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 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 东北大学计算机科学与工程学院，辽宁 沈阳 110819
为了解决强度调制-直接检测正交频分复用（IM-DD OFDM）光通信系统中由光纤色散和非线性效应导致的传输性能下降的问题，提出利用正交偏振泵浦非简并四波混频（NFWM）产生的无波长偏移光学相位共轭（OPC）波对系统中的信号损伤进行光域补偿。首先在理论上推导了利用正交偏振泵浦NFWM生成OPC波的原理，基于上述原理，设计了无波长偏移OPC实现方式，在正交偏振态上得到与原信号波长完全一致的OPC波。然后对影响生成OPC波功率的因素进行了具体分析。最后依据优化参数设置，进行仿真验证，结果表明所提系统能够以114.375 Gbit/s的传输速率在长度为240 km的标准单模光纤链路中传输。
光通信 强度调制-直接检测 正交频分复用 色散补偿 非线性抑制 光学相位共轭
南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，南京 210046
【目的】文章进行仿真研究实验的目的是提高正交频分复用（OFDM）—波分复用（WDM）光纤通信系统的性能，为此提出了正交分组子载波幅度整形（QGSAS）双相位共轭孪生波（dual-PCTW）方案以抑制该类系统的非线性效应，并搭建多种不同条件下的仿真系统以探究该方案的性能。
【方法】具体的实验方法为：利用Matlab和Optisystem两种软件混合编程，在16和64进制正交幅度调制（QAM）格式下，选取两种QGSAS方案（正弦幅度整形和矩形幅度整形），搭建了3种维度（偏振域、子载波域和时域）的QGSAS dual-PCTW OFDM系统，共涉及12种组合形式。
【结果】通过仿真分析不同方案下的系统误码率，结果表明：QGSAS dual-PCTW方案可有效提高系统对非线性效应的容忍度；在讨论的几种组合方案中，16QAM下时域方案的dual-PCTW技术对系统有最佳的性能改善；应用QGSAS技术时，矩形幅度整形方案性能优于正弦幅度整形方案。
【结论】因此可以得到结论：在文章所提方案中，矩形幅度整形方案结合16QAM下的时域方案dual-PCTW技术，可以最有效地抑制OFDM-WDM系统的非线性效应。
相干光通信 正交频分复用 双相位共轭孪生波 正交分组子载波幅度整形 非线性效应 coherent optical communication OFDM dual-PCTW QGSAS nonlinear effect 光通信研究
2024, 50(2): 22005301
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230100
浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310027
为了在使用相位电光调制器前能够快速准确地确定其半波电压，提出了一种基于频域互相关的干涉条纹相位差计算方法用于相位电光调制器的标定。该方法将条纹图像通过傅里叶变换转换成频谱图并对其进行滤波，将提取出的正负一级次频谱信息进行互相关操作，得到两张条纹图之间的相位差。为了验证所提方法在相位电光调制器标定中的作用，搭建实验系统，使得一路经过电光调制器的光与另一路光进行干涉后形成条纹像，改变电光调制器上施加的电压并用相机记录相位不同的干涉条纹，从而获得干涉条纹组，进而运用所提方法获得相位-电压对应关系。与轮廓法相比，所提方法快速且精度高。与迈克耳孙干涉法相比，该方法不需要重新搭建光路，操作迅速且能够达到相当的精度。
傅里叶光学 信号处理 频谱分析 相共轭 互相关 电光调制器 光学学报
2023, 43(23): 2307001
1 南通市口腔医院，江苏 南通 226000
2 南通市中西医结合医院，江苏 南通 226000
3 北京大学长三角光电科学研究院，江苏 南通 226000
4 人工微结构和介观物理国家重点实验室，北京大学物理学院，北京 100871
与可见光区（400~700 nm）和近红外一区（NIR-I，700~900 nm）荧光成像（FL）相比，近红外二区（NIR-II，1000~1700 nm）荧光成像具有更深的穿透深度、更高的信噪比。开发亮度高、吸收/发射波长长、生物相容性好的NIR-II荧光探针一直是NIR-II荧光成像领域的一个重要研究方向。有机NIR-II荧光探针以其优异的生物相容性和良好的药代动力学特性而备受关注。本文从红移吸收/发射波长、提高荧光量子产率/摩尔吸光系数、改善生物相容性等角度系统总结了近年来花菁类染料、D-A-D小分子、聚合物点等有机NIR-II荧光探针的研究进展，重点介绍了具有代表性的荧光探针在活体NIR-II荧光成像中的应用，最后讨论了有机NIR-II荧光探针迈向临床应用面临的潜在挑战。
医用光学 近红外二区 荧光探针 花菁类染料 有机小分子 聚集诱导发光 共轭聚合物 中国激光
2023, 50(21): 2107101
1 烟台大学 物理与电子信息学院，山东 烟台 264005
2 哈尔滨工业大学(威海) 信息科学与工程学院，山东 威海 264209
3 军事科学系统工程研究院，北京 102300
