激光源

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。

众所周知，传统的辐射校准光源，如氘灯、石英窗卤素钨灯、长弧氙灯等无法在200 nm-800 nm范围内保持较高的输出，并且在使用100小时或更短时间后需要进行重新校准，在使用500小时后还需要更换灯泡。图1 LDLS与其他传统光源的性能对比基于此，Hamamatsu集团旗下的Energetiq公司研发出单点激光驱动光源技术，并将其命名为激光驱动白光光源（Laser Driven Light Source, LDLS），该类光源不仅可以在170nm-2500nm的光谱范围内提供超高发光亮度，而且整个光源的发光寿命相比较于传统光源也高出了整整一个数量级。激光驱动白光光源（LDLS）激光驱动白光光源（以下简称，LDLS）由一个特殊设计的灯室、驱动激光光源、激光聚焦光路、光源输出光路、光源控制器等主要部分组成。图2 LDLS发光原理其原理是采用无电极结构，将外置1000 nm左右波长的激光汇聚到光源灯室中，加热氙等离子体至足够高温时发光，灯室发光后系统会自动给灯室断电，发光等离子体的状态就一直由外部激光器所保持。图3 LDLS产品参数与常见的有氘灯、钨灯、氙灯等传统光源相比，LDLS在亮度、稳定性、UV波长覆盖、寿命上都有很大突破。LDLS性能优势1、高亮度LDLS是高亮度光源，可以将光源压缩成一个极小的点，拥有极高的功率密度，超小光点成像（～0.1 mm）变得更容易，也更容易耦合进光纤、光谱仪等各种光学设备。适用于成像应用和测量诸如微芯片、生物细胞等精密测量样本的应用。图3 氙灯光源灯焰与LDLS灯焰比较2. 宽光谱范围LDLS光谱分布涵盖了深紫外—可见光—近红外的光谱范围（170nm-2500nm），光谱分布平坦相比于传统光源在深紫外波段光谱有极高光谱强度（10X）。图4 EQ-99X和卤钨灯光谱分布对比图5 LDLS系列光源光谱强度分布和传统光源对比3. 长寿命LDLS具有超长灯室寿命，超9000小时典型时长（低耗材成本），与传统光源（氙灯、氘灯、卤钨灯）相比校准时间间隔更长、漂移更低。图6 LDLS光源寿命4. 高稳定性LDLS 以每秒200帧的速度收集和存储2500张图像 ，使用ImageJ（图像分析软件）计算每张图像的质心； 发光等离子体质心位置标准差: 水平方向—0.145 µ m；垂直方向—0.094 µ m。产品应用紫外-可见光光谱分析单色仪光源薄膜检测 滤光片/光学元件测试原子吸收光谱材料特征检测环境分析高光谱成像气相分析测量光学传感器检测生命科学与生物成像

p strong 　　一、 拉曼光谱仪设备的市场展望 /strong /p p 　　作为在分子光谱领域中发展最快的设备，拉曼光谱仪正在成为当前仪器行业的焦点之一。 在早期阶段，拉曼光谱分析设备一直是高端实验室用仪器的代表 然而随着激光器、CCD检测器等技术的进步，便携和手持式的设备成为了拉曼分析仪器一个新的发展趋势——设备体积越来越小，操作越来越简单，应用也越来越广泛。最近两年，由于安防、海关等领域现场快检的需求增加，国内的便携/手持式的拉曼设备的市场迎来了迅速的增长。我们相信在未来的数年内，随着技术方案的成熟、设备成本的进一步降低以及国家政策法规的完善，公安部门、食品安全、药品检测等几大领域的应用也会逐渐成熟 届时，便携/手持式拉曼光谱仪的应用会出现真正的突破，出现爆炸式的市场增长。 /p p strong 　　二、 便携式拉曼光谱仪关键部件概述 /strong /p p 　　一台完整的拉曼光谱仪通常由激光器(光源)、样品外光路、色散系统、信号接收系统和信息处理系统几大部分组成。 strong 相对于高端的实验室系统，便携式拉曼设备的内部部件更简单且模块化程度更高，其关键的零部件包括光源模块、光谱仪模块以及拉曼探头三样。仅针对便携式拉曼设备的应用来说，以上几个关键部件国内外厂商的技术水平相差已经不大，国产产品基本能达到国外同类优秀产品的水平，并且具有更高的性价比 /strong 。在拉曼光谱的核心器件——激光光源领域，近年来国内已经出现了一些优秀的供应商，深圳市大族锐波传感科技有限公司便是其中之一。 /p p strong 　　三、 大族锐波拉曼激光光源产品介绍 /strong /p p 　　深圳市大族锐波传感科技有限公司是一家光电传感领域的高新技术企业，致力于提供高端光电传感产品与系统。公司由上市企业大族激光科技产业集团股份有限公司和海归技术团队于2015年5月共同发起设立，并引入了多家机构投资者注资。公司位于深圳市南山区高新技术产业园，目前注册资本人民币1亿元。大族锐波在传感用高性能半导体激光器领域具有领先的技术与丰富的经验。公司的技术团队曾最早在国内成功开发出应用于便携式拉曼光谱设备的785nm窄线宽半导体激光器，突破国外垄断，且产品的性能指标不逊色于国际同行的同类高端产品。针对当前拉曼光谱分析仪器领域的应用，大族锐波传感推出了以下数款半导体激光器光源产品： /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 785nm窄线宽激光器.png" style=" HEIGHT: 291px WIDTH: 300px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/4d1205f6-1aeb-490f-9d65-d5308db26e11.jpg" width=" 300" height=" 291" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 785nm窄线宽激光器 /strong /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai" 　　785nm窄线宽激光器是一款基于外腔设计的蝶形封装激光器。由于独特的腔体设计，产品具有非常好的波长温度稳定性、窄谱线线宽、高边模抑制比等特点。该激光器的标准封装是14引脚的蝶形管壳，由Bragg体光栅来实现中心波长的稳定和低温依赖性。其它封装形式也可以根据客户需求提供。该产品非常适用于拉曼光谱、传感、医疗以及其他测量等领域的应用。 /span /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai" 　　除了具有拉曼光谱分析所要求的窄线宽(0.08nm)、稳定波长(785± 0.5nm)输出外，产品可根据客户的需求提供不同规格的稳定功率输出：最高输出功率可达600mW以上 低功耗的型号则具有非常低的阈值电流 (~200mA的阈值电流，指标领先于国外同类器件)，尤其适用于便携或手持式拉曼分析仪的应用。 /span /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 785nm窄线宽激光器模块.png" style=" HEIGHT: 263px WIDTH: 300px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/1d0a697e-a481-4d13-9149-909bb3b0559e.jpg" width=" 300" height=" 263" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 785nm窄线宽激光器模块 /strong /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai" 　　激光器模块内置大族锐波生产的窄线宽激光器，通过专有的电路驱动设计实现稳定快速的激光驱动。该款激光模块体积小，固件升级灵活，具有风冷或无风冷选择、标准USB接口和TTL接口。该产品非常适用于拉曼光谱、传感、医疗以及其他测量等领域的应用。可根据客户的需求提供定制服务，并提供相应的技术支持。 /span /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 785nm单模激光器.png" style=" HEIGHT: 261px WIDTH: 300px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/1714aca5-30dc-4207-b7ab-5de53a7d34a6.jpg" width=" 300" height=" 261" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 785nm单模激光器 /strong /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai" 　　产品基于外腔设计，由Bragg体反射体光栅形成的外腔反馈保证了稳定的中心波长和低温依赖性。由于独特的腔体设计，该款激光器能输出高质量的单模光束，并具有非常窄的谱线线宽和高边模抑制比。高质量的单模高斯光束可以有自由空间窗口输出和单模光纤耦合输出两种输出模式。该产品适用于如拉曼显微光谱分析等领域的应用。 /span /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai" 　　目前我司的数款拉曼光源激光器件及模块产品均获得了客户的认可与好评，主推的785nm窄线宽激光器模块已经被国内领先的拉曼设备生产商采用，应用在其便携式设备之中。 /span /p p strong 　　四、 大族锐波未来发展规划及对于拉曼仪器行业的期望 /strong /p p 　　在拉曼光谱之外的其他领域，大族锐波也陆续推出了多款高性能的传感用激光器产品，如1550nm单频激光器，1064nm单模激光器等。依托海外高层次技术团队拥有的核心技术和大族激光在传感领域的发展战略布局，大族锐波希望以光电传感的关键技术为切入点，研发、设计、生产和销售应用于光学传感、环境监测、工业检测等领域的集成光电传感器产品。公司将在激光器器件及模块产品的基础上不断投入和发展，目标是经过三到五年时间的成长，在国内或国外资本市场上市，进一步发展成为国际光电传感技术的领导企业之一。 /p p 　　现场快检是仪器行业的一个前景巨大且发展迅速的方向，我们十分看好便携式和手持式拉曼光谱设备在各个快检领域的应用。在该方向，国产的拉曼设备厂商已经开始奋起直追，产品性能和进口设备的差距将越来越小，并且性价比更具有优势。在未来，除了期待拉曼设备厂商在技术上不断进步、追赶达到国外产品的先进水平外，同时也希望针对行业应用的方案商能更好的配合终端用户需求，提供更加成熟的应用解决方案。我们期待能和拉曼领域的各个设备厂家和解决方案提供商进行深度细致的交流，获得该领域的前沿发展方向的信息，尤其是对激光光源产品的改进需求，以便于更加针对性地开发合适的产品，为国产拉曼行业的发展贡献一份力量。 /p p style=" TEXT-ALIGN: right" （ span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai" 市场工程师 王睿 /span ） /p

—以国际化、新产业化为目标，产学联合共同制订纲要— 在NEDO项目中，大阪大学和岛津制作所以扩大可见光半导体激光用途为目的实施合作研发，开发出领先世界的高辉度型与超小型3原色激光光源，并对这两种激光光源模块做装机实验进行了性能评价。 此外，还以大阪大学为中心成立产学合作组织，制定了与光源相关的安全性纲领文件。今后，将继续开展活动推进其实用普及，引导纲领文件的学习，支持国际标准化提案，实现新工业化目标。图1 领先世界水平的高辉度3原色激光光源模块 图2 世界最小型3原色激光光源模块1．概要 在NEDO项目中，大阪大学和岛津制作所联手，利用3原色可见光半导体激光技术，开发出了两种3原色激光光源模块。一种用于高辉度显示装置、激光照明领域，是该领域目前辉度最高的模块（如图1）；另一种用于扫描型激光投射，是可单光纤输出的目前世界最小尺寸的超小型模块。 将上述模块装入9家制造商的设备后，对其进行性能评价。评价结果显示，与LED等其他光源相比，无论是小型化、节能性还是颜色重现性等各方面，激光光源都有其独特的优势。 从这一激光特性来看，可望其未来应用前景相当广泛，从智能手机、笔记本终端等小型电器，到几十米高的剧场、建筑物投射等的大型放映装置皆可应用。 针对限制了激光应用普及的特性及安全性问题，2014年，大阪大学（光学中心、副主任、特聘教授 山本和久）作为发起人，成立了可见光半导体激光应用协会，近期，制订了相应的3原色激光光源模块的性能指标、可靠性及安全性纲领文件，完善了可见光半导体激光技术应用的基础。今后，将继续推进可见光半导体激光的应用普及活动，推进纲领文件学习，支持国际标准化提案，实现新工业化目标。 此外，2016年3月14日在日本桥生命科学中心，由可见光半导体激光应用协会、大阪大学科学中心以及NEDO共同举办的“可见光半导体激光应用研讨会”也对这些成果进行介绍。2.最新成果（1）领先世界水平的高辉度型和超小型3原色激光光源双双诞生 最新开发的高辉度型3原色激光光源模块，用于高辉度显示计及激光照明用途，红、绿、蓝三色激光都具有超10W的高输出功率，实现了领先世界的高辉度（如图3）。超小型3原色激光光源模块用于扫描型激光投射，主体部分仅有0.5cc大小,堪称目前世界最小尺寸。通过调节绿色波长，这些光源可再现自然色（如图4）。图3高辉度型模块特性检测实例 图4超小型模块特性检测实例 近些年，一些投影设备开始采用激光作为光源。电影院、大厅等场所对辉度要求不断增高，有时必须达到10000lm以上的辉度（全光束），但10000lm以上光源目前最常使用的是氙灯和高压汞灯，LED无法实现如此高的辉度。 最新的高辉度模块，利用3原色半导体激光（SHG型除外）可以实现10000lm级以上的高辉度。小型高辉度半导体激光有望在影院级的大型投影仪上投放使用，不仅能提供高清大画面，还能节约电力消耗。 个人、家庭使用的小型投影仪由于几乎没有光线扩散，因此利用激光投影可以不受投影面的距离、形状限制，获得清晰图像。例如，如果内置于智能手机，则可以轻松地在墙面上投射出清晰画面。此外，这种特点也可用于人眼方面，如未来可用于开发头戴式显示器（HMD），使用强度对人眼无害的激光直接对视网膜进行扫描，即使患有近视的人群，也可以看到清晰图像。超小型模块应用需求广泛，今后会继续朝着更加小型化的方向发展。 最新技术优势众多，通过调节内置的半导体激光元部件的数量，可以灵活地满足大规模高输出需求或小规模低输出需求，还可利用光纤实现光源和发光部分分离等。例如，应用于汽车头灯，不仅可对前方照明度和照射位置进行调节，还可随意选择光源本身的安装位置。（2）可见光半导体激光应用协会的设立、运营以及纲领文件的制定 可见光半导体激光应用协会以大阪大学为主体，主要探讨有关3原色激光光源模块的规格、性能指标以及可靠性、搭载产品的安全性等课题，在项目进行期间已制订完成了6项纲领文件。该组织还由其他51家相关机构组成，包括市场上8成的相关行业元件装置生产商及机器生产商、大学研究机构等。 该协会正在就确保激光对人眼安全性的技术标准进行探讨，激光安全性制约着可视化半导体激光的应用。此外，还将致力于解决激光成像技术中的问题——散斑现象。散斑现象，形成于激光扫描投影时，是正常画面中混入干扰图样后无法准确反映画面的现象。现在，以大阪大学为中心，开发了可靠的散斑图检测技术，在此基础上制定了视觉上能够允许的散斑标准。 以上6种纲领文件将逐步公布，该项目合作完成后还将各自推进国际标准化方案提出进程。 图5 散斑；激光干涉图样 图6散斑检测装置关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。 更多信息请关注岛津公司网站www.shimadzu.com.cn/an/ 。 岛津官方微博地址http://weibo.com/chinashimadzu。岛津微信平台

