当前位置: 仪器信息网 > 行业主题 > >

氦氖激光器

仪器信息网氦氖激光器专题为您提供2024年最新氦氖激光器价格报价、厂家品牌的相关信息, 包括氦氖激光器参数、型号等,不管是国产,还是进口品牌的氦氖激光器您都可以在这里找到。 除此之外,仪器信息网还免费为您整合氦氖激光器相关的耗材配件、试剂标物,还有氦氖激光器相关的最新资讯、资料,以及氦氖激光器相关的解决方案。

氦氖激光器相关的资讯

  • 可伐-玻璃组装式(无吹制)氦氖激光器研制成功并批产
    据悉,镭测科技公司经过7年的研发,在国内首次研究成功可伐-玻璃组装式的氦氖激光器,并实现批量生产。这一成果终结了我国50年靠玻璃吹制氦氖激光器的历史,有力推动我国高端激光仪器的发展。  清华大学教授、镭测科技公司顾问张书练表示,氦氖激光器是气体激光器的一种,是气体激光器中最先研发问世的产品类型。氦氖激光器是以中性原子气体氦和氖为工作物质、由放电管和光学谐振腔构成的激光器,可输出连续激光。氦氖激光器工作在可见光与红外光频段,可输出绿光543.5nm、红光632.8nm、红外光1.15μm和3.39μm等多种波长。其中,红色波长632.8nm在氦氖激光器家族中有独一无二的品质,应用最广泛。波长632.8nm氦氖激光束质量高、光束横截面上光强度非常接近完美的高斯分布,非常小的发散角,传播百米后光斑直径还保有几毫米大小;输出功率稳定,噪声非常低;有天然的频率(波长)稳定点,波长稳定性可以非常高,可以做到1小时时间内632.8nm仅漂移百万甚至亿分之一;造价低,可靠性高,一致性好互换性强等。  张书练指出,氦氖激光器在仪器仪表、精密测量方面应用广泛,无可替代。国内外的单频干涉仪,双频干涉仪,面型干涉仪,测振仪,椭偏仪,激光陀螺仪等都采用氦氖激光器做光源,这些仪器是精密机床、光刻机、航空、航天、机械和光学加工,薄膜技术等领域精度的保证。我国这些产业向高端发展的速度加快,市场对相关仪器的需求将持续增长,将会拉动我国对可伐-玻璃组装式的氦氖激光器需求规模不断扩大。  根据某研究中心发布的《2022-2026年氦氖激光器行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示,2021年,全球氦氖激光器市场规模约为0.74亿元;预计2021-2026年,全球氦氖激光器市场将以4.2%左右的年均复合增速增长,到2026年市场规模将达到0.91亿元左右。在全球市场中,氦氖激光器生产商主要有美国Lumentum Operations、美国Melles Griot(被Pacific Lasertec收购)、美国Thorlabs、美国Excelitas Technologies、德国Lasos、德国Phywe、日本Neoark。  张书练表示,多年来,我国依赖玻璃吹制技术生产氦氖激光器(管),激光器之间一致性较差,稳定性不佳,不能达到各类激光仪器的应用要求。过去几十年,虽然国内也有对可伐-玻璃组装式(无吹制)氦氖激光器进行了研究,但没有坚持下来,也曾引进了一条国外(装配)生产线,运行几年,终因没有自己元器件供应链,没有自己的工艺被迫停产。激光仪器仪表仪器装配的氦氖激光器都从国外购买,因为容易频率突跳或不出双频振荡,淘汰率很高。  镭测科技自主研发的可伐-玻璃组装式的氦氖激光器用已成批用于双频激光干涉仪上和光刻机的失效激光器替换。用作双频激光器时,激光功率可以达到1.3mW以上,激光频率差可选定3MHz、7MHz、10 MHz、20 MHz,或更大,这是国内外以前没有实现的。此外,之前,不论是单频还是双频激光干涉仪,国产还是国外购买,各型号都有几纳米甚至十几纳米的非线性误差,可伐-玻璃组装式的氦氖激光器作光源的双频激光干涉仪非线性误差不大于1纳米。
  • 40年坚持,打通双折射双频激光器及干涉仪全技术链条
    双频激光干涉仪是先进制造业、半导体芯片制造等行业不可或缺的纳米精度的尺子,应用广泛。张书练教授团队(先清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,后镭测科技有限公司),以解决双频激光干涉仪关键技术为线,经近40年坚韧攀登,研究完成了“可伐-玻璃组装式单频氦氖激光器→双折射双频激光器→双折射双频激光干涉仪”的全链条技术,并批产。该技术开国内可伐-玻璃组装式氦氖激光器之先,吹制工艺或成历史。开国内外应力激光腔镜产生双频激光之先,解大频差和高功率不可得兼之难,频率差可以在1~40 MHZ范围选择而功率大于1 mW。双折射双频激光干涉仪测量70 m长度误差小于5 μm,非线性误差小于1 nm,测量速度高于3 m。1 研究背景激光干涉仪是当今纳米时代的长度基准,也是先进制造业(机床、光刻机,航空、航天等)制造的精度保证。制造精度和生产效率越来越高,对激光干涉仪的测量精度和测量速度提出了更高的要求。激光干涉仪的“激光”是(HeNe)氦氖激光器,至今无可替代。传统HeNe双频激光干涉仪存两个难点,成为瓶颈:1)国内外,我们之前,双频激光器靠塞曼效应产生两个频率,频率之差小(在3 ~ 5 MHz之间),频差越大激光功率越小,不能满足光刻机等应用的更大频率差要求(如10、20、40 MHz),频率差大,测量速度高,效率高;2)不论是单频还是双频激光干涉仪,国产还是外购,各型号都有几纳米甚至十几纳米的非线性误差,一直没有找到解决办法。通常,在单频激光器的光增益路径上加磁场后(塞曼效应)就变成双频激光器。可是,相当长的期间,购买到的大部分单频激光器因为常出现跳模,用于单频激光干涉仪时淘汰率很高,此外,加上磁场后单频并不呈现双频,双频激光干涉仪难有好的光源。经近40年坚持,研究打通了单频氦氖激光器→双折射双频激光器→双频激光干涉仪的全技术链条,批产,获得了广泛应用和认可。2 双折射双频激光器及干涉仪的关键和全链条技术2.1 双折射双频激光器置晶体石英片(图1a中的Q双面增透)或有内应力的玻璃元件(图1b中的M2右表面镀反射膜)于激光器谐振腔内,这些元件的双折射使激光频率分裂,一个频率分裂成两个频率,两个频率的偏振方向互相垂直(正交偏振)。反复实验证明,激光器可输出频率差大于但不能小于40 MHz两个频率。如果频率差稍大于40 MHz,在改变(调谐)激光频率谐振腔长(即用压电陶瓷1纳米一步“距”的推动M2改变激光谐振腔长)过程中看到的是一个频率振荡会陡然变成两个频率振荡,而前者功率陡然下降一半,刚升起的频率则获得同样的功率。继续调谐腔长,最早振荡的频率会陡然消失,而后起振的频率功率升高到最大。如果频率差小于40 MHz,两频率则有你无我。图2示出了频率差20 MHz时o光和e光的光强度此长彼消得过程。理论和实验一致。图1 激光频率分裂原理图。(a)晶体石英片Q于激光谐振腔内,(b)激光输出镜为M2右表面,对M2加力使激光反射镜内产生应力图2 频差20 MHz时的强烈模竞争。激光强度随腔长调谐(改变)的实验曲线。理论和实验一致图3给出了两个频率的频率差多大时,在频率轴上两个频率的共存区的宽度,也即两个频率差大小对应的共存频域宽度。曲线最左侧可见,在约40 MHz时,共存宽度迅速下降趋于0 Hz,也即小于40 MHz时,两频率之一熄灭,频率差消失。图3 实验测得的两个频率共存的频域宽度和激光频率差的关系2.2 双折射-塞曼双频激光器塞曼双频激光器的频率差一般在5 MHz以下,功率随频率差增大而减小,7 MHz时的激光功率仅0.2 mW以下。作者团队研发的双折射双频激光器频率差大于40 MHz,研制成的双折射-塞曼双频激光器可以输出百KHz到几十MHz的频率差,而功率不因频率差增大而改变,可以达到1.5 mW。双折射-塞曼双频激光器包括两项关键技术,先由双折射造成激光器频率分裂,决定了激光器输出为两个偏振正交频率以及它们的间隔(频率差)的大小。再因激光器上加了横向磁场,横向塞曼效应使增益原子分成两群——π群和σ群。π群和σ群光子的偏振对应双折射互相垂直的主方向,也即正交偏振的光“各吃各粮”,它们之间的相互竞争不存在了,无论频率差大小都能振荡。频率差可以是3、5、7、10、20、40 MHz或更大。2.3 内雕应力双折射-塞曼双频激光器提出了“内雕应力”的概念和产生双频的原理,即用窄脉冲激光器对激光腔镜表面或基片内部造孔(或穴),造成激光腔镜内的应力精确改变(图4所示),“雕刻”提高了频率差的控制精度。“内雕应力”双折射双频激光器不仅用于国产双频激光干涉仪,也用于运行中的光刻机的激光器替换。同时,提供了科研单位的科学研究。该激光器替换正在服役的光刻机的原有激光器,使光刻机机台误差由24 nm下降到6 nm。图4 内雕应力双折射-塞曼双频激光器。M2内部雕刻出的孔造成激光器的双频,磁条PMF1和PMF2消除激光器强模竞争2.4 可伐-玻璃组装式(无吹制)双频激光器国内,研制生产HeNe激光器历史很长,但我国一直靠吹制工艺制造氦氖激光器,而且不能制造可伐-玻璃组装式氦氖激光器。北京镭测科技有限公司研制成可伐-玻璃组装式单频氦氖激光器,功率大于1 mW,满足单频和双频激光器的需求。同时,这一技术将使整个国产氦氖激光器告别吹制,进入一个新的技术高度(如图5所示)。图5 可伐-玻璃组装内雕应力双频激光器(镭测科技提供)2.5 研制成的双频激光干涉仪技术指标作者强调的是,我们有了可伐-玻璃组装式激光器和双折射(内应力)-塞曼双频激光器,双频激光干涉仪有了强力的“心脏”,有了自主可控的基础。团队又全面设计干涉仪的光、机、电、算。时至今日,可伐-玻璃组装式双折射(-塞曼)双频激光器(非吹制)和干涉仪已批量生产,正在满足科学研究和产业的需求。中国计量科学院对双折射-塞曼双频激光干涉仪的测试结果:频率稳定度为10-8,分辨力为1 nm,非线性误差小于1 nm(图6所示),12小时漂移35 nm(图7所示),70 m长度测量误差小于5 μm。这些数据来自中国计量科学院测试证书:CDjx 2014-2352, CDjx 2018-4810, CDjx 2020-04463等。图6 双频激光干涉仪非线性误差图7 双折射-塞曼双频激光干涉仪12小时零点漂移3 展望在实现“可伐-玻璃组装式激光器”→“内雕应力双折射-塞曼双频激光器”→“双折射-塞曼双频激光干涉仪”全链条技术基础上,进一步发展各种规格的可伐-玻璃组装式激光器,以开拓双折射-塞曼双频激光干涉仪的应用深度和应用范围。
  • 潜心激光器纳米测量40年,冷门中做出系列“颠覆性”技术成果——访清华大学教授张书练
    没有测量就没有科学技术,没有超精密测量仪器,就不会有高端装备制造。然而多年来,中国制造业升级几乎是由国外超精密测量仪器来支撑,这是我国高端制造的短板之一。中国在超精密测量仪器领域,是否能够实现颠覆性技术突破和技术的持续跃迁,从而实现追随、并行、赶超,让“卡脖子”不再来?渐进式创新常有,颠覆性创新不常有,尤其是在历经几十年发展的激光测量技术领域。为了追求“变不能为能,使激光测量仪器具有更高精度、更小体积、更方便使用、更低造价”,清华大学教授张书练不介意是否进“冷门”坐“冷凳”,深挖激光现象不止,转化激光现象为纳米测量技术不停。从发现现象开始,到把现象推化为仪器原理,他取得了一系列颠覆性技术成果:发明了新型原理双折射(-塞曼)双频激光器,开发出十多种世界独一份的激光器纳米测量仪器。目前,多种仪器已经实现应用,部分实现规模产业化,在光刻机、机床、航空航天等领域得到广泛应用,带动了纳米测量,对科学技术做出了的重大贡献。张书练教授近日,仪器信息网有幸采访到这位非常具有创新性且多产的科学家,请他谈一谈自己这条深耕了40年的偏振正交激光器纳米测量技术的研究和应用之路。 路自创新开,果从问题来张书练生于农村,每每假期,他都下地干活,十分卖力。经历过多次旱涝,也常见春天的盐碱覆盖农田,缺苗少棵。百姓靠天吃饭,常靠政府救济。锄头的力量实在有限,既解决不好温饱更帮不了别人。他从高中课堂里,学到了蒸汽机、内燃机、电力、化肥,知道这才是“改天换地”的力量。20世纪60年代,清华大学在四川绵阳建立分校,张书练作为清华大学精仪系(原机械系)光学仪器专业学生,随校远赴绵阳,毕业后留校,被纳入分校(现在的清华电子系)激光专业任教。70年代,国家恢复研究生招考,张书练考入清华大学精仪系光学仪器专业,并回到北京。硕士论文的研究内容是激光陀螺,毕业后又在精仪系任教。激光技术的基础和精密仪器系的环境,使张书练走进了“激光”和“纳米测量”学科交叉的方向,心底的追求使他迈向“不创新我何用,不应用我何为”的道路。《不创新我何用,不应用我何为——你所没有见过的激光精密测量仪器》是张书练教授于2021年3月出版的学术书,总结了自己近40年有新意和有重要性的成果。在写作过程中,他从回顾中感悟到:失败和质疑是开辟创新之路的动力。在中国仪器界,过去长期大幅度落后于西方先进国家,这给了我国一个模仿、学习、跟进的快速成长机会。但现在或不远的未来,如何在无人引领的前沿仪器领域保持创新?张书练教授认为,“科学家应该见问题而喜,我们就是为解决问题才当教授的。有失败和质疑,就有需要解决的问题,才会有连续不断的成果并产生各种应用。”例如,张书练教授在研究环形激光器测量弱磁场和测量位移受阻,产生了双折射-塞曼双频激光器,今天显示出其突出重要性;申请“激光器纳米测尺”,被专利审查员质疑,因为形似一样实为不同,抗辩中接触了激光回馈,把他创新的正交偏振激光器引入激光回馈又开辟了一个新的方向,如今已是“枝繁叶茂”。坚韧不拔,金石可镂谈及对创新的执着,张书练教授说“坚韧不拔,金石可镂,才能攀上创新高峰,落实到应用”。他研究的双折射双频激光器,历经30余年才实现批量应用,是张书练教授攀上高峰的范例之一。近50年来,塞曼氦氖双频激光器作为光源的干涉仪——双频激光干涉仪,一直是机械制造、IT(光刻机)等行业不可替代的纳米测量仪器。而由于原理限制,这种传统塞曼双频激光器存在三大缺憾。首先,两个频率之差一般在3兆赫兹左右。这一小频率差成为双频激光干涉仪提高测量速度的瓶颈,测量速度一直不超过1米/秒,成为提高测量导轨、光刻机、机台等设备测速的障碍。第二,需要加大频率差时,激光器的功率大幅度下降,7兆赫兹频率差激光功率下降到一百多微瓦,甚至几十微瓦,测量路数受到瓶颈性限制。此外,塞曼双频激光器输出的偏振旋转的光束,需要经转化才成为偏振与光传播方向垂直的光(线偏振),这给干涉仪带来几纳米,甚至10纳米的非线性误差。中国计量院的测试表明,非线性误差不仅是塞曼双频干涉仪的缺憾,也存在于单频干涉仪和其他类型的激光干涉仪中。该如何跳出这一窠臼?从物理原理再出发!张书练教授自1985年起开始了寻找产生大频率差方法,也即偏振正交激光器的研究。通过梳理、探究激光器的原理、特性和频率稳定技术,从普通的晶体双折射现象中,他找到了解决问题的契机。基于此,通过在激光器内置晶体石英片,使激光频率分裂,一个频率分成两个偏振方向互相垂直的光频率,晶体石英片的厚度,放置角度的微小改变,即可实现频率差的大范围改变,一个全新的双频激光器产生了——双折射双频激光器,其可输出40MHz到数百MHz频率差的光。如再加上横向磁场,成为双折射-塞曼双频激光器,输出~0MHz到数百MHz频率差的光。双折射(-塞曼)双频激光器为双频激光干涉仪性能的阶跃(减小非线性误差,提高测速,增加测量路数)做好了准备。利用双折射产生双频是把石英晶体片安放于激光器内,张书练证明双折射双频激光器的可行性。进一步,找到了消除两个频率相互竞争的“死区”,解放出0~40兆赫兹频率差的方法,这其中有复杂的物理问题,又有复杂的技术问题。再进一步,就是找到能实用、最优的双折射双频激光器的结构,包括实现全内腔,真空封接方式,消除环境温度变化影响等。为此,十几位研究生(博士,硕士)和工程师长期持续攻关,难以计数的实验,否定之否定,最终发明了内应力激光腔镜,即把双折射做在激光器反射镜内。这一激光器称之为双折射-塞曼双频激光器。这一颠覆性的激光器技术站在了世界双频激光的最前列。最后的胜利要体现在双频激光干涉仪上,只有把双折射双频激光器作光源的双频激光干涉仪做出来,并在应用中纠错改进,被应用认可,推广开,才算成功。从原理设计、实验验证装置、工程样机到仪器产品的跨越,可谓“古来征战几人回”。“熬人!”张书练教授用两个字表达了自己的体会,但他的脸上却洋溢着自豪。“从提出原理,到实验验证,再到产品化,并应用到双频激光干涉仪中。一开始仪器不稳定,我们就不停做调整,做工艺改造。在这个过程中,十几年就过去了。”张书练教授说到。如今,张书练教授发明的以双折射双频激光器为核心的激光干涉仪已成功实现批量商用。