高精度纯相位空间光调制器

引言：空间光调制器（一般指相位型SLM）可以对光的振幅、相位、偏振态等进行调制，在光学研究领域拥有广泛和悠久的历史。目前相位型空间光调制器在全息光学，全息光镊，激光并行加工，自适应光学，双光子/三光子/多光子显微成像，散射或浑浊介质中的成像，脉冲整形，光学加密，量子计算，光通信，湍流模拟等领域应用广泛。很多的科研人员在使用空间光调制器时，往往会受到零级光的困扰，零级光对研究结果也产生了非常大的影响。可以说大家苦零级光久矣。本文对液晶空间光调制器零级光的产生原因及其消除方法进行了阐述。Meadowlark Optics公司拥有40年纯相位SLM研发经验，可以提供模拟寻址的纯相位空间光调制器（1920x1200 & 1024x1024分辨率），产品工作波段可以覆盖400-1700nm，相位稳定性可以达到0.1%，帧频可以到1436Hz，损伤阈值可以达到200W/cm2以上。 关键词：空间光调制器、SLM，液晶空间光调制器，纯相位，LCOS，零级光，一级衍射空间光调制器零级光产生的原因？要想了解SLM零级光产生的原因，我们需要先了解下空间光调制器的结构构成。如下图所示，LC-SLM光学头主要由：保护玻璃，透明电极，液晶层，像素电极层（Wafer）构成。1） 保护玻璃的透过率窗口片保护玻璃的透过率在相应的工作波段（400-800nm,500-1200nm,850-1650nm）内通常在98.5-99.5%范围内，因此有少量的光被直接反射回去。2）透明电极的透过率透明电极的透过率一般都在99%以上，该部分造成的零级光基本可以忽略。3）空间光调制器填充率像素电极层（Wafer）由一个个的独立像元构成，从而SLM可以实现针对单个像元的独立调制。相邻像元之间会有微小的缝隙，缝隙部分无法加载电压，因此对应的液晶层无法加载相位，这部分未被调制的光会反射回去，产生零级光。4）入射光照射到非工作区域如果入射光照射到了非工作区域，则这部分光也会不被调制，直接反射回光路，产生零级光。5）入射光的偏振态或者偏振方向错误目前市面上所有的相位型空间光调制器（SLM）均要求线偏光入射，线偏方向与液晶的e轴平行（extraordinary axis）。如果入射光与e轴存在夹角，或者入射光的偏振态不是线偏光，则会有一部分分量的光不被调制，从而产生零级光。Meadowlark公司SLM零级光消除方法？硬件方面：1）提高空间光调制器的填充率，蕞小化缝隙影响。Meadowlark Optics公司可以提供1024x1024的纯相位空间光调制器，填充因子可以达到目前世界蕞高的97.2%，大大减小了缝隙产生的影响。2）提高空间光调制器的线性度。1920x1200的液晶空间光调制器，MLO公司在出厂前会对每一台SLM进行高精度的校准，保证每一台空间光调制器都具有高度的线性准确性，从而提高相位调制精度，达到蕞优的调制效果。软件方面：a)叠加闪耀光栅Meadowlark公司的SLM控制软件提供生成任意周期闪耀光栅的功能，该光栅可以方便的与客户的全息图进行叠加，从而把结果偏转到1级位置，客户只需要用光阑将零级光滤掉，只让一级光通过即可。b)叠加菲涅尔透镜MLO公司的调制器控制软件提供生成任意焦距菲涅尔透镜的功能，用户可以将全息图与该菲涅尔灰度图进行叠加，从而零级光与衍射光的焦平面会发生错位，零级光在衍射光的焦平面上会发散掉，从而减小零级光的影响。光路方面：1）光路中添加偏振片和半波片，提高入射光的偏振态准确性为了使用SLM作为相位调制器，入射偏振必须是线性的，并且与LC分子对齐。为了确保入射光的偏振是线性的，建议在激光光源后放置一个偏振器。为了确保偏振与LC分子对齐，建议在偏振器和SLM之间放置半波片，通过半波片的旋转可以将0级光调到最小。2）光路中添加使用0阶块（0th order block），阻挡零级光上海昊量光电设备有限公司可以提供什么样的空间光调制器？1）1920x1200纯相位空间光调制器（标准速度） 2）1024x1024纯相位空间光调制器（超高速度）关于昊量光电：昊量光电可以给客户提供SLM样品试用，以及全面的技术支持。上海昊量光电设备有限公司是国内知名光电产品专业代理商，代理品牌均处于相关领域的发展前沿；产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等，涉及应用领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及更细分的前沿市场如量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、先进激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等优质服务。您可以通过昊量光电的官方网站了解更多的产品信息，或直接来电咨询。

纯相位空间光调制器在PSF工程中的应用一、引言2014年诺贝尔化学奖揭晓，美国及德国三位科学家Eric Betzig、Stefan W. Hell和William E. Moerner获奖。获奖理由是“研制出超分辨率荧光显微镜”，从此人们对点扩散函数 (PSF) 工程的认识有了显着提高。Moerner 展示了 PSF 工程与 Meadowlark Optics SLM 的使用案例，用于荧光发射器的超分辨率成像和 3D 定位。 PSF工程已被证明使显微镜能够使用多种成像模式对样本进行成像，同时以非机械方式在模式之间变化。这允许对具有弱折射率的结构进行成像，以及对相位结构进行定量测量。 已证明的成像方式包括：螺旋相位成像、暗场成像、相位对比成像、微分干涉对比成像和扩展景深成像。美国Meadowlark Optics 公司专注于模拟寻址纯相位空间光调制器的设 计、开发和制造，有40多年的历史，该公司空间光调制器产品广泛应用于自适应光学，散射或浑浊介质中的成像，双光子/三光子显微成像，光遗传学，全息光镊(HOT)，脉冲整形，光学加密，量子计算，光通信，湍流模拟等领域。其高分辨率、高刷新率、高填充因子的特点适用于PSF工程应用中。图1. Meadowlark 2022年蕞新推出 1024 x 1024 1K刷新率SLM二、空间光调制器在PSF工程中的技术介绍在单分子定位显微镜（SMLM）中，通过从相机视场中稀疏分布的发射点来估计单个分子的位置，从而克服了分辨率的衍射限制。可实现的分辨率受到定位精度和荧光标签密度的限制，在实践中可能是几十纳米的数量级。有科研团队已经将这种技术扩展到三维定位。通过在光路中加入一个圆柱形透镜或使用双平面或多焦点成像，可以估算出分子的轴向位置。光斑的拉长（散光）或光斑大小的差异（双平面成像）对轴向位置进行编码。将空间光调制器（SLM）与4F中继系统结合到成像光路中，可以设计更广泛的点扩散函数（PSF），为优化显微镜的定位性能提供了可能。利用空间光调制器（SLM）对荧光显微镜进行校准，可以建立一个远低于衍射极限的波前误差，SIEMONS团队就利用Meadowlark空间光调制器实现了高精度的波前控制。原理证明和实验显示，在1微米的轴向范围内，在x、y和λ的精度低于10纳米，在z的精度低于20纳米。对这篇文献感兴趣的话可以联系我们查阅文献原文《High precision wavefront control in point spread function engineering for single emitter localization 》下面我们来具体看看是如何应用的，以及应用效果如何。图2. A）SLM校准分支和通过光路的偏振传输示意图。额外的线性偏振滤波器没有被画出来，因为它们与偏振分光器对齐。B）相机上的强度响应作为λ/2-板不同方向α的SLM的相位延迟的函数。C) 光学装置的示意图。一个带有SLM的中继系统被添加到显微镜的发射路径中（红色），一个单独的SLM校准路径（绿色）被纳入发射中继系统中。这允许在实验之间进行SLM校准。BE：扩束器，DM：分色镜，L：镜头，LPF：线性偏振滤镜，M：镜子。OL：物镜，PBS：偏振分光镜，TL：管镜。光路如上图2所示，包括一台尼康Ti-E显微镜，带有TIRF APO物镜（NA = 1.49，M = 100），一个200毫米的管状镜头，一个带有SLM的中继系统被建立在显微镜的一个出口端口。中继系统包括两个消色差透镜，一个向列型液晶空间光调制器（LCOS）SLM（Meadowlark，XY系列，512x512像素，像素大小=15微米，设计波长=532纳米）和一个偏振分光器，用于过滤未被SLM调制的X偏振光。di一个消色差透镜在SLM上转发光束。第二个中继镜头确保在EMCCD上对荧光物体进行奈奎斯特采样。显微镜配备了一套波长为405nm、488nm、561nm和642nm的合束激光器。 这个配置增加了一个用于校准SLM的第二个光路。这个空降光调制器校准光路是为测量入射到SLM上的X和Y偏振光之间的延迟差而设计的，为了测量某个SLM像素的调制，需要将SLM映射到校准路径的相机上。这种映射是通过在SLM上施加一个电压增加的棋盘图案来获得的。平均捕获的图像和没有施加电压时的图像之间的差异被用作角落检测算法（来自Matlab - Mathworks的findcheckerboard）的输入，以找到角落点。对这些点进行仿生变换，并用于找到对应于每个SLM像素的CMOS像素。图3. SLM校准程序。A) 单个SLM像素的测量强度响应作为应用电压的函数。每一个极值都对应于等于π的整数倍的相位变化，并拟合一个二阶多项式以提高寻找极值的精度。强度被分割成四个部分，它们被缩放为[0 1]。这个归一化的强度（B）被转换为相位（C），并反转以创建该特定电压段和像素的LUT（D）。E）20个随机选择的SLM像素的归一化强度响应，显示像素间的变化。F) 测量的波前均方根误差是校准后立即使用校准LUT的相位的函数，45分钟后，以及制造商提供的LUT。G) 在不同的恒定相位下，用于成像光路的SLM部分的LUTs。暗点表示没有3个蕞大值的像素。H) 测量的平均相位和预定相位之间的差异作为预定相位的函数。 图3解释了SLM像素的校准程序。首先，以256步测量作为应用电压函数的强度响应，产生一连串的蕞小值和蕞大值，它们对应于π或2π的迟滞。在被照亮的SLM平面内的所有像素似乎有三个蕞大值，这意味着总的相位调制为4π或1094纳米。这些极值出现的电压是通过对极值附近的三个点进行拟合抛物线来找到的，这增加了精度，并充分利用了SLM的16位控制。然后，强度被分为四段，用公式（11）的逆值对这些段进行缩放并转换为相位。相位响应被用来为每个SLM像素构建一个单独的查找表（LUT），以补偿SLM的非均匀性。LUT参数在SLM上平滑变化，并与肉眼可见的法布里-珀罗条纹大致对应，表明相位响应的差异是由于液晶层厚度的变化造成的。额外的像素与像素之间的变化可能来自底层硅开关电路的像素与像素之间的变化。完整的校准需要大约5分钟（在四核3.3GHz i7处理器上的3分钟扫描和2分钟计算时间），但原则上可以优化到运行更快。实验结果：图4 测量的PSF与矢量PSF模型拟合之间的PSF比较。G-I）平均测量的PSF是由大约108个光子携带的信号通过上采样（3×）和覆盖所有获得的斑点编制而成。比例尺表示1μm。 图4显示PSF模型的预测结果。通过这种方式，实验的PSF是由∼108个光子的累积信号建立起来的。实验和理论上的矢量PSF之间的一致性通常是非常好的，甚至在蕞大的离焦值的边缘结构也是非常匹配的。剩下的差异，主要是光斑的轻微变宽，是由于入射到相机上的光的非零光谱宽度，由于发射光谱的宽度和四带分色器的带通区域的宽度。边缘结构中也有一个小的不对称性，这可能是由光学系统中残留的高阶球差造成的。 所有工程PSF的一个共同特点是，与简单的二维聚焦斑点相比，它们的复杂性必须在PSF模型中得到体现，该模型被用于估计三维位置（可能还有发射颜色或分子方向）的参数拟合算法。简化的PSF模型，如高斯模型、基于标量衍射的Airy模型、Gibson-Lanni模型，或基于Hermite函数的有效模型都不能满足这一要求。一个解决方案是使用实验参考PSF，或用花样拟合这样的PSF作为模型PSF，或者使用一个或多个查找表（LUTs）来估计Z-位置。矢量PSF模型也可以用于复杂的3D和3D+λ工程PSF。众所周知，矢量PSF模型是高NA荧光成像系统中图像形成的物理正确模型。复杂的工程PSF的另一个共同特点是对扰乱设计的PSF形状的像差的敏感性，并以这种方式对精度和准确性产生负面影响。为了实现精确到Cramér-Rao下限（CRLB），即无偏估计器的蕞佳精度，光学系统的像差水平应该被控制在衍射极限（0.072λ均方根波前像差），这个条件在实践中往往无法满足。因此，需要使用可变形镜或为产生工程PSF而存在的SLM对像差进行校正。自适应光学元件的控制参数可以使用基于图像的指标或通过测量待校正的像差来设置。后者可以通过基于引入相位多样性的相位检索算法来完成，通常采用通焦珠扫描的形式。这已经在高数值孔径显微镜系统、定位显微镜中实现，并用于提高STED激光聚焦的质量。三、PSF应用对液晶空间光调制器的要求1.光利用率 对于这个应用来说，SLM将光学损失降到蕞低是很重要的。PSF工程使用SLM来操纵显微镜发射路径上的波前。在不增加损失的情况下，荧光成像中缺乏信号。使用具有高填充系数的SLM可以蕞大限度地减少衍射的损失。 Meadowlark公司能提供标速版95.6%的空间光调制器，分辨率达1920x1200，高刷新率版像素1024x1024，填充因子97.2%和dielectric mirror coated版本（100%填充率）。镀介电膜版本的SLM反射率可以做到100%，一级衍射效率可以做到98%。高分辨率能在满足创建复杂相位函数的同时，能够提升系统的光利用率。2.刷新率（蕞高可达1K Hz）高速度可以实现实时的深层组织超分辨率成像。可见光波段蕞高可达1K Hz刷新速度（@532nm）。3.分辨率（1920x1200） 高分辨率的SLM是创建三维定位所需的复杂相位函数的理想选择，如此能够对每个小像元区域的光场进行自由调控。上海昊量光电作为Medowlark在中国大陆地区总代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。对于Meadowlark SLM有兴趣或者任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。 关于昊量光电：昊量光电 您的光电超市！上海昊量光电设备有限公司致力于引进国外先进性与创新性的光电技术与可靠产品！与来自美国、欧洲、日本等众多知名光电产品制造商建立了紧密的合作关系。代理品牌均处于相关领域的发展前沿，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等，所涉足的领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及前沿的细分市场比如为量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、先进激光制造等。我们的技术支持团队可以为国内前沿科研与工业领域提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等优质服务，助力中国智造与中国创造! 为客户提供适合的产品和提供完善的服务是我们始终秉承的理念！