在实验中，科学家将X射线聚焦于一个直径比人类头发丝还要细30倍的小点上，在1万亿分之一秒内将金属箔加热到200万摄氏度。 　　北京时间1月30日消息，据国外媒体报道，美国国家加速器实验室近日利用世界上最强大的X射线激光器--直线加速器相干光源激光器再现恒星内部强大的压力与高温情形。这种激光器的激光能量迸发可超过一个小国家全年的发电总量。 　　在实验中，科学家将X射线聚焦于一个直径比人类头发丝还要细30倍的小点上，在1万亿分之一秒内将金属箔加热到200万摄氏度。金属在如此短的时间内被熔化，其所产生的极度高温和高压状态，通常只有在恒星内部才会出现。 　　英国牛津大学物理系科学家萨姆-文科博士等人参与了直线加速器相干光源激光器实验。文科博士表示，“如果我们要想了解现存恒星内部的情形以及我们太阳系内外巨型行星中心的情形，那么制造高温、高密度的物质非常重要。直线加速器相干光源激光器是一台神奇的机器，我们已经在多个科学领域取得了重大发现，如材料科学、生物学等。” 　　直线加速器相干光源激光器的实验成果近日发表于《自然》杂志之上。直线加速器相干光源长约2公里，可以产生密集的X射线爆发，亮度超过地球上任何光源10亿倍。在高峰时，光脉冲的能量甚至比一些小国家一年的发电总量都要多。

在当代科技领域，对高亮度、短脉冲、可调谐先进激光源的需求越来多。先进的激光源，对新材料、生命科学、新药研发等领域的研究将不可或缺。 　　位于意大利雅斯特(Trieste)的同步激光加速器(Sincrotrone)提供的高亮度、短脉冲同步光源，可在原子和分子层面详尽研究物质的表面结构和内在行为，是电子科学、环境保护、药物开发、医疗诊断、工程技术和纳米科技研发的有效工具。 　　Sincrotrone Trieste有两个激光器：Elettra和Fermi。Elettra是第三代同步激光器，已投入运行多年。Fermi为第四代自由电子激光器，于2010年12月出光，随后进入用户验证和试验阶段。2010年，由欧委会和欧洲投资银行联合设立的风险分担金融计划(RSFF)投入2000万欧元，用于FERMI终期阶段的用户验证科研启动。Fermi近期已投入运行。 　　第四代光源Fermi是迄今世界上最先进的自由电子光源，为科研人员在更微观的层面研究物质的化学和物理现象及其相互作用提供了有效工具。Trieste的第四代光源面向全球各国公私研究机构组织开放，是欧洲研究区建设的一项重大基础研究设施工程。 　　RSFF是欧委会和欧洲投资银行联合建立的一项政策性金融工具。对大型科技基础设施提供支持是RSFF的重要任务之一。

首台纳秒深紫外固态激光源实用化样机研制成功 　　日前，全球首台纳秒深紫外固态激光源实用化样机在中科院理化技术所研制成功。3月20日，项目总体部总经理詹文山，项目首席科学家、中国工程院院士许祖彦，理化所所长刘新厚等共同见证了第一台样机出所。3月23日，样机顺利运抵中科院大连化学物理研究所，科研人员将完成深紫外激光拉曼光谱仪的整机组装调试。 　　据专家介绍，2007年12月，“国家重大科研装备研制项目——深紫外固态激光源前沿装备研制”在财政部及中科院计划局、基础局的大力支持下立项。该项目利用中科院在深紫外非线性光学晶体及激光技术研究领域保持国际领先地位的优势，计划研制7台(套)(第一批)具有自主知识产权的国际首创/领先的深紫外固态激光源重大科研装备，建立深紫外科学仪器研制基地，取得从材料到器件到应用的全面优势，引领DUV(深紫外)前沿重大科研装备的突破，使我国在该领域的科学与技术位居国际领先地位，推动物理、化学、材料、信息、生命、资环等领域创建新的科技前沿。 　　中国科学院理化技术研究所的科研人员经过一年半的努力，终于成功研制出全球首台ns 脉冲177.3 nm深紫外固态激光源实用化样机。通过优化倍频系统及KBBF先进热管理技术，激光输出功率获重大突破，比2006年提高20倍，稳定输出功率达4 mW，最大输出功率为34.7 mW。

我们有幸在此宣布，经过双方密切的交流与探讨，众星已与荷兰 ISTEQ 落实并达成了合作协议。众星联恒将作为中国地区的独家代理，全面负责激光驱动高亮EUV光源 TEUS 系列产品在中国市场的产品售前咨询，销售以及售后业务。ISTEQ 将对众星联恒提供全面、深度的技术培训和支持，以便更好地服务于中国客户。我们将继续为中国广大科研用户及工业用户带来更多创新技术及前沿资讯！ ISTEQ 荷兰 ISTEQ 坐落于埃因霍温的高科技园区，在开发和制造各种类型的尖端产品方面拥有广泛的专业技术与丰富的经验。ISTEQ 致力于为各种工业应用尤其是半导体、材料分析和光谱学应用开发广泛的现成解决方案，公司产品包括：激光驱动高亮EUV光源 TEUS、激光等离子体白光光源、用于 X-Ray/EUV/VUV 波段的定制化光谱仪及等离子体诊断设备等。1激光驱动高亮 EUV 光源 TEUS 系列来自荷兰 ISTEQ 的 TEUS，LPP EUV 光源基于快速旋转液态金属靶，这种新型 LPP 光源结合了传统的碎片抑制技术，是清洁极紫外光源的绝佳解决方案。型号EUV收集角（sr）激光平均功率（W）脉宽（ns）重频（kHz）等离子体尺寸（μm）亮度（W/mm2sr）EUV功率（mW）TEUS-S1000.051001.525601105TEUS-S2002005022010TEUS-S40040010045020特征优势高速旋转液态靶，提供了：— 避免液滴类碎片污染— 激光-靶材作用面不受干扰，输出参数（亮度/通量/空间位置）高效稳定— 无需同步的连续靶材多种碎屑抑制技术共同作用，提高收集器镜片预期寿命连续工作时间长，维护间隔长耗时短，自动化程度高的交钥匙工程典型应用掩膜及表面检测图形化掩膜检测掩膜空间像检测材料科学晶圆检测极紫外扫描光刻工艺链中的极紫外光学器件检测2激光等离子体白光光源 XWS 系列ISTEQ 的等离子体白光光源产品可应用于各种应用，包括光谱学，高分辨率显微镜，薄膜测量，表面测量等。多种类型可选基础款XWS-65高亮款XWS-X可调谐Hyperchromator高功率XWS-R紧凑型XWS-30双光束XWS-Dual port主要优点连续激光脉冲放电宽光谱范围: 190 – 2500 nm高光谱亮度: up to 50 mW/(mm2srnm)高时空稳定性: STD吸收和荧光光谱学微电子学中的诊断系统-污染和缺陷控制表面测量，椭偏测量和散射测量显微镜，包括共聚焦和荧光光学组件检测色谱检测器，微流体，晶圆实验室，液滴光谱仪，细胞荧光计等3X-Ray/EUV/VUV光谱仪LSP-X 射线校准光谱仪▪ 射谱范围：0.3-1.6nm▪ 光谱分辨率（λ/δλ）：100-400▪ 探测器：多种 CCD 可选XUV- VUV光谱仪AGS▪ 可单次测量极宽的光谱范围▪ 掠入射振幅光栅提供高的灵敏度▪ 光谱分辨率（λ/δλ）：50▪ 探测器：高量子效率 CCDHD-1射线光谱仪▪ 射谱范围：0.04-1.6nm▪ 光谱分辨率（λ/δλ）：100▪ 探测器：多种 CCD 可选VUV-QFF 光谱仪▪ 射谱范围：5-150nm▪ 光谱分辨率（λ/δλ）：三光栅配置，分辨率高达500▪ 探测器：CCD/MCP

ICC讯 随着科技的飞速发展，高性能无源器件、相干激光技术、OFDR研发与装置、计量与校准技术以及高等级实验室在科研中扮演着越来越重要的角色。  近日，国内权威科研机构与德力光电科技(天津)有限公司合作，首推一款超高性能的仪器设备——高性能可调谐激光源 TLS1056，具有160nm精准扫描范围、15dBm超高峰值功率、200nm/s高扫速、百万次连续扫描维稳机制、全波段波长调谐精度小于3pm的超高性能。经权威机构使用验证，实现了对国外产品的原位替代。高性能可调谐激光源TLS1056的上市，标志着国产高端仪器领域取得了重大进展。  稳  160nm扫描范围无跳模。得益于其先进的扫描算法和精密的控制系统，在大范围扫描的同时，避免了跳模现象的发生，保证了扫描的稳定性和准确性。  准  波长精度对于光谱分析等实验至关重要，从而保证实验结果的精确性和可靠性。TLS1056在全波段范围内，波长调谐精度小于3pm。其高精度调谐能力在国内尚属首次出现，达到了国际领先水平。  快  具有超过15 dBm的峰值功率，可在短时间内进行高强度的扫描实验，提高了工作效率 同时，200nm/s的高扫速使得该仪器在短时间内完成大量的数据采集，极大地缩短了实验时间。  绝  TLS1056在连续百万次扫描后，仍然保持高稳定的调谐精度。使此设备兼备了可靠的实验结果和超长的使用寿命。完美性价比，解决了科研经费不足等问题。  德力光电高性能可调谐激光源TLS1056的推出，满足了不同领域(如：物理、化学、生物医学等)的同时，也带动了国内相关上下游产业的发展，填补了国内高端仪器市场的空白，并打破了国外产品的垄断地位。  综上，TLS1056可调谐激光源实现了自主研发、中国制造，对国外同类产品实现了国内市场的原位替代，标志着中国在高端仪器设备制造领域取得又一重大突破，为广大科研人员提供了更加可靠的实验设备，为推动中国科技的不断进步和国际竞争力的持续提升助力!

国家重大科学仪器设备开发专项“新型深紫外全固态激光源及其前沿装备开发(1)”启动 　　5月22日，国家重大科学仪器设备开发专项“新型深紫外全固态激光源及其前沿装备开发(1)”项目启动会在中科院理化技术研究所召开。科技部条财司，中科院条财局，理化所相关负责人出席会议，项目工程总体组、技术专家组和用户委员会成员及项目主要学术骨干等近50人参加了启动会。 　　为促进项目良好运行，推动科技成果向现实生产力转化，与会领导、专家就如何加强项目组织管理，做好项目相关知识产权研究，强化项目知识产权保护、管理和运用，实现部件的标准化和加快科技成果的应用推广等方面给予了指导建议。 　　该项目由中国科学院组织，中科院理化所牵头，北京中科科仪股份有限公司提供产业化技术支撑，中科院物理所、电子所和中国科学技术大学作为主要应用单位参加，获得了科技部国家重大科学仪器设备开发专项2012年度项目支持。项目旨在围绕物理、化学、材料、信息等领域前沿研究对深紫外科研装备的迫切需求，充分利用我国独有的可倍频产生深紫外激光的KBBF非线性光学晶体及其实用化的棱镜耦合使用技术，开展深紫外激光光发射电子显微镜工程化研究，为我国深紫外领域的相关前沿研究提供有力支撑。

