2019上半年盘点值得铭记的激光光学科研新突破

　　2019年上半年已经过去了！这半年激光光学的研究有什么值得我们铭记的呢？睿达科技为大家分享相关内容，有兴趣的朋友们可以看看！激光助力实现室温下固态可编程的量子处理器
　　近日，中国科学技术大学杜江峰院士团队利用金刚石中的电子自旋与核自旋作为两量子比特体系，首次实现了室温固态自旋可编程量子处理器。
　　研究人员利用绿色激光脉冲实现该量子处理器的初始化和读出功能，并利用一系列高精度的微波与射频脉冲序列来执行量子算法。设计了一类普适量子线路，将一系列量子算法的执行转化成为相应的微波和射频脉冲的幅度和相位参数。用户仅需要对这一系列参数进行有效配置，就可以完成多种量子算法，避免了烦琐而且昂贵的硬件重设。
　　研究人员在新研制出的这款可编程量子处理器上，成功运行了多种量子算法，成功率超过80％。预期未来通过提升量子处理器材料性能，将有助于进一步提升算法成功率。
　　该研究展示了可编程量子处理器的灵活性，向构筑室温固态量子计算迈出了重要一步。研究成果已发表在国际学术期刊《npj量子信息》上。麻省理工研究人员造出世界上最纯粹的激光
　　据外媒报道称，麻省理工学院的一组科研人员制造出了世界上最纯粹的激光。
　　这一设备足够便携，可以在太空中使用。与其他任何激光相比，它所产生的激光光束随时间推移而发生的变化更小。
　　正常情况下，温度变化和其他环境因素导致激光光束在不同波长之间摇摆。研究人员把这种摆动称为＂线宽＂，以赫兹或每秒周期来表示。其他高端激光器的线宽通常在1000至10000赫兹之间，而这种激光的线宽只有20赫兹。
　　据悉，为了达到这种极端的纯度，研究人员使用了6．6英尺（约合2米）的光纤，已知这种光纤产生的激光束线宽极低。然后，他们通过让激光不断对照过去的波长检查当前的波长，并纠正出现的任何错误，进一步改善了线宽。
　　研究人员表示，这项创造意义重大，因高线宽是依赖于激光束的精密装置的误差来源之一。高线宽的原子钟或引力波探测器无法产生低线宽相应产品那么好的信号，从而混淆该设备产生的数据。
　　此外，研究人员正努力使这种设备进一步小型化，将来或用于建造更大、更精确的引力波探测器。俄科学家借助选择性激光融化技术开发出航空航天用耐热高强度合金
　　俄罗斯国家技术研究大学莫斯科国立钢铁合金学院与俄罗斯铝业联合公司负责轻型材料和技术研究的科研人员合作，利用新型加工和生产方法制造出了耐热高强度合金，这种合金能够确保汽车和飞机的结构配件在高温下良好运转。相关研究论文发表在《材料通讯》杂志上。
　　由基于铝硅系统的合金制成的金属零配件在室温下具有很高的强度，该类合金是按照选择性激光融化（SLM）技术合成的。但通常这类合金无法在200摄氏度以上的温度下确保高强度性。
　　俄罗斯国家技术研究大学莫斯科国立钢铁合金学院副教授、论文作者之一亚历山大·丘柳莫夫介绍说，热裂缝、粉末粒子不熔于合金等缺陷，是选择性激光融化技术生产零配件的典型问题。为此，研究人员开发出了选择性激光融化的高效率状态，确保合成材料的体密度从理论上来说处于99．8％的水平，在这一过程中合金的高强度由不同阶段形成合金的小型材料结构来保证。
　　有关专家指出，新型合金材料可用于形状复杂且带有最佳几何参数的汽车、航空航天技术设备零配件的制造。研究人员利用强激光提升太赫兹脉冲能量
　　中国科学院物理研究所／北京凝聚态物理国家研究中心光物理重点实验室L05组李玉同研究员和上海交通大学张杰院士／廖国前等人组成的研究团队，对强激光－固体靶相互作用产生太赫兹辐射的新途径进行了探索。在前期利用激光加速的高能电子激发太赫兹渡越辐射工作的基础上，最近在与英国卢瑟福实验室David Neely教授等人进行的联合实验中，大幅提升了太赫兹脉冲能量，创造了新的世界纪录。
　　据了解，太赫兹辐射位于中红外和微波辐射之间，由于其单光子能量低和谱＂指纹性＂等独特优势，在材料科学、生物医疗和国防安全等领域具有重要应用。
　　然而，大能量太赫兹辐射源的缺乏是限制太赫兹科学和应用发展的关键瓶颈问题之一。有多种电子学和光学的方法可以获得太赫兹辐射，目前为止，公开报道的太赫兹脉冲能量均小于毫焦。
