Author Affiliations
Abstract
1 Peng Cheng Laboratory, Shenzhen, China
2 Shanghai Jiao Tong University, State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Department of Electronic Engineering, Shanghai, China
3 University of L’Aquila, Department of Physical and Chemical Sciences, L’Aquila, Italy
We propose a joint look-up-table (LUT)-based nonlinear predistortion and digital resolution enhancement scheme to achieve high-speed and low-cost optical interconnects using low-resolution digital-to-analog converters (DACs). The LUT-based predistortion is employed to mitigate the pattern-dependent effect (PDE) of a semiconductor optical amplifier (SOA), while the digital resolution enhancer (DRE) is utilized to shape the quantization noise, lowering the requirement for the resolution of DAC. We experimentally demonstrate O-band intensity modulation and direct detection (IM/DD) transmission of 124-GBd 4 / 6-level pulse-amplitude modulation ( PAM ) -4 / 6 and 112-GBd PAM-8 signals over a 2-km standard single-mode fiber (SSMF) with 3 / 3.5 / 4-bit DACs. In the case of 40-km SSMF transmission with an SOA-based preamplifier, 124-GBd on-off-keying (OOK)/PAM-3/PAM-4 signals are successfully transmitted with 1.5 / 2 / 3-bit DACs. To the best of our knowledge, we have achieved the highest net data rates of 235.3-Gb / s PAM-4, 289.7-Gb / s PAM-6, and 294.7 Gb / s PAM-8 signals over 2-km SSMF, as well as 117.6-Gb / s OOK, 173.8-Gb / s PAM-3, and -231.8 Gb / s PAM-4 signals over 40-km SSMF, employing low-resolution DACs. The experimental results reveal that the joint LUT-based predistortion and DRE effectively mitigate the PDE and improve the signal-to-quantization noise ratio by shaping the noise. The proposed scheme can provide a powerful solution for low-cost IM/DD optical interconnects beyond 200 Gb / s.
look-up-table digital resolution enhancer quantization noise semiconductor optical amplifier pattern-dependent effect pulse-amplitude modulation Advanced Photonics Nexus
2024, 3(3): 036007
1 西安电子科技大学光电工程学院，陕西 西安 710071
