產業資訊

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科學家用蜘蛛絲替代光纖制造傳感器有助搜尋火星生命

歐洲空間局資助的一個科研團隊用蜘蛛絲替代傳統的光學纖維來制造光學傳感器，這種光學傳感器可用于搜尋生物過程產生的微量氣體。這對于科學家尋找火星上可能存在的生命來說是個好消息，他們一直希望能有一種設備，可以檢測出微生物代謝釋放出的少量氨，同時又對火星大氣中大量的二氧化碳不敏感。

團隊負責人瑞士洛桑聯邦理工學院的呂克·提萬納茲說，傳統光纖是由石英玻璃制成的，其化學惰性使它們很難成為良好的化學傳感器，而蜘蛛絲的光學性質可以通過化學物質進行改性。某些特定分子的存在會導致蛛絲分子中的氫鍵斷裂，從而使通過的光束發生偏振變化，但這僅適用于極性分子（分子的電荷分布不對稱），如氨；而非極性分子，如二氧化碳則不會引起反應。

提萬納茲和他的團隊利用雌性棒絡新婦蜘蛛的拖牽絲進行了測試。據美國《電氣和電子工程師協會會刊》網站近日報道，他們發現，蛛絲光纖可以很好地傳輸包括可見光和紅外光在內的光束，波長最長可達到大約1 400 nm。其中，900 nm波長紅外光的傳輸最佳，光纖損耗為4 dB/cm，雖然比二氧化硅光纖損耗高出許多，但這一數值可被降低至0.2 dB/cm，足以應用于感應測量領域。

提萬納茲表示，這種蛛絲傳感器還有更實際的應用，比如可用于監視工業過程或用作汽車傳感器，因為它們不像那些依靠不可逆化學過程的傳感器一樣需要定期更換。他希望建立一個測量數據庫，將光束發生的變化與相關化學物質一一對應。他認為，可以通過使用人造絲或者在蛛絲中摻雜其他化學物質，來提高傳感器的靈敏度。

三菱電機研發新型激光顯示器：改善70%色域

日本媒體報道，三菱電機公司日前開發出一種新型激光顯示器，其色域的廣泛程度比該公司現有產品提高了約70%。

除此以外，日本電子高新科技博覽會也展出了該公司用于顯示的激光背光技術。使用該技術，98%BT.2020的色域（用于8k的視頻標準）有望得到覆蓋。

過去，三菱電機開發了使用紅色激光二極管作為光源的背光單元，并展出了安裝了該背光單元的液晶顯示器。這次該公司展示了不僅為紅色光源，同時也是藍色和綠色光源的激光二極管。

此外，該公司通過設計一個屬性適合于RGB（紅，綠和藍）激光光源濾色器來實現寬色域。

在一般情況下，激光沿直線傳播。如果要將其用于LCD面板背光，光源則需要在一個平面方向發散。因此，三菱電機開發出包含散射光材料的棒狀導光板，從而解決了該問題。

然而，激光二極管的高價格對新型激光顯示的商業化來說是一個挑戰。三菱電機表示，其成本比一般液晶電視的LED背光單元要高得多。因此，該公司并不考慮在消費應用中投入這種新型顯示器，而是將其定位在商業用途顯示，如展示8K寬色域視頻的電視臺等。

科學家使用3D打印技術開發新型金屬材料

近日，美國密蘇里科技大學（Missouri University of Science and Technology）的科學家們使用3D打印技術創造了一種全新的材料。Frank Liou博士和Jagannanthan Sarangapani博士，這兩位分別是該校產品創新、創造以及電氣和計算機工程方面的特聘教授。他們一直致力于使用數字化的增材制造技術來創造新的金屬材料，這些材料與現有金屬材料相比具有較強和較輕的性能。而制造這些金屬的工藝涉及到了增材制造成型、傳感器網絡，以及整個過程的無縫整合。

據了解，Liou博士和Sarangapani博士一直在開發一種結構非晶態金屬（SAMs），他們采用直接激光熔融技術，即使用高能激光逐層熔融金屬粉末，并以此構建出3D對象。目前研究者一直在努力尋找合適的冷卻速度，以使金屬材料非晶態，也就是說在一些小的單元水平（cellular level）上實現隨機構造，而不是普通的晶體結構。

而制備非晶態金屬的意義也正是來自于這種細小單元的隨機構造。也就是說，這種材料是由像沙粒那樣眾多微小的碎片組成的，與普通的金屬相比，它通常更強、更硬，更不容易斷裂。而帶有常規晶體結構的金屬往往會沿著其微小單元結構的排列方向斷裂，而非晶態金屬沒有固定的結構可以打破。Liou博士解釋說，“顆粒越小，結構非晶態金屬強度越高。”

