组搭激光稳定系统

据英国国家物理实验室（NPL）网站报道，NPL、英国空间署（UKSA）和欧洲空间局（ESA）正为未来的太空任务开发超稳定激光器和光学时钟，以改进未来的导航和计时。NPL的立方腔专利设计使光学腔的频率稳定性对振动高度不敏感，具有独特的鲁棒性，可将商业激光系统的谱线宽度从几个MHz降低到1 Hz以下。这提供了超稳定的激光器，既可作为独立的频率参考，也可作为光学原子钟的子组件。这种光学原子钟和超稳定激光技术在未来科学（基础物理学和宇宙学）、地球观测（相对论大地测量学）和导航（未来全球导航卫星系统）计划等方面具有较大应用前景。在NASA/ESA的下一代重力任务中，NPL的立方体空腔可用来测量地球重力场作为地球表面位置的函数。在极地地区，这种技术可比以前的GRACE和GOCE任务更精确地监测冰川变化。在未来NASA/ESA 2030激光干涉仪空间天线（LISA）任务中，可作为空间引力波测量的参考。注：本文摘自国外相关研究报道，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室在提升电子束蒸发沉积激光薄膜的长期性能稳定研究中取得新进展，实现了低应力、光谱和机械性能长期稳定的电子束激光薄膜制备。相关研究成果发表在《光学材料快报》（Optical Materials Express）。电子束蒸发沉积薄膜因其激光损伤阈值高，光谱均匀性好且易实现大口径制备而广泛应用于世界上各大型高功率激光系统中。然而，电子束蒸发沉积薄膜的多孔结构特性易与水分子相互作用，使得薄膜的各项性能极易受环境条件（尤其是湿度）的影响。即便是在可控的环境下，电子束蒸发沉积薄膜的性能也会随时间而变化。该项成果提出了等离子体辅助沉积的致密全口径包覆水汽阻隔技术，覆盖多孔电子束蒸发沉积薄膜的上表面和侧面，有效地将其与水汽隔离，制备出了低应力、光谱和机械性能长期稳定的电子束蒸发沉积薄膜。同时，该水汽阻隔技术显著提升了电子束蒸发沉积薄膜的耐划性能，且提供了一种离线获得无水吸附时薄膜应力的方法。该项成果为提升电子束沉积薄膜的光谱和面形稳定性提供了途径，有助于解决高功率激光应用中电子束沉积薄膜随时间和环境变化性能不稳定问题。相关工作得到了国家自然科学基金、中科院青促会基金、中科院先导专项（B类）等支持。（薄膜光学实验室供稿）原文链接图1 等离子体辅助沉积的致密全口径包覆水汽阻隔技术示意图图2 有、无全口径水汽阻隔膜的多层膜性能对比（a）峰值反射率处波长随时效时间变化（b）应力随时效时间变化

研究背景癌变细胞和正常细胞在形态、化学性质和力学性质等方面有明显差异，肿瘤组织细胞化学和力学性能的检测可为细胞及人体组织病变过程提供多维信息。现有组织细胞形态、力学性能、化学性能的检测方法中，共焦拉曼光谱显微技术可对样品微区化学性能进行非接触、无标记探测，共焦布里渊光谱显微技术可对样品微区力学性能进行非接触、无损探测，将共焦拉曼光谱与布里渊光谱检测技术结合，来同时、同位检测组织甚至亚细胞结构的微区三维形貌、化学性能和机械力学性能，有望为组织细胞多维病变信息的检测提供新手段。创新研究现有共焦拉曼/布里渊光谱显微成像技术由于缺少高精度实时定焦能力，致使扫描过程中聚焦在样品上的光斑大小随着样品的高低起伏而变化，从而制约了共焦光谱显微系统理论空间分辨力的实现；其次，由于拉曼和布里渊散射光谱强度较弱，成像积分时间较长，共焦光谱显微系统极易受系统漂移的影响而导致离焦，进而影响空间分辨力和成像质量等；此外，在对生物组织切片样品进行成像时，垂直入射产生的荧光信号会降低样品拉曼光谱的信噪比，从而影响拉曼光谱和布里渊光谱探测的准确性，降低检测精度。