這一年激光相關(guān)研究取得了哪些突破？今天就為大家進(jìn)行一下盤點(diǎn)，有興趣的朋友們看看吧。 科學(xué)家利用3D飛秒激光納米光刻技術(shù) 制備晶體納米結(jié)構(gòu)
YAG（釔鋁石榴石）晶體中的亞波長(zhǎng)衍射光柵和MOW（微結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)） a）在可見光照射下，長(zhǎng)度為厘米級(jí)、間距為700 nm光柵的圖像。b）實(shí)驗(yàn)并計(jì)算了波長(zhǎng)為1070 nm的亞波長(zhǎng)光柵（間距為700 nm）的絕對(duì)衍射效率。計(jì)算公式為衍射功率除以入射到嵌入光柵的功率。Error bars圖對(duì)應(yīng)于～0.07％的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差。插圖：制作的光柵的掃描電子顯微鏡（SEM）特寫圖像。c）六邊形結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)，水平孔距500 nm，平均孔徑166nm x 386 nm，長(zhǎng)4 mm。d）波長(zhǎng)為1550 nm、862 nm（垂直）和972 nm（水平）的半峰全寬（full－width at half maximum，F(xiàn)WHM）處的模擬強(qiáng)度模式。e）1550 nm處測(cè)量的波導(dǎo)輸出模式的衍射受限近場(chǎng)圖像，F(xiàn)WHM約為～1.5 μm。 據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，材料的光學(xué)特性由其化學(xué)性質(zhì)和固有的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)決定，盡管后者仍有待深入表征。 光子晶體和超材料已經(jīng)證明了這一點(diǎn)，它們通過表面的改變可提供一種全新的超越材料已知自然光學(xué)特性的光操控。然而，在過去30年的研究中，現(xiàn)有的技術(shù)方法已無法可靠地在材料表面以外的納米結(jié)構(gòu)硬脆光學(xué)晶體中進(jìn)行深入的光學(xué)表征和相關(guān)應(yīng)用。 例如，半導(dǎo)體行業(yè)開發(fā)的激光光刻是表面處理技術(shù)，用于有效刻蝕多種材料，包括硅、石英玻璃和聚合物等。該工藝用于生產(chǎn)高質(zhì)量的二維（2D）納米光子器件，可以擴(kuò)展到三維（3D），20年前紅外飛秒激光直寫技術(shù)就已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。然而，光聚合結(jié)構(gòu)是不切實(shí)際的，因?yàn)樗鼈儾荒芘c其它光子元件接合。雖然3D納米結(jié)構(gòu)光纖提供的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了普通非結(jié)構(gòu)化玻璃可提供的功能，從而使非線性光學(xué)和光通信發(fā)生了革命性變化，但在晶體介質(zhì)中進(jìn)行可靠的材料制造仍然難以實(shí)現(xiàn)。 替代方法包括用激光誘導(dǎo)介質(zhì)擊穿和在透明晶體內(nèi)觸發(fā)的微爆（micro－explosion）直接加工3D納米結(jié)構(gòu)，從而在其中產(chǎn)生空隙并形成亞微米結(jié)構(gòu)。但是這種方法存在擴(kuò)大晶格損傷和加深裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。因此，盡管科學(xué)家們付出了大量努力，大規(guī)模3D晶體納米結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)方法仍有待報(bào)道。 近期發(fā)表在《自然光子學(xué)》（Nature Photonics）雜志上的一項(xiàng)研究表明，Airan Rodenas及其光子學(xué)與納米技術(shù)研究所及物理系的同事們打破了現(xiàn)有的晶體納米結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)方法。 他們提出了一種不同的方法，利用晶體的濕法刻蝕速率和多光子3D激光直寫技術(shù)（3DLW），可以在納米尺度上局部改變晶體的內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)活性，從而形成致密的納米孔晶格。 跨學(xué)科的科學(xué)家表明，在100nm范圍內(nèi)具有任意特征的厘米級(jí)長(zhǎng)度的空孔晶格可以在諸如釔鋁石榴石（YAG）和藍(lán)寶石等之類的關(guān)鍵晶體內(nèi)部產(chǎn)生，通�？捎糜趯�(shí)際應(yīng)用中。Rodenas等人在刻蝕之前進(jìn)行直接激光寫入，在固態(tài)激光晶體內(nèi)部產(chǎn)生光子應(yīng)用所需的孔結(jié)構(gòu)。
在YAG中，利用3DLW設(shè)計(jì)的濕法刻蝕納米孔晶格。 a）對(duì)納米孔晶格刻蝕120小時(shí)，沿x和y方向的平均孔尺寸（257±7nm和454±13nm），沿z方向長(zhǎng)度為1mm。b）濕法刻蝕2小時(shí)后垂直重疊的納米孔（沿x和y方向的平均孔尺寸為131 ± 5 nm和1300 ± 35 nm，長(zhǎng)度為1mm）。c）沿z方向刻蝕1小時(shí)后的納米孔，在光學(xué)顯微鏡下拍攝的圖像（長(zhǎng)度為129 ± 6.8 μm）。 在實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們使用了標(biāo)準(zhǔn)的3DLW和鐿鎖模超快光纖激光器（波長(zhǎng)1030nm，脈沖持續(xù)時(shí)間350fs）。使用數(shù)值孔徑（numerical aperture，NA）為1.4的油浸物鏡將激光脈沖緊密聚焦在晶體內(nèi)部。Rodenas等人通過計(jì)算機(jī)控制的XYZ線性平臺(tái)對(duì)樣品進(jìn)行3D納米定位。激光照射后，他們?cè)贆M向拋光晶體，露出照射區(qū)域的結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行濕法化學(xué)刻蝕。為此，YAG晶體是在去離子水中用熱磷酸刻蝕的�？涛g工藝目前的關(guān)鍵技術(shù)限制是難以清除采用上述詳細(xì)制造方法后的納米孔內(nèi)的廢酸。 結(jié)果顯示，改性和原始晶體狀態(tài)的分子刻蝕選擇性相差1 x 10＾5，迄今為止，這在光輻照材料中都沒有被觀察到。觀察值比硅上氧化鋁刻蝕掩模的觀察值高大約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。 Rodenas等人測(cè)定了未改性YAG的刻蝕速率為～1nm／h。所提出的方法能夠在亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的晶體中設(shè)計(jì)和制造納米光子元件，以提供所需的光學(xué)響應(yīng)。通過結(jié)合3DLW和濕法刻蝕，科學(xué)家們就能夠控制YAG晶體中納米孔晶格的方向、尺寸、形狀、填充率和長(zhǎng)度等特征。 將YAG晶格刻蝕120小時(shí)，以獲得x和y方向上的平均孔尺寸。通過調(diào)整激光功率和偏振來控制孔的形狀和尺寸。刻蝕后的納米孔直徑取決于激光功率，未來可對(duì)激光束線偏振和圓偏振狀態(tài)進(jìn)行研究。作為這項(xiàng)技術(shù)的限制，他們發(fā)現(xiàn)3D光子結(jié)構(gòu)在空間上的特性是孤立的，需要支撐壁，并且還會(huì)受到收縮和光學(xué)損傷閾值較低的影響。
