1 西南技术物理研究所 量子研究中心，四川 成都 610046
2 电子科技大学 基础与前沿研究院，四川 成都 611731
3 长春理工大学 高功率半导体激光器实验室，吉林 长春 130013
量子科技的发展多年来得到了光电技术的有力支撑，笔者团队由此进行了一系列光电量子器件的研究和开发。为在光纤量子通信中实现单光子信号的按需产生，笔者设计了几种微纳柱型光腔-量子点单光子源；发展了频分复用技术，研制了高纯度、高全同的宣布式单光子源；利用GaN缺陷的单光子特性，制备了室温量子随机数发生器。笔者优化周期极化铌酸锂的级联波导结构设计，大幅提升了通信波段量子纠缠光源性能，使保真度高于97%，噪声特性提高10倍；设计和制备Si3N4微环腔纠缠源器件，实现了99%的干涉可见度，展示了芯片集成量子光源的技术可行性；应用所制备的纠缠光源，实现了数十千米光纤基量子密钥分发和量子隐形传态。笔者发展了单光子探测器制造工程，研制了用于太阳光谱量子测量的低噪声高速雪崩单光子探测器和用于量子成像的128×32及以上规模的雪崩焦平面单光子探测器。笔者制备了光纤基量子存储器，实现了1 650个光子模式的有效存储；研究了光机械量子器件的原理机制，探索了纳米光机电系统用于量子精密测量的技术前景。希望以上综述为未来量子信息网络的发展提供研究参考和技术储备。
光电子学 量子器件 量子信息 单光子 量子纠缠 量子网络 optoelectronics quantum device quantum information single photon quantum entanglement quantum network 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230560
1 西南技术物理研究所，四川 成都 610046
2 长春理工大学 物理学院，吉林 长春 130022
3 鹏城实验室 数学与理论部，广东 深圳 518000
采用半导体可饱和吸收镜的锁模光纤激光器是构建皮秒脉冲光纤放大器的热门候选种子光源之一。本文利用非线性薛定谔方程从理论上分析了单模传输光纤和单模增益光纤的模场半径、增益光纤的光纤长度、光纤布拉格光栅的反射率、半导体可饱和吸收镜的调制深度、非饱和损耗和饱和通量对输出脉冲特性的影响。对输出激光的脉冲和光谱特性也进行了理论研究。根据仿真结果，搭建了基于非保偏线型腔和SESAM的掺镱锁模光纤激光器系统。在没有任何腔内色散补偿和外部偏振控制的情况下，获得了中心波长为1.06 μm、脉冲宽度小于12.51 ps、光谱宽度为0.32 nm、重复频率为37 MHz、输出功率为2 mW的稳定锁模脉冲激光输出。在我们的实验中，激光脉冲的光谱边缘平滑，光谱分布非常接近高斯线型。最后，通过系统的仿真，近红外锁模光纤激光器的整体结构得到了优化。本文介绍的锁模光纤激光器具有紧凑的非保偏光纤结构、精简的腔内配置和较少的元器件、高质量的输出脉冲相关特性，有望为下一代皮秒脉冲光纤激光器提供性能优异的实用化种子光源。
非保偏光纤 高斯线型光谱 锁模光纤激光器 结构优化 non polarization maintaining fiber Gaussian linear spectrum mode-locked fiber laser structural optimization 
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Instrument Science and Engineering, School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 Department of Electrical Engineering, School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
3 Southwest Institute of Technical Physics, Chengdu 610041, China
This paper investigates the combination of laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) and deep convolutional neural networks (CNNs) to classify copper concentrate samples using pretrained CNN models through transfer learning. Four pretrained CNN models were compared. The LIBS profiles were augmented into 2D matrices. Three transfer learning methods were tried. All the models got a high classification accuracy of , with the highest at 96.2% for VGG16. These results suggested that the knowledge learned from machine vision by the CNN models can accelerate the training process and reduce the risk of overfitting. The results showed that deep CNN and transfer learning have great potential for the classification of copper concentrates by portable LIBS.
