激光同步器

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室在SEL-100PW激光前端精密光同步方面取得进展。科研团队基于自主建设的时间同步系统实现了超快强激光飞秒级同步。相关研究成果以Timing fluctuation correction for the front end of a 100-PW laser为题，发表在《高功率激光科学与工程》（High Power Laser Science and Engineering）上。高精度时间同步是促进超快强激光装置与加速器光源等大科学装置协同工作和融合发展的关键技术之一。“硬X射线自由电子激光装置”是我国在建的科技基础设施项目。该项目将建设一台100PW超强激光和一台硬X射线自由电子激光，通过泵浦-探测实验研究极端条件下真空量子电动力学、高能量密度物理等基础科学问题。由于超强激光和X射线激光的脉冲宽度均在20fs量级，两者之间的飞秒级同步是泵浦-探测实验成功开展的基础。科研团队发展了激光同步技术，对激光装置前端作了高精度时间抖动测量和实时反馈，实现了复杂强激光系统的飞秒级同步。激光装置前端结构如图1所示。该研究利用平衡光学互相关测量、时间延迟反馈等技术，分别对种子源系统、预放大系统作了时间抖动的测量和校正（结果如图2所示）。基于自主搭建的时间同步系统，种子源系统的同步精度达到1.82fs，预防大系统的同步精度达到4.48fs，实现了百太瓦级激光系统的飞秒级同步。该研究为超强激光及同类大科学装置的同步系统建设奠定了技术基础，并为基于超强激光和自由电子激光的联合实验研究提供了条件。研究工作得到硬X射线自由电子激光装置项目、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等的支持。图1. 100PW激光装置前端同步系统示意图。图2. 时间同步结果。（a）（d）分别为预防大和种子源系统时间同步结果；（b）（e）分别为开环状态下两系统时间漂移情况；（c）（f）为对应环境温度波动。

p 　　 strong 仪器信息网讯 /strong 3月21日，北京富力万丽酒，大昌华嘉(DKSH)成功举办颗粒表征技术应用暨新品发布会。本次会议安排了内容丰富的激光粒度仪在材料表征研究中的应用报告，同时发布一款美国麦奇克同步激光粒度粒形分析仪。全国颗粒表征与分检及筛网标准化技术委员会秘书长侯长革出席会议并致开幕辞，100多名各行业专家与会。 /p p style=" text-align: center " 　　 img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/41037f70-02dd-4862-8e1b-1e5d61aed179.jpg" title=" 侯长革.jpg" style=" width: 400px height: 286px " width=" 400" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 286" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　侯长革会议致辞 /p p 　　大昌华嘉(DKSH)科学仪器部总经理林波、美国麦奇克有限公司市场与销售副总裁Paul Cannon携手为Microtrac Sync干湿两用激光粒度粒形分析仪在中国的首发揭幕。 /p p style=" text-align: center " 　　 img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/139542d7-e5b9-49d9-88b2-b13cb537651e.jpg" title=" 揭幕.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　林波(左一)和Paul Cannon(左二)为Microtrac Sync揭幕 /p p style=" text-align: center " 　　 img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/06b0fb05-0247-4bdd-8659-3294b9dfbb18.jpg" title=" 会场2.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　会议现场 /p p style=" text-align: center " 　　 strong Sync：粒度和粒形同步测量 /strong /p p 　　在粒度分析全球市场中，中国占比已经超过10%，其中激光粒度仪占据很大市场份额。对材料研发人员来说，材料特性不仅受粒度的影响，粒形也影响材料的特性 材料供应商也希望在产品指标上提供粒度之外的更多丰富信息。因此，越来越多的电池、水泥、医药等行业用户希望同时了解粒度之外的丰富的粒形信息。激光粒度仪技术已经非常成熟，激光衍射技术已经为工业提供了最常用和可靠的粒径分析方法 但想要了解颗粒的更多信息，比如粒形，用户需要运用不同的技术来测量。通常采用两种仪器或测试技术，用户可以分别测量得到其粒度、粒形信息，但会消耗额外的费用和时间等资源，且这仅仅是代表测试不同样品的粒度、粒形信息。 /p p 　　麦奇克是全球粒度分析市场的重磅玩家，始终站在激光粒度分析技术发展的前沿。2003年推出经典的S3500系列激光粒度分析仪 与挪威图像处理公司AnaTec合作，2013年推出S3500SI激光粒度粒形分析仪，在S3500的基础上添加粒形测试功能，为用户提供了通过一台仪器、两个样品池串联的方式实现测试颗粒粒度、粒形信息的能力 随即，麦奇克收购了AnaTec，在硬件和软件两个层面全面融合，实现了激光衍射法和动态图像法的同步测量，完美继承了S3500的优点，于2018年推出“Sync干湿两用激光粒度粒形分析仪”。“Sync”就是指实现粒度和粒形同步测量——一台仪器，同一样品，一个样品池，一次运行，同时得到粒度和粒形结果。 /p p style=" text-align: center " 　　 img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/83351043-84cd-4c10-8f87-5640518e75b6.jpg" title=" Paul.jpg" style=" width: 400px height: 286px " width=" 400" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 286" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　麦奇克市场与销售副总裁Paul Cannon /p p style=" text-align: center " 　　 strong 更多的材料信息为材料企业或研究者们提供更高的商业价值 /strong /p p 　　从发布会现场了解到，为实现在一个样品池上同步进行激光衍射和动态图像测量的目标，麦奇克用了6年的时间，克服了巨大的挑战，开发出在非常有限的空间里同时摆放相机、激光器的专利技术，克服了由空间限制导致光学干扰方面的困难。Sync实现了在一个样品池上，同时测得样品的粒度、粒形信息，给出球形度、长宽比、凹凸度等30多项形态参数，包括独有的长厚比等3D形态参数。 /p p 　　对材料研发人员来说，材料特性不仅受粒度的影响，粒形也影响材料的特性，球形、锥形??不同的形状会影响产品的性能，例如，在粒径分布相同的情况下，不同的粒形会影响颗粒的流动性。激光衍射法已经是很多工厂来料和成品输出粒度的质量控制标准，在设定QC指标的时候，通常都是粒度分布的指标。Sync给用户提供一个机会，同时观察样品的粒度、粒形信息，帮助研发人员、QC更好地生产出符合性能要求的产品，如果原来是用2-3个数据指标来表达产品的性能，那么现在可以增加更多的数据指标。从现场采访的听众中了解到，作为材料生产企业，现在产品仅标注粒度指标，如果能添加丰富的粒形指标，将会让材料用户更好地接受其产品的可靠性，提高企业的商业价值! /p p 　　此外，由于Sync集成了激光衍射和动态图像测量，同时获得该样品的两个测试结果，用户可以把两者的测量结果进行相互验证，很好地保障测量结果的准确性。 /p p style=" text-align: center " 　　 img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/86dccb36-e776-4c98-947e-3d2eac0c56e3.jpg" title=" Mike.jpg" style=" width: 400px height: 286px " width=" 400" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 286" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　麦奇克研发经理Mike Cunningham详细介绍Sync技术特点 /p p style=" text-align: center " strong 　　为中国用户提供充分验证的应用测试能力 /strong /p p 　　麦奇克是世界上著名的激光应用技术研究和制造厂商，在中国地区，大昌华嘉(DKSH)为麦奇克的独家代理。2006年大昌华嘉接手麦奇克在中国的业务，相当于从零开始 2013年，Paul Cannon加入麦奇克成为全球市场与销售副总裁。2017年，麦奇克达到一个新的高峰，全球市场表现非常好 Paul Cannon说到：“亚洲市场对麦奇克来说非常关键，尤其是我们在中国取得巨大成功，DKSH作为麦奇克长期合作伙伴，有着非常优越的表现。”林波表示，面对中国粒度仪巨大的市场空间，希望在2-3年内，麦奇克在中国市场的销售台数赶上并超越麦奇克激光粒度仪在日本市场的表现。 /p p style=" text-align: center " 　　 img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/331f9fa7-6f65-443b-97c1-fce6488aa8a8.jpg" title=" 林波2.jpg" style=" width: 400px height: 286px " width=" 400" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 286" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　大昌华嘉(DKSH)科学仪器部总经理林波 /p p 　　Paul Cannon谈到，DKSH作为我们非常重要的合作伙伴，在Sync的研发过程中贡献了很多有价值的意见、建议。林波表示，大昌华嘉在2018年会加强北区应用试验室的建设，扩大售前及售后团队 进一步拓展制药，新能源，新材料等新的应用领域。“当前最重要的一件事，就是在正式发货之前进行各种样品的测试，与S3500、竞争对手产品的测试结果进行比对，帮助麦奇克在正式发货之前做出所有的改进，确保用户拿到这台仪器已经经过充分的应用测试验证。”林波说到。 /p p 　　会仪还特别邀请中国标准化研究院实验中心技术负责人李坤威作《激光粒度仪数据质量保证》报告、北京农林科学院副研究员张超作《激光粒度仪在果蔬加工中的主要应用》报告，中国食品发酵工业研究院高级工程师侯占群作《激光粒度分析仪在食品饮料中的应用》报告、中国医学科学院药物研究所副研究员杨德智作《粒度与晶型研究在药物研发中的意义》报告。 /p p style=" text-align: center " 　　 img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/efbaa271-081c-4698-a128-aec16b556c49.jpg" title=" 报告人.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　精彩学术交流 /p p style=" text-align: center " 　　 img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/3e78d101-8ac6-418d-9b25-5beaee5e2dc7.jpg" title=" 抽奖.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　幸运观众领取抽奖奖品 /p

蓝色/红色双激光配置Attune® 声波聚焦流式细胞仪 　　新产品2011年9月全球同步上市销售 Attune® 声波聚焦流式细胞仪蓝色/红色双激光配置新产品现在上市销售了，该新产品和已经销售的蓝色紫色双激光声波聚焦流式细胞仪具有相同的数据准确性和高灵敏度。 您可以在该新款蓝色/红色双激光Attune® 流式细胞仪上采用您已经熟悉的蓝红荧光标记流式试剂进行流式细胞分析，您可以在任何其他流式细胞平台无法相比的高流速下进行高精度流式细胞分析。 精准的高流速分析，而不影响CVs 快速流式分析：稀有细胞检测快10倍以上 操作简单：不需裂解不需洗脱全血样品流式细胞分析方法，避免细胞损失 您可以根据您的实验需要，选择相应的激光配置。 了解更多产品信息 Life Technologies 中国区办事处 销售服务信箱:sales-cn@lifetech.com 技术服务信箱： cntechsupport@lifetech.com 客户服务热线: 800-820-8982 400-820-8982 www.lifetechnologies.com FOR RESEARCH USE ONLY. NOT INTENDED FOR ANY ANIMAL OR HUMAN THERAPEUTIC OR DIAGNOSTIC USE. © 2011 Life Technologies Corporation. All rights reserved. The trademarks mentioned herein are the property of Life Technologies Corporation or their respective owners. In compliance with federal regulations, we hereby disclose that this email communication is for commercial purposes.

美国政府顾问小组近日提议，美国需要建造一种能够将电子在材料反应和化学反应中的活动轨迹成像的新型X射线激光器。 　　能源部下属的基础能源科学咨询委员会(BESAC)已经驳回了提交的关于未来X射线光源的4份提案，取而代之的是一个更具雄心的计划。BESAC表示，如果各方面力量能够齐心协力，该方案是完全可以实现的。 　　麻省理工学院加速器物理学家、曾在BESAC研究该课题的William Barletta认为：委员会所期望的机器将会是一种&ldquo 自由电子激光器&rdquo ，可以利用磁力来扭动电子光束，从而发射出连续的X射线。至于这种新型激光器的规格，委员会建议它应能提供快速的X射线脉冲重复率以及较广的X射线光子能量范围。 　　这一想法与美国劳伦斯伯克利国家实验室的一项提案不谋而合。劳伦斯伯克利国家实验室提议，&ldquo 下一代光源&rdquo (NGLS)这种自由电子激光器使用一种受超导磁体加速的电子光束。该提案已通过能源部审核，但还须经过国会的详细审查。 　　但是NGLS所能提供的能量范围还未达到顾问小组的期望，而与斯坦福线性加速器中心的相应提案范围相吻合。该中心提议对线性相干光源(LCLS)系统进行升级&mdash &mdash 这是一种已投入运行的自由电子激光器。 　　Barletta说，顾问小组认为,无论是NGLS项目还是待升级的LCLS项目都各有优点和缺点，两个实验室需要通力协作，寻求共识，取人之长，补己之短。 　　该顾问小组也听取了支持&ldquo 终极储存环&rdquo 的声音。终极储存环已经在一些美国的国家实验室中使用，其功能与X射线同步加速器相似，能够发射连续的X射线，并且可以循环利用光束，以达到节能效果。 　　Barletta认为研究终极储存环提案最关键的一点是：能源部应当仔细评估并认真审查升级已有同步加速器的方案，以确认将经费花在建造新型终极储存环上是否更值得。另外，瑞典、巴西、日本等国家正在建造比美国更先进的同步加速器。

据美国《大众科学》网站8月16日(北京时间)报道，一国际科研团队研制出一种新的阿秒级(1阿秒=10-18秒)激光器，当单个电子参与化学反应时，这种激光器或可为其“摄像”，这是迄今为止最高清、最快速的数据收集活动。一旦取得成功，新激光系统将对从基础化学到复杂的药物研究、化学工程学等领域产生巨大影响。相关研究发表在《自然光子学》杂志上。 　　该科研团队由澳大利亚、美国、欧洲的科学家组成。科学家们表示，拍摄下电子的“一举一动”并非易事，因为电子的运行速度非常快，在1.51阿秒内就能环绕一个氢原子核旋转一周。为了捕捉到正在活动的电子，人们需要一种能在阿秒层面上发送脉冲的激光器。 　　此前已有科学家研制出并演示了阿秒激光脉冲，但那些脉冲非常微弱，无法真正测量电子的动态，真正有用的阿秒激光器需要兼具高速度和强脉冲密度。新激光系统满足了这两个需求，并且只需简单的环境设置就可完成任务。 　　为了获得超强的激光脉冲，人们需要将不同频率的光波精确地混合在一起，使它们能互相加强。知易行难，因为很难让两种不同的激光束精确地同步。为了克服这个问题，科学家们构建了一套环境装置，让单束激光通过一个射束分离器，产生两束不同频率的激光。因具有相同来源，这两束激光能够实现同步。 　　科学家们还采用了其他辅助手段，让激光脉冲达到了阿秒规模的测量所必需的激光脉冲密度和持续时间。借此，人们能以前所未有的方式观察单个电子的活动。

