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奎知羊
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5 目录 CONTENTS 08 新闻 NEWS 14 研究前沿 RESEARCH FRONTIER 高速激光毛化技术调控及其在树脂基复合材料与金属连接中的应用热应力和残余气压模型提高光纤压力传感器温度性能强激光与金属纳米丝阵列作用产生小焦斑 X 射线源 17 活动报道 REPORT Photonics West 2015 成功举办中国企业积极参展 P09 39 聚焦 : 光电汇 FOCUS:OESHOW P08 商品流通被什么阻碍了? 采购与供货的困惑品牌背后的故事 : 站在苹果的肩膀上设计而来的 LOGO 光电汇 LOGO 设计之始末国际光年特别栏目 INTERNATIONAL YEAR OF LIGHT 2015 女科学家访谈系列 : 胡丽丽 : 一份职业, 一个单位, 一辈子访上海光学精密机械研究所研究员胡丽丽 23 激光器及其应用 ( 一 ): 新型激光加工工艺及材料 LASERS AND APPLICATION: NEW PROCESSINGS AND MATERIALS 全自动激光拼焊生产线成套技术与未来发展 ( 上 ) 激光扫描焊技术在汽车制造中的应用光学超材料的最新进展陶瓷透明化 : 开启材料新领域 P15 43 聊天室 CHATTING ROOM 俄罗斯 yфл-2m 激光核聚变装置设计概念一瞥 47 钩沉 MEMORY U-2 红外相机解剖的那些事兼连志超博士 50 周年祭 50 人才天地 RECRUITMENT 52 产品资讯 PRODUCT NEWS 产品信息索引封面 Newport 封二上海瀚宇光纤通信技术有限公司封三西安炬光科技有限公司封底福建福晶科技股份有限公司 P01 北京凯普林光电科技有限公司 P02 DILAS P04-06 激光与光电子学进展理事单位 P07 中国激光杂志社期刊架免费申领 P19 中国光学期刊网 P22 关于光与影的故事摄影作品有奖征集 P37 光电汇 : 选光电产品就上光电汇 P38 光电汇, 你不得不看的 8 个理由 P46 武汉安扬激光技术有限公司 P51 杭州谱镭光电技术有限公司 P55-56 第七届国际信息光学与光子学学术会议 (CIOP2015)

6 激光与光电子学进展理事会成员单位理事长单位 / Board Chairman 中国科学院上海光学精密机械研究所地址 : 上海市嘉定区清河路 390 号电话 : 传真 : 副理事长单位 / Vice Chairmen 西安炬光科技有限公司董事长 : 刘兴胜地址 : 西安高新区新型工业园信息大道 17 号电话 : 传真 : 网址 : 北京凯普林光电科技有限公司总经理 : 陈晓华地址 : 北京市丰台科技园区航丰路甲四号 2 层电话 : 传真 : 网址 : 德国 DILAS 半导体激光有限公司 CEO:Marcel Marchiano 地址 : 上海张江高科祖冲之路 1077 号凌阳大厦 2 号楼 206 室电话 : 网址 : 北方激光科技集团有限公司董事长 : 管小康地址 : 江苏省扬州市江阳中路 132 号电话 : 传真 : 网址 :www. jsshg.com 上海瀚宇光纤通信技术有限公司总经理 : 张瑞新地址 : 上海市闵行区剑川路 950 号启源科技园 1 号楼 301 电话 : 传真 : 网址 : 福建福晶科技股份有限公司总经理 : 谢发利地址 : 中国福建省福州市软件大道 89 号 F 区 9 号楼电话 : 传真 : 网址 :gb.castech.com 长春新产业光电技术有限公司总经理 : 郑权地址 : 长春市高新区锦湖大路 888 号电话 : 传真 : 网址 : 江西连胜实验装备有限公司董事长 : 齐豪地址 : 江西省弋阳县连胜工业园电话 : 传真 : 网址 : 成都太科光电技术有限责任公司地址 : 成都市高新区科园一路 3 号电话 : 传真 : 网址 : 常务理事单位 / Executive Directors 普爱纳米位移技术 ( 上海 ) 有限公司地址 : 上海市龙东大道 3000 号 7 号楼 301 电话 : 网址 : 讯技光电科技 ( 上海 ) 有限公司地址 : 上海市普陀区永登路 277 号金环汇智天地 408 室电话 : 网址 : 脉动科技有限公司地址 : 北京海淀区中关村东路 89 号恒兴大厦 17H 电话 : 网址 : 南京煜宸激光科技有限公司地址 : 南京市新港开发区兴和路 18 号电话 : 网址 : 相干 ( 北京 ) 商业有限公司地址 : 北京市海淀区北四环西路 9 号银谷大厦 215 室电话 : 传真 : 网址 : 云南北方昆物光电科技发展有限公司地址 : 云南省昆明市教场东路 31 号 201 副楼电话 : 网址 : 中国科学院化学激光重点实验室地址 : 辽宁省大连市中山路 457 号电话 : 传真 : 网址 : 杭州谱镭光电技术有限公司地址 : 浙江省杭州市西湖区塘苗路 18 号华星现代产业园 C 座 209 电话 : 网址 :

cn 北京凯普林光电科技有限公司总经理 : 陈晓华地址 : 北京市丰台科技园区航丰路甲四号 2 层电话 :010-83681052 传真 :010-83682949 网址 :www.bwt-bj.

理事单位 / Directors 瑞淀曦脉贸易 ( 上海 ) 有限公司电话 :021-52422288 网址 : www.zemax.com 大恒新纪元科技股份有限公司电话 :010-82782668 网址 :www.cdhcorp.com.cn 光库通讯 ( 珠海 ) 有限公司电话 :0756-3898080 网址 :www.

7 理事单位 / Directors 瑞淀曦脉贸易 ( 上海 ) 有限公司电话 : 网址 : 大恒新纪元科技股份有限公司电话 : 网址 : 光库通讯 ( 珠海 ) 有限公司电话 : 网址 : 武汉安扬激光技术有限责任公司电话 : 网址 : 武汉军械士官学校光电技术研究所地址 : 武汉市武昌区珞瑜东路 1038 号电话 : 北京三宝兴业 ( 微视凌志 ) 视觉技术有限公司电话 : 网址 : 美国理波公司北京代表处电话 : 网址 : 珠海市光辰科技有限公司电话 : 网址 : 青岛大一隔振设备有限公司电话 : 网址 : 长春博信光电子有限公司电话 : 网址 : 上海巨曜智能科技有限公司地址 : 上海普陀区同普路 1225 弄 16 号厂房北京欧普特科技有限公司电话 : 网址 : 合作组织 / Cooperative Organization 中国科学院青年创新促进会上海光机所活动小组长春光机所青促会长光星青年学术社青促会官网 : 中物院激光聚变研究中心青年科技协会明星企业 / Celebrity Company 长春博信光电子有限公司长春博信光电子有限公司是一家为国防军工航空航天工业科研医疗仪器和机械设备提供光学产品的一流制造公司, 产品已销往世界许多国家和地区, 并在国际光学界获得良好的声誉公司依托长春光机所和长春理工大学光电学院雄厚的技术支持, 具备光学生产中完整的技术力量, 拥有国际上先进的铣磨抛光设备和先进的检测仪器通过纵向地整合制造设备和多种技术平台, 提供了从客户设计试制生产到批量完美生产和削减成本的解决方案, 并建立了一个广泛的产品系列

com 武汉军械士官学校光电技术研究所地址 : 武汉市武昌区珞瑜东路 1038 号电话 :027-51777179 北京三宝兴业 ( 微视凌志 ) 视觉技术有限公司电话 :010-51262828 网址 :www.mvlz.

8 特约赠送单位 / Controlled Circulation 北京大学北京工业大学北京航空航天大学北京交通大学光波技术研究所北京理工大学北京邮电大学重庆大学长春理工大学大连理工大学电子科技大学福建师范大学复旦大学国防科技大学国家自然科学基金委员会信息部哈尔滨工业大学湖南大学华北光电技术研究所华东师范大学华南理工大学华南师范大学华中光电技术研究所华中科技大学吉林大学江苏大学昆明理工大学南京大学南京航空航天大学南京理工大学南开大学清华大学山东大学山西大学上海大学上海交通大学上海理工大学上海市光电子行业协会深圳大学四川大学苏州大学天津大学同济大学武汉大学武汉光电国家实验室 ( 筹 ) 武汉军械士官学校武汉理工大学西安电子科技大学西安交通大学西安应用光学研究所西北工业大学西北核技术研究所西南技术物理研究所厦门大学香港科技大学燕山大学浙江大学浙江工业大学中国工程物理研究院中国光学光电子行业协会中国光学学会中国计量学院中国科技大学中国科学院中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院半导体研究所中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院大连化学物理研究所中国科学院电子学研究所中国科学院福建物质结构物理研究所中国科学院光电技术研究所中国科学院光电研究院中国科学院上海分院中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院上海技术物理研究所中国科学院物理研究所中国科学院西安光学精密机械研究所中国科学院应用物理研究所中山大学 QPC Lasers SPECTRON AB 阿帕奇 ( 北京 ) 光纤激光技术有限公司北方激光科技集团北京爱万提斯科技有限公司北京光学仪器厂北京华北莱茵光电技术有限公司北京华泽宏大光电科技有限公司北京凯普林光电科技有限公司北京欧兰科技发展有限公司北京赛凡光电仪器有限公司北京三宝兴业视觉技术有限公司波科海姆科技 ( 深圳 ) 有限公司长春新产业光电技术有限公司成都东骏激光有限责任公司成都太科光电技术有限责任公司大恒新纪元科技股份有限公司大族激光科技股份有限公司德国 DILAS 半导体激光有限公司德国罗芬激光技术 ( 上海 ) 有限公司恩耐激光技术 ( 上海 ) 有限公司贰陆光学 ( 苏州 ) 有限公司飞秒光电科技 ( 西安 ) 有限公司烽火科技集团福建福晶科技股份有限公司光库通讯 ( 珠海 ) 有限公司贵阳新天光电科技有限公司海洋光学亚洲分公司韩国大一株式会社河南中光学集团有限公司湖北华中光电科技有限公司华为技术有限公司环球 ( 香港 ) 科技有限公司江西连胜实验装备有限公司科艺仪器有限公司镭驰科技 ( 上海 ) 有限公司脉动科技有限公司美国莱特太平洋公司美国理波公司南京波长光学技术有限公司南京东方激光有限公司南京中科天文仪器有限公司普爱纳米位移技术 ( 上海 ) 有限公司上海福联实业有限公司上海格奥光电技术有限公司上海瀚宇光纤通信技术有限公司上海激光 ( 集团 ) 总公司上海嘉光斯米克光学有限公司上海锦恩光学设备有限公司上海康世通信技术有限公司上海联谊光纤激光器械厂上海欧熠光电科技有限公司上海瞬渺光电技术有限公司上海团结普瑞玛激光设备有限公司上海卓克光电科技有限公司上海瑞波电子科技有限公司深圳大圣光电技术有限公司苏州天弘激光股份有限公司通快 ( 中国 ) 有限公司武汉楚天激光集团股份有限公司武汉法利莱切割系统工程有限责任公司武汉华工激光工程有限责任公司武汉凌云光电科技有限责任公司武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司西安北方光电有限公司西安炬光科技有限公司西安市春秋视讯技术有限责任公司厦门奥尔特光电科技有限公司相干 ( 北京 ) 商业有限公司香港电子器材有限公司鑫联兴精密机电 ( 武汉 ) 有限公司许继电源有限公司讯技光电科技 ( 上海 ) 有限公司宜兴杜塞拉姆工程陶瓷有限公司云南北方昆物光电科技发展有限公司翟柯莱姆达计量设备 ( 上海 ) 有限公司浙江华东光电仪器有限公司中国电子科技集团公司中国光学光电子行业协会激光全息分会中国光学光电子行业协会光电器件分会中国光学光电子行业协会 LED 显示应用分会黑龙江省光学学会河北省光学学会浙江省光学学会湖北省暨武汉市激光学会锦州市光学学会湖南省光学学会广西省光学学会广东省光学学会云南省光学学会陕西省光学学会福建省光学学会江西省光学学会中联重工科技发展股份有限公司浙江奥智光电科技有限公司富泰华创光电科技有限公司宁波诺驰光电科技发展有限公司镭射谷科技 ( 深圳 ) 有限公司 ( 名单持续更新中 ) 通讯员 / Reporters 洪芸张薇谢乐敏吴美俏赵婉如朱兰卢娜李殿奎刘善琨方丽萍张成栋程刚冷学鹏刘丽伍浩成姚志顺石肖楠李向昀陈伟王冬梅徐红春刘玉斌王西沈熙磊张璐林斌王盛许怡然江绍基周仁魁刘薇任少宇华明周昕熊亚男魏冬梅刘宝胜叶莉华曾安储晓光韩玉晶曹美玉杨洁金磊吴海珍杜婷乔红超

开大学清华大学山东大学山西大学上海大学上海交通大学上海理工大学上海市光电子行业协会深圳大学四川大学苏州大学天津大学同济大学武汉大学武汉光电国家实验室 ( 筹 ) 武汉军械士官学校武汉理工大学西安电子科技大学西

10 2014 全球 3D 打印机制造商排名近日, 互联网周刊以 2014 年全球范围各大 3D 打印机制造商旗下产品的影响力和民众对其的认可度作为主要的依据, 评出了 2014 年全球 3D 打印机制造商 Top30, 并进行了详细的前景分析, 具体内容可参见光电汇网站 ( net) 或扫描右侧二维码加中国激光杂志社微信, 获取资讯内容我国激光冲击强化技术获得重大突破近日, 中国科学院沈阳自动化研究所乔红超团队开发的整体叶盘激光冲击强化设备系统, 经过 2 年多的交付运行, 获得了客户的首肯长期以来, 我国多型航空发动机在使用过程中出现了由于发动机叶片打伤疲劳断裂和腐蚀等造成的重大故障和事故, 直接影响了我国航空发动机使用的安全性和寿命针对上述问题, 乔红超团队开发了具有自主知识产权的发动机整体叶盘 / 叶片激光冲击强化生产设备, 于 2012 年 10 月交付于客户现场, 并申报了 10 余项专利, 实现了设备的设计制造综合性能检测等关键技术的自主化研发客户反馈认为, 该设备功能满足目前工艺需求控制系统集成程度高, 加工操作人机交互界面友好, 轨迹机器人送水机器人及激光器三者联控的自动化加工方式成倍提高了加工效率, 设备各功能单元的模块化结构设计利于后期设备的维护保养武钢华工激光的激光机器人柔性加工设备入选国家重点新产品计划武钢华工激光公司组织申报的半导体激光机器人柔性加工设备 WHGL-D030 项目成功入选 2014 年国家重点新产品计划新产品计划由国家科学技术部国家环保部国家商务部国家质量监督检验检疫总局共同组织实施, 并由科技部与有关部门联合颁发国家重点新产品证书据悉, 国家重点新产品计划是一项推动企业自主创新加速科技成果转化及产业化的计划, 是国家科技计划体系的重要组成部分新产品计划按照建立以企业为主体市场为导向产学研相结合的技术创新体系的要求, 旨在激励企业通过自主创新, 不断开发新产品, 提升产品技术水平, 提高企业市场竞争力, 从而促进产业结构调整, 推动经济增长方式转变, 增强国家自主创新能力罗芬激光今年或推出 2 kw 光纤激光器在高功率光纤激光器成本控制方面, 通过不断升级其高功率模块, 罗芬称其已有了长期的计划布局而今年, 最值得期待的是该公司将推出 2 kw 光纤激光器搭载于 300 W 二极管模块中一些新技术正在提升半导体激光器的光束质量, 这让我们看到了直接半导体激光器市场的兴起罗芬公司技术总监 Ulrich Hefter 表示, 预计半导体激光器光纤激光器和盘片激光器这三种不同的技术, 将在很长的一段时间内共存大族激光加码机器人业务接连设立 15 亿产业基金 2 月 1 日, 大族激光发布公告称, 公司与国信弘盛签订了设立国信大族机器人产业基金合作协议, 双方拟合资设立基金管理公司, 注册资本 1000 万元, 其中公司出资 490 万元, 占基金管理公司 49% 股权, 国信弘盛出资 510 万元, 占 51% 股权基金管理公司将发起设立国信大族机器人产业基金, 基金规模 10 亿元, 其中公司认购基金 20% 份额即 2 亿元, 基金管理公司认缴基金 1% 份额即 1000 万元, 其余份额由国信弘盛负责协调安排据了解, 大族激光于 2014 年 11 月 5 日与第一创业投资管理有限公司成立了一创大族机器人产业基金, 基金规模 5 亿加上此次投资, 在短期内大族激光已成立总额达 15 亿元的机器人产业基金, 足以表明大族激光看好机器人产业, 该公司的机器人基金也在伺机寻找合适的并购标的

net) 或扫描右侧二维码加中国激光杂志社微信, 获取资讯内容我国激光冲击强化技术获得重大突破近日, 中国科学院沈阳自动化研究所乔红超团队开发的整体叶盘激光冲击强化设备系统, 经过 2 年多的交付运行, 获得了客户的首肯

