超低噪声探测器可有效捕捉毫赫兹级别引力波信号；光电镊技术精准“导航”微粒子并行 | 卓越亮点 - 科技区角超低噪声探测器可有效捕捉毫赫兹级别引力波信号；光电镊技术精准“导航”微粒子并行

原文发表于《科技导报》2025年第9期科技新闻-卓越亮点

超低噪声探测器助力空间引力波观测

图片来源：摄图网

引力波是一种由剧烈天体活动（如黑洞合并、中子星碰撞）产生的时空涟漪，自2015年首次被直接探测到以来，目前已经有数百个引力波信号揭示了宇宙中众多天文事件的物理过程。然而，地面上的探测设备由于受到地球环境因素的限制，只能探测频率较高的引力波信号。为探索宇宙更深远处发生的巨大天文事件，科学家们提出了空间引力波探测计划，这种探测装置可以有效捕捉极低频段（毫赫兹级别）的引力波信号，进一步揭示宇宙的奥秘。

2025年3月5日，山西大学光量子技术与器件全国重点实验室郑耀辉团队开发出一种适用于空间引力波探测的超低噪声光电探测器。这项技术突破主要聚焦于0.1 mHz~1 Hz频段，助力解决了空间引力波探测中激光强度噪声过高的问题。

空间引力波探测是一种极其精密的装置，任何微小的激光强度波动都会严重影响探测灵敏度。为此，研究团队基于光伏工作模式的光电二极管，成功地将探测器的暗电流噪声降低到极限水平。此外，他们还运用了零失调电压漂移运算放大器和高稳定性的金属箔电阻，进一步优化了探测器的性能。

通过主动温控技术，该研究确保了光电探测器响应度的高度稳定。在经过全面而严格的测试后，该探测器在0.1 mHz~1 Hz的电子学噪声谱密度达到2×10^-6V/Hz^1/2，相较于空间引力波探测所需噪声标准（1×10^-4V/Hz^1/2），提升了2个数量级以上。同时，探测器的增益可达到35kV/W@1064nm，满足高增益光电反馈控制的需求。

该研究成果为极低频段激光强度噪声抑制提供了关键核心器件，并为空间引力波探测装置的构建提供了一定的技术支撑。

（来源于中国科技期刊卓越行动计划入选期刊：《物理学报》，2025，74（5）

光电镊技术精准“导航”微粒子并行

自适应光图案实现多目标光电镊操控（图片来源：Microsystems & Nanoengineering）

随着微纳技术的快速发展，如何精准、高效地操控微尺度颗粒，已成为微电子、生物医学、材料科学等多个领域的重要课题。光电镊（OET）技术在微物体操纵中具有低光功率密度、高通量等优势，能够操纵多种微物体，如纳米颗粒、细胞和微机器人。然而，多物体并行操纵时，光图案的重叠问题尚未得到有效解决。传统方法通过增加光图案的外径作为碰撞半径来规划路径，但这种方法增加了计算负担，且在障碍密集环境中难以保证可靠的导航路径，严重制约高精度自动化应用。

2025年3月17日，北京理工大学张帅龙团队联合多所高校及企业团队，在微尺度自动操控领域取得重要突破。他们提出了一种自适应光图案设计策略，首次将动态光图案重构与多智能体路径规划结合，实现了复杂微环境中多微粒的无碰撞导航。该研究通过实时监测光图案中心间距，动态调整环形光图案布局，确保在光图案重叠时仍能提供足够的操作空间，极大程度降低了算法计算复杂度，解决了光图案重叠导致的微粒失控难题。结合冲突搜索算法与匈牙利目标分配算法，系统成功将多个聚苯乙烯微颗粒导航通过障碍物和微通道到达目标位置，且无碰撞发生，成功率100%。此外，仿真揭示了光图案内径与微粒受力关系，为OET导航系统设计提供了普适性理论框架。

此项成果攻克了密集障碍环境下多微粒并行操控的技术瓶颈，为单细胞分析、微纳机器人组装等应用提供了高效自动化解决方案。

（来源于中国科技期刊卓越行动计划入选期刊：Microsystems &Nanoengineering，2025，11（49））

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