Author Affiliations
Abstract
1 School of Computer and Communication Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China
2 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics (WNLO) and National Engineering Laboratory for Next Generation Internet Access System, School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
In this paper, we present a fast mode decomposition method for few-mode fibers, utilizing a lightweight neural network called MobileNetV3-Light. This method can quickly and accurately predict the amplitude and phase information of different modes, enabling us to fully characterize the optical field without the need for expensive experimental equipment. We train the MobileNetV3-Light using simulated near-field optical field maps, and evaluate its performance using both simulated and reconstructed near-field optical field maps. To validate the effectiveness of this method, we conduct mode decomposition experiments on a few-mode fiber supporting six linear polarization (LP) modes (LP01, LP11e, LP11o, LP21e, LP21o, LP02). The results demonstrate a remarkable average correlation of 0.9995 between our simulated and reconstructed near-field light-field maps. And the mode decomposition speed is about 6 ms per frame, indicating its powerful real-time processing capability. In addition, the proposed network model is compact, with a size of only 6.5 MB, making it well suited for deployment on portable mobile devices.
deep learning lightweight neural network few-mode fiber mode decomposition 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 020604
作者单位
摘要
华中科技大学光学与电子信息学院下一代互联网接入系统国家工程研究中心,湖北 武汉 430074
布里渊光纤传感系统由于其分布式监测的工作原理,会产生大量的数据。然而,相比于硬件技术的突破,海量数据处理技术的发展尤为不足。如何智能化、快速化、精确化处理海量数据从而更进一步提升系统性能、获取更为准确的传感信息是当今发展面临的最大难题。因此,研发先进的数字信号处理(DSP)技术用于处理海量数据刻不容缓。回顾近几年国内外用于传感系统数据处理的DSP技术,重点介绍图像视频降噪技术和机器学习信息提取识别技术在分布式光纤传感中的应用,进而为未来基于DSP技术的布里渊光纤传感研究提供参考。
光纤传感器 布里渊散射 数字信号处理 图像处理 机器学习 fiber optic sensor Brillouin scattering digital signal processing image processing machine learning 
光学学报
2024, 44(1): 0106003
Author Affiliations
Abstract
1 MOE Key Laboratory of Advanced Micro-Structured Materials, Shanghai 200092, China
2 Institute of Precision Optical Engineering, School of Physics Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
3 Center for Transformative Science, ShanghaiTech University, Shanghai 201210, China
In this paper, a simple theoretical model combining Monte Carlo simulation with the enthalpy method is provided to simulate the damage resistance of B4C/Si-sub mirror under X-ray free-electron laser irradiation. Two different damage mechanisms are found, dependent on the photon energy. The optimum B4C film thickness is determined by studying the dependence of the damage resistance on the film thickness. Based on the optimized film thickness, the damage thresholds are simulated at photon energy of 0.4–25 keV and a grazing incidence angle of 2 mrad. It is recommended that the energy range around the Si K-edge should be avoided for safety reasons.
B4C film XFEL damage mechanism damage threshold enthalpy method 
Chinese Optics Letters
2023, 21(2): 023401
作者单位
摘要
华中科技大学 光学与电子信息学院, 武汉 430074

石墨烯/硅基异质集成的光子器件研究在近年来取得了巨大进展, 因石墨烯所具有的诸多独特的物理性质如超高载流子迁移率、超高非线性系数等, 石墨烯/硅基异质集成器件展现出了诸如超大带宽、超低功耗等优异性能。文章介绍了近年来报道的典型石墨烯/硅基异质集成器件, 包括石墨烯/硅基电光调制器、石墨烯/硅基热光调制器和石墨烯/硅基光电探测器, 简要阐述了其原理与性能, 并对其未来的应用与发展做出了展望。

