激光洗纹器

激光雷达是集激光、全球定位系统（GPS）、和IMU（惯性测量装置）三种技术于一身的系统，相比普通雷达，激光雷达具有分辨率高，隐蔽性好、抗干扰能力更强等优势。随着科技的不断发展，激光雷达的应用越来越广泛，在机器人、无人驾驶、无人车等领域都能看到它的身影，有需求必然会有市场，随着激光雷达需求的不断增大，激光雷达的种类也变得琳琅满目，按照使用功能、探测方式、载荷平台等激光雷达可分为不同的类型。激光雷达类型图激光雷达按功能分类激光测距雷达激光测距雷达是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光光束的反射波，记录该时间差，来确定被测物体与测试点的距离。传统上，激光雷达可用于工业的安全检测领域，如科幻片中看到的激光墙，当有人闯入时，系统会立马做出反应，发出预警。另外，激光测距雷达在空间测绘领域也有广泛应用。但随着人工智能行业的兴起，激光测距雷达已成为机器人体内不可或缺的核心部件，配合SLAM技术使用，可帮助机器人进行实时定位导航，实现自主行走。思岚科技研制的rplidar系列配合slamware模块使用是目前服务机器人自主定位导航的典型代表，其在25米测距半径内，可完成每秒上万次的激光测距，并实现毫米级别的解析度。激光测速雷达激光测速雷达是对物体移动速度的测量，通过对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，从而得到该被测物体的移动速度。激光雷达测速的方法主要有两大类，一类是基于激光雷达测距原理实现，即以一定时间间隔连续测量目标距离，用两次目标距离的差值除以时间间隔就可得知目标的速度值，速度的方向根据距离差值的正负就可以确定。这种方法系统结构简单，测量精度有限，只能用于反射激光较强的硬目标。另一类测速方法是利用多普勒频移。多普勒频移是指目标与激光雷达之间存在相对速度时，接收回波信号的频率与发射信号的频率之间会产生一个频率差，这个频率差就是多普勒频移。激光成像雷达激光成像雷达可用于探测和跟踪目标、获得目标方位及速度信息等。它能够完成普通雷达所不能完成的任务，如探测潜艇、水雷、隐藏的军事目标等等。在军事、航空航天、工业和医学领域被广泛应用。大气探测激光雷达大气探测激光雷达主要是用来探测大气中的分子、烟雾的密度、温度、风速、风向及大气中水蒸气的浓度的，以达到对大气环境进行监测及对暴风雨、沙尘暴等灾害性天气进行预报的目的。跟踪雷达跟踪雷达可以连续的去跟踪一个目标，并测量该目标的坐标，提供目标的运动轨迹。不仅用于火炮控制、导弹制导、外弹道测量、卫星跟踪、突防技术研究等，而且在气象、交通、科学研究等领域也在日益扩大。按工作介质分类固体激光雷达固体激光雷达峰值功率高，输出波长范围与现有的光学元件与器件，输出长范围与现有的光学元件与器件(如调制器、隔离器和探测器）以及大气传输特性相匹配等，而且很容易实现主振荡器-功率放大器（MOPA）结构，再加上效率高、体积小、重量轻、可靠性高和稳定性好等导体，固体激光雷达优先在机载和天基系统中应用。近年来，激光雷达发展的重点是二极管泵浦固体激光雷达。气体激光雷达气体激光雷达以CO2激光雷达为代表，它工作在红外波段 ，大气传输衰减小，探测距离远，已经在大气风场和环境监测方面发挥了很大作用，但体积大，使用的中红外 HgCdTe探测器必须在77K温度下工作,限制了气体激光雷达的发展。半导体激光雷达半导体激光雷达能以高重复频率方式连续工作，具有长寿命，小体积，低成本和对人眼伤害小的优点，被广泛应用于后向散射信号比较强的Mie散射测量，如探测云底高度。半导体激光雷达的潜在应用是测量能见度，获得大气边界层中的气溶胶消光廓线和识别雨雪等，易于制成机载设备。目前芬兰Vaisala公司研制的CT25K激光测云仪是半导体测云激光雷达的典型代表，其云底高度的测量范围可达7500m。按线数分类单线激光雷达单线激光雷达主要用于规避障碍物，其扫描速度快、分辨率强、可靠性高。由于单线激光雷达比多线和3D激光雷达在角频率和灵敏度反映更加快捷，所以，在测试周围障碍物的距离和精度上都更加精 确。但是，单线雷达只能平面式扫描，不能测量物体高度，有一定局限性。当前主要应用于服务机器人身上，如我们常见的扫地机器人。多线激光雷达多线激光雷达主要应用于汽车的雷达成像，相比单线激光雷达在维度提升和场景还原上有了质的改变，可以识别物体的高度信息。多线激光雷达常规是2.5D，而且可以做到3D。目前在国际市场上推出的主要有 4线、8线、16 线、32 线和 64 线。但价格高昂，大多车企不会选用。按扫描方式分类MEMS型激光雷达MEMS 型激光雷达可以动态调整自己的扫描模式，以此来聚焦特殊物体，采集更远更小物体的细节信息并对其进行识别，这是传统机械激光雷达无法实现的。MEMS整套系统只需一个很小的反射镜就能引导固定的激光束射向不同方向。由于反射镜很小，因此其惯性力矩并不大，可以快速移动，速度快到可以在不到一秒时间里跟踪到 2D 扫描模式。Flash型激光雷达Flash型激光雷达能快速记录整个场景，避免了扫描过程中目标或激光雷达移动带来的各种麻烦，它运行起来比较像摄像头。激光束会直接向各个方向漫射，因此只要一次快闪就能照亮整个场景。随后，系统会利用微型传感器阵列采集不同方向反射回来的激光束。Flash LiDAR有它的优势，当然也存在一定的缺陷。当像素越大，需要处理的信号就会越多，如果将海量像素塞进光电探测器，必然会带来各种干扰，其结果就是精度的下降。相控阵激光雷达相控阵激光雷达搭载的一排发射器可以通过调整信号的相对相位来改变激光束的发射方向。目前大多数相控阵激光雷达还在实验室里呆着，而现在仍停留在旋转式或 MEMS 激光雷达的时代，机械旋转式激光雷达机械旋转式激光雷达是发展比较早的激光雷达，目前技术比较成熟，但机械旋转式激光雷达系统结构十分复杂，且各核心组件价格也都颇为昂贵，其中主要包括激光器、扫描器、光学组件、光电探测器、接收IC以及位置和导航器件等。由于硬件成本高，导致量产困难，且稳定性也有待提升，目前固态激光雷达成为很多公司的发展方向。按探测方式分类直接探测激光雷达直接探测型激光雷达的基本结构与激光测距机颇为相近。工作时，由发射系统发送一个信号，经目标反射后被接收系统收集，通过测量激光信号往返传播的时间而确定目标的距离。至于目标的径向速度，则可以由反射光的多普勒频移来确定，也可以测量两个或多个距离，并计算其变化率而求得速度。相干探测激光雷达相干探测型激光雷达有单稳与双稳之分，在所谓单稳系统中，发送与接收信号共用一个光学孔径，并由发送-接收开关隔离。而双稳系统则包括两个光学孔径，分别供发送与接收信号使用，发送-接收开关自然不再需要，其余部分与单稳系统相同。按激光发射波形分类连续型激光雷达从激光的原理来看，连续激光就是一直有光出来，就像打开手电筒的开关，它的光会一直亮着（特殊情况除外）。连续激光是依靠持续亮光到待测高度，进行某个高度下数据采集。由于连续激光的工作特点，某时某刻只能采集到一个点的数据。因为风数据的不确定特性，用一点代表某个高度的风况，显然有些片面。因此有些厂家折中的办法是采取旋转360度，在这个圆边上面采集多点进行平均评估，显然这是一个虚拟平面中的多点统计数据的概念。脉冲型激光雷达脉冲激光输出的激光是不连续的，而是一闪一闪的。脉冲激光的原理是发射几万个的激光粒子，根据国际通用的多普勒原理，从这几万个激光粒子的反射情况来综合评价某个高度的风况，这个是一个立体的概念，因此才有探测长度的理论。从激光的特性来看，脉冲激光要比连续激光测量的点位多几十倍，更能够精确的反应出某个高度风况。按载荷平台分类机载激光雷达机载激光雷达是将激光测距设备、GNSS设备和INS等设备紧密集成，以飞行平台为载体，通过对地面进行扫描，记录目标的姿态、位置和反射强度等信息，获取地表的三维信息，并深入加工得到所需空间信息的技术。在军民用领域都有广泛的潜力和前景。机载激光雷达探测距离近，激光在大气中传输时，能量受大气影响而衰减，激光雷达的作用距离在20千米以内，尤其在恶劣气候条件下，比如浓雾、大雨和烟、尘，作用距离会大大缩短，难以有效工作。大气湍流也会不同程度上降低激光雷达的测量精度。车载激光雷达车载激光雷达又称车载三维激光扫描仪，是一种移动型三维激光扫描系统，可以通过发射和接受激光束，分析激光遇到目标对象后的折返时间，计算出目标对象与车的相对距离，并利用收集的目标对象表面大量的密集点的三维坐标、反射率等信息，快速复建出目标的三维模型及各种图件数据，建立三维点云图，绘制出环境地图，以达到环境感知的目的。车载激光雷达在自动驾驶“造车”大潮中扮演的角色正越来越重要，诸如谷歌、百度、宝马、博世、德尔福等企业，都在其自动驾驶系统中使用了激光雷达，带动车载激光雷达产业迅速扩大。地基激光雷达地基激光雷达可以获取林区的3D点云信息，利用点云信息提取单木位置和树高，它不仅节省了人力和物力，还提高了提取的精度，具有其它遥感方式所无法比拟的优势。通过对国内外该技术林业应用的分析和对该发明研究后期的结果验证，未来将会在更大的研究区域利用该技术提取各种森林参数。星载激光雷达星载雷达采用卫星平台，运行轨道高、观测视野广，可以触及世界的每一个角落。为境外地区三维控制点和数字地面模型的获取提供了新的途径，无论对于国防或是科学研究都具有十分重大意义。星载激光雷达还具有观察整个天体的能力，美国进行的月球和火星等探测计划中都包含了星载激光雷达，其所提供的数据资料可用于制作天体的综合三维地形图。此外，星载激光雷达载植被垂直分布测量、海面高度测量、云层和气溶胶垂直分布测量以及特殊气候现象监测等方面也可以发挥重要作用。通过以上对激光雷达特点、原理、应用领域等介绍，相信大家也能大致了解各类激光雷达的不同属性了，眼下，在激光雷达这个竞争越来越激烈的赛道上，打造低成本、可量产、的激光雷达是很多新创公司想要实现的梦想。但开发和量产激光雷达并不容易。丰富的行业经验和可靠的技术才能保障其在这一波大潮中占据主导地位。

近日必达泰克公司（B&W Tek）的“新型激光器（Cleanlaze™ 系列）在拉曼光谱分析中的应用”，成功地获得了美国专利 (专利号: US 7,245,369 B2), 为拉曼专用激光器的应用提供了新的选择。 新型激光器（Cleanlaze™ 系列）是一种窄带、稳频、低功耗、小体积、结构紧凑的激光激发光源（特别是在近红外波长范围内）。过去这种激发光源依赖于外腔型激光器，其成本和复杂程度往往令使用者望而生畏。B&W Tek在与有关厂商的多年合作过程中，成功发展了数种高性能、高性价比的稳频半导体激光器，并将其应用在拉曼光谱分析中，成功地获得了美国专利。该系列主要有785nm、830nm、980nm及其他客户所需波长。根据不同拉曼光谱分析的需求，我们提供了单模（0.02nm FWHM）及窄带多模（0.25nm FWHM）等不同规格。多模激光器最大可通过光纤输出大于1.2w的功率。单模目前已经可以达到输出100mw的要求。 基于这款Cleanlaze™ 系列激光产品，B&W Tek为广大客户提供了3种仪器系统。 一． 完整的拉曼光谱仪系统MiniRam™ 、MiniRam™ II和i-Raman™ ，其中包括了Cleanlaze™ 系列激光产品 二． 供实验室使用的台式Cleanlaze™ 系列激光激发光源 三． OEM Cleanlaze™ 系列激光模块，其包括TE 致冷控温，电路驱动以及激光光纤输出。 （以上产品均有USB激光输出功率控制模块选配。） 美国必达泰克公司一直致力于激光器和微型光纤光谱仪的研发生产，在激光器和光谱仪的研发生产上有着丰富的经验。目前必达泰克公司在激光器和光谱仪方面已获得多项美国专利，并且还有十几项专利正在审核中。如需要具体信息，可与上海办公室联系，必达泰克光电科技（上海）有限公司，电话021-64515208。我们将竭诚为您服务！

据英国国家物理实验室（NPL）网站报道，NPL、英国空间署（UKSA）和欧洲空间局（ESA）正为未来的太空任务开发超稳定激光器和光学时钟，以改进未来的导航和计时。NPL的立方腔专利设计使光学腔的频率稳定性对振动高度不敏感，具有独特的鲁棒性，可将商业激光系统的谱线宽度从几个MHz降低到1 Hz以下。这提供了超稳定的激光器，既可作为独立的频率参考，也可作为光学原子钟的子组件。这种光学原子钟和超稳定激光技术在未来科学（基础物理学和宇宙学）、地球观测（相对论大地测量学）和导航（未来全球导航卫星系统）计划等方面具有较大应用前景。在NASA/ESA的下一代重力任务中，NPL的立方体空腔可用来测量地球重力场作为地球表面位置的函数。在极地地区，这种技术可比以前的GRACE和GOCE任务更精确地监测冰川变化。在未来NASA/ESA 2030激光干涉仪空间天线（LISA）任务中，可作为空间引力波测量的参考。注：本文摘自国外相关研究报道，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

