激光增益阈值特性

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

p 　　近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室有机激光课题组的电泵浦有机激光器的研究成果，以Light gain amplification in microcavity organic semiconductor laser diodes under electrical pumping为题，发表在Science Bulletin上。光学和光电子方面的权威媒体Laser Focus World, Photonics Media和美国科学促进会EurekAlert! Scince News报道了该项研究工作。 /p p 　　有机半导体激光器由于其材料丰富、低成本、柔性、可溶液加工等优点，是有机光电子领域的核心器件，在柔性可穿戴设备、智能互连、生物医疗等领域具有广阔的应用前景，并引起国内外科学家及产业界的极大关注。然而，绝大多数有机半导体激光器只能在光泵浦下工作，如何实现电泵浦有机半导体激光器成为有机光电领域的重大挑战。其关键难点在于复杂的激发态过程和不合理的器件结构会引起巨大的光学损耗，而有机半导体薄膜的载流子迁移率偏低，因此普遍认为要实现激射(净增益)往往需要极大的阈值电流密度(KA cm-2量级)。 /p p 　　针对上述难题，长春光机所有机激光团队根据腔量子电动力学原理、设计研制了高品质的平面光学微腔，有效调控有机半导体材料的自发发射和受激发射特性，成功克服了器件光学损耗大的难题，从而在低阈值电流密度下实现了电泵浦有机半导体激光器。该器件以经典有机小分子掺杂体系(Alq：DCJTI)为增益介质，激光峰位于621.7nm，随着电流的增加激光峰位保持不变，表明该器件具有优异的稳定性。该激光器的阈值电流密度约为1.8mA/cm2，最小线宽约为0.835nm 在电流密度为16mA/cm2时的光增益达到最大，达到5.25dB。 /p p 　　Laser Focus World的高级主编John Wallace评价该工作，“该低阈值激光器的实现意味着室温、连续激射的可行性，是有机半导体激光器获得实际应用的重要一步。”此外，该激光器极低阈值电流密度颠覆了人们对有机半导体激光的认识，表明高品质因子微腔中的有机Frankel激子的激发态性质以及相关的受激发射过程发生很大变化。开展上述物理过程的基础研究将使人们对有机半导体材料的激发态过程有更深入的理解和认识，有助于推动有机半导体的发展，催促全新型有机光电子器件的产生和广泛应用。 /p p 　　研究工作得到中科院知识创新工程项目、国家自然科学基金、发光学及应用国家重点实验室的支持。 /p p style=" text-align: center " img title=" 001.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/noimg/b010f5ab-c140-4f73-982f-1035b85305f0.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 图1.研究结果被Laser Focus World报道 /strong /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " img title=" 002.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/noimg/090d988e-9977-444a-845e-f8f2009c3eb3.jpg" / /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 图2.电泵浦有机激光器件的阈值及光放大特性 /strong /span /p

美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员制造出迄今最小的室温纳米激光器以及一台效率很高的无阈值激光器，能让所有光子都以激光形式进行发射，不浪费任何光子。 　　所有激光器都需要源于外部特定数量的抽运功率来发射相干光束或激光。产生激光还必须满足阈值条件，也就是相干输出要大于产生的自发辐射。然而，激光器越小，达到发射激光的阈值所需的抽运功率越大。为了解决这一问题，科学家们为新激光器设计了一种新方法，使用共轴纳米腔内的量子电动力效应来减轻阈值限制。该激光腔包含有一个被一圈金属镀层所包裹的金属棒，通过修改该激光腔的几何形状，科学家们制造出了这种无阈值激光器。 　　新设计也使他们制造出了迄今最小的室温激光器。新的室温纳米尺度的共轴激光器比两年前《自然—光子学》杂志介绍的最小激光器小一个数量级，整个设备的直径仅为半微米。 　　这两台激光器需要的操作功率都非常低，这是一个重要的突破，这些小尺寸且超低功率的纳米激光器可成为未来微型计算机芯片上的光学电路的重要元件。这些高效的激光器可被用于增强未来光子通讯使用的计算芯片的能力，光子通讯领域需要使用激光器在芯片上遥远的点之间建立通讯链接。这种激光器需要的抽运功率更少，也意味着传送信息需要的光子数量也更少。 　　参与该研究的雅可布工程学院的Mercedeh Khajavikhan认为，这种无阈值激光器还能被缩小，这使其能从更小的纳米设备捕获激光，因此能被用于制造和分析比目前激光器发出的光波波长更小的超材料。超材料的应用范围从能看见单个病毒或DNA分子的超级镜头到能让物体周围的光弯曲使它“隐身”的隐形设备。(黄健)

激光在光子芯片、激光显示、车载雷达等领域具有重要作用。有机材料具有分子多样性、能级丰富性、异质相容性、易加工性等优点，在高性能、多功能激光器构筑方面具有显著优势，有望进一步革新激光技术与应用。目前，有机激光器依赖大尺寸脉冲泵浦源，不利于功能器件集成，限制了有机激光的应用范围。因此，发展有机连续波激光器具有重要的科学意义和应用价值，而有机连续波激光材料是这一领域的关键。 近年来，中国科学院化学研究所光化学院重点实验室赵永生课题组致力于有机激光材料方面的研究，在低阈值激光材料设计、高品质微腔合成、准连续波激光器件构筑等方面开展了系统性的研究工作。近日，化学所赵永生课题组和董海云课题组开发出金属键连有机二聚体提高有机分子的拉曼增益的策略，基于有机微晶受激拉曼散射，实现了连续波激光出射。 目前，鲜有关于有机材料在连续波拉曼激光方面的研究。有机分子的可设计性为增强拉曼增益系数进而实现连续波拉曼激光提供了机遇。该研究开发出金属-有机配位合成有机二聚体的策略，诱导有机官能团的寡聚效应和刚性效应，可超线性地提高有机分子在金属连接体附近振动模式的拉曼增益系数，为实现有机连续波拉曼激光提供了可能。科研人员选择具有拉曼活性和孤对电子配位位点的三苯基氧化膦（TPPO）作为模型有机化合物，以二价金属卤化物——氯化锌（ZnCl2）作为金属连接体，通过金属-有机配位反应合成有机二聚体（ZnCl2(TPPO)2）。科研人员发展了一种热饱和溶液分子自组装的方法，制备了高质量有机单体和二聚体微晶。相比于有机单体微晶，金属键连有机二聚体微晶展现出显著增强的自发拉曼散射，对应于大幅提高的拉曼增益系数。不同于有机单体微晶，金属键连有机二聚体微晶支持低阈值连续波拉曼激光。同时，相比于有机单体微晶，金属键连有机二聚体微晶具有更高的稳定性，可确保连续波拉曼激光器长时间稳定运行。受激拉曼散射作为一种三阶非线性效应本身支持激光波长调谐。且有机二聚体微晶具有大的光学带隙，展现出非常宽的透明窗口（360~1580nm）。因此，科研人员通过调控激发光波长，在有机二聚体微晶中实现了可见-近红外范围内多个波长的激光出射（422、465、562、678、852、1190nm）。金属键连有机二聚体策略可显著提升有机分子拉曼增益系数和有机微晶材料稳定性，为探索有机连续波微纳激光器提供了新平台。 相关研究成果发表在《德国应用化学》上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部和中国科学院的支持。化学所有机连续波激光研究取得进展

具有极窄线宽的单纵模深紫外可调谐激光由于其高的光谱分辨率及光子能量，是精密光谱学、紫外光刻、激光同位素分离、高分辨成像等诸多领域具有重要需求的光源，但因其涉及到线宽压窄技术、频率稳定技术、精确调谐技术及波长变换技术等一系列复杂的难题，该激光研究工作极具挑战性。为了获得紫外波短的波长，通常需要借助非线性晶体混频已有成熟激光器件的方案，从而获得该波段的相干辐射。我国科学家在非线性激光晶体研究方面成果显著，以BBO、LBO、KBBF等晶体为代表的紫外及深紫外波段非线性晶体蜚声国际。但是由于不同晶体在通光波段、相位匹配范围、有效非线性系数及光学质量、生长工艺、使用寿命等方面的不同表现，很难有可完全取代其他晶体的&ldquo 全能&rdquo 非线性晶体，不断挖掘新的非线性晶体并结合实用激光器件获得技术指标先进的紫外及深紫外激光，是激光材料及激光技术人员追求的重要内容之一。 　　针对极窄线宽可调谐深紫外激光的应用研究任务，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)光物理重点实验室魏志义研究组基于他们掺钛蓝宝石激光研究的经验，近年来通过深入系统的研究工作，相继克服了压缩线宽、稳定频率、精调波长、提高增益等技术难题，部分工作已发表于Applied Optics等杂志上【Appl. Opt., 51: 1905(2012)及Appl. Opt., 51:5527 (2012)】。最近，魏志义研究员、滕浩副研究员及博士研究生王睿在进一步成功获得平均功率6.5W、线宽小于0.4pm的可调谐窄线宽纳秒钛宝石激光的基础上，通过与福建物质结构研究所洪茂椿、陈长章、林文雄研究员合作，利用他们最新研制成功的BBSAG (Ba1-xB2-y-zO4SixAlyGaz)晶体四倍频该激光，在195～205nm的深紫外波长范围内获得了线宽小于200MHz、单频稳定性优于50MHz、调谐步长小于50MHz的可调谐窄线宽稳频激光输出，最高输出功率达130mW。图1为波长计测量到的基频光典型线宽结果，图2依次为各阶谐波的调谐曲线，对比BBO晶体，BBSAG在紫外波段不仅倍频效率提高了25%，而且由于近两倍高的光学破坏阈值、更高的硬度及完全不潮解的特性，表现出更加优良的连续稳定运行时间及可靠的线宽稳定性、精确的波长调谐能力，可望作为一种新的紫外非线性晶体，在激光科学技术中发挥重要作用。目前该激光器已在合作单位取得成功应用。 　　相关结果已发表在Optics Letters 39,2105(2014)上，此项工作得到了中科院知识创性工程方向性项目和国家自然科学基金委重大研究计划项目的资助。 　图1 基频光的线宽测量结果　　 图2 各次谐波的光谱调谐范围，采用BBSAG的四倍频激光的调谐范围约从193～210nm。最高平均功率135mW。

记者日前从中国科学技术大学获悉，该校化学与材料科学学院张其锦教授研究组与张群副教授研究组合作，研制出基于极弱纳米颗粒散射体系的低阈值、方向性好、可调控的相干随机光纤激光，并论证了其机理。研究成果近日发表在国际著名学术期刊《物理评论快报》上。 　　传统激光除了需要增益介质如激光染料、稀土离子等外，还必须有光学反射镜所组成的高稳谐振腔。而随机激光则仅依赖于增益介质和散射介质，其光学回馈通过散射介质的多重散射实现。但由于随机激光具有无方向性等缺点，因此具有方向性的随机光纤激光自2007年问世以来引起了人们的极大兴趣。然而，迄今报道的基于纳米粒子多重散射的随机光纤激光研究，只观察到非相干随机激光行为，这种激光由于光波的强度或能量反馈而仅呈现光谱窄化现象。 　　在国家自然科学基金委、科技部及中科院资助下，张其锦、张群等人将基于纳米粒子多重散射的随机光纤激光工作机制，首次由非相干拓展到相干，这种激光由于散射光波的干涉效应而产生亚纳米谱宽的激光峰。研究人员将POSS纳米粒子、PM597激光染料以及二硫化碳分散相溶液注入到空心光纤中，构建了一个在极弱散射机制下工作的相干随机光纤激光系统 然后通过精心设计的调控实验和理论分析，证明其相干工作机制主要源自被光纤波导效应大大增强的纳米粒子的多重散射。 　　据介绍，与传统随机激光相比，相干随机光纤激光具有阈值低、方向性好等优点，有望应用于动态光疗与肿瘤探测、集成光学器件、无散斑全场激光成像等领域。《物理评论快报》审稿人认为：“本工作在随机激光领域起到显著的里程碑的作用 从基础物理学角度来看，本工作无疑构成了一个非常有趣的研究课题。”

中国科学院上海光学精密机械研究所先进激光技术与应用系统实验室李建郎研究员课题组“径向偏振光纤激光器”研究工作近日取得突破性进展。该研究组从掺镱光纤激光器中获得2.42瓦高效率、高偏振纯度和高轴对称性的径向偏振激光输出，创造了目前径向偏振光纤激光器研究的最高纪录。 　　径向偏振光束在离子捕获、生物光镊、高分辨率显微镜技术、电子加速以及高效率高精度金属材料加工等领域有着非常重要的应用，通过固体、气体激光器的输出来直接产生该种光束已经成为国际研究热点领域之一。2006年李建郎等人首次提出利用稀土掺杂的多模光纤作为增益介质来直接输出径向偏振激光的概念，并在掺镱光纤激光器实验中获得了近40毫瓦的径向偏振激光输出(Opt. Lett., 31, 2969, 2006 Opt. Lett., 32, 1360, 2007 Laser Phys. Lett., 4, 814 2007)。继该研究领域被开拓后，以色列魏兹曼研究所(Weizmann Institute of Science, Israel)、美国代顿大学(Dayton University, USA)等研究机构的科学家相继通过努力在掺铒光纤激光器中实现了140毫瓦(斜坡效率约为3%) 的径向偏振激光输出(Appl. Phys. Lett., 93, 191104, 2008 Appl. Phys. Lett., 95, 191111, 2009)。在这些前期研究中，由于寄生振荡等因素的干扰，激光器效率和功率很低，并且存在偏振纯度低以及光束轴对称性差等关键性缺陷，限制了径向偏振光纤激光器技术的进一步实用化。 　　该课题组李建郎、林迪等经过约一年时间的奋斗摸索，在实验中采用光纤耦合的976nm二极管激光器从端面泵浦1.8米长的多模掺镱双包层光纤。该增益光纤具有低V参量，仅支持光纤基模以及其邻阶模(其中包括TM01模，即径向偏振模)传输。同时增益光纤的一个端面被切成8o斜角以抑制光纤端面之间的寄生振荡。实验采用具有径向偏振选择性的光子晶体光栅镜做为激光器的输出耦合器。实验测得激光器阈值泵浦功率为0.9W，在最大泵浦功率7W 时输出功率达到2.42W，光—光效率为35%(对应的斜坡效率43.8%)，激光器波长为1050nm。激光器输出圆环形光斑，且为径向偏振，偏振纯度为96%。 　　此结果目前已远优于其他国际同行的工作。该研究首次实验证明了径向偏振光纤激光器完全可以达到与同类的固体激光器相比拟的性能指标，从而基本消除了困扰径向偏振光纤激光器发展及应用的技术障碍。

