王占山，張 眾，程鑫彬，沈正祥，李文斌，王曉強(qiáng)，馬 彬，焦宏飛，張錦龍，魏澤勇，王 昆，黃秋實(shí)，蔣 勵(lì)，伊圣振，鄧 曉，頓 雄，江 濤，齊潤(rùn)澤，歐 凱，施宇智，黃 迪，余 俊，顧振杰，駱文錦，董思禹，朱靜遠(yuǎn)，謝凌云，何 濤，張 哲，盛鵬峰，鈕信尚，陳玲燕，李同保

（同濟(jì)大學(xué)物理科學(xué)與工程學(xué)院精密光學(xué)工程技術(shù)研究所，先進(jìn)微結(jié)構(gòu)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市數(shù)字光學(xué)前沿科學(xué)研究基地，上海市全光譜高性能光學(xué)薄膜器件與應(yīng)用專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，上海 200092）

1 引 言

2002年5 月，在李同保院士、吳翔教授、陳玲燕教授和王占山教授的倡議下，同濟(jì)大學(xué)批準(zhǔn)成立了精密光學(xué)工程技術(shù)研究所。研究所現(xiàn)有教職工30余人，擁有中國(guó)工程院院士2人，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者2人，教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授1人，國(guó)家級(jí)青年人才、上海市領(lǐng)軍人才、中國(guó)科協(xié)青年托舉人才等各級(jí)各類國(guó)家和省部級(jí)人才近20人次，基本形成了年齡結(jié)構(gòu)合理、專業(yè)特長(zhǎng)互補(bǔ)的人才隊(duì)伍，是國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)“創(chuàng)新研究群體”的依托單位。

二十年來(lái)不斷追求，研究所鑄就了忠誠(chéng)事業(yè)的態(tài)度，踐行了追求極致的信念，發(fā)揚(yáng)了革新進(jìn)取的精神，實(shí)施了協(xié)同發(fā)展的策略，凝練出“忠誠(chéng)、極致、革新、協(xié)同”的研究所文化。

忠誠(chéng)是正心誠(chéng)意、竭盡全力。只有忠誠(chéng)于自己的工作，才能無(wú)條件地付出自己寶貴的時(shí)間和精力，只有忠誠(chéng)于自己的工作，才能迸發(fā)出無(wú)限的熱情和創(chuàng)造力，只有忠誠(chéng)于自己的工作，才能成就一番事業(yè)。忠誠(chéng)是一種優(yōu)秀品格，更是一種態(tài)度。態(tài)度決定一切，忠誠(chéng)的做事態(tài)度將會(huì)責(zé)任必?fù)?dān)、使命必達(dá)。

極致是造詣極深、境界極高。只有追求極致，才能秉持堅(jiān)定信念、不斷自我完善，只有追求極致，才能激發(fā)個(gè)人潛能、持續(xù)超越自我，只有追求極致，才能破繭成蝶、收獲非凡的高峰體驗(yàn)。極致是一種狀態(tài)，更是一種動(dòng)力。追求實(shí)現(xiàn)極致的目標(biāo)將會(huì)思考周全、愿景高遠(yuǎn)。

革新是革除舊的，創(chuàng)造新的。革新不是毫無(wú)保留地開(kāi)展全新研究，而是有傳承地進(jìn)取創(chuàng)新?；谠谢A(chǔ)和條件，有目標(biāo)、有策略、有步驟、有針對(duì)性地選擇新的研究方向。思路決定出路，只有采取革新的研究思路，科研才能持續(xù)、健康、穩(wěn)定地發(fā)展，形成穩(wěn)固的科研鏈條，攀登更新、更高的科研高峰，邁上更遠(yuǎn)、更強(qiáng)的探索之路。

協(xié)同不僅包括人與人之間的關(guān)系，還包括人與物、人與環(huán)境間的關(guān)系。協(xié)同是一種做事的策略，每個(gè)人都有力所不及的方面，難于獨(dú)立完成重大的科研任務(wù)，只有學(xué)會(huì)相互依靠、相互扶持、彼此幫助、取長(zhǎng)補(bǔ)短，才能推動(dòng)整體強(qiáng)化、提質(zhì)增效、共同發(fā)展、共同獲益。只有時(shí)時(shí)想著協(xié)同，才能形成攻關(guān)能力強(qiáng)、工作效率優(yōu)、綜合水平高的戰(zhàn)略科技力量。

研究所堅(jiān)持“四個(gè)面向”的科研方針，以破解前沿科學(xué)難題、突破核心關(guān)鍵技術(shù)、服務(wù)國(guó)家重要應(yīng)用為目標(biāo)，形成了理論與模擬相結(jié)合、科學(xué)問(wèn)題解決與關(guān)鍵技術(shù)突破相結(jié)合、基礎(chǔ)研究與重要應(yīng)用相結(jié)合的特色。研究所逐步形成了X射線器件與系統(tǒng)、強(qiáng)激光薄膜與應(yīng)用、光學(xué)納米計(jì)量與測(cè)試、微納光學(xué)與智能感知四個(gè)特色研究方向，承擔(dān)并完成了多項(xiàng)國(guó)家及省部級(jí)重大重點(diǎn)科研項(xiàng)目，獲得了國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，中國(guó)專利金獎(jiǎng)一項(xiàng)，省部級(jí)和協(xié)會(huì)獎(jiǎng)勵(lì)六項(xiàng)，已成為高層次人才培養(yǎng)和高水平科學(xué)研究的重要基地。

2 打造高水平研究平臺(tái)

緊密圍繞X射線器件與系統(tǒng)、強(qiáng)激光薄膜與應(yīng)用、光學(xué)納米計(jì)量與測(cè)試、微納光學(xué)與智能感知四個(gè)研究方向，我們研發(fā)了高端的系統(tǒng)與裝置，購(gòu)置和改造了國(guó)內(nèi)外高精尖儀器設(shè)備，打造了高水平研究平臺(tái)，形成了特色鮮明的研究體系。

2.1 X射線器件與系統(tǒng)研究平臺(tái)

極紫外、軟X射線、X射線和中子的波長(zhǎng)短，光子/粒子能量高，一方面可大幅提升光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，廣泛用于超高精度的微納制造、顯微成像、物質(zhì)分析和天文觀測(cè)中；另一方面又可成為高分辨“芯”能級(jí)電子態(tài)的探測(cè)手段，支撐國(guó)家大科學(xué)裝置平臺(tái)和高端分析儀器。

