格雷编码法以其鲁棒性和抗噪性被广泛应用于结构光投影的三维重建中。为了将格雷码应用到实时测量当中，使用多灰度格雷码以减少投影幅数，提高测量效率。然而在以彩色物体为对象进行三维测量的过程中，由于不同颜色部分的反射率存在差异，导致三维重建中的条纹顺序混乱，而多阶灰度也使色度导致的误差大大增加。为了适应彩色物体的三维实时测量，提高抗色彩干扰的特性，提出了一种基于 HSI 彩色空间的多级灰度码解调方法。采用 HSI 空间中的强度 I 代替 RGB 空间中的灰度进行多级灰度编码解码和条纹阶提取，同时也可以重构出物体表面的颜色纹理，而无需单独投影捕获额外的白光图。实验结果表明，该方法可以有效地纠正彩色物体由于色度引起的级次纠缠，减少级次误差。在彩色纹理物体的实时三维测量中具有广阔的应用前景。
彩色三维测量 正弦条纹投影技术 时间相位展开 多阶灰度格雷码 HSI 空间 级次纠缠 color 3D measurement fringe projection technique temporal phase unwrapping multi-level Gray code HSI space algorithm order entanglement
Author Affiliations
Abstract
1 Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China
2 Key Laboratory for Information Science of Electromagnetic Waves (MoE), Fudan University, Shanghai 200433, China
We propose a neural network equalization delta-sigma modulation (DSM) technique. After performing DSM on the multi-order quadrature amplitude modulation (QAM) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) signal at the transmitting end, neural network equalizer technology is used in the digital signal processing at receiving end. Applying this technology to a 4.6 km W-band millimeter wave system, it is possible to achieve a 1 Gbaud 8192-QAM OFDM signal transmission. The data rate reached 23.4 Gbit/s with the bit error rate at 3.8 × 10-2, lower than soft-decision forward-error correction threshold (4 × 10-2).
multi-order quadrature amplitude modulation W-band delta-sigma modulation neural network equalization nonlinear compensation Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 040601
Author Affiliations
Abstract
1 National Engineering Research Center for Optoelectronic Devices, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Sciences and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
The 975 nm multimode diode lasers with high-order surface Bragg diffraction gratings have been simulated and calculated using the 2D finite difference time domain (FDTD) algorithm and the scattering matrix method (SMM). The periods and etch depth of the grating parameters have been optimized. A board area laser diode (BA-LD) with high-order diffraction gratings has been designed and fabricated. At output powers up to 10.5 W, the measured spectral width of full width at half maximum (FWHM) is less than 0.5 nm. The results demonstrate that the designed high-order surface gratings can effectively narrow the spectral width of multimode semiconductor lasers at high output power.
laser diodes distributed Bragg reflector high order gratings high power laser diodes narrow spectrum width Journal of Semiconductors
2024, 45(3): 032401
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
半导体激光器在光通信、生物医疗、激光雷达等领域中得到广泛应用，其单模稳定输出特性一直是国内外的研究热点。制备了一种基于表面高阶曲线光栅的宽脊波导半导体激光器，刻蚀曲线型高阶光栅后高阶横模损耗远大于基横模损耗，同时设置宽脊电流限制注入结构，使得高阶横模激射阈值高于基横模阈值，从而改善器件的横模特性并压窄光谱线宽。利用温控模块将器件的工作温度控制为18 ℃，对腔长为2 mm、条宽为500 μm的器件进行测试，在0.5 A电流下测得慢轴发散角为5.3°，快轴发散角为29.2°，在1 A驱动电流下测得3 dB光谱线宽为0.173 nm，边模抑制比为22.6 dB。实验结果表明，表面高阶曲线光栅对宽脊波导半导体激光器中的高阶横模起到了抑制作用且能够压窄光谱线宽，有助于实现半导体激光器的单模稳定输出，同时器件采用紫外光刻工艺，大幅降低了器件的制备难度。
激光器 半导体激光器 高阶布拉格光栅 曲线光栅 高阶横模 远场发散角
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 云南大学物理与天文学院，云南 昆明 650216
3 中国科学院云南天文台，云南 昆明 650216
4 中国科学院大学光电学院，北京 100049
5 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
开发了由高重复频率（3 kHz）高能量（3 mJ）钛蓝宝石激光器驱动的极紫外和软X射线高次谐波激光光源。该光源系统在30 nm（光子能量为~45 eV）波长附近实现了大于120 μW的平均功率，在13.46 nm波长（光子能量为~92 eV）处实现了1.9 μW的平均功率，其中在13.46 nm波长处带宽为0.124 nm的单个谐波实现了0.32 μW的平均功率。此外，在该系统中，激光功率连续12 h的不稳定性均方根小于5%，连续8 h光束指向均方根小于10 µrad。该系统在生物成像、干涉光刻和芯片检测等领域中具有重要应用。
激光器 高次谐波 极紫外激光 13.5 nm光源 软X射线 飞秒激光
1 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
2 华东师范大学重庆研究院精密光学重庆市重点实验室，重庆 401121
