激光角度仪

近日，市场监管总局批准启用由北京航天计量测试技术研究所和中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所分别研制建立的两项“激光小角度副基准装置”。 激光小角度副基准装置是国家平面角基准的重要组成之一，可复现和保存平面角单位，并作为激光小角度基准装置的备份，可为激光小角度测量仪、自准直仪、光学角规等小角度器件进行量值传递，满足航空航天用激光陀螺、精密机床用高精密导轨、芯片制造用光刻机等高精尖领域的小角度量值计量需求，对航空航天、高端装备制造、精密光学器件、集成电路等领域高质量发展发挥基础性作用。 北京航天计量测试技术研究所建立的激光小角度基准装置突破了400mm超精密殷钢正弦臂、大口径空心角隅棱镜研制瓶颈，以及双频激光干涉差动测角等关键技术，实现了0.001"超高精度角度测量分辨力，相当于地球上的观察者能够看清400公里外空间站上宇航员手中的铅笔芯。中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所建立的激光小角度副基准装置实现了超高分辨力小角度量值复现，具有微小角度的测量能力，其分辨力近似一个圆周的1亿3千万分之一对应的角度量值，准确度可以达到0.03″，相当于一根100公里长的圆棒，一端抬高15毫米对应的角度量值。 当前，我国测量仪器产业正在高速向国际领先水平发展，激光小角度副基准装置的建立有助于解决当前面临的大量小角度精密测量和准确度评价问题，将为我国小角度测量技术的发展提供有力的计量支撑，并推动高精度大范围自准直仪、激光小角度测量仪等高端测量仪器加速实现国产化。

Cinogy光束质量分析仪—角度响应校准：应用于大角度发散角的激光光束测量1.1 应用范围有不同种类的应用需要考虑角度响应。这些应用大多使用(非常)发散的光束。在这种情况下，我们在一幅图像中有连续的入射角范围。照相机的灵敏度取决于激光束的入射角，这是由过滤器和传感器造成的。1.2 角度线性原因1.3过滤器这里，我们将只考虑吸收滤波器。如果光束没有垂直入射到滤光器上，则通过滤光器的路径较长。较长的路径导致较强的吸收，因此相机(滤光片和传感器)的响应较低。与过滤器相关的效果是各向同性的。但是，如果滤光器相对于传感器倾斜(取决于相机型号)，则会在滤光器倾斜的方向上产生各向异性。入射角αin的线性透射可以用数学方法描述，如果透射指数为垂直光束T0和折射率n已知。因为对吸收性滤光片来说，T0与波长有很大的线性关系，与入射角度有关的相对透射率Trel也与波长密切相关。1.4 传感器角度响应取决于传感器技术、传感器类型、波长和微透镜。通常它不是各向同性的。图1:KAI-16070对单色光(未知波长)的角度线性灵敏度。参考:KAI-16070的 数据表图2 CMX4000白光的角度线性灵敏度如这些示例所示，对于不同类型的传感器，角度响应可能完全不同。因为这种效应还 取决于波长和单个传感器(每个传感器表现出稍微不同的行为)，取决于波长的校准是必要的。两个传感器都显示出各向异性。为了考虑校准中的各向异性，需要比仅在x和y方向上更复杂的测量。2 涂层通过一种特殊的涂层，我们可以消除(主要是抑制)传感器本身的角度产生。剩余的影响角度的灵敏度是由滤波器引起的。这产生了以下主要优点:1）剩余的角度响应是各向同性的，这意味着它不再取决于入射角的方位角。2）剩下的角度响应的校正系数更小，因此更不容易出错。下面的图表显示了CinCam cmos Nano 1.001在940nm下的两个角度响应测量值，前面有CMV4000传感器和OD8吸收滤光片。第1张图表中的摄像机采用默认设置，没有特殊涂层。图3:CMV 4000传感器在x(蓝色)和y(橙色)方向的角度响应，前面有OD8吸收滤光片，在940nm处测量。上半部分显示相对角度响应，下半部分显示测量点和蕞佳拟合曲线之间的相对偏差。第二张图中的相机是用特殊涂层制作的。图4:CMV 4000传感器在x(蓝色)和y(橙色)方向的角度响应，该传感器具有特殊涂层，前面有OD8吸收滤光片，在940纳米处测量。上半部分显示相对角度响应，下半部分显示测量点和蕞佳拟合曲线之间的相对偏差。这里，角度响应是各向同性的、平滑的，对于大角度，下降效应不太明显。CinCam CMOS Nano Plus-X针对传感器和外壳正面之间的极短距离进行了优化。这使得入射角度高达65°时的角度响应测量成为可能。3 角度响应的拟合函数拟合函数是Zernike2多项式，其中入射角的正弦用于半径。这些多项式为入射角的任意方向提供了x和y方向的简单插值。用这种方法，我们可以用少量的系数描述高达±60度的测量结果。4 均匀性由于生产原因，涂层并不在任何地方都具有完全相同的厚度。这导致照相机灵敏度的不均匀性增加。这个缺点通过进一步的均匀性校准来补偿。图5:940纳米无涂层传感器(紫色)和均匀性校准后(绿色)的相对灵敏度。5 精度整体精度取决于以下几点:1）拟合精度。2）角度响应的各向同性。3）垂直光束位置(x，y)的精度。4）顶点到传感器的光学距离的精度(z)。5）蕞大角度下的角度响应下降。通过特殊的涂层，我们可以提高拟合精度和角响应的各向同性。此外，大角度灵敏度的相对下降要弱得多。6 RayCi中的校正要求为了根据角度响应校正图像数据，必须满足以下要求：1）角度响应校准数据必须可用于每个波长。该数据由蕞佳拟合的Zernike多项式系数组成。2）为了生成从每个像素到相应入射角的映射，必须知道光束垂直的x和y传感器位置。3）需要传感器和激光焦点位置之间的光学距离。4）CINOGY Technologies提供外壳和传感器之间的光学距离作为额外的校准数据。5）外壳和焦点之间的距离必须由用户提供。6）软件版本必须是RayCi 2.5.7或更高版本。 昊量光电提供的德国Cinogy公司生产的大口径光束分析仪，相机采用CMOS传感器，其中大口径的CMOS相机可达30mm，像素达到惊人的19Mpixel。是各种大光斑激光器、线形激光器光束、发散角较大的远场激光测量的必不可少的工具。此外CinCam大口径光束分析仪通用的C/F-Mount 接口设计，使外加衰减片、扩束镜、紫外转换装置、红外转换装置更为方便。超过24mm通光孔径的大口径光束分析仪CinCam CMOS-3501和CinCam CMOS-3502更是标配功能齐全的RayCi-Standard/Pro分析软件，该软件可用于光束实时监测 、测量激光光斑尺寸 、质心位置、椭圆度、相对功率测量（归一化数据）、二维/三维能量分布（光强分布） 、光束指向稳定性（质心抖动） 、功率稳定性 （绘制功率波动曲线）、发散角测量等 ，支持测量数据导出 ，测试报告PDF格式文档导出等。主要特点： 1、芯片尺寸大，可达36mm 2、精度高，单像元尺寸可达4.6um 3、支持C/C++, C#, Labview, Java语言等多种语言二次开发主要技术指标：RT option: CMOS/ccd-xxx-RT：响应波长范围：320~1150nmUV option:CMOS/CCD-xxx-UV：响应波长范围：150nm~1150nmCMOS/CCD-xxx-OM：响应波长范围：240nm~1150nmIR option:CMOS-xxx-IR：响应波长范围：400~1150nm + 1470nm~1605nm 关于昊量光电昊量光电 您的光电超市！上海昊量光电设备有限公司致力于引进国外先进性与创新性的光电技术与可靠产品！与来自美国、欧洲、日本等众多知名光电产品制造商建立了紧密的合作关系。代理品牌均处于相关领域的发展前沿，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等，所涉足的领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及前沿的细分市场比如为量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、先进激光制造等。我们的技术支持团队可以为国内前沿科研与工业领域提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等优质服务，助力中国智造与中国创造! 为客户提供适合的产品和提供完善的服务是我们始终秉承的理念！

项目编号：0705-2240JDSMTXDK/06/招设2022A00222项目名称：上海交通大学18角度激光光散射仪预算金额：130.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：130.0000000 万元（人民币）采购需求：序号货物名称简要技术规格数量交货期118角度激光光散射仪1）检测角度：≥ 18个（需配备大于等于18个检测角度的光电二极管）；2）散射角范围：15 – 150°，35度以下保证有2个检测角度；3）其他技术要求详见第八章第二部分《技术规格》。1套收到信用证后4个月内合同履行期限：收到信用证后4个月内交货本项目( 不接受 )联合体投标。

项目编号：BMCC-ZC22-0074项目名称：北京大学多角度激光光散射系统采购项目预算金额：139.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：139.0000000 万元（人民币）采购需求：包号名称数量预算金额是否接受进口产品01多角度激光光散射系统1套139万元是注：1.交货时间：合同签订后120日内交货并安装完毕。2.交货地点：北京大学技物楼2-606室，中关村北二条3号。3.简要技术需求及用途：北京大学拟采购多角度激光光散射系统，用于各类高分子聚合物、天然及生物大分子的分离和绝对分子量和分布、均方旋转半径和分布、第二维利系数等高分子参数的测定表征，并得到分散度、大分子在溶液中构象、聚集态等信息。 合同履行期限：按招标文件要求。本项目( 不接受 )联合体投标。

从事粒度测试研发工作近二十年，对激光粒度仪充满了感情，与其说是对事业的追求，不如说是一种情怀，那是探索的情怀，是提升与超越的情怀！2002年我参加工作时，我们的激光粒度测试技术同欧美相距甚远，那时我就梦想有朝一日赶上和超过他们，这个梦想使我找到了不断钻研和探索的动力。经过多年的努力，百特激光粒度仪得到了飞跃发展，获得了7项发明专利，22项实用新型专利，9项著作权，并参与起草了5项国家标准。特别是在光学系统和数据处理方面，百特激光粒度仪的创新技术已居于世界领先地位。光学系统是激光粒度仪的基础，它决定了仪器测量范围和测量精度。目前，国际先进的激光粒度仪的测量范围已经涵盖纳米到毫米范围，而百特自主研发的双镜头激光粒度仪、正反傅里叶结合光学系统激光粒度仪，散射光探测角度几乎达到了0-180°，测量范围同样涵盖了纳米到毫米的广阔范围，并且重复性精度甚至达到了0.1%，这就是百特独创的光学系统的神奇效果。要实现激光粒度测试中大角度散射光的接收，首先要解决激光在水中全反射角的限制。国外激光粒度仪普遍采用双光源方式来突破这个限制，但双光源存在波长不同、折射率不同、功率不一致、数据连接点凸起等问题，影响测量结果。而百特另辟蹊径，采用单一光源的双镜头和正反傅里叶结合光学系统，这种系统获得的散射信号是连续的，基准是一致的，折射率是唯一的，而探测角度却与双光束光学系统有相同的效果，因此百特光学系统优于双光束系统，是被理论和实践反复证明了的。 对激光粒度仪而言，光学系统好比人体的肌肉，而以Mie散射理论为基础的反演算法则像人体的中枢神经，它对激光粒度仪的内在性能——准确性、重复性和分辨力——有着直接的影响。由于反演算法首先对高阶病态矩阵求解，而病态矩阵求解是令数学家都头疼的难题，稍不留神就可能得出千奇百怪的结果，正所谓“差之毫厘谬以千里”。就是这项技术，我和我的研发团队用了十几年的时间，费尽了“洪荒之力”，终于在非负最小二乘法基础上找到了全局优化、大角度差分、智能降噪和自由拟合的合理方法，保证了百特激光粒度仪的准确性、重复性和分辨力全面超过进口品牌。我始终有一个情怀，那就是中国的激光粒度仪要达到甚至超越国际先进水平。通过多年努力研究，现在我们可以骄傲地说，以百特为代表的中国的激光粒度测试技术已经达世界先进水平，我和我的同事为此感到自豪和骄傲。我们当然不会满足，还要激情满怀地在提升激光粒度仪的道路上继续前行。

p　　粒度仪是用物理的方法测试固体颗粒的大小和分布的一种仪器。根据测试原理的不同分为沉降式粒度仪、沉降天平、激光粒度仪、光学颗粒计数器、电阻式颗粒计数器、颗粒图像分析仪等。/pp　　激光粒度仪是通过激光散射的方法来测量悬浮液，乳液和粉末样品颗粒分布的多用途仪器。具有测试范围宽、测试速度快、结果准确可靠、重复性好、操作简便等突出特点，是集激光技术、计算机技术、光电子技术于一体的新一代粒度测试仪器。/pp　　strong激光粒度仪的光学结构/strong/pp　　激光粒度仪的光路由发射、接受和测量窗口等三部分组成。发射部分由光源和光束处理器件组成，主要是为仪器提供单色的平行光作为照明光。接收器是仪器光学结构的关键。测量窗口主要是让被测样品在完全分散的悬浮状态下通过测量区，以便仪器获得样品的粒度信息。/pp　　strong激光粒度仪的原理/strong/pp　　激光粒度仪是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的。由于激光具有很好的单色性和极强的方向性，所以在没有阻碍的无限空间中激光将会照射到无穷远的地方，并且在传播过程中很少有发散的现象。/pp　　米氏散射理论表明，当光束遇到颗粒阻挡时，一部分光将发生散射现象，散射光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角θ，θ角的大小与颗粒的大小有关，颗粒越大，产生的散射光的θ角就越小 颗粒越小，产生的散射光的θ角就越大。即小角度(θ)的散射光是有大颗粒引起的 大角度(θ1)的散射光是由小颗粒引起的。进一步研究表明，散射光的强度代表该粒径颗粒的数量。这样，测量不同角度上的散射光的强度，就可以得到样品的粒度分布了。/pp　　为了测量不同角度上的散射光的光强，需要运用光学手段对散射光进行处理。在光束中的适当的位置上放置一个富氏透镜，在该富氏透镜的后焦平面上放置一组多元光电探测器，不同角度的散射光通过富氏透镜照射到多元光电探测器上时，光信号将被转换成电信号并传输到电脑中，通过专用软件对这些信号进行数字信号处理，就会准确地得到粒度分布了。/pp　　strong激光粒度仪测试对象/strong/pp　　1.各种非金属粉：如重钙、轻钙、滑石粉、高岭土、石墨、硅灰石、水镁石、重晶石、云母粉、膨润土、硅藻土、黏土等。/pp　　2.各种金属粉：如铝粉、锌粉、钼粉、钨粉、镁粉、铜粉以及稀土金属粉、合金粉等。/pp　　3.其它粉体：如催化剂、水泥、磨料、医药、农药、食品、涂料、染料、荧光粉、河流泥沙、陶瓷原料、各种乳浊液。/pp　　strong激光粒度仪的应用领域/strong/pp　　1、高校材料/pp　　2、化工等学院实验室/pp　　3、大型企业实验室/pp　　4、重点实验室/pp　　5、研究机构/pp　　文章来源：仪器论坛（http://bbs.instrument.com.cn/topic/5163115）/ppbr//p