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

激光技术的发展让人类的视野不断拓宽。但多少年来，波长小于200nm的深紫外波段，一直是个神秘又难以逾越的坎。 　　200nm上的这堵“墙”把人类挡在了外面。由于深紫外激光源的缺席，许多重要的科学研究只得搁置。 　　但中科院的一群科学家不能接受这样的现实。30年来，他们不但找到了深紫外光学材料和激光源，还研制出8台深紫外固态激光源装备。自2008年启动以来，“深紫外固态激光源前沿装备研制项目”进展顺利，多台仪器已初步用于前沿科学研究。 　　正如项目首席科学家、中国工程院院士许祖彦所说：“上帝没有给我们一个这么好的光源，我们就要自己去找。” 　　突破200nm 　　上世纪90年代初，非线性光学晶体接连将Nd：YAG激光波长从近红外拓展到可见光，甚至近紫外波长区。这带给人们一种隐约的希望：如果能找到一种晶体，使激光波长拓展到深紫外光谱区，人类将有望认识一个前所未有的世界。 　　在这样的背景下，中国科学家介入了这一课题。 　　“80年代我们获得了第一批国家科研基金，15万元。”项目首席科学家、中科院院士陈创天告诉《科学时报》记者，虽然现在看来这笔钱并不多，但当时已是很了不起的事了。 　　在这笔经费的资助下，陈创天的研究如虎添翼。1991年，他在发现硼酸盐系列非线性光学晶体后，运用分子设计工程学方法发现了KBBF晶体。5年后，他证实了此晶体可实现深紫外相干光输出，最短波长达到184.7nm。 　　从此，深紫外的时代开启了。在此基础上，陈创天研究组于2005年陆续发现了RBBF、CBBF等非线性光学晶体，从而拿到了完整的KBBF族非线性光学系列晶体。 　　许祖彦则形容自己的工作是“二传手”。深紫外非线性光学晶体问世后，如何将其研制成实用的精密化激光源，并配合后续的仪器研制，是他面临的最大难题。 　　但20多年前，中国大陆还没有这方面的实验装置，陈创天和许祖彦不得不跑到香港科技大学，借用了他们的实验室。两个人窝在实验室里，每天工作到深夜一两点，终于搞出了KBBF晶体棱镜耦合装置。目前，该装置仍是该晶体唯一的实用化技术。 　　之后两人密切配合，在国际上首次实现KBBF晶体倍频输出深紫外激光，并最终发展出实用化的深紫外固态激光源。 　　2009年，英国《自然》杂志发表评论文章称，KBBF晶体“真是一块完美的晶体，它确实可促使某些领域向前发展”。 　　“看到图像的那一刻，什么都值了” 　　深紫外光源的问世尽管已经震惊世界，但对许祖彦来说，他的工作才只做了一半。 　　“科技发展如此之快，为保证我们的仪器始终保持领先，科研人员必须不断调整技术方案。”项目工程总体部总经理、中科院理化所研究员詹文山说。为此总体部还设立了一个工程监理部，这在国内的科研项目中都很少见。 　　对这种经常要推翻重来的工作方式，许祖彦表示“很理解”。在3年多的时间里，他的团队满足了仪器研制人员变更技术方案的多项技术要求，解决了光源与8台仪器对接的工程问题。 　　中科院大连化学物理研究所研究员傅强是“深紫外激光光发射电子显微镜(PEEM)”子项目的负责人。“PEEM就像一条美人鱼，‘头’是电子发射技术，‘尾’是电子显微镜技术。这种技术可对物质表面结构、电子态、化学反应等进行原位、动态研究，在化学、物理、材料等领域有着重要应用。” 　　但是，现有的PEEM激发光源为气体放电光源或者同步辐射光源，这些光源亮度较低，空间分辨能力一般只能达到20～50nm，限制了PEEM的广泛应用。 　　2007～2009年，傅强等人利用深紫外激光高能量、高光束流强度、相干性等优点，研制出一套性能优越的深紫外激光PEEM系统。利用这台仪器，大连化物所已在石墨烯原位生长、界面限域化学反应等领域取得了一些初步成果。 　　“我们第一次做这种仪器，中间遇到很多困难，有半年多的时间情绪也很低落。”傅强坦陈，“不过2009年夏天，我们第一次看到了显微镜成像图，那一刻觉得什么都值了。” 　　与深紫外光电子发射显微镜类似，深紫外拉曼光谱仪、深紫外激光光化学反应仪、深紫外激光光致发光光谱仪、深紫外激光自旋分辨角分辨光电子能谱仪、深紫外激光原位时空分辨隧道电子谱仪、基于飞行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪均达到国际领先水平。另一台光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪也基本研制完成，正在调试当中。 　　不过，对更多的中国科研工作者和社会公众来说，这个总投资1.8亿元人民币的项目，究竟有着怎样的应用前景? 　　以“短”见长的深紫外 　　目前已有的深紫外光源一类是准分子激光器，另一类是同步辐射光源。准分子激光器脉宽宽，难以满足激发态快速动力学过程的研究 而同步辐射光源虽具有较快的时间分辨，但装置体积巨大，科研人员只能把实验搬过去做，带来许多不便。 　　深紫外固态激光源在时间、空间和能量分辨率上，都有着绝对优势。“更重要的是，这些仪器装备将来有望小型化，甚至可以进行市场化推广。”中科院院士李灿介绍。 　　李灿负责研制的深紫外拉曼光谱仪就是一个例子。目前这台仪器已初步应用于催化、材料、能源、生物、环境等领域。在水污染检测中，仪器灵敏度达到了环境水污染国际最低检测限。“只要一滴水就能检测水污染。” 　　詹文山透露，目前2mm以下的KBBF晶体已可小批量生产，满足国内市场需求。受国家工业水平限制，8台仪器还不能全部实现商业化，但中科院已在考虑选取其中的1至2个，逐步进行产业化的尝试。 　　2006年，时任中科院院长路甬祥在中科院物理所考察时曾说：“如果没有仪器设备的自主创新，也很难有新的理论上的突破。一种新仪器新装备的诞生，往往是打开一个新方向新领域的关键桥梁。” 　　这句话，许祖彦一直记得，项目团队的每一个成员也记得：“这些年来，我们证明了‘材料—器件—装备—科研—产业’的自主创新链是可行的，也证明了中科院此类研究性和工程性均很强的科研项目是可行的。”

近日，在中国科学院科研仪器设备研制项目的支持下，中科院空天信息创新研究院激光工程技术研究中心基于声光偏转器(AOD)调谐技术和光参量振荡技术(OPO)实现了8.0-8.7μm长波激光的可调谐超快波长切换，波长切换时间优于100μs，波长个数≥70个，单个波长谱宽≤30nm。该激光器能够在长波波段快速扫频且具有极高的峰值功率，将为我国复杂环境中的毒性气体遥测、光电对抗等提供优质的激光光源。光参量振荡技术(OPO)是非线性光学频率变换技术。随着非线性红外晶体制备技术的提升，基于OPO产生高峰值功率高重复频率长波激光成为目前激光技术研究领域的热点。然而，OPO技术通常基于温度、晶体转动、泵浦源波长调节等方式实现激光波长的调谐。项目团队提出基于声光偏转器调节参量光角度和相位匹配条件，进而实现输出波长的快速调节。历时3年，该团队先后突破了2μm激光源、红外晶体及谐振腔镜损伤特性表征、行波腔调谐补偿等关键技术，完成了超快波长切换的宽调谐范围长波固体激光光源的技术验证。后续，项目团队将按照中科院科研仪器设备研制项目的既定目标，开展工程样机研制和应用示范工作。AOD驱动频率与输出的长波激光波长

上海光源科学中心自由电子激光团队在X射线自由电子激光振荡器研究方面取得重要进展，理论提出了一种产生涡旋X光的方法。研究表明，仅仅通过增益失谐的调节，X射线自由电子激光振荡器的输出就可以从传统的高斯光变为涡旋光。7月17日，相关研究成果以Generating X-rays with orbital angular momentum in a free-electron laser oscillator为题，以研究快报的形式，发表在Optica上。涡旋光是特殊性质的光，其产生、调控和探测是光学领域的研究热点。涡旋光已应用于数据传输、操纵微观粒子运动和精密测量等领域。涡旋光的产生通常需要螺旋相位板或全息光栅等难以加工的光学器件，非常不易，尤其是X射线涡旋光的产生是亟待解决的关键问题。自由电子激光是一种基于粒子加速器的先进光源，可以产生高亮度，短脉冲的X射线，涡旋光与自由电子激光结合有望为光子科学提供新的机遇。当前，自由电子激光产生涡旋X光的方案需要螺旋波荡器，且要工作在调制激光的高次谐波上，也不易实现。为了解决这一问题，研究人员提出了一种在X射线自由电子激光振荡器中产生全相干涡旋光的方法。该方法无须光学转换元件和螺旋波荡器，仅仅利用了增益失谐来控制高阶横向模式的增益，从而在传统X射线自由电子激光振荡器中自然地产生涡旋光。基于上海硬X射线自由电子激光装置的模拟结果显示，该方法能在1兆赫兹重复频率下产生单个脉冲能量为100微焦的涡旋X光束。这是目前全相干涡旋X光的唯一产生方案，对于进一步拓展X射线自由电子激光振荡器研究、开发新的实验方法有重要意义。2008年，X射线自由电子激光振荡器概念提出以来，上海光源中心自由电子激光团队已在X射线自由电子激光振荡器研究方面取得进展：提出了X射线自由电子激光振荡器的谐波运行模式（Physical Review Letters, 108, 034802），在该模式下，中等能量电子束团可以驱动X射线自由电子激光振荡器，降低了对电子束能量的要求（2012年）；提出了增益光导型X射线自由电子激光振荡器（Applied Physics Letters, 113, 061106），在没有聚焦元件状态下，增益自聚焦效应可以维持X射线自由电子激光振荡器的横向模式，而输出效率和稳定性不受影响（2018年）。研究工作得到国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划、中科院和上海市的支持。论文链接图1. X射线自由电子激光振荡器产生全相干涡旋X光示意图图2. X射线自由电子激光振荡器中横向模式的演化

项目编号：0809-2341HGG14028项目名称：华南理工大学大功率激光白光与近红外光源测试系统采购项目预算金额：200.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：200.0000000 万元（人民币）采购需求：序号标的名称数量（单位）简要技术需求或服务要求（具体详见采购需求）最高限价万元（人民币）1大功率激光白光与近红外光源测试系统1套具体详见采购需求200.00本项目（大功率激光白光与近红外光源测试系统）只允许采购本国产品，具体详见采购需求。本项目采购标的所属行业为： 工业 合同履行期限：在合同签订后（30）天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用。交付地点:华南理工大学五山校区。本项目( 不接受 )联合体投标。对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名称：华南理工大学地址：广州市天河区五山路381号联系方式：文老师020-871129622.采购代理机构信息名称：广东华伦招标有限公司地址：广州市越秀区广仁路1号广仁大厦7楼联系方式：何工020-83172166-823（电邮：hualunsibu@163.com）3.项目联系方式项目联系人：何工电话：020-83172166-823

据红星新闻报道，全国人大代表、四川省工商联副主席，四川启阳汽车集团有限公司董事长王麒提交了《关于支持成都科学城加快布局建设天府（国家）实验室的建议》，建言聚焦空天科技、生命科学、先进核能、电子信息等关键领域推动国家实验室集中布局成都科学城，突破一批‘卡脖子’技术问题。王麒 （图源 红星新闻）其中，王麒建议国家发改委、科技部优先在成都科学城布局建设大科学装置、国家级大科学工程。“支持数千瓦极紫外自由电子激光光源及光刻验证装置、电磁驱动聚变大科学装置、超高速低真空磁浮交通及动模研究平台、超高通量多功能堆研究设施、跨尺度矢量光场时空调控验证装置布局成都科学城并纳入国家‘十四五’重大科技基础设施建设规划，打造更多抢占制高点的川版‘国之重器’，建设国际一流重大科技基础设施集群。”据了解，成都科学城科技创新项目重点项目“数千瓦极紫外自由电子激光光源及光刻验证装置”由中国工程物理研究院第十研究所承担，总投资约41亿元，拟通过“数千瓦极紫外自由电子激光光源及光刻验证装置”，建立大功率极紫外光源，通过光刻光源预处理系统及光刻验证系统，验证自由电子激光用于光刻的各种关键物理及工程问题，完成10nm节点光刻演示验证，建立首台千瓦极紫外光刻工程测试样机，为我国掌握大规模极紫外光刻（EUV）生产能力、突破芯片制造“卡脖子”问题提供条件。项目拟于2021年启动建设，2026年底完成验收。目前，极紫外光源是制约我国EUV光刻机的关键部分。而国内各种EUV光源的研究也在逐步进行中。而目前我国EUV光源受制于功率限制，无法应用于工业量产，而工业生产至少需要达到250W功率，ASML实验室已经达到了1kW的EUV光源功率。

此次，滨松光子学株式会社在日本国家研究开发法人新能源与产业技术开发组织（NEDO）主办的“实现IoT社会的创新传感技术开发”项目中，利用独自的微机电系统(MEMS)技术和光学封装技术，成功开发出世界上最小尺寸的波长扫描量子级联激光器(QCL)，其体积约为传统产品的1/150。通过将其与日本产业技术研究所开发的驱动系统结合，实现了高速操作和外围电路简化，同时作为光源安装在分析设备上，使可便携的小型分析设备的开发成为现实。在本开发项目中，我们提高了二氧化硫（SO2）和硫化氢（H2S）的探测灵敏度以及设备的维修性，目标是实现在火山口附近对火山气体成分的长期和稳定的检测。此外，它还可以应用于化工厂和下水道中有毒气体的泄漏检测和大气测量等。图1 世界上最小尺寸的波长扫描QCL，体积约为传统产品的1/150概要在火山爆发的前几个月，火山气体中的二氧化硫（SO2）或硫化氢（H2S）等浓度会开始逐渐上升，因此对该气体浓度的监测是火山爆发预测的常规方法。目前许多研究机构在火山口附近安装了电化学传感器分析设备，通过电极检测来实时分析火山气体的成分。但由于电极与火山气体的接触，容易出现寿命变短和性能降低的问题，因此除了定期更换部件等维护，监测的长期稳定性也是一个难题。这样，长寿命光源和全光学光电检测器分析设备则具有无需大量保养，还具有高灵敏度并长时稳定地进行成分分析的特点。目前因为光源的尺寸较大，尙难以将其安装在火山口附近。 在此背景下，滨松从2020年开始，参与了NEDO与产业技术综合开发机构(产综研)的“实现IoT社会的创新传感技术开发”※1项目，积极投入研究和开发具有全光学，小尺寸，高灵敏度和高可维护性特点的新一代火山气体监测系统。 滨松公司正在该项目中承担了分析设备光源的小型化任务，并成功开发出中红外光※2在7-8微米（μm，μ为百万分之一）范围内可高速改变输出功率的世界上最小尺寸波长扫描QCL（Quantum Cascade Laser）。※3（图1、图2、表）。本次新开发的产品是通过将其与产综研开发的驱动系统相结合，实现了高速操作和外围电路简化，作为光源安装在分析设备上，实现了可便携的小型化分析设备。此外，本项目的目标是进一步提高灵敏度和可维护性，实现长时间稳定地对火山口附近气体进行实时监测。同时也有望应用于化工厂和下水道的有毒气体泄漏检测和大气测量等用途。产品特点 1、开发了世界上最小的波长扫描QCL，体积约为传统产品的1/150。 公司利用独自的MEMS技术，对占据了QCL的大部分体积的MEMS衍射光栅※4进行完全的重新设计，成功开发出新的尺寸约为以前1/10的MEMS衍射光栅。此外，通过采用小型磁铁，减少了不必要的空间，并采用独特的光学封装技术，以0.1微米为单位的高精度实现部件的组装，实现了世界上最小的波长扫描QCL，其体积约为传统产品的1/150。 2、实现中红外光在波长7～8μm的范围内的周期性变化输出 滨松利用多年积累的量子结构设计技术※5通过搭载新开发的QCL元件，实现中红外光在易于吸收SO2或H2S的7-8μm的波长范围内的扫描输出。同时，我们还开发了可变波长QCL，可以从7-8μm范围内选择特定波长进行输出。 3、可高速获取中红外光的连续光谱 与产综研传感系统研究中心开发的驱动系统相结合，实现波长扫描QCL的高速波长扫描。它可以在不到20毫秒的时间内获取中红外光的连续光谱，可捕捉和分析随时间快速变化的现象。图2 波长扫描QCL的结构表 本次开发的波长扫描QCL的主要规格未来计划滨松公司将与NEDO和产综研进一步构建新型高灵敏度和高可维护性的火山气体监测系统，同时推进多点观测等实地测试。此外，公司将在2022年度内推出将该产品与驱动电路或与本司光电探测器相结合的模块化产品，以扩大中红外光的应用。 “注释” *1 实现IoT社会的创新传感技术开发 项目名称:实现IoT社会的创新传感技术开发 / 创新传感技术开发 / 波长扫描中红外激光器 研究开发新一代火山气体防灾技术 业务和项目简介：https://www.nedo.go.jp/activities/ZZJP_100151.html *2 中红外光 是一种波长比可见光长的红外光，一般把波长在4-10μm之间的红外光称为中红外光。 *3 波长扫描QCL（Quantum Cascade Laser） 量子级联激光器(QCL)是一种通过在发光层中采用量子结构，可以在中红外到远红外的波长范围内获得高输出功率的半导体激光光源。波长扫描量子级联激光器是将从量子级联激光器发出的中红外光进行分光，反射到MEMS衍射光栅，再通过对MEMS衍射光栅进行电控，使其的倾斜面发生快速变化，从而实现中红外光的波长快速变化并输出。 *4 MEMS衍射光栅 通过电流工作的小型衍射光栅。衍射光栅是一种利用不同波长的光衍射角度的差异来区分不同波长光的光学元件。 *5 量子结构设计技术 是一种利用纳米级超薄膜半导体叠层产生的量子效应的器件设计技术。在该开发中，滨松公司在QCL的发光层采用了独有的反交叉双重高能态结构（AnticrossDAUTM ）。

