Author Affiliations
Abstract
Nankai University, Institute of Modern Optics, Tianjin Key Laboratory of Micro-scale Optical Information Science and Technology, Tianjin, China
Mode-division multiplexers (MDMUXs) play a pivotal role in enabling the manipulation of an arbitrary optical state within few-mode fibers, offering extensive utility in the fields of mode-division multiplexing and structured optical field engineering. The exploration of MDMUXs employing cascaded resonant couplers has garnered significant attention owing to their scalability, exceptional integration capabilities, and the anticipated low insertion loss. In this work, we present the successful realization of high-quality orbital angular momentum MDMUX corresponding to topological charges 0, ±1, and ±2, achieved through the utilization of cascaded fused-biconical tapered couplers. Notably, the measured insertion losses at 1550 nm exhibit remarkable minimal values: 0.31, 0.10, and 0.64 dB, respectively. Furthermore, the 80% efficiency bandwidths exceed 106, 174, and 174 nm for these respective modes. The MDMUX is composed of precision-manufactured high-quality mode selective couplers (MSCs). Utilizing a proposed supermode propagation method based on mode composition analysis, we precisely describe the operational characteristics of MSCs. Building upon this comprehensive understanding, we embark on a pioneering analysis elucidating the influence of MSC cascading order on the performance of MDMUXs. Our theoretical investigation substantiates that when constructing MDMUXs, MSCs should adhere to a specific cascading sequence.
space-division multiplexing all-fiber devices orbital angular momentum 
Advanced Photonics Nexus
2024, 3(1): 016006
任丽敏 1,2陈立恒 1,3,*孟旭 1,2王智 1,4
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
4 中国科学院大学 杭州高等研究院 基础物理与数学科学学院, 杭州 310024
为了满足惯性传感器地面弱力测量系统的超高温度稳定性要求,对整个系统进行了热设计。首先,介绍了惯性传感器地面弱力测量系统的结构、敏感结构传热路径和内部热源。其次,根据系统热控指标要求,提出了采用三级热控结构和比例积分微分(PID)控制算法相结合的高精度热控方式,减少温度噪声对惯性传感器探测灵敏度的影响。然后,采用UG/NX软件建立有限元模型,并进行了不同工况条件下的热分析计算,得到了惯性传感器地面弱力测量系统在时域上达到平衡后的温度变化值为(1.2~1.6) ×10−5 K。最后,将惯性传感器地面弱力测量系统在时域上的温度分布在频域上进行描述,得到惯性传感器敏感结构的温度稳定性结果。分析结果表明,在当前热控措施下,惯性传感器敏感结构的温度稳定性均优于10−4 K/Hz1/2,满足热控指标需求,热设计方案合理可行。
引力波 惯性传感器 热设计 PID控制 gravitational wave inertial sensor thermal design PID control 
中国光学
2023, 16(6): 1404
余苗 1李建聪 1林宏安 1黄耀樟 1[ ... ]王智 2,4,*
作者单位
摘要
1 佛山科学技术学院 物理与光电工程学院, 广东 佛山 528000
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 季华实验室, 广东 佛山 528000
4 国科大杭州高等研究院 基础物理与数学科学学院, 浙江 杭州 310024
太极计划是中国探测空间引力波的一项重点任务。望远镜作为空间引力波探测中的重要组成部分,它的性能会直接影响引力波探测的精度。现有的典型空间引力波望远镜结构中次镜灵敏度高,难以满足更大口径的空间引力波望远镜对制造装调公差的要求,特别是在轨稳定性公差要求。为解决以上问题,首先,提出了一种中间像面设置于三四镜之间的新型空间引力波望远镜光学系统结构,以降低次镜灵敏度;结合高斯光学理论方法,从理论上分析并计算新型望远镜结构的初始参数。其次,通过优化设计,获得入瞳直径为400 mm,放大倍率为80倍,科学视场为±8 μrad,波前误差RMS值优于0.0063λ的望远镜光学系统。最后,建立了望远镜系统的灵敏度评价公差分配表,对比分析了现有望远镜结构与新型望远镜结构的公差情况。结果显示:相较于现有望远镜结构,新型望远镜结构的灵敏度降低了30.4%,具有低灵敏度优势,为空间引力波望远镜的设计提供了一种优选方案。
望远镜 空间引力波探测 波前误差 低灵敏度 光学设计 telescope space gravitational wave detection wavefront error low sensitivity optical design 
中国光学
2023, 16(6): 1384
Author Affiliations
Abstract
Institute of Modern Optics, Nankai University, Tianjin Key Laboratory of Micro-scale Optical Information Science and Technology, Tianjin 300350, China
Broadband mode converters are essential devices for space-division and wavelength-division multiplexing systems. There are great challenges in the generation of higher-order modes above the third order with low loss and high mode purity employing all-fiber devices. In this paper, an all-fiber LP41 mode converter is proposed and fabricated by tapering a nine-core single-mode fiber bundle. Experimental results indicate that this all-fiber LP41 mode converter is low-loss, high-purity, and ultrabroadband. The insertion loss is less than 0.4 dB. The purity of odd LP41 at 1310 nm is 95.09%, and the operating bandwidth exceeds 280 nm.