11 中国第一家纳米医学应用技术研究所正式落户上海中国第一家纳米医学应用技术研究所正式落户东方医院, 纳米研究团队进驻医院, 将与临床医生共同开展合作纳米医学应用技术研究所所长时东陆说, 今后该研究冀望在癌细胞痕量检测医学影像示踪技术靶向导入技术光动力癌症治疗等临床研究中取得突破据悉, 美国早在 8 年前便成立了纳米医学协会而中国起步较晚东方医院院长刘中民表示, 纳米医学应用技术研究所的首要使命是转化, 其成立将进一步促进纳米医学向临床转化医学发展, 成为该院转化医学发展的助推器他表示, 医院将全面推进纳米医学发展, 使纳米技术真正成为解决医学难题的利剑 2014 年王大珩光学奖揭晓 2014 年王大珩光学奖评审会于 2015 年 1 月 10 日在合肥召开, 会议由王大珩光学奖理事会理事长周炳琨院士主持会议对中青年科技人员光学奖申请者申报材料进行审议和讨论, 经过无记名投票评选出 2014 年王大珩光学奖中青年科技人员光学奖获得者 1 名, 获奖者为南京大学刘辉教授会议对 21 所高校初评产生的高校学生光学奖候选人进行终评, 评选出高校学生光学奖获得者 19 名 2014 年王大珩光学奖颁奖将在 2015 年中国光学学会学术大会期间举行, 同时邀请获奖者在该会议做邀请报告国内开展太赫兹电脉冲产生与测量技术预先研究近日, 航天科工二院 203 所通过开展太赫兹电脉冲产生与测量技术预先研究项目, 在国内率先具备太赫兹脉冲波形的校准能力系统实现了半幅度脉冲宽度小于 8 ps 上升时间小于 6 ps 的太赫兹脉冲的产生, 脉冲宽度仅为传统电脉冲的 1/3, 系统测量带宽比传统宽带示波器提升 6 倍以上, 具备了超高速超带宽光电探测器梳状谱发生器宽带放大器等器件的冲激响应校准能力, 形成了片上超快脉冲波形的测量能力此项测量技术应用广泛, 还可以拓展应用到飞机隐身材料飞船绝热泡沫材料等新型材料的特性测试今后该所还将进行成果转化, 提高系统的集成度, 使系统小型化, 更具便携性, 最终形成超快脉冲波形测量仪, 填补市场空白, 具有良好的市场推广前景苹果 20 亿美元改造 GT 蓝宝石工厂苹果公司表示位于亚利桑州 Mesa 的蓝宝石工厂将成为全球网络指挥中心苹果表示, 这笔 20 亿美元的投资是我们有史以来最大的一笔这座工厂曾经用于生产太阳能电池板, 是苹果将制造业转移回美国的关键组成部分苹果此前买下这座工厂是为了让 GTAT 生产蓝宝石为此, 苹果公司投入了大笔金钱, 以便 GTAT 可以按时生产出 1 吨的蓝宝石该工厂将是苹果供应链的重要一环, 为它提供足够的蓝宝石来制造显示屏或其他组件但事实证明,GTAT 无法按时生产出这么多的蓝宝石, 并迅速申请破产虽然, GTAT 的破产留下了各种麻烦, 但苹果公司似乎已经找到了一种方法来重新利用现有的资源随着云服务变得越来越重要, 更多的数据中心肯定不是坏事西安光机所研制成功摄像装置光学系统测试设备近日, 西安光机所研制的摄像装置光学系统性能测试设备通过了验收, 专家组一致认为可以正式投入使用该设备用于摄像装置光学系统的专用测试, 可以对焦距在 2~100 mm 工作谱段在 400~800 nm 范围内的各类光学系统的畸变焦距目视鉴别率和后工作距进行测试, 设备完全实现电动控制自动化测量, 绝对畸变测试误差优于 6 μm, 相对畸变测试误差优于 0.5% Princeton Optronics 公司为 Google 工程提供垂直腔表面发射激光器 (VCSELs) Princeton Optronics 公司宣称他们正在与 Google 的先进技术工程组合作, 为移动设备研发集成 3D 成像系统这项创新性项目被称为 Project Tango, 使用 Princeton Optronics 公司提供的垂直腔表面发射激光器 (VCSELs), 作为探测运动和深度的照明光源该公司说,VCSELs 具有大功率转换效率以及低散斑的特性, 用传统的半导体加工技术可以制造大体积的 VCSELs 为了便于大体积的应用, 可以将 VCSELs 阵列封装为各种结构, 类似于 LEDs 芯片的尺寸 0.1~25 mm 2, 在红光和红外光范围, 输出功率可以从几毫瓦到几百瓦 (Leozhang 译 ) 合肥光源改造项目通过工艺验收近日, 由中国科学院和中国科学技术大学共同实施的安徽合肥光源重大维修改造项目通过工艺验收, 标志着国家同步辐射实验室合肥光源新一轮重大升级改造完成, 将为我国材料科学能源基础科学生命科学以及环境科学等领域的科学研究提供先进平台图为一名工作人员在安徽合肥的国家同步辐射实验室操作实验设施光电汇 9

纳米医学向临床转化医学发展, 成为该院转化医学发展的助推器他表示, 医院将全面推进纳米医学发展, 使纳米技术真正成为解决医学难题的利剑 2014 年王大珩光学奖揭晓 2014 年王大珩光学奖评审会于 2015 年 1 月 10 日在合肥召

12 Photonics Research 被全球著名检索系统 SCIE 收录日,Photonics Research(PR) 期刊收到美国汤森路透集团的通知, 自 2013 年创刊起所有近文章将被国际著名检索系统 Science Citation Index Expanded (SCIE) 收录 PR 是上海光机所中国激光杂志社与美国光学学会 (OSA) 合作出版的开放获取的英文期刊, 创刊于 2013 年 6 月, 双月刊, 发文范围覆盖光学与光子学领域期刊的数字化出版依托在光学界具有广泛国际影响力的中国光学期刊网与 Optics InfoBase 截至 2015 年 2 月,PR 网络出版文章 84 篇, 其中约 60% 为国外知名课题组投稿, 目前在激光与光电子学进展 Web of Science TM 上检索到的引用达 160 余次法国投 30 亿欧元兆焦激光器计划国兆焦激光器 (Laser Megajoule, 以下简称 LMJ) 计划投资规法模为 30 亿欧元, 建筑在法国的 Atlantic 海岸, 采用了与美国的 NIF 装置类似的设计方案 2014 年底完成了一个放大激光链的建设 LMJ 的项目负责人 Pierre Vivini 说 : 是激光点火的目标驱动了装置设计但是利用激光核聚变发电的研究项目将会留给该机构之外的学术人员, 他们要等到两年后才能接触到该装置当他们参与进来时, 一些主要设计差别可能会赋予 LMJ 比 NIF 更有利的点火时机和 NIF 类似,LMJ 的种子脉冲激光为 1053 nm 的红外激光, 能量在 nj 水平, 脉宽在 ns 水平, 随后通过钕玻璃构成的预放大器, 输出能量达到焦耳量级, 随后分成多束激光, 注入由更大口径钕玻璃构成的主放大器,LMJ 有 22 个主放大镜链条, 每个放大镜链条包括 8 路激光束在每次激光射击中,8 组光线在 4 组放大镜之间来回反弹并使能量增加至 2 万倍放大镜阵列将使 176 束光线围绕球形反应室的各个方向 ; 然后最后一组光学镜片将会把红外光变成紫外线 (UV), 并把他们集中到反应堆中心针尖大小的一个点上重新把这些光线集合在一起之后会向反应室中心的目标点上传递 1.5 MJ 的能量, 相当于以 140 km/h 的速度行进的 2 t 重的卡车携带的动能而 NIF 装置可以放出 1.8 MJ 的能量由于受到资金的制约, 目前仅完成一个主放大链条 LMJ 以每年完成两个链条 ( 共 16 束激光 ) 的速度推进项目建设, 预计 10 年左右完成但在那之前, 来自欧洲的所有惯性约束聚变 (IFE) 研究人员已经得到承诺, 可以占用该装置至少 20% 的使用时间 LMJ 项目与 NIF 典型差别在于, 在 LMJ 的装置中增加了单独一路激光 PETawattAquitaine Laser (PETAL), 其能量为 3.5 kj, 脉宽为 ps 量级, 脉冲的功率达到几个拍瓦, 较 LMJ 装置 ns 脉冲输出光束高 100 倍 PETAL 脉冲仅从一个方向辐照靶丸, 时间与激光主脉冲同步, 在实验中可以提供瞬时的高功率用于点火触发或者作为频闪光束用于成像诊断主编 : 楼祺洪研究员中科院上海光机所编辑顾问委员会 ( 排名不分先后 ) 张伟刚教授南开大学姚保利研究员中科院西安光机所顾波总裁美国 BOS 光子公司刘兴胜董事长西安炬光科技有限公司王又青总经理武汉光谷科威晶激光技术有限公司王俊研究员中科院上海光机所责任编辑 : 段家喜采写编辑 : 朱俊刚李洪丹营销主管 : 高福海发行经理 : 马代明网站编辑 : 邓迎设计主管 : 汤超网站制作 : 郑继承顾桃平出版 : 中国激光杂志社有限公司地址 : 上海市嘉定区清河路 390 号邮编 : 传真 : 电子期刊 : [email protected] 新浪微博 : 版权所有违者必究扫描加微信版权所有, 未经许可或授权, 任何单位和个人不得以任何商业目的任何形式转载或使用刊内文字图片表格等, 违者将依法追究其法律责任法律顾问 : 熊兆罡律师事务所

InfoBase 截至 2015 年 2 月,PR 网络出版文章 84 篇, 其中约 60% 为国外知名课题组投稿, 目前在激光与光电子学进展 Web of Science TM 上检索到的引用达 160 余次法国投 30 亿欧元兆焦激光器计划国兆焦激光器 (Laser

13 飞秒激光让普通金属成超疏水材料需化学涂层和其他工艺, 仅仅借助激光器就能为普通金属增加防水防锈防冰冻和自我清洁的特性, 美国罗切斯无特大学的科学家日前对外公布了这项新技术负责这项研究的该校光学教授郭春雷 ( 音译 ) 表示, 目前, 绝大多数的疏水材料都依靠化工涂料来实现而新技术则从光学角度入手, 通过激光在金属表面创建复杂的纳米结构来达到这一目的与化学涂层相比, 新技术所雕刻出的图案会成为金属材料的一部分这意味着它们不会被擦掉或轻易磨损正是这些特殊的图案让材料具备斥水性能 : 当水滴滴到材料表面后, 只会被弹开, 然后滚落, 整个过程只需要不到一秒钟的时间与化学涂层材料相比, 其优势还在于疏水性能更加优秀普通的疏水材料, 如常用于锅底的特氟龙材料, 需要将材料表面倾斜到至少 70, 水才会开始向下滑落而经飞秒激光处理过的超疏水材料, 不到 5 就可以达到同样效果由于水滴不但不会粘在超疏水材料表面, 而且还会弹起, 在这个过程中它们会带走灰尘颗粒, 这就让这些材料具备了一定的自动清洁能力为了进行测试, 研究人员将吸尘器收集到的灰尘倒在材料表面, 结果发现, 三滴水就能除去大约一半的尘埃颗粒十几滴水就能将材料表面的灰尘全部除去更妙的是, 清洗完毕后, 材料表面依然干燥如新这种超疏水材料在发展中国家具有很多潜在的用途这一点还引起了比尔及梅琳达盖茨基金会的兴趣, 并对该项目进行了资助在一些地区, 收集雨水是一件极其重要的事情, 使用这种超疏水材料将能大幅提高效率用其制成的雨水收集装置, 将不需要更多考虑漏斗的尺寸以及倾斜角度问题 ; 第二个领域是可用于建造更加清洁卫生的厕所这种材料将能够制造出无需冲洗就能保持清洁的马桶和卫生设施但在将这一切变为现实之前还有一些问题需要解决目前, 研究人员所制造出来的样品只有 1 英寸 1 英寸 (1 英寸 =2.54 厘米 ) 要获得实用还必须找到扩大面积增加产量的方法郭春雷称, 他们还在考虑将这一技术用于半导体或绝缘材料上, 开发出一款从里到外都能防水的电子设备科学家首次利用偏振光创造莫比乌斯带拿大欧洲和美国的研究合作通过光偏振实验性的产生了莫比乌斯带加 ( 一种单侧不可定向的曲面 ), 这证实了光的电磁场可以呈现这一奇特形状的理论预测莫比乌斯带很容易创造, 利用一条纸带, 扭转一次然后将两端结合, 这样你就创造了一个莫比乌斯带 : 一种只有一边的三维结构每年上百万名学生都会在学校进行这个动手操作然而, 发现自然产生的莫比乌斯带则另当别论在实验里, 为了产生莫比乌斯带, 研究人员使用了一种特定奇特类型的光 : 一种高度集中的光束, 常被称为结构光结构光是光束里具有特定偏振和密度分布因此光束不同部分的电磁场振荡是各不相同的光线移动的方向并非总是位于正确的角度, 即使标准激光也如此在这样高度结构化的光束里, 电场在三维方向将均有分布此外, 光束的不同部分将莫比乌斯带是一种单侧不可定向的曲面在不同方向拥有不同电场为了对偏振进行成像, 研究人员使用了纳米粒子研究人员对光束横截面上的纳米粒子进行扫描, 然后观察它散射的光通过确定光是如何散射的, 并有效的将其作为干涉仪, 就能检测到焦点的光束偏振, 莫比乌斯带就会出现这个程序是由德国巴伐利亚州埃尔兰根纽伦堡大学教授 Gerd Leuchs 和 Peter Banzer 发明的莫比乌斯带展示了环绕激光束轴线的圆形通道上每个位置的电场方向取决于激光束结构的细节的不同, 研究人员观察到莫比乌斯带的偏振呈现出 3/2 或者 5/2 的扭转这些莫比乌斯带演示了光束在非常小的亚波长距离范围内所蕴含的丰富结构, 博伊德解释道他还补充表示, 除此之外, 这项研究所使用的测量方法在探测其他光束类型的纳米结构方面蕴含了巨大潜力光电汇 11

被擦掉或轻易磨损正是这些特殊的图案让材料具备斥水性能 : 当水滴滴到材料表面后, 只会被弹开, 然后滚落, 整个过程只需要不到一秒钟的时间与化学涂层材料相比, 其优势还在于疏水性能更加优秀普通的疏水材料, 如常用于锅底

14 光学超分辨成像精度破极限达 4.1 nm 科大郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室孙方稳研究组, 利用光学超分辨成像技术实现了对单个自旋态的中纳米量级空间分辨率测量和操控, 其成像精度达到 4.1 nm 了解微纳尺度物体的物理属性及动力学过程, 需要纳米尺寸的探测器, 纳米尺度的固态量子测量技术因此得到快速发展但实现高空间分辨率的电磁场等物理量测量, 不仅需要高精度的成像和分辨, 还需要高精度量子态操控而通常的光学成像受到衍射极限的限制, 分辨率只能达到 300 nm 左右金刚石中的氮空位色心是金刚石的一种发光缺陷, 由一个氮杂质和邻近的空位组成, 近几年在量子信息领域得到广泛关注, 被认为有望实现室温下的量子计算和高灵敏度量子测量孙方稳研究组通过氮离子束注入制备了金刚石氮空位色心, 并利用色心中不同电荷态发光的波长依赖特性, 对色心的电荷态进行了高效控制他们进一步通过对不同波长激光的光束整形, 实现了突破光学衍射极限的电荷态耗散成像技术实验中, 他们利用 50 mw 抽运激光完成了对氮空位色心的高分辨成像, 精度达到 4.1 nm 据介绍, 该实验获得的成像精度是光学衍射极限的 1/86, 超过了斯特凡 W 赫尔教授等人之前在相同系统中利用 5 W 激光抽运所获得的光学衍射极限 1/67 的精度该电荷态耗散成像技术不仅可用于纳米尺度的高精度电磁场测量, 还将在基于邻近耦合电子自旋的量子信息和生物检测中得到广泛应用激光有助于判断苹果成熟度 1989 年电影宝贝, 我把孩子们缩小了中,Rick Moranis 在扮演的一位业余科学家利用其收缩射线机发出的激光放大了一个苹果现在, 科学家能将经改良的激光更好地用在苹果上 : 测量它们的成熟度通过利用一项名为生物散斑的技术, 研究人员向苹果表面照射氦氖激光, 然后分析激光的反射情况这种激光并非十分强大, 仅比普通的激光指示器能量高 2 mw, 但是它能毫不费力地探测到苹果光滑表面的微小瑕疵这些瑕疵能导致激光发生不规则反弹, 最终出现小规模的颗粒状外观在水果成熟后, 这些颗粒的图案会变得越来越小科学家将这种缩小归因于苹果细胞活性在成熟过程中出现提高例如, 该研究认为, 细胞呼吸作用在水果成熟时会增加为了证实最小的颗粒出现在成熟高峰时期, 该研究小组还检测了苹果释放出的乙烯气体量这种气体是成熟过程的副产品, 当水果拥有最佳食用价值时, 乙烯气体量也会到达顶峰一旦苹果过了最佳时期, 释放出的乙烯也会随之减少, 苹果细胞活性也逐渐下降, 反射颗粒的尺寸也开始变大由于传统的成熟评估方法或者会破坏水果, 或者依赖主观视觉, 研究人员建议, 该技术最终将能帮助农民精确判断采摘果实的最佳时期, 并预测该水果能保存多久图片来源 :GYRO PHOTOGRAPHY 激光等离子体加速器创出加速新纪录国劳伦斯伯克利国家实验室的研究团队美借助世界上最强大的激光器之一对亚原子粒子进行加速, 使其达到了突破小型加速器记录的最高能量状态实验中, 研究人员在 9 cm 长的等离子体管中对粒子进行加速, 使其达到 4.25 千兆电子伏特在如此短的距离内, 粒子获得的加速度相当于传统粒子加速器能量梯度的 1000 倍以上, 刷新了激光等离子体加速器的记录这一结果是凭借伯克利实验室激光加速器 (BELLA) 实现的去年进入应用的 BELLA 属于激光等离子体加速器, 它能够制造出拍瓦级 (10 15 W) 的能量物理学家认为这种新型粒子加速器可将传统的长达几公里的粒子加速器压缩成可以放在桌子上的设备该研究团队的短期目标是将粒子加速到 10 千兆电子伏特这意味着更精确地控制等离子体通道的浓度也就是说, 研究人员需要为激光脉冲创造出结构合适的通道让更高能量的自由电子通过论文第一作者艾瑞克利曼斯表示, 该团队将在未来的工作中展示关于等离子体通道构造的新技术

常的光学成像受到衍射极限的限制, 分辨率只能达到 300 nm 左右金刚石中的氮空位色心是金刚石的一种发光缺陷, 由一个氮杂质和邻近的空位组成, 近几年在量子信息领域得到广泛关注, 被认为有望实现室温下的量子计算和高灵敏

