高重复频率太瓦激光系统

滨松光子学株式会社（静冈县滨松市，董事长：昼马 明 ，以下简称“滨松光子学（株）”）将传统泵浦用半导体激光器的功率提高了三倍，并优化了放大器的设计 ，成功开发了只有桌面尺寸大小，可以产生1焦耳（以下，j）的高能量、300赫兹（以下，hz）高重复频率的功率激光器。一般的激光器的输出功率与设备的尺寸、重复频率成正相关关系，而该课题实现了小型却高功率、高重复频率的激光器。本产品的诞生，通过去除细小的污垢的激光清洁来提高了传统加工的生产效率，同时，期待它在金属材料的激光成形、延长金属器件的使用寿命的激光喷丸等方面的新应用。该产品的开发是内阁办公室主导的综合科学技术与创新研发推进项目（impact）的一部分，是佐野雄二负责的“普及功率激光器以实现安全、安心、长寿社会”研发项目的一环，由滨松光子学（株）中央研究所产业开发研究中心副所长川嶋利幸等人开发，而且今后我们也将继续推进研究成果的产品化。此外，该新研发的产品将于11月1日（星期四）起连续3天在actcity滨松（滨松市中町区）举行的滨松光子综合展“2018photon fair”上展出。＜关于功率激光器＞功率激光器主要由振荡器和放大器组成。 振荡器由泵浦用半导体激光器、激光介质、全反射镜、输出镜和光开关组成，放大器由泵浦用半导体激光器和激光介质组成。 由振荡器发出的激光通过放大器时，从三种高能量状态（激发状态）的三段激光介质接收能量实现高功率输出。功率激光器的结构＜新产品概述＞该产品搭载了最新研发的泵浦用半导体激光器，虽然只有桌子尺寸大小，但却是可以产生1j的高脉冲能量且300hz的高重复频率的功率激光器。滨松光子学（株）已经开始制造并销售300hz的重复频率下输出功率为100w的泵浦用半导体激光器。此次，结合公司独有的晶体生长技术和镀膜技术，将传统泵浦用半导体激光的功率提高到世界最高水平300w，同时放大器在激光介质的长度和横截面积上下功夫，并采用具有提高冷却效率的放大器，解决了由于热问题导致激光介质损坏或破坏的问题，成功输出了传统放大器的3倍能量。这是因为放大器采用了新的散热设计，提高了激光的放大效率。此外，由于采用半导体激光器作为泵浦光源，具有高于市面上销售的氙灯泵浦脉冲激光器约10倍的光电转换效率，约100倍的泵浦光源的寿命。通过控制零部件的数量，成功实现了器件的稳定输出、小型以及低成本。一般激光器的功率与设备的尺寸、重复频率成正相关关系，但本产品却实现了小型而又高功率和高重复频率的特性。利用该产品，可以对附着于材料上的小污垢进行激光清洁，以提高传统加工的生产效率。此外，我们也期待脉冲激光器在工业领域的新应用，如飞机的金属材料等可以在不使用模具的情况下进行变形加工完成激光成形，以及通过激光喷丸来提高金属器件的使用寿命等。＜研发背景＞激光在金属材料的钻孔、焊接、切割等方面有着广泛地加工用途，为了提高生产效率，光纤激光器和co2激光器等各种各样的激光都在朝着高功率的方向发展。激光分连续输出一定强度激光的cw（continuous wave）激光和短时间内重复输出激光的脉冲激光，目前cw激光是激光加工领域的主流。另一方面，脉冲激光不同于cw激光，它正在朝着新型激光加工的应用方向发展。采用半导体激光器作为泵浦光源的功率激光器，它具有高功率、高重复频率的特性，但因为半导体激光器价格昂贵很难推向产品的实用化，而市场上销售的j级脉冲激光器上使用的泵浦光源多采用氙灯光源，对激光器内部有严重地热影响，因此重复频率只能限制在10hz左右。像这样，为了进一步提高生产效率，同时扩大用途，对小型且可以发出高功率、高重复频率脉冲激光的激光器的需求日益增加。主要规格＜委托研究信息＞此研究成果，是通过以下的科研课题项目得到的。内阁办公室创新研发推进项目（impact）项目负责人：佐野雄二研发项目：普及功率激光器以实现安全、安心、长寿社会研发课题：开发高功率小型功率激光器研究负责人：川鸠利幸（滨松光子学株式会社 中研研究所 产业开发研究中心 中心副主任）研发时间：2015年~2018年本研究开发课题是致力于开发桌子大小、高功率、高重复且稳定性高的脉冲输出的功率激光器。＜项目负责人佐野熊二的评论＞“普及功率激光器以实现安全、安心和长寿的社会”的impact计划，推动了大功率脉冲激光器的小型化、简化和高性能的发展，这对于探索最先进的科学和工业是不可缺的，同时，我们也正在推进相关基础技术和应用技术的开发，旨在提供可以随时随地使用，具有高稳定性的廉价激光器，向工业领域的创新努力。此次，滨松光子学（株）的开发团队采用了自有的先进半导体激光器作为泵浦高能脉冲激光器的光源，通过优化激光器件，以低价格实现前所未有的小型、高功率、高重复的激光设备。从限制成本和生产效率的角度来看，在我们之前放弃引入激光设备的领域，也期待会有更多的应用。功率激光器设备的结构 功率激光器设备外观

美国国家高能公司（National Energetics）和立陶宛艾克斯玛（EKSPLA）公司荣膺承建10拍瓦级激光系统。 National Energetics联合Ekspla公司共同签署了一份4000万美元的合同。这一开发团队旨在为欧盟在捷克共和国布拉格的“极端光基础设施光束项目（Extreme Light Infrastructure Beamlines facility，ELI-Beamlines）”开发和安装一套超高功率激光系统。 这套激光系统能够产生超过10拍瓦级超高峰值功率，将成为世界上功率最强的激光器。作为极端光基础设施光束项目（ELI-Beamoines）的四个主要光束线之一，能够扩展等离子体、高能密度物理、粒子加速、分子结构、生物及材料科学等领域的研究。 该团队经过长期严苛的选拔，最终从几个候选者中脱颖而出，成为中标人。德克萨斯州奥斯汀的National Energetics公司在拍瓦级高能量超快激光系统方面有多年的建造和使用经验。立陶宛首都维尔纽斯的Ekspla公司在激光器及电源制造方面拥有世界领先的开发经验。这两个主要团队成员之外，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Labs，LLNL）将承担一个子合同，制造特种光栅并提供技术支持。最后，德国的肖特（Schott AG）公司将为大口径激光放大系统提供特种激光玻璃。ELI-Beamlines管理团队将会按期沟通和管控团队。 这套10拍瓦级激光系统是ELI-Beamoines项目开展过程的一个主要部分。捷克共和国科学院物理研究所的主任JanRidky教授说：“这个10拍瓦级激光系统合同的敲定是ELI-Beamlines项目进展的一个重要阶段。目前，该项目设计已经完成，未来设施的核心部分，所有激光系统的施工建设即将展开。我们非常高兴能够与这个团队合作，有National Energetics的主导，有Ekspla公司为该项目的关键技术瓶颈提供解决方案。这个10拍瓦级激光器建成后，ELI-Beamoines项目会获得唯一一个强大的工具，帮助欧洲及世界研究团队从本质上推进超强场前沿物理研究领域的发展。 这套拍瓦级激光系统的输出能量将超过1.5kJ，脉冲宽度接近150fs，重复频率为1个脉冲每分钟。系统利用了之前在奥斯汀德克萨斯大学建设拍瓦激光器系统时采用过的一些技术，例如光学参量啁啾脉冲放大和钕玻璃碟片介质高功率放大器两种激光玻璃介质组合技术。National Energetics开发的独特的液体冷却技术允许激光系统工作频率为20Hz，这比任何其他的千焦级蝶型激光器都快。这项技术适用于项目中激光器的前级部分。捷克共和国的ELI-Beamlines项目将致力于粒子加速和高能密度等离子体物理的研究。 这套激光系统在交货前将首先在德克萨斯州的奥斯汀完成组装测试，然后在ELI-Beamlines项目现场安装调试，并将在2017年完成。 National Energetics公司的董事长Todd Ditmire说：“National Energetics非常骄傲能够带领这个团队获得这个既刺激又具挑战性的激光器项目合同。这台激光器将提高目前实验室内激光技术所观测到的峰值功率的上限。这些技术在峰值功率和高能重复频率方面的提高将是引人注目的，毫无疑问，这在某些高能超快激光系统的未来发展中将会产生重要的影响。” Ekspla公司的首席执行官Kestutis Jasiunas提到：“我们非常高兴有机会参与创造10倍于目前能量强度的激光器系统，这将给科研工作者带来了新的机会，同时也鼓舞我们制造商迈向新的技术领域。”关于极端光基础设施光束项目（ELI-Beamlines）： 极端光基础设施光束项目（Extreme Light Infrastructure Beamlines facility，ELI-Beamlines）是欧盟和捷克政府投资70亿捷克克朗（约$350 million）的一个项目。是欧洲ELI项目的三大支柱之一，其他两个项目位于匈牙利的塞格德和罗马尼亚的布加勒斯特。关于领先（National Energetics）公司： National Energetics是美国的激光器制造商，是高能超强激光器系统发展的领头羊，主要产品包括啁啾放大激光器和高能、高平均功率脉冲激光器系统。关于艾克斯玛（EKSPLA）公司： Ekspla是立陶宛的激光器、激光系统及激光部件的制造商，拥有20多年的设计生产经验，公司致力于高能激光系统、可调谐波长激光器、激光器电源及光电产品方面的高性能先进解决方案。

近日，大连化物所大连光源科学研究室(二十五室)杨学明院士团队成功研制了光阴极直流高压电子枪和驱动激光系统，标志着大连先进光源预研项目研制工作攻克了又一项关键核心技术。直流高压电子枪系统与驱动激光系统是大连先进光源预研项目中的两大核心系统，其主要用途在于获得高品质电子束源，从而为产生高亮度、高重复频率极紫外自由电子激光提供支撑。经过3年多的协同攻关，团队成功完成了这两大系统的研制，并开展了初步调试工作，顺利实现了连续波模式下一兆赫兹(1MHz)重复频率、100皮库(pC)单脉冲电荷量、330千电子伏特(keV)能量的预期目标。这两大系统的研制和调试成功，不仅打通了技术壁垒，还锻炼了技术队伍，为未来基于连续波超导加速器技术的大连先进光源项目建设打下了坚实的基础。 　　该成果得到了大连先进光源预研项目的支持。

成果名称基于光纤激光器的可见光频率梳、20GHz可见光波段天文光学频率梳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 □原理样机 &radic 通过小试 □通过中试 □可以量产成果简介：光学频率梳是很多高端研究的基础科学仪器，例如原子跃迁频率的精密测量、光钟的频率的测量、引力波的测量、微重力的测量、系外类地行星的探测等。利用频率梳测量频率时，需要频率梳的频率间隔在200MHz以上，以便波长计数器计量波数。特别地，类地行星观测需要20GHz以上频率间隔的频率梳来定标光谱仪，这个频率间隔一般的光纤激光器无法达到，目前只能依靠法布里-珀罗（FP）滤波装置进行频率倍增。由于FP透射光谱的有限线宽会导致边模泄露，从而影响天文光谱仪的定标精度，因此需要源激光频率梳本身的频率间隔尽量大，以抑制边模。可见，研制高重复频率（大频率间隔）的频率梳已经成为国际激光器和频率梳领域研究的热点和难点。目前该产品的国内市场基本上被德国Menlo System公司生产的基于掺镱光纤激光器的可见光域频率梳垄断，我国亟需研制出具有自主知识产权的光梳设备。2011年，北京大学信息学院张志刚教授申请的&ldquo 基于光纤激光器的可见光频率梳&rdquo 得到第三期&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金的支持。在基金经费支持下，通过关键配件的购置和加工，该项研究得以顺利开展。课题组瞄准研制稳定的、可供频率测量的、基于飞秒光纤激光器的可见光域激光频率梳这一目标，开展了一系列富有成效的工作，包括：（1）搭建高重复频率、1um波长的锁模光纤激光器，作为频率梳&ldquo 种子源&rdquo ；（2）研究初始频率和腔内色散的关系，以得到更高信噪比的初始频率信号；（3）利用合适的色散补偿元件对种子源输出的脉冲进行色散补偿，并进行多级反向放大，使其输出功率满足频率梳要求；（4）试验多种光子晶体光纤，以获得更宽的、覆盖可见光域的光谱。通过以上工作的开展，课题组成功研制出了国际首创的500MHz光学频率梳样机，而Menlo公司同类产品重复频率仅为250M。这一技术的产品化将打破外国公司在国内市场的垄断，填补国内外市场的空白。在第三期项目工作的基础上，张志刚课题组的王爱民副教授申请的&ldquo 20GHz可见光波段天文光学频率梳的研制&rdquo 项目在2012年得到了第四期&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金的支持。在第四期基金的支持下，项目组发展了前期500MHz高重复频率的光学频率梳的研究成果，开展了更加深入的工作，包括：（1）利用FP技术对500MHz重复频率的稳定光梳进行倍频，获得20GHz、1m波段的稳定光学频率梳；（2）对20GHz光学频率梳进行功率放大、脉冲压缩和倍频，实现515nm波段的蓝光飞秒光梳源；（3）利用拉锥光子晶体光纤对飞秒蓝光光梳进行可见光扩谱，达到400-750nm的光谱覆盖。通过这些工作，课题组成功研制出了一套可直接与天文望远镜对接的20G天文光梳频率标准系统，其工作达到该领域国际前沿水平。这两期项目目前已经结题，其成果已进入产品化阶段，科技转化前景良好。相关成果受到了北京市科委的高度重视。课题组瞄准研制稳定的、可供频率测量的、基于飞秒光纤激光器的可见光域激光频率梳这一目标，开展了一系列富有成效的工作。课题组成功研制出了一套可直接与天文望远镜对接的20G天文光梳频率标准系统，其工作达到该领域国际前沿水平。应用前景：光学频率梳是很多高端研究的基础科学仪器，例如原子跃迁频率的精密测量、光钟的频率的测量、引力波的测量、微重力的测量、系外类地行星的探测等。

