仪器仪表
高速3D-DIC表征下竹基纤维复合材料拉弯复合静动态力学响应及应变演化机制研究 本研究采用千眼狼(Revealer)高速3D-DIC系统,系统揭示了竹基纤维复合材料在拉弯复合载荷下的静动态力学行为与全场应变演化规律。重点分析了加载速率与预张力梯度对损伤机制的影响,证实高速3D-DIC是复合材料复杂应力场研究的推荐技术手段。1实验背景竹基纤维复合材料(重组竹)凭借优异的比强度与环保特性,已成为建筑结构梁、桥梁及风力发电机叶片等复合结构的理想绿色材料。然而,针对此类复合结构在地震、横风等拉弯组合载荷下的全场变形与失效机理,目前尚缺乏系统性认知。传统点式应变片测量无法捕捉复杂应力状态下的全场应变分布及演化过程。为此,吉林大学研究团队引入千眼狼(Revealer)高速3D-DIC技术,系统研究竹基纤维复合材料在拉弯复合加载下的静动态力学行为,并考察了加载速率和预张力对其力学性能的影响。该系统的应用为复合材料研究DIC系统推荐提供了典型案例。2实验设备实验依托吉林大学自研原位测试平台,核心观测设备为千眼狼(Revealer)高速3D-DIC系统,系统配备2台X213高速摄像机,在1280×1024分辨率下具备13600fps时间分辨率,能够同步精准捕捉试样在拉弯载荷下的表面散斑图像序列。此外,实验台架配置了载荷传感器与激光位移传感器,以同步获取宏观力学参数。图1千眼狼高速3D-DIC系统及原位测试平台3实验方法试样制备采用密度958kg/m3,酚醛树脂含量15~20%的竹基纤维复合材料。为满足高速3D-DIC系统测量需求,试样表面经清洁后喷涂白色底漆,待干透后施加随机分布的黑色散斑,形成高对比度散斑场。实验分三组进行:1-纯轴向拉伸测试,加载速率2、20、200mm/min,各重复5次;2-三点弯曲测试,跨距100mm,压头直径10mm,为预张力为0N的拉弯复合特例;3-拉弯复合测试,加载速率三种、预张力三级:2000N、4000N、6000N,各重复5次。拉弯复合工况下,试样首先通过轴向加载系统施加至目标预张力并保持,随即在跨中(两支座中心位置,最大弯矩区)施加弯曲载荷直至断裂。利用千眼狼(Revealer)高速3D-DIC系统全程记录试样侧面的散斑图像。DIC分析区域覆盖试样工作段的关键变形区,同步获取预张力阶段累计的轴向应变与弯曲过程中逐步叠加的弯曲应变,量化各阶段对总断裂应变的贡献。4实验数据解析全场应变数据是揭示竹基纤维复合材料在拉弯复合工况下损伤演化与断裂机制的核心证据。基于千眼狼高速3D-DIC系统获取的全场应变云图,对预张力及加载速率所引发的应变场分布差异进行解析。4.1拉弯复合工况下预张力梯度对全场应变演化的影响图2记录了加载速率2mm/min条件下,千眼狼高速3D-DIC系统记录的竹基纤维复合材料在四级预张力(0N、2000N、4000N、6000N)作用下的全场轴向应变演化序列,每级预张力均包含试验初始阶段(I)至断裂前夕(III)的应变场变化。预张力0N:阶段I,跨中受拉侧出现微弱轴向拉伸应变萌芽;阶段II,受拉侧应变集中带沿纤维纵向呈条带状逐步扩展,应变分布与加载方向近乎平行;阶段III,断裂前夕,纵向累积应变已足以触发多处界面分层与基体开裂。预张力2000N:阶段I,试样全域预存明显的均匀拉伸应变背景;阶段II,弯曲附加应变在跨中区域引起的集中效应叠加于预存应变场之上,但集中区的纵向延伸范围收窄;阶段III,高应变区域限定于跨中一条更紧凑的窄带内,表明预张力预先消耗了基体与界面的部分变形容量,限制了弯曲损伤沿纵向的进一步扩展空间。预张力4000N:阶段I,预存应变水平已处于较高状态;阶段II,弯曲附加应变的空间局域化趋势更为显著,应变集中几乎锁定于跨中极小区域;阶段III,高幅值应变带的空间范围较2000N工况进一步缩窄,应变梯度在窄带边缘急剧下降。预张力6000N:阶段I,全场应变云图呈现极高的预存应变背景。阶段II与阶段III的图像显示,弯曲附加应变被约束在跨中一条狭窄的条带内。这种高度局域化的应变分布模式,定量揭示了预张力达6000N时断裂挠度骤降、弯曲模量倍增以及材料由韧性向脆性转变的力学现象,即预存应变场实质上充当了硬化限域的角色,使弯曲变形容量在加载初期即被大量预支。图2竹基纤维复合材料在2mm/min拉弯复合试验下的全场轴向拉伸应变演化云图。(a-b-c-d对应预张力0-2000-4000-6000N,I-II-III对应实验初始阶段、中间阶段、断裂前夕)4.2轴向拉伸工况下全场应变演化与损伤局部化进程图3展示了纯轴向拉伸工况,由千眼狼(Revealer)高速3D-DIC系统按时间序列(I~V)记录的全场纵向应变演化云图,完整呈现了从均匀变形到应变局部化萌生、加剧直至临界断裂带贯通的完整损伤链条。阶段I:拉伸加载的初期,全场纵向应变云图呈现近似均匀的低幅值分布,表明竹基纤维复合材料沿纤维纵向表现出良好的均质变形特征,纤维束与树脂基体协同承载。阶段II:拉伸载荷增加,全场应变幅值提高,但分布仍相对均匀,未出现明显应变集中。阶段III:出现若干离散的微应变集中点,分布位置与竹纤维束排列的局部不均匀性及树脂富集区等微观缺陷密切相关,损伤由均匀变形过渡至应变局部化萌生。阶段IV:多个应变局部集中点形成沿横截面方向的应变局部化带,材料内部应力开始向损伤带重分配。阶段V:断裂前夕,主导应变局部化带已完全贯通试样横截面,带内应变幅值急剧攀升至极限,带外区域的应变则趋于停滞甚至出现弹性卸载回缩,标志宏观裂纹即将触发。图3竹基纤维复合材料在轴向拉伸工况下的全场纵向应变演化云图(I-初始均匀变形II-应变整体抬升III-应变局部化萌生IV-局部化加剧V-临界断裂带贯通)5实验结论本研究通过千眼狼(Revealer)高速3D-DIC系统,深入揭示了竹基纤维复合材料在拉弯复合加载下的静动态力学行为机制,主要结论如下:I.加载速率的增加促使竹基纤维复合材料从分层破坏向纤维断裂转变,提升了最大弯曲载荷与耗散能。高速3D-DIC系统捕捉的应变局部化特征为该转变提供了可视化数据支撑。II.预张力的增加通过施加预存应力场,有效提高了最大弯曲载荷与有效弯曲模量,但同时降低了断裂挠度与总断裂应变,使断裂位置趋于随机、失效模式由韧性向脆性转变。高速3D-DIC的全场应变云图揭示了预张力对应变局域化程度的调控作用。III.千眼狼(Revealer)高速3D-DIC系统凭借非接触全场测量、动态瞬态捕获、多阶段应变演化可视化三大优势,可分层级定量解析不同预张力下拉弯复合应变场演化机制,同时精细化划分并表征轴向拉伸五阶段损伤演化规律。本研究证实,千眼狼(Revealer)高速3D-DIC系统在复合材料复杂应力场演化、风险体积量化及失效预测中具有不可替代的作用,为竹基纤维复合材料适配的建筑梁、桥梁、风电叶片等工程构件的安全性评估提供了可靠的技术支撑与数据依据。

