Kexin Wang 1,2Wenhui Yu 1,2Junle Qu 1,2Changrui Liao 1,2[ ... ]Liwei Liu 1,2,*
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Radio Frequency Heterogeneous Integration (Shenzhen University), Shenzhen 518060, China
2 Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Guangdong Province & Ministry of Education, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
Fluorescence lifetime imaging can reveal the high-resolution structure of various biophysical and chemical parameters in a microenvironment quantitatively. However, the depth of imaging is generally limited to hundreds of micrometers due to aberration and light scattering in biological tissues. This paper introduces an iterative multi-photon adaptive compensation technique (IMPACT) into a two-photon fluorescence lifetime microscopy system to successfully overcome aberrations and multiple scattering problems in deep tissues. It shows that 400 correction modes can be achieved within 5 min, which was mainly limited by the frame rate of a spatial light modulator. This system was used for high-resolution imaging of mice brain tissue and live zebrafish, further verifying its superior performance in imaging quality and photon accumulation speed.
adaptive optics iterative optimization two-photon fluorescence lifetime imaging microscopy wavefront correction 
Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 041702
苏乐伟 1段存丽 1孙亮 2,*宋博 2[ ... ]王新伟 2,3,4
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 光电系统实验室,北京 100083
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049
3 西安工业大学 光电工程学院,陕西 西安 710021
4 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049
水下光学成像技术对于海底资源勘测、海洋生态监测、水下搜索救援、水下考古等应用具有重要意义。相比传统水下摄像机,距离选通成像技术可以过滤选通切片外的后向散射噪声和环境背景噪声,实现高质量水下成像,但是在浑浊水体中仍然会受切片内后向散射噪声影响,导致成像距离缩短。对此,开展了光学偏振与距离选通成像结合的水下偏振选通成像技术研究,利用后向散射光良好的保偏性去除选通切片范围内的后向散射噪声,提升目标识别距离。通过理论仿真和实验研究,对比分析了不同水质下距离选通成像和偏振选通成像目标识别距离的差异。发现存在临界衰减系数c0:当水体衰减系数小于等于c0时,光学偏振对于提升距离选通成像工作距离无效果;当水体衰减系数大于c0时,偏振可提升距离选通成像工作距离。实验中还发现,目标反射率会影响临界衰减系数。该研究有利于不同水质下距离选通成像的优化应用。
水下光学成像 偏振距离选通成像 距离选通成像 偏振成像 信噪比 识别距离 underwater optical imaging polarized-range-gated imaging range-gated imaging polarization imaging signal-to-noise ratio recognition distance 
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230372
作者单位
摘要
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
将激光器的输出频率锁定于合适的参考频率上,可以有效地提高激光器的频率稳定度, 抑制激光器的频率起伏, 实现激光稳频。本文中, 我们在室温铯原子气室中研究了基于6S1/2-6P3/2-70S1/2阶梯型三能级系统的双色偏振光谱(TCPS), 并利用该TCPS实现了无调制激光稳频。实验中, 852 nm线偏振光作为探测光, 激光频率共振于6S1/2(F=4)→6rmP3/2(F'=5)跃迁线, 509 nm圆偏振光作为耦合光, 激光频率在6P3/2(F'=5)→70S1/2跃迁线附近扫描。圆偏振耦合光泵浦原子布居于不同Zeeman态, 实现介质各向异性。通过偏振光场对各向异性的原子介质的探测获得了里德堡态的TCPS。利用该里德堡态TCPS, 我们实现509nm激光对应于铯原子6P3/2 (F'=5)→70S1/2跃迁线的频率锁定。该TCPS提供了一种无调制的技术, 可用于多种里德堡态匹配的激光系统锁频, 对基于里德堡态精密测量有重要意义。
铯原子 里德堡态 双色偏振谱 稳频 Cesium atom Rydberg state two-color polarization spectrum frequency stabilization 
量子光学学报
2023, 29(3): 031001
作者单位
摘要
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
本文理论分析和实验测量研究了微波相位噪声对里德堡原子天线微波混频信号的影响。通过研究微波混频信号的相位噪声项,建立在信号场中加入相位噪声后微波混频信号强度变化的理论模拟图。实验基于室温铯原子气室中里德堡原子电磁感应透明光谱,实现里德堡原子|64S1/2?→|64P1/2?态的电偶极跃迁,得到频率13.806 057 GHz与13.806 000 GHz的微波场混频信号。同时,对混频信号强度的参数依赖关系进行研究。经实验发现,基于里德堡原子天线微波混频信号强度与参考场的功率有关,优化功率参数条件下,参考场可以实现约20dB的混频信号增强;当参考场调控里德堡原子达到微波混频效率最大时,在信号场中加入相位噪声,会导致混频信号强度的显著降低。
里德堡原子天线 相位噪声 微波混频信号 电磁感应透明 Rydberg atomic antenna Phase noise The microwave mixing signal Electromagnetically Induced Transparency 
量子光学学报
2023, 29(2): 020501
Author Affiliations
Abstract
1 Hunan Key Laboratory of Nanophotonics and Devices, School of Physics and Electronics, Central South University, Changsha 410083, China
2 Key Laboratory of Hunan Province for Statistical Learning and Intelligent Computation, School of Mathematics and Statistics, Hunan University of Technology and Business, Changsha 410205, China
