本 文 摘 要
以下是关于中国科学院上海光学精密机械研究所(简称“上海光机所”)在飞秒激光领域的研究进展和核心成果的总结,涵盖技术突破、应用场景及未来发展方向:一、核心技术突破,1.高重频飞秒激光技术,GHz级光频梳:通过腔内谐振滤波技术,将掺铒光纤光频梳的重频倍增至GHz级别(传统重频,波长灵活性:开发新型飞秒拉曼脉冲技术...
以下是关于中国科学院上海光学精密机械研究所(简称“上海光机所”)在飞秒激光领域的研究进展和核心成果的总结,涵盖技术突破、应用场景及未来发展方向:
一、核心技术突破
1. 高重频飞秒激光技术
GHz级光频梳:通过腔内谐振滤波技术,将掺铒光纤光频梳的重频倍增至GHz级别(传统重频<250MHz),显著提升光学频率梳在精密光谱学、激光雷达等领域的应用性能。波长灵活性:开发新型飞秒拉曼脉冲技术,实现重复频率(1 MHz~150 MHz)和波长(1121 nm、1178 nm)的大范围连续调节,单脉冲能量>100 nJ,脉宽压缩至525 fs,转换效率达80.2。2. 高功率飞秒激光
非线性压缩技术:结合多通池(MPC)技术,将Nd:YVO₄皮秒激光(9.13 ps)压缩至477 fs,输出功率达56.5 W,总效率73.4,解决了掺镱激光器放大效率低的问题。3. 飞秒激光精密测量与操控
FASI脉冲测量装置:融合FROG与SRSI方法,实现对紫外至中红外波段飞秒激光的单发、快速测量,支持高啁啾脉冲的复杂测量。石墨烯光电流操控:通过调节载波包络相位(CEP)和线性啁啾率,精准控制石墨烯中的残余电流,推动拍赫兹超快光电器件发展。⚙️ 二、创新应用研究
1. 精密材料加工
碳化硅陶瓷基复合材料(SiC CMC)加工:利用飞秒激光成丝技术进行高精度凹槽加工,实时监测等离子体荧光(如硅原子390.55 nm谱线),优化加工参数并减少热损伤。太赫兹超表面制造:通过空间整形飞秒激光打印胶囊型太赫兹超表面,实现偏振复用全息成像,为太赫兹通信和加密技术提供新方案。2. 大气与空间应用
高重频飞秒激光成丝机制:发现高重频脉冲在空气中自聚焦阈值更低、更易成丝,推动人工引雷、穿云透雾等大气干预技术的发展。空间耐辐照光纤:研发铒镱共掺光纤,提升空间激光系统的抗辐射性能。 三、技术优势与挑战
| 研究方向 | 优势 | 挑战 |
||-|-|
| 高重频激光器 | GHz重频、波长灵活,适合生物成像 | 需抑制超模噪声,提升稳定性 |
| 高功率压缩技术 | 率(73.4)、高光束质量 | 钛宝石泵浦效率低,成本高 |
| 超快测量技术 | 宽波段覆盖、单发测量能力 | 复杂脉冲的实时算法优化 |
| 工业/医疗应用 | 热影响区小、精度达±5μm(如电池加工) | 国产高端设备市场份额不足(2025年仅8) |
四、未来发展方向
1. 国产化与高端替代:政策目标2030年医疗与工业领域国产化率超60,重点突破高功率光纤激光器(万瓦级)和AI辅助手术系统。
2. 多学科融合:结合人工智能(如AI优化手术路径)、量子技术(如量子频标),拓展光通信、神经调控等新场景。
3. 全球布局:通过海外研发中心(如东南亚)规避贸易壁垒,提升竞争力(参考大族激光海外营收占比35)。
结论
上海光机所在飞秒激光领域以 “高重频、高功率、高精度” 为核心,技术覆盖光源、测量、加工及前沿应用。其成果不仅推动国产替代(如打破Coherent、Trumpf垄断),更引领全球超快激光技术在精密制造、医疗、空间科学中的创新应用。未来需持续聚焦核心器件自主化(如光学芯片)和产学研协同,以实现2030年全球市场53.8亿目标。