近年來(lái)，以激光器為基礎(chǔ)的激光產(chǎn)業(yè)在全球發(fā)展迅猛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年和激光相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)的市場(chǎng)價(jià)值高達(dá)上萬(wàn)億美元。得益于應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)也逐漸駛?cè)敫咚侔l(fā)展期。

本文將為大家介紹27類(lèi)激光前沿應(yīng)用，并對(duì)激光器的選擇提供一些參考性建議。

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數(shù)字PCR（dPCR）

數(shù)字PCR是第三代PCR技術(shù)，是一種核酸分子絕對(duì)定量技術(shù)。與傳統(tǒng)qPCR技術(shù)相比，數(shù)字PCR(dPCR)具有：絕對(duì)定量、無(wú)需標(biāo)準(zhǔn)品、樣品需求低，高靈敏度，高耐受性等特點(diǎn)。

數(shù)字PCR一般包括兩部分內(nèi)容，即PCR擴(kuò)增和熒光信號(hào)分析。在PCR 擴(kuò)增階段，數(shù)字PCR一般需要將樣品稀釋到單分子水平，并平均分配到幾十至幾萬(wàn)個(gè)單元中進(jìn)行反應(yīng)，通過(guò)特定激光來(lái)激發(fā)出通道中的熒光信號(hào)。在擴(kuò)增結(jié)束后對(duì)各個(gè)反應(yīng)單元的熒光信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，最后通過(guò)直接計(jì)數(shù)或泊松分布公式計(jì)算得到樣品的原始濃度或含量。相對(duì)于qPCR技術(shù)，dPCR技術(shù)具備以下優(yōu)勢(shì)：（1）靈敏度可達(dá)單個(gè)核酸分子：檢測(cè)限低至0.001%；（2）無(wú)需標(biāo)準(zhǔn)品/標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，即可對(duì)靶分子起始量進(jìn)行絕對(duì)定量；（3）特別適合基質(zhì)復(fù)雜樣品的檢測(cè)；（4）能夠有效區(qū)分濃度差異（變化）微小的樣品，有更好的準(zhǔn)確度、精密度和重復(fù)性。目前，數(shù)字PCR技術(shù)在病原體檢測(cè)、癌癥生物標(biāo)志物研究和拷貝數(shù)變異分析、基因表達(dá)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品檢測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

常見(jiàn)的數(shù)字PCR(dPCR)技術(shù)主要有兩種：微滴式dPCR(ddPCR)和芯片式dPCR(cdPCR)。兩者基本原理相同，由于芯片式dPCR制造芯片的成本較高，目前微滴式dPCR以更低成本、更實(shí)用的優(yōu)勢(shì)，正越來(lái)越受到企業(yè)的認(rèn)可。微滴式dPCR(ddPCR)也在此次疫情防控中有力推動(dòng)了對(duì)疑似疫情感染患者的甄別工作。

主要組成：熒光通道、激光器、光學(xué)檢測(cè)器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。

激光器選擇：高功率穩(wěn)定性，光斑高斯分布。

常用波長(zhǎng)：405nm，473nm，532nm，639nm等。

2

流式細(xì)胞術(shù)

流式細(xì)胞術(shù)是一項(xiàng)集激光技術(shù)、電子物理、流體力學(xué)、光電測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、單克隆抗體技術(shù)為一體的新型高科技技術(shù)，被譽(yù)為實(shí)驗(yàn)室的“CT”，是一種可以對(duì)細(xì)胞(或亞細(xì)胞)結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速測(cè)量的新型分析技術(shù)和分選技術(shù)。

通過(guò)快速測(cè)定庫(kù)爾特電阻、熒光、光散射和光吸收來(lái)定量測(cè)定細(xì)胞 DNA含量、細(xì)胞體積、蛋白質(zhì)含量、酶活性、細(xì)胞膜受體和表面抗原等許多重要參數(shù)。根據(jù)這些參數(shù)將不同性質(zhì)的細(xì)胞分開(kāi)，以獲得供生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究用的純細(xì)胞群體。隨著流式細(xì)胞技術(shù)水平的不斷提高，其應(yīng)用范圍也日益廣泛。流式細(xì)胞術(shù)已普遍應(yīng)用于免疫學(xué)、血液學(xué)、腫瘤學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)、生物化學(xué)等臨床醫(yī)學(xué)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域。

主要組成：液流系統(tǒng)，光路系統(tǒng)，信號(hào)測(cè)量和細(xì)胞分選等。

激光器要求：高穩(wěn)定性，低噪聲，定制光斑。

常用波長(zhǎng)：355nm，360nm，405nm，473nm，488nm，532nm，561nm，593.5nm，640nm，671nm，785nm等。

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熒光顯微成像&共聚焦顯微成像

熒光顯微技術(shù)是利用激光作為激發(fā)光源激發(fā)熒光基團(tuán)產(chǎn)生熒光而成像，產(chǎn)生的熒光波長(zhǎng)一般與激發(fā)光不同。它與一般光學(xué)顯微鏡一樣是場(chǎng)激發(fā)，因而只能面成像。

共聚焦顯微技術(shù)是在熒光顯微分析技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，利用熒光顯微鏡可以對(duì)生物樣品發(fā)出的熒光進(jìn)行觀察和分析。但是熒光顯微鏡收集到的是樣品的整體熒光，來(lái)自樣品內(nèi)不同部位的熒光信號(hào)相互干擾、難以區(qū)分，無(wú)法獲得準(zhǔn)確的定位和定量信息。

共聚焦顯微技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了這一問(wèn)題，這一技術(shù)可以獲取細(xì)胞內(nèi)某個(gè)薄層面上的熒光信息，而該層以外的信號(hào)被消除掉，成像清晰程度大大提高。結(jié)合計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，可以對(duì)熒光信號(hào)的分布、強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行全方位的分析，得到豐富的信息。與傳統(tǒng)顯微鏡相比，共聚焦顯微鏡可抑制圖像的模糊，獲得清晰的圖像；具有更高的軸向分辨率，并可獲取連續(xù)光學(xué)切片，增加側(cè)向分辨率；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)掃描，去除了雜散光的影響。其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到細(xì)胞學(xué)、微生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、遺傳學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、生理和病理學(xué)等學(xué)科的研究工作中，成為現(xiàn)代生物學(xué)微觀研究的重要工具。

激光器要求：低噪聲，高功率穩(wěn)定性，窄線(xiàn)寬，自由空間/光纖耦合輸出，單波長(zhǎng)/多波長(zhǎng)可選。

常用波長(zhǎng)：266nm，355nm，405nm，473nm，520nm，532nm，561nm，640nm，808nm，980nm等。

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光聲成像

光聲成像技術(shù)是指：當(dāng)用短脈沖激光輻照生物組織時(shí)，位于組織體內(nèi)的吸收體（如腫瘤）吸收脈沖光能量，從而升溫膨脹，產(chǎn)生超聲波；這時(shí)，位于組織體表面的超聲探測(cè)器可以接收到這些外傳的超聲波，并依據(jù)探測(cè)到的光聲信號(hào)來(lái)重建組織內(nèi)光能吸收分布的圖像。近年來(lái)，光聲斷層成像、光聲顯微成像、光聲內(nèi)窺成像發(fā)展迅速，使得532nm高重頻固體脈沖激光器，以及可調(diào)諧激光器得到廣泛應(yīng)用。

對(duì)比其他醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，光聲成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及先進(jìn)性：