　　实验是在卢瑟福实验室的Vulcan激光装置进行的，实验方案由中方提出。利用皮秒超强激光装置，他们首先在固体薄膜靶中加速大量高能电子，之后，当电子从靶背面逃逸到真空时，通过渡越辐射，激发了高强度太赫兹辐射。实验表明，太赫兹脉冲能量高达50 mJ，这是迄今为止在实验室中获得的最高太赫兹能量。
　　相关研究结果近期发表在美国科学院院刊PNAS上。化学所在有机全色激光显示方面取得进展
　　激光显示技术是继黑白显示、彩色显示、数字显示之后的第四代显示技术，具有全色域、高亮度、极限高清、真3D等颠覆性优势。
　　然而，这种利用投影三基色激光的方式限制了激光显示在手机等平板领域的应用。将红绿蓝三色的微纳激光作为单个像素，构建主动发光的全色激光阵列作为显示面板，是发展平板激光显示的关键。
　　中科院化学研究所光化学重点实验室研究员赵永生课题组科研人员多年来一直致力于有机微纳激光材料与器件方面的研究，在有机微纳谐振腔结构的可控组装，有机微纳激光材料的激发态过程，以及有机柔性微纳激光阵列等方面开展了系统的研究工作。
　　近日，研究人员充分发挥有机材料在溶液加工方面的优势，利用喷墨打印的方式精准构建了红绿蓝微纳激光阵列作为显示面板，实现了主动发光激光显示，解决了当前激光投影显示无法用于手机、平板、可穿戴设备等领域的问题。
　　制得的面板上，每个像素点都由三个独立的红绿蓝激光器组成。远场图像表明，这样制备的像素点具有良好的混色效果，且色域覆盖范围超过标准RGB空间的45％。在一块3×5阵列面板上实现了三原色的数字显示，通过颜色混合可以得到其他的各种颜色。除数字外，该面板还能够实现所有字母的混色显示。进一步地，选用较大面积的阵列面板能够动态显示更加复杂的图案。利用这种主动发光的激光面板还可以实现图案的动态显示，用于信息滚动播出、视频播放等。该工作为发展高性能、易加工的平板激光显示及照明器件提供了一种可行的解决方案。
　　相关研究成果已发表于《自然－通讯》上。俄科学家利用单激光技术在金属上打印彩色图像
　　虽然科学家已经可以使用激光在金属表面上创建彩色图像，但是不同类型的激光必须用于不同的效果。日前俄罗斯科学家开发出一种使用单一激光产生多种效果的方法。
　　圣彼得堡国立信息技术、机械与光学大学（ITMO）大学的研究人员通过改变激光器的＂加工参数＂，使他们能够控制在宽温度范围内加热金属表面的程度，这样能以三种方式产生彩色图像。
　　第一种方法是将激光用于在金属表面的宽区域上产生薄氧化膜。由于其中发生的光干涉，该胶片随后显示为给定的颜色。
　　在第二种方法中，激光在金属上产生亚波长纳米颗粒。当这些粒子被环境光击中时，称为表面等离子体共振的光学现象使得处理区域呈现某种颜色——通过选择不同形状或尺寸的纳米粒子来确定该颜色。科学家认为该方法适用于贵重金属，因为它不需要对材料进行预处理。
　　最后，第三个方法是利用激光来部分熔化金属的表面层，形成一系列精细的平行凹槽。这种图案称为周期性光栅，以这样的方式散射光，即表面根据观察角度呈现不同的颜色。该方法可用于防伪标签，其可以直接印刷到金属产品上。
　　目前，激光氧化和周期性光栅工艺已经足够实用和可靠，可用于大规模生产和个别项目。科学家们正在继续开发纳米粒子工艺，以使其在日常使用中更稳定。激光新技术诞生：可杀死血液中的癌细胞
　　事实上，科学家都在寻找治疗癌症的办法，而现在一种全新的激光技术诞生，其可以杀死癌细胞。
　　据悉，Cytophone激光技术使用激光脉冲轰击外部皮肤，加热血液中的细胞，但是这种激光仅能加热黑色素瘤细胞，而不是健康细胞，因为黑色素瘤细胞携带着可以吸收光线的黑色素，之后该技术使用超声波检测这种热效应发出的微小波。
　　科学家给出的工作原理是，当黑色素吸收热量时，细胞内黑色素周围的水分开始蒸发，产生一个气泡，这个气泡会膨胀和破裂，机械地破坏细胞，通过杀死这些细胞，可以防止转移性癌症扩散，下步将进行更多的研究，进一步优化该设备，在对其他细胞无害的情况下杀死更多的肿瘤细胞。
　　尽管激光距离成为商业诊断工具仍有一段距离，但是它的灵敏度比目前用于检测血液中肿瘤细胞的方法强1000倍。
