激光指示器

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)

必达泰克公司的半导体泵浦固体激光器近日获得了美国专利 (专利号: US 7,218,655 B2), 为环境温度变化较大时的激光器应用提供了新的选择。 该激光器采用了必达泰克公司自主研发的先进技术，使其在没有致冷/加热控制器的情况下也能在环境温度变化较大的情况下获得稳定的输出，从而避免了带有温度控制系统的激光器所常有尺寸大、功耗高的弊病，使其更适用于如搜索营救时的信号指示、现场检测设备以及激光指示器等应用。该专利可应用于蓝光、绿光等固体激光器上，在拓宽激光器的适用温度范围和延长其使用寿命方面有显著的效果。 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两项美国专利，并且还有十几项专利正在审核中。美国必达泰克公司，竭诚为您的激光应用服务！

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。

市场细分 　　通信和光存储仍然是激光产业最大的细分市场，然后是材料加工和光刻激光器市场部分。对于2014年，医疗和美容激光产品销售总额仍然大于仪器和传感部分，最后是科研和军事细分市场。 　　通信和光存储 　　光存储市场疲软继续阻挠通信和光存储整个激光产品市场上扬 然而，通信部分激光器的销售额正蓬勃向上。基于PIC的通信网络系统供应商Infinera将之称为 &ldquo T比特时代&rdquo 并报道称相比于2013年同期销售额1.42亿美元，2014年第三季度销售额增长至1.74亿美元。LightCounting称2014年第二季度光收发器的全球销售额达11亿美元，连续五个季度增长。 　　2014年通信和光存储激光产品市场营业收入达到35.15亿美元，预计2015年增长2.8%达到36.15亿美元。尽管2014年大多数通信激光供应商的财务状况是良好的，但是戴尔的Oro集团预测2015年通信设备投资支出将会下降，原因是高级移动设备渗入、移动数据增长缓慢、缺乏新的收入来源以及发展中和未开发市场的竞争加剧。然而考虑到光通信正推动&ldquo 物联网(IOT)&rdquo ，这种预测令人相当费解：为了远程监控和诊断实现云连接，还有一大堆没有被命名的&ldquo 智能&rdquo 应用。 　　&ldquo 从铁路和电网采用的联网系统到连接个人终端的网络交换机客户端设备，无线设备，Cisco公司和Intel使Predix分布于终端，甚至在一些最苛刻的条件下，&rdquo 通用软件副总裁Bill Ruh在一个新闻发布会上说，并描述了在IoT世界软件和硬件如何惬合在一起。 　　Cisco系统董事长兼首席执行官John Chambers在2014年国际消费者电子展览上发表主题演讲，报道&ldquo 涉及IoT的价值&rdquo 达19万亿美元，并描述IoT如何使城市智能化，例如，通过更加智能化的公共建设投资获得直接的回报。 　　无论你把它叫做物联网或是干脆称为&ldquo 智能工具&rdquo ，对于光电子，尤其是激光产业来说，都是信息引擎的&ldquo 燃料&rdquo 。你能想象互联网是如何快速响应Gartner公司49亿连接设备实现无缝管理的吗?这些设备将在2020年增加到250亿台。 　　材料加工及光刻 　　2014年工业激光系统占全球机床销售的14%，所以毫无疑问世界制造业的健康发展意味着整个工业激光产业的健康状况。预计2014年机床消费增长在5%~7%的范围内，工业激光系统市场有望在此范围内。 　　在工业激光市场方面，中国的首要任务是重塑他们的经济提供更多内需，减少对出口的依赖以及对资本密集型的国有企业的投资。处于经济衰退领域的欧洲制造业开始出现复苏的迹象，即使德国的制造业一直温和增长。在北美地区，随着经济的好转，美国市场变得&ldquo 五光十色&rdquo ，2015年住房和住宅实力增长，能源热潮至少持续至未来三年。金砖四国被预计将推动2014年工业激光市场发展，但因俄罗斯和巴西的停滞不前以及中国和印度经济放缓而表现不佳。至于2015年，国际货币基金组织(IMF)使公众注意美国、印度和英国是最有可能实现正增长的地区，同时警告全球资本投资的增加。 　　随着2014年的结束，用于制造业的工业激光市场的整体销售超过26亿美元，与2013年营业收入相比增加了6%(见表1)。2014年，用于材料加工应用的光纤激光器占全球激光器市场总营业收入的29%，仅次于通信应用领域的激光器市场部分(32%)。全球制造业的变幻莫测使激光在光电子领域紧随其后。 　　显而易见的是光纤激光器持续强劲增长的影响，在损害固态和CO2激光器市场的前提下，在整个工业激光市场的份额增长到了36%。作为最大的创收类别，光纤激光器行业是工业激光解决方案每年市场调查备受瞩目的部分。 　　光纤激光器作为动力源在金属切割方面的应用，尤其是在板材切割方面，系统的造价超过65万美元，2014年的营业收入超过13亿美元。加上高功率CO2激光器在同类应用的收入使整个资本设备的投资接近40亿美元，是2014年所有工业激光系统的销售的三分之一。 　　2014年同样值得注意的还有占整个市场份额13%的高功率二极管。这种相对新颖的市场产品主要用于在线应用，例如钎焊汽车的顶部以及其他金属部件。静静地，这一高效激光器雕刻出了一个利基市场。 　　高亮度高功率直接二极管激光器作为光纤激光器在金属板材加工方面的代替者，切割的质量和速度完全可以与等功率的光纤和盘形激光器媲美。虽然其销售量微乎其微，但是2014年其利润率相当可观。 　　随着光纤激光器继续无情的渗透到成熟市场，如打标市场，使固态激光器的销售额下降。7.5亿美元以上的打标/雕刻系统市场由低功率光纤激光器和封离式CO2激光器分别占据。后者用于非金属雕刻是相当安全的，由于波长的兼容问题。持续的固态激光器收入是快速接纳工作在兆瓦峰值功率状态、皮秒和飞秒脉冲宽度的超快(或超短脉冲)激光器，集中在微材料加工应用，例如，智能电话和平板电脑的器件加工。工作在非常短的脉冲宽度的光纤激光器在争夺这一市场份额，一些分析师推测，微加工有可能是这些激光器的下一个增长点。一些研究将近期超快脉冲激光器市场定在4.5亿美元。 　　然而在涉及微材料加工问题上，激光添加剂制造(AM)领域的强劲增长促进了固态激光器和光纤激光器的收入增加。沃勒斯联营公司表示，2013年AM增长超过63%，其中37%营业收入来自于3D和AM零件最终产品而不是原型。在关于AM的航空航天供应的调查显示，27%的公司已经使用，10%预计未来一年内使用，37%预计在未来五年内使用。随着公司挑战AM的&ldquo 极限&rdquo 激光加工将乘风破浪。 　　大型材料加工应用除了激光切割占高功率激光器营业收入的25%。领先收入增长10%的市场是用于焊接应用的光纤激光器和CO2激光器，主要集中在汽车行业。光纤激光器供应商预计焊接是未来几年一个不断扩大的市场。 　　总结2014年工业激光市场，打标同比增长4% 微材料加工增长14% 大型材料加工扩大8%。材料加工整体销售增长6%。 　　正如前面提到的，对于工业激光器的预测将遵循全球机床行业同样温和增长趋势。2014年11月澳大利亚的G20峰会以后，英国首相卡梅伦说：&ldquo 世界经济亮起了红灯&rdquo 。受采访的工业激光及系统供应商的普遍共识是2015年将继续2014年的增长势头，预计增长比例在5%左右。这与许多专家经济分析师预测降低GDP的国际经济缓慢增长、大多数先进、规模扩大和新兴工业化经济体相一致。 　　这一增长将再次由光纤激光器领导，但是增长率略低于2014年。光纤激光器有望继续侵蚀CO2和长脉冲固态激光器的市场份额。超快脉冲固态激光器将经历由大型加工应用包括AM在内的重要销售增长。高功率激光器在金属切割方面应用将稳定在一个比较稳定的个位数增长速度上，但是用于焊接的激光器预计在2015年增长两位数。 　　医疗和美容 　　医用激光器的重要性由以下2014年公告表明：长春新产业出品的用于光遗传学的2000MxL系列激光器(波长在405~671nm)出货量创下历史记录 相干公司推出其第2000台变色龙系列激光器用于多光子显微镜 英国Fianium公司交付了第 1000台超连续激光器，不断提高其性能用于超快光谱、近场成像和显微镜。 　　&ldquo 我们将完成本财年医用激光系统30%的营业收入增长，现在的生物医学系统集成商和制药公司正在寻找完整的解决方案而不局限在器件，&rdquo Modulight公司的总裁兼首席执行官Petteri Uusimaa说，&ldquo 通过提供终端到终端解决方案，我们已经签署了一些多年合同，并在2014年使我们的生命科学业务翻倍。&rdquo 　　2014年，外科、眼科和美容激光销售额分别增长13%、9%、8%，2014年医用和美容激光器市场销售额为7.45亿美元，预计2015年增长9%超过8.15亿美元。 　　虽然2014年牙科用激光器销售额只增长了1%，超快激光器改变了这一增长比率。&ldquo 现在的Er：YAG和CO2微秒和纳秒脉冲牙科激光器的能量太高，激光与组织作用时间太长，需要提供必要的热和应力限制，以防止微裂纹、术前和术后疼痛，并/或在牙科应用中电离水分子引发癌症，&rdquo 德国特劳恩施泰因山的执业牙医Anton Kasenbacher说，&ldquo 超短脉冲皮秒激光器高速扫描自动对焦反馈实现高烧蚀率，减少口内抽吸的次数，并允许使用单个系统进行治疗和诊断，控制生物安全非线性光子吸收。&rdquo 　　Kasenbacher说考虑到2011年美国估计有154000所牙科诊所，产生了近 1080亿美元的收入，牙科用激光器的未来销售潜力是巨大的。 　　在激光美容领域，Cynosure公司2014年第三季度的营业收入与去年同期相比增长18%达到7150万美元。而欧洲的收入增长只有17%，美国营业收入增长17%，最大的增幅46%来自亚太地区。销售增长主要是因为FDA和其他政府批准Cynosure公司的PicoSure产品用于良性病变、痤疮疤痕、纹身和祛皱。 　　Cutera公司2014年第三季度营业收入增长11%达到1870万美元 Lumenis公司2014年第三季度营业收入7420万美元，与去年同期相比增长9.4% Syneron-Candela公司2014年第三季度营业收入增长8.3%达到6030万美元。在所有的情况下，公司将增长归因于FDA授权以及全球对激光治疗的强大接受度。2014年以后，许多公司开始增加激光去除脂肪技术，这是明智之举，ABC新闻报道每年美国有1.08亿节食者大约花费200亿美元用于减肥。 　　仪器与传感 　　&ldquo 目前，超分辨率显微镜是激光仪器市场最有活力的部分，&rdquo 国际战略方向咨询服务的副总裁Mike Tice说，&ldquo 虽然激光扫描共聚焦显微镜已经存在了几十年，过去十到十五年发明的新技术正在大力商业化，诺贝尔化学奖最近又奖励了两项特殊技术&mdash &mdash 受激发射损伤STED和单分子显微镜，突破了光学显微镜的衍射极限，这些和其他超分辨率技术的首字母缩略词，如STORM、PALM和SIM，将有助于进一步生命科学研究，&rdquo Tice补充道，&ldquo 历史悠久的激光诱导击穿光谱[LIBS]技术正在经历复兴，作为下一代系统将提供更好的性能，一些LIBS的供应商将LIBS装配成手持式装置拓宽其应用范围。&rdquo 　　除了显微镜和能谱检测仪器，光学相干断层扫描(OCT)系统随着应用的增长在尺寸上持续缩减，在这种情况下，OCT正在超越眼科基础。2014年2月，Axsun技术公司，Volcano集团的全资子公司，从英国Michelson Diagnostics收到了扫频激光光学相干断层扫描(OCT)引擎的一笔大订单，将为Michelson的Vivosight多光束OCT系统提供动力。Michelson称Vivosight是第一个高清晰度肌肤成像OCT扫描仪，可进行非黑色素瘤皮下组织结构的皮肤癌诊断。 　　在传感领域，物联网应用和智能小工具将使激光制造商保持忙碌几十年。此外，激光器销售直接受益于美国石油和天然气的繁荣。2013年花在分布式光纤传感器的费用是5.85亿美元(预计2018年将达到14.6亿美元)，根据2014光子传感器协会发布的消息，70%的销售额与石油和天然气市场细分相关。我们预测，分析、传感器、仪器仪表和生命科学激光市场预计在2015年增长7.5%达到6.62亿美元，轻松超过科学研究和军事细分市场的组合总销售额。 　　科学研究和军事 　　&ldquo 虽然全球经济环境疲软、汇率贬值滞缓了去年增长，我们仍然预测用于研发的DPSS和二极管激光器的销售额增长30%，包括LIBS、拉曼检测、光谱仪和粒子成像测速应用，&rdquo 长春新产业光电技术有限公司的销售经理刘天虹(音译)说，&ldquo 公司成立于1996年，生产的第一台激光器用于低端应用。现在，集成脉冲调制和客户定制光纤传输使我们可以为客户提供满足科学研究要求的激光器。&rdquo 　　AdValue光电子公司主要面向科技研发市场销售，计划2015年的营业收入增长达30%~50%。AdValue业务发展总监Katherine Liu说，&ldquo 虽然我们的连续波光纤激光器产品面临着市场的日益竞争，我们的2&mu m脉冲光纤激光器用于非线性光学和材料研究获得一致好评。&rdquo 　　激光物质相互作用研究继续推动大量研发激光器销售。2013年2月，Lasertel公司从利弗莫尔国家实验室获得500万美元合同，为极端光基础设施ELI束线设施供应兆瓦级泵浦激光器模块。 　　美国联邦采购数据分析显示与2012年相比，2013年国防部因扣押消费合同类经费下降16%，研发类经费下降最多为21%，2014年持续下跌。 　　然而，全球范围内HIS简氏防务预算年度回顾说，2014年国防支出将增长0.6%，达到15470亿美元&ldquo 推动2016年复苏&rdquo 。 　　Strategies Unlimited预测2015年科技研发和军事激光市场销售额达5.72亿美元，Frost & Sullivan公司航空航天和国防高级产业分析师Brad Curran预估激光瞄准指示器市场每年销售额为1.5亿美元，定向能武器市场为5000万美元，雷神、洛克希德马丁和波音公司领导这一市场。 　　雷神公司最近获得了1100万美元合同开发悍马车载DEW，波音的薄盘激光技术正式以30kW输出进入DEW阶段。Curran说虽然目前市场前景很平缓因大量武器平台削减，但长期来看DEWs的军事应用开销还是会上升。 　　娱乐和显示 　　2013年底，Christie公司为西雅图全景电影剧场提供并安装了世界上第一个商用数字激光投影仪。全景电影观众观看2014年11月20日放映的&ldquo 饥饿游戏：自由幻梦(上)&rdquo 是由4k、60000流明、6P双头投影照明，虽然人们观影后大多谈到了啤酒和巧克力爆米花而非图像质量，尽管如此，像&ldquo 数字电影激光战&rdquo 2014国际视听展这样的会议已经看不到什么新奇产品，但是未来高流明度、高可靠性、低消耗成本以及高能效激光娱乐产业将会蓬勃发展。 　　&ldquo 这是令激光照明产业兴奋的一年，&rdquo Necsel公司的销售和市场副总裁兼激光照明投影仪协会主席Greg Niven说，&ldquo 见证一个全新细分市场的诞生是不常有的事情，数以百万双眼睛将看到高功率可见光激光器进入大型场馆投影仪和低流明办公室数字投影仪市场。这不仅仅是基于激光的各种照明应用的新开始。&rdquo 　　所以等你体验过激光影院之后，前往南部海岸线激光标签总部华盛顿如何呢?公司为你将激光游戏从每小时每个游戏15美元降到了公司到你所处位置每英里 1.12美元。他们的金属激光枪使用红外激光器和传感器作指示，当一个玩家被标记，一些使用可见光激光器(限于室内效果的低功率连续波红或绿光可见光激光器指示器)的玩家就可以看到栩栩如生的射击效果。 　　随着激光影院市场的渗透和激光标识游戏的多样化，激光照明显示市场的营业收入持续固定增长。事实上，许多城市正在考虑&ldquo 消灭&rdquo 污染，即烟花汇演产生的固体垃圾也将有利于激光灯光秀的发展。随着所有激光娱乐市场的发展，我们预测2015年娱乐和显示应用的激光市场将增长近11%达到1.97亿美元。 　　成像 　　从2013年到2018年，CCS公司称打印机出货量将从1.06亿台增加到1.24亿台(同比年增长率3.1%)，其中多功能喷墨打印机占总出货量的50%。增长速度最快的打印机类型是激光多功能打印机，到2018年增长到3000万台(占所有打印机出货量的25%)。 　　尽管出货量增加了，打印机价格持续下跌，残酷的价格竞争侵蚀了销售额增长势头。至于2015年，预计用于成像应用的激光市场将由2014年销售额6700万美元下降到6600万美元。

