马旺 1,2千佳 1王思颖 1马睿 1[ ... ]姚保利 1,2,**
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
将普通光学显微镜的均匀照明替换为光场具有空间结构分布的照明,可为显微镜增添超分辨和光切片的新功能。结构光照明显微(SIM)技术与传统宽场光学显微镜具有良好的结构兼容性,继承了传统光学显微镜非侵入、低光毒性、低荧光漂白、快速成像的优点。其高时空分辨率和三维光切片能力非常适合活体细胞或组织的观测,受到生物医学和光学界的持续关注。快速产生高对比度、高频率的结构光场并进行快速相移和旋转调控是SIM的核心技术。近年来基于数字微镜器件(DMD)调制的SIM(DMD-SIM)发展迅速,它利用DMD高刷新率、高光通量、偏振不敏感的优势,克服了传统器件如物理光栅和液晶空间光调制器在调控速度上的缺点。本综述首先介绍了SIM超分辨和光切片的基本原理,然后着重阐述了DMD-SIM通过光投影和光干涉产生结构光照明及调控光场的方法,对当前的DMD-SIM研究进展进行了归纳评述,总结了DMD-SIM的优缺点,最后对DMD-SIM面临的挑战和发展趋势进行了展望。
光学显微 结构光照明显微 超分辨 光切片 数字微镜器件 
激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618001
高旺城 1马瑞 1全欣 1陈宇 1[ ... ]刘军 1,2,*
作者单位
摘要
1 深圳大学微纳光电子学研究院二维材料光电科技国际合作联合实验室,广东 深圳 518060
2 中国科学院高功率激光物理重点实验室,上海 201800
中红外波段高功率激光光源在工业加工和生物医疗等领域中有着广泛的应用。报道了基于主振荡器功率放大器(MOPA)结构的百瓦级中红外连续波光纤随机激光器,获得了最高输出功率为100.40 W、斜率效率为47.8%、波长为1980 nm的连续波激光输出。得益于MOPA结构中光纤随机激光种子源在激光放大过程中的光谱带宽保持特性,100.40 W激光输出时的3 dB光谱带宽仅为~0.2 nm。激光器的短时时域强度波动和长时功率波动均表现出优良的稳定性。所提实验技术方案和实验结果有望进一步拓宽中红外高功率光纤随机激光器的应用范围。
激光器 光纤随机激光器 高功率激光器 瑞利散射 中红外激光器 高稳定性 
中国激光
2024, 51(5): 0501002
Author Affiliations
Abstract
1 International Collaborative Laboratory of 2D Materials for Optoelectronics Science and Technology of Ministry of Education, Institute of Microscale Optoelectronics, Shenzhen University, Shenzhen, China
2 Institute for Advanced Study, Shenzhen University, Shenzhen, China
3 Fiber Optics Research Centre, School of Information and Communication Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu, China
4 Departamento de Física, Universidade Federal de Pernambuco, Recife-PE, Brazil
5 Email: hejingsong@szu.edu.cn
High-intensity vortex beams with tunable topological charges and low coherence are highly demanded in applications such as inertial confinement fusion (ICF) and optical communication. However, traditional optical vortices featuring nonuniform intensity distributions are dramatically restricted in application scenarios that require a high-intensity vortex beam owing to their ineffective amplification resulting from the intensity-dependent nonlinear effect. Here, a low-coherence perfect vortex beam (PVB) with a topological charge as high as 140 is realized based on the super-pixel wavefront-shaping technique. More importantly, a globally adaptive feedback algorithm (GAFA) is proposed to efficiently suppress the original intensity fluctuation and achieve a flat-top PVB with dramatically reduced beam speckle contrast. The GAFA-based flat-top PVB generation method can pave the way for high-intensity vortex beam generation, which is crucial for potential applications in ICF, laser processing, optical communication and optical trapping.