（1）使用非電離輻射，是一種無(wú)損的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。

（2）結(jié)合了光學(xué)成像的高對(duì)比度和超聲成像的高分辨率。解決了光學(xué)成像/超聲成像對(duì)比度不高，無(wú)法有效監(jiān)測(cè)早期腫瘤的問(wèn)題。

（3）適用于通過(guò)內(nèi)源性對(duì)比進(jìn)行功能，代謝和組織學(xué)成像，以及通過(guò)外部對(duì)比進(jìn)行分子和細(xì)胞成像。并可與其他成像模式互補(bǔ)并兼容，尤其是光學(xué)成像和超聲成像。

激光器要求：光點(diǎn)穩(wěn)定性好，光斑優(yōu)。

常用波長(zhǎng)：266nm，457nm，532nm，660nm，770-840nm可調(diào)諧激光器等。

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光學(xué)相干層析成像（OCT）

光學(xué)相干層析成像(OCT)是20世紀(jì)90年代逐步發(fā)展而成的一種新的三維層析成像技術(shù)。

OCT基于低相干干涉原理獲得深度方向的層析能力，通過(guò)掃描可以重構(gòu)出生物組織或材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的二維或三維圖像。其信號(hào)對(duì)比度源于生物組織或材料內(nèi)部光學(xué)反射(散射)特性的空間變化。該成像模式的核心部件包括低相干寬帶激光光源、光纖邁克爾遜干涉儀和光電探測(cè)器，其軸向分辨率取決于寬帶光源的相干長(zhǎng)度，一般可以達(dá)到1-15μm，而徑向分辨率與普通光學(xué)顯微鏡類(lèi)似，決定于樣品內(nèi)部聚焦光斑的尺寸，一般也在微米量級(jí)。

OCT具有非接觸、非侵入、成像速度快(實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像)、探測(cè)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。目前，OCT技術(shù)已經(jīng)在臨床診療與科學(xué)研究中獲得了廣泛的應(yīng)用，如眼科醫(yī)療，視網(wǎng)膜病、牙科齲齒的檢測(cè)、心血管疾病探查、胃腸道疾病檢測(cè)、乳腺癌早期診斷等，具有其他檢測(cè)設(shè)備無(wú)法比擬的高分辨率和精準(zhǔn)度。

主要組成：低相干寬帶激光光源，光纖邁克爾遜干涉儀，光電探測(cè)器等。

激光器要求：較寬的頻譜寬度，高輸出功率，高功率穩(wěn)定性，易于耦合。

常用波長(zhǎng)：1470nm，1550nm，1710nm等。

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DNA測(cè)序

DNA測(cè)序是指通過(guò)分析特定DNA片段堿基序列，也就是腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）與鳥(niǎo)嘌呤的（G）排列方式，獲得生物遺傳信息的方法。

DNA測(cè)序采用鏈終止法，在DNA轉(zhuǎn)錄末端引入帶有熒光標(biāo)記的寡核苷酸，此時(shí)DNA被分成了長(zhǎng)度不同的單鏈；再使其通過(guò)激光聚焦光束，不同熒光素會(huì)發(fā)出不同顏色熒光，達(dá)到標(biāo)記核苷酸排序的目的。DNA測(cè)序的出現(xiàn)極大地推動(dòng)了生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的研究和發(fā)現(xiàn)。

激光器要求：高波長(zhǎng)穩(wěn)定性，高功率，優(yōu)光斑均勻性。

常用波長(zhǎng)：473nm，488nm，505nm，514.5nm，532nm，561nm，577nm，639.5nm等。

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光鑷

光鑷(Optical tweezers)技術(shù)基于光輻射壓力與單光束梯度力光阱，是用物鏡下高度匯聚的激光形成的三維梯度勢(shì)阱來(lái)俘獲、操縱和測(cè)量微小顆粒力學(xué)特性的光學(xué)技術(shù)。光鑷的應(yīng)用可歸納為四類(lèi)，即光鑷與細(xì)胞生物學(xué)、光鑷與單分子生物學(xué)、光鑷與膠體科學(xué)以及光鑷與物理學(xué)4個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。光鑷技術(shù)在這些領(lǐng)域已成功解決了許多的重大科學(xué)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，光鑷技術(shù)得到了極快的發(fā)展。由過(guò)去簡(jiǎn)單的單光鑷演化出了許多其他的類(lèi)型，極大地?cái)U(kuò)大了光鑷技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

1）全息光鑷：可以自由控制多個(gè)粒子，使得粒子的融合、吸附以及粒子間或粒子與表面的相互作用研究得到簡(jiǎn)化。利用全息元件或空間光調(diào)制器(SLM)所形成的全息光鑷，在多粒子操控方面的優(yōu)勢(shì)，為光鑷技術(shù)走向?qū)嵱没?、?guī)模工業(yè)生產(chǎn)打開(kāi)了新局面，是目前光鑷家族極具活力的成員。

2）等離子體光鑷：用最小激光能量鑷取最小微粒的納米光鑷。通過(guò)采用等離子體光鑷結(jié)構(gòu)，被捕獲的納米顆粒的運(yùn)動(dòng)被限制在等離子體區(qū)域，該區(qū)域比激光的衍射限制區(qū)域小得多，使得捕獲更加穩(wěn)定。等離子體光鑷技術(shù)可以克服自由空間衍射帶來(lái)的限制，增強(qiáng)阱內(nèi)的局部光強(qiáng)度，能解決目前光鑷技術(shù)研究中存在的進(jìn)場(chǎng)光鑷倏逝場(chǎng)偏弱、金屬顆粒難以捕獲等問(wèn)題。等離子光鑷技術(shù)不僅將加速生命/納米/材料科學(xué)的研究進(jìn)展，而且還將產(chǎn)生新的功能材料、納米醫(yī)學(xué)和診斷工具。這一科學(xué)領(lǐng)域在未來(lái)將繼續(xù)迅速發(fā)展。

激光器要求：低噪聲，高功率穩(wěn)定性。

常用波長(zhǎng)：532nm、635nm、1064nm等。

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光遺傳學(xué)

光遺傳學(xué)就是應(yīng)用光來(lái)控制細(xì)胞的活性，已經(jīng)被證明是神經(jīng)科學(xué)中一種潛力無(wú)窮的研究工具。該技術(shù)整合了光學(xué)、軟件控制、基因操作技術(shù)、電生理等多學(xué)科交叉的生物工程技術(shù)。人們可以借助光遺傳學(xué)技術(shù)對(duì)活體組織的特定細(xì)胞進(jìn)行調(diào)控，開(kāi)啟或關(guān)閉某個(gè)已經(jīng)被研究得非常清楚的細(xì)胞功能。

光遺傳技術(shù)控制細(xì)胞的流程：首先向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)入一個(gè)合適的光敏蛋白基因；以激光作為刺激媒介，在不同波長(zhǎng)的激光照刺激下達(dá)到對(duì)細(xì)胞選擇性地興奮或者抑制的目的（可以光纖輸出局部刺激細(xì)胞，也可以空間光輸出大范圍刺激腦區(qū)）；最后收集輸出信號(hào)，讀取結(jié)果或者通過(guò)適當(dāng)控制編程實(shí)現(xiàn)控制生物活動(dòng)的效果。光遺傳技術(shù)可以推廣到所有類(lèi)型的神經(jīng)細(xì)胞，已經(jīng)衍生出了幾個(gè)富有前途的轉(zhuǎn)化型研究領(lǐng)域，比如在神經(jīng)病學(xué)的應(yīng)用研究，可以用于眼病的治療，神經(jīng)修復(fù)學(xué)領(lǐng)域，心臟疾病，帕金森癥等。