千眼狼DIC系统如何实现无人机旋翼3Hz动态载荷下的非接触全场测量——无人机疲劳测试实例

无人机复合材料旋翼在3Hz气动-离心耦合载荷下的全场动态应变与三维位移使用千眼狼(Revealer)数字图像相关(DIC)系统非接触测量。1实验背景无人机旋翼服役期间,周期性气动载荷与离心载荷的耦合作用易引发疲劳失效,典型工况中,旋翼以3Hz频率完成挥舞–摆振复合运动,叶根等关键连接区域的应变幅值可达数千微应变,长期循环载荷会导致复合材料分层、裂纹萌生,直接影响飞行安全与整机寿命。以常规电阻应变片为代表的传统测量手段仅能实现单点数据采集,难以覆盖大跨度、大扭转变形区域,无法反映真实的多维变形场与应变梯度;常规光学测量受工作距离、视场、畸变与光照条件限制,难以在近距离下实现高精度全场测量。为突破上述瓶颈,本实验引入基于数字图像相关(DIC)的双相机立体视觉测量系统,以非接触方式获取旋翼疲劳加载过程中的高分辨率全场应变场与三维位移场。2实验设备本实验采用千眼狼(Revealer)三维数字图像相关(3DDIC)光学测量系统,核心硬件与配套装置如下:工业相机:分辨率4096×3000,采集帧率20fps,满足旋翼动态变形的高分辨率与时间同步需求。成像镜头:17-50mm变焦镜头,适配短工作距离下300mm×400mm视场覆盖,配合小光圈扩大景深,保证全行程清晰成像。照明系统:与相机帧率同步的闪光光源,搭配哑光散斑制样方案,消除复合材料表面高光与阴影干扰。机械固定装置与加载设备:三自由度可调云台组件,用于提升相机姿态调节精度与系统抗振稳定性,保障双目立体标定精度;三轴作动器疲劳试验机,用于提供3Hz周期性循环载荷,模拟旋翼挥舞–摆振复合载荷工况。数字图像相关DIC软件RVM:支持智能标定,亚像素匹配,三维位移重建,拉格朗日应变计算、时程分析与云图生成功能。图1千眼狼(Revealer)三维数字图像相关(3DDIC)光学测量系统示意图3实验方法实验采用三维数字图像相关(3DDIC)非接触测量方法,基于双目立体视觉,通过序列图像相关计算实现全场变形量化。首先对无人机旋翼表面进行散斑制备,喷涂白色哑光底漆并粘贴随机散斑贴纸,构建均匀稳定的散斑场。随后通过数字图像相关DIC软件RVM完成双目相机立体标定,获取相机内外参数与畸变系数,建立统一测量坐标系。正式采集阶段,疲劳试验机以3Hz频率施加模拟气动与离心耦合的循环载荷,同步触发双相机以20fps连续记录序列图像。导入DIC分析软件RVM,经畸变校正、图像滤波、亚像素级相关匹配与三维重建,得到全场三维位移场,基于位移场进一步计算拉格朗日主应变场,沿旋翼展向(叶根→叶尖)与弦向(前缘→后缘)开展定量时程分析与云图可视化。4实验序列图像数据解析4.1应变场解析由千眼狼(Revealer)DIC软件RVM处理序列图像,得到旋翼表面拉格朗日主应变(E1)时空分布特征。沿旋翼展向,主应变幅值由叶尖向叶根逐步衰减,叶尖区域主应变幅值约295με,时程曲线呈标准正弦周期特征;向叶根过渡过程中,波形逐渐由单一正弦转变为大小峰交错的周期形态,叶根区域幅值降至约90με,体现根部刚性约束对变形与应力水平的显著抑制作用。沿弦向,各截面主应变时程均呈近似正弦周期变化,幅值存在明显差异:叶片中部区域应变幅值最大,约299με;前缘区域次之;后缘区域幅值最小,仅约81με,揭示弦向结构刚度与载荷传递的非均匀分布特性。全场应变云图清晰呈现叶根与桨毂连接区的应变集中特征,为疲劳薄弱部位识别提供直接依据。图2旋翼表面拉格朗日第一主应变(E1)分析,上图为展向主应变云图与时程曲线,下图为弦向主应变云图与时程曲线4.2位移场解析经千眼狼(Revealer)DIC软件RVM三维重建得到旋翼全场三维合位移场,变形规律与应变场高度耦合。沿展向,合位移幅值由叶尖向叶根单调递减,叶尖合位移幅值约0.644mm,叶根处降至约0.457mm,符合悬臂结构典型变形规律,位移时程曲线呈稳定正弦形态,与3Hz加载频率严格同步。沿弦向,位移从前缘至后缘呈连续梯度递减,前缘合位移幅值约0.656mm,后缘约0.486mm,全弦向位移曲线形态一致、相位同步,表明旋翼在试验载荷下以整体协同变形为主,无明显局部畸变或不协调变形。位移场结果精准表征了疲劳载荷下旋翼三维变形模态,为动力学建模与刚度校核提供实测边界条件。图3旋翼表面合位移分析,上图为展向合位移云图与时程曲线,下图为弦向合位移云图与时程曲线5实验结论I.本实验依托三维DIC系统(含双目相机与专用DIC分析软件RVM),成功实现无人机复合材料旋翼在3Hz周期性载荷下非接触、高精度、全场动态应变与位移测量,有效解决传统测量方法单点局限、视场不足、近距离畸变与光照干扰等技术难题。II.旋翼展向主应变由叶尖至叶根显著衰减,波形由正弦逐步过渡为大小峰交错周期形态;弦向以中部应变最大、后缘最小,明确了旋翼刚度分布与应变集中关键区域。三维合位移沿展向、弦向均呈梯度递减规律,位移时程与载荷频率高度同步,变形模态稳定,验证结构在试验载荷下的变形协调性。III.使用千眼狼(Revealer)DIC系统获取的全场应变云图、位移演化曲线及载荷–变形耦合数据,可用于无人机旋翼结构优化、疲劳寿命预测、有限元模型修正,为航空复合材料旋转部件疲劳性能研究提供可靠实验方法与数据支撑。千眼狼(Revealer)DIC系统凭借其出色的成像精度、软件分析能力和针对复杂旋翼工况的适应性,成为无人机旋翼、风力发电机组叶片、航空航天结构件等领域疲劳测试与结构动力学分析的优选技术方案。
仪器仪表 2026-05-13 10:57

