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散射光场调控方法及应用

光学学报 2024年

作者：倪枫超刘海港陈险峰区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海交通大学物理与天文学院上海量子科学研究中心

散射是一种在自然界中普遍存在的现象，散射光场调控的研究在光学成像、光通信、非线性光学、量子光学、生物医疗等领域具有极其重要的科学意义和应用价值。波前整形方法可以改变入射光的相位模式分布来补偿由于散射引起的相位畸变，使... 详细信息

散射是一种在自然界中普遍存在的现象，散射光场调控的研究在光学成像、光通信、非线性光学、量子光学、生物医疗等领域具有极其重要的科学意义和应用价值。波前整形方法可以改变入射光的相位模式分布来补偿由于散射引起的相位畸变，使得散射光子可以被有效地利用，从而实现散射光场调控。通过散射光场调控可以将本身有害的散射介质变成可控的光学元件，实现光的定向传输、动态检测等功能，为其在各领域中的应用提供了一种强大的工具。本文在介绍了光场散射特性及其调控方法原理的基础上，介绍了散射光场空间、偏振、频率、能量和轨道角动量等自由度的调控方法，随后重点介绍了散射光场调控在成像、通信、非线性光学、量子光学、光学检测、集成光学和光计算等多个领域的最新研究进展。

关键词：散射光场调控波前整形传输矩阵

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窄线宽外腔半导体激光器研究进展

仪器仪表学报 2024年第2期45卷 63-78页

作者：秦晓敏史田田王志洋史航博陈景标北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室量子电子学研究所北京100871 北京大学集成电路学院微米/纳米加工技术国家级重点实验室北京100871 合肥国家实验室合肥230088

窄线宽外腔半导体激光器具有结构简单、可调谐、噪声低等优势,广泛应用于量子精密测量、光通信、激光雷达等领域。根据外腔选频器件的不同,本文主要介绍光栅型激光器、干涉滤光型激光器、波导型激光器和法拉第激光器四类外腔半导体激光... 详细信息

窄线宽外腔半导体激光器具有结构简单、可调谐、噪声低等优势,广泛应用于量子精密测量、光通信、激光雷达等领域。根据外腔选频器件的不同,本文主要介绍光栅型激光器、干涉滤光型激光器、波导型激光器和法拉第激光器四类外腔半导体激光器,分析各类激光器的基本结构与选频机制、介绍各自的优缺点以及国内外研究进展。其中,前三类激光器采用非量子器件进行频率选择,而法拉第激光器利用共振法拉第旋光效应选频,输出波长直接对应原子跃迁谱线,对激光二极管的电流与温度变化具有良好的鲁棒性。随后介绍外腔半导体激光器的应用情况,尤其是在精密测量领域中的典型应用。最后总结并展望窄线宽外腔半导体激光器的未来发展方向。

关键词：外腔半导体激光器法拉第激光器窄线宽精密测量外腔选频器件。

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多机理融合分布式光纤传感技术研究

光学学报 2024年第1期44卷 153-164页

作者：黄麟景周霄樊昕昱王峰张旭苹何祖源上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240 南京大学智能光感知与调控技术教育部重点实验室江苏南京210023 南京大学现代工程与应用工程学院江苏南京210023

为了解决传统分布式光纤传感系统只针对单一变量进行测量的问题,研究人员近年来结合多种光纤传感测量机理,提出了一系列多机理融合的分布式光纤传感系统,使用同一系统实现多种参量的测量。综述了近年来多机理融合的分布式光纤传感技术,... 详细信息

为了解决传统分布式光纤传感系统只针对单一变量进行测量的问题,研究人员近年来结合多种光纤传感测量机理,提出了一系列多机理融合的分布式光纤传感系统,使用同一系统实现多种参量的测量。综述了近年来多机理融合的分布式光纤传感技术,从不同散射机理相互结合的角度进行分类,介绍了不同的多机理融合的分布式光纤传感系统及其性能指标,并对其进行总结对比,最后展望了多机理融合的分布式光纤传感技术的发展前景。

关键词：传感器光纤散射多机理光纤光学光纤传感

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基于场分布调控和多孔氮化镓DBR的蓝光PCSEL设计

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光学学报 2024年

作者：刘启发刘珂李皖晴郭寒杨宇潇朱刚毅南京邮电大学通信与信息工程学院上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室南京邮电大学波特兰学院

