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本發明公開了一種基于納秒-皮秒-飛秒激光技術的金屬制品 3D 打印方法，該方法采用集成光纖激 光器提供納秒激光對金屬原材料進行燒結熔化及固化，同時，使用皮秒或飛秒激光對精加工區域進行 精加工。實時監測系統可采用多種宏觀和微觀檢測手段，具體選用哪些檢測手段取決于待制作產品所 需精度。本發明可實現更精確的尺寸控制，提高了打印效率，省去了傳統 3D 打印后所需的清

該種類型激光器因其為光纖激光器，具有傳統的固體激光器所沒有的許多優點。它在激光微加工和微制造工業有很大的市場份額，在激光雷達、生物醫療、激光通信等等工業領域都有顯著的市場。 1064nm 波長， 100mW 輸出平均功率， 30ps 脈沖寬度，高度均勻和穩定的脈沖串。

為了更加直觀地探究納米世界，大量研究者致力于發展高時間-空間分辨能力的微納探測技術，由龔旗煌院士負責的“飛秒-納米時空分辨光學實驗系統” 國家重大科研儀器研制項目正是圍繞這一目標開展工作。近日，該重大儀器項目在基于超快光電子顯微鏡技術實現表面等離激元的多維度探測方面取得重要進展，相關成果于2018年11月19日發表在《自然?通訊》 雜志（Manipulation of the dephasing time by strong coupling between localized and propagating surface plasmon modes, https://doi.org/10.1038/s41467-018-07356-x）。 基于金屬納米粒子的局域表面等離激元因其高局域強度，小局域尺度，高靈敏度等特點，被大量應用在不同領域。但是，幾個飛秒的超短模式壽命(dephasing time)大大限制了其應用的廣泛性和實用性。該工作設計的多層結構實現了局域表面等離激元和傳播表面等離激元的強耦合(圖1(a))。動態數值模擬結果也清晰地證明在強耦合下局域表面等離激元模式和傳播表面等離激元模式之間的能量交換。近場方面，光電子顯微鏡對表面等離激元模式進行直接成像，大大突破了原有的遠場探測技術的限制。并且結合不同激發光源，實現不同維度的探測。結合波長可調的激光光源，光電子顯微鏡在頻域記錄下表面等離激元模式隨波長變化的強度演化過程(圖1(b))。結合超快泵浦探測技術，光電子顯微鏡在時域記錄下表面等離激元模式隨時間變化的演化趨勢。該工作更加深入并直觀地探測強耦合體系中的能量轉換過程，并通過強耦合中失諧量的改變實現模式壽命的操控，相較于未耦合的局域表面等離模式，強耦合的模式壽命由6飛秒(10-15秒)提高到10飛秒。這一研究成果對進一步發展基于表面等離激元的人工光合成、生物傳感等應用具有重要的指導價值。圖1、（a）光電子顯微鏡和多層結構示意圖，（b）遠場和近場探測曲線、不同波長激光激發下光電子顯微鏡記錄的局域表面等離激元模式分布圖。 此研究是由北京大學和日本北海道大學共同合作完成，北京大學物理學院博士生楊京寰和重大儀器項目的國際合作者、北海道大學助理教授孫泉為該文章的共同第一作者，北京大學龔旗煌院士和北海道大學Misawa教授為共同通訊作者。除了自然科學基金委的國家重大科研儀器研制項目，該工作還得到了科技部、北京大學人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、極端光學協同創新中心、“2011計劃”量子物質科學協同創新中心、日本文部科學省及學術振興會、北海道大學納米技術平臺等單位的支持。目前國家重大科研儀器研制項目“飛秒-納米時空分辨光學實驗系統”的研制正在有序推進中，已經取得了一批包括此工作在內的階段性成果。該實驗系統的核心儀器是附帶低能電子顯微功能的光電子顯微鏡(PEEM), 其激發光的波長覆蓋范圍從極紫外到近紅外(圖2)。下一步該實驗系統有望在二維材料、光電材料與器件、表面介觀物理等研究領域大顯身手、發揮積極作用。圖2、北京大學研究團隊的飛秒納米時空分辨系統

該實驗系統能夠同時實現幾個飛秒的超高時間分辨率和四納米的超高空間分辨率，成為介觀光學與微納光子學研究的強大實驗測量手段。

隨著社會老齡化以及人民生活水平的提高，以干細胞為核心的再生醫學發揮著越來越重要的作用。關節軟骨損傷及其退行性病變-骨關節炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質量的下降。本項目利用納秒脈沖電場選擇性降低DNA甲基化，提升干細胞干性，促進干細胞多向分化。