15 硅片可产生可调谐光子对受控的模式下, 硅基光子芯片发出纠缠光子对, 这种芯片可以制作成量子收发器该芯片由加州大学圣地亚哥分校在研发, 他们将硅基光子芯片放置在温度可控的载物台上, 通过一个低功率二极管激光器进行抽运经过一个过滤器, 该芯片每吸收一对光子, 可产生两个子光子其中一个子光子的频率比输入光子的频率高, 另一个子光子的频率比输入光子的频率低, 它们的总频率与母光子相同该芯片的光变化过程, 被称为自发光的非线性混合 (SONM), 已经在很多材料中进行过论证, 包括玻璃光纤晶体和半导体, 例如硅利用兼容 CMOS 的光刻技术, 研究人员在芯片中制备了一种模式结构, 可以使发射光子对的联合光谱强度和施密特数可以通过改变抽运频率或者芯片温度很容易地进行调谐研究生 Ranjeet Kumar 说 : 低的施密特数表示, 对于被称为预报探测的特殊的量子光学特性, 器件产生的光子对已经被调谐了, 然而, 高的施密特数则表示器件产生的光子可以用来对每个光子超过一个的单一量子比特信息进行编码这种控制有益于高维通讯, 在该领域中定时探测器的限制可以通过在较小的频率范围实现大施密特数来打破 ( 张峰编译 ) 这种硅基光子芯片尺寸是 3 mm X 5 mm, 芯片的水平条纹对应着不同的硅基光子学结构, 这种结构用来产生和控制光 ; 在实验中用到的结构在芯片的中间附近可雕刻单光子的纳米装置兰埃因霍芬理工大学教授安德烈菲奥尔的团队荷开发出一种纳米级装置, 可以通过雕刻单个光子的形状, 释放出具有精确形状的单个光子光子的形状是由它所携带的能量如何平稳释放来决定的尽管这个过程只有十亿分之一秒, 但由于大部分能量都是在过程的一开始被释放出来, 剩余的则在后面形成一个拖尾, 因此光子的形状是不匀称的原子会自然散发出单个光子, 但这些光子的形状都不够精确菲奥尔和他的同事发现, 可以使用量子点来产生形状受控的光子这个量子点其实是一块半导体材料, 当受激时会发射单个光子为了雕刻这些光子, 研究人员将量子点置于一个光子晶体内, 让这个光子晶体充当过滤器量子点光子的能量如何释放决定了发射出的光子的形状, 而能量释放可以通过施加电压来控制, 这就迫使光以稳定的步伐散发出来菲奥尔表示 : 这些纳米结构可以被集成到设备和芯片中它为在量子芯片之间有效地交换光子开辟了可能性, 有望应用于未来的量子网络为了推动量子技术的发展, 英国于 11 月宣布投资 1.2 亿英镑, 创立 4 个量子技术中心, 分别由伯明翰大学格拉斯哥大学牛津大学和约克大学领衔, 它们将关注量子技术的不同应用领域中微子很可能是一种超光子国乔治梅森大学一位退休物理学家罗伯特埃利希再次提美出中微子很可能是一种超光子 (tachyon), 即超光速粒子, 而他是基于一种比测速度更灵敏的方法检测它们的质量以往人们曾多次提出中微子超光速, 最近一次就是 2011 年的 OPERA 实验意大利研究小组检测了从欧核中心传送至 OPERA 传感器的中微子, 提出其速度比光要快一点点但重复检测时却发现结果出了错是一根光缆松了造成的埃利希假设超光子有一个假想质量, 或一个负质量的平方这种假想质量粒子有着奇特性质, 在损失能量时反而会加速中微子假想质量的数量级在 0.33ev( 电子伏特 ), 或电子的百万分之一的 2/3 他用了 6 种不同的观察, 包括宇宙射线宇宙学和粒子物理学, 所有方法都在误差幅度内推导出了这一值埃利希于 1999 年在研究宇宙射线的基础上开始寻找超光子除了宇宙射线研究以外, 他的新结果还有 4 个其他领域的数据支持, 因此更加可靠此外与 OPERA 实验的错误不同的是, 目前还没有已知的观察证据与埃利希的结果明显矛盾, 因此他的假设不能被证伪, 但也不能说就是对的检验这种假设的方法可能来自德国的 KATRIN 实验, 通过观察氚元素 β 衰变中的光谱形状, 有可能揭示中微子的质量其他基于高能宇宙射线的实验, 用现有数据就能做当然, 在你能设计一种超光子电话, 给过去的自己打电话之前, 让其他科学家来检验埃利希说的是否正确, 才是谨慎的做法光电汇 13

(SONM), 已经在很多材料中进行过论证, 包括玻璃光纤晶体和半导体, 例如硅利用兼容 CMOS 的光刻技术, 研究人员在芯片中制备了一种模式结构, 可以使发射光子对的联合光谱强度和施密特数可以通过改变抽运频率或者芯片温度很

16 高速激光毛化技术调控及其在树脂基复合材料与金属连接中的应用中国激光编辑部高速激光毛化技术 (Laser Surfi-sculpt) 在金属与纤维增强树脂基复合材料 (Fiber Reinforced Plastic,FRP) 的连接中有着潜在的应用, 经毛化的金属表面的几何形貌对连接质量有着重要影响, 而精确调控高速激光毛化诱导形成的微凸起几何形貌至关重要清华大学机械工程系激光加工研究中心单际国教授课题组利用 YLS-2000 型光纤激光器实现了高速激光毛化技术, 钢板表面微凸起几何形貌精确可控, 为未来高速激光毛化的工程应用奠定了基础该研究成果发表在中国激光 2015 年第 3 期上 (DOI: /CJL ) 高速激光毛化技术有别于传统的激光毛化技术, 微凸起的形成不再依赖于侧吹辅助气体, 而是利用高速运动的聚焦激光束快速扫描材料表面, 促使熔池金属朝着与激光束移动相反的方向迅速流动, 随后在熔池后方发生凝固, 多次扫描使熔融金属不断堆积而形成微观凸起, 微凸起的高度和宽度等几何尺寸精确可控, 最大高度达 400 μm 研究人员利用高速摄像技术实时观察高速激光毛化熔池形貌和等离子体喷射角度, 研究了高速毛化工艺参数对微凸起几何尺寸的影响规律和影响机理, 获得了高速激光毛化工艺控制原则随着纤维增强树脂基复合材料的应用日益广泛, 纤维增强树脂基复合材料与金属连接强度低的问题亟待解决利用高速激光毛化在金属表面创造分布密度和高度可控的微凸起, 可有效解决复合材料与金属异质结构连接中的缩孔缺陷, 从而大幅提高连接强度高速激光毛化技术在纤维增强树脂基复合材料与金属异质结构激光连接中的应用

表面微凸起几何形貌精确可控, 为未来高速激光毛化的工程应用奠定了基础该研究成果发表在中国激光 2015 年第 3 期上 (DOI:10.3788/CJL201542.

17 热应力和残余气压模型提高光纤压力传感器温度性能光学学报编辑部三深 ( 深海深地深空 ) 和三极 ( 南极北极青藏高原 ) 是重要的战略空间, 蕴含着丰富的未知资源, 开发重大关键技术和装备对三深和三极资源进行探测, 关系到国家的可持续发展和战略安全压力是其中重要的监测参数之一, 但极端环境下传统的压力传感器在抗环境干扰体积质量等方面已难以满足要求天津大学精密仪器与光电子工程学院刘铁根教授课题组在国家重大科学仪器设备开发专项光纤力热复合测试仪开发和应用和国家自然科学基金仪器专项飞机大气压力光纤传感阵列监测仪项目实施中, 结合 MEMS 微加工技术和光纤技术研制了基于法珀微腔的光纤压力传感器, 利用硅膜片实现了力学元件和光学反射元件的一体化, 配合偏振低相干干涉技术, 实现了可批量化制作的高精度光纤压力传感器及解调, 为满足航空航天海洋等领域的需求奠定了基础该研究成果发表在光学学报 2015 年第 3 期上 (DOI: / aos ) 光纤 F-P 压力传感器中的膜片变形一般采用理想力学模型, 由于没有考虑 MEMS 键合工艺导致的热应力和微腔内残余气压等因素, 导致了光纤 F-P 压力传感器宽温范围的实际性能与预期存在较大差距, 限制了传感精度为减轻该影响, 研究人员建立了考虑热应力和残余气压的 F-P 腔长变化模型, 理论分析了热应力和残余气压对传感器温度性能的影响研究结果表明, 热应力和残余气压的引入使 F-P 腔长改变量与温度的线性关系发生变化, 当腔内残余气压小于 0.87 kpa 时热应力起主要影响作用, 反之则残余气压起主要影响作用研究人员制作了 3 种不同残余气压的光纤 F-P 压力传感器, 并利用提出的非侵入式自参考残余气压测量方法解决了密闭腔残余气压测量难题, 在 -20 ~70 温度范围内的实验结果验证了模型有效性目前, 研究人员已将该研究成果用于高精度光纤压力传感器温度补偿上 Reflectors: FP cavity Air molecules Initial residual pressure / kpa Input beam Outer pressure / kpa Silicon diaphragm (a) (b) (c) (d) Temperature / 说明 : (a) 热应力和残余气压作用示意 ;(b) 传感头芯片阵列 ; (c) 封装好的光纤压力传感器 ;(d) 温度灵敏度为 0 时的初始残余气压工作温度和外界压力的关系光电汇 15

光纤力热复合测试仪开发和应用和国家自然科学基金仪器专项飞机大气压力光纤传感阵列监测仪项目实施中, 结合 MEMS 微加工技术和光纤技术研制了基于法珀微腔的光纤压力传感器, 利用硅膜片实现了力学元件和光学反射元件的

18 强激光与金属纳米丝阵列作用产生小焦斑 X 射线源 Chinese Optics Letters 编辑部 1901 年, 第一届诺贝尔物理学奖被授予伦琴, 以表彰他发现 X 射线一个多世纪过去了,X 射线已广泛应用于医学工业检测安防科技和科学研究等领域近年来, 随着百太瓦以及拍瓦级激光器的出现, 基于激光等离子体相互作用的 X 射线源也开始出现并得到了初步的应用, 包括 K α 射线源和伽马射线源等不论是哪一种 X 射线源, 都需要首先将激光能量转换成高品质的高能电子束然而, 对于 K α 射线源和伽马射线源, 激光和稠密等离子体相互作用将产生具有很大空间发射度的高能电子束, 从而不可避免地造成 X 射线焦斑远大于激光焦斑, 因此, 如何产生具有小发散角的电子束就成了一个亟待解决的问题为解决这一难题, 中国工程物理研究院激光聚变研究中心的谷渝秋研究员实验组提出采用纳米金属丝阵列导引激光产生小发散角高能电子束, 从而有望产生高亮度微焦点 X 射线源相关实验结果发表在 Chinese Optics Letters 2015 年第 3 期上 (DOI: /COL ) 国外的已有的理论和实验基本上是基于单丝模型, 由于阿尔芬电流极限的限制, 沿着单丝向前传输的电子束的总电量是有限的采用纳米金属丝阵列靶可以约束更大电荷量的电子, 从而有利于产生高亮度微焦点 X 射线源国外同行的研究发现, 在相同激光参数下, 采用小尺寸单金属丝靶可以减小 X 射线的焦斑尺寸, 但是产生的 X 光子的数量比采用普通平面金属靶时要低一个数量级而采用纳米丝金属阵列靶可以在提高激光 -X 射线转换效率的同时, 获得远低于平面靶的 X 射线焦斑尺寸这种 X 射线源在激光聚变高密度压缩诊断极端条件下材料动力学响应动态诊断等领域有广泛的应用谷渝秋研究员认为, 该成果的核心思想是利用等离子体界面电磁场实现了对高能电子的输运控制, 同时把材料微纳加工方面的最新成果引入激光 X 射线源研究领域, 具有很好的应用发展前景, 为将来激光聚变快点火高能电子束的控制以及激光 X 射线源的推广应用提供了一种有效途径目前, 通过强激光与金属纳米丝阵列相互作用产生 X 射线源的亮度仍然有继续提升的空间通过采用高对比度激光与纳米丝阵列相互作用, 将进一步增加光子的产额同时, 在射线源的单色化方面仍然有很多工作要做说明 : 该实验在新建成的星光 III 激光装置上开展, 图为研究人员在靶室安装实验设备

而, 对于 K α 射线源和伽马射线源, 激光和稠密等离子体相互作用将产生具有很大空间发射度的高能电子束, 从而不可避免地造成 X 射线焦斑远大于激光焦斑, 因此, 如何产生具有小发散角的电子束就成了一个亟待解决的问题为解决

19 Photonics West 2015 成功举办中国企业积极参展文 / 朱俊刚图 / 汤超光电行业全球闻名的盛会 Photonics West 于 2015 年 2 月 7~12 日在美国旧金山隆重展出作为 2015 年光电行业的开年大戏, 本次展会共吸引全球近 2000 家展商参与其中中国激光杂志社也受邀参与其中, 集中展示出版成果, 与光电专家企业家交流技术进展与市场动态庆祝国际光年展示行业领先成果展会分为 BIOS 与 Photonics 两个部分, 其中, BIOS 于 2 月 7~8 日举行, 集中展示生物医学生物光子学领域的成果,Photonics West 于 2 月 10~12 日举行, 主要展示激光光电子学方面的成果 2015 年是联合国国际光年, 围绕国际光年主题,Photonics West 举行了一系列庆祝活动 : 现场所有展商发放了联合国国际光年胸章, 现场举行了一系列光学历史重大光学成果展览销售国际光年相关专业书籍销售纪念 T 恤等, 以此烘托国际光年氛围本次展会齐聚了通快相干理波 IPG 贰陆等多家知名的激光光电领域企业许多公司将 Photonics West 作为发布新产品的重要平台, 向光电同行展示最新的产品研发成果同时,3D 打印作为新兴的技术, 在展会中也得到越来越多的体现同时, 同期举办的学术会议, 吸引了全球两千余名专家学者企业家参与, 65 个方向的专业短期课程, 也让学术交流成为 Photonics West 的重要组成正如一名国外专家评价, Photonics West 已经成为一年一度的行业盛会, 学者企业家共聚一堂, 探讨光电行业的变化, 展示行业领先成果光电汇 17

物光子学领域的成果,Photonics West 于 2 月 10~12 日举行, 主要展示激光光电子学方面的成果 2015 年是联合国国际光年, 围绕国际光年主题,Photonics West 举行了一系列庆祝活动 : 现场所有展商发放了联合国国际光年胸章, 现场

20 中国企业积极参展本次展会共有中展国际领汇展览两个中国展团抱团参展, 同时又有不少中国企业自主参展根据现场不完全统计, 共有凯普林光电炬光科技华日激光福晶科技武汉锐科华科光电安扬激光波长光电等五十余家国内光电激光企业参与其中不少中国企业对展会效果表示认同, 凯普林光电的销售经理告诉记者, 凯普林光电每年都要参加西部光电展, 且今年在西部光电展投入很大, 赞助了不少相关内容, 也取得了不错的效果部分中国展商告诉记者, 西部光电展的观众, 目的性都很强, 过来就直接咨询具体产品和具体参数, 如果能达到要求, 当场就能确定意向协议值得关注的是, 每年的 Photonics West 上, 福晶科技华科光电等一大批福建地区的晶体企业参与其中, 积极拓展海外市场根据现场的交流, 国际市场已经成为不少晶体企业的主要市场, 部分公司选择在美国设立办事点, 主要拓展国外业务棱镜奖隆重揭晓 2 月 11 日晚,SPIE 在旧金山举行隆重的 Prism Awards 2015 颁奖晚宴, 揭晓一年一度的棱镜奖该奖项由 SPIE) 和 Photonics Media 共同评选, 旨在表彰光学光子学与成像科学领域中具有创新突破, 并通过光学技术解决现实问题改善生活的新发明与新产品 Prism Award 共分 9 个类别, 竞逐奖项的均是来自世界各地的技术顶尖企业和机构最终获奖名单如下 : 增材制造 LUXeXcel 公司 :Printoptical 技术生物医学仪器 BacterioScan 公司 : 激光微生物生长监控仪探测器 / 传感器日本滨松公司 :C12666MA 微型光谱仪成像 / 相机 Seek Thermal 公司 + 雷神 (Raytheon) 合作项目 : 热成像相机 Seek Thermal Camera 工业激光器 IPG Photonics 公司 :GLPN-500-R 准连续型 (QCW) 绿色单模光纤激光器材料 / 涂层 Inrad Optics 公司 : 二苯乙烯 (Stilbene) 闪烁晶体光学系统 / 光学元件康宁 + 英特尔 +US Conec 合作项目 :MXC 连接器其他计量仪表 WITec 公司与 RISE Microscopy 合作项目 : 新型显微镜系统科研激光器 Fianium 公司 :WhiteLaseSC400 高功率光纤激光器

电展的观众, 目的性都很强, 过来就直接咨询具体产品和具体参数, 如果能达到要求, 当场就能确定意向协议值得关注的是, 每年的 Photonics West 上, 福晶科技华科光电等一大批福建地区的晶体企业参与其中, 积极拓展海外市场根据

22 女科学家访谈系列胡丽丽 : 一份职业, 一个单位, 一辈子访上海光学精密机械研究所研究员胡丽丽记者李洪丹人物档案胡丽丽, 研究方向为激光玻璃和特种光纤现任上海光学精密机械研究所 ( 以下简称上海光机所 ) 高功率激光单元技术研发中心主任研究员博士生导师钕玻璃课题负责人中国硅酸盐学会特种玻璃分会理事长上海硅酸盐学会副理事长 1987 年进入上海光机所从事激光钕玻璃的研制工作 2000 年度上海市三八红旗手称号 ;2000 年度上海市先进女职工标兵 ;2000 年度全国先进女职工上海市杰出职业女性称号 ;2005 年中国科学院第二届十大杰出妇女称号 ; 年度上海市三八红旗手 ; 年度上海市五一巾帼奖 ; 上海市第十三十四届人大代表注定的事业胡老师的童年时光是在文革期间度过的, 所以她记忆中的童年都是在玩, 小学的时候在玩, 初中的时候也在玩, 一直到了快初中毕业, 文革才结束, 学校才走向正轨静下来的时候, 她会看一些书. 虽然没有什么具体的伟大梦想, 但是心里总是觉得自己将来肯定会从事研究方面的工作 1978 年, 本是南昌人的胡老师在本地读了一所普通高中, 那个时候的高中是 2 年制的 1980 年, 全国恢复高考第 4 年, 她作为文革后第 4 届考生参加了高考, 并顺利考取了浙江大学材料系当时江西省的本科录取率只有 4%, 而她就幸运地成为了那 4% 中的一个进入大学后, 她突然发现原本那种独占鳌头的光环不存在了在大学里, 比她聪明的大有人在原本在县城里是个佼佼者, 在满是优秀人才的大学