北理工团队在传感-计算一体化视觉器件领域取得重要进展

近日,北京理工大学集成电路与电子学院柔性电子器件与智造研究所沈国震、王卓然团队,在国际顶级期刊《NatureElectronics》发表题为“Asymmetry-reconfigurablephotodiodeforsensingandcomputing”的研究论文。该研究创新性提出对称性可重构光电二极管(SRPD),成功实现传感与计算双模式协同运行,并完成透射成像、神经形态眼机交互两大场景的系统验证,为低功耗边缘视觉智能系统的发展提供了全新器件解决方案。随着微型机器人、可穿戴电子、智能终端等边缘设备的快速迭代,视觉系统对低功耗、高集成度与实时处理能力提出了更高要求。传统“图像传感-模数转换-图像处理”的分离式架构通用性强,但在信号转换、数据传输与存储计算环节能耗过高,难以满足边缘场景下的超低功耗需求。传感器内计算(PIS)是破解这一难题的关键技术路径,但其发展仍受限于器件机理不完善、规模化集成能力不足、复杂场景适应性差等核心瓶颈。针对上述挑战,研究团队基于I‑V‑VI族半导体AgBiS₂,设计并构筑了对称性可重构光电二极管(symmetry-reconfigurablephotodiode,SRPD)。器件初始状态具备对称的金属-半导体肖特基势垒,工作于传感模式,可实现紫外至短波红外的宽谱透射成像;在电压脉冲激励下,AgBiS₂中的银离子可在局域电场作用下发生可逆迁移,调控单侧肖特基势垒高度并打破器件对称性。在非对称模式下,该器件可实现非易失、双极性光响应权重调制,具备52级以上可分辨权重状态,权重保持时间超2000秒,经10000次双极循环切换仍保持优异稳定性,最小有效编程脉宽低至100纳秒。该器件采用简洁的双端结构,与薄膜晶体管(TFT)读出电路高度兼容,为阵列化集成与系统扩展提供了坚实基础。团队已在64×64TFT芯片上实现单片集成,构建出高透光率图像传感器,成功完成硅片、油墨等目标的红外透成像;并进一步实现与MOSFET兼容集成,验证了其与硅基读出电路适配的工程化潜力。依托光电流原位计算特性,研究团队成功实现图像边缘提取、图像锐化等卷积运算,并构建人工神经网络分类器件,证实了其在传感器内信息预处理与并行模拟计算中的突出优势。在系统应用层面,该器件被成功拓展至神经形态眼机交互领域:通过混合卷积神经网络实现眼动方向高精度识别,并完成基于实时眼动追踪的机械手联动与无人机跟随控制演示,充分验证了其在低功耗人机交互、沉浸式控制与边缘智能系统中的广阔应用前景。该论文的第一完成单位为北京理工大学。集成电路与电子学院沈国震教授、王卓然教授、香港科技大学范智勇教授为通讯作者,集成电路与电子学院博士研究生苗雨、博士后冉文浩、中山大学卫斌副教授、王卓然教授为论文共同第一作者。论文详情:YuMiao+,WenhaoRan+,BinWei+,ZhuoranWang+*,ShukunLi,QingtingDing,XiujieGao,ZinanZhang,ChengyouWang,ShengqiangZhang,GuozhenShen*,ZhiyongFan*.Asymmetry-reconfigurablephotodiodeforsensingandcomputing.NatureElectronics,2026.DOI:10.1038/s41928-026-01617-0.
仪器仪表 2026-05-11 14:20

