王健 1,2,*王仲阳 1,2刘劲峰 1,2汪朔 1,2
作者单位
摘要
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
龚健文 1,2,3王建 1,3刘俊伯 1,3孙海峰 1,3胡松 1,3,*
作者单位
摘要
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室,四川 成都 610209
2 电子科技大学光电科学与工程学院,四川 成都 611731
3 中国科学院大学,北京 100049
微透镜阵列 投影光刻技术 掩模移动滤波技术 microlens array projection lithography mask moving filtering technology 
光电工程
2024, 50(12): 230281
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
Zhipeng Ma 1,2Yuanjian Wan 1,2Hang Liang 1,2Yao Fu 1,2[ ... ]Jian Wang 1,2,**
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
王健 1,2,*王仲阳 1,2
作者单位
摘要
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 
光学学报
2024, 44(4): 0400001
Author Affiliations
Abstract
1 Guilin University of Electronic Technology, Photonics Research Center, School of Optoelectronic Engineering, Guilin, China
2 Guilin University of Electronic Technology, Guangxi Key Laboratory of Optoelectronic Information Processing, Guilin, China
3 Huazhong University of Science and Technology, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics and School of Optical and Electronic Information, Wuhan, China
4 Optics Valley Laboratory, Wuhan, China
A pin-like beam is a kind of structured light with a special intensity distribution that can be against diffraction, which can be seen as a kind of quasi-nondiffracting beam (Q-NDB). Due to its wide applications, recently, numerous researchers have used optical lenses or on-chip integrated optical diffractive elements to generate this kind of beam. We theoretically verify and experimentally demonstrate an all-fiber solution to generate a subwavelength inverted pin beam by integrating a simple plasma structure on the fiber end surface. The output beams generated by two kinds of plasma structures, i.e., nanoring slot and nanopetal structure, are investigated and measured experimentally. The results show that both the structures are capable of generating subwavelength beams, and the beam generated using the nanopetal structure has the sidelobe suppression ability along the x-axis direction. Our all-fiber device can be flexibly inserted into liquid environments such as cell cultures, blood, and biological tissue fluids to illuminate or stimulate biological cells and molecules in them. It provides a promising fiber-integrated solution for exploring light–matter interaction with subwavelength resolution in the field of biological research.
inverted pin beam fiber-integrated plasma structure subwavelength resolution 
Advanced Photonics Nexus
2024, 3(2): 026003
作者单位
摘要
1 桂林电子科技大学光电工程学院,广西 桂林 541004
2 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150006
本文针对光纤传感技术中相敏光时域反射仪(Φ-OTDR)数据采集受限的问题,提出了一种基于条件对抗生成网络(CGAN)的数据增强方法,用于在少量数据基础上生成大量训练样本。实验中采用Φ-OTDR完成数据采集,将采集到的真实数据作为CGAN的输入,网络通过自动提取信号特征,并在输入条件的帮助下生成逼真的信号数据。将生成数据和原始数据分别输入决策树、支持向量机、卷积神经网络等模型进行分类,实验结果显示,生成数据在各个分类器中的检测结果都得到了显著提升,有效提高了分类器模型的检测能力和性能,实现了Φ-OTDR模式的目标识别,并解决了数据采集困难的问题。本文研究为小样本检测提供了新的思路和方法,对其他光纤传感技术的应用具有借鉴意义。
光纤传感 相敏光时域反射仪 数据增强 深度学习 条件对抗生成网络 
光学学报
2024, 44(1): 0106026
Yifan Zhao 1,2,3Jun Liu 1,2,3Shuhui Li 1,2,3Andong Wang 1,2,3[ ... ]Jian Wang 1,2,3,*
Author Affiliations
Abstract
1 Huazhong University of Science and Technology, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics and School of Optical and Electronic Information, Wuhan, China
2 Optics Valley Laboratory, Wuhan, China
3 Shenzhen Institute of Huazhong University of Science and Technology, Shenzhen, China
Orbital angular momentum (OAM), described by an azimuthal phase term exp ( jlθ ) , has unbound orthogonal states with different topological charges l. Therefore, with the explosive growth of global communication capacity, especially for short-distance optical interconnects, light-carrying OAM has proved its great potential to improve transmission capacity and spectral efficiency in the space-division multiplexing system due to its orthogonality, security, and compatibility with other techniques. Meanwhile, 100-m free-space optical interconnects become an alternative solution for the “last mile” problem and provide interbuilding communication. We experimentally demonstrate a 260-m secure optical interconnect using OAM multiplexing and 16-ary quadrature amplitude modulation (16-QAM) signals. We study the beam wandering, power fluctuation, channel cross talk, bit-error-rate performance, and link security. Additionally, we also investigate the link performance for 1-to-9 multicasting at the range of 260 m. Considering that the power distribution may be affected by atmospheric turbulence, we introduce an offline feedback process to make it flexibly controllable.
orbital angular momentum free-space optical interconnects security space-division multiplexing multicasting 
Advanced Photonics Nexus
2024, 3(1): 016004
周德政 1,*李晓杰 1,2王宇新 1,2王健 1[ ... ]王小红 1,2
作者单位
摘要
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 
爆破
2023, 40(3): 191
作者单位
摘要
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

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