步辐射光源之一。目前，中科院上海应用物理研究所正积极开展自由电子激光新一代大科学装置的预研。

短波紫外全固态相干光源具有光子能量强、可实用化与精密化、光谱分辨率高等特点，在激光精密加工、信息通讯、前沿科学和航空航天领域颇具应用价值。获得全固态短波紫外激光的核心部件是非线性光学晶体。在非线性光学过程中，若使基频光的能量源源不断地转换到倍频光，需要保持基频光激发的二次极化谐波和倍频光在晶体中位置时刻相同，但由于晶体的本征色散导致基频光和倍频光的折射率不同，进而导致两束光在晶体中群速度不同，无法实现倍频光的持续增长，此为相位失配。因此，在晶体中实现应用波段相位匹配被普遍认为是重要的技术挑战，决定最终激光输出的功率和效率。目前有多种技术方案可供选择，如晶体各向异性的双折射相位匹配技术、晶体内部自发畴结构的随机准相位匹配技术和人工微结构准相位匹配技术等。其中，利用晶体各向异性的双折射相位匹配技术是应用最广泛的弥补相位失配的有效途径。该技术利用各向异性晶体的双折射特性，使一定偏振的基频光沿晶体的特定方向入射，或者改变晶体的温度，实现角度或者温度相位匹配，即使基频光和倍频光在晶体中特定方向传播时的折射率相同。该方案转换效率高，但现有晶体均存在相位匹配波长损失，即可用晶体紫外截止边和最短相片匹配波长的差值表征（λcutoff-λPM）。中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心致力于新型紫外、深紫外非线性光学晶体的设计与合成。该团队前期基于领域前沿进展的研究和对非线性光学晶体双折射相位匹配现状的剖析，在特邀综述中首次提出关于非线性光学晶体一种理想状态的假设，即在基于双折射相位匹配的非线性光学晶体中，是否可以实现“紫外截止边等于最短匹配波长”的理想状态？若该假设在晶体中得以实现，将为晶体在整个透过范围内均实现双折射相位匹配提供新途径和新思路。近期，该团队创制一类新非线性光学晶体即全波段相位匹配晶体。该类晶体基于应用广泛的双折射相位匹配技术，且可以实现对晶体材料透过范围内任意波长的相位匹配。该研究揭示了全波段相位匹配晶体的物理机制，从折射率的微观表达及双折射色散曲线、折射率色散曲线和相位匹配等光学条件等角度出发，给出两种独立的全波段相位匹配晶体的评价参数，并将此评价参数应用于一些经典的非线性光学晶体材料，讨论以此参数评估晶体相位匹配波长损失的可行性和普适性。基于此，研究获得一例非线性光学晶体（GFB）。实验通过多级变频的方案或光参量技术方案，研究晶体在整个透过范围内的直接倍频输出能力，并基于相位匹配器件已经实现193.2-266 nm紫外/深紫外可调谐激光输出，验证其该晶体全波段相位匹配能力，使该晶体成为目前首例且唯一一例实现了全波段双折射相位匹配的紫外/深紫外倍频晶体材料。该材料193.2 nm处晶体透过率deff = 1.42 pm/V）、短相位匹配波长（~194 nm）和高抗激光损伤阈值（BBO@ 266/532 nm, 8 ns, 10 Hz）等，是颇具应用前景的266 nm激光用非线性光学晶体材料。相关研究成果以全文形式发表在《自然光子学》（Nature Photonics）上。研究工作得到科技部，国家自然科学基金委员会和中国科学院等的支持。GFB晶体结构、微观性能分析及晶体照片

清华大学等单位共同承担的“十二五”863计划新材料领域“紫外激光器产业化关键技术及应用”课题取得重要进展，于近日通过技术验收。 　　课题组解决了厘米级BBSAG晶体生长、非线性晶体超光滑表面加工、工业级应用的全固态激光器整机装配等工艺难点，突破了高光束质量紫外频率变换、非线性光学晶体的寿命及抗损伤、光束指向稳定性等多项关键技术，开发出10-30W不同功率级别的全固态紫外激光器和新型的BBSAG四倍频器件，产品性能达到国外同类产品水平，形成了一套拥有自主知识产权的全固态紫外激光核心技术，并实现了紫外激光器在微加工成套设备上的试用。 　　课题实施期间，BBSAG晶体生长技术已经转移到福建福晶科技股份有限公司，该公司及下属公司已经实现BBSAG晶体的生产并出口到欧美等发达国家。经过本课题支持，课题组成功研制出最大输出功率达30W的紫外激光器，各项指标均达到甚至超过国际光电子公司紫外高功率激光器指标水平。该课题成果的产业化，将打破国外在紫外激光器市场中的垄断，极大地提升我国激光微加工制造产业的核心竞争力。

5月22日，中科院计划财务局组织专家组对中科院合肥物质科学研究院等离子体所承担的中国科学院科研装备研制项目“EAST软X射线——极紫外高分辨率光谱诊断系统”进行了现场验收。 验收会现场 　　“EAST软X射线——极紫外高分辨率光谱诊断系统”研制项目由等离子体所承担，中国科技大学作为合作单位参与。该项目采用软X射线-极紫外波段平场分光技术，实现宽波段、高光谱分辨和空间分辨测量，同时获得高质量的杂质辐射数据，填补了EAST该波段诊断的空白，为EAST等离子体芯部杂质辐射和杂质输运研究提供必要的装备条件，建成后可对等离子体芯部杂质辐射和杂质输运进行研究。 　　验收专家组听取了项目组的工作报告、财务报告、使用报告和测试组的测试报告，审核了文件档案及财务账目，并现场检查了装备运行情况。验收专家认为项目组圆满地完成了研制任务，系统运行正常，各项技术指标达到实施方案规定的要求，其中光谱分辨率指标达到国际先进水平，同意通过验收。

