PhotoniX 论文集锦：光学设计、加工与检测专题

NO.1 

Biomimetic sapphire windows enabled by inside-out femtosecond laser deep-scribing

 飞秒激光深加工制备仿生蓝宝石增透窗口

作者

刘学青，张永来*，李乾坤，郑家鑫，卢轶明，Saulius Juodkazis，陈岐岱*，孙洪波*

单位

吉林大学，清华大学

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PhotoniX3, 1 (2022). https://doi.org/10.1186/s43074-022-00047-3

概述

硬脆材料仿生微纳结构在微光学、微流体、超浸润功能表面等领域具有重要的应用。如何实现硬脆材料仿生微纳结构，特别是高深宽比微纳结构的高精度可控制备是长期存在的难题。2022年1月21日，吉林大学张永来教授、陈岐岱教授、以及清华大学孙洪波教授团队在 PhotoniX 在线发表论文“Biomimetic sapphire windows enabled by inside-out femtosecond laser deep-scribing”。合作单位还包括澳大利亚的斯威本科技大学。文中提出了一种结合化学腐蚀的飞秒激光深加工技术，通过引入牺牲层保护策略，解决了由内而外飞秒激光深加工过程中表面损伤与内部损伤的竞争问题，为硬脆材料表面高深宽比仿生微纳结构的制备提供了新思路。作为验证，文中设计并基于该技术研制了仿蛾眼蓝宝石红外增透窗口，实现了中红外宽波段透过率的显著提升。研究表明本文提出的牺牲层辅助的飞秒激光深加工技术是一种有效的、通用的技术，为制备硬脆材料特种微纳光学器件提供了广阔的前景。 

NO.2

Detection of surface defects and subsurface defects of polished optics with multisensor image fusion

光致发光分类检测表面及亚表面缺陷

作者

 孙焕宇，王狮凌，胡晓波，刘红婕，周晓燕，黄进，程邢磊，孙枫，刘钰波，刘东*

单位

浙江大学，中物院激光聚变研究中心

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PhotoniX3, 6 (2022). https://doi.org/10.1186/s43074-022-00051-7

概述

表面缺陷与亚表面缺陷是降低光学元件激光损伤阈值的重要因素，同时也会影响光学系统的成像质量与机械稳定性。精密光学系统需要严格控制表面及亚表面缺陷，但由于亚表面缺陷难以探测且其与表面缺陷存在空间层叠，导致对两者进行精确检测和区分成为一项重大挑战。2022年3月，浙江大学刘东教授团队在PhotoniX 期刊发表论文“Detection of surface defects and subsurface defects of polished optics with multisensor image fusion”，合作者为中物院激光聚变研究中心。文中提出一种基于多传感器的图像融合方法，可实现抛光元件表面缺陷与亚表面缺陷的无损检测。在激光均匀照射下，缺陷部位产生散射和荧光信号，并由显微系统中两个图像传感器分别接收。基于图像配准和特征级融合算法，成功从散射和荧光图像中识别并提取出不同种类的缺陷。研究成果为光学元件超精密加工、激光损伤阈值评估与控制等应用提供了更具针对性的参考。

NO.3

Laser fabrication of modular superhydrophobic chips for reconfigurable assembly and self-propelled droplet manipulation

激光加工可重构的自驱动液滴微流控芯片

作者

王欢，张永来*，韩冬冬，王伟，孙洪波*

单位

吉林大学，清华大学

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PhotoniX2, 17 (2021). https://doi.org/10.1186/s43074-021-00033-1

概述

自然界中超浸润表面和液体输运行为为研发新型微流控器件提供了灵感，从灵感到实际应用还需要先进技术推动，如果想达到微流控芯片应用的水平，还需要实现液滴的精细化操控，这富有挑战。2021年8月11日，吉林大学张永来教授、清华大学孙洪波教授团队在 PhotoniX 在线发表论文“Laser fabrication of modular superhydrophobic chips for reconfigurable assembly and self-propelled droplet manipulation”。文中设计了一款可重构超疏水自驱动的模块液滴芯片，为研制超浸润微流控芯片提供了新思路。这款模块液滴芯片由激光雕刻一系列疏水聚合物模块组成，以重力为驱动力，实现液滴的传输、劈裂、融合、跳跃等操作，并且不会引起液滴的质量损失。此外，因为具备良好的超疏水性，模块液滴芯片能够有效地降低交叉污染风险。经过验证，模块液滴芯片可为光学检测、生物标记、化学合成等领域提供便携式实验平台，有望成为下一代微流控芯片。