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。

国家“十一五”科技支撑计划项目“工业激光器及其成套设备关键技术研究与应用示范”6月10日通过了科技部验收。这一项目的成功实施，彻底改变了我国高端激光装备依赖进口、核心技术和知识产权受制于国外的局面。 　　由中科院院士姚建铨等组成的验收专家组认为，此项目攻克了气体流动与交换、光腔结构、射频激励、光子暗化、侧边耦合、声光调制等关键技术。开发的高功率轴快流CO2激光器、射频板条CO2激光器及系列光纤激光器，填补了国内空白，部分指标达到国际一流水平，提升了我国激光产业的核心竞争力和国际地位。开发的大幅面数控激光切割机、激光拼焊设备和系列激光精密微细加工机等8种激光加工装备，提升了我国高端激光加工装备的制造能力。

3月1日上午，国家重大科学仪器设备开发专项——“超小型激光加速器及关键技术研究”项目启动会在北京大学中关新园举行，宣布项目正式启动。 　　国家科技部条财司副司长吴学梯，国家教育部科技司副司长雷朝滋，国家科技部条财司副处长郑健，国家教育部科技司基础处副处长邹晖，北京大学常务副校长王恩哥，中国工程物理研究院院士杜祥琬，中国工程物理研究院院士贺贤土，北京大学原校长陈佳洱，物理学院院长谢心澄，科研部部长周辉，科研部副部长韦宇，实验室与设备部副部长黄凯，财务部副部长邵莉，物理学院副院长王宇钢和北京大学重离子物理研究所所长刘克新等出席了项目启动会。 　　“国家重大科学仪器设备开发专项”于2011年首次启动，强调面向市场、面向应用、面向产业化，重点支持具有市场推广前景的重大科学仪器设备开发。“超小型激光加速器及关键技术研究”是2012年获批的66项课题之一。 　　王恩哥首先对各位领导和专家出席会议表示感谢。他在发言中指出，现代科学技术的发展越来越依赖于以理论为基础的科学仪器的开发。颜学庆老师领导的团队，在陈佳洱院士等诸位专家的支持和指导下，提出具有自主产权的、超小型激光加速器的研究，有望实现超大型激光加速器在尺寸上的缩小，这是一个巨大的突破。他同时还指出，科学仪器的开发不同于基础研究，不仅需要优秀的科研力量，还需要做好统筹、攻关等各个方面的工作。因此，北大在科技部的要求下，协同研发团队，成立了项目总体组，技术专家组和用户委员会，在空间和人员上都给予了大力支持，为的是确保项目顺利进行，早日取得研发成果，服务于相关产业，促进国家的经济建设。 　　吴学梯在表示祝贺的同时，在管理上提出了五点要求：该项目应以产品开发为目标，推动产业化 加强知识产权的保护和应用 应用好产生的知识产权，保证各单位的科研成果集成到科学仪器产品中来 落实法人负责制的各项要求，体现在法人对项目的服务、管理和监督三个环节，法人要为项目的实施提供切实的保障，并对科研和经费的使用进行管理和监督 加强协作，潜心开发，争取最终实现科研成果的产业化。 　　雷朝滋对科技部领导给予高校的科研工作特别是仪器专项的大力支持表示感谢，他强调，一方面要高度重视“国家重大科学仪器设备开发专项”的定位 另一方面，承担项目的高校要高度重视项目的实施，要在基础研究成果工程化、产业化方面发挥重要作用。 　　项目研发团队技术负责人颜学庆教授介绍，“超小型激光加速器及关键技术研究”将研发基于激光稳相加速方法的超小型离子加速器，攻克高对比和高光强激光、自支撑纳米薄膜靶、激光等离子体透镜、激光加速器超高流强离子束传输和激光加速器辐照研究平台等关键技术，建成首台超小型激光离子加速器装置。在此基础上开展激光离子加速器在核医学、空间辐射环境模拟、惯性约束聚变、国际热核聚变堆和高能量密度物理等领域的应用研究，促进我国科学研究在这些领域取得原创性科研成果。在国内选择具有代表性的单位开展高时间、高空间分辨率离子应用技术研究，以此带动和促进激光驱动超小型离子加速器在我国的应用和发展。 　　“超小型激光加速器及关键技术研究”启动会得到了项目技术专家组、项目用户委员会以及其他参与单位的大力支持。项目技术专家组杜祥琬院士、陈佳洱院士先后发言，对该项目的启动提出了指导意见。两位院士都强调了这一专项的产业化特色，能否实现真正产业化，是检验该项目成功与否的重要条件。他们对本项目寄予厚望，期待做出好的成果。项目技术专家组组长贺贤土院士组织了应用任务讨论环节，北京大学物理学院肖池阶研究员，复旦大学放射医学研究所教授邵春林，中国工程物理研究院激光聚变研究中心洪伟研究员和北京大学地球与空间科学学院宗秋刚教授纷纷发言，对项目开展提出了积极的建议和想法。 　　与会人员合影留念 　　项目专家组代表中国科学院高能物理研究所张闯研究员，中国科学院近代物理研究所副所长赵红卫研究员，上海交通大学盛政明教授，中国科学院物理研究所陈黎明研究员和清华大学鲁巍教授就项目的意义和技术路线先后发言，提出了很多宝贵建议。北京科技大学副校长孙冬柏和南京大学祝世宁院士作为项目监理组代表出席本次启动会议，孙冬柏在总结讲话中强调，高校中项目组织的工程化管理需要重视和加强，希望在项目执行过程中给予关注。 　　参会的嘉宾还有：中国科学院近代物理研究所李强研究员、胡步荣研究员、杜广华研究员，上海交通大学远晓辉副研究员，北京大学陆元荣教授、北京大学郭之虞教授、袁忠喜高级工程师、朱昆高级工程师、邹宇斌副教授，军事医学科学院毒物药物研究所赵宝全副研究员，复旦大学潘燕助理教授和秦皇岛开发区前景光电技术有限公司副总经理张宏林先生等。

西安光机所自2006年始，在中科院知识创新工程、国家自然基金的支持下，大功率光纤激光器的研究工作取得了快速发展，继2009年在国内首次实现全光纤激光输出功率突破1000W之后， 2010年，推出了第一代400瓦工业级全光纤激光器，该激光器实现了400瓦连续激光输出，得到业界的广泛关注，但第一代400瓦工业级全光纤激光器仅具备连续激光输出模式，且激光输出接口、通讯和控制接口也无法直接与工业应用接轨。 　　为了将该项科研成果快速应用于工业，服务于社会，经过1年多的技术攻关，2011年8月，西安光机所推出了第二代400W工业级光纤激光器，与第一代产品相比，该产品以市场需求为导向，在工作模式、红光导引、系统集成、通讯和控制接口等方面取得了较大的提升，实现了“插电出光”，可以直接应用于工业激光加工。 　　该产品输出功率连续可调，稳定性好，可靠性高，光、机、电、控制高度集成，具有连续和准连续两种工作模式，同时具备红光导引功能，可直接用于智能加工装备，易操作、免维护。 　　随着该项技术的快速发展，西安光机所已逐步具备了高功率光纤激光器的产业化能力，现已孵化出了西安久之光电有限公司，专业致力于高功率光纤激光器的研发与生产，以市场需求为牵引，为客户提供高性能光纤激光器和优质服务。 　　400瓦工业级光纤激光器

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

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日前，中科院长春光机所在国内首次研制出碱金属原子光学传感技术专用的795nm和894nm 垂直腔面发射激光器(VCSEL)。该器件采用完全自主的结构设计、材料生长和芯片工艺研制而成，芯片体积仅为0.05立方毫米(0.5mmx0.5mmx0.2mm)。器件高稳定单模态激光输出高于0.2毫瓦，工作电流低于1.5毫安，功耗低于3毫瓦，工作温度超过100℃，可作为核心光源用于芯片级原子钟、原子磁力计、原子陀螺仪等碱金属原子传感器。 　　基于原子光学技术的精密传感需要一些特定的波长(如795nm和894nm等)并且满足窄线宽、低功耗、可直接调制、单模和稳定偏振态的光源来激发碱金属原子。传统灯泵浦光源方案的传感器存在的体积大、功耗高、稳定性差等问题一直是困扰原子光学传感器小型化的主要难题。垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为一种新型的半导体激光器，具有窄线宽、低功耗、高调制频率、小体积和容易集成等特征，因此基于VCSEL的相干布居俘获(CPT)方法使得原子光学器件的微型化和低功耗应用成为可能。 　　目前，国外只有个别实验室和公司具有制作该类原子光学传感器专用VCSEL的能力。中科院长春光机所大功率半导体激光组在十余年研究基础上成功制备出性能符合要求的VCSEL器件，为国内原子传感器的研制提供了必需的核心元器件并掌握了自主知识产权，目前正在与国内相关单位开展合作研究，促进芯片级原子传感器的产品开发。这些产品将应用于航天、国防以及民用领域，例如：精密计时技术、单兵卫星精确定位，长航时远距离惯性导航，高灵敏度水下金属磁场测量等。 　　 795nm VCSEL 芯片(左)和TO46封装器件(右)

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

经由一根绣花针粗细的光纤，释放出的激光能量可焊接飞机、轮船。记者22日从武汉市获悉，我国首台万瓦连续光纤激光器在光谷问世，中国成为继美国后第二个掌握此技术的国家。 　　记者在武汉锐科研发中心看到，这台激光器虽然只有约两台冰柜叠加大小，它肚子里却藏着10块“能量方”，每块1100瓦，各产生一条激光束，10条激光束再汇聚到一根光纤，形成合力，最终产生1万瓦的强大能量。这项激光功率合束技术，被美国视为万瓦激光器的核心机密。 　　据悉，为打破垄断，两位国家“千人计划”专家闫大鹏、李成率队，历时一年研发攻关，终于掌握该技术的自主知识产权。 　　据了解，在国际上，光纤激光器越来越广泛应用于工业造船、汽车制造、航空航天、军事设备等领域。与传统二氧化碳激光器相比，它的耗电仅为其1/5，体积只有其1/10，但速度快4倍，转换效率高20%，还没有污染。 　　中国光学学会理事长、中国科学院院士周炳琨认为，过去，我国核心激光器件主要依赖进口，如今取得这一技术国际领先，对我国工业发展将产生巨大推动。 　　据透露，该技术已纳入明年的国家863计划。闫大鹏表示，年内有信心冲刺2万瓦技术，实现产值1.6亿元。