该仪器可广泛应用于科学研究、光刻机、数控机床、航空航天、舰船等行业;其核心部件——双频激光器,基于双折射产生激光双频的原理,比国内外传统的塞曼双频激光器的激光功率高四倍、频率差大一倍或两三倍、最近达到13倍(40MHz),且没有两个频率之间耦合串混,分辨率达到1纳米,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/秒。这些技术指标,满足了机床检定、高端光刻机工件台定位等应用的要求。据透露,华为等经过广泛调研,选定了张书练教授的双频激光干涉仪,此外,相关机构也选定了张书练教授的双频激光器。独辟蹊径,步步生花双折射-塞曼双频激光器和干涉仪的成功是是从“冷门”里出来的,张书练教授认为,“被世界公认为那种‘红的’、‘紫的’领域,最有创新的工作往往已经完成了,再跟过去,虽然也能发表文章,也能突破,但仅仅是在人家设计好的大筐子里做。”“冷门”研究,说起来容易,做起来难。因为探索的是新原理的仪器,研究的是几乎空白的领域,张书练教授在工作展开过程中不可避免地遇到了太多的问题,他却对此保持了一个非常乐观的心态。在激光器的研究过程中,他深入揭示了其物理现象(获教育部自然科学一等奖两项),如以往不能观察的激光模分裂、模竞争、正交偏振,正交偏振回馈等,并从新发现的这些现象中思考,独辟蹊径,步步生花。在为双频激光干涉仪研究双折射(-塞曼)双频激光器的同时,张书练教授研究了双折射双频激光器的两个频率之间的耦合,也就是它们相互争夺(竞争)能量的过程,看到一个频率光强度增加伴随另一个频率的光强度减小,直至一个到最大时另一个被熄灭,周而复始。一个全过程正好是激光谐振长度变化半个光波长(316纳米),电路处理后,一个上升沿、下降沿是78纳米。这就是张书练教授发明的氦氖激光器纳米测尺等仪器,获得了国家发明二等奖(2007年)。激光的两个偏振正交的频率是因在激光器内放入了晶体石英或应力元件产生的,反过来,测出激光器的频率差就知道了激光器内的元件有多大内应力,多大内部双折射,这就发明了世界最高精度的光学波片和双折射的测量仪器,比传统仪器高一个量级。特别是测量方法可溯源到自然基准——光的波长。其至今成为唯一的国家标准的测量方法,也是世界上第一个波片相位延迟标准。客户利用这种仪器对加工过程中激光陀螺的元件进行内应力检测,找到了残余应力的成因,显著提高了精度。上海光机所用标准仪器校准了用于核聚变研究的激光玻璃内应力测量的仪器。这款仪器使他再次获国家发明二等奖(2010年)。气体HeNe激光器可以做出以上仪器,固体微片(毫米尺寸)激光器能有所作为吗?张书练教授指导博士生开始固体微片(毫米尺寸)激光双频激光干涉仪的研究,也取得了成功,研制出国内外第一台固体微片激光双频干涉仪,第一台固体微片激光回馈位移测尺。张书练教授从最基本的激光原理和光学原理出发,以解决问题为导向,一个又一个的创新思维,指导开发出这些世界独一份的纳米仪器,应用并产业化,从而创建了“偏振正交激光器纳米测量”学术体系。仪仪相连,都是“中国创”张书练教授带领团队展开的研究工作,像葡萄树一样,一直向上开花结果。行进中,来了一个又一个“中国创”的机会,横向看去,仪仪相连成片,都是颠覆性的技术。激光回馈本来是激光系统中“绝对的害群之马”,张书练教授之前看过相关的文献,却没有想到要去研究它。因“位移自传感器氦氖激光器系统及其实现方法”专利在申请的时候被专利审查员驳回,说其与美国伯克利分校的一个专利相同,张书练教授便仔细阅读了审查员提供的对比文件,发现两个专利在结构上非常雷同,核心元件一样多,摆放顺序一个样,却因一个镜片的差别,使其原理完全不同,属于两个分支。张书练教授的专利,在镜片两面都镀上了激光消反射膜,光线没有反射地通过,镜片仅仅起到密封激光器的壳内气体的作用,完全不遮挡光线,所以被称为窗口片;而伯克利的这个镜片是个高反射率镜片,激光器靠其对光束的反射形成振荡。也就是说,一个与激光振荡无关,一个是激光器振荡的必需元件,即前者是激光振荡系统,后者是激光回馈系统。张书练教授想到,如果自己的偏振正交激光原理引入回馈,又会是什么行为呢?试一试!张书练教授先安排一个研究生研究激光回馈技术,要亲自看清了激光回馈的行为,思考激光回馈技术走向何方。自然想起偏振正交激光器技术,他用偏振正交激光器改造了激光回馈,于是,观察到若干新的现象,形成了偏振正交激光器回馈纳米测量系列技术和仪器,把激光回馈技术推上了一个新的高度,也使偏振正交激光器“再添双翅”。或走入他的实验室参观,或阅读他的四部专著(《正交偏振激光原理》、《激光器和激光束》、《Orthogonal Polarization Lasers》、《不创新我何用,不应用我何为——你所没有见过的激光纳米测量仪器》)和近400篇论文,可看到,张书练教授及其团队研制出的激光回馈光学相位延迟/内应力在线测量仪、激光回馈纳米条纹干涉仪、微片激光(Nd:YAG和Nd:YVO4)共路(和准共路)移频回馈干涉仪、激光回馈远程振动和声音测量仪、激光回馈材料热膨胀系数测量仪、微片固体激光万分尺、Nd:YAG双频激光干涉仪、微片固体激光回馈共焦测量技术、微片固体激光回馈表面测量技术等十余种国内外独有的纳米测量仪器,仪仪相连,构建出了一个“正交偏振激光器回馈纳米测量仪器”体系。“步步生花”的“偏振正交激光器纳米测量仪器”和“仪仪相连”的“偏振正交激光器回馈纳米测量仪器”,构建成了一个完整的“偏振正交激光器及纳米测量”体系。“其中,激光器是核心,我们看见并解决了他人没有想到的问题,仪器的‘台阶’也就上来了。”张书练教授说他和团队的成果鲜明特征是,“激光器就是仪器,仪器就是激光器自身。”坐实创造,不让论文变“云烟”在实验室里,一个博士生来了,做完实验,毕业后离开,然后再来一个博士生,这是一种很正常的安排,却往往使经验和教训难于传承,因为论文里面记录的一般都是好的结果,不常写入失败和纠正错误的过程,传承不全面。张书练教授很早就注意到了这个问题,因此邀请了4个工程师来实验室工作,由他们和学生一起完成实验。也正是这些工程师的工作,帮助张书练教授及其团队传承了一个个技术和仪器。张书练教授很注重团队研究课题的取舍,发现论文漂亮,实际上不能应用的,或更改方案,或暂时放下;发现论文漂亮,实际应用可能性大的,就持续研究,做实验样机。一直找机会仪器化,把首创的技术和仪器推向应用。除了双折射双频激光干涉仪外,国内外首台基于激光回馈原理的纳米分辨力固体激光回馈干涉仪也已经实现产业化,在美国圣路易斯华盛顿大学、合肥工业大学(三台已应用10年)、上海理工大学、北京理工大学等处被应用,且使用情况良好。该仪器能够无接触地测量微、轻、薄、黑、烧红等目标的移动量,以及水、酒精等液面的位移和高度变化,完全不需要在被测物上加附件配合,可用于监测航天相机的支架和镜面形变等。该仪器还可用于刻划光栅的金刚车刀,光束直接射向车刀,颠覆了以往光束射向车刀支撑臂的方式,将测量误差减小到1/4。“这些仪器,我想无论如何还是要传承下去。我在这块做了几十年研究,花了国家不少钱,要回馈给社会,这是我目前所想的事儿。虽然已经有几款仪器实现了产业化,但还是希望另外几款仪器也能‘成气’,至少,有仪器公司能把它接下来,由企业来推动仪器化、产业化。”张书练教授说到。据悉,北京镭测科技有限公司正努力把仪器产业化,尤其是双频激光干涉仪已经被几个半导体企业采购,担当起半导体全产业链一个重要环节国产化替代的历史重任。此外,华为、德国Blankenhorn和福建福晶科技有限公司等国内外企业也在为张书练教授团队仪器的产业化和推广而努力。凡是新原理的东西,想要真正被社会所认可,尽管再好用,再有潜力,都是要花时间的。且由于历史和思维定式,国外多年强势,要国人接受中国自己的创造有很多事要做,要国人接受国产高档激光仪器也是一个循序渐进的过程。张书练教授对此表示:“困难怕意志,中国创、世界用的时代一定会到来!” 个人简介张书练,清华大学本科,硕士,教授,博士生导师。激光和精密测量专家,偏振正交激光器纳米测量技术的国内创建人和国际主要创建人。作为第一完成人,获国家技术发明二等奖两项,教育部自然科学一等奖两项,电子学会发明一等奖一项等十余次奖项。他在ISMTII-2017国际学术会议上被授终身贡献奖。出版专著:唯一作者3部,第一作者1部,主编国际会议专题文集2部,计测技术“教授论精密测量”一期,发表论文360余篇,发明专利权80余项。发明的双折射-双频激光器及干涉仪等纳米测量仪器已经批产。
  • 3分钟了解激光干涉仪——最精密的尺子
    本文作者:清华大学张书练教授1. 激光干涉仪的发展史做衣量身、体检量高都由尺子完成,这些日常的尺子的刻度是毫米。机械零件加工和检验都要用尺子,在机械制造企业,卡尺、千分尺随处可见,其精确度是0.1 μm,1 μm。1887年迈克尔逊(Michelson)和莫雷(Morley)研究以太[1]是否存在,使用了光。他们以光波长作尺子刻度测量了水平面和垂直面的光速之差,第一次否定了以太的存在。他们利用的是光的干涉现象,这就是光学干涉仪的诞生。注[1]:根据古代和中世纪科学,以太被称为第五元素,是填充地球球体上方宇宙区域的物质。以太的概念在一些理论中被用来解释一些自然现象,例如光和重力的传播。19世纪末,物理学家假设以太渗透到整个空间,以太是光在真空中传播的介质,但是在迈克尔逊-莫利实验中没有发现这种介质存在的证据,这个结果被解释为没有光以太存在。1961年研究人员发明了氦氖激光器,开始用氦氖激光器作为迈克尔逊干涉仪的光源,从而诞生了激光干涉仪。图1是迈克尔逊干涉仪简图。迈克尔逊干涉仪是普通物理的基本实验之一。但今天在科学研究和工业中应用的激光干涉仪出于迈克尔逊,但性能远远胜于迈克尔逊。图1 迈克尔逊干涉仪简图基本上,激光干涉仪都使用氦氖激光器的632.8 nm波长的光,橙红灿烂的光束射向远方,发散角可以小到0.1 mrad,光束截面的光斑均匀。氦氖激光器还可输出绿光、黄光、红外光,但只有632.8 nm波长的光适合作激光干涉仪的光源。其它类型的激光器,如半导体(LD)、固体激光器等的相干等性能都远不及氦氖激光器,研究人员多有尝试,但都没有成功。激光干涉仪有很多应用,但本质都是测量中学课本讲的“位移”,诸多应用都是“位移”的延伸和转化。激光干涉仪有两个主流类型:单频激光干涉仪和双频激光干涉仪。单频干涉仪能做的双频激光干涉仪都能做,但双频干涉仪能做的单频干涉仪不见得能做。由于历史、技术和商业原因,两种干涉仪都有着广泛应用。但在光刻机上,双频激光干涉仪独占市场。单频干涉仪不需要对市场上的氦氖激光器进行改造,直接可用。但双频激光干涉仪用的激光器需要附加技术使其产生双频(两个频率)。历史上,双频激光干涉仪测量位移的速度不及单频激光干涉仪,自发明了双折射-塞曼双频激光器,双频激光干涉仪的测量速度也达到每秒几米,与单频激光器看齐了。按产生双频的方法,双频激光干涉仪分为塞曼双频激光(国外)干涉仪和双折射-塞曼双频激光(国内)干涉仪。现在干涉仪的指标:最小可感知1 nm(十亿分之1 m),可以测量百米长的零件,且测量70 m长的导轨误差仅为几微米。2. 测量位移的干涉仪和测量表面的干涉仪?有几个概念的定义比较混乱(特别是有些研究发展趋势的报告),需要注意。一是“激光测距”和“激光测位移”没有界定,资料往往鹿马不分。二是不少资料所说“激光干涉仪”实际上包含两种不同的仪器,一种是测量面型(元件表面)的激光干涉仪,一种是测量位移(长度)的激光干涉仪。如海关的统计和一些年度报告往往混在一起。激光测距机发出的激光束是一个持续时间纳秒的光脉冲,利用光脉冲达到目标和返回的时间之半乘以光速得到距离,完全和光的干涉无关。尽管激光波面干涉仪和测量位移(长度)的干涉仪都是利用光干涉现象,但仪器的设计、光路结构、探测方式、应用场合几乎没有共同之处。激光波面干涉仪能够测量光学元件表面的形貌,光束直径要覆盖被测零件,在整个零件表面形成系列干涉条纹,根据测量条纹的亮度(也即相位)算出表面的形貌,其光束口径、零件直径可达百毫米;另一种则是测量位移(长度)干涉仪,光干涉发生在直径几毫米光路上,表现为只有光电探测器(眼睛)正对着射来的光线才能“看”到光强度的波动,由波动的整次数和(不足半波长的)小数算出被测件的位移。 3. 双频激光干涉仪的原理和构成当图1的可动反射镜有位移时,光电探测器光敏面会感受到的光强度正弦变化,动镜移动半个波长,光强变化一个周期。光电探测器将光强变化转化为电信号。如探测到电信号变化了一个周期,我们就知道动镜移动了半个波长。计出总周期数测得动镜的位移。 (1)式中:λ为激光波长,N 为电脉冲总数。今天的激光干涉仪使用632.8 nm波长的激光束,半波长即316.4 nm。动镜安装在被测目标上与目标一起位移,如光刻机的机台,机床的动板上。为了提高分辨力,半波长的正弦信号被细分,变成1 nm甚至0.1 nm的电脉冲,可逆计数器计算出总脉冲数,再由计算机计算出位移量S。也常用下式表示动镜的位移, (2)其中∆f为目标运动速度为V时的多普勒频移。式(1)和(2)是等价的,可以互相推导推出来,仅是表方式的不同。图2是今天的双频激光干涉仪框图。它由7个部分构成。图2 双频激光干涉仪原理框图(1) 双频氦氖激光器氦氖激光器上有磁体。磁体为筒形,激光器上加的是纵向磁场,称为纵向塞曼双频激光器。四分之一波长(λ/4)片把激光器输出的左旋和右旋光变成偏振态互相垂直的线偏振光。前文所说的双折射-塞曼双频激光器则是在激光器内置入双折射元件(图内未画出),并加图2所示的磁条。双折射元件使激光器形成双频,横向磁场消除两个频率之间的耦合。双折射-塞曼双频激光干涉仪不需使用四分之一波长片。双频激光器是双频激光干涉仪的核心,很大程度上,它的性能决定激光干涉仪的性能,要求波长(频率)精度高,功率大,寿命长,双频间隔(频差)大且稳定,偏振状态稳定,两频率之间不偏振耦合。这一问题的解决是作者较突出的贡献之一。(2) 频率稳定单元它的作用是保证波长(频率)这把尺子的精确性,达到10-8甚至10-9,即4.74×1014的激光频率长期的变化仅1 MHz左右。(3) 扩束准直器实际上是一个倒装的望远镜,防止光束发散。要求激光出射80 m,光束光斑直径仍然在10 mm之内。(4) 测量干涉光路测量干涉光路包括:从分光镜向右直到可动反射镜(实际是个角锥棱镜),向下到光电探测器2。可动反射镜装在被测目标上(如光刻机工作台上的反射镜),目标的移动产生激光束的频移Δf,Δf和目标速度成正比,积分就是目标走过的距离(位移或长度)。积分由信号处理单元完成。(5) 参考光路参考光路由分光镜-偏振片-光电探测器1实现,参考光路中没有任何元件移动,它测得的位移是“假位移”真噪声。噪声来自环境的扰动。信号处理单元从干涉光路的位移中扣除这一噪声。(6) 温度和空气折射率补偿单元干涉仪测量的目标位移可能长达百米,空气折射率(及改变)和长度的乘积成为激光干涉仪的最主要误差来源之一。用传感器测出温度、气压、湿度,信号处理单元计算出空气折射率引入的假位移,并从结果中扣除。(7)信号处理单元光电探测器1和2,分别把信号f1-(f2±∆f)和f1-f2的光束转化为电信号,±∆f是可动反射镜位移时因多普勒效应产生的附加频率,正负号表示位移的方向。电信号经放大器、整形器后进入减法器相减,输出成为仅含有±Δf的电脉冲信号。经可逆计数器计数后,由电子计算机进行当量换算即可得出可动反射镜的位移量。环境温度,气压,湿度引入的折射率变化(假位移)送入计算机计算,扣除他们的影响。最后显示。相当多的应用要求计算机和应用系统通讯,实现对加工过程的闭环控制。4. 激光干涉仪的应用一般说来,激光干涉仪的主要用途是测量目标的运动状态,即目标的线性位移大小、旋转角度(滚转、俯仰和偏摆)、直线度、垂直度、两个目标在运动的平行性(度)、平面度等。无论光刻机的机台,还是数控机床的导轨(包括激光加工机床),不论是飞行物,还是静止物的热膨胀、变形,一旦需要高精度,都要用激光干涉仪测量,得到目标的运动状态。运动状态用由多个参数给出。以光刻机两维运动中的一个方向运动时为例,位移(走过的长度)、机台位移过程中的偏 转( 角 )、俯仰 ( 角 )和滚转(角)都需要测出。很多类型的设备需要测量,如各类机床、三坐标测量机、机器人、3D打印设备、自动化设备、线性位移平台、精密机械设备、精密检测仪器等领域的线性测量。图3(a)(b)(c)(d)(e)是几个应用的例子。美国LIGO激光干涉仪实验室宣称首次直接测量到了引力波(2016),使用的仪器是激光干涉仪,单程臂长4 km。见图4。