光学领域的最新进步
大多数人在很大程度上依赖视觉能力来适应这个世界。从广义上讲，“光学”是指对视觉和光的研究。从根本上说，瑞淀的业务与光学有关：从人眼角度测量光的特性。光度学是根据我们的视觉感知来研究光的科学。色度学是关于色彩的科学：我们的眼睛如何解读不同波长的光。
从科学显微镜到医学诊断成像，从汽车前照灯到指向星空的望远镜，光学器件的应用几乎遍及人类活动的每一个领域。“光学器件具有许多类型，就这些光学元件的规格而言，主要分为以下两种类型：
- 第一类光学元件主要用于传输光线或反射/反弹光线，其中，图像质量或其他光学性能并非重要的标准。这些光学元件包括光反射器、饮料瓶、窗户、吊灯等。
- 在第二类光学元件中，成像质量或其他光学性能（如波阵面、衍射效率等）非常重要，必须满足要求，如相机镜头、激光光学元件、投影仪……显示器、衍射光学元件等。”1
2023年至2024年：光学进步
在过去的14个月里，光学领域取得了一些令人兴奋的进展，包括：
水下触摸屏
当余辉发光材料暴露在光线下时，它们可以吸收并保持部分光线，并在原始光源（如红外线灯或太阳）被移除后逐渐释放出来。这种释放可以通过对材料施加压力进行触发。该特性可用于环境修复、生物传感和癌症治疗等应用。最近，来自浦项科技大学（POSTECH）的一个研究团队在可穿戴聚合物贴片中使用了余辉发光颗粒（ALP），该贴片可以在水下使用。
“该显示器贴片能够通过手指施加少量压力进行书写以传递信息。当暴露在紫外线下时，该贴片将重置为空白状态，类似于使用橡皮擦擦掉速写簿上的内容。”2这些贴片的潜在应用还包括在水下或弱光、高湿度环境中进行通信。了解更多…
在余辉发光颗粒中使用机械发光和机械淬火技术的光学显示器系统示意图。（图片：来源）
JWST望远镜图像揭示宇宙
詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）于2021年圣诞节正式推出，自2022年7月以来，该望远镜一直在以前所未有的分辨率和细节展示人类从未见过的宇宙视图，其传递这些令人难以置信图像的方式是光学工程领域取得的一项重大胜利。JWST望远镜是“人类有史以来建造的功能最强大且最复杂的太空望远镜，配备了6.5米长的镜面和四种精密复杂的仪器，能够捕捉来自宇宙最遥远和最古老地区的红外光。”3 了解更多…
来自JWST望远镜拍摄的木星红外图像。“在这幅图像中，亮度表示高海拔。大量明亮的白色‘斑点’和‘条纹’可能是高空对流风暴凝结的云顶。这幅图像中显示的红色极光延伸到地球南北两极的更高海拔。相比之下，赤道以北的暗色带状区域几乎没有云层覆盖。”4 （图片: NASA, ESA, CSA, STScI, R. Hueso（巴斯克大学）, I. de Pater（加州大学伯克利分校）, T. Fouchet（巴黎天文台）, L. Fletcher（莱斯特大学）, M. Wong （加州大学伯克利分校）, J. DePasquale (STScI) ）
全新的阿托尺度（Atto）新边界
正如最近的这些突破所示，从浩瀚的宇宙空间到“阿托”层面的超微尺度测量，光学跨越了这一切，这一点从最近的突破中可见一斑：
采集单个原子的X射线
来自阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的研究人员开发了一种方法，用于表征材料的单个原子。“到目前为止，我们可以分析的最小样本尺寸[sic]是阿克，大约为10,000个原子”5（1阿克=万亿分之一克的百万分之一，即10-21千克）。这项新技术称为同步辐射X射线扫描通道显微镜（SX-STM），其“可以设计出具有特定应用特性的先进材料”5，包括在环境和医学研究中的应用。了解更多…
新型电子运动成像技术荣获诺贝尔奖
2023年，一件值得注意的事情是诺贝尔物理学奖授予了光学领域的一项最新成果。极快的动作（如蜂鸟翅膀的单次挥动）通常无法看清，也难以采集图像——看上去往往一团模糊。使用高速摄影曝光和频闪灯使我们能够采集到清晰的图像，但前提是曝光时间要比翅膀挥动时间更短。
同样，原子运动速度之快令人难以置信，以飞秒为单位（1飞秒是十亿分之一秒的百万分之一，即10-15秒）。原子内的电子运动速度更快——以阿托秒衡量（1阿托秒为十亿分之一秒的十亿分之一，即10-18秒）。
从左至右：Pierre Agostini, Ferenc Krausz 和 Anne L’Huillier 因“采用实验方法产生阿秒光脉冲，以研究物质中的电子动力学” 而共同获得了2023年诺贝尔物理学奖。6
L-R: Ferenc Krausz, Anne L’Huillier 和 Pierre Agostini 共同荣获了2023年诺贝尔物理学奖。
在他们的研究中，这三位科学家能够创造出“足够短的闪光，以拍摄电子极其快速的运动快照。Anne L’Huillier发现了激光与气体中的原子相互作用的新效应。Pierre Agostini 和 Ferenc Krausz 证明，这种效应可以用于创造比以前更短的光脉冲”7。他们的研究成果开辟了阿秒物理学的新领域。了解更多...
