We report the design, fabrication, and characterization of a universal silicon PN junction ring resonator for C band error-free communication links operated up to 50 Gb/s with co-designed optical modulation and detection performance. The universal p-n junction ring device shows co-designed detection responsivity up to 0.84 A/W, in conjunction with a modulation efficiency of ∼4V·mm and >8dB optical modulation extinction ratio, enabling C band 50 Gb/s NRZ communication link with a bit error rate ≤3×10-12. Individually, the speed of modulation and detection is measured up to 112 Gb/s and 80 Gb/s, respectively. The principle of co-designing the PN junction ring modulator and detector performance required for error-free communication links can significantly ease the fabrication yield challenges of ring structures by reducing the number of types of devices. The principle can also be applied to O band wavelengths. To the best of our knowledge, for the first time, a device of this type has achieved both error-free modulation and detection operation up to 50 Gb/s in the C band individually or in conjugation as an error-free communication link, which paves the way to realize a >1.6Tb/s all-silicon WDM-based error-free optical transceiver link in the future and is essential for future programmable photonics circuits.

为获得样品多点数据，光谱共焦位移传感系统在移动测量时会产生抖动效应，引起测量数据发生漂移，文中基于已实现的光谱共焦厚度测量系统，研究抖动的影响并探究抖动补偿算法。首先，基于光谱共焦厚度测量模型及抖动存在时探头相对于光轴发生一定倾斜，推导了抖动对厚度测量影响的关系模型，并采用蒙特卡洛法分析了4种样品在不同程度随机抖动下的厚度概率密度函数，将解析结果与蒙特卡洛仿真结果进行比较，验证了厚度概率密度函数表达式的正确性。结果表明：抖动效应导致测量性能下降，尤其在样品厚度较大时；而抖动标准差较大时，较薄的样品具有更好的抗抖动性能；为补偿抖动的影响，提出采用Savitzky-Golay滤波及高斯拟合实现滤波和光谱信号峰值波长的提取，并建立了抖动误差补偿算法；最后，对厚度为(1.0±0.1) mm的样品进行实验测量，测得平均厚度为1.0640 mm，补偿后的相对标准偏差为0.29%，验证了抖动补偿算法的有效性。文中的研究内容对提高系统测量稳定性及测量精度有一定的指导意义。

Silicon-based electro-optic modulators contribute to easing the integration of high-speed and low-power consumption circuits for classical optical communications and data computations. Beyond the plasma dispersion modulation, an alternative solution in silicon is to exploit the DC Kerr effect, which generates an equivalent linear electro-optical effect enabled by applying a large DC electric field. Although some theoretical and experimental studies have shown its existence in silicon, limited contributions relative to plasma dispersion have been achieved in high-speed modulation so far. This paper presents high-speed optical modulation based on the DC Kerr effect in silicon PIN waveguides. The contributions of both plasma dispersion and Kerr effects have been analyzed in different waveguide configurations, and we demonstrated that the Kerr induced modulation is dominant when a high external DC electric field is applied in PIN waveguides. High-speed optical modulation response is analyzed, and eye diagrams up to 80 Gbit/s in NRZ format are obtained under a d.c. voltage of 30 V. This work paves the way to exploit the Kerr effect to generate high-speed Pockels-like optical modulation.

激光致声技术可以将空气中的激光信号转化为水下的水声信号，将两种最佳信道高效地结合起来，从而解决空中-水下跨界通信问题。为了提高激光致声跨界通信的保密性和光声转化效率，采用了数值计算方法对不同条件下，激光在海面三维散射特性和透射特性进行了研究。首先，为了提高仿真计算的准确性，建立了三维激光海面散射场的数学模型。其次，采用数值计算方法求解三维激光海面散射的表面积分方程，并根据入射光波的特点，对入射界面进行强、弱区划分，以提高计算效率。最后，通过室内模拟试验对仿真结果进行了验证。研究结果表明，入射角度对于汽化激光致声通信的保密性和效率有着重要的影响，为后续的系统设计和相关应用研究提供了有意义的参考。

研究了基于里德堡原子电磁诱导透明效应的耦合光一维驻波场增强的微波电场传感。利用模式匹配反射光场，在高增透镀膜的铯原子气室中形成了里德堡原子三能级体系中耦合光的一维驻波场，并在此基础上进行了幅度调制微波电场测量。实验结果表明，在不额外增加耦合光激光器输出功率的情况下，一维耦合光驻波场导致了耦合光功率的相干增强，电磁诱导透明光谱强度和线宽都显著增加。详细比较了一维驻波场增强与直接增加耦合光功率在测量不同功率微波时的表现，结果表明在较低微波功率下一维驻波场增强测量微波频率信噪比提升约4 dB，瞬时带宽增加1.38倍，同时频率响应曲线更为平坦；在较高微波功率条件下，无驻波场存在的微波响应曲线呈现出明显的双峰形态，而一维驻波场的形成可有效消除双峰特征，表现为平坦响应特征。研究结果对实现低功耗、频率响应曲线平坦、自校准微波电场测量传感器具有重要的参考价值。

与白光X射线动态显微CT（Micro Computed Tomography）相比，单色光X射线动态显微CT具有较低的辐射损伤和较高的密度分辨率，但是更难以平衡其空间和时间分辨率。目前，单色光X射线动态显微CT的最高时间分辨率可达到13.3 Hz，探测器有效像素尺寸为5 μm。为了构建具有更高时空分辨率的单色光X射线动态显微CT系统，基于上海光源快速X光成像线站（BL16U2）的高通量密度单色光，将高速转台与三镜头大数值孔径快速X射线成像探测器相结合，构建了实验系统。以速发型聚氨酯材料为研究对象进行了验证实验，在15 keV单色光下动态显微CT的时间分辨率达到了20 Hz，探测器有效像素尺寸为2.2 μm。对气泡运动进行相关定量分析，证明该系统具有高时空分辨率和高对比度分辨率，可以对复杂运动系统进行四维时空定量分析，为BL16U2线站用户进行高时空分辨率的复杂原位研究提供了强大的实验平台。

在氙灯放电泵浦过程中, 片状放大器片腔内材料在高强度氙灯光辐照下, 存在显著的热解过程, 产生大量的μm级悬浮粒子。针对放大器在线洁净度控制，采取了包括选用有利于洁净控制的材料、消除盲孔与焊缝、深度酸洗刻蚀、高压喷淋清洗和最终的光照清洗等系列有效措施。实验研究结果表明：经过100发次光照清洗，片腔内气溶胶颗粒处于300～1000之间，接近美国国家点火装置(NIF)洁净水平；发次运行完成后，利用约0.4 m/s的氮氧混合气体对放大器腔体进行吹扫，气溶胶颗粒在2 min内可恢复至0值。

等离子体电极普克尔盒被广泛应用于大型激光驱动器中，用于抑制自激振荡、实现多程放大控制和反激光隔离，普克尔盒内的放电电极在长期使用过程中与腔内残余O₂发生反应出现退化现象，导致稳定性下降，寿命降低。为此，提出了封离型等离子体电极普克尔盒，其放电腔内的Ne气浓度可达99.9%，漏率小于1.0×10⁻¹⁰ Pa∙m³∙s⁻¹，理论使用年限大于40年。实验表明，封离型等离子体电极普克尔盒在工作20万发次后，其放电电极依然光亮如新，时间抖动仍稳定在6.4 ns附近，稳定性有了大幅提升。