华南理工大学教授陈广学：时空大数据平台已经在多个领域展现出巨大的潜力和价值

华南理工大学教授陈广学：时空大数据平台已经在多个领域展现出巨大的潜力和价值 7 月 3 日，华南理工大学教授、俄罗斯工程院外籍院士陈广学在 2024 全球数字经济大会全域智慧城市专题论坛上表示，时空大数据平台作为城市全域数字化转型的重要支撑，已经在多个领域展现出其巨大的潜力和价值。（上证报）

科学家利用LBO晶体研制出最强大的紫外激光器

科学家利用LBO晶体研制出最强大的紫外激光器 DUV光谱中的激光器已经在科学技术中有许多应用，如缺陷检测、光谱学、光刻和计量学。传统上，氟化氩（ArF）激光器已被用于产生高功率193nm激光器，用于光刻等应用。DUV激光器的其他应用包括微电子设备的生产，半导体集成电路，以及用于进行眼科手术的医学。在这些应用中，它通常被称为准分子激光器。然而，这些激光器不是完全相干的，因此不能用于更敏感的应用，如干涉光刻，在这种应用中，精细的特征必须以阵列的形式印刷。如此精细的应用需要更加相干的激光器，这为研究人员制造混合准分子激光器提供了机会。什么是混合准分子激光器?为了达到相干性要求，科学家们一直在考虑用固态种子代替气体（ArF）振荡器，使其成为混合激光器。除了提高相干性外，该设计还旨在提高激光的光子能量，使其甚至可以与碳化合物一起使用，并且产生最小的热影响。为了实现这一目标，193nm种子激光器的线宽需要保持在4千兆赫以下。声明称，这是通过使用目前可用的固态激光技术看到的对干涉至关重要的相干长度。在DUV激光器上取得了什么成果?中国科学院的研究人员通过使用LBO晶体实现了与193纳米混合准分子激光器相同的线宽。在他们的装置中，研究人员使用了一种复杂的两阶段和频率产生过程来实现60毫瓦(60兆瓦)的激光输出。该装置包括两个激光器，一个是258纳米，另一个是1553纳米。这些激光器分别来自镱混合激光器和掺铒光纤激光器，最终形成2mm×2mm×30mm Yb: YAG体晶体，提供所需的激光输出。由此产生的DUV激光脉冲持续时间为4.6纳秒(ns)，重复频率为6千赫兹(kHz)，线宽约为640兆赫(MHz)。值得注意的是，193nm激光器及其伴随的221nm激光器的输出功率为60mW，这是使用LBO晶体产生的最高功率。221-193nm转换效率为27%，258 - 193nm转换效率为3%，也创下了新的基准。这一研究证明了“用固态激光器泵浦LBO的可行性，可以可靠有效地产生193nm的窄线宽激光，并为使用LBO制造成本效益高的大功率DUV激光系统开辟了一条新途径。”因此，研究人员相信，LBO晶体可以用于产生更多的DUV激光器，输出功率从几毫瓦到几瓦不等，为这些波长开辟了进一步的途径。这项研究结果发表在《高级光子联系》（Advanced Photonic Nexus）杂志上。 ... PC版： 手机版：