如今，激光器已经广泛应用于通信、焊接和切割、增材制造、分析仪器、航空航天、军事国防以 及医疗等领域。激光的光束质量无论对于激光器制造客户还是激光器使用客户都是重要的核心指标之 一。许多客户依赖激光器的出厂报告，从而忽略了对于激光器光束质量测试的重要性，往往在后面激 光器使用过程中达不到理想的效果。通过下方的对比图可以看出，同样的功率情况下（100W），如果焦点产生微小的漂移，对于材 料加工处的功率密度足足变化了 72 倍！所以，激光器仅仅测试功率或能量是远远不够的。对于激光光束质量的定期检测，如激光光斑尺寸大小、能量分布、发散角、激光光束的峰值中心、几何中心、高斯拟合度、指向稳定性等等，都是非常必要的。我公司对于激光光束质量的测试有着丰富且**的经验，对于不同波长、不同功率、不同光斑大小的激光器都可以提供具有针对性的测试系统和方案。相机式光束分析仪相机式光束分析仪采用二维阵列光电传感器，直接将辐照在传感器上的光斑分布转换成图像，传输至电脑并进行分析。相机式光斑分析仪是目前使用*多的光斑分析仪，可以测试连续激光、脉冲激光、单个脉冲激光，可实时监控激光光斑的变化。完整的光束分析系统由三部分构成：（1）相机针对用户激光波长以及光斑大小不同的测量需求，SPIRICON 公司推出了如下几类面阵相机：● 硅基 CMOS 相机通常为 190nm ~ 1100nm；● InGaAs 面阵相机通常为 900 ~ 1700nm；● 热释电面阵相机则可覆盖13 ~ 355nm 及 1.06 ~ 3000μm。相机的芯片尺寸决定了能够测量的光斑的*大尺寸，而像素尺寸则决定了能够测量的*小光斑尺寸；通常需要 10 个像素体现一个光斑完整的信息。相机型号SP932ULT665SP504S波长范围190-1100nm340-1100nm芯片尺寸7.1×5.3mm12.5×10mm23×23mm像.大.3.45x3.45μm4.54×4.54μm4.5x4.5μm分.率2048x15362752×21925120×5120相机型号 XC-130 Pyrocam III HR Pyrocam IV波长范围900-1700nm13-355nm&1.06-3000µ m13-355nm&1.06-3000µ m芯片尺寸9.6*7.6mm12.8mm×12.8mm25.6mm×25.6mm像元大小30*30um75µ m×75µ m75µ m×75µ m分辨率320*256160×160320×320灵敏度64nw/pixel(CW)0.5nJ/pixel(Pulsed)64nw/pixel(CW) 0.5nJ/pixel(Pulsed)饱和度 1.3 μW/cm2 @ 1550 nm3.0W/cm2 (25Hz)4.5W/cm2（50Hz））3.0W/cm2 (25Hz)4.5W/cm2（50Hz）） （2）光束分析软件Spiricon 光斑分析软件BeamGage 界面人性化，操作便捷， 功能强大，其Ultra CAL**逐点背景扣除技术，可将测量环境中的杂散背景光完全扣除掉，使得测量结果真实，得到更精准的ISO 认证标准的光斑数据（详情见 ISO 11146-3-2004）。（3）附件针对用户的特殊要求或者激光的特殊参数设定，SPIRICON 公司推出了一系列光束分析仪的附件，如：分光器、衰减器、衰减器组、扩/缩束镜、宽光束成像仪、紫外转换模块等等。对于微米量级的光斑，传统面阵相机受到像素的制约，无法成像或者无法显示完整的光斑信息。我们有两类光束分析仪可供选择。狭缝扫描光束分析仪NanoScan 2s 系列狭缝扫描式光束分析仪，源自2010 年加入OPHIR 集团的PHOTON INC。PHOTON INC 自 1984 年开始研发生产扫描式光束分析仪，在光通讯、LD/LED 测试等领域享有盛名。扫描式与相机式光斑分析仪的互补联合使得OPHIR 可提供完备的光束分析解决方案。扫描式光束分析是一种经典的光斑测量技术，通过狭缝 / 小孔取样激光光束的一部分，将取样部分通过单点光电探测器测量强度，再通过扫描狭缝 / 小孔的位置，复原整个光斑的分布。扫描式光束分析仪的优点 :● 取样尺度可以到微米量级，远小于 CCD 像素，可获得较高的空间分辨率而无需放大；● 采用单点探测器，适应紫外 ~ 中远红外宽范围波段；● 适应弱光和强光分析；扫描式光束分析仪的缺点 :● 多次扫描重构光束分布，不适合输出不稳定的激光；● 不适合非典型分布的激光，近场光斑有热斑、有条纹等的状况。扫描式光束分析仪与相机式光束分析仪是互补关系而非替代关系；在很多应用，如小光斑测量（焦点测量）、红外高分辨率光束分析等方面，扫描式光束分析仪具备独特的优势。自研自产的焦斑分析仪系统及附件STD 型焦斑分析系统● 功率密度 / 能量密度较大，NA 小于 0.05（约 3°），且焦点之前可利用距离大于 100mm，应当考虑使用本型号。● L 型焦班分析系统的标准版，采用双楔，镜头在双楔之间。● 综合考虑了整体空间利用率、对镜头的保护等因素。● 可进一步升级成为双楔在前的型号，以应对特别大的功率密度 /● 能量密度。● 合适用户 : 科研和工业的传统激光用户，高功率高能量激光用户， 超长焦透镜用户，小 NA 客户。02 型焦班分析系统● 功率密度 / 能量密度较小，或 / 和 NA 大于 0.05（约 3°），或 / 和焦点之前可利用距离小于100mm，应当考虑使用本型号。● 比 STD 更好调节；物镜更容易打坏。● L 型焦班分析系统，采用双楔，镜头在双楔之前。如遇弱光，可定制将双楔换为双反射镜。● 02 型机架不用匹配镜头尺寸，通用，可按需选择镜头。● 非常方便对焦。● 合适用户 : 使用小于 100mm 透镜甚至显微镜头做物镜的用户（表面精密加工）；LD/ LED+ 微透镜的生产线做质检附件STA-C 系列 可堆叠 C 口衰减器&bull 18mm 大通光孔径。&bull 输入端为 C-Mount 内螺纹，输出端为 C-Mount 外螺纹。&bull 镜片有 1°倾角，因而可以堆叠使用。&bull 标称使用波段 350-1100nm。VAM-C-BB VAM-C-UV1 可切换式衰减模组&bull 18mm 通光孔径。&bull 标准品提供两组四片可推拉式切换的中性密度滤光片。&bull 用于需要快速改变衰减率的测量过程。&bull BB 表示宽波段，即 400-1100nm，提供 1+2、3+4 两组四片中性密度滤光片镜组。&bull UV1 表示紫外波段，即 350-400nm，提供 0.1+0.2、0.3+0.7 两组四片中性密度滤光片镜组。LS-V1 单楔激光采样模组&bull 20mm 大通光孔径。&bull 内置单片 JGS1 熔石英楔形镜采样片，易于拆卸和更换的楔形镜架。&bull 标称使用波段 190-1100nm。其他波段可定制。&bull 633nm 处 P 光采样率 0.6701%；S 光采样率 8.1858%。&bull 355nm 处 P 光采样率 0.7433%；S 光采样率 8.6216%。&bull 前端配模组母接口；后端配模组公接口及 C-Mount 外螺纹接口。DLS-BB 双楔激光采样模组&bull 15mm 通光孔径，体积紧凑。&bull 内置两片互相垂直的 JGS1 熔石英楔形镜采样片，无需考虑偏振方向。&bull 标称使用波段 190-1100nm，其他波段可定制。&bull 633nm 处采样率 0.05485%。&bull 355nm 处采样率 0.06408%。&bull 后端可配 C-Mount 外螺纹接口。SAM-BB-V1 SAM-UV1-V1 采样衰减模组&bull 20mm 大通光孔径。&bull BB 表示宽波段，即 400-1100nm，提供四个插槽和 0.3、0.7、1、2、3、4 六组中性密度滤光片镜组。&bull UV1 表示紫外波段，即 350-400nm，提供四个插槽和 0.1、0.2、0.3、0.7、1、2 六组中性密度滤光片镜组。&bull 前端配模组母接口；后端配 C-Mount 外螺纹接口。DSAM-BB DSAM-UV1 双楔采样衰减模组&bull 15mm 通光孔径，体积紧凑。&bull 内置两片互相垂直的 JGS1 熔石英楔形镜采样片，633nm 处采样率 0.05485%；无需考虑偏振方向。&bull BB 表示宽波段，即 400——1100nm，提供四个插槽和 0.3、0.7、1、2、3、4 六组中性密度滤光片镜组。&bull UV1 表示紫外波段，即 350——400nm，提供四个插槽和 0.1、0.2、0.3、0.7、1、2 六组中性密度滤光片镜组。&bull 后端配 C-Mount 外螺纹接口对于大功率激光器客户，如增材制造应用以及光纤激光器客户，我们还有专门的光束分析仪系统BeamCheck 和 BeamPeek 集成 CCD 光束分析仪直接探测高功率激光的光斑，以及一台功率计用于实时监测测量激光的功率。特殊的分束系统使其可以直接用于高功率激光，极小部分功率被分配给光束分析仪进行光斑分析，而大部分功率由功率计直接探测激光功率。可在近场或焦点处测量。BeamCheck 可持续测量不大于600W 的增材加工激光，BeamPeek 体积更为小巧，可测量*大1000W 的增材加工激光不大于2 分钟，然后自然冷却后进行下一轮测试。 型号BeamCheck BeamPeek波长范围1060-1080nm532nm 1030-1080nm功率测试范围0.1-600W10-1000W可持续测试性持续测试焦点漂移准确度±50µ m接口方式GigE Ethernet仪器尺寸406.4mm×76.2mm×79.4mm

p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 激光粒度仪作为粉体材料粒度表征的重要工具，已经成为当今最流行的粒度分析仪，在各领域得到广泛应用。现在市场上激光粒度仪品牌较多，有时对同一样品的测试结果也有较大差异，给用户造成很大的困扰。那么造成这种差异的原因是什么呢？除了样品制备和操作人员的差异外，最主要的原因是各激光粒度仪厂家采用的反演算法有很大差异。 span style=" text-indent: 2em " & nbsp /span /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" text-indent: 2em " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/5398ee10-96c5-4b67-8e3e-64d47f2d388e.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" / /span /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 激光粒度仪的两个核心部分是光路系统和数据处理系统。光路系统主要影响测量范围，数据处理系统主要影响的是结果的准确性。数据处理系统包括信号的滤波、提取和反演算法，本文主要讨论反演算法。 /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/411dfc8a-5f31-4902-9cf3-db0c0f27f982.jpg" title=" 2.png" alt=" 2.png" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 什么是反演？反演就是对反问题的求解过程。科学上的反问题很多，如精确制导、无损探伤、天气预报、CT技术、法医学、考古学等都是反问题，对这些问题的求解过程就是反演。还有我们常做的游戏“闻声识人”，一个人在唱歌，你通过歌声判断这个唱歌的人是谁，这和激光粒度仪通过光散射信号反推粒度分布很相似。如，如果是大合唱，那么你需要通过合音来推算出都有哪些人在参加大合唱，每个人的音量在合音中的贡献比例是多少（类似于多分散样品）。这些事例说明“反演”存在于生活中的方方面面。反演算法是通过数学的方法求解反问题，它的准确性完全依赖所用算法的适应性。 /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/d40b218f-6d73-4224-8144-e9de64c69092.jpg" title=" 3.png" alt=" 3.png" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 激光粒度仪中的反演算法是对线性代数中的病态矩阵求解，病态矩阵是指对因数值的很小改变导致解有很大改变的矩阵。激光粒度仪中Mie散射系数矩阵A就是病态矩阵，且条件数较大，求解过程更复杂。我们可以通过矩阵关系式Ax=b，其中A为Mie散射系数矩阵，b为光散射向量，即激光粒度仪每个通道的信号组成的一维矩阵，x就是要求解的粒度分布数据。当b光散射向量有微小波动都会造成粒度分布x有剧烈波动，这是激光粒度仪反演算法的难点所在，并会直接影响激光粒度仪的重复性和准确性。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 本文所说的全程自适应反演算法是指适应单分散、多分散、双峰、多峰等都能得到准确的、稳定的粒度分布结果的任何分布类型样品的反演算法。目前在市面上，很多激光粒度仪厂家在软件中会设置很多分析模式来适应不同类型的样品，如通用模式、单峰模式、多峰模式等。从下图结果可以看出，不同分析模式对同一样品测试结果会产生巨大差异，常用的“通用模式”分布图形较平滑，但它偏离样品的真实分布却很大，反而其它两种模式更适合样品的真实分布，当然这是在我们知道样品粒度分布特征的前提下进行的有针对性的模式选择。 /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/42d3f04c-f6de-4673-88e3-93114dbcd653.jpg" title=" 4.png" alt=" 4.png" / /p p /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 与此不同的是，本文作者开发了另外一种全程自适应算法来测试样品的结果，这种算法是以非负最小二乘为基础，采用正则化参数动态变化的数学方法来实现的，软件中没有分析模式选项就直接进行反演计算，适合所有分布类型的样品，不论是单峰的、多峰的、单分散的、宽分布的都能得到准确的结果。目前这种算法已经应用到丹东百特所有型号的激光粒度仪中。 /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/0beae131-887f-498b-936d-ed14f8bddbcd.jpg" title=" 5.png" alt=" 5.png" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 反演算法是激光粒度仪的灵魂，它就像一个黑盒子，你看不到它的内部，不清楚它的过程，但它对得到准确的粒度测试结果是至关重要的。现在，很多用户不太清楚反演算法对粒度测试的重要性，对测试结果准确性的判断不够客观，以为进口仪器测的结果就是准确的。还有不少人追求粒度分布图形光滑、漂亮，这些都是可能造成错误的结果。出现这种现象的原因是国外激光粒度仪进入中国较早，而他们给出的结果大多都是平滑好看的分布曲线，如R-R分布、正态分布等。此文的目的是告诉广大激光粒度仪用户，要进行客观地去判断仪器的优劣，而不是迷信哪一种仪器。最好的方式是配制几种已知粒度分布的样品来验证激光粒度仪及其反演算法，只要在同一个模式下所测结果与实际值一致，这种激光粒度仪及其反演算法就是真实可靠的。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 激光粒度测试反演算法对粒度测试结果有着决定性的影响。通过歌声就能猜对唱歌人，是对声音和旋律有深刻了解的人才能做到的。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: right " strong 作者： /strong /p p style=" text-indent: 2em text-align: right " 丹东百特仪器有限公司 /p p style=" text-indent: 2em text-align: right " 研发总监 /p p style=" text-indent: 2em text-align: right " 范继来 /p

记者从近日在江苏泰州举行的中国石墨烯标准化论坛上获悉，泰州巨纳新能源有限公司研制的世界首台商用石墨烯飞秒光纤激光器Fiphene问世，同时创造了脉冲宽度最短(105fs)和峰值功率最高(70kW)两项石墨烯飞秒光纤激光器世界纪录。 　　飞秒光纤激光器的应用领域非常广阔，包括激光成像、全息光谱及超快光子学等科研应用，以及激光材料精细加工、激光医疗(如眼科手术)、激光雷达等领域。传统的飞秒光纤激光器核心器件&mdash &mdash 半导体饱和吸收镜(SESAM)采用半导体生长工艺制备，成本很高，且技术由国外垄断。 　　在飞秒光纤激光器领域，石墨烯被认为是取代SESAM的最佳材料。2010年诺贝尔物理学奖获得者撰文预测石墨烯飞秒光纤激光器有望在2018年左右产业化。要实现真正的产业化，需要解决高质量石墨烯制备、大规模低成本石墨烯转移、石墨烯与光场强相互作用、石墨烯饱和吸收体封装以及激光功率稳定控制等一系列关键技术。泰州巨纳新能源有限公司经过多年持续研究，成功攻克了这些关键技术，率先实现了石墨烯飞秒光纤激光器的产品化，主要性能指标均高于同类产品，具有很高的性价比和很强的市场竞争能力。 　　该产品被命名为Fiphene，取Fiber(光纤)和Graphene(石墨烯)两个词的组合。泰州巨纳新能源有限公司计划以Fiphene为平台，推出更多石墨烯光纤激光器产品，将石墨烯的应用发展向前推进。

蓝相液晶(BPLCs)以其独特的周期结构、多刺激响应及实时可重构性等特点而具有优异的光学性能，在传感、显示及防伪等方面有着巨大的应用前景。蓝相液晶由于其带隙窄，光学性能优异可用于低阈值激光器。目前蓝相液晶激光器的研究主要聚焦在外界刺激下（如光、电、热、力等）激光波长的可调节性，而对蓝相激光器工作温度的研究尚且不足。由于BPLCs窄的温度窗口，其相应激光器的工作温域大概在3-4℃。聚合物稳定蓝相（PSBP）体系的采用已经极大拓宽了蓝相液晶的温度窗口至500度，但目前所报道的蓝相激光器的最宽工作温域不超过36 ℃。“蓝相液晶温域”与“蓝相激光工作温域”的大差异可能与所用聚合物稳定蓝相体系不合适的聚合程度（通常大部分体系可聚合液晶组分 图1.含30 wt%可聚合液晶单体DD-PSBPLCs的光学表征。（A）所制备单畴样品在宽激光温域范围微结构的变化图示；（A1）相应的单畴样品光学照片。聚合后单畴DD-PSBPLCs (110)晶面的（B）TEM图，（C）Kossel图及（D）Syn-SAXS图。样品在25-230 ℃的（E）反射光谱，（F）荧光光谱，（G）染料的光致发光衰减曲线及（H）染料不同温度下的发射激光。（I）本工作与文献中蓝相液晶激光器工作温域的比较。 图2.DD-PSBPLCs宽的激光温域及在不同温度下的光学表征。（A，B，C，E）单畴样品，25-230 ℃；（D）多畴样品；25-160 ℃。（A）发射光谱，泵浦能量：1.00 μJ/pulse, 插图：POM 照片。（B）荧光光谱。（C）不同温度下，反射光谱与荧光光谱的相对位置关系。（D）发射光谱，泵浦能量：1.20 μJ/pulse, 插图：POM 照片。（E）R-POM图。DD-PSBPLCs 宽的激光温域源于稳定的聚合物支架体系，在宽的温度范围内提供了稳定的反射带隙及荧光信号。 图3.升降温过程中DD-PSBPLCs的激光阈值及相转化。（A，D，E）单畴样品，温域：25 - 230 °C，（B,F）多畴样品，温域：25 - 160 °C，升降温速率：12 °C/min。（A）单畴样品和（B）多畴样品不同温度下的激光阈值。（C）单畴样品的DSC测试，插图：放大图，氮气氛围下，10 °C/min。（D）单畴样品原位升降温过程中带隙（插图：反射强度）与温度的关系。（E，F）原位降温过程中样品的T-POM图，红色圈：放大图。单/多畴样品均在65 ℃析出，表明未聚合物组分的相变是影响DD-PSBPLCs激光性能的主要原因之一。 图4. DD-PSBPLCs温度变化过程中激光行为可能的解释及原位可逆的激光行为。（A）DD-PSBPLCs激光行为的机理图示，（A1）大部分的BPI晶格牢牢的被聚合物网络锁住且规则分布，除少量未被聚合物网络稳定的胆甾相（Ch相）；（A2）在相变前（约70 ℃）体系略微膨胀，且Ch相在达到相变点时消失，转化为BP相；（A3）温度进一步升高，超过相变点（72.5 ℃）时，BPI晶格中的一些LC分子就会跑出来，并以各向同性相(ISO)存在，导致BPI晶格的连续收缩。（B）-（E）单畴DD-PSBPLCs在30-100 ℃过程中原位可逆的激光性能及增强效应。（B）加热过程；（C）冷却过程；（D）激光波长或（E）发射强度与温度的关系，激发功率：1.17 μJ/pulse，升降温速率: 12 °C/min, ΔT=10 °C。（F）x，y，z三个正交方向的发射光谱。（G）单畴样品右/左圆偏振（R/LCP）激射光谱测试。 图5.单畴DD-PSBPLCs加热过程中的原位Kossel表征。（A）原位Kossel图（A1）及其相应的图示（A2），加热速率：12 ℃/min。（B）BPI晶格尺寸及Kossel随温度变化的图示，其中R表示Kossel图中(110)晶面中心圆的半径，红色虚线圆圈表示视野范围。（C）原位升温过程中R及反射中心波长（λ）与温度（T）的关系，实线表示拟合的直线。 　原文链接 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206580

