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大规模铌酸锂光子集成系统的超快激光光刻研究进展

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科学通报 2024年第12期69卷 1528-1539页

作者：黄金鑫陈锦明刘招祥宋吕斌王冠华孙超伍荣波林锦添方致伟张海粟王哲齐家汪旻程亚中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800 华东师范大学物理与电子科学学院极端光机电实验室上海200241 华东师范大学精密光谱国家重点实验室上海200062 上海科技大学物质科学与技术学院上海200135

飞秒光刻辅助化学机械刻蚀技术(photolithography assisted chemo-mechanical etching,PLACE)实现了在薄膜铌酸锂(thin-film lithium niobate,TFLN)上高品质大规模光子集成电路(photonic integrated circuit,PIC)的制造,并推动了光子集成电路重大应用领域的持续发展,产生了一系列高性能PIC应用,诸如高Q微谐振器、低损耗波导、波导放大器、阵列波导光栅(arrayed waveguide grating,AWG)和电光(electro-optic,EO)可调谐/可编程光子器件等.针对PIC器件和光刻系统的大规模生产,本文介绍了一种超高速高分辨率激光光刻制造系统,采用高重复频率飞秒激光器和高速多边形激光扫描仪,可实现200 nm分辨率下4.8 cm2/h的光刻制造效率,并且展示了基于TFLN光子器件的晶圆级制造、晶圆级微电极结构等的应用.

关键词：薄膜铌酸锂光子集成电路光刻飞秒激光微加工

小型化光学超声传感器及其在光声成像中的应用进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第2期61卷 453-465页

作者：邱显坤赵佳玉沈乐成中山大学电子与信息工程学院广东广州510006 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241

目前光声成像中用于探测超声波的主流器件是基于压电材料的超声换能器,考虑到这类换能器的探测性能随器件尺寸的减小而大幅下降,科研者们近年来开始逐渐关注于小型化光学超声传感器的研究与开发。相较于传统的压电超声换能器,这些小型... 详细信息

目前光声成像中用于探测超声波的主流器件是基于压电材料的超声换能器,考虑到这类换能器的探测性能随器件尺寸的减小而大幅下降,科研者们近年来开始逐渐关注于小型化光学超声传感器的研究与开发。相较于传统的压电超声换能器,这些小型化的光学超声传感器通常具备较宽的探测带宽和与尺寸几乎无关的高灵敏度,在推动更深和更高分辨率的光声成像方面展现出了巨大的潜力。本文首先对光学超声传感器的发展历程进行了简要回顾,然后比较了3种重要的小型化光学超声传感器以及并行寻址的方法,其次介绍了这些传感器在光声活体成像方面的应用进展,最后展望了光学超声传感器的未来前景。

关键词：光声成像光学超声传感器片上器件法布里-珀罗干涉仪光纤布拉格光栅微环谐振器

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相位噪声抑制的捷变频电光频率梳

激光与光电子学进展 2024年第13期61卷 240-246页

作者：马慧王子健葛锦蔓李小军任心仪万卓仁刘婷婷闫明华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200062 华东师范大学重庆研究所重庆市精密光学重点实验室重庆401120 中国空间技术研究院西安分院空间微波技术国家级重点实验室陕西西安710100

报道了一种单调制器电光频率梳产生技术,其重复频率高速可调,调频速率达1 MHz。经非线性光纤展宽,光梳谱宽可达1.25 THz(约10 nm,中心波长1550 nm),含4800根间隔为260 MHz的窄线宽梳齿。单模光纤色散补偿后,脉宽为260 fs。研究了光纤放... 详细信息

报道了一种单调制器电光频率梳产生技术,其重复频率高速可调,调频速率达1 MHz。经非线性光纤展宽,光梳谱宽可达1.25 THz(约10 nm,中心波长1550 nm),含4800根间隔为260 MHz的窄线宽梳齿。单模光纤色散补偿后,脉宽为260 fs。研究了光纤放大与非线性光谱展宽对梳齿相干性的影响,并采用声光调制器对梳齿的共模相位噪声进行了前馈式抑制。该光源在分子光谱及干涉测距等领域具有应用前景。

关键词：电光调制光学频率梳相位噪声调频

协同随机森林方法和无人机LiDAR空谱数据的盐沼植被“精灵圈”识别

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光电工程 2024年第3期51卷 76-84页

作者：韩江涛谭凯张卫国周若彤刘帅华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

“精灵圈”作为一种典型的空间自组织结构,对盐沼植被生态系统及其功能有重要影响。获取“精灵圈”的空间格局及时空变化,可为厘清其生态演化机理提供重要科学支撑。本文基于随机森林机器学习方法,结合无人机激光雷达(LiDAR)点云的空间... 详细信息

