期刊基本信息
创刊:
1964年 • 半月刊
名称:
激光与光电子学进展
英文:
Laser & Optoelectronics Progress
主管单位:
中国科学院
主办单位:
中科院上海光机所
出版单位:
中国激光杂志社
主编:
范滇元
执行主编:
邱建荣
副主编:
戴琼海 张龙 张雨东 曹良才
ISSN:
1006-4125
刊号:
CN 31-1690/TN
电话:
021-69918427
邮箱:
地址:
上海市嘉定区清河路390号
邮编:
201800
定价:
120元/期
激光与光电子学进展 第26卷 第6期
遗传工程是在七十年代分子遗传学取得一系列重大成就基础上发展起来的一门新兴学科。这一技术是在分子水平上对DNA遗传物质进行人工操纵,以改变生物本性。由于遗传工程是在体外直接对遗传物质进行操作,可以完全摆脱传统有性生殖过程和种属的限制,实现种间遗传物质的交流,甚至可以把动物、植物、微生物乃至人的基因重组在一起。遗传工程在定向改变生物方面具有预见性和准确性,从而为人类创造和培育出有用的动物、植物和微生物新品种以及治疗人类遗传病提供了前所未有的有效手段和无限美好的前景,因此,世界各国都非常重视遗传工程的发展。
用于光学的无机和有机材料正持续发展。国际光学工程学会于1988年8月在加州圣地亚哥举行了关于光学材料的年度会议,作为光学和应用科学与工程国际技术讨论年会的一部分。
该会议由希腊和意大利,依照特别合作关系共同举办,下届会议将于两年后在意大利召开。会议代表约100人,其中意大利34人,还有西德、法国、加拿大、瑞士、澳大利亚、捷克、美国、罗马尼亚等国的代表。
1987年11月11~13日在日本大阪大学激光核聚变研究中心召开了“短波长激光及其应用”国际会议,现将其中短波长激光的新尝试作一报道。
目前,为战略防御倡议计划发展高能自由电子激光器的两组之间的竞争集中在自由电子激光器途径的变化上。事实上,这种竞争仅触及可能性的皮毛,并未干涉及其它重要电子激光器的研究,包括对医学应用有潜在希望的小型、低功率自由电子激光器及甚短波长自由电子激光器研究等。有多样性是好事,因为它意味着自由电子激光器可找到许多应用,但它也会使我们眼花缭乱,无法弄清。本文介绍自由电子器的关键途径,它是观众评论自由电子激光器竞争的一张记分卡。
激光产生的等离子体能为分档器提供高度有效和髙费效比的χ射线源。使用髙强度红外固体激光器,等离子体能在晶片中产生高光谱亮度和高强度(大于20 mW/cm2)。将钕玻璃激光器的1060 nm输出聚焦到金属靶上,就产生由中性原子、自由电子及离子组成的极稠密等离子体。等离子体中的中性原子与高峰值功率激光脉冲相互作用,导致多光子吸收,并产生高度受激的束缚电子。自由电子跟离子复合以及受激电子衰减到较低的能级就产生X射线。
集成光学在光通讯技术和传感技术中占有重要地位,因为没有集成光学元件,就不可能广泛应用这些新工艺。六十年代末至七十年代初已公布实现集成光学元件的基本思路和实验结果,在参考文献[3]中,可以找到进一步的概述。只是近年来人们为了技术应用才积极努力去开发适合的元件。
在激光辐射多次作用下,光学玻璃的体破坏阈值减小(所谓积累效应)的物理意义和实际价值确定了研究的迫切性。
不久前在实验上发现了光场的压缩态(参阅评述[4]),它可在光记录时大大降低噪声水平。所有这些工作中都利用了光学参量放大的相位选择性;文献[1,2]中是四光子的光参暈放大,文献[3]中是简并三光子参量放大。
近几年来能够产生吉瓦和太瓦功率亚皮秒脉冲的高功率飞秒准分子系统引起了日益增长的兴趣。在产生(特别是在物理学研究中应 用的)该脉冲时,一个主要课题是开发脉冲时间特性的可靠而有效的检测方法。
