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該種類型激光器因其為光纖激光器，具有傳統(tǒng)的固體激光器所沒有的許多優(yōu)點。它在激光微加工和微制造工業(yè)有很大的市場份額，在激光雷達(dá)、生物醫(yī)療、激光通信等等工業(yè)領(lǐng)域都有顯著的市場。 1064nm 波長， 100mW 輸出平均功率， 30ps 脈沖寬度，高度均勻和穩(wěn)定的脈沖串。

本發(fā)明公開了一種基于納秒-皮秒-飛秒激光技術(shù)的金屬制品 3D 打印方法，該方法采用集成光纖激 光器提供納秒激光對金屬原材料進(jìn)行燒結(jié)熔化及固化，同時，使用皮秒或飛秒激光對精加工區(qū)域進(jìn)行 精加工。實時監(jiān)測系統(tǒng)可采用多種宏觀和微觀檢測手段，具體選用哪些檢測手段取決于待制作產(chǎn)品所 需精度。本發(fā)明可實現(xiàn)更精確的尺寸控制，提高了打印效率，省去了傳統(tǒng) 3D 打印后所需的清

太陽能作為一種潔凈和相對易于獲取的能源在未來的動力產(chǎn)品中將占有越來越大的比份。如何發(fā)展高光電能量轉(zhuǎn)換效率、高可靠性和低成本的太陽能電池是目前太陽能利用領(lǐng)域所面臨的關(guān)鍵問題。相對于第一代和第二代太陽能電池(轉(zhuǎn)換效率<<50％)，各國科學(xué)家紛紛研究不同的應(yīng)用于第三代太陽能電池的新材料和新結(jié)構(gòu)，目標(biāo)是使光電轉(zhuǎn)換效率大于5 0％。近年來，一種具有微、納米量級特殊結(jié)構(gòu)的光伏材料成為太陽能電池的研究熱點。利用飛秒脈沖激光在極短的持續(xù)時間內(nèi)激發(fā)出極大的峰值能量，其在硅片的相互作用過程中具有很強(qiáng)的非線性效應(yīng)，聚焦燒蝕硅表面很小的一塊面積，形成規(guī)則排列的微納米結(jié)構(gòu)。這種微納米結(jié)構(gòu)由于表面積增大，對入射光波有很大的吸收，且對光的敏感性提高了數(shù)百倍，這些性質(zhì)對我們提高光電轉(zhuǎn)換效率具有很大的指導(dǎo)意義。這種材料與本底未處理材料的性質(zhì)相比，材料帶隙減小，對光的敏感性提高了數(shù)百倍，這使得其對波長為250—2500 nm的入射光波有大于90％的吸收；另外，黑硅比傳統(tǒng)材質(zhì)的硅的比重低。這些奇特的光電和物理性質(zhì)能進(jìn)一步提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)光吸收效率，激子光量子效率，化學(xué)電勢效率以及填充因子計算總的光電轉(zhuǎn)換效率，普通硅基太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率只有1 5％，而基于微納結(jié)構(gòu)光伏材料的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率可望達(dá)到50%-60%。 針對國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展在太陽能光伏技術(shù)方面的重大需求，發(fā)展利用超短脈沖激光制備具有優(yōu)異光電轉(zhuǎn)化效率的微納結(jié)構(gòu)光伏材料的新方法，以及通過探測光伏材料中非平衡載流子的能帶結(jié)構(gòu)及微分負(fù)電導(dǎo)等特性，探知光伏材料的光電轉(zhuǎn)換效率，從而篩選出轉(zhuǎn)換效率較高的微納結(jié)構(gòu)光伏材料，最終在發(fā)展新型、高效太陽能電池的新原理和新技術(shù)方面取得創(chuàng)新性突破，為我國研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高效第三代光伏電池打下堅實基礎(chǔ)。