（1）YAG中線偏振和圓偏振的激光功率與孔徑和橫截面縱橫比相關(guān)。（A）對(duì)孔刻蝕1小時(shí)后，測(cè)量的線偏振（linear polarization，LP）和圓偏振（circular polarization，CP）的孔寬度（紅色）和高度（藍(lán)色）與功率的相關(guān)性。（B）線偏振和圓偏振的橫截面孔縱橫比（高度除以寬度）與功率的相關(guān)性。（2）刻蝕縱橫交錯(cuò)的納米孔。（A）在原始明場(chǎng)透射圖像中描繪了刻蝕孔和未刻蝕孔之間的高折射率對(duì)比。（B）不同垂直偏移位置的90o交叉孔的3D草圖。（C，D）90°和不同交叉高度的交叉孔SEM照片。銀（Ag）濺射的納米顆粒在主表面上也是可見的。（E）孔內(nèi)部光滑表面的特寫視圖。（圖片來源：Nature Photonics） 科學(xué)家們利用圓偏振設(shè)計(jì)了光子結(jié)構(gòu)，在200nm以下的納米級(jí)區(qū)域可重復(fù)地產(chǎn)生氣孔。在晶體中產(chǎn)生的納米光子結(jié)構(gòu)（氣孔光子晶格）保持了與最新多光子聚合光刻技術(shù)相當(dāng)?shù)目臻g分辨率。 對(duì)于實(shí)際應(yīng)用，納米光子器件需要強(qiáng)大有效的光學(xué)互連，從而與其它光學(xué)元件形成大型復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，Rodenas等人通過控制不同的刻蝕速率來保持光學(xué)改性的量和周圍晶體之間的大孔長(zhǎng)度，然后用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察并證明了3D刻蝕過程。
從毫米級(jí)到厘米級(jí)的長(zhǎng)度刻蝕YAG中的納米孔。 （A）被刻蝕孔的光學(xué)顯微鏡側(cè)視圖。（B）被刻蝕納米孔的光學(xué)顯微鏡俯視圖。（C）被刻蝕納米孔的SEM側(cè)視圖。 在170小時(shí)內(nèi)，科學(xué)家們獲得了橫截面積為368nm x 726nm、長(zhǎng)度為3.1mm的納米孔；這表明可以在單個(gè)刻蝕步驟中設(shè)計(jì)具有毫米級(jí)長(zhǎng)度的納米孔。 納米光子器件通常需要從微米級(jí)到厘米級(jí)的晶格尺寸，而不會(huì)因應(yīng)力過度導(dǎo)致晶體脆性斷裂。通過這種方式，科學(xué)家們實(shí)施了一種方案，即在整個(gè)樣本中以所需比例均勻刻蝕納米結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)（MOW）。 為了測(cè)試所觀察到的YAG納米孔刻蝕的選擇性是否可以轉(zhuǎn)移到其它晶體類型上，科學(xué)家們用藍(lán)寶石進(jìn)行了類似的納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)。他們發(fā)現(xiàn)藍(lán)寶石中平行納米孔的刻蝕速率約為1 x 10＾5，類似于YAG，并且高于先前在藍(lán)寶石中刻蝕微通道時(shí)觀察到的速率。Rodenas及其同事在藍(lán)寶石中形成了毫米級(jí)長(zhǎng)度的納米孔，其橫截面短至～120nm，并通過設(shè)計(jì)刻蝕170小時(shí)后的納米孔晶格來測(cè)試該方法的可行性，未觀察到晶體裂開。
（1）通過3D連接刻蝕孔實(shí)現(xiàn)無限長(zhǎng)且均勻刻蝕納米孔晶格的方案。（A）用于MOW的垂直刻蝕通道結(jié)構(gòu)的3D草圖。（B）通過MOW的拋光切口的SEM，部分顯示3D刻蝕孔。（C）間隔80μm的垂直刻蝕通道的MOW刻蝕陣列的顯微鏡俯視圖。（2）在藍(lán)寶石中刻蝕毫米級(jí)長(zhǎng)度的孔。a）在總刻蝕時(shí)間為170 小時(shí)之后，三個(gè)1mm長(zhǎng)孔陣列的暗場(chǎng)圖像。每個(gè)陣列上的孔以～10 mW寫入，深度范圍從4μm到30 μm。b）刻蝕30分鐘后以中等功率（9.4mW）和29μm深度寫入的孔的實(shí)例。c）在24 μm深度和光學(xué)改性功率閾值（～4 mW）寫入的兩個(gè)孔的實(shí)例，在這兩個(gè)孔中沒有觀察到次生孔。 將晶格形成控制到納米級(jí)的能力在光子應(yīng)用中非常實(shí)用。例如，在固態(tài)激光晶體中，光子帶隙晶格可以設(shè)計(jì)為在可見光到中紅外范圍內(nèi)的阻帶，用于光子信息技術(shù)。為了進(jìn)一步挖掘3D納米光刻技術(shù)的潛力，Rodenas等人設(shè)計(jì)了具有不同晶格間距和腔體尺寸的MOW�？梢姽庹丈湎拢麄儷@得了厘米級(jí)長(zhǎng)度、700 nm間距的光柵。 Rodenas等人在亞波長(zhǎng)光柵材料制造之前，對(duì)其進(jìn)行了理論研究和模擬實(shí)驗(yàn)。對(duì)于數(shù)值模擬，他們?cè)贑OMSOL Multiphysics 4.2軟件中使用了有限元法（FEM）�？茖W(xué)家們?cè)谥圃熘耙彩褂孟嗤挠邢拊浖头椒▽?duì)YAG MOW進(jìn)行建模。 這種制造可控3D晶體納米結(jié)構(gòu)的能力為設(shè)計(jì)緊湊的單片固態(tài)激光器開辟了新的途徑。得到的晶體可以在晶體內(nèi)部結(jié)合傳統(tǒng)的腔體（光柵、纖維、微流體冷卻通道）或新型微諧振器等。 設(shè)計(jì)大型納米結(jié)構(gòu)激光晶體的良好前景將為計(jì)量應(yīng)用中的精密技術(shù)提供新的基礎(chǔ)，同時(shí)還能夠在微電子學(xué)中使用超強(qiáng)可變形激光納米纖維以及在醫(yī)學(xué)中用于藥物輸送。 上海光機(jī)所 超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)新型光鑷 研究取得進(jìn)展 中國(guó)科學(xué)院上海光機(jī)所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐至展院士研究團(tuán)隊(duì)在超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)新型光鑷（相對(duì)論渦旋刀）操控粒子束研究中取得重要進(jìn)展。 該研究團(tuán)隊(duì)在三維PIC模擬中利用相對(duì)論圓偏振拉蓋爾—高斯激光第一次實(shí)現(xiàn)了新型光鑷——相對(duì)論“渦旋刀”，產(chǎn)生空間周期性分布的電子團(tuán)簇。這一最新研究成果2019年1月14日在線發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。 2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)分別頒給了A. Ashikin, G. Mourou和D. Strickland，表彰他們?cè)诩す馕锢眍I(lǐng)域的突破性發(fā)明。 1970年，A. Ashikin第一次發(fā)明光鑷技術(shù)并將其應(yīng)用于生物學(xué)領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：利用連續(xù)激光的光壓可以實(shí)現(xiàn)微米量級(jí)粒子的加速和捕獲。 1985年，G. Mourou, 和 D. Strickland兩人則發(fā)明了啁啾脈沖放大（CPA）激光技術(shù)，開啟了相對(duì)論飛秒激光驅(qū)動(dòng)等離子體相互作用的大門。