“新一代超强超短激光综合实验装置”通过测试完成验收

国家自然科学基金委员会组织专家对“新一代超强超短激光综合实验装置”项目进行验收。该项目是由中国科学院上海光学精密机械研究所承担的国家重大科研仪器研制项目（部门推荐）。

新一代超强超短激光综合实验装置以探索解决相位空间超高密度高能电子激光加速中的重大科学技术问题，发展超强超短激光驱动的台式化、短脉冲X 射线波段自由电子激光器（XFEL）战略高技术，开拓高强度阿秒相干X 射线科学和中红外新波段强场物理新领域等为科学目标。该装置将基于激光尾波场加速器实现台式化XFEL 输出的原理验证。该装置由高性能重复频率百太瓦级超强超短激光系统、中红外新波段可调谐超强超短激光系统、激光尾波场电子加速与台式化X 射线波段自由电子激光（XFEL）系统、高次谐波XUV相干光源系统等四个系统组成。

12月23日项目技术测试专家组、财务验收专家组和档案验收专家组分别进行了项目验收技术指标的现场测试、财务验收和档案验收。24日举行了项目验收会。验收专家组由19位技术、财务、档案专家组成，中国科学院院士张杰任组长、中国科学院院士杨学明任副组长。国家自然科学基金委员会副主任谢心澄、中国科学院条件保障与财务局局长郑晓年等领导，上海光机所副所长冷雨欣等项目组成员出席验收会。会议由基金委数学物理科学部董常务副主任国轩、张杰共同主持。验收专家组听取了项目负责人李儒新所作的项目完成情况汇报、项目监理组监理汇报、技术测试专家组测试汇报、财务验收专家组财务验收汇报、档案审查专家组档案审查汇报，并现场考察了研制仪器设备。

验收专家组经过投票，一致同意该项目通过验收。项目验收专家组表示，项目组全面完成了项目的研制任务，达到了预期指标。首次观察到基于激光加速的自由电子激光辐射非线性放大效应，并在激光尾波场电子加速、中红外新波段超强超短激光、激光驱动高次谐波产生等研究中取得了国际领先水平成果。验收专家组建议尽快落实平台的运行模式和经费保障，建立稳定的技术支撑队伍，实现开放共享，做好用户服务。

上海光机所所长邵建达，党委书记、副所长陈卫标，党委副书记李燕等代表项目承担单位参加项目测试会和验收会。

国内首个飞秒激光平台项目在西安开工建设

西安光机所“十三五”科教基础设施项目——飞秒激光精密智造装备研究与可靠性分析测试平台（以下简称“飞秒激光平台项目”）在高新区开工建设。

飞秒激光平台项目是以飞秒激光与物质相互作用的机理为基础，以影响飞秒激光精密智造装备及可靠性的关键因素为依据，开展飞秒激光精密智造装备及其可靠性分析测试研究。建成后，将成为国内首个飞秒激光精密智造装备研究及可靠性分析测试平台，平台能力达到国内领先、国际一流水平，为飞秒激光在航空、航天、电子信息、生物、医疗等重大战略及国民经济领域的应用提供重要保障。

飞秒激光平台项目是经国家发改委批复的“十三五”科教基础设施项目，总投资1亿元，将为满足国家重大战略需求和服务国民经济领域的研究及应用提供重要保障。

建设地点距离西安光机所信息大道园区3.8公里，建设的大楼地上五层、地下一层，总建筑面积6903.83平方米。

科学家在激光热效应组装柔性纤维器件研究中取得进展

近年来，基于多功能纤维材料科技的快速发展，更多种类的纤维具备了传感、光电转换、能量收集及储存等功能。随着对织物类可穿戴电子产品需求的不断增加，多功能纤维状器件与智能纤维织物为其提供了一种新的解决方案。但目前柔性纤维内部各种功能材料的精确高效定位、连接与组装等难题，阻碍了纤维器件的大规模应用。

近日，中国科学院工程热物理研究所发文称，研究所储能研发中心与新加坡南洋理工大学合作，提出一种新型的基于激光热效应的纤维内微粒精确操控技术，突破纤维材料不利于进行内加工的固体特性，实现固体内微粒的精准移动及控制，组装出半导体异质功能结构，为制备复杂而高效的纤维内功能结构与器件提供了新思路。

该研究通过二氧化碳激光器的精准加热，将固态的纤维材料转换为液态，并在纤维内部产生可精密调控的马兰戈尼热流动。纤维内集成的微粒可伴随纤维材料的热流动改变位置，并可通过调制激光控制微粒移动的方向和速度。这突破了固态纤维材料内物质固有位置无法精密调控的难题，使利用纤维内部物质组合构造更加复杂的功能结构器件成为可能。该研究提出的方法利用流体为载体对微粒进行操控，对微粒的结构、组成材料、尺寸、数目并无选择性，这一特性极大扩展了方法的适用范围。基于以上原理，获得了在纤维中利用半导体材料微粒制造同质结与异质结的方法，证明了该方法的易用性与在光电、光伏、热电、储能等多个领域的应用前景。

相关成果发表在《自然－通讯》上。该研究得到中科院国际合作伙伴计划、清洁能源先导专项的支持。

上海硅酸盐所在钇钪铝石榴石激光陶瓷研究中取得系列进展

钇铝石榴石（Y3Al5O12，YAG）是一种性能非常优异的固体激光基质材料，具有透光范围宽，理论透过率高，热导率高等特点。并且在YAG基质中，位于十二面体格位的Y3＋以及位于八面体格位和四面体格位的Al3＋可以被性质相似的其他离子取代，形成多组分石榴石材料来实现对其性能的调控，从而达到其应用的多功能化。例如热导率的改变，激活离子吸收、发射峰的峰形展宽以及峰位移动，荧光寿命的调整等。在YAG基质材料中引入Sc3＋形成Y3ScxAl5－xO12（0≤x≤2）是通过组分设计来实现其性能调控非常有效的方式。如在Yb:YSAG中，Sc3＋的引入可以增加晶体场的起伏，从而导致Yb3＋发射谱峰的非均匀加宽，有利于超快飞秒脉冲激光生成。

