首次！在太空中进行激光金属3D打印｜宇熠周报（2024.06.11-2024.06.16）

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介绍：长春市作为东北地区的重要城市，紧邻俄罗斯国际市场。具有得天独厚的地理位置和丰富的资源优势。近年来，习总书记亲临东北，提出了“推动东北全面振兴，根基在实体经济，关键在科技创新，方向是产业升级。要以科技创新推动产业创新，改造提升传统制造业，积极培育战略性新兴产业和未来产业，增强发展新动能。”的发展战略，为长春的发展指明了方向。长春以其在科教、产业和战略地位等方面的优势，成为了国家发展的重要支点。

2024年6月18日-20日，长春将联合湖北省激光行业协会举办2024首届长春国际光电博览会，展会由长春市人民政府、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所、吉林大学、长春理工大学主办，同期举办光电尖端人才招聘会，会议期间20场平行会议120个会议议题等多项交流活动。

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介绍：高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任务。习近平总书记强调，“要坚持不懈推动高质量发展，加快转变经济发展方式，加快产业转型升级，加快新旧动能转换，推动经济发展实现量的合理增长和质的稳步提升。”光电技术作为现代物理技术与信息技术高度融合的产物，其作为信息化、智能化、网络化、自动化与数字化的核心，在促进国家经济、科学和工程科技的发展中发挥了重要作用。近十年内，国内的光显示、LED、激光、光学元器件等细分领域的市场规模增长了10倍。目前光电概念产业在全球已突破万亿级别的规模，其中光显示占比超过30%，我国2018年新型显示产业营收已达3553亿元，年均增长率超过20%。

全球领先的光科技产业应用创新展示平台——光科技馆，让更多人“认识光”“理解光”“用好光”；中国光学工程学会光电装备技术创新产业联盟在江苏无锡正式成立，并将在无锡锡山光电信息产业园设立光电创新技术工作站；2023年12月7日，在武汉东湖新技术开发区宣布成立光通信、激光、新一代信息网络产业协同创新联合体和稳定配套联合体，带动光电子信息产业链上下游企业创新发展…这些缩影展现了我国光电产业方面协同发展的巨大潜力和成就。

为助力我国光电产业高质量发展，由中国光学工程学会（CSOE）、国际光学工程学会（SPIE）等单位共同主办的“2024年第五届世界光子大会”将于2024年7月23-26日在北京举办。“第十五届中国光电子产业博览会（简称：北京光博会）”是“2024年第五届世界光子大会”的重要板块之一，参展商将达到1000余家，作为光电产业极具规模和影响力的综合性展览之一，覆盖红外微光技术与应用、激光与智能制造、光通信&光传感及物联网、光学&精密光学制造、测控技术与仪器、创新科技及实验成果、微纳制造、北京半导体展览会等八大主题，面向光电及应用领域展示前沿的光电创新技术及综合解决方案，为参展企业和专业观众提供了洞察市场发展趋势和建立商业合作的机会。组委会不仅邀请国内外光电企业展示他们最新的技术和产品，也为行业内的专业人士提供了一个交流和学习的平台。

链接：http://www.icneom.org/ 

介绍：第二届新能源与光电材料国际学术会议 (NEOM 2024) 将于 2024 年 6 月 18-20 日在中国-鄂尔多斯召开。NEOM是一个年度会议，聚焦风能，太阳能，生物质能等新能源材料领域，特别是光电材料。真诚欢迎感兴趣的研究人员和学者了解前沿研究趋势，分享最新研究成果，总结当前工作，启发科研思路，拓宽视野，培养科研兴趣。

链接：https://www.global-meetings.com/iclosm

介绍：024激光光电科学与材料国际会议（ICLOSM 2024）定于2024年6月26日在中国上海召开。大会将继续聚焦“激光、光电科学与材料”这一最新研究领域，为来自国内外高校、科研院所、企事业单位的专家、教授、学者、工程师提供一个分享专业经验、拓展专业网络、面对面交流新思路、展示研究成果的国际平台。讨论该领域发展的主要挑战和研究方向，以促进该领域理论和技术在大学和企业中的发展和应用，并为参与者建立业务或研究联系，并为未来的职业寻找全球合作伙伴。