這兩項(xiàng)都非常值得被授予諾貝爾獎(jiǎng)，但它們之間并沒有那么緊密的聯(lián)系。 本項(xiàng)研究中，王文鵬博士等研究人員利用相對(duì)論圓偏振拉蓋爾—高斯LG01(σz= -1)激光直接將傳統(tǒng)的弱光領(lǐng)域內(nèi)的光鑷拓展到了相對(duì)論激光領(lǐng)域，產(chǎn)生了新型光鑷——相對(duì)論“渦旋刀”。 研究發(fā)現(xiàn)這種相對(duì)論渦旋刀（電場(chǎng)）可以在每個(gè)激光周期實(shí)現(xiàn)會(huì)聚和發(fā)散，從而可以驅(qū)動(dòng)周期性電子團(tuán)簇產(chǎn)生。文中提出的單粒子模型很好的解釋了模擬中電子團(tuán)簇形成的原因，并且發(fā)現(xiàn)這種渦旋刀操控電子的行為依賴于LG激光中的軌道角動(dòng)量參數(shù)l和自旋角動(dòng)量參數(shù)σz。 該相對(duì)論“渦旋刀”驅(qū)動(dòng)操控的粒子束具有高電荷量、高準(zhǔn)直性的特點(diǎn)且操控簡(jiǎn)單，更容易獲得高品質(zhì)束流，對(duì)粒子加速、超快電子衍射、超快電子成像、加速器中粒子注入、慣性約束聚變快點(diǎn)火、THz和X光輻射源產(chǎn)生等應(yīng)用具有極其重要意義。 該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院先導(dǎo)B類專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。
圖1 相對(duì)論渦旋刀驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生周期性電子團(tuán)簇 中國(guó)科學(xué)院 單模激光輸出與動(dòng)態(tài)調(diào)控 研究獲進(jìn)展 一直以來，激光器的研發(fā)都備受人們的關(guān)注。由于多模激光器不僅存在群速色散導(dǎo)致的脈沖展寬和虛假信號(hào)，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生模式競(jìng)爭(zhēng)造成信號(hào)不穩(wěn)定，因此，獲得單模激光輸出就成了解決上述問題的有效策略。 目前，人們可以通過多種方式獲得單模激光輸出，例如：減小腔體尺寸、DBR/DFB技術(shù)、Vernier效應(yīng)等。然而，這些方法都需要經(jīng)過精密的腔體設(shè)計(jì)以及復(fù)雜的制備工藝，此外，利用這些方法實(shí)現(xiàn)的單模輸出不具備可逆性，而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、可持續(xù)單模激光輸出仍缺乏有效的研究方案。 中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所發(fā)布動(dòng)態(tài)稱，該研究所王中林、潘曹峰及盧俊峰近日在先前報(bào)道的動(dòng)態(tài)調(diào)控ZnO回音壁激光模式的基礎(chǔ)上，利用壓電極化效應(yīng)和壓阻效應(yīng)協(xié)同作用，對(duì)激光模式進(jìn)行選擇性輸出，并實(shí)現(xiàn)單模激光輸出與動(dòng)態(tài)調(diào)控，也為進(jìn)一步推進(jìn)以顏色分辨為信號(hào)源的應(yīng)力傳感器構(gòu)建件打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 相關(guān)成果以Dynamic Regulating of Single-Mode-Lasing in ZnO Microcavity by Piezoelectric Effect 為題發(fā)表在近期的Materials Today上。
圖：模式調(diào)控機(jī)制 日本研發(fā)出不使用光的新型激光 日本國(guó)立信息學(xué)研究所山本喜久教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組成功研發(fā)出不使用光的新型“激光”（Laser）。研究小組利用電子空穴之間相互吸引爭(zhēng)奪的“激發(fā)粒子”代替光波，通過粒子的作用激發(fā)產(chǎn)生“激光”。新型“激光”所需的電力為傳統(tǒng)激光的百分之一以下。這種新型“激光”可作為大規(guī)模集成電路（LSI）中信息傳遞的媒介，使用這種“激光”媒介的大規(guī)模集成電路的功耗可以做得很小。此項(xiàng)研究成果發(fā)表于英國(guó)《自然》科學(xué)期刊。 “激發(fā)粒子”產(chǎn)生并存在于半導(dǎo)體中，重量?jī)H為氫原子的千分之一，并且具有波的性質(zhì)。山本喜久的研究小組對(duì)半導(dǎo)體照射波長(zhǎng)為800納米的電磁波，發(fā)現(xiàn)其可以與“激發(fā)粒子”緊密地相互結(jié)合，并且重量可變?yōu)槠胀?ldquo;激發(fā)粒子”的萬分之一以下。研究小組在特殊構(gòu)造的半導(dǎo)體端子中，使電磁波與“激發(fā)粒子”相互共振，產(chǎn)生了新型“激光”。 目前，在大規(guī)模集成電路中金屬配線中的電子承擔(dān)著信號(hào)傳輸?shù)墓δ堋榱私档碗娏ο�，許多國(guó)家在推進(jìn)利用激光代替電子進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)南嚓P(guān)研究。 此次，日本國(guó)立信息學(xué)研究所研發(fā)出的新型“激光”是更加前沿的技術(shù)，為集成電路的信號(hào)傳導(dǎo)探索了一條新路，并且對(duì)今后電子設(shè)備的節(jié)能具有重要的意義。 中國(guó)科學(xué)院 研制出基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù) 的新型環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 中科院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員趙南京研制出一種新型環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——“工業(yè)排放廢水重金屬在線監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)”，可對(duì)工業(yè)排放廢水中多種重金屬進(jìn)行實(shí)時(shí)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)已通過專家組驗(yàn)收。 目前，對(duì)水體中重金屬的在線測(cè)量主要采用比色法和電化學(xué)分析法，這兩種方法各有缺陷，有的不能同時(shí)測(cè)量多種離子，有的靈敏度較低。 據(jù)了解，該系統(tǒng)基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)，以石墨基片為水樣載體，通過自動(dòng)加載與卸載石墨基片、水樣自動(dòng)進(jìn)樣與精確滴定、樣品烘干、光譜測(cè)量與分析，從而實(shí)現(xiàn)廢水重金屬含量的連續(xù)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)，可同時(shí)測(cè)量鉛、鎘、鉻、銅、鎳、鋅等多種重金屬元素。 科研人員在一家金屬冶煉廠進(jìn)行了為期兩周的外場(chǎng)示范運(yùn)行試驗(yàn)，結(jié)果顯示測(cè)量穩(wěn)定性誤差在5％以下，相對(duì)誤差在0．