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率光纤激光技术实验室在高重频飞秒光学频率梳光源方向取得重要进展。该团队首次报道了一种基于腔内谐振滤波技术的GHz低噪声九字腔掺铒光频梳。相关研究成果以GHz figure-9 Er-doped optical frequency comb based on nested fiber ring resonators为题，发表在《激光与光子学评论》(Laser Photonics Reviews)上。 　　九字腔光纤光频梳是目前技术成熟度最高的光频梳技术之一，广泛应用于车载、星载、外场等非实验室环境，推动了光频梳相关应用的发展。重复频率近GHz的光频梳在双梳测距、光谱检测以及天文频标等领域有着重要应用。然而，目前九字腔光纤光频梳的重频一般小于250MHz，其重频的提升仍然面临技术挑战。由于非线性放大环镜(NALM)锁模技术需要一定长度的光纤来积累足够的非线性相移差以启动锁模，传统的短谐振腔方案难以适用于九字腔的结构。 　　针对上述问题，该团队采用嵌套腔结构(图1)，由两个光纤耦合器熔接构成的Fabry–Pérot(F-P)腔对外部NALM谐振腔进行模式滤波。当内、外腔的自由光谱范围精确匹配时，可将九字腔光纤光频梳的重频倍增至GHz。实验结果表明，该激光器具备优异的脉冲自启动性能和长期稳定性(图2)。区别于高次谐波锁模，嵌套腔方案可通过合理的内腔参数设计，配合增益竞争机制，来有效抑制超模噪声，实现高相干、低噪声的GHz重频光频梳。实验通过对该光频梳的载波包络相位偏移频率的测量，验证了其频率梳齿分量间的高相干性(图3)。该GHz重频九字腔光纤光频梳在激光雷达、双梳测距、光谱检测等领域颇具应用前景。 　　研究工作得到中国科学院青年创新促进会、国家自然科学基金和上海市自然科学基金的支持。图1. 基于嵌套光纤环形谐振腔的9字腔光频梳装置图图2. 单孤子状态连续运行90分钟的稳定性：(a)测量光谱的时间演变，色条表示光功率谱密度；(b)重复频率的变化；(c)典型光谱和(d)80分钟时的射频频谱；(e)输出脉冲的典型自相关信号。图3. (a)基于f-to-2f的载波包络偏移频率检测；(b)在10 kHz RBW下自由运行ceo拍频信号。

成果名称高精密半导体激光系统的研制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&radic 研发阶段 □原理样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产成果简介：在新一代高精度卫星全球定位系统中，星载原子钟、新一代原子干涉仪、新一代重力测量仪等精密测量设备都迫切需要频率稳定度高、对参考谱线具有自动识别功能的高精密外腔半导体激光器。此外，发展具有我国自主知识产权的高精密半导体激光技术，使我国摆脱此类高端激光依赖进口的被动局面，将为我国新一代的高精度卫星全球定位系统、环境检测技术和生物检测技术等高新技术的发展打下坚实的基础。北京大学信息科学与技术学院陈徐宗教授申请的&ldquo 高精密半导体激光系统的研制&rdquo 项目，以研制具有国际先进水平的高精度可调谐半导体激光器和高精度倍频激光器为目标，瞄准该课题中的关键技术，着力解决高精度可调谐外腔半导体激光器的光栅反馈的稳定性、宽连续可调谐范围、中心波长范围等核心问题。 2009年，该项目获得了北京大学&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金资助。在基金的资助下，通过关键器件的购置和实验材料的加工，课题组开展了一系列富有成效的工作，包括：外腔半导体激光头的研制、精密电源与高精密频率控制器的研制、精密光谱监测系统的研制、激光倍频光学系统的研制、倍频腔稳频电路的设计和精密控温器的研制等，实现了激光自动锁频、连续稳频、迁谱线智能识别等创新功能。在未来的工作中，课题组将进一步提升该系统的稳定性和可靠性，优化相关工艺设计，推动高精密半导体激光技术的发展与产业化。应用前景：在新一代高精度卫星全球定位系统中，星载原子钟、新一代原子干涉仪、新一代重力测量仪等精密测量设备都迫切需要频率稳定度高、对参考谱线具有自动识别功能的高精密外腔半导体激光器。

光学频率梳（Optical frequency comb，简称“光梳”）由大范围、等间隔的梳齿分量构成，每根梳齿均对应绝对频率，如同在光频上的一把梳子（或标尺）。得益于飞秒激光器和非线性光学的发展，1999年美国标准局和德国马普所的研究团队分别在实验上实现了光梳，解决了绝对光频率计量问题，J. L. Hall和T. W. Hänsch因此贡献而分享了2005年诺贝尔物理学奖。光梳的诞生同样给光谱测量领域带来了革命性突破，分辨率提高到皮米量级，光梳光谱学的新技术和新应用也在不断涌现。双光梳光谱学可以充分利用光梳在频率准确度、频率分辨率、光谱范围和脉冲宽度等方面的优势，在诸多基于光梳的测量技术中脱颖而出。在频域上，双光梳光谱学表现为两个有微小重复频率差异光梳的多外差探测，可以将探测光梳记录的待测谱线，如分子吸收谱，从光频转移到射频。双光梳光谱学可以利用光谱交织技术进一步将分辨率提高至几十飞米量级。然而现有方案测量时间大幅增加，使用温度或驱动电流调节时无法提供绝对频率参考，且分辨率仍有进一步提高至光梳梳齿线宽的较大空间。电光调制光频梳（简称“电光梳”）由对连续种子光的电光调制产生，用于构建双光梳系统时其具有天然的互相干性，无需复杂的锁定电路或相位校正算法，可以大幅降低系统复杂度。此外，由于电光梳具有不受谐振腔腔长限制的重复频率以及可自由调节的中心波长，由其构建的更具应用前景的双电光梳系统受到研究人员的广泛关注。上海交通大学何祖源、樊昕昱教授团队提出了一种新型双电光梳光谱测量方案，将光谱测量分辨率进一步提高到亚飞米量级，相较于现有方案提高了两个数量级。该方案利用外调制的稳频光作为扫频电光梳的种子光，可以在实现低频率误差快速光谱交织的同时，提供绝对光频率参考。图1 亚飞米分辨率双电光梳绝对频率光谱测量技术原理示意图研究团队在分析各性能指标的理论限制和相互制约关系的基础上，将光谱测量技术关注的综合性能指标（光谱分辨率、测量带宽以及测量时间）提高至奈奎斯特极限，并且可以通过多次平均提高测量信噪比。该方案用于测量分子吸收谱线和高Q值光纤法布里珀罗腔谐振谱线的实验结果，充分展示了该方案灵活实现超高光谱分辨率、高信噪比和高刷新率的能力。图2 氰化氢（HCN）气体吸收谱线的光谱测量结果图3 光纤法布里珀罗谐振腔反射谱的光谱测量结果该研究成果将推动超精细光梳光谱学的进一步发展，并在温室气体监测、精密光器件测试、生物化学传感，以及诸如电磁诱导透明等物理现象观测中具有非常重要的应用价值。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员曹俊诚、黎华团队与华东师范大学教授曾和平团队合作，在高稳定自参考太赫兹双光梳方面取得研究进展。研究团队提出自参考方法，完全消除了THz双光梳共有载波噪声，同时抑制了重复频率噪声，将THz双光梳梳齿线宽由未稳频的2-3 MHz量级压缩至14.8 kHz，大幅提升了THz双光梳光源的稳定度。相关成果以Terahertz Semiconductor Dual-comb Source with Relative Offset Frequency Cancellation为题发表在《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）上，并被遴选为封面论文。双光梳由两个重复频率略有不同的光频梳组成，通过多外差采样将光谱信息直接映射在微波波段，这种不依赖机械扫描的时间延迟结构令双光梳天然具有高速、高分辨等优势，在高精度光谱、成像、测距以及大容量高速通信方面具有重要应用。在THz波段，基于电泵浦的半导体量子级联激光器（quantum cascade laser，QCL）是实现THz光频梳与双光梳的理想载体。当前，THz QCL双光梳通常工作于自由运行模式，具有较高的相位噪声，限制其高精度应用。提高双光梳频率稳定性的主要思路是分别控制两个光频梳基础频率分量，即载波包络偏移频率和重复频率。要完全锁定THz QCL双光梳需要同时锁定四个不同频率，即两个载波包络偏移频率和两个重复频率。尽管研究团队在前期工作中将THz双光梳一根梳齿通过锁相环实现了锁定，提升了双光梳的稳定性，但是还未实现THz双光梳的完全硬件锁定，而要在实验室实现四个频率的完全锁定，将涉及复杂的硬件系统。该工作中，研究人员提出了自参考“软锁定”方法，不采用任何硬件锁模模块，对双光梳整体信号进行操控，实现了高稳定自参考THz QCL双光梳光源。双光梳梳齿噪声来源于两个未锁定的光频梳的载波包络偏移频率和重复频率噪声，通过多外差拍频产生的双光梳的每根梳齿都享有相同的载波包络频率及噪声。通过消除共有的载波包络频率噪声，则可以显著提高每根双光梳梳齿的稳定性。研究通过窄带滤波器将双光梳的一根梳齿滤出并将其与整个双光梳信号进行混频，从而彻底消除双光梳梳齿的共有载波噪声，同时还可以抑制重复频率噪声，构造出无载波包络偏移频率的零偏双光梳，显著提高双光梳信号的长期稳定性【图1（a）】。未稳频THz双光梳光谱在15 s的测试时间内，测得的梳齿“最大保持”线宽为2 MHz【图1（b）】。施加自参考稳频之后测得的THz双光梳光谱，在60 s内，测得的“最大保持”线宽为14.8 kHz，比未稳频的THz双光梳梳齿线宽提升了130倍以上【图1（c）】。研究工作提出的自参考稳频方法，不依赖任何锁定元件，同时可方便移植于其他激光系统中，为提高光谱、成像等各种应用的稳定性提供一种简单有效的稳频方法。 相关研究工作得到国家自然科学基金重点项目、国家优秀青年科学基金项目、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划、中科院“从0到1”原始创新项目、中科院科研仪器设备研制项目、上海市优秀学术带头人计划等的支持。 　图1（a）自参考稳频原理。其中frep1和frep2分别是两个光频梳的重复频率，其中frep2通过微波注入锁定到fRF。“彩虹”频谱表示MHz范围内的下转换双光梳信号，通过带通滤波器将其中一根梳齿滤出（虚线框），从而采用混频实现零偏自参考双光梳。（b）未稳频THz双光梳“最大保持”频谱，测量时间为15 s。（c）自参考双光梳“最大保持”频谱，测量时间为60 s。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所曹俊诚、黎华研究员领衔的太赫兹（THz）光子学研究团队与华东师范大学曾和平教授团队合作，在高稳定自参考太赫兹双光梳方面取得重要研究进展。项目团队提出自参考方法，完全消除了THz双光梳共有载波噪声，同时抑制了重复频率噪声，将THz双光梳梳齿线宽由未稳频的2-3 MHz量级压缩至14.8 kHz，大幅提升了THz双光梳光源的稳定度。相关成果于2023年2月3日以“Terahertz Semiconductor Dual-comb Source with Relative Offset Frequency Cancellation”为题发表在Laser & Photonics Reviews期刊，并被遴选为封面论文。双光梳由两个重复频率略有不同的光频梳组成，通过多外差采样将光谱信息直接映射在微波波段，这种不依赖机械扫描的时间延迟结构令双光梳天然地具有高速、高分辨等优势，在高精度光谱、成像、测距以及大容量高速通信方面具有重要应用。在THz波段，基于电泵浦的半导体量子级联激光器（quantum cascade laser, QCL）是现实THz光频梳与双光梳的理想载体。当前，THz QCL双光梳通常工作于自由运行模式，具有较高的相位噪声，限制其高精度应用。提高双光梳频率稳定性的主要思路是分别控制两个光频梳基础频率分量，载波包络偏移频率和重复频率。因此，要完全锁定THz QCL双光梳需要同时锁定四个不同频率，即两个载波包络偏移频率和两个重复频率。四个不同频率的复杂系统。尽管项目团队在前期工作中将THz双光梳一根梳齿通过锁相环实现了锁定，并提升了双光梳的稳定性，但是还未实现THz双光梳的完全硬件锁定。而要在实验室实现四个频率的完全锁定，将涉及非常复杂的硬件系统。在本工作中，研究人员提出了自参考“软锁定”方法，不采用任何硬件锁模模块，对双光梳整体信号进行操控，实现了高稳定自参考THz QCL双光梳光源。双光梳梳齿噪声来源于两个未锁定的光频梳的载波包络偏移频率和重复频率噪声，通过多外差拍频过程，双光梳的每根梳齿都共享相同的载波包络频率及噪声。通过消除共有的载波包络频率噪声，则可以显著提高每根双光梳梳齿的稳定性。如图1（a）所示，通过窄带滤波器将双光梳的一根梳齿滤出并将其与整个双光梳信号进行混频，从而彻底消除双光梳梳齿的共有载波噪声，同时还可以抑制重复频率噪声，构造出无载波包络偏移频率的零偏双光梳，显著提高双光梳信号的长期稳定性。图1（b）为未稳频THz双光梳光谱，在15 s的测试时间内，测得的梳齿“最大保持”线宽为2 MHz。图1（c）为施加自参考稳频之后测得的THz双光梳光谱。在60 s内，测得的“最大保持”线宽为14.8 kHz，比未稳频的THz双光梳梳齿线宽提升了130倍以上。本工作提出的自参考稳频方法，不依赖任何锁定元件，同时可方便移植于其它激光系统中，为提高光谱、成像等各种应用的稳定性提供一种简单有效的稳频方法。本论文共同第一作者为中科院上海微系统所副研究员李子平、博士生马旭红，黎华研究员、曹俊诚研究员、曾和平教授为论文共同通讯作者。同时，上海理工大学李敏副教授和华东师范大学闫明研究员为该工作也做出了重要贡献。该研究工作得到了国家自然科学基金重点项目（62235019）、国家优秀青年科学基金项目（62022084）、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划（YSBR-069）、中科院“从0到1”原始创新项目（ZDBS-LY-JSC009）、中科院科研仪器设备研制项目（YJKYYQ20200032）、上海市优秀学术带头人计划（20XD1424700）等支持。图1（a）自参考稳频原理。其中frep1和frep2分别是两个光频梳的重复频率，其中frep2通过微波注入锁定到fRF。“彩虹”频谱表示MHz范围内的下转换双光梳信号，通过带通滤波器将其中一根梳齿滤出（虚线框），从而采用混频实现零偏自参考双光梳。（b）未稳频THz双光梳“最大保持”频谱，测量时间为15 s。（c）自参考双光梳“最大保持”频谱，测量时间为60 s。图2 论文封面论文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202200418封面链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202370016

