随着低轨卫星互联网的迅猛发展，星间激光通信链路成为低轨大型星座互联互通的关键，也是用户接入卫星互联网实现全球范围内端到端交互的基础。与地球同步轨道的星间环网不同，由于低轨卫星的高动态性，造成星间链路需要不断动态重构，由此带来空间节点的编址方式、交换路由方法等诸多技术难题，是目前该领域关注的热点。此外，用户终端通过微波链路接入卫星互联网，需要微波链路与激光链路之间的汇集和分发，也是迫切需要研究解决的重点难点问题。
卫星互联网 低轨星座 星间激光通信链路 传输 交换 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706005
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林长春3002
2 长春理工大学中山研究院，广东中山58437
光轴一致性是衡量多传感器光电系统工作性能的重要指标，为了解决多传感器轴一致性检测系统工作波段范围较窄、系统灵活性较低的问题，本文结合光路切换和光热转换的思想，设计了一套宽光谱多传感器轴一致性检测系统。该系统采用卡塞格林反射式光学系统作为从可见光到长波红外范围内的接收和发射系统；通过步进电机的驱动，带动导轨上方反光镜位置移动，实现系统光路的切换；采用镀有硫化铜的锗玻璃，作为光热转换靶材，将短波长的光斑转换为热斑，采用长波红外探测器实现对各波段激光光斑图像采集。系统能够实现0.4~14 μm波段光谱范围的检测；对光学系统进行像质评价分析，可以得到系统在不同波段下由像差引起的弥散斑（Root mean square， RMS）直径均在9 μm以下，能量集中度较好；对系统检测精度进行分析，最大测量误差为0.1 mrad；通过导轨往返运动重复精度实验和系统测量准确度实验，对系统可靠性进行验证，结果表明检测系统满足仪表准确度1.5级的要求。该检测系统结构紧凑，适用波谱范围广，能够实现对多传感器光电设备的轴一致性检测。
宽光谱 轴一致性 光路切换 光热转换 硫化铜 wide spectrum axis consistency optical switching photothermal conversion copper sulfide
1 河南工程学院材料工程学院河南省电子陶瓷材料与应用重点实验室，河南 郑州 451191
2 南开大学物理科学学院，天津 300071
3 郑州卓而泰新材料科技有限公司，河南 郑州 450016
双晶匹配电光Q开关能够利用晶体的最大有效电光系数，大幅降低半波电压，具有重要的应用价值，但其消光比易受多种因素的制约。系统分析了影响双晶电光Q开关消光比的各个因素，建立了包含光学不均匀性、晶向偏离、两晶体温度变化、长度偏差及温差等参数的系列相位延迟公式，由此分析计算了各因素的容差范围。结果表明：光学不均匀性、两晶体的长度偏差和温差是影响消光比的关键因素；当仅考虑单一变量时，消光比与此变量的平方成反比；同时，晶体长度对消光比也有显著影响，当光学不均匀性、晶向偏离、温差一定时，消光比与晶体长度的平方成反比。制备了两种不同尺寸的双晶钽酸锂电光Q开关，实验证实长度较短的Q开关的双晶匹配质量更好，消光比更高，其消光比主要受光学不均匀性的限制。研究结果可为高消光比双晶电光Q开关的研制提供重要指导。
激光光学 光开关器件 电光调Q 双晶匹配 消光比 钽酸锂晶体
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Crystal Materials and Institute of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
2 Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
Topological nodal-line semimetals attract growing research attention in the photonic and optoelectronic fields due to their unique topological energy-level bands and fascinating nonlinear optical responses. Here, to the best of our knowledge, we first report the saturable absorption property of topological nodal-line semimetal HfGeTe and the related pulse modulation in passively Q-switched visible lasers. Few-layer HfGeTe demonstrates outstanding saturable absorption properties in the visible-light band, yielding the saturation intensities of 7.88, 12.66, and 6.64 µJ/cm2 at 515, 640, and 720 nm, respectively. Based on an as-prepared few-layer HfGeTe optical switch and a Pr:LiYF4 gain medium, Q-switched visible lasers are also successfully achieved at 522, 640, and 720 nm. The minimum pulse widths of the green, red, and deep-red pulsed lasers are 150, 125.5, and 420 ns, respectively. Especially for the green and red pulsed laser, the obtained pulse width is smaller than those of the low-dimensional layered materials. Our work sheds light on the application potential of topological nodal-line semimetals in the generation of visible pulsed lasers.