2 西安电子科技大学前沿交叉研究院，陕西 西安 710071
3 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心，北京 100190
4 航天江南集团有限公司，贵州 贵阳 550009
翠绿宝石激光器在医疗美容等领域发挥着重要的作用，其通常采用红光二极管（LD）激光器作为泵浦源，可以获得较高的转化效率，但红光LD激光器的光束质量较差，不适合直接作为克尔透镜锁模激光器的泵浦源，商用的绿光激光器以其优异的光束质量成为了克尔透镜锁模翠绿宝石激光器的首选泵浦源。报道了一种绿光泵浦的克尔透镜锁模翠绿宝石激光器。实验采用商用532 nm全固态绿光激光器作为翠绿宝石激光器的泵浦源，当泵浦光功率为10 W时，实现了稳定的锁模脉冲输出，重复频率为92 MHz，平均功率为369 mW，脉冲宽度为86 fs，中心波长为749 nm，光谱半峰全宽为6.3 nm。
激光器 全固态激光器 绿光泵浦 克尔透镜锁模 翠绿宝石
1 1.上海师范大学 化学与材料科学学院, 上海 200234
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 201899
3 3.上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
在轨高真空环境下, 航天器所用非金属材料会释放出碳氢类、硅氧烷等有机分子污染物, 沉积在航天器光学系统等敏感表面, 影响航天器性能和使用寿命。沸石分子吸附涂层可以实时吸附空间污染物, 但对其吸附作用机制还缺乏深入研究。为深入分析空间污染物分子在沸石内部的吸附机制, 本工作采用巨正则蒙特卡洛方法模拟计算了NaY沸石对三种典型空间污染物(甲苯(C7H8)、邻苯二甲酸二甲酯(C10H10O4)和八甲基环四硅氧烷(C8H24O4Si4))的吸附行为(吸附等温线、吸附热曲线和粒子密度分布图)。模拟和实验数据的对比分析验证了计算模型和方法的合理性。在超高真空条件下, NaY沸石对空间污染物表现出较高的吸附量, 但其饱和吸附量随着分子尺寸的增加而降低(C7H8>C10H10O4>C8H24O4Si4), 其中八甲基环四硅氧烷分子的饱和吸附量仅为8个分子, 远低于甲苯的36个分子。污染物分子在沸石内部的密度分布图显示, 三种污染物均优先吸附于NaY沸石的“超笼”位点。本研究系统分析了NaY沸石对典型污染物的吸附机制, 为高吸附性能的沸石分子筛吸附涂层的研发提供了理论指导。
蒙特卡洛模拟 NaY沸石 吸附机理 空间污染物 Monte Carlo simulation NaY zeolites adsorption mechanism space contaminants
中铁十九局集团 矿业投资有限公司, 北京 100161
在露天矿台阶爆破时, 台阶区域内的岩石移动轨迹是露天矿实现精准采矿的重要影响因素, 尤其针对矿化不均匀的矿体。针对乌山铜钼矿台阶爆破过程中内部岩石移动轨迹尚不明确的难点问题, 将通过采用信号标志物的跟踪算法, 并依托满洲里乌山铜钼矿开展了现场台阶爆破测试。通过现场智能信标安装、定位、监测和数据分析, 研究结果表明: 第一排信标运动时间长, 移动速度快, 平均速度达到5.8~9.8 m/s, 运动距离在18.4~29.4 m; 由于受到台阶前段岩体的约束和阻碍, 2#监测信标的运动时间、飞行速度与移动距离明显下降, 平均速度为1.8~4.8 m/s, 运动距离为5.3~14.2 m; 3#爆破孔信标移动距离和移动时间最小, 3-3号信标斜向下俯冲角度达到25°左右, 6-1、6-2、6-3号信标斜向下俯冲角度较为平缓2°~8°左右。从深度上来看, 浅部信标在前冲的这段时间内, 前半段水平向前移动, 后半段有明显的下降趋势, 深部信标的垂直运动距离明显小于浅部信标。
露天矿 台阶爆破 岩石移动轨迹 信号标志物 open-pit mine bench blasting trajectory of rock movement signal marker
1 北京科技大学自动化学院仪器科学与技术系, 北京 100083
2 北京科技大学自动化学院仪器科学与技术系, 北京 100083北京市工业波谱成像工程技术研究中心, 北京 100083