本成果以飛秒激光作為加工光源，研究飛秒激光束流作用下材料表面微結(jié)構(gòu)及彩色視覺效果形成機(jī)制，建立飛秒激光彩色微條紋制備理論模型；協(xié)同攻克高精度光機(jī)電多軸協(xié)調(diào)控制技術(shù)、三維動態(tài)掃描振鏡及控制技術(shù)、激光參量監(jiān)測及穩(wěn)定性控制等關(guān)鍵技術(shù)，形成超快飛秒激光彩色微條紋制備工藝數(shù)據(jù)庫，集成開發(fā)精密制造裝備。 一、項目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡介 飛秒激光金屬表面彩色微條紋全息精密制造裝備開發(fā)，突破金屬表面各類微條紋結(jié)構(gòu)精密加工需求，實現(xiàn)視覺上多層次、多區(qū)域幻彩效果顯示；相較于傳統(tǒng)顏料制備彩色條紋，采用激光制備技術(shù)的金屬表面彩色視覺效果依賴于表面微納米結(jié)構(gòu)，不會因金屬表面氧化改變顯示效果，也不存在掉色等現(xiàn)象，更具有使用價值，非常適用于3C、金屬模具加工、紀(jì)念幣、珠寶制造以及特殊信息存儲和防偽等領(lǐng)域。 本成果以飛秒激光作為加工光源，研究飛秒激光束流作用下材料表面微結(jié)構(gòu)及彩色視覺效果形成機(jī)制，建立飛秒激光彩色微條紋制備理論模型；協(xié)同攻克高精度光機(jī)電多軸協(xié)調(diào)控制技術(shù)、三維動態(tài)掃描振鏡及控制技術(shù)、激光參量監(jiān)測及穩(wěn)定性控制等關(guān)鍵技術(shù)，形成超快飛秒激光彩色微條紋制備工藝數(shù)據(jù)庫，集成開發(fā)精密制造裝備。技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在： （1）采用高精密電機(jī)控制偏振態(tài)鏡片旋轉(zhuǎn)掃描裝置，同步實現(xiàn)激光加工參數(shù)、光束角度線偏振與圓偏振鏡片精密偏擺控制，突破光束偏振態(tài)多維調(diào)控，形成精密激光加工工藝數(shù)據(jù)庫； （2）配套國產(chǎn)飛秒激光器，由激光器性能優(yōu)化角度改善激光加工效果，于激光器內(nèi)部實現(xiàn)脈沖調(diào)制，減少外部控制環(huán)節(jié)； （3）基于自主開發(fā)的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工藝參數(shù)到控制系統(tǒng)集成，簡化操作以提高加工效率；滿足根據(jù)實際應(yīng)用需求實現(xiàn)特定功能開發(fā)。

本發(fā)明公開了一種基于飛秒激光技術(shù)的玻璃表面室內(nèi)清潔機(jī)器人及方法，包括飛秒光纖激光器、實 時監(jiān)控系統(tǒng)和控制中心，飛秒光纖激光器、實時監(jiān)控系統(tǒng)均與控制中心相連，其中:飛秒光纖激光器用 來去除玻璃表面的灰塵和污垢;實時監(jiān)控系統(tǒng)包括定位儀器、玻璃厚度檢測儀器、玻璃層數(shù)檢測儀器和 玻璃透光率檢測儀器，定位儀器用來定位玻璃上灰塵和污垢。本發(fā)明機(jī)器人置于室內(nèi)即可實現(xiàn)玻璃幕墻 或玻璃窗外表