超精密高速激光干涉位移测量技术与仪器 杨宏兴 1，2，付海金 1，2，胡鹏程 1，2*，杨睿韬 1，2，邢旭 1，2，于亮 1，2，常笛 1，2，谭久彬 1，2 1 哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所，黑龙江 哈尔滨 150080； 2 哈尔滨工业大学超精密仪器技术及智能化工业和信息化部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080 摘要 针对微电子光刻机等高端装备中提出的超精密、高速位移测量需求，哈尔滨工业大学深入探索了传统的共 光路外差激光干涉测量方法和新一代的非共光路外差激光干涉测量方法，并在高精度激光稳频、光学非线性误差 精准抑制、高速高分辨力干涉信号处理等多项关键技术方面取得持续突破，研制了系列超精密高速激光干涉仪，激 光真空波长相对准确度最高达 9. 6×10-10，位移分辨力为 0. 077 nm，光学非线性误差最低为 13 pm，最大测量速度 为 5. 37 m/s。目前该系列仪器已成功应用于我国 350 nm 至 28 nm 多个工艺节点的光刻机样机集成研制和性能测 试领域，为我国光刻机等高端装备发展提供了关键技术支撑和重要测量手段。 关键词 光学设计与制造；激光干涉；超精密高速位移测量引 言 激光干涉位移测量（DMLI）技术是一种以激光 波长为标尺，通过干涉光斑的频率、相位变化来感知位移信息的测量技术。因具有非接触、高精度、高动 态、测量结果可直接溯源等特点，DMLI 技术和仪器被广泛应用于材料几何特性表征、精密传感器标定、 精密运动测试与高端装备集成等场合。特别是在微电子光刻机等高端装备中嵌入的超精密高速激光干涉仪，已成为支撑装备达成极限工作精度和工作效率的前提条件和重要保障。以目前的主流光刻机为例，其内部通常集成有 6 轴至 22 轴以上的超精密高速激光干涉仪，来实时测量高速运动的掩模工件台、 硅片工件台的 6 自由度位置和姿态信息。根据光刻机套刻精度、产率等不同特性要求，目前对激光干涉的位移测量精度需求从数十纳米至数纳米，并将进一步突破至原子尺度即亚纳米量级；而位移测量速度需求，则从数百毫米每秒到数米每秒。 对 DMLI 技术和仪器而言，影响其测量精度和测量速度提升的主要瓶颈包括激光干涉测量的方法原理、干涉光源/干涉镜组/干涉信号处理卡等仪器关键单元特性以及实际测量环境的稳定性。围绕光刻机等高端装备提出的超精密高速测量需求，以美国 Keysight 公司（原 Agilent 公司）和 Zygo 公司为代表的国际激光干涉仪企业和研发机构，长期在高精度激光稳频、高精度多轴干涉镜组、高速高分辨力干涉信号处理等方面持续攻关并取得不断突破， 已可满足当前主流光刻机的位移测量需求。然而， 一方面，上述超精密高速激光干涉测量技术和仪器 已被列入有关国家的出口管制清单，不能广泛地支撑我国当前的光刻机研发生产需求；另一方面，上述技术和仪器并不能完全满足国内外下一代光刻机研 发所提出的更精准、更高速的位移测量需求。 针对我国光刻机等高端装备研发的迫切需求， 哈尔滨工业大学先后探索了传统的共光路双频激光干涉测量方法和新一代的非共光路双频激光干涉测量方法，并在高精度激光稳频、光学非线性误差精 准抑制、高速高分辨力干涉信号处理等关键技术方 面取得持续突破，研制了系列超精密高速激光干涉 仪，可在数米每秒的高测速下实现亚纳米级的高分辨力高精度位移测量，已成功应用于我国 350 nm 至 28 nm 多个工艺节点的光刻机样机集成研制和性能测试领域。该技术和仪器不仅直接为我国当前微电子光刻机研发生产提供了关键技术支撑和核心 测量手段，而且还可为我国 7 nm 及以下节点光刻机研发提供重要的共性技术储备。高精度干涉镜组设计与研制 高精度干涉镜组的 3 个核心指标包括光学非线性、热稳定性和光轴平行性，本课题组围绕这 3 个核心指标（特别是光学非线性）设计并研制了前后两代镜组。 共光路多轴干涉镜组共光路多轴干涉镜组由双频激光共轴输入，具备抗环境干扰能力强的优点，是空间约束前提下用于被测目标位置/姿态同步精准测量不可或缺的技术途径，并且是光刻机定位系统精度的保证。该类干涉镜组设计难点在于，通过复杂光路中测量臂和参考臂的光路平衡设计保证干涉镜组的热稳定性，并通过无偏分光技术和自主设计的光束平行性测量系统，保证偏振正交的双频激光在入射分光及多次反射/折射后的高度平行性［19- 20］。目前本课题组研制的 5 轴干涉镜组（图 11） 可实现热稳定性小于 10 nm/K、光学非线性误差小于 1 nm 以及任意两束光的平行性小于 8″，与国 际主流商品安捷伦 Agilent、Zygo 两束光的平行性 5″~10″相当。 图 11. 自主研制的共光路多轴干涉镜组。（a）典型镜组的3D设计图；（b）实物图非共光路干涉镜组 非共光路干涉镜组在传统共光路镜组的基础上， 通过双频激光非共轴传输避免了双频激光的频率混叠，优化了纳米量级的光学非线性误差。2014 年，本课题组提出了一种非共光路干涉镜组结构［2，21］，具体结构如图 12 所示，测试可得该干涉镜组的光学非 线性误差为 33 pm。并进一步发现基于多阶多普勒 虚反射的光学非线性误差源，建立了基于虚反射光迹精准规划的干涉镜组光学非线性优化算法，改进并设计了光学非线性误差小于 13 pm 的非共光路干涉镜组［2-3］，并通过双层干涉光路结构对称设计保证热稳定性小于 2 nm/K［22- 25］。同时，本课题组也采用多光纤高精度平行分光，突破了共光路多轴干涉镜组棱镜组逐级多轴平行分光，致使光轴之间的平行度误差 逐级累加的固有问题，保证多光纤准直器输出光任意 两个光束之间的平行度均小于 5″。 图 12. 自主设计的非共光路多轴干涉镜组。（a）典型镜组的3D设计图；（b）实物图基于上述高精度激光稳频、光学非线性误差精准抑制、高速高分辨力干涉信号处理等多项关键技 术，本课题组研制了系列超精密高速激光干涉仪 （图 17），其激光真空波长准确度最高达 9. 6×10-10 （k=3），位移分辨力为 0. 077 nm，最低光学非线性误差为 13 pm，最大测量速度为 5. 37 m/s（表 2）。并成功应用于上海微电子装备（集团）股份有限公司 （SMEE）、中国计量科学研究院（NIM）、德国联邦物理技术研究院（PTB）等十余家单位 ，在国产光刻机、国家级计量基准装置等高端装备的研制中发挥了关键作用。 图 17. 自主研制的系列超精密高速激光干涉仪实物图。（a）20轴以上超精密高速激光干涉仪；（b）单轴亚纳米级激光干涉仪；（c）三轴亚纳米级激光干涉仪超精密激光干涉仪在精密工程中的实际测量， 不仅考验仪器的研制水平，更考验仪器的应用水 平，如复杂系统中的多轴同步测量，亚纳米乃至皮 米量级新误差源的发现与处理，高水平的温控与隔 振环境等。下面主要介绍超精密激光干涉仪的几 个典型应用。 国产光刻机研制：多轴高速超精密激光干涉仪 在国产光刻机研制方面，多轴高速超精密激光 干涉仪是嵌入光刻机并决定其光刻精度的核心单元之一。但是，一方面欧美国家在瓦森纳协定中明确规定了该类干涉仪产品对我国严格禁运；另一方面该类仪器技术复杂、难度极大，我国一直未能完整掌握，这严重制约了国产光刻机的研制和生产。 为此，本课题组研制了系列超精密高速激光干涉测量系统，已成功应用于我国 350 nm 至 28 nm 多个工艺节点的光刻机样机集成研制和性能测试领域，典型应用如图 18 所示，其各项关键指标均满足国产先进光刻机研发需求，打破了国外相关产品对我国 的禁运封锁，在国产光刻机研制中发挥了重要作用。在所应用的光刻机中，干涉仪的测量轴数可达 22 轴以上，最大测量速度可达 5. 37 m/s，激光真空 波 长/频 率 准 确 度 最 高 可 达 9. 6×10−10（k=3），位 移 分 辨 力 可 达 0. 077 nm，光 学 非 线 性 误 差 最 低 为 13 pm。 配 合 超 稳 定 的 恒 温 气 浴（3~5 mK@ 10 min）和隔振环境，可以对光刻机中双工件台的多维运动进行线位移、角位移同步测量与解耦，以满足掩模工件台、硅片工件台和投影物镜之间日益复杂的相对位置/姿态测量需求，进而保证光刻机整体套刻精度。图 18. 超精密高速激光干涉测量系统在光刻机中的应用原理及现场照片国家级计量基准装置研制：亚纳米精度激光干涉仪 在国家级计量基准装置研制方面，如何利用基本物理常数对质量单位千克进行重新定义，被国际知名学术期刊《Nature》评为近年来世界六大科学难题之一。在中国计量科学研究院张钟华院士提出的“能量天平”方案中，关键点之一便是利用超精密激光干涉仪实现高准确度的长度测量，其要求绝对测量精度达到 1 nm 以内。为此，本课题组研制了国内首套亚纳米激光干涉仪，并成功应用于我国首套量子化质量基准装置（图 19），在量子化质量基准中 国方案的实施中起到了关键作用，并推动我国成为首批成功参加千克复现国际比对的六个国家之一［30- 32］。为达到亚纳米级测量精度，除了精密的隔振与温控环境以外，该激光干涉仪必须在真空环境 下进行测量以排除空气折射率对激光波长的影响， 其测量不确定度可达 0. 54 nm @100 mm。此外，为了实现对被测对象的姿态监测，该干涉仪的测量轴 数达到了 9 轴。图 19. 国家量子化质量基准及其中集成的亚纳米激光干涉仪 结论 近年来，随着高端装备制造、精密计量和大科学装置等精密工程领域技术的迅猛发展，光刻机等高端制造装备、能量天平等量子化计量基准装置、 空间引力波探测等重大科学工程对激光干涉测量技术提出了从纳米到亚纳米甚至皮米量级精度的 重大挑战。对此，本课题组在超精密激光干涉测量方法、关键技术和仪器工程方面取得了系列突破性进展，下一步的研究重点主要包括以下 3 个方面： 1）围绕下一代极紫外光刻机的超精密高速激光干涉仪的研制与应用。在下一代极紫外光刻机中，其移动工件台运动范围、运动精度和运动速度将进一步提升，将要求在大量程、6 自由度复杂耦合、高速运动条件下实现 0. 1 nm 及以下的位移测量精度，对激光干涉仪的研发提出严峻挑战；极紫外光刻机采用真空工作环境，可减小空气气流波动和空气折射率引入的测量误差，同时也使整个测量系统结构针对空气- 真空适应性设计的复杂性大幅度增加。2）皮米激光干涉仪的研制与国际比对。2021年， 国家自然科学基金委员会（NSFC）联合德国科学基 金会（DFG）共同批准了中德合作项目“皮米级多轴 超精密激光测量方法、关键技术与比对测试”（2021 至 2023 年）。该项目由本课题组与德国联邦物理技术研究院（PTB）合作完成，预计将分别研制下一代皮米级精度激光干涉仪，并进行国际范围内的直接 比对。3）空间引力波探测。继 2017 年美国 LIGO 地面引力波探测获诺贝尔物理学奖后，各国纷纷开展了空间引力波探测计划，这些引力波探测器实质上就是巨型的超精密激光干涉仪。其中，中国的空间引力波探测计划，将借助激光干涉仪在数百万公里距离尺度上，实现皮米精度的超精密测量，本课题组在引力波国家重点研发技术项目的支持下，将陆 续开展卫星- 卫星之间和卫星- 平台质量块之间皮米级激光干涉仪的设计和研究，特别是皮米级非线性实现和皮米干涉仪测试比对的工作，预期可对空间引力波探测起到积极的支撑作用。本课题组在超精密激光干涉测量技术与仪器领域有超过 20 年的研究基础，建成了一支能够完全自主开发全部激光干涉仪核心部件、拥有完整自主知识产权的研究团队，并且在研究过程中得到了 12 项国家自然科学基金、2 项国家科技重大专项、2 项 国家重点研发计划等项目的支持，建成了超精密激光测量仪器技术研发平台和产业化平台，开发了系列超精密激光干涉测量仪，在国产先进光刻机研发、我国量子化质量基准装置等场合成功应用，推动了我国微电子光刻机等高端装备领域的发展，并将通过进一步研发，为我国下一代极紫外光刻机研 发、空间引力波探测、皮米激光干涉仪国际比对提供支撑。全文详见：超精密高速激光干涉位移测量技术与仪器.pdf

如今，用激光进行塑料焊接（Plastic Welding）以及锡焊（Soldering）已是一种十分常见的加工方法。非接触性、高自由度、高速度、高精密是此类方法的突出优点。然而，需要达到理想的焊接效果，怎样的加工条件是最好的？我们都知道，假如使用放大镜将光聚焦在一张纸上，如果纸是黑色的，就很容易被点燃，白色的则相对困难，这是由其温度升高情况不同而造成的。激光加工也是一样，拿塑料焊接来说，待加工的塑料往往颜色、厚度各异，如果不去测量加工过程中物体表面的温度，则难以准确判定是否达到了预期的加工效果。对于新的待加工物来说，找到理想的加工条件就将花费很多时间。 可以说，温度信息是缩短寻找最佳加工条件周期的一项重要参数。以前，加工操作和合格判定多是通过交由经验丰富的工人来获得保障。但这种依赖于“人”的模式，显然不能满足工业发展的需求。如果能把握温度信息的反馈，就可实现“可视化”，即便是经验尚浅的人，也能进行精确高效的加工。那么，我们要如何获取此信息呢？ 将温度信息一滴不差的收起来 获得温度信息的唯一方法，是测量来激光自加工过程中的红外光强度。但这里我们需要捕捉的，是高能量激光中那缕极其微弱的红外光，前后者的强度比率大约是一亿比一。常规操作是无效的，拥有极高灵敏度的弱光探测器才能派上用场。此外，红外光产生与物体被照的位置是一致的。想要精确测量，观测点和照射点的形状、位置都须做到同步。然而，受制于工艺水平，目前市面上许多此类激光器的该两部分是分离的，使用时主要通过一些人为的调试来尽可能保障效果，易用性和精确性都不够理想。 而滨松激光加热光源LD-HEATER及SPOLD，可以将以上问题都解决。滨松激光加热光源将激光照射和红外探测都集成在了同一个激光头中。因此，不必进行光轴调整，照射和探测就可完美的同步进行。由于照射光和监控信息的光程相同，所以不管大小、近远、光的形状，观测到的都是相同的。而滨松本身十分擅长微弱光的探测，探测器的灵敏度即可以得到很好的保障。高精度的实时温度监测技能加身后，会有怎样的直接变化呢？曾有客户反馈，在以前，新待加工物从试生产到批量生产，需半年左右（包括修正模具的时间）。配备滨松LD-HEATER后，大概仅需1/3的时间就可完成。如今，已有激光加热光源设备在客户的产线中工作了10年，且保持了0故障率。如此超高的稳定性，也为带来了生产效率的提升。 LD-HEATER和SPOLD有何不同？ 这里我们提到了两个不同的名字，LD-HEATER以及SPOLD。同是激光加热光源的它们有什么不同呢？ LD-HEATER是多功能的，实时温度监测功能为其标准配置，适用于试生产时期的加工条件寻找，以及问题分析。秉承即使是不完全了解激光的人都可以使用的理念，滨松工程师在开发时也考虑了足够的安全性。而SPOLD更低廉、更小巧、更多产品系列，易于在大规模生产现场使用。它是尽可能简化了的光源，以期能集成到其他的设备中。 不过，两者在许多核心的基本性能上是相同的。除了上述的高稳定性外，最为突出的则是其内部均配备了光束整形系统，输出的直接为平顶光，保证了加工的高效以及高度均匀性。如今某球知名的智能腕表生产商已将此系列激光加热光源置入了其产线中，其焊接达到的高防水性则让客户十分满意。此外， OLED屏的焊接也是目前的一个典型应用，其可进行高质量的无损拆解，这也源于激光器核心性能的保障。 简单来讲，LD-HEATER与SPOLD在生产的不同阶段扮演着不同的角色。在LD-HEATER给出加工条件后，可将相对低成本以及内嵌式的SPOLD配备入大规模生产系统，以保障已确定的加工条件与预期相同。而一旦实际生产中出现问题，也可以继续使用LD-HEATER找到问题所在。 不过，并不是所有SPOLD都配备了实时温度监测功能，客户可根据自身的需求进行选配。而此功能发挥的作用与LD-HEATER的也不尽相同，我们将此称为LPM（Laser Process Monitor，激光过程控制器）。 低成本，实现批量生产时的加工质量监控 一般来讲，激光加工的时间很短，在线探测异常并尽快做出反应非常重要。在实际生产现场，可能会发生很多难以直接察觉的未预料到的事情，比如设备或磨具状态的变化。而这些变化很可能导致待加工材料随着时间而改变，进而影响到最终的加工效果。而通过温度差异则可探知异常的发生，装配了LPM的SPOLD在加工中就可实现这样监测。 滨松目前提供3款配备LPM的SPOLD：L11785-61M，L12333-411M/-511M LPM采集由热产生的红外光后，可输出相应的模拟信息。如果加工出错，红外光的强度就会改变，LPM输出值也会不同。也就是说，其可以提供的是一个信息对比。如果是稳定的设备和材料，执行稳定正确的加工过程，输出信号也将是稳定的。一旦出现异常的信号，则可判定加工过程存在异常。 不过LPM并不是一个单独的模块，只能装配在SPOLD中才可很好的发挥作用。带有LPM的SPOLD只通过一根光纤来同步完成激光照射与红外探测，同样不用进行调整，也能确保加工区域和红外光信息获得区域是统一的。 当然，滨松也提供不带有LPM的SPOLD产品，可实现更低的成本，以及更小的体积。 不带有LPM的SPOLD系列：L11785,L13920 除了性能优异的产品外，由于产品研发是从应用端开始着手的，滨松对于不同材料之间的加工工艺非常熟悉，因此还可向客户提供帮助进行工艺选择的增值服务。 滨松最早的激光技术起源于激光核聚变的研究。为实现激光核聚变的能源开发，滨松与大阪大学的激光工程学院合作，共同推进用于固态激光激发的高功率输出LD的研发，在不断成熟的过程中，滨松也希望将自身的激光技术带入产业应用中。以此为原点，便积极推进了各种激光技术的研发。结合自身在光子技术应用中的广阔视野和经验，以期为激光技术打开新的应用领域。

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。”

近日活力激光科技有限公司(以下简称“活力激光”)宣布完成数千万人民币A轮融资，由亦庄资本独家投资。本轮资金将主要用于研发和生产千瓦级半导体激光器(1千瓦至1万瓦)系列产品，在激光焊接和激光表面处理领域进行推广应用。　　活力激光成立于2019年12月，主要专注于高功率半导体激光器的研发、生产和销售，整体技术及生产能力覆盖各种功率、波长和封装形式的半导体激光器，核心产品包括固体激光器泵浦源、千瓦级半导体激光器、以及应用于医疗美容等领域的小功率半导体激光器。公司在深圳宝安设有一处工厂，面积达3500平方米，其中无尘车间2000平米。　　目前，活力激光团队规模超70人，核心成员曾任职于JDSU等头部激光器公司。公司创始人兼CEO蔡万绍拥有二十余年半导体激光器研发与生产经验，先后任职于JDSU/Lumentum、Oclaro、西安炬光等公司。　　据Emergent Research相关报告数据，2021年全球半导体激光器市场规模为81.9亿美元(约551.9亿人民币)，预计2022-2030年间年复合增长率为6.7%。值得一提的是，半导体激光器在医疗保健领域的应用价值高，目前已广泛用于医疗诊断、美容手术和治疗，这一方向也将成为半导体激光器市场增长的重要驱动力，而随着技术的突破，半导体激光器在工业加工领域的直接应用也将被打开，想象空间极大。　　全球激光器市场核心玩家包括起步较早的通快、朗美通、恩耐、相干、业纳等国外公司，也有起步较晚但发展较快的锐科、英诺、炬光、长光华芯等国内公司。在成熟的光纤激光器领域，市场竞争相当激烈，从各大上市光纤激光器公司的财报中，可明显看到竞争激烈导致的价格下跌。　　蔡万绍告诉36氪，为了避开同质化竞争激烈的细分市场，活力激光以产品创新作为突破口，采用国产芯片，率先在国内开发出878.6nm锁波长窄光谱的半导体激光器，以及1440nm二维点阵激光器，在固体激光器泵浦和激光嫩肤美容领域，打破了国外玩家的垄断，实现国产替代，目前该产品已逐渐放量增长。　　“未来3-5年是激光芯片国产替代的重要时间窗口，也是半导体激光器创新发展的关键机遇。”蔡万绍提到，活力激光已经和国内多家激光芯片供应商展开合作，定制开发波长多样化的半导体激光器，包括1550nm(照明应用)、1470nm(医美应用)、780/766nm(碱金属气体激光器泵浦)、405nm/450nm/650nm(加工及照明应用)、以及常见的976nm和808nm激光波长，并同步研发千瓦级半导体激光器，覆盖1千瓦至1万瓦功率，取得了巨大进展。　　相对来说，固体激光器的优势应用领域是非金属材料及合金材料的精细加工，光纤激光器的优势应用领域是钢铁材料的大功率激光切割，而半导体激光器凭借高功率、低能耗、高性价比、体积小、重量轻、波长多样性等优势，将在铁、铜、铝等金属材料的激光焊接和激光表面处理领域得到举足轻重的应用。　　在蔡万绍看来，如果充分利用半导体激光器的优势展开产品研发布局，有望让半导体激光器在工业加工、医疗美容、照明显示、激光雷达等领域的总体应用量，提升至与光纤激光器、固体激光器同等的水平，逐步构建出三种激光器三分天下的格局。“我们的中期目标是成为国内领先的半导体激光器供应商。”他说。　　目前，活力激光客户已覆盖多家激光器、机器视觉、医疗美容等领域上市公司，并在公司成立以来，保持了100%以上的年营收增长率，预计2023年收入将突破亿元关口。