激光粒度仪主要由光学检测系统，分散进样系统及控制分析软件组成，而光学检测系统又包括光源，光路及检测器等关键部分。在选择激光粒度仪时要特别注意以下几点：　　1、 光源　　光源主要有氦氖气体激光器和半导体固体激光器两种 氦氖激光器具有线宽窄，单色性极好，而半导体激光器具有体积小，供电电压低，使用寿命较长，当颗粒较小时，根据瑞利散射理论，选用短波长的激光器更能提高小颗粒检测时的信号强度及信噪比。　　2、 在光路配置上，需要考虑稳固的光学平台，自动对光功能，无需更换透镜就可以测量宽的粒径范围 如果需干法测量，粒径测量范围下限是否能达到0.1微米而同时上限可达1000微米以上。　　3、 检测器是激光粒度仪的最关键部件之一，选择时不能只考虑检测器中检测单元的数量，还要看检测器的几何形状，排列方式，检测单元的面积及其真正的物理检测角度。 　　4、样品分散进样系统是保证样品正确分散和进样的重要附件，湿法分散进样器需要有内置超声和搅拌及足够力量的循环泵干法分散进样器需要有振动进样功能，样品池是否容易拆卸清洁也非常重要。　　5、 软件是用于仪器控制和数据分析的，数据采集速度越快越好。如果颗粒粒径小于几十微米，在软件中需要有折射率和吸收率的数据库并能补充输入这些光学参数获得更为准确的结果。　　6、 激光粒度仪测量的准确度和重现性或精度等指标，应该是针对标准样品，只在仪器样本上简单地标上0.5%或更小而不指明针对性，势必会误导　　本文摘取自马尔文仪器有限公司资深工程师秦和义发表文章的部分内容　　如果您觉得选购因素过多而无从下手，推荐您来激光粒度仪专场，包含马尔文、丹东百特、新帕泰克、麦奇克等近40家厂商的百余台主流产品。仪器信息为保证质量均经过人工严格审核，便捷导购，安心之选。　　仪器信息网搜索：激光粒度仪 http://www.instrument.com.cn/zc/partical.asp

2009年5月，北京周口店遗址第一地点（猿人洞）开始进行保护性的考古发掘前期工作。自上世纪70年代以来，猿人洞就再未进行过考古发掘，长时间的风化侵蚀使猿人洞的剖面出现险情，为排除险情，稳定剖面，经国家文物局批准，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所与周口店北京人遗址管理处联合对猿人洞西剖面进行保护性的清理发掘。在发掘之前，为翔实记录猿人洞的历史原貌，文物保护专家利用现代先进的法如3D激光扫描仪，获取到详尽的、高精度的猿人洞三维立体影像图数据&mdash &mdash 数十万年前古人类生活过的洞穴实景得以再现，科技的发展可以让人类审视现在的文明和进步！ 关于北京猿人遗址： 北京猿人遗址是世界著名的古人类遗址，它位于周口店龙骨山上，于1 9 2 1年开始发掘，是目前世界上同时期人类遗址中材料最丰富的一个，又是华北中更新世（即第四纪冰川更新世中间的一个时期 ）洞穴堆积的标准剖面，在古人类学和第四纪地质学上均占有很重要的地位。这个遗址1 9 6 1年被国务院定为全国第一批重点文物保护单位，1 9 8 7年被联合国教科文组织列入世界文化遗产名录。 解决方案： 文物保护专家使用了法如激光扫描仪，在猿人洞现场简单架设和移站扫描仪，通过测量扫描即可获得洞穴的真实三维场景再现。三维测量的原理是激光测距。第一步是发射激光束，旋转的镜面将激光束直接反射到测量区域：通过反射回镜面的激光束，可以精确和唯一地确定镜面到物体之间的距离。在编码器测量镜头旋转角度与激光扫描仪的水平旋转角度后，计算机可以精确计算出每个测量点的空间坐标，并把这些三维空间点的坐标存贮起来。这一步骤每秒最快重复近百万次，通过重复这一步骤，并最终形成被测环境的三维空间图像。其分辨率比传统的数码相机高上千倍，大空间激光三维扫描仪的场景数字化记录优势已得到充分验证。被测对象通过无缝拼接形成完整空间，克服了视角局限外挂数码照相机，实现彩色扫描，还原彩色现实。欲知本产品信息：点击进入法如科技 FARO Technologies,Inc.地址：上海市桂林路396号3号楼1楼 邮编：200233Tel： 86-21-61917600 Fax：86-21-64948670网址： www.faroasia.com/chinae-mail: chinainfo@faro.com

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。

Leica绝对激光跟踪仪AT500及B-Probeplus测头，是海克斯康全新推出的一体化激光跟踪仪测量解决方案，它采用内置控制器设计，可由电池供电，轻巧便携且易于安装，能轻松满足用户的各种现场测量需求。凭借出色的产品性能，全新的AT500将以更为灵活的便携设计与更为高效的测量能力赋能市场。海克斯康绝对跟踪仪产品经理Rodrigo Alfaia表示：“AT500的推出是为了让测量变得更加轻松，这是我们一直以来所不断追求的目标，我们相信AT500可以改变客户在各种复杂环境下的测量方式，从而带来生产力的巨大提高。”全合一设计：接通电源，即可测量AT500采用全合一包装设计，仅用一个便携式包装箱，即可放置所有的传感器、探测系统以及遥控器。AT500的使用极为简单，打开运输箱，接通电源，用户就可以开始测量。AT500无需电缆，无需找正，无需反射球初始化，操作更为方便。该系统提供两块符合IATA标准的电池，并支持热插拔，运行时间长达6小时。IP54等级要求：随时随地，高效测量AT500满足IP54防护等级要求，工作温度范围可达-15至+50°C，从户外到车间现场，随时都可进行测量。借助全合一的集成设计，作为第一套采用内置控制器的绝对激光跟踪仪，AT500实现了前所未有的便携性。同时，AT500采用了新一代获得专利的PowerLock自动锁定技术，能迅速重建被中断的光路且无需用户干预，有效避免了时间的浪费。此外，该系统还提供了全新的AT500连接应用程序，用户在智能手机或平板电脑上可直接进行网络设置和升级。新一代触测探头：即时反馈，触探信息全新的B-Probeplus为用户提供了更好的使用体验。它具备完整的无线测量功能，支持实时反馈，且具有更广的接收角度——在距离跟踪仪12米的范围内，其接收角度可达16°。B-Probeplus测头采用全新设计，按钮更为耐用，电池运行时间长达6小时，精度符合ISO 10360-10标准。Leica绝对激光跟踪仪AT500适用于不同行业的多种应用场合，从质量检测到逆向测量，从机加部件到基础设施，无论工件大小，无论何时何地，AT500已经准备好以专业服务于现代制造！

p　　一般而言，3D物体形状重建，需要借助先进的激光扫描仪。最近，计算机图形领域的顶级会议SIGGRAPH 2017对外发表的一项研究却另辟蹊径：用水这一介质来获取物体表面，将3D物体表面建模的任务转化为体积问题。br//pp　　“这种新的方法可以准确重建物体中的隐藏部分，克服常见的3D激光扫描方法的局限。”山东大学计算机学院院长陈宝权教授告诉科技日报记者，传统3D扫描和形状建模常使用激光扫描仪和摄像头对物体表面进行扫描。其局限性在于光线照不到的地方无法取样，缝隙、微小凸起等结构取样不完整，还有透明等特殊的材料难以处理。/pp　　为此，科学家们将物体浸入水中，测量物体的排水量，然后利用这种体积上的变化信息重建物体的表面形状，优势就体现了出来。“水能很好地贴合复杂的表面，还能渗透到空腔里，计算排水量也不需要考虑光线的折射率和偏振等问题，轻松绕过了光学设备面临的种种限制。”陈宝权说。/pp　　实验中，研究人员制作了一套简便的“3D浸入装置”，通过多次将物体以不同角度浸入水中，研究人员就能得出物体多个横截面的信息，进而精确地计算出物体的几何形状，包括平时激光扫描仪很难捕捉到的部分。科研人员表示，CT设备体积庞大，且只能在特定的环境中使用，成本也高。相比之下，浸入转换法以较低的计算成本生成更精确的形状，性价比高，应用范围更广。/pp　　这项名为“基于浸入转换3D形状重建”的高科技成果由陈宝权教授率领北京电影学院未来影像高精尖创新中心，联合以色列特拉维夫大学、本· 古里安大学，加拿大英属哥伦比亚大学的研究人员合作完成。/ppbr//p

“坐标”这个概念源于解析几何，其基本思想是构建坐标系，将点与实数联系起来，进而可以将平面上的曲线用代数方程表示。坐标的概念应用到工业生产中解决了大量实际问题，例如，坐标测量机可采集被测工件表面上的被测点的坐标值，并投射到空间坐标系中，构建工件的空间模型等诸多案例。坐标测量机还被用于产品质量控制，测量磨损，制造精度，产品形貌，对称性，角度等工业产品参数，因此需要非常高的移动精度，才能确保测量的准确性。德国attocube公司推出的IDS3010皮米精度位移测量激光干涉仪就是辅助坐标测量机提高测量精度的有力手段。图1 皮米精度位移测量激光干涉仪IDS3010IDS3010皮米精度位移测量激光干涉仪是如何帮助坐标测量机实现高精度的呢？图2 IDS3010激光干涉仪集成到坐标测量机探测臂上通常坐标测量机要求探测臂位移精度高于1微米，现在坐标测量机位移反馈大多是通过玻璃分划尺来实现的。玻璃分划尺是常用的一种位置测量的方法，分划尺在坐标测量机上位于龙门处，一般情况下，采用玻璃分划尺探测的不是探测臂本身，而是坐标测量机龙门处的位置变化。实际上， 坐标测量机的探测臂与龙门之间有一定长度的距离，它们的位置变化会因存在例如振动、位置差等而有所不同，因此只凭借龙门处位置变化来判断真实的位移反馈是不准确的，影响到实际样品的测量精度。图3 IDS3010激光干涉仪集成到坐标测量机上。坐标测量机通过干涉仪探头的配合，可反馈探测臂的位移。德国attocube公司的IDS3010皮米精度位移测量激光干涉仪通过非接触式方法测量，可以直接测量探测臂的运动，避免龙门处探测误差，实现高精度测量。如图3，激光探头位于坐标测量机侧边，M12/C7.6激光探头出射的激光可以被探测臂上的反射镜（直径3mm）反射回激光探头，IDS3010干涉仪通过分析干涉信号从而进行位置测量。探测臂能够移动0.8米距离，移动精度达到10微米。干涉仪能够实时测量该探测臂的位移以及振动等信息。图4 IDS3010实时位置测量软件WAVE测量数据。扩展图为中间区域的数据放大。IDS3010配置的软件WAVE可以实时观测与保存测量数据。如图4，坐标测量机的运动数据被测量并记录。图中所示，前15秒与终10秒间的数据是0.8m距离的往复运动。中间时间的数据看似没有变化，但通过WAVE软件的放大功能，我们发现中间时间的探测臂其实进行了10微米的步进运动。同时，通过WAVE软件我们也可以观测到步进运动的详细变化过程。每一个步进大约2秒，在运动初始的时候位移有超过，在大约0.4秒的短时间内位移被调整为10微米的步进长度。而在步进的末尾，也有小幅的位置噪音，该噪音一般是由于振动引入。这对于探测样品位移以及振动信息具有重大意义。IDS3010技术特点：IDS3010皮米精度位移测量激光干涉仪具有体积小、适合集成到工业应用与同步辐射应用中的特点，同时，测量精度高，分辨率高达1 pm，是适合工业集成与工业网络无缝对接的理想产品。除与坐标测量机结合使用外，在工业中的其他应用实例也非常广泛，包括闭环位移反馈系统搭建、振动测量、轴承误差测量等等。+ 测量精度高，分辨率高达1 pm+ 测量速度快，采样带宽10MHz+ 样品大移动速度 2m/s+ 光纤式激光探头尺寸小，灵活性高+ 兼容超高真空，低温，强辐射等端环境+ 其可靠与稳定+ 环境补偿单元，不同湿度、压力环境中校正反射率参数提高测量精度+ 多功能实时测量界面，包含HSSL、AquadB、CANopen、Profibus、EtherCAT、Biss-C等界面相关产品及链接：1、皮米精度位移激光干涉器attoFPSensor：http://www.instrument.com.cn/netshow/C159543.htm2、EcoSmart Drive系列纳米精度位移台：http://www.instrument.com.cn/netshow/C168197.htm3、低温强磁场纳米精度位移台：http://www.instrument.com.cn/netshow/C80795.htm

WYATT 18角度激光光散射荣获Pittcon2017年度Reviewers’ Choice Award™ – Instrument of the Year创始人Philip Wyatt博士 （中间）与执行总裁Geofrey先生，执行副总裁Clifford先生领取Reviewers’ Choice Award™ – Instrument of the Year全新第六代多角度激光光散射仪：融合三十多年光散射制造经验，荣膺Pittcon 2017 Reviewers’ Choice Award™ – Instrument of the Year更多信息：www.wyattchina.com/www.wyatt.com；

