近日，國際科學(xué)儀器領(lǐng)域期刊《Review of Scientific Instruments》（RSI，2026年第97卷）正式刊發(fā)了由德國馬克斯·普朗克等離子體物理研究所、美國奧本大學(xué)、西班牙塞維利亞大學(xué)等機構(gòu)聯(lián)合W7-X聚變裝置團隊完成的重磅研究成果。在這項針對相干成像光譜（CIS）技術(shù)核心參數(shù)校準(zhǔn)的關(guān)鍵研究中，HüBNER Photonics旗下C-WAVE系列連續(xù)波可調(diào)諧激光器作為核心實驗設(shè)備，為全波段高精度測量提供了關(guān)鍵支撐，其性能與可靠性得到了國際頂尖科研團隊的權(quán)威驗證。
聚焦聚變診斷核心痛點
相干成像光譜技術(shù)（CIS）是一種基于相機的偏振干涉測量技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)光譜量的高空間分辨率二維測量。該技術(shù)最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域是聚變等離子體診斷。與基于雙折射晶體的其他系統(tǒng)類似，CIS診斷系統(tǒng)具有特征性的延遲色散 或群延遲 ，即干涉儀相位響應(yīng)隨波長微小變化產(chǎn)生的變化程度。這種色散特性是必須精確表征的關(guān)鍵系統(tǒng)參數(shù)之一，只有通過準(zhǔn)確表征才能從原始診斷信號中推導(dǎo)出物理相關(guān)量（如離子流速度和溫度）。
可控核聚變是人類未來清潔能源的核心發(fā)展方向，而等離子體診斷技術(shù)則是聚變裝置穩(wěn)定運行的“眼睛”。相干成像光譜（CIS）作為一種基于相機的偏振干涉測量技術(shù)，能夠以高空間分辨率實現(xiàn)光譜量的二維測量，是當(dāng)前磁約束聚變裝置中測量等離子體離子流速、溫度等關(guān)鍵物理參數(shù)的核心診斷手段。
W7-X 等離子體呈橙色，部分偏濾器板以黑色呈現(xiàn)，其擋板以灰色標(biāo)注。（左上角）圖 1 中 (C^{2+}) 號流速測量示例概覽，展示了三套 W7-X CIS 系統(tǒng)及其觀測幾何結(jié)構(gòu)。（右上角）觀測幾何結(jié)構(gòu)示意圖，包含通過 SOL CIS-S 系統(tǒng)獲得的刮削層（SOL）最后閉合磁通面。（右下角）通過 SOL CIS-M 系統(tǒng)獲得的刮削層（SOL）中 (C^{2+}) 號溫度測量示例。（左下角）通過 CICERS 系統(tǒng)獲得的芯部 (C6+) 號溫度測量示例。
在CIS技術(shù)的實際應(yīng)用中，延遲色散（群延遲）是決定物理量測量精度的核心系統(tǒng)參數(shù)，只有對其實現(xiàn)精準(zhǔn)表征，才能從原始診斷信號中反演出真實的等離子體物理信息。但傳統(tǒng)校準(zhǔn)光源（如光譜燈、二極管激光器、單色儀）可覆蓋的波長范圍有限，無法觸及聚變研究中多個關(guān)鍵特征譜線所在的波段，只能通過估算方法獲取延遲色散數(shù)據(jù)，而估算方法的可靠性此前一直缺乏全面、系統(tǒng)的驗證。
本次刊發(fā)的研究，正是針對這一行業(yè)痛點，全面驗證了基于內(nèi)插、外推的延遲色散估算方法的精度與適用邊界，同時分析了光學(xué)硬件性能、環(huán)境條件對估算結(jié)果的影響，為CIS診斷技術(shù)在聚變裝置中的常規(guī)化、高精度應(yīng)用提供了關(guān)鍵依據(jù)。
C-WAVE激光器
為完成本次驗證工作，研究團隊搭建了三套不同配置的CIS系統(tǒng)，全面覆蓋W7-X聚變裝置中刮削層雜質(zhì)流速測量、刮削層離子溫度測量、芯部電荷交換復(fù)合光譜測量三大核心應(yīng)用場景，不同系統(tǒng)分別采用了不同的晶體、成像鏡頭與相機配置，以還原真實的診斷應(yīng)用環(huán)境。
三套系統(tǒng)的示意圖（含主要組件）。干涉儀單元各組件下方的箭頭表示其光軸的旋轉(zhuǎn)取向。
在實驗過程中，研究團隊基于兩套C-WAVE系列連續(xù)波可調(diào)諧激光器，完成了450-750nm全波段無間隙的延遲色散直接測量，以實測數(shù)據(jù)作為“金標(biāo)準(zhǔn)”，對比了冪律擬合、基于系統(tǒng)響應(yīng)模擬的校正因子法兩種主流估算方案的精度表現(xiàn)；同時通過調(diào)整參與估算的實測數(shù)據(jù)量，明確了實現(xiàn)可靠估算所需的最少測量次數(shù)，還系統(tǒng)分析了晶體對準(zhǔn)偏差、鏡頭質(zhì)量、環(huán)境溫度變化對延遲色散估算精度的影響規(guī)律。
基于 W7-X 裝置 C-WAVE VIS 激光器在 455 nm 附近開展的激光掃描示例 所示數(shù)據(jù)均來自 SOL CIS-S 系統(tǒng)。 (a) 波長計完成的全波長測量結(jié)果以藍色呈現(xiàn)，圖像中心位置解算的 SOL CIS-S 系統(tǒng)響應(yīng)以橙色呈現(xiàn)。 (b) 波長計完成的全波長測量結(jié)果以藍色呈現(xiàn)，篩選出用于分析的數(shù)據(jù)點以綠色呈現(xiàn)。 (c) 以參考波長為基準(zhǔn)計算的相位差與波長差對應(yīng)關(guān)系。橙色曲線為數(shù)據(jù)的線性擬合結(jié)果；數(shù)據(jù)誤差棒由相位測量的統(tǒng)計漲落計算得到，相位差在圖像中心位置解算。 (d) 全相機傳感器范圍內(nèi)，相位差隨波長差的變化斜率（即 Φ?′）。
