Author Affiliations
Abstract
The ability to overcome the negative effects, induced by obstacles and turbulent atmosphere, is a core challenge of long-distance information transmission, and it is of great significance in free-space optical communication. The spatial-coherence structure, that characterizes partially coherent fields, provides a new degree of freedom for carrying information. However, due to the influence of the complex transmission environment, the spatial-coherence structure is severely damaged during the propagation path, which undoubtedly limits its ability to transmit information. Here, we realize the robust far-field orbital angular momentum (OAM) transmission and detection by modulating the spatial-coherence structure of a partially coherent vortex beam with the help of the cross-phase. The cross-phase enables the OAM information, quantified by the topological charge, hidden in the spatial-coherence structure can be stably transmitted to the far field and can resist the influence of obstructions and turbulence within the communication link. This is due to the self-reconstruction property of the spatial-coherence structure embedded with the cross-phase. We demonstrate experimentally that the topological charge information can be recognized well by measuring the spatial-coherence structure in the far field, exhibiting a set of distinct and separated dark rings even under amplitude and phase perturbations. Our findings open a door for robust optical signal transmission through the complex environment and may find application in optical communication through a turbulent atmosphere.
degree of coherence orbital angular momentum cross-phase topological charge information transmission Opto-Electronic Science
2024, 3(1): 240001
北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室 光信息科学与技术研究所, 北京 100044
不经过光电转换的全光相位调制是实现无电中继的相干通信的关键技术之一。半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier, SOA)由于具有非线性系数高、体积小等优点成为全光相位调制系统的关键器件。但因SOA中交叉相位调制与交叉增益调制同时存在, 使目前基于SOA的相位调制信号不可避免地产生功率起伏, 影响了信号质量。为此, 提出了一种利用差动平衡信号控制级联SOA的全光相位调制方案, 分析了方案原理, 并实验实现了全光相位调制, 消除了相位调制过程中因SOA交叉增益调制效应产生的波形起伏, 完成了原理验证。该调制方案对实现高阶编码格式的全光波长变换, 提升网络的灵活性和扩展性具有重要意义。
全光相位调制 半导体光放大器 差动平衡信号 交叉相位调制 交叉增益调制 all-optical phase modulation semiconductor optical amplifier differential balance signal cross phase modulation cross gain modulation
1 中国电子科技集团公司网络通信研究院，河北 石家庄 050081
2 河北省光子信息技术与应用重点实验室，河北 石家庄 050081
量子-经典信号共纤传输技术对实用化量子保密通信网络建设具有重要意义。针对经典光在光纤信道中的拉曼散射（RS）、四波混频（FWM）以及交叉相位调制（XPM）等非线性效应对量子信号的噪声干扰，构建了量子-经典信号共纤传输连续变量量子密钥分发（CVQKD）系统的安全密钥率仿真模型，重点分析了经典光功率、信道间隔和探测方式对系统噪声和密钥率的影响。结果表明，在近距离传输时，FWM噪声占主导地位，在传输距离大于10 km时，XPM噪声大于RS和FWM噪声。系统总噪声与经典光功率正相关，与波分复用信道间隔反相关。零差和外差检测下，随着传输距离的增加，安全密钥率整体变化趋势接近，零差检测方式具有更大的极限传输距离。该研究工作可为实用化量子-经典信号共纤传输CVQKD系统的优化设计提供参考。
