反射式手性全息成像

手性是一种有趣的几何概念，指物体不能通过平移、旋转和缩放等变换与其镜像重合的特性，其应用范围涉及光学、生物学、化学、医药和生命科学等领域。在光学领域，当手性介质被不同旋向的圆极化光激发时，表现出不同的手性光学效应：当左旋圆极化 (LCP) 光和右旋圆极化 (RCP) 光经过手性介质后的透射率或反射率不同，从而显示出圆二色性（Circular dichroism, CD)；若这两种光在手性介质中的折射率不同，导致透射光相比于入射光的偏振面发生旋转，则显示出旋光性（Optical activity, OA）。尽管光学手性在自然界中无处不在，但天然材料中的手性响应极其微弱，且难以灵活控制，这严重阻碍了极化相关器件的微型化和集成化应用。由于具有比自然材料高几个数量级的手性光学响应，由人工设计的亚波长单元结构阵列构成的手性超材料/超表面为实现可控手性光学响应提供了一条途径。然而，尽管常见多层手性超表面具有很强的本征光学手性，但其设计过程相对复杂，且加工所需的多步光刻工艺存在技术要求和加工成本高的问题。近日，西安交通大学张留洋老师课题组提出了一种反射式手性超表面的简单、通用的设计方法及其低成本、无光刻的制备策略，该工作与深圳大学范殊婷老师课题组合作完成。通过结合新型微立体光刻技术实现了手性超表面的3D打印，实验测试结果验证了手性响应机理的准确性相关成果以“Chiral Metasurfaces with Maximum Circular Dichroism Enabled by Out-of-Plane Plasmonic System”为题发表于国际期刊Laser & Photonics Reviews上, 影响因子10.9。 图1. 反射式手性超表面通用设计流程示意图对于任意的谐振器，跟随提出的通用设计流程，仅需简单两步即可打破其n重旋转对称性（n 1）和镜像对称性，从而获得一个具有面外形态的反射式手性超表面。以工作于太赫兹频段的U型手性超表面为例，其圆极化反射谱和圆二色性谱如图2所示。不同的面外形态方向，可获得具有相反手性响应的对映体A和B。 图2. 基于U型共振器的太赫兹手性超表面及其手性响应通过调控超表面的偏置高度可实现对其损耗的调控，根据耦合模理论可知，当其辐射损耗等于耗散损耗时，此时一种圆极化波被近完美的选择性吸收，而另一种圆极化波被非共振地反射，从而可获得最强的圆二色性值(图3(d))。 图3. U型太赫兹手性超表面圆极化反射谱和圆二色性谱通过结合微尺度3D打印技术，提出的手性超表面可由简单的三步工艺制备得到。其中，周期性阵列的面外形态结构采用面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch S130，摩方精密）加工得到。实验结果表明：得益于高精度的微尺度3D打印技术，加工得到的手性超表面具有良好的表面质量和形状精度，测试所得的太赫兹反射谱与圆二色性谱与数值模拟结果较为吻合。 图4. 太赫兹手性超表面制造策略及表征结果 图5. 太赫兹手性超表面实验验证

这两年，拉曼光谱仪一直吸引着业内人士的眼球，各大仪器厂商不断在新产品、新技术、新应用等方面推陈出新，精心布局，不仅如此，新迈入此领域的仪器厂商也层出不穷，可谓热闹非凡。　　拉曼光谱如此的蓬勃发展给广大用户提供了更多可选择的空间，那么，当前有哪些主流企业/主流产品?有哪些最新的技术/应用?哪款仪器更适合用户自己的研究工作?　　仪器信息网：贵公司拉曼光谱仪的定位?　　昊量光电：Nanobase拉曼成像光谱仪专注于拉曼成像，尤其是快速mapping领域，产品不单可用于拉曼成像，还可以实现PL，EL，光电流mapping等多种成像模式。　　Nanobase拉曼成像光谱仪不但可提供高性价比解决方案，模块化的设计易于使用和维护，节省客户的的学习成本，也可根据客户具体需求扩展和定制，满足不同客户群体的需求。　　仪器信息网：请回顾贵公司拉曼光谱仪的研发及技术进展历史，贵公司在拉曼光谱仪器方面有哪些优势/专利技术?　　昊量光电：韩国Nanobase公司致力于研发和生产各种外腔式可调谐半导体激光器及高性能光谱仪。　　Nanobase公司成立于2008年，公司技术出自MIT麻省理工大学电子实验室；　　2009年Nanobase推出可调谐半导体激光和光谱仪；　　2010年和2011年连续推出用于LED测试和光学相干断层扫描光谱仪；　　2012年推出便携式拉曼光谱仪XperRam Potable；　　2013年推出XperRam 200共聚焦激光拉曼扫描成像系统；　　2014年推出XperRam Compact紧凑型共聚焦拉曼光谱系统。　　上海昊量光电设备有限公司自2008年起便是Nanobase在国内的独家代理，负责Nanobase公司产品的销售和技术服务。　　和其他拉曼光谱仪相比，Nanobase拉曼成像光谱系统主要具有以下两大优势：　　1，独特的激光扫描系统　　拉曼光谱系统多采用平台位移的方式实现扫描成像，这种方式成像速度慢，精度较低，位移平台也无法放置大体积、大重量的样品。Nanobase公司的拉曼光谱系统则采用独特的激光扫描的方式，位移平台保持不动，通过振镜调节激光聚焦的位置完成扫描成像，比起传统的平台位移方式具有扫描速度快，扫描精度高，扫描范围大的特点。　　2，VPHG体相全息光栅　　传统拉曼光谱仪多采用反射式光栅分光，Nanobase公司的拉曼光谱仪则采用VPHG透射式体相全息光栅分光，体相全息Volume Phase Holographic (VPHG) 衍射光栅技术的光谱仪相对于传统的刻划光栅，具有颜色效率高，受偏振影响小的特点，同时牢固耐用，是理想的高端光谱和光通讯仪器，其透过率高达90%，比传统的反射式光栅大30%。　　仪器信息网：贵公司当前拉曼光谱仪的主流产品和主流技术?贵公司有什么样的产品发展计划?　　昊量光电:Nanobase激光拉曼成像扫描光谱系统具有以下技术特点：　　1、独特的激光扫描技术，具有优异的扫描精度和重复性　　激光扫描分辨率90%，比反射式光栅高30%，信号传输效率更高　　3、 具有Raman/PL/EL/光电流等多种测量模式　　4、扫描速度快，扫描范围大　　200µm x 200µm范围内高速成像 & 2D Mapping (x40 objective)　　目前产品主要是两款共聚焦激光拉曼成像光谱仪(XperRam 200和XperRam Compact)和一款便携式拉曼光谱仪(XperRam Portable)，　　XperRam 200可配备多个激光器，具备拉曼，PL，EL，光电流多种测量模式，易于扩展和定制。　　XperRam Compact只配备532nm激光器，具有拉曼，PL和光电流三种测量模式，结构紧凑，具有相当高的性价比。　　仪器信息网：目前贵公司拉曼光谱仪重点关注的应用领域有哪些?最看好哪个领域?主推的解决方案?　　昊量光电:目前Nanobase的重点应用于材料领域。　　主推的解决方案，拉曼光谱在二维材料方面的应用(二硫化钼mapping)　　如下图(a)所示，单层二硫化钼的拉曼光谱如下图红线所示，E12g and A1g 两个振动模式分别在380.4 and 406.2 cm-1。多层二硫化钼的拉曼光谱如下图黑线所示，E12g 和A1g 两个振动模式分别在382.3 and 402.9 cm-1 。可见单层二硫化钼和多层二硫化钼的振动模式有显著不同。　　下图(b)是对E12g的拉曼光谱成像，(c)是对A1g的拉曼光谱成像，图中不同的颜色对应E12g 和A1g不同的峰值，从(b)(c)两图可以明显看出二硫化钼在成像范围的不同分布，可见拉曼光谱mapping可以作为二维材料分析的有力工具。　　仪器信息网：从整个行业来分析，目前拉曼光谱仪都有哪些先进的技术值得大家期待?同时有哪些问题亟待解决?未来拉曼光谱仪的技术发展趋势?　　昊量光电：拉曼光谱经历了单束激光激发、通过移动位移平台扫描、通过振镜直接控制光束扫描、甚至还有将激光扩束整形成大面积匀化光斑直接进行拉曼成像的技术，这些技术的进步会使得拉曼mapping的速度和精度越来越高。　　由于激光拉曼光谱成像系统涉及到显微成像、激光光谱、机械扫描等多种技术，普遍使用较复杂，学习成本较高，并且价格昂贵，不利于拉曼光谱仪的普及，我们认为未来的拉曼光谱成像系统会朝着简化操作，降低使用和维护成本的方向发展。　　仪器信息网：预测未来拉曼光谱仪的市场发展潜力(包括应用方向、方法标准、政策法规等)?　　昊量光电：未来拉曼光谱仪的市场稳定增长率将达到10%以上，拉曼成像设备的主要的应用领域以材料科学，半导体，生物医药为主。　　Nanobase和上海昊量光电设备有限公司对拉曼光谱设备在中国市场十分看好，并对此寄予了厚望，在国内销售我们刚刚开展业务就已经有几个客户购买，还有很多客户感兴趣并在进一步的咨询了解中。我们会持续投入大量资源进行产品的宣传和推广，近期还派技术人员、工程师等赴韩学习，力争给客户带来最好的体验，不但让我们的客户买到性价比最高的产品而且也让客户感受到我们专业的技术支持和完善的售后服务，从而进一步扩大市场份额。内容来源于：上海昊量光电设备有限公司）

反射高能电子衍射仪（Reflection High-Energy Electron Diffraction）是观察晶体生长最重要的实时 监测工具。它可以通过非常小的掠射角将能量为10～30KeV的单能电子掠射到晶体表面，通过衍射斑 点获得薄膜厚度，组分以及晶体生长机制等重要信息。因此反射高能电子衍射仪已成为MBE系统中 监测薄膜表面形貌的一种标准化技术。 　　R-DEC公司生产的反射式高能电子衍射仪，以便于操作者使用的人性化设计，稳定性和耐久性以 及拥有高亮度的衍射斑点等特长得到日本国内及海外各研究机构的一致好评和认可。 特长 ◆可远程控制调节电压，束流强度，聚焦位置以及光束偏转 ◆带有安全闭锁装置 ◆镍铁高导磁合金磁屏蔽罩 ◆拥有高亮度衍射斑点 ◆电子枪内表面经特殊处理，能实现极低放气率 ◆经久耐用，稳定可靠 ◆符合欧盟RoHS指令 　　低电流反射高能电子衍射仪（Low Emission Reflection High-Energy Electron Diffraction）是利用微通道板技 术，大幅减少对样品损伤的同时，并且保证明亮反射电子衍射图像的新一代低电流反射高能电子衍射仪。可以用于有机薄膜材料等结晶结构的分析研究。 特长 ◆大幅度减少电子束对样品的损伤 （相当于普通RHEED的1/500-1/2800） ◆带有安全闭锁装置 ◆搭载高亮度微通道板荧光屏 ◆可搭载差动抽气系统 ◆kSA400 RHEED分析系统兼容 ◆符合欧盟RoHS指令

在现代科学研究和工业应用中，精确的物质性质测量是至关重要的。特别是在材料科学、光学工程以及生物医学领域，透射测量与反射测量技术的应用日益增多，它们在各自的领域内发挥着不可替代的作用。透射测量是指测量光线通过物质后的强度变化，以此来分析物质的特性；而反射测量则是基于光线打到物质表面后反射回来的光强变化进行分析。这两种测量技术虽然操作原理不同，但都旨在通过光与物质的相互作用来揭示物质的内在属性。一、透射测量与反射测量的比较分析透射式和反射式分光光度计均能利用光源的闪烁特性，覆盖360至750纳米范围内的全部波长光线进行照射。通过对透射光或反射光的测量，这些设备能够创建出色彩的量化图谱（即色彩“指纹”）。在反射光谱中，主要波长决定了颜色的属性。紫色、靛蓝及蓝色属于短波段，波长介于400至550纳米之间；绿色处于中波段，波长在550至600纳米；而黄色、橙色及红色表示长波段光。对于光亮增白剂（OBA）和荧光剂这类特殊物质，它们的反射率甚至可以超过100%。反射式分光光度仪通过照射光源至样本表面并记录以10纳米步长测得的反射光比例，以此来分析颜色。这种方法适用于完全不透明的物质，通过反射光的量化，可以准确测量其色彩。而配备透射功能的分光光度仪则是通过让光穿透样本，使用对面的探测器来捕获透过的光。这一过程中，探测器会测量透射光的波长及其强度，并把它们转换成平均透射率的百分比，以量化样本的特性。尽管反射模式能够用于分析半透明表面，但准确了解样本的透明度是必须的，因为这直接关系到最终数据的准确性。二、样品确实不允许光线穿透吗？测量透射率与评估不透明度并不总是等同的，因为不透明度涉及两个方面：是否能遮挡视线穿过的表面或基质，以及材料允许光线通过的程度。通常，您可能会认为您的手是不透光的，从某种角度来看，这是正确的。然而，当您把手电筒紧贴手掌并开启时，会发现光线能够从手的另一侧透射出来。半透明与透明材质的本质区别半透明材料允许光线穿透，却不允许清晰的视线通过。举个例子，经过蚀刻处理的浴室塑料门便是半透明的。相比之下，透明材料，如普通的玻璃板，可以让人从一侧清楚地观察到另一侧的物体。三、实际应用及解决方案考虑到涂料，当其涂布于墙面时，其不透明性足以覆盖下层材料，阻止透视效果。但要准确评估涂料的不透明度，我们需采用对比度分析法。一旦应用于基底，涂料通常表现出高不透明度，使得Ci7500台式色差仪成为其测量的理想工具。至于塑料，虽然肉眼看来我们可能无法通过塑料样本看穿，但它们可能具备一定的光透过性。比如，外观不透明的塑料瓶，在未经测试前其真实透光性难以判断。以过氧化氢瓶为例，其内容物若暴露于阳光下会迅速分解，因此这类瓶子通常呈棕色，以屏蔽阳光。然而，置于强烈光源下，这些瓶子是能透光的。鉴于成本考虑，过氧化氢瓶的制造尽量保持不透明。在纺织品的应用上，选择分光光度仪时需考虑具体的使用场景。美国纺织化学师与印染师协会（AATCC）推荐将样品折叠至四层以确保不透明度的测量。这一方法对于测量厚实的织物如灯芯绒裤或棉质卷料足够有效，但对于透明或薄的半透明尼龙材料，采用其他量化技术可能更为合适。请记住，在测量特定允许一定光线透过的纺织品时，按照ASTM的203%遮光测试标准，必须使用具备透射功能的分光光度仪进行测量。Ci7600台式分光光度仪、Ci7800台式分光色差仪和Ci7860台式色差仪均支持透射和反射模式测量，它们为需要同时评估不透明与半透明样本的应用场景提供了理想解决方案。这些设备能够执行三种主要测量方式：①直接透射测量：针对完全透明的样本设计，如塑料拉链袋和清晰的玻璃板。②全透射测量：适合那些允许光线穿透但视线模糊的半透明样本，比如橙汁、洗涤液以及2升容量的塑料瓶。③雾度测量：针对那些能够散射光线的半透明样本，如汽车尾灯的塑料覆盖件，这类样本散射红色光线，而不直接显露灯泡和灯丝。若您的需求仅限于测量完全不透明的表面，Ci7500台式色差仪或许更符合您的需求。然而，如果您的主要测量对象为不透明表面，偶尔也需测量一些允许光线透过的物体，那么具备透射测量功能的设备，如Ci7600台式测色仪或更高端的型号，将是更合适的选择。四、关于爱色丽“爱色丽彩通 ”总部位于美国密歇根州，成立于1958年。作为全球知名的色彩趋势、科学和技术公司，爱色丽彩通提供服务和解决方案，帮助品牌、制造商和供应商管理从设计到最终产品的色彩。如果您需要更多信息，请关注官方微信公众号：爱色丽彩通

