光场测量

近日，西安光机所阿秒科学与技术研究中心在超短激光脉冲光场测量研究方面取得重要进展。研究团队创新性提出基于微扰的三阶非线性过程全光采样方法，该方法的可测量脉冲脉宽短至亚周期，波段覆盖深紫外到远红外，具有系统结构简易稳定、数据处理简单等优点。相关两项研究成果相继发表在Optics Letters。论文第一作者为特别研究助理黄沛和博士生袁浩，通讯作者为曹华保研究员、付玉喜研究员。 　　超短激光脉冲作为探索物质微观世界以及产生阿秒脉冲的重要工具，其完整的电场波形诊断尤为重要。目前普遍采用的表征技术广义上可分为频域测量、时域测量两类。在频域，具体有频率分辨光学门控(FROG)、光谱相位干涉法 (SPIDER)和色散扫描(D-SCAN)等主要方法，通过测量非线性过程产生的光谱信息来间接获取超短脉冲脉宽及相位。此类方法因装置简单易于搭建而被广泛采用，但通常需要复杂的反演迭代算法，并且难以获得光电场信息，而且受限于相位匹配机制，比较难以应用于倍频程以上的激光脉冲测量。 　　而基于时域采样的测量方法通常不受严格的相位匹配限制，并且对电场波形很敏感，可用于直接测量光电场，近年来发展势头较好。研究团队提出基于微扰三阶非线性过程的全光采样方法是一种基于时域采样的测量方法，在实验中分别应用瞬态光栅效应(TGP)和空气三倍频效应(Air-THG)，准确的测量了钛宝石激光器输出多周期脉冲(750-850nm，25fs)、基于充气空心光纤后压缩技术(600-1000nm，7.2fs)和双啁啾光参量放大系统(1300-2200nm，15fs)产生的少周期脉冲，实现了覆盖可见、近红外到中红外波段的超短脉冲测量，可以满足不同波段超短脉冲测量的需求。未来此项进展可以在阿秒驱动源快速诊断、超短激光脉冲测量装置国产化等方面发挥重要作用。

鉴知科普 光谱仪波长标定测量方法波长精度和重复性是光谱仪重要的质量指标之一，两者对仪器的正确使用乃至实验结果有着很大影响；另外，由于温湿度、气压、磕碰等外界因素及仪器本身随着使用年限的增加，光纤发射角、光栅的衍射能力和检测器的探测效率等内部因素的变化，会对光谱仪传感器的响应产生影响，因此，光谱仪需要定期定标才能获得更准确的数据。定义：光谱定标就是明确成像光谱仪每个通道的光谱响应函数，即明确探测仪每个像元对不一样波长光的响应，从而获得通道的中心波长及其通光谱带的宽度。在实际微型光纤光谱仪中，光波波长是由CMOS像素所反映的，因此在实际测量中由于环境和时间的影响会引起光波波长与像素之间的变化，光谱仪中各CMOS像素所对应的实际光波波长必须准确确定，否则测量的准确度就会降低。如下图1所示，大家普遍使用的交叉式光纤光谱仪采用CMOS芯片收集光谱数据，为了得到准确的测量结果，光谱仪在使用前必须进行严格的标定，确定CMOS像素和光波波长的对应关系。图1 普遍使用的交叉式结构的光纤光谱仪常用的光纤光谱仪波长标定是采用特征光谱在CMOS对应的像素点上找到相应的位置，对于SR50C来说，探测用2048单元的线阵CMOS，测量光谱为200~1000nm，每个CMOS对应约0.4nm，光栅方程可以写成 其中，m为衍射级次，d为光栅常量，i为入射角（可以认为是定值），θ为衍射角，在小角度下可以认为（sinθ~θ~x），可知波长与衍射级次近似成线性关系，综合考虑大衍射角度等各种问题，我们可以采用最小二乘法三阶多项式进行拟合，从而得到最小的偏差平方和。式中a0，a1，a2，a3为拟合系数，x1，x2，…，x6为实测像素数，y1，y2，…，y6 为拟合后的波长。利用Matlab软件进行编程求解得到y=a0+a1x1+a2x2+a3x3中的拟合系数。采用汞-氩校准光源进行标定。以鉴知技术研发的微型光纤光谱仪SR50C为例，该光谱仪的汞氩灯光谱如图2所示图2 SR50C的汞氩灯光谱根据光纤光谱仪SR50C的波长标定结果来看，可以看出该产品的光谱范围广，支持200-1000nm范围内的光谱定制，可以实现紫外、可见光、近红外波段的高分辨率光谱检测。

一、单层激子缘体的证据（Nature Physics）众所周知拓扑性和关联性之间的相互作用可以产生各种各样的量子相，其中许多原理仍有待探索。近的进展表明，单分子层WTe2在不同量子相之间具有高度的可调性，这一特点表明WTe2是一种很有前途的材料。这种二维晶体的基态可以通过静电调谐从量子自旋霍尔缘态转化为超导态。然而，关于量子自旋霍尔缘态的带隙打开机制仍不明确。近日，美国普林斯顿大学Ali Yazdani和 Sanfeng Wu（共同通讯作者）等报道了量子自旋霍尔缘体也是激子缘体的证据，它是由电子空穴束缚态(即激子)的自发形成引起的。文章于2021年12月发表于Nature Physics。原文图2，单层WTe2中电荷中性的缘状态相关测量 文章中作者通过巧妙的实验设计，结合电输运测量和隧穿谱测量，揭示了在样品电荷中性点存在一种本征缘状态，并证实了这种电荷中性缘态的相关性质。作者提供的证据证明样品不是能带缘体或局域缘体，并支持了在激子缘体相的存在。这些观测结果为理解具有非平凡拓扑的相关缘体奠定了基础，并确定了单层WTe2是基态激子量子相材料，为以后的应用提供了广阔的前景。原文图4，隧穿光谱揭示的关联特征和金属-缘体跃迁在本工作中作者使用Quantum Design生产的完全无液氦综合物性测量系统PPMS DynaCool 和超全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCool进行了电运输和vdW隧穿的相关测量。OptiCool在2018年面世以来作为新型的强磁场低温光学研究平台受到了很多好评，并获得了当年的R&D100大奖。OptiCool的多种电学通道非常方便用户进行电学测量和栅压调控实验。OptiCool样品台直流通道（左）与腔体直流接口（右）OptiCool样品台交流通道（左）与腔体交流接口（右） 二、扭曲二维材料磁性体系中的磁畴和莫尔磁性的直接可视化（Science）扭曲非磁性二维材料形成的莫尔超晶格是研究奇异相关态和拓扑态的高度可调控系统。近些年来在旋转石墨烯等多种二维材料中都观察到了很多奇异的性质。在该工作中，来自华盛顿大学的徐晓栋教授课题组报道了在小角度扭曲的二维CrI3中出现的磁性纹理。原文图1，层堆叠依赖的磁性和扭曲双层CrI3的磁光测量作者利用基于NV色心的量子磁强计直接可视化测量了纳米尺度的磁畴和周期图案，这是莫尔磁性的典型特征。该篇文章中利用MOKE和RMCD对样品的磁性进行了精细的测量。研究表明，在扭曲的双分子层CrI3中反铁磁(AFM)和铁磁(FM)域共存，具有类似无序的空间模式。在扭曲三层CrI3中具有周期性图案的AFM和FM畴，这与计算得到的CrI3 莫尔超晶格中层间交换相互作用产生的空间磁结构相一致。该工作的研究结果表明莫尔磁性超晶格可以作为探索纳米磁性的研究平台。原文图3，双三层扭曲CrI3的磁光和NV磁强计扫描测量图该研究工作中对扭曲CrI3的MOKE和RMCD测量中使用了基于OptiCool系统的低温磁光测量系统。OptiCool具有多个窗口，超低震动，1.7K-350K超大控温区间等诸多优点可以满足各种高精度的低温强磁场光学测量。为了进一步满足用户的大数值孔径测量需求，OptiCool先后开发出了近工作距离窗口和集成物镜方案，可以满足各种用户的需求。OptiCool近工作距离窗口（左）与外部物镜（右）安装示意图内部集成室温物镜（左）与集成低温物镜（右）定制化方案示意图 三、OptiCool设备简介OptiCool是Quantum Design于2018年2月新推出的超全开放强磁场低温光学研究平台，创新特的设计方案确保样品可以处于光路的关键位置。系统拥有3.8英寸超大样品腔、双锥型劈裂磁体，可在超大空间为您提供高达±7T的磁场。多达7个侧面窗口、1个部超大窗口方便光线由各个方向引入样品腔，高度集成式的设计让您的样品在拥有低温磁场的同时摆脱大型低温系统的各种束缚。OptiCool是全干式系统，启动和运行只需少量氦气。全自动软件控制实现一键变温、一键变场、部窗口90°光路张角让测量更便捷；控温技术让控温更智能；新型磁体结合了超大均匀区与超大数值孔径。OptiCool让低温光学实验无限可能。OptiCool技术特点：☛ 全干式系统：完全无液氦系统，脉管制冷机。☛ 8个光学窗口：7个侧面窗口，1个部窗口；可升底部窗口☛ 超大磁场：±7T☛ 超低震动：10 nm 峰-峰值☛ 超大空间：Φ89 mm×84 mm☛ 控温：1.7K~350K全温区控温☛ 新型磁体：同时满足超大磁场均匀区、大数值孔径的要求。☛ 近工作距离：可选3 mm工作距离窗口或集成镜头方案 【参考文献】1、Jia et al., Nat. Phys (2021) https://doi.org/10.1038/s41567-021-01422-w2、Song et al., Science 374, 1140–1144 (2021) 26 November 2021

日本横河电机株式会社近日推出新型光谱分析仪AQ6373，适用于短波长测量，量程范围350nm～1200nm。横河电机自收购安藤公司以来，即在光通信测试领域保持世界领先地位，光谱分析仪是享有传统美誉的拳头产品。 　 AQ6373使用单色镜技术，拥有出色的光学测量能力，如高精度波长测量、高分辨率、大动态范围等等。它继承了AQ6370B的友好用户界面和出色的测量吞吐量等优点，在很多测试场合将大大提高工作效率。AQ6373可满足医疗、生物、材料加工、电信设备等众多应用领域中对短波长设备的测量需求，尤其适用于短波长激光、光无源器件和LED的研发及生产。它能够代替许多与AQ6315同期的光谱分析仪。

项目地点山西省晋中市榆次区北头村同时饲养猪、牛、羊的某养殖场项目背景随着社会的发展和养殖业规模的扩大，农业源 NH3 对环境空气质量的影响越来越大，它们在自然界中占有很大的比重，可促进二次气溶胶和灰霾的形成，甚至对大气中O3的产生也有间接影响。项目目标掌握畜舍NH3 排放和扩散规律，了解NH3 对二次气溶胶形成过程的影响，运用模型准确、全面地评价大气NH3 。分析方法该项目使用了开路式激光NH3分析仪（HT8700）用于养殖场NH3 浓度的在线测量。该分析仪采用车辆移动平台搭载形式（图2.3a），它包括Healthy Photon HT8700大气氨激光开路分析仪、 数据采集模块、GPS 模块、超声波三维风速仪模块和实时数据处理模块等（图2.3b）项目采用纳式试剂分光光度法（HJ533-2009）与开路式激光NH3 分析仪测量精度对比实验。结论通过国标法（纳式试剂分光光度法）与开路式激光NH3 分析仪（HT8700）对NH3测量结果进行对比发现HT8700测的结果高于国标法的NH3 浓度值，但在可接受范围内，并不影响对于测量养殖场NH3 的使用，HT8700为开路式，实时测量，方便灵活，便于捕捉养殖场NH3 短期内的波动。相关论文：山西大学李瑞金、耿红、付玉玲《养殖场多畜舍NH3排放测量及对二次气溶胶形成的影响研究》10.27284/d.cnki.gsxiu.2021.001027

记者9日从北京航空航天大学李宜彬教授团队获悉，该团队首次利用自主研发的紫外-数字图像（UV-DIC）系统在超高温极端环境应变场测量领域实现了3000℃环境下的成功测量。相关研究成果近日发表于国际无损检测领域的权威杂志《无损检测与评价国际》上。25℃-3000℃散斑图：（a）T=25℃；(b)T=1100℃；(c)T=1500℃；(d)T=1900℃；(e)T=2100℃；(f)T=2300℃；(g)T=2500℃；(h)T=2700℃；(i)T=2900℃；(j)T=3000℃；(k)在加热至3000℃后冷却至25℃的散斑此前，在超高温极端环境应变场测量领域一直缺乏有效测量表征手段，主要难点包括：一是超高温热辐射导致测量图像过度曝光，无法表征；二是使用中性密度、蓝光、偏振等多组滤光片，导致测量步骤繁琐，表征成像效果欠佳；三是作为变形信息载体的散斑在超高温中容易脱落，导致测量失败，无法表征。典型温度下应变场云图：(a)1100℃；(b)2100℃；(c)2500℃；(d)2700℃；(e)2900℃；(f)3000℃该文章通讯作者、北京航空航天大学、天目山实验室助理研究员董亚丽表示，研究人员利用紫外-数字图像（UV-DIC）系统，仅用单个紫外滤光片就有效抑制了3000℃热辐射，同时开发了以碳化铪粉末为散斑材料的超高温散斑制备工艺，最终在3000℃环境下成功测量了石墨热膨胀系数，并清晰记录了被测对象从室温到3000℃的高质量图像。该成果由北京航空航天大学、天目山实验室联合研发。“以上难点在紫外-数字图像相关的应变场测量方法中均被很好地解决，该测量方法能够有效、准确测量热端部件在超高温极端热力耦合条件下的热变形，对于助力我国航空航天技术发展具有积极意义。”李宜彬说。

