Archives October 2023

导读： 近日，由德国汉诺威莱布尼茨大学、荷兰特文特大学和荷兰光量子技术初创公司QuiX Quantum组成的国际研究团队宣布开发出一种完全集成在芯片上的纠缠量子光源。
　　近日，由德国汉诺威莱布尼茨大学、荷兰特文特大学和荷兰光量子技术初创公司QuiX Quantum组成的国际研究团队宣布开发出一种完全集成在芯片上的纠缠量子光源。

　　整个量子光源装在一个比一欧元硬币还小的芯片上——据他们表示，这是全球首次实现这一成果。相关论文已发表在《自然·光子学》杂志（Nature Photonics）上。

　　（图片来源：Leibniz University Hannover）

　　光源尺寸缩小1000多倍

　　研究人员通过使用一种新的“混合技术”，将磷化铟制成的激光器和氮化硅制成的过滤器结合在一块芯片上，将光源的尺寸缩小了1000多倍。这种新光源高效稳定，可以应用于驱动量子计算机或量子互联网。

　　汉诺威莱布尼茨大学（Leibniz University Hannover）光子学研究所主任、Cluster of Excellence PhoenixD产业集群董事会成员Michael Kues教授表示：“我们的突破使我们能够将光源尺寸缩小1000多倍，从而实现可重复性、长时间稳定性、可扩展性和潜在的大规模生产。所有这些特性都是量子处理器等现实世界应用所必需的。”

　　量子光源产生光量子，后者可以用作量子比特（量子计算机和量子互联网的基本组成部分）。而今，片上光子学已经成为处理光量子态的先进平台，因为它紧凑、稳定，并且能够在单个芯片上安排配置一系列元素。

　　在这种设备中，光通过极其紧凑的结构被引导到芯片上，这种结构可用于构建光子量子计算系统。如今，这些已经可以通过云访问。由于具备可扩展性，它们可以解决传统计算机因其有限的计算能力而无法完成的任务——这种优势被称为“量子优势”（Quantum Advantage）。

　　新型芯片设计

　　Kues的博士生Hatam Mahmudlu表示：“迄今，量子光源需要外部、芯片外和笨重的激光系统，这限制了它们在该领域的使用。然而，我们通过一种新颖的芯片设计，以及利用不同的集成平台来克服这些挑战。”

　　他们的新发展是一种电激发、激光集成的光子量子光源，完全可以安装在芯片上，并且可以发射频率纠缠的量子比特状态。

　　“量子比特非常容易受到噪声的影响。芯片必须由激光场驱动，完全没有噪声，需要一个片上滤波器，”Michael Kues小组的研究员Raktim Haldar博士表示，“以前，在同一芯片上集成激光器、滤波器和腔是一个主要挑战，因为没有独特的材料可以有效地构建这些不同的组件。”

　　这一系列操作的关键是混合技术，它将由磷化铟制成的激光器、过滤器和由氮化硅制成的腔体结合在一起，并将它们整合到一个芯片中。在芯片上，在一个自发的非线性过程中，激光场产生两个光子。每个光子同时跨越一系列颜色，这被称为“叠加”（superposition），两个光子的颜色是相关的，这意味着光子纠缠在一起，可以存储量子信息。Michael Kues指出，他们由此实现了量子计算机或量子互联网应用所需的卓越效率和状态质量。

　　与目前在低温系统中使用超冷量子比特的版本不同，即使在室温下，在芯片上使用这种光子系统也可以实现量子优势。科学家们还希望，他们的发现有助于降低应用程序的生产成本。

导读： 中国科学技术大学微纳米工程实验室教授吴东团队提出了一种飞秒激光二合一写入多材料的加工策略，制造了由温敏水凝胶和金属纳米颗粒组成的微机械关节，随后开发出具有多种变形模式（＞10）的多关节人形微机械。相关研 …
　　中国科学技术大学微纳米工程实验室教授吴东团队提出了一种飞秒激光二合一写入多材料的加工策略，制造了由温敏水凝胶和金属纳米颗粒组成的微机械关节，随后开发出具有多种变形模式（＞10）的多关节人形微机械。相关研究成果日前发表于《自然－通讯》。