極紫外、軟X射線、X射線和中子與物質(zhì)相互作用的特性決定了其光學(xué)器件基本上是反射型。要實(shí)現(xiàn)超短波長(zhǎng)光波和粒子的高效反射和精密調(diào)控，反射器件的特征結(jié)構(gòu)尺度需達(dá)納米甚至是亞納米，精度需達(dá)到亞納米甚至皮米量級(jí)，器件的制備難度極大。反射器件的特殊工作模式和超高精度為反射光學(xué)系統(tǒng)的集成和應(yīng)用也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

研究所創(chuàng)建了極紫外、軟X射線、X射線和中子薄膜器件研制平臺(tái)。擁有了離子束修形、小磨頭機(jī)械手拋光、大口徑化學(xué)機(jī)械拋光等超精密反射鏡制作設(shè)備，發(fā)明了復(fù)頻超聲波反射鏡基板清洗設(shè)備，發(fā)展了包括小型試驗(yàn)探索式、超高本底真空度、大口徑圓形基板行星式鍍膜、米級(jí)長(zhǎng)條形基板直線式鍍膜、圓柱形內(nèi)外表面鍍膜等多種磁控濺射以及雙離子束濺射的高精度多功能鍍膜裝備集群，形成了基于大口徑激光干涉儀、高精度接觸式輪廓儀、光學(xué)表面輪廓儀、原子力顯微鏡組成的光學(xué)表面形貌全空間頻譜和基于高精度X射線反射與衍射、掃描電子顯微鏡的薄膜微結(jié)構(gòu)的表征測(cè)量體系。

創(chuàng)建了X射線聚焦望遠(yuǎn)鏡研制平臺(tái)。建立了薄玻璃直接熱成形的反射鏡基板研發(fā)和生產(chǎn)能力，發(fā)展了激光干涉儀配合計(jì)算全息圖、激光掃描式測(cè)量圓柱面面形的實(shí)驗(yàn)方法及設(shè)備，發(fā)明了無(wú)微裂紋薄玻璃熱絲切割技術(shù)及儀器，創(chuàng)立了環(huán)氧樹(shù)脂真空混合除氣、超高精度石墨條磨削、薄玻璃反射鏡片亞微米級(jí)嵌套安裝、納米光學(xué)探針在線檢測(cè)等薄玻璃反射鏡型X射線嵌套式望遠(yuǎn)鏡精密集成裝配平臺(tái)。初步建立了基于鎳電鍍技術(shù)的全口徑一體化X射線望遠(yuǎn)鏡研制和光學(xué)性能測(cè)試的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

創(chuàng)建了極紫外、軟X射線、X射線和中子反射光學(xué)系統(tǒng)研制平臺(tái)。以極紫外、軟X射線、X射線和中子光學(xué)系統(tǒng)精密物像關(guān)系的規(guī)律性認(rèn)識(shí)為突破點(diǎn)，發(fā)展了光學(xué)性能仿真模擬與像質(zhì)評(píng)價(jià)相結(jié)合的精密調(diào)控技術(shù)，建立了以離線的系統(tǒng)級(jí)精密裝配和在線的微米/角秒級(jí)高精度快速安裝為主要特征的系統(tǒng)集成調(diào)試技術(shù)及綜合裝校平臺(tái)，創(chuàng)立了以任務(wù)牽引為導(dǎo)向，性能測(cè)試優(yōu)化與應(yīng)用需求相協(xié)同的系統(tǒng)研發(fā)平臺(tái)，形成了從實(shí)驗(yàn)室到復(fù)雜使役環(huán)境下的高精度快速裝配-調(diào)試-應(yīng)用的綜合技術(shù)體系。

2.2 強(qiáng)激光薄膜與應(yīng)用平臺(tái)

激光具有高亮度、高相干性等特點(diǎn)，一方面可以實(shí)現(xiàn)高功率輸出，主要支撐強(qiáng)激光裝備、超高功率國(guó)家大科學(xué)裝置平臺(tái)；另一方面能實(shí)現(xiàn)空間和時(shí)間的超高分辨，廣泛應(yīng)用于精密測(cè)量、微納制造等領(lǐng)域。

在高功率激光作用下，光學(xué)薄膜器件的激光損傷性能具有強(qiáng)烈的短板效應(yīng)，局域缺陷是誘導(dǎo)薄膜損傷的核心。要實(shí)現(xiàn)強(qiáng)激光負(fù)載能力的光學(xué)薄膜器件，需要研究激光作用下薄膜微納尺度缺陷的損傷機(jī)制和規(guī)律，構(gòu)建涵蓋器件設(shè)計(jì)、基板加工和清洗、薄膜制備和特性表征的全流程定量化缺陷控制平臺(tái)。

研究所創(chuàng)建了強(qiáng)激光薄膜和低損耗薄膜器件制作平臺(tái)。擁有多節(jié)點(diǎn)科學(xué)計(jì)算平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了電磁波計(jì)算程序和多物理場(chǎng)優(yōu)化算法，建立了高損傷閾值、低損耗薄膜的設(shè)計(jì)體系；發(fā)展了氫氟酸刻蝕和離子束拋光等基板亞表面缺陷控制技術(shù)及裝置，研制了超聲波-兆聲波復(fù)頻清洗設(shè)備，建立了超光滑光學(xué)基板表面缺陷和污染的高效率無(wú)損傷去除體系；改進(jìn)了電子束蒸發(fā)和離子束濺射鍍膜裝置，形成了大口徑、復(fù)雜曲面基板的高精度、低缺陷和高效率鍍膜制作能力；建立了基于分光光度計(jì)、傅里葉變換紅外光譜儀、弱吸收儀、角分辨散射儀、機(jī)械損耗測(cè)試裝置、大口徑激光干涉儀、光學(xué)輪廓儀、原子力顯微鏡、X射線衍射測(cè)試、掃描電子顯微鏡的薄膜表征測(cè)量體系。建立了強(qiáng)激光薄膜和低損耗薄膜器件設(shè)計(jì)、基板加工和清洗、薄膜制備和特性表征等全流程控制的創(chuàng)新平臺(tái)和技術(shù)體系。

創(chuàng)建了基于納秒與飛秒脈沖激光的光學(xué)元件激光損傷閾值測(cè)試平臺(tái)。面向國(guó)家科技重大專項(xiàng)工程任務(wù)驅(qū)動(dòng)，聚焦關(guān)鍵核心元件研制的多輪技術(shù)迭代，發(fā)展了缺陷點(diǎn)全程記錄、微納損傷識(shí)別的高置信度激光損傷閾值測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化測(cè)量和參數(shù)采集，實(shí)現(xiàn)了瞬態(tài)診斷初始損傷源功能，形成了多種手段對(duì)位的原位測(cè)量體系。發(fā)明了高精度損傷閾值校準(zhǔn)方法，提升了對(duì)激光損傷閾值測(cè)量重復(fù)性、測(cè)量結(jié)果可比較性的監(jiān)測(cè)能力。通過(guò)廣泛的學(xué)術(shù)交流和國(guó)際損傷閾值評(píng)測(cè)，完成了測(cè)量結(jié)果的國(guó)際對(duì)標(biāo)。