激光是20世纪人类最重大的发明之一，60多年来，13项诺贝尔奖与激光技术密切相关。非线性光学晶体可用来对激光波长进行变频，从而扩展激光器的可调谐范围。近期，我国科学家成功创制了一种新型非线性光学晶体——全波段相位匹配晶体，为整个透光范围内实现双折射相位匹配提供了新思路。 　　该研究由中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心潘世烈团队完成，相关成果于近期在国际学术期刊《自然-光子学》在线发表。 　　非线性光学晶体是获得不同波长激光的物质条件和源头。在晶体中实现应用波段相位匹配被普遍认为是重要的技术挑战之一，决定最终激光输出的功率和效率。目前有多种技术方案可供选择，其中利用晶体各向异性的双折射相位匹配技术是应用最广泛的弥补相位失配的有效途径。该方案转换效率高，但现有晶体均存在相位匹配波长损失，即可用晶体紫外截止边和最短相位匹配波长的差值表征。 　　团队前期在特邀综述(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 20302-20317)中提出关于非线性光学晶体一种理想状态的假设，即在基于双折射相位匹配的非线性光学晶体中，是否可以实现“紫外截止边等于最短匹配波长”的理想状态？近期，该团队创制了一类新非线性光学晶体，即全波段相位匹配晶体。该类晶体基于应用广泛的双折射相位匹配技术，且可以实现对晶体材料透过范围内任意波长的相位匹配。该研究揭示了全波段相位匹配晶体的物理机制，并以此为指导获得一例非线性光学晶体(GFB)。基于晶体器件实现了193.2-266 nm紫外/深紫外激光输出，该材料193.2 nm处晶体透过率

据美国物理学家组织网近日报道，美国托马斯杰斐逊国家加速器实验室的科学家制造出了一种新式真空紫外激光，其亮度是目前最强激光的100倍。 　　这种激光由该实验室的自由电子激光装置所产生，它能以光子形式发出真空紫外光，光子的能量为10电子伏特，波长为124纳米。之所以称其为真空紫外光是因为其会被空气中的分子所吸收，需要在真空中使用。 　　该实验室自由电子激光部门副主任乔治尼尔说：“我们首次成功地发出10电子伏特的光子。使用杰斐逊实验室紫外线演示自由电子激光装置上的一个耦合输出镜子，我们将真空紫外线谐振光发送到一个校准的真空紫外线(VUV)光电二极管上，同时，我们测量出，每个微脉冲中的完全相干光的能量为5纳米焦耳。” 　　这项研究奇迹将为许多以前无法进行的研究打开一扇大门。例如，这种自由电子激光可以用来测定物质的年龄，这些物质存在的时间可能超出了碳元素年代测定法可以测定的年代。放射性碳测定法使科学家能估算很多年龄超过6.2万岁的物质的年代。放射性氪测定法使科学家能测定10万到100万年前的物质，而从自由电子激光器发出的这种10电子伏特的光可以产生亚稳定的氪原子。另外，这种方法有助于研究海洋环流模式，并且绘制出地下水的运动情况，同时测算极地冰的年代。 　　自由电子激光装置研究项目主管管根威廉姆斯表示：“这种新式激光也是研发能源和环保领域新材料的一个完美工具，在开始这些运用之前，我们仍然还有很多工作要做。”并表示将于明年3月之前再次把激光引入一个实验室中，进行测量和实验。

紫外辐射观测在环境保护中的应用 背景 紫外光（UV）是太阳光谱的一部分，分为三种波段：UVA、UVB 和 UVC，波长分别为315-400nm、280-315nm 以及10nm-280nm。从 UVA 到UVC 波长减小，强度增加，也就是说波长越短，对人的潜在危害越大。幸运的是，只有 UVA 和 UVB 能够穿透大气层到达地面。由于太阳紫外辐射对环境和人类健康的影响，以及由于臭氧的衰减引起地球表面紫外辐射的增强，所以需要对太阳紫外辐射进行测量。其中 UV-A 波段刚好在可见光光谱外，无明显的生物活性，在地表面它的强度不随大气臭氧含量而变化。UV-C 在大气层中被完全吸收，因此不会出现在地球表面。对于紫外辐射的测量来说，UV-B 是最受关注的波段，它影响生物活性，在地球表面它的强度取决于大气臭氧柱。环境空气中的污染物与紫外辐射的关系具有两面性：一方面它成为太阳紫外辐射的屏蔽；另一方面它有可能导致更为严重和复杂的大气污染而损害人体健康。由于城市大气中包含有许多来自工业和机动车排放的烃类和氮氧化物成分，紫外辐射为大气中这类化学物质间的相互作用提供了能量；较强的紫外辐射可以有效地增加大气光化学反应活性，使得对流层近地面臭氧质量浓度较大，也使污染物之间的相互作用更加强烈，导致产生更多更复杂的二次污染物，从而加重大气污染程度，因此太阳紫外辐射的测量对环境污染研究有着非常重要的意义。 系统组成 OTT太阳辐射监测系统能长期自动监测地表太阳总辐射强度和地表紫外线强度的变化特征，是气象领域中气象因子观测的重要部分，为适应气象系统的业务需求，满足观测数据的高精度和高稳定性要求。它具备高可靠性、高准确性、易维护、易备份等特点。该系统由分波段紫外辐射表、数据采集单元、供电单元及系统支架等辅助设备组成，其主要性能指标如下： 紫外辐射（SUV-A/ SUV-B） SUV 系列产品是 Kipp & Zonen 公司研制的高精度、高可靠性大气紫外辐射传感器。它可以精确测量大气中某种特定类型的紫外辐射。该系列紫外辐射传感器包括可分别测量 UVA、UVB、UVE 的SUV-A、SUV-B 和SUV-E-单波段紫外辐射传感器：光谱响应：UVA：315～400nm；UVB：280～315nm输出范围：UVA：0～90w/m2；UVB：0～9w/m2响应时间（95%）：1 s非线性：～30VDC功耗：§ 防护机箱：采用玻璃纤维加防腐材料，防水、防紫外线老化；§ 供电单元：交流电方式，交流充电控制器及可充电电池等§ 系统支架：全套安装支架。 如您想要进一步了解太阳辐射表或需要免费解决方案，请关注OTT官微。