近日，中国科学院上海硅酸盐研究所李江研究员团队在Yb:YSAG激光陶瓷研究中取得系列进展。该团队通过反应烧结结合热等静压后处理（HIP）技术成功制备了10 at．％ Yb：Y3ScAl4O12激光陶瓷，Yb3＋的1030nm处的发射峰半高宽约为10 at.％ Yb:YAG陶瓷的1.3倍，非常有利于超快飞秒脉冲激光生成。团队与意大利国立光学系统研究所和意大利国立应用物理研究所合作，实现了Yb:Y3ScAl4O12陶瓷的高效激光输出。使用929.4nm光纤耦合激光二极管（LD）泵浦，实现了斜率效率为67.6％、激光输出功率为11.3W的准连续（QCW）激光输出（目前报道的该种材料的最大激光输出功率）。相关工作结果发表在美国陶瓷学会会刊上（J. Am. Ceram. Soc., 2019, doi: 10.1111/jace.16691）。

该团队研究了不同Yb3＋掺杂浓度对Yb:Y3ScAl4O12陶瓷微观结构以及光学性能的影响，10 at.％ Yb:Y3ScAl4O12激光陶瓷具有最优的光学质量和激光性能。另外也探究了不同Sc3＋含量对10 at.％ Yb:Y3ScxAl5－xO12陶瓷性能的影响。随着Sc3＋含量的增加，Yb3＋发射峰的半高宽也在相应地增加，其中Sc3＋含量为1.5的10 at.％ Yb:Y3ScxAl5－xO12陶瓷在1030nm处发射峰宽为10 at.％ Yb:YAG的1.4倍，理论上能产生大约100fs的脉冲激光。对10 at.％ Yb:Y3Sc1.5Al3.5O12透明陶瓷进行激光性能测试，得到了10.8W的准连续激光输出，相应的斜率效率为66.4％，可调谐激光波长范围为86.2nm （988－1074．2nm），为目前报道的Yb:YSAG陶瓷的最大激光调谐范围（J. Alloys Compd., 2020, 815: 152637）。另外，通过与华东师范大学李文雪研究员合作，10 at.％ Yb:Y3Sc1.5Al3.5O12陶瓷采用平平腔和三镜腔针方式均实现了高效连续激光输出（Opt． Mater．， 2019， 88：339－344）。

Yb：YSAG激光陶瓷主要应用于1μm波段的激光生成。2μm中红外激光是一种非常重要的激光光源，它具有可被水强吸收，对人眼安全，可用石英光纤传输以及通过大气透过率高等特点。Tm3＋是2μm中红外激光常用的激活离子，Tm：YSAG陶瓷相比于Tm：YAG陶瓷具有更长的荧光寿命，有利于能量的存储，是一种很有前景的中红外激光增益介质。该团队采用真空烧结技术制备了高质量的4 at.％ Tm:Y3ScAl4O12透明陶瓷，并使用790nm光纤耦合LD泵浦，首次实现了该新型陶瓷材料的2μm激光输出。激光工作波长为2015nm，最大激光输出功率为0.54W，对应的斜率效率为4.8％（J． Am． Ceram． Soc．， 2019， doi：10． 1111／jace．16873）。以上系列论文的第一作者为上海硅酸盐所博士研究生冯亚刚，通讯作者为李江研究员。

相关研究工作得到中国科学院前沿科学重点研究计划项目（院青年拔尖人才项目）、国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目、中国科学院上海硅酸盐研究所重点学科建设项目等资助。

上海光机所在零维钙钛矿的光物理特性以及微纳激光性能研究中获进展

中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室与重庆大学合作，在零维钙钛矿Cs4PbBr6微纳激光研究方面取得新进展。相关研究成果以封底文章发表在［Solar RRL， 2019， DOI：10．1002／solr．201900127］。

钙钛矿材料具有优异的光学性能，如载流子迁移速率大、扩散长度长、吸收系数大、量子效率高等优点，不仅在光伏领域具有优异的表现，在微纳激光器以及发光二极管等领域也具有广泛应用。相比于传统三维铅卤钙钛矿ABX3，零维结构的钙钛矿具有较大的激子结合能、较高的量子产率以及独特而优异的光学性质，在光电领域具有广阔的应用前景。然而，其发光机理仍存在争议。

在这项工作中，研究人员利用飞秒瞬态吸收测量研究了零维钙钛矿Cs4PbBr6的光物理特性，揭示了Cs4PbBr6中极化子的存在，这提供了绿色荧光是Cs4PbBr6的本质发光而非CsPbBr3杂质的证据。此外，研究小组通过常温反相微乳液法制备了CsPbBr6钙钛矿微米片，成功实现了具有低阈值和高品质因数的光泵浦单模激光，暴露在空气中也具备极佳的稳定性。同时发现通过调节表面活性剂的剂量可以容易地实现CsPbBr3和Cs4PbBr6之间的相变。该研究表明零维钙钛矿在纳米激光领域有巨大的应用潜力。

