撰稿 | 颜悦（香港中文大学，博士生） 寻求低价、快速的制造方法 从望远镜，相机镜头到人们常带的近视眼镜（凹面镜矫正），光学元件几乎无处不在。这些常见的光学元件通常具有球面，非球面或柱状表面，且轴向对称等特性。更为先进的自由光学曲面元件（名词解释>），其轮廓任意变化，设计自由度高，也更为复杂。但其优势明显，更少的自由光学曲面就可矫正多种像差，可更灵活调控光的波前特性，从而更易实现更轻更小更高性能的光学系统。 这些光学元件，特别是大口径自由曲面光学镜片的加工，通常依赖于诸如磨削、铣削、车削工艺，然后再抛光或精加工，其过程复杂，造价昂贵且费时。 从眼镜到复杂的光学元件...

据麦姆斯咨询报道，由西北工业大学、西安工业大学、合肥工业大学、香港理工大学、香港大学和香港城市大学的研究人员组成的联合团队于Opto-Electronic Advances发表了基于波导超表面的准远场横向电超级透镜（superlens）的最新论文。 图1：（a）由在玻璃基底上的金膜上穿孔的宽度变化的纳米狭缝阵列形成的超级透镜的图示，纳米狭缝的宽度w是可变的；（b）在TE偏振平面波的法向照射下的基于光学干涉原理的超级透镜聚焦示意图，d为金膜厚度，f为焦距。...

近日，中国科学技术大学张斗国教授研究组提出并实现了一种基于光学薄膜的平面型显微成像元件，用作被测样本的载波片，可在常规的明场光学显微镜上实现暗场显微成像和全内反射成像，而获取高对比度的光学显微图像。研究成果以“Planar photonic chips with tailored angular transmission for high-contrast-imaging devices”为题发表在Nature Communications。 光学显微镜是利用光学原理，把人眼不能分辨的微小物体放大成像，进而拓宽人类观察物质结构的空间尺度范围。通用的光学显微镜是明视场显微镜（Brightfield...

一  CCD的诞生与工作原理 电荷耦合器件（Charge-coupled Device, CCD）是由贝尔实验室的威拉德·波伊尔和乔治·史密斯发明的。CCD是一种在光电效应基础上发展起来的半导体光电器件，自20世纪70年代后期开始广泛应用于天文观测，相较照相底片和光电倍增管，它具有量子效率高、动态范围大、线性好等优点。 图 1. CCD的发明人威拉德·波伊尔（左）和乔治·史密斯（右），二人因此工作获得2009年诺贝尔物理学奖[1] CCD的工作过程主要包括：电荷产生、电荷收集、电荷包转移和电荷包测量。光子入射到CCD上激发光电子，光电子被收集在一起形成电荷包，电荷包依次从一个像素转移到另一个像素，最终传输到输出端，完成对电荷包的测量，如图 2所示[2]。 图2....

摘要：综述了激光技术的新发展和研究的热点，重点论述了飞秒激光技术的最新发展和它在生命科学、基因工程、信息科学、超微细加工及物理学等领域中的应用以及大功率激光技术的发展和它在国防军事领域中的应用。 关键词：激光技术；飞秒；大功率；发展与应用 引言激光又称“雷射”，是受激辐射光放大之意。激光既具有光的一切特点，又具有单色性、相干性、方向性和偏振性好、功率高及时间短等一般光源无法比拟的优点。因此，在1960年Maman首次报道激光辐射以来，激光技术在科学技术研究、工农业生产、医疗卫生、国防军事等各个领域中得到了广泛地应用，巨大的应用前景有力地推动了激光技术自身的发展。近年来，在飞秒激光和大功率激光的研究中所取得的突破性进展使科学技术的许多领域发生了重大改革。 1...

近年来，各国研究人员利用集成光子学陆续实现了对红外光波的操纵，并将其应用于高速5G网络、芯片传感器和自动驾驶汽车等领域。目前，随着这个研究方向的不断深入，研究人员开始向更短的可见光波段范围进行深入的探测，并开发更为广泛的应用，比如芯片级LIDAR、AR/VR/MR（增强/虚拟/混合现实）眼镜、全息显示器、量子处理芯片和可植入大脑的光遗传学探针等等。 其中，光相位调制器的大规模集成是用于片上光路由和自由空间波前整形光子系统的核心，这两个基本功能对于各种应用的实现至关重要。然而对于可见光范围的光相位调制器而言，同时满足高透过率和高调制性的要求尤其具有挑战性，即使是目前最为合适的氮化硅和铌酸锂材料，也需要增大体积和功耗来满足这一要求。 为了解决这一问题，哥伦比亚大学的Michal...