图3 激光干涉仪几个应用的例子来源:(a)(b)(c)由北京镭测科技有限公司提供,(d)(e)来自深圳市中图仪器股份有限公司网页图4 LIGO激光干涉仪来源:https://www.ligo.caltech.edu/image/ligo20150731c 5. 双频激光干涉仪发展存在的问题(1)国内外单频和双频激光干涉仪的进展及问题多年来,国内外在单频和双频激光干涉仪方面进步不大,特例是双折射-塞曼双频激光器的发明。由于从国外购买的激光器不能产生大间隔的双频光,原有国内双频激光干涉仪的供应商基本停产。以前作为基础研究的双折射-塞曼双频激光器被推到前台。双频激光器是干涉仪的核心技术,走在了世界前端,也解决了国内无源的重大难题。北京镭测科技有限公司的开发、纠错,终于使双折射-塞曼双频激光干涉仪实现产品化,进入先进制造全行业,特别是光刻机。北京镭测科技有限公司双折射-塞曼双频激光器达到指标:频率间隔可在1 ~ 30 MHz之间选择,功率可达1 mW。 频率差与激光功率之间没有相互影响,没有塞曼效应的双频激光器高功率和大频率差不能兼得的缺点。尽管取得进展,但氦氖激光器的制造工艺等是个系统性技术问题,需要全面改善。特别是,国外双频激光干涉仪的几家企业的激光器都是自产自用,不对外销售,因此,我们必须自己解决问题。(2)业界往往忽略干涉仪的非线性误差很长时期以来,业界认为单频干涉仪没有非线性误差。德国联邦物理技术研究院(PTB) 经严格测试发现,单频干涉仪也存在几纳米的非线性误差,甚至大于10 nm。塞曼效应的双频干涉仪也有非线性误差,也是无法消除。对此干涉仪测量误差,大多使用者是不知情的。到目前,中国计量科学院的测试得出,北京镭测科技生产的双频激光干涉仪的非线性误差在1 nm以下。建议把中国计量科学院的仪器批准为国家标准,并和德国、美国计量院作比对。非线性误差发生在半个波长的位移内,即使量程很小也照样存在。图5 中国计量科学研究院:镭测LH3000双频激光干涉仪在进行测长比对6. 双频激光干涉仪的未来挑战本文作者从事研究双折射-塞曼双频激光器起步到成批生产双折射-塞曼双频激光干涉仪,历经近40年,建议加强以下研究。(1)高测速制造业的发展很快,精密数控机床运动速度已达几m/s,有特殊应用提出达到10 m/s的要求。目前单频激光的测量速度还没有超过5 m/s。双折射-塞曼双频激光干涉仪的测速也处于这一水平,但其频率差的实验已经达到几十MHz,有待信号处理技术的跟进发展,实现10 m/s以上的测量速度。(2)皮米干涉仪市场上的干涉仪基本都标称分辨力1 nm,也有0.1 nm的广告。需要发展皮米分辨力的激光干涉仪以满足对原子、病毒尺度上的观测要求。(3)溯源前文已经提到,小于半波长的位移是把正弦波动信号电子细分得到标称的1 nm,和真实的1 nm相差多少?没有人知道,所以需要建立纳米、皮米的标准。作者曾做过初步努力,达到10 nm的纯光学信号,还需做长期艰苦的研究。(4)提高氦氖激光器寿命在未来很长一段时间,氦氖激光器仍然是激光干涉仪最好的光源,但其漏气的特点导致其使用寿命有限,替换寿命终结的氦氖激光器导致光刻机停机,会带来巨大经济损失。因此,延长氦氖激光器寿命十分有必要。没有测量就没有科学技术,没有精密测量就没有当今的先进制造,为此作者最近出版了题名《不创新我何用,不应用我何为:你所没有见过的激光精密测量仪器》的书籍,书的主标题似是铭志抒怀,而实际内容是一本地道的学术专著,书籍内容为作者的课题组近40年做出的创新成果总结。作者简介张书练,清华大学教授,博导。曾任清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室主任,清华大学光学工程研究所所长,主要研究方向为激光技术与精密测量,致力于激光器特性的研究和把这些特性应用于精密测量,是国内外正交偏振激光精密测量领域的的主要创始人。
  • 如何选购激光粒度仪
    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
  • 天津拓普参加中国国际激光及光显产品展览会
    2008年11月25日-27日由中国国际贸易促进委员会、中国国际展览中心集团公司、 中国光学光电子行业协会主办的中国光电周暨第十三届中国国际激光&bull 光电子及光电显示产品展览会在北京&bull 中国国际展览中心隆重开幕。中国光电周&mdash &mdash 中国国际激光,光电子及光显示产品展览会是由中华人民共和国国务院正式批准,中国信息产业部和中国贸易促进委员会主办,由中国光学光电子行业协会和中国国际展览中心集 团公司共同承办的国际性展览会。首届展览会于1991 年在北京中国国际展览中心召开,展会旨在展示先进光电技术产品,推动中国光电产业的发展,增进中国光电企业与世界企业经济贸易交往,为海外公司了解及进入中国光电市场提供一个平台,促进中国光电产、学、研一体化的发展。 天津市拓普仪器有限公司作为专业生产分析仪器、物理分光仪器的高科技企业先后研制开发了红外分光光度计、紫外分光光度计、近红外分光光度计等分析仪器以及脉冲Nd:YAG激光器实验装置、半导体泵浦激光原理实验装置、氦氖激光器系列实验装置等激光器系列物理分光仪器以及精密光学调整架等光学平台附件。此次我公司将参加此次展会,欢迎广大新老客户及专家莅临我公司展位,与本公司人员进行面对面的交流、洽谈,我们为您提供优质的服务。展位号:4604
  • 一封写给颗粒的情书——激光粒度仪的5.21群体告白
    pstrong亲爱的颗粒:/strong/pp style="text-align: center "strongimg src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/5ea7f545-2ef0-46b8-866d-d993ddade40f.jpg" title="一封写给颗粒的情书.jpg"//strong/pp style="text-indent: 2em "单色光是为了照亮单纯的你,即使被生活散射,也装满了关于你的独家记忆。我们是激光粒度仪,我们或许不能了解你痛苦的原因,但却能体贴到你心中大大小小的“伤痕”。我们知道相恋总是以完美的伪装开始,但却宁愿提前将自己的关键部件条分缕析,因为不愿你所托非人,日后因选择了错误的我而哭泣。/pp style="text-indent: 2em "strong你是我的眼——激光器/strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strongimg src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/2293bada-4cc9-49fb-b744-87acc12e2a21.jpg" title="1.jpg"//strong/pp style="text-indent: 2em "一般来说,我们激光粒度仪应用最广泛的主要有两种激光器——气体激光器和半导体激光器。/pp style="text-indent: 2em "气体激光器的应用时间最是久远,技术也相应的最为成熟,其中最常见的是氦氖激光器,其发出的氦氖激光具有很好的单色性、相干性和准直性,适合在精密测量领域大展拳脚。但是高精密性也带来了相应的高购买和高维修成本,需要高压直流供电,而且占地面积较大。/pp style="text-indent: 2em "自从20世纪80年代被研制出来后,半导体激光器(LD激光器)就是我们激光粒度仪使用基数最大的激光器种类,并且应用的范围不断扩大。这种激光器采用低压恒流供电方式,成本低,使用安全,而且便于维护,而且可实现多种功率甚至功能之间的调制。虽然在信噪比、单色性、准直性等精密性指标上略逊色于氦氖激光器,但是仍在快速地发展中。不过半导体激光器作为光源时,需要搭配恒温设施才能保证输出功率的稳定,这也使得其电路较为复杂。/pp style="text-indent: 2em "strong切莫泪水涟涟——样品池/strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strongimg src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/38eeca83-970c-45d9-b4e3-d672625ecee2.jpg" title="2.jpg"//strong/pp style="text-indent: 2em "样品池顾名思义是盛放待测样品的所在,其外表面一般是玻璃材质,在潮湿的天气容易发生结露现象。激光粒度仪主要是应用光散射的原理,通过测量被测颗粒散射角的大小来确定粒度的,如果样品池结露,微小的水珠也会对光进行散射,对粒度测试会带来极大的误差,甚至会造成背景测试直接异常。/pp style="text-indent: 2em "当出现样品池结露现象时,可以通过擦拭样品池外表面、除湿器除湿或升温的方式解决。由于样品池结露是一个经常会遇到的困扰,因此在选择激光粒度仪时,样品池在粒度仪主机内部还是外部,构造是否方便维护、是否带有露点温度自动监测装置等因素都值得考量。/pp style="text-indent: 2em "strong收到爱的讯号——探测器/strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strongimg src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/40bde4a2-b92d-4ef3-b1c4-37d445332b84.jpg" title="3.jpg"//strong/pp style="text-indent: 2em "当激光遇到傅里叶透镜和被测颗粒颗粒后,散射光是被光电探测器所接收,进而转为数字信号在PC端完成分析。因此探测器的数量、几何形状、和排布方式,对我们激光粒度仪测量范围、准确度、重现性等关键指标都有直接的影响。/pp style="text-indent: 2em "激光粒度仪用的探测器大概经过了三个发展阶段。一开始是直接采用十字星型探测器,后来又发展出环形探测器,接收散射光的面积有所扩大。而现在最理想的探测器排列是采用前向、后向、侧向、大角度等方向多个探测器,呈非均匀性交叉的三维扇形矩阵状排列,这种排列方法能够进一步充分提升信号探测的全面性。/pp style="text-indent: 2em "另外,一般来说,探测器数量即探测器通道数量,与粒度测量的效果是呈正相关的。因此国内优秀的激光粒度仪品牌光电探测器数量都很可观,珠海欧美克的topsizer探测通道数就有98个之多,享誉已久的丹东百特Bettersize2000探测器数量也高达90个,济南微纳的winner系列激光粒度仪多款产品探测器通道数都超过100个。成都精新的JL-6000探测器数量也有80个之多,最大检测角度可达165° 。/pp style="text-indent: 2em "strong款曲万千绣春刀——数据处理和控制系统/strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strongimg src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/d5937274-05d0-48a7-aea5-c9a4714728b4.jpg" title="一封写给颗粒的情书2_仪器信息网.jpg"//strong/pp style="text-indent: 2em "我们激光粒度仪的性能除了与硬件部件有关外,软件也是重要一环,主要用于控制仪器和数据分析。一般来说在使用激光粒度仪采集到光电信号后,需要通过软件进行反演分析。根据ISO13320国际标准,当处理粒径在几十微米以下样本的数据时,软件需要采用用米氏散射理论而不是夫琅禾费衍射,而最新的研究更表明了在微米、纳米全量程使用米氏散射理论的重要性。/pp style="text-indent: 2em "除此之外,数据输出功能、量程扩展功能、报告格式设计等功能也都是衡量一个数据处理软件是否优秀的重要因素,而整个系统良好的SOP流程也对激光粒度仪检测效率的提高大有裨益。/pp style="text-indent: 2em "看到这里,亲爱的颗粒,你是否对我们激光粒度仪有一定了解了呢?或许这封情书可以帮助你在众多的我们中,遇到最合适的我。或许渴望倾诉也正是爱的证明,我们多想陪你聊到天明,如果你也有意,带着你们的检测工作者进入“a href="http://www.instrument.com.cn/news/20180518/464153.shtml" target="_self" title="" style="color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline "span style="color: rgb(0, 176, 240) "激光粒度仪用户有奖调研问卷/span/a”吧,留下你的暗号,更多关于我的悄悄话,我会慢慢说给你听。 /pp style="text-align: right "strong爱你一生一世的激光粒度仪/strong/pp style="text-align: right "strong2018年5月21日/strong/p
  • 欧美克发布激光粒度仪新产品---TopSizer
    仪器信息网讯 2012年9月14日,“欧美克新产品上市暨颗粒技术交流会”在北京召开。来自业内的80多位专家、用户及媒体出席了此次TopSizer新品发布会。  据欧美克介绍,TopSizer的真实测量范围0.02-2000微米,达到国际一流水平 重复性误差≤0.5%(标准粒子的D50偏差),达到国际先进水平。TopSizer激光粒度仪欧美克总经理贾尔斯西姆科克致辞  欧美克总经理贾尔斯西姆科克在致辞中讲到,这是欧美克公司(以下简称欧美克)被思百吉集团(以下简称思百吉)收购以来的第一次的新品发布会,思百吉是一家在伦敦证券交易所上市的专门从事仪表检测及控制的公司。思百吉可以让欧美克以子公司的身份在管理流程和程序方面共享丰富的经验,使欧美克在产品设计上得到最大的增强,从而提供可靠的、重复性良好的、性能卓越的仪器。另外,成为思百吉的一员也使欧美克能共享进口供应商的关键部件,提高仪器的可靠性。同时作为思百吉的一员,欧美克还可以在技术共享的协议下,获得其它专利技术。以上这些因素共同促成了TopSizer这款新产品的问世。营销总监吴汉平先生  会上,欧美克营销总监吴汉平介绍了欧美克的发展历程,据吴汉平介绍,TopSizer是国产激光粒度仪中最先进的,是国产仪器中测试性能最好、可靠性最高的激光粒度仪 也是国产仪器中最高端的激光粒度仪。“TopSizer的上市标志着国产高端激光粒度仪已达到国际先进水平。这次新产品的发布也标志着欧美克可以站在一个新的高度、新的起点。”吴汉平说。欧美克总经理贾尔斯西姆科克和两位专家为新产品揭幕欧美克研发总监蔡斌  会上,研发总监蔡斌先生详细地解读了激光粒度仪的原理、应用,以及此次推出的新产品TopSizer的技术特点。另外,蔡斌先生还特别透露,欧美克此次推出的新产品采用了折叠光路和双光源技术,使得其真实测量范围宽于国内其他品牌,填补了国内空白,标志着国产激光粒度仪性能又上了一个大台阶。河北工业大学教授梁广川介绍了激光粒度仪在锂电池行业的应用河北工业大学教授何豫基介绍了激光粒度仪在CaCO3行业的应用  TopSizer激光粒度仪技术特点  ※采用新型折叠光路设计专利,保证仪器结构紧凑,稳定而且光学性能优越   ※国内第一款采用双光源设计仪器,测量动态范围更宽更精准   ※真实测量范围0.02-2000微米,达到国际一流水平   ※重复性误差≤0.5%(标准粒子的D50偏差),达到国际先进水平   ※采用进口高稳定,低噪声,偏振氦氖激光器为仪器提供高质量测试光源,确保测试结果准确和稳定   ※仪器光电探测器阵列和光学器件等核心零件大量采用原装进口器件, 保证仪器稳定可靠,测试性能优越   ※全新进样系统设计,全面提升样品分散、悬浮和清洗能力,满足各种不同特性样品测试需求   ※全程采用米氏理论和单镜头设计,测试结果更准确可靠   ※全新开发的测试软件和数据分析内核, 具备大容量光学分析数据库和丰富测试分析功能, 全面提升测试性能和体验。
  • 被誉为“黄金气体”,氦气有什么了不起?
