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

發(fā)表時間：2023-01-31

1月24日,，我校第三層次特聘教授,、物理與光電工程學院先進光學檢測與成像實驗室的伍雁雄老師指導2020級本科生林宏安以第一作者在國際知名光學期刊《Optics Express》（中科院SCI 2區(qū)）上發(fā)表了高水平學術(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鏡光學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鏡光學系統(tǒng)像差設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鏡光學系統(tǒng)的設計與制造難度,，為空間引力波望遠鏡光學系統(tǒng)設計提供了重要指導,。研究成果獲得了中國科學院“太極計劃”光學載荷負責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言，該團隊也因此獲得了諾貝爾物理學獎,。

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、中國科學院的“太極計劃”以及中山大學的“天琴計劃”相繼把引力波天文臺推向太空,。LISA與中國科學院“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。望遠鏡作為空間引力波探測的核心光學載荷,，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，由于望遠鏡接收到的光束傾斜產(chǎn)生TTL噪聲,，該噪聲與望遠鏡自身的光學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，當前國際主流方法是通過望遠鏡設計使其波前像差足夠小,，存在望遠鏡設計與制造難度較大的風險,。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噪聲受光學像差的影響最小,。論文進一步提出了空間引力波望遠鏡光學系統(tǒng)像差設計的新方法：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。與當前主流設計方法相比,，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，望遠鏡光學系統(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鏡光學系統(tǒng)設計提供了優(yōu)選方案,。

林宏安同學目前為物理與光電工程學院光電信息科學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隊,，開展空間引力波望遠鏡光學系統(tǒng)設計的前沿科研工作,，在伍雁雄教授的悉心指導和實驗室同學的幫助下完成這項科學研究工作。林宏安同學作為一名大三的本科生,，在進入實驗室的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下,，林宏安同學從科研小白迅速成長為具備自主科研能力的高素質(zhì)學生，目前在國際知名光學期刊以第一作者發(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基金（No.62075214）、廣東省科技計劃項目（No.X190311UZ190）和廣東省重點領域研發(fā)計劃項目(No.2020B1111040001)的支持,。