1 深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室，微纳光电子学研究院纳米光子学研究中心，广东 深圳 518060
2 之江实验室智能感知研究院，浙江 杭州 311100
自旋角动量是基本粒子和场的一个基本的动力学物理量，它在光与物质相互作用中扮演着极其重要的角色。在光学研究中，光的自旋角动量与圆极化密切相关，通过研究光学自旋与物质或结构的相互作用产生了许多新颖有趣的光学现象和光学应用，并诞生了自旋光学这一新兴学科。过去的研究中，研究人员主要聚焦在与平均波矢方向平行的纵向光学自旋。近年来，科研人员通过研究限制场如聚焦波、导波和倏逝波等的自旋轨道耦合性质，发现了一类新型的光学自旋，这类自旋与平均波矢方向垂直，因此被称为光学横向自旋。横向自旋具有自旋动量绑定的性质，一经发现便受到研究人员的广泛关注。横向自旋的发现拓展了光学自旋轨道相互作用的内容，并在光学操纵、光学精密检测、手性量子光学和光学自旋拓扑态等领域具有广阔的应用前景。本文从理论、实验技术和应用3个方面详细介绍自旋光学的最新进展。自旋光学的理论概念和框架可为研究人员进一步开拓基于光学自旋在光学成像、光学探测、光通信和量子技术等领域的应用发挥巨大的作用，同时也可拓展到一般经典波场，比如流体波、声波和引力波等。
物理光学 自旋角动量 自旋动量绑定 自旋轨道耦合 光学微分计算 光学探测 横向光学力 光学学报
2024, 44(10): 1026002
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 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
2 长光卫星技术股份有限公司, 吉林 长春 130000
本文针对空间目标受到的太阳辐射、地球辐射、地球反照辐射，采用蒙特卡洛（Monte Carlo）法，基于非结构四面体网格编写了仿真程序，并对计算结果进行了对比验证。进一步地，对太阳同步轨道卫星受到的轨道外热流，采用带帆板的网格对有无遮挡情况下各表面受到的轨道外热流进行了分析。结果显示，在对地模式下考虑遮挡后，−Y表面平均热流值降低了53.79 W/m2，+Y−Z侧帆板表面平均热流值降低了32.05 W/m2。结合表面材料属性，分析了各表面的温度特性，并结合帆板温度的在轨遥测数据，验证了计算的准确性。最后，计算了两种模式下各方向的红外辐射强度。结果表明，不同观测模式下各表面受热流的影响不同，对地模式下各表面温度随时间变化较大，而对日模式下各表面热流较为稳定。两种模式下，太阳能帆板的温度较高，辐射强度较大，具有明显的红外特征，便于开展红外观测。
轨道外热流 空间目标探测 红外辐射 蒙特卡洛方法 orbit external heat flow space target detection infrared radiation Monte Carlo method 强激光与粒子束
2024, 36(1): 014002
1 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
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
针对水下平台与高空飞机的激光通信中有效通信时间短、使用信标光的捕获对准时间较长、链路不易建立的问题，设计了一套基于水下平台的高空飞机轨迹预报跟踪及指向系统。系统根据飞机发送的航行参数对飞机轨道进行预报，并驱动伺服电机进行跟踪指向。仿真分析了轨道预报算法的误差，并将轨道预报算法应用在实际实验中。实验结果表明，水下平台接收到航行参数后，能在2 s内建立上行通信链路。该算法能够在0.6 s内预测60 s内的轨道位置，误差小于350 m，对应的理论指向误差不超过0.51 mrad。通过比较指向电机的实时反馈与理论指向角，得到系统的指向误差为0.77 mrad。所设计的系统在满足通信指向精度的同时缩短了链路的建立时间，为水下平台与高空激光系统的猝发激光通信提供了具有高可靠性的保障。
激光通信 跟踪 指向系统 指向精度 轨迹预报
1 华中科技大学光学与电子信息学院，武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 华中科技大学网络空间安全学院，湖北 武汉 430074
3 北京遥测技术研究所，北京 100094
4 湖北光谷实验室，湖北 武汉 430074
针对低轨卫星激光通信实时化、低功耗的应用场景，为了解决独立时钟源及传输信道复杂等问题，对时钟恢复算法和前向纠错码进行了改进与优化，实现了资源占用低、时延低且功耗为0.129 W和1.199 W的实时化全数字时钟恢复算法和低密度奇偶校验（LDPC）编译码。搭建了桌面演示系统，成功演示了二进制相移键控（BPSK）调制/相干探测、通信速率为1.024 Gbit/s的实时空间光传输，其中时钟误差约为1.50×10-4。
低轨卫星 相干光通信 实时 低功耗 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0106003
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
风云三号E星（FY-3E）搭载的高光谱大气探测仪（HIRAS-II）能够实现大气的垂直探测，具有高光谱、高灵敏度、高精度的特点。仪器在轨之后由于仪器衰减和环境变化的原因产生非线性响应，影响在轨定标精度。针对非线性响应的问题，提出了一种基于带内光谱的非线性校正方法。首先基于带外低频光谱的非线性特征求解非线性校正系数，将此系数作为初值输入到辐射定标模型中，以星上测量的黑体带内光谱与理想光谱的偏差为目标函数，通过迭代优化非线性校正系数。通过辐射定标实验得出，校正后的黑体亮温偏差明显低于未校正和基于带外光谱的校正方法。将HIRAS-II的观测数据与IASI进行交叉比对并计算平均亮温偏差和偏差绝对值，经过带内校正法非线性校正后的亮温平均偏差为-0.13K，优于带外校正方法。
HIRAS-II 非线性校正 在轨定标 带内光谱 HIRAS-II nonlinearity correction on-orbit calibration in-band spectrum 光学 精密工程
2023, 31(19): 2898
Author Affiliations
Abstract
1 School of Integrated Circuit Science and Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
2 Truth Memory Corporation, Beijing 100088, China
We have successfully demonstrated a 1 Kb spin-orbit torque (SOT) magnetic random-access memory (MRAM) multiplexer (MUX) array with remarkable performance. The 1 Kb MUX array exhibits an in-die function yield of over 99.6%. Additionally, it provides a sufficient readout window, with a TMR/RP_sigma% value of 21.4. Moreover, the SOT magnetic tunnel junctions (MTJs) in the array show write error rates as low as 10?6 without any ballooning effects or back-hopping behaviors, ensuring the write stability and reliability. This array achieves write operations in 20 ns and 1.2 V for an industrial-level temperature range from ?40 to 125 °C. Overall, the demonstrated array shows competitive specifications compared to the state-of-the-art works. Our work paves the way for the industrial-scale production of SOT-MRAM, moving this technology beyond R&D and towards widespread adoption.
spin-orbit torque MRAM multiplexer array 200 mm-wafer platform stability reliability Journal of Semiconductors
2023, 44(12): 122501
