“华中科技大学建校70周年暨激光专业创建50周年”纪念专辑前言
——张新亮 曾晓雁 唐明 孙琪真
[摘要]华中科技大学在新中国的朝阳中诞生，在共和国的旗帜下成长。薪火相传七十载，砥砺前行，始终传承红色基因，心怀“国之大者”，以服务国家为己任，为国家输送了逾70万各类人才，涌现出一批以人民英雄、时代楷模、国家最高科学技术奖获得者、全国优秀共产党员、全国劳动模范、全国道德模范等为代表的杰出校友，其发展过程被誉为“新中国高等教育发展的缩影”...
查看详情
华中科技大学
[摘要]钩沉往昔筚路蓝缕奠基立业，续写今朝峥嵘华章强国兴邦。2022年华中科技大学迎来建校70周年华诞。七十载栉风沐雨，砥砺前行，春华秋实；七十年薪火相传，齐心协力，玉汝于成。为迎接华中科技大学建校70周年校庆，特书此《激光钩沉——华中科技大学激光专业初创时期点滴回顾》，激励后来激光人。
华中科技大学武汉光电国家研究中心
[摘要]涡旋光是一种横向空间分布的特殊光场，包括相位涡旋光和偏振涡旋光，被广泛应用于天文学、光学操控、显微镜、成像、传感、量子科学和光通信等领域。目前，涡旋光场的产生技术主要采用腔外转换法，但该方法存在明显的局限性，如产生的涡旋光光场的相位不连续。因此，涡旋光激光器具有重要的研究意义。回顾了涡旋光激光器的研究进展，全面综述了不同类型的涡旋光激光器，包括基于分立元器件的涡旋光激光器、基于光纤的涡旋光激光器以及基于集成器件的涡旋光激光器，同时对其未来发展趋势进行了分析和展望。涡旋光激光器有望进一步推动涡旋光在众多领域的广泛应用。
华中科技大学光学与电子信息学院
[摘要]高功率大能量的超快碟片激光振荡器在基础科研、工业生产、生物医学以及国防军事等领域有着广泛的应用。克尔透镜锁模是碟片激光器实现超短激光脉冲产生最常用的方法之一，围绕克尔透镜锁模碟片振荡器展开详细的论述。首先介绍了克尔透镜锁模的工作原理，然后概述了目前高功率、高重复频率、窄脉宽以及新波长的克尔透镜锁模碟片振荡器的研究现状，最后对克尔透镜锁模碟片振荡器的具体应用及未来发展趋势进行总结与展望。
华中科技大学光学与电子信息学院
[摘要]30多年来，飞秒激光技术取得了巨大发展，并推进着超快光学、强场物理、超分辨成像、精密测量等科学研究领域不断进步，使得人们可以通过实验观测从微米到纳米空间尺度的原子、分子等微观物质，以及这些物质在飞秒到阿秒时间尺度上的演化过程。为了实现这一目的，在技术上对各类飞秒光场振幅和相位的时间和空间三维分布(纵向时间一维、横向空间二维)进行快速甚至单发测量，是十分必要的。本文简述了各类飞秒光场的时空结构测量技术，并讨论了其在泵浦-探测实验中的应用。随着基于飞秒激光的短波次级辐射源的发展，飞秒光场时空结构测量的需求和技术正不断扩展到极紫外和X射线等短波波段。
华中科技大学光学与电子信息学院
[摘要]飞秒光学参量振荡器(OPOs)是一种高效灵活的波长转换系统，可以在传统激光增益介质无法有效工作的波段内产生超短脉冲激光。宽光谱超短脉冲激光光源在多分子检测、光学相干断层成像和超快科学等新兴领域具有重要的应用价值。通过相位匹配设计，非线性晶体可以获得极大的参量增益带宽。而如何利用大增益带宽的非线性材料，基于飞秒OPO来产生宽谱激光逐渐成为近几年的研究热点。本文综述了近些年国内外飞秒OPO腔内光谱展宽技术的研究进展，重点介绍了本课题组基于腔内光谱合束、啁啾脉冲振荡、腔内脉冲压缩等技术方案实现飞秒OPO宽谱输出的研究成果。
华中科技大学光学与电子信息学院
[摘要]大功率射频板条CO2激光器曾经是深熔焊接、切割的主力光源，目前主要用于超大规模集成电路晶圆退火。华中科技大学于2007年就开始了大功率射频板条CO2激光器的研发，并进行大量的理论研究和产业化工作。本文介绍了射频板条CO2激光器的国内外发展动态；重点分析了激光器的结构设计、(板条)面积放大、扩散冷却、激励电源、射频传输、阻抗匹配、射频气体放电等离子体、放电均匀性、电极热效应、非稳-波导混合腔、激光功率提取、输出光束特性、光束整形等核心技术；展望了射频板条CO2激光器在超大规模集成电路晶圆激光退火中的重要创新应用。