科學家們希望通過這項研究，最終創造出比傳統金屬強度高10倍的新材料，這樣在很多領域都會降低制造對象的材料用量，以及制造成本。

除此之外，Liou也一直在進行梯度功能材料（FGMs）的研究，這種材料通常結合了兩種不容易相融的金屬，比如不銹鋼和鈦、銅和鋼等。

將不同類型的金屬材料結合起來，往往會產生一種新型的金屬，這種金屬材料往往會兼具兩種原有材料的特性。而為了實現這種結合，比如銅和鈦，還需要加入第三種材料以在兩者之間起到介質作用。最初產生的新材料將具有銅和鈦的性質，可以在構建諸如飛機或飛船的零部件中發揮作用。

Liou解釋說，與結構非晶態金屬（SAM）的開發類似，FGM也面臨著找到合適的冷卻速度問題。他說，“這是一個關于冷卻速度的競賽。如果你能比微型結構形成速度或者化學反應的速度更快，你就能將兩種金屬輕松結合起來。”

新型無隔離器2μm激光器

近日，瑞士科學家成功獲得2μm波長的摻銩光纖激光器，此類型激光器通過簡單而且廉價的結構，便消除了對昂貴的隔離器和放大器的依賴。通過設計簡潔新奇的THETA諧振腔結構，使得光在光纖內能夠錯向傳輸，實現激光單向傳輸。此種方法不僅價格便宜，而且能夠獲得比同類激光器更高的輸出功率。

2μm波長的激光器是其投入應用的關鍵技術。水中O—H鍵的第一振蕩頻率的吸收波長在1.92～1.94μm范圍，這使得2μm波長技術能夠用于“無血”的激光手術，其中水分子在組織分血液中能夠縮小切口且快速凝固。大氣中H2O、CO2以及NO2的多重吸收線也位于這個區域，給氣象學、環境科學以及農業科技帶來巨大的潛力。除此之外，在自由空間通信、材料加工以及光譜測量也有一定的應用。

目前，2μm波長區域的其他光纖激光器昂貴且笨重，需要光隔離器才能實現光的單向傳輸。而瑞典洛桑聯邦理工學院的光子系統實驗室的電氣工程教授Camille-Sophie Brès及其博士生Svyatoslav Kharitonov，利用一個環形纖維空腔THETA諧振腔，在一個S形的反饋中引入了不可逆的損失。隔離器通常采用笨重的法拉第旋轉和一個45°正交偏振器來抑制光的后向傳輸，而THETA諧振腔通過間接地結構變實現了這種功能。

該設計在空腔中還包括了一個非線性放大鏡保證了發射光譜的窄線寬，在1 900～2 050 nm波段范圍內，產生的激光束能維持子瓦級的輸出，同時線寬只有0.2 nm。研究人員表示將繼續優化激光器以實現高質量且穩定的激光輸出。

我國超大容量光傳輸基礎研究再創新紀錄

近日，從武漢郵科院獲悉，我國超高速超大容量超長距離光傳輸基礎研究再創新紀錄，實現200 Tb/s超大容量波分復用與模分復用的光傳輸，相當于24.02億對人在一根光纖上同時通話。

據業內權威預測，到2030年，全球網絡數據流量、人均網絡數據流量都將比2010年增長1 000倍。作為互聯網和通信網基礎的光傳輸網絡將不斷面臨承載海量數據的壓力，網絡擴容已經勢在必行。由武漢郵科院光纖通信技術和網絡國家重點實驗室與烽火通信、光迅科技聯合開展的這項基礎研究，采用具有自主知識產權的PCVD方法設計和制備了支持3個模式傳輸的少模光纖，采用了DFTSOFDM 32QAM調制方式。實驗系統還采用了6×6多進多出（MIMO）數字信號處理算法，有效克服了3個模式及兩個偏振間的串擾影響，對各模式間的信號進行了恢復。

2014年9月20日曾經報道了由武漢郵電科學研究院牽頭承擔，華中科技大學、復旦大學、北京郵電大學、西安電子科技大學共同參與的國家973項目“超高速超大容量超長距離光傳輸基礎研究”，首次實現一根普通單模光纖在傳輸總容量達100.23 Tb/s（相當于12.01億對人在一根光纖上同時通話）時傳輸距離突破80 km的消息。這一新聞入選兩院院士評出的2014年國內十大科技進展新聞。這是在去年研究的基礎上容量指標又一重要突破。

美國超級迷你導彈：步槍手持發射激光制導

近日，美國雷聲（Raytheon）公司推出了一款新型導彈，其特點就是：非常非常小！這種導彈名叫“矛頭”（pike），口徑為40 mm，可以從M320 GLM之類的榴彈發射器中發射，射程達2 100 m。“矛頭”導彈只有成年人小臂那么長。

雷聲公司是美國各類導彈與精確制導彈藥的主要生產商，該公司的技術實力雄厚。而美軍自從越南戰爭中使用M79榴彈發射器以來，一直裝備有各類榴彈發射器。據報道，雷聲公司在德克薩斯的測試場地試射了2發“矛頭”導彈，使用的就是常規的榴彈發射器。

該導彈的制導方式是半主動激光制導，重量低于2磅（約1 kg），長度42.6 cm。雷聲公司先進地面戰爭系統主管J·R·史密斯表示：“‘矛頭’使用數字化、半主動激光制導引導頭，用來攻擊固定或慢速運動的中距離目標。這種新型制導彈藥給士兵提供前所未有的精確、遠程攻擊武器，而且這種武器是可以單兵手持的。

