浙江大学团队突破实时测量分辨率瓶颈：正交偏振光谱干涉技术引领亚纳米级精度测量新范式

    在先进制造、精密传感及物理前沿探索领域，激光干涉测量技术作为核心支撑手段，其性能提升始终是科研人员的重要研究方向。更高的测量分辨率、更快的更新速率与更大的动态范围，是该领域长期追求的三大目标。然而，三者的协同优化长期以来面临技术瓶颈，形成“高端测量三角困境”。近日，浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室刘旭教授和崔玉栋研究员团队提出的实时正交偏振光谱干涉（OPSI）技术，成功突破这一困境，为高精度实时测量领域带来革命性进展，相关成果发表于《AdvancedPhotonicsNexus》2025年第4期。

    一：传统技术的性能局限：分辨率与实时性的协同瓶颈
    激光干涉测量技术的发展历程中，不同技术路线均存在显著性能短板。
    以单频激光为基础的零差与外差干涉技术，虽可实现皮米级高分辨率，但其动态范围局限于半个光学周期，难以适应大尺度变化场景，极大限制了其在广域测量中的应用。
    为突破范围限制，双频或多波长干涉技术通过合成波长或拍频技术，将测量范围拓展至数千个光学周期，在激光雷达、光学相干层析（OCT）、光纤传感等领域得到广泛应用。但此类技术为实现高精度测量，往往需要毫秒量级的时间积分，难以满足高速动态过程的实时监测需求，在快速变化物理过程的捕捉中存在明显不足。
    近年来兴起的色散光谱干涉（DSI）技术，融合多波长干涉的大动态范围优势与相位解算的高分辨率潜力，尤其在结合色散傅里叶变换（DFT）后，被认为有望同时提升分辨率、速度与测量范围。然而，激光器自身的相位噪声隐藏于实时光谱包络中难以消除，叠加探测链路的技术缺陷，导致DSI的实际性能与理论极限存在显著差距，成为制约高精度实时测量的核心障碍。

    二：技术创新：正交偏振光谱干涉技术的核心突破
    针对上述瓶颈，浙江大学研究团队通过理论分析明确：激光源的相位噪声是限制实时DSI分辨率的关键因素。基于此，团队创新性地提出实时正交偏振光谱干涉（OPSI）技术，从机制层面抑制相位噪声干扰，而非依赖提升采样带宽或信号强度的传统路径。
    该技术的核心机制在于构建成对干涉图以抵消噪声：通过精确调控干涉臂中光纤的熔接角度，控制脉冲偏振状态，经偏振分束器生成一对具有π相位差的正交偏振干涉图。这对干涉图可有效消除实时干涉信号中的包络项，而相位噪声恰隐藏于这些包络之中，从而从源头切断噪声对测量精度的影响。
    在数据处理环节，团队通过插值、分段、时频映射及包络去除等系列操作，将原始信号还原为稳定连续的余弦形光谱演化，再结合基于拟合的相位提取方法，实现干涉相位的精准提取。这种机制创新使系统在不提升采样带宽的前提下，显著突破分辨率限制。

    三：实验验证：亚纳米级精度与超高帧率的双重突破
    实验结果充分验证了OPSI技术的先进性：在500MHz探测带宽下，该系统实现1.1mrad的实时相位分辨率（对应0.3nm距离精度及0.91阿秒时间延迟精度），测量帧率高达22.2MHz；经500次短时间积分（帧率降至约0.5MHz）后，相位分辨率进一步提升至0.29mrad，对应60pm（皮米）的位移测量精度，达到原子尺度的探测能力。
    在实际应用验证中，团队将OPSI系统用于压电平台纳米级快速阻尼振荡测量，其结果与精度达50pm的商用干涉仪高度吻合，且时间分辨率提升十倍以上，充分彰显了该技术在动态过程监测中的独特优势。

    四：应用前景：为精密测量领域注入新动能
    此项研究成果为高速高精度位移测量提供了全新技术路径，在精密制造、微纳振动检测、生物动态过程监测等领域具有重要应用价值。未来，随着系统探测带宽与噪声特性的进一步优化，OPSI技术有望在大动态范围测量中实现更多突破，为先进制造的“毫米级操作、纳米级控制”、物理前沿的“超快过程观测”等场景提供关键技术支撑，推动实时精密测量领域的技术革新与产业应用。