我国大功率激光器单个产品，技术与国际同步，但成套设备技术水平与国际有不小差距，原因何在？11月11日，在“全国大功率激光器应用分技术委员会”成立大会上，该委员会副主任委员、华工激光总经理闵大勇指出，主因是国内大功率激光器没有实现产品标准化。 　　激光器是激光产业上游核心产品，对下游激光装备及应用起决定性作用，地位类似于汽车发动机。国际大功率激光器产品严格按照一整套标准生产，保证了成套设备的安全、可靠与稳定性。而国内大功率激光器没有统一的标准，多数企业按自己的理解生产。产品“个性化”的直接后果就是，产品档次和质量难以保证，我国大量高端激光焊接、切割设备配置的大功率激光器与激光加工成套设备几乎全部依赖进口，其中80%以上被德国、美国等控制。 　　全国大功率激光器应用分技术委员会将编制我国标准体系，华工激光领衔标准制定。

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Wicked公司研制的S3氪激光器，射程可达到85英里。 　　S3氪激光的亮度可达到阳光的8000倍。 　　北京时间9月8日消息，从CD到DVD，激光技术的触角已经延伸到地球的每一个角落。科学家研制的激光器中绝大多数能量很小，与科幻作品中可怕的太空激光武器相差十万八千里。在研制激光器的道路上，美国Wicked激光公司又向前迈出一步，他们研制的S3氪激光器射程可达到85英里(约合136公里)，可以穿过房间点燃纸张，能够从地球大气层锁定地面上的物体。 　　S3氪激光的亮度达到阳光的8000倍，是世界上亮度最高的手持激光器。目前，吉尼斯世界纪录组织正对这一激光器进行评估。Wicked公司表示：“建议用户佩戴护目镜。”S3氪激光器的售价为299美元，涵盖一副护目镜的价格。在人类肉眼看来，绿色激光的亮度是蓝色激光的20倍，S3氪激光器便是绿色激光，拥有惊人的射程。它的能量很高，能够在远距离点燃纸张和火柴。由于内置微处理器，S3氪激光器不会出现温度过高情况。 　　Wicked公司为S3氪激光器采用了一系列安全举措，例如使用密码以防止滥用激光器。此外，他们还警告用户，不要将激光对准车辆、飞行员、动物、人或者卫星。这款激光器能够进入“战术休眠”模式，允许激光器立即冷启动。 　　由于任何非人造物体都无法从距地面85英里的高度照射到地球——除非科幻影片中入侵地球的外星人——人们不免对S3氪激光器的用途产生好奇。Wicked公司CEO史蒂夫-刘表示：“如果这款激光器安装在一个稳定的支架(我们并不卖这种支架)上并与卫星同步，宇航员能够看到微弱的绿光。这种实验需要获得政府航天机构的批准。我们的绝大多数职业消费者将这种激光器用于军队、工业界和科学研究。一些业余爱好者将其视为一个奇异的玩具，探索它的用途。作为公司的一项政策，我们并不列出激光器的具体用途，同时建议专业人员使用我们的产品并对自己的行为负责。” 　　WickedLasers.co.uk等网站计划将这种危险的装置进口到英国。2010年，一名青少年被自己从网上购买的绿色激光器严重灼伤眼睛，这起事故发生后，英国健康保护署发出警告，提醒公众不要购买大功率激光器。目前，英国已经有超过12个人因将大功率激光指示器对准飞行员、司机和足球运动员被送进监狱。

威斯康星大学Milwaukee分校的研究团队，用X射线激光器以慢动作的形式展示了一个光敏性生物分子的快速动态。&ldquo 人们能够在这一技术的基础上，以原子水平的空间分辨率和超快的时间分辨率制作纳米世界的电影，&rdquo 领导这项研究的Marius Schmidt教授说。 　　研究人员将PYP蛋白(photoactive yellow protein)作为模式系统，PYP是一种蓝光感受蛋白，在特定细菌的光合作用中起作用。PYP蛋白捕获蓝光光子之后，会经过一系列中间结构获得光子的能量，然后再回到初始状态。PYP光循环的绝大多数步骤已经被人们研究过了，是验证新方法的理想模型。 　　为了获得PYP的动态快照，研究人员制造了微小的PYP晶体，这些晶体的直径大多小于0.01毫米。他们在LCLS(目前最强的X射线激光器)系统中喷射这些微晶体，并用精确同步的蓝光脉冲启动它们的光循环。LCLS生成了极短极密集的X射线快照，捕捉到了PYP在光循环不同阶段的形态改变，分辨率达到了前所未有的0.16纳米。随后研究人员将自己获得的快照组成视频，展示了慢动作的PYP光循环。 　　这项研究再现了PYP光循环的所有已知过程，验证了这个新技术的可靠性，同时还揭示了PYP光循环的更多细节。这一技术的时间分辨率非常高，能揭示不到1皮秒的分子活动，这是以前无法想像的。 　　&ldquo 这是一个真正的突破，&rdquo 文章的共同作者Henry Chapman教授说。&ldquo 我们现在可以在原子水平上对动态过程进行时间分辨研究。&rdquo 　　与其他方法相比，X射线激光器在研究超快分子动态时有着更多的优势。该技术能生成世界上最明亮的X射线，提供飞秒级别的时间分辨率。X射线激光器成像时使用新鲜样本，样本中不会积累辐射伤害，而且特别适合研究非常小的晶体。实际上，一些很难结晶的生物分子只能用X射线激光器进行研究。另外，晶体小也有助于分子的同步，使人们能更灵敏的检测到分子发生的改变。换而言之，X射线激光器能够揭示其他方法无法企及的分子动态。

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。

1 引 言激光干涉位移测量技术具有大量程、高分辨力、非接触式及可溯源性等优势，广泛应用于精密计量、微电子集成装备和大科学装置等领域，成为超精密位移测量领域中的重要技术之一。近年来，随着这些领域的迅猛发展，对激光干涉测量技术提出了新的测量需求。如在基于长度等量子化参量的质量基准溯源方案中，要想实现1×10−8 量级的溯源要求，需要激光干涉仪长度测量精度达0. 1 nm 量级；在集成电路制造方面，激光干涉仪承担光刻机中掩模台、工件台空间位置的高速、超精密测量任务，按照“ 摩尔定律”发展规律，近些年要想实现1 nm 节点光刻技术，需要超精密测量动态精度达0. 1 nm，达到原子尺度。为此，国际上以顶级的计量机构为代表的单位均部署了诸如NNI、Nanotrace 等工程，开展了“纳米”尺度测量仪器的研制工程，并制定了测量确定度在10 pm 以下的激光干涉测量技术的研发战略。着眼于国际形势，我国同样根据先进光刻机等高端备、先进计量的测量需求，制定了诸多纳米计量技术的研发要。可见，超精密位移测量技术的发展对推进我国众多大高端装备具有重要战略意义，是目前纳米度下测量领域逐步发展的重大研究方向。2 激光干涉测量原理根据光波的传播和叠加原理，满足相干条件的光波能够在空间中出现干涉现象。在激光干涉测量中，由于测量目标运动，将产生多普勒- 菲佐（Doppler-Fizeau效应，干涉条纹将随时间呈周期性变化，称为拍频现象。移/相移信息与测量目标的运动速度/位移关系满足fd = 2nv/ λ ， （1）φd = 2nL/ λ ， （2）式中：fd为多普勒频移；φd为多普勒相移；n 为空气折射率；v 和L 为运动速度和位移；λ 为激光波长。通过对干涉信号的频率/相位进行解算即可间接获得测量目标运动过程中速度/位信息。典型的干涉测量系统可按照激光光源类型分为单频（零差式）激光干涉仪和双频（外差式）激光干涉仪两大类。零差式激光干涉测量基本原理如图1 所示，其结构与Michelson 干涉仪相仿，参考光与测量光合光干涉后，经过QPD 输出一对相互正交的信号，为Icos = A cos (2πfd t + φ0 + φd ) ， （3）Isin = A sin (2πfd t + φ0 + φd ) ， （4）式中：（Icos， Isin）为QPD 输出的正交信号；A 为信号幅值；φ0 为初始相位。结合后续的信号处理单元即可构成完整、可辨向的测量系统。图1　零差激光干涉测量原理外差式激光干涉仪的光源是偏振态相互垂直且具有一定频差Δf 的双频激光，其典型的干涉仪结构如图2 所示。双频激光经过NPBS 后，反射光通过偏振片发生干涉，形成参考信号Ir；透射光经过PBS，光束中两个垂直偏振态相互分开，f2 光经过固定的参考镜反射，f1 光经运动的测量镜反射并附加多普勒频移fd，与反射光合光干涉后形成测量信号Im。Ir = Ar cos (2πΔft + φr ) ， （5）Im = Am cos (2πΔft + φm )， （6）式中：Δf、A 和φ 分别为双频激光频差、信号幅值和初始相位差。结合式（5）和式（6），可解算出测量目标的相位信息。图2　外差激光干涉测量原理零差式激光干涉仪常用于分辨力高、速度相对低并且轴数少的应用中。外差式激光干涉仪具有更强的抗电子噪声能力，易于实现对多个目标运动位移的多轴同步测量，适用于兼容高分辨力、高速及多轴同步测量场合，是目前主流的干涉结构之一。3 激光干涉测量关键技术在超精密激光干涉仪中，波长是测量基准，尤其在米量级的大测程中，要实现亚纳米测量，波长准确度对测量精度起到决定性作用。其中，稳频技术直接影响了激光波长的准确度，决定激光干涉仪的精度上限；环境因素的变化将影响激光的真实波长，间接降低了实际的测量精度。干涉镜组结构决定光束传播过程中的偏振态、方向性等参数，影响干涉信号质量。此外，干涉信号相位细分技术决定激光干涉仪的测量分辨力，并限制了激光干涉仪的最大测量速度。3. 1　高精度稳频技术在自由运转的状态下，激光器的频率准确度通常只有±1. 5×10−6，无法满足超精密测量中10−8~10−7的频率准确度要求。利用传统的热稳频技术（单纵模激光器的兰姆凹陷稳频方法等），可以提高频率准确度，但系统中稳频控制点常偏离光功率平衡点，输出光频率准确度仅能达2×10−7量级，无法完全满足超精密测量的精度需求。目前，超精密干涉测量中采用的高精度稳频技术主要有热稳频、饱和吸收及偏频锁定3 种。由于激光管谐振腔的热膨胀特性，腔长随温度变化呈近似线性变化。因此，热稳频方法通过对谐振腔进行温度控制实现对激光频率的闭环调节。具体过程为：选定稳定的参考频标（双纵模激光器的光功率平衡点、纵向塞曼激光器频差曲线的峰/谷值点），当激光频率偏离参考频标时，产生的频差信号用于驱动加热膜等执行机构进行激光管谐振腔腔长调节。热稳频方法能够使激光器的输出频率的准确度在10−9~10−8 量级，但原子跃迁的中心频率随时间推移受腔内气体气压、放电条件及激光管老化的影响会发生温度漂移。利用稳频控制点修正方法，通过对左右旋圆偏振光进行精确偏振分光和对称功率检测来抑制稳频控制点偏移的随机扰动，同时补偿其相对稳定偏置分量。该方法显著改善了激光频率的长期漂移现象，阿伦方差频率稳定度为1. 9×10−10，漂移量可减小至（1~2）×10−8。稳频点修正后的激光波长仍存在较大的短期抖动，主要源于激光器对环境温度的敏感性，温差对频率稳定性的影响大。自然散热型激光器和强耦合水冷散热型激光器均存在散热效果不均匀和散热程度不稳定的问题。多层弱耦合水冷散热结构为激光管提供一个相对稳定的稳频环境，既能抑制外界环境温度变化对激光管产生的扰动，冷却水自身的弱耦合特性又不影响激光管性能，进而减小了温度梯度和热应力，提高了激光器对环境温度的抗干扰能力，减少了输出激光频率的短期噪声，波长的相对频率稳定度约为1×10−9 h−1。碘分子饱和吸收稳频法将激光器的振荡频率锁定在外界的参考频率上，碘分子饱和吸收室内处于低压状态下（1~10 Pa）的碘分子气体在特定频率点附近存在频率稳定的吸收峰，将其作为稳频基准后准确度可达2. 5×10−11。但由于谐振腔损耗过大，稳频激光输出功率难以超过100 μW 且存在MHz 量级的调制频率，与运动目标测量过程中产生的多普勒频移相近。因此，饱和吸收法难以适用于多轴、动态的测量场合。偏频锁定技术是另一种高精度的热稳频方法，其原理如图3 所示，通过实时测量待稳频激光器出射光与高精度碘稳频激光频差，获得反馈控制量，从而对待稳频激光器谐振腔进行不同程度加热，实现高精度稳频。在水冷系统提供的稳频环境下，偏频锁定激光器的出射光相对频率准确度优于2. 3×10−11。图3 偏频锁定热稳频原理3. 2　高精度干涉镜组周期非线性误差是激光干涉仪中特有的内在原理性误差，随位移变化呈周期性变化，每经过半波长，将会出现一次最大值。误差大小取决光束质量，而干涉镜组是决定光束质量的主导因素。传统的周期非线性误差可以归结为零差干涉仪的三差问题和外差干涉仪的双频混叠问题，产生的非线性误差机理如图4 所示，其中Ix、Iy分别表示正交信号的归一化强度。其中，GR为虚反射，MMS 为主信号，PISn 为第n 个寄生干涉信号，DFSn 为第n 阶虚反射信号。二者表现形式不完全相同，但都会对测量结果产生数纳米至数十纳米的测量误差。可见，在面向亚纳米、皮米级的干涉测量技术中，周期非线性误差难以避免。图4　零差与外差干涉仪中的周期非线性误差机理。（a）传统三差问题与多阶虚反射李萨如图；（b）多阶虚反射与双频混叠频谱分布Heydemann 椭圆拟合法是抑制零差干涉仪中非线性误差的有效方法。该方法基于最小二乘拟合，获得关于干涉直流偏置、交流幅值以及相位偏移的线性方程组，从而对信号进行修正。在此基础上，Köning等提出一种基于测量信号和拟合信号最小几何距离的椭圆拟合方法，该方法能提供未知模型参数的局部最佳线性无偏估计量，通过Monte Carlo 随机模拟后，其非线性幅值的理论值约为22 pm。在外差干涉仪中，双频混叠本质上是源于共光路结构中双频激光光源和偏振器件分光的不理想性，称为第1 类周期非线性。对于此类周期非线性误差，补偿方法主要可以从光路系统和信号处理算法两个方面入手。前者通过优化光路可以将非线性误差补偿至数纳米水平；后者通过椭圆拟合法提取椭圆特征参数，可以将外差干涉仪中周期非线性误差补偿至亚纳米量级；两种均属补偿法，方法较为复杂，误差难以抑制到0. 1 nm 以下。另一种基于空间分离式外差干涉结构的光学非线性误差抑制技术采用独立的参考光路和测量光路，非共光路使两路光在干涉前保持独立传播，从根本上避免了外差干涉仪中频率混叠的问题，系统残余的非线性误差约为数十皮米。空间分离式干涉结构能够消除频率混叠引起的第1 类周期非线性误差，但在测量结果中仍残余亚纳米量级的非线性误差，这种有别于频率混叠的残余误差即为多阶多普勒虚反射现象，也称为第2 类周期非线性误差。虚反射现象源自光学镜面的不理想分光、反射等因素，如图5所示，其中MB 为主光束，GR 为反射光束，虚反射现象普遍存在于绝大多数干涉仪结构中。虚反射效应将会使零差干涉仪中李萨如图的椭圆产生畸变，而在外差干涉仪中则出现明显高于双频混叠的高阶误差分量。图5　多阶虚反射现象使用降低反射率的方法，如镀增透膜、设计多层增透膜等，能够弱化虚反射现象，将周期非线性降低至亚纳米水平；德国联邦物理技术研究院Weichert等通过调节虚反射光束与测量光束间的失配角，利用透镜加入空间滤波的方法将周期非线性误差降低至±10 pm。上述方法在抑制单次的虚反射现象时有着良好的效果，但在面对多阶虚反射效应时作用有限。哈尔滨工业大学王越提出一种适用于多阶虚反射的周期非线性误差抑制方法，该方法利用遗传算法优化关键虚反射面空间姿态，精准规划虚反射光束轨迹，可以将周期非线性误差抑制到数皮米量级，突破了该领域10 pm 的周期非线性误差极限。3. 3　高速高分辨力相位细分技术在激光干涉仪中，相位细分技术直接决定系统的测量精度。实现亚纳米、皮米测量的关键离不开高精度的相位细分技术。相位的解算可以从时域和频域两个角度进行。最为常用的时域解算方法是基于脉冲边缘触发的相位测量方法，该方法利用高频脉冲信号对测量信号与参考信号进行周期计数，进而获取两路信号的相位差。该方法的测量速度与测量分辨力模型可表达为vm/dLm= Bm ， （7）式中：vm 为测量速度；dLm 为测量分辨力；Bm 为系统带宽。在系统带宽恒定的情况下，高测速与高分辨力之间存在相互制约关系。只有提高系统带宽才能实现测量速度和测量分辨力的同时提升，也因此极度依赖硬件运行能力。在测量速度方面，外差激光干涉仪的测量速度主要受限于双频激光频差Δf，测量目标运动产生的多普勒频移需满足fd≤Δf。目前，美国的Zygo 公司和哈尔滨工业大学利用双声光移频方案所研制的结构的频差可达20 MHz，理论的测量速度优于5 m/s。该方法通过增加双频激光频差来间接提升测量速度，频差连续可调，适用于不同测量速度的应用场合，最大频差通常可达几十MHz，满足目前多数测量速度需求。从干涉结构出发，刁晓飞提出一种双向多普勒频移干涉测量方法，采用全对称的光路结构，如图6所示，获得两路多普勒频移方向相反的干涉信号，并根据目标运动方向选择性地采用不同干涉信号，保证始终采用正向多普勒频移进行相位/位移解算。该方法从原理上克服了双频激光频差对测量速度的限制，其最大测量速度主要受限于光电探测器带宽与模/数转换器的采样频率。图6 全对称光路结构在提升测量分辨力方面，Yan 等提出一种基于电光调制的相位调制方法，对频率为500 Hz 的信号进行周期计数，该方法实现的相位测量标准差约为0. 005°，具有10 pm 内的超高位移测量分辨力，适用于低速测量场合。对于高速信号，基于脉冲边缘触发的相位测量方法受限于硬件带宽，高频脉冲频率极限在500 MHz 左右，其测量分辨力极限约为1~10 nm，难以突破亚纳米水平。利用高速芯片，可以将处理带宽提升至10 GHz，从而实现亚纳米的测量分辨力，但成本较大。闫磊提出一种数字延时细分超精细相位测量技术，在硬件性能相同、采样频率不变的情况下，该方法利用8 阶数字延迟线，实现了相位的1024 电子细分，具有0. 31 nm 的位移测量分辨力，实现了亚纳米测量水平。该方法的等效脉冲频率约为5 GHz，接近硬件处理极限，但其测量速度与测量分辨力之间依旧存在式（7）的制约关系。德国联邦物理技术研究院的Köchert 等提出了一种双正交锁相放大相位测量方法，如图7所示，FPGA 内部生成的理想正交信号分别与外部测量信号、参考信号混频，获取相位差。利用该方法，可以实现10 pm 以内的静态测量偏差。双正交锁相放大法能够处理正弦模拟信号，充分利用了信号的频率与幅值信息，其测量速度与测量分辨力计算公式为vm/0. 1λ0= Bm， （8）dLm/0. 5λ0=Bs/dLc， （9）式中：Bs为采样带宽；dLc为解算分辨力。图7 双正交锁相方法测量原理可见，测量速度与测量分辨力相互独立，从原理上解决了高测速与高分辨力相互制约的矛盾，为激光干涉仪提供了一种兼顾高速和高分辨力的相位处理方法。在此基础上，为了适应现代工业中系统化和集成化的测量需求，美国Keysight 公司、Zygo 公司及哈尔滨工业大学相继研发出了光电探测与信号处理一体化板卡，能够实现高于5 m/s 的测量速度以及0. 31 nm 甚至0. 077 nm 的测量分辨力。此外，从变换域方面同样可以实现高精度的相位解算。张紫杨等提出了一种基于小波变换的相位细分方法，通过小波变换提取信号的瞬时频率，计算频率变化的细分时间，实现高精度的位移测量，该方法的理论相位细分数可达1024，等效位移精度约为0. 63 nm。Strube 等利用频谱分析法，从信号离散傅里叶变换（DFT）后的相位谱中获取测量目标的位移，实现了0. 3 nm 的位移测量分辨力。由于采用图像传感器为光电转换器，信号处理是以干涉条纹为基础的，适用于静态、准静态的低速测量场合。3. 4环境补偿与控制技术环境中温度、气压及湿度等变化会引起空气折射率变化，使得激光在空气中传播时波长变动，导致测量结果产生纳米量级的误差。环境误差补偿与控制技术是抑制空气折射率误差的两种重要手段。补偿法是修正空气折射率误差最常用的方法，具有极高的环境容忍度。采用折光仪原理、双波长法等可以实现10−7~10−8 量级的空气折射率相对测量不确定度。根据Edlen 经验公式，通过精确测定环境参数（温度、湿度和大气压等），可以计算出空气折射率的精确值，用于补偿位移测量结果，其中温度是影响补偿精度的最主要因素。采用高精度铂电阻传感器，设备可以实现1 mK 的温度测量精度，其折射率的补偿精度可达10−8量级，接近Edlen 公式的补偿极限。环境控制技术是保证干涉仪亚纳米测量精度的另一种有效方法。在现行的DUV 光刻机中，采用气浴法，建立3 mK/5 min 以内恒温、10 Pa/5 min 以内恒压、恒湿气浴场，该环境中能够实现10−9~10−8 量级空气折射率的不确定度。对于深空引力波探测、下一代质量基准溯源等应用场合，对激光干涉仪工作的环境控制要求更为严苛，测量装置需置于真空环境中，此时，空气折射率引入的测量误差将被彻底消除。4 激光干涉测量技术发展趋势近年来，超精密位移测量的精度需求逐渐从纳米量级向亚纳米甚至皮米量级过渡。国内在激光干涉仪中的激光稳频、周期非线性误差消除和信号处理等关键技术上均取得了重大的突破。在LISA 团队规划的空间引力波探测方案中，要求在500 万千米的距离上，激光干涉仪对相对位移量需要具有10 pm 以内的分辨能力。面对更严苛的测量需求，超精密位移测量依然严峻面临挑战。激光干涉测量技术的未来发展趋势可以归结如下。1）激光波长存在的长期漂移和短期抖动是限制测量精度提升的根本原因。高精度稳频技术对激光波长不确定度的提升极限约为10−9量级。继续提升激光波长稳定度仍需要依托于下一阶段的工业基础，改善激光管本身的物理特性，优化光源质量。2）纳米级原理性光学周期非线性误差是限制激光干涉仪测量精度向亚纳米、皮米精度发展的重要瓶颈。消除和抑制第1 类和第2 类周期非线性误差后，仍残余数十皮米的非线性误差。由于周期非线性误差的表现形式与耦合关系复杂，想要进一步降低周期非线性误差幅值，需要继续探索可能存在的第3 类非线性误差机理。3）测量速度与测量分辨力的矛盾关系在动态锁相放大相位测量方法中得到初步解决。但面对深空引力波探测中高速、皮米的测量要求，仍然需要进一步探索弱光探测下的高分辨力相位细分技术；同时，需要研究高速测量过程中的动态误差校准技术。高速、高分辨力特征依旧是相位细分技术今后的研究方向。全文下载：亚纳米皮米激光干涉位移测量技术与仪器_激光与光电子学进展.pdf