自2019年5月20日起，新的国际单位制正式实施，其中质量的单位千克启用了基于普朗克常数的新定义。能量天平是我国自主的千克新定义复现方案，该方案由中国计量科学研究院张钟华院士提出。能量天平利用电磁力做功与电磁场能量变化之间的转换与平衡，建立普朗克常数与被测砝码质量之间的桥梁。图1 能量天平结构示意图与测量原理电磁力做功量的测量涉及电磁力大小的测量和线圈相对位移测量两方面。因此，悬挂线圈与激励磁体的相对位移测量系统至关重要。它不仅实现了能量天平对于“米”的量子化基准的溯源，而且在保证能量天平积分区间的一致性上也发挥了关键作用。能量天平采用外差激光干涉测量系统对悬挂线圈与激励磁体的相对位移进行测量（图2），但该干涉测量系统存在较大的光学闲区（图3），进而影响了能量天平在空气环境中运行时位移测量的准确性。图2 能量天平激光干涉测量系统图3 能量天平光学闲区示意图近日，发表于《计量科学与技术-中国计量科学研究院专刊（2022）》的文章“能量天平激光干涉测量系统闲区长度测量方法研究”，对能量天平干涉测量系统中闲区长度测量方法进行了分析与讨论。主要成果（1）提出了基于真空/空气环境光程差测量的光学闲区长度测量方法。该方法利用能量天平的真空系统改变光学闲区的空气折射率；利用激光干涉系统测量折射率改变过程中的光程变化，进而测得光学闲区的长度，将原毫米量级的闲区长度测量不确定度抑制至4 μm，大大提高了光学闲区长度的测量能力。（2）利用光学闲区长度表征的绝对距离，实现了对能量天平激励磁体与悬挂线圈间相对零位的测量，以保证悬挂线圈系统位于磁体的均匀区范围。该相对零位的标准测量不确定度达到了54.2 μm。此项研究得到了国家自然科学基金青年基金项目(51805507)的支持。能量天平科研团队简介重新定义千克曾被《Nature》列为世界性的科研难题。张钟华院士向这一科研难题发起了挑战，提出了基于全静态测量的能量天平方案，该方案被《Metrologia》列为国际三种千克量子化定义与复现方法之一。目前，能量天平由李正坤研究员带领的年轻团队接力攻关。该团队连续攻克了高匀场激励磁体设计、准静态磁链差测量、外磁屏蔽方法优化、真空超精密几何量测量、能量天平准直误差理论与技术、超高直线度重载驱动方法与装置等一系列科研难题，建立了第二代能量天平装置NIM-2，其实物图如图5所示。该装置于2019~2020年间，代表中国参加了千克新定义后的首次千克复现方法国际关键比对（CCM.M-K8.2019）。经国际计量局对各国的数据综合评定，能量天平的测量结果与比对参考值（KCRV）的相对偏差为1.17E-8，相对标准不确定度为4.49E-8，比对结果如图6所示。该测量数据已成功用于首个国际质量共识值（the Consensus Value）的评定，进而用于SI新定义后全球质量量值传递。能量天平的研究工作，为建立我国自主的质量量子化基准装置提供了重要的技术支撑。图5 能量天平装置实物图图6 首次千克复现方法国际关键比对（CCM.M-K8.2019）比对结果

记者从青海冷湖天文观测基地获悉，世界首台“用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统”（简称AIMS望远镜）已实现核心科学目标——将矢量磁场测量精度提高一个量级，实现了太阳磁场从“间接测量”到“直接测量”的跨越。AIMS望远镜是国家自然科学基金委员会支持的重大仪器专项（部委推荐）项目，落户于平均海拔约4000米的青海省海西蒙古族藏族自治州茫崖市冷湖镇赛什腾山D平台。据了解，经过5个多月的前期调试观测，目前望远镜技术指标已满足任务书要求，进入验收准备阶段。中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地总工程师王东光介绍，科学数据分析表明，AIMS望远镜首次以优于10高斯量级的精度开展太阳矢量磁场精确测量。“这意味着AIMS望远镜利用超窄带傅立叶光谱仪，在中红外波段实现了直接测量塞曼裂距得到太阳磁场强度的预期目标，突破了太阳磁场测量百年历史中的瓶颈问题，实现了太阳磁场从‘间接测量’到‘直接测量’的跨越。”王东光说，“塞曼裂距与波长的平方成正比，在AIMS望远镜之前，太阳磁场多在可见光或近红外波段观测，由于裂距很小，观测仪器很难分辨。AIMS望远镜的工作波长为12.3微米，在同等磁场强度下，塞曼裂距增加几百倍，使得‘直接测量’成为可能。”  这是2023年4月8日拍摄的AIMS主体结构。新华社记者顾玲 摄AIMS望远镜是国际上第一台专用于中红外太阳磁场观测的设备，将揭开太阳在中红外波段的神秘面纱。“通过消除杂散光的光学设计和真空制冷等技术，我们解决了该波段红外太阳观测面临的环境背景噪声高、探测器性能下降等难题。”中科院国家天文台高级工程师冯志伟介绍，红外成像终端由红外光学、焦平面阵列探测器和真空制冷三个系统组成，包括探测器芯片在内的所有部件均为国产。该终端系统主要用于8至10微米波段太阳单色成像观测，从而研究太阳剧烈爆发过程中的物质和能量转移机制。此外，AIMS望远镜也实现了中红外太阳磁场测量相关技术和方法的突破，在国内首次实现中红外太阳望远镜系统级偏振性能补偿与定标，“望远系统在中国天文观测中首次采用离轴光学系统设计，焦面科学仪器除8至10微米的红外单色像外，还配备了国际领先的高光谱分辨率红外成像光谱仪和偏振测量系统。”王东光介绍，AIMS望远镜的研制，除了在太阳磁场精确测量方面起到引领作用外，也可在中红外这一目前所知不多的波段上寻找新的科学机遇。　　AIMS望远镜科研团队成员正在观看电脑屏幕显示出分裂的光谱。（受访者供图）据介绍，AIMS望远镜旨在通过提供更精确的太阳磁场和中红外成像、光谱观测数据，研究太阳磁场活动中磁能的产生、积累、触发和能量释放机制，研究耀斑等剧烈爆发过程中物质和能量的转移过程，有望取得突破性的太阳物理研究成果。

美国科学家在最新一期《自然光子学》杂志撰文指出，他们开发出世界上第一台光学示波器——一种能够测量光电场的仪器。该设备能将光振荡转换为电信号，就像医院监视器将患者的心跳转换为电振荡一样。这款先进的新设备有望提升光纤通信的效率。　　迄今为止，由于光波会高速振荡，读取光的电场一直是科学家们面临的一大挑战。现有最先进的技术可以测量覆盖电磁频谱无线射频和微波波段的高达千兆赫兹频率的电场。　　由于光波能以更高的速率振荡，所以可以传输更高密度的信息。然而，目前用于测量光场的工具只能解析与光脉冲相关的平均信号，而不能解析脉冲内的峰值和谷值。但是，测量单个脉冲内的峰值和谷值非常重要，因为正是在这个阶段，信息才能被打包和传递。　　为更好地测量光脉冲的峰值和谷值，研究负责人之一、中佛罗里达大学物理学副教授迈克尔奇尼提出了单激发波形测量方案。随后，研究团队开发了全球首款光示波器，并在实验室展示了其实时测量单个激光脉冲电场的能力。　　奇尼解释说：“光纤通信利用光提高了数据传输速度，但我们仍然受限于示波器的速度，最新研制出来的光示波器速度提高约1万倍。接下来，我们计划进一步完善该技术，使其达到最优化。”

2022年4月7日上午，西安光机所参与研制的“用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统”(简称AIMS太阳望远镜)项目迎来了重要的里程碑式节点——奔赴海拔4000米的青海省海西蒙古族自治州冷湖镇赛什腾山观测基地进行最终安装调试。这是研究所纪念建所六十周年活动启动后的第一个出所项目。 　　项目出征仪式在蒲城调试外场举行，在湛蓝的晴空映衬下，印着“瞬见万象 光创未来”出征口号的红条幅与“AIMS太阳望远镜出征仪式”的大幅喷绘海报遥相呼应，仿佛表达着此次出征必定携胜而归的决心。参加仪式的人员有国家天文台研究员郝晋新、林佳本，西安光机所党委书记孙传东、副所长郝伟、先进制造部、空间光子信息新技术研究室负责人、部分中层领导等共34人，特邀中国科学院国家授时中心所长办公室主任赵海成、洛轴智能机械有限公司总经理邓印出席。 　　首先，项目负责人空间光子信息新技术研究室徐崧博副研究员、先进制造部副部长李华分别介绍了项目研制历程与项目管理情况。接下来进行庄重的授旗仪式，先进制造部部长赵建科宣读西安光机所出征冷湖人员名单，由孙传东书记向工作队代表工艺中心主任付兴授予队旗，寄语顺利凯旋同时希望他们发扬西光所艰苦奋斗、攻坚克难优良科研传统，做好“西光精神”传人，让这面鲜艳的队旗在装调阵地高高飘扬。付兴领读誓词，他表示队伍必定不负嘱托、不负期望、不负祖国。中国科学院国家天文台郝晋新研究员讲话，最后由西安光机所副所长郝伟宣布项目设备运输发车。 　　AIMS太阳望远镜项目是国家自然科学基金委支持的国家重大科研仪器项目，由中国科学院国家天文台、中国科学院上海技物所和中国科学院西安光机所等三家单位共同承担，旨在研制国际上第一台中红外太阳磁场观测设备，利用中红外的观测优势，突破磁场测量百年历史中的“瓶颈”问题，实现太阳磁场从“间接测量”到“直接测量”的跨越发展，为诸如天体爆发活动的成因、日冕加热等前沿领域研究提供有力支撑。 　　该项目是大口径、大体积、光学系统极为复杂的地面可见及红外波段光电跟踪设备。研究所高度重视该项目，在多方面给予政策支持。项目团队也是个融合的大家庭，主要来自于空间光子学研究室、先进制造部的装校中心和检测中心，是一支以青年科技力量为主体的战斗团体。三十多人的队伍经验丰富、专业齐备、蓬勃向上、富有朝气和创新意识，他们具备优良的科研作风，始终把产品技术性能先进和质量优良摆在首位，敢打敢拼，不畏艰难，勤奋努力，严慎细实，取得了一系列设计创新、工艺创新、装检技能创新、组织管理创新、党建引领创新等成果。在出所之前的检测装调阶段，适逢西安爆发本土新冠疫情，连续30多天的封闭式管理并没有影响项目的进度，郝伟副所长代表所班子亲自指挥部署，机关积极协调，先进制造部装校中心奋勇当先，持续奋战在岗位，团结协作、众志成城，为项目顺利出所打了一场漂亮的攻坚战。另外，该项目还得到了众多领导和专家的鼎力支持，国家天文台各级领导、专家多次提供帮助与支持，我所老专家熊仁生研究员等也在项目关键性技术方面给予把关审查。这都是项目取得成功不可或缺的部分。 　　项目团队历经四年多来艰难攻关，顽强拼搏、夜以继日的辛勤付出终于结出了胜利的果实。4000米，不仅是海拔高度，更是对出征队伍身心意志、水平能力严峻考验的高度，不过我们相信、信任也祝福他们，因为西光人是不怕打硬仗的，我们等待为他们接风洗尘，期待项目组向研究所成立60周年献礼的最美时刻。

p 　　量子技术为电子元件小型化开辟了新的途径。近日，德国弗劳恩霍夫应用固体物理研究所(IAF)和马普固体研究所发布消息称，其科研人员共同研发出一种量子传感器，未来可用于测量微磁场，如硬盘磁场和人脑电波。 /p p 　　集成电路越来越复杂，目前一台奔腾处理器可容纳约3000万个晶体管，因而硬盘的磁性结构可识别的范围仅为10至20纳米，比直径为80至120纳米的流感病毒还小，该量级的尺寸规格只有量子物理技术可触及。新研发的量子传感器则可精确测量这类用在未来硬盘上的微小磁场。新型量子传感器仅有氮原子的大小，作为载体物质的是一种人造金刚石。金刚石具有很好的机械和化学稳定性以及超强的导热性能，可通过引入硼、磷等外来原子，将晶体制成半导体，且非常适用于光学电路。 /p p 　　IAF的研究人员在近几十年中研制并优化出用于生产金刚石的设备，一种专用的椭圆形等离子体反应堆模具。在800-900摄氏度的高温下，在金刚石底物上从导入甲烷气和氢气中可长出金刚石层，再将边长3-8mm的晶体从底物剥离并抛光，最后制造出具备量子物理用途的、仅含碳原子稳定同位素C12的超纯单晶金刚石晶体。所用的甲烷气经锆过滤器净化，氢气经其它手段净化。 /p p 　　研究人员制做磁场检测器有两种途径：直接植入单个氮原子，或在制造金刚石的最后一步加入氮。之后，在超净室内采用氧等离子体蚀刻法均可制作出类似于原子力显微镜的纤细金刚石尖。关键点是导入的氮原子以及晶格中的相邻空位。该氮空位中心就是实际的传感器，用激光和微波照射时会发光，发出的光可随附近磁场的强度变化而变化。专家们将这项创新与光学探测磁共振(ODMR)相提并论。 /p p 　　这种传感器不仅能准确检测到纳米级的磁场，还能确定其强度，应用潜力惊人。例如，可监控硬盘质量，检测出密集存储数据中的小错误和发现有缺陷的数据片段，在刻写和读取前即将其去除。因此，可减少随着小型化的加速而迅速增加的废料，降低生产成本。IAF的专家称，这种量子传感器还可用于测量很多微弱磁场，包括脑电波。与目前使用的脑电波传感器相比，不仅更准确，而且在室温下即可使用，无需经液氮冷却。 /p

