6月17日，激光加工设备厂商大族激光在互动平台表示，公司在研光刻机项目分辨率3-5μm，主要聚焦在分立器件、LED等领域的应用，今年有望实现小批量销售。

不久前，大族激光还在互动平台表示，目前公司正在研发光刻机项目，重心放在分立器件与LED等领域的应用。据了解，该光刻机产品应当是较为低端的光刻机设备。

资料显示，大族激光成立于1996年，是亚洲最大、世界排名前三的工业激光加工设备生产厂商，主要产品包括激光打标机系列、激光焊接机系列、激光切割机系列、新能源激光焊接设备、激光演示系列、PCB钻孔机系列、工业机器人等多个系列200余种工业激光设备及智能装备解决方案。

      中新社大连6月16日电  最小的水滴有多大？中国科学院大连化学物理研究所(以下简称“大连化物所”)16日发布消息称，该所江凌研究员和杨学明院士团队，以及清华大学李隽教授研究团队近日在由五个水分子组成的水团簇中发现了三维立体结构的存在，证明最小的水滴是由五个水分子组成的水团簇。

　　上述相关成果发表于《美国科学院院刊》(PNAS)杂志上。

　　长期以来，科学家们认为最小的水滴是由六个水分子组成的水团簇。此次研究成果揭示了由五个水分子组成的水团簇已经开始呈现水的立体结构和光谱特征，突破了人们长期以来对最小水滴是六个水分子团簇的传统认知，为揭开水的微观结构演化奥秘提供了新的思路。

　　据介绍，大连化物所团队利用大型自由电子激光装置“大连光源”，首次发现五个水分子团簇(H2O)5在某个区间出现显著的自由基伸缩振动，具有三维立体水团簇结构的特征峰。清华大学李隽团队则计算了水团簇的各种稳定结构和红外光谱，理论与实验高度吻合。

　　研究结果表明，在有限温度条件下五个水分子团簇的二维和三维结构可以共存，三维立体结构的形成是引起红外光谱显著变化的根本原因。

　　“大连光源”是中国自主研发的第一台大型自由电子激光科学研究用户装置，也是当今世界上唯一运行在极紫外波段的自由电子激光装置。2018年7月，“大连光源”通过中国国家自然科学基金委员会组织的专家验收，进入正式运行阶段。

日前，瑞士百超（Bystronic）宣布将与光纤激光器制造商IPG从一种简单的供应商－客户关系发展成为战略伙伴关系，并将共同推动下一代光纤激光解决方案的开发。

激光切割机是Bystronic最重要的销售支柱。2019年，切割／自动化系统占Bystronic全年营业额的65％。

2019年Bystronic各细分市场收入占比

30多年来，Bystronic一直自主开发激光加工系统的核心光源，包括早期的CO2激光器和2005年以后的光纤激光器。直到三年前，Bystronic公司停止了内部光纤激光器的研发。Bystronic首席技术官、管理委员会的成员Christoph Ruttimann表示：“停止自主开发光纤激光器的决定是正确的，因为进一步开发强大的激光光源需要公司内部没有的技术。例如，如何实现激光光源与机器切割过程的最佳协调，这仍然是一个挑战。”因此，Bystronic需要的不仅仅是一个激光器供应商，而是一个能够更深层次合作的战略合作伙伴。

战略合作关系：带来创新的功能，更优质的服务

IPG是光纤激光器市场的领军企业，由高功率光纤激光器领域的顶尖发明家和先驱、物理学家Valentin Gapontsev在1991年创立，Bystronic是其在材料加工领域最重要的客户之一。2018年，这两家公司在合作协议的框架内启动了联合开发项目，这标志着双方从一种简单的供应商－客户关系发展成为战略伙伴关系。Christoph Ruttimann表示：“这为激光光源适应我们的特定需求并为我们的客户开发创新功能提供了机会。”

其中一项合作包括，Bystronic技术人员将有资格在激光光源处自主更换有缺陷的传输光纤或激光模块。Christoph Ruttimann强调：“我们的客户很喜欢通过单一的联络点来解决他们所有的问题，我们将通过提供单一来源的综合服务而在竞争中脱颖而出。”