photonic lantern mode converter space-division multiplexing 
Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 110008
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院, 浙江 杭州 310024
在空间引力波探测的超长臂干涉测量过程中,杂散光问题长期以来受到广泛关注。一方面,本地干涉仪发出的激光通过望远镜时会产生后向相干杂散光。另一方面,在轨情况下,来自空间的环境辐射入射到航天器还会产生前向非相干杂散光。一直以来,前向非相干杂散光受到的关注较少,然而却是空间引力波望远镜设计必须要考虑的因素。因此,本文对空间引力波探测望远镜在轨情况下产生的杂散光进行测量与抑制。首先,根据太极计划三星卫星编队的轨道数据对全年太阳角进行计算,对1064 nm波段附近的太阳辐射进行评估,推导了遮光罩投影函数,最终给出遮光罩设计指标。然后,对望远镜进行光学与机械建模,并对关键光学元件进行散射测量。最后,根据入射太阳光能量对到达望远镜出瞳的杂散光进行计算。结果表明:当入射光与光轴夹角为60°时,出瞳处的杂散辐射可达到3.9×10−12 W,对应点源透射比为8.7×10−9,满足空间引力波探测超低杂散光的需求。
空间引力波探测 杂散光 散射光学 spaceborne gravitational wave detection optical scattering stray light 
中国光学
2023, 16(5): 1081
崔新旭 1方超 1,*王智 1,2,**
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院,浙江 杭州 310024
本文研究了引力波望远镜的装调误差对望远镜的TTL(tilt-to-length,角度抖动与光程读出之间的)耦合噪声的影响。保持其他参量不变,仅对引力波望远镜中的某项装调公差进行赋值,仿真分析引力波望远镜中的某项装调公差对出瞳位置变化的影响,进而计算出激光干涉信号经过全玻璃激光干涉仪最终在四象限光电探测器上进行干涉时,由于引力波望远镜的装调公差的存在导致的TTL耦合噪声的变化情况。通过对比发现,引力波望远镜的主镜与次镜的距离公差,对引力波望远镜的TTL耦合噪声的影响大于其他光学元件之间的距离公差对TTL耦合噪声的影响。主镜和次镜之间的距离公差导致的TTL耦合噪声的变化与次镜和三镜之间的距离公差、三镜和四镜之间的距离公差导致的TTL耦合噪声的变化符号相反;光阑和主镜之间的距离装调公差对TTL耦合噪声的变化影响很小,可以忽略不计。各个光学元件的距离装调公差导致的TTL耦合噪声的变化量与抖动角度之间呈抛物线规律分布。在装调空间引力波望远镜时,应着重控制主镜与次镜之间的距离误差。并且可以使用次镜和三镜之间的距离装调误差、三镜和四镜之间的距离装调误差导致的TTL耦合噪声来抵消由装调主镜和次镜之间的距离误差导致的TTL耦合噪声。
仪器,测量与计量 引力波 干涉测量 望远镜 装调公差 
光学学报
2023, 43(19): 1912001
Author Affiliations
Abstract
Institute of Modern Optics, Tianjin Key Laboratory of Micro-scale Optical Information Science and Technology, Nankai University, Tianjin 300350, China
Mode purity measurement is crucial for various applications utilizing few-mode fibers and related devices. In this paper, we propose a simple and accurate method for measuring the mode purity of the output optical field in few-mode ring-core fibers (RCFs). Mode purity can be calculated solely from the outgoing intensity distribution with high precision. This method is theoretically capable of measuring the mode purity of RCFs that support orbital angular momentum modes with an infinite number of azimuthal orders and has strong applicability to various RCF types and image qualities simultaneously. We demonstrate our approach numerically and verify it experimentally in a few-mode RCF supporting four (five) mode groups at 1550 (1310) nm. A polarization test method is proposed to verify its accuracy. We believe that this straightforward and cost-effective characterization method for RCFs and RCF-based devices can promote the development of mode-division multiplexing technology and its applications.