科学家开发出突破性微型光纤激光器 更锐利、更小巧、更智能

科学家开发出突破性微型光纤激光器 更锐利、更小巧、更智能 基于氮化硅光子集成电路的全封装混合集成铒激光器的光学图像，可提供光纤激光器相干性和以前无法实现的频率可调谐性。资料来源：Andrea Bancora 和 Yang Liu（洛桑联邦理工学院）光纤激光器使用掺杂稀土元素（铒、镱、钕等）的光纤作为光增益源（产生激光的部分）。光纤激光器能发出高质量的光束，输出功率高，效率高，维护成本低，经久耐用，而且体积通常比气体激光器小。光纤激光器也是低相位噪声的"黄金标准"，这意味着它们的光束可以长期保持稳定。尽管如此，人们对芯片级光纤激光器微型化的需求仍在不断增长。基于铒的光纤激光器尤其令人感兴趣，因为它们符合保持激光器高相干性和稳定性的所有要求。但是，要实现光纤激光器的微型化，就必须在小尺度上保持其性能。现在，EPFL的刘洋博士和 Tobias Kippenberg 教授领导的科学家们制造出了首台芯片集成的掺铒波导激光器，其性能接近光纤激光器，将宽波长可调谐性与芯片级光子集成的实用性相结合。这一突破发表在《自然-光子学》（Nature Photonics）上。制造芯片级激光器研究人员采用最先进的制造工艺开发出了芯片级铒激光器。他们首先在超低损耗氮化硅光子集成电路的基础上构建了一个一米长的片上光腔（一组提供光反馈的反射镜）。刘博士说："尽管芯片尺寸小巧，但我们却能将激光腔设计成米级长度，这要归功于这些微oring谐振器的集成，它们能在不增大设备物理尺寸的情况下有效延长光路。"然后，研究小组在电路中植入高浓度铒离子，选择性地产生激光所需的有源增益介质。最后，他们将电路与 III-V 族半导体泵浦激光器集成，以激发铒离子，使其发光并产生激光束。基于掺铒光子集成电路的混合集成激光器的光学图像，该激光器具有光纤激光相干性和以前无法实现的频率可调谐性。资料来源：Yang Liu（洛桑联邦理工学院）为了完善激光器的性能并实现精确的波长控制，研究人员设计了一种创新的腔内设计，其特点是基于微孔的 Vernier 过滤器，这是一种可以选择特定光频的光学过滤器。滤波器可在很大范围内对激光波长进行动态调整，从而使其在各种应用中都能发挥作用。这种设计支持稳定的单模激光，其内在线宽仅为 50 Hz，非常窄，令人印象深刻。它还具有显著的边模抑制功能激光器能够以单一、稳定的频率发光，同时将其他频率（"边模"）的强度降至最低。这确保了高精度应用在整个光谱范围内的"干净"和稳定输出。这种芯片级铒光纤激光器的输出功率超过 10 mW，边模抑制比超过 70 dB，性能优于许多传统系统。它还具有非常窄的线宽，这意味着它发出的光非常纯净和稳定，这对于传感、陀螺仪、激光雷达和光学频率计量等相干应用非常重要。基于微光的 Vernier 滤波器使激光器在 C 波段和 L 波段（用于电信的波长范围）内具有 40 nm 的宽波长可调谐性，在调谐和低光谱尖刺指标（"尖刺"是不需要的频率）方面都超越了传统光纤激光器，同时与当前的半导体制造工艺保持兼容。将铒光纤激光器微型化并集成到芯片级设备中可降低其总体成本，使其可用于电信、医疗诊断和消费电子等领域的便携式高度集成系统。它还可以缩小光学技术在其他各种应用中的规模，如激光雷达、微波光子学、光频合成和自由空间通信。"这种新型掺铒集成激光器的应用领域几乎是无限的，"Liu 说。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