創(chuàng)建了強(qiáng)激光精密光機(jī)系統(tǒng)研發(fā)平臺(tái)。發(fā)展了面向?qū)ο蟮膹?fù)雜光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，建立了光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)高精度集成裝配技術(shù)和裝置，配備了光學(xué)系統(tǒng)波前和成像性能檢測(cè)儀器。采用單點(diǎn)金剛石車削設(shè)備，發(fā)展了基于光學(xué)探針的非接觸式納米精度原位檢測(cè)方法，提出了慢刀伺服加工的誤差理論和兩步補(bǔ)償加工策略，構(gòu)建了復(fù)雜曲面光學(xué)元件的精密制造技術(shù)，創(chuàng)建了涵蓋“光學(xué)設(shè)計(jì)-結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-元件制造-裝調(diào)集成-性能評(píng)價(jià)和應(yīng)用”的精密光機(jī)系統(tǒng)研發(fā)平臺(tái)。

2.3 光學(xué)納米計(jì)量與測(cè)試平臺(tái)

納米級(jí)長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是國(guó)家納米量值傳遞的關(guān)鍵器件，其特點(diǎn)是要求具有良好的準(zhǔn)確性、均勻性與一致性。納米級(jí)長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的一方面可以為納米測(cè)量?jī)x器進(jìn)行精確標(biāo)校，另一方面可以為超精密位移測(cè)量提供核心器件支撐。

溯源性是準(zhǔn)確性、均勻性與一致性的基礎(chǔ)。原子光刻技術(shù)研制過(guò)程中，光柵量值被原子躍遷頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)鎖定，可以通過(guò)自然常數(shù)溯源到“米”定義，準(zhǔn)確性極高，是研制光柵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的優(yōu)勢(shì)技術(shù)。同時(shí)，原子光刻光柵極高的刻線密度可以提升超精密位移測(cè)量的分辨率。多層膜光柵技術(shù)通過(guò)將鍍膜厚度轉(zhuǎn)化為線寬寬度，具有極高的均勻性與一致性，同時(shí)通過(guò)硅晶格常數(shù)可以實(shí)現(xiàn)自溯源型的線寬測(cè)量。

研究所創(chuàng)建了超高刻線密度的鉻原子光刻光柵研制平臺(tái)?；阢t能級(jí)躍遷頻率為自然常數(shù)，配備了極小窄線寬激光器、極其穩(wěn)定的原子爐溫控系統(tǒng)、超高真空的原子光刻沉積真空環(huán)境以及飛米級(jí)波長(zhǎng)穩(wěn)定的穩(wěn)頻系統(tǒng)，建立了鉻原子光刻系統(tǒng)，將自然常數(shù)物化為超高刻線密度、極高均勻性、皮米級(jí)準(zhǔn)確性的一維鉻自溯源光柵，創(chuàng)立了將一維光柵的自溯源長(zhǎng)度轉(zhuǎn)化為二維自溯源角度的分步沉積原子光刻、自溯源光柵縱向擴(kuò)展的掃描原子光刻、自溯源光柵橫向拓展的拼接原子光刻等關(guān)鍵技術(shù)，初步形成了以鉻自溯源光柵節(jié)距為基準(zhǔn)的AFM、SEM、EBL等現(xiàn)代化納米測(cè)量與加工儀器的放大倍率誤差、非線性誤差、非正交誤差的表征和校準(zhǔn)體系。

創(chuàng)建了基于光柵干涉技術(shù)的自溯源精密位移測(cè)試平臺(tái)。擁有了大面積原子光刻光柵可控制備系統(tǒng)、高速響應(yīng)信號(hào)探測(cè)模塊和測(cè)量信號(hào)處理工具組，建立了基于自溯源光柵干涉儀和激光干涉儀的位移比對(duì)測(cè)量系統(tǒng)，發(fā)展了針對(duì)激光干涉儀的位移校準(zhǔn)方法；建立了自溯源光柵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與其他納米光柵的比對(duì)測(cè)量裝置，發(fā)展了基于光柵干涉法的納米光柵間距校準(zhǔn)方法，初步建立了基于自溯源光柵衍射計(jì)量方法的長(zhǎng)度溯源測(cè)量體系。

創(chuàng)建了納米線寬的全流程精細(xì)化制備與表征平臺(tái)。擁有了原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡、超聲清洗裝置、超純水裝置、切割機(jī)與研磨機(jī)等掃描與制作設(shè)備，建立了晶圓鍍膜、鍵合、切割、拋光、濕法刻蝕、顯微表征等全鏈條線寬加工流程?；谧运菰垂鈻艃?yōu)越的周期穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性，結(jié)合相關(guān)的軟件模擬與分析，開(kāi)發(fā)了多種比對(duì)測(cè)量線寬樣品的方法，初步形成了一套較為完善的納米線寬樣品校標(biāo)體系。

2.4 微納光學(xué)與智能感知平臺(tái)

微納光學(xué)利用“人工微結(jié)構(gòu)”可實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)振幅、相位、極化、波前等多維度的調(diào)控，具備遠(yuǎn)超自然材料的光場(chǎng)調(diào)控能力，是光學(xué)學(xué)科重要分支。微納光學(xué)器件不僅能實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的輕薄化和集成化，還使得智能感知技術(shù)能夠跨越式發(fā)展，是國(guó)家戰(zhàn)略重點(diǎn)支持領(lǐng)域之一。當(dāng)前微納光學(xué)的光學(xué)效率、跨尺度制造、光學(xué)檢測(cè)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)四方面仍制約了其發(fā)展，只有突破人工微結(jié)構(gòu)的光場(chǎng)調(diào)控機(jī)理、攻克微納光子學(xué)器件的跨尺度制造、提升多維光學(xué)顯微探測(cè)精度和優(yōu)化微納光學(xué)智能感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)才能推動(dòng)微納光學(xué)的前沿科技發(fā)展和重大應(yīng)用。

研究所構(gòu)建了人工微結(jié)構(gòu)材料的光場(chǎng)調(diào)控設(shè)計(jì)平臺(tái)。擁有了30節(jié)點(diǎn)的并行計(jì)算集群，具有近千核心CPU，15T內(nèi)存的仿真計(jì)算資源；研制了自主可控的高效率光場(chǎng)仿真工業(yè)基礎(chǔ)軟件，集成了三維建模、時(shí)域有限差分、嚴(yán)格耦合波、本征模式展開(kāi)、多策略優(yōu)化等仿真和優(yōu)化模塊，形成了微納光學(xué)器件、宏微集成光學(xué)系統(tǒng)的快速仿真和設(shè)計(jì)能力。

