“纪念激光器诞生60周年”专题前言
——钟敏霖
[摘要]今年是激光诞生60周年，激光的诞生使人类掌握了一种强大光源和工具，大大推进了我们的科技进步，也照亮了我们的生活。为纪念激光器诞生60周年，本刊邀请了活跃于科研第一线的知名中青年专家，撰写了一批有份量的优秀综述，内容包括激光器研究与进展、激光材料、光场与激光束特性、激光制造、激光空间应用与新应用、激光大科学装置等，展示了激光与相关领域的最新研究、进展和未来发展趋势...
查看详情
中国科学院半导体研究所纳米光电子实验室
[摘要]半导体激光器从诞生至今半个世纪，在理论、实践和应用方面取得了巨大进展，占据了整体激光领域的大部分市场，广泛应用于通信网络、工业加工、医疗美容、激光传感、航空国防、安全防护，以及消费电子等领域。本文在回顾国际国内早期半导体激光器发展历程的基础上，重点针对高功率泵浦源领域的 GaAs基8xxnm 和9xxnm 半导体激光器，三维感知领域的905 nm 隧道结激光器和940 nm 垂直腔面发射激光器，以及光谱分析和红外感测领域的 GaSb基红外激光器和InP基量子级联激光器进行了简单总结。内容包括半导体激光器的主要应用场景、所追求的主要目标、近10年国内外发展的最新进展，以及今后可能的发展趋势与方向。
南京航空航天大学材料科学与技术学院
[摘要]激光增材制造技术是当今世界科技强国竞相发展的一项关键核心技术，为航空航天等领域高性能金属构件的设计与制造开辟了新的工艺技术途径。航空航天金属构件兼具轻量化、难加工、高性能等特征，对激光增材制造的材料设计、结构优化、工艺调控及性能和应用评价等均提出了严峻挑战。针对航空航天领域三类典型应用材料 （即铝、钛、镍基合金及其金属基复合材料）、四类典型结构（大型金属结构、复杂整体结构、轻量化点阵结构、多功能 仿生结构等），阐述了近年来国内外在面向激光增材制造的新材料制备、新结构设计、增材制造形性调控、高性能/ 多功能构件制造及航空航天应用等方面的研究进展，提出了高性能金属构件激光增材制造的宏/微观跨尺度形性 协调机制，并就激光增材制造技术在材料-结构-工艺-性能一体化方向的研究及发展作一点思考与展望。
南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室
[摘要]超快激光成丝是高功率超快激光在透明光学介质中传输时出现的一种独特非线性光学现象，所产生长度远超共焦范围的离子体通道被称为光丝；同时伴随超连续谱产生、荧光辐射和受激放大、脉冲自压缩等丰富的光学效应，在大气遥感、超快激光技术、人工干预天气、激光超精细加工等方面具有广泛应用前景。本文对成丝现象研究的历史发展进行了简单介绍，包括实验技术、基本物理机制和调控方法的主要研究进展，并对成丝在大气远程应用、物理化学机制、强THz波产生等方面的研究所面临的挑战进行了展望。
清华大学电子工程系
[摘要]近年来，以神经网络为代表的人工智能技术正向着高速低功耗的方向快速发展。然而，受限于电子器件的固有极限，传统电子神经网络难以进一步提高功率效率与计算速度。而光子神经网络能够有机地将光电子技术与神经网络模型相结合，提供了突破这一瓶颈的有效手段。为了更好地了解光子神经网络的发展历程，把握当前光子神经网络的研究热点以及展望未来光子神经网络的发展方向，本文对光子前馈、循环以及脉冲神经网络的研究现状 进行梳理，以阐释光子神经网络在实时训练、非线性运算、规模化和实用化方面面临的挑战及未来发展的趋势。
中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室
[摘要]空气激光是以空气为增益介质产生的相干辐射，具有高准直度、高相干性、高强度以及自由空间传输等优点，为远程探测提供了全新的技术途径。同时，空气激光是强场超快激光与空气中的原子分子相互作用的结果，蕴含了新颖而丰富的强场物理效应。综述了空气激光近年来的主要研究进展。首先介绍了三类空气激光的产生途径及基本特征，然后从氮气离子激光的增益机制以及量子相干性两个层面阐述了空气激光所蕴含的新物理效应，并讨论了空气激光在远程探测中的应用，最后总结了空气激光研究的意义，展望了该方向面临的机遇与挑战。