激光器要求：根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求選擇合適功率檔，選配光纖跳線(xiàn)、陶瓷插針、可旋轉(zhuǎn)光纖連接器、光纖支架等。

常用波長(zhǎng)：405nm, 457nm, 473nm, 532nm, 561nm, 589nm, 635nm, 808nm, 980nm, 1064nm等。

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光動(dòng)力治療

光動(dòng)力治療（PDT）是繼外科手術(shù)、化學(xué)治療、放射治療后出現(xiàn)的治療腫瘤的新技術(shù)。具有創(chuàng)傷小、毒性低、選擇性好、適用性高等優(yōu)點(diǎn)。

其原理是應(yīng)用一種給藥方式給予光敏藥物后，在一定時(shí)間間隔內(nèi)采用特定波長(zhǎng)的光源照射腫瘤部位；利用光敏藥物的光敏化特性，使選擇性聚集在腫瘤組織的光敏藥物活化，在光源的激勵(lì)下產(chǎn)生一系列的化學(xué)、物理、生物等光反應(yīng)破壞腫瘤。新一代光動(dòng)力療法中的光敏藥物會(huì)將能量傳遞給周?chē)难酰苫钚院軓?qiáng)的單態(tài)氧。單態(tài)氧能與附近的生物大分子發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生細(xì)胞毒性進(jìn)而殺傷腫瘤細(xì)胞。

光源是保證光動(dòng)力治療順利實(shí)施的必要因素之一。而好的光源應(yīng)該具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）光波長(zhǎng)處于光敏藥物吸收峰附近，（2）光源在使用過(guò)程中需要有一定的組織穿透性，（3）光功率最好可調(diào)，（4）激光的輸出可與光纖相結(jié)合使用，保證治療靶向點(diǎn)更加精確等?？偠灾?，光動(dòng)力治療離不開(kāi)高品質(zhì)的光源，隨著光動(dòng)力治療技術(shù)的日漸成熟，適用于光動(dòng)力治療的光源也將會(huì)隨著科學(xué)研究技術(shù)的進(jìn)步而日臻完善。

激光器要求：連續(xù)/脈沖輸出，自由空間/光纖耦合輸出可選。

常用波長(zhǎng)：405nm, 457nm, 532nm, 561nm, 577nm, 589nm, 635nm, 808nm等。

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單細(xì)胞分選

單細(xì)胞分選具有無(wú)標(biāo)記、非接觸、準(zhǔn)確率高、廣泛適用等特點(diǎn)。利用激光與物質(zhì)相互作用，非接觸性地將附著在芯片上的目標(biāo)單細(xì)胞從復(fù)雜的生物樣本中彈射至接收裝置中，從而實(shí)現(xiàn)直觀、準(zhǔn)確的單細(xì)胞分離。

與傳統(tǒng)的流式細(xì)胞分選技術(shù)相比，單細(xì)胞分選：（1）可最大程度保持細(xì)胞本來(lái)的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)分選。（2）可應(yīng)對(duì)各種性狀（不同類(lèi)型、尺寸）的復(fù)雜生物樣本，特別適用于微生物單細(xì)胞分選。（3）具有良好的兼容性，可與多種細(xì)胞識(shí)別裝置耦合，實(shí)現(xiàn)特異性單細(xì)胞分選。例如：與共聚焦拉曼顯微鏡耦合，可根據(jù)拉曼光譜這一單細(xì)胞“分子指紋”，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞非標(biāo)記識(shí)別與精準(zhǔn)分選；與熒光顯微鏡耦合，可根據(jù)已知特異性表型單細(xì)胞的熒光標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)分離；與光學(xué)顯微鏡耦合，可根據(jù)形態(tài)、大小、染色結(jié)果識(shí)別細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)最直觀的單細(xì)胞分選。

單細(xì)胞分選為環(huán)境、臨床等復(fù)雜生物樣本中的單細(xì)胞，特別是微生物分選提供先進(jìn)可靠的技術(shù)手段。能夠在單細(xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)微生物的分離，結(jié)合基因測(cè)序技術(shù)，建立單細(xì)胞表型與基因型的聯(lián)系，突破了群落中功能基因難以驗(yàn)證這一生物學(xué)長(zhǎng)久以來(lái)面臨的困境；同時(shí)基于微生物單細(xì)胞的代謝機(jī)制研究，使未培養(yǎng)微生物的純菌株獲取成為可能，開(kāi)創(chuàng)微生物單細(xì)胞基因組學(xué)研究的新方法，拓展人類(lèi)對(duì)未知微生物世界的探索與資源利用。未來(lái)，單細(xì)胞激光分選將為微生物資源利用、疾病診斷、制藥工程、健康管理等領(lǐng)域提供可靠的單細(xì)胞分選解決方案，推動(dòng)單細(xì)胞研究領(lǐng)域快速發(fā)展，為生命科學(xué)打開(kāi)一個(gè)全新世界。

激光器要求：脈沖輸出，高能量穩(wěn)定性。

常用波長(zhǎng)：355nm，532nm等。

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金剛石NV色心高靈敏度探測(cè)

NV色心是金剛石中的一種發(fā)光點(diǎn)缺陷。一個(gè)氮原子取代金剛石中的碳原子，并且在臨近位有一個(gè)空穴，這樣的點(diǎn)缺陷被稱(chēng)為NV色心。NV色心存在著光致變色現(xiàn)象，在激光的泵浦下表現(xiàn)出較強(qiáng)的熒光，用不同波長(zhǎng)激光泵浦時(shí)會(huì)觀察到NV色心熒光強(qiáng)度和波長(zhǎng)的變化。

NV色心獨(dú)特且穩(wěn)定的光學(xué)特性使其擁有廣泛的應(yīng)用前景。在量子信息領(lǐng)域，NV色心可以作為單光子源用于量子計(jì)算。在生物學(xué)領(lǐng)域，NV色心是完美的生物標(biāo)識(shí)物，具有光學(xué)性能穩(wěn)定，細(xì)胞毒性低的特點(diǎn)。NV色心作為具有量子敏感度的傳感設(shè)備，還可應(yīng)用于納米尺度磁場(chǎng)、電場(chǎng)、溫度、壓力的探測(cè)等。

激光器要求：低噪聲、脈沖激光器或連續(xù)激光器均可。

常用波長(zhǎng)：532nm，589nm，637nm等。

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光致發(fā)光測(cè)定半導(dǎo)體材料組分

光致發(fā)光光譜（Photoluminescence Spectroscopy，簡(jiǎn)稱(chēng)PL譜），是一種探測(cè)材料電子結(jié)構(gòu)的分析測(cè)試方法。具有非接觸、無(wú)損傷、分辨率/靈敏度高等特點(diǎn)。