[导读] Quantum Design公司一直致力于引进先进的红外光谱技术，其中neaspec纳米傅里叶红外光谱仪、微秒时间分辨超灵敏红外光谱仪在探寻红外光谱测量限上展现了特的魅力，先后获得科学仪器“新品奖”。近年来，在多领域大发展及各类新技术不断进步的形势下，传统的红外光谱技术已经从单纯的红外光谱仪、显微镜与红外光谱联用，发展到了红外成像系统，并在信噪比、空间分辨率、时间分辨率、测量模式等方面呈现了新的发展活力。同时，在新技术的助力下，红外光谱在应用方面也得到了很大的拓展。 　　Quantum Design公司一直致力于引进先进的红外光谱技术，其中neaspec纳米傅里叶红外光谱仪、微秒时间分辨超灵敏红外光谱仪在探寻红外光谱测量限上展现了特的魅力，先后获得科学仪器“新品奖”。业界评价：Quantum Design在产品的选择上颇具眼光! 为了多方位展现我国在红外光谱领域的新成果，仪器信息网特别策划制作《稳中求新红外光谱技术及应用进展》网络专题，特别邀请Quantum Design中国表面光谱销售总监韩铁柱博士为大家介绍红外光谱仪的新技术及应用情况，并探寻红外光谱的测量限。 　　红外光谱技术发展需求：高敏感度、高空间和高时间分辨率 仪器信息网：从仪器发展及应用的角度分析，您认为目前红外光谱仪器及技术走到了哪一个阶段?韩铁柱博士：人类对红外光的认识已经超过两个世纪，1800年，英国科学家W.?Herschel在研究温度计对紫色到红色光照射变化时，就已经意识到红色末端区域外仍然存在着看不到的辐射区域。九十年后，瑞典科学家Angstrem利用CO和CO2次证明了不同分子具有不同的红外谱图，并在此基础上进一步建立了现代分子光谱学。在此之后的一个多世纪里，人类科学家已经可以利用红外光手段，对大量的分子振动和转动信息进行谱学分析和鉴别。上世纪50年代，双光束红外光谱仪的问世，意味着红外检测已无需由经过专门训练的光谱学家进行操作，也能轻易获取数据。该设备的商业化及畅销普及标志着红外谱学门槛的大降低，在科学研究、社会实践及工业控制等领域将迎来飞跃式发展。现代红外光谱议主要指由上世纪80年代发展建立的以傅立叶变换为基础的仪器。该类仪器不用棱镜或者光栅分光，而是用干涉仪得到干涉图，采用傅立叶变换将以时间为变量的干涉图变换为以频率为变量的光谱图。与更早期的双光束红外仪器相比，傅立叶红外光谱仪具有快速、高信噪比等特点，并且随之催生了许多新技术，诸如步进扫描、时间分辨和红外成像等，从而拓宽了红外的应用领域，使得红外技术的发展产生了质的飞跃。然而，随着科学技术的不断发展和应用领域的进一步细分，特别近年来纳米材料、拓扑材料、二维材料等新材料的兴起，传统傅立叶红外光谱仪光源亮度弱、光斑范围大、迈克尔逊干涉仪平动速度慢等缺陷开始显现，逐渐不能满足红外光谱科学研究中高敏感度、高空间和高时间分辨率的需要。仪器信息网：目前红外光谱的测量限发展到了什么程度?可以给大家带来什么样的体验?韩铁柱博士：目前，传统红外光谱的空间分辨测量限在几微米到几十微米，时间分辨测量限在几十毫秒的量，这主要是由于光源本身及步径位移机制限制。20世纪60年代开始，随着台红宝石激光器的问世，科学领域得益于激光技术的广泛应用，对光谱研究的空间分辨和时间分辨也得以大幅提高。由于激光器的高线性特点，非接触式的红外光谱技术空间分辨率可达500nm，如果进一步搭配近场探针突破衍射限，空间分辨可进一步提升至10nm。利用QCL激光的双光梳设计，目前激光base的红外光谱可以完全抛弃步径位移，将时间分辨提高到us，如果将超快激光引入pump-probe体系，时间分辨可以达到fs别。仪器信息网：相对于其它的分析仪器，红外光谱的应用市场活力如何?哪些应用领域会有大的发展空间?为什么?韩铁柱博士：相对于其他分析仪器，红外光谱分析技术具有使用成本低、操作和维护简单、灵敏度和分辨率较高、特征性强等优点，能提供包含化合物官能团、类别、立体结构、取代基种类和数目等多种信息。近年来计算机技术的迅猛发展带来了分析仪器数字化和化学计量学科的同步发展，加之红外光谱技术有特点，使得其应用范围进一步拓宽。红外光谱既可以用于定性分析，也可以用于定量分析，还可以对未知物进行剖析，广泛应用于化工、制药、农业和食品、半导体、宝石鉴定、质检、地矿和环境等领域，是科学研究的有力技术手段，也是常规应用分析和生产不可缺少的分析技术。譬如在中医药领域，作为一个复杂的混合体系，中药的鉴别和质量控制，以及有效成分的确定和质量分析，一直是个难题，红外光谱技术的特点使得其作为指纹分析手段并结合化学计量学方法，成为中药研究不可或缺的工具 在农业和食品领域，近年来得益于焦平面阵列检测器、可调谐滤光器、化学计量学方法和计算术的提升，红外光谱和成像技术有机结合发展成为一种多信息融合检测技术。除了进行农产品和食品的品质分析外，红外光谱的应用还扩展到了污染物检测、产品分类和来源鉴别、土壤的物理和化学变化、以及食品加工过程中组成变化的监控和动力学行为等。Quantum Design红外产品着眼红外光谱测量限仪器信息网：请介绍贵公司在红外光谱产品的定位及发展历史?有哪些具优势(里程碑式)的技术(技术，有技术)? 韩铁柱博士：我们公司一直贴合新研究前沿和热点课题，结合红外光谱的应用与现代科学研究的需要，专注新、先进红外光谱技术和产品的引进，先后引进了德国neaspec公司的nano-FTIR 10纳米超高空间分辨的新型傅里叶红外光谱仪、美国PSC公司的mIRage非接触式亚微米分辨触红外拉曼同步测量系统，2019年又引进了瑞士IRsweep公司的IRis-F1微秒时间分辨超灵敏红外光谱仪。这三款主推产品从空间分辨率、非接触测量、时间分辨等维度，大推动了红外光谱测量限。 nano-FTIR纳米傅里叶红外光谱技术是由德国neaspec公司基于其创的散射型近场光学技术发展出来的、具有10纳米超高空间分辨的新型傅里叶红外技术，使得纳米尺度下的化学鉴定和成像成为可能。这一技术综合了原子力显微镜的高空间分辨率和傅里叶红外光谱的高化学敏感度，实现对几乎所有材料的化学分辨和成分分析。它不受被检测样品厚度制约，可广泛适用于有机物、无机物、半导体材料、二维范德华材料的纳米分辨红外光谱分析，并同时提供纳米空间分辨的红外吸收谱和反射谱。 全新一代mIRage非接触式亚微米分辨触红外拉曼同步测量系统，是美国PSC公司基于的光学光热红外技术(O-PTIR)，将光学显微与微区红外结合，一举突破了传统傅里叶红外光谱(FT-IR)及衰减全反射红外光谱(ATR-IR)的分辨局限,实现了500nm的空间分辨率 它具备非接触式/反射模式测量，对样品表面无严格要求，可直接对厚样品进行测试 可搭配液体模式和与拉曼联用，直接观察液体生物样品，并对样品进行同时同地同分辨率下的红外拉曼同步光谱和成像分析，无荧光风险。 瑞士IRsweep公司推出的IRis-F1微秒时间分辨超灵敏红外光谱仪，荣获了由仪器信息网主办2019年度科学仪器“新品奖”，它是一种基于量子联激光器频率梳的红外光谱仪，突破了传统光谱仪需要几秒钟或者更长的测量时间来获取一个完整的光谱的限制，能实现高达1μs时间分辨的红外光谱快速测量。它测量数据信噪比高，易于微量及痕量光谱分析，兼容常用红外光谱仪插件，方便易用、可靠性高。仪器信息网：贵公司红外光谱仪应用具优势的领域?主推的解决方案?韩铁柱博士：我们公司近几年在红外光谱领域销售保持持续地稳定增长，针对不同的应用领域和具体的技术需求，我们推出了对应的解决方案。1、nano-FTIR是我们针对傅里叶红外光谱空间分辨率在10nm量，所推出的成熟技术方案，它利用AFM探针突破红外光斑的限制，并利用激光光源的高亮度和稳定性可进超高空间分辨下的物质微纳组分研究和表征。并后期结合飞秒激光器，可实现fs的红外光谱测量表征。美国NASA于2014年从太空带回了直径约为10um的彗星碎片。由于传统红外分辨率受制于光斑大小，该样品内部成分无法进一步检测。利用上述内容提到的纳米傅里叶红外技术10nm空间分辨率，科学家可以很好的对彗星碎片内主要5种矿物进行有效分析，并能就其组分的空间分布进行具体的表征。进一步地，在10nm超高空间分辨率的基础上，nano-FTIR还可以与50fs的时间分辨超快激光技术进行结合，同时达到红外设备的“超高空间分辨”和“超高时间分辨”。该工作在2014年由Eisele等人在实验室实现，作者利用pump激光和我们的纳米傅立叶红外光谱进行同步，在InAs纳米线上由-5ps到1050fs分别延迟激发样品，得到了纳米线上载流子形成和衰减的全过程红外光谱图。2、当红外光谱空间分辨率要求在亚微米量，且传统傅里叶变换红外光谱和ATR技术应用受限或者样品制备困难情况下，mIRage非接触式亚微米分辨触红外拉曼同步测量系统无疑是一个好的选择。它的高空间分辨率、非接触式的测量方法以及可与拉曼联用的特点，可以快速获取材料的二维红外光谱和组成分布信息。越来越多的塑料产品的使用引发了人们对于其在环境中累积所引发的环境和生态污染问题的担忧，迫使科学家尽快找到可替代性的新型材料。而生物塑料, 如聚乳酸(PLA)和聚羟基烷酸酯(PHA)等均来源于天然资源(如糖，植物油等)，在适当条件下可发生生物降解，成为近研究的热点话题。为了更好地理解这两种材料在微观上的相互作用，美国特拉华大学Isao Noda教授课题组使用mIRage系统对PLA和PHA的复合薄片进行红外拉曼同步成像分析，探究了这两种材料结合的方式和内在扩散机制，为未来研究生物微塑料的演变和降解过程提供数据和理论上的支持。3、为描述生物医学、化学动力学等许多变化过程中的红外光谱情况，我们推出了IRis-F1微秒时间分辨超灵敏红外光谱仪解决方案。斯坦福大学的Nicolas H.Pinkowski研究团队利用IRis-F1实现了高能气相反应中的微秒分辨单次测量。他们在压力驱动下的高温、高压反应釜中研究了一种剧烈的丙炔氧化化学反应，以4μs时间分辨测量速率，解析了丙炔与氧气之间1.0 毫秒高温反应的详细动力学光谱。来自IRis-F1的量子联激光的双梳状光谱仪(DCS)测试数据表明：在反应早期(0-0.6 ms)能观察到宽带丙炔吸收特征峰，而在0.75 ms之后可以观察到水的精细特征光谱。未来：通用型和专用型红外光谱协同发展 仪器信息网：目前国内外红外光谱仪的技术及市场发展态势有什么不同?您如何看待未来中国市场的需求及发展潜力? 韩铁柱博士：当前市场上红外光谱仪可以大致分为通用型和专用型两大类，体现了红外光谱仪的发展与工业化需求以及科学研究需求是密切相连的。进口通用型红外光谱仪市场主要以傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)为主，制造厂家主要来自于欧美等国，而色散型红外光谱仪比较少见 近些年来国产的FTIR厂家逐渐崭露头角，尽管技术和主流公司相比还有一定差距，但差距正在不断缩小。其新型干涉光路的搭建，有效降低了振动和导轨偏移引发的干涉变形，结合众多新型红外附件的开发，目前国内红外光谱议产品正在走出国门，远销欧美和东南亚 专业的研究型红外光谱仪主要在一些科研机构使用，存在一定的定制化，它可以与红外显微镜、热分析、气相色谱等外联附件联合使用，实现多种分析手段的同步进行和数据交叉对比。作为普适性的一种分析手段，红外光谱仪在国内有较大的潜在市场，未来红外光谱仪技术，无论是智能化程度、产品联用、应用领域专业化还是小型化上都存在很强的发展潜力。另外，红外光谱与成像相结合的多信息融合检测技术，也是当前红外技术的主要发展方向。未来随着应用领域的不断扩展，制造技术的不断变革以及计算机技术的发展，更多成本更低的研究型和专用型红外成像光谱仪预计将会陆续出现，被更多的应用于过程分析和高通量分析中，如制药，农业，食品，高分子和催化材料等领域，成为传统红外光谱技术的一种有力互补技术。仪器信息网：针对当前的市场格局，贵公司在红外光谱产品方面有什么样的布局?重点拓展的新领域有哪些? 韩铁柱博士：针对当前的市场格局，我们公司继续结合科研用户的技术需求，引进一系列红外产品引入中国市场，比如基于AFM探针技术的超高纳米空间分辨率的近场光学显微系统、散场式光学显微镜、纳米傅里叶红外光谱仪等 同时，我们也将开展通用型红外光谱仪的布局，引入适合普通科研用途和工业应用的光谱仪，拓展其应用领域范围，解决一系列应用中的实际问题，具体体现在：1)针对传统傅里叶变换和衰减全反射红外光谱限制的亚微米分辨光学光热红外显微技术，提高其空间分辨率；2)简化样品制备过程，避免样品污染和接触引发的红外赝相；3)拓展红外样品的适用范围，包括一些常规红外无法检测的厚样品，透明样品，液体样品等；4)努力发展与其他技术的联用，实现多种技术的交叉互补使用，全面了解样品表面的化学信息，如红外和拉曼光谱技术联用，对有机无机样品的各种分子振动进行全面的分析和相互验证。通过以上布局，我们一方面注重拓展高新技术领域的红外光谱应用，如纳米红外光谱和成像，超快/时间分辨红外光谱等，用于纳米材料的高分辨表征和化学过程的监测 另一方面拓展实际应用领域的红外技术应用，包括制药、化工、半导体、农业和食品、地质和环境、法医鉴定等，解决科研和生产过程中遇到的一系列实际问题，推动红外光谱技术的应用。后记：习近平总书记非常重视科技创新能力，他在重要讲话中指出“自主创新是我们攀登科技高峰的必由之路”，“当今科技革命和产业变革方兴未艾，我们要增强使命感，把创新作为大政策，奋起直追、迎头赶上”。Quantum Design中国也以此为己任，在公司的建设和发展过程中，致力于为中国科研工作者的成功提供专业支持和服务。韩铁柱博士介绍说，“我们深深理解国内科学家和学者们从不缺乏创新性的科研想法和构想，如何借助先进仪器帮助科学家将这些想法付诸于实践，是Quantum Design中国一直在思考的问题。”据悉， Quantum Design中国建立了超过300万美元的样机实验室，为国内科学家尝试自己的想法提供了舞台和施展的空间。就红外光谱分析仪器而言，Quantum Design中国样机实验室引进了德国neaspec公司的nano-FTIR 10纳米超高空间分辨的新型傅里叶红外仪，以及美国PSC公司的mIRage非接触式亚微米分辨触红外拉曼同步测量系统，并向国内科学家开放。截至2020年6月，Quantum Design中国样机实验室测量的数据已经协助科学家在Nature正刊、Nature子刊、ASC等著名国际期刊上发表多篇创新性的科研成果，得到了广大科学家的认可和赞誉。