Birkerod,丹麦，2011年1月17日—超连续谱光纤激光技术的先行者和商业制造商NKTPhotonics公司宣布将在Photonics West 2011展会上推出下一代SuperK EXTREM超连续谱系列产品以及全面提升的配套选件，以SuperK EXTREM eco-system (系统解决方案)的方式推出。 　　SuperKExtrem“系统产品解决方案”现在提供了更加丰富的超连续谱光源产品线，涵盖不同的光谱范围和输出功率水平，配合广泛并且智能的附件产品组合，用户能够快速(on-the-fly)调整输出光重复频率，更加灵活地进行波长调谐，以及选择优化的光谱整形选项。应用领域包括荧光光谱学(fluorescence microscopy),流式细胞仪(flow cytometry),荧光寿命成像显微(fluorescence lifetime imaging microscopy: FLIM), 荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer: FRET),光学相干断层扫描(optical coherence tomography: OCT),非接触检测(non-contact inspection)等，以及任何其他需要使用宽光谱并且高亮度光的领域，SuperK Extrem能够提供“像灯光一样宽的光谱，像激光一样高的亮度”的输出。 　　完全重新设计的软件套件，SuperKontrol，能够让用户通过简单的图形界面对新一代SuperKEXTREM系统进行全面的计算机控制。此外，NKTPhotonics额外提供的软件开发组件进一步扩展了SuperKEXTREM系统的灵活性，用户可以通过二次开发满足更为苛刻的控制需求，例如需要严格的关键时钟序列或者触发条件等。 　　一如既往，SuperKExtrem系统的核心基于NKTPhotonics公司世界驰名的光子晶体光纤技术，该技术被用于产生和传输高性能、高可靠性的超连续谱光源解决方案的历史已经超过了十年。 　　“下一代SuperKEXTREM超连续谱光源是我们新的智能型SuperK系统产品解决方案(eco-system)的一部分，我们关注的是产品的灵活性和可靠性，以及操作的简便性。我们的目标是开发革命性的超连续谱白光激光器系统应对我们工业型客户以及学术研究客户现在和将来所面临的挑战，新一代产品的推出意味着我们实现了这样的目标。”NKTPhotonics的营销副总裁说到。 　　新一代的SuperKEXTREM和配件带有设计独特“面板智能化”性能，提供真正的“即插即用(plug&play)的操作，用户只需要把各种模块简单连接起来，而不需要特殊的设置和配置，SuperKEXTREM系统将自动处理系统的安装和控制。此外，这种“智能化”还能够允许用户在现场(on-site)升级SuperKEXTREM系统，例如另一个功率水平，不同光谱范围的输出，而不需要返回NKT Photonics的工厂。因此，用户可以逐渐建立和扩展自己的SuperK系统用来满足不断出现的新的应用需求。 　　“SuperKEXTREM系统总输出功率超过8W，超过2W的可见光功率输出已经实现，这些表现证明了SuperKEXTREM系列的高可靠性和高性能表现。我们重视系统的长期可靠性，系统的记录寿命测试已经超过了15000小时，这些结果能证明SuperKEXTREM系统是一款真正的免维护的超连续谱激光光源，满足OEM和工业应用的要求。我们对自己能够为客户提供新型的，性能提升的新一代超连续谱激光光源产品感到很兴奋，它集合了众多的有点，例如最高的输出功率水平，工业级的可靠性，最容易使用，这得益于我们自己拥有的领先的光子晶体光纤技术。”Chuong Tran进一步补充说到。

2023年11月10日，北京光学学会与北京工业大学科协、北京工业大学理学部、北京市科学技术协会创新服务中心等单位在中国科技会堂联合主办“超强激光源助力怀柔高端科研装置发展院士专家圆桌论坛。北京怀柔仪器和传感器公司受邀参会。 为具体贯彻北京市科协引导高端智力资源为重点区域及行业高科技企业发展出谋划策的精神，此次论坛邀请北 京光学学会理事长、中科院理化技术研究所研究员许祖彦院士、中国光学光电子行业协会名誉理事长、中国电科集团公司第十一研究所首席专家周寿桓院士、北京科技社团中心副主任李纯鸣、北京市科学技术协会创新服务中心王妮娜部长、北京光学学会常务副理事长、北京工业大学副校长翟天瑞教授、北京大学电子信息工程学院张志刚教授等多位业内知名专家出席并致辞。 此次论坛包括三个特邀报告和一个圆桌对话环节，论坛特邀报告环节由大会执行主席北京交通大学延凤平教授主持。中国工程院许祖彦院士做了《深紫外激光仪器》的报告，系统介绍了深紫外前沿科学装备的发展及在国家重大专项的支持下，我国在紫外科学装备研制领域的成果。中国电子科技集团公司第十一研究所眭晓林研究员代周寿桓院士做了《基于光频调制的动目标指示（MTI）激光雷达》的报告，介绍为了解决动目标指示（MTI）激光雷达出现的盲距和距离模糊问题，对激光测距发射波形、本振波形以及解算方法进行的研究。 北京怀柔仪器和传感器有限公司总工程师刘海锋《激光技术与光学仪器在大科学装置中的应用机遇与挑战》报告，全面介绍了怀柔科学城和怀柔大科学装置布局，超强激光与加速科学、超快激光、激光时空测量、生物医学成像、地球数值模拟等大科学装置对激光技术和光学仪器的需求，及面临的重大机遇和挑战，刘海锋总工程师向全国的专家学者、企业家、在校生发出邀请，欢迎大家莅临怀柔共享怀柔科学城大装置资源和发展机遇，共同建设北京怀柔综合性国家科学中心和北京国际科技创新中心。 圆桌对话环节由北京大学张志刚教授主持。中科院半导体研究所全固态光源实验室主任林学春研究员、中科院物理研究所滕浩研究员、北京工业大学科协秘书长、北京工业大学科学技术发展院闫健卓副院长、北京工业大学怀柔科教融汇基地筹建办公室吴奇副主任、大恒星图（北京）激光技术有限公司杨帅帅总经理、北京光学学会常务副秘书长万玉红教授作为特邀嘉宾发言。各位专家围绕怀柔大科学装置的建设与运营、超强激光技术如何助力怀柔大科学装置发展、怀柔科学园区科研合作、科技创新、科技成果转化模式等问题进行了探讨。在张志刚教授风趣幽默的主持下，大恒星图杨帅帅总经理分享了来怀柔“图”什么的思考，在怀柔科研创业的美好经历和成绩，同时对园区运营单位给予的贴心帮助和专业服务表达衷心感谢。刘海锋总工程师还细心解答了张志刚教授关于怀柔区轨道交通规划、怀柔区人才政策、多模态跨尺度生物医学成像装置进展、太瓦激光器产业化前景等问题，为来怀工作科研、创新创业的人士提供了专业指导，广泛引起了在场专家、企业家来怀柔调研考察的热情。 在京高校、科研院所、怀柔科学城科技企业等各领域专家、嘉宾60余人现场参加此次圆桌论坛，相关领域专家学者逾万人通过蔻享学术线上直播参与本论坛。与会人员论坛期间与报告人展开了积极的讨论、探讨合作意向，受益匪浅。本次院士专家圆桌论坛为与会者提供了一个了解科学前沿、展示研究成果、推进产学研用合作的高水平交流平台，为激光技术助力怀柔科学城发展注入了新鲜的活力。北京怀柔综合性国家科学中心 怀柔科学城是北京加强全国科技创新中心建设主平台“三城一区”之一，规划范围约100.9平方公里，以怀柔区为主，并拓展到密云区的部分地区。战略定位是世界级原始创新承载区，是国家发展改革委、科技部联合批复的北京怀柔综合性国家科学中心的集中承载地，综合性国家科学中心是怀柔科学城的显著特色和明显标志。主要围绕物质科学、信息与智能科学、空间科学、生命科学、地球系统科学五大科学方向，力争实现率先突破。重点推进“五个一批”，即：建成一批国家重大科技基础设施和交叉研究平台；吸引一批科学家、科技领军人才、青年科技人才和创新创业团队；集聚一批高水平的科研院所、高等学校、创新型企业；开展一批基础研究、前沿交叉、战略高技术和颠覆性技术等科技创新活动；产出一批具有世界领先水平的科技成果，提高我国在基础前沿和交叉科学领域的原始创新能力和科技综合实力。北京怀柔仪器和传感器有限公司：北京怀柔仪器和传感器有限公司是怀柔区高端仪器装备和传感器产业研究与产业发展国有平台公司，未来将持续围绕北京怀柔综合性国家科学中心建设，聚焦高端仪器装备和传感器等硬科技领域，以“科创平台+科技服务+基金投资”为核心业务及抓手，提供专业化研究与咨询服务、专业化中试平台服务，应用场景构建服务等，引导高端仪器和传感器产业领域的技术、人才、资本、服务等创新要素聚集，打造产业发展创新生态。

随着我国世界一流的中能“第三代同步辐射光源”———上海光源(SSRF)的竣工验收，我国正在积极进行更先进光源的前瞻部署。 　　据中国科学院副院长江绵恒介绍，中国科学院正在进行“第四代光源”———自由电子激光光源的预研，并已经做出了“很好的结果”。目前，中国科学院已经向国家建议，在上海光源的北面，建设一台软X射线自由电子激光试验装置，开展短波长自由电子激光装置的预先研究。 　　江绵恒表示，自由电子激光光源已在国际上加速发展起来，美国SLAC的X射线自由电子激光已经出光，德国、日本、韩国等也均已起步，并已被提到战略高度予以部署和实施，我国也应该加快发展自由电子激光光源。希望在预研后，再向国家申请建设硬X射线的用户装置，就可以将我国与先进国家在光子科学领域的发展差距缩短到10—15年。 　　自由电子激光光源(Free　Electron　Laser简称FEL)，是一种以相对论高品质电子束作为工作介质，在周期磁场中，以受激发射方式放大电磁辐射的新型激光光源。由射频电子直线加速器驱动的X射线自由电子激光装置，是具有可工作于整个X射线波段区的高亮度、短脉冲、可调谐的新型相干X射线光源，被国际科学界公认为“第四代光源”的可行技术路线之一。

