1 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海交通大学物理与天文学院，上海 200240
2 上海量子科学研究中心，上海 201315
波前整形方法通过改变入射光的相位模式分布来补偿由散射引起的相位畸变，使散射光子可以被有效地利用，从而实现散射光场调控。通过散射光场调控可以将有害的散射介质变成可控的光学元件，实现光的定向传输、动态检测等功能，为其在各领域中的应用提供了一种强大的工具。本文在介绍光场散射特性及其调控方法原理的基础上，介绍了散射光场空间、偏振、频率、能量和轨道角动量等自由度的调控方法，随后重点介绍了散射光场调控在成像、通信、非线性光学、量子光学、光学检测、集成光学和光计算等领域的最新研究进展。
物理光学 散射 光场调控 波前整形 传输矩阵 光学学报
2024, 44(10): 1026006
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
中国船舶集团有限公司第七一八研究所, 河北 邯郸 056027
针对高能激光器出光过程中出现的大量离焦和0°像散低阶像差现象，提出了基于哈特曼波前传感器和二维整形光路的XY离焦像差校正方法。首先，通过对Zernike多项式的离焦项和0°像散项进行线性组合得到XY离焦像差的表达式，该XY离焦像差系数的大小可直接表征X离焦和Y离焦的波前PV值。同时，通过微调高能激光器中二维整形光路中的镜子间距，可实现激光器输出光束XY离焦波面的补偿。因此，首先利用哈特曼波前传感器提取出光束的XY离焦像差系数大小，而后再根据XY离焦像差系数的大小实时闭环微调二维整形光路中的镜子间距，从而实现XY离焦像差的校正，改善输出光束的光束质量。实验结果表明，该方法可有效地将高能激光器输出光束XY离焦量的PV值由5.2 μm和1.1 μm校正到0.5 μm以下，相应的光束质量β因子由3.1降到1.8，光束质量得到明显改善。
高能激光 光束质量 像差校正 光束整形 矩阵光学 high energy laser beam quality aberration correction beam shaping matrix optics
苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
通过测量矩阵获取Gram矩阵，梳理了Gram矩阵与系统点扩散函数的关系，进而基于点扩散函数提出最强旁瓣峰值大小、叠加旁瓣峰值大小、空间距离和频谱余弦相似度4个特征参量。在此基础上，构建了一种单像素压缩成像高质量图像重建的特征函数，建立了可重建的目标稀疏度与特征函数的关系，并通过数值模拟和实验验证了所提特征函数的有效性，该工作对于单像素成像系统测量矩阵的优化设计具有重要借鉴意义。
成像系统 单像素成像 压缩感知 测量矩阵 特征函数
1 中国信息通信研究院，北京 100088
2 长飞光纤光缆股份有限公司，武汉 430074
【目的】文章面向光纤研发制造和光系统开发，结合单模光纤的衰减来源对G.652.D单模光纤衰减谱的数值特性和光纤衰减谱特性矩阵进行研究，以分析优化光纤衰减谱模型的数学表达方式，提升对光纤衰减谱的数字化建模能力。
【方法】ITU-T G.650.1（2020）标准给出了通过谱衰减模型法计算G.652.D单模光纤衰减谱的样例矩阵。文章结合光纤衰减来源分析论证了谱衰减模型法可以对应4个波长的衰减谱特性矩阵近似计算得到光纤衰减谱且误差较低的原因，结合衰减来源计算得到形式优化的衰减谱特性矩阵，并对1 000个样本光纤的衰减谱测试数据进行验算分析。
【结果】文章主要研究结果包括：（1）在G.652.D光纤的衰减谱特性矩阵对应波长与光纤的主要衰减来源有良好对应关系时，谱衰减模型法能够以较小的误差近似计算光纤衰减谱；（2）结合光纤衰减来源计算了G.652.D单模光纤的衰减谱特性矩阵，该矩阵在形式上相比仅由数据计算得到的特性矩阵更能够反映光纤的衰减机理；（3）对样本光纤衰减谱测试数据的验算分析验证了新矩阵可以同样以较小的误差有效地计算光纤样本的衰减谱。
【结论】文章研究得出，谱衰减模型法能够用于近似计算光纤衰减谱的原因是，衰减谱特性矩阵的对应波长与光纤的主要衰减来源有良好的对应关系，结合衰减来源可以计算优化特性矩阵，新矩阵能够反映光纤的衰减机理并经验算可以同样以较小误差有效地计算光纤样本的衰减谱。
光纤 G.652 衰减谱 特性矩阵 数字化 optical fibre G.652 spectral attenuation characterizing matrix digitalization 光通信研究
2024, 50(2): 22007901
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室，上海 201800