量子光学 连续变量量子密钥分发 共纤传输 拉曼散射 四波混频 交叉相位调制
1 深圳大学物理与光电工程学院深圳市激光工程重点实验室，广东 深圳 518060
2 深圳技术大学先进光学精密制造技术广东普通高校重点实验室，广东 深圳 518118
3 大族激光科技股份有限公司，广东 深圳 518000
2.8 μm波段中红外光纤激光器在激光医疗领域具有重要的应用，受到广泛关注。研究并实现了2.8 μm同步泵浦锁模脉冲光纤激光器。自主研制了大功率单模976 nm皮秒脉冲激光器并以此作为泵浦源，以掺铒氟化物光纤环形腔作为谐振器，通过纤芯同步泵浦的方式，在交叉相位调制作用下实现了2.8 μm同步泵浦锁模脉冲激光器的制备。锁模脉冲的中心波长为2784.7 nm，重复频率为6.534 MHz，脉冲宽度接近光电探测器极限。所提方案不需要在谐振器内插入任何中红外主动或被动调制器，具有系统稳定性好和易于实现全光纤化等优势。
1 广州工商学院电子工程系, 广东 广州 510850
2 中南大学物理与电子学院, 湖南 长沙 410083
3 贵州理工学院理学院, 贵州 贵阳 550003
按照单轴晶体光束传输理论,求得了具有交叉相位艾里-厄米-高斯光束(AiHGB)在单轴晶体中传输时的解析表达式。数值模拟计算结果表明,具有初始交叉相位的AiHGB在晶体中传输时仍是线偏振的,但不一定是传输不变的。具体地讲,有赖于交叉相位系数、光束参数及晶体材料参数,初始交叉相位会引起AiHGB光斑连续转动,在从近场到远场的整个传输过程中总的转动角是90°。并且交叉相位系数足够大时,AiHGB光斑只有纯转动;而交叉相位系数适当小时,AiHGB光斑除了取向转动还有光斑形状变化。这些结果表明通过恰当选择晶体材料(即折射率)和附加交叉相位因子的系数,可以精准调控光束花样形状的取向与结构,也可用于确定晶体材料折射率或测定交叉相位因子的系数。
物理光学 艾里-厄米-高斯光束 各向异性单轴晶体 交叉相位 寻常与非寻常折射指数 光学学报
2021, 41(21): 2126002
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
1 宁波大学信息科学与工程学院, 浙江 宁波 315211
2 温州大学电气与电子学院, 浙江 温州 325035
虽然传统的Fredkin门可以很好地实现相应的逻辑功能,但是其消光比和串扰还有待进一步改善。鉴于此,本文提出并设计一种基于交叉相位调制效应的硅基全光Fredkin门,该全光可逆逻辑门由两个2×2的定向耦合器、一个2×1的定向耦合器、一个1×2的定向耦合器以及两个相移臂构成。利用泵浦光与信号光在相移臂中引发的交叉相位调制效应,可以改变上、下相移臂中信号光的相位差,从而在所设计器件的不同端口处输出不同幅度的光波,继而实现Fredkin门的逻辑功能。与此同时,利用MATLAB并融入分步傅里叶法对所设计的硅基全光Fredkin门进行仿真分析。仿真结果表明,器件的最差消光比可达48.46 dB。
集成光学 可逆逻辑 硅基光波导 交叉相位调制 Fredkin门
1 广东工业大学 机电工程学院, 广州 510006
2 广东工业大学 精密微电子制造技术重点实验室, 广州 510006
针对两对被时间延迟分开的脉冲会根据相位和时延的变化影响脉冲间的传输特性, 且在脉冲重叠区域会受到交叉相位调制的影响发生干涉现象的问题, 文章提出了在色散渐减光纤环镜中观察脉冲对的传输特性, 研究结果表明, 可根据脉冲对之间的相位和时延变化, 观察脉冲对的时域特性和啁啾特性, 分析脉冲对在不同情况下的传输特性。
脉冲对 光纤环镜 色散渐减光纤 啁啾 交叉相位调制 pulse pair fiber loop mirror dispersion-decreasing fiber chirp cross phase modulation
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Aerospace Science and Technology, Space Engineering University, Beijing 101416, China
2 State Key Laboratory of Laser Propulsion & Application, Space Engineering University, Beijing 101416, China
We propose a new kind of optical vortex called the Hermite–Gaussian-like optical vortex (HGOV) inspired by the cross phase (CP). Theoretically, we investigate how the CP is decoupled from the phase of a cylindrical lens. We also investigate the propagation characteristics of an HGOV, which has a Hermite–Gaussian-like intensity distribution but still retains the orbital angular momentum. Furthermore, we derive the Fresnel diffraction integral of an HGOV and study the purity at infinity. Besides, we show a novel function of the self-measurement of the HGOV. Finally, we show that we can change the relative positions of singularities and the direction of an HGOV precisely, which facilitates applications in optical micro-manipulation.
Hermite-Gaussian-like optical vortex cross-phase orbital angular momentum Chinese Optics Letters
2020, 18(10): 100501
