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超构表面:设计原理与应用挑战(特邀)

中国激光 2024年第1期51卷 259-279页

作者：马耀光高宇斌浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室光电科学与工程学院先进光子学研究中心嘉兴研究院智能光子研究中心浙江大学杭州国际科创中心浙江杭州310027

作为一种二维形式的超构材料,超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控,有望突破传统光学的限制,实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件,近年来引起了学术界和产业界越来越浓厚... 详细信息

作为一种二维形式的超构材料,超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控,有望突破传统光学的限制,实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件,近年来引起了学术界和产业界越来越浓厚的研究兴趣。从物理机理、相位调控到正向设计方法,系统回顾了超构表面的设计原理。介绍了这些机理如何用于实现丰富的应用,包括功能复用、宽带宽、大视场、多层级联、非局域超构表面等,涵盖了最主要和最新的发展方向。最后,讨论了超构表面在走向实用化的道路上所面临的器件设计和加工制造上的挑战,并对领域未来的发展进行展望。

关键词：材料超构表面超构透镜成像光学全息复用消色差成像

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光纤多通道并行激光直写光刻系统(特邀)

中国激光 2024年第12期51卷 382-388页

作者：张娜罗昊邱毅伟詹刚垚温积森吕碧沪匡翠方朱大钊刘旭之江实验室高效能计算系统研究中心浙江杭州311121 浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室浙江杭州310027 之江实验室前沿基础研究中心浙江杭州311121 之江实验室新型计算传感与智能处理研究中心浙江杭州311121 之江实验室科研条件管理部浙江杭州311121

激光直写是一项应用广泛的微纳加工技术。但受限于通量,单通道激光直写技术无法实现大面积应用。为此,提出并验证一种多通道激光直写技术,以提升激光直写技术的通量。与传统的以空间光光路为基础的多通道系统不同,介绍的技术使用光纤器... 详细信息

激光直写是一项应用广泛的微纳加工技术。但受限于通量,单通道激光直写技术无法实现大面积应用。为此,提出并验证一种多通道激光直写技术,以提升激光直写技术的通量。与传统的以空间光光路为基础的多通道系统不同,介绍的技术使用光纤器件实现多通道并行刻写,且每个通道可独立调控。通过加工多种微纳结构进行测试,证明搭建的系统兼容多种光刻胶,在ps量级脉宽情况下可实现横向126 nm、纵向222 nm的加工精度。系统结构紧凑,具备加工大面积复杂图形、三维结构的能力,证明光纤器件应用在多通道系统中的可行性,为高通量激光直写技术发展提出新的技术途径。

关键词：激光直写多通道并行光刻光纤系统微纳加工

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基于硅基光电子芯片的低损耗动态偏振控制器

物理学报 2024年第2期73卷 181-191页

作者：赵倩如王旭阳贾雁翔张云杰卢振国钱懿邹俊李永民山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006 山西大学省部共建极端光学协同创新中心太原030006 浙江大学浙江大学杭州国际科创中心杭州311215

动态偏振控制器能够实现输入光场任意偏振态到输出光场任意偏振态的控制,可以动态补偿长距离单模光纤导致的双折射效应,是量子通信和相干通信系统中的重要器件.本文设计并实验验证了基于硅基光电子芯片的低损耗动态偏振控制器,芯片采用... 详细信息

动态偏振控制器能够实现输入光场任意偏振态到输出光场任意偏振态的控制,可以动态补偿长距离单模光纤导致的双折射效应,是量子通信和相干通信系统中的重要器件.本文设计并实验验证了基于硅基光电子芯片的低损耗动态偏振控制器,芯片采用标准的绝缘体上硅工艺制作,器件整体尺寸为5.20 mm×0.12 mm×0.80 mm,整体损耗为5.7 dB,最大功耗为0.2W.基于可变步长.模拟退火算法、低噪声探测器和高静态消光比的器件,动态偏振消光比可锁定至30 dB以上.芯片采用热相移器对TE0光场的相位延迟量进行控制,整体为0°/45°/0°/45°结构,可实现无端偏振控制.基于Lumerical软件对核心部件偏振旋转分束结构进行了优化,该结构将以端面耦合方式进入波导中的TM0模式光场转化至另一波导中的TE0模式光场,而原单波导中TE0模式光场不发生转化,实验测得动态偏振控制器的静态偏振消光比可达40 dB以上.该器件具有小体积、低功耗和低成本的特点,可以广泛应用于量子通信和相干通信等领域,特别是需要考虑体积、功耗和成本的应用场合.