美国西北大学研究人员发明了一种新型高分辨率相机，采用“合成波长全息术”将相干光间接散射到隐藏物体上，这些物体再将光散射回相机，通过重建散射光信号而呈现隐藏的物体。利用它，人体的皮肤到骨头将一览无余，甚至还能看到角落和散布四周的介质，如雾气等。相关研究发表在17日的《自然通讯》杂志上。　　为角落里的物体成像和为人体器官成像似乎是不同的范畴，但论文第一作者弗洛里安威洛米泽说，二者实际密切相关，都需要处理散射介质，光线照射到物体并以无法再看到物体直接图像的方式散射。　　威洛米泽说：“当用手电筒照射你的手时，你会在手的另一边看到亮点，但从理论上讲，你的骨骼应该会有一个暴露出轮廓或结构的影子。”然而，通过骨骼的光线在人体组织内向各个方向散射，完全模糊了阴影图像。因此，研究团队的目标是拦截散射光，重新测量有关其传播时间的信息，以揭示无法被成像的物体。　　为了克服可以对光进行高精度测量的探测器成本高昂的问题，研究团队通过合并来自两个激光器的光波，形成了一种为不同散射场景下进行全息成像而量身定做的合成光波。这是第一种能在角落周围通过散射介质进行成像的技术。该方法结合了高空间分辨率、高时间分辨率、小探测区域和大角度视野。这意味着，即使在物体移动的情况下，相机也能以高分辨率拍摄出狭小空间中的微小特征以及大面积区域中隐藏的物体。　　由于光只能沿直线传播，因此必须有不透明的障碍物（例如墙壁、灌木或汽车）让新相机能看到拐角处。光从传感器单元发出，从障碍物反弹，然后击中拐角处的物体，接着光反射回障碍物并最终返回传感器单元的检测器。　　据介绍，由于具有高时间分辨率，该相机还可对快速运动的物体成像，例如心跳或街角飞驰的汽车。车辆转弯时，该相机可看到附近车辆以防发生意外。它还可替代用于医疗和工业成像的内窥镜。例如，在结肠镜检查时，可用它观察肠道内的褶皱。此外，该相机在夜间和有雾的天气下也可使用。　　总编辑圈点　　对遮挡或散射介质背后的物体成像，其实是一个相对较新的研究领域，即所谓非视距成像。与相关的非视距成像技术相比，新方法可快速获取大范围、亚毫米精度的全视野图像，在这种分辨率水平下，相机甚至可透过皮肤成像，看到哪怕最微小的毛细血管。因此，这一方法在无创医学成像、汽车预警导航系统以及在狭小空间进行工业检查等方面，拥有无限潜力。

4月2日消息，据外媒报道，俄罗斯莫斯科电子技术学院（MIET）已经接下了贸工部的6．7亿卢布资金（约合5100万元人民币），准备研发制造芯片的光刻机，并号称该款光刻机工艺可以达到EUV级别，但技术原理完全不同，他们研发的是基于同步加速器和／或等离子体源的无掩模X射线光刻机。文章内容显示：“MIET已经在无掩模EUV光刻领域取得了进展，包括与国内其他科研机构和科学家团体联合开展的研究。该项目还将涉及Zelenograd公司ESTO和Zelenograd同步加速器，现在是国家研究中心库尔恰托夫研究所的技术储存综合体（TNK）Zelenograd。“基于在该国运行和发射的同步加速器，特别是在TNKZelenograd的同步加速器以及国内等离子源的基础上，创造技术和设备，将使处理具有设计标准的半导体晶片成为可能28nm、16nm及以下，”招标文件包含这项研究工作（研发）的要求。“无掩模X射线纳米光刻技术和正在开发的设备在国内和世界上都没有类似物。”据了解，X射线因为波长很短，几乎没有衍射效应，所以很早就进入了光刻技术研发的视野内，并且在八十年代就有了X射线光刻。九十年代，IBM在美国佛蒙特州建了一条采用同步辐射光源的X射线光刻机为主力的高频IC生产线，美国军方为主要客户。而当年X射线光刻技术，是当时的下一代光刻技术的强有力竞争者。后来随着准分子激光和GaF透镜技术的成熟，深紫外光刻技术延续了下去，在分辨率和经济性上都打败了X射线光刻。X射线光刻就退出了主流光刻技术的竞争。现在用X射线光刻的，主要是LIGA技术，用来制造高深宽比结构的一种技术，可以制造出100:1的深宽比，应用于mems技术当中。目前国内有两个地方可以做X射线光刻，一个是合肥同步辐射，一个是北京同步辐射。由于X射线准直性非常好，传统的X射线光刻，是1:1复制的。掩模版使用的是硅梁支撑的低应力氮化硅薄膜，上面有一层图形化的金，作为掩蔽层。曝光方式采用扫描的方式，效率不高。目前最先进的光学光刻是EUV，极紫外光刻。我们也称之为软X射线光刻，既有光学光刻的特征，也有X射线光刻的特征。极紫外波长很短，没有透镜能够放大缩小，所以只能采用凹面镜进行反射式缩放。而掩模版也采用反射式，曝光方式也是扫描，整个系统在真空下运行。公开资料显示，承接了光刻机研发计划的“MIET”是俄罗斯高科技领域领先的技术大学。通过将现代实验室、对教育过程的全新认识以及教育、科学和工业进行独特整合，MIET成为微电子和纳米电子、电信和信息技术领域培训专家的领导者。该大学是俄罗斯大学发明活动排名中最强大的三所大学之一，是莫斯科国立大学排名中排名前五的技术大学之一，也是著名的英国出版物《泰晤士报》排名前20位的俄罗斯大学之一高等教育。实际上俄罗斯早已在芯片制造业上遭到了美国制裁。俄国内唯二半导体企业Ангстрем公司原计划通过AMD购买必要工艺设备，但这笔交易由于2016年Ангстрем公司上了美国商务部制裁名单而中止，其在泽列诺格勒的工厂因为制程工艺落后无法获得足够订单长期处于亏损状态债务超过1000亿卢布，2019年其最大债权方VEB.RF（俄罗斯国家开发集团）对其进行破产重组。当然俄另一家芯片制造商Микрон因祸得福获得了利用Ангстрем生产车间改造28纳米制程新生产线的机会，为其节省了10亿美元。俄国内半导体消费市场不到全球份额2%，如果没有政府推动，针对这样小市场的产业需求去研发制造需要投入几百亿美元成本的DUV\EUV光刻机是经济上极不合理的（全世界产业市场也就那么大）。另一方面俄军用、航天市场对芯片需求的批量不大，但种类多，需要经济上合理的小批量、多品种的产能。适用于大批量生产的投影式光刻机不能满足这种产业需求。俄国内有两条使用8英寸晶圆的生产线，分别属于АО «Микрон»和ООО «НМ-ТЕХ» 。6英寸晶圆的四条生产线，分属АО «Микрон»， АО «Ангстрем»， АО «ВЗПП-Микрон»和НИИСИ РАН，前面三个都属于上世纪90年代至本世纪初技术水平，值得注意的是最后那个用的是新的无掩膜直写。2014年荷兰Mapper公司与俄RUSNANO公司合资在莫斯科组建一家生产无掩膜光刻机核心组件微机电光学元件的工厂。该工厂生产的电子光学元件可以将一束电子束分成13000束电子束，并对每束电子束进行控制，从而极大提高了无掩膜电子束光刻机的生产效率，使这类光刻机用于设计阶段样品制造外，更加适应小批量生产的需求。Mapper公司多束无掩模光刻机，可以用于32纳米制成，其核心部件即由俄罗斯制造。更早时候，RUSNANO投资了瓦迪姆.拉霍夫斯基教授团队研制的纳米级定位器，使用该项技术可用于加工10纳米精度的非球面光学元件（用于紫外和X波段）。而这位瓦迪姆.拉霍夫斯基，是位大牛。1992年他与苏联时期在全联盟计量科学研究所工作的同事创立一家小公司接一些为苏联时期电子产品生产零件的零散订单。在生产过程中，他们被掩膜缺陷反复折腾，随着制成工艺缩小，就会出现新的问题，之前提出的解决方法都不再有效。而所需要的投资也越来越高，单是掩膜成本就从0.5微米时代的400美元增加到如今的70万美元以上。这时候拉霍夫斯基想到如果用全息生成图像的方法就可以避免掩膜缺陷对产品质量造成影响，据估计，即便缺陷占据全息掩膜面积1%，实际创建的图像质量也不会受到影响。掩膜局部缺陷对成像质量的影响降低了9-10个数量级。这同样可以延长掩膜的使用寿命和降低透镜成本（只需要简单的透镜来照射面罩），甚至利用这一技术可以实现3D光刻。但根据全息图像计算全息掩膜时，他们遇到了数学难题，为此他找到了现代渐近衍射理论的创始人弗拉基米尔安德烈耶维奇博罗维科夫教授，教授为他提供了计算方法。然而全息掩膜的计算量仍然需要超级计算机才能完成。之后他的开发团队致力于简化算法，直至能够在微机上实现，同时他们开发了一个软件包，用以生成全息掩膜（在此过程中他们发现如果用平面波再现全息图将使掩膜的拓扑结构变得无法制造，为此他们通过数学方法解决了会聚球面波的难题）。最初他找到RUSNANO，希望获得对其研发的全息投影光刻技术的投资。但RUSNANO的态度令他感到失望。之后这位老哥找到SEMI欧洲分会主席，于是他获得了瑞士Empa资金支持，并在2015年成立了Nanotech SWHL GmbH公司。按照这位大牛的观点，俄政府领导人熟悉大工业，但不熟悉技术密集型产业，缺乏苏联政府那样对有产业潜力的先进技术孵化投资的远见。而此次外媒报道的无掩膜X射线光刻机虽然无法满足大批量生产的需求。不过2020至2021年9月份，俄整个电子工业只得到2660亿卢布拨款，一座28纳米生产线和配套晶圆厂至少也要投资上万亿卢布，投入这么大一笔费用，俄国内市场也难以提供足够订单维持其运转。光刻机、芯片制造从来不是自古华山一条道，解决不同需求有不同的技术路径(例如大批量生产方面压印法也是比较有发展前景的工艺)。

1、技术简介　　光在两种物质分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象，叫做光的反射。正是因为光在物体表面发生的反射，我们的眼睛才能感知到周围的世界的颜色与景象。反射是通过光入射到物体表面后在不同波长段的反射率差异引起。光谱仪获得的反射光谱信息就像人眼所见到的视觉内容一样，但是光谱信息更为数据化、更客观。反射测量可以测试物体的颜色，或者通过判定物体的反射光谱差异进行多样品的筛选和品控。 镜面 粗糙表面图5.1 反射原理图　　2、 应用说明　　由于某些检测样本的特殊性，不能完全依赖于化学方法进行检测，反射光谱模型作为一种迅速、高性价比的检测方法，可以作为化学分析方法在其他应用领域的替代方案，甚至可以直接用来测试粉末状样品。反射光谱检测方法不能判定是否适用于被测目标样本的原有模样，所以还是需要尝试多次对照测试它们的反射光谱，提高光谱数据的准确性。　　化学分析的方法可以用来提高最低检出限，并确定掺杂成分，但是光学的方法可以进行预先的快速查看与筛选。将反射光谱检测与化学计量学相结合，利用可见光和近红外漫反射光谱提供快速、无损的检测。在实际检测中，可以分析不同的样本之间的差异。数学上来说，主成分包含在了定义的所有波长多维空间的范围内。主成分使我们能够获得多维数据集和重要维度，然后从无意义的噪音中分离出有意义的信息。　　食品安全：香料检测，香蕉成熟度分析，芒果与鳄梨区分检测等 　　自然环境：水体汞污染监测，农作物分析等　　3 、典型产品和配置　　颜色检测配置：　　1. 光谱仪　　2. 光源　　3. 积分球：积分球可以180° 收集样品表面的反射光，所以它能尽可能多地收集样品表面的反射光。反射式积分球还能使用在弯曲表面，或者颜色测量。它能将样品表面发射的光很好地在积分球内部进行匀化，然后再耦合到光谱仪。反射光通过圆形的入射光孔径进入积分球，然后经过分球内壁涂抹的特殊涂层材料的均匀反射。图2 积分球示意图　　4. 反射探头：当需要快速测量样品或者应用在样品表面非常小的采样点时，反射探头既可以测量镜面反射，也可以测量漫反射，而且可以基于光源和光谱仪的配置不同，选择不同类型的扩大波长范围的反射探头。探头的发射光和反射光是同一方向的，接收到的光是反射光的一部分，所以使用反射探头测量反射光谱是一种相对测量。图3 反射探头　　5. 采样附件(光纤、滤光片、透反射支架、动态样品台等)：透反射支架用来固定反射探头的标准配件，同时也可以用于透射测量。使用透反射支架，可以有效地减少光源对样品的过度加热，对于生物样品或者有机样品，还有那些低熔点的样品非常重要 动态样品台，基于样品台旋转或者直线移动来对样品进行测量，并获得测量的平均信号。这种测量方式避免了结果的多样性，提高了样品测量的均一性结果，特别是对于谷物、种子和土壤类等不均一的样品，是比较理想的选择。 图4 反射支架和样品台　　6. 准直透镜：在做反射测量时，准直透镜可以使用在光纤的末端来准确地固定入射光和反射光的角度。镜面发射或者漫反射都可以使用这样的测量方式，但是我们需要固定夹具来对测量系统进行固定。准直透镜必须预先调焦来避免光束的发散，来保证获得更好的光谱。　　7. 光谱仪控制软件图5 反射检测典型配置　　典型配置　　典型产品：高灵敏度光谱仪，光源，滤光片，积分球，透反射支架，动态样品台，准直透镜　　4 、应用文章　　4.1 香料掺假检测图6 不同香料检测光谱　　4.2 香蕉成熟度检测图7 不同成熟度香蕉光谱图　　4.3 芒果与鳄梨区分检测图8 芒果与鳄梨检测光谱　　4.4 基于SPR快速检测花生过敏源图9 过敏源光谱　　4.5 无人机智能农业检测 图10 无人机农业检测光谱图　　4.6 农作物成分检测图11 农作物成分光谱图　　4.7 水体汞污染监测图12 水体检测光谱图（来源：海洋光学）

