福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建 福州 350007
近几年新型冠状病毒COVID-19的迅速传播，引起了全球对传染病防控和快速病毒检测技术的高度关注。表面增强拉曼光谱（SERS）作为一种光学分析技术，凭借其独特的分子指纹特性和高检测灵敏度的特点，成为生物医学检测领域的有力工具，对可能大规模暴发的流行性病毒灵敏迅速的检测以及监控提供新颖、高效的光学解决方案。本文对从2021年以来开展的DNA、RNA病毒，尤其是威胁人类生命健康的流行性病毒检测工作当中使用的标记、非标记SERS技术进行梳理，从SERS基底结构建构及功能化修饰，分子探针的设计，高速响应、高灵敏度检测模型构建，生物技术、机器学习方法的联合使用等方面，特别是基于便携式、手持式拉曼光谱仪的研究，对SERS技术在病毒检测领域的应用进展进行了总结和展望。
医用光学 表面增强拉曼光谱 病毒检测 生物传感器 纳米光子学 纳米医学
重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
提出一种基于绝缘体上硅的具有超高形状因子的光学平顶滤波器方案。该方案采用跑道型微环谐振器（RMRR）辅助非对称马赫-曾德尔干涉仪（MZI）结构，可实现的3 dB带宽为1.94 nm，相应的形状因子1（3 dB带宽与通带内功率下降10 dB时的通带宽度之比）和形状因子2（3 dB带宽与通带内功率下降15 dB时的通带宽度之比）分别为0.96和0.94，纹波因数（通带中最大功率与最小功率的比值）为2.40 dB。此外，分析了由RMRR引入的相移对该平顶滤波器性能的影响，并实验验证了通过调节施加在RMRR上的电压可以有效地调控其输出谱。该方案具有形状因子高、工艺复杂度低、体积小、质量轻、功耗低等优点，可广泛应用于高速光通信网络中。
光学器件 平顶滤波器 集成光学 跑道型微环谐振器 硅光子学
复旦大学通信科学与工程系和电磁波信息科学教育部重点实验室，上海 200433
提出了一种基于光学外调制器倍频产生W波段线性调频（LFM）信号并用于高分辨率测距的新方案。通过光调制器将来自任意波形发生器（AWG）的LFM信号调制到光载波的边带上，利用光电探测器（PD）拍频完成光电转换，从而产生四倍频W波段LFM信号，其中心频率与带宽均为原始LFM信号的四倍。发射上述宽带LFM信号对相距为50 cm的2个目标分别测距，测量结果为48.8 cm，误差为1.2 cm。为进一步验证实验的可靠性，调整2个目标的距离为40 cm，测量结果为38.9 cm，误差为1.1 cm。该系统克服了难以直接在电域产生高频信号的“电子瓶颈”，通过光子辅助产生宽带LFM信号实现了高分辨率感知测距，为未来超高分辨率的线性调频连续波雷达系统提供了一种解决方案。
微波光子学 雷达测距 光子辅助倍频 线性调频连续波 W波段 激光与光电子学进展
2024, 61(9): 0906006
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 重庆邮电大学智能通信与网络安全研究院，重庆 400065
本文针对宽带多载波微波光子链路（MPL）中产生的带内三阶交调失真（IMD3）和带外互调失真（XMD），给出了相应的非线性失真模型，然后基于失真模型中的XMD和IMD3信号与基频信号符号相反的特性来获取具有闭式解的代价函数，从而在快速自适应获取最优线性化系数的同时完成对XMD和IMD3的补偿。与现有的XMD和IMD3补偿方法相比，该方法无需系统和信号的先验参数，无需复杂的训练和迭代优化过程，实用性更好。仿真结果表明，在基于马赫-曾德尔调制器的MPL中传输多音信号时，链路中产生的XMD和IMD3分别被抑制了35 dB和29 dB以上；此外，当传输多载波正交频分复用信号时，信号的误差矢量幅值从8.1%优化到了2.2%。
微波光子学 数字线性化 三阶交调失真 互调失真 光学学报
2024, 44(12): 1207001
1 华东师范大学通信与电子工程学院，上海 200241
2 华东师范大学上海市多维度信息处理重点实验室，上海 200241
在带内全双工（IBFD）多输入多输出（MIMO）通信系统中，通道间串扰、非线性失真及多径效应的共同作用使自干扰信号异常复杂。为在大带宽应用场景下消除此复杂自干扰信号，提出一种由最小二乘（LS）算法辅助的MIMO非线性自干扰光域消除方案，并将其与数字域消除相结合。该方案对IBFD MIMO系统中的复杂自干扰信号进行建模，并利用LS算法对模型参数进行估计，进而重建出模拟参考信号并用于实现光域模拟自干扰消除。此外，通过设置门限，在保证模拟消除深度的情况下忽略自干扰信号中功率较低的分量来降低LS算法阶数，提高参考重建速度。经实验验证，当MIMO多径自干扰信号的载波频率和波特率分别为1 GHz和0.5 Gbaud时，所提方案经过光域模拟和数字域自干扰消除后，可实现约35 dB的自干扰消除深度。
光纤光学 射频光子学 带内全双工 自干扰消除 多输入多输出 非线性串扰
重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