近日，华南理工大学教授李志远团队成功造出一台全谱段白光激光器，其具备光斑明亮、光谱光滑且平坦、大脉冲能量的特点，能覆盖 300-5000nm 的紫外-可见-红外全光谱，单脉冲能量达到 0.54mJ。这样一台全谱段白光激光器的面世，可用于构建全谱段的超快光谱学探测技术，有望将激光技术推至世界领先水平，从而更好地服务于前沿研究。图 | 李志远（来源：李志远）基于本次成果，课题组将进一步构建全谱段的超快光谱学探测设备，届时有望对物质内部多个波段中的物理、化学和生命过程开展超快的精密探测，从而实现高速摄谱的技术能力，进而用于开展二维材料、锂离子电池、化学催化等领域的研究。本次研究中所涉及的光谱学技术，可以覆盖深紫外-可见波段的原子以及分子的电子跃迁吸收谱，也能覆盖近红外波段的半导体带间电子跃迁吸收谱、以及中红外波段的分子振动等。借此可以打造一种崭新的光谱学检测手段，对于那些使用传统手段所无法揭示的新现象和新规律，本次新手段很有希望填补相关空白。（来源：Light: Science & Applications）鉴于光学波段的光子和物质的电磁相互作用强度以及灵敏度，远远超过 X 射线光子与物质原子核、以及内壳层电子的电磁相互作用。而且，即便是 1mJ 量级的全谱段白光飞秒脉冲激光的光子亮度，也远远超过目前同步辐射 X 射线光源的亮度。“因此，全谱段白光激光器在物质科学和生命科学中所发挥的作用，也有望超过传统的同步辐射 X 射线光源。”李志远表示。日前，相关论文以《强紫外-可见-红外全谱段激光器》 （Intense ultraviolet–visible–infrared full-spectrum laser）为题发在 Light: Science & Applications，华南理工大学博士生洪丽红是第一作者，华南理工大学李志远教授、中国科学院上海光学精密机械研究所（上海光机所）李儒新院士担任共同通讯 [7]。图 | 相关论文（来源：Light: Science & Applications）助力解决 Science 125 个待解难题之一据介绍，作为一种崭新的激光光源，超宽带白光激光具有极宽带宽、高光谱平坦度、大脉冲能量、高峰值功率、高时空相干性等五大优点，能极大拓展激光技术的发展和应用范围。而如何构建一台覆盖紫外-可见-红外波段的全谱段白光激光器，同时拥有高峰值功率和高脉冲能量，是一个极具挑战的宏大目标。2020 年，Science 杂志将其列为 125 个前沿重大科学问题之一。主要原因在于，基于目前纯粹单一的激光器技术、二阶非线性变频技术、以及三阶非线性频率展宽技术，远不足以解决这一问题。过去十年，李志远团队基于自主开发的啁啾结构非线性铌酸锂晶体，结合大脉冲能量、高峰值功率的飞秒脉冲激光泵浦，利用二阶和三阶非线性协同作用的原创性物理机制，提升了白光飞秒激光的转换效率、频谱带宽、脉冲能量、光谱平坦度等指标。要想产生全谱段白光飞秒激光，需要达到两个先决条件：带宽超过一个光学倍频程的强泵浦飞秒激光光源，以及具有极大非线性频率上转换带宽的非线性晶体。不过，要想同时满足上述两个条件并非易事。为此，课题组使用光学参量啁啾脉冲放大技术，以及使用由充气空心光纤、纯铌酸锂晶体材料和啁啾极化铌酸锂晶体组成的极宽带非线性变频模块，将飞秒激光技术、二阶非线性变频技术、三阶非线性频率展宽技术加以综合，研制了这款全谱段白光激光器。其中，二阶和三阶非线性效应协同作用的原创性物理机制，是打造本次全谱段白光激光器的秘密。上述机制的好处在于，能够清除二阶非线性或三阶非线性方案中所存在的输出光谱性能不佳的限制。李志远表示：“全谱段白光激光有望成为激光技术发展历史上的一个里程碑，并能很好地回答 Science 杂志 2020 年的 125 个最前沿的科学问题，即人类能否造出与太阳光相似的非相干强激光。”（来源：Light: Science & Applications）让中国学界真正拥有属于自己的实验设备多年来，学界一直渴望产生像太阳光一样的白光激光。紫外-可见-红外全谱段白光激光的产生，则一直是激光技术等待攻克的堡垒，也是李志远团队努力追求的目标。十年来，该课题组历经 8 次阶段性成果的积累，才造出了上述全谱段白光激光器。2014 年，该团队将啁啾调制的概念引入一维铌酸锂晶体的周期设计中。在可调谐近红外光源的帮助之下，设计出多个不同啁啾度的准相位匹配晶体，让二次、三次谐波产生的非线性过程的相位失配，能够在单个晶体中得到补偿，借此实现宽带可调谐三基色光源的同时输出，也拉开了课题组“白光激光”之梦的序幕。2015 年，李志远让学生陈宝琴开展啁啾结构铌酸锂晶体中六次谐波产生的研究。在实验的关键阶段，李志远去现场看学生做实验，结果发现了又圆又白的激光束产生，这完全出乎意料之外。李志远觉察到这是一个“好东西”。仔细分析之后，确定啁啾结构铌酸锂晶体产生了二到八次谐波。在一个固体材料中产生高次谐波，这是一个前所未有的科学发现，也让课题组开始树立“白光激光”的梦想。随后，他们设计了啁啾结构非线性光子晶体，以中红外飞秒脉冲激光为泵浦源，在单块晶体中同时产生了超宽带二到八次谐波。其中，四到八次谐波形成 400-900nm 超宽带可见白光激光，其转换效率达到 18%。2014 年和 2015 年的这两项工作表明：该团队自主研发的铌酸锂晶体二阶非线性方案，可以支持宽带二次谐波产生。同时，也能支持宽带二次谐波和三次谐波产生，甚至支持基于级联三波混频的高次谐波产生，最终可以实现超宽带可见白光激光的产生。而要想产生全谱段白光飞秒激光，就需要继续深挖上述方案的潜能，以便满足产生全谱段激光所需要的苛刻条件：即泵浦激光脉冲带宽要足够宽，非线性晶体材料的准相位匹配带宽要足够大。2018 年，课题组选用更高能量的近红外飞秒脉冲激光作为泵浦源，针对相关泵浦条件设计出一款啁啾结构铌酸锂晶体，这块晶体在不同偏振状态之下，均能同时产生二次谐波和三次谐波。通过此他们首次发现了二阶和三阶非线性协同作用的新物理机制，并证明这一机制能够显著提升相关性能的指标。利用级联二次谐波和三次谐波方案，他们生成了 400-900nm 可见-近红外波段的可调谐白光激光，转换效率达到 30％。这一发现，也促使他们去发现产生白光激光的更优路线，即基于二阶和三阶非线性协同作用产生超连续白光激光的方案。在新路线的指导之下，他们设计出一块能同时产生二到十次谐波的宽带白光非线性晶体材料。针对这款白光非线性晶体材料，他们又采取 45μJ 脉冲能量的 3.6μm 中红外飞秒脉冲激光泵浦的设计方案，借此产生 25dB 带宽、覆盖 350-2500nm 的紫外-可见-红外超连续白光飞秒激光，单脉冲能量为 17μJ，转换效率为 37%。在此基础之上，他们继续优化二阶非线性和三阶非线性协同效应。期间，该团队发现石英玻璃的三阶非线性效应远远优于铌酸锂晶体，而特殊设计的铌酸锂啁啾非线性光子晶体可以同时使用高达十二阶次的准相位匹配。后来，他们利用 0.5mJ 的钛宝石飞秒脉冲激光器泵浦，来对熔融石英-啁啾极化铌酸锂晶体进行泵浦，最终实现 10dB 带宽覆盖 375-1200nm、20dB 带宽覆盖 350-1500nm 的超连续激光，单脉冲能量为 0.17mJ，转换效率为 34%。前面提到，课题组期望实现的白光飞秒激光具有五个高指标。因此，在追求极宽带宽范围的同时，他们还得实现更大的脉冲能量、更高的光谱平坦度。于是，该团队以高能量钛宝石主激光作为泵浦源，针对由熔融石英和啁啾极化铌酸锂晶体组成的级联光模块，对其整体非线性响应进行进一步的操纵，从而显著提高了白光飞秒激光的综合性能。期间，他们利用 3mJ 脉冲能量的钛宝石飞秒激光泵浦，对石英-超宽带白光非线性晶体级联模块进行熔融，基于二阶和三阶非线性协同作用的高效超宽带二次谐波产生方案，实现了 mJ 量级、3dB 带宽覆盖 385-1080nm 的超宽带白光飞秒激光。此外，自 2018 年起课题组联合一家外部公司研制了 3mJ/50 fs/1 kHz 钛宝石飞秒激光器，实现了相关仪器的国产替代。并以此作为泵浦源，和白光非线性变频模块加以结合，从而形成了成熟高效的白光飞秒激光生成方案，借此造出一款白光飞秒激光整机设备。以上成果也促使他们进一步思考：如何产生覆盖一到十次谐波的全谱段白光激光？为此，他们与上海光机所李儒新院士团队合作，提出一款非线性级联装置。这种装置可以满足以下两个条件：一个较强的带宽达到光学倍频的中红外泵浦激光光源；以及一个具有极大非线性频率上转换带宽的非线性晶体。随后，他们基于光学参量啁啾脉冲放大技术，研制出一种中红外飞秒脉冲激光器，它具有 3.5mJ、3.9μm 中心波长，可以起到泵浦激光光源的作用。接着，基于宽带二阶和三阶非线性变频模块，他们获得了光谱范围 25dB 带宽、覆盖 300-5000nm 的全谱段超连续白光飞秒激光。“至此，我们欣喜地发现借助强中红外飞秒激光作为泵浦源已经成功走通了全谱段白光激光产生的道路。”李志远表示。（来源：Light: Science & Applications）总的来说，课题组已经实现了“三高”型白光飞秒激光：大单脉冲能量（第一高）、300-5000nm 的频谱宽度（第二高）、高光谱的平坦度（第三高），基本涵盖了铌酸锂晶体的全部透光范围。接下来，他们将继续与李儒新院士团队合作，朝向更高目标前进，力争实现深紫外-紫外-可见-近红外-中红外-远红外的“三高”全谱段白光飞秒激光。假如可以实现，就能建造比拟同步辐射光源、以及自由电子激光光学波段的全谱段超连续激光光源。“届时，相信我们中国科学界将拥有属于真正自己的研究物质科学和生命科学的实验设备。”李志远最后表示。

