西安交通大学物理学院张沛教授课题组在旋转测量领域取得了突破性进展。团队提出了一种基于非线性效应与旋转多普勒效应提升旋转测量分辨率的全新理论方案，原理上可以通过级联非线性过程n次将探测精度提升2ⁿ倍，同时通过倍频和差频技术，可以将难以探测的波段转换到容易探测的波段，降低探测难度和成本。该工作演示了级联倍频实验，成功实现了分辨率实时提升至原来的四倍，同时将红外波段转换为可以使用低成本且高效的硅基探测器波段，证明了该方法的有效性和应用潜力。这一方案不仅为旋转测量带来了新的理论和方法，也为其在遥感探测和精密测量等领域的应用开辟了广阔前景。

物理量的精确量化是多个领域中的核心问题，尤其是物体旋转的精准遥感探测已成为一个备受关注的研究热点。尽管利用光学旋转多普勒效应进行物体探测已取得成功，但如何进一步提高旋转测量分辨率和扩展可探测光谱范围仍是当前的两大技术难题。虽然量子手段被寄予厚望以提升探测分辨率，但由于态制备的复杂性及其易退相干特性，实际应用中仍存在较大挑战。因此，亟需通过新的物理机制在测量领域实现突破。

针对这一关键科学问题，张沛教授团队将旋转多普勒效应与谐波产生过程相结合，提出了一种全新的旋转测量方案（如图所示），不仅能够实现灵活的检测波长转换，还可以显著提升测量分辨率，并实时显示检测结果。通过倍频过程累积光子相位，使用倍频和差频组成的循环结构可以实现任意波长的转换。此外，该方案可与前端增大轨道角动量的传统技术相结合，形成前后端联动的一体化测量设备。

图（a）方案设计图；（b）实验设计光路

该研究成果以“Harmonic-Assisted Super-Resolution Rotational Measurement”为题，发表在光学顶级期刊《激光&光子评论》（Laser & Photonics Reviews）上。西安交通大学物理学院博士生郭振宇和王嘉玮为论文的共同第一作者，常泽宏助理教授，王云龙副教授和张沛教授为论文的通讯作者。该研究获到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、陕西省重点研发计划等项目的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/lpor.202401050