02％至9．1％之間。系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行期間，無人值守但運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。 美科學(xué)家 開發(fā)出首款 全固態(tài)中紅外激光束轉(zhuǎn)向控制器件 美國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)開發(fā)了一種用于中紅外激光束的非機(jī)械芯片轉(zhuǎn)向器件。與萬向驅(qū)動(dòng)反射鏡等類似技術(shù)相比，該芯片可以實(shí)現(xiàn)3 ～ 5um波長(zhǎng)光束的二維連續(xù)掃描，且掃描速度更快。 該芯片由美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室（U．S． Naval Research Laboratory， NRL）開發(fā)制造，是一種固態(tài)器件，被稱為“可控電瞬變光學(xué)折射鏡”（Steerable electro－evanescent optical refractor， SEEOR）。這些芯片已經(jīng)在電信波長(zhǎng)下的光束轉(zhuǎn)向中展示了應(yīng)用前景，未來有可能進(jìn)入自動(dòng)駕駛汽車領(lǐng)域。NRL科學(xué)家認(rèn)為他們的SEEOR是第一款可以在中紅外波段運(yùn)行的器件。 SEEOR芯片可將中波紅外激光輸入光，在無需機(jī)械裝置的情況下，在輸出端以二維方式控制光束轉(zhuǎn)向 SEEOR看起來像一個(gè)襯底上有多層薄膜的小三明治，側(cè)面看起來像一個(gè)梯形的硅片。該三明治結(jié)構(gòu)包含厚度約為1．2um硫系玻璃無源波導(dǎo)芯、液晶層和帶有圖案電極的蓋玻片。整個(gè)芯片長(zhǎng)48．5mm，寬14．5mm，深2．75mm。 源自4．6um波長(zhǎng)量子級(jí)聯(lián)激光器的準(zhǔn)直光在一端進(jìn)入SEEOR，施加到電極的電壓重新定向液晶分子，從而以受控模式改變其折射率。 這款概念驗(yàn)證器件可以在14°x 0．6°的二維范圍內(nèi)轉(zhuǎn)向操縱中紅外光束。不過，只有約3％的入射光能夠從SEEOR的另一端射出，但NRL科學(xué)家表示，通過添加抗反射涂層和其他優(yōu)化來減少內(nèi)部散射，可以大大提高光通過量。 美軍研發(fā)超短脈沖激光武器 據(jù)外媒報(bào)道，經(jīng)過25年研究以及制作了足以填滿一個(gè)博物館的無效“奇異武器”之后，五角大樓研制出了“可伸縮緊湊型超短脈沖激光系統(tǒng)”（SCUPLS）。 美國(guó)防部“非致命性聯(lián)合武器局”（JNLWD）在2018年9月開始了一個(gè)為期3年的項(xiàng)目，以便最終生產(chǎn)出一種可行的非致命性激光等離子武器。最新加入到林林總總的激光武器名錄中的是“可伸縮緊湊型超短脈沖激光系統(tǒng)”（SCUPLS），它將使用新的短脈沖激光器。 據(jù)了解，與PEP射彈一樣，SCUPLS系統(tǒng)的尺寸小得足以安裝到輕型戰(zhàn)術(shù)車輛上，但它需要具有比先前的激光武器版本大得多的功率。 此外，SCUPLS系統(tǒng)取決于你如何調(diào)整設(shè)置，具有讓人失去視力和聽力，以及讓人暈厥或被燒傷的功能。 鈣鈦礦納米激光領(lǐng)域 研究獲得重要進(jìn)展 太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院李國(guó)輝博士、崔艷霞教授在鈣鈦礦納米激光領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。 芯片上的光電集成是未來信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，其中的關(guān)鍵之一就是納米激光器。而納米激光研制的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電泵浦。 與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料相比，鈣鈦礦具有長(zhǎng)載流子壽命（10－100納秒）、長(zhǎng)擴(kuò)散長(zhǎng)度、高熒光產(chǎn)率以及波長(zhǎng)可調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn)，在光伏、激光、光電探測(cè)器、發(fā)光二極管等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。 目前，鈣鈦礦納米激光器都采用激光泵浦，由激光泵浦到電泵浦的關(guān)鍵之一就是降低激光產(chǎn)生的閾值從而降低注入電流密度。針對(duì)這一難題，李國(guó)輝博士、崔艷霞教授及其合作者采用化學(xué)氣相沉積方法制備出表面達(dá)到原子級(jí)平滑（平均表面粗糙度小于2納米）的形狀規(guī)則的正三角形和正六邊形鈣鈦礦納米片，納米片的邊長(zhǎng)低至27微米，厚度低至70納米。 在激光特性研究的實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)所制備原子級(jí)平滑的鈣鈦礦納米片諧振腔顯著降低了散射損耗從而大幅度提高了鈣鈦礦納米片激光的性能，其諧振腔品質(zhì)因子高達(dá)2600，激光的光譜線寬低至0．3納米（測(cè)試受到光譜儀的光譜分辨率限制），相應(yīng)地，激光產(chǎn)生的閾值也下降到18．7微焦每平方厘米，是目前同類激光器中全世界最低的。這一開創(chuàng)性的工作將有力的推動(dòng)鈣鈦礦納米激光研究的快速發(fā)展。 相關(guān)研究成果已發(fā)表在頂尖期刊《Advanced Functional materials》上。 科學(xué)家研發(fā)出新型定向隨機(jī)激光器 芬蘭坦佩雷理工大學(xué)、意大利羅馬三大、英國(guó)南安普敦大學(xué)以及美國(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的一組研究人員展示了一種新型隨機(jī)激光器設(shè)計(jì)，通過光誘導(dǎo)孤子波導(dǎo)改善了激光特性并將激光輸出引導(dǎo)到指定方向。 這種激光器表現(xiàn)出類似晶體管的行為，因?yàn)楣伦佑兄谙到y(tǒng)的運(yùn)行，并且它們可在由外部電壓控制指定的方向發(fā)光。研究人員通過將向列型液晶、全光波導(dǎo)與隨機(jī)激射相結(jié)合，解決了隨機(jī)激光器的局限性問題。 摻染料分子以提供增益的液晶起著兩種不同的作用。通過依賴對(duì)弱非共振連續(xù)波激光束的非線性響應(yīng)，對(duì)孤子波導(dǎo)進(jìn)行光誘導(dǎo)，這種行為稱為向列相。當(dāng)染料分子通過與它們共振的脈沖激光泵浦時(shí)，散射特性能為隨機(jī)激射提供足夠的反饋。 科學(xué)家們證明，向列相輔助隨機(jī)激光器具有許多典型特征，例如激光的泵浦能量閾值和自發(fā)發(fā)射背景中出現(xiàn)的窄光譜峰值等。此外，孤子波導(dǎo)能收集產(chǎn)生的光并以平滑的空間結(jié)構(gòu)將其引導(dǎo)至特定輸出方向。 該研究得到了芬蘭科學(xué)院以及坦佩雷理工大學(xué)的資助。 