1 江南大学物联网工程学院轻工过程先进控制教育部重点实验室，江苏 无锡 214122
2 绿视芯科技（无锡）有限公司，江苏 无锡 214000
叶绿素荧光检测技术作为一种无损检测技术应用十分广泛。传统叶绿素荧光检测技术激发信号时使用的阶跃或调制脉冲（PAM）频带窄，而光合系统是一个高阶的宽带系统，难以激发出光合系统所有的动态特性，使叶绿素荧光信号含有的信息丰富度受限。目前市面上的叶绿素荧光仪均不具备宽带激励功能，限制了新兴的人工智能算法能够处理复杂信号、挖掘丰富信息的能力。针对该问题，基于伪随机二进制序列（PRBS）信号，设计开发了一套具有宽带激励功能的叶绿素荧光仪。该仪器同时能测量传统的叶绿素荧光诱导动力学曲线（OJIP）与PAM曲线，对5种不同植物在3种激发光下的叶绿素荧光的信息熵进行对比，结果表明，PRBS激发的叶绿素荧光具有最高的信息熵。该仪器能够提供信息更丰富的叶绿素荧光信号，有望为植物生理及环境胁迫检测提供新型的科学仪器。
叶绿素荧光 宽带激励 叶绿素荧光仪 信息熵 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0815002
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 School of Electronic and Electrical Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China
3 Shanghai Research Center for Quantum Sciences, Shanghai 201315, China
4 Collaborative Innovation Center of Light Manipulations and Applications, Shandong Normal University, Jinan 250358, China
Whispering-gallery-mode (WGM) microresonators can greatly enhance light–matter interaction, making them indispensable units for frequency conversion in nonlinear optics. Efficient nonlinear wave mixing in microresonators requires stringent simultaneous optical resonance and phase-matching conditions. Thus, it is challenging to achieve efficient frequency conversion over a broad bandwidth. Here, we demonstrate broadband second-harmonic generation (SHG) in the x-cut thin-film lithium niobate (TFLN) microdisk with a quality factor above 107 by applying the cyclic quasi-phase-matching (CQPM) mechanism, which is intrinsically applicable for broadband operation. Broadband SHG of continuous-wave laser with a maximum normalized conversion efficiency of ∼15%/mW is achieved with a bandwidth spanning over 100 nm in the telecommunication band. Furthermore, broadband SHG of femtosecond lasers, supercontinuum lasers, and amplified spontaneous emission in the telecommunication band is also experimentally observed. The work is beneficial for integrated nonlinear photonics devices like frequency converters and optical frequency comb generator based on second-order nonlinearity on the TFLN platform.
lithium niobate whispering-gallery mode broadband second-harmonic generation cyclic quasi-phase matching Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031903
1 山西工程科技职业大学信息工程学院，山西 晋中 030619
2 中北大学仪器与电子学院，山西 太原 030051
3 昆士兰大学，澳大利亚昆士兰 布里斯班 4072
设计了一种四宽带且吸收率动态可调的太赫兹吸收器，该吸收器结构简单，由顶层二氧化钒、中间层二氧化硅和底层金属组成。仿真结果表明，在0~10 THz范围内，吸收率超过90%的吸收带共有4个，带宽分别为0.87、0.58、0.61、0.45 THz。随二氧化钒电导率的变化，吸收率可在7.7%~99.9%范围内动态调节。引入阻抗匹配理论和法布里-珀罗共振理论解释了吸收器的物理机理，并通过电场分布分析了多个完美吸收峰的物理来源。此外，该吸收器还具有偏振不敏感和广角吸收的特点，可在微辐射计、生物传感器和隐身技术等领域应用。
光学器件 超材料 太赫兹吸收器 可调谐吸收器 宽带
1 中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
2 中国电子科技集团公司第四十一研究所，山东 青岛 266555
采用光束传播法对双芯光子晶体光纤中光纤结构参数对纤芯间耦合效率的影响进行分析。首先，根据双芯耦合原理，使用最小二乘法对波导间的耦合系数等参数进行估计，明确孔间距、纤芯折射率差、中央空气孔直径比例、纤芯直径比例、空气孔直径比例和空气孔对称度等参数对双芯光子晶体光纤耦合比及耦合区长度的调节作用，提出一种基于双芯光子晶体光纤的耦合器性能粗调与微调设计方法。然后，根据这一耦合器设计方法，提出一种非对称的双芯光子晶体光纤宽带定向耦合器。该耦合器在1.31~1.55 μm区间实现了50%±5%的耦合比，带宽为240 nm，并具有3 mm的超短耦合长度。本研究成果可为光纤宽带定向耦合器的高效设计提供有意义的参考。