一个人如果对一个方向没有兴趣，就很难真正在科学研究上有很好的发展，兴趣是从事科学研究工作的内在推动力。杨学明中国科学院院士、南方科技大学理学院院长“基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置”（以下简称大连相干光源）项目近期传来好消息——分子反应动力学国家重点实验室、大连光源科学研究室研究员江凌和中国科学院院士杨学明团队与清华大学教授李隽研究组合作，利用自主研制的基于大连相干光源的中性团簇红外光谱实验方法，在类冰中性水团簇七聚体中发现了多个棱柱状和笼状结构，为揭开液态水至微冰的氢键网络演化机制提供了新的思路。对领导该装置研发建设的杨学明来说，团队成员的重要发现值得庆贺，大连相干光源持续产出重量级成果更令人兴奋。作为分子反应动力学国家重点实验室主任，杨学明几十年来遨游于钟爱的学术世界，在国际分子反应动力学领域取得系列重大成果，提升了我国在该领域的国际地位。更让杨学明感到自豪的是，他推动和主导了诸多原创科研仪器的设计研发工作，极大地提升了我国科研仪器的水平。“我是个很幸运的人，一辈子都在做自己特别喜欢的事，而且这些事多少为国家作了些贡献。”杨学明感慨道。从零开始，回国入职大连化物所杨学明学术生涯的转折点出现在2001年。此前，在美国加州大学圣巴巴拉分校获得博士学位后，杨学明在美国普林斯顿大学和加州大学伯克利分校从事了几年博士后工作，而后应诺贝尔化学奖获得者李远哲的邀请，赴台湾原子与分子科学研究所工作，从副研究员干到终身研究员，一待就是6年。2001年，杨学明到中国科学院大连化学物理研究所（以下简称中科院大连化物所）访问。回到攻读硕士学位的母校，杨学明感慨万千，他那颗想要回国干一番事业的心更加炽热。彼时，因出色的学术成绩，杨学明已蜚声业内。正在外地出差的、时任中科院大连化物所所长包信和得知他造访的消息，第一时间拨通了他的电话，询问他是否有兴趣到所里工作。杨学明欣然接受了邀请。而这一声应允，意味着一切要从头开始。原本蒸蒸日上的科研事业要中断，辛苦研制的科学仪器无法搬迁随行，还要从零开始组建科研团队… … 杨学明深知，已过不惑之年的他将要面临怎样的艰辛。但他依然很坚定。回国后，杨学明担任了中科院大连化物所分子反应动力学国家重点实验室主任。中科院大连化物所为其开辟了“绿色通道”，拨给杨学明1000万元启动经费，并尽可能地为其提供自由而优越的科研环境。入职后，杨学明的第一项工作是研究氟加氢反应共振态。“氟氢体系是化学激光领域最重要的研究内容之一。”杨学明说，幸运的是，他很快在这一领域取得了一系列重要成果。由杨学明领导完成的研究工作，连续两年入选“中国十大科技进展”。短短几年，他所带领的团队就成为化学反应“共振态”领域国际知名的研究团队，而分子反应动力学国家重点实验室也成了国际上在这一领域具有重要影响力的研究基地。回首过往，杨学明动情地说：“没有什么比自己的成果给国家科研带来价值更重要。”站位高远，领导研发高端科研仪器除了产出系列重磅成果，让杨学明更骄傲的，是一件件自主设计研发的科研仪器。这些仪器是杨学明驰骋学术战场最有力的“武器”，是他与钟爱的化学世界对话的工具。过去20多年，正是利用自行研制和原创的国际领先的科学仪器，杨学明在化学反应动力学研究方面取得了备受瞩目的研究成果。“我的工作就是用实验物理的方法来研究化学反应，而研究工作的水平取决于实验思路的设计及特殊仪器设备的研制。”杨学明说，“在当代绝大多数科学领域中，先进科学仪器都发挥着非常重要的作用，科学仪器也是国家科技硬实力水平的重要体现。”杨学明领导研发的总预算达1.4亿元的国家重大科研仪器设备专项——大连相干光源已于2018年通过验收。这是我国第一台大型自由电子激光用户装置，也是全球唯一运行在极紫外波段的自由电子激光装置，是世界上最亮的极紫外光源。极紫外光源是对分子进行激发和软电离最有效的光源，有助于科学家在原子分子水平上开展一系列重大科学问题研究。研制一个高亮度极紫外自由电子激光光源，是杨学明在加州大学伯克利分校做博士后研究时就有的一个梦想。“这也是我回中科院大连化物所最想做的事情之一。幸运的是，我得到了自然科学基金委的大力支持。这个梦想终于得以实现。”杨学明说，自然科学基金委在当年资助了体量相对较大的科研仪器设备研发，体现了其魄力和远见。利用这一先进光源，在已开展的实验研究中，科研人员取得了一系列重要研究成果。目前，杨学明正在积极推动我国新一代高重频自由电子激光装置的发展，努力推进深圳规划中能X射线自由电子激光和大连极紫外自由电子激光项目的建设，为科研工作者提供世界上最先进的极紫外和软X射线光源。和当年建设大连相干光源一样，杨学明深知，高重频X射线自由电子激光装置的建设也是一件非常难的事。“但是，我们就是想要做一些别人没做过的事情。”杨学明说。“过去几十年里，我们国家在很多技术领域取得了很大进步，但科研仪器研发的底子还是相对薄弱。科研领域许多方面受制于人，就是因为我们在高端科研仪器研发方面的实力不够。”作为全国人大代表，杨学明在不同场合为发展高端科研仪器鼓与呼。遵从兴趣，投身化学研究领域杨学明的研究内容是原子、分子级别的化学反应过程。原子、分子… … 这个微小却变幻无穷的世界让他着迷。和很多知名科学家从小就因各种机缘对科学产生浓厚兴趣不同，杨学明坦言，他直到进入大学后，才对科学有了初步的认识。“我上初中时虽然对化学很感兴趣，但那主要是因为遇到了一个好老师，与学科本身关系不大。”杨学明笑称。虽然大学学的是物理专业，但中学时对化学的浓厚兴趣，最终还是将杨学明带到化学的世界。“考研时，我极其坚定地选择了化学方向。”杨学明说，“一个人如果对一个方向没有兴趣，就很难真正在科学研究上有很好的发展，兴趣是从事科学研究工作的内在推动力。”人生没有白走的路。“大学物理专业背景，后来成为我在化学动力学研究上的优势。”杨学明说。个人经历让他深知做一个好老师的重要性，以及在科研范式发生重大变化的当下，推进学科交叉融合的紧迫性。2017年11月，杨学明有了一个新身份——南方科技大学理学院院长。“我非常有幸一直走在科学研究的最前沿，也特别兴奋有机会参与南方科技大学理学院的发展和建设，希望自己能够为国内的高等教育改革发展做些事情，特别是在学科交叉融合发展方面做些努力。”杨学明说。如今虽然事务繁杂，但杨学明依旧将至少一半的工作时间留给科研。“让我感到最快乐的，可能就是整天在实验室里面思考科学问题、与学生一起讨论。”杨学明说，“科研工作对我来说，就像南方人每餐都要吃米饭一样，一顿不吃就好像少了点什么。”

当前，芯片问题广受关注，而半导体工业皇冠上的明珠——以极紫外（EUV）光刻机为代表的高端光刻机，则是我国集成电路（IC）产业高质量发展必须迈过的“如铁雄关”。如何在短期内加快自主生产高端光刻机的步伐，打破国外的技术封锁和市场垄断？笔者认为，应找准关键技术，攻克核心设备，跻身上游产业。认清光刻关键技术对于光刻机，凭什么美国可以左右荷兰阿斯麦公司（ASML）EUV光刻机的出海国家？ASML又为什么“愿意”听从美国的“摆布”？一方面，美国在ASML早期研发阶段给予大力扶持，帮助其获取最新的研究成果；作为继续扶持ASML的条件之一，ASML供应链里至少要有55%的美国供应商。另一方面，在美方协助下，ASML得以顺利收购几大可能阻碍其技术升级的关键供应商，例如通过收购全球准分子激光器龙头企业美国Cymer公司，控制了EUV产业链上除镜片组外最重要一环——13.5纳米极紫外光光源。鉴于此，美国通过下注ASML及推动其在上游产业建立技术壁垒，完成了对光刻机产业链的控制。从技术层面看，Cymer公司采用的是激光等离子（LPP）技术路线，这一技术离不开泵浦激光器。泵浦激光器是德国TRUMPF公司专门量身定制的正方形折叠腔轴快流二氧化碳（CO2）激光器，它的原理是由高功率密度、高重频、波长10.6微米的激光束照射锡液滴（液相锡靶），光/热复合致锡原子电离，锡等离子体直接辐射波长13.5纳米、功率约250瓦的极紫外光。这是国际公认的最具工程实现价值的技术路线，其他如同步辐射、自由电子激光等方法距离规模化应用还差很远。攻克EUV光源核心设备笔者认为，如果我国能提供财力、人力、物力，精准定位并攻克LPP关键技术，还是有望打破高端光刻产业技术瓶颈的。EUV光刻机是一套极其复杂的光机电系统，主要核心设备是EUV光源、光学镜组、高速超精密运动双工件台，其中EUV光源是光刻机最核心设备，而高端CO2激光器又是EUV光源更基础的核心设备，是“光源中的光源”。因此，我们应首先攻克高端CO2激光器，研制比轴快流更先进的大功率板条波导（SLAB）CO2激光器，即万瓦级的SLAB CO2激光器件，打造具有国际竞争力的高精尖端气体激光器产品，在EUV光源供应链中对标德国TRUMF公司。第二步，攻克EUV光源。目前，Cymer公司采用液相锡靶的LPP方案研制的EUV光源仅能输出约250瓦极紫外光，使ASML的EUV光刻机每天只能处理约200片晶圆，生产速度和效益较低，不能满足IC制造商有关日处理300~500片及以上晶圆的急迫要求。要想实现此目标，EUV光源需要提高30%以上输出功率，而液相锡靶LPP技术很难再提高。如果用更先进的CO2激光器结合全新概念的气相锡靶技术方案，研制更大功率EUV光源，将使我们快速跻身核心零部件提供商行列。如能攻克这两个核心设备，成为独立掌握极紫外光源制造技术的国家，将大幅提升我国在高端光刻机国际市场的话语权。关键成果及技术难点CO2激光器作为EUV光刻机的核心部件，引发全球对气体激光技术的重新认知。这充分说明气体激光器是一类非常重要的激光器件。CO2激光器已发展4代，而今标志性的SLAB气体激光技术是国际能量光器件制造商们追逐的技术高地。德国Rofin公司是全球第一家拥有SLAB专利技术体系、能够生产千瓦级以上SLAB激光器件的企业。美国Coherent公司2016年出资9.34亿美元收购了Rofin，获得梦寐以求的SLAB技术。目前，我国是国际上第二家独立拥有SLAB专利技术体系、能够生产千瓦级以上SLAB激光器件的国家，并创新性研发了“板条放电预电离横向激励大气压激光器”，为打造具有国际竞争力的尖端气体激光器产品、跻身高端光刻机全球产业链奠定了知识产权和产业化基础。凭借相关技术储备，我国有机会在较短时间内攻克万瓦级SLAB CO2激光器核心设备。不过，研制EUV光源会面临三大技术难关：一是精密流量控制的气相锡靶；二是激光束照射方式；三是极紫外光收集镜制造和镀膜。

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

中科院条件保障与财务局组织验收专家组听取了项目总体报告和三个核心成员报告，了解了财务审查情况，现场查看了项目典型成果，经质询讨论，一致认为：项目团队完成了项目实施方案规定的全部任务，达到了项目预期目标，成果显著，同意通过验收。专家一致建议持续支持。　　该项目执行期为2019至2021年。经过三年时间，项目组突破了基于常温加速器的极紫外自由电子激光双脉冲运行模式关键技术，发展了面向未来的基于超导加速器的高重频极紫外自由电子激光关键技术，开辟了独特的质量选择中性团簇的红外光谱关键技术，有效填补了国内和国际空白，使我国在新一代光源的研发和技术领域处于国际先进行列。项目组基于极紫外光源技术，发展了国际领先的实验技术，结合精确的理论计算在原子、分子、量子态分辨水平上揭示了气相、团簇、催化、表面等能源基础领域重要化学过程的基本动力学规律，取得了多项重要成果，为大气雾霾、表界面催化、光催化、星际化学等领域提供了坚实的科技支撑和创新策略。　　该项目形成了一支具有国际先进研发能力的极紫外光源技术团队，积累了自由电子激光技术，大型科学装置，先进实验站的设计、建设、运营、维护的丰富经验，同时也掌握了基于极紫外光源的气相、团簇、催化、表面等领域的基础科学知识、实验技术以及理论计算方法，取得了丰富的科研成果。