清华大学精密仪器系
[摘要]涡旋光是一种携带轨道角动量、相位面呈螺旋状分布的新型结构光场，在量子纠缠、量子通信、光学微操控等领域已经获得了广泛应用。随着研究的深入，具有比传统涡旋光更复杂的拓扑结构、相位奇点、轨道角动量和偏振奇点的结构光场的产生，吸引了众多研究人员的兴趣。从固体激光腔内直接激发产生空间结构光和腔外调控得到空间结构光出发，分别介绍了离轴泵浦加像散转换、调制元件调制波形、泵浦整形三种腔内方法，以及空间光调制器光场定制、模式叠加、超构表面微结构设计的三种腔外方法，并分析比较了几种方法的优缺点，展望了未来空间涡旋结构光场的发展趋势。
天津大学电气自动化与信息工程学院
[摘要]精密定时已成为很多大型先进科学装置的必备技术，而定时精度是这些大型仪器实现其最终目标的关键因素。本文回顾了近年来定时技术的进展，包括不同类型的信号源(激光、微波和X射线脉冲)的定时测量方法，以及基于自由空间链路和光纤的大型定时同步系统。最后简单讨论了目前定时系统的主要限制因素及未来可能的研究方向。
山东大学物理学院， 晶体材料国家重点实验室
[摘要]光波导是集成光学中的基本元件之一，构建于光波导结构上的波导激光器是一种微型激光源，近年来受到较多研究人员的关注，并有望在未来光子学系统中发挥重要的作用。激光晶体是固态激光器的主要增益介质之一。本文综述了基于激光晶体的固态波导激光器的最新研究进展，包括连续波波导激光器和脉冲波导激光器(调Q或锁模)，其工作波长涵盖了从可见光到中红外的各个波段；还对波导激光研究的未来发展方向进行了展望。
天津大学精密仪器与光电子工程学院
[摘要]近年来中红外超快锁模激光器发展极为迅速，有效地推动了中红外超快激光在中红外频率梳和分子光谱学、材料加工和激光手术、分子生物和化学等领域的应用。从近年来中红外超快光纤激光器的进展开始，介绍了该波段各类光纤激光的进展,并分析了如何从动力学调控上实现更窄脉宽、更远波长的技术方案；系统介绍了中红外光纤放大器中啁啾脉冲放大和非线性放大技术。综合来看，中红外超快光纤激光器正处在高速发展阶段，未来具有极高的应用价值。
中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理重点实验室
[摘要]基于皮秒拍瓦激光产生的高能X射线源具有强度高、脉宽短、焦点小的特点，利用这种X射线源发展出来的高时空分辨率X射线点投影背光照相是强加载条件下材料动态响应，以及惯性约束聚变等高能量密度物理研究中亟需的重要诊断技术。目前，研究人员主要依靠TITAN、OMEGA-EP和神光Ⅱ升级等大型皮秒拍瓦激光装置，对皮秒拍瓦激光与固体靶相互作用产生的X射线的能谱、转换效率、分辨率等关键参数进行了研究，发展了点投影背光照相技术，并开展了动态演示实验，成功获得了惯性约束聚变内爆过程和冲击加载材料微喷过程的演示图像。
西安交通大学机械制造系统国家重点实验室
[摘要]毫秒和纳秒激光以其高可靠、高效率、低成本和可加工硬脆难加工材料的独特优势，成为加工氧化铝和氮化铝陶瓷的首选，在电子陶瓷基板表面孔的工业化加工中具有不可替代的作用。介绍了毫秒和纳秒激光加工作为电子基板的陶瓷材料的去除机理，如材料烧蚀阈值、光热作用和光化学作用等，讨论了毫秒和纳秒激光加工参数、加工环境等因素对陶瓷材料表面孔加工尺寸（如直径、深度和锥度等）的影响规律，总结了目前陶瓷基板表面激光孔加工工业化应用面临的问题，并对其未来的发展方向进行了展望。
华南理工大学机械与汽车工程学院
[摘要]光纤激光器具有光电转换效率高、以柔性介质传输激光、输出功率高、光束质量好、紧凑性和可靠性高等优点，适合用作粉末床熔融和定向能量沉积这两种金属增材制造技术的热源。综述了上述两种增材制造技术中光纤激光器热源的应用情况，包括光纤激光器的类型、输出功率、工作模式等，并分别阐述了以光纤激光器作为热源的上述两种增材制造技术成形典型金属材料的研究现状。粉末床熔融和定向能量沉积成形件的致密度、力学性能均超过了传统铸件，且接近锻件水平。最后对光纤激光器增材制造工艺的研究方向进行了展望，并结合两种金属增材制造技术的发展需求，对光纤激光器的发展进行了展望。
