1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所航天工程部，上海 201800
为适应空间激光通信组网技术，多体制复用的通信方式应运而生。发送端采用强度调制器兼容实现了开/关键控（OOK）和二进制相移键控（BPSK）调制，接收端通过内差探测方式兼容实现了这两种调制信号的解调。在实际工程应用中，激光通信系统中散粒噪声、电子器件热噪声不可避免地会影响通信性能，在此基础上，进一步分析了强度调制器偏压点误差量与光学滤波器带宽大小对于非相干OOK和相干BPSK通信信噪比的影响。仿真结果表明：光学滤波器带宽对非相干OOK通信性能影响较大，接收光功率-46 dBm时，1 nm滤波带宽的非相干OOK信噪比开销约1.26；接收光功率-50 dBm以下时，20 nm滤波带宽的相干BPSK信噪比开销小于0.02。非相干OOK无编码通信灵敏度在1.25 Gbit/s速率时需满足-46 dBm@10-6，光滤波带宽应不大于0.8 nm，强度调制器偏压误差应控制在半波电压的1%以内。在消共模噪声和优化光滤波带宽条件下，1.25 Gbit/s速率的BPSK无编码通信灵敏度满足-55 dBm@10-6。
激光通信 多体制复用 强度调制器 内差解调 光滤波带宽 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706016
1 北京交通大学 全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
2 北京交通大学 光波技术研究所，北京 100044
3 光子算数（北京）科技有限责任公司，北京 100080
为了适应滤波、波分复用等不同的应用场景，光子滤波器需要具备可调谐以及滤波形状可变的功能。提出一种集成光子储备池结构的新型可调谐光滤波器。该结构由输入层、储层、读出层三部分组成，输入层由2×1多模干涉仪组成，储层由定向耦合器以及波导组成，按螺旋拓扑规律相互连接组成梅花型网格，匹配粒子群寻优算法进行全光域训练，利用读出层的热光调制器和相移器对光信号的幅度和相位进行调整，实现无限冲激响应型与有限冲激响应型可调谐光滤波器。以无限冲激响应型光滤波器仿真结果为例，分析其自由光谱范围与储层中波导长度的关系，以及定向耦合器分光比对透射端透过率的影响。通过设置储层中波导的相位在0~3/2π范围内变化，实现了光滤波器中心波长在一个自由光谱范围（1.18 nm）内的连续可调。该滤波器采用集成光子储备池与粒子群算法结合方案设计，无需考虑储层光网络传输路径的权重配置，仅对读出层权重进行训练，大大简化了网络训练过程。同时，该滤波器具有尺寸小、功耗低、灵活性高、算法可控滤波参数的优势，广泛应用于集成微波光子学和光通信领域中。
集成光学 可调谐光滤波器 光子储备池 粒子群算法 integrated optics tunable optical filter photonic reservoir computing particle swarm optimization algorithm 红外与激光工程
2023, 52(9): 20220915
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国空间技术研究院西安分院空间微波技术国家级重点实验室，西安 710100
3 张江实验室，上海 201210
超窄带光纤布拉格光栅作为一种重要的无源光纤器件，可以作为优良的光学滤波器。首先在理论分析的基础上，模拟在光纤布拉格光栅制备过程中引入不同的不均匀紫外辐照，分析不同紫外光辐照分布函数下的光栅光谱性能，并采用逐点扫描紫外辐照法在不同的辐照不均匀条件下刻写光纤布拉格光栅。结果表明：紫外辐照的不均匀会极大地影响光纤光栅的光谱性能（带宽、矩形度及边模抑制比等参数），紫外辐照越不均匀，光纤光栅的3 dB带宽和25 dB带宽都越大，光谱矩形度变差，边模抑制比降低，光学滤波器的性能也更差。提出通过对切趾函数进行修正来补偿辐照不均匀的影响。采用该方法能补偿紫外光斑以及光路调整等带来的刻写误差，使得光纤光栅的谱型得到优化，将光纤光栅的边模抑制比提高到30 dB以上，满足光学滤波器的应用需求。
