Author Affiliations
Abstract
1 Peking University, College of Future Technology, Department of Biomedical Engineering, Beijing, China
2 Peking University, National Biomedical Imaging Center, Beijing, China
In recent years, notable progress has been achieved in both the hardware and algorithms of structured illumination microscopy (SIM). Nevertheless, the advancement of three-dimensional structured illumination microscopy (3DSIM) has been impeded by challenges arising from the speed and intricacy of polarization modulation. We introduce a high-speed modulation 3DSIM system, leveraging the polarization-maintaining and modulation capabilities of a digital micromirror device (DMD) in conjunction with an electro-optic modulator. The DMD-3DSIM system yields a twofold enhancement in both lateral (133 nm) and axial (300 nm) resolution compared to wide-field imaging and can acquire a data set comprising 29 sections of 1024 pixels × 1024 pixels, with 15 ms exposure time and 6.75 s per volume. The versatility of the DMD-3DSIM approach was exemplified through the imaging of various specimens, including fluorescent beads, nuclear pores, microtubules, actin filaments, and mitochondria within cells, as well as plant and animal tissues. Notably, polarized 3DSIM elucidated the orientation of actin filaments. Furthermore, the implementation of diverse deconvolution algorithms further enhances 3D resolution. The DMD-based 3DSIM system presents a rapid and reliable methodology for investigating biomedical phenomena, boasting capabilities encompassing 3D superresolution, fast temporal resolution, and polarization imaging.
digital micromirror device electro-optic modulation polarization three-dimensional structured illumination microscopy Advanced Photonics Nexus
2024, 3(1): 016001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院微小卫星创新研究院，上海 200120
激光稳频是影响原子喷泉系统性能的关键技术。提出了一种应用于原子喷泉系统的激光稳频优化方案。该方案将激光冷却过程中采用的移频方法应用到稳频系统中，通过光纤电光调制的方法产生边带，并将频率锁定在边带的饱和吸收峰上。同时应用大光斑饱和吸收模块，改善饱和吸收信号和误差信号的信噪比。利用原子喷泉系统主光路的探测光，通过1.035 GHz的移频，实现从饱和吸收峰到饱和吸收峰的转移锁定，并在喷泉系统中观测到冷原子云信号。锁定后的信号可实现较长时间的稳定工作。该方案通过控制电光调制频率，还有望实现激光冷却实验范围内的任意频率锁定，具有重要的应用价值。
原子喷泉 电光调制 移频 饱和吸收 稳定度 光学学报
2023, 43(19): 1914002
功率是微波信号的基本参数之一。传统的功率测量方法受限于同轴电缆传输损耗大、体积大等因素, 难以适应分布式长距离组网应用。文章提出基于电光转换的微波功率测量方法, 将微波功率测量转换为对光边带抑制比的测量。分别分析了采用相位调制和强度调制的电光转换方法时, 微波功率与光边带抑制比之间的映射关系。实测对比了测量值与理论计算值之间的符合性。该方法经过电光转换后, 可以采用光纤传输信号, 进行长距离远拉测试, 在分布式长距离组网中具有较好的应用前景。
微波功率测量 电光调制 微波光子技术 microwave power measurement electro-optic modulation microwave photonics
1 中北大学信息与通信工程学院，山西 太原 030051
2 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
