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該種類型激光器因其為光纖激光器，具有傳統(tǒng)的固體激光器所沒有的許多優(yōu)點。它在激光微加工和微制造工業(yè)有很大的市場份額，在激光雷達、生物醫(yī)療、激光通信等等工業(yè)領(lǐng)域都有顯著的市場。 1064nm 波長， 100mW 輸出平均功率， 30ps 脈沖寬度，高度均勻和穩(wěn)定的脈沖串。

本發(fā)明公開了一種基于納秒-皮秒-飛秒激光技術(shù)的金屬制品 3D 打印方法，該方法采用集成光纖激 光器提供納秒激光對金屬原材料進行燒結(jié)熔化及固化，同時，使用皮秒或飛秒激光對精加工區(qū)域進行 精加工。實時監(jiān)測系統(tǒng)可采用多種宏觀和微觀檢測手段，具體選用哪些檢測手段取決于待制作產(chǎn)品所 需精度。本發(fā)明可實現(xiàn)更精確的尺寸控制，提高了打印效率，省去了傳統(tǒng) 3D 打印后所需的清

太陽能作為一種潔凈和相對易于獲取的能源在未來的動力產(chǎn)品中將占有越來越大的比份。如何發(fā)展高光電能量轉(zhuǎn)換效率、高可靠性和低成本的太陽能電池是目前太陽能利用領(lǐng)域所面臨的關(guān)鍵問題。相對于第一代和第二代太陽能電池(轉(zhuǎn)換效率<<50％)，各國科學(xué)家紛紛研究不同的應(yīng)用于第三代太陽能電池的新材料和新結(jié)構(gòu)，目標(biāo)是使光電轉(zhuǎn)換效率大于5 0％。近年來，一種具有微、納米量級特殊結(jié)構(gòu)的光伏材料成為太陽能電池的研究熱點。利用飛秒脈沖激光在極短的持續(xù)時間內(nèi)激發(fā)出極大的峰值能量，其在硅片的相互作用過程中具有很強的非線性效應(yīng)，聚焦燒蝕硅表面很小的一塊面積，形成規(guī)則排列的微納米結(jié)構(gòu)。這種微納米結(jié)構(gòu)由于表面積增大，對入射光波有很大的吸收，且對光的敏感性提高了數(shù)百倍，這些性質(zhì)對我們提高光電轉(zhuǎn)換效率具有很大的指導(dǎo)意義。這種材料與本底未處理材料的性質(zhì)相比，材料帶隙減小，對光的敏感性提高了數(shù)百倍，這使得其對波長為250—2500 nm的入射光波有大于90％的吸收；另外，黑硅比傳統(tǒng)材質(zhì)的硅的比重低。這些奇特的光電和物理性質(zhì)能進一步提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)光吸收效率，激子光量子效率，化學(xué)電勢效率以及填充因子計算總的光電轉(zhuǎn)換效率，普通硅基太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率只有1 5％，而基于微納結(jié)構(gòu)光伏材料的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率可望達到50%-60%。 針對國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展在太陽能光伏技術(shù)方面的重大需求，發(fā)展利用超短脈沖激光制備具有優(yōu)異光電轉(zhuǎn)化效率的微納結(jié)構(gòu)光伏材料的新方法，以及通過探測光伏材料中非平衡載流子的能帶結(jié)構(gòu)及微分負(fù)電導(dǎo)等特性，探知光伏材料的光電轉(zhuǎn)換效率，從而篩選出轉(zhuǎn)換效率較高的微納結(jié)構(gòu)光伏材料，最終在發(fā)展新型、高效太陽能電池的新原理和新技術(shù)方面取得創(chuàng)新性突破，為我國研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高效第三代光伏電池打下堅實基礎(chǔ)。

