高能量准分子激光剥蚀系统

准分子激光剥蚀系统在地质行业已经有广泛的应用，近年来，全球知名的激光剥蚀生产厂家Teledyne Photon Machines推出了短脉宽（＜5ns）超快速（脉冲频率300Hz及以上）准分子激光剥蚀系统IRIDIA。该系统联用不同厂家的ICP-MS、ICP-TOF-MS等，可广泛应用于各种不同基质样品的分析。2023年8月24日，由国家地质实验测试中心主办期刊《岩矿测试》、仪器信息网联合主办的新一期“现代地质及矿物分析测试技术与应用”网络研讨会将召开。期间，上海仪真分析仪器有限公司产品经理栗斌将分享报告《短脉宽超快速准分子激光剥蚀系统在地质及矿物分析中的应用》，介绍短脉宽超快速准分子激光剥蚀系统在地质领域较难分析样品（如石英、萤石）中的应用，以及LA-ICP-MS/LA-ICP-TOF-MS成像技术在地质及矿物分析中的相关解决方案。欢迎大家报名参会，在线交流。附：“现代地质及矿物分析测试技术与应用”网络研讨会 参会指南1、进入会议官网（https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/geoanalysis230824/）进行报名。扫描下方二维码，进入会议官网报名2、报名开放时间为即日起至2023年8月23日。3、报名并审核通过后，将以短信形式向报名手机号发送在线听会链接。4、本次会议不收取任何注册或报名费用。5、会议联系人：高老师（电话：010-51654077-8285 邮箱：gaolj@instrument.com.cn）6、赞助联系人：张老师（电话：010-51654077-8309 邮箱：zhangjy@instrument.com.cn）

2023年4月26日，中国科学院高能物理研究所测试中心与Teledyne Photon Machines公司的“激光剥蚀元素成像实验室”揭牌仪式在北京中国科学院高能物理研究所成功召开。合作实验室揭牌仪式“激光剥蚀元素成像实验室”立足于各自未来发展战略需求，双方希望通过合作，优势互补，共同推动激光剥蚀技术在中国的本土化应用。“激光剥蚀元素成像实验室”将开展新型超快速准分子激光剥蚀成像系统IRIDIA仪器联用电感耦合等离子体飞行时间质谱成像系统（LA-ICP-TOFMS）在生物、临床医学及其他新兴拓展应用领域方面的工作。IRIDIA超快速准分子激光剥蚀系统可以实现微米甚至亚微米尺度超高空间分辨率，配合低分散快速洗脱时间，可以实现组织-细胞-整体动物水平上原位快速进样，从而为研究各种元素在不同基质中的代谢、吸收、转运等生物临床研究提供更加直观可靠的分析手段。IRIDIA新型超快速准分子激光剥蚀成像系统中国科学院高能物理研究所董宇辉副所长和仪真分析技术总监朱丽敏为激光剥蚀元素成像实验室揭牌同时，中国科学院高能物理研究所测试中心与TOFWERK公司的合作实验室“TOFWERK icpTOF卓越分析测试中心”也成功揭牌。中国科学院高能物理研究所测试中心和TOFWERK合作实验室揭牌合作实验室合照（从左至右依次为：仪真分析朱丽敏博士、高能所董宇辉副所长、丰伟悦研究员、TOFWERK朱亮博士以及高能所王萌研究员）空间多组学质谱技术研讨会合作实验室揭牌仪式后，同期的 “空间多组学质谱技术研讨会”正式召开，仪真分析作为协办单位积极参与。此次研讨会采用线上线下并行的模式，邀请了国内外相关领域的专家学者和企业代表共同探讨空间多组学质谱技术在生物、临床医学、环境等领域中的应用前景和发展趋势，涵盖了空间多组学质谱技术的最新进展、多种成像技术原理与方法等方面的内容。线下会议合照 与会人员在会议间隙参观了激光剥蚀元素成像实验室Teledyne Photon Machines公司全球应用专家Ciprian Stremtan 博士在线分享了题为“Successful Elemental Bioimaging – Workflow Evolution”（元素生物成像成功的关键——工作流程演化），详细阐述了LA-ICP-MS技术的发展及趋势，尤其是分享了IRIDIA激光剥蚀系统可以和市场上不同品牌的ICP-MS及ICP-TOFMS联用，介绍其在生物、临床医药、地质分析尤其是超快成像技术的应用前景。Ciprian Stremtan 博士分享激光剥蚀成像技术的最新进展会议期间，仪真分析展台人流络绎不绝，深入交流了激光剥蚀技术在空间多组学研究中的推动作用，分享各类仪器的应用进展，探讨相应解决方案，现场反响热烈。 仪真分析展台一隅相关介绍中国科学院高能物理研究所是我国从事高能物理研究、先进加速器物理与技术研究及开发利用、先进射线技术与应用的综合性研究基地。其检测分析与测试平台以中国科学院高能物理研究所测试中心为依托。Teledyne Photon Machines公司多年来致力于为电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS)、ICP-TOFMS等提供前处理解决方案，推进基于原位微区分析的激光剥蚀技术，并在全球范围内提供全系列激光剥蚀产品，包括纳秒激光剥蚀系统和飞秒激光剥蚀系统。上海仪真分析仪器有限公司（仪真分析）与Teledyne Photon Machines公司拥有多年的紧密合作关系。仪真分析成立于2005年，是一家具备研发、集成、生产、代理、销售和技术服务的仪器供应商，为临床生物、地质分析和环境监测等分析实验室提供样品前处理到分析测试全方位解决方案。技术团队由多位留学博士及硕士和专业培训的工程师组成，在上海设有研发试验和培训实验室。

第八届亚太地区激光剥蚀和微区分析研讨会于2023年3月9-11日在武汉盛大召开，本次大会由中国矿物岩石地球化学学会同位素地球化学专业委员会和微束分析测试专业委员会举办，旨在推动亚太地区激光剥蚀等离子质谱及微区元素和同位素分析的研究、应用和发展。作为支持单位，仪真分析积极参与了本次大会，在现场设置展位与来访专家进行深入探讨的同时，更带来了精彩报告。仪真分析产品部栗经理分享了《IRIDIA超快速低分散193nm准分子激光剥蚀系统及应用》的专题报告： IRIDIA超快速低分散193nm准分子激光剥蚀系统具有稳定的激光能量密度，快速的样品剥蚀池，高频的脉冲频率（最高可达1KHz），可兼容第三方的ICP-MS，在地球科学、生物医学、核工业、考古学、物证分析、制药、金属材料、珠宝鉴定等领域有极大的应用前景，尤其适合于各类样品的痕量元素原位成像分析。l 193nm (300Hz、500Hz、1000Hz可选)l 创新设计的Cobalt剥蚀池：气溶胶洗出时间1ms-2sl 动态Z轴，不平整表面自动调整聚焦l 优良的光路设计：反射镜可旋转，寿命延长为普通反射镜的5倍l 可选ExiCheck自动换气组件，提高工作效率l 2D和3D成像l eQC原位能量检测l HDIP专业成像软件此外，仪真分析也于现场展出了部分Cetac公司自动化产品——ASX-560自动进样器及Aridus3膜去溶系统。 会议间隙，与会嘉宾纷纷至仪真分析展台围绕激光剥蚀技术应用论题咨询了解，我们一一做出详细解答，现场学习交流氛围浓厚，双方收获满满。

“第七届全国原子光谱会议”于2023年4月11-13日在辽宁丹东隆重举行。会议由中国仪器仪表学会分析仪器分会原子光谱专业委员会主办。来自中科院、清华大学等科研机构的专家现场分享了原子光谱/质谱（包括原子荧光、ICP、ICP-MS、ICP-TOFMS等）和相关前处理的新技术，也进一步探讨了其在生命科学、环境科学、医疗诊断、地质科学、材料科学等方面的应用。作为支持单位，仪真分析积极参与本次大会，产品部栗经理分享了《IRIDIA超快速低分散193nm准分子激光剥蚀系统及应用》专题报告，报告介绍了IRIDIA 193nm准分子激光剥蚀系统和其技术特点，包括稳定激光能量密度、快速样品剥蚀池、高频脉冲频率（最高可达1KHz）、多品牌ICP-MS互相兼容等。同时，也特别介绍了痕量元素原位成像技术，和其在地球科学、生物医学、核工业、考古学、物证分析、制药、金属材料、珠宝鉴定等领域的应用。193nm (300Hz、500Hz、1000Hz可选)创新设计的Cobalt剥蚀池：气溶胶洗出时间1ms-2s动态Z轴，不平整表面自动调整聚焦优良的光路设计：反射镜可旋转，寿命延长为普通反射镜的5倍可选ExiCheck自动换气组件，提高工作效率2D和3D成像eQC原位能量检测HDIP专业成像软件同期，还展出了全新一代MERX 2全自动烷基汞分析仪以及备受好评的ICP/ICP-MS/蛋白纯化/UV 自动进样器——ASX-560。现场交流氛围浓厚，与会嘉宾纷纷至仪真分析展台深入交流激光剥蚀技术在生物、临床和地质等领域的应用，分享各类仪器的应用进展，探讨相应解决方案，得到了用户的广泛认可。

莱伯泰科携手美国CETAC公司鼎力赞助 “第三届亚太地区激光剥蚀元素及同位素分析讨论会”，此次大会由中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室主办。于12月2-3号在中国地质大学（武汉）举办。有多位国内外激光剥蚀该领域的专家、学者同行参加此次激光剥蚀元素及同位素分析研讨会。 第三届亚太地区激光剥蚀元素及同位素分析讨论会 现场 CETAC公司在此次展会上演示了多款激光剥蚀系统，从1064nm红外激光系统，到**进的飞秒激光系统，特别介绍了目前技术含量**、分馏效应最小的 193nm 气态准分子激光系统-Analyte G2 193nm超短脉冲准分子激光烧蚀系统，同时展示了CETAC特有的ICP-MS/ICP-AES进样系统，能大大提高ICP-MS/ICP-AES 的检测限，如Aridus II膜去溶雾化系统，U-6000AT+超声波雾化系统+膜去溶系统等，提出了一些微量样品如何实现进样分析的解决方案，以及LC-ICP-MS接口、GC-ICP-MS接口 和 ESI-ICP-MS 接口的介绍。 CETAC-产品经理-谢风华如果对CETAC产品有任何问题，欢迎交流讨论！CETAC产品经理：谢风华

第四届原子光谱应用与技术学术研讨会于2023年8月17-18日在延吉召开。会议由中国检验检测学会主办，中国检验检测学会测试装备分会、中国仪器仪表学会分析仪器分会承办。二百余位来自清华大学、中科院等科研机构的专家、学者、厂商代表及学生代表出席了本次会议。会议现场 会议现场，仪真分析展出了全新一代MERX 2全自动烷基汞分析仪以及备受好评的ICP/ICP-MS/蛋白纯化/UV 自动进样器——ASX-560，并带来系列激光剥蚀解决方案。仪真分析展台IRIDIA新型准分子激光剥蚀系统l 193nm (300Hz、500Hz和1000Hz可选)l 创新设计的Cobalt剥蚀池: 气溶胶洗出时间 1ms-2sl 动态Z轴，不平整表面自动调整聚焦l 优良的光路设计:反射镜寿命延长为普通反射镜的5倍l 可选ExiCheck自动换气组件，提高工作效率l 剥蚀束斑大小: 0.8 um - 210 uml HDIP三维专业成像软件 众多观众驻足展台，与仪真分析团队热烈探讨原子光谱领域的前沿问题，探讨相应解决方案，重点就新型超快速激光剥蚀系统和激光剥蚀-ICP-TOFMS联用技术在生物、临床和地质等方面的应用进行了深入交流，双方均收获满满。互动交流

点击蓝字 关注我们在刚刚结束的第十三届全国同位素地质年代学与同位素地球化学学术讨论会上，上海凯来仪器有限公司携带国产自研的GenesisGEO新型飞秒激光剥蚀系统大放异彩！这款新品凭借其尖端科技和卓越性能，一经亮相便成为全场焦点。在展示过程中，专家老师们亲自上手体验，通过对石英等具有挑战性的样品进行操作，专家老师们均可以轻松打出了圆形或矩形平顶坑。与传统飞秒激光和193nm相比，GenesisGEO新型飞秒激光剥蚀系统显示出绝对的领先优势，极大拓展了飞秒激光剥蚀的应用领域，为同位素地质年代学和同位素地球化学领域的研究提供更加高效、精确的工具。专家们纷纷围绕GenesisGEO展开热烈讨论，探索其在地质年代学与地球化学领域的深远应用。无疑，它已成为推动学科进步的重要力量。分享汇报，助力科研上海凯来在专题五上进行了精彩的分享汇报，主题为"国产新型飞秒激光剥蚀系统的最新研究进展及其应用领域"。传统飞秒存在非平底坑、光斑范围小、光斑类型有限等瓶颈；而193nm激光在剥蚀过程中存在明显热效应。两者限制了激光剥蚀技术在地学研究中的应用范围。上海凯来完全自主研发的GenesisGEO新型飞秒激光剥蚀系统通过全新的技术路线，实现了关键突破：平底坑、束斑范围广（1~500μm）、矩形/圆形光斑任选、高能量密度≥50J/cm2等，为地学研究工作提供了新型的科研利器和新的视角与方法。本次报告不仅为我们带来了最新的技术进展，也为地质等相关领域的研究和应用提供了更多的思路和可能性。在汇报中的提问环节，大家响应热烈，许多专家老师听了汇报后前往上海凯来展台进行参观，积极交流新型飞秒激光前沿应用。GenesisGEO新型飞秒激光剥蚀系统的优异性能获得了众多专家的一致认可，认为GenesisGEO是国产仪器的翘楚，为国争光！从上世纪90年代中期至今，中国学者见证了激光剥蚀与质谱联用技术在地学领域的蓬勃发展。上海凯来自成立至今已20余年的时间，随着凯来自研新型飞秒的顺利落地，相信国产新型飞秒将给用户提供更强大、有效的分析工具。我们坚信中国人可以制造出自己的完全自主创新研发的分析仪器，助力相关领域的蓬勃发展，再次感谢各位专家学者及新老用户的关注和支持！专业认可，品质保证GenesisGEO新型飞秒激光剥蚀系统“ 开拓性的设备感受高质量剥蚀效果 ”GenesisGEO新型飞秒激光剥蚀系统为上海凯来全自研自主创新技术，无美国技术，无卡脖子风险。其全新的技术理念颠覆了人们对传统激光剥蚀技术的认知，即将带来全新的激光剥蚀技术革新，很快将在地球化学、环境科学、生命科学、新材料及半导体等关键领域的核心技术重点突破。仪器特点：平底坑，低分馏超大范围光斑，1-500μm无需ArF气体，光路无需N2保护全中文界面，无人值守操作3D动态变焦No Defocussing!左为不变焦剥蚀，右为变焦剥蚀，变焦速率可自定义样品类型：玻璃新型飞秒剥蚀坑形貌钠钙玻璃样品，从左向右尺寸依次为10μm, 20μm, 30μm, 40μm, 50μm, 60μm, 70μm, 80μm, 90μm, 100μm, 200μm, 300μm, 400μm, 500μm微量打点分析石英样本打点信号曲线GenesisGEO新型飞秒激光剥蚀系统采用高功率飞秒激光源，能够提供更高的能量密度，能够对花岗岩类石英轻松剥蚀，检出限≤3ppb。其产生的热效应更小，基体效应弱且脉冲宽度极短，可以实现更高的时间分辨率和更精确的样品剥蚀。碳酸盐岩定年分析Tarim下交点年龄：211.5±3.1Ma（参考年龄：208.5±0.6Ma）GenesisGEO飞秒激光剥蚀系统与Agilent8900三重四级杆联用，对Tarim样品进行碳酸盐岩定年分析，光斑大小为100μm，数据结果与参考年龄一致。流体包裹体分析单个流体包裹体分析GenesisGEO飞秒激光剥蚀系统具有新型观察系统，可清晰观察单个包裹体锆石成像光斑大小1-500μm连续可调，最低可至500nm！可实现高空间分辨率成像。关于凯来上海凯来成立于2004年，起始于专业代理国际先进分析仪器，定位为专业技术服务商，聚焦专业细分市场，目前已经成为多个领域的领导者。上海凯来总部位于上海临港新片区海洋科技创业园，设有应用演示及服务实验室，客户定制产品及研发中心，专注于推广和研发前沿的元素分析测试解决方案。目前在北京，武汉，成都，深圳，青岛设有应用实验室，并处于快速扩展中。公司文化:“只有精英才能生存”。END