3轴手持式特斯拉计-让狭窄气隙中的磁场高精度3维测量成为可能！3轴手持式USB特斯拉计包含一个完全集成的3轴霍尔探头，该探头集成在一个专门设计的碳纤维支架中，为探头提供机械保护。探头支架宽 4 毫米，厚仅 1 毫米，可以测量狭窄气隙中的磁场。霍尔探头连接到紧凑轻巧的电子模块，提供测量信号调节、12 位 AD 转换、设备校准以及与主机的 USB 连接。霍尔探头片上温度传感器允许为每三个磁场分量（Bx、By 和Bz）提供温度补偿输出信号。一．测量原理首先我们可以来看一下磁场矢量和分量。空间中任何一点的磁场都是矢量。这意味着存在与场相关的方向以及场强。考虑下面的箭头：一．测量原理首先我们可以来看一下磁场矢量和分量。空间中任何一点的磁场都是矢量。这意味着存在与场相关的方向以及场强。考虑下面的箭头：我现在可以用 x 和 y 分量来描述箭头的长度或磁场的强度。使用勾股定理：现在假设存在第三方向，因此箭头 B 可以指向页面平面之外（或进入）。现在有第三个组件，即 Bz，在我们的示例中，它是组件从页面向外延伸到箭头尖 端的长度。通过完全相同的数学，我现在可以将 B 描述为：B值是磁场强度。Bx、By 和 Bz 是由三轴特斯拉计（高斯计）测量的三个分量。单轴测量设备将根据敏感轴相对于磁场方向的定向方式改变其读数。要获得空间任意点磁场的完整表示，不仅需要 B 的值，还需要方向，可以表示为 Bx、By 和 Bz 三个分量。一些磁场传感器仅测量磁场的一个分量（磁通门和霍尔效应仪器）。这些被称为单轴设备。其他仪器仅测量总场幅（NMR、ESR）。这是上面的数量B。可以结合三轴传感器在单个探头包中提供三个现场测量。这些被称为三轴设备。昊量光电新推出3轴手持式USB特斯拉计就是可以实现三维分量的磁场测量系统！二．功能性3轴手持式USB特斯拉计在 Windows 计算机、平板电脑或智能手机上运行的易于使用的特斯拉计软件用于数据采集、特斯拉计电源和控制以及测量数据的可视化。测量数据以数字和图形彩色显示 器显示，便于阅读和直观设置警报触发器、保持功能和测量数据存储。显示磁场的总值，以及磁场的所有三个分量和探头温度。此外，还可以显示磁场分量的蕞小值/蕞大值。三．技术信息和规格• 带有 3 轴霍尔探头的特斯拉计/高斯计• 轻巧而坚固的塑料外壳• 很好坚固和灵活的碳纤维探头支架• 用于保存校准数据的 EEPROM• 适用于 PC、平板电脑和智能手机的用户友好型软件• 报警、保持和归零功能• 磁场分量 Bx、By 和 Bz 以及 BTotal、Bmax、Bmin 和探头温度的数值和图形可视化• 霍尔探头（带支架）的厚度：1mm• 霍尔探头的宽度：4mm• 未校准的测量范围：20T• 校准测量范围：0.1T、0.5T、2T• 磁分辨率：± 20µT• 频率带宽：DC-500Hz• AD 转换：12Bit• 接口：兼容 USB2 和 USB3• 精度：± 1%四．应用的方向• 永磁体和磁体系统的控制和监测• 测量周围磁场• 磁体系统和过程控制的开发• 应用于生产线和实验室• 磁场映射五．丰富的配件零高斯室用于将读数归零。尺寸：25mm 外径，21mm 内径，200mm 长度。屏蔽系数：100关于MatesyMatesy GmbH 是一家位于耶拿大学城中心的创新技术公司。该公司成立于 2008 年，是研发机构“ INNOVENT Technology Development ”的衍生公司，专注于 磁场的可视化表征和生成。此外，Matesy 将磁性用于各种应用，例如：磁性标记颗粒和物体的三维定位、人体胃肠道靶向药物释放、安全特性的智能检查和材料开发上海昊量光电作为Matesy公司在中国大陆地区主要的代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。对于3轴手持式特斯拉计有兴趣或者任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。如果您对3轴手持式特斯拉计有兴趣，请访问上海昊量光电的官方网页：https://www.auniontech.com/details-1863欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是目前国内知名光电产品专业代理商，也是近年来发展迅速的光电产品代理企业。除了拥有一批专业技术销售工程师之外，还有拥有一支强大技术支持队伍。我们的技术支持团队可以为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等工作。秉承诚信、高效、创新、共赢的核心价值观，昊量光电坚持以诚信为基石，凭借高效的运营机制和勇于创新的探索精神为我们的客户与与合作伙伴不断创造价值，实现各方共赢！您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。

吸光度测量使用设备简单、操作便捷。大部分无机物和有机物都可以直接地或间接地用吸光光度法测量。吸光度测量主要用于液体或气体的定量分析，广泛应用于环境监测、化学分析、检验检测等领域。吸光度定义用单色光照射某一吸光物质或溶液，测量单色光照射前的强度（即入射光强度I0）以及透过吸光物质后的强度（即透射光强度I），定义透光度（transmittance）T 为定义吸光度（absorbance）A为光的吸收定律朗伯-比尔（Lambert-Bear）定律，也称光的吸收定律，是吸光度定量分析的基本关系式。其数学表达式为： ε. 为摩尔吸光系数，与溶液的性质、温度和入射光波长有关 为溶液光程长度，即为比色皿的尺寸，单位为cm 为溶液浓度，单位为mol/L。公式表明当溶液入射光波长和光程长度固定不变时，吸光度与溶液浓度成正比关系。在测试未知样品的浓度的实验中，可以测量数组已知确定样品浓度和吸光度的数据，构建吸光度与样品浓度的正比关系式，通过测量未知样品的吸光度来求解未知样品的浓度。吸光度测量整套仪器搭建方案整套仪器由微型光纤光谱仪（含软件）、光源、比色皿支架和光纤跳线组成，见下图。具体配置清单：产品名称数量微型光纤光谱仪（含免费配套软件）1光源1比色皿支架1光纤跳线2仪器介绍微型光谱仪RGB-ER-CL微型光谱仪 采用交叉非对称C-T光路结构，配置先进的CMOS探测器，是一款结构紧凑、携带方便的通用型微型光纤光谱仪，适用于科研及工业生产的光谱测量应用，具有高灵敏度、高分辨率、高量子效率和高动态范围的特点。RGB-ER-CL微型光谱仪响应范围为200～1000nm，狭缝为25μm，分辨率为1.5nm。RGB-VIS-NIR-CL的波长范围为400～1100nm，狭缝为25μm，分辨率为1.0nm。用户也可以选择不同的光栅配置，得到不同的光学分辨率和光谱响应范围，以满足不同的应用需求。另外针对其它波段如200～900nm/200～1000nm/300～1100nm/700～1100nm等可以提供定制。该款微型光谱仪免费提供配套光谱测量软件KewSpec。软件包含查看、保存、读取光谱图和数据，以及积分时间、Boxcar平滑和信号平均等信号处理等基本功能，还包含光谱测量、吸光度、透过率、反射率等应用测量模式。操作界面简洁明了，易于上手。光源吸光度测量常见于紫外-可见波段，根据待测样品的特征波长范围选择合适的光源。HLS-1卤钨灯光源 波长范围360~2500nm，可直接出光或也可由SMA905端口连接光纤耦合输出。输出光强度可调，光源前端设有支架，可根据需要安装滤光片或衰减片。DLS-1氘-卤钨灯 是一款可提供190~2500nm的紫外-可见-近红外波段连续输出光谱的一体化复合光源。采用SMA905端口连接光纤输出，输出光功率稳定。氘灯和卤钨灯可分别开启，卤钨灯输出光功率可调，用以搭配氘灯输出光强。光源前端设有支架，可根据需要安装滤光片或衰减片。比色皿支架CH-4四向比色皿支架 是常用的光谱测量附件，光程长度1cm，支架的四面均连接一个CL-UV准直透镜。用于吸光度测量时，光纤接在两个相对的准直透镜。光纤跳线KEWLAB提供各种波长范围、光纤芯径和长度的光纤跳线，广泛应用于光谱分析领域。该光纤跳线具有坚实耐用、稳定性高、传输损耗小等特点。连接光源、微型光谱仪，起到传输光谱信号的作用。根据客户的实际应用需求，可选择不同型号的光纤跳线。光纤跳线覆盖光谱范围：190-2200nm光纤芯径可选范围：200、400、600、1000μm等标准长度：0.5m、1m、2m，其它长度可定制外壳材料：金属或塑料实测案例以HLS-1卤钨灯为光源，使用RGB-VIS-NIR-CL微型光谱仪（400-1100nm）搭配整套设备测试不同浓度胭脂红色素的吸光度光谱曲线。

从获悉，中国科学技术大学该校郭光灿院士团队董春华教授及合作者邹长铃等提出一种普适的微腔色散调控机制，实现了光频梳中心频率和重复频率的实时独立调控，并应用于光学波长的精密测量，将波长的测量精度提升到千赫兹（kHz）。相关研究成果日前发表在《自然通讯》上。基于光学微腔的孤子微梳在精密光谱学、光钟等领域引起了极大研究兴趣。但由于环境和激光噪声以及微腔中额外非线性效应的影响，孤子微梳的稳定性受到了很大限制，这成为微光梳在实际应用中的一个主要障碍。之前的工作中，科学家们通过控制材料的折射率或者微腔的几何尺寸以实现实时反馈，从而稳定并调控光频梳，这种方法会引起微腔内所有共振模式同时近乎均匀的变化，缺乏独立调控梳齿频率和重复频率的能力，这大大限制了微光梳在精密光谱、微波光子、光学测距等实际场景中的应用。针对这一难题，研究团队提出了一种新的物理机制实现了对于光频梳中心频率和重复频率的独立实时调控。通过引入两种不同的微腔色散调控手段，该团队能够对微腔不同阶次的色散进行独立控制，从而实现光频梳不同梳齿频率的全部控制。这种色散调控机制对于目前广泛研究的氮化硅、铌酸锂等不同的集成光子平台都是普适的。研究团队利用泵浦激光和辅助激光分别独立控制微腔不同阶次的空间模式实现了泵浦模式频率的自适应稳定和频梳重复频率的独立调控。基于该光频梳，研究团队演示了对于任意梳齿频率的快速、可编程的调控，并将其应用于波长的精密测量中，展示了具有千赫兹量级测量精度和多波长同时测量能力的波长计。相比于之前的研究成果，研究团队实现的测量精度达到了三个量级的提高。该研究成果所展示的可重构的孤子微梳为实现低成本、芯片集成的光学频率标准奠定了基础，将在精密测量、光钟、光谱学及通信等领域得到应用。

旋光新的测量技术，在分析领域上引领先锋 安东帕的旋光仪在使用和数据安全上设计了新功能和特点。 一 自动进样检查以及视频成像技术 内置摄像头，可监控样品的进样过程和旋光管样品的实时图像。有效的避免了气泡或样品中的悬浮物。仪器自动将此图像与测定结果仪器存储，极大提升数据追溯功能。 自动记录进样过程并用摄像头（专利申请中）记录在测量单元中的样品情况。防止气泡的生成。在数据测量的同时保存样品测量图片，将极大提升对数据的追踪功能。 二 无线自动识别技术 数据安全兼顾操作便捷： MCP 无线传输自动识别功能可自动识别旋光管和标准石英管。可免去使用连接线连接MCP旋光仪与旋光管的步骤。仪器将自动检测旋光管是否与所选的方法相匹配。实时温度数据也能由无线自动识别技术进行传输。 三 可选配的测量波长 可选配的325nm测量波长扩展了可用的测量波长范围以便符合药典对右旋美沙芬（一种咳嗽药水）的规定。 拥有这些功能，我们将占据旋光市场上的技术领先地位。 用户通讯，网页信息和市场资料等将会再适当的时候向用户展示。