太极计划通过卫星编队的形式进行空间引力波探测，而构建星间激光链路是其中的关键环节之一。相比应用于星间激光通信、重力场测量等领域的传统星间激光链路构建任务，太极计划需应用有限的星上资源实现三百万公里超远距离激光捕获及1 nrad/Hz1/2量级超高精度指向，因此其实现难度要大得多。为此，提出采用三级捕获探测方案， 通过星敏感器（STR）、CMOS捕获相机及四象限探测器（QPD）逐级探测压制激光指向偏差。目前对该方案的研究仍停留在仿真模拟及关键技术原理方法学论证阶段，并未充分考虑各阶段之间系统参数及核心探测技术之间的耦合关系，亟需通过全流程地面模拟实验进一步验证激光链路方案主要技术指标的可行性。针对上述问题，力学所引力波实验中心与国科大杭州高等研究院太极团队核心成员高瑞弘博士开展了面向太极计划的超高精度星间激光链路构建地面验证技术研究，设计并搭建了激光捕获跟瞄一体化地面模拟实验系统（如图1所示）。该系统在完整还原捕获跟瞄方案光学系统及实施流程的基础上充分考虑了对激光远场波前、高斯平顶光束接收、弱接收光强等空间实际运行情况的模拟。系统采用小口径光阑结合大发散角出射光，依据合理的参数设计及器件选型，在实验室近场传输情况下实现了双端近似夫琅禾费衍射模拟及高斯平顶光束接收。图1 捕获跟瞄一体化地面模拟实验系统实物图。光学平台上放置有CMOS及QPD两级探测器，利用自研的上位机软件可实现捕获-跟瞄全流程自动模拟。模拟实验采用DWS信号实时监测激光指向角度变化，图2所示的实验数据展示了由初始指向—扫描开环捕获—闭环捕获—精密指向的全流程指向角度变化，实现了对初始时刻百微弧度量级指向偏差的逐级压制。图2 捕获-跟瞄全流程模拟实验yaw方向角度变化。在激光捕获探测技术方面，首次提出并采用了改进的质心算法，在百皮瓦级弱光情况下实现了亚像素级光斑中心定位精度。在QPD前设计了共轭成像系统，降低了beam-walk对DWS技术非线性误差产生的影响，提高了精密指向阶段角度测量精度。在QPD探测器处，激光捕获及激光精密指向结果如图3所示，对应到实际400倍放大率的望远镜前均能满足太极计划要求，充分验证了目前拟采用方案的可行性。图3 (a)激光捕获完成后角度残余误差示意图。(b) 激光精密指向阶段残余指向抖动幅度谱密度曲线。综上所述，该项研究工作从物理实验的角度出发，设计并搭建了星间激光链路构建地面模拟实验系统。一方面为相应关键技术研究提供了模拟实验平台，验证了关键技术间的耦合关系，提出方法学上的改进策略并指导器件参数选择；另一方面，充分验证了整个方案的可行性，为未来方案转入工程化实现阶段提供完备的理论验证及技术支持。相关研究成果近期在国际顶级光学期刊《Optics and Lasers in Engineering》上发表。

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

在近日召开的陕西省刑事新技术培训班上，一款名为“立体足迹激光扫描采集分析仪”的刑事技术新产品在会上进行了功能展示，引起在座基层刑事技术民警的浓厚兴趣，大家在展台亲手操作使用设备，他们认为，推广此项技术对提高办案质量和办案速度势必起到积极作用。此前，该仪器在全国第六届好痕迹检验技术研讨会上得到足迹专家的一致好评，目前已获我国独立知识产权最高级别的发明专利。　　以往，在国际上，提取立体足迹通常采用是高灌注法，不但效率低，而且需要操作者具有一定的提取经验，尤其是在针对雪地、灰尘等软基客体的足迹时，难度更大，一单提取失败无法挽救，是现场的重要物证遭受损失。立体足迹激光 扫描采集分析仪的问世，掀开了刑事技术研究崭新的一页，该设备的非接触提取和数字化处理取代了百年来一直靠手工制模提取和经验型检验的模式，为刑侦专家快速有效处置案件事故提供先进实用的科技手段。该分析仪的主要技术特点是：　　实现数字化无损提取现场立体足迹　　该仪器能够快速、准确、无损地提取现场立体足迹。利用现代激光扫描三位测量和计算机技术，实现了对现场立体足迹原物大、原始形态的数字化采集、存储和传输，直接记录并显示足迹各部位的三维数据，如足迹重压点位置及深度、鞋底磨损形态及范围等。亦可用于提取轮胎等其他立体痕迹。采集设备与足迹不直接接触，从根本上解决了外界对足迹的干扰破坏，真正实现了原始无损提取，避免了“实物填充法”带来的人为破坏和变形，以及后期材料干缩、裂纹等问题，为综合利用提供了条件，为准确 检验鉴定奠定了基础。　　多功能数字化辅助检验工具　　利用软件模拟比较显微镜原理，研究出立体足迹辅助检验专家传统，设计出双视窗检验、三维重建显示、重压点检验自动搜索、磨损面检验、坐标网络、深度伪彩三维贴图、标注方式长度角度面积的双视窗数据同步对比测量等 一系列专业化设计的辅助检验工具。首次实现了对现场足迹的重压点和磨损变形的辅助检验。使经验专家型进入了数字化定量检验。坐标检验和网络格检验工具，给各类足迹特征检验提供了一个快捷有效的检验手段，尤其是游动式坐标检验工具，可把0点定在任一特征位置，依此扩展进行定量化检验，使检验更加灵活、方便和实用。　　机械化还原现场立体足迹　　系统根据三维测量数据，直接计算出雕刻机加工代码，利用三维雕刻机，直接对高密度板等板材加工雕刻，实现对立体足迹的加工还原。既可还原造型客体(鞋底)模型，也可还原承受客体(凹痕)模型，还原足迹具有高精度、不变形、易保存，经久、耐磨、抗摔，便于携带等优点。　　今年6月，应湖北省公安刑警总队痕迹室之约，研制单位技术人员携带该设备赶到武汉，会同五位全国著名足迹专家，利用该仪器对震惊全国的“12.7”案件的现场证据进行检验分析，因嫌疑人在逃，嫌疑人家里遗留的鞋子与现场遗留的足迹缺乏行走的样本比较，五位足迹专家意见不一致。之前，因该案件现场能提取的足迹痕迹和其他有价值的痕迹、线索有限，使安检一度进展不顺利。技术人员使用该仪器吧现场提取的足迹痕迹检材和嫌疑人家里提取的鞋子进行扫描分析，并把结果送给专家进行研判，使专家意见得到统一，锁定了犯罪嫌疑人。

前言　　我国“十二五”、“十三五”期间，我参加了几个国家科技部重大仪器专项中有关便携式激光拉曼光谱仪器及其应用专项方面的专家组工作 通过接触这些项目，结合我本人过去从事激光拉曼光谱仪器及其应用的工作实践，有一些体会。这里想介绍一点便携式激光拉曼光谱仪器及其应用的有关问题，供有关科技工作者参考。　　目前科技工作者们都在关注便携式激光拉曼光谱仪器及其应用的最新进展，世界各国正在争先恐后的研发各类便携式激光拉曼光谱仪器。在我国目前有20多家企业(含外资企业)在研发、生产各类便携式激光拉曼光谱仪器 国外也有很多仪器公司都在加强便携式激光拉曼光谱仪器及其应用的研发，所以，本文重点介绍《便携式激光拉曼仪器及其应用的最新进展和有关问题》。　　一、仪器的最新进展　　1)仪器的S/N(表征仪器的灵敏度)大幅度提高　　目前，国内外的便携式激光拉曼光谱仪器最新进展中，最突出的体现之一是S/N的提高。因为从仪器学理论讲，激光拉曼的灵敏度与光源(激光器的稳定性、波长等)、主机(单色器的光谱带宽、杂散光、光栅和准直镜、物镜的口径等)、光接收器(CCD的灵敏度、CCD的噪声N、稳定性等)、放大器(噪声N、稳定性、放大倍数等)等密切相关。所以，光源为785nm的便携式仪器，直接测量的S/N一般在1000:1以内，不可能达到10000以上。但是，随着化学计量学的发展，仪器的软件、特别是各种算法突飞猛进。例如：北京西派特公司研发的785nm新型ExR510便携式激光拉曼光谱仪(以下简称ExR510)，由于采用一种我国独具知识产权的、消除荧光背景和降噪的专利技术，使得该仪器直接测试的S/N优于2000:1以上。北京大学在他们使用西派特的ExR510时，对仪器进行了考查，发现直接测量ExR510的信噪比可以达到2400:1，为目前国际上同类仪器的领先水平。但是，随着软件、算法的发展，仪器的S/N还会进一步大大提高。　　2)仪器的分辨率大大增强　　国际上的便携式激光拉曼光谱仪器中，单色器的焦距一般都在75mm左右(甚至更小)。在这么小的便携式激光拉曼光谱仪器上，要得到相对高的分辨率是很难的，所以目前国际上的这类便携式激光拉曼光谱仪器的分辨率都在4-12cm-1之间!因为从仪器学理论来看，大家都知道，光栅理论中分辨率(SBW)的数学表达式为：　　SBW=[1/(mf/d cos θ)] b = d ×cos θ× b /mf　　法国JY公司的HR800大型台式激光拉曼光谱仪的焦距为800mm，仪器采用优质光栅、三级光谱、狭缝可调，但是，分辨率只是0.5-0.8cm-1左右。所以，有些公司给出焦距75mm的便携式激光拉曼光谱有仪器的分辨率为1.27cm-1，从理论到实践都是做不到的。　　但是，仪器的分辨率大大增宽，无疑是最吸引科学家眼球的关注焦点之一。北京西派特的ExR510，采用了特殊的专利软件处理，使得75mm焦距的便携式仪器的分辨率大大增强，该仪器经北京计量测试研究院测试，分辨率为2.8cm-1，为国际同类产品的领先水平。　　3)新型的激光拉曼光谱仪器不断涌现　　(1)2017年，安捷伦推出了四款最新的拉曼专利技术：其中，空间位移拉曼光谱(Spatially Offest Raman Spectroscopy，简称SORS)、透射拉曼光谱(Transmission Raman Spectroscopy ,简称TRS)相当先进。SORS的用途非常广泛,TRS更加优越，做定量分析检测时，比SORS准确度更高。安捷伦最近推出的四款拉曼产品，其中，SORS和TRS是代表产品。　　(2)2018年3月，必达泰克推出新型透视拉曼光谱仪STRaman，获得了2018年3月美国匹兹堡分析化学和光谱应用会议暨展览会的卓越金奖。这是应该特别值得重视的消息，该仪器突破了传统拉曼技术障碍，可以透过视觉不透明的包材和涂层，收集内部样品的拉曼信号。该仪器由先进的算法、高度智能化的分析软件、高通量光谱仪及增加采样深度和面积的专用探头组成 所有元部件都高度集成在一套便携式系统中，可以非常简便的在现场或实验室使用。据称STRman是具有快速、无损分析领域应用的、较为理想的分析检测工具 例如：在食品、制药、法医、刑侦、特殊化学品工业领域应用等等。　　(3)南京简智仪器公司最近推出了首款便携式差分拉曼光谱仪。上世纪九十年代提出的差分拉曼方法，由于多种因素(例如：两个光源无法同时测量、导致受激发射光谱和散射光谱两张原始光谱产生差异、还有算法问题等)，一直使之无法形成产品。南京简智公司经过努力，攻克了很多难题，终于研发成功了便携式差分拉曼光谱仪。据报道，该仪器具有抗干扰、大信噪比、滤除杂峰等优点。可以直接测量高荧光物质、深色物体等等，是一款好仪器。　　(4)联用技术的大发展是当今世界上分析仪器发展的主要潮流之一。往往一种技术解决不了的问题，两种技术联用，就会迎刃而解了，就会出现一片广阔天地。由原总后牵头的，国家科技部“十二五”重大仪器专项中的《薄层扫描-便携式激光拉曼光谱联用仪器及其应用》(本人为项目技术专家组组长)，已经通过国家总验收 该仪器解决了食品、中药产品中薄层色谱和拉曼光谱无法单独解决的分析难题。仪器具有体积小、重量轻、自动化程度高等特点，该仪器为国际首创.　　二、应用的最新进展　　1、应用领域越来越广　　例如：　　1)药物分析：原材料辅料分析鉴别、原研药分析、药物晶型分析、合成反应监控、假药甄别、注射液成分分析，包装材料鉴定。　　2)化学危险品：具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等性质，对人体、设施、环境具有危害的剧毒化学品和其他化学品鉴别。　　3)地质/珠宝：珠宝鉴定，矿物分析。　　4)食品分析：非法添加、农药残留等。　　5)聚合物材料：分子结构、结晶结构、取向结构、成分定量分析、相结构、聚合反应动力学、形变、老化等。　　6)催化材料：动力学研究，分子筛骨架结构分析，物相变化。　　7)半导体材料：成分鉴别、结晶结构、晶体取向、应力和应变。　　8)石墨烯、碳纳米管及其他碳材料表征。　　9)复合材料：表征及微观力学研究。　　10)无机材料：很多无机材料是中心对称的振动，红外光谱不敏感，而拉曼光谱具有很明显的优势。物质鉴别，结构测定，材料合成研究。　　11)地质/珠宝：珠宝鉴定，矿物分析。　　还有很多领域可以应用下、便携式激光拉曼仪器，在此不再赘述。　　2、SERS技术的引入得以实现　　众所周知，SERS效应的发现，使普通拉曼散射光谱方法无法或很难开展的研究工作出现了新的转机，再加拉曼光谱所特有的高选择性，使SERS在许多领域中得到广泛的应用。目前，与普通拉曼散射光谱相比，SERS的增强因子可达104～107。虽说SERS技术还有很多不完善之处，但仍然得到了大家重视。　　3、已经实现五组分定性、定量分析　　传统的激光拉曼光谱技术，一般只能对单组份或三组分样品进行定性分析检测，很难进行定量检测。而目前正在大发展的便携式激光拉曼光谱仪器，由于软件算法上的突破，已经可以进行五组分定性、五组分定量分析检测。以下以我主持鉴定会的北京西派特公司的ExR510为例，给大家分享一下拉曼光谱对五组分的样品进行定性、定量分析检测的案例。　　1)ExR510对五组分醇定性分析测试结果　　因为醇类物质的谱线较宽、容易重叠、分离难度大，为了说明问题，所以他们选择对5种醇混合物进行测试，五组分定性测试结果如下图：仪器条件：激光785nm 功率10级 扫描次数10次 积分时间12S。　　2) 对五组分醇定量分析结果　　在上述仪器条件下，准确称量并配制甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇和异丙醇的混合溶液，各组分醇的具体称量值、混合液标样的含量、用定量算法得到的实测含量和计算误差列表如下：样品 标样含量（%） 实测含量（%） 误差（%） 甲醇（0.4437g）17.7416.13-1.61乙醇（0.4649g）18.5819.320.74乙二醇（0.6661g）26.6329.102.47丙三醇（0.4755g）19.0114.48-4.53异丙醇（0.4514g）18.0420.972.93　　上表数据是用上图结果采用“子空间向量夹角法”计算出来的，这个算法是西派特公司的专利。　　4、消荧光干扰、扣背景技术有重大突破　　荧光干扰是激光拉曼的天敌。所以消荧光干扰或扣背景技术具有及其重大的意义。我主持鉴定会的北京西派特公司的ExR510，对实际样品分析检测结果令人非常满意：　　(1)单组分定性分析检测时消荧光和匹配度的效果：　　①滑石粉(弱荧光物质)定性检测：滑石粉 检测的匹配度：0.999　　仪器条件仪器条件：ExR510 便携拉曼光谱仪 激发光源：785nm 积分时间：10s 功率等级：10级　　②对重钙定性测试时消荧光和匹配度的结果：匹配度达到0.999　　仪器条件：ExR510 便携拉曼光谱仪 激发光源：785nm 　　积分时间： 10s 功率等级：10级　　5、食品药品快检技术的进展　　“十二五”国家科技部重大仪器专项，“TLC-LR联用仪器及其应用研究”，完成了药品快检专用软件工作站，完成了化药的假药与中药掺杂违禁化学药品的快速检测与远程智能判别。完成了一键式对化学药和中药掺杂的快速检测。研发成功了国际首创的TLC-SERS-LR联用仪器 建立了多种拉曼光谱快检数据库，包含：300余种基药 50种品牌药 500种上市药物活性成分 100种常见药用辅料 8种国抽药品 标准操作规程4项。建立了多种化学药品的检测方法 过期药回收再利用检测方法 仿制药冒充原研药的检测方法等等。下图是专家测评现场：　　三、几个有关问题　　1、科技工作者必须实事求是　　科技工作者应该是最实事求是的人。但是很多科技工作者不是这样。例如：目前国产的许多便携式激光拉曼仪器(包括其它各类常规型、普及型、基础型的仪器)不但不比进口的差，相反，在主要性能指标(如S/N、分辨率等等)上、在实用性上、在性价比上都优于同类进口仪器，都能满足使用要求。但是，有些领导和科技工作者就是要说“进口仪器总比国产的好”。就是要花大价钱去买进口仪器，这样的例子举不胜举。这就是不学习、不调查、闭着眼睛说瞎话、不实事求是的表现。还有，中国分析仪器行业里，目前有不少人不懂装懂，明明自己没有受过仪器学的熏陶，明明自己不懂仪器学，但是在各种仪器专业学术会上，在仪器评审会上、特别是仪器鉴定会上，他们却高谈阔论，经常说一些外行的话 本来有国际先进水平的仪器，因为他们不了解、他们不懂，他们就不敢写出真实水平的评价。以至鉴定会得出错误或名不符实的结论。所以，科技工作者只有认真学习、懂一点仪器学、只有实事求是，才能正确的评价进口仪器和国产仪器，才有可能正确大胆使用能满足使用要求的国产仪器、才能站在民族的高度支持、保护国产仪器。　　我们说，过去(80年代以前)因为我国的基础不好等多种原因，我国分析仪器的确都不行。但是现在，常规、基础、普及型仪器都不错。虽说质量上各有千秋，但是基本上都能满足使用要求。目前有些高端仪器我国与发达国家的差距还较大，但是高端仪器市场小，赚钱不多。我们要从民族高度看问题，严防上当。　　从仪器学和应用的实践要求来看，我认为目前有很多产品宣传不实在。我诚恳的建议或希望大家要站在实事求是的立场上宣传产品。(特别是对国外公司产品，中国人应该站在客观立场上实事求是宣传，不能自觉或不自觉的帮助外国人忽悠中国人)；我希望在外国公司工作的中国朋友们，要把国外好产品引进中国。希望从事分析检测的朋友们、使用者、买仪器者，评价仪器时，要实事求是、要特别重视仪器的可靠性(特别是要重视影响检测误差的关键指标的可靠性)，这是根本性的问题。尤其是激光拉曼领域，正处在群雄争霸、鱼目混珠的时期，建议使用者实事求是、买仪器时采取盲样比对测试、全面综合权衡后，决定买哪家的仪器，绝对不能盲目迷信国外产品。这个原则适用于所有使用分析仪器的科技工作者，建议大家一定要重视，严防上当。　　2、应该大胆使用能满足要求的国产光谱仪器　　今天我国的常规、基础分析仪器很多都不比同类进口仪器差，已经完全可以与国外抗衡(指标优于、相当、不够)。特别是便携式激光拉曼光谱仪器，我们国家目前有很多家在生产。虽说仪器的水平、质量等各有千秋，但是，要看到“抗衡”这个问题。我们千万不要迷信进口仪器。今天，我从仪器学理论和分析工作的实践相结合的角度、从使用的适用性角度、从仪器的可靠性和性价比角度等方面，全方位的、负责任的告诉广大读者：目前我国的常规仪器已经可以与国外抗衡了。例如：国产ExR510的主要技术指标处在国际领先水平 南京简智仪器公司的便携式差分拉曼光谱仪可以直接测量高荧光物质、深色物体等等。　　目前在便携式激光拉曼光谱仪器方面，外商在我国占有很大的市场，而国外产品不比国产的同类产品好，所以我们必须加倍努力，去占领市场。因此，我再次呼吁：我们要正确评价国产仪器和进口仪器。正确认识国产仪器和进口仪器。正确处理国产仪器和进口仪器的关系。既不要盲目迷信进口仪器，又不要盲目排外。国外好的仪器、我国还不能生产的高端仪器，我们要引进、要消化、要吸收、要为我所用。国外搞虚假指标欺骗我们的各种仪器，我们要大胆批评。同时我们在打破误区后，还必须要看到差距 中国常规仪器与国外的主要差距是：工艺、软件、附件。只有看到了差距，才有赶超的动力。大家应该团结起来，打破误区，努力赶超分析仪器和应用的国际先进水平。　　3、建议分析仪器研发、生产和分析仪器应用工作者重视仪器学理论的学习　　仪器学理论是一种综合性学科的理论，是一门涉及到多个领域的、复杂的、交叉的、边缘学科的理论，是涉及到光学、机械学、电子学、计算机、应用等各个领域的理论，特别是现代分析仪器及应用工作者，都离不开这些方面。作者通过实践，深深认识到只有掌握了一点仪器学理论知识，才能知其然知其所以然、才能研发和生产出稳定性好可靠性好的仪器、才能把仪器用到最佳水平、得到最佳的分析检测结果。为此建议大家参考：　　李昌厚著，《仪器学理论与实践》(仪器学理论与光学类分析仪器整机及关键核心部件的设计、制造、测试、使用和维修)，北京：科学出版社,2008。　　作者在大学里学仪器，毕业后既使用仪器，又研发仪器 该书从理论到实践，总结了作者研发、使用各类分析仪器的经验和教训。对研发分析仪器、生产分析仪器、使用分析仪器、维修分析仪器的科技工作者都有参考价值。(李昌厚 中国科学院上海生物工程研究中心 200233)　　李昌厚，中国科学院上海生物工程研究中心原仪器分析室主任兼生命科学仪器及其应用研究室主任、教授、博士生导师、华东理工大学兼职教授，终身享受国务院政府特殊津贴。　　　　主要研究方向：分析仪器及其应用研究 长期从事光谱仪器(紫外吸收光谱、原子吸收光谱、旋光光谱、分子荧光光谱、原子荧光、拉曼光谱等) 色谱仪器(液相色谱、气相色谱等)及其应用研究 特别对《仪器学理论》等有精深研究。　　以第一完成者身份，完成科研成果15项。由中科院组织专家鉴定 其中13项达到鉴定时国际上同类仪器的先进水平，2项填补国内空白 以第一完成者身份获得国家和省部级(中国科学院、科技部、上海市)科技成果奖5项(含国家发明奖1项) 发表论文183篇，出版专著5本 曾任中国仪器仪表学会分析仪器分会第五届、第六届副理事长；国家认监委计量认证/审查认可国家级常任评审员、国家科技部“十五”、“十一五”、“十二五”和“十三五”重大仪器及其应用专项的技术专家组成员或组长、上海市科学仪器专家组成员、《光学仪器》副主编、《生命科学仪器》副主编、《光谱仪器与分析》副主编等十多个学术团体的领导职务。曽经先后担任过：北京普析通用、北京瑞利、北京西派特、无锡高速分析仪器厂、无锡英之诚、常州玉宇光电、上海安杰科技、美国(香港)ISCO科技公司等等多个高科技公司和学术团体的技术顾问，为这些公司和有关学会联合召开的各类技术交流会、技术培训会等讲课500次以上。为全国各类学术会议做学术报告100次以上。