　　近年来，飞秒激光双光子聚合技术作为一种具有纳米精度的真三维加工方式，被广泛应用于制造各种功能的微结构。这些微结构在微纳光学、微传感器以及微机器系统等领域展现出广阔的应用前景。然而，如何利用飞秒激光实现复合多材料加工，并进一步构建具有多模态的微纳机械仍极具挑战性。

　　飞秒激光二合一加工策略包括使用不对称双光子聚合构建水凝胶关节，以及在关节局部区域激光还原沉积银纳米颗粒。其中，非对称光聚合技术使水凝胶微关节局部区域的交联密度产生各向异性，最终使其可以实现方向和角度可控的弯曲变形。原位激光还原沉积可以在水凝胶关节上精确加工银纳米颗粒。这些银纳米颗粒具有很强的光热转换效应，使多关节微机械的模态切换表现出响应时间（30毫秒）超短和驱动功率（＜10毫瓦）超低的优异特性。

　　作为一个典型的示例，8个微关节被集成在一个人形微机械上。随后，研究人员利用空间光调制技术在3D空间内实现多焦点光束，进而精确地刺激每一个微关节。多个关节之间的协同变形促使人形微机械手完成多个可重构的变形模态。最终，在微米尺度下人形微机械“舞动”了起来。

　　在概念验证中，通过设计微关节的分布和变形方向，双关节微型机械臂可以对同向和异向的多个微颗粒进行收集。总之，飞秒激光二合一加工策略可以在各种三维微结构局部区域构建可变形的微关节，实现多种可重构的变形模态。

　　研究人员介绍，具有多种变形模态的微机械手将在微型货物收集、微流体操作和细胞操纵方面展现出广阔的应用前景。

导言： LED光源模组是由LED光源和散热器组成，实现发光和自主散热模块化设计。对于普通的LED光源来说，芯片产生的热量大多数都是凭借散热器与空气进行热交换散失掉的。
　　LED光源模组是由LED光源和散热器组成，实现发光和自主散热模块化设计。对于普通的LED光源来说，芯片产生的热量大多数都是凭借散热器与空气进行热交换散失掉的。

　　选择合适的散热结构不仅能符合LED的散热需求，还能降低LED模组成本。LED光源模组根据散热器材料不同可分为：基于金属散热的LED光源模组、基于塑料散热的LED塑料光源模组、基于玻璃散热的LED光源模组、复合散热的LED光源模组等。

　　基于金属散热的LED光源模组

　　由于金属具有导热系数高、易加工、强度好等优点，基于金属散热的LED光源模组是LED灯具中使用较早、较为广泛的光源模组。制作LED金属光源模组的散热器材料有：铸铁、钢、铝、铜等，铝因为具有导热系数高、密度小、成本较低等优点，是LED金属光源模组最常用的材料。但是金属具有导电、密度大的特点，限制了LED金属散热模组在某些地方的使用。

　　基于玻璃散热的LED光源模组

　　玻璃具有透光率高、热稳定性好、绝缘性能好、美观、成本低、加工工艺成熟的优点，一直是传统灯具制作的首选材料。因为玻璃的导热系数差，玻璃LED光源模组只用在散热要求不高的地方。

　　基于导热塑料散热的LED光源模组

　　导热塑料的导热系数比普通塑料高上百倍，绝缘参数比金属好，制备难易度比陶瓷好，随着导热塑料研究的成熟，其价格会下降，因此许多学者认为LED导热塑料模组是LED灯具的一个非常重要的领域。

　　复合散热的LED光源模组

　　随着LED灯具的多样化，LED光源模组也往多元化发展，由单一材料散料发展到基于两种甚至多种材料复合散热的LED光源模组。LED复合散热模组吸取了两种散热材料的优点，克服了它们各自的缺点，在散热性能、成本、绝缘性、重量等方面都有相当的优势。因此许多学者认为复合散热LED光源模组是未来LED光源模组的发展方向。

