1 鹏城实验室，广东 深圳 518055
2 南方科技大学 电子与电气工程系，广东 深圳 518055
随着全球数据流量的不断增长，硅基光子集成电路已经成为高性能芯片内/芯片间光通信领域中一个极具发展潜力的研究方向。然而，由于本征硅的发光效率极低，硅基片上光源成为光子集成电路中最具挑战性的元器件。为了解决缺乏原生光源的问题，硅基集成的Ⅲ?Ⅴ族半导体激光器已经得到了广泛研究，该激光器提供了优越的光学和电学性能。值得注意的是，在Ⅲ?Ⅴ族半导体激光器中使用量子点作为增益介质已经引起了诸多关注，因为它具有多种优点，如对晶体缺陷的容忍度高、温度敏感度低、阈值电流密度低和反射灵敏度低等。使用量子点的激光增益区在光子集成方面相比量子阱有许多改进。增益带宽可以根据需要进行设计优化，并在整个近红外光范围内实现激射。量子态与周围材料的大能级分离使其获得了优异的高温性能和亚皮秒时间尺度的增益恢复。本文从量子点材料及量子点激光器、基于晶圆键合技术、基于倒装键合技术、基于直接外延生长技术等多个角度，综述了硅基Ⅲ?Ⅴ族半导体量子点激光器的最新研究进展，并对其未来前景和挑战进行了探讨。
硅光子学 片上量子点激光器 光子集成 silicon photonics on-chip quantum dot lasers photonic integration
针对事件相机探测空间目标时输出大量噪声的问题，提出基于事件相机的空间目标事件流降噪算法。首先，考虑到事件流的时空相关性和异步特性，提出基于邻域密度的时空相关性事件流滤波器（Neighborhood Density-based Spatiotemporal Event Filter，NDSEF），以帧的形式在时间维度累积事件并计算邻域密度，达到降噪的目的。然后，提出基于NDSEF的级联滤波器，通过增加像素维度窗口累积实现算法的高度优化，达到细化滤波的目的。最后，在公共数据集和仿真数据集实验中实现滤波算法的高速与高泛化能力，该滤波器在信噪比和噪声比两项指标上均超过了经典滤波器，事件处理速度可达10 μs，对于多目标空间事件流可以有效处理噪声事件。实验结果表明该滤波器在低信噪比空间场景中保证了降噪算法的准确性和时效性。
事件相机 空间探测 时空相关性 降噪 event camera space detection spatio-temporal correlation denoising 红外与激光工程
2023, 52(9): 20220824
山东大学信息科学与工程学院，山东 青岛 266237
提出了一种基于非对称马赫-曾德尔干涉（AMZI）和3D打印立体光刻树脂模块的大量程压力传感器，分析了传感器的特性，推导的公式表明传感器的灵敏度与单臂长度成正比，与衍射阶数成反比。在设计中，高灵敏度通过小的衍射级实现，AMZI压力传感器采用平面光波技术制造，压力块采用树脂（DM11）3D打印，测试灵敏度为0.3047 nm/MPa。
马赫-曾德尔干涉 压力传感器 大范围 高灵敏度 集成光学 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1923001
1 首都医科大学生物医学工程学院，北京 100069
2 首都医科大学临床生物力学应用基础研究北京市重点实验室，北京 100069
3 首都医科大学宣武医院骨科，北京 100053
在手术导航系统辅助的椎弓根螺钉内固定术中，术前与术中点云配准精度是影响导航定位效果的重要因素。由于术前与术中点云的获取方式不同，且术中暴露位置受限，两种非同源三维点云存在初始位姿差异大、重叠率低的问题，现有的配准算法在术前术中点云配准时容易失效且精度不高。为此，本文提出了一种椎弓根螺钉内固定术中非同源低重叠率点云的配准方法。首先，对术中点云进行降采样，对术前点云进行基于最远点采样的局部区域划分，选取其中的最优局部区域，与术中点云进行采样一致性初始配准；之后，采用迭代最近点算法进行进一步优化，实现点云的准确对齐。在本文所用数据集上，所提算法在术前术中点云配准实验中的平均旋转误差为0.406°，平移误差为0.474 mm，实现了初始位姿差异大、重叠率低的非同源术前术中点云的高精度配准，与现有算法相比，配准成功率从66.67%提高至100%。
医用光学 椎弓根螺钉内固定术 非同源点云 初始位姿差异大 低重叠率 点云配准
1 南开大学软件学院，天津 300350
2 南开大学现代光学研究所，天津 300350
盐气溶胶是大气污染监测的重要对象。使用基于高功率超快激光的光丝诱导荧光光谱（FIFS）技术可以实现大气气溶胶的远距离快速定量分析，该技术有望成为下一代激光雷达的核心技术。用NaCl气溶胶模拟大气气溶胶污染物，针对自吸收效应导致光强与物质质量浓度偏离线性关系的问题，提出基于一维卷积神经网络的NaCl气溶胶质量浓度预测模型，并将其与多元线性回归模型、偏最小二乘回归模型、BP传播神经网络模型和定标曲线模型进行了对比实验。在各质量浓度（0.33~6.61 mg/m3）NaCl气溶胶全波段光谱数据集和特征波段光谱数据集上的实验结果表明：所提一维卷积神经网络模型在特征波段光谱数据集上的预测准确率为1，在泛化预测实验中的准确率为0.87，优于其在全波段光谱数据集上的结果，同时也优于其他模型。该模型对自吸收效应下的非线性定量分析具有良好的准确性和鲁棒性，为FIFS技术应用于大气气溶胶质量浓度预测分析提供了可靠的定量分析技术。
光谱学 光丝诱导荧光光谱 NaCl气溶胶定量分析 卷积神经网络
1 南开大学现代光学研究所，天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
3 天津市光电传感器与传感网络重点实验室，天津 300350
高强度的飞秒激光在非线性介质成丝过程中会产生一系列非线性效应，如强场电离、转动拉曼、高次谐波、激射等，这些非线性效应与强场下分子的复杂运动有关。研究强场作用下的分子动力学问题将有助于更好地理解飞秒激光成丝过程中非线性效应背后的物理机制。综述了近年来飞秒激光在空气中成丝时主要分子动力学特性的研究进展，包括分子准直、分子电离、电子-离子复合以及分子能级的粒子数布居。最后对强场与分子相互作用研究所面临的机遇以及挑战进行了展望。