该项研究得到中科院B类先导专项、国家重点研发计划－政府间国际科技创新合作重点专项、国家自然科学基金等的支持。

我国在激光抗大气湍流传输方面取得重要突破

美国光学学会（OSA）发布了2019年30项世界光学年度亮点成果（Optics ＆ Photonics News：Optics in 2019）。中科院空天信息创新研究院（以下简称空天院）光学工程研究部发布的“锋芒光束穿透大气湍流传输（Pin－like Optical Beams to Penetrate Turbulence）”科研成果入选。OSA的年度亮点成果专刊设立于1990年，每年都会面向世界评选出30项最令人振奋的科研成果。此前，我国大陆地区以第一作者单位共有12项成果入选。

抑制大气湍流对激光束传输的影响一直是世界性难题，制约着激光通信、激光探测等诸多应用的发展。由于湍流的随机性、易变性等特点，人们一直难以找到合适的机理和方法抑制它的影响。经过十余年的研究和理解，空天院科研团队认为，大气湍流对激光束的影响是在传输中引入随机横向波矢造成的，因此率先提出了通过构建特殊光场分布，使激光在传输过程中逐步消除横向波矢，从而产生出能够抑制大气湍流影响的稳态光场。相比于传统大气湍流抑制方法，该方法应用难度和成本大大降低。经过多年的探索，空天院先后突破了高效率调制、长距离传输等关键技术，使得该项技术正在逐步走向实用。

研究中，利用该机理和方法，空天院在世界上率先构建了一种锋芒状光束，并采用简单的光路系统，实现了公里级传输，相比于国际上此类光束最远的传输距离（米级），提升了三个数量级，并且产生效率达到了90％以上，如图1所示。因此，被评审专家认为是“令人印象深刻的（impressive）”的科研成果。

该技术和方法有望大幅降低大气湍流抑制的难度和成本，从而推动大气湍流抑制技术真正走向实用，提升激光通信、激光探测等应用系统的工作性能。

该项成果最先在2019年5月5日举办的CLEO会议上发布，其后被美国应用物理快报－光子学杂志（APL Photonics）录用发表，被编委们认定为“该杂志最好的科研成果之一（one of the journal’s best）”，并在网站首页的首要位置进行了宣传报道。

该项成果获得了中科院重任局专项基金、空天院创新基金的资助和支持。

激光诱导击穿光谱电化学方法对环境中重金属离子的检测再获进展

中国科学院合肥物质科学研究院发文称，近期，智能所黄行九研究员和安光所赵南京研究员合作，利用主动可控火花放电和电化学富集辅助的低脉冲能量（15mJ）激光诱导击穿光谱实现对水体和土壤样品中痕量砷和汞的高灵敏和稳定性检测。相关的研究成果已发表在Sensors and Actuators B：Chemical杂志上。

激光诱导击穿光谱技术（LIBS）由于其独特的优势（例如多元素分析，响应速度快，无需样品处理以及对样品损坏小）成为了一项很有潜力的技术，被广泛应用于环境样品的分析。但是，高脉冲能量下，LIBS检测易挥发的痕量砷和汞面临着巨大挑战。与其他重金属相比，砷和汞的挥发性很高，它们的沸点分别为876K和630K，而其他重金属（Cd，Pb，Cu，Zn，Cr）的沸点则超过1000K。此外，在其沸点温度下，计算得出的砷和汞的蒸气压非常高，高于其他重金属离子的几个数量级。在接收到等离子体信号之前，用高脉冲能量检测的砷和汞可能已经部分挥发，导致检测限超高，甚至没有砷和汞的信号。

基于上述问题，科研人员研究了主动可控火花放电和电化学富集辅助的低脉冲能量LIBS检测痕量As（III）和Hg（II）。实验结果表明，低脉冲能量激光减少了砷和汞的挥发以及减小了样品的烧蚀坑。主动可控火花放电装置弥补了由低脉冲能量激光引起的激发态的砷或汞等离子体含量不足的问题。更重要的是，科研人员在主动可控火花放电装置中增加了可控高速开关，并优化了火花放电和激光之间的时间，从而克服了传统电火花放电－激光诱导击穿光谱的不稳定性的问题，获得了稳定的等离子体源。另外，通过修饰了可调控氧空位的花状NiCo2O4－x－NH2纳米片的电极进行电化学富集，实现了砷的快速高效富集。结果，此方法展现出高灵敏度（3.35 counts ppb－1），低检测限（8.69ppb），优异稳定性（相对标准偏差为低于5％）地检测As（III），对Hg（II）也有很好的检测效果。

这项研究利用简单易操作的方法实现了对挥发性As（III）和Hg（II）以及难挥发的重金属离子（例如Cu（II））的高灵敏、高稳定检测。这将可能为检测环境中的重金属污染物提供一种有效的分析方法。

该研究工作获得国家自然科学基金重点项目、中科院创新交叉团队、博士后创新人才、安徽省科技重大专项，国家重点计划十三五计划等项目的支持。

华东师大科学家首次实现呼吸子超快激光脉冲

华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室曾和平教授课题组在超快激光领域取得重要进展，该团队首次实现了一种被称之为“呼吸子”的超快激光脉冲。研究成果“Breathing dissipative solitons in mode－locked fiber lasers”于2019年11月发表于《科学》（Science）杂志子刊Science Advances上。该论文以华东师范大学为第一完成单位，英国阿斯顿大学为合作单位。曾和平教授为论文唯一通讯作者，彭俊松副研究员为第一作者。

《科学》子刊刊登曾和平教授课题组究成果

会“呼吸”的非线性波却探测、产生两难

光孤子一直是非线性光学研究前沿，它是光束在传播过程中由非线性效应平衡衍射／色散效应的结果，通俗来说，孤子是一种在传输时不会发散的波包。而与之不同的是，呼吸子在传输过程中其大小会发生周期性变化（周期性地发散再汇聚），好像人在不断地呼气（发散）、吸气（汇聚）的过程。由于呼吸子这种非线性波和许多非线性现象有着内在关联，有助于理解例如怪波（rogue wave），湍流，飓风，海啸等极端现象，引发学界的广泛关注。