23 里, 她找不到了自己的位置这种心理落差着实困扰了她许久, 胡老师说, 我想尤其是进入重点大学的人, 大都会有这么一个过程后来我逐渐在人群中找到了自己的定位由于好胜心比较强, 也希望能够继续深造, 所以就接着读了浙江大学材料系的硕士硕士毕业时, 她又面临了继续就读还是工作的抉择胡老师说, 那个时候干福熹先生在浙大材料系的影响非常大, 她的学哥学姐有报考了上海光机所干先生的博士生, 所以受他们的影响, 她也投入了干院士的门下正巧的是, 上海光机所的姜中宏院士因为一个项目的需要, 到他们系里招人, 也选中了她所以, 不论是考取了干先生的博士生, 还是入职于姜院士的项目, 她都注定要来到上海光机所最终, 她顺利考取了上海光机所的博士生, 挂名在干先生名下, 实际指导老师是姜中宏院士胡老师感慨道 : 这可能就是与上海光机所的缘分吧, 从 1987 年入所, 到现在, 我已经在这里工作了 28 年, 人生的一大半都是在这里度过的, 这里就是我一辈子的事业所在了感恩的心回顾之前的求学工作之路, 胡老师一直非常感恩于在这个过程中曾经帮助过她的人首当其冲的, 就是她的高中数学老师, 虽然他已经去世, 但是这位慈爱的像父亲般关爱她的老师, 她永远铭记胡老师说 : 报考大学填志愿时他给了我很多意见, 高考结束后他又冒着酷暑询问考试情况, 我对理科的兴趣也可以说是他一手培养起来的其次便是姜院士和干院士, 他们将胡老师带入了一个更加广阔更深层次的激光玻璃世界, 让她甘愿为此付出一生姜院士一辈子从事激光玻璃和特种光纤的研究, 为研制出具有我国自主支持产权的激光玻璃做出了杰出的贡献胡老师说, 姜院士很少会具体规定学生每天要完成的任务目标, 这种信任和放手让胡老师能够更加大胆地去做去想而干院士才思敏捷精力充沛, 在光学玻璃激光玻璃光存储材料和无机材料科技考古方面取得了后人难以企及的成就从这两位前辈身上, 胡老师感悟道, 做科研和做其他工作还是有很大的区别, 你可以思维活跃, 一旦选择了一个课题, 就要认真去完成, 这是最起码的要求老一辈科研人兢兢业业追求科学技术的真谛活到老学到老的这种精神值得我们好好学习当然, 要感谢的不止是他们, 还有很多老师前辈都给予了我很多帮助, 还有我现在的同事们他们努力奋战在一线, 而我只是起到了组织协调的作用我非常感谢他们的配合每一次取得成绩的时候, 我都告诫自己, 成绩是大家共同努力的结果是的, 今年, 胡老师又再次获得了上海市三八红旗手荣誉称号, 这是大家共同的努力所促成的创新是最好的继承磷酸盐钕激光玻璃是神光系列装置的放大器工作物质和核心材料上海光机所从建所开始, 就一直从事激光玻璃的研制工作, 因为有本所的神光装置需求的牵引, 所以得以延续了下来在干院士姜院士及其他老一辈同志的共同努力下, 上海光机所先后研制成功三代激光玻璃, 为完成国家有关重大项目做出重要贡献第一代是用于高能激光系统的硅酸盐钕玻璃 ; 第二代是用于高功率激光聚变系统激光 12 号实验装置的 N21 型磷酸盐钕玻璃 ; 第三代是为神光 II 和神光 III 原形装置研制的 N31 型磷酸盐激光玻璃前两代激光钕玻璃使用的是坩埚熔炼工艺技术, 而第三代激光钕玻璃使用的熔制工艺技术, 就是胡老师带领的团队耗时十年, 精心研制的连续熔炼技术目前国际上只有日本保谷公司和德国肖特公司拥有这项工艺技术, 并且曾经在美国 NIF 装置和法国兆焦耳激光装置钕玻璃供货过程中使用过此技术胡老师说, 从设备到工艺, 全部由他们的课题组自己研发连续熔炼技术可以使激光玻璃的熔制效率提高 5~6 倍基于此, 他们今年制定了新的目标 : 将每年 300 片的供货能力提升至每年 1000 片在神光 III 装置中已经有一部分玻璃片是采光电汇 21

24 用连续熔炼制造的也就是说我们的连熔玻璃已它特种玻璃的开发把这支队伍保存下来否则也经实现了装置应用我们接下去要做的就是把这个不会有我们的存在更没有现在的成绩真的很感工艺做稳定谢他在 863 中科院和国家专项的共同支持下该在胡老师的记忆中他们研究室研制玻璃过去技术进入了中试阶段今年已是第三次中试中试有一年化十几锅的也有一年化三十几锅的从通过后就会转入生产阶段胡老师笑着说从开 2002 年开始我记得非常清楚我们一年化了始研究到各个实验阶段已经经历了 10 个年头有 102 锅现在我们化 200 锅都已经是非常平常的事 5 个春节是没有休假的我们的一线人员都是在炉情了胡老师说未来研究室还是会以研制激光钕玻子旁边过的春节说到这胡老师特别提起今天我们能做这璃为主要任务再延伸发展稀土掺杂的特种光纤些工作还要感谢我的前任张俊洲老师将激光玻璃研在民用市场推广激光玻璃在激光表面冲击强化领制队伍保存下来在 20 世纪 90 年代中期国家域的应用对老一辈工作的继承最好的方法就是拨款少经费紧张虽然有神光装置的需求在但创新将我们的技术发扬光大是还是入不敷出我的前任张俊洲老师就通过做其延伸阅读问及胡老师的减压方法她送给我了两个字睡觉说完便哈哈大笑因为平时工作繁忙她总觉得不够睡她也非常羡慕那些能够在公交车上见缝插针睡觉的人没有这项技能她只能老老实实地利用中午午休时挤出十分钟打个盹她说这样下午她就觉得又精力充沛了她还说退休后打算趁自己还走得动的时候四处走走去感受不一样的文化和风土人情

25 全自动激光拼焊生产线成套技术与未来发展 ( 上 ) 房灵申中国科学院沈阳自动化所研究员 1 引言激光加工技术是对传统焊接工艺和焊接方法的具有重大影响的技术变革, 具有的优越性使其在机械电子冶金汽车石油和国防等领域得到了广泛应用, 并产生了巨大的经济效益和社会效益, 应用前景十分广阔随着我国汽车保有量的逐年增加社会节能减排的环境要求日益严峻, 汽车轻量化的需求也越来越迫切, 激光拼焊板成为汽车行业的必然选择激光拼焊板在国民经济发展中处于举足轻重的地位, 拼焊板既是钢铁工业的延伸产品, 又是汽车工业的重要原料之一, 在钢铁和汽车制造业中占有重要地位目前, 国内板材激光拼焊生产线市场被国外垄断, 绝大部分依靠进口设备促进了激光拼焊板的发展, 随着新车型的发展, 激光拼焊板得到了广泛应用 b. 成长阶段 : 随着激光焊接设备的不断改进, 激光拼焊板应用和数量在不断增加, 尽管突然大量应用激光拼焊板对汽车制造商来说还难以接受, 但也因此在技术上获得了激光拼焊的经验 Golf4 就应用了 19 块激光拼焊板 c. 成型阶段 : 一些汽车制造商引进激光拼焊板使得其竞争对手开始评估激光拼焊板的优点和缺点,1998 年开始, 其他的汽车厂商开始使用或计划使用激光拼焊板提高复杂性, 应用高端的激光焊接技术可以生产更复杂更大的零件, 如图 1 所示 2 国内外发展现状激光拼焊是指将两块或两块以上的板料, 采用激光焊接的方法焊在一起, 然后进行冲压成形采用激光拼焊板有如下优势 :(1) 满足零件各部位对材质厚度涂层性能等不同的要求 ;(2) 降低车身质量, 从而提供低燃耗性能优良安全的环保汽车 ;(3) 提高车辆织构整体性, 提高整体刚度, 改善装配精度 ;(4) 减少模具数目降低能量消耗激光拼焊板发展大致经历了 3 个阶段 : a. 开始阶段 : 大众公司 1985 年超大板的需求图 1 不同阶段时应用激光焊接技术生产的零件 2.1 国外状况从 20 世纪 80 年代中期开始, 激光拼焊板作为新技术在欧洲美国日本得到了广泛的关注光电汇 23

26 拼焊板工艺主要是为汽车行业进行配套服务, 尤其在车身零部件生产制造和设计方面, 拼焊板的使用有着巨大的优势目前, 无论实验室还是汽车制造厂的实践经验, 均证明了拼焊板可以成功地应用于汽车车身的制造 1985 年德国蒂森钢铁公司与德国大众汽车公司合作, 在 Audi100 车身上成功采用了全球第一块激光拼焊板 90 年代欧洲北美日本各大汽车生产厂开始在车身制造中大规模使用激光拼焊板技术, 近年来该项技术在全球新型钢制车身设计和制造上获得了日益广泛的应用奔驰宝马通用等各大汽车生产厂相继在车身中采用了激光拼焊板技术目前, 由拼焊板生产的汽车零部件主要有前后车门内板前后纵梁侧围底板车门内侧的 A B C 立柱轮罩尾门内板等日本 JFE 公司建在西日本仓敷地区的水岛钢板工业公司内的激光拼焊板设备已于 2004 年 9 月份投入运行该项目投资额为 5 亿日元, 年产能力约为 200 万张 JFE 是日本钢铁公司中首家拥有激光拼焊板设备此次投产的设备是从德国蒂森克虏伯公司下属的 Nothelfer 公司引进的, 为激光点固定式, 和目前日本已投产的激光拼焊设备大多数采用激光头转动型不同, 不但提高了生产效率, 而且激光容量大可满足宽幅拼焊韩国浦项扩大 Gwangyang 工厂激光拼焊板 (Tailor Welded Blanks) 的产能, 以进一步开发汽车板市场浦项集团希望扩大的激光拼焊板产能和 Gwangyang 厂两条新建的镀锌生产线能帮助他们提高在国内外汽车板市场的竞争力产能扩大后, 他们的汽车板产能达到 330 万吨, 激光拼焊板产能扩大工程于 2004 年 4 月 6 日开工, 在 10 月份完工完工后, 浦项激光拼焊板的产能由目前的 170 万吨 / 年扩大到 360 万吨 / 年工程完工一年后, Gwangyang 又上马第五条热浸镀锌生产线 2004 年 1 月份, 浦项宣布在 Gwangyang 钢厂新建第六条热浸镀锌生产线, 将产能扩大到 200 万吨 / 年 6 号生产线在 2004 年 11 月开始建设, 于 2006 年 6 月完工, 产品全部用于汽车生产法国阿赛洛在激光拼焊领域经过十几年的研究和发展, 现激光拼焊生产线已达到 35 条, 其产品在欧洲市场占有率超过 50%, 成为当今世界规模最大的钢铁巨头而且欧洲许多冶金公司也都在生产这种拼焊板其中, 意大利 Sollak 公司在不断扩大产能, 其子公司 Solblank 公司已经投入了 14 条生产线, 而且还准备在英国及美国建立 4 条激光拼焊线, 每条的产能将达到每年 2 万吨一些大型冶金联合企业也正在加快在其他国家组建合资公司的步伐德国 Tissen 冶金公司就已经在印度尼西亚及美国 ( 底特律 ) 建立了合资公司, 主要为卡迪拉克轿车新车型提供激光焊接车门及其他板件名为 " 英国钢铁 " 的英国工业集团建成了好几个冶金产品客户服务中心, 其中包括能向汽车制造商提供拼焊板的专门中心 ( 企业 ), 而且产能达到了 12.5 万吨 / 年, 并向土耳其丰田汽车公司提供拼焊板美国及日本也都建立了类似的独立的专门公司目前, 西欧生产的拼焊板占世界总产量的 70%, 美国生产的占 20%, 日本生产的占 10%, 其中每年由装配 - 焊接流水线生产的大约有 2.9 亿件, 由单个机床及成套设备生产的有 1 亿件开发激光拼焊板成套设备的国外公司主要有 : 瑞士的 Soudronic 公司法国的 Nothelfer 公司美国的 VIL 公司加拿大的 AWS 公司和日本的 IHI 公司这些公司完成的主要工作是系统的集成和局部关键技术的研发作为激光拼焊的成套设备的标准部件激光器, 多采用固体 YAG 激光器, 主要生产厂家有日本 IHI 公司和德国 TRUMPF 公司, 功率一般在 4 kw 以上, 采用 CO 2 气体激光器的功率一般在 8 kw 以上 2.2 国内状况应用情况 20 世纪 90 年代初, 南昌齿轮厂建成齿轮激光焊接生产线, 柳州微型车厂引进大型激光切割机床, 使得激光加工应用领域逐步扩展 2002 年 10 月 25 日, 中国第一条激光拼焊板专业化商业生产线正式投入运行, 作为全球最大拼焊板制造供应

27 商的德国蒂森克虏伯集团拼焊板有限公司在海外的第八家公司 ( 在亚洲的第一家 ), 武汉蒂森克虏伯中人激光拼焊有限公司引进蒂森克虏伯公司生产的 8 kw CO 2 直线连续激光焊接生产线 (Linear laser welding lines), 采用蒂森克虏伯拼焊板公司的全套专有技术和质量控制体系进行生产和工艺开发, 该线最小工件间距为 50 mm, 焊接速度可达 10 m/min, 年生产能力可达吨公司目前已为国内各大汽车生产企业提供配套服务一汽宝友股份有限公司于 2004 年 7 月引进一条由瑞士 Soudonic 公司生产的全自动激光曲线拼焊线, 目前已实现批量生产 20 世纪末, 随着我国轿车合资厂的产品进入与国外同步生产阶段, 以一汽 - 大众 Audi A6 和上海 - 大众 Passat B5 轿车顶盖激光焊接线为代表, 激光加工技术在国内汽车工业取得了不可或缺的地位, 并作为先进制造技术被业内人士接受上海宝钢阿赛洛激光拼焊工程的一期工程已于 2004 年 11 月投产, 生产国内最高品质的汽车激光拼焊板工程总投资 1 亿美元, 引进我国第一条应用于汽车行业的激光拼焊板自动生产线, 由宝钢股份宝钢国际上海大众联合发展公司和阿赛洛集团 ARBED 公司联合投资组建阿赛洛集团是世界最大的钢铁企业, 年产量超过 4000 万吨, 在欧洲的汽车板市场占有统治地位, 而激光拼焊则是汽车板生产的关键技术当前, 国内激光拼焊板需求量迅速上升, 帕萨特 POLO 别克奥迪和 Mazda 等高品质车型都已采用激光拼焊板科研情况目前国内的一些大学和研究单位纷纷研究激光拼焊线的关键技术, 跟踪国际领先技术, 在相关领域如焊缝质量检测焊接工艺等方面发表过一些文章, 但成套大型的激光拼焊板自动焊接生产线还没有单位投入研制, 主要原因是初期投入的成本太高其中以华中科技大学激光技术国家重点实验室为代表华中科技大学激光技术国家重点实验室是 1986 年国家批准建立的对国内外开放的国家级实验室, 主要研究方向是高功率激光器及激光与物质相互作用主要探索和研究新的激光物理现象和新型高功率激光器 ; 解决高功率激光器光束质量中的关键单元技术和检测技术, 对高功率激光中的光学电学热学和气体动力学等基础问题进行研究, 以期获得高功率高光束质量高稳定性长寿命 ( 三高一长 ) 的高功率激光器 ; 研究激光与材料相互作用中激光等离子体热力学及微粒子运动的规律以及激光与生物组织相互作用的机理等, 为新型激光器探索和激光科学应用开拓新的领域近年来, 华工法利莱在激光先进技术助力汽车制造领域不断取得突破 :2009 年成功中标神龙汽车标致 508 白车身顶盖激光焊接项目, 首创中国汽车白色车身激光焊接系统 ;2011 年, 承担的江淮汽车短轴距商务车顶盖激光焊接项目, 焊接出总长度达 9 m 的激光焊缝, 刷新国内最长焊缝记录 2013 年成功中标武汉通用顶盖激光钎焊成套设备项目华工法利莱的努力与成绩, 打破了国外企业在该领域的技术垄断, 填补了国内空白, 助力我国汽车制造业转型, 并将提升民族汽车品牌的国际竞争力另外在 HOWO 重卡研发生产中, 中国重汽卡车公司与蒂森克虏伯公司联合开发了应用于重卡车超宽板材, 成功解决了大尺寸驾驶室开发生产用料难题, 首创国内重型车车身板材激光拼焊技术由攀钢钢研院与华中科技大学激光加工国家工程研究中心合作开展的 " 攀钢冷轧钢板激光拼焊及其应用技术研究 " 项目, 最近在东风汽车公司进行了国内首次冷轧激光拼焊板冲压汽车零件的试验, 取得了满意的效果上海光机所等多家单位在激光技术方面作了大量工作, 获得了丰富的研究成果如以神光为代表的系列激光薄膜全固态激光器薄膜软 x 射线膜紫外膜滤光片红外膜 He-Ne 激光薄膜强光防护片以及透明导电膜等并且对于薄膜的设计方法制备工艺与光学薄膜的微观结构损伤机理和光学特性的关系等基础问题进行了大量的实验探索和深入的理论分析中国科学院沈阳自动化研究所自 2002 年开始, 光电汇 25

28 研制开发 3 自由度 SCARA 式飞行光路被动运动机器人手臂式激光加工实用样机, 用于平面切割或焊接, 代替传统悬臂式结构和龙门式结构, 服务于加工领域 2005 年 1 月开始对激光拼焊技术的发展现状及拼焊装备国产化的可行性进行调研和分析, 并从技术攻关和市场开拓两方面进行了卓有成效的工作 2005 年 8 月开始利用国际合作平台同日本 IHI 公司在激光拼焊技术领域展开全面而具体的项目合作通过机械性能分析与拼焊试验, 掌握了国外同类系统的设计原理与实现技术, 具备了基于成熟技术并在有关方面指导下进行生产样机开发的条件和能力, 并自筹资金 2500 万元人民币, 面向汽车钢铁行业重点研制板材激光拼焊成套装备,2006 年 9 月研制成功国内第一条全自动激光拼焊生产线样机 ( 图 2 所示为拼焊线样机 ), 目前该全自动激光拼焊生产线已经在南京宝钢投产, 连续生产 6 年多, 为奇瑞江淮华晨长城等汽车企业提供 400 多万张激光拼焊板 ( 图 3 所示为生产现场照片 ) 2014 年 12 月中国科学院沈阳自动化研究所为主承担的国家高档数控机床与基础制造装备科图 2 全自动激光拼焊生产线样机技重大专项项目全自动激光拼焊生产线研制 ( 项目编号 SK201201A35), 成功通过了验收项目成果应用情况如下 : 1) 研制成功了全自动激光拼焊生产线一条, 该生产线替代国外进口生产线用于车用激光拼焊板批量生产 ; 2) 采用大功率国产光纤激光器, 完成了国产光纤激光器激光拼焊应用与工艺技术研究, 为国产大功率激光器进一步产业化奠定了基础 ; 3) 研制成功了激光拼焊焊缝自动跟踪与质量检测系统, 并开始用于激光拼焊板批量生产中项目产品的创新点 : 填补了我国全自动激光拼焊生产线的空白, 掌握了全自动激光拼焊生产线研制技术, 提升了我国激光焊接装备研制水平 ; 填补了我国国产大功率光纤激光器 (4 kw) 激光拼焊应用与工艺技术空白, 掌握了国产大功率光纤激光器研制和应用技术, 提升了我国大功率光纤激光器的应用与工艺技术水平 ; 全自动激光拼焊生产线的研制成功, 使我国汽车行业激光焊接制造装备国产化成为可能总之, 我国的激光器和激光技术产业规模已经形成且激光焊接市场前景广阔, 预计平均以每年 20%~30% 速率递增, 但在激光焊接系统的可靠性稳定性以及整体化智能化自动化水平与国外差距较大, 尤其是全自动化生产线更是相距甚远但迄今为止, 我国尚无一家公司能够独立开发全自动激光焊接生产线, 这是制约我国激光焊接技术进一步发展的关键所在应该看到, 作为世界制造焊接大国, 我国的激光焊接中心还明显偏少, 因此, 有必要加大力度进行推广, 以发展激光产业带动传统产业的改造和发展 ( 未完待续 ) 图 3 全自动激光拼焊生产线南京宝钢生产现场