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“百夫长”激光炮就是将数个8千瓦级工业激光器并联。 　　林学春研究员(左一)与国外同行开展学术交流(科学报图片) 　　工欲善其事，必先利其器。 　　激光就是先进制造领域的一把利器，对一个国家的先进制造业发展有着至关重要的作用，而先进制造业的水平，体现着综合国力的强弱。 　　29岁就成为中国科学院半导体所最年轻的研究员，他最感谢的是他的导师、中国工程院院士许祖彦，导师不仅教给他扎实的基础知识，同时也教会他如何做人。 　　跨越鸿沟，就是一个全新的自己 　　2005年，博士毕业后来到半导体所科技处工作刚刚一年的林学春接到了一项艰巨的任务——筹建全固态光源实验室。 　　从无到有，往往要付出常人难以想象的努力。创建初期，林学春白天被科技处各种事务性工作填得满满当当，研究只能放在晚上做。大功率激光器实验危险性很强，水、电、光都集中到一个很小的区域，稍不留神，水溅出来会有灾难性的后果，看不见的激光射出来会把钢板烧个窟窿。而那时，实验室里只有林学春一个人在同时面对这些可能发生的危险。 　　危险，林学春不怕，但让他苦恼的是，如何才能得到理想的实验结果。很长一段时间内，他觉得自己离成功很远，想到研究所为实验室投入的那么多经费可能要付诸东流，他不免心急如焚。 　　一个能取得成功的人总是一个善于调节自己情绪的人。很快，他就豁然开朗了，要作出成绩必须先平静下来，有无所畏惧的决心和勇气。他把激光器部件一个个拆开，反复对比每一个参数，认真设计每一个步骤，经常在不知不觉中，发现窗外天已大亮。 　　尽管很累，但是他说，要感谢那段时间，因为在每天的坚持中，他不光看到了自己的进步，还锻炼了自己的意志，“现在我无论碰到什么困难都不怕，跟过去遇到的困难比起来小多了”。 　　跨越了鸿沟，成果接踵而至。实验室相继突破3kW、4kW、6kW和8kW激光输出，缩短了与国际上该领域的差距。2008年，以林学春作为项目负责人承担的“863”重点项目“高功率5千瓦全固态激光器”的课题“高功率全固态激光器研究”通过了科技部专家组严格评估，这是我国首次研制成功的满足工业需求的5千瓦级全固态激光器，并具有完全自主知识产权。这项成果对打破国际禁运、实现激光先进制造装备工程化具有重要意义。 　　进军“激光革命” 　　人类的文明史就是一部人类利用光的历史，激光则是迄今为止“最亮的光”，“激光革命”在改变着世界。让自己所制造的激光器服务于社会，在这场“革命”中取得一点小小的成绩，是林学春最大的心愿。 　　近年来，为加快科技成果转化，林学春及其科研团队以“工业应用需求”为导向，研制出一系列工业化高稳定性、高可靠性激光器及其装备，广泛应用于激光焊接、表面处理、精细加工和激光医疗等领域并取得了显著的成效。 　　他们研制的高稳定性全固态激光器被中国计量院作为标准光源，对国内的功率计进行标定。他们还开发出国内领先的1000W准连续(90ns)全固态激光器，用于船舶的除漆除锈等行业，目前应用于新加坡IDI激光有限公司。 　　林学春及其科研团队研发出的全固态高能量脉冲(12J/脉冲)激光器可以对金属表面进行毛化，使载货重轨能在雨雪等恶劣天气下正常行驶，技术将有望应用到高速铁路上，这将大大提高我国高铁在恶劣天气中的运营能力。 　　林学春团队研制出的工业用1～5kW高性能系列化全固态激光器于2010年成功与江苏省丹阳市天坤集团签订成果转化协议，直接为研究所带来了2000万元的现金收益。这项技术将广泛应用于汽车、船舶、航空、铁路等对国民经济起举足轻重作用的材料加工领域，对尽快扭转我国在先进制造领域关键成套装备基本依靠进口的局面，提高技术创新能力具有重要意义。 　　尽管如此，年轻的林学春一贯地谦逊：“我们只是在老一辈科学家引领下做了一些可供借鉴的工作而已，将来还有很多事情等着我们去做。”对于卓有成绩的青年科学家来说，这是难能可贵的。

成果名称 400um光纤耦合千瓦半导体激光器 单位名称 北京工业大学 联系人 李强 联系邮箱 ncltlq@bjut.edu.cn 成果成熟度 □研发阶段 &radic 已有样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产 合作方式 &radic 技术转让 &radic 技术入股 &radic 合作开发 □其他 成果简介： 　　400&mu m光纤耦合千瓦半导体激光头实物图 　400&mu m光纤耦合千瓦半导体激光器整机实物图 本项目研发的光纤耦合半导体激光器光纤耦合输出功率大于1000W，光束质量好，耦合光纤芯径400&mu m，光纤耦合效率大于96%，总的电光效率42.99%。样机集成激光模块、电源、冷却、控制等为一体，通过触摸屏实现激光器开关、输出功率设置、状态监测显示。激光器可以放置于机柜上方，也可以与机柜分离放置，适应科研应用及工业加工配合机床或者机械手的应用需求。产品化样机配备了用于激光焊接、激光熔覆的加工头，已进行了不锈钢等材料的激光焊接、激光熔覆加工应用。 本项目研发的高光束质量光纤耦合输出半导体激光器，采用标准的半导体阵列（10mm bar），避免采用特殊的半导体激光器所带来的器件成本增加；采用微光学元件对半导体阵列的发光单元重构、变换，单阵列输出功率高，组合阵列数减少，装配工艺相对简单，降低了制作成本；耦合传输光纤采用高功率石英传输光纤，提高激光器的传输效率和可靠性，满足推广应用的要求。 本项目创新点是采用标准的半导体阵列（10mm bar），通过微光学元件将阵列发光单元重构、变换的新方法，极大提高阵列的光束质量。本项目所研制的400&mu m光纤耦合千瓦激光器中，所使用的每一个半导体阵列都采用了该技术提高了光束质量，使得每个空间合束模块能够获得高功率、高光束质量的激光输出。 该项技术不仅可以应用于半导体激光器的直接应用，而且在用于泵浦源应用时，可以提高泵浦激光的功率密度，可以为提高输出激光的功率和光束质量。可以预期的是，利用该项技术，在现有的400&mu m光纤耦合千瓦激光器的技术基础上，通过合束更多的激光波长，获得2000W，甚至更高的激光输出功率，为工业应用提供更高功率的激光源。而且该项技术应用于泵浦固体激光器、光纤激光器等方面，提高了泵浦光的功率密度，也为实现高性能的固体激光器、光纤激光器等提供更好的技术支持。 应用前景： 输出激光光强分布图 半导体激光器与其他传统的材料加工用大功率激光器如 CO2 激光器、YAG 激光器相比，具有体积小巧，结构紧凑，是灯泵 Nd：YAG 激光器的1/3，光电转化效率高，节省能源，无污染，系统稳定性高，寿命长，维护费用低的特点。 目前大功率光纤耦合半导体激光器用于激光熔覆、激光焊接在中国处于启动阶段，国产光纤耦合半导体激光器，只能将标准半导体阵列激光耦合入大芯径光纤（芯径600&mu m以上光纤），由于激光亮度低，只能用于金属材料的激光熔覆。而本项目研制的400um光纤耦合千瓦半导体激光器，由于光束质量好，可直接用于激光熔覆、激光焊接、切割等领域，代替国外产品。 本项目开发的千瓦级光纤耦合半导体激光器除了具有国内外的半导体激光亮度的基础指标外，还具有其它优点：1. 自主开发，具有完全的自主知识产权；2.采用标准半导体阵列，使整体原材料成本降低20%－25%；3.空间合束组合模块后，进行偏振、波长合束的方法组合，使产业化中方便进行模块化工艺设计，适于大批量生产；4.采用微光学元件对光束进行整形，使装配难度及后端光纤耦合难度降低，从而降低生产成本；可附加多种功能，如指示光、光电探测器等，更灵活适应用于各种行业；5.多个半导体阵列模块可灵活组合，可方便为用户提供多种解决方案。 知识产权及项目获奖情况： 本项目开发的千瓦级光纤耦合半导体激光器受到北京市科学技术委员会首都科技条件平台资助，是自主开发产品，具有完全的自主知识产权。 专利情况： （1）大功率固体激光高效率光纤耦合方法，专利号：CN101122659A （2）激光二极管电极连接装置，专利号：CN100527532C

16岁少年Jack Andraka因为之前发明了一种廉价又准确的早期胰腺癌检测法而广为人知，最近他又发明了一种tricorder(三录仪，出自《星际迷航》)，并将参与 Tricorder X Prize的争夺。 Jack Andraka 　　Andraka是2013年的Intel International Science and Engineering Fair的得奖者，在2014年的ISEF大会上，Andraka展示了他的另一项发明：一种用于探测爆炸物、环境污染甚至可以检测癌症的手持设备(一种拉曼光谱仪)。目前，普通的拉曼光谱仪大小和一辆小汽车差不多，而且售价接近10万美元。Andraka发明的设备只要15美元，只有手机这么大。 　　Andraka解释说，拉曼光谱仪是一种通过向物体发射高能量激光从而分析出物体的化学组成的巨型设备，光这些高能量激光就要花费4万美元。Andraka的做法是利用现成的激光指示器，并用iPhone的摄像头代替光谱仪上的光电探测器(用于检测物质的化学组成)。Andraka说实际的结果和传统的拉曼光谱仪很接近。 　　这位年轻的科学家说他没有得到任何帮助，除了一部分工作是在约翰霍普金斯大学的一个实验室做的外，项目几乎都是他一手完成。 　　现在，Andraka已经在考虑将这个设备加入到他与其他ISEF得奖者共同开发的tricorder里去，而这也成为了他新的关注点。

一个国际科学家联合小组设计了新的强大激光系统，该系统有上千个光纤激光(fiber lasers)的阵列组成，可以用来在实验室进行基础研究和更加广泛的应用，如质子治疗和原子核嬗变。 　　激光可以提供非常短暂的测量手段，可以精确到飞秒(10^-15)，瞬间释放的功率可以高达10^15瓦，是全球发电功率的上千倍。然而，阻碍高强度激光广泛应用的有两个方面：一是高强度激光通常每秒只能发出一个脉冲，而实际应用中则要求能提供上万次脉冲 二是高强度激光能量利用率非常低，输出的激光能量只是输入电能的很小一部分，大部分以热能的形式散发，在实际应用中要保持稳定的高功率输出是非常不经济的。 　　最新研发的这种&ldquo 光纤激光&rdquo 阵列不但能提供稳定的光脉冲，而且能量利用效率也大大提升。科学家可以利用它研制一种紧凑型粒子加速器(Compact accelerators)，可以在数厘米的距离上把粒子的能量提升到很高的水平，而传统的粒子加速器的加速距离则高达数公里。当今天的加速器体积做的越来越大，耗资越来越高的时候，这种用激光驱动的加速器会越来越受到青睐，或许新一代LHC会采用这种手段。 　　紧凑型加速器在医学领域也有很强的应用需求，可以用来对癌症病人进行质子治疗。在工业领域可以用来处理核反应堆生成的核废料，缩短放射性同位素的半衰期，从数十万年降低到几十年、甚至更短，大大减少了对环境的危害性。

