1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室，山西 太原 030024
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
3 广东工业大学广东省信息光子技术重点实验室，广东 广州 510006
4 中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
提出了一种基于多模光纤模间色散的无时延特征混沌产生方案。在多模光纤长度为4.4 km、芯径为62.5 μm、反馈强度为0.1的条件下，实验获得了无时延特征的混沌信号。进一步理论分析了多模光纤的纤芯直径、相对偏移、长度对混沌光模场的影响，结果显示：随着纤芯直径和相对偏移的增大，模式数量逐渐增多，模场分布变复杂；随着光纤长度的增加，模式分离程度（即模间色散）增大。最终探明了多模光纤相对偏移、反馈强度、长度对时延特征的抑制规律。结果表明，在与实验相同的纤芯直径和反馈强度下，消除时延特征的多模光纤的临界长度为1 km。
光纤光学 半导体激光器 混沌激光 时延特征 多模光纤
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Transducers & Intelligent Control Systems, Ministry of Education and Shanxi Province, College of Physics & Optoelectronic Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Guangdong Provincial Key Laboratory of Photonics Information Technology, School of Information Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China
An optical scrambler using a whispering-gallery-mode (WGM) micro-bottle cavity to scramble a complex optical signal to generate an uncorrelated output is proposed. We experimentally demonstrated this micro-cavity scrambler by using chaotic laser light as the incident signal and studied the influence of the coupling state. Experiments achieved full scrambling with a low cross correlation of 0.028 between the output and the input. Results indicate that the scrambling effect originates from the interference among numerous WGMs in the bottle cavity. It is believed that the micro-bottle cavity with an efficient scrambling function can become a promising candidate for encryption.
scrambler encryption whispering gallery mode micro-bottle cavity secure communication Chinese Optics Letters
2023, 21(6): 060601
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室，山西 太原 030024
2 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
面向混沌激光测距对大功率混沌激光的需求，利用半透半反镜提供光反馈，使波长1530 nm的宽脊大功率半导体激光器（SL）产生了大功率自由空间混沌激光。同时，正是由于其多横模光束，混沌激光的时延特征被抑制，消除了时延特征对混沌激光测距的干扰。随着SL驱动电流的增大，时延特征被逐步抑制，但是弛豫振荡特征只在一定的电流区间被抑制。然后，详细研究了不同透射/反射比例下，周期性特征抑制的电流区间和相应的输出激光功率，最终产生了平均功率为440 mW、自相关主峰半峰全宽为0.07 ns、旁瓣峰水平为-6.3 dB的混沌激光。该研究工作为混沌激光测距提供了一种结构简单、低成本、高性能的混沌激光光源。