　　在机器视觉和半导体设备、3D成像和打印、太阳能和光伏发电、生命科学和医疗等产品的研发过程中，我们经常需要一些比较精密的LED光源，目前市场上主要是LED+导光板的简单形状组合，在过去的时代尚能使用，在AI时代，达到光学精度级别的光源才能满足您的需求。

光学玻璃和其它玻璃的不同之点在于它作为光学系统的一个组成部分，每一品种光学玻璃对不同波长光线都有规定的标准折射率数值，光学系统的透过率主要决定于玻璃本身的光吸收系数，作为光学镜片设计光学系统的依据，光学玻璃的光学常数必须在这些数值一定的容许偏差范围以内，否则将使实际的成象质量与设计时预期的结果不符而影响光学镜片的质量。光学玻璃具有高度的透明性，物理及化学上的高度均匀性以及特定和精确的光学系数。

光学玻璃物理特性：

1.折射率（ND）

玻璃的折射率是以钠元素的特征谱线D=589.3nm测定的，以ND表示。

2.比重(s)

用流体静力学称量法测定玻璃的比重。

3.色度值（x,y,Y）

依据国际照明委员会（CIE）1931年和1964年规定的方法，测定出在A和D65标准光源照明下玻璃的色度值。

4.热特性

当玻璃温度升高1℃其长度相对变化率。

5.转变温度（Tg）

当玻璃的膨账量发生骤变时，所对应的温度即为试样的转变温度。此温度时玻璃的粘度近于10 13帕.秒。

6.软化温度（Ts）

当玻璃的物理性质发生急剧变化，其膨账量也趋近于零时的温度(玻璃的软化温度，这时玻璃的粘度趋近于10 11帕/秒)。

7.色温变换能力（V）

色温玻璃分为升色温玻璃和降色温玻璃两类，其变换能力以密勒德(Mired)值来表示。

升色温玻璃呈蓝色，牌号为SSB，其密勒德为负值。降色温玻璃呈琥珀色，牌号为SJB，其密勒德为正值。

光学玻璃光谱特性

根据有色光学玻璃的光谱特性，可分三大类

1、截止型玻璃

它们的光谱特性指标以透过界限波长λtj 透过界限允许偏差，规定波长的透射比Tλo和曲斜率K等来表示。

2、选择吸收型玻璃

玻璃只透过（或吸收）某一个（或几个）波长范围内的光线，它的光谱特性指标是以规定玻璃厚度在特定波长λ处的透射比值和允许透射比偏差值表示。

3、中性型玻璃

玻璃在可见光中各波长的光线无选择地均匀吸收，其光谱特性指标是以平均透射比Tp，平均透射比允许偏差范围△Tp 。最大允许偏差值Qz来表示

能改变光的传播方向，并能改变紫外、可见或红外光的相对光谱分布的玻璃。狭义的光学玻璃是指无色光学玻璃；广义的光学玻璃还包括有色光学玻璃、激光玻璃、石英光学玻璃、抗辐射玻璃、紫外红外光学玻璃、纤维光学玻璃、声光玻璃、磁光玻璃和光变色玻璃。光学玻璃可用于制造光学仪器中的透镜、棱镜、反射镜及窗口等。由光学玻璃构成的部件是光学仪器中的关键性元件。