光栅 光纤器件 光纤布拉格光栅 光纤光栅制备 光学滤波器 中国激光
2023, 50(14): 1406002
1 广西大学计算机与电子信息学院，广西 南宁 530004
2 广西多媒体通信与网络技术重点实验室，广西 南宁 530004
3 广西高校多媒体通信与信息处理重点实验室，广西 南宁 530004
4 广西信息科学实验中心，广西 桂林 541004
设计了一种基于绝缘体上硅的具有大带宽调谐范围的紧凑型可重构光学滤波器，该滤波器由两级双微环谐振器辅助对称马赫-曾德尔干涉仪结构级联构成，器件的尺寸为60 ×87 。通过控制微环谐振器的相位，可以实现对滤波器输出带宽和中心波长的调谐。采用时域有限差分方法模拟该器件的性能，仿真结果表明，该滤波器的带宽调谐范围为1.5~5 nm，在调节带宽的过程中滤波器的阻带抑制度大于20 dB，通带损耗为0.73 dB~0.88 dB，同时该滤波器的中心波长调谐范围可以覆盖整个自由光谱范围，并保持3 dB带宽和形状因子基本不变。
集成光学 光学滤波器 马赫-曾德尔干涉仪 带宽可调谐 微环谐振器 光学学报
2023, 43(11): 1113003
1 南京邮电大学电子与光学工程学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学通达学院基础教学部，江苏 扬州 225127
结合多靶磁控溅射镀膜方法和自制的一维位移挡板样品台制备了基于TiO2和SiO2的可见光谱区线性渐变滤光片（LVOF）。使用商用分光光度计和一维手动平移样品台对样品进行光谱表征。重点研究了退火温度和时间对LVOF透射光谱的影响。结果表明，LVOF样品的可工作光谱范围为510~700 nm，且样品上不同位置的透射光谱峰值与样品位置呈现出良好的线性关系。在300 °C下进行1 h真空退火处理后，样品的透射率得到了显著提升，优于60%。这表明退火处理可显著提升LVOF的性能。
光学器件 线性渐变滤光片 磁控溅射 透射率 退火 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2323001
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
宽带、可调滤波器被认为是突破信息处理技术瓶颈的关键器件之一，可以有效提升信息网络的传输容量和频谱效率。提出了一种基于级联啁啾亚波长光栅辅助反向耦合器的超宽带可调滤波器。该滤波器采用绝缘体上硅材料，通过在反向耦合器中使用亚波长光栅和引入啁啾实现超宽带滤波，通过级联反向耦合器实现带宽可调。分析了反向耦合器的传输函数，提出了提高器件带宽的方法。采用单个反向耦合器结构可以实现带宽为64.07 nm，旁瓣抑制比大于10.5 dB，插入损耗约为0.60 dB的超宽带滤波器。通过级联该结构，可实现插入损耗为1 dB，带宽调节范围为44.30~48.92 nm的宽带可调滤波器。该宽带可调滤波器具有超大带宽、可调谐、矩形度高、尺寸小和可实现无中断传输等优势，能被广泛应用于光滤波和信息传输等领域中。
光学学报
2022, 42(14): 1405003
华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
纯相位迭代全息图可以用来设计空间光滤波器。由于介质与空气存在折射率差, 空间光在经过全息干板时, 会产生相位变化。文章以每个像素光刻胶的高度调制相位, 设计出了2.5D灰度全息空间光滤波器。文章还利用电子束光刻机进行灰度曝光, 制备不同高度的光刻胶, 通过干法刻蚀将图案刻蚀到硅片上。对电子束曝光工艺、显影参数、刻蚀工艺等进行了优化, 制备出了高衍射效率空间光滤波器, 并进行了表征。
全息光学 灰度曝光 空间光滤波器 hologram optics grayscale lithography spatial optical filter
