1 清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京 100084
2 清华大学精密仪器系光子测控技术教育部重点实验室，北京 100084
3 北京控制工程研究所，北京 100190
散射介质会破坏光束的光波前分布和能量输送，限制了强散射环境下光镊、荧光成像、光通信等技术的应用。波前整形技术通过优化入射波前，重新规划散射介质内的光传输路径，实现了在散射介质内部或透过散射介质的光聚焦，从而克服了散射介质的限制，将散射光重新利用，使得散射介质成为一个类似透镜的光学元件，也被称为“浑浊透镜”。目前主要有依赖反馈调控的迭代优化方法、建立输入-输出联系的传输矩阵方法和利用光路可逆原理的相位共轭方法三类技术路线。本文从技术原理、应用背景以及重要进展等方面梳理了基于波前整形技术的散射介质聚焦的研究进展，并对比展望了三类技术在应用中的发展前景。
散射介质 波前整形 光聚焦 迭代优化 传输矩阵 光学相位共轭 光学学报
2024, 44(10): 1026013
1 清华大学精密仪器系，激光与光子技术研究所，北京 100084
2 时空信息精密感知技术全国重点实验室，北京 100084
3 陆军装甲兵学院信息通信系，北京 100072
全息体视图可利用光学打印、计算机生成方法获得，具有制作简单、视觉效果真实等特点，有望应用在大幅面全息显示、增强现实（AR）和虚拟现实（VR）等领域中。介绍全息体视图光学打印技术的写入方法的发展和打印装置的更新，以及计算全息体视图中计算方法的迭代和计算速度的提升，讨论了当前面临的挑战，并对全息体视图的未来发展进行了展望。
三维显示 全息体视图 打印技术 计算方法 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211006
1 清华大学精密仪器系，北京 100084
2 光子测控技术教育部重点实验室，北京 100084
随着人工智能技术的飞速发展与广泛应用，人们对计算资源的需求日益增长，面对电子摩尔定律所遇到的原理性瓶颈，光子以高传输速度、高并行度等优势成为研究人员心目中的下一代计算机载体之一。近年来的研究工作显示，激光谐振腔内许多有趣的物理现象和复杂的动态演化过程能够被用于各种各样的数据处理与计算任务，极大地拓展了激光器的应用范围。在这篇综述中，笔者对基于激光谐振腔的智能光子计算的研究进展进行了集中的介绍与梳理，主要内容涵盖利用激光腔内的混沌过程辅助光电强化学习、利用光反馈激光器的非线性信号变换构建光电储备池网络，以及利用激光网络向稳定振荡状态的自发演化求解组合优化问题。在介绍相关最新进展之余，笔者分析讨论了智能激光计算系统面临的挑战，并对其未来的发展趋势进行了展望。
光计算 激光器 人工智能 光电强化学习 光电储备池计算 光学伊辛机 中国激光
2023, 50(11): 1101002
1 清华大学精密仪器系, 北京 100084
2 光子测控技术教育部重点实验室, 北京 100084
艾里光束作为一种具有自加速特性的无衍射光束, 在光镊、光学成丝、成像、表面等离子激发等众多领域都具有应用潜力。而在艾里光束基础上引入涡旋项可以丰富光场特性, 同时利用艾里光束特性与涡旋相位特性为光场分布调谐提供了更大的灵活性, 也引入了更多的动力学演化特性。以直角坐标和极坐标系下艾里光束的特性与应用为切入口, 系统介绍了各类艾里涡旋的参数调谐与演化特性, 包括直角坐标和极坐标系下单个艾里涡旋在各个情况下的演化特性、产生方式与应用, 以及直角坐标和极坐标系下的艾里涡旋叠加光束的奇特性质等, 为系统了解艾里涡旋参数及动力学特性提供参考, 进而为产生具有更加丰富性质的光场打下基础, 对扩大艾里涡旋的实际应用领域具有指导意义。
波动光学 艾里光束 艾里涡旋 模式叠加 动力学演化 轨道角动量 结构光 wave optics Airy beam Airy vortex mode superposition dynamic evolution orbital angular momentum structured light
清华大学 精密仪器系 光子测控技术教育部重点实验室，北京 100084
涡旋光场因其具有光学轨道角动量（Orbital angular momentum, OAM）而倍受关注。OAM这一独特物理特征赋予了涡旋光场一个无限高维的空间自由度，同时也引发了光场奇特的干涉、衍射、传输等性质。OAM识别和探测技术的发展是涡旋光从基础研究走向应用的关键。文中聚焦于OAM探测领域的一个重点研究方向——涡旋光几何坐标变换技术。详细介绍了该技术的基本原理、优势特点、研究进展和应用情况。涡旋光几何坐标变换是指通过特殊的调制相位设计，使涡旋光束的空间几何结构发生特殊的变化，从而可通过简单透镜聚焦等方法实现OAM模式的识别、分选等。相较于传统的涡旋光识别和探测技术，涡旋光的几何坐标变换这一新兴技术具有器件无源、无能量损耗、结构紧凑、价格低廉等突出优势，成为涡旋光的空间分离和解复用的高效有力工具，为涡旋光束在经典/量子态密度测量、OAM乘除法器、经典光通信和量子纠缠等前沿应用提供了全新的研究平台，蕴含巨大的发展潜力，具有广阔的发展空间。
涡旋光 几何坐标变换 OAM解复用 模式分类 vortex beams geometric coordinate transformation OAM demultiplexing mode sorting 红外与激光工程
2021, 50(9): 20210445
1 清华大学精密仪器系, 北京 100084
2 光子测控技术教育部重点实验室, 北京 100084
二极管泵浦重复频率纳秒高能固体激光器(主要指单脉冲能量10 J以上,脉冲重复频率10 Hz以上)在重大基础和应用研究领域中发挥了重要的作用,是科学研究的前沿热点之一。本文以叠片、激活镜、之字形板条三种放大构型为线索,详细介绍了二极管泵浦重复频率纳秒高能固体激光器的代表性成果和研究进展,分析了激光器的优选技术路线,并对未来的发展前景进行了展望。
激光器 固体激光 二极管泵浦 高能激光 重复频率纳秒激光 中国激光
2021, 48(15): 1501003
1 清华大学精密仪器系, 北京100084
2 光子测控技术教育部重点实验室, 北京100084
涡旋光是一种携带轨道角动量、相位面呈螺旋状分布的新型结构光场,在量子纠缠、量子通信、光学微操控等领域已经获得了广泛应用。随着研究的深入,具有比传统涡旋光更复杂的拓扑结构、相位奇点、轨道角动量和偏振奇点的结构光场的产生,吸引了众多研究人员的兴趣。从固体激光腔内直接激发产生空间结构光和腔外调控得到空间结构光出发,分别介绍了离轴泵浦加像散转换、调制元件调制波形、泵浦整形三种腔内方法,以及空间光调制器光场定制、模式叠加、超构表面微结构设计的三种腔外方法,并分析比较了几种方法的优缺点,展望了未来空间涡旋结构光场的发展趋势。
几何光学 空间结构光 离轴泵浦 像散转换 泵浦整形 模式叠加 超构表面
Author Affiliations
Abstract