小角激光散射仪 PP-1000 PP-1000小角激光散射仪利应用了小角光激光光散射法（Small Angle Laser Scattering，简称SALS），可以对高分子材料和薄膜进行原位检测，实时解析。与SAXS和SANS的装置相比，检测范围更广。利用偏光板的Hv散射测量可以进行光学各向异性的评价，解析结晶性胶片的球晶半径，Vv散射测量可以进行聚合物混合的相关距离的分析。 特点l 0.33 ~ 45°散射角度的测量,最短测试时间10 毫秒l 检测范围0.1μm ~数十微米l 可以在专用溶液单元中测量溶液样本l Hv散射，Vv散射测量可以在软件上轻松切换 用途l 高分子材料评价→结晶性胶片结晶化温度、球晶直径、结晶化速度配光、光学异方性→聚合物混合相分离过程和相关距离(分散度)→高分子凝胶三维架桥结构的大小→树脂热硬化树脂和UV硬化树脂的硬化速度 l 粒子物性评价粒子直径，凝聚速度 检测原理 小角激光散射仪由光源、偏振系统、样品台和记录系统组成。单色激光照射到样品时发生散射现象，散射光投射到屏幕上并被拍摄下来，得到样品的散射条纹图。操作过程：1．在样品台上放置样品。2．根据想要测量的对象调整检偏片。3．来自样品的散射图案会被相机记录下来。 当起偏片与检偏片的偏振方向正交时，得到的光散射图样叫做Hv散射；当起偏片与检偏片的偏振方向均为垂直方向时，得到的光散射图样叫做Vv散射。从这些散射图形中可以获取球晶半径、相分离结构、分散相颗粒平均粒径、配向状态等信息。l Hv散射 球晶半径解析：R = 4.09 / qmax(R:球晶半径，qmax:散射光强度最大的散射向量) q = 4πn/λsin(θ/ 2)(q:散射向量, λ:介质中的波长，n:样品折射率，θ:散射角) l Vv散射 对聚合物混合的相分离过程的评价连续相与分散相的大小，分散相颗粒平均粒径（分散度）粒子直径的评价相分离构造与相关距离检测 技术参数 应用案例 l PVDF球晶半径分析 溶融温度230℃結晶化温度160℃PP-1000散射图样 偏光显微镜图样 各时间45°方向的散射向量提取 球晶半径计算创新点：1.0.33 ~ 45° 散射角度的测量,最短测试时间10 毫秒2.检测范围0.1μ m ~数十微米3.可以在专用溶液单元中测量溶液样本4.Hv散射，Vv散射测量可以在软件上轻松切换大塚电子小角激光散射仪PP-1000

为帮助380万+用户解决选型的痛点和困惑，仪器信息网特开设“Easy选型”直播节目，从选型原则、技术进展、行业标准、市场表现、用户口碑、使用反馈、应用支持、售后服务、案例分享、真机测评等多个维度，为用户了解技术采购带来一些实用经验。 6月6日，仪器信息网启动第40期“激光粒度仪”选型直播，本次活动邀请到上海理工大学能源与动力工程学院教授蔡小舒、丹东百特技术总监李雪冰以及丹东百特产品总监宁辉畅谈选型经验与粒度技术的发展。此次线上活动现场累计超3400人观看，专家互动答疑环节观众提问踊跃。仪器信息网资深编辑杨厉哲（左）、上海理工大学能源与动力工程学院教授蔡小舒（中）、丹东百特技术总监李雪冰（右）上海理工大学能源与动力工程学院教授蔡小舒上海理工大学能源与动力工程学院教授蔡小舒从80年代末开始接触光散射颗粒测量，在颗粒测量领域已经有30多年的经验。蔡小舒在讨论环节提到，Mie’s理论、大角度探测技术、反演算法在激光粒度仪发展过程中起到了重要作用，并以牙齿清洁剂和奶粉团聚现象为例介绍了激光粒度仪应用的重要意义。蔡小舒认为，激光粒度仪选型要充分结合自己的需求和价格的考量，注意准确性、重复性、分辨力等关键指标。同时，蔡小舒老师表示，仪器的可靠性和测量范围有时候其实是矛盾的关系，要根据应用和需求做平衡。谈到激光粒度仪未来的发展趋势，蔡小舒认为未来激光粒度仪的发展趋势是在线检测、原位检测、形貌检测等方向。丹东百特技术总监李雪冰丹东百特技术总监李雪冰求学时，当时纳米材料非常火热，毕业后因为兴趣原因投身于工业界，在那时开始接触到光散射和粒度仪，后面转到了粒度测试行业。李雪冰博士补充道，反傅里叶光路技术和正反傅里叶光路技术是激光粒度仪发展中的两大重要技术。李雪冰博士更是从个人角度，直接地推荐了他心目中最经典的两款激光粒度仪型号：Mastersizer2000和Bettersize2600。李雪冰博士认为，在仪器选型时要充分结合所在行业的特点，如制药行业更加关注合规性和可靠性、高校科研用户更关注仪器的新颖性等，同时李雪冰博士还建议用户在调研时关注仪器的核心技术、历史底蕴、开发时间、光路结构、核心算法等细节，尽量考虑有实力的供应商，优先选择市面上保有量大的仪器型号，因为相应厂商在售后服务上的经验也会更加丰富。李雪冰认为，未来激光粒度仪的趋势是激光粒度仪的均衡性和多场景的应用。直播间互动答疑丹东百特粒度仪生产制造云参观丹东百特产品总监宁辉博士活动最后，丹东百特产品总监宁辉博士介绍了百特纳米粒度电位仪的发展历程纳米粒度电位仪的原理和选型并解答了用户提问。精彩内容之外，直播间还进行了众多丰富的互动抽奖活动，获得了听众们的积极相应。至此，仪器信息网“Easy选型”第40期“激光粒度仪”选型节目圆满结束。下一期，将为大家带来全自动凯氏定氮仪的选型秘诀，之后还有更多仪器品类的“Easy选型”将与观众见面，敬请关注。本期精彩内容回放可以扫码下方二维码查看。

