1 中山大学电子与信息工程学院，广东 广州 510006
2 华南师范大学信息光电子科技学院，广东 广州 510631
3 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200241
生物组织折射率在微观上的不均匀分布造成了光学散射，进而导致了光在组织深处聚焦能力的丧失。波前整形技术通过补偿不同散射通道间的相位延迟，能够实现散射光的重新聚焦。该技术的有效实施依赖于散射过程的确定性，一旦散射过程在调控完成前发生变化，预补偿的相位将无法抵消散射带来的影响，最终会造成焦点强度的下降甚至是完全消失。然而在实际应用中，散射过程通常处于一个不断变化的动态状态，例如在生物活体内，血液的流动、心跳，以及呼吸等动态生理活动均会引起散射过程的动态变化。因此，为了保障波前整形技术在生物活体中的应用开展，提升波前整形系统的调控速度显得尤为关键。针对该问题，本综述主要对高速波前整形的发展现状进行了回顾，概述了调控速度的未来优化方向，分析并展望了其在生命科学中的潜在应用和前景。
激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1000004
1 清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京 100084
2 清华大学精密仪器系光子测控技术教育部重点实验室，北京 100084
3 北京控制工程研究所，北京 100190
散射介质会破坏光束的光波前分布和能量输送，限制了强散射环境下光镊、荧光成像、光通信等技术的应用。波前整形技术通过优化入射波前，重新规划散射介质内的光传输路径，实现了在散射介质内部或透过散射介质的光聚焦，从而克服了散射介质的限制，将散射光重新利用，使得散射介质成为一个类似透镜的光学元件，也被称为“浑浊透镜”。目前主要有依赖反馈调控的迭代优化方法、建立输入-输出联系的传输矩阵方法和利用光路可逆原理的相位共轭方法三类技术路线。本文从技术原理、应用背景以及重要进展等方面梳理了基于波前整形技术的散射介质聚焦的研究进展，并对比展望了三类技术在应用中的发展前景。
散射介质 波前整形 光聚焦 迭代优化 传输矩阵 光学相位共轭 光学学报
2024, 44(10): 1026013
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of Tunable Laser Technology, Institute of Opto-Electronics, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China
Fast and stable phase control is essential for many applications in optics. Here, we propose an all-fiber all-optical phase modulation scheme based on a Fabry–Perot interferometer (FPI) and an Er/Yb co-doped fiber (EYDF). By using the EYDF as an F-P cavity via rational design, a phase shift with a modulation sensitivity of 0.0312π/mW is introduced to the modulator. The phase shifts in the EYDF consist of a thermal phase shift and a nonlinear phase shift with a ratio of 19:1, and the corresponding temporal responses of the modulation are 204 ms and 2.5 ms, respectively. In addition, the compact FPI is encapsulated to provide excellent stability for the modulator.