Two-dimensional (2D) nonlinear optical mediums with high and tunable light modulation capability can significantly stimulate the development of ultrathin, compact, and integrated optoelectronics devices and photonic elements. 2D carbides and nitrides of transition metals (MXenes) are a new class of 2D materials with excellent intrinsic and strong light-matter interaction characteristics. However, the current understanding of their photo-physical properties and strategies for improving optical performance is insufficient. To address this issue, we rationally designed and in situ synthesized a 2D Nb2C/MoS2 heterostructure that outperforms pristine Nb2C in both linear and nonlinear optical performance. Excellent agreement between experimental and theoretical results demonstrated that the Nb2C/MoS2 inherited the preponderance of Nb2C and MoS2 in absorption at different wavelengths, resulting in the broadband enhanced optical absorption characteristics. In addition to linear optical modulation, we also achieved stronger near infrared nonlinear optical modulation, with a nonlinear absorption coefficient of Nb2C/MoS2 being more than two times that of the pristine Nb2C. These results were supported by the band alinement model which was determined by the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) experiment and first-principal theory calculation. The presented facile synthesis approach and robust light modulation strategy pave the way for broadband optoelectronic devices and optical modulators.
MXenes optical properties modulation in situ growth carriers transfer nonlinear optical absorption 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(10): 220162
赵伟 1,2,*何俊 1,2侯森林 1,2邓琥 1,2[ ... ]赵平 3
作者单位
摘要
1 西南科技大学 a.信息工程学院
2 b.极端物质特性实验室,四川绵阳 621010
3 妙仁堂医疗服务有限公司,四川绵阳 621050
确定中药品种是确保中药材质量的第一关。为探索中草药品种的快速鉴别方法,本文应用太赫兹光谱技术结合模式识别方法对 6种中草药进行分类鉴别。采集了白附片、大黄、党参、陈皮、麦冬、天麻等 6种常用中草药,共得到 420组太赫兹光谱数据,在 0.2~1.5 THz波段分别采用支持向量机 (SVM)、主成分分析 (PCA)和支持向量机相结合、线性判别分析(LDA)结合支持向量机等方法对 6种中药材进行了定性鉴别分析。结果表明,太赫兹光谱数据结合线性判别分析和支持向量机建立的 LDA-SVM中草药品种识别模型最优,模型准确率达 100%,对未知样本的鉴别准确率达 98.41%。本文的 LDA-SVM模型具有较好的鉴别能力,能快速准确地鉴别出中药材的品种,为中草药的质量控制提供了又一鉴别手段。
太赫兹光谱 模式识别 定性鉴别 中草药 terahertz spectrum pattern recognition qualitative identification Chinese herbal medicine 
太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(5): 586
Yuchen Wang 1†Yiwei Li 1†Yicheng Li 1†Hao Zhang 1[ ... ]Baicheng Yao 1,*
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications (Ministry of Education), University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China
2 Guangdong and Hong Kong Joint Research Centre for Optical Fiber Sensors, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
3 State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
Optical microcavities offer a promising platform for highly efficient light–matter interactions. Recently, the combination of microresonators and 2D materials in the nanoscale has further enriched the optoelectronics of microcavity geometries, spurring broad advances including lasers, nonlinear converters, modulators, and sensors. Here, we report the concept of compact dual-laser cogeneration in a graphene-microcavity fiber, which offers a way to cancel the optical common mode noises. Driven by a single 980 nm pump, orthogonally polarized laser lines are generated in a pair of degeneracy breaking modes. The two laser lines produce a heterodyne beat note at 118.96 MHz, with frequency noise down to 200 Hz2/Hz at 1 MHz offset, demonstrating a linewidth of 930 Hz in vacuum. This compact device enables on-line and label-free NH3 gas detection with high resolution, realizing a detection limit on a single pmol/L level, and a capability to quantitatively trace gas–graphene interactions. Such a combination of graphene optoelectronics and microcavity photonics demonstrates a novel physical paradigm for microlaser control and offers a new scheme for in situ chemical sensing.