2021年11月15-16日，在上海光机所神光II第九路皮秒拍瓦装置上，上海激光等离子体研究所开展激光驱动质子加速实验并取得重大进展，获得了最高能量超过70MeV的基于靶背鞘场加速机制（TNSA）的高能质子束输出。该结果是目前同类机制下国内已知的最高输出能量。   图1 （a）OPCPA输出信噪比曲线，（b）靶场纳秒时间窗口信噪比 图2（a）激光焦斑（b）若干RCF的记录图像 2021年4月~11月，上海光机所神光II设施运维团队对第九路皮秒拍瓦装置进行了OPCPA技术升级（PS-OPA技术首次上线应用）、CPA能流及隔离优化、靶场透过率提升及焦斑优化等提升措施，激光信噪比和焦斑等参数获得了显著提升，为物理实验结果的提高起到了关键作用。...

关于“元宇宙”的讨论已经成为近期学术界和产业界的热点。于此，计算机生成全息(CGH)显示被认为是具有变革潜力的技术，其应用范围包括直视、虚拟和增强现实、以及车载显示系统等。   虽然全息显示的研究近年来取得了令人瞩目的进展，但现有实验室类别的全息显示器还存在一定问题，其核心的图像质量和用户目视安全，从根本上受到相干光源，例如激光，引入的散斑 (Speckle) 的限制。 最传统的解决方案是使用非相干光源，例如LED，替代激光将散斑分布模糊掉。这种方案不可避免在一定程度上牺牲了图像的锐度和细节。从物理角度以及算法角度而言，其核心在于时间 (temporal coherence) 和空间 (spatial coherence) 两个维度相干性的平衡，尤其需要光学和计算机领域地交叉研究。...

Photonics Research 2021年第11期Editors' Pick： Qian Cao, Jian Chen, Keyin Lu, Chenhao Wan, Andy Chong, Qiwen Zhan. Sculpturing spatiotemporal wavepackets with chirped pulses[J]. Photonics Research, 2021, 9(11): 11002261 自超快激光器发明以来，时空光场作为重要的研究工具得到了广泛研究。传统时空波包研究集中于时空可分离波包。近年来，时空耦合光场作为光子学研究新的方向，得到了越来越多研究团队的关注。时空耦合波包既是重要研究工具，其本身亦具有传统时空非耦合波包不具备的独特性质。...

撰稿 | Eva（中科大，博士生） X射线反射镜作为将同步辐射光束反射到目标的重要光学仪器之一，广泛应用于大型同步辐射设施中，为生命科学、材料科学、地球科学、环境科学等领域的许多研究成果做出了贡献。 图1：英国“钻石”同步辐射光源（简称：钻石光源） 拓展：钻石光源是英国的国家同步辐射加速器。它就像一个巨大的显微镜，利用电子的力量产生明亮的光，这台机器将电子加速到接近光速，从而发出比太阳亮 100 亿倍的光。这些明亮的光束然后被引导到称为“光束线站”的实验室。在这里，科学家们可以用它来研究从化石到喷气发动机再到病毒和疫苗的任何事物。 X射线是一种波长非常短的电磁辐射形式，范围在0.01纳米到10纳米之间，根据波长与能量的关系，波长越短的携带的能量越大，这就使得X射线具有穿透物质能力。...

作者简介 撰稿人—张雅婷 研究方向—拼接镜共相 TITLE # Deep learning wavefront sensing for fine phasing of segmented mirrors # NO.1 导读   近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所相关团队提出利用双边门控循环单元（Bilateral-Gated Recurrent Unit）网络，通过学习两幅具有相位差的图像的强度信息实现端到端波前传感，进而实现子孔径精共相。相关成果以Deep learning wavefront sensing for fine phasing of segmented mirrors为题发表在“Optics Express”上。 NO.2 研究背景...

美国西北大学的研究人员发明了一种新型高分辨率相机，利用它，人体的皮肤到骨头将被一览无余，甚至还能看到角落和散布四周的介质，如雾气等。 这种新方法采用“合成波长全息术”，将相干光间接散射到隐藏物体上，这些物体再将光散射回相机，通过重建散射光信号而呈现隐藏的物体。由于具有高时间分辨率，该相机还可对快速运动的物体成像，例如心跳或街角飞驰的汽车。这项研究发表在11月17日的《自然·通讯》杂志上。 实验室中一个相机原型装置 对遮挡或散射介质背后的物体成像是一个相对较新的研究领域，即非视距成像(NLOS)。与相关的非视距成像技术相比，新方法可快速获取大范围、亚毫米精度的全视野图像。在这种分辨率水平下，相机可透过皮肤成像，甚至能看到最微小的毛细血管。...

技术背景： 传统的折射光学元件通常体积庞大且笨重，而对于从消费电子产品到基于无人机或卫星的遥感的各种应用，紧凑、轻便的光学元件是其所渴求的。近年来，超表面已成为波前控制的新平台。超表面(metasurface)由厚度小于或接近光波长的、亚波长间隔的电介质或金属天线阵列组成，它可以准确地调制光的相位、振幅和偏振，且外形紧凑、具有通用成像能力。目前，广泛应用超透镜(metalens)技术的主要障碍之一是其孔径尺寸。增加透镜孔径的尺寸可以产生更高的成像分辨率，这对于显微镜和长距离成像应用来说都是至关重要的。具有纳米级非周期性特征的光学超透镜通常通过诸如电子束光刻(electron-beam lithography,...