光谱分析自从作为一项实验室技术问世以来，迄今已经取得了很大的发展。手持近红外 (NIR)光谱分析仪的尺寸在不断变小，成本也越来越低，在一定程度上，这归功于新出现的系统架构，这个系统充分利用微机电系统(MEMS)组件。我们来深入研究一下这些硬件优化如何在光谱分析行业中实现更简单且更加便携的未来。　　NIR光谱分析　　光谱分析可基于样本对于大范围波长的反应鉴定样本，是实现该应用的强大工具。值得注意的是，NIR光谱分析用波长范围通常在780-2500纳米之间的光来刺激样本。根据样本材料的物理状态，我们可以通过使用反射率测量值(固体)或吸收率测量值(液体和气体)精确测量光谱响应。　　780-2500纳米区域内的光谱特征由诸如O-H、C-H、N-H和S-H的氢键决定。通过这种方式，NIR波段特别适合于食品和农业监视、健康诊断、石化处理和医药制造。在NIR波段内，每个光谱分析应用对于波长范围和化学计量分析都有着独特的需要。例如，一个900-1700nm仪器能够提供与水 (H2O) 和蔗糖 (C12H24O12) 含量有关的信息 [1]。若仪器的波长范围扩展至2500纳米，则可以发现额外的有机化合物特征，并且能够改进医药过程监视的效果 [2]。　　选择波长范围可能影响仪器的物料清单(BOM)成本。一个短波NIR系统能够充分利用廉价探测器来实现波长范围高达1050纳米的测量。超过1050纳米的测量则通常需要一款更加昂贵的铟镓砷(InGaAs)探测器。在超过1700纳米之后，为了保持性能要求，InGaAs材料通常需要冷却，特别是与多像素线性阵列检测器一同使用时更是如此。由于昂贵的InGaAs基板和额外的冷却元件，InGaAs线性阵列技术由于价格过于昂贵而无法在低成本手持式仪器内使用。　　光谱分析仪架构中的创新　　考虑到用InGaAs阵列探测器实现传统色散型光谱分析时的成本难题，很多NIR光谱分析仪创新将注意力放在减少系统组件数量方面，用线性可变滤波器(LVF)取代色散光栅中继就是其中一个示例。LVF架构减少了光通量，不过也通过消除光栅到探测器的路径而极大地缩小了光谱分析仪的封装尺寸。其它创新型光设计采用透射光栅架构 这个架构在尽可能降低光损耗的同时精简了系统封装尺寸。另外一个架构使用一个扫描光栅，将光直接中继传递至单点探测器，从而免除了对于上文提到的多像素InGaAs阵列的需要。相对于阵列检测器，单点探测器在成本、尺寸和性能方面具有显著优势。　　在光谱分析仪架构中采用MEMS技术并连同单点探测器一起使用可降低成本以及实现便携性。将稳健耐用的MEMS组件集成到一个光谱分析仪光路径中，不但可以缩小仪器的封装尺寸，还可以添加全新的性能。选择MEMS组件时的主要考虑因素包括性能可靠性和大批量生产制造时的稳定性。　　德州仪器(TI)的DLP® NIR芯片组就是一种久经考验的MEMS技术。这项技术提供针对小巧、可编程且高性能光谱分析仪的高保真光调制。其中，TI DLP2010NIR和DLP4500NIR可实现令人激动的全新波长控制特性，比如说哈达玛图形和旋转扫描动态可编程性。其它新涌现的MEMS技术，其中包括法布里-珀罗干涉仪和迈克尔逊干涉仪，显示出仪器架构简化方面的良好发展前景，不过仍然面临着满足信噪比和分辨率标准等实验室性能需求的挑战。　　虽然有很多的光谱分析仪架构选择，MEMS技术的吸引力仍与日俱增。动态可编程性、成本降低、使用单点探测器，以及免除对大型移动部件的需要只是基于MEMS的架构所能提供众多优势中的一部分。这些优势，与可靠系统集成组合在一起，在现场部署期间，会变得更加关键。图1：DLP2010NIR是这款TI DLPNIRscan? Nano 评估模块的特色所在　　移动应用和行业前瞻　　紧凑小巧、高性能的NIR光谱分析仪器为现场应用的涌现做出了巨大贡献，在这些应用中，现场测量能够为个人用户和工业公司带来额外的优势与价值。通过Wi-Fi或Bluetooth® 无线连通性，经由一个移动设备，将这些光谱分析仪链接至云端数据库，可以将实验室内的全预测功能引入到样本检测中。通过这种方式，集成式光谱分析仪可以作为网络边缘上的高性能光传感器。当光谱分析仪硬件使云端内的高保真数据聚合变得更加便利时，物联网(IoT)能够动态地提升处理效率。针对IoT移动感测的前沿应用包括食品安全、远程农业监视和用于医药生产的过程监视。　　也许最令人激动的NIR光谱分析行业趋势就是开源模型。诸如德州仪器、Consumer Physics和Si-ware的前沿技术开发公司已经发布了多种软件开发套件(SDKs)以鼓励创新。KS 技术公司就是在工业IoT应用方面开创低成本NIR光谱分析仪架构的一个典范。除了提供用于图1中所见的DLP NIRScan Nano评估模块的免费iOS和安卓应用，以及SDK，这家公司还将他们在移动数据系统和IoT架构方面的专业知识应用于新出现的移动NIR感测市场。　　这些平台的低成本和开源属性让他们能够更好地与大学化学计量专家合作，以增加对应用的了解。通过这种方法，手边的硬件与开源软件组合在一起，可以加快算法和化学计量开发，而这也反过来推动了NIR光谱分析生态系统的发展。未来的行业增长与创新将取决于专家间的通力协作。　　考虑到NIR光谱分析的强大功能，这个行业将很多的注意力放在了将高性能分析由实验室转移到现场应用。NIR光谱分析仪架构领域内的行业突破正在推动着新一波创新的移动测量功能。这个创新与21世纪的移动趋势相一致，并且与IoT革命具有一个逻辑上的交汇点。当只能在实验室中运行的昂贵光谱分析发展成可以在你的手掌中产生精确数据的应用时，你将用它来测量哪些数据呢?　　[1] B.M. Nicola¨ ? et al. / Postharvest Biology and Technology 46 (2007). 99–118.　　[2] Chang, Cheng-Wen, "Near-infrared reflectance spectroscopic measurement of soil properties" (2000). Retrospective Theses and Dissertations. Paper 12315.作者：Dorsey Standish, 德州仪器(TI) DLP 产品先进光控项目经理

