Author Affiliations
Abstract
1 Tianjin University, Ministry of Education, School of Precision Instruments and Opto-Electronics Engineering, Key Laboratory of Opto-Electronics Information Technology Tianjin, China
2 University College London, Department of Electronic and Electrical Engineering, London, United Kingdom
3 University of Mining and Technology, School of Materials Science and Physics, Xuzhou, China
4 Tianjin University, School of Electrical and Information Engineering, Tianjin, China
5 Southeast University, School of Information Science and Engineering, State Key Laboratory of Millimeter Waves, Nanjing, China
6 Zhejiang University, College of Information Science and Electronic Engineering, Key Laboratory of Micro-Nano Electronic Devices and Smart Systems of Zhejiang Province, Hangzhou, China
Unlike conventional topological edge states confined at a domain wall between two topologically distinct media, the recently proposed large-area topological waveguide states in three-layer heterostructures, which consist of a domain featuring Dirac points sandwiched between two domains of different topologies, have introduced the mode width degree of freedom for more flexible manipulation of electromagnetic waves. Until now, the experimental realizations of photonic large-area topological waveguide states have been exclusively based on quantum Hall and quantum valley-Hall systems. We propose a new way to create large-area topological waveguide states based on the photonic quantum spin-Hall system and observe their unique feature of pseudo-spin-momentum-locking unidirectional propagation for the first time in experiments. Moreover, due to the new effect provided by the mode width degree of freedom, the propagation of these large-area quantum spin-Hall waveguide states exhibits unusually strong robustness against defects, e.g., large voids with size reaching several unit cells, which has not been reported previously. Finally, practical applications, such as topological channel intersection and topological energy concentrator, are further demonstrated based on these novel states. Our work not only completes the last member of such states in the photonic quantum Hall, quantum valley-Hall, and quantum spin-Hall family, but also provides further opportunities for high-capacity energy transport with tunable mode width and exceptional robustness in integrated photonic devices and on-chip communications.
large-area quantum spin-Hall waveguide states strong robustness against defects high-capacity energy transport mode width degree of freedom Advanced Photonics Nexus
2024, 3(1): 016009
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information Science and Technology, Fudan University, Shanghai 200433, China
2 Changfei Optical Fiber and Cable Joint Stock Limited Company, Wuhan 430073, China
3 Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210000, China
We experimentally transmit eight wavelength-division-multiplexing (WDM) channels, 16 quadratic-amplitude-modulation (QAM) signals at 32-GBaud, over 1000 km few mode fiber (FMF). In this experiment, we use WDM, mode division multiplexing, and polarization multiplexing for signal transmission. Through the multiple-input–multiple-output (MIMO) equalization algorithms, we achieve the total line transmission rate of 4.096 Tbit/s. The results prove that the bit error rates (BERs) for the 16QAM signals after 1000 km FMF transmission are below the soft-decision forward-error-correction (SD-FEC) threshold of , and the net rate reaches 3.413 Tbit/s. Our proposed system provides a reference for the future development of high-capacity communication.