本成果以飛秒激光作為加工光源，研究飛秒激光束流作用下材料表面微結(jié)構(gòu)及彩色視覺效果形成機制，建立飛秒激光彩色微條紋制備理論模型；協(xié)同攻克高精度光機電多軸協(xié)調(diào)控制技術(shù)、三維動態(tài)掃描振鏡及控制技術(shù)、激光參量監(jiān)測及穩(wěn)定性控制等關(guān)鍵技術(shù)，形成超快飛秒激光彩色微條紋制備工藝數(shù)據(jù)庫，集成開發(fā)精密制造裝備。 一、項目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡介 飛秒激光金屬表面彩色微條紋全息精密制造裝備開發(fā)，突破金屬表面各類微條紋結(jié)構(gòu)精密加工需求，實現(xiàn)視覺上多層次、多區(qū)域幻彩效果顯示；相較于傳統(tǒng)顏料制備彩色條紋，采用激光制備技術(shù)的金屬表面彩色視覺效果依賴于表面微納米結(jié)構(gòu)，不會因金屬表面氧化改變顯示效果，也不存在掉色等現(xiàn)象，更具有使用價值，非常適用于3C、金屬模具加工、紀(jì)念幣、珠寶制造以及特殊信息存儲和防偽等領(lǐng)域。 本成果以飛秒激光作為加工光源，研究飛秒激光束流作用下材料表面微結(jié)構(gòu)及彩色視覺效果形成機制，建立飛秒激光彩色微條紋制備理論模型；協(xié)同攻克高精度光機電多軸協(xié)調(diào)控制技術(shù)、三維動態(tài)掃描振鏡及控制技術(shù)、激光參量監(jiān)測及穩(wěn)定性控制等關(guān)鍵技術(shù)，形成超快飛秒激光彩色微條紋制備工藝數(shù)據(jù)庫，集成開發(fā)精密制造裝備。技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在： （1）采用高精密電機控制偏振態(tài)鏡片旋轉(zhuǎn)掃描裝置，同步實現(xiàn)激光加工參數(shù)、光束角度線偏振與圓偏振鏡片精密偏擺控制，突破光束偏振態(tài)多維調(diào)控，形成精密激光加工工藝數(shù)據(jù)庫； （2）配套國產(chǎn)飛秒激光器，由激光器性能優(yōu)化角度改善激光加工效果，于激光器內(nèi)部實現(xiàn)脈沖調(diào)制，減少外部控制環(huán)節(jié)； （3）基于自主開發(fā)的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工藝參數(shù)到控制系統(tǒng)集成，簡化操作以提高加工效率；滿足根據(jù)實際應(yīng)用需求實現(xiàn)特定功能開發(fā)。

本發(fā)明公開了一種基于飛秒激光技術(shù)的玻璃表面室內(nèi)清潔機器人及方法，包括飛秒光纖激光器、實 時監(jiān)控系統(tǒng)和控制中心，飛秒光纖激光器、實時監(jiān)控系統(tǒng)均與控制中心相連，其中:飛秒光纖激光器用 來去除玻璃表面的灰塵和污垢;實時監(jiān)控系統(tǒng)包括定位儀器、玻璃厚度檢測儀器、玻璃層數(shù)檢測儀器和 玻璃透光率檢測儀器，定位儀器用來定位玻璃上灰塵和污垢。本發(fā)明機器人置于室內(nèi)即可實現(xiàn)玻璃幕墻 或玻璃窗外表

北京大學(xué)物理學(xué)院顏學(xué)慶教授/馬文君研究員團隊近期在激光加速重離子領(lǐng)域獲得重要進展。他們利用人工設(shè)計的雙層納米靶材，獲得了能量高達580兆電子伏特（MeV）的碳離子，將飛秒激光加速重離子能量記錄提高了兩倍。相關(guān)結(jié)果以” Laser Acceleration of Highly Energetic Carbon Ions Using a Double-Layer Target Composed of Slightly Underdense Plasma and Ultrathin Foil”為題發(fā)表在物理評論快報上（Physical Review Letters 122，014803 （2019））。 高能重離子在腫瘤治療、生物輻照、核物理與核能等領(lǐng)域有著廣泛的用途。利用超強飛秒脈沖激光加速重離子一直是激光加速領(lǐng)域的難點。之前的大量實驗研究中，通常只能獲得最高能量為幾兆電子伏特每核子（MeV/u）的重離子。而在相同條件下，質(zhì)子可被加速至近百兆電子伏特，遠高于重離子。這是因為，要有效加速重離子，需要將其在加速初始階段就電離到高電荷態(tài)注入到加速場中，并且保持足夠長的加速時間。一般情況下，這兩點很難同時實現(xiàn)。馬文君研究員團隊在前期工作的基礎(chǔ)上（PRL 115, 064801 (2015)，PRL 113, 235002 (2014), Adv Mater 21(5),603 (2009), Nano Lett 7(8), 2307(2007)），設(shè)計并制備出了一種由超薄超低密度碳納米管泡沫與類金剛石納米薄膜組成的雙層復(fù)合靶材，成功地同時實現(xiàn)了這兩個條件。復(fù)合靶材在超強飛秒脈沖激光作用下，位于類金剛石納米薄膜中的碳離子，先后經(jīng)歷了光壓電離注入與長達數(shù)百飛秒的鞘場加速兩個過程，最終速度達到了光速的30%。這是首次利用超短脈沖在實驗中實現(xiàn)了重離子的級聯(lián)加速。圖：本研究結(jié)果（）與已有重離子加速實驗結(jié)果匯總。 他們的理論與數(shù)值模擬工作表明，這種高效的加速方案也適用于金、釷、鈾等重離子。在現(xiàn)有激光條件下，可產(chǎn)生能量為數(shù)十兆電子伏特每核子、密度為傳統(tǒng)束流10^9倍的高能高密度重離子束流。這種高能高密度重離子束團將為超重元素合成、短壽命核素加速、溫稠密物質(zhì)等溫加熱等重要物理難題的解決提供新的方案。，將為科學(xué)前沿領(lǐng)域及新興交叉學(xué)科的迅猛發(fā)展帶來新的機遇。 馬文君研究員為論文第一作者與通訊作者。顏學(xué)慶教授與韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所的Nam，Chang Hee教授為共同通訊作者。論文主要作者還包括陳佳洱院士、賀賢土院士、M. Zepf教授, J. Schreiber教授, Kim, I Jong教授、林晨研究員、盧海洋研究員和余金清博士等。該項目得到國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施培育項目（2017ZF22）、科技部重大儀器專項、自然科學(xué)基金重點項目、核物理與核技術(shù)國家重點實驗室和北京市卓越青年科學(xué)家等項目的支持。 相關(guān)文章鏈接如下：Phys. Rev. Lett. 122, 014803 （2019）https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.014803Phys. Rev. Lett. 115, 064801 (2015)https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.064801