此前，呼吸子的产生局限于能量保守系统，例如水波、单通光纤系统。然而大量现实世界的物理系统都是耗散系统，那呼吸子是否也可以在耗散系统里产生？该课题组注意到飞秒激光器是一个典型的耗散系统，最近的理论模拟表明飞秒激光器可能可以产生呼吸子。然而实验上产生呼吸子的难点在于理论模型过于简化，很难与复杂的飞秒激光系统相联系。此外，呼吸子在纳秒量级快速变化，传统探测技术响应时间在毫秒量级，根本无法探测到呼吸子。

揭示呼吸子和呼吸子分子的“面貌”

图1：呼吸子高速演化动力学

A，B分别是呼吸子的光谱和时域的周期性演化。横坐标是距离。随着距离的增加可以看出呼吸子的光谱和时域均出现周期性变化。当增强非线性时，呼吸子的这种周期性变化会变弱（D，E），进一步增强非线性时，孤子会出现。G，H是孤子的光谱和时域，由图可以看出这两个参量在传输过程中均保持不变。

图2：呼吸子分子动力学

如A所示，这里的光谱由一根根精细的线条构成，这表明时域上有两个脉冲正如图C所示。此外光谱随着距离（纵坐标）周期性地变宽变窄，表明这是呼吸子分子。图C从时域上更直观地展现呼吸子分子的周期性变化。

曾和平教授课题组首次确立了通用的、可靠的在激光器中激发呼吸子的方法。其中，非线性管理是激发呼吸子的关键。与传统飞秒激光器输出幅度一致的脉冲不同，呼吸子激光器输出的脉冲光谱，时域宽度和能量会周期性迅速改变。利用快速探测方法－色散傅里叶变换法，该团队实验上首次揭示了呼吸子的光谱和时域实时演化动力学特性。图一清晰地展示了呼吸子的光谱和时域宽度随着传播距离呈现周期性变化，并表明增加非线性会使得激光从呼吸子变成孤子。此外，该团队还报道了呼吸子分子（Breather molecule），这是指两个呼吸子离的很近的一种状态。图二展示了呼吸子分子的动力学特性，此时光谱出现了一道道细纹，这是两个脉冲干涉的结果。图二C清晰地展示了两个脉冲的幅度在传输时，同时变强变弱，像一个整体一样。呼吸子分子的发现表明物质分子这一概念不仅适用于孤子，也可以拓展到呼吸子领域。

传统飞秒激光器输出的是能量均匀的脉冲序列即每道激光的能量一致。呼吸子激光器打破了这种能量均匀化分布，某些激光获得极高能量（以牺牲其它激光的能量为代价），这种极高能量的脉冲有望在非线性光学领域获得应用。有理由相信，呼吸子激光器的诞生会引起激光领域的极大兴趣，因为这是一种全新的激光工作模式。飞秒激光器是典型的朗道方程描述的普适系统，因此该工作也会在其它相关领域获得广泛关注。特别地，该研究将推动呼吸子和呼吸子分子在等离子物理、原子分子物理、海洋学、化学等领域的研究。

近年来，曾和平教授团队在超快激光领域进行了一系列研究。揭示了单孤子和孤子分子的形成动力学［Commun． Phys．， 1（20）， 2018；Laser ＆ Photon． Rev． 12 （8）， 1800009， 2018］；发现一种孤子爆炸的新机制－孤子碰撞［Commun． Phys．， 2 （34） 2019］；研究了呼吸子的爆炸动力学［Phys． Rev． Appl． 12， 034052 （2019）］；提出并证明了一种超快激光器的新的增益机制－自参量放大［Phys． Rev． Appl． 11， 044068 （2019）］。这项工作得到了科技部、国家自然科学基金委以及上海市科委的资助。

合肥研究院在液相激光辐照制备高分散加氢催化剂方面取得进展

中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所环境与能源纳米材料中心在液相激光辐照制备高分散加氢催化剂方面取得新进展，构筑了具有高催化活性、高选择性以及高稳定性的非贵金属加氢催化剂。相关研究成果发表在国际期刊《先进材料》（Advanced Materials）上。

1，2，3，4－四氢喹啉及其衍生物是一类重要的精细化学品，也是医药、农药、染料及其他化工中间体的重要结构单元。通过喹啉及其衍生物的选择性加氢制备1，2，3，4－四氢喹啉是一种反应时间短、节约能源及相对环保的合成方法。目前，喹啉的选择性加氢反应过程所用的多相催化剂主要依赖于贵金属，但贵金属储量低且价格昂贵，严重制约了其工业化应用。因此，构筑低成本的非贵金属加氢催化剂应用于喹啉的选择性加氢很有意义。

近期，以单原子和团簇为代表的高分散催化剂由于其优越的催化性能在化学化工过程中显示出巨大的应用潜能。其中，N掺杂碳材料负载的过渡金属（Fe、Co、Ni）高分散催化剂已经在光电催化领域展示了其优越的催化性能，但其作为热催化剂特别是加氢催化剂方面的潜力还未被充分探究。

