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《前沿 | 上海光机所在光学元件多表面面形测量方面取得进展》

  • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者： husisi
  • 发布时间：2024-08-21

  • 近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光元件技术与工程部在光学元件多表面面形测量研究方面取得新进展，相关成果以“Surface profile measurement of transparent parallel plates by multi-scale analysis phase-shifting interferometry (MAPSI)”为题发表于Optics and Lasers in Engineering。

    在光学元件的多表面面形测量中，传统的傅里叶相移干涉术（FTPSI，ZygoCorp.）主要通过利用傅立叶变换精确地重建光学表面轮廓。该测量方式也存在诸多局限，如对激光器指标的要求较高，大量干涉图的长时间采集使测量结果受环境振动影响较大，需要用户输入精确腔长等问题。

    针对这些问题，研究人员提出的多尺度分析相移干涉术（Multi-scaleAnalysis Phase-shifting Interferometry，MAPSI）展现出了出色的性能。该技术的核心在于通过精心设计的移相步长和采样数，在波长调谐移相期间实现精确的频率分析和高精度波前重建，有效避免了传统多表面面形干涉测试中常见的采样不足和频谱移动问题。实验结果显示，与FTPSI相比，MAPSI仅需更少的图像采样（约为FTPSI的1/6~1/4），即可实现波前重构的高测量重复性。其PV测量重复性和RMS测量重复性分别优于0.055λ和0.012λ。MAPSI不仅显著降低了对激光器调谐范围的要求，减少了干涉图的采集数量，而且其测量结果与用户输入的腔长准确性无关，极大地提高了测量的便捷性。该工作在光学元件多表面面形测量中具有重要意义。

    图1 配备MAPSI的恒迈光学4英寸波长调谐移相干涉仪

    图2 MAPSI在不同腔长下的测量结果对比

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    • 编译者：husisi
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    • 近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室在高功率空芯光纤传能研究方面取得新进展。研究团队利用5米长反谐振空芯光纤成功实现了1微米波段千瓦级以上功率的连续激光的长时间柔性传输，相关研究成果以“Laser-induced damage of an anti-resonant hollow-core fiber for high-power laser delivery at 1 μm”为题在线发表于《光学快报》(Optics Letters)。 高功率光纤激光器在机械加工、医疗手术和军事国防领域都有着广泛的应用。受限于传统石英光纤的非线性激光损伤与能量损失，千瓦级以上激光传输一般采用大芯径石英光纤。光纤多模传输条件下，光纤远端激光聚焦尺寸大，光束质量差，根本上限制了其在精密加工等场景中的广泛应用。近些年出现的反谐振空芯光纤将光场束缚于中空的纤芯中，为激光传输提供了一个类似自由空间的环境。反谐振空芯光纤在长距离激光传输中，展现出良好的单模特性（M2<1.3），具有极高的损伤阈值，极低的非线性和色散，成为高功率激光传输新的突破口。 研究人员通过4-f透镜系统将1080 nm大功率工业连续光纤激光器的输出耦合进入5米长的自研反谐振空芯光纤（光纤损耗0.13dB/m@1080nm），实现了千瓦级激光的准单模传输。研究人员设计并制作的水冷耦合端子为空芯反谐振光纤提供高效热管理。在1500W激光入射功率和80%耦合效率下，实现了1kW功率以上的激光长距离光纤传输，且光纤端面无激光损伤。其中1KW入射功率下，反谐振空芯光纤在30分钟之内保持连续激光无损稳定传输。 研究发现了三类空芯光纤的激光损伤机制，初步建立了反谐振空芯光纤高功率连续激光损伤模型。理论估算表明，空气填充条件下的反谐振空芯光纤的连续激光传输功率高达97kW。本项目研究结果为进一步发展和优化微结构空芯光纤激光传能技术打下了坚实的基础。 本研究得到了国家自然科学基金、国际科技合作计划、中国科学院前沿科学重点研究项目、国家科技支撑计划的支持。 图1 （a）反谐振空芯光纤传输损耗测量图（插图为反谐振空芯光纤电镜图）;(b) 基于反谐振空芯光纤的千瓦级高功率能量传输实验装置图 图2 基于反谐振空芯光纤的高功率能量传输（a）输出功率与耦合效率随输入功率变化图；（b）输出功率随时间变化曲线（输入功率为1000W） 图3 反谐振空芯光纤理论损伤阈值随耦合效率的变化曲线
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  • 《前沿 | 西安光机所在表面功能化光纤传感器研究方面获重要进展》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2023-04-10
    • 近日，西安光机所在表面功能化光纤传感器研究方面取得重要进展。研究团队基于通信单模光纤开发出一种免标记、高灵敏度、高选择性的法布里-泊罗（Fabry-Perot）型干涉探针，该探针具有测试便捷、成本低、温度稳定性高等特点，在生物大分子光谱检测方面具备广泛应用前景。相关研究成果发表于Analytica Chimica ACTA（中国科学院分析化学一区Top期刊，IF=6.911@2021）。论文第一作者是西安光机所光子功能材料与器件研究室特别研究助理王瑞多博士，共同通信作者是西安光机所孔德鹏研究员和西北大学光子所江曼副教授。西安光机所为第一完成单位及通讯单位。 胆固醇是细胞膜、脂蛋白、神经细胞和脑细胞中的一种重要脂质大分子，其浓度与心脏病、高血压、动脉硬化、中风等疾病密切相关。因此，胆固醇水平检测备受关注。与目前常用的电化学法、酶分析、液相色谱、质谱等检测方法相比，光纤光谱检测方法具有体积小、抗电磁干扰、成本极低、免标记等突出特点，近年来在生物化学检测领域备受关注。 传统的光纤光谱检测器件（如长周期光栅、倾斜光栅、表面刻蚀布拉格光栅等）受到制备仪器要求严格、温度及形变交叉敏感等困扰，在实用性上有很大局限。针对上述问题，该团队成员从光纤干涉理论及光与物质的相互作用理论出发，采用单模光纤和光纤插芯制备光纤光谱检测器件，通过范德瓦耳斯力在光纤插芯端面依次贴覆环氧树脂-氧化石墨烯（GO）-β环状糊精多层功能膜，基于最外层β环状糊精的疏水型空心分子结构与胆固醇的靶向性吸附结合原理，实现对胆固醇分子的高灵敏度光谱浓度检测，并在尿素、葡萄糖、抗坏血酸、人体血红蛋白等生化分析领域常见干扰物作用下可以呈现出强选择性，具备可重复制备和可重复检测特性，检出限达到3.5M, 灵敏度为3.92 nm/mM。该成果为表面功能化光纤器件在生化光谱分析领域的应用提供了新的思路和手段。 图1（a）为实验装置，（b）、（c）为干涉结构 图2 （a）胆固醇检测光谱；（b）参杂/未参杂样本检测波长的Langmuir拟合；（c）选择性；（d）器件制备重复性测试 此外，作者通过X射线光电子能谱（XPS）探究EDC/NHS活化GO羧基对分子间键合相互作用影响以及β环状糊精和胆固醇分子的成键作用特性，对检测机制进行了验证分析。 图3 XPS结果。（a） EDC/NHS未活化/活化羧基传感器的XPS光谱；（b）活化羧基传感器的N 1s光谱;（c）和（d）分别为经过/未经过EDC/NHS活化羧基传感器的C1s光谱,（e）和（f）分别为其O1s光谱EDC/NHS处理的传感器;（g）EDC/NHS活性羧基示意图
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