在以偏振编码为基础的量子保密通信中，由于外界温度、应力以及光纤的本身缺陷等因素，使得偏振态无法保持长期稳定，增加系统的误码率，因此需进行偏振控制以维持通信系统正常运行。诱骗态已经成为现阶段量子通信网络的常规操作，利用诱骗光子作为偏振参考，有望实现系统偏振态长时间、不间断地锁定控制，提高通信效率。提出了利用现场可编程逻辑门阵列进行偏振态制备以及强光、单光子偏振控制于一体的系统偏振解决方案，将偏振态制备、强光偏振控制、单光子偏振控制单元集成在一个系统中，提高了系统的集成化，增加了系统管理的便捷性，实验测试偏振态制备单元可以根据需要产生不同的偏振态，经过强光偏振控制后，保真度可达99.11%±0.44%，经单光子偏振控制后保真度可达97.93%±0.96%，演示证明了方案的有效性和稳定性。

介绍了受激拉曼散射（SRS）对强激光系统的危害，主要包括强激光在空气中长距离传输时产生的受激转动拉曼散射（SRRS）与大口径KDP（磷酸二氢钾，KH2PO4）晶体中的横向受激拉曼散射（TSRS）。研究表明，SRS不仅会损耗激光能量降低光束质量，TSRS还可能会损坏KDP晶体。针对SRS对强激光系统的危害，文章介绍了国内外关于SRS的主要抑制方案，而且重点介绍了通过控制偏振方向降低SRS增益的新思想。

同源自零差相干技术在信号传输时伴随传输一个同源的导频，将其在收端用作相干探测的本振光。同源自零差相干系统包含偏分复用同源自零差相干和空分复用同源自零差相干两类架构。通过同源自零差相干可以在光信号探测前实现有效的“光域载波恢复”，从而有望在系统中采用低成本非制冷的分布式反馈(DFB)激光器和波特率采样接收机。在空分架构中，信号光与导频光传输引入的相对延时会导致一个性质独特的相位噪声，其概率密度的分布特性限制了系统可容忍激光线宽与相对延时积的大小，而其微分对应频率调制噪声的有色性则提供了一种高精度、大动态范围的在线相对延时估计方法，为充分发挥同源自零差相干技术架构优势提供了可靠的保障。自动偏振控制调控技术可用于实现偏分架构中导频和信号的分离，亦可用于规避空分架构偏振分集探测时的功率衰落问题。此外，基于自动偏振控制的同源自零差相干技术为高速、对称的双向互连架构提供了一种全新的低成本解决方案，仅采用单个自动偏振控制器即可实现双向偏振锁定，可进一步降低单纤偏分双向架构的器件成本以及实现无需多入多出(MIMO-free)均衡的双纤架构，且数字信号处理(DSP)仅剩单入单出均衡和前向纠错。这使得基于自动偏振控制的同源自零差相干技术可以为高性能、低成本、DSP-free的双向高速互连提供一种极富前景的方案。本文介绍了同源自零差相干光传输系统的类型、优势、挑战及解决方案，综述了本团队在关键的自动偏振控制技术、在线相对延时估计技术，以及基于自动偏振控制的至简DSP同源自零差相干传输技术方面的系列成果。

采用激光二极管(LD)来泵浦Yb∶YAG板条晶体被动调Q双波长激光器,开展可控激光输出偏振态的实验研究。实验搭建紧凑的V型谐振腔,通过调节输出镜(OC)的倾角可以实现激光输出从0°水平线偏振到90°垂直线偏振的切换。通过实验设计可以得出最终的输出偏振态取决于腔内的附加相位差,当腔内附加相位差为π时,输出偏振由水平偏振向垂直偏振切换。实验结果表明:当OC倾角的变化量约为3.6 mrad时,线偏振态从水平偏振切换至垂直偏振,水平线偏振的消光比最优为28.98 dB,垂直线偏振的消光比最优为25.96 dB;在泵浦功率为18.42 W时,获得了1.66 W的平衡双波长激光输出,对应的脉冲宽度为42.6 ns。

介绍了一种用于偏振控制的遗传退火算法(GASA),该算法在遗传算法(GA)的基础上,引入了模拟退火的选择机制,将蒙特卡罗思想引入到了GA中,使算法具有更加强大的搜索能力。通过建立基于GASA算法的光纤激光主动偏振控制系统的数学模型,得到了不同参量情况下的GASA算法的仿真图像,并且分析了其收敛效果。仿真结果表明,在选择输出激光的偏振消光比作为适应度函数,种群数量为90,变异概率为0.7,交叉概率为0.001,温度下降比率为0.99的情况下,系统可以达到最优的控制效果。将GASA算法和随机并行梯度下降算法的仿真图像进行对比,可以看出,GASA算法具有较好的全局搜索能力和跳出局部最优值的能力,可以将其用在光纤激光的主动偏振控制系统中。

在现代光通信系统中, 快响应速度的偏振控制在如扰偏和稳偏等技术的相关研究中有着极大的需求。然而, 目前的偏振控制器由于材料和结构等因素的影响, 响应速度最快只能在ns级别, 这成为偏振相关研究的主要瓶颈。文章介绍了一种基于商用低速电控偏振控制器和高速相位调制器的新型光学结构来实现超快的偏振控制。实验验证并分析了两个正交光场分量在振幅差缓慢变化和相位差快速变化同时进行的情况下, 庞加莱球上的偏振态变化轨迹。实验结果表明, 此方法大大提高了偏振控制的响应速度, 为更好性能的扰偏和稳偏技术提供了有力的支持。

偏振控制可以有效恢复光纤传输过程中因相位偏移而受损的偏振态,是量子通信、光纤传感以及相干光通信等领域中的关键技术。提出了一种基于适应性矩估计(Adam)的偏振控制算法,建立了相应的偏振控制系统模型。基于该模型对Adam偏振控制算法进行了数值仿真,并与经典的随机梯度下降(SGD)算法进行了对比,同时分析了控制精度和噪声幅度对偏振控制效果的影响。仿真结果表明,该算法可以快速收敛到目标偏振态,在衰减率为0.03、噪声幅度为0.003、偏振迭代步数为53时,控制精度可达10 ^-4。与SGD算法相比,平均迭代步数减少了23%,最高控制精度提升了1~2个数量级。基于现场可编程门阵列验证了Adam算法的可行性,结果表明,该算法能快速、稳定地补偿信道中的偏振变化,并通过优化衰减率提高偏振控制效果、缩短偏振控制时间。

利用波长为532 nm、脉宽为90 ns的纳秒激光器,精密五轴运动系统,以及自主研发的计算机辅助制造程序,通过精确控制机械运动和激光辐照参数,在平面和自由曲面上制备了周期性亚波长条纹。研究了不同激光能流密度和扫描速率对条纹形成的影响,发现能流密度F=7.52 J/cm 2和扫描速率v=7 mm/s时,形成最佳条纹。结合激光偏振控制器件,发展了一种同步偏振控制技术,实现对激光偏振方向的同步控制,从而实现对条纹方向的精确操控。同时研究了不同的条纹方向对着色效果的影响。在此基础上,在不锈钢平板上制备了颜色鲜艳、外轮廓清晰的彩色图案,进一步实现了曲面上复杂图案的制备。