隨著社會老齡化以及人民生活水平的提高，以干細胞為核心的再生醫學發揮著越來越重要的作用。關節軟骨損傷及其退行性病變-骨關節炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質量的下降。本項目利用納秒脈沖電場選擇性降低DNA甲基化，提升干細胞干性，促進干細胞多向分化。

隨著社會老齡化以及人民生活水平的提高，以干細胞為核心的再生醫學發揮著越來越重要的作用。關節軟骨損傷及其退行性病變-骨關節炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質量的下降。本項目利用納秒脈沖電場選擇性降低DNA甲基化，提升干細胞干性，促進干細胞多向分化。應用范圍 本項目可用于誘導多能干細胞（iPS）制備；干細胞分化前準備和成骨、成脂以及成軟骨分化；體內骨、軟骨再生；骨關節炎的早期干預和對癥治療；細胞治療；細胞分泌因子調控等領域。 項目階段 1.納秒脈沖電場是新興的、能夠精確控制場強和脈寬的電場技術，可以比傳統電場更加精準地控制參數，以及提升場強到KV/cm。它有效地穿透細胞膜、作用到細胞器和染色質，發揮廣泛的生物學效應。 2.我們發現納秒脈沖電場的不同參數組合（場強、脈寬、頻率、刺激個數、應用時間點等）會引起不同的生物學作用。基于該理念，實驗室前期工作發展了使用納秒脈沖電場：a.選擇性DNA去甲基化；b.提升干細胞干性；c.促進干細胞分化（成骨、成脂和成軟骨）；d.促進處理后的干細胞體內軟骨再生的能力；e.提升細胞分泌因子能力；f. 改良傳統的“電擊杯”(BTX electroporationcuvette #45-0125)，開發出能夠連續為細胞施加刺激的導電薄膜。

隨著社會老齡化以及人民生活水平的提高，以干細胞為核心的再生醫學發揮著越來越重要的作用。關節軟骨損傷及其退行性病變-骨關節炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質量的下降。本項目利用納秒脈沖電場選擇性降低DNA甲基化，提升干細胞干性，促進干細胞多向分化。

基于金屬納米粒子的局域表面等離激元因其高局域強度，小局域尺度，高靈敏度等特點，被大量應用在不同領域。但是，幾個飛秒的超短模式壽命(dephasing time)大大限制了其應用的廣泛性和實用性。該工作設計的多層結構實現了局域表面等離激元和傳播表面等離激元的強耦合(圖1(a))。動態數值模擬結果也清晰地證明在強耦合下局域表面等離激元模式和傳播表面等離激元模式之間的能量交換。近場方面，光電子顯微鏡對表面等離激元模式進行直接成像，大大突破了原有的遠場探測技術的限制。并且結合不同激發光源，實現不同維度的探測。結合波長可調的激光光源，光電子顯微鏡在頻域記錄下表面等離激元模式隨波長變化的強度演化過程(圖1(b))。結合超快泵浦探測技術，光電子顯微鏡在時域記錄下表面等離激元模式隨時間變化的演化趨勢。該工作更加深入并直觀地探測強耦合體系中的能量轉換過程，并通過強耦合中失諧量的改變實現模式壽命的操控，相較于未耦合的局域表面等離模式，強耦合的模式壽命由6飛秒(10-15秒)提高到10飛秒。這一研究成果對進一步發展基于表面等離激元的人工光合成、生物傳感等應用具有重要的指導價值。圖1、（a）光電子顯微鏡和多層結構示意圖，（b）遠場和近場探測曲線、不同波長激光激發下光電子顯微鏡記錄的局域表面等離激元模式分布圖。 此研究是由北京大學和日本北海道大學共同合作完成，北京大學物理學院博士生楊京寰和重大儀器項目的國際合作者、北海道大學助理教授孫泉為該文章的共同第一作者，北京大學龔旗煌院士和北海道大學Misawa教授為共同通訊作者。除了自然科學基金委的國家重大科研儀器研制項目，該工作還得到了科技部、北京大學人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、極端光學協同創新中心、“2011計劃”量子物質科學協同創新中心、日本文部科學省及學術振興會、北海道大學納米技術平臺等單位的支持。目前國家重大科研儀器研制項目“飛秒-納米時空分辨光學實驗系統”的研制正在有序推進中，已經取得了一批包括此工作在內的階段性成果。該實驗系統的核心儀器是附帶低能電子顯微功能的光電子顯微鏡(PEEM), 其激發光的波長覆蓋范圍從極紫外到近紅外(圖2)。下一步該實驗系統有望在二維材料、光電材料與器件、表面介觀物理等研究領域大顯身手、發揮積極作用。圖2、北京大學研究團隊的飛秒納米時空分辨系統