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

自2006年汽车产业率先突破千亿大关后，湖北的千亿产业一路小跑，划出一道靓丽的上升曲线。截至2012年底，汽车、钢铁、石化、电子信息、食品、纺织、机械、电力、建材、有色金属等十大“台柱”产业支撑湖北经济快速发展。肩负工业强省重任，走新型工业化道路，湖北哪些产业将策动经济实现弯道超车? 　　为此，记者多方探寻未来助力湖北经济快速发展的源动力。 　　作为中国激光技术的发源地、先行者、排头兵，湖北汇聚了大批激光领域的优秀技术人才和研究成果，但在激光业的产值上，湖北激光业先后被广东、江浙和环渤海地区超越。用“起了个大早，赶了个晚集”这句俗语来形容湖北激光产业，再恰当不过。 　　在新一轮竞争中，如何发挥湖北激光技术优势，向激光产业大省迈进? 　　“成为下一个千亿产业，激光业有很大的潜力”。全国政协常委，湖北省工商联主席赵晓勇去年曾对湖北激光业的发展有过深入的调研，日前在接受记者采访时感叹：我省激光业在经历了萌芽、突破性、规模化发展阶段后，目前已经进入进阶发展阶段，只要打通全产业链的发展链条，激光业将有望实现千亿产业的大跨越。 　　竞争比拼日趋激烈 　　赵晓勇提供给本报的一份《关于推动湖北千亿元激光产业建设的建议》的调研报告显示：经过十多年的发展，截至2011年底，武汉地区规模以上(产值1000万以上)激光企业仅26家，其中包括，产值规模过亿元以上企业7家、5亿以上企业3家、10亿以上企业2家、15亿以上企业1家(团结激光) 在全国规模以上激光企业数量占比25%左右，其中，激光装备制造规模以上企业占比40%左右，全国第一。 　　而深圳大族激光一家以民用激光为主营方向企业，2011年的营收总额就超过36亿元，远远超过湖北相关激光企业的营收。 　　不仅在单个企业的比拼上，湖北不如外省，在全省或地区激光产业的产值上，截至2011年，约150亿元产值的湖北，也远远落后于国内相关省份，处于“抱着技术、却饿肚子”的尴尬境地：数据显示，2011年，广东地区激光设备产值虽然仅35亿元，但激光加工及激光制品产值达到260亿元以上，在激光应用领域排在全国第一位。 　　不仅广东的激光业产值后来居上，长三角、环渤海湾地区特别是辽宁依托庞大的经济规模和快速的产业升级，激光产业发展大有后来居上之势。去年初，辽宁省在鞍山市规划建设我国首个以激光技术为特色的产业园辽宁(鞍山)激光科技产业园，最终打造成集激光技术研发、应用和生产为一体的国家级激光产业基地，目标产值1000亿元。 　　“广东等华南地区激光业后来居上，源于其先天优势。”华工科技常务副总裁、华工激光董事长、总经理闵大勇分析，最近10年，当地企业承接了来自世界的代加工服务，要求其适合激光产业的应用，所以激光加工及其制品的产值比较大。这既是区位优势使然，也是市场资源配置的结果。 　　有望彰显集群效应 　　后来者居上，激光产业的竞争日趋激烈，在技术上更占优势的湖北，怎样才能立于不败之地?记者在多日的调研中获悉，湖北已悄然擂响了“打造激光千亿产业”的战鼓：相关部门已为激光产业的发展筹划并完善产业规划。 　　借助东部产业转移，以及中部崛起等外围政策和环境的变化，湖北激光业也正在迎接着“美好时光”。 　　面对这样的机遇，赵晓勇建议：目前仅依靠单个企业自发的发展壮大的动力还不足，还要把分散的动力集合起来，推动其发展。延伸产业的覆盖面，使企业合作，产业合作，区域合作，技术合作有效地结合起来。逐步完善激光产业的产业链条。 　　闵大勇也表示：“政府搞好产业规划、引导及招商，可以极大促进武汉激光产业。” 　　公开资料显示，东湖高新技术开发区拟在左岭新城筹建目前国内最大的激光产业基地。根据武汉官方说法，该基地一期工程预计5年建成，届时，园区科工贸年生产总值可达300亿元，创税25亿元并间接带动相关产业生产总值500亿元左右，最终基地将打造千亿激光产业链。 　　据了解，正是基于光谷激光产业的这种集群效应，截至2012年底，仅华工科技就将国家千人计划人才徐进林等12位全球顶尖激光人才收入麾下。如今，华工激光从上游激光器到下游激光先进精密微细加工装备、大功率数控激光加工系统、激光再制造系统，已形成完整的产业链。 　　湖北优势下的“加速度” 　　闵大勇估算，激光产业链产业规模往下游成几何级数放大增长，1个单位的激光材料产值，将产生约10倍的激光器产值、约5—10倍的激光系统集成产值、约20倍激光应用产值。 　　“激光产业特征就是规模不大，所有新的市场开拓都是基于不断发现新的应用领域。”闵大勇称。 　　去年6月，华工科技公司与武钢研究院历时两年合作，开发出了国内首套激光拼焊机组，并将投入使用。武钢将在全国建20条激光拼焊设备生产线，建成后年产值将达百亿元。 　　不仅华工激光，在湖北规模最大的团结激光、产业品类最全的楚天激光也都拥有自身的拳头产品。 　　楚天激光2007年底与欧洲一流的激光系统制造商—意大利ELEN集团合资组建武汉奔腾楚天激光公司，专业生产经营中高功率激光切割设备，如今在国内占有重要市场份额，还实现批量出口，该公司已成为我国航天器精密加工装备的供应商。 　　而团结激光下属武汉科威晶激光公司2007年产值仅1000万，得益于国际合作，2011年产值突破2亿元。 　　“我感觉，5年左右，中国将取代日本，在激光产业与美国、德国形成三强鼎立的格局。”闵大勇称。 　　他山之石 　　在美国，受激光技术应用影响和推动的国民经济年产值约为7.5万亿美元，涉及生物与国民健康、交通与能源、通信与IT业、文学艺术与制造业等。 　　在我国，激光技术在国民经济中逐步显现放大效应。 　　2011年，全国激光产业总产值约1100亿元。其中，激光设备销售收入约300亿元，产业链下游的激光加工服务业约350亿元，激光制品约450亿元。

2012年11月15日，受国家数控机床专项办委托，湖北省科技厅组织专家在武汉召开了由华工激光工程有限责任公司、武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司和华中科技大学完成的“4kW全光纤激光器”科技成果鉴定会。 　　“4kW全光纤激光器”是国家重大专项“高档数控机床与基础制造设备”的子课题，项目成果主要运用于飞机、船舶、汽车制造及军工领域。 　　项目鉴定专家委员会主任委员、中国光学学会理事长周炳琨院士指出，项目项目承担单位用不到2年的时间，在国内率先研发出拥有完整自主知识产权的4kW全光纤激光器，填补了我国在此方面的空白，达到国际先进水平，并获得或申请国家发明专利5项，实属不易。 　　光纤激光器因体积小、节能环保、光束质量好等多方面的优势，被誉为第三代最先进的工业加工激光器，该项目的成功研发及产业化将彻底改变我国高功率光纤激光器依赖进口，核心技术和知识产权受制于国外的状况，为我国高功率数控激光加工系统嵌入“中国心”。达产后将形成年产200台套的生产能力，销售收入逾2亿元。 　　鉴定专家组还莅临锐科光纤激光公司进行现场考察，对锐科公司的研发和产业化能力给予高度评价。 　　湖北省科技厅郑春白副厅长、科技厅成果处黎苑楚处长出席了鉴定会。