近日，中国科学院院士、中科院深圳先进技术研究院碳中和技术研究所(筹)所长成会明与副研究员丁宝福团队，联合清华大学深圳国际研究生院教授刘碧录团队、中科院半导体研究所研究员魏大海团队，首次发现了二维六方氮化硼(h-BN)液晶具有巨磁光效应，其磁光克顿-穆顿效应高出传统深紫外双折射介质近5个数量级，进而研制出稳定工作在深紫外日盲区的透射式液晶光调制器。 　　双折射是引起偏振光相位延迟的一个基本光学参数。有机液晶因双折射可受外场连续调制，而被广泛用作光调制器的核心材料。然而，传统有机液晶在深紫外光照射下吸收强且不稳定，液晶光调制器仅能工作在可见及部分红外光波段，无法工作在紫外及深紫外波段。同时，透射式深紫外光调制器在紫外医学成像、半导体光刻加工、日盲区光通讯等领域颇具应用前景。因此，发展一种在深紫外光谱区稳定、透明度高及具有场致双折射效应的新型液晶材料，有望推进透射式深紫外液晶光调制器的发展。 　　科研团队研制出一种基于二维六方氮化硼无机液晶的磁光调制器。研究采用的氮化硼二维材料具有极大的光学各向异性因子(6.5 × 10-12C2J-1m-1)、巨比磁光克顿-穆顿系数(8.0 × 106T-2m-1)、高循环工作稳定性(270次循环工作后性能保留率达99.7%)和超宽带隙等优点，同时二维六方氮化硼是通过“自上而下”的高粘度纯溶剂辅助研磨法剥离制备而成。由于超宽的带隙，二维六方氮化硼液晶在可见、紫外和部分深紫外光谱区具有颇高透明度。在磁场作用下，基于二维六方氮化硼液晶的磁光器件在正交偏振片下呈现出明显的磁控光开关效应。 　　科研人员通过观察入射光偏振态与磁场作用下液晶透射率关系的实验揭示了二维六方氮化硼在外场作用下顺磁场的排布方式。在入射光的偏振态被调整为平行和垂直于磁场的两种状态下，后者呈现较高的光透射率，间接印证了二维六方氮化硼纳米片平行于磁场方向排布。该研究针对层状二维六方氮化硼薄膜的磁化率各向异性测试揭示了面内易磁化方向，进一步证实了二维六方氮化硼纳米片顺磁场排布的物理机制。结合二维氮化硼纳米片的极大的光学各向异性，研究发现了二维六方氮化硼液晶的巨磁致双折射效应。 　　该研究选用波长处于深紫外UV-C日盲区的266 nm激光，测试二维氮化硼液晶在该光谱区的光学调制性能。通过开启和关闭0.8特斯拉的磁场，研究实现了该调制器在深紫外光波段的透明与不透明两种状态之间的切换。经过270个不间断开关循环测试后，性能的保持率达99.7%。 　　鉴于二维材料家族成员庞大、带隙覆盖宽，基于无机超宽带隙二维材料液晶的光调制器的光谱覆盖范围有望向更短深紫外波段延伸，促进液晶光调制器在深紫外光刻、高密度数据存储、深紫外光通讯和生物医疗成像重要领域的应用。 　　相关研究成果以Magnetically tunable and stable deep-ultraviolet birefringent optics using two-dimensional hexagonal boron nitride为题，发表在Nature Nanotechnology上。研究工作得到国家自然科学基金、科技部、广东省科学技术厅、深圳市科技创新委员会等的支持。六方氮化硼无机二维液晶及其磁控光开关效应 六方氮化硼无机二维液晶的磁致排列和磁致双折射效应表征基于六方氮化硼无机二维液晶的深紫外光调制器性能研究及对比

LAMBDA 850+延续了LAMBDA家族平台经典设计，提供更快的扫描速度、更高的分辨率和灵敏度、更好的光度计精度和稳定性，在整个光谱范围内获得优异的测试性能。为达到最高程度的自动化，将一些基本的检测附件，如样品光束衰减器、起偏器和消偏器、光束遮挡器，均可在测试分析方法中直接选择，全部软件控制。完整的表征您的产品光学性能，珀金埃尔默公司给您提供全面的光学应用与测试解决方案。对于只进行紫外-可见波段测试的企业和产品来说，LAMBDA 850+就是您所需要的。LAMBDA 850+配置尖端水平的R6872无格栅PMT增管检测器，是一款专为在紫外/可见波段有高精度测试要求的用户度身定制的仪器，并有特别为专用积分球用户设置的配置。在175nm ~900 nm波段内具有优异的灵敏度，波长精度可以达到0.08nm。该仪器还可以配备一系列可控而且灵活的采样附件，包括：• 大体积双样品舱• 通用反射附件• 插入式积分球• 万能光学平台典型应用领域化妆品和防晒产品产品外观与紫外线防护能力是消费者购买时重点考虑的问题。光谱测试对于了解SPF指数、确定材料的真实颜色等是非常关键的。平板显示器在多个方面的显示性能提升需求是持续存在的。颜色、亮度、视角以及能耗都是非常重要的。光谱测试对于显示器整体性能提升是必需的。油墨，染料，颜料，涂料随着数码摄影的爆炸式增长，能够反映真实色彩而且不易褪色的油墨和染料的研制是必需的。这些材料都需要准确的光谱测试。眼镜近视眼镜、太阳眼镜和隐性眼镜的透光性能是至关重要的光学参数。配置150mm积分球是针对这一分析领域的不二之选，并具备极高性价比。特殊要求的测试应用珀金埃尔默为LAMBDA系列高性能紫外/可见分光光度计专门开发了Opthalmo meter附件（图1），该附件为LAMBDA系列高性能紫外/可见分光光度计独有的Q-COM快速可拔插切换光学台模块式附件（图1），同时，附件包含了定制的符合标准规定的可装满盐溶液和接触镜片的湿式多样品架和积分球，可以自动、快速地进行大批量合规样品测试。针对样品量不大，但预算有限的用户，参照Opthalmo meter附件的设计和国标的要求，珀金埃尔默公司同时开发了在150mm积分球上加装接触镜测试套件的测试方案（图2），该方案使用垂直放置的湿式单样品池，便于样品量不大，或者有通用性测试需求的用户灵活地测试单个样品。通过配备的UV WinLab软件，可直接一步得到符合标准要求的光透过率、平均透过率以及校正后的透过率等各项参数。LAMBDA独特附件设计150mm 积分球光学聚四氟乙烯涂层，涂层在可见区的反射率优于99%，长期使用不发黄变性，光学性能稳定；内径150mm.包含光阱，可直接测量漫反射和剩余反射；150mm积分球为ASTM和国际CIE推荐色度测量时采用附件。与150mm积分球配套的聚焦附件小样品聚焦附件可以把光束聚焦到1mm左右，大大提高小样品的透过、反射和吸收的测试准确度。6? 度角镜面反射附件6度角镜面反射附件俗称“剩余反射附件”，是防反膜测试的利器。通用反射附件作为绝对反射率高灵敏度测试的一个突破，通过自动改变样品角度，我们独特的，专利设计的通用反射附件（URA）极大地改善了传统的测试方法。以前，多角度测试需要使用多个附件和很多手动调整。现在，鼠标单击即可预先设置测试角度，通用反射附件可以自动完成所有调整。此外，样品放置在水平采样板上，避免了垂直夹放可能造成的破坏。两个大体积样品舱加倍灵活，加倍简便。所有LAMBDA系列仪器都可以配置两个样品舱，而且是业内体积最大的样品舱。基础样品舱用于一系列标准反射与透射附件和偏振测试，而第二个样品舱可以配置用于各种智能采样附件或模块，包括积分球、通用反射附件或者透射光学组件。仅仅需要几秒钟的时间，LAMBDA 850+就可以从标准大体积样品舱模式切换到积分球、通用反射附件或者万能光学平台。创新点：1、LAMBDA 850+为达到最高程度的自动化，将一些基本的检测附件，如样品光束衰减器、起偏器和消偏器、光束遮挡器，均可在测试分析方法中直接选择，全部软件制。 2、配置尖端水平的R6872无格栅PMT增管检测器，是一款专为在紫外/可见波段有高精度测试要求的用户度身定制的仪器，并有特别为专用积分球用户设置的配置。在175nm ~900 nm波段内具有优异的灵敏度，波长精度可以达到0.08nm。该仪器还可以配备一系列可控而且灵活的采样附件。 3、专门开发了Opthalmo meter附件，该附件为LAMBDA系列高性能紫外/可见分光光度计独有的Q-COM快速可拔插切换光学台模块式附件。同时，附件包含了定制的符合标准规定的可装满盐溶液和接触镜片的湿式多样品架和积分球，可以自动、快速地进行大批量合规样品测试。 LAMBDA 850+紫外-可见分光光度计