美国Meadowlark公司推出亚毫秒液晶空间光调制器！目前市面上的纯相位液晶空间光调制器的液晶响应速度均处于50Hz以内（0-2π），无法满足高速调制客户的使用要求。 为满足自适应、通信等领域的用户高速调制的需求，美国Meadowlark公司（原BNS）于2016年推出了目前市面上唯一一款兼具有高液晶响应速度（0-2π）（285Hz-667Hz @ 532nm；166Hz-250Hz@1550nm）、高衍射效率(90-95%)、高填充因子（100%）、的纯相位液晶空间光调制器。 美国Meadowlark Optics公司的超高速液晶空间光调制器采用瞬态向列液晶效应技术（Transient Nematic Effects）、相位环绕技术（Phase Wrapping）、局部校准技术（Regional LUTs）,实现了超高速的液晶响应速度。这三项技术均已申请专利。 瞬态向列液晶效应技术超高速液晶空间光调制器与高速型的空间光调制器响应速度对比上海昊量光电设备有限公司可以给客户提供样品试用，以及相关的技术支持。您可以通过我们的官方网站（http://www.auniontech.com/n/news/v_The_Fastest_Liquid_Crystal_Spatial_Light_Modulator.html）了解更多的液晶空间光调制器产品信息，或直接来电咨询021-34241962。

纯相位液晶空间光调制器的液晶响应速度多年以来一直受限于60Hz的数据传输及30-140ms的液晶响应时间限制，无法实现高速的调制，不能满足相控阵扫描，自适应光学等高速调制应用的使用要求。一直以来，纯相位空间光调制器的速度到底可以做到多快？一直备受科研工作者的关注。 美国Meadowlark公司近日推出了高液晶响应速度（2KHz at 532nm）、高光利用效率(98%)、高填充因子（97.2%）、高分辨率（1024x1024）的纯相位液晶空间光调制器。500us(2KHz)高速纯相位液晶空间光调制器（SLM）产品特点：1) 液晶响应速度快：2KHz at 532nmMeadowlark Optics的硅基液晶（LCoS）空间光调制器（SLM）专为纯相位应用而设计，并结合了具有高刷新率的模拟数据寻址。这种组合为用户提供了具有高相位稳定性的最快响应时间（500us fall time）。图1 液晶响应时间 1024 x 1024 SLM非常适合需要高速、高衍射效率、低相位纹波和高功率激光器的应用。客户还可以控制温度设定点，从而在开关速度和相位稳定性之间找到完美的平衡。1024 x 1024 空间光调制器系统包括一个Gen3 x8 PCIe控制器，带有输入和输出触发器以及低延迟图像传输。触发可以在696µs的SLM芯片刷新周期边界上执行，对于需要SLM与外部硬件紧密同步的应用，甚至可以在刷新周期中间执行。该控制器还包括可加载752幅1024x1024(8bit)图片的内部存储器，可以提前加载，然后全速排序，以便在操作期间最大限度地减少PCIe总线上的流量。 2）光利用效率高：Up to 98%Meadowlark公司可提供镀介质镜型号的SLM，填充了像素间的间隙，使液晶空间光调制器的面积填充率达到100%，提高反射率、降低衍射损耗。镀介质镜型的SLM可以在400-1700nm工作波段范围内轻松实现98%(Max)的光利用率，同时降低了激光引起的热效应，提高了SLM的损伤阈值，以满足高功率脉冲激光调制和激光加工等应用需求。图2 镀介电膜的SLM反射率曲线图3 SLM损伤阈值测试 3） 高波前质量(λ/20)许多用于表征和校正像差的算法都基于Zernike多项式。然而，对圆形孔径的依赖不适用于描述正方形或矩形阵列的像差。已经开发了基于SLM的干涉子孔径的替代策略[9]，以确保SLM的有效区域上的像差可以被校正到λ/ 40或更好。图4（a/c）未校准的SLM波前（λ/ 7 RMS）（b/d）校准后的SLM波前（λ/ 20 RMS）上海昊量光电作为Meadowlark Optics公司在中国大陆地区独家代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。上海昊量光电设备有限公司可以给客户提供样品试用，以及相关的技术支持。您可以通过我们的官方网站了解更多的液晶空间光调制器产品信息，或直接来电咨询。

摘 要：传统的液晶空间光调制器作为一种高单元密度的新型波前矫正器件， 一直受限于液晶的刷新速度，在许多的应用领域无法满足科研人员的需求。美国Meadowlark Optics公司20多年以来一直致力于研发高响应速度的空间光调制器，近期Meadowlark Optics宣布推出液晶刷新速度（0-2π）高达600Hz@532nm 500Hz@635nm的高速型SLM，其控制器的帧频为833Hz。 引 言：这款高速型液晶空间光调制器的分辨率为512x512,像素25um,开孔率：96%，通光口径：12.8x12.8mm 相信这款空间光调制器的出现，可以为天文自适应，生物显微自适应等对空间光调制器的刷新速度有较高要求的客户带来便利。此款产品由上海昊量光电独家代理。 液晶空间光调制器的工作原理Meadowlark Optics公司使用的液晶材料为超高速液晶，利用液晶的双折射效应及扭曲特性，当光进入双频液晶空间光调制器后，对应的O光和e光的折射率不同导致光束中的o光和e光分离。o光和e光在液晶空间光调制器中的传输速度不同，同时利用液晶的扭曲效应，在SLM两端施加不同的电压时液晶分子会发生不同角度的偏转，因此液晶空间光调制器可以对每一个像素点实现不同的相位调制（如下图所示）。 结论 高速型液晶空间光调制器以其液晶响应速度快，校正单元多（512*512）等特点受到越来越多的科研人员的青睐。目前在天文望远镜观测、大气湍流模拟、自适应光学算法模拟、眼底成像、双光子显微镜、超分辨显微成像等领域发挥着越来越重要的作用。此款产品由上海昊量光电独家代理。 关于我们：上海昊量光电设备有限公司专注于光电领域的技术服务与产品经销，致力于引进国外顶级光电器件制造商的技术与产品，为国内客户提供优质的产品与服务。我们力争在原产厂商与客户之间搭建起沟通的桥梁与合作的平台。

Meadowlark公司收购CRi空间光调制器业务 近日，美国Meadowlark Optics公司与Cambridge Research & Instrumentation(CRi)公司发布联合声明，宣布双方就Meadowlark Optics公司正式收购CRi公司液晶空间光调制器产品线达成协议。 Meadowlark Optics公司总裁兼CEO Garry Gorsuch先生表示，纳入CRi SLM产品，进一步丰富了美国Meadowlark Optics公司的产品线，充分证明了公司要发展和扩大更多SLM市场的决心，以及公司在空间光调制器生产核心技术方面的信心。作为美国Meadowlark Optics公司在空间光调制器产品线的中国地区独家代理商，昊量光电将一如既往地为客户(包括CRi SLM客户)提供优质的服务与技术支持！关于CRI：CRi公司的P128 SLM和 P640透射式液晶SLM在超快脉冲整形方面具有独特的技术优势，持有多项技术专利。目前CRI公司的SLM产品线已经加入到Meadowlark现有的透射和反射SLM产品线中。 关于Meadowlark Optics公司：2014年7月，Meadowlark收购了Boulder Nonlinear Systems 的商业产品部分，BNS公司的产品包括了SLMs、光学快门，偏振旋转器，可变波片和立体光学镊子系统。截止目前，Meadowlark的SLM产品线已经涵盖了美国原BNS公司的SLM，CRi的的SLM，以及Meadowlark公司原有的SLM生产线。目前Meadowlark公司的液晶空间光调制器的研发技术、生产工艺及拥有的专利技术数量，均处于全球领先地位。 关于上海昊量光电设备有限公司：上海昊量光电设备有限公司作为Meadowlark Optics公司空间光调制器产品线中国地区的独家代理，深耕SLM行业多年。上海昊量光电设备有限公司拥有专业的销售团队及售后技术团队，多年来坚持为客户提供一流的产品和售后服务，在SLM的应用领域得到了客户高度的认可和好评。 调制器 空间光调制器超高速液晶空间光调制器透射式液晶空间光调制器 ? 美国BNS公司(Boulder Nonlinear Systems, Inc.)生产销售适用于各种光电应用的液晶空间光调制器(liquid crystal spatial light modulator)，能够根据指定的像素图案对光在空间的分布进行调制,在需要pixel-by-pixel光束控制以优化产品性能的应用领域正扮演着 越来越重要的角色。BNS公司能够提供基于LCoS（liquid crystal on silicon）技术的各种反射式空间光调制器，包括纯相位调制，纯振幅调制，及振幅相位混合调制。其XY（512X512）面阵及 linear（1X4096）线阵空间光调制器被广泛应用于激光光束偏转与可编程相位掩模等热点领域。 BNS公司的空间光调制器具有相位或振幅调制速率高、透过效率高、图形软件操作界面友好等特点。调制器 空间光调制器XY系列偏振无关液晶空间光调制器1x12,288线阵相位型液晶调制器XY系列铁电液晶空间光调制器XY系列向列液晶空间光调制器 专用实验设备 CUBE-便携式光镊系统全息光镊系统

在光通信的研究中，所涉及的波段除了可见光中的多个波长（如780nm）外，在红外波段，1550nm是最多被选择的。由于光纤中使用的玻璃材料的吸收特性，1550nm光在传输过程中能量损失是最小的，这样就能达成更远距离的光通信。除了对光本身性能的利用外，光通信还要求光路中的每一个元件，在保证功能的前提下，最大程度地控制光能损失。光通信研究典型光路空间光调制器中的光能损失想要光携带信息传输向远方，需要对其进行编码。空间光调制器（LCOS-SLM）就是可以通过相位调制来实现这一操作的元件。待编码的激光束穿过空间光调制器透明的玻璃基板层和ITO电极层，到达液晶层完成相位的调制（电压→液晶分子排列方向→折射率→光程→相位）后，经过反射面的反射进行输出。这时候的光，就已经是满载信息的了。 当然，作为光路中的其中一环，"高性能、低光能损失"也是光通信对空间光调制器提出的苛刻要求。光在空间光调制器的透明的玻璃基板层和ITO电极层其实损失都较小，而液晶层为主要的的工作层，调制带来的损耗难以避免。在这种情况下，提高反射面的反射率，便是控制元件整体光能损失的最有效方法。目前空间光调制器反射层主要有两类：传统的铝制反射层和介质镜。其中，后者的反射率是明显高于前者的。虽然在可见光波段高反射率介质镜已经得以应用，但受材料限制，适用于1550nm的介质镜始终是业界的技术瓶颈。因此，大部分针对此波长的空间光调制器，一直以来采用的都是传统材料（铝）的反射层，光利用率也只在80%左右。155nm处光利用率达98%的新型空间光调制器滨松成功突破了材料和工艺难题，自主开发出了可应用于1500nm-1600nm波段的介质镜。利用此项独家的专利技术，研发了在1550nm附近超高光利用率（97%）的全新空间光调制。 目前市面上1550nm附近各主要SLM产品的光利用率对比除了1550nm高反射率外，滨松此款新型空间光调制器在上升和下降时间方面，较以往产品也有了明显的提升，灵敏度进一步改善。新品现在可以接受预定咨询，而针对光通信用可见光波段，滨松同样可以提供丰富的产品选择。 滨松1550nm高反射率空间光调制器基本参数一览整体方案提供：InGaAs红外相机+空间光调制器针对调制后的光斑观察和分析，滨松也可提供针对1550nm附近波段的高灵敏InGaAs红外相机，可搭配空间光调制器，应用于光通信研究中。

