光子學(xué)世界中的人們擅長(zhǎng)的是提出新奇的點(diǎn)子和發(fā)明有趣的新鮮事物，同時(shí)他們還不斷的推動(dòng)著現(xiàn)有的光子學(xué)技術(shù)進(jìn)步。接下來(lái)將為你帶來(lái)2013年度光子學(xué)及激光領(lǐng)域的前20大進(jìn)展：

　　1. 頭戴式顯示設(shè)備

　　近日，消費(fèi)者在通信領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域?qū)?ldquo;churn”的高度評(píng)價(jià)，使人們相信光子學(xué)研究是時(shí)候向和消費(fèi)者世界的交叉路口進(jìn)軍了。類(lèi)似眼鏡的頭戴式顯示設(shè)備中，最著名的就是谷歌公司所研發(fā)的基于液晶顯示的谷歌眼鏡。同時(shí)，其他公司也在研究各自的設(shè)備，采用不同的顯示技術(shù)和成像技術(shù)，比如有機(jī)電致發(fā)光二極管和硅基板液晶顯示。

　　2. 對(duì)白光LED的理解

　　標(biāo)準(zhǔn)白光LED，由氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體發(fā)射的藍(lán)光和磷光體發(fā)射的黃光合成，已經(jīng)成為當(dāng)今市場(chǎng)上效率最高的照明用白光光源。但是有一個(gè)限制它變得更加高效的因素，那就是所謂的“效率下降”現(xiàn)象——當(dāng)白光LED的驅(qū)動(dòng)電流升高時(shí)，量子效率出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。此現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理已經(jīng)爭(zhēng)論多年，最近，加州大學(xué)圣芭芭拉分校(UCSB)和法國(guó)巴黎綜合理工學(xué)院(位于法國(guó)巴黎的帕萊索小鎮(zhèn))的研究人員的最新實(shí)驗(yàn)結(jié)果明確指出，此現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致白光LED的照明效率達(dá)到300lm/W。

　　3. 功率最高的激光器及其測(cè)試方法

　　讓我們來(lái)到工業(yè)界，用于材料加工處理的激光器的功率變得更高了——實(shí)際上，它們現(xiàn)有的功率水平已經(jīng)超過(guò)現(xiàn)有的應(yīng)用水平了，這將促使研究者們?nèi)ふ以鯓硬拍艹浞掷眠@些高功率激光器。由IPG Photonics公司(位于馬塞諸塞州牛津鎮(zhèn))研發(fā)的一種100千瓦的光纖激光器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)，第一臺(tái)產(chǎn)品在今年的早些時(shí)候被運(yùn)送到NADEX激光研發(fā)中心(位于日本名古屋)，該中心主要針對(duì)激光器的材料處理性能開(kāi)展詳細(xì)研究。對(duì)于這臺(tái)激光器，Ophir Photonics公司(位于猶他州北洛根)特意研發(fā)了一種激光功率計(jì)，在輸出1070納米的激光時(shí)，測(cè)程能夠覆蓋到100千瓦。

　　4. 直接半導(dǎo)體系統(tǒng)

　　高功率直接半導(dǎo)體激光傳輸是將二極管激光器的輸出光直接耦合進(jìn)光纖中，最終能獲得高達(dá)千瓦量級(jí)的輸出，因?yàn)槎O管激光器的電光轉(zhuǎn)換效率高達(dá)70%，所以這種方式的總體效率非常高。這種技術(shù)的難點(diǎn)在于如何將足夠大的激光能量耦合到非常細(xì)小的光纖當(dāng)中，最終獲得有實(shí)用價(jià)值的并且亮度足夠大的光束。為此對(duì)多種耦合方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

　　5. 應(yīng)用于光譜學(xué)的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSELs)

　　來(lái)自聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB，位于德國(guó)布倫瑞克)、達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)(位于德國(guó)達(dá)姆施塔特)、以及杜伊斯堡大學(xué)(位于德國(guó)杜伊斯堡)的科學(xué)家們已經(jīng)完成了利用垂直腔面發(fā)射激光器(VCSELs)，開(kāi)展可調(diào)諧二極管激光器吸收光譜(TDLAS或TDLS)的相關(guān)研究。此方法能夠用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)中的水蒸氣，可取代分布反饋式器。VCSELs有著很大的可調(diào)諧范圍，并且在高調(diào)制率時(shí)調(diào)諧范圍不會(huì)減小，因此能夠覆蓋整個(gè)吸收線范圍。

　　6. 激光建模軟件

　　在搭建激光器光路之前(或者實(shí)驗(yàn)優(yōu)化過(guò)程中)，如何能夠建立一個(gè)數(shù)值化物理模型，能夠描述激光器特征？Synopsys 公司(位于紐約州奧思寧)開(kāi)發(fā)出一種名為Rsoft LaserMOD的新軟件，能夠?qū)ΧO管激光器和VCSELs進(jìn)行建模，軟件基于速率方程并選用了以特性測(cè)量導(dǎo)向的模型。這里有一個(gè)額外的選項(xiàng)：Simphotek公司(位于新澤西州紐瓦克市)的工程師發(fā)明了一種分析激光器和放大器的模型，滿足激光世界2012年度前20技術(shù)榜單的評(píng)選條件，同時(shí)公開(kāi)了一些對(duì)極度復(fù)雜的激光和光與材料相互作用的物理過(guò)程迅速直接建模的研究案例。

