物理與光電工程學(xué)院本科生在國(guó)際知名光學(xué)期刊Optics Express發(fā)表高水平論文

發(fā)表時(shí)間：2023-01-31

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(cè)與成像實(shí)驗(yàn)室的伍雁雄老師指導(dǎo)2020級(jí)本科生林宏安以第一作者在國(guó)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 spacebased gravitational wave telescope”,。該研究揭示了空間引力波望遠(yuǎn)鏡光學(xué)像差對(duì)指向抖動(dòng)光程（tilt-to-length, TTL）噪聲的影響機(jī)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(jì)的新方法與控制要求；在實(shí)現(xiàn)相同TTL耦合噪聲系數(shù)控制要求的前提下,，實(shí)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(jì)與制造難度，為空間引力波望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了重要指導(dǎo),。研究成果獲得了中國(guó)科學(xué)院“太極計(jì)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(guò)對(duì)引力波信號(hào)的探測(cè)能夠了解宇宙奇點(diǎn)上發(fā)生的事情,。2016年美國(guó)的地基激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）探測(cè)到了十三億光年外的兩個(gè)黑洞合并產(chǎn)生的引力波,，證實(shí)了愛因斯坦百年前的預(yù)言，該團(tuán)隊(duì)也因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),。

目前,，國(guó)際上主要有歐空局（ESA）牽頭并聯(lián)合美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）共同提出的LISA計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院的“太極計(jì)劃”以及中山大學(xué)的“天琴計(jì)劃”相繼把引力波天文臺(tái)推向太空,。LISA與中國(guó)科學(xué)院“太極計(jì)劃”均由三個(gè)航天器組成一個(gè)干涉臂長(zhǎng)為數(shù)百萬(wàn)公里的等邊三角形空間激光干涉天文臺(tái),，并布局在日心軌道。望遠(yuǎn)鏡作為空間引力波探測(cè)的核心光學(xué)載荷，用于接收和發(fā)射激光束以測(cè)量天文臺(tái)之間的光程變化,。在空間激光干涉測(cè)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(cè)量的主要噪聲源,。為了抑制TTL耦合噪聲，當(dāng)前國(guó)際主流方法是通過(guò)望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)使其波前像差足夠小,，存在望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)與制造難度較大的風(fēng)險(xiǎn),。本論文以TTL耦合噪聲系數(shù)為評(píng)價(jià)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(jī)理（圖1）,。研究發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)初級(jí)球差與離焦像差比例為3.864,、初級(jí)像散與二級(jí)像散比例為4.768時(shí)，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(jì)的新方法：以TTL耦合噪聲系數(shù)為優(yōu)化評(píng)價(jià)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(jì)方法相比,，在相同系統(tǒng)波像差下TTL耦合噪聲系數(shù)實(shí)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(jì)提供了優(yōu)選方案,。

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(duì),，開展空間引力波望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前沿科研工作,，在伍雁雄教授的悉心指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)室同學(xué)的幫助下完成這項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室的2年多時(shí)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(shí)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(zhǎng)為具備自主科研能力的高素質(zhì)學(xué)生,，目前在國(guó)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(lì)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(shí)。

   這項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（No.62075214）,、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（No.X190311UZ190）和廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(No.2020B1111040001)的支持,。