华中科技大学武汉国家光电研究中心
[摘要]介绍一种新型的850 nm单模面发射分布反馈激光器(SEDFB)。采用浅脊波导表面光栅结构提供足够的光反馈，采用含λ/4相移的二阶光栅在实现面发射的同时获得单纵模特性。采用方形氧化孔径构成无源分布布拉格反射镜(DBR)—有源分布式反馈区(DFB)—无源DBR三段结构，从而减小电流注入的有源区体积，获得了与垂直腔面发射激光器(VCSEL)类似的低阈值特性。对于50 μm有源区长度的SEDFB，其阈值电流为1.8 mA，当注入电流为6.5 mA时，SEDFB的边模抑制比(SMSR)高达47 dB。同时，该激光器在注入电流为9 mA的情况下获得了17 GHz的弛豫振荡频率。SEDFB实现了准圆形光斑的面发射输出，其远场光斑发散角的半峰全宽约为21°×26°。
华中科技大学光学与电子信息学院武汉光电国家研究中心
[摘要]纳米材料具备小尺寸和大比表面积的特点，在能源器件、集成电路和生物医学等领域中具有众多独特的优势。目前，研究人员通过固相、液相或者气相沉积等方法实现了各类纳米材料的高质量制备，但这些方法主要聚焦于纳米材料的生长过程，通常需要后续多步工艺配合才能实现微纳器件的制备。因此，对纳米材料的直接图案化制备将有效提高器件的集成度，并将充分发挥纳米材料的尺寸优势。尽管已有部分方法能够实现原位免转移的纳米材料图案化制备，如紫外光刻、电子束光刻、溶液直接成型以及连续/长脉冲激光选择性诱导生长等，但仍难以满足纳米材料的图案定制化、精密化以及在热敏、柔性和曲面衬底上原位异质集成的需求。飞秒激光作为一种具有高峰值功率的“冷加工”手段，在实现纳米材料的原位图案化生长方面具有独特的优势。回顾了现有的纳米材料的原位图案化制备方法，总结了这些方法存在的问题，并重点介绍了飞秒激光诱导纳米材料的图案化生长方面的研究进展，包括金属、金属氧化物、金属硫化物以及碳基纳米材料的图案化生长及其应用。最后探讨了飞秒激光诱导纳米材料图案化生长需要解决的问题以及其在未来微纳功能器件制造中的应用前景和发展潜力。
华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室
[摘要]空心涡轮叶片是燃气轮机热端的关键零部件，其结构十分复杂，制造难度极大。陶瓷型芯型壳是用于涡轮叶片铸造的重要部件，随着燃气轮机的热端工作温度逐渐升高，所需要的叶片结构也更加精细，传统的精密铸造工艺已经无法满足叶片快速升级换代的需求。激光增材制造技术无需模具，可以加速新产品的研发，缩短制造周期，满足个性化需求。目前可用于型芯型壳制造的激光增材制造技术主要有激光选区烧结和立体光刻两大类。主要介绍了这两大类激光增材制造技术在陶瓷型芯型壳制备方面的应用，从材料配方、素坯成形、后处理烧结等多个方面综述了当前国内外的最新研究进展，探讨了两类技术各自的优势、目前存在的问题以及未来发展的趋势。
华中科技大学武汉光电国家研究中心
[摘要]元素的成分和含量对材料的性能起着至关重要的作用，常规的检测方法能够获取待测样品的类别和成分信息，但存在成本高、操作复杂、效率低等问题。应用领域的不断扩展对分析技术有了更高的需求，找寻一种更新、更快、适应性更强的检测技术成为当前的研究热点。激光诱导击穿光谱技术具有多元素同时检测、结构简单、检测速度快、不受样品形态影响等特点，在诸多领域展现出广阔的应用前景。基于此，综述了激光诱导击穿光谱技术的机理、装置类型、基础研究进展以及应用研究，并对其发展趋势进行了展望。
华中科技大学机械科学与工程学院制造装备数字化国家工程研究中心