近日，柏林的Max Born研究所、伦敦大学学院和匈牙利的ELI-ALPS研究所在共同参与的一个项目中，展示了一种利用阿秒激光爆发作为泵浦和探测脉冲的新型光谱学技术。据介绍，在正常运行的光谱学平台上使用这种短脉冲有助于研究复杂的光学过程，而该项目则主要是利用它来研究原子的非线性多光子电离过程。近日，相关成果发表在光学和光子学专业期刊Optica上。飞秒(1飞秒= 10-15秒)泵浦探针光谱技术彻底改变了人们对极快过程的理解。例如，如果一个分子的解离是由飞秒泵脉冲引发的，它可以使用延时飞秒探针脉冲来实时进行观察，捕捉分子的演化状态，从而得到记录分子解离细节过程的动态图像。1999年，这项强大的技术甚至被授予了诺贝尔化学奖。然而，自然界中的一些过程甚至更快，并且发生在阿秒的时间尺度上(1阿秒= 10-18秒)。到目前为止，阿秒泵浦阿秒探针光谱学已经被证明用于涉及两个光子吸收的相对简单的过程。然而，由于全阿秒泵浦-探测光谱非常具有挑战性，目前大多数得到实际应用的方法只使用一个阿秒脉冲泵（或探针），而另一个步骤则会使用飞秒脉冲。而在最新进展中，研究人员成功演示了一个泵-探针实验。在这个实验中，复杂的多光子电离过程使用了两个阿秒脉冲序列。这个实验需要产生非常强的阿秒脉冲，为此需要使用一个大型激光系统。同时，两个阿秒脉冲必须与阿秒时间和纳米空间稳定性重叠。考虑到这样大的挑战性，研究人员选择在马克斯波恩研究所（Max Born Institute）最大的实验室进行了上述这项实验。“原子和分子中的多电子动力学经常在亚秒至几飞秒的时间尺度上发生，”发表在Optica杂志上的论文中指出，“以前极端紫外(XUV)光子阿秒脉冲的可用强度允许对双光子、双电子相互作用进行时间分辨的研究。而最新的进展中，我们研究了氩原子的双电离和三电离，包括了多达5个XUV光子的吸收。”在以往的场景中，产生所需的强阿秒脉冲通常需要使用大型和强大的激光系统，幸而每个项目合作伙伴都在这一方面颇具优势。其中，极光基础设施阿秒光脉冲源（ELI-ALPS）研究中心正在开发一种价值600万欧元的激光器，旨在以1千赫兹的重复频率提供超过15太瓦的峰值功率，脉冲持续时间小于8飞秒。在新的研究中，两个阿秒脉冲串(APTs)与一个氩原子相互作用，吸收了四个光子，从而从原子中去除三个电子。根据该项目，有许多可能的方式来发生这种多光子吸收，要详细地找出电子是如何从原子中去除的，则需要改变两个阿秒脉冲之间的时间延迟，并观察产生了多少离子。结果表明，多光子吸收是分三步进行的：在前两步中，每一步都吸收一个光子；而在第三步中，两个光子同时被吸收。这些结果已经被计算机模拟所证实，并证明了强APTs的应用能够更好地理解复杂的多光子电离途径。据介绍，这项已开发的实验技术未来不仅可以用于研究原子中的复杂过程，还可以用于研究分子、固体和纳米结构。该项目还希望能进一步回答有关几个电子如何相互作用的问题，这有助于在最短的时间内理解最基本的过程。

【研究背景】快速发展的自由电子激光（FEL）技术在高光子能量下产生了飞秒甚至阿秒的脉冲，使得X射线能够用于状态选择性和相敏多维光谱分析和相干控制。直接和常规测量现有的极紫外（XUV）和X射线自由电子激光脉冲的光谱相位是充分实现这种非线性相干控制概念的关键，以便为它们与物质的相互作用找到和设置最佳的脉冲参数。自放大自发辐射XUV/X射线自由电子激光脉冲的直接时间诊断工具是线性和角度条纹法，它对脉冲的时间形状（包括啁啾）非常敏感。这些方法依赖于一个时间同步且足够强的外场的可用性。诊断SASE辐射脉冲的时间结构的一个补充途径是测量电子束中FEL激光诱导的能量损失（例如使用X波段射频横向偏转腔（XTCAV）），从中可以重建XUV/X射线发射的时间剖面。对于种子自由电子激光脉冲，两个几乎相同的自由电子激光脉冲的产生及其XUV干涉图的评估允许其光谱时间内容的完整表征。在这项工作中，科学家提出了一种直接测量XUV-FEL频率啁啾的技术，而不依赖于任何额外的外场或种子多脉冲方案。由于所报道的技术提供了对XUV辐射光谱时间分布的目标访问，它是对FEL激光性能敏感的用户实验的原位诊断的理想方法。例如，在这里，我们实验观察到频率啁啾对自由电子激光脉冲能量的系统依赖性（增加啁啾以减少脉冲能量）。【成果简介】由最先进的自由电子激光器（FELs）产生的极紫外（XUV）和X射线光子能量的高强度超短脉冲正在给超快光谱学领域带来革命性的变化。为了跨越下一个研究前沿，精确、可靠和实用的光子工具对脉冲的光谱-时间特性的描述变得越来越重要。科学家提出了一种基于基本非线性光学的极紫外自由电子激光脉冲频率啁啾的直接测量方法。它在XUV纯泵浦探针瞬态吸收几何结构中实现，提供了自由电子激光脉冲时能结构的原位信息。利用电离氖靶吸光度随时间变化的速率方程模型，给出了直接从测量数据中提取和量化频率啁啾的方法。由于该方法不依赖于额外的外场，我们期望通过对FEL脉冲特性的原位测量和优化，在FEL中得到广泛的应用，从而使多个科学领域受益。【图文导读】图1：频率分辨等离子体选通原理图2：等离子体选通效应的数值模拟图3：通过瞬态吸收光谱测量XUV-FEL频率啁啾图4：频率啁啾特性，自由电子激光脉冲能量依赖性分析图5：色散对部分相干自由电子激光场的影响原文链接：Measuring the frequency chirp of extreme-ultraviolet free-electron laser pulses by transient absorption spectroscopy | Nature Communications

“飞秒激光”———瞬间发出的功率比全世界发电总功率还大的奇特之光 “太赫兹频段”———电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。2009年12月23日，在中国计量院昌平实验基地举行的两场课题鉴定会上，与会专家一致认为，我国在飞秒脉冲激光参数测量、太赫兹产生与测量等前沿光学计量领域已经达到了国际一流研究水平。　　激光曾被视为神秘之光。近年来，科学家研究发现了一种更为奇特的光———飞秒激光。飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，具有非常高的瞬时功率，比目前全世界发电总功率还要高出百倍。它还能聚焦到比头发直径还要小的空间区域，使电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高数倍。　　在飞秒激光的各项研究中，其参数的准确测量对飞秒脉冲激光产生、传输、控制等各个过程的研究和应用具有重要作用。由中国计量院光学所完成的课题“飞秒脉冲激光参数测量新技术研究”自主研究并建立了准确、可靠、稳定、实用的飞秒脉冲激光参数测量装置，对飞秒脉冲激光参数测量引起误差的各种因素做了系统、深入的研究，实现了对飞秒脉冲激光时域波形、光谱相位、脉冲宽度、峰值功率等参数的准确测量。“我们首次提出并实现了飞秒脉冲光谱相位和光学元件色散特性测量的新方法和新技术，降低了传统方法的光谱相位测量不确定度和误差，将飞秒脉冲激光参数的准确度提高到一个新水平。”课题组主要成员邓玉强介绍，课题组的创造性研究成果已多次被日本北海道大学、法国圣艾蒂安大学、中国工程物理研究院、中科院上海光机所等国内外著名研究机构引用，促进了超短脉冲激光研究和应用技术的发展，提升了我国在超短脉冲激光参数测量领域的国际地位。在课题鉴定会上，专家组也认为，该课题的完成标志着我国在前沿光学计量领域达到了国际一流水平。　　飞秒激光参数测量技术等超快技术的发展直接推动了光学计量另一前沿高端技术的进步，那就是太赫兹研究。据介绍，太赫兹频段是指频率从十分之几到十几个太赫兹，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域。长期以来，由于缺乏有效的太赫兹辐射产生和检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，该波段也被称为电磁波谱中的“太赫兹空隙”，是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。　　谈到太赫兹研究的运用领域，中国计量院光学所所长于靖仿佛一下子打开了话匣子：“太赫兹的作用简直太大了。在食品领域，不同的物质在太赫兹波段存在不同的吸收谱线，因此可以利用这一特性识别物质成分，检验食品中的有害物质。如识别大豆油、花生油、混合油、地沟油等，识别油水混合物中油的含量，检验奶粉中是否含有三聚氰胺等 在纺织品领域，丝绸、尼龙、棉布、麻布、皮革等都有独特的太赫兹吸收谱线，利用这一特性可以将太赫兹作为检验纺织品材料和质量的手段 在医疗领域，生物体内的水分对太赫兹有较强的吸收，而病变细胞由于所含水分减少，从而吸收减少。利用这一特性可以用太赫兹区分健康细胞与病变细胞 在安全检验领域，太赫兹可以区分毒品，如大麻、兴奋剂、摇头丸等。太赫兹也是探测地雷、炸药、爆炸物等危险品非常有效的光源。用太赫兹成像还可以观察到恐怖分子是否带有凶器，太赫兹也能透过建筑物观察到内部的情况，在反恐方面有重大的应用前景。”除此之外，太赫兹在航空航天、天文、生物、药品制造等多个领域都有非常重要的应用。　　太赫兹广泛而重要的应用前景使它被认为是改变未来世界的十大技术之一。但是，太赫兹研究中存在很多需要突破的关键问题。“最难的就是太赫兹的产生以及相关参数的测量。”于靖介绍说，刚刚完成鉴定的“太赫兹脉冲产生与时频特性测量方法研究”课题正是将太赫兹的产生和测量作为研究重点，课题组在对太赫兹产生、传输和探测方面进行了大量实验和自主研究，突破了太赫兹辐射与测量一系列关键技术，最终产生了(0.1-3.5)THz的宽带相干太赫兹辐射，并建立了太赫兹时域和频域测量实验装置。　　邓玉强介绍：“我们在国际上首次提出了新的太赫兹时间频率特性分析方法，消除了传统方法产生的频谱干涉，降低了时域波形噪声的影响，实现了物质太赫兹吸收谱线的高分辨测量，在太赫兹时间频率特性分析方面属国际领先水平。我们自主研制的太赫兹系统可以产生稳定的宽带太赫兹辐射，为太赫兹光谱的研究提供了有利的工具。”鉴定委员会专家也一致认为，太赫兹辐射测量装置具有测量结果准确、重复性好、稳定性高、结构紧凑、信噪比高等特点，达到国际先进水平。（2010年1月21日）