一组相同激光器的辐射亮度在非定相振荡时与它们的总数N成正比,而辐射的发散角由单个激光器的输出孔径决定。周期排布激光器的相干运转特别有趣,因为在这种情况下,辐射中央峰最大亮度的增强与N2成正比,而发散角将由组合的总孔径决定。在许多工作中借助于实现谐振腔长度微调的电光元件[4]用激光器 间线性耦合法[1-3]达到锁相。
休斯飞机公司正在发展一种使空间红外传感器和信号处理器冷却的致冷器,其冷却温度比普通闭合循环气体致冷器所能髙效保持的温度更低。
近几年来,用于研究固体、复分子和生物体中快速流逝过程不同类型的皮秒激光综合体的研制工作蓬勃发展。其中皮秒参量分光计占有突出的地位。它有许多重要的优点:可在宽的光谱范围内平稳调谐,在技术上容易实现等。但到目前为止还很少研究参量分光计中影响激光辐射参量波动的因素。
工厂自动化传感器产品主要有:光电开关、微动开关、连续开关及限位开关。在工厂自动化传感器领域中1987年光电开关的产值超过了微动开关,占此类市场的最大份额。1987年各种传感器的年增长率为:光电开关比前一年增长10%,连续开关8%~9%,微动开关5%~6%,限位开关2%~3%。市场需求呈现从接触型转向非接触型的趋势。最近非接触型光电开关传感器的需求上升,因为这种传感器便于设计,小巧,且易于操作。光电开关是合理化生产以及工业机器内装自动传感器(尤其是控制和 测量机械)不可缺少的组成部分。光电开关产品种类繁多,能满足用户错综复杂的技术要求。
铀浓缩技术之一的原子激光法,作为下一代技术受到人们的注目,美、法、英等国正向着实用化方向推进该技术的开发。在日本,去年创立的激光浓缩技术研究总体组,在日本原子能研究所等单位的支持下,进行相当于实验样机[相当一年1吨分离功单位(SWU)]水平的机器研制。
自从裂变发现以来的五十年间,已基于这一过程发展出强大的技术,同时对这个现象进行了详细研究。已经发现产生感应核裂变的许多“试样”,首先就是中子。中子感应的裂变仍然是核分裂大多数用途的基础。但是,其它核粒子(质子、氘核、α粒子和重核,以及γ射线、 电子和μ子)之类的非核束也有效。现在,根据Boyer、Luk和Rhodes的研究,由强激光源产生的紫外光感应核裂变也有可能。它将为诊断强场对原子中电子的影响提供一种有价值的工具,还将为脉冲裂变产物和中子提供一种亮点源。
美国信息网络公司的一份报告说,用激光定制专用集成电路对半导体工业和计算机工业具有引人注目的影响。激光在集成电路生产中应用的战略问题和发展方向预测表明,激光将减少生产专用集成电路的费用,也可改变非重复工程的费用。报告指出,大型原始设备制造商目前在非重复性工程方面花的费用约为2500万美元。
由于美国桑迪亚国家实验室的研究,已获得一种可调谐相干紫外高效光源,可用于战略防御倡议和化学分析等一系列应用。这种象激光装置的真空紫外辐射源,能产生130 nm的相干紫外辐射,在120~140 nm范围可调,桑迪亚和光谱技术公司对此进行了联合演示。
1979年我们进行了一项回顾性研究,其目的是比较用CO2激光与用普通手术刀切除原发性恶性黑色素瘤的最终疗效。我们发现,五年内有关住院治疗时间长短、局部复发部位稀散、五年生存率方面的结果最好也只能说不能肯定孰优孰劣,但看好的还是手术刀。
英国ERA技术公司已向英国铁路公司交付了一种原型传感器。该装置是为测量新一代高速电气列车导电弓架上感测元件所受的力而设计的。
据称,由光纤嵌入晶片而制成的集成光路能用来制成湿度传感器。日本大阪大学的Sueda教授等在试用铌酸锂晶片的基础上制成这种湿度传感器,能用干测量气体的压强和流速。由于传感器釆用光操作,具有光学系统的所有优点,如无因短路而产生电火花的危险,可在化工厂之类的地方使用。试制的传感器包含一嵌入晶片的波导,波导分成两路,最终又在远端汇合。输入波导的光束一般分成两路,两者所处的条件相同。一旦两光路出现温差,则光的传输条件就会不同,由此在两光路中产生相差,两束光汇合就会因干涉而引起输出光强变化。
