【光学前沿】人工智能助力突破！新型单层抗反射涂层提升硅太阳能电池效率
2025年5月14日，一项在太阳能电池技术领域的重要突破引发关注。来自哈尔科夫国立大学、乌克兰国家科学院和莱布尼茨光子技术研究所的科研团队，成功开发出一种用于硅太阳能电池的新型单层抗反射（AR）涂层，其性能表现优异，为太阳能产业的发展带来了新希望。
传统硅太阳能电池面临着光反射率高的难题，在可见光和近红外光谱中，平面硅表面的光反射率高达35-50%，这使得太阳能电池的效率几乎降低一半。同时，由于空气和硅之间的高对比度，在硅太阳能电池中使用增透膜一直是个挑战，性能最高的标准薄膜增透膜多为多层且窄带，难以满足实际应用中对超薄、宽波长减反射的需求。
此次研发的新型AR涂层利用机器学习增强的光子纳米结构，即超表面，成功打破了这一困境。该涂层能够最大限度地减少广泛波长和角度范围内的太阳光反射，不仅超越了现有单层涂层，还接近了多层AR涂层的性能水平。它可有效降低500-1200纳米可见光和近红外光谱内的反射，即使在太阳光以陡峭角度照射时也能发挥作用，而传统涂层只能在较窄的波长范围（通常100-300纳米）和入射角范围内提高光透射率。
在结构设计上，新开发的基于超表面的硅抗反射涂层结合了矩形和圆柱形超原子几何结构，其反射率仅为5%，相较于非结构化硅太阳能电池约50%的反射率，大幅降低了光反射。研究人员采用正向设计和逆向设计优化算法开发超表面，正向设计基于十字形圆形超原子，通过选择适当几何参数可获得满意结果；逆向设计基于自由形状超原子几何结构，无需提前确定几何参数，有利于构建多功能宽带超表面，尤其是与人工智能（机器学习算法）集成后，逆向设计能力进一步增强。两种设计结构均展现出单层结构中最高的抗反射性能，其中基于超表面的增透膜在直射角下仅反射2%的入射光，在高达60°的角度范围内，斜入射角下反射约4.4%的入射光，反射抑制较非结构化平面硅表面提高了约一个数量级。
这项研究成果意义深远，不仅表明人工智能能够有效提高主流太阳能电池板所用硅太阳能电池增透膜的效率，而且基于超表面的涂层性能优异且相对简单，有望加速向清洁能源的过渡。此外，机器学习辅助设计方法还将改进科学家设计超表面的方式，推动其在光学和光子学领域的广泛应用，为传感器和其他光学设备开辟出多功能光子涂层的新道路。目前，该研究已发表在《AdvancedPhotonicsNexus》。
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多基准轴透射式离轴光学系统高精度定心装调方法
星载光谱仪可获取空间连续分布的光谱数据，是陆地植被监测、海洋环境探测等领域的核心载荷。为校正分光系统引入的畸变，星载光谱仪成像透镜多采用离轴透射式设计，由此形成的多光轴结构存在大倾角、大偏心特征，超出了传统同轴系统定心装调方法的适用范围。本文提出一种多基准轴定心装调方法（Multi-referenceAxisAlignment,MAA），通过镜筒结构一体化加工预置各光轴的偏心与倾斜参数，结合光学平板实现基准轴的高精度引出，将复杂多光轴系统的装调拆解为多个单光轴子系统的独立装调，突破了传统定心仪的测量范围限制。针对某星载光谱仪3光轴离轴透射系统开展装调验证，实测结果表明，透镜最大偏心误差小于25.4μm，最大倾斜误差小于17.7″，系统实际畸变与理论值平均偏差小于0.32μm，全面满足设计指标要求。该方法为离轴折射类光学系统的高精度装调提供了可行的技术路径，拓展了透射式光学系统装调的适用边界。
2026-05-22
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平凸透镜朝向对光束会聚效果及像差特性的影响分析
平凸透镜是各类光学系统中应用最为广泛的基础折射元件之一，属于典型的无限共轭透镜，核心光学功能分为两类：一是将点光源出射的发散光束准直为平行光束，二是将入射的准直平行光束会聚至单点。在激光光学、显微成像、光电检测等领域的光路设计与装调中，平凸透镜的安装朝向是直接影响系统性能的核心参数，其选择直接决定了像差水平与最终会聚效果。
2026-05-21
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光机系统设计：镜头装配轴向预紧力计算（一）——通用设计原则与基础方法
本文基于光机系统设计领域的经典工程理论，系统阐述镜头装配中透镜面接触安装技术的核心原理，明确轴向预紧力在透镜固定、精度保持与环境适应性中的关键作用，详细介绍标称轴向预紧力的基础计算方法、参数定义与适用边界，同时解析轴向预载对透镜自动定心、抗径向偏心的力学效应，为光学镜头的装调设计提供标准化的工程参考。
2026-05-21
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高精度轴对称非球面反射镜面形轮廓非接触式测量方法
非球面光学元件是高端光学系统的核心器件，其面形轮廓的高精度、可溯源测量是保障加工质量与系统性能的关键。本文针对轴对称非球面反射镜的测量需求，建立了通用化的非球面扫描轨迹数学模型，提出一种基于独立计量回路的非接触式坐标扫描测量方法。该方法采用运动与计量分离的框架结构，有效隔离运动误差对测量结果的影响；测头采用集成阵列式波片的四象限干涉测量系统，实现1nm级测量分辨率；通过扫描执行机构与多路激光干涉系统共基准设计，实现测量值可溯源至“米”定义。试验验证表明，该方法测量误差小于0.2μm，重复性精度达70nm，整体测量精度达到亚微米级，为非球面测量的量值统一与溯源提供了成熟的技术方案。
2026-05-21
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麻省理工学院固态激光雷达硅光子芯片核心突破解读
麻省理工学院研究团队攻克了硅光子集成光学相控阵（OPA）固态激光雷达的长期核心瓶颈，通过创新的低串扰集成天线阵列设计，首次实现了宽视野扫描+低噪声高精度的无活动部件激光雷达芯片，为下一代紧凑、高耐用性固态激光雷达的落地奠定了技术基础。
2026-05-20