角分辨光电子能谱仪（ARPES）因其具有能量和动量分辨能力，是探测材料能带结构的重要手段。随着超快激光技术的不断发展，结合泵浦-探测技术的超快角分辨光电子能谱仪（TR-ARPES）由于兼具时间分辨能力，可以用来探测非平衡态的电子能带信息，因此近年来备受人们的重视。特别是基于高次谐波产生（HHG）的TR-ARPES还具有光子能量高、光子能量可调谐的优点，使得其探测范围可以覆盖到大范围布里渊区，在电荷密度波（CDW）材料、过渡金属二硫化物（TMD）材料的超快动力学过程研究中具有重要的作用。　　近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心极端条件物理重点实验室丁洪研究组（EX7组）的博士生陈发民、潘默君、刘俊德在钱天研究员和运晨霞副主任工程师的指导下，研制成功国内首台基于高重复频率、高通量高次谐波光源的超快角分辨光电子能谱仪（HHG-TRARPES），并通过了专家的现场测试（图1）。该仪器系统配备了六轴低温样品台，DA30半球分析器，极限真空优于10-10torr，最低温度小于6K，其光子能量连续可调（20-60eV），重复频率为0.4MHz。第18阶次光子（21.6eV）的能量分辨率为109meV，时间分辨率为120fs，样品位置处的光通量约为1011ph/s，综合参数达到世界同类型设备的一流水平。此外，全设备接入自主开发的控制系统，实现了集成化、智能化、便捷化操作，时间和角度联动扫谱，内置真空自锁与保护功能。目前实验装置已经进入稳定运行阶段，实现了对拓扑绝缘体Bi2Se3未占据态和电荷密度波材料1T-TiSe2能带动力学演化过程的测量（图2和图3）。这一设备的搭建完成，填补了国内相关领域的空白，为未来研究量子材料中电子的超快动力学过程、未占据态以及新型电子态提供了关键的实验平台。　　这项工作及相关研究得到北京市科委、国家自然科学基金委、中国科学院战略性先导科技专项（B类）和中国科学院科研仪器设备研制项目等项目的大力支持。高次谐波光源部分得到光物理重点实验室L07组赵昆副研究员、魏志义研究员及联培博士生王佶、许思源等人的密切协助与配合（详细信息请见：科研进展∣高重复频率极紫外相干光脉冲的产生）。图 1：实验室设备全图图 2：拓扑绝缘体Bi2Se3未占据态的测量图 3: CDW材料1T-TiSe2的能带动力学过程（T=87K）图 4：集成控制系统

在英国科学与技术设施委员会（STFC-UKRI）中央激光研究所，微靶制造科学家们正积极投身于高功率激光实验的微靶研究。新一代激光器提升了重复频率(高达10Hz)，这让高重复制靶法成为了重要的研究途径。在这些高功率激光实验中，科学家们依赖微流控装置实现亚微米级的液体片靶。然而，他们发现，依赖传统的机械加工或蚀刻来制造微流控通道，既耗时又昂贵。因此，研究小组正在寻求一种创新的解决方案，以便能够快速制作新的靶设计几何体原型来满足他们的实验需求。01、研究开发靶研究团队利用微流控设计了一种液体靶，当液体从微通道流出时产生了液体叶片靶。通道的设计会直接影响到叶片的质量，通过叶片的宽度和厚度判断。设计目标为制造出宽度为几毫米、厚度为几百纳米的叶片，以实现高精度实验需求。图1：当液体从通道中流出时产生的液体叶片靶由于液体的行为随通道的变化而变化，因此通道设计对实验来说尤为关键。需要平滑的通道以减少湍流，同时要严格控制出口的形状，因为它对最后的叶片质量起到重要影响。02、精密3D打印制造通道为了创建液体片，该团队利用摩方精密microArch S240打印出 20mm x 15mm x 5mm 的结构，其中有一个30μm 深的通道和一个 100μm 的出口。当然，与微型且精确的通道相比，该结构尺寸相对较大。但使用摩方精密设备打印较大的零件时，可同时保持通道所需的精度和准确度。现今通道选用钨材质，得益于钨能实现精确加工。在这种背景下，研究团队运用摩方精密 microArch系列设备的高精度 3D 打印系统，迅速准确地构建通道，为科研和快速原型设计提供了高效且成本较低的解决方案。图2：原钨件图3：高精度3D打印制造零件的特定部分原文链接：https://bmf3d.com/resource/high-precision-microfluidic-devices-for-high-power-laser-experiments/microArch S240microArch S240 作为摩方精密一款面向工业批量生产的超高精密3D打印机，不仅荣获全球光电科技领域最高奖—"棱镜奖（Prism Award）"，且具有以下突出特点和优势：高公差低层厚:光学精度高达10μm，±25µ m的加工公差，打印层厚10~40μm 打印体积扩大:满足工业打印的需求，可达100mm×100mm×75mm，实现更大规模的小部件产量；打印速度提升:最高提升10倍以上，快速缩短加工周期，为客户节省时间和成本；多种材料支持:支持多种高粘度陶瓷浆料（≤20000cps），以及耐候性工程光敏树脂、磁性光敏树脂等功能性复合材料的打印；应用领域广泛:卓越的精度、扩大的打印体积和多材料兼容性，满足客户在尺寸、性能和效率方面的多重需求。摩方精密作为目前全球唯一可以生产最高精度达到2μm精度，微尺度3D打印技术及颠覆性精密加工能力解决方案提供商，会持续专注于精密器件免除模具一次成型能力的研发，为客户提供制造复杂三维微纳结构技术解决方案。

移动通信、雷达、卫星遥感、电子对抗以及基础仪器科学等领域的进步，促使着微波系统向着高频、宽带、大动态范围、多功能的方向发展。面对这些新的发展需求，传统的微波技术在微波信号的产生、传输、处理、测量等各个方面均面临巨大挑战。微波光子学融合了微波技术和光电子技术，即利用光电子学的方法处理微波信号，可以突破传统射频电子器件的性能瓶颈，被认为是下一代各类微波系统应用的解决方案之一。传统微波光子系统一般使用分立的光电子器件与电学模块搭建链路，这使得微波光子系统样机或产品具有重量大、功耗高、稳定性差等不足。因此，实现微波光子系统的微型化、片上化和集成化，是推动微波光子技术真正落地与广泛应用的关键，也是近年来学术界和产业界关注的焦点。然而，目前已报道的研究工作仍未能实现微波光子系统的完全芯片化集成，需要借助分立的光电子器件(例如：激光器、调制器等)或电子器件(例如：电学放大器等)来构建完整的系统链路，这在成本、体积、能耗、噪声方面严重制约着微波光子技术的工程化与实用化。鉴于此，近日，北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室王兴军教授研究团队提出了融合硅基光电子芯片、磷化铟芯片和 CMOS 电芯片的多芯片平台混合集成方案，首次实现了微波光子系统光-电链路的完全集成化拉通。基于该技术方案，研究团队设计实现了一款全芯片化的微波光子频率测量系统，整体尺寸约为几十 mm²，功耗低至 0.88 W，可实现对 2-34 GHz 宽频段微波信号瞬时频率信息的快速、精准测量。该成果发表在 Laser & Photonics Reviews，题为“Fully on-chip microwave photonic instantaneous frequency measurement system”。北京大学博士研究生陶源盛与北京大学长三角光电科学研究院杨丰赫博士为论文的共同第一作者，王兴军教授为论文通讯作者。该团队设计的全芯片化微波光子频率测量系统原理如图1所示，他们在硅光芯片上有源集成了高速调制器(用于微波信号加载)、载波抑制微环、可调谐光学鉴频器和光电探测器等器件。基于磷化铟平台实现高性能的分布式反馈(DFB)激光器，并通过端对端对接耦合方式与硅光芯片实现互连。为在保证系统测量精度的条件下降低对后端采样与处理电路的要求，他们将硅光芯片的弱光电流输出通过金线键合的方式直接连接至 CMOS 跨阻放大芯片的输入。经跨阻放大后的电信号，仅需通过低速采样电路采集，通过离线处理即可还原出输入高频微波信号的瞬时频率信息。图1：全芯片化的微波光子频率测量系统。(a)系统三维示意图；(b)磷化铟激光器芯片与硅光芯片的光学显微图；(c)系统整体的集成封装实物图。图源：Laser Photonics Rev.2022, 2200158, Figure 1面向电子对抗、雷达预警等实际应用场景，研究人员们在实验演示了该全芯片化微波光子频率测量系统对多种不同格式、微秒级快速变化的微波信号频率的实时鉴别。如图 2 所示，依次是对 X 波段(8-12 GHz)范围内的跳频信号(Frequency hopping, FH)、线性调频(Linear frequency modulation, LFM)和二次调频(Secondary frequency modulation, SFM)三类信号的频率-时间测量结果，误差均方根仅 55-60 MHz，是迄今为止同类型集成微波光子系统所展示出的最佳性能。图2：复杂微波信号频率的动态测量结果。(a)跳频信号(Frequency hopping, FH)的频率测量；(b) 线性调频(Linear frequency modulation, LFM)的频率测量；(c)二次调频(Secondary frequency modulation, SFM)信号的频率测量图源：Laser Photonics Rev.2022, 2200158, Figure 4未来展望 本工作所提出的多平台光电混合集成工艺方案，除适用于微波测量应用，对于研究微波信号产生、信号处理、信号传输等其他各种类型微波光子系统的集成化、微型化也具有很高的参考价值，为推动微波光子技术的工程化应用提供了一种通用性的解决方案。

角分辨光电子能谱仪（ARPES）具有能量和动量分辨能力，是探测材料能带结构的重要手段。随着超快激光技术的发展，结合泵浦-探测技术的超快角分辨光电子能谱仪（TR-ARPES）由于兼具时间分辨能力，可用来探测非平衡态的电子能带信息，备受关注。基于高次谐波产生（HHG）的TR-ARPES还具有光子能量高、光子能量可调谐的优点，使得其探测范围可覆盖大范围布里渊区，在电荷密度波（CDW）材料、过渡金属二硫化物（TMD）材料的超快动力学过程研究中具有重要作用。近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心极端条件物理重点实验室丁洪研究组（EX7组）博士生陈发民、潘默君、刘俊德，在研究员钱天和副主任工程师运晨霞的指导下，研制出国内首台基于高重复频率、高通量高次谐波光源的超快角分辨光电子能谱仪（HHG-TRARPES），并通过了现场测试（图1）。该仪器系统配备了六轴低温样品台、DA30半球分析器，极限真空优于10-10torr，最低温度小于6K，其光子能量连续可调（20-60eV），重复频率为0.4MHz。第18阶次光子（21.6eV）的能量分辨率为109meV，时间分辨率为120fs，样品位置处的光通量约为1011ph/s，综合参数达到世界同类型设备的一流水平。此外，全设备接入自主开发的控制系统，实现了集成化、智能化、便捷化操作，时间和角度联动扫谱，内置真空自锁与保护功能。目前，实验装置已进入稳定运行阶段，实现了对拓扑绝缘体Bi2Se3未占据态和电荷密度波材料1T-TiSe2能带动力学演化过程的测量（图2、3）。这一设备的搭建完成，为未来研究量子材料中电子的超快动力学过程、未占据态及新型电子态提供了关键的实验平台。研究工作得到北京市科学技术委员会、国家自然科学基金委员会、中科院战略性先导科技专项（B类）、中科院科研仪器设备研制项目等的支持。高次谐波光源部分得到光物理重点实验室（L07组）副研究员赵昆、研究员魏志义及联合培养博士研究生王佶、许思源等的协助。图1 实验室设备全图图2 拓扑绝缘体Bi2Se3未占据态的测量图3 CDW材料1T-TiSe2的能带动力学过程（T=87K）图4 集成控制系统