在过去的几年中，光纤激光切割机的输出功率迅速增长。两年前Bystronic在市场上推出了一款12千瓦的系统，并将在今年10月推出下一个功率级别——15千瓦的光纤激光切割机产品。Christoph Ruttimann确信，功率的竞争将会持续。Bystronic走在了这一赛道的前沿——这也得益于它与IPG的战略合作关系。

对于Bystronic的客户来说，过去几年通过Bystronic设备实现的性能提升，已经转化为更高的生产率和更大的灵活性。凭借更多创新的功能，Bystronic将进一步提高客户的实际利益。而与IPG进行思想和技术交流是产生有价值的想法的肥沃土壤，从而推动系统的发展。

通过与IPG进行战略合作，Bystronic找到了推动下一代光纤激光解决方案的开发的理想合作伙伴。Christoph Ruttimann观察到：“在快速发展的市场中，我们的合作伙伴提供了先进的技术，为我们的客户提供了领先的生产力和优越的拥有成本，Bystronic的前景也因此变得更加光明。”

2020年6月6日，华日激光2020年第二次临时股东大会召开，本次会议华日激光完成董事会换届选举，产生了新一届董事会成员及领导班子，并通过一项重要议案，核心团队通过新一轮增资而成为公司第一大股东。公司原总经理何立东当选为华日激光新一届董事会董事长并兼任总经理。至此，华日激光形成了以核心团队为最大股东和实际控制人，以长光华芯、福晶科技、金橙子等激光产业链知名公司为新战略股东的最优股权结构。

经过10年的努力，华工科技成功孵化了华日激光。目前，华日激光已具备固体和光纤两大技术体系，已掌握光纤种子源技术、倍频技术和放大技术三大核心技术，已经形成纳秒、皮秒、飞秒等系列工业激光产品。海内外市场普遍认可“华日激光”品牌所代表的高性能和高品质。但是华日激光要成为世界级的品牌，必须优化股权结构释放活力，聚合产业链顶尖资源，提高可持续的全球竞争力，在更广阔的市场大海里“遨游”，并借力资本市场做强做大。

会议同期还举办了华日激光发展研讨会。激光行业作为一个高科技产业，欧美在产业链资源整合方面已经比较成熟。中国的激光企业，要参与全球竞争，需要增强产业链的整合竞争优势。此次长光华芯、福晶科技、金橙子等产业链知名公司入股华日激光，在研发、产品、市场、资本等方面形成协同效应，有利于增强华日激光的核心竞争力，更加从容应对国际竞争，为华日激光成为世界级品牌奠定基础。

新起点，新征程。华日激光将更加开放、专业、高效，也将会提供更加优质的产品和服务，为客户创造价值。

随着板材厚度的增加，要实现亮面切割不仅要有高功率激光器的支持，同时还需要有先进的切割工艺进行参数调试，包括喷嘴的选择、焦点位置都会影响切割效果。

目前，通过优化激光光斑分布及光束质量，控制喷嘴发热，创鑫激光在碳钢亮面切割方面取得了又一项重大技术突破，实现了8000W光纤激光器切出断面光滑、锥度更小的25mm碳钢（实测单边锥度在0.05mm以内）。

本次工艺展示在创鑫激光集成商终端现场，使用创鑫激光8000W多模连续光纤激光器，进行25mm碳钢的全亮面切割，速度0.9m／min，切割效率较传统工艺提升63.6％，且切割稳定性大大提高。

8000W切割25mm碳钢

所用激光器：8000W多模连续光纤激光器

优势：

1．高功率高质量激光输出，电光转换效率高；

2．合束模块少，性能稳定；

3．光束质量优，切割断面质量好；

4．应用广泛，兼容焊接与切割，可用于五金、医疗、汽车、船舶、航空、工程机械等领域。

近日,无锡地铁3号线一期工程顺利取得空载试运行证书,正式进入空载试运阶段。引人注目的是,无锡地铁3号线的“最强大脑”——轨道控制中心首次引入激光大屏控制系统,打造了新一代的地铁控制中心,率先在国内地铁行业实现控制系统方面的技术创新。