前不久，法国总统的竞选大会上，左翼总统候选人梅朗雄在法官大选中首次使用了全息投影技术辅助演讲，利用3D投影，梅朗雄同时现身在两个会场，获得了最大的关注，这是第一次有候选人将全息投影技术直接应用在竞选中。期间，梅朗雄的支持者纷纷掏出手机为他和他的“分身”拍照。3D投影技术在政府、商场等各领域可以达到出人意料的效果。你还以为全息技术是这样的吗？电影《星球大战》里的机器人投出全息影像 首先我们要明确一点，全息和3D显示不存在谁包含谁的问题，他们是有交叉的两个概念。只是，全息技术是一项很有前景的3D显示技术。 另外，全息技术除了应用在3D成像，还广泛用在测量、存储、加密、防伪等各个方面，实际上大家日常生活中经常见到的各种镭射防伪商标，就是全息技术的一大应用。解读全息技术 当我们看一张照片时，你怎么来判断照片里的物体有多远？ 一般情况下可以根据物体之间的遮挡关系、近大远小的经验和画面中的阴影等信息来判断，但是缺少了观看真实物体时的立体感。因为使用相机进行拍摄时，记录的只是物体的光强信息，而物体的深度信息是包含在相位当中的。 既然如此，是否可以通过某种方式，将光线的强度信息和相位信息同时记录下来呢？ 这就是“全息”思想的来源。所谓“全息”，其实是个科学上创造的名词，本意即指可以同时呈现强度和相位信息的技术，类似地，英文中会冠以“holo-”开头，表达全息相关名词。 比较麻烦的一点就是，我们手中用来记录光线的物质都只是对光强敏感，而不是对相位敏感。因此要一个方法，利用记录光强的物质将相位的分布记录下来。科学家们发现，光的干涉恰好可以满足需求。 其第一步是拍摄过程，利用干涉原理来记录物体光波信息： 被拍摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片。 其第二步是成象过程，这是利用衍射原理再现物体光波信息： 全息图犹如一个复杂的光栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个象，即原始象（又称初始象）和共轭象。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。 进击的全息传统(光学)全息术 ? 数字全息术 ? 计算全息术 若是去科技馆的话，经常会见到传统全息术的展品。从3D显示的效果来说，传统全息术的显示效果还是非常棒的，但是难以实现动态显示，而且干板价格比较昂贵，也不利于复制和传播。 随着数字式感光器件的发展，科学家意识到，就如同数码相机取代胶片相机一样，可以将干板换成CCD或者CMOS。由于记录下来的信息是数字化的，所以可以用计算机进行处理，即便没有参考光束，也可以用计算机计算出复现的图像，进行研究。 所谓计算全息，其实就是抛开了干涉图的记录过程，直接将光场分布使用计算机通过数学运算计算出来。这样做有一个巨大的好处，那就是可以实现任意物体的全息显示，即便这个物体在现实中并不存在。因此许多产品的防伪标识都可以使用这种方式来实现。知识扫盲区 全息技术不同于虚拟现实技术(VR)与增强现实技术(AR)。 全息是一种图像的展示方式，呈现三维立体形式，有物体的尺寸、形状、亮度和对比度等信息，AR与全息投影技术所呈现的虚拟图像都可以叫做全息。然而，全息投影与AR有着不同的技术实现手段。 全息投影也叫虚拟成像，是利用衍射原理记录并再现物体真实三维图像的技术，也就是通过记录被摄物体反射或投射光波中的信息并完全重建图像，是完全可以通过裸眼来体验的。 AR是将虚拟图像准确叠加到现实中物体上的技术；VR是通过佩戴上VR设备，在眼前覆盖一个完全虚拟的景象，通过动作的追踪，进行场景的模拟。 全息的应用 目前全息投影技术和批量生产条件相对成熟，但其应用范围还相对较窄，国内主要将全息投影技术应用到小型展柜、小型舞台中。全息投影在展柜的商业运用中，多是用于展示企业标识、小型电子产品、珠宝首饰的360°和270°展台，内容多数是比较简单的旋转动画，当然也有用于展示游戏角色的，角色有比较简单的动作。 在舞台的商业运用中，为满足舞台的观赏角度，以180°的单片全息幕居多。应用方式有虚拟表演、虚拟与真人互动、真人表演全息特效等。 在房地产展示中，全息投影沙盘的模块化硬件可以实现重复使用，减少电子沙盘、样板间模型售罄即废的资源浪费情况。而且展示内容以数字影像方式存在，展示内容灵活多变，内容量巨大，还可以很好的完成客户与楼盘间的互动。 在传统照片中的应用，全息投影照片将传统的二维平面图转变为动态的、有体感的、可全方位视角观看的图像，消费者可将自己、亲友甚至偶像的全息投影照片放置在全息投影相框中，操作方式同将电子照片放到电子相框一样方便简单，但相对于电子照片，全息投影照片的视觉效果和感官体验是全新震撼的。 当然，全息投影的应用还有很多方式，如全息投影博物馆、全息投影伴舞、全息投影视频电话、全息投影只能引导员等等。全息的前景 随着技术的不断成熟以及单位材料成本的下降，或者出现更好的替代投射材料，在这之后，作为综合性的能研究开发并提供整体解决方案和相关服务，提供硬件集成和展示内容制作一站式解决方案的供应商或许会脱颖而出，获得不菲的收益。 作为可以帮助人类解决一部分空间问题的显示技术，其应用领域及可预见的发展前景是我们难以想象到的。虽然目前仍然存在着一系列的问题，但毋庸置疑，我们相信全息投影行业具有极大的市场前景。 作为一种具有颠覆意义的革命性技术，我们可以预见到全息投影技术在很多方面具有非常巨大的、革命性的应用价值，在立体电影、电视、展览、显微术、干涉度量学、投影光刻、军事侦察监视、水下探测、金属内部探测、保存珍贵的历史文物、艺术品、娱乐场合、酒吧、KTV房、DISCO等等场所都能获得广泛的应用。

p 　　日本熊本大学近日发布消息称，该大学与多家日本大学和研究机构组成的联合团队利用包含各类波长中子射线的“白色”中子束（所谓“白色”的比喻，是因为白色可见光是由各种不同波长的光波所构成）开发出新型全息显微镜，可用于在原子水平对半导体、传感器等高性能材料中添加的微量轻元素进行精密结构分析。其中子束来自位于茨城县东海村的“大强度质子加速器”（J-PARC）。这项成果的突破点在于： /p p 　　一是能够分析微量轻元素掺杂物。以往采用的X射线及电子束，对于氢、锂、氧等轻元素的敏感度很低，无法用于成像。而上述轻元素在今后开发新能源材料时，将有重要用途。 br/ 　　二是对破解功能性材料的作用机理具有重大意义。在研发过程中，团队成功对萤石结晶中掺入稀土元素铕（Eu）的情况进行了验证，通过超精密成像，对稀土元素周边的特殊结构成功进行了解析。萤石是放射线传感器中的核心材料。这是世界上首次对这种结构进行解析，这一技术将有望大幅度提高放射线传感器的性能。 /p p 　　此外，由于利用这种“白色”中子射线对掺杂物进行研究时，只需进行一次拍照即可对100种波长形成全息图，从而极大地缩短了研究周期。今后，通过对各类功能材料调整掺杂物成份，进行成像分析，将可能带来众多其它材料性能的重大突破。 br/ 　　参加这一工作的有熊本大学、名古屋工业大学、茨城大学、广岛市立大学、高辉度光科学研究中心等九个单位的研究人员。 /p

全息术是一种能够对光波前进行记录和重建的技术，自从 1948 年匈牙利-英国物理学家 Dennis Gabor 发明全息术以来，该技术不仅得到了显微学家，工程师，物理学家甚至艺术家等各领域的广泛关注，还使他获得了 1971 年的诺贝尔物理学奖。干涉术作为光学中另一个主要研究领域，是利用光波的叠加干涉来提取信息，其原理与全息术都是用整体的强度信息来记录光波的振幅和相位，虽然记录的方法有很大不同，但随着 20 世纪 90 年代，高采样密度的电子相机的出现，可用来记录数字全息图，则进一步增强了二者的联系。近日，针对全息术对表面形貌的干涉测量的发展的推动作用，来自美国 Zygo Corporation 的 Peter J. de Groot、 Leslie L. Deck，中国科学院上海光机所的 苏榕 以及德国斯图加特大学的 Wolfgang Osten 联合在 Light: Advanced Manufacturing 上发表了综述文章，题为“Contributions of holography to the advancement of interferometric measurements of surface topography”。本文回顾了包括相移干涉测量，载波条纹干涉，相干降噪，数字全息的斐索干涉仪，计算机生成全息图，震动、变形和粗糙表面形貌和使用三维传输方程的光学建模七个方面，从数据采集到三维成像的基本理论，说明了全息术和干涉测量的协同发展，这两个领域呈现出共同增强和改进的趋势。图1 全息术的两步过程图2 干涉术的两步过程相移干涉测量术 因为记录的光场的复振幅被锁定在强度图样中的共同基本原理，全息术和干涉测量术捕获波前信息也是一个常见的困难，用于表面形貌测量的现代干涉仪中，常用相移干涉测量术（PSI）来解决这个问题，PSI 的思路是通过记录除了它们之间的相移之外几乎相同的多个干涉图，以获取足够的信息来提取被测物体光的相位和强度。Dennis Gabor 早在 1950 年代搭建的全息干涉显微镜使用偏振光学隔离所需的波前，引入除相移外两个完全相同的全息图。如图3所示，Gabor 的正交显微镜使用了一个特殊的棱镜，在反射光和透射光之间引入了 π/2 的相移。因此，可以说，用于表面测量的 PSI 首先出现在全息术中，然后独立出现在干涉测量术中。PSI 现在被广泛用于光学测试和干涉显微镜，虽然许多因素促成了其发展，但其基本思想可以追溯到使用多个相移全息图进行波前合成的最早工作。图3 Gabor正交显微镜简化示意图载波条纹干涉测量术 通过使用角度足够大的参考波来分离 Gabor 全息图中的重叠图像，从而使全息图形成的重建真实图像和共轭图像在远场中变得可分离，是全息术的重大突破之一， 到 1970 年代，人们意识到传播波阵面的远场分离等价物可以在没有全息重建的情况下模拟干涉测量。这一概念在 1982 年武田 (Takeda) 的开创性工作中广受欢迎，他描述了用于结构光和表面形貌的干涉测量的载波条纹方法。载波条纹干涉测量术的基本原理源自通信理论和 Lohmann 对全息重建过程的傅里叶分析。到 2000 年代，计算机和相机技术已经足够先进，可以使用高横向分辨率的二维数字傅里叶变换进行实时数据处理，赋予了载波条纹干涉技术的新的生命。图4 从干涉图到最后的表面形貌地图的过程此外，在菲索干涉仪中，参考波和物体表面的相对倾斜会导致相机处出现密集的干涉条纹。如果仪器在离轴操作时，具有可控制或可补偿的像差，所以只需要对激光菲索系统的光机械硬件进行少量更改，就可以实现这种全息数据采集。因此，载波条纹干涉仪通常是提供机械相移的系统的选择。相干降噪 虽然可见光波段激光器的发明给全息术带来重要进展，然而，在全息术和干涉测量术中不使用激光的主要原因是，散斑效应和来自尘埃颗粒和额外的反射而产生的相干噪声。通过仔细清理光学表面只能很小部分的噪声，而围绕系统的光轴连续地旋转整个光源单元就可以解决这个问题。如果曝光时间很长，这种运动会增强所需的静态图样，同时平均化掉大部分相干噪声。常用的实现平均化的方式包括围绕光轴旋转光学元件、沿着照明光移动漫射器、用旋转元件改变照明光的入射方向，或在傅里叶平面中移动不同的掩模成像系统。激光在 1960 年代开始出现在不等路径光学装置中，最初为全息术开发以减少相干噪声的平均方法，被证明也可有效改善干涉测量的结果。图5中，是 Close 在 1972 年提出的一种基于脉冲红宝石激光器的便携式全息显微镜。显微镜记录了四个全息图，每个全息图都有一个独立的散斑图案，对应于棱镜的旋转位置，由全息图形成的四个图像不相干叠加以减少相干噪声和散斑粒度。图5 使用旋转楔形棱镜的相干降噪系统数字全息菲索干涉仪 Gabor 的背景和研究兴趣使他将全息术视为一种具有大景深的新型显微成像技术，使显微镜学家可以任意地检查图像的不同平面。记录后重新聚焦图像的能力仍然是全息术的决定性特征之一，使我们无需仔细地将物体成像到胶片或探测器上。它还可以记录测量体积，能够清晰地成像三维数据的横截面。而数字全息术使这种能力变得更具吸引力，其重新聚焦完全在计算机内实现。虽然数字重聚焦在数字全息显微镜中很常见，但它通常不被认为是表面形貌干涉测量的特征或能力。尽管如此，从前面对该方法的数学描述来看，在采集后以相同的方式重新聚焦常规干涉测量数据是完全可行的。随着数据密度的增加，人们对校正聚焦误差以保持干涉测量中的高横向分辨率感兴趣。图6 激光菲索干涉仪的聚焦机理与全息系统不同，传统干涉仪的布置方式是在数据采集之前将物体表面精确地聚焦到相机上。图 6 说明了一种简化的聚焦机制。聚焦通常是手动过程，涉及图像清晰度的主观确定。由于光学表面通常在设计上没有特征，因此常见的过程包括将直尺放置在尽可能靠近调整表面的位置并调整焦距，直到直尺看起来最锋利。繁琐的设置和人为错误的结合使得我们可以合理地断言，今天很少有干涉仪能够充分发挥其潜力，仅仅是因为聚焦错误。数字重新聚焦提供了使用软件解决此问题的机会。计算机产生全息图 早在 1960 年代后期，学者们就已经对波带片与计算机生成全息图 (CGH) 之间的类比有了很好的理解，这是因为在开发新的基于激光的不等径干涉仪来测试光学元件的表面形状的应用时，需要对具有非球面形状的透镜和反射镜进行精确测试。图7 计算的菲涅尔波带片图样和牛顿环（等效于单独的虚拟点光源产生的Gabor全息图）然而，干涉仪作为最好的空检测器，在比较形状几乎相同的物体和参考波前时能提供最高的精度和准确度，虽然有许多巧妙的方法可以使用反射和折射光学器件对特定种类的非球面进行空测试，但 CGH 可通过简单地改变不透明和透明区域的分布来显着增加解空间。CGH 空校正器的最吸引人的特点是波前构造的准确性在很大程度上取决于衍射区的平面内位置，而不是表面高度。因此，无需费力地将非球面参考表面抛光至纳米精度，而是可以在更宽松的尺度上从精密参考波来合成反射波前。图8 使用激光菲索干涉仪和计算机产生的全息图测试非球形表面的光学装置振动、变形和粗糙表面形貌 全息干涉测量术是全息术对干涉测量术最明显的贡献，从技术名称中就可以看出。这项发现的广泛应用引起了计量学家高度关注，包括用于通过全息术定量分析三维漫射物体的应力、应变、变形和整体轮廓的方法。全息干涉测量术的发现对干涉测量术的能力和可解释性产生了深远的影响，为了辨别这些联系，首先考虑在同一全息图的两次全息曝光中，倾斜一个平面物体。两个物体方向的强度图样的不相干叠加，调制了全息图中条纹的对比度，而当这个双曝光全息图用参考波重新照射，以合成来自物体的原始波前时，结果也是条纹图样。因此，我们看到传播波前的全息再现，可用于解调双曝光全息图中存在的非相干叠加的干涉图案，将对比度的变化转换为表示两次曝光之间差异的干涉条纹。由于全息图中这些叠加的图案相互不相干，它们可以在不同的时间、全息系统的组成部分的不同位置、甚至不同的波长等条件下生成，因此，该技术的应用范围十分广泛。图9 模拟平面的双曝光全息使用三维传输方程的光学建模 使用物体表面的二维复表示，对本质上是三维问题的传统建模，是假设所有表面点可以同时沿传播方向处于相同焦点位置。因此，这种二维近似的限制是表面高度变化相对于成像系统的景深必须很小。全息术影响了三维衍射理论的发展，进一步影响了干涉显微镜的评估和性能提升。光学仪器的许多特性可以使用传统的阿贝理论和傅里叶光学建模来理解，包括成像系统的空间带宽滤波特性。干涉仪的傅立叶光学模型的第一步，是将表面形貌的表示简化为限制在垂直于光轴的平面内的相位分布。但对于使用干涉测量术的表面形貌测量，这并不是一个具有挑战性的限制，因为普通的菲索干涉仪的景深大约为几毫米，表面高度测量范围可能为几十微米。因此，在高倍显微镜中采用三维方法的速度更快，特别是对于共聚焦显微镜，在高数值孔径下，表面形貌特征不能都在相对于景深的相同的焦点。然而，二维傅里叶光学的近似对于干涉显微镜来说是不够精确的，因为在高放大倍率下，仅几微米的高度变化，就会影响干涉条纹的清晰度和对比度。基于 Kirchhoff 近似推导出了 CSI 的三维图像形成和有效传递函数，其中均匀介质的表面可表示为连续的单层散射点。这种方法已被证明具有重要的实用价值，不仅可以用于理解测量误差的起源，是斜率、曲率和焦点的函数，还可以用于校正像差。本文总结 基于激光的全息术的出现带来了一系列快速的创新，这些创新从全息术发展到干涉测量术。虽然文中提到的七个方面无法完全概括全息术的贡献，但一个明显的趋势是全息术对用于表面形貌测量的干涉测量技术的影响正在不断增加， 这最终可能会导致全息术与通常不被认为是全息术的技术相融合，而应用光学计量的这种演变必将带来全新的解决方案。论文信息 de Groot et al. Light: Advanced Manufacturing (2022)3:7https://doi.org/10.37188/lam.2022.007本文撰稿： 刘子维（英国剑桥大学，博士后）