p span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　近年来，在多领域大发展及各类新技术不断进步的形势下，传统的红外光谱技术已经从单纯的红外光谱仪、显微镜与红外光谱联用，发展到了红外成像系统，并在信噪比、空间分辨率、时间分辨率、测量模式等方面呈现了新的发展活力。同时，在新技术的助力下，红外光谱在应用方面也得到了很大的拓展。 /span /p p span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　Quantum Design公司一直致力于引进先进的红外光谱技术，其中neaspec纳米傅里叶红外光谱仪、微秒级时间分辨超灵敏红外光谱仪在探寻红外光谱测量极限上展现了独特的魅力，先后获得科学仪器“优秀新品奖”。业界评价：Quantum Design在产品的选择上颇具眼光! /span /p p span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　为了多方位展现我国在红外光谱领域的最新成果，仪器信息网特别策划制作《稳中求新红外光谱技术及应用进展》网络专题，特别邀请Quantum Design中国表面光谱销售总监韩铁柱博士为大家介绍红外光谱仪的最新技术及应用情况，并探寻红外光谱的测量极限。 /span /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 红外光谱技术发展需求：高敏感度、高空间和高时间分辨率 /strong /span /p p 　　 strong 仪器信息网：从仪器发展及应用的角度分析，您认为目前红外光谱仪器及技术走到了哪一个阶段? /strong /p p strong 　　韩铁柱博士 /strong ：人类对红外光的认识已经超过两个世纪，1800年，英国科学家W.?Herschel在研究温度计对紫色到红色光照射变化时，就已经意识到红色末端区域外仍然存在着看不到的辐射区域。九十年后，瑞典科学家Angstrem利用CO和CO2首次证明了不同分子具有不同的红外谱图，并在此基础上进一步建立了现代分子光谱学。在此之后的一个多世纪里，人类科学家已经可以利用红外光手段，对大量的分子振动和转动信息进行谱学分析和鉴别。上世纪50年代，双光束红外光谱仪的问世，意味着红外检测已无需由经过专门训练的光谱学家进行操作，也能轻易获取数据。该设备的商业化及畅销普及标志着红外谱学门槛的极大降低，在科学研究、社会实践及工业控制等领域将迎来飞跃式发展。 /p p 　　现代红外光谱议主要指由上世纪80年代发展建立的以傅立叶变换为基础的仪器。该类仪器不用棱镜或者光栅分光，而是用干涉仪得到干涉图，采用傅立叶变换将以时间为变量的干涉图变换为以频率为变量的光谱图。与更早期的双光束红外仪器相比，傅立叶红外光谱仪具有快速、高信噪比等特点，并且随之催生了许多新技术，诸如步进扫描、时间分辨和红外成像等，从而拓宽了红外的应用领域，使得红外技术的发展产生了质的飞跃。 /p p 　　然而，随着科学技术的不断发展和应用领域的进一步细分，特别近年来纳米材料、拓扑材料、二维材料等新材料的兴起，传统傅立叶红外光谱仪光源亮度弱、光斑范围大、迈克尔逊干涉仪平动速度慢等缺陷开始显现，逐渐不能满足红外光谱科学研究中高敏感度、高空间和高时间分辨率的需要。 /p p 　　 strong 仪器信息网：目前红外光谱的测量极限发展到了什么程度?可以给大家带来什么样的体验? /strong /p p strong 　　韩铁柱博士： /strong 目前，传统红外光谱的空间分辨测量极限在几微米到几十微米，时间分辨测量极限在几十毫秒的量级，这主要是由于光源本身及步径位移机制限制。20世纪60年代开始，随着第一台红宝石激光器的问世，科学领域得益于激光技术的广泛应用，对光谱研究的空间分辨和时间分辨也得以大幅提高。由于激光器的高线性特点，非接触式的红外光谱技术空间分辨率可达500nm，如果进一步搭配近场探针突破衍射极限，空间分辨可进一步提升至10nm。利用QCL激光的双光梳设计，目前激光base的红外光谱可以完全抛弃步径位移，将时间分辨提高到us级，如果将超快激光引入pump-probe体系，时间分辨可以达到fs级别。 /p p 　　 strong 仪器信息网：相对于其它的分析仪器，红外光谱的应用市场活力如何?哪些应用领域会有大的发展空间?为什么? /strong /p p strong 　　韩铁柱博士： /strong 相对于其他分析仪器，红外光谱分析技术具有使用成本低、操作和维护简单、灵敏度和分辨率较高、特征性强等优点，能提供包含化合物官能团、类别、立体结构、取代基种类和数目等多种信息。近年来计算机技术的迅猛发展带来了分析仪器数字化和化学计量学科的同步发展，加之红外光谱技术独有特点，使得其应用范围进一步拓宽。 /p p 　　红外光谱既可以用于定性分析，也可以用于定量分析，还可以对未知物进行剖析，广泛应用于化工、制药、农业和食品、半导体、宝石鉴定、质检、地矿和环境等领域，是科学研究的有力技术手段，也是常规应用分析和生产不可缺少的分析技术。譬如在中医药领域，作为一个复杂的混合体系，中药的鉴别和质量控制，以及有效成分的确定和质量分析，一直是个难题，红外光谱技术的特点使得其作为指纹分析手段并结合化学计量学方法，成为中药研究不可或缺的工具 在农业和食品领域，近年来得益于焦平面阵列检测器、可调谐滤光器、化学计量学方法和计算术的提升，红外光谱和成像技术有机结合发展成为一种多信息融合检测技术。除了进行农产品和食品的品质分析外，红外光谱的应用还扩展到了污染物检测、产品分类和来源鉴别、土壤的物理和化学变化、以及食品加工过程中组成变化的监控和动力学行为等。 /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong Quantum Design红外产品着眼红外光谱测量极限 /strong /span /p p strong 　　仪器信息网：请介绍贵公司在红外光谱产品的定位及发展历史?有哪些独具优势(里程碑式)的技术(专利技术，独有技术)? /strong /p p strong 　　韩铁柱博士： /strong 我们公司一直贴合最新研究前沿和热点课题，结合红外光谱的应用与现代尖端科学研究的需要，专注最新、最先进红外光谱技术和产品的引进，先后引进了德国neaspec公司的nano-FTIR 10纳米超高空间分辨的新型傅里叶红外光谱仪、美国PSC公司的mIRage非接触式亚微米分辨触红外拉曼同步测量系统，2019年又引进了瑞士IRsweep公司的IRis-F1微秒级时间分辨超灵敏红外光谱仪。这三款主推产品从空间分辨率、非接触测量、时间分辨等维度，极大推动了红外光谱测量极限。 /p p style=" text-align: center" a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C377717.htm" target=" _blank" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 183px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/34a71ded-e469-47c6-8f17-0f6442a01553.jpg" title=" 01.png" alt=" 01.png" width=" 600" height=" 183" border=" 0" vspace=" 0" / /a /p p style=" text-align: center " ( a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C377717.htm" target=" _blank" 点击仪器图片查看更多详情 /a ) /p p 　　nano-FTIR纳米傅里叶红外光谱技术是由德国neaspec公司基于其首创的散射型近场光学技术发展出来的、具有10纳米超高空间分辨的新型傅里叶红外技术，使得纳米尺度下的化学鉴定和成像成为可能。这一技术综合了原子力显微镜的高空间分辨率和傅里叶红外光谱的高化学敏感度，实现对几乎所有材料的化学分辨和成分分析。它不受被检测样品厚度制约，可广泛适用于有机物、无机物、半导体材料、二维范德华材料的纳米分辨红外光谱分析，并同时提供纳米空间分辨的红外吸收谱和反射谱。 /p p style=" text-align: center" a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C363244.htm" target=" _blank" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 193px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/d719a770-b45f-494a-822b-1bfb8d6976f2.jpg" title=" 02.png" alt=" 02.png" width=" 600" height=" 193" border=" 0" vspace=" 0" / /a /p p style=" text-align: center " ( a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C363244.htm" target=" _blank" 点击仪器图片查看更多详情 /a ) /p p 　　全新一代mIRage非接触式亚微米分辨触红外拉曼同步测量系统，是美国PSC公司基于专利的光学光热红外技术(O-PTIR)，将光学显微与微区红外结合，一举突破了传统傅里叶红外光谱(FT-IR)及衰减全反射红外光谱(ATR-IR)的分辨局限,实现了500nm的空间分辨率 它具备非接触式/反射模式测量，对样品表面无严格要求，可直接对厚样品进行测试 可搭配液体模式和与拉曼联用，直接观察液体生物样品，并对样品进行同时同地同分辨率下的红外拉曼同步光谱和成像分析，无荧光风险。 /p p style=" text-align: center" a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C305345.htm" target=" _blank" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/03b21d48-652a-4150-8caf-f5c21c9855c7.jpg" title=" 03.png" alt=" 03.png" / /a /p p style=" text-align: center " ( a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C305345.htm" target=" _blank" 点击仪器图片查看更多详情 /a ) /p p 　　瑞士IRsweep公司推出的IRis-F1微秒级时间分辨超灵敏红外光谱仪，荣获了由仪器信息网主办2019年度科学仪器“优秀新品奖”，它是一种基于量子级联激光器频率梳的红外光谱仪，突破了传统光谱仪需要几秒钟或者更长的测量时间来获取一个完整的光谱的限制，能实现高达1μs时间分辨的红外光谱快速测量。它测量数据信噪比高，易于微量及痕量光谱分析，兼容常用红外光谱仪插件，方便易用、可靠性高。 /p p 　　 strong 仪器信息网：贵公司红外光谱仪应用最具优势的领域?主推的解决方案? /strong /p p strong 　　韩铁柱博士： /strong 我们公司近几年在红外光谱领域销售保持持续地稳定增长，针对不同的应用领域和具体的技术需求，我们推出了对应的解决方案。 /p p 　　1、nano-FTIR是我们针对傅里叶红外光谱空间分辨率在10nm量级，所推出的成熟技术方案，它利用AFM探针突破红外光斑的限制，并利用激光光源的高亮度和稳定性可进超高空间分辨下的物质微纳组分研究和表征。并后期结合飞秒激光器，可实现fs级的红外光谱测量表征。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 316px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/69125e72-499a-4ced-b257-9bdb7b3a4f00.jpg" title=" 04.png" alt=" 04.png" width=" 600" height=" 316" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　美国NASA于2014年从太空带回了直径约为10um的彗星碎片。由于传统红外分辨率受制于光斑大小，该样品内部成分无法进一步检测。利用上述内容提到的纳米傅里叶红外技术10nm空间分辨率，科学家可以很好的对彗星碎片内主要5种矿物进行有效分析，并能就其组分的空间分布进行具体的表征。进一步地，在10nm超高空间分辨率的基础上，nano-FTIR还可以与50fs的时间分辨超快激光技术进行结合，同时达到红外设备的“超高空间分辨”和“超高时间分辨”。该工作在2014年由Eisele等人在实验室实现，作者利用pump激光和我们的纳米傅立叶红外光谱进行同步，在InAs纳米线上由-5ps到1050fs分别延迟激发样品，得到了纳米线上载流子形成和衰减的全过程红外光谱图。 /p p 　　2、当红外光谱空间分辨率要求在亚微米量级，且传统傅里叶变换红外光谱和ATR技术应用受限或者样品制备困难情况下，mIRage非接触式亚微米分辨触红外拉曼同步测量系统无疑是一个最好的选择。它的高空间分辨率、非接触式的测量方法以及可与拉曼联用的特点，可以快速获取材料的二维红外光谱和组成分布信息。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 331px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/35ecedb1-5d4e-431a-b8a1-043e5acec657.jpg" title=" 05.jpg" alt=" 05.jpg" width=" 600" height=" 331" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　越来越多的塑料产品的使用引发了人们对于其在环境中累积所引发的环境和生态污染问题的担忧，迫使科学家尽快找到可替代性的新型材料。而生物塑料, 如聚乳酸(PLA)和聚羟基烷酸酯(PHA)等均来源于天然资源(如糖，植物油等)，在适当条件下可发生生物降解，成为最近研究的热点话题。为了更好地理解这两种材料在微观上的相互作用，美国特拉华大学Isao Noda教授课题组使用mIRage系统对PLA和PHA的复合薄片进行红外拉曼同步成像分析，探究了这两种材料结合的方式和内在扩散机制，为未来研究生物微塑料的演变和降解过程提供数据和理论上的支持。 /p p 　　3、为精准描述生物医学、化学动力学等许多变化过程中的红外光谱情况，我们推出了IRis-F1微秒级时间分辨超灵敏红外光谱仪解决方案。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 280px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/adaa6cec-04b2-4a33-8145-bdb8a4376d43.jpg" title=" 06.jpg" alt=" 06.jpg" width=" 600" height=" 280" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　斯坦福大学的Nicolas H.Pinkowski研究团队利用IRis-F1实现了高能气相反应中的微秒分辨单次测量。他们在压力驱动下的高温、高压反应釜中研究了一种剧烈的丙炔氧化化学反应，以4μs时间分辨测量速率，解析了丙炔与氧气之间1.0 毫秒高温反应的详细动力学光谱。来自IRis-F1的量子级联激光的双梳状光谱仪(DCS)测试数据表明：在反应早期(0-0.6 ms)能观察到宽带丙炔吸收特征峰，而在0.75 ms之后可以观察到水的精细特征光谱。 /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 未来：通用型和专用型红外光谱协同发展 /strong /span /p p 　　 strong 仪器信息网：目前国内外红外光谱仪的技术及市场发展态势有什么不同?您如何看待未来中国市场的需求及发展潜力? /strong /p p 　 strong 　韩铁柱博士： /strong 当前市场上红外光谱仪可以大致分为通用型和专用型两大类，体现了红外光谱仪的发展与工业化需求以及科学研究需求是密切相连的。进口通用型红外光谱仪市场主要以傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)为主，制造厂家主要来自于欧美等国，而色散型红外光谱仪比较少见 近些年来国产的FTIR厂家逐渐崭露头角，尽管技术和世界主流公司相比还有一定差距，但差距正在不断缩小。其新型干涉光路的搭建，有效降低了振动和导轨偏移引发的干涉变形，结合众多新型红外附件的开发，目前国内红外光谱议产品正在走出国门，远销欧美和东南亚 专业的研究型红外光谱仪主要在一些科研机构使用，存在一定的定制化，它可以与红外显微镜、热分析、气相色谱等外联附件联合使用，实现多种分析手段的同步进行和数据交叉对比。 /p p 　　作为普适性的一种分析手段，红外光谱仪在国内有较大的潜在市场，未来红外光谱仪技术，无论是智能化程度、产品联用、应用领域专业化还是小型化上都存在很强的发展潜力。另外，红外光谱与成像相结合的多信息融合检测技术，也是当前红外技术的主要发展方向。未来随着应用领域的不断扩展，制造技术的不断变革以及计算机技术的发展，更多成本更低的研究型和专用型红外成像光谱仪预计将会陆续出现，被更多的应用于过程分析和高通量分析中，如制药，农业，食品，高分子和催化材料等领域，成为传统红外光谱技术的一种有力互补技术。 /p p 　　 strong 仪器信息网：针对当前的市场格局，贵公司在红外光谱产品方面有什么样的布局?重点拓展的新领域有哪些? /strong /p p strong 　　韩铁柱博士： /strong 针对当前的市场格局，我们公司继续结合科研用户的技术需求，引进一系列红外产品引入中国市场，比如基于AFM探针技术的超高纳米空间分辨率的近场光学显微系统、散场式光学显微镜、纳米傅里叶红外光谱仪等 同时，我们也将开展通用型红外光谱仪的布局，引入适合普通科研用途和工业应用的光谱仪，拓展其应用领域范围，解决一系列应用中的实际问题，具体体现在： /p p 　　1)针对传统傅里叶变换和衰减全反射红外光谱限制的亚微米分辨光学光热红外显微技术，提高其空间分辨率 2)简化样品制备过程，避免样品污染和接触引发的红外赝相 3)拓展红外样品的适用范围，包括一些常规红外无法检测的厚样品，透明样品，液体样品等 4)努力发展与其他技术的联用，实现多种技术的交叉互补使用，全面了解样品表面的化学信息，如红外和拉曼光谱技术联用，对有机无机样品的各种分子振动进行全面的分析和相互验证。 /p p 　　通过以上布局，我们一方面注重拓展高新技术领域的红外光谱应用，如纳米红外光谱和成像，超快/时间分辨红外光谱等，用于纳米材料的高分辨表征和化学过程的监测 另一方面拓展实际应用领域的红外技术应用，包括制药、化工、半导体、农业和食品、地质和环境、法医鉴定等，解决科研和生产过程中遇到的一系列实际问题，推动红外光谱技术的应用。 /p p 　 strong 　 span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 后记： /span /strong /p p span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　习近平总书记非常重视科技创新能力，他在重要讲话中指出“自主创新是我们攀登世界科技高峰的必由之路”，“当今世界科技革命和产业变革方兴未艾，我们要增强使命感，把创新作为最大政策，奋起直追、迎头赶上”。Quantum Design中国也以此为己任，在公司的建设和发展过程中，致力于为中国科研工作者的成功提供专业支持和服务。 /span /p p span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　韩铁柱博士介绍说，“我们深深理解国内科学家和学者们从不缺乏创新性的科研想法和构想，如何借助先进仪器帮助科学家将这些想法付诸于实践，是Quantum Design中国一直在思考的问题。”据悉， Quantum Design中国建立了超过300万美元的样机实验室，为国内科学家尝试自己的想法提供了舞台和施展的空间。就尖端红外光谱分析仪器而言，Quantum Design中国样机实验室引进了德国neaspec公司的nano-FTIR 10纳米超高空间分辨的新型傅里叶红外仪，以及美国PSC公司的mIRage非接触式亚微米分辨触红外拉曼同步测量系统，并向国内科学家开放。截至2020年6月，Quantum Design中国样机实验室测量的数据已经协助科学家在Nature正刊、Nature子刊、ASC等著名国际期刊上发表多篇创新性的科研成果，得到了广大科学家的认可和赞誉。 /span /p p br/ /p

在基于垂直腔面发射激光器（VCSEL）的激光雷达和面部识别系统中，对激光束的多属性评估至关重要。这些属性包括功率、频谱和时间脉冲形状，它们共同决定了激光性能的优劣。然而，捕获和准确测量这些属性，特别是对于准直、发散、连续和脉冲光源，极具挑战性。Labsphere的多功能激光功率积分球和传感器凭借其出色的性能和精确度，为解决这些问题提供了有效方案。我们可根据您的需求提供激光功率测量积分球。选择不同的尺寸和涂层以满足您特定的测试激光功率水平。同时，根据测试激光的波长以及光学探测器的光谱响应度校准范围，我们可为您定制最合适的光学探测器，确保满足您的所有需求。特点确保激光器发出的功率能够被全面收集，无论其发散角度或偏振状态如何。高效地衰减高功率，以防止传感器过载。集成第二个探测器端口，用于进行光谱监测或扩大波长覆盖范围。减少在裸露状态下，传感器有效区域响应不均匀所引起的误差。应用&bull 连续（CW）与脉冲激光测量&bull 实验室与生产测试&bull 镜头校准&bull 激光功率质量评估LPMS 配备皮安计和激光功率软件&bull 第n波长的平均辐射功率（连续波）&bull 第n波长的平均峰值辐射功率（脉冲）&bull 探测器采样率（Hz）&bull 探测器扫描间隔（秒）&bull 激光功率密度：单位面积的瞬时激光束功率，单位为W/cm2，可选择以cm2为单位的光束面积需要输入光束面积&bull 最大功率（连续波）&bull 最小功率（连续波）&bull 峰值辐射功率（脉冲）&bull 脉冲宽度或脉冲持续时间间隔&bull 辐射功率范围（连续波）&bull 辐射功率（W）&bull 重复率/频率（脉冲）&bull 标准偏差（连续波）&bull 总脉冲数&bull 波长（由客户根据激光输出和校准数据表选择）