　　7. 光子學(xué)研究成果展示

　　極紫外光刻光學(xué)系統(tǒng)。這是人們提出的最具實(shí)用價(jià)值的光子學(xué)項(xiàng)目之一，雖然已經(jīng)經(jīng)過(guò)了數(shù)十載的研究，但是仍處在發(fā)展當(dāng)中。現(xiàn)在的技術(shù)水平已經(jīng)可以以12納米的分辨率成像，并僅有幾個(gè)納米的圖像畸變。這是一項(xiàng)能夠讓你手中筆記本電腦和智能手機(jī)質(zhì)量變輕的研究。對(duì)于采用傳統(tǒng)光源(準(zhǔn)分子激光器)進(jìn)行光刻而言，現(xiàn)如今的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了極限，光刻技術(shù)的發(fā)展的新方向就是13納米的極紫外(EUV)光刻。與以前一樣的是，光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑(NA)越大，其分辨率越高。

　8. 薄片激光器

　　薄片激光器的結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點(diǎn)是能夠快速的將激光增益介質(zhì)中產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出，并且不會(huì)帶來(lái)光束畸變，薄片激光器的輸出能力已經(jīng)達(dá)到了30千瓦的水平，已經(jīng)超過(guò)了美國(guó)國(guó)防部的“耐用電子激光倡議RELI”的能量水平，被認(rèn)為是定向能武器的有力候選者。這種薄片激光器由波音公司(位于新墨西哥州阿爾伯克基)研發(fā)。

　　9. 更高的激光核聚變輸出

　　或許如今最大型的激光核聚變裝置當(dāng)屬美國(guó)的國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF，位于加利福尼亞州利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室)，該裝置不僅要努力實(shí)現(xiàn)最低限度的任務(wù)目標(biāo)即激光核聚變，而且要對(duì)美國(guó)核武器在實(shí)驗(yàn)室中的存儲(chǔ)進(jìn)行安全測(cè)試。今年，NIF創(chuàng)紀(jì)錄的從氘氚目標(biāo)靶丸中產(chǎn)生了近的3 × 1015個(gè)聚變中子，向?qū)崿F(xiàn)靶丸自持續(xù)燃燒的目標(biāo)更進(jìn)了一步——但是還沒(méi)有點(diǎn)火成功，正如一些大眾化新聞機(jī)構(gòu)讓你相信的那樣。

　　10. 單中心透鏡

　　光學(xué)設(shè)計(jì)中最有趣的事情之一就是設(shè)計(jì)單中心透鏡，所謂單中心透鏡就是所有的面都有著相同的曲率中心，這樣能夠消除限制光場(chǎng)尺寸的所有因素(盡管成像“面”還是一個(gè)球面)。加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種微型單中心透鏡，能夠適用于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼單反相機(jī)(DLSR)。

　　11. 用于光學(xué)制造的OCT技術(shù)

　　光學(xué)相干斷層掃描(OCT)技術(shù)最知名的應(yīng)用是對(duì)生物組織進(jìn)行詳細(xì)的3D成像，但是其實(shí)OCT也能夠應(yīng)用于其他方面。羅切斯特大學(xué)(位于紐約州羅切斯特)的研究人員以及另外一些研究人員報(bào)導(dǎo)了利用OCT技術(shù)進(jìn)行聚合物梯度折射率透鏡的詳細(xì)描述，用以幫助其改善透鏡的制造過(guò)程。

　　12. 紙質(zhì)太赫茲透鏡

　　前20榜單的候選名單都是一些新奇的技術(shù)，這使人深受啟發(fā)。這里要介紹一種非常實(shí)用的新奇技術(shù)：用紙制造太赫茲聚焦透鏡。這種技術(shù)是由華沙理工大學(xué)(位于波蘭華沙)和薩瓦大學(xué)(位于法國(guó)勒布爾熱)的研究人員提出的，這些菲涅爾區(qū)平透鏡被剪成直徑為100毫米的大小，并起到對(duì)一個(gè)太赫茲光學(xué)系統(tǒng)快速準(zhǔn)確建模的作用。

　　13. 徑向振蕩光

　　與光子學(xué)領(lǐng)域的大多數(shù)研究人員相反，維也納科技大學(xué)(位于瑞士維也納)的研究者們制造出了沿徑向振蕩的光。他們使用光纖的隆起部分捕獲光，這種結(jié)構(gòu)很實(shí)用，并允許光與物質(zhì)通過(guò)光纖端面的隱逝波進(jìn)行強(qiáng)耦合。

　　14. 用光纖傳輸每秒千萬(wàn)億比特的數(shù)據(jù)