　　目前，研究人员还未对黑皮肤、黑色素水平较高的人群进行测试，研究小组希望扩大这项技术的应用范围，寻找黑色素瘤之外癌症释放的循环肿瘤细胞。我国科学家研制出新型锑化物半导体量子阱激光器
　　据科技部消息，在国家973计划、国家自然科学基金委重大项目等支持下，中国科学院半导体研究所牛智川研究员团队深入研究锑化物半导体材料的基础物理、异质结低维材料外延生长和光电器件的制备技术等，突破了锑化物量子阱激光器的刻蚀与钝化等核心工艺技术。
　　在此基础上，研究团队创新设计金属光栅侧向耦合分布反馈（LC－DFB）结构，成功实现了2μm波段高性能单模激光器，边模抑制比达到53dB，是目前同类器件的最高值；而且输出功率达到40mW，是目前同类器件的3倍以上。在锑化物量子阱大功率激光器方面， FP腔量子阱大功率激光器单管和巴条组件分别实现1.62瓦和16瓦的室温连续输出功率，综合性能达到国际一流水平并突破国外高端激光器进口限制性能的规定条款。
　　该研究成果攻克了短波红外激光器领域关键技术，在危险气体检测、环境监测、医疗与激光加工等诸多高新技术产业具有非常广阔的应用价值。美国六代机激光武器研发取得重大突破
　　近日，美国空军研究实验室宣布，该实验室主导研制的＂自防护高能激光演示验证器＂在4月底的试验中成功击落了数枚飞行中的空空导弹，标志着该型高能激光演示取得里程碑式的进展，同时这也表明承包该型激光武器的洛·马、波音和诺·格三大军火巨头很快就会将激光武器系统从演示验证转入实用部署阶段，正在研发中的六代机也将搭载这种激光武器。
　　美国空军的激光武器系统研制分为两个阶段，第一阶段是美国空军实验室主导的＂自防护高能激光演示验证器＂项目，这个阶段主要是演示验证激光武器系统的可操作性，证明该系统具有实战价值。在演示验证阶段，美国空军研究实验室将整合美国三大军火巨头的激光武器子系统（能源、激光吊舱、激光波束控制系统），分阶段在地面和空中演示＂自防护高能激光演示验证器＂，目前地面部分试验已经接近完成，下一步将开展激光吊舱的空中试验，计划在2021年财年完成。
　　第二阶段是实用化激光武器研制，研发工作将由洛克希德马丁公司主导，波音和诺·格公司也参与其中，负责提供激光武器的子系统，研制成果将安装在美军高价值军用飞机（预警机、加油机、要员专机）和战斗机上，如果届时解决能源和热管理技术难题的话，激光武器还将成为美军战斗机的标配，毫无疑问正在研制中的下一代战斗机将率先搭载激光武器。根据洛马公司的计划，可以安装在战斗机上的小型化激光武器系统将在2021年进行空中展示。我国成功研制新型＂探霾＂激光雷达
　　日前，由中科院合肥物质科学研究院牵头研制的新型＂探霾＂激光雷达项目，通过了由科技部组织的综合验收。据悉该项目打破了发达国家对激光雷达核心技术的垄断，可实时监测10公里高空范围内的雾霾分布并分析其成分，目前已在国内多个区域组网观测。
　　激光雷达是探测雾霾的先进技术手段，但之前我国不掌握核心技术，只能从国外整机进口。2011年以来，由中国工程院院士、中科院合肥物质科学研究院安徽光机所所长刘文清作为项目负责人，国家重大科学仪器设备开发专项＂大气细粒子与臭氧时空探测激光雷达系统研发与应用示范＂项目启动攻关，在雷达光源、瞬态记录仪和雷达数据应用等研究方面取得多项重大突破。
　　PM2.5与臭氧是雾霾的两大主要成分，大气细粒子与臭氧时空探测激光雷达可以从地面到10公里高空范围内，实时探测这两种成分的高度分布、浓度分布等指标。＂准确知道了雾霾的成分、从哪里来、到哪里去，有助于解析污染的成因，精准制定治霾的策略。＂项目执行负责人张天舒研究员说。
　　据了解，该项目打破了发达国家对激光雷达核心技术的垄断，成功实现了整机国产化，并在产品应用方面走在国际前列。目前在京津冀、长三角、珠三角、川渝等人口密集区，均已规模化布局组网，实时监测空气质量。科学家用X射线激光器创造出迄今为止最响亮的水下声音
　　在空气中，声音最大不能超过大约194分贝，而在水中大约是270分贝。
　　日前，由SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的科学家Gabriel Blaj领导的团队创造出迄今为止最大的水下声音。
