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中国光学（中英文）

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2026年05期

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“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 超快激光加工玻璃材料:机理、应用与展望

“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 超快激光加工玻璃材料:机理、应用与展望

文章编号 2097-1842（2026）05-1035-21 摘要：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
“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 色散扫描技术在超短脉冲表征中的研究进展

“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 色散扫描技术在超短脉冲表征中的研究进展

文章编号 2097-1842（2026）05-1056-18 摘要：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
“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 少周期脉冲双光学选通门电场的精密调控

“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 少周期脉冲双光学选通门电场的精密调控

摘要: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126.4μm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。
“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 一种基于衍射条纹反演计算的线栅分辨率提升方法

“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 一种基于衍射条纹反演计算的线栅分辨率提升方法

文章编号 2097-1842（2026）05-1083-09 摘要：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
“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 自参考光谱干涉方法用于超短激光脉冲表征

“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 自参考光谱干涉方法用于超短激光脉冲表征

文章编号 2097-1842（2026）05-1092-28 摘要：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
“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 基于时空整形的超快激光碳化硅深亚波长纳米刻蚀技术研究

“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 基于时空整形的超快激光碳化硅深亚波长纳米刻蚀技术研究

摘要: 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。
“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 单壁碳纳米管锁模的高稳定性全保偏少周期飞秒光纤激光器

“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 单壁碳纳米管锁模的高稳定性全保偏少周期飞秒光纤激光器

摘要: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。
“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 部分相干超短脉冲的色散扫描表征：基于差分进化算法的分析

“少周期飞秒激光技术及其应用”专栏 | 部分相干超短脉冲的色散扫描表征：基于差分进化算法的分析

文章编号 2097-1842（2026）05-1138-12 * Corresponding author， E-mail： yangpeilong@nbu.edu.cn; meichao@nbu.edu.cn Abstract： To retrieve the pulse information from the dispersion-scan （d-scan） trace， a diffe
“空间引力波探测”专栏 | 扭摆地面振动响应的傅里叶特征网络重建

“空间引力波探测”专栏 | 扭摆地面振动响应的傅里叶特征网络重建

摘要: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。
“空间引力波探测”专栏 | 引力参考传感器耦合噪声的 CNN-BiLSTM 逐层自适应剥离

“空间引力波探测”专栏 | 引力参考传感器耦合噪声的 CNN-BiLSTM 逐层自适应剥离

文章编号 2097-1842（2026）05-1166-14 （1. 国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院，浙江杭州 310024; 摘要：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
“空间引力波探测”专栏 | 天琴电荷管理系统研制与测试

“空间引力波探测”专栏 | 天琴电荷管理系统研制与测试

摘要: 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”专栏 | 基于激光外差干涉的测试质量干涉仪转动耦合研究

“空间引力波探测”专栏 | 基于激光外差干涉的测试质量干涉仪转动耦合研究

摘要: 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。
“空间引力波探测”专栏 | 引力波探测航天器超稳结构支撑框热形变干涉测量

“空间引力波探测”专栏 | 引力波探测航天器超稳结构支撑框热形变干涉测量

文章编号 2097-1842（2026）05-1203-10 摘要：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
“空间引力波探测”专栏 | 空间引力波探测全链路动态仿真系统设计与实现

“空间引力波探测”专栏 | 空间引力波探测全链路动态仿真系统设计与实现

文章编号 2097-1842（2026）05-1213-13 摘要：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，
“空间引力波探测”专栏 | 引力波探测航天器磁传感器构型优化

“空间引力波探测”专栏 | 引力波探测航天器磁传感器构型优化

摘要: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。
“空间引力波探测”专栏 | 面向空间激光干涉的相位计自动重锁技术设计与实验验证

“空间引力波探测”专栏 | 面向空间激光干涉的相位计自动重锁技术设计与实验验证

文章编号 2097-1842（2026）05-1243-11 （1. 国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院，浙江杭州 310024; 摘要：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。
“空间引力波探测”专栏 | 基于全局非奇异姿态估计的星间光束精密指向控制

“空间引力波探测”专栏 | 基于全局非奇异姿态估计的星间光束精密指向控制

文章编号 2097-1842（2026）05-1254-17 3. University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China） * Corresponding author， E-mail： fanyd@microsate.com Abstract： Focusing on inter-spacecraft laser
原创文章 | 多光轴标校中脉冲激光与十字靶标中心检测方法

原创文章 | 多光轴标校中脉冲激光与十字靶标中心检测方法

摘要: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。
原创文章 | 基于 M 形泵浦调控的碟片晶体近零热光焦度技术

原创文章 | 基于 M 形泵浦调控的碟片晶体近零热光焦度技术

文章编号 2097-1842（2026）05-1281-12 摘要：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/cm²泵浦功率密度
原创文章 | MEMS 静电驱动的 2×2 硅基波导光开关

原创文章 | MEMS 静电驱动的 2×2 硅基波导光开关

文章编号 2097-1842（2026）05-1293-09 摘要：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-E
原创文章 | 基于石墨烯的双功能可切换太赫兹手性超表面

原创文章 | 基于石墨烯的双功能可切换太赫兹手性超表面

文章编号 2097-1842（2026）05-1302-11 摘要：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
原创文章 | 基于数字重聚焦技术的多平面粒子图像测速技术

原创文章 | 基于数字重聚焦技术的多平面粒子图像测速技术

摘要: 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。
原创文章 | 光学膜厚直控系统光路优化设计与信号增强技术研究

原创文章 | 光学膜厚直控系统光路优化设计与信号增强技术研究

摘要: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2400nm、半高宽40nm的窄带滤光膜,重复制备三次,中心波长偏移均在1nm以内,半带宽均为40nm。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。
原创文章 | 飞秒激光多丝阵列在熔融石英中生成覆盖紫外至红外波段的超连续高光谱功率密度

原创文章 | 飞秒激光多丝阵列在熔融石英中生成覆盖紫外至红外波段的超连续高光谱功率密度

* Corresponding author， E-mail： wangjianji@jluct.edu.cn Abstract： Supercontinuum （SC） generated from femtosecond laser filamentation has found extensive applications due to its broadband spectral pro
原创文章 | 超构表面生成携带幂指数相位涡旋的定向圆形燕尾光束

原创文章 | 超构表面生成携带幂指数相位涡旋的定向圆形燕尾光束

3. School of Mechanical and Electrical Engineering， Xi'an Polytechnic University， Xi'an 710048， China） * Corresponding author， E-mail： ck@cuit.edu.cn Abstract： The circular swallowtail beams have re
原创文章 | ZnO 纳米棒/多孔 GaN 异质结的制备及紫外探测性能研究

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文章编号 2097-1842（2026）05-1359-15 2. Institute of Atomic and Molecular Science， Shanxi University of Science and Technology， Xi'an 710021， China; 3. Shanxi Dingxin Crystal Materials Co.， Ltd， Taiyuan 0

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