3月2日，记者从清华大学精密仪器系获悉，该系张书练教授课题组进行原理研究并由北京镭测科技有限公司开发生产的双折射双频激光干涉仪实现批量生产。双频(两频率)激光干涉仪是科学研究、光刻机、数控机床、航空航天、舰船等行业都离不开的光学尺子，用于测量零部件的尺寸，角度，位置，直线性，也是检定各类数控机床、激光加工机床以及光刻机台的精度，进行误差补偿的基本仪器。张书练介绍，双频激光器是双频激光干涉仪的核心部件。国外干涉仪厂家都是自制专用激光器，称为塞曼双频激光器，不对外供应。此前我国的双频激光干涉仪只能进口普通激光器，从中选出可用的，淘汰率高，性能上不去，导致双频激光干涉仪国产化困难。据介绍，此次清华大学精密仪器系发明的双折射原理的双频激光器比传统的塞曼双频激光器的激光功率高一倍、频率间隔大一倍或两三倍、没有两个频率之间耦合串混。分辨率达到1纳米(十亿分之一米)，线性测量长度范围0到70米，非线性误差小于1纳米，测量速度超过2米。张书练指出，双折射双频激光器的使用带动了干涉仪整机的光机电系统创新设计，使双折射双频激光干涉仪具有便携，方便，鲁棒等优良性能。

3月2日，记者从清华大学精密仪器系获悉，该系张书练教授课题组进行原理研究并由北京镭测科技有限公司开发生产的双折射双频激光干涉仪实现批量生产。双频（两频率）激光干涉仪是科学研究、光刻机、数控机床、航空航天、舰船等行业都离不开的光学尺子，用于测量零部件的尺寸，角度，位置，直线性，也是检定各类数控机床、激光加工机床以及光刻机台的精度，进行误差补偿的基本仪器。张书练介绍，双频激光器是双频激光干涉仪的核心部件。国外干涉仪厂家都是自制专用激光器，称为塞曼双频激光器，不对外供应。此前我国的双频激光干涉仪只能进口普通激光器，从中选出可用的，淘汰率高，性能上不去，导致双频激光干涉仪国产化困难。据介绍，此次清华大学精密仪器系发明的双折射原理的双频激光器比传统的塞曼双频激光器的激光功率高一倍、频率间隔大一倍或两三倍、没有两个频率之间耦合串混。分辨率达到1纳米(十亿分之一米)，线性测量长度范围0到70米，非线性误差小于1纳米，测量速度超过2米。张书练指出，双折射双频激光器的使用带动了干涉仪整机的光机电系统创新设计，使双折射双频激光干涉仪具有便携，方便，鲁棒等优良性能。

3月2日，从清华大学精密仪器系获悉，该系张书练教授课题组进行原理研究并由北京镭测科技有限公司开发生产的双折射双频激光干涉仪实现批量生产。　　双频(两频率)激光干涉仪是科学研究、光刻机、数控机床、航空航天、舰船等行业都离不开的光学尺子，用于测量零部件的尺寸，角度，位置，直线性，也是检定各类数控机床、激光加工机床以及光刻机台的精度，进行误差补偿的基本仪器。　　张书练介绍，双频激光器是双频激光干涉仪的核心部件。国外干涉仪厂家都是自制专用激光器，称为塞曼双频激光器，不对外供应。此前我国的双频激光干涉仪只能进口普通激光器，从中选出可用的，淘汰率高，性能上不去，导致双频激光干涉仪国产化困难。　　据介绍，此次清华大学精密仪器系发明的双折射原理的双频激光器比传统的塞曼双频激光器的激光功率高一倍、频率间隔大一倍或两三倍、没有两个频率之间耦合串混。分辨率达到1纳米(十亿分之一米)，线性测量长度范围0到70米，非线性误差小于1纳米，测量速度超过2米。　　张书练指出，双折射双频激光器的使用带动了干涉仪整机的光机电系统创新设计，使双折射双频激光干涉仪具有便携，方便，鲁棒等优良性能。

近日，在北京召开的第七届中国电动汽车百人会论坛（2021）上，比亚迪股份有限公司董事长王传福表示，“按照规划，到2025年，我国新能源汽车新车销售量将达到汽车新车销售总量的20％左右。”这意味着接下来5年，新能源汽车行业年复合增长率将达37%以上。结合前期“特斯拉Model Y低价发售”、“宁德时代逼近万亿股价”、“蔚来包下宁德时代磷酸铁锂电池生产线！”等新闻发酵，不难发现随着磷酸铁锂电池以其低成本高安全性的优势在中低端市场不断渗透，特别是相关技术的进步也助推磷酸铁锂电池自2020年起重新扩展市场空间，其需求快速反转向上。中国汽车动力电池产业创新联盟日前发布的数据显示，2020年我国动力电池累计销量达65.9GWh，同比累计下降12.9%。其中，三元锂电池累计销售34.8GWh，同比累计下降34.4%；磷酸铁锂电池累计销售30.8GWh，同比累计增长49.2%，是唯一实现同比正增长产品。中信证券指出，目前，特斯拉、戴姆勒等海外新能源汽车主流企业均明确了磷酸铁锂电池技术路线，预计宝马、大众等其他海外车企也将在其动力电池技术路线中选择磷酸铁锂方案。而国内无论是宁德时代的CTP电池管理控制技术还是比亚迪的“刀片电池”，磷酸铁锂的高安全性助力了其在乘用车领域的回暖，都让磷酸铁锂电池开始经历第二春！伴随着宁德时代年产8万吨磷酸铁锂投资项目签署，磷酸铁锂第二春的帷幕已然拉开，大规模的量产也必将刺激高性能激光粒度仪的市场需求。众所周知，激光粒度分析仪在锂离子电池行业有着广泛的应用需求，主要应用于正极材料、三元前驱体材料、负极材料、导电剂、隔膜涂覆用氧化铝等材料的粒度测试。从大量的制浆经验以及行业交流反馈来看，诸如钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、镍酸锂(LiNiO2)、镍钴锰酸锂(LiNiCoMnO2)和磷酸铁锂(LiFePO4)等多种不同的正极材料，通常采用中值粒径D50、代表大颗粒的D90作为关键质控指标。不同材料不同工艺的产品对原材料的粒径要求也不尽相同，以分布在1-20μm范围内居多。负极材料以石墨为例，当其平均粒径为16-18μm，且粒度分布较为集中时，电池有较好的初放容量及首次效率。此外，随着电池隔膜的厚度要求不断提高，对其中添加阻燃材料的粒径要求也随之不断提高，常使用的隔膜氧化铝粒径从微米级逐渐发展到亚微米甚至是纳米级。随着电池性能提高对原材料的粒度要求不断提高，激光粒度仪发挥着不可替代的作用，同时对粒度测量仪器的重复性、重现性、分辨能力提出了更高的要求。锂离子电池正、负极材料标准中的粒度分布要求激光粒度仪的高分辨能力在电池材料的检验中，对测试样本中少量的大颗粒或小颗粒的准确识别有着重要的意义。比如说在电池材料活性物质中如果存在少量的大颗粒，可能会对涂布、滚压造成负面影响。如果在原材料检测时就发现，则可以避免后续不良品的产生。另一个典型的例子是粒径过小的石墨粉在粉碎过程中更易于使其晶型结构发生改变，小颗粒石墨粉中菱形晶数量相对较多，而菱方结构的石墨具有较小的储锂容量，使电池的充放电容量有所降低。另外颗粒直径太小，单位重量总表面积就会很大，需要的包覆材料越多，导致电极材料的堆积密度减小而体积能量密度下降。如果能准确的对各种原材料进行粒度测试，在一定程度上有助于预判后续产品性能、防范风险… … 可见，电池性能的诸多方面都与正负极材料和隔膜材料等的粒径息息相关。欧美克Topsizer激光粒度分析仪对少量的大/小颗粒及样品各个粒径组分的准确识别，需要仪器制造商在无盲区光学设计、高品质高精度元器件、装配工艺、算法及软件智能控制上不断优化，提高产品分辨能力。例如早先的激光粒度仪将多个光电转换元件探测通道放置在一块或两块平面上，然而傅立叶透镜的聚焦面通常呈弧形分布，平面布置的探测器很难将所有角度的散射光信号都精确地聚焦获取，通过精准的独立探测器焦点曲面排布设计和一致性定位工装提高粒度仪分辨能力和仪器之间的重现性。欧美克Topsizer激光粒度分析仪和Topsizer Plus激光粒分析仪是在锂离子电池行业被广泛应用的高性能激光粒度分析仪。量程宽、重现性好、分辨能力强、自动化程度高、故障率低等优异性能保证了测试结果和分析能力，而且与国内外、行业上下游黄金标准保持一致，不仅为用户节省了方法开发和方法转移上的时间和成本，更重要的是可以避免粒径检测不准带来的经济损失和风险，无论在产品研发、过程控制还是质量控制上，都能够为用户带来真正的价值。欧美克LS-609激光粒度分析仪而欧美克LS-609激光粒度分析仪就采用了先进的激光粒度仪散射光能探测的设计，将常见的失焦影响较大的多个大角探测器通道以分个独立的方式精确放置于与其散射角相对应的傅立叶透镜焦点位置，以保证所有散射光角度的信号都是无混杂的，提高了散射光分布角度分辨能力。与此同时，各个独立的探测器有利于在探测器上布置杂散光屏蔽装置，同时也防止了散射光在不同探测器上的相互干扰，进一步降低系统的噪声，提高细微差异的分辨能力。我们以具体的电池材料样品来看欧美克激光粒度分析仪的测试性能对材料准确表征的案例。1. 欧美克Topsizer激光粒度仪测试含有少量大颗粒的石墨原材料的粒度分布图和粒度分布表如下图所示，可以看到对于体积含量在0.5%以下的极少量60-100μm的颗粒，以及体积含量在1%左右的2μm以下颗粒，均能够灵敏的检测出来其详尽的粒度分布。显示了Topsizer对粉体材料的大、小颗粒具有高超的分辨能力，对于最终下游应用中电池产品的安全性能和容量性能有更准确的指导意义。如果对于对少量小颗粒特别关注，在软件上，甚至可以采用数量分布替代体积分布的计算方法，进一步放大小颗粒的权重，对小颗粒数量上的变化进行更易识别的测试和生产质控。但需要注意的是，对于分布较宽的样品，由于大小颗粒在尺寸上差异本身就很大，同样体积的大小颗粒的数量相差将会异常巨大，取样和分散测量上的少许波动会导致测试结果数量分布上较大的偏差。2. 下图是欧美克LS-609激光粒度仪对磷酸亚铁锂3次取样分散测试粒度分布的叠加图，及特征粒径的统计结果，显示该仪器对磷酸亚铁锂的测试拥有优良的重现性。由此可见高分辨能力和重现性的激光粒度分析仪在电池原材料粒度检测领域能带来更好的质控效益。正如中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高所说，中国动力电池技术创新模式已经从政府主导向市场驱动转型，目前中国电池材料研究处于国际先进行列。而在中国动力电池的快速创新发展必然也离不开高分辨能力和重现性的激光粒度分析仪作为质控的好帮手。通过给动力电池行业提供更专业优化的粒度检测方案，欧美克激光粒度仪的行业销售也在持续高速增长。欧美克必将一如既往不断探索，与中国动力电池行业并行快速发展，携手创造中国奇迹，助力新能源引领世界美好未来！参考资料：1. 沈兴志，珠海欧美克仪器有限公司，《高性能激光粒度分析仪在电池材料测试中的应用》2. 经济日报，《第七届中国电动汽车百人会论坛举办》3. 腾讯网，《磷酸铁锂厂家齐涨价，2021年将回潮迎来“第二春”？》4. 中国证券报，《磷酸铁锂电池迎来发展“第二春” 2020年累计销售同比增长近