光致發(fā)光是指物質(zhì)吸收光子（或電磁波）后重新輻射出光子（或電磁波）的過(guò)程。從量子力學(xué)理論上講，這一過(guò)程可以描述為物質(zhì)吸收光子躍遷到較高能級(jí)的激發(fā)態(tài)后返回基態(tài)，同時(shí)放出光子的過(guò)程。物體依賴(lài)外界光源進(jìn)行照射，從而獲得能量，產(chǎn)生激發(fā)導(dǎo)致發(fā)光。它大致經(jīng)過(guò)吸收、能量傳遞及光發(fā)射三個(gè)主要階段，光的吸收及發(fā)射都發(fā)生于能級(jí)之間的躍遷，都經(jīng)過(guò)激發(fā)態(tài)。而能量傳遞則是由于激發(fā)態(tài)的運(yùn)動(dòng)。紫外輻射、可見(jiàn)光及紅外輻射均可引起光致發(fā)光。光致發(fā)光的數(shù)量與類(lèi)型依研究的物質(zhì)與使用的激光波長(zhǎng)而定。選擇適當(dāng)?shù)募す獠ㄩL(zhǎng)一般可避免不必須要的熒光干擾。

目前，光致發(fā)光的光譜結(jié)構(gòu)和光強(qiáng)是測(cè)量包括半導(dǎo)體材料在內(nèi)的許多重要材料光學(xué)性質(zhì)、電子能級(jí)結(jié)構(gòu)等的重要手段。

主要組成：光源系統(tǒng)，分光系統(tǒng)，樣品檢測(cè)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)等。

常用波長(zhǎng)：266nm，325nm，360nm，532nm，808nm，980nm等。

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鈉激光導(dǎo)星

激光導(dǎo)星技術(shù)（LGS）是現(xiàn)代大型天文望遠(yuǎn)鏡自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分，以鈉激光導(dǎo)星發(fā)射的光信號(hào)波前為標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量該波前通過(guò)大氣產(chǎn)生的相位畸變獲得誤差信號(hào)，通過(guò)變形鏡校正補(bǔ)償該誤差，使望遠(yuǎn)鏡的實(shí)際分辨率達(dá)到衍射極限，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)觀測(cè)目標(biāo)的高分辨成像。近些年來(lái)迅速發(fā)展的鈉激光導(dǎo)星技術(shù)在一定程度上彌補(bǔ)了自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的缺點(diǎn)：（1）受大氣湍流干擾無(wú)法達(dá)到理論上的衍射極限；（2）有時(shí)只能高清晰地觀測(cè)有限的空間目標(biāo)。

鈉激光導(dǎo)星的作用就是在待觀測(cè)目標(biāo)附近激發(fā)足夠亮的人造光源。海拔90-110 Km的大氣中間層分布著一層厚度為10公里的鈉原子層，通過(guò)波長(zhǎng)為589.159nm高性能激光激發(fā)鈉原子發(fā)出共振熒光，形成一顆人造的點(diǎn)光源，即稱(chēng)為激光鈉導(dǎo)星。激光鈉導(dǎo)星是國(guó)內(nèi)外地基大口徑望遠(yuǎn)鏡自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分，鈉激光導(dǎo)星自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)是用于校正天文目標(biāo)光波前畸變、大幅度擴(kuò)大空間探測(cè)范圍、提高地基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡成像分辨率的有力工具。該項(xiàng)技術(shù)在空間目標(biāo)識(shí)別、空間激光通信和天文觀測(cè)等領(lǐng)域都具有著重要的應(yīng)用前景。

2012年，由中科院長(zhǎng)春光機(jī)所和新產(chǎn)業(yè)光電技術(shù)有限公司共同承擔(dān)的所創(chuàng)新項(xiàng)目“鈉激光導(dǎo)星實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目順利結(jié)題，成功捕獲到鈉激光導(dǎo)星圖像，并已可長(zhǎng)期穩(wěn)定地進(jìn)行觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。科研人員通過(guò)不懈努力，掌握了鈉激光導(dǎo)星非線(xiàn)性和頻激光器、微弱信號(hào)成像、導(dǎo)星數(shù)據(jù)分析方法等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，為工程化實(shí)際應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

主要組成：激光器、發(fā)射系統(tǒng)，接收系統(tǒng)，波前探測(cè)控制系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)等。

激光器要求：高功率、高光束質(zhì)量、窄線(xiàn)寬、波長(zhǎng)可調(diào)、高波長(zhǎng)穩(wěn)定性等。

常用波長(zhǎng)：589.159nm。

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三維粒子圖像測(cè)速（PIV）

PIV技術(shù)是一種瞬態(tài)、多點(diǎn)、無(wú)接觸式的流體力學(xué)測(cè)速方法。

在流場(chǎng)中散播一些跟蹤性與反光性良好的示蹤粒子；用激光片光照射到所測(cè)流場(chǎng)的切面區(qū)域；通過(guò)成像記錄系統(tǒng)連續(xù)攝取兩次或多次曝光的粒子圖像；再利用圖像互關(guān)方法分析所拍攝的PIV圖像，獲得每一小區(qū)域中粒子圖像的平均位移，由此確定流場(chǎng)切面上整個(gè)區(qū)域的二維流體速度分布。PIV技術(shù)廣泛應(yīng)用在風(fēng)洞中的流場(chǎng)測(cè)量，湍流流場(chǎng)測(cè)定，顆粒流的研究等領(lǐng)域。

二維PIV技術(shù)近幾年主要向著高頻率、高精度的方向發(fā)展。除此之外，多相流PIV和微PIV也逐漸發(fā)展成熟。除此之外，在PIV技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，三維PIV一直是研究的重點(diǎn)方向，目前學(xué)者們也已提出了多種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)三維流場(chǎng)的測(cè)量。三維PIV技術(shù)的逐步推廣，對(duì)諸如非定常、非周期性三維流動(dòng)研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

主要組成：相機(jī)，激光器，圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)控制/圖像數(shù)據(jù)分析軟件。

激光器要求：片光源，連續(xù)/單脈沖/雙脈沖輸出，選配導(dǎo)光臂/光纖。

常用波長(zhǎng)：405nm，447nm，532nm，671nm，808nm等。

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大幅畫(huà)三維彩色全息

三維彩色全息技術(shù)，就是一種在三維空間中投射三維立體影像（影像為物理上的“立體”而非單純視覺(jué)上的“立體”）的次時(shí)代技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)是利用干涉和衍射原理來(lái)記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)的三維立體圖像的技術(shù)，由于干涉信息每個(gè)點(diǎn)都記錄在全息圖上，所以即便損壞也可以完整的看到整個(gè)像。由于三維彩色全息圖比單色全息圖更能真實(shí)的反應(yīng)物體的原始信息，因此在全息顯示方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

為實(shí)現(xiàn)高清晰、大幅畫(huà)、三維彩色全息顯示，利用全息角度復(fù)用技術(shù)、全息旋轉(zhuǎn)復(fù)用技術(shù)和全息波長(zhǎng)復(fù)用技術(shù)在液晶薄膜中實(shí)現(xiàn)多重復(fù)用全息顯示，采用RGB三色激光實(shí)現(xiàn)RGB圖像分量的再現(xiàn)。RGB圖像分量被記錄在三個(gè)不同的全息圖中，這三個(gè)全息圖利用角度復(fù)用被記錄在液晶薄膜的同一記錄點(diǎn)。綠色激光作為記錄光同時(shí)記錄三幅全息圖，然后紅綠藍(lán)三色激光分別讀出相應(yīng)的全息圖，這三幅RGB圖像合成為三維彩色全息圖像。