激光外差干涉技术在光刻机中的应用 张志平*，杨晓峰 复旦大学工程与应用技术研究院上海市超精密运动控制与检测工程研究中心，上海 201203摘要 超精密位移测量系统是光刻机不可或缺的关键分系统之一，而基于激光外差干涉技术的超精密位移测量系统同时具备亚纳米级分辨率、纳米级精度、米级量程和数米每秒的测量速度等优点，是目前唯一能满足光刻机要求的位移测量系统。目前应用于光刻机的超精密位移测量系统主要有双频激光干涉仪和平面光栅测量系统两种，二者均以激光外差干涉技术为基础。本文将分别对这两种测量系统的原理、优缺点以及在光刻机中的典型应用进行阐述。关键词 光刻机；外差干涉；双频激光干涉仪；平面光栅1 引言集成电路产业是国家经济发展的战略性、基础性产业之一，而光刻机则被誉为集成电路产业皇冠上的明珠［1］。作为光刻机三大指标之一的套刻精度，是指芯片当中上下相邻两层电路图形的位置偏差。套刻精度必须小于特征图形的1/3，比如14 nm节点光刻机的套刻精度要求小于5.7 nm。影响套刻精度的重要因素是工件台的定位精度，而工件台定位精度确定的前提则是超精密位移测量反馈，因此超精密位移测量系统是光刻机不可或缺的关键分系统之一［2-4］。随着集成电路特征尺寸的不断减小，对位置测量精度的需求也不断提高；同时，为了满足光刻机产率不断提升的需要，掩模台扫描速度也在不断提高，甚至达到 3 m/s 以上；此外，为了满足大尺寸平板显示领域的需求，光刻机工件台的尺寸和行程越 来越大，最大已达到 1. 8 m×1. 5 m；最后，为了获得工件台和掩模台良好的同步性能，光刻机还要求位置测量系统具备多轴同步测量的功能，采样同步不确定性优于纳秒级别［5-8］。 综上，光刻机要求位置测量系统同时具备亚纳米级分辨率、纳米级精度、米级量程、数米每秒测量速度、闭环反馈以及多轴同步等特性。目前，在精密测量领域能同时满足上述测量要求的，只有外差干涉测量技术。 本文分别介绍外差干涉测量技术原理及其两 种具体结构——双频激光干涉仪和平面光栅测量系统，以及外差干涉技术在光刻机中的典型应用。 2 外差干涉原理 2. 1 拍频现象 外差干涉又称为双频干涉或者交流干涉，是利用“拍频”现象，在单频干涉的基础上发展而来的一 种干涉测量技术。 假设两列波的方程为 x1 = A cos ω1 t ， （1） x2 = A cos ω2 t 。 （2） 叠加后可表示为（3）拍频定义为单位时间内合振动振幅强弱变化 的次数，即 v =| (ω2 - ω1)/2π |=| v 2 - v 1 | 。 （4） 波 x1、x2 以及合成后的波 x 如图 1 所示，其中包 络线的频率即为拍频，也称为外差频率。如果其中一个正弦波的相位发生变化，拍频信号的相位会发生完全相同的变化，即外差拍频信号将完整保留原始信号的相位信息。 图 1. 拍频示意图Fig. 1. Beat frequency diagram对于激光而言，因为频率很高（通常为 1014 Hz 量级），目前的光电探测器无法响应，但可以探测到两束频率相近的激光产生的拍频（几兆到几十兆赫兹）。因此拍频被应用到激光领域，发展成激光外差干涉技术。2. 2 外差干涉技术 由拍频原理可知 ，所谓外差就是将要接收的信号调制在一个已知频率信号上，在接收端再将该调制信号进行解调。由于高频率的激光信号相位变化难以精确测量，但利用外差干涉技术可以用低频拍频信号把高频信号的 相位变化解调出来，将大大降低后续精确鉴相的难度。因此，外差技术最显著的特点就是信号以交流的方式进行传输和处理。 与单频干涉技术相比，外差干涉技术的突出优点是：1）由于被测对象的相位信息是加载在稳定的差频（通常几兆到几十兆赫兹）上，因此光电探测时避过了低频噪声区，提高了光电信号的信噪比。例如在外界干扰下，测量光束光强衰减 50% 时，单频干涉仪很难正常工作，而外差干涉仪在光强衰减 90% 时仍能正常工作 ，因此更适用于工业现场 。 2）外差干涉可以根据差频信号的增减直接判别运动方向，而单频干涉技术则需要复杂的鉴相系统来 判别运动方向。单频干涉技术与外差干涉技术对比如表 1 所示。表 1. 单频干涉技术与外差干涉技术对比Table 1. Comparison between homodyne interferometry and heterodyne interferometry3双频激光干涉仪 3. 1 双频激光干涉仪原理 双频激光干涉仪是在单频激光干涉仪的基础上结合外差干涉技术发展起来的，其原理如图 2 所 示。双频激光器发出两列偏振态正交的具有不同频率的线偏振光，经过偏振分光器后光束被分离。 图 2. 双频激光干涉仪原理图Fig. 2. Schematic diagram of dual frequency laserinterferometer设两束激光的波动方程为 E1 = E R1 cos ( 2πf1 t ) E2 = E R2 cos ( 2πf2 t ) ， （5） 式中：ER1和 ER2为振幅；f1和 f2为频率。 偏振态平行于纸面的频率为 f1 的光束透过干涉仪后，被目标镜反射回干涉仪。当被测目标镜移动时，产生多普勒效应，返回光束的频率变为 f1 ± Δf， Δf 为多普勒偏移量，它包含被测目标镜的位移信息。经过干涉镜后，与频率为 f2 的参考光束会合，会合后光束发生拍频，其光强 IM函数为 （6） 式（6）包含一个直流量和一个交流量，经光电探测器转换为电信号，再进行放大整形后，去除直流量，将交 流量转换为一组频率为 f1 ± Δf- f2的脉冲信号。从双频激光器中输出频率为 f1 - f2 的脉冲信 号，作为后续电路处理的基准信号。测试板卡采用减法器通过对两列信号的相减，得到由于被测目标 镜的位移引起的多普勒频移 Δf。被测目标镜的位移 L 与 Δf的关系可表示为 （7） 式中：λ 为激光的波长；N 为干涉的条纹数。因此， 只要测得条纹数，就可以计算出被测物体的位移。 3. 2 系统误差分析 双频激光干涉仪的系统误差大致由三部分组成：仪器误差、几何误差以及环境误差，如表 2 所示。 三种误差中，仪器误差可控制在 2 nm 以内；几何误 差可以通过测校进行动态补偿，残差可控制在几纳米以内；环境误差的影响最大，通常可达几十纳米到几微米量级，与测量区域的环境参数（温度、压 力、湿度等）有关，与量程几乎成正比，因此大量程测量时，需要对环境参数进行控制。 表 2. 双频激光干涉仪系统误差分解Table 2. System error of dual frequency laser interferometer4 平面光栅测量系统 双频激光干涉仪在大量程测量时，精度容易受 温度、压力、湿度等环境因素影响，研究者们同样基于外差干涉原理研发了平面光栅测量系统，可克服双频激光干涉仪的这一缺点。 4. 1 基于外差干涉的光栅测量原理 众所周知 ，常规的光栅测量是基于叠栅条纹的，具有信号对比度差、精度不高的缺点。基于外差干涉的光栅测量原理如图 3 所示，双频激光器发出频率 f1 和 f2 的线偏振光，垂直入射到被测光栅表面，分别进行+1 级和−1 级衍射，衍射光经过角锥反射镜后再次入射至被测光栅表面进行二次衍射， 然后会合并沿垂直于光栅表面的方向返回。由于被测光栅与光栅干涉仪发生了相对运动，因此，返回的激光频率变成了 f1 ± Δf和 f2 ∓ Δf，其中 Δf为多 普勒频移量，它包含被测目标镜的位移信息。 图 3. 基于外差干涉的光栅测量原理Fig. 3. Principle of grating measurement based on heterodyne interference会合后的光束 f1 ± Δf 和 f2 ∓ Δf 发生拍频，其频率为 ( f1 ± Δf ) - ( f2 ∓ Δf ) = ( f1 - f2 ) ± 2Δf。（8） 式（8）的信号与双频激光器中输出频率为 f1 - f2 的 参考信号相减，得到多普勒频移 Δf。被测目标镜的位移 L 与 Δf的关系可表示为（9） 式中 ：p 为光栅的栅距 ；N 为干涉的条纹数 。 因此，只要测得条纹数 ，就可以计算出被测物体的位移。 上述原理推导是基于一维光栅刻线的，只能测量一维运动。为了获得二维测量，只需将光栅的刻线由一维变成二维（即平面）即可。 4. 2 两种测量系统优缺点对比 由此可知，基于外差干涉的光栅测量原理与双频激光干涉仪几乎完全相同，主要的差别是被测对象由反射镜换成了衍射光栅。两种测量系统的优缺点如表 3 所示。表 3. 双频激光干涉仪与光栅测量系统对比Table 3. Dual frequency laser interferometer versus gratingmeasurement system5外差干涉测量在光刻机中的应用 发展至今，面向 28 nm 及以下技术节点的步进扫描投影式光刻机已成为集成电路制造的主流光刻机。作为光刻机的核心子系统之一的超精密工件台和掩模台，直接影响着光刻机的关键尺寸、套刻精度、产率等指标。而工件台和掩模台要求具有高速、高加速度、大行程、超精密、六自由度（x、y 大 行程平动，z 微小平动，θx、θy、θz微小转动）等运动特点，而实现这些运动特点的前提是超精密位移测量反馈。因此，基于外差干涉技术的超精密位移测量子系统已经成为光刻机不可或缺的组成部分。 4. 光刻机中的多轴双频激光干涉仪［10］Fig. 4. Multi-axis dual frequency laser interferometer in lithography machine[10]图 4 为典型的基于多轴双频激光干涉仪的光刻机工件台系统测量方案［10］，在掩模台和硅片台的侧面布置多个多轴激光干涉仪，对应地在掩模台和硅 片台上安装长反射镜；通过多个激光干涉仪的读数解算出掩模台和硅片台的六自由度位移。 然而，随着测量精度、测量行程、测量速度等运动指标的不断提高，双频激光干涉仪由于测量精度易受环境影响、长反射镜增加运动台质量致使动态性能差等问题难以满足日益提升的测量需求。因 此，同样基于外差干涉技术的平面光栅测量系统成为了另一种选择［8］。 光刻机工件台平面光栅测量技术首先由世界光刻机制造巨头 ASML 公司取得突破。该公司于 2008 年 推 出 的 Twinscan NXT：1950i 浸 没 式 光 刻机，采用了平面光栅测量技术对 2 个工件台的六自 由度位置进行精密测量。如图 5 所示，该方案在主基板的下方布置 8 块大面积高精度平面光 栅（约 400 mm×400 mm），在两个工件台上分别布置 4 个 平面光栅读数头（光栅干涉仪），当工件台相对于平 面光栅运动时，平面光栅读数头即可测出工件台的 运动位移［2，5，9］。图 5. ASML 光刻机的平面光栅测量方案［2，5，9］Fig. 5. Plane grating measurement scheme of ASML lithography machine[2,5,9]相比多轴双频激光干涉仪测量方案，平面光栅测量方案具有以下优点：1）测量光路短（通常小于 20 mm），因此测量重复精度和稳定性对环境变化不 敏感；2）工件台上无需长反射镜，因此质量更轻、动态性能更好。 然而，平面光栅测量方案也有其缺点：1）大面积高精度光栅制造难度太大；2）由式（9）可知，位移 测量结果以栅距 p 为基准，然而受栅距均匀性限制， 测量绝对精度不高。为了获得较好的精度和线性度，往往需要利用双频激光干涉仪进行标定。 面临极端测量需求的挑战 ，Nikon 公 司 在 NSR620D 光刻机中采用了平面光栅和双频激光干涉仪混合测量的技术方案［9］，如图 6 所示。该方案 将平面光栅安装在工件台上表面，而将光栅读数头安装在主基板下表面，同时增加了双频激光干涉仪，结合了平面光栅测量系统和双频激光干涉仪的 优点。在读头与读头切换时采用双频激光干涉仪进行在线校准。 图 6. Nikon光刻机混合测量方案［9］Fig. 6. Hybrid measurement scheme of Nikon lithography machine [9]6激光外差干涉系统的发展趋势 无论是双频激光干涉仪还是平面光栅测量系统，要想获得纳米级测量精度，既需要提高测量系统本身的精度，更需要从使用的角度努力，即“三分 靠做，七分靠用”。 就激光外差干涉测量系统本身而言，误差源主要来自于光学非线性误差。在外差干涉测量系统 中，由于光源及光路传输过程各光学器件性能不理想或装调有偏差，会带来两个频率的光混叠现象， 即原本作为测量信号频率 f1（或 f2）的光中混杂了频 率 f2（或 f1）的光，或原本作为参考信号频率 f2（或 f1） 的光中混杂了频率 f1（或 f2）的光。在信号处理中该混叠的频率信号会产生周期性的光学非线性误差。尽管目前主流的双频激光干涉仪厂家已经将非线性误差控制在 2 nm 以内［10- 12］，但应用于 28 nm 以下光刻机时仍然需要进一步控制该误差。国内外众多学者从非线性误差来源、检测和补偿等角度出发，进行了大量研究并取得了丰硕成果［13- 17］。这些成果有望对非线性误差的动态补偿提供理论支持。 从应用角度，研究热点主要集中在应用拓展、 安装误差及其测校算法、环境参数控制及其补偿方法研究等方面。在应用拓展方面，激光外差干涉技术除了应用于测长之外，还在小角度测量、直线度、平面度、反馈测量等方面取得了应用［18- 20］。在安装误差和环境误差补偿算法方面，主要聚焦于多自由度解耦算法、大气扰动补偿等研究方向［4，21- 27］。 7 总结 阐述了光刻机对位移测量系统大量程、亚纳米 分辨率、纳米精度、高测速及多轴同步的苛刻要求。 概述了激光外差干涉技术原理，指出目前为止，激光外差干涉技术是唯一能满足光刻机上述要求的超精密位移测量技术。并综述了两种基于激光外差干涉技术的测量系统：双频激光干涉仪和平面光栅测量系统。总结了这两种位移测量系统在光刻机中的典型应用，以及激光外差干涉技术的当前研究热点和发展趋势。全文详见：激光外差干涉技术在光刻机中的应用.pdf

p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 激光器是精密的代名词，但一般来说，其还有改进的余地。“完美”的激光器会在一个特定的波长发出一种光。光从激光器中射出，激光起振后,会有一个或多个纵模产生,每个纵模的频率的范围就是激光的“线宽”。尽可能缩窄线宽是激光研究的目标之一，现在德国研究人员已经开发出了世界上最小线宽的激光器，线宽仅为10 mHz(0.01 Hz)。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/d28fbc97-43fc-4843-8448-b6c70db66b3c.jpg" title=" fa9904fa7c0c651.jpg" / /p p 　　通常，最好的激光器可以具有窄到几kHz的线宽，但是对于特别精确的仪器，如光学原子钟，就需要将之进一步收窄。另一种衡量激光束质量的方式是光频率的稳定性：在过了一段时间之后，光波的震荡会出现不同步，因此一束激光能维持更长的“完美”时间，其质量也就愈佳。 /p p 　　来自德国联邦物理技术研究院(PTB)和美国天体物理联合实验室(JILA)的科学家共同研发的新型激光器在这两个领域均表现优异。除了其10 mHz的极小线宽，其光波能持续11秒保持稳定，此时光束延伸约330万公里，约是地月距离的10倍。 /p p 　　事实上，新的激光器非常精确的，难以与现有的激光器进行比较，为了证明它的价值，团队研发了两个激光器，并将它们相互比较。这两个设备由Fabry-Pé rot硅谐振器制成，包含两个彼此相对的固定反射镜。由于谐振器的长度决定了光波的频率，所以研究人员利用长21cm的谐振器来获得理想的激光束。 研究人员通过这样精确的测量，使仪器不受其他因素干扰，例如压力，振动和温度。 /p p 　　研究人员正在利用这种极小线宽的新型激光器来制造更准确的原子钟，并对超冷原子进行更精确的测量。研究人员认为，通过调整反射镜的组成并找到降低谐振器内部温度的方法，线宽能进一步收窄，甚至可以达到1 mHz以下。 /p p 　　这项研究成果发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上。 /p p br/ /p

EduPIV解决方案简介粒子图像测速（PIV）是一种非接触光学测量技术，用于研究湍流，微流体，喷雾雾化和燃烧过程。流体中加入微小的示踪粒子，示踪粒子完全跟随流体运动。粒子被照亮并通过照相机记录下来，随后使用PIV软件进行分析。标准2D2C PIV（2维，2个速度分量）使用单个摄像机测量平面中的两个速度分量，通常包括：照相机，带有某些光束传输组件的激光器，光学镜片，同步器和用于数据采集的PC，存储和分析。对于EduPIV系统，使用LED照明光源和光纤透镜组而非激光，并且图像时序完全由DynamicStudio软件中的相机设置控制。该系统的配置使其安全且易于操作，使学生可以专注于学习测量原理，而不是操作复杂的硬件。该方案包括完整的实验装置和测量系统，可为PIV系统学习提供交钥匙解决方案。实验装置的基础是配有可编程泵和喷嘴的水箱实验回路。喷嘴会产生水射流，从而可以执行许多测试，并且可以轻松重新配置其他测试对象以进行其他测试。PSP示踪粒子用于加入水路中实现示踪，而我们的FlowSense USB 2M-165相机可以高速捕获粒子运动。使用DynamicStudio对图像进行分析，以提供整体速度图，湍流统计，标量分析，时间/能谱评估和流动可视化。创新点：EduPIV是Dantec全新推出的专用于教学演示的PIV系统。与常规PIV系统不同，它采用LED光源而非激光，从而避免了教学过程中危险的激光操作。与同类教学仪器不同，EduPIV系统采用完整的可编程/可自定义水回路，而非一成不变的简单演示装置，因此学生可以非常直观的理解PIV系统原理。 同时，EduPIV系统配有完整的PIV软件包，可以实现所有科研级产品的软件分析功能。为学生日后进入研究阶段打下坚实的基础。 EduPIV

