六月即将过去，激光技术的发展和研究还在继续，3D打印热潮也还在持续发酵。在这个月内，激光产品层出不穷，而激光领域内的研究也获得十分重大的突破，下面，就跟随光粒网小编来看看六月全球激光领域内的重大发现。

    日本利用半导体材料硅研发出超小型节能新型激光

    据日本共同社6月27日报道，日本大阪府立大学和京都大学的研究团队在27日的英国科学杂志《自然》上发表研究成果称，使用通常几乎不发光的半导体材料硅，研发出了超小型节能新型激光。

    据称，若能使用这种激光技术把目前的电路改成光路，就有可能研发出超高速节能的超级计算机。

    研究团队在极薄的硅板上有规则地打上直径为数百纳米的小孔，将其制成可让光线留在内部的硅片。受到外部光线照射后，硅片可将内部产生的微弱光线留住。研究团队通过改变孔的大小和排列，增强了留在硅片内部的光线，最终成功提取出了激光。

    硅片的四边小于1毫米，与以往使用硅片的激光相比，大小和能耗降至万分之一以下。

    大阪府立大学讲师高桥和说：“这次使用的是外部照射的光线。如果能通过电流使硅片自身发光后利用该光线提取激光，那么用途将变得更广。”

图为打孔的硅板

    日本大阪府立大学和京都大学的研究团队在6月27日的英国《自然》杂志上发文称，使用通常几乎不发光的半导体材料硅研发出了超小型节能新型激光。

    美国国家标准化和技术研究所要求业界为开发激光器增稳

    美国政府研究机构正在要求业界为开发光频光栅（optical frequency comb）一部分、激光器增稳和控制用制造20套用户定制的印刷电路板，提高红外线分光镜、距离测量、高速电信和其他用途的性能。

    位于马里兰州的美国国家标准化和技术研究所（NIST）本周为位于科罗拉多州、NIST量子电子学和光电子部的光纤材料和应用项目一部分的用户定制电路板发布了一份需求建议书（NB686010-13-02490）。

    NIST的科学家将在光频光栅中使用激光器增稳和控制电路板，将仅拥有一个光频的激光源转换为包含数千频率的脉冲。该项目旨在满足日益增长的应用清单。利用管理光学电信波长的光栅，该项目的科学家已将源于下一代光原子钟的信号传送至数十万公里外。

    科学家们现已验证了用于化学分析的数对光频光栅是如何以比红外线分光镜高100倍的速率而被增强的；进一步地，NIST科学家必须制作降低激光器增稳和控制限制的用户定制的激光器。

    该需求建议书需要制作20套同样的用户定制的已组装电路板，包括制造电路板、购买元部件和组装。该电路板的尺寸为4×5英寸、4层，采用FR4级、增强还氧树脂的玻璃封装；该电路板厚62密耳，铜线重1盎司，绿色焊锡贴膜，双侧丝网抛光。全部采用表面贴装工艺（SMT）的元部件必须由机器进行置放。

    法国物理学家首次利用冷原子云制造出一种随机激光

    法国物理学家首次在实验室环境下在冷原子云中制造了一种随机激光。数十年前，这种随机激光现象最初在星云中被观察到，研究团队认为，此项研究能够为自由激光产生的必备条件和相关研究提供一些基本观点，同时也能够增进我们对天体物理学的理解，甚至能够促进此类现象的一些实际应用研究。

激发和散射：原子随机激光产生机理

    传统的激光器通常包括一个增益介质(固体、液体或气体)，并以三明治结构夹在两个反射镜之间。激光光束在光学谐振腔内往复多次振荡，以受激辐射方式形成一个逐渐增强的相干光场。在随机激光器中，不需要反射腔镜，光从位于增益介质中随机位置的粒子处获得增益并被放大，与传统激光器相似，这种方式也是受激辐射放大机制。然而，由于光束的光程是随机的，输出的并非一个激光光束，而是各个方向上的多个相干光。

    随机激光过程是在1960 年首次提出的，它解释了一些星云气体中某些特殊的发射谱线产生的辐射光强度大于理论值的原因。实际上，随机激光可以用液态悬浮液和固体粉末作增益介质来获得，在这类激光器中，使光发生散射的粒子是传统形态的增益介质，比如氧化锌颗粒——而天文学家认为在星云气体激光中原子是使光发生散射的粒子。

    禁戒跃迁

    法国科学研究中心非线性研究所的Robin Kaiser 和他的同事们利用困在磁光阱中的冷铷-85原子云搭建了一台激光器，他们使用一束泵浦光在同一电子轨道的两个超精细能级上实现了粒子数反转分布，接着注入一束可调谐波长的激光，以实现粒子向低能受激辐射级跃迁并同时发生光放大。制造随机激光器的关键点是要确保发射激光被原子散射，而非被原子重新吸收。通过调谐注入激光波长，使得辐射光的波长位于原子禁戒跃迁范围之内，以此实现发射激光的散射效应。研究人员发现，当激光的频率与原子禁戒跃迁频率完全相同时，输出激光强度激增——这证明了辐射发光过程被随机激光过程加强。