成果名称 基于光纤激光器的可见光频率梳、20GHz可见光波段天文光学频率梳 单位名称 北京大学 联系人 马靖 联系邮箱 mj@labpku.com 成果成熟度 □研发阶段 □原理样机 &radic 通过小试 □通过中试 □可以量产 成果简介： 光学频率梳是很多高端研究的基础科学仪器，例如原子跃迁频率的精密测量、光钟的频率的测量、引力波的测量、微重力的测量、系外类地行星的探测等。利用频率梳测量频率时，需要频率梳的频率间隔在200MHz以上，以便波长计数器计量波数。特别地，类地行星观测需要20GHz以上频率间隔的频率梳来定标光谱仪，这个频率间隔一般的光纤激光器无法达到，目前只能依靠法布里-珀罗（FP）滤波装置进行频率倍增。由于FP透射光谱的有限线宽会导致边模泄露，从而影响天文光谱仪的定标精度，因此需要源激光频率梳本身的频率间隔尽量大，以抑制边模。可见，研制高重复频率（大频率间隔）的频率梳已经成为国际激光器和频率梳领域研究的热点和难点。目前该产品的国内市场基本上被德国Menlo System公司生产的基于掺镱光纤激光器的可见光域频率梳垄断，我国亟需研制出具有自主知识产权的光梳设备。 2011年，北京大学信息学院张志刚教授申请的&ldquo 基于光纤激光器的可见光频率梳&rdquo 得到第三期&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金的支持。在基金经费支持下，通过关键配件的购置和加工，该项研究得以顺利开展。课题组瞄准研制稳定的、可供频率测量的、基于飞秒光纤激光器的可见光域激光频率梳这一目标，开展了一系列富有成效的工作，包括：（1）搭建高重复频率、1um波长的锁模光纤激光器，作为频率梳&ldquo 种子源&rdquo ；（2）研究初始频率和腔内色散的关系，以得到更高信噪比的初始频率信号；（3）利用合适的色散补偿元件对种子源输出的脉冲进行色散补偿，并进行多级反向放大，使其输出功率满足频率梳要求；（4）试验多种光子晶体光纤，以获得更宽的、覆盖可见光域的光谱。通过以上工作的开展，课题组成功研制出了国际首创的500MHz光学频率梳样机，而Menlo公司同类产品重复频率仅为250M。这一技术的产品化将打破外国公司在国内市场的垄断，填补国内外市场的空白。 在第三期项目工作的基础上，张志刚课题组的王爱民副教授申请的&ldquo 20GHz可见光波段天文光学频率梳的研制&rdquo 项目在2012年得到了第四期&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金的支持。在第四期基金的支持下，项目组发展了前期500MHz高重复频率的光学频率梳的研究成果，开展了更加深入的工作，包括：（1）利用FP技术对500MHz重复频率的稳定光梳进行倍频，获得20GHz、1m波段的稳定光学频率梳；（2）对20GHz光学频率梳进行功率放大、脉冲压缩和倍频，实现515nm波段的蓝光飞秒光梳源；（3）利用拉锥光子晶体光纤对飞秒蓝光光梳进行可见光扩谱，达到400-750nm的光谱覆盖。通过这些工作，课题组成功研制出了一套可直接与天文望远镜对接的20G天文光梳频率标准系统，其工作达到该领域国际前沿水平。 这两期项目目前已经结题，其成果已进入产品化阶段，科技转化前景良好。相关成果受到了北京市科委的高度重视。 课题组瞄准研制稳定的、可供频率测量的、基于飞秒光纤激光器的可见光域激光频率梳这一目标，开展了一系列富有成效的工作。课题组成功研制出了一套可直接与天文望远镜对接的20G天文光梳频率标准系统，其工作达到该领域国际前沿水平。 应用前景： 光学频率梳是很多高端研究的基础科学仪器，例如原子跃迁频率的精密测量、光钟的频率的测量、引力波的测量、微重力的测量、系外类地行星的探测等。