4月21日，中国科学院条件保障与财务局在光电研究院组织召开了国家重大科研装备研制项目&ldquo 高功率纳秒激光器及精密探测仪器研制&rdquo 实施方案研讨暨项目启动会。会议由副局长曹凝主持，中科院副秘书长吴建国出席了会议并讲话，院内外10多位专家和项目监理组成员参加了会议。 　　项目负责人、光电院副院长樊仲维代表项目组作了汇报。曹凝介绍了本次会议的目的和要求，宣布项目正式启动，项目监理工作同步开展。与会专家重点就项目实施方案、研制计划、管理措施以及知识产权保护等方面进行了深入研讨，提出了许多宝贵的意见和建议。 　　吴建国在项目启动会上提出了三点要求：一是科研装备要研以致用。在项目目标设定和研制过程中，要加强与用户的沟通，提前做好需求分析，加快研制周期，确保装备研制成功后得到真正应用。二是要提高关键部件的国产化率。项目单位要敢于挑战，深入分析，加强关键部件的自主研制，真正实现打破禁运的目的。同时，要通过制定鼓励优先使用自主研制装备的政策，加大设备的扶持推广使用力度，不断检验和提升仪器设备的性能和指标，从而提升我国重大装备研制的自主创新能力。三是要多快好省，保质保量完成研制任务。要加强项目过程管理，充分发挥技术专家组和监理组的作用，及时发现问题并找到解决措施，全力攻关，力争实现项目资金使用效益最大化。

近日，活细胞结构与功能成像等线站工程暨上海软X射线自由电子激光装置调试工作取得系列进展。继实现532米X射线自由电子激光装置的全线调试贯通、带光运行后，装置于6月21日凌晨首次实现了2.4纳米单发激光脉冲的相干衍射成像，获得了首批实验数据，并完成了对衍射图样的快速图像重建。该成果体现了活细胞结构与功能成像等线站工程暨上海软X射线自由电子激光装置整体性能的先进性，标志着我国在软X射线自由电子激光研制和使用方面步入国际先进行列。基于该成果，活细胞结构与功能成像等线站工程暨上海软X射线自由电子激光装置成为了国际上仅有的两个已实现“水窗”波段相干衍射成像实验的自由电子激光装置之一。“水窗”是指波长在2.3纳米到4.4纳米范围的软X射线波段。在此波段内，水不吸收X射线，对X射线相对透明。但是碳元素等构成生物细胞的重要元素，仍会与X射线相互作用，因而水窗波段的X射线可用于活体生物细胞的显微成像等，具有重要的科学意义和应用价值。在水窗波段，自由电子激光脉冲的峰值亮度比同步辐射高十亿倍以上，具备横向和纵向相干性，能够为物理、生物、化学等学科提供研究工具，还可为在建的上海硬X射线自由电子激光装置技术研发提供支撑。作为我国首台X射线自由电子激光装置，上海软X射线自由电子激光装置由活细胞结构与功能成像等线站工程和软X射线自由电子激光用户装置共同构成，两个项目同步建设，有机衔接。该装置将与已建成的上海同步辐射光源、超强超短激光装置和在建的硬X射线自由电子激光装置等一起，在浦东张江构建具有全球影响力的光子科学设施集群和光子科学研究中心。活细胞结构与功能成像等线站工程由上海科技大学、中国科学院上海应用物理研究所、中科院上海高等研究院团队共同建设，项目于2016年11月开工建设，含用户波荡器束线、活细胞成像束线、生物成像实验站、活细胞荧光超分辨显微镜站、超快物理实验站、超快化学实验站、分子动态成像实验站及实验辅助设施，预计在2021年内完成验收。活细胞结构与功能成像等线站工程和软X射线自由电子激光用户装置由国家发展和改革委员会与上海市政府共同出资建设。自2021年6月2日首次实现生物成像实验站通光后，上海科技大学和上海高研院的项目团队密切协作、昼夜调试，不断创造项目贯通调试和运行的加速度，取得了首批相干衍射实验数据，实现了数据的快速图样重组，为今后开展生物活体细胞成像、新材料动态结构分析以及多物理场原位成像等前沿科学研究打下了基础。装置拟于明年面向全世界开放运行。图1.标准样品圆孔、方孔及鹦鹉螺图案的相干衍射图样图2.上海软X射线自由电子激光装置图3.用户波荡器束线图4.用户大厅图5.生物成像实验站

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。

前言：我国作为一个人口众多的发展中国家，在很多技术、行业领域都长期处于缺少自己的知识产权、缺少自己的核心技术、缺少自己的核心竞争力的被动境地。我们实施的许多科学技术研究定位于瞄准、跟踪或赶超国际前沿，已取得了丰硕的成果，极大促进了我国高技术的全面发展，使我国在国际高技术舞台占有一席之地。而“创建国际前沿”，使科学技术走在国际科学研究最前沿，则更有利于推动我国相关研究领域的发展,推进产业优化升级。 　　日前，仪器信息网编辑走访了中科院物理所许祖彦院士，“创建国际前沿”这句令全体中国科研工作者为之振奋的话，正是我国这位著名激光技术专家许院士与我们讨论最多的，许院士和他的同事们在国际激光研究领域，也确实身体力行地不断为“创建国际前沿”而奋斗。 　　全固态深紫外激光器研制的成功，不仅使得我国激光科技研究突破了200nm以短的深紫外壁垒，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。 　　全固态深紫外激光器核心技术之一的KBBF晶体棱镜耦合装置是我国具有自主知识产权的核心技术，为我国独有并暂时不对外国出售，以保护我们国家先进科研装备的研制，这是我国在高技术领域第一次对发达国家说“不”。 　　世界首台大色域140英寸大屏幕激光显示样机研制的成功，标志着我国在国际激光彩色显示技术开发的先进行列，以及我国在激光显示研究领域取得国际领先关键技术优势。 我国著名激光技术专家、中科院物理研究所许祖彦院士 我国科学仪器现状与发展任务 　　谈到仪器，许院士表示：“科学仪器能提升国民经济水平、科学水平、技术水平和促进国防建设的发展，有人曾经统计过，诺贝尔物理、化学奖的获得者1/3与科学仪器发明有关，而发明的科学仪器反过来又促进了科学技术的进一步发展。” 　　讲到我国仪器现状，许院士无奈地说：“现在我国使用的大型科学仪器，包括激光仪器在内，“八五”的时候，只有9.98%是国产的，到“十五”的时候，不到15%，也就是说，现在我国的大型科学仪器85%还是依赖从国外进口。这样事情就非常严重了，从进行科技前沿方面的研究来说，外国的先进科学仪器，先他们自己用，待他们把‘第一桶金’都淘完了，再把仪器高价卖给我们，回收成本 另一方面，涉及到高、精、尖的仪器，国外往往对我国禁运。” 　　“从‘八五’到‘十五’近10年间才增长5%左右，增长速度好像有点缓慢?”笔者吃惊地表示。“从‘八五’到‘十五’近10年间才增长5%左右，增长速度的确有点缓慢，其实我们有很多科研技术不一定比国外落后，也做了很多科学研究，发表了很多文章，就是做不成仪器，这与我国的工业化水平有关。现在我们国家正在提倡‘两化融合’，即信息化与工业化结合，将信息产业部与工业部连在一起，这将会很好的促进我国科学仪器的发展。而激光很大程度应用在信息仪器上，应用在分析仪器上也比较多，所以我比较关心国家的‘两化融合’。希望此项举措能推进国家科学仪器的发展，让我们国家的国产大型科学仪器不到15%的比例能够尽快增加。” 　　针对目前我国国产仪器现状，许院士进一步道出了心中所想，并提出了当前我国科学仪器产业发展的重大任务：“要想将国产仪器做强，首先要提高仪器质量，将15%的比例提高上去，增进我国仪器的国产化，进一步在世界范围内实现仪器创新，在世界上有中国自己的品牌，所以说中国国产仪器的发展也是任重而道远。作为一个研究仪器人的心理话，希望中国仪器产业能有具体目标和历史使命感，也希望仪器信息网也能起到积极的推动促进作用。” 激光技术在仪器方面的应用 　　激光技术属战略支撑技术，在仪器创新上有广泛应用 　　“我国的激光技术起步比国外稍晚一些，60年开始起步，但现在差距比较大，这跟当初的国际关系背景、国民经济水平、人才素质背景有关。改革开放后，各方面都有所改观。03-04年国家中长期科技发展战略研究中，将激光技术定义为战略支撑技术，即激光是国家的高新技术产业、科技前沿和国防建设的战略支撑技术。在后来的国家纲要中，进一步将激光定位为国家八大前沿技术之一。”谈到激光技术，许院士首先向笔者介绍了我国激光技术的发展背景及目前现状。 　　“什么是‘支撑技术’?”笔者问到。 　　“所谓支撑技术，是指技术本身不一定值很多钱，但它支撑着这个产业产生很大的社会经济效益。”讲到这里，许院士形象的举例道，“支撑技术就像盖大楼时刚开始建的支柱，看似简单，没有太大的用处，但一旦把它移开，整栋大楼也就不存在了 DVD里面的半导体激光器很简单、很便宜，但不代表不重要，如果将其去除，那么DVD连概念都产生不了。” 　　“那激光技术的发展方向呢?”笔者进一步问到。 　　“其主要发展方向为：半导体激光、全固态激光、自由电子激光和光纤激光。”许院士笑着说道，“我从毕业到现在干了近40年，一直是课题组组长，近20年主要是做全固态激光，主要应用在三个方面，包括产业工艺、科技前沿和军工。” 　　谈到全固态激光在仪器上的应用，许院士表示：“全固态激光技术在仪器方面也有很多用途。由于激光本身是一个定向光源，方向性好，单色性好，亮度高，首先在通讯仪器方面，其可以用来做信息载体，如在光纤通讯等方面，具有很宽的带宽，传输性非常好 第二，作为计量仪器，如激光刚发明的时候，就用来探测月球到地球的距离，现在发展到用飞秒频率梳作为长度和时间的标准，是一种很前沿、很重要的仪器技术 第三，在分析仪器上，用途也很广泛，如用在激光谱仪、能谱仪上 第四，主要是借助激光的定向性好、光能量密度大、能量高等特性，作为加工的仪器，如用来金属打孔、焊接等。” 　　KBBF晶体和它的棱镜耦合装置研究成功，使全固态深紫外激光器得以精密化和实用化 　　“当前，国家建设要提倡做强、做大，国产仪器也要做强、做大，国家财政部、产业部、科技部、基金委对此一直很重视，深紫外激光仪器就是由此研究开发出来的。”终于，这个令笔者十分感兴趣的话题，也是本次采访的核心话题终于出现了。为了不打断许院士的思路，笔者决定采取静静聆听的方式，让许院士将这个话题阐述完毕。 　　为了让笔者有所了解深紫外激光仪器，许院士先给笔者“科普”了一下：“深紫外波段光指波长在150～200nm左右的那一段光。从光的受激发射来讲，其泵浦速率与波长倒数的3次方成比例，波长越短，要求泵浦速率就越高，深紫外激光波长很短，直接用受激发射产生技术就非常困难。” 　　“科普”完毕，许院士继续讲到：“我们要研制的大型科学仪器，应既要实用化，又要精密化。现在的设备产生的深紫外激光，距离实用化和精密化比较远，因而深紫外波段的激光仪器，长期以来在世界上一直发展不起来。当前既实用化又精密化的激光器当数全固态激光器。” 　　“用固态激光直接产生深紫外波段激光，最好的办法就是利用非线性谐波技术，将激光一次次的倍频，这就要依靠非线性光学晶体，而中科院陈创天院士和他的研究群体研制的非线性光学晶体是世界上公认做得最好的。之所以说是世界上公认做得最好的，是因为目前国际上通用的四种非线性光学晶体中，中国四占其三。(目前世界上能够工业化使用的非线性晶体只有四种：从近红外到可见光使用的KDP晶体——由美国杜邦公司发明 从可见、紫外到深紫外3个波段使用的BBO、LBO、KBBF晶体——都是由中科院陈创天他们发明的。) 　　外国专家曾预言，200nm波长激光是一个发展壁垒，突破200nm波长这个瓶颈可能要靠中国专家来完成。早在九十年代，陈创天院士课题组就找到了KBBF晶体，用来做倍频，将激光波长缩短至186nm，突破了200nm波长的限制，但是由于其比较笨重，还不能达到实用化。 　　由于KBBF晶体层状特性很严重，长不厚，要做到深紫外倍频需要切割，但其又不易切割。直到2002-2003年的时候，陈创天院士课题组与我的课题组共同发明了KBBF晶体的棱镜耦合装置，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。” 　　相对于同步辐射而言，在体积方面，配有KBBF晶体棱镜耦合装置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 同步辐射在纳秒、皮秒条件下工作，而KBBF晶体的深紫外全固态激光器在纳秒、皮秒、飞秒条件下都能工作 同步辐射只能探测到1-2nm，而全固态激光器能探测到10个nm的深度。 　　真空紫外激光角分辨光电子能谱仪成功问世，令世界瞩目 　　许院士继续说道：“光电子能谱仪是当今研究凝聚态物质电子行为的先进仪器，目前都使用同步辐射光源，如改用深紫外激光源，其性能将获得全面的突破。1.773nm深紫外全固态激光研制成功后，日本东京大学提出用于光电子能谱仪(积分式)。2004年周兴江博士回国研制深紫外激光高能量分辨、角分辨光电子能谱仪，在中科院创新工程计划支持下，研制计划顺利进行，06年获得成功，并应用于高温超导材料研究，这立即引起国际科仪界的强烈关注，许多国际著名实验室慕名前来，要求购买深紫外全固态激光相关技术。中科院和上级领导部门经慎重考虑，认为这一自主创新的原创性“敏感技术”首先应服务于国内前沿科学研究，推动我国创建学科研究国际前沿。 周兴江研究员向许祖彦院士和仪器信息网采访人员介绍仪器及取得的成果 真空紫外激光角分辨光电子能谱仪 　　7台深紫外激光器应用在物理、化学、材料科学领域，开发7台国际首创的大型科学仪器 　　现在，中国科学院、基金委、科技部、财政部对此都很重视，许院士在报告中也曾指出：这个研究在中国是完整的研发链：KBBF晶体材料是中国人把它长出来的，外国人没有 激光器是中国人的，外国人没有 用这个激光器研制的角分辨能谱仪也是中国人的，外国人也没有 再往下进一步研究，将由中科仪公司将这种仪器商品化，推向国内、外市场 仪器商品化之后，搞前沿科学研究的人就可以利用这种仪器进行发现新现象、阐明新理论、找到新方法等方面的研究。 　　深紫外全固态激光器出来后，许院士给中国科学院大连化学物理研究所做紫外拉曼光谱研究的李灿院士打了一个电话，李灿院士听到这个消息后，很受振奋，立即要求尽快提供一台深紫外激光器。根据李灿院士的要求，我们正量身制作一台全新的深紫外激光器，对此，李灿院士表示：“这种深紫外拉曼光谱仪将属于新一代的谱仪”。 　　现在我们正在加紧研制5类7台深紫外全固态激光器，提供给物理、化学和材料学家，帮助他们研制7台新的应用深紫外全固态激光器的国际首创的大型科学仪器，例如周兴江博士研发深紫外激光同时具有自旋分辨和角分辨的光电子能谱仪、光子能量可调谐深紫外激光光电子能谱仪用来将电子参数测全，包括电子能量、动量、自旋等。 　　李灿院士研发深紫外激光拉曼光谱仪，当初新型拉曼光谱仪将光谱波长检测范围最低限从205nm降低到193nm时，拉曼光谱就大大的增加了，如今采用深紫外全固态激光器再将检测范围最低限降至177.3nm，可想而知，拉曼光谱会增加多少…… 　　包信和研究员研发深紫外激光光发射电子显微镜。目前，国际上最先进的光发射电子显微镜，其精确度最高能达到20nm的水平，而采用全固态激光器后，其精确度将能提高到5nm。 　　王占国院士研发深紫外光致发光光谱仪，用于超宽带隙半导体材料方面的研究。它将使这类新材料的基础参数检测成为可能。 　　佟振合院士研发深紫外光化学反应仪，现在有3000万个有机化合物，90%的吸收光谱在深紫外区，而现有的技术只能采用双光子效应来检测，效率非常低，采用深紫外激光器后，就可以用单光子激发的方式检测，探测到很多的化合物以及观察到化合物更深层次的反应。 　　王恩哥院士等研发深紫外激光原位时间分辨隧道电子谱仪，用于表面物理方面的研究，将使10nm左右小量子系统方面的研究成为可能。 　　这仅仅是深紫外波段仪器应用的第一期，主要应用在物理、化学、材料方面，已不再是瞄准、跟踪或追赶国际前沿，而是在创建国际前沿 第二期将应用在信息、资环、生命等领域，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。 激光全色显示样机研究成功 　　有人问许院士：“您近些年都做了些什么?” 　　许院士幽默地回答道：“近10年做了3件比较大的事情，第一件就是深紫外激光器，‘坐了10多年的冷板凳’，但有它自己的好处，没人和你竞争，能够踏踏实实的自己搞研究 第二件事情，在高功率、高光束质量和变频全固态激光产生和应用方面 第三件事情，就是激光显示，从八五开始到现在。” 　　信息链包括信息的获取、处理、存储、传输、显示几大步骤，显示作为信息链的最终环节。许院士认为：显示技术目前走过了黑白显示、彩色显示、数码显示三个过程，但在这三个过程中普遍存在的、至今仍未解决的问题就是：色域覆盖率低。如果以人眼可识别自然界的色彩范围为100%，现在显示器的色域覆盖率只在33%左右，采用激光显示器，其理论色域覆盖率可达到90%以上。激光显示也被许院士称为显示技术发展的第四个过程或平面显示的终端过程。 　　十五期间，许院士和中科院五个研究所的科学家们合作已用激光全色显示技术做出了一台原理样机，色域覆盖率达到了73%，这个覆盖率为当今世界上最大的。样机做出来以后请显示专家及一般群众来观看鉴定，这给鉴定者带来了意想不到的视觉享受与冲击，得到了大家一致的赞许与认可。 　　当前，激光全色显示技术发展遇到最大的问题就是如何将此项技术推向产业化。“一台200多英寸的样机，其成本就100多万，这是中国许多用户所承担不起的，这是将激光显示技术推向产业化遇到的问题之一 一旦激光显示技术推向产业化，电视台传输带宽、标准等方面也需要重新制定。如果将上述问题全部解决，从而将激光显示技术彻底推向产业化，需要巨大的投资，仅靠现在的几千万政府科研经费投入是远远不够的，这也是制约将此项技术推向产业化的关键所在。”许院士感慨地说道，“数十上百亿元人民币的费用，对国家、对企业来说都是一笔不小的投入，但对于此项技术每年上千亿美元的市场而言，这些投入带来的效益回报也是巨大的!” 　　至此，笔者希望中国本土企业能够联合起来，对我们国家自主创新的技术予以积极的支持，开创我国显示技术领跑世界的新局面。否则，中国显示行业企业又将形成在标准上受制于人、在市场上为外国人打工的尴尬局面。打造中国企业的国际竞争力，又将成为一代人的一个壮志未酬的遗憾。许祖彦院士与仪器信息网采访人员合影 　　编者后记： 　　采访结束后，笔者一行又在许院士的带领下参观了周兴江研究组的实验室，亲眼看到了这台令世界瞩目的深紫外激光光电子能谱仪，亲耳听到了周兴江研究员对这台光电子能谱仪如数家珍的介绍。作为炎黄子孙，切身感受到了“创建国际前沿”给我们带来的骄傲。 　　回来的路上，笔者的情绪久久不能自已，遂作小诗一首： 追梦依稀四十载， 白发皓首燕归来。 艰苦钻研终不辍， 硕果丰存桃李开。 　　*许祖彦院士和他的科研团队最近已调到中科院理化技术研究所，继续从事激光物理和技术研究。