建立了微納光學(xué)器件跨尺度制造平臺(tái)，擁有千余平米的百千級(jí)超凈間、6英寸甩膠機(jī)、8英寸高精度電子束光刻系統(tǒng)、低溫反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)、原子層沉積等微納光學(xué)器件核心制造設(shè)備；建立了大口徑異形襯底甩膠工藝，實(shí)現(xiàn)了光刻膠厚度重復(fù)性、均勻性及波相差控制方法；發(fā)展了電子束光刻跨尺度制造技術(shù)，提出了寫場(chǎng)拼接、旋轉(zhuǎn)、畸變誤差修正校準(zhǔn)技術(shù)；確立了原子層沉積-低溫刻蝕相結(jié)合的低損傷增材制造技術(shù)路線；形成了基于掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、角分辨測(cè)試的多維融合微觀結(jié)構(gòu)尺寸與宏觀器件性能的綜合表征體系。

創(chuàng)建了基于微納光學(xué)器件的計(jì)算成像與智能感知系統(tǒng)研制平臺(tái)。擁有GPU服務(wù)器集群的計(jì)算設(shè)備，研制了用于計(jì)算成像與智能感知系統(tǒng)端到端協(xié)同設(shè)計(jì)的計(jì)算仿真軟件；建立了包括干涉儀、轉(zhuǎn)臺(tái)、平行光管、三坐標(biāo)、六自由度平臺(tái)和經(jīng)緯儀等在內(nèi)的以離線和在線系統(tǒng)級(jí)精密裝配為主要特征的系統(tǒng)綜合裝校平臺(tái)；形成了基于單色儀、地物光譜儀、全譜段探測(cè)器、精密位移平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)成像鏡頭的系統(tǒng)性能測(cè)試與定標(biāo)平臺(tái)。

3 高水平研究成果

我們緊密圍繞四個(gè)主要方向，聚焦國(guó)際研究前沿和國(guó)家重大需求，形成了基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新、集成示范應(yīng)用和技術(shù)成果轉(zhuǎn)移的“全鏈條”創(chuàng)新能力，支撐了國(guó)家重大科研項(xiàng)目的實(shí)施，取得了多項(xiàng)重要研究成果，建成了產(chǎn)學(xué)研用為一體的創(chuàng)新基地。

3.1 X射線器件與系統(tǒng)研究成果

3.1.1 X射線器件

我們具有國(guó)際先進(jìn)水平的極紫外、軟X射線、X射線與中子多層膜器件的創(chuàng)新能力，推動(dòng)了我國(guó)相關(guān)波段光學(xué)系統(tǒng)的自主研發(fā)和應(yīng)用。創(chuàng)建了多層膜界面缺陷的解耦精確表征方法，揭示了膜層界面缺陷的形成規(guī)律，闡明了其對(duì)薄膜折射率差異的作用機(jī)制，明晰了其與反射率的構(gòu)效關(guān)系。發(fā)明了原子級(jí)厚度阻隔層和氬氮混合反應(yīng)濺射的多層膜界面缺陷調(diào)控技術(shù)，解決了膜層不均勻結(jié)晶、擴(kuò)散混合和化合反應(yīng)的有效抑制難題，顯著提升了多層膜器件的光學(xué)性能。發(fā)展了傾斜粒子調(diào)控和膜厚精確控制等大尺寸多層膜生長(zhǎng)技術(shù)，破解了大尺寸納米薄膜生長(zhǎng)中界面結(jié)構(gòu)和膜層厚度的控制難題，實(shí)現(xiàn)了大尺寸高反射率多層膜制備。制備的多層膜器件已成功用于上海光源光束線、北京同步輻射光束線、德國(guó)BESSY II同步輻射光束線、激光慣性約束聚變、等離子體診斷、天文觀測(cè)、高次諧波及阿秒實(shí)驗(yàn)等前沿基礎(chǔ)研究和高端分析儀器上，支撐了我國(guó)同步輻射和自由電子激光裝置建設(shè)、武器物理和可控聚變?cè)\斷技術(shù)創(chuàng)新、高端XUV分析儀器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

提出了高效率單級(jí)次X射線多層膜光柵的設(shè)計(jì)方法和準(zhǔn)布拉格衍射的新工作模式，利用多層膜反射將光柵衍射效率集中到單個(gè)級(jí)次，從而突破了傳統(tǒng)單層膜光柵效率低的瓶頸。揭示了X射線納米薄膜在非各向同性微納光柵結(jié)構(gòu)上的生長(zhǎng)機(jī)制，獲得了單層膜和多層膜對(duì)微納光柵表面不同空間頻譜結(jié)構(gòu)的平滑規(guī)律，發(fā)明了X射線納米多層膜在微納結(jié)構(gòu)上的復(fù)形生長(zhǎng)技術(shù)，解決了多層膜在光柵結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)時(shí)界面不均勻擴(kuò)散遷移的兩維調(diào)控難題，實(shí)現(xiàn)了二維多層膜光柵的精確構(gòu)筑。制備的多層膜閃耀光柵在2～4 keV韌X射線波段衍射效率比傳統(tǒng)單層膜光柵提高10～40倍，該元件成功應(yīng)用于德國(guó)BESSYII光源成像線站單色器，結(jié)合多層膜前置鏡將線站在2 keV的光子通量提升了100倍。在此基礎(chǔ)上，將多層膜和超高線密度光柵以及高級(jí)次衍射相結(jié)合，研制了2萬(wàn)線/毫米的多層膜納米光柵，在X射線波段獲得了已有文獻(xiàn)報(bào)道的最高角色散，為超高效率高分辨率X射線單色器和光譜儀的實(shí)現(xiàn)開(kāi)辟了新道路。

發(fā)明了軟X射線分束鏡制作技術(shù)。揭示了軟X射線多層膜應(yīng)力形成機(jī)理，闡明了多層膜微結(jié)構(gòu)與其光學(xué)和應(yīng)力特性的構(gòu)效關(guān)系，找到了軟X射線多層膜應(yīng)力的調(diào)控方法，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)大尺寸軟X射線多層膜分束鏡的研制，成功應(yīng)用于軟X射線激光的馬赫貞德干涉儀，首次在國(guó)內(nèi)獲得了稠密等離子體的電子密度分布，使得我國(guó)成為繼美國(guó)后第二個(gè)掌握此類實(shí)驗(yàn)方法的國(guó)家。

