期刊介绍 期刊简介 收录情况 学术指标 期刊荣誉 期刊订阅 期刊在线 优先发表 当期目录 过刊浏览 专刊专栏 封面故事 虚拟专辑 双语文章 综述文章 院士访谈 点击排行 下载排行 引用排行 引文橱窗 编委会 编委会组成 编委会章程 编委会会议 投稿指南 投稿须知 投稿所需 稿件流程 伦理规范 数据共享 审稿服务 审稿须知 审稿流程 伦理规范 审稿专家 期刊介绍 期刊简介 收录情况 学术指标 期刊荣誉 期刊订阅 期刊在线 优先发表 当期目录 过刊浏览 专刊专栏 封面故事 虚拟专辑 双语文章 综述文章 院士访谈 点击排行 下载排行 引用排行 引文橱窗 编委会 编委会组成 编委会章程 编委会会议 投稿指南 投稿须知 投稿所需 稿件流程 伦理规范 数据共享 审稿服务 审稿须知 审稿流程 伦理规范 审稿专家 尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持! 涡旋光轨道角动量的拓扑荷差值法测量 标签分布不平衡的涡旋光束轨道角动量识别 于海洋 , 尚凡华 , 王宇兴 , 王大涛 , 陈纯毅 全圆锥入射下基于一维共振波导光栅的入射角调谐滤波器 樊丽娜 , 沙金巧 , 曹召良 陈哲学 , 王卫彪 , 梁程 , 张勇 《中国光学(中英文)》投审稿系统变更通知！ “低维光电材料与器件”专刊 Special issue --- Low-dimensional optoelectronic materials and devices 征稿：《中国光学》专刊专题--超构表面2.0 论文排行 点击排行 下载排行 引用排行 基于超表面的太赫兹（THz）波调控在太赫兹通信、成像及探测领域具有重要应用价值。本研究提出一种二硫化钼（MoS 2 ）超表面结构，可在极低驱动电压下实现太赫兹振幅调制,其单元微纳结构为二硫化钼层连接的非对称 “H” 型。仿真结果表明，通过电控调控 “H” 型连接处的相变，该调制器可在0.58 THz处实现大幅振幅调制，调制深度达98%，插入损耗低至20%，其调控机理可通过分析相变前后不同结构位置的电场分布与衍射图样得到解释。为验证设计方案，对厚度为 2 μm 的二硫化钼薄膜进行电学测试，结果显示：在0~±1 V的低驱动电压小幅变化下，二硫化钼薄膜电阻率变化近6个数量级，证实了界面型超表面调控的可行性。本研究可为太赫兹振幅调制提供一种新方法，有望推动太赫兹调控器件的实用化发展。 红外成像因优异的抗雾干扰能力，是恶劣气象下海冰连续监测的核心光学传感模态。针对红外海冰图像中目标与背景灰度差异微弱、边缘模糊的低对比度检测难题，提出一种边缘-全局协同增强检测方法。 以YOLOv7(You Only Look Once version 7)为基础框架，在浅层ELAN模块中嵌入Sobel轮廓提取模块，通过水平与垂直方向梯度提取及自适应融合，强化海冰边缘的光学梯度特征；在深层ELAN模块中引入大核卷积（LKC）模块，采用主分支瓶颈式大核卷积与短接分支3×3卷积的双分支并行设计，在扩大感受野的同时保留局部细节，将小目标光学斑块与全局辐射背景进行关联建模。 实验基于多气象场景红外海冰数据集，以原始YOLOv7为基线，构建仅加Sobel、仅加LKC及双模块融合三组对照模型，选取精确率、召回率、mAP@0.5和计算量四项指标进行评价。浓雾条件下，所提方法召回率达0.674，mAP@0.5达0.671，较基线分别提升9.3个百分点和7.7个百分点；全混合气象测试集上召回率达0.63，mAP@0.5达0.627。消融实验表明双模块协同工作时各项指标最优，计算量仅从103.2 GFLOPs微增至103.5 GFLOPs。 所提方法通过边缘梯度增强与全局背景关联建模的协同，显著提升了低对比度红外海冰目标的检测精度与鲁棒性，基本满足恶劣气象下实时红外海冰监测的需求。 全铝合金光机系统理论上可实现无热化设计，并兼具低成本与快速响应优势，在空间遥感领域具有重要应用前景。然而在工程中，结构约束会使光机结构在力热载荷下引入寄生应力，导致系统性能失稳。针对该问题，本文提出一种针对光谱仪反射镜柔性支撑结构的光机集成优化方案。基于光机热集成分析与三向重力和5 °C温升工况下的尺寸灵敏度评估，构建了集成基频与光学响应的优化代理模型，实现了结构尺寸优化及最优结果的筛选。优化结果显示，系统基频提升14.2%至204.6 Hz，同时在重力和热载荷作用下的波前误差降低超过21%。实验结果表明，镜面面形均方根值达0.021 λ （λ = 632.8 nm），五个视场下的系统波前误差均稳定低于0.048 λ，完全满足稳定成像性能的技术要求。该方法有效提升了全铝光谱仪的热-力-光稳定性，可为精密光机系统的结构设计提供有价值的参考。 针对单光子激光雷达在水下广域探测中难以兼顾大扫描视场与系统小型化的问题，本文提出基于转镜扫描与环形隔水视窗密封相结合的技术方案。通过构建扫描角度、光束口径与转镜几何尺寸之间几何关系，结合环形隔水视窗构型，在满足大扫描视场的同时实现系统小型化；采用光线追迹方法建立光学系统初始结构，利用柱面光学元件的成像与补偿原理，改善激光束经环形隔水视窗跨介质传输后光束质量退化的问题，并结合望远系统开展一体化优化设计，进一步提升光束质量。实验结果表明，该系统可实现110°扫描视场，发射激光光束质量因子优于1.3倍衍射极限，发散角为0.084 mrad，传输效率为91.00%，在水质衰减系数为0.184 m −1 环境中的最大探测距离为24 m。该系统兼具大视场扫描能力和小型化结构优势，可为水下广域探测装备的工程化应用提供参考。 本文提出了一种基于金属-绝缘体-金属（MIM）波导耦合双D型谐振腔的多重Fano共振折射率传感器。采用有限元法（FEM）对其透射光谱和稳态磁场分布进行了仿真计算。结果表明，该结构中观测到了多重显著的Fano共振现象，这主要归因于上下D型谐振腔所产生的共振模式之间的模式杂化效应。同时，本文系统探究了D型谐振腔几何参数对Fano共振特性的影响。此外，对基于多重Fano共振的折射率传感器性能进行了评估。结果表明，该传感器展现出优异的折射率传感性能，其最大灵敏度（S）和品质因数（FOM）分别高达 1860 nm/RIU 和 68.77 RIU -1 。该研究工作为高性能纳米光子器件的设计提供了理论基础。 为提高事件星敏感器在高动态条件下的星点成像质量和质心提取精度，解决传统固定时间积分容易产生星点拖尾、自适应时间积分图像发布频率不稳定以及二值事件积分图像缺少连续响应层次等问题，本文提出一种事件星敏感器残差累积表面自适应积分方法。首先，设计渐进式时空去噪方法，采用空间域快速预处理与时空域聚类精化滤除背景噪声事件。接着，通过星点椭圆形态特征分析动态调整积分事件数量，提出固定发布频率与自适应事件数量相结合的积分策略，在保证事件帧发布频率稳定的同时抑制星点拖尾。然后，构建残差累积表面，通过指数衰减递归机制对事件触发频率进行连续编码，以形成由事件触发频率和时间新近性共同决定的相对伪灰度响应。最后，采用分段线性映射将残差累积表面转换为伪灰度星图，并通过高斯拟合完成亚像素质心定位。在真实星点事件流数据集上的实验表明，在焦平面像移速度为 2272.7 pixel/s时（20°视场、 1024 × 1024 探测器配置下的像移等效角速度约为44°/s），本文方法平均质心提取误差约为1.56像素，平均星对角距误差约为3.35角秒，较固定5 ms积分方法分别降低58.3%与19.1%，且在焦平面像移速度284~ 2273 pixel/s的宽动态范围内均保持较高的质心提取精度。本文方法能有效抑制星点拖尾并形成可用于加权质心估计的星点伪灰度响应分布，可为后续星图识别与姿态解算提供高精度星点质心信息。 针对星载长波红外多普勒非对称空间外差干涉仪在低温真空环境下热致面型形变引起的干涉条纹畸变及风速反演误差问题，开展了像差机理分析与相位补偿方法研究。首先，基于光机热集成分析，建立−113 °C均匀稳态温度载荷下包含柔性胶层的光机有限元模型，并分析光学系统的面形变化，并采用 Zernike 多项式对面形误差进行拟合与建模，揭示热致面型形变主要引入球差和像散等低阶像差，然后分析上述像差通过引入附加光程差导致干涉条纹弯曲、对比度下降及空间分布不均匀，从而降低相位提取精度并引入风速反演误差。最后，提出基于 Zernike 多项式的相位域补偿方法，对干涉相位进行校正, 抑制热致面型形变对系统性能的影响。