　　研究人员使用SLAC的Linac相干光源（LCLS）X射线激光器轰击微喷射水流（直径在14到30微米之间），创造超过270分贝的令人难以置信的声压。
　　当短X射线脉冲撞击水时，它会蒸发并产生冲击波。然后，这个冲击波穿过喷射器并在由高压和低压交替区域组成的＂冲击波列车＂中形成自身的副本。换句话说，一个非常响亮的水下声音。
　　该团队发现，一旦声音的强度超过一定的阈值，水就会破裂并变成小气泡，这些气泡会在一个叫做气蚀的过程中立即坍塌。因为X射线产生的声波中的压力刚好低于分离阈值，这个时候的水下声音会变得最为响亮。
　　该研究成果已发表在Physical Review Fluids上。合肥研究院利用准分子激光技术提升钙钛矿太阳电池性能
　　中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所激光技术中心研究员方晓东课题组在利用准分子激光技术提升钙钛矿太阳电池（Perovskite solar cells，以下简称PSCs）性能研究方面取得新进展。
　　PSCs自2009年被首次报道以来发展迅速，目前其光电转换效率已超越多晶硅太阳电池，达到了24.2%，极具应用前景。PSCs的光吸收层有机无机杂化钙钛矿薄膜通常采用溶液方法在低温（＜150℃）下制备，既可构筑刚性太阳电池又具有发展柔性太阳电池的天然优势。但溶液方法制备的钙钛矿薄膜表面会存在大量的缺陷，造成光生载流子的复合，阻碍电池性能的进一步提高。同时，目前PSCs常用电子传输层的制备过程需要在400~500℃的温度下退火晶化，而此温度超过了常用柔性基底能够承受的温度，制约了柔性PSCs的发展。
　　针对上述存在的问题，结合准分子激光光子能量高、单脉冲能量大、脉冲时间短、光斑面积大且能量分布均匀和热效应小等特点，该课题组将准分子激光技术引入PSCs研究中，通过准分子激光辐照有效降低了钙钛矿薄膜的表面缺陷浓度，实现了电子传输层的低温准分子激光退火。
　　该课题组副研究员王时茂和博士生单雪燕等使用248nm（KrF）准分子激光辐照CH3NH3PbI3薄膜对其进行表面改性。改性后的CH3NH3PbI3薄膜缺陷浓度从1.61×1016cm-3降至5.81×1015cm-3，瞬态荧光寿命测试表明光照下薄膜中光生载流子的非辐射复合得到了有效抑制，电池的光电转换效率也得到了明显提升。相关研究成果以《采用248nm KrF准分子激光对CH3NH3PbI3薄膜进行快速表面改性增强钙钛矿太阳电池性能》为题发表于Advanced Materials 杂志子刊Solar RRL上。
　　该课题组副研究员董伟伟和博士生夏锐等首次将准分子激光退火（Excimer laser annealing, ELA）技术应用到PSCs电子传输层的制备中，使用308 nm（XeCl）准分子激光对磁控溅射制备的镓掺杂的氧化锌（GZO）电子传输层进行退火处理。ELA处理后，GZO薄膜的结晶性、透过率和电导率，以及基于其的PSCs的光电转换效率和稳定性得到了显著提升。相关成果以《钙钛矿太阳电池Ga掺杂ZnO电子传输层的准分子激光退火》为题发表于RSC Advances上。
　　上述两项研究成果均与现有低温多晶硅退火技术兼容，可望应用于未来商业化硬质和柔性PSCs的生产。美国空军成功试验一套能击落导弹的激光系统
　　据外媒报道，日前，美国空军宣布成功使用一套激光武器系统击落了飞行中的多枚导弹。按照设计，该系统最终将安装在飞机上，以保护飞机免遭攻击。
　　这套系统名为＂自我保护高能激光演示器（SHiELD）＂，包括3个主要组成部分：激光系统、瞄准所用的控制系统以及将为所有部件提供动力的吊舱——吊舱将安装在飞机上，具有精度极高、可即时击中目标、没有携弹量限制、飞行员能迅速进行重新瞄准对付其他目标、传统反制措施或对其无效的优点。
　　美空军研究实验所4月在新墨西哥州的美国陆军白沙导弹靶场进行了这次试验。该系统从地面发射激光，击落了＂多枚飞行中的空射导弹＂。
　　美空军研究实验所指挥官威廉·库利少将表示，此次试验是＂定向能系统和针对敌方威胁的防护措施向前迈出的一大步＂。广东中晶开发出新型激光级光学材料