概念

传输光线的非晶态(玻璃态)光介质材料。可用以做成棱镜、透镜、滤光片等各种光学元件，光线通过后可改变传播方向、位相及强度等。根据不同的要求，可把光学玻璃分为三大类：①无色光学玻璃——在可见及近红外相当宽广波段内几乎是全透明的，是使用量最大的光学玻璃。按折射率和色散的不同有上百个牌号，可分为两个品种，即冕牌光学玻璃(以K代表)和火石光学玻璃(以F代表)。冕牌玻璃是硼硅酸盐玻璃，加入氧化铝后成为火石玻璃。二者的主要区别是火石玻璃的折射率和色散都较大，因而光谱元件多用它制造。②耐辐射光学玻璃——具有无色光学玻璃的各项性质，并能在放射性照射下基本不改变性能。用于受γ辐照的光学仪器，其品种及牌号与无色光学玻璃相同。其化学成分是在无色光学玻璃的基础上，添加少量二氧化铈来消除高能辐射在玻璃中形成的色心，使这种玻璃在受辐照后光吸收变化很小。③有色光学玻璃——对某些波长的光具有特定吸收或透射性能。亦称滤光玻璃，有百余个品种。颜色滤光片对某些颜色能选择吸收，中性滤光片对所有波长的光的吸收相同，只是减低光束强度而不改变其颜色。干涉滤光片则是根据光的干涉原理，将不需要的颜色反射掉而不是吸收。

近年来又发展了一些新品种的光学玻璃，如对红外和紫外有良好透过率的玻璃;折射率或色散特高或特低的玻璃;随着光强变色的玻璃;光沿磁力线方向通过玻璃时偏振面发生旋转的磁光玻璃;在外电场作用下产生双折射的电光玻璃等等。

前景

光学玻璃是光电技术产业的基础和重要组成部分。特别是在20世纪90年代以后，随着光学与电子信息科学、新材料科学的不断融合，作为光电子基础材料的光学玻璃在光传输、光储存和光电显示三大领域的应用更是突飞猛进，成为社会信息化尤其是光电信息技术发展的基础条件之一。

随着国内经济持续、稳定发展，中国光学玻璃制造行业发展迅猛。根据国家统计局数据显示，2010年，光学玻璃制造行业规模以上企业数量达246家，行业全年实现销售收入为234.05亿元，同比增长53.70%;实现利润15.37亿元，同比增长87.10%;资产规模达到264.50亿元，同比增长77.49%。由于光学玻璃制造行业以国内销售为主，金融危机对其影响相对较小，行业依然表现出较好的增长势头。

简介

用于制造光学仪器或机械系统的透镜、棱镜、反射镜、窗口等的玻璃材料。包括无色光学玻璃(通常简称光学玻璃)、有色光学玻璃、耐辐射光学玻璃、防辐射玻璃和光学石英玻璃等。光学玻璃具有高度的透明性、化学及物理学(结构和性能)上的高度均匀性，具有特定和精确的光学常数。它可分为硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、氟化物和硫系化合物系列。品种繁多，主要按他们在折射率(nD)-阿贝值(VD)图中的位置来分类。传统上nD>1.60，VD>50和nD<1.60，VD>55的各类玻璃定为冕(K)玻璃，其余各类玻璃定为火石(F)玻璃。冕玻璃一般作凸透镜，火石玻璃作凹透镜。通常冕玻璃属于含碱硼硅酸盐体系，轻冕玻璃属于铝硅酸盐体系，重冕玻璃及钡火石玻璃属于无碱硼硅酸盐体系，绝大部分的火石玻璃属于铅钾硅酸盐体系。随着光学玻璃的应用领域不断拓宽，其品种在不断扩大，其组成中几乎包括周期表中的所有元素。

通过折射、反射、透过方式传递光线或通过吸收改变光的强度或光谱分布的一种无机玻璃态材料。具有稳定的光学性质和高度光学均匀性。

光学分类

对光学常数有特定要求，具有可见区高透过、无选择吸收着色等特点。按阿贝数大小分为冕类和火石类玻璃，各类又按折射率高低分为若干种，并按折射率大小依次排列。多用作望远镜、显微镜、照相机等的透镜、棱镜、反射镜等。

防辐照光学玻璃

对高能辐照有较大的吸收能力，有高铅玻璃和CaO-B2O2系统玻璃，前者可防止γ射线和X射线辐照，后者可吸收慢中子和热中子，主要用于核工业、医学领域等作为屏蔽和窥视窗口材料。

