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氟化镁微瓶腔光频梳光谱分析及优化

物理学报 2024年第3期73卷 107-115页

作者：郭状欧阳峰卢志舟王梦宇谭庆贵谢成峰魏斌何兴道南昌航空大学光电信息感知技术与仪器江西省重点实验室南昌330063 重庆联合微电子中心硅基光电子中心重庆401332 中国空间技术研究院西安分院西安710000

氟化镁微腔光频梳具有体积小、功耗低、光谱覆盖范围广、色散可调控的优势,在光通信、中红外光谱等领域有着潜在应用前景.本文研究了氟化镁回音壁模式微瓶腔平台产生的光频梳光谱特性.为了优化氟化镁微瓶腔光频梳的光谱分布,利用有限元... 详细信息

氟化镁微腔光频梳具有体积小、功耗低、光谱覆盖范围广、色散可调控的优势,在光通信、中红外光谱等领域有着潜在应用前景.本文研究了氟化镁回音壁模式微瓶腔平台产生的光频梳光谱特性.为了优化氟化镁微瓶腔光频梳的光谱分布,利用有限元法迭代求解了瓶腔结构在不同曲率和轴向模式下的二阶色散及高阶色散,通过分步傅里叶法求解非线性薛定谔方程仿真了不同轴向模式激励下的光频梳光谱演变过程.结果表明,在最佳曲率半径下通过低阶轴向模式激励可以实现宽带范围的近零反常色散调谐,而高阶轴向模式将导致微瓶腔呈现弱正常色散.在低阶轴向模式下较弱的反常色散使光频梳的带宽得到展宽,证明了三阶色散和负的四阶色散可以展宽克尔孤子光频梳;在高阶轴向模式下弱正常色散抑制了克尔光频梳的产生,拉曼光频梳占主导地位.在适宜的泵浦条件下通过调控微瓶腔的轴向模式可以实现克尔孤子光频梳和拉曼光频梳的选择性激发.本文工作的开展将为氟化镁微腔色散设计及宽带克尔孤子光频梳、拉曼光频梳实验调控提供指导意义.

关键词：光学微腔微瓶腔轴向模式色散光频梳

基于色散调控氟碲酸盐玻璃光纤的O-U波段平坦光频梳产生

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发光学报 2024年第3期45卷 458-467页

作者：陈禹先张绪成金冠宇孟凡超贾志旭秦伟平秦冠仕吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室吉林长春130012

光学频率梳(简称光频梳)作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术(WDM)、空分复用技术结合(SDM),通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重... 详细信息

光学频率梳(简称光频梳)作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术(WDM)、空分复用技术结合(SDM),通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。目前实现光频梳的方法主要有以下四种,分别为基于锁模激光器产生飞秒光频梳、基于光学微腔产生光频梳、基于电光调制器产生光频梳以及基于行波四波混频产生光频梳。它们各具特点,但均很难同时实现宽光谱、高信噪比、高平坦度、高的单梳齿功率以及梳齿频率间隔大范围可调,这在一定程度上影响了光频梳在光通信领域的应用。本文提出基于受激布里渊激光腔产生种子梳,采用腔外负色散光纤进行脉冲压缩,进一步利用色散调控的高非线性氟碲酸盐光纤进行扩谱,从而实现光频梳产生。数值计算结果表明,通过该系统,我们可以得到重复频率大范围可调、光谱覆盖整个O-U波段且在O-U波段梳齿强度标准差小于5 dB的平坦光频梳,证明了通过基于布里渊激光腔与色散调控高非线性氟碲酸盐光纤的光学系统产生可用于光通信的平坦光频梳的可行性。

关键词：光频梳色散调控氟碲酸盐玻璃光纤脉冲压缩腔外扩谱 O-U波段平坦

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光频梳下变频信号光纤延时频率恢复方法

强激光与粒子束 2024年第4期36卷 63-68页

作者：王天恒谢树果北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

针对光频梳下变频信号接收过程中存在的频率信息丢失问题,提出了一种基于频率-相位映射的信号频率恢复方法,该方法使用可调光纤延迟线在两路光频梳变频链路之间产生一组固定已知的时延,时延在信号原始频率与下变频信号相位差之间建立映... 详细信息

