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Abstract
Shanghai Jiao Tong University, School of Electronic Information and Electrical Engineering, State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Shanghai, China
Chaotic optical communication has shown large potential as a hardware encryption method in the physical layer. As an important figure of merit, the bit rate–distance product of chaotic optical communication has been continually improved to 30 Gb/s × 340 km, but it is still far from the requirement for a deployed optical fiber communication system, which is beyond 100 Gb/s × 1000 km. A chaotic carrier can be considered as an analog signal and suffers from fiber channel impairments, limiting the transmission distance of high-speed chaotic optical communications. To break the limit, we propose and experimentally demonstrate a pilot-based digital signal processing scheme for coherent chaotic optical communication combined with deep-learning-based chaotic synchronization. Both transmission impairment recovery and chaotic synchronization are realized in the digital domain. The frequency offset of the lasers is accurately estimated and compensated by determining the location of the pilot tone in the frequency domain, and the equalization and phase noise compensation are jointly performed by the least mean square algorithm through the time domain pilot symbols. Using the proposed method, 100 Gb / s chaotically encrypted quadrature phase-shift keying (QPSK) signal over 800 km single-mode fiber (SMF) transmission is experimentally demonstrated. In order to enhance security, 40 Gb / s real-time chaotically encrypted QPSK signal over 800 km SMF transmission is realized by inserting pilot symbols and tone in a field-programmable gate array. This method provides a feasible approach to promote the practical application of chaotic optical communications and guarantees the high security of chaotic encryption.
chaotic optical communication physical layer security deep learning digital signal processing Advanced Photonics Nexus
2024, 3(1): 016003
1 中北大学半导体与物理学院, 山西 太原 030051
2 山西大学激光光谱研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006山西大学, 极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
