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Abstract
National Key Laboratory of Microwave Photonics, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China
High accuracy and time resolution optical transfer delay (OTD) measurement is highly desired in many multi-path applications, such as optical true-time-delay-based array systems and distributed optical sensors. However, the time resolution is usually limited by the frequency range of the probe signal in frequency-multiplexed OTD measurement techniques. Here, we proposed a time-resolution enhanced OTD measurement method based on incoherent optical frequency domain reflectometry (I-OFDR), where an adaptive filter is designed to suppress the spectral leakage from other paths to break the resolution limitation. A weighted least square (WLS) cost function is first established, and then an iteration approach is used to minimize the cost function. Finally, the appropriate filter parameter is obtained according to the convergence results. In a proof-of-concept experiment, the time-domain response of two optical links with a length difference of 900 ps is successfully estimated by applying a probe signal with a bandwidth of 400 MHz. The time resolution is improved by 2.78 times compared to the theoretical resolution limit of the inverse discrete Fourier transform (iDFT) algorithm. In addition, the OTD measurement error is below . The proposed algorithm provides a novel way to improve the measurement resolution without applying a probe signal with a large bandwidth, avoiding measurement errors induced by the dispersion effect.
optical transfer delay measurement time resolution enhancement incoherent OFDR adaptive filtering Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 013901
李晟 1,2,3王博文 1,2,3管海涛 1,2,3梁坤瑶 1,2,3[ ... ]左超 1,2,3,**
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院，智能计算成像实验室(SCILab)，江苏 南京 210094
2 南京理工大学智能计算成像研究院(SCIRI)，江苏 南京 210019
3 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室，江苏 南京 210094
4 陆军装备部驻南京军事代表处，江苏 南京 210024
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光学合成孔径探测 计算成像 超分辨 傅里叶叠层 非相干合成孔径 远场成像 optical synthetic aperture detection computational imaging super resolution Fourier ptychography incoherent synthetic aperture far-field imaging
1 南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学大气物理学院，江苏 南京 210044
3 青海省气象台，青海 西宁 810012
4 上海卫星工程研究所，上海 200240
星载测风激光雷达具有高精度、高垂直分辨率、全球覆盖等特点，是获取全球风场的有效手段。聚焦于米散射通道测风模式，对冰云与气溶胶同时存在的较复杂场景实施星载激光雷达测风的仿真模拟。基于菲佐干涉仪的测风原理构建了一套包含6个子模块的正演模型，以大气激光多普勒雷达（ALADIN）仪器参数作为输入值，模拟了典型场景下的探测信号，并结合反演分析了测风精度水平。结果发现，云层和气溶胶的回波能够增强探测器获取信号的信噪比，从而提升反演精度，将风速误差控制在±1.2 m/s范围内；但当云层冰水含量较大时，由于衰减作用使得云层下方信噪比削弱，从而增大反演风速误差，部分区域甚至无法实施有效探测。另外，在采用重心法反演风速时，可通过增加累积电荷耦合器件（ACCD）探测器通道数来减小风速振荡误差。上述研究可为设计和改进星载测风技术提供参考。