in-line Fabry-Perot interferometer nonlinear phase shift all-optical phase modulation Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 041901
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 东北大学计算机科学与工程学院，辽宁 沈阳 110819
为了解决强度调制-直接检测正交频分复用（IM-DD OFDM）光通信系统中由光纤色散和非线性效应导致的传输性能下降的问题，提出利用正交偏振泵浦非简并四波混频（NFWM）产生的无波长偏移光学相位共轭（OPC）波对系统中的信号损伤进行光域补偿。首先在理论上推导了利用正交偏振泵浦NFWM生成OPC波的原理，基于上述原理，设计了无波长偏移OPC实现方式，在正交偏振态上得到与原信号波长完全一致的OPC波。然后对影响生成OPC波功率的因素进行了具体分析。最后依据优化参数设置，进行仿真验证，结果表明所提系统能够以114.375 Gbit/s的传输速率在长度为240 km的标准单模光纤链路中传输。
光通信 强度调制-直接检测 正交频分复用 色散补偿 非线性抑制 光学相位共轭
天津大学电气自动化与信息工程学院，天津 300072
提出一种基于注入锁定本地激光器和光相位补偿的相干解调方案。通过注入锁定恢复本振光（LO），利用零差相干检测的方式对信号光进行解调，使用比例-积分-微分（PID）算法控制压电陶瓷（PZT）补偿光相位，使光相位差波动不超过±4.8°。实现了超密集波分复用无源光网络（UDWDM-PON）系统双用户400 Mbit/s伪随机二进制序列（PRBS）的调制、传输和解调，并进行了误码率（BER）测试。
相干解调 UDWDM-PON 注入锁定 PID控制 光相位补偿 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0506006
电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
许多幅度再生方案可用马赫‐曾德尔干涉仪（MZI）结构进行建模。研究级联光学相位共轭器（OPC）的MZI（OPC‐MZI）再生方案，以实现近乎理想的相位保持再生。通过分析整个级联系统的功率和相位转移特性，优化设计了满足需求的硅基MZI再生芯片单元。采用正交相移键控（QPSK）调制信号仿真验证了OPC‐MZI再生方案的可行性。仿真结果表明：当输入信噪比为16 dB时，与单级MZI再生芯片相比，OPC‐MZI再生方案的噪声抑制比（NRR）可提高1 dB，相位扰动也由5.7°降至0.07°。
光通信 全光再生 光学相位共轭器 马赫‐曾德尔干涉仪 多级调制信号 中国激光
2023, 50(19): 1906005
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
介绍了一种利用光锁相环技术实现频率稳定的深紫外激光系统，包含两台253.7 nm四倍频激光器，用于汞原子在二维磁光阱和三维磁光阱的激光冷却。其中，一台深紫外激光器锁定在汞原子的饱和吸收谱线上，用于产生二维磁光阱的冷却光和推送光；另一台深紫外激光器通过1014.9 nm的半导体种子激光之间的光锁相环实现频率稳定，用于产生三维磁光阱的冷却光和探测光，并通过前馈方法将频率切换时间减小到原来的1/23。该系统可以大范围地调整深紫外激光器的频率，高效地利用紫外激光功率，并降低了实验装置的复杂性，从而满足了汞原子激光冷却实验的要求。同时，所提方法适用于其他深紫外激光系统。
激光器 汞原子 激光冷却 深紫外激光 光锁相环
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
深圳大学电子与信息工程学院，广东 深圳 518060
基于中距相位共轭（OPC）结合色散管理的光纤非线性补偿方案，可满足OPC的传输对称性，改善非线性补偿效果，但是该方案用到了大量的反向色散光纤（IDF），不仅不便于对现有线路的升级改造，而且IDF尚未形成量产。采用色散补偿光纤（DCF）代替上述方案中的IDF，对两种方案（分别称为IDF方案和DCF方案）的非线性补偿性能进行了比较，详细考察了两种方案对信道内四波混频（IFWM）的补偿。通过数值计算发现，如果在DCF方案中采取非对称功率传输，则可获得接近于IDF方案的理想补偿效果。
光纤光学 光学相位共轭 色散管理 色散补偿光纤 反向色散光纤 信道内四波混频 非线性补偿
中山大学 电子与信息工程学院 ，广东 广州 510006
光在生物组织中传播时，会被微观尺度上不均匀的组织随机散射，这种现象严重制约了光学技术在生物医学中的应用。波前整形技术将散射过程当成一个确定性的过程，通过测量散射效应造成的相位延迟并利用空间光调制器进行逐点补偿，可以实现散射光的操控与重新聚焦。在各类波前整形技术中，基于光学相位共轭的数字化波前整形技术具有可调控自由度高、系统响应速度快等优点，最适宜与生物医学应用相结合，如生物活体成像、操控、治疗等。文中将重点关注基于光学相位共轭的数字化波前整形技术的发展，探讨该技术在应用研发中面临的主要技术瓶颈和挑战，并概述其应用开展情况。
波前整形 光学相位共轭 超声调制 生物成像 wavefront shaping optical phase conjugation ultrasonic modulation biomedical imaging 红外与激光工程
2022, 51(8): 20220256