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。”

北极星成像（NSI）美国西海岸设备及检测服务中心正式搬迁至加州亚里索维耶荷市（Aliso Viejo）以满足日益增长的全球高能X射线工业CT检测服务美国北极星成像（North Star Imaging）荣幸地宣布将其位于美国西海岸的X射线设备和检测服务中心搬迁至位于加利福尼亚州亚里索维耶荷市（Aliso Viejo）拥有更大区域的检测服务地址。该新办公地点和实验室将为NSI的北美X射线业务提供更大的扩展空间，同时顺应更多的客户要求，其更大的仓储区域可放置更多的X射线扫描部件。相信随着X射线检测服务业务的持续增长，更多的创新科技将会在这广阔的区域开发和引入。“我们知道，由于新冠疫情（COVID-19），今年对于每个人来说都是非常艰难的一年。NSI美国检测服务业务经理David Nokk表示： “作为一家企业，我们对这一举动非常兴奋，这意味着NSI的母公司ITW（伊利诺伊工具制品公司）对我们在西海岸的业务增长充满信心。”NSI西海岸办公室位于加州亚里索维耶荷市（Aliso Viejo），现拥有X3000™ ，X5000™ 和一台450kV的X5000型X射线检测系统。这意味着NSI美国西海岸实验室已具有扫描从小到几微米到大到50加仑水桶般物品的检测能力，且可以最快的速度进行单次或多次的批量扫描。NSI美国西海岸业务发展经理Kevin Bresnahan说： “现在我们的团队可以进行2D，3D和4D扫描。很快，我们还将拥有一台高能X射线系统，这将成为北美航空航天和国防企业的重要资产投入。我们将在今年推出此新系统，我非常高兴NSI美国西海岸的客户将率先体验它的强大功能与能力。”“我们非常高兴高能量X射线系统正式加入NSI产品系列中，以更好地为我们的客户提供服务，进一步增强提供安全，可靠产品的行业能力。是我们的客户不断推动着NSI的进步，我们的目标是为需要对关键项目进行最具挑战性检测的世界一流企业提供优质的服务。感谢NSI的所有客户和朋友使之成为可能。” 北极星成像总经理Seth Taylor说道。北极星成像美国西海岸办公室。地址：25 Journey Street, Aliso Viejo, California. USA.关于美国北极星成像公司（North Star Imaging）美国北极星成像公司（NSI）是全球知名的工业2D数字成像（DR）和3D计算机断层扫描（CT）X射线设备的制造商。工业X射线扫描通常用于研发，失效分析，质量控制，内部尺寸测量和高速3D扫描等。X射线扫描使用户可以更清楚地查看和检测零件的内外部结构而不破坏它。 NSI的efX® CT集成了全球最强大的CT重建和可视化软件，包括用于校准，测量，实时密度切片和表面提取的模块。NSI在其位于美国明尼苏达州，加利福尼亚州，马萨诸塞州和法国，英国，中国的6个全球公司提供X射线检测服务，24/7技术支持和NDT无损检测基础和高级培训课程。 NSI已通过ISO 9001：2015认证。如欲了解更多请关注NSI官方微信：NSIChina

转自于‘无机分析化学’公众号，版权归其所有引用格式：李冬月，郑令娜，常盼盼，等．基于低分散激光剥蚀系统-电感耦合等离子体飞行时间质谱的快速元素成像[J/OL]．中国无机分析化学. https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.6005.O6.20220328.1715.002.html壹研究背景“ 生物体内的微量元素虽然含量低，却参与许多重要的生理过程，还与多种疾病的发生密切相关。随着科学研究的深入，不但需要得到生物样品中元素总量和元素形态的信息，还要获得样品中元素的空间分布，这为分析化学提出了新的挑战。在LA-ICP-MS进行生物元素成像分析时，高能量激光微束轰击剥蚀池中的生物切片表面，产生的气溶胶由载气吹扫进入ICP-MS，检测得到剥蚀区域的元素信息，再将切片上每个剥蚀微区的结果重构，得到元素成像图。同时，新一代电感耦合等离子体飞行时间质谱(ICP-TOFMS)可以在不到50 μs的时间内得到从6Li-238U的全质谱图。随着新一代LA-ICP-MS的发展，需要发展与之匹配的成像方法，以实现快速的生物元素成像。贰研究进展“ 1. 优化快速成像条件LA-ICP-MS的元素成像可采用点剥蚀模式或线剥蚀模式(图1)。A为点剥蚀模式，使用低分散快速剥蚀池；B为线剥蚀模式，使用常规剥蚀池图1 两种剥蚀模式示意图使用的低分散快速激光剥蚀系统，配备了快速洗脱剥蚀池和气溶胶快速引入系统(ARIS)，可以采用点剥蚀模式完成快速成像。优化剥蚀池载气流速，可以得到最佳的SPR。当内池He流量为0.4 L/min，外池He流量为0.2 L/min时，得到最佳SPR(20 ms±1 ms)，此时可以实现每秒40像素的成像速度。理论上越小的激光光斑能获得更高的空间分辨率，但由于成像时间的限制，本文采用20 µ m的方形光斑。在点剥蚀模式下，样品台移动速度设为800 µ m/s(20 µ m×40 Hz)。LA-ICP-MS成像还要求质谱仪具有快速分析瞬时信号的能力，同时能消除谱学偏离(Spectral Skew)产生的结果偏差。顺序扫描的四级杆ICP-MS在测量时，每个核素测量需要毫秒量级的驻留时间(Dwell Time)和稳定时间(Settling Time)，限制了其分析瞬时信号中核素的个数。与四级杆ICP-MS不同， 本文采用的ICP-TOFMS分析速度快，能够在46 μs得到一张全质谱图(即波形，waveform)，适合分析瞬时信号。为了获得更好的信噪比，本文将516张质谱图叠加，这样每个像素点的采样时间为23.74 ms，与SPR时间匹配以得到最优的成像结果。此外，在全谱测量时，由于存在高浓度的基体离子，会造成ICP-TOFMS检测器的饱和。本文使用的ICP-TOFMS采用陷波技术(Notch Filter)，选择将质荷比为28、32、40、80等四个质量数的基体离子去除，消除了基体离子的影响。2.LA-ICP-TOFMS小鼠肾脏的元素成像使用LA-ICP-MS对暴露AgNP的小鼠肾切片中Ag和其他多种生物微量元素快速成像，采用点剥蚀模式，以20 µ m的分辨率分析尺寸为14 mm× 7 mm的肾脏切片，分析时间约为2 h。与常规的LA-ICP-MS系统相比，成像速度提高了约一个数量级。图2 展示了19种元素成像图，其他元素由于含量低或基体离子干扰，没有得到清晰的成像结果。如果采用碰撞池技术，可以消除多原子离子的干扰，提高52Cr、56Fe、80Se等核素的成像效果。由图2可见，不同元素在肾切片中具有不同分布模式。P和S等主量元素，在肾脏切片基本呈均匀分布；Na在肾髓质中含量较高，这与Na+参与形成肾髓质高渗透压的结论相一致；Mn与Na的分布相反，在肾髓质和肾皮质的交界处含量较高，而在肾椎体中含量较低，呈现出中空的图像；由于肾皮质中血流量远远大于肾髓质，因此肾皮质的Fe含量(主要来自血细胞)较高。Ag并不是生命必需元素，在生物体内的背景很低，因此图2中Ag的信号可以认为来自于注射的AgNP。可以看出，AgNP在肾皮质及肾皮质与肾髓质交界区域含量较高，特别是在肾皮质和肾髓质交界处的含量高于肾皮质区，而在肾椎体中含量很低。图2 小鼠肾组织切片元素成像图图3是P、Mn和Ag三种元素合并图，可以直观地看出不同元素在肾切片中的不同分布。总之，元素成像可以得到微量元素及金属纳米颗粒在不同微区的原位分布，为微量元素的微区代谢、金属纳米材料吸收、分布和转运等生物医学研究提供了直观可靠的分析手段。 图3 肾组织切片中P、Mn和Ag叠加元素成像图叁创新点“ 使用低分散激光剥蚀系统与电感耦合等离子体飞行时间质谱联用，建立了新的基于点剥蚀的成像模式，实现了对小鼠肾脏切片的快速、高分辨的多元素成像。LA-ICP-TOFMS成像方法为原位研究生物体内元素提供了直观可靠的手段，有望在生物医学研究中得到更广泛的应用。专家介绍竺云，女，天津师范大学物理与材料科学副教授。2002年6月毕业于武汉大学物理系，2007年6月毕业于中国科学院物理研究所，获博士学位。2007年7月至2008年9月在香港理工大学做博士后，2008年9月到天津师范大学物理与材料科学学院任职。2018年1月至2018年12月在美国休斯顿大学任访问学者。主要从事磁记录介质材料薄膜的制备和性能研究、反常霍尔效应的应用等研究。王萌，男，中国科学院高能物理研究所副研究员。2000年7月本科毕业于南京大学化学化工学院，2008年3月在中国科学院高能物理研究所获理学博士学位。现在主要从事微量元素的化学形态、生物效应及相关分析方法学的研究。主持和参与过国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后基金等科研项目。已发表SCI论文50多篇，H-index为23。

