Jianbin Zhang 1†Hubiao Fang 1Pan Wang 1,2Wei Fang 1,2[ ... ]Limin Tong 1,2,3,*
Author Affiliations
Abstract
1 Interdisciplinary Center for Quantum Information, New Cornerstone Science Laboratory, State Key Laboratory of Extreme Photonics and Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou, China
2 Jiaxing Key Laboratory of Photonic Sensing & Intelligent Imaging, Intelligent Optics & Photonics Research Center, Jiaxing Research Institute Zhejiang University, Jiaxing, China
3 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan, China
An optical micro/nanofiber (MNF) is a quasi-one-dimensional free-standing optical waveguide with a diameter close to or less than the vacuum wavelength of light. Combining the tiny geometry with high-refractive-index contrast between the core and the surrounding, the MNF exhibits favorable optical properties such as tight optical confinement, strong evanescent field, and large-diameter-dependent waveguide dispersion. Meanwhile, as a quasi-one-dimensional structure with extraordinarily high geometric and structural uniformity, the MNF also has low optical loss and high mechanical strength, making it favorable for manipulating light on the micro/nanoscale with high flexibility. Over the past two decades, optical MNFs, typically being operated in single mode, have been emerging as a miniaturized fiber-optic platform for both scientific research and technological applications. In this paper, we aim to provide a comprehensive overview of the representative advances in optical MNFs in recent years. Starting from the basic structures and fabrication techniques of the optical MNFs, we highlight linear and nonlinear optical and mechanical properties of the MNFs. Then, we introduce typical applications of optical MNFs from near-field optics, passive optical components, optical sensors, and optomechanics to fiber lasers and atom optics. Finally, we give a brief summary of the current status of MNF optics and technology, and provide an outlook into future challenges and opportunities.
micro/nanofibers fabrication optical properties mechanical properties optical applications 
Photonics Insights
2024, 3(1): R02
作者单位
摘要
1 合肥学院 先进制造工程学院, 安徽 合肥 230601
2 中科院合肥物质科学研究院智能机械研究所, 安徽 合肥 230031
针对普通卷积神经网络在遥感图像分割中林地边界区域识别不完整、小片林地分割精度低的问题,提出一种基于transformer与注意力机制的DeeplabV3+网络改进方法。在编码阶段引入transformer机制,将原池化金字塔部分中的空洞卷积操作替换为可获取更多上下文信息的transformer操作,从而提高网络对林地边界信息的提取能力; 将注意力机制引入到网络的解码部分,提升模型对小片林地的检测能力。实验表明,采用改进后的方法平均交并比(MIou)可达到81.83%,对比原DeepLabV3+网络模型提升了1.25%。该方法充分考虑了卫星遥感图像分割中林地边缘信息的提取以及对小目标的关注度,提出的改进方法可提升遥感图像中对林地提取的精度。
