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基于近红外单元单光子雪崩二极管的相干测速实验分析

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光子学报 2024年第1期53卷 202-211页

作者：李彬王晓芳康岩岳亚洲李薇薇张艺馨雷宏杰张同意中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所西安710065 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049

为分析死时间、暗计数等因素对单光子相干测速性能的影响,搭建了基于近红外单元单光子雪崩二极管探测器的外差相干测速实验系统,实验分析了探测器暗计数率和信号探测光子计数率对多普勒信息重建的影响,以及由探测器死时间决定的饱和计... 详细信息

为分析死时间、暗计数等因素对单光子相干测速性能的影响,搭建了基于近红外单元单光子雪崩二极管探测器的外差相干测速实验系统,实验分析了探测器暗计数率和信号探测光子计数率对多普勒信息重建的影响,以及由探测器死时间决定的饱和计数率限制下的最优信号探测光子计数率。在1μs探测器死时间、1 ms采集时间下,分别对1.8 kHz、52.4 kHz和194.4 kHz探测器暗计数率影响下的光子到达时间序列进行快速傅里叶变换,从频谱数据中提取拍频信号。实验结果表明,随着光子计数率的增加,相干拍频信号频谱信噪比逐渐增大而后趋于平稳,当接近饱和计数率时,在相干拍频信号频谱低频区域和拍频频率两侧出现了谐波分量,谐波频率间距与光子计数率数值基本相等,受谐波影响较小的最优光子计数率约为单光子探测器饱和计数率的90%。研究结果可为全光纤单光子多普勒测速雷达技术的发展和应用提供参考。

关键词：相干探测光子计数外差探测多普勒测速

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深空激光通信发展现状与趋势分析(封面文章·特邀)

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红外与激光工程 2024年第7期53卷 1-20页

作者：高铎瑞孙名扬何明泽郏帅威谢壮姚斌汪伟中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室陕西西安710119 中国科学院西安光学精密机械研究所光子网络技术研究室陕西西安710119 中国科学院大学北京100049

深空探测是人类探索宇宙和理解宇宙的基础,是科学研究的前沿领域之一。深空通信是横跨星际的信息之桥,将遥远的深空航天器与地球连接在一起,是指引深空探测任务顺利完成的路标。以激光为载波的通信系统具有通信速率高、体积小和质量轻... 详细信息

深空探测是人类探索宇宙和理解宇宙的基础,是科学研究的前沿领域之一。深空通信是横跨星际的信息之桥,将遥远的深空航天器与地球连接在一起,是指引深空探测任务顺利完成的路标。以激光为载波的通信系统具有通信速率高、体积小和质量轻等特点,已成为深空通信未来发展的主要方向,也成为国际上近年来的研究热点。文中归纳了深空激光通信技术的特点,详细介绍了国内外深空激光通信技术领域的发展脉络、最新研究进展和未来发展规划,并分析了深空激光通信的发展趋势,归纳出涉及到的关键技术,最后进行了总结与展望。为我国深空激光通信和星际激光通信网的发展提供一定的借鉴和参考。

关键词：深空激光通信激光通信终端空间光通信卫星通信深空探测

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大气压氦气预电离直流辉光放电二维仿真研究

物理学报 2024年第1期73卷 227-240页

作者：刘在浩刘颖华许博坪尹培琪李静王屹山赵卫段忆翔汤洁中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049 淮阴工学院数理学院淮安223003 四川大学机械工程学院分析仪器研究中心成都610064

基于二维流体模型,研究了大气压下预电离对短间隙和长间隙直流辉光放电的影响.对于两种放电,随着预电离的增强,带电粒子分布沿着放电方向逐渐向阴极偏移,使得阴极位降区不断收缩.从垂直放电方向来看,正柱区、负辉区和阴极位降区的宽度... 详细信息

基于二维流体模型,研究了大气压下预电离对短间隙和长间隙直流辉光放电的影响.对于两种放电,随着预电离的增强,带电粒子分布沿着放电方向逐渐向阴极偏移,使得阴极位降区不断收缩.从垂直放电方向来看,正柱区、负辉区和阴极位降区的宽度都不断增大,电子、离子密度的分布更加均匀.对于电场而言,随着预电离的增强,阴极位降区电场的纵向分量分布逐渐向阴极收缩,阴极附近的电场整体降低且分布更加均匀.电场的纵向分量分布逐渐减小,同时电场区域逐渐向壁面收缩.维持电压和放电功率都明显地降低.此外,随预电离的增加,短间隙放电中的压降始终集中在阴极位降区,而在长间隙放电中的压降由阴极位降区逐渐转移至正柱区.仿真结果表明,预电离能够有效增强放电均匀性,并降低放电维持电压和能量消耗.该工作对进一步优化电极配置和等离子体源的运行参数具有重要指导意义.