[摘要]汽车产业是国民经济的重要支柱产业，高新技术与高端装备密集，体现了国家制造技术水平。激光焊接技术具有能量密度高、焊接变形小、柔性好等优势，被广泛应用于汽车车身成形制造，是汽车车身焊接的主要技术手段。激光焊接技术能实现钢、铝合金、镁合金等常用汽车车身材料的高质量焊接，对推动汽车车身轻量化和制造柔性化发展具有重要意义。首先结合汽车车身结构及材料特点，详细介绍了激光深熔焊、激光填丝焊、激光钎焊以及激光-电弧复合焊接等激光焊接工艺的原理及其在汽车车身焊接领域中的应用现状；然后从焊缝跟踪技术和缺陷在线检测技术两方面，对汽车车身激光焊接智能化技术的研究现状进行了介绍；最后对汽车车身激光焊接技术进行了总结并分析了其未来发展趋势。
华中科技大学武汉光电国家研究中心
[摘要]高线性度电光调制器主要用于解决微波光子系统中电信号到光信号转化时信号非线性失真的问题，微波光子链路的性能会受到电光调制器线性度的影响。本文首先分析了调制器产生非线性的原理，然后从电学域和光学域两方面概述了国内外提高调制器线性度的研究进展，并着重介绍了MZM串/并联法与微环辅助法的原理与研究进展，最后概述了薄膜铌酸锂在高线性度调制器上的应用，并对薄膜铌酸锂高线性度调制器的应用前景进行了展望。
华中科技大学光学与电子信息学院武汉光电国家研究中心光谷实验室
[摘要]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。
华中科技大学光学与电子信息学院武汉光电国家研究中心光谷实验室
[摘要]非线性傅里叶变换可以将信号转换为包括连续谱和离散谱的非线性谱，其中离散谱的本征值位于复平面的上半部分。通过非线性傅里叶变换，信息被编码到信号的非线性谱中，可以实现信号和非线性积累的有效区分，从而解决标准单模光纤中出现的非线性传输损伤。同时，作为新型的信号分析工具，非线性傅里叶变换还可以用于分析光纤激光器中的孤子脉冲。对于纯孤子，其非线性谱仅包含离散谱，离散谱中的本征值对应于孤子的特征，其实部和虚部分别对应于孤子的频率和幅值。非线性傅里叶变换技术为激光动力学的研究提供了新视角，从脉冲的全场信息得到脉冲的非线性谱，进而根据不同的本征值分布分离孤子和连续波背景，就可以实现纯孤子的产生。本文综述了非线性傅里叶变换的原理及其在光通信和光纤激光器领域的应用，并介绍了基于非线性傅里叶变换的“孤子蒸馏”技术。
华中科技大学光学与电子信息学院
[摘要]针对自由空间光(FSO)通信的实时化应用问题，本文采用自研的收发一体实时数字相干通信模块，基于自由空间光信道，通过实验验证了8×10 Gb/s、偏振复用正交相移键控(PDM-QPSK)信号的实时相干通信系统。在7%前向纠错码(FEC)条件下，通过使用掺铒光纤放大器(EDFA)调整接收端功率，该实时数字相干通信系统的单通道背靠背接收灵敏度达到了－50 dBm左右；8路信道的光载波频率间隔为12.5 GHz，且在不引入其他损耗的情况下，通过1 m左右的空间光链路实现了全信道的无误码传输。
华中科技大学武汉光电国家研究中心，光学与电子信息学院
[摘要]提出一种基于自外差探测技术的相干光载射频信号传输系统，可以借助自外差探测技术实现光学上变频。在该系统中，4个低频信号被上变频为高频毫米波信号，且在远端射频单元无需进行任何数字信号处理(DSP)。分析了对称边带串扰产生的原因并提出了在发射端消除边带串扰的方法。实验验证了通过在发射端使用4路独立、载频为10 GHz、带宽为1.6 GBaud的16-QAM射频信号和一个载频为20 GHz的单音信号，可以在接收端产生4路独立、载频为30 GHz、带宽为1.6 GBaud的16-QAM毫米波信号。在接收端不使用任何数字补偿算法的情况下，这4路毫米波信号经过50 km标准单模光纤传输后的误差矢量幅度(EVM)值均低于12.5%的阈值，复合速率达到25.6 Gbit/s。此外，发射端的数模转换采样率可以降至24 GSa/s，有效降低了系统的成本和复杂度。