研究人员的前期工作表明，沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIF－67）衍生N掺杂碳纳米管包裹的Co纳米颗粒（Co＠N－CNTs）催化剂可以选择性地将含有醛基、酮基、羧基和硝基官能团的生物质基化合物加氢转化为相应的高附加值精细化学品（Adv． Mater． 31， 1808341（2019））。基于前期工作，进一步通过酸洗去除碳纳米管管顶的Co纳米颗粒后，研究人员发现N掺杂碳纳米管管壁仍附着了大量的单原子和团簇活性位（Co－SA／AC＠N－CNTs）。

由于大部分单原子和团簇活性位被碳纳米管紧紧地包裹住，导致其喹啉的选择性加氢性能较差，在100 oC和2 MPa氢压的反应条件下，喹啉的转化率只有10．5％。为了进一步提高Co－SA／AC＠N－CNTs材料的催化活性，研究人员通过液相环境下激光辐照的方法打破了Co－SA／AC＠N－CNTs材料中的碳纳米管，进而暴露出管壁中的大量单原子和团簇活性位。

激光辐照的方法不仅破坏了材料的基本框架结构，而且还打破了N掺杂碳纳米管（Co－SA／AC＠N－CNTs－L），这些破碎的开放结构非常利于反应物和Co－Nx活性位的直接接触。在喹啉及其衍生物的选择性加氢反应中，激光辐照处理的催化剂有着接近100％的转化率和选择性，远远高于没有激光辐照处理的样品。因此，这种液相激光辐照的方法为提高被其他材料包裹的活性位的催化活性提供新的、有效的途径，并为新的加氢活性位的理解提供了一定的基础。

该项工作得到国家自然科学基金和国家博士后科学基金的资助。

沈阳自动化所开发激光冲击强化声学在线检测系统

为解决激光冲击强化现有检测方法存在的问题，促进该技术的大规模工业化生产，中国科学院沈阳自动化研究所开发了一套激光冲击强化声学在线检测系统，相关成果发表在Optik － International Journal for Light and Electron Optics上。

激光冲击强化是一种利用激光诱导等离子体冲击波对金属材料进行强化的表面改性技术，表面粗糙度、微观组织变化、硬度、残余应力等是衡量激光冲击强化质量的重要参数，然而这些参数的获得，目前均是通过离线测试的方法，这些方法效率低下、不能及时更改工艺，限制了激光冲击强化的大规模工业化生产，因此亟需开发无损在线检测方法与系统。

沈阳自动化所工艺装备与智能机器人研究室在2011年成功研制了我国第一套整体叶盘激光冲击强化系统，填补了我国在该领域的空白。在前期技术积累的基础上，研究团队开发了一套激光冲击强化声学在线检测系统。在实际工业生产中，利用自主研发的信号采集系统以在线检测的方式采集激光冲击强化过程中的声学信号，对其进行在线分析处理并提取材料的声学特征参数，根据所获得的声学特征参数来预测和评估激光冲击强化质量。

该研究得到NSFC－辽宁省联合基金、国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家科技支撑计划等的支持。

微纳结构单模激光研究取得进展

中国科学院上海光学精密机械研究所激光与红外材料实验室研究员张龙、董红星领衔的微结构与光物理研究团队与南京晓庄学院、中国科学院技术物理研究所等国内研究机构合作在微纳单模激光研究领域取得新进展。该团队创新提出并制备了一种新型全无机钙钛矿RbPbBr3材料，通过理论模拟与实验解析了钙钛矿材料的相态转变过程及其内在化学机制，并基于钙钛矿RbPbBr3材料成功实现高品质、蓝光单模激光的输出。相关论文发表在《德国应用化学》［Angewandte Chemie International Edition， 58， 201910617 （2019）］。

钙钛矿材料由于其在可见光谱区具备高吸收、高荧光发射、宽光谱调谐等优异特性，近年来备受关注。近期研究更是表明钙钛矿材料相比以往光学材料具备优异的光学增益特性，这使其在微纳激光领域具备巨大的研究价值及应用前景。钙钛矿材料中无机钙钛矿材料地位尤为重要，其良好的化学稳定性及大激子结合能更加有利于高品质微纳激光的输出。但是，受制于容限因子常数t＞0．8的限制，目前唯有钙钛矿相CsPbX3成功应用于微纳激光的研究。Rb作为Cs同主族元素，有望替代Cs合成全无机钙钛矿相RbPbX3材料。

此外，由于其柔软的晶格结构，钙钛矿材料易于发生相转变，相变的研究对于理解钙钛矿材料优异特性的来源至关重要。但是，现行研究对于钙钛矿材料相变过程及机理的解析尚有许多不足，尤其在钙钛矿－非钙钛矿相变中材料的光学特性往往发生巨大改变，有待研究人员进一步探索。RbPbBr3的容限因子为0．78，非常适合解析钙钛矿－非钙钛矿相变的过程及化学机制，并且钙钛矿相RbPbBr3具备良好光学特性，有利于实现高品质微纳激光输出，但是纯的全无机钙钛矿相RbPbBr3在合成方面面临很大挑战。

该项研究中，研究人员首先通过理论模拟解析了钙钛矿相与非钙钛矿相RbPbBr3的晶体结构、XRD衍射图谱及能带结构。理论解析得到钙钛矿相和非钙钛矿相RbPbBr3分别表现为直接和间接带隙，并且理论解析其钙钛矿相形成条件。基于改进的气相传输冷凝技术，结合热处理工艺，研究人员成功制备出了高品质亚微米尺度三维球形RbPbBr3，并在实验中实现了非钙钛矿－钙钛矿相转变，钙钛矿相RbPbBr3光学性能优异。