在太赫兹光谱实验测试中, 为了提高系统信噪比, 被测试的固态样品表面通常为平行且光滑的形态, 然而在安检等实际应用场合中, 自然状态下的物体表面可能会呈现出凹陷、 凸起等特殊形态, 这会对太赫兹光谱产生影响, 这些影响与特殊形态的尺寸有关, 但最容易忽视的是这些影响也与太赫兹波的空间分布有关。 首先, 对凹陷表面样品进行了基于高斯光学的太赫兹波透射过程建模, 研究了表面具有规则圆柱形的凹陷表面形态对太赫兹透射光谱的影响。 通过小孔拟合法对太赫兹光谱系统的高斯光学参数进行了测量, 获得了太赫兹波的束腰半径等参数。 然后, 选用表面被加工成凹陷形态的聚四氟乙烯为实验材料进行太赫兹透射光谱实验, 将太赫兹光谱传递函数幅值的理论模型值和实验值进行对比来验证模型的适用情况, 通过实验证实了在表面有凹陷等缺损情况时将太赫兹波进行高斯光束建模的必要性。 最后, 由模型推论出在与太赫兹波传播方向平行和垂直两个维度方向上, 凹陷深度和凹陷半径对太赫兹透射光谱的定量影响作用: 随着凹陷深度的增加, 光谱传递函数幅值周期越来越小, 两者之间存在单调的定量关系, 且不会受到凹陷半径的影响。 利用凹陷深度对光谱传递函数幅值周期的定量影响关系可以实现对凹陷深度的定量检测, 当可用频谱宽度为1.2 THz时, 凹陷深度的最低检测值为0.53 mm; 随着凹陷半径的增加, 光谱传递函数幅值均值有着先降低后增加的变化趋势, 两者之间不存在单调函数关系且受到凹陷深度的影响。 当凹陷半径大于5 mm时, 光谱传递函数幅值均值不再随半径的增加而增大, 样品表面凹陷对太赫兹波光谱传递函数幅值幅度的影响与凹陷位置也有关系, 这两种现象主要与太赫兹波的高斯分布情况有关。 研究结论可用于太赫兹波在非极性材料表面缺陷的无损检测中, 还可用于设计样品表面形态, 使其具有期望的光谱传递函数。
太赫兹光谱技术 透射模型 表面形态 高斯光学 Terahertz spectroscopy Transmission model Surface morphology Gaussian optics 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2843
1 湖南农业大学农学院, 湖南 长沙 410128 中国农业大学农学院, 北京 100193国家能源非粮生物质原料研发中心, 北京 100193
2 中国农业大学农学院, 北京 100193国家能源非粮生物质原料研发中心, 北京 100193
3 湖南省农业信息与工程研究所, 湖南 长沙 410125湖南省智慧农业工程技术研究中心, 湖南 长沙 410125湖南省产业技术基础公共服务平台, 湖南 长沙 410125
4 湖南农业大学农学院, 湖南 长沙 410128
5 王晓玉
检测生物质原料的灰分含量是高效转化能源的基础, 但传统高温灼烧法测试耗时长、 成本高, 而近红外光谱分析技术能够实现无损、 快速及低成本对未知样本定性或定量的分析。 以5个地点、 10种类型的1 465份生物质原料样品为研究对象, 应用“筛选分类集合法”将样品划分9个集合, 构建近红外光谱生物质样品灰分含量模型。 主要结果为: 玉米秸秆（M）、 小麦秸秆+玉米秸秆+棉花秸秆（WCM）和小麦秸秆+杂草+园林叶（WWL）主因子数分别为5、 6和6； M集合的交叉验证决定系数（R2cv）为0.975, WCM集合的预测决定系数（R2p）为0.983, 模型拟合度最高； 长白皮+棉花秸秆集合（WC）的均方根标准误差（RMSE）最小分别为0.588 7和0.486 4, M集合的交叉验证相对分析误差（RPDcv）最高为6.3, WCM集合的预测相对分析误差（RPDp）最高为7.8, 模型预测精度最高； M集合的交叉验证平均相对偏差ARDcv最小为6%, WCM集合预测平均相对偏差ARDp最小为8%, 木质（W）集合RMSECV/RMSEP为1.01, 模型稳健性最高； 9个生物质样品灰分含量集合模型的R2范围为0.753 8~0.979 4, 建模集与预测集偏差较小均具有较好的线性关系, 其中, H集合（R2=0.942 5）、 M集合（R2=0.979 4）和WCM集合（R2=0.978 7）其拟合度与线性关系最优； L集合（木材边角料）的R2最低, 其值为0.753 8, 判断影响的主要因素是样品中含有泥沙、 粘合剂和油漆等杂质。 为解决常见生物质发电厂原料检测评估问题, 利用9个生物质灰分集合模型对11种生物质样品计算平均相对偏差（ARD）进行预测评估, 草质样品模型预测效果好（ARD范围为3.7%~16.5%）。 应用“筛选分类集合法”划分样品集合来建立近红外光谱生物质灰分含量模型, 其拟合度、 稳健性和精确度都较全样品集合模型性能更高。
生物质样品 筛选分类集合法 近红外光谱技术 快速检测 模型构建 Biomass samples Screening classification set method Near-infrared spectroscopy Rapid detection Model construction 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3143
1 北京林业大学水土保持学院, 北京 100083
