2013年度光子学及激光领域前20大进展

2019年04月11日 来源:

2013年度光子学及激光领域前20大进展

作者:激光世界 来源:激光世界

光子学世界中的人们擅长的是提出新奇的点子和发明有趣的新鲜事物,同时他们还不断的推动着现有的光子学技术进步。接下来将为你带来2013年度光子学及激光领域的前20大进展:

1. 头戴式显示设备

近日,消费者在通信领域和计算机领域对churn的高度评价,使人们相信光子学研究是时候向和消费者世界的交叉路口进军了。类似眼镜的头戴式显示设备中,着名的就是谷歌公司所研发的基于液晶显示的谷歌眼镜。同时,其他公司也在研究各自的设备,采用不同的显示技术和成像技术,比如有机电致发光二极管和硅基板液晶显示。

2. 对白光LED的理解

标准白光LED,由氮化镓(GaN)半导体发射的蓝光和磷光体发射的黄光合成,已经成为当今市场上效率的照明用白光光源。但是有一个限制它变得更加高效的因素,那就是所谓的效率下降现象当白光LED的驱动电流升高时,量子效率出现下降的现象。此现象的发生机理已经争论多年,近,加州大学圣芭芭拉分校(UCSB)和法国巴黎综合理工学院(位于法国巴黎的帕莱索小镇)的研究人员的实验结果明确指出,此现象可能会导致白光LED的照明效率达到300lm/W。

3. 功率的激光器及其测试方法

让我们来到工业界,用于材料加工处理的激光器的功率变得更高了实际上,它们现有的功率水平已经超过现有的应用水平了,这将促使研究者们去寻找怎样才能充分利用这些高功率激光器。由IPG Photonics公司(位于马塞诸塞州牛津镇)研发的一种100千瓦的光纤激光器已经实现了商业化生产,台产品在今年的早些时候被运送到NADEX激光研发中心(位于日本名古屋),该中心主要针对激光器的材料处理性能开展详细研究。对于这台激光器,Ophir Photonics公司(位于犹他州北洛根)特意研发了一种激光功率计,在输出1070纳米的激光时,测程能够覆盖到100千瓦。

4. 直接半导体系统

高功率直接半导体激光传输是将二极管激光器的输出光直接耦合进光纤中,终能获得高达千瓦量级的输出,因为二极管激光器的电光转换效率高达70%,所以这种方式的总体效率非常高。这种技术的难点在于如何将足够大的激光能量耦合到非常细小的光纤当中,终获得有实用价值的并且亮度足够大的光束。为此对多种耦合方法进行了实验研究。

5. 应用于光谱学的垂直腔面发射激光器(VCSELs)

来自联邦物理技术研究院(PTB,位于德国布伦瑞克)、达姆施塔特工业大学(位于德国达姆施塔特)、以及杜伊斯堡大学(位于德国杜伊斯堡)的科学家们已经完成了利用垂直腔面发射激光器(VCSELs),开展可调谐二极管激光器吸收光谱(TDLAS或TDLS)的相关研究。此方法能够用于检测内燃机中的水蒸气,可取代分布反馈式器。VCSELs有着很大的可调谐范围,并且在高调制率时调谐范围不会减小,因此能够覆盖整个吸收线范围。

6. 激光建模软件

在搭建激光器光路之前(或者实验优化过程中),如何能够建立一个数值化物理模型,能够描述激光器特征?Synopsys 公司(位于纽约州奥思宁)开发出一种名为Rsoft LaserMOD的新软件,能够对二极管激光器和VCSELs进行建模,软件基于速率方程并选用了以特性测量导向的模型玉石枕头供应
。这里有一个额外的选项:Simphotek公司(位于新泽西州纽瓦克市)的工程师发明了一种分析激光器和放大器的模型,满足激光世界2012年度前20技术榜单的评选条件,同时公开了一些对极度复杂的激光和光与材料相互作用的物理过程迅速直接建模的研究案例。

7. 光子学研究成果展示

极紫外光刻光学系统。这是人们提出的实用价值的光子学项目之一,虽然已经经过了数十载的研究,但是仍处在发展当中。现在的技术水平已经可以以12纳米的分辨率成像,并仅有几个纳米的图像畸变。这是一项能够让你手中笔记本电脑和智能质量变轻的研究。对于采用传统光源(准分子激光器)进行光刻而言,现如今的技术已经发展到了极限,光刻技术的发展的新方向就是13纳米的极紫外(EUV)光刻。与以前一样的是,光学系统的数值孔径(NA)越大,其分辨率越高。

8. 薄片激光器

薄片激光器的结构上的优点是能够快速的将激光增益介质中产生的热量导出,并且不会带来光束畸变,薄片激光器的输出能力已经达到了30千瓦的水平,已经超过了美国国防部的耐用电子激光倡议RELI的能量水平,被认为是定向能武器的有力候选者。这种薄片激光器由波音公司(位于新墨西哥州阿尔伯克基)研发。

9. 更高的激光核聚变输出

或许如今型的激光核聚变装置当属美国的国家点火装置(NIF,位于加利福尼亚州利弗莫尔实验室),该装置不仅要努力实现限度的任务目标即激光核聚变,而且要对美国核武器在实验室中的存储进行安全测试。今年,NIF创纪录的从氘氚目标靶丸中产生了近的3 1015个聚变中子,向实现靶丸自持续燃烧的目标更进了一步但是还没有点火成功,正如一些大众化机构让你相信的那样。

