1 中国计量科学研究院力学与声学计量科学研究所，北京 100029
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
空气耦合（简称“空耦”）超声换能器具有非接触检测、适合复杂工况和原位检测等独特优势，已被广泛应用于超声无损检测等领域。声场重建对于开展空耦超声换能器声束宽度、扩散角等声场特性参数的表征，进而保障超声检测系统的横向分辨率及定位精度具有重要意义。笔者基于声光效应和层析成像技术对50~200 kHz空耦超声换能器的声场重建开展研究。超声声场的重建质量与空间分辨率密切相关，但高空间分辨率会导致扫描时间呈几何倍数增长。笔者从仿真和实验的角度对声场空间分辨率（即声场扫描参数）进行优化，在保证声场重建图像质量的前提下将扫描效率提高了2~4倍。同时，将优化后的声场重建结果与传声器在相同位置处的声场直接测量结果进行比较，验证了声光效应层析成像进行超声声场重建的可靠性。
测量 层析成像处理 声光效应 激光测振仪 声场表征 扫描效率
1 中山大学电子与信息工程学院广东省光电信息处理芯片与系统重点实验室，广东 广州 510275
2 中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广东 广州 510275
3 南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东 珠海 519000
高品质光子材料是集成光子学领域发展的重要基础。近年来，硅基硫系集成光子器件在光信息处理芯片和系统应用方面获得了广泛研究。梳理了硫系玻璃材料、集成光器件、系统应用之间的影响关系，介绍了超低损耗硫系集成光子器件的制备技术路线及其在光信息处理领域的最新研究进展。因硫系玻璃具有超大带宽的透光窗口、高克尔非线性、大光弹系数和易于片上混合集成等特点，硫系光子集成器件在光信息处理应用领域体现出多谱段、低阈值和多功能集成的优势。最后结合硫系材料特点，对硫系集成光子器件在未来多功能光子集成器件及高速光信息处理应用中的机遇和挑战进行了展望。
集成光学 光子集成器件 硫系玻璃 非线性 声光效应 混合集成 光学学报
2022, 42(23): 2313001
向空间扩展维度的通信模型是进一步提升无线通信容量的重要研究方向。然而，空间维度上的正交信道构建主要还存在两方面的理论问题：一是病态问题；二是稀疏问题。针对上述两个问题，提出了一种新型空间维度扩容通信模型。该模型基于声光效应采用激光器扩展空间维度，利用优化算法设计稀疏阵列布局，采用聚类算法确定最优分布。通过仿真计算模型实例，可得其条件数为25，经聚类分析后仅需4个激光接收器，便可替代原88个单元天线，组成接收阵列。该模型对提升无线通信容量有着重要研究意义，为搭建水下远距离大容量的轻巧一体化通信系统提供新思路，并为无线通信模型的理论发展储备基础性研究。
激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2307001
1 天津大学海洋科学与技术学院，天津 300072
2 四川永星电子有限公司，四川 成都 610000
3 深圳市联影高端医疗装备创新研究院，广东 深圳 518045
高分辨感知声波相位是实现水下声学目标跟踪与定位的核心问题之一。传统方法基于压电效应完成目标信号的相位感知，在传感机理上存在相位分辨率相对较低、障板干扰、声波振动起讫点不明等问题。本团队提出了基于声光效应的新型激光阵列水声相位高分辨传感方法，并设计了由5束平行激光组成的阵列传感装置(装置孔径为340 mm)，并于消声水池条件下验证了该装置的有效性。实验结果显示，本方法的水声相位感知分辨率优于1°，水下目标跟踪的角度分辨率优于0.05°。该方法为新型水下目标高分辨跟踪定位技术的发展提供了研究储备。
传感器 声光效应 光学传感 Raman-Nath衍射 广义互相关 声学跟踪 中国激光
2022, 49(18): 1810004
1 中国科学技术大学光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
3 中国科学院大学杭州高等研究院物理与光电工程学院, 浙江 杭州 310013
4 马克斯普朗克光科学研究所罗素学部, 德国 埃朗根 91058
5 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
脉冲光孤子相互作用的动力学行为在超快脉冲激光和光孤子通讯等领域有着重要的研究价值和应用前景。锁模光纤激光器作为产生、观测及操控超快孤子脉冲的优秀非线性平台,推动了孤子动力学领域的快速发展。利用基于光子晶体光纤中高频声光效应的被动锁模光纤激光器,研究了大量光孤子的复杂相互作用。光纤激光器腔内的高频声光相互作用产生的相对稳定的光机晶格将激光器分割成了数百个相互独立的势阱,每个势阱可束缚非稳态的多个光孤子,形成了一种宏观(光机晶格)稳定,局部(每个势阱内)存在剧烈脉冲间相互作用的亚稳态工作状态。在实验中,对激光器的偏振态进行调节可实现势阱中孤子数量和孤子能量的调控。研究结果表明,基于光子晶体光纤中声光效应的高频脉冲激光器可被用来研究大量光孤子脉冲的复杂相互作用,有望为孤子动力学的研究提供新的思路和有潜力的研究平台。