發(fā)明了軟X射線寬帶偏振器件制作技術(shù)。提出了軟X射線非周期多層膜寬帶偏振器件優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，創(chuàng)新了納米厚度膜層的生長(zhǎng)速率精確控制和膜層厚度精密表征方法，在國(guó)際上率先提出并實(shí)現(xiàn)了軟X射線寬帶偏振測(cè)量方法與裝置，成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外同步輻射偏振線站，相關(guān)研究成果被美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)編寫的最新版《Handbook of Optics》引用，是該手冊(cè)光學(xué)薄膜內(nèi)容章節(jié)引用的唯一產(chǎn)自中國(guó)大陸的成果。

3.1.2 X射線聚焦與成像系統(tǒng)

我們發(fā)明了一種高分辨X射線時(shí)空譜綜合測(cè)量的激光慣性約束聚變等離子體診斷新方法，建立了基于多通道掠入射X射線光學(xué)的X射線時(shí)空譜綜合測(cè)量技術(shù)體系。創(chuàng)建了多參數(shù)耦合條件下誤差解耦的多通道KB成像系統(tǒng)精密裝校方法，突破了多通道高分辨掠入射X射線成像的瓶頸。提出了基于多層膜球面鏡陣列的X射線多能譜成像新方法和多類新物鏡結(jié)構(gòu)，突破了高效率多層膜制備和多能道精密耦合等技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小尺寸、弱信號(hào)等離子體的高通量高分辨X射線多能譜診斷。研制了具有不同技術(shù)特點(diǎn)，適應(yīng)不同空間、時(shí)間和能譜測(cè)量需求的多類精密X射線成像系統(tǒng)，為用戶單位芯部燃料熱斑演化、流體力學(xué)不穩(wěn)定性和自發(fā)光流線測(cè)量等多個(gè)重要診斷實(shí)驗(yàn)的順利開(kāi)展提供了關(guān)鍵的診斷裝備支撐，國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了多達(dá)十六通道高分辨KB系統(tǒng)在激光等離子體診斷的高質(zhì)量應(yīng)用，空間分辨在400μm視場(chǎng)內(nèi)達(dá)到3～5μm，診斷能點(diǎn)數(shù)最多達(dá)到4個(gè)，性能指標(biāo)和成熟度顯著優(yōu)于國(guó)外同類型診斷技術(shù)水平，有力增強(qiáng)了我國(guó)激光慣性約束聚變研究的等離子體時(shí)空譜綜合診斷能力。

發(fā)明了針對(duì)特殊能量和高時(shí)空分辨X射線測(cè)量的復(fù)雜面形和結(jié)構(gòu)構(gòu)型的彎晶診斷新技術(shù)?；诠庠刺匦院途w面形影響的光學(xué)建模，揭示了超環(huán)面彎晶的高分辨成像內(nèi)在規(guī)律，提出了“晶片定向-減薄拋光-清洗鍵合”的高面形精度超環(huán)面彎晶制作方法，在毫米級(jí)視場(chǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了3～5μm的高分辨成像?；跁r(shí)間分幅的能譜診斷需求，提出了聚焦成像型的多通道彎晶譜儀方案，實(shí)現(xiàn)了X射線輻射的高空間、時(shí)間和能譜分辨的同步測(cè)量。建立了基于“能量替代”的彎晶器件精密調(diào)試方法和光學(xué)觀瞄結(jié)構(gòu)功能一體化的在線瞄準(zhǔn)方法，研制的超環(huán)面彎晶成像儀、多通道彎晶譜儀等多類診斷系統(tǒng)，在我國(guó)強(qiáng)激光裝置、強(qiáng)流重離子裝置等物理實(shí)驗(yàn)中得到成功應(yīng)用。研究成果有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)構(gòu)型彎晶器件存在的不足，為特定能點(diǎn)、時(shí)空分辨和特殊應(yīng)用場(chǎng)景的X射線譜學(xué)研究提供了新的診斷手段。

發(fā)明了用于等離子體診斷和微尺度聚焦的極紫外正入射成像技術(shù)。揭示了元件誤差與系統(tǒng)成像質(zhì)量的內(nèi)在規(guī)律，發(fā)展了自準(zhǔn)定心的成像系統(tǒng)高精度裝配方法。明晰了“物-鏡-像”之間的耦合關(guān)系，創(chuàng)建了基于可見(jiàn)光的系統(tǒng)裝調(diào)方法，在毫米級(jí)視場(chǎng)內(nèi)達(dá)到了2～5μm的分辨率?；诙嗄茏V的成像診斷需求，提出了多通道多能譜的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了極紫外時(shí)、空、譜的同步診斷?；跇O紫外高能量密度的需求，提出了大數(shù)值孔徑微聚焦系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，發(fā)展了微米級(jí)精度的焦平面定位方法，獲得了超高能量密度的極紫外脈沖。研制了面向應(yīng)用需求的正入射成像系統(tǒng)，在我國(guó)超強(qiáng)超短激光裝置、Z箍縮等離子體裝置等物理實(shí)驗(yàn)中得到成功應(yīng)用，為極紫外診斷和成像工作奠定了基礎(chǔ)。

發(fā)明了X射線薄玻璃反射鏡的高精度制作與精密裝配技術(shù)。解決了薄玻璃熱成形反射鏡基板面形精確調(diào)控的難題，創(chuàng)新了無(wú)微裂紋的薄玻璃熱絲切割與無(wú)應(yīng)力損傷的高精度清洗方法，實(shí)現(xiàn)了X射線薄玻璃反射鏡的高精度制作。基于超精密加工車床，建立了集“在線檢測(cè)-實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)反饋-裝配工藝優(yōu)化”于一體的閉環(huán)控制精密裝配方法，提出了基于實(shí)測(cè)面形三維光線追跡的裝配后X射線望遠(yuǎn)鏡成像性能的在線評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首臺(tái)角秒級(jí)嵌套式X射線望遠(yuǎn)鏡研制。在上海光源和德國(guó)馬普所PANTER裝置上測(cè)試結(jié)果表明，嵌套式X射線望遠(yuǎn)鏡成像精度與美國(guó)在軌的NuSTAR望遠(yuǎn)鏡水平相當(dāng)。

發(fā)明了超光滑、超高精度的非球面反射鏡離子束直接修形與絕對(duì)檢測(cè)技術(shù)。揭示了超光滑表面成形機(jī)制，建立了超光滑非球面高效成形方法，提出了隨機(jī)旋轉(zhuǎn)絕對(duì)檢測(cè)方法，解決了非球面反射鏡在超光滑表面和超高精度面形的協(xié)同調(diào)控難題，實(shí)現(xiàn)了超光滑、超高精度非球面的制作。創(chuàng)新Sc/Si多層膜界面阻隔材料，提升其在空間環(huán)境中的熱穩(wěn)定性與存放穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首臺(tái)46.5 nm極紫外太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡載荷，有望在日冕加熱、太陽(yáng)風(fēng)起源和太陽(yáng)爆發(fā)機(jī)制等空間科學(xué)核心課題上取得重要的空間探測(cè)結(jié)果。