10. 单中心透镜

光学设计中有趣的事情之一就是设计单中心透镜,所谓单中心透镜就是所有的面都有着相同的曲率中心,这样能够消除限制光场尺寸的所有因素(尽管成像面还是一个球面)。加州大学圣地亚哥分校的研究团队发明了一种微型单中心透镜,能够适用于标准数码单反相机(DLSR)。

11. 用于光学制造的OCT技术

光学相干断层扫描(OCT)技术知名的应用是对生物组织进行详细的3D成像,但是其实OCT也能够应用于其他方面。罗切斯特大学(位于纽约州罗切斯特)的研究人员以及另外一些研究人员报导了利用OCT技术进行聚合物梯度折射率透镜的详细描述,用以帮助其改善透镜的制造过程。

12. 纸质太赫兹透镜

前20榜单的候选名单都是一些新奇的技术,这使人深受启发。这里要介绍一种非常实用的新奇技术:用纸制造太赫兹聚焦透镜。这种技术是由华沙理工大学(位于波兰华沙)和萨瓦大学(位于法国勒布尔热)的研究人员提出的,这些菲涅尔区平透镜被剪成直径为100毫米的大小,并起到对一个太赫兹光学系统快速准确建模的作用。

13. 径向振荡光

与光子学领域的大多数研究人员相反,维也纳科技大学(位于瑞士维也纳)的研究者们制造出了沿径向振荡的光。他们使用光纤的隆起部分捕获光,这种结构很实用,并允许光与物质通过光纤端面的隐逝波进行强耦合。

14. 用光纤传输每秒千万亿比特的数据

以前有谁能够想到一根光纤就能够传输以每秒近千万亿比特量级的速度传输数据?这一壮举在今年早些时候由NTT公司 (位于日本横须贺市、厚木市、和筑波市)Akihide Sano领导的研究小组实现。光纤包括12个芯,以一种 交错式传播方式分成两个环形,环的相对方位使芯间的串扰小。研究人员证明了单方向的传输速度为409 Tbit/s,则总传输速度为818 Tbit/s。

15. 块状硅产生白光

在通常的认知里,块状硅并不适用做发光源。然而宾夕法尼亚大学(位于宾夕法尼亚州费城)的研究小组研制成功一种能够产生宽谱可见光的块状硅,秘诀在于纳米线和等离子体纳米腔的正确结合。研究人员接下来的目标是用电泵浦此结构,使其能够在集成光子学中发挥作用。

16. 应用于光谱学的光子集成光路

光子集成光路(PIC)包括锑化镓(GaSb)激光器和置于绝缘硅(SOI)上的光电探测器。PIC是实现芯片化短波红外(SWIR)光谱仪的里程碑式的创造,在比利时根特大学(位于比利时根特)和蒙彼利埃大学(位于法国蒙彼利埃)研制成功。PIC工作波长为2微米区域(分子指纹区的短波限)。未来的设备能够将这一范围延展到中波红外区(MWIR)。

17. 光学相控阵列

采用标准化CMOS制造技术,麻省理工学院(MIT,位于马塞诸塞州剑桥)的研究人员在一块面积仅为几平方毫米的硅芯片上,制备出一种6464阵列的光学纳米天线相控阵列,每一个纳米天线都是无线电相控阵列的光学版本。像无线电天线一样,有可能通过光学相控产生一束高速电操纵的光束。一个较小的88阵列的原理样机已经能够引导1.55微米波长的光波传输。

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. 应用于光学相干断层扫描(OCT)的可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)

依靠微电机系统(MEMS)调谐波长的VCSLEs设备将OCT的扫频光源轴向成像范围从毫米量级扩大到几十厘米量级,能够对整个眼球进行体成像,能够表征大型制造零件,并对设备的多普勒OCT扫描速率进行表征。该激光器由Thorlabs 公司(位于新泽西州纽顿)、Praevium Research公司(位于加州圣巴巴拉)、以及麻省理工学院(MIT)的研究人员研制成功,扫描频率能达到1MHz,扫描深度大于15厘米。

19. 变焦隐形眼镜

一种完全自给式的变焦隐形眼镜今年在加州大学圣地亚哥分校的研究团队努力下成功问世,这种眼镜能够使佩戴者选择在正常画面和放大的画面之间进行切换。这种眼镜的样机包括一个液晶(LC)快门和四个共轴非球面反射镜,拥有2.8倍变焦能力,并在一个机器眼上通过测试。当LC工作时,聚合物透镜进行衍射相差校正。此项专利技术旨在缓解与年龄有关的黄斑性变(AMD)的视力问题。

20. 用光的方法使癫痫症发病状态停下来

本年度上榜的一个新技术有着大赢家的全部特征:本技术来源于一个快速增长的领域(光感基因技术),旨在阻止一种真正使人衰弱的疾病(癫痫症)星力游戏注册
,并且已获得了一些初期的实验成果,同时有可能解决许多传统技术的副作用。在实验中,将光纤植入到老鼠的脑内,植入的区域是脑电图仪(EEG)显示的癫痫症发作点。使用经光纤输出的黄灯来使癫痫发病状态在1秒之内停下来。研究人员希望他们的成果能够为传统的电刺激的治疗方法提供一种更好的代替方案。

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