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添彩冬奥会,激光技术都有哪些硬核表现?

“黄河之水天上来”、激光雕刻“冰雪五环”、“雪花火炬”飘扬升空……冬奥会开幕后,这些科技感满满的场面持续刷屏朋友圈。

其实,不仅仅是开幕式,从火炬设计到场馆建设,从室内到室外,本届冬奥会处处都有激光“黑科技”的加持,也不乏优秀激光企业的身影。而这其中的不少环节,都展示了激光技术的硬核实力和激光应用的无限前景。

添彩冬奥会,激光技术都有哪些硬核表现?下面,我们就来探寻一下吧!

01. 24道激光“雕刻”成“冰雪五环”

在开幕式上,让小编刻骨铭心的画面就是“冰立方”缓缓被激光“雕刻”成晶莹璀璨的五环的画面。

一滴蓝色的水墨滴落,幻化成“黄河之水天上来”的奔腾气象,从鸟巢“碗口”倾泻而下,铺满全场。一方水从中央升起,凝结成晶莹剔透的“冰立方”。“冰立方”上光影闪动,24道激光刻刀从高处投射而来,雕刻反转。冰球运动员挥杆击“球”,“冰立方”逐渐碎裂,巨大的冰雪五环从中露出真容,缓缓上升,五环破冰而出。

从水立方到冰立方,在动用环绕全场的24道“激光刻刀”下,凿出了晶莹剔透的奥运五环。

代表24届冬奥会的24道激光雕刻冰立方,寓意着“雕刻历史,雕刻时光”。过往23届冬奥举办城市依次出现,最终定格为“2022中国北京”。

02. “飞扬”火炬1268个装饰图案由激光雕刻

北京冬奥会火炬“飞扬”整体外观自下而上从寓示吉祥的祥云纹样逐渐过渡到剪纸风格的雪花图案,旋转上升,如丝带飘舞,最后呈现为飞扬的火焰。“飞扬”优雅的外观之下,包含着硬核科技,其中也少不了激光雕刻的身影。

“飞扬”火炬主要分为三个部分:外飘带、内飘带和氢气燃烧装置。外壳采用了碳纤维复合材料则为全球首次,通过全国首创、全球领先的三维编织装置制造。织出的外衣仅仅是火炬柔软的“骨架”,再向里注入特殊树脂,固化成型后才能成为坚实的外壳。然后进行打磨、喷涂,再利用激光雕刻,刻出火炬身上1268个图案装饰,最后完成整体总装。

03. 光峰科技用激光“云上写字”为冬奥会献礼

2月4日晚8点,2022冬季奥林匹克运动会开幕式在北京“鸟巢”国家体育场隆重开幕。与此同时,远在千里之外的光峰科技(688007.SH)在冬奥会开幕式深圳分会场用激光在云上写字和打出“五环”为冬奥会献礼。

在光峰科技ALPD激光技术加持下,四条耀眼的激光光柱冲上云霄,全球首次用激光在云上写出“天下一家”四个大字,并在云端打出“五环”标志,为本届冬奥会喝彩。

光峰科技在2022北京冬奥会开幕式深圳分会场上空首次用激光在云上写出“天下一家”四个大字,并在云端打出“五环”标志

本次投影设备釆用了光峰科技自主研发的ALPD激光显示技术,具备高亮度、高画质、高可靠性等特点。

据现场技术人员介绍,采用该技术的设备能够大幅提升电光转换效率,降低热损耗,结合3DVC的散热技术,体积成倍减小,完美解决如电光转换效率低,发热量大,需要大型散热装置等多项技术难题。

同时根据该项目“云端成书”的需求同步叠加超远距投影技术,突破了常规投显技术500米的距离限制,实现最远3000米,高达10万流明亮度的远距离成像,在云层展现肉眼可见的清晣画面。