    这种实验室环境下的随机激光器中，首次证明了光子被原子散射的现象的存在，这与星云气体中的现象本质上是一样的。然而氧化锌颗粒辐射压力的影响是不重要的，光子散射会导致可测量的原子反冲。自由激光过程的各类现象对天体物理学是否有宏观上的影响仍然没有定论，然而，“理论上说，如果在辐射过程中加入更多受激辐射，辐射压力会转变，这是可能的，”Kaiser解释说，“因此我们能够获得有吸引力的辐射压力组件。”他指出，研究人员观测到的冷原子振荡云与造父变星有相似之处，在重力和辐射压力之间达到一种平衡。因此应该能在实验中观测到负辐射压力信号。

    Kaiser希望以上思路能够在实验室使用气体随机激光器中得到验证，然而他也指出，在他们的研究设备和星云气体激光之间仍存在着明显的差异。磁光阱中的原子温度低至50μK，但是在星云气体激光中却处在高温状态；研究人员用另一束激光做随机激光的泵浦光，而星云气体是由广谱恒星发出的光泵浦的。Kaiser希望能够优化实验系统，来获得更接近实际星云环境的状态。“我希望能够与更多的天文学家交流，以找到更加合理和实际的实验方案，”他如是说。

    量子效应

    Diederik Wiersma是佛罗伦萨大学的一位无序光子学领域的专家，他对此项工作印象深刻。他认为除了辐射压力以外，也有可能研究其他现象，比如纠缠态原子的光子散射现象和原子和光子之间发生的量子干涉现象。“你可以利用光子选择运动路径的知识，”他解释说，“如果你这样想，量子力学的观点会告诉你它不再是像一个波了。”

    在更远的未来，Wiersma认为此系统有助于量子计算。“已经有人提出建立一个量子网络，”他说，“在此网络中，你可以利用光连接方法来连接同一量子态不同位置处的物质。”

    此项研究已发表在Nature Physics上。

    罗马尼亚开建世界最强激光器

    罗马尼亚14日在首都布加勒斯特南部的默古雷莱核物理基地举行奠基仪式，正式启动建造世界上功率最强大的激光器。

    这一激光器属于欧盟核物理“极端光基础设施(ELI)”项目的一部分，毗邻罗马尼亚国家核物理研究所，总投资3.6亿欧元，其中2.6亿欧元来自欧盟基金。

    罗马尼亚总理蓬塔当天在仪式上发表讲话说，“极端光基础设施”是一个历史性的项目、一个欧洲乃至全球的“旗舰”项目。相信未来几年，无数国内外专家将前来默古雷莱工作，把这里打造成一个名副其实的“激光谷”。

    欧盟委员会负责地区政策的委员约翰内斯·哈恩说，这一项目对罗马尼亚乃至整个欧洲都至关重要，它将推动“人才外流”向“人才交流”转变，并激励更多人才选择科技生涯。

    欧盟“极端光基础设施”项目准备建4个全新的激光研究机构，其中3个选址已经完成，分别位于罗马尼亚的默古雷莱、捷克的布拉格和匈牙利的赛格德，其激光器功率将超过目前所有激光器，可用于肿瘤治疗、核废料处理等多个领域的研究。

    慕尼黑工业大学研发出可产生60ps高能量光脉冲的半导体激光器

    近日，来自德国慕尼黑工业大学的（TU M）研究人员已经研发出了低成本，功能强大的半导体激光器，可以产生60ps 的高能量光脉冲 ，功耗和设备方面去除了以前的弊端。

Robert Huber和Christian Jirauschek与他们的实验室设备

    该设备是傅立叶域锁模激光（FDML）器，这意味着它能在光学频率为390 kHz的重复率下中扫描很大的范围，它的激光腔内有一个一公里长的储能纤维，腔外的另一种纤维，含有一个能引起每个连续波的频率暂时压缩成一个单一的60到70 ps脉冲的分散质 。

    仪器使用了中长纤维激光的能量，而不是小片的半导体存储装置，意味着 一个低功率振荡器 可以产生高能量的脉冲。

    “设备可以快速产生飞秒脉冲。 ”慕尼黑工业大学的研究人员Christian Jirauschek说，“我们制作的模型和模拟实验让我们确信在仪器设置中的改善可以大幅度地提高仪器的操作性能 ，不久后，我们甚至可以产生小于30飞秒的脉冲。”

    世界最大激光3D打印机在连诞生

    记者昨日从市经委获悉，由大连理工大学与大连优利特科技发展有限公司共同研发的最大加工尺寸达1.8米的激光3D打印机在我市进入调试阶段。这是目前世界上最大的激光3D打印机，可以制作大型工业样件及结构复杂的铸造模具。由于其采用了“轮廓线扫描”的独特技术路线，比其他激光3D打印机加工时间缩短35%，制造成本降低40%。