遥感 星载激光雷达 主动遥感 菲佐干涉仪 仿真模拟 非相干测风 中国激光
2023, 50(23): 2310002
江丽 1,2,3宋锐 1,2,3,*侯静 1,2,3,**陈胜平 1,2,3[ ... ]韩凯 1,2
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
高功率可见光至近红外波段的超连续谱光源在光电对抗、光学相干层析成像和高光谱激光雷达等方面具有广泛的应用前景。最近几年，涌现了一些用于产生高功率超连续谱光源的新方法，推动了高功率超连续谱光源的进一步发展。本文从主振荡功率放大结构、随机光纤激光器结构以及多路非相干合成这三种用于高功率超连续谱产生的主流方案出发，着重介绍了近年来有代表性的高功率可见光至近红外波段超连续谱光源的研究进展，并综合分析了这三种方案的优缺点以及未来的发展潜力。
非线性光学 高功率光纤超连续谱 渐变折射率多模光纤 光子晶体光纤 随机光纤激光器 多路非相干合成 光学学报
2023, 43(17): 1719001
1 国防科技大学电子科学学院CEMEE国家重点实验室，湖南 长沙 410073
2 西北核技术研究所，陕西 西安 710024
为探索可靠的激光雷达回波处理方式及研究大气对回波相位的影响，进行了激光雷达回波相干性分析。首先通过建立激光雷达时域模型及搭建实验系统获取仿真和实验大气回波。为排除系统误差的干扰对实验回波提取相位并脉间对齐，再基于归一化协方差函数计算仿真回波和对齐后实验回波的相关系数，发现回波脉间不相干。在证明出射脉冲的高相干性的基础上，硬目标回波的脉间积累可以实现本征频率的增强，而对齐后的风场回波脉间积累的效果远差于非相干平均，表明硬目标的漫反射能保留本征信号的相干性，而风场这类软目标严重破坏回波的相干性。
测风激光雷达 数字信号处理 相干积累 非相干平均 软目标 硬目标 激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1428003
1 广西师范大学物理科学与技术学院，广西 桂林 541004
2 东北师范大学量子科学中心，吉林 长春 130024
提出一种基于非相干泵浦辅助的非厄密电磁诱导光栅的理论方案，其中物理系统由具有三能级Lambda型结构的超冷原子系综与非相干泵浦场组成。该方案仅通过单重空间周期调制便可获得光学宇称-时间对称和宇称-时间反对称等非厄密光学对称性。通过对探测光束透过该系统的远场衍射特性的研究发现：首先，通过非相干泵浦速率与控制光束失谐的操控可以实现不同非厄密光学对称性的切换；其次，在光学深度不变的前提下，可以通过非相干泵浦场对系统的衍射效率进行有效调制，从而引入全新的操控自由度；此外，控制光束失谐的相位可以有效操控系统的衍射对称性及衍射模式。该理论研究结果可以促进非厄密光学与散射型全光器件的研究与开发，并应用于量子光学与量子信息处理等领域。
衍射与光栅 电磁诱导透明 非厄密光学 非相干泵浦 衍射光栅 非对称衍射 光学学报
2023, 43(13): 1305002
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041011
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093栾
相位定量检测是检测入射光场波前的重要指标, Shack-Hartmann波前传感器能够同时测量波前的振幅和相位分布, 但其分辨率较低。针对传统的非干涉相位检测法需要两台放置在不同位置的相机, 使用两幅图像之间的相位差来估算波前的相位信息, 造成了相位成像系统的复杂性和不确定性的问题, 提出了将宽带光源作为照明光源, 只需单次拍摄彩色图像输入神经网络并使用梯度下降算法进行优化的相位重建方法。仿真和试验结果表明, 这项技术将物理模型和神经网络相结合, 能够以高分辨、高速度、低成本实现待测物体的相位重建工作。其中作为评价重建图像质量的均方误差函数(MSE)最小可达到0.089 rad, 对于透明细胞的相位重建质量为0.133 rad, 要优于GS法(0.320 rad)和TIE法(0.378 rad)。因此, 提出的基于神经网络的宽带光源相位重建方法可以运用于自适应光学、活细胞生物实时成像等领域。
非相干检测 相位重建 神经网络 梯度下降算法 incoherent detection phase retrieval neural network gradient descent algorithm
1 东南大学移动通信国家重点实验室, 江苏南京 210096
2 紫金山实验室普适通信研究中心, 江苏南京 211111
太赫兹通信技术以其丰富的频谱资源已成为未来 6G移动通信实现“通信全频谱”的关键候选技术。由于结构简单、易集成、低成本和低功耗等独有优势, 基于包络检波方式的非相干光子辅助太赫兹通信系统受到研究者们的广泛关注与青睐。本文在总结非相干光子辅助太赫兹通信系统的结构、特点及其涉及的关键技术的基础上, 介绍了近几年来国内外有关太赫兹包络检波器和基于包络检波器的非相干光子辅助太赫兹通信系统的研究现状和突出成果。此外, 还对基于幅度调制和基于同相正交 (IQ)调制的非相干光子辅助太赫兹通信系统分别进行了详细的论述, 并比较了各自的优缺点。最后, 展望了未来面向 6G的非相干光子辅助太赫兹通信系统及其关键器件的发展方向。
太赫兹通信 包络检波 非相干 terahertz communication envelope detection incoherent 6G 6G 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(9): 927