用于测量显示器的光学元件
在计量行业中，“光学元件”可以指测量设备和系统的特定组件。瑞淀的ProMetric®相机由多个组件组成，包括传感器、为系统供电的各种电气部件、外壳以及在操作过程中用于移动的机械部件。举例来说，光圈的打开和关闭让光线进入，以便传感器记录图像。在相机中，“光学元件”仅指用于直接传输和操纵光线的组件，主要是镜头。
汽车及头戴式AR/VR设备等行业越来越多地使用光学元件，这促使市场对更先进复杂的光学测量解决方案的需求日益增加。瑞淀看到了客户对更广泛镜头光学元件的需求，以应对不同的专业测量场景。为此，瑞淀光学和开发团队设计和制造了许多新型专业镜头产品和解决方案。我们的创新不仅涉及镜头和相机硬件，软件也是每款解决方案的关键组成部分。我们使用高质量光学元件以采集高质量的图像，而正是我们先进的软件工具和算法能给整合、处理和分析这些相机图像，从而提供客户所需的信息。
下面，我们一起来看看瑞淀近年来开发的一些光学检测解决方案，帮助推进了显示器测量中精密光学领域的发展。
用于测量MicroLED显示器的光学元件
虽然以阿托（Atto）尺度测量原子和电子并非瑞淀业务的一部分，但显示器行业的持续发展要求瑞淀解决方案能够测量尺寸越来越小的元素，如microLED显示器的微米级像素和亚像素。
瑞淀的光学产品系列最近新添了20倍显微镜头。凭借20倍的放大倍率，该镜头使制造商们能够检测极其微小的OLED和microLED像素和亚像素，其直径仅为数微米（1微米=百万分之一米，或1/1000毫米）。 该20倍显微镜头可与瑞淀的ProMetric®成像亮度计和色度计搭配使用，针对每个显示器像素运用更大数量的图像传感器像素采集图像，以实现更精细的测量。
以伪彩图显示的自发光显示器亚像素亮度。插图：瑞淀的20倍显微镜头 及 ProMetric® I系列成像色度计。
一旦测量完毕，制造商们就可以计算像素之间的输出差异，并用于校正。这种像素输出的标准化（称为 demura）将产生外观完全一致的显示器。制造商们可以将这些校准从设计阶段延续到生产线，以确保在生产操作中特定基板或设备像素布局的像素输出准确无误。
随着显示器光学技术的不断进步，瑞淀将继续开发新型光学解决方案，以使开发者和制造商们能够精准测量相关参数，以确保产品质量。
引用文献
- Ng, Brian, “Precision Optics Changing 2024: Shaping the Future,” Wavelength Opto-Electronics, https://wavelength-oe.com/articles/precision-optics. Published June 30, 2023 (accessed March 11, 2024).
- “Powerless Mechanoluminescent Touchscreen Underwater,” POSTECH University News: Research Highlights. March 6, 2024.
- Labh, S., “The Biggest Physics Breakthroughs of 2023,” Medium, published in Cantor’s Paradise, December 30, 2023.
- “NASA’s Webb Discovers New Feature in Jupiter’s Atmosphere,” NASA Webb Telescope Team, NASA.gov. October 19, 2023.
- Dumé, E., “Synchrotron X-rays image a single atom,” Physics World, July 3, 2023
- The Nobel Prize in Physics 2023. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2024. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2023/summary/ (Accessed March 12, 2024.)
- Popular information. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2024. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2023/popular-information/ (Accessed March 12, 2024)