3.1.3 中子超反射鏡器件及聚焦系統(tǒng)

我們發(fā)明了基于膜層微結(jié)構(gòu)和應(yīng)力精確控制的中子超反射鏡高精度制備方法。發(fā)展了中子超反射鏡膜層生長(zhǎng)調(diào)控技術(shù)和應(yīng)力控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了m=3、反射率大于90%的中子超反射鏡器件的高精度制備，其性能與國(guó)際先進(jìn)水平相當(dāng)。提出了高精度光學(xué)測(cè)量與機(jī)械集成相耦合的中子導(dǎo)管調(diào)試方法，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)度達(dá)到1 m，口徑控制及形位誤差優(yōu)于20μm的高精度中子導(dǎo)管制作，在中國(guó)散裂中子源多物理譜儀成功應(yīng)用。針對(duì)高通量、高準(zhǔn)直度聚焦系統(tǒng)的應(yīng)用需求，創(chuàng)新了中子光學(xué)核心儀器裝備，提出并研制了多通道Montel型和多層嵌套式Wolter型聚焦結(jié)構(gòu)等多類新型中子聚焦系統(tǒng)，將中子束流強(qiáng)度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。研究成果在中國(guó)散裂中子源、清華大學(xué)微型脈沖強(qiáng)子源、中物院核物理與化學(xué)研究所等重大科學(xué)裝置和單位得到應(yīng)用。

經(jīng)過(guò)二十年的發(fā)展，該成果先后獲得獲國(guó)家軍隊(duì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，上海市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

3.2 強(qiáng)激光薄膜與應(yīng)用

3.2.1 強(qiáng)激光薄膜器件

我們創(chuàng)建了國(guó)際先進(jìn)的強(qiáng)激光薄膜器件全流程研制平臺(tái)，幾類薄膜器件的損傷閾值指標(biāo)國(guó)際領(lǐng)先，支撐了我國(guó)高功率激光系統(tǒng)和裝備的自主研發(fā)和應(yīng)用。

發(fā)明了超高損傷閾值激光薄膜制作技術(shù)。揭示了“局域熱點(diǎn)”誘導(dǎo)薄膜器件激光損傷的物理機(jī)制，闡明了“吸收強(qiáng)點(diǎn)-電場(chǎng)強(qiáng)度-薄膜結(jié)構(gòu)-局域熱點(diǎn)”的構(gòu)效關(guān)系，發(fā)明了調(diào)控薄膜結(jié)構(gòu)來(lái)操縱駐波/行波場(chǎng)分布的“場(chǎng)控設(shè)計(jì)技術(shù)”。在2014、2020年SPIE系 列 國(guó) 際 會(huì) 議“Boulder Damage Symposium”舉辦的全球最權(quán)威的激光薄膜損傷閾值比對(duì)測(cè)試中，團(tuán)隊(duì)研制的1 064 nm窄帶濾光片、532 nm高反射薄膜排名第一。研制的pick-off鏡成功應(yīng)用于我國(guó)“神光III”原型和主機(jī)等激光裝置，解決了之前其頻繁損傷的難題，保障了我國(guó)激光聚變裝置的長(zhǎng)年穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

發(fā)明了防水多功能強(qiáng)激光薄膜制作技術(shù)。闡明了薄膜微觀結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)吸收截面和環(huán)境穩(wěn)定性的構(gòu)效關(guān)系，發(fā)明了離子束輔助多源電子束共蒸發(fā)技術(shù)，創(chuàng)制了消除動(dòng)態(tài)吸收截面的納米復(fù)合新材料，率先實(shí)現(xiàn)了兼顧防水、光學(xué)、損傷性能的多功能強(qiáng)激光薄膜器件，將水環(huán)境下使用的強(qiáng)激光薄膜器件壽命由不到2周提升到1年以上。此技術(shù)還拓展了我國(guó)激光器在海陸空天等復(fù)雜使役環(huán)境下的使用范圍。

發(fā)明了大口徑寬帶低色散雙色膜制作技術(shù)。闡明了薄膜結(jié)構(gòu)與電場(chǎng)分布、群延遲色散的對(duì)應(yīng)關(guān)系，基于低折射率腔層結(jié)構(gòu)降低薄膜電場(chǎng)強(qiáng)度，大幅提高了薄膜器件的激光損傷閾值，還基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和蒸發(fā)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了大口徑寬帶低色散雙色膜的均勻性、應(yīng)力控制。研制了“羲和”激光裝置、星光Ⅲ激光裝置中損傷閾值要求最高的寬波段雙色薄膜器件，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)世界上最高峰值功率輸出提供了重要的元器件支撐。

發(fā)明了低損耗激光薄膜制作新技術(shù)。提出了優(yōu)化薄膜結(jié)構(gòu)、傾斜生長(zhǎng)薄膜調(diào)控薄膜界面散射的新思路，實(shí)現(xiàn)傾斜生長(zhǎng)薄膜的可控精確制備，有效降低了薄膜界面散射；構(gòu)建了微米結(jié)構(gòu)缺陷誘導(dǎo)薄膜散射的模擬方法，獲得了缺陷誘導(dǎo)薄膜散射的定量規(guī)律，創(chuàng)新了離子束刻蝕清洗結(jié)合缺陷平坦化的控制技術(shù)，將薄膜缺陷散射降低近1個(gè)數(shù)量級(jí)。攻克了低損耗薄膜中最難的散射抑制問(wèn)題，高損傷閾值、低散射的激光薄膜器件可應(yīng)用于激光陀螺、極紫外光頻梳等精密測(cè)量系統(tǒng)中。

3.2.2 激光損傷性能表征與動(dòng)力學(xué)

我們建立了基于1-on-1，S-on-1，R-on-1和光柵掃描4種方法的高置信度激光損傷閾值測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化的ISO標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量、大區(qū)域掃描測(cè)量與實(shí)時(shí)分析。在此基礎(chǔ)上，完善了損傷點(diǎn)的跟蹤復(fù)位能力，解決了新增損傷點(diǎn)和損傷生長(zhǎng)點(diǎn)難以進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試的難題；搭建了微納空間分辨和納秒時(shí)間分辨的泵浦-探測(cè)系統(tǒng)，發(fā)展了對(duì)縱向損傷源頭進(jìn)行直接瞬態(tài)識(shí)別的新型激光損傷閾值測(cè)量技術(shù)；實(shí)現(xiàn)了納米尺度激光損傷的定點(diǎn)原位探測(cè)，為微納尺度初始損傷的精準(zhǔn)識(shí)別與損傷生長(zhǎng)研究提供了實(shí)驗(yàn)手段支撐。