相位延迟量是偏振光学元件的一个重要指标，为了精准快速地测量偏振元件的相位延迟量，提出一种具有相位补偿的级联调制的偏振元件相位延迟量检测方法。该方法采用弹光调制器（PEM）和电光调制器（EOM）作为相位延迟量检测系统的级联调制元件，利用Soleil-Barbinet相位补偿器对样品进行光学补偿。基于数字锁相技术与现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的片上可编程系统，检测光强极值点对应的Soleil-Barbinet相位补偿器的相位参数并进行数据处理，实现样品的相位延迟量检测。实验表明，利用该方法测量样品的相位延迟量的最大相对误差为0.857%，测量精度为99.143%，验证了将偏振调制法和补偿法相结合测量相位延迟量具有较高的精度，且降低了补偿器本身对测量误差的影响。
仪器，测量与计量 相位延迟量 弹光调制 电光调制 数字锁相技术 Soleil-Barbinet相位补偿器 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0112001
1 华中科技大学 武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 湖北光谷实验室，湖北 武汉 430074
光学频率梳是由一系列离散且等间隔分布的频率成分所组成的光谱结构，作为光谱分析的天然刻度尺，其已广泛应用于光谱学、精密测量、光通信、传感等多个领域。光学频率梳根据其产生技术可分为基于锁模激光器的光学频率梳、克尔微腔光学频率梳、电光频率梳。电光频率梳由于其频率间隔可调、梳齿功率较高、可实现微波到光波的转换等优势，得到了充分发展。但传统电光频率梳的产生器件存在体积大、功耗高的缺点，限制了其进一步应用。随着微纳加工技术的不断发展，越来越多的材料应用于片上集成光学器件，包括硅、氮化硅、氮化铝、磷化铟、铌酸锂、砷化铝镓等。集成电光频率梳器件具有体积小、功耗低等优势，是构建光电集成芯片的重要器件。文中旨在对集成电光频率梳的研究现状进行综述，首先介绍光学频率梳的类型，并详细论述电光频率梳的产生机制；其次介绍产生集成电光频率梳的材料平台、相应的光梳性能指标及其应用；最后基于目前集成电光频率梳领域存在的问题，对未来的研究趋势做出展望。
光学频率梳 电光调制 集成光学 optical frequency comb electro-optic modulation integrated optics 红外与激光工程
2022, 51(5): 20220381
1 重庆邮电大学 光电工程学院，重庆 400065
2 中国科学院 重庆绿色智能技术研究院太赫兹技术研究中心，重庆 400714
3 中国科学院大学 重庆学院机器人与智能制造学院，重庆 400714
太赫兹成像技术在人体安检、无损探伤、质量监控、生物医学、半导体特性表征等许多领域展现出广泛的应用前景。本文综述了各类太赫兹二维成像技术，包括太赫兹扫描成像、太赫兹单像素成像、电光调制太赫兹成像、太赫兹相机直接成像等技术，综述各类成像技术的研究背景，分析了具体的成像方法和成像结果，总结了不同太赫兹成像技术的优缺点并对今后太赫兹成像技术的发展趋势做出展望。
太赫兹波 太赫兹扫描成像 太赫兹单像素成像 电光调制太赫兹成像 太赫兹相机 THz wave THz scanning imaging single-pixel THz imaging THz electro-optic modulation imaging THz camera 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(5): 778
1 燕山大学 里仁学院, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学 信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
3 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
基于反射式电光相位调制原理与偏振器、法拉第旋光器结合, 提出了一种用于光纤环形干涉仪的非互易相位调制方案。其结构利用铌酸锂晶体不同切向电光特性, 构成环形干涉仪上顺逆两束可调相位干涉信号, 特别是引入信号能量损耗较小的全反射棱镜, 实现非互易相位调制, 有效降低了相位调制器半波电压。实验测得反射(调制两次)结构相位调制半波电压比透射(调制一次)下降一半, 并用于光纤环形干涉仪调试, 获得检测信号与调制信号相位线性相关, 为下一步原理样机的研制提供可行性参考。
环形干涉仪 非互易 横向电光调制 反射式 半波电压 ring interferometer non-reciproca transverse electro-optic modulation reflective structure half wave voltage
1 南京邮电大学电子与光学工程学院, 江苏 南京 210023
2 南京邮电大学贝尔英才学院, 江苏 南京 210023
提出了一种硅基电光调制与模分复用的集成器件,该集成器件的电光调制模块由硅基光子晶体波导和宽度调制(WM)型谐振腔组成,模分复用模块由硅基非对称平行纳米线波导组成。光子晶体波导和纳米线波导的连接处采用锥形结构,用于减少两种波导之间的级联损耗。根据时域耦合模理论与等离子体色散效应,采用WM型谐振腔和PN掺杂结构实现了对TE0模式的调制。根据横向耦合模理论,采用非对称平行纳米线波导实现了TE0模向TE1模的转换。应用二维时域有限差分法(2D-FDTD)对其性能进行仿真分析,结果表明,该集成器件在调制电压为1.24 V时,可以实现中心波长为1553.91 nm的TE0模和TE1模的窄带通断调制及复用功能,插入损耗小于0.46 dB,消光比为19.73 dB,调制深度为0.9894,高品质因数Q值达1.5×10 4,信道串扰小于-14.66 dB。该集成器件的结构紧凑,尺寸约为54 μm×22 μm,这对提高系统集成度、提升光通信网络容量具有重要意义。
光通信 硅基光子晶体 耦合模理论 电光调制 模分复用 集成器件 中国激光
2021, 48(11): 1106001
