11月29日，美國光學學會（OSA）發布了2019年30項世界光學年度亮點成果（Optics & Photonics News: Optics in 2019）。中國科學院空天信息創新研究院光學工程研究部發布的「鋒芒光束穿透大氣湍流傳輸（Pin-Like Optical Beams to Penetrate Turbulence）」科研成果入選。
OSA的年度亮點成果專刊設立於1990年，每年都會面向世界評選出30項最令人振奮的科研成果。此前，我國大陸地區以第一作者單位共有12項成果入選。
抑制大氣湍流對雷射束傳輸的影響一直是世界性難題，制約著雷射通信、雷射探測等諸多應用的發展。由於湍流的隨機性、易變性等特點，人們一直難以找到合適的機理和方法抑制它的影響。
經過十餘年的研究和理解，空天院科研團隊認為，大氣湍流對雷射束的影響是在傳輸中引入隨機橫向波矢造成的，因此率先提出了通過構建特殊光場分布，使雷射在傳輸過程中逐步消除橫向波矢，從而產生出能夠抑制大氣湍流影響的穩態光場。相比於傳統大氣湍流抑制方法，該方法應用難度和成本大大降低。經過多年的探索，空天院先後突破了高效率調製、長距離傳輸等關鍵技術，使得該項技術正在逐步走向實用。
圖：公里級鋒芒光束的大氣湍流影響抑制效果，（a）實現公里級鋒芒傳輸的光路結構，（b）傳統高斯光束的公里級傳輸，（c）同等條件下鋒芒光束的傳輸效果
研究中，利用該機理和方法，空天院在世界上率先構建了一種鋒芒狀光束，並採用簡單的光路系統，實現了公里級傳輸，相比於國際上此類光束最遠的傳輸距離（米級），提升了三個數量級，並且產生效率達到了90%以上，如圖所示。因此，被評審專家認為是「令人印象深刻的（impressive）」的科研成果。
該技術和方法有望大幅降低大氣湍流抑制的難度和成本，從而推動大氣湍流抑制技術真正走向實用，提升雷射通信、雷射探測等應用系統的工作性能。
該項成果最先在2019年5月5日舉辦的CLEO會議上發布，其後被美國《應用物理快報-光子學雜誌》（APL Photonics）錄用發表，被編委們認定為「該雜誌最好的科研成果之一」，並在網站首頁的首要位置進行了宣傳報道。
該項成果獲得中科院重大科技任務局專項基金、空天院創新基金的資助和支持。
文章來源：空天信息創新研究院