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

前言　　我国“十二五”、“十三五”期间，我参加了几个国家科技部重大仪器专项中有关便携式激光拉曼光谱仪器及其应用专项方面的专家组工作 通过接触这些项目，结合我本人过去从事激光拉曼光谱仪器及其应用的工作实践，有一些体会。这里想介绍一点便携式激光拉曼光谱仪器及其应用的有关问题，供有关科技工作者参考。　　目前科技工作者们都在关注便携式激光拉曼光谱仪器及其应用的最新进展，世界各国正在争先恐后的研发各类便携式激光拉曼光谱仪器。在我国目前有20多家企业(含外资企业)在研发、生产各类便携式激光拉曼光谱仪器 国外也有很多仪器公司都在加强便携式激光拉曼光谱仪器及其应用的研发，所以，本文重点介绍《便携式激光拉曼仪器及其应用的最新进展和有关问题》。　　一、仪器的最新进展　　1)仪器的S/N(表征仪器的灵敏度)大幅度提高　　目前，国内外的便携式激光拉曼光谱仪器最新进展中，最突出的体现之一是S/N的提高。因为从仪器学理论讲，激光拉曼的灵敏度与光源(激光器的稳定性、波长等)、主机(单色器的光谱带宽、杂散光、光栅和准直镜、物镜的口径等)、光接收器(CCD的灵敏度、CCD的噪声N、稳定性等)、放大器(噪声N、稳定性、放大倍数等)等密切相关。所以，光源为785nm的便携式仪器，直接测量的S/N一般在1000:1以内，不可能达到10000以上。但是，随着化学计量学的发展，仪器的软件、特别是各种算法突飞猛进。例如：北京西派特公司研发的785nm新型ExR510便携式激光拉曼光谱仪(以下简称ExR510)，由于采用一种我国独具知识产权的、消除荧光背景和降噪的专利技术，使得该仪器直接测试的S/N优于2000:1以上。北京大学在他们使用西派特的ExR510时，对仪器进行了考查，发现直接测量ExR510的信噪比可以达到2400:1，为目前国际上同类仪器的领先水平。但是，随着软件、算法的发展，仪器的S/N还会进一步大大提高。　　2)仪器的分辨率大大增强　　国际上的便携式激光拉曼光谱仪器中，单色器的焦距一般都在75mm左右(甚至更小)。在这么小的便携式激光拉曼光谱仪器上，要得到相对高的分辨率是很难的，所以目前国际上的这类便携式激光拉曼光谱仪器的分辨率都在4-12cm-1之间!因为从仪器学理论来看，大家都知道，光栅理论中分辨率(SBW)的数学表达式为：　　SBW=[1/(mf/d cos θ)] b = d ×cos θ× b /mf　　法国JY公司的HR800大型台式激光拉曼光谱仪的焦距为800mm，仪器采用优质光栅、三级光谱、狭缝可调，但是，分辨率只是0.5-0.8cm-1左右。所以，有些公司给出焦距75mm的便携式激光拉曼光谱有仪器的分辨率为1.27cm-1，从理论到实践都是做不到的。　　但是，仪器的分辨率大大增宽，无疑是最吸引科学家眼球的关注焦点之一。北京西派特的ExR510，采用了特殊的专利软件处理，使得75mm焦距的便携式仪器的分辨率大大增强，该仪器经北京计量测试研究院测试，分辨率为2.8cm-1，为国际同类产品的领先水平。　　3)新型的激光拉曼光谱仪器不断涌现　　(1)2017年，安捷伦推出了四款最新的拉曼专利技术：其中，空间位移拉曼光谱(Spatially Offest Raman Spectroscopy，简称SORS)、透射拉曼光谱(Transmission Raman Spectroscopy ,简称TRS)相当先进。SORS的用途非常广泛,TRS更加优越，做定量分析检测时，比SORS准确度更高。安捷伦最近推出的四款拉曼产品，其中，SORS和TRS是代表产品。　　(2)2018年3月，必达泰克推出新型透视拉曼光谱仪STRaman，获得了2018年3月美国匹兹堡分析化学和光谱应用会议暨展览会的卓越金奖。这是应该特别值得重视的消息，该仪器突破了传统拉曼技术障碍，可以透过视觉不透明的包材和涂层，收集内部样品的拉曼信号。该仪器由先进的算法、高度智能化的分析软件、高通量光谱仪及增加采样深度和面积的专用探头组成 所有元部件都高度集成在一套便携式系统中，可以非常简便的在现场或实验室使用。据称STRman是具有快速、无损分析领域应用的、较为理想的分析检测工具 例如：在食品、制药、法医、刑侦、特殊化学品工业领域应用等等。　　(3)南京简智仪器公司最近推出了首款便携式差分拉曼光谱仪。上世纪九十年代提出的差分拉曼方法，由于多种因素(例如：两个光源无法同时测量、导致受激发射光谱和散射光谱两张原始光谱产生差异、还有算法问题等)，一直使之无法形成产品。南京简智公司经过努力，攻克了很多难题，终于研发成功了便携式差分拉曼光谱仪。据报道，该仪器具有抗干扰、大信噪比、滤除杂峰等优点。可以直接测量高荧光物质、深色物体等等，是一款好仪器。　　(4)联用技术的大发展是当今世界上分析仪器发展的主要潮流之一。往往一种技术解决不了的问题，两种技术联用，就会迎刃而解了，就会出现一片广阔天地。由原总后牵头的，国家科技部“十二五”重大仪器专项中的《薄层扫描-便携式激光拉曼光谱联用仪器及其应用》(本人为项目技术专家组组长)，已经通过国家总验收 该仪器解决了食品、中药产品中薄层色谱和拉曼光谱无法单独解决的分析难题。仪器具有体积小、重量轻、自动化程度高等特点，该仪器为国际首创.　　二、应用的最新进展　　1、应用领域越来越广　　例如：　　1)药物分析：原材料辅料分析鉴别、原研药分析、药物晶型分析、合成反应监控、假药甄别、注射液成分分析，包装材料鉴定。　　2)化学危险品：具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等性质，对人体、设施、环境具有危害的剧毒化学品和其他化学品鉴别。　　3)地质/珠宝：珠宝鉴定，矿物分析。　　4)食品分析：非法添加、农药残留等。　　5)聚合物材料：分子结构、结晶结构、取向结构、成分定量分析、相结构、聚合反应动力学、形变、老化等。　　6)催化材料：动力学研究，分子筛骨架结构分析，物相变化。　　7)半导体材料：成分鉴别、结晶结构、晶体取向、应力和应变。　　8)石墨烯、碳纳米管及其他碳材料表征。　　9)复合材料：表征及微观力学研究。　　10)无机材料：很多无机材料是中心对称的振动，红外光谱不敏感，而拉曼光谱具有很明显的优势。物质鉴别，结构测定，材料合成研究。　　11)地质/珠宝：珠宝鉴定，矿物分析。　　还有很多领域可以应用下、便携式激光拉曼仪器，在此不再赘述。　　2、SERS技术的引入得以实现　　众所周知，SERS效应的发现，使普通拉曼散射光谱方法无法或很难开展的研究工作出现了新的转机，再加拉曼光谱所特有的高选择性，使SERS在许多领域中得到广泛的应用。目前，与普通拉曼散射光谱相比，SERS的增强因子可达104～107。虽说SERS技术还有很多不完善之处，但仍然得到了大家重视。　　3、已经实现五组分定性、定量分析　　传统的激光拉曼光谱技术，一般只能对单组份或三组分样品进行定性分析检测，很难进行定量检测。而目前正在大发展的便携式激光拉曼光谱仪器，由于软件算法上的突破，已经可以进行五组分定性、五组分定量分析检测。以下以我主持鉴定会的北京西派特公司的ExR510为例，给大家分享一下拉曼光谱对五组分的样品进行定性、定量分析检测的案例。　　1)ExR510对五组分醇定性分析测试结果　　因为醇类物质的谱线较宽、容易重叠、分离难度大，为了说明问题，所以他们选择对5种醇混合物进行测试，五组分定性测试结果如下图：仪器条件：激光785nm 功率10级 扫描次数10次 积分时间12S。　　