激光外差干涉技术在光刻机中的应用 张志平*，杨晓峰 复旦大学工程与应用技术研究院上海市超精密运动控制与检测工程研究中心，上海 201203摘要 超精密位移测量系统是光刻机不可或缺的关键分系统之一，而基于激光外差干涉技术的超精密位移测量系统同时具备亚纳米级分辨率、纳米级精度、米级量程和数米每秒的测量速度等优点，是目前唯一能满足光刻机要求的位移测量系统。目前应用于光刻机的超精密位移测量系统主要有双频激光干涉仪和平面光栅测量系统两种，二者均以激光外差干涉技术为基础。本文将分别对这两种测量系统的原理、优缺点以及在光刻机中的典型应用进行阐述。关键词 光刻机；外差干涉；双频激光干涉仪；平面光栅1 引言集成电路产业是国家经济发展的战略性、基础性产业之一，而光刻机则被誉为集成电路产业皇冠上的明珠［1］。作为光刻机三大指标之一的套刻精度，是指芯片当中上下相邻两层电路图形的位置偏差。套刻精度必须小于特征图形的1/3，比如14 nm节点光刻机的套刻精度要求小于5.7 nm。影响套刻精度的重要因素是工件台的定位精度，而工件台定位精度确定的前提则是超精密位移测量反馈，因此超精密位移测量系统是光刻机不可或缺的关键分系统之一［2-4］。随着集成电路特征尺寸的不断减小，对位置测量精度的需求也不断提高；同时，为了满足光刻机产率不断提升的需要，掩模台扫描速度也在不断提高，甚至达到 3 m/s 以上；此外，为了满足大尺寸平板显示领域的需求，光刻机工件台的尺寸和行程越 来越大，最大已达到 1. 8 m×1. 5 m；最后，为了获得工件台和掩模台良好的同步性能，光刻机还要求位置测量系统具备多轴同步测量的功能，采样同步不确定性优于纳秒级别［5-8］。 综上，光刻机要求位置测量系统同时具备亚纳米级分辨率、纳米级精度、米级量程、数米每秒测量速度、闭环反馈以及多轴同步等特性。目前，在精密测量领域能同时满足上述测量要求的，只有外差干涉测量技术。 本文分别介绍外差干涉测量技术原理及其两 种具体结构——双频激光干涉仪和平面光栅测量系统，以及外差干涉技术在光刻机中的典型应用。 2 外差干涉原理 2. 1 拍频现象 外差干涉又称为双频干涉或者交流干涉，是利用“拍频”现象，在单频干涉的基础上发展而来的一 种干涉测量技术。 假设两列波的方程为 x1 = A cos ω1 t ， （1） x2 = A cos ω2 t 。 （2） 叠加后可表示为（3）拍频定义为单位时间内合振动振幅强弱变化 的次数，即 v =| (ω2 - ω1)/2π |=| v 2 - v 1 | 。 （4） 波 x1、x2 以及合成后的波 x 如图 1 所示，其中包 络线的频率即为拍频，也称为外差频率。如果其中一个正弦波的相位发生变化，拍频信号的相位会发生完全相同的变化，即外差拍频信号将完整保留原始信号的相位信息。 图 1. 拍频示意图Fig. 1. Beat frequency diagram对于激光而言，因为频率很高（通常为 1014 Hz 量级），目前的光电探测器无法响应，但可以探测到两束频率相近的激光产生的拍频（几兆到几十兆赫兹）。因此拍频被应用到激光领域，发展成激光外差干涉技术。2. 2 外差干涉技术 由拍频原理可知 ，所谓外差就是将要接收的信号调制在一个已知频率信号上，在接收端再将该调制信号进行解调。由于高频率的激光信号相位变化难以精确测量，但利用外差干涉技术可以用低频拍频信号把高频信号的 相位变化解调出来，将大大降低后续精确鉴相的难度。因此，外差技术最显著的特点就是信号以交流的方式进行传输和处理。 与单频干涉技术相比，外差干涉技术的突出优点是：1）由于被测对象的相位信息是加载在稳定的差频（通常几兆到几十兆赫兹）上，因此光电探测时避过了低频噪声区，提高了光电信号的信噪比。例如在外界干扰下，测量光束光强衰减 50% 时，单频干涉仪很难正常工作，而外差干涉仪在光强衰减 90% 时仍能正常工作 ，因此更适用于工业现场 。 2）外差干涉可以根据差频信号的增减直接判别运动方向，而单频干涉技术则需要复杂的鉴相系统来 判别运动方向。单频干涉技术与外差干涉技术对比如表 1 所示。表 1. 单频干涉技术与外差干涉技术对比Table 1. Comparison between homodyne interferometry and heterodyne interferometry3双频激光干涉仪 3. 1 双频激光干涉仪原理 双频激光干涉仪是在单频激光干涉仪的基础上结合外差干涉技术发展起来的，其原理如图 2 所 示。双频激光器发出两列偏振态正交的具有不同频率的线偏振光，经过偏振分光器后光束被分离。 图 2. 双频激光干涉仪原理图Fig. 2. Schematic diagram of dual frequency laser interferometer设两束激光的波动方程为 E1 = E R1 cos ( 2πf1 t ) E2 = E R2 cos ( 2πf2 t ) ， （5） 式中：ER1和 ER2为振幅；f1和 f2为频率。 偏振态平行于纸面的频率为 f1 的光束透过干涉仪后，被目标镜反射回干涉仪。当被测目标镜移动时，产生多普勒效应，返回光束的频率变为 f1 ± Δf， Δf 为多普勒偏移量，它包含被测目标镜的位移信息。经过干涉镜后，与频率为 f2 的参考光束会合，会合后光束发生拍频，其光强 IM函数为 （6） 式（6）包含一个直流量和一个交流量，经光电探测器转换为电信号，再进行放大整形后，去除直流量，将交 流量转换为一组频率为 f1 ± Δf- f2的脉冲信号。从双频激光器中输出频率为 f1 - f2 的脉冲信 号，作为后续电路处理的基准信号。测试板卡采用减法器通过对两列信号的相减，得到由于被测目标 镜的位移引起的多普勒频移 Δf。被测目标镜的位移 L 与 Δf的关系可表示为 （7） 式中：λ 为激光的波长；N 为干涉的条纹数。因此， 只要测得条纹数，就可以计算出被测物体的位移。 3. 2 系统误差分析 双频激光干涉仪的系统误差大致由三部分组成：仪器误差、几何误差以及环境误差，如表 2 所示。 三种误差中，仪器误差可控制在 2 nm 以内；几何误 差可以通过测校进行动态补偿，残差可控制在几纳米以内；环境误差的影响最大，通常可达几十纳米到几微米量级，与测量区域的环境参数（温度、压 力、湿度等）有关，与量程几乎成正比，因此大量程测量时，需要对环境参数进行控制。 表 2. 双频激光干涉仪系统误差分解Table 2. System error of dual frequency laser interferometer4 平面光栅测量系统 双频激光干涉仪在大量程测量时，精度容易受 温度、压力、湿度等环境因素影响，研究者们同样基于外差干涉原理研发了平面光栅测量系统，可克服双频激光干涉仪的这一缺点。 4. 1 基于外差干涉的光栅测量原理 众所周知 ，常规的光栅测量是基于叠栅条纹的，具有信号对比度差、精度不高的缺点。基于外差干涉的光栅测量原理如图 3 所示，双频激光器发出频率 f1 和 f2 的线偏振光，垂直入射到被测光栅表面，分别进行+1 级和−1 级衍射，衍射光经过角锥反射镜后再次入射至被测光栅表面进行二次衍射， 然后会合并沿垂直于光栅表面的方向返回。由于被测光栅与光栅干涉仪发生了相对运动，因此，返回的激光频率变成了 f1 ± Δf和 f2 ∓ Δf，其中 Δf为多 普勒频移量，它包含被测目标镜的位移信息。 图 3. 基于外差干涉的光栅测量原理Fig. 3. Principle of grating measurement based on heterodyne interference会合后的光束 f1 ± Δf 和 f2 ∓ Δf 发生拍频，其频率为 ( f1 ± Δf ) - ( f2 ∓ Δf ) = ( f1 - f2 ) ± 2Δf。（8） 式（8）的信号与双频激光器中输出频率为 f1 - f2 的 参考信号相减，得到多普勒频移 Δf。被测目标镜的位移 L 与 Δf的关系可表示为（9） 式中 ：p 为光栅的栅距 ；N 为干涉的条纹数 。 因此，只要测得条纹数 ，就可以计算出被测物体的位移。 上述原理推导是基于一维光栅刻线的，只能测量一维运动。为了获得二维测量，只需将光栅的刻线由一维变成二维（即平面）即可。 4. 2 两种测量系统优缺点对比 由此可知，基于外差干涉的光栅测量原理与双频激光干涉仪几乎完全相同，主要的差别是被测对象由反射镜换成了衍射光栅。两种测量系统的优缺点如表 3 所示。表 3. 双频激光干涉仪与光栅测量系统对比Table 3. Dual frequency laser interferometer versus gratingmeasurement system5外差干涉测量在光刻机中的应用 发展至今，面向 28 nm 及以下技术节点的步进扫描投影式光刻机已成为集成电路制造的主流光刻机。作为光刻机的核心子系统之一的超精密工件台和掩模台，直接影响着光刻机的关键尺寸、套刻精度、产率等指标。而工件台和掩模台要求具有高速、高加速度、大行程、超精密、六自由度（x、y 大 行程平动，z 微小平动，θx、θy、θz微小转动）等运动特点，而实现这些运动特点的前提是超精密位移测量反馈。因此，基于外差干涉技术的超精密位移测量子系统已经成为光刻机不可或缺的组成部分。 4. 光刻机中的多轴双频激光干涉仪［10］Fig. 4. Multi-axis dual frequency laser interferometer in lithography machine[10]图 4 为典型的基于多轴双频激光干涉仪的光刻机工件台系统测量方案［10］，在掩模台和硅片台的侧面布置多个多轴激光干涉仪，对应地在掩模台和硅 片台上安装长反射镜；通过多个激光干涉仪的读数解算出掩模台和硅片台的六自由度位移。 然而，随着测量精度、测量行程、测量速度等运动指标的不断提高，双频激光干涉仪由于测量精度易受环境影响、长反射镜增加运动台质量致使动态性能差等问题难以满足日益提升的测量需求。因 此，同样基于外差干涉技术的平面光栅测量系统成为了另一种选择［8］。 光刻机工件台平面光栅测量技术首先由世界光刻机制造巨头 ASML 公司取得突破。该公司于 2008 年 推 出 的 Twinscan NXT：1950i 浸 没 式 光 刻机，采用了平面光栅测量技术对 2 个工件台的六自 由度位置进行精密测量。如图 5 所示，该方案在主基板的下方布置 8 块大面积高精度平面光 栅（约 400 mm×400 mm），在两个工件台上分别布置 4 个 平面光栅读数头（光栅干涉仪），当工件台相对于平 面光栅运动时，平面光栅读数头即可测出工件台的 运动位移［2，5，9］。图 5. ASML 光刻机的平面光栅测量方案［2，5，9］Fig. 5. Plane grating measurement scheme of ASML lithography machine[2,5,9]相比多轴双频激光干涉仪测量方案，平面光栅测量方案具有以下优点：1）测量光路短（通常小于 20 mm），因此测量重复精度和稳定性对环境变化不 敏感；2）工件台上无需长反射镜，因此质量更轻、动态性能更好。 然而，平面光栅测量方案也有其缺点：1）大面积高精度光栅制造难度太大；2）由式（9）可知，位移 测量结果以栅距 p 为基准，然而受栅距均匀性限制， 测量绝对精度不高。为了获得较好的精度和线性度，往往需要利用双频激光干涉仪进行标定。 面临极端测量需求的挑战 ，Nikon 公 司 在 NSR620D 光刻机中采用了平面光栅和双频激光干涉仪混合测量的技术方案［9］，如图 6 所示。该方案 将平面光栅安装在工件台上表面，而将光栅读数头安装在主基板下表面，同时增加了双频激光干涉仪，结合了平面光栅测量系统和双频激光干涉仪的 优点。在读头与读头切换时采用双频激光干涉仪进行在线校准。 图 6. Nikon光刻机混合测量方案［9］Fig. 6. Hybrid measurement scheme of Nikon lithography machine [9]6激光外差干涉系统的发展趋势 无论是双频激光干涉仪还是平面光栅测量系统，要想获得纳米级测量精度，既需要提高测量系统本身的精度，更需要从使用的角度努力，即“三分 靠做，七分靠用”。 就激光外差干涉测量系统本身而言，误差源主要来自于光学非线性误差。在外差干涉测量系统 中，由于光源及光路传输过程各光学器件性能不理想或装调有偏差，会带来两个频率的光混叠现象， 即原本作为测量信号频率 f1（或 f2）的光中混杂了频 率 f2（或 f1）的光，或原本作为参考信号频率 f2（或 f1） 的光中混杂了频率 f1（或 f2）的光。在信号处理中该混叠的频率信号会产生周期性的光学非线性误差。尽管目前主流的双频激光干涉仪厂家已经将非线性误差控制在 2 nm 以内［10- 12］，但应用于 28 nm 以下光刻机时仍然需要进一步控制该误差。国内外众多学者从非线性误差来源、检测和补偿等角度出发，进行了大量研究并取得了丰硕成果［13- 17］。这些成果有望对非线性误差的动态补偿提供理论支持。 从应用角度，研究热点主要集中在应用拓展、 安装误差及其测校算法、环境参数控制及其补偿方法研究等方面。在应用拓展方面，激光外差干涉技术除了应用于测长之外，还在小角度测量、直线度、平面度、反馈测量等方面取得了应用［18- 20］。在安装误差和环境误差补偿算法方面，主要聚焦于多自由度解耦算法、大气扰动补偿等研究方向［4，21- 27］。 7 总结 阐述了光刻机对位移测量系统大量程、亚纳米 分辨率、纳米精度、高测速及多轴同步的苛刻要求。 概述了激光外差干涉技术原理，指出目前为止，激光外差干涉技术是唯一能满足光刻机上述要求的超精密位移测量技术。并综述了两种基于激光外差干涉技术的测量系统：双频激光干涉仪和平面光栅测量系统。总结了这两种位移测量系统在光刻机中的典型应用，以及激光外差干涉技术的当前研究热点和发展趋势。全文详见：激光外差干涉技术在光刻机中的应用.pdf