digital micromirror device flat-top beam orbital angular momentum perfect vortex beam random fiber laser 
High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(1): 010000e5
于观玉 1张春香 2黄政 3刘锐 3[ ... ]刘军 1,*
作者单位
摘要
1 深圳大学微纳光电子学研究院二维材料光电科技国际合作联合实验室,广东 深圳 518060
2 深圳技术大学工程物理学院,广东 深圳 518118
3 深圳大学物理与光电工程学院光纤传感技术粤港联合研究中心,广东 深圳 518060
1.7 μm激光处于眼安全波段并位于许多重要气体分子的指纹吸收峰,在生物医疗、气体传感等领域具有重要应用价值。而涡旋光束作为一种新兴的结构光场,其具有环形光强分布和螺旋相位波前,并携带轨道角动量,在光通信、微粒操控等领域应用广泛。因此发展1.7 μm高能涡旋激光器具有重要的研究价值和应用前景。但传统稀土离子掺杂光纤或晶体的发射谱,或难以覆盖该波段,或在该波段激光增益较小,且涡旋光产生主要基于空间光结构,导致1.7 μm波段涡旋光激光系统复杂、集成度低,难以实现高功率输出。本文利用螺旋长周期光纤光栅作为涡旋模式转换器,在基于受激拉曼散射效应的1.7 μm波段光纤随机激光半开放腔中实现了全光纤结构的高功率涡旋激光输出,最大输出功率为2.09 W,中心波长为1690 nm。得益于涡旋光纤随机激光器的全光纤结构,该装置具有良好的时域稳定性,短时时域波动低至2.8%。该研究结果不仅为实现兼具高功率输出和良好时域稳定性的紧凑型1.7 μm波段涡旋激光器提供有效方案,还能进一步拓展其在激光医疗、气体检测、光镊和生物成像等领域的应用。
1.7 μm波段 涡旋光束 光纤随机激光器 螺旋长周期光纤光栅 涡旋光纤随机激光器 
光学学报
2023, 43(22): 2214003
作者单位
摘要
1 南通市口腔医院,江苏 南通 226000
2 南通市中西医结合医院,江苏 南通 226000
3 北京大学长三角光电科学研究院,江苏 南通 226000
4 人工微结构和介观物理国家重点实验室,北京大学物理学院,北京 100871
与可见光区(400~700 nm)和近红外一区(NIR-I,700~900 nm)荧光成像(FL)相比,近红外二区(NIR-II,1000~1700 nm)荧光成像具有更深的穿透深度、更高的信噪比。开发亮度高、吸收/发射波长长、生物相容性好的NIR-II荧光探针一直是NIR-II荧光成像领域的一个重要研究方向。有机NIR-II荧光探针以其优异的生物相容性和良好的药代动力学特性而备受关注。本文从红移吸收/发射波长、提高荧光量子产率/摩尔吸光系数、改善生物相容性等角度系统总结了近年来花菁类染料、D-A-D小分子、聚合物点等有机NIR-II荧光探针的研究进展,重点介绍了具有代表性的荧光探针在活体NIR-II荧光成像中的应用,最后讨论了有机NIR-II荧光探针迈向临床应用面临的潜在挑战。
医用光学 近红外二区 荧光探针 花菁类染料 有机小分子 聚集诱导发光 共轭聚合物 
中国激光
2023, 50(21): 2107101
作者单位
摘要
1 北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室,北京 100871
2 南开大学物理科学学院,天津 300071
3 北京工业大学理学部信息光子技术研究所,北京 100124
4 山西大学极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
神经网络中的非线性激活层可以改变多层网络数据间的线性变换关系,使神经网络得以进行更复杂的学习。为实现处理速度更快,能耗更低的运算,近年来光子领域的神经网络逐渐受到重视,一系列光学非线性激活函数器件应运而生。本文综述了近年来在光学神经网络中引入非线性激活函数的工作,从光学非线性函数的物理机制及其在光学神经网络中的应用出发,对该领域的工作进行了回顾;总结并讨论了光学神经网络中光学非线性激活函数器件发展所面临的挑战及变化趋势,并基于此展望了其发展前景。
非线性光学 光学神经网络 非线性激活函数 
光学学报
2023, 43(16): 1623001
作者单位
摘要
1 中国科学院 空间应用工程与技术中心 太空应用重点实验室,北京00094
2 中国科学院 空天信息创新研究院 计算光学成像技术实验室,北京100094
3 中国科学院大学,北京100094
鉴于通过测量高精度的位移数据可以获得高精度的微重力加速度数据,进而服务于多种空间科学载荷的研究任务,提出了一种基于三组正交对称角锥棱镜的双频光路,利用外差干涉测量技术实现空间惯性质量块的六自由度位移和角度测量的方法。通过光路矢量分析建立了实际角锥棱镜的光路模型,考虑质量块在运动过程中带来的附加光程差,推导了各测量光路的光程变化与质量块六自由度位姿的函数关系。为了克服小角度近似法精度不高的缺陷,提出了利用数值计算法解耦姿态角进而获得相对位移的位姿解算算法。利用空间在轨位姿数据和随机位姿数据进行系统仿真。仿真结果表明:数值计算的位移误差小于0.02 fm,且该方法的计算误差不会随着飞行器振动的增大而变大,算法具有更高的精度和更好的适应性。最后,分析了系统的误差来源,在保证角度安装误差小于5 mrad、距离安装误差小于10 μm且平行度小于2 mrad时,系统的姿态角测量误差小于0.017°,位移测量误差小于10 nm。本文提出的六自由度测量及解算方法也可以服务于其他精密加工与检测领域。
精密测量 外差干涉测量 双频激光干涉 微重力 惯性传感 六自由度 precision measurement heterodyne interference measurement dual frequency laser interference microgravity inertial sensing six-degree-of-freedom 
光学 精密工程
2023, 31(11): 1593
作者单位
摘要
中国人民公安大学信息网络安全学院,北京 100038
近年来,深度伪造技术大幅提升了合成人脸的真实感,且相较于传统伪造方法,其生成的虚假视频更加难以分辨。基于深度伪造图像视觉伪影常常存在于特征提取网络浅层特征高频分量中这一特性,设计了一种面向浅层特征高频分量的深度伪造图像检测算法。针对高通滤波器的缺陷,本实验在拉普拉斯金字塔的基础上设计了一种具有更好的过滤性能的高频残差提取模块。在增强模块中,使用Convolutional Block Attention Module(CBAM)增加特征图关键区域以及关键特征通道的权重,提升特征图的空间以及通道相关性。针对深层网络中高频分量学习优先级低的问题,设计了一种图像梯度损失算法,防止高频信息随着网络的加深而丢失。将梯度中心化引入AdamW优化器,解决了深度伪造检测模型训练时间长、泛化性差的问题。所提两种模型在FaceForensics++和Celeb-DF数据集上的准确率均优于主流算法,证明了算法的有效性以及泛化性。
机器视觉 深度伪造 深度伪造检测 高频分量 图像梯度损失 梯度中心化 
激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1015001
Han Wu 1†Weizhe Wang 1†Bo Hu 1Yang Li 1[ ... ]Houkun Liang 1,6,*
Author Affiliations
Abstract
1 College of Electronics and Information Engineering, Sichuan University, Chengdu 610064, China