29 激光扫描焊技术在汽车制造中的应用沈义武汉法利莱切焊系统工程有限公司 1 汽车行业的发展及激光应用我国汽车市场始终保持着快于全球市场的节奏, 产业规模位居世界首位随着产业规模的持续扩大, 我国将从汽车大国转变为汽车强国在柔性制造方式被大力推广的今天, 汽车工业领域面临着一次变革汽车零部件产业正由大批量生产到小批量多样化的生产方式过度, 以市场为导向的制造方式逐步普及, Production Line 正被 Production Station 所取代, 激光的空间控制性和时间控制性很好, 能够迅速适应多种材料多种形状和尺寸, 特别适用于柔性加工, 因此激光将在这一变革中发挥重大作用内部振镜的转动来实现发射光束的高速加工常规点焊 2 s 才能实现一个焊点连接, 而使用激光远程焊,1 s 就可实现 3~4 个焊点连接 BMW 公司在轿车某个部件上比较三种焊接方法所耗时间, 该工件需要焊接的部位达 20 多个 ( 见图 1), 统计时间如表 1 所示 2 激光远程焊接的特点大众汽车走在激光远程焊技术应用的前列就在帕萨特汽车后窗台板成功运用激光远程焊之后, 激光扫描焊工艺及其系统在 2005 年被广泛应用于大众汽车公司的系列产品中从 2007 年初开始, 后续的奥迪 A4 利用激光扫描焊, 每天可生产 1800 扇车门同时, 通过优化内部通讯, 大众汽车实现了激光扫描焊系统的光束共享和分化, 从而有效提高了激光的利用率 1) 可实现长焦距大范围焊接实现 500 mm 以上的激光焊, 这是常规激光焊无法实现的对于结构复杂而又无法接近的加工件来说, 激光远程焊给出了完美的答案相比于灯泵浦激光器 25 mm mrad 的光束质量, 激光远程焊的碟片激光器可达到 8 mm mrad; 激光远程焊接可避免焊接过程中飞溅烟尘对激光头的损伤, 有助于延长使用寿命, 从而降低使用成本 ; 2) 激光远程焊速度快在原机器手臂的移动速度下, 还可利用激光头图 1 BMW 轿车某工件焊点分布图表 1 BMW 统计的三种焊接方法时间焊接方式所需时间 /s 电阻焊 30 传统激光焊接 23 激光扫描焊接 5 国内首套激光三维远程焊接系统由华工科技旗下华工法利莱与德国激光装备知名企业共同开发完成 ( 如图 2 所示 ) 该系统已应用于一汽大众某高端车型的制造中这套焊接系统, 最快焊接速度可达 50 m/min, 完成车身门槛上 70 条焊缝的焊接时间仅需 25 s 3) 利用软件编程焊缝轨迹, 可实现焊接形状的多样性光电汇 27

30 图 2 华工法利莱激光扫描焊系统如 C 形形直线型等 ( 见图 3) 众多汽车厂已经验证,C 形结构无论在加工时间还是结构强度上都优于传统点焊的圆形焊点, 同时激光远程焊还可利用此特点在工件表面标识 8 个字符的 ID, 以便记录和追踪扫描头焊接轨迹扫描头移动轨迹光束可移动空间图 3 激光扫描焊接系统轨迹 4) 相对于点焊, 激光远程焊热输入小焊接变形小对于超过 1000 Mpa 的高强钢, 强度越高, 对热输入量越敏感, 激光远程焊比点焊和 MIG 焊的热输入小, 是焊接高强钢的首选光器的应用推广, 为激光远程焊接技术的实现奠定了硬件基础, 如今远程激光焊接正在成为替代传统汽车白车身电阻点焊的一种手段 3.1 激光远程焊的原理介绍 Z [1] 扫描焊远 X,Y 程焊和飞行焊接 [2] 指的是同一种激光焊接方法, 激 1 调整 X/Y 向振镜 2 调整 Z 向振镜 3 4 光场面积光扫描头可以从 500 mm 以外的位置进行激光焊接, 通过内部振镜 ( 图 4 中 1 2) Z 的运动, 在不移 [4] Y 动激光头的情况 X 下, 可以进行类似光扫描的焊 [3] 接, 此种焊接方式速度快, 移动图 4 激光扫描焊光路图位置精准度高, 通常使用机器人来控制激光扫描头的移动轨迹, 结合扫描头本身的高速焊接及外在空间上的凌空感, 人们又将它取名为飞行焊接此种焊接方式在每个光场面内移动速度快, 仅在两个光场间需要时间来调整振镜角度, 以准备下一个光场面的焊接, 因此激光扫描焊对于多点位置的短距离焊接有固有的优越性激光飞行焊接搭接接头 3 激光远程焊应用于汽车由于传统激光焊接系统在焊接位置之间移动的速度相对较低, 在实际生产中很难达到大批量生产要求, 这一缺点在焊点分布多的复杂三维零件上 ( 如车门 ) 显得尤为突出高光束质量高功率新型盘形激光器和光纤激边缘对接激光飞行焊焊缝不等厚板搭接图 5 激光远程焊的接头型式

31 Laser welding Resistance spot welding Laser welding F F 图 6 激光扫描焊接头结构设计图 8 扫描焊可编程聚焦控制系统 3.2 激光远程焊的接头形式激光远程焊的主要接头形式有搭接不等厚搭接对接三种, 如图 5 所示相对于传统点焊, 激光扫描焊的接头形式需重新设计, 见图 6 所示 3.3 激光远程焊接系统激光远程焊接系统的组成如图 7 所示 ( 其主要特性见表 2), 与传统的激光焊接设备相比, 差异主要体现在激光头上激光远程焊焦距可达 212 mm, 工作区域可达 100 mm 100 mm 40 mm(z 向 40 mm), 在 x/y 向的定位时间小于 (a) Fiber connector Scanning head F-theta optic Air-knife Specimen Clamp (b) 图 9 示教用线性激光 0.01 s, 在 Z 向的定位时间小于 0.1 s 通过可编程系统 ( 图 8) 及示教用线性激光 ( 图 9) 的辅助, 可实现激光扫描焊的轨迹模拟和优化 3.4 激光扫描焊应用于汽车的过程扫描焊应用于汽车, 主要包括座椅 ( 框架滑道面板 ) 白车身 ( 车门悬挂件边墙柱子后窗台板 ) 内饰等图 10 所示为汽车车门焊接, 边框采用短直线形焊缝, 内部结构件采用 C 形焊缝图 7 激光扫描焊接系统 ( 带气刀 ) 表 2 激光扫描焊系统特性 Characteristic Values Working area 10-3 /m Working distance 10-3 /m 212 Positioning time/s Presence of F-theta optic Max incidence angle in input window of F-theta/Degrees Max incidence angle in output window of F-theta/Degrees <10-2 for dx/dy=100 mm <0.1 for dz=40 mm Yes 图 10 激光远程焊接门板 ( 采用 C 形和直线型 ) 光电汇 29

32 光学超材料的最新进展张检发国防科学技术大学光电科学与工程学院 1 超材料的名称由来与特性在过去的十多年中, 超材料研究引起了全世界的广泛关注超材料的英文名为 metamaterial, 其中 meta 是一个源自希腊语的前缀, 意为超越, 而 material 是材料的意思因此, 顾名思义, 超材料是一种非同一般的新型材料超材料有很多种, 如电磁超材料声学超材料热学超材料等而电磁超材料, 根据其工作的电磁频谱范围, 也可以分为微波超材料太赫兹超材料光学超材料等在有些情况下, 人们把太赫兹超材料归为光学超材料光学超材料是一种由尺度小于光波波长 ( 即亚波长 ) 的结构单元组成, 具有自然界材料所没有的新颖光学特性的人工结构材料由于结构单元的尺度小于 ( 通常是远小于 ) 入射光的波长, 光与超材料相互作用时, 无法辨别出单个人工结构单元, 因而就像是作用在一个均匀材料上一样同时, 这些结构单元能够与光的电场或者磁场发生相互作用 ( 共振 ), 产生有效的光学介电常数或者磁导率, 而正是这两个参数, 决定了材料所拥有的光学性质通过设计这些共振单元, 就能够灵活的改变光学超材料的光学特性, 就好像人们能够自由的设计自然材料的原子分子结构那样 ( 如图 1(a)) 因而超材料具有自然材料所没有的控制光的能力, 被誉为光的征服者 (The masters of light) [1] 2 光学超材料的发展历程与现状超材料最早是用来实现负折射率的, 因而也常常被称为负折射材料或者左手材料 [2] 早在 1968 年的时候, 前苏联科学家 Victor Veselago 就从理论上研究了光在负折射率材料中的传播行为要实现负的折射率, 需要材料的介电常数和磁导率同时为负数负的介电常数可以由金属得到, 但自然材料的光学磁性却非常弱, 几乎所有材料的光学磁导率都接近于 1 由于无法从实验上得到具有负折射率的材料,Veselago 的研究在几十年中很少被人问津直到近 30 年后, 英国帝国理工大学的 John Pendry 等人, 提出了一种叫做 swiss roll ( 瑞士蛋糕卷 ) 的结构, 这种结构能够与电磁波的磁场产生共振, 从而在特定的频率范围内实现负的磁导率 2000 年,Pendry 发表了一篇里程碑式的论文, 提出利用负折射材料可以实现完美透镜 ( 如图 1(b)) 2001 年, 美国加州大学圣迭戈分校的一个研究小组, 首次利用超材料在实验室实现了负折射率由此在全世界掀起了超材料研究的热潮图 1 (a) 早期的超材料结构图 ;(b)pendry 提出的基于负 [2] 折射的完美透镜示意图超材料对光的操控还不仅于此通过改变不同位置的人工结构单元的构造, 可以让超材料的光学性质随空间位置而改变如果能够任意的设计材料在不同空间坐标位置的光学参数 ( 介电常数和磁导率 ), 那么理论上就可以随心所欲的控制光在超

33 材料中的传输, 如折射反射聚焦成像等, 进而也就可以设计各种光学功能器件为此, 人们发展出来一种叫做变换光学 (transformation optics) 的理论用来设计和描述光在这种结构和光学性质随空间变化的光学超材料中的传输变换光学最广为人知的成果, 同时也是最著名的光学超材料器件之一, 就是所谓的隐身衣 (invisibility cloak) ( 如图 2(a)) [3] 2006 年, Leonhardt 和 Pendry Schurig Smith 等人, 分别独立提出了光学隐身衣的理论隐身衣由结构参数经过巧妙设计的超材料构成当外部光线照射到隐身衣上时, 会绕过其包裹的物体继续沿原来的路径传播, 既不散射光, 也不吸收光, 因而可以使得里面的物体无法被观察或者探测到微纳加工技术的进步在光学超材料的发展中发挥了重要的作用最早的超材料, 包括前面提到的负折射率超材料和光学隐身衣都是在微波频率段实现的这是因为微波的波长远远大于光波, 因此其亚波长结构单元的加工也要容易得多随着光刻激光直写电子束光刻聚焦离子束等技术的发展和应用, 人们很快将超材料的工作波长拓展到了太赫兹红外和可见光波段计算电磁学的发展和电图 2 (a) 基于光学超材料的三维隐身衣示意图 ;(b) 基于 [3] 光学超材料的宽带圆起偏器磁仿真软件的普及, 对于光学超材料的研究同样起到了巨大的推动作用在过去的十年中, 许多基于有限时域差分有限元分析等数值计算方法的商业软件和开源软件得到了大规模的应用, 被广泛应用于光学超材料的设计和分析随着光学超材料研究的深入, 其概念也远远超出了最初负折射材料的范畴人们不断的探索利用超材料来实现一些新颖的物理性质, 除了前面提到的负折射完美透镜隐身衣外, 还有人工手性超高折射率双曲色散完美吸收等提到光学超材料, 就不得不提到表面等离激元 (surface plasmons) 表面等离激元是一种存在于导体与介质交界面的电子集体振荡模式绝大部分光学超材料都是由金银铝等贵金属构成的, 这些金属在光波段都可以激发表面等离激元, 而超材料的性质, 也往往和金属表面等离激元密切相关表面等离激元的激发, 特别是在特定的波长产生局域共振, 可以实现对光的局域和局部的场增强, 大大的增强光与物质相互作用其中, 基于干涉效应的 Fano 共振尤为引人注目 Fano 共振具有较高的品质因子, 可以用于增强各种线性和非线性光学现象, 在非线性光学光电探测传感等领域具有潜在的应用价值光学超材料面临的一个重要的问题, 是金属材料的吸收损耗吸收损耗对于光学超材料的性质会造成严重的影响, 如使得实际上的完美透镜并不完美, 严重地降低了成像质量, 而隐身衣也无法达到理想的隐身效果解决材料吸收损耗的途径之一, 是引入增益材料进行能量补偿在这方面, 人们开展了大量的研究工作, 但仍然面临诸多挑战另外一个途径, 是寻找损耗更低的材料来制作光学超材料近年来, 人们在低损耗表面等离激元材料方面开展了大量研究, 并试图用其取代金银等金属材料用于光学超材料的构建, 而介质超材料的研究也吸引了越来越多的关注介质光学超材料通常由硅锗等高折射率的半导体材料构成, 利用介质纳米结构的 Mie 共振和耦合效应, 同样可以实现光学超材料的一些功能, 如 Fano 共振相位控制光学磁性以及负折射等相比于金属材料, 介质材料的本征吸收损耗低, 可以实现更高的共振品质因子近年来得到广泛关注的明星材料石墨烯, 同样在光学超材料中得到了应用尽管只由一层碳原子组成, 经过掺杂的石墨烯可以支持中远红外和太赫兹波段的表面等离激元石墨烯表面等离激元与金属表面等离激元有很多相似之处, 如波长小于光在真空中的波长可以实现局部场增强等除此之外, 光电汇 31

34 石墨烯表面等离激元相比金属来说损耗更小, 波长更短, 而且可以通过外部电场进行调节将石墨烯加工成微纳结构之后可以作为平面 ( 二维 ) 光学超材料, 通过表面等离激元的激发实现一些新颖的光学特性, 对光的振幅相位或者偏振进行控制在超材料的基础上, 人们又提出了所谓的超表面 (metasurface) 超表面可以视为一种平面超材料, 主要利用平面上的亚波长结构共振单元, 对光的反射或者透射相位进行控制, 从而控制光的传输 2011 年, 哈佛大学一个研究小组提出利用超表面产生的相位突变, 可以拓展光的反射和折射定律, 并产生一些奇异的反射和透射现象, 如可以任意的控制反射角和透射角, 甚至让反射光或者透射光与入射光位于法线的同一侧由此激发了光学超表面研究的热潮 3 光学超材料的应用随着光学超材料中各种新颖物理现象和效应的发现, 基于光学超材料的器件和应用研究也吸引着越来越多的兴趣, 甚至还有人提出了超器件 (metadevice) 的概念 [4] 利用超材料对光的偏振相位和振幅等方面的超常控制能力可以实现一些新的光学元件, 如宽带的圆偏振器 ( 如图 2(b)) 新型完美吸收器光学磁镜以及基于光学超表面的无相差平面透镜等基于光学超材料, 特别是平面光学超材料和超表面的光学元件, 可以极大地减小传统光学元件的体积和重量, 从而更加有利于小型化和集成化同时, 通过改变超材料结构单元的尺寸, 可以使其工作在不同的波段在器件研究中, 可调光学超材料有着独特的地位 [5] 将光学超材料与具有可调光学性质的电光磁光非线性等材料结合起来, 或将光学超材料与具有可形变的微纳机械结构结合在一起, 就可以构成可调光学超材料 ( 如图 3(a)) 可调光学超材料可以通过施加外部信号, 如电场磁场激光辐射等, 改变超材料的光学性质可调光学超材料, 特别是可调平面光学超材料在光开关调制器等各种主动光子器件方面具有重要的应用价值由于石墨烯的可调光学特性, 石墨烯超材料也是一种理想的可调光学超材料, 可以用于实现中红外到太赫兹频率范围内的可调完美吸收器偏振器滤波器调制器等光学元器件 ( 如图 3(b)) 光学超材料在红外和太赫兹波段可能率先得到图 3 (a) 基于纳米机电可调光学超材料的调制器示意图 ; (b) 基于石墨烯的平面可调光学超材料器件示意图应用在中远红外波段, 传统的光学材料选择范围有限红外光学元件不仅价格昂贵, 而且光学性质机械性质等还存在诸多不足太赫兹波段曾经被称为所谓的太赫兹空白, 虽然近年来太赫兹研究取得了长足的进展, 但高性能的太赫兹光学元件还是十分匮乏光学超材料在中远红外和太赫兹波段正好大有可为目前限制光学超材料应用的两个主要因素是加工和损耗在中远红外和太赫兹波段, 金属材料的损耗相对较小, 还可以使用半导体材料或者石墨烯等取代金属材料, 而且可以使用成熟的光刻技术或近年来发展非常迅速的三维激光直写技术进行加工, 这为超材料器件的应用提供了可能在近红外和可见光波段, 光学超材料的大规模应用则还有待于能够实现低成本大规模制作同时精度又能够满足要求的纳米加工技术的发展 4 总结与展望光学超材料是过去十多年来物理学前沿研究领域最活跃的课题之一光学超材料的一系列物理概念和新颖现象极大地拓展了人们的思维, 使人们在认识光与物质相互作用上有了很大的突破, 不再受传统材料的光学性质所局限, 能够自由的想象和设计具有特定光学性质的材料并且光学超材料研究还和物理学其他前沿的研究领域如拓扑材料量子光学等不断相互融合超材料不仅在科学界引起了