介绍：能源转化技术是现代科学和工程的重要研究方向，科学家们探索新型催化化学方法来实现能源化学物质的转化，如光催化、电催化等。然而，这些被人们寄予厚望的催化化学技术，在实际应用中还是存在一些问题，距离工业化还有一定距离。那么，能否超越催化化学，开辟一条全新的能源转化途径呢？最近，中山大学杨国伟教授研究组提出了一种新颖的激光制造清洁能源技术即液相激光发泡（laser bubbling in liquids， LBL），为能源清洁转化领域带来了新的希望。LBL是以脉冲激光在液相中诱导形成微气泡作为微反应器来进行化学反应。泡泡内的峰值温度可高达上万K，同时微气泡能够实现快速升温和降温，速率可达108K／s。这显然是一个远离热力学平衡的状态，为化学反应提供了一个极端的环境。许多在常态下需要借助催化剂才能进行的化学反应，在小泡泡里面很容易就能发生。这种方法不仅不涉及任何催化化学过程（无需催化剂和复杂的催化反应装置），而且在常态下进行，简单、清洁、高效（图1）。很显然，对于在催化化学以外的常态条件下，去探索简单、绿色、高效的清洁能源制造技术来说，LBL方法打开了一扇大门，同时，也开辟出一条超越催化化学反应之路。目前，杨国伟教授研究组与柯卓锋教授团队合作将LBL技术应用于清洁能源制造，取得了一系列重要的研究进展。

介绍：在国际空间站上沉积在钢中的一个小S曲线，这是在轨制造的一大飞跃。

1969年7月，尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)登上月球时发表了著名的宣言，欧洲航天局(European Space Agency)本周将太空中激光金属3D打印的第一个实例描述为“沉积在液化不锈钢中的一个小S曲线，这是在轨制造的巨大飞跃”。

增材制造的突破是在国际空间站上实现的，该空间站于5月30日在欧空局的哥伦布实验室模块上进行。“这条S曲线是一条测试线，成功完成了我们的金属3D打印机的调试，”ESA技术官员Rob Postema解释说。

Postema 说：“第一次印刷的成功，以及其他参考线，让我们准备好在不久的将来打印完整的部分。我们之所以能走到这一步，要归功于由空中客车防务与航天公司(Airbus Defence and Space SAS)、法国CADMOS用户支持中心(CADMOS)用户支持中心以及我们自己的ESA团队领导的工业团队的努力。

来自财团领导者空中客车公司的Sébastien Girault说：“我们很高兴在国际空间站上进行了第一次金属3D打印 - 质量和我们梦想的一样好。金属3D打印机技术演示器由空中客车公司领导的工业团队开发，该团队也是该项目的共同资助者，与欧空局人类和机器人探索局签订了合同。

该系统于 2024 年 1 月到达国际空间站。欧空局宇航员安德烈亚斯·莫根森(Andreas Mogensen)在哥伦布舱中安装了180公斤的有效载荷。

激光加热

金属3D打印机的设计基于不锈钢丝被送入打印区域，该区域由高功率激光加热。当金属丝浸入熔池中时，金属丝尖端会熔化，为印刷品添加金属。

打印过程完全由地面管理。船上工作人员所要做的就是在打印开始前打开氮气和排气阀。出于安全原因，打印机在完全密封的盒子内运行，防止多余的热量或烟雾逸出。

已经为随后的全尺寸3D打印选择了四种形状，稍后将返回地球，与在正常重力下在地面上制作的参考打印进行比较。

来自欧空局技术、工程和质量局的材料工程师Advenit Makaya为该项目提供了建议：“其中两个打印部件将在荷兰ESTEC的材料和电气元件实验室进行分析，以帮助我们了解长时间的微重力是否对金属材料的打印有影响。另外两个将前往欧洲宇航员中心和丹麦技术大学，DTU，“他说。

欧空局未来发展的目标之一是创造循环空间经济，并在轨道上回收材料，以便更好地利用资源，例如将旧卫星的比特重新利用到新的工具或结构中。这种金属3D打印机的可操作版本将消除将工具与火箭一起发送的需要，并允许宇航员在轨道上打印所需的零件。