关键词：动态偏振控制器偏振旋转分束偏振消光比硅基光芯片

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光纤多通道并行激光直写光刻系统

中国激光 2024年

作者：张娜罗昊邱毅伟詹刚垚温积森吕碧沪匡翠方朱大钊刘旭之江实验室高效能计算系统研究中心之江实验室前沿基础研究中心之江实验室新型计算传感与智能处理研究中心之江实验室科研条件管理部浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室

激光直写是一项应用广泛的微纳加工技术。但受限于通量，单通道激光直写技术无法实现大面积应用。为此，提出并验证了一种多通道激光直写技术，以提升激光直写技术的通量。与传统的以空间光光路为基础的多通道系统不同，本文介绍的技术... 详细信息

激光直写是一项应用广泛的微纳加工技术。但受限于通量，单通道激光直写技术无法实现大面积应用。为此，提出并验证了一种多通道激光直写技术，以提升激光直写技术的通量。与传统的以空间光光路为基础的多通道系统不同，本文介绍的技术使用光纤器件实现了多通道并行刻写，且每个通道可独立调控。通过加工多种微纳结构进行测试，证明了搭建的系统兼容多种光刻胶，在皮秒脉宽情况下可实现横向126 nm、纵向222 nm的加工精度。系统结构紧凑，具备加工大面积复杂图形、三维结构能力，证明了光纤器件应用在多通道系统中的可行性，为高通量激光直写技术发展提出了新的技术途径。

关键词：激光直写多通道并行光刻光纤系统微纳加工

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光纤多通道并行激光直写光刻系统（特邀）

中国激光 2024年第12期 390-396页

激光直写是一项应用广泛的微纳加工技术。但受限于通量，单通道激光直写技术无法实现大面积应用。为此，提出并验证一种多通道激光直写技术，以提升激光直写技术的通量。与传统的以空间光光路为基础的多通道系统不同，介绍的技术使用光... 详细信息

激光直写是一项应用广泛的微纳加工技术。但受限于通量，单通道激光直写技术无法实现大面积应用。为此，提出并验证一种多通道激光直写技术，以提升激光直写技术的通量。与传统的以空间光光路为基础的多通道系统不同，介绍的技术使用光纤器件实现多通道并行刻写，且每个通道可独立调控。通过加工多种微纳结构进行测试，证明搭建的系统兼容多种光刻胶，在ps量级脉宽情况下可实现横向126 nm、纵向222 nm的加工精度。系统结构紧凑，具备加工大面积复杂图形、三维结构的能力，证明光纤器件应用在多通道系统中的可行性，为高通量激光直写技术发展提出新的技术途径。

关键词：激光直写多通道并行光刻光纤系统微纳加工

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大气气溶胶粒径分布的多波长激光雷达反演

光学学报 2024年第6期44卷 157-164页

作者：李晓涛刘东肖达张凯胡先哲李蔚泽毕磊孙文波吴兰刘崇邓洁松浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室浙江杭州310027 东海实验室浙江舟山316021 浙江大学嘉兴研究院智能光电创新中心浙江嘉兴314000 浙江大学杭州国际科创中心浙江杭州311200 浙江大学地球科学学院浙江省地学大数据与地球深部资源重点实验室浙江杭州310027

提出一种基于正则化方法改进的气溶胶微物理特性反演算法,通过引入模式半径范围作为先验约束,并对差异最小值附近的解进行平均,以解决反演时存在的欠定问题。对1500组不同类型的气溶胶粒径分布进行仿真,测试了所提反演算法对气溶胶微物... 详细信息

提出一种基于正则化方法改进的气溶胶微物理特性反演算法,通过引入模式半径范围作为先验约束,并对差异最小值附近的解进行平均,以解决反演时存在的欠定问题。对1500组不同类型的气溶胶粒径分布进行仿真,测试了所提反演算法对气溶胶微物理特性参数的反演精度与稳定性。考虑在20%随机高斯噪声的影响下,90%以上气溶胶的有效半径、体积浓度和表面积浓度反演相对误差可被控制在±33%、±45%和±50%范围内。误差统计结果表明,所提算法基于多波长的气溶胶光学特性,可实现对气溶胶粒径分布的可靠反演。