光纤光学 双芯光子晶体光纤 光束传播法 耦合效率 宽带耦合器
1 西北大学物理学院，陕西 西安 710127
2 西安飞行自动控制研究所飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室，陕西 西安 710076
宽谱光源驱动谐振光纤陀螺（RFOG）利用宽带光源抑制寄生噪声。然而，宽带光源引入的过量相对强度噪声（RIN）成为陀螺精度提升的主要限制因素。因此，考虑到不同光纤环形谐振腔（FRR）参数的影响，研究宽谱光源驱动RFOG中的RIN具有重要意义。基于宽带光源驱动RFOG的传输特性，构建了宽谱光源驱动RFOG中RIN的理论模型。分析了放大自发辐射源（ASE）谱宽和谐振环的分光比对腔内RIN的影响，并通过实验验证了理论结果的准确性。这些结果为减轻宽带光源驱动RFOG系统中的RIN提供了理论参考。
光纤光学 谐振式光纤陀螺 相对强度噪声 光纤环形谐振腔 光谱 宽谱光源
1 广州医科大学生物医学工程学院，广东 广州 511436
2 宁波大学信息科学与工程学院光+X交叉科学与技术研究院，浙江 宁波 315211
近红外光源对生物组织具有穿透力强、无损检测、信噪比高等特点，广泛应用于成分检测、安防监控、生物医学等领域。但是目前缺乏高效率、便携化的近红外光源，这成为了限制智能检测技术发展的关键。与传统的近红外光源相比，荧光粉转换的近红外LED光源（NIR pc-LED）具有便携、高效的特点。本研究采用工艺简单、绿色环保的水热法合成了Li3Na3Ga2F12∶Cr3+近红外宽带荧光粉，并通过控制保温温度、保温时间等参数，确定了荧光材料的最佳合成方案，研究了氟化物颗粒尺寸、形貌演化，以及Cr3+掺杂浓度对Li3Na3Ga2F12∶Cr3+发光性能的影响。Li3Na3Ga2F12∶Cr3+材料能够实现630~980 nm范围宽带发射，半峰全宽（FWHM）为110 nm，峰值为766 nm，其内量子效率高达74%。结合商用蓝光LED，成功封装了近红外宽带LED光源，其在50 mA驱动电流下的近红外光输出功率是10.32 mW，光电转换效率达到5.1%。最后通过鸡胸肉下的静脉近红外成像以及夜视成像演示，验证了该近红外宽带LED光源在医疗以及食品检测等成像领域中的应用可行性。
绿色合成 宽带近红外发光 Li3Na3Ga2F12∶Cr3+ LED器件 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0316004
1 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室，上海 201899
2 暨南大学理工学院光电工程系，广东 广州 510632
3 同济大学物理科学与工程学院，高等研究院，上海 200092
当前，超强超快激光正朝着全固态、高重复频率、新波段等方向发展，而发展新型激光材料是其关键基础之一。稀土掺杂碱土氟化物激光晶体兼具有晶体的高热导和玻璃的宽光谱特性，在全固态重复频率超强超快激光领域具有重要应用。本文简要概述了萤石型氟化物晶体稀土离子团簇结构的基本特征、稀土离子局域结构的演变规律，围绕稀土掺杂碱土氟化物激光晶体的结构设计、光谱调控及激光应用，综述了局域结构设计在探索新型宽光谱超快激光材料方面的最新研究进展，并对其发展趋势进行展望。
局域格位结构 光谱性能调控 宽光谱超快激光 中红外激光 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0116002
1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
设计了一种基于金属铑（Rh）和二氧化硅（SiO2）材料的紫外线吸收器，其单元结构由Rh衬底、SiO2电介质层和Rh图案层构成。采用有限元方法（FEM）分析了该吸收器的吸收特性与入射波波长、入射角、方位角和几何结构参数的依赖关系。结果表明，该紫外线吸收器通过表面等离子体共振效应达到吸收目的。通过调整单元结构的几何参数，可以调整该吸收器的吸收特性。由于结构的旋转对称性，该吸收器具有偏振不敏感性。在所有结构参数均采用最优值的情况下，当入射角为0°~45°、波长为200~400 nm时，均能获得90%以上的高吸收率。吸收率为95%的波段为250~300 nm及325~400 nm。所设计的紫外线超宽带吸收器具有优良的吸收性能。采用的Rh金属为紫外波段内吸收材料的选择提供了新的选项。研究结果为紫外线吸收器的设计、制作和应用提供了参考。
光学器件 紫外线吸收器 宽带 Rh 表面等离子体共振
华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
由于数据流量需求的逐年增加，现有光纤放大器的传输带宽已很难应对光纤通信系统的容量危机，实现扩展波段的光放大被认为是一种解决容量危机的有效方案。不同基质的掺铋光纤的发光范围可以覆盖大部分的传输窗口，因此具有重要的研究意义和广阔的应用前景。报道了一种基于改进的化学气相沉积技术制备的磷硅酸盐掺铋光纤，并测试了其基本参数及放大性能。该掺铋光纤在1550 nm处的背景损耗为21 dB/km，在1240 nm处的吸收系数达0.58 dB/m，非饱和损耗占比为13.6%。通过搭建单级前向泵浦结构测试了该掺铋光纤的放大性能，当输入信号功率为-15 dBm时，采用泵浦功率为460 mW的1240 nm半导体激光器进行泵浦，将光纤长度优化至140 m，实现了O+E波段（1270~1480 nm）的净增益，并在1340 nm处得到了最大增益（21.2 dB），其3 dB带宽约为55 nm（1310~1365 nm）。
光纤光学 掺铋光纤 宽带放大 O波段 E波段
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来科技）学院，江苏 南京 210023
提出了一种基于二维光子晶体的波导型宽带光子晶体1×3分束器，通过在波导分支处引入一个调控介质柱并优化其半径和偏移量，可以调控分束器各输出端口的透过率；通过在两分支波导内侧引入三组带宽优化介质柱并优化其半径，可以实现分束器的宽带特性。为了提高优化效率，获得性能优良的宽带分光比可设计的分束器，利用下山单纯形算法，根据特定的分光比目标，对提出的1×3分束器进行逆向设计和研究。结果表明，不仅提高了光子晶体分束器的优化效率，而且获得了性能优良的宽带分束器。设计的1×3等比分束器在1525~1565 nm带宽范围内的附加损耗低于0.199 dB，均匀性小于0.119 dB，响应时间在0.5 ps以内；设计的1×3不等比分束器在1525~1565 nm带宽范围内的附加损耗不大于0.177 dB，分束方差不大于6.88×10-4，响应时间在0.5 ps以内。该分束器在未来全光通信网、光子高密度集成等领域具有很好的应用前景。
光学器件 光子晶体 分束器 宽带 下山单纯形算法
