OES封底丨飞秒激光快速定制高性能增透窗口。
Opto-Electronic Science封底论文推荐中南大学段吉安教授团队提出了一种机器学习赋能的飞秒激光复刻成型技术 ，实现了从 经验驱动 到数据驱动 的范式转变 ，为高性能增透窗口的快速定制提供了全新的技术方案。
封 底 文 章 Ding YL, Jiang X, Wang C et al. Femtosecond laser rapid customization of high-performance anti-reflecti on w i n d ows. Opto-Electron Sci 5, 260004 (2026).
第一作者：丁玉龙、江翔
通信作者：王聪、贾贤石
研究背景
在航空航天红外探测系统中，红外窗口既要保护内部元器件，又要高效传输红外信号。然而，窗口材料与空气之间的折射率突变会引发显著的反射损耗，严重制约探测系统的精度与灵敏度。传统增透膜虽能降低损失，却面临热膨胀脱落、不耐磨损等环境适应性难题。仿生亚波长增透微结构通过在材料表面构建渐变折射率梯度，可在宽波段范围内提升透过率，并兼具优异的机械性能与物理稳定性，为极端环境下的可靠应用提供了新路径。
飞秒激光凭借无掩模、一步成型、尺寸可调等优势，为仿生增透窗口的定制化制造带来可能。然而，增透微结构从设计到制造仍面临两大关键挑战：一是精准预测难题，传统电磁仿真在材料固有吸收带（如蓝宝石波长>4μm）内误差显著，而该波段恰是红外探测核心区域，导致设计与实际光学响应脱节；二是可控制造难题，加工过程受多个激光参数的复杂耦合影响，工艺窗口狭窄，传统优化依赖试错法，需制备大量样本，周期冗长、成本高昂，严重制约了高性能仿生增透窗口的快速开发。
本文亮点
针对上述挑战， 中南大学段吉安教授、 王聪教授、 贾贤石副教授及其团队 ，联合北京理工大学、 中国电子科技集团公司第十研究所的研究人员 ，提出了一种机器学习赋能的飞秒 激 光 复 刻 成 型 技 术 ， 实 现 了 高 性 能 增 透 窗 口 的 快 速 定 制 ， 该 工 作 近 期 以Femtosecond laser rapid customization of high-performance anti-reflection windows为题发表在 Opto-Electronic Science 。
在该工作中，研究团队构建了一个嵌入材料吸收特性作为物理约束的机器学习模型。该模型实现了在材料本征吸收带内对超宽透射光谱的高精度预测（误差<2%），成功克服了传统数值模拟在此类波段失效的难题。通过将训练好的模型作为智能代理，团队将原本昂贵且耗时的物理试错过程，转变为高效的虚拟筛选与迭代，实现了从多维度飞秒激光参数到最终光学性能的毫秒级映射与逆向优化（图1）。
图1飞秒激光快速定制化制造高性能增透窗口的示意图
研究团队成功研制了高性能增透蓝宝石窗口作为概念验证。测试结果表明，该窗口在3.3~6.0μm的宽光谱范围内实现了优异的增透效果，在4.2μm波长处峰值透射率高达~96.8%，同时兼具出色的广角特性、机械耐磨性和高质量成像能力，展现出在极端复杂环境下服役的巨大潜力（图2）。该工作所展现的机器学习-激光制造深度融合的智能加工模式，实现了从经验驱动到数据驱动的范式转变，为高性能增透窗口的快速定制提供了全新的技术方案，有望推动新一代红外探测系统、红外成像及其光电器件的革新与发展。
图2蓝宝石增透窗口的光学性能和机械性能表征
【基金支持】 该工作得到了国家重点研发计划项目（2023YFB4605500） 、基础科研计划重大项目（JCKY2024210A001） 以及国家自然科学基金项目（52105498） 等项目的支持。
研究团队简介
段吉安，中南大学机电工程学院院长 ， 极端服役性能精准制造全国重点实验室主任 ，教育部长江学者特聘教授 ， 国家万人计划科技创新领军人才 ，教育部创新团队带头人； 教育部第七届科技委学部委员 ， 国务院学位委员会机械学科评议组成员； 中国机械工程学会微纳米技术分会委员 。 长期从事光电子器件制造 、 超快激光制造等方面研究 。 承担国家重点研发计划 、 973、 863、 国家自然科学基金重点项目等国家项目10余项。研发了阵列型、 同轴型、碟型、 BOX型 、 COB型等光电子器件的亚微米精度耦合封装工艺与设备 ，广泛应用于光电子器件制造企业并出口韩国 ； 研制了大功率激光器耦合封装的成套装备与工艺 ，广泛应用于光纤激光器制造企业； 开发了一体化光学构件的超快激光制造技术与装备 。获机械工业科学技术奖技术发明一等奖、湖南省技术发明一等奖、科技进步一等奖各1项 。发表SCI/EI论文150余篇 ，授权国家发明专利100余项。
王聪，中南大学机电工程学院教授 、 博导 ， 师从姜澜院士 ，从事超快激光制造技术与装备研究 。 主持国家重点研发计划项目课题 、 国家自然科学基金等项目 。 国家级高层次青年人才 、全球前2%顶尖科学家、湖南省优秀青年科学基金获得者、芙蓉计划湖湘青年英才 、 青年科技人才 ，获中国光学工程学会自然科学奖、 中国电子科技集团技术进步奖、上银优博 铜奖等奖励 。 以第一/通讯作者在Opto-Electron. Sci. 、 Int. J. Extreme Manuf. 、 Mat. Sci. Eng.R、 Adv. Funct. Mater.等国际著名期刊上发表SCI论文70余篇 ，入选ESI热点论文1篇 、 高被引论文7篇、封面论文3篇； 申请/授权国家发明专利55项、软件著作权15项； 特邀报告8次。担任中国工程院机械与运载工程学部评估咨询专家、 国家重点研发计划增材制造与激光制造 重点专项青年专家； 担任《中国机械工程》 、 Nanomaterials、 Current Physics等国内外主流期刊青年编委、编辑委员会委员、评审/客座编辑等。
贾贤石 ， 中南大学机电工程学院副教授 、硕导 ， 主要研究方向为超快激光微纳制造； 主持国家自然科学基金 、 基础科研计划重大项目课题 ，参与国家重点研发计划项目等； 作为主要完成人 ， 获中国光学工程学会自然科学奖； 以第一/通讯作者在Opto-Electron. Sci. 、 Opto - Electron. Adv.、 Int. J. Extreme Manuf. 等国际期刊发表论文多篇 ， 申请/授权国家发明专利50余项。
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来源：光电期刊