p 　　自1960年美国研制成功世界上第一台红宝石激光器，我国也于1961年研制成功国产首台红宝石激光器（诞生于中国科学院长春光学精密机械研究所）以来，激光技术被认为是20世纪继量子物理学、无线电技术、原子能技术、半导体技术、电子计算机技术之后的又一重大科学技术新成就。 br/ /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/fa6ca572-ac36-49a3-8c53-3b3f8b976589.jpg" title=" 1.jpg" / /p p 　　如今，我们家中用的CD和DVD播放器，办公室的激光打印机和商场的条码扫描器都有激光。人们用激光治疗近视视力，通过光纤网络发送邮件浏览视频。无论我们是否意识到，我们每个人每天都使用激光，但是有多少人真正了解激光是什么，如何工作？ /p p 　　激光，是一种自然界原本不存在的，因受激而发出的，具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性的光。 /p p 　　激光的产生机理可以溯源到1917年爱因斯坦解释黑体辐射定律时提出的假说，即光的吸收和发射可经由受激吸收、受激辐射和自发辐射三种基本过程。众所周知，任何一种光源的发光都与其物质内部粒子的运动状态有关。当处于低能级上的粒子（原子、分子或离子）吸收了适当频率外来能量（光）被激发而跃迁到相应的高能级上（受激吸收）后，总是力图跃迁到较低的能级去，同时将多余的能量以光子形式释放出来。 /p p 　　如果光是在没有外来光子作用下自发地释放出来的（自发辐射），此时被释放的光即为普通的光（如电灯、霓虹灯等），其特点是光的频率大小、方向和步调都很不一致。 /p p 　　但如果是在外来光子直接作用下由高能级向低能级跃迁时将多余的能量以光子形式释放出来（受激辐射），被释放的光子则与外来的入射光子在频率、位相、传播方向等方面完全一致，这就意味着外来光得到了加强，我们称之为光放大。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/ab5eeaa4-0704-4844-ae33-97c5ada732a7.jpg" title=" 2.jpg" / /p p br/ /p p style=" text-align: center " strong 图：激光产生机理：（左）受激吸收，（中）自发辐射，（右）受激发射 /strong /p p br/ /p p 　　而激光的产生需要满足三个条件：粒子数反转、谐振腔反馈和满足阈值条件。通过受激吸收，使处于高能级的粒子数比处于低能级的越多（粒子数反转），还需要在有源区两端制作出能够反射光子的平行反射面，形成谐振腔，并使增益大于损耗，即相同时间新产生的光子数大于散射吸收掉的光子数。只有满足了这三个条件，才有可能产生激光。 /p p br/ /p p strong 激光的特性 /strong /p p br/ /p p 激光之所以被誉为神奇的光，是因为它有普通光完全不具备的四大特性。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/cf4f1592-b99a-4837-8b8b-afb9947bff5f.jpg" title=" 3.jpg" / /p p 1.方向性好& nbsp ——普通光源（太阳、白炽灯或荧光灯）向四面八方发光，而激光的发光方向可以限制在小于几个毫弧度立体角内，这就使得在照射方向上的照度提高千万倍。激光每200千米扩散直径小于1米，若射到距地球3.8× 105km的月球，光束扩散不到2千米，而普通探照灯几千米外就扩散到几十米。 /p p 　　激光准直、导向和测距就是利用方向性好这一特性。 /p p 2.亮度高& nbsp ——激光是当代最亮的光源，只有氢弹爆炸瞬间强烈的闪光才能与它相比拟。太阳光亮度大约是1.865× 109cd/m2，而一台大功率激光器的输出光亮度可以高出太阳光的亮度7～14个数量级。 /p p 　　尽管激光的总能量并不一定很大，但由于能量高度集中，很容易在某一微小点处产生高压和几万摄氏度甚至几百万摄氏度的高温。激光打孔、切割、焊接和激光外科手术等实际应用就是利用了这一特性。 /p p 3.单色性好& nbsp ——光是一种电磁波。光的颜色取决于它的波长。普通光源发出的光通常包含着各种波长，是各种颜色光的混合。太阳光包含红、登、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的可见光以及红外光、紫外光等不可见光。 /p p 　　而某种激光的波长只集中在十分窄的光谱波段或频率范围内。如氦氖激光的波长为632.8纳米，其波长变化范围不到万分之一纳米。激光良好的单色性为精密度仪器测量和激励某些化学反应等科学实验提供了极为有利的手段。 /p p 4.相干性好& nbsp ——干涉是波动现象的一种属性。基于激光具有高方向性和高单色性的特性，它必然会是相干性极好的光。激光的这一特性使全息照相成为现实。 br/ /p p strong 激光器的类型 /strong /p p 　　在光源中，实现能级粒子数反转是实现光放大的前提，也就是产生激光的先决条件。要实现粒子数反转，需借助外来光的力量，使大量原来处于低能级的粒子跃迁到高能级上去，这个过程我们称之为“激励”。 /p p 　　我们通常所说的激光器，就是使光源中的粒子受到激励而产生受激辐射跃迁，实现粒子数反转，然后通过受激辐射而产生光的放大的装置。激光器虽然多种多样，但使命都是通过激励和受激辐射而获得激光。因此激光器通常均由激活介质（即被激励后能产生粒子数反转的工作物质）、激励装置（即能使激活介质发生粒子数反转的能源，泵浦源）和光谐振腔（即能使光束在其中反复振荡和被多次放大的两块平面反射镜）三个部分组成。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/34e5f14c-4b66-43c1-8be3-c64c88a23970.jpg" title=" 4.jpg" style=" width: 590px height: 320px " width=" 590" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 320" border=" 0" / /p p br/ /p p style=" text-align: center " strong 图：激光器的工作原理 /strong /p p 　　由于我们可以以许多不同的方式激发许多不同种类的原子，我们可以（理论上）制造许多不同种类的激光。 /p p 　　激光器有多种分类方式，其中最著名的是固体，气体，液体染料，半导体和光纤激光器。固态激光器介质是类似红宝石棒或其他固体结晶材料，并且缠绕在其上的闪光管泵送其充满能量的原子。为了有效地工作，固体必须掺杂，这是一种用杂质离子代替一些原子的过程，使其具有恰当的能级以产生一定精确频率的激光。固态激光器产生高功率光束，通常是非常短的脉冲。相比之下，气体激光器使用惰性气体（即所谓的准分子激光器）或二氧化碳（CO2）作为介质的化合物产生连续的亮光。 CO2激光器功能强大，效率高，常用于工业切割和焊接。液体染料激光器使用有机染料分子的溶液作为介质，主要优点是可用于产生比固态和气体激光器更宽的光频带，甚至可“调谐”以产生不同的频率。 /p p 　　按波长来分，覆盖的波长范围包括远红外、红外、可见光、紫外直到远紫外，最近还研制出X射线激光器和正在开发的γ射线光器； /p p 　　按激励方式不同，有光激励（光源或紫外光激励）、气体放电激励、化学反应激励、核反应激励等； /p p 　　按输出方式不同，有连续的、单脉冲的、连续脉冲的和超短脉冲等； /p p 　　从功率输出的大小来看，其中连续的输出功率小至微瓦级，最大可达兆瓦级。脉冲输出的能量可从微焦耳至10万以上焦耳，脉冲宽度由毫秒级到皮秒级乃至飞秒级（1000万亿分之一）。 /p p 　　各式各样激光器满足不同的应用要求。如激光加工和某些军用激光都要求高功率激光或高能量激光（即所谓强激光）。有的希望脉冲时间尽量缩短，以从事某些特快过程的研究。有的还对提高光的单色性、改善输出光的模式、改善光斑的光强分布以及要求波长可调等提出了很高的要求。这些要求促使着激光器的研究者不断探索，从而使激光器的探索深度和应用广度得到前所未有的发展。 /p p strong 蓬勃发展的激光应用 br/ /strong /p p 　　所谓激光技术，就是探索开发各种产生激光的方法以及探索应用激光的这些特性为人类造福的技术的总称。 /p p 　　50多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等。这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。 /p p 1、激光在信息领域的应用 /p p 　　半导体激光器和光纤放大器是光纤通信的两项关键技术。 /p p 　　半导体激光器发出的激光不仅单色性和相干性好，而且光波频率比微波频率又高万倍，故以激光为传递信息的载体，用光纤做信息传递线路的光纤通信，不仅通信质量好、抗干扰能力强、保密性好，而且通信容量比微波通信要提高上万倍。 /p p 　　利用激光技术进行光存储，使信息的存储发生了革命性的飞跃。一张CD声频光盘的记录密度相当于1000万bit／cm2，可记录78分钟的音乐节目，比密纹唱片要大好几个数量级。 /p p br/ /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/dedc2b11-657b-46c7-b7c6-323f02c9b1b4.jpg" title=" 5.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 图： CD或DVD播放机中的光盘的激光和镜头。右下方的小圆是半导体激光二极管，而较大的蓝色圆圈是从激光器从光盘的光滑表面反射后读取光的透镜。 /strong /p p 　　此外，激光打印机、激光传真机、激光照排、激光大屏幕彩色电视、光纤有线电视以及大气激光通讯等均已得到广泛应用。 /p p 2、激光在全息术领域的应用 /p p 　　光作为一种波动现象，表征它的物理量有波长（同颜色有关）、振幅（同光的强弱有关）和位相（表示波动起点同基准时间的关系）。 /p p 　　人们利用感光的照相方法，只能记录下波长和振幅，所以无论照得多么逼真，看照片和看真的景物总是不一样。 /p p 　　而激光具有高相干性，能获取干涉波空间包括相位在内的全部信息。因此，采用激光进行全息摄影，被拍物体的全部信息都被记录在底片上，通过光的衍射，就能复现被摄取物体栩栩如生的立体形象。 /p p 　　全息照相具有三维成像的特点，可重复记录，而且每一小块全息底片都能再现物体的完整立体形象，可广泛用于精密干涉计量、无损探伤、全息光弹性、微应变分析和振动分析等科学研究。 /p p 　　其中，利用全息干涉术研究燃气燃烧过程、机械件的振动模式、蜂窝板结构的粘结质量和汽车轮胎皮下缺陷检查等已得到广泛应用。并且，全息照相用作商品和信用卡的防伪标记已形成产业，用全息照相拍摄珍贵艺术品，不仅欣赏起来令人如临其境，而且为艺术品的修复提供了可靠而逼真的依据。正在发展的全息电视还将为人们增添一种新的生活享受。 /p p 3、激光在医疗领域的应用 /p p 　　激光在医学上的应用分为两大类：激光诊断与激光治疗，前者是以激光作为信息载体，后者则以激光作为能量载体。 /p p 　　在激光诊断方面，激光可穿透到组织较深的地方进行诊断，直接反映组织病况，给医生诊断提供了充分依据。 /p p 　　在激光治疗方面，激光技术已成为临床治疗的有效手段，也成为发展医学诊断的关键技术。它解决了医学中的许多难题，例如激光手术治疗切口小，对组织基本没有损害或损害极小，毒副作用反应少。目前，激光临床应用领域包括近视矫正、视网膜修补、蛀牙修复、分子级微创手术等，当前激光医学的出色应用研究主要表现在以下方面：光动力疗法治癌；激光治疗心血管疾病；准分子激光角膜成形术；激光美容术；激光纤维内窥镜手术；激光腹腔镜手术；激光胸腔镜手术；激光关节镜手术；激光碎石术；激光外科手术；激光在吻合术上的应用；激光在口腔、颌面外科及牙科方面的应用；弱激光疗法等。目前，激光治疗在基础研究、新技术开发以及新设备研制和生产等诸多方面都保持持续的、强劲的发展势头。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/c865b4af-a3a7-46dd-8f4d-a512edd3bcc7.jpg" title=" 6.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 图：激光在口腔医学领域的应用 /strong /p p 4.激光加工 /p p 　　利用激光的高强度（亮度）聚焦激光束在1 ms内能发射100J的光能量，聚焦起来足以使材料在短时间内融化或汽化，从而对不同特性难以加工的材料进行加工处理，如：焊接、打孔、切割、热处理、光刻等。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/9c933388-bd17-4722-8ba2-990a5003e9de.jpg" title=" 7.jpg" style=" width: 600px height: 188px " width=" 600" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 188" border=" 0" / /p p 　　激光加工具有精度高、畸变小、无接触、能量省等优点，其应用领域几乎可以覆盖整个机械制造业，包括矿山机械、石油化工、电力、铁路、汽车、船舶、冶金、医疗器械、航空、机床、发电、印刷、包装、模具、制药等行业。其中关键零部件和精密设备的磨损和腐蚀都能很好地利用激光熔覆技术进行修复和优化，成为化腐朽为神奇的利器。 /p p 5.精密测量 /p p 　　精密测量是利用了激光单色性好、相干性强、方向性好的特点。相比于其他测距仪，激光测距具有探测距离远，精度高，抗干扰，保密性好，体积小重量轻的优点。测距仪发出光脉冲，经被测目标反射后，光脉冲回到接收系统，测量发射与接收时间间隔。 /p p 　　激光同时具有高亮度和高相干性，这使得光的多普勒效应能够在测速方面得到应用。激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，激光雷达与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号（激光束），然后将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别，它在军事领域发挥着重要的作用，也成为环境监测的有力武器。 /p p 　　此外，引力波的探测也是利用激光干涉测量方法，进行中低频波段引力波的直接探测，观测双黑洞并合和极大质量比天体并合时产生的引力波辐射，以及其他的宇宙引力波辐射过程。 /p p 　　激光是20世纪人类最重大的发明之一，激光技术的应用已广泛深入到工业、农业、军事、医学乃至社会的各个方面，对人类社会的进步正在起着越来越重要的作用，正奇迹般地改变着我们的世界。 /p

实现高性能等离子体稳态运行是未来聚变堆必须要解决的关键科学问题。近期，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所核聚变大科学团队发挥体系化建制化优势，取得了系列原创性的前沿物理基础研究成果。1月7日，国际学术期刊《科学进展》(Science Advances)发表了团队在高能量约束先进模式等离子体运行方面取得的重要成果。 　　托卡马克先进运行模式是当前磁约束核聚变研究的热点之一。核聚变大科学团队在托卡马克装置等离子体物理实验研究中发现并证明了一种新的高能量约束和自组织模式，即超级I模(Super I-mode)。其特点是等离子体中心的电子内部输运垒和等离子体边界的I模共存，从而大幅度提高了能量约束。该先进模式具有芯部无杂质积累，便于聚变反应生成物排出，维持平稳温度台基等优点，并实现了芯部高约束与无边界密度台基及边界不稳定性的兼容，使得等离子体与壁相互作用同长时间尺度上的高性能等离子体运行方面的优势能够比较好地结合起来。这种无需通过外部控制来确保等离子体稳态运行的高能量约束模式，可应用于国际热核聚变实验堆长脉冲运行，对于未来聚变堆运行具有重要意义。 　　日前，核聚变大科学团队还首次证明了托卡马克等离子体中存在湍流驱动的电流成份，是保持高电子温度稳定运行的关键物理机制。借助湍流回旋动理学模拟计算证实了实验中观察到的湍流是电子温度梯度模，其产生的剩余协强可驱动这一电流。湍流驱动的电流和压强梯度共同驱动内扭曲模，形成湍流-湍动电流-内扭曲模自我调节系统，从而维持芯部电子温度梯度稳定。相关研究成果日前发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。 　　此外，核聚变大科学团队在托卡马克装置中外联合实验中利用封闭偏滤器下的杂质注入脱靶控制，以及高极向比压运行模式下双输运垒带来的约束增强，实现了高比压高参数芯部等离子体与偏滤器全脱靶状态的有效兼容集成。结合理论模拟揭示了偏滤器脱靶、边界输运垒和内部输运垒三者之间相互作用的物理机制。脱靶引起的双输运垒的自组织协同作用，改善了芯部与边界的兼容性，带来了能量约束的净增益。相关研究成果之前发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。 　　核聚变大科学团队通过发挥建制化、多学科、大平台的特点，结合开放共享的国际交流与合作，凝聚优势资源，组织开展体系化的等离子体物理实验基础研究。在引领核聚变前沿技术发展的基础研究深耕探索，发现了系列新的物理现象，揭示和验证了其中的相关物理机制，特别是在高性能稳态长脉冲等离子体运行模式方面开展的研究，为聚变堆建设和运行奠定了基础。 　　等离子体所核聚变大科学团队及国内外合作者在高能量约束先进模式、湍流驱动等离子体电流、偏滤器脱靶与高约束等离子体兼容集成等方面取得的系列重要成果，得益于与中国科学技术大学、法国原子能委员会、美国通用原子能公司、麻省理工学院、普林斯顿大学、加州大学洛杉矶分校、橡树岭联合大学、劳伦斯利弗莫尔国家实验室、橡树岭国家实验室等国内外核聚变研究机构开展的密切交流与合作。 　　相关工作得到中科院、科技部、国家自然科学基金委等的资助，以及安徽省、合肥市、合肥综合性国家科学中心的大力支持。

据美国《每日科学》网站3月31日报道，澳大利亚因斯布鲁克大学研究小组最新实现的更高能量单原子激光，不但具有传统激光器的属性，还展示了单个原子相互作用的量子力学性质。 　　在传统型激光器中，光学性质活跃的物质被放置在两面镜子之间的一个空腔内，然后用电流或另一束激光将其激发。光学性质活跃的物质所发射出的光子被反射再次穿过物质，会激发更多光子的发射，最终产生激光。系统中单个电子或光子的量子涨落对整个激光器几乎没有影响。 　　单个原子激光器，其激光出自于单个原子。首先对于激光系统性能而言，其工作阈值条件具有非常重要的意义。因斯布鲁克大学的科学家瑞纳布拉特与皮特施密特领导的研究小组，展示了激光阈值高度完美化的最小可能：单个原子可在光学腔中单模交互。被“囚禁”在离子阱中的单一钙离子，因接受外部激光刺激而活跃，释放出一个光子。由两面镜子组成的高精度光学腔，能捕捉并聚集该光子，离子循环的每个周期都有一个光子被添加到腔洞系统中，使光线得以增强。 　　单原子激光器可促进人们了解单个原子与单个光子之间的相互作用，由单原子激光器产生的非经典光将实现对光子流量的精细控制，在光子信息工程中具有很大的应用前景。自1958年研制成功以来，激光就被冠以“最快的刀、最准的尺”之名。但现今的这项技术正在将此概念延伸到一个全新的领域。 　　该项成果发表于最新一期《自然物理学》杂志上.

p 　　近日，中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部研究员李先锋、张华民领导的研究团队在高能量密度、长寿命锌碘液流电池研究方面取得新进展。研究成果作为“Very Important Paper”在线发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。 /p p 　　大规模储能技术是实现可再生能源普及应用的关键核心技术，液流电池由于具有安全性高、储能规模大、效率高、寿命长等特点，在大规模储能领域具有很好的应用前景。锌碘液流电池由于电化学活性好，电解质溶解度高，能量密度高(理论能量密度可达250.59Wh/L)等优势，具有很好的研究和应用前景。但是目前锌碘液流电池存在循环寿命短，功率密度低的问题。 /p p 　　为解决以上问题，该研究团队提出利用廉价的聚烯烃多孔膜(15美金/m2)替代昂贵的全氟磺酸离子交换膜，大大降低了电池成本。此外，该体系使用KI和ZnBr2的混合溶液作为电池的正负极电解质，大大提高了中性环境下电解质的电导率和稳定性。由于聚烯烃多孔膜的多孔结构在中性环境下表现出优异的离子传导能力，电池的工作电流密度大幅度提高。实验结果表明，在80mA/cm2下运行，单电池能量效率达82%，较之前报道的锌碘体系提高了8倍，能量密度达80Wh/L 在180mA/cm2运行条件下，电池的能量效率超过70%，表现出很好的功率特性。更为重要的是，聚烯烃多孔结构中充满的氧化态电解液I3-可以与锌枝晶反应，解决了由于锌枝晶导致的电池循环寿命差的问题。即便是电池因为锌枝晶发生短路，电池性能也能够通过膜孔中I3-对锌枝晶的溶解作用实现自恢复。该体系单电池在80mA/cm2下连续运行超过1000圈，性能无明显衰减，表现出很好的稳定性。为进一步证实该体系的实用性，研究团队成功集成出kW级电堆，该电堆在80mA/cm2下稳定运行超过300个循环，能量效率稳定在80%，表现出很好的可靠性。该电池目前仍处于研究初期阶段，需进一步提高其高电流密度下的可靠性，推进其实用化和产业化。 /p p 　　上述工作为开发新一代高性能的液流电池新体系提供了很好的借鉴，也为其他锌基液流电池的研发提供了新的思路。 /p p img title=" v183344_b1526963928105.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/ac1d0392-cdeb-44ed-937f-f9f31f657397.jpg" / /p p 　　大连化物所高能量密度、长寿命锌碘液流电池研究取得新进展 /p p /p p /p

