构建和描述了一种用于获取硅片厚度的零差检测系统。利用4.3-THz激光束的传输相变与机械旋转台控制的入射角之间的关系，可以使用标准残差法精确推导被测样品的厚度值。结果表明，样品的厚度拟合值与光学显微镜的精确测量结果仅相差2.5~3 μm，实现了微米级精度的太赫兹无损厚度测量。实验验证了太赫兹量子级联激光器在非接触无损测量中的有效性。

空间引力波探测频段位于0.1 mHz~1 Hz范围内，在该频段内包含了更大特征质量和尺度的引力波波源信息。目前，基于不同尺寸及空间轨道的大型激光干涉空间引力波探测计划已经逐步实施，其中在干涉仪的激光光源系统中，需要抑制激光强度噪声及频率噪声等，光电探测作为激光噪声表征及抑制的第一级器件，其性能将直接影响激光噪声抑制效果。通过选定低噪声芯片、高稳定偏压系统的基础上，采用自减电路及跨阻放大电路进行整体电路设计；在电磁屏蔽、低温漂系数元件、低噪声供电以及主动温控等技术手段实现了高增益低噪声平衡零拍探测系统的研制；结合快速傅里叶变换法以及对数轴功率谱密度算法对其增益、带宽等性能进行评估测试，并进一步对激光的强度噪声在0.05 mHz~1 Hz频段进行探测表征。实验结果表明：所研发平衡零拍探测电子学噪声谱密度在1 mHz~1 Hz的频率范围内在3.6×10⁻⁵ V/Hz^1/2以下，小于空间引力波探测对激光光源噪声要求；进一步当入射光功率为400 μW时，测量得到平衡零拍探测系统在0.1 mHz~1 Hz的频率范围内增益在20 dB以上；激光强度噪声谱密度在1 mHz处为3.6×10⁻² V/Hz^1/2，实现低噪声光电探测及激光强度噪声表征，为空间引力波探测中激光强度噪声表征及抑制等方面提供关键器件支撑。

平衡零拍探测器存在共模抑制比小、响应带宽低等问题。针对以上问题，尝试从两方面进行改进：一方面，通过测试探测器中光电检测器（PIN光电二极管）的响应特性，选择性能相近的器件进行平衡探测，以提升共模抑制比；另一方面，采用跨阻放大与比例运放级联的方式对光电流信号进行提取，解决一级采样放大器增益带宽积局限的问题，在保障灵敏度的同时提升探测器的响应带宽。由此实现了300 MHz的平衡零拍探测，共模抑制比高达66 dB，并有效检测了光信号中的量子散粒噪声，为高速灵敏探测提供了一种有效技术方案。

星地相干光通信系统中，为了补偿大气湍流随机扰动造成的信号光波前畸变，提出了一种基于双探测器阵列和随机并行梯度下降算法的波前相干补偿技术。以区域光强度比作为光束评价标准，搭建了信号光波前补偿与解调一体的光通信仿真系统，并利用65阶Zernike多项式模拟大气湍流波前畸变。仿真系统采用正交相移键控调制方式，数据传输速率为10 Gbps。仿真结果表明，当误码率为10-9时，通信系统所要求的每比特光子数降低为原来的65.6%，当每比特光子数为14时，误码率降低为原来的2.6%。基于双探测器阵列的波前补偿技术可以补偿信号光波前畸变，降低光通信系统的误码率，为星地光通信链路的信号传输提供保障。

对于基于叠加态涡旋光和涡旋光零差探测等传统转速测量方式，光的远距离传输和发散等原因造成的信号光衰减会导致探测系统无法准确提取信号，而涡旋光平衡探测系统可以解决这一难题，但是以往的研究对该探测系统的精度和信噪比鲜有分析，这一定程度上限制了其工程化的进展。首先将零差探测系统作为对比项，通过分析不同转速下涡旋光平衡探测系统和零差探测系统测量精度的变化情况，证明了二者均可实现高精度测量，其次通过对比在不同信号光功率下二者的信噪比(SNR)，发现了在测量微弱信号时涡旋光平衡探测系统具有明显优势；最后，通过分析不同本振光功率对信噪比造成的影响，揭示了平衡探测信噪比和本振光功率之间的关系，阐明了信噪比随本振光功率变化的原因。

We demonstrate comprehensive investigation of the injection locking dynamics of a backscattered Brillouin laser in silica whispering-gallery-mode microcavity. Via injection locking, the Brillouin laser acquires highly correlated phase with the seed laser, enabling ultra-narrow bandwidth, high gain, and coherent optical amplification. Also, for the first time, to the best of our knowledge, the injection locked Brillouin laser is utilized to implement all-optical carrier recovery from coherent optical data signals. We show that by using the injection locked Brillouin laser as a local oscillator for self-homodyne detection, high-quality data receiving can be realized, even without traditional electrical compensations for carrier frequency and phase drifts.

We propose an optical tensor core (OTC) architecture for neural network training. The key computational components of the OTC are the arrayed optical dot-product units (DPUs). The homodyne-detection-based DPUs can conduct the essential computational work of neural network training, i.e., matrix-matrix multiplication. Dual-layer waveguide topology is adopted to feed data into these DPUs with ultra-low insertion loss and cross talk. Therefore, the OTC architecture allows a large-scale dot-product array and can be integrated into a photonic chip. The feasibility of the OTC and its effectiveness on neural network training are verified with numerical simulations.