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

激光干涉测量助力空天探索 在空天探索领域，空间引力波探测是当前国际研究热点，作为人类观测宇宙的新窗口，引力波将为人类探索早期黑洞合并、超新星爆发等宇宙结构形成过程提供观测手段，对探索宇宙起源与演化具有重要的意义。为了探测中低频段的空间引力波，国内外研究人员计划在相距数十万乃至数百万千米的空间轨道上建立超高灵敏度星间激光干涉系统，该方法的本质是将现有的激光干涉超精密测量技术应用到外太空去，突破地面探测臂长的限制，摆脱地面各种干扰源对精密测量的影响。其关键技术是测量相距数百万公里的两个测试质量之间的间距变化，主要包括：测试质量与卫星平台之间的间距变化、两个卫星平台之间的间距变化，前者涉及到测试质量的多个自由度精密检测，探测灵敏度需要在1 mHz~1 Hz频段达到~1 pm/Hz1/2（平动）以及~1 nrad/Hz1/2（转动）水平。揭秘空间引力波探测的原理 空间引力波探测任务需要实现对测试质量皮米量级的平动测量以及纳弧度量级的转动测量，关键技术单元包括：激光外差干涉、差分波前传感以及高精度相位测量三部分，如图1所示，通过测量两测试质量之间的平动转动，获得其间距变化信息，从而探测引力波信号。图1面向空间引力波探测的激光外差干涉多自由度超精密测量技术示意图激光外差干涉 激光外差干涉测量原理如图2所示，频率相近的两束激光（测量光频率f1，参考光频率f2）合束后，合成波（频率为f1+f2）会存在一个包络，其频率为|f1-f2|，这一包络频率也被称为外差频率。 当测试质量在沿测量光传播方向上运动状态改变、或者引力波来临时，干涉仪的测量臂光程发生变化，表现为外差干涉信号的相位波动，即图2中紫色虚线部分。以经典迈克尔逊干涉结构为例，外差干涉信号相位的一个周期变化对应位移变化半波长（光程变化一个波长），有 其中，λ为激光输出波长，L为测试质量的等效位移，φ为外差干涉信号的相位变化。图2 激光外差干涉原理示意图差分波前传感 差分波前传感是一种基于激光波前相位比较的高精度角度测量方法，测量原理如图3所示。测量光与参考光合束后入射至四象限探测器表面，两束光满足干涉条件产生外差干涉信号，照射在探测器四个象限后会分别产生四路干涉信号。当测量目标平动时，四路外差干涉信号相位发生相应波动，与采用普通光电探测器的原理相一致；当测量目标转动时，测量光的波前相对参考光发生偏离，由于四象限探测器具有一定的空间间距，导致四路外差干涉信号的相位波动并不相同，通过对比不同象限的干涉信号相位差异，可以反演得到测量目标在水平方向和竖直方向上的转动角度，有 其中，θh为水平转动角，θv为垂直转动角 ФA/B/C/D为不同象限的外差干涉信号相位变化 kh/v为比例系数，由光束参数以及四象限探测器的几何参数共同决定，实验中常用偏摆镜配合自准直仪进行标定。图3 差分波前传感和四通道拍频信号波形示意图高精度相位测量 高精度相位测量可以通过锁相放大器或者相位计来实现，其基本原理如图4所示，外差干涉信号转化为电信号后与本地时钟（或外部参考）及其正交信号混频，低通滤波后分别得到Q信号（quadrature）和I信号（in-phase），计算I/Q反正切值并作相位解包裹运算得到相位差，Q信号作为相位误差信号反馈至本地可调时钟，更新本地时钟输出频率从而保持与输入外差干涉信号频率一致，形成锁相环路。图4 相位测量基本原理[1]国内外干涉仪研究进展LISA LISA （Laser Interferometer Space Antenna）是于1992年发起的一项探测1 mHz~1 Hz频段引力波信号的科学研究计划，这是最早开始、也是目前国际上发展最成熟的空间引力波探测计划，其中一项关键技术是实现测试质量的超高灵敏度多自由度测量。 2012年，德国汉诺威大学的Marina Dehne等人设计搭建了一套用于验证测试质量干涉仪噪声源及其消除技术的激光外差干涉测量系统，分析了多个噪声源（激光频率、激光强度、激光指向漂移、温度、偏振态、移频驱动边带、杂散光等）对相位读出的影响，并研究了多种噪声消减数据处理方法，在空间引力波探测目标频段成功实现了~1 pm/Hz1/2的超精密位移测量。图5给出了LISA激光干涉平动转动测量技术发展时间线，该计划从提出开始，经历地面模拟论证、噪声源探索、技术卫星验证、光路布局优化测试等，距今已经开展了三十余年，其中用于测试质量多自由度测量的激光外差干涉技术灵敏度已经突破1 pm/Hz1/2和1 nrad/Hz1/2。目前光学干涉平台布局处于优化设计阶段，激光外差干涉超精密测量技术是否能够实现百万公里距离的两测试质量之间的皮米级平动测量并成功探测到宇宙深处的引力波，这仍然需要时间来给出答案。图5 激光干涉平动转动测量技术发展时间线(LISA)太极&天琴 2008年，我国科学家开始探讨中国的空间引力波探测计划，并于2012年正式成立了空间引力波探测工作组，2014年提出基于“日心”轨道和“地心”轨道两个独立的探测方案，即太极计划和天琴计划[2-3]。目前两者均形成了较为完备的星间激光干涉测量方案。 同LISA一样，太极和天琴于2019年分别发射了太极一号和天琴一号技术验证卫星，所搭载的光学干涉平台如图6所示，前者采用殷钢材料制作光学干涉平台基座、后者则采用光粘的方式来提高干涉装置的热稳定性，两者都包含有前端光程参考干涉仪和测试质量测量干涉仪。测试实验最新结果表明，空间激光干涉仪可以实现毫赫兹频段皮米量级的超精密位移测量，标志着我国在空间引力波探测中用于测试质量的激光外差干涉测量技术研究正逐渐走向国际前列。图6 我国空间引力波探测技术验证卫星激光干涉平台（a）太极一号[2]（b）天琴一号[4] 其他 2021年，美国德州农工大学提出了一种一体式外差干涉仪，将分光镜波片等关键镜组胶粘成一个整体，提升干涉仪稳定性，并通过抽真空、被动控温、噪声建模消减等措施最终实现了33 pm/Hz1/2@0.1 Hz的平动测量。 2022年，清华大学谈宜东团队提出了一种用于测试质量五自由度测量的偏振复用双光束干涉仪，光路设计如图7所示，包含参考干涉仪（RHI）、双光束干涉仪（DBHI）和偏振复用干涉仪（PMHI），初步实验在10 mHz~1 Hz频段实现了优于10 pm/Hz1/2 以及20 nrad/Hz1/2的平动转动灵敏度测量。图7 偏振复用双光束激光外差干涉五自由度测量系统星辰宇宙，未来可期 “此曲只应天上有，人间难得几回闻”，如果说引力波是携带着浩瀚宇宙信息的乐曲，那么激光干涉超精密测试技术就是用来“听曲”的最灵敏的传声筒。在空间引力波探测领域，我国的激光外差干涉多自由度超精密测量技术相比于欧美LISA团队仍处于跟跑阶段，但未来有希望实现并跑甚至领跑。而且，空间引力波探测中涉及的外差干涉技术，可以对长度量进行高精度、大量程的超精密测量，可扩展应用于下一代高速、超精密二维或三维运动台的精确定位与运动控制，进而支撑我国超精密加工制造、IC 装备及尖端航空航天科技的发展，对于国民经济和工业建设有着重要的实际意义[5]。全文下载：空间引力波探测中的激光干涉多自由度测量技术.pdf参考文献：[1]Schwarze T S.Phase extraction for laser interferometry in space: phase readout schemes and optical testing[D]. Hannover: Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover, 2018.[2] Luo Z R, Wang Y, Wu Y L, et al. The Taiji program: A concise overview[J]. Progress of Theoretical and Experimental Physics, 2021(5), 05A108.[3] Luo J, Chen L S, Duan H Z, et al. TianQin: a space-borne gravitational wave detector[J]. Classical & Quantum Gravity, 2015, 33(3): 035010.[4]Luo J, Bai Y Z, Cai L, et al. The first round result from the TianQin-1 satellite[J]. Classical and Quantum Gravity, 2020, 37(18): 185013.[5] 谈宜东, 徐欣, 张书练. 激光干涉精密测量与应用.中国激光,2021,48(15) : 1504001.作者简介 谈宜东，清华大学精密仪器系，长聘副教授，博士生导师，副系主任；基金委优秀青年科学基金获得者，英国皇家学会牛顿高级学者，教育部创新团队负责人。中国电子信息行业联合会光电产业委员会副会长、中国仪器仪表学会机械量测试仪器分会常务理事。 主要从事激光技术和精密测量应用等方面的研究工作。作为负责人承担国家自然科学基金，装发和科工局测试仪器领域关键技术攻关项目，科技部重点研发计划课题，军科委基础加强，重大科学仪器专项等项目40余项。在Nature Communications,PhotoniX, Optica, Bioelectronics and Biosensors, IEEE Transactions on Industrial Electronics等期刊发表 SCI 论文 100余篇，授权发明专利36项，在国际会议Keynote/Plenary/Invited报告40余次。先后获日内瓦国际发明展金奖，中国激光杂志社主编推荐奖，中国光学工程学会技术发明一等奖，中国电子学会技术发明一、二等奖多项。课题组介绍 清华大学精密仪器系激光技术与精密测量应用课题组，在激光器件及其物理效应、精密测量应用等方面开展了大量的工作，构成了从基础器件的设计和发明，到物理现象和效应的发现，进而在发现基础上的仪器发明，直至仪器的推广和应用这一较为完整的体系。先后研制了双折射-塞曼双频激光器及其双频激光干涉仪，实现了成果转化，成规模应用于国家02专项以及中芯国际、吉顺芯等公司进口光刻机干涉仪的替换；基于激光回馈原理的无靶镜纳米测量干涉仪，用于国家多个重点型号工程，包括：高分四号、一号以及激光聚变点火等。课题组还开展了远距离激光侦听、激光回馈调频连续波绝对测距、生化检测、pm量级灵敏度的激光干涉超精密测量技术(引力波专项)等研究。

据德国耶拿弗里德里希席勒大学官网25日报道，包括该校科学家在内的一个国际研究团队首次对已知最重的高度离子化原子类氦铀进行了超精确X射线光谱测量。他们成功在最重原子核的超强库仑场中，解开并分别测试了单电子双环和双电子的量子电动力学效应。这项研究有助揭示一个长久以来的秘密：在物质最内部，是什么将世界紧密维系在一起。相关论文发表于1月24日出版的最新一期《自然》杂志。实验装置图（图片来源于《自然》杂志）来自波兰、法国、葡萄牙和德国的科学家参与了此次实验。研究人员指出，此次实验的特殊部分是对最重稳定原子开展测量，重点是其电子在不同轨道之间的跃迁。实验在德国亥姆霍兹重离子研究中心（GSI）/国际反质子与离子研究装置上进行。这是几个欧洲国家共同使用的粒子加速器复合体，包括一个周长超过100米的离子储存环和一个超过一公里的加速器。在整个测量过程中，研究团队首先蒸发铀，并将其运行速度加速到光速的40%左右。随后，他们将得到的材料通过一种特殊的薄膜输送，并让其在这个过程中失去电子。获得加速的电子被引导到一个存储环内，并在此处围绕一条圆形路径“狂奔”。这些自由电子通过光谱仪每秒闪烁5000万次，偶尔他们可使用专用的布拉格晶体光谱仪测量电子跃迁。这种特殊弯曲光谱仪的关键是由锗元素制成的特殊弯曲晶体，晶体像纸张一样纤薄，放在一个特殊的玻璃模具内。研究团队表示，当测量原子序数为1的氢原子时，他们可将电子跃迁精确测量到小数点后13位。对于原子序数为92的铀，测量已精确到小数点后5位。

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

光学镊子简称光镊，顾名思义，它是利用激光作为操作手段，能够像镊子一样对微观物体进行抓取、捕获、操纵。2018年，阿什金教授在光镊技术领域的开创性贡献获得诺贝尔物理学奖。经过二十多年的发展，气溶胶光镊测量技术，完成了从实验室萌生，到光学技术平台的构建、测量方法的建立等一系列过程，英国目前已经推出了第一代气溶胶光镊仪器（2016，AOT100）。据了解，北京理工大学环境分子科学分子光谱实验室，自2008年开始搭建气溶胶光镊受激拉曼光谱仪器，经过十多年的积累，在仪器的测量精度、重现性、稳定性方面都取得很大进展，已经搭建3套光镊仪器。下面我们走进北京理工大学环境分子科学实验室，了解张韫宏教授实验室搭建的单光束光镊与受激拉曼光谱联合测量系统。第十二届光谱网络会议（iCS2023） 期间，张韫宏教授将在6月15 日下午分享《 单液滴原位物理化学过程的拉曼测量》， 立即报名 》》》 北京理工大学 张韫宏教授《单液滴原位物理化学过程的拉曼测量》（6月15日下午开讲 点击预约席位）张韫宏，北京理工大学化学与化工学院教授，霍英东优秀青年教师基金获得者，入选教育部跨世纪人才培养计划，《光谱学与光谱分析》常务编委；《光散射学报》编委，全国分子光谱专业委员会委员。研究方向为气溶胶物理化学，光谱分析，大气物理化学，分子谱学，胶体与界面化学，结构化学，超分子化学。张韫宏教授课题组多年来一直致力于与环境问题密切相关的大气气溶胶吸湿性的研究，完成国家自然科学基金重点项目1项，面上项目7项，承担国家自然科学基金重大研究计划重点项目1项，面上项目1项。课题组建立了气溶胶流管AFT（Aerosol Flow Tube）结合FTIR观测、气溶胶FTIR-ATR原位探测、压力脉冲技术-快速扫描真空FTIR检测、单液滴光镊悬浮探测、气溶胶液滴两次聚焦共焦拉曼探测等光谱学方法，开展了气溶胶吸湿性、风化动力学过程、非均相化学反应过程等方面的研究，实现了吸湿增长因子、风化结晶速率、分子扩散系数、反应摄取系数等基本理化参数测量。近十几年来在Atmospheric Chem Phys、Anal. Chem.、EST、J. Phys. Chem. A、Phys. Chem. Chem. Phys和化学通报等国内外高水平杂志上发表论文百余篇，被SCI他人引用1500余次。研究论文被EST（2019年11期）和PCCP（2005年14期）选为封页。【摘要】 微液滴是大气气溶胶的一种主要存在形式，与大气水分子、痕量气体时刻发生气液分配和气液化学反应过程，液滴内部也存在风化结晶、传质受阻等过程，本报告主要内容是如何利用拉曼光谱技术，开展气溶胶液滴的物理化学动态过程研究，包括过饱和状态下离子对的形成、风化相变过程、扩散系数测量、pH值测量、反应动力学摄取系数测量等方面的内容。由仪器信息网主办，中国仪器仪表学会近红外光谱分会、中国生物物理学会太赫兹生物物理分会等协办由仪器第十二届光谱网络会议（iCS2023）将于6月13-16日举办。iCS2023将聚焦最新、最前沿的光谱技术及应用，特别设立了超快/瞬态光谱最新技术及应用进展、高光谱技术及应用新进展、光谱快检及在线应用技术进展等专场。同时会议也会选择光谱技术在生命科学、环境、材料等领域的应用进展进行深入探讨，为国内外光谱科研工作者及专业技术人士提供一个全新、高效的沟通交流平台，以促进业内交流，提高光谱研究及应用水平。点击立即报名 》》》 报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/ics2023/