    空气可能是我们最熟悉,也被认为是最廉价的东西。但在地球大气层中,有一种气体却被誉为“黄金气体”,在地球大气层中所占的比例只有几百万分之一,这就是氦气。但实际上,氦气深藏于地壳深处,一旦被开采出来,就会像氦气球一样飘散到天空,进入宇宙空间。目前人类主要的氦气来源就是开采石油和天然气中产生的副产品。氦气,英文名为Helium,化学元素符号为He,是种无色无味、低密度、不可燃的惰性气体。它的沸点是零下268.9摄氏度,与人类所说的绝对零度只有一点点距离,所以氦气在低温领域有巨大的应用价值,被广泛应用于军工、石化、制冷、医疗、半导体、管道检漏、超导实验、金属制造、深海潜水、高精度焊接、光电子产品生产等高科技领域。东京大学物性研究所里面的氦气储存罐图据《日刊工业新闻》在光电子产品领域,搭配氖气的氦氖混合气体是用作原子气体激光发生器的主要工作物质。氦氖激光器(Helium-Neon gas laser)是首先发明的气体激光器,也是目前应用领域很广的一种激光器。氦氖激光器的激光管内的气体在一定高的电压及电流(在电场作用下气体放电)下,管中的电子就会由负极以高速向正极运动。在运动中与工作物质内的氦原子进行碰撞,电子的能量传给原子,促使原子的能量提高,基态原子跃迁到高能级的激发态。因为放电管上所加的电压,电流连续不断供给,原子不断地发生碰撞,产生了激光输出须具备的基本条件。He-Ne气体在发生受激辐射时,分别发出波长3.39μm,632.8nm,1.53μm三种波长激光,除632.8nm为可见光中的红外光外,另二种是红外区的辐射光。通过反射镜的反射率设计,只输出一种632.8nm的激光。内腔式激光器结构图除了宝石晶体激光器,氦氖激光器在光束质量方面则是各种激光器中的翘楚。由于它能输出优质的连续运转可见光,光束方向性和单色性好,光束发散角小,非常接近完美的高斯分布。氦氖激光线宽窄干涉性能优良、稳定性高在诸多激光器中是首屈一指的,这已经是光学界的共识。而且具有结构简单、工作性质稳定、使用寿命比较长等优点,在全息照相、测量、精密计量等方面得到广泛应用,是高精度光学应用领域采用最多的激光器。以其为重要光学元件组成的光学测量仪器——氦氖激光粒度分析仪也成为高性能激光粒度仪的代表。LS-609激光粒度分析仪采用进口He-Ne气体激光光源,光学质量更好,更加稳定可靠,预热时间短,使用寿命更长测量范围:0.1~1000μm珠海欧美克仪器一直采用氦氖激光器作为主光源激光器,大多数仪器均采用JDSU品牌进口产品,不仅光学质量更好,输出单模偏振激光偏振比达500:1以上,光束中TEM00模占比达95%以上,而且更加稳定可靠,5分钟预热即可达到测试稳定性要求,测试周期内功率波动小于0.5%,大大提高了系统对有效信号的分辨能力。同时该He-Ne激光管的硬封装(hard seal)工艺使得工作气体不会散逸,完美的解决了早期He-Ne激光管气体散逸导致的平均寿命较短问题,进而适合于要求更为苛刻的应用。Topsizer Plus激光粒度分析仪采用以长寿命、低噪声、高稳定性著称的进口氦氖激光器及配套电源测量范围:0.01~3600μm(湿法,取决于样品),0.1~3600(干法,取决于样品)Topsizer Plus激光粒度分析仪欧美克仪器于2019年推出的一款高端粒度分析仪器。该仪器引入了先进的光学设计,采用以长寿命、低噪声、高稳定性著称的JDSU品牌进口氦氖激光器及配套激光电源,使激光衍射法的测试范围达0.01~3600um,具有量程宽、重复性好、分辨力高、真实测试性能强等优点,代表了当前国产激光粒度仪的前沿技术水平。Topsizer Plus通过进一步提升光学设计、硬件和反演算法,拓展了其测试范围、自动化水平以及实际测试性能,应用遍及锂离子电池、制药、水文、精细化工、机械、建材、能源、医药等现代工业的各个领域。Topsizer系列产品保证了测试结果和分析能力与国内外、行业上下游黄金标准保持一致,这不仅为用户节省了方法开发和方法转移上的时间和成本,更重要的是可避免粒径检测不准带来的经济损失和风险,无论在研发、过程控制还是质量控制上,都能够为用户带来真正的价值。参考资料:1. 百度文库,《氦-氖激光器简介》
  • 唇齿相依:固体难溶制剂与激光粒度仪的不解缘 ——访北京九州通科技孵化器有限公司实验中心制剂主管靳海明
    p style="text-indent: 2em "现代化工业是架构于标准之上的精密机器,而“粒度”对于诸多行业都是决定命运的钥匙,往往也是不能承受的生命之轻。对于制药业,特别是口服难溶性药物行业更是如此。“难溶性药物的溶解是我们做口服固体制剂最大的难点之一,因为药原料被吃下后,必须溶解才能被人体吸收,否则药效就会受到限制。一般来说,难溶性药物的溶解速率和粒径成正相关,粒径越小,溶解得越快,因此难溶性固体口服制剂的粒径控制就特别关键。” 北京九州通科技孵化器有限公司实验中心制剂主管靳海明这样说。作为从事制剂研发工作近10年的工程师,粒度对于他来说无疑是夙兴夜寐都挂在心头的块垒,而Topsizer激光粒度仪就此成为了靳海明在工作中最重要的存在。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/82d60d50-f0c4-4436-8584-c032641b5576.jpg" title="靳海明与他的工作“伙伴”Topsizer激光粒度分析仪.jpg"//pp style="text-indent: 2em text-align: center "strongspan style="color: rgb(127, 127, 127) "靳海明与他的工作“伙伴”Topsizer激光粒度分析仪/span/strong/pp style="text-indent: 2em "strong固体难溶性制剂呼唤激光粒度仪/strong/pp style="text-indent: 2em "九州通科技孵化器有限公司是一家致力于促进医药高科技产业发展的专业孵化器,靳海明所在的专业技术服务平台共享实验室正是公司冲在最前面的研发及服务中枢,他们不仅要为创业公司的样品、产品检测提供仪器设备方面的支持,还要承担大量的制药研发工作。/pp style="text-indent: 2em "“就粒度而言,D90是我们要考量的重要参数。”靳海明说,D90是指颗粒粒度分布中,从小到大累计分布百分数达到90%时对应的粒径值。简而言之,就是90%的样品都小于的粒径值。这个数值,对于原料的溶出是否能达到要求,影响至关重要。“再者,粒度的分布范围可以看出物料的粒径是否均匀,是否符合正态分布,如果粒径分布不够均匀,成品的生产质量控制就会非常棘手。”靳海明强调。/pp style="text-indent: 2em "粒度检测的方法多种多样,具体到固体难溶性药物的检测领域,所用最普及的不外乎两种,筛分法和激光粒度仪测量法。“筛分法与激光粒度仪相比,检测的速度和直观性完全不是一个数量级,就像手动使用计算机计算和excel直接拉表格之间的差距一样。”靳海明笑着说,“另外,固体难溶性药物,大部分粒径要求都在20微米以下,这个范围对于筛分法来说分辨起来也很有难度。因此,激光粒度仪就成为了最好的选择,特别是对于硝苯地平、缬沙坦、蒙脱石散等药物的粒径检测,激光粒度仪的适配性可谓一时无两。”/pp style="text-indent: 2em "strong超过4年的稳定表现 Topsizer成最佳拍档/strong/pp style="text-indent: 2em "与靳海明朝夕相伴的,是珠海欧美克的Topsizer激光粒度分析仪,购买于2013年12月。谈到Topsizer,他赞不绝口:“我们这个设备的精度特别好,测量十几微米的样品,误差在正负1%之间,完美地满足我们的需求,可谓是我工作中的最佳拍档!”/pp style="text-indent: 2em "Topsizer是珠海欧美克于2012年9月推出的一款高性能激光粒度分析仪,也是欧美克在2010年被马尔文收购后,推出的第一款激光粒度分析仪。磨剑多年,又得到国际技术支持,出产的自然是宝刃重锋。据了解,不同于欧美克前代产品,Topsizer采用了双光源长焦距设计,检测系统的主光源为准直性良好的进口氦氖激光器,探测器上安装有防护罩,核心元器件都是进口产品。该仪器支持干湿法分散,0.02微米,重现性小于等于0.5%,测量时间小于30s,价位在20-30万之间,性价比很高。/pp style="text-indent: 2em "在采访过程中,Topsizer的稳定性,最让笔者深感惊讶。“在我们实验室,Topsizer日均工作时长可达4小时,从购买到现在4年半的时间,这款仪器本身除了有一次烧断过保险丝,再就没有出现任何故障。”靳海明满脸幸福地说。他还现场打开电脑给笔者展示了Topsizer光源的激光强度,屏幕数字显示为84。据了解,这一数字与购买最初那一年基本持平,衰减很少。这种在高强度工作下长期稳定的表现,的确让人垂涎。笔者从珠海欧美克北区销售经理李宏成处了解到,Topsizer的工艺加工工序,借鉴了马尔文帕纳科的先进经验,由机器一次性工装而成,充分降低了之前人工拧装带来的误差和应力,减少了故障率。这,或许就是Topsizer能够数年如一日稳定表现的重要原因吧!/pp style="text-indent: 2em "strong专业服务赢口碑 欧美克品牌享誉制药业/strong/pp style="text-indent: 2em "除了对Topsizer的性能和质量甚感满意,欧美克专业热情的服务团队也让靳海明竖起大拇指。他告诉笔者,固体难溶性制剂的粒度检测,干法或湿法分散兼而有之,每种方法都有各自的问题,湿法分散需要适合的分散剂,干法分散需要控制不同的气压,而不论哪种方法,样品分散不够充分都是要极力避免的重大问题。因为一旦分散结果不好,有大量团聚现象,测量出的粒径结果也就不可靠了。靳海明告诉笔者,每当遇到这种问题致电售后时,欧美克的工程师总能给出可行的解决方案。“别的不说,就连欧美克的销售经理也非常专业,不仅懂市场,还懂设备、懂原理、懂生产研发,堪称全才!”靳海明由衷地赞叹道。事实上,除了被动服务,欧美克每年还都会组织新老客户进行培训,培训内容从原理到应用应有尽有,让靳海明收益匪浅。/pp style="text-indent: 2em "服务专业化,除了售后服务团队人员素质的专业化外,能否快速响应客户的售后需求也是衡量服务专业与否的重要指标。据了解,欧美克通过电话、视频、上门三种方式实现对用户的售后服务。其中,落实到上门服务,可实现48小时及时响应。在北京、淄博、郑州、成都、上海等办事处周边地区,以及拥有大型合作代理机构的部分偏远地区,甚至可以实现24小时内,以至于半天之内的快速响应。专业的服务成为了欧美克留在靳海明心中最深刻的印象。/pp style="text-indent: 2em "在采访中,笔者也曾十分好奇,在我国群雄迭出的激光粒度仪市场,是什么原因让靳海明在万千选择中独独青睐于欧美克的Topsizer呢?靳海明告诉笔者,他们在选购仪器之前,往往会在相关网站论坛上询问调查,Topsizer这款激光粒度分析仪在同行中评价甚高,再加上珠海欧美克这个品牌也耳闻已久,因此就选择下定决心要购买这款仪器。 “这可以说是我到目前为止最满意的一次购买了。真的是买得放心,用得顺心。”靳海明笑着说。/pp style="text-indent: 2em "strong后记:/strong惊艳可能只需要一眼,但感情却是在长期亲密无隙的合作中慢慢培养的,从靳海明眉眼间的笑意,演示仪器时的小心翼翼,笔者能清楚地看到Topsizer在他心中的份量。在采访的最后,笔者请他到大厅拍一张照片,“没问题,不过先让我给仪器套上防尘罩。”靳海明的动作耐心而仔细。超过4年的并肩作战,牵起了Topsizer激光粒度仪和靳海明之间的不解缘。就好比金箍棒伴着孙悟空西天取经,烟斗伴着福尔摩斯破案无数,无疑在未来的制剂研发、检测工作中,Topsizer也将继续取得更大的成就!/p
  • 世界最大激光器:192束激光点燃人造太阳