2 中国林业科学研究院沙漠林业实验中心, 内蒙古 磴口 015200
沙尘天气事件作为一种危害性极大的灾害天气, 对我国西北干旱区生态环境影响显著。 借助于地面实测颗粒物数据、 MODIS影像数据、 OMI传感器影像数据、 CALIPSO激光雷达数据, 采用HYSPLIT模式对我国西北地区2016年一次典型沙尘事件时空演变特征进行研究。 首先, 基于PM2.5/PM10指数判断西北地区典型城市大气污染源性质以及污染情况; 然后, 利用MODIS影像MCD19-A2数据产品-气溶胶光学深度AOD数据、 OMI-Aura L3级OMAEROe数据产品-紫外吸水性气溶胶指数AAI数据和CALIPSO-Level1级数据, 分析大气气溶胶中沙尘水平空间分布特征; 最后, 借助HYSPLIT模式模拟沙尘气流后向轨迹, 确定区域内沙尘传送路径。 研究结果显示, 西北地区典型城市中西宁、 兰州、 银川在2016年4月30日—5月1日前后PM10指数均超过200 μg·m-3, PM2.5/PM10均小于0.6, 且处于较低值, 这表明是由于自然污染源影响导致空气中可吸入颗粒物含量上升, 可推测此次为沙尘暴事件影响; 大气气溶胶在沙尘事件发生期间呈现出明显水平变化特征, 沙尘事件起源于南疆盆地, 在5月1日至5月4日持续影响新疆南部和中部地区, 青海、 甘肃、 宁夏以及陕西部分地区也受到影响; 根据其变化可知, 塔克拉玛干沙漠是本次沙尘天气事件气溶胶污染形成的中心, 此次沙尘暴事件影响范围主要有新疆南部盆地和中部以及青海省北部地区; 通过对气流轨迹模拟结果来看, 2016年4月30日—5月1日沙尘暴事件通过偏西型路径主要影响新疆以及青海部分地区, 经分析可得其沙尘物质可能来源于南疆盆地、 新疆北部位于准噶尔盆地内部古尔班通古特沙漠以及境外哈萨克斯坦等地区。 这些研究结果将为抑制西北地区沙尘源地起沙过程、 保护生态环境可持续发展提供重要科学依据。
沙尘天气 遥感影像 大气气溶胶 沙尘运移 西北干旱区 Sandstorm event Remote sensing Atmospheric aerosol Dust migration Arid Northwest China 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1862
强激光与粒子束
2023, 35(12): 121001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所 王之江激光创新中心，上海 201800
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院，北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
针对同时兼顾大范围搜索和精确识别目标的迫切需求，研制了一种大变倍比红外变焦成像系统，设计两片独立运动的变倍镜及一片补偿镜，通过两个变倍镜级联的方式获得大变倍比。结合系统运动镜片多及变焦曲线复杂的特点，采用直线运动机构实现镜片变焦运动，使用集成编码器及螺纹丝杆的直线电机作为驱动。通过有限元仿真开展了系统力学分析，所设计镜片最大位移为3.04×10-3 mm。成像系统适用于中波红外制冷式640×512焦平面阵列探测器，变倍比达到55倍。实验室成像及外场实景成像的结果表明，系统在焦距由6 mm至330 mm连续变化的过程中成像清晰、像质良好，验证了系统的连续变焦成像性能，该设计合理可靠。研究成果在搜索、跟踪、侦察、监视等方面有广阔的应用前景。
红外变焦成像系统 大变倍比 直线运动机构 直线电机 infrared zoom imaging system large zoom ratio linear motion mechanism linear motor
中国电子科技集团公司第二十四研究所， 重庆 400060
针对宽带大信号容量无线系统对低三阶交调失真射频放大器的迫切需求，从放大器偏置点优化和片上散热优化两个方面研究了基于HBT工艺的低三阶交调失真射频放大器优化设计方法。分析了达林顿复合结构射频放大器交调特性与直流偏置点的关系，给出了放大器最佳三阶交调直流偏置点。提出了一种优化散热的输出级分散布局电路结构，减小了片上温升带来的三阶交调性能恶化。应用提出的优化设计理论方法，基于2 μm AlGaAs/GaAs HBT工艺，设计了一款工作于0.05~1 GHz的低三阶交调失真射频放大器。测试结果表明，该放大器实现了42.1 dBm的输出三阶交调点，三阶交调与1 dB压缩点之比达到了21.2 dB。
射频放大器 三阶交调 HBT HBT RF amplifier 3rd order intercept point
