【光学前沿】可编程集成光子学：开启自由空间结构光的新时代
2024年8月23日，一项关于用可编程集成光子学产生自由空间结构光的研究成果引起了广泛关注。
结构光在现代众多应用中占据着至关重要的地位，从先进的成像技术到量子通信领域，其作用不可小觑。而可重构集成光子学的出现，为光束整形开辟了全新的途径。与传统方法相比，它具有显著的优势，如超快的速度、更小的占地面积、卓越的鲁棒性以及高效的转换效率。
该技术基于集成光子学的结构光生成系统，其工作原理精妙而复杂。首先，通过计算机计算并存储控制参数，将激光源的相干光耦合到单个注入波导。接着，在波导网中巧妙地操纵光的分布，最终通过外耦合器阵列在远场形成所需的场分布。其中，输出模式的发射器底层光子架构基于15个可重构马赫曾德干涉仪的网格。光在这里被转换为16个复值片上场，而4×4的方形发射器阵列则作为自由空间输出接口。通过精确的计算重叠积分，可以确定产生所需远场分布的片上场振幅。
为了确保光子网格的精准校准和有效控制，研究人员采用了先进的校准策略。将已知输入光束发送到光栅耦合器阵列进行校准，通过多参数拟合来表征电路中相关组件，从而获得芯片生成任意输出分布所需的设置。在自由空间光场方面，利用理论傅里叶光学计算单个发射器的远场，进而计算相干发射器阵列的总远场。生成图案的阵列状属性由基本发射器的间距、数量和单个角发射光谱共同决定。
实验装置的设计也十分严谨。实验光学装置包括将自由空间激光束聚焦到光子芯片的输入光栅耦合器，输出光由显微镜物镜收集和自准直仪自准，通过成像到相机评估结构光的角谱。
通过该技术，研究人员成功配置光子处理器产生了包括高阶束阵列和模态叠加的各种自由空间图案，如不同阶数的厄米-高斯光束和拉盖尔-高斯光束阵列、光束叠加等。尽管在实际应用中可能存在微小偏差，但这可能是由校准或制造差异造成的，随着技术的不断进步，这些问题有望得到进一步解决。
可编程集成光子学在产生自由空间结构光方面有着巨大的潜力。预计发射器总数将不断增加，从而能够产生更加复杂的光分布；新型集成光学元件和构建块将持续涌现；工作波长有望在可见光谱范围内拓展；输出场切换速度也可进一步改善，甚至可以实现完全集成的系统。
可编程集成光子学为自由空间结构光的产生带来了革命性的变化，它将在科学研究和实际应用中发挥越来越重要的作用，开启一个充满无限可能的新时代。
-
麻省理工学院突破光学原子钟小型化瓶颈：集成螺旋腔激光器实现芯片级原子询问
美国麻省理工学院林肯实验室WilliamLoh与RobertMcConnell团队在《NaturePhotonics》（2025年19卷3期）发表重大研究成果，成功实现基于集成超高品质因子螺旋腔激光器的光学原子钟原子询问，为光学原子钟走出实验室、实现真正便携化铺平了道路。这一突破标志着光学原子钟向全集成、可大规模制造的先进时钟系统迈出关键一步，有望彻底改变导航、大地测量和基础物理研究等领域的时间测量技术格局。
2026-04-08
-
手机长焦增距镜无焦光学系统MTF测试的空间频率换算研究
在手机成像技术向高倍长焦方向快速发展的背景下，手机长焦增距镜作为提升手机长焦拍摄能力的核心无焦光学器件，其成像质量的精准评价成为光学检测领域的重要课题。光学传递函数（MTF）是衡量光学系统成像质量的核心指标，而手机长焦增距镜属于望远镜类无焦光学系统，其MTF测试采用的角频率单位与常规无限-有限共轭光学系统的线频率单位存在本质差异。为实现两类单位的精准转换、保证MTF测试结果的有效性与实际应用价值，本文从无焦光学系统特性与测量工具出发，明确空间频率不同单位的核心属性，结合实际案例完成换算推导，梳理换算关键要点，为手机长焦增距镜的MTF检测及光学性能评价提供严谨的技术参考。
2026-04-08
-
非线性光学晶体：现代激光技术的核心功能材料
非线性光学晶体作为实现激光频率转换、光束调控及光场非线性效应的关键功能材料，突破了传统激光器件输出波长受限的技术瓶颈，是支撑紫外/深紫外激光、中红外激光、超快激光及量子光源等先进激光系统发展的核心基础部件。本文系统阐述非线性光学效应的物理机制、主流非线性光学晶体的材料特性与相位匹配技术，梳理其在科研探测、精密制造、生物医疗、光通信及国防安全等领域的典型应用，并展望该类材料未来的发展方向，为相关领域技术研究与工程应用提供参考。
2026-04-08
-
波前像差、点扩散函数（PSF）与调制传递函数（MTF）的关联解析
在光学成像领域，波前像差（WavefrontAberration）、点扩散函数（PointSpreadFunction,PSF）与调制传递函数（ModulationTransferFunction,MTF）是描述光学系统成像质量的核心参数。三者相互关联、层层递进，共同决定了系统的最终成像效果与视觉质量，但其内在联系常令初学者困惑。本文将从概念本质出发，系统解析三者的关联逻辑，结合具体实例深化理解，为相关领域的学习与应用提供清晰指引。
2026-04-07
-
非硅特种材料精密划片工艺技术方案
在半导体封装、光学器件、电子元器件等高端制造领域，蓝宝石、玻璃、陶瓷等非硅特种材料的应用日益广泛。此类材料物理特性与传统硅片差异显著，常规硅片划片工艺无法直接适配，易出现崩边、裂纹、刀具损耗大、良品率偏低等问题。结合材料特性与实际量产经验，针对蓝宝石、玻璃、陶瓷三大类核心材料，形成专业化精密划片工艺解决方案。
2026-04-07