04. 激光“雪屏幕”亮相冬奥会

在被称为“雪如意”的中国国家跳台滑雪中心,有一片极具高科技含量的“雪屏幕”,这是由合肥全色光显科技有限公司与中国科学技术大学共同研发的全色激光投影机。

“雪屏幕”采用两台10万流明超高亮度高清激光投影机,投射到跳台尽头的雪面上,投影显示面积超过1000平方米。与一般的投影相比,全色激光投影色域更广,亮度更高,还有健康护眼和能耗低等优点,因此被冬奥会采用来展示中国显示技术的最新成就。

“雪屏幕”使用的大规模复杂表面全色激光投影显示技术,是“科技冬奥”重点专项——“雪上场馆智慧呈现与先进显示技术研发和应用示范”。

据合肥全色光显董事长许立新介绍,合肥全色光显公司科研团队由两名院士领衔,中科大教授牵头,先后承担了国家重点研发计划,在激光显示领域取得了多项新的突破。本次研发的投影设备在超高亮度、散斑抑制技术、均匀照明等关键技术方面表现优秀,画质清晰、色彩真实,并对地面平整度等复杂场景等具有较强的适用性,不受投影面材质的干扰。

05. 凯普林为中国激光注入火炬精神

此次冬奥会是继2008年北京奥运会之后,中国迎来的又一项顶级盛会。2月2日,北京2022年冬奥会火炬接力启动仪式在奥林匹克森林公园隆重举行,凯普林光电董事长陈晓华作为第261棒火炬手,完成了神圣的火炬传递。

火炬接力完成之后,陈晓华依然难掩激动心情,他表示,“生逢盛世,有幸作为1200名全国各行各业‘不平凡的普通人’之一,成为一名光荣的奥运火炬手,见证历史,融入时代,心潮澎湃!新冠疫情仍未结束,冬季奥运会在这样的背景下举行实属不易,难能可贵。这也激励我们,不管面对什么困难,都要传承奥林匹克运动精神:坚韧不拔、力争上游。在工作和生活中永葆奋进姿态,争取更好成绩!”

奥运火炬象征光明、勇敢、团结和友谊,这不仅与激光行业的追求不谋而合,也与凯普林19年来所凝聚的企业文化相契合。近年来,激光行业迅猛发展,机遇与挑战并存。创新精神和奥运精神一脉相承,面对不断拓展的应用领域,诸多技术难点需要克服,很多科技高峰还需攀登。凯普林人将继续在陈晓华的带领下,以奋斗者为本,不畏艰难,勇于创新,将火炬精神注入中国激光事业,为人类未来的美好生活奋勇前进。

来源:激光制造网 


发布时间 : 2022-02-09

邦德、海目星激光被美国商务部纳入“未经核实名单”

据美联社报道,当地时间2月7日,拜登政府将33家中国实体列入美国商务部的所谓“未经核实名单”(Unverified List),对这些实体从美国出口商获取产品实施新的限制,并要求与这些实体进行贸易的美企进行额外尽职调查。

报道称,被列入这一清单的公司必须接受更严格的出口管控,因为美国官员无法对其进行例行式核查。美国商务部指这批公司在合符法规方面存在问题,因此限制美国企业向该等企业输出受管制技术,或进行业务往来。

这33家中国实体中大多为电子公司,也包括2家激光设备制造商、多家光学公司以及大学的国家实验室和其他公司。

据激光制造网梳理,在该名单中,我们熟知的邦德激光和海目星这2家激光设备企业也位列其中。除此之外,还有惠科光电、德润光学、新光光电、龙昌光学、帆晟光电、超微精纳光电、天合立光电等多家光电企业也名列其中。

被列入名单的邦德激光是一家全球化的激光企业,服务网络覆盖全球九大海外专属负责机构,分别位于德国、俄罗斯、土耳其、美国、墨西哥、印度、韩国、越南、印度尼西亚,服务于全球六大洲180多个国家和地区。作为激光行业领军企业,邦德激光持续聚焦激光切割单品类,创新求变,销量激增。2019年和2020年,邦德在全球经济不景气的环境下,亦逆势增长50%,以2672台、3727台的产销量蝉联销冠;2021年,邦德激光以销量5190台,发货5172台的数据再次创造了行业新奇迹!产品实现了1000w到40000w功率段产品全覆盖。