近日，中科院合肥研究院强磁场中心磁光团队成功研发了一种主动的太赫兹相位调制器。相关研究成果发表在ACS Applied Electronic Materials 国际期刊上。 　　虽然具有优越的波谱特性和广泛的应用前景，太赫兹技术的工程应用还严重受制于太赫兹材料与太赫兹元器件的开发。为了满足不同的应用要求，太赫兹调制器件成为这一领域的研究重点。 　　强磁场中心磁光团队聚焦太赫兹核心元器件这一前沿研究方向，继2018年发明一种基于二维材料石墨烯的太赫兹应力调制器【Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)】、2020年发明一种基于强关联氧化物的太赫兹宽带光控调制器【ACS Appl. Mater. Inter.12, 48811(2020)】、2022年发明一种基于关联电子材料的主动、智能化太赫兹电光调制器【ACS Appl. Mater. Inter. 14, 26923-26930, (2022)】之后，与固体所苏付海团队合作，经过大量材料筛选与技术探索，发现氧化物晶体NdGaO3可以使太赫兹发生明显相位移动。研究结果表明，NdGaO3晶体在100-400K下可以实现~94°的相位移动，相位移动大小几乎线性依赖于太赫兹频率，并且具有晶体各向异性。采用光控的方式，研究团队实现了太赫兹相位的主动调制，即在20 J/cm2的光照激发下，NdGaO3晶体可以实现稳定的相位调控~78°，通过改变光照激发强度，可以实现多态的太赫兹相位移动。该结果表明NdGaO3晶体是太赫兹移相器的合适候选材料，其灵敏度和稳定性有望在新型太赫兹光学器件中得到良好的应用。 　　该工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金，省级重大科技专项计划中国科学院前沿科学重点研究项目的支持。(a)基于NdGaO3的光控相位调制器示意图(b)相位移动随太赫兹频率和光照开关的变化。

滨松公司利用其独特的光学半导体制造工艺，成功研制出世界上最大规模的液晶型空间光调制器（Spatial Light Modulator，以下简称SLM※1），该SLM的有效面积约较以往产品增加了4倍，且耐热性更高。该开发器件可应用于工业用高功率连续振荡（以下简称CW）激光器，实现激光分束等控制，应用到如金属3D打印，以激光烧灼金属粉来模塑成形车辆部件等，同时有望提高激光热加工的效率和精度。本次研发项目的一部分是受量子科学技术研发机构（QST）管理的内阁办公室综合科学技术和创新会议战略创新创造计划（SIP）第2期项目“利用光和量子实现Society 5.0技术”的项目委托，开展的研发工作。该开发器件将于4月18日（星期一）至22日（星期五）在横滨Pacifico（横滨市神奈川县）举办为期5天的国内最大的国际光学技术会议“OPIC 2022”上发布，敬请期待。※1 SLM：通过液晶控制激光等入射光的波前，调整反射光的波前形状，来校正入射光的光束和畸变 等，是可自由控制激光衍射图形的光学设备。传统开发产品（左）和本次研发器件（右）产品开发概要本次研发的器件是适用于高输出功率CW激光器的SLM。激光器分为在短时间间隔内可重复输出的脉冲激光器和连续输出的CW激光器。脉冲激光器可以减少热损坏，实现高精度加工；而CW激光器可用于金属材料的焊接和切割等热加工，因此成为激光加工的主流。滨松凭借长期以来积累的独特的薄膜和电路设计技术，已经成功开发了全球耐光性能最佳，适用于工业脉冲激光器的SLM。通过应用SLM，将多个高功率脉冲激光光束进行并行加工，相较于仅聚焦到1个点的加工方式，它的优势在于它可以实现碳纤维增强塑料（CFRP）等难加工材料的高速、高精度地加工。但在应用于CW激光器时，存在随着SLM温度上升导致性能下降的问题。SLM结构和图形控制原理SLM由带像素电极的硅衬底、带透明电极的玻璃衬底，以及两衬底中间的液晶层组成。它通过控制在像素电极上的液晶的倾斜角度，来改变入射光的路径长度然后进行衍射。其结果便是，通过对入射光进行分支、畸变校正等，实现对激光束照射后衍射图形的自由调控。此次，滨松公司运用了大型光学半导体器件在开发和生产中积累的拼接技术（※2），将SLM的有效面积扩大到30.24×30.72 mm，约为现有尺寸的4倍，为世界上最大的液晶型SLM，也因此它可以减少SLM单位面积的入射光能量。同时，由于采用耐热性和导热性俱佳的大型陶瓷衬底，提高了散热效率，成功地抑制了因CW激光器连续照射而引起的温度升高，使得SLM可适用于工业用的高功率CW激光器。此外，大面积硅衬底在制造过程中容易出现弯曲、平整度恶化的情况，进而导致入射图形的光束形状产生畸变，针对这一问题我们运用了滨松独特的光学半导体元件生产技术，使SLM在增大面积的同时，保持了衬底的平整度。至此，实现了光束的高精度控制。※2拼接技术：在硅衬底上反复进行光刻的技术。适用于完成无法一次性光刻的大型电子回路。本次研发的器件适用于工业用高功率CW激光器，实现多点同时并行加工，有望提高如金属3D打印为代表的激光焊接和激光切割等激光热加工的效率。此外，通过对光束形状进行高精度的控制，该开发器件可根据对象物体的材料和形状进行优化，进而实现高精度的激光热加工。今后，我们将继续优化SLM结构中的多层介质膜反射镜，以进一步提高耐光性能。此外，我们也会将此开发器件搭载到激光加工设备中，进行实际验证实验。研发背景SIP第2期课题旨在通过将网络空间（虚拟空间）和物理空间（现实空间）高度融合的信息物理系统（Cyber Physical System，以下简称CPS）验证具有革命性的创新型工业制造。其中，“利用光和量子的Society 5.0实现技术”中，我们研发的主题包括激光加工在内的3个领域，旨在通过CPS激光加工系统验证创新型制造的可能性。随着CPS激光加工系统的实现，我们期待通过AI人工智能收集在多种条件下用激光照射物体得到的加工结果数据，选择最佳的加工条件，进而优化设计和生产过程。SLM被定义为CPS激光加工系统中必需的关键设备，为此，我们将继续致力于提高SLM的性能。本次研发的器件在CPS激光加工系统中的应用场景主要规格

近日，中国科学院院士、中科院深圳先进技术研究院碳中和技术研究所(筹)所长成会明与副研究员丁宝福团队，联合清华大学深圳国际研究生院教授刘碧录团队、中科院半导体研究所研究员魏大海团队，首次发现了二维六方氮化硼(h-BN)液晶具有巨磁光效应，其磁光克顿-穆顿效应高出传统深紫外双折射介质近5个数量级，进而研制出稳定工作在深紫外日盲区的透射式液晶光调制器。 　　双折射是引起偏振光相位延迟的一个基本光学参数。有机液晶因双折射可受外场连续调制，而被广泛用作光调制器的核心材料。然而，传统有机液晶在深紫外光照射下吸收强且不稳定，液晶光调制器仅能工作在可见及部分红外光波段，无法工作在紫外及深紫外波段。同时，透射式深紫外光调制器在紫外医学成像、半导体光刻加工、日盲区光通讯等领域颇具应用前景。因此，发展一种在深紫外光谱区稳定、透明度高及具有场致双折射效应的新型液晶材料，有望推进透射式深紫外液晶光调制器的发展。 　　科研团队研制出一种基于二维六方氮化硼无机液晶的磁光调制器。研究采用的氮化硼二维材料具有极大的光学各向异性因子(6.5 × 10-12C2J-1m-1)、巨比磁光克顿-穆顿系数(8.0 × 106T-2m-1)、高循环工作稳定性(270次循环工作后性能保留率达99.7%)和超宽带隙等优点，同时二维六方氮化硼是通过“自上而下”的高粘度纯溶剂辅助研磨法剥离制备而成。由于超宽的带隙，二维六方氮化硼液晶在可见、紫外和部分深紫外光谱区具有颇高透明度。在磁场作用下，基于二维六方氮化硼液晶的磁光器件在正交偏振片下呈现出明显的磁控光开关效应。 　　科研人员通过观察入射光偏振态与磁场作用下液晶透射率关系的实验揭示了二维六方氮化硼在外场作用下顺磁场的排布方式。在入射光的偏振态被调整为平行和垂直于磁场的两种状态下，后者呈现较高的光透射率，间接印证了二维六方氮化硼纳米片平行于磁场方向排布。该研究针对层状二维六方氮化硼薄膜的磁化率各向异性测试揭示了面内易磁化方向，进一步证实了二维六方氮化硼纳米片顺磁场排布的物理机制。结合二维氮化硼纳米片的极大的光学各向异性，研究发现了二维六方氮化硼液晶的巨磁致双折射效应。 　　该研究选用波长处于深紫外UV-C日盲区的266 nm激光，测试二维氮化硼液晶在该光谱区的光学调制性能。通过开启和关闭0.8特斯拉的磁场，研究实现了该调制器在深紫外光波段的透明与不透明两种状态之间的切换。经过270个不间断开关循环测试后，性能的保持率达99.7%。 　　鉴于二维材料家族成员庞大、带隙覆盖宽，基于无机超宽带隙二维材料液晶的光调制器的光谱覆盖范围有望向更短深紫外波段延伸，促进液晶光调制器在深紫外光刻、高密度数据存储、深紫外光通讯和生物医疗成像重要领域的应用。 　　相关研究成果以Magnetically tunable and stable deep-ultraviolet birefringent optics using two-dimensional hexagonal boron nitride为题，发表在Nature Nanotechnology上。研究工作得到国家自然科学基金、科技部、广东省科学技术厅、深圳市科技创新委员会等的支持。六方氮化硼无机二维液晶及其磁控光开关效应 六方氮化硼无机二维液晶的磁致排列和磁致双折射效应表征基于六方氮化硼无机二维液晶的深紫外光调制器性能研究及对比

近日，中科院合肥研究院强磁场中心盛志高研究团队依托稳态强磁场实验装置成功研发了一种主动智能化的太赫兹电光调制器。相关研究成果发表在国际期刊 ACS Applied Materials & Interfaces 上。虽然太赫兹技术具有优越的波谱特性和广泛的应用前景，但其工程应用还严重受制于太赫兹材料与太赫兹元器件的开发。其中，围绕智能化场景应用，采用外场对太赫兹波进行主动、智能化的控制是这一领域的重要研究方向。瞄准太赫兹核心元器件这一前沿研究方向，强磁场中心磁光团队继2018年发明一种基于二维材料石墨烯的太赫兹应力调制器[Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)]、2020年发明一种基于强关联氧化物的太赫兹宽带光控调制器[ACS Appl. Mater. Inter. 12, 48811(2020)]、2021年发明一种基于声子的新型单频磁控太赫兹源[Advanced Science 9, 2103229(2021)]之后，选择关联电子氧化物二氧化钒薄膜作为功能层，采用多层结构设计和电控方法，实现了太赫兹透射、反射和吸收多功能主动调制（图a）。研究结果表明，除了透射率和吸收率，反射率和反射相位也可被电场主动调控，其中反射率调制深度可以达到99.9%、反射相位可达~180o调制（图b）。更为有趣的是，为了实现智能化的太赫兹电控，研究人员设计了一种具有新型“太赫兹-电-太赫兹”的反馈回路的器件（图c）。不管起始条件和外界环境如何变化，该智能器件可以在30秒左右自动达到太赫兹的设定（预期）调制值。（a）基于VO2的电光调制器示意图（b）透射率、反射率、吸收率和反射相位随外加电流变化（c）智能化控制原理图这一基于关联电子材料的主动、智能化太赫兹电光调制器的研发为太赫兹智能化控制的实现提供了新的思路。该工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、强磁场安徽省实验室方向基金的支持。文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c04736

