朱旭愿 1,2,3剌晓波 1,2,3郭竟 1,2,3李振宇 1,2,3[ ... ]梁松 1,2,3,*
1 中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室，北京 100083
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 低维半导体材料与器件北京市重点实验室，北京 100083
研制了以InGaAlAs多量子阱为有源材料的InP基1.3 μm波段高速直接调制分布反馈（DFB）激光器，单片集成了与DFB激光器区具有相同量子阱材料的分布式布拉格反射器（DBR）反馈区。室温下DFB有源区长度为200 μm时器件的3 dB小信号直接调制带宽大于29 GHz。在速率为25 Gbit/s的非归零（NRZ）码数据调制下，光信号经10 km长的单模光纤传输后获得10-10误码率的功率代价在室温及80 ℃下均小于1 dB。激光器的有源区长度较大，有利于提高发光效率并且有助于减小电流热效应的不利影响。所研制的高速直接调制激光器是大容量短距光纤通信系统的理想光源，具有广阔的应用前景。
激光器 半导体激光器 高速直接调制 InGaAlAs/InP 量子阱 1.3 μm波段 中国激光
2023, 50(10): 1001001
Author Affiliations
Abstract
1 James Watt School of Engineering, University of Glasgow, Glasgow G12 8QQ, UK
2 Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
3 School of Electronic and Optical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
Polarization control is at the heart of high-capacity data optical communication systems, such as polarization-division multiplexers and Stokes vector modulation transmitters. Despite passive polarization control being mature, the realization of monolithically integrated polarization controllers and single longitudinal mode light sources, such as distributed-feedback (DFB) lasers, is of importance. In this research, we report an AlGaInAs multiple-quantum-well photonic integrated circuit device which can control the state of polarization of the output light source, consisting of a polarization mode converter (PMC), a differential phase shifter (DPS), and a sidewall grating DFB laser. We demonstrate an asymmetrical stepped-height ridge waveguide PMC to realize TE to TM polarization conversion and a symmetrical straight waveguide DPS to enable polarization rotation from approximately counterclockwise circular polarization to linear polarization. Based on the identical epitaxial layer scheme, all the PMC, DPS, and DFB lasers can be integrated monolithically using only a single step of metalorganic vapor-phase epitaxy and two steps of III-V material dry etching. For the DFB-PMC device, a high TE to TM polarization conversion efficiency (98.4%) over a wide range of DFB injection currents is reported at 1555 nm wavelength. For the DFB-PMC-DPS device, a nearly 60° rotation of the Stokes vector on the Poincaré sphere was obtained with a range of bias voltage from 0 to at a laser drive current of 170 mA.
Photonics Research
2023, 11(4): 622
1 东北大学资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110819
2 高分辨率对地观测系统辽宁先进技术协同创新应用中心, 辽宁 沈阳 110819
3 信息工程大学地理空间信息学院, 河南 郑州 450001
针对某些特定环境下, 伪装目标和背景目标出现的“异物同谱”现象, 传统的可见光及多光谱遥感伪装识别存在局限性, 为此, 将高光谱应用到典型伪装材料的特征分析与识别。 以北方地区常用丛林迷彩伪装网为研究对象, 利用SVC HR1024光谱仪获取其不同浸水时间的可见光-近红外光谱, 通过光谱相似性度量和包络线去除处理, 分析揭示不同浸水条件下伪装网和北方典型植被光谱特征和敏感波段, 并基于近红外波段构建光谱比值指数RCI, 用于识别绿色植被环境中的伪装目标, 最后通过高光谱成像实验获取仿真伪装环境高光谱图像, 并利用高光谱图像对识别效果进行验证。 结果显示: (1)不同浸水时间的丛林迷彩伪装网的光谱曲线基本形态相似, 且反射率随浸水时间的增加而整体呈下降趋势; 1 900 nm波段是伪装网反射光谱对含水量响应最为明显的波段, 其光谱特征会因浸水处理而相似于植被, 相似度从0.895提高到了0.939。 (2)丛林迷彩伪装网和植被在可见光波段的相似度较高, 光谱波动情况相似, 但在近红外波段光谱特征差异明显。 通过包络线统去除分析得出970, 1 190和1 440 nm波段附近处是丛林迷彩伪装网识别的敏感波段, 且基于迷彩伪装网和各植被在900~1 900 nm波段范围内存在的2处明显反射率斜率的差异, 构建了伪装网识别特征指数RCI1(R1 190/R1 270)和RCI2(R1 270/R1 440)。 (3)基于RCI指数构建决策树分类模型, 可以快速有效的将伪装目标从绿色植被背景中提取出来。 实验结果表明, 基于RCI指数对伪装目标区域进行识别提取, 所得结果在形态和大小上与原影像具有较好地一致性, 识别精度可达95%, 表明该指数对于伪装目标具有较好的识别效果。
