光子學(xué)世界中的人們擅長的是提出新奇的點子和發(fā)明有趣的新鮮事物，同時他們還不斷的推動著現(xiàn)有的光子學(xué)技術(shù)進步。接下來將為你帶來2013年度光子學(xué)及激光領(lǐng)域的前20大進展：

　　1. 頭戴式顯示設(shè)備

　　近日，消費者在通信領(lǐng)域和計算機領(lǐng)域?qū)?ldquo;churn”的高度評價，使人們相信光子學(xué)研究是時候向和消費者世界的交叉路口進軍了。類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，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)，比如有機電致發(fā)光二極管和硅基板液晶顯示。

　　2. 對白光LED的理解

　　標(biāo)準(zhǔn)白光LED，由氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體發(fā)射的藍光和磷光體發(fā)射的黃光合成，已經(jīng)成為當(dāng)今市場上效率最高的照明用白光光源。但是有一個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)動電流升高時，量子效率出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。此現(xiàn)象的發(fā)生機理已經(jīng)爭論多年，最近，加州大學(xué)圣芭芭拉分校(UCSB)和法國巴黎綜合理工學(xué)院(位于法國巴黎的帕萊索小鎮(zhèn))的研究人員的最新實驗結(jié)果明確指出，此現(xiàn)象可能會導(dǎo)致白光LED的照明效率達到300lm/W。

　　3. 功率最高的激光器及其測試方法

　　讓我們來到工業(yè)界，用于材料加工處理的激光器的功率變得更高了——實際上，它們現(xiàn)有的功率水平已經(jīng)超過現(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)實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)，第一臺產(chǎn)品在今年的早些時候被運送到NADEX激光研發(fā)中心(位于日本名古屋)，該中心主要針對激光器的材料處理性能開展詳細(xì)研究。對于這臺激光器，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，在輸出1070納米的激光時，測程能夠覆蓋到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光纖中，最終能獲得高達千瓦量級的輸出，因為二極管激光器的電光轉(zhuǎn)換效率高達70%，所以這種方式的總體效率非常高。這種技術(shù)的難點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，最終獲得有實用價值的并且亮度足夠大的光束。為此對多種耦合方法進行了實驗研究。

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

　　來自聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB，位于德國布倫瑞克)、達姆施塔特工業(yè)大學(xué)(位于德國達姆施塔特)、以及杜伊斯堡大學(xué)(位于德國杜伊斯堡)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內(nèi)燃機中的水蒸氣，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)制率時調(diào)諧范圍不會減小，因此能夠覆蓋整個吸收線范圍。

　　6. 激光建模軟件

　　在搭建激光器光路之前(或者實驗優(yōu)化過程中)，如何能夠建立一個數(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進行建模，軟件基于速率方程并選用了以特性測量導(dǎo)向的模型。這里有一個額外的選項：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)榜單的評選條件，同時公開了一些對極度復(fù)雜的激光和光與材料相互作用的物理過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用價值的光子學(xué)項目之一，雖然已經(jīng)經(jīng)過了數(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，并僅有幾個納米的圖像畸變。這是一項能夠讓你手中筆記本電腦和智能手機質(zhì)量變輕的研究。對于采用傳統(tǒng)光源(準(zhǔn)分子激光器)進行光刻而言，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，并且不會帶來光束畸變，薄片激光器的輸出能力已經(jīng)達到了30千瓦的水平，已經(jīng)超過了美國國防部的“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)屬美國的國家點火裝置(NIF，位于加利福尼亞州利弗莫爾實驗室)，該裝置不僅要努力實現(xiàn)最低限度的任務(wù)目標(biāo)即激光核聚變，而且要對美國核武器在實驗室中的存儲進行安全測試。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個聚變中子，向?qū)崿F(xiàn)靶丸自持續(xù)燃燒的目標(biāo)更進了一步——但是還沒有點火成功，正如一些大眾化新聞機構(gòu)讓你相信的那樣。

　　10. 單中心透鏡

　　光學(xué)設(shè)計中最有趣的事情之一就是設(shè)計單中心透鏡，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尺寸的所有因素(盡管成像“面”還是一個球面)。加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究團隊發(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(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)用是對生物組織進行詳細(xì)的3D成像，但是其實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導(dǎo)了利用OCT技術(shù)進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，并起到對一個太赫茲光學(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)很實用，并允許光與物質(zhì)通過光纖端面的隱逝波進行強耦合。

　　14. 用光纖傳輸每秒千萬億比特的數(shù)據(jù)

　　以前有誰能夠想到一根光纖就能夠傳輸以每秒近千萬億比特量級的速度傳輸數(shù)據(jù)？這一壯舉在今年早些時候由NTT公司 (位于日本橫須賀市、厚木市、和筑波市)Akihide Sano領(lǐng)導(dǎo)的研究小組實現(xiàn)。光纖包括12個芯，以一種 “交錯式傳播”方式分成兩個環(huán)形，環(huán)的相對方位使芯間的串?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城)的研究小組研制成功一種能夠產(chǎn)生寬譜可見光的塊狀硅，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)上的光電探測器。PIC是實現(xiàn)芯片化短波紅外(SWIR)光譜儀的里程碑式的創(chuàng)造，在比利時根特大學(xué)(位于比利時根特)和蒙彼利埃大學(xué)(位于法國蒙彼利埃)研制成功。PIC工作波長為2微米區(qū)域(分子“指紋”區(qū)的短波限)。未來的設(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，每一個納米天線都是無線電相控陣列的光學(xué)版本。像無線電天線一樣，有可能通過光學(xué)相控產(chǎn)生一束高速電操縱的光束。一個較小的8×8陣列的原理樣機已經(jīng)能夠引導(dǎo)1.55微米波長的光波傳輸。

　　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)

　　依靠微電機系統(tǒng)(MEMS)調(diào)諧波長的VCSLEs設(shè)備將OCT的掃頻光源軸向成像范圍從毫米量級擴大到幾十厘米量級，能夠?qū)φ麄€眼球進行體成像，能夠表征大型制造零件，并對設(shè)備的多普勒OCT掃描速率進行表征。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隊努力下成功問世，這種眼鏡能夠使佩戴者選擇在正常畫面和放大的畫面之間進行切換。這種眼鏡的樣機包括一個液晶(LC)快門和四個共軸非球面反射鏡，擁有2.8倍變焦能力，并在一個機器眼上通過測試。當(dāng)LC工作時，聚合物透鏡進行衍射相差校正。此項專利技術(shù)旨在緩解與年齡有關(guān)的黃斑性變(AMD)的視力問題。

　　20. 用光的方法使癲癇癥發(fā)病狀態(tài)停下來

　　本年度上榜的最后一個新技術(shù)有著大贏家的全部特征：本技術(shù)來源于一個快速增長的領(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驗成果，同時有可能解決許多傳統(tǒng)技術(shù)的副作用。在實驗中，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。使用經(jīng)光纖輸出的黃燈來使癲癇發(fā)病狀態(tài)在1秒之內(nèi)停下來。研究人員希望他們的成果能夠為傳統(tǒng)的電刺激的治療方法提供一種更好的代替方案。