提出了一种基于表面调控场分布和多孔氮化镓DBR的蓝光光子晶体面发射激光器，通过在GaN表面引入Ti O2光子晶体层以及下部引入多孔GaN/GaN DBR结构，来实现具有高限制因子、高谐振品质因数和DBR反射增强光功率的激光谐振腔结构。采用RCWA... 详细信息

提出了一种基于表面调控场分布和多孔氮化镓DBR的蓝光光子晶体面发射激光器，通过在GaN表面引入Ti O2光子晶体层以及下部引入多孔GaN/GaN DBR结构，来实现具有高限制因子、高谐振品质因数和DBR反射增强光功率的激光谐振腔结构。采用RCWA、PWE和FDTD等仿真方法，研究了光子晶体结构和层结构参数对激光器性能的影响。最终完成了对光场模式分布的强约束与调节控制，实现了大于8%的光子晶体层限制因子、38cm-1的辐射常数和约2W/A的斜率效率，此外，较高的品质因数和限制因子使激光器具有了低至217cm-1增益阈值。

关键词：多孔GaN 场分布调控限制因子品质因数斜率效率增益阈值蓝光光子晶体面发射激光器

基于多混沌系统的多层置乱的OFDM-PON物理层加密方案

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光电子．激光 2024年第3期35卷 225-233页

作者：鄢诚浩毕美华周玉鑫滕旭阳胡淼杭州电子科技大学通信工程学院浙江杭州310018 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240 江苏省新型光纤技术与通信网络工程研究中心江苏苏州215000

针对正交频分复用无源光网络(orthogonal frequency division multiplexing passive optical network, OFDM-PON)系统中的数据传输安全问题,本文设计了一种基于多混沌系统及多层加密的数字序列加密方案,通过在OFDM信号生成的每个步骤都... 详细信息

针对正交频分复用无源光网络(orthogonal frequency division multiplexing passive optical network, OFDM-PON)系统中的数据传输安全问题,本文设计了一种基于多混沌系统及多层加密的数字序列加密方案,通过在OFDM信号生成的每个步骤都采用密钥集选择性对信号加密,可有效提升系统的加密空间进而增加系统的保密性。首先,将明文进行分组,利用Logistic混沌系统选取构建混沌序列集中的混沌序列对每组明文进行异或加密调制成16-QAM(quadrature amplitude modulation)信号;然后,对QAM信号分组,利用Logistic混沌系统对每组QAM信号进行判定是否进行星座图置乱加密;最后,对OFDM的子载波进行分组,利用Logistic系统对每组进行判定是否需要进行频域置乱加密。搭建了仿真系统以进一步验证方案的可行性。仿真实验结果表明,该加密方法极大地增大了密钥空间,达10540,为数据传输提供良好的保密性。

关键词：混沌加密混沌系统正交频分复用无源光网络(OFDM-PON) 光通信

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面向片上信息处理的集成拓扑光子器件研究进展（特邀）

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光学学报 2024年第15期 429-444页

作者：胡攀孙璐王洪炜张永苏翼凯上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室

集成拓扑光子器件以光为信息载体，为光的传播过程提供拓扑保护，在下一代面向片上信息处理的光子芯片中具有巨大的应用潜力。通过引入拓扑的概念，集成光子系统得以拥有全新的特性，包括单向传播的边界态以及对结构缺陷免疫等。随着对... 详细信息

集成拓扑光子器件以光为信息载体，为光的传播过程提供拓扑保护，在下一代面向片上信息处理的光子芯片中具有巨大的应用潜力。通过引入拓扑的概念，集成光子系统得以拥有全新的特性，包括单向传播的边界态以及对结构缺陷免疫等。随着对拓扑光子学理论的深入研究，提出和验证了许多基于拓扑光子学原理的器件，展示了拓扑光子学在构建高性能光信息处理芯片方面的广阔前景。本文详细介绍了集成拓扑光子器件的研究进展：首先，从不同的拓扑相或拓扑机制出发，介绍一维、二维拓扑光子集成器件及其在片上光信息处理中的应用；然后，进一步对非厄米、合成维度、非线性以及连续谱束缚态中的拓扑现象及集成光子器件展开讨论；最后，对集成拓扑光子器件面临的问题和发展趋势进行总结和展望。