p style=" text-align: center " img width=" 400" height=" 280" title=" 2017451677514.jpg" style=" width: 400px height: 280px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/noimg/c4d597a3-d490-43d8-bed3-a6cf5ae64ce4.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 7000米级深海紫外拉曼光谱仪 /p p 　　近日，中科院大连化物所李灿院士、范峰滔研究员、黄保坤高工等参与研发的7千米级深海原位探测紫外激光拉曼光谱仪在马里亚纳海沟成功通过7000米海试验证。该光谱仪是国际上首次进行深海探测的紫外激光拉曼光谱仪，也创造了拉曼光谱仪最高深海探测记录(7449米)。该仪器的成功研发将提升我国在深海矿藏、能源资源(天然气水合物)、碳循环与气候变化以及深海生物信息方面的探测能力。 /p p 　　中国科学院深渊科考队赴马里亚纳海沟海域执行中科院战略性B类先导专项“海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”和国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项等科技任务，使用原位实验号、万泉号、天涯号深渊着陆器对我国自主研发的一系列深海装备进行了成功的试验和实际应用，其中包括该光谱仪的成功应用。 /p p 　　此次进行深海探测的紫外激光拉曼光谱仪，是国内外工作水深最大的拉曼光谱装置，同时也是国内外首次采用紫外激光作为激发光谱的深海原位拉曼光谱仪。仪器的研发基于李灿团队在紫外拉曼光谱仪多年的研发经验和学术积累(国家自然科学二等奖，2011，国家技术发明二等奖，1997)，进一步提高了探测的灵敏度，特别是解决了常规拉曼光谱易受海洋微生物以及有机质荧光干扰的缺点。另外，在深海条件下，光谱仪面临高压(约700个大气压)和着陆冲击等极端条件，这对光谱仪的性能提出了苛刻的要求。该研究团队通过科学设计，反复验证，采用折叠反射镜、光纤软连接以及同轴反射镜等一系列技术，成功研发满足深海极端条件应用的紫外拉曼光谱仪器。 /p p 　　该项目是中科院战略性B类先导专项“海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”的课题项目，由我所牵头并与三亚深海所合作承担，我所主要负责光谱仪器研发，深海所主要负责仪器的深海应用研究。两所通力合作，取得了技术突破，为今后的科技合作探索了一条新路，充分体现出我院在深海科技领域中独特的集团优势。 /p p & nbsp /p p & nbsp /p

新材料作为高新技术的基础和先导，应用范围非常广泛，是21世纪最重要和最具有发展潜力的领域。而新材料的研制与催化剂的使用是分不开的。大连化物所凝聚科学技术研究团队十几年的智慧和心血，研究的催化材料紫外拉曼光谱技术，破解了催化材料的若干关键技术难题，为突破国家建设急需、引领未来发展的关键材料和技术提供了重要技术支持。该成果也因此获得了2011年度国家自然科学二等奖。 　　催化材料紫外拉曼光谱技术研究的带头人李灿院士告诉记者，作为化学反应中不可替代的催化剂，贵金属在诸多领域发挥着重要的作用。但是稀缺资源的价格都很昂贵，这无疑是横亘在催化剂制造的一道难题。而紫外拉曼光谱技术正是破解这一难题的金钥匙。紫外拉曼光谱是一种无损伤、高灵敏度的测量技术，在物理、化学、生物学、矿物学、材料学、考古学和工业产品质量控制等领域中有着广泛的应用，是研究分子结构和组态、物质成分鉴定、结构分析的有力工具。 　　紫外拉曼光谱技术破解了世界催化材料发展瓶颈，解决了催化材料关键科学难题，实现了四大突破。一是利用紫外共振拉曼光谱技术解决了一系列重要分子筛材料中有关骨架金属活性中心的结构鉴定难题。建立了微孔和介孔分子筛骨架过渡金属杂原子活性中心鉴定的表征新方法，不仅可以大幅节约贵金属用量，而且单原子相对均一的催化环境有望实现化学反应的高选择性，减少副产物的出现，从而实现真正的绿色催化。 　　二是紫外拉曼光谱研究了金属氧化物催化材料表面物相结构问题，发现金属氧化物的表面与体相常常具有不同相结构，物相形成过程中表面和体相的相变表现不同步。在太阳能光催化材料研究中，发现表面物相结构和光催化活性有直接关联，提出了“表面异相结和异质结增强光催化活性”的概念。 　　三是发展了水热催化材料合成中的原位紫外拉曼光谱技术，观察到分子筛合成初期的分子碎片以及模板剂与分子碎片的相互作用形成的微孔结构，提出了分子筛初期形成的重要中间体决定最终分子筛结构的机理。他们的研究发展了表征催化材料的新方法，发现了催化材料合成的重要转化过程和活性中心中间物种，提出了催化材料合成的机理。 　　四是获得了具有与均相不对称催化相媲美的多相手性催化剂。该催化剂是一大类化合物——手性化合物的一种，而手性药物则是手性化合物中非常重要的一个分支。手性药物是指具有左旋或右旋对映体化学结构的单一对映体化合物，包括光学纯药品、光学纯农业化学品及其他光学纯产品与中间体。利用“手性”技术，人们可以有效地将药物中不起作用或有毒副作用的成分剔除，生产出具有单一定向结构的纯手性药物，从而让药物成分更纯，在治疗疾病时疗效更快、疗程更短。手性药物的研究目前已成为国际新药研究的新方向之一。在国际制药界，手性技术已被广泛应用到消化系统疾病、心血管疾病、癌症等领域新药研发中。 　　李灿院士告诉记者，1998年他们成功研制出我国第一台具有自主知识产权的紫外拉曼光谱仪，解决了国际拉曼光谱领域长期存在的荧光干扰问题，在国际上最早将其应用于催化及材料科学的研究。到2004年研究组研制成功紫外—可见全波段共振拉曼光谱议，使我国在拉曼光谱的催化表征研究走在世界前面。2008年，研究组与卓立汉光仪器公司合作，开始将紫外拉曼光谱仪产业化。2010年完成国家重大装备研制项目“深紫外拉曼光谱仪的研制”，获得世界上第一张激发波长低至177纳米的深紫外拉曼光谱。 　　李灿院士骄傲地告诉记者，在过去的10年间，紫外拉曼光谱已经在化学、物理和生命科学等诸多领域显示出巨大的优越性，成为一项重要的分子光谱技术。我国紫外拉曼光谱研究在国际上的领先地位，极大地促进了中国在这个领域的国际合作研究，大化所与国内外十余个研究机构实现技术合作。今后，紫外拉曼光谱仪技术在多家研究机构的推广应用，一定会有力推动我国新能源、节能环保、电动汽车、新材料等七大战略性新兴产业健康快速发展，一定会让更多的新材料、精细化工产业受益。

