1 中国科学技术大学光学与光学工程系，安徽 合肥 230026
2 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
4 上海卫星互联网研究院有限公司，上海 200120
5 上海市卫星互联网重点实验室，上海 200120
在深空探测中，以微波为载体的通信、测距载荷面临链路损耗大、频谱资源紧张等问题。相比微波，激光光束发散角小，能量更为集中，可达更远的传输距离，以激光为载体的通信、测距载荷具有体积小、质量轻等优势。搭建了一套激光相干外差扩频通信测距一体化深空探测系统，提出了一种基于曲线模型的插值重采样方法，并对该曲线模型进行了理论仿真和实验验证。该模型由系统先验信息构建，是伪随机码相位差的线性函数。实验结果表明，对于静态目标，测距偏差不超过0.55 mm，测距精度不超过0.42 mm。对于动态目标，测距偏差不超过0.59 mm。静态和动态目标测距中实现了零误码通信。此外，扩频通信测距一体化设计应用于深空导航和深空时频同步，可以提高实时性。
扩频通信 插值重采样 通信测距一体化 深空探测 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706010
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程中心，吉林 长春 130022
3 季华实验室，广东 佛山 528200
提出了一种融合新型支撑方式与灵敏度分析的光机热集成分析与优化方法，用于设计超高精度深紫外光刻投影物镜系统。首先，采用轴向多点与周向三点胶接支撑相结合的新型支撑方式，实现了212.51 mm口径光学元件的超高精度定位要求。其次，通过对光学元件进行热力耦合分析，验证了光机系统的合理性。然后，在光机热集成分析条件下，分析了单个光学元件的灵敏度，以及全部光学元件表面变形对整体光学系统波像差均方根值和校准F-tan θ（F为焦距，θ为物方视场角）畸变的影响。最后，通过调整部分光学元件的灵敏度进行局部优化，并对整体光学系统的像质进行优化。结果表明：在热力耦合条件（参考温度为22.5 ℃、极限工作温度为±2.5 ℃、重力）下，光学元件的最大表面面型均方根（RMS）值为9.86 nm，能够满足超高精度定位要求。在光机热集成分析条件下（参考温度为22.5 ℃、极限工作温度为±2 ℃、重力），优化后光学系统的波像差RMS值小于10.50 nm，校准F-tan θ畸变小于6.00 nm，相较于优化前，波像差RMS提升了46.98%，校准F-tan θ畸变提升了77.69%，达到了设计要求。
光学设计 结构设计 光机热集成分析 Zernike多项式 有限元分析
湖南科技大学机电工程学院，湖南 湘潭 411201
以典型的20 m2小型定日镜为对象，采用光-机集成建模方法，研究了自重和风载荷联合作用下定日镜的服役光学精度特性，综合考虑了定日镜工作高度角、风压大小和关键结构参数的影响。结果表明，沿镜面横向的斜率误差分量Dx要明显大于沿其竖向的Dy，螺栓数量N增加对Dx影响不显著，但能显著减小Dy，反射镜面自身刚度弱是其服役光学精度下降的主要原因；机架中角钢型材的边长a在30~50 mm之间对光学精度影响较小，但厚度t对光学精度的影响较为显著。定日镜结构变形与镜面斜率误差均随着风压载荷的增加而线性增加，且不同高度角β下总镜面斜率误差变化曲线斜率基本一致；仅在自重作用下，高度角0°~90°内总斜率误差能控制在1.45 mrad以内；镜面变形与其斜率误差分布规律完全不同，镜面斜率误差与镜面变形之间并非呈线性正比关系，采用光学精度进行评价或指导定日镜结构优化设计是最佳途径。
光学器件 塔式定日镜 服役载荷 光-机集成 镜面斜率误差 光学精度
1 海南师范大学物理与电子工程学院海南省激光技术与光电子功能材料重点实验室，半导体激光海南省国际联合研究中心，海南 海口 571158
2 新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院，新加坡 639798
3 新加坡南洋理工大学淡马锡实验室，新加坡 637553
4 中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室，北京 100083
5 长春理工大学高功率半导体激光器国家重点实验室，吉林 长春 130022
2 μm波长附近可调谐半导体激光器在分子光谱学和光通信领域中有广阔的应用前景。基于绝缘体上硅（SOI）平台，对2 μm波长附近可调谐半导体激光器的外腔部分进行了设计优化。分析了不同尺寸光波导的模式损耗特性、单个微环谐振腔受总线波导耦合间距的作用以及总线波导光反馈终端对外腔半导体激光器性能的影响。并提出了一种具有高工艺兼容度的多模环形光波导光反馈结构。所设计的可调谐半导体激光器硅基外腔可通过环形波导上的镍铬合金微加热器进行0.1 nm/K的高精度调谐，对单个微加热器施加3.2 V电压时，调谐范围可达66 nm（1967~2033 nm）。
硅光集成 可调谐外腔半导体激光器 环形谐振腔 光波导终端
Author Affiliations
Abstract
1 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Optics Valley Laboratory, Wuhan 430074, China
In recent years, optical phased arrays (OPAs) have attracted great interest for their potential applications in light detection and ranging (LiDAR), free-space optical communications (FSOs), holography, and so on. Photonic integrated circuits (PICs) provide solutions for further reducing the size, weight, power, and cost of OPAs. In this paper, we review the recent development of photonic integrated OPAs. We summarize the typical architecture of the integrated OPAs and their performance. We analyze the key components of OPAs and evaluate the figure of merit for OPAs. Various applications in LiDAR, FSO, imaging, biomedical sensing, and specialized beam generation are introduced.
