我們都知道，除了在工業應用之外，雷射技術在科研、生物醫療、通信等諸多領域都有廣泛應用，對於人類科技發展起到了巨大推動作用。為此，OFweek雷射網編輯也為您梳理2017年雷射領域十大技術進展（排名不計先後）：
一、科學家開發出世界首個光電子神經形態晶片
來自美國普林斯頓大學的科研團隊研製出了全球首枚矽光子神經形態晶片，並證明其能將運算速度提高近2000倍，有助於推動面部識別、對象識別、自然語言處理、機器翻譯等人工智慧技術應用的發展。
科研團隊將這種新型晶片的每一個節點以微型圓形波導的形式蝕刻進一個矽基座內，使光可在其中循環。當光被輸入節點，就會調製在節點閾值處工作的雷射器的輸出，而雷射的輸出會被反饋回節點，從而創造出一個擁有非線性特徵的反饋電路。關於這種非線性能模擬神經行為的程度，研究人員已證明其輸出在數學上等效於「連續時間遞歸神經網絡」。研究人員使用由49個光子節點組成的晶片網絡對神經網絡進行了模擬演示，並將其用於解決微分方程的數學問題，發現相較於普通的CPU，這種矽光子神經形態晶片能將運算速度提升1960倍。
二、世界最強X射線雷射製造出「迷你黑洞」
最強的X射線雷射對於探究物質內部結構及作用起到了重要作用，而各國科學家也在該領域探索更多未知領域。
堪薩斯州立大學的研究人員驚奇地發現，當他們用世界上最強的X射線雷射轟擊單個分子時，出現了一個「迷你黑洞」。這束強烈的雷射從內到外摧毀了分子，只留下一個空洞，類似太空中的黑洞。研究人員希望，這一出乎意料的結果或許將推動病毒和細菌的整體成像技術發展，並幫助科學家開發新型藥物。
當用直線加速器相干光源（Linac Coherent Light Source，LCLS）照射分子時，在30飛秒（千萬億分之一秒）內，這個分子失去了超過50個電子，導致其發生爆炸。LCLS常用於生物學個體——包括病毒和細菌——的成像。研究人員希望通過這個分子黑洞的實驗結果，可以更好地利用這種雷射，進行更多有價值的實驗。
三、雷射使電子設備不再依賴半導體材料
相信大家都聽說過「摩爾定律」，其極大地推動了半導體工業的發展和進步，然而現在也將面臨著物理極限。面對這種困境，美國科學家們或許找到了B方案。
來自美國加州大學聖地牙哥分校科學家開發了一種新型微電子設備，未來PC中由半導體材料製造的處理器可能被取而代之。工程師開發了一種由光控制的微電子設備，其中包含由金納米管構成的超穎表面。受到雷射照射後，超穎表面能產生高強度電場。
這種不採用半導體材料的新型微電子設備，或許將解決現代微處理器所面臨的一個難題。處理器依靠電子遷移正常運行，問題是，這些電子會不斷與原子碰撞，其中許多電子可能遷移不到它們的目的地——在處理器運行過程中，許多電子損耗了。
這種新型微電子設備通過「模仿」老式真空管——當然是在微尺度上，嘗試解決這一問題。設備中的蘑菇形狀納米管，在矽晶圓上形成超穎表面，兩者用二氧化矽層隔開。當施加低直流電壓、照射低能量紅外雷射時，這一結構就能夠產生高強度電場，使電子能「自由」遷移。
四、新型雷射寫入技術升級石墨烯結構
眾所周知，石墨烯可用於製造多種電子、光電器件，更有科學家預言石墨烯將「徹底改變21世紀」，有可能掀起一場席捲全球的顛覆性新技術新產業革命。
芬蘭于韋斯屈萊大學和中國臺灣的研究人員們共同發現能夠通過雷射寫入技術改變石墨烯碳原子二維結構鍛造成三維物體，並且石墨烯三維結構物質具有強烈的穩定性，表現出與二維結構不同的電學和光學特性。該工藝應用類似於用雷射束「錘子」將金屬鍛造成三維形態。 最後通過實驗和計算機模擬，觀察了解石墨烯碳原子二維結構升級到三維形狀的真實性及其形成機制。