根据《中国国际科技促进会团体标准管理办法》的要求，《激光照明用稀土荧光陶瓷可靠性性能的试验方法》和《稀土激光荧光陶瓷热稳定性的测定》两项团体标准已经完成立项、编制起草、征求意见、评审、修改、审查、批准及备案等标准制定流程，经中国国际科技促进会标准化工作委员会审批通过，正式发布,现予以公告，即日起实施。详情见正式文件。 中国国际科技促进会标准化工作委员会2023年7月17日关于《激光照明用稀土荧光陶瓷可靠性性能的试验方法》团体标准发布的公告.pdf关于《稀土激光荧光陶瓷热稳定性的测定》团体标准发布的公告.pdf

经过１０余年设计制造、３５亿美元投资，美国建成世界最大激光器 　　新浪科技讯 北京时间5月7日消息，据美国《连线》杂志网站报道，在劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)国家点火设施(NIF)的科学家，希望利用192个激光器和一个由400英尺长的放大器及滤光器阵列构成的装置，制造出一个像太阳或者爆炸的核弹一样的自维持聚变反应堆(self-sustaining fusion reaction)。最后一批激光器安装完毕后，《连线》网站记者参观了这个点火设施。观看看世界上最先进的科学设备。 　　1.美国“国家点火装置” 　　这个大部头看起来可能很像迈克尔贝执导的《变形金刚》中的人物，但是这个大型机器很快就会成为地球上的恒星诞生地。 　　美国“国家点火装置” 位于加州，投资约合24亿英镑，占地约一个足球场大小。科学家希望该激光器能模仿太阳中心的热和压力。“国家点火装置”由192个激光束组成，产生的激光能量将是世界第二大激光器、罗切斯特大学的激光器的60倍。2010年，192束激光将被汇聚于一个氢燃料小球上，创造核聚变反应，打造出微型“人造太阳”，产生亿度高温。 　　2.庞大的靶室 　　 庞大的靶室 　　在庞大的靶室里，192束激光束进入直径是33英尺的蓝色真空室，在那里跟一个胡椒瓶大小的目标物相撞。然后这些光束会以动力较低的红外线的形式，从该仪器的不同部位出来，这个部位跟DVD播放器的内部结构类似。接着激光经过一系列复杂的放大器、过滤器和镜子，以便变得足够强大和精确，可以产生自维持聚变反应堆。 　　3.包含放射性氢同位素、氘和氚的铍球 　　 包含放射性氢同位素、氘和氚的铍球 　　这个铍球包含放射性氢同位素、氘和氚。科学家将利用这个系统的192个激光器产生的X射线轰击它。核子熔合的关键是有足够的能量把两个核子熔合在一起，在这项实验中用的是氢核子。由于把两个核子分开的斥力非常强，因此这项任务需要利用极其复杂的工程学和特别多的能量。 　　例如，在光束进入真空室(包含图片上方的目标物)之前，激光必须通过巨大的合成水晶，转变成紫外线。发射到真空室里的光束会进入一个被称作黑体辐射空腔(hohlraum)的豆形软糖大小的反射壳(reflective shell)里，光束的能量在这里产生高能X射线。从理论上来说，X射线的能量应该足以产生可以克服电磁力的热和压力，这样核子就能熔合在一起了。电磁力促使同位素的核子分开。 　　4.靶室顶部的起重机和气闸盖 　　 靶室顶部的起重机和气闸盖 　　在第一张照片的靶室顶上，是用来把底部仪器放入真空室的起重机和气闸盖。如果这个仪器产生作用，它将成为未来发电厂的前身，将提高科学家对宇宙里的力的理解。当常规核试验被禁止的时候，它还有助于我们了解核武器内部的工作方式。 　　5.精密诊断系统 　　 精密诊断系统 　　激光束将被发射到精密诊断系统里，以在它进入靶室以前，确定它能正常工作。 　　6.激光间 　 　激光间 　　在激光间(laser bay)里眺望，会看到国家点火设施的激光间2号向远处延伸超过400英尺，激光在从这里到达靶室的过程中，会被放大和过滤。过去35年间，科学家在劳伦斯利弗莫尔国家实验室建设了另外3个激光熔合系统，然而它们都不能生成足够达到核子熔合的能量。第一个激光熔合系统——Janus在1974年开始运行，它产生了10焦耳能量。第二项试验在1977年实施，这个激光熔合系统被称作Shiva，它产生了10000焦耳能量。 　　最后一项实验在1984年实施，这个被称作Nova的激光熔合项目产生了30000焦耳能量，这也是它的制造者第一次相信通过这种方法可以实现核子熔合。国家点火设施科研组制造的这个最新系统有望产生180万焦耳紫外线能量，科学家认为这些能量已经足以在劳伦斯利弗莫尔国家实验室里产生一个小恒星。 　　7.磷酸盐放大玻璃 　　 磷酸盐放大玻璃 　　国家点火设施包含3000多块混合着钕的磷酸盐放大玻璃，这是在熔合试验中用来增加激光束的能量的一种基本材料。这些放大玻璃板隐藏在密封的激光间周围的围墙里。 　　8.技术人员在激光间里安装光束管 　　 技术人员在激光间里安装光束管 　　技术人员在激光间里安装光束管，激光通过这些管会进入调试间。激光在调试间里会被重新改变运行路线，并重新排列，然后被输送到靶室里。 　　9.紧急停运盘 　　 紧急停运盘 　　在整个国家点火设施里，标明激光位置的紧急停运盘(emergency shutdown panels)，可在激光发射时，为那些在错误的时间站在错误的地方的科学家和技术人员提供安全保障。 　　10.光导纤维 　　 光导纤维 　　光导纤维(黄色电缆部分)把低能激光传输到能量放大器里。然后在通过混有钕的合成磷酸盐的过程中，利用强大的频闪放电管放大。 　　11.能量放大器 　　 能量放大器 　　能量放大器隐藏在天花板上的金属覆盖物下面，它含有可增大激光能量的玻璃板。在激光刚刚进入放大玻璃前，灯管把能量吸入玻璃里，接着激光束会获得这些能量。 　　12.可变形的镜子 　　 可变形的镜子 　　可变形的镜子隐藏在天花板上覆盖的银膜下面，这种镜子是被用来塑造光束的波阵面，并弥补它在进入调试间前出现的任何缺陷。每个镜子利用39个调节器改变镜子表面的形状，纠正出现错误的光束。你在照片中看到的电线是用来控制镜子的调节器的。 　　13.激光放大器 　　 激光放大器 　　激光束在进入主放大器和能量放大器前，较低前置放大器会放大激光束，并给它们塑形，让它们变得更加流畅。 　　14.便携式洁净室 　　 便携式洁净室 　　科学家利用一个独立的便携式洁净室(CleanRoom)运输和安置能量放大器和其他元件，这个洁净室就像用来装配微芯片的小室。 　　15.能量放大器 　 　能量放大器 　　每个能量放大器都被安装在洁净室附近，然后利用遥控运输机把它们运输到梁线所在处。 　　16.技术人员校对能量放大器 　　 技术人员校对能量放大器 　　从照片中可以看到，能量放大器在被放入梁线以前，技术人员正在对它进行校对。 　　17.模仿NASA的主控室 　 　模仿NASA的主控室 　　照片中的主控室看起来跟美国宇航局的任务控制中心很相似，这是因为前者是模仿后者建造的。国家点火设施并不是利用这个主控室把火箭发射到外太空，而是设法通过激光，利用它把恒星的能量(核子熔合)带回地球。 　　18.光束源控制中心 　　 光束源控制中心 　　光束源控制中心即已知的主控振荡器室，看起来跟数据中心(Server Farm)很像，但是这个控制中心不是利用电脑，而是安装了一排排架子。光束通过光纤前往能量放大器的过程中，看起来就像网络供应商使用的网络。 　　19.国家点火设施的激光源 　　 国家点火设施的激光源 　　国家点火设施的激光是从一个相对较小、能量较低，并且比较呆板的盒子里发射出来的。这个激光器呈固体状态，跟传统激光指示器没有多大区别，不过它们发射的光波波长不一样，前者是红外线，后者是可见光。 　　20.高能灯管 　 　高能灯管 　　高能灯管(flashlamps)跟照相机里的灯管一样，但是前者的体积超大，它可以用来激发激光。每束光束刚产生时，强度仅跟你的激光指示器发出的激光强度一样，但是它们在二十亿分之一秒内，强度就能曾大到500太拉瓦，大约是美国能量输出峰值时功率的500倍。 　　这一结果是能实现的，因为该实验室里拥有巨大的电容器，里面储存了大量能量。这个电容器非常危险，当它充电后，这个房间将被封闭，禁止任何人靠近，以免出现高压放电现象，伤着来访的人。 　　国家点火设施的外面看起来很像《半条命(Half-Life)》的拍摄现场，这种普通的外观掩饰了在里面进行的历史性科学研究。(孝文) 英刊揭秘世界最强激光产生过程(组图) 　　导读：2009年4月，耗资达35亿美元的美国“国家点火装置”(NIF)正式开始进行相关实验，并计划于2010年最终实现聚变反应。届时会将192束激光同时照射在一个微小的目标上，是迄今世界上性能最强大的激光装置。英国《新科学家》杂志网站13日撰文揭秘世界最强激光产生过程。以下为全文： 　　“国家点火装置”是美国国家核安全管理局(NNSA)的库存管理计划的关键环节。在受控实验室条件下，“国家点火装置”将进行聚变点火和热核燃烧实验，实验结果将为NNSA提供相关武器生产条件的实验手段。这些条件对NNSA在不开展地下核试验的条件下评估并验证核武库的工作至关重要。“国家点火装置”实验将研究武器效应、辐射输运、二次内爆和点火相关的物理学机理，并支持库存管理计划继续取得成功。“国家点火装置”是目前世界上最大和最复杂的激光光学系统，用于在实验室条件下实现人类历史上的第一次聚变点火。192束矩形激光束将在30英尺的靶室中实现会聚，其中靶室内含有直径为0.44厘米的氢同位素靶丸。发生聚变反应时，温度可达到1亿度，压力超过1000亿个大气压。 　　以下是“国家点火装置”产生最强激光的几大步骤： 　　1、安装球形外壳 　　 　　安装球形外壳 　　为了产生聚变所必须的高温和高压，“国家点火装置”将汇聚其所有192束激光束同时射向一个氢燃料目标之上。“国家点火装置”呈球形(如图所示)，直径约为10米，重约130吨。装置内有一个目标聚变舱，点火实验就发生于目标聚变舱内。整个球体由18块铝材外壳拼接而成，每块外壳均约10厘米厚。球体外壳上正方形窗口就是激光束的入口，而圆形窗口则是用来安装和调节诊断装置，诊断装置共有近100个分片。 　　2、用调节器调整靶位 　　 　　用调节器调整靶位　　这是目标聚变舱内部的照片。激光束通过外壳上的入口进入目标舱，把将近500万亿瓦特的能量瞄准于位置调节器的尖端。图中右侧的长形带有尖端的物体就是位置调节器，每次实验的目标氢燃料球就置放于尖端之上。当所有激光束全部投入时，“国家点火装置”将能够把大约200万焦耳的紫外线激光能量聚焦到小小的目标氢燃料球之上，它比此前任何激光系统所携带能量的60倍还要多。当激光束的热和压力达到足以熔化小圆柱目标中氢原子的时候，所释能量要比激光本身产生的能量更多。氢弹爆炸和太阳核心会发生这类反应。科学家相信，总有一天通过核聚变而不是核裂变会产生一种清洁安全的能源。 　　3、将燃料放入燃料舱(圆柱体) 　　 　　将燃料放入燃料舱(圆柱体) 　　进入“国家点火装置”的所有192束激光束都将被引向图中这个铰笔刀大小的圆柱体。该圆柱体中将装有聚变实验所使用的目标燃料，目标燃料就是约为豌豆大小的球状冰冻氢燃料。实验时，激光束将通过各自窗口进入目标舱内，从各个方向压缩和加热氢燃料球，希望能够产生自给能量的聚变反应。曾经有不少科学家认为可控核聚变反应是不可能实现的。近年来，科学家找到了一些点燃热聚变反应的方法，美国研究人员找到的方法是利用高能激光。虽然科学家们也尝试了其他种核聚变发生技术，但从已完成的实验效果看，激光技术是目前最有效的手段。除激光外，利用超高温微波加热法，也可达到点燃核聚变的温度。 　　4、压缩并加热燃料 　　 　　压缩并加热燃料 　　所有激光束进入这个金属舱内部时，他们将产生强烈的X光线。这些X光线不仅仅可以把豌豆大小的氢燃料球压缩成一个直径只有人类头发丝截面直径大小的小点，它还能够将其加热到大约300万摄氏度的高温。尽管激光的爆发只能持续大约十亿分之一秒，但物理学家们仍然希望这种强烈的脉冲可以迫使氢原子相互结合形成氦，同时释放出足够的能量以激活周围其他氢原子的聚变，直到燃料用尽为止。在激光点火装置内，一束红外线激光经过许多面透镜和凹面镜的折射和反射之后，将变成一束功率巨大的激光束。然后，研究人员再将该激光束转变为192束单独的紫外线激光束，照向目标反应室的聚变舱中心。当激光束照射到聚变舱内部时，瞬间产生高能X射线，压缩燃料球芯块直至其外壳发生爆裂，直到引起燃料内部的核聚变，从而产生巨大能量。 　　5、用磷酸二氢钾晶体转换激光束 　　 　　用磷酸二氢钾晶体转换激光束 　　激光束在进入目标舱内之前，必须要先由红外线转换成紫外线，因为紫外线对加热目标燃料更为有效。激光转换过程必须要使用磷酸二氢钾晶体。图中的这块磷酸二氢钾晶体重约360公斤。首先将一粒籽晶放入一个高约2米的溶液桶中，经过两个月的培养才可形成如此巨型的晶体。然后将晶体切割成一个个截面积约为40平方厘米的小块。“国家点火装置”共需要大约600多块这样的晶体小块。“国家点火装置”将被用于一系列天体物理实验，但是，它的首要目的是帮助政府科学家确保美国“老年”核武器的可靠性。“国家点火装置”项目的建造计划于上世纪90年代早期提出，1997年正式开始建设。(刘妍)

