本网讯（通讯员 任凯利）近日，我校电子工程学院、集成电路学院任凯利副教授团队在国际光子学领域顶级期刊《Photonics Research》上发表重要研究成果。这是我校首次以第一署名单位在该刊刊发成果，任凯利为论文第一作者，团队硕士研究生杜艺为论文第二作者。

该研究与中国科学院西安光机所等多家科研单位合作，提出并验证了一种融合超表面光场调控、双波长干涉解调与智能优化算法的跨尺度精密位移测量方案，有效破解了传统干涉测量精度与测量跨度难以兼顾的核心瓶颈，为超精密光学测量与微纳传感领域带来了创新突破。

论文题为《Cross-scale precision displacement measurement method based on metasurface optical elements》，发表于《Photonics Research》期刊（由美国光学学会Optica和中国激光杂志社联合创办，中科院JCR一区，Top期刊），其2025年影响因子达7.1，位列光学与光子学领域Q1分区。

图1 所制备超表面的测量光场与扫描电镜图

高精度位移测量是纳米科学、超精密制造、半导体检测等领域的核心共性支撑技术。传统涡旋光干涉测量受相位周期缠绕效应制约，无歧义测量量程难以拓展；同时涡旋光生成依赖空间光调制器等体光学器件，系统架构庞大、集成化程度低，长期制约着测量系统的小型化与工程化应用。针对这一技术瓶颈，研究团队创新提出超表面集成化解决方案：设计并制备氮化硅基宽带超表面器件，基于几何相位调控机制，实现多波长涡旋光束的高效、紧凑生成；在此基础上构建双波长共轭涡旋光干涉测量体系，通过不同波长下干涉花瓣的转角差异实现位移信号解调，并融合卷积神经网络去噪与高斯加权优化算法，有效抑制测量噪声，实现干涉转角的高精度提取。

图2 双波长纳米位移测量系统的示意图

实验结果表明，该方案有效突破了单波长干涉固有的周期束缚。采用520nm与532nm双波长组合，系统最大无歧义测量范围较传统单波长方案提升约43倍，实现了从纳米到微米的跨尺度位移测量覆盖；且在全量程范围内保持优异的测量精度，纳米尺度下最小相对误差0.0255%，微米尺度下最小相对误差低至 0.0006%。该超表面集成方案结构紧凑、易于微型化，为大动态范围精密位移检测提供了全新技术路线。

图3 双波长共轭涡旋光干涉纳米位移测量仿真与实验结果

本研究得到国家自然科学基金、陕西省重点研发计划项目、陕西省杰出青年基金等项目资助。

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https://www.researching.cn/articles/OJbd2b7d129d5234f2