激光器 锁模光纤激光器 声光效应 光孤子 光子晶体光纤 孤子动力学 中国激光
2021, 48(19): 1901006
1 宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室，浙江 宁波 315211
2 中国电子科技集团有限公司第二十六研究所，重庆 400060
3 浙江省光电探测材料及器件重点实验室，浙江 宁波 315211
4 先进红外光电材料及器件浙江省工程研究中心，浙江 宁波 315211
声光调制器在激光技术、网络通信和雷达波谱分析仪等领域已得到广泛应用。作为声光器件的核心元件，各类声光材料得到广泛关注。首先，简要概述声光衍射的基本概念和声光材料的重要性能参数，包括衍射效率、品质因数及超声衰减；其次，回顾常见的声光晶体和玻璃材料的研究历程，及其在声光调制器领域的应用；最后，综述近年来新型声光材料的研究现状，指出晶体和玻璃分别作为商用化声光材料存在的优势与不足，为进一步提高声光器件的性能，拓展应用领域提供了参考和借鉴。
激光与光电子学进展
2021, 58(15): 1516007
传统的海水声速测量方法是基于压电效应发展起来的，该方法在测量飞行时间和飞行距离时，因时间起始点不确定而存在误差，无法实现高精度的声速测量。为了解决此问题，本文提出了一种基于光频梳和超声脉冲之间声光效应的水下声速测量方法，同时引入声光效应理论，在声场和激光之间建立清晰的相互作用标识点。通过搭建双迈克耳孙干涉仪系统，测量超声脉冲穿过两个测量臂时产生的光脉冲标记，并分别使用互相关技术测量了超声波传播的时间和距离。该方案溯源清晰，精度提升空间大。实验结果表明，该实验系统可以实现水下声速的高精度测量，测量不确定度为0.023 m/s，有望成为一种用于测量水下声速的新型校准设备。
测量 声光效应 光学频率梳 脉冲互相关 溯源性 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1112006
1 中山火炬职业技术学院光电信息学院，中山 528436
2 南京航空航天大学航天学院，工业和信息化部重点实验室，空间光电探测与感知实验室，南京 210016
3 江苏省埃迪机电设备实业有限责任公司，南京 211101
4 中国电子科技集团第55研究所，南京 210016
5 北方信息控制集团有限公司，南京 211153
准同型相界附近的弛豫铁电单晶体具有较大的压电效应，因而得到了广泛地研究。一般而言，具有较大铁弹响应的材料也具有较高的声光效应。尤其是大的晶格参数变化和应力所致相变可以同时产生大的折射率变化，二者可以同时提高声光效应。本文在马赫-曾德尔干涉光路中对晶体样品施加单轴应力，测量得到了0.65Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3 (0.65PMN-0.35PT)单晶的声光系数π。研究结果表明，该单晶表现出了极高的声光系数，例如，π33达到了15.2×10-12 m2/N。这些研究结果表明，弛豫铁电单晶是激光束偏转器和声光调制器的优选材料。
声光效应 弛豫铁电体 四方相晶体 铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT) 准同型相界(MPB) acousto-optic effect relaxor ferroelectric tetragonal crystal lead magnesium niobate-lead titanate (PMN-PT) morphotropic phase boundary (MPB)
基于光学频率梳与超声脉冲之间的声光效应, 提出了一种海水声速直接测量的方法。根据光学频率梳模间拍频的相位测量了超声脉冲的飞行距离,根据脉冲声光效应引起的零级光的强度变化测量了超声脉冲的飞行时间。搭建了基于马赫-曾德尔干涉仪的测量装置。实验结果表明,该方法可以在实验室条件下实现高精度的海水声速测量,测量不确定度优于5 cm/s。
测量 海水声速测量 脉冲声光效应 飞秒光学频率梳模间拍频 海洋计量
桂林电子科技大学信息与通信学院, 广西 桂林 541004
研究声光效应光栅理论，分析动量匹配与衍射效率关系，探讨相干光平衡探测的噪声抑制机理，进行了系统设计和相关实验测试，验证基于声光效应的相干平衡探测系统光学降噪方法的技术实现。结果表明，相位确定的信号在进行声光互作用时能建立稳定光栅，其衍射效率将大于相位随机变化的噪声信号，通过平衡探测可有效抑制噪声起伏对系统输出的影响，进一步提高接收信噪比。
相干光学 声光效应 超声光栅 动量匹配 光学降噪