遥感图像 注意力机制 语义分割 remote sensing image DeepLabV3+ DeepLabV3+ Transformer transformer attention mechanism semantic segmentation 
光学技术
2023, 49(6): 743
作者单位
摘要
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院空间激光传输与探测技术重点实验室,上海 201800
面向空间引力波探测对激光光源相对强度噪声的严苛需求,开展了极低相对强度噪声在低频段的测试表征技术研究。构建了基于低噪声光电探测器、高精度数字万用表以及快速傅里叶(FFT)频谱分析仪在低频段0.1 mHz~100 kHz的相对强度噪声测试系统。利用高精度数字万用表及FFT分段Smooth窗函数平滑算法实现对0.1 mHz~0.5 Hz的极低频段内相对强度噪声测试,本底噪声低于-99 dBc/Hz,同时利用低噪声放大器及FFT频谱分析仪测试在1 mHz~100 kHz的相对强度噪声,本底噪声低于-105 dBc/Hz。两种测试手段在1 mHz~0.5 Hz重叠频段内噪声测试结果的一致性验证了所构建测试系统在低频段测试结果的准确性。利用所构建的相对强度噪声测试系统对自研空间引力波探测用平面波导环形腔(NPRO)激光器、商用光纤激光器、商用外腔半导体激光器等多种激光器进行测试评估,并对其噪声成分及来源进行分析。所构建的低频段相对强度噪声测试系统可满足空间引力波探测对激光强度噪声评估的需求,同时也适用于其他低频段精密测量应用的激光光源噪声评估。
单频激光器 噪声测试 相对强度噪声 快速傅里叶变换 空间引力波探测 
中国激光
2023, 50(23): 2301009
作者单位
摘要
南京邮电大学量子信息技术研究所 江苏 南京 210003
量子随机数因为其不可预测性和真随机性, 在信息安全方面发挥着越来越重要的作用。现有的随机数生成协议大都假定光源服从一定确知的分布概率, 然后通过测量值估算可提取随机数的最小熵。但是由于实际光源器件的不完美, 其光强分布存在一定波动, 倘若在计算最小熵过程中忽略该强度波动, 将导致计算最小熵数值偏大, 影响安全性; 倘若使用传统的方法考虑光强波动, 则导致估算结果过差, 降低可获取随机性的大小。针对该问题, 本文提出了一种具有光源监控功能的量子随机数发生器方案, 并且以基于维度目击值的自检测量子随机数发生器协议为例进行介绍。仿真结果显示通过在源端添加光源监控模块的方法, 能够对单光子贡献的上下界给出更紧致的估计, 与传统方法相比, 能够获得更高的最小熵和随机性。该方案为量子随机数发生器的实用化提供了一个有用的工具。
量子随机数 光源监控 诱骗态 quantum random number light source monitoring decoy state 
量子光学学报
2023, 29(1): 010302
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院空间激光信息传输与探测技术重点实验室,上海 201800
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
针对高速光通信和微波光子系统对单频激光源极低相对强度噪声(RIN)的需求,开展了极低本底相对强度噪声测试方法的研究。首先分析了相对强度噪声测试中激光相对强度噪声、系统散粒噪声和热噪声等主要要素的影响,然后提出了基于增大光电流并结合低热噪声的频谱探测的方式降低测量极限的方法,实现了极低本底单频激光相对强度噪声测试,频谱分析频段可达到40 GHz,测量本底达-171 dBc/Hz。基于该方法和系统,更加精细地研究、表征了光通信中的光放大和强度调制过程的相对强度噪声特征,清晰地展示了极低本底下典型激光光源的噪声滚降和多个弛豫振荡峰、强度调制谐波失真等特性,证实了极低本底噪声测量方法的有效性。研究结果在激光器性能的设计优化和应用系统的选型评估等方面具有重要的应用前景。
激光器 单频激光器 噪声测试 相对强度噪声 高速光通信 微波光子 
中国激光
2023, 50(22): 2201003
章郑豪 1,2魏芳 1,3,*武慧敏 1苏庆帅 1[ ... ]蔡海文 1,3,**
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学,北京 100049
3 张江实验室,上海 201210
面向芯片化空间激光通信、激光雷达等应用对高功率激光光源的需求,笔者将注入锁定到同一种子光的分布式反馈激光器(DFB激光器)阵列通过平面波导耦合器进行相干合束,解决了单个DFB激光器功率受限的问题。为了研究基于注入锁定技术的DFB激光器阵列的相干合束效果,测量了不同数目的注入锁定激光器在相干合束前后的光功率、相位噪声、相对强度噪声,通过计算得到2、3、4个DFB激光器的合束效率分别为91.6%、87.8%、78.3%,实现了相对于单个激光器的光功率放大,同时通过理论分析和实验研究了相干合束对相位噪声及相对强度噪声的影响。
激光器 注入锁定 相干合束 相位噪声 相对强度噪声 
中国激光
2023, 50(19): 1901009
作者单位
摘要
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春