海目星激光是一家专注于“激光+自动化”行业领先研发型国家级高新技术企业。2020年9月登陆上交所科创板。该公司一直以来深耕激光和自动化领域,现已成为业界数一数二的激光&自动化装备综合解决方案提供商,是国家级高新技术企业。主要从事消费电子、动力电池、钣金加工等行业激光及自动化设备的研发、设计、生产及销售,在激光、自动化和智能化综合运用领域已形成较强的优势。

据了解,纳入这33个中国实体后,该名单榜上实体总数大约达到了175个。其他有实体被列入名单的国家还包括俄罗斯和阿联酋。

本次被纳入“未经核实名单”的33家中国实体具体名单如下:

1. 中国航发南方工业有限公司

2. 北京世维通科技发展有限公司

3. 北京中和航讯科技有限公司

4. 中国第二重型集团德阳万航模锻有限责任公司

5. 滁州惠科光电科技有限公司

6. 东莞德润光学科技有限公司

7. 东莞汇群电子有限公司

8. 广东光华科技股份有限公司

9. 广西铟泰科技有限公司

10. 广州海目星激光科技有限公司

11. 哈尔滨新光飞天光电科技有限公司

12. 合肥安信瑞德精密制造有限公司

13. 鹤山市得润电子科技有限公司

14. 湖北龙昌光学有限公司

15. 湖北兴福电子材料有限公司

16. 湖南大学

17. 济南邦德激光股份有限公司

18. 久天智能装备有限公司

19. 昆山恒瑞诚工业科技有限公司

20. 上海帆晟光电科技有限公司

21. 上海微电子装备(集团)股份有限公司

22. 双翔(福建)电子有限公司

23. 南方科技大学

24. 苏州超微精纳光电有限公司

25. 苏州昀冢电子科技股份有限公司

26. 苏州亮宇模具科技有限公司

27. 无锡药明生物技术股份有限公司

28. 上海药明生物技术有限公司

29. 无锡透平叶片有限公司

30. Yunnan Fs Optics Co., Ltd.

31. 云南天合立光电技术有限公司

32. 郑州百维智能自动化设备有限公司

33. 株洲中车特种装备科技有限公司


发布时间 : 2022-02-08

中科院沈阳自动化所研发出基于激光频率变换技术的中红外探测系统

中国科学院沈阳自动化研究所(以下简称沈阳自动化所)1月25日发布消息称,该所在红外探测领域取得了关键技术突破,实现了基于硒镓钡晶体的3-8微米中红外高灵敏探测,对纳秒脉冲的探测灵敏度指标达到国际先进水平,且实现了系统的国产化。该技术将为我国在生物、医疗、化工等领域开展前沿科学研究提供强有力的探测工具,相关成果被国际光学权威期刊《光学》(Optica)刊发。

基于激光频率变换技术的中红外探测系统。 沈阳自动化所供图

据悉,相对于传统的可见光近红外波段,中红外光与分子之间的共振现象可大幅度提高光谱测量的信噪比,进而实现对物质成分的有效识别。因此,中红外探测技术对于推动生命科学、物性分析等科学探索,以及环保、化工行业、医学诊断等实际应用具有重要意义。

当前,中红外探测主要采用热探测和光电探测两种直接探测手段,现有性能已难以满足科学家们对微量物质的精准检测的需求,探测灵敏度已成为中红外系统的瓶颈问题。

沈阳自动化所研究员祁峰称:“针对当前中红外探测的瓶颈问题,我们提出了基于激光频率变换技术的解决方案,设计并搭建了实验系统。其工作原理是将弱中红外信号高效率地转换为近红外信号,该近红外光携带了中红外光的信息且易于探测,通过这种间接探测的方式大幅度提高中红外信号的探测灵敏度。”

