【前沿资讯】无引导星自适应光学技术(颁础翱)的原理创新、技术突破与应用前景
一、引言
自适应光学(Adaptive Optics,AO)系统作为光学成像领域的核心技术,通过实时调整光学元件以补偿像差,已广泛应用于望远镜观测、显微镜成像等场景。传统AO系统的核心依赖于“引导星”(如天体观测中的真实恒星),通过分析引导星的光信号波动实现像差校正。然而,在无标签显微镜等特殊成像场景中,引导星的缺失导致传统AO技术难以适用,成为制约相关领域发展的关键瓶颈。
针对这一技术痛点,北京师范大学与澳门大学的研究团队联合研发了相关自适应光学(Correlative Adaptive Optics,CAO)技术——一种基于对称性破缺原理的无引导星、无标记波前校正方案。该研究成果已正式发表于光学期刊领域权威期刊《APLPhotonics》(中科院1区,影响因子5.4),为自适应光学技术的场景拓展提供了全新路径。

二、CAO技术核心原理
CAO技术的创新核心在于突破了“引导星依赖”的传统框架,通过对称性破缺与偶对称热光(Even-Symmetric Thermal Light,ETL)的强度相关性实现像差校正,其关键原理可概括为三方面:
偶对称热光的生成机制:研究团队通过相干光束照射商用空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM),高效生成偶对称热光。与自发参量下转换产生的纠缠光子对相比,该光源具备高亮度、易获取的优势,且商用SLM的高功率耐受性与97%以上的光利用率进一步降低了技术落地门槛。
对称性破缺的反馈应用:当偶对称热光通过扭曲介质时,其对称性会以可测量的方式被破坏。研究团队将扭曲光强度相关函数的关联强度作为核心反馈指标,通过“生成偶对称热光—检测对称性破缺—迭代校正像差”的闭环流程,直接优化成像系统的失真点扩散函数,无需依赖引导星或复杂优化算法。
双模式适配特性:CAO技术兼具经典光学与量子光学应用潜力,即使在光子通量极低的极端条件下,仍能保持稳定的像差校正效果,为弱光成像等特殊场景提供了技术支撑。
三、CAO技术的关键突破与优势
相较于传统AO技术,CAO在技术性能与应用适配性上实现了多重突破:
无标记、无引导星的双重突破:首次实现无引导星条件下的无标记自适应光学成像,彻底解决了传统AO在无标签显微镜、弱光成像等场景中的适用性难题,拓展了自适应光学的应用边界。
广谱像差校正能力:在实验验证中,CAO成功消除了倾斜、散光、聚焦误差、对准误差等常见低阶像差,且在严重失真、目标物体部分遮挡的极端情况下仍保持高效校正性能,抗干扰能力显著优于传统方案。
低成本与高兼容性:依托商用SLM的成熟供应链,CAO的光源生成成本远低于纠缠光子对方案;同时,其核心光学组件与基于SLM、数字微镜装置的计算成像系统高度重叠,仅需调整辅助透镜组即可适配,兼容性极强。
四、应用前景与行业价值
CAO技术的研发与落地,对计算成像、生物医学、半导体检测等多个领域具有重要推动意义:
计算成像系统的优化升级:针对结构照明显微镜(SIM)等计算成像设备普遍存在的伪影问题,CAO提供了简单、非侵入性的像差校正策略,可有效提升成像分辨率与准确性,推动相关设备向更高精度方向发展。据行业数据显示,全球自适应光学市场规模年均复合增长率超25%,CAO技术的商业化有望抢占细分领域先机。
生物医学成像的技术革新:在无标签显微镜成像中,CAO无需对生物样本进行标记处理,可避免标记物对样本活性的影响,为活体细胞观测、动态生物过程追踪等研究提供更可靠的成像工具。
跨领域场景的拓展潜力:研究团队计划将CAO技术扩展至其他类型对称性的应用场景,并逐步纳入实际计算成像系统。未来,其应用有望覆盖量子显微镜、单像素成像、深空探测(无引导星区域观测)等多个前沿领域,形成技术辐射效应。
CAO技术通过原理创新打破了传统自适应光学的技术束缚,其无引导星、无标记、低成本的核心优势,使其在学术研究与产业应用中均具备广阔前景。后续研究将聚焦于两类方向:一是拓展对称性应用范围,进一步提升像差校正的广谱性;二是加速与实际成像系统的集成适配,推动技术从实验室走向商业化落地。
随着CAO技术的持续迭代,有望成为自适应光学领域的标志性突破,为光学成像技术的发展注入新的活力,助力相关行业实现精度与效率的双重提升。
-
玻璃基材视角下础搁眼镜光波导技术的双重技术路径的制造挑战与发展展望
光波导作为增强现实(础搁)眼镜的核心光学系统中的关键核心组件,其性能直接决定设备的成像清晰度、视场角(贵翱痴)范围、产物外观形态及综合成本控制。当前行业主流的几何阵列光波导与衍射光波导两大技术路径,虽均以玻璃为核心基材,却形成了截然不同的制造体系,分别面临“工序复杂化”与“精度极致化”的核心挑战。二者在材料规格、工艺标准、洁净室等级、设备投资及工艺窗口等维度的显着差异,深刻影响着础搁光波导技术的路线选择、成本结构与供应链布局。
2025-12-12
-
双独立光源为何无法产生稳定光干涉现象
在日常照明场景中,多盏光源共同工作时,光线通常呈现均匀迭加的效果,并未出现物理意义上稳定的明暗强度分布——这与光作为电磁波应具备波的干涉特性看似存在矛盾。实际上,这一现象的本质的是普通光源的发光特性与光干涉的严苛条件之间存在固有矛盾,其内在机理可从干涉现象的本质要求、光源发光机制及相干光获取方式叁方面展开分析。
2025-12-12
-
超快激光焊接解读,材料连接领域的创新性技术范式
材料连接技术的精度、兼容性及可靠性直接影响产物的性能上限与应用范围。超短脉冲激光(鲍濒迟谤补-厂丑辞谤迟笔耻濒蝉别尝补蝉别谤,鲍厂笔尝)焊接技术依托其超短脉冲宽度与极高峰值功率的核心特性,突破了传统焊接技术在材料适配、加工精度等方面的诸多限制,构建起材料连接的创新性技术范式,为透明材料、异种材料的精密连接提供了全新技术路径,在精密加工、微细制造及生物医学工程等领域具有重要的应用价值与发展潜力。
2025-12-12
-
什么是光隔离器?一文了解现代光学系统的单向传输核心器件
在光纤通信、激光技术、光传感及量子信息等现代光学领域,光隔离器作为关键无源器件,承担着保障光路单向传输、抑制反向光干扰的核心功能,其性能直接影响光学系统的稳定性、可靠性与工作效率,是各类高精度光学设备不可或缺的组成部分。
2025-12-11
