1 沈阳建筑大学 机械工程学院，辽宁沈阳068
2 中国科学院 沈阳自动化研究所 机器人学国家重点实验室，辽宁沈阳110016
3 中国科学院 机器人与智能制造创新研究院，辽宁沈阳110169
为解决原子力显微镜（Atomic Force Microscope， AFM）系统更换探针后光路调整复杂耗时、精度不足的问题，本文首次提出通过精密控制探针与探针夹装配位置来实现更换的探针相对AFM系统原光路位置的一致，进而实现免去AFM系统换针后调整光路步骤。该系统的光路一致性组件采用光束偏转法对探针位置与偏转进行放大与监测，并使用高精度位移与角度调节平台进行探针相对于探针夹的方位调整。通过实物搭建对探针一致性效果进行了验证，并对紫外光（Ultraviolet， UV）胶水固化过程导致探针位置偏移影响；探针不同偏移量时产生的探测器噪音对AFM系统成像质量影响进行了系统分析。实验结果表明：经由该系统装配的探针平均位置精度接近1.1 µm；并且在AFM系统中更换一致性探针仅需8 s。该系统实现了高精度且质量稳定的探针一致性装配，极大地简化了AFM系统重新校准光路的操作步骤，其与自动换针装置配合可有效提升工业计量型AFM的操作与测量性能。
原子力显微镜 探针装配 光束偏转法 微米级位移调节 Atomic Force Microscopy（AFM) probe assembly beam deflection method micron-level displacement adjustment
水下邻域声场的高精度重建对研究分析邻域声场结构特点和提升水声传感性能有重要意义。在激光束宽度远小于声波波长的条件下，激光束穿过声场的偏转效应既携带了声场声压信息，也携带了梯度信息，这为直接引入Kirchhoff积分定理进行声场重建计算提供了数据传感基础。在此基础上，利用激光传感声场的稠密性，引入虚拟扩展声场孔径的计算方法，进一步接近了Kirchhoff积分定理对无穷大积分区间的理论要求。在水下邻域空间，对提出的声场重建思路和方法进行了验证。实验结果表明，与直接进行声全息的方法相比，所提声场重建方法的峰值信噪比提高了约5.5 dB，为高精度邻域声场传感器的开发提供了可行新思路。
激光偏转 光学声场重建 声全息 边界延拓 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0501003
张静 1,2温俊鹏 1,2朱喆 1,2韦小明 1,2,3,4,*杨中民 1,2,3,4,5
1 华南理工大学物理与光电学院，广东 广州 510640
2 华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室，广东 广州 510640
3 华南理工大学广东省特种光纤材料与器件工程技术研究开发中心，广东 广州 510640
4 华南理工大学广东省光纤激光材料及应用技术重点实验室，广东 广州 510640
5 华南师范大学未来技术研究院，广东 广州 510006
双光子激发显微镜是研究脑神经元活动的重要工具。基于传统机械式逐点激光扫描技术的双光子激发显微镜成像速度较慢，无法进行脑神经元活动的实时观察研究。此外，高速双光子激发显微成像需要配置高重复频率飞秒激光，以保证在较短的像素停留时间内获得较高的信息强度。本文提出了基于声光偏转的并行GHz超快激光扫描技术，通过设计射频编码方案，在920 nm波段搭建了高速GHz超快激光扫描系统。通过调整时间和空间重合，最终在15~31 MHz频率范围内获得了33个可分辨的并行GHz超快激光扫描光束，为实现高速双光子激发显微成像提供了技术支撑。
双光子显微成像 声光偏转 高速激光扫描 飞秒激光 光学学报
2023, 43(23): 2318001
红外与激光工程
2023, 52(10): 20230004
1 合肥工业大学特种显示与成像技术安徽省技术创新中心，特种显示技术国家工程实验室，光电技术研究院，安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
传统具有单片换能器结构的声光偏转器存在布拉格带宽与衍射效率的权衡关系。为了增加布拉格带宽而又不降低衍射效率，提出一种基于双片锯齿电极的换能器结构的声光偏转器。首先采用双片换能器结构实现超声跟踪，使超声波方向能随频率改变，提高布拉格带宽。在此基础上应用锯齿形电极增大超声波的发散程度，进一步提高布拉格带宽。仿真结果表明，电极的锯齿边缘使声波波动性增大，即增大了超声波的发散程度。实验结果表明，在相同实验条件下，具有双片锯齿电极换能器结构的声光偏转器的3 dB带宽比单片矩形电极换能器结构的声光偏转器高。
声光偏转器 超声跟踪 锯齿电极 布拉格带宽 衍射效率 光学学报
2023, 43(20): 2023002