激光是20世纪60年代发展起来的一门新兴科学。它是一种具有亮度高、方向性好、单色性好等特点的相干光。 　　激光应用于材料加工，使制造业发生了根本性变化，解决了许多常规方法无法解决的难题。在航天工业中，铝合金用激光焊接的成功被认为是飞机制造业的一次技术大革命。激光加工技术在汽车工业中的使用，实现了汽车从设计到制造的大变化，优化汽车结构，减轻了汽车自重，最终使汽车性能提高，耗油量降低。激光精加工和激光微加工不仅促进了微电子工业的发展，而且为微型机械制造提供了条件。另外，传统加工方法大都为力的传递，因此加工速度受到限制，而激光加工更多地是光的传递，惯性小，柔性大，而且激光能量密度高，加工速度可以很快，激光加工被誉为“未来制造系统共同的加工手段”。总之激光加工技术在世界范围内的迅猛发展正在引起一场新的工业革命，最终使材料加工业从目前的电加工时代过渡到光加工时代。 　　2012年在全球经济低迷不振的大环境下，激光器制造商在“经济余震”中所经历的不确定性和担忧，在经济大衰退之后的几年内将依然存在。然而从长远销售预期来看，在很多几乎不受地域或者全球性经济衰退影响的领域，激光正在作为一种成熟的、对经济增长发挥重要作用的技术，呈现出上扬态势。尽管预计全球债务危机将会限制2013年的某些资本设备支出，但是激光器有望凭借“能实现制造自动化、提高效率、降低能耗，进而使企业在经济风暴中更具竞争力”的优势脱颖而出。 　　半导体制造业发展迅速，“绿色”技术无疑具有光明的未来，这就要求有新的激光加工工艺与技术来获得更高的生产品质、成品率和产量。除了激光系统的不断发展，新的加工技术和应用、光束传输与光学系统的改进、激光光束与材料之间相互作用的新研究，都是保持绿色技术革新继续前进所必须的。2013年激光技术在半导体行业将会取得怎样的成绩呢? 　　半导体市场：黯然神伤 　　虽然智能电子设备组件的微加工将继续为光纤激光器制造商带来利好势头，但是主要依赖于半导体资本设备采购的激光器制造商，将在2013年遭遇坎坷。 　　“随着半导体行业从45nm转向20nm甚至更高的节点，需要更多的制造步骤处理更多的层和新材料，这导致资本强度增加。”半导体设备暨材料协会(SEMI)行业研究与统计高级总监DanTracy表示，“2010年和2011年，半导体行业在产能扩充方面实现了坚挺恢复，同时也转向了更加先进的工艺技术。而2012年产能扩张的减少，为半导体行业带来了更多不确定性，一些分析师预计2013年半导体行业的资本支出将出现负增长。”Tracy还补充道，半导体资本设备市场存在着周期性，最近报道的设备数据反映了2012年下半年更加低迷的行业状况。2012年10月的订单出货比为0.75，订单量约比2011年10月下跌20%。 　　“对于微电子行业来讲，2012年将是一分为二的年头，”相干微电子部门营销总监DavidClark表示，“预计2013年传统消费电子产品，如笔记本电脑、PC、数码相机、硬盘驱动器和电视机将非常不景气，但是平板电脑和智能手机以及相关组件将会以惊人的速度增长。这无疑是个好消息，因为这些移动设备组件很多都是使用相干的激光器制造的，相干的这部分业务将会继续强劲增长。”Clark补充说，“如果基于Windows8的超级本和平板电脑在企业市场获得真正成功，相信这必将刺激2013年IC销售额的限制增长。” 　　ICInsihts公司也看到了类似趋势，其预计2013年电子设备的销售额将增长5%，2012年的增长率为3%。Clark对更长远的趋势也持乐观态度，他表示，“4G-LTE无线网络建设、互联网流量的持续增长、云计算的采用一级即将向450nm晶圆的迁移，所有这些都将促使未来几年内半导体资本支出方面出现重大投资。” 　　相干2012年第四财季(截至2012年9月29日)的销售额，从上年同期的2.08亿美元下降到1.89亿美元 与上个季度相比，订单量下降近23%。相比之下，Newport则由于研发市场和工业市场的强劲表现而实现了创纪录的销售额 当然半导体资本支出的疲软也使其受到了一定影响，其第四财季(截至2012年9月29日)微电子业务销售额比上年同期下降了9.7%，降至1.1亿美元。 　　作为一家主要为半导体行业提供光刻光源的供应商，Cymer公司2012年第三季度(截至2012年9月30号)的总营收约为1.32亿美元，基本与上年同期持平，但低于2012年第二季度1.49亿美元的总营收。2012年10月，Cymer公司被荷兰ASML公司以大约26亿美元的价格收购 2012年第三季度，Cymer出货了27套紫外系统，并向ASML交付了其首款极紫外光源，曝光功率为30W。 　　Cymer公司和日本Gigaphoton公司是业界领先的极紫外光源制造商，依据摩尔定律，他们会继续享受业务增长。但是研究超短、超高功率激光脉冲(如用于光与物质相互作用研究的极强光设施)的激光器制造商，正在寻求超越摩尔定律。 　　“早在2007年，来自美国能源部基础能源科学顾问委员会的一份报告就显示，当集成电路制造达到分子级或纳米级的时候，其将远远超越摩尔定律的限制。一个基于纳米芯片的超级计算机，可以舒适地握在掌中，且耗电极低。”CalmarLaser公司营销总监TimEdwards说，“这使得激光产业令人兴奋不已——没有激光发挥举足轻重的作用，分子尺度的未来将无法实现。飞秒光纤激光器制造商始终致力于提升脉冲到脉冲之间的稳定性，以满足眼科、光谱、DNA分析、分子成像、薄膜太阳能电池加工以及计量等应用的苛刻要求，所有这些都提供了广阔的科研激光市场，但是不知为何激光市场并未快速增长。” 　　随着激光技术的发展，激光技术必将在未来的半导体行业发展中扮演越来越重要的角色。接下来为激光技术在半导体行业的一些应用： 　　1 激光技术在晶片/芯片加工领域的应用 　　1.1在划片方面的应用 　　划片工艺隶属于晶圆加工的封装部分，它不仅仅是芯片封装的关键工艺之一，而是从圆片级的加工(即加工工艺针对整片晶圆，晶圆整片被同时加工)过渡为芯片级加工(即加工工艺针对单个芯片)的地标性工序。从功能上来看，划片工艺通过切割圆片上预留的切割划道(street)，将众多的芯片相互分离开，为后续正式的芯片封装做好最后一道准备。 　　目前业界讨论最多的激光划片技术主要有几种，其主要特征都是由激光直接作用于晶圆切割道的表面，以激光的能量使被作用表面的物质脱离，达到去除和切割的目的。但是这种工艺在工作过程中会产生巨大的能量，并导致对器件本身的热损伤，甚至会产生热崩边(Chipping)，被剥离物的沉积(Deposition)等至今难以有效解决的问题。 与很多先行技术不同，传统旋转砂轮式划片机的全球领导厂商东京精密公司和日本著名的激光器生产商滨松光学联合推出了突破传统理念的全新概念的激光划片机MAHOH。其工作原理摒弃了传统的表面直接作用、直接去除的做法 而采取作用于硅基底内的硅晶体，破坏其单晶结构的技术，在硅基底内产生易分离的变形层，然后通过后续的崩片工艺使芯片间相互分离。从而达到了无应力、无崩边、无热损伤、无污染、无水化的切割效果。 　　1.2在晶片割圆方面的应用 　　割圆工艺是晶体加工过程中的一个重要组成部分。早期，该技术主要用于水平砷化镓晶片的整形，将水平砷化镓单晶片称为圆片。随着晶体加工各个工序的逐步加工，在各工序将会出现各种类型的废片，将这些废片加工成小直径的晶片，然后再经过一些晶片加工工序的加工，使其变成抛光片。 　　传统的割圆加工方法有立刀割圆法、掏圆法、喷砂法等。这些方法在加工过程中对晶片造成的损伤较大，出片量相对较少。随着激光加工技术的发展，一些厂家对激光加工技术引入到割圆工序，再加上较为成熟的软件控制，可以在一个晶片上加工出更多的小直径晶片。 　　2 激光打标技术 　　激光打标是一种非接触、无污染、无磨损的新标记工艺。近年来，随着激光器的可靠性和实用性的提高，加上计算机技术的迅速发展和光学器件的改进，促进了激光打标技术的发展。 　　激光打标是利用高能量密度的激光束对目标作用，使目标表面发生物理或化学的变化，从而获得可见图案的标记方式。高能量的激光束聚焦在材料表面上，使材料迅速汽化，形成凹坑。随着激光束在材料表面有规律地移动同时控制激光的开断，激光束也就在材料表面加工成了一个指定的图案。激光打标与传统的标记工艺相比有明显的优点： 　　(a)标记速度快，字迹清晰、永久 　　(b)非接触式加工，污染小，无磨损 　　(c)操作方便，防伪功能强 　　(d)可以做到高速自动化运行，生产成本低。 　　在晶片加工过程中，在晶片的特定位置制作激光标识码，可有效增强晶片的可追溯性，同时也为生产管理提供了一定的方便。目前，在晶片上制作激光标识码是成为一种潜在的行业标准，广泛地应用于硅材料、锗材料。 　　3 激光测试技术 　　3.1激光三角测量术 　　微凸点晶圆的出现使测量和检测技术面临着巨大的挑战，对该技术的最基本要求是任一可行的检测技术必须能达到测量微凸点特征尺寸所需的分辨率和灵敏度。在50μm节距上制作25μm凸点的芯片技术，目前正在开发中，更小凸点直径和更节距的技术也在发展中。另外，当单个芯片上凸点数量超过10000个时，晶圆检测系统必须有能力来处理凸点数迅速增加的芯片和晶圆。分析软件和计算机硬件必须拥有足够高的性能来存储和处理每个晶圆上所存在的数百万个凸点的位置和形貌数据。 　　在激光三角检测术中，用一精细聚焦的激光束来扫描圆片表面，光学系统将反射的激光聚焦到探测器。采用3D激光三角检测术来检测微凸点的形貌时，在精度、速度和可检测性等方面，它具有明显的优势。 　　3.2颗粒测试 　　颗料控制是晶片加工过程、器件制造过程中重要的一个环节，而颗粒的监测也就显得至关重要。颗粒测试设备的工作原理有两种，一种为光散射法 另一种为消光法。 　　对于悬浮于气体中的颗粒，通常采用光散射法进行测试，同时某些厂家利用这种工作原理生产了测试晶片表面颗粒的设备 而对于液体中的颗粒，这两种方法均适用。 　　4 激光脉冲退火(LSA)技术 　　该技术通过一长波激光器产生的微细激光束扫描硅片表面，在一微秒甚至更短的作用时问内产生～个小尺寸的局域热点。由于只有上表面的薄层被加热，硅片的整体依然保持低温，使得此表面层的降温速率几乎和它的升温速率一样快。从固体可溶性的角度考虑，高峰值温度能够激活更多的掺杂原子，此外正如65nm及以下工艺所求的那样，较短的作用时间可以使掺杂原子的扩散降到最低。退火处理的作用范围可以限制在硅片上的特定区域而不会影响到周围部位。 　　该技术已经应用于多晶硅栅极的退火，在减少多晶硅的耗尽效应方面取得了显著的效果。K.Adachi等将闪光灯退火和激光脉冲退火处理的MOS管的Ion/Ioff进行了比较，在pMOS-FET和nMOSFET中，采用激光脉冲退火处理的器件的漏极电流要大10%，器件性能的增强可以直接归因于栅电极耗尽效应的改善和寄生电阻的减小。

浅谈在线激光氧分析技术在石化行业的应用 —— 杜伯会 陈永华 张永茂 2023.6.4（杜伯会，山东省产品质量检验研究院 正高级工程师）摘要：本文主要阐述目前石化行业在线氧分析技术方案状况，分析比较各方案的特点，以及常规应用场景等。重点阐述在线激光氧分析仪的一些特点特性，随着其技术应用方案方法日趋成熟，应用场景将更加丰富。从经济性角度和使用易维护角度看，在线激光氧分析仪的技术方案将会越来越被更多的选择。最后，对在线激光氧分析技术做了市场展望，并提出相关问题和思考。关键词： 在线激光氧分析仪；石化行业；应用；标准一、在线氧分析仪介绍在线氧分析仪是一种工业过程分析仪表，主要用于各种工业过程混合气体中氧含量检测，多应用于石油、空分、化工流程、磁性材料、高温烧结炉保护气体、电子行业保护性气体以及玻璃、建材行业等行业。根据不同的工况工艺，有不同原理的氧分析仪，具体可分为：电化学式氧分析仪（又名燃料电池法氧分析仪）、氧化锆氧分析仪、磁氧分析仪（又名顺磁氧分析仪。顺磁氧的，又分机械顺磁氧和热顺磁氧）、激光式氧分析仪。测量形式有便携式的和在线式的，测量范围有常量的和微量的，不同的气体介质，不同的应用工况条件，不同的技术要求，不同的应用环境下，选用不同原理的氧分析仪方案，各自有着不同的优缺点。1.1 电化学氧分析仪电化学氧气分析仪的核心元件是一个电化学氧气传感器。常见的电化学氧气传感器由一个传感电极（或工作电极）和一个对电极组成，两个电极间有一层薄薄的电解液。要检测的气体先通过一个小的毛细口传感器，然后通过一个疏水膜扩散进入，最终到达电极表面。传感器的结构设计保证会有适量的气体进入与感应电极反应产生足够的电信号，并同时防止电解液泄漏出传感器。通过疏水膜扩散进入传感器里的气体在感应电极发生氧化/还原反应，电极间连接一个电阻，这样，阴极和阳极间会产生一个与氧浓度成正比的电流。通过检测这个电流，就反应出气体中的氧浓度。电化学氧分析仪优点：相对来说通用性好；价格适中；测量精度、准确度较好。电化学氧分析仪缺点：传感器温度范围小，压力不能高，传感器寿命短（化学原理有消耗性），电解液一直在消耗，随着电解液的消耗，仪表会有漂移，稳定性变差；传感器容易受其它气体影响（如腐蚀性气体）。 1.2 氧化锆氧分析仪氧化锆（ZrO2）是一种陶瓷，一种具有离子导电性质的固体。在常温下为单斜晶体，当温度升高到一定温度时，晶型转变为立方晶体，同时约有7%的体积收缩；当温度降低时，又变为单斜晶体。若反复加热与冷却，氧化锆就会破裂。因此，纯净的氧化锆不能用作测量元件。如果在氧化锆中加入一定量的氧化钙（CaO）或氧化钇（Y2O）作稳定剂，再经过高温焙烧，则变为稳定的氧化锆材料，这时，四价的锆被二价的钙或三价的钇置换，同时产生氧离子空穴，所以氧化锆属于阴离子固体电解质。氧化锆主要通过空穴的运动而导电，当温度达到600℃以上时，氧化锆就变为良好的氧离子导体。在氧化锆电解质的两面各烧结一个铂电极，当氧化锆两侧的氧分压不同时，氧分压高的一侧的氧以离子形式向氧分压低的一侧迁移，结果使氧分压高的一侧铂电极失去电子显正电，而氧分压低的一侧铂电极得到电子显负电，因而在两铂电极之间产生氧浓差电势。此电势在温度一定时只与两侧气体中氧气含量的差（氧浓差）有关。若一侧氧气含量已知（如空气中氧气含量为常数），则另一侧氧气含量（如烟气中氧气含量）就可用氧浓差电势表示，测出氧浓差电势，便可知道烟气中氧气含量。因为氧化锆的耐高温特性，其多应用于温度条件相对较高的工况（窑炉、锅炉）。氧化锆氧分析仪优点：不受检测气体温度高的影响（氧化锆氧量分析仪耐高温）；通过不同导流管可检测各种温度气体中的氧含量；适用于温度较高的工况。氧化锆氧分析仪缺点：采样气体杂质较多时，有可能堵塞采样管；多孔铂电极易受到被测气体中的腐蚀性气体腐蚀而失效；加热器一般用电炉丝加热，寿命不长；1.3 顺磁氧分析仪任何物质，在外界磁场的作用下，都会被磁化，呈现出一定的磁特性。物质在外磁场中被磁化，其本身会产生一个附加磁场，附加磁场与外磁场方向相同，该物质被吸引，表现为顺磁性；方向相反，该物质被排斥，表现为逆磁性。气体介质处于磁场也会被磁化，而且根据气体的不同也分别表现出顺磁性或逆磁性。如O2、NO、NO2等是顺磁性气体，H2、N2、CO2、CH4等是逆磁性气体。体积磁化率——任何物质，在外界磁场的作用下，都会被磁化，不同物质受磁化的程度不同，可以用磁化强度M来表示。顺磁式氧分析仪，是根据氧气的体积磁化率比一般气体高得多，在磁场中具有极高的顺磁特性的原理制成的一种测量气体中含氧量的分析仪器。 顺磁式氧分析仪也可叫做磁效应式氧分析仪、或磁式氧分析仪，我们通常通称为磁氧分析仪。它一般分为磁机械式、磁压力式和氧热磁对流式分析仪三种。1.4 激光氧分析仪激光氧分析仪原理：在光谱学上，通过气体吸收谱线的构成，可以分辨物质的组分。自然界中，每种气体都会吸收特定波长的光，当光谱发射的特定波长光束在穿透测量管时，被测气体通过选频吸收，从而导致被吸收光强度产生衰减，输出光将减弱或缺失这部分波长成分，系统利用不同气体成分对应不同的特征吸收谱线及气体浓度和红外或激光吸收光谱之间存在的对应关联，再通过检测吸收谱线的吸收大小（即光强度衰减信息）就可以获得被测气体的浓度。如图 1-1。图 1-1二、在线激光氧分析应用技术介绍2.1、在线激光氧按安装工艺分类2.1.1对射式激光技术介绍如图 2-1所示，对射式激光检测分析技术是指安装在待检装置的两端，一端是发射端，一端是接收端，激光穿过待检样的检测监测方法。图 2-12.1.2 产品特点（1）发射单元和接收单元信号对接要求高适用于较大管径的原位场所；但是管径过大会导致发射光和接收管在一致性的保障增加难度，同时距离大小也对激光光源的发散程度会有影响，导致检测信号检测不到。（2）原位取样安装在监测点位置选择合适点位。（3）耐高温通过安装隔热措施，可以将检测点装置的高温隔离，对设备进行保护。同时，激光发射和接收器是检测现场待测样的光谱信息，使检测设备不受现场温度影响。2.1.3 反射式激光技术介绍如图 2-2所示，是一种运用固态激光光源的非接触式测量方式。在化工、石化和炼化行业，利用可调谐二极管分析仪进行检测和监测，其具有高度可靠，维护量小，成本低等优点被越来越多选用气体分析。通过自身光源对镜面反射回来的信号检测分析，一致性有保障，光源不受污染物和腐蚀气体的影响。低浓度气体样本，通过增加激光器的功率来增强对气体的分辨率。图 2-22.1.4 选用特点安装方式为插入式单侧安装或取样式。对管径要求不能太大，否则取样信号的完整性很难保障；对温度要求范围不能太高，否则由于温度对检测设备的影响难以控制，对设备的稳定性和准确性都将影响；对待测对象的粘度要求，粘度太大容易污染检测单元，导致数据失真。2.1.5 抗污染源的应对措施考虑双层防护，重点考虑防尘防腐防爆措施；内层防护层采用特氟龙材料，具有通气性和对大分子的阻隔性如水分子等；外层特制不锈钢材质保护，具有耐压防冲击的特征。2.2 在线激光氧分析技术与其它方案比较分析在线激光氧分析技术与其它氧分析技术相比，具有安装方便简单、快速响应结果、后期使用维护量少、耗材量少、故障率低、寿命长等特点。从工况要求角度分析，在线激光氧分析技术使用工况范围广，原位检测。2.3 在线激光氧分析技术应用时，选择产品需要注意的一些事项防爆性能识别要求；防腐性能识别要求；防潮性能要求；防尘性能。2.4 安装时对检测现场工况注意事项安装位置的选择；安装结构形式设计方案。对射式需要对较粗管径的检测监测，管径太细路径太短容易造成检测信号不识别，对工况的温度环境要求不高；反射式原位检测适用管径相对较细的管路监测，检测路径往返固定，通过自身的对检测信号浓度识别换算和折算，进行判断。根据待测管径大小又可分为取样式（管径极小的待测气体样品）和插入式管径略大的工况。对环境温度要求不大于80度为佳，另外对待检测样品的粘度有一定要求，如果粘度过大，不能冲洗掉就会粘贴到检测器表面，从而使仪器失灵。因而，不适宜粘度过大的样品。另外，由于插入到检测管路中，需要定期检查和清洗，以免有过多的异物粘贴到检测器表面导致数据失灵。维保时间可根据样品的粘度情况制定，一般以3到6个月为宜。定期检查和清洗维护是必须和必要的。三、目前石化行业在线激光氧分析设备技术应用分析3.1 应用领域在线激光氧分析设备应用领域包括：石油、石化、煤化工等；天然气、合成气；半导体制造业；气体纯度；化学反应监测；纯碳氢化合物气流监测；可燃液体、原液给料的保护气氛；乙烯、丙烯、丁二烯、橡胶基和VCM生产的过程监测；尾气排放检测；储罐气体检测。3.2 石化行业工艺路线图石油化工行业生产工艺路线如图 3-1所示。图 3-13.3 在线氧分析技术在石化行业应用领域常关注的监测项目在线氧分析技术在石化行业应用领域常关注的监测项目，见表3-1。表3-13.4 小结在线激光氧分析技术以其结构简单方便、快捷检测、易维护、经济、性价比高等优点，被广大用户更多关注。应用领域也在不断的被创新发展，不断进步和认知成熟，光纤技术和仪器设备硬件的品质不断提升，是其快速发展的基础；大数据库信息系统的建立完善发展是其走向成熟应用有力保障。四、市场展望与问题思考4.1 市场展望随着社会对环保排放意识增强，对企业生产过程中所产生的影响环境空气质量和设备安全的一些关键性气体指标检测监测越来越被重视起来，同时，随着工业化的快速发展，工业企业向大型化规模化发展，安全保障措施要求不断提升，在线激光氧分析技术的使用将会越来越广泛。4.2 问题思考目前在线激光氧分析技术没有标准方法可参照。一项技术的应用成熟与否，其对应的方法标准也要不断归纳、建立、推出，以标准进行客观评价和评判。在线氧分析技术应用越来越广泛，在线激光氧分析技术所对应的应用方法标准有待研究和总结建立。