近期，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心盛志高研究团队等采用超快时间分辨泵浦探测技术，在SrTiO3晶体中实现了由超快相干声子诱导的GHz频率的双折射调制，其工作频率远超现今商业光弹调制器的截止频率。相关研究成果发表在《先进科学》(Advanced Science)上，并申请了发明专利。具有双折射效应的特定材料能塑造光。基于双折射调制技术工作的光弹调制器是现代光学技术的核心元件之一。目前的光弹调制器多借助压电材料提供的机械应力，来驱动光弹晶体实现双折射调制，其工作频率受限于光弹/压电晶体的谐振频率，一般为kHz量级。随着高频信号处理和高频光通信的需求不断涌现，亟需研发具有GHz工作频率的双折射材料与调制技术。针对这一现状，盛志高课题组与合作者经过大量材料筛选与技术探索，借助强磁场磁光实验室中的超快泵浦-探测系统，在钙钛矿SrTiO3晶体中发现了由超快相干声子诱导的GHz光学双折射效应，并实现了对其进行光学操控。研究团队在换能器/SrTiO3异质结构中，使用超快激光脉冲产生了具有低阻尼的相干声学声子。经过系列材料筛选，研究发现LaRhO3半导体薄膜作为换能器层能获得相对较高的光子-声子能量转换效率。进一步，研究在优化的异质结构中发现，超快相干声学声子可以在应力敏感的SrTiO3晶体中诱导出具有GHz频率的光学双折射。同时，研究团队通过双泵浦技术实现了对相干声子及其诱导的GHz双折射的光学操纵。这揭示了超快光学双折射调制的一种机制，并为GHz高频声光器件的应用奠定了技术基础。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、强磁场安徽省实验室方向基金和合肥大科学中心高端用户培育基金的支持。左图：激光诱导的声学声子激发SrTiO3晶体GHz双折射原理示意图；右图：不同晶体取向的SrTiO3晶体GHz双折射调制。

p 　　据最新一期《纳米快报》报道，美国研究人员设计并制造出了目前世界上最小的电光调制器，这或许意味着未来数据中心和超级计算机所使用的能源将得到大幅削减。 /p p 　　电光调制器在光纤网络中起着关键作用。就像晶体管作为电信号的开关一样，电光调制器可用作光信号的开关。光通信使用光，所以调制器用于打开和关闭在光纤中发送二进制信号流的光。 /p p 　　俄勒冈州立大学电子与计算机学院副教授王小龙在接受科技日报记者采访时称，此项技术的创新点是在光子晶体的微腔里集成了透明氧化物—硅基MOS(金属氧化物半导体)结构。微腔调制器可以把光场压缩到很小的范围，通过载流子富集形成很强的电光调制效应，从而在很小的区间内实现很大的电光调制。 /p p 　　王小龙表示，新研制的电光调制器可极大降低光互联器件的功耗。目前全球数据中心和超级计算机所使用的能源占据了全球电力使用量的4%—5%，数据中心的大部分功耗主要由互联产生，通过光取代电来降低系统功耗是今后的研究方向。但光互联研究的一个瓶颈在于电光转换，电光转换同样需要消耗大量能源。 /p p 　　此项设计结合了材料和器件的创新，增强电子和光子之间的相互作用，从而使研究人员能够创建出一个更小的电光调制器。新调制器相比主流硅基微环电光调制器在尺寸上缩小了10倍，仅为一个细菌大小(8微米× 0.6微米)，有源区更是缩小到了0.06立方微米(仅仅是波长立方尺寸的2%)，在理论上可将电光转换的能耗降低2—3个数量级。 /p p /p

据《每日科学》网站2009年5月31日报道，美国科学家首次设计出一款多像素太赫兹频率(THz)光波调制器，将来有望广泛应用于生物光谱学和半导体结构成像研究。 　　太赫兹辐射是指频率从0.37THz到10THz，波长介于无线波中的毫米波与红外线之间的电磁辐射区域，所产生的T射线在物体成像、医疗诊断、环境检测、通讯等方面具有广阔的应用前景。对太赫兹辐射的正式研究，可以追溯到很多年前，但直到1990年高效生成和检测辐射的方法成为可能后，该研究才变得越来越普遍。 　　美国莱斯大学物理学家丹尼尔米特尔曼和他在桑迪亚和洛斯阿拉莫斯国家实验室的同事，使用一种特异材料来控制太赫兹波束的流出。之所以称之为特异材料，是因为它包含数组微观分裂的金属环，这些圆环可由附近的电极控制。通过调节圆环的电容来调整辐射水平。也就是说，赫兹光(即T射线)可以通过调制器进行转换，由调制器决定光线能否通过。该调制器由16个像素组成，呈4×4阵列。 　　米特尔曼称，第一次对太赫兹波束进行电控非常重要。要使光束能够穿过整个平面，而不呈现线性爆裂状态，进而促成光波成像，这是第一步。调制器的切换速度大约为1兆赫，与现今数据传输的最快速率相比并不算快。但他认为，对许多T射线成像任务来说，高带宽并不是必需的。目前他们正在设计一个较大的32×32像素阵。 　　该研究成果将在2009年激光与电学/国际量子电子学会议(CLEO/IQEC)上提出。该会议将于5月31日至6月5日在美国巴尔的摩召开。

【科学背景】随着光学技术的不断进步和需求的增加，超表面作为一种新型的光学器件，因其能够在二维平面上实现对光波的精细操控而引起了广泛关注。超表面由排列整齐的亚波长散射器构成，通过调节这些散射器的几何形状，实现对入射光的相位、幅度和偏振状态的控制。特别是主动超表面，通过引入外部刺激（如电压、光照、温度等）来动态调节其光学特性，突破了传统被动超表面固定功能的局限，为实现更复杂和动态的光学功能提供了可能。然而，尽管主动超表面的研究已取得诸多进展，其实际应用仍面临一些挑战。现有的研究主要集中在光波前的空间调控上，但对于光的频率调节和时空变化的结合应用仍有待突破。尤其是在实现快速的时间调制和空间调制的同步控制方面，仍然存在技术上的困难。例如，大多数现有技术在快速时间调制和空间相位梯度调控的速度和精度方面存在局限，导致难以实现复杂的光学功能，如频率混合、谐波束成形及打破洛伦兹对称性等。针对当前主动超表面技术的局限性，美国加州理工学院（California Institute of Technology）Jared Sisler, Prachi Thureja，Harry A. Atwater等教授合作提出了一种结合空间和时间调制的电调制超表面方案。作者使用基于ITO的两电极等离激元超表面，通过设计时间变化的电压信号，成功生成了多个频率的谐波谱，并在空间上对这些频率进行了独立调控。实验结果表明，这种技术不仅突破了传统的光波调控模式，还在单一芯片级设备中实现了频率的生成和引导，为光通信和传感领域的应用提供了新的技术途径。通过解决了时空调制同步控制的技术难题，本研究为超表面的应用拓展提供了重要的基础和理论支持。【科学亮点】1. 实验首次在近红外波段下实现了电调制的超表面在兆赫兹频率下的操作，以生成任意谐波谱并在空间中独立衍射这些频率。此成果展示了通过在光学频率下提高调制速度和空间相位梯度控制能力，使得在单一设备中实现了复杂的光学功能。2. 实验通过使用基于ITO的两电极等离激元超表面，设计了时间变化的驱动电压信号来激发感兴趣的频率，并有效抑制了不需要的频率。通过对施加到每个电极的驱动波形中特定频率分量引入相位延迟，成功实现了对每个生成频率在空间上的独立操控。3. 实验结果表明，频率偏移的光能够被有效地衍射，同时中心频率信号正常反射，显示出优良的束直指性。此技术在单一芯片级设备中实现了频率的生成和引导，具有在光通信和传感领域中的广泛应用潜力。【科学图文】图1: 电调控时空超表面。图2: 基于氧化铟锡indium tin oxide，ITO的等离子体超表面。图3: 时间调制和波形优化。图4: 单个谐波的衍射。图5: 时空调制，以用于任意控制光的光谱和空间特性。【科学启迪】本文的研究揭示了在近红外波段下通过电调制超表面进行时空调控的强大潜力，带来了诸多科学价值。首先，通过首次实现兆赫兹频率下的电调制超表面生成和独立衍射任意谐波频谱，这一创新突破了以往超表面技术仅能在固定波长下工作的局限性。这一实验成果展示了电调制超表面在光学频率下的高效操作能力，为动态光学频谱调控开辟了新的方向。其次，实验中采用的时间变化驱动电压信号和空间相位延迟引入技术，展示了如何通过精确操控频谱来实现光的频率混合、谐波束偏转和成形等复杂光学功能。这不仅为超表面技术在光通信和光学传感等领域的实际应用提供了理论基础，还预示着其在实现更复杂的光学功能方面的广阔前景。此外，研究结果强调了调制速度和空间相位梯度控制能力的提升对主动超表面性能的关键作用。这表明，未来在超表面设计中，需要进一步探索提高调制速度和空间分辨率的方法，以实现更高性能的光学器件和系统。总体而言，这一研究成果为时空调控超表面的发展提供了重要的科学依据，并为未来在集成光学器件、光频率调控以及光学通信技术中的应用奠定了坚实的基础。它激发了对超表面技术在更高频率下应用的进一步探索，推动了光学领域技术进步和新兴应用的实现。原文详情：Sisler, J., Thureja, P., Grajower, M.Y. et al. Electrically tunable space–time metasurfaces at optical frequencies. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01728-9

近日，来自安徽科技理工大学、安徽西部大学皖西学院、复旦大学大气与海洋科学学院、上海期智研究院的联合研究团队发表了《通过实施光学条纹噪声抑制方法的激光波长调制光谱技术实现气体测量的高精度和高灵敏度检测》论文。Recently, the joint research team from Anhui University of Science and Technology, West Anhui University, Department of Atmospheric and Oceanic Sciences, Fudan University, Shanghai QiZhi Institute published an academic papers High precision and sensitivity detection of gas measurement by laser wavelength modulation spectroscopy implementing an optical fringe noise suppression method.可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）已被开发用于痕量气体测量，因其高精度、高灵敏度和无需任何样品准备的原位自校准的独特优势。通常，长光程的多次通过腔体（MPC）被应用于增强基于TDLAS的传感器的检测精度和灵敏度。然而，MPC中出现的意外光学干涉纹严重影响了传感器的检测精度和灵敏度。基于MPC的TDLAS传感器的检测精度和灵敏度通常受到光学干涉纹的限制，这些干涉纹由衍射、镜面表面瑕疵的散射、镜面畸变、热膨胀、冷收缩或应力变形引起。因此，MPC中观察到的光学干涉纹由不同的光学干涉纹组成。这些光学干涉纹主要是由于少量的激光以与主激光束相差ΔL的光程到达探测器所致。这些问题对于TDLAS是普遍存在的，尤其是在使用密集重叠斑点模式的MPC时，提出了一些不同的方法来消除光学干涉纹的负面影响。The Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) has been developed for trace gas measurement, as its unique advantages of high precision, high sensitivity and self-calibration in situ qualification with-out any sample preparation. The multi-pass cell (MPC) with a long optical path is usually applied to enhance TDLAS-based sensor’s detection precision and sensitivity. However, the unexpected optical fringes occurring in the MPC often spoil the sensor’s detection precision and sensitivity seriously. The detection precision and sensitivity of the TDLAS-based sensors containing an MPC are often limited by the optical fringes that result from diffraction, scattering on the mirror surface imperfections, mirror aberration, thermal expansion, cold contraction, or stress deformation. Therefore, the complex optical fringe consisting of different optical fringe will be observed in the MPC. These optical fringes are due largely to a small amount of laser reaching the detector with an optical path length differing by ΔL from the main laser beam. Those problems are common for TDLAS, especially using dense overlapped spot pattern MPC and some di&fflig erent methods are proposed to eliminate the negative influence of the optical fringes.研究团队提出了一种抑制可调二极管激光吸收光谱中光学条纹噪声的新方法，并将其应用于由光学条纹扰动的CH4气体传感器，以提高检测精度和灵敏度。所开发的CH4检测仪的示意图如图1所示。宁波海尔欣光电科技有限公司为此项目提供锁相放大器（HPLIA 微型双通道调制解调锁相放大器），从光电探测器输出的信号发送到锁相放大器，锁相放大器相对于同步信号对2f模式进行解调，锁相放大器的时间常数设为1ms。In this work, a novel method to suppress optical fringe noise in the tunable diode laser absorption spectroscopy is proposed and applied to the CH4 gas sensor perturbed by optical fringes for higher detection precision and sensitivity.The schematic diagram of the developed CH4 detection instrument is shown in Fig. 1 . HealthyPhoton Co.,Ltd provided a HPLIA Miniature dual-channel modulated demodulation lock-in amplifier for this project. The lock-in amplifier demodulates the signal in the 2f mode with respect to the sync signal. The time constant of the lock-in amplifier is set to 1 ms.Fig.1. Schematic diagram of the developed CH 4 detection systemlock-in amplifier (Healthy Photon, HPLIA)对于被光学条纹和随机噪声干扰的20 ppm CH4的二次谐波(2 f)信号，通过该新方法，2f信号的信噪比(SNR)从17提高到182，优化平均光谱范围Δ𝜆 。与未经处理的原始信号相比，CH4测量精度改善了约1.5倍。相应的最小可检测浓度可从3 ppb改善到0.78 ppb。系统的相应噪声当量吸收灵敏度(NNEA)和噪声当量浓度(NEC)分别为6.13 ×10-11 cm&minus 1 W Hz&minus 1/2 and 0.181 ppm。For the 2nd harmonic(2f) signal of 20 ppm CH4 spoiled by optical fringes and random noise, by the novel method, the signal-to-noise ratio (SNR) of the 2f signal is improved about 6.5 times from 17 to 182 with an optimal averaging spectral range Δ𝜆 . A &sim 1.5 times improvement in the measurement precision of CH4 is achieved compared to unprocessed raw signal. The corresponding minimum detectable concentration can be improved from 3 ppb down to 0.78 ppb. The corresponding noise equivalent absorption sensitivity (NNEA) and the noise equivalent concentration (NEC) of the system is 6.13 ×10-11cmW-1Hz-1/2 and 0.181 ppm, respectively.Violet line from traditional averaging method and magenta line from the novel optical fringe noisesuppression method.Histogram plot of the 20 ppm CH 4 deviation.20 ppm CH 4 Allan-deviation stability of developed overlapped spot pattern MPC.参考文献：Reference:Yanan Cao, Xin Cheng, Zong Xu, Xing Tian, Gang Cheng, Feiyan Peng, Jingjing WangHigh precision and sensitivity detection of gas measurement by laser wavelengthmodulation spectroscopy implementing an optical fringe noise suppression method, Optics and Lasers in Engineering 166 (2023) 107570www.elsevier.com/locate/optlaseng