背景介绍随着可溶液加工激光增益材料的不断发展与改进，该类型的激光器在生物医学治疗、柔性可穿戴设备、通信及军事设备等领域的应用也在不断突破。然而，增益材料的毒性、成本和稳定性问题日益显著，这些问题是增益材料在微/纳激光领域可持续发展的主要障碍。因此，寻找低毒、低成本、高稳定性的激光材料成为该领域内的重要的任务。研究出发点碳点（CDs）作为一种环境友好、稳定性优良、制备成本低及荧光性能优异的碳基纳米材料，近年来引起了人们广泛的研究兴趣。基于CDs激光增益介质的研究不断被报道，并且逐渐走向实际应用。虽然这些早期的研究促进了CDs激光的发展，并证明了CDs是一种优异的激光增益介质。然而，跨度广的全彩色激光，尤其是近红外激光器，一直难以实现。考虑到近红外激光器在空间光通信、激光雷达、夜视，特别是临床成像和治疗等方面的广阔应用前景，开发高性能的近红外CDs激光具有重要意义。此外，CDs激光缺乏系统性的研究，这些研究可以指导CD激光材料的开发，并有助于推动其实际应用的发展。全文速览在此背景下，郑州大学卢思宇课题组合成了具有明亮蓝色、绿色、黄色、红色、深红色和近红外荧光（分别标记为B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs）的全色CDs（FC-CDs）的制备，其PL峰值波长范围为431至714 nm。CDs的低含量sp3杂化碳、高PLQY和短荧光寿命是影响其激光性能的重要因素。结果表明，这些FC-CDs的半高宽明显较窄，在44 ~ 76 nm之间；同时，辐射跃迁速率KR为0.54 ~ 1.74 × 108 s−1，与普通有机激光材料相当，表明FC-CDs具有良好的增益潜力。激光泵浦实验证实了这一点，成功实现了从467.3到705.1 nm宽范围（238 nm）可调的CDs激光出射，覆盖了国家电视标准委员会（NTSC）色域面积的140%。结果表明，CDs具有较高的Q因子、可观的增益系数和较好的稳定性。最后，利用这些FC-CDs激光作为光源，实现了高质量的彩色无散斑激光成像和动态全息显示。此项工作不仅扩大了CDs激光的发射范围，而且为实现多色激光显示和成像提供了有益的参考，是推动CDs激光发展和实际应用的重要一步。文章以“Carbon Dots with Blue-to-Near-Infrared Lasing for Colorful Speckle-Free Laser Imaging and Dynamical Holographic Display”为题发表在Advanced Materials上，第一作者为张永强博士。图文解析图1a-f为其透射电子显微镜照片，显示出B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs为球形或准球形颗粒，平均粒径分别为3.09、3.24、3.76、3.25、4.25和5.98 nm。高分辨率透射电镜（HRTEM）显示，所有CDs的面内晶格间距为0.21 nm，这可归因于石墨烯的（100）面。值得注意的是，NIR-CDs是由单分散CD聚集而成的。B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs的X射线衍射（XRD）峰分别位于20°、22°、22.8°、27°、23°和23.5°。这些值近似于石墨（002）平面25°和层间距（0.34 nm）处的衍射峰。通常，对于脂肪族前驱体，制备的CDs的XRD峰在21°左右，晶格间距比0.34 nm更宽这是因为脂肪族前体在炭化过程中更容易将含氧和含氮杂原子基团引入共轭面，从而扩大了面内间距。R-CDs在27°处有一个清晰的尖锐衍射峰，表明两步溶剂热处理产生了良好的结晶度。此外，NIR-CDs在31.7°和45.5°处有两个尖峰，这两个峰属于NIR-CDs中残留的离子液体（IL），IL具有聚集单分散CDs的功能，有助于形成聚集的颗粒。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）进一步收集了的结构成分信息（图1h和i）。光谱在3425和3230 cm−1附近显示出广泛的吸收特征，证实了-OH和-NH2的存在。1710和1630 cm−1附近的强信号与C=O拉伸振动有关，1570、1386、1215和1145 cm−1处的峰是由C=C、C-N和C-O- C拉伸振动引起的。这些结果表明，所有的FC-CDs都是由sp2/sp3杂化芳香结构形成的，这些杂化芳香结构在表面被含有杂原子（O和N）的极性基团修饰，这些基团使CDs在极性溶剂中具有良好的溶解性。图1中完整的XPS扫描显示，FC-CDs主要含有碳、氮和氧。高分辨率C 1s在C=C、C-N/C-O/（C-S）和C=O分别为284.6、286.6和288.3 eV处呈现出三个峰。N 1s分别在399.0、399.9和401.4 eV处显示吡啶、吡啶和石墨的N掺杂。O 1s光谱中C=O和C-O基团的峰分别位于531.4 eV和533 eV左右。这些XPS结果与FTIR分析一致。图1 形貌与化学成分表征。（a）B-CDs，（b）G-CDs，（c）Y-CDs， （d）R-CDs，（e）DR-CDs和（f）NIR-CDs；右上方的插图是相应的粒径分布，右下方的插图是单个颗粒的高分辨率TEM（HRTEM）图像。（g）XRD图谱，（h）FTIR谱，（i）XPS全扫描谱图。图2a-f显示了紫外照射下FC-CDs的亮蓝色、绿色、黄色、红色、深红色和近红外荧光，其发射峰分别位于431、526、572、605、665和714 nm。这些PL谱都表现出独立于激发波长的行为。它们的PLQY分别为64.9%、91.2%、41.2%、51.6%、28.3%和37.9%。此外，对于B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs，其PL光谱的半高全宽（FWHM）分别为0.46、0.19、0.18、0.24、0.20和0.14 eV。XPS分析sp3杂化碳含量分别为17.09%、9.01%、11.78%、16.78%、6.26%和11.41%。Yan等人的第一性原理计算表明，C-N、C-O和C-S基团可以导致局域化电子态，并在n -π*间隙中产生许多新的能级。这些sp3杂化碳相关激发能级的密度与C-N、C-O和C-S基团的含量呈正相关，决定了PL光谱的FWHMs。因此，CDs的PL光谱FWHMs可以通过sp3杂化碳的含量来控制。这些CDs的紫外-可见吸收峰存在于高、低两个不同的能带区，分别归因于芳香sp2结构域C=C的π -π*跃迁和CDs表面与C=O相关的不同表面态的n -π*跃迁。图2g显示了FC-CDs溶液的PL光谱的CIE坐标覆盖了NTSC标准色域面积的97.2%，意味着FC-CDs在显示中的具有良好的应用潜力。FC-CDs的时间分辨PL（TRPL）谱显示其荧光寿命分别为12.09、5.24、3.60、3.87、2.43和2.44 ns（图2h）。这些高PLQY、窄发射带和快速的PL衰减寿命的特性都有利于受激辐射（SE）。为了评估CDs的激光增益能力，结合公式（1）和（2）计算了ASE的相关参数。ASE阈值与爱因斯坦系数B和SE截面（σem）成反比:KR = φ / τ, （1） σem（λ）= λ4g（λ）/ 8πn2cτ, （2）B ∝ （c3/8πhν03）KR, （3）其中φ为PLQY，τ为平均荧光寿命，λ为发射波长，n为折射率，c为光速，g（λ）是自发辐射的线性函数，表示为g（λ）dλ = φ，h 为普朗克常数，ν0 为光频率，c 为光速。因此，KR值分别为0.54、1.74、1.14、1.33、1.16和1.55 × 108 s−1（图2i）。计算得到的最大的σem分别为1.46、16.59、13.38、15.45、19.51和38.66 × 10−17 cm2（图2i）。这些值与普通有机激光材料的值相似，表明这些CDs具有优良的增益潜力。基于上述分析，我们认为实现CDs激光有两个重要的因素。首先，需要集中的激发态能级来收集大量的具有相同能量的激发态电子，这有利于粒子数反转。其次，处于激发态能级的电子需要在高KR下跃迁回基态，这样统一的快速过程有利于光放大。这两个因素都可以通过精准的合成来控制：通过减少CDs中sp3杂化碳的含量来获得集中的激发能级，通过增加CDs的PLQY同时降低荧光寿命来获得高KR。 图2 光学表征。（a）B-CDs、（b）G-CDs、（c）Y-CDs、（d）R-CDs、（e）DR-CDs和（f）NIR-CDs的吸收光谱和PL发射光谱，插图为对应CDs溶液在紫外灯照射下的光学图片，，线标签表示激发波长，单位为nm。（g）CDs发光光谱的CIE色坐标。（h）FC-CDs的TRPL光谱和（i）KR和最大σem。采用激光泵浦对FC-CDs的激光性能进行了表征。图3a、c、e、g、i和k分别为不同泵浦强度下的B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs的发射光谱，显示出在467.3、533.5、577.4、616.3、653.5和705.1 nm处的出现尖峰；输出在可见光区域的跨度为238 nm（图3m）。在垂直于泵浦激光器和比色皿端面的方向上观察到这些FC-CDs产生的远场激光光斑（图4a、c、e、g、i和k的插图），表明激光发射的产生。随着泵浦影响的增加，FWHMs从大约60 nm急剧下降到~5 nm。这些发射光谱表明，泵浦强度的增加使发射强度急剧增加，峰的FWHM迅速窄化。为了明确发射峰强度、FWHMs和泵浦强度之间的量化关系，图3b、d、f、h、j和l绘制了相关曲线。它们都表现出明显的拐点：对于拐点以下的泵浦强度，FWHMs和输出发射强度的强度变化不明显，但在拐点以上增加泵浦能量，FWHMs急剧窄化，发射峰值强度急剧增加，其斜率与拐点以下大不相同。拐点表示激光的阈值，B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs的激光阈值分别为319.84、35.89、53.31、11.10、43.90和17.88 mJ cm−2。考虑到这种激光泵浦中无反光镜体系，这些阈值也是合理的。为了评估FC-CDs的激光阈值水平，我们还使用相同的激光泵浦设置测量了罗丹明6G （Rh6G），其激光阈值为32 mJ cm−2，表明FC-CDs具有与常用激光染料相近的激光阈值。为了评估全色激光器的性能和商业化潜力，研究了其CIE颜色坐标、Q因子、增益系数（g）和稳定性。B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs的激光光谱对应的CIE色坐标分别为（0.131，0.047）、（0.178，0.822）、（0.494，0.505）、（0.684，0.315）、（0.728，0.272）和（0.735，0.265）（图3n）。所形成的封闭区域可以达到NTSC色域面积的140%，表明FC-CDs在全彩色激光显示中的巨大潜力。对于B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs，各自的激光线宽分别为0.17、0.13、0.11、0.21、0.21和0.34 nm，相应的Q因子（Q = λp/∆λp，其中λp为激光峰波长，∆λp为激光线宽）分别为2748.8、4103.8、5249.1、2920.5、3111.9和2073.8，这些值目前位于可溶液加工激光器中的前列。这些发现表明，我们的FC-CDs的激光器在激光质量上具有相当大的优势，这有利于其实际应用。光学增益系数量化了荧光材料实现激光发射的能力，可以用变条纹长度法来计算光学增益系数。激光输出强度可表示为：I（l） = （IsA/g） [exp（gl）-1], （4）其中I（l）为从样品边缘监测到的发射强度，IsA描述了与泵浦能量成正比的自发发射，在固定的泵浦能量下为常数，l为泵浦条纹的长度，g为净增益系数。图3p显示了在2倍激光阈值下，输出发射强度与激发条纹长度的关系。B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs的增益系数分别为8.9、24.7、17.1、16.0、13.5和21.5 cm−1。这些结果与大多数有机激光材料相当甚至更优，表明这些FC-CDs具有良好的增益特性。稳定性也是评估激光器时的一个重要考虑因素。在2倍激光阈值下连续泵浦FC-CDs激光，G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs连续工作7、7、5.5、5.5和4 h后，激光强度分别为初始激光强度的0.97、0.97、1、0.98、1.03倍（图4）。在CDs的2倍激光阈值下，将相近激光波长的常用商用激光染料与相应的CDs进行了稳定性比较。香豆素153 （541 nm）、Rh6G （568 nm）、RhB （610 nm）、Rh640 （652 nm）和尼罗蓝690 （695 nm）的激光强度分别下降到初始强度的0.60、0.84、0.89、0.76和0.73倍。对于B-CDs，激光阈值大约比其他CDs高一个数量级；在泵浦的0.6 h时，激光输出逐渐降至零。相比之下，香豆素461 （465 nm）的激光在0.2 h的操作时间内消失。与以往的文献相比，本工作对CDs激光进行了更全面的研究，该激光器具有从蓝色覆盖到近红外区域的宽可调激光范围、高增益系数、高Q因子、良好的辐射跃迁率、可观的增益系数和优异的稳定性。这些参数都处于CDs激光的前沿。图3 激光稳定性。（a）B-CDs、（b）G-CDs、（c）Y-CDs、（d）R-CDs、（e）DR-CDs和（f）NIR-CDs与具有相近激光波长的商用有机激光染料在相应CDs的两倍激光阈值下的稳定性对比。FC-CDs的上述独特激光特性使其能够实现比传统热光源更亮的照明和色域更宽的全色激光成像。图4a-f分别为以B-CDs、G-CDs、Y-CDs、R-CDs、DR-CDs和NIR-CDs激光为光源对分辨率板（1951USAF）照射后的光学成像。利用互补金属氧化物半导体（CMOS）相机观测到的图像强度分布均匀、清晰、无散斑。作为对比，我们也使用商用激光器作为成像光源，使用波长为532 nm的连续波激光器和脉冲（7 ns, 10 Hz）激光器分别产生如图4g和h所示的光学图像，具有明显的激光散斑。从根本上说，这是由于图像质量受到激光高相干性带来的斑点的限制。我们进一步展示了这些CDs激光在全息显示中的潜在适用性，全息显示被认为是在3D空间中重建光学图像的最现实的方法之一，并且作为下一代显示平台为用户提供更深入的沉浸式体验而受到广泛关注。图4i为其实验设置。将CDs激光作为照明源照射到空间光调制器（SLM）上，在SLM上加载不同相位掩模（全息图）以重建全息显示所需的图案，在本例中为郑州大学的徽标。徽标分为三个部分，每个部分都可以使用B-CDs、G-CDs、和R-CDs出射的激光进行全息成像（图4j）。第一行是设计好相位掩模并输入SLM的原始图像。第二到第四行分别是CMOS相机在B-CDs、G-CDs、和R-CDs激光照射下拍摄的光学图像。第一列显示了会徽作为一个整体，并被分成几个部分。不同的组件可以简单地组合起来，以获得完整的彩色徽标（图4k）。这些静态图像具有高分辨率和高对比度，为了更接近实际应用，我们制作了一系列不同运动姿势的人物彩色全息图像，以获得彩色动态人物视频。图4l中的第一行给出了这些运动姿势的原始图片。第二至第四行分别显示了在B-CDs、G-CDs、和R-CDs激光照射下每个运动姿势不同部位的独立全息图像。然后将每个运动姿势的不同颜色部分合并到图41的第五行中。然后以每秒3帧的速度将从左到右依次输出，从而实现动态全息显示。虽然成像质量和显示方案还需改进，但我们的实验证明了未来基于CDs的激光成像的可行性。图4 基于FC-CDs激光的无散斑全彩色激光成像和彩色全息显示。（a）B-CDs、（b）G-CDs、（c）Y-CDs、（d）R-CDs、（e）DR-CDs和（f）NIR-CDs激光，以及（g）连续波激光器（532 nm）和（h）脉冲激光器（7 ns, 10 Hz，532 nm）的商用激光源下的1951USAF的光学图像，标尺均为100 μm。（i）以CDs激光为光源的全息显示器实验装置（S1、S2、A、P分别为狭缝1、狭缝2、衰减器和偏振器；L1-L4分别为焦距40、100、100、50 mm的镜头 圆柱透镜的焦距为100 mm）。（j）郑州大学校徽全息静态展示。（k）为（j）中部分成像合并后的彩色徽标。（l）运动角色的全息动态显示。全息显示器中的比例尺都是1 mm。总结与展望综上所述，在无反光镜体系的光泵浦中，FC-CDs实现了467.3、533.5、577.4、616.3、653.5和705.1 nm的波长可调谐随机激光发射，从蓝色到近红外区跨越238 nm，覆盖了NTSC色域的140%。sp3杂化碳的低含量在n -π*隙中引入了集中的激发态能级，从而实现了较窄的FWHMs和粒子数反转，高KR（高PLQY和小寿命）有利于光放大。这两个因素决定了FC-CDs的激光增益特性，在CDs激光阈值的2倍能量泵浦下，FC-CDs也表现出高Q因子、可观的增益系数和比普通商业有机染料更好的稳定性。最后，我们成功地演示了使用这些FC-CDs激光作为光源的彩色无散斑激光成像和高质量的动态全息显示。我们的研究结果扩展了CDs激光的波长范围，提供了对其激光性能的全面评估，并为全彩色激光成像和显示应用打开了大门，从而显著促进了可溶液加工的CDs基激光器的实际应用和发展。文献链接：https://doi.org/10.1002/adma.202302536