自Spark Lasers公司推出ALCOR 920系列920nm飞秒光纤激光器以来，该系列产品就成为脑科学双光子显微成像系统主要使用的光纤飞秒激光器。凭借其高功率、窄脉宽、高稳定性、免维护等特性，ALCOR 920不仅成为传统钛蓝宝石飞秒激光器的高性价比替代产品，也成为同类产品的市场引领者。 ALCOR 920采用了Spark Lasers最新的HPC技术（High Pulse Contrast），功率有了进一步提高，同时脉冲形状也得到了优化。与前一代产品相比，ALCOR 920-1的平均功率从之前的1W提高到了1.5W；ALCOR 920-2的平均功率从之前的2W提高到了2.5W。ALCOR 920-4仍提供高达4W的平均功率，是目前市面上920nm飞秒光纤激光器中输出光功率最高的产品。图1 ALCOR系列产品主要参数列表 飞秒激光器作为双光子显微成像系统的核心部件之一，对系统成像效果是至关重要的。那么，如果想要得到好的成像效果，应该怎么办呢？我们有方法：1. 选择高峰值功率的激光器由于双光子效应是与光子密度正相关的非线性效应，越高的峰值功率就意味着越多的荧光分子能够同时吸收两个光子到达激发态，并在跃迁至基态的过程中发出荧光，也就是说最终被探测器采集到的荧光信号也就越强，最终生成的图像亮度和对比度也就越高。峰值功率的计算方式可以由下面的公式计算得出：例如，标准款ALCOR 920-2的平均功率为2.5W，重复频率为80MHz，脉冲宽度为100fs，那么ALCOR 920-2的峰值功率就高达312.5kW。 假如有一款飞秒激光器脉冲宽度只能做到150fs，平均功率和重复频率却能和ALCOR 920-2一样，那么会有什么影响呢？我们通过计算可以得到，这款激光器的峰值功率仅有208kW，仅有ALCOR 920-2的66.6%，这也就意味着相应的荧光强度也会有很大幅度的降低。同样地，假如有另一款产品，脉冲宽度也能达到100fs，但是平均功率却比较低，那么其峰值功率也是比较低的。 图2 使用低脉冲质量的激光器和Spark Lasers的高质量脉冲激光器的最终图像对比 2. 使用色散预补偿得到最优化的脉冲宽度然而，拥有一台激光器只是搭建双光子显微成像系统的第一步。由于成像系统内部有很多光学元器件，如反射镜、滤光片、光强调制器、空间光调制器、分光棱镜、物镜等等，而这些光学元器件中的大部分都会引入正色散，导致飞秒脉冲激光到达测量点处的过程中发生展宽，即脉冲宽度变宽。在上面的计算中我们可以看出，脉冲宽度变宽会导致激光峰值功率的下降，会在很大程度上降低荧光光强，以至于最终的图像亮度和对比度会变差。 ALCOR 920系列在激光头内部集成了色散预补偿模块，可以在激光发射时就带有负色散，这些负色散可以在激光脉冲传播过程中和光学器件引入的正色散相互抵消，从而使得在测量点处，脉冲宽度能保持比较窄。 标准款ALCOR带有0～-60000fs2的大色散补偿范围，同时提供0～-90000fs2的超大色散补偿范围选配，可以满足大部分双光子显微成像系统对色散补偿要求，甚至是最复杂的系统。根据我们的经验，一般复杂程度的双光子显微成像系统对色散补偿的要求在-30000fs2～-50000fs2。3. 对功率进行调制和精确控制ALCOR 920可提供XSight选配模块，即集成化内置AOM模块，以满足双光子显微成像系统对激光实现光强的开/关调制或模拟调制来实现复杂的功能的需要。内置模块可以在很大程度上节省光学平台的空间以及在光路中调试外置调制器的时间精力，同时，该模块能够提供：超高精度光强调节（分辨率高达0.1%）高带宽模拟调制（0～1MHz）高速光开关（上升/下降沿200ns）上海昊量光电作为Spark Lasers在中国地区独家代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。对于Spark Lasers有兴趣或者任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

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

p style="text-indent: 2em text-align: justify "近日，位于河北兴隆国家天文台的“LAMOST激光信标系统”项目通过中科院条财局组织的专家验收，该项目在中科院重大科技基础设施项目的支持下，由南京天文光学技术研究所李国平团队和福建物构所林文雄团队共同合作完成。br/ 林文雄团队研制的绿光激光器作为LAMOST的核心部件——激光信标，在12公里附近产生一颗处于望远镜中心视场的7等左右的激光星，通过对大气分子的瑞利散射光波前进行采样，获 得望远镜的面形数据并传递给促动器，实现了望远镜的主动光学校正。br/ 在激光器研制过程中，为了克服超长激光谐振腔的光学畸变问题，创新性采用时序控制及4f像传递技术，突破了一般工业用途激光器20 ns脉宽的瓶颈，研制出65 ns脉宽的激光器。为了使激光器能够适应-30℃～+40℃的环境温度，一方面采用热膨胀系数较低的材料作为激光器底板，并且通过合理的光学设计使激光谐振腔处于稳腔状态；另一方面，自主研发出自适应光学调整架，能够利用自身形变抵消环境温度变化引起的应力，保证了激光谐振腔在环境温度变化时的稳定性。这些技术为实现7等激光星以及精确测量瑞利散射光波前提供了有力的保障，相关的研究工作申请了专利3件，其中授权专利2件，发表文章1篇。br/ 激光器各项指标均优于合同指标：激光功率33 W，功率稳定性为0.7%；重复频率12 kHz；脉冲宽度65 ns；光束质量M2 = 1.3。验收总结会上，激光器稳定的性能指标得到了专家组的一致好评，由激光器产生的人工信标大大缩短了主动光学的校正时间，提高了LAMOST的巡天效率，为我国自主研制用于大气校正的激光导星系统提供了重要技术储备。/p

近日，北京量子信息科学研究院（简称“量子院”）全光量子源团队开发完成了国内首台产品级高功率飞秒振荡器——Fermion-007。该产品弥补了国内瓦量级飞秒振荡器的产品空白，在国际上仅有立陶宛Light Conversion等少数几家公司具有相当技术指标的产品。Fermion-007采用了多项创新技术，仅一级振荡器即可输出大于7W、重频80MHz的飞秒脉冲激光，其指标、可靠性均达到国际先进水平。目前，研发团队已接到超快电镜应用领域的商业合作订单。作为产生飞秒脉冲激光的“种子”，超快飞秒振荡器（Ultrafast femtosecond oscillator）具有高重频、高光束质量等优势，但输出功率普遍较低，往往需要对其进行功率放大以满足应用需求。然而，这种“振荡器+放大器”的技术路线会大大增加系统复杂度，导致成本变高、可靠性变差，从而限制了飞秒激光的受众范围。此外，超快电镜、飞秒双光子显微成像等应用对激光重复频率也有较高要求，因此，高功率飞秒振荡器成为相关领域的急需产品。飞秒振荡器主要分为光纤和固体两大类。固体振荡器虽然技术难度较高，但最高输出功率比光纤高3个量级，且具有更高重频和更长的锁模器件寿命，是满足应用需求的最佳技术方案。二者的具体对比见表1。表1 光纤、固体飞秒振荡器参数对比光纤飞秒振荡器固体飞秒振荡器直接输出功率百pW至mW量级几十mW至W量级最高重复频率百MHz几GHz飞秒锁模方式/器件寿命SESAM/3个月1. SESAM/3个月2. 克尔透镜锁模/无寿命问题技术难度技术门槛较低。基于标准化光纤器件、光纤熔接机设计、生产。技术门槛较高。对于腔型设计、调试经验、工程化等均有要求较高。对于产品商业化而言，工程水平的高低起决定作用。定制化程度激光器结构、指标类似，激光表现主要依赖于光纤、熔接仪器等的上游器件的性能。结构灵活性好，适合针对应用定制功率、重频、脉宽、中心波长等指标国内商业化现状5-10家商业化公司目前尚无商业化公司基于上述应用需求和技术路线分析，北京量子院开发了Fermion系列高功率全固态（DPSS）飞秒振荡器。在不需要额外放大的情况下，Fermion-007可直接输出大于7W、80MHz的飞秒脉冲激光，脉冲宽度~120fs，中心波长1035nm。此外，输出激光还具有优异的光束质量和长期稳定性，两维M2小于1.2，12小时连续运转功率均方根值小于0.3%。图1 Fermion-007 光谱及脉冲宽度测量图2 Fermion-007 光束质量及长期稳定性工程化是激光器从实验样机蜕变成可用产品的核心环节。Fermion-007采用了低热阻晶体封装、一体化密封、温湿度负反馈控制等多项工程技术，并对腔体、冷却模组的设计进行了模拟优化，以降低高泵浦热量对激光器运行环境的不利影响。激光器采用克尔透镜锁模（Kerr-lens mode locking）作为飞秒脉冲产生、维持的机制，相比可饱和吸收体（SESAM）具有更长的寿命和更高的器件可靠性。此外，研发团队首次将新型“射频同步技术”应用到Fermion-007中，用以自启动及维持飞秒锁模状态，从根本上克服了克尔透镜锁模飞秒振荡器长期存在的“失锁”问题。图3 Fermion-007 机械热分布及水路的模拟高功率飞秒振荡器在双光子显微成像、光参量泵浦等领域应用广泛。近年来，随着相关技术的发展，超快电镜、超快电子衍射等标准化仪器对此类激光器的市场需求也在迅速提升。超快电子显微镜（Ultrafast electron microscopy(UEM)）是由传统电镜升级改造而成的高端分析仪器，“飞秒激光驱动光阴极”系统是其新增的核心模块。升级后的超快电镜除了拥有原子尺度的空间分辨率外，还具有飞秒-皮秒尺度的超高时间分辨率，由此成为研究材料动力学过程的有力工具。图4 Fermion系列产品在超快电镜中的应用研发团队与相关系统商开展了新型超快电镜开发的前沿合作，首次提出利用飞秒振荡器产生高重频的超快电子，以降低激光脉冲对光阴极造成的损伤风险。该方案有望从根本上解决此类仪器长期存在的光阴极可靠性问题，提高超快电镜产品的使用寿命和市场竞争力。据合作系统商的预估，超快电镜未来3年总市场需求量可达到50台/年。研发团队简介高功率飞秒振荡器是量子院全光量子源团队于子蛟助理研究员主导完成的研究项目。全光量子源团队于2020年由鲁巍教授组建，隶属于北京量子院技术产业开发中心。团队致力于打造支撑量子产业相关的关键激光设备，包括超快超强激光装置（TW-PW系统）、激光加速桌面光源及应用、新型高端科研飞秒激光器的前沿技术研究、产品研发及产业化落地。

1、前言随着半导体封装变得更小、集成度更高，使用非破坏性、高分辨率技术定位故障的能力变得越来越重要。对失效分析手段提出了挑战，故障高分辨率定位能力的需求逐渐增大。为满足这些要求，Advantest开发了TS9001TDR方案，该系统分析通过利用专有的短脉冲信号处理技术进行高分辨率时域反射测量（Time Domain Reflectometry, TDR），对先进半导体封装、电子元件和印刷电路板中的导线故障区域进行快速、高精度和无损分析。 2、主要应用以3D集成电路为代表的高密度集成电路中存在着无限小的布线结构，布线故障在封装、印刷电路板封装过程中频繁出现。检测故障点需要几十微米分辨率。由于上升时间（约20ps）和抖动（约1ps）的限制，传统示波器TDR方法的故障距离分辨率仍保持数百微米的分辨率。使用TS9001TDR系统可以准确分析各种尖端半导体封装的布线质量，如倒装芯片BGA、晶圆级封装和2.5D/3D IC封装，能够直接连接客户的射频探测系统，针对其设备形状和故障分析环境，实现高速、高分辨率的测量，提供灵活的解决方案。（1） 高度集成的集成电路封装故障分析1) 封装引线故障分析：确定引线故障点位于Si Interposer内还是封装内，识别故障是由预处理还是后处理中的因素引起的2) C4 Bump故障分析：利用测试回路确定和分析安装Si Interposer的条件，对测试回路的菊花链结构进行故障点分析，并对安装条件进行反馈3) TSV、Micro-Bump故障分析：识别层压芯片的故障层4) 印刷电路板PCB故障分析：识别PCB板中通孔和信号线的故障点3、原理与优势（1）原理与技术太赫兹脉冲时域反射计的原理参见上图。其利用两个的飞秒激光器分别泵浦光电导电线，产生高频的太赫兹脉冲信号。飞秒激光器的中心波长1550nm，脉冲宽度50fs。其中，一个飞秒激光器的重复频率50MHz，另一个激光器的重复频率稍有区别。采用两个激光器的重复频率稍有差别的缘由在于，利用两个激光器的差频延迟，可以实现高频太赫兹信号的产生和探测。其工作是高频太赫兹信号通过探针接触芯片的管脚，高频太赫兹信号在芯片封装的引线中传播。当芯片封装没有开断路时，高频太赫兹沿着引线向前传播；当芯片封装的引线等出现开路时，将反射回正峰脉冲信号；当芯片封装引线出现短路时，将反射回负峰脉冲信号。（2）技术优势为了识别故障点，常用的封装无损检测方法包括光发射显微镜(emission microscope)和示波器时域反射计(Time domain Reflectometry, TDR)等，但是这些无损检测方法受到时域信号抖动的限制（信号抖动约1ps），导致分辨率不高，不能定位微米级的失效位置，无法以高分辨率检测开路、短路故障。故亟需高分辨率时域反射计，以提供快速且精准的失效定位。Advantest通过独有的光学采样和电短脉冲生成技术，借助飞秒激光技术，产生抖动小于30fs的超短采样脉冲。可以实现5μm的故障定位分辨率。通过使用自动探针的自动触地功能，进行精确的可重复测量，具有更高精度和效率的故障位置测量。TS9001TDR系统通过自动探针和与CAD设计联动，实例分析芯片封装的引线开路和短路故障定位，可以直观快速定位芯片封装的故障点，实现先进封装的失效分析。4、国内外发展现状Advantest的TS9001TDR系统中采用两个超短脉冲激光器异步采样，采取异步采样技术可以使系统不再需要机械式的光学延迟线，并且具有超高速的信号扫描速度。是目前全球独一的技术，目前国内外没有同类设备。5、发展趋势随着晶圆代工制程不断缩小，摩尔定律逼近极限，先进封装是后摩尔时代的必然选择，3D封装迅猛发展。作为一种全新的实现定位方法，在未来的几年里，太赫兹TDR技术将继续保持高速发展的势头。随着关键技术的不断发展，相关产品的种类将越来越丰富，行业应用和相关配套服务也将越来越广泛。搭载脉冲电磁波产生和高速采样的超短脉冲光纤激光器的太赫兹TDR设备，有助于半导体3D封装的故障分析。 6、总结与展望 在实际芯片测量过程中，太赫兹脉冲信号耦合至芯片内部衰减较为严重，对于太赫兹脉冲的信噪比提出了很高的要求。为了进一步提高测量精度和芯片内的传输路径，提高信噪比是亟需攻克的问题。另外芯片内部的引线存在阻抗不匹配又没有完全开路的情况，对于这类Soft Open的芯片检测，TDR波形分析需要结合信号模拟仿真，增强对信号的解读。对于材料的吸收系数、折射率、介电常数等光谱特性，可以用太赫兹时域光谱仪表征，这也是爱德万测试太赫兹技术的核心应用。目前爱德万测试已经有太赫兹时域光谱成像系统，通过发射和接收时域太赫兹信号至样品，可以实现生物医学样品、食品农产品、化学品、复合材料、通讯材料等的光谱特性表征。（爱德万测试(中国)管理有限公司 供稿）

