1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 湖北光谷实验室，湖北 武汉 430074
介绍了无线通信和涡旋电磁波的基本概念及相关技术，详细回顾了近年来基于涡旋电磁波的无线通信技术实验研究进展，包括微波涡旋电磁波通信、太赫兹涡旋电磁波通信、中红外涡旋电磁波通信、近红外涡旋电磁波通信和可见光涡旋电磁波通信等。同时，介绍了卫星涡旋激光通信技术的理论研究进展以及拓展结构光（如贝塞尔光和矢量光等）通信在抵抗障碍物和湍流影响方面的实验研究进展。最后也讨论了涡旋电磁波无线通信技术的挑战与展望。多频段和多维度融合的涡旋电磁波及拓展结构化电磁波，可以为多场景、跨尺度、大容量、远距离、高鲁棒性的无线通信提供潜在解决方案，也有望应用于未来卫星通信中。
无线通信 自由空间光通信 轨道角动量 涡旋电磁波 结构化电磁波 卫星通信 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706001
Author Affiliations
Abstract
1 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics and School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Optics Valley Laboratory, Wuhan 430074, China
Optical vortex arrays, with their unique wavefront structures, find extensive applications in fields such as optical communications, trapping, imaging, metrology, and quantum. The methods used to generate these vortex beam arrays are crucial for their applications. In this review, we begin with introducing the fundamental concepts of optical vortex beams. Subsequently, we present three methods for generating them, including diffractive optical elements, metasurfaces, and integrated optical devices. We then explore the applications of optical vortex beam arrays in five different domains. Finally, we conclude with a summary and outlook for the research on optical vortex beam arrays.
optical vortex array topological charge number orbital angular momentum vector beam Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 020011
Author Affiliations
Abstract
1 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Optics Valley Laboratory, Wuhan 430074, China
In recent years, optical phased arrays (OPAs) have attracted great interest for their potential applications in light detection and ranging (LiDAR), free-space optical communications (FSOs), holography, and so on. Photonic integrated circuits (PICs) provide solutions for further reducing the size, weight, power, and cost of OPAs. In this paper, we review the recent development of photonic integrated OPAs. We summarize the typical architecture of the integrated OPAs and their performance. We analyze the key components of OPAs and evaluate the figure of merit for OPAs. Various applications in LiDAR, FSO, imaging, biomedical sensing, and specialized beam generation are introduced.
optical phased arrays LiDAR silicon photonics beam steering photonic integration Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 020041
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 湖北光谷实验室，湖北 武汉 430074
回顾了水下轨道角动量（OAM）模式光通信的研究进展，简要介绍了OAM模式的原理和产生、测量方法，全面综述了水下OAM模式的多种光通信方式（编码、复用、广播）以及涉及空水界面的光通信和快速自动对准辅助的光通信，同时介绍了水下其他结构光通信和基于OAM模式的复杂介质光通信。讨论了该领域的未来发展趋势。作为一种空间结构光场，将OAM模式引入水下光通信可开发空间新维度资源，为光通信可持续扩容提供新途径，提高无线光通信在水下短距互连的优势；OAM模式与水下传统通信方式及水下感知技术相结合，有望更好地满足未来高速海洋环境通信和高效海洋资源开发的发展需求。
光通信 水下无线光通信 轨道角动量 结构光 空间维度 光场调控
1 大连理工大学 工程力学系, 大连 116024
2 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连116024