optical fiber communication mode division multiplexing few-mode fiber multiple-input–multiple-output high-capacity transmission long-distance transmission Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 010602
1 复旦大学通信与信息工程学院通信科学与工程系，上海 200433
2 长飞光纤光缆股份有限公司，湖北 武汉 430073
为了解决急剧提升的通信系统容量需求与长距离传输等问题，通过实验验证了超大容量的少模光纤传输。在超大容量需求的背景下，同时使用波分复用、模分复用、偏振复用三种复用技术进行信号传输，凭借自研的低损耗六模渐变型光纤（各模式衰减约为0.2 dB/km），实现了覆盖C波段共80个通道，每个通道双模双偏振信号的1000 km传输。考虑到超长距离传输带来的色散和双模双偏振带来的串扰，在进行接收端离线数字信号处理（DSP）时首先使用频域色散补偿算法进行色散补偿，并在下采样和时钟恢复后联合利用多输入多输出-频域最小均方算法（MIMO-FDLMS）和多输入多输出-时域最小均方算法（MIMO-TDLMS）进行信道均衡和色散补偿。在28%冗余的低密度奇偶校验（LDPC）信道编码软判决前向纠错（SD-FEC）阈值5.2×10-2条件下，实现了总的线传输速率40.96 Tbit/s，净速率高达32 Tbit/s。
光通信 波分复用 模分复用 偏振复用 长距离传输 超大容量传输 中国激光
2023, 50(23): 2306001
1 中国科学技术大学化学与材料科学学院，合肥 230026
2 合肥国家微尺度物理科学研究中心，合肥 230026
石墨基锂离子电池负极有限的理论容量和较慢的充电速度已不能满足需求，开发更高容量且兼具快充能力的锂离子电池负极材料成为研究重点。利用蔗糖与浓硫酸脱水反应得到初始硬碳(R-HC)，并在NH3/Ar气氛中退火，得到了氮掺杂的多孔硬碳(N-HC)。N-HC具有丰富的超微孔结构(孔径< 0.75 nm)和较大的层间距(约为0.39 nm)，使得锂离子在N-HC中的扩散系数能够达到9.0×10?傆b8 cm2·s?傆b1。在0.27 C 和2.7 C (1 C=370 mA·g?傆b1)条件下，N-HC负极经过680和1 400次循环后容量分别为704.0 mA·h·g?傆b1和269.2 mA·h·g?傆b1。尽管其首次Coulomb效率还有待提高，N-HC负极已初步达到锂离子电池的快充性能要求。
锂离子电池 快充 硬碳 超微孔 高容量 lithium-ion battery fast-charging hard carbon ultra-micropores high capacity
华南师范大学 软件学院, 广东 佛山 528225
双图像可逆信息隐藏由于其具有更好的安全性、嵌入率和图像视觉质量, 成为信息安全领域重要的研究方向。Bhardwaj等人提出了密文域上的双图像可逆信息隐藏算法, 进一步提升了安全性, 但是该算法嵌入秘密信息的数量有限。本文提出了一种新的嵌入策略, 先将图像的每个像素分解成3个单元, 并使用Paillier算法对其加密。根据改进的最大失真控制编码表, 采用平均法动态地嵌入秘密信息, 即每次嵌入秘密信息的位数是变化的。实验结果表明, 本文的方法比Bhardwaj等人的方法嵌入率提升了0.72 bpp; 与原始的最大失真控制方法相比, 嵌入率提升了0.25 bpp。同时能够无损地恢复原始图像, 保证其可逆性, 可以满足大容量场景下隐私保护和秘密通信的双重需求。
可逆信息隐藏 双图像 Paillier加密 大容量 reversible data hiding dual-image paillier encryption high capacity
北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
高速宽带光网络是国家信息基础设施的重要组成部分, 其中的灵活控制技术是研究与实现的难点之一, 也是本领域重要的前沿技术之一。回顾了光网络灵活控制技术的主要特征与演进过程, 重点对三种网络形态的灵活控制技术(超大容量光联网、光载无线接入网、数据中心光网络)进行了分析, 包括核心需求、问题难点、基本架构、解决方案与系统应用等, 最后对未来发展愿景进行了展望。
光网络 灵活控制 超大容量 光载无线接入网 数据中心 optical networks flexible control technology high-capacity radio over fiber access networks datacenter
江西理工大学 信息工程学院, 江西 赣州 341000
针对可逆数据隐藏中图像质量和嵌入容量之间相互矛盾的问题, 提出一种中心折叠技术与最低有效位替换相结合的可逆数据隐藏方法。该方法首先对原始图像中的像素进行位平面划分, 以得到2个位平面; 然后利用中心折叠技术将秘密数据折叠, 并将折叠后的秘密数据嵌入到原始像素的最高有效位中, 以生成2个隐秘像素; 最后利用最低有效位替换将秘密数据嵌入到隐秘像素的最低有效位中, 以进一步提高嵌入容量。实验结果表明, 利用中心折叠技术与最低有效位替换来嵌入秘密数据, 嵌入容量达到了1 572 778位, 有效地提高了嵌入容量; 当嵌入容量相同时, 与嵌入秘密数据后的相关算法相比, 图像的PSNR提高了约2 dB, 降低了图像失真, 具有更好的不可感知性。
可逆数据隐藏 最低有效位替换 中心折叠 高容量 reversible information hiding least significant bit replacement center folding high capacity
暨南大学光子技术研究院，广东省光纤传感与通信技术重点实验室，广东 广州 510632
随着大数据和人工智能等信息技术日新月异，各行各业对数据信息存储的要求与日俱增。当前，以磁控存储技术为主的信息存储方式普遍存在寿命低、能耗高的缺点。与磁存储技术相比，光学数据存储技术具有能耗低、数据安全性高等优势，然而其数据存储容量受到光学衍射极限的极大制约。如何突破光学衍射极限，提升光存储技术光学系统的分辨能力，从而增加光学存储系统数据存储容量，是目前光存储技术进一步与大数据和云计算等信息技术融合的关键。本文阐述了基于超衍射极限分辨率的光学存储技术的原理和国内外发展现状，包括远场超分辨的三维光存储(如基于双光子吸收过程和饱和受激发射损耗荧光过程光数据存储)和近场超分辨二维光存储(如近场探针扫描显微存储、近场固体浸没透镜存储和超分辨近场结构存储)。最后，对基于超分辨光学存储技术当前存在的问题及未来发展方向进行了讨论。
光数据存储技术 光学超分辨技术 超大容量数据存储 optical data storage technology optical super-resolution technology ultra-high capacity optical data storage
1 烽火通信科技股份有限公司，武汉 430074
2 清华大学 信息科学与技术国家实验室,北京 100084
为解决信息量快速增长带来的传输容量不足问题，提出了一种可用于光子轨道角动量(OAM)传输的新型光纤，并对其研制技术进行了研究。采用等离子体化学气相沉积(PCVD)技术解决了高折射率环形纤芯结构光纤预制棒应力损伤难题，通过反复的工艺研究与验证，形成了环形纤芯光纤高稳态拉丝工艺技术，实现了该光纤的研制。该光纤具有环形结构，在实现±1、±2阶OAM信号传输的同时，光纤的传输损耗仍能保持较低的水平，可满足较长距离的OAM大容量信号传输需求。
大容量通信 轨道角动量传输 光纤 high-capacity communication orbital angular momentum transmission optical fiber
中国工程物理研究院 电子工程研究所，四川 绵阳 621999
热电池因具有高能量密度、储存寿命长等优点被应用于特殊领域。随着电子设备的小型化，热电池也向着小型化、薄膜化发展。采用涂覆法将正极材料FeS2 制备成薄膜材料，并与传统压制成型材料对比。涂覆法制备的材料厚度在120 μm，电流密度为100 mA·cm-2,1 A·cm-2 时，放电容量分别高达821 mAh·g-1,528 mAh·g-1，相比传统方法，放电容量增加20%~30%，电池内阻仅有81 mΩ。装配成电池组的电性能更加明显，放电容量较传统提高了153%，同时在重量和体积上都具有明显的优势。
热电池 薄膜 高容量 thermal batteries thin films high capacity 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(5): 833