p style="line-height: 1.75em " 据英国《每日邮报》近日报道，俄罗斯科学家称，他们已在农业方面取得新突破，开发出一种激光系统，可使农作物生长速度快一倍，并且培育过程中不需任何杀虫剂。该技术可用于城市，亦或偏远地区，据称还可大大延长食品的储藏时间，延长食物保鲜期。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/b10c8e78-8144-4435-84c2-6b6324ec869c.jpg" title="ds.jpg"//pp style="line-height: 1.75em text-align: center "　　图为培育植物所用激光器/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/4d060ae2-2885-4768-9e9e-9419743620bf.jpg" title="d.png"//pp style="line-height: 1.75em text-align: center "　　激光系统/pp style="line-height: 1.75em "　　报道指出，世界人口2050年将达90亿人，预计对食物的需求量将提高70%。要弥合这一鸿沟，科技将扮演重要的角色。/pp style="line-height: 1.75em "　　该系统由俄罗斯米丘林国立农业大学(Michurinsk State Agrarian University)的科学家发明。该研究团队称，他们使用了相对便宜的激光系统培育作物，包括番茄、黄瓜、萝卜、茴香等，其生长速度和产量都比自然生长要高得多 并且无需杀虫剂等化学品加速农作物的生长，因此该技术培育出的植物为“生态清洁型”。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/b960ff6b-de1e-40b9-962a-b82785565aa8.jpg" title="a398e51b8d2a19f.png"//pp style="line-height: 1.75em text-align: center "　　实验室/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/ade21677-dfad-4c5c-9e40-9df5fe2a9a87.jpg" title="258a0deded2db71.png"//pp style="line-height: 1.75em text-align: center "　　植物每天需经激光照射，但该工作由机器人完成。与传统种植模式相比，此举可节省农民的时间。图为黄瓜接受激光照射/pp style="line-height: 1.75em "　　该技术对植物用单一波长或颜色的激光进行照射。其他科学家正在研究不同颜色的LED光对促进植物生长分别有何作用。/pp style="line-height: 1.75em "　　俄罗斯专家称，该激光系统还可提高植物免疫能力，从而治愈患病植物。专家还表示，激光技术还可延长作物储存时间，并发现其体内有毒有害物质。/ppbr//p

波长调谐范围覆盖6-20μm的高重复频率（10 MHz）、高平均功率（10 mW）飞秒激光源具有重要的应用，由于大量分子在这个波段具有振动跃迁，因此有望用于痕量气体检测以及对由气体、液体或固体组成的复合系统进行与物理、化学或生物学相关的非侵入性诊断。但由于增益介质的缺乏，这些中红外源通常利用高功率近红外飞秒激光器驱动光学差频产生（DFG）来实现：近红外激光脉冲的一部分用作泵浦脉冲，另一部分采用非线性波长转换产生波长可调的信号脉冲，泵浦脉冲和信号脉冲之间的DFG产生可调谐的中红外脉冲。利用传统非线性光学手段产生的信号光脉冲能量较低，限制了中红外光源的功率，导致长波中红外飞秒光源无法广泛应用。针对该难点，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心L07组在长期开展基于超快激光脉冲产生及波长转换的基础上，利用自相位调制的光谱旁瓣滤波（SPM-enabled spectral selection，SESS）技术，基于高功率掺铒光纤激光器在高非线性光纤中得到了波长范围覆盖1.6-1.94μm、功率高达300mW（~10nJ）的信号脉冲，再与1.55μm的泵浦脉冲在GaSe晶体中差频得到了波长覆盖7.7-17.3μm的中红外激光脉冲，最大平均功率可达58.3mW。图1. 实验装置图实验装置如图1所示，前端为自制的高功率掺铒光纤激光器系统，重复频率为32MHz，经过啁啾脉冲放大后得到平均功率为4W、脉冲能量为125nJ、宽度为 290fs的脉冲。将激光脉冲分成两份，一份作为泵浦脉冲，另一份耦合到SESS光纤中进行光谱展宽。光纤输出处的展宽光谱由二向色镜分离，长通滤波器（图中的LPF1）将最右边的光谱旁瓣过滤出来作为信号脉冲。泵浦脉冲经过时间延迟线与信号脉冲在时间上重合后聚焦到GaSe晶体上，光斑大小约为50μm。再通过另一个截止波长为4.5μm的长通滤波器，生成的中红外光束经焦距为75mm的90°离轴抛物面镜准直。利用校准的热敏功率计测量中红外脉冲的平均功率，傅里叶变换红外（FTIR）光谱仪来测量输出光谱。图2（a）为1mm-GaSe后输出光谱和功率，光谱范围为7.7-17.3μm，最大平均功率为30.4 mW。为了进一步提高输出功率，我们采用2mm厚的GaSe晶体，结果如图2（b）所示，整个光谱调谐范围内脉冲功率均大于10mW，最大平均功率达58.3mW。相比于以往基于掺镱光纤的中红外光源，本研究成果将DFG平均功率提高了一个数量级，并首次实验上观测到了工作在光参量放大机制下的高重频DFG过程。该高功率长波中红外光源基于结构紧凑的光纤激光器，可以用于实现中红外双光梳，从而推动中红外光梳在精密光谱学中的前沿应用。相关结果发表在最近的Optics Letters上（https://doi.org/10.1364/OL.482461），被选为Editor's Pick并成为当天下载量最多的5篇论文之一。图2. 在不同厚度GaSe后测量到的中红外光谱和功率:（a） 1mm-GaSe（b）2mm-GaSe。该工作得到了国家自然科学基金（批准号：No.62227822和62175255）、中国科学院国际交流项目（批准号：No. GJHZ1826）和国家重点研发计划（批准号：No. 2021YFB3602602）的支持。论文第一作者为物理所博士生刘洋，常国庆特聘研究员为通讯作者，赵继民、魏志义研究员也参与了该工作的设计和讨论。