绿色荧光蛋白极化激元激光原理示意图：将活细胞产生的绿色荧光蛋白填充在微光腔中制成一层薄膜，光和电子能量混合产生准粒子。　　一个由英德科学家组成的研究团队在最近出版的《科学进展》杂志上发表论文称，他们首次将水母体内的荧光蛋白基因插入大肠杆菌基因组，利用转基因大肠杆菌产出了增强型绿色荧光蛋白(eGFP)并用来产生激光。研究人员指出，这一突破代表着极化激元激光领域的重大进步，其效率和光密度都比普通激光高得多，有望为研究量子物理学和光学计算开辟新途径。　　据美国趣味科学网日前报道，传统的极化激元激光器用无机半导体做增益介质，必须致冷到极低温度 而有机发光二极管(OLED)显示器中的有机电子材料能在室温下工作，但需要有皮秒(万亿分之一秒)光脉冲来供能。研究团队开发的新激光器也能在室温下工作，但只需纳秒(10亿分之一秒)脉冲。　　极化激元激光来自一种量子凝聚现象：激光增益介质中的原子或分子反复吸收发出光子，产生一种叫做极化激元的准粒子，在一定条件下变成一种联合量子态，从而发出激光。理论上极化激元激光需要的能量更少。　　研究人员把转基因大肠杆菌产生的eGFP填充在许多光微腔里，作为一种“光泵”，能以纳秒速度发出闪光，使整个系统达到产生激光所需的能量。“光泵”能在达到激发阈值后，给设备注入更多能量以产生传统激光。该激光发明人之一、苏格兰圣安德鲁大学物理与天文学院教授马尔特盖瑟说，皮秒脉冲的能量更合适，但制造起来要比纳秒脉冲难1000倍，他们的做法简化了很多制造工序。　　盖瑟还指出，新方法的一个关键优点是，蛋白质分子的发光部分被一种纳米大小的圆柱形外壳保护着，让它们彼此间不会互相干扰，分子结构很适合在高亮度下工作，更容易发出激光。但目前的激发阈值还太高，今后经过改进，最终可让极化激元激光器的激发阈值比传统激光器低得多，这样效率会更高，发光更致密。

简介： 海尔欣科技推出新一代激光器驱动器DFB-2000，多种开箱即用的功能可以帮助用户快速搭建系统光源，实现精密的光学测量。本篇将介绍DFB-2000核心性能参数的测试结果。 • 集成低噪声的电流源和高稳定的TEC温度控制器 • 自带14pin蝶形安装座，更好的便携性和机械稳定性 • 全新的彩色触摸屏，便于激光器工作参数的观察和设置 • 多层级的保护措施确保激光器的安全，延长激光器的使用寿命技术参数：l 电流噪声密度：电流噪声密度是表征驱动器电流源噪音水平的核心指标。对于低噪声的电流源而言，电流的波动比实际电流要小10000甚至100000倍以上。为了测试如此微小的电流波动，我们搭建了图1所示的电路。 图1.电流噪声密度测试电路示意图DFB-2000输出的电流I经过精密电阻R后转换为电压信号Vin，并由增益为G的放大电路放大后输入频谱仪，图2给出了频谱仪测试的结果。图中黄色信号为频谱仪本底频谱响应曲线，绿色信号是放大器（输入端短接）连接频谱仪时的频谱响应曲线，当DFB-2000输出电流后频谱响应为蓝色信号。根据功率噪声密度计算公式以及电路传输特性，可以计算得到电流噪声密度约为2.9 nA√Hz，这与进口驱动器的噪声水平相当。 图2.DFB-2000频谱噪声测试l 控温稳定性：激光器工作温度的变化会导致输出波长的不稳定, 因此精确稳定地控制激光器工作温度至关重要。为了评估DFB-2000的控温性能，在室温条件下，将激光器工作温度设定在0℃，记录24小时内的温度变化，如图3所示。可以看出DFB-2000的温度控制精度在±0.005℃以内，长期温度稳定性优于0.01℃。由于0℃与环境温度相差较大，因此可以预期当激光器工作温度接近室温时，可以现实更优的长期温度稳定性。 图3.激光器工作温度在24小时内的变化l 电流漂移：在典型的应用环境中，一天之内的温度波动往往会超过几摄氏度。如果驱动器达不到要求，微小的温度变化可能意味着激光器的电流会发生显著变化。下图展示了利用DFB-2000驱动的激光器工作在0℃时工作电流的漂移。在24小时内，测试环境的温度变化超过3℃，激光器电流的最大漂移为37 μA。 图4.DFB-2000输出电流24小时的漂移l 3dB带宽：小信号调制时的3dB带宽是衡量驱动器带宽响应特性的关键参数。下图给出了带宽响应测试的电路图。 图5. DFB-2000带宽响应测试电路示意图函数发生器生成的正弦信号Vin通过模拟调制端口输入DFB-2000，电流I经过精密电阻R，测量R两端电压信号Vout，利用公式20log(Vout/Vin)计算得到带宽，如图6所示。在100kHz调制频率以内，驱动器的增益平坦度小于-3dB，因此能够满足绝大多数基于波长调制技术的TDLAS系统的需求。 图6. DFB-2000带宽响应特性l 电流软钳制：DFB-2000集成了多重措施保护激光器的安全，如最大电流软钳制、输出缓启动、过压欠压保护、超温保护、继电器短路输出保护等。其中最大电流软钳制功能可以快速实现电流的钳位，有效规避异常情况下大电流对激光器造成的损伤。用户在使用最大电流软钳制功能时，首先要根据激光器参数设置对应的最大工作电流，当激光器实际电流高于该电流时，DFB-2000会确保电流处于限流值。电流软钳制的测试电路与3dB带宽测试相同。图7（b）显示了最大电流软钳制的实际效果，可以明显的看到，当精密电阻R两端电压（红色信号）超过阈值时，会被固定在该阈值电压上。图中调制信号（蓝色三角波）幅度为1.54V，当激光器工作电流为200mA，设置的最大工作电流为250mA时，测试得到钳制电压为2.42V（DFB-2000模拟调制系数为100mA/V±5%），对应钳制电流为242mA，与实际设定值一致。 图7.（a）电流工作在最大钳制电流以下（b）最大电流软钳制的实际测试效果

激光线宽测量。图片来源：《自然光子学》美国耶鲁大学一组研究人员开发出首台芯片级掺钛蓝宝石激光器，这项突破的应用范围涵盖从原子钟到量子计算和光谱传感器。研究结果近日发表在《自然光子学》杂志上。掺钛蓝宝石激光器在20世纪80年代问世，可谓激光领域的一大进步。它成功的关键是用作放大激光能量的材料。掺钛蓝宝石被证明十分强大，因为它提供了比传统半导体激光器更宽的激光发射带宽。这一创新引领了物理学、生物学和化学领域的基础性发现和无数应用。台式掺钛蓝宝石激光器是许多学术和工业实验室的必备设备。然而，这种激光器的大带宽是以相对较高的阈值为代价的，也就是它所需的功率较高。因此，这些激光器价格昂贵，占用大量空间，在很大程度上限制了它们在实验室研究中的使用。研究人员表示，如果不克服这一限制，掺钛蓝宝石激光器仍将仅限于小众客户。将掺钛蓝宝石激光器的性能与芯片的小尺寸相结合，可驱动受功耗或空间大小限制的应用，如原子钟、便携式传感器、可见光通信设备，甚至量子计算芯片。耶鲁大学展示了世界上第一台集成了芯片级光子电路的掺钛蓝宝石激光器，它提供了芯片上迄今看到的最宽增益谱，为许多新的应用铺平了道路。新研究的关键在于激光器的低阈值。传统掺钛蓝宝石激光器的阈值超过100毫瓦，而新系统的阈值约为6.5毫瓦，通过进一步调整，研究人员相信可将阈值降低到1毫瓦。此外，新系统还与广泛用于蓝色LED和激光的氮化镓光电子器件兼容。

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记者从北京大学获悉，该校马仁敏研究员和戴伦教授合作，实现了一种新型激光增强表面等离激元探测技术。　　这种新型探测技术的强度探测品质因子比传统的表面等离激元(SPR)探测器高400倍左右。同时成本低，尺寸仅为微米量级，在一根头发丝的端面上即可制备数以千计的探测器。　　“该探测器所具有的极高灵敏度、低成本和小体积的特点可能会使其在疾病的早期诊断、公共场所的安全监测和环境食品卫生等领域发挥重要的作用。”马仁敏说。　　表面等离激元是一种局域在金属介质界面的局域电磁模式，通过将光频段的电磁波与贵金属中的自由电子的振荡耦合，将电磁场的能量限制在很小的尺度内，其振荡频率对周围环境非常敏感。通过探测由周围折射率变化引起的等离激元共振模式的变化形成的表面等离激元探测器是一种实时和不需要荧光标记的新型探测器。近20年以来，其在疾病诊断、生物化学研究与应用和环境监控等领域取得了非常大的成功。　　马仁敏说，用于产生等离激元共振的金属中自由电子的振荡所带来的欧姆损耗在传统的等离激元探测器中不可避免，从基本物理原理上来讲，是进一步提高探测器灵敏度的障碍。马仁敏研究小组将激光原理引入到了表面等离激元探测器中，利用激光中的受激辐射光放大补偿了欧姆损耗，在前期气相超灵敏爆炸物检测的基础上(Nature Nanotechnology, 2014)，实现了液相激光增强表面等离激元(LESPR)探测器。　　新的探测器主要包括金属层和增益介质层，增益介质层形成在金属层上 在增益介质层和金属层的界面上形成表面等离激元模式，此模式由增益介质层的边界限制从而形成表面等离激元激光腔 待测液体覆盖在增益介质层上 激发光经过待测液体入射至增益介质层，增益介质在激发光的泵浦下产生受激辐射，经由激光腔反馈放大产生表面等离激元激光，该表面等离激元激光的波长和强度与待测液体的折射率有关。　　在实验中应用了戴伦教授合成的发光波长在700纳米左右的硒化镉纳米晶体作为增益材料，其发光波长正好位于生物组织和水散射和吸收较小的700纳米到900纳米的窗口波长。相比于通常应用于等离激元激光中的金属银，他们使用了金。　　“金虽然具有较高的欧姆损耗，但其化学性质远比银稳定，适合应用于生物和其他复杂环境的应用。”戴伦教授说。　　在实验中，除了预期的激光效应补偿欧姆损耗使得等离激元共振的谐振线宽显著变窄意外，他们还发现激光增强表面等离激元探测器具有传统表面等离激元探测器所不具有的高斯光谱线型和无背景辐射的优点。　　“这些特点使激光增强表面等离激元探测器具有高达84000的强度探测品质因子，比传统的表面等离激元探测器的强度探测的品质因子高400倍左右。”马仁敏说，“同时，因为使用了微腔效应，整个激光增强表面等离激元探测器的尺寸仅为微米量级，在一根头发丝的端面上即可制备数以千计的探测器，具有低成本、小型化、规模化集成的优点。”　　该工作目前已被领域内的知名期刊Nanophotonics接收发表，北京大学博士后王兴远，博士生王逸伦和王所为文章共同第一作者，马仁敏研究员和戴伦教授为通讯作者。同时他们也为该探测器申请了发明专利。

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所邵建达研究员、晋云霞研究员团队和张江实验室李朝阳研究员在超宽带脉冲压缩光栅领域取得突破性进展。研究团队针对单周期脉冲压缩需求，成功研制超400 nm宽带金光栅，其在750-1150 nm 的波长范围内衍射效率大于90%，比现役金光栅带宽提升近一倍，并且其研制口径可进一步推向米量级。相关成果以“400nm ultra-broadband gratings for near-single-cycle 100 Petawatt lasers”为题发表于《自然-通讯》。　　拍瓦激光器的脉冲宽度从目前10-20个周期压缩到单周期(3.3 fs)结合大能量的载入被认为是实现艾瓦激光的未来。研究团队长期深耕于宽带高阈值脉冲压缩光栅领域。在本项工作进展中，超宽带金光栅的仿真设计取得突破，引入方位角扩展了设计和应用自由度 实验上掌握了光栅槽形演化规律，发明了大底宽小尖角金光栅技术(专利号：CN114879293B)，成功研制1443 g/mm和1527 g/mm超400 nm宽带金光栅。如此宽带和高阈值(优于0.3J/cm2)的超宽带光栅将在宽角非共线光参量啁啾脉冲放大系统【WNOPCPA，Laser Photonics Rev 17, 2100705(2022). https://doi.org/10.1002/lpor.202100705】中发挥关键性作用，理论计算证明其足以支撑 4 fs 脉冲压缩，可将实现百拍瓦需要的光栅口径从米级缩减至半米级。　　啁啾脉冲放大(CPA)及其衍生技术推动激光峰值功率从太瓦推向10PW量级，脉冲压缩器已成为高功率超强超短激光装置的核心模块。受限于大口径、宽光谱、高阈值压缩光栅的单路负载能力，中、欧、美、俄、韩等国均已部署多路相干合成100 PW乃至艾瓦量级的激光设施建设。除此外，单周期(3.3fs)脉冲也是产生艾瓦级激光的重要策略之一。近些年来，WNOPCPA等技术能够在工程上支撑增益介质的带宽拓展至 400 nm，从而支撑 3-6 fs的傅里叶变换极限脉冲。支持单周期脉冲展宽和压缩的超宽带光栅是实现单周期艾瓦激光的一个核心技术难题。目前，团队正将超宽带光栅的口径推向米级，并将其应用于单周期艾瓦激光的原理样机。　　研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、科技部、上海市战略新兴产业项目的支持。