NO.4

Frequency-swept feedback interferometry for noncooperative-target ranging with a stand-off distance of several hundred meters

超高灵敏度激光回馈测距方法

作者

王一帆，徐欣，代宗仁，花子誉，林晨啸，侯玉斌，张倩，王璞，谈宜东*

单位

清华大学，北京工业大学

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PhotoniX3, 21 (2022). https://doi.org/10.1186/s43074-022-00067-z

概述

基于扫频干涉原理的激光雷达是一种实现绝对距离测量的仪器，因其具有高精度、抗环境光干扰等优点而备受青睐，目前已应用于场景建模、精密制造、大型设备装配等领域。然而，现有的扫频干涉测距系统对回光强度要求较高，如何以低探针光功率实现对远距离目标的精密测量仍是亟待解决的问题。近日，清华大学谈宜东副教授团队联合北京工业大学王璞教授团队，将激光回馈技术与扫频干涉原理相结合，提出了基于扫频干涉回馈的测距方法（FSFI）。该方法利用激光回馈技术对回光信号自发增益的特性，提升了系统的回波灵敏度，实现了亚毫瓦级探针光功率下，对百米级靶距非合作目标的绝对距离测量。研究工作于2022年9月以Frequency-swept feedback interferometry for noncooperative-target ranging with a stand-off distance of several hundred meters 为题发表于 PhotoniX 上。

NO.5 

Conceptual design of the optical system of the 6.5m wide field multiplexed survey telescope with excellent image quality

基于宽视场光谱巡天望远镜（MUST）的光学系统概念设计

作者

张艺凡*，姜海娇*，Stephen Shectman，杨德华，蔡峥*，施勇，黄崧，鹿璐，郑亚旻，康少男，毛淑德，黄磊*

单位

清华大学MUST项目团队，清华大学天文技术中心，清华大学精密仪器系，清华大学天文系，华盛顿卡内基研究所卡耐基天文台，南京大学天文与空间科学学院，南京大学现代天文学和天体物理学重点实验室

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PhotoniX4, 14 (2023). https://doi.org/10.1186/s43074-023-00094-4

概述

在过去的几十年间，各种宽视场高质量光谱巡天望远镜已经建成或处于设计阶段，用于高效率银河系或系外巡天，例如斯隆数字巡天（SDSS）、暗能量光谱仪（DESI）和郭守敬望远镜（LAMOST）。基于对大型宽视场多目标光谱巡天望远镜的急切需求，清华大学也提出了6.5m宽视场巡天望远镜（Multiplexed survey telescope，MUST），并将建设在中国青海省冷湖观测站。目前，清华大学毛淑德、黄磊、蔡峥等教授共同领导的MUST技术团队联合国际国内专家，共同完成了MUST光学系统的概念设计。望远镜采用了里奇-克莱琴望远镜结构，结合五片透镜组成的改正镜组，将实现高质量光谱信息探测。初步设计方案以“Conceptual Design of the Optical System of the 6.5m Wide Field MUltiplexed Survey Telescope with Excellent Image Quality”为题于2023年5月发表在 PhotoniX 上。

NO.6 

Single?color peripheral photoinhibition lithography of nanophotonic structures

基于单色边缘抑制的快速超分辨直写光刻技术

作者

何敏菲，张智敏，曹春，邱毅伟，沈小明，周国尊，蔡子信，孙昕婕，何欣，徐良，刘锡，丁晨良，曹耀宇，匡翠方*，刘旭*

单位

浙江大学

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PhotoniX3, 25 (2022). https://doi.org/10.1186/s43074-022-00072-2

概述

近来，浙江大学刘旭教授和匡翠方教授团队研究人员提出了基于单色边缘抑制的快速超分辨直写光刻技术，以提高激光直写的分辨率，同时可以避免传统多色边缘抑制直写光刻的色差问题。此外，研究人员将这项光刻技术应用到二维超表面和三维光子晶体的制造上，展现了该技术在微纳光子器件制造的巨大潜力。相关工作以“Single?color peripheral photoinhibition lithography of nanophotonic structures”为题于2022年10月25日发表在 PhotoniX 上。