    经过10余年设计制造、35亿美元投资,美国建成世界最大激光器  新浪科技讯 北京时间5月7日消息,据美国《连线》杂志网站报道,在劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)国家点火设施(NIF)的科学家,希望利用192个激光器和一个由400英尺长的放大器及滤光器阵列构成的装置,制造出一个像太阳或者爆炸的核弹一样的自维持聚变反应堆(self-sustaining fusion reaction)。最后一批激光器安装完毕后,《连线》网站记者参观了这个点火设施。观看看世界上最先进的科学设备。  1.美国“国家点火装置”  这个大部头看起来可能很像迈克尔贝执导的《变形金刚》中的人物,但是这个大型机器很快就会成为地球上的恒星诞生地。  美国“国家点火装置” 位于加州,投资约合24亿英镑,占地约一个足球场大小。科学家希望该激光器能模仿太阳中心的热和压力。“国家点火装置”由192个激光束组成,产生的激光能量将是世界第二大激光器、罗切斯特大学的激光器的60倍。2010年,192束激光将被汇聚于一个氢燃料小球上,创造核聚变反应,打造出微型“人造太阳”,产生亿度高温。  2.庞大的靶室  庞大的靶室  在庞大的靶室里,192束激光束进入直径是33英尺的蓝色真空室,在那里跟一个胡椒瓶大小的目标物相撞。然后这些光束会以动力较低的红外线的形式,从该仪器的不同部位出来,这个部位跟DVD播放器的内部结构类似。接着激光经过一系列复杂的放大器、过滤器和镜子,以便变得足够强大和精确,可以产生自维持聚变反应堆。  3.包含放射性氢同位素、氘和氚的铍球  包含放射性氢同位素、氘和氚的铍球  这个铍球包含放射性氢同位素、氘和氚。科学家将利用这个系统的192个激光器产生的X射线轰击它。核子熔合的关键是有足够的能量把两个核子熔合在一起,在这项实验中用的是氢核子。由于把两个核子分开的斥力非常强,因此这项任务需要利用极其复杂的工程学和特别多的能量。  例如,在光束进入真空室(包含图片上方的目标物)之前,激光必须通过巨大的合成水晶,转变成紫外线。发射到真空室里的光束会进入一个被称作黑体辐射空腔(hohlraum)的豆形软糖大小的反射壳(reflective shell)里,光束的能量在这里产生高能X射线。从理论上来说,X射线的能量应该足以产生可以克服电磁力的热和压力,这样核子就能熔合在一起了。电磁力促使同位素的核子分开。  4.靶室顶部的起重机和气闸盖  靶室顶部的起重机和气闸盖  在第一张照片的靶室顶上,是用来把底部仪器放入真空室的起重机和气闸盖。如果这个仪器产生作用,它将成为未来发电厂的前身,将提高科学家对宇宙里的力的理解。当常规核试验被禁止的时候,它还有助于我们了解核武器内部的工作方式。  5.精密诊断系统  精密诊断系统  激光束将被发射到精密诊断系统里,以在它进入靶室以前,确定它能正常工作。  6.激光间  激光间  在激光间(laser bay)里眺望,会看到国家点火设施的激光间2号向远处延伸超过400英尺,激光在从这里到达靶室的过程中,会被放大和过滤。过去35年间,科学家在劳伦斯利弗莫尔国家实验室建设了另外3个激光熔合系统,然而它们都不能生成足够达到核子熔合的能量。第一个激光熔合系统——Janus在1974年开始运行,它产生了10焦耳能量。第二项试验在1977年实施,这个激光熔合系统被称作Shiva,它产生了10000焦耳能量。  最后一项实验在1984年实施,这个被称作Nova的激光熔合项目产生了30000焦耳能量,这也是它的制造者第一次相信通过这种方法可以实现核子熔合。国家点火设施科研组制造的这个最新系统有望产生180万焦耳紫外线能量,科学家认为这些能量已经足以在劳伦斯利弗莫尔国家实验室里产生一个小恒星。  7.磷酸盐放大玻璃  磷酸盐放大玻璃  国家点火设施包含3000多块混合着钕的磷酸盐放大玻璃,这是在熔合试验中用来增加激光束的能量的一种基本材料。这些放大玻璃板隐藏在密封的激光间周围的围墙里。  8.技术人员在激光间里安装光束管  技术人员在激光间里安装光束管  技术人员在激光间里安装光束管,激光通过这些管会进入调试间。激光在调试间里会被重新改变运行路线,并重新排列,然后被输送到靶室里。  9.紧急停运盘  紧急停运盘  在整个国家点火设施里,标明激光位置的紧急停运盘(emergency shutdown panels),可在激光发射时,为那些在错误的时间站在错误的地方的科学家和技术人员提供安全保障。  10.光导纤维  光导纤维  光导纤维(黄色电缆部分)把低能激光传输到能量放大器里。然后在通过混有钕的合成磷酸盐的过程中,利用强大的频闪放电管放大。  11.能量放大器  能量放大器  能量放大器隐藏在天花板上的金属覆盖物下面,它含有可增大激光能量的玻璃板。在激光刚刚进入放大玻璃前,灯管把能量吸入玻璃里,接着激光束会获得这些能量。  12.可变形的镜子  可变形的镜子  可变形的镜子隐藏在天花板上覆盖的银膜下面,这种镜子是被用来塑造光束的波阵面,并弥补它在进入调试间前出现的任何缺陷。每个镜子利用39个调节器改变镜子表面的形状,纠正出现错误的光束。你在照片中看到的电线是用来控制镜子的调节器的。  13.激光放大器  激光放大器  激光束在进入主放大器和能量放大器前,较低前置放大器会放大激光束,并给它们塑形,让它们变得更加流畅。  14.便携式洁净室  便携式洁净室  科学家利用一个独立的便携式洁净室(CleanRoom)运输和安置能量放大器和其他元件,这个洁净室就像用来装配微芯片的小室。  15.能量放大器  能量放大器  每个能量放大器都被安装在洁净室附近,然后利用遥控运输机把它们运输到梁线所在处。  16.技术人员校对能量放大器  技术人员校对能量放大器  从照片中可以看到,能量放大器在被放入梁线以前,技术人员正在对它进行校对。  17.模仿NASA的主控室  模仿NASA的主控室  照片中的主控室看起来跟美国宇航局的任务控制中心很相似,这是因为前者是模仿后者建造的。国家点火设施并不是利用这个主控室把火箭发射到外太空,而是设法通过激光,利用它把恒星的能量(核子熔合)带回地球。  18.光束源控制中心  光束源控制中心  光束源控制中心即已知的主控振荡器室,看起来跟数据中心(Server Farm)很像,但是这个控制中心不是利用电脑,而是安装了一排排架子。光束通过光纤前往能量放大器的过程中,看起来就像网络供应商使用的网络。  19.国家点火设施的激光源  国家点火设施的激光源  国家点火设施的激光是从一个相对较小、能量较低,并且比较呆板的盒子里发射出来的。这个激光器呈固体状态,跟传统激光指示器没有多大区别,不过它们发射的光波波长不一样,前者是红外线,后者是可见光。  20.高能灯管  高能灯管  高能灯管(flashlamps)跟照相机里的灯管一样,但是前者的体积超大,它可以用来激发激光。每束光束刚产生时,强度仅跟你的激光指示器发出的激光强度一样,但是它们在二十亿分之一秒内,强度就能曾大到500太拉瓦,大约是美国能量输出峰值时功率的500倍。  这一结果是能实现的,因为该实验室里拥有巨大的电容器,里面储存了大量能量。这个电容器非常危险,当它充电后,这个房间将被封闭,禁止任何人靠近,以免出现高压放电现象,伤着来访的人。  国家点火设施的外面看起来很像《半条命(Half-Life)》的拍摄现场,这种普通的外观掩饰了在里面进行的历史性科学研究。(孝文) 英刊揭秘世界最强激光产生过程(组图)  导读:2009年4月,耗资达35亿美元的美国“国家点火装置”(NIF)正式开始进行相关实验,并计划于2010年最终实现聚变反应。届时会将192束激光同时照射在一个微小的目标上,是迄今世界上性能最强大的激光装置。英国《新科学家》杂志网站13日撰文揭秘世界最强激光产生过程。以下为全文:  “国家点火装置”是美国国家核安全管理局(NNSA)的库存管理计划的关键环节。在受控实验室条件下,“国家点火装置”将进行聚变点火和热核燃烧实验,实验结果将为NNSA提供相关武器生产条件的实验手段。这些条件对NNSA在不开展地下核试验的条件下评估并验证核武库的工作至关重要。“国家点火装置”实验将研究武器效应、辐射输运、二次内爆和点火相关的物理学机理,并支持库存管理计划继续取得成功。“国家点火装置”是目前世界上最大和最复杂的激光光学系统,用于在实验室条件下实现人类历史上的第一次聚变点火。192束矩形激光束将在30英尺的靶室中实现会聚,其中靶室内含有直径为0.44厘米的氢同位素靶丸。发生聚变反应时,温度可达到1亿度,压力超过1000亿个大气压。  以下是“国家点火装置”产生最强激光的几大步骤:  1、安装球形外壳     安装球形外壳  为了产生聚变所必须的高温和高压,“国家点火装置”将汇聚其所有192束激光束同时射向一个氢燃料目标之上。“国家点火装置”呈球形(如图所示),直径约为10米,重约130吨。装置内有一个目标聚变舱,点火实验就发生于目标聚变舱内。整个球体由18块铝材外壳拼接而成,每块外壳均约10厘米厚。球体外壳上正方形窗口就是激光束的入口,而圆形窗口则是用来安装和调节诊断装置,诊断装置共有近100个分片。  2、用调节器调整靶位     用调节器调整靶位  这是目标聚变舱内部的照片。激光束通过外壳上的入口进入目标舱,把将近500万亿瓦特的能量瞄准于位置调节器的尖端。图中右侧的长形带有尖端的物体就是位置调节器,每次实验的目标氢燃料球就置放于尖端之上。当所有激光束全部投入时,“国家点火装置”将能够把大约200万焦耳的紫外线激光能量聚焦到小小的目标氢燃料球之上,它比此前任何激光系统所携带能量的60倍还要多。当激光束的热和压力达到足以熔化小圆柱目标中氢原子的时候,所释能量要比激光本身产生的能量更多。氢弹爆炸和太阳核心会发生这类反应。科学家相信,总有一天通过核聚变而不是核裂变会产生一种清洁安全的能源。  3、将燃料放入燃料舱(圆柱体)     将燃料放入燃料舱(圆柱体)  进入“国家点火装置”的所有192束激光束都将被引向图中这个铰笔刀大小的圆柱体。该圆柱体中将装有聚变实验所使用的目标燃料,目标燃料就是约为豌豆大小的球状冰冻氢燃料。实验时,激光束将通过各自窗口进入目标舱内,从各个方向压缩和加热氢燃料球,希望能够产生自给能量的聚变反应。曾经有不少科学家认为可控核聚变反应是不可能实现的。近年来,科学家找到了一些点燃热聚变反应的方法,美国研究人员找到的方法是利用高能激光。虽然科学家们也尝试了其他种核聚变发生技术,但从已完成的实验效果看,激光技术是目前最有效的手段。除激光外,利用超高温微波加热法,也可达到点燃核聚变的温度。  4、压缩并加热燃料     压缩并加热燃料  所有激光束进入这个金属舱内部时,他们将产生强烈的X光线。这些X光线不仅仅可以把豌豆大小的氢燃料球压缩成一个直径只有人类头发丝截面直径大小的小点,它还能够将其加热到大约300万摄氏度的高温。尽管激光的爆发只能持续大约十亿分之一秒,但物理学家们仍然希望这种强烈的脉冲可以迫使氢原子相互结合形成氦,同时释放出足够的能量以激活周围其他氢原子的聚变,直到燃料用尽为止。在激光点火装置内,一束红外线激光经过许多面透镜和凹面镜的折射和反射之后,将变成一束功率巨大的激光束。然后,研究人员再将该激光束转变为192束单独的紫外线激光束,照向目标反应室的聚变舱中心。当激光束照射到聚变舱内部时,瞬间产生高能X射线,压缩燃料球芯块直至其外壳发生爆裂,直到引起燃料内部的核聚变,从而产生巨大能量。  5、用磷酸二氢钾晶体转换激光束     用磷酸二氢钾晶体转换激光束  激光束在进入目标舱内之前,必须要先由红外线转换成紫外线,因为紫外线对加热目标燃料更为有效。激光转换过程必须要使用磷酸二氢钾晶体。图中的这块磷酸二氢钾晶体重约360公斤。首先将一粒籽晶放入一个高约2米的溶液桶中,经过两个月的培养才可形成如此巨型的晶体。然后将晶体切割成一个个截面积约为40平方厘米的小块。“国家点火装置”共需要大约600多块这样的晶体小块。“国家点火装置”将被用于一系列天体物理实验,但是,它的首要目的是帮助政府科学家确保美国“老年”核武器的可靠性。“国家点火装置”项目的建造计划于上世纪90年代早期提出,1997年正式开始建设。(刘妍)
  • 手持测温应用激光篇|热成像在激光器制造、激光切割、焊接时如何应用?