1 杭州电子科技大学通信工程学院，浙江 杭州 310018
2 长春理工大学空间光电技术研究所，吉林 长春 130022
利用传输矩阵理论，对一种双Sagnac环滤波器的传输特性进行了理论推导和仿真分析，该滤波器由两段不同长度的保偏光纤(PMF)并联构成。仿真结果表明：该滤波器具有偏振无关和通道间隔可调的特性。对双Saganc环滤波器的传输谱进行了实验测试，通过调节滤波器中的偏振控制器(PC)，可以实现通道间隔的可调操作，调整入射光的偏振态并不会改变光谱形状，与理论分析得到的结论一致。最后，为了验证双Saganc环滤波器在激光器系统中的通道间隔可调特性，设计了一种基于四波混频(FWM)效应和双Sagnac环滤波器的通道间隔可调多波长掺铒光纤激光器。实验结果表明：该激光器可以输出通道间隔为0.9 nm或0.35 nm的多波长激光，这与仿真结果以及测量结果一致。
光纤光学 光滤波器 传输矩阵理论 双Sagnac环 通道间隔可调 偏振无关
1 沈阳工业大学信息科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110870
2 沈阳仪表科学研究院有限公司, 辽宁 沈阳 110043
设计了一组应用于多光谱掌纹图像采集系统的光学薄膜滤光片。根据手掌皮肤在可见、近红外光谱波段反射率不同的特点,研究了掌纹识别滤光片的光谱特性参数及膜系设计。为提高系统获得的掌纹图像质量,采用四通道滤光片设计方案,光谱特性参数要求如下:中心波长为λ1=470 nm、λ2=520 nm、λ3=630 nm、λ4=880 nm;各通道的半宽度在8~12 nm范围内,透射率大于90%,平均截止背景深度大于OD6(即光谱透射率T<10 -6)。
薄膜 光学薄膜 多光谱掌纹图像采集 滤光片 光谱特性参数 膜系设计 光学学报
2021, 41(23): 2331001
中国农业大学信息与电气工程学院, 北京 100083
实现玉米等活体作物叶片不同区域以及近地冠层的水分含量检测, 可为研究作物生长中的水分胁迫响应机制, 以及旱情监测、 精准灌溉等提供有效技术手段。 大体积、 大重量、 低光通量的高光谱仪难以在田间实现活体检测, 将小体积、 小重量、 高光通量近红外相机加装滤光片使其具有波长分辨能力, 有望实现田间活体叶片水分含量成像检测。 基于玉米叶片的近红外高光谱数据, 对实现水分测量的特征波长位置及个数, 以及特征波长带宽和偏移限度等关键参数进行研究; 其中, 不同带宽的仿真数据依据滤光片透光分布函数得到; 固定带宽条件下的中心波长偏移仿真数据依据插值方法得到。 研究结果表明: 特征波长分别为1 150和1 400 nm, 带宽小于100 nm时可满足要求, 能够找到符合参数条件的滤光片产品; 在带宽为25 nm下所建水分含量模型, 其建模集的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别达到0.968, 1.245%, 预测集分别达到0.960, 1.298%, 可实现玉米叶片水分的准确检测。 为推测加装滤光片所建模型受环境温度的影响, 应用固定中心波长下的模型预测不同偏移量的仿真数据, 当偏移量为0.05 nm时, 模型预测误差为不漂移条件下3%左右, 可忽略, 由干涉滤光片中心波长漂移与温度的关系, 相当于环境温度在50 ℃的范围对检测结果影响不大。 该研究对近红外相机加装滤光片形成多光谱成像检测装置提供了重要技术参数支撑和环境工作范围建议, 装置的搭建工作已开始, 装置的实现可为现代农业作物生理、 生产研究提供新型、 有效手段。
近红外高光谱 近红外相机 滤光片 活体叶片 含水量 NIR hyperspectroscopy NIR camera Optical filter Live leaf Moisture content 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3184