全二维气相色谱(comprehensive two-dimensional GC, or GC×GC)作为一种全新的色谱分离手段，具有分离能力强，峰容量大，定性有规律等优点。目前已经开始应用在石油化工、环境监测、天然产物分析、食品卫生、生物医药等行业，是复杂样品和痕量样品分析的强大武器。全二维色谱最核心的部件调制器可分为气流式调制器(flow modulator)和热调制器(thermal modulator)。相比气流式调制器，热调制器调制性能更加优异，而且可以直接连接质谱，是当前最主流的调制技术。市场上的热调制器普遍采用气流喷射调制方式，利用液氮或压缩空气以及热空气对色谱炉膛内的调制色谱柱进行冷却和加热，附属设备较多，运行和维护费用较高。加上居高不下的系统价格，使全二维气相色谱技术目前仅限于一些高端实验室和较前沿的科研应用，难以向广大中低端用户和常规检测普及。　　雪景科技经过多年的研发，成功推出了全球首款采用半导体制冷元件的商业化固态热调制器(SSM)，使全二维气相色谱(GC×GC)彻底摆脱了液氮和其他制冷剂的使用。独特的机械和热管理设计保证了产品与目前主流热调制器相当的调制性能。其小巧的结构和方便的操作极大地简化了GC×GC技术的使用难度和运营成本。由于采用了模块化设计，用户可以方便地将该调制器安装到任意气相色谱平台上，配合专业的全二维色谱数据处理软件，将常规的一维气相色谱升级成全二维气相色谱系统，极大提高现有系统对复杂样品的分析能力。另外，由于该热调制器体积小巧能耗低，可以和其他在线式或者便携式色谱进行联用甚至集成，第一次实现全二维气相色谱在在线监测和野外分析中的应用，为我国日益增长的环境、食品和化工检测需求提供一种全新的技术手段。固态热调制器　　雪景科技是一家致力于推广和普及全二维气相色谱技术的公司。主要产品包括全二维气相色谱调制器、全二维色谱数据处理软件、以及全二维气相色谱系统构建和维护、应用解决方案和技术支持等。全二维气相色谱系统

可在几百米的光纤中测出小至0.1毫米的误差，较国外垄断产品，测量分辨率提高了1600倍，相位精度提高了10倍̷̷记者19日从南京航空航天大学获悉，该校研发的我国首台超高精度光矢量分析仪问世。　　超高精度光矢量分析仪就像“火眼金睛”，从家用光纤路由器到航天飞船等大量应用的光学器件领域都需要用到它。它可以对光器件的两个最关键指标——幅度响应和相位响应进行精确测量，从而在研发和应用中掌握其性能。第一代仪器仅能测量幅度响应，第二代仪器可以同时测量幅度响应和相位响应，但目前全球仅有美国纳斯达克上市公司LUNA的OVA5000一款产品，并且其高精度版不对我国销售。　　2010年，南京航空航天大学潘时龙教授开始筹建微波光子学实验室。他带领团队在研究中发现，国外光矢量分析仪采用“以光测光”的办法，费时费力而且精度不高，自主研发的光矢量分析仪采用“以电测光”的方法，把光信号转换为微波信号。课题组先后掌握了光频梳通道化技术、平衡光电探测技术和新型电光调制技术，基本攻克了相关的技术难点。该光矢量分析仪的第二代样机先后被中科院半导体所、江苏光扬光电等十余家单位试用 还帮助某海军单位实现了光纤干涉器的自动化测量，测量精度提高10倍，节省成本一半以上。

2019年8月23日，雪景科技在第二届全二维色谱技术与应用大会上正式发布了全新的气流调制器 QFM1200 QFM1200系列气流调制器采用雪景科技发明的准止流调制技术（Quasi-stop flow modulation）, 通过周期性将进样口直接联通二维柱，（近似）停止一维流动并产生较大的二维流量，将一维馏出物快速释放至二维，实现调制效果。 QFM1200开创了一种全新的气流调制原理，继承了气流调制的优势，包括体积小巧，无需制冷剂，沸点范围宽，运行稳定可靠，重复性好，无需维护等。同时进一步简化了结构和附属设备，省去了目前气流调制技术常用的额外气流控制组件和微流路元件，显著降低了系统复杂度。可以在常规色谱平台上更简便、更快捷、更经济地升级到全二维气相色谱系统。雪景科技同时推出了针对不同应用的多种柱系统配置和优化色谱方法，当方法确定后可长期不间断稳定运行，在常规分析及便携式现场分析领域具有广阔的应用前景。

在满足目前各种应用需求的前提下，光谱分析仪器和方法也在不断的创新发展中，不论是分子光谱还是原子光谱都涌现了一系列创新的成果，特别是拉曼光谱、近红外光谱、激光诱导击穿光谱、太赫兹、超快光谱、荧光相关光谱、高光谱等相关技术彰显了极具诱惑的市场活力，引领着行业发展的方向。第十二届光谱网络会议（iCS 2023）中，近50位专家报告充分彰显了光谱创新潜力，纷纷展示了一系列的创新成果：从仪器整机到关键部件；从系统集成到方法开发；从大型科研仪器，到用于现场的便携、手持设备；从实验室检测设备，到过程分析技术……为了更好的展示这些创新成果，同时也进一步加深专家、用户、厂商之间的合作交流，会议主办方特别策划《光谱创新成果“闪耀”iCS2023》网络专题成果展，集中展示本次光谱会凸显的创新成果，包括但不限于仪器、部件、技术、方法、应用等。大连理工大学 陈珂副教授本次会议中大连理工大学陈珂副教授介绍了其课题组在光纤光声气体传感技术及应用方面开展的一系列工作（点击回看》》》），得到与会老师的关注和认可。会后，我们也再次邀请陈珂副教授分享大连理工大学光纤光声传感研究团队的系列成果。1、成果简介大连理工大学光纤光声传感研究团队开展了光纤声波/振动传感技术和光声光谱微量气体检测技术的应用基础研究工作。在光纤传感技术研究方面，首次提出并设计了超高灵敏度光纤悬臂梁声波传感器，信噪比相比于传统电学麦克风提高了1-2个数量级；研制出超高速振动/声波传感解调仪器，采用光谱解调法实现了200 kHz的解调速度，将解调算法集成到FPGA中，大幅度提升了解调的稳定性。在光声光谱技术研究方面，将光纤声波传感器用于光声信号探测，提出了干涉型光纤声波锁相探测方法，设计了新型的光纤悬臂梁增强型光声光谱仪器，实现了对多种微量气体的超高灵敏度检测。研究了基于光纤光声传感的变压器油中溶解气体原位检测技术，研究了气体绝缘设备中六氟化硫分解产物的光纤光声检测技术，并在多个变电站开展了示范应用。根据变压器油中溶解气分析和煤矿瓦斯突出应用需求设计了多套激光光声光谱多组分气体分析仪器，掌握了目前世界上唯一的高瓦斯背景中多组分微量气体光学检测技术。成果1：光纤振动/声波传感器及解调仪器设计的光纤振动/声波传感器采用MEMS悬臂梁结构，具有灵敏度高、稳定性好的特点。研制了基于光谱解调的超高速光纤法布里-珀罗（F-P）传感解调仪，在FPGA中集成光谱采集、光谱相位解调等功能，显著提升了解调速度和稳定性。成果2：光声光谱变压器油中溶解气体分析仪针对高电压油浸式变压器油中溶解气体分析需求，研制了多套激光光声光谱气体分析仪。其中对油中溶解乙炔气体的检测极限达到0.05μL/L。，同时课题组还开发了光声光谱油中溶解气体原位检测仪，可以直接将光声传感器安装于变压器取油口。 成果3：光纤光声传感解调仪器本团队创新性地将光纤F-P声波传感器用于微弱光声信号探测，研制了多套光纤光声传感解调仪器。在FPGA中集成了相位解调算法、数字锁相、激光调制等功能。对乙炔气体的检测极限可达到ppt量级。 成果4：光声光谱煤矿自然发火监测仪研制的光声光谱煤矿自然发火监测仪，可对多种特征气体进行同时测量。检测指标如下：乙炔：0.5ppm；乙烯：1ppm；一氧化碳：1ppm；乙烷：5ppm；甲烷：0.1%；二氧化碳：0.1%成果5：高精度光声光谱环境气体分析仪开发的二氧化氮和二氧化硫气体分析仪，可对环境中痕量气体进行实时监测。二氧化氮气和二氧化硫气体的检测限分别达到1ppb和10ppb。下图中实验数据是开发的二氧化氮气体分析仪与环境监控站的对比结果。成果6：多通道同步FPGA数字锁相放大器针对光谱探测中微弱光信号检测需求，开发了多通道同步FPGA数字锁相放大器。采用定制的线阵探测器对光谱进行同步快速读取，光功率检测极限达到10fW量级，动态范围达到120dB。2、产业化探索本团队开发的光谱检测、光纤传感类检测仪器具有较高的技术成熟度。在电力、石化等行业具有较好的应用前景。3、课题组未来研究计划光声光谱与光纤传感技术结合后，具有本质安全、抗电磁干扰、灵敏度高、可远距离探测以及多点测量等优势。本课题组将重点研究光纤光声传感技术中的基础科学问题以及工程应用关键技术。欢迎电力、石化、煤矿和环境监测等相关科研院所和公司联系我们。联系人：陈珂（大连理工大学）Email：chenke@dlut.edu.cn课题组介绍陈珂，大连理工大学光电工程与仪器科学学院副教授，博士生导师，大连市青年科技之星，光纤光声传感团队负责人，主要从事光纤传感、激光光谱和微弱信号检测等方面的研究工作。担任中国光学工程学会光谱技术及应用专委会委员，中国电气工程学会测试技术及仪表专委会状态监测学组委员，国家自然科学基金通讯评审专家。工作近8年来，共主持科研项目32项，其中，国家自然科学基金面上项目等国家级项目2项，省部级项目2项，大连市高层次人才创新支持计划项目1项，企业合作项目20余项；在Analytical Chemistry、Optics Letters等期刊上发表SCI/EI论文93篇，其中第一/通讯作者论文63篇；已申请和授权发明专利43项，其中第一发明人专利21项。

p 　　两年一度的石油环境检测技术大会(PEFTEC, Petroleum, Refining, Environment Monitoring Technologies Conference)于2017年11月29-30日在比利时著名港口城市安特卫普召开。本次大会主题包括实验室检测、石油化工产品分析，环境排放监测、便携式与在线采样技术、标准物质与方法、质量控制等。吸引了全球石化炼油、环境检测、以及分析仪器行业的数百名专家学者和仪器厂商参加。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/dc6bcff0-da1b-47f5-9948-ebbfc43c649f.jpg" style=" " title=" IMG_20171129_100536_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/c619152a-5e82-4c70-9f7f-62dd0963efdd.jpg" style=" " title=" IMG_20171130_141622_副本.jpg" / /p p 　　雪景科技作为唯一一家中国仪器厂商参加本次大会，展出了公司自主开发的基于半导体制冷技术的全二维气相色谱热调制器SSM1800。全二维气相色谱是一种具有强大分离能力的分析技术，可用于石油化工、环境检测、食品香料等行业中复杂样品的分离分析。相比传统气相色谱，全二维技术可极大提高峰容量和分辨率，一次可同时分析上千种化合物。这项技术在欧洲和北美应用较为广泛，很多实验室都有配备，积累了丰富的实用经验。但传统全二维技术需要使用液氮等制冷剂，运行成本较高，而且附属设备多，操作维护也比较复杂。主要集中于高端实验室。雪景科技开发的SSM1800采用革命性的调制方式，彻底摈弃了制冷剂使用，其独特的设计和方便简捷的操作颠覆了人们对全二维气相色谱技术的认知，吸引了广大参会的色谱应用者前来观看咨询。 /p p 　　在了解了固态热调制器的工作原理和实际效果后，很多用户产生了浓厚的兴趣。他们表示，“SSM1800是一个令人兴奋的产品。它的出现极大简化了全二维分析的操作和维护过程，降低了这项高端分析手段的技术门槛。由于全二维技术在石化和环境行业中针对复杂体系出色的分析效果，固态热调制技术将对今后全二维气相色谱在相关应用中的普及推广起到了非常积极的作用。” /p p 　　 strong 雪景电子科技(上海)有限公司简介 /strong /p p 　　雪景科技(J& amp X Technologies)是一家由海归博士创立的初创公司，致力于新型全二维气相色谱技术的设计、研发、生产、和应用。公司总部设在上海，另外在南京、北京设有分支机构。雪景科技自主开发的全球首款不使用制冷剂的固态热调制器SSM1800于2016年面世，目前已应用于国内多家高校、科研机构和企事业实验室，受到用户的广泛好评。同时雪景科技积极开拓海外市场，目前与一些国外知名分析实验室开展合作，共同推广方便易用的全二维气相色谱技术，实现其在普通实验室和常规分析上的普及应用。 /p