3 中国兵器科学研究院, 北京 100089
4 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
由于等离子体是激光诱导击穿光谱（LIBS）的光谱源, 其内部粒子的分布结构将直接影响LIBS谱线的信噪比, 因此研究等离子体粒子分布结构和动态膨胀过程对提高LIBS的定量测量精度具有指导意义。 利用时间、 空间、 波长分辨的双波长差分成像技术分析激光诱导铝锡合金产生的二元等离子体, 获取等离子体内各态粒子发射率的时空分布图像, 以期探索不同激光支持吸收波（LSAW）类型的等离子体内各态粒子时空分布结构的演化机制。 实验通过低、 高激光辐照度的脉冲激光, 分别构建了激光支持燃烧波（LSCW）和激光支持爆轰波（LSDW）型等离子体。 通过观察等离子体的形态、 内部结构、 粒子分布、 粒子寿命, 结合元素的物理性质及谱线属性, 分析了激光与金属及等离子体之间的相互作用, 形成了二元激光等离子体的时空演化机制。 结果表明: （1）激光辐照度会改变等离子体的粒子分布结构; （2）低辐照度激光诱导产生的LSCW型等离子体内部有明显的层状分布, 激光主要吸收区位于蒸汽等离子体, 此时粒子的寿命较短, 分布结构主要依赖于元素熔点, 低熔点元素会先从难混溶合金表面熔化并析出, 分布于蒸汽等离子体顶部; （3）高辐照度激光产生等离子体的传播模型为LSDW型, 其内部蒸汽等离子体与冲击气体层有很大的混合区域, 激光主要被冲击气体层所吸收, 此时粒子寿命延长, 分布结构主要依赖于元素的相对原子质量。 高激光辐照度会使难混溶合金表面烧蚀区域内的粒子同时汽化, 粒子速度与相对原子质量的平方根成反比, 即相对原子质量小的粒子飞行速度快, 分布在蒸汽等离子体顶部。 以上等离子体粒子分布结构的时空演化机制有望普适于其他元素甚至多元等离子体情形。
激光诱导击穿光谱 激光支持燃烧波 激光支持爆轰波 粒子分布 Laser induced breakdown spectroscopy Laser supported combustion wave (LSCW) Laser supported detonation wave (LSDW) Species distribution 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2067
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230133
蛇纹石混凝土具有优异的中子屏蔽性, 国外已将其广泛用于核工业及医疗行业屏蔽中子辐射。我国核事业发展迅速、蛇纹石矿产丰富, 本应对蛇纹石混凝土有大量研究及应用, 但事实上, 蛇纹石混凝土在我国不仅研究较少, 其应用更是远不及国外。基于此, 本文归纳了蛇纹石骨料特性, 对比了三种蛇纹石亚类骨料的物理性质、粒形特征和化学成分, 详细阐述了蛇纹石骨料对混凝土性能的影响, 并分析了当前蛇纹石混凝土研究存在的不足之处, 梳理了蛇纹石混凝土应用现状。最后, 为促进蛇纹石混凝土在我国的进一步研究与应用, 对该领域未来发展进行展望。
蛇纹石骨料 防辐射混凝土 结晶水 中子辐射 微观结构 高温稳定性 serpentine aggregate radiation shield concrete crystal water neutron radiation microstructure high temperature stability
1 苏州大学光电科学与工程学院教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
2 苏州大学光电科学与工程学院江苏省先进光学制造技术重点实验室，江苏 苏州 215006
为提高光谱共焦位移传感器的检测效率和稳定性，设计一种性能参数可调的宽视场轴向色散镜头。基于快照式光谱共焦测量原理，提出一种轴向色散倍增的宽视场色散镜头设计方案。将色散镜头关于中间光阑前后对称放置，建立轴向色差和剩余像差评价函数，得到库克结构初始参数，实现对称的半组镜头。在前组不变的情况下，采用复杂化库克结构设计不同数值孔径的后组，替换后组可实现具有不同轴向色散距离、分辨率和视场的轴向色散镜头。为了测试轴向色散镜头的性能，搭配成像光谱仪分光模块、针孔阵列板和白光LED，组成快照式光谱共焦测量实验装置，验证了研制的可调两种性能参数的轴向色散镜头具有良好性能。所提轴向色散镜头设计方案可用于构建快照式光谱共焦测量系统并实现高精度和高效率的3D形貌测量。
光学设计 光谱共焦 快照式 宽视场轴向色散 光学学报
2023, 43(20): 2022001
中国计量大学浙江省流量计量技术研究重点实验室，浙江 杭州 310018