硒镓钡晶体

据祁峰介绍,经过深入分析研究多种晶体的光学特性,科研团队将目标锁定在硒镓钡晶体,该晶体由中科院理化所姚吉勇团队研制。“硒镓钡晶体通常是作为波源使用,我们大胆尝试,将它作为探测系统的一部分,在掌握其光学特性的基础上设计了高性能光参量振荡器,优化了相位匹配条件,解决了弱信号环境下的强背景噪声抑制等问题,实现了收发一体的中红外系统。”

通过对纳秒级脉冲的实验测试表明,该系统目前可达到的探测灵敏度优于碲镉汞探测器100倍,实现了飞焦级纳秒脉冲的有效探测,系统的动态范围超过110分贝,在宽频范围内的均匀响应可达到1.4个倍频程,上述两指标均优于传统的直接探测系统。

科研人员在实验室开展测试。 沈阳自动化所供图

沈阳自动化所所长、中科院光电信息处理重点实验室主任史泽林表示,该所在光电探测研究中,坚持需求牵引、问题导向,通过探测新机理、新方法,攻克了高灵敏度红外探测等难题。实现基于硒镓钡晶体的中红外高灵敏探测,将有可能为生物、医疗、化工等领域带来新的科学手段,让原来办不到的事情变得可能。

来源:中新网


发布时间 : 2022-01-26

微源光子获小米关联公司投资,已申请多项激光相关专利

近日,微源光子(深圳)科技有限公司发生工商变更,新增股东为小米关联公司海南极目创业投资有限公司。公司注册资本由原70.65万元人民币增至为84.93万元,增幅为20.21%。

微源光子成立于2018年11月,法定代表人为朱晓琪,经营范围包含:混合集成电路、片式元器件、光电子器件及传感器等新型电子元器件的技术开发等。公开资料显示,微源光子聚焦于微型化窄线宽激光器、低噪声毫米波源以及配套光电模组的研发、生产,核心技术拥有自主知识产权,产品性能指标可达到国际先进水平。

该公司设计的窄线宽激光器为目前国内唯一的此类型产品,供应链体系全国产化,可突破国外友商在此领域的技术垄断地位。公司的产品体系可为激光测量(激光雷达、测距测绘、三维扫描)、高速光通信、芯片级原子钟、毫米波通信、尖端科研教育等领域,提供成本优异的高性能光电解决方案,具备千亿级下游市场潜力。

据资料显示,微源光子已完成数千万元融资。公开专利申请15件,均为非外观专利,市场价值较高。 已申请包括一种激光发射模组、一种抗复杂环境干扰的激光测距仪、一种加固型光学座固定夹具、一种相干激光雷达使用的窄线宽激光器、一种激光超连续感知系统等在内的多项激光相关专利。

综合:上海证券报、集微网


发布时间 : 2022-01-25

中科煜宸激光喜迁新址,总部基地正式投入使用

1月24日,南京中科煜宸激光技术有限公司(以下简称“中科煜宸激光”)发布消息称,因业务发展需要和公司规模的进一步扩大,自2022年1月17日起公司总部已搬迁至新的地址(南京市栖霞区栖霞大道68号3号楼),并已正式投入使用。

中科煜宸激光新的总部基地含有先进研发实验室,规模化、数字化生产车间,先进核心器件(送粉器、加工头)研发室,高水平软件研发室,科技感展示厅等一系列齐全配置。

中科煜宸激光是由“国家级重大人才工程”邢飞博士及其团队创办,是中国科学院上海光学精密机械研究所成功孵化的高新技术企业。该公司专业从事激光增材制造装备(3D打印、激表面技术)、智能激光焊接装备、自动化生产线、核心器件(工艺软件、送粉器、加工头)和金属粉末材料的研发与制造。

