1 东北林业大学计算机与控制工程学院,黑龙江 哈尔滨 150000
2 东北林业大学机电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150000
光谱共焦显微技术结合了共焦显微镜的高空间分辨率和光谱分析的高波长分辨率,凭借精度高、适用性强、无损检测等特性,广泛应用于工业生产、生物医疗和半导体芯片等领域。首先介绍点光谱共焦系统的原理,指出点光谱共焦检测效率低的缺点。其次,针对光谱共焦显微技术的关键性能指标改善,阐述了在光源、色散物镜和光谱信号检测等方面所取得的主要成果,并对各类光源进行定性对比。随后展示光谱共焦显微技术的扫描方法,梳理了相关研究进展,并总结了相关方法的优点和缺点。最后,展望光谱共焦显微技术未来的发展趋势。
光谱共焦显微技术 精密测量 宽光谱光源 色散物镜 扫描成像 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618024
1 南京大学现代工程与应用科学学院,江苏 南京 210023
2 智能光传感与调控技术教育部重点实验室,江苏 南京 210023
3 人工微结构科学与技术协同创新中心,江苏 南京 210023
4 南京大学固体微结构物理国家重点实验室,江苏 南京 210023
量子精密测量作为当代量子力学的主要应用方面之一,近些年来一直是量子科技的重要研究和发展方向。量子精密测量的主要研究目标是针对物理系统中的未知参数,利用量子资源进行量子增强测量,以提升参数测量精度。与其他物理系统相比,光子系统具有相干时间长、不易受到环境干扰等优越性,因而常被用作量子信息处理的载体。以光子为基础的传感器提升传感精度是光量子精密测量的主要任务。介绍了量子精密测量的一般性原理,给出参数估计的量子极限精度下界。同时,介绍了目前光量子精密测量的理论与实验研究进展以及相应的挑战。
量子光学 量子精密测量 参数估计 海森堡极限 传感
刘清权 1,3关学昱 1,3,4崔恒毅 1,3,4王少伟 1,3,4,*陆卫 1,2,3,4,**
1 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室,上海 200083
2 上海科技大学物质科学与技术学院,上海 201210
3 上海节能镀膜玻璃工程技术研究中心,上海 200083
4 中国科学院大学,北京 100049
法布里-珀罗(F-P)微腔作为基础的光学谐振器,因其结构设计方法成熟、品质因子高等特性,在近现代光学领域中具有举足轻重的地位。近年来,随着微纳加工技术的不断成熟,F-P微腔进入了一个新的发展阶段,其结构展现出集成化、多样化、功能定制化的特点,其应用领域也得到进一步拓展。本文总结了近20年来F-P微腔在光场调控领域的研究进展,重点介绍了基于F-P微腔的分光结构及光谱探测应用、F-P微腔中光子与低维材料相互作用的研究,以及F-P微腔在参数精密测量、生物检测、多维光场调控等方面的潜在应用,并对未来F-P微腔的发展及新的应用前景进行了展望。
光学器件 法布里-珀罗微腔 微型光谱仪 低维材料 精密测量 光场调控 耦合 光学学报
2023, 43(16): 1623009
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
悬浮光力传感技术利用真空环境的光阱实现对微纳尺度机械振子的悬浮和囚禁,将待测物理量转换为光悬浮机械振子运动参数的变化,理论上该振子与外部环境热噪声和振动完全隔绝,具有极高的测量分辨率潜力和易于小型化的独特优势。该技术在精密测量、微观热力学研究、暗物质观测、宏观量子态操控等领域具有广阔的应用前景。首先,阐述了悬浮光力系统中光力与光阱的基础概念和力学测量等基本理论;其次,介绍了其中初始起支、光力增强、位移测量、输出信号标定和等效反馈冷却等关键技术的研究进展,对比分析各子技术的特点,随后列举了悬浮光力传感技术在极弱力、加速度、微观质量、电学量、力矩等物理量测量中的典型应用;最后,总结了该技术的发展趋势,并提出相关建议。
悬浮光力学 量子传感 光阱 精密测量 levitated optomechanics quantum sensing optical tweezers precision measurements 红外与激光工程
