1 中国地质大学 机械与电子信息学院，武汉 430074
2 中国信息通信科技集团有限公司 光纤通信技术和网络全国重点实验室，武汉 430074
【目的】高速无源光接入网络中存在光纤色散、非线性损伤和带宽限制等问题，导致传统强度调制和直接检测技术的功率预算损失较高，难以满足高速无源光接入网络的要求。
【方法】为了更好地提升强度调制和直接检测光接入系统的速率和性能，文章在Volterra判决反馈均衡器（VDFE）的基础上，研究了基于递推最小二乘估计（RLS）算法的VDFE-RLS信道均衡方法。该均衡器采用RLS算法对其中的抽头系数进行更新。该均衡器包含了一、二、三阶Volterra级数，其中一阶Volterra级数对线性损伤进行补偿，二阶和三阶Volterra级数能够对非线性损伤进行补偿。文章将该均衡器应用于经过20 km传输后的单波长为200 Gbit/s的O波段强度调制和直接检测技术的下行光接入系统中。
【结果】实验结果表明，RLS算法相比传统的最小均方（LMS）算法在均衡器中表现出来的性能更好。此外，VDFE-RLS可以实现>29 dB的功率预算。VDFE-RLS相比于传统的基于Volterra的前馈均衡器（VFFE），当VDFE-RLS和VFFE-RLS均衡器长度相同时，可以实现2.2 dB功率预算的提升。当VDFE-RLS的均衡器长度为VFFE-RLS的一半时，前者相比后者仍可以提升0.5 dB的功率预算。
【结论】文章所述系统相比其他传统系统在能够缩短均衡器长度的同时，能提高系统的功率预算，还能最终恢复出准确度较高的信号。
Volterra判决反馈均衡器 递推最小二乘估计 Volterra级数 自适应滤波算法 VDFE RLS Volterra series adaptive filtering algorithms 光通信研究
2024, 50(1): 23013601
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163
电动化、智能化的光学显微成像系统需要能够实时测量系统的焦面漂移并进行校正，从而实现对活细胞的长时间观测和全片的病理切片扫描。设计一种探测非对称光束界面反射后的光斑位置从而进行焦面漂移测量的方法。利用ZEMAX软件光学仿真了反射光斑在不同离焦情况下的光斑形状，搭建了集成化的漂移测量模块并在商用正置显微镜上对其进行了验证。结果表明，针对60×浸油物镜，所提系统的漂移测量精度达250 nm，漂移校正的响应时间小于500 ms，满足了高分辨率长时间成像的要求。
光学系统 自动聚焦 轴向漂移 非对称光束 闭环反馈 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411014
重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
激光线宽作为表征激光相干性的重要参数，自激光技术诞生以来就备受人们关注。窄线宽激光器由于光谱纯度高、相干长度长、相位噪声低等优点，被广泛应用于引力波探测、冷原子物理、相干光通信、光学精密测量，以及微波光子信号处理等领域。随着现代信息技术的发展，窄线宽激光器作为这些应用的核心光源，在固有的线宽、噪声等参数得到进一步优化的同时也被期望拥有一些新的性能，如参数的极致调控、时频超稳、波长调谐，以及波长扫描等。激光本征线宽源于自发辐射噪声，激光器线宽压缩的发展历程是研究人员与自发辐射噪声对抗的历程。纵观窄线宽激光的发展历史，激光腔构型从简单的两个反射镜构成的单主腔、多布拉格反射面（DBR）构成的单主腔、分布反馈（DFB）结构构成的单主腔，到激光单主腔加固定单外腔，再到波长自适应分布弱反馈激光构型，其核心思想都是利用反馈信号对自发辐射噪声进行抑制。本文以激光主腔构型的演化发展为叙述脉络，总结窄线宽激光技术的研究进展，对比激光谐振腔构型在激光线宽压缩、噪声抑制思想上的异同，最后重点介绍新近发展的波长自适应分布弱反馈窄线宽激光器，对该类新型激光器的物理思想、核心器件和系统性能进行分析和讨论。
激光 窄线宽 波长自适应 分布弱反馈 瑞利散射 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0114003
量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
在光学俘获和操控单原子的实验中, 激光的低频强度噪声通常会加热原子, 从而缩短其存储时间并破坏其内态相干性。我们采用了一种基于电光振幅调制器(EOAM)的单级反馈环路来抑制激光低频噪声, 实现了0～1MHz的强度噪声的有效抑制, 100 kHz以下的噪声可降低20 dB, 500 kHz以下的噪声可降低10 dB。噪声抑制的频率范围涵盖了光学偶极阱的典型参量加热频率。将该装置用于单个铯原子实验将单个原子在偶极阱中的存储时间延长两个数量级, 测量的退相干时间也增加了5倍。
光电反馈 强度噪声 光学俘获 原子存储时间 原子退相干时间 optoelectronic feedback laser intensity noise optical trappings atomic storage time atomic decoherence time 量子光学学报