自主可控的智慧大屏生态系统获青睐

经过综合因素考虑,无锡地铁3号线最终选用了拥有自主知识产权的光峰科技激光大屏显示方案,整个体系可实现全自主可控。

作为地铁运营各部门联动的指挥机构,大屏控制系统扮演着地铁运营的“总指挥”角色。该系统从核心技术到硬件、软件的研发、生产、升级、维护的源全程可控,且可根据每一个机构的实际业务需求,进行可视化页面设计、可视化对象组件、人机交互等深度定制。

凭借实现对多种信号的分区布局、高分辨率显示、灵活高效操作等,无锡地铁3号线的大屏控制系统可实时监控地铁全线列车运行实时状况及应急突发情况,实现多线路集中控制,地铁运行过程、客流量、突发事件等复杂控制,提高地铁预警预判调度能力,也将对列车的安全运营起关键作用。

激光显示技术发展  推动“大屏”时代市场需求

目前,激光大屏显示方案已广泛地应用在教育、医疗、智能交通、城市安防、视频会议等领域,市场需求不断扩大,如金融中心、信息中心等有营业大厅的公共场合,也进入了“大屏”时代。据行业人士分析,激光显示技术发展速度不断加快,为激光大屏显示控制系统注入了旺盛的生命力。

本次无锡地铁3号线所打造的新一代激光大屏控制中心,核心技术为ALPD?激光显示技术,其具有高亮度、高对比度、优异色彩还原、高可靠性等特点,影院级别光源可靠性,高达60000小时使用寿命,突破传统产品亮度和寿命瓶颈,是显示大屏的理想技术方案。

在新的大屏控制系统的支持下,建成后的无锡地铁1、2、3号线,由轨道交通控制中心集中管控。行车、电力、环控、客流、监控等多个应用系统重要信息,均由该大屏幕控制中心进行集中显示。该大屏系统集中接入36个显示单元,共配置了三个高分服务器子单元,分别用于运行行车调度系统、电力调度系统、环调系统,发挥强大的“大脑”决策控制功能,保证地铁线路运营的高效、安全。

那么,无锡地铁3号线所使用的全新一代大屏控制系统,具体“新”在哪里呢?

一是高亮度精细化效果呈现。地铁控制中心作为地铁运营的“大脑”,需要接入多路应用系统信号,包含行调、电力、环调、客流四大系统运行状态及CCTV多路监控数据显示,集中接入控制大屏指定区域,客流故障一目了然。新一代控制中心采用激光大屏,亮度远高于传统DLP大屏,行车客流线路信息显示细腻,精细化显示效果呈现观看舒适,同时大屏系统对多路信号进行高效实时传输,确保地铁运行安全运营。

二是综合指挥调度,灵活可视化操作。系统支持全程操作可视化,任意跨屏、开窗、漫游、叠加,用户操作快速便捷,控制大屏既可以显示统一应急调度画面,也可以分屏显示各子系统画面,满足无锡地铁多方面使用需求。控制软件基于C/S和B/S架构,控制计算机通过与计算网络的连接,用户在不同的地点能对大屏系统进行可视化控制操作,操作还可以通过IE浏览器完成。快速实现对各路信号的综合分析管理,并迅速做出相应指挥预案。

三是7*24小时运行,信号双备份。基于地铁行业需求,地铁控制中心需要24小时不间断工作,重大节假日、特殊日期等,地铁需要24小时运行。激光大屏高效率低功耗,投影机芯发光效率可达12lm/W,同等亮度功耗仅为传统DLP大屏的40%,高效更节能,支持24小时长时间不间断显示。系统信号双备份,确保地铁运行稳定安全。

四是长时间观看舒适,升级用户体验。地铁调度系统24小时不间断运转,调度工作设有不同岗位调度人员,需要随时根据屏幕信息及时调度行车,长时间观看大屏幕容易造成视觉疲劳,新一代指挥中心采用激光光源背投成像,非自发光,反射光观看舒适,保护视力的同时提升工作环境体验。

