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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(jìn)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(jìn)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

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(dá)、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。

為了更加直觀地探究納米世界，大量研究者致力于發(fā)展高時間-空間分辨能力的微納探測技術(shù)，由龔旗煌院士負(fù)責(zé)的“飛秒-納米時空分辨光學(xué)實驗系統(tǒng)” 國家重大科研儀器研制項目正是圍繞這一目標(biāo)開展工作。近日，該重大儀器項目在基于超快光電子顯微鏡技術(shù)實現(xiàn)表面等離激元的多維度探測方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果于2018年11月19日發(fā)表在《自然?通訊》 雜志（Manipulation of the dephasing time by strong coupling between localized and propagating surface plasmon modes, https://doi.org/10.1038/s41467-018-07356-x）。 基于金屬納米粒子的局域表面等離激元因其高局域強(qiáng)度，小局域尺度，高靈敏度等特點，被大量應(yīng)用在不同領(lǐng)域。但是，幾個飛秒的超短模式壽命(dephasing time)大大限制了其應(yīng)用的廣泛性和實用性。該工作設(shè)計的多層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了局域表面等離激元和傳播表面等離激元的強(qiáng)耦合(圖1(a))。動態(tài)數(shù)值模擬結(jié)果也清晰地證明在強(qiáng)耦合下局域表面等離激元模式和傳播表面等離激元模式之間的能量交換。近場方面，光電子顯微鏡對表面等離激元模式進(jìn)行直接成像，大大突破了原有的遠(yuǎn)場探測技術(shù)的限制。并且結(jié)合不同激發(fā)光源，實現(xiàn)不同維度的探測。結(jié)合波長可調(diào)的激光光源，光電子顯微鏡在頻域記錄下表面等離激元模式隨波長變化的強(qiáng)度演化過程(圖1(b))。結(jié)合超快泵浦探測技術(shù)，光電子顯微鏡在時域記錄下表面等離激元模式隨時間變化的演化趨勢。該工作更加深入并直觀地探測強(qiáng)耦合體系中的能量轉(zhuǎn)換過程，并通過強(qiáng)耦合中失諧量的改變實現(xiàn)模式壽命的操控，相較于未耦合的局域表面等離模式，強(qiáng)耦合的模式壽命由6飛秒(10-15秒)提高到10飛秒。這一研究成果對進(jìn)一步發(fā)展基于表面等離激元的人工光合成、生物傳感等應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)價值。圖1、（a）光電子顯微鏡和多層結(jié)構(gòu)示意圖，（b）遠(yuǎn)場和近場探測曲線、不同波長激光激發(fā)下光電子顯微鏡記錄的局域表面等離激元模式分布圖。 此研究是由北京大學(xué)和日本北海道大學(xué)共同合作完成，北京大學(xué)物理學(xué)院博士生楊京寰和重大儀器項目的國際合作者、北海道大學(xué)助理教授孫泉為該文章的共同第一作者，北京大學(xué)龔旗煌院士和北海道大學(xué)Misawa教授為共同通訊作者。除了自然科學(xué)基金委的國家重大科研儀器研制項目，該工作還得到了科技部、北京大學(xué)人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室、極端光學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、“2011計劃”量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、日本文部科學(xué)省及學(xué)術(shù)振興會、北海道大學(xué)納米技術(shù)平臺等單位的支持。目前國家重大科研儀器研制項目“飛秒-納米時空分辨光學(xué)實驗系統(tǒng)”的研制正在有序推進(jìn)中，已經(jīng)取得了一批包括此工作在內(nèi)的階段性成果。該實驗系統(tǒng)的核心儀器是附帶低能電子顯微功能的光電子顯微鏡(PEEM), 其激發(fā)光的波長覆蓋范圍從極紫外到近紅外(圖2)。下一步該實驗系統(tǒng)有望在二維材料、光電材料與器件、表面介觀物理等研究領(lǐng)域大顯身手、發(fā)揮積極作用。圖2、北京大學(xué)研究團(tuán)隊的飛秒納米時空分辨系統(tǒng)

該實驗系統(tǒng)能夠同時實現(xiàn)幾個飛秒的超高時間分辨率和四納米的超高空間分辨率，成為介觀光學(xué)與微納光子學(xué)研究的強(qiáng)大實驗測量手段。

隨著社會老齡化以及人民生活水平的提高，以干細(xì)胞為核心的再生醫(yī)學(xué)發(fā)揮著越來越重要的作用。關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。本項目利用納秒脈沖電場選擇性降低DNA甲基化，提升干細(xì)胞干性，促進(jìn)干細(xì)胞多向分化。

隨著社會老齡化以及人民生活水平的提高，以干細(xì)胞為核心的再生醫(yī)學(xué)發(fā)揮著越來越重要的作用。關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。本項目利用納秒脈沖電場選擇性降低DNA甲基化，提升干細(xì)胞干性，促進(jìn)干細(xì)胞多向分化。