第三届气象科技活动周南京主场活动中，聚光科技（杭州）股份有限公司下属子公司无锡中科光电技术有限公司（以下简称“中科光电”）便携式颗粒物激光雷达收获了众多关注目光。　　大家对它有诸多疑问，归纳起来主要是：Q1 我是谁？学名　　便携式颗粒物激光雷达主要构成　　主机+云台+支架，分析软件优点　　这个有点多Q2 我从哪里来？诞生于创新基地　　中科光电怀有光荣梦想　　近些年雾霾日益严重，科学治霾需要说清楚污染源状况、说清楚环境质量现状及变化趋势、说清楚潜在的环境风险。面对繁重的环境监测任务，已有的传统监测设备不能完全满足要求。　　为了弥补传统大气环境监测的不足，提升环境监测对科学开展环境管理的支撑作用，激光雷达立体监测技术应运而生。　　我的梦想是仰望蓝天，遥望星空！肩负重要使命 Q3 我到哪里去？主要战场　　哪里有大气污染，哪里就有我的身影。　　人力不可及的地方，我也能不辱使命。应用区域　　1、垂直监测，获取气溶胶垂直时空分布、边界层高度、云信息等，判别外来或本地污染来源；　　2、水平扫描，实时监控、突发源快速定位，精准溯源、偷排漏排取证，开展专项监测和专项管控，高架源或者爆炸后的烟羽扩散、对站点数据影响评价；　　3、走航观测，边走边测，实时获取大区域气溶胶浓度分布和烟羽扩散影响评价。战绩显著　　在福建、广东、江苏、河南等多地支撑蓝天保卫战，让当地的大气污染防治“有数可依”，为空气质量改善提供了有力的科技支撑。未来可期　　希望我的脚步能够遍布全国，和小伙伴们一起组成全覆盖、全天候的激光雷达网，全力支撑空气质量持续改善，让大家不再惧怕“十面霾伏”，能够见到更多蓝天和星空。

1. 引言 　　通过吸入方式将药物直接输送到人体肺部，已是世界公认的治疗哮喘和慢性阻塞性肺病的最好方法，同时肺部及呼吸道也可作为一个通道，递送的药物通过气道表面进入人体血液系统，然后再进入到身体其他器官，达到全身作用的目的。然而影响药物在肺部及呼吸道沉积的因素有很多，其中气雾的粒度大小分布就是最重要的影响因素之一。目前吸入制剂粒度大小测量最经典的方法还是惯性撞击器法，其利用不同大小的药物颗粒具有不同的动能，从而具有不同的动力学特征而将其分离，不但能够得到雾滴中不同大小的活性成分的绝对含量，而且也是美国药典和欧洲药典评价吸入制剂体外粒度分布推荐使用的方法。但惯性撞击器法本身也存在不足，比如测试比较麻烦，尤其是其洗涤干燥以及色谱分析过程，往往测试一个样品需要较长的时间，这在现代医药研发过程中就显得&lsquo 节奏&rsquo 偏慢，同时随着吸入制剂研究的发展，大家不但对揿次之间的稳定性有更高的要求，而且希望对于每一揿次的吸入或者喷射过程能够获得更多的信息，而在这些方面，惯性撞击器法都略显不足，而激光衍射技术恰恰可以弥补。激光衍射技术是基于不同大小的颗粒其衍射光在空间分布的不同，利用米氏理论反演计算而获得颗粒体系的粒度分布，其本身快速无损的测试方式、对于喷雾细节的展现、以及快速比对的特点，使其在吸入制剂研究和筛选过程中大大提高研究效率，尤其是其本身可以跟惯性撞击器以及USP人工喉联合使用，大大拓展了其应用范围。本文将根据其特点选取一些剂型和领域就激光衍射技术的应用研究跟大家做一些沟通和介绍。 　　2. 鼻喷剂 　　近年来，通过鼻粘膜给药已被认为是一种药物能被快速高效吸收的给药方式，鼻粘膜细胞上有很多微细绒毛，因此大大增加了药物吸收的有效面积，粘膜细胞下有着丰富的血管和淋巴管，药物通过粘膜吸收后可直接进入体循环，此外，鼻腔内酶的代谢作用远远小于胃肠道，因此，鼻腔给药系统正日益受到人们的重视，比如，在肽类和蛋白质类药物的剂型研究领域。 图1. 马尔文喷雾粒度仪测试鼻喷剂粒度分布 　　在众多给药剂型中，喷雾剂是比较常见的剂型，仅通过雾化装置借助压缩空气产生的动力使药液雾化并喷出，由于其不含抛射剂，不使用耐压容器，目前应用越来越广泛。在鼻喷剂研究过程中，对于鼻喷剂粒度分布大小有两个因素影响至关重要，即药物配方和喷射装置，下面我们就通过一些模拟实验来看看激光衍射技术如何来体现这些影响因素。 　　首先简单介绍一下激光衍射技术测量鼻喷剂的一个过程。图1为马尔文的喷雾粒度仪，两端竖起的装置分别为激光的发射端和接收端，其可以自由移动以调整空间位置，中间的装置为鼻喷的触发装置，通过该装置我们可以按需求设置不同的触发压力或者触发速度(也有用触发时间的)，同时可以调整喷射角度，这样我们就可以灵活快速地调整测试参数。 　　测试完成后，激光粒度仪将会实时给出整个喷射过程的状态。图2为鼻喷剂一个揿次的数据。其中横坐标为时间，纵坐标为粒径大小，几条不同颜色的曲线分别代表D10、D50、D90以及喷射浓度随喷射时间的变化。在整个0.16秒的喷射过程，可以被被分为三个阶段，0-0.02秒为触发阶段，此时颗粒喷出还不稳定，粒度迅速变小，浓度也迅速变低 0.02-0.09秒为稳定阶段，此时粒度分布数据趋于稳定 0.09-0.16秒为消散阶段，此时粒度分布变得极其不稳定，有大量大颗粒出现。激光衍射技术不但可以给出清晰的变化过程，而且可以给出整个测试过程或者每个阶段的平均粒径，图3给出每个阶段的平均粒度分布及粒径数据。 图2. 鼻喷剂一个揿次整个过程 图3. 鼻喷剂一个揿次三个阶段的分别的粒度分布及累计数据 　　从这也可以看出，初始阶段平均粒径在68微米左右，而稳定后粒径变小达到37微米，而消散阶段粒径进一步变大达到45微米左右。而图4则给出了连续4个揿次的喷射数据，这样我们不仅可以看到每个揿次的粒径变化、粒径平均值等，而且还可以方便快捷地看到其不同揿次间的数据变化及稳定性。 图4. 鼻喷剂4个揿次的喷射数据 　　图5为一款设计为50揿次的喷雾剂配方整个喷射周期内的粒径数据，从该数据可以看出，除第一揿次粒径偏大外，一直到60揿次数据都还是比较稳定，其中41揿次可能是由于操作失败造成喷射粒径明显变大，这样对于鼻喷剂以及罐体设计的喷射周期及稳定性提供了良好的数据基础。 图5. 一款设计为50揿次的鼻喷剂整个喷射周期内的粒径数据 　　除了看揿次间的稳定性，我们还可以观察不同配方、不同喷射泵以及不同喷射口径对于喷射粒径的影响。图6为同一鼻喷剂配方采用不同的喷射泵条件下的液滴粒径大小。 图6. 同一种鼻喷配方在两种不同泵条件下的喷射粒径影响 　　从该图可以看出，两种泵随着触发压力增大，液滴粒径都在显著减小，但相比之下，B泵对压力并不敏感，而A泵在压力比较低的时候，随着压力变化粒径会发生巨大变化，这些在泵体设计和选型时必须考虑的问题。 图7. 不同浓度的PVP对喷射粒径的影响(A泵) 　　当然药物配方对于喷射粒径也会产生较大的影响，在这里我们通过一个模拟实验来观察结果。我们在同样的装置、同样的泵速条件下(40mm/S)，分别采用不同浓度的PVP水溶液来观察雾化效果，PVP浓度分别为0、0.25%、0.5%、1.0%以及1.5%。图7给出了五种配方下的喷雾中值粒径结果，从中可以看到，随着PVP浓度的增加，雾化的粒径逐渐变大，而且雾化稳定期越来越短，当PVP浓度达到1.5%时，基本已经无法找到稳定的雾化状态了。产生这样的原因可能是随着PVP浓度的增加导致雾化液粘度增加，从而导致雾化液滴粒径显著变大，但对于同样趋势的配方，我们更换了喷射泵B，结果见图8。 图8. 不同浓度的PVP对喷射粒径的影响(B泵) 图9. 孔径更小的喷嘴实验结果(B泵) 　　从该图可以看到，虽然随着PVP浓度增加粒度变大的趋势没有变，但喷雾稳定性明显增加，这也说明B泵提供的剪切力完全克服了雾化液粘度增加带来的波动。为了进一步考察影响喷雾粒径的影响因素，在保持图8的实验条件下，我们更换了更细的喷嘴观察雾化效果。图9展示了PVP浓度在0、0.5%和1.0%三种情况下，在更细的喷嘴下的雾化粒径结果，可以发现雾化液粒径分布显著变小，尤其是1.0%PVP浓度下，其雾化液滴中值粒径由200微米降到120微米左右。 　　3. Nebulizer喷雾剂 　　喷雾剂是指通过压缩空气驱动药液通过喷孔达到分散药物的给药剂型，其无需抛射剂、储罐容器无需加压、一般采取水性配方辅以固定的辅料等，同时对于吸入剂量较高的药物(比如诺华公司300mg妥布霉素)其雾化递送也具有明显的优势，再加上可以采取潮式呼吸的方式，因此目前喷雾剂广泛应用于医院急救室，特别是患哮喘或慢阻肺的儿童和老年患者。喷雾剂也是一个非常强调配方和雾化方式的剂型，换句话说，只有一个好的配方搭配以合适的雾化方式，才能够做出一款好的喷雾剂。当然由于呼吸的模式不同，可能也会对吸入雾滴粒径产生影响，因此我们在研究过程中，就必须三方都要考虑到，即雾化配方、雾化方式以及呼吸模式等。 　　图10是马尔文喷雾粒度仪测试喷雾制剂的一个示意图。其中两边是激光的发射和接收端，紧贴中间的是一个吸入式样品池，模拟人的呼吸道，而上面白色的弯管为USP人工喉，而吸入式样品池下面是接泵或者呼吸装置，这样液雾通过上面人工喉进入激光测试区域，然后通过我们的吸入样品池被泵抽走。 图10. 马尔文喷雾粒度仪测试液雾示意图 　　图11是一个持续液雾雾化的粒径分布结果，图中横坐标为时间，纵坐标为粒径大小，三种颜色的曲线分别为雾滴粒径的D10、D50以及D90，可以看到雾滴的粒径分布在长达10分钟的雾化时间内相对比较稳定。下面我们就将结合一些实验来考察影响雾化粒径的各种因素。我们知道，液雾雾化的方式较多，比如常见的喷射雾化、振动雾化或者超声雾化等，每种雾化都有各自的优缺点，其中喷射雾化就是比较常见的一种方式，其主要原理是通过一定速度的压缩空气携带药液通过狭小喷嘴而雾化，这时候压缩空气的流动速率就对雾化效果产生非常大的影响，图12给出了同一喷嘴在不同空气流速下的雾化粒径结果。 图11. 持续的nebulizer雾化粒度测试结果 图12. 压缩空气流动速率对雾化粒径的影响 　　从图中可以看出，随着空气流速速率增大，雾化液滴的粒径参数D10、D50以及D90都呈下降趋势，当流速达到11L/min时，雾化粒径达到最小，随后空气流速进一步增大，其雾化粒径反而变大，这可能是流速太大导致部分大的液滴越过挡板造成的。 　　同时马尔文喷雾粒度仪可以跟呼吸模拟机相连使用，从而对雾化进行更加深入的研究。图13给出了一个雾化系统在正弦呼吸模式下的雾化粒度结果，刚开始随着吸入速率逐渐增大，雾化液滴浓度迅速增加并趋于稳定，而雾化液滴粒径迅速减小然后缓慢增加，而当吸入速率逐渐变小时，雾化液浓度迅速衰减并且雾化液粒径开始显著增加并且很不稳定，这个数据也很好地体现了呼吸过程中发生的变化。 图13. 某雾化系统在正弦呼吸模式下的雾化粒度结果 图14. 不同呼吸频率下的雾化液滴粒径结果 　　当然我们也可以改变呼吸的方式，比如保持相同的配方和管路结构，增加呼吸频率，观察呼吸方式对于雾化粒径的影响(图14)。从图中可以看出，随着呼吸频率的增加，吸入时间也相应减少，同时吸入雾滴的流动速率也跟着增加，液滴粒径显著减小。 　　除了呼吸方式，雾液配方对于雾化粒径也会有显著的影响，图15给出了三种不同浓度的PVP溶液的雾化粒径结果。可以看出随着PVP的加入以及浓度的增加，其雾化粒径显著增加，这主要是由于PVP的加入增加了雾化液的粘度造成的。 图15. 不同浓度的PVP溶液雾化粒径结果 图16. 不同浓度的PVP溶液雾化吸入浓度的结果 　　同时图16给出了上述三种雾化液在吸入过程中雾液吸入浓度的变化，从图中可以看出，随着PVP的加入以及浓度增加，吸入浓度明显变小，这也就意味着，要想达到相同的递送剂量，对于粘度较高的雾化液可能需要更长的吸入时间。 　　4. DPI干粉吸入剂 　　干粉吸入剂(DPI)又称吸入粉雾剂，是在定量吸入气雾剂的基础上，结合粉体输送工艺而发展起来的新剂型。它是将微粉化药物单独或与载体混合后，经特殊的给药装置，通过患者的主动吸入，使药物分散成雾状进入呼吸道，从而达到局部或者全身给药的目的。干粉吸入剂具有自身显著的特点：比如无需氟利昂抛射剂，不存在大气污染问题 不含酒精、防腐剂等溶媒溶剂，减少对于喉部的刺激，同时也更加易于保存 不受药物溶解度限制，可以携带的剂量较高 固体剂型，尤其适合多肽和蛋白类药物。然而干粉吸入剂虽然不需要考虑溶解悬浮等问题，但由于粉体颗粒之间容易产生团聚，同时活性成分与辅料载体之间包覆或者相互作用因素也必须详细考量，这就对吸入装置有着更高的要求，换句话说，必须是合适的活性成分及载体，控制合适的颗粒大小，并配以合适的吸入装置，才能达到稳定安全的剂量输送。 　　为了进一步说明这个问题，我们用了两种不同的药物采取不同的吸入装置观察雾化效果。其中两种粉体药物分别为柳丁氨醇和布地奈德，表1给出了雾化细颗粒所占的比例。 表1. 两种粉体在不同的吸入装置下的细颗粒比例 　　其中可以看出，同一种物料在不同的吸入装置中分散效果差异非常大，比如布地奈德的细颗粒比例可以从14%变为63%。而如果单从粉体物性角度来说，布地奈德的分子表面能是柳丁氨醇的5倍以上，这意味着分散布地奈德的颗粒要比柳丁氨醇难得多，但我们看到最终结果却恰恰相反，布地奈德粉体分散的细颗粒更多，这也进一步说明粉体吸入分散并不是简单的按照其物理性质的规律进行的，因此如果要进行干粉吸入制剂的研究开发，就必须将粉体配方和吸入装置同时相互考量。 　　接下来，我们就通过一个小的实验来看看粉体配方工艺、吸入装置以及吸入速率是如何影响雾化效果的。我们选了三种配方的粉体(见表2)，第一种就是普通微粉化的乳糖粉体，第二种是微粉化的乳糖添加了5%的MgSt，采取实验室普通的混合设备加工，第三种同样是微粉化乳糖添加5%的MgSt，但采用的是高强度的混合设备混合(该技术由Vectura开发)。由于硬脂酸镁本身作为一个两性的物质，可以对微粉化的乳糖形成包覆结构，从而减少乳糖的团聚，但同时混合的方式和效率也将极大地影响乳糖的包裹效率和均匀程度，这也就直接导致粉体输送的复杂性。图17给出了纯的微粉乳糖在不同吸入速率下的粒径分布情况，从图中可以看出随着吸入速率增大，其颗粒粒径明显减小，这说明虽然乳糖本身颗粒是比较小的，但由于细颗粒具有较强的团聚作用，因此随着吸入速率增加，剪切作用力增强，导致颗粒越来越小，但团聚情况依然明显。 　　表2. 三种不同配方及加工工艺的粉体 图17. 纯微粉化乳糖在不同吸入速率下的粒径分布 图18. 普通混合的乳糖+硬脂酸镁粉体在不同吸入速率下的粒径分布 图19. 采取高能混合的乳糖+硬脂酸镁粉体在不同吸入速率下的粒径分布 　　图18则给出了普通混合的乳糖+硬脂酸镁粉体在不同吸入速率下的粒径大小，相比较纯的乳糖，首先在低吸入速率条件下，其颗粒分散粒径更小，尤其是大颗粒方面显著减小，这说明硬脂酸镁的包裹从一定程度下减小了乳糖团聚，但随着吸入速率增大，其粒度变化不明显，而且团聚依旧非常明显，这说明硬脂酸镁的包裹并不均匀，换句话说其并没有形成单个乳糖颗粒表面的包裹，而是多个乳糖团聚颗粒被包裹，这样这些大的包裹颗粒并不会随着吸入速率增加而分散，因此就造成了在高流速下，其粒径反而要比纯乳糖的要大。但如果改善了加工方式，提高了硬脂酸镁的分散均匀性和包裹效率，实现了单个乳糖颗粒的包裹，则可大大改善其分散粒径。图19则是采取高能混合方式的粉体在不同吸入条件下的粒径结果，从图中可以发现其分散粒径大大减少，基本上都在20微米以下，而且其粒度分布对于吸入速率并不敏感，这些都说明乳糖的包裹效率和均匀性得到了显著提升。 　　5. 激光衍射&撞击器连接 图20. 激光衍射粒度仪和安德森撞击器相连接 　　为了能够使激光衍射的测量条件跟碰撞法的测试条件一致，激光粒度仪还可以跟相关碰撞器相连接。图20是马尔文喷雾粒度仪跟安德森撞击器相连接的示意图，其中吸入制剂通过上面的人工喉进入到吸入样品池中进行粒度检测，然后通过下部的接口进入到撞击器中，由于是在同一通路中，大大提高了测试条件的匹配性，同时激光衍射作为一种无损检测技术，其本身不会对通路中的液滴、雾滴造成任何影响，因而大大扩展了其应用性。 　　6. 总结 　　现在吸入制剂越来越受到大家的重视，不论是气雾、液雾还是粉雾，不论何种形式，粒度检测毫无疑问都是体外检测中不可或缺的一环。当前医药研发的过程实际上就是跟时间赛跑的一个过程，因此在研发期间如何能够快速对大量配方、喷射装置以及测试条件进行筛选和甄别就显得非常关键。而激光衍射技术恰恰具有快速无损的特性，同时其结果比对性又非常强，能够快速提供大量粒径检测的相关数据，为吸入制剂的研发和生产提供坚实的保障。 　　(作者：李雪冰，英国马尔文仪器公司激光衍射产品专家，负责激光衍射及颗粒图像等产品的技术支持。) 　　注：文中观点不代表本网立场，仅供读者参考。