慕尼黑上海光博会将于2024年3月20-22日在上海新国际博览中心（上海市浦东新区龙阳路2345号）举办，届时我们将携前沿光电产品及技术解决方案在W4馆4420亮相，展品涵盖生物显微、半导体检测、激光医疗、光纤传感、精密光谱、机器视觉、偏振测量、光束匀化、光束偏转等热门应用领域，本次慕尼黑上海光博会除了前沿技术产品亮相，还有超赞的干货演讲等活动，诚邀各位新老客户拨冗莅临展位洽谈交流！W4馆4420 主题演讲日程预览 展位活动详情 展品应用速递 PPLN晶体，显微镜LED光源，LED点光源，MEMS扫描镜，AOTF，AOM，调温式热封机VTS，混频器，隔震平台，空间光调制器，LCOS，半导体激光器，荧光标准片，DMD空间光调制器，压电纳米平移台，标准分辨率靶，SCMOS，光子晶体光纤，920飞秒激光器，显微高光谱成像，微型光谱仪，3D光场显微成像模块、微球显微镜，光纤耦合LED光源，3D光场显微相机，生物阻抗分析仪，纳米孔读取器，多通道电流放大器，膜片钳，蛋白质测序仪，单光子相机，无掩模光刻机。在线椭偏仪，在线膜厚测量仪，在线拉曼光谱成像，在线荧光寿命成像，在线荧光光谱成像，自动化光电流成像，超分辨光学微球显微镜、锁相放大器、激光干涉仪，高频激振器，TDTR，266nm窄线宽激光器，波前传感器，激光光束分析仪，激光位置和指向稳定系统，多通道声光调制器AOMC，声光偏转器AODF，非球面匀化镜。2940nm铒激光器，2020nm铥激光器，激光光束分析仪，非球面匀化镜，调温式热封机VTS，混频器，激光传能光纤，激光功率计，生物电阻抗断层成像仪，医用激光光纤（紫外-中红外），医用光纤温度传感器，医用光纤压力传感器 温度解调系统，时域红外光谱仪，扫频激光器，法珀腔医疗压力传感器。PPLN晶体，显微镜LED光源，LED点光源，MEMS扫描镜，AOTF，AOM，调温式热封机VTS，混频器，隔震平台，空间光调制器，LCOS，半导体激光器，荧光标准片，DMD空间光调制器，压电纳米平移台，标准分辨率靶，SCMOS，光子晶体光纤，920飞秒激光器，显微高光谱成像，微型光谱仪，3D光场显微成像模块、微球显微镜，光纤耦合LED光源，3D光场显微相机，生物阻抗分析仪，纳米孔读取器，多通道电流放大器，膜片钳，蛋白质测序仪，单光子相机，无掩模光刻机。共聚焦拉曼光谱仪，共聚焦荧光寿命成像系统，共聚焦荧光成像，超导探测器、单光子计数器、激光稳频器、超稳腔、窄线宽稳频激光器、锁相放大器、任意波形发生器、偏频锁定模块、超快飞秒激光器、单光子相机、光刻机，单腔双光梳激光器，光纤光谱仪，拉曼光谱仪，近红外光谱仪，多光谱相机、高光谱相机，光纤探头，激光光束分析仪，PPLN晶体，声光偏转器AOD，声光调制器AOM，非球面匀化镜，激光位置和指向稳定系统，非线性晶体，F-theta场镜，扩束镜，隔震平台。二维光谱成像测量系统，多光谱相机、高光谱相机、热成像相机，变焦镜头，在线颜色测量，二维光谱颜色测量，线激光3D相机，结构光3D相机，光场相机，高光谱相机，3D傅里叶显微成像仪，光纤传感器。偏振态测量仪（三款），偏振相，锁相放大器，小尺寸宽带偏振态测量仪，高精度偏振(斯托克斯量)测量系统，光弹调制器，托卡马克专用光弹调制器，偏振分析专用锁相放大器，成像型穆勒矩阵测量系统，高精度波片相位延迟测量系统，光弹性系数测量仪，桌面主动隔振台。声光偏转器，电光偏转器，电光偏转系统，KTN电光偏转器，液晶偏振光栅，大角度闭环微型振镜，MEMS扫描镜，压电纳米平移台，液晶空间光调制器，主动隔振台，光纤偏振态测量仪，中空回射器。 昊量展位指引 关于我们

基于长期友好的合作伙伴关系与相互信任，近日昊量光电与美国Meadowlark Optics公司正式签订独家代理协议。昊量光电正式成为美国Meadowlark Optics公司所有产品线的独家代理商。我们相信，双方这次全面深入的合作将帮助美国Meadowlark Optics公司加快在中国的业务增长，提升为中国客户的服务品质。 作为美国Meadowlark Optics公司在中国地区的独家代理商，昊量光电将全面负责美国Meadowlark公司在中国的市场拓展与客户服务。昊量光电将一如既往地为中国地区的客户提供优质的产品与服务！ 美国Meadowlark Optics公司(Meadowlark Optics, Inc.)于1979年由美国国家大气研究中心的科学家Tom Baur先生创立。如今Meadowlark Optics公司已经成为全球顶级的偏振光学元器件制造商。Meadowlark Optics公司产品包括超高精度偏振片、液晶相位延迟器等。 2014年7月，美国BNS (Boulder Nonlinear System)公司商业产品部与美国Meadowlark Optics公司合并之后，美国Meadowlark Optics公司在液晶空间光调制器方面的技术实力进一步增强。 2015年3月，美国Meadowlark Optics公司正式收购CRi公司液晶空间光调制器产品线 ，Meadowlark公司在液晶空间光调制器的产品种类得到了进一步拓宽，其在液晶空间光调制器的世界领导者地位得以进一步巩固！ 作为一家专业的光电产品代理商，上海昊量光电设备有限公司专注于光电领域的技术服务与产品经销，致力于引进国外顶级光电产品制造商的技术与产品，为国内客户提供优质的产品与服务。昊量光电成立于2008年。目前，昊量光电已经与国外多家知名光电产品制造商建立了良好的合作关系。其代理品牌包括美国Meadowlark公司、法国Photline/iXFiber公司、英国Gooch&Housego公司、美国ConOptics公司、法国Oxxius公司、英国Qioptiq公司、法国Cristal Laser公司、德国Cinogy公司等，其产品包括空间光调制器、声光调制器、电光调制器、半导体激光器、半导体泵浦激光器、光纤激光器、激光晶体、光束测量设备等，所涉及的领域也涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究与国防等。 昊量光电秉承“诚信、高效、创新、共赢”的核心价值观，我们为客户提供优质的产品与服务，为实现各方共赢而不懈努力！ 调制器 空间光调制器CRi液晶空间光调制器超高速液晶空间光调制器透射式液晶空间光调制器液晶相位延迟器/液晶光阀超快液晶可变延迟器/液晶可变波片OEM液晶可变延迟器/相位延迟器紫外液晶可变延迟器/波片中红外液晶可变延迟器/相位延迟器（3.6um-5.7um）可调谐滤波器可调谐液晶滤波器（半高宽可选）三色液晶可调谐滤波器

光，存在于构成物质的分子内部，并决定了物质的属性。它能追溯世界的起源，它可成为探索未知未涉的支点。 2016年3月15日至17日，一年一度的慕尼黑上海光博会在上海新国际博览中心举办，这个亚洲知名的激光、光学、光电行业盛会，无疑为上海的初春更添了一阵暖意。光的世界，奇妙神秘，而“光”也是滨松不断求索和创造未来新产业的立足点。在本次展会中，滨松中国携“半导体激光器及相关产品”和“成像系统”两大部分产品盛情参展。 半导体激光器无论在工业、民用，还是环保、学术都有着广泛的应用。在本次展出的展品中，氧气监测用激光二极管760nm DFB cw LD备受关注。该系列产品具有高功率、可定制发射波长等特点，在烟气监控、焚化炉燃烧监控和血液分析等方面都有广阔的应用前景。氧气监测用激光二极管760nm DFB cw LD与观众交流此外，一种发射波长在中红外波段(4 um 到10 um) 的，针对特殊气体监测需求的半导体激光器——量子级联激光器也同时亮相。该类产品由于发光原理和常规LD完全不同，并且为环境监控的痕量气体分析等中红外应用提供了创新性的光源解决方案，而日益受到关注。此外，最新的QCL模块也在于本次展会在国内首展。 QCL产品成像系统方面，由空间光调制器和相机组成的“激光全息系统DEMO”则担任起了本次展台的“迎宾”。通过空间光调制器对激光进行相位调制，接下来经反傅里叶变换后，在相机上进行了 “滨松中国欢迎你” 激光全息成像，也着实赚足了眼球。激光全息成像系统DEMO空间光调制器（左）和相机（右）空间光调制器（LCOS-SLM），简单来说是通过电压改变液晶的折射率，以此可控制每一个像素的折射率，进而对每一个像素的相位进行调制。可应用于光相位调制、激光整形、消除系统像差（波前矫正）等应用。滨松LCOS-SLM具有高精度、高达95%的光利用率、高阈值、可定制等特点。技术工程师为客户进行产品和应用介绍 三天展出时间非常短暂，但是光事业却宏大长远。滨松以“光子是我们的事业”为不变初心，也将一如既往为各行各业提供值得信赖的光电产品。接受OFweek网站记者采访

p 　　近日，中国科学院空天信息研究院和中国科学技术大学等单位联合研制出高速高精度激光汤姆逊散射仪。 /p p 　　今年5月，在“科大一环”磁约束聚变等离子体装置开展实验中，基于重复频率200赫兹、单脉冲能量5焦耳的激光脉冲，实现了小于5电子伏特的电子温度测量精度，电子温度安全预警时间间隔达5毫秒，所获得的预警时间是国际同类系统的一半，指标提高一倍。这标志着我国在该领域进入国际领先水平行列，为我国未来磁约束聚变能装置的高精度测量奠定了坚实基础。 /p p 　　据了解，在磁约束聚变反应装置工作过程中，偏滤器将承受巨大的能量泄放，需要对等离子体电子温度进行提前预警和实时反馈控制，实现脱靶而避免等离子体损伤器壁进而导致灾难性后果。基于高频高能激光的汤姆逊散射测量是精确测量等离子体电子温度的唯一可靠测量手段，激光的工作频率决定了温度预警的采样时间间隔，间隔越小系统预警越及时，装置运行安全系数越高。 /p p 　　受限于激光器能量和频率水平，我国以往等离子体温度诊断采用数十赫兹的低频激光器，采样间隔宽，遇到紧急情况无法及时预警，导致装置运行存在巨大风险。虽然采用多台低频率激光器合束技术可以满足预警时间间隔要求，但是这种方法可靠性大幅降低。欧洲和日本已经掌握了100赫兹工作频率的高能激光技术，预警时间间隔达到10毫秒，但这个预警时间间隔仍然较长，无法完全保证装置安全运行。 /p p 　　从2015年起，空天信息研究院联合中国科学院光电技术研究所和同济大学等单位历时3年时间，突破了高能量高光束质量激光传输与放大、激光相位共轭波前畸变校正、大口径/大尺寸激光放大模块、大功率脉冲激光驱动电源等关键技术，于2017年4月在国际上首次发布重复频率200赫兹、脉冲能量5焦耳、脉冲宽度6.6纳秒、光束质量1.7倍衍射极限的高频高能激光指标，将我国纳秒脉宽激光器的功率水平提高了1个数量级。研究团队研发出基本完善的工艺流程，核心器件/部件实现国产化，形成整机工程化制造能力。以200赫兹/5焦耳激光器为光源，中国科学技术大学攻克了大功率激光传输系统综合降噪、收集光学精准对焦、弱光信号探测提取等难题，成功地研制我国迄今精度最高的激光汤姆逊散射检测系统。 /p p 　　未来，研究团队将开展更高功率、更高频率激光器研发和更高精度的诊断实验，计划将激光器的工作频率提高至500赫兹，检测系统提供2毫秒的安全预警时间间隔和1电子伏特的电子温度测量精度，为下一代磁约束聚变装置安全运行提供高速预警手段。 /p p br/ /p