    据激光加工专委会统计,2023年中国激光产业产值约980亿元,直逼千亿元大关。 据MRFR数据显示,预计2026年全球激光加工市场规模将达到61.1亿美元。 中国激光产业正处于成长期,预计2024-2029年,我国激光产业市场规模将以20%左右的增速增长,到2029年产业规模或超7500亿元。可见,激光产业有着巨大的市场潜力。激光技术市场需求已成为国内外企业重点关注的话题之一。我国激光技术的市场需求主要在哪里?中国激光技术目前已应用于光纤通信、激光切割、激光焊接、激光雷达、激光美容等行业,涉及多个领域,形成了完整的产业链。激光切割激光焊接激光美容比如在工业制造领域,激光已成为需求极大的一种工具。用户可利用激光束对材料进行切割、焊接、打标、钻孔等,这类激光加工技术已在汽车、电子、航空、冶金、机械制造等行业得到广泛应用。新能源汽车制造激光打标激光钻孔激光这个“潜力股”跟热成像有关系吗?在激光这个庞大的产业链中,激光器和激光设备两个环节的竞争尤为激烈。激光器是产生、输出激光的器件,是激光设备的核心器件。从激光器来看,光纤激光器由于具备电光转换效率高、光束质量好、批量使用成本低等优势,可胜任各种多维任意空间加工应用,成为目前激光器的主流技术路线,在工业激光器中占比过半。对此值得关注的是,在光纤激光器的生产质检过程中,热成像仪可以发挥极大的应用价值。比如在大功率光纤激光器的制造过程中,严重的缺陷会导致光纤熔接处异常发热,从而对激光器造成损坏或烧掉热点。因此,光纤熔接接头的温度监测是光纤激光器制造过程中的一个重要环节。使用红外热像仪可以实现对光纤熔接点的温度监测,从而判断产品质量是否合格。在光纤激光器生产质检中,热成像还可以如何发力?先简单了解下,光纤激光器的组成和工作流程:注解:单条激光的功率有限。在泵浦和合束器的双重加成下,激光的输出功率会变得更大。在上述流程中,热成像可以有如下应用:① 光纤熔接点质量监测光纤之间会有很多焊接点,光纤熔接处可能存在一定尺寸的光学不连续性和缺陷,借助热成像仪可以监测光纤熔接点的温度有无异常,判断熔接点是否存在缺陷,提高产品质量。② 泵浦检测泵浦在工作时会产生大量热量,其温度会直接影响芯片输出的激光波长,使用热成像仪可以对每台泵的来料进行质量检测,保证激光器质量。③ 合束器检测通过热成像仪,既可以判断合束器温度是否异常,也可以检测合束聚合后,输入和输出光纤受热是否均匀。
  • 新型半导体激光器成功解决激光成像“光斑”问题
    美国耶鲁大学的科学家开发出一种新的半导体激光器,成功解决了长期困扰激光成像技术的&ldquo 光斑&rdquo 问题,有望显著提高下一代显微镜、激光投影仪、光刻录、全息摄影以及生物医学成像设备的成像质量。相关论文发表在1月19日出版的美国《国家科学院学报》上。  物理学家组织网1月20日报道称,全视场成像应用近几年来已经成为众多研究所关注的焦点,但光源问题却一直未能得到解决。这项由耶鲁大学多个实验室合作完成的项目成功破解了这一难题,为激光成像技术大范围的应用铺平了道路。  耶鲁大学物理学教授道格拉斯· 斯通说,这种混沌腔激光器是基础研究最终解决实际应用问题的一个典型范例。所有的基础性工作,都是由一个问题驱使的&mdash &mdash 如何让激光成像技术更好地在现实中获得应用。最终,在来自应用物理、电子学、生物医学工程以及放射诊断等多个学科的科学家努力下,这一问题得到了解决。  此前,科学家们发现激光在成像领域极具潜力。但&ldquo 光斑&rdquo 问题却一直困扰着人们:当传统激光器被用于成像时,由于高空间相干性,会产生大量随机的斑点或颗粒状的图案,严重影响成像效果。一种能够避免这种失真的方法是使用LED光源。但问题是,对高速成像而言,LED光源的亮度并不够。新开发出的电泵浦半导体激光器提供了一种不同的解决方案。它能发出十分强烈的光,但空间相干性却非常低。  论文作者、耶鲁大学应用物理学教授曹辉(音译)说,对于全视场成像,散斑对比度只有低于4%时才能达到可视要求。通过实验他们发现,普通激光器的散斑对比度高达50%,而新型激光器则只有3%。所以,新技术完全解决了全视场成像所面临的障碍。  论文合著者、放射诊断和生物医学助理教授迈克尔· 乔马说:&ldquo 激光斑点是目前将激光技术用于临床诊断最主要的障碍。开发这种无斑点激光器是一项极其有意义的工作,借助这一技术,未来我们将能开发出多种新的影像诊断方法。&rdquo
  • 美建成世界最大激光器
    美建成世界最大激光器 所释能量将震撼世界    经过10余年设计制造、35亿美元投资,美国建成世界最大激光器。   新装置将于6月投入实验。能否借助新装置实现核聚变成为科学家现阶段关注焦点。他们希望,这一装置能把可控核聚变变为“工程现实”。   建成完工   美联社报道,美国能源部定于3月31日宣布,位于加利福尼亚州利弗莫尔劳伦斯国家实验所的“国家点火装置”(National Ignition Facility)已建成合格。   “国家点火装置”激光器占地约一个足球场般大小,由192个激光束组成。每个光束能在千分之一秒的时间内前行1000英尺(合304.8米),同时汇聚到一处橡皮擦般大小的目标上。   “国家点火装置”项目的建造计划于上世纪90年代早期提出,当时预计投资7亿美元,工程1997年正式开工。   项目负责人爱德华摩西说,“国家点火装置”192个激光束产生的能量将是世界第二大激光器的60至70倍,后者位于美国罗切斯特大学。   “这是一个重要里程碑,”摩西说。   美联社说,“国家点火装置”的设计初衷是帮助确保美国“年老”核武器的可靠性。   国家核安全管理局负责人托马斯达戈斯蒂诺说,激光器的建成将确保美国在无需地下核试验的情况下保证核武库的持续可靠性。  开发核能   “国家点火装置”投入科学实验后,预计将于2010年至2012年间收获首批重大实验成果。   利用“国家点火装置”实现可控核聚变是科学家眼下关注焦点。   与核裂变依靠原子核分裂释放能量不同,聚变由较轻原子核聚合成较重原子核释放能量,常见的是由氢的同位素氘与氚聚合成氦释放能量。与核裂变相比,核聚变能储量更丰富,几乎用之不竭,且干净安全。不过,操作难度巨大。   英国广播公司说,当星体内部存在巨大压力,核聚变能在约1000万摄氏度的高温下完成,然而,在压力小很多的地球,核聚变所需温度达到1亿摄氏度。   “国家点火装置”将寄望通过汇聚大功率激光束实现这一高温。   摩西说:“当‘国家点火装置’的所有激光束全力发射,它们将对目标产生1.8兆焦的紫外光能。”   由于激光脉冲持续时间只有数纳秒,这相当于对准滚珠大小般的氢“燃料球”瞬间发电500万亿瓦,比全美用电高峰时期消耗的电能还多。   摩西说,整个过程将创造出1亿摄氏度的高温和数十亿个大气压,使氢同位素的原子核聚变,产生比触发反应所需能量多出数倍的核能。   “能量收益”   能否在核聚变过程中实现“能量收益”是问题的关键。英国广播公司说,此前有实验实现过核聚变,但未能使核聚变释放的能量超过触发实验所需能量。   对此,摩西充满信心。他说:“我们正在实现目标的路上——首次在实验室环境中实现可控、持续的核聚变和能量收益。”   英国广播公司说,“国家点火装置”如果成功,核聚变释放出的能量将达到触发反应所需能量的10倍至100倍。   英国牵头的高能激光项目(Hiper)同样致力于核聚变能量的开发与利用。其项目负责人迈克邓恩说,“国家点火装置”一旦成功,将“震撼世界”,这将标志着激光核聚变从物理学进入“工程现实”。   “这将解决基本物理学问题,”他说,“让整个社会集中致力于利用这类能量。”   邓恩指出,“国家点火装置”每发射一次激光束需间隔数小时,仅能证明核聚变操作的科学性,却不能满足建造“激光核聚变动力工厂的需求”,后者可能每秒钟需完成数次发射。   “这意味着(需要)一种完全不同的激光技术,”他说。
  • 组建物理所第一台激光拉曼光谱仪的历史回顾
    1978年3月18—31日,盛况空前的全国科学大会在北京隆重召开。这次大会标志着对“十年动乱”中遭到严重破坏的科技工作的全面拨乱反正,我国科技事业终于迎来“复苏的春天”,为科技工作的开放和改革打开了大门。正值此时,我正在冶金部钢铁研究总院磁学研究室李学东老师的指导下,进行高性能稀土钴永磁材料研制的毕业实践。在实践中,在李老师理论知识与具体制备工艺的传授下,怀着想把材料磁性能做上去的愿望,我开始了把书本上学到的基础知识落实到解决具体问题的深入学习中,思索着如何将科学知识落实到自己具体的毕业实践的活动中去。通过学习稀土永磁材料中包括磁结构、磁化取向、局域组分涨落和材料缺陷在内的微观不均匀性对宏观磁性的影响及产生大磁晶各向异性结构的微观机制后,为我优化材料质量提供了扎实的理论基础与设计实验工艺的依据。经过半年的实践活动,最终制备出了优异磁性能的永磁材料,并被钢铁研究总院留用。只是,还未去该院正式报到就被要求回中科院重新分配,也因此,我很幸运的于1979年1月从中国科学技术大学毕业之后就踏进了中国科学院物理研究所大门,分配在物理所磁学研究室的“微波铁氧体磁性研究组(205组)工作”(后改为“布里渊散射与表面增强拉曼散射研究组”),为我从事磁光光谱技术和光散射光谱的研究工作奠定了职业基础。从业过程中,先后受到组长张鹏翔、贾惟义等老师们和 G.Guntherodt、J.R.Sandercock等国外名师的知识传授与技术指点,为我做好固体光散射研究与光谱技术研发打下了坚实的基础。几十年来,在物理所各级领导的支持和老师、同事的帮助下,从对光散射学问一无所知的门外汉逐步成为一名从事光散射领域研究的专业人员。由于各种不同的原因,我的老师们和同事们先后离开了物理所或离开了这个研究室,我从1992年起直至退休,无论在暂时负责拉曼与荧光公共实验室工作,到负责构建并且主持物理所技术部分析测试部的工作,都是凭借自己在长期实践工作中积累的理论与技术能力,带领本部门同事,在完成公用测试服务的同时,积极申请包括“973”、“863”、国家重大科学仪器研发项目、国家基金项目、及包括中科院和物理所在内的各类科学研究与技术研发项目,提高了个人及团队的研究和研发能力,实现了持续的发展。把分析测试部建设成了一个测试技术高超,光谱测试设备精良,协作共用资源共享,为院所科研测试服务、又面向社会开放的专业测试中心。期间是我冒着巨大的风险和压力,以个人借贷的方式自筹了大量的经费为主,科研经费投入为辅,在升级改造旧有设备的同时,先后购置了世界上技术指标最先进、测试功能最齐全的各类光谱仪,实现了在同一实验室内同时拥有完整、先进成套的振动光谱学方面的专用仪器和相应各种极端条件(低温,电场、磁场和高压)下的测量附件,如显微/宏观共焦光路拉曼散射光谱仪、显微/宏观共焦光路布里渊散射光谱、时间分辨光致发光光谱仪、显微/宏观共焦光路的时间分辨傅里叶变换红外光谱仪等设备,使分析测试部在公用测试和科研工作方面发挥出了越来越重要的作用,并在国内外享有良好声誉。同时,我在多年晶体的光学/声学声子和自旋波的光散射光谱学的研究中,不仅掌握了拉曼/布里渊散射等的技术,并且对光与物质中各类元激发及它们相互作用规律的认识愈益深入,做出一些有影响的研究工作。今年恰逢第一届全国光散射大会召开和物理学会光散射专业委员会成立四十周年。物理所是国内最早开展光散射研究的单位之一。在1980年7月中科院与西德马普学会联合举办的“固体物理与能谱”暑期学习班期间,以张鹏翔老师为主,联合全国相关科研单位专业积极分子,发起了成立专门的全国性专业学术组织和召开全国学术交流大会的倡议,以此推动中国光散射事业的持续发展。那时我作为张鹏翔老师的助手,参与筹备了第一届全国光散射大会(简称厦门会议)至第六届全国光散射大会(简称黄山会议)有关的事务性工作。期间我也有幸结识了一些值得我一辈子学习和求教的老师们,更见证了大家对事业的热爱,以及有梦想、能坚持的科学精神。在1981年7月22日和1981年10月19日,分别在物理所召开了“第一届全国光散射大会”第一次和第二次筹备会,成立以中科院物理研究所所长管惟炎院士为组长,厦门大学副校长蔡启瑞院士为副组长的10人会议领导小组,决定由厦门大学主办“第一届全国光散射大会”。大会于1981年12月19日至25日在厦门鼓浪屿宾馆顺利召开,经与会全体代表的建议和充分的酝酿后,形成了成立第一届光散射专业委员会的成员名单和相应的章程。1982年,中国物理学会和中国科学技术协会批准此项提议。由著名物理学家、中科院半导体研究所所长黄昆院士出任第一届中国物理学会光散射专业委员会主任委员,中科院物理所张鹏翔任第一任秘书长。张鹏翔老师连任第二届专业委员会秘书长和第三届专业委员会副主任。刘玉龙任第五届、第六届专业委员会秘书长,第七届专业委员会主任。刘玉龙分别协助以第五届专业委员会主任委员田中群院士、第六届专业委员会主任委员李灿院士为首的专业委员会,与四川大学龚敏教授和杨经国教授为主的《光散射学报》编辑部一起努力奋进,在原有办报的基础上,除在争取增加稿源和提高论文质量上下功夫外,还狠抓提高学报的出版质量,在全体光散射同仁们的努力下,最终在2008年将《光散射学报》带进北京大学图书馆的“中文核心期刊”体系。我作为中国改革开放及中国光散射事业蓬勃发展四十年的见证者、受益者和幸运参与者,经过四十年的岁月磨练,我从懵懂的青涩到朝气蓬勃的青春,走过了沉着稳健的成熟,印记上了已知天命的沧桑。今天仅以开始参与组建物理所第一台拉曼光谱仪的片段纪念自己从业光散射的四十年,并与大家分享。在那国家百废待兴之时,人才的缺乏是影响我国科学技术发展的最大阻碍。因此,中科院和物理所领导为加强院、所科研人员的基础科学研究水平,举办了各类专业理论与实验学习班。我有幸参加了物理所在1979年春天举办的“固体基础理论与元激发”学习班和1980年7月中科院与西德马普学会联合举办的“固体物理与能谱”暑期学习班。其中涉及传授晶格(分子)振动理论与实验内容的老师,分别是中科院物理所的顾本源老师、德国科隆大学第二物理所的 W.Dieterrich 教授和 G.gunterodt 教授。是这几位拉曼散射领域中的前辈把我带进入了晶格(分子)和固体元激及它们相互作用光谱学这个当时在国内还算比较新的知识领域。这几位教授渊博的固体物理和元激发理论科学知识、开阔的学术研究视野、深厚扎实的数理化知识功底、及精湛的实验技能,都体现在利用新的科学仪器开展前沿科学研究成果上,让我大开眼界,受益匪浅。学习期间,我经常主动向老师们请教和提问,获得了他们热情的帮助和鼓励。 G.Gunterodt教授向我介绍了他讲课内容主要源于由W. Hayes等人撰写的《Scatteringof Light by Crystals》专著,并且真切地告诫我想当专业学者的话,它是一本值得必读和读懂的专著之一。