北京大學(xué)物理學(xué)院顏學(xué)慶教授/馬文君研究員團(tuán)隊近期在激光加速重離子領(lǐng)域獲得重要進(jìn)展。他們利用人工設(shè)計的雙層納米靶材，獲得了能量高達(dá)580兆電子伏特（MeV）的碳離子，將飛秒激光加速重離子能量記錄提高了兩倍。相關(guān)結(jié)果以” Laser Acceleration of Highly Energetic Carbon Ions Using a Double-Layer Target Composed of Slightly Underdense Plasma and Ultrathin Foil”為題發(fā)表在物理評論快報上（Physical Review Letters 122，014803 （2019））。 高能重離子在腫瘤治療、生物輻照、核物理與核能等領(lǐng)域有著廣泛的用途。利用超強(qiáng)飛秒脈沖激光加速重離子一直是激光加速領(lǐng)域的難點。之前的大量實驗研究中，通常只能獲得最高能量為幾兆電子伏特每核子（MeV/u）的重離子。而在相同條件下，質(zhì)子可被加速至近百兆電子伏特，遠(yuǎn)高于重離子。這是因為，要有效加速重離子，需要將其在加速初始階段就電離到高電荷態(tài)注入到加速場中，并且保持足夠長的加速時間。一般情況下，這兩點很難同時實現(xiàn)。馬文君研究員團(tuán)隊在前期工作的基礎(chǔ)上（PRL 115, 064801 (2015)，PRL 113, 235002 (2014), Adv Mater 21(5),603 (2009), Nano Lett 7(8), 2307(2007)），設(shè)計并制備出了一種由超薄超低密度碳納米管泡沫與類金剛石納米薄膜組成的雙層復(fù)合靶材，成功地同時實現(xiàn)了這兩個條件。復(fù)合靶材在超強(qiáng)飛秒脈沖激光作用下，位于類金剛石納米薄膜中的碳離子，先后經(jīng)歷了光壓電離注入與長達(dá)數(shù)百飛秒的鞘場加速兩個過程，最終速度達(dá)到了光速的30%。這是首次利用超短脈沖在實驗中實現(xiàn)了重離子的級聯(lián)加速。圖：本研究結(jié)果（）與已有重離子加速實驗結(jié)果匯總。 他們的理論與數(shù)值模擬工作表明，這種高效的加速方案也適用于金、釷、鈾等重離子。在現(xiàn)有激光條件下，可產(chǎn)生能量為數(shù)十兆電子伏特每核子、密度為傳統(tǒng)束流10^9倍的高能高密度重離子束流。這種高能高密度重離子束團(tuán)將為超重元素合成、短壽命核素加速、溫稠密物質(zhì)等溫加熱等重要物理難題的解決提供新的方案。，將為科學(xué)前沿領(lǐng)域及新興交叉學(xué)科的迅猛發(fā)展帶來新的機(jī)遇。 馬文君研究員為論文第一作者與通訊作者。顏學(xué)慶教授與韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所的Nam，Chang Hee教授為共同通訊作者。論文主要作者還包括陳佳洱院士、賀賢土院士、M. Zepf教授, J. Schreiber教授, Kim, I Jong教授、林晨研究員、盧海洋研究員和余金清博士等。該項目得到國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施培育項目（2017ZF22）、科技部重大儀器專項、自然科學(xué)基金重點項目、核物理與核技術(shù)國家重點實驗室和北京市卓越青年科學(xué)家等項目的支持。 相關(guān)文章鏈接如下：Phys. Rev. Lett. 122, 014803 （2019）https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.014803Phys. Rev. Lett. 115, 064801 (2015)https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.064801

超快光子束流可通過對組成物質(zhì)的原子、分子和電子等微觀粒子進(jìn)行超高時空分辨率的測量和控制，實現(xiàn)對物質(zhì)相關(guān)的物理、化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等宏觀過程的理解、應(yīng)用和控制。時間尺度在10-18秒的阿秒光子束流，能夠?qū)﹄娮舆M(jìn)行實時探測和控制，為人類認(rèn)識微觀世界提供了全新手段，被認(rèn)為是激光科學(xué)史上最重要的里程碑之一。世界先進(jìn)國家都將阿秒科學(xué)列為未來10年激光科學(xué)最重要的發(fā)展方向。歐盟極端光學(xué)裝置ELI(Extreme Light Infrastructure)項目三大裝置之一，位于匈牙利的阿秒光脈沖源 (ELI-ALPS)研究中心的首要任務(wù)就是為國際科學(xué)界用戶提供涵蓋相干極紫外(XUV)、X 射線和阿秒脈沖的超快光子束流。 利用強(qiáng)激光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生高次諧波是突破飛秒極限實現(xiàn)高亮度阿秒脈沖輻射的重要方案之一。在強(qiáng)激光與固體密度等離子體的相互作用中，由于兩者之間的能量耦合效率較低，諧波輻射以低效率的相對論振蕩鏡（Relativistic Oscillating Mirror, ROM）機(jī)制為主，難以產(chǎn)生高能的孤立納米電子層進(jìn)行更高效率的相干同步輻射(Coherent Synchrotron Emission, CSE)。