稀土摻雜氟化物 中紅外激光晶體 研究獲進(jìn)展 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員蘇良碧課題組與山東師范大學(xué)、山東大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作，基于“稀土發(fā)光離子局域格位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”的思想，利用三價(jià)稀土離子在螢石型結(jié)構(gòu)晶體CaF2／SrF2中自發(fā)富集形成離子團(tuán)簇的特性，通過合理的摻雜機(jī)制提高激活離子間的相互作用效率，在低濃度摻雜的情況下實(shí)現(xiàn)了超越Stokes量子效率的高效率中紅外波段激光輸出。 1.8～3 μm中紅外激光由于具備處于大氣窗口波段、對(duì)人眼安全、對(duì)大氣分子敏感以及液態(tài)水分子強(qiáng)吸收等特性，在雷達(dá)、激光通信、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及高精度手術(shù)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 研究團(tuán)隊(duì)在Tm：CaF2晶體中引入調(diào)劑離子La3＋，合理設(shè)計(jì)晶體的組成和配比，顯著提高了Tm3＋離子2μm波段發(fā)射截面和熒光壽命；采用792nm激光二極管做泵浦源，在Tm，La：CaF2晶體中實(shí)現(xiàn)了斜效率67.8％（Stokes量子效率41％）、功率4.27 W的連續(xù)激光輸出，激光波長(zhǎng)調(diào)諧范圍達(dá)190 nm（1850－2050 nm）。 研究團(tuán)隊(duì)利用CaF2－SrF2混晶中陽(yáng)離子格位無序的特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)混晶中Ca和Sr的比例，在4 at.％ Er：CaF2－SrF2晶體中實(shí)現(xiàn)了斜效率41.4％（Stokes量子效率35％）、功率712 mW的3μm波段連續(xù)激光輸出，同時(shí)在調(diào)Q模式下獲得了鎖模激光脈寬1.78 ns、重頻136.3 MHz的穩(wěn)定脈沖激光輸出。此外，采用980nm激光二極管做泵浦源，在3 at.％ Er：SrF2晶體中實(shí)現(xiàn)了斜效率41％、功率1.06W的3μm波段連續(xù)激光輸出。 研究團(tuán)隊(duì)采用1.94微米Tm光纖激光器做泵浦源，在0.5 at.％ Ho：CaF2晶體中獲得了斜效率59.8％、功率7.17 W的2μm波段連續(xù)激光輸出。并且，利用聲光調(diào)Q技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了脈寬54 ns、單脈沖能量1.9mJ、重復(fù)頻率3kHz的脈沖激光輸出，平均輸出功率5.71W，斜效率為48.5％。 該研究工作有效避免了在其他類型激光晶體材料中因高濃度摻雜存在的一系列不利影響，從而獲得了高效率的中紅外波動(dòng)激光輸出。相關(guān)研究成果發(fā)表在Photonics Research， Optics Letters， Optics Express系列學(xué)術(shù)期刊上。 飛秒激光誘導(dǎo)形狀記憶聚合物 自生長(zhǎng)研究獲進(jìn)展 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院微納米工程實(shí)驗(yàn)室在飛秒激光誘導(dǎo)材料加工方面取得新突破。 該院與新加坡國(guó)立大學(xué)合作，利用飛秒激光在形狀記憶聚合物表面制備可重構(gòu)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了新的“聚合物自生長(zhǎng)”效應(yīng)，并利用該效應(yīng)制備了多樣化的可重構(gòu)功能微結(jié)構(gòu)。 據(jù)了解，本項(xiàng)工作介紹了在預(yù)拉伸形狀記憶聚合物表面通過飛秒激光掃描以實(shí)現(xiàn)微尺度、局部可重構(gòu)結(jié)構(gòu)的“自生長(zhǎng)”方法。 通過控制激光局部加熱和燒蝕，發(fā)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)可以從表面生長(zhǎng)出來，并且采用非對(duì)稱激光掃描策略可以進(jìn)一步調(diào)控所得結(jié)構(gòu)。通過將靈活、可編程激光加工技術(shù)與智能形狀記憶聚合物相結(jié)合，展示了一種卓越的可重構(gòu)結(jié)構(gòu)制備范例。 相關(guān)成果以“Localized Self－Growth of Reconfigurable Architectures Induced by a Femtosecond Laser on a Shape－Memory Polymer”為題，已發(fā)表在《先進(jìn)材料》上（Adv． Mater． 2018， 201803072）。 西安研制出系列化超快激光極端制造裝備 據(jù)悉，西安中科微精光子制造科技有限公司研制出系列化超快激光極端制造裝備，實(shí)現(xiàn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片氣膜孔的超精細(xì)“冷加工”的突破，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。 航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造水平代表著一個(gè)國(guó)家的科技、工業(yè)和國(guó)防實(shí)力。然而，我國(guó)現(xiàn)有加工手段容易導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)重件出現(xiàn)各種制造缺陷，嚴(yán)重影響了新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和生產(chǎn)。 航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面有著很多的小孔，這些小孔叫做氣膜冷卻孔，以解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)在超高溫（1700℃）及超高壓等苛刻條件下冷卻問題。中科微精科技發(fā)展部經(jīng)理朱建海介紹，“我們通過超快激光微加工技術(shù)突破了傳統(tǒng)制造方式加工葉片氣膜孔存在的重鑄層、微裂紋、再結(jié)晶等缺陷。” 飛秒激光熱量不傳導(dǎo)，不損傷材料，能量來不及釋放該脈沖已經(jīng)結(jié)束，避免了能量的轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)化熱量的存在和熱擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的激光“冷”加工。所以叫做“冷加工”。通過各種光學(xué)鏡讓一束激光在“運(yùn)動(dòng)”中完成精準(zhǔn)地打孔。 相比于電火花、長(zhǎng)脈沖等加工方式，飛秒激光加工不改變材料結(jié)構(gòu)、不產(chǎn)生相變、表面完整性好，已成為航空、航天、電子等領(lǐng)域超精細(xì)低損傷的最佳選擇。 銻化物高功率半導(dǎo)體激光器 研究取得進(jìn)展 銻化物半導(dǎo)體激光具有體積小、效率高、電驅(qū)動(dòng)直接發(fā)光等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)1．