光测未来联合深圳大学、深圳中国计量创新研究院、哈工大在《Applied Physics B》发表SCI论文发表时间：2025-10-29 17:08 光测未来（深圳）科技有限公司与深圳大学、中国计量科学研究院深圳技术创新研究院、哈尔滨工业大学（深圳）合作，在光学测量领域取得重要研究进展。联合研究团队在国际权威期刊《Applied Physics B》上发表了题为《Unravelling temporal dynamics in integrating cavities from nonuniform to uniform light fields》的研究论文。 该研究首次通过实验与模拟相结合的方式，系统揭示了积分腔内光场从非均匀到均匀的动态演化过程，对提升精密光学测量精度具有重要指导意义。 【查看论文：https://link.springer.com/article/10.1007/s00340-025-08564-2?utm_source=rct_congratemailt&utm_medium=email&utm_campaign=nonoa_20250924&utm_content=10.1007/s00340-025-08564-2】 01 研究背景与挑战 积分腔作为一种光学测量核心元件，其内壁通常采用高反射、漫散射材料制成，能够收集和扩散入射光，被广泛应用于散射材料反射/透射率测量、微弱吸收信号探测及均匀光源产生等领域。 传统积分腔理论基于一个关键假设：光在进入腔体后，经过第一次反射便能立即形成均匀光场。这一假设构成了现有积分腔理论与应用的基础。然而，近年来的研究表明，由于实际积分腔内壁并非理想的朗伯体散射器，光在腔内形成均匀光场前会经历一个短暂的非均匀光场阶段。这一现象对基于均匀光场假设的积分腔理论提出了挑战，尤其在需要高时间分辨率的应用场景中，忽视非均匀光场相位可能导致测量误差。
02 研究内容与创新方法 为解决这一基础科学问题，研究团队设计了多角度实验与模拟方案，系统研究了积分腔内光场的动态演化过程。 在实验方面，团队搭建了时间响应测量系统，采用立方体积分腔和405nm皮秒脉冲激光器作为光源。通过特别设计的可移动盖子，实现了额外端口分数的连续可调，为精确测量创造了条件。团队还测量了积分腔的稳态响应，通过改变端口分数并监测输出辐射通量的变化，为理论分析提供了充分的数据支持。 在模拟方面，研究团队利用COMSOL Multiphysics进行了有限元分析，模拟了光在积分腔内的传播过程。通过追踪大量漫射光线的传播路径，获得了腔内总辐射通量随时间变化的精确曲线，这是实验手段难以直接获取的关键数据。
03 核心发现与理论突破 研究团队通过综合分析实验与模拟结果，获得了若干重要发现： 非均匀光场确实存在且具有各向异性。实验测量到的输出信号初始阶段与理想均匀光场的指数衰减模型存在明显偏差，这直接证明了非均匀光场的存在。 更为重要的是，研究发现尽管从单一方向观察到的光场显示非均匀特性，但积分腔内的总辐射通量从光注入开始就遵循指数衰减定律。模拟结果显示了从光注入时刻起总能量的近乎完美指数衰减（R² = 0.9998）。 研究还通过稳态实验验证了时间常数的计算方法。通过测量不同端口分数下的输出光通量，计算出积分腔的有效光程为67.0厘米。这一结果与仅基于均匀光场假设从瞬态响应曲线计算得到的结果高度一致，交叉验证了均匀光场假设在时间常数计算中的可靠性。
04 合作团队与机构贡献 本研究是产学研合作的典范，各参与机构发挥了独特优势：
05 应用前景与未来方向 这项研究对精密光学测量领域具有重要的理论与实践意义： 在时间分辨光谱学、荧光寿命测量、高速光电探测器脉冲响应表征等应用中，研究结果提醒科学家谨慎解读测量信号的初始部分，这部分可能受到非均匀光场的影响。 研究表明，对于常规的时间常数和有效光程计算，可以继续使用基于均匀光场假设的传统理论，这保证了现有测量方法的有效性。在超大、形状极不规则或内壁有镜面反射成分的积分腔中，非均匀光场的持续时间和影响可能更加显著。在这些情况下，需要考虑非均匀光场的影响并研究相应的校正方法。 未来，研究团队计划将这一基础研究成果应用于实际测量系统中，进一步提升光测科技在精密测量、传感检测等领域的解决方案能力。随着对积分腔内光场动态行为的深入理解，高精度时间分辨光学测量的可靠性将迈向新台阶，为科学研究与工业应用提供更坚实的基础。 该项研究得到了广东省基础与应用基础研究基金、深圳市市场监督管理局专项基金等项目的支持。
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