研究人员通过系统研究RbPbBr3钙钛矿－非钙钛矿相转变发生的实验条件及化学机制，解析了无机钙钛矿材料相态转变的详细过程并阐明了其内在化学机制，为钙钛矿材料的相稳定以及光学性质的研究奠定了坚实的理论及实验基础。无机钙钛矿RbPbBr3微球表面光滑、结构规则、尺寸可控，在460nm具备良好的荧光吸收及发射性质，可同时用于增益介质及光学微腔实现微纳激光输出。研究人员在高品质RbPbBr3微球腔内实现了高品质、窄带宽蓝光单模激光输出。

该研究理论结合实验，阐明了钙钛矿材料相变的详细过程及其内在化学机制，并将新型全无机钙钛矿RbPbBr3应用于高品质单模激光输出，为进一步解析钙钛矿材料晶体结构与光电性能的联系及相稳定的研究提供了坚实的理论及实验基础，对高品质微纳激光器件、多色激光器及激光显示等的研究具有重要意义。

相关工作得到国家自然科学基金委、上海市启明星项目的支持。

上海光机所在飞秒拍瓦激光系统色差补偿方面取得进展

中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室研究员朱健强课题组在飞秒拍瓦激光系统色差补偿研究方面取得进展，提出了一种能够实现对全系统色差的动态、精确预补偿方案，并在SG－II 5PW飞秒激光系统上获得了实验验证。相关研究成果发表在［Optics Express 27， 12，（2019）］。

色差主要来源于高功率激光系统中的大口径透射元件，对于飞秒拍瓦激光系统来说，色差会造成严重的时空畸变，降低终端焦点峰值功率密度，影响系统性能。利用传统的色差补偿方法尽管能在一定程度上补偿系统色差，但缺乏动态调节功能，因而难以严格补偿全系统色差。

为了解决这一难题，研究小组提出了一种由正负透镜组和反射系统组成共焦像传递系统的预补偿方案实现对全系统色差的动态、精确补偿。该动态预补偿方案具有成本低、调节便捷、光束质量好等优势，能够在相对小口径入射的情况下提供大动态范围的色差补偿量。基于该方案，为SG－II 5PW飞秒激光系统设计了色差预补偿装置，经过色差补偿后，SG－II 5PW系统的聚焦性能得到了显著提升，聚焦峰值功率密度相比补偿前提升大约20倍。研究结果表明，利用该色差动态预补偿方案能够实现对高功率超短脉冲激光全系统色差的精确补偿。

图1 色差预补偿方案示意图

图2 经过色差补偿前后终端靶点焦斑：补偿前（a）、（c）；补偿后：（b）、（d）

相关研究得到国家自然科学基金和中科院青年基金的支持。

上海光机所与重庆大学合作在钙钛矿量子点微纳激光性能提升方面取得进展

中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室与重庆大学合作，在实现钙钛矿量子点稳定发光的合成控制及微纳激光性能提升领域取得新进展。相关研究成果以封面文章发表于Advanced Science（2019， DOI：10．1002／advs．201900412）。

钙钛矿量子点具有优异的光学性能，如窄带发光、单色性好、荧光量子产率高等特点，在多个领域具有巨大的应用潜力。然而，卤化物钙钛矿量子点对极性溶剂和高温比较敏感，限制了其进一步应用。此外，单个卤化物钙钛矿量子点存在荧光闪烁性，阻碍了其在量子点发光二极管、纳米激光、固态照明等领域的应用。

该研究中，首次将CdS纳米材料对单颗粒的CsPbBr3量子点进行包覆，有效提高了其在高湿度、高温度下的稳定性。通过荧光显微镜技术对包覆前后的量子点进行闪烁性测试，结果表明包覆后的CsPbBr3／CdS量子点呈现出明显的非闪烁性特征。研究表明由于CdS壳成功包覆之后，将CsPbBr3量子点中的载流子限制在其表面，从而有效抑制了非辐射俄歇复合，保证了载流子在量子点内部的辐射复合发光，抑制闪烁性。

此外，研究小组利用显微光学系统分别对CsPbBr3量子点及CsPbBr3／CdS量子点的自发放大发射及激光性能进行研究。在自发放大发射（ASE）的测试中，包覆后的钙钛矿量子点展示了更优异的性能，其ASE阈值下降了14％。为进一步探索CsPbBr3／CdS量子点的激光性能，将CsPbBr3／CdS量子点作为增益介质，填充入微毛细管中，在双光子泵浦源的激发下，成功检测到稳定的回音壁模式（WGM）激光，并且该激光呈现低阈值、高品质的特点，在纳米激光领域有巨大的应用潜力。

该项研究得到中科院B类先导专项、国家重点研发计划－政府间国际科技创新合作重点专项、中科院“百人计划”、国家自然科学基金等的支持。

上海光机所在锁模拉曼光纤激光器研究方面取得进展

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锁模拉曼光纤激光器研究方面取得新进展。采用全保偏的非线性光学环形镜锁模，获得高性能线偏振耗散孤子拉曼激光输出，激光脉冲的时域稳定性大幅度提高；在锁模拉曼光纤激光器中引入脉冲峰值功率钳制效应，实现了高能量的矩形脉冲输出。

拉曼光纤激光器以光纤中的受激拉曼散射效应作为增益机制，具有波长灵活的优势。在拉曼光纤激光器中实现脉冲激光输出，可以有效拓展脉冲激光的应用范围。

在众多基础科学研究和生物医疗领域中往往需要特殊波长的超短脉冲激光为线偏振。针对这一需求，课题组采用非线性光学环形镜锁模的方式搭建全保偏的激光器谐振腔，并在谐振腔内加入起偏元件来保证输出激光的线偏振状态。同时，研究人员根据光纤中的拉曼散射响应速度极快的特点，采用时域更为稳定的放大自发辐射源作为泵浦，并在谐振腔内引入耗散机制实现了拉曼耗散孤子输出，有效提升了拉曼超快激光的整体性能。得到的拉曼超快激光脉冲重复频率为1.23 MHz，最大的脉冲能量和最小的脉冲宽度分别为1.23 nJ和63 ps，射频谱信噪比高达85 dB。相关研究成果已发表在［Optics Express 27， 17905 （2019）］上。