NASA正在測試基于CubeSat微衛星平臺的激光通信系統

據外媒報道，美國國家航空航天局（NASA）已與埃爾塞貢多市的The Aerospace Corporation公司合作測試新的基于Cube Sat微衛星平臺的激光通信系統。

該系統被稱為光通信和傳感器演示（OCSD），目前衛星已成功進入軌道。這是一顆由宇航公司研制的立方體技術演示衛星，將會在軌測試一種能增加小衛星任務中數據下行量的小型激光通信系統。

與現有安裝在國際空間站的OPALS系統等空間激光解決方案的最大區別在于，基于CubeSat微衛星平臺的OCSD系統將安裝在宇宙飛船上。該激光通信系統將比現有的解決方案更加緊湊。

該測試將準確地指向微衛星的目標，然后用高達200 Mb/s的速度傳輸數據。不幸的是，研究報告稱CubeSat微衛星姿態控制系統測試中存在一些問題，The Aerospace Corporation公司目前正在與NASA合作努力解決這一問題。

據悉，在未來幾個月，NASA與The Aerospace Corporation公司將合作完成6個基于CubeSat微衛星平臺的技術演示任務。這些任務將幫助確定衛星在通訊系統、新的塢站解決方案等方面的新用途。NASA相關人士Steve Jurczyk表示，“類似OCSD的技術演示任務將推動探索進程，通過提高小型飛船的通信能力來支持數據密集型的科學任務。”

第二個測試任務計劃于2016年2月1日推出。

ResearchMoz：預計2019年LED照明市場規模將達420億美元

近日，市場分析公司ResearchMoz發表了一篇題為《2014～2020年全球LED照明市場份額、策略及預測》的最新報告。報告稱，由于LED照明具有更加節能、使用壽命長、營運成本低等優點，下一代照明中LED燈將完全取代白熾燈。

由于受到中國產能過剩的影響，市場領導者飛利浦（Philips）LED利潤率將降低。隨著經濟規模擴大，產品價格優勢已不復存在。總體競爭壓力大大影響了該市場。為此，飛利浦將出售其照明業務。據悉，荷蘭電子集團飛利浦已經吸引了多家私人股本集團投標其照明器件業務的主要部分，一旦有高利潤即可出售。

臺灣LED生產商晶元光電（Epistar）正在研發200 mm工藝技術。飛利浦、歐司朗和三星都在積極探索硅基氮化鎵技術。市場轉變為新的競爭者提供了進入市場的切入點。他們為其他的市場參與者創造了巨大的機遇，以迅速提高市場份額。隨著供應商不斷向產業鏈上游轉移，市場份額預計將有所改變，投資回報也會有所增加。

因此，供應商將提供更多的LED燈。他們希望用這種方式來控制利潤。基于產品性能以及光效、光照質量、增加的流明輸出量、可靠性等，LED照明供應商之間將發生激烈的競爭。產品成本以及可接受范圍內的產品質量永遠是競爭焦點。

此外，LED供應商不斷尋求低成本、高品質的LED照明產品。而銷售需要廣泛的產品范圍。因此，擁有廣泛產品系列的供應商有機會獲得強勁的零售渠道。渠道策略進一步受到OEM關系的影響。差異化的產品設計方法、專有技術和對照明應用深刻的理解將有助于提高供應商在LED照明市場的競爭力。

美國超聲速噴氣機高能激光武器研發接近成功

美國洛馬公司的專家正在針對超聲速噴氣機機載高能激光武器開展相關的研發，并且已經接近成功。

超聲速噴氣機載高能激光武器面臨的主要問題包括補償大氣湍流擾動，確保激光器能在快速移動的平臺上從任意角度精確打擊目標。洛馬公司稱，如果不能補償大氣擾動，在接近聲速的平臺上安裝的高能激光武器只能打擊正前方的目標。這將嚴重影響激光武器在對抗有人或無人飛機、導彈時的作戰效能，這些目標可能從任何角度發動攻擊。

洛馬公司空間系統分部已經完成了近60次飛行測試，測試了其“航空自適應航空光束控制系統”（ABC）炮座，該系統是在DARPA的支持下研發的。

ABC炮座可為安裝在近聲速飛行的戰機上的高能激光武器系統提供360°的視野，試驗時，洛馬公司利用一家民用噴氣機模擬處于超聲速環境下的作戰飛機。

2013年早期，洛馬公司啟動了ABC激光炮臺的研發，并與美國國防先進研究局（DARPA）簽訂了價值950萬美元的ABC項目第三階段研發合同，提升機載激光武器在對抗戰機后部的敵方目標時的作戰效能。相關研發工作由洛馬公司空間系統分部承擔。

ABC激光炮臺通過發射一束低功率激光束測量并驗證激光器向各方向發射的性能。這一設計采用了空氣動力學和流體控制技術，將大氣湍流對激光束的影響降至最低。這些試驗還得到了美國DARPA、空軍研究實驗室等支持。