激光是光、机、电、材料及检测等多学科的综合技术，激光制造系统与智能技术相结合可构成高效自动化加工设备。激光和增材制造产业是“20+8”产业集群之一。深圳作为激光和增材制造产业的集聚区，已初步形成覆盖材料、器件、软件、设备和应用服务全链条的产业生态体系，在多模块连续光纤激光器、高功率激光切割头、电池焊接装备等产品类别处于国内一流行列。丰富的制造业应用场景，为激光与增材制造产业提供了广阔的市场空间和发展机遇。国家鼓励和支持激光技术在制造业中为主，行业应用深度融合。到2025年，围绕3C电子、新能源、新型显示等优势领域，将打造一批“激光+”和“3D打印+”智能制造应用示范项目。建成若干检验检测、试验验证、应用研发等产业基础设施和公共服务平台，形成覆盖源头创新、智能制造、创新应用的产业发展生态。华南先进激光及加工应用技术展览会将致力于强化创新驱动，推动技术跨越发展，提升“基础与专用材料-关键零部件-高端装备与系统-应用于服务”的激光产业链整体创新效能。主办方精心打造“激光创新技术及智能检测展示区”，携手通快、MKS、普雷茨特、TOPTICA、滨松光子、奥创、光惠、蓝菲、德擎，集中展示激光创新技术、工业智能检测技术及核心部件，内容包括光源和先进激光器件、激光加工控制及配套系统、检测仪器和设备等，应用于激光加工制造的AOI缺陷检测、产品表面及外观检测、零件的几何尺寸和误差测量等。现场通过各类演示模式及配合专人讲解，帮助终端客户方便快捷地寻找激光深度应用和智能检测技术方案。2022华南国际智能制造、先进电子及激光技术博览会（LEAP Expo）旗下成员展：2022华南先进激光及加工应用技术展览会（Laser South China）将于11月15-17日在深圳国际会展中心（宝安新馆6号馆）举行。应高交会宝安会场组委会邀请，并经政府批准，LEAP Expo成为第二十四届高交会的成员展，充分共享高交会的影响力和资源，共同推进产业跨界协同及合作。为深圳发展“20+8”产业集群献力。立即点击下方链接或扫描二维码注册参观华南先进激光及加工应用技术展览会，更有超多参观福利等你来拿走！https://ezt.exporegist.com/LEAP22?invitecode=yqxx激光创新技术及智能检测展示区展品抢先看1. 通快（中国）有限公司通快集团（TRUMPF）成立于1923年，作为德国政府顾问单位参与发起了德国工业4.0 战略，是德国工业 4.0 首批创立成员。作为一家拥有百年历史的德国高科技企业，为全球提供高性能工业级激光发生器，产品适用于多个行业。当前，通快在华的核心业务是机床与激光技术，为包括汽车、电池、消费电子、医疗器械、航空航天等高端智能制造业提供金属加工整体解决方案，同时通快还是全球唯一一家能够供应极紫外（EUV）光刻机光源的厂商。【应用领域展品剖析】-应用解决方案主题超短脉冲激光器TruMicro 6000 系列-展品亮点得益于板条放大技术，TruMicro 6000 系列超短脉冲激光器能够将激光脉冲线性增强到很高的脉冲能量。-展品类别光源及先进激光器件-应用领域微电子/半导体、消费电子-应用解决方案详情OLED 切割、切孔：针对 OLED 的超短脉冲激光切割、切孔工艺，绿光与紫外版本通快激光产品凭借其多年积累的稳定性，良好的光束质量，在各行业的巨大装机量中经验丰富的售后团队，已成为面板工厂对于此工艺的不二之选。Micro LED 剥离、巨量转移：随着 5G、VR/AR 技术不断发展，以及市场对于大尺寸显示的更高需求，Micro LED 凭借其高亮、低功耗、快反应时间、潜在高分辨率激发了越来越多工业开发量产投资。动力电池极片切割：在极片切割的应用中，激光这种“无接触”加工方式相比五金刀具有着低成本、少维护、节约材料的优势。同时，随着制造工艺的升级，极片切割的速度要求越来越快、质量要求越来越高。2. MKS/Newport 理波公司Newport 是 MKS Instruments光电解决方案事业部的一个品牌。Newport产品组合由全方位的解决方案组成，包括精密运动控制、光学平台和隔振系统、光电仪器、光学和光机组件。如需更多信息，请访问 www.newport.com.cn【应用领域展品剖析】-应用解决方案主题晶圆检测 & MicroLED 加工与修复-展品亮点高性能空气轴承平台-展品类别激光加工控制及配套系统，激光智造设备，工业智能检测与质量控制技术，3D打印/增材制造，激光加工服务。-应用领域微电子/半导体，消费电子，加工站-应用解决方案详情多样化的超精密运动控制解决方案，专注于半导体行业紧凑型多轴精密控制系统设计。3. 普雷茨特激光技术（上海）有限公司普雷茨特于1971年在德国巴登巴登成立，在全球22个国家和地区设有子公司和代表处，是一家高度创新的传感器和光学探头的德国制造商。光学传感器深入消费电子、半导体、玻璃、汽车、医疗等行业，时刻挖掘高精度在线测量的精度极限，拓宽离线检测的多种可能性。Precitec监控系统可为在24/7全天候运行的许多工业生产领域提供帮助。焊接过程中记录的测量数据用于100％质量控制。立即发现生产错误，可以及时纠正。数据存储与组件ID相结合可实现一致的可追溯性。【应用领域展品剖析】-应用解决方案主题LWM激光焊接监控器-展品亮点LWM激光焊接监控器在量产过程中实时监控质量波动-展品类别激光加工控制及配套系统，激光智造设备，工业智能检测与质量控制技术-应用领域微电子/半导体，消费电子，集成电路，新能源/电池，医疗/生物技术，汽车工程，模具/工具制造，航空航天/交通运输-应用解决方案详情激光焊接实时监控系统LWM是-种应用在连续生产中的实时监控系统。它能够实时在线反馈焊接质量和生产相关的信息。激光功率、焦点位置、焊缝深.度以及保护气体供应和流量大小都能被检测到。除了局部焊接缺陷，比如熔合不充分外，LWM还可探测诸如焊接接口毛刺等组件缺陷和加紧装置上的缺陷。LWM通过对等离子体、热辐射和激光光束背反射基于时间的变化来实时监控焊接的质量。在焊接过程中，LWM会比较收到的信号和参考值，然后将偏差实时报告给焊接设备。4. 杭州奥创光子技术有限公司奥创光子技术有限公司是一家专业从事工业级超快激光器及其核心器件研发、生产与应用的国家高新技术企业。总部坐落于浙江省杭州市，目前拥有约一万平方光学洁净室和办公区。【应用领域展品剖析】-应用解决方案主题30W紫外飞秒激光器-展品亮点最大单脉冲能量200µJ；最大平均功率30W；500fs-10ps连续可调；343nm紫外波长输出-展品类别先进激光材料，光源及先进激光器件，激光智造设备，激光加工服务，创新技术展示-应用领域微电子/半导体，消费电子，集成电路，新能源/电池，医疗/生物技术，汽车工程，玻璃/塑料/陶瓷，航空航天/交通运输，光学，高等院校/科研机构-应用解决方案详情Orientation-30-UV系列紫外飞秒激光器采用奥创自主研发的固体放大方案，强化版本的激光器可提供30W的平均功率，脉冲宽度500fs-10ps，最大可输出200μJ的单脉冲能量，可实现50KHz~1MHz重复频率连续可调，24小时功率波动小于等于1%，采用高效的三次谐波产生技术输出343nm紫外波长光，全系标配burst功能，支持1-10个burst输出。5.TOPTICA PhotonicsTOPTICA成立于1998年，位于慕尼黑（德国）附近，目前已经成为了世界领先的激光光电子公司之一。20年来 TOPTICA一直致力于为科学和工业应用开发和制造高端激光系统。我们的产品包括半导体激光器，超快光纤激光器，太赫兹系统，光学频率梳和高精度波长计等。TOPTICA的系统主要用于生物光子学，工业计量学和量子技术等高端应用。TOPTICA以提供市场上波长范围覆盖最广的单频半导体激光器而闻名，即使在特殊波长也能提供大功率激光器件。TOPTICA的半导体激光器具有出色的相干性，宽调谐范围和理想的光束质量。目前，OEM客户，科学家和十几位诺奖获得者都认可TOPTICA激光器的世界级规格，以及它们的高可靠性和长使用寿命。TOPTICA的300名员工以开发定制系统为荣。通过与几所大学和研究所的密切合作，最新的科学发现经常被纳入商业产品中。凭借全球分销网络，TOPTICA在全球范围内提供卓越的服务。【应用领域展品剖析】产品1-应用解决方案主题PICOFYB-展品亮点节约成本的工业级光纤种子源激光器-展品类别激光智造设备-应用领域微电子/半导体，光学，高等院校/科研机构-应用解决方案详情PicoFYb 1030/1064经济高效的工业级光纤种子激光器较长的使用寿命：TOPTICA 专有的 SESAM 锁模技术产品2-应用解决方案主题TopWave 266-展品亮点工业级连续波 UV 激光器-展品类别激光智造设备-应用领域微电子/半导体，光学，高等院校/科研机构-应用解决方案详情工业连续波紫外线激光器基于超过15年提供高性能变频系统的经验，TOPTICA开发了新型TopWave 266。该工业级连续波深紫外激光系统在266 nm处提供300 mW输出功率，具有出色的功率稳定性和最高的可靠性。6.上海蓝菲光学仪器有限公司美国Labsphere Inc. Inc.（蓝菲光学）于 1979 年成立， 美国总部位于美国 N ew Hampshire 州的 N orth Sutton 市， 隶属于英国豪迈集团， 是世界上最早也是目前规模最大的生产积分球及以积分球为核心的光电 检测 仪器 和解决方案提供 商，在 30 余年的发展历程中 Labsphere 始终保持在全球光源计量、照明 测量 、 辐射 定标 、反射率透射率测试及光学漫反射涂料领域内的领先地位， Labsphere 已为众多光学领域客户专业设计并提供多种用途的 光电测量 系统，此外Labsphere 还具备极其丰富的定制经验，可满足不同用户的特殊需求 。为了更好服务亚洲市场，Labsphere 已于 2009 在上海设立了全资子公司 上海蓝菲光学仪器有限公司。上海蓝菲 为亚洲客户提供销售，售后服务并拥有自己的漫反射材料喷涂中心；公司还拥有自己的研发设计团队 根据国内客户的需求推出有针对性的方案。【应用领域展品剖析】-应用解决方案主题激光功率测量系统-展品亮点‍激光功率测量系统以精确和可重现的方法测定被校准或发散的激光-展品类别激光智造设备，工业智能检测与质量控制技术，创新技术展示-应用领域微电子/半导体，消费电子，汽车工程，照明，航空航天/交通运输，照明工程，光学，高等院校/科研机构-应用解决方案详情激光功率测量系统以精确和可重现的方法测定被校准或发散的激光或激光二极管。激光积分球专门设计用于激光，是测量光辐射束总功率的理想选择。该系统可为350到1700nm波长区域内的激光提供光功率从几nW到几百W的激光功率测量。7.滨松光子学商贸（中国）有限公司日本滨松光子学株式会社（简称滨松集团）是全球光子技术、光产业的领导者。自1953年成立以来，滨松集团将超过15000种光电产品销往全球100多个国家和地区，这些产品被广泛应用在生物医疗、高能物理、宇宙探测、精密分析、工业计测、民用消费等领域。多种产品以其优异质量著称并享有高市场占有率，如光电倍增管系列产品的市场占有率高达90%。【应用领域展品剖析】-应用解决方案主题T- smils LD 加热系统-展品亮点带温度实时监控的平顶光输出的激光二极管（LD）加热系统-展品类别先进激光材料，激光加工控制及配套系统，激光智造设备，工业智能检测与质量控制技术，激光加工服务-应用领域微电子/半导体，医疗/生物技术-应用解决方案详情T-smils是一个带温度实时监控的平顶光输出的激光二极管（LD）加热系统。由“ SPOLD”激光器（即滨松的LD照射光源系列），控制单元和测温单元组成。T-smils适用于非金属焊接，纳米银浆烧结、锡焊、芯片封装、玻璃封接等。特点：模块化设计；内置温度监控模块：对加工点精确地温度监控；内置通信模块：实现整机与电脑、机械臂之间的通信；激光器：光纤输出，30W、75W、200W、360W可选。8.光惠（上海）激光科技有限公司光惠（上海）激光科技有限公司成立于2015年11月，是全球高亮度光纤激光器及应用工具集成方案领先者，脱胎于美国康涅狄格州的GW LaserTech LLC，公司创始团队为专注光纤激光器研发近20年的海外博士，拥有深厚的技术积淀，是上海市技术千人专家。目前公司拥有员工近300人，其中硕博学历研发人员比例在同行业中处于较高水平，引领了基于双向976nm泵浦技术的高效、高亮度激光技术在中国的产业化。【应用领域展品剖析】-应用解决方案主题YLPS- Weld- 1500- A-展品亮点可以在-10-50℃正常满功率运行，搭配自主研发枪头，操作简易，体积更小。-展品类别激光加工控制及配套系统，激光智造设备，激光加工服务，创新技术展示-应用领域新能源/电池，医疗/生物技术，汽车工程，金属/钣金，模具/工具制造，航空航天/交通运输，光学-应用解决方案详情光惠激光新一代智能风冷激光手持焊机搭配光惠自主研发“不怕热”的焊接头，独特的球面光学技术，重量减轻35%，一体化设计，焊缝完美无变形，可以在-10-50℃范围正常使用，操作简便，内置55组应用工艺数据包，根据应用场景智能化选用彻底解决工艺摸索问题，全铝合金机身，重量≤45kg，较第一代减轻30%提升了征集移动的可靠性，多重安全保障，除急停按钮外，单独安全电路设计彻底解决漏电的可能性。9. 广州德擎光学科技有限公司广州德擎光学科技有限公司是一家致力于研发和生产激光加工自动化配套设备的高新技术企业，专注于最前沿的激光制造检测及控制技术的研发和生产。针对激光焊接质量监控等相关应用，先后开发了激光焊接缺陷检测系统，激光焊接熔深测量系统，激光焊接表面重构等激光焊接质量检测系统。德擎光学秉持“德勤至上，光控未来”的企业理念，以科技创新为自我追求，以诚实守信为原则为客户提供服务、创造价值。【应用领域展品剖析】-应用解决方案主题激光过程诊断系统-焊接缺陷检测（ALPAS-WDD）-展品亮点能在线检测产品焊接质量变化，实时监控产线制程状态的稳定性-展品类别激光加工控制及配套系统，激光智造设备，工业智能检测与质量控制技术，创新技术展示-应用领域消费电子，新能源/电池，汽车工程，家电/电器-应用解决方案详情激光焊接过程中产生金属蒸汽、激光反射以及熔池热辐射等信号。这些辐射的光信号能反映焊接的状态以及过程有无缺陷的产生；缺陷检测系统（WDD）利用光电传感器将焊接过程中产生光辐射转成电信号，通过检测系统对该辐射光信号的分析，可以获得焊缝缺陷信息，从而达到缺陷检测与质量控制的目的。组团观展，好礼相送看完以上这些展品，你是不是蠢蠢欲动了呢？如果你是来自消费电子、微电子、半导体、新能源、PCB、5G、医疗、锂电等激光加工应用领域的管理人员、技术人员、研发人员、采购人员，赶快注册来华南先进激光及加工应用技术展览会现场身临其境，更多业内知名企业等你来会，还有更多精彩活动等你参与，五人及以上组团报名可享更多优惠礼包。2022知名参展品牌欲知更多展会详情及实时动态，敬请关注官方微信号：慕尼黑上海光博会。