目前，三維彩色全息技術(shù)在立體電影、電視、展覽、顯微術(shù)、干涉度量學(xué)、投影光刻、軍事偵察監(jiān)視、水下探測(cè)、金屬內(nèi)部探測(cè)、保存珍貴的歷史文物、藝術(shù)品、信息存儲(chǔ)、遙感，研究和記錄物理狀態(tài)變化極快的瞬時(shí)現(xiàn)象、瞬時(shí)過(guò)程（如爆炸和燃燒）等各個(gè)方面獲得廣泛應(yīng)用。

激光器要求：長(zhǎng)相干/窄線(xiàn)寬，高功率/頻率/指向穩(wěn)定性。

常用波長(zhǎng)：405nm，457nm，473nm，532nm，589nm，639nm，660nm，671nm，RGB合光等。

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短波紫外拉曼

近年來(lái)，在激光技術(shù)和納米科技的迅猛發(fā)展之下，拉曼光譜呈現(xiàn)顯著的上升趨勢(shì)。短波紫外激光器正在拉曼光譜領(lǐng)域涌現(xiàn)出新應(yīng)用。短波紫外激光器具有波長(zhǎng)短、光子能量大、衍射效應(yīng)小、分辨能力強(qiáng)、熱效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，短波紫外拉曼光譜解決了拉曼光譜幾十年來(lái)沒(méi)有解決的熒光干擾的問(wèn)題。因?yàn)樵诙滩ㄗ贤饧ぐl(fā)下拉曼信號(hào)和熒光信號(hào)在不同的光譜區(qū)域，不會(huì)受到干擾。而使用可見(jiàn)激光激發(fā)時(shí)，拉曼信號(hào)和熒光信號(hào)往往會(huì)重疊在一起，又由于熒光的信號(hào)強(qiáng)度是拉曼信號(hào)強(qiáng)度所無(wú)法比擬的，因此熒光信號(hào)會(huì)干擾甚至完全湮沒(méi)拉曼信號(hào)。使用短波紫外激光激發(fā)時(shí)，拉曼信號(hào)仍位于靠近激光線(xiàn)附近的位置，而熒光則在較高波長(zhǎng)的位置，由此拉曼和熒光信號(hào)不再重疊，熒光問(wèn)題也不復(fù)存在。

對(duì)于某些特定樣品來(lái)說(shuō)，短波紫外激光與樣品相互作用的方式與可見(jiàn)激光不同，并且拉曼信號(hào)可以通過(guò)共振拉曼信號(hào)得到增強(qiáng)，在很大程度上擴(kuò)寬了拉曼光譜在物理、化學(xué)、生物、材料等領(lǐng)域中的應(yīng)用。例如：（1）短波紫外激光在半導(dǎo)體材料中的穿透深度一般在幾個(gè)納米的量級(jí)，因而短波紫外拉曼可以用來(lái)對(duì)樣品表面的薄層（常見(jiàn)于新型硅基材料SOI材料)進(jìn)行選擇性分析。（2）短波紫外激發(fā)也可以與蛋白質(zhì)、DNA、RNA等生物樣品產(chǎn)生特定的共振增強(qiáng)進(jìn)而對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行特定的分析，而使用可見(jiàn)光激發(fā)則無(wú)法實(shí)現(xiàn)。（3）短波紫外拉曼在探測(cè)金屬中心合成物、富勒分子、聯(lián)乙醯以及其他的稀有分子上也是一種重要的技術(shù)，這些材料對(duì)于可見(jiàn)光都有著很強(qiáng)的吸收等。

中科院大連化物所李燦院士課題組采用CNI-261nm短波連續(xù)紫外激光器，用于分子篩、雜原子分子篩的結(jié)構(gòu)、合成、催化表征及原位表征研究，并取得重要成果。緊隨激光拉曼光譜的發(fā)展，李燦院士課題組又進(jìn)入了生物學(xué)領(lǐng)域。而生物學(xué)的一個(gè)重要特征是研究生物的手性問(wèn)題，基于紫外拉曼光譜的思路：把常規(guī)的可見(jiàn)光移到了紫外區(qū)、短波區(qū)，移到短波區(qū)以后，手性拉曼的靈敏度、信噪比大幅度提升。成功于2017年成功研制第一臺(tái)短波長(zhǎng)手性拉曼光譜儀。

未來(lái)，短波紫外激光技術(shù)將催生新一代納米技術(shù)、材料科學(xué)、生物技術(shù)、化學(xué)分析、等離子體物理等學(xué)科的發(fā)展。短波紫外激光到紅外激光，光電子技術(shù)將成為人類(lèi)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，而短波紫外激光技術(shù)正成為新的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。

主要組成：激光器，光譜儀，拉曼探頭等。

激光器要求：窄線(xiàn)寬，高波長(zhǎng)穩(wěn)定性，高光譜純度。

常用波長(zhǎng)：213nm~360nm等。

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高精度視覺(jué)檢測(cè)

高精度視覺(jué)檢測(cè)是人工智能正在快速發(fā)展的一個(gè)分支。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。

高精度視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的核心是圖像采集和處理。所有信息均來(lái)源于圖像之中，圖像本身的質(zhì)量對(duì)整個(gè)視覺(jué)系統(tǒng)極為關(guān)鍵。而光源則是影響整個(gè)系統(tǒng)圖像水平的重要因素，因?yàn)樗苯佑绊戄斎霐?shù)據(jù)的質(zhì)量和至少30%的應(yīng)用效果。通過(guò)合適的光源及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使圖像中的目標(biāo)信息與背景信息得到最佳分離，可以大大降低圖像處理算法分割、識(shí)別的難度，同時(shí)提高系統(tǒng)的定位、測(cè)量精度，使系統(tǒng)的可靠性和綜合性能得到提高。

在國(guó)外，高精度視覺(jué)檢測(cè)的應(yīng)用相當(dāng)普及，主要集中在電子、汽車(chē)、冶金、食品飲料、零配件裝配及制造等行業(yè)。高精度視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)在質(zhì)量檢測(cè)的各個(gè)方面也已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，這一應(yīng)用剛剛起步，目前主要集中在制藥、印刷、包裝、食品飲料等行業(yè)，但隨著國(guó)內(nèi)制造業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)于產(chǎn)品檢測(cè)和質(zhì)量的要求不斷提高，各行各業(yè)對(duì)圖像和高精度視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的工業(yè)自動(dòng)需求將越來(lái)越大，因此該技術(shù)在未來(lái)制造業(yè)中將會(huì)有巨大的發(fā)展空間。

主要組成：光源，圖像攝取裝置、圖像采集/處理卡、圖像處理系統(tǒng)等。

激光器要求：功率密度分布均勻，直線(xiàn)度高，條紋精細(xì)，邊緣清晰，一字線(xiàn)、網(wǎng)格、多線(xiàn)、十字、多圓環(huán)等多種衍射模式可選。

常用波長(zhǎng)：405nm-980nm范圍，多種波長(zhǎng)可選。

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激光誘導(dǎo)光譜（LIBS）

激光誘導(dǎo)光譜（LIBS）技術(shù)具有無(wú)接觸式、破壞性小、快速原位遠(yuǎn)程分析、多元素同時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)。

