铋基钙钛矿展现强非线性光学响应，推动全光器件发展
近日，燕山大学与南开大学联合研究团队在无铅钙钛矿非线性光学材料领域取得重要突破。相关成果以《空间自相位调制铋基钙钛矿的强非线性响应及其全光应用》为题，发表于国际知名期刊Laser&PhotonicsReviews（2025,19(8):2401929）。该研究不仅系统揭示了有机–无机杂化铋基钙钛矿在可见光波段的优异三阶非线性光学性能，还成功演示了其在全光开关与全光二极管等关键光子器件中的实际应用潜力。
传统铅基卤化物钙钛矿虽具备卓越的光电特性，但其固有的毒性和环境不稳定性严重制约了其在集成光子学和绿色光电子技术中的广泛应用。为此，研究团队聚焦于以铋（Bi³⁺）替代铅的新型钙钛矿体系。得益于Bi³⁺与Pb²⁺相近的离子半径与电负性，以及其本征的高化学稳定性和低毒性，铋基材料被视为极具前景的环保型非线性光学候选者。
研究中，团队采用冷却诱导结晶法成功合成了零维有机–无机杂化铋基钙钛矿(PPA)₃BiI₆（PPA=3-苯基-2-丙烯-1-铵），产率达44.5%。该材料属三斜晶系（P4空间群），在空气中可稳定存放超过两个月，未见明显降解。实验测得其间接带隙为2.17eV，与密度泛函理论（DFT）计算结果高度一致，表明材料具有良好的能带结构可控性。
尤为引人注目的是，该材料在可见光波段展现出显著的三阶非线性光学响应。通过空间自相位调制（SpatialSelf-PhaseModulation,SPM）技术，在405nm、473nm和532nm波长下均观察到高对比度的同心衍射环，且衍射环数量与入射光强呈良好线性关系。其中，在405nm处测得的三阶非线性磁化率χ⁽³⁾高达1.77×10⁻⁸e.s.u.，显著优于目前已报道的多数无铅钙钛矿体系，甚至可与过渡金属硫化物（如WS₂、MoS₂）等二维非线性材料相媲美。
基于上述优异性能，研究团队进一步开发了两类全光功能原型器件。首先，在全光开关实验中，利用一束控制光调控另一束信号光通过(PPA)₃BiI₆悬浮液时的衍射行为，实现了对信号光相位的有效调制，验证了其在全光逻辑运算与高速光通信中的可行性。其次，通过构建(PPA)₃BiI₆与SnS₂的异质混合结构，成功实现了空间非互易光传播：正向入射光可激发清晰衍射环，而反向入射光因被SnS₂层强烈衰减而无法触发非线性响应，从而构建出一种新型“全光二极管”。该设计无需外加磁场或偏振元件，为实现片上非互易光子器件提供了新思路。
本项工作首次系统阐明了有机–无机杂化铋基钙钛矿在SPM机制下的非线性光学行为，并展示了其在全光信息处理领域的实用价值。研究成果不仅拓展了无铅钙钛矿材料的应用边界，也为未来低功耗、高集成度、环境友好的全光集成芯片研发奠定了重要材料基础。
该研究由燕山大学吴艳玲副教授、李健梅教授与南开大学龙官奎教授共同指导完成，得到了国家自然科学基金及河北省重点研发计划等项目的支持。
-
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
-
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
-
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
-
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
-
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