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

激光剥蚀成像是一种相对较新的分析技术，可以在二维乃至三维空间内实现固体样品中所关注元素的浓度分布可视化激光剥蚀（laser ablation, LA）系统将样品引入元素分析仪，通常是电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS），通过使激光烧蚀系统和下游化学分析仪精确同步，可以在样品的不同或相同位置连续记录元素信号，以生成完整的2d或者3d元素分布图。LA-ICP-MS质谱成像技术正越来越多地应用于地质研究（Ubide等，2015年）、生物研究（Becker等，2010年）和医学研究（Hare等，2017年）。激光剥蚀ICP-MS成像系统是如何工作的？在实践中，激光剥蚀ICP-MS成像是通过在样品表面上扫描高频率脉冲激光束来实现的。通常采用的方式是：激光束固定不动，样品台在x、y和z方向上由高精度电机移动，样品台移动精度通常优于1微米。深紫外激光器（例如：193纳米波长）通常用于固体样品的剥蚀处理。激光光斑尺寸可根据所需的空间分辨率进行相应调整；先进激光剥蚀（LA）系统可提供小至1微米的激光光斑尺寸，也就是优于1微米的空间分辨率。当激光的能量密度（注量）高于某个阈值时，激光脉冲将进行样品剥蚀过程。由于此剥蚀阈值取决于特定的样品，因此需针对每种样品材料优化激光注量。剥蚀过程一般在密封的气密室（即剥蚀室）内进行。烧蚀产生的气溶胶样品在连续的载气（通常是氦气）流中被快速冲刷出烧蚀室，然后输送到下游的ICP检测系统。当气溶胶样品流动通过高能ICP系统时，其将被雾化和电离。所产生的离子将通过多级真空和相应的离子传输元件从ICP电离源传输到末端质谱分析仪。这其中也会设有能量过滤器和反应/碰撞室用于去除离子束中的干扰物质。质谱分析器（包括四极、扇形场或飞行时间质谱等）可用于测量所关注元素的强度。这些信号强度对应于烧蚀样品内元素的丰度。然后，通过在样品表面上（二维）或样品体积内（三维）已知的x，y，z坐标位置重复此烧蚀分析过程，以还原元素在样品内分布图。打破瓶颈：点分辨激光剥蚀质谱成像业内最近出现的一种趋势是开发具有快速冲刷功能的激光烧蚀室（Wang等，2013年；VanMalderen等人，2015年；Gundlach-Graham和Günther，2016年）。借助这种快速冲刷系统，可以在数毫秒内将剥蚀样品从烧蚀室中‘完整输出’，而传统系统则需要花费数秒时间。举例来说，通过使用业界俗称的双容积烧蚀室，或者通过减小载气管的内径，或者通过在气溶胶传输过程中引入额外的气体（如氩气），都可以帮助实现更快速的冲刷效果。更快速的冲刷过程缩短了整个分析过程所需的时间，不再让样品冲刷和传输成为激光剥蚀ICP质谱成像的瓶颈。此外，更快速的冲刷意味着，烧蚀气溶胶烟雾在进入ICP系统之前分布更为集中，从而在所记录的MS数据中能产生更高的信噪比，也有着更好的分析精确度。要高效适配快速冲刷烧蚀室传输到ICP-MS的样品短脉冲，特别是目标元素多达十多种乃至更多的情况下，快速质量分析技术成为必须。扫描型质量分析仪（如四极杆或扇形场等）需要按顺序测量单个元素，而飞行时间（TOF）质谱（如TOFWERK的icpTOF系统中使用的质量分析仪）则可以同时测量所有元素及其同位素信息（Borovinskaya等，2013；Hendriks等，2017）。TOFWERK icpTOF质谱仪能够每33微秒记录一张完整的质谱，有足够的‘空余’来完整捕捉测量短暂的瞬态信号（如单次激光发射的气溶胶烟羽）。通过将icpTOF系统与快速冲刷（低分散）激光烧蚀室搭配使用，可快速实现点分辨、多元素快速成像（Burger等，2017年；Bussweiler等，2017年）。在这种方法中，图像采集是通过并排激光点光栅扫描方式完成的。为了避免相邻激光点的信号重叠，激光发射的重复频率需要适配于来自单次激光发射的信号持续时间。由于特定的样本冲刷时间不等，因此需要在每次成像实验之前相应的优化激光重复频率（示例请参见TOFpilot白皮书）。激光扫描速度（微米/秒）由激光光斑尺寸（微米）和重复频率（s-1)决定。相比连续扫描成像模式（即信号连续进入ICP-MS系统），点扫描模式具有显著的优势。在点分辨成像中，每个像素即代表一个“封闭实验”，每次激光发射将在最终的图像中对应着一个具有明确坐标，且包含多元素全谱信息的单像素。因此，样品表面的原始几何形状得以多维化学组分的形式‘完整重现’，并且大大降低了产生伪影（如拖尾效应）的几率。延伸阅读Becker, J.S., Zoriy, M., Matusch, A., Wu, B., Salber, D., Palm, C. and Becker, J.S., 2010. Bioimaging of metals by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA‐ICP‐MS). Mass spectrometry reviews, 29(1), pp.156-175.Borovinskaya, O., Hattendorf, B., Tanner, M., Gschwind, S. and Günther, D., 2013. A prototype of a new inductively coupled plasma time-of-flight mass spectrometer providing temporally resolved, multi-element detection of short signals generated by single particles and droplets. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 28(2), pp.226-233.Burger, M., Schwarz, G., Gundlach-Graham, A., Kä ser, D., Hattendorf, B. and Günther, D., 2017. Capabilities of laser ablation inductively coupled plasma time-of-flight mass spectrometry. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 32(10), pp.1946-1959.Bussweiler, Y., Borovinskaya, O. and Tanner, M., 2017. Laser Ablation and inductively coupled plasma-time-of-flight mass spectrometry-A powerful combination for high-speed multielemental imaging on the micrometer scale. Spectroscopy (Santa Monica), 32(5), pp.14-20.Bussweiler, Y., Spetzler, T., Tanner, M. and Borovinskaya, O., 2017. TOFpilot–An Integrated Control Software for the icpTOF that Enables High-Speed, High-Resolution, Multi-Element Laser Ablation Imaging in Real Time.Gundlach-Graham, A. and Günther, D., 2016. Toward faster and higher resolution LA–ICPMS imaging: on the co-evolution of LA cell design and ICPMS instrumentation. Analytical and bioanalytical chemistry, 408(11), pp.2687-2695.Hare, D.J., Kysenius, K., Paul, B., Knauer, B., Hutchinson, R.W., O’Connor, C., Fryer, F., Hennessey, T.P., Bush, A.I., Crouch, P.J. and Doble, P.A., 2017. Imaging Metals in Brain Tissue by Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (LA-ICP-MS). Journal of visualized experiments: JoVE, (119).Hendriks, L., Gundlach-Graham, A., Hattendorf, B. and Günther, D., 2017. Characterization of a new ICP-TOFMS instrument with continuous and discrete introduction of solutions. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 32(3), pp.548-561.Ubide, T., McKenna, C.A., Chew, D.M. and Kamber, B.S., 2015. High-resolution LA-ICP-MS trace element mapping of igneous minerals: In search of magma histories. Chemical Geology, 409, pp.157-168.Van Malderen, S.J., van Elteren, J.T. and Vanhaecke, F., 2015. Development of a fast laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry cell for sub-μm scanning of layered materials. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 30(1), pp.119-125.Wang, H.A., Grolimund, D., Giesen, C., Borca, C.N., Shaw-Stewart, J.R., Bodenmiller, B. and Gü nther, D., 2013. Fast chemical imaging at high spatial resolution by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry. Analytical chemistry, 85(21), pp.10107-10116.

据英国《新科学家》杂志网站8月18日(北京时间)报道，俄罗斯国立核研究大学的亚历山大费德罗夫及其同事在即将发表于最新一期《物理评论快报》上的研究论文中说，根据他们的计算，一个强大的激光器可将制造出的首个正负电子对加速到很高的速度，从而让它们发光，这道光再与激光“合力”，产生更多的电子对。而这正是量子力学在20世纪30年代的一种预言。 　　量子力学的不确定性原理意味着，宇宙空间并不是真的空无一物。相反，宇宙的随机波动使之变成了“一锅热腾腾的粒子汤”，电子以及其对应的反物质正电子就在其中。通常情况下，这些粒子一碰到其反物质，彼此都会瞬间湮灭于无形，我们根本来不及一睹其真容。不过，物理学家在20世纪30年代曾经预言，一个非常强大的电场可以让这些“幽灵粒子”显露形迹。由于这些粒子带有相反的电荷，电场可以将它们推往相反的方向，使它们分开而不至于同归于尽。 　　而能够产生强大电场的激光器就是完成这项任务的理想“人选”。1997年,美国斯坦福直线加速器中心的物理学家们利用激光成功制造出了正负电子对，不过当时一次只能产生一个正负电子对。现在，科学家通过计算表明，下一代功能更强大的激光器可以通过启动连锁反应，捕捉到数以百万计的正负电子对。 　　俄研究小组的计算表明，对于一台可将大约1026瓦的能量聚焦于一平方厘米范围的激光器而言，这样的连锁反应能够有效地将其激光转变成数百万个正负电子对。 　　该研究论文的合作者、德国马普量子光学研究所的乔治科恩称，第一个拥有如此强大功能的激光器或许于2015年由欧洲超强激光设施项目建成，不过之后还需几年时间完成必要的升级才能达到每平方厘米聚焦1026瓦的能量。 　　美国普林斯顿大学的柯克麦克唐纳表示，能够产生大量正电子的能力对于粒子加速器非常有用，比如提议新建的国际直线对撞器，其能够以极高的能量使电子和正电子一起粉碎，模拟宇宙诞生瞬间的高能量场景。 　　目前用于大批量制造正电子的标准方法是将一块金属片上的高能电子束点火，以产生正负电子对。有专家认为，与之相比，超强激光器利用连锁反应来制造正电子的成本过于高昂。

企查查显示，6月4日，哈勃科技投资有限公司新增一家投资企业——北京科益虹源光电技术有限公司（以下简称“科益虹源”）。图片来源：企查查科益虹源于2016年7月，由亦庄国投、中国科学院微电子所、国科科仪等共同出资设立，是国内少数具备高端准分子激光技术自主研究和产品化能力的公司，也是国家02重大专项“浸没式曝光光源研制与小批量产品生产能力建设”的成果产业化载体。2018年3月科益虹源自主设计开发的国内首台高能准分子激光器顺利出货，打破了国外厂商的长期垄断。据悉，科益虹源还为上海微电子装备提供光刻机光源系统。