很快,无锡地铁3号线将与地铁1、2号线交相辉映,其控制中心与地铁1、2号线集中式运营调度管控,投运后共同构成无锡轨道交通的骨架线网。全新一代控制中心使用,将实现了地铁控制中心的信息化方案革新,提升轨道交通安全运营服务能力,进一步提高地铁行业整体运营效率和预测预警预防安全风险的能力,开启OPS激光大屏时代,更好的保障市民出行,助力城市高质量发展。

封面图：“超手性光”激光器示意图
封面图来源：School of Physics, University of the Witwatersrand

撰稿 | 杨大海

01导读

利用激光器产生高纯度的“扭曲光”以及产生相当高的角动量（AM），这在之前所有报道过激光器的文献中还未曾有过。
近日,来自南非金山大学（University of the Witwatersrand）的 Andrew Forbes 等研究人员在 Nature Photonics 发表了这一突破性的研究成果。
在这篇论文中，研究人员展示了一种新的激光器，它可以产生任意理想的手性光状态，并可以用来完全控制光的角动量(AM)、光的自旋角动量(SAM)和轨道角动量(OAM)。

02背景介绍

图1. 多彩斑斓的结构光场

对光进行结构定制，使其能够高效的产生特定的光场分布以及其它有特殊用途的属性，已被科研工作者们广泛研究。如图1所示，展示了多彩斑斓的结构光场图样。而对于结构光的应用，也已经在高宽带光通信、高维量子通信、显微成像和光操作等各个领域中得到了实际的推广。
在多彩斑斓的结构光中，其中有一种非常重要的属性就是光的手性。光具有手性特征，并且具有两种形式：自旋角动量（SAM）和轨道角动量（OAM）。
自旋SAM类似于行星围绕自转轴旋转，例如：地球的自转；而轨道OAM类似于行星围绕太阳旋转，例如：地球的公转。手性光携带有自旋角动量（SAM）和轨道角动量（OAM），而轨道角动量的存在是由于具有螺旋形相位波前而特有的属性。因此，这样的光我们也称之为轨道角动量光。而且通常可以通过动态几何相位转化的方式，将自旋和轨道角动量进行有效耦合，产生具有更多手性控制的矢量轨道角动量光。但是，怎样能够有效的控制光的手性仍然是一个巨大的挑战。
目前，虽然有一些方法可以实现光手性的控制。例如：通过几何相位产生对称的OAM光、利用集成芯片装置、利用有源激发还有特种光纤激光器产生等。但是，这些前沿的方式都有一定的缺陷，其缺陷主要集中在两个方面，分别是：利用几何相位和拓扑光子时有基本对称性的限制；其次是器件可实施的限制，例如，光学元件的物理尺寸和空间分辨率的限制。
虽然，这些光手性控制的方式都是极其重要的。可是，怎样打破自旋和轨道耦合的基本对称性，来进行任意的手性光的产生，是一个需要突破解决的问题。
其次，在量子力学研究中的玻色-爱因斯坦凝聚、结构光遥感测绘、进行精确的旋转测量，以及进行手性介质的计量和提升更大的光子信息容量等方面的研究中，具有高角动量的超手性光在许多基础研究和应用研究中都具有重要意义。
然而，任意角动量光的控制，需要有能力来产生一个任意耦合的自旋和轨道角动量光。这种状态的光，可以通过用户已经定义好的偏振态来耦合任意、不同的和非对称的OAM来实现。
那么就可以有一个比对称OAM态特殊的、大无穷倍的集合产生，从而允许获得具有高角动量的超手性光。可是，现实的情况下却并非实际想的这样，如图2所示，目前，有报道中产生的OAM激光只能有对称的正负自旋量子数和正负轨道量子数的叠加，这样产生的总的角动量数为零，并且最大的轨道量子数也只到了±10。