采用激光诱导方法在油膜?水的液?液界面附近生成单个空泡，利用两台高速相机双视角同步记录空泡溃灭过程和油膜上下界面的演化过程，探究无量纲距离γ、油膜厚度D对空泡溃灭特性和油膜形态演化的影响。结果表明，油膜?水界面附近生成的空泡在溃灭过程中会不断远离界面，并且产生背向界面的高速射流，空泡质心位移和回弹半径与各向异性参数ζ呈对数函数关系。在空泡溃灭影响下，油膜下界面受到扰动发生不同程度的形态演化，而油膜上界面则在空泡溃灭结束后产生变形。油膜上界面存在驼峰射流、细射流、阶梯射流三种典型模式，油膜下界面则存在微扰动、倒丘型变形、锥状变形三种典型模式。在驼峰射流模式中，射流无量纲最大高度hm和γ呈幂函数关系。
激光技术 激光诱导 油膜‑水界面 空泡溃灭 界面演化 中国激光
2023, 50(13): 1301005
选取湖北蕲春、江西弋阳、陕西汉中三个产地蛇纹石骨料(以下简称湖北、江西、陕西蛇纹石骨料), 通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TG)对蛇纹石骨料防中子辐射性能和在高温下的结构稳定性进行了研究。结果表明: 湖北、江西、陕西蛇纹石骨料结晶水含量分别为6.89%、12.55%、12.50%(质量分数), 其中江西和陕西蛇纹石骨料结晶水含量高, 对防中子辐射更有利; 粒径为(10, 16］和(16, 20］ mm的湖北蛇纹石骨料在500 ℃时出现热爆裂行为, 其热重损失值分别为12.62%、24.72%。由于陕西蛇纹石骨料含有水镁石, 在温度为300~500 ℃时水镁石热分解脱水, 使骨料在500 ℃热重损失值达到2.75%~4.04%; 江西蛇纹石骨料在500 ℃时热重损失值最大为2.26%, 且无热爆裂行为和无水镁石的影响, 其高温结构稳定性较好, 是三个产地中性能最佳的蛇纹石骨料。本文提出的不同粒径蛇纹石骨料高温下结构稳定性的测试方法, 对推进国产蛇纹石骨料在核电反应堆、散裂中子源、核聚变材料辐照设施中的可维护测试单元等防中子辐射混凝土工程应用中具有一定指导意义。
骨料粒径 蛇纹石骨料 结晶水 热爆裂行为 热重损失 防中子辐射混凝土 aggregate size serpentine aggregate crystal water thermal cracking behavior thermogravimetric loss anti-neutron radiation concrete
1 重庆理工大学理学院, 重庆 400054
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 400714
3 中国科学院大学重庆学院, 重庆 400714
4 重庆邮电大学光电工程学院, 重庆 400065
化学气相沉积(CVD)是大尺度二维材料生长的有效方法, 但CVD过程不可避免地会产生高密度的空位缺陷, 影响材料的光电性能。本文利用碱金属卤盐辅助CVD法直接在p型Si(111)衬底上生长了毫米尺度和原子层厚的WS2。通过在钨源中掺入饱和ErCl3粉末, 得到Er掺杂WS2薄膜(WS2(Er))。结合光学显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、能量色散X射线光谱、光致发光和拉曼光谱等技术对材料进行表征, 结果表明, 相比纯WS2, WS2(Er)薄膜的荧光强度获得数量级增长, 且中心波长大幅红移。荧光测试表明, 相比SiO2衬底上的WS2, 在Si衬底上生长的WS2的荧光特性出现了明显的电荷转移效应。基于SiO2衬底上的WS2和WS2(Er)场效应晶体管器件的光电测试结果表明, WS2(Er)场效应晶体管的光响应度为4.015 A/W, 外量子效率为784%, 均是同等条件下纯WS2器件的2 000倍以上。本工作对稀土掺杂二维材料的研究具有一定的参考意义。
化学气相沉积 二硫化钨 铒掺杂 单晶硅 荧光特性 光电特性 CVD WS2 Er doping single-crystal silicon fluorescent property photoelectric property
1 武汉科技大学城市建设学院, 武汉 430065
2 武汉科技大学城市更新湖北省工程研究中心, 武汉 430065
3 武汉市中心工程检测有限公司, 武汉 430014
将不同掺量和不同直径的形状记忆合金(SMA)纤维埋入工程水泥基复合材料(ECC)制得形状记忆合金纤维增强工程水泥基复合材料(SMAF-ECC), 通过单轴循环拉伸试验研究SMA纤维直径和纤维掺量对SMAF-ECC试件拉伸应力-应变关系、残余应变、裂缝宽度和裂缝恢复率的影响。结果表明: 打结形SMA纤维的加入提高了ECC的极限应变和极限抗拉强度; 提高纤维掺量可有效提高SMAF-ECC试件的应变和裂缝恢复率, 试验所得试件的最大应变恢复率和裂缝恢复率分别达到69%和77%; 纤维直径在一定范围内增长, 可以提高应变和裂缝恢复率, 纤维直径过小会导致恢复率减小。研究成果为新型SMAF-ECC试件的推广应用提供了理论依据。
形状记忆合金纤维 纤维增强 超弹性 循环拉伸 裂缝宽度 应变恢复率 裂缝恢复率 shape memory alloy fiber fiber reinforced hyperelasticity cyclic tensile crack width strain recovery rate crack recovery rate