日前，由中国科学院大连化学物理研究所和上海应用物理研究所联合研制的极紫外自由电子激光装置——“大连光源”，发出了世界上最强的极紫外自由电子激光脉冲，单个皮秒(1皮秒等于一万亿分之一秒)激光脉冲产生140万亿个光子，这套总长100米的装置成为世界上最亮且波长完全可调的极紫外自由电子激光光源。　　自由电子激光是国际上最新一代先进光源，也是当今世界发达国家竞相发展的重要方向，在科学研究、国防科技发展中有着重要的应用前景。　　“大连光源”是我国第一台大型自由电子激光科学研究用户装置，是当今世界上唯一运行在极紫外波段的自由电子激光装置，也是世界上最亮的极紫外光源。它也是继“合肥光源”和“上海光源”之后，我国在该领域的又一次重要探索。极紫外光是什么，这套先进的大科学装置基本原理又是什么，将有哪些应用?　　光源亮、脉冲短，微观世界看得更清楚　　人类已经知道，很多物理和化学过程在本质上都是原子和分子运动的过程。要控制或利用这些过程，需要研究其中涉及的原子和分子的反应机制，也就需要精确且高度灵敏地探测所涉及的原子和分子。　　自19世纪以来，电和电磁波就成为人类认识和感知物质世界的最重要的媒介和手段，比如通过麦克风把声音转换成电信号，再进行处理和传输。人类研究原子和分子的反应机制，最直接的方法也是将其变成易于识别和处理的电信号。其过程是把原子或分子中的电子“打”(电离)出来，可以得到原子分子以及物质的结构和动态信息，进而在微观层次上探索物质世界的奥秘。　　近代物理已经证明，光具有波粒二象性，既是电磁波，同时也是粒子。光子本身带有能量，波长越短，光子的能量就越高。而当光的波长短到约100纳米时，一个光子所具备的能量就足以电离一个原子或分子而又不会把它们打碎，这个波段的光称为极紫外光。但是由于在科学实验中，需要探测的原子或分子数量可能非常少，存在时间也非常短，普通的极紫外光源无法满足这一需求，因此必须要有高亮度的极紫外光源，即极紫外激光。“光源亮，微观世界可以看得更清楚 脉冲短，我们可以看到分子和原子在物理和化学变化中超快的过程。”中科院大连化学物理研究所副所长杨学明院士说。　　最亮的“闪光灯”、最快的“快门”，能让分子、原子“无处遁形”　　极紫外激光能电离几乎所有组成普通物质的原子和分子，因此，极紫外激光也无法在普通物质中产生和放大，只能在“特殊物质”中产生，这个“特殊物质”就是脱离原子核而单独存在的自由状态的电子。　　根据电动力学原理，加速运动的电子会向外辐射电磁波，振荡的电子辐射电磁波能力非常强。常用的无线信号，无论是电视还是手机，都是通过驱使电子在天线里来回振荡发射电磁波。　　“大连光源”由加速器、波荡器和光束线站三部分构成。先由时间宽度为几个皮秒的脉冲激光(驱动激光)在光阴极上打出一簇高密度的脉冲电子，再利用直线加速器将这个脉冲电子束加速到3亿电子伏特的能量，电子的速度与光速非常接近。另一束皮秒或者相近时间宽度的强激光(种子激光)照射在这个高能电子束上，电子束中的电子在种子激光的作用下，就会按照激光的波长在空间重新分布(调制)，然后让被调制的电子束继续穿越一系列周期性变化的磁场。电子在周期性磁场中就会一边以光速向前飞行，一边左右摆动，向前辐射出光线。途中各处发射的光会叠加增强，同时电子自身辐射的光也在调制电子自己的空间分布，从而使得电子更加强烈地辐射光线，适当地选择周期性磁场的强度，就会使得种子激光中的某个谐波成分按照前述方式急剧地自激放大并达到饱和，从而输出极紫外激光。　　“‘大连光源’有最亮的‘闪光灯’，峰值功率的亮度比太阳光高100亿倍的100亿倍，有最快的‘快门’，出光长度能达到飞秒(1飞秒等于一千亿分之一秒)、皮秒，不但能让分子、原子‘无处遁形’，还能给它们‘拍电影’，将物理化学反应的全过程动态记录下来。”上海应用物理研究所所长赵振堂用一连串的比喻来说明“大连光源”的大用场。　　应用广泛，有助于理解雾霾形成的机理　　“大连光源”采取了一系列先进技术，包括引入双馈入电子直线加速管、楔形波荡器技术等，自行设计和搭建的驱动激光的整形系统及其稳定性达到了国际先进水平。项目在两年的时间里完成了基建工程以及主体光源装置的研制，3个月内调试成功，创造了我国同类大型科学装置建设的新纪录。中国科学院副院长王恩哥院士认为，“‘大连光源’建成出光，成为我国大科学工程的又一成功范例，将为我国的科技事业注入新的活力。”　　“作为一套真正的用户装置，‘大连光源’将成为一个面向全世界的研究平台。”杨学明表示。建成以后，“大连光源”将成为当今世界上在极紫外波段最强的自由电子激光，因此是研究与原子分子过程相关的物理和化学科学问题的利器。“大连光源”综合实验装置还以极紫外相干光源为依托，配套研制了一系列具有国际先进水平的，用于研究与燃烧、大气以及洁净能源相关的物理化学过程的实验站，使得该装置成为相关研究领域的在国际上不可替代的研究平台。　　据了解，“大连光源”在燃烧化学、极紫外光光刻、生物分子结构及动力学、大气雾霾化学等领域应用广泛。“以大气雾霾为例，大气中的化学物质与水分子作用后，形成分子团簇，这些团簇在生长过程中吸附各种污染物分子，生长为较大的气溶胶颗粒，并逐渐成长为雾霾。利用‘大连光源’的极紫外软电离技术，就可以研究雾霾的生长过程，从根本上理解雾霾形成的机理，为大气污染防治提供科学依据。”大连化学物理研究所研究员张未卿表示。　　延伸阅读　　合肥光源　　1983年4月，中科大国家同步辐射实验室正式立项，建设我国第一台专用同步辐射光源，被称为“合肥光源”。1989年合肥光源建成，并发出中国第一束“神奇之光”。利用“合肥光源”，我国首次完成探月卫星“嫦娥一号”太阳风离子探测器正机的实验标定和测试，首次获得了X射线全息图样等。　　上海光源　　1999年，“上海光源”项目预研工作正式启动，2009年建成投入运行。　　“上海光源”其实就相当于一台巨型的“超级显微镜”，它可以给微观世界，例如花草树木的呼吸过程、人体蛋白质分子活动等，拍摄高清晰度的科学照片。“上海光源”建成后，出光的稳定性始终保持良好，为中国科学家进一步扩宽了探索视界。

上海光源外景 　　1月19日下午，总投资超过14亿元的上海光源(SSRF)国家重大科学工程通过国家验收，意味着这个第三代同步辐射光源大科学装置，历经10年立项和52个月建设，即将正式对国内外科研用户开放。 　　无论是投资还是规模，上海光源都是国内目前最大的大科学工程，它能做什么?其科学地位和作用是什么?是不是自主研制?……记者为此专访了上海光源工程总指挥、中国科学院副院长江绵恒等专家。 　　“它是一个多学科开放共享的实验平台” 　　上海光源犹如一台功能强大的“超级X光机”和“超级显微镜”，其亮度是最强的X光机的上亿倍，具有波长范围宽、高强度、高亮度、高准直性、高偏振与准相干性、高纯净并可准确计算等一系列比其他人工光源更优异的特性，是继电光源、X光源、激光光源之后第四次为人类文明带来革命性推动的一个新光源。 　　由30多位院士和专家组成的国家验收委员会认为，上海光源以世界同类装置最少的投资和最快的建设速度，实现了优异的性能，成为国际上性能指标领先的第三代同步辐射光源之一，是我国大科学装置建设的一个成功范例。 　　“它的用处太多了，是一个多学科开放共享的实验平台。”江绵恒说，“它提供性能非常优异的光——从红外线到高能X射线(硬X射线)宽广波段、光谱连续的光，为我国及全世界诸多学科的前沿基础研究和高新技术开发应用，提供了一个很先进又不可替代的工具。” 　　利用它，可从事生命、材料、环境、医学、药学、地质学等多学科的前沿基础研究，以及微电子、医药、石油、化工、生物工程、医疗诊断等高技术开发应用的实验研究。 　　中科院上海药物所沈旭研究员告诉记者，使用上海光源，他研究晶体结构的效率提高了数十倍，“以前用普通X光衍射，要做几天的工作，现在只需要20分钟左右的时间，可以说实现了质的飞跃。” 　　“将同时容纳上千名科学家一起工作” 　　从空中俯瞰，上海光源仿佛一个美丽的巨型“鹦鹉螺”。这个巨大“鹦鹉螺”内部，有一台周长180米的增强器，一台周长432米的电子储存环，还有首批建设的7条光束线和实验站。 　　让人难以想象的是，这个“鹦鹉螺”是由2100根48米深的混凝土的桩基撑起来的。江绵恒说，这个建筑内部，科学实验的要求很高，比如振动不能超过1微米。在隧道内部，温度的要求是27摄氏度，正负不超过0.2摄氏度，而上海光源做到了正负不超过0.1摄氏度。52个月的建设周期，也创造了世界纪录。 　　自2009年5月6日，上海光源对用户开放试运行，至2010年1月13日，累计提供用户机时15436小时，用户已超过1000人，执行了101个科研院所和大学的用户课题432个，涵盖生命科学、材料科学、环境科学等十几个学科，取得了一批很好的实验结果。 　　“第一批，我们建成了7条光束线和实验站，可同时容纳近百名科学家开展实验。”江绵恒说，“我们计划在2020年左右再建成约30条光束线站，到2030年建满达到60条光束线站，到那时将同时容纳上千名科学家一起工作。” 　　“完全是我们自己的科技队伍做出来的” 　　上海光源已进入国际上性能指标领先的第三代同步辐射光源的行列，其中不少指标处于国际最好水平之列，且性价比高，自主研制的设备超过70%，形成了一系列具有自主知识产权的高新技术储备。 　　“上海光源从建筑、装置到设备，它完全是我们自己的科技队伍做出来的，安装也是我们自己的技术工人队伍完成的，达到了非常高的工艺水平。”江绵恒说，比如180米的增强器，用于修正电子束流轨道的56块校正磁铁，1块也没用就调通了，说明我们的设计、加工、安装都几乎没有偏差，在世界加速器界可能是“空前”了。 　　江绵恒还介绍说，上海光源是中科院和上海市完美合作的结晶，其主要参建、参研单位有上百家。国际先进的定位，对这些单位提出近乎苛刻的要求，需要他们“跳一下”才有可能达到。而就是在这个“跳一下”的过程中，在工程科研团队的指导与合作下，相关单位和企业的技术能力都获得了提升、飞跃。 　　“我们需要更先进光源的前瞻部署” 　　上海光源的建成，标志着我国在建设大科学工程实验装置方面，具备了高水平的自主创新和技术集成的能力，进入了世界先进行列。 　　“但是也应该看到，世界上最早的第三代的光源是1991年建成的。”江绵恒说，“尽管我们有自己的创新，但在时间上落后了将近20年。而且，新光源——自由电子激光光源，已在国际上加速发展起来，美国SLAC的X射线自由电子激光去年已经出光，德国、日本、韩国等也已起步。” 　　江绵恒因此强调：“我们也需要同时进行更先进光源的前瞻部署。”他透露，中科院已经向国家建议，在上海光源的北面，建设一台软X射线自由电子激光试验装置，开展短波长自由电子激光装置的预先研究 希望在这之后，再向国家申请建设硬X射线的用户装置，把我国与先进国家在光子科学领域的发展差距缩短到10—15年左右。

p 　　激光粒度仪是专指通过颗粒的衍射或散射光的空间分布来分析颗粒大小的仪器。现在许多用户在市场上挑选激光粒度仪的时候，都感到非常为难，因为一方面对激光粒度仪的了解不太多 另一方面市场上鱼龙混杂，各个厂家都说自己的粒度仪是最好的，不知听谁的好。 /p p 　　挑选激光粒度仪首先要十分注重仪器的准确度和重复性。分辨是否只要用亚微米的标准颗粒测试一下就可分辨 粒度范围宽，适合的应用广，最好的途径是全范围直接检测，这样才能保证本底扣除的一致性。不同方法的混合测试，再用计算机拟合成一张图谱，肯定带来误差。激光粒度亿一般选用2mW激光器，功率太小则散射光能量低，造成灵敏度低 另外，气体光源波长短，稳定性优于固体光源。 /p p 　　在挑选激光粒度仪还要要了解其分散方式是怎样的，一个样品要得到一个客观的测试结果，只有分散的好，才能测出正确的结果。最后要检查激光粒度仪的检测器，因为激光衍射光环半径越大，光强越弱，极易造成小粒子信/噪比降低而漏检，所以对小粒子的分布检测能体现仪器的好坏。 /p p 　　原帖链接：http://bbs.instrument.com.cn/topic/3443446 /p