1 Center for Photonics and Electronics, Department of Precision Instruments, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2 Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
In this Letter, a 116-actuator deformable mirror (DM) was used to correct the wavefront distortion in a 10.7 J, 10 Hz neodymium-doped yttrium aluminum garnet (Nd:YAG) slab amplifier. By applying a pump-light homogenizer to transform the 3 × 1 near-field beam array into an integrated beam, the beam quality was greatly improved from 5.54 times diffraction limit (TDL) to 1.57 TDL after being corrected by the DM. To the best of our knowledge, this is the first investigation on beam quality control of an arrayed near-field beam in high-energy diode-pumped solid-state lasers.
140.3280 Laser amplifiers 140.3480 Lasers, diode-pumped 220.1080 Active or adoptive optics 220.1000 Aberration compensation Chinese Optics Letters
2019, 17(5): 051403
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Department of Precision Instrument, Tsinghua University, Beijing 100084, China
A frequency-degenerate cavity (FDC) is the resonator that the ratio of transverse and longitudinal mode frequency spacings is a simple rational number. When an optical resonator is close to the FDC, transverse-mode-locking (TML) takes place with drastic changes of laser mode. We report for the first time, to the best of our knowledge, the multi-frequency emission and spectral modulation effects coupled with TML in FDC. The Yb:CaGdAlO4 (Yb:CALGO) crystal with large gain bandwidth was used as a gain medium in an off-axis-pumped hemispherical FDC for realizing broadband emission. Interestingly, the spectrum can transform from a single smooth packet shape to a multi-peak structure; meanwhile, the transverse pattern accordingly transforms into some exotic wave-packet profiles through controlling off-axis displacement in a special degenerate state.
140.3410 Laser resonators 140.3518 Lasers, frequency modulated Chinese Optics Letters
2019, 17(3): 031404
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Department of Precision Instruments, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2 Key Laboratory for Micro-/Nano-Optoelectronic Devices of Ministry of Education, IFSA Collaborative Innovation Center, School of Physics and Electronics, Hunan University, Changsha 410082, China
3 State Key Laboratory on Integrated Opto-electronics, College of Electronic Science & Engineering, Jilin University, Changchun 130012, China
Q-switched operation of an Nd:LuAG laser using gold nanorods (GNRs) as the saturable absorber (SA) is reported, which also produces the highest average power among the nanosecond Nd-doped Q-switched lasers by GNRs-based SA. The applied GNRs are prepared using a seed-mediated growth method and then dropped onto the quartz substrate to fabricate the SA. The average power of the Q-switched laser is 516 mW with the shortest pulse duration of 606.7 ns and the repetition rate of 265.1 kHz.
160.3380 Laser materials 140.3540 Lasers, Q-switched 160.4236 Nanomaterials Chinese Optics Letters
2018, 16(2): 020011