激光生物物理是近年日渐5活跃的研究领域,是激光生物学的一个重要内容。虽然这门学科的研究内容非常广泛,但可简要归纳为生物系统的物理特性研究和用先进物理技术测量生物系统的生理、生化特性两个方面。近年来用激光光谱、偏振、干涉与全息、光学信息处理等技术研究生物系统取得不少成绩,正引起越来越多的激光工作者的兴趣。下面就其新近发展作些介绍。
陶瓷是汽轮机叶片或热发动机元件等高温应用的有用材料,其精确质量控制甚为重要,因为小至10 μm的裂痕或孔隙都可导致零件损坏。目前对此材料的无损检验法有X射线照相术(包括计算机层析X射线摄影术)、超声技术、热波技术和光声技术。一种超声方法——扫描激光声显微术(SLAM)在检测临界裂痕方面显示良好可靠性。
美国斯坦福大学的研究生J. Trail,发明了一种台式软X射线显微镜,据说可提供单个活细胞内部情况的图像。显微镜使细胞对很小辐射剂量曝光,故细胞在进行几次拍照以后才死亡。
最近英国展出了一种用在电铲上的进深控制激光传感器,可确保挖掘深度准确无误。既不要操作工人跳下驾驶室检查进深还差额定坡度多少,也不要支派辅助工拿着测量标干指手划脚。
日本工业技术院电子技术综含研究所用大功率激光束熔融高温超导体制作薄膜获得成功。用铋系高温超导体制作薄膜,在80 K(-193 ℃)时电阻为零。已推出几种高温超导体薄膜化技术。激光喷镀法的优点在于能在短时间内制成厚膜。
日本和泉电气公司研制成髙精度(0.1 μm)测长并能同时测定移动速度的超精密激光测长系统MG-100系列面向自动化生产线的精密测长和精密定位系统制成商品尚属首次。
洛斯·阿拉莫斯国家实验室的研究人员正在研究一种二次谐波振荡技术,通过被反射激光光束以原子的尺度测定表层特性。研究人员发现,当使用强激光时,将极少部分(10-15)光线以二倍频率的形式从表面反射回来。
88年12月13日洛斯·阿拉莫斯国家实验室从它的“曙光”KrF聚变激光器上产生了2.5 kJ、5 ns脉冲。
日本夏普公司1989年1月底起将出售激光打印机用的半导体激光驱动器集成电路IR3C09。样品价格1500日元。计划月产10万个。内有将半导体激光器的光输出误差控制在1%以内的电路。并附有能高速开关(20 MHz)的脉冲驱动激光驱动器和激光寿命检测(报警)功能等,从而实现高功能化。把它用于激光打印机,可提高印字质量,并实现高速化。
英国萨里大学的一个研究组已开始研究一种新型激光器,可能有助于改善光缆通讯的质量。英国科学工程研究委员会为此计划给材料科学家、物理学家和工程人员组成的多学科研究组给了80万美元的投资,旨在将原子逐个排列,制成将在1550 nm波长工作的半导体激光器。预计该计划的总费用约为175万美元。
在1988年10月拉斯·维加斯举行的美国眼科学年会上,波士顿麻省总医院和加州库珀视觉外科系统公司介绍了他们联合研制的二极管激光内窥光凝器,该系统输出功率约500 mW(805 nm),经光纤传到眼睛。美国食品药物管局已准于销售。
日本冲电气工业公司和东北大学的研究组研制成微血管吻合手术用的长波(1.3 μm)半导体激光器组件。它在世界上率先使用光通信用的高功率半导体激光器。组件具有小型、轻量、价低、耗电省、便携等诸多特点,可广泛用于神经管、乳管、输卵管等的吻合手术或急救手术等。
美国约翰·霍普金斯大学的研究人员设计一种生产含氮材料的工艺,这种材料能形成一族薪型激光器,可在可见光区域运转。它可替代彩色阴极射线管制成平像场电视机。发射光的能量取决于两能级间的能量差,即所谓“带隙”。射出光的频率同它的能量成正比;能带间隙越大,其能量越高,射出光的频率也越高。
日本三菱化成公司和工业技术院电子技术综合研究所,研制成从横向注入电流使之发光的半导体激光器。在GaAs衬底上,生长由AlGaAs和GaAs组成的薄膜层,作成芯片。采用横向注入方式,可将作为光源的激光器和光回路集成在一块芯片上,有可能成为促进第二代集成电路——光电子集成电路——实现的关键技术。