自1953年成立以来，滨松公司一直积极投入与人们日常生活息息相关的领域。从扫地机器人到LIDAR小车，从可穿戴健康监测设备到健康随时报警器，再到用于检测晶圆等产品的半导体失效分析设备，滨松公司在半导体制造、健康监测，激光加工，智能设备以及未来的太赫兹等应用领域持续创新，致力于为人们的生活带来便捷与创新。接下来小编会与大家共同分享，在此次光子展中滨松的半导体应用，激光加工应用，X射线应用等相关产品如何将光技术融入我们的日常生活，为我们的生活带来便捷与希望。半导体制造行业在信息时代的大潮中，半导体成为了不可或缺的基石，如同粮食对于工业的重要性，它是电子设备的心脏，深深影响着我们的生活。从尖端的科技领域到日常生活的方方面面，半导体无处不在。比如，半导体芯片在智能汽车、5G通信、航空航天、国防军工、医疗卫生等领域中发挥着关键作用。滨松，一直致力于半导体产业的发展，通过自主研发，推出了多款创新产品，满足各种应用技术的需求。例如，一款独特的电离静电消除器，它能在低到高真空级别下工作，无需吹气。此外，还有用于检测micro LED晶圆的系统、高精度高速膜厚测量仪、丰富的光谱仪产品线以及小型化高输出的UV-LED单元等。那么，这些产品在实际使用中有哪些独特的优势和表现呢？让我们一探究竟！VUV电离器静电消除器VUV静电消除装置，真空静电消除器是使用“光离子化”来应用真空紫外光去除静电的静电电荷去除器。这种创新的离子化方法利用真空紫外光的独特功能来消除真空（减压状态）中不需要的静电电荷，这是此前一直无法实现的。主要用于消除工业生产过程中真空的静电，例如半导行业，LCD行业以及其他自动化工序的关键工艺中。产品特点：■可真空中和 、高水平的静电消除性能(0 V静电消除)；■不需要吹气 、支持低到高真空级别；■防止反向充电，无粉尘产生。MiNYPL:微型LED PL测试仪MiNYPL 是一种使用光致发光 (PL) 测量方法的微型 LED 晶圆检查系统。MiNYPL是一种独特的二维成像技术，不必使用光谱仪，就可以一次性计算出平面内的发光波长。主要应用于Micro/Mini LED产品的发光和波长异常的检测中，可以在产品出现缺陷问题时帮助客户进行精准、快速定位。产品特点：■能够检测到仅通过外观检查无法发现的发光异常和波长异常；■实现电致发光(EL)测试无法实现的详尽测试；■通过在生产前进行检验来提高良率。高精度膜厚测量仪Optical NanoGauge 膜厚测量系统 C15151-01 是一种利用光谱干涉法的非接触式膜厚测量系统。这种大功率、高稳定的白光光源支持精确测量薄膜厚度，包括超薄薄膜（1 nm）。此外，光源的使用寿命为 10,000 小时，适用于在线操作。产品特点：■支持超薄薄膜测量(1 nm甚至更换激光器后更低)； ■高度精确(测量重复性：0.1 nm以下)；■采用大功率白光光源；■使用寿命长(维护周期1年以上)。光谱仪光谱分析是物质分析中的一种重要方法，在工业，农业，环境，食品，医药和制药等领域中的应用都十分普遍，而光谱仪则是长期征战于第一线的核心器件之一。针对于光谱仪来说，滨松可谓是拥有各种型号不同性能的全线产品。并且就连光谱仪需要的软件滨松也在近期有了升级，”尖雀“光谱仪软件全新亮相。1、滨松超小型光谱仪家族全亮相，满足不同波段需求（可量产）2、从图像传感器到微型光谱仪的进阶之路，滨松有话说3、滨松光谱仪软件升级了，诚邀测试反馈4、三招提升光谱仪信号质量 LIGHTNINGCURELC-L5G线性照明型UV-LED单元滨松 LIGHTNINGCURE LC-L5G 系列是线性照射型 UV-LED 光源系列，有多种波长范围如365 nm / 385 nm /395 nm / 405 nm可供选择，具有许多出色的特点，如小型化、重量轻、高输出和大片照射区域，使其成为包括 UV 印刷、UV 涂布和 UV 粘合剂固化等各种用途的理想选择。为了实现最高的 UV-LED 光源性能，滨松采用了名为 ThoMaS 的专利型空气制冷法，名为 HANCE (*1) 的专利型氮气吹扫法，以及可延长产品保修期的保修延期选项 ALiCE。*1：ThoMaS 和 HANCE 仅适用于 GH-103A 型号。激光加工行业在当今高速发展的科技时代，激光技术已经渗透到各个领域，尤其在中国制造2025的大背景下，它已成为不可或缺的重要支撑。从晶圆切割、手机屏幕粘贴，到玻璃切割、塑料焊接以及表面处理，激光技术的身影无处不在。众所周知，半导体激光器因其大输出功率、低价格的优势，使得激光器处理的用途越来越广泛。但随之而来的是可靠性和质量控制的担忧，成为了阻碍其普及的难题。对此，滨松认为激光器处理过程的稳定性与视觉控制是消除这些担忧的关键。如今，滨松光已经将半导体激光器应用于各类产品中，从研发到生产现场，无一不是它的用武之地。SPOLDld辐照光源L13920系列印刷电子是通过印刷制造电子电路的技术，只需将设计好的电路用金属纳米油墨印刷在衬底上，加热（烧结）即可制成电子电路。金属纳米油墨加热（烧结）过程的热源可以采用滨松的SPOLD辐照激光产品，使用激光束照射金属纳米油墨加热，使金属纳米颗粒粘合在一起进行烧制。产品特点：■由于只有激光应用的纳米墨水被加热和烧结，它几乎不影响周边；■即使是不耐热的材料也可以用作基板；■可以节省电力，因为电路可以只使用能量来加热工件；■由于从电到激光的高转换效率，卓越的能源效率(电光转换效率:60%或更高)。硅基液晶-空间光调制器滨松LCOS-SLM 是反射空间光相位调制器，可自由调制光相位，而激光的光相位由液晶调制。光的波前控制可应用于光束光刻、像差校正。并且滨松最近也发布了最新款SLM，通过应用我们专有的热设计技术和改善散热性能，我们能够将耐光性能提高到世界级的700 W(大约是以前型号的3.5倍)。配合大功率激光，可实现灵活、高精度、高效率的加工，点击此处了解新品详情。针对于SLM需要的代码，滨松现在也免费提供给大家，详情可以点击此处了解。iPMSEL 可积相位调制表面发射激光器iPMSEL全称是Integrable Phase Modulating Surface Emitting Lasers，是滨松开发的一种芯片大小的光源，可以从半导体芯片直接控制光束输出，可集成相位调制表面发射激光器，通过超小模式光源实现自然立体显示。由于它们的精细性，集成是可能的，并且在未来，正在进行的技术目标是将大量光束转向灵活的方向。安全检测产业随着世界各地海关港口、民用航空和交通运输的飞速进步，人们对安全的重视程度与日俱增，安检市场也因此蓬勃发展。在这样的背景下，快速、准确地识别和应对危险因素变得至关重要。滨松凭借其独特的X射线技术，精心打造出微焦点射线源和相关的X射线探测器，广泛应用于无损检测等关键领域。这些产品不仅代表了滨松的技术实力，更为安检行业树立了新的标杆。低真空操作离子探测器机场安检拥堵、漫长的排队等待，让人疲惫不堪？这一切都因为传统的检测方式太粗糙，许多细小的物件常常被遗漏，导致误报频发，而重复检测又耗费大量时间。那么，有没有一种方法能解决这个问题呢？答案是肯定的！低真空操作离子探测器就是救星！只需将检测板与待测物品轻轻一碰，然后立即放入检测设备中，即可迅速完成安全检测。这种高科技设备不仅对目标材料极其敏感，而且还能大大简化检测流程，再也不用为机场安检排队而烦恼了！X射线检测X射线可以穿透普通可见光无法穿透的物质，穿透能力与X射线的波长及穿透材料的密度、厚度有关。X射线波长越短，穿透率越高；待测物密度越低且厚度越薄，X射线穿透就越容易。X射线成像的基本原理便是根据X射线的特性以及零件的密度和厚度的差异来进行。可以清楚地观察内部而不损坏物体，因此在广泛应用于安全检测。滨松在X射线方面所具有的成像能力，大家可以点击此篇文章如何获得一张满意的X射线图像（收藏就等于会了来了解技术原理解析，接下来从产品层面为大家进一步说明。X射线源对于要求高精度检测技术的X射线无损检测市场，例如越来越精细的电子设备和越来越多样化的食品，滨松通过提供广泛的X射线源和探测器来满足各种需求，在X射线无损检测中发挥关键作用。以下只是滨松部分线源的型号，如有需求可以在评论区留言，会有工程师与您联系。详解：无损检测中的微焦点X射线源（MFX）X射线探测器(一维成像)适用于需要高速工作和高灵敏度在线成像用途的相机。传统的线阵传感器相机在高分辨率成像下具有低辉度，而 X 射线 TDI 相机则提高了图像辉度，从而增强了图像。最适用于线性移动物体成像或宽高比显著不对称的成像。另提供可在狭小空间内安装的垂直 X 射线 TDI 相机。X射线平板传感器(二维成像)将大面阵 CMOS 图像传感器和微光纤板与闪烁体 (FOS) 结合在一起的 X 射线平板传感器。可以采集百万像素级的高清数字视频和静态图像，而不会失真。平板传感器外形薄、重量轻，可轻松安装到其他设备中。产品特点：■ 高速成像；■ 高X射线电阻；■ 低噪音，低缺陷。以上关于部分热门应用的相关介绍就到此结束，如果还有其他问题，欢迎评论区留言或者直接联系相关工程师获取技术支持。编辑：又又&▼

2019年9月4日-7日，中国国际光博会（CIOE 2019）在深圳成功举行。本次滨松中国在展会中主要以激光加工、激光雷达、光通信、工业计测、气体分析、民用消费、光谱检测、检验医学八个方向为主，进行了产品技术的呈现。久经市场考验的经典产品，以及最新曝光的新品都同台出现，获得了众多参观者的驻足。展会现场激光加工# 激光加工联合实验室展品：激光并行加工模块2019年7月，湖北工业大学-滨松中国-金顿激光共同建立的“激光加工联合实验室”正式成立。目前主要进行着基于空间光调制器的精密激光加工方案（钻孔、切割、打标等）的研究，包括不同应用的相位图计算算法、光路系统的搭建与优化、不同材料和应用的实验工艺验证等等。激光并行加工模块是联合实验室的一个小小的首秀。内部配置了滨松空间光调制器（LCOS-SLM）。激光入射到SLM上，在软件内预先设置的多焦点全息图，随后激光通过独特设计的光路，最终在相机靶面上产生多光束。在光调制时，该模块使用了带反馈的迭代算法。相机采集的多个光束的能量分布首先经过算法优化，再迭代入GS算法迭代循环中，经过不断迭代循环，最终得到了能量分布均匀的多个光束。这在实际的加工中，是十分必要的。利用这套激光并行加工模块可以进行10*10阵列多光束打孔、多光束并行蚀刻加工、多光束字母打孔等作业。现场亦展示了多个使用该模块进行加工的样品。除了光调制技术以外，联合实验室计划逐渐拓宽研究范围，滨松的更多产品和技术也将参与其中。以行业需求为导向，更好的促进我国智能激光加工行业的发展。加工样品通过便携显微镜可看到样品上的打孔细节# 下一代激光加工模块：JIZAI此次CIOE，首次曝光了滨松下一代激光加工引擎JIZAI的信息。JIZAI是基于滨松隐形切割技术（独有技术，拥有全球专利）以及空间光调制技术开发而出的产品。灵活性极强，可以根据不同的应用选配其中的器件，进行自由定制。模块可以实现任意形状的加工光束，比如多点并行加工、像差校正、平顶光束等等。紧凑轻巧，可自由移动，在多点打标、内部打标、玻璃打孔、微通道成型等众多激光加工作业中都可应用。JIZAI概念图使用JIZAI进行的玻璃打孔作业激光雷达 # 面阵红外近距离传感器低速及特殊场景下的应用，是激光雷达目前的落地热点之一。智能工厂、智慧物流、智能仓库等场景中，都少不了它的存在。新系列的面阵红外近距离传感器，主要就是面向针对此类应用的激光雷达的。新产品增大了像素尺寸，提高了饱和上限，并在内部设置了补偿电路，增强了抗环境光干扰的能力，更加适合于强背景光环境（如：室外环境）下的近距离测距。同时该器件还具有低成本的特点。目前推出了3种不同像素数量的器件，也可根据具体需求进行定制。# VCSEL固态Flash LiDAR被普遍看做是当前LiDAR发展阶段的下一个台阶。在探测器和激光器的选择上，都将有很大的变化。激光器方面，旋转式中普遍使用的边缘发射激光器（EEL）已经不再完全适用于Flash式的雷达，高功率垂直腔面发射激光器（VCSEL）将成为最理想的选择。随着3D摄像头的热潮，VCSEL成为了近几年的热点话题，在大众熟知的人脸识别、手势识别等应用中都扮演了重要角色。但面向激光雷达的产品，对其各方面性能都有了新的要求，而此次滨松展出的940nm的VCSEL也是特别针对此应用开发的。除了本身光斑形态好的特点外，滨松新展出的VCSEL还具有光功率密度高、光电效率转换高、稳定性好的优点。带封装（金属）的滨松VCSEL产品,特定要求下，裸片产品的提供也可探讨光通信# 面向5G前传和数据通信中心光模块应用CIOE中，滨松呈现了面向中长距5G前传25G/50G光模块，以及100G/200G/400G数据中心互联光模块的全系列探测器方案。包括正照式/背照式、单点/阵列（pitch250/500/750μm）的InGaAs PIN PD，满足不同项目应用的需求。系列产品的特点在于，其采用了独特的设计结构，在保证高灵敏度、低终端电容的同时，也具备极高的可靠性。整个系列产品均可支持非气密封装。工业计测# 应用于编码器的光电探测方案展会中主要展出了目前编码器应用中比较具有代表性的产品，PD阵列、LED光源，以及集成光发射和探测的整体模块产品。实际上滨松探测器覆盖从可见光到近红外几乎全波段，可为LED光源匹配最合适高灵敏度的探测器，实现整个系统的高信噪比。滨松一贯是全线In-house设计和生产，无论是半导体设计及制造工艺，还是封装工艺都拥有丰富的技术储备，可以很好的应对针对编码器应用的各种定制化需求，打磨出最优的产品方案。民用消费# 针对广泛消费类应用的全波段产品“光”是无处不在的，不光是在生产制造、科研学术中，更是在生活的方方面面。滨松则希望通过自身的光电技术，为与我们息息相关的种种生活中的应用，带来更好的可能。让它们变得更加便捷、智能、环保。CIOE中滨松展出了多类光电半导体产品，其中包括可用于屏下，辅助屏幕亮度控制的接近传感器；可装配在便携式设备或独立体温计中，实现无探测位置限制的高精度温度测量，且低成本、环境友好的InAsSb探测器等等。滨松能为民用消费应用提供高一致性、高可靠性的产品。但最为重要的是，以60余年光电技术的沉淀，可以为具体的客户需求提供高定制化的服务，以及产品技术建议。成就更有竞争力的性能，抢占更新市场的先机。目前滨松中国除了北京总部外，在深圳和上海均设有分公司，拥有本土的销售、市场、产品团队，亦可以为中国客户提供更快速有效的服务。在CIOE中我们展现的产品技术和应用仅是冰山一角。实际上，滨松一直希望被看做是一个光子技术的提供者，以和客户更紧密的交流沟通，以及更深入的相互理解，来促成最佳的应用技术诞生。