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用各種物理手段（電場、磁場、壓力、摻雜等）創(chuàng)造新的物態(tài)或調(diào)控不同量子物態(tài)是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域廣受關(guān)注的研究前沿，并有巨大的應(yīng)用前景。而超短脈沖激光的飛速發(fā)展使得光激發(fā)調(diào)控復(fù)雜量子材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)成為可能。層狀過渡金屬二硫化物MoTe2可以形成幾種不同的晶體結(jié)構(gòu)并具有不同的物理性質(zhì)或拓?fù)淠軒ЫY(jié)構(gòu)，為調(diào)控或切換不同結(jié)構(gòu)相變提供了可能性。最近量子材料科學(xué)中心王楠林課題組和合作者利用超快泵浦探測和時間分辨的二次諧波探測技術(shù)，研究了MoTe2中兩個半金屬相之間激光誘導(dǎo)的亞皮秒時間尺度的結(jié)構(gòu)相變。 MoTe2是由MoTe6八面體結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的原子層沿c方向堆疊形成的二維材料系統(tǒng)，不同的堆疊方式具有不同晶體對稱性。1T-MoTe2在室溫時是單斜的1T’相，隨著溫度降低在250K時發(fā)生結(jié)構(gòu)相變，轉(zhuǎn)變成正交的T_d相，其中可以存在第二類外爾費米子。王楠林課題組通過實驗發(fā)現(xiàn)高強度的近紅外激光脈沖可以在亞皮秒時間尺度內(nèi)將中心反演對稱性破缺的T_d相驅(qū)動到具有中心反演對稱的1T’相。該相變發(fā)生的最明顯的特征是時間分辨的反射率變化中橫向剪切振蕩聲子的消失和二次諧波強度的急劇下降。通過選擇和改變激發(fā)脈沖的脈寬和波長，從實驗上排除了激光加熱效應(yīng)。該項研究首次在超快亞皮秒尺度內(nèi)實現(xiàn)了激光誘導(dǎo)的非加熱效應(yīng)引起的MoTe2晶體中第二類Weyl半金屬相與正常半金屬相的超快結(jié)構(gòu)相變。它為超快激光控制固體的拓?fù)涮匦蚤_辟了新的可能性，使超快激光激發(fā)的拓?fù)溟_關(guān)器件具有潛在的實際應(yīng)用價值。 該工作于2019年5月22日在線發(fā)表于著名學(xué)術(shù)期刊Physical Review X（Phys. Rev. X 9, 021036 (2019)），第一作者為量子材料中心博士生張夢瑤，王楠林教授和其研究組的董濤博士是通訊作者，量子材料科學(xué)中心王健教授研究組為該工作提供了樣品。該項研究得到國家自然科學(xué)基金委員會、國家重點研究開發(fā)項目等項目的支持。