4月色谱、质谱类仪器招标采购分析:高端升级提速 国产替代迈入深水区

2026年4月,我国色谱、质谱类仪器招标采购市场延续高位运行态势,呈现“大单集中释放、高端产品主导、国产突破凸显”的鲜明特征,既契合全球分析检测仪器向精准化、智能化升级的大趋势,也彰显我国国产仪器从“跟跑”向“并跑”跨越的关键进展。仪表网整理了2026年4月份色谱、质谱类仪器公开招标采购数据,结合全球市场背景与国内产业政策,从市场规模、项目特征、品牌格局、应用场景等维度展开深度分析,解读行业发展核心趋势与未来走向,为行业从业者、采购方及相关企业提供参考。市场整体回暖:规模稳步增长,高端需求成核心驱动力2026年4月,我国色谱、质谱类仪器公开招标及意向采购预算合计达2.12亿元,同比2025年4月增长18.7%,环比3月增长34.2%,市场呈现显著回暖态势,延续了2026年以来的增长势头。这一增长态势的背后,是多重需求的叠加驱动:一方面,高校科研投入持续加大、疾控与公安系统装备升级形成刚性需求,为市场增长提供坚实支撑;另一方面,我国分析检测行业向精准化、高端化转型的步伐加快,带动高端仪器需求持续释放。从产品结构来看,市场呈现“质谱主导、色谱补位”的清晰格局,高端化趋势尤为突出。4月质谱类仪器采购预算达1.51亿元,占总预算的71.2%,采购数量41台,均价高达368.3万元/台;色谱类仪器预算0.61亿元,占比28.8%,采购73套,均价45.6万元/套。值得注意的是,质谱类仪器中,液质联用(LC-MS/MS)、气质联用(GC-MS/MS)等联用设备占比达85%,高分辨、飞行时间质谱占比15%,凸显出市场对高端联用仪器的需求已成为主流。价格层面,国产与进口产品的差距依然明显,但国产品牌的性价比优势持续凸显,为国产替代奠定坚实基础。色谱仪方面,国产品均32.8万元,仅为进口均价(54.9万元)的60%;质谱仪方面,国产品牌以安益谱、安图生物为代表,均价约139万元,远低于进口品牌约384万元的均价。这种价格差异既客观反映了国产仪器在核心技术、产品稳定性上与国际龙头的差距,也体现了国产品牌在成本控制、本地化服务上的核心竞争力,为其在中端市场实现突围创造了有利条件。重点项目凸显:科研与公共安全成大单集中领域,需求分层清晰4月色谱、质谱类仪器招标采购中,大单效应显著,重点项目主要集中在高校科研、公安禁毒、疾控检测三大领域,多个项目成为行业发展的重要风向标,清晰彰显了不同应用场景的需求升级方向,也折射出我国分析检测领域的发展重点。高校科研领域,高端进口仪器仍是采购主力,前沿研究需求推动设备升级。暨南大学质谱技术中心中标项目成为典型代表,该项目预算3997.5万元,采购7台高端仪器,最终由赛默飞、SCIEX、岛津三大进口品牌瓜分,其中赛默飞中标2858.8万元,涵盖液质、气质、电镜等设备,岛津则凭借高分辨质谱显微镜拿下718.8万元订单。此次采购的核心特点是科研级高分辨与原位成像质谱首次批量进入高校平台,反映出高校科研对高端分析仪器的需求已从常规检测向前沿研究升级。公共安全领域,国产质谱实现里程碑式突破,打破进口垄断格局。江苏省公安厅毒品实验室采购项目极具标志性,该项目预算1420.9万元,采购6台三重四极杆液质仪,国产企业安益谱成功中标3台,占比50%,单台均价约150万元,与SCIEX、岛津等进口品牌同台竞技并占据半壁江山。据悉,安益谱此次中标的TQ9120D型三重四极杆液质系统,凭借超高灵敏度与强劲的抗干扰能力达到国际先进水准,其核心得益于国产核心部件的突破——此前绵阳科技城推出的“国产化质谱用环形碰撞池”,将离子传输效率提升至90%以上,单价较进口同类降低50%以上,有力助推了国产质谱整机成本下降和性能提升。此次中标标志着国产质谱正式进入公安禁毒检测核心应用场景,打破了进口品牌在该领域的长期垄断,也延续了2025年以来国产品牌在公安领域的突破态势,2025年华仪宁创、谱育科技、安益谱等国产品牌已在公安系统招标中表现活跃,逐步实现核心场景渗透。制药与疾控领域,刚需采购持续释放,精准检测需求推动设备升级。中国药科大学4月发布的采购意向预算达1.14亿元,涵盖气相色谱质谱、飞行时间串联质谱等26项设备,凸显出制药行业研发升级对高端分析仪器的迫切需求,高分辨与联用仪占比超60%,适配新药研发与质量控制的核心需求。此外,上海市疾控中心、徐汇区疾控中心分别启动400万元、420万元的质谱仪器采购,主要用于痕量污染物与生物标志物检测,反映出公共卫生领域对精准检测仪器的需求持续提升,而LC-MS/MS作为临床检测主流方案,已广泛应用于传染病溯源、食品安全监测等场景,成为疾控系统的核心检测工具。品牌格局:进口主导格局未变,国产替代加速突破深水区4月招标数据显示,我国色谱、质谱类仪器市场仍由进口品牌主导,但国产品牌的市场份额持续提升,呈现“进口稳守高端、国产突围中端”的竞争格局,这与2025年以来国产液质市场“结构性渗透”的特征高度一致——国产品牌并非全面开花,而是围绕应用场景明确、需求刚性的领域持续突破,逐步形成以三重四极杆技术为核心的发展主线,国产替代正从“中低端替代”向“高端突破”稳步迈进。进口品牌方面,四大国际龙头占据绝对优势,合计中标金额占比约78%,持续垄断高端市场。其中赛默飞以3280万元的中标金额位居首位,凭借高端液质、气质产品的技术优势,拿下暨南大学、成都海关等核心项目,延续了其在高端市场的主导地位,2024年赛默飞还推出了专为多组学研究设计的新型高分辨率LC-MS系统,进一步巩固技术优势;安捷伦中标1850万元,依托GC-MS与常规LC-MS的产品优势,聚焦海关、药企等中端应用场景,契合全球色谱仪器市场中液相色谱占据半壁江山的趋势;岛津、SCIEX分别中标1120万元、850万元,岛津在高分辨质谱领域表现突出,SCIEX则在三重四极杆液质领域保持稳定竞争力,二者在公安、科研等场景均有重要突破。这些进口品牌凭借长期的技术积累、完善的产品矩阵和成熟的服务体系,仍占据高端市场的主导地位,尤其是在高校科研、高端制药等对仪器性能要求极高的领域,进口依赖度依然较高,这也是当前我国分析检测仪器行业面临的主要痛点之一。国产品牌方面,市场份额达到22%,环比提升8个百分点,实现稳步突破,核心企业表现亮眼。安益谱成为国产质谱的核心突破者,凭借450万元的中标金额(江苏公安3台设备),其TQ9120D型号作为国产三重四极杆标杆产品,灵敏度达到fg级,成功打破进口品牌在公安禁毒核心场景的垄断,而该企业此前已在2025年底独家中标海关总署17台气质质采购项目,此次中标进一步巩固了其在国产质谱领域的地位。南京科捷、艾塔等国产品牌则聚焦色谱仪市场,中标18套设备,均价33万元,重点替代进口常规LC/GC市场,凭借高性价比占据中端常规检测场景,契合全球色谱仪器市场中硬件仪器占据主导地位的趋势;安图生物则在医疗检测领域实现突破,中标1台106万元的飞行时间质谱,加速拓展医疗检测场景。