將高峰值功率脈沖激光聚焦到測(cè)試位點(diǎn)，當(dāng)激光脈沖的能量密度大于擊穿閾值時(shí)，就會(huì)在樣品表面產(chǎn)生等離子體。等離子體能量衰退過(guò)程中產(chǎn)生連續(xù)的韌致輻射以及內(nèi)部元素的離子發(fā)射線(xiàn)，通過(guò)光譜儀采集光譜發(fā)射信號(hào)，分析譜圖中元素對(duì)應(yīng)的特征峰強(qiáng)度，進(jìn)而可以進(jìn)行材料的識(shí)別、分類(lèi)、定性以及定量分析。廣泛應(yīng)用于土壤、水及空氣等環(huán)境污染監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，同時(shí)在植物學(xué)，考古學(xué)，工業(yè)過(guò)程監(jiān)控和空間探索等方面也有多種應(yīng)用。

如今，LIBS技術(shù)的發(fā)展正呈現(xiàn)出突飛猛進(jìn)的勢(shì)頭，研究熱點(diǎn)則主要集中于更高的靈敏度、更高的準(zhǔn)確性、更好的選擇性、更高的自動(dòng)化程度、儀器的小型化和智能化等方面。

主要組成：激光器，光學(xué)系統(tǒng)，三維自動(dòng)調(diào)節(jié)樣品臺(tái)，光譜儀（單通道/多通道），軟件分析系統(tǒng)等。

激光器要求：高能量穩(wěn)定性，小體積，低Jitter值，脈寬ns量級(jí)，能量mJ量級(jí)。

常用波長(zhǎng)：1064nm，532nm，355nm，266nm等。

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3D掃描與打印

3D掃描技術(shù)：3D激光掃描技術(shù)是是測(cè)繪領(lǐng)域繼“GPS定位技術(shù)”后的又一項(xiàng)技術(shù)革新。其利用激光掃描系統(tǒng)快速、自動(dòng)、實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)表面三維數(shù)據(jù)。近年來(lái)，隨著掃描設(shè)備和應(yīng)用軟件的不斷發(fā)展與完善，3D掃描技術(shù)具有更高的便捷度及測(cè)繪精準(zhǔn)度。該技術(shù)的應(yīng)用已從初期的測(cè)量領(lǐng)域，拓展到工業(yè)制造、交通建設(shè)、社會(huì)治理以及安全監(jiān)管等多個(gè)方面，被廣泛認(rèn)為是“大數(shù)據(jù)”時(shí)代基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取的重要技術(shù)之一。

目前我國(guó)已經(jīng)成功的掌握了“機(jī)載3D掃描技術(shù)”，這標(biāo)志著我國(guó)在3D掃描領(lǐng)域成功躋身國(guó)際一流水平。

3D打印技術(shù)：3D打印學(xué)名增材制造（AM），以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本；通過(guò)軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)；利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品。

3D打印的優(yōu)勢(shì)和核心在于可以打印任何復(fù)雜幾何、鏤空形狀，小批量個(gè)性化定制、一體成型等。3D打印的核心技術(shù)有FDM熔融層積成型技術(shù)、SLA光固化技術(shù)、SLS選擇性激光燒結(jié)技術(shù)這三種為常用類(lèi)型。可以說(shuō)3D打印在很大程度上顛覆了傳統(tǒng)制造行業(yè)，是科技時(shí)代的產(chǎn)物。

激光器要求：優(yōu)光束質(zhì)量，選配擴(kuò)束器。

常用波長(zhǎng)：355nm，360nm，405nm，488nm， 532nm，1064nm等。

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星載激光雷達(dá)

激光雷達(dá)是以激光作為載波，以光電探測(cè)器為接受器件，以光學(xué)望遠(yuǎn)鏡為天線(xiàn)的雷達(dá)。利用光頻波段的電磁波先向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)，然后將其接收到的同波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)相比較，從而獲得目標(biāo)的位置(距離、方位和高度)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(速度、姿態(tài))等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)、跟蹤和識(shí)別。激光雷達(dá)相較于傳統(tǒng)雷達(dá)，以精準(zhǔn)的空間分辨率、精確的時(shí)間分辨率、超遠(yuǎn)的探測(cè)距離等特點(diǎn)成為了先進(jìn)的主動(dòng)遙感工具。

目前，世界上主要的空間大國(guó)都在開(kāi)展星載激光雷達(dá)的研究。與機(jī)載激光雷達(dá)相比，星載激光雷達(dá)具有許多不可替代的優(yōu)勢(shì)。星載激光雷達(dá)采用衛(wèi)星平臺(tái)，運(yùn)行軌道高、觀測(cè)范圍廣、可以觸及世界的每一個(gè)角落，為三維控制點(diǎn)和數(shù)字地面模型獲取提供了新的途徑，對(duì)于科學(xué)研究具有十分重大的意義。

上海光機(jī)所研制的星載激光雷達(dá)系統(tǒng)是我國(guó)首顆星載激光雷達(dá)基本載核系統(tǒng)。采用3波長(zhǎng)體制、5通道探測(cè)：1572nm-1通道，532nm3通道，1064nm1通道，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳的濃度，氣溶膠、云的偏振等特性的探測(cè)。其整體設(shè)計(jì)性能指標(biāo)優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)從跟跑到領(lǐng)跑的跨越。

星載激光雷達(dá)的迅速發(fā)展，體現(xiàn)出這個(gè)新興探測(cè)方式所具有的獨(dú)特潛力。研究和解決星載激光雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)，建立起自己的星載激光雷達(dá)系統(tǒng)。將為我國(guó)的天體觀察、地形地貌測(cè)量、海洋科學(xué)以及空間探測(cè)等科學(xué)研究提供必要的手段，具有重要的科學(xué)和應(yīng)用價(jià)值，是提升我國(guó)空間科研水平和綜合國(guó)力強(qiáng)有力的保障。

主要組成：激光器，發(fā)射系統(tǒng)，接收系統(tǒng)，信息處理等。

激光器要求：窄脈寬，高光束質(zhì)量，高波長(zhǎng)、能量穩(wěn)定性、高偏振比，高單脈沖能量。

常用波長(zhǎng)：1572nm, 1550nm, 1064nm, 532nm, 355nm, 266nm等。

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激光粒度分析

激光粒度分析是一種新型的顆粒測(cè)量技術(shù)，結(jié)合了激光技術(shù)、光電技術(shù)、精密機(jī)械和計(jì)算機(jī)技術(shù)。具有響應(yīng)速度快、測(cè)試范圍寬、重復(fù)性好等特點(diǎn)。不僅可以測(cè)量固體顆粒還可以測(cè)量液體顆粒，可測(cè)量到微米甚至納米級(jí)的顆粒大小。

激光束照射到顆粒上發(fā)生衍射，衍射后激光會(huì)偏移原有的傳播路徑；根據(jù)Furanhofer衍射理論，顆粒越大偏移量越大，經(jīng)過(guò)聚焦鏡聚焦到后焦平面的多元光電探測(cè)器，通過(guò)探測(cè)到衍射光的位置以及強(qiáng)度；再利用Mie散射理論分析出顆粒的大小以及數(shù)量。測(cè)試過(guò)程不受溫度變化、介質(zhì)黏度，試樣密度及表面狀態(tài)等諸多因素的影響，只要將待測(cè)樣品均勻地展現(xiàn)于激光束中，即可獲得準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。目前激光粒度分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于粉末冶金、薄膜分析、海洋分析、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域。

主要組成：激光器，分散系統(tǒng)，光路系統(tǒng)等。

激光器要求：高功率穩(wěn)定性，高重復(fù)性，優(yōu)光束質(zhì)量，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，波長(zhǎng)越短測(cè)量精度越高，可配光學(xué)平臺(tái)使用保證光路的穩(wěn)定。