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

通过激光刻蚀去除所需位点外围的大部分材料，再通过FIB切割和抛光得到横截面，两种技术相结合最终实现了超大尺寸样品处理所需的速度和精度。而这种组合方式的最新阶段是采用激光刻蚀和PFIB刻蚀实现协同处理，进一步提高分析通量、效率和灵活性。激光集成到FIB室中 VS 独立的激光刻蚀和PFIB协同处理 效率提高至少2,000倍 激光刻蚀提供的最大铣削速率比镓源FIB快约100,000倍，比PFIB快约2,000倍，同时仍保持针对特定位点的足够铣削精度。将激光刻蚀（初始切削材料）与PFIB（最终切割和抛光）相结合可以将制备大尺寸横截面所需的总时间减少95%，在某些情况下甚至更多。如图1显示了镓源FIB、PFIB和激光刻蚀的光斑大小与材料去除率之间的关系。相邻表格提供了这3种技术在最大铣削和最终抛光束流条件下材料去除率的数值比较。如图1：（左）所示，镓源FIB、PFIB和激光刻蚀占据不同的区域，其特点是光斑尺寸（光束直径）和材料去除率之间的制衡。一般来说，较高的束流或束流强度会更快地去除材料，但精度较低。表格(右)比较了材料在三种技术下最大束流和典型抛光条件下的束流(或激光的离子束等效电流)和材料去除率关系。此外，还显示了镓源FIB与激光刻蚀、PFIB与激光刻蚀的去除率之比。将激光集成到FIB室中后，系统一次只能使用一个功能，而其他功能处于空闲状态。TESCANT提供一种最新方式来实施集成显微镜技术，通过独立的激光刻蚀（microPrep PRO、3D-Micromac AG）和PFIB(TESCAN Solaris X)系统提供并行处理。两个系统都不会因为另一个系统的运行而空闲。激光刻蚀系统可以为多个联用工具准备样品，无论联用是多个FIB 还是各种其他故障分析仪器，最终结果都是增加了分析通量和产率，并降低了每次分析的成本。激光刻蚀系统提供约10微米的铣削精度(束斑尺寸)和约3微米的光束定位精度（以厘米为移动范围），使其快速准确地去除立方毫米的材料。基于电路设计的CAD数据或各种FA工具的2D图像叠加的相关对准技术有助于在两个系统中以高精度找到感兴趣区。● 独立系统中的协同处理优点 ●1, 超短激光脉冲最大限度地减少了激光引起热影响区，从而减少了必须通过PFIB中的最终抛光去除的材料量。2. 单独在激光刻蚀系统中切削材料可避免PFIB仓内污染的风险，其中污染物会干扰仪器本身和分析结果。3. 样品同时可以在各种气体环境中通过激光进行处理，并且可以使用解决方案来允许系统之间的转移，而不会暴露在周围环境中。4. 激光刻蚀工具上的平台提供具有六个自由度的精确自动化运动，使其能够在需要时铣削复杂的图案。5. 在激光刻蚀过程中倾斜样品的能力对于补偿由光束能量的高斯强度分布引起的锥度特别有益。尽管它可以使用FIB抛光消除，但在激光刻蚀操作期间避免它可以大大减少FIB抛光所需的时间。6. 消除锥度对于半导体样品中准确对齐堆叠重复结构的横截面（例如TSV、锡焊球等）工艺至关重要。PFIB系统针对高深度大尺寸铣削进行了优化，它提供高达3µA的束流，每秒可去除多达1,400µm3的材料。用于最终抛光的较低离子束电流(300nA)仍可去除高达141µm3/s，即使在具有挑战性的样品上也能提供原始横截面。最具挑战性的样品是那些需要不同切削速率的硬质和软质复合材料的样品。容易产生独特的垂直形貌，描述性地称为“窗帘”。从而引起的窗帘伪影可能会掩盖后续成像中的关键细节。在切削操作过程中，我们可以通过小角度反复摇摆样品减少窗帘伪影。角度的轻微变化使离子束能够更好地进入材料下方较硬的屏蔽区域，并平滑铣削过程。对于束流/铣削速率较高的FIB，窗帘效应可能是一个挑战，就像大通量工作流程中高速铣削所需的那些一样。对于该问题，PFIB系统配置的摆动台提供了一种自动摆动模式，可以予以解决在某些材料中，包括碳化硅、聚酰亚胺、玻璃等，产生的另一种伪影-呈阶梯式。阶梯一旦出现，就会自我强化，很难移除。我们用一种创新的解决方案(True x-section，用户指导程序)来消除了阶梯效应，比大面积FIB沉积速度快得多：允许操作人员在要切片的区域放置一个小的保护硬面罩。案例图2至图6显示了使用激光刻蚀和PFIB来曝光电路元件以进行成像和分析的示例。每个示例都包括每次操作所花费的时间以及相对于单独使用PFIB制备样品所节省的总时间。图2：先进芯片集成中间的图像显示了一个超大的横截面，宽几百微米，深几百微米，穿过集成电路和连接到插入器的焊锡球和触点。左边和右边的图像显示了该截面的细节，左边是IC的放大倍数更高的图像，右边是锡球和接触垫之间的空隙。横切过程在激光刻蚀仪器中耗时10分钟，在PFIB中耗时90分钟，与单独使用PFIB相比节省了70%的时间。图3：锥度校正（右）显示了在高带宽存储器(HBM)器件中硅穿孔(TSV)堆栈的数百微米深和宽的横截面，它说明了系统切割贯通每个TSV中心的精确垂直横截面的能力。在激光刻蚀过程中倾斜样品以补偿锥角对于减少最终PFIB铣削操作要去除的材料量至关重要，从而减少横截面所需的总时间。横截面在激光刻蚀仪器中耗时10分钟，在PFIB中耗时120分钟，与单独的PFIB相比，节省了80%的时间。图4：FIB层析成像的激光刻蚀准备FIB的层析成像通过FIB逐层切片的方式，从捕获的一系列图像中重建了样本体积的3D模型。准备工作首先使用激光刻蚀从一个立方体/矩形体的三面去除材料，如“俯视图”(左)所示。在此视图中，最终将与FIB连续剖切的面位于立方体形状的底部。在“正视图”（中间）中，样品已旋转90°以显示横截面。插图（右）放大了横截面的一个区域以显示其切削质量。使用激光烧蚀制备样品需要10分钟，与PFIB 相比节省了70%的时间。图5: 有机发光二极管面板手机和其他移动设备的显示器含有关键的微结构，在样品制备过程中容易被机械应力损坏。这种精致的样品需要一种特殊的处理方法:在PFIB进行最后切削和抛光之前，在边缘的一个几毫米长的区域被有意地用激光削尖。左上方的第3张图像显示了激光刻蚀切口。下图显示了经过PFIB切削和抛光后长约0.5mm截面(PFIB可以切割和抛光长达1mm的截面)。最右边的顶部图像显示了最终横截面的更高倍放大图。横切面在激光刻蚀中花费了74分钟，在PFIB中花费了165分钟，与单独PFIB相比节省了95%的时间。图6： 微机电系统MEMS设备对样品制备过程中的机械损伤特别敏感。在这个例子中，激光刻蚀被用来打开一个窗口，进入封装的 MEMS 设备进行检查和分析。 节省的时间从70%到95%以上 激光刻蚀功能嵌入FIB系统的系统本质上是低效的，因为一次只能使用一种功能。该技术的最新迭代在独立的激光刻蚀和PFIB中实现并行处理，通过允许同时在两种工具中进行处理来提高通量和产率。这些工具通过相关的图像对齐程序和CAD叠加导航进行集成。在并行配置中，单个激光刻蚀系统可以供给多个FIB和其它FA工具。这种方法具有消除污染FIB系统的风险的优势，其中污染物会干扰成像和分析或损坏系统。我们展示了几个大的、高质量的横截面示例，并计算出与单独使用PFIB制备相比节省的时间，所示示例中节省的时间从70%到95%以上。

1. 什么是光散射现象？光线通过不均一环境时，发生的部分光线改变了传播方向的现象被称作光散射，这部分改变了传播方向的光称作散射光。宏观上，从阳光被大气中空气分子和液滴散射而来的蓝天和红霞到被水分子散射的蔚蓝色海洋，光散射现象本质都是光与物质的相互作用。2. 颗粒与光的相互作用微观上，当一束光照在颗粒上，除部分光发生了散射，还有部分发生了反射、折射和吸收，对于少数特别的物质还可能产生荧光、磷光等。当入射光为具有相干性的单色光时，这些散射光相干后形成了特定的衍射图样，米氏散射理论是对此现象的科学表述。如果颗粒是球形，在入射光垂直的平面上观察到称为艾里斑的衍射图样。颗粒散射激光形成艾里斑3. 激光粒度仪原理-光散射的空间分布探测分析艾里斑与光能分布曲线当我们观察不同尺寸的颗粒形成的艾里斑时，会发现颗粒的尺寸大小与中间的明亮区域大小一般成反相关。现代的激光粒度仪设计中，通过在垂直入射光的平面距中心点不同角度处依次放置光电检测器进行粒子在空间中的光能分布进行探测，将采集到的光能通过相关米氏散射理论反演计算，就可以得出待分析颗粒的尺寸了。这种以空间角度光能分布的测量分析样品颗粒分散粒径的仪器即是静态光散射激光粒度仪，由于测试范围宽、测试简便、数据重现性好等优点，该方法仪器使用最广泛，通常被简称为激光粒度仪。根据激光波长（可见光激光波长在几百纳米）和颗粒尺寸的关系有以下三种情况：a) 当颗粒尺寸远大于激光波长时，艾里斑中心尺寸与颗粒尺寸的关系符合米氏散射理论在此种情况下的近似解，即夫琅和费衍射理论，老式激光粒度仪亦可以通过夫琅和费衍射理论快速准确地计算粒径分布。b) 当颗粒尺寸与激光波长接近时，颗粒的折射、透射和反射光线会较明显地与散射光线叠加，可能表现出艾里斑的反常规变化，此时的散射光能分布符合考虑到这些影响的米氏散射理论规则。通过准确的设定被检测颗粒的折射率和吸收率参数，由米氏散射理论对空间光能分布进行反演计算即可得出准确的粒径分布。c) 当颗粒尺寸远小于激光波长时，颗粒散射光在空间中的分布呈接近均匀的状态（称作瑞利散射），且随粒径变化不明显，使得传统的空间角度分布测量的激光粒度仪不再适用。总的来说，激光粒度仪一般最适于亚微米至毫米级颗粒的分析。静态光散射原理Topsizer Plus激光粒度分析仪Topsizer Plus激光粒度仪的测试范围达0.01-3600μm，根据所搭配附件的不同，既可测量在液体中分散的样品，也可测量须在气体中分散的粉体材料。4. 纳米粒度仪原理-光散射的时域涨落探测（动态光散射）分析 对于小于激光波长的悬浮体系纳米颗粒的测量，一般通过对一定区域中测量纳米颗粒的不定向地布朗运动速率来表征，动态光散射技术被用于此时的布朗运动速率评价，即通过散射光能涨落快慢的测量来计算。颗粒越小，颗粒在介质中的布朗运动速率越快，仪器监测的小区域中颗粒散射光光强的涨落变化也越快。然而，当颗粒大至微米极后，颗粒的布朗运动速率显著降低，同时重力导致的颗粒沉降和容器中介质的紊流导致的颗粒对流运动等均变得无法忽视，限制了该粒径测试方法的上限。基于以上原因，动态光散射的纳米粒度仪适宜测试零点几个纳米至几个微米的颗粒。5.Zeta电位仪原理-电泳中颗粒光散射的相位探测分析纳米颗粒大多有较活泼的电化学特性，纳米颗粒在介质中滑动平面所带的电位被称为Zeta电位。当在样品上加载电场后，带电颗粒被驱动做定向地电泳运动，运动速度与其Zeta电位的高低和正负有关。与测量布朗运动类似，纳米粒度仪可以测量电场中带电颗粒的电泳运动速度表征颗粒的带电特性。通常Zeta电位的绝对值越高，体系内颗粒互相排斥，更倾向与稳定的分散。由于大颗粒带电更多，电泳光散射方法适合测量2nm-100um范围内的颗粒Zeta电位。NS-90Z 纳米粒度及电位分析仪NS-90Z 纳米粒度及电位分析仪在一个紧凑型装置仪器中集成了三种技术进行液相环境颗粒表征，包括：利用动态光散射测量纳米粒径，利用电泳光散射测量Zeta电位，利用静态光散射测量分子量。6. 如何根据应用需求选择合适的仪器为了区分两种光散射粒度仪，激光粒度仪有时候又被称作静态光散射粒度仪，而纳米粒度仪有时候也被称作动态光散射粒度仪。需要说明的是，由于这两类粒度仪测量的是颗粒的散射光，而非对颗粒成像。如果多个颗粒互相沾粘在一起通过检测区间时，会被当作一个更大的颗粒看待。因此这两种光散射粒度仪分析结果都反映的是颗粒的分散粒径，即当颗粒不完全分散于水、有机介质或空气中而形成团聚、粘连、絮凝体时，它们测量的结果是不完全分散的聚集颗粒的粒径。综上所述，在选购粒度分析仪时，基于测量的原理宜根据以下要点进行取舍：a) 样品的整体颗粒尺寸。根据具体质量分析需要选择对所测量尺寸变化更灵敏的技术。通常情况下，激光粒度仪适宜亚微米到几个毫米范围内的粒径分析；纳米粒度仪适宜全纳米亚微米尺寸的粒径分析，这两种技术测试能力在亚微米附近有所重叠。颗粒的尺寸动态光散射NS-90Z纳米粒度仪测试胶体金颗粒直径，Z-average 34.15nmb) 样品的颗粒离散程度。一般情况下两种仪器对于单分散和窄分布的颗粒粒径测试都是可以轻易满足的。对于颗粒分布较宽，即离散度高/颗粒中大小尺寸粒子差异较大的样品，可以根据质量评价的需求选择合适的仪器，例如要对纳米钙的分散性能进行评价，关注其微米级团聚颗粒的含量与纳米颗粒的含量比例，有些工艺不良的情况下团聚的颗粒可能达到十微米的量级，激光粒度仪对这部分尺寸和含量的评价真实性更高一些。如果需要对纳米钙的沉淀工艺进行优化，则需要关注的是未团聚前的一般为几十纳米的原生颗粒，可以通过将团聚大颗粒过滤或离心沉淀后，用纳米粒度仪测试，结果可能具有更好的指导性，当然条件允许的情况下也可以选用沉淀浆料直接测量分析。有些时候样品中有少量几微米的大颗粒，如果只是定性判断，纳米粒度仪对这部分颗粒产生的光能更敏感，如果需要定量分析，则激光粒度仪的真实性更高。对于跨越纳米和微米的样品，我们经常需要合适的进行样品前处理，根据质量目标选用最佳质控性能的仪器。颗粒的离散程度静态光散射法Topsizer激光粒度仪测试两个不同配方工艺的疫苗制剂动态光散射NS-90Z纳米粒度仪测试疫苗制剂直径激光粒度仪测试结果和下图和纳米粒度仪的结果是来自同一个样品，从分布图和数据重现程度上看，1um以下，纳米粒度仪分辨能力优于激光粒度仪；1um以上颗粒的量的测试，激光粒度仪测试重现性优于纳米粒度仪；同时对于这样的少量较大颗粒，动态光散射纳米粒度仪在技术上更敏感（测试的光能数据百分比更高）。在此案例的测试仪器选择时，最好根据质控目标来进行，例如需要控制制剂中大颗粒含量批次之间的一致性可以选用激光粒度仪；如果是控制制剂纳米颗粒的尺寸，或要优化工艺避免微米极颗粒的存在，则选用动态光散射纳米粒度仪更适合。c) 测试样品的状态。激光粒度仪适合粉末、乳液、浆料、雾滴、气溶胶等多种颗粒的测试，纳米粒度仪适宜胶体、乳液、蛋白/核酸/聚合物大分子等液相样品的测试。通常激光粒度仪在样品浓度较低的状态下测试，对于颗粒物含量较高的样品及粉末，需要在测试介质中稀释并分散后测试。对于在低浓度下容易团聚或凝集的样品，通常使用内置或外置超声辅助将颗粒分散，分散剂和稳定剂的使用往往能帮助我们更好的分离松散团聚的颗粒并避免颗粒再次团聚。纳米粒度仪允许的样品浓度范围相对比较广，多数样品皆可在原生状态下测试。对于稀释可能产生不稳定的样品，如果测试尺寸在两者都许可的范围内，优先推荐使用纳米粒度仪，通常他的测试许可浓度范围更广得多。如果颗粒测试不稳定，通常需要根据颗粒在介质体系的状况，例如是否微溶，是否亲和，静电力相互作用等，进行测试方法的开发，例如，通过在介质中加入一定的助剂/分散剂/稳定剂或改变介质的类别或采用饱和溶液加样法等，使得颗粒不易发生聚集且保持稳定，大多数情况下也是可以准确评价样品粒径信息的。当然，在对颗粒进行分散的同时，宜根据质量分析的目的进行恰当的分散，过度的分散有时候可能会得到更小的直径或更好重现性的数据，但不一定能很好地指导产品质量。例如对脂质体的样品，超声可能破坏颗粒结构，使得粒径测试结果失去质控意义。d) 制剂稳定性相关的表征。颗粒制剂的稳定性与颗粒的尺寸、表面电位、空间位阻、介质体系等有关。一般来说，颗粒分散粒径越细越不容易沉降，因此颗粒间的相互作用和团聚特性是对制剂稳定性考察的重要一环。当颗粒体系不稳定时，则需要选用颗粒聚集/分散状态粒径测量相适宜的仪器。此外，选用带电位测量的纳米粒度仪可以分析从几个纳米到100um的颗粒的表面Zeta电位，是评估颗粒体系的稳定性及优化制剂配方、pH值等工艺条件的有力工具。颗粒的分散状态e) 颗粒的综合表征。颗粒的理化性质与多种因素有关，任何表征方法都是对颗粒的某一方面的特性进行的测试分析，要准确且更系统地把控颗粒产品的应用质量，可以将多种分析方法的结果进行综合分析，也可以辅助解答某一方法在测试中出现的一些不确定疑问。例如结合图像仪了解激光粒度仪测试时样品分散是否充分，结合粒径、电位、第二维利系数等的分析综合判断蛋白制剂不稳定的可能原因等。