35 广泛的研究兴趣, 同时在普通公众中也产生了重要的影响, 完美透镜隐身衣等概念已为很多人所熟知光学超材料的发展, 促进了材料纳米化学物理机械等学科间的交叉融合, 对微纳加工技术和计算电磁学的发展也起到了很大的推动作用随着研究的深入, 光学超材料也逐渐从基础研究走向应用尽管受到加工工艺吸收损耗工作频率带宽等的影响, 完美透镜隐身衣等器件离实际应用还有很大距离, 但一些基于光学超材料的器件仍然展示出独特的优势和良好的应用前景, 其发展可能引起一些光学元件和光学系统的变革, 在未来光学和太赫兹技术中扮演重要角色参考文献 : 1. Heber J. The masters of light[j]. Nature Milestones, Pendry, J. B., and D. R. Smith. Reversing light with negative refraction[j]. Physics today, 2004, 57: Wegener, M., and S. Linden. Shaping optical space with metamaterials[j]. Phys. Today, 2010, 63: Zheludev, N. I. The road ahead for metamaterials[j]. Science, 2010, 328: 张检发, 袁晓东, 秦石乔. 可调太赫兹与光学超材料 [J]. 中国光学, 2014, 7: 年搜索热词 TOP3 盘点 2014 年, 用户在中国光学期刊网上使用了个关键词检索, 我们以光学人在中国光学期刊网的搜索行为为依托, 不设专家评委, 不进行线上投票, 完全以检索使用的关键词数量统计, 盘点 2014 年搜索热词 TOP3 TOP1 激光激光最初的中文名叫做镭射莱塞, 是钱学森老前辈将他正名为激光, 并刊发在激光与光电子学进展的刊物上它的英文名称 LASER, 英文全称 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 意思是通过受激辐射光扩大 TOP2 光纤光纤是光导纤维的简写, 是一种由玻璃或塑料制成的纤维, 可作为光传导工具传输原理是光的全反射 2009 年, 光纤之父高锟获得诺贝尔物理学奖如今, 在 4G 信息消费等市场的刺激下, 今年光纤光缆市场仍将保持增长态势 TOP3 LED 2014 年, 诺贝尔物理学奖由发明蓝光 LED 的 3 位科学家共享理由是他们发明了节能环保的高亮度蓝色发光二极管, 使推出新型 LED 灯泡替代耗能更大的白炽灯成为可能, 这一发明引发了照明科技的根本性转变光电汇 33

36 陶瓷透明化 : 开启材料新领域姜本学上海光学精密机械研究所副研究员 1 陶瓷如何透明陶瓷材料的透光性能主要取决于微结构中各组成相的折射率之差, 结晶的多相性 ( 不均一性 ) 结构特性晶粒的排列晶粒尺寸玻璃相和气相的存在等都是影响陶瓷材料光学性能的重要因素对透明陶瓷而言, 特别是激光透明陶瓷而言, 透过率是非常重要的一个指标, 气孔杂质晶界第二相等结构缺陷引起的散射是降低透明陶瓷透过率的主要原因, 如图 1 所示 Input power intensity (almost 100%) 晶界气孔第二相双折射杂质粗糙表面 Output power intensity (almost 0%) 图 1 透明陶瓷光散射中心为了综合表示各种因素对透明陶瓷透过率的影响, 可以总结出如下的公式 :I/I o =(1-R) 2 exp(-mx),i 为透射光强度,I o 为入射光强度 ;R 为光线反射率 ; m 为光线吸收系数 ;x 为试样的厚度其中, 吸收系数 m 可以表示为 :m=α+s im +S op α 是电子跃迁吸收系数, 即材料本征吸收 ;S im 为结构不均匀引起的散射, 比如气孔第二相等 ;S op 为光学各相异性引起的散射, 如六方晶系传统陶瓷不透明的原因就是因为其内部存在有较大尺寸的晶粒玻璃相气孔等多组分异相结构及杂质, 由于这些相区折射率不同, 当光线通过时在微区界面上将发生频繁的反射散射折射吸收等, 特别是大量微气孔的存在, 使反射散射折射现象更为严重, 几乎没有光线能够按原有路径通过该陶瓷, 故呈不透明状态 20 世纪 50 年代末, 美国 GE 公司的 Coble 博士成功研制出透明 Al 2 O 3 陶瓷 Lucalox( 商品名称 ) 从而一举打破了人们的传统观念透明陶瓷烧结致密化过程实质上是个气孔排除过程, 如图 2 所示烧结前期, 材料内部气孔皆为开气孔, 随着烧结过程的进行, 晶粒不断长大, 晶界作为显微结构缺陷区域, 气孔在晶界处富集并随之移动, 实现陶瓷内气孔排除合理控制晶粒生长速率, 确保晶界迁移速率和气孔排除素坯一致, 有利于显微结构致密化实际烧结过程中, 烧结温度过低, 不能进行有效地致密化 ; 烧结温度过高, 气孔很容易被快速长大的晶粒所包裹, 形成晶粒内部气孔气孔率的高低几乎与陶瓷制备过程中的每一道工序都有关系, 如初始粉料的颗粒尺寸及其粒度分布烧结温度降温速度烧结气氛以及添加剂等为获得极低的气孔率, 必须对制备过程中的每一道工序进行严格控制 Grain size 60 Relative density 100 Fully dense ceramic 图 2 陶瓷烧结过程中晶粒气孔及致密度变化情况 :(1) 素坯,(2) 烧结初期,(3) 烧结中期, (4) 烧结末期,(5) 致密陶瓷形貌 2 透明陶瓷的用途及优势按照透明陶瓷的应用可以分为结构与功能材料两大类结构陶瓷材料主要以其力学耐高温耐腐蚀等性质为应用基础 ; 功能陶瓷材料是指通过光电磁热化学生化等作用后具有特定功能的

37 材料本文中主要是讨论光功能透明陶瓷, 包括以激光应用为基础的激光透明陶瓷以探测高能射线应用为基础的闪烁陶瓷陶瓷材料的热稳定性耐腐蚀和耐磨损等方面的性能通常优于金属, 可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷的工作环境, 常常成为某些新兴科学技术得以实现的关键透明氧化物陶瓷目前已被广泛用作高温仪器的光学零件, 如高温窗材红外透过窗材高温透镜等, 还被广泛用作高压钠灯的灯管特种灯泡透明 (Pb,La)(Zr,Ti) O 3 (PLZT) 陶瓷等也被广泛用作新型的电光材料, 如光记忆元件录相显示和存储系统光调制元件光阀及光快门等而早期的透明陶瓷主要利用其透光性能美国 GE 公司于 1965 年利用 Lucalox 制成高压钠灯灯管, 于是新型的第三代新光源高压钠灯正式问世自 1966 年起, 美国 GE 公司等厂家开始迅速大批量生产高压钠灯目前, 世界范围内每年有约 7000 万支半透明氧化铝管的生产和销售上世纪九十年代初 phillips 公司又将半透明氧化铝用作金卤灯的电弧管, 开发出了显色性好光效高寿命长的陶瓷金卤灯, 为氧化铝透明陶瓷材料开辟了新的应用领域 20 世纪 60 年代随着激光技术产生, 陶瓷作为无机材料的重要组成之一也和玻璃单晶激光介质一样开展了广泛的研发 CaF 2 透明陶瓷于 60 年代实现了激光输出,70 年代 Nd:Y 2 O 3 实现激光输出, 但是一直到 20 世纪末激光透明陶瓷的输出功率只在毫瓦水平, 并没有实用价值, 其主要的原因在于透明陶瓷材料的光散射损耗一直偏大 90 年代初, 随着高纯纳米粉体制备技术的迅猛发展, 激光透明陶瓷取得了较快的发展和单晶体相比,Nd:YAG 透明陶瓷具有大尺寸容易制备掺杂浓度高及成本低等优点最近, 采用大尺寸的 Nd:YAG 透明陶瓷已获得了近百千瓦的高功率激光输出, 显示出激光透明陶瓷强大的生命力高功率固体激光的关键是获得大尺寸高质量的激光增益介质, 同时利用巧妙的设计改善固体激光增益介质的热效应, 以获得高光束质量激光输出近年来随着透明陶瓷制备技术的突破和激光系统设计的优化, 百千瓦量级激光武器水平的固体激光系统相继出现 :2006 年美国利弗莫尔实验室利用日本提供的 Nd:YAG 激光透明陶瓷获得了 67 kw 热容激光输出,2009 年 3 月诺格公司利用 Nd:YAG 板条激光器获得了 10 5 kw 连续激光输出, 达信公司利用薄 Z 字形激光陶瓷专利技术于 2010 年 2 月获得了百千万量级激光输出 Average output/w cm 100 kw 1.7 kw 1.46 kw 67 kw 45 kw 5 kw 110 kw Physics study on ceramics New ceramic laser Year 2009 NGC 2010 Textron 图 3 大尺寸 Nd:YAG 激光陶瓷与百千瓦陶瓷激光发展历程我国材料科学技术人员也一直十分关注激光透明陶瓷的研究和应用, 包括中科院上海硅酸盐所中科院上海光机所东北大学山东大学人工晶体研究院四川大学上海大学中国科学院福建物构所等等中科院上海硅酸盐所于 2006 年在国内率先实现激光输出, 国内可制备 150 mm 的激光透明陶瓷盘片或 mm 3 板条, 最高获得 4 kw 单片激光输出目前市场上的透明光功能材料还是以单晶与玻璃为主作为现代材料领域最新发展的先进光功能透明陶瓷不但具有陶瓷材料的特性, 如在制备成本光电汇 35

38 尺寸 ( 与单晶相比 ) 光功能效应和力学性能以及热性能等方面 ( 与玻璃相比 ) 具有优势, 而且是可以运用复合材料的设计原则研制出结构和组分复合与功能集成的光功能陶瓷, 这将在光功能系统设计方面提供无可比拟的灵活性透明陶瓷不仅具有优异的透光性, 而且其作为陶瓷所具有的高强度高硬度高透明度耐腐蚀耐高温等性能远优于一般光学材料, 用它可以制成各种用途的电 - 光电 - 机军民两用器件, 在节能医学激光检测勘探等方面有广泛的应用前景 3 透明陶瓷的发展及面临的挑战透明陶瓷作为一种新型材料, 其最大的用途就是作为激光工作物质自从第一台激光器问世, 激光武器就成为许多国家追求的目标美国军方和激光界对高能固体激光器的潜在优势基本上有以下共识 :(1) 固体激光器发射激光波长较短, 有利于大气传输和衍射 ;(2) 固体激光器质量轻体积小, 而且坚实 ;(3) 可定标放大, 即可按比例放大 ;(4) 整个系统完全靠电运转不需要特别的后勤供应 ;(5) 没有化学污染 ;(6) 弹药库存多, 每发弹药成本低 ;(7) 军民两用性强, 发展固体激光器对推动民用技术可起杠杆作用由于以上优势, 美国海陆空三军和海军陆战队都看好固体激光器, 认为它将是最有希望的下一代激光武器 20 世纪 70 年代, 基于钕玻璃的大功率激光器系统有较大的进展, 峰值功率突破 W 中小型激光器进入实际应用化阶段, 操作简单, 寿命更长, 同时注重改善光束质量, 提高效率 20 世纪 80 年代, 固体激光器进入蓬勃发展期, 钛宝石晶体 (Ti:Al 2 O 3 ) 的出现使得超短超快和超强激光成为可能, 飞秒 (fs) 激光科学技术蓬勃发展并渗透到各基础和应用学科领域 ;90 年代钒酸钇晶体 (Nd:YVO 4 ) 的出现使得固体激光的发展进入新时期全固态激光科学技术 (solid-state LD pumped laser,ssdpl); 进入 21 世纪, 激光和激光科学技术正以其强大的生命力推动着光电子技术和产业的发展, 激光材料也在晶体玻璃光纤陶瓷四方面全方位迅猛展开, 如微 - 纳米级晶界完整性好制作工艺简单的多晶激光陶瓷和结构紧凑散热好成本低的激光光纤, 正在向占据激光晶体首席达 40 年之久的 Nd:YAG 发出强有力的挑战历史上由于难以获得大尺寸高光学质量的激光增益介质, 高功率固体激光武器的发展一直受到很大的限制 20 世纪 80 年代, 大尺寸优质晶体激光材料生长工艺的突破性发展, 特别是进入 21 世纪, 激光透明陶瓷制备工艺得到突破, 使得高功率固体激光得到了快速的发展固体激光器现在已达到 100 kw 的武器级别透明陶瓷由于其采用粉末冶金的方法, 不需要贵金属坩埚, 具有制备优势, 可以制备大尺寸材料同时透明陶瓷不存在晶体生长过程中出现的核芯, 材料利用率高, 陶瓷的热导率与晶体一致, 所以可以获得高功率激光输出透明陶瓷已经成为未来高功率固体激光的首选材料但是, 实现重频高能量激光的输出还面临很多挑战首先, 工作物质要有很好的光学均匀性光学均匀性不好将导致激光振荡阈值升高, 能量转换效率降低, 发散角增大造成工作物质出现光学不均匀性的主要原因 :(1) 化学成分偏差造成化学不均匀引起的折射率分布不均匀 ;(2) 材料内部应力分布不均匀引起折射率分布不均匀造成的物理不均匀 ; 其次, 激光器工作时, 由于激活离子的无辐射跃迁和基质吸收光泵的一部分光能转化为热能, 造成工作物质的光学均匀性下降, 甚至工作物质的损伤所以, 要求激光工作物质具有热导率高热膨胀系数小化学稳定性好和机械强度大等特点这些仍然是非常巨大的挑战! 作者简介 : 姜本学, 上海光学精密机械研究所副研究员作为项目负责人承担过国家重大专项 (1 项 ), 国家自然科学基金 (2 项 ) 国家 863 计划 (2 项 ) 国防配套 JPPT 项目 (2 项 ) 等 10 多项科研项目曾获得 2005 年度上海 - 应用材料研究与发展基金奖学金,2005 年度刘永玲奖学金, 2014 年上海市青年科技启明星等荣誉, 至今已发表学术论文 50 多篇, 其中第一作者或通讯作者 20 多篇, 获得发明专利 10 余项, 合作出版先进光功能透明陶瓷专著 1 本

39 光电汇 37

41 ? 商品流通被什么阻碍了采购与供货的困惑文 / 李洪丹有买有卖, 商品才能流通但是我们常常听到用户把所有神器都用上了, 还没找到符合条件的设备, 而供货商投入了大量人力物力宣传产品, 却收效甚微采购与供货之间, 到底出了什么问题? 光电汇 39

42 企业采购代表庄德玉 / 天地科技股份有限公司上海分公司研究室主任控诉本人从事矿用重型设备的调速系统开发及设备的电气控制相关设计研发工作, 属于重型装备制造行业工作中主要涉及的光电产品包括 : 光纤 ( 通讯用 ) 光纤陀螺 ( 定位用 ) 光纤电流传感器及激光定位设备等由于研发工作的服务对象时矿用重型装备, 对产品的可靠性安全性要求极高, 相应地在产品设计开发工作中对涉及的元部件自身性能参数及可靠性有极高的要求对于重型装备用电控系统, 其价格成本仅占整机成本的一小部分, 但却拥有较高利润空间和附加值, 因此在新产品研发过程中, 对于电控系统用各类电子产品的的成本核算有较大余量在产品选型阶段, 一般都重点考虑进口品牌产品, 研发初期的成本核算价格一般参考 Mouser 电子 Digikey,e 络盟等专业网站报价, 样品试制时的产品采购也大都以这几家专业网站为主当产品进入生产阶段后, 采购统一转至采购部门, 由采购部门通过对应的实体途径进行采购这种采购方式保证了产品在设计阶段的灵活性, 但是一旦将设计转入生产后, 产品的质量难以保证且货期不稳定, 同时与产品厂家技术人员的技术交流工作会因此产生不必要的障碍供货商代表王威 / 法国西诺光学上海代表处光学项目经理我们是法国西诺光学上海代表处, 从属于艾颉熙贸易上海有限公司主要代理进口高端精密光电仪器, 如法国 ALPAO 的自适应光学可变形镜系统波前传感器 WFS 和法国 IVEA 的激光诱导击穿光谱仪 LIBS 等我们推广产品的常用方式主要有几种 : 参加展会 ; 在客户官网上查看最近都哪些老师在做相关的课题研究 ; 网上搜索文章 ; 参加行业会议 ; 网络付费推广等 - 参加展会 : 能有一些感兴趣的客户主动来了解我们的产品, 但还是存在局限性, 只有一小部分的老师会来到展会了解最近市场上都哪些新产品新技术, 大多数的人还是待在实验室里通过网络搜索来找相关的产品 - 主动联系相关课题的老师 : 我觉得这个是我们多数代理公司使用的方法但效果也不是很好, 因为很多用户在网站上的信息更新并不是很及时的, 这种情况下我们很难找到对口的用户 - 网上搜索文章 : 这个比上一个方法会稍微好一些, 至少能通过最新发表的一些文章知道哪些用户最近在做相关的课题研究但目前很多高校是这个课题研究结束了, 他们就要进行其他课题研究了所以当你看到这篇文章的时候意味着这个课题需要的设备仪器需求已经结束了 - 参加行业会议 : 行业会议它有具体的讨论主题, 来参加的人员也都是最近在搞这方面研究的科研人员, 所以效果还可以但同样存在一个问题, 来参加的也只是用户中的一小部分而且很多是项目负责人而非实际课题组的人员, 所以需要后续跟进做到位才可以 - 网络付费推广 : 这种效果目前看还是不错的通过数据分析, 发现很多用户通过移动数据来搜素产品信息如果信息发布方发布的信息和用户搜索的关键字能匹配, 那用户访问产品链接的几率比较大, 进而建立产品资讯的几率也大一些