近年来，随着全球气候变化问题的加剧，甲烷排放成为引起广泛关注的环境挑战之一。在应对这一问题的过程中，《甲烷排放控制行动方案》应运而生，为我国在甲烷排放控制方面制定了明确的战略和计划。甲烷排放形势严峻 甲烷，作为全球第二大温室气体，具有增温潜势高、寿命短的特点，对全球变暖贡献率达25%，其贡献仅次于二氧化碳，与CO2相比，甲烷吸附热量能力更强，20年内的全球增温潜势（GWP）相当于CO2的84倍，100年内的GWP100为CO2的28倍，已成为全球气候变化不可忽视的因素。 国际能源署（IEA）数据显示，2022年全球和我国甲烷排放量分别为35580.13万吨、5567.61万吨，我国甲烷排放量占全球比重为15.65%。我国虽然在甲烷资源化利用方面取得一定成效，但在统计监测基础、法规标准体系和技术管理能力等方面仍然面临一系列挑战。 甲烷排放控制不仅关系到气候效益，还涉及到能源资源化利用、环境保护和生产安全等多个方面的问题。政策解读《甲烷排放控制行动方案》的出台旨在通过全面、有序的措施，提升我国在甲烷排放统计核算、监测监管等基础能力，积极参与全球气候变化治理。亮点解读：1) 指导思想明确：以新时代中国特色社会主义思想为指导，贯彻生态文明思想，坚持减排与发展、安全的统一，引导经济社会全面绿色转型。2) 工作原则清晰：统筹协调、夯实基础、分类施策、稳妥有序、防范风险，形成了科学而灵活的工作原则，旨在多方面推动甲烷排放控制工作。3) 主要目标明确：在“十四五”和“十五五”期间，逐步建立政策、技术、标准体系，提升相关基础能力，实现甲烷资源化利用和排放控制的积极进展。4) 重点任务突出：加强监测、核算、报告和核查体系建设，推进能源、农业、垃圾和污水处理领域的甲烷排放控制，强化污染物与甲烷协同治理。5) 技术创新和监管加强：鼓励技术创新，推进关键技术的研发与应用，加强对甲烷排放控制的监管，提高数据质量。海尔欣助力中国甲烷排放控制新征程 在这一重要的甲烷排放控制行动中，宁波海尔欣光电科技有限公司旗下“昕甬智测”国产创新品牌HT8600大气甲烷激光开路分析仪，专门用于实时监测大气中甲烷气体的浓度，为环境监测和空气质量管理提供可靠数据支持。 仪器采用量子级联激光技术，应用两面暴露在大气中的高反射率镜面对中红外激光进行多次反射，有效光程达数十米，测量目标气体对特征吸收峰处中红外激光能量的微弱吸收，通过对吸收峰光谱曲线的实时积分进行痕量气体的浓度反演。开放式光腔，避免闭路仪器管道吸附问题造成的延迟，实现10Hz无损高频浓度输出，使检测更灵敏、响应更快速。 海尔欣自2004年创立以来，致力于量子级联激光技术的多领域应用，践行“光谱技术助力零碳地球”的企业使命，履行社会责任，在大气污染防治和温室气体减排方面，公司一直发挥着积极作用。我们认识到控制甲烷排放对于可持续发展的关键性，在产品研发中注重可持续性，努力通过技术手段推动企业、行业的绿色发展。HT8600的产品设计、生产和售后服务等环节都考虑到了对环境的影响，致力于为客户提供更环保、更高效的解决方案。结语总的来说，《甲烷排放控制行动方案》的制定标志着我国在应对气候变化、加强环境保护方面迈出了坚实的步伐。HT8600大气甲烷激光开路分析仪将发挥其独特的优势，帮助各行业准确获取甲烷排放数据，为实现监测、核算和报告等任务提供强有力的技术支持，为我国在全球环境治理中发挥更为积极的作用。

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。

据激光加工专委会统计，2023年中国激光产业产值约980亿元，直逼千亿元大关。 据MRFR数据显示，预计2026年全球激光加工市场规模将达到61.1亿美元。 中国激光产业正处于成长期，预计2024-2029年，我国激光产业市场规模将以20%左右的增速增长，到2029年产业规模或超7500亿元。可见，激光产业有着巨大的市场潜力。激光技术市场需求已成为国内外企业重点关注的话题之一。我国激光技术的市场需求主要在哪里？中国激光技术目前已应用于光纤通信、激光切割、激光焊接、激光雷达、激光美容等行业，涉及多个领域，形成了完整的产业链。激光切割激光焊接激光美容比如在工业制造领域，激光已成为需求极大的一种工具。用户可利用激光束对材料进行切割、焊接、打标、钻孔等，这类激光加工技术已在汽车、电子、航空、冶金、机械制造等行业得到广泛应用。新能源汽车制造激光打标激光钻孔激光这个“潜力股”跟热成像有关系吗？在激光这个庞大的产业链中，激光器和激光设备两个环节的竞争尤为激烈。激光器是产生、输出激光的器件，是激光设备的核心器件。从激光器来看，光纤激光器由于具备电光转换效率高、光束质量好、批量使用成本低等优势，可胜任各种多维任意空间加工应用，成为目前激光器的主流技术路线，在工业激光器中占比过半。对此值得关注的是，在光纤激光器的生产质检过程中，热成像仪可以发挥极大的应用价值。比如在大功率光纤激光器的制造过程中，严重的缺陷会导致光纤熔接处异常发热，从而对激光器造成损坏或烧掉热点。因此，光纤熔接接头的温度监测是光纤激光器制造过程中的一个重要环节。使用红外热像仪可以实现对光纤熔接点的温度监测，从而判断产品质量是否合格。在光纤激光器生产质检中，热成像还可以如何发力？先简单了解下，光纤激光器的组成和工作流程：注解：单条激光的功率有限。在泵浦和合束器的双重加成下，激光的输出功率会变得更大。在上述流程中，热成像可以有如下应用：① 光纤熔接点质量监测光纤之间会有很多焊接点，光纤熔接处可能存在一定尺寸的光学不连续性和缺陷，借助热成像仪可以监测光纤熔接点的温度有无异常，判断熔接点是否存在缺陷，提高产品质量。② 泵浦检测泵浦在工作时会产生大量热量，其温度会直接影响芯片输出的激光波长，使用热成像仪可以对每台泵的来料进行质量检测，保证激光器质量。③ 合束器检测通过热成像仪，既可以判断合束器温度是否异常，也可以检测合束聚合后，输入和输出光纤受热是否均匀。

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。

近日，中国分析测试协会颁发了2021年度中国分析测试协会科学技术奖（CAIA奖）获奖证书，四方光电申报的“激光拉曼光谱天然气分析技术研究与应用”项目荣获二等奖！中国分析测试协会科学技术奖（CAIA奖）是由国家科学技术奖励工作办公室批准的我国分析测试领域唯一的社会团体奖项，目的是鼓励分析测试技术和方法的创新，奖励对象是全国范围内优秀的分析测试科技工作者。自1993年设奖以来，获奖结果反映了当年国内分析测试领域新原理、新方法、新技术、新应用的研究方向和发展水平。“激光拉曼光谱天然气分析技术研究与应用”项目解决了以往天然气中主要碳氢化合物分析需要昂贵的在线色谱GC和载气、硫化合物分析需要采用复杂的燃烧法或者醋酸铅试纸法等技术难题，研制了激光拉曼天然气在线分析仪及配套的气体标准物质，保障含量天然气安全平稳开发、净化处理、输送和高效环保利用，推动我国天然气工业高质量发展。四方光电依托“国家重大科学仪器开发专项”-激光拉曼光谱气体分析仪(2012YQ160007)项目，通过与国内天然气分析标准起草单位-中石油西南油气田天然气研究院合作，通过在拉曼光谱测量天然气主要成分的基础上，对微量元素H2S等的分析进行了进一步拓展。四方光电钻研激光拉曼光谱气体分析技术十余年，创新建立了激光拉曼天然气分析新方法，可在线实时对十余种气体组分进行同时定性及定量监测；产品既不需要高纯载气，也无需分离样品气，精度高，寿命长且抗干扰能力强，已应用于天然气、页岩气、录井、石油化工、煤化工、钢铁冶金、焦化、生物质气化、橡胶裂解气化等领域，可取代在线气相色谱GC与质谱MS。 四方光电不断针对激光拉曼分析技术的可扩展性、连续性、准确性进行创新优化，参与的由中国石油西南油气田分公司天然气研究院主持的“天然气中硫化物光谱检测技术研究及应用”项目，曾荣获2021年度中国石油与化工自动化行业科技进步一等奖。目前，四方光电已形成从高端激光光谱（拉曼、TDLAS技术）到红外、热导、顺磁、氧化锆等原理技术的高、中、低端完整气体分析仪器应用解决方案及产业化，对替代进口、做大做强我国科学仪器产业、提高工业流程自动化水平具有重要意义。

中国分析测试协会科学技术奖(CAIA奖)是由国家科学技术奖励工作办公室批准的我国分析测试领域的社会团体奖项，目的是鼓励分析测试技术和方法的创新，奖励对象是全国范围内优秀的分析测试科技工作者。自1993年设奖以来，获奖结果反映了当年国内分析测试领域新原理、新方法、新技术、新应用的研究方向和发展水平。 　　“激光拉曼光谱天然气分析技术研究与应用”项目解决了以往天然气中主要碳氢化合物分析需要昂贵的在线色谱GC和载气、硫化合物分析需要采用复杂的燃烧法或者醋酸铅试纸法等技术难题，研制了激光拉曼天然气在线分析仪及配套的气体标准物质，保障含量天然气安全平稳开发、净化处理、输送和高效环保利用，推动我国天然气工业高质量发展。四方光电依托“国家重大科学仪器开发专项”-激光拉曼光谱气体分析仪(2012YQ160007)项目，通过与国内天然气分析标准起草单位-中石油西南油气田天然气研究院合作，通过在拉曼光谱测量天然气主要成分的基础上，对微量元素H2S等的分析进行了进一步拓展。 　　四方光电钻研激光拉曼光谱气体分析技术十余年，创新建立了激光拉曼天然气分析新方法，可在线实时对十余种气体组分进行同时定性及定量监测；产品既不需要高纯载气，也无需分离样品气，精度高，寿命长且抗干扰能力强，已应用于天然气、页岩气、录井、石油化工、煤化工、钢铁冶金、焦化、生物质气化、橡胶裂解气化等领域，可取代在线气相色谱GC与质谱MS。 　　四方光电不断针对激光拉曼分析技术的可扩展性、连续性、准确性进行创新优化，参与的由中国石油西南油气田分公司天然气研究院主持的“天然气中硫化物光谱检测技术研究及应用”项目，曾荣获2021年度中国石油与化工自动化行业科技进步一等奖。 　　目前，四方光电已形成从高端激光光谱(拉曼、TDLAS技术)到红外、热导、顺磁、氧化锆等原理技术的高、中、低端完整气体分析仪器应用解决方案及产业化，对替代进口、做大做强我国科学仪器产业、提高工业流程 自动化 水平具有重要意义。

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

光纤激光器被称为第三代激光器，其中“高性能稀土掺杂石英光纤”作为光纤激光器的“心脏”被列入国家战略性先进电子材料。其制备技术和产品长期被国外垄断，成为制约中国高功率光纤激光器发展的“卡脖子”元件。 　　从本世纪初，为解决我国高功率光纤激光器的稀土掺杂激光光纤“卡脖子”难题，为追赶我国在稀土掺杂激光光纤方面与国际先进水平差距，单元技术实验室胡丽丽研究员组织研究团队开展光纤研制工作和平台建设，创建了溶胶凝胶结合高温烧结制备稀土掺杂石英玻璃的新方法，阐明了稀土离子掺杂石英玻璃的发光、光学性能与局域结构的关联，并建立了相互作用的结构模型。提出了MCVD结合纳米溶胶液浸泡制备高掺杂离子分散性光纤预制棒的新思路，全面攻克了万瓦级光纤高效、高稳定性及高可靠性的技术难题，批量研制的光纤在GF和工业领域实现近万台套的规模应用。2011年以来胡丽丽研究员带领激光光纤研究团队持续开展稀土掺杂石英玻璃结构与性能的基础研究、大模场掺镱光子晶体光纤、大模场高功率包层结构稀土掺杂石英光纤、耐辐照稀土掺杂石英光纤等的研制，打破了国外对我国高功率激光光纤的垄断，解决了我国高功率光纤激光器关键元件国产化“卡脖子”问题。满足了高功率光纤激光器对核心元件的重大需求，为我国实现高功率光纤激光器最强“心脏”自主可控做出了重要贡献。 　　近十年来，胡丽丽研究员带领团队不断探索和总结，撰写了《稀土掺杂石英光纤及应用》著作，由上海科学技术出版社出版，并面向国内外发行。该著作获2022年度国家科学技术学术著作出版基金资助出版，获评2023年2月榜“世纪好书”。 　　作为第一完成人和突出贡献者，胡丽丽研究员获2016年上海市技术发明奖特等奖一项、2017年国家技术发明奖二等奖一项、2022年中国科学院杰出科技成就奖一项，获“全国三八红旗手”“上海市第十六届十大科技精英”等荣誉称号。

