激光是20世紀(jì)以來"四大"發(fā)明之一，不論是作為生產(chǎn)制造工具，還是作為科研領(lǐng)域研究媒介，亦或是激光技術(shù)本身，都備受科學(xué)家矚目，激光技術(shù)發(fā)展一日千里。下面OFweek激光網(wǎng)編輯就來盤點(diǎn)2015年度"十大"激光技術(shù)進(jìn)展。（排名不計(jì)先后）

　　1、激光制冷首次實(shí)現(xiàn)用激光冷卻液體

　　自1960年激光發(fā)明以來，它們總是發(fā)出熱量，但是這些激光束卻從來沒有用來冷卻液體。

　　華盛頓大學(xué)的研究人員首次解決了這個(gè)存在了幾十年的難題，他們?cè)诂F(xiàn)實(shí)條件下，實(shí)現(xiàn)了用激光冷卻水和其它液體。該團(tuán)隊(duì)利用紅外激光將水冷卻到36華氏度，這是該領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。

　　華盛頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)選用紅外光作為冷卻激光，實(shí)現(xiàn)在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，因?yàn)榭梢姽鈺?huì)對(duì)細(xì)胞有破壞作用，能夠?qū)⑺鼈?quot;曬傷"。他們證實(shí)激光也能冷卻鹽水和細(xì)胞培養(yǎng)基(在遺傳和分子研究領(lǐng)域常用)。

　　為了實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)突破，華盛頓大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)使用了商業(yè)激光領(lǐng)域常見的一種材料，但本質(zhì)上卻與激光現(xiàn)象相反。他們用紅外激光照射一個(gè)懸浮在水中的微小晶體，激發(fā)出一種獨(dú)特的光線，這個(gè)光線的能量比光吸收的能量要稍微多一點(diǎn)。

　　這種高能光從晶體和包圍著它的水中帶走了熱量。首次激光冷卻過程是1995年美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室在真空條件下實(shí)現(xiàn)的，近20年后在液體中，再次實(shí)現(xiàn)了這個(gè)過程。

　　到目前為止，華盛頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)僅僅展示了單一納米晶體的冷卻效果，而激發(fā)多個(gè)晶體需要更多的激光能。激光冷卻過程目前比較耗能，Pauzauskie說，下一步的研究包括尋找提高效率的方法。

　　2、世界首例360度彩色激光全息圖

　 　研究人員多年來一直都在致力于真正全息影像技術(shù)的開發(fā)，來自韓國的研究團(tuán)隊(duì)就取得了成效，成功的制造出了世界首例360度彩色全息圖。這種全息圖可以顯 示全彩色的影像，并且可以從各個(gè)角度進(jìn)行觀看。雖然看起來很簡單，但這項(xiàng)全息技術(shù)可以直接營造出一個(gè)其實(shí)并不存在的對(duì)象。

　　這種裝置可以 通過一系列高性能彩色激光投射出3英寸的全息圖像，并且在各種顏色激光互不干擾的情況下衍射出復(fù)雜的顏色。雖然演示的形象非常簡單，只是一個(gè)彩色的魔方， 但是這個(gè)魔方可以從任何角度進(jìn)行觀看，甚至是360度。之前來自麻省理工學(xué)院的研究人員曾經(jīng)開發(fā)出了類似的技術(shù)，但是圖像有明顯的20度彎曲，而這并不是 一個(gè)真正意義上的多角度全息影像。

　　這項(xiàng)360度全息影像是由16個(gè)不同領(lǐng)域的科研人員共同研發(fā)，并且獲得了不少資金支持。這項(xiàng)研究從2013年開始，最終目標(biāo)是到2021年實(shí)現(xiàn)10英寸的全息電視設(shè)備。

　　3、世界上首臺(tái)白光激光器問世

　　自上世紀(jì)60年代問世以來，激光已在多個(gè)領(lǐng)域"大顯身手"，但它一直有一個(gè)短板，就是只能發(fā)出單一波長的光?，F(xiàn)在，美國科學(xué)家解決了這個(gè)問題，他們首次研制出了一款能發(fā)白光的激光器。研究人員表示，白光激光器比發(fā)光二極管（LED）更亮且能效更高，未來將在照明和無線通訊領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

　 　由美國亞利桑那州立大學(xué)電子、計(jì)算機(jī)和能源工程學(xué)院的寧存政（音譯）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研制出一種新奇的納米薄片。這塊纖細(xì)半導(dǎo)體的大小僅為頭發(fā)絲的五分之一， 厚度僅為頭發(fā)絲厚度的千分之一，其擁有三個(gè)平行的部分，每部分能發(fā)出紅、藍(lán)、綠三原色中的一種顏色的激光。整個(gè)設(shè)備能發(fā)射所有可見光的激光，從紅色到綠色 再到藍(lán)色，或兩者之間的任何顏色，當(dāng)三原色"相遇"時(shí)，就出現(xiàn)了白色的激光。