爆炸试验采集的冲击载荷测试信号总是叠加不同程度的噪声干扰, 为了精确分析这些试验测试数据传递的爆炸冲击载荷变化规律, 在真空爆炸容器内针对不同装药量和不同真空环境设计了四组爆炸冲击载荷测试实验, 并将采集到的冲击载荷数据同时应用傅里叶滤波算法和中位值平均滤波算法处理处理分析。通过将两种滤波算法处理的冲击载荷P-t曲线与原始冲击载荷P-t曲线对比发现: 傅里叶滤波算法是对信号的一种全局分析, 可提取函数在整个频率轴上的频率信息, 却不能反映信号在局部时间范围内的特征, 虽然处理速度较快, 但对于特征参数的保留误差较大, 直接应用于爆炸冲击载荷测试信号的滤波处理的效果不太理想。中位值平均滤波算法处理的爆炸冲击载荷信号与原始冲击载荷时程曲线的契合度更高, 能清晰地反映出爆炸容器内的冲击载荷随时间的变化细节, 且提取的特征参数误差较小, 展现出对于爆炸冲击载荷信号的处理分析更高的可靠性, 可以为爆炸试验的深入研究提供更直观的参考。
滤波处理 爆炸试验 傅里叶算法 中位值平均滤波算法 冲击载荷 filtering processing explosion experiment Fourier algorithm median-averaged algorithm impact load
1 河南农业大学信息与管理科学学院, 河南 郑州 450002 河南粮食作物协同创新中心, 河南 郑州 450002
2 河南农业大学信息与管理科学学院, 河南 郑州 450002
3 Universidade Nova de Lisboa, NOVA Informantion Managment School, Lisboa, 1070-312, Portuga
土壤全氮是重要的养分指标, 利用高光谱技术研究并构建砂姜黑土全氮含量高光谱估测模型, 为作物施肥及发展精确农业提供参考。 尝试研究离散小波估测土壤全氮含量的可行性, 以河南省商水县不同小麦氮肥处理为试验区, 采集100份0～20 cm的砂姜黑土, 土壤样本风干并经研磨过筛等处理后, 在实验室暗室内采集光谱。 利用含量梯度法, 将总样本（100个砂姜黑土）划分为建模集75个和验证集25个。 将原始光谱进行一阶导数变换, 并对一阶导数光谱分别进行相关分析和离散小波变换, 同时结合支持向量机和K邻近算法构建高光谱土壤全氮估测模型。 系统分析了原始光谱和一阶导数光谱的单波段与土壤全氮的相关性, 结果表明, 经一阶导数变换后的光谱与土壤全氮有更好的相关性, 在1 373 nm处相关系数达到最高为0.84。 利用离散小波算法对一阶导数光谱进行最佳母小波和分解层次选择, 结果显示, 经sym8函数分解的小波系数能较好的重构土壤全氮光谱信息, 进一步基于分解层L1—L11的低频系数分别建立支持向量回归和K邻近回归土壤全氮含量估测模型, 比较全部估测模型, 以分解层L5的低频系数结合K邻近构建的模型最优, 建模决定系数为0.90, 均方根偏差为0.09 g·kg-1, 相对分析误差为3.78, 验证决定系数为0.97, 均方根偏差为0.05 g·kg-1, 相对分析误差为4.30。 同时与全波段和经相关分析后挑选出的敏感波段作为输入构建的模型进行比较, K邻近模型精度提高了3.2%和9%, 支持向量机模型精度提高了6.7%和11.6%。 研究结果表明一阶导数变换与离散小波技术可有效减少噪声影响, 提高土壤全氮含量的估测精度, 又实现了光谱数据降维, 简化了模型复杂度, 为砂浆黑土全氮含量的精确估测提供参考。
砂姜黑土 全氮 高光谱 离散小波 K邻近算法 Shajiang black soil Total nitrogen Hyperspectral Discrete wavelet K-neighbor 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3223
1 成都大学 电子信息与电气工程学院成都 610106
2 成都大学 机械工程学院成都 610106
3 上海船用柴油机研究所 低温工程部上海 201203
4 中核四〇四有限公司嘉峪关 735100
第一壁系统中热应力的大小是决定聚变堆安全运行的关键因素之一。本文通过Ansys Workbench有限元软件，对具有粗糙基底的W/316L不锈钢系统中的热应力分布，以及影响热应力大小的诸如温度、涂层厚度、基底厚度等因素进行了深入分析。同时从系统中交界面剪切应力入手，研究了粗糙基底对涂层结合强度的影响。结果表明：粗糙基底系统中热应力随着温度、基底厚度的增加而增加，随着涂层厚度的增加而降低。除此之外，粗糙基底提升了系统中热应力的极值，在一定程度上提高了涂层与基底的结合强度。研究结果为后期高结合强度第一壁涂层系统的研发提供了一定的参考价值。
W/316L不锈钢第一壁系统 粗糙基底 热应力 W/316L stainless steel first wall system Rough substrate Thermal stress
哈尔滨工业大学物理学院微纳光电信息系统理论与技术工业和信息化部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
无衍射光束近年来广受关注，其无衍射、自修复和自加速的传播特性在微观成像应用中显示出潜在的优势。无衍射特性可抑制光束在传播过程中的衍射，有助于提升成像的分辨率。自修复特性可使光束在透过强散射介质后快速恢复波前，提高成像景深和信噪比。自加速特性可增加光场信息的有效探测维度，实现多维重构成像。本综述结合几类生物显微成像技术特点，介绍以贝塞尔光束、艾里光束为代表的无衍射光束在高分辨生物显微成像中的应用研究进展。
无衍射光束 生物显微成像 三维成像技术 激光与光电子学进展
2023, 60(20): 2000001
在激光回馈原理的基础上，搭建了一套双折射元件测量系统，双折射元件为光学系统中使用广泛的1/4波片，对其相位延迟进行了测量。为了进一步改善系统的稳定性，对系统中的光源He-Ne激光器引入了温度稳频的方式，尝试通过控制激光器谐振腔的温度来控制谐振腔腔长的改变，使激光器长时间稳定工作在单纵模状态下，这种稳频方式可使He-Ne激光器的频率稳定度达到10-7，符合激光回馈测量的使用要求。最后，同一系统分别采用未稳频和温度稳频两种不同的方式，对1/4波片进行10次相位延迟量的测量，实验结果表明，未经稳频的系统10次重复测量的最大偏差为1.29°，标准差为0.47°，经过温度稳频后10次重复测量最大偏差为0.83°，标准差为0.29°，稳频后，系统的稳定性得到改善。
测量 激光回馈 1/4波片 温度稳频 偏振跳变 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1712004