关键词：预电离流体模型直流辉光放电

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超高速和极高速光学成像技术研究进展

激光与光电子学进展 2024年

作者：栗星柏晨李润泽彭彤田璇闵俊伟杨延龙但旦于湘华梁晋阳姚保利中国科学院大学中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室魁北克大学国立科学研究院能源材料与通讯研究所应用计算成像实验室

高速成像技术在物理、化学、生物医学、材料科学及工业等众多领域扮演着十分重要的角色。受电荷存储和读取速度的限制，基于电子成像器件的数码相机成像速度难以进一步提高。近年来，随着成像新技术的发展，超高速和极高速光学成像的性... 详细信息

高速成像技术在物理、化学、生物医学、材料科学及工业等众多领域扮演着十分重要的角色。受电荷存储和读取速度的限制，基于电子成像器件的数码相机成像速度难以进一步提高。近年来，随着成像新技术的发展，超高速和极高速光学成像的性能已得到显著提升，具备更高的时间分辨率、空间分辨率及更大的序列深度等。介绍高速成像技术的发展历程，根据成像方式，将近年来具有代表性的新型超高速和极高速光学成像技术分为直接成像和编码计算成像两个类别。分别介绍和讨论各种新型超高速和极高速光学成像技术的概念和原理，并比较各自的优缺点。最后，对这一领域的发展趋势和前景进行展望。本文旨在帮助研究者系统了解超高速和极高速光学成像技术的基本知识、最新研究发展趋势和潜在应用，为该领域科学研究提供参考。

关键词：高速成像超高速成像极高速成像时间分辨率空间分辨率序列深度

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10瓦级3.5μm中红外全光纤激光器研究

中国激光 2024年第5期51卷 273-274页

作者：肖旭升谌业威何文涛何宇轩梁文涛肖扬郭海涛中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室陕西西安710119 哈尔滨工程大学青岛创新发展基地山东青岛266000

3μm波段光纤激光因在环境监测、医疗成像、科学研究和工业加工等多个领域中的应用潜力而备受关注。近年来,国际研究机构在3μm波段光纤激光器的大功率、全光纤化等方面取得了显著的研究进展。2022年,加拿大拉瓦尔大学基于增益光纤中直... 详细信息

3μm波段光纤激光因在环境监测、医疗成像、科学研究和工业加工等多个领域中的应用潜力而备受关注。近年来,国际研究机构在3μm波段光纤激光器的大功率、全光纤化等方面取得了显著的研究进展。2022年,加拿大拉瓦尔大学基于增益光纤中直接刻写的光纤光栅实现了全光纤结构,获得了最大输出功率达到14.9 W的3.5μm光纤激光。由于中红外光栅刻写技术(耐高功率性能、光栅对的波长匹配性能等)相对落后.

关键词：光纤激光器光纤光栅全光纤化最大输出功率红外光栅医疗成像功率性能拉瓦尔大学

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超高速和极高速光学成像技术研究进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第2期61卷 281-304页

作者：栗星柏晨李润泽彭彤田璇闵俊伟杨延龙但旦于湘华梁晋阳姚保利中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室陕西西安710119 中国科学院大学北京100049 魁北克大学国立科学研究院能源材料与通讯研究所应用计算成像实验室加拿大魁北克J3X1P7

高速成像技术在物理、化学、生物医学、材料科学及工业等众多领域扮演着十分重要的角色。受电荷存储和读取速度的限制,基于电子成像器件的数码相机成像速度难以进一步提高。近年来,随着成像新技术的发展,超高速和极高速光学成像的性能... 详细信息

高速成像技术在物理、化学、生物医学、材料科学及工业等众多领域扮演着十分重要的角色。受电荷存储和读取速度的限制,基于电子成像器件的数码相机成像速度难以进一步提高。近年来,随着成像新技术的发展,超高速和极高速光学成像的性能已得到显著提升,具备更高的时间分辨率、空间分辨率及更大的序列深度等。介绍高速成像技术的发展历程,根据成像方式,将近年来具有代表性的新型超高速和极高速光学成像技术分为直接成像和编码计算成像两个类别。分别介绍和讨论各种新型超高速和极高速光学成像技术的概念和原理,并比较各自的优缺点。最后,对这一领域的发展趋势和前景进行展望。本文旨在帮助研究者系统了解超高速和极高速光学成像技术的基本知识、最新研究发展趋势和潜在应用,为该领域科学研究提供参考。