硅基异质集成光子器件 石墨烯 调制器 探测器 silicon-based integrated photonic device graphene modulator photodetector 
半导体光电
2022, 43(6): 1020
作者单位
摘要
华中科技大学光学与电子信息学院武汉国家光电研究中心光谷实验室,湖北 武汉 430074
耗散孤子共振脉冲(DSR)是锁模光纤激光器的一种特殊的输出脉冲,其脉冲宽度会随着泵浦能量的增加而线性增加,同时脉冲的峰值功率被钳制,因此脉冲能量也是线性增加的。随着锁模技术和稀土元素掺杂技术的发展,耗散孤子共振脉冲光纤激光器也发展迅速。对耗散孤子共振脉冲的研究背景进行了介绍,简要说明了脉冲的产生机理以及特性,列举了不同锁模机制下DSR光纤激光器的结构,最后对国内外的研究现状以及目前的应用方向进行了综合阐述。
激光器 被动锁模技术 耗散孤子共振脉冲 光纤激光器 lasers passive mode-locking technology dissipative soliton resonance pulses fiber lasers 
中国激光
2022, 49(21): 2100002
作者单位
摘要
1 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,湖北 武汉 430074
2 广东工业大学信息工程学院先进光子研究院,广东 广州 510006
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。
傅里叶光学 光通信 非线性傅里叶变换 耗散孤子 光纤激光器 Fourier optics optical communication nonlinear Fourier transform dissipative solitons fiber lasers 
中国激光
2022, 49(12): 1206003
作者单位
摘要
1 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,湖北 武汉 430074
2 阿里巴巴基础设施事业部,浙江 杭州 311121
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。
光通信 自零差 相干通信 偏振控制 optical communications self-homodyne coherent communication polarization control 
中国激光
2022, 49(12): 1206002
作者单位
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”。

中国激光
2022, 49(12): 1200000
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optical and Electronic Information and Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Advanced Institute of Photonics Technology, School of Information Engineering, and Guangdong Provincial Key Laboratory of Information Photonics Technology, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China
3 Kunshan Shunke Laser Technology Co., Ltd., Suzhou 215347, China
4 Institute of Automation and Electrometry, Russian Academy of Sciences, Novosibirsk 630090, Russia
5 Faculty of Physics, University of Warsaw, Warsaw 02-093, Poland
Fiber lasers are a paradigm of dissipative systems, which distinguish themselves from a Hamilton system where energy is conservative. Consequently, pulses generated in a fiber laser are always accompanied by the continuous wave (CW). Under certain hypothesis, pulses generated in a fiber laser can be considered as a soliton, a product of a Hamilton system. Therefore, all the descriptions of solitons of a fiber laser are approximate. Coexistence of solitons and the CW from a fiber laser prevents unveiling of real nonlinear dynamics in fiber lasers, such as soliton interactions. Pulse behavior in a fiber laser can be represented by the state of single pulse, the state of period doubling of single pulse, the states of two pulses either tightly bound or loosely distributed, the states of three pulses, and various combinations of the above-mentioned states. Recently, soliton distillation was proposed and numerically demonstrated based on the nonlinear Fourier transform (NFT) [J. Lightwave Technol.39, 2542 (2021)JLTEDG0733-872410.1109/JLT.2021.3051036]. Solitons can be separated from the coherent CW background. Therefore, it is feasible to isolate solitons from CW background in a fiber laser. Here, we applied the NFT to various pulses generated in a fiber laser, including single pulse, single pulse in period doubling, different double pulses, and multiple pulses. Furthermore, with the approach of soliton distillation, the corresponding pure solitons of those pulses are reconstructed. Simulation results suggest that the NFT can be used to identify soliton dynamics excluding CW influence in a fiber laser, which paves a new way for uncovering real soliton interaction in nonlinear systems.
Photonics Research
2021, 9(8): 08001531
作者单位
摘要
华中科技大学光学与电子信息学院下一代互联网接入系统国家工程实验室&武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074

分布式光纤布里渊传感器可以测量上百公里光纤上每一点的温度和应变,被应用于桥梁、隧道、输电线路和油气管道等国家重大工程的状态监测。布里渊传感的核心是测量与光纤温度和应变相关的布里渊频移,一般通过测量光纤的布里渊信号谱来得到。布里渊谱的谱线理论上满足洛伦兹线型,其峰值所对应的频率即为布里渊频移。为了降低采样精度和噪声的影响,从布里渊谱中提取布里渊频移最常用的方法是洛伦兹曲线拟合法。然而曲线拟合对初始值敏感,当信噪比较低时,拟合误差显著增加,并且曲线拟合的运算时间较长,降低系统的响应速度。为了提高提取布里渊频移的精度和速度,研究人员采用机器学习算法处理布里渊谱以提取布里渊频移,从而取得比传统拟合算法更好的结果。本文主要介绍近几年机器学习算法在提取布里渊频移中取得的成果,包括奇异值分解、支持向量机和人工神经网络的应用原理和效果。

光纤光学 光学传感器 布里渊散射 机器学习 人工神经网络 fiber optics optical sensors Brillouin scattering machine learning artificial neural networks 
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306010

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