2 上海交通大学，IFSA协同创新中心，上海 200240
在光束传输控制中，反馈系统需要具有较高的角度分辨率，以达到自动准直的精度要求，此外还需要具备一定的角视场，以降低对初始安装和调试的精度要求。提出了一种基于双焦透镜的双踪远场自动准直方案，在同一光学系统中实现了高精度和大视场两种角度分辨率的远场图像反馈系统。基于矩阵光学理论对远场图像反馈系统进行数值分析，给出了双焦透镜的等效传输矩阵，并分析了双焦透镜的角度分辨率和视场特性。设计并开展实验对基于双焦透镜的双踪远场自动准直方案进行了性能演示，实验结果表明，高精度下的角度分辨率约为大视场下角度分辨率的6.9倍，与设计值（6.6倍）基本相符。
光学设计 高功率激光 自动准直 远场成像 矩阵光学
冯超 1,2,3何涛 1,2,3,*施宇智 1,2,3王占山 1,2,3程鑫彬 1,2,3
1 同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所，上海 200092
2 同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
3 上海市数字光学前沿科学研究基地，上海 200092
偏振作为光场的基本自由度，在众多光学技术领域中有着十分广泛的应用。光学器件的偏振操控性能常用琼斯矩阵来表示，琼斯矩阵中可控通道数目的多少表征了对应光学器件的偏振调控能力强弱。随着光学技术的蓬勃发展，诸如偏振成像、通信编码、光学加密等前沿应用迫切需要光学器件能够独立调控多个琼斯矩阵通道，同时兼顾小型化。超表面作为由人工亚波长微结构按照特定序列排列而成的平面光学器件，天然具备集成化的优势，且对电磁波具有强大的调控能力，有望在偏振光学器件领域发挥巨大作用。从超表面的相位、振幅调控机理出发，按照可调控的通道数目从少到多对超表面调控琼斯矩阵的发展进行了系统梳理，并对超表面琼斯矩阵调控技术的未来发展进行了展望。
超表面 琼斯矩阵 偏振调控 多功能集成 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0123001
1 中国科学院空天信息创新研究院中国科学院定量遥感信息技术重点实验室，北京 100094
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
3 电子科技大学资源与环境学院，四川 成都 611731
提出一种成像前评价关联成像系统性能的方法，基于通信系统信道评价方法对观测矩阵进行分析，计算成像系统的信道容量，以信道容量来评价系统性能。对100幅成像场景、20种不同类型的观测矩阵以及2种重建算法进行成像仿真，并与成像重建后的图像质量评测效果进行对比分析。结果表明：本文在成像前对系统性能的评价结果与成像后的验证结果具有较好的一致性，当采样比例相同时，重构图像的均方差和信道容量对矩阵元素分布类型具有相同的依赖关系；当矩阵元素分布类型相同时，归一化信道容量和归一化反转均方差随采样次数变化的曲线具有很高的拟合程度，其拟合系数R2值普遍大于0.8。本文方法具有很强的适用性，其效果不随图像尺寸的变化而变化，能够广泛应用于常见的遥感场景。
成像系统 观测矩阵 采样比例 分布类型 信道容量 性能评价
1 福州大学 物理与信息工程学院,福州 35008
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室,福州 350108
3 晋江市博感电子科技有限公司,福建 泉州 62200
从仿真角度出发，分析设计了基于量子点膜色转换方案像素点的整体结构模型，首先构建了蓝光Micro LED（micro light‑emitting diode，Micro LED）结构模型，研究了表面粗化和二维光栅两种提升Micro LED光提取效率（light extraction efficiency，LEE）的表面微结构；然后分别分析了有无该结构的蓝光Micro LED与侧壁挡光介质结合组成蓝色子像素点的LEE和光强分布随侧壁倾角变化的趋势；接着优化了量子点膜的模型参数，并分析了有无表面微结构的蓝光Micro LED对红绿子像素点光转换效率和光强分布的影响；最后对上述不同结构全彩像素点整体的色偏性能做了对比研究。仿真结果表明，具备表面粗化蓝光Micro LED和侧壁反射型挡光介质的像素点在0°~50°倾角下均可获得较大的正面LEE和低于0.02的色偏，相比其他结构更适合于量子点膜色转换方案。
微缩矩阵化发光二极管 全彩显示 量子点膜 像素点 色偏 Micro LED full-color display quantum dot film pixel point color shift