　　近日，广东中晶激光照明技术有限公司（以下简称＂中晶＂）突破了传统光源眩光严重、质感不强等问题，率先开发出新一代的高清照明技术，该技术已获得全球专利。
　　目前，传统的光源技术是通过一种光去激发荧光粉体后发出白光，而这种粉体并不是单一的物质。不同物质的反射率和折射率是不一样的。所以，它出来的光线都是杂散的。这样视觉神经需要反复调节识别不同的光线，相当于人眼细胞不停地来回运动，容易使人眼胀、眼涩和眼疲劳。
　　为了解决传统光源的杂散光导致眼疲劳问题，中晶创业团队经过长达6年的研发，开发出一种新型的激光级光学材料，并通过该材料开发出高清照明技术，能够理顺杂散光，把不同方向的杂散光聚拢，变成同一方向的聚集光线。
　　光线聚拢，人眼就能轻易看清楚事物，从而降低视觉疲劳，而且出光清澈，与自然光无异，真正呵护双眼。
　　目前，该技术已被中晶应用于Yeecat夜猫系列高清读写台灯中，短短一个多月就大卖近2万台，并在国内签下多家区域代理。同时，中晶已全力开发海外市场，与多家海外知名品牌达成战略合作。IntraMicron公司将为美国海军研发激光武器高能电池
　　据外媒报道，位于阿拉巴马州奥本市的IntraMicron公司将为美国海军研发下一代舰载雷达、高能激光武器、轨道炮、航母电动弹射器和舰艇推进系统使用的高能电池。
　　美国海军水面作战中心指出，未来需要用1千伏的直流电源为舰载武器系统蓄电池充电。美国海军水面作战中心费城机械研究与消音分部表示，愿与IntraMicron公司签订使用相变微纤多孔材料（MFM－PCM）研发1千伏电池机柜及其热管理系统的独家合同。
　　此项研究计划中，费城机械研究与消音分部将负责为舰载激光武器以及其他用电设备研制高能配电系统。量子阱激光器获重要进展
　　据麦姆斯咨询报道，近日，中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室牛智川研究员团队在锑化物半导体单模和大功率量子阱激光器研究方面取得重要进展。
　　近年来，牛智川研究员带领的研究团队在国家973重大科学研究计划、国家自然科学基金委重大项目及重点项目等的支持下，深入研究了锑化物半导体的材料基础物理、异质结低维材料外延生长和光电器件的制备技术等，系统性掌握了锑化物量子阱、超晶格低维材料物理特性理论分析和分子束外延生长方法，在突破了锑化物量子阱激光器的刻蚀与钝化等核心工艺技术基础上，创新设计金属光栅侧向耦合分布反馈（LC-DFB）结构成功实现了2μm波段高性能单模激光器，边模抑制比达到53dB是目前同类器件的最高值，同时输出功率达到40mW是目前同类器件的3倍以上。相关成果在Appl．Phys．Lett．114，021102（2019）发表后立刻被国际著名《化合物半导体，Compound Semiconductor 2019年第2期》长篇报道，指出：＂该单模激光器开创性提升边模抑制比，为天基卫星载激光雷达（LiDAR）系统和气体检测系统提供了有竞争力的光源器件＂。
　　在锑化物量子阱大功率激光器方面，研究团队创新采用数字合金法生长波导层等关键技术，研制成功2μm波段的InGaSb／AlGaAsSb应变量子阱大功率激光器，其单管器件的室温连续输出功率达到1.62瓦、巴条（线阵）激光器组件的室温连续输出功率16瓦，综合性能达到国际一流水平并突破国外高功率半导体激光器出口限制规定的性能条款。
　　GaSb基InGaAsSb晶格匹配异质结量子阱的能带带隙可调范围覆盖了1.8μm～4.0μm的短波红外区域，与该波段的其它激光材料体系相比其在研制电直接驱动下高光电效率的激光器方面具有独特的优势。
　　随着锑化物多元素复杂低维材料分子束外延技术的不断进步，国际上锑化物半导体相关的材料与光电器件技术创新发展十分迅速。上述锑化物半导体激光器研究成果突破了短波红外激光器技术领域长期卡脖子核心技术，将在危险气体检测、环境监测、医疗与激光加工等诸多高新技术产业发挥重要价值。
　　合肥研究院在2.79μm高重复频率高峰值功率调Q激光器研究中取得进展