近期，中国科学院合肥物质院安光所孙敦陆研究员课题组在2.7~3微米波段中红外晶体制备及激光性能研究方面取得一系列新进展，相关研究成果分别以《Ho,Pr:YAP晶体的热学、光谱及~3微米连续激光性能》、《Er:YGGAG晶体的结构、光谱与激光性能》和《LD侧面泵浦YSGG/Er:YSGG/YSGG晶体实现28.02瓦的2.8微米连续激光》为题发表在光学领域国际知名期刊Optics Express上，第一作者分别为乔阳博士研究生、陈玙威博士研究生和张会丽副研究员。2.7~3微米中红外激光处于水分子的强吸收带，在生物医疗、光学遥感及非线性光学等领域有着广泛的应用前景。稀土离子Ho3+（钬离子）通过5I6至5I7的辐射跃迁，可产生3微米附近波段中红外激光。然而，Ho3+的激光下能级5I7的荧光寿命较长，容易产生自终止效应，不利于实现激光上、下能级之间的粒子数反转。针对这一问题，我们提出提高激活离子Ho3+的掺杂浓度，同时共掺适量能级耦合离子Pr3+（镨离子），以降低Ho3+激光下能级寿命，抑制自终止效应。采用熔体提拉法，成功生长出了4 at.% Ho3+、0.1 at.% Pr3+共掺YAP晶体，系统开展了晶体结构、晶体质量、热学、光谱及其激光性能的研究。由于退激活离子Pr3+的掺入，其激光下能级寿命由5.391毫秒降至1.121毫秒，同时激光上能级寿命变化较小，表明共掺Pr3+能够有效抑制自终止效应，有利于降低激光阈值、提高激光性能。采用1150纳米拉曼光纤激光器端面泵浦，在Ho,Pr:YAP晶体上实现了最大平均功率502毫瓦的~3微米连续激光输出，相应的斜效率为6.3%。与Ho:YAP晶体相比，其激光阈值降低，最大输出功率及效率均得到了提高。目前，LD泵浦Er:YSGG晶体的中红外脉冲激光已高达数十瓦，而连续激光输出功率仅有瓦级，采用连续LD侧面泵浦有望进一步提高连续激光输出功率。由于在激光运转过程中，激光增益介质内部会产生温度梯度，导致产生各种热效应，限制了激光输出功率和效率的提高。我们通过在Er:YSGG晶体棒的两端键合高热导率的未掺杂YSGG晶体作为端帽，以改善热效应。采用978纳米LD侧面泵浦YSGG/Er:YSGG/YSGG键合晶体，实现了最大平均功率28.02瓦的~2.8微米连续激光输出，这是目前报道的在氧化物晶体中获得最高功率的~2.8微米连续激光输出，相应的斜效率和光-光转换效率分别为17.55%和12.29%。其最大功率和斜效率均高于相同泵浦条件下的未键合Er:YSGG晶体，表明键合可有效改善热效应，提高激光性能。实验测试并理论计算了LD侧面泵浦未键合Er:YSGG晶体和YSGG/Er:YSGG/YSGG键合晶体在不同泵浦功率下的热焦距，结果表明，YSGG/Er:YSGG/YSGG键合晶体更适于在高泵浦功率下工作。以上研究工作得到了国家自然科学基金、替代专项、安徽省自然科学基金和合肥物质院院长基金的支持。

p 　　由山东海富光子科技股份有限公司牵头承担的国家重点研发计划重大科学仪器设备开发重点专项“高功率窄线宽光纤激光器”项目经过近两年的努力，突破了半导体增益芯片设计制备与高效封装耦合、玻璃光纤制备中新型热熔键合及高浓度均匀掺杂、窄线宽光纤激光放大器非线性效应抑制等关键技术，开发出高功率窄线宽光纤激光器样机。近日，项目通过了科技部高技术中心组织的中期检查。 /p p 　　高功率窄线宽光纤激光器兼备高峰值功率及窄线宽特性，同时采用全光纤结构，是激光精密测量、激光测距和遥测等重大科学仪器的关键核心部件之一。目前国内高功率窄线宽光纤激光器主要依赖国外进口，国内还不能实现产品级整机供货。项目通过采用非对称光栅的脊波导和大光腔的锥形增益结构，优化光栅结构参数减少激光器的线宽值，开发出高可靠性窄线宽脉冲激光种子源 研究了高倍率低噪声光放大、窄线宽光纤激光器中的SBS抑制、SPM补偿和模式控制等关键技术，获得高功率窄线宽光纤激光输出 开发了可工程化应用的高功率窄线宽光纤激光器 开展了激光雷达遥感的应用示范研究和产业化推广。 /p p 　　该项目下一步将加强仪器可靠性的整体设计，加快可靠性试验验证，提高产品稳定性 进一步加快应用示范的进度及工程化实施。 /p

近日，新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院的Qi Jie Wang教授团队及其合作者们通过构建光子类马约拉纳零模（Majorana-like zero mode），在量子级联激光芯片中实现单模、柱状矢量光场输出的太赫兹量子级联激光器。相关成果以“Photonic Majorana quantum cascade laser with polarization-winding emission”为题发表于期刊《Nature Communications》上。新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院博士后韩松(现为浙江大学杭州国际科创中心和浙江大学信电学院研究员)为论文第一作者，博士研究生Yunda Chua为共同第一作者；南洋理工大学电气与电子工程学院Qi Jie Wang教授为论文第一通讯作者，武汉大学信息电子学院曾永全教授为共同通讯作者。拓扑学研究的是几何物体或空间在连续形变下保持的全局性质，它只关注物体之间的空间关系而不考虑其大小和形状。对具有特殊拓扑性质的光子结构而言，空间上的缺陷和无序只会引起局部参数变化，不影响该空间的全局性质。拓扑光子结构的典型特征在于结构内部是绝缘体，而表面则能支持无带隙的界面（表面）态。受结构全局性质的规范，界面态可沿着有限光子绝缘系统的边缘或畴壁单向传输，并且能够有效地绕过结构拐角及制备误差引起的缺陷和无序而无后向散射（即拓扑保护）。因此，拓扑光子结构可用于实现高鲁棒性半导体激光器，即“拓扑激光器”。然而，拓扑激光器研究面临两大共性难题：1）需要光泵；2）需要外加磁场或者构建等效磁场来产生受拓扑保护的界面态激光模式。二者均显著增加了激光器系统的复杂程度、成本和功耗，降低了激光器的可靠性，阻碍了其实用化进程。针对上述难题，课题组前期利用量子能谷霍尔效应的原理，以太赫兹有源超晶格材料为增益介质，集成能谷光子晶体,通过简单的设计打破结构反对称性来产生“能谷-动量锁定”的边界传输模式，实现了拓扑界面态的片上单向传输和放大，从而首次研发出电泵浦拓扑激光器。然而该工作是多模激光器且其信噪比低，难以实现激光器出射光的光束控制。随后，来自南加州大学的科学家利用量子自旋霍尔效应，在室温条件下，实现近红外电泵浦单模激光。然而，该工作设计复杂的超大尺寸耦合环形谐振腔阵列实现拓扑边界态，其样品整体尺寸在200个波长以上，且需要耦合光栅增强激光输出和信噪比，难以实现光束调控、赋形、极化控制等高性能激光器。此外，两个工作均需要选择性地泵浦边界态，牺牲光子晶体体态增益材料，难以实现大面积集成的高功率激光器。因此，对电泵浦拓扑激光器性能的提升，如光束调控、赋形、极化控制、高功率输出等，亟待新的物理机制。团队创造性地将凝聚态中p波超导的马约拉纳零能模式引入到光子晶体体系，并利用光子类马约拉纳零能模式的辐射特性，实现了全动态范围单模输出（边模抑制比大于15dB，输出光率约1毫瓦）、柱状矢量光场调控、固态电泵浦、单片集成的太赫兹拓扑激光器。该成果的独特优势还有：（1）在不需要选择性泵浦的情况下，其发光腔体整体直径可以低至大约4个波长，是目前报道能保证毫瓦量级功率条件下最紧凑的太赫兹拓扑激光器（相对激光波长），这极大提升了该类半导体激光器在实际应用中的集成度。（2）光子马约拉纳微腔的自由光谱程(free spectral range)与腔体尺寸呈现二次方反比律[3]，这一特性使得光子马约拉纳微腔更容易在大面积条件下保持单模激光输出。团队也在电泵浦拓扑激光器体系中证实了该二次方反比律，并实现了大面积泵浦下高功率（大于9毫瓦）和单模激光输出，其功率是同等尺寸下脊形激光器的5.4倍。图1.光子马约拉纳激光器的示意图a和加工样品图b。图2.a.超胞（supercell）能带随Kekule调制相位的变化。b.类马约拉纳光子腔的相位分布及六方晶格位置与相位之间的关系。中心虚线圆包围的部分为非Kekule调制区域（non-Kekule modulated region），其半径标记为ζ，这里ζ=2a。图中显示马约拉纳光子腔的相位绕数为+1。c.相位绕数为+1的类马约拉纳光子腔的空气孔的大小分布。d,e.三维模拟的类马约拉纳光子腔的近场（Ez）与远场（Intensity）分布。图3. a，b实验测到的激光模式随泵浦电流密度变化，a.相位绕数+1，b.相位绕数-1。c.理论计算的净增益。d.实验测得的L-I-V曲线和在对应位置激光光谱。图4.远场测试。a.测试装置示意图。b,c.数值仿真和实验测试的远场光斑。d,e.加偏振片后的激光光谱和光斑。图5.大面积激光的L-I-V曲线，激光光谱，和单模性分析。

国家高技术研究发展计划(863计划)新材料技术领域“先进激光材料及全固态激光技术”主题项目申请指南　　在阅读本申请指南之前，请先认真阅读《国家高技术研究发展计划(863计划)申请须知》(详见科学技术部网站国家科技计划项目申报中心的863计划栏目)，了解申请程序、申请资格条件等共性要求。　　一、指南说明　　依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》，为满足先进制造、精密测量和国家重大科学工程等对全固态激光器的迫切需求，设立“先进激光材料及全固态激光技术”主题项目。　　本项目通过突破人工晶体材料及全固态激光器研制和产业化关键技术，开发出具有自主知识产权的系列化高功率、皮秒和紫外全固态激光器产品，促进我国人工晶体材料和全固态激光器产业的发展。　　本主题项目的任务落实只针对项目整体进行，项目申请者应针对指南内容，围绕项目总体目标和任务进行申请，而不要只针对项目部分目标和任务进行申请。　　项目可以由一家申请，也可以由多家共同申请。对于多家共同申请的主题项目，由研究单位自行组合形成项目申请团队(一个单位只能参加一个申请团队)，并提出项目牵头申请单位和申请负责人，由项目牵头申请单位具体负责项目申请。　　项目申请要提出项目分解(包括任务分解及经费分解)方案，提出项目课题安排及承担单位建议，并填写课题申请书(项目拟分解的课题数最多不超过10个)。　　二、指南内容　　1、项目名称　　先进激光材料及全固态激光技术　　2、项目总体目标　　突破人工晶体、全固态激光器及其核心器件的研发和产业化关键技术，开发出系列化高功率、皮秒和紫外全固态激光器产品并实现工业示范应用，促进我国人工晶体和全固态激光器产业的发展。　　3、项目主要研究内容　　(1)深紫外激光器及人工晶体关键技术　　KBBF/RBBF晶体生长、KBBF-PCT器件制备、激光高次谐波和激光线宽控制等技术研究。　　(2)新型晶体材料及器件技术　　超晶格晶体制备、超晶格可调谐锁模、Nd:YAG激光陶瓷材料制备等技术研究。　　(3)千瓦级光纤材料及全光纤激光器　　低光子暗化光纤制备、全光纤种子源研制、全光纤激光器整机设计和装配等技术研究。　　(4)单频激光器关键技术　　纵模控制、增益光纤与标准光纤熔接、倍频晶体抗光损伤工艺等技术研究。　　(5)紫外激光器产业化关键技术及应用　　光学晶体长寿命使用、激光器单元模块化、系统集成等产业化关键技术开发 紫外激光微加工应用技术开发。　　(6)高功率激光器产业化关键技术及应用示范　　大批量Nd:YAG单晶高质量低成本生长及加工、激光振荡放大、系统集成等产业化关键技术研发 高功率激光在焊接、表面处理等方面的应用技术开发。　　(7)皮秒激光器产业化关键技术及应用示范　　皮秒激光振荡、再生与行波放大、系统集成等产业化关键技术研发 皮秒激光微加工应用技术开发。　　4、项目主要考核指标　　(1)深紫外人工晶体及激光器　　KBBF晶体尺寸15×10×4mm3，RBBF晶体尺寸12×6×1.5mm3，KBBF-PCT器件透过率95%@193nm 177.3nm激光器功率100mW。　　(2)光学超晶格锁模器件　　线性损耗0.5%/cm、尺寸≥20×3×1mm3 锁模激光器：1.0μm/0.5μm双波长和1.3μm 激光陶瓷尺寸≥100×100×20mm3、透光率≥80%@1064nm。　　(3)千瓦级光纤材料及激光器　　双包层光纤材料光子暗化12dB/m@633nm 全光纤激光器功率1.5kW、光束质量M21.5。　　(4)单频激光器　　倍频晶体KTP抗光损伤阈值2GW/cm2@1064nm/10ns/10Hz 单频绿光激光器功率10W、线宽2MHz、噪声0.03%RMS 单频光纤激光器功率5W、线宽10kHz、边模抑制比60dB。　　(5)紫外激光器　　功率10W/20W/30W系列，重复频率50～150kHz，光束质量M2≤1.3，8小时内功率起伏3%，无故障运行时间≥5000小时，实现与加工系统的匹配及定型生产。　　(6)高功率激光器　　Nd:YAG晶坯直径≥100mm、单程损耗≤2×10-3/cm@1064nm，键合晶体的键合面损耗≤0.1% 3kW和5kW激光器产品:光纤芯径为400μm，连续无故障运行时间≥5000小时，实现与加工系统的匹配及定型生产 激光器功率≥6kW，8小时内功率起伏±2%。　　(7)皮秒激光器产品　　千赫兹10～20mJ@1064nm、5～10mJ@532nm、1～2mJ@355nm,脉冲宽度≤20ps，光束质量M2≤2，连续无故障运行时间≥5000小时，实现与加工系统的匹配及定型生产。　　5、项目支持年限为2年。　　6、项目国拨经费控制额为9000万元，自筹经费不低于国拨经费控制额。　　三、注意事项　　1、鼓励“产学研用”联合申报，项目下设每个课题的协作单位原则上不超过5家。　　2、受理时间：项目申请受理截止日期为2010年12月8日17时。　　3、申报要求：项目申请采取网上申报方式，申报通过“国家科技计划项目申报中心”进行，网址为program.most.gov.cn。请按要求编写《国家高技术研究发展计划(863计划)主题项目申请书》，具体申请程序、要求及其他注意事项详见《国家高技术发展计划(863计划)申请须知》。　　4、咨询联系人及联系电话、电子邮件　　咨询联系人：史冬梅　　联系电话：010-88372105/68338919　　电子邮件：shidm@htrdc.com　　863计划新材料技术领域办公室　　2010年10月20日