“精灵圈”作为一种典型的空间自组织结构,对盐沼植被生态系统及其功能有重要影响。获取“精灵圈”的空间格局及时空变化,可为厘清其生态演化机理提供重要科学支撑。本文基于随机森林机器学习方法,结合无人机激光雷达(LiDAR)点云的空间信息与光谱信息,对盐沼植被“精灵圈”进行智能识别与提取。首先,利用激光雷达方程和Phong模型,消除距离、入射角以及镜面反射效应对强度数据的影响,并且通过校正后强度数据滤波分离植被点云与地面点云。然后,构造系列空间特征及几何变量,利用随机森林算法,对植被点云中的正常植被和“精灵圈”进行分类。结果表明:该方法无需人工经验设置参数,能够精确地从无人机LiDAR三维点云数据中快速自动识别“精灵圈”,总体精度为83.9%。本文为“精灵圈”时空分布反演提供了一种高精度的方法,也为基于机器学习的三维点云数据处理提供了技术借鉴。

关键词：随机森林无人机激光雷达空间自组织点云分类

面向散射光场调控的波前整形方法及其成像应用（特邀）

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光学学报 2024年第10期 272-286页

作者：沈乐成罗嘉伟张志凌张诗按华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室中山大学电子与信息工程学院山西大学极端光学协同创新中心华东师范大学-山东师范大学光场调控科学与光子芯片器件联合研究中心华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室

光学散射一直以来都被认为是限制光学成像深度的重要因素。近年来，波前整形方法克服光学散射的能力引起了研究人员的广泛关注，其核心思想是通过对入射光进行相位调制，补偿散射引起的波前扰乱。波前整形方法能够有效地重新聚焦散射光... 详细信息

光学散射一直以来都被认为是限制光学成像深度的重要因素。近年来，波前整形方法克服光学散射的能力引起了研究人员的广泛关注，其核心思想是通过对入射光进行相位调制，补偿散射引起的波前扰乱。波前整形方法能够有效地重新聚焦散射光，有望实现深层组织内高分辨率成像的目标。回顾了波前整形的历史发展，讨论了不同类型的波前整形方法，展示了其在克服光学散射以实现深层组织成像方面的应用实例，并展望了波前整形方法的未来发展趋势。

关键词：波前整形散射介质光学相位共轭传输矩阵光学成像引导星

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全保偏双波长锁模掺铒光纤激光器

光学学报 2024年第13期44卷 163-170页

作者：白松涛郭政儒杨康文夏宇贺明洋郝安庆李敏上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200062 济南量子技术研究院山东济南250101

本文提出并演示了一种基于半导体可饱和吸收镜的全保偏双波长锁模掺铒光纤激光器。具有偏振相关损耗的波分复用器与保偏掺铒光纤以一定角度拼接,产生周期性Lyot滤波效应,在同一个线性腔中实现了单、双波长两种锁模状态的切换输出。通过... 详细信息

本文提出并演示了一种基于半导体可饱和吸收镜的全保偏双波长锁模掺铒光纤激光器。具有偏振相关损耗的波分复用器与保偏掺铒光纤以一定角度拼接,产生周期性Lyot滤波效应,在同一个线性腔中实现了单、双波长两种锁模状态的切换输出。通过改变激光器参数(泵浦功率和偏振态),激光腔内的光沿着保偏光纤的不同轴向传输产生波长相关的相位差,双波长锁模可获得异步和同步两种锁模状态,异步双波长锁模中心波长分别为1563.0 nm和1568.4 nm,重复频率差为319 Hz。由于该激光器采用全保偏结构,锁模脉冲的环境稳定性高。该研究可以为搭建结构简单、易重复的全保偏双波长激光器提供新的设计方案。

关键词：光纤激光器半导体可饱和吸收镜全保偏异步双波长同步双波长

长江口M_(2)内潮生成、传播和耗散的机制研究及其季节性特征

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海洋与湖沼 2024年第4期55卷 853-863页

作者：蓝鑫张凡汪亚平华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

河口海域,冲淡水可造成强烈的水体层化,而潮流在层化海水中经过复杂地形时可形成活跃的内潮;内潮引起的输运与混合可对河口海域的物质交换造成重要影响,然而过去对该海域内潮的形成演变机制鲜有研究。为了研究河口海域内潮的形成演变机... 详细信息