　　最新研究讓激光替代LED成為主流光源向前進(jìn)了一步。激光更亮、能效更高且能提供更精確和生動(dòng)鮮艷的顯示顏色，可用于計(jì)算機(jī)和電視屏幕上。研究人員也證實(shí)，他們的新型設(shè)備能發(fā)出比目前的顯示器工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)多70％的顏色。

　　4、歐盟科學(xué)家實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)激光器新突破

　　從2013開始，SEQUOIA項(xiàng)目一直在開發(fā)具有較好的熱穩(wěn)定性、高調(diào)制帶寬以及可能產(chǎn)生平面波分復(fù)用蜂窩的混合 III-V激光器。

　 　通過使用硅襯底納米結(jié)構(gòu)異質(zhì)集成材料，光學(xué)濾波器可以直接與異質(zhì)量子點(diǎn)/量子簇/硅激光器集成制備出線性調(diào)頻激光器。與直接調(diào)制激光器相比，該激光器有 一個(gè)增強(qiáng)的調(diào)制帶寬和消光比。作為該技術(shù)的一個(gè)例子，目的是開發(fā)一個(gè)總?cè)萘?00Gbps發(fā)射機(jī)（16x25Gbps）。

　　在該項(xiàng)目的第一個(gè)階段，量子點(diǎn)/量子簇材料質(zhì)量有了明顯的提高，卡塞爾大學(xué)最近展示了直接調(diào)制比特率達(dá) 34Gbps的量子點(diǎn)激光器，創(chuàng)造了新記錄。同時(shí)，量子點(diǎn)晶片成功地結(jié)合到硅晶片上。

　 　兩種 PIC 最終示范產(chǎn)品也設(shè)計(jì)完成，分別是直接調(diào)制比特率達(dá) 25Gbps 的線性調(diào)頻激光器和與級(jí)聯(lián)環(huán)諧振器調(diào)節(jié)器集成為一體的光梳子雷射。這些PIC使用16波分復(fù)用信道便可提供 400Gbps的總?cè)萘?，以更低的成本提供更好的性能，并通過采用新材料和新集成工藝增強(qiáng)器件性能。

　　該項(xiàng)目由 III-V 族實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)，該實(shí)驗(yàn)室在 InP 基光子學(xué)和硅基 III-V族混合集成方面有精湛的專業(yè)知識(shí)。另外兩個(gè)德合作伙伴是總部位于多特蒙德的 innolume公司和卡塞爾大學(xué)內(nèi)，這兩個(gè)單位在材料和 III-V光電研究方面都創(chuàng)紀(jì)錄成果。其他合作伙伴有法國電子與信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室；丹麥技術(shù)大學(xué)光子工程學(xué)院；法國雷恩大學(xué)福田實(shí)驗(yàn)室。

　　5、研究人員用豬皮造出激光器

　　哈佛大學(xué)的研究人員通過向脂肪細(xì)胞注入光，將它們變成微型自足的生物激光器。這項(xiàng)技術(shù)被一些科學(xué)家認(rèn)為"非?？?quot;。研究人員選擇豬的脂肪細(xì)胞是因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)包含接近完美的脂肪球(即三酸甘油脂)。

　　論文主要作者尹賢錫(Seok Hyun Yun)稱，他的長期目標(biāo)是將細(xì)胞生物激光作為研究工具、傳感器或在藥物治療中使用。除了豬脂肪細(xì)胞外，研究人員還發(fā)現(xiàn)了其它細(xì)胞可以轉(zhuǎn)變成激光器。

　　研究小組多年來一直在探索以單細(xì)胞為基礎(chǔ)的激光，希望在活組織內(nèi)造出會(huì)發(fā)熒光的細(xì)胞，以便在這些細(xì)胞工作時(shí)跟蹤它們，深入揭示身體內(nèi)部機(jī)制，比如癌癥是如何開始的。

　　以往他們所用的光學(xué)共振器都比細(xì)胞要大，而新研究所用的共振器非常小，能放在細(xì)胞內(nèi)?？茖W(xué)家曾把水母細(xì)胞中的綠色熒光蛋白引入到人類細(xì)胞中，然后用共振腔增強(qiáng)發(fā)光。新研究是對(duì)這一研究的擴(kuò)展。

　　研究人員誘導(dǎo)細(xì)胞"吞下"一種"回音廊式"的共振器，在細(xì)胞內(nèi)部形成一個(gè)微小的泡泡--當(dāng)用一束激光照射時(shí)，光會(huì)在泡泡內(nèi)部反射而增強(qiáng)，共振器內(nèi)的熒光染料就會(huì)發(fā)光。發(fā)出的光波長不同，其顏色取決于泡泡的大小和折射率，就像一個(gè)微小的植入式激光器。

