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1月24日，我校第三層次特聘教授、物理與光電工程學(xué)院先進(jìn)光學(xué)檢測與成像實驗室的伍雁雄老師指導(dǎo)2020級本科生林宏安以第一作者在國際知名光學(xué)期刊《Optics Express》（中科院SCI 2區(qū)）上發(fā)表了高水平學(xué)術(shù)論文“Suppression of coupling between optical aberration and tilt-to-length noise in a space–based gravitational wave telescope”,。該研究揭示了空間引力波望遠(yuǎn)鏡光學(xué)像差對指向抖動光程（tilt-to-length, TTL）噪聲的影響機理以及像差相消規(guī)律，提出了空間引力波望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)像差設(shè)計的新方法與控制要求,；在實現(xiàn)相同TTL耦合噪聲系數(shù)控制要求的前提下，實現(xiàn)了光學(xué)系統(tǒng)波像差從λ/50放寬到λ/20,，大幅降低了空間引力波望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與制造難度,，為空間引力波望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計提供了重要指導(dǎo)。研究成果獲得了中國科學(xué)院“太極計劃”光學(xué)載荷負(fù)責(zé)人王智研究員的高度肯定與贊賞,。

   引力波中富含宇宙早期結(jié)構(gòu)和演的信息,，通過對引力波信號的探測能夠了解宇宙奇點上發(fā)生的事情。2016年美國的地基激光干涉引力波天文臺（LIGO）探測到了十三億光年外的兩個黑洞合并產(chǎn)生的引力波,，證實了愛因斯坦百年前的預(yù)言,，該團(tuán)隊也因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。

   目前,，國際上主要有歐空局（ESA）牽頭并聯(lián)合美國國家航空航天局（NASA）共同提出的LISA計劃,、中國科學(xué)院的“太極計劃”以及中山大學(xué)的“天琴計劃”相繼把引力波天文臺推向太空。LISA與中國科學(xué)院“太極計劃”均由三個航天器組成一個干涉臂長為數(shù)百萬公里的等邊三角形空間激光干涉天文臺,，并布局在日心軌道,。望遠(yuǎn)鏡作為空間引力波探測的核心光學(xué)載荷，用于接收和發(fā)射激光束以測量天文臺之間的光程變化,。在空間激光干涉測量中,，由于望遠(yuǎn)鏡接收到的光束傾斜產(chǎn)生TTL噪聲，該噪聲與望遠(yuǎn)鏡自身的光學(xué)像差耦合成為影響干涉測量的主要噪聲源,。為了抑制TTL耦合噪聲,，當(dāng)前國際主流方法是通過望遠(yuǎn)鏡設(shè)計使其波前像差足夠小，存在望遠(yuǎn)鏡設(shè)計與制造難度較大的風(fēng)險,。本論文以TTL耦合噪聲系數(shù)為評價因子,，研究分析并揭示出TTL噪聲與望遠(yuǎn)鏡出瞳處波前誤差耦合的相消與疊加機理（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)初級球差與離焦像差比例為3.864,、初級像散與二級像散比例為4.768時,，TTL噪聲受光學(xué)像差的影響最小,。論文進(jìn)一步提出了空間引力波望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)像差設(shè)計的新方法：以TTL耦合噪聲系數(shù)為優(yōu)化評價因子，并控制各種像差之間的相消比例,。與當(dāng)前主流設(shè)計方法相比，在相同系統(tǒng)波像差下TTL耦合噪聲系數(shù)實現(xiàn)了大幅下降,；為滿足相同的TTL耦合噪聲系數(shù)控制要求,，望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的波像差控制要求從λ/50降低到λ/20。研究成果為空間引力波望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計提供了優(yōu)選方案,。

圖1 光學(xué)像差與TTL噪聲耦合后相消規(guī)律

圖2新方法與當(dāng)前主流設(shè)計方法對耦合噪聲系數(shù)影響的對比

林宏安同學(xué)目前為物理與光電工程學(xué)院光電信息科學(xué)與工程系的大三本科生,，大一期間加入到伍雁雄教授的科研團(tuán)隊，開展空間引力波望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的前沿科研工作,，在伍雁雄教授的悉心指導(dǎo)和實驗室同學(xué)的幫助下完成這項科學(xué)研究工作,。林宏安同學(xué)作為一名大三的本科生，在進(jìn)入實驗室的2年多時間里一直保持初心,、刻苦鉆研,、敢于挑戰(zhàn)難題，勇于提出自己的想法并積極實踐,。在老師和師兄的傾心指導(dǎo)下,，林宏安同學(xué)從科研小白迅速成長為具備自主科研能力的高素質(zhì)學(xué)生，目前在國際知名光學(xué)期刊以第一作者發(fā)表高水平SCI 2區(qū)論文1篇,，以第二作者分別發(fā)表SCI 3區(qū)及SCI 4區(qū)論文1篇,。他的努力和進(jìn)步激勵著更多的本科生在科研的廣闊世界里敢于突破自我、直面科研困難,，迎難而上贏得屬于自己的科研果實,。

這項研究得到了國家自然科學(xué)基金（No.62075214）、廣東省科技計劃項目（No.X190311UZ190）和廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目(No.2020B1111040001)的支持,。

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