河口海域,冲淡水可造成强烈的水体层化,而潮流在层化海水中经过复杂地形时可形成活跃的内潮;内潮引起的输运与混合可对河口海域的物质交换造成重要影响,然而过去对该海域内潮的形成演变机制鲜有研究。为了研究河口海域内潮的形成演变机制,利用高分辨率数值模型深入探讨了长江口及其邻近海域M_(2)内潮的时空特征。结果表明,在20 m等深线、岛屿周边以及水下河谷等区域,正压潮强迫力尤为显著,正压至斜压的能量转换率高,斜压动能强。能量收支分析表明,M_(2)内潮动能主要从近岸区域向外传播,当能量传播至20 m等深线或岛屿周边地形陡峭区域时会发生显著的能量耗散。此外,M_(2)内潮呈现出显著的季节性变化,总体看来斜压动能在夏季最高,秋季在舟山群岛附近较强,而冬季则变得非常微弱,这种季节性变化与长江口海域的季节性层化紧密相关。长江口内潮的时空变化特征可对该海域物质的输运与混合有重要的影响,研究结果可为理解该海域的生态、沉积等过程提供理论依据。

关键词：长江口 M_(2)内潮季节性变化混合

结合SAM视觉分割模型与随机森林机器学习的无人机影像盐沼植被“精灵圈”提取

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海洋学报 2024年第5期46卷 116-126页

作者：周若彤谭凯杨建儒韩江涛张卫国华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

“精灵圈”是海岸带盐沼植被生态系统中的一种“空间自组织”结构,对盐沼湿地的生产力、稳定性和恢复力有重要影响。无人机影像是实现“精灵圈”空间位置高精度识别及解译其时空演化趋势与规律的重要数据源,但“精灵圈”像素与背景像素... 详细信息

“精灵圈”是海岸带盐沼植被生态系统中的一种“空间自组织”结构,对盐沼湿地的生产力、稳定性和恢复力有重要影响。无人机影像是实现“精灵圈”空间位置高精度识别及解译其时空演化趋势与规律的重要数据源,但“精灵圈”像素与背景像素在色彩信息和外形特征上差异较小,如何从二维影像中智能精准地识别“精灵圈”像素并对识别的单个像素形成个体“精灵圈”是目前的技术难点。本文提出了一种结合分割万物模型(Segment Anything Model,SAM)视觉分割模型与随机森林机器学习的无人机影像“精灵圈”分割及分类方法,实现了单个“精灵圈”的识别和提取。首先,通过构建索伦森-骰子系数(S?rensen-Dice coefficient,Dice)和交并比(Intersection over Union,IOU)评价指标,从SAM中筛选预训练模型并对其参数进行优化,实现全自动影像分割,得到无属性信息的分割掩码/分割类;然后,利用红、绿、蓝(RGB)三通道信息及空间二维坐标将分割掩码与原图像进行信息匹配,构造分割掩码的特征指标,并根据袋外数据(Out of Bag,OOB)误差减小及特征分布规律对特征进行分析和筛选;最后,利用筛选的特征对随机森林模型进行训练,实现“精灵圈”植被、普通植被和光滩的自动识别与分类。实验结果表明:本文方法“精灵圈”平均正确提取率96.1%,平均错误提取率为9.5%,为精准刻画“精灵圈”时空格局及海岸带无人机遥感图像处理提供了方法和技术支撑。

关键词：盐沼植被精灵圈 segment anything model(SAM) 无人机影像机器学习

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低损耗薄膜铌酸锂光集成器件的研究进展

人工晶体学报 2024年第3期53卷 372-394页

作者：林锦添高仁宏管江林黎春桃姚妮程亚中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800 华东师范大学物理与电子科学学院上海200241 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200062 之江实验室智能感知研究院杭州311100

近年来得益于薄膜铌酸锂晶圆离子切片技术和低损耗微纳刻蚀工艺的飞速发展,薄膜铌酸锂光集成结构提供了光场紧束缚、快速电光调谐、高效频率转换和声光转换的空前能力,各种高性能的薄膜铌酸锂光集成器件不断涌现,且朝着大规模光集成芯... 详细信息

近年来得益于薄膜铌酸锂晶圆离子切片技术和低损耗微纳刻蚀工艺的飞速发展,薄膜铌酸锂光集成结构提供了光场紧束缚、快速电光调谐、高效频率转换和声光转换的空前能力,各种高性能的薄膜铌酸锂光集成器件不断涌现,且朝着大规模光集成芯片的方向迅猛发展,为高速信息处理、精密测量、量子信息、人工智能等重要应用提供了全新的发展动力。本文主要围绕铌酸锂晶体发展历史、薄膜铌酸锂离子切片技术发展历程、极低损耗微纳刻蚀技术演化进程,以及高性能的薄膜铌酸锂光集成器件进展进行总结,并展望了未来的发展趋势。

关键词：薄膜铌酸锂微纳加工光集成器件非线性光学电光调制器光频梳