生产车间

目前,公司在大型及中小型金属激光增材制造装备方面已取得了突破性进展,大型送粉式金属3D打印装备采用具有自主知识产权的核心部件(如加工头、送粉器、工艺软件等),其成果已广泛应用于汽车、船舶、模具等行业,为以上领域的终端用户提供了上百套智能金属激光增材制造装备,中科煜宸已成为国内系列化金属激光增材制造装备的供应商。中科煜宸通过不断技术创新和产业整合,紧密围绕增材制造产业链和创新链,誓做国内增材制造领域的优质品牌。

测试车间

 研发中心

据中科煜宸官网显示,公司已为国内研制并提供多套远程激光焊接系统、激光-MIG(MAG)复合焊接系统、激光-TIG复合焊接系统、窄间隙激光填丝焊接系统、激光钎焊系统等。同时公司对激光焊接过程中智能检测技术及闭环焊接质量控制技术等方面进行了深入的研究,相关成果荣获了2016年度中国机械工业科学技术进步一等奖,并实现了产业化应用。公司在高温合金尤其铝合金、钛合金、铜合金激光焊接方面取得了重大突破,在新能源汽车领域,中科煜宸成功攻克了全铝车身及零部件的激光焊接难题,电机铜合金转子激光焊接等难题,得益于与忠旺铝业集团、KUKA工业公司全面的战略合作,中科煜宸可为客户提供新能源汽车从材料创新设计、制造工艺到集成制造装备全面的系统解决方案。在船舶领域,中科煜宸研制出拥有自主知识产权的关键构件焊接工艺方法,成功解决了厚板激光复合焊接技术难题;在机车制造领域,中科煜宸实现了中国高端制造领域关键零部件焊接难题的突破,为广大行业客户,提供激光焊接高端装备解决方案。

公司立足于自主创新,致力于打造激光完整产业链,逐步在东北、华东、华中、西南区域分别布局建设了研发中心、应用示范中心、营销中心及加工制造服务基地。

编辑:激光制造网


发布时间 : 2022-01-25

广东省新兴激光等离子体技术研究院获评为省高水平创新研究院

白云区重大平台建设迎来新突破!日前,由白云区与北京大学合作共建的广东省新兴激光等离子体技术研究院,获评为广东省高水平创新研究院,获得最高标准的资助。这是白云区联合国内高校搭建重大科技创新平台取得的阶段性成果。

搭建领先研究团队

加速推动科研成果市场化

2020年9月9日,白云区携手北京大学共建广东省新兴激光等离子体技术研究院,以省级高水平创新研究院、新型研发机构为建设目标,围绕飞秒拍瓦激光技术、激光加速器技术等方面,展开应用研究与成果转化,促进激光加速器与医学、工业、电子以及材料等学科的交叉融合,创建产业孵化平台,提升产业化速度。

仅仅一年,广东省新兴激光等离子体技术研究院就顺利获评为广东省高水平创新研究院,并获得广东省科技厅最高标准的项目资金支持。在该研究院副院长朱昆看来,这是研究院落户白云后取得的重要认可和支持。

▲广东省新兴激光等离子体技术研究院

据了解,广东省新兴激光等离子体技术研究院在白云区拥有超过一万平方米的综合楼以及配备百级超洁净间的装备实验楼,已引进研发人员36人,其中硕士8人、博士16人,硕士以上学历占比超过65%,正逐步搭建一支从基础理论、实验技术、应用创新到成果产业转化的全链条跨校企国际领先的科研队伍。

▲广东省新兴激光等离子体技术研究院办公场所

在科技攻关方面,该研究院已完成40TW高功率飞秒激光器前端系统搭建,并已启动大面积等离子体镀膜设备、无液氦超导低温恒温器和大科学装置关键元件等项目的研制。其中,安培级宽幅离子源样机已搭建成功,该研究院将加速推动宽幅离子源用于高性能镀膜机和离子注入机。