超短强激光脉冲与物质相互作用产生的高次谐波辐射是一种相干的极紫外或软X射线光源，并且在时间上还是阿秒脉冲串。在不同介质中探寻更有效的高次谐波产生方案一直是研究热点。利用飞秒激光烧蚀低密度等离子体羽可将高次谐波扩展到几乎任何固体材料，极大地丰富了媒介的选择性。由于某些材料的等离子体内低电离态离子共振跃迁频率与谐波波长存在匹配，使得在极紫外波段特定阶次谐波表现出明显的共振增强效应，从而能够获得强单色的高次谐波辐射。结合纳米颗粒的近场增强效应和较大的电子回撞截面，极紫外波段的高次谐波转换效率可以进一步得到提高。激光等离子体高次谐波有望产生高脉冲能量、增强阶次可调和高重复频率的相干极紫外辐射。综述单阶谐波共振增强效应的产生原理和研究进展，分析各种优化方法和光场调控手段，并对未来的发展趋势进行展望。
非线性光学 高次谐波 低密度等离子体 共振增强 极紫外波段
1 北京应用物理与计算数学研究所，北京 100094
2 中国工程物理研究院 研究生部，北京 100088
当前，科学计算的验证主要针对基于确定性偏微分方程组的网格离散方法。放电等离子体的粒子云网格PIC方法作为一种粒子-网格耦合的仿真手段，其验证方法具有显著不同的特点：第一，PIC仿真除了在时间和空间上进行离散，还需要对粒子数权重进行离散；第二，离散粒子的相空间分布函数是否适合作为验证研究的观测量；第三，粒子-网格耦合过程中的电场插值和电荷分配会影响PIC仿真的全局收敛精度。另外，当PIC方法与蒙特卡罗（MC）方法耦合时，离散误差和随机误差通常叠加在一起，理查德森外推需要结合系综平均进行。提出了一种分层级验证的方法。首先对单粒子轨道、电磁场求解、二体粒子碰撞进行收敛精度阶测试；然后采用空间电荷限制流、气体的傅里叶流动等具有精确解的经典物理模型分别对集成PIC、MC模块进行离散误差评估；最后采用放电物理过程对程序功能进行基准校验。
PIC方法 验证技术 精度阶测试 放电模拟 PIC method verification techniques order of accuracy test discharge simulation 强激光与粒子束
2024, 36(3): 033002
Author Affiliations
Abstract
1 Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 College of Electrical and Electronic Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China
3 College of Science and Technology, Ningbo University, Ningbo 315211, China
4 Laboratory of Infrared Materials and Devices, The Research Institute of Advanced Technologies, Ningbo University, Ningbo 315211, China
5 Department of Information Science and Electronics Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
A polarization-insensitive mode-order converting power splitter using a pixelated region is presented and investigated in this paper. As TE0 and TM0 modes are injected into the input port, they are converted into TE1 and TM1 modes, which evenly come out from the two output ports. The finite-difference time-domain method and direct-binary-search optimization algorithm are utilized to optimize structural parameters of the pixelated region to attain small insertion loss, low crosstalk, wide bandwidth, excellent power uniformity, polarization-insensitive property, and compact size. Experimental results reveal that the insertion loss, crosstalk, and power uniformity of the fabricated device at 1550 nm are 0.57, -19.67, and 0.094 dB in the case of TE polarization, while in the TM polarization, the relevant insertion loss, crosstalk, and power uniformity are 0.57, -19.40, and 0.11 dB. Within a wavelength range from 1520 to 1600 nm, for the fabricated device working at TE polarization, the insertion loss, crosstalk, and power uniformity are lower than 1.39, -17.64, and 0.14 dB. In the case of TM polarization, we achieved an insertion loss, crosstalk, and power uniformity less than 1.23, -17.62, and 0.14 dB.
integrated optics optical waveguide polarization-insensitive property mode-order converting power splitter Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031301
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学光电技术研究院, 安徽 合肥 230009
高次凸非球面镜是光学系统中至关重要的元件, 通常作为次镜来补偿光学系统的轴外像差, 但其检验方法一直是一大难点。基于背向零位检测方法, 提出利用三透镜与单折射面组合的形式来补偿高次非球面的法线像差。首先选取高次非球面的二次比较面来简化计算, 基于三级像差理论求解系统的初始结构, 对高次非球面的法线像差进行补偿，使用ZEMAX软件仿真与优化后, 设计结果完全满足要求。随后结合一块有效通光口径为170 mm、顶点曲率半径为266.8 mm的高次凸非球面反射镜, 测得镜面的面形精度均方根为0.019 λ (λ = 632.8 nm), 满足实际检测要求, 验证了所提设计方法的可行性。此方法为大口径高次凸非球面的检验提供了一个新的思路。
几何光学 高次凸非球面 零位补偿 三级像差 geometric optics high-order convex aspheric surface zero compensation third order aberration
1 北京电子科技学院网络空间安全系, 北京 100070
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
针对现有量子密封拍卖协议中存在的报价隐私保护不够、恶意竞标者与第三方共谋等问题，提出了一种基于半量子安全直接通信的量子密封投标拍卖协议。该协议采用半量子安全直接通信，通信时拍卖方仅需拥有测量和反射粒子的能力；通过对投标方报价的保序加密，实现对报价的隐私保护；利用隐私比较，在无第三方参与的情况下，拍卖方也能比较保序加密后的报价信息。理论分析表明面对截获-重发、受控非门 (CNOT)、相位反转、共谋等攻击时，所提出协议仍具有较高的安全性，且与同类型量子拍卖协议相比，新协议通信效率不受投标人数的影响。
量子信息 量子拍卖 量子密封投标拍卖 半量子 保序加密 隐私比较 quantum information quantum auction quantum sealed-bid auction semi-quantum order preserving encryption private comparison