应用与区域分布:场景分层明确,区域发展不均衡凸显从应用场景来看,4月采购需求呈现清晰的分层特征,高校/科研院所、疾控/公共卫生、公安/司法成为三大核心场景,合计占比达89%,与我国分析检测行业的应用需求分布高度契合,也反映出不同场景对仪器性能的差异化需求,同时与全球色谱质谱市场的应用趋势基本一致。高校/科研院所是最大采购场景,预算1.25亿元,占比59%,核心需求集中在高分辨液质、原位成像质谱、飞行时间质谱等高端设备,用于支撑生命科学、材料科学、环境科学等前沿研究——这与全球生命科学领域对LC-MS技术的需求增长趋势一致,LC-MS技术在蛋白质组学、代谢组学等领域的研究中扮演着关键角色,而组学研究也是全球质谱仪市场增长最快的板块之一。疾控/公共卫生领域预算4800万元,占比23%,主要采购LC-MS/MS设备,用于食品安全、传染病溯源、痕量污染物监测等,单台预算集中在300-450万元,凸显出公共卫生领域对精准检测的刚性需求,这与全球环境检测监管全面升级、食品安全关注度提升的趋势密切相关,各国政府对污染监测的立法日益严格,直接推高了对LC-MS和GC-MS的刚性需求。公安/司法领域预算1400万元,占比7%,聚焦毒品检测专属三重四极杆液质仪,国产替代实现规模化落地,这与国家在毒情防控、社会治理和公共安全方面持续加大投入的趋势密切相关,便携式质谱、在线固相萃取液质系统等设备的应用场景仍具成长空间。此外,制药/药企、环境/第三方检测、海关/进出口等场景分别占比5%、3%、3%,需求呈现差异化特征:制药行业侧重GC-MS、LC-MS用于原料药检测与研发质控,契合全球生物制药公司作为色谱质谱仪器最大终端用户的趋势;环境检测以常规LC/GC为主,部分配置单四极杆质谱,单四极杆液质联用仪凭借价格低廉、性能可靠的优势,在环境检测领域广泛应用;海关则处于集中采购尾声,国产LC-MS/MS批量交付中,这与2025年以来海关“不接受进口、面向中小企业”的招标政策导向一致,为国产仪器提供了重要的市场机遇。区域分布上,华东地区领跑全国,成为采购核心区域,区域发展不均衡特征凸显。4月华东地区(沪、苏、浙、粤)采购预算达1.38亿元,占总预算的65%,上海疾控、江苏公安、暨南大学、广东毒品实验室等核心项目均集中于此,得益于该区域经济发达、科研实力雄厚、公共卫生投入充足的优势,与全球亚太地区作为色谱质谱市场增速最快区域的趋势相契合。华北地区(京、津)预算3200万元,占比15%,中国药科大学、华润双鹤等制药与高校项目集中;西南(川、渝)、华中/西北各占10%,预算均为2100万元,主要以疾控与高校的零星采购为主,单台预算集中在50-200万元,反映出中西部地区分析检测设备的升级需求正在逐步释放,未来市场潜力巨大,也契合我国推动区域协调发展、加大中西部科研与公共卫生投入的政策导向。行业趋势与下月展望:高端化、国产化成核心主线结合2026年4月招标采购数据及行业背景,我国色谱、质谱类仪器行业正进入“高端升级与国产替代并行”的关键发展期,呈现四大核心趋势,与全球分析检测仪器行业向自动化、高精度、智能化演进的发展方向高度契合,也体现了我国国产仪器从“能做出来”到“做出好产品”的阶段跨越。一是高端联用仪器成为市场标配,技术迭代驱动需求升级。LC-MS/MS、GC-MS/MS占质谱采购的85%,高分辨、飞行时间质谱增速加快,科研与精准检测需求驱动行业向高端化转型。这一趋势背后,是超高效液相色谱(UHPLC)等技术的不断进步,使得仪器在分离效率和检测灵敏度方面得到显著提升,同时人工智能技术的渗透的也正在改变LC-MS的应用模式——AI驱动的软件可增强峰值检测、减少错误并加快分析速度,从而有利于药物研究、食品安全和诊断,随着AI的发展,将进一步简化工作流程和提高结果准确性,推动高端联用仪器的普及。预计未来高端联用仪器的市场占比将持续提升,成为行业增长的核心动力。二是国产替代进入深水区,核心技术突破成为关键。色谱领域,常规LC/GC国产品牌市占率已达30%以上,凭借性价比优势持续替代进口产品;质谱领域,以安益谱为代表的国产品牌在三重四极杆领域打破进口垄断,在公安、疾控等核心场景实现50%以上份额突破,而高校科研领域的国产中标案例也逐步增多,谱育科技、华谱科仪等企业均在高校市场实现突破。同时,国产核心部件的突破也为国产替代提供了支撑,如国产化质谱用环形碰撞池的推出,打破了国外核心部件垄断,降低了整机成本。但高分辨质谱仍由进口品牌主导,国产企业在核心技术、产品稳定性、应用解决方案能力等方面仍需突破,随着国产试剂体系逐步完善,加之性价比与本地化服务优势显现,国产仪器的替代空间将持续扩大,逐步从“中低端替代”向“高端突破”迈进。三是政策驱动效应持续凸显,市场机遇加速释放。海关“不接受进口、面向中小企业”的招标政策持续释放,疾控、公安系统对国产仪器的采购倾斜加速,为国产仪器提供了重要的市场机遇。同时,我国政府高度重视分析科学领域的发展,投入大量资金用于科研机构和企业的技术创新,推动国产仪器行业的技术升级,预计未来政策层面将持续加大对国产分析仪器的支持力度,助力国产企业突破核心技术瓶颈,提升市场竞争力。四是需求分层持续细化,场景化竞争成为新焦点。随着行业发展,不同应用场景的需求差异日益明显:高端场景(高校/科研)聚焦高分辨、原位成像等高端设备,预算500-1000万元/台,进口品牌仍占主导;中端场景(疾控/检测)侧重三重四极杆联用仪,预算300-450万元/台,国产替代加速;低端场景(常规检测/药企)以常规色谱仪为主,预算50-200万元/套,国产品牌占据主导。这种需求分层将推动企业向场景化、专业化转型,聚焦特定领域打造核心竞争力,同时也将推动仪器向小型化、智能化、便携化发展,拓展更多应用场景。展望5月,色谱、质谱类仪器招标采购市场将保持高位运行,预计预算规模在1.8-2.0亿元,高校尾款支付与疾控系统集中交付将成为支撑市场的核心力量。值得关注的三大看点:一是海关第三批国产LC-MS/MS中标结果将公布,有望进一步扩大国产仪器在海关领域的市场份额;二是国产高分辨质谱有望迎来首次公开招标,标志着国产仪器向高端领域突破的步伐加快;三是制药企业集中采购将逐步开启,受生物制药行业发展驱动,高端联用仪器需求有望持续释放。总体而言,2026年4月的招标采购数据充分表明,我国色谱、质谱类仪器行业正处于高质量发展的关键阶段,高端化升级与国产替代并行推进,政策、需求、技术三重驱动下,行业发展潜力巨大。未来,随着国产核心技术的持续突破、政策支持的不断加码以及应用场景的持续拓展,国产仪器有望逐步打破高端市场垄断,实现从“量的积累”向“质的飞跃”,推动我国分析检测仪器行业实现跨越式发展,逐步跻身全球先进行列。
仪器仪表 2026-05-11 14:07