为提高锁模拉曼光纤激光器输出脉冲能量，课题组在非线性光学环形镜锁模机制下，通过优化环形镜长度引入脉冲峰值功率钳制效应，使脉冲能量和脉冲宽度随泵浦功率提升而增大且不会发生脉冲分裂。最终获得了高能量的线偏振矩形拉曼脉冲输出，输出脉冲的最大能量为64.1 nJ，最大脉冲宽度为25.1 ps。与此同时，还观察到了拉曼脉冲的时域形状随着泵浦功率提升而由普通矩形脉冲慢慢演化为阶梯状矩形脉冲的现象。相关研究成果已发表在［Journal of Lightwave Technology 37， 1333 （2019）］上。

相关研究得到国家自然科学基金和中国博士后科学基金的支持。

图1． 线偏振的拉曼耗散孤子输出的射频谱特性

图2． 矩形拉曼脉冲时域形状与泵浦功率的关系

我国成功研制先进的高速高精度激光汤姆逊散射仪

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。

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。

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。

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。

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。

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。

上海光机所使用飞秒激光器重构太赫兹超表面实施方案

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

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。

相关研究成果发表在［New Journal of Physics 21， 043022 （2019）］上。

上海光机所超强超短激光驱动新型光镊研究取得进展

中国科学院上海光机所强场激光物理国家重点实验室徐至展院士研究团队在超强超短激光驱动新型光镊（相对论涡旋刀）操控粒子束研究中取得重要进展。该研究团队在三维PIC模拟中利用相对论圆偏振拉盖尔—高斯激光第一次实现了新型光镊——相对论“涡旋刀”，产生空间周期性分布的电子团簇。这一最新研究成果2019年1月14日在线发表于《物理评论快报》。

2018年诺贝尔物理学奖分别颁给了A. Ashikin, G. Mourou和D. Strickland，表彰他们在激光物理领域的突破性发明。1970年，A. Ashikin第一次发明光镊技术并将其应用于生物学领域，实验发现：利用连续激光的光压可以实现微米量级粒子的加速和捕获。1985年，G. Mourou, 和 D. Strickland两人则发明了啁啾脉冲放大（CPA）激光技术，开启了相对论飞秒激光驱动等离子体相互作用的大门。这两项都非常值得被授予诺贝尔奖，但它们之间并没有那么紧密的联系。

本项研究中，王文鹏博士等研究人员利用相对论圆偏振拉盖尔—高斯LG01(σz= -1)激光直接将传统的弱光领域内的光镊拓展到了相对论激光领域，产生了新型光镊——相对论“涡旋刀”。研究发现这种相对论涡旋刀（电场）可以在每个激光周期实现会聚和发散，从而可以驱动周期性电子团簇产生。文中提出的单粒子模型很好的解释了模拟中电子团簇形成的原因，并且发现这种涡旋刀操控电子的行为依赖于LG激光中的轨道角动量参数l和自旋角动量参数σz。该相对论“涡旋刀”驱动操控的粒子束具有高电荷量、高准直性的特点且操控简单，更容易获得高品质束流，对粒子加速、超快电子衍射、超快电子成像、加速器中粒子注入、惯性约束聚变快点火、THz和X光辐射源产生等应用具有极其重要意义。

该项研究得到了国家自然科学基金、中科院先导B类专项等项目的支持。

图1 相对论涡旋刀驱动产生周期性电子团簇

上海光机所在超强超短激光脉冲的单发对比度测量研究中取得进展

中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室在超强超短激光脉冲的单发对比度测量上取得新进展。

研究人员基于对比度降低技术，结合SRSI－ETE方法，实现了109的对比度单发测量；同时提出利用多色光产生，结合sCMOS测量的四阶相关法新技术，实现了1010的对比度单发测量。这将为高时间精度高动态范围对比度单发测量提供新思路。

对于峰值功率为拍瓦（1015瓦）量级甚至更高的超强超短激光系统来说，时域对比度作为超强超短激光系统的最重要参数之一，关系到系统搭建以及最终输出脉冲的应用，而超强超短激光系统的少发甚至单发运行特性，对于时域对比度的单发测量提出了要求。

一方面，研究小组提出了一种高动态范围对比度测量新思想，即首先通过脉冲展宽、反饱和吸收、光克尔透镜效应等定量降低待测脉冲的对比度，随后对降低对比度的激光脉冲进行测量，并最终结合对比度降低量及测量值重建出入射激光脉冲的对比度信息。目前，利用该方法实现了对比度测量动态范围一个数量级的提升，动态范围达到109，窗口宽度达到30ps，同时时间分辨率达到当前最高的20fs。

另一方面，研究小组基于互相关方法，创新性地利用级联四波混频过程（CFWM）这一三阶非线性效应产生多色飞秒激光，获得百微焦量级高能量高对比度一级信号光作为取样光，与待测光进行互相关，并利用sCMOS相机来接收互相关信号。首次同时实现宽时间窗口、高动态范围和高时间分辨率的对比度单发测量。目前，其单发测量的动态范围达到1010，时间分辨率达到160飞秒，时间窗口达到50皮秒，测量动态范围以及时间分辨率同时足以与扫描式三阶互相关仪相媲美。