中国科学院上海高等研究院自由电子激光团队在全相干自由电子激光研究方面取得重要突破，基于上海软X射线自由电子激光装置成功验证了由我国自主提出的回声谐波级联自由电子激光新机制，并获得了具有优异性能的软X射线相干辐射。近日，相关研究成果以“Coherent and ultra-short soft X-ray pulses from echo-enabled harmonic cascade free-electron lasers”为题发表在光学顶级期刊Optica上。 X射线自由电子激光是国际上最先进的光源大科学装置之一。目前国际上绝大部分X射线自由电子激光都是基于自放大自发辐射机制（SASE），SASE具有极高的峰值亮度和飞秒级超短脉宽等优异性能，但SASE由噪声起振，其辐射脉冲的相干性和稳定性不高，还不是X射线波段的“激光”。国际自由电子激光领域最重要的发展方向之一就是产生具备常规激光品质的全相干X射线辐射，其重要途径就是采用外种子型自由电子激光运行机制。外种子型自由电子激光的辐射继承了种子激光的特性，具备全相干、相位可控和与外部泵浦激光精确同步等优异特性。然而，受到种子激光波长和脉宽的限制，外种子型自由电子激光的短波长覆盖范围和脉冲长度调节范围有限。为进一步拓展外种子型自由电子激光的短波长覆盖范围，国际上近些年正在大力发展回声谐波产生等新型自由电子激光运行模式。 回声谐波级联自由电子激光具有优异的光谱性能：左图为常规级联模式，右图为回声谐波级联模式采用回声谐波级联可实现X射线脉冲长度调节和超快脉冲产生 外种子型自由电子激光是我国发展高增益自由电子激光的主要技术路线之一，目前我国全部四台高增益自由电子激光装置都采用了外种子运行模式。基于上海深紫外自由电子激光装置和上海软X射线自由电子激光装置，我们已先后实现了国际上首个回声型自由电子激光出光放大和首个极紫外波段回声型自由电子激光饱和放大。为进一步将外种子型自由电子激光向短波长推进，我院自由电子激光团队自主提出了回声谐波级联的全相干自由电子激光新机制，随后，这一机制被上海软X射线自由电子激光装置作为基本方案采用，并完成了从原理验证到软X射线波段出光放大的全过程。研究结果表明，与传统外种子型运行机制相比，这一新机制具有十分优异的光谱特性，通过采用我们自主发展的超快X射线脉冲诊断技术（DOI: https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027），我们还验证了这一新机制在脉冲长度控制和超快脉冲产生方面的优越性能。这些研究成果为产生亚纳米波段的全相干自由电子激光提供了切实可行的技术路线，并将为X射线非线性光学和超快物理化学等领域提供了理想的研究工具。 目前，意大利的FERMI-FEL装置和瑞士的SwissFEL装置均提出采用这一新机制进一步提升其辐射性能的计划。 该工作得到了国家重点研发计划项目、国家优秀青年基金项目、国家自然科学基金面上项目和上海市人才计划项目的支持。 全文链接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.466064

近日，科学技术部发布“增材制造与激光制造”重点专项2022年度项目申报指南。本重点专项总体目标是：到 2025 年，使我国增材制造与激光制造成为主流制造技术之一，总体达到世界一流，基本实现全球领先，在战略新兴产业、新基建、大国重器中发挥不可替代的重大作用。同时，基本实现增材制造与激光制造全产业链主体自主可控，形成系列长板技术和一批颠覆性技术，并汇集为行业整体优势，为一批领军企业奠基强大的国际技术竞争力，高端装备/ 产品大批进入国际市场，实现大规模产业化应用，在制造业转型升级中发挥核心作用。2022 年度指南部署坚持问题导向、分步实施、重点突出的原则，围绕“基础理论和前沿技术、核心功能部件、关键技术与装备、典型应用示范”全链条部署任务。拟启动 28 项指南任务， 拟安排国拨经费 3.58 亿元。其中，围绕难熔金属材料增材制造、 超快激光制造中光子—电子—晶格相互作用观测与调控等技术方向，拟部署 2 个青年科学家项目，拟安排国拨经费 400 万元，每个项目 200 万元。围绕个性化医疗器械制造、医疗植入物表面微功能结构制造等技术方向，拟部署 5 个科技型中小企业技术创新应用示范项目，拟安排国拨经费 1000 万元，每个项目 200 万元。 共性关键技术类项目，配套经费与国拨经费比例不低于 1.5:1。应用示范类项目鼓励产学研用紧密结合，充分发挥地方和市场作用， 配套经费与国拨经费比例不低于 2:1。项目统一按指南二级标题（如 1.1）的研究方向申报。除特殊 说明外，每个方向拟支持项目数为 1—2 项，实施周期不超过 5 年。申报项目的研究内容必须涵盖二级标题下指南所列的全部研究内容和考核指标。基础研究类项目下设课题不超过 4 个，项目参与单位总数不超过 6 家；共性关键技术类和应用示范类项目下设课题数不超过 5 个，项目参与单位总数不超过 10 家。项目设 1 名项目负责人，项目中每个课题设 1 名课题负责人。 青年科学家项目不再下设课题，项目参与单位总数不超过 3 家。项目设 1 名项目负责人，青年科学家项目负责人年龄要求， 男性应为 1984 年 1 月 1 日以后出生，女性应为 1982 年 1 月 1 日 以后出生。原则上团队其他参与人员年龄要求同上。青年科学家项目不再下设课题，项目参与单位总数不超过 3 家。项目设 1 名项目负责人，青年科学家项目负责人年龄要求， 男性应为 1984 年 1 月 1 日以后出生，女性应为 1982 年 1 月 1 日 以后出生。原则上团队其他参与人员年龄要求同上。 科技型中小企业项目要求由科研能力强的科技型中小企业 牵头申报。项目下不设课题，项目参加单位（含牵头单位）原则 上不超过 2 家，原则上不再组织预算评估，在验收时将对技术指 标完成和成果应用情况进行同步考核。科技型中小企业标准参照 科技部、财政部、国家税务总局印发的《科技型中小企业评价办法》（国科发政〔2017〕115 号）。1. 基础理论和前沿技术 1.1 跨尺度自润滑复合结构增材制造（基础研究类）研究内容：针对我国航空航天和高端装备对高度集成、精准按需润滑以及润滑异形件的设计与制造需求，开展复合润滑功能组件整体化增材制造研究，研究增材制造专用自润滑功能材料设计制备、跨尺度润滑功能结构、尺寸突变异形构件一体化精密制造关键技术，研发面向增材制造的自润滑复合材料体系，探索精准按需润滑结构增材制造新原理、新工艺，研究面向增材制造的可控自润滑表界面材料精准设计与构筑新方法，建立跨尺度增材 制造平台，发展润滑功能准确定制化系统设计与一体化制造技术。1.2 飞秒激光—电化学复合微纳增材制造（基础研究类） 研究内容：针对三维复杂金属微纳结构的飞秒激光辅助定域电化学增材制造，探索微结构无掩膜激光—电化学双耦作用定向诱导粒子原位增材制造机理，研究飞秒激光诱导下定域电化学沉积组织—结构—功能一体化微纳制造新方法，研究激光—电化学复合能场亚微米复杂构型和微米功能结构阵列制造、纳米体元与微米构型精准调控等技术。1.3 材料组分三维精确可控的粉末床熔融金属增材制造（基 础研究类） 研究内容：研发面向粉末床熔融增材制造的在线多组分材料精确添加技术，研究材料组分三维可控的非均质粉末床熔融增材制造工艺特性、材料原位冶金行为、材料梯度/界面行为和组织性能演化规律，明晰非均质材料构件成形过程中的应力—形变演化规律，建立非均质材料梯度/界面行为、组织与性能协同调控方法，研发材料成分过渡区间精确调控和后续热处理等关键技术，实现材料组分三维精确可控构件的创新设计、制造及评价。1.4 柔性光电器件的激光光场调控微纳制造（基础研究类） 研究内容：面向柔性光电器件中的关键微纳结构，研究激光时域/空域/频域光场调控方法，探索激光调控光场与柔性光子器件材料相互作用的新现象与新效应，研究激光远场与微腔等近场光学效应结合的宏微纳跨尺度无掩膜加工新技术，研制远场—近场复合光场的无掩膜高效激光微纳制造装备。1.5 异质仿生结构设计及一体化增材制造（基础研究类） 研究内容：探索仿生结构中材料/结构的多重耦合行为与机制，研究与高效减振、智能变形、损伤自修复等功能需求匹配的仿生结构模块化设计方法，揭示基于异质材料增材制造的仿生功能模块化调控规律，发展功能模块化构件的多维度、多尺度和异质材料的仿生设计技术；研究异质材料体系下模块化仿生构件的一体化增材制造关键技术，研发面向增材制造的宏微构型—异质材料仿生结构设计、仿真与工艺规划平台，发展多场复杂应用环 境下增材制造宏微构型—异质材料仿生构件的性能评价技术。1.6 功能化活性心肌组织增材制造（基础研究类） 研究内容：针对心肌组织损伤治疗，开展活性心肌组织高精度增材制造及其功能再生方法研究。研究功能化活性心肌组织复 杂微结构系统的仿生设计方法；研究具有电传导能力的活性心肌组织增材制造新原理与新工艺；研究增材制造活性心肌组织的体外三维定向排布生长与高频同步跳动方法，以及体外活性心肌组织电信号特征与其生物功能的作用关系；研究大型动物大面积心肌病变缺损修复的考核评价方法。1.7 面向前沿探索制造新原理（青年科学家项目） 研究内容：针对新能源、新材料等新兴产业领域重大需求， 重点开展难熔金属材料增材制造、超快激光制造中光子—电子— 晶格相互作用观测与调控、喷墨共形打印、复合制造等前沿制造新原理新方法研究。2. 核心功能部件 2.1 激光粉末床熔融增材制造在线监控与质量评价技术（共性关键技术类） 研究内容：研究合金成分、跨尺度微观组织/缺陷、应力/形变状态与激光粉末床熔融增材制造过程特征信息的相互关系；研究增材制造熔池动态行为、非均质宏/微观组织特征的多物理场在线监测方法和在线质量评价技术体系，研发铺粉状态快速准确识别与分类、熔池特征分析及质量预判、逐层熔凝区域组织/缺陷识别和轮廓变形分析、质量预警及多参量复合调控等关键技术；发展基于在线监测数据的多信息融合及高效率深度学习模型，明晰 工艺参数—特征信息—制造质量关联关系，研发基于过程特征的高效在线质量评价和多参量交互质量控制方法。2.2 大型复杂构件制造过程在线检测与智能调控技术（共性关键技术类） 研究内容：面向重大装备的高性能焊接与增材制造，研究大型复杂结构制造过程中的在线三维形貌及变形的跨尺度光学测量技术、制件与制造加工头的多自由度位姿测量技术；研究制造过程中熔池特征尺寸和温度场表征、制造缺陷非接触式在线检测技术；研发从微观位错演化到宏观结构件变形失效的跨尺度增材制造热力模拟预测技术和方法；揭示制造工艺与位错—晶界多级微 结构、结构变形和制造缺陷的关联关系；研究面向大型结构的表面形貌、结构变形、构件温度和制造缺陷等成形质量自适应闭环 控制系统与装备。2.3 增材制造构件长寿命服役行为表征与调控关键技术（共性关键技术类） 研究内容：研究增材制造构件在高温环境与复杂应力条件下的长寿命服役性能表征方法，典型增材制造构件/材料长寿命试验标准与疲劳数据库；研究增材制造构件微结构/缺陷与长寿命服役行为的关联机制，制造工艺—微结构/缺陷—服役性能的映射关系；研究提高服役寿命的增材制造缺陷/微结构在线调控技术，发展高服役性能构件增材制造工艺的优化方法；研究增材制造构件长寿命疲劳的评估技术。2.4 制造用高性能高功率飞秒激光器（共性关键技术类） 研究内容：探索飞秒激光产生、放大、线性和非线性调控过程的动力学机制，以及高功率大能量飞秒激光放大时由于增益导致的脉冲宽度劣化机制；攻克高单脉冲能量飞秒激光热管理、模式控制、高效率长寿命飞秒频率转换等关键技术，研究倍频产生高功率紫外飞秒激光参量的稳定控制及优化技术，开展高功率大能量飞秒激光器模块化设计和系统集成技术研究。2.5 制造用高性能高功率皮秒激光器（共性关键技术类） 研究内容：开展皮秒激光增益分布优化、模式控制机制和有效热管理等技术研究，攻克均匀泵浦、长寿命皮秒锁模及非线性抑制等关键技术，研究倍频转化效率提升、紫外皮秒激光光束质量控制及延寿等技术，研制高稳定性高功率红外、紫外皮秒激光器产品。3. 关键技术与装备 3.1 非均质材料飞秒激光制造技术与装备（共性关键技术类） 研究内容：面向复杂构件涉及的复合、多层膜、多孔等非均质材料的高性能加工共性需求，建立飞秒激光加工过程中光子能量吸收、电子状态变化、等离子体喷发、成形成性等多尺度连续观测系 统；从电子层面研究飞秒激光时/空/频域协同整形的非均质材料加 工新方法，突破损伤控制、选择性加工等关键工艺技术，研发飞秒激光跨尺度柔性加工装备和三维复杂构件微细加工装备。3.2 陶瓷多材料连续成形光固化增材制造技术与装备（共性关键技术类） 研究内容：研究高固含量/低粘度陶瓷打印浆料流变机理与稳定性优化方法，攻克陶瓷光固化增材制造精度光散射调控技术。 研发陶瓷多材料连续成形光固化增材制造技术与装备，开展高效加工策略与成形效能评估研究，开发材料—工艺—装备全链条性能评价方法。3.3 大能量高重频脉冲激光智能清洗技术与装备（共性关键技术类）研究内容：研究纳秒脉冲能量输出能力提升的新方法，开展大能量高重频脉冲激光光束控制、模式调控、高功率关断和多级放大等技术研究；揭示大能量纳秒脉冲激光高效高质清洗机制， 攻克基于机器视觉的精确定位、智能选区、残留物快速识别、复杂曲面路径智能规划、双光束联动无缝无重叠拼接等关键技术， 研制具备复杂曲面结构高效循环作业的激光智能化清洗成套工艺与装备。3.4 薄壁弱刚性构件激光电解复合高效铣削加工技术与装备 （共性关键技术类）研究内容：针对薄壁弱刚性整体复杂构件制造瓶颈，研究气液环境下激光束流作用过程、超高电流密度电化学加工材料去除机制及成形规律；研究激光—电解复合铣削制造新方法，攻克复 合能量场形性调控、束流流域设计等关键技术；研制大型构件激 光—电解复合铣削加工装备。3.5 结构功能部件飞秒激光精密制造技术与装备（共性关键技术类）研究内容：针对航空航天等领域结构功能一体化部件精密制造的需求，揭示飞秒激光光束运动参量调控的微结构控形控性制造机制，研究制造结构的几何特征、质量对部件功能和服役性能的映射关系；发展“压敏、密封、润滑”等功能部件飞秒激光制造方法，攻克激光脉冲三维整形、内腔光束运动姿态参量控制等关键技术，研制飞秒激光制造成套工艺与装备。3.6 海洋装备水下原位高效增材修复技术与装备（共性关键技术类）研究内容：针对海洋装备在服役过程中的修复需求，研究适用于水下原位增材修复的专用材料；研发复杂水下环境空间重构、 姿态感知和损伤区域快速三维测量技术与装备；研发水下空间约束环境下的增材修复过程规划、组织性能调控、修复部位服役性 能预测等技术；研究应急响应条件下的水下结构可修复性评价和修复方案智能决策方法；研发水下现场环境修复工艺和装备。3.7 大型点阵结构无支撑高效增材制造技术与装备（共性关键技术类） 研究内容：研究面向增材制造的多功能大型点阵结构设计技术；研究点阵结构的无支撑高效增材制造、高性能连接、多层点阵夹芯结构制造、结构变形控制等关键技术；研究大型点阵夹芯结构的无损检测技术；研发规模化低成本高效增材制造装备。3.8 大幅面纤维增强热塑性复合材料增材制造技术与装备 （共性关键技术类） 研究内容：研究面向大型纤维增强热塑性复合材料构件的多丝束挤出增材制造成形机理及翘曲变形行为，发展大型纤维增强热塑性复合材料构件设计方法，攻克大型纤维增强热塑性复合材料增材制造的路径优化、多材料性能匹配、多工艺参数匹配、界面结合优化、成形精度控制等关键技术；研究增材制造复合材料构件非降级回收再制造技术和构件的性能评价方法；研制大型纤维增强热塑性复合材料构件增材制造装备。3.9 超强韧中熵合金构件增材/强化/减材复合制造（共性关键技术类）研究内容：研究适用于增材制造的超低温超高强韧中熵合金高通量设计与性能验证方法；研究中熵合金在复合制造过程中形性调控机制与方法，以及表面损伤动态演变机制及抑制理论，研发激光增材/强化/减材复合制造工艺与装备，研究复合制造中熵合金在室温、液氧和液氮超低温环境下的强韧化机制，以及疲劳断裂等性能评价方法；研究面向服役环境的复合制造中熵合金构件重复使用评估体系。3.10 大型高性能结构件增等减材复合绿色智能制造（共性关键技术类） 研究内容：研究增材/等材/减材复合制造形性协同控制机理 和增材/等材/减材一体化复合制造技术；研究复合制造工艺—组 织—缺陷—性能的一体化映射关系，研发大型结构件综合力学性 能、疲劳性能提升关键技术；发展全过程智能化在线质量监控系统，研发大型复合绿色智能化制造装备。4. 典型应用示范 4.1 无人机十米级机身承力结构整体化增材制造示范应用 （应用示范类） 研究内容：针对高性能大型无人机研制需求，研究基于增材制造的大尺寸机身关键构件一体化设计方法；突破大尺寸精密复杂构件增材制造跨尺度形性主动调控及后处理关键技术；研究增材制造大尺寸机身整体构件无损检测评价关键技术；建立基于增材制造的大尺寸机身整体构件“材料—设计—工艺—检测—评价” 全流程技术体系。4.2 多材料功能梯度结构增材制造在无人潜航器领域应用示 范（应用示范类） 研究内容：针对万米深海无人潜航器应用需求，研究面向增材制造的无人潜航器多材料轻型耐压壳体的仿生优化设计方法， 包括无人潜航器壳体仿生结构、多材料梯度耐压结构、壳体外表面防生物附着结构等设计方法；研究高分子、陶瓷、金属等多材 料增材制造工艺及形性控制方法；研发无人潜航器多材料一体化智能增材制造装备，包括金属及高分子材料增减材一体化装备， 陶瓷材料高效增材制造装备；研究高分子、陶瓷、金属等多材料一体化增材制造构件的检测技术和评价方法。4.3 大型关重结构件激光高效高稳定增材制造工程应用示范 （应用示范类） 研究内容：研究面向规模化生产的大型关重结构件高效高精度激光增材制造材料、工艺稳定性控制方法与技术体系；研究质量性能一致性控制、检测和评价方法；研究激光增材制造典型材料关键力学性能许用值和数据库；研发面向规模化生产的高效高精度成套装备。4.4 内部精细流道增材制造在空间推进领域应用示范（应用示范类）研究内容：开展基于增材制造的空间推进系统集成化、轻量化和模块化设计研究，研发基于增材制造空间推进系统的流—固 —力—热多物理场耦合一体化设计方法及增材制造技术；研究小尺寸复杂内流道成形、内表面加工及质量控制、薄壁耐压结构成形质量控制及后续加工处理等关键技术；研究增材制造空间推进系统的检测方法及评价标准。4.5 高品质激光剥离与解键合在电子制造领域应用示范（应用示范类） 研究内容：针对 Micro-LED 显示、超薄晶圆封装中的激光剥离、解键合等制造技术瓶颈，研究紫外和深紫外光束传输与空间整形、光斑形貌与能量监控以及焦点跟随等关键技术；研究可减少器件损伤的激光剥离、解键合方法与加工工艺；研发光束整形器、焦点跟随等核心功能模块；开发 Micro-LED 显示激光剥离装备、超薄晶圆紫外激光解键合装备，研究成套工艺。4.6 科技型中小企业技术创新应用示范（科技型中小企业项目） 研究内容：面向增材制造与激光制造领域不断涌现的新兴产业增长点，开展个性化医疗器械制造、医疗植入物表面微功能结构制造、光纤微纳传感器制造、光子/电子器件制造、印制电路板 （PCB）增材制造等新兴增材制造与激光制造技术的产业化应用研究，发展新兴技术商业化装备，实现创新型构件或器件的小批量或个性化定制生产；开展具有产业新增长潜力的前沿新技术产业化研究，实现颠覆性创新新技术产业化应用。