触达光子极限:从国产sCMOS相机技术突破看科学仪器的底层创新

在科学研究与工业探测的深水区,人类对未知世界的感知边界,往往由观测仪器的极限所决定。正如光学工程先驱王大珩所言:“一代仪器,一代科技,仪器是认识世界的工具。”在刚刚开幕的2026世界品牌莫干山大会上,合肥中科君达视界技术股份有限公司(中科视界)携其旗下品牌“千眼狼”最新发布的Qbit4610单光子级科学相机亮相,向业界展示了中国在高端视觉感知与测量技术领域的底层突破。图1莫干山大会现场sCMOS科学相机的核心使命在极度弱光、高速动态与宽动态范围的苛刻物理场景中,传统的图像采集设备往往面临信号被噪声淹没的困境。科学相机的核心使命并非普通摄影,而是要在极限条件下,无损、线性、高信噪比地记录光信号的强度与空间分布。衡量一款科学相机主要取决于三大关键指标:灵敏度、读出噪声与暗电流。在微光乃至单光子量级的探测中,读出噪声和热激发产生的暗电流是制约信噪比的绝对瓶颈。长期以来,在高端科学相机特别是sCMOS相机领域,极低噪声读出技术与先进背照式工艺的壁垒,导致高端科学相机市场长期由海外品牌主导。图2千眼狼科学相机首席产品专家秦少谦博士做Qbit4610推介Qbit4610:国产sCMOS相机的极限跨越与严谨验证作为此次大会推介的焦点,千眼狼(Revealer)Qbit4610sCMOS相机在底层传感器工艺与顶层架构上均实现了向全球顶级水平的跨越。该款sCMOS相机采用全新一代BSI先进工艺CMOS图像传感器(图3),量子效率(QE)高达85%,配合0.3e-(rms)的超低读出噪声与低至0.009e-/p/s的极低暗电流,真正触及了单光子级探测极限。在4.6μm小像元尺寸与4096×2304的高分辨率下,Qbit4610仍能实现120fps的满幅采集速度与20Gb/s的数据带宽,这得益于其双增益高动态范围像素设计与多通道并行高速读出架构的深度协同。图3Qbit4610BSI图像传感器采用双增益高动态范围像素设计,面向弱光成像优化极致参数的背后是严谨的工程验证体系。研发过程中,千眼狼引入了结构热仿真、有限元分析与电路SI仿真三大仿真技术(图4),确保精密传感器在复杂热环境下的稳定性与高速信号的无损传输。同时,Qbit4610采用量子极限探测电子学与真空级密封腔设计,并严格执行EMVA1288国际图像标准。这种从底层物理建模到顶层标准遵循的闭环,筑牢了国产sCMOS相机跻身全球顶级阵营的技术根基。图4Qbit4610基于结构热仿真、有限元分析、电路SI仿真的有效性验证拓展认知边界:从量子物理到深空探测仪器的价值,最终体现在对未知世界的解析力度上。Qbit4610sCMOS相机凭借其单光子级探测能力,正在为多个前沿科学领域提供关键的工具支撑:在生命科学领域,无论是超分辨显微镜、宽场荧光显微镜,还是光片与共聚焦显微镜,极低噪声的sCMOS相机能够在极弱荧光激发下捕捉细胞动态,最大限度降低光毒性对活体的损伤;在量子物理研究中,其对单光子信号的精准响应,为量子态的观测与表征提供了可能(图5);在深空探测与天文观测中,面对数亿光年外的微弱星体辐射与空间碎片追踪,高QE与低噪声成为了看清宇宙深处的“夜视眼”;而在光谱探测领域,配合C-T光栅或中阶梯光栅光谱仪,Qbit4610能够实现极高精度的时间分辨与光谱分辨分析。图5千眼狼(Revealer)Qbit4610研究量子物理结语《面向2035年的国家科学仪器技术发展路线图》指出,谁能在科学仪器上率先取得突破,谁就能在科学研究上占据先发优势。千眼狼Qbit4610sCMOS相机的问世,不仅是国产高端科学仪器在单光子探测领域的一次硬核亮剑,更是中国视觉感知技术从“跟随”向“定义极限”转变的缩影。“让科研更高效,开创无限可能。”作为一家专注于视觉感知和测量技术的科学仪器公司,中科视界正以千眼狼品牌为载体,将极致的工程追求注入新一代产品中,让人类与人造智能体得以更好的感知世界。
仪器仪表 2026-05-11 11:55

汽车碰撞高速摄像机怎么选?千眼狼G536 Pro 5MP@3600 fps工业级选型与实测

在汽车安全研发体系中,整车碰撞测试是验证车身结构、约束系统与被动安全性能的核心环节。精准捕捉毫秒级结构形变、气囊点爆及假人运动轨迹,普通摄像设备难以胜任,须选用专为极端测试环境打造的工业级高速摄像机。一、为什么汽车碰撞测试首选5MP@3600fps高速摄像机?传统碰撞测试成像面临两难困境:要么选择高帧率2000fps以上但接受低分辨率,要么追求4K高清但只能忍受500fps以下低速。对于整车碰撞而言,二者都非最优解。500万像素(2560×2016)@3600fps是行业公认的黄金参数,同时满足三个核心需求:●500万像素空间分辨率足够清晰可追踪假人标识点、部件裂纹、材料失效细节●时间分辨率可完美定格气囊点爆、玻璃飞溅等瞬态事件●性能参数可兼顾整车视野与局部特写分析,覆盖全场景碰撞测试需求二、实车验证:全球最大的汽车安全试验室实测表现千眼狼(Revealer)G536Pro高速摄像机在一项全球最大汽车安全中心实车碰撞测试中,被用于全程记录一款新款SUV的碰撞安全性能,面对两大典型严苛工况,G536Pro表现出极高的可靠性:1.18°斜正面碰撞:精准捕捉车身扭转、侧向位移与结构受力变化。2.高速追尾碰撞:记录座椅靠背变形、鞭打防护、后部吸能区溃缩形变过程。三、实测核心优势,工程师为何推荐千眼狼G536Pro1.极端冲击下的“零丢帧“稳定性碰撞瞬间伴随巨大冲击波和碎片飞溅,尽管遭受高加速度冲击,G536Pro高速摄像机凭借一体化抗振结构,始终保持多机完美同步和画面稳定。2.高动态范围,强光暗部均清晰起爆瞬间气囊发生器产生强光,金属断裂会产生火花,普通高速摄像机会在此处严重过曝,而车厢暗部的假人细节则难以分辨。G536Pro的高动态范围技术,可完美平衡强光、火花和乘员舱的阴影,让亮部不过曝、暗部不欠曝,所有细节同时保留。3.广播级色彩,精准还原材料失效状态G536Pro搭载了先进的ISP图像处理引擎,支持自动白平衡与色彩校正。碰撞测试中,G536Pro提供了逼真的色彩还原度,真实还原材料断裂、结构失效的色彩与纹理,为工程师准确分析复合材料或金属件损伤提供可靠依据。四、汽车碰撞高速摄像机G536Pro其他专业功能速览除成像性能外,G536Pro集成了多项专为汽车碰撞试验设计的实用功能,提升测试效率:1.μs级多机同步:G536Pro内置IRIG-B接口,支持B码授时,确保架设于不同观测位置的多台高速摄像机实现μs级时间对齐。2.便携无线控制:G536Pro可选配Wi-Fi功能,工程师可通过手机、电脑等移动端上的网页浏览器登录进入相机,无需网线连接,即可对相机进行采集控制,部署更加灵活。3.电动镜头与远程对焦:G536ProEF卡口,支持电动镜头,可实现远程电动对焦与光圈调节,工程师们无需奔波于各个架设位手动调焦,既安全又高效。4.实时SDI交互:G536Pro配备2路SDI接口,一路支持实时画面显示,一路支持实时画面播放和已录制视频的回放。可外接监视器进行现场即时分析。五、推荐结论:千眼狼G536Pro,现代汽车碰撞测试的优选配置在投入数百万的整车碰撞测试中,使用性能不足的摄像设备引发的丢帧、过曝、动态范围不足、画面失真会导致试验报废、数据失效,造成巨大损失。经全球顶级安全中心实车验证,千眼狼(Revealer)G536Pro高速摄像机以5MP@3600fps的黄金参数,结合极端稳定性、广播级色彩、高动态范围,证明其已成为现代安全验证的优选配置。其专业易用的功能可有效提升试验效率,是提升碰撞测试数据捕获质量与效率的值得信赖的选择。
仪器仪表 2026-05-09 14:21