仿真结果表明：该方法能够有效恢复干涉条纹的空间特性，风速反演误差降幅约为 62.5%，从而抑制热致面型形变对系统性能的影响。保证了系统在极端低温环境下的测风精度。 随着大模型和云计算的快速发展，数据中心短距光互连对传输速率提出了更高要求。尽管光子-光子谐振(PPR)效应和失谐加载(DL)效应为提升直接调制激光器(DML)带宽提供了有效途径，但其实现通常面临结构的复杂性与调制响应的平坦性之间的权衡：获得高带宽和较平坦的小信号响应，往往需要对接生长等复杂工艺，而结构较简单的相同有源层(IAL)设计则容易产生起伏较大的小信号调制响应。本文针对这一问题，仿真研究了一种基于IAL结构的双卡帕光栅分布反馈(DFB)激光器。该设计无需对接生长工艺，同时改善小信号调制响应的平坦性，比较了其在单端调制和推挽调制两种方式下的性能。仿真表明，优化后的器件在单端调制下可通过多个PPR峰实现185 GHz的小信号仿真带宽；在推挽调制下可抑制低频滚降并获得94 GHz的小信号仿真带宽。两种调制方式在200 Gbit/s NRZ条件下均可得到清晰的仿真眼图，显示出其在高速调制中的应用潜力。此外，容差分析表明，该结构对典型工艺偏差具有较好的鲁棒性。研究结果表明，所提出的IAL结构的双卡帕光栅DFB激光器有望为未来短距光互连提供一种有前景的设计方案，但其功耗及实际电带宽限制仍有待进一步研究。 多光谱ZnS窗口作为复合光电探测系统的关键器件，可实现多波段、共光路设计。本文以多光谱ZnS为基底，设计并制备了适用于可见光、905 nm激光及长波红外多模探测应用的宽波段减反膜。系统讨论了YbF 3 单层膜的应力特性、制备工艺、膜系设计及误差分析，通过研究不同离子源参数对YbF 3 单层膜应力的影响，分析并确定了制备的最佳参数为偏压150 V，放电电流50 A。初步实验结果显示，可见光波段的平均透过率仅为73.35%，逆向分析表明，该偏差源于工具因子存在系统误差。通过修正工具因子偏差，并结合基于逆向光谱分析优化的监控方案，有效降低膜层厚度误差，实现了对高灵敏度膜层厚度的精确控制。归一化坐标分析发现，可见光与红外波段区间的光谱响应呈现显著的波长敏感度差异，本文采用针对性的单波段优化策略，并结合高灵敏度膜层的分段监控方法，以补偿多层膜沉积过程中厚度累积误差所引起的光谱偏移。测试结果表明，在0~15°入射角范围内，450~ 1000 nm波段平均透过率达到93.57%， 8000 ~ 12000 nm波段平均透过率达到92.91%，满足性能指标要求。 柔性可拉伸平面微型超级电容器（FS-MSCs）在大变形下的性能不稳定和性能退化限制了其应用。选择合适的柔性电极材料并将其与可拉伸基底集成是解决该问题的关键，但简化器件制备流程并优化性能仍面临挑战。在此，我们报告了一种可编程的单一波长激光加工策略，该策略可同时对氧化石墨烯（GO）叉指电极薄膜进行图案化和还原处理，并对弹性基底规整性纹理化。通过预拉伸基底并将其与柔性电极适配，我们的器件展现出了优异的性能鲁棒性。该器件能够承受超过300°的弯曲角度和约为原始长度120%的拉伸程度。此外，通过优化基底表面形貌至有序网格，器件的电化学性能和稳定性得到了进一步显著提升。在不同拉伸条件下，其最大电容达到1.34 mF/cm 2 ，波动仅为1.5%。即使电流密度从0.01 mA/cm 2 逐渐增加到0.05 mA/cm 2 ，在不同拉伸强度下，器件的比电容波动仍保持在<7.4%。我们的工作为简化器件构建、并提高平面FS-MSCs在恶劣变形环境下的性能稳定性提供了一种有效解决方案，在可穿戴和便携式储能的未来应用中具有巨大潜力。 针对351 nm深紫外强激光诱导不锈钢金属产生等离子体冲击波动力学特性的研究中，迫切需要一种响应时间小于50 ns的超快动态压力传感器。为此本文阐述了一种制作在光纤端头基于Fizeau腔的超微型超快空气激波压力传感器。采用活塞式压力计和空气激波管，对该激波压力测试系统进行了静态和动态定标实验。当高速光电探测器的响应时间为8 nS、谐振频率点为20 MHz时，在2.4 MPa压力量程范围内，空气激波压力传感系统的定标结果为：线性度1.09% FS、重复性1.046% FS、回程误差1.117% FS、基本误差3.253% FS，动态响应时间小于50 nS。实测实验，该传感系统完美测取到351 nm深紫外强激光诱导不锈钢产生等离子体冲击压力波。据我所知，这是第一次利用冲击波压力传感器测取到高功率激光诱导不锈钢金属产生的超快等离子体冲击压力波。最后，指出该超快动态压力传感器潜在的应用方向。 空间引力波探测中，超前指向机构（PAAM）是实现星间激光链路高精度指向的关键部件，但其转动引入的抖动耦合（TTL）噪声严重制约干涉测量精度。为抑制PAAM角抖动引起的局部TTL噪声，本文提出一种成像系统方案，通过将探测器光学成像至PAAM等效旋转中心，从几何光路主动抑制噪声。基于激光外差干涉原理构建高对称等臂干涉仪测试平台，利用IFOCAD软件系统分析非理想条件（角抖动、旋转中心偏移、安装误差、热致形变）下成像系统的抑制性能。实现表明：理想对准时，成像系统可抑制98.9%的杠杆光程变化和98.2%的活塞光程变化；安装误差下TTL噪声抑制在 \begin{document}$ 1\;\mathrm{pm}/\sqrt{\text{Hz}} $\end{document} 以内，引入热噪声后仍稳定在 \begin{document}$ 10\;\mathrm{pm}/\sqrt{\text{Hz}} $\end{document} 以内。仿真验证了杠杆噪声与角抖动呈二阶相关、活塞噪声呈一阶相关，与理论吻合。本研究为高稳定度光束指向控制系统设计及噪声评估提供了理论依据与仿真实现。 空间引力波探测任务中，干涉仪臂长受轨道动力学影响而动态演化，传统等臂零差模型难以描述外差链路下量子噪声的传递特性。针对空间引力波探测中动态不等臂外差干涉仪导致的激光口噪声与暗口涨落发生非零耦合问题，本文推导了空间引力波探测全频段量子噪声演化模型并得到了最优压缩角自适应调控判据。从含时场算符出发，利用傅里叶变换将时域因果延迟转化为频域相位旋转，导出了频域噪声混合矩阵；结合光力耦合系数描述低频辐射压噪声，推导出了空间引力波探测全频段通用最优压缩角判据。数值仿真表明，在静态相位差达到最大时，传统固定压缩角方案无法抑制混叠噪声，其归一化方差为1.0；本文提出的自适应压缩角方案具有明显的降噪效果，在压缩度 r = 0.5（4.3 dB）和 r = 1.0（8.7 dB）时，可将归一化输出相位噪声方差分别压低至 0.9046 和 0.7483 。利用此判据动态调整压缩方向，可在空间引力波探测全频段内提高量子噪声抑制水平，为空间引力波探测器在动态不等臂环境下的量子噪声抑制提供理论参考。 空间引力波探测任务要求星载激光具备极低的频率噪声，为此需通过激光稳频系统将自由运转激光的频率噪声（尤其是低频成分）抑制约5个数量级，达到低于30 Hz/√Hz（1 mHz～1 Hz）。这一指标对激光稳频系统的核心部件——参考腔单元的温度稳定性提出了严苛要求，须在其零膨胀温度点附近实现精密热控。本文针对星载激光稳频系统工程样机的精密热控需求，特别是参考腔单元的严苛热控需求，提出了一种“主动恒温+被动隔热”的级联精密热控方案，并完成了地面实施与验证。该方案通过构建“恒温笼”式一级主动恒温屏蔽层，耦合二级被动隔热层实现两级控温，将参考腔真空室的温度波动抑制在1 mK以下，保障光学参考腔的腔长稳定。文章详细阐述了热控总体设计、系统仿真、精细热控实施方案及地面等效验证结果。验证结果表明，在模拟星内±1 K环境扰动的条件下，设计的精密热控方案可以实现参考腔单元温度稳定在设定值，控温精度优于0.31 mK，且持续时间超过2000 s，满足空间引力波探测对星载激光稳频的精密热控指标要求，为后续工程研制提供了关键技术支撑。 传统三维数字散斑干涉通常依赖多光束、多波长或多相机同步结构获取三维位移矢量，存在光路复杂、维度耦合、动态过程同步困难等问题。针对上述限制，本文提出一种数字全息散斑干涉与事件视觉融合的三维动态位移场测量方法。首先利用工业相机结合空间相移技术记录全息干涉图样，实现物体表面法向微变形的高精度相位重建。然后引入事件相机异步感知表面散斑亮度变化获取面内位移场，结合事件流进行时序累积与块匹配算法进行位移求解。最后将高灵敏度离面相位信息与面内位移数据融合，实现完整三维位移场的重构。