開(kāi)展了激光損傷動(dòng)力學(xué)研究，獲得了透射元件初始損傷的時(shí)域演化過(guò)程，討論了損傷形態(tài)與損傷動(dòng)力學(xué)的相關(guān)性，包括等離子體和沖擊波的產(chǎn)生與擴(kuò)展、熱力作用過(guò)程、粒子噴發(fā)和能量釋放等，建立了表面損傷和深度位置損傷的粒子噴射物理模型。發(fā)展了兩種激光損傷性能提升技術(shù)，利用化學(xué)刻蝕法消除和弱化了表面和亞表面缺陷對(duì)激光損傷性能的影響。此外，利用低于元件損傷閾值的激光能量進(jìn)行預(yù)處理提升了光學(xué)薄膜整體損傷性能。

3.2.3 精密光機(jī)系統(tǒng)

我們構(gòu)建了涵蓋“光學(xué)設(shè)計(jì)-結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-元件制造-裝調(diào)集成-性能評(píng)價(jià)應(yīng)用”的精密光機(jī)系統(tǒng)全環(huán)節(jié)研發(fā)體系，推動(dòng)了復(fù)雜精密光學(xué)診斷系統(tǒng)在高能激光裝置上的應(yīng)用。為“星光Ⅲ”激光裝置研制了國(guó)內(nèi)首套成像型速度干涉儀光學(xué)系統(tǒng)（VISAR）和掃描光學(xué)高溫計(jì)（SOP）的主被動(dòng)聯(lián)合測(cè)量方式的復(fù)合速度診斷系統(tǒng)。通過(guò)優(yōu)化的平行光鏈路光學(xué)設(shè)計(jì)架構(gòu)，解決了大空間布局下大視場(chǎng)、高分辨率復(fù)合診斷光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)難題；通過(guò)雙色激光對(duì)向光路精密裝調(diào)方法，突破了20米長(zhǎng)光路上近百個(gè)元件的超精密裝調(diào)集成的難題，實(shí)現(xiàn)了2 mm大視場(chǎng)和500μm超大景深成像，并滿足了水平和垂直兩種打靶模式，為“星光Ⅲ”實(shí)驗(yàn)研究提供了技術(shù)支撐與診斷測(cè)試平臺(tái)。

在“星光Ⅲ”激光裝置沖擊波溫度測(cè)量的成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)研制中，采用寬波段晶體材料作為補(bǔ)償鏡，實(shí)現(xiàn)了寬工作波段、雙放大倍率的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并克服了Schwarzschild結(jié)構(gòu)在低放大倍率時(shí)后工作距短的缺點(diǎn)。針對(duì)真空應(yīng)用環(huán)境下長(zhǎng)懸臂梁物鏡結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致的光軸傾斜問(wèn)題，采用“光學(xué)設(shè)計(jì)-結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-力學(xué)設(shè)計(jì)”有效耦合的綜合設(shè)計(jì)方法，采用以折轉(zhuǎn)鏡偏轉(zhuǎn)作為補(bǔ)償參量的方案，有效解決了大放大倍率的分辨率下降問(wèn)題，在2 mm的視場(chǎng)內(nèi)，獲得了3倍3.8μm和20倍3.5μm的物方分辨率，為沖擊波溫度測(cè)量提供了技術(shù)支撐，也拓展了折反式光學(xué)系統(tǒng)診斷系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景。

發(fā)明了基于光學(xué)探針的非接觸式納米精度原位檢測(cè)方法和補(bǔ)償加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了100納米精度的自由曲面原位檢測(cè)和加工。提出了“硅鋁合金-鎳”高能激光輕量化復(fù)合金屬反射鏡制作方案，采用“超精鋁合金基底-電鍍鎳-超精車削鎳-拋光”的技術(shù)路徑，突破大口徑金屬反射鏡材料制作、輕量化設(shè)計(jì)與仿真、高精度檢測(cè)和補(bǔ)償加工、低缺陷金屬拋光的全流程技術(shù)，解決了大口徑輕量化金屬反射鏡系統(tǒng)的制造難題，為全金屬反射系統(tǒng)和輕質(zhì)光束控制系統(tǒng)等的研制奠定了基礎(chǔ)。

經(jīng)過(guò)十五年的發(fā)展，該成果先后獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、教育部技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)/二等獎(jiǎng)，及中國(guó)專利金獎(jiǎng)。

3.3 光學(xué)計(jì)量測(cè)試

我們創(chuàng)制了系列自溯源型一維光柵、二維柵格、納米線寬等納米幾何量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，推動(dòng)了我國(guó)自主可控的納米量值傳遞鏈的建立。研究了鉻原子光刻光柵生長(zhǎng)過(guò)程中的遮蔽效應(yīng)，闡述了激光光強(qiáng)、切光比例、沉積參數(shù)與光柵輪廓的影響規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了百納米高度鉻原子光刻光柵的可控制備；提出了拼接原子光刻與掃描原子光刻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鉻原子光刻光柵的無(wú)損拼接與平行延展，解決了大面積自溯源光柵的研制難題；發(fā)展了分步沉積原子光刻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從自溯源長(zhǎng)度到自溯源角度的轉(zhuǎn)換，創(chuàng)建了二維自溯源柵格研制的新方式；提出了“原子光刻+軟X射線干涉光刻”的自溯源光柵研制新思路，實(shí)現(xiàn)了自溯源光柵向更小尺度的量值傳遞；優(yōu)化了多層膜光柵的界面粗糙度最小化控制方法，實(shí)現(xiàn)了多結(jié)構(gòu)硅納米線寬的研制；系列自溯源長(zhǎng)度微納結(jié)構(gòu)的研制方法豐富了自溯源光柵的類型、尺度與維度，研究成果入選《中國(guó)電子信息工程科技發(fā)展研究》。

系統(tǒng)評(píng)估了一維鉻原子光刻光柵、一維硅納米光柵、二維鉻原子光刻?hào)鸥?、多結(jié)構(gòu)線寬的均勻性與穩(wěn)定性，獲批國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)2項(xiàng)（GBW13982，GBW13983），國(guó)家二級(jí)標(biāo)物質(zhì)2項(xiàng)（GBW（E）130838，GBW（E）130744）。比對(duì)了理論值為212.8 nm自溯源光柵與國(guó)際權(quán)威計(jì)量機(jī)構(gòu)德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院PTB的測(cè)量結(jié)果，證實(shí)了自溯源光柵的準(zhǔn)確性、均勻性、一致性均處于皮米量級(jí)，代表了我國(guó)納米長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制的最高水平，填補(bǔ)了我國(guó)皮米級(jí)準(zhǔn)確的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的空白。