常用波長(zhǎng)：532nm，633nm（可替代氦氖激光器）。

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量子通信

量子通信是一項(xiàng)融合了現(xiàn)代物理學(xué)和光通信技術(shù)研究成果的量子技術(shù)。傳統(tǒng)的激光通信是用激光本身來(lái)傳信息，而量子通信是用激光來(lái)產(chǎn)生密鑰，然后利用量子態(tài)和量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息或密鑰傳輸?shù)男滦屯ㄓ嵎绞?。量子通信方式很難被監(jiān)控及竊聽(tīng)，具有其他通訊方式不具備的安全性。量子密鑰分發(fā)根據(jù)所利用量子狀態(tài)特性的不同，可以分為基于測(cè)量和基于糾纏態(tài)兩種?；诩m纏態(tài)的量子通信在傳遞信息的時(shí)候利用了量子糾纏效應(yīng)，即兩個(gè)經(jīng)過(guò)耦合的微觀粒子，在一個(gè)粒子狀態(tài)被測(cè)量時(shí)，同時(shí)會(huì)得到另一個(gè)粒子的狀態(tài)。量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)和量子密集編碼等。

中國(guó)作為全球第二大經(jīng)濟(jì)體，在量子科學(xué)領(lǐng)域其實(shí)起步并不算早，但卻發(fā)展的很快。2016年，中國(guó)發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星——“墨子號(hào)”。完成了包括千公里級(jí)的量子糾纏分發(fā)、星地的高速量子秘鑰分發(fā)，以及地球的量子隱形傳態(tài)等預(yù)定的科學(xué)目標(biāo)。2017年，世界首條量子保密通信干線(xiàn)“京滬干線(xiàn)”的正式開(kāi)通，成功實(shí)現(xiàn)人類(lèi)首次洲際距離且天地鏈路的量子保密通信。干線(xiàn)全長(zhǎng)2000余公里，全線(xiàn)路密鑰率大于20千比特/秒可同時(shí)供上萬(wàn)用戶(hù)密鑰分發(fā)。2020年，祝世寧院士團(tuán)隊(duì)完成了首個(gè)基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)量子糾纏光源每秒可產(chǎn)生240萬(wàn)對(duì)糾纏光子，能夠與高空無(wú)人機(jī)、高空氣球建立長(zhǎng)距離鏈路，并與現(xiàn)有的光纖和衛(wèi)星量子網(wǎng)絡(luò)連接，解決量子網(wǎng)絡(luò)不同層次之間全天候、廣覆蓋的問(wèn)題。

近年來(lái)，量子通信技術(shù)已逐步從理論走向?qū)嶒?yàn)，并向?qū)嵱没l(fā)展。高效安全的信息傳輸日益受到人們的關(guān)注，量子信息技術(shù)已成為國(guó)際上量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。

激光器要求：光點(diǎn)穩(wěn)定性好，光斑優(yōu)，偏振比高等。

常用波長(zhǎng)：405nm，488nm，520nm，532nm，635nm，1064nm等。

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免疫濁度測(cè)定

免疫濁度測(cè)定是將現(xiàn)代光學(xué)測(cè)量?jī)x器與自動(dòng)分析檢測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合應(yīng)用于沉淀反應(yīng)的免疫檢測(cè)技術(shù)中的一種重要手段。當(dāng)可溶性抗原與相應(yīng)的抗體特異結(jié)合，在二者比例合適、并有一定濃度的電解質(zhì)存在時(shí)，可以形成不溶性的免疫復(fù)合物，使反應(yīng)液出現(xiàn)濁度。這種濁度可用肉眼或儀器測(cè)知，并可通過(guò)濁度推算出復(fù)合物的量，即抗原或抗體的量。免疫濁度測(cè)定是定量測(cè)定微量抗原物質(zhì)的一種高靈敏度、快速的自動(dòng)化免疫分析技術(shù)?？蓪?duì)各種液體介質(zhì)中的微量抗原、抗體和藥物及其他小分子半抗原物質(zhì)定量測(cè)定。

按測(cè)量方式可分為光透射免疫比濁法和光散射免疫比濁法。光透射免疫比濁法測(cè)量透過(guò)光的強(qiáng)度。該方法操作簡(jiǎn)便，結(jié)果準(zhǔn)確，能用全自動(dòng)化或半自動(dòng)化的儀器進(jìn)行分析。但靈敏度低于散射比濁法、且抗體用量較大、耗時(shí)較長(zhǎng)，不宜用于藥物半抗原的檢測(cè)。光散射免疫比濁法測(cè)量散射光的強(qiáng)度。該方法避免了透射光中所含有的透射、散射甚至折射等雜信號(hào)成分的影響，靈敏性和特異性均優(yōu)于透射比濁法。該方法：（1）入射波長(zhǎng)越短，散射光越強(qiáng)，（2）散射光強(qiáng)度與粒子的濃度和體積成正比，（3）散射光強(qiáng)度隨焦點(diǎn)至檢測(cè)器距離的平方和而下降。

目前免疫濁度技術(shù)主要用于各種蛋白質(zhì)、載脂蛋白、半抗原(如激素、毒物和各種治療性藥物等)及微生物等檢測(cè)。

激光器要求：高功率穩(wěn)定性、高波長(zhǎng)穩(wěn)定性等。

常用波長(zhǎng)：532nm，635nm，639nm，671nm，940nm等。

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單分子定位顯微成像

在單分子定位顯微成像技術(shù)出現(xiàn)之前由于顯微鏡的“阿貝極限”或“衍射極限”限制，科學(xué)家無(wú)法清楚地觀察到小于200 nm的結(jié)構(gòu) 。單分子定位顯微成像技術(shù)的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨率極限，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)橫向10-20 nm，縱向20-50 nm的空間分辨率，為人們?cè)趩畏肿铀缴嫌^測(cè)、研究細(xì)胞內(nèi)的精細(xì)結(jié)構(gòu)和功能提供了強(qiáng)有力的研究工具，極大地促進(jìn)了生命科學(xué)的發(fā)展。

單分子定位顯微成像過(guò)程如下：激光照射到熒光樣品上，樣品經(jīng)過(guò)激發(fā)后發(fā)射的熒光和少量的激光經(jīng)過(guò)一系列光學(xué)濾波成像系統(tǒng)和算法的處理，經(jīng)過(guò)CCD探測(cè)系統(tǒng)，最終成像在屏幕上。熒光的產(chǎn)生是這個(gè)系統(tǒng)一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，熒光的波長(zhǎng)直接影響了這個(gè)系統(tǒng)的大部分參數(shù)。這里簡(jiǎn)單介紹下熒光，熒光是由某種熒光分子（熒光素）通過(guò)吸收特定波長(zhǎng)范圍的光（或電磁波），并受激發(fā)出的光波（或電磁波）。一般情況下，吸收的波長(zhǎng)要短于發(fā)射的波長(zhǎng)，也即吸收的能量要高于發(fā)射的能量，且吸收光譜與發(fā)射光譜有某種對(duì)稱(chēng)性。

2019年，我國(guó)科學(xué)家研發(fā)了一種新型的干涉單分子定位顯微鏡技術(shù)，被稱(chēng)為重復(fù)光學(xué)選擇性曝光，通過(guò)六種不同方向和相位干涉條紋來(lái)判斷熒光分子的精確位置信息。使得顯微鏡的分辨率提升到3nm以?xún)?nèi)的分子尺度，單分子定位精度接近1nm。該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)，將解析生物分子的水平大大提高。