本文构建的数字全息散斑干涉-事件视觉融合系统能够稳定实现圆形薄板三维位移场测量；其中离面位移测量RMSE最低达到0.47 μm，面内位移测量RMSE最低达到0.18 μm，三维融合位移场RMSE 3D 最低达到0.13 μm。该方法基本满足三维微小变形测量中高精度、稳定性好及抗干扰能力较强等要求。 针对窄视场、长焦距星敏感器易出现滚动轴精度退化和观测几何病态的问题，本文建立含观测权重的全局Fisher信息矩阵模型，基于A、D、E最优性准则推导多视场最优指向关系，并提出多传感器Wahba融合（MSWF）定姿方法。理论分析表明，等权条件下双视场正交、三视场正交及四视场正四面体构型可优化三轴信息分布。以双视场离轴三反星敏感器为例的仿真表明，单视场病态轴误差约为其余两轴的38倍；正交双视场结合MSWF后，总体定姿误差较单视场降低95.4%，较简单平均融合降低29.2%，并能在稀疏星场、随机丢星和动态模糊条件下保持较好的三轴均衡性。结果说明，多视场构型优化与加权星矢融合可有效缓解单视场观测几何限制，为高精度姿态确定提供参考。 2 μm波段超短脉冲激光凭借其人眼安全、处于大气传输窗口等独特优势，在国防、医疗、通信及科研等领域展现出巨大的应用价值。被动锁模技术作为产生此类超短脉冲的核心手段，已成为固体激光器领域的研究热点。本文系统综述了2 μm波段被动锁模固体激光器的最新研究进展。首先，阐述了被动锁模的基本原理，分析了包括克尔透镜锁模等多种锁模方案的物理机制，并介绍了Tm 3+ 、Ho 3+ 及其共掺体系作为增益介质的能级动力学特性。随后，重点围绕克尔透镜锁模、半导体可饱和吸收镜锁模以及低维纳米材料锁模三大主流技术路线展开详细论述。本文对不同锁模方案的性能及实现方法进行了比较，总结了各类被动锁模激光器的研究成果，同时对2 μm波段被动锁模固体激光器的未来发展进行了讨论与展望。 传统基于轨道角动量强度谱的检测方法虽能判断齿轮是否存在缺陷，却因相位信息丢失而无法识别缺齿的具体方位。针对这一局限，本文通过模拟发射不同拓扑荷值的涡旋光束扫描完好及缺陷齿轮，结合理想平面波四步相移处理，构建出包含螺旋相位信息的OAM复数谱，提取了各齿轮的方位角信息，从而实现了缺齿方位及序号的准确判定。本文扩展了非简单扇形目标如齿轮的基圆参数和齿高对缺陷测量影响的研究，发现缺损位置信号与相邻正常齿轮信号相对幅度差距大小与齿轮参数有关，在固定基模束腰半径为6 mm时，其中信号幅度差值随齿高从2 mm逐渐提升到4 mm而提升，随基圆从10 mm逐渐提升到14 mm时而降低。本研究为基于OAM扫描的无接触、高精度齿轮缺陷定位中提供了初步探索和应用途径。 针对复杂反光印刷电路板（printed circuit board，PCB）表面条纹测量中统一图像插值易破坏条纹正弦性、弯曲条纹条件下插值方向与局部等相位线不一致以及低调制度区域误差易扩散的问题，提出一种测量导向的相位保真条纹超分辨重采样方法。 该方法在图像灰度域完成条纹超分辨，但利用相位域解算得到的载波强度指数、局部调制度和多频包裹相位作为物理约束。首先，利用归一化载波强度指数对条纹脊线、谷线及过渡区域进行结构解耦，并结合脊谷距离与局部调制度构建联合权重；随后，基于多频相移信息估计二维条纹对齐位移场，经局部相关细化与二维总变差正则化后，将原始条纹映射至条纹对齐域并实施方向性插值；最后，依据位移场梯度与局部相位变化率构建平坦区陡变区自适应融合策略，实现面向相位保真的条纹重采样与三维测量。 在3 mm、6 mm 和9 mm 量块实验中，所提方法将平均绝对误差由 0.0290 mm 降至 0.0208 mm，均方根误差由 0.0428 mm 降至 0.0295 mm；在 PCB 引脚区域和晶振封装区域中，所提方法均改善了相位连续性和三维重建稳定性。以引脚区域为例，与图像双三次插值相比，所提方法将平均绝对误差由 0.1753 mm降至 0.0254 mm，降幅约为 85.5%。 实验结果表明，该方法在当前 PCB 引脚区域和晶振封装局部结构中能够提高条纹重采样后的相位一致性和点云采样密度，并降低局部重建误差。 针对激光三维成像雷达、高速光信号采集等光学系统中时间交织模数转换器（Time-Interleaved Analog to Digital Converter, TIADC）各通道间存在的失调、增益与采样时间失配误差引入杂散分量与非线性失真，导致激光回波信号采样精度降低、测距与解调性能下降的问题。本文提出一种基于多通道全相位快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）频率判别器的TIADC全数字校准算法，设计多通道全相位FFT频率判别器，利用全相位FFT的相位不变性与多通道采样的相位关联性，实现输入信号频率的高精度估计与区间判别，解决传统算法高频区间失效问题；最终结合LMS自适应滤波架构，完成偏置、增益、采样时间三类失配误差的同步联合校准。基于MATLAB与FPGA搭建采样率2 GHz的4通道TIADC实验平台开展验证，实验结果表明，所提频率判别器在−5 dB极低信噪比下仍保持96.7%的频率区间判别正确率；经所提算法校准后，系统无杂散动态范围从未校准的19.8 dB提升至81.2 dB，信噪失真比提升至73.8 dB。该算法无需专用校准信号，在低信噪比场景下具备优异的校准性能，可为激光雷达、高速光通信等光学领域的高速高精度采样系统提供核心技术支撑。 针对传统共轭涡旋光干涉微位移测量方法中干涉图样旋转角变化量小、亚纳米级微位移检测精度不足的问题，本文提出了一种对向双端面差分共轭涡旋光干涉微位移测量方法。该方法利用共轭涡旋光干涉图样旋转角与两臂相位差之间的线性关系，将待测微位移转换为花瓣状干涉图样的角向旋转。为克服相机像素分辨率和图样畸变对微小旋转角解算的限制，系统构建对向双端面差分光路，使两束共轭涡旋光分别作用于同一被测目标的相对表面，使相对光程差相比传统单端面反射结构翻倍，从而使相同位移下的干涉图样旋转角实现理论倍增。进一步地，采用基于圆谐波卷积的H-Nets模型对旋转图样进行等变特征表征，将连续角向变化映射为复数特征空间中的相位偏移，实现微小旋转角的稳定表征与位移反演。实验结果表明，在0-500 nm范围内最大绝对误差小于0.61 nm，平均绝对误差为0.37 nm。该方法通过差分光程增强与旋转等变解码的协同作用，有效提升了微位移测量的精度与稳定性。 针对高数值孔径显微物镜公差分析中的补偿器耦合问题，本文提出一种基于V矩阵余弦相似度的补偿器选择方法，旨在降低补偿器间的负相关性，避免慧差、像散等无法同时收敛的问题。以数值孔径为0.9的无限远共轭显微物镜为研究对象，通过一阶有限差分法构建结构参量与像差参量之间的灵敏度矩阵，利用V矩阵余弦相似度与加权贪心策略，确定了6个有效补偿器。实验结果表明：系统波前像差RMS小于0.07 λ的累积概率从47%提高至97.7%，加工公差与装调公差从Q1等级降低至Q2等级，显著降低了光学系统的制造公差，有效地提高了系统良率。装调仿真实验进一步验证了该方法在高数值孔径显微物镜中的可行性与有效性。这一结果表明该方法可以选取合适的补偿器，有效地降低补偿器间的负相关性。 硅基光电器件在近红外波段的光吸收和光电响应受限于硅材料本征带隙。通过皮秒激光诱导Se掺杂并构筑表面微纳结构，可有效改善硅材料的近红外吸收与光电性能。其中，激光能量密度作为影响微结构演化和掺杂效果的关键工艺参数，对器件性能具有重要调控作用。围绕这一关键参数，本研究选用镀有Se膜的单晶硅，采用0.85 kJ/m 2 、1.40 kJ/m 2 和 1.71 kJ/m 2 三种皮秒激光能量密度进行扫描处理，并制备Se掺杂N + -N型硅光电二极管，系统研究激光能量密度对样品微纳结构、光吸收及光电性能的影响。不同激光能量密度处理后，样品整体晶体结构保持良好，但表面微结构存在差异。这种差异进一步影响了光吸收特性，并导致器件光电性能随激光能量密度发生显著变化。在1.40 kJ/m 2 条件下样品表面微纳结构分布最均匀，光谱和器件测试表明，其近红外吸收率超过60%，制备的光电二极管在 1064 nm激光照射下光响应度达到 2.28 A/W@ −6 V。皮秒激光能量密度对Se掺杂硅的表面微结构、光吸收及器件光电响应具有显著调控作用。本研究可为Se掺杂黑硅近红外探测器的制备与性能优化提供实验依据和技术参考。 