图2. 轨道量子数为±10的OAM激光器

在本篇文章中，作者报到了一种超表面增强激光的方法，来克服自旋与轨道耦合这一限制。作者提到的这种方法是对早先提出的对称自旋和轨道耦合设备的一个巨大反差（指作者在2016年发表的文章，如图2所示），设备可输出的高纯度OAM光的量子数即拓扑荷数可以达到100，并且可以同时产生不受约束的OAM变量为90的非对称的矢量涡旋。
这种超表面激光器可以方便地输出可见光，产生新的光OAM态，以及产生以前报道过的所有激光的OAM模式。
这可能为我们的生活提供一种结构紧凑、功率可调的光源，最为关键的是利用腔内结构物质（超表面）可以产生任意手性结构光，这也是对超表面进行实用化的一大突破性进展。

03创新研究

3.1
超表面J-板

图3. 超表面J-板示意图和相位调制曲线

在这项工作中，作者们主要是设计了一个结构紧凑的超表面手性光激光器。在这个自旋轨道耦合设备中，最关键的一个器件就是由电介质二氧化钛纳米砖构成的超表面，如图3a所示。超表面上每一个纳米砖的高度为600纳米，其长度和宽带能够改变，从而它们可以在可见光532纳米波段进行相位调制，调制曲线如图3b所示。

表1. 制作的三块超表面J-板

在本文中，作者们制作了三块超表面J-板，如表1所示。JP1用来实现原先作者们提出的方案（2016年发表的文章），即实现线性对称的自旋和轨道耦合转换，但是转换的轨道量子数只能是正负轨道量子数的叠加，并且总角动量为零。而JP2和JP3超表面J-板是本文中的重点，它们可以实现任意的两个正交偏振态的转换，并且可以生成任意的OAM模式。

图4. 超表面J-板JP3的相位分布和JP2、JP3的SEM图以及局部放大

如图4所示，c为JP3的相位分布图像，JP3最大的特点是其轨道角动量数达到了100，制作这么高的相位梯度超表面也是第一报道。由于超多的纳米结构在相位分布上，所以JP3看起来是彩色的，由于散射共振的作用。e和f是超表面JP2和JP3的扫描电镜SEM图，这些纳米结构具有不同的形状和方向，从而能够实现所需的相位梯度变化，g图显示了超表面上纳米结构的典型特殊构造。
3.2
腔内转换实现

图5. 超表面轨道角动量光激光器示意图

如图5.所示，是产生高纯度涡旋光激光器的示意图。一个常见的Nd：YAG半导体固体激光器腔，利用非线性KTP晶体实现倍频转换，输出532纳米的绿光。超表面J-板被放置在绿色谐振腔内，用来提供一个几何相位，就这样一个产生可见光的超表面辅助激光器完成了。其最主要的是利用了超表面J-板，能够实现将SAM和OAM的耦合。

图6. 超表面激光器腔内光的变化动态图

在激光腔内，光多次穿过超表面，如图6.动态所示。开始是一个水平偏振无OAM的光，然后被超表面转化为一个与J-板快轴角有关的正弦和余弦叠加的组合模式。在这个过程中大多数一般的OAM状态都能够保留下来，这种状态在以前的任何腔内激光器中都未曾报道过。
与以前的设计相比，目前的设计减少了光学器件的数量和腔的复杂性。并且在作者的设计中，模式可在晶体内重叠，确保了空间相干的一致性，即使在输出端没有任何空间重叠。所以，在这种正弦和余弦叠加的复合模式下，在每次往返的过程中对激光的角动量实现控制是有可能的。
3.3
实现任意角动量的控制

图7 先前结果的再现—实现对称的OAM态

图7展示的是超表面JP1所实现的功能，它生成的是一种对称模式。通过先前报道的几何相位，来产生线偏振高阶彭加莱态（HOPS）共轭的OAM态。其输出的模式强度是一个环形的分布，在超表面的旋转变化中这种状态依然可以保留，通过模态分析也可以证明OAM态的存在，在补充材料中作者们做了详细介绍。