2023, 29(4): 040601
华东师范大学 物理与电子科学学院 上海 200241
本文在理论上提出了一种由非线性分束器和线性合束器构成的量子混合干涉仪,其中非线性分束器是由非线性参量过程结合量子压缩源的线性相干反馈构成,用于提高量子混合干涉仪相位灵敏度。具体而言,光学参量放大输出的光束与量子压缩源线性反馈至输入端,获得一对纠缠度可控的双模压缩光束,结合线性合束器,构建反馈型量子混合干涉仪。结果表明,相比于无反馈量子混合干涉仪,本方案通过调节反馈强度至合适区间,可以在增加相敏光子数实现干涉信号强度提高的同时,增强两干涉臂之间纠缠度进而减小干涉噪声。此外,将压缩真空态作为反馈环结构的输入态,能够进一步降低探测信号的噪声。因此,本方案从以上三个方面有效地提升混合干涉仪的测量灵敏度,甚至在有损的情况下,相比于无反馈情形,该反馈型量子混合干涉仪仍具有更好的相位灵敏度,表现出更好的抗损能力,有望应用在量子精密测量领域。
相干反馈 量子纠缠 干涉仪 相位灵敏度 coherent feedback quantum entanglement interferometer phase sensitivity 量子光学学报
2023, 29(2): 020202
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
强耦合是腔光力系统用于产生和观察许多宏观量子现象(如光力压缩态和纠缠态等)的基本条件,系统进入强耦合的明显标志是正交模劈裂。本文理论分析了加入光学参量放大器和相干反馈的光力系统中的正交模劈裂现象,并讨论分析了反馈回路的光学相位对正交模劈裂的影响。在不同参数情况下,如光学参量放大器参量增益、反馈分束器的反射系数和输入光功率等,模式位置和线宽随相移的变化。结果表明: 在其他参数一定时,通过调节反馈相位,初始无模式劈裂的系统随相位变化出现模式劈裂并达到最大的模式间隔,从而从弱耦合进入强耦合状态。而且,多个参数的协同调节,可有效提高模式劈裂的程度。该研究为实验上增强光力耦合强度的实验调节提供了方便,可广泛用于光力系统的弱力灵敏探测以及宏观量子态产生与测量等。
正交模劈裂 光学参量放大 相干反馈 强耦合 normal-mode splitting optical parametric amplifier coherent feedback strong coupling 量子光学学报
2023, 29(2): 020502
1 解放军某部, 湖北 武汉 430000
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 华中光电技术研究所- 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
在各种冷原子干涉测量系统中, 磁光阱(Magneto Optical Trap, MOT)、补偿及偏置磁场控制是不可或缺的关键技术, 稳定、快速的磁场控制直接影响着原子冷却囚禁、干涉等过程中原子团的精密操控。设计了一套高性能的精密磁场控制系统, 电路结构上通过采用精密放大器驱动的低噪声恒流源拓扑, 以降低磁场驱动电流的噪声水平; 控制方式上采用模拟PID+扰动抑制的控制策略, 以提高磁场驱动电流的开关速度。实验室环境下测试结果表明: 当磁场驱动电流输出为1 A的情况下, 电流开启时间优于300 μs, 关断时间优于50 μs, DC(0 Hz)~250 kHz频率范围内总体电流噪声优于-80 dB。最终, 通过在冷原子绝对重力仪/重力梯度仪与冷原子陀螺系统中的应用测试, 所设计的磁场控制模块满足了冷原子干涉系统控制需求, 达到了预期效果。而且通过自主研制, 解决了对商用磁场控制模块的依赖, 促进了量子测量装置的装备化。
精密磁场控制 冷原子干涉仪 恒流源 模拟PID反馈控制 快速电流开关 precision magnetic field control cold atom interferometry constant current source analog PID feedback control fast current switching
华中光电技术研究所- 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
光电装备伺服系统因减速制动会产生反馈能量, 生成泵生电压从而引发电源过压保护等一系列问题, 采用传统的能量耗散方法难以有效解决。针对反馈能量引发的泵升电压问题, 从伺服系统的软、硬件两个方面进行了研究与分析, 探讨了伺服系统的反馈能量作用机理, 从伺服供电电源、伺服驱动电路、控制参数等方面提出了几种处理反馈能量、解决泵升电压问题的有效方法。提出了一种新的送零控制方式, 泵生电压抑制率达74.7%。基于一种全桥式驱动电路, 利用反馈能量实现了电机快速制动, 并同时消除了泵升电压。对光电装备伺服系统的调试、试验工作, 具有实际工程指导意义。
减速制动 反馈能量 泵升电压 控制参数调整 快速刹车 deceleration braking feedback energy pump voltage control parameter adjustment fast braking
光子学报
2023, 52(12): 1206004