该研究院独资设立的广东省飞拓激光等离子体科技有限公司,主要负责研究院的成果转化,近期已开展企业孵化和上下游产业链成果转化业务。未来,该研究院将在广州民营科技园规划建设激光等离子体产业园,拟设立专项产业基金,进一步集聚产业发展。

接下来,该研究院将积极推进市场化运作探索,加速科技成果转化。“下一步,我们计划推动成果转移转化不少于5项,孵化科技企业不少于3家。”朱昆说。该研究院还将按计划尽快完成超洁净实验室搭架,开展激光等离子体技术科研攻关,突破核心部件关键技术,实现高功率飞秒激光器国产化,成为科技成果产业转化关键平台。同时,进一步优化提升产业生态配套,研究设立专项基金,高标准打造专业园区,集聚产业上下游优质企业,努力推动形成新兴产业集群。

赋能传统产业

未来五年打造百亿级产业集群

通过与高校的合作,逐步将资源聚拢而来,此即白云心之所向。

白云区科工商信局有关负责人表示:以人才资源为例,广东省新兴激光等离子体技术研究院与北京大学一起组建了高端人才汇聚的科研团队,几乎是可遇而不可求的。未来可以该研究院为中心,探索新技术应用至医疗、半导体和传统工业等领域的同时,继续发挥引才聚才优势,实现各方向人才的学科交叉和优势互补,逐步建立高端人才聚集高地,使人才资源辐射白云更多的区域、更多的产业。

▲广东省新兴激光等离子体技术研究院正逐步搭建优质科研队伍

在白云区描绘的蓝图中,未来五年将依托广东省新兴激光等离子体技术研究院,推动激光技术赋能传统产业,促进激光质子刀、离子注入机等创新技术在医疗、半导体和传统工业等领域推广应用,实现产业化发展。建设激光等离子体产业园,大力引进激光及等离子体应用领域的上、中、下游企业,打造高端激光等离子体(光电)产业集群。

▲白云区将依托广东省新兴激光等离子体技术研究院,推动激光技术赋能传统产业

这也是白云区提出的打造六大面向未来的百亿级战略性新兴产业集群的底气和信心。该研究院落户白云后,还联合北京大学建设联合实验室,全面开展激光及等离子体技术科研攻关,加速推动科研成果市场化转换,计划五年内努力打造出一个百亿级激光等离子体产业集群。

该研究院对未来发展充满勃勃雄心。朱昆表示,在当地政府和北京大学的支持下,研究院将围绕肿瘤诊疗、芯片制造等领域,聚焦“卡脖子”技术问题,引进高层次人才,梳理“0到1学术创新链”,对接地方政府产业链,推动科技成果转移转化,打通产学研“最后一公里”,助力粤港澳大湾区实现高质量发展。

白云区科工商信局有关负责人表示:该研究院获评省高水平研究院,是白云区重大创新产业平台建设的一大突破。接下来,广州市也将给予该研究院专项支持,市、区联动,携手北京大学推进重大科技创新成果转化,疏通应用基础研究和产业化连接的快车道,进一步拓展白云与高校、科研院所、企业的合作,引进高端研发资源,更好地实现科技和产业的融合。

来源:广州白云发布、白云区融媒体中心


发布时间 : 2022-01-24

通快开发新型环芯可调切割技术,采用二合一激光光纤专利技术

的环芯可调切割技术(BrightLine Speed)使得三维激光切割更加高效,切割零件的速度提高了60%,气体消耗量是传统激光切割的一半。

通快公司开发了一项新技术,提高了金属板材切割的速度和效率。

这项创新解决方案被称为环芯可调切割技术(BrightLine Speed),它为热成型部件的三维切割提供了显著的优势。例如,用于生产汽车制造业的B-pillar和门环。

三维激光切割

通快公司产品经理Ralf Kohll ffel先生表示:“环芯可调切割技术(BrightLine Speed)使我们对厚度高达4毫米板材的切割速度提高了60%。”

