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2013年光子學(xué)及激光領(lǐng)域前20大進展

2014-03-05 來源:激光世界 字號:

光子學(xué)世界中的人們擅長的是提出新奇的點子和發(fā)明有趣的新鮮事物,同時他們還不斷的推動著現(xiàn)有的光子學(xué)技術(shù)進步。接下來將為你帶來2013年度光子學(xué)及激光領(lǐng)域的前20大進展:

1、頭戴式顯示設(shè)備

近日,消費者在通信領(lǐng)域和計算機領(lǐng)域?qū)?ldquo;churn”的高度評價,使人們相信光子學(xué)研究是時候向和消費者世界的交叉路口進軍了。類似眼鏡的頭戴式顯示設(shè)備中,最著名的就是谷歌公司所研發(fā)的基于液晶顯示的谷歌眼鏡。同時,其他公司也在研究各自的設(shè)備,采用不同的顯示技術(shù)和成像技術(shù),比如有機電致發(fā)光二極管和硅基板液晶顯示。

2、對白光LED的理解

標(biāo)準(zhǔn)白光LED,由氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體發(fā)射的藍光和磷光體發(fā)射的黃光合成,已經(jīng)成為當(dāng)今市場上效率最高的照明用白光光源。但是有一個限制它變得更加高效的因素,那就是所謂的“效率下降”現(xiàn)象——當(dāng)白光LED的驅(qū)動電流升高時,量子效率出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。此現(xiàn)象的發(fā)生機理已經(jīng)爭論多年,最近,加州大學(xué)圣芭芭拉分校(UCSB)和法國巴黎綜合理工學(xué)院(位于法國巴黎的帕萊索小鎮(zhèn))的研究人員的最新實驗結(jié)果明確指出,此現(xiàn)象可能會導(dǎo)致白光LED的照明效率達到300lm/W。

3、功率最高的激光器及其測試方法

讓我們來到工業(yè)界,用于材料加工處理的激光器的功率變得更高了——實際上,它們現(xiàn)有的功率水平已經(jīng)超過現(xiàn)有的應(yīng)用水平了,這將促使研究者們?nèi)ふ以鯓硬拍艹浞掷眠@些高功率激光器。由IPG Photonics公司(位于馬塞諸塞州牛津鎮(zhèn))研發(fā)的一種100千瓦的光纖激光器已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn),第一臺產(chǎn)品在今年的早些時候被運送到NADEX激光研發(fā)中心(位于日本名古屋),該中心主要針對激光器的材料處理性能開展詳細研究。對于這臺激光器,Ophir Photonics公司(位于猶他州北洛根)特意研發(fā)了一種激光功率計,在輸出1070納米的激光時,測程能夠覆蓋到100千瓦。

4、直接半導(dǎo)體系統(tǒng)

高功率直接半導(dǎo)體激光傳輸是將二極管激光器的輸出光直接耦合進光纖中,最終能獲得高達千瓦量級的輸出,因為二極管激光器的電光轉(zhuǎn)換效率高達70%,所以這種方式的總體效率非常高。這種技術(shù)的難點在于如何將足夠大的激光能量耦合到非常細小的光纖當(dāng)中,最終獲得有實用價值的并且亮度足夠大的光束。為此對多種耦合方法進行了實驗研究。

5、應(yīng)用于光譜學(xué)的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSELs)

來自聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB,位于德國布倫瑞克)、達姆施塔特工業(yè)大學(xué)(位于德國達姆施塔特)、以及杜伊斯堡大學(xué)(位于德國杜伊斯堡)的科學(xué)家們已經(jīng)完成了利用垂直腔面發(fā)射激光器(VCSELs),開展可調(diào)諧二極管激光器吸收光譜(TDLAS或TDLS)的相關(guān)研究。此方法能夠用于檢測內(nèi)燃機中的水蒸氣,可取代分布反饋式器。VCSELs有著很大的可調(diào)諧范圍,并且在高調(diào)制率時調(diào)諧范圍不會減小,因此能夠覆蓋整個吸收線范圍。

