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Abstract
Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
On-chip stimulated Brillouin scattering (SBS) has attracted extensive attention by introducing acousto-optic coupling interactions in all-optical signal processing systems. A series of chip-level applications such as Brillouin lasers, amplifiers, gyroscopes, filters, and nonreciprocal devices are realized based on Brillouin acousto-optic interaction. Here, we first introduce the fundamental principle of SBS in integrated photonics and a method for calculating Brillouin gain; then we illustrate the Brillouin effect on different material platforms with diverse applications. Finally, we make a concise conclusion and offer prospects on the future developments of on-chip SBS.
stimulated Brillouin scattering integrated photonics silicon-on-insulator Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 020031
华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 武汉 430074
为了研究和论证锗硅材料体系在器件的工艺制备和理论性能上的优势, 拓展锗硅量子阱结构的应用范围, 采用数值仿真结合实际器件制备的方法, 进行了理论分析和实验验证, 设计了一种基于Ge/SiGe非对称耦合量子阱材料的光学相位调制器, 并在实验测试中验证了该理论的正确性。结果表明, 当电场超过40 kV/cm时, 该材料在1450 nm波长处可以达到最高0.01的电致折射率变化; 经测试发现, 实际制备的器件在1.5 V的反向偏置电压下,实现了1530 nm波长处2.4×10-3的电致折射率变化, 对应的VπLπ=0.048 V·cm, 在同类型锗硅光调制器中达到了先进水平。该研究为硅基集成光调制器的进一步发展开辟了新的方向。
集成光学 锗硅调制器 非对称耦合量子阱 相位调制 integrated optics Ge/SiGe modulator asymmetric coupled quantum well phase modulation
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 邵阳学院电气工程学院多电源地区电网运行与控制湖南省重点实验室，湖南 邵阳 422000
3 武汉飞思灵微电子技术有限公司，湖北 武汉 430040
为实现单模光纤与锗硅材料器件的垂直耦合并提高耦合效率，设计了一种锗硅光栅耦合器。通过在硅衬底上增加金属反射层来提高光栅的耦合效率，并利用时域有限差分法仿真软件对锗硅光栅的刻蚀深度、刻蚀槽宽和光栅周期等结构进行了优化。然后，分析了有无金属反射层时的功率和电场分布情况，计算了光栅耦合效率。仿真结果表明，在最佳工作波长1466 nm处，有金属反射层均匀光栅得到的光栅最大耦合效率为-1.34 dB，相比无金属反射层光栅，最大耦合效率提高了9.4 dB，并且光在波导中的定向性得到了明显的改善。另外，为进一步提高耦合效率，在均匀光栅的基础上仿真设计了两步变迹光栅，相比均匀光栅最大耦合效率提高了0.55 dB。同时，对耦合光栅中的金属层厚度、锗硅材料折射率和光栅尺寸三个方面行了工艺容差分析，结果表明，所设计的耦合光栅对工艺偏差具有较高的容忍度。最后，制作了锗硅耦合光栅器件，测试结果表明，在工作波长1465 nm处，获得了-2.7 dB的最大耦合效率。
集成光学 锗硅材料 垂直耦合 光栅耦合器 金属反射层 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1913002
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 邵阳学院电气工程学院多电源地区电网运行与控制湖南省重点实验室，湖南 邵阳 422000
3 武汉飞思灵微电子技术有限公司，湖北 武汉 430040
硅基光子集成技术在众多领域已经取得了重大突破，但目前唯一能实现全部硅基集成有源器件且与互补金属氧化物半导体工艺兼容的材料是锗硅材料体系。Ge/SiGe多量子阱作为硅基光调制器在硅芯片上能实现短距离光互连，基于量子限制斯塔克效应的Ge/SiGe多量子阱调制器具有低功耗、低偏压、高速率的优点。总结了基于Ge/SiGe多量子阱调制器的研究现状和进展，讨论对比了Ge/SiGe多量子阱调制器的消光比、光损耗、偏置电压、电场、光调制器的调制带宽、暗电流等性能参数，展望了Ge/SiGe多量子阱调制器在集成光子学中的发展方向和面临的挑战。
光学器件 硅基光子学 SiGe调制器 Ge/SiGe多量子阱 量子限制斯塔克效应 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1900003
