1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
受激拉曼散射是相干拉曼散射中的一种, 其产生的信号在三阶非线性效应下得到了显著地增强, 且没有非共振背景的干扰, 光谱与自发拉曼光谱几乎完全一致。 因此, 基于受激拉曼散射的显微成像技术具有无标记、 高特异性、 非侵入等优点, 已成功运用在生物细胞成像中并取得了许多重大的成就。 受激拉曼信号与激发光的波长相同, 易受到激发光背景噪声的干扰, 为解决该难题, 常采用光学调制与相敏检测相结合的方法对其进行检测。 检测过程中, 调制深度对受激拉曼信号强度和信噪比有重要影响。 针对此, 基于相关理论深入分析了调制深度对受激拉曼信号强度及信噪比的影响。 同时考虑到在生物光谱成像等应用中, 细胞光损伤阈值对两束激发光功率之和的限制, 分析了不同调制深度下, 获取最大信号强度及最佳信噪比的激发光功率配置方法。 通过搭建受激拉曼实验系统, 以二甲基亚砜为研究对象, 进行实验验证。 研究结果表明, 在光损伤阈值的限制条件下进行受激拉曼损耗检测时, 同一调制深度下, 当泵浦光与斯托克斯光光功率比为1: 1时信号强度达到最强, 比值为1∶2时信号的信噪比达到最佳。 在泵浦光与斯托克斯光光功率比相同的条件下, 受激拉曼信号强度和信噪比均随调制深度的降低而降低且近似呈线性相关。 实验得到的二甲基亚砜受激拉曼光谱图也验证了在实际样品的光谱检测中, 调制深度越高得到的光谱信号越强, 信噪比越佳, 整体的光谱质量也越好。 该研究结果是对受激拉曼显微技术在信号调制与检测方面的完善, 可为受激拉曼光谱检测和细胞成像实验做出参考性指导。
相敏检测 受激拉曼散射 调制深度 信号强度 信噪比 最佳光功率比 Phase sensitive detection Stimulated Raman scattering Modulation depth Signal Intensity Signal-to-Noise ratio Optimum optical power ratio 光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1068
1 大连理工大学 光电工程与仪器科学学院，辽宁 大连 116024
2 北京大学 信息科学技术学院 电子学系 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，北京 100871
传统温度检测在传感精度和响应时间等方面存在一定局限性，而基于热光效应的芯片级光电传感器不仅能够提升测量灵敏度和速度，也有利于降低系统复杂度和制造成本，近年来引起了人们广泛的关注。目前的集成温度传感器大多通过测量光学谐振腔对宽谱光源或可调谐光源的光谱响应来提供精准快速的测量解决方案，但这种基于宽光谱检测的方案无法实现实时处理，且成本较高，信号后处理较复杂，难以实现系统的整体集成。本文针对以上问题，采用硅基集成微环阵列技术设计了快速高精度的温度测量方法，通过对不同温度下级联微环阵列对单频激光的不同响应，构建光电二极管输出响应与温度变化的单调关系，从而实现实时高精度温度测量。为了提升单频光下的温度传感范围，使用多微环级联结构，并基于该结构设计了一种包括光源、微环阵列、探测器阵列、信号后处理单元和输出数据单元的硅基集成温度传感系统。根据实际用途的不同，在保证低功耗低成本的同时，该系统可以通过分别对级联微环数量、中心谐振波长以及谐振峰半高宽的设计改变温度测量范围以及温度测量分辨率，拥有比较大的设计自由度以及灵活的测量范围。通过对微环阵列的优化设计，实现了响应范围覆盖−20~105 ℃、精度优于60 mK、响应时间优于20 μs的精准快速测量的温度传感。
集成光学 温度测量 微环阵列 集成传感器 integrated optics temperature measurement micro-ring array integrated sensor
1 大连理工大学 光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连 116024
2 中国科学院 理化技术研究所, 北京 100190
3 中央民族大学 理学院, 北京 100081
4 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
5 西安空间无线电技术研究所, 陕西 西安 710100
硅-有机复合光子集成技术充分发挥了硅光的大规模集成优势和有机聚合物材料的高电光系数优势, 在高性能集成微波光子系统中极具应用潜力。本文对硅-有机复合集成电光调制器结构进行了较为全面地优化设计和初步制备研究。电光有机聚合物填充在硅Slot波导的狭缝中, 优化Slot波导结构得到光场限制因子为0.32, 使得光波场与射频电场高度重合, 提高了电光调制效率。采用锥型波导模式转换结构实现Strip-to-Slot的低损耗耦合, 耦合效率为99.55%。重点分析了电极长度、宽度等参数对调制器频率响应的影响, 优化得到3 dB带宽为77 GHz, 半波电压-长度积为0.045 V·cm。根据仿真结果设计了用于制备调制器的MASK。实验制备了Slot波导并进行了聚合物的填充实验研究, 获得了良好的结果。
电光调制器 硅-有机复合集成 Slot波导 Strip-to-Slot模式转换器 半波电压-长度积 electro-optic modulator silicon-organic hybrid integration slot waveguide strip-to-slot mode converter half-wave voltage-length product 光学 精密工程
2020, 28(10): 2138
1 华中科技大学武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430074
2 武汉邮电科学研究院光纤通信技术和网络国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
提出了一种复用技术——正交波形复用(OGDM)，并将其应用于无源光网络(PON)系统中作为上行信号传输。在本方法中，对于N个光网络单元(ONU)端的PON系统，先将N个ONU端信号分别通过强度调制或无载波调幅调相(CAP)技术，调制到N个两两相互正交电波形上，使“1”码对应有波形，“0”码对应无波形，然后再将各路不同的波形信号分别调制到每个ONU用户的激光器上，这些激光器的波长可以是同一个波长；通过光分配网络(ODN)单元合路后上行传输到光线路终端(OLT)端，在OLT端采用相关接收的方法，把接收到的信号和OLT端的本地正交波形作相关运算，利用正交波形的正交性来区分不同ONU端的用户信息。仿真显示在理想情况下，32路ONU信号当采用外调制方式时，每路单独占用10 Gb/s，总带宽为320 Gb/s,可以传输20 km。
光通信 正交波形复用技术 无源光接入网 无载波调幅调相技术 上行信号传输
1 武汉光电国家实验室(筹), 华中科技大学, 湖北 武汉430074
2 光纤通信技术和网络国家重点实验室, 武汉邮电科学研究院, 湖北 武汉430074
提出了一种基于小波包变换正交码的多电平正交编码的无源光网络（PON）中上行信号复用和传输新方法，将PON系统中各个不同的光网络单元（ONU）用户用小波变换正交码来进行调制、复用和传输，能够实现各个不同ONU用户共享一个波长。由于采用了小波变换编码，可以实现数量很多ONU用户同时上行，在ONU端不需要突发光模块以及多波长激光器，因而成本低，传输速率高，接入数量多。给出了基于该方法的上行系统调制、复用和传输的结构模型，并仿真了传输速率为1.25 Gb/s和10 Gb/s下不同路ONU用户上行传输，仿真结果表明，最大可以实现上行32路，每路10 Gb/s，总传输速率达到320 Gb/s的高速PON系统。
光通信 无源光网络 光网络单元 上行数据传输 多电平正交编码 小波包变换
