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激光技术一周进展:科研领域大展身手

在过去的一周里,全球在激光技术研究及利用方面取得了诸多进展,同时也展示了激光技术在科研领域的前景及重要性。接下来,我们将为您列举过去一周激光技术的相关进展情况:

双光子激发激光扫描实时立体显微镜

日前,中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室(简称:瞬态室)超分辨成像团队研制成功双光子激发激光扫描实时立体显微镜,首次把基于双目视觉的立体显微方法和高分辨率双光子激发激光扫描荧光显微技术结合在一起,实现了对三维荧光样品的高速立体成像。

瞬态室超分辨成像团队在研究员姚保利和叶彤的带领下,以双目视觉原理和贝塞尔光束产生扩展焦场为基础,提出了由四个振镜组成的激光束立体扫描装置,实现了对贝塞尔光束的横向位置和倾角共三个维度的控制,突破了只有两个自由度的传统激光扫描不能实时切换视角的限制。通过对四振镜立体扫描装置的优化设计和控制,实现了对贝塞尔光束的三自由度快速扫描,可在毫秒量级进行双视角切换,从而解决了激光扫描立体显微成像系统中双光路同时成像的技术难题,首次实现了基于双视角实时激光扫描的立体显微成像和显示系统。该系统可对样品进行立体动态成像和实时双目立体观测,其三维成像速度比传统的逐点扫描方式提高了一到两个数量级。该双光子立体显微系统为活体生物的三维实时成像和显示提供了一种新的观测工具。

利用激光暂时地调整大气环境

英国BAE系统公司已透露了它正在进行的一项发展工作,即利用激光暂时地调整大气环境,从而提高对敌方目标的视觉灵敏度,或者是阻止高能激光武器的攻击。

随着越来越强大的激光武器的发展,BAE系统公司已研究被称为“激光发展的大气透镜”(Laser-Developed Atmospheric Lens,LDAL)概念。该概念利用激光来改变地球大气中的电离层,从而帮助监视传感器更好地探测目标,或者破坏激光武器瞄准侦察平台。这一概念利用了克尔效应(Kerr Effect),即当对某种物质施加电场时,其折射率将发生变化。根据BAE系统公司的说法,当高速脉冲激光行经大气时会产生电荷,能使电离层改变为类似透镜的结构,允许高空侦察传感器从防空导弹或防空激光射程之外更清晰地看到目标。该公司称镜面、玻璃透镜和菲涅尔衍射波带片可在大气中复现,其折射、反射和衍射物理特性可以临时利用。要么,可以通过折射作用改变电磁波的传播路径,使入射波被导入不同的方向;要么,可以利用激光制造出等离子体“泡”,利用反射和衍射破坏入射激光束的传播。BAE系统公司的技术专家尼克-克罗西莫(Nick Colosimo)教授表示,“LDAL能够在飞机前方的大气中创造出巨大的透镜,可以使飞机上很小的传感器获得多得多的聚光。这是一个完全可逆的过程。我们一停止发射激光脉冲,大气就会回到正常状态,不会有遗留效果”。

混合阶庞加莱球上的任意矢量涡旋光束

湖南大学物理与电子学院罗海陆教授课题组采用电介质q片和螺旋相位片的组合产生了混合阶庞加莱球上任意点的矢量涡旋光束。这一方案有望实现多个具有不同功能的光学元件的集成,在未来的光子学与光电子学中将会有重要的应用。

混合阶庞加莱球用于描述任意矢量涡旋光束,可以让其偏振与相位演化的物理过程变得更加直观。基于混合阶庞加莱球理论,任意的矢量涡旋光束可以分解成一个矢量光束和一个涡旋相因子。其中,矢量光束可以用一块电介质q片产生而涡旋相因子可以通过螺旋相位片来实现。通过控制入射光的偏振态,即可得到混合阶庞加莱球上相应点的矢量涡旋光束。

这一方案的一个重要特点是q片的结构与螺旋相位片均可制作在二氧化硅玻璃基底上,因此完全可以将两个结构集成在单个玻片上。该课题组罗海陆教授认为,这一方案可以实现在一块玻璃片上集成多个具有不同功能的光学元件,在未来的光子学与光电子学中将会有重要的应用。后续工作主要是实现系统的集成化,进一步提升操控光的偏振与相位的能力。

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