2) 对五组分醇定量分析结果　　在上述仪器条件下，准确称量并配制甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇和异丙醇的混合溶液，各组分醇的具体称量值、混合液标样的含量、用定量算法得到的实测含量和计算误差列表如下：样品 标样含量（%） 实测含量（%） 误差（%） 甲醇（0.4437g）17.7416.13-1.61乙醇（0.4649g）18.5819.320.74乙二醇（0.6661g）26.6329.102.47丙三醇（0.4755g）19.0114.48-4.53异丙醇（0.4514g）18.0420.972.93　　上表数据是用上图结果采用“子空间向量夹角法”计算出来的，这个算法是西派特公司的专利。　　4、消荧光干扰、扣背景技术有重大突破　　荧光干扰是激光拉曼的天敌。所以消荧光干扰或扣背景技术具有及其重大的意义。我主持鉴定会的北京西派特公司的ExR510，对实际样品分析检测结果令人非常满意：　　(1)单组分定性分析检测时消荧光和匹配度的效果：　　①滑石粉(弱荧光物质)定性检测：滑石粉 检测的匹配度：0.999　　仪器条件仪器条件：ExR510 便携拉曼光谱仪 激发光源：785nm 积分时间：10s 功率等级：10级　　②对重钙定性测试时消荧光和匹配度的结果：匹配度达到0.999　　仪器条件：ExR510 便携拉曼光谱仪 激发光源：785nm 　　积分时间： 10s 功率等级：10级　　5、食品药品快检技术的进展　　“十二五”国家科技部重大仪器专项，“TLC-LR联用仪器及其应用研究”，完成了药品快检专用软件工作站，完成了化药的假药与中药掺杂违禁化学药品的快速检测与远程智能判别。完成了一键式对化学药和中药掺杂的快速检测。研发成功了国际首创的TLC-SERS-LR联用仪器 建立了多种拉曼光谱快检数据库，包含：300余种基药 50种品牌药 500种上市药物活性成分 100种常见药用辅料 8种国抽药品 标准操作规程4项。建立了多种化学药品的检测方法 过期药回收再利用检测方法 仿制药冒充原研药的检测方法等等。下图是专家测评现场：　　三、几个有关问题　　1、科技工作者必须实事求是　　科技工作者应该是最实事求是的人。但是很多科技工作者不是这样。例如：目前国产的许多便携式激光拉曼仪器(包括其它各类常规型、普及型、基础型的仪器)不但不比进口的差，相反，在主要性能指标(如S/N、分辨率等等)上、在实用性上、在性价比上都优于同类进口仪器，都能满足使用要求。但是，有些领导和科技工作者就是要说“进口仪器总比国产的好”。就是要花大价钱去买进口仪器，这样的例子举不胜举。这就是不学习、不调查、闭着眼睛说瞎话、不实事求是的表现。还有，中国分析仪器行业里，目前有不少人不懂装懂，明明自己没有受过仪器学的熏陶，明明自己不懂仪器学，但是在各种仪器专业学术会上，在仪器评审会上、特别是仪器鉴定会上，他们却高谈阔论，经常说一些外行的话 本来有国际先进水平的仪器，因为他们不了解、他们不懂，他们就不敢写出真实水平的评价。以至鉴定会得出错误或名不符实的结论。所以，科技工作者只有认真学习、懂一点仪器学、只有实事求是，才能正确的评价进口仪器和国产仪器，才有可能正确大胆使用能满足使用要求的国产仪器、才能站在民族的高度支持、保护国产仪器。　　我们说，过去(80年代以前)因为我国的基础不好等多种原因，我国分析仪器的确都不行。但是现在，常规、基础、普及型仪器都不错。虽说质量上各有千秋，但是基本上都能满足使用要求。目前有些高端仪器我国与发达国家的差距还较大，但是高端仪器市场小，赚钱不多。我们要从民族高度看问题，严防上当。　　从仪器学和应用的实践要求来看，我认为目前有很多产品宣传不实在。我诚恳的建议或希望大家要站在实事求是的立场上宣传产品。(特别是对国外公司产品，中国人应该站在客观立场上实事求是宣传，不能自觉或不自觉的帮助外国人忽悠中国人)；我希望在外国公司工作的中国朋友们，要把国外好产品引进中国。希望从事分析检测的朋友们、使用者、买仪器者，评价仪器时，要实事求是、要特别重视仪器的可靠性(特别是要重视影响检测误差的关键指标的可靠性)，这是根本性的问题。尤其是激光拉曼领域，正处在群雄争霸、鱼目混珠的时期，建议使用者实事求是、买仪器时采取盲样比对测试、全面综合权衡后，决定买哪家的仪器，绝对不能盲目迷信国外产品。这个原则适用于所有使用分析仪器的科技工作者，建议大家一定要重视，严防上当。　　2、应该大胆使用能满足要求的国产光谱仪器　　今天我国的常规、基础分析仪器很多都不比同类进口仪器差，已经完全可以与国外抗衡(指标优于、相当、不够)。特别是便携式激光拉曼光谱仪器，我们国家目前有很多家在生产。虽说仪器的水平、质量等各有千秋，但是，要看到“抗衡”这个问题。我们千万不要迷信进口仪器。今天，我从仪器学理论和分析工作的实践相结合的角度、从使用的适用性角度、从仪器的可靠性和性价比角度等方面，全方位的、负责任的告诉广大读者：目前我国的常规仪器已经可以与国外抗衡了。例如：国产ExR510的主要技术指标处在国际领先水平 南京简智仪器公司的便携式差分拉曼光谱仪可以直接测量高荧光物质、深色物体等等。　　目前在便携式激光拉曼光谱仪器方面，外商在我国占有很大的市场，而国外产品不比国产的同类产品好，所以我们必须加倍努力，去占领市场。因此，我再次呼吁：我们要正确评价国产仪器和进口仪器。正确认识国产仪器和进口仪器。正确处理国产仪器和进口仪器的关系。既不要盲目迷信进口仪器，又不要盲目排外。国外好的仪器、我国还不能生产的高端仪器，我们要引进、要消化、要吸收、要为我所用。国外搞虚假指标欺骗我们的各种仪器，我们要大胆批评。同时我们在打破误区后，还必须要看到差距 中国常规仪器与国外的主要差距是：工艺、软件、附件。只有看到了差距，才有赶超的动力。大家应该团结起来，打破误区，努力赶超分析仪器和应用的国际先进水平。　　3、建议分析仪器研发、生产和分析仪器应用工作者重视仪器学理论的学习　　仪器学理论是一种综合性学科的理论，是一门涉及到多个领域的、复杂的、交叉的、边缘学科的理论，是涉及到光学、机械学、电子学、计算机、应用等各个领域的理论，特别是现代分析仪器及应用工作者，都离不开这些方面。作者通过实践，深深认识到只有掌握了一点仪器学理论知识，才能知其然知其所以然、才能研发和生产出稳定性好可靠性好的仪器、才能把仪器用到最佳水平、得到最佳的分析检测结果。为此建议大家参考：　　李昌厚著，《仪器学理论与实践》(仪器学理论与光学类分析仪器整机及关键核心部件的设计、制造、测试、使用和维修)，北京：科学出版社,2008。　　作者在大学里学仪器，毕业后既使用仪器，又研发仪器 该书从理论到实践，总结了作者研发、使用各类分析仪器的经验和教训。对研发分析仪器、生产分析仪器、使用分析仪器、维修分析仪器的科技工作者都有参考价值。(李昌厚 中国科学院上海生物工程研究中心 200233)　　李昌厚，中国科学院上海生物工程研究中心原仪器分析室主任兼生命科学仪器及其应用研究室主任、教授、博士生导师、华东理工大学兼职教授，终身享受国务院政府特殊津贴。　　　　主要研究方向：分析仪器及其应用研究 长期从事光谱仪器(紫外吸收光谱、原子吸收光谱、旋光光谱、分子荧光光谱、原子荧光、拉曼光谱等) 色谱仪器(液相色谱、气相色谱等)及其应用研究 特别对《仪器学理论》等有精深研究。　　以第一完成者身份，完成科研成果15项。由中科院组织专家鉴定 其中13项达到鉴定时国际上同类仪器的先进水平，2项填补国内空白 以第一完成者身份获得国家和省部级(中国科学院、科技部、上海市)科技成果奖5项(含国家发明奖1项) 发表论文183篇，出版专著5本 曾任中国仪器仪表学会分析仪器分会第五届、第六届副理事长；国家认监委计量认证/审查认可国家级常任评审员、国家科技部“十五”、“十一五”、“十二五”和“十三五”重大仪器及其应用专项的技术专家组成员或组长、上海市科学仪器专家组成员、《光学仪器》副主编、《生命科学仪器》副主编、《光谱仪器与分析》副主编等十多个学术团体的领导职务。曽经先后担任过：北京普析通用、北京瑞利、北京西派特、无锡高速分析仪器厂、无锡英之诚、常州玉宇光电、上海安杰科技、美国(香港)ISCO科技公司等等多个高科技公司和学术团体的技术顾问，为这些公司和有关学会联合召开的各类技术交流会、技术培训会等讲课500次以上。为全国各类学术会议做学术报告100次以上。