厦门大学物理科学与技术学院物理学系
[摘要]光不仅可以携带自旋角动量，还可以携带轨道角动量。其中，自旋角动量与光波的圆偏振态有关，而轨道角动量来源于光波的螺旋相位结构。自Allen等1992年首次理论确认了光子轨道角动量的物理概念和内涵以来，这类具有特殊螺旋相位波前的新型光场吸引了越来越多的研究兴趣，在经典光学及量子光学领域均展示出了诸多重要的应用前景。本文从基础物理及应用物理两个层面出发，着重介绍了轨道角动量光束的制备与探测技术，特别是近年来轨道角动量调控在螺旋相衬成像技术、远程旋转多普勒效应探测技术及光学微操控技术等领域的研究进展。
中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室
[摘要]稀土掺杂有源光纤激光器或放大器具有重量轻、体积小、电光转换效率高等优点，在空间激光通讯、空间激光雷达、太空垃圾处理及军事等方面有重要应用价值。然而，常规稀土掺杂有源光纤在太空辐射环境中的辐射诱导损耗是非稀土掺杂无源光纤的1000倍以上，这给面向空间应用的光纤激光器或放大器的长期稳定性带来了严峻挑战。本文简要介绍了太空辐照环境、石英光纤在太空中的应用需求和所面临的挑战；然后从三个方面详细介绍了当前国内外在耐辐照有源光纤领域取得的最新研究成果：1）有源光纤辐致暗化机理，2）有源光纤耐辐射特性的影响因素，3）提高有源光纤耐辐射特性的方法；最后，对耐辐照有源光纤的未来研究方向进行了展望。
中国科学院上海应用物理研究所
[摘要]上海软X射线自由电子激光装置(SXFEL)是中国第一台X射线相干光源，其辐射波长可覆盖水窗波段。为满足不同的用户需求，装置将加装椭圆极化波荡器，运行模式可在线偏振与圆偏振之间切换。基于SXFEL装置对偏振控制方案进行参数设计，评估了电子束抖动的影响，并在理论上分析了该方案的辐射稳定性。此外，还设计了一套圆偏振方向的快速切换结构，它可使SXFEL装置以10Hz频率量级在不同的圆偏振方向之间切换。
苏州大学物理科学与技术学院
[摘要]相位恢复技术在材料科学、生物医学、天文学等领域有着广泛的应用，不同的相位恢复技术及应用领域，需要用到不同的光源。光源的波长、相干性以及能量等参数都会影响最终的相位恢复效果。在以往的研究中，就空间相干性而言，往往将光源当作完全相干光处理，但是在实际应用中，X射线、电子束等光源都是部分相干光，且完全相干光经过介质时其空间相干性也会降低，因此，如何在部分相干照明下恢复物体正确的相位信息尤为重要。本文概述了空间部分相干照明下相位恢复技术的研究背景及研究进展，重点介绍了常用的几种相位恢复方法：模式分解法、强度传输方程、微扰法以及焦移法等，并对这些方法的优劣进行了对比分析。此外，还概述了微扰法相位恢复技术在特殊关联部分相干光场测量及部分相干涡旋光束拓扑荷数测量中的应用。
吉林大学电子科学与工程学院
[摘要]近年来，空气激光因在大气传感和环境监测等领域具有重要的潜在应用价值而备受关注。空气激光通常是指强激光诱导大气组分粒子布居数反转，进而产生的远场无腔光放大的激射现象。氮气和氧气作为两种主要的大气组分，均可在强激光激发下产生激射行为。光增益介质可以是氧原子、氮原子、氮分子和氮分子离子。本文以飞秒光丝诱导氮分子和氮分子离子激光为例，讨论了空气激光的现象观测、机理探索和应用前景，并着重介绍了光场偏振效应对氮分子离子激射行为影响的研究进展。
中国科学院福建物质结构研究所中国科学院光电材料化学与物理重点实验室
[摘要]人眼安全1550 nm波段激光位于良好的大气传输窗口，以及室温工作的Ge和InGaAs探测器的探测灵敏区，可被广泛应用于激光雷达、激光测距和遥感测量等领域。利用激光二极管泵浦Er3+掺杂晶体是一种直接输出1550 nm波段紧凑型全固态激光的有效方法。本文主要综述了近年来采用Er3+掺杂晶体作为增益介质的1550 nm波段全固态激光的研究进展，并对该波段激光的进一步发展进行了展望。