8μm－4μm的中紅外波段激光輸出，在紅外光電技術(shù)、化學(xué)氣體及危險(xiǎn)品監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景，并可作為中紅外光纖激光器的種子源和同帶泵浦光源，是中紅外激光技術(shù)領(lǐng)域的前沿研究熱點(diǎn)， 但是由于銻化物半導(dǎo)體材料較低的熱導(dǎo)率和高空穴遷移率導(dǎo)致的側(cè)向載流子泄露，使得銻化物半導(dǎo)體激光器效率低、光束質(zhì)量差、溫度穩(wěn)定性差。 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研究員佟存柱團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員牛智川團(tuán)隊(duì)合作，提出了銻化物微脊寬區(qū)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，有效抑制了載流子側(cè)向泄露和累積，將1．96μm波長(zhǎng)的銻化物激光器最高能量轉(zhuǎn)換效率由9．8％提高到30．5％，連續(xù)輸出功率超過了1．28W，側(cè)向光束質(zhì)量改善了36％，閾值、溫度特性和電流對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)的影響都得到明顯改善，該研究為高亮度銻化物半導(dǎo)體激光器的實(shí)現(xiàn)提供了一種可行的技術(shù)方案。 飛秒激光加工 三維非線性光子晶體 研究獲進(jìn)展 光子晶體是近些年發(fā)展起來的一個(gè)新興領(lǐng)域，制備并研究非線性極化率周期變化的非線性光子晶體成為目前研究的熱點(diǎn)，用非線性光子晶體拓展光學(xué)領(lǐng)域、制作光學(xué)器件是非線性光子晶體研究的重要方向。 中國(guó)科學(xué)院材料力學(xué)行為和設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室吳東教授課題組與南京大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張勇、肖敏課題組以及胡小鵬、祝世寧課題組合作，利用飛秒激光電疇擦除技術(shù)首次成功制備出三維非線性光子晶體，并實(shí)現(xiàn)了三維準(zhǔn)相位匹配的激光倍頻。 在早期的研究中，南京大學(xué)研究組采用晶體生長(zhǎng)條紋技術(shù)和室溫極化技術(shù)成功研制出了一維、二維非線性光子晶體，并展示了其在非線性光束整形、光量子信息處理等方面許多新的應(yīng)用。 在此基礎(chǔ)上，研究人員也期待著能研制出三維非線性光子晶體，從中揭示更多的新奇效應(yīng)。然而，傳統(tǒng)制備技術(shù)，包括晶體生長(zhǎng)技術(shù)、室溫電場(chǎng)極化技術(shù)等，都難以在晶體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)三維電疇結(jié)構(gòu)的排列。 制備三維非線性光子晶體成為近二十年非線性光學(xué)領(lǐng)域令人困惑的難題之一，飛秒激光的出現(xiàn)解決了這一難題。得益于極短的脈寬，飛秒激光很容易產(chǎn)生極高的峰值功率，從而使光與物質(zhì)發(fā)生多光子吸收或隧穿電離等非線性作用，使其可以深入透明介質(zhì)內(nèi)部，以超越光學(xué)衍射極限的精度對(duì)材料進(jìn)行三維微加工。 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)與南京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)合作發(fā)展出一種全新的電疇控制技術(shù)：利用聚焦飛秒激光在鈮酸鋰晶體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)鐵電疇（二階非線性光學(xué)系數(shù)）的定點(diǎn)擦除，實(shí)現(xiàn)了二階非線性光學(xué)系數(shù)在三維空間的調(diào)制。在制備結(jié)構(gòu)的過程中，吳東教授團(tuán)隊(duì)提出了不同層能量補(bǔ)償加工技術(shù)，保證了三維結(jié)構(gòu)的整體均一性。 經(jīng)過兩年多時(shí)間的摸索，在鈮酸鋰晶體中成功制備出了四方結(jié)構(gòu)的三維非線性光子晶體，光子晶體的三維周期結(jié)構(gòu)參數(shù)為3 μm （x） × 3 μm （y） × 11 μm （z）。南大研究團(tuán)隊(duì)在后續(xù)實(shí)驗(yàn)上成功觀察到了預(yù)期的三維準(zhǔn)相位匹配倍頻效應(yīng)，100 μm光程的共線倍頻轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了10＾－4， 該值與理論估算相一致。 三維非線性光子晶體研制成功為研究三維空間的非線性光學(xué)和量子光學(xué)研究提供了一種新材料， 也為三維微納光子器件的發(fā)展提供了支撐。 納米激光探針研究獲得重要進(jìn)展 南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院陳洪淵院士團(tuán)隊(duì)在基于等離子體激光體系的發(fā)光探針方面取得重要進(jìn)展。 現(xiàn)代生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)的高度發(fā)達(dá)，很大程度上依賴于發(fā)光探針的先進(jìn)性及其發(fā)展。過去幾十年，人類創(chuàng)造出一系列的發(fā)光物質(zhì)，并得以在基礎(chǔ)研究、醫(yī)學(xué)診斷及化學(xué)工業(yè)等多個(gè)層面廣泛應(yīng)用。這些發(fā)光探針包括：有機(jī)熒光染料、半導(dǎo)體量子點(diǎn)、熒光蛋白、上轉(zhuǎn)換熒光材料、生物發(fā)光分子等等。 使用不同顏色的發(fā)光探針，可觀測(cè)生物體系中多種生物分子的協(xié)同行為，或同時(shí)分析多種特征的疾病標(biāo)志物。上述發(fā)光探針的發(fā)光行為都是基于自發(fā)輻射，具有較寬的發(fā)射光譜分布。這種寬譜的發(fā)光特征，從物性限制了同時(shí)標(biāo)記和檢測(cè)的發(fā)光探針的種類不過4－5種。如能從物性根源上改變發(fā)光探針的發(fā)光行為，使其發(fā)光呈現(xiàn)出類似激光的單色性，有望大大拓展生命分析的容許通道數(shù)。 然而，二能級(jí)等離子激光體系離實(shí)際生物應(yīng)用還有較大的距離。要在納米尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)光的受激輻射放大，必須對(duì)增益介質(zhì)和諧振腔內(nèi)的電子躍遷和能量轉(zhuǎn)移實(shí)施精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)和調(diào)控，以降低激射閾值、延長(zhǎng)激射時(shí)間，滿足實(shí)際生物應(yīng)用的要求。 在激光基礎(chǔ)理論的啟發(fā)下，研究團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)增益介質(zhì)的電子能級(jí)，利用電子的三重激發(fā)態(tài)躍遷，第一次在實(shí)驗(yàn)上構(gòu)建了三能級(jí)的等離子體激光探針。 受益于三重激發(fā)態(tài)的長(zhǎng)壽命以及自旋禁阻的量子規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了～3 nm的激射線寬、～102 μs的發(fā)光壽命以及低至1 mJ cm-2的激射閾值（較之前降低了2個(gè)數(shù)量級(jí)），已能與常規(guī)生物檢測(cè)儀器（如共聚焦顯微鏡、流式細(xì)胞儀）相兼容。