6、激光建模軟件

在搭建激光器光路之前(或者實驗優(yōu)化過程中),如何能夠建立一個數(shù)值化物理模型,能夠描述激光器特征?Synopsys 公司(位于紐約州奧思寧)開發(fā)出一種名為Rsoft LaserMOD的新軟件,能夠?qū)ΧO管激光器和VCSELs進行建模,軟件基于速率方程并選用了以特性測量導(dǎo)向的模型。這里有一個額外的選項:Simphotek公司(位于新澤西州紐瓦克市)的工程師發(fā)明了一種分析激光器和放大器的模型,滿足激光世界2012年度前20技術(shù)榜單的評選條件,同時公開了一些對極度復(fù)雜的激光和光與材料相互作用的物理過程迅速直接建模的研究案例。

7、光子學(xué)研究成果展示

極紫外光刻光學(xué)系統(tǒng)。這是人們提出的最具實用價值的光子學(xué)項目之一,雖然已經(jīng)經(jīng)過了數(shù)十載的研究,但是仍處在發(fā)展當(dāng)中。現(xiàn)在的技術(shù)水平已經(jīng)可以以12納米的分辨率成像,并僅有幾個納米的圖像畸變。這是一項能夠讓你手中筆記本電腦和智能手機質(zhì)量變輕的研究。對于采用傳統(tǒng)光源(準(zhǔn)分子激光器)進行光刻而言,現(xiàn)如今的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了極限,光刻技術(shù)的發(fā)展的新方向就是13納米的極紫外(EUV)光刻。與以前一樣的是,光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑(NA)越大,其分辨率越高。

8、薄片激光器

薄片激光器的結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點是能夠快速的將激光增益介質(zhì)中產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出,并且不會帶來光束畸變,薄片激光器的輸出能力已經(jīng)達到了30千瓦的水平,已經(jīng)超過了美國國防部的“耐用電子激光倡議RELI”的能量水平,被認為是定向能武器的有力候選者。這種薄片激光器由波音公司(位于新墨西哥州阿爾伯克基)研發(fā)。

9、更高的激光核聚變輸出

或許如今最大型的激光核聚變裝置當(dāng)屬美國的國家點火裝置(NIF,位于加利福尼亞州利弗莫爾實驗室),該裝置不僅要努力實現(xiàn)最低限度的任務(wù)目標(biāo)即激光核聚變,而且要對美國核武器在實驗室中的存儲進行安全測試。今年,NIF創(chuàng)紀(jì)錄的從氘氚目標(biāo)靶丸中產(chǎn)生了近的3 ×1015個聚變中子,向?qū)崿F(xiàn)靶丸自持續(xù)燃燒的目標(biāo)更進了一步--但是還沒有點火成功,正如一些大眾化新聞機構(gòu)讓你相信的那樣。

10、單中心透鏡

光學(xué)設(shè)計中最有趣的事情之一就是設(shè)計單中心透鏡,所謂單中心透鏡就是所有的面都有著相同的曲率中心,這樣能夠消除限制光場尺寸的所有因素(盡管成像“面”還是一個球面)。加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究團隊發(fā)明了一種微型單中心透鏡,能夠適用于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼單反相機(DLSR)。

11、用于光學(xué)制造的OCT技術(shù)

光學(xué)相干斷層掃描(OCT)技術(shù)最知名的應(yīng)用是對生物組織進行詳細的3D成像,但是其實OCT也能夠應(yīng)用于其他方面。羅切斯特大學(xué)(位于紐約州羅切斯特)的研究人員以及另外一些研究人員報導(dǎo)了利用OCT技術(shù)進行聚合物梯度折射率透鏡的詳細描述,用以幫助其改善透鏡的制造過程。

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