光学镀膜材料在太阳能行业应用广泛：由化学气相沉降法生成的氧化锌涂层，自然形成金字塔形表面质地，在薄膜太阳能电池领域被用于散射太阳光。将不同折射系数的高分子材料排列组成的全息滤光镜，将太阳光在空间上分成不同颜色的色带（棱镜一样），将不同响应波长的光伏电池调到每个波长的焦距处，从而形成一种新型的多结太阳能电池。位于硅太阳能电池前部的纳米圆柱形硅涂层起米氏散射的作用，因此增加了在更宽入射角范围和偏振情况下的光被太阳能电池的吸收。曲面型光电模块的渲染和原理图。3M可见镜膜能够使模块在可见光区表现为镜像，而在近红外光区变为黑色。对于所有的光学涂层——特别是那些非垂直角度接收阳光或者阳光入射的涂层，表征波长、角度和偏振测定的反射和入射就尤为关键。PerkinElmer公司的自动化反射/透射附件ARTA，可以测定任何入射角度、检测角度、S和P偏振光在250-2500nm的范围内的谱图，从而告诉我们：所有的入射光都去哪儿啦？装备了ARTA的LAMBDA紫外/可见/近红外分光光度计样品3M可见光镜膜：吸收紫外光，反射可见光，透过红外光。仪器PerkinElmer公司的LAMBDA 1050+紫外/可见/近红外分光光度计。150mm积分球，Spectralon涂层积分球包含硅和InGaAs检测器，检测样品200-2500nm的范围内的总透射谱和总反射谱。装备了150mm积分球的LAMBDA紫外/可见/近红外分光光度计ARTA，配备PMT和InGaAs检测器的积分球（60mm），能在水平面上围绕样品旋转340°，进行角度分辨测量。3M薄膜固定在ARTA样品支架上的照片实验结果用150mm积分球附件测量的3M薄膜的总反射和总透射谱图。薄膜在750nm附近具有预期的突变，在此处有将近100%的可见光反射率和约90%的红外光透射率。3M薄膜对于s（左图）和p（右图）偏振光的角度分辨反射谱图。对于所有的偏振情况，直至50˚的范围内反射到透射的转变都很急剧，但是有轻微的蓝移。对于入射角在约50˚以上的情况，s偏振光的转换终止，并且薄膜开始失去对光谱的分光功能。这种情况的一个明显后果就是在冬天或者纬度高于30˚的区域的夏季月份，曲面型光电镜片的工作效率都很低。更多详情，请扫描二维码下载完整应用报告。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室张军勇课题组针对相移干涉技术，首次构造了三焦点的累对斐波那契-比 span style=" text-indent: 2em " 切光子筛，实验验证了基于单次曝光的相移数字全息成像技术。相关成果发表在[Optics Express,& nbsp 27, 32392 (2019)]。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 相移干涉技术广泛应用于各类测量中，比如折射率、光学元件损伤、波前测量、光学表面缺陷等诸多领域。而融合了相移技术的数字全息成像，更是极大地推动了全息领域的蓬勃发展。传统移相器分为两类，一类是压电陶瓷、波片、空间光调制器等通过分时实现多次曝光，另一类是基于光栅等衍射元件的空分相移技术实现单次曝光。基于前期希腊梯子透镜的工作基础，课题组设计了一类三焦点的斐波那契光子筛，在传统单焦点比累对切透镜的基础上成功延拓出了三焦点的斐波那契-比累对切光子筛，不仅实现了对参考光与物光在单次曝光下的多重锁相拷贝，顺利解决了数字全息中的移相问题，而且对于微小待测物体，该结构表现出共光路特性，可以单光路实现相移干涉记录，这一特性进一步增强了测量光路的稳定性。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 斐波那契-比累对切光子筛属于振幅型衍射透镜，适用于相移X射线全息术。对于EUV及更长的相干光波段，可以设计成位相型衍射透镜，提高衍射效率，提升对弱信号的检测与成像能力。该项研究得到国家自然科学基金和中科院青年创新促进会项目的支持。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a href=" https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-27-22-32392" target=" _self" style=" color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 论文链接 /strong /span /a /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 172px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201910/uepic/bc55fad6-fda1-4f21-9d31-57e8dc973614.jpg" title=" 斐波那契-比累对切光子筛的原理图.png" alt=" 斐波那契-比累对切光子筛的原理图.png" width=" 450" height=" 172" border=" 0" vspace=" 0" / /p p br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " 斐波那契-比累对切光子筛的原理图 /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 197px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201910/uepic/02360f2a-a8e2-4f68-9ac1-54f6d4c5742f.jpg" title=" 待测物体重构的实验结果，振幅(a)与位相(b)分布.png" alt=" 待测物体重构的实验结果，振幅(a)与位相(b)分布.png" width=" 450" height=" 197" border=" 0" vspace=" 0" / /p p br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " 待测物体重构的实验结果，振幅(a)与位相(b)分布 /p

与传统工艺制作的压电块体型超声换能器相比，电容式微机械超声换能器（CMUT）具有阻抗匹配特性良好、带宽大、体积小等优势，在医学超声成像和无损检测方面得到了广泛应用。三维超声反射成像通常需要利用CMUT线阵的机械移动实现对被测物的多维度扫描，但这一方法往往难以实现较小距离的移动，并且存在一定的误差。利用CMUT面阵对被测物进行扫描可以同时获取多维度的超声反射信号，从而减少测试工作量，并且能够准确获取被测物的三维信息。然而，目前国内关于利用CMUT面阵进行非接触式三维超声反射成像的研究鲜有报道。据麦姆斯咨询报道，为了解决上述挑战，来自中北大学的研究人员提出了利用基于16 × 4阵元的CMUT面阵进行B模式及二次谐波三维成像测试的方法，以得到伪影水平更低、重建偏差更小的超声反射图像。相关研究成果以“基于16 × 4阵元CMUT面阵的三维超声反射成像”为题发表在《微纳电子技术》期刊上。CMUT面阵的制备及工作原理研究人员分别利用绝缘体上硅（SOI）和二氧化硅（SiO₂）晶圆制备了CMUT振动薄膜和真空腔，并且在真空环境中通过晶圆键合形成CMUT面阵。图1 CMUT剖面图及阵元图图2 基于16 × 4阵元的CMUT面阵实物图CMUT的工作原理是通过在上、下电极之间施加直流偏压，从而产生感应静电力将顶部薄膜拉向底部电极。当CMUT处于发射模式时，将交流电压信号叠加在直流偏压上会激励薄膜振动，实现电能和机械能的转换，产生超声信号；当CMUT处于接收模式时，在上、下电极之间施加直流偏压，在超声波的作用下，薄膜会产生振动，从而使得电容值发生改变，通过检测这一变化即可实现超声信号的接收。图3 CMUT工作原理仿真及实验平台搭建该研究利用基于Matlab的k-Wave光声仿真工具箱对基于16 × 4阵元的CMUT面阵进行超声反射成像仿真。整个仿真区域介质为硅油，被测物为一块长和宽均为3 cm、厚1 cm的铝块，铝块与CMUT的距离为3 cm，CMUT阵元间的距离为1 mm。此外，采用单个阵元发射、所有阵元接收，即一发多收的扫描方式对铝块进行扫描。图4 基于16 × 4阵元的CMUT面阵及被测铝块仿真模型随后，研究人员在仿真的基础上搭建了基于16 × 4阵元的CMUT面阵的超声反射成像测试系统。采用面阵上第二条线阵的单个阵元发射、所有阵元接收的方式进行实验测试。实验使用信号发生器和功率放大器驱动CMUT面阵发射超声波，并且利用示波器观察超声反射信号波形。图5 基于16 × 4阵元的CMUT面阵超声反射成像测试系统示意图及超声反射成像实测图仿真及实验结果研究人员采用B模式及二次谐波两种成像算法分别对被测铝块的超声反射信号进行处理，以获取其三维图像及对应的二维切面。结果显示，基于16 × 4阵元的CMUT面阵的反射成像系统能够确定铝块的位置。此外，基于B模式成像算法和二次谐波成像算法所获取的成像结果中，铝块与CMUT面阵的距离重建偏差分别为3.63%及1.47%。图6 被测铝块二维反射成像结果图7 被测铝块三维反射成像结果综上所述，该研究搭建了基于16 × 4阵元的CMUT面阵的三维超声反射成像系统，以获得误差小、信噪比高的超声反射图像。采用单个阵元发射、所有阵元接收的收发方式对铝块进行了相关测试与仿真，利用B模式及二次谐波成像算法对超声回波信号进行处理，获取了被测物的二维切面及三维图像。仿真和实验结果均可以较清晰地确定铝块的位置，与实际情况相符。为了对比两种算法的成像效果，研究人员计算了铝块与CMUT面阵的距离重建偏差。计算结果显示，B模式及二次谐波成像算法的仿真距离重建偏差分别为0.63%和0.4%，实验重建偏差分别为3.63%和1.47%，二次谐波图像的距离重建偏差均小于B模式图像的距离重建偏差。总之，该研究证明了所提出的基于16 × 4阵元的CMUT面阵的三维超声反射系统可实现对被测物的三维成像。论文信息：DOI：10.13250/j.cnki.wndz.2023.03.010