Photonics Research
2023, 11(9): 1592
王志 *
作者单位
摘要
上海长园电子材料有限公司 上海 201802
为拓宽非晶型α-烯烃共聚物在热缩材料行业的应用,本文通过引入二聚酸型聚酰胺改性非晶型α-烯烃共聚物,采用中能电子加速器研究吸收剂量对二聚酸型聚酰胺/非晶型α-烯烃共聚物共混体系的软化点、凝胶含量、DSC特性和流变学性能的影响。结果表明:当二聚酸型聚酰胺的质量占比≤25%时,二聚酸型聚酰胺/非晶型α-烯烃共聚物共混体系呈现辐射降解特性,共混体系的软化点、储能模量G'和损耗模量G''随温度的变化曲线交点对应的温度Tj、特性黏度|η*|随吸收剂量增加而降低;在振荡变温测试过程中,相位角随吸收剂量的升高而增加,出现明显的黏弹性转变。当二聚酸型聚酰胺的质量占比≥50%时,共混体系呈现辐射交联特性,共混体系的黏弹性转变受温度的依赖程度和特性黏度|η*|受频率的依赖程度随着吸收剂量升高都减弱。
非晶型α-烯烃共聚物 二聚酸型聚酰胺 电子束辐照 性能 Amorphous poly-α-olefin copolymer Dimeric acid polyamide Electron beam irradiation Property 
辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(2): 020203
作者单位
摘要
南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室,天津 300350
基于非线性偏振旋转技术搭建了1550 nm波段的被动锁模光纤激光器,结合时间拉伸色散傅里叶变换实时探测技术,对激光器中孤子束缚态动力学进行了测量,并基于自相关算法分析了孤子间距与相位差的演化。同时设计了对孤子束缚态动力学进行特征提取与预测的演化卷积自编码模型,实现了孤子束缚态动力学的特征参数提取以及预测。研究结果为孤子动力学研究提供了新见解,有助于挖掘孤子相互作用的物理机制。
激光器 光纤激光器 孤子束缚态 卷积自编码 时间拉伸色散傅里叶变换 
中国激光
2023, 50(11): 1101016
薛嘉云 1,2陶诗诗 1,2郭兰军 1,3,*张智 1,3[ ... ]刘伟伟 1,2
作者单位
摘要
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
对高能量掺镱激光器进行腔外压缩,是获得高能量少数周期脉冲的重要方式。通过数值模拟研究了单脉冲能量为250 mJ,波长为1 030 nm的高能量掺镱激光器通过固体多薄片介质进行非线性脉冲压缩的过程,及介质周期、厚度对频谱展宽的影响。在优化频谱展宽条件的过程中发现,不超过介质损伤阈值的情况下,固体薄片组的周期和厚度对频谱展宽具有正向影响。通过选取合适的介质厚度及周期,激光频谱通过熔融石英介质进行展宽,最终输出的光谱带宽达229 nm,补偿色散后,激光脉冲由500 fs压缩至16.2 fs,压缩比达到30。研究结果为实现高能量激光脉冲的非线性压缩提供了理论参考。
脉冲压缩 非线性光谱展宽 自相位调制 色散补偿 飞秒激光 Pulse compression Nonlinear spectral broadening Self-phase modulation Dispersion compensation Femtosecond laser 
光子学报
2023, 52(1): 0114001

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