关键词：高速成像超高速成像极高速成像时间分辨率空间分辨率序列深度

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超构表面赋能光学微操控技术(特邀)

光学学报 2024年第5期44卷 1-18页

作者：徐孝浩高文禹李添悦邵天骅李星仪周源高歌泽王国玺严绍辉王漱明姚保利中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室陕西西安710119 中国科学院大学北京100049 南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京大学物理学院江苏南京210093 南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心江苏南京210093 浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州310027

光学超构表面凭借其小型化集成化的优势和对光场出色的调控能力,近年来已被深入应用于光学微操控技术研究,这标志着该交叉领域进入了新的发展阶段。特别地,由于超构表面的尺寸在亚波长级别,具有被光场驱动从而产生机械运动的潜力,这一... 详细信息

光学超构表面凭借其小型化集成化的优势和对光场出色的调控能力,近年来已被深入应用于光学微操控技术研究,这标志着该交叉领域进入了新的发展阶段。特别地,由于超构表面的尺寸在亚波长级别,具有被光场驱动从而产生机械运动的潜力,这一特性为新一代光驱动的人工微机器人提供了重要的理论基础和技术支撑。本文依次从光学微操控的基本原理和超表面的相位机制出发,详细回顾了基于超构表面的多种微操控器件,包括超构表面光镊、多功能微操控系统、超构机械等,并结合微纳结构的拓扑光学性质,对拓扑光操控等新奇效应进行了探讨。最后,本文展望了超构表面微操纵技术的未来发展方向和目标。

关键词：超构表面光学微操控光镊光子力学

振镜加工中的激光开关光延时轨迹补偿方法研究

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机械科学与技术 2024年

作者：侯尧华王晶中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室

受限于激光扫描振镜装置中反射镜片的机械运动性能，光束的偏转动态无法与激光的开启或关闭状态达到完全同步，影响了加工轨迹起始与终止位置的烧蚀均匀性，而现有基于大量工程经验设置的开光与关光延时参数并无法适应激光加工过程的精... 详细信息

受限于激光扫描振镜装置中反射镜片的机械运动性能，光束的偏转动态无法与激光的开启或关闭状态达到完全同步，影响了加工轨迹起始与终止位置的烧蚀均匀性，而现有基于大量工程经验设置的开光与关光延时参数并无法适应激光加工过程的精确调控需求。本文围绕扫描光束的加减速变化特性，提出了基于开关光延时距离的轨迹长度补偿方法。通过建立振镜起始与终止轨迹处的加减速运动学模型，拟合开关光延时参数与实际加工轨迹长度之间的函数关系，给出开关光延时参数设置及轨迹长度补偿计算方法。实验结果表明，该轨迹补偿方法的误差小于3 μm，满足起始与终止位置的烧蚀需求，且解决了拐角位置的轮廓偏差与烧蚀一致性问题，具有良好的实际应用价值。

关键词：激光扫描振镜延时控制轨迹补偿

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超构表面赋能光学微操控技术（特邀）

光学学报 2024年第5期 9-26页

作者：徐孝浩高文禹李添悦邵天骅李星仪周源高歌泽王国玺严绍辉王漱明姚保利中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室中国科学院大学南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京大学物理学院南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心浙江大学光电科学与工程学院

光学超构表面凭借其小型化集成化的优势和对光场出色的调控能力，近年来已被深入应用于光学微操控技术研究，这标志着该交叉领域进入了新的发展阶段。特别地，由于超构表面的尺寸在亚波长级别，具有被光场驱动从而产生机械运动的潜力，... 详细信息

光学超构表面凭借其小型化集成化的优势和对光场出色的调控能力，近年来已被深入应用于光学微操控技术研究，这标志着该交叉领域进入了新的发展阶段。特别地，由于超构表面的尺寸在亚波长级别，具有被光场驱动从而产生机械运动的潜力，这一特性为新一代光驱动的人工微机器人提供了重要的理论基础和技术支撑。本文依次从光学微操控的基本原理和超表面的相位机制出发，详细回顾了基于超构表面的多种微操控器件，包括超构表面光镊、多功能微操控系统、超构机械等，并结合微纳结构的拓扑光学性质，对拓扑光操控等新奇效应进行了探讨。最后，本文展望了超构表面微操纵技术的未来发展方向和目标。

关键词：超构表面光学微操控光镊光子力学