2 International Collaborative Laboratory of 2D Materials for Optoelectronics Science and Technology of Ministry of Education, Institute of Microscale Optoelectronics, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
3 Beijing Center for Crystal Research and Development, Key Laboratory of Functional Crystals and Laser Technology, Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
4 e-mail: liu-jun-1987@live.cn
5 e-mail: jyao@mail.ipc.ac.cn
6 e-mail: hkliang@scu.edu.cn
Nonlinear frequency conversion of wavelength agile and high-power random fiber lasers can provide a promising way to generate continuous-wave (CW) visible and mid-infrared (MIR) light with unique properties such as the continuous modeless spectrum, low temporal/spatial coherence, and high temporal stability. Here, we report a dual-wavelength switchable and tunable random Raman fiber laser (RRFL) based on a phosphosilicate fiber that has two Raman gain peaks for the first time and demonstrate its superior capability to generate widely tunable CW visible and mid-infrared light via nonlinear frequency conversions. By using the combination of a tunable pump and two tunable gratings in Littrow configuration that can provide separated point feedback for the two Stokes wavelengths corresponding to silica- and phosphorus-related Raman peaks, the spectrum of an RRFL can be flexibly manipulated for the aim of nonlinear frequency conversions, including single-wavelength tunable emission at the 1.1 μm or 1.2 μm band for second-harmonic generation (SHG), dual-wavelength simultaneously tunable emission at the 1.1 μm and 1.2 μm bands for the sum-frequency generation (SFG), and dual-wavelength separation tunable emission for difference-frequency generation (DFG). As a result, with the combination of SHG and SFG in a periodically poled lithium niobate crystal array, we experimentally demonstrate the broadest tuning range (560–630 nm) of visible light generated from an RRFL, to the best of our knowledge. The tunable MIR light in the range of 10.7–12.3 μm is also demonstrated through DFG of an RRFL operating in separation tunable dual-wavelength emission mode in a BaGa4Se7 (BGSe) crystal, which is the first realization of >10 μm CW DFG in the BGSe crystal. We believe the developed dual-wavelength switchable and tunable RRFL can provide a new compact, robust, and cost-effective platform to realize broadly tunable light in both the visible and MIR regions, which can also find potential applications in imaging, sensing, and temporal ghost imaging in various spectral bands.
Photonics Research
2023, 11(5): 808
蒋连军 1方余强 1,*余超 2徐起 2[ ... ]张军 2
作者单位
摘要
1 科大国盾量子技术股份有限公司,安徽 合肥 230088
2 中国科学技术大学 中国科学院量子信息与量子科技创新研究院,安徽 合肥 230026
3 山东国耀量子雷达科技有限公司,山东 济南 250102
单光子探测器具有最高的光探测灵敏度,在激光雷达系统中使用单光子探测器可以极大提升系统的综合性能。近红外二区(1.0~1.7 μm)激光具有大气透过率高、散射弱、太阳背景辐射弱等优势,是大气遥感、三维成像等激光雷达系统的理想工作波段。研制了一种基于InGaAs/InP负反馈雪崩光电二极管的微型化自由运行单光子探测器。该探测器长宽高为116 mm×107.5 mm×80 mm,在1.5 μm最大探测效率超过35%,时间抖动(半高宽)低至80 ps。为满足激光雷达系统对光子飞行时间测量的需求,探测器内部集成时间数字转换(TDC )功能,时间精度100 ps。同时,探测器集成一套后脉冲修正及计数率修正算法,可以有效降低探测器所引起的雷达信号畸变。
负反馈InGaAs/InP雪崩光电二极管 近红外波段 微型化自由运行单光子探测器 时间数字转换 后脉冲修正 negative feedback InGaAs/InP avalanche photodiode near-infrared band miniaturized free-running single-photon detector time-to-digital converter afterpulse correction 
红外与激光工程
2023, 52(3): 20230017

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