1.大气湍流形成的原因 在地球垂直方向10~20公里的大气层，太阳辐照和人类活动等因素导致温度的不均匀致使空气局域密度不同，进而导致大气折射率不均匀，加上温度梯度产生空气流动，便形成了大气湍流。 2.大气湍流的影响 由于大气湍流效应的存在，导致进入望远镜的目标光波前发生畸变，严重影响成像质量，如图 1 的左图和中图所示。 图1 Lick 天文台 1 米望远镜拍摄图像：从左至右依次为长曝光图像、短曝光图像和自适应系统校正后图像 3.大气湍流模型 为了深入研究大气湍流的成因以及其对成像质量的影响，前苏联学者Kolmogorov 提出了湍流模型，该模型得到了很多实验的支持，并且广泛应用于天文成像仿真过程。...

近日，国内激光上市企业相继发布了最新财报，营收和净利润方面继续保持大幅增长趋势，展现了在全球经济恢复的背景下，国内激光产业链爆发出的巨大动能。其中，高功率连续光纤激光器持续开疆拓土自然功不可没。 光纤激光器还有哪些新方向？ 根据Laser Focus World数据显示，2020年中国激光器市场规模为109.1亿美元，占全球激光器市场66.12%的份额。其中，光纤激光器在工业激光器中的占比也从2015年的40.8%提升至2020年的52.68%，是市场份额最大的工业激光器。《2021中国激光产业发展报告》显示，2020年中国光纤激光器市场规模约为94.2亿元（不含税）...

撰稿 | 陈书青（深圳大学，副教授） 说明 | 本文来自论文作者（课题组）投稿 无处不在的“旋涡” 大自然中大到海洋环流、龙卷风，小到液氮中的量子涡，都存在“旋涡”。同样，光也存在光学旋涡（optical vortices），主要表现形式有相位型“光学旋涡”（如拉盖尔高斯LG光束等）和偏振型“光学旋涡”（如柱矢量光束等）。 光学旋涡独特的动力学特性和拓扑结构，可以大幅提高人们对光场的驾驭能力。特别是在通信领域，利用光学旋涡的正交模式来进行信息复用，不仅可以大幅提升通信容量密度，还能通过无源光器件来进行模式转换实现信息的全光互连。 图1： “漩涡”示意图...

在超快时间尺度上获得物质的动力学演化过程一直是科研人员努力的重要方向。基于激光等离子体相互作用产生的飞秒硬X射线源由于具有脉宽短、亮度高和源尺寸小等优点，可广泛应用于瞬态微成像/相衬成像、时间分辨吸收谱学和X射线衍射等实验研究中。其中，激光泵浦--超快X射线衍射的手段能为人们提供飞秒级时间尺度、亚埃级空间尺度上材料的结构动力学信息。 中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心光物理实验室L05组博士研究生朱常青等利用研究组的高脉冲能量（>100mJ）、低重频（10Hz）激光器，研制了一套飞秒时间分辨的X射线衍射系统。该装置工作在相对论的激光强度（2×1019W/cm2）下，可以有效地激发高Z金属材料的Kα射线，并且能够通过优化X射线多层膜反射镜，进一步提高X射线的聚焦强度。...

千呼万唤始出来，面向2023-2032的美国天文和天体物理十年规划（Decadal Survey）Astro2020，终于在11月4日晚发布，备受关注的美国极大望远镜计划以最高优先级获得推荐实施。 美国极大望远镜计划（US-ELTP），由两大下一代30米级地基光学红外望远镜TMT（Thirty Meter Telescope, 简称TMT）、GMT（The Giant Magellan Telescope，简称GMT）以及美国自然科学基金委员会（NSF）旗下的国家光学红外实验室（NOIRLab）联合组建。自2009年以来，中方团队已与TMT开展了十余年的深入合作，我们期待US-ELTP立项能为TMT中美合作带来快速发展的良机，使得中国天文学家有机会与世界一起迈入三十米时代。 撰文 |...

在中科院上海光学精密机械研究所（上海光机所）的高功率激光物理联合实验室里，横卧着半个足球场大小的大型激光装置。它集近百台精密光学设备于一身，在十亿分之一秒的瞬间，可发射出相当于全球电网总和数倍的强大功率。在自然界中，类似的物理条件只有核爆炸中心、恒星内部或是黑洞边缘才能找到。这个被誉为“人造小太阳”的科学装置被形象地称为“神光（Ⅱ）”。 神光Ⅱ装置于1989年开始论证，1994年启动，在工程实施中经历了两个阶段，即主体装置工程与精密化工程。神光Ⅱ装置是国内首个集物理理论、诊断、制靶、物理实验和驱动器五位一体的综合性激光惯性约束核聚变（ICF）研究平台，使我国成为继美国之后第二个具备独立研制、建设新一代高功率激光驱动器能力的国家。...