设计了一种基于二氧化钒和狄拉克半金属的滤波/传感太赫兹超表面。该超表面由基于狄拉克半金属的镜面对称双开口环以及具有矩形孔的二氧化钒薄膜构成。通过调控超表面中二氧化钒的电导率，可以实现传感器/滤波器两种功能的切换。结果显示：当二氧化钒处于绝缘态时，超表面工作在传感器模式，此时，增大样品厚度及样品与传感器的距离均可增大传感器的灵敏度；当二氧化钒处于金属态时，超表面工作在滤波器模式，滤波器在中心频率处的插入损耗为1.3 dB，回波损耗为12.7 dB。这种具有多功能的超表面在太赫兹传感器和滤波器等方面具有较高的应用价值。
光学器件 太赫兹 超表面 多功能 狄拉克半金属 二氧化钒
中国已经全面禁止了象牙交易, 但象牙的走私并未因此而终止。 对象牙及其制品的鉴定是打击走私一个重要环节。 传统的形态学鉴定法, 是基于横截面上施氏结构的有无, 但有的象牙本身缺少特征纹路, 有的则经过雕刻加工后纹路消失, 这类样品往往无法鉴定。 从分子生物学角度鉴定象牙具有更高准确性, 象牙DNA含量极低, 象牙中提取DNA的难度较大。 已有学者采用光谱技术鉴定和区分象牙等材质, 并表明采用拉曼光谱和近红外光谱的短波区域可以区分象牙及其类似物（其他动物牙齿）。 采用近红外光谱的长波波段1 000~1 800 nm, 通过建模的方式建立了象牙的鉴别方法。 以非洲象（Loxodonta spp.）象牙、 亚洲象（Elephas maximus）象牙、 猛犸象（Mammuthus spp.）象牙为校正样品集, 其他非象牙材质制品, 包括抹香鲸（Physeter macrocephalus）牙、 河马（Hippopotamus amphibius）牙, 象牙果（Phytelephas macrocarpa）, 模仿成象牙的塑料制品等为验证样品集, 采集了230件样品共383条近红外光谱信息。 比较了象牙样品颜色和厚度等对光谱鉴定结果的影响, 建议扫描具有该物质典型颜色部位, 同时取样品厚度大于1 mm的部位进行扫描, 否则易造成误判。 基于象牙光谱4个较敏感波段, 1 160~1 200、 1 430~1 500、 1 680~1 710和1 720~1 750 nm, 以及SIMCA（soft independent modeling by class analogy）定性分析方法, 建立象牙的鉴别模型。 建模过程中, 在平衡假阳性率和假阴性率后, 推导出本模型的最佳主因子值为2和F值为0.21。 采用所建立的模型鉴定样品, 对象牙的识别准确率达到100%, 对角制品、 塑料仿制品以及象牙果仿制品等伪品的识别率也达100%, 但对质地较相近的其他动物的牙齿, 如野猪牙、 抹香鲸牙等, 则易错鉴为象牙, 需要结合其他方法做进一步的鉴定。 光谱模型鉴定方法具有无损、 简便等特点, 同时通过模型鉴别光谱图形较人为观察更加客观和高效, 因此较适合作为监管部门现场执法用的快速查验初筛方法。
近红外光谱 模型建立 象牙鉴定 Near infrared spectroscopy Modeling Ivory identification 光谱学与光谱分析
2023, 43(8): 2397
1 厦门优迅高速芯片有限公司, 福建 厦门 361012
2 厦门市光通信电芯片设计及验证重点实验室, 福建 厦门 361012
基于90 nm SiGe BiCMOS工艺，设计了一种高速(4×112 Gbit/s)四阶脉冲幅度调制跨阻放大器电路。为了兼顾高带宽和低噪声，采用了并联反馈架构的输入级电路。提出一种新颖的基于双吉尔伯特单元的可变增益放大器结构来适应宽动态范围的输入电流。电路利用射级退化技术来提高带宽和改善线性度。芯片测试结果表明，光接收前端链路可以实现最大74 dBΩ的跨阻增益，带宽为32 GHz，输入参考噪声电流密度为5.6 pA·Hz-1/2，高至3 mA的输入电流峰峰值下总谐波失真小于5%。跨阻放大器芯片进一步集成至400G QSFP-DD模块，测试结果表明，模块性能满足400G以太网FR4标准的灵敏度和传纤距离要求。
跨阻放大器 光接收机前端 四阶脉冲幅度调制 400G以太网 transimpedance amplifier optical receiver front-end PAM-4 400G Ethernet
1 暨南大学理工学院光电工程系广东省可见光通信工程技术研究中心，广东 广州 510632
2 暨南大学理工学院光电工程系广州市可见光通信工程技术重点实验室，广东 广州 510632
3 暨南大学理工学院光电工程系光电信息与传感技术广东普通高校重点实验室，广东 广州 510632
4 季华实验室，广东 佛山 528251
随着物联网的快速发展，智能设备需要高精度、实时的定位服务。为了解决现有可见光定位技术中存在的只能实现二维定位、系统复杂、定位精度低、定位时间长的问题，本文提出了一种基于两个发光二极管（LED）和图像传感器的可见光三维定位系统。首先结合针孔成像模型和畸变模型建立了仿真模型。然后提出了一种基于二分及双指针的条纹搜索算法来快速确定LED在图像上的位置。最后利用LED在图像上所成像的几何特征实现三维定位。经计算，系统在的空间内，仿真实验的平均定位误差为；实物实验的平均定位误差为，平均定位时间为。此外，与线性法的条纹搜索方法相比，提出的条纹搜索算法的时间性能提升了。因此，该定位系统能提供良好的三维定位服务。
光通信 三维定位 发光二极管 图像传感器 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1906004
1 暨南大学光电信息与传感技术广东普通高校重点实验室，广东 广州 510632
2 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
3 中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
4 广东工业大学广东省信息物理融合系统重点实验室，广东 广州 510006