耐辐照光学玻璃

在一定的γ射线、X射线辐照下，可见区透过率变化较少，品种和牌号与无色光学玻璃相同，用于制造高能辐照下的光学仪器和窥视窗口。

有色光学玻璃

又称滤光玻璃。对紫外、可见、红外区特定波长有选择吸收和透过性能，按光谱特性分为选择性吸收型、截止型和中性灰3类；按着色机理分为离子着色、金属胶体着色和硫硒化物着色3类，主要用于制造滤光器。

紫外和红外光学玻璃

在紫外或红外波段具有特定的光学常数和高透过率，用作紫外、红外光学仪器或用作窗口材料。

光学石英玻璃

以二氧化硅为主要成分，具有耐高温、膨胀系数低、机械强度高、化学性能好等。特点，用于制造对各种波段透过有特殊要求的棱镜、透镜、窗口和反射镜等。此外，还有用于大规模集成电路制造的光掩膜板、液晶显示器面板、影像光盘盘基薄板玻璃；光沿着磁力线方向通过玻璃时偏振面发生旋转的磁光玻璃；光按一定方向通过传输超声波的玻璃时，发生光的衍射、反射、汇聚或光频移的声光玻璃等。

色散分类

按色散又分为两类：色散较小的为冕类(K)，色散较大的为火石类(F)。

①冕类光学玻璃　分为氟冕(FK)、轻冕(QK)、磷冕(PK)、重磷冕 (ZPK)、冕(K)、重冕(ZK)、钡冕(BaK)、镧冕(LaK)、钛冕(TiK)和特冕(TK)等。

②火石类光学玻璃　分为轻火石(QF)、火石(F)、重火石(ZF)、钡火石(BaF)、重钡火石 (ZBaF)、镧火石(LaF)、重镧火石(ZLaF)、钛火石(TiF)、冕火石(KF)和特种火石(TF)等。它们在折射率nd与色散系数v的关系图像（见图）中分布在不同的领域。

抗辐射

抗辐射玻璃 是广义光学玻璃的一种。包括防辐射玻璃和耐辐射玻璃。

防辐射玻璃主要是对 γ射线和X射线有较大吸收能力的玻璃。当γ射线或X射线进入防护玻璃时，由于玻璃内部产生光电效应、生成正负电子对，同时产生激发态和自由态电子，使射入的 γ射线或X射线能量减小，穿透力下降，起到了防护作用。当防辐射玻璃的密度增加时，屏蔽能力也相应增加。防γ射线的玻璃的密度通常不小于4.5g/cm。近年来，已开始用密度为6.2～6.5g/cm的玻璃,常用的有ZF系列。

耐辐射光学玻璃主要指在γ射线作用下不易着色的光学玻璃。耐辐射光学玻璃牌号的命名，仍根据光学玻璃牌号，注明能耐辐射的伦琴数，例如，K509耐辐射光学玻璃的光学常数同K9,且能耐10伦琴剂量的γ射线。普通玻璃受高能射线辐射后产生自由电子，它与玻璃内部的缺位结合，形成色心。同时也可使原子核移位，破坏了正常的结构，也产生色心，使玻璃着色。

耐辐射光学玻璃中引入了CeO2，在高能γ射线辐照后，由于式①,能俘获电子，不使玻璃内部产生色心,且因Ce和Ce的吸收带在紫外区。当CeO2含量过高时，在紫外、红外的吸收带延伸到可见光区，使可见光的蓝色区域吸收增加，导致玻璃呈黄色。同时，也会因玻璃中其他成分的影响而加深颜色，所以CeO2的含量不能太高，在K509中CeO2的含量约为0.4%～0.5%，在K709中CeO2约为1%。

制作原料

以优质石英砂为主料。适当加入辅料。由于稀土具有高的折射率，低的色散和良好的化学稳定性，可生产光学玻璃，用于制造高级照相机、摄像机、望远镜等高级光学仪器的镜头。例如一种含氧化镧lao360%，氧化硼b2o340%的具有优良光学性质的镧玻璃，是制造高级照相机的镜头和潜望镜的镜头的不可缺少的光学材料。另外，利用一些稀土元素的防辐射特性，可生产防辐射玻璃。