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

4月20日晚，中国激光杂志社重磅发布“2022中国光学十大进展”。经过评审委员会多轮遴选，“微腔光梳驱动的新型硅基光电子片上集成系统”等10项前沿进展入选“2022中国光学十大进展”（基础研究类）；“集成化成像芯片实现像差矫正三维摄影”等10项进展入选“2022中国光学十大进展”（应用研究类）。笔者注意到，今年的十大进展中，没有光学显微成像技术入选。回顾在过去几年，2021年《线照明调制显微术实现高清成像》、2020年《亚纳米分辨的单分子光致荧光成像》、2019年《基于多角度干涉的三维多色活细胞超分辨光学显微镜》、2018年《超快，长时程超分辨率海森结构光照明显微镜》连续4年均有光学显微成像技术的上榜。此外，2021年《溶液中单分子电化学反应的直接成像》作为一项研究工具为化学反应位点可视化、单分子测量、化学和生物成像等领域提供了新的可能，也为显微成像技术提供新的思路。基础研究类（10项）1.微腔光梳驱动的新型硅基光电子片上集成系统北京大学王兴军团队联合加州大学圣塔巴巴拉分校John E. Bowers团队，攻关解决微腔光梳简易鲁棒激发与长时间稳定、面向光梳光源的硅基系统设计、硅基片上可重构多维光谱整形技术等难题，在国际上首次实现了由克尔微腔光梳驱动的新型硅基光电子片上系统，有望直接应用于数据中心、5/6G信号处理、自动驾驶、光计算等领域，为下一代片上光电子信息系统提供了全新的研究范式和发展方向。2.光学涡环的诞生上海理工大学詹其文带领的纳米光子学团队基于麦克斯韦方程组和光学保角变换，首次在理论上完整推导并在实验上实现了优美的光学涡环结构。该研究工作为三维复杂时空光场的生成和表征提供了崭新的思路，对环状对称电动力学、环状对称等离子物理、光学对称和拓扑、量子物理、天体物理等理论研究，以及光学传感、光操纵、光信息与能量传递等应用研究都将具有重要且深远的意义。3.用光 3D 打印纳米晶体清华大学精密仪器系孙洪波、林琳涵课题组首次提出了利用光生高能载流子调控纳米材料的表面化学活性并实现化学键合，由此实现了半导体量子点等功能纳米粒子的三维激光装配。这一技术具备真三维、高纯度、高分辨率、异质异构集成的技术优势，开辟了功能纳米器件制备工艺的新途径，在片上光电器件集成、高性能近眼显示等领域具有广泛的应用前景。4.新技术首次实现激光3D打印纳米铁电畴南京大学张勇领衔的研究团队发展了一种非互易激光极化铁电畴技术：将飞秒脉冲激光聚焦于铌酸锂晶体中，在晶体内部形成了一个有效电场，实现了三维纳米铁电畴的可控制备。加工精度达到了30纳米，远远突破衍射极限，且可以实现铁电畴结构的修正与重构。这一技术解决了传统极化工艺仅限于在二维平面内以微米精度加工铁电畴结构的难题，为三维集成光电器件的发展提供了新的技术支撑。5.高纯度超集成手性光源领域取得重要研究进展哈尔滨工业大学（深圳）宋清海团队基于连续域中束缚态自身的物理特性，实现了高纯度、高Q值与高方向性的手性荧光到激光的出射。在无需自旋注入的情况下，即可实现控制自发辐射和激光的光谱、远场以及自旋角动量。这种方法对改善当前手性光源的设计，并促进其在光子系统与量子系统中的应用具有重要意义。6.羲和激光首轮实验获得60 MeV质子束中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室激光质子加速课题组依托于上海超强超短激光实验装置(羲和激光，SULF) ，在首轮磨合实验中利用SULF-10 PW激光轰击微米金属靶，在靶后法线鞘层加速机制下获得了截止能量达62.5 MeV的质子束，该结果达到国内领先水平，进入国际前列。未来将通过进一步优化，获得百MeV级的高能质子束，切实推动激光质子源在聚变能源、肿瘤治疗等重要领域的应用。7.高效、高重频极紫外超快相干光源上海交通大学刘峰、陈民和李博原课题组通过引入圆偏振预脉冲，成功实现对微米尺度预等离子体的主动调控，构建出合适的纵向密度分布，解决了高次谐波产生受限于激光对比度的难题，实验验证了产生高重频、高亮度极紫外超快辐射源的新方案。8.稀土离子f-f跃迁发光寿命被压缩至纳秒级陕西师范大学物理学与信息技术学院张正龙、郑海荣团队，依托自主搭建的高分辨原位光谱系统，在纳米光学领域取得了突破性进展。利用等离激元倾斜纳米光腔，将稀土离子f-f 跃迁发光寿命压缩至50 纳秒以下，同时获得1000余倍的量子产率增强。该成果被审稿人评价为稀土发光领域“里程碑”式的工作，对拓展稀土发光应用优势，推动量子通讯单光子源、纳米激光器的发展具有重要意义。9.激光干涉仪的量子超越上海交通大学物理与天文学院及李政道研究所张卫平团队与合作者，利用其发展的量子关联干涉技术与激光干涉仪巧妙结合，实现了一种超越传统激光干涉仪的新型量子精密测量技术。新方法融合经典-量子优势于一体，原理上可以拓展到LIGO引力波探测器等大型精密测量仪器中，实现对传统干涉技术的升级，向开拓真正有应用价值的量子技术迈出了重要的一步。10.突破荧光范围的激光辐射山东大学于浩海、张怀金团队和南京大学陈延峰团队协同攻关，在激光物理领域取得突破，首次实现基于多声子耦合的激光辐射，在远超荧光光谱的范围获得了宽波段、可调谐激光输出。研究成果拓宽了激光增益范围，阐明了激光晶体中的关键功能基元和序构关系，对于固体激光技术的发展具有重要意义。应用研究类（10项）1.集成化成像芯片实现像差矫正三维摄影清华大学成像与智能技术实验室方璐、戴琼海团队提出了非相干光下的数字自适应光学新架构，解耦信号采集与像差矫正，首次实现了高速大范围分块像差去除。研制了集成化的元成像芯片，能够实现像差矫正的大视场高分辨率高速三维成像，将传统自适应光学的有效视场直径从40角秒提升至了1000角秒，可广泛用于天文观测、工业检测、医疗诊断等领域。2.时空域精细操控半导体纳米晶能带结构浙江大学邱建荣团队与之江实验室谭德志团队合作，揭示了飞秒激光诱导空间选择性介观尺度分相和离子交换新规律，实现了对玻璃微区元素分布的精细调控，开拓了飞秒激光三维极端制造新技术，构筑了三维发光宽波段连续可调谐纳米晶结构，首次提出并展示这种三维微纳结构在超大容量超长寿命信息存储、高稳定Micro-LED列阵和动态立体彩色全息显示等的前沿应用。3.基于超构透镜集成的平面广角相机南京大学李涛团队研发出一种基于超构透镜阵列的平面广角相机，仅用一微米厚的纳米结构就实现了超过120°视角高质量的广角成像功能。这一全新原理的设计原理成功突破传统商用鱼眼镜头在体积和重量上的限制，展示了超构透镜设计在颠覆性成像技术中巨大的应用潜力。4.光电集成轻微型“复眼相机”，解决商用探测器不兼容问题吉林大学张永来领衔的合作团队通过飞秒激光微加工技术，制造具有对数轮廓小眼的三维仿生复眼，突破了三维复眼非平面成像和商用微型CCD/CMOS探测器失配难题，研制了质量仅为230 mg的光电集成微型复眼相机，借助多目视觉原理和神经网络重构算法，实现了对微观目标运动轨迹的三维重构。该成果在医疗内窥成像和微型机器人视觉等前沿领域具有重要意义。5.光纤量子密钥分发新纪录——无中继安全传输超830公里中国科学技术大学郭光灿、韩正甫团队通过解决极弱光双场制备和低噪声快速相位补偿难题，突破信噪比限制，创造830公里无中继光纤量子通信世界纪录。相比于国内外其他团队的工作，该成果不仅将无中继传输距离提升了200多公里，而且将成码率提升了50～1000倍，向实现千公里陆基量子通信迈出了重要一步。6.光频完美异常反射器同济大学物理科学与工程学院王占山和程鑫彬联合复旦大学物理学系周磊，提出了一维多层膜结合二维超表面的准三维亚波长新结构，通过传输波和布洛赫波的高效耦合增强非局域能流调控能力，首次实现了效率优于99%的光频异常反射。研究成果有望推动新型波束扫描系统等仪器装备的发展。7.超长寿命的钙钛矿LED浙江大学狄大卫、赵保丹团队利用双极性分子稳定剂抑制离子迁移，首次实现了满足实际应用标准的超长寿命钙钛矿LED。在等同于高亮度OLED的光功率下，这些近红外LED的寿命为32675小时（3.7 年）；在更低的辐亮度下，其寿命预期长达 270 年。这些创纪录的器件在 5 mA/cm² 的恒定电流下持续工作 5 个月，辐亮度无明显衰减。8.世界首例铌酸锂薄膜偏振复用相干光调制器中山大学蔡鑫伦课题组实现了世界首例铌酸锂薄膜偏振复用相干光调制器，该器件具有CMOS兼容驱动的半波电压，110 GHz的调制带宽，这是目前世界上最高性能的超低电压和超大带宽的电光调制器芯片。利用这一芯片，研究团队演示了目前单载波相干传输的最高净速率——1.96 Tb/s。该项研究攻克了在下一代超高速、低功耗的相干光传输系统不可或缺的电光转换器件。铌酸锂薄膜材料及其光子集成技术研究为实现我国光通信产业链自主可控提供了有力保障。9.首次发现光学微腔中的界面回音壁模式北京大学物理学院肖云峰团队与中科院半导体所陈幼玲合作，首次发现了光学微腔中的界面回音壁模式。研究人员在微流集成的微泡腔中，将光学回音壁模式的电磁场峰值调控至传感表面，从物理上提高了传感器的光学响应强度，成功实现了具有单分子响应的微流传感器件，在高灵敏度微量检测领域具有广泛的应用前景。10.在光编码液晶超结构应用取得突破性研究进展华东理工大学化学与分子工程学院、物理学院、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心朱为宏、郑致刚、Feringa合作，围绕动态可控手性液晶光学微结构，从材料设计、制备和微结构的外场控制入手，解决传统液晶体系光效率低的问题，赋能液晶微结构的光控宽动态域，发展可逆、可擦、渐变、结构叠加与嵌入的多重防伪新技术，为解决我国在高端防伪技术领域面临的材料瓶颈提供了可供借鉴的技术方案。“中国光学十大进展”评选活动由中国激光杂志社发起，至今已成功举办17届，旨在促进中国优秀光学研究成果的广泛传播，推动中国光学事业的发展。凭借高学术水平的候选成果，以及严格公正的评审机制，这一奖项备受业界认可，具有高度的公信力和影响力。

项目编号：招案2022-0938（校内编号HW20220083）项目名称：华中科技大学全内反射荧光显微镜成像系统采购项目预算金额：100.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：100.0000000 万元（人民币）采购需求：采购1套全内反射荧光显微镜成像系统（详见招标文件第三部分 采购需求）；合同履行期限：签订合同后90日历天内完成供货、安装、调试验收；本项目( 不接受 )联合体投标。

项目编号：1069-224Z20224671（项目编号：招设2022A00206）项目名称：上海交通大学高速激光全内反射荧光显微镜成像系统采购项目预算金额：210.0000000 万元（人民币）采购需求：序号货物名称数量简要技术规格交货期1高速激光全内反射荧光显微镜成像系统1套电动聚焦机构：备有粗微调转换旋钮（最小调焦精度：≤10nm），行程10.5mm，物镜离开 / 回复按键和记忆回位按键，最大移动速度：3mm/秒。收到信用证后180天内交货合同履行期限：收到信用证后180天内交货本项目( 不接受 )联合体投标。

4月9日15时左右，青海省西宁市纺织品大楼发生火灾。大火又一次为我们敲响了预防火灾的警钟。在火灾现场，除了消防队员的及时救助，建筑物内的逃生指示标志格外重要。尤其是在现场断电、一片黑暗的情况下，具有高强度反光性能的指示标志能够指引人们按照安全路线迅速逃离危险。可以说，用于制造逃生指示标志的逆反射材料，其质量好坏直接关系到人们生命的安危。 　　逆反射材料是一种用玻璃微珠或微棱镜采用光学折射与反射原理制成的薄膜材料，是一种新型的被动照明的无源光学器件。这种材料具有将照射到其上的入射光按原入射方向大部分返回，提高自身能见度的功能，具有反光强度高、节能和防爆等明显优点，因而被广泛应用于道路交通、航空管理和矿山坑道，在避免爆炸和应急逃生方面都发挥着重要作用。 　　据中国计量科学研究院光学所郑春第介绍，根据国外一项统计，鲜明的道路标志和行人着装给司机良好的条件反射，使用反光材料设置醒目的交通标志，车辆牌照，穿戴装饰有反光材料的服装，可使交通事故率下降30%~40%。“可以说逆反射材料性能的优劣与生产、交通安全息息相关。” 　　据介绍，我国是逆反射材料生产大国和出口大国，年产值近6亿元人民币。随着政府对安全工作力度的加大和人们安全意识的提高，逆反射材料的应用已不仅限于道路交通，在矿山、消防、抢险、救援、环卫、市政、建筑等行业也开始广泛使用。据郑春第介绍，我国对不同级别公路的道路指示标志采用逆反射材料的反射强度有不同的标准要求。“例如，当车速为每小时100公里时，驾驶者通常需要至少380米的距离来准确识别交通标志，并迅速做出相应反应。如果制作交通标志的逆反射材料的反射强度不够，质量不达标，驾驶者可能在100米距离时才能看清交通标志，就有可能导致交通事故的发生。” 因此，人们在对道路警示标志材料的高反射能力提出更高要求的同时，也格外关注如何实现材料逆反射系数的准确测量，使之能够在相关领域发挥出显著的安全警示作用。 　　据介绍，国内相关行业通过各自不同的方式建立了测量逆反射材料性能参数的装置，但仪器的稳定性和测量准确度水平参差不齐，甚至出现不同实验室对同一样本的测试结果不一致的情况。由于缺乏全国统一的逆反射系数测量标准和测量装置，导致生产企业对产品的性能评价和测量准确度无法确定，容易引起国际贸易争端，为企业带来不必要的损失。 　　郑春第带领的中国计量院研究团队历经4年，终于完成了“逆反射系数测量装置的建立与研究”。该项目研制的逆反射系数测量装置，成功实现了我国材料逆反射系数的高准确度测量和校准，测量结果不确定度达3.6%(k=2) 该装置采用光强标准灯组对测量系统进行量值溯源，研究并实现了逆反射系数的照度测量方法 项目组同时还研制出了100mm×100mm和200mm×200mm两种规格逆反射标准样品，样品的均匀性达到了1%。生产企业或用户可以利用逆反射标准样品直接快速、便捷地进行量值传递和仪器校准，极大地提高了企业的生产效率。 　　有关人士评价说，该装置的建立为我国检验逆反射器件的产品质量控制和合格评定提供了准确可靠的量值溯源保证，解决了长期以来我国对逆反射材料测量和性能评价不统一的问题 同时，该院将通过开展国际比对，使得我国的检测结果、检验报告和证书得到国际同行的一致认可，为我国逆反射材料进出口贸易提供有效的技术保障，进一步提高我国逆反射产品的国际竞争力。