但那还不是全部:与传统的激光切割相比,环芯可调切割技术(BrightLine Speed)使每个零件消耗的切割气体减少约50%。

更重要的是,在相同的激光功率下,环芯可调切割技术(BrightLine Speed)使切割工序的生产效率提高了15%,因此制造每个零件所需的能量也相应减少。

Kohll ffel先生说:“来自通快的新型切割技术速度更快,使用的气体更少——这将有利于节约成本并为我们的客户提高生产效率。”

二合一激光光纤专利技术

环芯可调切割技术(BrightLine Speed)的核心是通快的一项新型专利技术——激光光缆(LLK),同时具有内部和外部光纤芯的"二合一"创新技术。

TruDisk 碟片激光器将激光耦合到激光光缆中,并通过一个楔形开关的装置将激光功率分配到内芯和外芯上。

这使用户能够更精确、更灵活地调整激光功率和光束轮廓,以适应当前正在加工的板材厚度。

来源:通快


发布时间 : 2022-01-22

浙大成果“飞秒激光三维极端制造新技术”登上《科学》

激光被称为“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”,自上世纪60年代初人类发明第一台激光器以来,已广泛应用于我们生活的方方面面。激光被公认为20世纪人类最伟大的四大发明之一。激光分连续激光和脉冲激光。上世纪80年代,科学家发明了一种奇特的激光——飞秒激光,一种人类在实验室可以实现的超短脉冲激光。它具有超快、超强和超宽频谱的特点,近年发展非常迅速,飞秒激光相关的技术和前沿应用成果已诞生了多项诺贝尔奖,现在很多眼科近视矫正手术都用到了飞秒激光。


不过,飞秒激光与物质相互作用的机理错综复杂,仍然存在很多疑问,连科研人员都琢磨不透它的“脾气”。近日,浙江大学光电科学与工程学院邱建荣教授团队发现了飞秒激光诱导的空间选择性微纳分相和离子交换规律,开拓了飞秒激光三维极端制造新技术,首次在无色透明的玻璃材料内部实现了带隙可控的三维半导体纳米晶结构。这将为新一代显示和存储技术提供新的方向。


北京时间2022年1月21日,国际顶级学术期刊《科学》刊登了这项成果。论文共同第一作者为浙江大学光电科学与工程学院博士生孙轲、之江实验室PI谭德志、上海理工大学研究员方心远。通讯作者为谭德志博士和邱建荣教授。


在论文工作的机理解释、全息显示以及Micro-LED演示等方面,团队与丹麦奥尔堡大学岳远征院士、上海理工大学顾敏院士团队、南方科技大学刘召军教授团队以及浙江大学农生环测试中心进行了卓有成效的合作。




激光界的“小李飞刀”


飞秒是度量时间长短的一种计量单位,也称为毫微微秒,1飞秒为1秒的一千万亿分之一。飞秒激光,顾名思义就是在飞秒的时间段内发出的脉冲激光,也就意味着能量在飞秒间瞬间释放。有一个成语叫蓄势待发,正好可以用来形容能量在飞秒内的集中爆发。


飞秒激光有何惊人之处?一是瞬时峰值功率非常高,甚至比全世界发电总功率还要多出百倍,二是能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域内,使电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高。高峰值功率、能聚焦,由此带来飞秒激光一个非常显著的特质,光强甚至能达到10²²W/cm²量级。这样的强度远远超过了原子内部相互作用的库伦场,所以,飞秒激光脉冲能轻易使电子脱离原子的束缚,形成等离子体。


正是因为具有超快超强的特点,飞秒激光被广泛应用于信息、环境、能源、医疗等各个领域。“为什么飞秒激光能用来做手术?因为眼部神经血管很丰富,手术需要稳、准、狠,而这把‘激光刀’干净利索,只对聚焦点区域产生作用,不影响周围环境。”邱建荣说。


稳准狠的飞秒激光,是不是跟古龙笔下例无虚发的小李飞刀有几分相似呢?