基于磁子的计算技术的出现让硅材料黯然失色

基于磁子的计算技术的出现让硅材料黯然失色 钇合金晶体结构示意图，左侧红线代表激光脉冲，右侧蓝线和绿线代表产生的两种磁子。图片来源：德克萨斯大学奥斯汀分校和麻省理工学院研究人员提供用磁子探索计算的未来在传统数字技术中，从笔记本电脑、智能手机到电信，这种磁性系统的速度有望远远超过当今技术。在量子计算领域，磁性技术的优势不仅包括更快的速度，还包括更稳定的设备。最近，《自然-物理》（Nature Physics）杂志上的一项研究[1]报告了在开发磁子计算机道路上的一个早期发现。研究人员在合金薄板的磁场中产生了两种不同类型的涟漪，测量结果表明，磁子以非线性方式相互作用。"非线性"是指输出与输入不成正比这是任何计算应用所必需的。迄今为止，这一领域的大多数研究都是在相对稳定的平衡条件下，一次只研究一种类型的磁子。在这些研究中，对磁子的操纵会使系统失去平衡。推进非平衡物理学这是来自多个科学和工程领域的理论家和实验家多年合作进行的众多研究之一，包括最近发表在《自然-物理》上的第二项研究[2]。该项目得到了政府和私人资助者的支持，汇集了来自加州大学洛杉矶分校、麻省理工学院、德克萨斯大学奥斯汀分校和日本东京大学的研究人员。这项研究的共同作者、加州大学洛杉矶分校学院物理科学教授普林哈-纳兰（Prineha Narang）说："我们和同事们一起，发起了一场我称之为推动非平衡态物理学进步的运动。我们在这里所做的一切从根本上推进了对非平衡和非线性现象的理解。这可能是利用发生在十亿分之一秒数量级的超快现象实现计算机内存的一个步骤"。这些发现背后的一项关键技术是使用频率介于微波和红外辐射波长之间的太赫兹范围的激光为样品添加能量并对其进行评估的先进技术。这种方法是从化学和医学成像中借鉴过来的，只是很少用于研究磁场。据加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所成员 Narang 称，太赫兹激光器的使用表明，它有可能与一项日趋成熟的技术产生协同效应。她说："太赫兹技术本身已经达到了我们可以谈论依赖于它的第二项技术的程度。在我们拥有激光器和探测器的频段内进行这种非线性控制是有意义的，因为激光器和探测器都可以放在芯片上。现在是真正向前推进的时候了，因为我们既有技术，也有一个有趣的理论框架来研究磁子之间的相互作用。"揭示磁学中的非线性相互作用研究人员将激光脉冲施加到一块 2 毫米厚的板上，这块板是由精心挑选的含钇合金制成的，钇是 LED 和雷达技术中的一种金属。在某些实验中，第二台太赫兹激光器以一种协调的方式使用，既增加了能量，又有助于稳定样品。磁场以特定的方式施加到钇上，只允许产生两种类型的磁子。研究人员通过将样品旋转到相对于激光器的特定角度，能够单独或同时驱动两种类型的磁子。他们能够测量这两种类型之间的相互作用，并发现它们能够引起非线性反应。纳朗实验室的加州大学洛杉矶分校博士后研究员乔纳森-柯蒂斯（Jonathan Curtis）说："显然，展示这种非线性相互作用对于任何基于信号处理的应用都非常重要。像这样混合信号可以让我们在不同的磁输入和输出之间进行转换，而这正是依赖于磁处理信息的设备所需要的"。纳朗说，受训人员对目前的研究以及更大的项目都至关重要："这是一项非常艰巨的工作，历时多年，涉及很多方面。什么是正确的系统？我们如何考虑进行预测？我们如何限制系统，使其按照我们的意愿运行？如果没有才华横溢的学生和博士后，我们将无法做到这一点。"要点归纳：如果计算机使用磁场中的波纹（称为磁子）来编码和处理信息，那么设备的潜在存储速度将达到十亿分之一秒的数量级。加州大学洛杉矶分校的研究人员及其合作伙伴使两种不同类型的磁子相互作用，从而使输出与输入不成正比这是向计算技术进步迈出的关键一步。这项跨机构的长期研究合作正在利用一种很少使用但前景广阔的太赫兹激光技术研究磁子。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

经激光处理的软木被证明可有效、可持续地清理海洋溢油

经激光处理的软木被证明可有效、可持续地清理海洋溢油 在 AIP 出版社出版的《应用物理快报》（Applied Physics Letters）上，来自中南大学、华中科技大学和内盖夫本古里安大学的研究人员利用激光处理技术，将普通软木变成了处理漏油的有力工具。他们希望使用碳足迹较低的材料，创造出一种无毒、有效的油污清理解决方案，但他们决定尝试软木，却是因为一个惊人的发现。为了去除水中的油分，作者使用了经过快速脉冲激光法处理的软木，这种方法可以去除材料中的一些氧气，增加相对碳含量，使其更具斥水性和吸油性。激光处理还改变了软木的结构：从纳米层面看，软木材料上有很深的沟槽，这增加了软木的总表面积，使其能够捕捉阳光并温暖油脂，从而使油脂更容易收集。资料来源：何玉春"在另一项激光实验中，我们意外地发现，使用激光加工的软木的润湿性发生了显著变化，获得了超疏水（拒水）和超亲油（吸油）特性，"作者何玉春说。"在适当调整加工参数后，软木表面变得非常暗，这让我们意识到它可能是一种用于光热转换的极佳材料"。"结合这些结果和软木的环保、可回收优势，我们想到了用它来清理海洋溢油，"作者尹凯说。"据我们所知，还没有人尝试过用软木来清理海洋溢油"。这种软木源于栓皮栎树的树皮，这种树可以存活数百年。这些树木大约每七年就可以采伐一次，因此软木是一种可再生材料。去掉树皮后，树木会增强其生物活性，以取代树皮并增加其碳储量，因此收获软木有助于减少碳排放。作者测试了各种快速脉冲激光处理方法，以实现软木特性的最佳平衡，而且成本低廉。他们仔细研究了纳米结构的变化，并测量了材料中氧和碳的比例、水和油与表面接触角度的变化，以及材料对光谱中光波的吸收、反射和发射，以确定其在多次升温和冷却循环后的耐久性。通过这种激光加工，软木被赋予了光热特性，可以在阳光下迅速升温。深槽还增加了暴露在阳光下的表面积，因此软木在 10-15 秒内就能被一点阳光加热。这种能量可用于加热溢出的石油，降低其粘度，使其更容易收集。在实验中，经过激光处理的软木能在 2 分钟内从水中收集到油。激光处理不仅有助于更好地吸收油脂，还能有效阻挡水分进入。"软木经过快速脉冲激光处理后，其表面微观结构变得更加粗糙，"尹说。"这种微米级到纳米级的粗糙度增强了疏水性"。因此，软木可以收集油而不吸水，这样就可以从软木中提取油，甚至可以重复使用。"清理溢油是一项复杂而系统的工作，全生命周期参与采油是我们的目标。"何玉春说。"下一步，我们将以聚氨酯泡沫为骨架，制备吸附石油的电热材料，结合光热和电热技术，形成全天候采油系统。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家利用激光技术揭示了量子材料隐藏的特性