东京工业大学伊贺健一教授的研究组率先研制成室温连续工作的红外面发光激光器,其红外振荡光的方向与基片垂直。
日本夏普公司和光技术研究开发公司研制成能以两束激光同时振荡的半导体激光元件。这两束激光的振荡方向互相正交。历来的激光元件,其振荡光只有一个振荡方向。两公司认为,新元件有助于廉价制造高精度的定位装置,可用以制造超大规模集成电路。
HgCdTe长期来广泛用作红外探测器。其冷却装置常为工作的障碍。波兰华沙等离子体物理和激光微聚变研究所的Jozef Piotrowki及其同事得到室温工作的探测材料HgZnTe。这种材料与HgCdTe相比硬度高、容易生产、扩散系数低。采用改进的淬火-退火生产技术,研究人员制成HgZnTe光电探测器,其正常值几倍于107 cm-Hz1/2W,进一步改善可望达到108。
使用Nd,Cr:GSGG材料的固体激光器,其运转效率可能比Nd:YAG高。这种材料的生长技术已相当成熟。在某些应用中被认为是Nd:YAG的替代物。以色列魏兹曼科研所同位素研究部的M. Weksler说:“对太 阳能泵浦的激光器,上述差别甚至会更明显。Nd,Cr:GSGG的斜效率可能达到10%,而Nd:YAG仅为3%。Nd,Cr:GSGG从太阳辐射到激光辐射的转换效率很高,达到光生伏打发电的水平”。
美国光纤技术公司(Fibertech Inc.)的科学家用四个直线二极管激光器列阵端面泵浦Nd:YAG棒激光器,在1.06 μm波长处已获得3.3 W连续输出。此工作代表了迄今报导的二极管泵浦激光器的最髙功率。
西德Lambda Physik公司的一种XeGl准分子激光器,在激光脉冲发射超过1010次时仍无需更换闸流管、电极、电容器和电源,超过以前的寿命试验结果。公司使用的试验激光器,放电装置经过改进。对这种10 W、750 Hz器件的数据分析表明,无故障寿命平均为232小时。
Lumonics公司声称,一台装有EGP-1000气体处 理器的准分子-600 ArF激光器在恒定平均功率为50 W和重复频率为300 pps时,发射脉冲7500万个以上。在Kanala(渥太华)实验室,一次充气就工作三天,达到该公司声称的氟化氩性能新记录。运行期间,光学元件清洗一次。采用滑门阀辅助装置可在清理镜组的同时继续充气。
美国光谱技术公司(STI)从空军地球物理实验室得到一份220000美元的合同,研究采用CO2稀有同位 素激光器的特性。同位素12C18O2之所以很重要,是因为它可以改善激光束通过大气的传输性能,使光束不被空气中大量的CO2吸收。在某些应用(如遥测太空风速)中,此种同位素是激光较好的反射体。
达姆施塔特光谱物理公司展出了新发展的可调谐皮秒-飞秒激光系统。该系统的基础是连续波高功率Nd:YAG激光器。其部分锁模红外输出功率用KTP倍频器转换成可见光,用以泵浦染料激光器。
康乃尔大学的生物化学家用比以前快一百万倍的速度用X射线束拍摄了生物分子的衍射像,证实了一种称为波荡器的束增强装置将会按设计要求工作。
索尼公司的研究人员已改进一种内腔倍频技术,可以减少倍频多模Nd:YAG激光绿光输出波动(所谓绿光问题)。研究人员在腔内插入一块波片,使腔内光偏振,当偏振光方向与ΚΤΡ倍频晶体的寻常光和非常光光轴成45°时,即获得纯绿光输出。与频率有关的信噪比在51 MHz时增加到80 dB。其结果可用45° 时和频效应消除来解释。
日本非氧化物玻璃研究开发公司,利用一种特殊玻璃——硫属玻璃,开发出能高效传输波长10.6 μm红外CO2激光的光纤,成功地将损耗抑制到1.5 dB/m。过去的红外透过光纤不仅价高,而且性能容易变坏。此次研制成的硫属产品克服性能容易变坏的缺点,价格也有可能降到过去结晶系光纤的1/10左右,能在计量仪器和激光手术刀等方面得到实际应用。
