1 中山大学电子与信息工程学院,广东 广州 510006
2 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。
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 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211032
Author Affiliations
Abstract
1 Terahertz Technology Innovation Research Institute, Terahertz Spectrum and Imaging Technology Cooperative Innovation Center, Shanghai Key Laboratory of Modern Optical System, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
2 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
3 Tera Aurora Electro-optics Technology Co., Ltd., Shanghai 200093, China
4 Shanghai Institute of Intelligent Science and Technology, Tongji University, Shanghai 200092, China
This work presents a brief review of our recent research on an antiresonant mechanism named core antiresonant reflection (CARR), which leads to a broadband terahertz (THz) spectrum output with periodic dips at resonant frequencies after its transmission along a hollow-core tubular structure (e.g., a paper tube). The CARR theory relies only on parameters of the tube core (e.g., the inner diameter) rather than the cladding, thus being distinct from existing principles such as the traditional antiresonant reflection inside optical waveguides (ARROWs). We demonstrate that diverse tubular structures, including cylindrical, polyhedral, spiral, meshy, and notched hollow tubes with either transparent or opaque cladding materials, as well as a thick-walled hole, could indeed become CARR-type resonators. Based on this CARR effect, we also perform various applications, such as pressure sensing with paper-folded THz cavities, force/magnetism-driven chiral polarization modulations, and single-pulse measurements of the angular dispersion of THz beams. In future studies, the proposed CARR method promises to support breakthroughs in multiple fields by means of being extended to more kinds of tubular entities for enhancing their interactions with light waves in an antiresonance manner.
antiresonance core cladding tubular structure application Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 110005
1 上海理工大学太赫兹技术创新研究院,上海 200093
2 南开大学现代光学研究所,天津 300350
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
飞秒激光成丝辐射太赫兹波兼具宽频带和高强度特性,其物理机制研究已成为近年来的前沿课题。在此领域,本课题组发现太赫兹波沿激光等离子体光丝被限制在亚波长空间尺度内进行传输,即“太赫兹波空间强束缚效应”,并据此提出了能够全面阐述太赫兹波辐射机理的三过程模型,为统一当前主流宏观与微观理论、化解相关文献中重要结论的矛盾奠定了基础。本文以太赫兹波空间强束缚效应为中心,综述了本课题组近年来的一系列研究工作,包括实验探测技术、物理机理解释及多项创新应用等,并对未来的工作进行了展望。
物理光学 太赫兹波 飞秒激光成丝 空间束缚 物理机制 超分辨成像 中国激光
2023, 50(17): 1714010
中山大学 电子与信息工程学院 ,广东 广州 510006
光在生物组织中传播时,会被微观尺度上不均匀的组织随机散射,这种现象严重制约了光学技术在生物医学中的应用。波前整形技术将散射过程当成一个确定性的过程,通过测量散射效应造成的相位延迟并利用空间光调制器进行逐点补偿,可以实现散射光的操控与重新聚焦。在各类波前整形技术中,基于光学相位共轭的数字化波前整形技术具有可调控自由度高、系统响应速度快等优点,最适宜与生物医学应用相结合,如生物活体成像、操控、治疗等。文中将重点关注基于光学相位共轭的数字化波前整形技术的发展,探讨该技术在应用研发中面临的主要技术瓶颈和挑战,并概述其应用开展情况。
波前整形 光学相位共轭 超声调制 生物成像 wavefront shaping optical phase conjugation ultrasonic modulation biomedical imaging 红外与激光工程
2022, 51(8): 20220256
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
针对外加横、纵直流电场作用下的单色飞秒激光成丝辐射太赫兹波现象,提出了一种将微观等离子体电流振荡与宏观电流传输线辐射相结合的全电流模型,旨在解释外电场作用下太赫兹波增强、空间分布演变等辐射特征。与现有渡越-切连科夫辐射理论相比,所提出的全电流模型在等光速条件下可实现相位匹配,物理图像清晰、公式简洁,且能很好地复现实验结果。
激光光学 太赫兹辐射 飞秒激光成丝 全电流模型 外加静电场
华南师范大学信息光电子科技学院, 广东省量子调控工程与材料重点实验室, 广东 广州 510006
在光纤中传输的光信号,其偏振态(SOP)会受到外界环境的影响而发生随机变化,因此在偏振复用光纤通信系统、偏振编码光纤量子密钥分发(QKD)等系统中,需要插入光纤信道偏振补偿模块对光纤中随机双折射效应引起的偏振态变化进行实时补偿,以保证相应通信系统能够正常工作。根据波分复用光纤信道偏振补偿的理论模型,实现了偏振态相互共轭的两路参考光的制备,采用集成化的偏振探测器对实时变化的偏振态进行检测。在此基础上,提出了一种可以实时补偿光纤信道偏振变化的实验系统,该系统可以应用于偏振复用的光纤通信系统中,也可应用于光纤QKD系统中。实验数据表明,所设计的实验系统可以保障QKD在5 km传输距离下连续稳定运行8 h以上,量子比特误码率为1.96%。
光通信 量子密钥分发 随机双折射 偏振补偿 共轭 光学学报
2020, 40(14): 1406003
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Key Laboratory of Modern Optical Systems, College of Optics and Electronic Information Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
2 Institute of Modern Optics, Key Laboratory of Optical Information Science and Technology, Ministry of Education, Nankai University, Tianjin 300071, China
3 Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201210, China
4 e-mail: py@usst.edu.cn
5 e-mail: ymzhu@usst.edu.cn
In this work, it has been demonstrated that in order to fully understand the terahertz (THz) pulse generation process during femtosecond laser filamentation, the interaction between THz wave and air plasma has to be taken into account. This interaction is mainly associated with the spatial confinement of the THz pulse by the plasma column, which could be described by the one-dimensional negative dielectric (1DND) waveguide model. By combining the 1DND model with the conventional four-wave mixing (4WM) and photocurrent (PC) models, the variation of THz spectral amplitude and width obtained in experiments could be better understood. Finally, a three-step procedure, with 1DND bridging 4WM and PC processes, has been established for the first time to describe the underlying mechanism of THz radiation from plasma sources.
Ultrafast nonlinear optics Femtosecond phenomena Plasmas Propagation Spectroscopy, terahertz Photonics Research
2018, 6(4): 04000296
1 南开大学 现代光学研究所 光学信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300071
2 中国科学院上海高等研究院, 上海 201210
3 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
通过使用太赫兹(Terahertz, THz)时域光谱系统, 探测从不同长度飞秒激光光丝辐射出的THz脉冲, 观察到THz波在飞秒激光成丝过程中超光速传输的实验现象。进一步的分析表明: THz波在等离子体光丝区域的折射率小于其在空气中的折射率, 这是使得THz波能够在成丝过程中超光速传输的主要原因。由此可以推测: THz脉冲极有可能是在等离子体光丝中进行导引传输的。最后, 通过数值模拟获得了光丝区域内的THz本征模式, 从而验证了上述推测。
飞秒激光 成丝 太赫兹波 超光速传输 本征模式 femtosecond laser filamentation terahertz wave superluminal propagation eigenmode 红外与激光工程
2016, 45(4): 0402001