华中科技大学武汉光电国家研究中心
[摘要]随着激光雷达技术的快速发展，激光雷达在军事及民用领域中的应用不断增多。保偏铒镱共掺光纤是1.5 μm激光雷达重要的增益介质，对其性能有重要的影响。成功制备出10 μm/128 μm保偏铒镱共掺光纤，其双折射系数为1.29×10－4，在1310 nm处的消光比为24 dB@4 m。基于该光纤搭建了全保偏全光纤主振荡功率放大系统，实验结果显示，当信号波长为1551 nm，光纤长度为7.5 m，940 nm泵浦功率为16.5 W时，输出功率为5.8 W，斜率效率达36%，输出激光的消光比为21 dB。该保偏铒镱共掺光纤具有优异的激光性能，为1.5 μm激光雷达系统的国产化提供了新的解决方案。
华中科技大学光学与电子信息学院
[摘要]光纤超声换能器是近年来迅速发展的一种新型超声检测技术，它具有光纤传感器小尺寸和易复用组网的特点。相比于传统超声换能器技术，光纤超声换能器表现出更高的灵敏度、更大的带宽和更好的抗电磁干扰性能，在高分辨率成像、工业无损检测和局部放电等领域具有巨大的应用潜力。光纤超声换能器主要涉及光纤超声发射和光纤超声探测技术，本文综述了这几类技术的机理和发展现状，并总结了光纤超声检测技术的应用场景和面临的技术挑战。
深圳大学物理与光电工程学院教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室
[摘要]随着社会经济水平的不断提高，糖尿病患者的数量和比例正在迅速增加。目前糖尿病人的血糖浓度监测都是通过血糖仪实现，这种有创的方法不仅繁琐，还会给病人造成负担和痛苦，不适合作为糖尿病患者血糖浓度的长期监测手段。呼吸气体中的丙酮浓度可以反映人体的血糖浓度，因此，可以用无创的方式，通过测量呼吸气体中丙酮的浓度来达到对糖尿病人血糖浓度监测的目的。通过飞秒激光诱导的双光子聚合技术，在单模光纤端面制备了聚合物微柱，设计了一种用于丙酮气体浓度检测的新型光纤传感器。当构成微柱的聚合物材料吸收丙酮气体后，由微柱结构与光纤端面构成的法布里-珀罗干涉仪的反射光谱会发生相应的漂移。传感器对丙酮气体浓度的检测范围为1×10－9～1×10－3，检测下限达到1×10－9，传感器具备对呼吸气体中低浓度丙酮气体检测的能力。该传感器具有高灵敏度、高集成度、简单易用等特点，有望通过无创的呼吸检测方式，成为糖尿病人血糖浓度检测的新手段。
大连理工大学光电工程与仪器科学学院
[摘要]根据沙氏成像原理，采用450 nm高功率二极管激光器作为光源，CMOS图像传感器作为探测器，研制了一种水体沙氏激光雷达，并利用该雷达系统实现了动态水体衰减系数测量。针对空气-玻璃-水体交界面的折射效应，对水体测量时的像素-距离关系进行修正。在实验室内，利用沙氏激光雷达系统对加入不同质量浓度脂肪乳(Intralipid)的水体进行探测研究，并利用斜率法及Klett法反演得到水体衰减系数。实验结果表明，沙氏激光雷达不仅可以捕捉水体动态变化过程，而且反演获得的水体衰减系数与加入的脂肪乳质量浓度具有良好的一致性，证明了沙氏激光雷达用于水体衰减系数定量探测的可行性，为下一步开放水域测量提供了参考。
华中科技大学武汉光电国家研究中心
[摘要]随着人工智能技术的高速发展，全球的计算量急剧增长，需要以快速、高效的方式处理海量数据，这对计算硬件的算力和能效提出了较高的要求。受限于电子器件的固有极限和冯·诺依曼架构，传统的电子计算在速度和能效方面遇到了难以突破的瓶颈。光电智能计算充分融合光学的多维复用、大带宽、低能耗等优势和电学的细粒度灵活控制特性，具有光算电控和软硬协同的特点，是一种更实用、更有竞争力的人工智能计算加速方案。回顾了光电智能计算的研究进展，探讨了目前用于光学信号处理和光学神经网络的主流计算架构在线训练算法以及算力、能效提升方面的挑战，并进行了展望。