隨著社會老齡化以及人民生活水平的提高，以干細(xì)胞為核心的再生醫(yī)學(xué)發(fā)揮著越來越重要的作用。關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。本項目利用納秒脈沖電場選擇性降低DNA甲基化，提升干細(xì)胞干性，促進(jìn)干細(xì)胞多向分化。應(yīng)用范圍 本項目可用于誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS）制備；干細(xì)胞分化前準(zhǔn)備和成骨、成脂以及成軟骨分化；體內(nèi)骨、軟骨再生；骨關(guān)節(jié)炎的早期干預(yù)和對癥治療；細(xì)胞治療；細(xì)胞分泌因子調(diào)控等領(lǐng)域。 項目階段 1.納秒脈沖電場是新興的、能夠精確控制場強(qiáng)和脈寬的電場技術(shù)，可以比傳統(tǒng)電場更加精準(zhǔn)地控制參數(shù)，以及提升場強(qiáng)到KV/cm。它有效地穿透細(xì)胞膜、作用到細(xì)胞器和染色質(zhì)，發(fā)揮廣泛的生物學(xué)效應(yīng)。 2.我們發(fā)現(xiàn)納秒脈沖電場的不同參數(shù)組合（場強(qiáng)、脈寬、頻率、刺激個數(shù)、應(yīng)用時間點等）會引起不同的生物學(xué)作用。基于該理念，實驗室前期工作發(fā)展了使用納秒脈沖電場：a.選擇性DNA去甲基化；b.提升干細(xì)胞干性；c.促進(jìn)干細(xì)胞分化（成骨、成脂和成軟骨）；d.促進(jìn)處理后的干細(xì)胞體內(nèi)軟骨再生的能力；e.提升細(xì)胞分泌因子能力；f. 改良傳統(tǒng)的“電擊杯”(BTX electroporationcuvette #45-0125)，開發(fā)出能夠連續(xù)為細(xì)胞施加刺激的導(dǎo)電薄膜。

隨著社會老齡化以及人民生活水平的提高，以干細(xì)胞為核心的再生醫(yī)學(xué)發(fā)揮著越來越重要的作用。關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。本項目利用納秒脈沖電場選擇性降低DNA甲基化，提升干細(xì)胞干性，促進(jìn)干細(xì)胞多向分化。

基于金屬納米粒子的局域表面等離激元因其高局域強(qiáng)度，小局域尺度，高靈敏度等特點，被大量應(yīng)用在不同領(lǐng)域。但是，幾個飛秒的超短模式壽命(dephasing time)大大限制了其應(yīng)用的廣泛性和實用性。該工作設(shè)計的多層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了局域表面等離激元和傳播表面等離激元的強(qiáng)耦合(圖1(a))。動態(tài)數(shù)值模擬結(jié)果也清晰地證明在強(qiáng)耦合下局域表面等離激元模式和傳播表面等離激元模式之間的能量交換。近場方面，光電子顯微鏡對表面等離激元模式進(jìn)行直接成像，大大突破了原有的遠(yuǎn)場探測技術(shù)的限制。并且結(jié)合不同激發(fā)光源，實現(xiàn)不同維度的探測。結(jié)合波長可調(diào)的激光光源，光電子顯微鏡在頻域記錄下表面等離激元模式隨波長變化的強(qiáng)度演化過程(圖1(b))。結(jié)合超快泵浦探測技術(shù)，光電子顯微鏡在時域記錄下表面等離激元模式隨時間變化的演化趨勢。該工作更加深入并直觀地探測強(qiáng)耦合體系中的能量轉(zhuǎn)換過程，并通過強(qiáng)耦合中失諧量的改變實現(xiàn)模式壽命的操控，相較于未耦合的局域表面等離模式，強(qiáng)耦合的模式壽命由6飛秒(10-15秒)提高到10飛秒。這一研究成果對進(jìn)一步發(fā)展基于表面等離激元的人工光合成、生物傳感等應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)價值。圖1、（a）光電子顯微鏡和多層結(jié)構(gòu)示意圖，（b）遠(yuǎn)場和近場探測曲線、不同波長激光激發(fā)下光電子顯微鏡記錄的局域表面等離激元模式分布圖。 此研究是由北京大學(xué)和日本北海道大學(xué)共同合作完成，北京大學(xué)物理學(xué)院博士生楊京寰和重大儀器項目的國際合作者、北海道大學(xué)助理教授孫泉為該文章的共同第一作者，北京大學(xué)龔旗煌院士和北海道大學(xué)Misawa教授為共同通訊作者。除了自然科學(xué)基金委的國家重大科研儀器研制項目，該工作還得到了科技部、北京大學(xué)人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室、極端光學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、“2011計劃”量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、日本文部科學(xué)省及學(xué)術(shù)振興會、北海道大學(xué)納米技術(shù)平臺等單位的支持。目前國家重大科研儀器研制項目“飛秒-納米時空分辨光學(xué)實驗系統(tǒng)”的研制正在有序推進(jìn)中，已經(jīng)取得了一批包括此工作在內(nèi)的階段性成果。該實驗系統(tǒng)的核心儀器是附帶低能電子顯微功能的光電子顯微鏡(PEEM), 其激發(fā)光的波長覆蓋范圍從極紫外到近紅外(圖2)。下一步該實驗系統(tǒng)有望在二維材料、光電材料與器件、表面介觀物理等研究領(lǐng)域大顯身手、發(fā)揮積極作用。圖2、北京大學(xué)研究團(tuán)隊的飛秒納米時空分辨系統(tǒng)