面对远距离小目标，常规探测手段往往只能对其定位，看到的目标只是一个点。而有些特殊需求下，需要掌握其面特征甚至体特征，实现运动目标认知，此时迫切需要发展超分辨成像手段。国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室主任胡以华教授团队，继2022年实现10千米距离上优于2厘米分辨率的国内外报道最高水平的反射层析激光雷达超分辨二维成像的基础上，近期实现了三维超分辨成像的重大突破。实现10千米距离2.0×2.0×3.5厘米分辨率的三维超分辨成像反射层析激光雷达实现二维成像的原理日趋成熟，国内外也开展了相关的实验研究，但是实现三维成像的原理和方法在国内外未见报道。团队创新性地提出了反射层析激光雷达三维成像技术架构，建立了激光探测的多角度多视场交叠取样、窄脉冲激光回波的高速高保真采集及图像重构融合处理方法，研制出反射层析激光雷达三维成像实验系统，在合肥紫蓬山地区开展了距离为10.38 km的外场实验，实现目标图像的三维超分辨重构。实验中，在山上(31°43′28″N, 116°59′55″E)的百米高实验塔上分别设置两类目标：1）高度75 cm、宽度30 cm的立体组合件，如图1 (a)所示；2）多块厚度1.7 cm、断面面积不同的块状体构成的从下到上间距9 cm到2 cm递减、面积渐小的60°倾斜角梯形立体分辨率测试靶，如图1 (b)所示。成像实验系统布置在该市华南城(31°46′20″N, 117°5′35″E)楼上，如图1 (c)所示。在多种实验环境和实验参数设置下，成功获得了如图2 (b)、图2 (d)所示的立体目标三维超分辨成像结果。图1 反射层析激光雷达三维成像实验实施图(a) 立体组合件；(b) 立体分辨率测试靶；(c) 反射层析激光雷达三维成像实验系统经第三方专家现场实测，在10.38 km距离上，环绕平面成像分辨率优于2 cm，环绕轴向分辨率优于3.5 cm。根据反射层析激光雷达成像的原理，只要激光脉冲回波信噪比足够，其三维成像分辨率与光学孔径、作用距离、激光发散角相对无关，因此，本实验为实现千千米超远距离微小目标的三维成像奠定了基础。该实验系统光学孔径为260 mm，相同孔径的光学成像系统衍射极限角约为5 μrad，对应10 km处常规光学成像的极限分辨率约为5 cm。本成果取得了超过同口径光学成像衍射极限的远距离小目标超分辨成像能力，其成像分辨率居激光成像领域国内外最优水平，特别是通过独创的技术手段和处理算法首次得到立体目标结构的十千米距离厘米级超分辨三维成像结果。图2 目标实物与成像结果(a) 立体组合件；(b) 立体组合件重构图像；(c) 立体分辨率测试靶；(d) 立体分辨率测试靶重构图像科研团队简介国防科技大学电子对抗学院胡以华教授科研团队长期致力于运动目标精确激光探测和光电对抗等领域方向理论与应用研究，围绕目标的激光三维成像、反射层析激光雷达成像、大气扰动激光探测、相干探测、光子探测以及量子纠缠探测方法，取得了一系列研究成果，为空天弱暗目标远距离探测、高精度定位和多维信息获取提供新型技术手段。团队先后出版专著《激光成像目标侦察》、《目标衍生属性光电侦察技术》、《Theory and Technology of Laser Imaging Based Target Detection》和《激光相干探测应用理论方法》，公开发表学术论文300余篇，授权发明专利70余项，获国家技术发明二等奖2项、国家教学成果二等奖2项、安徽省重大科技成就奖、省部级科技一等奖8项。团队带头人，国防科技大学电子对抗学院胡以华教授，脉冲功率激光技术国家重点实验室主任，光学工程学科首席专家，中国光学学会会士，安徽省科学技术协会兼职副主席。长期从事光电探测与对抗领域研究，取得多项系统性创新成果。

引力波模拟图 　　据近日美国《基督教科学箴言报》在线版文章称，德国引力波探测器GEO 600的一项奇怪发现，不但可能冲击现有宇宙理论，还引发美国费米国家实验室的科学家们开始建造一个“全息干涉仪”，将探测深入到“普朗克长度”，以便更进一步观察宇宙的时空结构及这一结构中的波动――引力波。 　　引力波被称为“爱因斯坦广义相对论中最后一个尚未被证明是对的组成部分”，新探测仪器的出现有可能使人们直接观测到时间的不连续性，亦将带领人们发掘宇宙起源最深处的奥秘。 　　激光干涉追寻时空波纹 　　引力波其实是爱因斯坦对于万有引力本质的理解。他认为引力场有一种跟电磁波一样的波动，是为引力波。而引力波表现为时空曲率的扰动，以行进波的形式向外传递，其传播速度等于光速。 　　按道理，引力波存在且无处不在，深空中的突变性事件，如超新星爆发、黑洞形成、大型天体相撞这些过程，都能辐射出较强引力波。但事实上，以往在地球上进行的引力波直接搜寻的所有努力都以失败告终。其原因在于，波动虽能造成地球上各处相对距离的变动，但当它们到达地球的时候已经变得非常弱了，对于地球上最先进的引力波探测器来说，其变动的数量级小于一颗质子直径的千分之一。因而尽管引力波毫不模糊且被公认，却一直只能是广义相对论的预言。 　　但科学家们可不满足于这一点。于是，基于激光干涉原理的引力波探测器被建造出来。这一类型的探测器通过测量两条激光束相遇时所形成的干涉图像的变化来探测引力波，干涉图像依赖于激光束的传播距离，当引力波穿过时激光束的传播距离会相应变化。 　　因为目标是非常微弱的信号，引力波探测器的敏感度需达到几乎难以想象的程度。以德国引力波探测器GEO 600来讲，其对距离上极微小的变化都非常敏锐，甚至可探测到日地距离所发生的原子半径级别的变化。不过，这种激光干涉计的探测器灵敏度要与激光传播的距离成比例的话，一般来讲其尺寸都非常可观。 　　“奇怪波动”挑战现有认知 　　德国的GEO 600并不是新产物了，其已默默工作有些时日。然而，在近期利用其搜寻引力波的过程中，物理学家偶然发现了令人迷惑的现象――这一高科技设备虽然还没有找到引力波存在的证据，但却发现了大量的噪音。 　　这就有必要简单描述一下这类探测器的工作过程。以GEO 600为例，其要实现功能，需要发射一束激光穿过600米的隧道，再将激光分裂成两束，经过反射的一束以及未经反射的一束均进入干涉仪。当引力波经过这部分空间的时候，两束激光之间的微小位移将会由干涉仪进行探测。即便这种距离的变化非常之微妙，但如果引力波探测器有结果，那就很可能是引力波通过时引起的。 　　而今GEO 600的“噪音”让研究人员无从解释，在剔除了所有人为因素的影响之后仍不得要领，他们于是向费米实验室的科学家克雷格・ 霍根寻求帮助，希望他利用量子力学上的专业知识帮助阐明这一不规则的噪音。 　　霍根反馈的意见让人震撼又迷惑。他说：“看上去GEO 600受到了时空微观量子级别的冲击。”换句话说，GEO 600探测到的并不是来自什么噪音源，而是时空本身发生的量子级别波动。 　　这一看法的深层意义在于：根据爱因斯坦对宇宙的认知，时空应该是连续平滑的，而照霍根的结论推测时空实际上是不连续的，是由一系列量子点组成。其直指爱因斯坦的理论需要修正。 　　全新探测器进入量子尺度 　　量子力学的测不准原理意味着一些基本量度如长度和时间具有测不准性。而测不准的程度由普朗克常数确定，该常数可以定出最小长度量子――“普朗克长度”，比其更短的长度是没有意义的。 　　现在，要证明“奇怪波动”的来源，研究人员就需要深入到“普朗克长度”――10-35米进行探测，而GEO 600实验中探测到的噪音尺度不到10-15米。因此需要提升引力波探测仪的分辨率，这导致了“全息干涉仪”的产生。 　　“全息干涉仪”是利用全息照相的方法来进行干涉计量，其与一般光学干涉检测方法很相似，但获得相干光的方式不同。光学干涉检测方法获得相干光的方式如前所述，一般是将同一束光的振幅分为两个部分，但全息干涉计量术则是将同一束光在不同时间的波前来进行干涉，可以看作是一种波前的时间分割法。这就使相干光束由同一光学系统所产生，可以消除系统误差。 　　霍根认为，GEO 600在其尺度上发现的噪音是由于宇宙“视界”(天文学中黑洞的边界，在此边界以内的光无法逃离)的全息投射造成的。霍根比喻说，这就像一张图片越放大就会越模糊甚至像素化，宇宙“视界”投射其实发生在普朗克尺度中，所以在我们所身处的时空尺度上，这一投射发生了模糊。 　　而要验证霍根的结论，目前最值得依赖的就是这台“全息干涉仪”。其现正由费米实验室全力打造，它必将比GEO 600探测到更小的尺度，从而进入到量子尺度。如果霍根的看法是正确的，探测器将能探测到时空结构中的量子噪声，给我们现有对宇宙的认知带来巨大的冲击。

海洋光学(Ocean Optics – www.oceanopticschina.cn) 推出像差校正全息凹面衍射光栅光谱仪 – Torus 系列。该光谱仪具有透光率高、杂散光更低、热稳定性好的特点，可用于液体、固体等的吸收、荧光测量。Torus 可见波段光谱仪(360nm-825nm)，杂散光水平：在400nm 处，约0.015%，较平面光栅等微型光纤光谱仪更低。 　　平场光学设计及全息凹面光栅用于光的色散：Torus 光栅的凹面用于光的反射及汇聚 光栅刻线用于光的色散 光栅的环形设计用于像差校正，提高衍射效率。 　　Torus 并且具有较高的光学分辨率(1.6nm FWHM，25um 狭缝)和优良的热稳定性(在0-50℃范围内，波长漂移更小，峰型保持基本一致)。 　　Torus 系列光谱仪可以通过 USB 接口与计算机进行交互控制，可以根据客户需要更改狭缝、滤光片及其它配件来优化配置 也可以通过 C-mount 接口与显微镜等配合使用。与海洋光学的其它光学配件一起，使您的测量更方便，更灵活。 　　Torus 通过海洋光学的 Spectrasuite 光谱操作软件来进行操作与分析，并且可用于 Windows, Macintosh，及 Linux 操作平台。并且还与海洋光学的 OmniDriver，SeaBreeze 软件开发平台相兼容。

一、胶原纤维研究 胶原纤维是人体各种器官（如骨、肌肉）中关键的组成成分之一。胶原纤维拥有复杂的微纳生物结构，这种结构的有序排列使胶原纤维能够表现出优异的生理性能，同时，这种结构的改变会导致其生理特征的急剧变化。劳损、骨折等常见疾病的发病机理就与胶原微纳结构变化密切相关。如何观测并理解胶原纤维微纳尺度的结构变化是治疗相关胶原类疾病的关键所在。 近日，中国科学院物理研究所陈佳宁课题组利用散射式近场扫描显微镜（IR-neaSCOPE）对胶原纤维进行纳米分辨率红外扫描成像。该研究通过在组织切片表面近场测量紧凑排布的胶原纤维簇，对胶原纤维的纳米周期性横纹结构进行量化分析，并观察到胶原纤维发生的横纹倾斜现象。该研究借助胶原晶格模型解释其现象的产生机理，揭示了胶原纤维内部分子间可能存在的滑移位错形变。 该结果有助于人们理解胶原结构失序时胶原纤维可能发生的纳米结构变化，为解读胶原类疾病的发病机理提供了新思路。同时，该工作展示了s-SNOM在生命科学中对于生物微纳尺度结构研究的广阔应用前景。相关结果发表在近期的《Nano Research》上。该工作得到了重点研发计划、自然科学基金，中国科学院战略重点研究计划的资助。 二、生物催化（MOF体系）研究 生物催化转化在生物体中，如多酶催化联，在不同的细胞膜区隔的细胞器中高效率地进行。然而，在自然系统中模拟生物催化联过程仍然具有挑战性。 近日，华东师范大学李丽老师课题组报道了多壳金属有机骨架（MOF）可以作为一种层次化的支架，在纳米尺度上对酶进行空间组织，以提高联催化效率。 研究人员通过外延逐壳过生长的方法将多壳MOF包裹在多酶上，其催化效率是溶液中游离酶的5.8~13.5倍。重要的是，多壳MOF可以作为一个多空间隔室的纳米反应器，允许在一个MOF纳米颗粒中物理分隔多个酶，以便在一个锅中进行不相容的串联生物催化反应。研究人员使用纳米傅立叶变换红外光谱(Nano-FTIR)来解决与多壳MOF中的酶相关的纳米振动活性的不均一性。多壳MOF能够根据特定的串联反应路线方便地控制多酶的位置，其中载酶1和载酶2的壳沿内到外壳的紧密定位可以有效地促进质量传递，从而促进高效的串联生物催化反应。 这项工作有望为设计高效的多酶催化联反应提供新的思路，以鼓励其在许多化工和制药工业过程中的应用。 三、原位液相活体细胞研究 近日，德国attocube systems AG的工程师Korbinian联合德国慕尼黑大学Fritz Keilmann课题组报道了基于散射型纳米红外成像与光谱技术在液相环境关于纳米颗粒和活体细胞的定量研究。纳米红外光谱与成像的液相探测基于一个由10 nm厚度的SiN薄膜和金属液相池组成，通过扫描探针在针形成有效的红外探测近场对吸附（浸润）在SiN另一侧的纳米颗粒或活体细胞进行原位液相扫描。 液相原位纳米红外成像与光谱下的A 549癌细胞 这项工作是基于反射式光路的散射型扫描近场显微镜（s-SNOM）和nano-FTIR建立的原位液相样品池，通过搭配波长可调谐的红外激光器，有希望拓展从近红外（特别是近红外II区）到中红外（全指纹区覆盖）乃至远红外的全红外波段的液相环境下材料和细胞的纳米尺度探测。