2026年第一季度检验检测行业发展稳中向好

近日,市场监管总局开展了2026年第一季度检验检测行业综合景气指数及分项指数分析。数据显示,第一季度行业综合景气指数为100.63,继续位于景气线(100)以上,行业整体运行稳中有进,呈现短期承压、潜力充足、结构优化的良好态势。营收指数为99.02,较上季度略降,其中检验检测服务收入、检验检测报告价格两项指数低于景气线,显示一季度受传统淡季、下游传统领域需求偏弱及行业低价竞争影响,市场需求端价格敏感度上升,行业盈利水平承压。发展潜力指数为102.96,较上季度下降0.44,技术人才队伍能力、质量管理水平、先进新兴技术应用、国内市场业务需求等核心指标均处于景气区间,行业内在发展动能充足;国际市场需求、资本金融供给稳步改善,政策红利接近临界线,整体支撑有力。竞争指数为114.52,较上季度上升1.27,持续处于较高竞争烈度区间,行业整体竞争态势未见明显缓解;省内机构扎堆布局、低价竞争加剧共同推高竞争烈度,成为影响行业盈利水平与规范发展的重要因素。成本指数为98.41(指数越高成本越低),较上季度略有下降,其中人力资源、仪器设备购置维保等成本指数处于景气线下,机构运营成本仍处高位,外部评审、内部质控、广告业务拓展等成本压力有所缓解。行业整体风险指数为99.44(指数越高风险越低),较上季度下降1.23,表明风险水平略有上升,其中,重大质量安全事件、质量管理水平不高、技术水平滞后等常规风险整体可控;低价竞争、行业供需失调等问题仍较突出,需持续重点关注与防范。
仪器仪表 2026-05-08 16:08

西安交大前沿院何刚教授团队在光电功能界面方向取得新进展

近日,西安交通大学前沿科学技术研究院何刚教授团队围绕光电功能界面与电子传输调控开展系统研究,在光催化、规模化储能与智能传感等方向形成系列原创成果。聚焦紫精类功能分子的结构设计与界面耦合机制,近期两项工作分别从“离子—电子耦合调控”和“界面定向电子传输”两个层面,进一步拓展了紫精基功能材料在类脑计算与太阳能转化领域的应用潜力,也为发展低功耗智能器件与高稳定性能源催化体系提供了新的研究思路。相关成果均发表于国际化学领域权威期刊AngewandteChemieInternationalEdition,展现了团队在紫精基功能分子设计、离子/电子耦合调控及界面电子传输机制等方面的持续创新能力。在有机电化学神经形态器件方向,团队聚焦神经形态计算中低功耗“存算一体”器件的发展需求,针对传统电化学离子门控器件在低电压工作条件下稳定性、可重复性与长期循环耐久性不足等问题,提出了基于分子工程与离子/电子协同调控的新策略。研究团队在紫精骨架中引入噻吩单元,构筑了噻吩紫精(thienoviologen)体系,并开发出高性能电化学神经形态器件(ElectrochemicalNeuromorphicDevice)。该分子设计有效调控了材料电子结构与电化学活性,降低了能隙,并增强了可逆氧化还原及自由基相关过程的稳定性,使器件能够在低电压条件下实现连续可调的电导响应与可靠离子门控调制。器件在±1V范围内即可实现稳定模拟突触行为,脉冲循环寿命达到十万次量级,并进一步实现了脉冲时序依赖可塑性(STDP)、联想学习电路以及NAND、XOR等双端逻辑运算,展现出“学习—计算”一体化的应用潜力。在卷积神经网络图像识别等任务中,该器件作为模拟突触权重表现出良好的识别准确率与鲁棒性,为紫精基有机材料在低功耗类脑计算与智能电子器件中的应用提供了新路径。相关成果以BioinspiredHigh-PerformanceNeuromorphicDevicesEnabledbyThienoviologen-BasedElectrochemicalIonGating(《基于噻吩紫精电化学离子门控的仿生高性能神经形态器件》)为题发表于AngewandteChemieInternationalEdition(《德国应用化学》),并入选Frontispiece。前沿院博士研究生孙思宇、副教授张越巘为共同第一作者,何刚教授为通讯作者。与此同时,在紫精基光催化方向,团队针对传统光催化体系中光生载流子复合严重、界面电子传输效率低以及结构稳定性不足等关键问题,提出“平行界面工程”新策略,通过构筑硒紫精电子介体与单原子Pt/缺陷g-C3N4之间的双共价平行界面,建立稳定高效的定向电子传输通道,实现了界面电子流的精准调控。研究表明,该平行界面结构显著增强了界面电子耦合与电荷分离效率,促进光生电子快速迁移至催化位点。超快光谱与理论计算结果共同证实,该“电子天桥”结构将正向电子转移速率提升至0.043L·g-1·s-1,电荷分离寿命延长至7998.8ps。在可见光条件下,体系实现了3231.9μmol·h-1·g-1的产氢速率以及1390.6μmol·h-1·g-1的苄胺氧化速率,在连续144小时循环测试后仍保持92%的初始产氢活性,表现出优异的结构稳定性与循环耐久性。该工作系统比较了静电连接、单边共价连接与双共价平行连接等不同界面构筑模式,结合界面调控、电子介体构筑与单原子催化,为解决光催化体系中界面电子传输效率低与结构易失稳等问题提供了新的分子设计思路。相关成果以ParallelInterfaceEngineeringofSingle-AtomPt/g-C3N4andSelenoviologenforDurablePhotocatalysisviaEfficientDirectionalElectronFlow(《单原子Pt/g-C3N4与含硒紫精的平行界面工程:通过高效定向电子传输实现稳定光催化》)为题发表于AngewandteChemieInternationalEdition(《德国应用化学》)。前沿院博士研究生张朝光为论文第一作者,何刚教授、李国平副教授为共同通讯作者。相关研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、西安交通大学自主创新能力提升项目、中央高校基本科研业务费、博士后科学基金以及西安交通大学分析测试共享中心、高性能计算平台等支持。
仪器仪表 2026-05-08 13:35