摘要：3月12日，总预算达1.4亿元的国家重大科研仪器设备专项“基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置”在大连正式启动。它将成为国际上唯一一套工作在50～150纳米区间且波长可调的全相干高亮度的自由电子激光器。 　　对原子、分子的探测是物理化学研究的基础，但由于现有仪器设备的限制，大多数分子和自由基难以被单光子电离，使很多研究无法深入，成为困扰科研工作者的一大难题。 　　一项旨在解决该难题的实验装置即将在我国建设。3月12日，总预算达1.4亿元的国家重大科研仪器设备专项“基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置”在大连正式启动。它将成为国际上唯一一套工作在50～150纳米区间且波长可调的全相干高亮度的自由电子激光器。 　　项目总负责人、中科院院士杨学明表示，该装置的研制将极大提升我国在能源等相关基础科学领域的实验水平，并极有希望成为国际上相关领域的一个重要研究基地。 　　强强联合 　　项目负责人之一、中科院大连化物所研究员戴东旭介绍说，能源研究中，煤的热解等燃烧过程的中间产物往往以原子、分子、自由基的形式存在，这些微观粒子被电离为离子后才能变成电信号被测试到。因此，对微观粒子的高灵敏度、高时间分辨率和物种分辨的探测和研究至关重要。 　　但是，大多数分子或自由基的激发电离波长都处于极紫外波段(50～150纳米)，而传统激光器产生的基本波长一般在近紫外到近红外波段(300～1000纳米)。这造成了传统激光激发电离微观粒子需要吸收多个光子，其效率和灵敏度会呈几何量级的降低，并且容易把产物打碎。 　　为解决该问题，科学家提出了利用自由电子激光产生极紫外波段相干光的技术。该技术被认为是探测微观粒子最有效的途径。自由电子激光的波长可涵盖从硬X射线到远红外的所有波段，特别是利用高增益谐波产生(HGHG)技术产生的自由电子激光具有超高峰值亮度、超快时间特性和良好的相干性，应用价值巨大。 　　但该技术直到近十年才在实验中得到验证。其中，中科院上海应用物理所在几年前建设了我国第一个自由电子激光，并成功进行了相关实验。 　　而在大连，一位在科研中多年受困于粒子探测难题的科学家坐不住了。他就是以自己研发仪器进行实验而著名的杨学明。杨学明找到上海应用物理所，希望双方能够合作开发新设备。 　　上海方面通过经验积累后也意识到，有把握将自由电子激光的波长从200纳米降到150纳米以内，并实现波长可调。于是双方一拍即合，经过几年论证，在2011年联合申请了国家自然科学基金委国家重大科研仪器设备专项。 　　1月20日，上海应用物理所宣布：由该所研究员赵振堂领导的自由电子激光研究团队在国际上率先实现了HGHG自由电子激光大范围波长连续可调。 　　“在这个项目中，大连化物所和上海应物所是完美结合。”戴东旭表示，上海光源的建成使上海应物所拥有了大科学工程的建设与管理经验，并掌握了大量的关键技术。 　　从“敢想”到“敢做” 　　据戴东旭介绍，自由电子激光在进入21世纪之后才开始兴旺发展起来。目前，几家研发自由电子激光的相关单位各有所长，其中一些在波长等指标方面较为领先，技术难度很高，但还没有一家可实现波长可调。 　　位于合肥的国家同步辐射实验室目前能提供国内真空紫外最好的实验条件，在过去曾协助杨学明课题组做出很好的实验成果。但同步辐射光源毕竟不是激光，在相干性、峰值功率和时间特性上尚存差异。 　　针对这些问题，大连化物所从实际需求出发提出要求，上海应用物理所在设计中将目标瞄准解决实验中的实际问题。 　　据悉，该项目的设备将主要由我国自主研发。“这项技术国外也处在发展阶段，有些特殊指标只能自己制造，从国外买设备也需要从头研制。”戴东旭说。 　　在1.4亿元的项目总预算中，国家自然科学基金委资助1.03亿元用于自由电子激光和实验装置的研制，中科院大连化物所自筹约0.4亿元用于基建和公用设施。该项目的科学目标是研制一套基于HGHG模式的波长可调谐的极紫外相干光源以及利用这一性能优越的光源的实验装置。这也将成为世界上独特的相关基础科学问题的实验平台。 　　据悉，目前经费已经到位，装置计划将于2015年年底前建成。而且会在全国实现仪器共享，可应用于物理、化学、生物、能源等多个领域。戴东旭说：“装置建成后，以前测不到的将能测到，以前不好的信号将变清晰，以前做不了的实验也敢做了。”