近日，华中科技大学光学与电子信息学院教授和团队， 通过获取光场相位信息，实现了 256 万亿帧/秒的拍照帧率，借此造出目前世界上最快的光场摄像机之一。图 | 李政言（来源“”）在评审相关论文时，一位激光脉冲时空测量领域的专家表示，该课题组制作的超快光场摄像机是领域内多年来极度渴望的仪器和技术。在应用前景上，表示：“我们期待超快光场摄像机在两方面取得应用，一方面是服务大型激光装置，另一方面是服务工业应用。”就大型激光装置来说，面向高能量密度物理、强场物理等前沿科学和能源、以及国防安全等战略应用的需求，中国、欧洲、和美国都已建设了一批超大能量脉冲激光装置。然而，这类装置重复频率极低。并且，巨大的光束口径导致激光脉冲光场存在复杂的时空耦合。因此，需要先进的光场时空诊断设备，引导激光装置进行优化，并为物理实验的理论分析和数值仿真，提供初始输入激光信息。就工业应用来说，激光精密加工有两个趋势，一是超快化甚至飞秒化，即使用飞秒激光作为光源，借此实现冷加工并提高精度；二是智能化，即以在线方式观测材料的特性，并对激光参数做出调整。所以，通过安装超快光场摄像机模块，有望让激光精密加工设备长出一只“眼睛”，也即通过实时采集探针光信号、以及观测材料超快时间尺度相应，来对加工工艺做出动态优化。（来源：Light: Science & Applications）以较低成本实现极高的时间分辨率尽管成果很新，但是背景很“旧”，这要从 144 年前说起。1878 年，美国摄影师埃德沃德迈布里奇（Eadweard Muybridge）使用安置在赛道上的 12 台照相机，来拍摄奔跑的赛马。借此证明马在奔跑时会四个蹄子同时离地，解决了几个世纪以来画家和艺术家的困惑，并给电影发明带来了灵感。时隔一百多年，2018 年诺贝尔物理学奖部分授予杰哈莫罗（）和唐娜斯特里克兰（）这两位科学家，以对他们发明的高功率超快激光的啁啾脉冲放大技术（Chirped Pulse Amplification, CPA）做出表彰。在激光精密加工、近视的激光视力矫正、惯性约束核聚变等高功率超快激光的应用中，每一个超快激光脉冲仿佛一匹光速奔跑的“赛马”，在各类物质的“赛道”上穿行时。对于激光脉冲和物质特性在极短时间内的演化现象，人们同样充满好奇，希望像迈布里奇那样为激光与物质相互作用的过程“拍摄电影”。（来源：Light: Science & Applications）基于此，制作了这台超快光场摄像机 。在超快光学领域中，它能为激光脉冲和激光照射的物质“拍摄电影”，并同时具有空间分辨和时间分辨的单发测量能力。几十年来，尽管在超快光学领域出现了大量时间分辨测量技术，但多数方法主要测量不同时刻下某个物理量的演化，普遍缺少空间分辨能力；要么得让激光脉冲的“赛马”多次跑过物质“赛道”进行重复测量。而超快光场摄像机只需激光脉冲一次性地作用于物质，它记录的是光速飞行的激光脉冲通过某个特定位置时，位于这一位置光场的二维空间分布。这样，人们就能一次性得到激光脉冲三维时空分布的“电影”。而实现单发光场摄像的难点在于，如何使用常规照相机的等二维阵列式探测器，来一次性地记录三维数据。研究中，该团队借鉴了压缩感知概念，在前人光学压缩成像技术的基础上，将待测光场的三维信息“压缩”到二维探测器上并进行一次性采集，从而实现了摄像机的功能。此外，不同于一般摄像机或探测器记录的是光强度信息，超快光场摄像机的记录包括振幅和相位信息在内的“光场”信息。对于表征超快激光脉冲来说，获取光场信息是非常重要的，它既决定着激光脉冲中各个颜色成分的时间先后关系，还决定着影响聚焦和成像质量的空间波前分布。另外，在对激光照射物质的探测过程中，获取探针光束的完整振幅和相位信息，可以帮助人们完整了解物质不同位置的光学性质，同时获取折射率、吸收率等重要参数的空间分布。该成果的另一亮点在于，超快光场摄像机以较低的成本，实现了极高的时间分辨率或“电影”帧率。日常生活中，我们观看的电影帧率一般为 24 帧/秒，最高可以达到 120 帧/秒，仅能满足人眼视觉暂留效应的要求。而团队的超快光场摄像机，记录的是光速飞行的超快激光脉冲的“赛马”过程，即在各类物质“赛道”上奔跑的过程，需要观测飞秒（10 -15 秒）时间尺度内发生的事件，所需的帧率在万亿帧/秒量级。近日，相关论文以《单次压缩光场形貌》（）为题发表在 Light: Science & Applications 上，唐浩程和门庭为共同第一作者，担任通讯作者 [1]。图 | 相关论文（来源：Light: Science & Applications）为超快时间尺度内发生的任意事件拍摄电影据介绍，课题组的目标是为超快时间尺度内发生的任意事件“拍摄电影”。这项工作最早要追溯到十四年前读博期间。他说：“2008年 8 月开始我到美国德克萨斯大学奥斯丁分校读博士，第一次见到导师 教授他就给我指派了博士论文课题：为超高强度超短激光脉冲在等离子体中激发的光速传播的尾波‘拍摄电影’，这样就可以对基于等离子体尾波的新一代桌面型电子加速器提供实时诊断。”这是一个挑战性极高的课题，经过六年的努力，只能部分地解决这一问题。例如，在测量技术方面，他和当时的所在团队发展了一种基于多束探针光和断层成像技术（tomography）的方法，可以为光速飞行的折射率结构拍摄“电影”[2]，并被 Nat. Phot. 以 News & Views 文章的形式再次进行报道。后来，他还观测到了等离子体尾波纵向结构的演化规律 [3]。然而，为激光驱动的等离子体尾波“拍摄电影”的梦想一直没能实现，主要难点在于无法在单发条件下，用二维探测器记录三维数据信息。2014 年，的合作者 （现为加拿大魁北克大学应用计算成像实验室教授），发表了基于压缩感知概念的超快照相技术的论文 [4]，对前者解决等离子体尾波电影拍摄中遇到的维度问题，带来了极大启发。然而，超快压缩照相技术获得的是光场的强度时空分布信息。另一方面，等离子体尾波主要调制探测激光的相位。那么，如何使用超快压缩照相技术来同时测量包含振幅和相位的光场信息，就成为亟待解决的问题。同时，这也是研究基于压缩感知的超快光场摄像机的问题来源。2017 年，回国入职华中科技大学，经过前期实验室建设和武汉疫情，他和团队终于在 2020 年秋季，开始了针对超快光场摄像机的研究。（来源：Light: Science & Applications）“研究早期充满了挣扎，一方面我们需要反复试错以完成实验系统光学设计和成像质量的不断优化，另一方面激光光场高光谱图像的压缩感知重构技术以及相关算法，对我们来说是新事物，需要不断积累经验。”他说。在这过程中，非常感谢负责具体实验和数据处理工作的研究生唐浩程和门庭，以及 教授和他的学生 Xianglei Liu。他继续说道：“唐浩程和门庭当时是刚刚入学的一年级研究生，面对陡峭的学习曲线虽然也曾抱怨这个课题‘就像要去五金店里翻找一些零件组装成一部汽车’，但凭借扎实的理论实验基础和顽强的毅力，以及合作者在压缩照相重构算法方面的有力支持，终于克服了种种困难。”到 2021 年秋，他们终于能以较好的可靠性，实现飞秒激光脉冲的超快光场摄像机，并利用它对光速飞行的激光等离子体电离前沿进行表征测量。（来源：Light: Science & Applications）然而，对于超快光场摄像机的探索并未结束。因为，为等离子体尾波“拍摄电影”的梦想并未实现。“也许我们已经找到更好的途径，离目标更近了一些，但仍需要朝着既定方向努力工作。进入 2022 年，我们继续进行超快光场摄像机相关的研究，并取得了一些进展，主要体现在进一步提高系统稳定性和可靠性、获取更全面的矢量光场信息、探索更多的超快光场摄像机应用等。”表示。如今，2022 年即将迎来尾声。对于更久之后的规划，他表示：其一，将进一步完善超快光场摄像机技术。目前的方法基于标量光场的假设，只测量了待测光场的振幅和相位信息。但是，实际的光场具有矢量形态的电 磁波，这时面对待测光场的偏振态以及矢量特征，就得做出完整的测量。其二，他计划完成一些基于超快光场摄像机的典型泵浦-探测实验。泵浦-探测实验，是探索物质超快时间尺度属性的有力工具。因此，他希望使用超快光场摄像机，来为探针光拍摄光场“电影”。其三，他也打算实现一些基于超快光场摄像机的应用。基于此，希望与领域内专家展开更多合作。尤其是在大型激光科学装置上，他期待能研发出一种实用的、小型化的超快激光光场时空表征仪器。而在工业应用方面，他将继续耕耘于为未来的超快激光加工设备配备一双“眼睛”，从而实现基于材料特性实时观测的智能加工。参考资料：1.Tang, H., Men, T., Liu, X. et al. Single-shot compressed optical field topography. Light Sci Appl 11, 244 (2022). https://doi.org/10.1038/s41377-022-00935-02.Z. Li, et al., Nat. Commun. (2014) 5, 30853.Z. Li et al., Phys. Rev. Lett.(2014) 113, 0850014.L. Gao, J. Liang et al., Nature (2014) 516, 74–77

近日，连化物所生物分子结构表征新方法研究组（1822组）王方军研究员、刘哲益副研究员团队与西南交通大学封顺教授团队合作，利用我所自主搭建的高能紫外激光解离—串联质谱仪器，揭示了质子化氨基酸侧链的正电荷在电喷雾离子化过程中影响蛋白质结构的分子机制，为质谱精确表征蛋白质高级结构提供了参考。非变性质谱（nMS）是研究蛋白质及其复合物组成和高级结构的前沿质谱技术。在nMS分析中采用生物兼容溶液和非变性电喷雾离子化将蛋白质从液相转移至气相并保持高级结构和相互作用。然而带正电荷的质子化氨基酸侧链在失去水分子的溶剂化稳定作用后，会与空间接近的蛋白骨架羰基形成氢键，通过分子内溶剂化稳定侧链正电荷。虽然有报道通过离子迁移—质谱检测到了分子内溶剂化引起的蛋白质碰撞截面积变化，但是对其发生的具体位点和引起结构变化的区域仍然缺乏有效分析手段进行精确表征。在本工作中，研究团队利用我所自主搭建的高能紫外激光解离—串联质谱仪器和蛋白质光解离质谱数据处理软件系统，通过蛋白质紫外光解离碎片离子的价态分布和位点解离碎片产率分析，探测到肌红蛋白带电残基侧链分子内溶剂化的具体位点，以及对蛋白质结构影响的区域位置。团队系统表征了不同价态（质子化数目）下的蛋白质结构差异，发现高电荷价态下蛋白质气相结构易受分子内溶剂化效应的影响而偏离溶液态结构，低电荷蛋白质离子的气相结构更加接近溶液状态。研究团队进一步证明，冠醚18C6与蛋白质带电侧链的络合主要发生在溶液中，随后在电喷雾离子化过程中起到稳定蛋白质结构的作用。紫外激光解离质谱分析揭示冠醚主要结合在蛋白质离子的高电荷密度区域，通过阻断带电侧链的分子内溶剂化使蛋白质气相结构更加接近溶液状态。相关研究结果展示了高能紫外激光解离质谱在同时获取蛋白质序列和动态结构信息中的显著优势，为nMS表征中蛋白质溶液结构的保持和高效表征提供了重要的理论和技术参考。近年来，我所王方军和肖春雷研究员通过交叉学科联合创新攻关，在大连相干光源搭建了高能紫外激光解离—串联质谱实验线站，兼容50-150nm极紫外自由电子激光和193nm准分子激光解离模式，已在多肽（Anal. Chim. Acta，2021）、蛋白质（Cell Chem. Biol.，2022）、金属团簇（J. Phys. Chem. Lett.，2020；Sci. China Chem，2022）等大分子体系的解离和结构表征中取得了系列研究成果。相关研究成果以“Ultraviolet Photodissociation Reveals the Molecular Mechanism of Crown Ether Microsolvation Effect on the Gas-Phase Native-like Protein Structure”为题，于近日发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该工作的共同第一作者是我所1822组联合培养硕士研究生周伶强和刘哲益。

近日，以中国科学院上海微系统与信息技术研究所为牵头单位的国家重点研发计划“智能传感器”重点专项“高精准分子识别有机半导体光电双模智能嗅觉传感器”项目启动暨实施方案论证会在上海召开。科技部高技术研究发展中心领导、中科院重任局领导、项目咨询专家组、项目和课题单位管理部门、项目核心成员等30余人参加了本次会议。项目咨询专家组由中科院化学研究所刘云圻院士、华东理工大学田禾院士、吉林大学卢革宇教授、海关学院谢秋慧教授、中科院上海技术物理研究所胡伟达研究员、复旦大学邓勇辉教授、华中科技大学刘欢教授、北京信息科技大学尤睿教授、华中科技大学段国韬教授组成。 　　会上谢晓明所长代表项目牵头单位对与会领导及专家表示热烈欢迎，希望各位专家对项目实施方案提出可行的宝贵意见与建议，并表示将为项目实施提供全方位的支持和保障，以确保项目顺利推进并取得创新成果。项目负责人兼课题三负责人付艳艳研究员、课题一负责人马骧教授、课题二负责人黄佳教授，分别就项目和具体课题的研究内容、技术实施方案、预期成果及推进计划等内容进行了详细汇报。 　　项目专家组充分肯定了本项目的总体实施方案，并着重指出在未来研究过程中，项目团队各课题承担方应紧密合作，强化协同机制，确保项目各关键节点把控及整体研究目标顺利实现。此外，专家组聚焦课题研究方向、技术创新点及项目实施可能面临的挑战和问题等方面，共同提出了针对性指导意见。经专家质询答疑、技术指导和综合评议，项目实施方案顺利通过专家论证。

近日，《nature》杂志更新了两则最新研究，明尼苏达大学团队研究出计算随机存取存储器CRAM，可以极大地减少人工智能（AI）处理所需的能量消耗；斯坦福大学的研究人员则在芯片上设计开发出一台微型的钛蓝宝石 (Ti:Sa) 激光器，可用于未来的量子计算机、神经科学等领域。明尼苏达大学研究出计算随机存取存储器CRAM近期，《nature》杂志的同行评议科学期刊《npj Unconventional Computing》发布了一项名为计算随机存取存储器（Computational Random-Access Memory, CRAM）的最新研究，该新技术能够极大地减少人工智能（AI）处理所需的能量消耗。图片来源：《nature》截图据悉，这项技术由明尼苏达大学双城分校的一组工程研究人员开发，该校电气与计算机工程系博士后研究员、论文第一作者杨吕表示，这项工作是 CRAM 的首次实验演示，其中数据可以完全在存储器阵列内处理，而无需离开计算机存储信息的网格。国际能源署（IEA）于2024年3月发布了全球能源使用预测，预测人工智能的能源消耗可能会从2022年的460太瓦时（TWh）增加一倍至2026年的1,000 TWh。这大致相当于日本整个国家的电力消耗。目前，随着人工智能应用需求的不断增长，许多研究人员一直在寻找方法来创建更节能的流程，同时保持高性能和低成本。通常机器或人工智能流程在逻辑和内存之间传输数据会消耗大量的电力和能源。据悉，这项研究已经进行了二十多年，其最早可以追溯到电气与计算机工程系教授王建平在使用MTJ（磁隧道结）纳米设备进行计算方面的开创性工作。“我们20年前直接使用存储单元进行计算的最初想法被认为是疯狂的”，该论文的资深作者、明尼苏达大学电气与计算机工程系杰出 McKnight 教授兼 Robert F. Hartmann主席王建平 (Jian-Ping Wang) 表示。2022年1月3日，明尼苏达大学理工学院宣布，明大“Distinguished McKnight University Professor”王建平博士当选美国国家发明家科学院（National Academy of Inventors - NAI）院士。MTJ器件是一种纳米结构器件，这是一种利用磁性材料实现存储的新兴技术。在王建平的专利 MTJ研究的基础上，这个团队开发出了磁性RAM (MRAM)，目前这种技术已用于智能手表和其他嵌入式系统。在CRAM中，MTJ不仅仅用于存储数据，还被用来执行计算任务。通过精确控制MTJ的状态，可以实现诸如AND、OR、NAND、NOR和多数逻辑运算等基本逻辑操作。CRAM技术采用了高密度、可重构的自旋电子（spintronic）计算基底，直接嵌入到内存单元中。与三星的PIM技术相比，CRAM技术使数据无需离开内存即可进行处理，消除了数据在内存单元与处理单元之间的长距离传输。CRAM通过消除数据在内存和处理单元之间的移动，显著降低了能耗。此外，由于CRAM的计算直接发生在内存中，它还提供了更好的随机访问能力、可重构性以及大规模并行处理能力。CRAM 架构实现了真正的在内存中进行计算，打破了传统冯诺依曼架构中计算与内存之间的瓶颈——冯诺依曼架构是一种存储程序计算机的理论设计，是几乎所有现代计算机的基础。CRAM技术展现了巨大的潜力，尤其是在机器学习、生物信息学、图像处理、信号处理、神经网络和边缘计算等领域。例如，一项基于CRAM的机器学习推理加速器的研究表明，它在能量延迟乘积方面的性能比现有技术提高了大约1000倍。此外，CRAM在执行MNIST手写数字分类任务时，能耗和时间分别降低了2500倍和1700倍。当下CRAM技术展现出巨大的潜力，但其真实计算能力的局限在于连续CRAM数组内部。任何需要跨越不同CRAM数组的数据访问和计算都会增加额外的数据移动开销。未来，研究人员仍需应对可扩展性、制造和与现有硅片集成方面的挑战。他们已计划与半导体行业领导者进行演示合作，以帮助将CRAM变成商业现实。高能激光芯片设备研究有新突破！近日，斯坦福大学的研究人员在芯片上设计开发出一台微型的钛蓝宝石 (Ti:Sa) 激光器，相关研究已于6月26日更新在《nature》杂志上。原型机的体积仅为传统传统钛宝石激光器的万分之一，而生产成本也仅有原来的千分之一。总体而言，新设备同时解决了体积大、价格高等挑战，而且在规模效率方面也具有优势。目前传统激光器成本高达10万美元。但科学家认为，采用杂志上提及的最新方法，每台激光器的成本可能会降至100美元。他们还声称，未来可以在一块四英寸晶圆上安装数千台激光器，而每台激光器的成本将降至最低。这些小型激光器可用于未来的量子计算机、神经科学，甚至微观手术。图片来源：《nature》截图实验性激光依赖于两个关键过程。首先，他们将蓝宝石晶体研磨成厚度仅为几百纳米的一层。然后，他们制作出一个由微小脊线组成的旋涡，并用绿色激光笔照射其中。随着旋涡的每次旋转，激光的强度都会增加。“最棘手的部分之一是平台的生产，”这项研究的共同第一作者、斯坦福大学博士生Joshua Yang告诉《生活科学》。“蓝宝石是一种非常坚硬的材料。当你研磨它时，它常常不喜欢它，它会破裂，或者损坏你用来研磨的东西。”激光的强度通过晶体表面的一系列涡流增加（图源：Joshua Lang 等人，《自然》杂志）该学术团队对这项技术十分看好，主要原因在于这台最新激光器可以调节到不同的波长；具体来说，从 700 到 1,000 纳米，或从红光到红外光。杨教授以固态量子比特为例，指出这对于原子研究人员来说至关重要。“这些原子系统需要不同的能量（才能从一种状态过渡到另一种状态），”他说。“如果你购买的激光器增益带宽较小，而另一种过渡超出了该带宽，那么你就必须购买另一种激光器来解决该问题。”目前， Joshua Yang和他的同事已创建了一家名为Brightlight Photonics 的公司，以实现这项技术商业化。