激光光学 混沌激光 激光测距 大功率 抗干扰 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2114004
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
3 北京空间机电研究所，北京 100094
4 中国空间技术研究院空间激光信息感知技术核心专业实验室，北京 100094
利用混沌激光的低相干性实现了对激光散斑的有效抑制。其中，使用了激光显示中常用的激光二极管，通过光反馈扰动激光器和电混沌信号调制激光器产生了混沌激光，分别研究了光反馈系统中偏置电流、反馈强度和调制系统中偏置电流、调制幅度对散斑抑制的影响，并对两个系统的散斑抑制效果进行了对比研究。实验结果表明，通过两种方式产生的混沌激光有效地抑制了散斑噪声，其散斑对比度均可降低0.9以上，使用混沌激光可使光谱最大可展宽至4.6 nm，其相干长度从441 μm降低至87 μm。
激光器 散斑抑制 混沌激光 光反馈 混沌信号调制 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0714001
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
3 广东工业大学信息工程学院，广东 广州 510006
4 广东工业大学广东省光子学信息技术重点实验室，广东 广州 510006
通过Lang-Kobayashi速率方程发现并研究了光反馈弧边六角微腔激光器的稳态-准周期态切换现象，分析了反馈速率和偏置电流对该切换现象的影响，并通过分岔图分析了此切换现象产生的原因。结果表明，在高偏置电流、长腔反馈情况下，更容易出现稳态-准周期态切换的现象。最后对比分析了该切换现象与其他激光器出现的类似现象的区别。
激光器 弧边六角微腔激光器 非线性动力学 动力学状态切换 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0514001
1 天津大学微电子学院, 天津 300072
2 天津市成像与感知微电子技术重点实验室, 天津 300072
量子图像传感器(QIS)在不同的过采样位深下信息冗余程度和动态范围(DR)不同,对于读出电路的要求也不同。研究了QIS成像过程中引入的读噪声,优化了QIS成像的数学模型。在动态范围和失调容限的约束下,得到了子像素过采样的最优位深。仿真结果表明,当QIS的成像位深为12 bit、等效满阱容量为4095 electron时,子像素过采样的最佳比特位深是3,为保证区间误码率小于千分之一,读出电路失调应低于0.22 electron。根据采样策略,设计了一种基于复用结构的flash型低噪声读出电路。相对于传统flash型模数变换器(ADC),所提ADC比较器的个数减少了4个,采样频率为10 MSa/s时,功耗降低了17.5%;采样频率为1 MSa/s时,ADC的功耗为116 nW,ADC的失调为0.196 electron。
统计光学 光子计数 量子图像传感器 过采样策略 动态范围 低功耗 低失调 激光与光电子学进展
2021, 58(24): 2403001
1 1.中国科学院 化学研究所, 极端环境高分子材料重点实验室, 北京 100190
2 2.华南理工大学 华南软物质科学与技术高等研究院, 广州 510641; 航天特种材料及工艺技术研究所, 北京 100074
高熵碳化物陶瓷是近年来发展的新型材料, 由于具有高硬度、高模量和低热导率等优异性能而备受关注。液相聚合物前驱体法在陶瓷化过程中可以实现多元素的均匀分散, 制备高熵陶瓷具有独特的优势, 但是相关报道较少。本研究以金属醇盐为原料, 通过可控水解缩合反应制备了金属醇盐共聚物溶液, 加入碳源烯丙基酚醛(AN)后得到了澄清的粘稠液相高熵碳化物前驱体(PHEC), 在真空下1800 ℃裂解2 h获得了(Ti, Zr, Hf, Ta)C高熵碳化物陶瓷纳米粉末。通过不同手段对前驱体和陶瓷粉体进行表征, 结果表明: 裂解温度低于800 ℃所获得的样品主要为t-ZrO2及氧化物固溶体, 1000 ℃开始发生碳热还原反应形成碳化物固溶体, 温度升高至1800 ℃后转化为高熵碳化物陶瓷; 所得陶瓷粉末纯度高, 元素分布均匀, 颗粒尺寸一致, 粒径~100 nm。制备的液相陶瓷前驱体具有高陶瓷产率(28.6 wt%)和低黏度(150 mPa∙s)的特点, 在极性溶剂中溶解性良好。所开发的液相前驱体法在制备高熵陶瓷纳米粉体、陶瓷纤维和陶瓷基复合材料领域具有重要应用价值。
高熵陶瓷 碳化物 固溶体 纳米粉体 液相前驱体法 high entropy ceramic carbide solid solution nano powder liquid precursor