43 科研采购代表刘丰瑞 / 曾在中国科学技术大学读研究生我在读硕士的时候购买过一些光电产品, 其中光学镜片镜架防振台等产品属于实验室常购的产品, 所以会直接找熟悉的仪器公司购买相应的产品而当我们添置一些新类型的仪器的时候, 因为实验室以前没有购买过, 需要对产品进行一些调研比如, 购买空间光调制器的时候, 我们先查阅一些提到过空间光调制器的文献, 熟悉空间光调制器的基本原理和基本参数, 以及别的课题组使用的是哪些型号的空间光调制器, 然后根据课题的需求粗略地设定我们需要的空间光调制器的技术参数的范围然后通过百度和 google 寻找合适参数范围内的空间光调制器, 找到相应的公司或者代理商索要产品的详细参数和价格再将收集到的产品参数进行对比, 讨论产品是否能够满足实验需求, 从而缩小可选范围, 筛选出几个备选产品这个过程中还要和公司或者代理商的工程技术人员讨论, 以确保产品是可以用于课题的相关实验的此外还要考虑产品价格是否在可接受范围内, 产品的交货周期是否过长最后经过综合考虑, 确定一个合适的产品如果某个课题组要购买一种新的仪器, 从提出购买的想法到最终确定合适的产品型号, 中间要经历 1-2 个月甚至更长的时间然后再签合同, 预付款工厂加工运货交货, 这个过程也会持续 1-2 个月左右整个过程将近持续 3-4 个月, 对于任何一个课题组来说, 这都是一段比较漫长的时间问题总结 - 科研时间浪费在采购仪器上, 研究课题被迫延迟开展, 研究时间无故被压缩 ; - 采购前期需反复沟通, 费时费力 ; - 采购与设计需求不能无缝连接, 导致产品质量难以保证且货期不稳定 ; - 供货方找不到合适精准的渠道, 高效推广产品结论缺乏高效的沟通平台解决方法光电汇导购平台记者搜寻了一下, 目前国内市场上专注在光学领域提供采购平台的, 只有名为光电汇的导购平台 ( 它是由中国激光杂志社携中国光学期刊网创建, 于 2014 年 11 月正式上线 300 家厂商 1000 多个产品同台展示, 拥有 8 大产品类别可让用户随时随地选购需要的产品, 便捷的淘宝体验可以实现在线查询和参数对比, 专业的媒体视角为用户和厂家提供一流服务使用后大幅缩短购买周期, 提高调研效率, 高效快捷地购买到所需的产品光电汇平台提供了一种较为方便有效的产品信息汇总及沟通交流途径, 尝试对不同品牌产品的相关必要性能参数进行对比平台对产品的信息处理较为新颖独特, 将相关资讯论文等信息与产品相结合, 有利于研发人员选型时对产品相关背景技术的了解, 方便研发初期的产品选型 ; 且由于采用的是供应商直接入驻形式展示商品, 如能合理应用可使产品在设计及生产阶段的采购工作得以统一使用了一段时间的光电汇, 整体感觉还可以, 主要特点就是专业性强希望它越来越精细, 越来越符合大众的使用习惯光电汇 41

44 品牌背后的故事 : 站在苹果的肩膀上设计而来的 LOGO 光电汇 LOGO 设计之始末文 / 李洪丹图 / 汤超对于设计师来说, 每设计一个新的作品, 就像在孕育一个新的生命, 有喜悦有激动有心血所以, 看似简单的一个 LOGO, 背后也许蕴藏着一段不平凡的故事我喜欢探寻这些故事, 感受不一样的喜怒哀乐光电汇是最近新出来的一个词它由中国激光杂志社携中国光学期刊网创建, 并于 2014 年 11 月正式上线运营的电商平台今天的品牌故事, 便是介绍光电汇 LOGO 设计的由来据中国激光杂志社首席设计师汤超介绍, 光电汇的酝酿两年有余, 而确定开始筹备该网站到设计成稿问世, 历时一年, 之间设计了数十个样稿, 最终选定了现在的七彩霓虹装右侧的图为其设计思路和过程俗话说, 站在巨人的肩膀上可以看得更高更远, 汤超则是站在苹果的肩膀上做设计也由此看出给予光电汇的寓意 : 独一无二, 却人人都有而整个 LOGO 的含义就是,OE 代表了 Optics&electronics, 是英文首字母的融合图形 ; 中间的一点, 寓意着光电之眼, 我们拥有敏锐的嗅觉, 可以发现新的增长点, 同时也会帮助客户挖掘潜在的新兴市场光电汇 LOGO 虽为专业领域而设计, 但是在构图和色彩运用中结合了时尚的元素, 以柔和的七彩视觉触发心灵深处对美好的追求和渴望就像光电汇导购平台一样, 在专业光电领域享受最体验最强大的功能只有想不到, 没有做不到, 光电汇, 因为有你而更精彩! 联想事物 : 台风眼鹦鹉螺和英文首字母字体样式 : 宋体黑体和幼圆的集合体色彩设计 : 灵感来源于苹果 ios8 操作系统的霓虹色彩

45 俄罗斯 yфл-2m 激光核聚变装置设计概念一瞥刘玉泉 1 发展过程简单回顾 KaлbMep 装置 ( 苏联科学院物理所 ) 的球形靶成功饰演推动了世界各国惯性约束热核聚变研究激光装置的发展 ( 图 1) 俄罗斯联邦核中心全俄实验物理所从事高功率激光器研制始于 1963 年 1965 年进行了获得臭氧中激光振荡的第一次实验 1966 年 12 月在 CF 3 I 混合气体中获得了激光效应 1970 年完成了爆炸光解离激光器的重要研究阶段, 并与科学院物理所和国立光学所简称了脉冲宽度约 100 μs 能量为 250 kj 的激光器图 1 惯性热核聚变研究用激光装置为了进行热核聚变研究, 该中心一研究所使用是高功率光解碘激光器, 而不是钕玻璃激光器烷基碘化物 C 3 F 7 I 在强光作用下解离为受激碘 I, 感应跃迁产生波长为 μm 的激光 1979 年建成能量为 2000 J 脉宽为 0.1~0.3 ns 的单通道碘激光装置 Иckpa-4 该装置配有分束系统, 将光束分为 4 部分, 以四面体对称的方式照射热核靶在当时是世界功率最大 (10 TW) 的单通道激光器 1989 年 Иckpa-5 碘光解激光器投入运行, 它有 12 个通道, 总能量 30~40 KJ, 脉宽约 0.25 ns 照射靶的主要实验时再输出能量 9~10 KJ, 脉宽 0.3~0.4 ns 情况下进行的目前该装置已改为二次谐波运行 2000 年建成大功率 лyч 装置的脉冲能量为 3.3 kj 脉宽为 4 ns 的一个通道它标志着该中心开始使用钕磷盐玻璃作为激光器的工作物质该装置实际上是未来激光器的功率放大器的原型, 为建造兆焦耳级激光装置奠定了基础 yфл-2m 激光装置计划于 2020 年建成它将成为世界上功率最高的激光装置, 并有助于俄罗斯在激光核聚变和高能密度物理研究趋于世界前列 2 激光装置面临的任务概念设计作者认为 [1], 应该解决惯性约束聚变的三个问题 : 1) 演示热核靶的点火和燃烧 ; 2) 演示驱动器效率 η D 和聚变增益系数 G 之积 η D G 10( 假定热核能转化为电能的效率为 0.4, 电能的 0.25 维持热核发电站的自持运转 ) 3) 研制高重复率驱动器 (ν 10 Hz) 结构, 建造生态安全和经济效益高的热核反应堆显然, 当前建造的激光装置是为第一项任务服务的 3 Л-2M 激光装置的参数和采用的新技术在过去激光装置建造和热核靶激光照射研究的基础上, 提出的技术方案如下 : 3.1 激光装置参数 1) 192 路掺钕磷酸盐玻璃激光器, 光束孔径为 400 mm 400 mm 基波激光能量 4.6 MJ, 波长 μm; 2) 使用激光的二次谐波 (λ=577 nm) 照射热核燃料靶, 到达靶室的总能量为 2.8 MJ; 光电汇 43

46 3) 经过整形的激光脉冲宽度 3~5 ns; 4) 靶照射的不均匀性 : 3%; 5) 靶壳层的非球面行和厚度的不均匀性 3% 3.2 激光装置采用的新技术 1) 在简介照射热核靶的情况下, 使用二次谐波照射 Box- 转换器, 可使其中心 DT 燃料靶丸表面得到高度对称的 X 射线场与二次谐波相比, 二次谐波的伦琴温度降低了 15%, 然而二次谐波的多次散射改变了 Box- 转换器内表面激光强度的对称性使 X 射线照射靶丸的不均匀性降至 1% 以下 ; 2) 使用动态香味板为基础的平滑系统 ; 3) 对准和调整系统采用新算法 ; 4) 二极管和脉冲氙灯混合抽运激光元件 ; 5) 俄国国产新成分钕磷酸盐玻璃制成的激光元件由于采用新技术, 可使结构大为简化, 降低了建造费用 ISO 6 级 (300 微粒 /m 2 ): 参政光束系统室, 主要设备的装配调整室 ISO 5 级 (30 微粒 /m 2 ): 装有激光元件和光纤的放大器内部放大器和激光元件装配室超净工作服准备室 5 激光装置设计方案 5.1 四程大孔径功率放大器放大器的特点是激光脉冲四次通过放大器中的矩形激光元件 ( 图 3), 充分利用激光元件中的储能矩形元件与抽运用管状脉冲氙灯匹配良好, 两者都提高了放大器的效率, 而且有益于减小激光装置的长度该装置有两个放大器 1 和 2, 各有 9 块掺钕磷输出放大器 2 反向器传输空间滤波器放大器 1 腔空间滤波器变形镜图 3 激光功率放大器光路图图 2 激光装置和建筑物外形图 4 激光装置建筑物的设计要求 1) 占地面积 : m 2 ; 2) 激光装置大厅长度 :130 m; 3) 靶室建筑高度 :34 m; 4) 工作面积 :16000 m 2 ( 占总面积 40%) 5) 电源功率要求 :15 MW 其中 4 MW 供设备使用,11 MW 用于蓄能电容充电 ; 6) 保证激光装置免受地震影响 ; 7) 能够对每次脉冲粒子的中子流保证生物防护 ( 如靶室大厅混凝土墙厚度为 2 m ); 8) 工作室洁净要求 ISO 7 级 (3000 微粒 /m 2 ): 激光装置大厅靶室大厅光学 - 物理测量实验室清洁走廊门厅酸盐玻璃制成的激光元件, 依次按 W 形排列, 使激光脉冲以布儒斯特角入射空间滤波器可以抑制光束的小尺度空间调制和自聚焦, 提高光束的质量前置放大器的激光导入, 二程放大后激光的返回和四程放大后激光的输出都是在传输滤波器中实现的在两个空间滤波器的焦平面上放置带有四个小孔的光阑激光束四程传输时, 每次分别穿过自己的小孔自适应光学系统控制变形镜表面变化, 来校正光学通道中光学元件的剩余像差和热变形像差 5.2 激光放大器组件放大器单元含有 2 个激光元件架和 3 个氙灯架激光放大器组件含有 9 个放大器单元, 装入箱体内, 即成 8 通道 (8 路 ) 放大器组件激光元件参数

47 外壳氙灯架保护玻璃激光元件一段时间, 放大器中的光学和机械元件在某些因素作用下, 会偏离安装的初始位置, 导致光束传播方向和位置的变化由于通道元件众多, 而且通道 ( 光路 ) 数多达 192 路, 因此 yфл-2m 装置的对准调整系统应是自动的激光元件架 (1) (2) 图 4 放大器单元 (1) 和氙灯架 (2) 1) 材料 : 新成分掺钕磷酸盐玻璃 ; 2) 尺寸 ( 包括色边 ):810 mm 460 mm 40 mm; 3) 光束孔径 :400 mm 400 mm; 4)Nd 3+ 浓度 :(3.5±0.1) /cm 3 ; 5) 耐光辐射强度 :20 J/cm 2 ; 6) 加工精度 :PV( 两次通过元件 ) 0.25λ, RMS 波前误差 0.1λ;RMS 梯度 0.03λ/cm; 7) 数量 : 脉冲氙灯参数 1) 直径 :50 mm; 2) 长度 :2060 mm; 3) 释放能量 :38.5 kj; 4) 脉冲电流宽度 :360 μs; 5) 寿命 :10 4 脉冲 ; 6) 外壳材料 : 掺铈石英 ; 7) 数量 : 空间滤波器组件传输空间滤波器和腔空间滤波器组件都是 8 通道组件, 各 24 台滤波器中气压为 mmhg, 长度分别为 60 m 和 30 m 5.4 自动对准和调整系统为了将激光能量充分和均匀地照射热核靶, 放大器每个通道的对准和调整是一个重要问题经过自动对准调整法可称为标记法这种方法的基础是在显示器中对校准光束近场光学元件中心以及空间滤波器的远场小孔中心的影像的相对位置进行监控受控元件 ( 反射镜光阑小孔等 ) 使用步进电机驱动自动对准调整系统使用了一种新的随机并行梯度算法数字模拟表明, 光束定位精度在远场为光阑小孔尺寸的 1%, 在近场为光束孔径的 0.1% [4] 6 靶室 ( 相互作用室 ) 靶室是由铝制成的壁厚为 10 cm 直径 10 m 的球体, 重 130 t 靶室中心为实验用热核靶球体上面分布着中端光学组件 [1], 其中包括平滑系统元件聚焦物镜和保护玻璃他们将 192 路倍频激光同时均匀地投射到位于球中心的靶面球体上面还装有各种诊断测量仪器球体表面涂有中子防护层调整传感器靶支架激光束 7 结束语图 6 靶室该核中心一研究所有关科学工作者认为,yФЛ- 2M 激光装置的建成可促进俄罗斯在激光技术光学脉冲能源和测量技术的发展该装置对全国专导光管家是开放的可在点火阈值附近进行热核靶实验, 聚焦镜组端部箱体支撑中间箱体图 5 空间滤波器组件实现靶的点火, 并进行高能密度物理与稠密等离子体物理研究参考文献 ( 略 ) 光电汇 45

49 U-2 红外相机解剖的那些事兼连志超博士 50 周年祭刘心田苏州工业园区激光产业创新联盟中国古字砖文化研究与保护中心作者简介 : 刘心田教授, 喜寿年岁, 文理兼做不仅从事激光加工红外器件工艺及高温超导体等的高科技研究 ; 在古文明文字学和书法等领域也有良好探索曾发表论文夏代启字祭台遗址与图腾组合的发现与考证从夏启祭台遗址探寻巴文化遗存禹治水考察记堌堆为禹治水遗存从堌堆流布说上海广富林遗址属王油坊类型与双墩遗址一些陶刻符号的指事功能和从汉篆万岁不败论说篆变和民间推动文字演化的作用等其中引进自然科学知识进行文史研究颇具特色, 如在郗璇墓志铭考察中, 引用计算技术来评说王羲之隶书, 很有新意平时也爱好诗词书法, 大字米寿配诗词有人收藏, 并提倡硬笔书法的研究 1 引言二战后, 美国取得世界头号强国的地位, 并以世界警察自居, 时常使用 U-2 高空侦察飞机对苏联中国古巴和越南等国进行大量的侦察飞行, 以窃取他国军事情报侦察机取名 Utility-2, 意为获取实利, 正是其本意所在年间, 我国击落 U-2 侦察机共 5 架其中,1965 年 1 月在包头击落了台湾蒋军驾驶的一架 U-2 侦察机, 从飞机残骸中获得了 D-2 窄视场照相机和严重损坏的 F-2 红外扫描相机它们是负责白天黑夜侦察的主要设备, 也是当时国际上最为先进的红外高技术产品那时中国的红外技术尚处在襁褓之中, 这无疑成为美国人馈赠给我们的一份厚礼, 使我们以此为契机进行解剖分析, 然后仿制所谓红外扫描相机, 是集光学电子学与机械于一身的摄像仪器它由两维动作形成平面图像, 飞机飞行是一维, 而相机的一个横向转动的四方棱镜为另一维, 对准行进中的地面构成扫描成像, 其工作原理如图 1 所示飞行路径图 1 红外相机扫描成像示意图摄像机的核心部件是锗掺汞 (Ge:Hg) 红外探测器, 是大气窗口热红外响应波段, 适用于夜间摄像它尽管只有 mm 2 级微小物件, 却可以接收地面目标红外信息并转换成电学信号记录 ( 如照相 ) 下来因此, 解剖并掌握这套技术成为我们当时的首要任务 2 意外爆炸众所周知, 作为光电转换元件, 锗掺汞红外探测器必须在低温 30 K(-243 ) 的环境中才能工作当时, 只有液态氢满足这一要求, 它的温度为 20 K(-253 ) 因此, 选用液氢进行解剖测试成为了唯一的解决办法上海技术物理所有低温试验生产液氢的条件, 于是由连志超博士牵头, 和昆明物理所洛阳 612 所等单位组成了联合测试组开展工作光电汇 47

50 1965 年 4 月 9 日, 星期五, 那是一个宁静的夜晚, 月朗星稀, 在月光的照耀下, 一切都显得那么安详上海技术物理所实验楼 412 房间仍然还亮着灯光, 这是连志超等人正在奋战测试晚上约 9 时,412 房间突然一声巨响划破了寂静的夜空, 随即造成临近六间房间严重破坏巨大的声响惊扰到了附近的人们人们分别从四面八方奔向事故地点, 并不断听到有人传出 : 实验出事了, 发生爆炸! 这次爆炸共造成 2 死 14 伤, 伤势最重的吴名权住院一年多才康复出院对于爆炸原因, 在当时的分析报告中有清楚地记载 : 4 月 9 日上午约 10 点钟, 装有 15 升液氢杜瓦瓶抬进实验室, 经过自然挥发电加热蒸发以及导线样品搅动加速挥发等约 11 个小时后, 在密闭的房间内混有大量氢气, 当空气中含氢量在 4%~75% 时, 遇有明火立即爆燃计算表明, 在 11 个小时里, 液氢气化了 6 升, 这意味着在这个约 20 m 2 的房间内混有大量氢气, 潜伏危险早已埋下事实也验证了这个推断挥发的 -253 的液不锈钢外壳德银管氢气出口氮气出口真液氢液氮图 2 液氢杜瓦瓶空紫铜胆氢仍是深低温冷气, 在杜瓦瓶出气口必然凝结了空气中的水汽而结成了冰疙瘩, 并且体积越积越大为了热解冰块, 实验人员使用了电吹风, 于是, 悲剧发生了 : 吹风机一打开, 电火花立即引起氢气爆燃, 紧接着是余下的 9 升液氢的爆炸! 实际上, 瞬间发生的是爆燃与爆炸两个声响, 只不过后者威力更大, 犹如一个重磅炸弹, 破坏了多个房间, 气浪掀开了多个实验室的门窗, 玻璃窗被震碎, 所有灯全部熄灭, 整个走廊弥漫着呛鼻地烟尘图 2 就是当时实验测试用得液氢杜瓦瓶结构图, 紫铜胆与不锈钢壳体等完全就是一个炸弹的结构金属壳体弹片击中连志超博士身上多处要害, 他的头肩被砖块水泥埋住, 最终鲜血流尽, 英魂远去 3 遗志完成爆炸事故痛定思痛之后, 未竟事业需要继续完成当务之急要在爆炸的废墟中搜寻到锗掺汞红外元件上级下了死命令, 不论花多大代价一定要找到这个元件由于大楼碎片散落在 200 m 开外的范围, 于是大家开始筛查, 不放过一点点蛛丝马迹, 白天找, 夜晚寻, 犹如大海捞针, 时光在焦急中一点一点流淌而逝参加课题工作的钱定榕苦思冥想, 他猜测这个宝贝元件十有八九还在杜瓦瓶内, 真是不幸中的大幸, 元件果然还安睡在原位找到元件后, 所领导重新组织调配人力, 元件的分析回复与研制工作有条不紊地进行着由于原实验室已毁坏, 实验工作迁移至低温楼进行所长亲自坐镇, 大家也更加努力谨慎, 相关的安全条例立刻制定了出来, 并认真严格执行, 甚至进实验室不许穿钉鞋和带钥匙, 以防与地上摩擦, 碰出火花当然液氢杜瓦瓶的使用也由相关技术人员配合操作, 以防意外这样在全体人员的通力合作下, 两个月后, 交出了一份令人满意的测试分析报告, 并获得上级领导的肯定由于红外扫描相机是集光机电于一体的摄像仪器, 与锗掺汞探测器配套的前置放大器斯特林循环 30 K 微型制冷机光电转换器斯密特光学汇聚系统以及高精度铝扫描棱镜等, 也都相继完成了