将超表面与光学传感器结合可有效缩小传感器的体积并提升其对电磁场调控的能力。本文提出并制备了一种基于石英基底的圆盘双缺口硅阵列全介质多功能超表面光学传感器。通过引入呈45°分布的双非对称缺口打破结构对称性，该结构成功将无辐射的理想BIC态转化为极强光局域场的高Q值准BIC态，并于 1617 nm处激发了超窄线宽Fano传感谐振峰。仿真研究表明，谐振峰的主要贡献极子为磁偶（MD）极子，品质因子（ Q ）理论最高可达1.6×10 5 ，FOM最高可达 36350 ；其具有363.5 nm/RIU的折射率传感与51.96 pm/ °C的温度传感性能。此外，可通过改变入射光的偏振态对超表面谐振峰的调制深度进行调控。传感实验分析可得，其不同折射率液体的灵敏度为268.7 nm/RIU。本结构可广泛应用于环境监测、生物医学检测及偏振型光开关控制等领域，并为多参数超表面传感器设计提供了参考，扩展了超表面在实际传感应用中的多功能性。 针对现有双视角X光安检图像违禁品检测方法在跨视角特征融合过程中自适应性不足、互补信息利用不充分的问题，本文提出一种结合YOLOv11改进的双视角融合检测方法（Dual View Fusion combined with YOLOv11，DVF-YOLOv11）。该算法采用参数共享的双分支YOLOv11骨干网络分别提取俯视图与侧视图的多尺度特征；设计跨视角注意力融合模块（Cross-View Attention Fusion，CVAF），通过通道注意力与空间注意力的级联机制实现双视角特征的自适应增强；采用自适应权重预测网络动态调整各视角融合权重，结合通道压缩卷积形成双路融合策略；设计由特征保留损失、互补性损失和权重平衡损失组成的联合损失函数引导融合学习。在DvXray数据集上，本文方法的mAP50达到94.02%，mAP50-95达到79.41%，较俯视图单视角分别提升2.99%和5.29%。实验结果表明，本文方法能够提升双视角X光安检图像中违禁品检测的精度与鲁棒性。 空间相机在轨运行过程中受到复杂热环境影响，结构温度场的非均匀变化会引起热弹性变形，从而导致视轴指向偏移，严重影响成像精度与稳定性。针对空间相机在复杂热环境下视轴指向稳定性分析过程中传统最小二乘方法（Least Squares, LS）鲁棒性不足的问题，本文提出一种基于迭代重加权最小二乘（Iteratively Reweighted Least Squares, IRLS）算法的空间相机视轴热指向分析方法。首先，建立空间相机热-结构耦合模型，分析温度场变化与视轴偏移之间的映射关系；其次，引入IRLS算法对模型参数进行稳健估计，通过构造加权残差函数，有效抑制异常测量数据对参数辨识结果的影响，提高热变形预测精度，并采用基于能量迭代的自适应窗质心定位算法方式，获得光斑质心随温度变化情况。针对在轨相机指向的热致漂移，开展热温度实验，结合仿真数据与地面热试验数据进行验证，对比传统最小二乘方法与IRLS方法在指向误差预测精度与收敛特性方面的差异。结果表明，所提出的IRLS热分析方法在存在测量噪声与异常点的情况下，能够显著提升视轴指向偏移预测精度，增强模型稳定性与鲁棒性，为高分辨率空间相机的在轨热变形补偿与精度保持提供了有效技术途径。 在对自由移动的动物进行脑神经实时观测时，微型头戴式荧光显微镜是当前最为前沿的脑科学观测仪器之一。但是，现今多数微型荧光显微镜为了达到体积和重量的严格限制，使得视场较小，无法同时观测多个脑区的神经活动，而少数视场大的产品重量较大，无法佩戴在小型动物身上。本研究使用轻量化、平面化和成像质量高的梯度折射率透镜，在保证大视场的前提下，减小了显微镜的重量。本文使用梯度折射率透镜进行大视场微型荧光显微镜设计，推导了倾斜光线入射梯度折射率透镜时的离轴像差公式，分析了梯度折射率透镜的折射率排布模型和像差校正情况，并据此设计了一款微型荧光显微镜，其视场为4 mm×4 mm，NA为0.1，样机重量仅为2.89 g，中心视场分辨率为13.9 μm，初步达到了自由移动小鼠的脑神经细胞分辨率。 针对现有适配可见光波段的光谱压缩感知重建算法难以实现中波红外尖锐气体吸收光谱高精度重建的问题，本文提出了一种物理驱动的中波红外光谱压缩编码与重建网络架构，旨在实现中波红外尖锐气体吸收光谱的高精度重建。该网络以双分支中波红外光谱重建网络为核心模块，能够分别通过平滑背景重建分支和特征吸收重建分支分别实现平滑背景对数光谱与尖锐气体特征吸光度的精准重建。通过信息融合、物理量转换与全连接层后处理实现中波红外气体吸收光谱的高准确度重建。在对3.7~4.8 μm波段45通道的实际场景气体吸收光谱进行重建的实验中，本文提出的方法达到了峰值信噪比大于28.159 dB、光谱角映射优于0.053 rad的性能指标，对于图像分辨率为320×256的数据立方体重建时间约为0.65 s。该方法有效突破了中波红外光谱高精度重建的技术瓶颈，兼具物理驱动的可解释性与数据驱动的泛化能力，为中波红外压缩感知光谱重建提供了可行技术路径，具有显著的实际应用潜力。 为解决大规模塔式定日镜场边缘区域光学效率低的问题，提出了三塔光热电站交叠式镜场布局的优化方法及重叠区域定日镜的多目标瞄准策略。首先，基于粒子群算法对单塔镜场布局进行优化，得到最优的单塔镜场布局；然后，将单塔镜场进行排列，通过优化三塔间的距离得到最优的三塔交叠式镜场布局；最后，根据定日镜瞬时光学效率对重叠区域的定日镜进行多目标瞄准策略优化。对三塔式镜场聚光过程进行了建模，比较了三塔交叠式镜场和三塔分布式镜场的光学效率，结果表明：三塔交叠式镜场比三塔分布式镜场的年均光学效率提高了0.24%，且镜场布置更紧凑，占地面积更小。 为了解决毫赫兹频段天基引力波探测中激光频率噪声和时钟噪声的抑制难题，并克服传统基于第二代时间延迟干涉(Time-Delay Interferometry，TDI)方案的复杂性与局限性，本研究提出了一种基于空间光钟(Space-borne Optical Clock，SOC)的探测器载荷设计与噪声抑制新方案 。 本文首先阐述了该方案的核心载荷设计，即在每颗航天器上配置星载光钟系统以替代传统的超稳晶振(Ultra-Stable Oscillator，USO)。接着，介绍了两种噪声同步抑制的实现机制，即通过将激光锁定在原子跃迁频率上，并利用光学频率梳将光钟频率下变频产生微波时钟信号。最后，基于最新研究中星载光钟的稳定度，采用理论分析与数值模拟相结合的方法，在0.1mHz到1Hz的目标频段内对系统的噪声抑制性能进行了验证。理论与仿真结果表明：该方案在毫赫兹频段内将激光频率噪声和时钟噪声分别降低了两个和三个数量级；在全目标频段内，残余的激光和时钟噪声均远低于探测任务要求的本底噪声水平。此外，该设计使得第一代TDI技术即可满足任务要求，且无需加入额外的时钟噪声消除步骤。该方案在保证探测灵敏度的同时，显著提高了数据处理的简洁性与鲁棒性，并有效降低了对星间测距和时钟同步的精度要求。随着光钟小型化的发展，该方案在天基引力波探测任务中具有重要的应用前景。 由于实际水环境中多离子共存时的原位拮抗与位点竞争导致传统线性传感模型失效，本文以一步水热法合成的氮掺杂碳点（N-CDs）为平台，通过构建二维交叉荧光响应矩阵，研究了Cu 2+ 与Fe 3+ 共存体系下的微观响应机制。首先，实验观测了不同干扰背景下的荧光猝灭演化规律。结果显示，在高浓度Cu 2+ 背景下，Fe 3+ 诱导的荧光响应表现出显著的非线性偏移与猝灭阻滞，证实两种离子在纳米界面存在激烈的排他性抢夺。随后，为解析该非线性过程，基于细致平衡原理构建了“四态物理动力学模型”，并推导出内含热力学协同因子( \begin{document}$ \alpha $\end{document} )的全局响应解析式。最后，利用理论模型对实验响应矩阵进行了全局曲面拟合。结果表明，理论拟合与实验数据高度吻合，提取出协同因子 \begin{document}$ \alpha $\end{document} ≈ 0.015。该极低数值定量证实了由高价态离子构筑的极端物理屏蔽与静电排斥效应。本研究将交叉干扰转化为可量化的本征热力学参数，为复杂体系非线性信号解码及界面动力学研究提供了坚实的理论基础。 基于弱值放大的弱测量技术为探测光子自旋霍尔效应中的微小自旋分裂提供了一种有效方法。然而，在强耦合或前选择和后选择近乎正交的条件下，其性能受到限制。本文基于微分干涉理论，建立了携带任意拓扑荷的涡旋光束在空气-玻璃界面部分反射下的自旋相关位移与放大位移之间的关系。