中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
玛瑙在世界各地分布广泛, 有关玛瑙矿物学和光谱学特征的研究颇丰, 但对产自马达加斯加安楚希希市和马哈赞加省的玛瑙的光谱学和产地特征研究甚少。 采用正交偏光显微镜、 红外光谱和拉曼光谱仪对5块来自安楚希希市和马哈赞加省具有纹带结构的玛瑙样品进行光谱学特征分析。 结果表明: 这两个产地玛瑙的主要矿物成分一致, 均为α-石英和斜硅石。 来自马哈赞加省的样品靠近中心的白色、 红色部分斜硅石的特征拉曼峰(501cm-1)缺失, 根据前人研究发现是与玛瑙内部的结构水之间发生脱水反应形成中性水分子, 而这些中性水分子与斜硅石反应生成了石英颗粒有关。 然而两产地玛瑙的致色矿物不同, 马哈赞加省玛瑙棕色和红色部分具有222, 294, 410以及1 316 cm-1的特征拉曼位移峰, 与赤铁矿的拉曼特征峰相符, 确定这部分的致色矿物是赤铁矿, 而安楚希希市玛瑙黄色部分只具有400和1 160 cm-1的特征峰, 与六方纤铁矿的拉曼特征峰相符, 因此此部分的致色矿物是六方纤铁矿(δ-FeOOH)。 部分来自安楚希希市的玛瑙具有少量的杂质矿物, 通过拉曼测试发现杂质矿物的成分也是六方纤铁矿(δ-FeOOH)和α-石英。 结合六方纤铁矿的特性推测来自安楚希希市的四块样品是处于低温(<80 ℃)、 Fe2+含量很少(β<0.03)且空气不流通的偏酸性的环境当中形成的。 红外光谱测试发现两个产地的玛瑙均有液态水(3 400 cm-1左右)和结构水(3 750~3 500 cm-1)的红外特征峰, 安楚希希市的结构水红外特征峰位于3 740 cm-1处, 可推测该结构水位于结构缺陷处。 结合马达加斯加玛瑙的光谱学特征和纹带结构的讨论, 对推测马达加斯加玛瑙的形成机制有着重要的意义; 并且六方纤铁矿(δ-FeOOH)可以作为区别于其他产地的标型矿物, 具有产地特征意义; 同时为研究马达加斯加玛瑙形成的地质环境提供了数据支持。
马达加斯加玛瑙 纹带结构 光谱学特征 成因机制 六方纤铁矿(δ-FeOOH) Madagascar agates Spectral characteristics Banded structure Formation mechanism Feroxyhyte (δ-FeOOH) 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3227
中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
近年来, 墨西哥蓝珀备受欢迎, 在市场上占有量越来越大。 红蓝料琥珀作为蓝珀的品种之一, 因其表层通常具有一层褐红色的氧化皮层, 内层琥珀在紫外光下具有蓝绿色荧光, 被称为“红皮蓝珀”。 但墨西哥琥珀中的红蓝料由于形成条件的限制非常稀少。 通过宝石学常规测试、 显微放大观察、 傅里叶红外光谱和光致发光光谱等, 对墨西哥红蓝料琥珀的宝石学特征和谱学特征进行研究, 并与墨西哥的黑皮料琥珀展开对比研究。 墨西哥红蓝料琥珀红皮常呈微透明, 内部为半透明—微透明, 红皮厚度不均, 由黑色点状包裹聚集流动组成。 长波紫外灯下红皮部分显示弱至无的荧光, 内部显示较强的蓝色荧光。 红外光谱中墨西哥红蓝料红皮部分位于1 723和1 233~1 046 cm-1处的吸收峰分别是由含氧基团C=O及C—O所致, 由—CH3所致的吸收峰位于2 928 cm-1, 其中含氧基团C=O是使红蓝料琥珀呈现红色的生色团。 红蓝料琥珀红皮部分C=O峰与—CH3峰的吸收强度比约为4/5, 而内部约为2/5~1/2, 红蓝料琥珀表层红皮部分的氧化程度较内部强, 并且红蓝料琥珀内部氧化程度高于黑皮料内部。 光致发光光谱结果表明红蓝料琥珀的红皮部分和内层的发光中心不同, 红皮部分以562和506 nm为发光中心, 而内层大多以467和472 nm为发光中心。 随着氧化程度的增加, 发光中心逐渐红移, 荧光强度明显降低, C=O对墨西哥红蓝料琥珀的荧光起到了淬灭作用。 黑皮料琥珀内部特征谱峰具489和466 nm两个宽的发光中心, 黑皮料琥珀内部的荧光强度较红蓝料琥珀更高。 该研究为墨西哥红蓝料琥珀的鉴别提供了依据, 有助于墨西哥红蓝料琥珀与其他产地、 其他品种琥珀的区分, 具有重要的理论意义和市场运用价值。
红蓝料琥珀 墨西哥 红外光谱 光致发光光谱 荧光 Red blue amber Mexico Infrared spectroscopy Photoluminescence spectroscopy Fluorescence 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2618