　　近期，中国科学院合肥物质科学研究院医学物理与技术中心医用激光技术研究室研究员江海河课题组在2.79μm调Q激光器方面取得新进展。
　　据了解，3μm波段位于水的吸收峰与红外光谱指纹区内，它在生物医学、大气遥感、光电对抗等领域有着广阔的应用前景。高峰值功率3μm调Q激光器还可以作为光参量振荡器（OPO）的泵浦源，高效率地产生可调谐中红外参量激光，将相干光源拓展到中红外波段。高重复频率、高峰值功率中红外激光不仅可以提高生物消融速率，而且还可以增强远程大气环境探测灵敏度和距离。因此，发展高重复频率、高峰值功率调Q激光技术已成为该领域重要发展方向。
　　然而，由于3 μm激光晶体的增益系数与热导率较低，在高功率泵浦条件下会出现严重的热透镜与热退偏效应，同时由于缺乏高透过率、高损伤阈值的声光调Q开关，从而难以获得高重复频率、高峰值功率的调Q激光输出。
　　针对以上问题，研究人员使用在3μm波段具有相对低的泵浦阈值、较高斜率效率的Er：YSGG激光晶体，采用966 nm半导体激光器（LD）作为泵浦源，使得泵浦光发射带与激光晶体铒离子吸收带具有很好的光谱匹配，提高了泵浦效率，降低激光晶体热效应。通过谐振腔优化设计补偿热透镜效应，使用2.79 μm高损伤阈值的非偏振TeO2声光调Q开关，避免了电光调Q热退偏效应带来的损耗。在重复频率100－300Hz条件下，获得2.79μm高重频调Q激光输出，其中最大激光脉冲能量达到1mJ，最高峰值功率达13.2 kW＠76 ns。
　　该技术拓展了3μm激光光源，为科研与应用提供了新工具，已在激光牙组织消融上进行了实验，取得了较好的效果。相关研究成果已发表在国际学术期刊Infrared Physics ＆ Technology上。新型声子激光器可用于量子物理研究
　　据外媒报道，来自罗彻斯特理工学院（RIT）和罗彻斯特大学的研究人员，通过诺贝尔奖获得者Arthur Ashkin发明的激光镊技术，开发出了一种新型声子激光器。
　　基于二氧化硅的纳米球在真空下悬浮在光学镊子中的质心振荡，研究人员演示了一种介观频率可调谐声子激光器。这种声子激光器可用于单电子、液滴、甚至是小型生物有机体。
　　在标准光学激光器中，光输出的特性由生产该激光器的材料控制。但是在这种声子激光器中，材料粒子的运动受光学反馈的控制。与此同时，这种声子激光还可以为中尺度声子的相干源提供通路，进而可应用于解决量子力学以及精密计量应用中的基本问题。
　　对于使用该设备探索基础量子物理学有着极大兴趣的Mishkat Bhattacharya教授表示：＂我们非常高兴能看到这种设备的各种新用途，特别是对于传感和信息处理而言，因为光学激光器具备众多应用，并且还在不断发展。＂
　　他们的研究成果发表在《Nature Photonics》上。美国研发出光镊声子激光器
　　近日，美国罗切斯特理工学院（RIT）与罗切斯特大学合作，利用阿什金发明的光镊技术，创造了一种利用光悬浮纳米粒子的声子激光器——光镊声子激光器。
　　声子是与声波及光镊相关的能量量子，它可以孤立地测试量子效应的极限，并消除周围环境的物理干扰。研究人员研究了纳米粒子的机械振动，这种粒子可在激光束焦点处的辐射力作用下在重力作用下悬浮。
　　罗彻斯特理工学院物理学副教授、理论量子光学研究员米什卡特·巴塔查里亚（Mishkat Bhattacharya）介绍，通过检测纳米粒子散射的光来测量纳米粒子的位置，并将这些信息反馈到镊子光束中，这样我们就可以创造出类似激光的情况。机械振动变得很强烈，并且完全同步，就像从光学激光器发出的电磁波一样。
　　激光束发出的波是同步的，所以光束可以传播很远而不会向四面八方扩散，这与太阳光或灯泡发出的光不同。在标准的光学激光器中，光输出的特性是由制造激光器的材料控制的。而在声子激光器中，光和物质的作用是相反的——物质粒子的运动是由光反馈控制。
　　巴塔查里亚表示，这一装置具有广泛的应用前景，特别是在光学激光有如此多的应用场景，如在传感和信息处理方面的应用，并且其应用前景仍在不断拓展。全新激光钝化方法提高了前沿LED的效率