近日，中科院合肥物质院安光所高晓明研究员团队在静磁场法拉第旋转光谱NOx双组分同步探测方面取得新进展，相关研究成果以《基于钕铁硼环磁阵列的双中红外波长法拉第旋转光谱NOx传感器》为题发表在国际TOP期刊Sensors and Actuators: B. Chemical上(SCI一区，IF：9.221)。 　　氮氧化物(NOx=NO+NO2)处于大气化学反应的中心，影响着臭氧、羟基和过氧自由基的浓度，是形成光化学烟雾、酸雨和灰霾污染的重要前体物。同时农田、湿地等生态系统释放的NOx在全球氮循环中发挥着重要的作用。 　　针对传统化学发光法在检测NOx时存在的测量速率慢，对NO和NO2缺乏选择性等问题，团队刘锟研究员，曹渊特任副研究员等人提出了一种基于钕铁硼环磁阵列的静磁场法拉第旋转光谱NOx双组分同步探测装置。通过设计单腔双光路的气体吸收池并将其与钕铁硼环磁阵列同轴耦合，从而促进两束不同波段的线偏振光与NOx分子在静磁场下的相互作用。 　　同时，针对钕铁硼环磁阵列左右两侧与内部轴向磁场方向相反，导致部分抵消内部轴向磁场所激发的磁光信号的问题，提出吸收池的长度应小于或等于永磁体阵列的长度。通过将波长调制光谱与静磁场相结合产生了检测到的激光偏振状态的调制，在23.7m光程、100s的积分时间下实现了0.58ppb NO2和0.95ppb NO检测灵敏度。这项工作为研究团队进一步基于涡度相关法开展生态系统土壤-植物-大气NOx界面通量的研究奠定了基础。 　　本研究工作得到了中国科学院科研装备研制项目(No. YJKYYQ20190054)，国家自然科学基金(No.42205133)，先进激光技术安徽省实验室开放基金(No. AHL2021KF06)，合肥研究院院长基金(No.YZJJ2022QN10)，以及中国博士后面上基金(No. 2022M713185)等项目的资助。单腔双光路气体池与钕铁硼环磁阵列空间磁场强度分布法拉第旋转光谱NOx双组分同步探测装置法拉第旋转光谱信号、噪声及信噪比与分析仪偏转角度的关系

北京时间10月3日17时50分许，在瑞典首都斯德哥尔摩，瑞典皇家科学院宣布，将2023年诺贝尔物理学奖授予美国俄亥俄州立大学名誉教授皮埃尔阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）、匈牙利-奥地利物理学家费伦茨克劳斯（Ferenc Krausz）和瑞典隆德大学教授安妮呂利耶（Anne L’Huillier），以表彰他们在阿秒光脉冲方面所做出的贡献。2023年每项诺贝尔奖的奖金也由去年的1000万瑞典克朗，增加到1100万瑞典克朗，约合人民币720万元。“阿秒”是时间单位，即10-18秒。按照时间长短划分，从秒开始依次是毫秒(10-3秒)、微秒(10-6秒)、纳秒(10-9秒)、皮秒(10-12秒)、飞秒(10-15秒)、阿秒(10-18秒)。而“阿秒光脉冲”就是指持续时间在阿秒量级的光脉冲。如此短的脉冲持续时间也为其带来了重要的应用。对此，诺贝尔奖给出的获奖理由如下：获奖理由：三位2023年诺贝尔物理学奖获得者因其实验而获得认可，这些实验为人类探索原子和分子内部的电子世界提供了新的工具。Pierre Agostini、Ferenc Krausz和Anne L’Huillier已经证明了一种制造超短光脉冲的方法，可以用来测量电子移动或改变能量的快速过程。当人类感知到快速移动的事件时，它们会相互碰撞，就像一部由静止图像组成的电影被感知为连续的运动一样。如果我们想调查真正短暂的事件，我们需要特殊的技术。在电子的世界里，变化发生在十分之几阿秒——阿秒如此之短，以至于一秒钟内的变化与宇宙诞生以来的秒数一样多。获奖者的实验产生了短到以阿秒为单位测量的光脉冲，从而证明这些脉冲可以用来提供原子和分子内部过程的图像。1987年，Anne L’Huillier发现，当她将红外激光传输通过稀有气体时，会产生许多不同的光泛音。每个泛音是激光中每个周期具有给定周期数的光波。它们是由激光与气体中的原子相互作用引起的；它给一些电子额外的能量，然后以光的形式发射出去。Anne L’Huillier继续探索这一现象，为随后的突破奠定了基础。2001年，Pierre Agostini成功地产生并研究了一系列连续的光脉冲，其中每个脉冲只持续250阿秒。与此同时，Ferenc Krausz正在进行另一种类型的实验，这种实验可以分离出持续650阿秒的单个光脉冲。获奖者的贡献使人们能够对以前无法遵循的快速过程进行调查。诺贝尔物理学委员会主席伊娃奥尔森表示：“我们现在可以打开电子世界的大门。阿秒物理学让我们有机会了解电子控制的机制。下一步将利用它们。”。在许多不同的领域都有潜在的应用。例如，在电子学中，理解和控制电子在材料中的行为很重要。阿秒脉冲也可以用于识别不同的分子，例如在医学诊断中。魏志义：我国激光产业发展迅速，未来可期实际上我国也一直在阿秒激光领域深耕，培养了一批杰出的科研人员。当前国内研究超快激光和阿秒激光的主要代表人物是来自中国科学院物理研究所的魏志义研究员，主要研究领域为超短超强激光物理与技术，包括飞秒激光放大的新原理与新技术、阿秒激光物理与技术、光学频率梳及应用等。魏志义研究员长期致力于超短脉冲激光技术与应用研究，主要成果有：提出了高对比度放大飞秒激光的一种新方法，得到同类研究当时国际最高峰值功率的PW（1015瓦）超强激光输出，创造了新的世界纪录；发明了同步不同飞秒激光的新方案，研制成功综合性能国际领先的同步飞秒激光器；建成国内首个阿秒（10-18秒）激光装置，得到了脉冲宽度小于200阿秒的极紫外激光脉冲；发展了新的光学频率梳技术，研制成功综合性能先进的系列飞秒激光频率梳；利用新的脉冲压缩技术与国外同事一起获得了亚5fs的激光脉冲，打破了保持10年之久的超短激光脉冲世界纪录；研制成功系列二极管激光直接泵浦的新型全固态超短脉冲激光，开发成功多种飞秒激光产品并提供国内外多家用户。仪器信息网在世界光子大会上有幸采访了魏志义研究员。魏志义表示，超快激光（即超短脉冲激光）领域激光领域前沿研究主要关注如何实现越来越窄的激光脉冲宽度，窄的激光脉冲可以用于物质中分子、原子甚至电子的运动过程研究，因为运动过程决定了物质的一些规律和属性。科研人员关注的另一方面是激光功率，更高功率的激光可能用于武器、加工、医疗等领域。功率方面的研究主要包括峰值功率和平均功率，其中峰值功率研究我国处于世界前列。魏志义在采访中表示其对高频功率非常关注和感兴趣。谈到国内在相关领域的前沿研究进展时，魏志义表示，我国在激光领域具有比较好的基础，与国外水平接近，虽然在整体上还有较大差距,但在部分领域有所领先。在超快脉冲激光方面，我国上世纪八九十年代与国际水平差距并不大，如西安光机所、天津大学、中山大学做得都非常不错。当前超快激光脉冲突破到阿秒量级，国内包括物理所在内的一些单位也拥有产生阿秒脉冲激光的能力，可以用来开展研究工作。在激光高频功率方面，上海光机所等单位在峰值功率研究上已达国际领先水平，并将国际水平推向了新的高度。据介绍，物理所十多年前在峰值功率方面取得了很好的研究成果，做到了当时国内最好也是国际上最高的的峰值功率。但在高频功率方面我国还是与国外有较大差距，特别是在产业方面。魏志义建议，接下来不仅要在极端指标方面，还要在可靠稳定性、高频功率方面做出突破，更好的提供给广大用户开展应用工作。魏志义也强调，我国当前在超快激光研究方面有些落后，但也在奋起直追，跟国际最高水平相比有一定差距，在高频物理方面，工业应用方面差距更大。但同时，魏志义表示这些年我国激光产业发展非常迅速，未来可期。

table width=" 633" cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" border=" 1" align=" center" tbody tr style=" height:25px" class=" firstRow" td style=" border: 1px solid windowtext padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 成果名称 /span /p /td td colspan=" 3" style=" border-color: windowtext windowtext windowtext currentcolor border-style: solid solid solid none border-width: 1px 1px 1px medium border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " valign=" bottom" width=" 501" height=" 25" p style=" text-align:center line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family:宋体" 先进超快(飞秒、皮秒)激光器 /span /strong /p /td /tr tr style=" height:25px" td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 单位名称 /span /p /td td colspan=" 3" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 501" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 中科院物理研究所 /span /p /td /tr tr style=" height:25px" td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 联系人 /span /p /td td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 168" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 方少波 /span /p /td td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext 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windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 633" height=" 304" p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 成果简介： /span /strong /p p style=" text-indent:28px line-height:24px" span style=" font-family:宋体" 激光器被广泛运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与 /span span style=" font-family:宋体" a href=" https://www.baidu.com/s?wd=%E4%BF%A1%E6%81%AF%E5%A4%84%E7%90%86& tn=44039180_cpr& fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHckPjm4nH00T1Ykmy7WP1K-Pjf3PhRdPynv0ZwV5Hcvrjm3rH6sPfKWUMw85HfYnjn4nH6sgvPsT6KdThsqpZwYTjCEQLGCpyw9Uz4Bmy-bIi4WUvYETgN-TLwGUv3EnHmsrjfsPjT1" target=" _blank" span style=" color:windowtext text-underline:none" 信息处理 /span /a /span span style=" font-family:宋体" 、医疗、军事等各方面，并在许多领域引起了革命性的突破。其中，超快激光器倍受各界追捧。它不仅可以实现加工的“超精细”，还实现了真正意义上的激光“冷”加工；由于超快特性，可以用于更精密的手术；更高的峰值功率，可引雷、放电，快速毁坏目标，导弹拦截、卫星致盲等等。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:24px" span style=" font-family:宋体" 由于飞秒激光的前沿性，是激光产业中高利润的高端产品。国际市场每年飞秒激光相关产值约100 亿美元，国内市场为国外公司垄断，大量外汇流失（10亿美元），同时影响国家安全。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:24px" span style=" font-family:宋体" 中国科学院物理研究所光物理重点实验室从事飞秒激光器研究多年，开发出一系列飞秒激光器及相关科研成果，包括： /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 飞秒钛宝石激光振荡器 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" TW /span span style=" font-family:宋体" 级飞秒超强激光放大器 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 高重复频率飞秒激光放大器 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 飞秒参量激光器 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 光纤飞秒激光器 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 全固态飞秒激光器 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 全固态皮秒激光器 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 低噪声光学频率梳 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 窄线宽及可调谐激光器 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 同步及延时控制器 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 周期量级激光及其CEP锁定 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 用户定制激光器 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:24px" span style=" font-family:宋体" 部分产品和指标达到国际领先或国内首次的程度，包括： /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 同步飞秒激光器（国际领先） /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 飞秒PW超强激光（世界纪录） /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 若干全固态飞秒激光(国际首次) /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 紫外波段皮秒激光(国际领先) /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 红外波段飞秒激光（国际领先） /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 阿秒激光装置（国内首次） /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 飞秒光学频率梳（国内首次） /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 飞秒参量激光振荡器（国内首次） /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 飞秒镁橄榄石激光(国内首次) /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 飞秒Cr:YAG激光(国内首次) /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 飞秒激光压缩器(国内最短脉宽) /span /p p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 主要技术指标： /span /strong /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/ea10646a-372a-4205-8429-4a0ef2b8d87e.jpg" title=" 3.png" / /p p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 技术特点： /span /strong /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 超快：国内最短激光脉冲，3.8fs/可见光波段 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 超强：1.16PW峰值功率，当时的世界纪录 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 阿秒：160as/XUV极紫外波段，国内首次实现 /span /p p class=" MsoListParagraph" style=" margin-left:60px text-align: left line-height:24px" span style=" font-family:Wingdings" Ø span style=" font:9px & #39 Times New Roman& #39 " & nbsp /span /span span style=" font-family:宋体" 光梳：稳定度～10-18 /秒，国际同类最高结果之一 /span /p /td /tr tr style=" height:75px" td colspan=" 4" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 633" height=" 75" p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 应用前景： /span /strong /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 自20世纪60年代问世以来，激光已在工业、医学、军事等众多领域广泛应用。近年，超短脉冲激光即超快激光成为激光领域的先端发展趋势。脉冲越短，激光的精度越高、释放的能量越大。在实验室， a href=" http://laser.ofweek.com/tag-%E6%BF%80%E5%85%89%E8%84%89%E5%86%B2.HTM" target=" _blank" title=" 激光脉冲" span style=" color:windowtext text-underline:none" 激光脉冲 /span /a 已短到飞秒级别(1飞秒等于千万亿分之一秒)。超快激光投入应用，成为人类工具史上的又一“利器”。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 飞秒激光作为最重要的前沿方向，可以完成常规激光无法完成的工作，因此应用更为广泛，需求量巨大。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 在加工制造领域：比常规激光更高的精度、更高质量的加工效果。如发动机汽缸、太阳能电池、仿生加工… /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 在医疗领域：由于超快特性，可以用于更精密的手术，无痛、高效。近视、老花… /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 在国防领域：更高的峰值功率，快速毁坏目标，导弹拦截、卫星致盲。引雷、放电等常规激光所不能。 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 在科研领域：常规激光远远不能的科学前沿：激光粒子加速、高能物理、光钟…… /span /p /td /tr tr style=" height:72px" td colspan=" 4" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 633" height=" 72" p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 知识产权及项目获奖情况： /span /strong /p p style=" text-indent:28px line-height:24px" span style=" font-family:宋体" 已经申请相关发明专利23项。包括—— /span /p p style=" text-indent:28px line-height:24px" a title=" 高对比度飞秒激光脉冲产生装置" span style=" font-family:宋体 color:windowtext text-underline:none" 高对比度飞秒激光脉冲产生装置 /span /a span style=" font-family:宋体" （申请号CN201210037173.1） /span /p p style=" text-indent:28px line-height:24px" span style=" font-family:宋体" 一种全固态皮秒激光再生放大器（申请号CN201210360026.8） /span /p p style=" text-indent:28px line-height:24px" a title=" 飞秒锁模激光器" span style=" font-family: 宋体 color:windowtext text-underline:none" 飞秒锁模激光器 /span /a span style=" font-family:宋体" （申请号CN201410251367.0） /span /p p style=" text-indent:28px line-height:24px" a title=" 基于全固态飞秒激光器的天文光学频率梳装置" span style=" font-family:宋体 color:windowtext text-underline:none" 基于全固态飞秒激光器的天文光学频率梳装置 /span /a span style=" font-family:宋体" （申请号CN201410004852.8） /span /p p style=" text-indent:28px line-height:24px" a title=" 全固态陶瓷锁模激光器" span style=" font-family:宋体 color:windowtext text-underline:none" 全固态陶瓷锁模激光器 /span /a span style=" font-family:宋体" （申请号CN201310349408.5）等 /span /p p style=" text-indent:28px line-height:24px" span style=" font-family:宋体" 曾获得国家自然科学二等奖 /span /p /td /tr /tbody /table p br/ /p