该关系即使在强耦合条件下或前选择和后选择近乎正交时仍然有效，并且适用于任意入射线偏振态。本文系统分析了涡旋光束在空气-玻璃界面反射的特性，并阐明了入射角、拓扑荷、入射偏振态、后选择角和传播距离等关键参数对放大位移的影响。这项研究为涡旋光束在精密光学测量和光学微操控中的应用提供了重要的理论基础。 针对单帧图像去模糊固有的不适定性，以及现有扩散模型推理延迟高、状态空间模型跨模态交互不足的问题，本文提出一种端到端的事件融合多头注意力网络EFMAN，利用事件相机的高频时空先验实现高质量复原。首先，构建跨模态自适应注意力机制，将异步高频事件流与同步RGB特征进行时空维度精确配准，弥补曝光空缺。接着，针对传感器固有噪声干扰，设计特征增强注意力模块FEA，通过全局上下文建模强化特征抗噪鲁棒性。然后，引入轻量级通道-空间注意力模块LCSA，在降低计算冗余的同时完成特征响应自适应权重校准。最后，构建涵盖像素、特征及梯度域的多维联合损失，协同优化多尺度约束以保证微观纹理与全局结构一致。实验表明，该方法在保持高效推理的同时显著提升性能。相比基线，在GoPro数据集上PSNR和SSIM提升1.19 dB和0.005；在REBlur上提升0.38 dB和0.003，已达先进水平。EFMAN有效解决了多模态对齐与噪声干扰问题，在质量与效率间取得平衡，适用于高动态及剧烈运动场景下的清晰图像重建。 基于加权时延结构的微波光子滤波器同时利用了光学器件和射频器件的优势，具有可重构、低成本、大带宽的特性，在微波频段提供了灵活高效的信号处理能力。然而，由于加权时延结构的复杂性，系统中分立的光电器件均会对不同波长上的权重抽头产生干扰，如：光频率梳的包络和增益竞争、EDFA的增益不均匀性和非线性、调制器受限的滤波带宽。这些因素均会导致抽头的权重偏离理想值，从而导致微波滤波器的畸变。本文提出了一种端到端优化的方式，通过将微波光子滤波器作为一个黑盒系统，通过实时监控系统最后输出的光谱形状（即每个tap的权重值），计算并反馈波长的抽头分布与理想抽头之间的差值，用于实时调整波长整型器的滤波系数，使得输出的光谱权重始终保持在设计的状态。通过这种端到端优化的方法，我们实现了0.05 dB的光谱重构精度，并且完成了带外抑制比高达47 dB的射频低通滤波器。 衍射光波导因其轻薄的外形、大视场角和大的眼动范围，成为实现增强现实（Augmented reality, AR）近眼显示技术最有前景的方案之一。目前商业化AR光波导仿真软件大多由国外公司开发，未见到有国产3D可视化的光波导仿真设计软件报道。据我们所知，本文工作为国内首款自主研发的基于光线场追迹的3D可视化光波导设计仿真模块。并应用该仿真模块设计了一款二维出瞳扩展的衍射光波导，展示了从光栅的 k 域分析、光波导中光栅各个区域的自动布局、光波导优化到光线场追迹仿真的完整设计流程。该仿真模块不仅能够对单个的波导器件进行仿真，还能够对整个近眼显示光学系统进行仿真，包括微显示屏、微型投影光机与人眼模型，实现从微观到宏观尺度仿真，体现了该光波导仿真模块的功能和优势。该光波导仿真设计模块为国内光学工程师提供了一种高效、稳定的光波导设计仿真工具，将助力我国AR光技术产业化的发展。 “少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 超快激光凭借高峰值功率和超短脉冲宽度，能够通过非线性吸收在透明玻璃内部实现高精度、局域化能量沉积，从而诱导折射率变化、纳米光栅、微空洞等多种微改性结构，并伴随近焦点区域的应力分布调制与元素迁移。这种独特的加工机制为玻璃材料内部三维微纳制造提供了重要基础。本文从超快激光与玻璃材料相互作用机理出发，系统梳理了不同改性类型及其对应工艺窗口，进一步总结了其在片上光子学器件制备、高精度切割、光波导写入、应力波片构筑、微通道加工以及Burst模式加工等方面的研究进展。最后，分析了当前技术在加工一致性、机理认知和产业化落地方面面临的瓶颈，指出反向工程对于优化工艺设计的重要意义，并展望了人工智能技术在复杂参数寻优与加工智能化中的应用潜力。 色散扫描（Dispersion scan, D-scan）是一种基于色散调制与非线性频谱响应的超短激光脉冲表征技术，其凭借极简的光路设计和对宽带频谱及相位演化特征的高灵敏响应，已发展成为超短激光脉冲表征领域的重要工具。本文以D-scan技术持续适应激光脉冲表征实时性、鲁棒性等需求，以及向单周期、深紫外等极端参数拓展为核心主线，系统综述了D-scan技术在优化反演算法及实验方案拓展等方面的关键进展。首先，本文梳理了D-scan反演算法的发展过程，从早期的Nelder–Mead与差分进化算法，到目前作为标准的通用脉冲反演算法，再到实现毫秒级实时重构的深度学习技术。重点分析了各类算法在计算速度、鲁棒性及抗噪性能方面的提升。在实验技术方面，首先回顾了基于二阶非线性的二次谐波D-scan技术，详细讨论了其从传统扫描式向实时单发测量的技术跨越，同时介绍了基于二次谐波产生的D-scan在矢量光场表征中的最新进展。随后，针对二阶非线性在跨倍频程光谱重叠及深紫外波段相位匹配方面的物理限制，本文进一步探讨了基于三阶非线性效应及其衍生的D-scan技术，系统阐明了这些方法在拓展D-scan应用边界、实现单周期极限与深紫外波段表征方面的关键作用。最后，本文总结了当前D-scan技术在外部元件依赖性、长波长拓展及长脉宽测量方面面临的挑战，并对其在强场物理及阿秒科学中的未来发展方向进行了展望。 为了利用少周期脉冲实现超短孤立阿秒脉冲产生，需要研究双光学选通门技术对少周期光场电场的精密调控。在传统实验中，双光学选通门的调控对象通常是多周期脉冲，在分析中不考虑激光脉冲在介质传播中的高阶色散、倍频效率及倍频电场的精确波形，但这种近似对于少周期脉冲不再适用。本文基于耦合波方程组模型精确模拟了少周期脉冲在非线性晶体中的传播与倍频过程，揭示了色散效应等因素对选通门波形的关键影响。研究表明，当驱动光场为少周期激光脉冲时，双光学选通门的传统电场估算方法已不再适用。少周期脉冲激光具有超宽的频谱，不同波长成分的光相位累计差异导致的群速度失配、相位失配和色散等效应相比于长脉冲会明显增多。对于少周期脉冲，调整偏硼酸钡（BBO）晶体厚度为126.4 μm时，可以得到最佳选通光场。本文提出通过协同调节波片与BBO晶体厚度可以精细调节驱动场与倍频场的相对延迟，实现选通电场及驱动电场的优化，为超短孤立阿秒脉冲的产生提供了有效的参数优化指导。

本研究构建了一套基于桌面级高次谐波产生（High-Harmonic Generation, HHG）源与反射式干涉仪的光刻评估系统，可用于低成本、高效率表征EUV光刻胶。光束线采用515 nm飞秒激光激发氩气产生高次谐波，经轮胎镜聚焦和闪耀光栅分光后，由狭缝选取第11阶谐波（46.8 nm）作为EUV光源。以磺酸肟酯修饰的聚苯乙烯（PSOS）非化学放大型光刻胶为测试对象，分别采用劳埃镜和对称双镜进行干涉曝光。针对样品面与对称双镜间的对准难题，提出了一种基于衍射条纹反演计算的光学测距方法，实现了对称双镜的精确定位。实验结果表明：采用劳埃镜可获得周期125 nm，高对比度的清晰线栅图案，完成待测材料百纳米级分辨率的表征；经衍射条纹反演法精确定位后，利用对称双镜可制备出周期为60 nm的线栅图案，显著提升了系统的分辨能力。本研究展示的评估系统为光刻胶材料的快速筛选、分辨率极限研究及相关工艺开发提供了一个成本低、可推广的实验平台。 本文对自参考光谱干涉法的实现光路和重建算法两条主线进行了综述。在光路层面，从最早提出的基于交叉偏振波产生的自参考光谱干涉法（XPW-SRSI），到基于瞬态光栅效应的自参考光谱干涉法（TG-SRSI）全反射紧凑构型，对实现光路的灵敏度、波段覆盖与紧凑性三个维度进行了不断迭代升级。在算法层面，从针对近傅立叶转换极限的脉冲重建方法，到针对时域展宽超过傅立叶变换极限两倍的大啁啾脉冲重建算法，进行了三条演进路线论述：光谱拼接方案，引入监督深度学习的重建方案，以及嵌入物理正向模型的无需训练神经网络；后者在无需任何预训练数据集的条件下，实现了大啁啾与高噪声场景下的单次准确重建。面对不断涌现的新型光束表征需求，超短激光脉冲的时域测量在未来仍需要备受重视。 飞秒激光自组干涉协同近场增强效应和孵化效应能够实现深亚波长纳米刻蚀，然而其结构形成通常依赖表面随机散射中心以及多脉冲反馈，存在一致性差、重复性差、激光参数敏感等问题。