近日，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员高克林、管桦实验团队与研究员史庭云理论团队，联合加拿大新不伦瑞克大学教授严宗朝、加拿大温莎大学教授G. W. F. Drake、海南大学教授钟振祥、浙江理工大学讲师戚晓秋等实验团队，在少电子原子体系——锂离子精密谱研究中取得重要进展。该研究将6Li+离子23S和23P态超精细结构劈裂的测量精度提高至10kHz水平，并精确确定了6Li原子核的电磁分布半径(Zemach半径)。这一基于原子精密光谱的工作独立于原子核模型，为揭示锂原子核结构、特别是6Li核的奇特性质以及检验相关的核结构模型提供了重要依据。该工作将进一步促进Li+离子精密光谱的实验和理论研究，推动少核子体系核结构理论与实验的开展。 　　少电子原子体系(如氢、氦原子以及类氢、类氦离子等)精密谱的实验与理论研究在检验束缚态QED理论、确定精细结构常数、获取原子核结构信息以及探索超越标准模型的新物理中颇具应用价值，是当前精密测量物理的重点方向。 　　高克林、管桦实验团队与史庭云理论团队等合作，开展类氦锂离子精密谱研究已逾十年。该团队基于电子碰撞电离方案研制了一台亚稳态Li+离子束源装置，各项性能指标(束流强度、发散角、稳定度等)均达到同类装置较高水平。该研究利用该装置产生的离子束，采用饱和荧光光谱测量方法精确确定了7Li+离子23S1和23PJ能级的精细结构和超精细结构劈裂，不确定度小于100kHz。该团队将实验与理论相结合，精确确定了7Li原子核的Zemach半径。 　　在饱和荧光光谱方法中，该研究受制于谱线的渡越时间展宽，得到的兰姆凹陷线宽达50MHz，大于谱线的自然线宽(3.7MHz)，由此得到的测量结果具有较大的统计不确定度。为了进一步提高测量精度，该工作利用三驻波场光学Ramsey技术消除谱线的渡越时间展宽，获得线宽约5MHz的Ramsey干涉条纹，统计不确定度减小至kHz量级；通过抑制量子干涉效应、一阶多普勒效应、二阶多普勒效应、Zeeman效应以及激光功率等各项系统误差，实现了10kHz精度的6Li+离子23S1和23PJ能级的超精细结构劈裂。该超精细结构劈裂的测量精度较先前结果提高5~50倍。在理论方面，该团队计算了包括高阶量子电动力学(QED)效应在内的6,7Li+离子23S和23P态超精细劈裂。该研究包含完整的mα6阶相对论和辐射修正，理论精度较先前结果有所提升，且理论与实验符合程度较好。科研人员通过比较6,7Li+离子的理论计算和实验测量值，得到6Li和7Li原子核的Zemach半径分别为2.44(2)fm和3.38(3)fm，确认了7Li的核Zemach半径比6Li的大40%这一反常现象，并发现了由6Li+的23S态超精细劈裂确定的Zemach半径与核物理方法得到的值3.71(16)fm存在显著差异，表明6Li核可能具有反常的核结构。该成果将进一步推动更多相关理论和实验的发展。 　　相关研究成果发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、中国科学院青年创新促进会和中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等的支持。锂离子Ramsey光谱测量

2016年12月11日，国家重点研发计划“纳米科技”重点专项项目“纳米尺度多场物性与输运性质测量及调控”启动实施工作会议在深圳召开。南京大学祝世宁院士、中国科学技术大学杜江峰院士、上海纳米技术及应用国家工程研究中心何丹农教授等10余位项目咨询专家、科技部高技术研究发展中心代表、以及项目和课题承担单位的负责人和研究骨干参加了会议。　　该项目由中国科学院先进技术研究院联合华南师范大学、南京大学和清华大学共同承担。项目旨在揭示光电、热电、磁电材料和器件的微观结构、局域响应和宏观性能的关联，分析铁电极化对光电转换的调控作用，界面和缺陷对热电输运的影响，以及微纳结构和磁电耦合的相互作用，发展基于多功能扫描探针的纳米测量与调控技术，在纳米尺度综合定量测量调控材料电学、光学、磁学、力学和热学多场物理及输运性质，并以此解决先进功能材料与器件的一系列关键科学问题，进而形成一系列原创、具有自主知识产权的新思想(如宏观微观协同调控测试)、新技术(如多功能扫描探针激励和多场原子力显微样品加载)、新方法(如跨尺度实验测试、数据采集、和计算模拟)和新发现(如光电、热电、磁电多场物性和耦合新机制)，推动纳米技术、高速低能耗信息处理与存储、微电子器件、高效清洁能源以及精密仪器等产业和领域的发展。　　科技部高技术研究发展中心代表对项目的执行和管理提出要求，强调了纳米科技重点专项项目“重立项、重过程、重验收”的基本原则，要求项目承担单位和研究人员增强责任感和使命感，强化项目组织实施，加强课题间的交流，立足学科领域发展前沿，力争在重大科学问题与关键技术问题上取得原创性突破。　　项目负责人李江宇教授介绍了项目的整体情况，各课题负责人就课题的具体研究目标、实施方案、研究难点以及如何突破、下一步工作计划等进行了详细介绍。项目咨询专家就项目的研究目标、研究内容和技术方案等给予指导，对项目的执行和管理提出了指导性意见和建议，希望通过研发具有自主知识产权的多功能扫描探针的纳米测量与调控技术，为先进功能材料与器件方面的研究提供强有力的工具。

2019年8月20日，安洲科技利用新型全波段地物光谱仪SR-8800及自主专利产品机载BRDF测量系统，完成了空天院（遥感所）卫星定标场BRDF测量作业，实现对观测目标点的多方位角/多天顶角的半球网点分布的高光谱测量，获取了多组有效BRDF数据。该测量点位于青海海西州格尔木市西部，海拔高、风力大、作业环境恶劣，我公司技术人员技高人胆大，克服了重重困难，凭借高超的无人机操作技术，顺利完成作业。本次作业使用了安洲科技自主生产的长风A660无人机，载重能力大，续航能力长，性能稳定可靠，为本次作业提供了有力的保障。配载的新型全波段地物光谱仪SR-8800，具有体积小重量轻的优势，可利用安卓或苹果手机无线连接控制，具有内置GPS及大容量存储，尤其适合无人机搭载。该光谱仪性能优异，还带有多功能测量手柄，具备同步拍照及自动平衡功能。用户对获取的数据质量表示满意。SR-8800是一款多功能性地物光谱仪，可以地面单人使用，也可以机载使用，包括大面积航线测量及BRDF测量（需配备安洲科技自主知识产权的机载BRDF测量模块），操作简便，性能可靠，下图为作业现场照片：AZUP新型机载全波段BRDF测量系统组成：美国SEI公司SR-8800（350~2500nm）地物高光谱仪、多旋翼无人机、机载BRDF自动测量模块等；测量模式：全自动或手动控制均可。

在超精密的测量和校准方面，激光干涉仪已经扮演多年极重要的角色。但是近年来随着自动化运动系统性能大幅提高，面对半导体和传统金属加工业的需求，现有激光系统的性能已无法满足一些客户的要求。 Renishaw的新型XL-80激光干涉仪能够满足和超越实际工业规范水平，提供4 m/s最大的测量速度和50 kHz记录速率。即使在最高的数据记录速率下，系统准确性可达到± 0.5ppm（线性模式）和1纳米的分辨率，这些改进意味着工程师仍能使用可溯源性激光干涉的独特优势，帮助解决现代化机器设计问题。 系统精度比原有的对应产品ML10激光系统有所提升，在整个日常温度、气压和湿度不同工作环境下，均可达到± 0.5 ppm的精度。环境读数使用XC-80智能传感系统进行读取，每7秒更新一次激光读数补偿值。还有一点很重要，与Renishaw的ML10系统一样，所有测量值均采用稳定的氦氖激光源的波长为基准，保证能够溯源至国际公认的长度标准。 此新系统可以与现有的ML10系统光学镜组完全兼容，使目前全球数千ML10用户能够升级到新系统，并同时保留其在光学镜组、程序和人员培训上的原有投资。 我们还提供已更新的Renishaw软件版本（LaserXL™ 及QuickViewXL™ ），能够以用户熟悉的、易于使用的格式提供数据。Laser XL™ 能够执行循序渐进式的测量，以方便对大多数机床按标准进行检验，QuickViewXL™ 软件能够在屏幕上实时地显示激光读数。 您只要看一眼Renishaw的新型XL-80激光装置和XC-80补偿器，就会注意到它们比原有的ML10和EC10小了许多。现在，二者总重仅3公斤多一点（包括连接电缆、电源和传感器），比原来减轻了70%。当然，随着激光头和补偿器尺寸减小，其他系统组件，例如三脚架和云台也相应地减小以便相配，因此整个系统（除了三脚架）的装运箱减小了许多。现在，最小的“脚轮箱”只有原来箱子的一半大一点点，却可以携带整个线性和角度测量系统，并有放置Renishaw QC10球杆仪组件的位置。这个高度便携的“检查和修正”系统总重不到15公斤，同类产品无以匹敌。 为了与系统的其他组件的便携性相匹配，我们设计了新型三脚架和装运箱，仅重6.2公斤。 激光头和云台体积很小，能够方便地固定在标准磁性座上，可以在不方便使用三脚架固定的应用条件下使用。XL-80激光测量系统的光束高度和光学镜组尺寸与ML10系统一样，因此也可以直接放在花岗岩工作台（不使用三脚架云台）上，进行坐标测量机的校准。 Renishaw已将激光的预热时间缩短至大约仅6分钟。预热速度较同类系统快，因此用户等待时间减少了，用于测量工作的几率增加了，这对于机器校准服务商和那些需要在一个地点执行多项测量的用户而言非常重要。 现在，信号增益的开启和关闭是一项标准功能，使其具有80米线性测量距离的能力。若短距离应用时，则可以提高信号强度。激光信号通过USB连线直接输出到电脑上（无需单独的接口），辅助功能端口可提供模拟信号及工厂按需设定的数字信号输出。XL-80激光头的配置集原ML10G/Q/X多种任选功能于一体，功能更完善。 XL-80系统具有长达3年标准的全面保修，并可以以优惠的价格选购延长保修时间为5年。对于使用ML10的老用户和使用其他厂商制造的同类系统的新客户，我们均提供一些特别优惠政策。请联络Renishaw各办事处。

1月3日消息，莱赛激光科技股份有限公司(以下简称：莱赛激光)已于近日正式申请新三板挂牌，全国股转系统披露的挂牌资料显示，莱赛激光董事长陆建红、副董事长张敏俐2人，通过直接和间接合计占股72%，为莱赛激光共同实际控制人。　　公告显示，莱赛激光2014年度、2015年度、2016年1-9月营业收入分别为1.11亿元、9961.31万元、8212.80万元 净利润分别为546.37万元、678.32万元、791.14万元。　　资料显示，莱赛激光主要业务为激光测量仪器设备的研发、生产和销售，主要为客户提供激光测量的整体解决方案。

中国科学技术大学潘建伟、窦贤康、张强和薛向辉等组成的交叉研究团队，通过发展大功率低噪声光梳，结合时间频率传递等量子精密测量技术，在国际上首次实现百公里级的开放大气双光梳光谱测量。这一技术可应用于监测大尺度范围的地球大气温室气体和污染气体，并可以扩展到卫星和地面之间的大气双光梳光谱测量，用于全球尺度的温室气体监测和精确校准。9月12日，相关研究成果在线发表在《自然-光子学》（Nature&ensp Photonics）上。大气光谱学是研究大气化学和物理性质的关键技术，通过探讨光与大气中分子和颗粒的相互作用来研究大气问题，广泛应用于全球气候变化、碳预算评估和空气污染研究等领域。目前，大气光谱遥感使用的光栅光谱仪、外差光谱幅度计和傅里叶变换光谱仪等技术能够以不同的时间和空间分辨率提供地球大气成分的光谱学数据。然而，这些技术存在较多限制，如无法在夜间进行测量、无法同时测量多种组分等。近年来，开放大气双光梳光谱技术被证明是进行准确、连续、多气体测量的理想技术。双光梳光谱技术具有高采集速度、溯源至原子钟级别的绝对频率精度和可以同时测量多个组分等优点，在油田监测、城市车辆排放、畜牧排放测量和温室气体监测等领域应用广泛。该技术不受湍流散斑和背景噪声的影响，在原理上能够在不校准的情况下测量更长的距离，被认为是用于大气遥感的理想精密光谱工具。当前，国际上能够实现的最远的测量距离不超过20公里，只可针对工厂、牧场等小范围区域实现监测，无法应用于更大的区域如大型城市、雨林等。该团队开发出新的双基站开放大气双光梳光谱测量方案。相比于传统单基站方案，该方案无需在测量远端放置反射器，光只需要经过待测路径一次即可完成测量，从而减小了链路损耗，更适用于远距离、大尺度的测量。利用该方案，科研人员在乌鲁木齐测量得到113公里水平开放大气中水汽和二氧化碳的强度谱与相位谱。这一距离比国际上最远的测量距离高了约一个数量级。该工作创新性地融合了潘建伟、张强等前期发展的高精度自由空间时间频率传递技术且频率准确度达到10kHz，并运用自主研发的高精度反演算法，使二氧化碳反演精度在36分钟内小于0.6ppm。该研究使得双光梳光谱能够测量的大气距离从十几公里提升至一百多公里，扩大了这一技术的应用范围。同时，系统可容忍最大损耗为83dB，与中高轨星地链路损耗相当，为实现未来的星地大气双梳光谱测量奠定了基础。上述研究是量子信息科学与地球科学深度交叉融合取得的成果，基于光频梳的量子精密测量技术有望在地球科学、深空探测、环境科学和油气行业等领域得到应用。研究工作得到国家发展和改革委员会、国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院、上海市、安徽省和山东省的支持。百公里开放大气双光梳光谱测量示意图