顾本源老师把他自己编写的《固体光散射》的讲义赠送给了我,日后又将他主持翻译英国科学家 D.A. Long 教授撰写的《Raman Spectroscopy》原著的中文版书籍赠送给我了。这些教授尤其是顾本源教授,都成为我光散射研究事业行进中的良师益友。他们传授的知识结晶和赠送的讲义与书籍,一直是我在研究工作中探索科学知识和求解问题的源泉之一(见图1)。老师们的教诲和帮助使我清楚的认识到,虽然光散射是一个老学科,但伴随现代科学技术的发展,既可以革新方法,又可以拓宽学科而可获持续发展的学问与技术,其未来发展和理论影响,以及实用价值尚不可估量。这些因素奠定了我想在光散射科学研究的道路上寻找发展方向的机会,但也明白开展实验科学研究获得研究结果与需要有相应先进的科学仪器密不可分的道理。据了解,从20世纪70年代初期,物理所多个研究室均提出进口拉曼光谱仪的要求,但受各种因素所限,一直未能如愿。当时为也曾为所内不具备开展基础性光散射实验的条件而陷入困惑和痛苦中。图1. 我最早读过的相关光散射的书与资料20世纪70年代末,因张鹏翔老师在德国马普金属研究所做访问学者时,曾有过布里渊散射研究的经历,并率先进行了金属非晶态中的自旋波和声子的布里渊散射研究,研究结果受到科学界的关注和好评。他作为学有所成的中青年科研骨干而获得优先发展的机会。在1980年8月,张鹏翔研究组获得一台东德蔡司光学仪器公司制造的双光栅单色仪(GDM-1000),这为组建拉曼光谱仪提供了必不可少的核心部件。当时我心中涌现的那种如获至宝的喜悦,真的是不能用语言来表达的。以张鹏翔老师为组长,王焕元、刘玉龙和曹克定3人为组员,成立了用GDM-1000为主要核心部件的拉曼光谱仪的研制小组。考虑到许多固体拉曼光谱研究需要在不同的物理环境下进行,对增设变温、磁场、电场,和加压装置提出了要求。因此,除组建拉曼光谱仪需求五大部件外,还将建立相应的低温/高温、磁场/电场,和高压装置进行了工作部署,依据专业、年龄、和责任的分工,小组成员的具体分工如下:刘玉龙具体负责:1)收集散射散射光的样品台设计和加工;2)激光器购置、激光器架与光学转换架的设计与加工;3)用于光散射测量的低温杜瓦改造与安放架及电场、磁场装置设计加工与安放;4)探测器中光电倍增管(PMT)的制冷腔体设计与加工,及其给GDM-1000配用光子计数器系统的调试。曹克定具体负责:1)放置整套光谱仪刚性平台的设计与加工;2)给PMT腔体制冷电源与控温系统的设计与加工;3)低温杜瓦瓶的变温控温电源、及电场/磁场控制电源的设计和加工。张鹏翔和王焕元参加光谱仪整机集成调试并且负责光谱仪技术指标的验收,及实验研究内容。我从一个连拉曼光谱仪模样都没有见过的门外汉,开始只能从调研的文献中看图解,去了解和解析收集散射光光路的原理,及其各部件和元件的作用和要求和功能。我们是从事磁性材料与特性的研究组,几乎就没有任何光学设备和元件,我开始到所内不同研究室,尤其是光学研究室中去收集不同焦长、不同直径的单透镜,和不同孔径比的复合透镜组、偏振片和大大小小的反射镜。当年也没有像如今有不同种类、规格齐全的精密光学调节架可买,而是利用别人多余的,闲置不用的各种光学支架来装配各种光学元件。用大把的“娃娃泥”分别把复合透镜组、单透镜、反射镜、和偏振片沾黏到各类不同的光学支架上,起到固定作用。应用简单的几何光学成像原理知识,花费大约三个月的时间,一套简易、实用的可做背向散射、直角散射配置的拉曼散射光收集系统初步建成。这是我入职后第一次通过图纸设计变成组建拉曼光谱仪上的核心部件之一。再有将原来只能把样品泡在液氦(4.2K)做低温核磁共振测量的玻璃杜瓦瓶,通过再设计一个正方形柱状石英管,用于隔离样品与液氦直接浸泡而不能变温。在放置样品的部位加装了加热电热丝,通过控制电流大小实现了对样品从4.2K-300K 的变温。以此类推,用实验室或研究所已有的设备,经过适当的改造,我们仅用半年左右的时间,成功组建了物理所第一台配备了二个激光激发波长(氦镉激光器-441nm,氦氖激光器-633nm),及带有变温控制(4.2K-300K)、和磁场控制(0-0.7T)、电压控制(0-3kV)装置,及可做两种散射配置的激光拉曼光谱仪系统。这台激光拉曼散射光谱仪的组建成功,为物理所固体拉曼散射和表面增强拉曼散射(SERS)实验研究拉开了帷幕,许多样品的拉曼光谱实验研究都是从这台激光拉曼光谱仪开始的(见图2)。图2.在与老师们和同事们的共同努力下,完成了物理所第一台拉曼光谱仪的组建,并开展实验研究该光谱仪研制与实验研究结果均在全国第一届光散射大会上进行了报告,与会代表认为这是一台已有较高技术水平的拉曼光谱仪,做出的实验结果在当时算有较高研究水平的。例如,1981年,我参与了由王焕元、张鹏翔和庞玉璋为主的SERS实验研究,观测到电化学池中不同粗糙度的电极表面与在施加不同电压下表面吸附吡啶分子而增强的拉曼散射光谱。这是中国首例有关SERS的研究报告。由此,在物理所开辟了一个新的光散射研究领域。在1988年前,本研究组有关SERS的研究获得国家发明专利1项,在国内外SCI学术刊物上发表了80篇论文,并为国内外同行所引用。表面增强拉曼散射的机制和应用研究项目获得1989年中科院自然科学三等奖。其中获奖的大部分实验数据是在这台光谱仪上获得的。另外,本研究组许多晶体的声子和电子的拉曼散射实验均在这台光谱仪上完成,如掺杂系列的石榴石晶体(YIG,Bi-YIG,In-BCVIG,GGG,),取得了有意义的结果。所内外一些科研院校的研究团队也借助这台光谱开展了实验研究,取得了一些有意义的结果。例如,物理所李萌远院士在这台光谱仪上,开展了对电场下-LiIO3 单晶的拉曼散射研究时,首先发现当沿晶体的c轴加静电场时,除了-LiIO3 单晶的拉曼模式外,还出现了一个随施加电场强度而出现的拉曼模式,也称“串线”, 该峰强度随电场而改变。通过理论分析认为,这是由于离子输运引起的空间电荷涨落,使-LiIO3 极化率张量和拉曼张量主轴方向发生涨落所致。更值得一提的是,在1988年前,张鹏翔等其他老师利用这台光谱仪,培养了本所,以及与外单位联合相关SERS研究的硕士和博士研究生约20余人,当年培养的学生有的已经成为国内光散射研究领域的骨干人物。从我开始参与组建物理所第一台拉曼光谱仪至今,四十多年已经过去了。当年自己刚从事光散射研究和技术工作不久,对拉曼散射原理及在研究固体物理和元激发应用的认识和理解不深。前期开展拉曼散射实验是介入老师们的研究课题,是他们带着我边干边学,这为我在固体的拉曼光谱研究方面的进步打下了良好的基础。在组建光谱仪的学习与实践的过程中,我也领悟了先进的科研仪器对固体物理及材料学基础研究的重要作用,学会了独立思考寻找重要科学问题和解决问题的能力, 写下了大量的实验分析、技术改进的总结和建议(见图3),树立了要加强培养自己独立科研工作的信心,也进一步理解了耐心、缓慢、坚持、少量、精细、极致的工匠精神,同时加深了对实验技术研究的兴趣和热情,更坚定了要利用好光谱仪现有性能和功能,及发展新的高端仪器用于科学研究工作的决心。图3.早年写过的仪器组建总结报告、实验结果与技术改进的分析报告四十年的时光如一把无情的刻刀,公正地雕刻着包括自己在内的每一个人的模样,一切记忆犹新。四十年的失败与成功,四十年的辛酸与欣喜,四十年读过的书,走过的路,遇到的人,做过的事,这些都决定了我的人生视野,也构成了我自己勤奋好学、吃苦耐劳、热心助人、踏实做事、淡薄名利、不卑不亢,永不作假的人生格局。由于此心得体会起草晚,时间紧迫,难免有用词不当,或错误的地方,请大家批评指正。谢谢大家! (作者:中科院物理研究所 刘玉龙 研究员)
  • 美造出最小和最高效的无阈值激光器
    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)
  • 我国光纤激光器实现新突破 优于国际同行
    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。
  • 欧盟拟制造史上最强激光器
    据英国《新科学家》杂志4月25日报道,欧盟通过了一项研究计划——极光基础设施(ELI),支持科学家建造三台可合起来使用的激光器,其中每台激光器都会让现有激光器相形见绌。这三台激光器有望于2015年问世,该计划的成功将会为建造更强的激光器(其能将“虚拟”粒子从时空空白处中拉出)奠定基础。  这三台新激光器将于2015年分别建在捷克、匈牙利和罗马尼亚。每台激光器将发出强度高达10拍瓦(petawatt,1拍瓦=1015瓦)的脉冲,其强度是现有激光脉冲的几百倍。  这种激光脉冲的持续时长仅为1.5×10-14秒,比光通过发丝直径的长度距离所需时间的十分之一还少。因为这种脉冲如此短暂,它们所包含的能量少于美国国家点火装置(NIF)的激光脉冲(其持续时长为2.0×10-8)所拥有的能量。但在这稍纵即逝的瞬间,ELI脉冲产生的能量却是NIF的20倍。  《激光世界》杂志报道称,每台激光器的造价约为4亿美元,由于设计细节各有不同,因而可用于进行不同的高能物理实验,包括使用激光脉冲给粒子加速、研究原子核以及产生更短暂的脉冲来研究原子内部极快事件的动力学原理等。  如果一切进展顺利,第四台激光器将“应运而生”。该项目协调人、法国超快光学研究所所长杰拉德莫瑞希望,第四台激光系统最终能达到的强度能使“虚拟”粒子出现在现实中。
  • 首块激光器和光栅集成的硅芯片问世
    据美国物理学家组织网8月10日(北京时间)报道,新加坡数据存储研究所的魏永强(音译)和同事首次构建出一种由一个激光器和一个光栅集成的新型硅芯片,其中的光栅能让光变得更强并确保激光器输出1500纳米左右波长的光,而通讯设备标准的操作波长正是1500纳米。  光纤在传输数据时需要让不同波长的激光束同时通过,但这些不同波长的光波容易相互串扰,因此需要对激光器进行精确谐调,让其发出特定波长的光以避免这种串扰。使用光栅可以解决这个问题。  科学家们之前使用传统方法试图将一个激光器和一个光栅集成于一块硅芯片中,但都没有获得成功。激光器一般由几层半导体薄层构成,而光栅则由硅蚀刻而成,所有的材料都必须精确地对齐。传统的方法是,将激光器和光栅种植于一块独立的半导体芯片上,整个过程大约需要50多步,而且要求硅晶表面的粗糙度非常低,小于0.3纳米。  在新硅芯片中,激光器置于一面镜子和一个弯曲的光栅之间。光栅就像一块具有选择能力的镜子,仅仅将某一特定波长的光反射回激光器中,这样就制造出了一个光共振腔,使激光活动只针对特定波长,因此提供了通讯领域要求的精确性。  魏永强对这款新芯片进行测试后发现,其性能优异,发出光的功率为2.3毫瓦,而且只发出特定波长的光。  魏永强表示:“从实际应用角度来考虑,我们需要将多光源激光器集成在一块芯片上,因此将多个激光器和光栅整合在一块硅芯片上将是我们下一步面临的挑战。我们计划通过利用能处理更广谱波长的同样的光栅结构来按比例扩展最新的单波长激光器。新设备标志着我们很快就能对集成在单硅芯片上的通讯设备进行商业化生产。”
  • 陕西省高功率激光器及应用产业联盟成立
    3月26日上午,由陕西省发展和改革委员会主办,中国科学院西安光学精密机械研究所、陕西电子信息集团、西安炬光科技有限公司等单位承办的“陕西省高功率激光器及应用产业联盟成立揭牌暨项目签约仪式”在西安光机所隆重举行。陕西省副省长吴登昌、陕西省决策咨询委员会副主任崔林涛、中国科学院院士侯洵、中国科学院院士姚建铨以及陕西省、西安市政府有关部门领导,该产业联盟所有成员单位代表等共400余人出席了揭牌暨项目签约仪式。  为了贯彻落实《关中——天水经济区发展规划》,以建设西安统筹科技资源改革示范基地为契机,中国科学院西安光机所、陕西电子信息集团、西安炬光科技有限公司等三家单位发起组建陕西大功率激光器及其应用产业联盟的倡议。倡议指出,陕西在大功率激光器产业的技术和产业配套等方面具有较好的基础,为集群形成和发展提供了良好的条件,但还存在着产业分散、关联度低等问题,在一定程度上制约了全省大功率激光器产业的发展。因此,为大力促进我国大功率激光器产业快速发展,组建陕西大功率激光器及其应用产业联盟将刻不容缓。  在陕西省发改委等单位的大力支持下,目前陕西省高功率激光器及应用产业联盟已集合了全省在该领域中的近20家企业、大专院校和科研单位入盟。通过整合资源,并充分利用中国科学院西安光机所和西安炬光科技有限公司在高功率半导体激光器领域的技术、人才和产业等优势,建设陕西省激光产业集群,打造一条技术领先、产业集聚、竞争力强的全新的产业链,以加快培育战略性新兴产业,推动结构调整和发展方式的转变。  在本次签约仪式上,西安炬光科技公司与国投高科技投资有限公司签署了战略投资协议 与美国知名的激光器制造企业阿波罗公司(Apollo Instruments)签署了“光学整形与光纤耦合业务收购协议” 与西安光机所签署了“激光投影仪项目协议”,同时还与在陕的工业加工、医疗设备、科学研究等十余个激光器应用企事业单位签约了投融资项目和产品研发项目,总额近2亿元。  大会期间,陕西省发改委副主任张振红代表省发改委宣读了“关于成立陕西省高功率激光器及应用产业联盟的复函” 中国科学院西安光机所所长赵卫代表陕西省高功率激光器及应用产业联盟在大会讲话 陕西省副省长吴登昌、陕西省决策咨询委员会副主任崔林涛、中国科学院院士侯洵、中国科学院院士姚建铨为联盟的成立共同揭牌。
  • 澳开发出能量更强单原子激光器
    据美国《每日科学》网站3月31日报道,澳大利亚因斯布鲁克大学研究小组最新实现的更高能量单原子激光,不但具有传统激光器的属性,还展示了单个原子相互作用的量子力学性质。  在传统型激光器中,光学性质活跃的物质被放置在两面镜子之间的一个空腔内,然后用电流或另一束激光将其激发。光学性质活跃的物质所发射出的光子被反射再次穿过物质,会激发更多光子的发射,最终产生激光。系统中单个电子或光子的量子涨落对整个激光器几乎没有影响。  单个原子激光器,其激光出自于单个原子。首先对于激光系统性能而言,其工作阈值条件具有非常重要的意义。因斯布鲁克大学的科学家瑞纳布拉特与皮特施密特领导的研究小组,展示了激光阈值高度完美化的最小可能:单个原子可在光学腔中单模交互。被“囚禁”在离子阱中的单一钙离子,因接受外部激光刺激而活跃,释放出一个光子。由两面镜子组成的高精度光学腔,能捕捉并聚集该光子,离子循环的每个周期都有一个光子被添加到腔洞系统中,使光线得以增强。  单原子激光器可促进人们了解单个原子与单个光子之间的相互作用,由单原子激光器产生的非经典光将实现对光子流量的精细控制,在光子信息工程中具有很大的应用前景。自1958年研制成功以来,激光就被冠以“最快的刀、最准的尺”之名。但现今的这项技术正在将此概念延伸到一个全新的领域。  该项成果发表于最新一期《自然物理学》杂志上.