本文提出时空协同的激光能量调控策略，以提升4H-SiC单晶表面纳米槽刻写质量。在空间域，采用单狭缝和双狭缝光束整形重构焦平面能量分布，抑制能量横向扩散，增强孵化效应和自组干涉效应；在时间域，引入GHz脉冲串调控能量注入时序，从而降低瞬时能量沉积强度并延长退火时间。通过静态定点辐照与动态扫描实验，系统探究不同调控手段下的表面形貌演化规律及纳米槽成形机制。结果表明：单狭缝整形后的椭圆焦斑可增强孵化效应和弱退火作用，一致性好且边缘规整；双狭缝整形进一步增强了干涉场约束效应，降低了纳米槽成形对随机散射中心的依赖，将最小可控槽宽压缩至34 nm；在双狭缝整形基础上引入GHz脉冲串，400 ps间隔子脉冲的分步能量注入可降低瞬时强激发并抑制重熔堆积物和颗粒附着，使纳米槽最小可控槽宽进一步降低至24.5 nm。时空协同调控策略为第三代半导体表面高精度、低损伤、高重复性的纳米制造提供了有效技术方案与理论依据。 为了满足面向阿秒科学、精密加工及超快光谱学等领域对高性能超短脉冲的需求，本文研究了一种高稳定性、自启动的全保偏少周期飞秒光纤激光器。以单壁碳纳米管薄膜作为可饱和吸收体构建了重复频率为100.45 MHz的全保偏掺铒光纤种子源；通过全保偏双向放大结构结合非线性光谱展宽与色散管理技术，进一步经保偏高非线性光纤非线性展宽和色散补偿后，基于自相关测得主脉冲宽度为30.1 fs，获得了仅含约5.8个光学周期的少周期脉冲序列，其放大输出平均功率超过200 mW。稳定性测试表明种子源连续运行10小时的功率均方根波动仅为0.4%，在引入温控与压电陶瓷进行重频锁定后，百秒艾伦方差达9.98 × 10 −14 。该种子源凭借其紧凑的结构和优异的运行稳定性，为后续产生跨倍频程超连续谱及实现高性能频率梳应用奠定了坚实的实验基础。 为了从色散扫描轨迹中恢复脉冲信息，本文采用了一种差分进化算法，生成一个部分相干脉冲序列，并使用传统差分进化算法及其改进版本进行测试。传统差分进化算法和改进差分进化算法的恢复误差分别为7%和1%。改进算法能够更准确地恢复部分相干脉冲序列的色散扫描轨迹。 针对空间引力波探测地面验证中普通实验室环境下高Q值扭摆系统的信号重建问题，提出了一种课程学习驱动的傅里叶特征网络方法（FouCLNet）。现有硬件隔振策略对场地与经费要求严苛，难以在普通地面实验室实施。传统物理信息神经网络在高Q值振荡系统中存在谱偏置、梯度冲突及输出衰减至接近零等固有局限。本文采用对数间距傅里叶特征映射，将频率参数均匀分布于0.003～0.02 Hz区间，以匹配扭摆0.007 Hz固有频率；构建4层全连接网络，设计硬振幅约束损失函数防止微弧度量级信号衰减；通过三阶段课程学习策略渐进引入弱物理约束，将偏微分方程残差权重退火至1×10 −8 量级。以地震噪声激励下的扭摆时序响应为研究对象，以四阶Runge-Kutta积分结果为真值标签，随机抽取80%时间点训练，20%时间点做同分布验证。实验结果显示：训练集相关系数达 0.9988 ，峰值误差小于0.4%满量程，振幅匹配度100%，功率谱密度在0.007 Hz共振峰处与参考解重合；同分布离散验证集相关系数为 0.9958 ，单点推理延迟仅0.524 ms。消融实验结果表明：去除傅里叶特征或硬振幅约束将引起模型性能严重退化；纯数据驱动配置在离散验证集上精度良好，但在连续时段重建中相关系数降至0.511，而完整方法保持0.986，表明弱物理约束对连续时序一致性具有稳定作用。时序外推实验提示，超出训练域后相关系数降至 0.019，出现虚假低频漂移；且对于训练域内未参与训练的连续时段，模型同样失效（ R ≈0.029）。本方法不适用于超出训练时间范围的外推预测，使用时须严格限定于训练域内的插值场景。此方法可为普通实验室环境下的扭摆系统提供训练分布内的高精度插值重建参考，并为开发因果性实时振动抑制算法提供参考。 以LISA、太极计划和天琴计划为代表的空间探测计划面临的核心挑战之一是如何处理测试质量块复杂的噪声背景。引力参考传感器（GRS）的噪声包含布朗噪声、温度场耦合、磁场噪声、静电场噪声、驱动电压不稳定性及难以解释的1/ f 超额噪声等多种物理起源。本文提出一种“物理机理→噪声分类→双向时序建模→自适应剔除”的完整算法链条：基于LISA Pathfinder任务实测数据校准的物理噪声模型将出气效应等最新结果定量嵌入噪声合成管道；卷积神经网络（CNN）与双向长短期记忆网络（BiLSTM）在物理分类引导下互补捕获局部瞬态模式与双向长程依赖（链条第二环）；按物理类别依次执行自适应谱减法实现噪声的逐层物理剥离（链条第三环）。仿真结果表明，在输入信噪比为10.2 dB的条件下，该算法链条对注入信号的恢复保真度达0.97（归一化相关系数），优于传统匹配滤波及纯CNN或纯BiLSTM基线方法。本研究可为空间引力波探测中的噪声建模、数据管道设计提供有价值的参考。 检验质量（TM）在轨存在高能粒子充电效应，从而干扰引力波探测。本文针对天琴计划的电荷管理需求，首先建立静电力模型，确定检验质量的电荷阈值上限为 2×10 −13 C；然后设计基于紫外LED光源的电荷管理系统，并研制工程样机；最后构建基于精密扭摆的地面测试系统，用于评估电荷管理样机性能。实验结果表明：在2V、1 mHz的调制作用下，电荷测量的分辨率优于 2×10 −14 C，电荷控制的分辨率约为 6×10 −14 C，满足空间引力波探测需求。上述研究成果为天琴计划的实施提供了关键技术支持。 空间引力波探测采用激光外差干涉进行百万公里臂长间的测试质量微小位移波动检测，要求干涉系统在毫赫兹频段达到皮米级测量精度。干涉仪中测试质量的转动会通过转动-转动与转动-平动两类误差耦合共同限制系统灵敏度，本文旨在采取先抑制转动-转动耦合，再抑制转动-平动耦合的策略系统研究这两类误差耦合的耦合原理，建立耦合误差模型，并进行耦合误差消减。本文利用激光外差干涉与波前传感技术，搭建了测试质量干涉仪系统，实现了位移与转角的高灵敏度测量和噪声分析。通过实验标定了偏摆镜与探测器之间的坐标变换关系，并将偏摆镜旋转至最小耦合角度以使偏摆镜与探测器之间的坐标系尽量重合，实现了转动-转动耦合的抑制。通过几何关系建立了光学模型及实验对参数进行标定，建立了实时补偿系统，实现了对转动-平动耦合实现动态抑制。经过抑制，转动-转动耦合系数达到了约12.5 mrad/rad；转动-平动的耦合误差在时域消减了约90%，在频域上降低约一个量级，为空间引力波探测干涉仪的多自由度解耦及噪声抑制奠定了理论和实验基础。 为满足空间引力波探测用陶瓷基超稳结构的热形变测试需求，解决该类构件制备完成前测量链路难以验证的工程难题，本文搭建了一套适用于1mHz~0.1 Hz频段的地面真空热形变干涉测量系统。选用几何构型、安装接口及测量光路均与陶瓷基构件等效的 4J32 殷钢样件作为试验件，完成系统综合热膨胀系数标定、长期位移稳定性测试与低频噪声分析。试验将被测结构、光纤测量头、反射镜与温度传感器整体置于真空环境，利用腔体自然降温实现测量链路整体热响应标定；在mK级稳态温控下，采用Welch法获取位移噪声幅值谱密度，对比分析干涉仪本征噪声、热等效噪声与系统综合噪声。实验结果表明：系统综合热膨胀系数与殷钢本征值相对偏差约8.3%，可有效表征测量链路整体热响应；系统在mHz频段的位移噪声幅值谱密度为26.6 nm/ \begin{document}$ \sqrt{{\mathrm{Hz}}} $\end{document} ，长周期测量稳定性较好；干涉仪本征噪声较系统综合噪声低约两个数量级，温度波动转换的热等效位移噪声仅占系统噪声的7.8%~14.1%，二者均远低于系统综合测量噪声，并非系统测量误差的主要来源。该系统与方法完成了全测量链路验证与噪声基准建立，可为后续陶瓷基超稳结构热形变测试提供等效验证基础与可复用技术方案。 针对空间引力波探测中传统静态噪声叠加方法未考虑多物理场与控制系统之间的动态耦合，难以满足高保真度任务仿真需求的问题，本文提出并设计了一套空间引力波探测全链路动态仿真系统，建立了多物理场与控制系统之间的闭环反馈能力。该系统采用动态闭环架构，包含航天器多物理场仿真模块、全链路噪声仿真模块、无拖曳控制仿真模块及数据处理分析模块。其中，物理场状态基于控制作用后的航天器状态计算生成，噪声由物理场状态经全链路噪声模型映射生成。