5 季华实验室，广东 佛山 528200
太赫兹调制器作为太赫兹技术应用的重要器件之一，在太赫兹通信、成像和传感等领域具有广泛应用前景。但是目前太赫兹调制器调制深度、工作带宽、稳定性等有待提升，这制约了太赫兹技术的进一步推广与发展。基于此，设计并制备了一种新型光控砷化镓/侧边抛磨太赫兹光纤（SPTF）调制器，将砷化镓转移到太赫兹光纤抛磨区，增强太赫兹波倏逝场与砷化镓相互作用。在外置808 nm激光器照射下实现对太赫兹波幅度调制，调制深度达到97.4%。实验结果表明，这种新型的光纤调制器具有较好的光控调制效果。同时，该器件体积小、集成度高，具有广泛应用的潜力。
太赫兹调制器 侧边抛磨光纤 砷化镓 光控 调制深度 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811003
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Optoelectronic Information and Sensing Technologies of Guangdong Higher Education Institutes, Department of Optoelectronic Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China
2 Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications, Department of Optoelectronic Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China
3 Center for Information Photonics and Communications, School of Information Science and Technology, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China
Temperature sensing is essential for human health monitoring. High-sensitivity () fiber sensors always require long interference paths and temperature-sensitive materials, leading to a long sensor and thus slow response (6–14 s). To date, it is still challenging for a fiber optic temperature sensor to have an ultrafast () response simultaneously with high sensitivity. Here, a side-polished single-mode/hollow/single-mode fiber (SP-SHSF) structure is proposed to meet the challenge by using the length-independent sensitivity of an anti-resonant reflecting optical waveguide mechanism. With a polydimethylsiloxane filled sub-nanoliter volume cavity in the SP-SHSF, the SP-SHSF exhibits a high temperature sensitivity of 4.223 nm/°C with a compact length of 1.6 mm, allowing an ultrafast response (16 ms) and fast recovery time (176 ms). The figure of merit (FOM), defined as the absolute ratio of sensitivity to response time, is proposed to assess the comprehensive performance of the sensor. The FOM of the proposed sensor reaches up to , which is more than two to three orders of magnitude higher than those of other temperature fiber optic sensors reported previously. Additionally, a three-month cycle test shows that the sensor is highly robust, with excellent reversibility and accuracy, allowing it to be incorporated with a wearable face mask for detecting temperature changes during human breathing. The high FOM and high stability of the proposed sensing fiber structure provide an excellent opportunity to develop both ultrafast and highly sensitive fiber optic sensors for wearable respiratory monitoring and contactless in vitro detection.