武汉科技大学，煤炭转化与新型碳材料湖北省重点实验室，武汉 430081
氮化铁具有硬度高、熔点高、热导性高、耐腐蚀、安全无污染、电子导电性优异以及类铂的电子结构等优势，且其原材料资源丰富、成本低廉，在储能与电催化等众多领域中有着极大的应用前景。本文综述了铁基氮化物在结构、制备、性能和应用方面的研究进展，重点关注其制备方法和在储能领域(如锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池)、电催化领域(如氢析出反应、氧析出反应、氧还原反应)中的应用，同时对铁基氮化物存在的主要问题进行了总结，对其未来的研究方向和应用前景进行了展望。
铁基氮化物 复合材料 制备 储能 电催化 应用 iron-based nitride composite synthesis energy storage electrocatalysis application
1 南方电网责任有限公司，广州510530
2 华中科技大学 武汉光电国家研究中心，武汉 430074
光纤复合架空地线(OPGW)中光信号的偏振态会因风振而改变，进而导致系统性能的劣化。为了了解风振对OPGW偏振态的影响，通过实验模拟了在不同摆动情况下OPGW的偏振态变化，并基于所测试的数据分析了偏振态的变化规律和风振对相干光通信的影响，给出了相干光通信系统中所需要补偿算法的计算依据。实验结果表明：2种风振导致的信号光偏振态旋转速度分别达到700 rad/s和7 krad/s，接收端需补偿该量级速度的偏振态变化。
风振现象 光学偏振态 光纤复合架空地线 相干光通信算法 wind vibration optical polarization state optical fiber composite overhead ground wire coherent optical communication algorithm
1 南方电网责任有限公司，广州510530
2 华中科技大学 武汉光电国家研究中心，武汉 430074
在相干光纤通信系统中，为了提高接收端的相位追踪算法性能，提出了一种相位追踪算法——基于改进的判决导向递归最小二乘(DD-RLS)算法，将改进的DD-RLS算法和非线性前补算法结合应用于WDM相干光纤系统中抑制交叉相位调制(XPM)。传输仿真结果表明：该算法能够有效抑制系统中的XPM效应，在1000 km的11个信道的波分复用(WDM)系统传输中，相比传统DD-RLS算法，该算法能够更好地追踪相干WDM系统中的非线性相位噪声,信号Q2值提高了0.8 dB。
相干光纤通信系统 波分复用系统 交叉相位调制 非线性相位噪声 光纤非线性补偿 coherent optical fiber communication system wavelength division multiplexing system cross-phase modulation nonlinear phase noise fiber nonlinearity compensation
图像非线性畸变降低图像检测和分类的准确率,因此畸变校正是图像处理的一个重要预处理步骤。为此,提出一种基于自适应角点检测的非量测畸变校正方法来更好地解决图像畸变问题。首先,以畸变棋盘格图像作为研究对象,以自适应角点检测获取亚像素级角点坐标作为输入信息,基于直线投影不变性建立畸变损失函数并设置基于曲率半径的权重系数调整各曲线的畸变量。然后,采用非线性优化方法标定畸变系数和畸变中心实现畸变校正。设计两组实验:标准图像仿真实验和真实图像实验。标准图像实验中噪声值σ=1时,本文方法的畸变系数k1相对误差为0.733%,畸变系数k2相对误差为4.933%,接近真值。真实图像实验中,本文方法的平均直线度仅为0.5152 pixel,表明校正精度高,平均运算时间约为8.4 s,表明校正效率较好。两组实验结果表明,本文方法可行、准确、高效。
图像处理 自适应 角点检测 投影不变性 径向畸变 图像校正 激光与光电子学进展
2021, 58(12): 1210012
华中科技大学武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
布里渊光时域反射(BOTDR)技术作为温度和应变测量的分布式光纤传感技术,具有广阔的前景和巨大的应用潜力。与基于其他原理的传感技术相比,BOTDR拥有准确性高、容易铺设、动态范围大、测量范围广等优点。基于BOTDR的原理,阐述了BOTDR的主要性能指标,并回顾了几十年间BOTDR传感的发展历程及其关键技术的进展。内容涉及了空间分辨率的提高、测量距离的拓宽、测量精度的提高、测量时间的缩短,以及温度和应变交叉敏感问题的解决几个方面。从基础设施结构安全监控和地质灾害预警两个方面介绍了BOTDR应用研究的实例,并讨论了其特点。典型的BOTDR已经较为成熟,未来将沿改善软件层、研究现场工程应用和多平台结合的方向发展。
传感器 布里渊散射 反射仪 温度 应变 激光与光电子学进展
2020, 57(21): 210002
基于经典蔡氏混沌振荡电路，利用 2个磁控光滑忆阻器以及电容、电感设计了一种新的五阶混沌振荡电路。讨论了平衡点稳定性，分析了相图、 Lyapunov指数和分岔图。此双忆阻混沌电路具有复杂的动力学行为， 运动轨迹依赖于电路参数和电路初始状态；从能量的角度探索了奇异吸引子，结果表明系统存在不同吸引子共存的多稳态现象。用 PSpice进行了电路设计，验证了 Matlab理论仿真正确性和电路设计的可实现性。
混沌电路 吸引子共存 非线性动力学 忆阻器 chaotic circuits coexisting attractors nonlinear dynamics memristor 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(3): 449