高光谱 可见光-近红外光谱 伪装网 光谱指数 分类识别 Hyperspectral Visible-NIR Spectrum Camouflage net Spectral index Classification
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光重点实验室，四川 绵阳 621900
对976 nm波段超大光学腔结构半导体激光器的外延和谐振腔设计进行了数值研究。在量子阱层的下方和上方设计了模式控制层，以抑制快轴高阶模的激射。通过能带结构的调控抑制了电子泄漏，调控使得电子势垒从p波导层到p包层增加。优化后的外延结构内部损耗为0.66 cm-1，内部量子效率为0.954，远场发散角半高全宽为17.4°。对于谐振腔设计，提出了沿谐振腔线性电流分布结构，以减少空间烧孔效应，这使激光器在20 A时功率提高了1.0 W。采用超大光学腔外延结构的4 mm腔长、100 μm发光区宽度的单管芯片，在25°C连续电流注入下，21 W输出功率时达到约71%的高功率效率。
量子阱激光器 超大光腔 载流子泄露 效率 quantum-well lasers supper-large-optical-cavity carrier leakage efficiency 
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Radiology, Union Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430022, China
2 Research Laboratory for Biomedical Optics and Molecular Imaging, Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences, Shenzhen 518055, China
3 School of Biomedical Engineering, Capital Medical University, Beijing 100069, China
4 Beijing Key Laboratory of Fundamental Research on Biomechanics in Clinical Application, Beijing 100069, China
Photoacoustic imaging has many advantages in ophthalmic application including high-resolution, requirement of no exogenous contrast agent, and noninvasive acquisition of both morphologic and functional information. However, due to the limited depth of focus of the imaging method and large curvature of the eye, it remains a challenge to obtain high quality vascular image of entire anterior segment. Here, we proposed a new method to achieve high quality imaging of anterior segment. The new method applied a curvature imaging strategy based on only one time scanning, and hence is time efficient and more suitable for ophthalmic imaging compared to previously reported methods using similar strategy. A custom-built photoacoustic imaging system was adapted for ophthalmic application and a customized image processing method was developed to quantitatively analyze both morphologic and functional information in vasculature of the anterior segment. The results showed that the new method improved the image quality of anterior segment significantly compared to that of conventional high resolution photoacoustic imaging. More importantly, we applied the new method to study ophthalmic disease in an in vivo mouse model for the first time. The results verified the suitability and advantages of the new method for imaging the entire anterior segment and the numerous potentials of applying it in ophthalmic imaging in future.
photoacoustic imaging ophthalmic imaging morphologic and functional information ophthalmic disease anterior segment Opto-Electronic Advances
2021, 4(6): 06200017
1 河南理工大学测绘与国土信息工程学院, 河南 焦作 454000
2 东北大学资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110819
3 信息工程大学地理空间信息学院, 河南 郑州 450001