自然界中，結構決定性質，毫不例外石墨烯的結構特點決定了石墨烯具有薄且堅硬，透光度好，導熱性強，導電率高，結構穩定，電子遷移速度快等特性。業界認為，石墨烯在電子應用過程中，根據其層數一般可以分成單層石墨烯、雙層石墨烯、少層石墨烯和多層石墨烯。因為石墨烯的優異性能會隨著層數的增加顯著下降，超過多層便不具備石墨烯材料的優異性能，在電子器件升級中也就失去了石墨烯的應用優勢。此次二維到三維結構的升級為石墨烯應用開拓了新的應用方向。
五、集成矽光工藝有望大規模製造III-V族/矽混合雷射器
法國原子能委員會電子與信息技術實驗室利用新型矽光子工藝新研發的分布反饋式（DFB）雷射器，結合了大規模集成電路技術，該分布式反饋（DFB）發射器的最大輸出功率為4 mW，其邊模抑制比（SMSR）為50分貝。
在室溫下進行的連續電動測試中，該雷射器件在1300nm的波長處產生高達4 mW的輸出功率，其中邊模抑制比為50dB表明了良好的光譜純度。雖然輸出功率隨施加的驅動電流的增加而變化，但雷射閾值電流在50 mA至65 mA之間都是穩定的。
該混合雷射器首次將完全CMOS兼容的200mm晶圓集成到混合III-V/Si分布反饋式雷射器中，實驗採用創新的雷射電觸點方法，沒有使用一體化剝離。研究團隊使用了局部矽增厚，在III-V材料增益部分下方製造了500nm厚的矽層。在使用深紫外（DUV）平版印刷術將布拉格光柵圖案化到增益區域下方的加厚矽波導區域中之後，承載混合裝置的關鍵元件的單個絕緣體上矽（SOI）和磷化銦（InP）與氧等離子體表面活化結合。本次利用晶圓製造工藝III-V族/矽混合雷射器讓雷射器技術實現大規模生產成為可能。
六、雷射寫入成就微電子下一場革命
在矽光子應用中，進行3D雷射寫入將可能大大改變矽光子學領域中設計和製備的方法。而矽光子學則被視為微電子學的下一場革命，影響著雷射在晶片級別的最終數據處理速度。
來自於法國、卡達、俄羅斯和希臘的科學家在實驗中發現，飛秒雷射器即使將雷射能量提高到技術上的最大脈衝強度在結構上仍然無法對體矽進行處理。不過，將飛秒雷射器替換成超快雷射時，在誘導體矽結構操作中沒有受到物理上的限制。他們還發現雷射能量必須以快速的方式在介質中傳輸，以便使非線性吸收的損失最小化。原來之前工作時遇到的問題源於雷射器的小數值孔徑（NA），也就是雷射傳輸聚焦時可以投射的角度範圍。科研人員通過採用矽球作為固體浸入介質解決了數值孔徑問題。當將雷射聚焦在球體的中心時，矽球完全抑制折射大大增加數值孔徑，從而解決了矽光子寫入問題，這一3D雷射寫入技術的研發為微電子學打開了新世界的大門。
七、科學家突破光學顯微成像解析度極限
美國科羅拉多州立大學科學家演示了一種空間解析度達2η（η是非線性光強反應單位最高級）的多光子—空間頻率調製成像（MP-SPIFI）技術，突破了光學顯微成像解析度極限。
研究人員在發表於美國《國家科學院學報》的論文中首次證明，多光子螢光和二次同步諧波都能實現超解析度，二者結合使用時，兩個光子被猝滅，發出一個兩倍頻率的光子。他們還開發了專門的多光子—空間頻率調製成像顯微鏡，以HeLa細胞和碲化鎘太陽能電池為樣本，通過螢光和二次諧波同時收集圖像信息，產生了納米級圖像，空間解析度達到2η，超過傳統的多光子顯微鏡。
八、我國超強超短雷射實驗裝置研製獲重大突破
上海超強超短雷射實驗裝置（SULF）的研製工作取得重大突破，成功實現了10拍瓦雷射放大輸出，達到國際同類研究的領先水平。研究人員解決了大口徑高增益雷射放大器、高性能雷射泵浦源、寬帶高階色散精密控制和增益窄化抑制等關鍵科學技術問題，國際上首次實現了300焦耳以上能量水平的寬帶（半高全寬達到70納米）雷射放大輸出。
值得一提的是，其中10拍瓦雷射主放大器採用的鈦寶石晶體直徑達235毫米，由上海光機所自主研製，這是我國首次研製成功並獲得雷射放大的口徑超過200毫米的雷射晶體，也是目前已知國際最大口徑的雷射放大晶體。