继去年百特12台顶级激光粒度仪成功出口德国之后，虎年百特再添惊喜，8台百特Bettersize3000Plus激光粒度仪再次踏上飞往欧洲的旅程，其目的地包括英国埃克塞特大学，以及位于德国慕尼黑、法国里昂等地的多所大型知名企业和学术机构。百特激光粒度仪连续批量出口到欧洲，表明百特仪器进入国际先进行列，并在要求苛刻的欧洲市场站稳脚跟。自2018年起，具有国际先进水平的Bettersize3000Plus激光粒度粒形分析仪就出口到德国、英国、法国、俄罗斯、美国、意大利、巴西、比利时、瑞士、韩国等十几个国家，用户包括欧洲的非金属矿粉体材料、电池材料、陶瓷、玻璃、水泥、土壤、高校和研究所等机构。2019年，Bettersize 3000 Plus激光粒度粒形仪参加德国联邦材料研究和测试研究所举办的实验室间“激光散射法测定陶瓷粉末粒度”的比对测试活动中，与43个实验室仪器同台竞技，以100%的比测成功率稳居第一集团前列，百特激光粒度仪的优良性能受到欧洲颗粒界和用户的瞩目和好评，也吹响了全面进军欧洲市场的号角。此次出口欧洲的8台仪器，最终将落户于德国、法国、英国、瑞士等国家的大学、研究机构和工厂，成为这些机构的粒度粒形分析和研究的最新工具，并将像种子一样带动更多的百特仪器在欧洲市场生根发芽，开花结果。Bettersize3000Plus激光粒度仪采用了双镜头斜入射光学结构，在单光束条件下实现了全角度散射光信号的接收，不仅同时实现了对纳米、微米甚至毫米级样品的准确测试，还避免了国外同类产品采用的多光束技术带来的信号和折射率的偏差，使测试结果更稳定准确，分辨力也更高。同时，该系统中还安装了显微成像系统，不仅能测粒度，还能同时测粒形，为用户提供了“一站式”颗粒表征解决方案。虎年国际市场开门红，国内市场产销两旺，预示着“虎虎生威、如虎添翼”的新春祝愿得以实现。百特将继续秉持加强原始创新、增加研发创新投入的思路，持续推动国产科学仪器行业的发展，为国内外客户提供准确可靠的仪器和解决方案。

中国的淡水资源总量为28000亿立方米，名列世界第四位。但是由于水资源分布不均，资源有效利用率并不高，水土流失情况也较为严重。因此水文监测体系的重要性不言而喻。降水量、河流湖泊水位监测，河流的流量监测、水体内的泥沙监测分析，这四项工作是水文监测工作的重要工作内容。水文工作人员在河流湖泊进行水体采样监测工作 我国水文监测数据采集体系经过近十几年技术飞速发展，数据资料收集的自动化程度有了较大提高。但是总的来说，水位和降水量数据收集的自动化程度要远远高于流量、泥沙数据收集。相对而言，流量、泥沙监测的新技术和新仪器应用水平还不高。中国的水土流失问题比较严重，河流泥沙治理开发工作任重道远，对水文工作的要求也愈来愈高 ,无论是防洪、水资源统一管理、还是生态环境的建设都需要水文监测数据采集过程的准确、及时，水文泥沙颗粒分析工作更是如此。当前，许多的水文站对河流泥沙颗粒的监测，依然应用传统的方法。用沉降干燥法测试泥沙含量，用沉降仪或者筛分法测试水体中泥沙颗粒的粒度分布。这类传统检测手段由于测量速度慢，精度低，无法应对现代水文监测对数据的准确性、及时性的需求。因此，迫切需要引入先进的仪器设备和测试手段。 激光粒度仪是当今主流的粒度分布检测设备，非常适宜用来替代沉降仪、标准筛等传统设备，对自然水体中的泥沙做粒度测试。同时，激光粒度仪使用光在介质中传播过程中的指数衰减定律（Beer-Lambert定律）和光散射理论，可以测得待测样品的体积浓度。这为激光粒度仪方便快捷的监测水体泥沙含量奠定了理论基础。理论上，如果已知颗粒的密度，则有如下关系：重量浓度（含沙量）=体积浓度×泥沙真密度。但是由于沙粒的成份复杂，以及测量过程中的采样、稀释等因素对最终的结果都有影响，常用一个总的转换常数VCC（体积转换常数）来实现量纲的转换，此时也就是有如下关系：重量浓度（含沙量）=体积浓度×VCC。当前，激光粒度仪检测水体泥沙含量的技术进入了实用化阶段。我国水利系统已经开始逐步使用激光粒度仪进行水体泥沙含量监测工作。对比于传统的沉降干燥后用天平称量的方法需要一到两天工时，激光法从采样到输出完整的泥沙粒度分布及水体泥沙含量数据只需20分钟左右，大大提高了数据采集速度。 TOPSIZER激光粒度仪 广东水文局是较早将激光粒度仪引入实际应用的水文机关，珠江三角洲的口门泥沙以幼沙为主，激光粒度仪的宽量程及大动态测量范围，非常适合该区域的泥沙状况监测工作。高质量的泥沙颗粒分析成果将为研究珠江三角洲的口门整治、河流的河道淤积、河床演变提供可靠的数据；为水利工程的调度、运用提供重要的基本资料 ；为河流的治理、开发、水资源利用提供了科学依据。湖南、江苏、浙江等水资源大省，也都投入大量资源，将激光粒度仪引入水文系统的自然水体泥沙研究分析项目。在这波水利系统监测设备的升级行动中，欧美克激光粒度仪的顶级型号——TopSizer激光粒度仪成为这个利国利民项目中的重要一份子。数量众多的欧美克激光粒度仪在长江流域、珠江流域、湘江流域等重要水系一线监测站尽职工作着。 TOPSIZER用户——湖南水利局神山头水文站 TopSizer相比于目前市面上常见的激光粒度仪而言，具有更长焦距的傅里叶透镜，能够准确探测到更小散射角度的散射光信号，大大增强了仪器对大颗粒的测试能力，仪器的测量上限达2000μm。TopSizer率先采用了双光源技术，也就是在红色氦氖激光源的基础上再增加了波长更短的蓝色光源，能够准确探测更大角度的散射光信号，确保仪器对亚微米颗粒的测量性能，使得仪器的测量下限达到0.02μm。真实可靠的超宽分布样品测试能力，保障了泥沙粒度分布测试数据的真实性和权威性。自然水体泥沙含量测试对激光器稳定性及探测器精度提出了苛刻的要求。根据实验数据可推算出，在测试过程中当激光器光强波动1%，泥沙含量数据将波动10%以上。TopSizer使用的激光系统及探测器，具有极高的稳定性和精度，性能远超国内同类型产品。TopSizer激光粒度仪采用原装进口的光电探测器，具有灵敏度高、精度高的特点。能够捕捉到极细微的光强变化。高质量的光电探测器是准确测试泥沙含量的前提保障。 自然水体泥沙粒度及含量测试，跟常规工业粉体粒度测试相比，测试条件要求及取样、制样技术细节更为复杂。这种技术前提，不仅仅对仪器性能有较高需求，同时也对测试应用技术有严格要求。欧美克的应用技术专家，早在2010年左右就开始了自然水体泥沙测试应用技术的研究。在湖南、湖北等多个省份实地采集各类泥沙样品进行研究实验。我们没有局限自己的埋头苦干，还注重跟水利系统的专家进行学习探讨。多次的拜访水利部长江委、湖南省水文局等权威机关，了解用户需求，学习专业技术。还曾经邀请湖南水文局的专家领导莅临我司指导工作。多年不懈的努力，我们建立了一套自然水体泥沙测试SOP（标准化测试流程）。通过建立标准化测试应用技术流程，大幅降低了人为因素对测量数据的影响，保障了数据的真实性、可靠性。欧美克人用严谨踏实的工作作风，换回了自身技术的成长及客户的认可。 技术工作永无止境，欧美克人本着绝对诚信、以客户为中心的价值理念，在粒度测试与控制领域秉承科技创新的精神，坚定前行！

激光干涉技术主要应用光波的空间相干特性。具体而言，对于两束光波或电磁波等横波，当波长相等、且相位差为2π整数倍时，合成波的振幅叠加增强至最大；当相位差为π奇数倍时，合成波的振幅抵消减小至最小。早在十九世纪下半叶，科学家们就已发明了多种原理干涉结构装置用于科学研究，其中最著名的是迈克尔逊-莫雷干涉试验，该实验采用钠光源平均谱线近似单色光进行干涉测量，从而否定了“以太”的假说。图1 迈克尔逊-莫雷干涉试验激光干涉仪的构成真正促进干涉技术巨大进步的契机是1960年激光器的发明。激光由于具有极窄的谱线，因而具有非常优秀的空间相干性。目前激光干涉仪主要的用途包括精准的尺寸和移动距离测量，测量准确度最高可以达到纳米甚至亚纳米量级。在构成上激光干涉仪最常使用的波长为632.8 nm，对于经典的迈克尔逊干涉测量原理，由激光器中出射的单色激光经过50:50半透半反的分束镜后分为2束光束，其中一束经过固定的光程后被反射镜反射，称为参考光束；另外一束光束由于存在被测对象，被反射镜反射后光程发生改变(距离或折射率变化引起)，称为测量光束。当两束光被反射后在分束镜第二次合成并随后照射探测器上被接收后，将产生干涉条纹的移动。由之前的光波的叠加性可知，假设测量光路距离变化为316.4 nm，当只存在一去程一回程的情况下，此时干涉条纹相位变化2π。目前商用激光干涉仪普遍采用两去程两回程，同时采用1024倍电子细分卡，因此分辨率可达0.16 nm。图2 激光干涉仪原理构造激光干涉仪的应用现状1. 在工业领域应用随着理论研究的深入和技术的不断进步，激光干涉测量技术目前精彩纷呈，在多个领域中都得到了非常广泛的应用。 包括单频激光干涉仪、双频激光干涉仪、激光平面干涉仪、法布里-珀罗干涉仪、皮米激光干涉仪、多波长干涉测距等。 单频和双频激光干涉仪。测量具有非接触和无损检测的特点，能够在线测量长度、角度和转速等参数，因此已成为各国精密数控机床在线定位精度测量的最主要标准之一。在精密加工过程中，位置精度是机床的重要指标，激光干涉仪通过在线位置测量、实时数据处理实现机床误差修正。另外在集成电路制造中，激光干涉仪也是光刻机在线位移测量的核心部件。图3 激光干涉仪在精密机床中的应用激光平面干涉仪。激光干涉仪不仅可以用于测量长度、角度以及位移，也可以测量物体的表面形貌。测量基本原理为激光菲索(Fizeau)干涉，激光经过扩束后先后经过参考平面和待测平面，两个平面的反射光发生干涉后产生干涉条纹，通过成像系统接收。分析条纹形状即可判断是否存在缺陷。图4 激光平面干涉仪皮米激光干涉仪。现在随着微纳测量分辨率要求的进一步提高，出现了商品化的皮米激光干涉仪。皮米激光干涉仪采用包覆光纤作为激光传输介质，有效减小了空气折射率扰动对测量的影响；同时在干涉方式上干涉仪采用法布里-珀罗(F-P)干涉仪原理，是一种多倍程干涉，进一步提高了分辨率。 图5 皮米激光干涉仪多波长干涉绝对测距。采用单波长干涉测距虽然分辨率可达到纳米级，但是单波长干涉测距是相对测量，且测量时光路不能中断，而多波长干涉能很好解决这个问题。因为在干涉测距中波长就像一把量尺，但如果测量距离大于这把量尺，则需要多次拼接测量。多波长干涉能形成很长的等效波长，使量尺范围大于被测距离，实现绝对距离测量。图6 多波长干涉绝对测距光相控阵雷达。随着自动驾驶技术的高速发展，现在激光干涉技术也应用在光相控阵(OPA)激光雷达(LiDAR)中。激光雷达会产生一系列密集超短激光脉冲扫描周围物体，通过脉冲返回时长差判断距离和轮廓。光相控阵雷达利用光栅干涉原理，可以通过改变不同狭缝中入射光线的相位差来改变光栅后中央条纹(主瓣)位置，从而控制激光雷达光束的指向和转向。 图7 激光干涉技术在光相控阵雷达中的应用2. 在科学研究方面应用激光干涉引力波天文台(LIGO)。LIGO用于验证广义相对论预言的引力场扰动产生的时空扭曲。它本质上是一个超大型迈克尔逊干涉仪，由2条4千米长的互相垂直的臂构成，同时光线还会在臂内折返300次。当引力波会产生空间弯曲，干涉结果也会轻微变化。2017年美国科学家借助LIGO观测到双中子星合并引力波事件并获得了诺贝尔物理学奖。图8 激光干涉引力波天文台(LIGO)激光全息干涉测量技术。利用非共面多光束干涉可以在空间形成二维或三维周期性强度分布，从而被用来制作二维或三维光子晶体；利用全息干涉技术可用于位移及形变测量、应变与应力分析、缺陷或损伤探测、振动模式可视化及测量、晶体和蛋白质生长过程监测、流体中密度场和热对流场的观察与测量。图9 激光全息干涉测量技术作者：中国计量科学研究院副研究员 李琪