　　据外媒报道，来自美国海军研究实验室（简称NRL）的科学家们发现了一种新方法来钝化下一代单层光学材料缺陷，以提高光学质量，并实现单层LED和其他光学元件的小型化。
　　NRL的科学家开发的这种激光加工技术，可极大地改善单层二硫化钼（MoS2）的光学性质，而二硫化钼也是一种具有高空间分辨率的直接间隙半导体；这种工艺可将激光束写入区域的材料的光发射效率提高200倍。所产生的钝化层在空气和真空中是稳定的。
　　此次研究人员之一的Saujan Sivaram表示：＂从化学角度来看，我们发现了一种使用激光和水分子的全新光催化反应；从一般的角度来看，这项工作可以将高质量、具备光学活性的原子级薄材料集成到各种应用中，如电子、电催化剂、存储器和量子计算应用等。＂
　　Sivaram指出，由于其高光吸收和直接带隙等特性，原子级薄的过渡性金属双硫属化合物（TMD），如二硫化钼（MoS2）等，对于柔性器件、太阳能电池和光电传感器等而言用处极大。他表示：＂对于那些重量和柔性等非常重要的应用而言，这些半导体材料尤其具有优势。不幸的是，它们的光学性质通常是极其易变和不均匀的，因此改善和控制这些TMD材料的光学性质以实现可靠的高效器件变得非常重要。缺陷往往会破坏这些单层半导体的发光能力。这些缺陷是非辐射状态，产生的是热量而不是光，因此，去除或钝化这些缺陷是朝着高效光电器件迈出的重要一步。＂
　　在一个传统的LED中，大约90%都是用来改善冷却效果的散热器。缺陷减少之后，尺寸更小的设备将消耗更少功率，从而使分布式传感器和低功率电子设备的使用寿命更长。
　　研究人员证明，仅在暴露于能量高于TMD带隙的激光下时，水分子才能使MoS2钝化。产生的结果是光致发光增加而没有光谱偏移。与为经过水分子钝化处理的区域相比，经过处理的区域保持了强烈的光发射。这也说明了环境气体分子和MoS2之间的化学反应是由激光导致的。合肥工业大学研发新型激光热源空间调制技术
　　合肥工业大学仪器科学与光电工程学院卢荣胜教授科研团队提出了一种全新的激光热源空间调制技术，实现了光学材料激光诱导光热检测灵敏度和效率的大幅提升。
　　大型强激光和激光核聚变研究对提高综合国力具有重要意义。由于激光能量极高，系统元器件对光学材料品质要求极其苛刻，而对相关设备中大量光学材料的光学吸收和热物特性进行检测，是其关键技术之一。
　　目前，我国相关科研装置采用的激光诱导光热检测技术，通过对泵浦激光能量的时间调制引发材料周期性局部温升，测量相应的周期性热弹性形变对探测激光的调制幅度，获取并提升检测信号。然而，由于强激光系统中的光学材料极小的光学吸收和热膨胀系数，材料的局部温差和热弹性形变幅度较小，限制了光热检测灵敏度。而对大尺寸元器件逐点检测需耗费大量时间，其使用效率极低。
　　卢荣胜教授科研团队研究发现，当激光热源在被测材料表面匀速运动时，材料的加热可分为瞬态和准稳态两个过程，在准稳态加热过程中的热累积效应提高了材料当前被辐照点的温度峰值，在一定的冷却时间后，被辐照过的点将冷却至环境温度，从而获得温度谷值。由于峰值和谷值差异较大，从而大幅提高辐照点的局部温差和热弹性形变，实现高灵敏度的光热检测。
　　团队成员、论文第一作者董敬涛讲师表示，这一成果成功克服了现有基于时间调制的激光诱导光热检测技术产生的光学材料局部温差和热弹性形变幅度较小的问题。
　　科研团队针对熔融石英样品的实验结果表明，在相同的实验条件下，这一新型调制方法的灵敏度是现有方法的1.8倍，且可以捕捉到现有方法无法检测到的微弱吸收缺陷。同时，这一技术可以实现飞行测量，从而大幅提升大尺寸元器件的检测效率。
　　相关研究成果已发表在应用物理类国际权威学术期刊《应用物理快报》上。激光刺激结合磁共振功能成像绘制大脑信息传递＂交通图＂
　　近日，浙江大学系统神经与认知科学研究所王菁教授团队研发出一种绘制大脑信息传递＂交通图＂的新方法，首次在活体脑中＂看＂清了亚毫米级的脑网络。
　　据王菁介绍，灵长类动物的大脑皮层中信息处理单元呈现柱状结构，大脑由这些功能柱整齐排布而成。如果将大脑中不同的功能柱理解为一座座不同功能的＂大厦＂，神经连接就像＂信息公路＂将它们连接成网络。基于大脑网络，信息从感觉器官输入，在脑内传递和处理，最终产生记忆、情绪和行为。＂因此理解大脑需要掌握大脑的‘交通图’。＂
