1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室，山西 太原 030024
2 中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室，北京 100083
面向混沌激光测距对大功率混沌激光的需求，利用半透半反镜提供光反馈，使波长1530 nm的宽脊大功率半导体激光器（SL）产生了大功率自由空间混沌激光。同时，正是由于其多横模光束，混沌激光的时延特征被抑制，消除了时延特征对混沌激光测距的干扰。随着SL驱动电流的增大，时延特征被逐步抑制，但是弛豫振荡特征只在一定的电流区间被抑制。然后，详细研究了不同透射/反射比例下，周期性特征抑制的电流区间和相应的输出激光功率，最终产生了平均功率为440 mW、自相关主峰半峰全宽为0.07 ns、旁瓣峰水平为-6.3 dB的混沌激光。该研究工作为混沌激光测距提供了一种结构简单、低成本、高性能的混沌激光光源。
激光光学 混沌激光 激光测距 大功率 抗干扰 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2114004
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
3 广东省信息光子技术重点实验室，广东 广州 510006
4 广东工业大学信息工程学院，广东 广州 510006
为解决传统混沌同步通信中因收发双方参数难以完全匹配而导致的同步系数较小的问题，本文提出了一种基于储备池计算的激光混沌同步保密通信方法。利用混沌加密信号和部分混沌载波信号对储备池进行训练，使之与发送方同步，实现保密通信；进一步，利用交叉预测算法来降低储备池的预测误差，消除了同步误差积累效应，实现了长期预测与同步通信。此外，本文还探究了系统的同步与通信性能，得到了系统能在保证安全度的前提下实现同步系数为99.90%的高质量混沌同步与通信的结论。仿真结果表明混沌载波的预测均方误差可达10－4量级，通信误码率可达10－9量级。最后，通过图像通信仿真实验验证了本系统的可行性。
光通信 混沌同步 储备池计算 交叉预测算法 中国激光
2022, 49(18): 1806001
1 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室，太原 030024
2 上海大学 特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
3 保密通信重点实验室，成都 610041
4 广东工业大学 信息工程学院，广州 510006
5 广东省光子学信息技术重点实验室，广州 510006
针对当前大多数随机数产生方案结构复杂和体积庞大的问题，文章从理论上提出并仿真论证了一种基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)模式跳变直接产生全光物理随机数的技术方案。通过方波调制信号周期性重启工作在双稳区域的VCSEL，并利用自发辐射噪声平衡两个偏振模式出射的不对称，可以直接实现随机数的产生。仿真结果表明，该方法可以直接产生速率为2.5 Gbit/s且随机性得到验证的物理随机数。该方案主要包含一个VCSEL，结构简单，为随机数发生器的光子集成问题提供了新的解决方案。
光通信 全光物理随机数 模式跳变 垂直腔面发射激光器 optical communications all-optical physical random number mode hopping VCSEL
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 西北工业大学 电子信息学院&光学影像分析与学习中心, 陕西 西安 710072
4 伦敦南岸大学 工程学院, 英国 伦敦 SE10AA
时间抖动是衡量光频梳、低相噪激光器、微波光子雷达等低噪系统性能的核心参数, 其精确测量已成为一项重要工作。传统的直接探测法受限于微波振荡器的本地噪声或光电探测器的噪声, 测量精度较低, 在实际应用中无法实现对极低时间抖动参数的高精度测量; 光外差、光学互相关等光学测量方法存在着系统复杂的缺点, 并且对参考源和被测源的要求较高。为了测量阿秒级别的时间抖动, 本文研究了一种高精度、无参考源的时间抖动测量方法, 该方法主要基于长光纤延迟线和光载波干涉技术实现对时间抖动的超高精度测量, 在满足较高测量精度的前提下无需两个相似待测源, 极大降低了测量系统的复杂程度。然后, 优化了测量系统结构, 解释了光纤延迟线体系中伪像峰机理, 并提出了二次差频梳齿模型。系统仿真测得100 MHz重频激光器在其100次谐波点10 GHz处、频偏10 MHz时的噪声基底为3.29×10-13 fs2/Hz(等同于-211 dBc/Hz), 从10 kHz到10 MHz总的均方根时间抖动为535 as。实验结果表明, 此方法在超低时间抖动测量方面具有明显优势, 作为一种便捷、高效的时间抖动测量方法, 可以应用于被动锁模激光器、光频梳、超连续谱等不同待测源。
时间抖动 锁模激光器 光纤 光外差 频域分析 timing jitter mode-locked laser optical fiber optical heterodyne frequency domain analysis 光学 精密工程
2020, 28(11): 2429
1 山西大学 理论物理研究所,量子光学与光量子器件国家重点实验室,太原 030006
2 山西大学 物理电子工程学院,太原 030006
3 山西大学 现代教育技术学院计算机中心,太原 030006
4 中科院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室,北京 100083
5 晋中学院 数理学院,晋中 030619
本文基于新型材料狄拉克半金属(Dirac semimetals,DSs),设计了一款高纯度宽频带可调谐线偏振转换器,偏振转换率(PCR)超过99％的相对带宽为15.72％。在频段5.25～6.14 THz内,椭度角接近0°,偏振方位角约等于-90°。这种转换性能主要是源于顶层超表面的各向异性和局域的表面等离子体激元谐振(LSPRs)的激发。此外,通过改变费米能的大小可以使所设计的偏振转换器在不同的频带范围内实现宽频带偏振转换。最后,通过半解析的方法对偏振转换特性进行了理论分析。该设计在太赫兹通信、成像、无损检测等领域具有一定的应用价值,同时为宽频带可调谐太赫兹线偏振转换器的设计提供了新思路。
狄拉克半金属 太赫兹 宽频带 可调谐 偏振转换器 Dirac semimetals terahertz broadband tunable polarization converter
深圳大学物理与光电工程学院, 生物医学光子学研究中心, 光电子器件与系统广东省/教育部重点实验室, 广东 深圳 518060
随机光学重构显微(STORM)的时间和空间分辨率相互制约,难以实现活细胞的超分辨成像,且超分辨图像的后处理分析与重构算法对图像质量也有非常重要的影响。基于此,针对高密度标记与高采样率所导致的单帧图像中光斑重叠及过多的背景噪声,提出一种用于单分子定位显微成像的新型噪声校正主成分分析(NC-PCA)方法,对单分子定位显微成像采集的图像进行预处理后再进行定位重构,提高了现有定位方法的定位精度,同时还实现了重叠分子的区分定位,从而提高了生物样品的标记密度,改善了超分辨成像的时间分辨率,可为活细胞单分子定位成像提供技术支持。
生物光学 随机光学重构显微 主成分分析 降噪算法 超分辨光学成像
1 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室, 山西 太原 030024
2 煤与煤层气共采国家重点实验室, 山西 晋城 048012
针对马赫泽德干涉系统振动事件定位性能有待改进的问题, 构建了双路马赫泽德振动检测系统, 分析了时延估计振动定位原理, 提出了用于双路探测信号时延估计的广义互相关算法, 增加了信号频域分析的灵活性和可行性, 通过数字滤波减小了系统的定位误差。实验结果表明, 系统可以准确检测与定位施加在传感光纤上的方波信号、冲击信号及敲击信号, 并在传感距离为940m长的光纤上实现了小于20m的定位误差和可重复的稳定检测。从而为光纤振动传感技术在矿业与工业等领域的推广应用提供了一种新的解决思路。
光纤传感 振动检测 双路马赫泽德 广义互相关 时延估计 optical fiber sensing vibration detection double Mach-Zehnder generalized cross-correlation time delay estimation