多年来，大族激光研发并生产了一系列激光设备，不断满足世界工业对激光应用的各种需求。为迎合中国国内市场的急速发展，大族激光一直在积极地寻求高质量零件供应商，确保随时为客户提供高精度、便利、耐用的激光设备方案。在本案例分析中，大族激光选择雷尼绍RGH24光栅作为其音圈电机的位置反馈系统。 作为在中国深圳上市的公司，大族激光是一家集技术研究、开发、生产及销售为一体的高科技企业。它在世界激光行业中处于领先地位，年出货量高达10 000台！其旗下拥有众多子公司，包括大族电机科技有限公司，大族数控科技有限公司等，为不同领域的客户（如诺基亚、大众汽车等国际企业）提供专业的激光设备和应用方案。公司产品齐全，如激光打标机、切割机、焊接机、电机配件等。大族激光通过自主研发把&ldquo 实验室装置&rdquo 变成可以连续24小时稳定工作的激光技术装备，是世界上仅有的几家拥有&ldquo 紫外激光专利&rdquo 的公司之一。 2004年至今，大族激光从雷尼绍购买了10 000多套光栅系统，广泛应用于各类产品上。 大族激光集团总部 激光打标机内的音圈电机 音圈电机的工作原理是将电信号转换成机械力，当永磁磁铁之间的线圈通电时，磁场改变，从而产生力，产生的力会驱动永磁磁铁之间的线圈组运动；通过控制电流大小，可使线圈在永磁磁铁之间来回移动，从而产生线性运动。与其他电机不同，音圈电机具有一流的线性特性，例如直接驱动、零齿槽刀、轻动子高响应和带宽、动子及定子无磨损等。&ldquo 直接&rdquo 驱动的特性使音圈电机广泛应用在一些距离短但需要较高加速度的直线运动的场合。大族激光旗下的大族电机不但把音圈电机在市场上作为零件出售，还将其广泛应用在集团生产的激光打标机上。 研发部总裁王光能先生说：&ldquo 打标机需要在材料上打出立体效果的标签，我们必须通过运动反馈系统来控制镜子，在极短的时间内引导激光定位到相应位置上，雷尼绍正好能提供这方面的产品。&rdquo RGH24读数头通过光学原理在光栅尺上读取数据，与接触式系统相比，这种非接触式设计能够使音圈电机在位置控制上高速运转，并保证了高重复定位精度。除了应用在激光上之外，音圈电机还可以用于医疗检测仪器、精细位置控制和电脑硬盘生产等等。 音圈电机工作原理 音圈电机 体积轻巧 音圈电机是一个理想的线性促动器，在短距离（微米到厘米）位置控制上具有极佳的效果。雷尼绍光栅尺安装在音圈电机活动部位上，读数头则被固定。由于音圈电机需要保持其高输出／重量比例数值，因此光栅尺必须轻巧，以维持最高加速度。王总说：&ldquo 我们在选择光栅尺的时候，尺子的重量是我们考虑的首要问题。通过比较几家供应商的产品，我们发现雷尼绍RGS20光栅尺十分轻巧，满足需要的同时，又不影响电机的效率。&rdquo 雷尼绍RGS20光栅尺使用轻巧材料制成，厚度仅0.2 mm，在音圈电机上几乎是不载重量，完全不影响电机的快速运转。由于使用音圈电机的机器空间一般都比较有限，因此包括电机位置控制的部分要尽量设计得轻巧。设计师在市场上选择读数头时需要考虑体积问题，读数头必须能够固定在狭小的空间内，配合光栅尺运动，从而控制电机位置。 王总说：&ldquo 在市场上同类产品中，雷尼绍读数头设计轻巧，质量和体积都能令人满意，并且其他性能不受影响。&rdquo 王光能 大族激光打印机 安装简单 一般光栅系统的安装过程主要包括三个步骤：安装和固定光栅尺、安装读数头以及校准。王总说：&ldquo 雷尼绍光栅系统的整个安装过程十分简单，看过雷尼绍工程师安装一次后，我们的第二台机器就能自己安装了，而且过程快捷便利，看了指示灯就能知道安装过程是否正确。&rdquo 雷尼绍RGS20光栅尺成卷存放，用户在使用时可根据用途自行裁剪所需要的长度。在大族激光的音圈电机设计上，行程距离只有10到20 mm，王总说在市场上找到相同尺寸的光栅尺比较困难，而按需裁剪的设计解决了这一难题，为他们带来了便利。 王总继续说：&ldquo 我们不需要打孔或其他工具辅助，只要把光栅尺背面的双面胶撕掉，贴在预先定好的位置上就可以了。这种设计使我们能够根据需要灵活应用，我们可以自己裁剪光栅尺的长度来决定电机的行程距离，完全不受供应商的限制。&rdquo 此外，雷尼绍读数头上装有专利LED指示灯，使安装和校准过程变得简单快捷。用户通过观察LED指示灯的颜色，便可知道安装是否成功。 RGH24 展望 自2004年至今，大族激光与雷尼绍合作已有8年时间，展望未来，王总说：&ldquo 我们大族会在激光行业中继续开发新产品和技术，为客户提供高质量的激光设备；同时我们也会在其他领域，如LED、太阳能等新能源课题上投入资金进行研发。希望在不久的将来，大族能成功开发出与激光设备一样出色的产品，为全球用户提供可信赖、高品质的工业设备。&rdquo -完- 如需了解雷尼绍更多产品，请访问www.renishaw.com.cn 关于雷尼绍 英国雷尼绍公司于1994年在北京开设了第一个办事处，并于2000年在上海设立了办事处。目前，在中国共设有三个分公司和八个办事处，员工近百人。公司产品广泛应用于机床自动化、坐标测量、快速成型制造、比对测量、拉曼光谱分析、机器校准、位置反馈、形状记忆合金、大尺寸范围测绘、立体定向神经外科和医学诊断等领域。雷尼绍集团目前在32个国家或地区设有分支机构，员工逾3000人。 -完- 详情请联系： 张晶 (Grace Zhang) 市场助理 Marketing Administrator 雷尼绍（上海）贸易有限公司北京分公司 电话： +86 10 510882882 *1001 电邮：Grace.zhang@renishaw.com