　　研究团队发明的新技术结合了激光刺激和磁共振功能成像，在1小时至2小时的扫描中即可获得脑网络的初步结果，更快速、更系统、更清晰地绘制出大脑的＂交通图＂，方便了研究全脑尺度各脑区的响应程度，从而了解信息的传递路径。
　　浙江大学系统神经与认知科学研究所研究助理、论文第一作者徐国华表示，＂如果把大脑信息的传送看作是寄快递，现在我们的方法，已能够详细定位包裹发出和抵达的街道、楼层。＂
　　＂该方法可以被用于系统性地逐个刺激大脑皮层功能柱，从而全面地描绘灵长类亚毫米水平的神经连接组。＂王菁介绍，这项新技术将为绘制高分辨率功能柱的全脑网络图奠定基础，推动大规模全脑功能网络研究。
　　相关研究成果已发表在《科学·进展》杂志上。上海光机所使用飞秒激光器重构太赫兹超表面实施方案
　　近日，中科院上海光机所信息光学与光电技术实验室司徒国海研究员课题组与首都师范大学物理系张岩教授课题组合作提出可重构的太赫兹超表面实施方案。该技术方案在太赫兹波段实现了任意、快速、精准的波前，为可重构超表面的发展提供了新的思路和实验验证。
　　超表面是由一系列人工设计的亚波长天线组成的平面结构。与传统光学元件相比，拥有超细、超薄并能实现精确、任意波前调制的优点，在光学互连、集成光学、微纳光学等方面具有重要应用。但如何实现其动态可调性仍是目前所面临的主要挑战。
　　研究团队使用高强度飞秒激光器，基于光电导效应，将图案投射到硅片上产生超表面效应，以调制太赫兹脉冲。太赫兹的输出随投影图案的改变而发生相应的变化，从而实现光控可重构太赫兹超表面。用光照射半导体硅片时，产生载流子并导致电导率增加。当电导率上升到某个值时，被照射区域可视为金属或弱金属化材料。由于金属结构常用于超表面，故图案化的光照半导体可实现类似的功能；当撤去照明光时，载流子迅速复合到初始状态。
　　该方案可以实现超表面的擦除和重写，并且具有三大优势：一、结构简单，只需一片极薄硅片（10μm）；二、操作简便，通过控制光照便可实现任意调制转换；三、调制速度高，每秒可达4000帧。该方案可用于实时成像、光学开关、产生非线性效应的时变材料、信息处理、显微镜的逐点扫描、自适应光学等领域。
　　相关成果已发表在7, 1801696（2019）］上。上海光机所超强激光驱动等离子体结构靶取得进展
　　近期，上海光机所强场激光物理国家重点实验室在超强激光与等离子体结构靶相互作用的研究中取得了重要进展，首次提出等离子体中的粒子角动量振荡效应。
　　拉盖尔－高斯光束具有螺旋等相位面和中心相位奇点，从而携带一定的轨道角动量。光的轨道角动量广泛应用于光学微操纵、量子纠缠、光学通信、天体物理等领域。近年来，随着CPA技术将激光发提升到相对论强度，超强拉盖尔－高斯光束也具备了极高的轨道角动量密度。螺旋相位板是一种光学厚度随方位角螺旋上升的结构靶，可对入射的高斯光束进行相位调制，利用等离子体螺旋相位板就可以产生超强拉盖尔－高斯光束。当超强拉盖尔－高斯光束与等离子体相互作用时，会产生许多新的物理效应。
　　该研究中，上海光机所科研人员将一束相对论强度的线偏振高斯光束正入射到两个系列的等离子体螺旋相位板上。每个系列的螺旋相位板都能产生一定拓扑荷的拉盖尔－高斯光束。其中一个系列的螺旋相位板的厚度随方位角单调上升（称为SPF），而另一个系列的厚度随方位角重复了多个周期（称为MPF）。研究人员观察到，在相互作用时，SPF中的粒子角动量会随着时间而振荡，而MPF却无此现象。理论分析发现，角动量振荡效应由结构靶表面的非对称电场产生，并且通过调整结构靶的表面结构可以实现粒子角动量振荡幅度的增强或减弱。螺旋相位板在振荡过程中也会获得一定的净角动量，这表明高斯光束与结构靶的相互作用可以对靶内粒子进行角向加速。并且产生的拉盖尔－高斯光束的拓扑荷越大，角向加速的效果就越明显。
　　这一研究成果对激光加速粒子提供了新的物理机制和研究思路，对涉及粒子加速的诸多领域都具有重要的指导意义。
　　（来源：光电资讯 / 作者：光电资讯）
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