自Spark Lasers公司推出ALCOR 920系列920nm飞秒光纤激光器以来，该系列产品就成为脑科学双光子显微成像系统主要使用的光纤飞秒激光器。凭借其高功率、窄脉宽、高稳定性、免维护等特性，ALCOR 920不仅成为传统钛蓝宝石飞秒激光器的高性价比替代产品，也成为同类产品的市场引领者。 ALCOR 920采用了Spark Lasers最新的HPC® 技术（High Pulse Contrast），功率有了进一步提高，同时脉冲形状也得到了优化。与前一代产品相比，ALCOR 920-1的平均功率从之前的1W提高到了1.5W；ALCOR 920-2的平均功率从之前的2W提高到了2.5W。ALCOR 920-4仍提供高达4W的平均功率，是目前市面上920nm飞秒光纤激光器中输出光功率最高的产品。图1 ALCOR系列产品主要参数列表 飞秒激光器作为双光子显微成像系统的核心部件之一，对系统成像效果是至关重要的。那么，如果想要得到好的成像效果，应该怎么办呢？我们有方法：1. 选择高峰值功率的激光器由于双光子效应是与光子密度正相关的非线性效应，越高的峰值功率就意味着越多的荧光分子能够同时吸收两个光子到达激发态，并在跃迁至基态的过程中发出荧光，也就是说最终被探测器采集到的荧光信号也就越强，最终生成的图像亮度和对比度也就越高。峰值功率的计算方式可以由下面的公式计算得出：例如，标准款ALCOR 920-2的平均功率为2.5W，重复频率为80MHz，脉冲宽度为100fs，那么ALCOR 920-2的峰值功率就高达312.5kW。 假如有一款飞秒激光器脉冲宽度只能做到150fs，平均功率和重复频率却能和ALCOR 920-2一样，那么会有什么影响呢？我们通过计算可以得到，这款激光器的峰值功率仅有208kW，仅有ALCOR 920-2的66.6%，这也就意味着相应的荧光强度也会有很大幅度的降低。同样地，假如有另一款产品，脉冲宽度也能达到100fs，但是平均功率却比较低，那么其峰值功率也是比较低的。 图2 使用低脉冲质量的激光器和Spark Lasers的高质量脉冲激光器的最终图像对比 2. 使用色散预补偿得到最优化的脉冲宽度然而，拥有一台激光器只是搭建双光子显微成像系统的第一步。由于成像系统内部有很多光学元器件，如反射镜、滤光片、光强调制器、空间光调制器、分光棱镜、物镜等等，而这些光学元器件中的大部分都会引入正色散，导致飞秒脉冲激光到达测量点处的过程中发生展宽，即脉冲宽度变宽。在上面的计算中我们可以看出，脉冲宽度变宽会导致激光峰值功率的下降，会在很大程度上降低荧光光强，以至于最终的图像亮度和对比度会变差。 ALCOR 920系列在激光头内部集成了色散预补偿模块，可以在激光发射时就带有负色散，这些负色散可以在激光脉冲传播过程中和光学器件引入的正色散相互抵消，从而使得在测量点处，脉冲宽度能保持比较窄。 标准款ALCOR带有0～-60000fs2的大色散补偿范围，同时提供0～-90000fs2的超大色散补偿范围选配，可以满足大部分双光子显微成像系统对色散补偿要求，甚至是最复杂的系统。根据我们的经验，一般复杂程度的双光子显微成像系统对色散补偿的要求在-30000fs2～-50000fs2。3. 对功率进行调制和精确控制ALCOR 920可提供XSight选配模块，即集成化内置AOM模块，以满足双光子显微成像系统对激光实现光强的开/关调制或模拟调制来实现复杂的功能的需要。内置模块可以在很大程度上节省光学平台的空间以及在光路中调试外置调制器的时间精力，同时，该模块能够提供：超高精度光强调节（分辨率高达0.1%）高带宽模拟调制（0～1MHz）高速光开关（上升/下降沿关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

近期，中国科学院上海应用物理研究所科研人员在自由电子激光物理研究领域取得了一系列新进展。 　　1.相位汇聚高次谐波放大(PEHG)自由电子激光后续研究进展 　　外种子机制是短波长自由电子激光的一个重要发展方向。目前，人们已经相继提出了高增益高次谐波放大(HGHG)和回声高次谐波放大(EEHG)等外种子自由电子激光机制。但是，外种子自由电子激光的谐波转换次数通常会受到直线加速器所产生电子束能散的限制，较难向更短的波长发展。上海应物所科研人员于2013年提出了相位汇聚高次谐波放大(PEHG)自由电子激光运行模式(Phys. Rev. Letts. 111 (2013) 084801)，能够有效地克服电子束能散的限制，从而大大提高谐波转换次数。PEHG为未来全相干X射线自由电子激光装置的建设提供了一种非常有吸引力的方案。 　　在后续研究中，研究人员从三维的束流物理学出发，详细分析了相位汇聚(phase-merging)的物理机制，系统地研究了PEHG对种子激光、电子束、波荡器的各种参数的依赖关系(New J. Phys. 16 (2014) 043021) 并提出了种子激光相位倾斜等实现PEHG原理的新方案(Phys. Rev. ST-AB. 17 (2014) 070701)。研究发现，相位汇聚原理不仅可以提高外种子自由电子激光的高次谐波转换效率，在粒子加速器领域中还有着更为广阔的应用前景。 　　PEHG在自由电子激光领域有着极为重要的意义，上海应物所邓海啸博士受邀参加了2014年8月在瑞士巴塞尔召开的第35届国际自由电子激光会议并作了&ldquo PEHG相关物理研究&rdquo 的大会邀请报告。目前，研究人员正在积极准备在上海极紫外自由电子激光装置(SDUV-FEL)进行相关实验，力争实现从概念原理提出到实验验证，都由我国科学家独立完成。该项研究得到了国家自然科学基金委、国家科技部&ldquo 973&rdquo 项目和中国科学院的资助支持。　　 　　图1. 实现PEHG原理的三种技术方案：a)电子束能量调制和相位汇聚均由TGU完成 b)电子束团能量调制和相位汇聚由常规调制段和TGU分别完成 c)电子束相位汇聚由波前倾斜的外种子激光完成。 　　2.外种子自由电子激光(FEL)的噪声演化研究进展 　　外种子自由电子激光的主要优势是可以继承种子激光的优秀特性，具有优异的横向相干性、纵向相干性和波长稳定性等。同时，和任意一个信号系统类似，在外种子FEL的高次谐波转换过程中，种子激光和电子束团的微小噪声和缺陷也会被继承，并被进一步放大。一般认为，外种子FEL的输出信噪比与其谐波转换次数的平方成反比，即随着谐波次数的增大，外种子FEL频谱等性能会严重退化，也就是所谓的噪声演化问题。因此，噪声问题被认为是限制外种子FEL向X射线扩展的一个重要因素。 　　上海应物所研究人员近日在外种子FEL噪声研究方面取得新进展，修正揭示了外种子FEL的噪声演化规律，相关研究成果发表在Phys. Rev. ST-AB 16(2013) 060705，Nucl. Instr. Meth. A 737(2014) 237 和 Nucl. Instr. Meth. A 753(2014) 56。通过引入种子激光和电子束团之间的相对滑移，研究人员发现，种子激光相位噪声的放大并非简单地遵守N平方规律，可以通过增加调制段波荡器周期数来有效抑制，从而改善外种子FEL性能。当种子激光为超短脉冲情况下，理论和模拟均证明，外种子FEL可以完全补偿种子激光的相位噪声，从而输出纵向相干性非常优秀的辐射脉冲。同时，研究人员还系统地分析了不同模式外种子FEL对电子束团噪声的响应，发现PEHG和EEHG两种模式可以做到对电子束能量噪声较小的响应。 　　外种子FEL噪声问题的研究修正了以前的理论预期，证明目前的激光技术可以非常好的满足外种子FEL对种子激光的要求，并为全相干FEL装置向更短波长发展提供了理论依据，对建设中的大连相干光源和上海软X射线试验装置都有积极意义。该项研究得到了国家自然科学基金委、国家科技部&ldquo 973&rdquo 项目和中国科学院的资助支持。　 　　图2. 左：随着调制段波荡器的周期数增加，外种子FEL的噪声放大倍数逐渐变小。右：电子束团的非线性能量chirp对不同模式外种子FEL频谱的影响，可以看出，HGHG输出的纵向相干性明显降低，EEHG对电子束团能量的chirp不太敏感，而PEHG对这种电子束团能量的不完美型天然免疫。 　　3.基于电子束团相干辐射的外种子FEL波荡器准直与调试方法研究进展 　　短波长自由电子激光的饱和出光，不单需要直线加速器提供高品质电子束团，而且需要确保电子束团在波荡器系统中高精度扭摆，这就涉及到波荡器系统准直、波荡器间隙设定、波荡器段间相位匹配和尾场补偿等问题。因此，在交付用户之前，FEL装置都要经历漫长的调束阶段，以便掌握和优化整个FEL装置的性能。 　　基于电子束团的准直(BBA)是粒子加速器领域常用的准直方法。利用BBA技术，美国LCLS自由电子激光在132m波荡器达到了小于5&mu m的束流轨道。波荡器的BBA过程需要改变电子束能量、读取大量BPM数值和复杂的数值算法，鉴于此，LCLS是目前唯一成功运行BBA的FEL装置。基于电子束团自发辐射的准直(PBA)，是近年发展起来的FEL波荡器准直方法。利用波荡器下游的光学系统，独立测量各段波荡器的自发辐射谱，推出束流轨道相关信息，从而加以反馈调整。日本SACLA自由电子激光利用PBA在110米波荡器达到了1&mu m的束流轨道。 　　由于其优越的全相干性和波长稳定性，外种子FEL已经成为紫外至软X射线波段用户装置的首选工作模式。外种子FEL电子束团能量相对较低，通常在0.3-1GeV量级，电子束刚性差，大幅改变电子束能量的BBA几乎无法正常工作 另外，外种子FEL的工作波段没有可用的晶体单色仪，无法进行类似SCALA的自发辐射准直。因此，对于外种子FEL，探索新的波荡器系统调试方法，是极具意义的一个科学问题。 　　上海应物所长期从事外种子FEL物理和实验研究，科研人员在总结调试经验的基础上，提出了基于电子束团相干辐射的外种子FEL波荡器调试方法，并在SDUV-FEL试验装置上完成了实验验证，相关研究成果近日发表在Phys. Rev. ST-AB. 17 (2014) 100702。研究表明，通过分析已群聚电子束在辐射段波荡器的相干辐射性能，同样能得到波荡器内的束流轨道和共振关系等信息，便可以实现外种子FEL波荡器系统的束流轨道准直。另外，基于电子束团相干辐射的准直技术与整个FEL调试浑然一体，更为直观，除波荡器准直之外，还可以用来设定波荡器的工作磁间隙和波荡器的段间相位匹配等。 　　目前，我国首个高增益FEL用户装置(大连相干光源)和首个X射线FEL(上海软X射线FEL试验装置)均采用外种子FEL工作模式，并在2~3年内进入FEL调试阶段。因此，基于电子束团相干辐射的波荡器准直和调试方法的提出，对我国FEL装置建设有十分重要的实际意义。该项研究得到了国家自然科学基金委、国家科技部&ldquo 973&rdquo 项目和中国科学院的资助支持，由上海应物所冯超博士和邓海啸博士等合作完成。　　图3. 在基于电子束团相干辐射的外种子FEL波荡器准直调试方法中，当电子束在水平方向以一个倾角进入波荡器，并且波荡器的gap大于FEL共振关系所需时，在下游CCD上看到的电子束团相干辐射的空间分布，左：SDUV-FEL实验结果，右：从头至尾的数值模拟结果。 　　4.全光学X射线光源的辐射性能提升 　　相对于射频电子加速器驱动的X射线光源，发展全光学X射线光源，对减小同步辐射和自由电子激光的装置规模很有好处。所谓全光学光源，即利用激光等离子尾场加速原理获得高能量电子束团，并用激光电场来替代常规的波荡器。激光等离子加速能产生比常规射频加速器高2-3个量级的加速梯度，而激光波荡器的周期长度比常规磁铁波荡器小2-3个量级，因此，全光学方法可以将光源规模急剧缩小，是桌面型X射线光源的可行方案，对于同步辐射和自由电子激光等光源的普及应用具有十分重要的意义。 　　激光等离子加速产生电子束团峰值流强高(一般可达数千安培)，束团长度短(一般仅有几个飞秒)，横向发射度极低(如0.1微米弧度)，这些特性均十分符合高亮度X射线光源对电子束团的要求。然而，目前为止，激光等离子体加速产生的电子束团能散在1%以上，尚远远大于X射线FEL的需求，这就限制了其在高增益X射线FEL方面的应用。 　　上海应物所研究人员发现，通过耦合电子能量和横向位置，并调节电子束在激光场中扭摆的中心位置，便可以补偿全光学X射线光源中电子束团的能散效应，相关研究成果近日发表在Optics Express 22(2014)13880。具体原理如下：首先利用横向色散元件将电子束团的纵向能量映射到横向分布 其次激光场在横向天然具有高斯分布，即场强从横切面中心位置向四周递减，只要入射电子束团不在激光场中心扭摆，便自然感受到横向场梯度的存在，也就是所谓的具有横向梯度的激光波荡器。这样安排下，不同能量电子均满足自由电子激光共振条件，便可将能量转换效率提高2-3个量级，并改善FEL横向模式。 　　该项研究得到了国家自然科学基金委、国家科技部&ldquo 973&rdquo 项目和中国科学院的资助支持，由上海应物所张彤博士和邓海啸博士等合作完成。 　　图4. 左：全光学光源中，电子束团(红色圆点)以一个横向偏移进入激光波荡器场扭摆 中：纵向能量和横向位置关联的电子束团在激光波荡器梯度场中符合共振关系 右：全光学光源辐射功率随激光束斑大小和横向偏移的变化情况，红色区域为优化区域。