介绍：液晶弹性体有望在显示器、传感、智能设备和可穿戴设备中应用。

韩国浦项科技大学(POSTECH)的一个团队，由Su Seok Choi教授和Seungmin Nam教授领导，开发了一种新型可拉伸光子器件，“可以控制各个方向的光波长”。

这项工作由该大学的电气工程系进行，在《自然》杂志《光：科学与应用》中进行了描述。

结构色是通过光与微观纳米结构的相互作用产生的，无需依赖传统的颜色混合方法即可产生鲜艳的色调。传统的显示器和图像传感器融合了三种原色(红色、绿色和蓝色)，而结构色技术则利用光的固有波长，从而产生更生动、更多样化的彩色显示。

POSTECH的公告称，“这种创新方法 正在被公认为纳米光学和光子学行业的一项有前途的技术。

“自由调整纯色”

使用染料或发光材料的传统颜色混合技术仅限于被动和固定的颜色表示。相比之下，可调颜色技术动态控制与特定光波长相对应的纳米结构，从而可以自由调整纯色。

以前的研究主要局限于单向颜色调整，通常将颜色从红色转换为蓝色。扭转这种从蓝色到波长更长的红色的转变一直是一个重大挑战。

目前的技术只允许对较短的波长进行调整，因此很难在理想的自由波长方向上实现多样化的色彩表现。因此，需要一种能够进行双向和全向波长调节的新型光学器件，以最大限度地利用波长控制技术。

崔教授的团队通过将手性*1液晶*2弹性体(CLCE)与介电弹性体致动器(DEA)相结合，解决了这些挑战。CLCE是能够改变结构颜色的柔性材料，而DEAs则会引起电介质的柔性变形以响应电 刺 激。

该团队优化了执行器结构，使其与CLCE相结合，使其能够实现膨胀和收缩，并开发了一种适应性强的可拉伸装置。该设备可以自由调整可见光谱中的波长位置，从较短到较长的波长，反之亦然。

在他们的实验中，研究人员证明，他们基于CLCE的光子器件可以使用电刺 激控制广泛可见光波长范围内的结构颜色(从450nm的蓝色到650nm的红色)。与以前的技术相比，这代表了重大进步，以前的技术仅限于单向波长调谐。

这项研究不仅为先进光子器件奠定了基础技术，还凸显了其在各种工业应用中的潜力。

崔教授评论说：“这项技术可以应用于显示器、光学传感器、光学伪装、直接光学模拟加密、仿生传感器和智能可穿戴设备，以及许多其他涉及光、颜色和可见光波段以外的宽带电磁波的应用。我们的目标是通过持续的研究来扩大其应用范围。

该研究得到了三星电子三星研究资助和孵化中心以及韩国工业技术规划与评估院的技术创新计划(柔性智能可变信息显示)的支持。

介绍：高效管理和利用 VSB 历来是一项挑战。它们的复杂性需要精确的分类和识别方法才能用于实际应用。因此，提高光通信的效率、带宽和安全性，并促进量子计算的创新，取决于我们有效处理这些复杂波束的能力。