p 　　自1960年美国研制成功世界上第一台红宝石激光器，我国也于1961年研制成功国产首台红宝石激光器（诞生于中国科学院长春光学精密机械研究所）以来，激光技术被认为是20世纪继量子物理学、无线电技术、原子能技术、半导体技术、电子计算机技术之后的又一重大科学技术新成就。 br/ /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/fa6ca572-ac36-49a3-8c53-3b3f8b976589.jpg" title=" 1.jpg" / /p p 　　如今，我们家中用的CD和DVD播放器，办公室的激光打印机和商场的条码扫描器都有激光。人们用激光治疗近视视力，通过光纤网络发送邮件浏览视频。无论我们是否意识到，我们每个人每天都使用激光，但是有多少人真正了解激光是什么，如何工作？ /p p 　　激光，是一种自然界原本不存在的，因受激而发出的，具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性的光。 /p p 　　激光的产生机理可以溯源到1917年爱因斯坦解释黑体辐射定律时提出的假说，即光的吸收和发射可经由受激吸收、受激辐射和自发辐射三种基本过程。众所周知，任何一种光源的发光都与其物质内部粒子的运动状态有关。当处于低能级上的粒子（原子、分子或离子）吸收了适当频率外来能量（光）被激发而跃迁到相应的高能级上（受激吸收）后，总是力图跃迁到较低的能级去，同时将多余的能量以光子形式释放出来。 /p p 　　如果光是在没有外来光子作用下自发地释放出来的（自发辐射），此时被释放的光即为普通的光（如电灯、霓虹灯等），其特点是光的频率大小、方向和步调都很不一致。 /p p 　　但如果是在外来光子直接作用下由高能级向低能级跃迁时将多余的能量以光子形式释放出来（受激辐射），被释放的光子则与外来的入射光子在频率、位相、传播方向等方面完全一致，这就意味着外来光得到了加强，我们称之为光放大。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/ab5eeaa4-0704-4844-ae33-97c5ada732a7.jpg" title=" 2.jpg" / /p p br/ /p p style=" text-align: center " strong 图：激光产生机理：（左）受激吸收，（中）自发辐射，（右）受激发射 /strong /p p br/ /p p 　　而激光的产生需要满足三个条件：粒子数反转、谐振腔反馈和满足阈值条件。通过受激吸收，使处于高能级的粒子数比处于低能级的越多（粒子数反转），还需要在有源区两端制作出能够反射光子的平行反射面，形成谐振腔，并使增益大于损耗，即相同时间新产生的光子数大于散射吸收掉的光子数。只有满足了这三个条件，才有可能产生激光。 /p p br/ /p p strong 激光的特性 /strong /p p br/ /p p 激光之所以被誉为神奇的光，是因为它有普通光完全不具备的四大特性。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/cf4f1592-b99a-4837-8b8b-afb9947bff5f.jpg" title=" 3.jpg" / /p p 1.方向性好& nbsp ——普通光源（太阳、白炽灯或荧光灯）向四面八方发光，而激光的发光方向可以限制在小于几个毫弧度立体角内，这就使得在照射方向上的照度提高千万倍。激光每200千米扩散直径小于1米，若射到距地球3.8× 105km的月球，光束扩散不到2千米，而普通探照灯几千米外就扩散到几十米。 /p p 　　激光准直、导向和测距就是利用方向性好这一特性。 /p p 2.亮度高& nbsp ——激光是当代最亮的光源，只有氢弹爆炸瞬间强烈的闪光才能与它相比拟。太阳光亮度大约是1.865× 109cd/m2，而一台大功率激光器的输出光亮度可以高出太阳光的亮度7～14个数量级。 /p p 　　尽管激光的总能量并不一定很大，但由于能量高度集中，很容易在某一微小点处产生高压和几万摄氏度甚至几百万摄氏度的高温。激光打孔、切割、焊接和激光外科手术等实际应用就是利用了这一特性。 /p p 3.单色性好& nbsp ——光是一种电磁波。光的颜色取决于它的波长。普通光源发出的光通常包含着各种波长，是各种颜色光的混合。太阳光包含红、登、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的可见光以及红外光、紫外光等不可见光。 /p p 　　而某种激光的波长只集中在十分窄的光谱波段或频率范围内。如氦氖激光的波长为632.8纳米，其波长变化范围不到万分之一纳米。激光良好的单色性为精密度仪器测量和激励某些化学反应等科学实验提供了极为有利的手段。 /p p 4.相干性好& nbsp ——干涉是波动现象的一种属性。基于激光具有高方向性和高单色性的特性，它必然会是相干性极好的光。激光的这一特性使全息照相成为现实。 br/ /p p strong 激光器的类型 /strong /p p 　　在光源中，实现能级粒子数反转是实现光放大的前提，也就是产生激光的先决条件。要实现粒子数反转，需借助外来光的力量，使大量原来处于低能级的粒子跃迁到高能级上去，这个过程我们称之为“激励”。 /p p 　　我们通常所说的激光器，就是使光源中的粒子受到激励而产生受激辐射跃迁，实现粒子数反转，然后通过受激辐射而产生光的放大的装置。激光器虽然多种多样，但使命都是通过激励和受激辐射而获得激光。因此激光器通常均由激活介质（即被激励后能产生粒子数反转的工作物质）、激励装置（即能使激活介质发生粒子数反转的能源，泵浦源）和光谐振腔（即能使光束在其中反复振荡和被多次放大的两块平面反射镜）三个部分组成。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/34e5f14c-4b66-43c1-8be3-c64c88a23970.jpg" title=" 4.jpg" style=" width: 590px height: 320px " width=" 590" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 320" border=" 0" / /p p br/ /p p style=" text-align: center " strong 图：激光器的工作原理 /strong /p p 　　由于我们可以以许多不同的方式激发许多不同种类的原子，我们可以（理论上）制造许多不同种类的激光。 /p p 　　激光器有多种分类方式，其中最著名的是固体，气体，液体染料，半导体和光纤激光器。固态激光器介质是类似红宝石棒或其他固体结晶材料，并且缠绕在其上的闪光管泵送其充满能量的原子。为了有效地工作，固体必须掺杂，这是一种用杂质离子代替一些原子的过程，使其具有恰当的能级以产生一定精确频率的激光。固态激光器产生高功率光束，通常是非常短的脉冲。相比之下，气体激光器使用惰性气体（即所谓的准分子激光器）或二氧化碳（CO2）作为介质的化合物产生连续的亮光。 CO2激光器功能强大，效率高，常用于工业切割和焊接。液体染料激光器使用有机染料分子的溶液作为介质，主要优点是可用于产生比固态和气体激光器更宽的光频带，甚至可“调谐”以产生不同的频率。 /p p 　　按波长来分，覆盖的波长范围包括远红外、红外、可见光、紫外直到远紫外，最近还研制出X射线激光器和正在开发的γ射线光器； /p p 　　按激励方式不同，有光激励（光源或紫外光激励）、气体放电激励、化学反应激励、核反应激励等； /p p 　　按输出方式不同，有连续的、单脉冲的、连续脉冲的和超短脉冲等； /p p 　　从功率输出的大小来看，其中连续的输出功率小至微瓦级，最大可达兆瓦级。脉冲输出的能量可从微焦耳至10万以上焦耳，脉冲宽度由毫秒级到皮秒级乃至飞秒级（1000万亿分之一）。 /p p 　　各式各样激光器满足不同的应用要求。如激光加工和某些军用激光都要求高功率激光或高能量激光（即所谓强激光）。有的希望脉冲时间尽量缩短，以从事某些特快过程的研究。有的还对提高光的单色性、改善输出光的模式、改善光斑的光强分布以及要求波长可调等提出了很高的要求。这些要求促使着激光器的研究者不断探索，从而使激光器的探索深度和应用广度得到前所未有的发展。 /p p strong 蓬勃发展的激光应用 br/ /strong /p p 　　所谓激光技术，就是探索开发各种产生激光的方法以及探索应用激光的这些特性为人类造福的技术的总称。 /p p 　　50多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等。这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。 /p p 1、激光在信息领域的应用 /p p 　　半导体激光器和光纤放大器是光纤通信的两项关键技术。 /p p 　　半导体激光器发出的激光不仅单色性和相干性好，而且光波频率比微波频率又高万倍，故以激光为传递信息的载体，用光纤做信息传递线路的光纤通信，不仅通信质量好、抗干扰能力强、保密性好，而且通信容量比微波通信要提高上万倍。 /p p 　　利用激光技术进行光存储，使信息的存储发生了革命性的飞跃。一张CD声频光盘的记录密度相当于1000万bit／cm2，可记录78分钟的音乐节目，比密纹唱片要大好几个数量级。 /p p br/ /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/dedc2b11-657b-46c7-b7c6-323f02c9b1b4.jpg" title=" 5.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 图： CD或DVD播放机中的光盘的激光和镜头。右下方的小圆是半导体激光二极管，而较大的蓝色圆圈是从激光器从光盘的光滑表面反射后读取光的透镜。 /strong /p p 　　此外，激光打印机、激光传真机、激光照排、激光大屏幕彩色电视、光纤有线电视以及大气激光通讯等均已得到广泛应用。 /p p 2、激光在全息术领域的应用 /p p 　　光作为一种波动现象，表征它的物理量有波长（同颜色有关）、振幅（同光的强弱有关）和位相（表示波动起点同基准时间的关系）。 /p p 　　人们利用感光的照相方法，只能记录下波长和振幅，所以无论照得多么逼真，看照片和看真的景物总是不一样。 /p p 　　而激光具有高相干性，能获取干涉波空间包括相位在内的全部信息。因此，采用激光进行全息摄影，被拍物体的全部信息都被记录在底片上，通过光的衍射，就能复现被摄取物体栩栩如生的立体形象。 /p p 　　全息照相具有三维成像的特点，可重复记录，而且每一小块全息底片都能再现物体的完整立体形象，可广泛用于精密干涉计量、无损探伤、全息光弹性、微应变分析和振动分析等科学研究。 /p p 　　其中，利用全息干涉术研究燃气燃烧过程、机械件的振动模式、蜂窝板结构的粘结质量和汽车轮胎皮下缺陷检查等已得到广泛应用。并且，全息照相用作商品和信用卡的防伪标记已形成产业，用全息照相拍摄珍贵艺术品，不仅欣赏起来令人如临其境，而且为艺术品的修复提供了可靠而逼真的依据。正在发展的全息电视还将为人们增添一种新的生活享受。 /p p 3、激光在医疗领域的应用 /p p 　　激光在医学上的应用分为两大类：激光诊断与激光治疗，前者是以激光作为信息载体，后者则以激光作为能量载体。 /p p 　　在激光诊断方面，激光可穿透到组织较深的地方进行诊断，直接反映组织病况，给医生诊断提供了充分依据。 /p p 　　在激光治疗方面，激光技术已成为临床治疗的有效手段，也成为发展医学诊断的关键技术。它解决了医学中的许多难题，例如激光手术治疗切口小，对组织基本没有损害或损害极小，毒副作用反应少。目前，激光临床应用领域包括近视矫正、视网膜修补、蛀牙修复、分子级微创手术等，当前激光医学的出色应用研究主要表现在以下方面：光动力疗法治癌；激光治疗心血管疾病；准分子激光角膜成形术；激光美容术；激光纤维内窥镜手术；激光腹腔镜手术；激光胸腔镜手术；激光关节镜手术；激光碎石术；激光外科手术；激光在吻合术上的应用；激光在口腔、颌面外科及牙科方面的应用；弱激光疗法等。目前，激光治疗在基础研究、新技术开发以及新设备研制和生产等诸多方面都保持持续的、强劲的发展势头。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/c865b4af-a3a7-46dd-8f4d-a512edd3bcc7.jpg" title=" 6.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 图：激光在口腔医学领域的应用 /strong /p p 4.激光加工 /p p 　　利用激光的高强度（亮度）聚焦激光束在1 ms内能发射100J的光能量，聚焦起来足以使材料在短时间内融化或汽化，从而对不同特性难以加工的材料进行加工处理，如：焊接、打孔、切割、热处理、光刻等。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/9c933388-bd17-4722-8ba2-990a5003e9de.jpg" title=" 7.jpg" style=" width: 600px height: 188px " width=" 600" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 188" border=" 0" / /p p 　　激光加工具有精度高、畸变小、无接触、能量省等优点，其应用领域几乎可以覆盖整个机械制造业，包括矿山机械、石油化工、电力、铁路、汽车、船舶、冶金、医疗器械、航空、机床、发电、印刷、包装、模具、制药等行业。其中关键零部件和精密设备的磨损和腐蚀都能很好地利用激光熔覆技术进行修复和优化，成为化腐朽为神奇的利器。 /p p 5.精密测量 /p p 　　精密测量是利用了激光单色性好、相干性强、方向性好的特点。相比于其他测距仪，激光测距具有探测距离远，精度高，抗干扰，保密性好，体积小重量轻的优点。测距仪发出光脉冲，经被测目标反射后，光脉冲回到接收系统，测量发射与接收时间间隔。 /p p 　　激光同时具有高亮度和高相干性，这使得光的多普勒效应能够在测速方面得到应用。激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，激光雷达与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号（激光束），然后将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别，它在军事领域发挥着重要的作用，也成为环境监测的有力武器。 /p p 　　此外，引力波的探测也是利用激光干涉测量方法，进行中低频波段引力波的直接探测，观测双黑洞并合和极大质量比天体并合时产生的引力波辐射，以及其他的宇宙引力波辐射过程。 /p p 　　激光是20世纪人类最重大的发明之一，激光技术的应用已广泛深入到工业、农业、军事、医学乃至社会的各个方面，对人类社会的进步正在起着越来越重要的作用，正奇迹般地改变着我们的世界。 /p

1、应用背景 　　等离子体是区别于固体、液体和气体的第四种物质聚集状态。在高能环境下，原子的外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子，失去电子的原子变成带正电的离子，这个过程叫电离，这种电离气体就是等离子体，通常由带电离子、自由电子、基态/激发态分子原子和自由基等粒子组成。等离子体在自然界中广泛存在，如太阳、恒星、星际物质、闪电等都是等离子体。 　　激光诱导等离子体(Laser-Induced Plasma, LIP)是通过激光与物质相互作用产生的一种高温、高密度的等离子体状态物质。当高能量的激光脉冲照射到物体表面时，会使得物质迅速加热并部分或完全电离，形成等离子体。伴随形成的等离子体羽流的演化过程具有超高速、持续时间短(一般几百纳秒)、强自发光背景和小空间尺度的特点，这使得其观测变得具有挑战性。 　　本次实验采用中智科仪的逐光IsCMOS像增强相机(TRC411)，拍摄了激光诱导等离子体羽流的形貌演化过程。基于逐光IsCMOS像增强相机的纳秒级快门门控、高精度的时序同步技术和变延迟序列推扫功能，记录了等离子体羽流的完整演化过程。 2、实验方案 　　实验设备： 　　中智科仪逐光IsCMOS像增强相机，型号：TRC411-S-HQB-F F2UV100大通量紫外镜头。 　　实验室所用激光器为镭宝Dawa-200灯泵浦电光调Q纳秒Nd:YAG激光器，波长1064nm，重复频率1-20Hz。采用激光器Q-out输出触发TRC411相机的方式，对相机Gate通道进行变延迟序列推扫，寻找相机与激光器的同步时刻。 　　实验流程： 　　1.实验材料被激发的等离子体羽发光在200nm-500nm左右，因此在镜头前端安装一个430nm的带通滤光片，屏蔽掉1064nm的激发激光和其他杂散光。需要注意观察成像画面中是否有强反射材料，比如样品台的光滑金属反光面或螺丝帽等，为了防止这些强烈反射面的反射光对相机造成损害，需要使用黑色电工胶带将它们遮挡或覆盖。 　　2. 激光器的Q-out触发输出接到示波器，测得同步输出的TTL信号电平为5V@1MΩ，频率与激光输出频率匹配，均为5Hz。TRC411相机可接受的最大外触发信号电平为5V，保守起见，在触发线末端加入了6dB衰减器，将激光器Q-out输出电平减半。 　　3. 由于等离子体的发光强度较大，无法确定所使用的滤光片的衰减倍率是否足够，因此首先将镜头光圈调至最小，设置增益为1800，Gate时间13ns(对应光学门宽3ns)。 　　软件参数设置如下表： 　　4. 对Gate通道进行变延迟序列扫描，最终找到Gate延时起止时刻在700ns至1100ns之间时，可以捕获到等离子体的发光信号。 　　软件参数设置界面： 3、实验结果 　　序列采集SEQ曲线： 　　根据曲线可以看到实验材料被激发的等离子体发光持续时间约为400ns。 　　高功率纳秒脉冲激光激发产生的完整等离子体羽形貌演变过程： 4、结论 　　中智科仪逐光IsCMOS像增强相机具有短至纳秒级的快门，超短的门控可以屏蔽背景噪声，提高信噪比。相机内置的高精度时序控制器可以确保相机与脉冲激光器的同步工作，在确定的延迟捕获等离子体信号。相机的变延迟序列扫描功能可以使相机快速拍摄不同延迟时刻的等离子体信号，获得完整的等离子体演化过程。诸多优势展示了TRC411相机在等离子体诊断方面的重要应用价值。 　　免责说明：中智科仪(北京)科技有限公司公众号发布的所有内容，包括文字和图片，主要基于授权内容或网络公开资料整理，仅供参考。所有内容的版权归原作者所有。若有内容侵犯了您的权利，请联系我们，我们将及时处理。 5、解决方案 　　由中智科仪自主研发生产的逐光IsCMOS像增强相机采用高量子效率低噪声的2代Hi-QE以及第3代GaAs像增强器，光学门宽短至500皮秒 全分辨率帧速高达98幅/秒 内置皮秒精度的多通道同步时序控制器，由SmartCapture软件进行可视化时序设置，完全适合时间分辨快速等离子现象。 　　1. 500皮秒光学快门 　　以皮秒精度捕捉瞬态现象，并大幅降低背景噪声。 　　2.超高采样频率 　　逐光IsCMOS相机目前全分辨率下可达98帧，提供高速数据采集速率，同时可提供实验效率。此外设置使用其中16行的区域下，可以达到1300帧以上。 　　3.精准的时序控制 　　逐光IsCMOS像增强相机具有三路独立输入输出的时序同步控制器，最短延迟时间为10皮秒，内外触发设置可实现与激光器以及其他装置精准同步。 　　4. 创新“零噪声”技术 　　得益于单光子信号的准确识别，相机的暗噪声及读出噪声被完全去除。