4 合肥工业大学土木与水利工程学院, 安徽 合肥 230009
岩石定量遥感是矿产资源探测与地质环境监测的主要手段, 光谱解混是岩矿定量遥感的重要方法。 在实际应用中, 由于卫星对地观测受地形起伏的影响, 观测具有一定的角度, 导致所测发射率光谱产生变异。 但在目前的研究中, 解混所采用的矿物端元光谱, 是在实验室垂直试样表面观测得到的, 忽略了观测角度对发射率光谱的影响, 降低了光谱解混精度。 因此, 有必要将观测角度作为影响岩石光谱解混的因素, 研究其对光谱解混精度的影响。 首先, 将常见的石英、 正长石和斜长石矿物表面制作成一般粗糙度, 并设计0°~77°共9个观测角度实测发射率光谱, 分析观测角度对矿物热红外光谱特征的影响。 其次, 利用观测角度13°~77°的矿物端元, 构建相应角度虚拟岩石光谱, 并用0°的矿物端元光谱解混9个观测角度的岩石光谱, 分析观测角度对岩石热红外光谱解混的影响。 结果表明: (1）在0°~20°范围, 观测角度对光谱影响较弱, 从30°开始, 影响显著。 基本规律是: 随着角度的增加, 光谱吸收深度增加, 但各波段处的情况不尽相同。 CF特征在观测角度大于50°之后向短波方向移动明显; RF特征处的吸收谷在观测角度大于20°之后显著加深, 且谷底位置向短波方向移动; TF特征在观测角度大于40°之后发射率显著降低。 表明观测角度的变化, 会引起光谱特征的明显变化。 (2）在0°~20°范围内, 观测角度对光谱解混影响不明显, 解混误差小于5%; 当观测角度大于20°时, 观测角度对光谱解混有显著影响, 30°~77°解混误差均大于5%, 平均解混误差达到17.2%, 解混精度较低。 这表明, 在基于光谱解混方法进行岩石矿物组分定量反演时, 需要考虑观测角度的影响, 这对于提高反演精度、 准确确定岩石类型具有重要意义。
热红外光谱 观测角度 光谱解混 虚拟岩石 定量反演 Thermal infrared spectrum Observation angle Spectral numixing Virtual rock Quantitative inversion 光谱学与光谱分析
2021, 41(6): 1769
1 中国科学院半导体研究所 半导体材料重点实验室， 北京00083
2 中国科学院大学 材料科学与光电工程中心， 北京100049
3 北京低维材料与器件重点实验室， 北京10008
晶体管激光器同时具有激光器的光发射功能与晶体管的电流控制功能，表现出多种新颖的光电特性.相对于短波长GaAs基器件，InP基长波长晶体管激光器更适合于光纤通信系统应用因而具有重要研究价值.本文主要介绍发光波长在1.3 μm与1.5 μm的InP基长波长晶体管激光器的研究进展，对不同结构器件的特点及可用于提高器件性能的相关器件设计进行了分析和讨论.根据器件波导结构的不同目前已报道的边发射晶体管激光器主要包括浅脊、掩埋及深脊结构三种类型.浅脊晶体管激光器中有源量子阱材料被置于重掺杂基区材料之中，使得InP基晶体管激光器只能在低温工作.掩埋结构的InP基晶体管激光器采用npnp型InP电流阻挡层掩埋脊条型有源材料，制作工艺过于复杂，不利于降低器件成本.深脊晶体管激光器中量子阱有源区材料位于重掺杂基区材料之上，可同时减小掺杂杂质扩散及基区材料光吸收的不利影响，基于该结构实现了InP基1.5 μm波段晶体管激光器室温连续电流工作.数值计算研究表明，在深脊晶体管激光器量子阱中进行n型掺杂及在其发射极波导中引入由反向pn结构成的电流限制通道均可以减少载流子向缺陷的扩散，进而减小缺陷的不利影响，提高器件性能.
光电子学 光电子集成 半导体激光器 InP 长波长 Optoelectronics Optoelectronic integration Semiconductor laser InP Long wavelength
东北大学资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110819
我国尾矿库数量众多, 分布广泛, 在低含水量条件下, 风力作用引起的尾砂扬尘会对周边环境造成污染。 而尾矿库表面积大, 含水量变化快, 传统的含水量监测方法效率低、 安全性差、 成本高, 难以实现尾矿库含水量的大面积、 实时、 快速的监测。 目前, 基于光谱特征的遥感模型虽可以较为准确地预测土壤含水量, 但矿区尾砂与常规土壤在成分上存在差异性, 使得土壤含水量的光谱预测遥感模型可能无法适用于尾矿库含水量的预测。 为此, 选择辽宁省风水沟尾矿库作为研究区, 采集尾砂配置成不同含水量的样品, 测试其可见光-近红外光谱, 分析不同含水量样品的光谱特征以及含水量与光谱特征之间的关系, 建立针对尾砂的含水量遥感预测模型, 并应用于辽宁省风水沟尾矿库表面含水量的预测。 结果表明: (1)含水量对尾砂的光谱特征有显著影响, 二者存在高度的相关性, 光谱反射率随含水量增加而下降, 且波长越长, 含水量对光谱的影响越显著; (2)构建了基于尾砂光谱特征的含水量遥感预测模型, 选择Landsat8-OLI传感器的B6和B7波段, 定义了比值指数(RTI)、 归一化差异指数(NDTI)和差值指数(DTI)3种尾砂光谱指数, 并将这3种指数作为输入自变量, 使用随机森林方法进行训练以及含水量的建模预测, 并与B7波段建立的对数反射率预测模型进行比较。 结果表明, 光谱指数+随机森林的预测模型效果优于基于B7波段建立的对数反射率模型。 (3)使用光谱指数+随机森林的预测模型, 通过Landsat8-OLI数据对实地尾矿库提取了含水量的空间分布图, 结果表明模型预测的含水量与实测结果之间的决定系数R2达0.798, 均方根误差RMSE为0.077, 相对分析误差RPD为1.970, 平均相对精度ARE为20.1%, 在现有技术条件下, 达到了较好的预测效果。 该研究为变质型铁矿尾矿库含水量的预测提供一种大面积、 实时、 快速的实用方法。
可见光-近红外光谱 尾砂 含水量 预测 Visible and near-infrared spectrum Tailings Moisture content Prediction 光谱学与光谱分析
2019, 39(10): 3096
1 广州大学机械与电气工程学院, 广东 广州 510006
2 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究室, 广东 深圳 518055
3 中山大学附属第三医院超声科, 广东 广州 510630
利用微米级分辨率的高分辨光声显微成像系统,对小鼠耳部肿瘤早期血管的生长以及肿瘤对抗血管治疗药物的响应过程进行连续无标记的成像监测;提出将基于三维Hessian矩阵的血管提取算法应用于肿瘤血管的光声定量成像,以提高肿瘤血管的提取精度,并定量分析肿瘤血管的直径、密度、弯曲度等形态学信息变化。结果表明,高分辨光声定量成像在肿瘤及其他以血管变化为病理特征的疾病机制研究方面具有巨大的应用潜力。
医用光学 光声成像 定量分析 血管提取 血管生成 生物医学