这项研究的核心是一种基于自旋多路复用衍射超表面的紧凑、高效的工具。这种精密设计的表面在微观尺度上工作，以非凡的精度操纵光束。

该设备引导光线穿过一系列精确校准的超表面层。每一层都与光相互作用，逐渐将其塑造成预定的配置。

当光线离开设备时，每种类型的 VSB 都会被分类，并可以通过其独特的特征进行识别。这种同时对光束进行分选的能力为高维通信和量子信息处理的进步铺平了道路。

技术影响包括：

光通信：在保持安全的同时提高数据传输速率仍是重中之重。超表面处理复杂光束的能力提高了数据传输范式变化的可能性，从而提高了现有物理基础设施的效率。

量子计算：经典计算和量子信息处理本质上是不同的。对光束的精确操纵为量子计算系统加速开辟了新的可能性。

挑战与展望

尽管这项研究是向前迈出的重要一步，但在优化设备以适应实际使用并将其集成到当前技术框架中仍然存在问题。研究人员仍然对这项技术的潜力充满希望，并正在努力改进它。

从实验室创新到广泛的实际应用的道路是复杂的，但随着这些激动人心的发现，通往日常整合的道路变得越来越清晰。

链接：https://cn.oejournal.org/article/doi/10.12086/oee.2024.230302

介绍：泌尿外科临床激光治疗的传统光源主要是掺铥激光、掺钬激光和掺钕倍频绿激光等。近年来，随着蓝光半导体激光单管功率逐渐提升，450 nm蓝光逐步被应用于膀胱肿瘤切除手术，具有切割干净、出血少、邻近组织无不良凝血等特点。本文针对泌尿外科应用所急需的高稳定性光纤耦合输出的蓝光激光器需求，研究了350 W光纤耦合蓝光半导体激光器，采用4个100 W阵列式蓝光单元作为光源，分析了多发光点阵列的光场传输特性，光强远场分布为双峰结构；基于空间合束技术，实现慢轴光束交叉叠加，消除发光死区；使用偏振合束技术，让一束光的偏振态由P光变为S光后与另一束P光垂直叠加，实现快轴光束的间距压缩，提高光束亮度；准直结构分别将光束快慢轴发散角缩小为0.6981 mrad和1.0123 mrad，快轴用1.2倍扩束系统将输出光斑变换为正方形。研究结果表明，所研发的激光器蓝光功率为358 W，输出光纤200 μm/NA 0.22，合束效率为89.5%，电光转换效率31.3%，功率波动小于0.4%。选用通水光纤作为输出端，为泌尿外科临床治疗提供了更高功率的激光医疗方案。

图1 蓝光半导体激光350 W模块整体设计图。(a)光源结构1~4；(b)合束系统；(c)扩束系统；(d)聚焦镜；(e)光纤

链接：https://www.oejournal.org/article/doi/10.29026/oes.2024.230046

介绍：红外探测器是红外探测系统的核心组成部分，在夜视成像、遥感测绘和健康监测等领域起到至关重要的作用。在此背景下，采用技术成熟的硅材料及硅工艺，研制具有小型化、高集成和低成本红外探测器成为重要研究方向。尽管如此，由于硅固有的宽带隙特性，其在探测波长超过1100 nm范围内的红外光方面存在限制，对硅基红外探测技术的发展构成了障碍。为解决这一问题，目前广泛认可的策略是将硅材料与红外敏感材料结合，来构建复合型光电探测器，以拓展硅基器件的光谱响应范围。然而，在现有光电二极管和场效应光电晶体管设计中，传统二维平面结构限制了光生载流子的传输效率和光电压调制能力，从而影响了器件性能。鉴于此，探索和设计新型的器件架构，以实现宽波段光响应并显著提高灵敏度，对于硅基红外探测技术的进步至关重要。

近日，中国科学院重庆绿色智能技术研究院魏兴战研究员团队提出了一种光驱动的鳍式场效应晶体管（photo-FinFET）。该器件的设计灵感来自经典的微电子器件鳍式场效应晶体管（FinFET）。通过引入红外光敏的鳍型栅，使得光电压对沟道的调控从传统的二维平面扩展到了三维空间，进而实现了高灵敏和宽波段响应的硅基红外探测。

图1是photo-FinFET的结构示意图，其中鳍形硅沟道用于输运电荷，而环绕硅沟道的硫化铅薄膜则充当红外光敏栅极。通过该结构的设计，不仅能够利用硫化铅-硅异质结来耗尽硅沟道，从而抑制暗电流，还能够通过界面光电压来有效调制沟道电导，从而产生显著的红外光响应。实验结果显示，在室温背景下，该器件实现了覆盖从可见光（635 nm）到短波红外（2700 nm）的宽波段光响应，以及快速的响应速度（150 μs）。此外，得益于低暗电流，该器件在1550 nm和2700 nm光照下，分别展现出了3.2×10-12 W·Hz-1/2和2.3×10-11 W·Hz-1/2的等效噪声功率。