中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所研发团队研发了首款短波长激发时间与光谱分辨新型双光子显微镜，该显微镜创新性地采用中心波长为520 纳米的锁模飞秒光纤激光器作为双光子激发光源，可以有效地激发短波长波段荧光团，利用连接光谱仪的时间相关单光子计数模块，可实现荧光光谱和荧光寿命的同时检测。该技术可以实现紫外波段自体荧光的有效激发与探测，极大地拓展了双光子成像技术的应用范围，为无创观测生物样品及生命过程提供了一种新的研究工具。该成果于近日发表于生物医学光学领域知名期刊《生物医学光学快报》上。生物体中，普遍存在着具有内源性荧光团的生物分子，内源性荧光团的三维成像可以在不干扰生物环境的情况下对重要生物过程进行无创体内检查，如代谢变化、形态改变和疾病进展，是组织成像和跟踪细胞代谢过程的有力工具。双光子显微镜具有天然的光学切片能力，无需物理切割就可以实现生物组织的三维高分辨成像。双光子显微镜跟内源性荧光团的结合可以实现活体生物组织无标记成像，对很多生命活动的研究具有非常重要的意义。然而，传统的双光子显微镜是以钛宝石激光器作为光源，只能对可见光波段的内源性荧光团进行探测，很难探测到信息更丰富的短波长荧光团。 深圳先进院郑炜团队首次研制出采用520纳米超快激发源搭建光谱分辨的双光子荧光寿命成像系统，可以有效激发和探测传统双光子显微系统无法成像的一系列短波长荧光团。为了验证该系统的实用性，研究团队首先系统地评估了生物组织中典型的短波内源性荧光团纯化学样品在520纳米激发下的荧光寿命和光谱特性，包括荧光分子酪氨酸、色氨酸、血清素、烟酸、吡哆醇和NADH，以及角蛋白、弹性蛋白和血红蛋白。 随后，研究团队对不同的生物组织进行了成像，包括离体大鼠食管组织和离体大鼠口腔面颊组织。结果表明，该系统可以在不需要任何外加造影剂的情况下，为生物系统提供高分辨率的三维形态信息和物理化学信息。此外，研究人员探索了短波长的内源性荧光团在食管壁中的分布，结果表明，该系统可以很清晰展示食管的不同分层结构。结合寿命和光谱信息，系统可以明确识别食管内部多层结构的不同信号来源，定量区分不同组织成分在食管壁的位置和数量，区分食管分层结构。 最后，研究团队进一步对小鼠皮肤进行了活体三维扫描成像，并基于短波内源荧光团在体内捕获了小鼠耳廓内白细胞的迁移，实现了典型免疫反应微环境中白细胞募集和变形运动的动力学过程的可视化，以及随时间的荧光寿命测量。“紫外荧光强度图像可以显示生物组织的精细结构，紫外荧光寿命信息可以区分红细胞和白细胞，两者结合可以无标记追踪免疫细胞在伤口和正常组织的运动情况，这些结果验证了我们开发的系统在天然组织环境中监测免疫反应的能力。”郑炜介绍。深圳先进院医工所助理研究员吴婷为文章第一作者，深圳先进院医工所郑炜研究员、李慧副研究员，北京大学物理学院施可彬研究员为共同通讯作者

10月27日，中国工程院院士、中科院深紫外固态激光源前沿装备研制项目首席科学家许祖彦(右)，在其领衔研发成功国际首创深紫外全固态激光源的实验室与青年科研人员交流。 　　●首次实现量子反常霍尔效应 　　●科技论文数量居世界第二位 　　●20纳米技术领域占一席之地 　　3月14日，由中科院物理所和清华大学科研人员组成的科研团队，在国际上首次实现量子反常霍尔效应，成果在线发表于美国《科学》杂志。据介绍，这是国际上该领域的一项重要科学突破，从理论研究到实验观测的全过程，都由我国科学家独立完成。 　　而据记者了解，以中科院为代表的中国科技界，近期不断实现突破，在国际相关技术和产业领域发出“中国之声”。“中国科学已经发展到可以构思大手笔的时候了。”最近，《中国科学报》记者采访了部分中科院院士和研究所所长，中科院大连化学物理研究所所长张涛说，中国论文数量已仅次于美国，居世界第二位。“我们不缺数量，应该更重视成果的质量。”张涛的观点得到了普遍认同。而如何实现这一目标，采访对象们向记者说出了自己的观点。 　　肩负战略使命 　　2012年诺贝尔奖发布时，中科院院士郭光灿曾表示，缺乏原创，是中国科学家与诺贝尔奖的距离。实际上，这也是中国与世界科学发展的距离。 　　“原始创新能力显著提高，但重大原创成果和开创性工作还比较少 关键技术创新和系统集成能力大幅提升，但对产业发展有重大影响的关键核心技术和解决方案还不够多。”郭光灿说。 　　中科院各研究所所长在2013年的新年规划中，都进一步明确了以重大成果产出为导向，开展原始创新、关键核心技术创新和系统集成创新的战略使命。 　　中科院微电子所所长叶甜春说，从中国科学院的角度看，在国家层面要发挥战略作用的话，意味着研究所的成果应该代表国家水平。 　　在刚刚结束的两会上，中央和社会各界对科技支撑经济转型和社会发展期望很高，产业界希望借助科技的力量尽快调整结构并实现利益最大化，农民也期待有更好的农业成果带领他们脱贫致富、奔向小康。 　　“我们目前的创新能力，以及知识创新工程实施十几年的积累，和这些期待仍有距离。”中科院西安分院院长周杰说。 　　立足创新前沿 　　张涛认为，经过改革开放30多年的发展，“中国科技界应该在世界前沿领域真正提出些原创性的想法或发现”。 　　2011年，理化所牵头的“深紫外固态激光源前沿装备研制项目”获得突破，深紫外激光拉曼光谱仪、深紫外激光发射电子显微镜等8台深紫外固态激光源前沿装备，均为世界独有的科研利器。 　　2012年，8台装备中有两台获批科技部产业化项目，为前沿装备产业化工作作了铺垫。 　　同样在2012年，微电子研究所集成电路先导工艺研发中心在22纳米CMOS关键技术先导研发上取得突破性进展。 　　22纳米CMOS技术是全球正在研究开发的最新一代集成电路制造工艺，各国都投入了巨大资金，力争抢占技术制高点。有国际评论认为，像中国这样的大国，迟早要做这样的技术。 　　叶甜春认为，过去全球微电子最先进的技术领域，没有中国任何位置。现在在最先进的20纳米技术领域，中国也有了一席之地，下一步应考虑更前沿的技术创新。 　　突破产业桎梏 　　我国每年集成电路的进口额，超过石油、铁矿石、粮食等的总和。“尽管集成电路需求很大，但是我国这一产业相对弱小。”叶甜春说。 　　集成电路是全球化的产业，每年全球研发资金几百亿美元，产业投入数千亿美元，产业发展非常迅速。面对国外若干个“航母舰队”构成的整个国际化产业链，中国企业研发力量不足，尚无航母级企业。 　　“在着力建立企业研发力量的同时，把我们的研发力量慢慢融入企业，交给企业，然后我们再去作更前瞻的研究。”叶甜春说。 　　同样依赖进口的还有大型低温制冷设备。作为大科学装置的支撑技术之一，中国有50%，国际有80%的大科学装置需要用到这种设备。 　　2012年，理化所自主研发的2KW@20K低温制冷机获得成功。理化所所长张丽萍前段时间接受记者采访时说，理化所和北京宇航系统工程研究所正在起草协议，届时中国人自己制造的首台(套)大型低温制冷机将接受实地应用的考验。 　　“让应用证明，中国自己制造的大型制冷设备能够与国际品牌相媲美，为该产品的国产化奠定基础。”张丽萍希望，以此来赢得用户对国产设备技术和质量的认同。 　　此前，理化所低温制冷机曾与林德、法液空这些国际知名品牌共同竞标散裂中子源工程。虽然理化所并未中标，但是，因为理化所的参与，国外厂商被迫降价40%。 　　接受记者采访的研究所所长普遍认为，总体来看，我们对产业发展有重大影响，但关键核心技术和解决方案还不够多。要想更好地发出“中国之声”，就要集中力量攻克重大项目，并且项目要关注国家战略需求，为国家战略性新兴产业、经济发展、国防建设作贡献。 　　相关新闻：我国投资1.8亿深紫外固态激光项目世界领先