荷兰菲利浦公司将批量生产光通信用的全新光纤。与原有光纤相比,光通信的传输戧力增加一倍,且能利用比较便宜的光源,因而光通信网的建设费用可达到经济上可以承受的水平。公司考虑把新型光纤纳入世界的标准规格,决定与国际电报电话咨询委员会(CCITT)等签订协议,今后可望在世界的通信网中加速从铜缆向光缆的转换。
以色列的技术人员推出把迄今只能用于开胸手术的红外CO2激光送入身体内部的方法。用这种激光切除组织比较容易,而且精确,一般认为比其他激光有效。另外,它有封闭血管的效果,所以还具有止血作用。由于过去的光纤不能传输红外光,而使CO2激光在体内使用受到限制。从色列的一所大学,利用波导 管传输红外光获得成功。这种波导管是具有柔性的塑料管,内壁涂敷反射用电介质金属材料。
东京大学伊藤良教授和东京工科大学梅垣真佑副教授等用机化合物非线性光学材料ΜΒΑΝΡ(2甲基-苯炔-氨基硝基咁啶)制成二次谐波发生用的光波导。
日本浜松电子公司研制成50 ps超短脉冲光重复发生装置,用半导体激光作光源,每秒钟的发光次数最高可达1000万次。迄今的脉冲光发生装置,每秒钟的发光次数以20万次为限,而且价格高达3000万日元以上。新装置作为一种光源可用于检查光纤受光元件的性能,以及测定在极短时间发生的光合成反应。
日本庆应大学和松本油脂制药公司合作,推出在两块玻璃片之间密封厚度均匀磁流体薄膜的形成技术。这是一项应用磁流体薄膜使光闸、磁场传感器等向实用化逼近的成果。而且查明对红外波段的光,磁流体薄膜的光透过率会急剧增高,证实了有可能开拓新的应用领域。
日本位友金属矿山公司与科学技术厅无机材等研究所合作推出廉价制造能改变激光波长的非线性光学晶体技术。用特殊溶液作溶剂,溶入晶体材料,并研制出独特的加热炉。与用水作溶剂超高压生产的传统方法相比,成本下降4/5。为进一步拓宽激光的用途提供了可能,该公司的研究所将加紧确立批量生产技术。
加州理工学院从W. M. Keck基金会最终得到7千万美元的贷款,用于建造世界上最大的光学望远镜。该望远镜的特色是具有36面六角型镶嵌式观察镜。各部分都有自己独立的马达,控制精度达百万分之一英寸。整个观察表面纵横将为10 m,几乎是目前使用的最大望远镜的两倍。观察站1985年开始建造,位于夏 威夷Mauna Kea山顶附近。圆顶的99%已经浚工。 望远镜将由加州理工学院和加州大学联合使用。
贝尔实验室的研究人员用两个自电光器件(SEED)演示了第一个全光信号再生器。该装置的独特之处在于它能根据输入恢复时钟信号。目前,1.7 Gbits/s的光电子再生器约由100个有源器件组成,但等效全光再生器其有源元件可能小于10个,并可做在一个集成芯片上,能比目前系统更快工作。
瑞士巴塞尔预测公司于1988年8月17日公布了最新市场研究结果。市场研究分为光电子系统租光展子器件,其中激光器(包括大功率激光器)既有系统,也有器件。
Holotron公司地处意大利米兰市,近几年来发电迅速,已从一个由两人设立的小工作室发展成意大利唯一的综合全息公司。1986年出售了最初的商利用全照片,过去的二年间连续以150%的年率增长。
过去,内科医生只能在不同时间抽验病人的血,然后等候化验室的分析结果。随着医用诊断光纤传感器的出现,血的性质如氧饱和量、pH值、PO2(氧分压)、PCO2和流速可实时连续测量。其它用于测量温度和压力的光纤传感器也引进医学应用,与传统测量方法竞争。医用光纤传感器的其它应用,如葡萄糖注射、静脉紊乱诊断、抗原抗体的鉴别等,正崭露头角。由于医用光纤传感器用于医学诊断,给病人带来更好治疗时机,给医学增添了新的内容。
1988年8月22日到泥日在奥地利维也纳召开第七届国际流动气体和化学激光会议,这是国际上以流动气体及化学激光为主题的专门会议,每二年举行一次,上次在以色列召开。