7月4日，天津市发展和改革委员会发布了《关于天津工业大学高端分析测试平台设备更新项目可行性研究报告的批复》。经委托天津国际工程咨询集团有限公司组织专家评审，原则同意该项目可行性研究报告，项目建设主体为天津工业大学，项目代码：2405-120000-89-03-406182。该项目位于天津市西青区宾水西道399号天津工业大学现址内。主要建设内容及规模：主要购置设备238台（套），主要为基于USRP的大规模MIMO试验系统平台、低温强磁场扫描探针显微镜、纤维纳米红外光谱仪等设备；替换原有老旧设备132台（套），主要为低压透射电镜、真彩色共聚焦显微镜、冷场发射扫描电镜等设备（购置设备清单详见附件）。总投资金额为36675万元，通过申请中央资金和学校自筹等多种渠道解决。附件天津工业大学高端分析测试平台设备更新项目设备清单表序号仪器设备名称数量（台/套）1热电性能测试系统12光纤光栅解调仪13全息微观透视成像分析系统14全波段光学材料表征系统15多功能湿法纺丝制备及评价系统16阻抗分析仪17多物理场摩擦、磨损原位测试系统18人体步态体态分析系统19穿戴式身体姿态评估系统110便携式代谢测试系统111肌电与多通道生理信号测试系统112纳米级气溶胶粒子分选计数测试台113多通道薄膜压力测量及手持式自定位三维白光扫描系统114动态水蒸汽吸附分析仪115纺织材料界面风速流场测量仪116织物表面多功能电信号测量仪117多功能高分子材料成型仪118液相色谱仪119气相色谱仪120氧气透过率测试系统121可生物降解测试系统122流阻结构参数测试系统123纺丝-熔喷一体化试验机124霍尔效应测试仪125单向透湿膜材料制备及评价系统126耐高温、高精过滤材料评价系统127滤料测试及仿真模拟平台128热激励去极化电流测量系统129锥形量热仪130能源采集及测试系统131材料高频电磁参数测试系统132Materials Studio 模拟计算系统133全自动比表面积及微孔分析仪134高温燃料电池测试平台135纤维电学力学综合性能测试仪136功能材料电学综合测试系统137高温快速导热仪138头模压力及腕戴产品测试系统139红外运动分析测试系统140智能穿戴人因实体实时采集及综合分析系统141柔性电子原位测试系统142服装内热流场动态测量仪143功能纺织品润湿性评价系统144热界面材料分析仪145纺织元宇宙互动同步实训教学装置1 46纺织知识图谱与教学系统1 47柔性织物微带天线测试系统1 48纤维纳米红外光谱仪1 49基于运动学多参数生物力学采集和分析系统1 50双波长显微拉曼光谱仪1 51产业用纺织品及复合材料力学性能测试系统1 52应力动态分布可视化与裂纹预警测量系统153高性能纤维材料制备与理化环保性能测试系统15464通道无线脑电采集系统155多导睡眠／脑电监测系统156电脑测色及颜色信息管理系统157织物舒适性评价体系实验教学套装158功能纺织面料制备与性能分析实验教学套装159纤维着色与染料分散状态分析测试实验教学设备160机油滤清器流量阻力试验台161滤清器高低温脉冲试验台162滤清器效率和寿命试验台163数字化小样新型纺纱与纱线质量评定虚拟仿真系统164新型浆纱织造生产与质量检测设备系统165气囊式接触压力测试仪166纺织复合材料界面性能测试系统167热电性能分析系统168织物风格测试实验套装系统169转矩流变仪170旋转流变仪171原位X射线衍射仪172织物型水电解隔膜测试系统173纳米静电纺制备与测试系统174电极材料应力原位检测系统175落锤冲击试验机176动态和疲劳试验系统177无损检测仪器178飞秒瞬态吸收光谱系统179高低温万能材料试验机180VTC-600-3HD三靶磁控溅射仪181电动固体表面分析仪182Instron毛细管流变仪183低温强磁场扫描探针显微镜184差分式反射式高能电子衍射仪185激光解吸飞行时间质谱仪186双组份高速纺丝试验机187原位变温相位调制型光学性能分析仪188动态光散射粒度分析仪189光场耦合低温磁电输运测量仪190紫外光刻联用光学显微镜系统191高温真空磁场退火炉192激光测振仪193接触式振动试验台194纺织数据分析平台195自旋转移力矩-铁磁共振测量仪器196频谱分析仪197矢量网络分析系统198四探针测试仪199缺陷测试仪1100光谱椭偏仪1101键合丝推拉力测试机1102基于USRP的大规模MIMO试验系统平台1103高速误码率分析扫频仪1104高性能频谱仪1105故障电机系统测试台架1106电机定子测量仪1107高速电机测试平台1108电机系统振动检测设备1109电机系统局部放电检测设备1110高速高精度传感平台1111高性能多分踪录波平台1112先进电力电子器件动静态测试系统1113多通道高精度功率分析仪1114X射线CT层析仪1115功率磁件性能与损耗测试设备1116高电压局部放电测试系统1117高温栅极偏压测试系统1118高温高湿反偏测试系统1119多芯片智能贴装定位机1120器件封装强度测试仪1121热阻抗网络特性与老化测试机1122纤维面料扫描仪1123电工电子训练全过程智能检测及行为识别系统1124工业智能检测实验平台1125纺织智能制造用纱量检测及自动上纱系统1126彩色3D数据采集系统1127法学智能数据模拟分析平台1128虚实多人云协同测绘系统1129无人船载水域物理及水质分析系统1130水下三维建模系统1131空天地大尺度环境污染监测系统1132高光谱成像系统1133智慧城市实景三维测绘建模系统1134地质灾害实时监测系统1135河湖快速三维建模系统1136耕地质量野外快速监测系统1137环境专业综合训练系统1138纺织行业资源循环与污染控排分析系统1139快速金属元素分析系统1140总有机碳分析仪1141流式细胞仪1142全功能近红外光谱分析仪1143核磁共振变温分析仪1144钨灯丝扫描电子显微镜1145CGS-MTD智能材料光电气湿多场传感特性动态检测系统1146多靶位超高真空磁控溅射仪1147新型光电传感特性分析仪1148示波器1149中红外超短脉冲测量仪1150短波显微拉曼/荧光光谱仪1151柔性电子制备检测平台1152近红外超短脉冲测量仪1153脑电采集设备及运算服务器3154大规模图像数据处理设备4155极端环境医疗器械可靠性测试与评价平台1156脑电信号采集与调控平台1157动物活体成像系统平台1158三色多通道活体光纤记录系统平台1159脑重症无创快速成像系统平台1160生理教学显微成像平台1161分子束光电离飞行时间质谱仪1162发动机部件非线性振动测试系统1163叶片性能分析试验系统1164极端高压物性测试系统1165大数据智能分析实验平台1166眼动分析系统1167面部表情分析系统1168机器视觉图像处理实验平台1169小动物成像仪1170稳态瞬态荧光光谱仪1171单四级杆液相色谱质谱联用仪1172化学生物学专业实验室建设1173基础化学实验创新平台1174基础化学实验虚拟仿真系统1175高效液相色谱仪1176蛋白质纯化仪1177流式细胞仪1178全自动高通量高性能比表面及孔径分析仪1179超高速落地离心机1180高气密性自动在线光催化分析系统1181物理化学测试系统1182模块化智能高级流变仪1183综合化学实验创新平台1184细胞代谢呼吸动态分析仪1185生物分子成像仪1186在线原位光谱检测系统1187在线高通量气体吸脱附系统1188圆二色发光仪器1189手性气-质联用仪1190在线圆二色显微成像仪1191超分辨转盘共聚焦显微镜1192圆二色发光仪器1193药物在线原位分析系统1194药物质量监测与评价系统1195小角X射线散射仪1196低压透射电镜1197真彩色共聚焦显微镜1198冷场发射扫描电镜1199全自动气体吸附仪1200自动进样器的差示扫描量热仪2201Zeta电位及粒度分析仪1202X射线衍射仪1203综合热分析1204傅里叶变换红外光谱仪1205电子背散射衍射仪1206激光导热仪1207原子分辨率球差校正透射电镜1208电感耦合等离子体原子发射光谱仪1209单晶X射线衍射仪1210全自动元素分析仪1211凝胶渗透色谱仪1212与热裂解联用的气相质谱仪1213热电双倾原位透射电镜样品杆1214高效液相色谱-静电场轨道阱高分辨质谱联用仪1215透射电镜旋进电子衍射及纳米晶体分析系统1216原位电化学拉曼光谱仪1217电子万能试验机1218复合材料内部缺陷检测系统12194D显微原位CT系统1220高温RTM试验系统1221复合材料振动测试系统1222四自由度缠绕试验系统1223圆二色光谱仪（Circular Dichroism）1224台式吸收精细结构谱仪 （XAFS）1225微区电化学振幅测试系统1226比表面分析仪1227气质联用仪1228多晶合金制备系统1229蛋白质液相分析仪1230全自动耗散型压电界面分析仪1231多功能酶标仪1232高温偏光荧光显微镜1233原子力显微镜控制器及附件1合计238

【概述】光学手性超构表面是由亚波长尺度单元所组成的平面或准平面光子器件。非对称传输是手性超表面的一大光学特性，该特性可应用于集成光路中的光学二极管，与电二极管类似，光学二极管要求器件具有单向性。目前，单层手性超材料中，非对称传输率在理论上被限制在 25% 以内，并伴随很高的吸收损耗，这成为该材料作为光学二极管的应用阻碍。而通过多层三维结构去实现非对称传输，虽然能将传输率突破 25%，但是其加工工艺更加复杂、困难，尤其是亚微米尺度以下的多层结构精准对准目前还很难实现。图1，单层手性超表面2022年，南开大学泰达应用物理学院齐继伟副教授在 Optical Express 上发表了一篇题为《Asymmetric reflection based on asymmetric coupling in single-layer extrinsic chiral metasurfaces》的文章。作者制作了一种单层手性超表面，创新地以圆偏振光斜入射反射的形式提升了非对称传输率，获得了与三维结构相当的非对称传输率。 【样品 & 测试】作者采用电子束光刻技术与金属镀膜技术在石英基底上制备了横向周期 1000nm，纵向周期 650nm 的单层 U型分裂环，该分裂环厚度 100nm，环形宽度 200nm，环形半径 350nm。为观测不同角度倾斜入射的反射情况，作者使用了复享光学的角分辨光谱仪R1，借助设备的自动旋转模块，灵活调整入射角与接收角，实现多角度反射光谱测量。同时，得益于角分辨光谱仪中的通用光学元件插口，作者使用线性偏振片与四分之一波片形成左旋与右旋圆偏振光，轻松获得合适的实验条件。图2，测试示意图作者通过模拟和测量左旋圆偏振光与右旋圆偏振光倾斜入射时超表面的反射光谱，并对比了正向入射与反向入射在 30°~45° 之间的测量结果，如图3 所示。研究发现，在 1120nm 处，右旋圆偏光正向入射与左旋圆偏振光反向入射的反射光谱均呈现出较宽的反射峰；在 1650nm 和 1075nm 处，右旋圆偏光反向入射与左旋圆偏振光正向入射的反射光谱分别显示出相对较窄反射峰。这一结果与 COSMOL 的模拟结果一致。通过理论分析结合实测光谱，作者发现 1120nm 处的反射峰源于四极局域表面等离子体共振模式，而 1650nm 和 1075nm 处的反射峰则源于表面晶格模式。这些发现为深入理解手性超表面的光学特性提供了重要线索。图3，U型分裂环超表面30°~45°反射光谱：（a,b）COSMOL模拟结果；（c,d）角分辨光谱仪测量结果进一步研究中，作者分别对比左旋圆偏振光与右旋圆偏振光正反向反射效率差异，如图4 所示。值得注意的是，反射效率差异在 1000~1600nm 波段最高可达 40%，突破了二维非对称传输理论效率 25% 的限制。图4，圆偏振光非对称反射效率测量结果【总结】作者制备了一种基于单层手性超表面，旨在实现巨大的非对称反射，并将圆偏振光斜入射反射作为关键步骤。复享光学的角分辨光谱仪R1 具备高度适应性，能够轻松适应不同的实验条件，包括变化角度、偏振、相位延迟等参数。这一设备对研究以调控光束特性为主要功能的超表面至关重要。图5，文章对复享光学 R1 的标注【参考文献】 ✽ Fu, Xianhui, et al.Asymmetric reflection based on asymmetric coupling in single-layer extrinsic chiral metasurfaces. Optics Express (2022).

2016年6月1日，瑞士Lyncee Tec公司诚邀您参加4D创意应用大赛(Lyncee Innovation Challenge 2016)， 本次大赛的目的在于奖励最具创意的4D形貌显微应用。前十个最佳创意将被提名进入最终评选环节，由国际权威专家组从中评选出前三名并分享10000美元现金奖励。 Lyncee Tec市场销售经理谢申奇博士：“数字全息显微技术DHM真正为4D应用领域开创了一个全新的世界，这是许多科研人员和工程师一直以来的梦想。相信这次大赛将会收获大量独具创新的4D创意应用，为科研人员开拓新的研究方向，帮助工程师提高生产和产品质量。让我们一起来探索全新的4D世界！”欢迎访问challenge.lynceetec.com 获取更多关于本次大赛的信息。创意大赛视频链接：http://v.qq.com/page/n/h/i/n0305r414hi.html 公司简介Lyncee Tec 位于国际奥利匹克之都——瑞士洛桑，是一家拥有全球分销网络、以科技创新推动、以客户需求至上的高科技公司。本公司拥有革命性专利技术“数字全息显微术(Digital Holographic Microscopy (DHM?)”，是目前市场上唯一同时提供专业型透射式和反射式数字全息显微镜的公司。请访问公司网页 www.lynceetec.com (EN) www.lynceetec.com.cn (CN)中国区代理商简介巨纳集团Sunano Group在2015年成为瑞士Lyncee Tec公司的中国区工业领域总代理。双方将利用各自优势，进行全面的市场合作。巨纳集团产业格局包括新能源业务、通信业务、现代贸易业务、微纳米业务、科研检测业务、投资管理业务等。巨纳科学仪器事业部，主要致力于为科研及工业用户提供全球领先的科学仪器和配件， 进的检测和分析工具及解决方案，已经成为了众多五百强企业的优质供应商。双方非常看好全息数字显微镜在中国工业领域的市场，愿意共同合作，努力挖掘中国市场，填补数字全息技术在工业领域内的空白。