据物理学家组织网日前报道，美国能源部斯坦福直线加速器中心国家加速器实验室的研究人员，采用金刚石细薄片把直线加速器的相干光源转化为手术刀般更精确的工具，以探测纳米世界。改进后的激光脉冲可在X射线波长更窄频带高强度聚焦，开展以前所不能为的实验。该研究结果刊登在《自然光子学》杂志上。 　　这个过程被称为“自激注入”，金刚石将激光束过滤为单一的X射线颜色，然后将其放大。研究人员可以在原子水平研究和操纵物质上有更强的能力，传送更为清晰的物质、分子和化学反应的影像。 　　人们谈论“自激注入”已经近15年，直到2010年斯坦福线性加速器中心成立时，才由欧洲自由电子激光器和德国电子加速器研究中心的研究人员提出，并由来自斯坦福线性加速器中心和阿贡国家实验室的工程队伍将其建立。“自激注入”可潜在地产生更高强度的X射线脉冲，显著高于目前直线加速器相干光源的性能。每个脉冲增加的强度可以用来深入探测复杂的材料，以帮助解答诸如高温超导体等特殊物质或拓扑绝缘体中复杂电子态等问题。 　　直线加速器相干光源通过接近光速的电子群加速激光束，用一系列磁体将其设定为“之”字路径。这将迫使电子发射X射线，聚集成亮度超过之前10亿倍的激光脉冲。如果没有“自激注入”，这些X射线激光脉冲包含的波长(或颜色)范围比较宽，无法被所有的实验使用。之前在直线加速器相干光源创造更窄波段(即更精确波段)的方法则会导致大量的强度损失。 　　研究人员在可产生X射线的130米长磁体的中间段安装了一片金刚石晶体，由此创建了一个精确的X射线波段，并且使直线加速器相干光源更像是“激光”。该中心物理学家黄志荣(音译)说：“如果我们完成系统的优化，并添加更多的波荡，所产生的脉冲集中的强度将达10倍之多。”目前世界各地的相关实验室已经趋之若鹜，计划将这一重要进展与自身的X射线激光设施相结合。

紫外杀菌的利与弊 自从新冠肺炎爆发以后，在《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案（试行第六版）》中提到：“病毒对紫外线和热敏感。” 由于病毒主要是由蛋白质膜和遗传物质RNA组成，没有完整的细胞膜结构，紫外线很容易作用到遗传物质并将其破坏，从而阻止病毒的繁衍与传播。 于是，很多人纷纷将目光移向了紫外线杀菌灯。在前几个月国内抗击新冠肺炎最严峻的特殊时期，很多人除了抢购口罩、酒精等防护用品外，还购买了各种家用紫外线灯在家自行消毒杀菌。 虽然因为紫外线辐射强度大，杀菌效果好，在医院实验室及餐饮等行业早就有着广泛的应用，但是紫外线作为人眼不可见的光辐射高能射线，对人体皮肤和眼睛都有危害。尤其是人的眼睛对紫外线更为敏感，只要暴露在紫外线灯下短短几分钟，就可能会引起眼睛结膜、角膜上皮脱落，导致角膜急性发炎。长时间照射还可能会引起白内障！ 购买紫外灯在家自己杀菌消毒的人多了，由于没有经过专业技术指导，紫外线灯使用不当而导致伤眼的事件也频频发生。据媒体报道，温州一位胡女士听说紫外线能把新型冠状病毒杀死，于是就买了台紫外线消毒灯放家里使用，同时她在客厅里打扫卫生约3小时。睡一觉起来后，她发现自己两只眼睛剧烈疼痛，怎么都睁不开，而且还不停的流眼泪，经眼科医生检查，发现患者得的是“电光性眼炎”。如何安全使用紫外线 所以光博士一直在重申，不是所有的紫外杀菌灯都能有效杀菌，除了要达到一定紫外剂量和照射时间，对于照射距离和环境也有一定要求，而且使用紫外线杀菌灯时，必须要经过专业的技术指导正确使用，开启后人员需要立即离开，避免被紫外线直接照射到，否则会带来较严重的危害。 只要通过适当的培训和正确使用防护设备，紫外线辐射就是一种对物体表面、空气和水进行消毒杀菌，以及使漆面硬化和固化的非常可靠方法和工艺。想要安全使用紫外线设备，一定要遵守以下几点注意事项哦~应做什么：穿戴适当的个人防护设备（安全眼镜，防紫外线面罩，手套）遮盖裸露在外的皮肤（不要忘记脖子周围的区域！）劝离紫外设备工作场所中的其他人测试外露材料的紫外线稳定性不应做什么：未戴安全眼镜时，请勿观察紫外光辐射请勿使任何人、动物或植物暴露在紫外线辐射下请勿直接触摸紫外线辐射器和受辐射的表面，会有灼伤风险请勿对设备进行任何改动，否则将无法保证安全性典型警告符号的意义在紫外设备使用的场所，通常会有以下这些典型警告符号出现，需要了解相关的风险和做出相应的对策。警告：当心紫外辐射 据欧盟颁布的EN 62471（灯管和灯管系统的光生物学安全性），该设备被列为3类（高风险）。紫外线辐射会损害眼睛和皮肤。因此眼睛和皮肤禁止暴露在紫外辐射下。穿戴个人防护设备遮盖裸露在外的手臂、腿、脖子等不要直视紫外辐射用适当的警告标志标记工作区域未经授权人员禁止进入工作区域警告：当心高温表面在操作过程中，灯管，灯罩和受到辐射的表面可能会变得很烫。直接接触高温表面会引起灼伤。请勿接触高温表面冷却设备（约10分钟）戴防护手套危险！当心触电带电部件工作时有触电危险，可能危及生命。操作前，务必断开设备电源操作中，防止重新启动再次检查是否已断电