鉴于此，在国家自然基金重点项目“机械形态性能激光分光瞳差动共焦布里渊—拉曼光谱测量原理与传感系统（51535002）”等项目支持下，北京理工大学赵维谦教授团队发明了图1所示的高稳定、高分辨、抗散射分光瞳激光差动共焦拉曼-布里渊（Divided-aperture Laser Differential Confocal Raman-Brillouin，DLDCRB）图谱成像新方法（授权中国发明专利ZL 201410086366.5和欧洲发明专利EP 3118608 B1），该方法将分光瞳激光差动共焦显微技术与拉曼光谱和布里渊光谱探测技术相结合，通过差动共焦测量技术进行纳米精度的样品定焦，来提高系统空间分辨力和稳定性；通过分光瞳斜向激发与探测技术进行反射光和层间散射光等干扰光的抑制，来提高系统的光谱探测信噪比；通过拉曼光谱与布里渊光谱的同源激光激发与高分辨分离探测，来实现微区几何形貌、拉曼光谱和布里渊光谱的高稳定、高分辨原位图谱成像。图1. DLDCRB光谱显微成像原理基于该方法研制了图2所示的具有高空间分辨力和三维成像聚焦跟踪能力的DLDCRB光谱显微镜，其轴向定焦分辨力达1nm、光谱成像横向分辨力达400nm、拉曼光谱分辨力达0.7cm-1、布里渊光谱探测分辨力达0.5GHz等。图2. DLDCRB光谱显微镜利用研制的DLDCRB光谱显微镜，对条形样品进行了清晰成像，结果如图3所示，验证了所提方法的抗漂移能力；对PMMA/SiO2双层样品进行了检测，结果如图4所示，验证了所提方法抑制离焦层散射光干扰的能力。图3. 传统共焦光谱系统与DLDCRB光谱显微镜结果对比（a）经典共焦光谱系统成像（模糊） (b) DLDCRB光谱系统成像（清晰）图4. 系统抗离焦噪声干扰机制 (a) 斜向激发与收集光路 (b) 压缩了散射体轴向尺寸利用研制的DLDCRB光谱显微镜，对胃癌组织和癌旁正常组织进行了拉曼-布里渊光谱成图实验分析，证实了之前有关癌组织中蛋白质物质发生变化以及组织之粘弹性变化导致浸润性增加的假设。图5给出了DLDCRB光谱显微镜对胃癌组织与癌旁正常组织的化学成像结果，浓度由拉曼光谱特征峰的强度来表征。胃癌组织与癌旁正常组织化学成像结果相比：胶原蛋白浓度低且分布离散；胃癌细胞的DNA物质浓度高且分布范围大；胃癌组织细胞基质内的蛋白质浓度低；胃癌组织的脂质在基质内浓度高，而正常组织的脂质分布相对均匀。图5.胃癌组织与癌旁正常组织化学成像结果图6给出了DLDCRB光谱显微镜对胃癌组织与癌旁正常组织的力学性能成像结果，布里渊光谱的频移表征物质的储能模量（弹性性能），布里渊光谱的半高宽表征物质的损耗模量（粘性性能）。胃癌组织与癌旁正常组织力学成像结果相比，胃癌细胞和细胞间质的弹性低于正常细胞和细胞间质，癌细胞细胞核的弹性高于正常细胞；胃癌细胞和细胞间质的粘性低于正常细胞和细胞间质，癌细胞细胞核的粘性高于正常细胞。图6. 胃癌组织与癌旁正常组织的力学性能对比图本研究提出了具有高稳定、高分辨、抗散射的分光瞳激光差动共焦拉曼-布里渊图谱成像方法，研制成功了相应的仪器，实现了样品三维形貌、力学性能和化学组分的多维信息检测，并在肿瘤组织表征分析中进行了应用验证，本检测方法可为癌变过程和癌症治疗等领域的研究提供一种新的手段。