laser-induced breakdown spectroscopy convolutional neural networks classification flotation concentrate transfer learning Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 043001
为研究在基于热烧蚀效应的激光清洗中激光参数对清洗效果的影响，根据热烧蚀效应原理、傅里叶热传导方程以及能量守恒定理，使用有限元分析软件建立了热烧蚀动态能量守恒的二维激光清洗仿真模型。在该模型中使用了虚拟第三类边界条件，将薄层-基底系统中的激光烧蚀热功率密度与被烧蚀污渍层边界的法向移动速度进行关联，实现了污渍层烧蚀潜热消耗量与激光烧蚀能量之间的动态能量守恒，明确了质量损失与能量消耗的数学关系，使所建立的模型更加理论自恰和精确可靠。利用该模型理论分析了光斑吸收功率、光斑直径、扫描速度以及扫描能量密度对清洗效果的影响，结果表明：污渍平均残留厚度随光斑吸收功率和扫描能量密度增大而减小，且减小的速率会逐渐变慢，当激光功率过大时，基材会出现损伤；污渍平均残留厚度随光斑直径和扫描速度的增大而变大，但减小光斑直径和扫描速度会降低清洗效率。提出了根据污渍层物性参数与扫描能量密度的对应关系优化激光参数的方法，并对非平整表面污渍层进行了多次不间断扫描的仿真分析，得到了清洗效果随扫描次数的变化规律。该研究结果对激光清洗设备的方案设计、优化改进和使用选型具有一定的指导意义。
激光清洗 热烧蚀 有限元分析 薄层-基底系统 动态能量守恒 laser cleaning thermal ablation FEA thin layer-base system dynamic energy conservation 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220779
1 西南技术物理研究所, 成都 610041
2 电子科技大学 基础与前沿研究院, 成都 610054
量子信息科技的进步, 在很大程度上依赖于传统材料的成熟与发展。近年来, 铌酸锂成为量子器件的重要基础材料, 在量子科技领域具有巨大的应用潜力。梳理了基于铌酸锂材料制备的量子光源、量子中继器件、单光子探测器件等各类铌酸锂量子器件的技术进展, 总结了它们的优缺点并展望了其未来主要的发展趋势, 对基于铌酸锂材料制备的量子器件在量子信息科技的实用化具有很好的指导作用。
量子光学 量子器件 非线性光学 铌酸锂 quantum optics quantum devices nonlinear optics lithium niobate
1 新疆大学 物理科学与技术学院, 乌鲁木齐 830046
2 西南技术物理研究所, 成都 610041
为了讨论缓冲气体对碱原子精细结构能级间的能量交换加速作用, 利用激光感应荧光光谱对Cs(Rb)-N2系统中的精细结构碰撞能量转移过程进行了实验研究, 获得了不同条件下碱原子D1线和D2线的荧光变化数据。结果表明, 在Cs-N2系统中, N2分子更多参与精细结构能量交换的加速过程;在340K时, 系统具有高的荧光转换效率;在Rb-N2系统中, N2分子主要参与猝灭过程, 对精细结构碰撞的增益作用不明显。这一结果可为半导体抽运碱金属激光器的高效运行提供参考数据。
激光器 精细结构能量转移 激光感应荧光光谱 Cs-N2系统 缓冲气体 猝灭 lasers fine structure energy transfer laser induced fluorescence spectroscopy Cs-N2 system buffer gas quenching
半导体激光抽运碱金属激光器(DPAL)具有很高的斯托克斯效率、高光束质量、近红外光谱等优异的特性,得到了广泛的关注和较快的发展。作为典型的三能级激光器, 碱金属激光器连续输出的近红外波长分别为895nm(铯), 795nm(铷), 770nm(钾)。介绍了半导体激光抽运碱金属激光器的物理机理和重要研究进展, 以及作者团队在碱金属激光器方向做的理论和实验研究情况, 讨论了该领域存在的问题和难点, 并对碱金属激光器的未来发展进行了分析和展望。
激光器 碱金属激光器 半导体抽运 气体流动系统 lasers alkali lasers laser diode pump gas flowing system
1 西南技术物理研究所，四川 成都 610041
2 上海航天技术研究院，上海 201109
3 电子科技大学自动化工程学院，四川 成都 611731
由于涡旋光具有内禀的拓扑荷（TC）属性，其作为空间光通信的载体会拥有更高维的希尔伯特空间，故基于涡旋光的光通信将明显提升信道容量和安全性。在光通信的信道接收端，需要准确且快速地识别TC以解码所传输的信息。将偏振态维度引入到TC的识别过程中，从数值模拟和实验验证两个方面研究了偏振态对TC识别的影响。通过分析马赫-曾德尔干涉仪中不同偏振态的信号光与参考光所形成的干涉图像发现，使用圆偏振态的高斯光（参考光）对圆偏振态的涡旋光（信号光）的TC识别最为有利，且在TC识别过程中具有圆偏振态的信号光与参考光对干涉光路的角度敏感性也最低。理论模拟与实验数据的吻合程度较好表明，所提的偏振干涉TC识别方案对未来高速、高容量涡旋光数千米量级的光通信具有一定的实用参考意义。
物理光学 偏振态 拓扑荷 涡旋光束 干涉测量 光学学报
2022, 42(17): 1726001
1 西南技术物理研究所, 成都 610041
2 电子科技大学 基础与前沿研究院,成都 610054
激光诱导等离子体作为一种宽光谱辐射源, 能够产生X射线、紫外、可见、红外、太赫兹以及微波波段的辐射, 可应用于天体物理、惯性约束核聚变、生物医学、材料科学、光谱分析、环境工程、信息技术、超快技术、光刻技术、成像技术、雷达技术、半导体技术等众多领域, 具有较高的实用价值。迄今为止, 有关激光诱导等离子体辐射特性的文献报道大多集中于描述激光与物质在单一波段的相互作用, 对辐射的产生机理还未完全掌握, 对完整光谱的研究综述依然比较缺乏。从电磁辐射光谱及其辐射机制的角度, 对激光诱导等离子体的辐射特性做出了系统的梳理分类, 对国内外相关团队的研究成果进行了总结和分析, 特别从不同视角探究了等离子体与光谱辐射之间的物理关系。介绍了激光诱导等离子体各个波段的辐射特点, 并讨论了影响辐射的相关因素。最后, 对红外波段和太赫兹波段的研究前景进行了展望。
光谱学 辐射光谱 辐射机制 激光诱导等离子体 spectroscopy radiation spectrum radiation mechanism laser-induced plasma
1 电子科技大学基础与前沿研究院, 四川 成都 610054
2 西南技术物理研究所, 四川 成都 610041
量子通信是当前量子信息领域的研究前沿和热点。增益开关半导体激光产生技术是一种实现脉冲激光产生的成熟方法,将其与注入锁定技术结合,可以满足量子通信应用对激光脉冲的需求。系统地介绍了增益开关半导体激光器的工作原理和注入锁定方案,以及其在量子密钥分发、量子随机数产生等方面的应用现状,着重从物理原理、实验方案和最新研究进展等方面进行阐述,并对其下一步的发展进行简要展望。