Photonics Research
2023, 11(8): A1
李勇 1,2何俊 1,*随艳峰 1,2袁任贤 3[ ... ]曹建社 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院高能物理研究所北京 100049
2 中国科学院大学北京 100049
3 中国科学院上海高等研究院上海 201204
为满足高能同步辐射光源(High Energy Photon Source,HEPS)束流位置测量的需求,研制了各种类型的束流位置探测器(Beam Position Monitor,BPM)。位置灵敏度系数是BPM的一项重要参数,通过它可以精确计算束流的位置。使用边界元法计算束流位置探测器的灵敏度系数,适用于在无法使用天线模拟束流进行实际测量和有限元软件进行模拟的场合。以HEPS储存环BPM的参数为例,首先用边界元法分析计算了具有圆形横截面的BPM的位置灵敏度系数,在此基础上,分析了椭圆形(HEPS增强器)与八边形(BEPCII储存环)管道的系数。将该方法应用于BPM的设计与分析中,确定了高能光源增强器BPM纽扣电极的方位角和北京正负电子对撞机BPM的纽扣电极间距。此外,计算了上述BPM的位置灵敏度系数分布Mapping图。圆形管道BPM的位置灵敏度系数结果与解析值接近,相对误差在1%左右,椭圆形与八边形管道BPM的计算结果与实际测量结果的偏差都在2%左右,证明了边界元法计算束流位置探测器的位置灵敏度系数是一种可靠的方法,可用于BPM的设计与相关问题的分析。
边界元法 束流位置探测器 位置灵敏度系数 高能同步辐射光源 Boundary element method Beam position monitor Position sensitivity coefficient High energy photon source 
核技术
2023, 46(5): 050404
作者单位
摘要
湖北工业大学土木建筑与环境学院, 武汉 430068
利用纳米硅粉对碱渣-矿渣固化淤泥抗硫酸镁侵蚀性能进行改良, 对MgSO4溶液浸泡后的固化淤泥试样开展无侧限抗压强度、核磁共振和X射线衍射试验, 研究硅粉掺量、养护龄期、浸泡时间对固化淤泥强度的影响规律及其微观机理。研究表明: 在标准养护条件下, 当硅粉掺量为3%(质量分数)时固化淤泥试样的孔隙体积最小, 无侧限抗压强度最大, 生成水化铝酸钙等产物。在MgSO4侵蚀环境下, 标准养护7 d试样具有很好的抗侵蚀能力, 当硅粉掺量为3%(质量分数)时固化淤泥抗MgSO4侵蚀能力最好, 无侧限抗压强度随浸泡时间的增加而增大; 标准养护28和60 d时, 固化淤泥抗MgSO4侵蚀能力减弱。建立了固化淤泥无侧限抗压强度与硅粉掺量及浸泡时间的关系式, 预测了最危险条件和最低强度。适量的纳米硅粉可增加固化淤泥中水化速度和程度, 减少钙矾石的生成量及其不利影响, 达到提高碱渣固化淤泥抗MgSO4侵蚀性能的目的。
纳米硅粉 碱渣 海相淤泥 MgSO4侵蚀 无侧限抗压强度 微观结构 nano-silica soda residue marine soft soil MgSO4 erosion unconfined compressive strength microstructure 
硅酸盐通报
2023, 42(4): 1344
卢飞飞 1白建东 1,2,*侯晓凯 1王欣 1[ ... ]王军民 1,3
作者单位
摘要
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 中北大学理学院物理系 山西 太原 030051
3 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
高精细度超稳光学法布里-珀罗腔可以提供高精度的频率标准和频率分辨能力, 在光学频率原子钟和量子精密测量等领域发挥重要作用, 将其控温至零膨胀温度点可进一步有效提高超稳光学腔共振频率的稳定度。实验中构建了一套由超低膨胀系数的微晶玻璃材料制作的球型平凹 F-P腔, 镀有1560.5?nm和637.2?nm双波长高反多层介质膜, 放置于可以精确控温的超高真空系统中。利用射频调制边带法测量得到超稳光学腔的自由光谱区为3.145?GHz, 腔线宽~100?kHz, 得到超稳光学腔在设定波长的精细度可高达30?000以上。在此基础上通过倍频波导器件将1560.5?nm激光倍频至780.25?nm, 利用超稳光学腔共振频率和铷原子饱和吸收谱的对比, 获得超稳光学腔在不同温度下共振频率的精确数值, 根据相对腔长变化测量超稳光学腔系统的热膨胀特性, 拟合得到零膨胀温度为10.688±0.115?°C。高精细度光学腔提供了稳定的频率基准, 同时可有效压窄激光线宽, 抑制相位噪声, 是产生优质光源的重要工具。我们已将其优异的短期频率稳定性和极低的频率噪声应用于通过高稳定度的?637.2?nm红光腔增强倍频实现高稳定度的318.6?nm窄线宽紫外激光, 进一步用于铯原子单步里德堡直接激发和里德堡缀饰基态铯原子系综方面的研究。
F-P腔 零膨胀温度点 ULE超稳光学腔 热膨胀特性 F-P cavity the zero-expansion temperature ULE ultra-stable optical cavity thermal expansion characteristics 
量子光学学报
2022, 28(4): 288

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