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1. 前言光照射到物体上，由于物体的表面不同，通常会发生两种反射，镜面反射和漫反射，如图所示。图1 光在物体表面的反射示意图对于玻璃、镀膜基板、滤光片等表面光滑的零部件，镜面反射率是评价其光学特性的重要参数，测定反射率最常用的仪器是紫外可见近红外分光光度计。日立紫外产品线丰富，波长测试范围涵盖紫外可见区域到近红外区域，可以满足样品不同波长下的测量需求。2. 应用数据镜面反射根据测量方式的不同，分为相对反射率和绝对反射率。客户需要根据样品特征，选择不同的测量方式。日立具有5°到75°固定入射光角度的镜面反射附件，适用于多种样品的镜面反射测量。图2 绝对反射测量图3 相对反射测量绝对反射率通常使用V-N法进行测量，直接获得样品的反射特性，应用广泛。但是对于低反射率的样品，使用相对反射测量，可以有效扩大动态范围。 2.1 石英基板的相对反射率测量 • 测量附件图4 5o 相对反射附件• 测量结果 使用紫外可见分光光度计U-3900 的5o相对反射附件，以BK7玻璃为参考标准品测定石英基板的相对反射光谱。结果表明石英基板的相对反射率约为80%。 图5 石英基板的相对反射率通过日立U-3900的选配程序包，使用相对反射率得到转换后的绝对反射率，如下图所示。如果直接测定石英基板的绝对反射率，光谱易受噪声影响。图6 石英基板转换后的绝对反射率2.2 铝平面镜和金平面镜的绝对反射率金平面镜表面涂有金膜，该金膜在红外区域具有高反射率。铝平面镜是表面涂有铝膜，在可见光区到近红外区有较高的反射率和较小的角度依赖性。两者常作为相对反射测量时的标准面。• 测量附件图7 5 o绝对反射附件• 测量结果 使用紫外可见近红外分光光度计UH4150的5°绝对反射附件分析了金平面镜和铝平面镜的绝对反射率。 图8 金平面镜和铝平面镜的绝对反射率 结果表明，在可见光区域，铝平面镜的反射率超过80％。金平面镜的反射率在可见光区域较低，但其在近红外区域的反射率较高。因此在测量样品的相对反射率时，如果需要关注近红外区域，可以使用在近红外区具有高反射率的金平面镜作为标准面。 3. 结论样品的镜面反射率有两种测量方式，相对反射率和绝对反射率。对于低反射性样品，使用相对反射附件测量其相对反射率，可以获得信噪比良好的光谱，如玻璃基板上薄膜的反射率。对于通常的样品，可以直接使用绝对反射附件测量其绝对反射率。日立提供多种镜面反射测量附件，还可根据客户需求量身定制，满足各种样品的镜面反射率测量。

Spectralon® 对比目标板完全适合下列应用：摄像机、光密度计的校准，传输介质的对比度传递，以及在野外条件下的成像系统测试。这类具有化学惰性的目标板耐用、耐洗，它们由并排装在同一个阳极处理铝框上的白色漫反射面板（反射比为99%）和深灰色漫反射面板（反射比为10%）组成。Spectralon® 多级目标板由并排安装的四块板组成，这四块板的反射比值分别为99%、50%、25%和12%，且每块面板与相邻面板之间的光密度差值和对比度相同。

11月19日，三十米望远镜(TMT)红外成像光谱仪(IRIS)国际合作项目在美国帕萨迪那市(Pasadena, CA)三十米望远镜国际天文台(TIO)总部顺利通过初步设计方案评审(PDR-1)。　　红外成像光谱仪(IRIS)是三十米望远镜(TMT)计划的三台首光仪器之一，是一台兼具近红外(0.84-2.4um)积分视场光谱观测和宽视场成像的天文精密仪器，包括波前探测器(OIWFS)、宽视场相机(Imager)、微透镜阵积分视场光谱仪(Lenslet IFS)和像切分器积分视场光谱仪(Slicer IFS)。项目主要由加州大学洛杉矶分校(UCLA)、加州理工学院(Caltech)、加拿大国家研究委员会(NRC)、日本国立天文台(NAOJ)和中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所(NIAOT)等国际科研机构共同承担。　　南京天文光学技术研究所于2013年9月派遣副研究员张凯前往加州理工学院(Caltech)，以中科院公派访问学者身份参与IRIS设计工作，在初步设计阶段担任像切分器积分视场光谱仪(Slicer IFS)的光学设计负责人，完成了前置光路(Pre-Optics)、像切分器(Image slicer)、离轴三反准直系统(TMA Collimator)等的设计工作。　　IRIS初步设计阶段(PDP-1)历时3年(2013 -2016)，团队对仪器设计方案进行了重大修改。仪器光学布局从科学相机与光谱仪并行设置修改为串行连接，科学相机作为光谱仪的前置中继系统。成像视场增至34”x34”，光谱视场移至成像视场中心(最大视场4.4”x2.25”)，以牺牲成像部分中心视场为代价增强光谱观测精度。三个科学仪器的光学系统由透射式改为以离轴三反为主的反射式结构，力求简化光学布局，减少色差，保证仪器性能的一致性。像切分器作为积分视场光谱仪的核心器件，初步设计方案提出一种全新的三镜系统很好地兼顾成像质量和制造难度。　　此次评审中展示的是一个经过优化和完善的设计方案，满足或超越了设计指标要求。IRIS项目组的所有工作获得评审委员会(Review committee)的高度赞赏，顺利通过评审。

近日，中国科学技术大学教授陈杨、哈工大深圳校区教授肖淑敏与新加坡国立大学教授仇成伟合作，在微纳光学与手性光学的交叉领域取得重要进展。合作团队在介质超表面中引入微小倾斜扰动，首次实现并观测到具有极致内禀手性的连续域中束缚态(chiral BIC)，在光学波段同时得到高达0.93的圆二色谱信号和高达2663的光学品质因子，显著增强了光与物质的手性相互作用，这项研究在手性光学领域具有广泛的应用前景。1月19日，相关研究成果以Observation of intrinsic chiral bound states in the continuum为题，发表在《自然》（Nature）上。手性（Chirality）是自然界的基本属性，当一个物体无法通过旋转、平移等操作与其镜像体相重合时，该物体即具有手性。手性在自然界中广泛存在，从我们的双手双脚到宇宙中的星系。更重要的是，构成生命体的基本大分子，如：氨基酸、核糖核酸、单糖等，也具有手性结构，且生命体对这些基本单元的构型选择具有极致的偏向性，如：氨基酸都是L型的，而单糖都是D型的。相应地，许多生理现象的产生都源于分子手性的精确识别与严格匹配。因此，研究物质手性不仅在食品化妆品、疾病诊断、药物开发等领域具有重要应用价值，而且有助于探索生命起源之谜。Science杂志在最新发布的“全世界最前沿的125个科学问题”中将“为什么生命需要手性”列为其中之一。手性物质的两个对映异构体（enantiomers）具有基本相同的物理性质、化学性质和热力学性质，但是，当手性物质与手性圆偏振光发生相互作用时，会产生手性光学响应，如圆二色谱（CD）和旋光谱（ORD），这也是最常用的研究物质手性的方法，并孕育出光学领域的一个重要分支——手性光学（chiroptics）。作为一个历史悠久、应用广泛的学科分支，手性光学研究的核心是增强光与物质的手性相互作用，然而自然界中物质具有的内禀手性通常极其微弱，其产生的手性光学响应也难以探测。近些年，随着光学超表面（metasurfaces）领域的发展，手性超表面也得到了广泛关注与研究，其主要利用构成单元（meta-atoms）的手性微纳结构在亚波长厚度上产生很强的手性光学响应。然而，现有的手性超表面，无论是基于等离激元还是介质，产生的CD信号依旧不强，更重要的是谐振峰的品质因子（Q）不高，导致内在的光与物质手性相互作用有限。连续域中束缚态（bound state in the continuum, BIC）作为一种存在于可辐射连续光谱却仍然保持局域化的电磁本征态，具有Q值极大、光与物质相互作用极强等特点。而手性连续域中束缚态（chiral BIC）则表现为与一种自旋方向的圆偏振光完全解耦，而与另一种自旋方向的圆偏振光发生强相互作用，同时产生最大的圆二色谱（CD = 1）和极高的品质因子。尽管Y. Kivshar、A. Alu、J. Dionne等国际知名研究组先后从理论上提出了chiral BIC的实现方案，但由于结构设计难以在实验上实现，这些工作仍停留在理论阶段，具有内禀手性的连续域中束缚态在光学频段的实现与观测依旧是该领域研究的热点和难点。前期理论研究发现，实现chiral BIC的关键和难点是打破结构的面外镜面对称，这与常用的针对二维结构的微纳加工手段（如：FIB，EBL等）不兼容。作者创新性地提出利用结构倾斜打破TiO2介质超表面的面外镜面对称，并结合面内的梯形纳米孔设计，实现三维真手性（图1a）。该超表面是由常见的竖直方孔超表面引入面内几何扰动α和面外几何扰动φ演化而来，支持一系列谐振Bloch模式（图1b）。对于基模TM1，当没有面内和面外扰动时（α=0，φ=0），该模式在动量空间的Γ点上支持一个对称保护的连续域中束缚态（symmetry-protected BIC）。为了分析结构扰动对模式内禀手性的影响，研究者们发展了一种基于近远场光学手性守恒的微观模型。当只有面内扰动引入时（α≠0，φ=0），该BIC模式退化为quasi-BIC模式，此时模式的近场手性可以用光学手性密度OCD=-12ωRe[D？B*]衡量，由于OCD是一个奇宇称（parity-odd）的标量，结构的面外镜面对称会使得OCD在对称面两侧呈反对称分布（图1c）。类比波印廷定理，光学手性在近场与远场的分布也遵循守恒定律，因而当OCD在近场具有反对称分布而互相抵消时，该模式的远场辐射也不具有手性，表现为线偏振。当面内和面外微扰同时引入时（α≠0，φ≠0），OCD在近场的反对称分布被打破（图1d），不抵消的OCD会“释放”到远场，产生手性远场辐射，其圆偏振度可以通过近场OCD的不平衡度进行推导，该微观模型也清晰揭示了为什么打破面外镜面对称是实现chiral BIC的关键。结构倾斜诱导BIC的内禀手性也可以根据手性光学的一般性理论进行解释，即一个物体的光学手性在偶极子近似下决定于p⊥m⊥，其中p⊥和m⊥分别是该物体电偶极子p和磁偶极子m在与入射波矢k垂直面上的投影。针对本工作中的介质超表面，当没有结构倾斜引入时，TM1-quasi-BIC在对称面上（z=0）磁场分布在面内而电场分布在面外（图1d），此时p⊥m⊥为零，不具有内禀手性。而当介质孔沿x方向倾斜时，电偶极子p也随之倾斜，产生非零的p⊥m⊥及内禀手性。为了制备这种倾斜纳米孔超表面，并精准控制倾斜角，作者开发了一套倾斜反应离子刻蚀工艺：将预先经过EBL曝光显影的样品置于具有一定倾角的基底上，射频源发射的离子束经铝挡板上的一个孔径校准后入射到样品上对TiO2薄膜进行刻蚀（图2a），通过对铝挡板的周期和尺寸进行严格的设计，在反应离子刻蚀腔体内部形成平滑的等电势线，实现了纳米孔的倾斜角可的精准控制，并在整个超表面区域表现出很好的一致性（图2b）。 为了得到最大的远场光学手性，需要协同设计面内扰动α和面外扰动φ。通过计算TM1-quasi-BIC的本征偏振在动量空间的分布，作者发现引入面内扰动α会使得代表BIC模式的偏振奇点V分裂成两个具有相反圆偏振的C点（即C-和C+），而引入面外扰动φ则会引起整个偏振分布向一侧平移，当α和φ取到一组适当值时（如α=0.12，φ=0.1），C+点恰好移到动量空间的Γ点上（图2c），即实现了chiral BIC，仿真和实验得到的角分辨透射谱也验证了chiral BIC的实现（图2d）。以上结果可以看出α和φ的协同作用是该超表面体系实现chiral BIC的关键，而实验和理论结果也表明C点在动量空间的移动与φ的大小近似成线性关系（图3a）。为了得到α和φ之间的内在联系，作者基于手性光学的一般性理论，并经过一系列化简和推导得到chiral BIC在远场辐射的CD值与α和φ的关系近似满足：CD~φα2+Aφ2，其中A是常数，该理论结果与仿真和实验结果相符（图3b）。通过进一步对该关系式求极值可以得到CD最大化的条件是α=A？φ，这一直接明了的线性关系也被仿真和实验结果所验证（图3c）。实际上，圆二色谱不仅可以通过物质的内禀手性（真手性truechirality）产生，也可以通过光的倾斜入射或者物质的各向异性（伪手性false chirality）产生。为了进一步验证实验测得的chiral BIC具有内禀手性，作者测量了超表面在正入射条件下的圆偏振基反射谱（图4a），可以看到只有同偏振分量RRR具有一个明显且尖锐的谐振峰，而交叉偏振分量RRL和RLR以及另一个同偏振分量RLL则没有观察到明显的谐振信号，据此可以排除伪手性的影响，证明该chiral BIC模式具有内禀手性。进一步分析得到该超表面的CD值高达0.93，已经接近极限值1，而Q值高达2663，比现有手性超材料/超表面实验结果高出一个数量级以上（图4b），这种CD值和Q值的同时增强可以显著提高光与物质的手性相互作用，在手性光学领域有广阔应用。作为一个典型性应用，作者展示了基于chiral BIC的手性荧光增强发射，通过在超表面上旋涂染料分子并进行光泵浦可以观察到显著增强的荧光发射，且发射的荧光具有高纯度的圆偏振态（图4c）。该团队首次实验实现并观测了具有内禀手性的连续域中束缚态（intrinsic chiral BIC），同时得到了高达0.93的CD值和高达2663的Q值，作者还基于微观模型和手性光学的一般性模型揭示了intrinsic chiral BIC的产生机理和设计方法。虽然这项工作实现在可见光波段，它可以扩展到红外以及更长的波段，而且经过加工工艺的改良和优化，CD值和Q值还可以进一步提升。本文开发的chiral BIC超表面体系可以显著增强光与物质的手性相互作用，在手性光学领域有广阔应用前景，如手性光源与光探测器、手性物质的痕量检测、非对称光催化等。图1.（a）倾斜扰动超表面产生chiral BIC的示意图。（b）超表面的能带结构。（c）截面上OCD的分布。左：α≠0，φ=0，右：α≠0，φ≠0，中：倾斜微扰区域的OCD分布。（d）无倾斜（左）和有倾斜（右）引入情况下，电场和磁场在中心x-y面上的分布，以及相应的电偶极子p和磁偶极子m结构。 图2.（a）倾斜RIE刻蚀装置示意图。（b）超表面样品的侧视图和截面图，比例尺：300 nm。（c）C点在动量空间随面内和面外扰动引入的演化图。（d）左圆偏光和右圆偏光入射时，超表面的角分辨透射谱（上：仿真结果，下：实验结果）。 图3.（a）超表面具有不同倾斜角时C+和C-点对应的圆偏光入射角度。（b）当α固定时，CD值与φ之间的关系。（c）最大化CD值需要满足的α和φ之间的关系。图4.（a）实验测得超表面样品的圆偏振基反射谱。（b）本工作得到的CD与Q值与现有其它工作的对比，这些工作根据CD信号的来源分为两类。（c）旋涂染料分子的超表面在光泵浦下的偏振分辨荧光发射谱。