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

美国耶鲁大学的科学家开发出一种新的半导体激光器，成功解决了长期困扰激光成像技术的&ldquo 光斑&rdquo 问题，有望显著提高下一代显微镜、激光投影仪、光刻录、全息摄影以及生物医学成像设备的成像质量。相关论文发表在1月19日出版的美国《国家科学院学报》上。 　　物理学家组织网1月20日报道称，全视场成像应用近几年来已经成为众多研究所关注的焦点，但光源问题却一直未能得到解决。这项由耶鲁大学多个实验室合作完成的项目成功破解了这一难题，为激光成像技术大范围的应用铺平了道路。 　　耶鲁大学物理学教授道格拉斯· 斯通说，这种混沌腔激光器是基础研究最终解决实际应用问题的一个典型范例。所有的基础性工作，都是由一个问题驱使的&mdash &mdash 如何让激光成像技术更好地在现实中获得应用。最终，在来自应用物理、电子学、生物医学工程以及放射诊断等多个学科的科学家努力下，这一问题得到了解决。 　　此前，科学家们发现激光在成像领域极具潜力。但&ldquo 光斑&rdquo 问题却一直困扰着人们：当传统激光器被用于成像时，由于高空间相干性，会产生大量随机的斑点或颗粒状的图案，严重影响成像效果。一种能够避免这种失真的方法是使用LED光源。但问题是，对高速成像而言，LED光源的亮度并不够。新开发出的电泵浦半导体激光器提供了一种不同的解决方案。它能发出十分强烈的光，但空间相干性却非常低。 　　论文作者、耶鲁大学应用物理学教授曹辉(音译)说，对于全视场成像，散斑对比度只有低于4%时才能达到可视要求。通过实验他们发现，普通激光器的散斑对比度高达50%，而新型激光器则只有3%。所以，新技术完全解决了全视场成像所面临的障碍。 　　论文合著者、放射诊断和生物医学助理教授迈克尔· 乔马说：&ldquo 激光斑点是目前将激光技术用于临床诊断最主要的障碍。开发这种无斑点激光器是一项极其有意义的工作，借助这一技术，未来我们将能开发出多种新的影像诊断方法。&rdquo

在&ldquo 十二五&rdquo 863计划新材料领域&ldquo 先进激光材料及全固态激光技术&rdquo 主题项目支持下，中国科学院上海光学精密机械研究所承担的&ldquo 千瓦级光纤材料及全光纤激光器&rdquo 课题取得重大进展，在近期通过了课题技术验收。 　　课题解决了低光子暗化掺镱光纤、高功率光纤光栅、高功率泵浦合束器的国产化制备技术，开发出双包层光纤、光纤光栅和泵浦合束器系列产品或样品，形成了一套拥有自主知识产权的高功率光纤材料与核心部件的制备工艺技术，所开发的掺镱光纤与核心部件应用在千瓦级光纤激光器产品中。 　　掌握了千瓦级全光纤激光器的整机集成及规模化生产的关键技术和相关工艺，实现了数百瓦到千瓦级单模全光纤激光器的批量化生产，打破了国外垄断。所开发的系列高功率全光纤激光器已在金属薄板切割、焊接等领域获得重要应用。 　　课题实施期间，成立了2家专业从事高功率光纤激光器研发生产的高科技公司，组建了专业化的生产示范线，实现了数百瓦到千瓦级光纤激光器的产业化。2012年，形成了小规模生产销售能力。 　　作为目前先进的工业加工用高功率激光器，单模千瓦级以上全光纤激光器我国还大量依赖进口。高功率全光纤激光器与智能机器手技术相结合，使得实现高功率激光加工(如焊接、切割、融覆、3D打印等)的柔性化和智能化成为可能，是目前国内外激光加工装备的重要发展趋势。作为制造业大国，我国对该类高效率全光纤激光器有较为广泛的应用需求，市场前景广阔。

p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 日前，“高精度激光调制吸收水气传感器应用技术”科技成果在北京通过专家评审，中科院院士姚建铨等评委会专家一致认为，该系统首次在国内无人机高空湿度测量、文物领域高湿环境监测等开展应用，在文物领域的应用填补了国内外空白，达国际先进水平。而市场上存在的传统测量方法在低温、高湿情况下，存在分辨率低、迟滞和误差大等问题。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 北京航天易联科技公司总经理李刚说，该传感器将国外传统水气传感器误差从± 5%提升到本传感器的± 1.5% 将传统传感器响应时间从10—30秒提升至100毫秒，实现了传感器技术的跨越 由于采用半导体光源，光源发出的检测气体特定光谱效率高，并使用信号处理算法，检测精度极高，可达1ppm(百万分之一)量级等。 /p p 　　此技术由北京航天易联科技发展有限公司、中科院半导体研究所、中科院电工研究所联合研发，具有多项核心自主知识产权。经多年研究和大量试验、测试，该传感器有稳定性和防爆性好、寿命长，环境适应性好等优势，可应用于气象环保、文物保护、石油化工等领域的湿气监测。 /p p br/ /p p br/ /p

在国家政策支持与带动下，新能源汽车市场已形成不可阻挡的发展趋势。尽管现在很多人还对电动汽车的续航能力、安全等方面存有一定的担忧，但发展新能源汽车是中国成为汽车强国的必然选择，是解决气候问题、倡导绿色发展理念的战略举措。有了政策层面的坚定推进，当下电动汽车存在的一些问题终将被攻克，新能源车取代燃油车，只是时间问题。2023年初工信部数据显示，2022年我国新能源汽车持续爆发式增长，并且连续8年保持全球第一，市场渗透率再创新高。产销量的持续增长，也为激光技术市场带来了巨大商机，激光技术在整车白车身制造、锂电池、电机及其他零部件制造环节中发挥着不可替代的作用。10月30日-11月1日慕尼黑华南激光展期间，慕尼黑展览（上海）有限公司携手众安驰共同主办《2023新能源汽车激光“智”造技术论坛》，盛邀来自知名大学、行业机构、科研院所的业内专家，以及来自企业的特约嘉宾，与大家共同交流探讨激光智能制造的优势，主题将涵盖激光技术在动力电池、新能源车整车与零部件制造中的广泛应用，聚焦激光焊接、激光切割等激光加工技术，为动力电池、新能源车身制造升级等方面提供最新研究与创新成果展示。为给观众带来更多的收获与体验，论坛日程现已公开，抢先一步获悉日程，请您提前安排好参观行程！10月31日新能源汽车激光“智”造技术论坛日程《激光技术创新持续赋能智能制造》论坛日程敬请期待！激光+Tour重磅回归！它又来咯！什么是激光+Tour？激光+Tour是由多家知名光电企业在“激光+主题区”里接力解说自己带来的最新产品，tour将穿插于论坛中，作为论坛重磅环节之一，将由专员带领观众亲临主题区展位中，深度学习与探索激光技术，助力新能源及半导体行业升级发展，更多企业持续加入中，欢迎您的到来！ 每天两场，每场30分钟：10月30日 11：45 /13：3010月31日 11：30 /13：30提前报名参与激光+Tour的观众将获得：1.论坛区前排指定席位2.展示区定制精美礼品3.商务餐券每场仅限20个席位， Tour报名需提前完成预登记，完成后请添加工作人员微信 laserchina4，备注：参加TOUR，前20位报名的专业观众即可免费获得上述福利。第一步：点击下方链接注册成为慕尼黑华南激光展观众：http://vis.exporegist.com/mnhCnEz/index.html#/login?ExhID=5413&InviteType=Platform&InviteCode=Myqxxweb 第二步：扫码添加工作人员微信获取福利观众参观咨询：慕尼黑展览（上海）有限公司孔逸女士电话：+86 21 2020 5652邮箱：karyn.kong@mm-sh.com

10月29日，江苏扬力集团宣布，具有自主知识产权的TL3015型双柱龙门式三维五轴激光切割机研制成功。 　　三维激光切割机在国际上最早出现于上世纪70年代初期，如今在汽车制造、工程机械、航天航空、模具开发等领域获得广泛应用。然而，目前国际三维激光切割设备的研发主要依赖德国、意大利、日本等国家。 　　江苏扬力集团研究人员历时一年成功研制出具有自主知识产权的三维五轴激光切割机。这台设备广泛适用于碳钢、不锈钢、铝合金等金属材料与木质、皮革、聚碳酸脂等非金属板材及其成型工件的三维空间，进行高精度、高效率的立体式切割加工。