為了更加直觀地探究納米世界，大量研究者致力于發(fā)展高時間-空間分辨能力的微納探測技術(shù)，由龔旗煌院士負(fù)責(zé)的“飛秒-納米時空分辨光學(xué)實驗系統(tǒng)” 國家重大科研儀器研制項目正是圍繞這一目標(biāo)開展工作。近日，該重大儀器項目在基于超快光電子顯微鏡技術(shù)實現(xiàn)表面等離激元的多維度探測方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果于2018年11月19日發(fā)表在《自然?通訊》 雜志（Manipulation of the dephasing time by strong coupling between localized and propagating surface plasmon modes, https://doi.org/10.1038/s41467-018-07356-x）。 基于金屬納米粒子的局域表面等離激元因其高局域強(qiáng)度，小局域尺度，高靈敏度等特點，被大量應(yīng)用在不同領(lǐng)域。但是，幾個飛秒的超短模式壽命(dephasing time)大大限制了其應(yīng)用的廣泛性和實用性。該工作設(shè)計的多層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了局域表面等離激元和傳播表面等離激元的強(qiáng)耦合(圖1(a))。動態(tài)數(shù)值模擬結(jié)果也清晰地證明在強(qiáng)耦合下局域表面等離激元模式和傳播表面等離激元模式之間的能量交換。近場方面，光電子顯微鏡對表面等離激元模式進(jìn)行直接成像，大大突破了原有的遠(yuǎn)場探測技術(shù)的限制。并且結(jié)合不同激發(fā)光源，實現(xiàn)不同維度的探測。結(jié)合波長可調(diào)的激光光源，光電子顯微鏡在頻域記錄下表面等離激元模式隨波長變化的強(qiáng)度演化過程(圖1(b))。結(jié)合超快泵浦探測技術(shù)，光電子顯微鏡在時域記錄下表面等離激元模式隨時間變化的演化趨勢。該工作更加深入并直觀地探測強(qiáng)耦合體系中的能量轉(zhuǎn)換過程，并通過強(qiáng)耦合中失諧量的改變實現(xiàn)模式壽命的操控，相較于未耦合的局域表面等離模式，強(qiáng)耦合的模式壽命由6飛秒(10-15秒)提高到10飛秒。這一研究成果對進(jìn)一步發(fā)展基于表面等離激元的人工光合成、生物傳感等應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)價值。圖1、（a）光電子顯微鏡和多層結(jié)構(gòu)示意圖，（b）遠(yuǎn)場和近場探測曲線、不同波長激光激發(fā)下光電子顯微鏡記錄的局域表面等離激元模式分布圖。 此研究是由北京大學(xué)和日本北海道大學(xué)共同合作完成，北京大學(xué)物理學(xué)院博士生楊京寰和重大儀器項目的國際合作者、北海道大學(xué)助理教授孫泉為該文章的共同第一作者，北京大學(xué)龔旗煌院士和北海道大學(xué)Misawa教授為共同通訊作者。除了自然科學(xué)基金委的國家重大科研儀器研制項目，該工作還得到了科技部、北京大學(xué)人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室、極端光學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、“2011計劃”量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、日本文部科學(xué)省及學(xué)術(shù)振興會、北海道大學(xué)納米技術(shù)平臺等單位的支持。目前國家重大科研儀器研制項目“飛秒-納米時空分辨光學(xué)實驗系統(tǒng)”的研制正在有序推進(jìn)中，已經(jīng)取得了一批包括此工作在內(nèi)的階段性成果。該實驗系統(tǒng)的核心儀器是附帶低能電子顯微功能的光電子顯微鏡(PEEM), 其激發(fā)光的波長覆蓋范圍從極紫外到近紅外(圖2)。下一步該實驗系統(tǒng)有望在二維材料、光電材料與器件、表面介觀物理等研究領(lǐng)域大顯身手、發(fā)揮積極作用。圖2、北京大學(xué)研究團(tuán)隊的飛秒納米時空分辨系統(tǒng)

該實驗系統(tǒng)能夠同時實現(xiàn)幾個飛秒的超高時間分辨率和四納米的超高空間分辨率，成為介觀光學(xué)與微納光子學(xué)研究的強(qiáng)大實驗測量手段。