火箭军工程大学兵器发射理论与技术国家重点学科实验室，陕西 西安 710025
在基于保偏光纤的非通视方位传递系统中，针对经保偏光纤传输后出射光束直径太小的问题，可以引入扩束系统进行解决。透镜对偏振传输影响的研究是引入扩束系统的关键，但相关研究主要集中在对入射光不同偏振态单一因素的讨论。因此，以伽利略扩束系统为例，详细分析了透镜中偏振传输的过程，推导了含透镜参数的偏转角公式，仿真了透镜参数对偏转角的影响，最后验证了理论与实验结果的一致性。结果表明：透镜参数对偏振传输的影响使偏振方位角发生偏转，其中曲率半径与偏转角成反比关系；中心厚度与偏转角成线性关系；折射率和光斑半径与偏转角均成平方关系。该研究结果对在基于保偏光纤的非通视方位传递系统中引入扩束系统具有一定的指导意义。
线偏振光 透镜 扩束系统 方位传递 偏转角 光学学报
2023, 43(20): 2006005
南方科技大学 电子与电气工程系，广东 深圳 518055
本文在带有锯齿型ITO电极的基底上制备垂直排列（Vertical Aligned，VA）的液晶器件，将激光耦合在液晶层中，调制ITO电极的电压，出射激光实现了偏转并且偏转角随电压的增加而增大直至饱和。在两个顶角为20°的锯齿电极下，激光光斑偏转了约4°。用于液晶驱动的电压为交流电信号，通过调整最低驱动电压即偏置电压，使得液晶分子从一定的起始角度开始转动，同时也是在其可快速旋转的区间内进行驱动，从而提高液晶分子的响应速度。在此策略的指导下，通过在液晶分子转动时对其偏振态的表征，来确定液晶分子的状态与驱动速度。在平衡好折射率与驱动速度的前提下，对比了不同偏置电压下液晶层分子整体的响应速度。在有一定偏置电压的情况下，液晶层驱动的响应时间从55 ms下降至2.5 ms，而断电后的弛豫时间从18 ms下降至8.5 ms。这为后续采用这种液晶层方案的激光偏转器件获得更快速的扫描频率和扫描角度提供了新的方案。
激光偏转 液晶器件 液晶分子驱动 laser deflection liquid crystal device liquid crystal molecular drive
1 山西大学 光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
由于TeO2声光偏转器（Acousto-optic deflector, AOD）具有超快的扫描速度、较宽的布拉格带宽以及大范围的偏转角度等优点，可以及时地改变光镊的位置，因此是获得无缺陷原子阵列的重要工具，在量子计算与模拟中具有重要的作用。但是，当声光偏转器输入含有多频率成分的信号时，会出现频率之间相互调制，导致衍射效率降低，出现不需要的衍射光且得到的衍射光强度分布不均匀等问题。基于此，对多个频率之间的相互调制过程进行了分析，通过对模型的计算分析得到了抑制频率互调的相位条件，并通过实验进行验证，再进行强度优化后得到强度分布相对均匀的光镊阵列。之后对互调过程进行仿真模拟，仿真结果显示与实验测量结果基本符合。对光镊阵列的参数测试显示，聚焦光镊的腰斑为1.5 μm，现有实验光路可获得间距3 μm的22×22的光镊阵列，满足中性原子阵列的实验需求。
红外与激光工程
2023, 52(7): 20230128
1 福州大学 物理与信息工程学院 平板显示技术国家地方联合工程实验室，福建 福州 350108
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室（闽都创新实验室），福建 福州 350108）
增强现实（AR）近眼显示光学引擎是新型显示光学设计领域的研究热点之一，它将虚拟图像投射到现实物理环境中进行显示，在空间上增强、融合和补充了物理世界。AR 近眼显示光学引擎在光学系统集成化和微型化方面有较高要求，眼镜形态的AR近眼显示光学设备是未来必然发展趋势。光学超表面是一种由亚波长单元结构在二维平面上周期排布而成的人工结构阵列，通过单元结构和电磁波的相互作用实现对光场中振幅、相位和偏振的任意调控，同时具有体积小、效率高、结构紧凑等特点，在近眼显示应用中具有很大潜力。文中在AR光学引擎设计中引入一种传输相位型超表面光波导耦出结构，该超表面单元引入了突变相位，通过对超表面的等相位面调控改变光经过波导耦出的角度，使出射光效率最高达到77%，并实现20°视场角，为AR光波导结构设计提供一种可行方案，有望为下一代人机交互显示平台提供解决方案。
近眼显示 光波导 超表面 传输相位 增强现实 光束偏转 near-eye display optical waveguide metasurface transmission phase augmented reality beam deflection 红外与激光工程
2023, 52(7): 20230342