51 测试修复经过联合调测后, 历时 4 个月顺利完成了红外相机的恢复和试飞任务, 所拍摄到的相片与缴获的 U-2 飞机上的原照片基本相同它还表明我们已初步掌握了红外扫描相机的工作原理与相关技术, 可以告慰连志超黄心源两位烈士的在天之灵! 4 安全液氖为了安全试验, 必须找到新的低温源以替代液氢调查表明, 惰性气体氖 (Ne) 极为理想液态氖温度为 27 K(-246 ), 完全满足锗掺汞探测器 30 K 的工作要求, 为此液化氖气被提到了研制的日程上所谓惰性气体是其分子由单个原子组成, 它的最外层电子为 ns2np6, 是最稳定的结构, 化学性质极不活泼, 主要来源于空气中, 且量极少, 约万分之几, 故又被称之为稀有气体我们联系了上海吴淞化工厂, 他们答应可以把氦气的副产品氖气提供而关键是如何液化氖气, 这成为研究实验的新课题经过分析论证计算决定采用氢液化设备, 适当改造后进行氖气液化图 3 为氖气液化工艺流程图从图中可以看出它与氢气液化工艺流程大同小异, 技术的关键是要确定节流冷凝的压力氖气在什么温度下节流产生冷效应以及氖气内杂质的清除总之, 通过精确地计算论证解决了一系列技术问题, 终于迎来了液化氖气的日子这一天阳光明媚, 压缩机嗒嗒嗒转动声轻快有力, 从进气压缩预冷到 30atm 节流出液氖很是顺利, 大家紧绷着的心立刻放下了, 从此为锗掺汞器件提供了新的安全低温源, 排除了使用液氢的危险隐患, 真可谓雄关漫道真如铁, 而今迈步从头越! 由于是国内首次液化氖气, 因此该项目被列为杭州低温工程会议特邀报告鉴于液化氖是参加工作 5 个月, 自己贸然提出的硬任务, 能够一次成功, 也算幸运, 兹以小词破阵子记之热交换器氮回气 5 余声红外技术经过 50 年的发展, 已是蔚然大观 : 早期的锗掺汞探测器早已为 77 K(-196 ) 的碲镉汞所代替, 其他品种还有 InSb,PbSnTe 等, 而且是单元线阵和面阵器件, 应有尽有整机仪器已是航空航天高度的侦察地球资源气象和海洋等领域广泛应用今天可以豪迈地说 : 英雄先烈们, 安息吧! 仪表盘液氮预冷压缩机冷阱氖气柜氖气源出液节流液化器回气图 3 氖气液化工艺流程图钢并组光电汇 49

52 中国激光杂志社招聘网站兼职编辑中国激光杂志社旗下的中国光学期刊网 ( opticsjournal.net/) 光电汇 ( 提供光学文献资讯和光电产品导购等服务, 随着两平台访问需求逐渐提高, 平台内容建设需要更上一个台阶现诚邀若干名兼职编辑加入我们的网站建设团队应聘条件 : 1) 光电相关专业背景 ; 2) 空闲时间充裕, 方便上网 ; 3) 有责任心, 做事仔细工作内容 : 1) 行业科研资讯编辑发布 ; 2) 网站模块管理 ; 3) 按要求完成光电汇产品建设, 提升产品可访问性 ; 以上工作内容, 可以根据兴趣, 选择性参与你的受益 : 1) 了解光电行业动态, 清楚行业服务需求 ; 2) 了解光电类企业及其产品 ; 3) 参与中国激光杂志社活动, 了解学术出版工资根据工作量计算, 按月结算发放请有兴趣的应聘人, 将简历发送到联系人邮箱联系人 : 杨女士 ( ,[email protected]) ( 负责光电汇 ) 邓女士 ( ,[email protected]) ( 负责中国光学期刊网 ) 任职资格 : 1) 光学工程物理相关专业, 硕士及以上学历 ; 2) 掌握光学激光材料和机械设计等相关知识 ; 3) 光学系统研发及技术支持, 熟练使用 CODE-V 或 ZEMAX 软件招聘岗位二 : 光电子工程师岗位职责 : 1) 负责半导体激光器固体激光器组件和系统的设计开发工程化 ; 2) 参与解决激光器产品工程化过程中的问题, 解决生产现场的技术问题, 优化成产流程, 培训生产人员 ; 3) 编制与生产相关的操作检验流程文件等任职资格 : 1) 光电子物理微电子或相关专业, 硕士及以上学历 ; 2) 具有较强的研究及分析能力招聘岗位三 : 产品工程师岗位职责 : 1) 负责新产品导入, 参与新产品参数的确定于最终定型 ; 2) 负责返修品的处理 ; 3) 负责制程异常的处理 ; 4) 协助产品工程经理处理涉及到产品的其他事宜任职资格 : 1) 光电子应用物理学等相关专业, 本科及以上学历 ; 2) 具有较强的数字整理及分析能力中科院上海光机所超净工艺装调招聘招聘岗位一 : 光学工程师岗位职责 : ( 扫二维码, 浏览招聘专题 ) ( 扫二维码, 浏览光学期刊网 ) 凯普林光电 2015 年校园招聘 1) 负责公司激光模块新产品研发 ; 2) 配合产品市场部进行客户需求认定和竞争分析 ; 3) 联合光学设计组进行新产品的光学方案设计 ; 4) 负责激光模块封装方案设计和工艺实现 ( 扫二维码, 浏览光电汇 ) 招聘岗位 : 超净工艺装调招聘人数 :1 人岗位职责 : 负责激光装置超净工艺的装校机械结构件的装调维修维护应聘条件 : 专业要求 : 机械及相关专业学历要求 : 中专及以上其它要求 : 具有中级以上技工证书, 能够独立操作机床, 能够使用 CAD 软件以及办公软件, 了解初步的检测技术与加工工艺本单位实行亲属回避制度应聘者请将个人简历 ( 含电子照片 ) 发送至邮箱 : [email protected], 初审合格者, 将通知面试

53 理化所生物材料与应用技术研究中心博士后招聘启事根据工作需要, 中国科学院理化技术研究所生物材料与应用技术研究中心现向国内外公开招收 1 博士后, 具体条件如下 : 应聘条件 1) 具有化学生物材料等相关专业博士学位 ; 2) 年龄不超过 35 岁 ; 3) 具有较强的责任感和开拓精神, 具备独立工作能力及较强的团队协作能力, 具有认真负责积极的工作态度 ; 4) 具有天然多糖改性抗菌材料制备与性能研究方面工作经验者优先招聘办法及要求应聘者需提供下述材料 : 个人简历, 研究工作经历, 能证明本人工作能力水平的有关资料的电子文本, 应聘者对招聘单位的要求及本人的联系方式应聘人员须将上述材料通过电子邮件寄给我们, 经审核合格, 我们会将面试具体时间地点及有关事项通知有关应聘人员岗位待遇博士后岗位聘用人员的工资及福利待遇按国家博士后和中国科学院理化技术研究所有关规定执行联系方式请将应聘材料发送至 [email protected], 并在邮件主题栏内注明博士后应聘西安中科光电精密工程有限公司招聘启事嵌入式系统硬件工程师 ( 西安, 可随时到岗 ):2 名任职资格 : 1) 重点院校图像处理电子信息自动控制等相关专业硕士及以上学历 ; 2) 具备较强的逻辑分析和动手能力, 熟练掌握 CCS 设计软件, 具备相关软硬件系统设计调试能力, 具有嵌入式软件 ( 硬件 ) 开发经验 ; 3) 熟悉 DSP 设计开发流程, 具备相关开发经验, 了解 FPGA 开发流程 ; 4) 熟练掌握 C/C++ 等编程语言, 具有比较规范的编程习惯和较强的编程调试能力 ; 5) 有良好的沟通学习能力与团队合作精神 ; 6) 具有嵌入式软件研发工作经验或熟悉算法者, 具有光学测量经验者优先岗位要求 : 1) 嵌入式软硬件设计调试 ; 2) 电子电路电磁兼容性分析 ; 3) 图像处理硬件实现及其他光电信号处理软硬件研发软件工程师 :1 名任职资格 : 1) 计算机, 图像处理电子信息应用数学等相关专业硕士学历重点院校本科, 本科毕业应有 2 年以上工作经历 ; 2) 精通 C/C++ 编程语言, 具有 2 年以上 C/C++ 编程经验 ; 3) 具备良好的逻辑思维和分析能力 ; 4) 熟悉软件工程, 具有软件项目经验者优先 5) 有良好的沟通学习能力与团队合作精神岗位要求 : 1) 测量系统软件及用户软件设计及调试 ; 2) 测试工具软件设计及调试有意者请将个人简历发至 [email protected], 邮寄简历时请将邮件主题及文档名均以应聘岗位专业 - 毕业院校学历 - 姓名的格式发送联系电话 : 史老师光电汇 51

54 上海朗研光电推出新款光纤飞秒激光器 LF7808 上海朗研光电科技有限公司最新推出一款光纤飞秒激光器 LF7808, 并可提供 OEM 模块或一体化的光源系统该光源的基础为 1560 nm 光纤飞秒激光, 由 PPLN 倍频至 780 nm 基于完美的抽运保护技术, 全自动锁模脉冲技术, 低非线性低噪声光纤放大技术, 使其具备极高的可靠性和稳定性此款飞秒激光器具有 780/1560 nm 双波长输出端口, 脉宽小于 100 fs, 平均功率大于 100 mw, 典型重复频率 60 MHz 这款高性价比的产品可替代固体钛宝石激光器在 THz 产生生物光子学成像灵敏光谱检测等领域的应用, 并可满足客户在低维护成本方面的需求炬光科技推出宏通道水冷金锡焊料封装高功率半导体激光器新品系列西安炬光科技有限公司推出的宏通道水冷金锡焊料封装高功率半导体激光器新品系列该新品采用宏通道水冷金锡焊料封装技术, 在垂直方向可以堆叠 2~40 个巴条, 在水平方向可以堆叠 2~8 个叠阵, 单叠阵在准连续脉冲下峰值功率可高达 W, 单巴条功率达到 300 W,808 nm 器件电光转换效率大于 55%,9XX nm 器件电光转换效率大于 65% 该新品系列采用金锡焊料封装技术, 可避免铟焊料封装引起的热疲劳电迁移和电热迁移问题, 提高了产品可靠性, 产品连续使用寿命可大于 shots 及 25 年长存储时间 ; 同时, 该新品还采用宏通道水冷技术, 该技术对冷却水要求低, 可采用工业水制冷, 有效避免了微通道水冷中因腐蚀引起水路堵塞导致 bar 条烧毁失效的问题 ; 上述两项技术均为西安炬光科技有限公司专利技术, 目前不仅已获得中国发明专利, 同时也获得美国专利授权和日本专利授权, 此外, 欧洲专利也进入公开阶段该新品系列拥有体积小的特点, 非常适合于固体激光器抽运医疗美容工业加工和科研等应用该产品系列因具有上述优点得到了客户的青睐并已批量使用凯普林光电 200 W 高亮度半导体激光器用于千瓦级光纤激光器抽运凯普林光电新推出 9XX nm/200 W 高亮度光纤耦合半导体激光器该产品基于凯普林多年成熟的多单管光纤耦合技术 ; 产品特点为 : 低工作电流, 方便用户的驱动电路设计 ; 多单管光路通过空间合束, 实现了 200 μm/0.22 N.A. 多模光纤耦合输出, 输出功率 200 W, 可以为用户千瓦光纤激光器的结构设计提供更多选择该产品采用全新的封装形式, 优化的光路设计节约了组件的内部空间, 实现了小型化封装, 易于系统集成, 方便用户使用蔡司推出可运用 Airyscan 技术的 LSM 800 激光共聚焦显微镜蔡司推出了用于高端共聚焦成像的 LSM 800 激光共聚焦显微镜作为蔡司 LSM 8 共聚焦显微镜系列中的新成员, 该产品能满足特殊研究应用需求由于配备了高灵敏度的 GaAsP 探测器和采用了快速线性扫描技术,LSM 800 拥有高品质的成像质量以及高效率, 并且在活细胞成像中具有极大的灵活性 LSM 800 可选配 Airyscan 模块, 并将传统的激光共聚焦显微镜的分辨率提高 1.7 倍, 并且灵敏度更高提高的扫描速度使研究人员能够研究标记蛋白的快速运动在 512x512 像素的图像中, 图像采集速度能达到 8 帧 / 秒 LSM 800 连续监控和校正扫描器的位置, 保证了稳定的视场以及整个视场的像素获得专利的线性扫描技术保证了稳定的信噪比, 并且统一了激光通过扫描区域和感兴趣区域的曝光时间 GaAsP 光电倍增管 (GaAsP PMTs) 在宽光谱范围中有较高的光搜集效率其低暗噪声是检测低表达细胞弱信号的理想工具在保证图像质量的同时信噪比以加快扫描速度来提高效率低的激光功率避免了活细胞成像中的光子漂白和光毒性 LSM 800 拥有极高的性价比 : 稳定耐用操作简便设置简单, 维护方便, 低功耗下的自我校正等特点, 使其成为最经济的选择

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56 相干公司新近推出适用于多光子激发 (MPE) 显微成像技术的全新高功率双波长激光器相干公司新近推出了一款名为 Chameleon Discovery 的双波长激光器该激光器结合了业内最宽调谐范围最高功率和最短脉冲宽度等特性, 将前沿荧光检测技术应用于非线性显微成像技术领域此新型激光器的主要光束输出参数为 : 连续可调谐范围介于 680 ~1300 nm 之间 ; 脉冲宽度短至 100 fs; 功率高达 1.4 W 同时第二束光在波长为 1040 nm 时提供 1.5 W 的输出此外, 激光器内置一个全自动的群速度色散 (GVD) 预补偿器, 可以将到达样品的激光的脉冲宽度缩到最短主要光束具备调谐范围宽功率高脉冲窄等优点, 是优化所有常见荧光蛋白 ( 包括 egfp YFP 和所有红移荧光蛋白 ) 激发效果的最理想选择同样重要的是,Chameleon Discovery 波长为 1040 nm 的第二束光输出同样具备高功率短脉冲 (160 fs) 和优异光束质量等优点, 真正为光遗传学应用开创了一个多探针同步检测多波长激发和 / 或荧光探针光活化的全新时代 FLIR 创新型热成像解决方案美国菲力尔公司 ( FLIR Systems) 推出红外热像仪台架试验套件, 包括 FLIR A65/35 红外热像仪台架试验套件 FLIR E40 红外热像仪台架试验套件 FLIR T420 红外热像仪台架试验热套件三款全方位的组合套装红外热像仪台架试验套件选用光学镜头, 采用即时非接触式读数, 在每幅热图像中生成高达个可重复精确的温度测量 FLIR T420 FLIR Asc FLIR E40 值, 准确检测, 可同步在热像仪上显示测量分析结果, 并支持视频录制与数据记录, 通过 USB 数据线或以太网与计算机之间进行数据传输, 结构轻巧, 易于操作, 满足测温工具的一切功能需求其中,FLIR ResearchIR 软件面向使用带有制冷或非制冷型探测器的红外热像仪的研发科研工作者而开发, 能够充分发挥红外热像仪的优势, 进行高速视频录制与高级热图像分析, 是适用于工业研发实验室的理想工具爱德万测试 TAS7400/7500 系列太赫兹光谱成像系统爱德万测试公司推出的 TAS7400/7500 SP/ IM 太赫兹光谱成像系统具有较快的处理速度较高的集成度可简单快速地进行食品药品超材料生物样品化学制品等的无损检测, 满足科研和工业应用需求 TAS7400/7500TS 开放式太赫兹光谱成像系统, 提供太赫兹源和太赫兹探测器提供或用户自搭建灵活的测量系统, 支持低温环境大尺寸等样品的透射和多角度反射测量, 支持不同的应用 - 备有 0.03 ~ 2 THz 0.1 ~ 4 THz 和 0.5 ~ 7 THz 三种频率范围 ; - 频谱分辨率最高为 1.9 GHz; - 单次扫描时间最快为 8 ms; - 支持透射反射 ATR 模块 ( 支持液体和粉末样品 ) 偏振模块光谱分析 ; - 涂层厚度分布或断层分析等的 2D/3D 成像长春新产业开发出 PGL-F 系列的激光模组长春新产业开发出 PGL-F 系列的激光模组, 其优势在于可以电脑控制模组, 可加棱镜, 输出的激光包括点光源一字线光源和十字线光源, 广泛应用于机器视觉准直和检查等方面性能参数 : 型号 PGL-F 波长 (nm) 波长偏差 ±5 ±5 ±5 ±5 ±5 ±5 ±10 ±10 输出功率 (mw) 20/ /10 /100 / 运行模式 CW/ 电脑可控横模模式 Near TEM00 M 2 因子 <1.5 功率稳定性 (8 小时, ±3 ) <2% 振幅噪声 (rms, 20 Hz~20 MHz) <0.5% 调制频率 (khz) 光电稳定性 (mrad/ ) <0.05 预热时间 (minutes) <5 工作温度 ( ) 10~35 电源 USB 5V±0.5V 1A 预期寿命 (hours) 5000 保修期 6 月扇角 ( 可选 ) 10,15,30,45,50,60,75,

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2010.5.indb

2010.5.indb 目录 CONTENTS 04 新闻 NEWS 陕西省高功率激光器及应用产业联盟成立西安光机所研制高增益掺钕激光玻璃材料... 10 聚焦 FOCUS 慕尼黑采访报道 : 外资企业的中国经深推光学前沿品牌活动力求高端学术创新之路记第二届全国光电