揭开飞刀秘密


当将飞秒激光聚焦到透明材料内部时,会产生一系列基于多种高度非线性效应的物理化学动力学过程。尽管飞秒激光有这么多用处,但是科研人员对其机理依旧知之甚少。


邱建荣团队长期从事飞秒激光与材料相互作用研究,并取得一系列高度原创的重要突破,处于国际领先地位。比如他们发现了飞秒激光诱导折射率变化、偏振依赖纳米光栅、沿激光传播方向周期性纳米孔洞等新现象和新机制,开拓了空间选择性操控离子价态、直写三维光波导、析出和擦除功能纳米晶体等新技术,部分成果已经在集成光路、光通讯等领域得到应用。


取得这次成果的第一步是制备均匀透明玻璃。“如果玻璃里面有一点气泡、结石或者条纹就会影响折射率分布,最终导致基于多光子效应的光与玻璃相互作用效果的剧烈变化。”研究团队利用长期研究积累的丰富经验,在大量实验的基础上,成功烧制出了均匀的适合激光加工的前驱体玻璃。


接下来的一步就是把飞秒激光聚焦照射到玻璃内部。但是刚开始的试验,团队并没有找到规律,邱建荣团队开展了他们一贯所提倡的“地毯式轰炸”试验模式,反复调整,反复试验。在经过精心设计和一系列优化后,团队最终获得了理想的超快激光精雕工艺,成功在玻璃内部实现了组分可调的钙钛矿纳米晶(图1),在“一瞬间”的时间尺度就能随心所欲实现结构和性能操控。


图1 超快激光直写玻璃中成分可调节的CsPb(Br1-xIx)3钙钛矿的纳米晶光致发光光谱,以及对应的光学和荧光照片,比例尺为10μm。


接下来是如何进一步让激光在瞬间刻出具有众多像素点构成的三维图案?如何利用透射扫描电镜观察比头发丝还要细得多的刻痕?团队在踏踏实实的研究中攻克了一个个难关。


或将成为新一代的存储和显示材料


2019年团队第一次能够调控一种发光颜色。经过进一步系统研究,如今团队已经能调控多种发光颜色了。


“我一直认为科学研究没有什么捷径可走,我们需要老老实实一步一个脚印地开展实证。”邱建荣说。


团队以含Cl--Br--I-的卤氧化物复合玻璃为例,实现了在玻璃中具有可调谐成分和带隙的钙钛矿纳米晶3D直接光刻,形成的纳米晶在紫外线照射、有机溶液浸泡和250摄氏度高温环境中表现出显著的稳定性,展示了这种3D结构纳米材料在光存储、Micro-LED和全息显示方面的应用。


为了进一步展示该技术的特点,研究团队在微米级精度内实现了应用于多维信息编码和防伪的钙钛矿纳米晶彩色图案化,以及在一块Cl--Br--I-共掺杂玻璃内部的全彩色发光图案和3D微螺旋直写以及三维全息显示(图2)。由于超快激光诱导的液相纳米分离只发生在玻璃内部的局部位置,三维激光直写技术排除了材料合成和器件加工过程中有机组分(试剂和溶剂)的污染。此外,稳定性实验表明该类器件可以在各种环境中长期使用。


图2 飞秒激光三维直写玻璃中钙钛矿纳米晶的彩色发光图案和全息显示。


此项研究的一个应用方向就是三维、四维甚至更多维度的光储存。“现有的存储设备多为磁存储,有一些缺点,一是使用寿命只有3-5年,二是耗能比较大,散热要求高。”谭德志表示,光存储不仅功耗小,而且容量有望达到1PB/光盘,将是一个大有可为的未来发展方向,预期存储寿命将达到几百万年之久。


该工作得到了国家自然科学基金的资助(U20A20211, 51902286, 61775192, 61905215, 51772270, 62005164)和上海市前沿科学中心项目2021-2025 (NO.20)的资助。论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj2691


来源 : 浙江大学 发布时间 : 2022-01-21

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