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室在提升电子束蒸发沉积激光薄膜的长期性能稳定研究中取得新进展，实现了低应力、光谱和机械性能长期稳定的电子束激光薄膜制备。相关研究成果发表在《光学材料快报》（Optical Materials Express）。电子束蒸发沉积薄膜因其激光损伤阈值高，光谱均匀性好且易实现大口径制备而广泛应用于世界上各大型高功率激光系统中。然而，电子束蒸发沉积薄膜的多孔结构特性易与水分子相互作用，使得薄膜的各项性能极易受环境条件（尤其是湿度）的影响。即便是在可控的环境下，电子束蒸发沉积薄膜的性能也会随时间而变化。该项成果提出了等离子体辅助沉积的致密全口径包覆水汽阻隔技术，覆盖多孔电子束蒸发沉积薄膜的上表面和侧面，有效地将其与水汽隔离，制备出了低应力、光谱和机械性能长期稳定的电子束蒸发沉积薄膜。同时，该水汽阻隔技术显著提升了电子束蒸发沉积薄膜的耐划性能，且提供了一种离线获得无水吸附时薄膜应力的方法。该项成果为提升电子束沉积薄膜的光谱和面形稳定性提供了途径，有助于解决高功率激光应用中电子束沉积薄膜随时间和环境变化性能不稳定问题。相关工作得到了国家自然科学基金、中科院青促会基金、中科院先导专项（B类）等支持。（薄膜光学实验室供稿）原文链接图1 等离子体辅助沉积的致密全口径包覆水汽阻隔技术示意图图2 有、无全口径水汽阻隔膜的多层膜性能对比（a）峰值反射率处波长随时效时间变化（b）应力随时效时间变化

2024年7月，四方光电(武汉)仪器有限公司(以下简称“四方仪器”)自主研发的激光拉曼光谱气体分析多组分在线检测及热值检测技术应用成功入选《2024年度智慧化工园区适用技术》目录，并在7月11日举行的2024(第五届)中国智慧化工园区建设发展大会上，获得由中国石油和化学工业联合会化工园区工作委员会(以下简称“园区委”)颁发的荣誉证书。在建设智慧化工园区过程中，如何更好地选择适用技术，是园区建设者和管理者的一大难题。为帮助化工园区更好地选择成熟适用的技术，做好智慧化工园区建设技术支撑工作，2024年1月，园区委在全国范围内启动了“2024年（第四批）智慧化工园区适用技术”申报工作，共计收到来自77家单位申报的78项技术。经过对申报材料规范性审核、专家函审以及技术答辩，最终综合评分优异的30项技术通过评审脱颖而出。此次评选中，除了四方仪器，还有华为、百度、西门子等公司，以及中国科学院合肥物质科学研究院、清华大学天津电子信息研究院等科研机构，凭借各自在智慧化工园区建设中的卓越表现，入选了化工园区适用技术名单。这些公司所申报的技术涉及安全、环保、应急、生产等多个领域，方案涵盖基础层、平台层、应用层三大层级，各家技术方案优势互补，共同推动了智慧化工园区技术的发展和应用。四方仪器自2012年起一直致力于高端气体分析仪器的国产化研发，以满足细分领域进口替代的需求。四方仪器全栈自研的激光拉曼光谱气体分析仪主要由预处理单元、控制单元、分析单元三部分组成，专为中低粉尘工作环境设计。产品采用PLC程序控制，可以自动完成3个采样通道之间的切换，实现24小时无人值守操作，极大降低了手动负载，保证系统的长期稳定，实现了准确、连续的自动在线运行。四方仪器所申报的激光拉曼光谱气体分析多组分在线检测及热值检测技术，属于本次智慧化工园区适用技术评选的应用层技术领域。该技术重点针对化工园区生产过程中气体成分复杂、监控难以落实等问题，以及化工生产等工业流程中的多组分气体在线监测难题，通过激光拉曼气体特征指纹谱技术超强的抗干扰能力，实现对化工园区内多种气体成分及燃气热值进行实时、精确地监测，极大提升了园区的安全管理水平和环境监测能力，同时满足了企业对成本和效率的双重需求，为化工行业的智能化和绿色化发展提供了强有力的技术支撑。目前已广泛应用于天然气、化工、冶金、乙烯裂解气、生物质燃气、变压器油溶解气等各大领域，在成熟稳定性和安全性上均得到了有力验证，获得了用户的广泛好评。

1月18日，国家重大科学仪器设备开发专项“激光拉曼光谱气体分析仪项目的研发与应用”在武汉正式启动，省科技厅副巡视员方国强及东湖高新区科技创新局、项目承担单位、合作单位、项目监理组相关领导和专家出席启动会。 　　方国强副巡视员指出，国家重大科学仪器设备开发专项是科技部财政部在科学仪器研发领域的重大战略决策，是提升我国仪器设备自我装备水平和自主创新能力的重要举措。项目牵头单位与合作单位要站在国家战略的高度，加强组织管理，强化项目质量管理。注重知识产权的保护和利用，规范使用国家经费，加强协作，共同努力，把项目实施好，为提升国产科学仪器的质量和水平贡献智慧和力量。 　　激光拉曼光谱气体分析仪研发与应用项目是科技部2012年立项的重大科学仪器设备开发项目之一，国家专项经费2114万元，由武汉四方光电有限公司作为牵头单位承担，合作单位囊括了中科院广州能源所、中石化北京化工研究院、中石油天然气研究院、华中科技大学、重庆大学等拉曼气体分析与应用领域实力较强的高校、科研机构，属典型的产、学、研、用相结合的项目。该项目的启动和实施，将为我国石油、化工、电力、环境监测等领域提供重要的分析设备，对于替代进口，做大做强我国气体分析仪器产业具有重要意义。 　　相关新闻：PM2.5监测设备重大专项在京启动 　　　　　　　便携多功能荧光分析仪器专项通过验收

锂离子电池产业作为我国“十二五”和“十三五”期间重点发展的新材料、新能源、新能源汽车三大产业中的交叉产业，国家出台了一系列支持锂离子电池产业发展的支持政策，直接带动了我国锂离子电池行业的持续高速增长。为了规范锂离子电池行业的健康稳健发展，国家相关部门先后制订了涉及到锂离子电池全产业链的相关行业标准，而相关电池材料的粒度分布检测就是其中一项重要检测指标。下面，我们看一看这些行业标准对粒度分布的相关规定。锂离子电池材料粒度分布要求电池材料的粒度分布影响电池材料的物理性能及电化学性能，进而影响锂离子电池的容量、能量密度、充放电性能、循环性能及安全性能等。在锂离子电池材料中，需要检测粒度的粉体材料主要有正极材料及原材料、负极材料及原材料、导电添加剂、电解质、隔膜涂覆材料。正负极材料正极材料颗粒的粒径越小，越有利于Li+的嵌入和脱嵌，有利于提升锂离子电池的倍率性能；同时，粒径越小的材料首次容量越高。但是，粒径越小的材料比表面积越大，颗粒表面能升高，易团聚并与电解液发生副反应，电池内阻升高，充放过程中会积聚过多能量，温度升高，从而导致安全隐患；同时，粒径越小的材料不可逆容量增加，降低电池的循环性能。如果材料中混入少数超大颗粒，会导致在极片生产过程中出现划痕、断带现象，严重影响产品质量。粒径较小的负极材料具有较大的首次容量，但不可逆容量也较大；随着粒径增大，首次充放电容量降低，不可逆容量减少。同时，粒径越小的颗粒，越有利于Li+的嵌入和脱嵌，有利于提升电池的倍率性能。如果材料中混入少数超大颗粒，会导致在极片生产过程中出现划痕、断带现象，严重影响产品质量。正极材料和负极材料原料的颗粒的粒径大小影响到正极材料和负极材料的生产工艺控制及成品性能。比如，三元前驱体的粒度影响三元材料的煅烧时间及晶粒大小一致性。粒径越小的前驱体煅烧时间越短；粒径分布越窄的前驱体，煅烧时热量从材料表面传导到材料中心的时间一致性越高，晶粒生长时间一致性越高，晶粒大小一致性也越高。碳酸锂作为正极材料的锂源材料，粒度大小对正极材料的生产工艺和性能也有着重大影响。导电添加剂导电添加剂颗粒的粒径太小，容易发生团聚，不能与活性物质充分接触，导致导电作用降低；如果粒径太大，导电添加剂颗粒不能嵌入到活性物质中，同样会降低导电添加剂的导电作用。如果材料中混入少数超大颗粒，会导致在极片生产过程中出现划痕、断带现象，严重影响产品质量。对于电解液的电解质来说，电解质颗粒大小越均匀，电解液性能的一致性越好。电解液作为锂离子电池的血液，承担着运输锂离子的重任，质量的好坏直接影响锂离子电池的电化学性能，并很大程度上影响锂离子电池的安全性能。涂覆隔膜涂覆隔膜是在基膜的单面或双面涂覆一层氧化铝、二氧化硅等粉体无机材料，从而提升隔膜的高温性能、穿刺强度、亲液性能等。涂覆材料粒度大小及分布对涂覆隔膜的性能起着决定性的作用。以最常用的氧化铝涂覆隔膜为例，一般采用亚微米级别的α相氧化铝材料，颗粒大小适中且粒度均匀的氧化铝能很好地粘接到隔膜表面，不会堵塞膜孔，成孔均匀，能够提高隔膜的耐高温性能和热收缩率，能够改善隔膜对电解液的亲和性，同时保持较好的机械性能，从而提高锂电池的安全性能。氧化铝涂层的粒径越大，隔膜的厚度会增加，隔膜的化学性能会迅速下降。综上所述，粒度分布测试已成为提升锂离子电池性能的重要检测手段，选择一款高性能的激光粒度分析仪就成为了研发机构、材料生产厂家、电芯生产厂家的共同需求。一款好的激光粒度分析仪应该具备良好的测试结果的真实性、重现性、分辩能力、易操作性等。测试结果的真实性是指测试结果能够反映颗粒的真实大小，尽管粒度测量不宜引用“准确性”这一指标，但这并不意味着测量结果可以漫无边际地乱给。测试结果的真实性是激光粒度分析仪最根本的分析性能，如果没有测试结果的真实性做基础，仪器的重复性、重现性等其它性能就失去了讨论的意义。测试结果的重现性是指将同一批样品多次取样的测试结果的重复误差，误差越小，表示重现性越好。重现性的好坏取决于仪器获取光能分布数据的稳定性、对杂散光的控制能力、对中精确度、光源和背景的稳定性、进样器的分散性能等。只有具备良好重现性的仪器才能对测试样品的粒度分布进行可靠的评价，有利于用于多个样品之间差异的准确识别。激光粒度分析仪的分辨能力指的是仪器对样品不同粒径颗粒的测量分辨能力以及对给定粒度等级中颗粒含量的微小变化识别的灵敏程度。一般来说，除了影响重现性的因素外，散射光能分布角度和光强的获取，低背景噪声的光学电子设计，高精度的模数转换及反演计算水平都对仪器的分辨能力有较大影响。只有高分辩能力的仪器才能准确识别测试样品的细微粒径变化。激光粒度分析仪的原理结构激光粒度分析仪的易操作性是指操作简单、故障率低、易于日常维护保养。如果仪器的易操作性不高，即便有良好的测试性能，也不能高效满足用户的测试需求。Topsizer激光粒度分析仪和Topsizer Pus激光粒分析仪就是这样两款在锂离子电池行业被广泛应用的高性能激光粒度分析仪。量程宽、重现性好、分辨能力强、自动化程度高、故障率低等优异性能保证了测试结果和分析能力，而且与国内外、行业上下游黄金标准保持一致，不仅为用户节省了方法开发和方法转移上的时间和成本，更重要的是可以避免粒径检测不准带来的经济损失和风险，无论在产品研发、过程控制还是质量控制上，都能够为用户带来真正的价值。● 测试范围：0.02-2000μm（湿法），0.1-2000μm（干法）● 重复性：≤0.5%（标样D50偏差）● 准确性：≤±1%（标样D50偏差）● 测量速度：常温测量10秒内完成欧美克Topsizer激光粒度分析仪Topsizer激光粒度分析仪是珠海欧美克仪器有限公司于2010年被英国思百吉集团全资收购后，利用思百吉集团的全球资源全新打造的旗舰产品，具有量程宽、重现性好、精度高、测试结果真实、自动化程度高等诸多优点，真正站在了当前粒度检测领域的前沿。● 测试范围：0.01-3600μm（湿法），0.1-3600μm（干法）● 重复性：≤0.5%（标样D50偏差）● 准确性：≤±0.6%（标样D50偏差）● 测量速度：常温测量10秒内完成欧美克Topsizer Plus激光粒度分析仪Topsizer Plus激光粒度分析仪是继广受赞誉的Topsizer 后，作为马尔文帕纳科的全资子公司，珠海欧美克仪器有限公司推出的又一款高端粒度分析仪器。该仪器引入了国际先进的光学设计，结合欧美克近30年的技术积累，采用全球化的供应链体系，使激光衍射法的测试范围达0.01-3600um。Topsizer Plus保持了Topsizer量程宽、重复性好、分辨力高、真实测试性能强和智能化程度高等优点，通过进一步提升光学设计、硬件和反演算法，拓展了其测试范围以及实际测试性能，代表了当前国产激光粒度仪的技术水平。

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

工欲善其事，必先利其器。高功率全固态激光器技术就是先进制造领域的一把利器。长期以来，国外在高功率激光技术领域一直对我国实行严密的技术封锁，严重制约了我国先进制造领域工业关键激光成套装备的发展。为摆脱我国在这一技术领域的长期被动落后局面，抢占战略主动权，自&ldquo 十五&rdquo 开始，863计划持续对该项技术进行大力支持，经过多年攻关，相继突破3kW、4kW、6kW和8kW的激光输出，到&ldquo 十一五&rdquo 中期，成功研制了具有完全自主知识产权的工业级5KW全固态激光器，打破了国际禁运。 　　为加速成果转化应用，&ldquo 十二五&rdquo 期间，863计划继续设立&ldquo 先进激光材料及全固态激光技术&rdquo 主题项目，中国科学院半导体研究所牵头承担，以工业应用需求为导向，研制系列化的高稳定、高可靠的工业级全固态激光器及其装备，并在激光焊接、表面处理等领域实现产业化应用。目前，在项目研究成果基础上，我国首个具有自主知识产权的高功率全固态激光器生产线已在江苏丹阳建成，并实现批量生产 在汽车零部件激光焊接领域，自主研制的全固态激光器成功打破国外垄断，实现了产业化应用突破，自2012年以来，已为奇瑞汽车焊接了超过10万套自动变速箱的核心部件，为北京奔驰汽车焊接了近3万套天窗 攻克无预热情况下的激光熔覆防微裂纹、微气孔等核心技术，为全球第三大石油装备制造商威德福公司成功研制出超高耐磨转井部件，实现威德福首次将该类高难度核心部件从英国的剑桥转移到亚洲进行生产。 　　经过863计划长期的持续支持，我国的高功率全固态激光器产品已初步形成了从自主研制激光器到成套装备集成再到应用的完整产业链。随着我国激光技术的不断进步，更多的高功率全固态激光器产品走上成熟的工业化进程，将为提升我国先进制造产业核心竞争力，扭转关键成套装备基本依靠进口的被动局面，加强国防建设提供有力的装备保障和技术支撑。