图8. 随着与J-板水平方向夹角的变换OAM谱的变化和混合矢量模式

为了展示可实现任意的角动量（AM）的控制，作者们利用JP2来实现了对称OAM态1和5的输出。如图8c所示，输出模式在1和5之间按照正弦和余弦的变化对称输出。在两端都可以达到100%的模态输出，在中间段会出现叠加态，包括出现相等的OAM分数态。
其次是出现了一个更奇异的矢量混合态，如图8d所示。它的出现不像人们原先想的，会产生一个叠加态到6的奇异混合态，而是一个为1的涡旋中心周围有四个奇异点。这个现象和作者们做的理论预测是相符的，如图8d的插图所示。这也说明了，这里的J-板超表面激光器不但能够产生原先已有的模式，而且还能产生更加奇异的光态。

图9. JP3产生广义的OAM态

如图9.所示，分析产生了更为一般的角动量的控制。在利用超表面JP3形成的自旋轨道耦合的激光器中，输出态是从10到了100，输出的拓扑荷数的变化量达到了90。与前面对称模式的区别在于，这里产生的模态是一个嵌套叠加的模式。伴随着旋转角度的变化，在广义的彭加莱球面上，可以明显的看到这种变化。
这种状态可以理解为当l1远远小于l2时，每一种状态都可以共存，但是在超表面之后每一个空间模式都会在不同的区域出现，而在晶体中重叠是为了更好的产生相干性。
3.4
模式纯度分析

图10. 拓扑荷数为10的OAM激光腔内、外模式纯度

在图10.中，作者分析了拓扑荷数为10的OAM激光的模式纯度，蓝色是腔内模式，红色对应腔外模式。我们可以看到，在激光腔内OAM的模式纯度能够达到92%，使用腔外超表面转化的模式纯度是72%。
显而易见的是，在腔内的转化中主要集中在对应径向阶数P等于零的理想态，而在腔外转换中很多会向高阶径向态转化过去。图10中下方的数据曲线，很好的说明了腔内产生纯的超高OAM态的情况，这种情况可以用径向模式p在腔内会出现一种阻尼振荡来解释。图10中的b和c分别显示的是，腔内和腔外产生拓扑荷数为10的模态的直接图样。

图11. 拓扑荷数为100的OAM激光腔外、内模式纯度

在图11.中，展示的是超高OAM数的模式纯度。图11.d表示外部模式，图11.e表示内部模式。从直观的看，我们也可以发现内部模式明显优于外部模式。在数据测量上，对于纯度为71%的OAM模式，腔外转化中只有13%的径向为零，角向为100的纯度。而对于腔内转化来说，纯度高达90%。图11.f中的数据条显示，红色棒状是腔外模式谱，蓝色柱状是腔内模式谱，与上面的数据说明是一致的。图11.g表示的在相同的束腰条件下，红色棒状显示的腔外模式转化的纯度，蓝色显示本文中提到的谐振腔转化的纯度。
总的来说，作者们在此提出的OAM激光器可以产生更高、更纯的轨道角动量光。并且，作者也提到在通过合理的设计谐振腔的参数以及通过滤波等的方法，OAM激光的模式还可以进一步提高。

04结论与展望

作者在本文中展示了一种可产生超高超纯OAM光的超表面激光器，为超表面的实用化又迈出了积极的一步。
其次，作者在本文中提出的方法具有广泛性。不论是大功率的体激光器还是芯片集成的微纳激光器，都可以通过控制腔内偏振旋转、超表面的结构和增益介质来实现。他们的工作为大型OAM激光器和微芯片OAM激光器的研究开发，提供了很好的思路。
总而言之，作者们在本文中第一次描述了一种可产生超高超纯OAM态的超表面激光器。不论是之前报道过的OAM态，还是之前没有报道过的激光手性模式，在超表面激光器中都可以实现。这种新型可控角动量的激光器，在性能、功率等方面，都为优质轨道角动量光源的产生提供了可行的路线。
文章信息：
该成果以“ High-purity orbital angular momentum states from a visible metasurface laser ”为题发表在 Nature Photonics 期刊。
论文地址：
https://doi.org/10.1038/s41566-020-0623-z

【长春光机所·Light学术出版中心-期刊导航】
原标题：《世界第1台“超手性光”激光器诞生！》