相关研究成果已发表在Optics Express上。

中国科学院单模激光输出与动态调控研究获进展

一直以来，激光器的研发都备受人们的关注。由于多模激光器不仅存在群速色散导致的脉冲展宽和虚假信号，同时也会产生模式竞争造成信号不稳定，因此，获得单模激光输出就成了解决上述问题的有效策略。目前，人们可以通过多种方式获得单模激光输出，例如：减小腔体尺寸、DBR/DFB技术、Vernier效应等。然而，这些方法都需要经过精密的腔体设计以及复杂的制备工艺，此外，利用这些方法实现的单模输出不具备可逆性，而实现动态、可持续单模激光输出仍缺乏有效的研究方案。

1月17日，中国科学院北京纳米能源与系统研究所发布动态称，该研究所王中林、潘曹峰及卢俊峰近日在先前报道的动态调控ZnO回音壁激光模式的基础上，利用压电极化效应和压阻效应协同作用，对激光模式进行选择性输出，并实现单模激光输出与动态调控，也为进一步推进以颜色分辨为信号源的应力传感器构建件打下坚实的基础。相关成果以Dynamic Regulating of Single-Mode-Lasing in ZnO Microcavity by Piezoelectric Effect 为题发表在近期的Materials Today上。

图：模式调控机制

我国激光雷达遥感探测技术取得重要进展

由武汉大学易帆教授主持的国家重大科研仪器设备研制项目“快速精准测量0~35公里大气温度和气溶胶的先进拉曼激光雷达（LiDAR）”，最近通过了国家自然科学基金委员会组织的结题验收并获评优秀。

先进拉曼激光雷达现场工作图

在武汉大学珞珈山上，夜间常常有一束绿色的荧光射向苍穹，与周边的建筑交相辉映，成为校园内一道独特的风景。这是武汉大学电子信息学院易帆教授牵头的武汉大气遥感国家野外科学观测研究站在进行雷达夜间作业。

五年来，项目团队成功研制出具备高时空分辨精准测量大气温度和气溶胶的先进拉曼激光雷达系统。在15分／90米时空分辨率条件下，系统测温统计误差在18公里以内小于1K，在35公里以内小于2K，气溶胶体后向散射系数相对测量误差在12公里以内小于5％，为从近地表到低平流层的大气结构和动力学研究等提供了有力支撑。

在此基础上，项目团队还研制出国际首例基于单支谱提取的转动拉曼激光雷达系统。该种雷达突破了传统的大气温度和气溶胶激光雷达测量原理和方法，可在不假定温度依赖函数、不引入参考温度标定条件下，全天时精准测量大气温度；同时首次去除现今国际上普遍采用的人为假定，全天时精准测量气溶胶和云的光学参数。

易帆团队长期以来致力于激光雷达遥感探测技术的发展，获得了国家自然科学基金杰出青年科学基金和创新研究群体项目支持。团队依托武汉大气遥感国家野外科学观测研究站的优势资源和力量，开展了卓有成效的研究，并取得了大量原创性科研成果。

我国成功研制出新型“探霾”激光雷达

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。

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。

项目执行负责人张天舒研究员表示，“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。”

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。

广东中晶开发出新型激光级光学材料

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。

共掺三价铬离子提高近、中红外激光晶体性能研究获新进展

中科院合肥研究院安徽光机所孙敦陆研究员课题组在1.06微米近红外和2.7－3微米中红外激光晶体的研究方面取得一系列研究新进展。

1.06微米激光广泛应用于加工、医疗、通讯、显示等领域。Nd3＋掺杂钇铝石榴石晶体具有物理化学性质稳定、机械强度和硬度高及热学性质优良等优点，适合高功率激光运转。然而，由于Nd3＋在YAG基质晶体中的有效分凝系数较低，不适合高浓度掺杂。此外，闪光灯泵浦Nd3＋单掺的YAG晶体还有着激光输出能量和效率低的问题。

针对以上问题，该课题组张会丽博士后等人通过共掺Cr3＋作为敏化剂，提高闪光灯泵浦效率，同时共掺Cr3＋还可以提高晶体的抗辐射性能。采用熔体提拉法成功生长出了高光学质量的Cr，Nd：YAG晶体，在重复频率为40赫兹时，实现了最大平均输出功率20.24W，电光效率3.00％和斜效率3.77％的激光输出，而在相同条件下，在Nd：YAG晶体上其值仅分别为13.32W、1.97％和2.47％，结果表明，通过掺入敏化离子Cr3＋可有效地提高激光性能，并且对光束质量影响较小。

2.7－3微米中红外激光广泛应用于生物医学、大气探测及科学研究等领域。该课题组采用提拉法生长了Er：YAG和Cr，Er：YAG晶体，对晶体质量、光谱、激光性能及光束质量进行了对比研究。重复频率为5赫兹时，在Cr，Er：YAG晶体上实现了最大单脉冲能量1.52焦耳，斜效率1.80％，电光效率1.28％的2.94微米中红外激光输出，而在相同条件下，在Er：YAG晶体上其值仅分别为0.99焦耳、1.31％和0.83％，结果表明，共掺Cr3＋使得Cr，Er：YAG晶体的中红外激光输出能量和效率均得到较大提高。

研究人员表示，以上工作对于提高1.06微米近红外及2.7－3微米中红外激光晶体的性能并推进其实际应用具有重要意义。相关研究成果分别以《共掺Cr3＋对Cr，Nd：YAG晶体的光谱和1.06微米激光性能影响的研究》和《共掺Cr3＋提高Er：YAG晶体单脉冲能量和激光效率的研究》为题，发表在学术期刊Optical Engineering和Infrared Physics ＆Technology上。

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

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。

锑化物半导体量子阱激光器研究获得重要进展

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。