1 清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京 100084
2 清华大学精密仪器系光子测控技术教育部重点实验室，北京 100084
3 北京控制工程研究所，北京 100190
散射介质会破坏光束的光波前分布和能量输送，限制了强散射环境下光镊、荧光成像、光通信等技术的应用。波前整形技术通过优化入射波前，重新规划散射介质内的光传输路径，实现了在散射介质内部或透过散射介质的光聚焦，从而克服了散射介质的限制，将散射光重新利用，使得散射介质成为一个类似透镜的光学元件，也被称为“浑浊透镜”。目前主要有依赖反馈调控的迭代优化方法、建立输入-输出联系的传输矩阵方法和利用光路可逆原理的相位共轭方法三类技术路线。本文从技术原理、应用背景以及重要进展等方面梳理了基于波前整形技术的散射介质聚焦的研究进展，并对比展望了三类技术在应用中的发展前景。
散射介质 波前整形 光聚焦 迭代优化 传输矩阵 光学相位共轭 光学学报
2024, 44(10): 1026013
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
2 北京控制工程研究所，北京 100190
对稳频半导体激光器的频率进行在线实时监测的需求量和迫切性一直在不断增长。特别是近几年发展起来的连续波激光雷达通常以单频半导体激光器为种子源，并通过相干检测方式获得雷达信号的频率，从而获得目标物的距离信息，这就使得种子光源的频率精度直接与测距精度密切相关，因此，对光源的频率稳定性的表征也提出了新的要求：更关注短期（在相干时间内，亚微秒~数毫秒）的频率变化模式，对长时段内（数分钟~24 h）的绝对频率高精度监测的需求减弱；同时要求频率监测系统具有在线实时监测能力。针对这些需求，基于延时自外差原理，提出了一种表征稳频激光器的频率变化的方法，经过严谨的原理推导和算法编程，使得监测系统不仅结构简单，还实现了在线实时监测功能，并测量了一台利用氰化氢（H13C14N）气体吸收谱线基于边频锁定技术的稳频分布反馈式半导体激光器（DFB-LD）频率变化曲线。测量结果是：在10 ms内稳频激光器的最大频率变化约为25 MHz，并且清楚地观察到激光器的频率变化不是单向的漂移模式。为了进一步验证该方法的精度，采用主流的飞秒光频梳拍频法离线测量了同一台稳频DFB-LD的频率变化，实验结果是：在50 min内频率变化约为30 MHz。两种测量方法的测量结果均在相同的MHz量级，证明了该方法是一个快速可靠的光频率分析手段，可应用于实时调节稳频激光器的伺服回路系统。
半导体激光器 自外差探测 频率测量 稳频 semiconductor laser self-heterodyne detection frequency measurement frequency stabilization 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230063
北京控制工程研究所空间光电测量与感知实验室，北京 100190
调频连续波（FMCW）激光雷达具备同步高精度测距测速能力，在空间目标测量等领域中有重要应用前景。然而，目标高速运动导致雷达干涉中频信号发生频谱展宽，对测量精度形成了严重影响。为此，对FMCW激光雷达测量高速目标问题开展理论分析，建立了中频信号频谱的理论表述，利用频谱对称性的特征，提出了一种新型的基于频谱自卷积的中频频率解算算法。通过数值仿真进行验证，证实此算法可有效校正频谱展宽导致的测量误差，实现目标距离和速度的高精度测量，与传统方法相比，可在相同信噪比条件下实现测量精度三个数量级以上的提升。此算法运算量小，抗噪声干扰能力强，且应用前景广阔，对于推进FMCW激光雷达在空间碎片观测预警等空间技术领域的应用具有积极意义。
测量 激光雷达 调频连续波 频谱展宽 误差校正 中国激光
2023, 50(13): 1310003
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Photonics Control Technology, Ministry of Education, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2 Department of Precision Instrument, State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Tsinghua University, Beijing 100084, China
3 Beijing Institute of Control Engineering, Beijing 100190, China
4 Beijing Institute of Electronic System Engineering, Beijing 100854, China
5 e-mail:
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Although optical tweezers can manipulate tiny particles, the distortion caused by the scattering medium restricts their application. Wavefront-shaping techniques such as the transmission matrix (TM) method are powerful tools to achieve light focusing behind the scattering medium. In this paper, we propose a method to focus light through a scattering medium in a large area based on the intensity transmission matrix (ITM). Only relying on the intensity distribution, we can calculate the ITM with the number of measurements equal to that of the control segments. Free of the diffraction limit, our method guarantees high energy usage of the light field. Based on this method, we have implemented particle manipulation with a high degree of freedom on single and multiple particles. In addition, the manipulation range is enlarged more than 20 times (compared to the memory effect) to 200 μm.