针对光频梳下变频信号接收过程中存在的频率信息丢失问题,提出了一种基于频率-相位映射的信号频率恢复方法,该方法使用可调光纤延迟线在两路光频梳变频链路之间产生一组固定已知的时延,时延在信号原始频率与下变频信号相位差之间建立映射关系,利用该映射关系可以从测得的相位差计算出信号的原始频率。分析了时延值等参数对频率恢复的影响,估计了该方法对相位测量不确定度的限值要求,最后给出了该方法具体实施方案中关键参数的设置策略。所有下变频信号的相位差可以通过快速傅里叶变换等数据处理一次性得出,因此该方法的时间代价和计算成本几乎不随着信号个数增加而增加。在不考虑下变频信号混叠的情况下,本文所提出的方法在理论上对处理信号的数量没有限制,因此相比于已有的光频梳下变频信号频率恢复方法,在多信号频率恢复方面更具有优势。

关键词：微波光子光频梳下变频频率恢复光纤延迟线

基于SiN微环混沌光频梳的Tbit/s并行实时物理随机数方案

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物理学报 2024年

作者：王永博唐曦赵乐涵张鑫邓进吴正茂杨俊波周恒吴加贵夏光琼电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室西南大学微纳结构光电子学重庆市重点实验室西南大学物理科学与技术学院国防科技大学物质与材料科学实验中心

本文结合片上Si3N4超高Q微环的混沌光频梳和高速现场可编程门阵列，提出并实验验证了一种超高速的并行实时物理随机数方案。结果表明，Si3N4超高Q微环实验得到的光频梳齿包含数百个信道，通过调节Si3N4微环的工作状态使其处于光学混沌... 详细信息

本文结合片上Si3N4超高Q微环的混沌光频梳和高速现场可编程门阵列，提出并实验验证了一种超高速的并行实时物理随机数方案。结果表明，Si3N4超高Q微环实验得到的光频梳齿包含数百个信道，通过调节Si3N4微环的工作状态使其处于光学混沌态，从而成为性能优良的物理熵源。采用现场可编程门阵列(FPGA) 板载的多位模数转换器，对滤波后频梳的光混沌信号进行离散采样量化，生成8位二进制比特流。对该比特流进行实时的自延迟异或处理，并保留4位最低有效位，实验最终实现了单信道实时速率达5 Gbits/s的合格物理随机比特流。结合实验中数目达294的混沌光频梳齿，本方案的并行实时随机数的吞吐量可望达到1.74 Tbits/s。这些结果可为实时物理随机数源提供集成、超高速的新可选方案。

关键词：物理随机数实时混沌光频梳 FPGA

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基于调制器级联的可调谐平坦光频梳产生研究

激光与光电子学进展 2024年

作者：钱金旺孙俊灵金秋春马鹏阁郭旭鲍玲琳郑州航空工业管理学院电子信息学院

针对当前电子信息系统对于大宽带、并行处理、灵活控制等方面的迫切需求，本文提出了一种多梳线、高平坦度、易调谐的宽带光学频率梳（光频梳）产生方案。通过级联双平行马赫-曾德尔调制器和双驱动马赫-曾德尔调制器，并简单调整两个调... 详细信息

针对当前电子信息系统对于大宽带、并行处理、灵活控制等方面的迫切需求，本文提出了一种多梳线、高平坦度、易调谐的宽带光学频率梳（光频梳）产生方案。通过级联双平行马赫-曾德尔调制器和双驱动马赫-曾德尔调制器，并简单调整两个调制器的直流偏置电压和射频驱动信号的幅度，实现了梳线为35条、平坦度为0.5dB、杂散信号抑制比为15dB的频率等间隔光频梳。此外，该方案产生的光频梳易于调谐，通过改变射频驱动信号的频率，即可实现不同频率间隔的光频梳，同时表现出较好的稳定性。

关键词：微波光子光频梳马赫-曾德尔调制器平坦度

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多状态微腔光频梳的自启动和集成方法

激光与光电子学进展 2024年

作者：赵苏怡杨宏志陈思飞易睿智张子越谢阳付中原肖林中国航天科技创新研究院

作为一种小型化、高重复频率的梳状激光源，微腔光频梳是空间高速通信、高精度时频传递和精密测量的核心器件之一。但目前微腔光频梳存在调控系统复杂难以集成、光梳状态确定性产生不易控制等难题。本文提出了基于正向-反向频率调谐原... 详细信息

作为一种小型化、高重复频率的梳状激光源，微腔光频梳是空间高速通信、高精度时频传递和精密测量的核心器件之一。但目前微腔光频梳存在调控系统复杂难以集成、光梳状态确定性产生不易控制等难题。本文提出了基于正向-反向频率调谐原理的集成微腔光频梳自启动方法，通过高速采集微腔光频梳传输谱，实时反馈控制泵浦光频率偏移量，实现了任意状态光频梳的确定性产生和系统集成。基于分层设计的系统体积可约束至30cm×20cm×15cm，平均产生时间在1s到30s范围，该方案将进一步推动微腔光频梳在通信、时频和精密测量等应用领域的发展。