　　以前有誰(shuí)能夠想到一根光纖就能夠傳輸以每秒近千萬(wàn)億比特量級(jí)的速度傳輸數(shù)據(jù)？這一壯舉在今年早些時(shí)候由NTT公司 (位于日本橫須賀市、厚木市、和筑波市)Akihide Sano領(lǐng)導(dǎo)的研究小組實(shí)現(xiàn)。光纖包括12個(gè)芯，以一種 “交錯(cuò)式傳播”方式分成兩個(gè)環(huán)形，環(huán)的相對(duì)方位使芯間的串?dāng)_最小。研究人員證明了單方向的傳輸速度為409 Tbit/s，則總傳輸速度為818 Tbit/s。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　15. 塊狀硅產(chǎn)生白光

　　在通常的認(rèn)知里，塊狀硅并不適用做發(fā)光源。然而賓夕法尼亞大學(xué)(位于賓夕法尼亞州費(fèi)城)的研究小組研制成功一種能夠產(chǎn)生寬譜可見(jiàn)光的塊狀硅，秘訣在于納米線和等離子體納米腔的正確結(jié)合。研究人員接下來(lái)的目標(biāo)是用電泵浦此結(jié)構(gòu)，使其能夠在集成光子學(xué)中發(fā)揮作用。16. 應(yīng)用于光譜學(xué)的光子集成光路

　　光子集成光路(PIC)包括銻化鎵(GaSb)激光器和置于絕緣硅(SOI)上的光電探測(cè)器。PIC是實(shí)現(xiàn)芯片化短波紅外(SWIR)光譜儀的里程碑式的創(chuàng)造，在比利時(shí)根特大學(xué)(位于比利時(shí)根特)和蒙彼利埃大學(xué)(位于法國(guó)蒙彼利埃)研制成功。PIC工作波長(zhǎng)為2微米區(qū)域(分子“指紋”區(qū)的短波限)。未來(lái)的設(shè)備能夠?qū)⑦@一范圍延展到中波紅外區(qū)(MWIR)。

　　17. 光學(xué)相控陣列

　　采用標(biāo)準(zhǔn)化CMOS制造技術(shù)，麻省理工學(xué)院(MIT，位于馬塞諸塞州劍橋)的研究人員在一塊面積僅為幾平方毫米的硅芯片上，制備出一種64×64陣列的光學(xué)納米天線相控陣列，每一個(gè)納米天線都是無(wú)線電相控陣列的光學(xué)版本。像無(wú)線電天線一樣，有可能通過(guò)光學(xué)相控產(chǎn)生一束高速電操縱的光束。一個(gè)較小的8×8陣列的原理樣機(jī)已經(jīng)能夠引導(dǎo)1.55微米波長(zhǎng)的光波傳輸。

　　18. 應(yīng)用于光學(xué)相干斷層掃描(OCT)的可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)

　　依靠微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)調(diào)諧波長(zhǎng)的VCSLEs設(shè)備將OCT的掃頻光源軸向成像范圍從毫米量級(jí)擴(kuò)大到幾十厘米量級(jí)，能夠?qū)φ麄€(gè)眼球進(jìn)行體成像，能夠表征大型制造零件，并對(duì)設(shè)備的多普勒OCT掃描速率進(jìn)行表征。該激光器由Thorlabs 公司(位于新澤西州紐頓)、Praevium Research公司(位于加州圣巴巴拉)、以及麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員研制成功，掃描頻率最高能達(dá)到1MHz，掃描深度大于15厘米。

　　19. 變焦隱形眼鏡

　　一種完全自給式的變焦隱形眼鏡今年在加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究團(tuán)隊(duì)努力下成功問(wèn)世，這種眼鏡能夠使佩戴者選擇在正常畫(huà)面和放大的畫(huà)面之間進(jìn)行切換。這種眼鏡的樣機(jī)包括一個(gè)液晶(LC)快門(mén)和四個(gè)共軸非球面反射鏡，擁有2.8倍變焦能力，并在一個(gè)機(jī)器眼上通過(guò)測(cè)試。當(dāng)LC工作時(shí)，聚合物透鏡進(jìn)行衍射相差校正。此項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)旨在緩解與年齡有關(guān)的黃斑性變(AMD)的視力問(wèn)題。

　　20. 用光的方法使癲癇癥發(fā)病狀態(tài)停下來(lái)

　　本年度上榜的最后一個(gè)新技術(shù)有著大贏家的全部特征：本技術(shù)來(lái)源于一個(gè)快速增長(zhǎng)的領(lǐng)域(光感基因技術(shù))，旨在阻止一種真正使人衰弱的疾病(癲癇癥)，并且已獲得了一些初期的實(shí)驗(yàn)成果，同時(shí)有可能解決許多傳統(tǒng)技術(shù)的副作用。在實(shí)驗(yàn)中，將光纖植入到老鼠的腦內(nèi)，植入的區(qū)域是腦電圖儀(EEG)顯示的癲癇癥發(fā)作點(diǎn)。使用經(jīng)光纖輸出的黃燈來(lái)使癲癇發(fā)病狀態(tài)在1秒之內(nèi)停下來(lái)。研究人員希望他們的成果能夠?yàn)閭鹘y(tǒng)的電刺激的治療方法提供一種更好的代替方案。