    3D打印是目前全球最热门的技术，它彻底颠覆了传统工业的加工方法，被誉为“第三次工业革命”的先锋代表。据悉，目前小型桌面3D打印机在欧美已实现商业化，但在工业级大型零部件制造方面，3D打印时间长、成型材料贵、大尺寸零件物理变形等问题一直难以解决。大连理工大学教授姚山及其团队历经10多年时间，解决了数不清的大小难题，终于实现了该领域的重大突破。

    姚山教授告诉记者，一般3D打印都是按照规划好的图形数据，通过“点-线-面-体”逐步堆积耗材最终获得零件。而他们研制的激光3D打印机只需打印零件每一层的轮廓线，使轮廓线上砂子的覆膜树脂碳化失效，再按照常规方法在180℃加热炉内将打印过的砂子加热固化和后处理剥离，就可以得到原型件或铸模。这种打印方法的加工时间与零件的表面积成正比，而传统3D打印技术的加工时间与零件的体积成正比，因此可大大提升打印效率，打印速度可达到一般3D的5~15倍。而其使用的材料为工业常见的覆膜砂，每吨不到千元。效率大幅提升，成本成倍下降。

    目前，这种基于“轮廓失效”的激光三维打印方法已获得两项国家发明专利。

    激光X射线新突破：团簇电子加速激发超亮betatron辐射

    飞秒脉冲强激光与靶物质相互作用，产生的超热电子通过K壳层电离辐射等方式产生硬X射线。 由于这种X射线源具有超快的特点，非常适合对物质进行飞秒时间分辨的动力学探针，加上其微米尺度的源尺寸、极低的成本和比拟甚至高于同步辐射源的源峰值亮度，具有在医学、生物学和材料学等方面极大的应用前景。但是现有的激光X射线源的信噪比低、光子总额少、时间宽度大、空间相干性差等不足，使其在实际应用中受到极大限制。

    中国科学院物理研究所光物理重点实验室激光高能量密度物理研究组 陈黎明 研究员及所属团队，在激光X射线研究方面取得系列重要进展：首先利用高对比度激光与固体靶相互作用产生了低本底、高转换效率的Ka射线源[Phys. Rev. Lett. 100, 045004(2008)]； 然后为了进一步提高上述各种参数以产生更强，单色性更好的X射线源，采用了高对比度的飞秒脉冲与小尺寸气体团簇相互作用，将光子产额有提高了一个量级，实现了单发脉冲无聚焦X射线成像，所产生的X射线源具有10飞秒量级的时间分辨，比较彻底地克服了前述激光X射线源的不利因素[Phys. Rev. Lett. 104, 215004(2010)]。这些成果极大地推动此领域的发展并确立基于激光的X射线源在超快研究中真正的实际应用价值和地位，著名学者V. Malka将这些成果归结为“第二代”Ka射线源。

    激光驱动的超快硬X射线光源除了上述内壳层电离产生的Kα单色源（发散度较大）外，近年国际上还出现了台面Betatron辐射源（发散度小、宽谱）。它是由超强超短激光在低密度等离子体中激发尾波场，注入离子“空泡”中的电子在被纵向加速的同时会以等离子体尺度为周期进行横向的波荡，从而产生类似同步辐射的Betatron辐射。作为等离子体中电子加速重要的“伴生”过程，该辐射的品质由被加速电子的行为来决定。但目前由于电子加速中能量和电荷量之间，以及电子品质和波荡幅度之间存在着相互制约的矛盾，使Betatron辐射的产额受到极大限制，国际上报道最好的研究组利用40TW激光产生了5x107/发 [见：Nature Physics 6, 989(2010)]。该研究团队与上海交大张杰院士、盛政明教授团队合作开展高度准直的台面Betatron辐射光源的研究。他们在实验中利用仅仅3TW的飞秒激光与气体Ar团簇相互作用，由于团簇的介入激发了通常用PW装置才能驱动的“激光直接加速”（DLA）机制，在获得nC量级大电荷量电子加速的基础上，增大了电子的波荡振幅，成功获得超强的Betatron辐射。单发激光获得能量2.4keV以上的X射线光子数大于2x108/发，且具有很小的空间发散角~10mrad。这个结果将目前报道最好的Betatron辐射的转换效率提高了40倍，能利用小能量、高重频激光器突破目前辐射源低平均流强的发展瓶颈。

    这项进展发表在[L. M. Chen et al, Scientific Reports. 3, 1912(2013)]上，本研究得到科技部973A类项目、科技部国家重大仪器专项、863高技术研究计划以及国家自然科学基金的支持。

图1.实验从团簇(a)和气体(b)获得的Betatron辐射及能谱(c)

图2.和气体靶相比，团簇更利于大电荷量的产生（50倍）

图3.模拟显示和气体靶比较而言团簇中有更多电子介入加速过程

图4.模拟显示团簇使DLA机制得以激发，电子从横向获得能量和很大波荡幅度，利于betatron辐射产额的提升

    激光一问世就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段，去获得空前的效益和成果，从而促进了生产力的发展。而人们对激光技术的研究，还在不断的深入中。