紫外是指在电磁频谱中10～400nm波长范围的一段，其波长在电磁频谱中位于可见光谱紫光区的外侧，是在1802年由德国物理学家里特发现。由于只有波长大于200nm的紫外辐射才能在空气中传播，所以通常讨论的紫外辐射效应及其应用均在200～400nm范围内(大气层中的“紫外窗口”)。　　军用紫外探测技术是利用近地大气中的“日盲区”(波长小于300nm的紫外辐射由于同温层臭氧吸收，基本上达不到地球近地表面，造成太阳光中的紫外辐射在近地表面形成盲区)和大气层中的“紫外窗口”来实现的。　　图1 紫外是波长比可见光短，但比X射线长的电磁辐射，波长范围在10纳米至400纳米，能量从3电子伏特至124电子伏特之间。它的名称是因为在光谱中电磁波频率比肉眼可见的紫色还要高而得名，又俗称紫外光。　　早在20世纪60年代，美国空军就开始了利用紫外波段探测洲际导弹发射的研究工作(导弹发动机的尾焰会产生紫外光子)。理论上，只要能够对导弹发动机的羽烟紫外辐射进行精确测量，就能够有效发现是否有导弹发射。但是，由于科研人员发现难于确定这些紫外辐射信号强度是否强于自然辐射，再加上紫外辐射特有的“非热态”，导致无法建立相关的信号模型和算法理论，紫外探测难以付诸实施，研究工作只能转向易于建立信号模型的发动机羽烟红外特征探测。　　一直到20世纪80年代，在美国的“导弹防御计划”下，研究人员再次考虑利用紫外辐射来探测导弹发射的可行性。也是在这一时段，相关的基础研究也取得了进展，特别是利用地球观测卫星获取了自然背景辐射的精确数据，高灵敏度的紫外阴极、电荷耦合器件(CCD)和高增益微通道板的研究也获得了突破，这使得军用紫外探测技术成为了可能。　　因此，进入20世纪90年代之后，军用紫外探测技术进入实质性研究和应用开发阶段，被誉为21世纪最具影响力的军用技术之一的紫外告警技术异军突起，并且已经逐步成为一种标准配置而越来越多的出现在各类高价值武器平台(也包括部分大型民用客机)上。　　目前，军用紫外探测技术主要在战术导弹告警、天基紫外预警和紫外超高谱侦察等几个方面展开：战术导弹告警，航空兵在空中格斗、低空突防、近距支援、对地攻击和起飞着陆等阶段，很容易受到红外制导空空导弹和便携式防空导弹的攻击，由于缺乏有效的红外制导导弹逼近告警，75%的战损都是因为飞行员在没有发觉处于导弹威胁之中而被击落的。　　作为对抗红外制导导弹中最为关键的导弹逼近告警(MAWS)就需要能够在大范围空域内能够连续地快速告警，并且虚警率极低。而紫外探测技术就能胜任这样的应用，通过被动接收导弹发动机工作时产生的紫外辐射，就可以对导弹的发射或者逼近进行实时告警以及精确定向，及时提醒飞行员采取机动规避和对抗措施。此外，由于紫外告警设备结构简单、不需要制冷、不需要扫描、重量轻、体积小和勤务性能好，所以现在不但可以装在各种战斗机、攻击机、武装直升机和大型民航客机上，地面部队的主战坦克和步兵战车也都开始配备。　　图2 20世纪80年代，在美国的“导弹防御计划”下，研究人员再次考虑利用紫外辐射来探测导弹发射的可行性。　　天基紫外预警，弹道导弹对国家安全的威胁是严重的，因此需要对其采取积极的防御手段，特别是对其进行有效的早期预警。天基紫外预警就是利用搭载在地球同步轨道预警卫星上的紫外探测系统，在弹道导弹的助推段就及时发现导弹发动机羽烟的紫外辐射，对敌方来袭弹道导弹进行可靠的早期预警和跟踪。美国的导弹防御研究人员也表示，相比传统的天基红外探测，星载紫外探测器不需要制冷、体积也更小、耗电量低、成本更低，更适合在条件受限的太空环境下应用。　　紫外超广谱侦察，是一种基于方位和光谱的三维信息探测技术，可在紫外波段内以高光谱分辨率(小于10nm)对目标进行监视探测，获取目标的细微特征，获得常规侦察手段难以得到的目标信息，是现代光电侦察技术经历了单波长、多波段之后的一个新飞跃。　　目前，美国陆军研究实验室基于声光可调谐滤波器设计的AOTF超光谱成像侦察仪已经可以覆盖了紫外波段，并且在反伪装侦察、生物战剂告警(生物战剂的主要生物色基—芳香烃氨基酸能够强烈吸收紫外辐射，产生很明显的荧光谱)等方面展示出了巨大优势。