为了提升激光无线能量传输系统光能传输效率，避免使用准直镜头导致在数百米距离处接收端光斑边界模糊和照度均匀性差现象的发生，开展了基于共轭成像原理的可调焦发射光学系统研制。首先理论分析了准直法和共轭成像法的设计原理，然后针对光纤输出的808 nm半导体激光光源，采用共轭成像法设计了焦距550 mm、口径260 mm的发射光学系统，通过光纤端面的移动实现调焦设计，分析了不同调焦距离下光纤端面的移动量，并与准直法设计结果调焦后对比，在200 m~1 km处的波像差明显较小。利用Lighttools软件模拟对比了调焦前后的照射光斑，验证了调焦的作用。模拟结果显示，通过对基于共轭成像原理设计的发射光学系统增加调焦机构，可在不同距离处得到清晰的光斑边界。最后对激光发射光学系统进行了加工，经测试，波像差RMS为0.092λ(λ=632.8 nm)。结果表明：激光无线能量传输系统使用基于共轭成像原理设计的可调焦发射光学系统可获得边界清晰、更加均匀的照明光斑。
激光无线传能 发射光学系统 共轭 调焦 laser wireless power transmission emission optical system conjugate focusing 红外与激光工程
2023, 52(9): 20230115
1 河北工业大学 能源与环境工程学院，天津 300401
2 河北省热科学与能源清洁利用技术重点实验室，天津 300401
3 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
4 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
5 哈尔滨工业大学 可调谐激光技术国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150009
受激布里渊散射相位共轭镜（SBS-PCM）因能实时补偿静态和动态波前畸变、提高光束质量，在激光领域受到广泛关注，但仍存在高功率泵浦下引发损伤和输出光束质量下降的问题。液体增益介质具有高增益、高抗损伤阈值和尺寸拓展性强的特点，目前是高能高功率激光领域最广泛应用的SBS介质，但随着注入功率的提升，热效应引发的液体介质热对流会导致反射Stokes光中出现波前畸变，降低了其光束质量补偿效果。文中发展了高功率泵浦下介质池内热对流的数值模型，定量分析了热对流强度随相互作用时间的变化规律，着重探讨了泵浦光重复频率对热对流强度分布的影响，并结合热对流强度解释了光斑畸变程度。研究结果表明：泵浦光注入初期，热对流强度在达到极值后小幅下降最后趋于稳定；泵浦光重复频率是影响热对流强度的重要因素，热对流强度与重复频率呈正相关；随着热对流强度的增强，光斑偏移程度逐渐增大。文中从液体介质流动性角度分析了泵浦光重复频率与介质热对流的关系，对完善光热效应模型提供了新的研究方向。
受激布里渊散射 相位共轭镜 热对流 热效应 二次流 stimulated Brillouin scattering (SBS) phase conjugate mirror thermal convection thermal effect secondary flow 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230415
电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
许多幅度再生方案可用马赫‐曾德尔干涉仪（MZI）结构进行建模。研究级联光学相位共轭器（OPC）的MZI（OPC‐MZI）再生方案，以实现近乎理想的相位保持再生。通过分析整个级联系统的功率和相位转移特性，优化设计了满足需求的硅基MZI再生芯片单元。采用正交相移键控（QPSK）调制信号仿真验证了OPC‐MZI再生方案的可行性。仿真结果表明：当输入信噪比为16 dB时，与单级MZI再生芯片相比，OPC‐MZI再生方案的噪声抑制比（NRR）可提高1 dB，相位扰动也由5.7°降至0.07°。
光通信 全光再生 光学相位共轭器 马赫‐曾德尔干涉仪 多级调制信号 中国激光
2023, 50(19): 1906005
1 重庆工商大学机械工程学院，制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室，重庆 400067
2 中国人民解放军32037部队，云南 姚安 675300
基于钠导星星群的多层共轭自适应光学（MCAO）系统是目前大口径地基望远镜获得大视场高分辨成像质量的关键部分。其中，钠导星数量及排布方式是影响MCAO系统性能的关键参数。为了明确钠导星星群分布对MCAO系统大气层析效果的影响，首先，根据层析的基本原理，建立了MCAO系统层析两层大气湍流的模型。随后，基于OOMAO仿真平台，验证了3颗钠导星星群对两层大气湍流层析结果。最后，利用视场内斯特列尔比的平均值（）和归一化标准差作为校正效果和均匀性的评价指标，讨论了3~6颗钠导星放置于正多边形顶点或者正多边形顶点结合视场中心的排布方式对湍流层析效果的影响。研究表明，针对丽江高美谷天文台大气条件（550 nm波长大气相干长度为8 cm），10 m口径望远镜视场为1′，大气分为两层的情况，当正多边形的半径大于26″时，钠导星的数量达到4颗就能使系统校正后（H波段）达到0.45。特别地，采用5颗钠导星放置在正五边形顶点并在视场中心放置1颗钠导星的星群方式层析湍流最优，MCAO系统校正后最高，能达到0.53，且系统均匀性较好。
自适应光学 钠导星星群 层析 多层共轭 大口径地基望远镜 中国激光
2023, 50(13): 1310004