激光剥蚀成像是一种相对较新的分析技术，可以在二维乃至三维空间内实现固体样品中所关注元素的浓度分布可视化激光剥蚀（laser ablation, LA）系统将样品引入元素分析仪，通常是电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS），通过使激光烧蚀系统和下游化学分析仪精确同步，可以在样品的不同或相同位置连续记录元素信号，以生成完整的2d或者3d元素分布图。LA-ICP-MS质谱成像技术正越来越多地应用于地质研究（Ubide等，2015年）、生物研究（Becker等，2010年）和医学研究（Hare等，2017年）。激光剥蚀ICP-MS成像系统是如何工作的？在实践中，激光剥蚀ICP-MS成像是通过在样品表面上扫描高频率脉冲激光束来实现的。通常采用的方式是：激光束固定不动，样品台在x、y和z方向上由高精度电机移动，样品台移动精度通常优于1微米。深紫外激光器（例如：193纳米波长）通常用于固体样品的剥蚀处理。激光光斑尺寸可根据所需的空间分辨率进行相应调整；先进激光剥蚀（LA）系统可提供小至1微米的激光光斑尺寸，也就是优于1微米的空间分辨率。当激光的能量密度（注量）高于某个阈值时，激光脉冲将进行样品剥蚀过程。由于此剥蚀阈值取决于特定的样品，因此需针对每种样品材料优化激光注量。剥蚀过程一般在密封的气密室（即剥蚀室）内进行。烧蚀产生的气溶胶样品在连续的载气（通常是氦气）流中被快速冲刷出烧蚀室，然后输送到下游的ICP检测系统。当气溶胶样品流动通过高能ICP系统时，其将被雾化和电离。所产生的离子将通过多级真空和相应的离子传输元件从ICP电离源传输到末端质谱分析仪。这其中也会设有能量过滤器和反应/碰撞室用于去除离子束中的干扰物质。质谱分析器（包括四极、扇形场或飞行时间质谱等）可用于测量所关注元素的强度。这些信号强度对应于烧蚀样品内元素的丰度。然后，通过在样品表面上（二维）或样品体积内（三维）已知的x，y，z坐标位置重复此烧蚀分析过程，以还原元素在样品内分布图。打破瓶颈：点分辨激光剥蚀质谱成像业内最近出现的一种趋势是开发具有快速冲刷功能的激光烧蚀室（Wang等，2013年；VanMalderen等人，2015年；Gundlach-Graham和Günther，2016年）。借助这种快速冲刷系统，可以在数毫秒内将剥蚀样品从烧蚀室中‘完整输出’，而传统系统则需要花费数秒时间。举例来说，通过使用业界俗称的双容积烧蚀室，或者通过减小载气管的内径，或者通过在气溶胶传输过程中引入额外的气体（如氩气），都可以帮助实现更快速的冲刷效果。更快速的冲刷过程缩短了整个分析过程所需的时间，不再让样品冲刷和传输成为激光剥蚀ICP质谱成像的瓶颈。此外，更快速的冲刷意味着，烧蚀气溶胶烟雾在进入ICP系统之前分布更为集中，从而在所记录的MS数据中能产生更高的信噪比，也有着更好的分析精确度。要高效适配快速冲刷烧蚀室传输到ICP-MS的样品短脉冲，特别是目标元素多达十多种乃至更多的情况下，快速质量分析技术成为必须。扫描型质量分析仪（如四极杆或扇形场等）需要按顺序测量单个元素，而飞行时间（TOF）质谱（如TOFWERK的icpTOF系统中使用的质量分析仪）则可以同时测量所有元素及其同位素信息（Borovinskaya等，2013；Hendriks等，2017）。TOFWERK icpTOF质谱仪能够每33微秒记录一张完整的质谱，有足够的‘空余’来完整捕捉测量短暂的瞬态信号（如单次激光发射的气溶胶烟羽）。通过将icpTOF系统与快速冲刷（低分散）激光烧蚀室搭配使用，可快速实现点分辨、多元素快速成像（Burger等，2017年；Bussweiler等，2017年）。在这种方法中，图像采集是通过并排激光点光栅扫描方式完成的。为了避免相邻激光点的信号重叠，激光发射的重复频率需要适配于来自单次激光发射的信号持续时间。由于特定的样本冲刷时间不等，因此需要在每次成像实验之前相应的优化激光重复频率（示例请参见TOFpilot白皮书）。激光扫描速度（微米/秒）由激光光斑尺寸（微米）和重复频率（s-1)决定。相比连续扫描成像模式（即信号连续进入ICP-MS系统），点扫描模式具有显著的优势。在点分辨成像中，每个像素即代表一个“封闭实验”，每次激光发射将在最终的图像中对应着一个具有明确坐标，且包含多元素全谱信息的单像素。因此，样品表面的原始几何形状得以多维化学组分的形式‘完整重现’，并且大大降低了产生伪影（如拖尾效应）的几率。延伸阅读Becker, J.S., Zoriy, M., Matusch, A., Wu, B., Salber, D., Palm, C. and Becker, J.S., 2010. Bioimaging of metals by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA‐ICP‐MS). Mass spectrometry reviews, 29(1), pp.156-175.Borovinskaya, O., Hattendorf, B., Tanner, M., Gschwind, S. and Günther, D., 2013. A prototype of a new inductively coupled plasma time-of-flight mass spectrometer providing temporally resolved, multi-element detection of short signals generated by single particles and droplets. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 28(2), pp.226-233.Burger, M., Schwarz, G., Gundlach-Graham, A., Kä ser, D., Hattendorf, B. and Günther, D., 2017. Capabilities of laser ablation inductively coupled plasma time-of-flight mass spectrometry. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 32(10), pp.1946-1959.Bussweiler, Y., Borovinskaya, O. and Tanner, M., 2017. Laser Ablation and inductively coupled plasma-time-of-flight mass spectrometry-A powerful combination for high-speed multielemental imaging on the micrometer scale. Spectroscopy (Santa Monica), 32(5), pp.14-20.Bussweiler, Y., Spetzler, T., Tanner, M. and Borovinskaya, O., 2017. TOFpilot–An Integrated Control Software for the icpTOF that Enables High-Speed, High-Resolution, Multi-Element Laser Ablation Imaging in Real Time.Gundlach-Graham, A. and Günther, D., 2016. Toward faster and higher resolution LA–ICPMS imaging: on the co-evolution of LA cell design and ICPMS instrumentation. Analytical and bioanalytical chemistry, 408(11), pp.2687-2695.Hare, D.J., Kysenius, K., Paul, B., Knauer, B., Hutchinson, R.W., O’Connor, C., Fryer, F., Hennessey, T.P., Bush, A.I., Crouch, P.J. and Doble, P.A., 2017. Imaging Metals in Brain Tissue by Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (LA-ICP-MS). Journal of visualized experiments: JoVE, (119).Hendriks, L., Gundlach-Graham, A., Hattendorf, B. and Günther, D., 2017. Characterization of a new ICP-TOFMS instrument with continuous and discrete introduction of solutions. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 32(3), pp.548-561.Ubide, T., McKenna, C.A., Chew, D.M. and Kamber, B.S., 2015. High-resolution LA-ICP-MS trace element mapping of igneous minerals: In search of magma histories. Chemical Geology, 409, pp.157-168.Van Malderen, S.J., van Elteren, J.T. and Vanhaecke, F., 2015. Development of a fast laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry cell for sub-μm scanning of layered materials. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 30(1), pp.119-125.Wang, H.A., Grolimund, D., Giesen, C., Borca, C.N., Shaw-Stewart, J.R., Bodenmiller, B. and Gü nther, D., 2013. Fast chemical imaging at high spatial resolution by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry. Analytical chemistry, 85(21), pp.10107-10116.

p　　近日，中国科学院空天信息研究院和中国科学技术大学等单位联合研制出高速高精度激光汤姆逊散射仪。/pp　　今年5月，在“科大一环”磁约束聚变等离子体装置开展实验中，基于重复频率200赫兹、单脉冲能量5焦耳的激光脉冲，实现了小于5电子伏特的电子温度测量精度，电子温度安全预警时间间隔达5毫秒，所获得的预警时间是国际同类系统的一半，指标提高一倍。这标志着我国在该领域进入国际领先水平行列，为我国未来磁约束聚变能装置的高精度测量奠定了坚实基础。/pp　　据了解，在磁约束聚变反应装置工作过程中，偏滤器将承受巨大的能量泄放，需要对等离子体电子温度进行提前预警和实时反馈控制，实现脱靶而避免等离子体损伤器壁进而导致灾难性后果。基于高频高能激光的汤姆逊散射测量是精确测量等离子体电子温度的唯一可靠测量手段，激光的工作频率决定了温度预警的采样时间间隔，间隔越小系统预警越及时，装置运行安全系数越高。/pp　　受限于激光器能量和频率水平，我国以往等离子体温度诊断采用数十赫兹的低频激光器，采样间隔宽，遇到紧急情况无法及时预警，导致装置运行存在巨大风险。虽然采用多台低频率激光器合束技术可以满足预警时间间隔要求，但是这种方法可靠性大幅降低。欧洲和日本已经掌握了100赫兹工作频率的高能激光技术，预警时间间隔达到10毫秒，但这个预警时间间隔仍然较长，无法完全保证装置安全运行。/pp　　从2015年起，空天信息研究院联合中国科学院光电技术研究所和同济大学等单位历时3年时间，突破了高能量高光束质量激光传输与放大、激光相位共轭波前畸变校正、大口径/大尺寸激光放大模块、大功率脉冲激光驱动电源等关键技术，于2017年4月在国际上首次发布重复频率200赫兹、脉冲能量5焦耳、脉冲宽度6.6纳秒、光束质量1.7倍衍射极限的高频高能激光指标，将我国纳秒脉宽激光器的功率水平提高了1个数量级。研究团队研发出基本完善的工艺流程，核心器件/部件实现国产化，形成整机工程化制造能力。以200赫兹/5焦耳激光器为光源，中国科学技术大学攻克了大功率激光传输系统综合降噪、收集光学精准对焦、弱光信号探测提取等难题，成功地研制我国迄今精度最高的激光汤姆逊散射检测系统。/pp　　未来，研究团队将开展更高功率、更高频率激光器研发和更高精度的诊断实验，计划将激光器的工作频率提高至500赫兹，检测系统提供2毫秒的安全预警时间间隔和1电子伏特的电子温度测量精度，为下一代磁约束聚变装置安全运行提供高速预警手段。/ppbr//p

为贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006- 2020年)》和《国家“十二五”科学和技术发展规划》，提高我国科学仪器设备的自主创新能力和自我装备水平，国家科技部、财政部于2011年度设立了国家重大科学仪器设备开发专项。　　经过层层申报和综合评审，全国总共有8个项目被列入专项组织实施，其中南京大学领衔申报的“高功率宽调谐光学超晶格中红外激光系统”项目获得立项，祝世宁院士为该项目的负责人，项目国拨专项经费为3587万元。祝世宁院士（资料图）　　“高功率宽调谐光学超晶格中红外激光系统”项目的主要研究内容是基于南京大学相关研究团队在光学超晶格理论与实践的研究积累(国家自然科学一等奖和多项国际、国内发明专利)，集成全固态激光技术，研制一套宽调谐、窄线宽、高功率的全固态中红外激光系统。该系统能输出连续波、高功率纳秒和高重复频率皮秒脉冲等不同特性的红外激光,这项研究将能实现我国在中红外激光领域跨越式发展，为高水平科学研究、环境探测、空间站对接等领域提供关键性设备。本项目的实施是南京大学在光学超晶格领域将基础研究成果向应用领域拓展, 从原理创新向技术创新方向迈出的新的一步, 具有重要的社会意义和应用价值。　　本次仪器专项将按近期公布《经费管理办法》(财教【2011】434号)，实行牵头单位法人负责制，并由项目牵头单位组建“两组一委”，科技部、财政部、教育部将加强对此项目的监督、检查和指导。

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

近日，在德国柏林最近的一次网络研讨会上，PicoQuant向大家展示了其最新的激光创新良心之作：独立的、全电脑控制的激光模块Prima。PicoQuant公司的产品经理Guillaume Delpont阐述了这款激光器的设计初衷：“许多科研人员在工作中都面临着同样的困难，那就是他们需要多个激发波长来研究他们的待测样品，而购买多个激光器又会变得非常昂贵。PicoQuant公司为了给科研人员面临的共同挑战提供解决方案，最终依托自身在激光开发方面长达25年的专业背景和研发实力，创造了Prima—— 一种经济实惠、紧凑的激光模块，可以发出红色、绿色和蓝色的脉冲激光。”Prima——三色皮秒脉冲激光器Prima是一款独立、紧凑、价格合理的激光模块，提供3个独立的发射波长，可以在皮秒脉冲和连续波(CW)模式下工作。皮秒脉冲可以由Prima模块的内部时钟触发，也支持高达200MHz的外部触发。该模块采用全电脑控制，操作非常简单：通过USB端口将Prima连接到PC端，所有操作参数的更改都可以通过一个方便的软件接口完成。 红、绿、蓝：三种最有用的波长Prima可以提供三种波长的激光：640nm、515nm和450 nm。每种颜色都可以单独输出，每次输出一个波长。 这三种颜色是材料科学、化学和生命科学中最常用的3种波长，广泛应用于光谱学或显微镜应用的常规激发，进行种类多样待测样品的研究，其中包括新型纳米材料、量子点、分子和荧光团。 Prima是一款几近完美的工具：当涉及到日常实验室任务时，能够满足您的大多数需求，如寿命或量子产率测量，光致发光和荧光测量等。 灵活多样的工作模式：脉冲、连续和快速开关模式在进行时间分辨或稳态测量的时候，无论您需要哪种类型的操作模式，Prima的灵活性都可以轻松实现。Prima同时也支持快速连续开关功能。脉冲模式支持内触发和外触发，内触发的重频率范围从100 Hz至200 MHz可调，外触发支持的重复频率范围从单次脉冲至200 MHz。 每个波长的平均输出功率高达5mW。在CW工作模式下，每个波长可以达到更高的平均输出功率(高达50 mW)。在CW工作模式下，进行ON和OFF状态切换的上升/下降时间小于3 ns。 恒定的重复频率可以通过内部触发来进行设置，Burst工作模式也可以由合适的外部触发源实现触发(例如，PicoQuant的Sepia PDL 828的振荡器模块)。您甚至可以将Prima与其他激光模块组合使用，从而实现更为复杂的激发模式，不仅包括Burst模式，还包括脉冲交替激发(PIE)或交替激光激发(ALEX)。 这使得Prima成为一个通用的工具，可以在许多环境中使用。 易于使用作为一个独立的激光模块，Prima不需要任何其他外部激光驱动对齐进行控制。其参数设置和操作通过一个基于成熟的Sepia的图形用户界面软件进行全电脑控制。

近日，在中国科学院科研仪器设备研制项目的支持下，中科院空天信息创新研究院激光工程技术研究中心基于声光偏转器(AOD)调谐技术和光参量振荡技术(OPO)实现了8.0-8.7μm长波激光的可调谐超快波长切换，波长切换时间优于100μs，波长个数≥70个，单个波长谱宽≤30nm。该激光器能够在长波波段快速扫频且具有极高的峰值功率，将为我国复杂环境中的毒性气体遥测、光电对抗等提供优质的激光光源。光参量振荡技术(OPO)是非线性光学频率变换技术。随着非线性红外晶体制备技术的提升，基于OPO产生高峰值功率高重复频率长波激光成为目前激光技术研究领域的热点。然而，OPO技术通常基于温度、晶体转动、泵浦源波长调节等方式实现激光波长的调谐。项目团队提出基于声光偏转器调节参量光角度和相位匹配条件，进而实现输出波长的快速调节。历时3年，该团队先后突破了2μm激光源、红外晶体及谐振腔镜损伤特性表征、行波腔调谐补偿等关键技术，完成了超快波长切换的宽调谐范围长波固体激光光源的技术验证。后续，项目团队将按照中科院科研仪器设备研制项目的既定目标，开展工程样机研制和应用示范工作。AOD驱动频率与输出的长波激光波长