  • 发扬奋斗精神,建造光纤激光器最强“心脏”
    光纤激光器被称为第三代激光器,其中“高性能稀土掺杂石英光纤”作为光纤激光器的“心脏”被列入国家战略性先进电子材料。其制备技术和产品长期被国外垄断,成为制约中国高功率光纤激光器发展的“卡脖子”元件。   从本世纪初,为解决我国高功率光纤激光器的稀土掺杂激光光纤“卡脖子”难题,为追赶我国在稀土掺杂激光光纤方面与国际先进水平差距,单元技术实验室胡丽丽研究员组织研究团队开展光纤研制工作和平台建设,创建了溶胶凝胶结合高温烧结制备稀土掺杂石英玻璃的新方法,阐明了稀土离子掺杂石英玻璃的发光、光学性能与局域结构的关联,并建立了相互作用的结构模型。提出了MCVD结合纳米溶胶液浸泡制备高掺杂离子分散性光纤预制棒的新思路,全面攻克了万瓦级光纤高效、高稳定性及高可靠性的技术难题,批量研制的光纤在GF和工业领域实现近万台套的规模应用。2011年以来胡丽丽研究员带领激光光纤研究团队持续开展稀土掺杂石英玻璃结构与性能的基础研究、大模场掺镱光子晶体光纤、大模场高功率包层结构稀土掺杂石英光纤、耐辐照稀土掺杂石英光纤等的研制,打破了国外对我国高功率激光光纤的垄断,解决了我国高功率光纤激光器关键元件国产化“卡脖子”问题。满足了高功率光纤激光器对核心元件的重大需求,为我国实现高功率光纤激光器最强“心脏”自主可控做出了重要贡献。   近十年来,胡丽丽研究员带领团队不断探索和总结,撰写了《稀土掺杂石英光纤及应用》著作,由上海科学技术出版社出版,并面向国内外发行。该著作获2022年度国家科学技术学术著作出版基金资助出版,获评2023年2月榜“世纪好书”。   作为第一完成人和突出贡献者,胡丽丽研究员获2016年上海市技术发明奖特等奖一项、2017年国家技术发明奖二等奖一项、2022年中国科学院杰出科技成就奖一项,获“全国三八红旗手”“上海市第十六届十大科技精英”等荣誉称号。
  • 我国高功率拉曼光纤激光器研究取得进展
    近期,中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息技术研究中心冯衍研究员领衔的课题组,在高功率拉曼光纤激光器研究中取得新进展。提出了一种镱-拉曼集成的光纤放大器结构,有效地解决了拉曼光纤激光器功率提升的主要技术瓶颈问题,在1120nm波长,首次获得580W的单横模线偏振拉曼光纤激光和1.3kW的近单模拉曼光纤激光输出。  近年来,高功率光纤激光器发展迅速。1&mu m波段的掺镱光纤激光器,近衍射极限输出功率可达20kW,多横模输出功率可达100kW。尽管如此,稀土掺杂光纤激光器的输出波长,因稀土离子能级跃迁的限制,仅能覆盖有限的光谱范围,限制了其应用领域。基于光纤中受激拉曼散射效应的拉曼光纤激光器是拓展光纤激光器波长范围的有效手段。  该项研究中,在一般的高功率掺镱光纤放大器中注入两个或多个波长的种子激光,波长间隔对应光纤的拉曼频移量。处于镱离子增益带宽中心的种子激光率先获得放大后,在后续光纤中作为泵浦激光对拉曼斯托克斯激光进行逐级放大。初步的演示实验获得了300 W的1120nm拉曼光纤激光输出 接着采用较大包层(400&mu m)的光纤,获得了580W的单横模线偏振拉曼光纤激光和1.3kW的近单模拉曼光纤激光输出。结果发表于《光学快报》(Optics Letters)和《光学快讯》(Optics Express) [Opt. Lett. 39, 1933-1936 (2014) Opt. Express 22, 18483 (2014)]。鉴于目前高功率掺镱光纤激光器均采用主振放大结构,新提出的光纤放大器结构可用于进一步提升拉曼光纤激光的输出功率。初步的数值计算也表明,该技术方法有望在1~2&mu m范围内任意波长获得千瓦级激光输出。  该项研究得到了中国科学院百人计划、国家&ldquo 863&rdquo 计划、国家自然科学基金等项目的支持。   千瓦级掺镱-拉曼集成的光纤放大器结构示意图  输出功率随976 nm二极管泵浦功率的变化曲线,其中的插图为最高输出时的光谱。
  • 亚赫兹激光器与超窄线宽测量技术
    成果名称亚赫兹激光器与超窄线宽测量技术单位名称北京大学联系人马靖联系邮箱mj@labpku.com成果成熟度□研发阶段 &radic 原理样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产成果简介:超窄线宽激光是光通信、光传感、高精度光谱学等应用中的一个关键技术,也是一些基本物理参数测量的重要工具,而超窄激光线宽测量是实现超窄线宽激光器所必需的辅助技术。在&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金第三期项目中,北京大学信息学院李正斌教授申请的&ldquo 亚赫兹激光器与超窄线宽测量技术研制&rdquo 项目提出并研究了一种获得窄线宽激光器的新机制,即光路分形结构机制。课题组前期的实验发现,在单环有源光纤谐振腔中引入光路分形结构能够获得类似多谐振环耦合的特性,与相同长度的光纤谐振腔相比,其输出激光线宽明显变窄。基于这一发现,课题组在第三期基金的经费资助下,开展了深入的研制工作。其工作主要包括:(1)以理论与实验相结合为手段,以光纤结构为对象,探索利用光路分形结构设计和实现单纵模输出、高频率稳定、线宽赫兹(Hz)以下量级的超窄线宽激光器的原理和方法,并获得原理样机;(2)利用互拍以及光域鉴频的技术设计并搭建超窄线宽激光器的测试平台,实现赫兹(Hz)以下量级超激光线宽的测量。应用前景:目前,该项目主要工作已经顺利完成,项目成功通过验收。其研究成果为获得超窄线宽激光器提供新途径,也为光通信、光传感等研究和应用提供了新的手段,相关技术处于成果转化阶段。
  • 我国高功率全固态激光器成功实现应用
    工欲善其事,必先利其器。高功率全固态激光器技术就是先进制造领域的一把利器。长期以来,国外在高功率激光技术领域一直对我国实行严密的技术封锁,严重制约了我国先进制造领域工业关键激光成套装备的发展。为摆脱我国在这一技术领域的长期被动落后局面,抢占战略主动权,自&ldquo 十五&rdquo 开始,863计划持续对该项技术进行大力支持,经过多年攻关,相继突破3kW、4kW、6kW和8kW的激光输出,到&ldquo 十一五&rdquo 中期,成功研制了具有完全自主知识产权的工业级5KW全固态激光器,打破了国际禁运。  为加速成果转化应用,&ldquo 十二五&rdquo 期间,863计划继续设立&ldquo 先进激光材料及全固态激光技术&rdquo 主题项目,中国科学院半导体研究所牵头承担,以工业应用需求为导向,研制系列化的高稳定、高可靠的工业级全固态激光器及其装备,并在激光焊接、表面处理等领域实现产业化应用。目前,在项目研究成果基础上,我国首个具有自主知识产权的高功率全固态激光器生产线已在江苏丹阳建成,并实现批量生产 在汽车零部件激光焊接领域,自主研制的全固态激光器成功打破国外垄断,实现了产业化应用突破,自2012年以来,已为奇瑞汽车焊接了超过10万套自动变速箱的核心部件,为北京奔驰汽车焊接了近3万套天窗 攻克无预热情况下的激光熔覆防微裂纹、微气孔等核心技术,为全球第三大石油装备制造商威德福公司成功研制出超高耐磨转井部件,实现威德福首次将该类高难度核心部件从英国的剑桥转移到亚洲进行生产。  经过863计划长期的持续支持,我国的高功率全固态激光器产品已初步形成了从自主研制激光器到成套装备集成再到应用的完整产业链。随着我国激光技术的不断进步,更多的高功率全固态激光器产品走上成熟的工业化进程,将为提升我国先进制造产业核心竞争力,扭转关键成套装备基本依靠进口的被动局面,加强国防建设提供有力的装备保障和技术支撑。
  • 中科院长春光机所有机激光器研究获进展
    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。/pp  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)。/pp  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。/pp  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。/pp  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。/pp style="text-align: center "img title="001.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201802/noimg/b010f5ab-c140-4f73-982f-1035b85305f0.jpg"//pp 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/pp 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/pp 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
  • 首个气流调谐液滴激光器出现
    荷叶沾水珠而不湿,日本科学家借助这一“荷叶效应”,利用简单的方法,制造出了一种新型离子液滴,这种微滴可用作灵活、持久而可调谐的激光器。与现有不能在大气中工作的“液滴激光器”不同,最新进展有望使激光器在日常环境中使用,从而催生出更便宜的光纤通信设备。相关研究刊发于最近的《激光与光子学评论》杂志。荷叶具有显著的自洁特性,在荷叶表面,水滴不会变平,而是会形成近乎完美的球体并滚落,带走灰尘。这种“荷叶效应”由叶片内的微小突起造成。在最新研究中,筑波大学科学家利用人工“荷叶效应”,创造出了可以像激光一样工作的液滴,而且,这种液滴激光器可在长达一个月的时间里保持稳定,而目前的“液滴激光器”不能在开放环境条件下使用,只能将其封闭在容器内,否则它们会蒸发。在新研究中,科学家将名为“1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐”(EMIBF4)的离子液体与一种染料混合,使其成为激光介质。之所以选择这种液体,是因为它蒸发得非常缓慢,并且具有相对较大的表面张力。然后研究团队在石英衬底上涂上微小的氟化二氧化硅纳米颗粒,使其表面排斥液体。当EMIBF4沉积其上时,液滴几乎能完美地保持球形,持续时间长达30天。研究人员表示,数学计算显示,即使暴露在气流中,这种新液滴的理想形态和光学性质也会保持不变。据目前所知,这是第一个可通过气流调谐的液体激光振荡器。此外,研究人员利用3D打印方法,打印出了这种液滴激光器,且打印出来的液滴阵列无需进一步处理即可工作。研究团队指出,这种产品具有高度的可扩展性和易用性,很容易用于制造廉价的传感器或光通信设备,有望催生更灵敏的气流探测器或更便宜的光纤通信设备。
  • 国家科技支撑计划工业激光器项目通过验收
    国家“十一五”科技支撑计划项目“工业激光器及其成套设备关键技术研究与应用示范”6月10日通过了科技部验收。这一项目的成功实施,彻底改变了我国高端激光装备依赖进口、核心技术和知识产权受制于国外的局面。  由中科院院士姚建铨等组成的验收专家组认为,此项目攻克了气体流动与交换、光腔结构、射频激励、光子暗化、侧边耦合、声光调制等关键技术。开发的高功率轴快流CO2激光器、射频板条CO2激光器及系列光纤激光器,填补了国内空白,部分指标达到国际一流水平,提升了我国激光产业的核心竞争力和国际地位。开发的大幅面数控激光切割机、激光拼焊设备和系列激光精密微细加工机等8种激光加工装备,提升了我国高端激光加工装备的制造能力。
  • 《自然》:世界最小纳米激光器在美问世
    研究人员最近展示了一种有史以来最小的激光器,其包含一个直径仅为44纳米的纳米粒子。该器件因能产生一种称为表面等离子的辐射而被命名为“spaser”。这项新技术可允许光子局限在非常小的空间内,一些物理学家据此认为,就像晶体管之于现今的电子产品,spaser也许将成为未来光学计算机的基础。 美国诺福克大学材料研究中心物理学教授米哈伊尔诺基诺夫表示,现今最好的消费电子产品可在大约10吉赫兹的速度上运行,但未来的光学器件的运行速度可达到几百太赫兹范围。一般来说,光学器件难以实现小型化,是因为光子无法限定在比其一半波长更小的区域内。但以表面等离子形式与光作用的器件就能将光限定在非常紧密的位点上。 诺基诺夫说,目前科学家们正在基于等离子的新一代纳米电子设备的理论研究上努力探索。与以前的其他等离子器件不同的是,spaser能有效地产生和放大这些光波。诺基诺夫及同事在近期的《自然》杂志上发表了此项研究成果。 spaser包含一个直径仅为44纳米的单纳米粒子,激光器的其他不同部分的功能则与常规激光器无异。在普通激光器中,光子通过可放大光线的增益介质在两个镜面间反弹。而spaser中的光则围绕一个等离子形式的纳米粒子核中的金球表面进行反弹。 此中的挑战是确保这种能量不会快速从金属表面消散。诺基诺夫及其团队通过在金球上喷涂嵌有染料的硅层来实现这一要求。硅层可作为增益媒介。来自spaser的光可作为等离子体保持在限定区域,亦可作为可见光范围的光子离开粒子表面。像一个激光器一样,spaser必须“泵”入必要的能量,研究人员利用光脉冲轰击粒子来达到这个目的。 常规激光器的大小取决于其使用的光波长,反射面间的距离不能小于光波长的一半,在可见光范围大约为200纳米。spaser则是利用等离子体解决了此局限。诺基诺夫说,spaser也许将能做到一个纳米大小,但任何小于这一尺寸的纳米粒子,其功能就会丧失。 美国乔治亚州大学物理学教授马克斯托克曼称,和目前最快的晶体管相比,spaser虽具有同等的纳米尺度,但其速度要快上1000倍,这为制造速度超快的放大器、逻辑元件和微处理器提供了可能。 诺基诺夫则表示,spaser不仅能在光子计算机领域找到用武之地,也能在现今使用常规激光器的领域得到应用。更为现实的应用领域就是磁性数据存储业。现今用于硬盘的磁性数据存储介质已达到其物理极限,扩展其存储能力的方法之一就是在其记录过程中用非常小的光点对介质进行加热,而这必须使用纳米激光器才能做到。
  • 硅表面生长纳米激光器技术问世
    据美国物理学家组织网近日报道,美国加利福尼亚大学伯克利分校科学家利用新技术直接在硅表面生长出了极微小的纳米柱,形成一种亚波长激光器,这一成果将为制造纳米光学设备如激光器、光源检测仪、调制器、太阳能电池等带来新的突破。  硅材料奠定了现代电子学的基础,但它在发光领域还有很多不足之处。工程人员转向了另外一族名为III-V半导体的新材料,以此来制造光基元件,如发光二极管和激光器。  加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员通过金属—有机化学蒸发沉积的方法,在400摄氏度条件下,用一种III-V族材料铟镓砷在硅表面生长出纳米柱。这种纳米柱有着独特的六角形晶体结构,能将光线控制在它微小的管中,形成一种高效导控光腔。它能在室温下产生波长约950纳米的近红外激光,光线在其中以螺旋形式上下传播,经过光学上的相互作用而得以放大。  研究人员指出,将III-V和硅结合制成单一的光电子芯片面临的最大障碍是,目前制造硅基材料的工业生产设备无法与制造III-V设备兼容。“要让III-V半导体在硅表面上生长,与硅制造设备兼容是关键,但由于经济和技术方面的原因,目前的硅电子生产设施很难改变。我们选用了一种能和CMOS(互补金属氧化半导体,用于制造集成线路)兼容的生长工艺,在硅芯片上成功整合了III-V纳米激光器。传统方法生长III-V半导体,要在700摄氏度或更高温度下进行,这会毁坏硅基电子元件。而新工艺在400摄氏度下就能生长出高质量III-V材料,保证了硅基电子元件正常发挥功能。”主要研究人员、加州大学伯克利分校电学工程与计算机科学教授康妮张-哈斯南说。  张-哈斯南还指出,这种亚波长激光器技术将对多科学领域产生广泛影响,包括材料科学、晶体管技术、激光科学、光电子学和光物理学,促进计算机、通讯、展示和光信号处理等领域光电子学的革命。“最终,我们希望加强这些激光的特征性能,以实现光子和电子设备的结合。”
Instrument.com.cn Copyright©1999- 2023 ,All Rights Reserved版权所有,未经书面授权,页面内容不得以任何形式进行复制