Photonics Research
2022, 10(10): 2293
1 清华大学精密仪器系, 北京100084
2 光子测控技术教育部重点实验室, 北京100084
涡旋光是一种携带轨道角动量、相位面呈螺旋状分布的新型结构光场,在量子纠缠、量子通信、光学微操控等领域已经获得了广泛应用。随着研究的深入,具有比传统涡旋光更复杂的拓扑结构、相位奇点、轨道角动量和偏振奇点的结构光场的产生,吸引了众多研究人员的兴趣。从固体激光腔内直接激发产生空间结构光和腔外调控得到空间结构光出发,分别介绍了离轴泵浦加像散转换、调制元件调制波形、泵浦整形三种腔内方法,以及空间光调制器光场定制、模式叠加、超构表面微结构设计的三种腔外方法,并分析比较了几种方法的优缺点,展望了未来空间涡旋结构光场的发展趋势。
几何光学 空间结构光 离轴泵浦 像散转换 泵浦整形 模式叠加 超构表面
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Photonic Control Technology (Tsinghua University), Ministry of Education, Beijing 100084, China
2 State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Department of Precision Instrument, Tsinghua University, Beijing 100084, China
3 School of Electronic and Information Engineering, Harbin Institute of Technology, Shenzhen 518055, China
4 National Key Laboratory of Tunable Laser Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
The generation of mid-infrared pulsed lasers was achieved in a Ho3+:YAG laser pumped gain-switched Cr2+:CdSe laser system with the shortest pulse duration of 4.15 ns. With a pump pulse duration of 50 ns and pump power of 2.7 W, the gain-switched Cr2+:CdSe laser achieved over 10 times pulse narrowing, obtaining the maximum peak power of 5.7 kW. The optical-to-optical conversion efficiency was 3.7%, which could be further improved with better crystal surface polishing quality. The laser central wavelength was measured to be 2.65 μm with a bandwidth (FWHM) of 50 nm. In addition, the parameter optimization for suppressing the pulse tail was discussed, while the long cavity and high output transmissivity contributed to obtaining the single-peak pulses.
Cr2+:CdSe laser gain-switching pulse narrowing mid-infrared Chinese Optics Letters
2020, 18(3): 031403
太原理工大学物理与光电工程学院新型传感与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
介绍了二维层状钙钛矿材料的晶体结构及其基本光电特性;总结了二维层状钙钛矿材料在太阳电池、发光二极管、光电探测器等领域的最新应用;指出该类材料目前存在的主要问题和发展前景,以期为高性能二维层状钙钛矿光电器件的设计和制备提供参考。
材料 二维层状钙钛矿 太阳电池 发光二极管 光电探测器 激光与光电子学进展
2019, 56(7): 070002
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of Science and Technology on Tunable Laser, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
We obtain the output of a 284 ps pulse duration without tail modulation based on stimulated Brillouin scattering (SBS) pulse compression pumped by an 8 ns-pulse-duration, 1064 nm-wavelength Q-switched Nd:YAG laser. To suppress the tail modulation in SBS pulse compression, proper attenuators, which can control the pump energy within a rational range, are added in a generator-amplifier setup. The experimental result shows that the effective energy conversion efficiency triples when the pump energy reaches 700 mJ to 51%, compared with the conventional generator-amplifier setup.
190.0190 Nonlinear optics 140.0140 Lasers and laser optics Chinese Optics Letters
2016, 14(9): 091901