Photonics Research
2023, 11(8): 1397
1 暨南大学光电工程系广东省高等院校光电信息与传感技术重点实验室, 广东 广州 510632
2 广东技术师范大学电子与信息学院, 广东 广州 510632
3 暨南大学光电工程系广东省可见光通信工程研究中心, 广东 广州 510632
4 暨南大学广州可见光通信重点实验室, 广东 广州 510632
当前, 光电子器件正朝着微型化和集成化方向发展, 而传统的光电子器件通常基于硅晶片技术或者波导技术, 这就使得芯片需要通过波导模式转换器才能与光纤尾纤进行耦合，因此发展与光纤系统兼容的光电子器件具有重要的现实意义。“光纤实验室” 技术的发展，推动了低维材料与光纤的结合, 促进了光子芯片在光纤上的集成与发展, 有助于开发新一代小型化、集成化、轻量级、低成本、多功能的全光纤光子集成平台。根据光与物质相互作用方式的不同, 光纤集成光电探测器可分为沿波导方向集成和光纤端面集成两种类型。本综述主要回顾了近年来这两类光纤集成光电探测器的制备方法和研究进展, 并对利用光纤作为光电子器件的集成平台的未来发展进行了展望。
光纤通信 光纤集成 二维材料 光电探测器 optical fiber communication optical fiber integration 2D materials photodetectors
1 空军工程大学航空科学与工程学院，陕西 西安 710038
2 西北工业大学无人系统技术研究院，陕西 西安 710072
3 西安邮电大学网络空间安全学院，陕西 西安 710121
针对遥感图像中目标尺度差异较大和方向分布随机等导致检测精度较低的问题，提出一种基于稀疏掩模Transformer的遥感目标检测方法。该方法以Transformer网络为基础，首先引入角度参量，使其适应遥感目标的旋转特性；其次在特征提取部分以多层级特征金字塔为输入，以应对遥感图像目标尺寸变化大的特点，提高对不同尺度目标的检测效果，尤其对小目标的检测效果提升明显；最后以稀疏-插值注意力模块代替自注意力模块，有效缓解了Transformer网络检测高分辨遥感图像时计算量大的缺陷，并且加快了网络的收敛速度。在大型遥感数据集DOTA上的实验结果表明，所提方法的平均检测精度为78.43%，检测速度为12.5 frame/s，与基准方法相比，平均精度均值（mAP）提高了3.07个百分点，证明了所提方法的有效性。
Transformer 旋转目标检测 自注意力 稀疏掩模 激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2228005
1 暨南大学理工学院光电工程系，广东 广州 510632
2 广东省可见光通信工程技术研究中心，广东 广州 510632
基于发光二极管的水下可见光通信技术是一种照明通信两用的水下无线通信方式，有效解决了水声通信时延大、带宽小、能耗大等诸多缺点。由于海水中各种介质对光的传播造成衰减，降低了接收信噪比，影响通信质量。同时，海水铅直方向介质质量浓度随深度增加而变化，导致光传播吸收和散射系数不是恒定的，影响到纠错编码的参数设置。本文在Matlab平台上使用蒙特卡罗法对海水信道进行了建模仿真，并根据仿真信噪比设计并提出了一种基于极化码的纠错编码方案，以调整编码参数，保证不同信道环境下数据传输的可靠性。仿真结果表明，对于不同的接收信噪比，所提方案都能够调节编码码率以实现无误码传输。因此，所提方案能够根据实际的信道环境来调整编码参数，保证了通信过程的可靠性。
大气光学与海洋光学 水下可见光通信 信道建模 蒙特卡罗法 极化码 纠错编码 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2101002
1 暨南大学 1. 理工学院 光电工程系
2 2. 光电信息与传感技术广东普通高校重点实验室
3 暨南大学 2. 光电信息与传感技术广东普通高校重点实验室
4 3. 广东省光纤传感与通信技术重点实验室, 广州 510632
磁流体具有优异的磁光特性, 为光纤磁场传感器的实现提供了一种新途径, 经过十多年发展, 已经成为光纤磁传感领域的一个重要研究方向。目前, 已有大量的基于不同结构和原理的磁流体型光纤磁场传感器被相继提出, 且总体上经历了从标量到矢量磁场传感的发展, 文章以该发展脉络为主线, 对磁流体的磁光特性、传感器的实现方法进行梳理和总结, 最后指出当前仍存在的一些问题并进行展望。
光纤传感 磁场测量 磁流体 optical fiber sensing magnetic field measurement magnetic fluids