2021年9月27日，两年一度的行业盛会第十九届北京分析测试学术报告会暨展览会(简称BCEIA2021)在北京中国国际展览中心（天竺新馆）盛大开幕。本届BCEIA继续秉承“分析科学 创造未来”的愿景，围绕“生命 生活 生态——面向绿色未来”的主题开展学术报告会、论坛和仪器展览会。700余家国内外仪器企业携先进的分析测试新方法、新技术、新产品、新解决方案精彩亮相。此次BCEIA展会，仪真分析仪器有限公司（以下简称仪真分析）联合美国Teledyne CETAC公司、荷兰Spark以及美国XOS公司，共同展示了从样品前处理到分析测试的全方位解决方案，涉及环境监测、食品安全、石油化工等诸多领域。仪器信息网特别来到了仪真分析展位，对产品经理栗斌进行了采访。仪真分析仪器有限公司产品经理栗斌栗斌介绍到，仪真分析是在今年6月开始全面负责Teledyne CETAC公司包括自动化样品处理系统、激光剥蚀系统在内的产品在中国市场的推广、销售及售后服务工作。提起仪真分析与Teledyne Technologies公司的合作，可以追溯到2014年7月。当时仪真分析负责Teledyne Technologies旗下Teledyne Tekmar公司的SVOC产品线在国内的推广和支持，取得了可喜的成绩，同时也得到了Teledyne Technologies公司的高度认可。于是乎，仪真分析与Teledyne CETAC的合作达成可谓是水到渠成。仪真分析此次展示了Teledyne CETAC公司的激光剥蚀系统和自动化样品处理系统两大类产品。栗斌首先向笔者介绍了这款IRIDIA新型准分子激光剥蚀系统，该系统是Teledyne CETAC在激光剥蚀领域积累的经验和技术的又一次沉淀与精华。IRIDIA新型激光剥蚀系统采用了能量稳定的193nm准分子激光器，优良的光路设计、5倍寿命的反射镜可以显著降低用户的维护成本，特别是其采用的是创新设计且经过验证的Cobalt剥蚀池，可提供毫秒级的气溶胶洗出时间，搭载HDIP高性能图像数据处理软件，可以为各行各业的研究人员提供新的选择。栗斌还特别强调了IRIDIA的气溶胶洗出时间，对生物样品仅需几个毫秒，可实现对样品的快速成像，特别是对样品2D/3D成像分析。IRIDIA新型准分子激光剥蚀系统IRIDIA激光剥蚀系统作为高端激光剥蚀前处理固体进样设备，可与市场上主流的ICP-MS联用，目前已应用在地球科学、生物医学、考古学、物证分析、制药、金属材料、珠宝鉴定领域，其在地质学、环境科学、材料科学等领域也有极大的应用前景。Teledyne CETAC还是享誉全球的自动进样器制造商，历经近四十年地探索开发，旗下拥有众多型号及多种不同规格的自动进样器，为用户提供解决方案，特别是有大批量样品分析需求的用户。本次参展的自动进样器包括ASX-560通用型自动进样器和MVX-7100微量自动进样器。ASX-560通用型自动进样器能与几十家分析仪器厂家的近百种仪器 (ICP、ICP-MS、UV、蛋白纯化等) 配套使用，具有智能精确、灵活方便及无需值守的特点，可大幅提高用户的工作效率！MVX-7100微量自动进样器提供高精度、注射器驱动、低体积和可变流速的自动进样，在单细胞分析、低丰度同位素分析方面具有广阔的应用前景。ASX-560自动进样器MVX-7100 微量自动进样器此外，本次BCEIA展会，仪真分析还带来了MERX全自动烷基汞分析系统、EST Centurion水土吹扫捕集自动进样器/Evolution 2 吹扫捕集浓缩仪、CHRONECT-MCPD全自动氯丙醇酯和缩水甘油酯分析系统等仪器。

滨松光子学株式会社（静冈县滨松市，董事长：昼马 明 ，以下简称“滨松光子学（株）”）将传统泵浦用半导体激光器的功率提高了三倍，并优化了放大器的设计 ，成功开发了只有桌面尺寸大小，可以产生1焦耳（以下，j）的高能量、300赫兹（以下，hz）高重复频率的功率激光器。一般的激光器的输出功率与设备的尺寸、重复频率成正相关关系，而该课题实现了小型却高功率、高重复频率的激光器。本产品的诞生，通过去除细小的污垢的激光清洁来提高了传统加工的生产效率，同时，期待它在金属材料的激光成形、延长金属器件的使用寿命的激光喷丸等方面的新应用。该产品的开发是内阁办公室主导的综合科学技术与创新研发推进项目（impact）的一部分，是佐野雄二负责的“普及功率激光器以实现安全、安心、长寿社会”研发项目的一环，由滨松光子学（株）中央研究所产业开发研究中心副所长川嶋利幸等人开发，而且今后我们也将继续推进研究成果的产品化。此外，该新研发的产品将于11月1日（星期四）起连续3天在actcity滨松（滨松市中町区）举行的滨松光子综合展“2018photon fair”上展出。＜关于功率激光器＞功率激光器主要由振荡器和放大器组成。 振荡器由泵浦用半导体激光器、激光介质、全反射镜、输出镜和光开关组成，放大器由泵浦用半导体激光器和激光介质组成。 由振荡器发出的激光通过放大器时，从三种高能量状态（激发状态）的三段激光介质接收能量实现高功率输出。功率激光器的结构＜新产品概述＞该产品搭载了最新研发的泵浦用半导体激光器，虽然只有桌子尺寸大小，但却是可以产生1j的高脉冲能量且300hz的高重复频率的功率激光器。滨松光子学（株）已经开始制造并销售300hz的重复频率下输出功率为100w的泵浦用半导体激光器。此次，结合公司独有的晶体生长技术和镀膜技术，将传统泵浦用半导体激光的功率提高到世界最高水平300w，同时放大器在激光介质的长度和横截面积上下功夫，并采用具有提高冷却效率的放大器，解决了由于热问题导致激光介质损坏或破坏的问题，成功输出了传统放大器的3倍能量。这是因为放大器采用了新的散热设计，提高了激光的放大效率。此外，由于采用半导体激光器作为泵浦光源，具有高于市面上销售的氙灯泵浦脉冲激光器约10倍的光电转换效率，约100倍的泵浦光源的寿命。通过控制零部件的数量，成功实现了器件的稳定输出、小型以及低成本。一般激光器的功率与设备的尺寸、重复频率成正相关关系，但本产品却实现了小型而又高功率和高重复频率的特性。利用该产品，可以对附着于材料上的小污垢进行激光清洁，以提高传统加工的生产效率。此外，我们也期待脉冲激光器在工业领域的新应用，如飞机的金属材料等可以在不使用模具的情况下进行变形加工完成激光成形，以及通过激光喷丸来提高金属器件的使用寿命等。＜研发背景＞激光在金属材料的钻孔、焊接、切割等方面有着广泛地加工用途，为了提高生产效率，光纤激光器和co2激光器等各种各样的激光都在朝着高功率的方向发展。激光分连续输出一定强度激光的cw（continuous wave）激光和短时间内重复输出激光的脉冲激光，目前cw激光是激光加工领域的主流。另一方面，脉冲激光不同于cw激光，它正在朝着新型激光加工的应用方向发展。采用半导体激光器作为泵浦光源的功率激光器，它具有高功率、高重复频率的特性，但因为半导体激光器价格昂贵很难推向产品的实用化，而市场上销售的j级脉冲激光器上使用的泵浦光源多采用氙灯光源，对激光器内部有严重地热影响，因此重复频率只能限制在10hz左右。像这样，为了进一步提高生产效率，同时扩大用途，对小型且可以发出高功率、高重复频率脉冲激光的激光器的需求日益增加。主要规格＜委托研究信息＞此研究成果，是通过以下的科研课题项目得到的。内阁办公室创新研发推进项目（impact）项目负责人：佐野雄二研发项目：普及功率激光器以实现安全、安心、长寿社会研发课题：开发高功率小型功率激光器研究负责人：川鸠利幸（滨松光子学株式会社 中研研究所 产业开发研究中心 中心副主任）研发时间：2015年~2018年本研究开发课题是致力于开发桌子大小、高功率、高重复且稳定性高的脉冲输出的功率激光器。＜项目负责人佐野熊二的评论＞“普及功率激光器以实现安全、安心和长寿的社会”的impact计划，推动了大功率脉冲激光器的小型化、简化和高性能的发展，这对于探索最先进的科学和工业是不可缺的，同时，我们也正在推进相关基础技术和应用技术的开发，旨在提供可以随时随地使用，具有高稳定性的廉价激光器，向工业领域的创新努力。此次，滨松光子学（株）的开发团队采用了自有的先进半导体激光器作为泵浦高能脉冲激光器的光源，通过优化激光器件，以低价格实现前所未有的小型、高功率、高重复的激光设备。从限制成本和生产效率的角度来看，在我们之前放弃引入激光设备的领域，也期待会有更多的应用。功率激光器设备的结构 功率激光器设备外观

近日，韩国基础科学研究所的Taegyu Pak等人观察到高功率太赫兹辐射从被100太瓦级激光脉冲照射的气体喷射器中发射出来，用于电子的激光视场加速。在氮气靶上，小于10太赫兹时产生了超过4毫焦耳的能量，激光到太赫兹的转换效率约为0.15%。这种强大的太赫兹辐射被认为是由等离子体电子产生的，这些电子在激光脉冲时间尺度上加速。该模型通过粒子在细胞中的模拟和分析计算进行研究，以更好地理解激光尾流场加速中高能太赫兹辐射的产生机制。太赫兹（THz）是位于电磁波谱的微波和红外区域之间的一个频段，这个频段下传统技术在产生和检测辐射方面效率低下，人们正在通过开发新的太赫兹源和检测器来弥补这一缺口。基于激光的太赫兹源由于能够产生相干的、单周期到多周期的、宽带（或窄带）辐射而备受关注。这种源也可以提供与驱动激光的自然同步，允许超快时间分辨光谱和成像。最近，高功率飞秒激光器被用来产生强大的太赫兹辐射，以及探索新的太赫兹驱动的现象，如分子排列，谐波生成和分子加速等。在许多基于激光的源中，基于激光等离子体的源很适合于高功率太赫兹的产生。等离子体已经被电离，因此可以维持高电磁场，当高功率激光脉冲被聚焦到一个小的体积中用于产生能量可存储的太赫兹时，几乎不需要材料损坏。从激光产生的气体和固体密度等离子体中产生的相干太赫兹已经被广泛地研究。在气体中，单色或双色激光产生的等离子体可以通过超快的激光驱动电流产生相干的宽带太赫兹辐射。在双色激光混合中，通过使用中红外激光驱动器，激光到太赫兹的转换效率提高到百分比水平。最近，从一个被高能量皮秒激光脉冲照射的金属箔中观察到了几十毫焦耳的太赫兹能量。然而，与气体靶材不同，高密度的靶材往往会带来靶材碎片和靶材重装的问题，这使得它们不利于用于连续或高重复率的操作。激光尾流场加速器（LWFA）是一种基于气态等离子体的紧凑型电子加速器方案，可以产生宽带电磁辐射。在激光尾流场加速器中产生的相对论性电子束，当它通过相干过渡辐射离开等离子体-真空边界时，可以发射出太赫兹辐射。当电子束的长度与发射的太赫兹辐射的波长可比拟或小于辐射波长时，就会出现这种情况，且单个电子产生的太赫兹场在辐射方向相干叠加。在实验中，用10 TW级激光器从激光尾流场加速器中观察到小于100纳焦的太赫兹能量，太赫兹辐射的波形被单次测量，也被利用来诊断电子束本身。然而到目前为止，激光尾流场加速器输出的太赫兹能量尚未超过微焦水平，人们也没有研究过太赫兹能量的扩展。韩国基础科学研究所的Taegyu Pak等人通过使用相对论激光科学中心（CoReLS）的150太瓦激光器，在激光尾流场加速器中明显增强了太赫兹的产生，达到了多毫焦耳水平。研究人员测试了激光尾流场加速器和各种目标条件下太赫兹的生成，并同时表征了两种光束，以便更好地了解激光尾流场加速器中太赫兹产生的起源。实验结果表明，多兆焦耳的太赫兹生成并不完全由相干跃迁辐射模型解释。研究人员研究了太赫兹产生的另一种可能机制，即由激光推动力和等离子体加速的等离子体电子的相干辐射。实验装置示意图如图1所示，激光脉冲电离气体射流并通过激光尾流场加速器加速等离子体电子，同时产生太赫兹辐射。在电子束通过带有偶极磁铁的电子光谱仪后，测量电子能谱。从等离子体发出的太赫兹辐射被准直，传送到真空室外，然后重新聚集到热释电检测器上进行检测。图1 激光驱动的电子加速和太赫兹生成示意图发出的太赫兹辐射通过其光谱、能量和偏振进行了表征，得到的太赫兹光谱在图2（a）中以散射形式显示，水平误差条代表滤波器传输带的光谱宽度，红线表示放置在光束路径上所有过滤器的整体传输曲线。其偏振通过一个带有热释电探测器的线栅偏振器来表征，收集35个热释电信号并取其平均值，结果显示在图2（b）中。测量的偏振分布是各向同性的，与电子的径向加速所预期的偏振相一致，沿垂直偏振方向有一些明显的增强。图2 太赫兹辐射的光谱和偏振表征