关键词：集成光学拓扑光子学拓扑相拓扑边界态集成光子器件

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面向微波光子矢量网络分析仪的软件门控方案

光通信技术 2024年

作者：王嘉辉陈萧恩陈建平吴龟灵上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室

为了提高微波光子矢量网络分析仪（MPVNA）进行脉冲测量时的动态范围，提出了一种软件门控方案。该方案通过临时闲置接收通道接收与脉冲激励产生控制信号同源的脉冲方波生成门控信号，进而对采集的待测器件脉冲响应进行门控，有效提高... 详细信息

为了提高微波光子矢量网络分析仪（MPVNA）进行脉冲测量时的动态范围，提出了一种软件门控方案。该方案通过临时闲置接收通道接收与脉冲激励产生控制信号同源的脉冲方波生成门控信号，进而对采集的待测器件脉冲响应进行门控，有效提高信噪比和测量动态范围。对10 GHz带通滤波器的脉冲散射参数（S参数）进行了测量，实验结果表明：在占空比1%的脉冲激励下，应用软件门控的测量动态范围相比未应用门控时的提高了约20 dB；门控处理后测得的S11和S22参数曲线也因为信噪比的提升更加光滑和稳定。

关键词：微波测量矢量网络分析脉冲测量光采样软件门控

硅基波导集成光学相控阵芯片——设计难点与突破（特邀）

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光学学报 2024年第15期 445-459页

作者：许维翰周林杰陈建平上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海交大-平湖智能光电研究院

以自动驾驶为代表的移动应用正在大力推动激光雷达向标准化和轻量化发展，新一代的固态激光雷达有望在芯片上单片集成，类似于电子芯片自由部署在智能传感平台上，大幅降低量产成本和应用门槛。在硅基平面波导集成平台上，利用半导体工... 详细信息

以自动驾驶为代表的移动应用正在大力推动激光雷达向标准化和轻量化发展，新一代的固态激光雷达有望在芯片上单片集成，类似于电子芯片自由部署在智能传感平台上，大幅降低量产成本和应用门槛。在硅基平面波导集成平台上，利用半导体工艺并以光学相控阵为集成范式实现芯片化的固态激光雷达，不仅能够实现数字化的激光波束调控和软件定义的自适应扫描，而且能够最大限度地减少分立光学组件的高精度装调，提高系统在复杂工况下的可靠性。从光学相控阵的波束成形和波束扫描出发，对标自动驾驶激光雷达的典型应用需求，分析波导集成光学相控阵设计的理论参数和设计挑战，综述当前学界在大规模集成上的进展和突破，着重介绍激光扫描赋能、异质异构集成和指向混淆消除方面的工作，并对后续发展进行展望。

关键词：硅基光子集成光学相控阵可调激光器激光雷达

通过等离激元皮米腔分子振动谱观测偶氮苯单分子化学过程

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激光与光电子学进展 2024年第13期61卷 418-425页

作者：陈碧雯龙婧韩文华缪宜琛易会许文武高嶷杨天上海交通大学电子信息与电气工程学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室新疆工程学院能源工程学院宁波大学物理科学与技术学院物理系中国科学院上海应用物理研究所

基于等离激元增强机制的拉曼散射测量技术能够将分子的拉曼散射截面扩大几个数量级，在痕量物质鉴定和追踪领域中具有广阔的应用前景。当增强因子达到1010量级左右时，人们已经能够实现对单个分子的识别，而在单分子水平追踪物理和化学... 详细信息

基于等离激元增强机制的拉曼散射测量技术能够将分子的拉曼散射截面扩大几个数量级，在痕量物质鉴定和追踪领域中具有广阔的应用前景。当增强因子达到1010量级左右时，人们已经能够实现对单个分子的识别，而在单分子水平追踪物理和化学行为也将获得比基于大量分子统计学行为的系综测量技术更加丰富和精细的观测结果。通过采用径向偏振激光激发纵向等离激元天线中的皮米腔热点，实现了对化学反应过程基于单分子振动光谱的实时精细观测。观察到了4-硝基苯硫醇二聚化为偶氮苯，以及单个偶氮苯分子从反式（Trans）构象短暂切换到顺式（Cis）并与金原子脱吸附的过程。该研究展现了等离激元皮米腔分子振动谱技术在单分子化学动力学研究中的部分潜力。

关键词：等离激元增强机制拉曼散射单分子皮米腔分子开关