p 　　近一个月内，来自高校、科研院所、医疗系统方面近20多家单位发布了激光、光学领域的招标需求，中科煜宸、相干、西南技物所等公司成功中标，中标总金额超3.2亿元。本文根据中国政府采购网公布的信息整理了部分内容，涉及激光成像仪、激光雷达、激光增材制造系统、飞秒激光器、光纤激光器等相关项目。 /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 中标项目 /strong /span /p p style=" text-align: center " strong 干式激光成像仪 /strong /p p 　　项目编号：HYEZ2J2018007 /p p 　　项目名称：干式激光成像仪采购 /p p 　　总成交金额：6.97 万元(人民币) /p p 　　采购单位名称：北海市华侨医院 /p p 　　中标单位名称：江西伟晨医疗设备有限公司 /p p style=" text-align: center " strong 密封式同轴送粉激光增材制造系统 /strong /p p 　　项目编号：HBT-15170140-173892 /p p 　　项目名称：武汉理工大学密封式同轴送粉激光增材制造系统采购项目 /p p 　　总成交金额：208.85 万元 /p p 　　采购单位名称：武汉理工大学 /p p 　　中标单位名称：南京中科煜宸激光技术有限公司 /p p style=" text-align: center " strong 原子吸收分光光度计及涡度相关系统 /strong /p p 　　项目编号：CEIECZB03-17ZL144 /p p 　　项目名称：中国农业大学原子吸收分光光度计及涡度相关系统采购项目 /p p 　　中标金额：54.43万元 /p p 　　中标供应商名称、地址及成交金额： /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/25ce729c-a45e-4fbb-a265-ef3a8fa5909a.jpg" title=" 1.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 大连工业大学信息学院光电实验室建设 /strong /p p 　　项目编号：LNZC20171001868 /p p 　　项目名称：大连工业大学信息学院光电实验室建设采购项目 /p p 　　中标金额：54.18万元 /p p 　　中标单位：大连万慧科技有限公司 /p p 　　主要成交标的： /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/873035c3-9e56-4a2c-a688-b42945e1365a.jpg" title=" 2.jpg" / 　　 br/ /p center /center p style=" text-align: center " strong 激光治疗系统 /strong /p p 　　项目编号：Q5300000000617001570 /p p 　　项目名称：昆明医科大学附属医院购置激光治疗系统采购项目 /p p 　　中标金额：129万元 /p p 　　中标供应商名称：贵州邦建医疗科技设备有限公司 /p p 　　主要成交标的： /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/0f8ffbb7-027e-4163-97f0-b6dd9e5142f1.jpg" title=" 3.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 193nm 激光剥蚀进样系统等 /strong /p p 　　项目名称：中国海洋大学 /p p 　　项目名称：193nm激光剥蚀进样系统、多接收质谱仪、高纯锗伽马能谱仪、稳定同位素比质谱仪项目 /p p 　　采购单位名称：中国海洋大学 /p p 　　中标金额：1367.93612 万元 /p p 　　中标供应商名称、联系地址及中标金额： /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/daa113be-02fd-4999-ae5c-05022aea1165.jpg" title=" 4.jpg" / 　　 br/ /p center /center p style=" text-align: center " strong 激光雷达项目 /strong /p p 　　项目编号：JXBJ2017-J28802 /p p 　　项目名称：南昌大学空间科学与技术研究院激光雷达采购项目 /p p 　　采购单位：南昌大学 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/eaaf8200-e815-4296-aba6-c8c364d7ec20.jpg" title=" 5.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 308准分子光治疗系统和激光光子工作站 /strong /p p 　　项目编号：[350823]SHHY[GK]2017015-1 /p p 　　项目名称：上杭县皮肤病防治院关于308准分子光治疗系统和激光光子工作站采购项目 /p p 　　中标金额：169.9万元 /p p 　　中标供应商：厦门海辰天泽仪器有限公司 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/5f3b697b-e5bd-4a2f-a5a2-5a4f9971c740.jpg" title=" 6.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 复杂曲面三维激光扫描系统 /strong /p p 　　项目编号：LNZC20171201441 /p p 　　项目名称：大连交通大学复杂曲面三维激光扫描系统采购项目 /p p 　　中标金额：58.9万元 /p p 　　中标单位：北京金鹰腾飞科技有限公司 /p p 　　成交产品的规格、型号、单价等： /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/ef6ee20b-870c-456e-a33b-0acb1241b3a4.jpg" title=" 7.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 双光子激光共聚焦显微镜采购项目 /strong /p p 　　项目编号：中大招(货)[2017]993号 /p p 　　采购单位名称：中山大学 /p p 　　中标金额：489.803430万元 /p p 　　中标供应商名称：广州市诚屹进出口有限公司 /p p 　　中标标的名称、规格型号、数量、单价、服务要求： /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/7c940325-292e-43f8-9ee1-f901a38dc68d.jpg" title=" 8.jpg" / 　　 br/ /p center /center p style=" text-align: center " strong 超短强激光微纳制造实验室项目 /strong /p p 　　飞秒激光放大器 /p p 　　项目号：17A51870611-BZ1700401866AH /p p 　　项目名称：重庆邮电大学超短强激光微纳制造实验室项目飞秒激光放大器采购 /p p 　　中标总金额：145.9万元 /p p 　　中标供应商：相干(北京)商业有限公司 /p p 　　成交产品的规格、型号、单价等： /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/c46688d9-2e94-41a4-82ae-89b46c49c880.jpg" title=" 9.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 便携式高分辨测风激光雷达 /strong /p p 　　项目编号：OITC-G170321151 /p p 　　项目名称：中国科学院大气物理研究所便携式高分辨测风激光雷达采购项目 /p p 　　中标总金额：280.0 万元(人民币) /p p 　　中标供应商名称：西南技术物理研究所 /p p 　　中标标的名称、规格型号、数量： /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/d0c3d441-6015-45d7-ae63-7bef489181d6.jpg" title=" 10.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 激光共聚焦拉曼光谱仪、数字综合试验箱 /strong /p p 　　项目编号：ZX2017-12-13 /p p 　　项目名称：西安工业大学激光共聚焦拉曼光谱仪、数字综合试验箱等采购项目 /p p 　　中标金额：115.30万元 /p p 　　中标单位：西安共进光电技术有限责任公司 /p p 　　中标标的名称、规格型号、数量： /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/1f8a05da-c6b9-4b1b-bcf3-85f56097a554.jpg" title=" 11.jpg" / /p center /center p style=" text-align: center " strong 激光共聚焦拉曼光谱仪 /strong /p p 　　项目编号：OITC-G17031833 /p p 　　项目名称：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所激光共聚焦拉曼光谱仪采购项目 /p p 　　采购单位名称：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 /p p 　　总中标金额：155.7781万元 /p p 　　中标供应商：雷尼绍(上海)贸易有限公司 /p p 　　中标供应商名称、联系地址及中标金额： /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/5295f90b-a6fc-4eb6-8cde-52eb73be0f2a.jpg" title=" 12.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 还有一个招标大单，注意关注哦! /strong /span /p p 　　招标项目华东师范大学高重复频率宽波段可调谐窄带宽激光器 /p p 　　项目编号：0811-184DSITC0089 /p p 　　项目名称：高重复频率宽波段可调谐窄带宽激光器(第二次) /p p 　　采购单位：华东师范大学 /p p 　　预算金额：230.0 万元(人民币) /p p 　　采购内容： /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/fa7045eb-d935-46c0-8ee6-90aff2739943.jpg" title=" 2018-02-07_091003.jpg" / /p p 　　购买标书时间：2018年01月26日-02月02日 /p p 　　投标截止时间：2018年02月28日 /p p 　　联系方式：冯东海 ，021-62231151 /p

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。

中红外QCL成像有助于光谱学家分析组织切片和进行药物分析，它还能进行呼气分析实现早期疾病诊断，并支持实时无创血糖监测。”昕虹光电为山西大学研究组呼气氨气检测项目，提供了来自瑞士Alpes Lasers的QCL光源以及配套的专用激光发射头、温控+电流驱动器。我们的应用科学家在QCL应用于医疗呼气检测方面，有丰富的学术研究经验。若您有相关需求，欢迎与我们联系！原文标题：Quantum Cascade Lasers Boost Life Science Research作者：PANAGIOTIS GEORGIADIS, OLIVIER LANDRY, ALEX KENIC, and MILTIADIS VASILEIADIS (Alpes Lasers)来源：Photonics.com编译：昕甬智测实验室1971 年 10 月，Rudolf F. Kazarinov和Robert A. Suris 提出了“在具有超晶格的半导体中放大电磁波的可能性”[1]。科学界花了20多年的时间来构建利用这一原理的器件。1994年，贝尔实验室的Jérôme Faist及其同事发表了基于子带间跃迁（量子阱之间导带中的激发态）的激光源工作原型和相关研究结果[2]。Faist后来与同事在瑞士共同创立了Alpes Lasers。图一 量子级联激光器 (QCL) 的典型光束轮廓（来源：Alpes Lasers）自量子级联激光（QCL）光源商业化以来，已经过去了20 多年。使用热电冷却在室温下运行的QCL现在已无处不在。这些激光器开创了中远红外光谱的新时代。近年来，QCL在稳定性、功率、光谱范围、可调性和整体性能方面取得了许多进步，其成本也逐渐被工业界所接受。此外，带间级联激光器（ICL）是另一种中红外激光器，与QCL一样，ICL中的每个注入载流子都会产生多个光子。ICL 的工作原理是基于II型异质结和级联带间跃迁（电子带之间的转移），不同于QCL的子带间跃迁。ICL在较短波长上是QCL的有效补充，通常在3.5 µm波长范围内，ICL的性能优于QCL。中远红外光谱的发展为光谱学领域创造了各种各样的应用场景，一些利用相干中红外光源的新应用得以在医学和工业中开展，并获得许多研究成果。就像1970年代初期傅里叶变换红外（FTIR）光谱设备取代色散光谱仪一样，QCL可以预见地正在逐渐取代笨重的FTIR设备。在QCL的相关研究中受益匪浅的几个关键领域，包括生命科学中的生物学、病理学和毒理学，以及医疗保健和制药行业。随着其激光功率的增加（允许穿透更厚的样品）、稳定性和紧凑性（允许它们部署在临床环境中），基于QCL的光谱分析，正迅速成为医学研究的先进技术。中远红外激光用于生命科学和医学领域的几个例子，像是薄组织切片的中红外成像、基于激光光谱学的液体或气体样品分析、生物标志物监测、病原体检测、药物开发分析等应用。QCL 使各种各样的医疗应用得到了改进，从样本的实验室分析到改变游戏规则的常规医疗程序，例如无创血糖监测。尽管取得了很大进展，目前生物医学界尚未充分发挥QCL技术的潜力。医学影像红外成像已经为医学领域带来重大进步。多光谱和高光谱成像技术已被证明对生物分子研究和组织病理学非常有效，并且在测试时间和准确性方面，使用成像来促进医疗干预变得越来越重要。 目前，我们已经有了成熟的无创红外成像技术，利用红外光谱分析组织和细胞。这些技术当中的一部分使用背反射光（主动）构建图像，其他的方法依赖检测组织由于其温度而发射的红外辐射（被动），由红外探测器感测热发射并产生组织中发射分布的热图。此外，在红外中使用标记成像（labeled imaging）[3]已经被视为一种成熟的常规技术存在[4]。电磁频谱中红外波段的使用在临床诊断中的应用范围广泛，从高分辨率和深度分辨的组织可视化，到温度变化（热成像）评估。此外，中红外光谱体外映射在组织和细胞分类的应用取得了显着进展——例如，用于识别癌细胞[5]。然而，在使用中红外光子学进行此类分析，尤其是无标记细胞和组织分类方面，还存在巨大的潜力[6]。大多数商用中红外成像设备通常受限于有限的波长能力（使用单模激光源），或是低功率导致较低的信噪比（如FTIR显微镜）。每种设备通常都是为特定的医学成像应用量身定制的，因此只针对某特定光谱范围做开发。相较之下，来自维也纳工业大学的Andreas Schwaighofer及团队在2017的一篇论文《Quantum cascade lasers (QCLs) in biomedical spectroscopy》证明QCL具有明显的优势：QCL可以针对特定目的进行定制，或者同时满足多种需求。最近的研究计划旨在通过进一步扩展QCL的能力，以开发功能更全面的中红外成像设备。研发人员希望同时达到FTIR设备的光谱可调性和基于多激光器外腔（External-Cavity）配置的更强信号激光源，在外腔配置中,组合使用了多达六个宽增益激光器。这些器件在可调谐性、精度和功率方面为中红外激光源提供了前所未有的能力。呼气分析分析呼出空气的科学，也称为呼吸组学（breathomics）或呼气组学（exhalomics），正在迅速成为医生和研究人员的主流应用。中红外激光特别适合这一新兴领域，因为人呼吸中存在的大多数挥发性有机分子在中红外光谱中具有明显的吸收指纹。针对呼气中的挥发性有机化合物（VOCs）以及特定气体（例如甲烷、丙酮、CO2 和其他受关注的化合物），可以使用激光光谱分析技术对其进行浓度检测。这些物质是生物标志物，可以向医生传达有关个人健康的大量信息。例如：VOC成分可以揭示炎症，丙酮水平可以提供关于一个人的代谢活动的信息（常用于肥胖研究和监测代谢紊乱），高水平的一氧化氮可能表明哮喘，而一氧化碳水平可以作为一种氧化应激或呼吸系统疾病的生物标志物。在过去的10年中，几个研究小组一直在探索呼吸组学，某些医疗初创公司正在利用QCL和 ICL分布式反馈（DFB）激光源，对人或动物呼吸进行气体传感。新的激光源例如QCL阵列和光束合并的DFB QCL等技术，将使多组分的呼吸分析成为可能，为医生提供更强大的诊疗工具。图二 基于QCL的呼气检测仪器液体生物标志物分析尽管QCL光谱通常与气体传感有关，但QCL也是分析液体的重要工具。由于拥有更高的激光功率，QCL允许分析更厚的样品和更复杂的基质，使其适用于生命科学中的许多应用。此类应用之一是基于激光的血液分析，它最近受到了很多媒体的关注，特别是在实时无创监测血糖水平方面。这种开创性的方法使用中红外激光源，可以实时经过皮肤透过光谱来监测葡萄糖。这种方法可以减轻糖尿病患者因使用针头定期检查血糖水平而带来的压力。此外，中红外集成光子学进一步改进了现有的小型化、可穿戴设备，能够执行连续测量，为医生提供可用于个性化治疗的数据。中红外激光在血液分析中的一项新用途是检测神经退行性疾病，例如阿尔茨海默氏症和帕金森氏症。通过专注于可在中红外光谱中检测到的一些特定生物标志物[8]，医生可以使用 QCL光谱分析技术，远在可识别的症状出现之前，提前8年预测疾病的未来发作。起始于疾病早期的药物治疗会更有效，因此这些信息很有价值，甚至可能促进疾病的预防。尿液是另一种可以分析生物标志物的液体生物样本（图三）。因为样本易于获取且相关检测的实验室技术丰富，尿液分析被广泛使用，最重要的是，尿液中存在的细胞成分、蛋白质和各种分泌物反映了一个人的代谢和病理生理状态（图四）。医生要求进行尿液分析的原因有很多，包括进行常规医学评估、评估特定症状、诊断医疗状况（例如尿路感染和未控制的糖尿病）以及监测疾病进展和对治疗的反应（例如肾脏疾病和糖尿病）。图三 QuantaRed Technologies基于QCL的尿液分析仪，具有两个由Alpes Lasers开发的组合DFB QCL。该分析仪是在NUTRISHIELD项目中开发的，获得了欧盟地平线2020研究和创新计划的资助（来源：QuantaRed Technologies GmbH）图四 Alpes Lasers开发的DFB QCL合路器。该组件已成功集成到尿液分析仪和基于光子学的检测模块中，用于分析水质，特别是用于检测细菌。该模块是在WaterSpy项目中开发，获得了欧盟地平线2020研究和创新计划的资助（来源：Alpes Lasers）使用QCL的分析设备能够根据中红外光谱分析结果直接量化尿液中的主要成分，如尿素和肌酐。QCL技术还可以检测酮类、葡萄糖和蛋白质。这些生物标志物的浓度升高可以作为各种疾病和病症的早期指标（图五）。图五 多激光系统中光束组合器的各种元件，包括高热负荷外壳中的 QCL(L和R)、反射镜 (M)、窗口 (W)、二向色分束器 (P) 和调节螺钉(x) 和 (y)（来源：Alpes Lasers）结语随着QCL领域的高速发展，包括多激光器外腔、超宽谱可调设备，或者在不久的将来，新开发的QCL频率梳的应用，可以期待的是，QCL将为生命科学领域带来更大规模的进展。参考文献1. R.F. Kazarinov and R.A. Suris (1971). Possible amplification of electromagnetic waves in asemiconductor with a superlattice. Sov Phys — Semicond, Vol. 5. pp. 707-709.2. J. Faist et al. (1994). Quantum cascade laser. Science, Vol. 264, Issue 5158, pp. 553-556.3. D.M. Gilmore et al. (2013). Effective low-dose escalation of indocyanine green for near-infrared fluorescent sentinel lymph node mapping in melanoma. Ann Surg Oncol, Vol. 20, Issue 7, pp. 2357-2363.4. Quest Medical Imaging (2021). Applications of the Quest Spectrum fluorescence imaging system, www.quest-mi.com/promising-applications.5. S. Pahlow et al. (2020). Application of vibrational spectroscopy and imaging to point-of-care medicine: a review. Appl Spectrosc, Vol. 72, pp. 52-84.6. S. Mittal and R. Bhargava (2019). A comparison of mid-infrared spectral regions on accuracy of tissue classification. Analyst, Vol. 144, Issue 8, pp. 2635-2642, www.doi.org/10.1039/c8an01782d.7. A. Schwaighofer et al. (2017). Quantum cascade lasers (QCLs) in biomedical spectroscopy. Chem Soc Rev, Vol. 46, Issue 7, pp. 5903-5924.8. A. Nabers et al. (2018). Amyloid blood biomarker detects Alzheimer’s disease. EMBO Mol Med, Vol. 10, Issue 5, p. e8763, www.doi.org/10.15252/emmm.201708763.昕甬智测实验室隶属于宁波海尔欣光电科技有限公司，专注于中远红外激光光谱检测技术（QCL/ICL+TDLAS），致力推动激光光谱技术的产业化应用，以激光之精，见世界之美。