激光雷达介绍 　　激光雷达 　　LiDAR(LightLaser Deteetion and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称。 　　用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物 。由发射机 、天线 、接收机 、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测与外差探测。 激光雷达的历史 　　自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来，利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术，使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来，立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术，是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。 　　随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用，数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来，并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化，如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长，以致于不适应当前信息社会的需要，也不能满足&ldquo 数字地球&rdquo 对测绘的要求。 　　LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展，源自1970年，美国航天局（NASA）的研发。因全球定位系统（Global PositioningSystem、GPS）及惯性导航系统（InertialInertiNavigation System、INS）的发展，使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合，形成空载激光扫描仪（Ackermann-19）。之后，空载激光扫瞄仪随即发展相当快速，约从1995年开始商业化，目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪，可选择的型号超过30种（Baltsavias-1999）。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射（multiple echoes）的观测值，测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。 　　激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径，而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料，并取得了显著的经济效益，展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比，具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前，广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据，机载LIDAR技术正好满足这个需求，因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。 　　快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载LIDAR技术在许多领域的广泛应用的前提，因此，开展机载LIDAR数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下，国内外学者对提高机载LIDAR数据精度做了大量研究。 　　由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序，它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定&ldquo 规范&rdquo 的基本原则，都要求前一工序的成果所包含的误差，对后一工序的影响应为最小。因此，通过研究机载激光雷达作业流程，优化设计作业方案来提高数据质量，是非常有意义的。 LiDAR的基本原理 　　LIDAR是一种集激光，全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统，用于获得数据并生成精确的DEM。这三种技术的结合，可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统，这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量，这也正是LIDAR一词的英文原译，即：LIght Detection And Ranging - LIDAR。 　　激光本身具有非常精确的测距能力，其测距精度可达几个厘米，而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素，还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用GPS及IMU的发展，通过LIDAR从移动平台上（如在飞机上）获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。 　　LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播，所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的，传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度，激光扫描角度，从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向，就可以准确地计算出每一个地面光斑的座标X，Y，Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言，一个频率为每秒一万次脉冲的系统，接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言，LIDAR系统的地面光斑间距在2-4m不等。 激光雷达的妙用 　　激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统，其原理和构造与激光测距仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达，把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力，科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。 　　直升机障碍物规避激光雷达 　　目前，激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学／生物战剂探测和水下目标探测等方面已进入实用阶段，其它军事应用研究亦日趋成熟。 　　直升机在进行低空巡逻飞行时，极易与地面小山或建筑物相撞。为此，研制能规避地面障碍物的直升机机载雷达是人们梦寐以求的愿望。目前，这种雷达已在美国、德国和法国获得了成功。 　　美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统，使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域，地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上，为安全飞行起了很大的保障作用。 　　德国戴姆勒.奔驰宇航公司研制成功的Hel??las障碍探测激光雷达更高一筹，它是一种固体1．54微米成像激光雷达，视场为32度× 32度，能探测300―500米距离内直径1厘米粗的电线，将装在新型EC―135和EC―155直升机上。 　　法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达具有多种功能，采用CO2激光器。不但能探测标杆和电缆之类的障碍，还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能，适用于飞机和直升机。 　　化学战剂探测激光雷达 　　传统的化学战剂探测装置由士兵肩负，一边探测一边前进，探测速度慢，且士兵容易中毒。 　　俄罗斯研制成功的KDKhr―1N远距离地面激光毒气报警系统，可以实时地远距离探测化学毒剂攻击，确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数，并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号，比传统探测前进了一大步。 　　德国研制成功的VTB―1型遥测化学战剂传感器技术更加先进，它使用两台9― 11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器，利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂，既安全又准确。 　　机载海洋激光雷达 　　传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式，声纳可分为主动式和被动式，可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大，重量一般在600公斤以上，有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备，通过发射大功率窄脉冲激光，探测海面下目标并进行分类，既简便，精度又高。 　　迄今，机载海洋激光雷达已发展了三代产品。20世纪90年代研制成功的第三代系统以第二代系统为基础，增加了GPS定位和定高功能，系统与自动导航仪接口，实现了航线和高度的自动控制。 　　成像激光雷达可水下探物 　　美国诺斯罗普公司为美国国防高级研究计划局研制的ALARMS机载水雷探测系统，具有自动、实时检测功能和三维定位能力，定位分辨率高，可以24小时工作，采用卵形扫描方式探测水下可疑目标。 美国卡曼航天公司研制成功的机载水下成像激光雷达，最大特点是可对水下目标成像。由于成像激光雷达的每个激光脉冲覆盖面积大，因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达。另外，成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征，更加便于识别目标，这已是成像激光雷达的一大优势。 History and Vision History Velodyne's expertise with laser distance measurement started by participating in the 2005 Grand Challenge sponsored by the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA).A race for autonomous vehicles across the Mojave desert, DARPA's goal was to stimulate autonomous vehicle technology development for both military and commercial applications. Velodyne founders Dave and Bruce Hall entered the competition as Team DAD (Digital Audio Drive), traveling 6.2 miles in the first event and 25 miles in the second. The team developed technology for visualizing the environment, first using a dual video camera approach and later developing the laser-based system that laid the foundation for Velodyne's current products. The first Velodyne LIDAR scanner was about 30 inches in diameter and weighed close to 100 lbs. Choosing to commercialize the LIDAR scanner instead of competing in subsequent challenge events, Velodyne was able to dramatically reduce the sensor's size and weight while also improving performance. Velodyne's HDL-64E sensor was the primary means of terrain map construction and obstacle detection for all the top DARPA Urban Challenge teams. Vision Velodyne's ultimate vision for its LIDAR technology is simple: to save lives. We see the day where this sensor technology is deployed on every vehicle in the world. While traditional LIDAR sensors have relied on fixed electronics and rotating mirrors to deliver a 3-D terrain map, the rotation of an entire array of multiple fixed lasers has proven to be a quantum leap forward in sensing technology. This accomplishment has been termed a "disruptive event" by car safety research groups, who see the technology as a reason to rethink all that we know about vehicle sensors and the safety systems they enable. Until the day when we help eliminate automobile-relatedcasualties, Velodyne plans to market its unique LIDAR technology wherever sophisticated 3-D environment understanding is required: robotics, map capture, surveying, autonomous navigation, automotive safety ystems, and industrial applications. 激光雷达介绍 　　激光雷达 　　LiDAR(LightLaser Deteetion and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称。 　　用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物 。由发射机 、天线 、接收机 、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测与外差探测。 激光雷达的历史 　　自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来，利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术，使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。一百年以来，立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术，是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。 　　随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用，数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来，并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化，如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。这种生产模式的周期太长，以致于不适应当前信息社会的需要，也不能满足&ldquo 数字地球&rdquo 对测绘的要求。 　　LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展，源自1970年，美国航天局（NASA）的研发。因全球定位系统（Global PositioningSystem、GPS）及惯性导航系统（InertialInertiNavigation System、INS）的发展，使精确的即时定位及姿态付诸实现。德国Stuttgart大学于1988到1993年间将激光扫描技术与即时定位定姿系统结合，形成空载激光扫描仪（Ackermann-19）。之后，空载激光扫瞄仪随即发展相当快速，约从1995年开始商业化，目前已有10多家厂商生产空载激光扫瞄仪，可选择的型号超过30种（Baltsavias-1999）。研发空载激光扫瞄仪的原始目的是观测多重反射（multiple echoes）的观测值，测出地表及树顶的高度模型。由于其高度自动化及精确的观测成果用空载激光扫瞄仪为主要的DTM生产工具。 　　激光扫描方法不仅是军内获取三维地理信息的主要途径，而且通过该途径获取的数据成果也被广泛应用于资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、交通通讯、防震减灾及国家重点建设项目等方面，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料，并取得了显著的经济效益，展示出良好的应用前景。低机载LIDAR地面三维数据获取方法与传统的测量方法相比，具有生产数据外业成本低及后处理成本的优点。目前，广大用户急需低成本、高密集、快速度、高精度的数字高程数据或数字表面数据，机载LIDAR技术正好满足这个需求，因而它成为各种测量应用中深受欢迎的一个高新技术。 　　快速获取高精度的数字高程数据或数字表面数据是机载LIDAR技术在许多领域的广泛应用的前提，因此，开展机载LIDAR数据精度的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。在这一背景下，国内外学者对提高机载LIDAR数据精度做了大量研究。 　　由于飞行作业是激光雷达航测成图的第一道工序，它为后续内业数据处理提供直接起算数据。按照测量误差原理和制定&ldquo 规范&rdquo 的基本原则，都要求前一工序的成果所包含的误差，对后一工序的影响应为最小。因此，通过研究机载激光雷达作业流程，优化设计作业方案来提高数据质量，是非常有意义的。 LiDAR的基本原理 　　LIDAR是一种集激光，全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统，用于获得数据并生成精确的DEM。这三种技术的结合，可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为目前日臻成熟的用于获得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统，这两种系统的共同特点都是利用激光进行探测和测量，这也正是LIDAR一词的英文原译，即：LIght Detection And Ranging - LIDAR。 　　激光本身具有非常精确的测距能力，其测距精度可达几个厘米，而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素，还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用GPS及IMU的发展，通过LIDAR从移动平台上（如在飞机上）获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。 　　LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播，所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的，传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度，激光扫描角度，从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向，就可以准确地计算出每一个地面光斑的座标X，Y，Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言，一个频率为每秒一万次脉冲的系统，接收器将会在一分钟内记录六十万个点。一般而言，LIDAR系统的地面光斑间距在2-4m不等。 激光雷达的妙用 　　激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统，其原理和构造与激光测距仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达，把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力，科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。 　　直升机障碍物规避激光雷达 　　目前，激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避、化学／生物战剂探测和水下目标探测等方面已进入实用阶段，其它军事应用研究亦日趋成熟。 　　直升机在进行低空巡逻飞行时，极易与地面小山或建筑物相撞。为此，研制能规避地面障碍物的直升机机载雷达是人们梦寐以求的愿望。目前，这种雷达已在美国、德国和法国获得了成功。 　　美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统，使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域，地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上，为安全飞行起了很大的保障作用。 　　德国戴姆勒.奔驰宇航公司研制成功的Hel??las障碍探测激光雷达更高一筹，它是一种固体1．54微米成像激光雷达，视场为32度× 32度，能探测300―500米距离内直径1厘米粗的电线，将装在新型EC―135和EC―155直升机上。 　　法国达索电子公司和英国马可尼公司联合研制的吊舱载CLARA激光雷达具有多种功能，采用CO2激光器。不但能探测标杆和电缆之类的障碍，还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能，适用于飞机和直升机。 　　化学战剂探测激光雷达 　　传统的化学战剂探测装置由士兵肩负，一边探测一边前进，探测速度慢，且士兵容易中毒。 　　俄罗斯研制成功的KDKhr―1N远距离地面激光毒气报警系统，可以实时地远距离探测化学毒剂攻击，确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地高度、中心角坐标以及毒剂相关参数，并可通过无线电通道或有线线路向部队自动控制系统发出报警信号，比传统探测前进了一大步。 　　德国研制成功的VTB―1型遥测化学战剂传感器技术更加先进，它使用两台9― 11微米、可在40个频率上调节的连续波CO2激光器，利用微分吸收光谱学原理遥测化学战剂，既安全又准确。 　　机载海洋激光雷达 　　传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式，声纳可分为主动式和被动式，可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大，重量一般在600公斤以上，有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备，通过发射大功率窄脉冲激光，探测海面下目标并进行分类，既简便，精度又高。 　　迄今，机载海洋激光雷达已发展了三代

1、应用背景 　　等离子体是区别于固体、液体和气体的第四种物质聚集状态。在高能环境下，原子的外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子，失去电子的原子变成带正电的离子，这个过程叫电离，这种电离气体就是等离子体，通常由带电离子、自由电子、基态/激发态分子原子和自由基等粒子组成。等离子体在自然界中广泛存在，如太阳、恒星、星际物质、闪电等都是等离子体。 　　激光诱导等离子体(Laser-Induced Plasma, LIP)是通过激光与物质相互作用产生的一种高温、高密度的等离子体状态物质。当高能量的激光脉冲照射到物体表面时，会使得物质迅速加热并部分或完全电离，形成等离子体。伴随形成的等离子体羽流的演化过程具有超高速、持续时间短(一般几百纳秒)、强自发光背景和小空间尺度的特点，这使得其观测变得具有挑战性。 　　本次实验采用中智科仪的逐光IsCMOS像增强相机(TRC411)，拍摄了激光诱导等离子体羽流的形貌演化过程。基于逐光IsCMOS像增强相机的纳秒级快门门控、高精度的时序同步技术和变延迟序列推扫功能，记录了等离子体羽流的完整演化过程。 2、实验方案 　　实验设备： 　　中智科仪逐光IsCMOS像增强相机，型号：TRC411-S-HQB-F F2UV100大通量紫外镜头。 　　实验室所用激光器为镭宝Dawa-200灯泵浦电光调Q纳秒Nd:YAG激光器，波长1064nm，重复频率1-20Hz。采用激光器Q-out输出触发TRC411相机的方式，对相机Gate通道进行变延迟序列推扫，寻找相机与激光器的同步时刻。 　　实验流程： 　　1.实验材料被激发的等离子体羽发光在200nm-500nm左右，因此在镜头前端安装一个430nm的带通滤光片，屏蔽掉1064nm的激发激光和其他杂散光。需要注意观察成像画面中是否有强反射材料，比如样品台的光滑金属反光面或螺丝帽等，为了防止这些强烈反射面的反射光对相机造成损害，需要使用黑色电工胶带将它们遮挡或覆盖。 　　2. 激光器的Q-out触发输出接到示波器，测得同步输出的TTL信号电平为5V@1MΩ，频率与激光输出频率匹配，均为5Hz。TRC411相机可接受的最大外触发信号电平为5V，保守起见，在触发线末端加入了6dB衰减器，将激光器Q-out输出电平减半。 　　3. 由于等离子体的发光强度较大，无法确定所使用的滤光片的衰减倍率是否足够，因此首先将镜头光圈调至最小，设置增益为1800，Gate时间13ns(对应光学门宽3ns)。 　　软件参数设置如下表： 　　4. 对Gate通道进行变延迟序列扫描，最终找到Gate延时起止时刻在700ns至1100ns之间时，可以捕获到等离子体的发光信号。 　　软件参数设置界面： 3、实验结果 　　序列采集SEQ曲线： 　　根据曲线可以看到实验材料被激发的等离子体发光持续时间约为400ns。 　　高功率纳秒脉冲激光激发产生的完整等离子体羽形貌演变过程： 4、结论 　　中智科仪逐光IsCMOS像增强相机具有短至纳秒级的快门，超短的门控可以屏蔽背景噪声，提高信噪比。相机内置的高精度时序控制器可以确保相机与脉冲激光器的同步工作，在确定的延迟捕获等离子体信号。相机的变延迟序列扫描功能可以使相机快速拍摄不同延迟时刻的等离子体信号，获得完整的等离子体演化过程。诸多优势展示了TRC411相机在等离子体诊断方面的重要应用价值。 　　免责说明：中智科仪(北京)科技有限公司公众号发布的所有内容，包括文字和图片，主要基于授权内容或网络公开资料整理，仅供参考。所有内容的版权归原作者所有。若有内容侵犯了您的权利，请联系我们，我们将及时处理。 5、解决方案 　　由中智科仪自主研发生产的逐光IsCMOS像增强相机采用高量子效率低噪声的2代Hi-QE以及第3代GaAs像增强器，光学门宽短至500皮秒 全分辨率帧速高达98幅/秒 内置皮秒精度的多通道同步时序控制器，由SmartCapture软件进行可视化时序设置，完全适合时间分辨快速等离子现象。 　　1. 500皮秒光学快门 　　以皮秒精度捕捉瞬态现象，并大幅降低背景噪声。 　　2.超高采样频率 　　逐光IsCMOS相机目前全分辨率下可达98帧，提供高速数据采集速率，同时可提供实验效率。此外设置使用其中16行的区域下，可以达到1300帧以上。 　　3.精准的时序控制 　　逐光IsCMOS像增强相机具有三路独立输入输出的时序同步控制器，最短延迟时间为10皮秒，内外触发设置可实现与激光器以及其他装置精准同步。 　　4. 创新“零噪声”技术 　　得益于单光子信号的准确识别，相机的暗噪声及读出噪声被完全去除。

近日，中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站自主研制的近红外单光子探测器成功实现了卫星激光测距。长春人卫站激光测距研究室的研究人员利用先进的数值仿真技术、器件工艺以及外围控制驱动技术，自主完成了近红外单光子探测器的结构设计、电路优化以及器件制备。近红外单光子探测器经中科院上海天文台测试并应用于1064nm近红外激光测距系统，成功获取地球同步轨道卫星北斗G1的观测数据，单次测距点数高达31446点，测距精度为1.42cm，与常规的532nm激光测距相比，系统回波探测率提高3-4倍；器件性能与美国PGI研制的同样采用SAGCM设计方案的近红外单光子探测器水平相当。 长春人卫站研制出国内首款近红外激光测距单光子探测器，不仅打破了国外技术封锁及市场垄断，推动我国先进光电探测仪器向小型化、高可靠、高稳定方向持续发展，更为我国自主建设空间碎片测距系统、开展激光测月等国家重大工程任务提供可靠有效的工具和手段。

日前，在北京工业大学正在举行的第十一届学生科技节上，一台由北工大和清华博硕团队联合研发的格镭智图—双旋轴激光扫描仪吸引了众人的目光。该双旋轴激光扫描仪的核心器件做到了全国产化，一举打破国外产品的垄断地位，实现国产激光扫描仪的“弯道超车”。双旋轴激光扫描仪及其效果图 北京工业大学供图 在三维测绘领域，激光扫描仪相当于人类的眼睛，在智慧城市建设、智慧矿井、隧道工程、空域探测等都发挥着重要作用。据统计，2017年国内三维重建市场规模突破千亿，预计在2025年突破3200亿，然而直到2021年，我国尖端激光扫描仪的研制仍然远远落后于世界先进水平，最尖端的双旋轴激光扫描仪的核心技术，以及全球绝大部分市场处于被英国和澳大利亚公司垄断的状态，中国企业大量依赖昂贵的进口设备。中国测绘领域要发展升级，必须解决这个“卡脖子”技术难题。　　“三维重建在众多领域中是重要的基础性工作，然而国内尖端激光扫描仪大多是依赖国外进口，一方面市场被垄断，另一方面在国土数据安全等领域也存在隐患。”受访时，受访时，项目负责人、北京工业大学硕士生王志举说。　　为了打破这一困局，北京工业大学信息学部与清华大学机械工程系的研究生们组成研究团队，在北工大教授贾克斌、副教授严海，以及清华大学副研究员王子羲的指导下，开启了联合攻关。　　在研发中，在同步定位与建图新技术的基础上，项目团队采用的偏心轴结构设计大幅提高了扫描的有效视界，产品的有效视界高达95%，远超欧美同类产品，并且提供与之配套的技术服务，根据客户的不同需求定制个性化的设备，以适应现代三维激光扫描仪的应用需求。该项目先后获得2021年第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛国家金奖、第三届首都高校大学生创新创业大赛冠军、第十五届iCAN大赛北京赛区一等奖等高规格奖项，目前的意向采购订单超过2000万。