該探針設(shè)計(jì)理念的建立，為下一代新型發(fā)光探針的設(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。 美國(guó)研制出 可直接調(diào)制的硅上量子點(diǎn) 微型激光器 美國(guó)工程院院士、加州大學(xué)圣芭芭拉分校John Bowers教授帶領(lǐng)的光電研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出可直接調(diào)制的硅上量子點(diǎn)微型激光器。 據(jù)悉，該激光器通過外延生長(zhǎng)，集成在與CMOS工藝兼容的硅晶圓上。利用量子點(diǎn)特有的襯底缺陷影響、側(cè)壁非輻射復(fù)合影響被減小的優(yōu)異性能，并通過緩沖層的優(yōu)化以減少III－V族材料與硅晶圓界面的位錯(cuò)密度，該課題組在存在著反向疇、晶格失配和熱膨脹系數(shù)不同等巨大差異的異質(zhì)生長(zhǎng)材料體系上實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的激光器性能：1．3 μm通訊波段的單模激射、同時(shí)兼具103K特征溫度的高溫工作環(huán)境穩(wěn)定性及3mA的低閾值電流、6．5 GHz的3 dB帶寬。 利用量子點(diǎn)具備的側(cè)壁非輻射復(fù)合影響被減小的優(yōu)異性能，該研究基于將微環(huán)諧振腔與量子點(diǎn)相結(jié)合的新型激光器構(gòu)架的設(shè)想，在硅上外延生長(zhǎng)小型電抽運(yùn)量子點(diǎn)激光器，并通過復(fù)雜的工藝流程有效解決了電極金屬化受到微型尺寸腔限制的問題、回音壁模式（WGM）在工藝過程中的缺陷引發(fā)的光學(xué)損耗問題。 美國(guó)集成光子制造創(chuàng)新中心副主任John Bowers教授表示，該項(xiàng)工作對(duì)在硅襯底上直接生長(zhǎng)III－V元素的外延工藝向替代傳統(tǒng)的晶圓接合工藝的發(fā)展邁出了重要一步，有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制造的同時(shí)降低成本，縮小尺寸，減小功耗。 科學(xué)家利用激光 制成鈉離子電池理想陽(yáng)極材料 阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱KAUST）的研究團(tuán)隊(duì)找到了一種制造“無序”石墨烯的方法，它能改進(jìn)鈉離子電池的配方。 通常用于鋰離子電池的陽(yáng)極材料石墨很便宜，但它很難抓住比鋰離子大的鈉離子。過去，科學(xué)家通過碳化橡樹葉或在陽(yáng)極填充皺巴巴的石墨烯球來解決這個(gè)問題。要得到這種叫做硬碳的無序石墨，必須要讓溫度達(dá)到1000攝氏度。對(duì)此，研究人員想出了一個(gè)更加簡(jiǎn)單的辦法——利用激光創(chuàng)建無序石墨烯。 KAUST的研究人員在銅箔上涂上一層由聚酰亞胺和尿素組成的聚合物，然后用強(qiáng)激光將其“碳化”進(jìn)而使其變成石墨烯。在這個(gè)過程中，研究人員還使用了氮?dú)�。通過13％左右的氮?dú)�，最終得到了更具導(dǎo)電能力、原子間距擴(kuò)大并能直接與銅基結(jié)合的3D石墨烯。 實(shí)驗(yàn)，當(dāng)將這種材料用作鈉離子電池的陽(yáng)極時(shí)，設(shè)備的電池效率比使用碳基陽(yáng)極要更高、容量也更大。 激光等離子體氣泡機(jī)理 研究獲進(jìn)展 北京航空航天大學(xué)機(jī)械學(xué)院王玉亮副教授與荷蘭特溫特大學(xué)Detlef Lohse院士等人在激光等離子體氣泡機(jī)理研究方面取得重要進(jìn)展。 王玉亮副教授以先進(jìn)微納測(cè)量技術(shù)研究為基礎(chǔ)，在細(xì)胞層面開展了疾病診斷等方面的研究工作，探索基于等離子體效應(yīng)的細(xì)胞療法。 一直以來，基于連續(xù)激光的等離子體氣泡的研究主要集中在毫秒－＞秒的時(shí)間尺度上。在前期研究中，研究團(tuán)隊(duì)揭示了這一常規(guī)等離子體氣泡的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)機(jī)理。 以此為基礎(chǔ)，結(jié)合等離子體效應(yīng)的原理以及材料的熱傳導(dǎo)特性，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步推測(cè)，在更短的時(shí)間尺度上，將存在更加劇烈的等離子體氣泡動(dòng)態(tài)演變過程。 研究團(tuán)隊(duì)采用幀頻高達(dá)25MHz的超高速相機(jī)，以納秒級(jí)的測(cè)量分辨率，首次發(fā)現(xiàn)在激光照射后很短時(shí)間內(nèi)，金納米粒子修飾的材料表面會(huì)快速生成大尺寸的等離子體微氣泡。不論在形貌上還是在動(dòng)態(tài)特性上，這個(gè)氣泡有別于通常在毫秒以上時(shí)間尺度上所觀測(cè)的等離子體氣泡，研究團(tuán)隊(duì)稱之為初始等離子體氣泡。 初始等離子體氣泡生長(zhǎng)速度是之前所能觀測(cè)到的等離子體氣泡的2000倍，同時(shí)，其生長(zhǎng)周期很短，在大約幾十微秒后便收縮消失。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步建立了基于熱擴(kuò)散和液體亞穩(wěn)相分解的模型，系統(tǒng)的揭示了初始等離子體氣泡的生成機(jī)理。 這一成果同時(shí)揭示了在連續(xù)激光照射下，在納秒到秒的時(shí)間跨度上，等離子體氣泡完整的演變過程。該研究所揭示的初始等離子體氣泡的超級(jí)動(dòng)態(tài)特性，為等離子體氣泡的控制以及應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 相關(guān)研究成果已發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)院院刊》上。 固體板條激光器光束凈化 研究取得進(jìn)展 中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所自適應(yīng)光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員許冰團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的固體板條激光器光束凈化研究。 固體激光有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的圓棒激光器在高功率泵浦下存在嚴(yán)重的熱致雙折射效應(yīng)和熱透鏡效應(yīng)，難以同時(shí)獲得高平均功率和高光束質(zhì)量。 為解決這一難題，1969年Martin等人提出了板條激光器的概念，顯著改善了散熱性能，但是增益介質(zhì)熱效應(yīng)等因素仍然會(huì)引起光束波前畸變，降低了光束質(zhì)量。如何同時(shí)獲得高平均功率和高光束質(zhì)量始終是固體板條激光發(fā)展中面臨的重大問題。 由于固體板條激光器具有特殊的結(jié)構(gòu)形式與工作方式，與常規(guī)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)相比，固體板條激光器的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)需解決大長(zhǎng)寬比光束大幅值低階像差預(yù)補(bǔ)償、波前斜率局部異常處理以及高靈活性波前處理等特有問題。 