在物联网时代，智能可重写显示体系的发展有助于缓解日益增长的一次性电子垃圾所引起的环境污染和资源消耗问题，有望成为信息显示和传递的重要媒介。近年来科研人员开发了多种刺激响应颜色变化材料体系用于可逆信息书写。然而，基于化学物质刺激响应体系（例如水、离子、酸碱、尿素溶液等）通常会产生化学油墨残留/堆积，严重削弱其可重写性和响应灵敏性。依赖于无刺激残留的高能量紫外光和短波长可见光响应体系主要依靠调控特定分子化学结构转变实现信息载入，往往受限于复杂的化学结构设计和较慢的光响应动力学。因此，如何通过新型材料结构与显示机制的设计，开发一种集远程控制、快速响应、多色和多模式显示功能于一体的智能可重写显示系统仍然是巨大的挑战。　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员陈涛、路伟长期从事荧光高分子水凝胶的仿生构筑及其功能与智能调控研究。近期，受到变色龙皮下组织中不同色素细胞有序排列多层结构及其高效协同能力的启发，报道了一种近红外激光触发的可重写多色水凝胶体系，其兼具光书写和光投影的特点，不仅可以实现任意信息的瞬态光写入/自擦除/光重写，还可以实现既定多色图案的可持续光投影显示。该系统具有垂直排列多层结构，包括作为光热控制层的聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装二维碳纳米管（CNTs）薄膜和作为显示层的嵌入式荧光高分子水凝胶层。在水凝胶层中温敏性内芯荧光水凝胶被限制在非响应性外壳荧光水凝胶中，用于更好地实现稳定、可逆和多色的信息载入。这种仿生多层的结构设计有效通过“光触发-热量产生-荧光输出”的级联过程，建立了一种具有前景的信息显示机制。近红外激光可以作为“笔”进行远程书写，这一过程中，CNTs层首先发生光热转换，并将热量传递给凝胶层诱导温敏性内芯水凝胶形成氢键动态交联网络，并产生亲疏水相转变，进一步降低其中镧系配合物的水溶剂化程度，使得内芯水凝胶荧光增加，从而改变内芯与外壳层的叠加色，产生明显的颜色变化，实现信息的及时书写（约为5s）。移除光源，温敏性内芯水凝胶解除分子链内部氢键交联，回到亲水状态使得荧光得以恢复，所书写信息在36s后完全自擦除并可重新写入新的信息。此外，多级层状结构的设计使得光热控制层CNTs薄膜和荧光水凝胶显示层易于图案化，在近红外激光面光源的投射下可以显示预先设计的多色图案。这种功能集成的显示能力不仅有助于满足各种信息的不同显示或传输的需求，而且利于实现更好的视觉信息可视化和交互体验感，并为未来新型光书写体系的发展奠定了基础。 　　相关成果以Light-Writing & Projecting Multicolor Fluorescent Hydrogels for On-Demand Information Display为题发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到国家重点研发计划、浙江省自然科学基金等项目的支持。具有仿生多层结构的可光书写荧光高分子水凝胶显示系统

贴息贷款大背景下，科研仪器申报如何选型? 随着部分贴息贷款项目的落地，仪器设备采购热度持续高涨。高校作为国家重要的人才培养和科研教学基地，仪器的选择• 既要考虑基础性教育资源配置，同时也要兼顾创新性科研拓展。• 既要能完成日常的分析检测，又要能应对创新性方法的开发。• 既要确保仪器具备优良的分析性能，更要有可靠的售后技术服务保障。基于以上选型需求，产品的兼容性、配置可拓展性、长期可靠性以及业内的保有量都将成为仪器选型的重点考虑因素。什么是联用技术？Think different, 1+12联用技术，即将两种或两种以上的仪器通过标准管线连接，实现单次实验获得多个结果，达到仪器之间优势互补。任一联用仪器可单独控制，灵活配置，实现1+12。联用技术不仅可以满足科研应用中深层次的样品信息剖析，而且能够开展更多潜在的在线原位表征研究。珀金埃尔默具备丰富全面的产品线布局，从原子光谱到分子光谱，从热分析到气相色谱，不仅在单一产品赛道上深耕，更在横向的交叉学科上不断拓展。我们提供完整的服务和支持体系，独家的联用配置避免跨品牌产品间硬件软件兼容性问题，并可有力保障长期使用维护和产品的更新迭代。针对此次高校贴息贷款项目，珀金埃尔默特别定制 “科研选型-珀金智联 智享无限”系列主题讲座，为您打开全新的应用思路和研究方向，介绍联用技术在各学科的前沿应用，期待您的参与！1月5 日 激光剥蚀ICP-MS专场激光剥蚀—电感耦合等离子体质谱法（LA-ICP-MS）作为一种能在低浓度下提供元素空间分辨率信息的工具，日渐获得各界好评。设置LA-ICP-MS成像系统时，需要考虑诸多因素，如激光扫描速度、载物台精度和准确度、传输至ICP-MS的有效粒子数（如剥蚀池冲刷）以及数据采集速度等等，这些均对获得高质量的LA图像至关重要。会议日程14:00-14:05 开场致辞14:05-14:35 LA-ICPMS对动植物中元素成像方法研究 陈明丽，东北大学分析测试中心陈明丽，东北大学分析测试中心主任，教授，博士生导师，辽宁省教学名师，沈阳市领军人才。主要从事样品预处理方法和理论、光谱检测技术以及光谱和质谱技术在单细胞分析中的研究工作。作为负责人主持国家自然科学基金面上项目3项，作为主要成员参与国家重大科研仪器研制项目的研究工作，在相关领域发表SCI收录论文100余篇，授权专利3项。报告内容：主要介绍激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱在动物和植物组织成像方面的应用研究14:35-15:05 激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱在生物医学研究中的应用 王萌，中国科学院高能物理研究所王萌，理学博士，中国科学院高能物理研究所副研究员。2000年7月本科毕业于南京大学化学化工学院，2008年3月在中国科学院高能物理研究所获理学博士学位。现在主要从事微量元素的化学形态、生物效应及相关分析方法学的研究。曾获得中国科学院院长优秀奖、《分析化学》优秀论文奖、澳大利亚NHMRC Early Career Fellowship、欧盟Marie Curie International Incoming Fellowship等奖励。主持和参与过国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后基金等科研项目。已发表SCI论文70多篇，H-index为25。报告内容：激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）是超痕量元素原位分析的有力工具，近年来在生物医学研究中得到了越来越多的应用。本报告将介绍LA-ICP-MS技术的基本原理和发展趋势，还将介绍我们课题组在LA-ICP-MS单细胞分析和生物元素成像的研究工作。15:05-15:20 IRIDIA超快速低分散193nm准分子激光剥蚀系统及应用 栗斌，上海仪真分析仪器有限公司栗斌，产品经理，上海仪真分析仪器有限公司报告内容：Teledyne Photon Machines公司是全球知名的激光剥蚀仪器制造商，其推出的最新一代IRIDIA激光剥蚀系统，性能经过验证，具有更高的脉冲频率、精确可控的激光能量密度以及超快速洗脱的样品剥蚀池，优异的光路设计可大大降低用户使用和维护成本。IRIDIA与各类ICP-MS联用，适合各类样品的痕量元素原位分析，尤其是二维及三维的原位成像分析，在生物医学、环境科学、地质科学、核工业、考古学、物证分析、金属材料、珠宝鉴定等领域有极大的应用前景，是高校科研工作者的分析利器。15:20-15:35 ASI激光类产品简介 谢风华，ASI中国谢风华，ASI中国区总经理 报告内容：ASI公司继承和发展了劳伦斯伯克利国家实验室的LA技术，是基于LA技术的全球领先分析仪器制造商，拥有J200 和 RESOlution 两个系列激光产品，在中国区拥有超过一百家用户。本次报告将介绍ASI全部LA产品和最新的LA技术。15:35-16:05 高速扫描ICP-MS与激光联用 高光晔，珀金埃尔默高光晔，PerkinElmer 无机产品技术支持经理，高级工程师。毕业于复旦大学化学系，长期从事原子光谱应用和金属材料检测工作，曾担任ISO/TC17/SC1(钢铁化学分析) 技术联系人和多家原子光谱厂商的技术支持经理。报告内容：• ICP-MS时间分辨能力• 时间分辨能力与激光成像技术联用时的关键作用• 高速扫描ICP-MS联用案例分享。16:05-16:10 会议总结，互动好礼本场直播更多精彩预告，请点击查看科研选型系列直播，往期精彩回顾2022.12.28，微塑料应用专场专场一、海洋微塑料检测与环境分布特征 李景喜 ，自然资源部第一海洋研究所报告内容导图精彩回顾https://download.cloud.custouch.com/download/videoviewer/1874596e54763f28 二、土壤中微塑料的测定方法、赋存与归趋研究徐笠，北京市农林科学院质量标准与检测技术研究所报告内容导图精彩回顾https://download.cloud.custouch.com/download/videoviewer/ea7316e99b1b731c 三、红外显微成像和多联机技术在微塑料分析研究中的检测方案查珊珊 珀金埃尔默报告内容导图精彩回顾https://download.cloud.custouch.com/download/videoviewer/267fffc33a373076 2022.12.21，单细胞/单颗粒ICP-MS专场一、单细胞ICP-MS技术在金属药物开发领域的应用 黄怀义 中山大学报告内容导图精彩回顾https://download.cloud.custouch.com/download/videoviewer/13b4c1ac04436b25 二、Using NexlON ICP-MS and SyngistixTM Software to Examine Engineered,Incidental,and Natural NanoparticlesJames Ranville Colorado School of Mines报告内容导图精彩回顾https://download.cloud.custouch.com/download/videoviewer/a0d4b9e05d0c6369 三、单颗粒ICP-MS技术在多学科中颗粒表征的前沿进展 梁少霞 珀金埃尔默报告内容导图精彩回顾https://download.cloud.custouch.com/download/videoviewer/56ee300af3f188b4 科研选型系列直播，还有更多专场即将呈现，敬请关注2023.1.11日 三联机/多联机应用专场现在扫描二维码预约第二期直播，更有惊喜好礼等您来拿！扫码加入珀金埃尔默高校交流技术群

近日，湖南大学谭蔚泓院士团队与浙江大学医学院附属第一医院黄河教授团队开发了一种基于核酸适体的质谱流式技术，用于单细胞的细胞表面蛋白分析，旨在为疾病的精准分子分型提供一个新的平台技术。该方法不仅能够实现培养细胞的分子分型和分类，还能结合机器学习，实现临床样本亚型的分类。该方法极大地扩展了核酸适体的应用领域，并为疾病的分类和诊断提供了新方法。　　背景介绍：　　高度异质性是恶性肿瘤的重要特征，同一疾病的不同亚型可能对临床治疗有着完全不同的反应。因此，疾病的精准分子分型对其诊疗研究具有重要意义。虽然基因组测序和转录组测序已经成为最常用的分类策略，但它们无法提供蛋白质的表型和功能数据。单细胞水平的膜蛋白分析将为疾病分型提供重要信息。流式细胞术提供了高通量的单细胞测量技术。然而，由于荧光光谱重叠问题，限制了荧光流式细胞术的多元分析能力。质谱流式作为一种先进的替代方法，具有信号重叠小和细胞背景噪声低等优点，已展现出在一次实验中同步测量超过40个细胞参数的能力。尽管质谱流式技术在多路复用单细胞分析中的巨大潜力，但其在肿瘤分类中的潜力受到识别探针种类不足的限制。　　核酸适体作为一种新型的识别配体，具有特异性高、合成简单、免疫原性低、修饰方便等优势。此外，以完整的活细胞为筛选对象，可以通过Cell-SELEX（指数富集配体进化技术）获得大量能够特异性识别细胞膜蛋白标志物的核酸适体。　　本文亮点：　　基于以上研究背景，湖南大学谭蔚泓院士团队联合浙江大学医学院附属第一医院黄河教授团队设计、合成了一种由二乙烯三胺五乙酸（DTPA）基元组成的聚合物，用于螯合多个金属离子。然后，选择了一系列识别不同细胞表面生物标志物的核酸适体，每个适体分别与螯合了不同金属离子的聚合物偶联（Apt-MICP）。最后，评估了基于Apt-MICP的细胞表面蛋白分析在培养细胞和临床样本中用于血液恶性肿瘤（HM）精确分类的潜力（图1）。图1. 基于核酸适体的质谱流式分析技术用于血液恶性肿瘤的分子分型作者首先对聚合物进行了设计与合成，并通过点击化学将其与核酸适体相连（图2a）。利用琼脂糖凝胶电泳和高效液相色谱对产物进行表征，证明了sgc8c-MICP的成功合成（图2b，c）。同时，在核酸适体上修饰上荧光基团，利用荧光流式验证了sgc8c-MICP仍然能够靶向CEM细胞，而不会结合Ramos细胞（图2d，e）。图2. sgc8c-MICP的合成与表征　　在证明了该策略的有效性之后，作者挑选了15条相关的核酸适体，将其连接上螯合了不同金属离子的聚合物，得到15条Apt-MICP。将15条核酸适体联用，依次对8种血液恶性肿瘤细胞系进行结合，通过质谱流式进行分析。将得到的结果进行归一化，并用热图进行展示（图3a）。利用viSNE降维分析方法对分型结果进行分析，实现8种细胞的区分（图3b）。结合无监督的主成分分析方法，实现血液恶性肿瘤细胞系更精确的区分（图3c）。图3. 血液恶性肿瘤细胞系的细胞表面特征分析及分类　　利用上述合成的15条Apt-MICP，结合五种相关的抗体，实现了31例血液恶性肿瘤临床样本（包括AML、ALL、B淋巴瘤以及CML四种亚型）的分子分型（图4a）。由于临床样本的异质性高，作者利用机器学习的方法进行PLS-DA建模，并成功将四种亚型的样本区分开来（图4b），总体准确率达到了100%（图4c）。图4. 临床样本训练集的分子分型和分类　　为了进一步验证该模型的有效性，作者又收集了15例临床样本，得到了分子图谱（图5a）。将分型结果输入到模型当中，实现对每个样本亚型的判定，总体准确率达到了80%（图5b）。图5. 临床样本测试集的分子分型和分类　　总结与展望：　　综上所述，该研究开发了一个基于核酸适体的质谱流式检测平台，用于精确的癌症分类。作者合成了一系列核酸适体-金属标签探针，并证明了它们在细胞类型特异性结合以及质谱流式检测方面的良好性能。通过用15个核酸适体探针分析细胞表面特征，可以很好地区分8个HM细胞系。此外，通过结合机器学习（PLS-DA），对HM临床样本的四个亚型构建了一个高质量的分类模型，在训练集中分类总准确率为100%，在测试集中分类总准确率为80%。基于这些结果，基于核酸适体的质谱流式平台有望在其他疾病的分类和诊断中得到广泛应用。该工作以Research Article的形式发表在CCS Chemistry。