该系统实现了全链路噪声的物理源头追溯与动态仿真。由仿真实验可知，可移动光学组件（MOSA）运动与燃料消耗引起的自引力加速度扰动在观测频段（0.1 mHz~1 Hz）内可达10 −13 m·s −2 · Hz −1/2 量级以上，需通过高精度在轨测量与标定等方法进行补偿或扣除。所构建的系统能够捕捉静态模型忽略的动态耦合效应，为空间引力波探测的任务设计、噪声溯源与灵敏度评估提供高保真度仿真平台。 针对空间引力波探测航天器中检验质量附近磁场无法原位测量、磁场重建精度受磁传感器布置显著影响的问题，研究有限安装约束下的磁传感器构型优化方法，以提升检验质量处磁场重建精度。将磁传感器布置建模为离散组合优化问题，提出基于改进IVY算法的磁传感器构型优化方法（MSC-IVYA）。该方法通过可安装区域离散化、基于默认构型的种群初始化、动态邻域更新以及面向多随机磁模型的累积适应度设计，实现受约束条件下的高效搜索；并以LISA Pathfinder和Taiji-2两种典型空间引力波探测器为对象，结合距离加权法（IDW）、泰勒展开法（TE）和多级展开法（ME）3种重建方法开展仿真评估。在LISA Pathfinder中，默认构型下TM1在IDW、ME和TE下的平均相对误差分别为593.74%、508.04%和516.50%，经MSC-IVYA优化后分别降至390.39%、357.55%和363.89%。在Taiji-2中，MSC-IVYA的性能同样稳定提升，TM1在IDW和ME下的误差由72.14%和77.27%降至32.55%和47.25%，TM2在ME和TE下的误差由97.17%和112.14%降至74.27%和80.76%。磁传感器构型是影响检验质量磁场重建性能的重要设计变量。MSC-IVYA能够在不同任务条件下稳定改善磁场重建精度，尤其适用于磁传感器数量有限、安装区域受限的工程场景，可为空间引力波探测航天器磁诊断系统设计提供方法支撑。 面向空间激光干涉的相位计，当锁相环路发生失锁时，现阶段普遍采用快速傅立叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）测频法重新完成信号捕获。该方法存在测频精度偏低（100 Hz量级）、重锁耗时较长（约7 ms）等技术问题。本文提出一种与FFT协同部署的自动重锁技术。该技术采用瞬时频率值与频率变化率相结合的失锁检测策略，同时选取环路滤波器原始数据与级联积分器梳状（Cascaded Integrator-Comb，CIC）滤波器降采样数据两类数据源完成失锁判断，失锁发生后通过复位操作清除积分误差，并接收频率预测算法输出的预测值。该频率预测算法针对周期信号采用波形生成算法，针对非周期信号采用二阶多项式预测算法，同时结合插值技术生成对应的频率预测值。该自动重锁技术与FFT采用并行部署的方式且形成明确的功能分工，其中：该技术依托信号自身的规律性开展频率预测，负责处理所有规律信号的失锁场景（无论失锁时长）以及短时（<1 s）非规律信号的快速重锁；FFT则负责处理非规律信号以及长时复杂失锁场景下的信号重新捕获，二者形成优势互补的工作模式。实验结果表明，在规律信号失锁的场景下，本研究提出的算法平均重锁时间为32 μs，最大重锁时间为60 μs，相较于FFT方法提升两个数量级，且重锁速度与失锁时长无关联，即在失锁时长达到10 s时仍能保持数十微秒量级的重锁速度，同时在−10~10 dB的信噪比范围内，频率估计误差稳定在10 Hz以下，即使信噪比低至−10 dB时仍可实现稳定锁定。这种与FFT协同部署的架构在保留FFT宽频捕获能力的基础上，显著提升了规律信号场景下的快速重锁能力，为空间引力波探测任务提供了高精度、快响应、强稳定性的相位测量技术支撑。 针对空间引力波探测航天器的星间建链任务，研究了基于多源信息融合的光束精密指向控制问题。结合引力波探测航天器的结构和载荷特性，建立包含移动光学组件运动的全系统状态方程，利用误差四元数将非独立变量描述的非线性测量方程转化为独立变量描述的线性方程，并融合惯性传感器的测量信息进行滤波估计以提高卫星平台的定姿精度。此外，针对超远距离星间激光传输时间和两星之间高速相对运动导致的超前指向问题，推导了随时间变化的超前角解析表达式，并仿真分析了轨道周期内超前角的变化趋势，为星间链路建立与维持过程的超前角伺服补偿提供了理论依据。通过三星系统的闭环仿真验证了所设计的高精度指向估计算法在稳定性和估计精度方面的优越性，结合鲁棒抗扰控制器实现了光束的精密指向，本研究为我国引力波探测计划的顺利实施提供必要的技术支撑。 为提升光电吊舱多通道光轴一致性，解决光轴标校复杂成像条件下靶标中心检测精度不足的问题，提出两种具有针对性的高精度检测方法。针对脉冲激光闪烁及灼痕干扰，提出基于分阶段加权质心法的脉冲激光中心检测方法，实现大光斑粗定位到灼痕精定位的逐级优化；针对红外十字靶标边缘模糊、噪声干扰等问题，提出基于多组霍夫直线筛选与方向约束的交点优化策略，提高弱边缘条件下的中心定位精度。通过对多组激光序列及十字靶标图像进行实验验证，结果显示：脉冲激光中心检测中，分阶段加权质心法的均方根误差为0.237像素，优于最小二乘圆拟合法和传统质心法；霍夫直线筛选法在15幅红外十字靶标图像上的平均误差和最大误差仅为0.499像素和0.974像素。实验结果表明，所提方法可实现亚像素级中心检测，具有良好的稳定性以及较强的工程应用价值。 针对近准直碟片多通放大器在高功率、高能量运行条件下面临的热致光焦度敏感、稳定工作区间受限等问题，本文开展了基于泵浦光强分布调控的热透镜效应抑制研究。首先，基于碟片光焦度实验测量结果，分析碟片光焦度变化与泵浦光强分布之间的关系。在此基础上，提出采用M形泵浦替代传统超高斯泵浦，并建立理论模型，对0~8.13 kW/cm 2 泵浦功率密度范围内两种泵浦方式下的碟片温度分布及光焦度变化规律进行对比分析。仿真结果表明，当M形泵浦中心凹陷区的超高斯阶数为8时，碟片光焦度变化量最小，水平和竖直方向分别为 0.00283 m −1 和− 0.00455 m −1 ；与超高斯阶数为10的传统泵浦相比，两个方向的光焦度变化量分别降低了 0.05171 m −1 和 0.06355 m −1 ，降幅达94.7%和93.3%。M形泵浦能够显著抑制碟片热致光焦度变化，为全泵浦功率密度范围内的模场匹配提供更有利的条件，大幅降低泵浦功率变化引发的光学元件损伤风险。 为了突破目前热光波导光开关开关速度慢、热量易积累、器件功耗高，电光波导光开关传输损耗高，以及现有传统光子集成电路波导光开关器件普遍存在的反馈控制复杂、难以实现大阵列规模应用且工作带宽较窄等问题，以满足未来片上全光交换技术对快响应、低功耗、宽带、低成本、可实现大阵列规模制备应用的光开关器件为需求，开展基于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS)驱动的硅基波导光开关器件研究。基于硅光波导技术和微机电技术交叉融合，设计并制备了一种可实现光信号路由功能的MEMS静电驱动2×2硅基波导光开关（硅光MEMS光开关）。通过电子束光刻配合互补氧化物金属半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)工艺实现硅光波导和MEMS微执行器在硅晶圆上的一体化集成制备。器件在192 μm×192 μm尺寸下实现了2×2光开关功能，开关响应速度达到20 μs及15 μs，光信号上升沿及下降沿时间分别为15 μs和10 μs。在 1550 nm消光比达到35 dB，插入损耗为−0.8 dB，在 1500 nm~ 1600 nm波段消光比超过20 dB，器件在开启状态的保持功耗低于0.5 μW。测试结果表明该硅光MEMS光开关响应速度快、调制功耗低、宽带性能良好，在现有工艺平台下可实现大规模阵列化制备且控制方式简单，在未来片上全光交换领域具有较大的应用价值。 为满足太赫兹器件对多功能偏振调控与动态可调特性的需求，提出了一种基于石墨烯载流子调控的双功能可切换太赫兹手性超表面。通过改变入射波偏振态，并利用外加栅压连续调节石墨烯费米能级，该结构可分别表现出圆二色性(CD)和线二色性(LD)响应，从而实现不同偏振选择性吸收特性之间的切换。仿真结果表明：当石墨烯费米能级为1 eV时，超表面在2.65 THz处对左右旋圆偏振光产生显著选择性吸收，| A CD |幅值达到0.89，在1.97～3.44 THz频段内| A CD |幅值保持在0.6以上；当费米能级降至0.2 eV时，结构在1.91 THz处表现出明显的线二色性响应，| A LD |幅值达到0.75。