發(fā)明了自溯源型光柵干涉儀，將光柵干涉儀位移測(cè)量原始信號(hào)測(cè)量周期縮小至106.4 nm，提升了光柵干涉儀的刻線密度與分辨力，實(shí)現(xiàn)了自溯源型的超精密光柵干涉儀位移測(cè)量技術(shù)；明晰了自溯源光柵表面光場(chǎng)響應(yīng)特性，確定了基于自溯源光柵衍射計(jì)量方法的最佳光柵制備形貌和最優(yōu)光路偏振條件，完成了基于自溯源型光柵干涉儀的特異性優(yōu)化；創(chuàng)制了基于光柵干涉儀的納米光柵間距比對(duì)測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)度量值比對(duì)測(cè)量新方式；基于自溯源光柵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校準(zhǔn)了原子力顯微鏡的非線性誤差與掃描電鏡的放大倍率，推進(jìn)了自溯源標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在納米儀器校準(zhǔn)方面的應(yīng)用；構(gòu)架了硅納米線寬的晶格常數(shù)計(jì)量定值方法，推動(dòng)了納米尺度下“米”定義的補(bǔ)充實(shí)現(xiàn)方式在微納結(jié)構(gòu)幾何尺寸計(jì)量方面的實(shí)踐；發(fā)展了基于探針線寬校準(zhǔn)器的原子力探針精確反演方法，提升了原子力顯微鏡圖像測(cè)量的準(zhǔn)確性；協(xié)助建立了激光衍射法測(cè)量納米光柵間距國(guó)家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范JJF的實(shí)施。

3.4 微納光學(xué)與智能感知

我們發(fā)展了本征模式展開(kāi)降維計(jì)算理論，提出了主模式降階計(jì)算方法，將光柵、超表面、頻率選擇表面、光子晶體等周期結(jié)構(gòu)的光場(chǎng)仿真計(jì)算效率提高了1～2個(gè)數(shù)量級(jí)；發(fā)展了傅里葉空間/實(shí)空間混合計(jì)算的微納器件光學(xué)系統(tǒng)仿真方法，突破了含微納器件的混合尺度光學(xué)系統(tǒng)全波仿真計(jì)算瓶頸；提出了基于泊松方程的網(wǎng)格聚類和網(wǎng)格優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速幾何建模和優(yōu)化算法；提出了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格/非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格混合計(jì)算的等效邊界方法，突破了時(shí)域有限差分和時(shí)域有限元的混合計(jì)算瓶頸困難；研制出自主可控的三維電磁場(chǎng)全波仿真軟件，具有完備的三維幾何建模功能，具備時(shí)域有限差分仿真、時(shí)域有限元仿真、嚴(yán)格耦合波仿真、本征模式展開(kāi)、射線追蹤系列求解器模塊，集成了拓?fù)鋬?yōu)化、粒子群、遺傳算法和機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化算法，在微納光學(xué)器件和系統(tǒng)仿真優(yōu)化的求解精度和效率方面具有較大優(yōu)勢(shì)。

提出了一維多層膜結(jié)合二維超表面的準(zhǔn)三維亞波長(zhǎng)效率調(diào)控新結(jié)構(gòu)，闡明了完美異常反射所需要的能流分布形式，通過(guò)準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu)內(nèi)傳輸波和布洛赫波的高效耦合，增強(qiáng)了多重散射并提高了非局域能流調(diào)控能力，從而建立了準(zhǔn)三維亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)控橫向能流的新思路，在1 550 nm實(shí)現(xiàn)了國(guó)際上效率最高的、效率優(yōu)于99%的光頻異常反射。準(zhǔn)三維亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)有望解決“效率低、帶寬窄”等限制超表面走向應(yīng)用的核心問(wèn)題，推動(dòng)基于光學(xué)超表面的微型光譜儀、輕薄激光雷達(dá)等儀器裝備的跨越式發(fā)展。

發(fā)展了基于電子束光刻的微納光學(xué)器件跨尺度制造技術(shù)。厘清了大面積異形襯底甩膠工藝中光刻膠厚度一致性、均勻性與波相差的構(gòu)效關(guān)系，闡明了電子束光刻中的誤差產(chǎn)生機(jī)理與校準(zhǔn)方式，獲得了器件口徑對(duì)誤差種類及大小的影響規(guī)律，發(fā)展了針對(duì)不同特征尺寸納米結(jié)構(gòu)和大口徑器件的電子束光刻誤差調(diào)控方法，研制出50 mm口徑的準(zhǔn)三維亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)原理性樣件，正在積極探索相關(guān)的應(yīng)用研究。

發(fā)展了微納光學(xué)器件與深度學(xué)習(xí)算法端到端系統(tǒng)端到端協(xié)同的計(jì)算成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，推動(dòng)了高性能輕薄感知系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用。提出了基于同心圓環(huán)分解的設(shè)計(jì)降維技術(shù)，將可設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)口徑提升了約100倍，研制了實(shí)用化的數(shù)十毫米量級(jí)的高性能輕薄成像系統(tǒng)。發(fā)展了適用于復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可微分射線光線追蹤模型，實(shí)現(xiàn)了端到端設(shè)計(jì)復(fù)雜多鏡片光學(xué)系統(tǒng)。正開(kāi)展相關(guān)研究成果在消費(fèi)電子與軍民用紅外成像領(lǐng)域的應(yīng)用推廣。

該方向從美國(guó)和新加坡引進(jìn)了江濤、施宇智、黃迪等高層次人才，未來(lái)還將開(kāi)展微納結(jié)構(gòu)及光電器件的光學(xué)顯微與機(jī)制研究，探索微納結(jié)構(gòu)的多維度高精度光測(cè)量技術(shù)和光電器件應(yīng)用；開(kāi)展光流控光鑷操控芯片的基礎(chǔ)理論和生物應(yīng)用研究，探索微納光學(xué)光和物質(zhì)相互作用的機(jī)制以及精密操控和檢測(cè)細(xì)小生物顆粒。

4 總 結(jié)

歷經(jīng)二十年櫛風(fēng)沐雨，精密光學(xué)工程技術(shù)研究所秉承“忠誠(chéng)、極致、革新、協(xié)同”的文化理念，創(chuàng)新求索，砥礪奮進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有、從有到優(yōu)的超越。此時(shí)迎來(lái)了國(guó)家“十四五”發(fā)展新機(jī)遇，我們將不忘初心，與時(shí)俱進(jìn)，居安思危，不懈耕耘，再鑄輝煌。