关键词：大气光学多波长激光雷达正则化方法气溶胶粒径分布微物理特性

基于多波长分组的无源光网络故障监测系统设计及系统抗干扰性能分析

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光学学报 2024年第1期44卷 420-429页

作者：金哲怡毕美华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

提出了一种基于多波长分组的无源光网络系统监测方案,用于解决基于反射型的故障监测方案中用户之间易发生因干扰导致的链路状态误判的问题。该方案将不同波长分配到不同组,实现不同光网络单元(ONU)组之间的识别,从而避免不同组成员之间... 详细信息

提出了一种基于多波长分组的无源光网络系统监测方案,用于解决基于反射型的故障监测方案中用户之间易发生因干扰导致的链路状态误判的问题。该方案将不同波长分配到不同组,实现不同光网络单元(ONU)组之间的识别,从而避免不同组成员之间的干扰。在此基础上,将与光路终端距离相近的ONU分配到不同组内,以此降低组内ONU发生相互干扰的概率。此外,还研究了用户数量、传输脉冲功率和脉冲宽度对该系统性能的影响。通过理论推导与仿真可知,在检测波长通道数为4、检测光脉宽为10-8s、用户数量为16、最大距离差为2 km的无源光网络系统用户中,检测信号的信噪比为9.06 dB,识别精度为2 m。这些结果表明,基于多波长分组的无源光网络监测系统方案能够支持对大容量无源光网络系统的监控,并且在易发生干扰的用户数量较多的情况下具有较好的性能。

关键词：光通信光编码故障监测用户分布信噪比信号干扰比

基于光脉冲编码的相位敏感光时域反射仪研究进展

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光学学报 2024年第1期44卷 240-254页

作者：刘纯野万安池梁永鑫蒋家林吴悦张滨邓子文饶云江王子南电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室四川成都611731 之江实验室光纤传感研究中心浙江杭州311121

光脉冲编码(OPC)近年来在光纤声波传感领域备受关注,特别是将其与相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)相结合的技术。通过对注入光纤中的探测脉冲进行编码,可在不增加脉冲峰值功率的情况下大幅提高传感信号的信噪比,同时避免了非线性效应的影... 详细信息

光脉冲编码(OPC)近年来在光纤声波传感领域备受关注,特别是将其与相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)相结合的技术。通过对注入光纤中的探测脉冲进行编码,可在不增加脉冲峰值功率的情况下大幅提高传感信号的信噪比,同时避免了非线性效应的影响;在接收端解码后可获得单脉冲响应,系统空间分辨率由单个脉冲而不是整个探测脉冲序列的长度决定,从而在获得高信噪比传感信号的同时保持了空间分辨率。本文首先回顾了OPC在光纤声波传感领域中的发展历程;然后,重点介绍了本课题组基于OPC的分布式和准分布式声波传感研究进展,特别是在传感带宽提升方面的成效;最后,对基于OPC的光纤声波传感技术未来发展方向进行了探讨。

关键词：光纤传感光脉冲编码分布式声波传感相位敏感光时域反射仪

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两种基于激光雷达的水云反演方法对比研究

光学学报 2024年第18期 176-183页

作者：张凯刘东李蔚泽孙瑶胡先哲王帅博李晓涛浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室东海实验室浙江大学杭州国际科创中心浙江大学嘉兴研究院智能光电创新中心

介绍两种分别基于偏振米散射激光雷达（ML）与双视场高光谱分辨率激光雷达（HSRL）的水云反演方法，通过4个典型水云案例的反演结果对比了两者的性能表现。结果表明，两种方法对于水云消光系数的反演精度相当，而双视场HSRL方法的有效... 详细信息

介绍两种分别基于偏振米散射激光雷达（ML）与双视场高光谱分辨率激光雷达（HSRL）的水云反演方法，通过4个典型水云案例的反演结果对比了两者的性能表现。结果表明，两种方法对于水云消光系数的反演精度相当，而双视场HSRL方法的有效半径反演精度优于偏振ML方法。在牺牲一定算法效率的前提下，可以通过增大查找表格点分辨率以提高偏振ML方法的反演精度。因为HSRL分子通道信号强度较弱，双视场HSRL方法的反演稳定性更容易受到分子通道信号噪声干扰。这两种水云方法的评估将为后续基于激光雷达观测水云的仪器与算法发展提供重要参考。

关键词：大气光学激光雷达水云多次散射效应光学及微物理特性

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