据物理学家组织网11月6日(北京时间)报道，美国西北大学的一个研究小组开发出一种只有一个病毒大小的超小型激光器。这种激光器具有体积小、室温下即可工作的特点，能够很容易地集成到硅基光子器件、全光电路和纳米生物传感器上，具有极为广阔的应用前景。相关论文发表在近日出版的《纳米快报》杂志上。 　　光子和电子元件的尺寸对超快数据处理和超高密度信息存储至关重要，因此，小型化是此类设备未来发展所必须攻克的一个难关。负责这项研究的纳米技术专家，西北大学温伯格学院艺术与科学学院以及麦考密克工程和应用科学学院材料学教授泰瑞奥多姆说，纳米尺度上的相干光源不仅能够用来对小尺度的物理化学现象进行探索和分析，同时也能够帮助科学家打破光的衍射极限。 　　奥多姆称，能够制造出这种纳米激光器，都要归功于一种3D蝴蝶结式的纳米金属空腔结构。这种激光腔的几何结构能够产生表面等离子激元，这是一种在金属介质界面上激发并耦合电荷密度起伏的电磁振荡，具有近场增强、表面受限、短波长等特性，在纳米光子学的研究中扮演着重要角色。当产生表面等离子激元后，由于金属表面电子的集体震荡，因而能够最大限度的突破阈值限制，让所有光子都以激光形式进行发射，不浪费任何光子。这种蝴蝶结状结构的使用与先前类似的设备相比有两个明显的好处：第一，由于其电磁特性和纳米尺寸的体积，这种结构清晰可辨认。第二，由于其离散结构，损失可以减到最少。 　　此外，研究人员还发现，当这些结构排列成为一个阵列时，3D蝴蝶结谐振器能够根据晶格的参数发射出带有特定角度的光。

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率光纤激光技术实验室在特殊波长的飞秒超快光纤激光器研制方向取得重要进展。该团队首次报道了一种基于色散管理、全保偏九字腔的978 nm飞秒掺镱光纤激光器。相关研究成果以Generation of 978 nm dispersion-managed solitons from a polarization-maintaining Yb-doped figure-of-9 fiber laser为题，发表在《光学快报》（Optics Letters）上。978 nm掺镱飞秒锁模光纤激光器因独特的应用价值而备受关注。然而，由于Yb3+在978 nm波长附近的吸收截面近似等于发射截面，为了在这个波长获得高性能激光输出，必须克服978 nm处的激光自吸收和1030 nm附近的放大自发辐射（ASE）等问题。此外，Yb3+在978 nm附近的增益带宽相对较窄，这进一步增加了在该波长下获得飞秒激光脉冲的难度。因此，与1 μm以上的传统掺镱锁模光纤激光器相比，实现这种978 nm的飞秒光纤激光器面临着更大挑战。针对上述问题，研究团队采用基于九字腔结构的非线性放大环镜（NALM）技术实现了978 nm处色散管理孤子的稳定输出。实验中，通过控制激光腔内各色散元件的参数有效地管理了腔内总色散，并引入滤波器来抑制1030 nm的ASE，最终获得了具有14.4 nm光谱带宽和175 fs的高相干激光脉冲。此外，激光腔由全保偏光纤器件组成，能够有效抗温度、震动等环境扰动，确保了锁模脉冲的长期稳定性。数值模拟结果表明，978 nm色散管理孤子的光谱宽度主要受限于Yb3+在相关波长附近的增益带宽。未来，可以利用非线性效应在腔外进一步展宽光谱，从而在这个特殊波长实现更窄脉宽的激光输出。该研究实现的978 nm锁模脉冲是迄今为止报道的相关波长超快光纤激光器中能够输出的最短脉冲，在水下通信和太赫兹波产生等领域具有良好的应用前景。图1.978 nm九字腔色散管理孤子光纤激光器实验装置图图2. 978 nm九字腔光纤激光器输出脉冲参数。（a）光谱，（b）脉冲序列，（c）射频谱，（d）自相关信号，（e） 腔外压缩后的频谱和（f）自相关信号。图3. 数值模拟结果。（a、b）输出色散管理孤子的光谱和时间特性；（c、d）腔内脉冲的时频演化过程。

近期，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与激光技术新体系融合创新中心在孤子锁模光纤激光器研究方面取得进展。研究团队报道了锁模光纤激光器中色散波辐射的物理机制及其时域表征。相关研究成果以“Characterization and Manipulation of Temporal Structures of Dispersive Waves in a Soliton Fiber Laser”为题发表于IEEE光学期刊《光波技术杂志》(Journal of Lightwave Technology)。孤子激光器中的色散波在频域上以凯利边带(Kelly sideband)的形式与孤子一同产生，由S. M. Kelly在1992年首次发现并解释，由孤子脉冲在锁模激光器内的周期性放大和衰减所产生，体现在孤子光谱上为一系列关于中心波长对称分布的光谱边带，是与孤子稳定性密切相关的光波成分。在锁模激光器中，凯利边带的产生是限制孤子脉冲能量的重要因素，往往需要通过一些技术方法加以压制；同时，色散波也可以成为孤子之间长距离相互作用的媒介，影响孤子序列的稳定性。之前绝大多数对于孤子激光器中色散波的实验研究集中在对于其频域特性(即凯利边带)的研究，而对色散波时域结构的研究却十分缺乏，不同激光器参数条件对色散波时域结构的影响尚无完整的理论与实验研究。针对这一问题，研究团队建立了孤子光纤激光器中色散波时域结构的动力学模型，用以分析两个重要因素：一是腔内群速度延迟导致的相位匹配关系变化，二是腔内的增益滤波效应；从而推导出了具有双边指数衰减形式的色散波包络形态。在实验上，团队搭建了单向环形锁模光纤激光器，并通过调节腔内色散(改变腔长 30~110 m)以及腔损耗(0~7 dB)，在一定程度上实现了对色散波时频波形的调控与测量。实验结果与理论模型的预测一致。此外，团队也研究了色散波和孤子的响应时间延迟，色散波结构的对称性等色散波特征。这项研究可加深对孤子光纤激光器动力学过程的理解，也为超快光纤激光、光孤子信息处理等应用技术发展提供了一定的参考。相关工作得到了张江实验室建设与运行项目、2021年度博士后创新人才支持计划、中国博后科学基金、上海市2021年度“科技创新行动计划”原创探索项目、国家青年高层次人才项目的支持。图1 色散波产生原理图2 腔色散对色散波衰减速率影响图3 腔损耗对色散波衰减速率影响