p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 日前，“高精度激光调制吸收水气传感器应用技术”科技成果在北京通过专家评审，中科院院士姚建铨等评委会专家一致认为，该系统首次在国内无人机高空湿度测量、文物领域高湿环境监测等开展应用，在文物领域的应用填补了国内外空白，达国际先进水平。而市场上存在的传统测量方法在低温、高湿情况下，存在分辨率低、迟滞和误差大等问题。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 北京航天易联科技公司总经理李刚说，该传感器将国外传统水气传感器误差从± 5%提升到本传感器的± 1.5% 将传统传感器响应时间从10—30秒提升至100毫秒，实现了传感器技术的跨越 由于采用半导体光源，光源发出的检测气体特定光谱效率高，并使用信号处理算法，检测精度极高，可达1ppm(百万分之一)量级等。 /p p 　　此技术由北京航天易联科技发展有限公司、中科院半导体研究所、中科院电工研究所联合研发，具有多项核心自主知识产权。经多年研究和大量试验、测试，该传感器有稳定性和防爆性好、寿命长，环境适应性好等优势，可应用于气象环保、文物保护、石油化工等领域的湿气监测。 /p p br/ /p p br/ /p

激光光谱气体传感技术在气候变暖、火星探测、海洋勘探、生物医疗等诸多领域具有举足轻重的地位，全球环境、生态以及能源问题的不断恶化，对光学气体传感的多物质、甚至未知成分的分析能力提出了更高要求。然而，由于缺少理想的相干光源，难以在宽光谱波段范围内快速准确地获取精细光谱信息。光学频率梳（Optical Frequency Comb，OFC）提供了一把测量频率和时间的标尺，从根本上解决了光频计量问题，极大促进了前沿基础物理研究领域的发展。OFC 在频域上表现为一系列相等频率间隔的梳状频谱线，与气体分子作用后进行频域解析，在获得宽光谱覆盖范围的同时亦可获得极高的光谱分辨率，为高精度光谱测量提供了新的技术手段。然而，这种技术往往依赖于高带宽光电探测器和复杂光谱解析技术，而且需要相当长的激光与气体相互作用路径来提高检测灵敏度，严重限制了光频梳光谱在气体传感领域的广泛应用。双光梳光热光谱为了突破该技术瓶颈，来自中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的王强研究员团队和香港中文大学的任伟教授团队创造性地提出了双光梳光热光谱方法（DC-PTS），首次实现了基于光频梳的气体分子光热光谱测量。研究成果以 Dual-comb Photothermal Spectroscopy 为题发表在国际权威期刊 Nature Communications。其中，中科院长光所的王强研究员与香港中文大学的王震博士为该论文的共同第一作者，香港理工大学靳伟教授团队和暨南大学汪滢莹教授团队提供了关键的反谐振空芯光纤器件。图1：双光梳光热光谱方法概念图DC-PTS 的原理如图1所示，采用双光梳光源作为泵浦光源，用其中一列光脉冲在另一列光脉冲的持续时间内等时长移动，周期性调制光脉冲。在频域内，双光梳光源的每一对梳齿的外差拍频可对气体分子吸收实现特定频率的强度调制。由于强度调制引起的光热效应会周期性调制介质折射率，因此当双光梳通过气体介质并被吸收时，介质折射率携有一系列的调制频率。采用光学干涉测量折射率调制并进行傅里叶变换，即可得到对应的宽波段范围内的光谱信息。图2：乙炔气体宽波段双光梳光热光谱在原理验证实验中，研究人员采用电光调制器产生了具有天然内禀互相干的双光梳泵浦激光，用一根 7 cm的反谐振空芯光纤构建了全光纤 Fabry–Pérot 干涉仪，仅用 mW 量级的激光便可实现 kWcm⁻² 量级的泵浦光强。在空芯光纤 28 μm 的空间尺度内，该光梳可同时以上百个不同频率对气体折射率进行调制，对 0.17 μL 采样体积的气体实现了 ppm 级的探测灵敏度和超过 1 THz 谱宽的光热光谱测量（如图2所示）。研究人员所提出的双光梳光热光谱方法不仅具备单波长激光光谱测量的高选择性和快速响应特点，同时光频梳和光热光谱技术的融合使得同时具备宽光谱、高分辨率、极低耗气量和高灵敏度成为可能，为分子探测提供丰富的光谱信息，针对大气监测、深空探测、海洋科学、呼气诊断等不同领域对精密气体探测的需求提供多功能的光谱气体传感技术。前景展望随着光学微腔、量子级联激光器等先进光梳光源和中红外空芯光纤技术的迅速发展，双光梳光热光谱方法有望进一步拓展到气体分子的中红外指纹光谱带，同时结合光学腔增强、高性能相位解析技术，可以实现更强的气体分子探测能力和更小的集成尺寸，为基于激光光谱的前沿科学探索和工程应用研究提供前所未有的可能性。文章信息Wang, Q., Wang, Z., Zhang, H. et al. Dual-comb photothermal spectroscopy. Nat Commun 13, 2181 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-29865-6 该研究得到了国家自然科学基金委项目（62005267、51776179）等的支持。

【科学背景】随着无线通信技术的不断发展，对更高数据速率、更低延迟和更少错误率的需求不断增长，推动了下一代无线通信系统朝着更高的载波频率和超大规模天线阵列的方向发展。然而，这一进程也带来了对通信网络安全性和抗干扰能力的重大挑战。传统的加密方法通常在网络层实施，增加了消息代码的长度和传输开销，并需要密钥交换，这使得满足高带宽和超低延迟通信系统的要求变得困难。为应对这些挑战，近年来多种物理层安全方法得到了开发，其中包括相控阵波束成形技术和人工噪声干扰技术。这些方法的目标是通过增加信号到合法接收者和窃听者之间的信道容量差异来提升通信的安全性。然而，传统的波束成形技术存在体积庞大、能耗高等问题，同时发射机无差别地向所有方向辐射未失真的信号，理论上允许配备灵敏接收器的窃听者截获信息。这些安全隐患促使了对定向通信技术的探索。定向信息调制（DIM）作为一种有前景的物理层安全技术，利用多天线的波束成形能力，在期望方向传输正确的星座符号，同时在其他非法方向将其失真为噪声，从而确保了信息的安全。然而，现有的DIM方案存在一些问题，例如体积庞大、能耗高、成本高以及无法支持二维（2D）和高阶调制等。当前的主流DIM实现大多依赖于相控阵和时间调制阵列（TMA），这些方案虽然能够生成任意幅度和相位的响应，但由于硬件昂贵、能耗高，且只能支持一维传输，限制了其应用范围。为了解决这些问题，近年来可编程超表面（PM）被引入DIM研究。PM具有灵活的电磁波实时调控能力，可以作为一个高度集成的通信系统，具有更简单的架构、更低的成本和更少的能耗。已有研究尝试使用PM实现定向通信，包括近场幅度移位键控（ASK）调制、远场正交相位移键控（QPSK）调制等。然而，这些方案通常只利用电磁波的相位或幅度特征，缺乏高阶调制和正交幅度调制（QAM）方案，并且需要外部射频源，限制了其应用于空间受限的环境。有鉴于此，东南大学崔铁军院士团队在“Nature Communications”期刊上发表了题为“Two-dimensional and high-order directional information modulations for secure communications based on programmable metasurface”的最新论文。本研究提出并实验演示了一种基于二维（2D）PM的DIM方案，旨在克服现有DIM方案中的缺陷。该方案集成了可控组件，能够在期望方向生成正确的星座符号，并形成一个可重构的低剖面调制器，提供发射机与多个接收机之间的独立通信链路。通过使用交替方向乘子法（ADMM）框架中的快速高效算法优化编码序列，该方案实现了在谐波下的定向安全性，并在多通道模式下验证了8PSK、16QAM和64QAM的星座图。【科学亮点】（1）本文首次提出了一种基于2位可编程超表面（PM）的二维及高阶DIM方案，并成功实现了这一方案。该方案利用PM的可调控组件和快速高效的离散优化算法，克服了传统DIM方案存在的体积庞大、能耗高、成本高以及无法支持二维（2D）和高阶调制的缺陷。实验中，PM方案能够生成正确的星座符号，并在多方向波束中传输，显示了其在定向信息调制（DIM）方面的潜力。（2）通过在多通道模式下进行的验证实验，本文展示了该DIM方案的有效性。具体而言，三组星座图（8相位移键控（PSK）、16正交幅度调制（QAM）、64QAM）在多通道模式下得到了验证，测量结果表明，接收到的信号在期望方向上保持了与预设星座图一致的结构，而在其他方向上则出现了失真。这表明该系统不仅能够进行数字信息的直接传输，还能实现信息的定向安全，即只有期望方向的用户能够接收到正确的符号，而其他方向的用户将接收到失真的符号，从而确保了信息的安全性。【科学图文】图1：基于PM的DIM方案的示意图。图2：PM-based DIM方案中使用的元件的详细信息。图3：单通道模式的选定测量结果。图4：单通道模式下测得的EVM值。图5：双通道16QAM方案中的选定测量结果。图6：评估双通道16QAM中的串扰的结果。7：双通道16QAM实验中测得的EVM值。图8：验证所提出DIM方案的安全区域特性和宽带性能的测量信号结构，其中红色圆形标记表示参考星座符号。【科学启迪】本文提出的基于二维可编程超表面（PM）的定向信息调制（DIM）方案在物理层安全领域开创了新的方向。传统的无线通信系统面临着信息安全的重大挑战，尤其是当发射信号无差别地传播到所有方向时，窃听者有可能截获到未加密的信息。传统的加密方法虽然能够在网络层提供安全性，但它们往往增加了通信延迟和复杂性，并无法有效解决对高带宽和低延迟通信系统的需求。本研究首次利用二维PM结合快速高效的离散优化算法，提出了一种在多方向上生成和传输正确星座符号的DIM方案。这种方案不仅克服了现有DIM技术中的体积庞大和高能耗等问题，还支持了二维及高阶调制，为未来的无线通信系统提供了更为灵活的解决方案。特别是通过在期望方向传输清晰的信号，并在其他方向进行信号失真，这种定向传输模式大大提高了信息的安全性，防止了非目标方向用户的潜在窃听。此外，实验验证了该方案在8PSK、16QAM和64QAM等多种星座图下的有效性，展示了其在多通道模式下的优异性能。这不仅表明该技术在实际应用中具有高度的可靠性，也为未来高吞吐量、低延迟的无线通信系统的发展奠定了坚实的基础。文献详情：Xu, H., Wu, J.W., Wang, Z.X. et al. Two-dimensional and high-order directional information modulations for secure communications based on programmable metasurface. Nat Commun 15, 6140 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-50482-y