光刻是将掩模版上的图形转移到涂有光致抗蚀剂（或称光刻胶）的硅片上，通过一系列生产步骤将硅片表面薄膜的特定部分除去的一种图形转移技术。光刻技术是借用照相技术、平板印刷技术的基础上发展起来的半导体关键工艺技术。随着半导体技术的发展，光刻技术传递图形的尺寸限度缩小了2～3个数量级（从毫米级到亚微米级），已从常规光学技术发展到应用电子束、 X射线、微离子束、激光等新技术；使用波长已从4000埃扩展到 0.1埃数量级范围。光刻技术成为一种精密的微细加工技术。随着技术的发展，光刻技术不断推陈出新，出现了很多针对某几种用途的专门技术，在此特为大家盘点介绍一些光刻技术。掩模光刻掩膜光刻由光源发出的光束，经掩膜版在感光材料上成像，具体可分为接近、接触式光刻以及投影光刻。相较于接触式光刻和接近式光刻技术，投影式光刻技术更加先进，通过投影的原理能够在使用相同尺寸掩膜版的情况下获得更小比例的图像，从而实现更精细的成像。目前，投影式光刻在最小线宽、对位精度、产能等核心指标方面能够满足各种不同制程泛半导体产品大规模制造的需要，成为当前 IC 前道制造、IC 后道封装以及 FPD 制造等泛半导体领域的主流光刻技术。根据光源不同，掩模光刻机还可以分为紫外光源（UV）、深紫外光源(DUV)、极紫外光源（EUV）。为了提供波长更短的光源，极紫外光源（EUV）为业界采用。目前主要采用的办法是将二氧化碳激光照射在锡等靶材上，激发出13.5 nm的光子，作为光刻机光源。目前仅有由荷兰飞利浦公司发展而来的ASML（阿斯麦）一家可提供可供量产用的EUV光刻机。这是目前最先进的光刻技术。X射线光刻X射线因为波长很短，所以几乎没有衍射效应，所以很早就进入了光刻技术研发的视野内，并且在八十年代就有了X射线光刻。九十年代，IBM在美国佛蒙特州建了一条采用同步辐射光源的X射线光刻机为主力的高频IC生产线，美国军方为主要客户。而当年X射线光刻技术，是当时的下一代光刻技术的强有力竞争者。后来随着准分子激光和GaF透镜技术的成熟，深紫外光刻技术延续了下去，在分辨率和经济性上都打败了X射线光刻。X射线光刻就退出了主流光刻技术的竞争。现在用X射线光刻的，主要是LIGA技术，用来制造高深宽比结构的一种技术，可以制造出100:1的深宽比，应用于MEMS技术当中。由于X射线准直性非常好，传统的X射线光刻，是1:1复制的。掩模版使用的是硅梁支撑的低应力氮化硅薄膜，上面有一层图形化的金，作为掩蔽层。曝光方式采用扫描的方式，效率不高。X射线光源最大的优势在于他可以做出高深宽比的图形，但是最大的问题也是由于他的穿透性太强导致了无法用透镜进行放大和缩小，因此图形尺寸和掩模版的尺寸相同，所以X射线光刻过分依赖电子束光刻掩模版的精度，故目前没有大量普及。离子束光刻离子束投影曝光系统的结构和工作原理与光学投影曝光的结构与原理类似，所不同的是曝光粒子是离子、光学系统采用离子光学系统，而掩模版则由可通过和吸收离子的材料制备。离子束曝光掩模版通常采用Si材料制成投射/散射式的二相掩模版技术。离子束投射光学系统一般也采用4：1缩小的投射方式，透镜实际上是一个可对离子进行聚焦作用的多电极静电系统。常见的离子束光刻技术包括聚焦离子束光刻（FIB）和离子投影光刻（IPL）。FIB系统采用液态金属离子源，加热同时伴随着一定的拔出电压获得金属离子束，通过质量选择器来选择离子，通过电子透镜精细聚焦的金属离子，在偏转线圈的作用下，形成扫描光栅。离子束可通过溅射对样品进行表面成像。聚焦式离子束技术是利用静电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸(与电子束直写光刻技术类似。不需要掩膜板，应用高能粒子朿直写。离子投影曝光( lPL)是将平行的离子束穿过掩膜，将缩小的招膜图形投射到基底上，使用PMMA光刻胶。当具有一定能量的离子撞击靶材表面时两者之间会发生一系列的交互作用,其中包括膨胀、刻蚀、沉积、铣削、注入、背散射和形核反应等。主要用于制作修复掩膜版和对晶直接光刻。但离子束光刻存在离子源制备，掩膜板畸变，衬底工艺损伤，效率低等问题，很难在生产中作为曝光工具应用，目前主要用作VISI中的掩模修补工具和特殊器件的修整。电子束曝光电子束曝光（EBL）始于上世纪60年代，是在电子显微镜的基础上发展起来的用于微电路研究和制造的曝光技术，是半导体微电子制造及纳米科技的关键设备、基础设备。电子束曝光是由高能量电子束和光刻胶相互作用，使胶由长（短）链变成断（长）链，实现曝光，相比于光刻机具有更高的分辨率，主要用于制作光刻掩模版、硅片直写和纳米科学技术研究。电子束曝光主要有可变矩形电子束曝光系统、电子束投影光刻技术、大规模平行电子束成像三种技术。电子束曝光是电子光学、机械、电子技术、计算机及半导体工艺集成，包含了检测与定位、环境控制、超高真空、计算机控制、系统控制软件、多功能图形发生器、激光定位工件台和电子光学柱8个子系统，其中电子光柱体、图形发生器和激光工件台是关键部件。纳米压印技术纳米压印技术是一种新型的微纳加工技术。该技术通过机械转移的手段，达到了超高的分辨率，有望在未来取代传统光刻技术，成为微电子、材料领域的重要加工手段。纳米压印技术，是通过光刻胶辅助，将模板上的微纳结构转移到待加工材料上的技术。报道的加工精度已经达到2纳米，超过了传统光刻技术达到的分辨率。这项技术最初由美国普林斯顿大学的Stephen. Y. Chou（周郁）教授在20世纪90年代中期发明。由于纳米压印技术的加工过程不使用可见光或紫外光加工图案，而是使用机械手段进行图案转移，这种方法能达到很高的分辨率。报道的最高分辨率可达2纳米。此外，模板可以反复使用，无疑大大降低了加工成本，也有效缩短了加工时间。因此，纳米压印技术具有超高分辨率、易量产、低成本、一致性高的技术优点，被认为是一种有望代替现有光刻技术的加工手段。热探针扫描技术热扫描探针光刻（t-SPL）是近年来新开发出的一种光刻技术，其与当今的电子束光刻（EBL）相比具有更多的优势：首先，热光刻显改善了二维晶体管的质量，抵消了肖特基势垒，阻碍了金属与二维衬底交界处的电子流动；与电子束光刻（EBL）不同，热光刻技术使芯片设计人员能够轻松地对二维半导体进行成像，之后在需要的地方对电极进行图案化； 此外，热扫描探针光刻（t-SPL）制造系统有望在初期节省成本；最后，通过使用平行热探针，能够轻松地将该热制造方法推广到批量的工业生产当中。成本更低，有望成为当今电子束光刻的替代品。激光直写技术激光直写技术是一种近年来应用广泛的超精密加工技术。激光直写是利用强度可变的激光束对基片表面的抗蚀材料实施变剂量曝光，显影后在抗蚀层表面形成所要求的浮雕轮廓。激光直写系统的基本工作原理是由计算机控制高精度激光束扫描，在光刻胶上直接曝光写出所设计的任意图形，从而把设计图形直接转移到掩模上。激光直写技术主要用于制作平面计算全图、掩模、微透镜、微透镜阵列、Fresnel微透镜、Fresnel波带板、连续位相浮雕的闪耀光学元件等，制作工艺己经逐渐成熟。激光直写技术的发展趋势是从直角坐标写入系统到极坐标写入系统，直至多功能写入系统；从基片小尺寸到大尺寸，从平面写入到球面、柱面以及曲面；从利用光刻胶材料到聚合物以及其他特殊工艺材料；写入元件的特征尺寸从几百微米到亚微米；元件制作时间从几天到几小时甚至几分钟；从制作二值图样到写入连续浮雕轮廓 从光学元件到微电子、集成电路、集成光学器件等；从发达的国家到发展中国家，并己经应用到空间光学、光通讯、光学显示等领域，为DOE和微电子、微光学、微机械器件的制作提供了一种新的制作设备。多光子聚合光刻技术双光子聚合是物质在发生双光子吸收后所引发的光聚合过程。双光子吸收是指物质的一个分子同时吸收两个光子的过程，只能在强激光作用下发生，是一种强激光下光与物质相互作用的现象，属于三阶非线性效应的一种。双光子吸收的发生主要在脉冲激光所产生的超强激光的焦点处，光路上其他地方的激光强度不足以产生双光子吸收，而由于所用光波长较长，能量较低，相应的单光子过程不能发生，因此，双光子过程具有良好的空间选择性。一般利用双光子聚合制造3D打印机，可以实现突破传统光学衍射极限的增材制造。不过，华中科技大学的甘棕松教授发明的超分辨纳米光刻技术利用光刻胶双光子吸收特性，采用双束光进行光刻，一束为飞秒脉冲激光，经过扩束整形进入到物镜，聚焦成一个很小的光斑，光刻胶通过双光子过程吸收该飞秒光的能量，发生光物理化学反应引发光刻胶发生固化；另外一束为连续激光，同样经过扩束整形后，进入到同一个物镜里，聚焦形成一个中心为零的空心状光斑，与飞秒激光光斑的中心空间重合，光刻胶吸收该连续光的能量，发生光物理化学反应，阻止光刻胶发生固化。两束光同时作用，最终只有连续光空心光斑中心部位的地方被固化。甘棕松教授目前已经把空心光斑中心部位最小做到9nm，至此突破光学衍射极限的超分辨光刻技术在常规光刻胶上得以完美实现。光刻机国产化现状虽然各种光刻技术不断涌现，但相比于传统的紫外掩模光刻技术而言，大都在工业量产中都无法完全克服生产效率低、对准精度低、分辨率低等缺点。目前，应用较多的光刻技术主要为EUV、DUV等掩模光刻技术，用于工业量产，也是最受关注的光刻技术。公开资料显示，中国最强的光刻机生产商是上海微电子装备公司（SMEE），主要研发DUV光刻机，目前其最先进的SSA600/20光刻机分辨率可达90nm。上海微电子是国内唯一从事研发、生产以及销售高端光刻机的公司，也是全球第四家生产IC前道光刻机的公司。在2020年，金融局走访调研上海微电子时，上海微电子预计将于2022年交付首台28nm工艺国产沉浸式光刻机，国产光刻机将从此前的90nm制程一举突破到28nm制程。上海微电子在中端先进封装光刻机和LED光刻机领域技术领先，先进封装光刻机国内市场占有率高达80%、全球市场占有率达40%，LED光刻机市场占有率第一。实际上，02专项要求实现半导体设备28nm制程的国产化，目前国望光学的物镜、科益虹源的光源、华卓精科的双工件台、启尔机电的浸液系统等零部件都已实现突破，只差上海微电子光刻机集成。位于北京亦庄的国产验证28nm产线也预计明年投产，届时上海微电子的28nm光刻机有望导入产线，实现28nm光刻设备的国产化替代。此外，国产EUV量产型光刻机目前仍在开发中，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所在2016年验收了原理技术样机，合工大已开发出DPP-EUV光源，但功率较低。电子束光刻目前国内主要由电工所在开发，但相比于国际厂商还存在差距。而纳米压印技术国内的主要厂商为青岛天仁微纳，现已成为纳米压印领域市场占有额超过95%的头部企业，建立了自主知识产权的核心技术与专利壁垒，设备销售遍布国内知名大学科研院所和企业。激光直写光刻设备主要国产厂商包括江苏速影、合肥芯碁等，与国际巨头Heidelberg、矽万等相比，技术差距正逐渐缩小。光刻设备的国产化不仅推动了半导体产业的进步，同时也推动了国产仪器市场的发展。笔者从其他渠道了解到，上海微电子也采购了某国产双频激光干涉仪。由于最早国产的先进前道光刻机由国企上海微电子（SMEE）开启研制，2007年上海微电子大量采用外国关键零部件集成了90 nm干式投影光刻机。后因《瓦森纳协定》的限制，关键部件被国外“卡脖子”而失败。随着国内仪器设备的技术进步，上海微电子通过采购国产零部件集成先进的光刻机，促进了国产仪器市场发展。目前，主流光刻设备厂商包括，ASML、Nikon、Canon、上海微电子、合肥芯碁、Heidelberg、江苏速影、矽万、SUSS、苏大维格、Veeco、光机所、EVG、ABM、苏州源卓、合肥芯硕、长春长光中天、中国电科、大族激光、中山新诺等。更多仪器请查看以下专场【光刻机】【电子束刻蚀】。

p 　　近日，中国科学院空天信息研究院和中国科学技术大学等单位联合研制出高速高精度激光汤姆逊散射仪。 /p p 　　今年5月，在“科大一环”磁约束聚变等离子体装置开展实验中，基于重复频率200赫兹、单脉冲能量5焦耳的激光脉冲，实现了小于5电子伏特的电子温度测量精度，电子温度安全预警时间间隔达5毫秒，所获得的预警时间是国际同类系统的一半，指标提高一倍。这标志着我国在该领域进入国际领先水平行列，为我国未来磁约束聚变能装置的高精度测量奠定了坚实基础。 /p p 　　据了解，在磁约束聚变反应装置工作过程中，偏滤器将承受巨大的能量泄放，需要对等离子体电子温度进行提前预警和实时反馈控制，实现脱靶而避免等离子体损伤器壁进而导致灾难性后果。基于高频高能激光的汤姆逊散射测量是精确测量等离子体电子温度的唯一可靠测量手段，激光的工作频率决定了温度预警的采样时间间隔，间隔越小系统预警越及时，装置运行安全系数越高。 /p p 　　受限于激光器能量和频率水平，我国以往等离子体温度诊断采用数十赫兹的低频激光器，采样间隔宽，遇到紧急情况无法及时预警，导致装置运行存在巨大风险。虽然采用多台低频率激光器合束技术可以满足预警时间间隔要求，但是这种方法可靠性大幅降低。欧洲和日本已经掌握了100赫兹工作频率的高能激光技术，预警时间间隔达到10毫秒，但这个预警时间间隔仍然较长，无法完全保证装置安全运行。 /p p 　　从2015年起，空天信息研究院联合中国科学院光电技术研究所和同济大学等单位历时3年时间，突破了高能量高光束质量激光传输与放大、激光相位共轭波前畸变校正、大口径/大尺寸激光放大模块、大功率脉冲激光驱动电源等关键技术，于2017年4月在国际上首次发布重复频率200赫兹、脉冲能量5焦耳、脉冲宽度6.6纳秒、光束质量1.7倍衍射极限的高频高能激光指标，将我国纳秒脉宽激光器的功率水平提高了1个数量级。研究团队研发出基本完善的工艺流程，核心器件/部件实现国产化，形成整机工程化制造能力。以200赫兹/5焦耳激光器为光源，中国科学技术大学攻克了大功率激光传输系统综合降噪、收集光学精准对焦、弱光信号探测提取等难题，成功地研制我国迄今精度最高的激光汤姆逊散射检测系统。 /p p 　　未来，研究团队将开展更高功率、更高频率激光器研发和更高精度的诊断实验，计划将激光器的工作频率提高至500赫兹，检测系统提供2毫秒的安全预警时间间隔和1电子伏特的电子温度测量精度，为下一代磁约束聚变装置安全运行提供高速预警手段。 /p p br/ /p