关键词：光频梳自启动氮化硅微腔现场可编程门阵列

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基于双光源和偏振技术的平坦光频梳产生研究

光通信技术 2024年

作者：孙秀婷范亚斌罗静杨蓓卢智嘉石家庄学院教务处石家庄学院机电学院石家庄铁道大学四方学院

为提高光频梳（OFC）平坦度及梳线数量，设计了一种基于双光源和偏振技术的OFC产生方案，理论分析了实现机理，讨论了双光源线宽、初始相位和射频驱动信号频率对光频梳特性的影响。结果表明通过调整光相位调制器（O-PM）调制指数实现除... 详细信息

为提高光频梳（OFC）平坦度及梳线数量，设计了一种基于双光源和偏振技术的OFC产生方案，理论分析了实现机理，讨论了双光源线宽、初始相位和射频驱动信号频率对光频梳特性的影响。结果表明通过调整光相位调制器（O-PM）调制指数实现除主载波外的8条平坦梳线，再利用偏振技术改变主载波处的峰值功率，最后可产生平坦度为0.01dB的平坦OFC。该方案只使用一个O-PM，有效减少了有源光器件数量。系统设计结构简单，稳定性高，梳线间距易于调谐，可为平坦OFC产生及应用提供有益参考。

关键词：光频梳偏振技术双光源平坦度

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基于次级梳的石墨烯功能化微球气体传感

科学通报 2024年第12期69卷 1565-1571页

作者：梁渝佩刘铭宇郭晏宏张浩常冰安宁谭腾姚佰承电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室成都611731

光学微腔具有高品质因子和微小体积,为光学传感提供了理想平台.受限于微腔材料惰性和光源性能,基于光学微腔的高灵敏气体传感器的实现仍然是一个挑战.微腔光频梳具有等间距的频谱分量,被广泛用于大容量通信、高精密测量和光谱分析应用,... 详细信息

光学微腔具有高品质因子和微小体积,为光学传感提供了理想平台.受限于微腔材料惰性和光源性能,基于光学微腔的高灵敏气体传感器的实现仍然是一个挑战.微腔光频梳具有等间距的频谱分量,被广泛用于大容量通信、高精密测量和光谱分析应用,已经成为通信和传感的新一代高性能光源.本文介绍了一种基于次级梳的石墨烯功能化微球气体传感器.相较于孤子态微梳,次级梳具有较高鲁棒性和更容易激发的特点,在气体传感方面展现出应用潜力.通过把次级梳的拍频作为传感探测信号,在石墨烯增敏作用下,实现了750 Hz/ppb的最大探测灵敏度和4 ppb的探测极限.该传感器保留了光频梳稳定性优势,同时避免了复杂的孤子激发和维持过程,为高性能实用化微型气体传感器的实现提供了新的技术路线.

关键词：光频梳石墨烯微腔气体传感

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基于微腔光梳的低噪声微波合成

科学通报 2024年第12期69卷 1540-1551页

作者：金星肖莘宇杨起帆北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室北京100871 山西大学极端光学协同创新中心太原030006

光学频率梳(简称光频梳或光梳)能够实现光波和微波的直接连接,自其发明以来深刻影响了精密测量与激光技术的发展.传统光频梳基于固体或者光纤锁模激光器,而基于高品质因数光学微腔非线性四波混频效应产生的微腔光频梳是近年来实现的一... 详细信息

光学频率梳(简称光频梳或光梳)能够实现光波和微波的直接连接,自其发明以来深刻影响了精密测量与激光技术的发展.传统光频梳基于固体或者光纤锁模激光器,而基于高品质因数光学微腔非线性四波混频效应产生的微腔光频梳是近年来实现的一类新型光频梳.相比于传统光频梳,微腔光频梳具有尺寸小、功耗低、集成化程度高和重频范围大等优势.微腔光频梳可广泛应用于精密测量、微波光子学等领域,吸引了科学界和工业界越来越多的关注.在微波光子学领域,基于光梳合成的微波具有比直接电学合成的微波更优越的噪声性能,同时微腔光频梳集成化程度高的优势使得基于微腔光梳的低噪声微波合成成为研究热点.本文综述了基于微腔光梳合成低噪声微波的方法与现状,并对这一领域的未来发展方向进行了展望.

关键词：光频梳微腔光梳光孤子微波合成