激光器要求：高亮度、高效率、長(zhǎng)壽命、無(wú)污染、無(wú)雜斑等。

常用波長(zhǎng)：257nm，360nm，405nm，430nm，457nm，532nm，545nm，561nm，579nm，647nm，671nm，800nm~1000nm寬帶光源等。

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熒光漂白恢復(fù)

熒光漂白恢復(fù)技術(shù)是使用親脂性或親水性的熒光分子，用于檢測(cè)所標(biāo)記分子在活體細(xì)胞表面或細(xì)胞內(nèi)部運(yùn)動(dòng)及其遷移速率的一種技術(shù)。該技術(shù)的基本要求是：（1）選擇合適的熒光探針，（2）具備精確可控的激光激發(fā)和熒光檢測(cè)設(shè)備。

利用熒光探針進(jìn)行標(biāo)記，借助于高強(qiáng)度脈沖激光來(lái)照射細(xì)胞某一區(qū)域，目的是使該區(qū)域熒光分子的光猝滅。一段時(shí)間后，該區(qū)域周?chē)姆氢鐭晒夥肿訒?huì)以一定的速率向受照射區(qū)域擴(kuò)散，這個(gè)擴(kuò)散速率可通過(guò)低強(qiáng)度激光掃描探測(cè)，可檢測(cè)該小分子是否有擴(kuò)散現(xiàn)象。（注：漂白前和漂白后恢復(fù)都用盡可能弱的激光掃描全細(xì)胞，目的是得到掃描圖像而不引起熒光。）在整個(gè)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)漂白區(qū)域在各時(shí)間段的熒光強(qiáng)度變化并繪制曲線(xiàn)，從恢復(fù)曲線(xiàn)及其數(shù)據(jù)就可以得到關(guān)于分子遷移速率、動(dòng)態(tài)分子比例等信息。熒光漂白恢復(fù)技術(shù)與其它技術(shù)結(jié)合（如：共聚焦激光掃描顯微術(shù)可以控制光猝滅作用，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分子擴(kuò)散率和恢復(fù)速率，反映細(xì)胞結(jié)構(gòu)和活動(dòng)機(jī)制），為研究細(xì)胞膜的流動(dòng)性提供了新的手段。

目前，熒光漂白恢復(fù)技術(shù)已發(fā)展成為定量測(cè)定細(xì)胞膜分子的流動(dòng)性的方法之一。廣泛用于研究細(xì)胞膜表面受體的結(jié)合和解離速率常數(shù)及遷移速率，細(xì)胞骨架構(gòu)成，核膜結(jié)構(gòu)，跨膜大分子遷移率，細(xì)胞間通訊等領(lǐng)域。

激光器要求：光斑優(yōu)，高峰值功率（漂白階段），低功率（漂白前/后）等。

常用波長(zhǎng)：488nm，532nm，635nm，770-840nm可調(diào)諧激光器等。

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鉆石精密刻劃

鉆石是世界上最堅(jiān)硬的物質(zhì)，而在小體積鉆石表面上實(shí)現(xiàn)精密刻劃，對(duì)于一般的鉆石刻劃方法來(lái)說(shuō)具有極高的難度。鉆石激光精密刻劃克服了其它鉆石刻劃方法的弊端，用激光進(jìn)行鉆石精密刻劃。具有標(biāo)定速度快，可隨意選擇字符和圖案，字跡清晰美觀，對(duì)鉆石的光澤度和純度不產(chǎn)生任何影響的特點(diǎn)，在鉆石乃至珠寶行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。

鉆石激光精密刻劃包括標(biāo)線(xiàn)和微刻兩部分。激光鉆石標(biāo)線(xiàn)：激光束經(jīng)過(guò)振鏡系統(tǒng)，再經(jīng)物鏡聚焦于物件的表面，計(jì)算機(jī)控制振鏡運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)光束按照設(shè)定的路徑移動(dòng)并在未加工的鉆石表面刻蝕、形成標(biāo)線(xiàn)，進(jìn)而再進(jìn)行切割加工。鉆石激光微刻：光學(xué)系統(tǒng)將鉆石成像于CCD的像元面上，CCD采集其圖像并顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，用于選取刻字的位置。然后再利用激光器輸出高峰值功率的激光，經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)形成直徑很小的光斑并聚焦到鉆石的表面，在局部形成高能量密度的光輻照，使鉆石氣化或石墨化，達(dá)到打標(biāo)的目的。鉆石激光微刻機(jī)采用物件移動(dòng)的方式進(jìn)行掃描，電動(dòng)平移臺(tái)將物件按照設(shè)定的路徑作二維移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)激光光束聚焦于物件表面刻蝕，形成指定的文字或圖案。

中國(guó)鉆石珠寶行業(yè)從20世紀(jì)90年代便開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)迅猛的發(fā)展期，其中鉆石業(yè)的發(fā)展速度更是驚人！小編相信，鉆石激光精密刻劃未來(lái)定會(huì)炙手可熱！

激光器要求：高重復(fù)性，優(yōu)光束質(zhì)量等。

常用波長(zhǎng)：1064nm，355nm等。

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多普勒血流成像

激光多普勒血流成像是一種無(wú)創(chuàng)組織血流檢測(cè)手段，也是是一項(xiàng)以大范圍體表圖象顯示微循環(huán)狀態(tài)的新技術(shù)。基于激光遇到血細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生相移的原理，激光多普勒可以給出血流量、血流速度、血細(xì)胞濃度等。

該技術(shù)基于發(fā)射激光通過(guò)光纖傳輸，激光束被所研究組織散射后有部分光被吸收。擊中組織中運(yùn)動(dòng)血細(xì)胞的激光波長(zhǎng)發(fā)生了改變（即多普勒頻移），而擊中靜止組織的激光波長(zhǎng)沒(méi)有改變。這些波長(zhǎng)改變的強(qiáng)度和頻率分布與監(jiān)測(cè)體積內(nèi)的血細(xì)胞數(shù)量、濃度和移動(dòng)速度直接相關(guān)（頻移大小與運(yùn)動(dòng)速度成正比, 散射光強(qiáng)度與運(yùn)動(dòng)的紅細(xì)胞數(shù)量成正比）。通過(guò)接收光纖，這些信息被記錄并且轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行分析，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種圖像處理分析軟件存儲(chǔ) 、分析處理后，輸出反應(yīng)血流情況的數(shù)據(jù)和反映血流與時(shí)間關(guān)系的曲線(xiàn)圖。相比于光學(xué)微循環(huán)技術(shù)，激光多普勒血流成像技術(shù)可以測(cè)量體表任何部位的微循環(huán)。相比于超聲多普勒，激光多普勒除了無(wú)創(chuàng)還可以檢測(cè)組織的微循環(huán)和人情緒激動(dòng)時(shí)血液灌注的快速變化。

激光多普勒血流成像技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、皮膚、肌肉、胃腸道、肝、胰、腎、肺、脾、眼、耳、鼻以及骨骼等幾乎全身各個(gè)臟器的實(shí)驗(yàn)或臨床組織微循環(huán)血流動(dòng)力學(xué)研究，對(duì)疾病診斷、健康評(píng)價(jià)、藥物評(píng)價(jià)等有重要意義。

激光器要求：光纖輸出，連續(xù)/脈沖輸出等。

常用波長(zhǎng)：650nm，660nm，785nm等。