在轨运行载荷的性能不可避免地出现衰减,场地定标是一些卫星载荷在轨辐射定标主要手段之一,其精度主要取决于地表反射率的准确程度。本文介绍了地表反射率自动观测系统原理和系统组成,并在敦煌辐射校正场实现无人执守自动化、无间断的地表光谱反射率测量,采用标准白板法和辐照度法两种方法同步观测,对两种方法获取的地表反射率数据分别进行了短期和长期稳定性的对比分析,地表反射率可直接溯源至标准白板反射率,减少了定标传递环节。结果表明:标准白板法测量地表反射率短期均值偏差为0.130%,长期测量350~600 nm波段均值偏差为4.996%,600~2 500 nm波段均值偏差为2.104%。标准白板法测量地表反射率合理可行,测量曲线连续、平滑、抖动少,可通过定期清洁标准白板提高测量准确性。辐照度法短期测量与标准白板法具有相近的性能,350~1 900 nm波段均值偏差为0.236%,1 900~2 500 nm波段均值偏差为0.443%。长期测量地表反射率整体漂移小,平均漂移为0.735%,但存在反射率曲线局部噪声大的缺点。可将两种方法相结合,获得更为准确的地表反射率数据。
标准白板法 辐照度法 地表反射率 自动观测系统 场地定标 standard whiteboard method irradiance method surface reflectance automatic observation system field calibration 
光学 精密工程
2023, 31(16): 2319
田杰文 1,2叶新 1,*方伟 1
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了减小对卫星上的空间使用,针对定标特点,本文提出了一种用于积分球光源准直照明的自由曲面反射镜设计方法。采用该方法,能够以小口径的积分球实现大面积的方形均匀辐照度分布。首先,通过点光源模型建立自由曲面离轴反射照明数学模型,然后,通过切比雪夫点离散自由曲面,并求解出满足点光源照明的自由曲面模型,最后,分析积分球的光源特性,通过逐步优化自由曲面能量分布方法完成点光源照明模型到积分球照明模型的转变。通过分析可知,设定照明面积为140 mm×140 mm时,目标面的辐照度非均匀性的不均匀度小于0.02。满足星载定标轻量化,短光路,结构简单的需求。
几何光学 照明设计 辐射定标 积分球光源 geometric optics illumination design radiometric calibration integrating sphere light sources 
中国光学
2023, 16(1): 127
作者单位
摘要
1 上海电力大学 电子与信息工程学院,上海 200135
2 中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 201800
短相干激光光源在进行高精度的干涉测量时,可以消除被测光学元件前后表面反射形成的杂散光,是低相干干涉仪的理想光源。针对低相干干涉应用对光源的需求,依据速率方程和激光调制特性对射频调制下的短相干半导体激光器光谱特性进行了理论研究。搭建了短相干光源系统,研究了半导体激光器斜率效率 $ \eta $、偏置电流 $ {I_b} $、射频信号频率 $ {f_m} $和幅度 $ {A_m} $对其相干长度的影响。实验结果表明,斜率效率大的半导体激光器更有助于短相干特性的实现,随着调制信号频率和幅值增加,工作在阈值附近的激光器相干长度随之降低,该系统在 $ {I_b} = 1.3{I_{th}} $$ {f_m} = {\text{950\;MHz}} $$ {A_m} = {\text{19\;dBm}} $的条件下获得了相干长度为90 $ {\text{μm}} $的短相干光源。并成功应用于斐索干涉仪上,获得了对比度 $ K = 0.931\;8 $的清晰干涉图像,与现有短相干光源相比,对比度提高了约51.1%,实现了对平行平板玻璃面形的测量。
半导体激光器 短相干光源 射频调制 调制频率 调制深度 semiconductor lasers short coherent light source radio frequency modulation modulation frequency modulation depth 
红外与激光工程
2023, 52(4): 20220553
张玉燕 1,2方威 1,2李晨 1,2温银堂 1,2,*
作者单位
摘要
1 燕山大学电气工程学院,河北 秦皇岛 066004
2 河北省测试计量技术及仪器重点实验室,河北 秦皇岛 066004
针对新型铁颗粒增强型氧化铝陶瓷涂层在激光熔覆原位制造过程中的热应力对涂层质量的严重影响,研究了激光诱导反应条件下钛合金表面原位制备单道复合涂层过程中的热力问题。采用代表体积元方法仿真计算该新型涂层的热力学参数。利用生死单元法与内部生热热源相结合的方法建立了激光诱导铝热反应热源模型,分析了不同工艺参数组合下涂层构件热应力分布规律。结果表明:热应力主要集中在涂层及其与基板的结合面处,涂层上沿熔覆方向的拉应力是导致涂层出现横向裂纹的主要原因。由于激光诱导铝热反应,涂层的裂纹以及残余应力随着激光功率和激光扫描速度的增加而增加。在激光功率600 W、扫描速度2 mm/s时,涂层裂纹最少;在扫描速度5 mm/s、激光功率300 W时,残余应力最小。
激光技术 激光熔覆 激光诱导铝热反应 复合涂层 数值模拟 热应力 
激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0931001

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