optical phased arrays LiDAR silicon photonics beam steering photonic integration Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 020041
1 湖南大学材料科学与工程学院，湖南光电集成创新研究院，湖南 长沙 410082
2 诺视科技（苏州）有限公司，江苏 苏州 215011
基于发光二极管的显示技术在电视、电脑、手机等终端产品上获得了广泛应用。与传统液晶显示器和有机发光二极管屏幕相比，微型发光二极管（Micro-LED）显示器件在尺寸、性能、功耗、使用寿命等方面均具有显著优势。总结了Micro-LED全彩色显示的技术类别和产品应用场景，综述了实现Micro-LED全彩色显示的最新研究进展，包括巨量转移技术、色转换层集成技术和外延芯片单片集成技术，并进一步比较分析这些技术的优缺点，展望了Micro-LED全彩色显示技术的未来发展。
发光二极管 显示技术 单片集成 巨量转移 氮化镓 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0125001
1 上海工程技术大学机械与汽车工程学院，上海 201620
2 上海卫星工程研究所，上海 200240
3 上海司南卫星导航技术股份有限公司，上海 201801
针对影像实时动态测量设备中相机和惯性测量单元（IMU）相对位置发生变化时，需要重新进行外参标定的问题，提出了一种Camera-IMU外参在线标定方法，能够在机械构型未知的情况下自动估计初始值和外参数。首先，使用全球卫星导航时间对齐IMU和相机的时间戳，通过奇异值分解求解旋转量的超定线性方程，改变阈值判定条件和加权方式，减少方程中的退化运动，并剔除外点，提高系统鲁棒性与外参精度，从而获得恒定的Camera-IMU旋转外参。然后基于获得的Camera-IMU旋转外参，固定滑动窗口，利用高斯牛顿法估计Camera-IMU的外参平移量。与原有在线标定方法相比，旋转外参标定方法的精度提高15%，平移外参的精度提高35%，实验结果表明所提方法是有效的。
相机和惯性测量单元 外参标定 初始化 惯性测量单元预积分 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411005
冯超 1,2,3何涛 1,2,3,*施宇智 1,2,3王占山 1,2,3程鑫彬 1,2,3
1 同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所，上海 200092
2 同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
3 上海市数字光学前沿科学研究基地，上海 200092
偏振作为光场的基本自由度，在众多光学技术领域中有着十分广泛的应用。光学器件的偏振操控性能常用琼斯矩阵来表示，琼斯矩阵中可控通道数目的多少表征了对应光学器件的偏振调控能力强弱。随着光学技术的蓬勃发展，诸如偏振成像、通信编码、光学加密等前沿应用迫切需要光学器件能够独立调控多个琼斯矩阵通道，同时兼顾小型化。超表面作为由人工亚波长微结构按照特定序列排列而成的平面光学器件，天然具备集成化的优势，且对电磁波具有强大的调控能力，有望在偏振光学器件领域发挥巨大作用。从超表面的相位、振幅调控机理出发，按照可调控的通道数目从少到多对超表面调控琼斯矩阵的发展进行了系统梳理，并对超表面琼斯矩阵调控技术的未来发展进行了展望。
超表面 琼斯矩阵 偏振调控 多功能集成 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0123001
1 太原理工大学物理学院，山西 太原 030024
2 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
3 太原理工大学电子信息与光学工程学院，山西 太原 030024
混沌激光具有宽频谱、类噪声、低相干等特性，在通信、雷达、传感等领域有广泛的应用。本文介绍了混沌半导体激光器的3种主要工作机制，分别为光反馈、光注入和光电反馈；重点研究典型混沌半导体激光器的频谱带宽、时延特征，以及复杂度等性能及其研究进展；进一步论述光子集成混沌半导体激光器的发展趋势；最后介绍混沌半导体激光器在保密光通信、随机数生成器、激光雷达、分布式光纤传感、混沌光时域反射计等领域的应用现状。本文可为高带宽、低时延混沌半导体激光器的发展和应用前景提供借鉴。
混沌激光 半导体激光器 光子集成 带宽提升 时延特征 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0114008
1 华东师范大学物理与电子科学学院，上海 200241
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
近年来，薄膜铌酸锂光子集成技术发展极为迅速，其背后有着深刻的物理、材料、技术原因。单晶薄膜铌酸锂为解决光子集成芯片领域长期存在的低传输损耗、高密度集成以及低调制功耗需求提供了至今为止综合性能最优的解决方案。面向未来的新一代高速光电器件与超大规模光子集成芯片应用，本文回顾了薄膜铌酸锂光子技术的起源及其近期的快速发展，讨论了若干薄膜铌酸锂光子结构的加工技术，并展示了一系列当前性能最优的薄膜铌酸锂光子集成器件与系统，包括超低损耗可调光波导延时线、超高速光调制器、高效率量子光源，以及高功率片上放大器与片上激光器。这些器件以其体积小、质量轻、功耗低、性能好的综合优势，将对整个光电子产业产生难以估量的影响。