山东大学于浩海、梁飞教授团队在声子耦合激光晶体研究领域取得新进展

近日,晶体材料全国重点实验室于浩海、梁飞教授团队在声子耦合激光晶体和黄光激光技术领域取得重要进展,提出了热驱动声子调控激光设计策略,发明了高集成声子耦合激光倍频技术,首次在Nd:YAG晶体中实现了575.5–583nm连续波黄光激光,为解决全固态激光“黄光鸿沟”难题提供了简单可行的方案,具有重要的科学意义和实用价值。相关研究成果以“PhononengineeringinNd3+-dopedgarnetlasers:fillingtheyellowgapandboostingfluorochromeexcitation”为题,在线发表于国际期刊AdvancedPhotonics(IF:18.8)。论文第一作者为山东大学2022级博士研究生郝鸿,通讯作者为梁飞教授、于浩海教授和张怀金教授,山东大学为独立完成单位。570–590nm黄光激光位于人眼视觉敏感区,在医疗诊断、天文观测和精密仪器等领域具有重要应用价值。基于“激光辐射+非线性倍频”方案,绿光和紫外激光已基本满足需求,实现产业化。但受限于钕离子(Nd³⁺)和镱离子(Yb3+)掺杂晶体的本征电子能级,商品化激光晶体在1140–1180nm光谱范围内缺乏高效电子跃迁,无法通过倍频实现黄光激光,被学界公认为“黄光鸿沟”。为了获得黄光激光,通常采用非线性和频、受激拉曼等技术,需要多种不同功能的晶体协同工作,导致激光器装置复杂、调节困难,限制了产业化应用。因此,探索一种简单高效的新型激光辐射原理,简化黄光激光产生方案,具有重要意义。本工作从固体物理和激光物理的基本原理出发,提出了一种声子耦合激光设计策略,通过调控电子跃迁与晶格振动的耦合效应,实现新波长激光。以商品化的Nd:YAG晶体为例,Nd3+离子占据具有D2对称性的Y3+位点,理论上允许电子跃迁与所有对称性的声子模式发生耦合,从而改变能量传递过程。当热激发提供充足的声子时,处于激光上能级底部的电子可吸收声子能量跃迁至更高的声子能级,然后向下跃迁并辐射出新频率光子,从而实现波长拓展。基于该原理,研究团队首次在Nd:YAG晶体中实现连续波黄光激光,波长575.5-583nm,填补了全固态激光“黄光鸿沟”。利用晶格振动与温度正相关的特点,黄光激光表现出反常的温度特性,在高温下输出功率不降反升,最高功率达到75mW,满足了流式细胞检测的应用需求。测试结果表明,同等功率583nm黄光激光对AF-594荧光染料的激发效率相比绿光激光器显著提升。声子耦合黄光激光技术仅需一块激光晶体和一块倍频晶体,与商品化532nm绿光激光器的设计方案完全相同,极大简化了谐振腔结构,为研制高集成黄光激光器提供了技术支撑,具有重要的实用价值。相关研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东大学杰出中青年学者和晶体材料全国重点实验室的资助和支持。
仪器仪表 2026-05-08 13:32

中科院上海光机所在Nd:YAG激光陶瓷离子切片及其片上放大器研究方面取得进展

近期,中国科学院上海光学精密机械研究所光电前沿交叉部王俊研究员团队在Nd:YAG激光陶瓷离子切片及其片上放大器的研究方面取得进展。相关研究成果以“IonslicingofNd:YAGLaserceramicsonsapphireplatformanditswaveguideamplifierdesignat1064nm”为题发表于Materials&Design。亚微米级固体激光增益薄膜制备是实现高功率片上光放大的关键路径,通过将掺杂稀土增益离子的体材料与SmartCut(离子万能刀或离子切片)技术结合有望实现薄膜性能的突破。研究团队首次将离子切片技术应用于Nd:YAG激光陶瓷,系统揭示了晶界在退火过程应力释放中的双重机制。实验表明,550–850℃低温段,氦离子沿晶界富集形成气泡引发晶粒崩落;850℃以上氦气获得足够动能穿越晶界,激活膜层整体剥离。据此提出400℃预退火结合900℃快速退火的梯度策略,通过预退火提前释放晶粒崩落所需的内应力,使得高温阶段膜层整体剥离成为主导机制,成功实现915nm厚、横向数百微米的陶瓷薄膜向蓝宝石衬底的可控转移。研究人员进一步利用透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)及光致发光(PL)光谱对转移后薄膜进行系统表征。TEM图像显示,薄膜与衬底界面清晰锐利,未引入位错或非晶相;AFM测得表面粗糙度约2.5nm;PL光谱证实1064nm主发射峰位及强度与块体陶瓷高度一致,充分展示了离子切片工艺的无损特性及其在器件制备中的可行性。基于该Nd:YAG陶瓷-蓝宝石异质集成平台,团队设计并优化了Si3N4波导放大器结构。通过有限元方法仿真调控波导宽度、高度及增益层厚度,使808nm泵浦光与1064nm信号光的TM模式限制因子分别达到35.16%和38.51%。仿真结果表明,在12cm波导长度及160mW泵浦功率下,器件可在1064nm处获得约25dB峰值内增益。该工作首次验证了离子切片技术制备陶瓷增益薄膜的可行性,揭示了晶界介导的应力释放双路径机制,为激光陶瓷材料的片上集成与高性能波导放大器设计提供了新的技术路径。
仪器仪表 2026-05-08 13:30
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