許冰團(tuán)隊(duì)突破了低階像差補(bǔ)償器、加權(quán)優(yōu)化波前復(fù)原方法以及通用波前處理機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了1．64倍衍射極限的優(yōu)異光束質(zhì)量。基于上述技術(shù)研制了二十余套自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，已服務(wù)于國(guó)內(nèi)多家單位研制的固體板條激光系統(tǒng)中，獲得了良好的效果，保障了上述激光系統(tǒng)的光束質(zhì)量。 相關(guān)論文已發(fā)表在近期的《光電工程》上。 中國(guó)科學(xué)院上海光機(jī)所 脈沖拉曼光纖激光器 研究獲進(jìn)展 上海光機(jī)所馮衍研究員課題組，在脈沖拉曼光纖激光器研究中取得系列進(jìn)展。 課題組采用放大自發(fā)輻射源作為泵浦，實(shí)現(xiàn)了超穩(wěn)定的鎖模拉曼光纖激光輸出；采用脈沖激光泵浦，實(shí)現(xiàn)了超快隨機(jī)分布式反饋拉曼光纖激光輸出；基于脈沖泵浦窄線寬拉曼光纖放大器，研制成功拉莫爾重頻的589nm脈沖黃光激光器，提高鈉導(dǎo)星亮度。 以光纖中受激拉曼散射效應(yīng)作為增益機(jī)制的拉曼光纖激光器，其首要優(yōu)勢(shì)是波長(zhǎng)靈活性。近年來，拉曼光纖激光器研究發(fā)展迅速，波長(zhǎng)范圍逐步擴(kuò)大，輸出功率可達(dá)數(shù)千瓦。若能獲得高性能的脈沖拉曼光纖激光器，可進(jìn)一步拓展其應(yīng)用范圍。 連續(xù)波泵浦的鎖模拉曼光纖激光器效率、穩(wěn)定性等性能遠(yuǎn)低于相應(yīng)的稀土摻雜光纖激光器。作為一種非線性增益的激光器，泵浦激光器由縱模拍頻等引起的時(shí)域起伏，會(huì)直接傳遞至激光，從而破壞拉曼光纖激光器的穩(wěn)定性。 課題組提出采用時(shí)域更為穩(wěn)定的放大自發(fā)輻射源作為泵浦，在1．1mm波段實(shí)現(xiàn)了脈寬為1ps的穩(wěn)定拉曼耗散孤子輸出，射頻譜信噪比達(dá)85dB。該研究成果發(fā)表于［Opt．Lett．42，5162（2017）］。 脈沖泵浦是產(chǎn)生超短脈沖拉曼光纖激光的有效手段，但是脈沖泵浦需要實(shí)時(shí)反饋控制以實(shí)現(xiàn)泵浦脈沖與腔內(nèi)激光脈沖的同步，否則將在拉曼脈沖輸出中引入額外的噪聲。 基于此，課題組研究提出一種自同步泵浦機(jī)制。該機(jī)制利用光纖中的分布式瑞利散射反饋實(shí)現(xiàn)激光腔長(zhǎng)與泵浦脈沖間隔的自匹配，實(shí)現(xiàn)了皮秒隨機(jī)分布式反饋拉曼光纖激光輸出。利用該脈沖泵浦的光纖激光結(jié)構(gòu)，直接表征了隨機(jī)分布式反饋，并首次對(duì)隨機(jī)激光與放大自發(fā)輻射進(jìn)行了詳細(xì)的比較研究。該研究成果發(fā)表于［Laser Photon．Rev．12， 1700326（2018）］ 拉曼光纖激光技術(shù)可用于產(chǎn)生天文自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中需要的589nm鈉導(dǎo)星激光器。為克服地磁場(chǎng)對(duì)鈉導(dǎo)星亮度的影響，需要重頻約250－500kHz（拉莫爾重頻，依賴于當(dāng)?shù)氐卮艌?chǎng)強(qiáng)度），占空比約20％的脈沖窄線寬589nm激光。 課題組利用脈沖1120nm激光泵浦的窄線寬拉曼光纖放大器，獲得了所需脈沖體制的1178nm激光，經(jīng)過外腔諧振倍頻，獲得了17W的拉莫爾重頻589nm鈉導(dǎo)星激光，并成功研制了樣機(jī)。 該研究成果發(fā)表于［Opt． Lett． 42， 4351－4354 （2017）］。由于該激光器在遠(yuǎn)程磁場(chǎng)探測(cè)上的潛在應(yīng)用，《激光聚焦世界》（Laser Focus World）以“Sodium guide star at Larmor frequency extends geomagnetic studies”為題進(jìn)行了報(bào)導(dǎo)（2018年1月期）。 科學(xué)家從激光束中減去單個(gè)量子光 在奧爾赫斯大學(xué)和南丹麥大學(xué)的合作中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種從激光束中減去單個(gè)量子光的方法。 這項(xiàng)工作最近發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。該方法為未來的量子通信和計(jì)算技術(shù)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。光是由微小的不可分割的能量包組成的，也就是所謂的光子。光子的一個(gè)定義性質(zhì)是它們是不相互作用的，只是簡(jiǎn)單地相互傳遞，完全不受影響。在量子通信的背景下，這是一個(gè)非常有用的特性，因?yàn)樗罱K能夠在非常大的距離上實(shí)現(xiàn)低損耗的光學(xué)編碼數(shù)據(jù)傳輸。 然而，許多新興的量子信息處理思想將極大地受益于使兩個(gè)光子相互作用的能力，從而影響到另一個(gè)光子的傳播或狀態(tài)。近年來，超舊的原子氣體被證明是操縱光的理想介質(zhì)。 例如使用一種被稱為電磁誘導(dǎo)透明的技術(shù)，研究人員可以極大地改變光傳播的速度，使光速度減慢到驚人的慢速幾米每秒。更重要的是，光可以通過將光子轉(zhuǎn)換成介質(zhì)中的原子激發(fā)而停止。通過逆轉(zhuǎn)這個(gè)過程，并將激發(fā)態(tài)映射回光子，這一過程實(shí)現(xiàn)了光子量子存儲(chǔ)器，光子可以根據(jù)需要暫時(shí)存儲(chǔ)和獲取 歐登塞的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)和來自?shī)W爾豪斯大學(xué)的團(tuán)隊(duì)以及來自馬里蘭大學(xué)聯(lián)合量子研究所的合作伙伴一起，實(shí)現(xiàn)了這樣一種光子記憶，但有一種特殊形式的原子氣體，其中的組成原子具有很強(qiáng)的相互作用。 這有效地使光子在量子存儲(chǔ)器中相互探測(cè)，從而使研究人員能夠在一個(gè)非線性的水平上操縱光。利用這一想法，小組設(shè)計(jì)并演示了一種新穎的方法，利用另一束光從光束中減去單個(gè)光子。一般的想法是先存儲(chǔ)一個(gè)光場(chǎng)，然后再通過介質(zhì)傳送另一個(gè)光場(chǎng)。 在第二束光子中，光子探測(cè)到存儲(chǔ)的光子，并以這樣一種方式與它們進(jìn)行交互，這樣單個(gè)光子就會(huì)被標(biāo)記，然后在檢索時(shí)被丟棄。由于被剝奪了一個(gè)單一的光子，原來的光束被留在一個(gè)特殊的量子態(tài)中，它本身有許多科學(xué)和技術(shù)應(yīng)用。 實(shí)際上，利用這種非線性量子存儲(chǔ)器來操縱光子的基本思想對(duì)量子信息科學(xué)中的許多應(yīng)用都是有希望的。在這種能力變得完全實(shí)用之前，還需要進(jìn)行更多的研究，但演示的光子子拖拉機(jī)是基于相互作用的光子的量子技術(shù)的一個(gè)重要里程碑。
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