科学家利用激光技术揭示了量子材料隐藏的特性 加州大学圣迭戈分校的研究人员利用一种先进的光学技术进一步了解了一种名为Ta2NiSe5（TNS）的量子材料。他们的研究成果发表在《自然-材料》（Nature Materials）杂志上。材料可以通过不同的外部刺激受到扰动，通常是温度或压力的变化；然而，由于光是宇宙中速度最快的东西，材料对光刺激的反应非常快，从而揭示出原本隐藏的特性。通过改进技术，研究小组获得了更广泛的频率范围，从而揭示了 TNS 激子凝聚态的一些隐藏特性。资料来源：Sheikh Rubaiat Ul Haque / 斯坦福大学量子材料中的先进光学技术"从本质上讲，我们用激光照射一种材料，这就像定格摄影，我们可以逐步跟踪该材料的某种特性，"领导这项研究的物理学教授理查德-阿维特说，他也是论文的作者之一。"通过观察组成粒子如何在该系统中移动，我们可以找出这些以其他方式很难发现的特性。"该实验由第一作者谢赫-鲁巴亚特-乌尔-哈克（Sheikh Rubaiat Ul Haque）完成，他于2023年从加州大学圣地亚哥分校毕业，现在是斯坦福大学的一名博士后学者。他与阿弗里特实验室的另一名研究生张远一起改进了一种名为太赫兹时域光谱学的技术。这项技术允许科学家在一定频率范围内测量材料的特性，而哈克的改进使他们能够获得更广泛的频率范围。量子态和光放大这项工作基于论文的另一位作者、苏黎世联邦理工学院教授尤金-德姆勒（Eugene Demler）提出的理论。Demler 和他的研究生马里奥斯-迈克尔（Marios Michael）提出了这样一个观点：当某些量子材料被光激发时，它们可能会变成一种能放大太赫兹频率光的介质。这促使哈克及其同事仔细研究 TNS 的光学特性。当电子被光子激发到更高的层次时，会留下一个空穴。如果电子和空穴结合在一起，就会产生激子。激子还可能形成凝聚态当粒子聚集在一起并表现为单一实体时会出现的一种状态。在 Demler 理论的支持下，利用马克斯-普朗克物质结构与动力学研究所 Angel Rubio 小组的密度泛函计算，研究小组得以观测到反常的太赫兹光放大现象，从而揭示了 TNS 激子凝聚态的一些隐藏特性。凝缩物是一种定义明确的量子态，使用这种光谱技术可以将它们的某些量子特性印刻到光上。这可能会对利用量子材料的纠缠光源（多个光源具有相互关联的特性）这一新兴领域产生影响。哈克说："我认为这是一个广阔的领域。Demler的理论可以应用于一系列具有非线性光学特性的其他材料。有了这项技术，我们就能发现以前从未探索过的新的光诱导现象。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：