visible pulsed laser topological nodal-line semimetals saturable absorption Q-switching Pr doping Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031601
中国电子科技集团公司 第十二研究所，北京 100015
伪火花开关已经成功地应用于各种脉冲功率应用，包括欧洲大型强子对撞机、反导雷达系统、航空发动机点火等。对于这样的应用，降低开关的延迟和抖动来提升稳定性是非常重要的。设计了一种激光触发伪火花开关，使用波长532 nm的激光，在不同气压、工作电压和触发能量下，测试激光触发伪火花开关的阳极着火延迟时间和抖动两项参数。测试结果表明，增加激光能量可以降低开关的延迟和抖动，实现开关稳定性的激光能量阈值在1.5 mJ，可以使得开关的抖动小于1 ns，继续增大触发能量，开关的延迟和抖动不再明显变化；此外，增大管内的氢气压强可降低开关的延迟和抖动；当触发能量足够大时，改变阳极电压，开关的延迟和抖动不随开关电压而改变。
激光触发 伪火花开关 初始等离子体 时间参数 工作电压 laser triggering pseudo-spark switching initial plasma time parameter working voltage 强激光与粒子束
2024, 36(3): 035003
1 福建省超快激光技术及应用重点实验室（厦门大学），福建 厦门 361005
2 厦门大学深圳研究院，广东 深圳 518129
位于人眼可见波段（380~780 nm）的激光，在显示、生物医疗、精密加工、精密光谱、光通信等领域有着重要的应用价值。在众多可见光激光的产生方法中，可见光掺稀土光纤激光器因具有高效率、高光束质量、结构简单且免维护等优势，近年来受到国内外的广泛关注。对可见光掺稀土光纤激光器的研究进展进行了详细综述，介绍了可见光连续波光纤激光器、可见光调Q脉冲光纤激光器及可见光锁模脉冲光纤激光器的产生方式和特点。最新研究进展表明，其可覆盖蓝（~480 nm）、青（~491 nm）、绿（~520 nm）、黄（~573 nm）、橙（~605 nm）、红（~635 nm）及深红（~717 nm）等丰富的可见光波长，全光纤可见光输出功率已迈向10 W，而且可见光锁模超短脉冲宽度已窄至<200 fs。结合应用需求，简要展望了可见光波段光纤激光器的发展趋势。
激光器 可见光激光 掺稀土光纤激光器 连续波 调Q 锁模
Author Affiliations
Abstract
Department of Electronic Engineering, School of Electronic Science and Engineering (National Model Microelectronics College), Xiamen University, Xiamen 361005, China
We present a study on a watt-level acousto-optically Q-switched Pr:YLF laser at three different repetition rates (10 kHz, 20 kHz, and 50 kHz) for the first time, to the best of our knowledge. The corresponding average output powers and pulse widths were measured to be 1.14 W, 1.2 W, and 1.32 W, and 40 ns, 52 ns, and 80 ns, respectively. A maximum pulse energy of 0.11 mJ was obtained, corresponding to a peak power of up to 2.8 kW at a repetition rate of 10 kHz. The simulated dynamics of a fast Q-switched Pr:YLF laser is in agreement with the experiment. The laser’s ability to generate stable pulses with high peak power and short pulse width makes it highly desirable for various practical applications, such as laser machining and material processing.
red pulsed laser Pr:YLF diode pump acousto-optical Q switching Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011402
1 解放军某部, 湖北 武汉 430000
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 华中光电技术研究所- 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
在各种冷原子干涉测量系统中, 磁光阱(Magneto Optical Trap, MOT)、补偿及偏置磁场控制是不可或缺的关键技术, 稳定、快速的磁场控制直接影响着原子冷却囚禁、干涉等过程中原子团的精密操控。设计了一套高性能的精密磁场控制系统, 电路结构上通过采用精密放大器驱动的低噪声恒流源拓扑, 以降低磁场驱动电流的噪声水平; 控制方式上采用模拟PID+扰动抑制的控制策略, 以提高磁场驱动电流的开关速度。实验室环境下测试结果表明: 当磁场驱动电流输出为1 A的情况下, 电流开启时间优于300 μs, 关断时间优于50 μs, DC(0 Hz)~250 kHz频率范围内总体电流噪声优于-80 dB。最终, 通过在冷原子绝对重力仪/重力梯度仪与冷原子陀螺系统中的应用测试, 所设计的磁场控制模块满足了冷原子干涉系统控制需求, 达到了预期效果。而且通过自主研制, 解决了对商用磁场控制模块的依赖, 促进了量子测量装置的装备化。
精密磁场控制 冷原子干涉仪 恒流源 模拟PID反馈控制 快速电流开关 precision magnetic field control cold atom interferometry constant current source analog PID feedback control fast current switching
1 西安石油大学陕西省油气井测控技术重点实验室，陕西西安 710065
2 西安微电子技术研究所，陕西西安 710054
Cuk变换器具有输入与输出电流纹波低、能量双向流动等优点，在新能源发电和直流微网中具有良好的应用前景。在分析变换器工作原理的基础上，分别建立导通和截止状态的开关流图; 引入以乘法器描述的开关支路模型，推导变换器在整个开关周期的开关流图; 对开关支路施加扰动，提取变换器的小信号模型，并应用梅森公式计算变换器的传递函数。采用 PSIM软件对变换器小信号模型进行仿真，结果证明了模型的正确性，本文方法对高阶开关变换器建模具有较高的参考价值。
开关流图法 Cuk变换器 小信号模型 仿真验证 switching flow graph method Cuk converter small signal model simulation and verification 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(5): 689
1 电子科技大学, 成都 610054
2 中国电子科技集团公司第二十四研究所, 重庆 400060
电源管理芯片在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责, 最常见的结构是线性电源和开关电源。开关电源通过控制开关管开通和关断的时间, 维持稳定的输出电压, 以其高效率、小型化的特点而广泛应用于几乎所有的电子设备。工业控制系统、汽车电子等领域往往存在多个电压轨, 在不同工作阶段还存在输入电压瞬间大范围变换的情况, 这要求其具有高输入电压的同时, 还需要在一个较宽的输入范围内能够高效地给负载供电。文章围绕宽输入电压DC-DC的转换效率提升、快速响应技术及低EMI设计进行了综合阐述, 并分析了学术界和业界的一些最新进展。
开关电源 DC-DC转换器 宽输入电压 switching power supply DC-DC converter wide input voltage