　　通過這種技術(shù)處理可以修改大量細(xì)胞。由于細(xì)胞發(fā)光可以持續(xù)一個(gè)較長的周期（幾天或幾周），可以在較長時(shí)間里識(shí)別和跟蹤活組織內(nèi)的細(xì)胞，有望為研究人員提供一種很有潛力的手段，執(zhí)行細(xì)胞內(nèi)傳感，自適應(yīng)成像，還可能真正看到腫瘤細(xì)胞的生長過程。

　　6、中科院獲得高頻激光技術(shù)突破

　　由中國科學(xué)院物理研究所李志遠(yuǎn)教授帶領(lǐng)的一個(gè)研究小組報(bào)告稱，他們已經(jīng)將能夠發(fā)射高頻激光的精密裝置縮小至一塊晶體大小。
 

　　這就意味著，目前安裝在戰(zhàn)艦上，用來令熱追蹤導(dǎo)彈失效的大型超快激光發(fā)射器的大小可能會(huì)縮小至手提包那么大并被安裝在飛機(jī)、坦克上，甚至是放置在士兵身上。

　　位于北京的清華大學(xué)的激光光學(xué)教授柳強(qiáng)說，這是一項(xiàng)突破性的成果。

　　柳強(qiáng)還說，以前從來沒有人可以利用一個(gè)晶體大小的裝置就能發(fā)射如此高頻率的激光。他們的技術(shù)將顯著簡化發(fā)射高頻激光的過程并縮小相關(guān)裝置的大小。

　　這個(gè)小組的部分研究內(nèi)容發(fā)表在美國物理學(xué)會(huì)的最新一期《物理學(xué)評(píng)論通訊》上。

　　李志遠(yuǎn)的小組稱已經(jīng)解決這個(gè)問題。他們用鋰和鈮研制出了一種特殊的晶體，這種晶體能夠?qū)⑵胀?span id="dbt5t3lr9l" class="hrefStyle">激光束轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l波長最短可達(dá)350納米的高頻光波。

　　這個(gè)小組在他們的報(bào)告中寫道，這項(xiàng)技術(shù)"指出了一種非常有前景的方法，這種方法能夠極大地提高"激光技術(shù)的力量。

　　7、科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)了基于黑磷的光纖鎖模激光器

　　深圳大學(xué)-新加坡國立大學(xué)光電協(xié)同創(chuàng)新中心教授張晗帶領(lǐng)的深圳市孔雀創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了基于黑磷的光纖鎖模激光器，得到了超短脈沖激光的輸出。

　　今年5月，張晗團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)黑磷具有寬帶可飽和光吸收特性，波長范圍可覆蓋可見光到中紅外波段。在激光領(lǐng)域中，具有可飽和吸收特性的器件是組建超短脈沖激光器的關(guān)鍵，黑磷的這一特性發(fā)現(xiàn)為中紅外超快光學(xué)器件提供了可能。該發(fā)現(xiàn)發(fā)表于國際期刊《先進(jìn)功能材料》上。

　　8、物理學(xué)院激光加速器團(tuán)隊(duì)研究取得重要進(jìn)展

　 　北京大學(xué)物理學(xué)院核物理與核技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室特聘研究員馬文君，德國Jena大學(xué)Zepf教授、慕尼黑大學(xué)Schreiber教授，以及北京大學(xué)顏學(xué) 慶教授近期在強(qiáng)場激光加速領(lǐng)域取得了重要研究進(jìn)展，團(tuán)隊(duì)在前期理論的基礎(chǔ)上首次證實(shí)碳納米管臨界密度等離子體透鏡的設(shè)想，在美國物理評(píng)論快報(bào)上發(fā)表了題 為"Ion Acceleration Using Relativistic Pulse Shapingin Near-Critical-Density  Plasmas" 【PRL115,064801（2015）】的論文，引起了廣泛關(guān)注，并得到PRLEditorSuggestion重點(diǎn)推薦和APS專題報(bào)道。