2023, 52(6): 20230193
光学 精密工程
2023, 31(11): 1593
哈尔滨理工大学黑龙江省量子调控重点实验室大珩协同创新中心,黑龙江 哈尔滨 150080
矢量光场独特的空间模式及偏振分布使其成为目前研究的热点问题,模间相位的变化直接影响矢量光场的偏振分布,使其在测量及传感领域具有巨大的应用潜力。提出并实验论证了一种由矢量光场注入的单频激光干涉仪技术:首先将臂间微小位移映射为矢量传感光场的模间相位变化,然后通过空间偏振层析实时监测、解算光场矢量模态,进而可在任意相位变化区间(含相位不敏感区域)实现标准量子或海森堡(注入N00N态时)极限的相位测量精度。
矢量光束 空间斯托克斯层析 相位精密测量 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106023
1 华东师范大学物理与电子科学学院精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海 200062
2 中国科学院超强激光科学卓越创新中心,上海 201800
3 山西大学极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
4 南京大学固体微结构国家实验室,江苏 南京 210093
5 华东师范大学重庆研究所重庆精密光学重点实验室,重庆 401120
高精度的干涉仪在精密测量领域有着非常重要的作用。相位估计的不确定度通常用来判定一个干涉仪测量的精密程度,相位估计的不确定度越小意味着相位灵敏度越高。在理论上提出了由光学参量放大器和线性光学分束器(BS)组成的非线性干涉仪。基于热原子系综四波混频(FWM)过程的光学参量放大器用来实现干涉仪中光束的合成与分离。BS作为反馈控制器,通过控制器件的反射率,来控制FWM过程的出射光返回到入射光端口的比例。与传统干涉仪的相位灵敏度相比,通过理论计算证明了基于光学参量放大器反馈的非线性干涉仪相位灵敏度更高。本研究结果在量子精密测量领域有着潜在的研究价值。
量子精密测量 非线性干涉仪 光学参量放大器 四波混频 反馈控制 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106021
复旦大学上海超精密光学制造工程技术研究中心,信息科学与工程学院,上海 200438
光学自由曲面是现代精密光学领域的重大变革,因其优异的光学、力学性能而有望进一步推进光学系统实现微型化、轻量化、集成化。随着光学自由曲面的面形复杂度不断提升,光学自由曲面的检测技术已成为制约其制造水平的关键因素。回顾了近年来光学自由曲面测量与误差评估的关键技术,包括点线式扫描、全口径光学测量方法以及面形误差评估方法,结合各种技术的优缺点,展望了该领域未来发展的新趋势,并介绍了一种结合多传感器实现共体自由曲面的测量及误差评估的新方法。
光学设计 光学自由曲面 精密测量 面形测量 误差评估 误差参数
1 国家自然科学基金委员会工程与材料科学学部,北京 100083
2 华中科技大学机械科学与工程学院,湖北 武汉 430074
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300392
4 太原科技大学机械工程学院,山西 太原 030024
机械测试理论与技术是获取机械物理信息的主要途径,是推动工业生产和制造技术进步的“倍增器”。随着我国从“资本密集型、劳动密集型”产业逐步向“知识密集型”产业升级,以集成电路、航空航天、高速轨道交通、新能源汽车为代表的战略性新兴产业与高技术制造业正成为未来十年我国制造业升级的重点领域。如何完整而精确地获取高性能装备运行过程中的服役状态以及如何实时而全面地获取产品制造过程中的形性参数,是保证制造装备与制造过程实现“高性能”、“高效率”的关键所在。开展了科学基金资助情况统计和文献分析,从精密测量、纳米测量与量子测量3个维度综合分析了本领域的代表性进展、研究热点与发展趋势,总结了面向高性能制造的机械测试重要理论、核心方法与关键技术进展,探讨了所面临的关键挑战,凝练了未来5~10年的重大科学问题。
机械测试理论与技术 先进制造 精密测量 纳米测量 量子测量 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312002