电场与表面电流分布分析表明，不同偏振态在谐振条件下激发的电共振强度差异是产生偏振选择性吸收的主要原因。此外，该结构对入射角和结构参数变化具有较好的稳定性，在圆/线二色性探测、偏振调控以及太赫兹光学器件等方面具有潜在应用价值。 光场相机在传统相机的CCD探测器前方增设微透镜阵列（Micro-lens Array，MLA），以同时捕获入射光线的空间信息和角度信息，可实现先拍摄、后对焦的数字重聚焦，进而获得物空间中任意深度平面的清晰对焦图像。为了获取三维流场中多个深度平面的速度场分布，本文提出了一种基于逆向光线追迹数字重聚焦的多平面粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry, PIV）。为了实现光线追迹，本文重新推导了光场相机的 F 数匹配关系，计算了光场图像中子图像的渐晕区域和非渐晕区域，并通过逆向光线追迹技术，分别追迹渐晕区域和非渐晕区域发出的主光线，使其依次穿过微透镜阵列、主镜头并映射至三维物理空间，从而获得不同深度平面的粒子的重聚焦图像。随后，利用期望最大化 (Expectation-Maximization，EM)算法对重聚焦图像进行去模糊处理。最后，利用二维互相关技术计算三维流场中多平面的速度场分布。为了验证所提方法的有效性，搭建了淹没水射流实验装置并开展实验。实验结果表明所提出的基于数字重聚焦技术的多平面PIV技术能实现三维流场中多平面速度场的测量。 针对直控式光学膜厚监控系统光源发散以及在探测器响应信号弱的波段会引起厚度控制误差大的问题，本文提出将光信号发射与接收端均放置在真空腔外，从而避免腔室的振动、温度、装配等对光信号的干扰。基于光纤耦合与准直聚焦的光信号调制方案，通过将光源外置并进行集成化设计，结合多模光纤与复合光路系统，利用Zemax软件以监控镜片和光纤接收端面的光斑尺寸及能量密度为目标，优化光信号发射和接收端光学系统元件的参数，提高光信号及电信号的稳定性。改进后光纤接收端辐照强度提升222.7%，信号强度提升156.6%，信噪比提高70.38%。通过制备波长 2400 nm、半高宽40 nm的窄带滤光膜，重复制备三次，中心波长偏移均在1 nm以内，半带宽均为40 nm。从而验证该系统在探测器响应信号弱的波段可实现高精度、高稳定性膜厚监控。 为了实现飞秒激光成丝超连续辐射的光谱参数优化，使用了透镜阵列聚焦双色飞秒激光在熔融石英块中成丝的方法产生超连续辐射，并对超连续辐射光谱功率密度的提高、光谱范围的拓宽、光谱分布特性的调节等方面进行研究。首先，比较了不同波长的飞秒激光输入对成丝超连续辐射光谱范围的影响。接着，以透镜阵列替代单透镜聚焦飞秒激光成丝，通过多丝阵列形成的光谱累积效应提升超连续辐射的光谱功率密度。然后，实验比较了输入激光功率对超连续辐射光谱分布的影响，实现了对超连续辐射高频区域（或低频区域）光谱功率密度的独立控制。最后，对该方法产生的超连续辐射光谱稳定性进行了评价。实验结果表明：该方法可以获得在高频光谱范围增强的超连续辐射，并且在380 nm~950 nm的光谱范围内功率密度均高于0.1 mW/nm。该方式产生的超连续辐射可以灵活优化光谱功率密度、光谱范围和光谱分布的特性，以适应超连续辐射光谱的实际应用需求。 与低阶艾里光束、皮尔斯突变光束相比，圆形燕尾光束已被证实具有更为优异的自聚焦能力与调控灵活性。基于全介质超构表面，利用时域有限差分法（FDTD）研究了携带幂指数相位涡旋的定向圆形燕尾（DCS）光束的生成方法，其中定向相位由光束在 x 和 y 方向的预设发射角共同调制。在此基础上，详细探讨了定向相位与幂指数相位对光束动态传输及轨道角动量（OAM）的影响。结果表明：通过选取不同的发射角，光束的自聚焦位置可沿预设轨迹进行自由调控；幂指数相位会诱导光束在传输过程中出现旋转行为，且同步演化形成阿基米德螺旋结构。更重要的是，与发射角相关的定向相位可等效为螺旋谱的叠加，它能将OAM模式扩展至更宽的多模态，且该情形下的多模态OAM的功率衰减幅度小于非定向情形。这意味着，多模态 OAM 谱在传输过程中的功率衰减可由各模式共同分摊，而非集中于单一模式，为抑制自由空间传输的轨道角动量衰减提供了可能。本文研究结果对微粒导引或捕获、OAM光通信、光成像具有潜在的应用价值。 传统ZnO/GaN异质结紫外光电探测器仍存在界面接触面积有限、载流子输运效率不足以及ZnO本征缺陷影响光电响应的问题，限制了器件性能的进一步提升。本文采用低温水热法在多孔p-GaN/Al 2 O 3 衬底上生长了不同Ga掺杂浓度的Ga+Al共掺杂ZnO纳米棒阵列，并制备了相应的Ga+Al共掺杂ZnO纳米棒/多孔GaN异质结。通过多孔p-GaN增强异质结界面接触与光吸收，并利用Ga+Al共掺杂调控ZnO纳米棒的缺陷状态和载流子输运性能，从而提高器件的自供电紫外探测性能。结果表明：在0 V偏压和365 nm紫外光照下，Ga掺杂浓度为3%时器件表现出最佳的紫外探测性能，其光暗电流比为 8250 、响应度（ R ）为0.158 A/W、比探测率（ D *）为3.15×10 12 Jones、外量子效率（ EQE ）为53.5%。该研究为制备下一代高性能ZnO/GaN基异质结紫外光电探测器提供了一定的理论指导和实验数据。 2026 4期 3期 2期 1期 2025 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2024 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2023 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2022 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2021 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2020 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2019 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2018 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2017 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2016 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2015 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2014 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2013 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2012 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2011 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2010 6期 5期 4期 3期 2期 1期 2009 6期 5期 4期 3期 2期 1期 主办: 中国科学院长春光学精 密机械与物理研究所 《中国光学（中英文）》版面费调整通知 第27届中国国际光电博览会开展首日盛况空前，“光 + AI”激活光电全产业链新动能 AI赋能光电新变革，第27届CIOE中国光博会9月深圳举办聚力全链创新 从被动检测到主动智控，光学测试测量正在重塑制造边界 演讲预告 |韩国工程院院士任成甲教授：气相沉积功能聚合物薄膜及其器件应用 English Template 1 表面等离子体激元的若干新应用 2 太赫兹技术及其应用研究进展 4 超分辨重建技术及其研究进展 5 现代航天光学成像遥感器的应用与发展 7 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