　 　采用激光作為驅(qū)動(dòng)力加速離子，加速梯度可以達(dá)到100GV/m以上，業(yè)界認(rèn)為它將掀起一場新的革命。研究小組在前期的研究中發(fā)現(xiàn)超短超強(qiáng)激光與固體靶相 互作用時(shí)存在一種激光穩(wěn)相加速機(jī)制，并在實(shí)驗(yàn)中成功地證實(shí)了穩(wěn)相加速機(jī)制。團(tuán)隊(duì)前期進(jìn)一步提出"激光等離子體透鏡"的設(shè)想，以用于提高激光的對(duì)比度、聚焦 光強(qiáng)和脈沖整形，理論上可以大幅度提高離子的加速效率，對(duì)超強(qiáng)激光物理和應(yīng)用產(chǎn)生重要影響。他們發(fā)現(xiàn)如果采用雙層復(fù)合靶（微米厚度的臨界密度涂層加納米厚 度的固體密度薄膜），就可以大幅度提高離子的加速時(shí)間和有效加速長度。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在英國RAL-Germini激光裝置上開展了利用納米管泡沫作為臨 界密度等離子體透鏡以增強(qiáng)離子加速效率的實(shí)驗(yàn)，國際上首次證實(shí)碳納米管可以作為臨界密度等離子體透鏡來對(duì)激光進(jìn)行脈沖整形，從而進(jìn)一步提高離子加速效率。

　　激光在納米管等離子體透鏡中的整形過程（左）和離子能譜圖（右）

　　9、日本研究出全世界能量最大的激光 高達(dá)兩千萬億瓦

　 　根據(jù)國外媒體報(bào)道，最近來自日本大阪大學(xué)的一個(gè)研究小組研制出了目前為止全世界能量最為強(qiáng)大的新型激光，這種激光屬于二類佩塔瓦脈沖激光，能量高達(dá) 2000萬億瓦。如果你對(duì)2000萬億沒有概念，那么我們可以用更直觀的方式來告訴你，那就是2000000000000000瓦！不過這種超強(qiáng)能量的脈 沖激光只持續(xù)了大約萬億分之一秒（1000000000000分之1秒）。
 

　　這種激光被命名為LFEX（激光快速點(diǎn)火試驗(yàn)），發(fā)生長度達(dá)到了300英尺。有趣的是，盡管LFEX激光擁有特別巨大的能量，但是想要制造出來卻并不需要特別費(fèi)事。

　　如果你還記得高中的物理知識(shí)，就會(huì)知道電能（瓦特）是一種能量，而由于大阪大學(xué)的團(tuán)隊(duì)讓這種激光持續(xù)的時(shí)間很短，因此實(shí)現(xiàn)能量如此驚人功率大概只需要了幾百焦耳的能量。研究人員通過專門的設(shè)備，通過一系列鏡片對(duì)原始激光進(jìn)行不斷放大，最終形成了這種超強(qiáng)的新型激光。

　　10、拍瓦超強(qiáng)超短激光放大系統(tǒng)研制成功

　　中科院上海光機(jī)所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室最近研制成功5拍瓦（1拍瓦=1015瓦）超強(qiáng)超短激光放大系統(tǒng)，這是迄今國際最高峰值功率的激光放大系統(tǒng)，為研制10拍瓦超強(qiáng)超短激光裝置奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表于《光學(xué)快報(bào)》。

　 　研究人員基于鈦寶石晶體和啁啾脈沖放大（CPA）技術(shù)，于2013年研制成功2拍瓦超強(qiáng)超短激光放大系統(tǒng)，為當(dāng)時(shí)國際最高峰值功率的激光放大系統(tǒng)。隨后 又首次實(shí)現(xiàn)了百焦耳以上能量水平的寬帶（70納米）激光放大輸出。該激光放大系統(tǒng)是目前國際最高峰值功率的激光放大系統(tǒng)。大口徑高增益鈦寶石放大器寄生振 蕩抑制技術(shù)的成功突破，為研制基于鈦寶石CPA放大的10拍瓦激光裝置奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

　　2015年被聯(lián)合國定義為"國際光年"， 以紀(jì)念千年來人類在光領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)。激光作為一門年輕的科學(xué)，近年來在應(yīng)用及科研領(lǐng)域成果豐碩，激光涉及的領(lǐng)域也不斷被拓展，在世界范圍內(nèi)掀起了一陣" 光"熱。今年，中國提出了"中國制造2025"，推動(dòng)制造業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)化。激光作為先進(jìn)制造的代表性工具，在工業(yè)應(yīng)用方向已發(fā)展的較為全面，技術(shù)也較為 成熟，未來市場也越來越大。另外，激光的特性可以創(chuàng)造特殊的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，推動(dòng)其他領(lǐng)域的科研發(fā)展?？梢哉f，激光技術(shù)成了一個(gè)國家科技發(fā)展水平和制造業(yè)發(fā)達(dá)程 度的重要體現(xiàn)。中國的激光理論一直處在世界前沿，近年來從理論到應(yīng)用領(lǐng)域也有了長足的進(jìn)步，和國際領(lǐng)先水平的差距逐漸縮小，相信未來激光技術(shù)還會(huì)取得更多 的突破。