介绍了一种基于绝缘体上硅（SOI）的马赫-曾德尔干涉仪（MZI）型高灵敏度折射率传感器。在该传感器中采用悬空槽（SSlot）波导作为传感臂，条形波导作为参考臂，利用两臂不同模式之间的干涉提高传感器的灵敏度。分析了MZI型传感器的工作原理，推导了灵敏度公式，通过灵活调节两臂长度和合理设计SSlot波导，实现了9.824×104 nm/RIU的高灵敏度。该传感器还具有尺寸小、制造简单等优势，可广泛应用于生物医疗、环境监测等领域。
光谱学 硅光子学 折射率传感器 马赫-曾德尔干涉仪 灵敏度
1 东南大学智能影像与介入医学国家级重点实验室培育建设点，江苏 南京 210009
2 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所劳伯特生物医学成像研究中心医学成像科学与技术系统重点实验室，广东 深圳 518055
近红外二区（NIR-Ⅱ）金纳米团簇（Au NCs）具有明亮的多色荧光、良好的生物相容性和可肾脏清除的特性，已成为当前生物医学光子学领域中备受关注的纳米材料。首先介绍了NIR-Ⅱ Au NCs的合成方法，讨论了其面临的低产率和缺乏规模化制备的问题。其次，介绍了NIR-Ⅱ Au NCs的表面调控技术，讨论了调控团簇表面结构、组成和形态的方法，以及增大发光波长和提高荧光量子产率的方法。然后，总结了NIR-Ⅱ Au NCs在血管成像、淋巴管和淋巴结成像、肿瘤成像以及成像引导治疗等方面的最新研究进展。最后，讨论了NIR-Ⅱ Au NCs在生物医学光子学领域中面临的机遇与挑战。
生物光学 金纳米团簇 近红外二区荧光 生物医学光子学 生物成像 成像引导治疗
1 北京控制与电子技术研究所，北京 102300
2 哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
3 哈尔滨工业大学郑州研究院，河南 郑州 450000
微波光子学频率测量技术利用光学结构和技术产生、操纵、传输和测量高速微波射频信号，将光子学的高带宽、高复用、低损耗与微波技术的高精细、灵活性和易调控等优势相融合，能够大幅提升现有动态频谱监测系统的性能，在电磁空间安全防护、雷达、高速通信等领域具有显著的优势和应用前景。本文概述了微波光子学频率测量技术的研究进展，对比了包括频谱分析型、功率映射型和信道型等3种微波光子学频率测量技术的测频速度、测频精度等关键指标，并论述了基于光学啁啾链瞬态受激布里渊散射效应的微波光子频率测量技术研究工作。
微波光子学 超快微波频率测量 频谱分析 功率频率映射 信道 光学啁啾链 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0112003
1 华东师范大学物理与电子科学学院，上海 200241
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
近年来，薄膜铌酸锂光子集成技术发展极为迅速，其背后有着深刻的物理、材料、技术原因。单晶薄膜铌酸锂为解决光子集成芯片领域长期存在的低传输损耗、高密度集成以及低调制功耗需求提供了至今为止综合性能最优的解决方案。面向未来的新一代高速光电器件与超大规模光子集成芯片应用，本文回顾了薄膜铌酸锂光子技术的起源及其近期的快速发展，讨论了若干薄膜铌酸锂光子结构的加工技术，并展示了一系列当前性能最优的薄膜铌酸锂光子集成器件与系统，包括超低损耗可调光波导延时线、超高速光调制器、高效率量子光源，以及高功率片上放大器与片上激光器。这些器件以其体积小、质量轻、功耗低、性能好的综合优势，将对整个光电子产业产生难以估量的影响。
1 香港理工大学生物医学工程系，香港 九龙999077
2 香港理工大学深圳研究院，广东 深圳 518055
3 香港理工大学光子技术研究院，香港 九龙999077
4 香港理工大学体育科技研究院，香港 九龙999077
光学技术在生物医学中扮演着越来越重要的角色，其非电离辐射、高分辨率、高对比度和对生物组织异变高度灵敏等特性使其非常适用于生物组织的研究，包括成像、传感、治疗、刺激以及控制等。然而由于光折射因子在生物组织中的分布是不均匀的，光在生物组织中的传播会受到很强的散射影响，故纯光学技术的穿透深度和空间分辨率是“鱼和熊掌不可兼得”；高分辨率光学成像应用仅限于样品浅表层，当成像深度增加时分辨率急剧下降。实现光在深层生物组织里的高分辨率成像或应用是人们期盼已久的目标。近年来，为解决这一问题，研究者提出了不同的方法，例如切换到更长的光波长以减小组织散射系数，在信号检测时将漫射光转换为散射不明显的超声信号，逆转或者预先补偿由光的多次散射所带来的相位畸变，或借助光纤等微创光学通道实现深层生物组织的高分辨率光学成像、刺激等。基于团队在深层生物组织光学相关领域多年的耕耘，从光在生物组织中的传播特性出发，梳理和总结了近年来研究人员在光-声结合和光学波前整形技术等方面展开的诸多探索，以及在生物组织操控、成像、光学计算以及人工智能等领域中的应用尝试。虽然尚有诸多不足，但随着硬件设备的更新和计算技术的发展，在不远的将来有望实现活体深层生物组织光学高分辨率应用。在这一求索过程中，新方法和新能力将不断激发新的应用灵感，为光学尤其是生物医学光子学带来全新的理念和机遇。