2024年8月15日，由北京卓立汉光仪器有限公司、北京怀柔仪器和传感器有限公司、先锋科技(香港)股份有限公司、无锡中镭光电科技有限公司联合举办的第五届“逐梦光电”国产光电分析仪器和核心技术研制与应用研讨会暨怀柔光电产业发展论坛的精彩报告继续进行。来自全国各大知名高校及研究院的近百名专家学者出席了本次会议。8月14日至15日，线上直播观众人数突破9.3万人，明日精彩继续，欢迎预约直播。▲昨日精彩回顾（点击查看）本次研讨会聚焦荧光、拉曼、条纹、分幅、iCMOS、成像光谱仪、2μm激光器、光机、自动化，磁光，压电，仪器联用等10余类产品以及钙钛矿，太阳能，二维材料，燃烧诊断，等离子体诊断，LIBS，半导体，激光物理等八大应用方向。会议期间，共进行了多场精彩纷呈的学术报告和专题研讨。今日，17位来自光电探测、磁光、荧光及超快等领域的专家学者分别就各自的研究领域作了深入的阐述，分享了最新的研究成果和经验。▲华中科技大学研究员——韩俊波华中科技大学韩俊波研究员做二维本征铁磁体的磁性调控及应用探索报告，二维磁性材料是基础磁学和新型存储器件研究重要平台，其宏观性质和微观磁畴密切相关。深入研究其微观磁畴的调控方法及其与宏观性质间的内在联系，对提升材料性能、优化器件结构、诱发新奇量子物性至关重要。韩老师课题组以二维Fe3GeTe2（Fe3GaTe2）为载体，采用低温显微磁光克尔技术，系统研究了二维Fe3GeTe2在界面、电流及磁场调控下铁磁增强特性。获得如下有趣实验结果：（1）在二维反铁磁/铁磁异质结中观测到“非局域”铁磁增强效应；（2）在二维Gr/ Fe3GeTe2/Gr中观测到电流诱导的拓扑磁光效应；（3）在二维单个Fe3GeTe2中同时实现了非易失性和易失性磁光存储。这些研究成果不仅增进了对二维磁性材料微观机制的理解，也为未来磁存储技术和自旋电子学的发展开辟了新方向。▲Clemson University Assistant Professor——Lianfeng Zhao 远在美国克莱姆森大学赵连锋助理教授通过国际直播平台，为国内外科研工作者做Metal Halide Perovskite Laser Diodes英文报告，赵老师聚焦于金属卤化物钙钛矿半导体这一多功能的杂化材料，该材料在推动下一代光伏与发光技术革新中展现出巨大潜力。报告重点阐述了团队在电泵浦钙钛矿激光二极管领域的最新突破，包括钙钛矿内光增益机制的深入研究，以及在极端电流条件下器件性能的优化策略。这些成果不仅增进了对该领域关键技术的理解，还为克服技术障碍、推动该技术变革性发展提供了宝贵见解。▲北京交通大学教授——梁春军北京交通大学梁春军教授做一种新型光伏发电技术_钙钛矿太阳能电池报告，介绍钙钛矿太阳能电池的基本器件结构，进展情况和未来趋势。▲北京大学研究员——康佳昊北京大学康佳昊研究员做显示器件的频率色散和集约模型报告，介绍了北京大学碳基电子学研究中心在显示器件建模方面的部分研究。报告核心内容涵盖三大方面：首先，简要介绍了碳基电子学的基本概念及碳基显示在未来显示技术中的潜力；其次，深入剖析了薄膜晶体管（TFT）的关键性能特征，包括界面态现象、偏压稳定性以及电容的频率色散行为，并据此构建了相应的集约模型，为TFT性能预测与优化提供了理论支持；最后，探讨了微型发光二极管（Micro-LED）在微缩化过程中的尺寸效应，详细分析了其电学与光学性能的频散特性，并建立了集约模型以准确描述这些特性，为Micro-LED显示技术的发展奠定了坚实基础。▲湖北众韦光电科技有限公司研发经理——戴宏伟湖北众韦光电科技有限公司戴宏伟博士做低温磁场下的微区磁光克尔及光谱测试报告，报告从磁性二维材料的磁光克尔研究出发，探讨低温磁场下的微区光谱测试面临的问题与解决方案，如设备稳定性、磁场干扰及高精度要求等，并随后提出了针对不同磁体和低温环境的定制化解决方案。这些方案旨在提升测试平台的易用性和稳定性，为磁光学研究提供强有力的技术支持。▲北京交通大学教授——张福俊北京交通大学张福俊教授做倍增型有机光电探测器报告，重点介绍倍增型有机光电探测器的工作。张老师课题组在2013开始探索全新机理的倍增型有机光电探测器，2015年报道了基于单载流子有源层制备出界面附近受陷电荷诱导能带弯曲的倍增型有机光电探测器，并通过器件工程实现响应范围可调、正、反向偏压下都能工作且响应范围可调的器件。并从有源层中载流子传输通道的调控入手，率先报道了一种具有单载流子传输特性的低暗电流、倍增型有机光电探测器。课题组还通过多元化的策略，包括三元材料体系、厚膜策略调控光场分布、精细的界面工程以及电极优化等，成功制备出响应范围更加灵活、支持双向偏压操作、具备双探测窗口及功能集成化特性的倍增型有机光电探测器。这些创新不仅丰富了倍增型有机光电探测器的设计思路，也为未来高性能光电探测技术的发展提供了宝贵的经验和启示。▲中国科学院半导体研究所青年研究员——郝宏玥中国科学院半导体研究所郝宏玥青年研究员做超表面锑化物红外探测器研究报告，锑化物红外探测材料体系晶格失配度低，能带结构灵活可调，是实现高性能红外探测的优选材料。郝老师课题组聚焦于超表面结构在锑化物红外探测器领域的研究进展，并展望相关技术在焦平面成像领域的应用。通过在单波段锑化物红外探测其基础上，通过超表面结构设计及高精度图形转移技术，实现波长调制型可见-红外探测器制备，及片上集成多谱段红外探测芯片制备，为新一代宽光谱、多谱段红外焦平面探测阵列提供技术基础。▲浙江大学教授——何海平浙江大学何海平教授做钙钛矿发光：材料、器件及应用报告，全面概述了卤化物钙钛矿材料因其优异的光电特性，在新型显示、照明等领域具有潜在的广阔应用情况。何教授课题组聚焦于钙钛矿的发光性质，介绍课题组在钙钛矿光致发光、电致发光、激光等三个方面的研究工作，以及近期在钙钛矿量子点显示应用方面的进展。▲中国人民大学教授——龙峰中国人民大学龙峰教授做全光纤倏逝波荧光生物传感仪器及检测新污染物的应用报告，介绍了新污染物治理在美丽中国建设中具有重要的战略定位。新污染物具有“新”“多”“广”“低”等特点，其快速精准识别和监测是构建新污染物治理体系的重点和难点。传统监测技术存在前处理繁琐、成本高、难以满足现场快速检测需求等不足。龙教授团队通过建立全光纤倏逝波荧光生物传感新理论并突破系列关键核心技术，创制了具有完全自主知识产权的全光纤倏逝波荧光生物传感系列仪器，结合多样化生物靶向识别材料和生物传感机制，建立了新污染物多指标现场快速检测新方法，为新污染物监测提供精准化、即时化、智能化、集成化技术支撑。▲华北电力大学讲师——仇恒伟华北电力大学仇恒伟讲师做钙钛矿纳米晶的表界面调控和光电应用报告，全无机CsPbBr3钙钛矿纳米晶（PNCs）稳定性不足等诸多问题，无损晶格外延核壳纳米晶有望彻底攻克该问题并最小化界面电荷积累。仇老师从PNCs单晶面S系半导体外延生长出发，辅以合适的表面配体钝化晶面以降低结合能垒，实现晶格外延CsPbBr3/PbS核壳纳米晶可控合成，这一创新方法不仅增强了纳米晶的稳定性，还优化了其光电性能。进一步地，报告介绍了结合普适性纳米晶图案化和3D打印工艺的最新进展，成功构建了集成式光电探测阵列。这一技术突破不仅提升了光电探测器的性能和分辨率，还为其在更广泛领域的应用开辟了新途径。仇老师所做的一系列工作旨在推动PNCs稳定性和光电性能方面的发展，并极大拓展其应用。▲RMITUniversity研究员——Xiaoming Wen远在澳大利亚皇家墨尔本理工大学的文小明研究员通过国际直播平台，为国内外科研工作者做Time dependent steady-state and time-resolved photoluminescence under light bias in halide perovskites英文报告，文老师首先介绍了稳态光致发光 (PL) 和时间分辨光致发光 (TRPL) 技术发展现状。然而，当对表现出光照诱导的 PL 光谱、效率和寿命变化的材料（如卤化物钙钛矿）进行测量时，这些技术面临一些问题。在过去十年中，卤化物钙钛矿因其优异的光电特性和出色的器件性能（如高效太阳能电池、光电探测器和 LED）而引起了极大的研究兴趣。使用标准 PL/TRPL 测量时，可能会忽略和遗漏关键信息，并可能导致误解。本次报告文老师重点介绍一些光照诱导 PL 效率和载流子寿命增加的应用案例。使用专门设计的时间相关 PL/TRPL，有/没有光照偏置，进行探索异常的光电特性，并利用其团队最近提出的晶格能量库理论对该现象做了很好地解释。文老师作为卓立汉光产品的使用者，也在演讲中感谢卓立汉光的协助，其团队在RIMT大学定制了多功能PL-TRPL光谱系统，该系统能够完成上述大部分功能，并且功能大大扩展，包括激发、检测范围。可以预期该系统将能为其团队的光物理研究提供重要的技术支持。▲华北电力大学讲师——贾东霖华北电力大学贾东霖讲师做钙钛矿量子点表面特性调控研究及其光伏应用报告，钙钛矿量子点（PQD）凭借出色的光电性能和化学加工性，被视为下一代光伏器件的潜力材料，然而其表面高密度的长链绝缘油酸油胺配体成为电荷传输的障碍。贾去除这些原始配体会引发一系列问题，如表面缺陷增加、载流子捕获、钙钛矿晶格畸变以及水氧渗透通道的形成，从而影响光伏性能。为解决这些问题，研究团队开发了一系列创新策略，包括表面缺陷钝化、表面配体取代和表面晶格锚定等，以优化PQD的表面状态。通过这些策略，贾老师有效改善了太阳能电池的载流子提取效率，使无机CsPbI3-与混合FAxCs1-xPbI3-PQD太阳能电池的光电转换效率分别提升至16.64%与17.29%，为改善量子点光伏性能的表面调控策略提供了全新见解。▲香港城市大学教授——雷党愿香港城市大学雷党愿教授做微纳光腔与低维半导体相互作用及功能器件研究报告，首先分享了微纳光腔这类具有电磁场极端局域化和增强的超构光学体系，是发展多功能、小型化、低功耗、超快响应光学器件的基本模块。雷教授介绍了耦合光学微腔与钙钛矿量子点，构建高稳定性、低量子缺陷和超低阈值的微腔激光器（Nature Communications 2020, 11, 1192 Advanced Functional Materials 2024, 2401247）；接着展示集成自组装等离激元纳腔阵列与无铅钙钛矿量子点，实现宽带高探测灵敏度和响应度的柔性光电探测器（Nano Letters 2021, 21, 9195）；最后介绍近场耦合等离激元纳腔偶极共振模式与过渡金属硫族化合物自旋禁阻暗激子或其异质结中层间激子，获得室温下暗激子（Nano Letters 2022, 22, 1915）或层间激子的可观测发光（ACS Nano 2024, 18, 13599）。这些研究成果不仅展示了微纳光腔与低维半导体相互作用的独特优势，也为未来高性能光学器件的设计与开发提供了重要的科学依据和技术支撑。▲中国科学院长春应用化学研究所研究员——秦川江中国科学院长春应用化学研究所秦川江研究员做准二维钙钛矿发光机理与高性能器件报告，首先强调了有机/无机杂化钙钛矿半导体材料的显著优势，包括高吸收截面、高载流子迁移率和低成本溶液加工等特性，使其成为新一代半导体发光材料和激光器增益介质的理想选择。然而，这类新型材料的发光和激射原理尚未完全阐明，成为国际研究难题。针对这一挑战，秦老师课题组利用瞬态光谱技术取得了重要突破，不仅证实了Rashba自旋效应和暗态三线态激子的存在，还首次提出了准二维钙钛矿中长寿命暗态三线态激子的概念，并深入探讨了其对光电性能的影响。通过创新的维度和组分工程策略，团队成功调控了钙钛矿中的三线态激子行为和发光特性，进而实现了系列高性能发光器件的制备，和具有低激发阈值的室温连续光泵浦准二维钙钛矿激光。▲北京卓立汉光仪器有限公司应用专家——覃冰北京卓立汉光仪器有限公司应用专家覃冰做超快分子光谱探测技术及解决方案报告，介绍卓立汉光超快光谱探测方案在飞秒及皮秒时空中对超快物理化学及生物过程进行监测的应用，如太阳能电池、低维材料、量子器件、超导材料、新型半导体、纳米催化、生物传感等材料中载流子时空演化，载流子的激发动力学，钙钛矿中的放大自发辐射测试等。▲北京理工大学教授——王卓然北京理工大学王卓然教授做多元硫硒化物半导体光电器件报告，在立足于信息技术领域对新一代光电子器件与集成技术的重大需求基础上，报告聚焦半导体光电材料与器件领域关键问题，重点介绍以Cu2ZnSn(S,Se)4和AgBiS2为代表的环境友好型多元硫硒化物半导体在薄膜光伏与光电探测领域的应用，并就未来面向短波至中波红外应用的多维度硫硒化物材料体系与高维度集成光电传感系统展开讨论。▲北京金竟科技有限责任公司应用经理——李洋北京金竟科技有限责任公司李洋做阴极荧光成像及光谱采集系统及其在半导体领域的应用报告，报告内容涵盖其公司简介、阴极荧光含义及其原理、阴极荧光相关产品介绍及应用案例分享、 电子束曝光简介及产品介绍及应用案例分享、合作用户单位等，整个报告展示了北京金竟科技有限责任公司在阴极荧光成像及光谱采集系统、电子束曝光技术方面的深厚积累和创新能力，以及这些技术在推动半导体行业发展中的重要作用。▲中国人民大学博士——曹丹丹中国人民大学曹丹丹博士做纳米晶半导体高效单光子上转换发光报告，研究发现，钙钛矿具有显著的“声子辅助-单光子上转换”光致发光，浅能级缺陷可作为关键中间态角色。报告分享了基于配体工程调控深缺陷分布，可以有效抑制非辐射复合损失；基于结晶动力学工程调控浅缺陷分布，能够大幅度提升亚带隙电子跃迁的振子强度。在两者协同作用下，钙钛矿纳米晶的单光子上转换强度提高40%以上，有效光学冷却增益窗口超过130 meV。上述结果为深入认识纳米晶光致发光机制、拓宽纳米材料在光学/光电方面的实际应用提供了新的学术见解。▲仪器展示介绍环节除上述大会报告以外，会议期间，结合用户各种需求，卓立汉光公司适时展示多种产品系统，部分产品系统提供免费测样，欢迎详询：拉曼光谱荧光光谱微纳器件光谱响应度测试系统光栅单色仪/光栅光谱仪超快时间分辨光谱测试系统2μm波段掺铥光纤激光器笼式系统阻尼隔振平台

一、项目基本情况项目编号：HTCL-ZB-236129项目名称：哈尔滨工程大学电致发光器件综合特性测量系统及激光直写系统采购及服务预算金额：1030.000000 万元（人民币）最高限价（如有）：1030.000000 万元（人民币）采购需求：1套电致发光器件综合特性测量系统，其他要求详见招标文件。1套激光直写系统，其他要求详见招标文件。合同履行期限：合同签订后12个月内完成所有设备到货、所有设备调试完毕并具备验收条件。本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间：2023年11月06日 至 2023年11月10日，每天上午8:30至11:30，下午13:00至17:00。（北京时间，法定节假日除外）地点：黑龙江省招标有限公司方式：现场获取。售价：￥500.0 元，本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：哈尔滨工程大学　　　　　地址：哈尔滨市南岗区南通大街145号　　　　　　　　联系方式：0451-82519862　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：黑龙江省招标有限公司　　　　　　　　　　　　地　址：哈尔滨市南岗区汉水路180号　　　　　　　　　　　　联系方式：陆超、温智伟 电话：0451-82375252　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：陆超、温智伟电　话：　　0451-82375252

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据美国物理学家组织网6月13日(北京时间)报道，美国马萨诸塞州综合医院研究人员成功利用表达了绿色荧光蛋白(GFP)的肾脏细胞产生了一种纳秒级的激光脉冲，首次用单个活细胞作为增益介质产生了激光。相关论文将于近日发表在《自然光子学》杂志上。 　　产生激光通常要有3个要素，第一是光源，第二是受激产生激光的“增益介质”，第三是将所产生的光聚拢到一起的“光学共振腔”。哈佛医学院皮肤病学副教授、论文作者尹淑贤(韩国名)博士说，激光发明50年来，通常都是用合成材料如晶体、染料、纯净气体作为光学增益介质，光脉冲在两面镜子间来回反射，在这些介质中被放大。而我们选择了能表达绿色荧光蛋白(GFP)的肾脏细胞作为增益介质。 　　GFP蛋白最初是在水母中发现，可在不添加其他酶的情况下诱导发光。研究人员给一个直径约20微米宽、1英寸(2.5厘米)长的圆筒两边装上镜子作为光学共振腔，共振腔内装满GFP水溶液，再向其中放入肾脏细胞。结果发现，肾脏细胞不仅能产生激光脉冲，而且能像透镜一样将光回聚并诱导激光发射。 　　更重要的是，该激光设备中的细胞在发光过程中仍然存活，能持续产生数百次激光脉冲。尽管单个激光脉冲比较微弱，仅持续几纳秒，但却很明亮，很容易探测到。 　　论文主要作者、马萨诸塞州综合医院马尔特加特说，这一成果源于好奇心。由于此前激光均由各种机械装置生成，他和同事就想，“为什么自然界中没有生物能制造激光”，产生了用细胞组织试试看的念头，结果显示这是有可能实现的。 　　对于这项成果的运用前景，研究人员提出了几种可能。首先，由于不同的细胞结构所产生的激光在光学性质上有差异，可以通过分析最后得到的光，来研究细胞和机体组织 第二，目前医学上有一种光动力疗法，可把对光敏感的药物送到要医治的机体部位，然后用光照来激发药效，如果在这种疗法中能用上“细胞激光器”，也许可以增进疗效。 　　但要在机体组织内产生激光，还要解决一个问题，即如何在机体组织内形成一个光学共振腔，而不是像本次研究那样利用外部的两面小镜子。“下一步，我们希望能在细胞里植入一种类似于镜盒的结构作为光学共振腔。而我们的长期目标是找到一种方法，将无生命的光通讯和计算机拓展到生物技术领域，这在一些涉及电子与生物组织转换界面的项目上尤其重要。”马尔特加特补充说。

记者从中国科学院上海应用物理研究所获悉，经过多年技术积累和艰苦努力，上海深紫外自由电子激光装置(SDUV-FEL)实验取得重大进展，我国自由电子激光实验研究步入世界先进行列。 　　自由电子激光是激光家族的一个新成员，被国际上公认为新一代光源，有着重要的应用前景。高增益自由电子激光在亮度、相干性和时间结构上，都大大优于第三代同步辐射光源，是国际上竞相发展的新一代大科学装置。 　　自由电子激光的工作模式主要有“自放大自发辐射(SASE)”和“高增益谐波产生(HGHG)”两种。其中，“高增益谐波产生(HGHG)”工作模式需要短脉冲激光和高品质电子束流的精确相互作用，技术比较复杂，但是性能较“自放大自发辐射(SASE)”工作模式更好。 　　经过多年的技术积累和艰苦努力，上海深紫外自由电子激光装置于2010年12月中旬成功进行了高增益谐波产生自由电子激光放大与饱和的实验，这是上海深紫外自由电子激光装置成功进行了自放大自发辐射实验和外种子自由电子激光调制实验之后，所取得的又一重大进展。 　　目前，我国已成为继美国之后世界上第二个实现高增益谐波产生自由电子激光放大与饱和的国家，这表明我国已经基本掌握了相关主要关键技术，为我国未来的X射线自由电子激光大科学装置的发展奠定了坚实基础。 　　中国科学院上海应用物理研究所是我国大科学装置“上海光源”的建设和运行单位。“上海光源”是目前世界上性能最好的第三代中能同步辐射光源之一。目前，中科院上海应用物理研究所正积极开展自由电子激光新一代大科学装置的预研。