非线性光学 飞秒激光成丝 强激光场 分子准直 强场电离 光丝诱导荧光
1 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所，天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
设计并制备了口径为20 mm的法布里-珀罗干涉仪，该干涉仪在632.8 nm处的光谱分辨率为0.5 nm，自由光谱范围为9.0 nm。将口径为1.1 m的低成本菲涅耳透镜用作集光元件，使用自行搭建的法布里-珀罗干涉仪和工业电荷耦合器件（CCD）相机成功探测到30 m外平均功率为0.7 mW的汞灯光谱，实现了μlx量级的弱光光谱探测。采用增强型互补金属氧化物半导体（ICMOS）相机，可在10 m外检测到飞秒激光光丝诱导的质量分数为13×10-6的NaCl气溶胶的时间分辨荧光光谱。建立的基于菲涅耳透镜和法布里-珀罗干涉仪的光谱测量装置在空气污染物和有害物质远程检测中具有广阔的应用前景。
光谱学 法布里-珀罗干涉仪 菲涅耳透镜 远程光谱探测 光丝诱导荧光光谱
1 南开大学现代光学研究所，天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
3 天津市光电传感器与传感网络重点实验室，天津 300350
光丝内部的超高钳制光强可诱导大气中的原子、分子等发生隧道电离或多光子电离，并辐射指纹荧光谱。得益于其在复杂大气环境中能够远距离传输的特点，飞秒激光成丝在大气远程探测方面具有广阔的应用前景。光丝诱导物质荧光的空间分布特性与成丝过程中激光、等离子体等参数密切相关，对于理解光丝内物理过程及调控光丝、提升远程探测信噪比等具有重要意义。综述了光丝诱导荧光在侧向、背向及前向三个重要方位的空间分布的研究进展，详细讨论了基于侧向分布表征光丝内光强及等离子体分布的方法，以及实验条件对荧光空间分布的影响，并对放大自发辐射现象及前向、背向远场空间分布的研究进展进行了介绍。最后对飞秒激光成丝诱导荧光空间分布的研究趋势进行了展望。
非线性光学 激光光学 飞秒激光成丝 大气远程探测
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics and Optoelectronics, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Institute of Applied Physics and Materials Engineering, University of Macau, Macau, China
3 e-mail: guzhiyuan@tyut.edu.cn
4 e-mail: nanzhang@um.edu.mo
Bound states in the continuum (BICs) provide a fascinating platform to route/manipulate waves with ultralow loss by patterning low-refractive-index materials on a high-refractive-index substrate. Principally, the phase of leaking channels can be manipulated via tuning the structural parameters to achieve destructive interference (i.e., the BIC condition), surprisingly leading to the total elimination of dissipation to the continuum of the substrate. Despite recent developments in BIC photonics, the BIC conditions can only be satisfied at specified geometric sizes for waveguides that dim their application prospects. Here, we propose a dual waveguide system that support BICs under arbitrary waveguide sizes by solely changing the intervals between the two waveguides. Our calculation results show that robust BICs in such architectures stem from the interaction (destructive interference) between leaking waves from the two waveguides. Furthermore, a cladding layer is introduced to improve the fabrication tolerance and reduce the sensitivity of the low-loss condition on the waveguide intervals of the presented dual waveguide system. The proposed approach offers an intriguing solution to establish a BIC concept and may be helpful to improve the potential of BIC photonic devices and circuits.
Photonics Research
2023, 11(4): 575
辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(1): 010101
